CN1532381A - 废气净化系统和废气净化方法 - Google Patents

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Abstract

在再生过滤器(8)的过程中，执行以下步骤：第一附加燃油喷射，在发动机(2)的主燃油喷射之后向气缸中喷射附加的燃油，以提高氧化催化剂(6)的温度；以及第一附加燃油喷射之后的第二附加燃油喷射，用以向氧化催化剂(6)供应燃油，根据发动机转速和发动机负荷来设定第二附加燃油喷射量，并根据氧化催化剂(6)的出口温度来改变该第二附加燃油喷射量。

Description

废气净化系统和废气净化方法
技术领域
本发明涉及废气净化系统和废气净化方法，该废气净化系统和方法特别适于在柴油机中应用。
背景技术
迄今为止，已知这样一种技术，其中将氧化催化剂和微粒过滤器(下文简称为“过滤器”)置于柴油机的排气通道中，使得废气中所包含的颗粒物(PM)沉积在过滤器上，并且燃烧这样沉积在过滤器上的PM来连续地再生过滤器。
在如上构造的废气净化系统中，废气中所包含的NO在氧化催化剂中被氧化而生成NO2，随后该NO2与过滤器上的PM相互发生反应，使PM发生燃烧(氧化)来连续地再生过滤器。与NO相比，NO2作为氧化剂表现出很高的功效，并使PM能够在相对低的活化能下发生氧化(即，使PM能够在相对低的温度下发生燃烧)。
在发动机的特定工作状态下存在这样一种情况，即废气温度没有达到氧化催化剂的活化温度，使得NO不会被氧化，因此不会发生过滤器的连续再生。在此情况下就必须进行不同于连续再生的强制再生。
作为强制再生方法，已知这样一种方法，其中将诸如电热器的热源安装在过滤器上，并向加热器提供电流，使PM发生燃烧；或者这样一种方法，其中向氧化催化剂供应燃油(HC)并使其在氧化催化剂中进行氧化反应，由反应热来提高过滤器的温度以引起PM的燃烧(例如，请见日本专利公报No.H07(1995)-259533)。
具体而言，根据上述文献中说明的技术，如果过滤器(带有催化剂的过滤器)的温度不高于催化剂的活化温度(例如，250℃)，则按照与过滤器温度成比例的量来喷射附加燃油(第一附加燃油)。该附加燃油的喷射定时相对早于膨胀冲程的末期。通过以这样的定时来喷射燃油，该附加燃油和汽缸中存在的高温燃烧气体相混合，使得该附加燃油在进气口和排气通道中发生燃烧并且使废气温度上升。
作为向催化剂中供应高温废气的结果，催化剂温度上升，并且当催化剂温度上升至其活化温度时，除了上述的第一附加燃油外，还在膨胀冲程中再喷射附加的燃油(第二附加燃油)。在膨胀冲程中喷射的第二附加燃油到达催化剂，而不会在汽缸和排气口发生燃烧，并且在温度已达到活化温度的催化剂中发生燃烧。结果，位于催化剂下游的过滤器被加热到使PM发生氧化的温度，从而使PM燃烧(过滤器的再生)。
根据上述文献中公开的技术，根据过滤器的温度改变所喷射的第一附加燃油量，但是通过这种方法，难以把过滤器的温度稳定地保持在PM燃烧最充分的温度区域(600℃左右)。
也就是说，根据上述专利文献中公开的技术，根据过滤器的温度来改变所喷射的第一附加燃油的量，以使催化剂的温度保持在其活化温度，但是一旦催化剂的温度达到活化温度，就把第二附加燃油量设定为预定量。正是第二附加燃油量对过滤器的温度产生了巨大的影响，但是根据上述专利文献中公开的技术，由于第二附加燃油量被设为恒定，从而不可能控制过滤器的温度。如果过滤器温度过高，PM在短时间内燃烧且过滤器温度变得更高，继而可能导致过滤器的熔化，而太低的温度将导致不完全再生。
可以根据发动机转速和发动机负荷来有效地控制附加燃油喷射量，但就是这种方法也无法将过滤器的温度控制在最佳温度。
发明内容
鉴于上述问题而提出了本发明，本发明的目的在于提供一种废气净化系统，该系统能够在过滤器的强制再生过程中使过滤器的温度保持稳定。
因此，根据本发明的废气净化系统包括：置于发动机排气通道中的氧化催化剂；置于排气通道中氧化催化剂下游位置以收集废气中包含的颗粒物的过滤器；第一附加燃油控制装置，用于在过滤器的强制再生过程中在发动机的主燃油喷射之后向汽缸喷射第一附加燃油；第二附加燃油控制装置，用于在氧化催化剂的温度上升至催化剂的活化温度之后并且在喷射第一附加燃油之后向氧化催化剂供应第二附加燃油；温度检测装置，用于检测氧化催化剂的出口温度；发动机转速检测装置，用于检测该发动机的发动机转速；负荷检测装置，用于检测该发动机的负荷；以及第二附加燃油供应量设定装置，用于根据由发动机转速检测装置和负荷检测装置提供的信息来设定第二附加燃油的供应量，并且根据由温度检测装置提供的信息来改变第二附加燃油供应量。
