CN100402807C - 柴油机微粒滤清器的再生 - Google Patents

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Abstract

当控制器(31)进行包括减小进气节流阀(42)的开度的排气增加操作时，捕获柴油机(1)的排气中的微粒的微粒滤清器(41)再生。在滤清器(41)的再生期间，控制器(31)根据加速踏板压下传感器(32)或燃油喷射量确定柴油机(1)的所需负荷是否在增加(S3)，并且当所需负荷在增加时，通过中断排气温度增加操作，防止柴油机(1)的输出的减小(S5)。

Description

柴油机微粒滤清器的再生
技术领域
本发明涉及一种捕获柴油机的排气中的微粒的柴油机微粒滤清器的再生。
背景技术
对于捕获包含在车辆柴油机的排气中的微粒的柴油机微粒滤清器(以下称DPF)，日本专利局在2002年公布的第JP2002-155726A号专利公开了这样一种再生方法，其通过对提供到发动机的空气燃油混合物的燃烧控制来消除积聚在DPF上的微粒。
具体地说，当需要发动机产生加速度时，通过节流进气节流阀，提供到发动机的空气燃油混合物的空燃比被加浓(enrich)，并且DPF的温度增加以通过增加空气燃油混合物的燃烧温度燃烧沉积在DPF上的微粒。
发明内容
然而，在该现有技术中，当需要发动机加速时，由于进气节流阀被节流，有可能出现进气量可能不充分，并且不能获得为了获得所需加速度的充分发动机输出。
因此，本发明的一个目的是在DPF的再生期间防止发动机动力性能的损耗。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于柴油机微粒滤清器的再生装置，所述柴油机微粒滤清器捕获柴油机的排气中包含的微粒。通过由于排气温度的增加燃烧所捕获的微粒，滤清器被再生到其中微粒可被再次捕获的状态。
该再生装置包括：发动机排气温度调节机构，其可增加排气温度以促进滤清器的再生；和可编程控制器，被编程为：确定在滤清器的再生期间，柴油机的所需负荷是否增加；并且当确定在滤清器的再生期间柴油机的所需负荷在增加时，中断所述机构增加排气温度。
本发明也提供了一种用于柴油机微粒滤清器的再生方法。该方法包括：确定在滤清器的再生期间，柴油机的所需负荷是否增加；并且当确定在滤清器的再生期间柴油机的所需负荷在增加时，中断所述机构增加排气温度。
本发明的详细内容以及其它的特征和优点在其余的说明书中被说明并在附图中被示出。
附图说明
图1是包括根据本发明的DPF再生系统的柴油机的示意图；
图2A-2H是说明在根据本发明的DPF再生控制下的发动机运行状态的变化的时序图；
图3是说明在根据本发明的DPF再生中的进气量反馈控制区和进气压力反馈控制区的时序图；
图4是说明由根据本发明的控制器所执行的DPF再生控制例程的流程图；
图5是说明由控制器所执行的DPF再生中断控制例程的流程图。
具体实施方式
参照图1，车辆的多缸柴油机1设置有排气道2和进气道3。进气道3设置有将进气分配给每一气缸的收集器部分3a。排气道2和收集器部分3a通过排气再循环(EGR)管道4相连。
膜片型EGR阀6被安装在EGR管道4中。EGR阀6根据来自发动机控制器31的占空信号通过限压阀和膜片型作动器被操作。
发动机1设置有共轨燃油喷射装置10。燃油喷射装置10设置有输送泵14、共轨(蓄液器)16和在为每一气缸设置的喷嘴17。由输送泵14加压的燃油通过共轨16被分配给每一喷嘴17。
喷嘴17设置有针阀、喷嘴室、引向喷嘴室的燃油提供通道、止动器、液压活塞和复位弹簧。
