CN102906382A

CN102906382A - 废气净化系统

Info

Publication number: CN102906382A
Application number: CN2011800256741A
Authority: CN
Inventors: 长谷山尊史; 大平博幸; 后藤真司
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: EP2578823A4; US20130068107A1; JP5533259B2; EP2578823A1; US8961668B2; WO2011148812A1; CN102906382B; JP2011247138A

Abstract

本发明提供一种废气净化系统，能够减少在LLIR中的DPF的再生请求频度，实现便利性的提高。废气净化系统（1）具备控制装置（40），该控制装置（40）进行设置在发动机（10）的排气管（11）上的柴油机微粒过滤器（12b）的再生控制，控制装置（40）具有PM堆积量预测单元，计算怠速状态下的PM积分值来预测PM堆积量，在从检测出怠速状态起经过第一规定时间后，由PM堆积量预测手段开始计算PM积分值。

Description

废气净化系统

技术领域

本发明涉及由DPF（Diesel Particulate Filter；柴油机微粒过滤器）捕集柴油发动机的废气中的PM（Parti culate Matter；微粒物质），从而减少向外部排出的PM的量的废气净化系统。

背景技术

作为由被称为DPF的过滤器捕集从柴油发动机排出的PM，从而减少向外部排出的PM的量的废气净化系统，已知由DPF和设置在DPF的上游侧的DOC（Diesel Oxidation Catalyst：氧化催化剂）构成的连续再生型DPF装置（例如参照专利文献1）。

在该连续再生型DPF装置中，在废气温度约为350℃以上时，持续地燃烧由DPF捕集的PM而净化，从而将PDF自我再生，但在废气温度较低的情况下，由于DOC的温度降低，DOC未活性化，所以难以将PM氧化，难以将DPF自我再生。其结果，PM堆积在DPF中，逐渐发生DPF的堵塞，产生排气压力上升的问题。

因此，在废气净化系统中，在向DPF的PM堆积量超过规定量时，通过在气缸内（筒内）进行燃料的多级延迟喷射（多级喷射）和后喷射，强制地使流入至DPF的废气的温度上升，从而将由DPF捕集的PM燃烧除去，来进行DPF再生。

为了使从发动机排出的废气的温度升温，而使DOC升温至催化剂活性温度，进行多级喷射。进行后喷射的目的在于，通过将大量未燃燃料供给至废气中，并使供给的未燃燃料在DOC中氧化（燃烧），从而在DPF入口中使废气温度上升至PM燃烧的温度以上。

在DPF再生中，有自动再生和手动再生。所谓自动再生是在车辆的行进中自动地进行的DPF再生，所谓手动再生是车辆的停车中通过驾驶员的手动操作进行的DPF再生。在手动再生的情况下，在车辆的停车中，在DPF的堵塞（PM的堆积量）超过规定量时，对驾驶员发出警告，驾驶员通过按下再生按钮来进行DPF再生。

此外，有一种DPF再生是在怠速状态持续规定时间以上时进行的LLIR（Long Low Idle Regeneration；长时间怠速时强制再生）（例如参照专利文献2）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4175281号公报

专利文献2：日本特开2008-180154号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在LLIR中，由于在车辆的停车中处于怠速状态，难以根据行进距离和DPF的差压来计算PM堆积量。因此，将怠速停车时间的累积值或能够随发动机旋转和负载变化的PM预测堆积量等累积，若该累积值变成规定值以上，则向驾驶员发出再生请求，自动地进行DPF的再生。

然而，在前述的LLIR中的DPF的再生中，在由于等待信号等而临时停车时或反复进行停车和行进的情况下，也对怠速停车时间进行计数并累积，若该累积值超过规定的阈值，则发出再生请求，因而存在再生请求频度增加，便利性较差的问题。

本发明是为解决上述的问题而作出的，其目的在于，提供一种能够减少在LLIR中的DPF的再生请求频度，实现便利性的提高的废气净化系统。

用于解决问题的手段

为实现上述目的，本发明是一种废气净化系统，具备控制装置，该控制装置进行设置在发动机的排气管中的柴油机微粒过滤器的再生控制，该废气净化系统的特征在于，上述控制装置具有PM堆积量预测单元，计算怠速状态下的PM累积值，并预测PM堆积量，在从检测到怠速状态起始经过第一规定时间后，由上述PM堆积量预测单元开始PM累积值的计算。