可以将第二附加燃油供应量设定装置构造为包括：第一燃油喷射量映射表，其中设定有燃油供应量；第二燃油喷射量映射表，其中设定有比第一燃油喷射量映射表中设定的更小的燃油供应量；以及切换装置，当氧化催化剂的出口温度变得低于预定值时，该切换装置将第一燃油喷射量映射表设置为作为设定第二附加燃油供应量的映射表，而当氧化催化剂的出口温度变为不小于该预定值的数值时，进行从第一燃油喷射量映射表至第二燃油喷射量映射表的切换。
优选地，第一燃油喷射量映射表为增量映射表，其中要喷射到汽缸中的第二附加燃油的燃油供应量设置得相对较大；而第二燃油喷射量映射表为减量映射表，其中第二附加燃油供应量设置得相对较小。
可以将第二附加燃油控制装置构造为向汽缸中喷射燃油来为氧化催化剂提供燃油。
可以将第二附加燃油控制装置构造为向排气通道上喷射燃油来为氧化催化剂添加燃油。
优选地，第一燃油喷射量映射表为增量映射表，其中要喷射到排气通道上的第二附加燃油量设置得相对较大；而第二燃油喷射量映射表为减量映射表，其中第二附加燃油喷射量设置得相对较小。
可以将第二附加燃油供应量设定装置构造为包括：基本映射表，其中存储有基本附加燃油供应量；以及修正装置，其根据氧化催化剂出口温度来修正从基本映射表中获得的燃油供应量，将由修正装置修正的燃油供应量设定为第二附加燃油供应量。
可以将第二附加燃油供应量设定装置构造为包括：第一燃油喷射量映射表，其中将燃油供应量设定得较大；第二燃油喷射量映射表，其中将燃油供应量设定得比第一燃油喷射量映射表中的更小；第三燃油喷射量映射表，其中将燃油喷射量设定得比第一燃油喷射量映射表中的更大；以及切换装置，当氧化催化剂的出口温度低于第一预定值时，该切换装置选择第三燃油喷射量映射表，当氧化催化剂的出口温度不低于第一预定值但低于第二预定值时，选择第一燃油喷射量映射表，而当氧化催化剂的出口温度变为不小于第二预定值的数值时，选择第二燃油喷射量映射表。
优选地，该废气净化系统还包括强制再生启动确定装置，用于确定是否启动过滤器的强制再生。
优选地，该强制再生启动确定装置具有沉积量估计装置，用于估计或计算沉积在过滤器上的颗粒物的沉积量，并且当由沉积量估计装置估计或计算出的沉积量变为不小于一个预定值的数值时，强制再生启动确定装置确定启动过滤器的强制再生。
优选地，该废气净化系统还包括：绝对压力检测装置，用于检测过滤器入口侧的绝对压力；以及压差检测装置，用于检测过滤器入口侧压力和出口侧压力之间的压差；并且在由该绝对压力检测装置和压差检测装置提供的信息的基础上，该沉积量估计装置估计或计算颗粒物的沉积量。
优选地，该废气净化系统还包括：氧气质量流量检测装置，用于检测或计算向过滤器供应的氧气的质量流量；以及再生终止确定装置，用于在过滤器的强制再生过程中，根据由氧气质量流量检测装置提供的信息，当氧气质量流量的积分值达到一个预定值时确定过滤器的再生终止。
该废气净化系统还包括再生终止确定装置，用于在强制再生启动后经过预定时间时确定过滤器的再生终止。
优选地，该发动机为柴油机。
根据本发明，还提供了一种废气净化方法，该方法利用了置于发动机排气通道中的氧化催化剂和置于排气通道中氧化催化剂下游以收集废气中所包含的颗粒物的过滤器，其中，在过滤器的强制再生过程中在发动机的主燃油喷射之后，向汽缸喷射第一附加燃油；并且在氧化催化剂的温度上升到了催化剂的活化温度且在喷射第一附加燃油之后，向氧化催化剂供应第二附加燃油，该方法包括以下步骤：检测氧化催化剂的出口温度、发动机的发动机转速和发动机的负荷；基于发动机转速和负荷来设定第二附加燃油的供应量；以及基于氧化催化剂的出口温度来改变第二附加燃油供应量。
可以将该废气净化方法配置为向发动机的汽缸内或者向发动机的排气通道上喷射第二附加燃油。
优选地，该废气净化方法还包括这一步骤：确定在强制再生执行过程中从过滤器温度达到一个预定温度的时间点开始的氧气质量流量的积分值是否达到一个预定值。
优选地，该废气净化方法还包括这一步骤：在氧气质量流量的积分值达到该预定值时终止强制再生。
从而，根据本发明可以获得以下的效果。
通过执行简单的反馈控制，可以不考虑发动机的工作状态和环境温度而使过滤器温度保持稳定，从而产生了不仅可以防止过滤器熔化，而且可以使PM有效地燃烧的优点。此外，在强制再生启动后，过滤器温度可迅速上升至目标温度。
由于通过在多个映射表中从一个映射表切换到另一个映射表来改变第二附加燃油喷射量，所以该控制逻辑十分简单并且可以提高控制的可靠性。
