CN101688451A - 黑烟除去装置的堆积量的推定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种DPF堆积量推定装置，通过使用将发动机侧的PM排出量和PM再生量之差与DPF差压模型组合而构成一体的PM堆积量推定逻辑，减小因废气流量的变化等而受到的影响，并提高推定精度。该DPF堆积量推定装置具有除去废气中的PM(微小固形物)的DPF(黑烟除去装置)。在推定DPF的堆积量的DPF堆积量推定装置中，具备：PM排出量模型，其根据发动机的运转状态设定PM排出量；PM再生量模型，其根据DPF的出口温度和入口温度的温度差设定PM再生量；DPF差压模型，其根据废气流量和DPF的压力差设定PM堆积量。通过将PM堆积量修正量与PM排出量和PM再生量之差相加，计算DPF的PM堆积推定量，该PM堆积量修正量使用根据发动机转速及发动机的燃料喷射量确定的系数K修正DPF差压模型的推定量而得到。

Description

黑烟除去装置的堆积量的推定装置
技术领域
本发明涉及一种推定DPF的堆积量的DPF堆积量推定装置，其用于柴油发动机的DPF(黑烟除去装置)的再生装置中，在与排气口连接的排气通道内，具备除去废气中的PM(微粒物(微小固形物)的DPF(黑烟除去装置)。
背景技术
在设置有除去柴油发动机的废气中的微粒物(微小固形物，以下称为“PM”)的DPF(黑烟除去装置)的柴油发动机中，上述DPF具有金属类型和陶瓷类型这两种类型。虽然金属类型容易使用，但是PM的收集率低，只有50～60％。另一方面，虽然陶瓷类型的收集率高达90％以上，但是在DPF中PM易堆积且需要强制性地使已堆积的PM燃烧。
考虑到今后因为PM的限制值更加严格，所以收集率良好的陶瓷类型成为主流，在实施DPF的再生时，必须根据发动机的运转历程及DPF的状态准确地推定PM的堆积量。
图6是典型的DPF装置的纵剖面图，图6中，附图标记13为与发动机(省略图示)的排气口连通的排气管，50为与该排气管13连接的DPF装置。该DPF装置50设置有收纳于DPF主体2内的DPF1和设置于该DPF1上游侧的前段氧化催化剂3。
来自发动机的废气从排气管13经过入口室4进入前段氧化催化剂3，被该前段氧化催化剂3氧化，利用此时产生的氧化热使DPF1上升到600～650℃，使堆积于该DPF1的PM燃烧，燃烧气体从出口室5排出到外部。
图6中，P1为DPF1的入口压力，T1为DPF1的入口温度，P2为DPF1的出口压力，T2为DPF1的出口温度。
图7是表示以往使用的DPF的再生控制装置的PM堆积量的推定框图。
图中，根据发动机的发动机转速、作为目标的燃料喷射量、节气阀的开度、以及在该发动机为EGR(废气再循环)式发动机的情况下控制EGR量的EGR阀的开度，将作为模型值示意性(模式的)算出的发动机侧的PM排出量的值，按推定映射的形式设定为PM排出量模型11。
另外，根据上述DPF1的入口温度T1的实测值T1及DPF1的出口温度T2，将作为模型值示意性算出的上述DPF1的PM再生量的值，按推定映射的形式设定为PM再生量模型12。
接着，从上述PM排出量模型11减去PM再生量模型12，求得PM堆积量推定逻辑14a。
另一方面，根据发动机的发动机转速、作为目标的燃料喷射量、节气阀的开度、以及在发动机为EGR式发动机的情况下上述EGR阀的开度，将作为模型值示意性算出的废气流量的值，按推定映射的形式设定为废气流量模型13。
另外，作为上述DPF1的压力差的检测值，以DPF1的出口压力P2和上述DPF1的入口压力P1的压力差为DPF差压进行计算。
而且，通过上述废气流量模型13和上述DPF差压，将作为模型值示意性算出的DPF差压，按推定映射的形式作为DPF差压模型15而设定。
通过以上设定，在PM堆积量推定仪器17a中，利用推定而得到的PM堆积量推定逻辑14a和DPF差压模型15，求得PM的总量即PM堆积推定量。
另外，根据发动机的发动机转速、作为目标的燃料喷射量及时间计算的燃料喷射量的累计值，由燃料消耗量积分器16进行累计，并存储在上述PM堆积量推定仪器17a。
如上所述，在这种现有技术中，设定的PM堆积量推定逻辑14a、DPF差压模型15及燃料消耗量积分器16这三个推定要素，在超过作为基准的堆积量上限值时作为PM堆积量的界限。
另外，专利文献1(日本特开2004-197722号公报)中，基于DPF前后压力差，推定第一PM堆积量PM1，对PM的排出量进行累计来计算第二PM堆积量PM2，最终，作为需要进行推定的PM堆积量而采用上述PM1、PM2中较大的一个。
