CN101896699B

CN101896699B - 排气后处理装置

Info

Publication number: CN101896699B
Application number: CN2008801201087A
Authority: CN
Inventors: 儿玉建司; 小林忠雄
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: CN101896699A; WO2009075230A1; US20100242443A1; JP2009138704A; EP2218884A1

Abstract

如果捕捉微粒物质的过滤器中的堆积量的推定值(A值)达到与微粒物质及灰分的规定堆积量(Qm)对应的规定值(A1)(S12)，则进行过滤器的强制再生(S20)，如果在从该过滤器的强制再生结束开始的经过时间达到规定时间(T1)为止的期间中，推定值(A值)再次达到规定值(A1)(S12、S14)，则判定过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量(需要清洁)(S34)。

Description

排气后处理装置

技术领域

本发明涉及一种排气后处理装置，特别地，涉及一种判定灰分向过滤器中的堆积状况的技术，该过滤器对柴油发动机的排气中含有的微粒物质进行捕捉。

背景技术

在车辆用柴油发动机的排气通路中，通常与排气净化催化剂同时安装有捕捉煤等微粒物质(PM)的过滤器，由此，排气中的有害物质(CO、HC、NOX等)被氧化或还原而被去除，并且防止PM向空气中释放。

但是，在过滤器中会堆积PM，通过将过滤器加热升温而燃烧去除该PM，从而实现过滤器的再生，并消除过滤器的堵塞。由此，通常基于过滤器的前后压差或排气流量等，推定过滤器中的PM的堆积量，如果判定该推定值达到规定量，则对过滤器强制地进行加热升温，进行所谓的强制再生。

但是，在过滤器中，除了PM之外还捕捉灰分(Ash)，与PM主要为碳等可燃成分相对，Ash为发动机油等中含有的钙(Ca)等难燃成分，对于Ash，即使进行上述强制再生也无法去除，存在会持续进行堆积的问题。

由于上述情况，所以通常例如每经过一定时间，就进行过滤器的清洁。

另外，也可以与Ash的堆积量对应而进行过滤器的清洁，鉴于上述推定值中也包含Ash的堆积量，所以已知一种技术，其例如在刚进行强制再生之后再次求出上述推定值，基于该刚强制再生之后的推定值，推定无法燃烧而残留在过滤器中的Ash的堆积量(参照专利文献1等)。

专利文献1：特开2004-211650号公报

发明内容

但是，在上述专利文献1等中，如上述所示，基于过滤器的前后压差或排气流量等推定过滤器中的PM及Ash的堆积量，基于该推定量推定Ash的堆积量，但所述基于过滤器的前后压差或排气流量等的推定，特别在过滤器中的PM及Ash的堆积量较少的状况下，由于各种原因而大多包含误差，难以推定正确的Ash的堆积量，存在无法恰当地判定Ash的堆积状况的问题。

例如在所推定的Ash的堆积量比实际少的情况下，过滤器会产生堵塞而无法充分捕捉PM，导致整体的排气压力上升，油耗恶化等，容易对发动机的运转产生障碍，另一方面，在所推定的Ash的堆积量比实际多的情况下，对过滤器进行不必要的清洁，并不优选。

本发明就是为了解决上述问题点而提出的，其目的在于提供一种排气后处理装置，其可以适当地判定捕捉微粒物质的过滤器中的灰分的堆积状况。

为了实现上述目的，技术方案1的排气后处理装置的特征在于，具有：过滤器，其设置在内燃机的排气通路中，捕捉排气中的微粒物质及灰分；压差检测单元，其检测所述排气通路的所述过滤器的排气上游侧的排气压力和排气下游侧的排气压力之间的压差；堆积量推定单元，其至少基于来自所述压差检测单元的压差信息，推定所述过滤器中所捕捉的微粒物质及灰分的堆积量；强制再生单元，其在所述堆积量推定单元得到的推定值达到与微粒物质及灰分的规定堆积量对应的规定值后，对所述过滤器所捕捉的微粒物质进行燃烧去除而强制地使该过滤器再生；计时单元，其对所述强制再生单元使所述过滤器强制再生结束后开始的经过时间进行计时；以及灰分判定单元，其在由该计时单元所计时的经过时间达到规定时间为止的期间，所述堆积量推定单元得到的推定值再次达到所述规定值时，判定所述过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量。