此外，当从过滤器温度达到预定温度的时间点开始的氧气质量流量的积分值达到预定值时，终止过滤器的强制再生，因此产生了可以高精度地确定过滤器的再生终止的优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例的废气净化系统的总体结构的示意图；
图2是废气净化系统的主要部分的结构的示意图；
图3A和3B显示了废气净化系统中的附加燃油喷射定时；
图4是废气净化系统的操作的流程图；
图5显示了废气净化系统的操作，其中显示了催化剂出口温度和过滤器温度的特征；以及
图6是根据本发明的废气净化系统的改进的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对根据本发明实施例的废气净化系统进行说明，其中图1是废气净化系统的总体结构的示意图。在本实施例中，发动机2是利用柴油(HC)作为燃油的柴油机。发动机2配备有共轨式燃油喷射系统，其中先将燃油存储在多个气缸共用的高压蓄油室(共轨)2a中，然后再喷射。
在发动机2的排气通道4中，从废气气流的上游端开始按顺序设置氧化催化剂(下文中简称为“催化剂”)6和柴油机微粒过滤器(下文中简称为“过滤器”)8。此外，将涡轮增压器3设置在排气通道4中，将中间冷却器5设置在进气通道7中。
虽然没有详细示出，但是由多孔材料形成整个过滤器8，并且过滤器8包括上游打开下游封闭的第一通道8a和上游封闭下游打开的第二通道8b，第一和第二通道8a、8b以交替邻接的方式设置。根据该结构，进入过滤器8的废气通过多孔壁部分从第一通道8a流到第二通道8b。此时，废气中所包含的PM(主要含碳C的颗粒物)被收集在壁部分中。
氧化催化剂6具有与上述现有技术中描述的相同的功能。在相关车辆的正常运行过程中，废气中所包含的NO在氧化催化剂6中被氧化为NO2，随后NO2作为氧化剂被供应给过滤器8。在过滤器8中，NO2与PM发生反应，从而PM发生燃烧，并连续地再生过滤器8。
在催化剂6和过滤器8之间设置有：温度传感器(温度检测装置)10，用于检测催化剂6的出口温度和过滤器8的入口温度；以及压力传感器(绝对压力检测装置)12，用于检测绝对压力。在过滤器8中，提供了压差传感器(压差检测装置)14，用于检测过滤器8中上游端压力和下游端压力之间的压差。此外，进气通道7的上游处设置有空气流量传感器(AFS)，用于检测进气流量。
虽然在本实施例中分别独立地提供压力传感器12和压差传感器14，但是可以将绝对压力检测传感器分别置于过滤器8的上游和下游，使得它们也能够实现压力传感器12和压差传感器14的功能。也就是说，这一部分可构造为上游传感器中获得的检测值作为绝对压力，而由上游和下游传感器中获得的检测值来计算压差。
传感器10、12、14和15与作为控制装置的ECU16相连。ECU16包括输入/输出设备、存储器(ROM、RAM、非易失性存储器)、运算器(CPU)和计时器。由ECU16来执行发动机1的综合控制。
如图2所示，除传感器10、12和14外，在ECU16的输入端还提供了：发动机转速传感器(发动机转速检测装置)18，用于检测发动机2的发动机转速Ne；以及油门开度传感器20，用于检测油门开度。
各种输出设备与ECU16的输出端相连，包括图1显示的喷射器(燃油喷射阀)22和EGR阀2b，并且将由ECU16提供的控制信号输入这些输出设备。
如图2所示，在ECU16中提供有主燃油喷射量设定装置24、强制再生启动确定装置26、第一附加燃油控制装置29、第二附加燃油控制装置31、以及强制再生终止确定装置32。在本实施例中，过滤器再生装置38由第一附加燃油控制装置29和第二附加燃油控制装置31构成。
在第一附加燃油控制装置29中提供了第一附加燃油量设定装置28，而在第二附加燃油控制装置31中提供了第二附加燃油喷射量设定装置30。
主燃油喷射量设定装置24用于设定在车辆正常运行时的燃油喷射量(主喷射量)q main。在主燃油喷射量设定装置24中存储有利用发动机转速Ne和油门开度Acc作为参数的三维映射表。在主燃油喷射量设定装置24中，根据由发动机转速传感器18和油门开度传感器20提供的信息来设定主喷射量q main。在共轨式燃油喷射系统中，根据喷射器22的工作时间来控制燃油喷射量，而在主燃油喷射量设定装置24中，设定喷射器22的工作时间以给出设定燃油喷射量。
