CN100526616C - 废气净化系统的控制方法和废气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废气净化系统的控制方法和废气净化系统，其与连续再生型DPF装置的再生有关，即使在城区的信号等待较多的行驶模式下，也可有效地燃烧PM并使DPF可靠地再生。在具有连续再生型DPF(13)、排气节流阀(16)、和DPF控制机构(30C)的废气净化系统(1)中，进行所述连续再生型DPF装置(13)的再生控制时，检测出车辆的停止状态的情况下，中断再生控制，进行多级喷射控制，并进行关闭所述排气节流阀(16)的控制。

Description

废气净化系统的控制方法和废气净化系统
技术领域
本发明涉及一种对柴油发动机等内燃机的废气进行连续再生型柴油机微粒过滤器(DPF)所致的粒状物(PM)的净化的废气净化系统。
背景技术
从柴油发动机等内燃机排放出的粒状物(PM：微粒物：以下称作PM)的排放量与NOx、CO进而HC等一同，其限制在逐年被强化起来，现已开发出一种用称作柴油机微粒过滤器(Diesel Particulate Filter：以下称作DPF)的过滤器捕集该PM、以降低向外部排放的PM量的技术。
捕集该PM的DPF具有陶瓷制的整体蜂窝型壁流式过滤器，或将陶瓷或金属作成纤维状的纤维型的过滤器等，使用这些DPF的废气净化系统与其他的废气净化系统同样，被设置在内燃机的排气通路的途中，将由内燃机产生的废气净化和排放。
对于这些DPF装置，具有将氧化型催化剂设置在DPF上游侧的连续再生型DPF装置、或者由载持于带催化剂的过滤器的催化剂作用下，降低PM的燃烧温度并由废气燃烧除去PM的连续再生型DPF装置等。
该上游侧氧化型催化剂的连续再生型DPF装置为，由NO2(二氧化氮)引起的PM的氧化是通过废气中的氧来氧化PM，且是在低温下进行的，并且由氧化型催化剂和过滤器构成，通过该上游侧的载持有白金等氧化型催化剂，氧化废气中的NO(一氧化氮)成NO2，由该NO2，将由下游侧的过滤器捕集的PM氧化成CO2(二氧化碳)，以去除PM。
另外，带催化剂的过滤器的连续再生型DPF装置为，由具有氧化铈(CeO2)等催化剂的带催化剂的过滤器构成，在低中温区域(300℃～600℃左右)，通过使用了带催化剂的过滤器中的废气中的O2(氧气)的反应(4Ce O2+C→2Ce2 O3+CO2，2Ce2 O3+O2→4CeO2等)而氧化PM，在比由废气中的O2燃烧PM的温度高的高温区域(600℃左右以上)，由废气中的O2氧化PM。
并且，即使对于该带有催化剂的过滤器的连续再生型DPF装置等，也在上游侧设置氧化型催化剂，通过废气中的未燃HC或CO的氧化反应，防止这些物质向大气中排放，同时，使废气温度上升，以促进PM的氧化去除。
可是，即使在这些连续再生型DPF装置中，废气温度在350℃以上时，由过滤器捕集的PM连续地燃烧和净化，过滤器自身再生，但在排气温度低的情况或NO的排放少的内燃机的运转状态、例如内燃机的怠速或低负载、低速运转等低排气温度状态继续的情况中，因废气温度低，催化剂温度下降，不活性化，从而不能促进氧化反应，另外，由于NO不足，所以不产生上述的反应，因不能氧化PM且再生过滤器，因此继续PM向过滤器的堆积，过滤器会发生堵塞。为此，产生由该过滤器的堵塞所致的排压上升的问题。
对于该过滤器的堵塞，考虑到该堵塞超过预定的堵塞量时，使排气温度强制升温，将所捕集的PM强制燃烧去除的方案。作为该过滤器的堵塞检测机构，具有由过滤器的前后差压检测出的方法或由预先设定的变换数据算出从发动机的运转状态捕集的PM量以求出和检测出PM累计量的方法等，另外，作为排气温度的升温机构，具有汽缸内喷射中的喷射控制进行的方法或向排气管内直接喷射燃料的燃料控制进行的方法。
该汽缸内喷射控制为，排气温度比设置在过滤器上游的氧化型催化剂或载持于过滤器上的氧化型催化剂的活性温度低时，在主喷射后，在比通常的燃烧要迟的时间内，在为了继续燃烧所延迟的时间内，继续辅助喷射，即进行所谓的多级喷射，使废气升温，进行比该活性温度高的后喷射，由氧化型催化剂燃烧废气中的未燃燃料，将废气升温到使捕集到过滤器中的PM燃烧的温度以上，燃烧去除过滤器捕集的PM，以使过滤器再生。