在技术方案2的排气后处理装置中，其特征在于，在技术方案1中，所述灰分判定单元，在由所述计时单元所计时的经过时间达到规定时间为止的期间，所述强制再生单元反复使所述过滤器强制再生，所述堆积量推定单元得到的推定值达到规定值的次数大于或等于规定次数时，判定所述过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量。

在技术方案3的排气后处理装置中，其特征在于，在技术方案1或2中，还具有警告单元，其在所述灰分判定单元判定灰分大于或等于规定量时，为了提醒实施所述过滤器的清洁而发出警告。

发明的效果

根据技术方案1的排气后处理装置，如果通过堆积量推定单元得到的推定值达到与微粒物质及灰分的规定堆积量对应的规定值，则通过强制再生单元进行过滤器强制再生，如果在从该强制再生单元使过滤器强制再生结束后的经过时间达到规定时间为止的期间，堆积量推定单元得到的推定值再次达到规定值，则由灰分判定单元判定过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量。

由此，虽然在微粒物质及灰分在过滤器中的堆积量较少的状况下，由于各种原因而大多包含误差，难以进行正确的灰分的堆积量推定，有可能无法恰当地判定灰分的堆积状况，但通过如上所示，在推定值达到与微粒物质及灰分比较多的规定堆积量对应的规定量时，实施过滤器的强制再生，然后如果在规定时间内推定值再次达到规定值，则判定过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量，由此，可以在排除上述误差的影响的同时，可靠地发现与过滤器中的微粒物质捕捉功能的降低相伴的强制再生实施间隔的缩短，可以恰当地判定灰分的堆积状况。

由此，可以在最恰当的定时实施过滤器的清洁而去除灰分，抑制由灰分导致的过滤器堵塞，良好地维持过滤器的微粒物质捕捉功能，整体抑制排气压力上升而防止油耗的恶化，另外还可以防止对过滤器实施不必要的无用的清洁。

根据技术方案2的排气后处理装置，在规定时间内推定值达到规定值的次数大于或等于规定次数时，判定过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量。

由此，可以在尽量防止错误判断的同时，恰当地判定灰分的堆积状况。

根据技术方案3的排气后处理装置，如果过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量，则提醒实施过滤器的清洁，可以可靠地实施过滤器的清洁而去除灰分。

附图说明

图1是包括本发明所涉及的排气后处理装置的发动机整体的系统结构图。

图2是表示Ash清洁判定步骤的判定流程的流程图。

图3是表示堆积量Qm和A值之间的关系的图。

图4是表示与Ash的堆积量变化对应的A值与强制再生的实施

间隔之间的关系的图。

标号的说明

1 发动机(柴油发动机)

20 排气管(排气通路)

30 排气后处理单元

38 DPF(过滤器)

40 上游侧压力传感器

42 下游侧压力传感器

44 流量传感器

46 排气温度传感器

具体实施方式

下面，基于附图说明本发明的一个实施方式。

图1表示搭载于车辆上且应用本发明所涉及的排气后处理装置的4气缸柴油发动机(以下称为发动机)的系统构成图，基于图1说明本发明所涉及的排气后处理装置的结构。

发动机1具有各气缸共用的高压蓄压室(以下称为共轨(commonrail))2，从未图示的燃料喷射泵供给并存储在共轨2中的作为高压燃料的轻油，向设置在各个气缸上的喷油器4供给，从各个喷油器4向各个气缸内喷射。

在进气通路6中安装有涡轮增压器8，从空气滤清器7吸入的进气，从进气通路6向涡轮增压器8的压缩机8a流入，由压缩机8a增压后的进气经由中冷器10及进气控制阀12，导入进气歧管14中。

另一方面，从发动机1的各个气缸排出排气的排气口(未图示)，经由排气歧管18与排气管(排气通路)20连接。此外，排气歧管18与进气歧管14之间设置有EGR通路24，其经由EGR阀22将排气歧管18和进气歧管14连通。

排气管20在经过涡轮增压器8的涡轮机8b后，经由排气节气阀26与排气后处理单元30连接。另外，涡轮机8b的旋转轴与压缩机8a的旋转轴连结，涡轮机8b承受在排气管20内流动的排气而驱动压缩机8a。