强制再生启动确定装置26确定是否启动过滤器8的强制再生。在强制再生启动确定装置26中提供了PM沉积量估计装置27，用于根据由压力传感器10和压差传感器14提供的信息来估计(或计算)PM沉积量。当由PM沉积量估计装置27估计的PM沉积量达到一个预定值或者更大值时，强制再生启动确定装置26确定该过滤器8没有进行连续的再生而发生了阻塞，并确定要启动过滤器8的强制再生。
更具体而言，在发动机2中废气温度低的工作状态(主要为低速和低负荷工作)下，废气温度没有上升到氧化催化剂6的活化温度，从而NO不会被氧化，因此不会进行过滤器8的连续再生。在此情况下，就会有太多的PM沉积在过滤器8上，导致过滤器阻塞。考虑到这一点，强制再生启动确定装置26根据过滤器上的压力信息来确定启动过滤器8的强制再生。对于PM沉积量估计方法，因为已知各种方法，故在此省略对其进行详细说明。
根据在本实施例中使用的强制再生方法，将高温的第一废气直接提供给催化剂6，导致催化剂温度上升至其活化温度(例如250℃)，随后向催化剂6供应燃油，使得燃油发生氧化反应，并且通过反应热来升高过滤器温度以燃烧PM。
如图3A所示，当由强制再生启动确定装置26启动强制再生时，首先在膨胀冲程中喷射附加燃油(第一附加燃油)，利用该附加燃油燃烧所产生的热量来升高催化剂6的温度。
第一附加燃油喷射量设定装置28根据发动机2的工作状态和由温度传感器10检测的催化剂出口温度来设定第一附加燃油喷射量q1。在催化剂加热控制过程中，除了喷射第一附加燃油外，还进行主燃油喷射定时延迟和进气节流。
如图3A所示，第一附加燃油喷射定时比膨胀冲程的末期相对要早一些，并且通过以这样的定时喷射第一附加燃油，该附加燃油和汽缸中的高温燃烧气体混合在一起，该附加气体在排气口和排气通道中燃烧，并且向催化剂6供应高温废气从而提高催化剂温度。
如图3B所示，当根据由温度传感器10提供的信息确定催化剂出口温度(催化剂6的温度)已上升到活化温度时，在喷射第一附加燃油后喷射另外的附加燃油(第二附加燃油)。例如在排气冲程中喷射该第二附加燃油。通过这种燃油喷射定时，燃油到达催化剂6而不会在汽缸或排气通道中发生燃烧，并且在温度已达到活化温度的催化剂6中燃烧该燃油。结果，加热位于催化剂6下游的过滤器8，使其温度上升至可氧化PM的温度(600℃)，因而发生PM的燃烧(过滤器的再生)。
第二附加燃油喷射量设定装置30根据发动机转速Ne、发动机负荷(在此为主喷射量q main)和催化剂出口温度来设定第二附加燃油喷射量q2。
现将对设定第二附加燃油喷射量q2的方法进行说明。如图2所示，在第二附加燃油喷射量设定装置30中提供了两个不同特性的映射表30a和30b以及进行切换以选择这两个映射表之一的切换装置30c。在映射表30a和30b中的每一个中存储了利用发动机转速Ne和负荷(主喷射量qmain)作为参数的第二附加燃油喷射量。切换装置30c根据由温度传感器10提供的信息来选择两个映射表30a和30b中的一个，并根据所选定的映射表来设定第二附加燃油喷射量q2。
在两个映射表30a和30b中，将一个映射表30a构造为增量映射表(第一燃油喷射量映射表)，其中将第二附加燃油喷射量设定得相对大；而将另一个映射表30b构造为减量映射表(第二燃油喷射量映射表)，其中将第二附加燃油喷射量设定得相对小。
如果通过温度传感器10检测到的催化剂出口温度(过滤器入口温度)低于预定的目标温度(在此为600℃)，则第二附加燃油喷射量确定装置30选择增量映射表30a并设定第二附加燃油喷射量q2，而如果催化剂出口温度不低于上述预定温度，则第二附加燃油喷射量设定装置30选择减量映射表30b并设定第二附加燃油喷射量q2。
通过基于催化剂出口温度如此进行简单的反馈控制，例如，当催化剂出口温度等于或大于600℃时，停止向催化剂6供应HC(燃油)，从而可以抑制过滤器8的温度进一步升高。结果，可以抑制PM的过度燃烧，并确实防止过滤器8的熔化。此外，当催化剂出口温度低于600℃时，可以通过增加HC的供应量来提高过滤器温度。通过这种方式，过滤器温度(尤其是过滤器中心温度)可以保持在600℃左右的温度，在此温度下PM燃烧最充分。
现将简要说明在第二附加燃油喷射量设定装置30中提供的增量映射表30a和减量映射表30b。目前，在第二附加燃油喷射量设定装置30中仅提供了一个映射表，但是仅通过单个映射表很难使过滤器8的温度稳定。在本实施例中，将例如通过仅将Δq加到传统映射表值上而获得的数值储存在存储器中并设定为增量映射表30a，而将例如从传统映射表值中仅减去Δq而获得的数值设定为减量映射表30b，并且根据温度状态从一个映射表到另一个映射表对这两个映射表30a和30b进行切换。从而可以说，第二附加燃油喷射量设定装置30不仅根据发动机转速Ne和负荷来设定第二附加燃油喷射量q2，而且根据催化剂出口温度来改变燃油喷射量q2。