通常，在这些连续再生型DPF装置中，该PM的积蓄量到达预先设定的PM的积蓄界限值时，自动地将内燃机的运转状态变更为再生模式运转以使排气温度强制上升，或者，增加NOx的量，进行将由过滤器捕集的PM氧化和去除的再生处理(例如参照专利文献1和专利文献2)。
另外也考虑到，对于以高速道路的行驶为主体的使用者，平时大多为排气温度高的行驶模式时，反复地进行PM贮留和自身再生，因PM向以不呈现DPF装置的前后差压的过滤器周边部偏积，因此将行驶距离加入再生的开始条件，在行驶中强制地燃烧PM。
可是，实际的车辆运转状态，在城区，特别是因信号等待的关系，大多有反复地行驶和停车的情况。为此，因这种反复状态，内燃机(发动机)的负载也在行驶状态和怠速状态间烦琐地变动，在DPF的再生控制中，重要的排气温度也频繁地变动。为此，根据行驶模式，存在着DPF的再生控制不能在预定时间内结束、或者不能进行充分的排气升温、不能将DPF捕集的PM充分地燃烧去除的情况的问题。
【专利文献1】日本专利公开公报2002—276340号
【专利文献2】日本专利公开公报2003—286887号
发明内容
本发明的目的是提供废气净化系统的控制方法和废气净化系统，其与连续再生型DPF装置的再生有关、即使在城区的信号等待较多的行驶模式下，也可有效地燃烧PM并使DPF可靠地再生。
用于实现上述目的的本发明的废气净化系统的控制方法为，该废气净化系统，在搭载于车辆上的内燃机的废气通路上具有连续再生型柴油机微粒过滤器装置和排气节流阀，并且具有柴油机微粒过滤器控制机构，该柴油机微粒过滤器控制机构具有：判断所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生开始时间的再生时间判断机构、和使排气温度上升并将捕集的粒状物强制燃烧以使所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置再生的再生机构，其特征在于，通过所述再生机构，进行所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生控制时，在检测出车辆的停止状态的情况下，中断该再生控制，进行多级喷射控制，并且关闭所述排气节流阀。
另外，在上述的废气净化装置的控制方法中，其特征在于，在中断所述再生控制的执行的期间，检测出车辆再次开始行驶时，再次开始所述再生控制。
另外，用于实现上述目的的本发明的废气净化系统的控制方法，在搭载于车辆上的内燃机的废气通路上具有连续再生型柴油机微粒过滤器装置和排气节流阀，并且具有柴油机微粒过滤器控制机构，该柴油机微粒过滤器控制机构具有：判断所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生开始时间的再生时间判断机构、和使排气温度上升并将捕集的粒状物强制燃烧以使所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置再生的再生机构，其特征在于，具有车辆行驶状态检测机构，并且，所述柴油机微粒过滤器控制机构通过所述再生机构，进行所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生控制时，由车辆行驶状态检测机构检测出车辆的停止状态的情况下，中断该再生控制，进行多级喷射控制，并进行关闭所述排气节流阀的控制。
此外，在上述的废气净化系统中，其特征在于，所述DPF控制机构在中断所述再生控制的执行的期间，由所述车辆行驶状态检测机构检测出车辆再次开始行驶时，再次开始所述再生控制。
即，在行驶中自动地开始再生控制的状态下，在停止车辆时，不会完全停止该再生控制，暂时地停止汽缸内燃料喷射控制中的后喷射或排气管内直接燃料喷射控制等未燃燃料添加控制，进行汽缸内燃料喷射控制中的多级喷射控制和排气节流阀控制。
从将这样的排气温度和连续再生型DPF装置维持在高温的状态，转移到车辆开始行驶的行驶状态时，由于行驶再生中的废气温度保持在高温状态下，所以能够立刻执行未燃燃料添加控制和执行PM的燃烧去除。为此，能够将由DPF堆积的PM有效且可靠地燃烧。
另外，与再生控制有关地，例如，柴油机微粒过滤器控制机构由再生时间判断机构判断为再生时间时，在DPF成为低温的运转状态下，通过再生机构，进行使废气温度升温的所谓的多级喷射控制、和将未燃燃料向流入连续再生型柴油机微粒过滤器装置的废气中添加的未燃燃料添加控制。