排气后处理单元30构成为，收容氧化催化剂36，并且在该氧化催化剂36的排气下游侧收容柴油微粒过滤器(DPF)38。PDF 38设置为，通过捕捉排气中的由碳等构成的微粒物质(以下称为PM)，以净化发动机1的排气。

DPF 38由蜂巢型的陶瓷载体构成，并排设置多个连通上游侧和下游侧的通路，并且使通路的上游侧开口和下游侧开口交替封闭，通过使发动机1的排气在内部流动而捕捉排气中的PM。

由于氧化催化剂36使排气中的NO氧化而生成NO₂，所以通过如上述所示配置氧化催化剂36和DPF 38，由DPF 38捕捉并堆积的PM，通常与从氧化催化剂36供给的NO₂发生反应而氧化，由此进行DPF 38的连续再生。

在氧化催化剂36的上游侧，设置上游侧压力传感器40，其检测氧化催化剂36及DPF 38的排气上游侧的排气压力，在下游侧设置下游侧压力传感器42，其检测DPF 38的排气下游侧的排气压力。

另外，在排气管20中设置有检测排气流量的流量传感器44，此外还设置有检测排气温度的排气温度传感器46。

ECU(电子控制单元)50，是用于以发动机1的运转控制为首而进行综合控制的控制装置，由CPU、存储器、计时计数器(计时单元)等构成，进行各种控制量的运算，并且基于这些控制量进行各种设备的控制。

在ECU 50的输入侧，为了收集各种控制所需的信息，除了上述上游侧压力传感器40、下游侧压力传感器42、流量传感器44及排气温度传感器46之外，还与各种传感器类连接。另一方面，在输出侧，与基于运算出的控制量进行控制的各个气缸的喷射嘴4、进气控制阀12、EGR阀22、进气节气阀26、警告装置(警告单元)52等各种设备类连接。

由此，在ECU 50中，进行发动机1的各个气缸的燃料供给量的运算、以及基于运算出的燃料供给量而控制来自喷射器4的燃料供给量的燃料供给控制等各种控制。

特别地，在本发明所涉及的排气后处理装置中，发动机1构成为，除了主燃料喷射之外，可以以排气升温等作为目的而在排气行程(例如，排气行程后期)，从喷射嘴4进行副燃料喷射(以下称为二次(late post)喷射)，可以根据ECU 50的指令实施该二次喷射(燃料喷射控制单元)。即，通过基于ECU 50的指令进行二次喷射，可以将二次喷射中的大部分燃料作为未燃燃料而向排气管20排出，可以通过使该未燃燃料和排气中残留的氧气在排气管20内反应而使排气温度上升，或者使该未燃燃料在氧化催化剂36上进行氧化反应而实现氧化催化剂36的升温。

由此，在例如需要DPF 38的再生时，强制地通过ECU 50实施强制再生控制，作为该强制再生控制，通过进行二次喷射，从而使氧化催化剂36升温而将排气下游侧的DPF 38加热，由此，将堆积在DPF 38中的PM燃烧去除，进行DPF 38的再生(强制再生单元)。

在这里，关于是否需要DPF 38的强制再生，例如基于来自上游侧压力传感器40的压力值和来自下游侧压力传感器42的压力值之间的压差、来自流量传感器44的排气流量、来自排气温度传感器46的排气温度，求出与DPF 38的堆积量Qm对应的系数、即所谓压差系数(以下将其称为A值)，根据该A值是否到达规定值进行判断(堆积量推定单元)。即，如果A值达到规定值，则判定为DPF 38需要强制再生的状况，开始强制再生控制。

但是，如上述所示，DPF 38为捕捉PM的装置，在DPF 38中主要堆积PM，但另外还堆积由发动机油等含有的钙(Ca)等构成的灰分(以下称为Ash)。但是，由于该Ash与PM不同，为难燃成分，所以即使实施上述强制再生也无法去除，需要在适当的定时清洁DPF38。

根据上述情况，需要对DPF 38中的Ash的堆积量可靠地进行检测或推定，恰当地判定Ash的堆积状况，进而判断Ash是否需要清洁，下面，说明如上述所示构成的本发明所涉及的排气后处理装置中的Ash是否需要清洁的判定方法、即Ash清洁判定方法。