三向阀为选择性地将共轨16和排出口与燃油提供通道相连的阀，并且在关闭状态下，通过经燃油提供通道和喷嘴室的共轨16的高压燃油的压力，使针阀保持在针座位置。在打开状态下，通过将该压力释放到排出口，针阀被提升并且喷嘴室中的燃油被喷射进气缸。通过压缩点火，发动机1燃烧气缸中所喷射的燃油。
通过改变三向阀从关闭到打开的改变时间，喷嘴17的燃油喷射正时被确定，并且燃油喷射量通过三向阀的打开状态的持续时间被确定。如果共轨16的压力相同，则燃油喷射量将随着打开状态的持续时间的增加而增加。三向阀的打开和关闭状态通过来自发动机控制器31的信号被改变。
该种类型的共轨燃油喷射装置10从美国专利第6247311号得知。
可变容量涡轮增压器21的涡轮(turbine)22被设置在EGR管道4的下游的排气道2中。可变容量涡轮增压器21还设置有安装在进气道3中的压缩机23。涡轮22将排气流动能变换为转动能，并使用该转动能驱动同一轴上的压缩机23。
由作动器25所驱动的可变喷嘴24被安装在涡轮22的蜗形入口。
作动器25包括膜片作动器26和调整膜片作动器26的控制压力的限压阀27，作动器25改变喷嘴开度使得在发动机1的低转速区可获得预定的涡轮增压。具体地说，在低转速下，喷嘴开度变窄使得引入涡轮22的排气的流速增加；并且在高转速下，喷嘴开度变宽使得排气没有阻力地被引入涡轮22。
限压阀27根据来自发动机控制器31的占空信号调整膜片作动器26的压力使得可变喷嘴24的开度被调整到目标喷嘴开度。
在收集器部分3a的入口形成由作动器43所驱动的进气节流阀42。
作动器43包括根据控制压力驱动进气节流阀42的膜片作动器44和根据来自发动机控制器1的占空信号调整对膜片作动器44的控制压力的限压阀45，使得进气节流阀42具有目标开度。
捕获排 气中的微粒的柴油机微粒滤清器(DPF)41被安装在涡轮22下游的排气道2中。
发动机控制器31包括设置有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出接口(I/O)的微计算机。
发动机控制器31控制EGR阀6的开度、喷嘴17的燃油喷射正时和燃油喷射量、涡轮增压器21的可变喷嘴24的开度和进气节流阀42的开度。沉积在DPF 41中的微粒不时地通过至少对进气节流阀42的开度的控制被燃烧，并且DPF 41被再生到其可再次捕获微粒的状态。
为了执行上述控制，来自各传感器的检测信号被输入进发动机控制器31。这些传感器包括检测车辆加速踏板压下量的加速踏板压下传感器32、检测发动机1的转速Ne和曲轴转角的曲轴转角传感器33、检测发动机1的冷却液温度的冷却液温度传感器34、检测进气道2的进气量Qa的空气流量计35、检测DPF 41的上游和下游的压差ΔP的压差传感器36、检测在DPF 41的入口的排气温度T1的温度传感器37、检测在DPF 41的出口的排气温度T2的温度传感器38和检测在收集器部分3a的进气压力的进气压力传感器39。
当DPF 41的微粒沉积量达到预定量时，发动机控制器31开始使DPF 41再生，燃烧沉积在DPF 41中的微粒，并且由此从DPF 41去除微粒。
在DPF 41的再生期间，发动机控制器31确定柴油机1的所需负荷是否在增加，根据该确定结果停止DPF 41的再生，并且防止在过渡状态下柴油机1的输出转矩的减小。
下面参照图4，将说明为了实现该控制由发动机控制器31所执行的DPF再生例程。在柴油机1的运行期间，该DPF再生例程以20毫秒的间隔被执行。
在步骤S1中，发动机控制器31确定DPF 41的再生是否正在被执行。
当DPF 41的再生未被执行时，在步骤S2中，发动机控制器31执行正常运行的、本领域公知的发动机控制。具体地说，使用加速踏板压下量和发动机转速作为参数，基本喷油量被计算，并且根据基本喷油量喷嘴17的燃油喷射量被确定。