此外，作为在上述废气净化系统中的连续再生型DPF装有在过滤器上载持有氧化型催化剂的连续再生型DPF装置、在过滤器的上游侧设置有氧化型催化剂的连续再生型DPF装置、在过滤器上载持有催化剂并且在过滤器的上游侧设置有氧化型催化剂的连续再生型DPF装置等。
本发明具有如下的效果。
根据本发明的废气净化系统的控制方法和废气净化装置，在车辆行驶中进行再生控制时，在车辆停下并转移到怠速状态的情况下，通过进行汽缸内燃料喷射中的多级喷射控制等排气升温控制，同时，关闭排气制动器或排气节气门等排气节流阀，从而将停车中的废气的温度有效地维持高温，并能够将连续再生型DPF装置保温。
并且，从停车转移到行驶时，一旦开始再生控制，即使在行驶开始时，也由于排气温度和连续再生型DPF装置保持高温状态，从而能够有效地燃烧去除PM。因此，即使为城区的信号等待较多的行驶模型下，也能够可靠地燃烧PM。
附图说明
图1为示出本发明涉及的实施例的废气净化系统的系统结构图。
图2为本发明涉及的实施例的废气净化系统的控制机构的结构的示意图。
图3为本发明涉及的实施例的废气净化系统的再生控制流程的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，以具有由氧化型催化剂和带有催化剂的过滤器组合而成的连续再生型DPF装置的废气净化系统为例，说明本发明实施例的废气净化系统的控制方法和废气净化系统。
图1示出本实施例的内燃机的废气净化系统1的结构。该废气净化系统1的结构为，在与柴油发动机10的排气歧管11连接的排气通路12上设有连续再生型DPF13。该连续再生型DPF13的结构为，在上游侧有氧化型催化剂(DOC)13a、在下游侧具有带催化剂的过滤器(CSF)13b。
该氧化型催化剂13a为在陶瓷的蜂窝构造等载持体上载持有白金(Pt)等氧化型催化剂而成，带催化剂的过滤器13b为可由使多孔质的陶瓷的蜂窝状管道的入口与出口交替地封孔的整体蜂窝型壁流式过滤器或随机层叠氧化铝等无机纤维的毛毡状的过滤器等形成。在该过滤器部分上载持有白金或氧化铈等催化剂。
并且，带催化剂的过滤器13b采用了整体蜂窝型壁流式过滤器时，废气G中的PM(粒状物)由多孔质陶瓷的壁部捕集(捕捉)，采用纤维型过滤器式时，由过滤器的无机纤维捕集PM。
此外，为了推定带催化剂的过滤器13b的PM的堆积量，在与连续再生型DPF13的前后连接的导通管上设有差压传感器21。另外，为了用于带催化剂过滤器13b的再生控制，在氧化型催化剂13a与带催化剂的过滤器13b的上游侧、中间分别设有氧化型催化剂入口排气温度传感器22、过滤器入口排气温度传感器23。
这些传感器的输出值向进行发动机10运转的全面控制、并进行连续再生型DPF13的再生控制的控制装置(ECU：发动机控制单元)30输入，通过从该控制装置30输出的控制信号，来控制发动机10的燃料喷射装置(喷嘴)14、或排气节流阀16(或17)、或在未图示的EGR通路上与EGR冷却器一同设置的用来调整EGR量的EGR阀等。作为该排气节流阀，图1中图示出设置在排气通路12的连续再生型DPF装置13上游侧的排气制动器16和设置在排气通路12的连续再生型DPF装置13下游侧的排气节气门17这两者，但作为本控制的节流阀的动作可为任意一个。
该燃料喷射装置14与暂时贮存由燃料泵(未图示)升压的高压燃料的共轨喷射系统(未图示)连接，并且，也向控制装置30输入用于发动机运转的、来自加速器位置传感器(APS)31的加速踏板开度、来自转速传感器32的发动机转速、和来自车速传感器33的车辆速度等信息，以及冷却水温度等信息。
另外，在本发明中，如图2所示，控制装置30的结构为，具有控制发动机的运转的发动机控制机构20C、和废气净化系统1使用的柴油机微粒过滤器(DPF)控制机构30C等。并且，该DPF控制机构30C的结构为，具有通常运转控制机构31C、PM捕集量检测机构32C、行驶距离检测机构33C，再生机构34C、车辆状态检测机构35C、和废气保温机构36C等。
通常运转控制机构31C特别是一种与连续再生型DPF13的再生无关地进行通常运转的机构，根据控制装置30基于加速器位置传感器31的信号和转速传感器32的信号计算的通电时间信号，进行使预定量的燃料从燃料喷射装置14喷射的通常的喷射控制。