参照图2，以流程图示出了在ECU 50中执行的Ash清洁判定步骤的判定流程，下面根据该流程图进行说明(灰分判定单元)。

首先，在步骤S10中，基于来自上游侧压力传感器40的压力值和来自下游侧压力传感器42的压力值之间的压差、来自流量传感器44的排气流量、来自排气温度传感器46的排气温度，求出压差系数即上述A值。然后，在步骤S12中，判别A值是否超过规定值A1，在判别结果为假(否)的情况下，退出该流程，在判别结果为真(是)的情况下，跳转至步骤S14以后，开始DPF 38的强制再生，并且开始判定Ash的堆积状况。

如上所示，如果A值超过规定值A1，则开始DPF 38的强制再生，但在这里，规定值A1对应于堆积量Qm的较多的规定量(规定堆积量)Q1。这样判别A值是否超过与堆积量Qm的规定量Q1对应的规定值A1的原因在于，如上述所示，在DPF 38中的PM及Ash的堆积量Qm较少的状况下，由于各种原因而A值大多包含误差，如下述说明所示，在这里，在利用该A值判定Ash的堆积状况时，难以推定正确的Ash的堆积量，无法恰当地判定Ash的堆积状况。例如，如图3中与PDF 38有无连续再生等对应的堆积量Qm和A值之间的关系所示(实线：无连续再生，虚线及双点划线：存在连续再生)，存在下述倾向，即，在堆积量Qm小于或等于规定量Q1即A值小于或等于规定量A1的范围内，A值发生波动，另一方面，在堆积量Qm超过规定量Q1、即A值比规定值A1大的范围内，堆积量Qm和A值之间稳定地维持一定的正比关系。因此，仅在堆积量Qm超过规定量Q1，A值超过规定值A1的状况下，开始强制再生，开始判定Ash的堆积状况。

在步骤S14中，判定对从强制再生结束开始的经过时间进行计时的计时器TM的计时时间，是否落在规定时间T1内，详细内容后述。在判别结果为假(否)，即判定为从上一次强制再生结束开始经过了大于或等于规定时间T1的情况下，直接跳转至步骤S20，实施强制再生。

在步骤S20中实施强制再生后，在步骤S22中判别强制再生是否完成，在判别结果为假(否)的情况下，继续强制再生，在判别结果为真(是)的情况下，判定为强制再生完成，跳转至步骤S24。

在步骤S24中，判别上述计时器TM是否大于或等于规定时间T1，在判别结果为假(否)的情况下，直接离开该流程，在判别结果为真(是)，即计时器TM大于或等于规定时间T1的情况下，在步骤S26中，将计时器TM重置为0值。即，由于在Ash的堆积状况的判定中，判定从上一次强制再生结束开始是否经过了大于或等于规定时间T1，所以每次经过该判定期间即规定时间T1，就重置计时器TM，重复对规定时间T1的计时。

在上述步骤S14的判别结果为真(是)、即从上一次强制再生结束开始的经过时间落在规定时间T1内的情况下，跳转至步骤S30。

在步骤S30中，判别对在规定时间T1内反复进行强制再生而A值超过规定值A1的情况进行计数的计数器N，是否大于或等于规定次数值N1(例如，N1＝1～3中任意一个)。在判别结果为假(否)，即计数器N还没有达到规定次数值N1的情况下，在步骤S32中使计数器N递增后(N＝N+1)，跳转至步骤S20而实施强制再生。另一方面，在判别结果为真(是)，即判定计数器N大于或等于规定次数值N1的情况下，跳转至步骤S34。

在步骤S30的判别结果为真(是)，即在规定时间T1这一较短期间内，计数器N达到规定次数值N1、A值超过规定值A1而实施强制再生的次数达到规定次数的情况下，如图4中与Ash的堆积量的变化对应的A值和强制再生的实施间隔之间的关系所示，尽管通过强制再生对PM进行了燃烧去除，而强制再生的实施间隔仍然变短，A值很快再次达到规定值A1，使得DPF 38的PM捕捉功能降低，换句话说，可以判断为在DPF 38中堆积了大于或等于规定量的需要清洁程度的量的Ash。由此，在步骤S34中，认定需要清洁DPF 38，即需要Ash清洁。另外，在步骤S36中，通过警告装置52等进行内容为需要Ash清洁的警告(显示、声音等)，向车辆的驾驶者提醒实施DPF 38的清洁。此外，对于计数器N，只要在实施清洁后重置为0值即可。