优选为上述第一规定时间设定为交通信号的信号等待时间以上。

优选为在由上述PM堆积量预测单元预测的PM累积值变成规定值以上时，计测从变成规定值以上起的时间，若该计测时间变成第二规定时间以上，则开始上述柴油机微粒过滤器的再生控制。

优选为上述第二规定时间设定为交通信号的信号等待时间以上。

发明效果

根据本发明，能够减少在LLIR中的DPF的再生请求频度，实现便利性的提高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的整体结构的图。

图2是表示控制装置的控制流程的流程图。

图3是说明从停车开始至DPF的再生控制为止的流程和经过时间的图。

具体实施方式

在下文中，根据附图对具体实施方式进行详细叙述。

在图1中表示该实施方式的废气净化系统1的结构。该废气净化系统1具备连续再生型DPF（也称为DPD：Diesel Particulate Defuser；柴油机微粒消除器）装置12，该连续再生型DPF是柴油发动机（内燃机）10的排气管11中的废气净化装置之一。该连续再生型DPF装置12具备：DPF12b，捕集废气中的PM；DOC12a，设置在该DPF12b的上游侧。DPF12b由CSF（Catalyzed Soot Filter；催化烟尘过滤器）构成。在连续再生型DPF装置12的下游的排气管11中，配置有消声器13。废气G被连续再生型DPF装置12净化，并作为净化后的废气Gc经由消声器13释放至大气。

DOC12a通过在多孔质的陶瓷的蜂窝构造等的担载体上担载铂等氧化催化剂而形成。DPF12b由交互地封堵多孔质的陶瓷的蜂窝的孔道的入口和出口的单片蜂窝型壁流型的过滤器等形成。在该过滤器的部分中担载铂或氧化铈等的催化剂。废气G中的PM（微粒物质）被多孔质的陶瓷的壁捕集（捕捉）。

然后，为了推断DPF12b上的PM的堆积量，在与DPF12b的前后连接的导通管中设置有检测DPF12b前后的差压的差压传感器31。此外，在连续再生型DPF装置12的下游侧的排气管11中设置有作为排气节流机构的排气节流阀14，在连续再生型DPF装置12的上游侧的排气管11中设置有排气制动器20。

在连续再生型DPF装置12内的DOC12a的上游侧设置有DOC入口排气温度传感器32，检测流入DOC12a的废气的温度，在DOC12a和DPF12b之间设置有DPF入口排气温度传感器33，检测流入DPF12b的废气的温度。

在发动机10的进气管15中，从进气口朝向发动机10侧设置有空气清洁器16、MAF传感器（吸入空气量传感器）17、涡轮增压机36的压缩机36b、进气节流阀（吸气节流阀）18。进气节流阀18用于调整向进气岐管37的进气量。从排气岐管38排出的废气通过涡轮增压机36的涡轮36a、排气制动器20，流入连续再生型DPF装置12。

此外，进气岐管37和排气岐管38与EGR管19连接，该EGR管19用于使从发动机10排出的废气的一部分返回至进气岐管37，在该EGR管19上设置有：EGR冷却器39，将返回进气岐管37的废气冷却；和EGR阀21，调整返回进气岐管37的废气量、即EGR量。

将来自MAF传感器17、DOC入口排气温度传感器32、DPF入口排气温度传感器33、车速传感器34、发动机转速传感器35的信号输入至ECU（电子控制单元）40，该ECU10进行发动机10的整体的控制，还进行DPF再生控制，并根据来自该ECU40的控制信号，控制排气节流阀14、排气制动器20、进气节流阀18、EGR阀21、燃料喷射装置22等。

废气净化系统1具备：累计稀释（dilution）量运算部2、再生间隔测定部3、强制再生部4。这些累计稀释量运算部2、再生间隔测定部3、强制再生部4搭载在ECU40中。

累计稀释量运算部2累积由于DPF再生而增加的稀释量，并且减去由于行进而减少的稀释量，从而运算累计稀释量。

再生间隔测定部3测定从DPF再生结束起到下一个DPF再生开始为止的再生间隔。

在DPF12b的PM堆积量超过规定量时，若满足累计稀释量低于规定的阈值、并且再生间隔为规定的阈值以上的条件（在下文中，称为自动再生条件），则强制再生部4进行自动再生，也就是在车辆的行进中自动地进行DPF再生。强制再生部4设为在自动再生中点亮自动再生灯（绿色）24。