PM捕集量检测机构32C为将由连续再生型DPF13的带催化剂的过滤器13b捕集的PM的捕集量ΔCm加以检测的机构，该捕集量ΔCm的检测由从发动机的回转速度或负载推定的堆积量的累积计算值、或发动机的回转累积时间、或连续再生型DPF装置13的前后差压等检测出。在本实施例中，以连续再生型DPF装置13的前后差压、即差压传感器21的测定值为基础加以检测。
行驶距离检测机构33C为检测DPF再生后车辆行驶的距离ΔMc的机构，根据车速传感器33的脉冲数而算出行驶距离ΔMc，在进行再生时，重新设置从再生开始时起到再生结束时的适当时间。
再生机构34C包括排气升温机构341C和未燃燃料添加机构342C，前者尽管根据连续再生型DPF装置13的种类控制上多少有些不同，但在发动机10的汽缸内喷射中进行多级喷射、以使排气温度上升到氧化型催化剂13a的活性温度等预定温度；后者在其后进行后喷射，向废气中添加未燃燃料，用氧化型催化剂燃烧该未燃燃料，在由过滤器入口排气温度传感器23检测出的过滤器入口排气温度上升，以成为适于PM的氧化去除的温度或环境。并且，通过这两个机构，强制地燃烧去除由带催化剂的过滤器13b捕集的PM，并使带催化剂的过滤器13b再生。另外，在这些控制中，也有并用进气节流或EGR等进气系统控制的情况。
车辆状态检测机构35C为检测出车辆是否处于行驶状态或车辆是否处于停止怠速状态的机构，通过来自加速器位置传感器31的加速踏板开度、来自发动机转速传感器32的发动机转速、来自车速传感器33的车辆速度等，检测出车辆是在行驶中还是在停止怠速中。
废气保温机构36C为如下作用的机构，在车辆行驶时，进行再生控制过程中车辆停下并成为怠速状态时，将排气制动器16或排气节气门17等排气阀关闭以排气节流的同时，实现多级喷射，以进行避免排气温度降低的废气保温。
并且，具有上述各机构的DPF控制机构30C被构成为根据由PM捕集量检测机构32C检测出的PM的捕集量ΔCm，继续通常运转控制机构31C进行的通常的运转，或者使再生机构34C自动动作。
下面，对该废气净化系统1的再生控制进行说明。在该废气净化系统1的控制中，由通常运转控制机构31C进行通常的运转，并捕集PM，但在该通常的运转中，由PM捕集量检测机构32C检测出的带催化剂的过滤器13b捕集的PM捕集量ΔCm成为预先设定的预定的判断用捕集量ΔCmO以上时，在本实施例中，在差压传感器21的测定值ΔPm成为预先设定的预定的判断用差压值ΔPmO以上时，进入再生机构34C进行的再生控制。并且，再生控制结束后，返回通常运转控制机构31C的通常运转控制。
另外，应该与产生由差压传感器21没有检测出PM偏积的行驶模式相对应，即使是由行驶距离检测机构33C检测出的行驶距离ΔMc处于预定的判断距离ΔMi以上时，也产生行驶自动再生的要求，并进入再生机构34C进行的再生控制。并且，再生控制结束后，返回通常运转控制机构31C的通常运转控制。
并且，该再生机构34C进行的再生控制根据图3所示的控制流程进行。首先，在步骤S11的车辆状态的检查中，判断车辆状态检测机构35C进行的车辆的运转状态是否为停止怠速状态。
在该步骤S11的判断中，判断为车辆行驶状态时，进入步骤S12，进行排气温度的检查。在该步骤S12的排气温度的检查中，判断由过滤器入口排气温度传感器23检测出的温度Tfm是否大于预定的判断用温度Tfmin且小于预定的判断用温度Tfmax。该预定的判断用温度Tfmin为在极低温时判断是否可进行再生的温度，大体在50℃～100℃以下，而预定的判断用温度Tfmax为在高温时判断PM是否自然再生的温度，例如为600℃以上的温度。
并且，在步骤S12的排气温度的检查中，检测的温度Tfm在预定的判断用温度Tfmin以下、在预定的判断用温度Tfmax以上时，判断为极低温时或自然再生的高温时，不进行排气升温控制也不进行未燃燃料添加控制、经过与各检查的间隔有关的预定的控制时间后，进入步骤S18。处于两者间时，进入步骤S13的排气温度的检查。