由于用作为负荷的主喷射量q main是由主燃油喷射量设定装置24设定的，所以主燃油喷射量设定装置24也可以用作为负荷检测装置。可以将油门的位置而不是主喷射量q main用作为负荷。在这种情况下，油门开度传感器20用作为负荷检测装置。第二附加燃油喷射量设定装置30的构造不限于以上构造。例如，可以采用这种构造，其中在第二附加燃油喷射量设定装置30中提供用于设定基本燃油喷射量的映射表和用于修正基本燃油喷射量的修正装置(两者均未示出)，并且对从所述映射表获得的燃油喷射量进行与催化剂出口温度相对应的修正(例如，将燃油喷射量乘以一个修正系数)，并且将如此修正过的燃油喷射量设置为第二附加燃油喷射量。
可以通过在第二附加燃油喷射量设定装置30中提供三个映射表来进行更加详细的控制。具体而言，除了增量映射表30a和减量映射表30b之外，还提供第二增量映射表(第三燃油喷射量映射表)，该第二增量映射表设定比增量映射表30a中所设定的喷射量更大的燃油喷射量，例如，当催化剂出口温度低于400℃时使用该第二增量映射表，当催化剂出口温度不低于400℃但低于600℃时使用增量映射表30a，而当催化剂出口温度等于或大于600℃时使用减量映射表30b。
现将对强制再生终止确定步骤进行更为具体的说明。在强制再生终止确定装置32中提供了氧气质量流量计算装置(氧气质量流量检测装置)34，用于计算氧气的质量流量。在氧气质量流量计算装置34中，根据以下等式计算氧气质量流量O2w：
O2w＝(Qaw-q·a)·b
在上述等式中，Qaw表示从AFS15获得的进气的质量流量，q表示总燃油喷射量(主燃油喷射量+附加燃油喷射量)，a表示当量比(14.7)，b表示氧气质量比。可以根据以上等式计算进入过滤器8的氧气的质量流量。
除氧气质量流量计算装置34外，在强制再生终止确定装置32中还提供了PM燃烧量估计装置36。在PM燃烧量估计装置36中，将在氧气质量流量计算装置34中计算的氧气质量流量的积分值∑O2w乘以系数C，以计算PM燃烧量。如前所述，这是由于过滤器8中的PM燃烧量基本上线性地对应于过滤器8中消耗的氧气量。
在强制再生终止确定装置32中，在强制再生之初，将PM沉积量估计装置27所估计的PM量设定为目标值，并且当由PM燃烧量估计装置36估计的PM燃烧量达到所述目标值时，确定过滤器8的强制再生结束。也就是说，当C·∑O2w≥目标值的关系成立时，确定强制再生结束。
当在强制再生终止确定装置32中确定过滤器8的强制再生结束时，停止喷射第一和第二附加燃油，并且还停止主燃油喷射定时延迟和进气节流的相关控制，同时返回正常工作状态。
如上构造实施本发明的废气净化系统。下面将根据图4的流程图对其操作进行说明。
首先，在步骤S1中，输入来自各种传感器的信息。然后，在步骤S2中，确定强制再生标志F是0还是1。强制再生标志F用于确定是否正在执行强制再生。如后面将说明的，执行强制再生时将F设置为1，而没有执行强制再生时将F设置为0。在初始控制循环中，将强制再生标志F设置为0，所以在这种情况下，处理流程前进到步骤S3。
在步骤S3中，根据由压力传感器12和压差传感器14提供的信息估计PM的沉积量，并确定PM沉积量是否对应于一个不小于预定值α的数值。如果答案为肯定，则流程前进到步骤S4。在步骤S4中，确定过滤器8被阻塞而没有连续再生，并且确定启动强制再生。此时，将强制再生标志F设置为1。在步骤S3中可以仅确定过滤器8的入口压力和出口压力之间的压差是否已变为不小于一个预定值的数值，其中通过压差传感器14检测过滤器8的入口压力和出口压力之间的压差，并且当答案为肯定时，在步骤S4中确定启动强制再生。
一旦在步骤S4中确定启动强制再生，则流程前进到步骤S5，在步骤S5中对催化剂6执行加热控制。如图3A所示，在该催化剂加热控制中，在主燃油喷射后喷射附加燃油(第一附加燃油)。当该附加燃油燃烧时，催化剂6的温度上升。
接下来，在步骤S6中，确定催化剂6的温度(实际上为催化剂出口温度)是否达到活化温度(250℃左右)，如果催化剂温度低于活化温度，流程返回。在这种情况下，在接下来的后续控制循环中，重复步骤S1、S2、S5和S6，并且只进行催化剂6的加热，直到催化剂6的温度达到活化温度。