另一方面，在DPF 41的再生期间，在步骤S3中，发动机控制器31根据加速踏板压下量或燃油喷射量的变化量确定柴油机1的所需负荷是否已增加到超过预定水平。该变化量被看作加速踏板压下量或燃油喷射量的差值。对于加速踏板压下量，假设完全压下状态为100％，在这里预定水平被设置为10％。根据前次例程执行时的值，控制器31计算加速踏板压下量的差，并且如果该差大于10％，确定所需负荷已增加到超过预定水平。对于燃油喷射量，例如预定水平被设置为10立方毫米。柴油机1的所需负荷在增加的状态包括需要车辆加速的情况。
当所需负荷在增加时，在步骤S5中，发动机控制器31通过执行图5中所示的子例程执行DPF再生中断控制。当所需负荷未在增加时，在步骤S4中，发动机控制器31执行DPF 41的再生控制。
DPF 41的再生通过燃烧微粒被执行，微粒被有效燃烧的温度为650℃或更高，微粒开始燃烧的温度为350℃。因此，为了开始再生，必须将排气温度增加到350℃或更高。为此，发动机控制器31执行下列控制。
具体地说，发动机控制器31使用以喷嘴17的基本喷油量和发动机转速作为参数的排气温度图确定喷射正时。对于相同的基本喷油量和发动机转速，与正常运行相比在再生期间喷嘴17的燃油喷射正时被延迟。此外，在再生控制期间，发动机控制器31也增加喷嘴17的燃油喷射量。此外，在柴油机1的运行状况达到中等负荷、中速区的时段，第二附加喷射被执行以加浓空燃比。在下列说明中，将把初始喷射称作主喷射，第二喷射称作后喷射。
在发动机1的低负荷区内，不能充分地增加排气温度，因此通过节流进气节流阀42空燃比被加浓，以增加排气温度。柴油机1的进气量通过进气节流阀42被控制，并且进气压力通过涡轮增压器21的可变喷嘴24被控制。
参照图3，下面将说明在DPF 41的再生期间的进气控制。根据由空气流量计35所检测的进气流率Qa，通过控制器反馈控制进气节流阀42的开度，将进气量控制的目标进气量的控制被执行。根据由进气压力传感器39所检测的进气压力，通过控制器反馈控制涡轮增压器21的可变喷嘴24的开度，将进气压力控制到目标进气压力的控制被执行。
在DPF 41的再生期间，在由图中的曲线所划分的两个区域中，在低负荷、低转速区域A内，控制器31保持可变喷嘴24在打开位置，并且通过进气节流阀42反馈控制进气量。在高负荷、高转速区域B内，控制器31保持进气节流阀42在全打开位置，并且通过可变喷嘴24执行进气压力的反馈控制。
有三种柴油机1的加速模式，即模式#1，其中通过从区域A到区域B的连续移动加速被执行；模式#2，其中加速在区域A内被执行和模式#3，其中加速在区域B内被执行。
当DPF 41的再生在区域A内被执行时，发动机控制器31采用小于基于目标进气量的正常运行值的进气节流阀42的开度的值。
在步骤S2、S4和S5的处理之后，发动机控制器31终止该例程。
下面，参照图5，将说明DPF再生的中断控制例程。
在步骤S11中，发动机控制器31确定在图4例程的当前执行期间柴油机1所需负荷的增加是否被第一次检测到。具体地说，图4例程前次执行的步骤S3的确定结果与图4例程当前执行期间的步骤S3的确定结果相比，并且如果确定结果不同，则确定在图4例程的执行期间所需负荷的增加被第一次检测到。
如果确定结果为肯定，则发动机控制器31执行步骤S12-S14的处理。
在步骤S12中，发动机控制器31将斜变标志(ramp flag)设置为1。
在步骤S13中，发动机控制器31将延迟标志设置为1。
在步骤S14中，发动机控制器31开始斜变控制和延迟控制。