该步骤S13的排气温度的检查中，判断由氧化型催化剂入口排气温度传感器22检测出的温度Tdm是否大于预定的判断用温度Td0、且由过滤器入口排气温度传感器23检测出的温度Tfm是否大于预定的判断用温度Tfo，在任意一个处于较低情况下(即催化剂没有到达活性温度时)，进入步骤S15，使多级喷射的排气升温控制在与各检查的间隔有关的预定的控制时间内进行，并进入步骤S18。另外，两者均高时(即，到达活性温度时)，进入步骤S14，除了多级喷射外，使后喷射或排气管内直接燃料喷射的未燃燃料添加控制在预定的控制时间内进行，并进入步骤S18。
然后，在步骤S11的判断中，判断为停止怠速时，进入步骤S16，中断再生控制，在接下来的步骤S17中，使多级喷射和排气制动器16或排气节气门17的排气节流阀关闭的废气保温控制在预定的控制时间内进行，并进入步骤S18。
在步骤S18中，通过进行再生控制的累积经过时间tc是否比预定的判断时间tc1大的判断、或者由差压传感器21检测出的差压ΔPm是否小于预定的结束判断用差压值ΔPml的判断等，判断再生是否结束，如结束，则结束再生并返回。而没有结束时，返回步骤S11，反复地进行步骤S11～步骤S18。
根据该控制方法，在车辆行驶中，信号等待情况下、使车辆停下并转移到怠速时，中断再生控制，关闭排气节流阀16(或17)，通过继续进行多级喷射来进行使排气温度保温的废气保温控制，因此能够在停车怠速中将废气保温。因此，在车辆再次行驶时，由于可在短时间内升温到进行未燃燃料添加控制的排气温度，所以能够使行驶再次开始后的行驶再生中的废气温度迅速地达到PM燃烧的高温，能够使堆积到带催化剂的过滤器13b上的PM有效地燃烧，可使连续再生型DPF装置13再生。
另外，在上述说明中，作为在废气净化系统中的连续再生型DPF装置，以在过滤器上载持有催化剂、并且在该过滤器上游侧设置有氧化型催化剂的装置为例进行了说明，但本发明并不限于此，也可适用于在过滤器上载持有氧化型催化剂的装置、在过滤器的上游侧设置有氧化型催化剂的装置等其他类型的连续再生型DPF装置。

Claims (4)

1、一种废气净化系统的控制方法，该废气净化系统，在搭载于车辆上的内燃机的废气通路上具有连续再生型柴油机微粒过滤器装置和排气节流阀，并且具有柴油机微粒过滤器控制机构，该柴油机微粒过滤器控制机构具有：判断所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生开始时间的再生时间判断机构、和使排气温度上升并将捕集的粒状物强制燃烧以使所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置再生的再生机构，其特征在于，
通过所述再生机构，进行所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生控制时，在检测出车辆的停止状态的情况下，中断该再生控制，进行多级喷射控制，并且关闭所述排气节流阀。
2、如权利要求1所述的废气净化系统的控制方法，其特征在于，在中断所述再生控制的执行的期间，检测出车辆再次开始行驶时，再次开始所述再生控制。
3、一种废气净化系统，在搭载于车辆上的内燃机的废气通路上具有连续再生型柴油机微粒过滤器装置和排气节流阀，并且具有柴油机微粒过滤器控制机构，该柴油机微粒过滤器控制机构具有：判断所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生开始时间的再生时间判断机构、和使排气温度上升并将捕集的粒状物强制燃烧以使所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置再生的再生机构，其特征在于，
具有车辆行驶状态检测机构，并且，所述柴油机微粒过滤器控制机构，通过所述再生机构，进行所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生控制时，由车辆行驶状态检测机构检测出车辆的停止状态的情况下，中断该再生控制，进行多级喷射控制，并进行关闭所述排气节流阀的控制。
4、如权利要求3所述的废气净化系统，其特征在于，所述柴油机微粒过滤器控制机构在中断所述再生控制的执行的期间，由所述车辆行驶状态检测机构检测出车辆再次开始行驶时，再次开始所述再生控制。
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