在图7所示的DPF堆积量推定装置中，如上所述，设定的PM堆积量推定逻辑14a、DPF差压模型15及燃料消耗量积分器16这三个推定要素单独构成，在它们超过作为基准的堆积量上限值时作为PM堆积量的界限。
因此，在实际的PM排出量超过上述推定要素的情况下，上述PM堆积量推定逻辑14a输出的PM推定量随着时间的推移而较大地偏离实际堆积量，特别是在实际堆积量为PM推定量以上的情况下存在问题。
另外，在图7所示的DPF堆积量推定装置中，由于DPF差压模型15受废气流量的影响大，因而，需要将废气流量纳入推定模型中，但是，很难在发动机的整个运转区域高精度地计测DPF差压、废气流量、PM堆积量的关系，因此，根据发动机的运转条件有可能导致DPF差压模型15的推定精度变差。
特别是，在发动机的运转状态较大变化的情况下、或在负载低的运转状态下，有可能导致根据上述PM堆积量推定逻辑14a及DPF差压模型15推定的PM堆积量偏离实际堆积量。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的课题而作出的，其目的在于提供一种DPF堆积量推定装置，通过使用将发动机侧的PM排出量和PM再生量之差与DPF差压模型组合而构成一体的PM堆积量推定逻辑，减小因废气流量的变化等而受到的影响，并提高推定精度。
为解决这样的课题，本发明提供一种DPF堆积量推定装置，其在与排气口连接的排气通道内具备除去废气中的PM(微粒物(微小固形物))的DPF(黑烟除去装置)且用于推定DPF的堆积量，其特征在于，具有：PM排出量模型，其根据发动机的运转状态设定PM排出量；PM再生量模型，其根据DPF的出口温度和入口温度的温度差设定PM再生量；DPF差压模型，其根据废气流量和DPF的压力差设定PM堆积量，使用来自所述PM排出量模型的排出量、来自所述PM再生量模型的再生量、以及使用系数K对来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值进行修正而得到的PM堆积量修正量，计算DPF的PM堆积推定量，该系数K根据发动机转速及发动机的燃料喷射量来确定。
在这样的发明中，其特征在于，在来自DPF差压模型的PM堆积量推定值和PM堆积推定量的推定误差上乘以所述系数K，计算所述PM堆积量修正量，将所述PM堆积量修正量，与从来自所述PM排出量模型的排出量减去来自所述PM再生量模型的再生量而得到的值相加，计算所述PM堆积推定量。
另外，优选如下所述设定所述系数K。
(1)在发动机转速及发动机的燃料喷射量为一定值以上时，所述系数K随着发动机转速及发动机的燃料喷射量的增加而增加。
(2)在发动机转速及发动机的燃料喷射量的变化为一定值以上时，所述系数K设定为零，不进行来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值的修正。
根据本发明，其具有：根据发动机的运转状态设定PM排出量的PM排出量模型；根据DPF的出口温度和入口温度的温度差设定PM再生量的PM再生量模型；根据废气流量和DPF的压力差设定PM堆积量的DPF差压模型，并使用来自所述PM排出量模型的排出量、来自所述PM再生量模型的再生量、以及使用系数K对来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值进行修正而得到的PM堆积量修正量，计算DPF的PM堆积推定量，该系数K根据发动机转速及发动机的燃料喷射量来确定，因此，即使在PM排出量映射和PM再生量映射包含误差的情况下，通过来自DPF差压模型的推定值也可以对该误差加以修正，因此，PM堆积量的推定精度提高。
由此，PM推定量不会较大地偏离实际的PM堆积量。
另外，在来自DPF差压模型的PM堆积量推定值和PM堆积推定量的推定误差上乘以所述系数K，计算所述PM堆积量修正量，将所述PM堆积量修正量，与从来自所述PM排出量模型的排出量减去来自所述PM再生量模型的再生量而得到的值相加，计算所述PM堆积推定量，因此，通过将也考虑到如下项的系数K用于PM堆积量的推定，受废气流量的影响减轻，PM堆积推定量的推定精度提高，该项包括发动机转速及发动机的燃料喷射量即废气流量。