斜变(ramp)控制是一种控制，借此主喷射正时以预定速度从延迟正时返回到正常运行正时。
预定响应速度被设置为快于当再生开始时正常运行的主喷射正时被移动到DPF 41再生的延迟正时的速度，并且快于在完成DPF 41的再生之后其从延迟正时返回到正常运行正时的速度。
延迟控制为一种控制，借此进气节流阀42的开度从设置用于DPF41再生的开度返回到用于进气压力反馈控制的全打开位置。从进气节流阀42开度的增加到柴油机1的进气量的实际增加有时间延迟。如果进气压力的反馈控制在延迟期间开始，则将引起所谓的过冲，其中可变喷嘴24变窄得太多并且进气压力超过目标进气压力。为了防止过冲，延迟控制被设置以在进气节流阀42全打开之后的预定时间开始进气压力的反馈控制。
如果在DPF再生例程的执行期间步骤S5被第一次执行，则在DPF再生的中断控制子例程中步骤S12-S14总是被执行。在步骤S14之后，发动机控制器31终止该子例程。
在子例程的第二次和随后执行中，步骤S11的确定为否定。
在这种情况下，在步骤S15中，发动机控制器31确定延迟标志是否为1。当延迟标志为1时，在步骤S16中，发动机控制器31确定斜变标志是否为1。
当斜变标志为1时，在步骤S17中，发动机控制器31确定斜变控制是否完成。具体地说，确定主喷射正时是否已返回到正常运行区的正时。通过确定从步骤S11的确定从否定变为肯定时开始是否已过去预定斜变控制时间，可进行斜变控制是否已完成的确定。在这种情况下，预定斜变控制时间例如被设置为1秒。
当步骤S17的确定为肯定时，在步骤S19中，发动机控制器31将斜变标志重置为0，并终止该子例程。
当步骤S17的确定为否定时，在步骤S18中，发动机控制器31执行斜变控制和延迟控制，并且终止该子例程。
当步骤S16的斜变标志不为1时，在步骤S20中，发动机控制器31确定延迟控制是否已完成。
具体地说，确定从进气节流阀42全打开时开始预定延迟时间是否已逝去。最好将预定延迟时间设置为2-3秒范围内的值。
当步骤S20的确定为肯定时，在步骤S22中，发动机控制器31将延迟标志重置为0，并终止该子例程。
当步骤S20的确定为否定时，在步骤S21中，发动机控制器31执行延迟控制并终止该子例程。
当在步骤S15中的延迟不为1时，在步骤S23中，发动机控制器31移动到所需负荷增加的控制。该控制为正常运行控制，其中进气节流阀42全打开，并且主喷射以正常运行的喷射正时被执行。
在步骤S23的处理之后，发动机控制器31终止该子例程。
下面，参照图2A-2H，将说明在上述的DPF再生控制例程和DPF再生中断控制子例程期间的柴油机1的运行状态的变化。
在时间t1之前，柴油机1进行区域A中的正常运行。在该状态下，DPF 41的再生由另一个例程被确定，并且DPF 41的再生在时间t1开始，如图2A中所示。
当再生开始时，发动机控制器31延迟图2D中所示的主喷射正时，减小图2E中所示的进气节流阀42的开度，并且开始图2E中所示的进气量的反馈控制。同时，主喷射量被增加以避免由于主喷射正时的延迟进气节流阀42的开度的减小引起的发动机输出的减小。
主喷射正时的延迟和进气节流阀42开度的减小在斜变控制下被执行，并且在时间t2，该斜变控制被完成。此时，柴油机1的负荷和转速位于图3的区域A中，因此发动机控制器31从斜变控制被完成的时间t2开始进气量的反馈控制。
在DPF 41的再生期间，在图4的步骤S3中，发动机控制器31根据加速踏板压下量和燃油喷射量的变化量，确定柴油机1的所需负荷是否已增加到超过预定水平。在时间t3，当由于为了加速车辆的加速踏板的压下引起的所需负荷的增加被检测到时，如图2B中所示，发动机控制器31，如图2E中所示，立即完全打开进气节流阀42，执行图5中的步骤S12-S14的处理，并且对于从进气量反馈控制到进气压力反馈控制的移动开始主喷射正时的斜变控制和延迟控制。