如果在步骤S6中确定催化剂温度已达到活化温度，则流程前进到步骤S7，在步骤S7中，执行附加的燃油喷射(第二附加燃油喷射，见图3B)以实现PM的燃烧。在这种情况下，首先在步骤S7中确定催化剂出口温度是否低于预定温度(例如，600℃)。该预定温度对应于过滤器8活化并且PM燃烧最有效的温度。如果催化剂出口温度低于该预定温度，则流程前进到步骤S8，在步骤S8中利用增量映射表30a来设定第二附加燃油喷射量q2。如果催化剂出口温度不低于该预定温度，则流程前进到步骤S9，在步骤S9中利用减量映射表30b来设定第二附加燃油喷射量q2。也就是说，如果催化剂出口温度低于该预定温度，则将第二附加燃油喷射量q2设定为相当大的值；而如果催化剂出口温度不低于该预定温度，则将第二附加燃油喷射量q2设定为相当小的值。
接下来，在步骤S10中，计算在催化剂出口温度达到预定温度后向过滤器8所提供的氧气质量流量的积分值∑O2w，并通过将上述计算结果乘以预定的系数C来获得在过滤器8中燃烧的PM的积分值C·∑O2w。
随后，流程前进到步骤S11，在步骤S11中确定已燃烧的PM量的积分值C·∑O2w是否已达到目标值。作为该目标值，例如可以使用强制再生之初的PM沉积量α(见步骤S3)，该PM沉积量α是根据过滤器8的入口压力和出口压力之间的压差来计算的。
从确定启动强制再生的条件(例如，PM沉积量应该不小于一个预定值，或者过滤器8的入口-出口压差应该不小于一个预定值)还可以看出，强制再生之初的PM沉积量是一个基本上恒定的值，从而强制再生之初的PM沉积量可以预先通过试验或测试来获得，并将其值(固定值)用作为目标值。
如果在步骤S11中PM燃烧量没有达到目标值，则流程返回并重复从步骤S1到步骤S11的处理。如果PM燃烧量达到了目标值，则流程从步骤S11前进到步骤S12，在步骤S12中将强制再生标志F设置为0以终止强制再生。
在步骤S10中，可以仅计算氧气质量流量的积分值∑O2w。在这种情况下，在步骤S11中，将通过将PM沉积量α除以预定值C获得的数值(α/C)设定为目标值，并确定氧气质量流量的积分值∑O2w是否已达到所述目标值。
现参照图5说明本发明的功能和效果。一旦启动强制再生，就进行第一附加燃油喷射以提高催化剂6的温度。当催化剂6的出口温度达到催化剂活化温度(250℃)(t1)时，根据在第二燃油喷射量设定装置30中提供的两个映射表中的增量映射表来设定第二附加燃油喷射量，直到过滤器温度(此处由催化剂出口温度代替)达到预定温度(600℃)。当催化剂出口温度超过该预定温度时，根据减量映射表来设定第二附加燃油喷射量，从而催化剂出口温度如线a所示下降。随后，当催化剂出口温度变为不高于预定温度(t3)的温度时，再次切换到增量映射表，根据增量映射表设定第二附加燃油喷射量。这样，催化剂出口温度在600℃附近变化并逐步收敛于600℃。
由于过滤器8的中心位于催化剂出口的上游，所以与催化剂出口温度相比，在热容量的影响下，过滤器8的中心温度可以如线b所示稳定并高度精确地保持在目标温度(600℃)附近。
线c和d表示在利用单个映射表来设定第二附加燃油喷射量时获得的过滤器温度特性。线c表示在高速车辆运行时过滤器的温度，而线d表示在低速车辆运行时过滤器的温度。如这些线c和d所表示的，在利用单个映射表设定第二附加燃油喷射量的情况下，某一车辆运行状态可能会导致过滤器温度大大超过容许的过滤器温度，从而引起PM的过度燃烧以及随之发生的过滤器8的熔化，或者导致过滤器8的温度不上升并且PM燃烧不充分。
与之相反，根据本发明，不论车辆运行状态(发动机2的工作状态)如何，通过执行基于催化剂出口温度的简单反馈控制，都可以将过滤器8的温度(尤其是过滤器的中心温度)保持在大致600℃，该温度对应于PM的最有效燃烧。此外，例如，当催化剂出口温度低于600℃时，增加燃油喷射量，因此即使在如强制再生之初的情况下的较低催化剂温度，也可以将过滤器8的温度迅速提高到目标温度。这也是一个优点。
当由PM燃烧量估计装置36估计的PM燃烧量或由氧气质量流量计算装置34计算的氧气质量流量达到目标值(在强制再生之初估计的PM沉积量或PM的燃烧所需的氧气质量流量)时，确定过滤器8的强制再生终止。从而，可以高度精确地确定过滤器8再生的终止。
此外，由于通过在多个映射表中从一个映射表切换到另一个映射表来改变第二附加燃油喷射量，所以该控制逻辑非常简单，并且可以提高控制的可靠性。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明要旨的范围内，可对本发明进行各种改进。例如，虽然在上述实施例中根据等式(4)来计算氧气质量流量O2w，但是还可以采用如图6所示的构造，其中在催化剂6和过滤器8之间设置了用于检测氧气浓度的O2传感器50和用于检测进入过滤器8的流体流量L的传感器52，并且基于由这两个传感器提供的检测结果来确定氧气质量流量O2w。