另外，由于所述系数K随着发动机转速及发动机的燃料喷射量而变化，且以如下方式确定，即在发动机转速及发动机的燃料喷射量为一定值以上时随着发动机转速及发动机的燃料喷射量的增加而增加，因此，所述系数K随着发动机转速及发动机的燃料喷射量的增加而增加，在发动机的废气流量增加且DPF差压模型的可靠性高的区域内，基于来自DPF差压模型的推定量来增强修正，可以进行基于发动机运转条件的PM堆积推定量的修正，PM堆积推定量的推定精度提高。
另外，由于在发动机转速及发动机的燃料喷射量的变化为一定值以上时所述系数K设定为零，不进行来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值的修正，因此，在发动机转速及发动机的燃料喷射量的变化大幅度变化到一定值以上的情况下，废气流量的变化也增大，来自DPF差压模型的PM堆积推定量的可靠性降低。因此，在这样的变化状况下，通过将系数K设定为零且不进行修正，由此，PM堆积推定量的推定精度提高。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的DPF的再生控制装置的PM堆积量的推定框图的框图；
图2是上述第一实施例的PM堆积量推定逻辑的放大图；
图3是本发明第二实施例的PM堆积量推定逻辑的放大图；
图4是上述第一实施例的PM堆积量的推定装置的控制流程图；
图5是上述第一实施例的系数K的曲线图；
图6是典型的DPF装置的纵剖面图；
图7是表示现有技术的DPF的再生控制装置的PM堆积量的推定框图的框图。
具体实施方式
下面，参照附图所示的实施例详细说明本发明。其中，记载于该实施例的构成部件的大小、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别特定的记载，则其宗旨不是将本发明的范围限定于此，只不过是简单的说明例。
实施例1
图1表示本发明的DPF的再生控制装置的PM堆积量的推定框图，图2是图1的PM堆积量推定逻辑14的放大图。另外，图6是典型的DPF装置的纵剖面图。
图6是典型的DPF装置的纵剖面图，在图6中，附图标记13为与发动机(省略图示)的排气口连通的排气管，50为与该排气管13连接的DPF装置。该DPF装置50设置有收纳于DPF主体2内的DPF1和设置于该DPF1上游侧的前段氧化催化剂3。
来自发动机的废气从排气管13经过入口室4进入前段氧化催化剂3，被该前段氧化催化剂3氧化，利用此时产生的氧化热使DPF1上升到600～650℃，使堆积于该DPF1的PM燃烧，燃烧气体从出口室5排出到外部。
图6中，P1为DPF1的入口压力，T1为DPF1的入口温度，P2为DPF1的出口压力，T2为DPF1的出口温度。
本发明与图6所示的DPF装置的PM堆积量的推定装置相关。
在图1中，根据发动机的发动机转速、作为目标的燃料喷射量、节气阀的开度、以及在该发动机为EGR(废气再循环)式发动机的情况下控制EGR量的EGR阀的开度，将作为模型值示意性算出的发动机侧的PM排出量的值，按推定映射(マツプ)的形式设定为PM排出量模型11。
另外，根据上述DPF1的入口温度T1的实测值T1及DPF1的出口温度T2以及废气流量，将作为模型值示意性算出的上述DPF1的PM再生量的值，按推定映射的形式设定为PM再生量模型12。
另一方面，根据发动机的发动机转速、作为目标的燃料喷射量、节气阀的开度、以及在发动机为EGR式发动机的情况下上述EGR阀的开度，将作为模型值示意性算出的废气流量的值，按推定映射的形式设定为废气流量模型13。
另外，作为上述DPF1的压力差的检测值，以DPF1的出口压力P2和上述DPF1的入口压力P1的压力差(参照图6)作为DPF差压进行计算。
而且，根据上述废气流量模型13和上述DPF差压，将作为模型值示意性算出的DPF差压，按推定映射的形式作为DPF差压模型15而设定。
而且，在图2中，将来自PM排出量模型11的PM排出量v、来自PM再生量模型12的PM再生量w、以及来自DPF差压模型15的PM堆积推定量yd输入到上述PM堆积量推定逻辑14。
在该PM堆积量推定逻辑14中，
dx/dt＝v-w+K(yd-y)
y＝x
在此，x为PM堆积量推定值。
而且，将该x作为y，设定上述PM堆积推定量(g)。
在此，上述系数K为根据发动机转速及发动机的燃料喷射量确定的系数，计算利用该系数K已修正的PM堆积量修正量即K(yd-y)。
该(yd-y)表示来自DPF差压模型15的PM堆积推定量yd和PM堆积推定量y的推定误差，用系数K乘以该误差偏差来计算PM堆积量修正量。