如上述所示，在本发明所涉及的排气后处理装置中，如果在规定时间T1内反复进行强制再生而A值再次超过规定值A1，则认定在DPF 38中堆积的Ash大于或等于规定量而需要Ash清洁，此时，仅在堆积量Qm超过规定量Q1而A值不会波动，处于稳定的状态下，基于A值进行强制再生，判定Ash的堆积状况。

由此，可以在排除A值误差的影响的同时，使用A值可靠地发现与DPF 38的PM捕捉功能的降低相伴的强制再生实施间隔的缩短，可以恰当地判定Ash的堆积状况。

由此，可以在最恰当的定时实施DPF 38的清洁而去除Ash，抑制由Ash导致的DPF 38堵塞，良好地维持DPF 38的PM捕捉功能，可以整体抑制排气压力的上升而防止油耗的恶化，另外，可以防止对DPF 38实施不必要的无用的清洁。

另外，在这里，在规定时间T1内计数器N大于或等于规定次数值N1时，认定需要Ash清洁，但例如通过使规定次数值N1大于或等于2次值(例如，N1＝2、3中的任意一个)，从而与规定次数值N1为1次值(N1＝1)的情况相比，可以提高判定精度，可以尽量防止误判。在此情况下，对于规定时间T1，只要与规定次数值N1对应而适当调整即可(规定时间)。

以上结束本发明所涉及的排气后处理装置的一个实施方式的说明，但本发明的实施方式并不限于上述内容。

例如，在上述实施方式中，以进行Ash清洁的判定为前提，基于A值进行强制再生，但也可以将进行Ash清洁的判定的情况与不进行判定的情况进行切换。在此情况下，在不进行Ash清洁的判定时，堆积量Qm不必超过规定量Q1，另一方面，由于在所述范围内如上述所示A值存在误差，所以也可以使用基于发动机1的排气而推定PM量的所谓发动机排气(engine out)法等其他方法，不使用A值而推定PM的堆积量。

另外，在上述实施方式中，设置流量传感器44，根据该流量传感器44直接检测排气流量，但并不限定于此，也可以基于吸入空气量信息、燃料量信息、排气温度信息、排气压力信息等计算排气流量。

另外，在上述实施方式中，通过实施二次喷射而进行PDF 38的强制再生，但也可以在排气管20的位于氧化催化剂36的排气上游的位置上另外设置燃料喷射装置，利用从该燃料喷射装置向排气管内的燃料喷射而进行DPF 38的强制再生，在这种结构中，也可以良好地应用本发明。

另外，在上述实施方式中，设置了涡轮增压器8及进气控制阀12、以及EGR阀22、EGR通路24及排气节气阀26，但这些在本发明中并不是必须的，也可以不设置它们。

Claims

1.一种排气后处理装置，其特征在于，具有：

过滤器，其设置在内燃机的排气通路中，捕捉排气中的微粒物质及灰分；

压差检测单元，其检测所述排气通路的所述过滤器的排气上游侧的排气压力和排气下游侧的排气压力之间的压差；

堆积量推定单元，其至少基于来自所述压差检测单元的压差信息，推定所述过滤器中所捕捉的微粒物质及灰分的堆积量；

强制再生单元，其在所述堆积量推定单元得到的推定值达到与微粒物质及灰分的规定堆积量对应的规定值后，对所述过滤器所捕捉的微粒物质进行燃烧去除而强制地使该过滤器再生；

计时单元，其对所述强制再生单元使所述过滤器强制再生结束后开始的经过时间进行计时；以及

灰分判定单元，其在由该计时单元所计时的经过时间达到规定时间为止的期间，所述堆积量推定单元得到的推定值再次达到所述规定值时，判定所述过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量。

2.根据权利要求1所述的排气后处理装置，其特征在于，

所述灰分判定单元，在由所述计时单元所计时的经过时间达到规定时间为止的期间，所述强制再生单元反复使所述过滤器强制再生，所述堆积量推定单元得到的推定值达到规定值的次数大于或等于规定次数时，判定所述过滤器中堆积的灰分大于或等于规定量。

3.根据权利要求1或2所述的排气后处理装置，其特征在于，

还具有警告单元，其在所述灰分判定单元判定灰分大于或等于规定量时，为了提醒实施所述过滤器的清洁而发出警告。