图2D中所示的斜变控制在时间t4被终止，并且图2H中所示的延迟处理在时间t5被终止。应当注意，在延迟控制之后的涡轮增压器21的可变喷嘴24的开度变化也在斜变控制下被执行。这里，可变喷嘴24沿闭合方向被操作以确保获得加速所需的涡轮增压。
因为该控制，DPF 41的再生被中断，并且柴油机1进行正常运行的加速操作。
当定时器达到时间t6时，柴油机1的所需负荷停止增加，并且图4中的步骤S3的确定结果从肯定变为否定，如图2C中所示。发动机控制器31根据该变化重新开始步骤S4中的DPF 41的再生处理。因为加速，运行状况移动到图3的区域B，因此当DPF 41的再生开始时，发动机控制器31通过延迟主喷射正时和单独增加喷油量而不减小进气节流阀42的开度，增加排气温度，如图2E中所示。这是因为，在区域B中，通过单独执行燃油喷射控制而不节流进气节流阀42可充分地增加排气温度。燃油喷射控制也在斜变控制下被执行，该斜变控制与从时间t1到时间t2的斜变控制相同。
在时间t7，主喷射正时的延迟和喷射量的增加达到DPF41的再生的状态。随后，燃油喷射正时根据DPF 41再生的正时图被控制。
在时间t8，DPF 41的再生完成。发动机控制器31通过图4的步骤S1的确定从肯定到否定的变化检测再生完成。具体地说，主喷射正时图变为正常运行图，并且喷射量的增加停止。该操作也在斜变控制下被执行，并且在时间t9，所有处理被完成。
用这种方法，根据本发明，当DPF 41的再生期间柴油机1的所需负荷增加时，发动机控制器31中断用于DPF 41再生的柴油机1的控制。执行正常加速控制，并且在所需负荷的增加停止之后，再次执行DPF 41的再生控制。柴油机1可输出用于加速的充分转矩，并且防止由于DPF 41的再生引起的动力性能的降低。
在DPF 41的再生期间的加速中，当进气量反馈控制改变到进气压力反馈控制时，当进气压力反馈控制开始时延迟处理被应用，因此由于可变喷嘴24的过分变窄引起的过冲被防止。
在图2A-2H中，描述了图3中的加速模式#1的情况，其中DPF 41的再生在区域A中被执行并且车辆在区域B中加速，但车辆加速模式可以是模式#2或模式#3。对于模式#2中的加速，即区域A内的加速，发动机控制器31将再生控制模式从图2A-2H的时间t1-t4应用到再生中断之后的时间t6-t9的再生控制。同样地，对于模式#3中的加速，即区域B内的加速，发动机控制器31将再生控制模式从时间t6-t9应用到时间t1-t4的再生控制。
于2004年3月17日在日本申请的第TOKUGAN 2004-076268号专利的整个内容以参照的方式被包含在这里。
尽管以上参照本发明的某些实施例已描述了本发明，但本发明不限于上述的实施例。在权利要求的范围内，本领域的技术人员可对上述实施例进行各种修改和变化。
例如，在上述实施例中，在加速期间的柴油机1的控制被当作与正常运行的控制相同，这是为了从再生状态增加柴油机1的输出，但用于正常运行的不同的控制可被应用以从再生状态增加柴油机1的输出，只要可获得相同的结果。
在上述实施例中，使用传感器控制所需的参数被检测，但使用要求的参数(与参数是如何获取的无关)本发明可被应用于可执行要求的控制的任何再生装置。

Claims (11)

1.一种柴油机微粒滤清器(41)的再生装置，所述柴油机微粒滤清器捕获柴油机(1)的排气中包含的微粒，通过由于排气温度的增加燃烧所捕获的微粒，滤清器(41)被再生到其中微粒可被再次捕获的状态，该再生装置包括：