虽然在上述实施例中将催化剂出口温度用作为过滤器的温度，但是可以采用如图6所示的结构，其中分别在过滤器8的上游和下游设置了用于检测过滤器8的入口温度Tf和出口温度Tr的温度传感器54和56，并根据通过传感器54和56检测的入口温度Tf和出口温度Tr并且按照以下等式来确定过滤器8的温度，等式中a代表用于对入口温度和出口温度Tf、Tr进行加权的数值，满足关系0≤a≤1：
过滤器温度Tfil＝Tf·a+Tr(1-a)
虽然在上述实施例中描述了这样一种情况，其中将本发明应用于下面的系统，即通过在第一附加燃油喷射后向汽缸进行第二附加燃油喷射来向过滤器8供应燃油(HC)，但是本发明还可应用于其他系统，例如图6所示的系统(燃油添加系统)，该系统被构造为将用于向过滤器8供应HC的喷射器(第二喷射器)58设置在发动机的排气通道中，例如排气口或排气管，并且在强制再生时，直接由第二喷射器58向排气通道加入燃油(HC)而取代第二附加燃油喷射。
此外，在这种情况下，本系统可以构造为根据诸如由发动机转速传感器(发动机转速检测装置)检测的发动机转速Ne和由负荷检测装置检测的负荷信息q main的信息来设定燃油添加量，并且根据由温度传感器10(温度检测装置)检测的催化剂出口温度来改变该燃油添加量。更确切地说，提供增量映射表(第一燃油添加量映射表)和减量映射表(第二燃油添加量映射表)，其中在增量映射表中将燃油添加量设定得相对大，而在减量映射表中将燃油添加量设定得比第一燃油附加量映射表中设定的小，并且如果催化剂出口温度低于目标温度(此处为600℃)，则根据增量映射表来设定燃油添加量，而如果催化剂出口温度不低于该预定的目标温度，则选择减量映射表并根据该减量映射表来设定燃油添加量。
除了在硬件上增加了用于添加燃油的喷射器58以外，这种燃油添加式系统与上述实施例具有相同的构造。此外，对于控制内容(软件)，也基本上与上述实施例的相同，仅有的不同在于利用燃油添加替代了上述实施例中的第二附加燃油喷射。在这种情况下，只需用燃油添加替代第二附加燃油喷射，图2至图5同样适用。

Claims (17)

1.一种废气净化系统，其包括：
氧化催化剂(6)，设置在发动机(2)的排气通道(4)中；
过滤器(8)，设置在所述排气通道(4)中所述氧化催化剂(6)的下游位置，以收集废气中所包含的颗粒物；
第一附加燃油控制装置(29)，在所述过滤器(8)的强制再生过程中在所述发动机(2)的主燃油喷射之后，向汽缸中喷射第一附加燃油；
第二附加燃油控制装置(31)，在所述氧化催化剂的温度上升至催化剂的活化温度后并且在所述第一附加燃油喷射之后，向所述氧化催化剂(6)供应第二附加燃油；
温度检测装置(10)，用于检测所述氧化催化剂(6)的出口温度；
发动机转速检测装置(18)，用于检测所述发动机(2)的发动机转速；
负荷检测装置(24)，用于检测所述发动机(2)的负荷；以及
第二附加燃油供应量设定装置(30)，根据由所述转速检测装置(18)和所述负荷检测装置(24)提供的信息来设定所述第二附加燃油的供应量，并根据由所述温度检测装置(10)提供的信息来改变该第二附加燃油供应量。
2.根据权利要求1所述的废气净化系统，
其中所述第二附加燃油供应量设定装置(30)包括：
第一燃油喷射量映射表(30a)，其中设定了一燃油供应量；
第二燃油喷射量映射表(30b)，其中设定了比所述第一燃油喷射量映射表(30a)所设定的更小的燃油供应量；以及
切换装置(30c)，当所述氧化催化剂的出口温度变得低于一预定值时，该切换装置(30c)设定所述第一燃油喷射量映射表(30a)作为设定所述第二附加燃油供应量的映射表，而当所述氧化催化剂的出口温度变为不小于该预定值的数值时，该切换装置(30c)进行从所述第一燃油喷射量映射表(30a)至所述第二燃油喷射量映射表(30b)的切换。
3.根据权利要求2所述的废气净化系统，其中所述第一燃油喷射量映射表(30a)是增量映射表，其中将向所述汽缸喷射的所述第二附加燃油的燃油供应量设定得相对大，而所述第二燃油喷射量映射表(30b)是减量映射表，其中将所述第二附加燃油供应量设定得相对小。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的废气净化系统，