而且，在发动机转速及发动机的燃料喷射量超过一定值时，用上述系数K乘以来自DPF差压模型的PM堆积量推定值和PM堆积推定量的推定误差，计算上述PM堆积量修正量，再用上述PM堆积量修正量与从来自上述PM排出量模型的排出量减去来自上述PM再生量模型的再生量得到的值相加，计算上述PM堆积推定量。
因此，通过将也考虑到如下项的系数K用于PM堆积量的推定，废气流量带来的影响变得轻微，PM堆积推定量的推定精度提高，该项包括发动机转速及发动机的燃料喷射量即废气流量。
图4是如上所述构成的PM堆积量的推定装置的控制流程图。
在图4中，利用上述PM排出量模型11、上述PM再生量模型12以及废气流量等，推定来自DPF差压的堆积量yd(步骤(1))，利用上述方式确定调节增益(系数)K(步骤(2))。
接着，进行PM堆积量推定(x→y)(步骤(3))，在该PM堆积量超过堆积量上限值时(步骤(4))，强制性地使DPF1再生(步骤(5))。
实施例2
图3是表示本发明第二实施例DPF的再生控制装置的PM堆积量推定逻辑的第二实施例的框图。
在该第二实施例，以如下方式确定上述K，即，如图5(A)、(B)所示，使上述K随着发动机转速及发动机的燃料喷射量而变化(图3的14s)，如图5(A)所示，使上述K随着发动机转速而增加，另外如图5(B)所示，使上述K随着发动机的燃料喷射量的增加而增加。
由此，通过使上述系数K随着发动机转速及发动机的燃料喷射量的增加而增加，根据发动机的废气流量的增大来增加PM堆积推定量，从而可以进行基于发动机运转条件的PM堆积推定量的修正，PM堆积推定量的推定精度提高。
另外，在发动机转速及发动机的燃料喷射量的变化大幅度变化为一定值以上的情况下，废气流量的变化也增大，来自DPF差压模型的PM堆积推定量的可靠性降低。因此，在这样的变化状况下，通过将系数K设定为零且不进行修正，PM堆积推定量的推定精度提高。
如上所述，根据上述第一、第二实施例，由于将来自根据发动机的运转状态设定PM排出量的PM排出量模型11的PM排出量、DPF的出口温度和入口温度的温度差、以及来自根据废气流量设定PM再生量的PM再生量模型12的PM再生量、使用根据发动机转速及发动机的燃料喷射量确定的系数K修正来自DPF差压模型15的推定值的PM堆积量修正量，进行混合来推定PM堆积量，因此，在PM排出量映射11和PM再生量映射12中包含误差的情况下，也可以利用来自DPF差压模型的推定值对该误差加以修正，因此，PM堆积量的推定精度提高。
由此，PM推定量14不会较大地偏离实际的PM堆积量。
工业实用性
根据本发明，提供一种DPF堆积量推定装置，通过使用将发动机侧的PM排出量和PM再生量之差与DPF差压模型进行组合而构成一体的PM堆积量推定逻辑，减小因废气流量的变化等而受到的影响，并提高推定精度。

Claims (4)

1、一种DPF堆积量推定装置，在与排气口连接的排气通道内，具备除去废气中的PM(微粒物(微小固形物))的DPF(黑烟除去装置)，该DPF堆积量推定装置推定DPF的堆积量，其特征在于，具有：
PM排出量模型，其根据发动机的运转状态设定PM排出量；
PM再生量模型，其根据DPF的出口温度和入口温度的温度差设定PM再生量；
DPF差压模型，其根据废气流量和DPF的压力差设定PM堆积量，
使用来自所述PM排出量模型的排出量、来自所述PM再生量模型的再生量、以及使用系数K对来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值进行修正而得到的PM堆积量修正量，计算DPF的PM堆积推定量，该系数K根据发动机转速及发动机的燃料喷射量来确定。
2、如权利要求1所述的DPF堆积量推定装置，其特征在于，在来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值和PM堆积推定量的推定误差上乘以所述系数K，计算所述PM堆积量修正量，将所述PM堆积量修正量，与从来自所述PM排出量模型的排出量减去来自所述PM再生量模型的再生量而得到的值相加，计算所述PM堆积推定量。
3、如权利要求1所述的DPF堆积量推定装置，其特征在于，所述系数K以下述方式确定，即，在发动机转速及发动机的燃料喷射量为一定值以上时，随着发动机转速及发动机的燃料喷射量的增加而增加。
4、如权利要求1所述的DPF堆积量推定装置，其特征在于，在发动机转速及发动机的燃料喷射量的变化为一定值以上时，所述系数K设定为零，不进行来自所述DPF差压模型的PM堆积量推定值的修正。
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