发动机排气温度调节机构(17、24、39、42)，其可增加排气温度以促进滤清器(41)的再生；和
可编程控制器(31)，
其特征在于：所述可编程控制器(31)被编程为：
确定在滤清器(41)的再生期间，柴油机(1)的所需负荷是否增加(S3)；并且，
当确定在滤清器(41)的再生期间柴油机(1)的所需负荷在增加时，中断所述机构(17、24、39、42)以增加排气温度。
2.如权利要求1中所述的再生装置，其中柴油机(1)为驱动车辆的发动机，并且所需负荷的增加包括车辆加速需要。
3.如权利要求1中所述的再生装置，其中所述机构(17、24、39、42)包括进气节流阀(42)，该进气节流阀(42)通过减小柴油机(1)的进气量，增加排气温度。
4.如权利要求3中所述的再生装置，其中控制器(31)还被编程为通过控制进气节流阀(42)以停止减小柴油机(1)的进气量来中断所述机构(17、24、39、42)增加排气温度。
5.如权利要求4中所述的再生装置，其中所述机构(17、24、39、42)还包括喷嘴(17)，其通过延迟将燃油喷射进柴油机(1)的燃油喷射正时增加排气温度，并且控制器(31)还被编程为通过控制进气节流阀(42)以停止减小柴油机(1)的进气量和通过控制喷嘴(17)以停止延迟将燃油喷射进柴油机(1)的燃油喷射正时，中断机构(17、24、39、42)以增加排气温度。
6.如权利要求5中所述的再生装置，其中所述发动机排气温度调节机构(17、24、39、42)还包括进气压力反馈控制机构(24、39)，其反馈控制发动机(1)的进气压力，并且控制器(31)还被编程为：通过控制进气节流阀(42)以停止减小柴油机(1)的进气量和通过由进气压力反馈控制机构(24、39)反馈控制进气压力，中断所述发动机排气温度调节机构(17、24、39、42)以增加排气温度(S5)。
7.如权利要求6中所述的再生装置，其中控制器(31)还被编程为：当进气节流阀(42)停止减小柴油机(1)的进气量后预定延迟时间已逝去时，通过进气压力反馈控制机构(24、39)开始进气压力的反馈控制(S5)。
8.如权利要求6中所述的再生装置，其中进气压力反馈控制机构(24、39)包括：传感器，其检测柴油机(1)的进气压力；涡轮增压器(21)，涡轮增压柴油机(1)的进气；和可变喷嘴24，其调整涡轮增压压力。
9.如权利要求3-8中的任何一个所述的再生装置，其中发动机控制装置(17、24、39、42)还包括空气流量计(35)，其检测柴油机(1)的进气量，并且控制器(31)还被编程为：根据由空气流量计(35)所检测的进气量反馈控制进气节流阀(42)，以减小柴油机(1)的进气量(S4)。
10.如权利要求1-8中的任何一个所述的再生装置，其中控制器(31)还被编程为：当在中断发动机排气温度调节机构(17、24、39、42)以增加排气温度后，柴油机(1)的所需负荷的增加已消失时，允许发动机排气温度调节机构(17、24、39、42)恢复增加排气温度。
11.一种柴油机微粒滤清器(41)的再生方法，所述柴油机微粒滤清器捕获柴油机(1)的排气中包含的微粒，通过由于发动机排气温度调节机构(17、24、39、42)促进的排气温度的增加燃烧所捕获的微粒，滤清器(41)被再生到其中微粒可被再次捕获的状态，
其特征在于，该方法包括：
确定在滤清器(41)的再生期间，柴油机(1)的所需负荷是否增加(S3)；以及
当确定在滤清器(41)的再生期间柴油机(1)的所需负荷在增加时，中断所述机构(17、24、39、42)以增加排气温度。
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