其中所述第二附加燃油控制装置(31)向所述汽缸中喷射燃油以向所述氧化催化剂(6)供应燃油。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的废气净化系统，
其中所述第二附加燃油控制装置(31)向所述排气通道(4)上喷射燃油以向所述氧化催化剂(6)添加燃油。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的废气净化系统，
其中所述第二附加燃油供应量设定装置(30)包括：
基本映射表，其中存储了基本附加燃油供应量；以及
修正装置，该修正装置根据氧化催化剂出口温度修正从所述基本映射表获得的燃油供应量，并且
其中将由所述修正装置修正的燃油供应量设定为所述第二附加燃油供应量。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的废气净化系统，
其中所述第二附加燃油供应量设定装置(30)包括：
第一燃油喷射量映射表，其中将燃油供应量设定得较大；
第二燃油喷射量映射表，其中将燃油供应量设定得比所述第一燃油喷射量映射表中的小；
第三燃油喷射量映射表，其中将燃油供应量设定得比所述第一燃油喷射量映射表中的还要大；以及
切换装置，当氧化催化剂出口温度低于第一预定值时，选择所述第三燃油喷射量映射表，当氧化催化剂出口温度不低于第一预定值但低于第二预定值时，选择所述第一燃油喷射量映射表，而当氧化催化剂出口温度不低于第二预定值时，选择所述第二燃油喷射量映射表。
8.根据权利要求1至7中任何一项所述的废气净化系统，
还包括强制再生启动确定装置(26)，用于确定是否启动所述过滤器(8)的强制再生。
9.根据权利要求8所述的废气净化系统，
其中所述强制再生启动确定装置(26)具有沉积量估计装置(27)，用于估计或计算所述过滤器(8)上沉积的颗粒物的沉积量，并且
其中当由所述沉积量估计装置(27)估计或计算的沉积量达到不小于一预定值的数值时，所述强制再生启动确定装置(26)确定启动所述过滤器(8)的强制再生。
10.根据权利要求9所述的废气净化系统，
还包括：绝对压力检测装置(12)，用于检测所述过滤器(8)的入口侧的绝对压力；以及压差检测装置(14)，用于检测所述过滤器(8)的入口侧压力和出口侧压力之间的压差，并且
其中所述沉积量估计装置(27)根据由所述绝对压力检测装置(12)和所述压差检测装置(14)提供的信息来估计或计算颗粒物的沉积量。
11.根据权利要求1至10中任何一项所述的废气净化系统，还包括：
氧气质量流量检测装置(34)，用于检测或计算供应给所述过滤器(8)的氧气的质量流量；以及
再生终止确定装置(32)，用于在所述过滤器(8)的强制再生过程中，根据由所述氧气质量流量检测装置(34)提供的信息，当所述氧气质量流量的积分值达到一预定值时确定所述过滤器(8)的再生终止。
12.根据权利要求11所述的废气净化系统，
还包括再生终止确定装置(32)，用于在所述强制再生启动后经过预定时间时确定所述过滤器(8)的再生终止。
13.根据权利要求1至12中任何一项所述的废气净化系统，
其中所述发动机(2)为柴油机。
14.一种废气净化方法，该方法使用设置在发动机(2)的排气通道(4)中的氧化催化剂(6)以及设置在所述排气通道(4)中所述氧化催化剂(6)的下游位置以收集废气中所包含的颗粒物的过滤器(8)，其中在所述过滤器(8)的强制再生过程中，在所述发动机的主燃油喷射之后，向汽缸中喷射第一附加燃油，并且在所述氧化催化剂温度上升至催化剂的活化温度后并且在喷射所述第一附加燃油之后，向所述氧化催化剂提供第二附加燃油，所述方法包括以下步骤：
检测所述氧化催化剂的出口温度、所述发动机(2)的发动机转速和所述发动机(2)的负荷；以及
根据所述发动机转速和所述负荷来设定所述第二附加燃油的供应量，并根据所述氧化催化剂的所述出口温度来改变所述第二附加燃油供应量。
15.根据权利要求14所述的废气净化方法，
其中向所述发动机(2)的汽缸中喷射所述第二附加燃油。
16.根据权利要求14所述的废气净化方法，
其中向所述发动机(2)的排气通道(4)上喷射所述第二附加燃油。
17.根据权利要求14至16中任何一项所述的废气净化方法，还包括以下步骤：
确定在所述强制再生的过程中，从所述过滤器(8)的温度达到一个预定温度的时间点开始的氧气质量流量的积分值是否达到一个预定值；以及
当氧气质量流量的所述积分值达到预定值时，终止所述强制再生。
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