此外，在DPF12b的PM堆积量超过规定量时，若不满足自动再生条件，则强制再生部4促使驾驶员在车辆的停车中进行手动再生，也就是以手动进行DPF再生，从而在车辆的停车中通过驾驶员的操作进行手动再生。在DPF12b的PM堆积量超过规定量，并且不满足自动再生条件时，强制再生部4通过使手动再生灯（橙色）23闪烁，向驾驶员促使手动再生。此外，强制再生部4设为在手动再生中使手动再生灯（橙色）23点亮。进而，强制再生部4设为通过驾驶员在停车中按下手动再生按钮（DPF手动再生执行开关）25来执行手动再生。

在此，根据由差压传感器31检测的DPF12b前后的差压，或者由车速传感器34检测的车速运算的行进距离，来检测PM堆积量。即，在DPF12b前后的差压超过规定的阈值时，或者在行进距离超过规定的阈值时，强制再生部4判断为DPF12b的PM堆积量超过规定量。

在DPF再生中，在由DOC入口排气温度传感器32或者DPF入口排气温度传感器33检测的废气温度比第一判断值（DOC的活性温度，例如250℃）低时，进行燃料的多级喷射，使从发动机10排出的废气的温度上升，在由DOC入口排气温度传感器32或者DPF入口排气温度传感器33检测的废气温度变成第一判断值以上时，实施进行后喷射的PM燃烧除去控制，进行DPF12b的强制再生。在PM燃烧除去控制中，根据需要将多级喷射和后喷射组合。再有，在手动再生中，设为关闭排气制动器20直至废气温度变成第一判断值以上，从而使废气温度迅速地上升。此外，在手动再生中，在PM燃烧除去控制时关闭排气节流阀14来进行排气节流，从而使废气温度上升。

另外，在本实施方式的废气净化系统1中，强制再生部4具有长时间怠速时强制再生部5，上述长时间怠速时强制再生部5在车辆停车而变成怠速状态的时间、即怠速停车时间经过规定时间tw后，由PM堆积量预测单元开始计算PM累积值，此外，在由PM堆积量预测单元预测的PM累积值变成规定值以上时，计测从变成规定值以上起的时间，若该计测时间变成规定时间tx以上，则开始DPF的再生控制，进行自动地进行手动再生的LLIR（长时间怠速时强制再生）。再有，在车速为规定的阈值以下（或者车速＝0）、或者发动机转速在规定的范围内（空转转速附近）时，长时间怠速时强制再生部5判断为车辆停车并变成怠速状态。

在长时间怠速时强制再生部5中，不是在怠速停车时间的累积值超过规定的阈值的时间点进行DPF再生，而是在从该时间点起经过规定时间时进行DPF再生，这是为了抑制在等待信号等的短时间的停车时开始DPF再生。再有，从怠速停车时间的累积值超过规定的阈值的时间点起的等待时间的计数是在每次使车辆行进时复位，在每次停车时从0开始计数。

如图3所示，在车辆停车，从检测为怠速状态起经过第一规定时间（怠速停车时间）tw后，由PM堆积量预测单元开始计算PM累积值，这是为了仅考虑车辆长时间停车的状态，而不累积交通信号灯的等待信号等的短时间的停车时间。优选为前述的怠速停车时间tw为交通信号灯的等待时间以上。怠速停车的条件是满足车速为规定值以下、空挡开关打开，加速器踏板抬起，发动机旋转，未进入再生，无其它错误的全部的条件时。

在开始计算PM累积值后，在PM累积值变成规定值以上时，发出再生请求，从该再生请求起经过第二规定时间tx后开始再生控制，这是为了避免在因等待信号而停车的期间内开始强制再生，从而使便利性提高。换言之，优选为第二规定时间tx是在交通信号灯的等待时间以上。

在本实施方式中，长时间怠速时强制再生部5构成为，在LLIR中车辆开始行进时，从LLIR转移至自动再生并继续进行DPF再生。

具体而言，长时间怠速时强制再生部5设为，通过在LLIR中车辆开始行进时临时停止LLIR，并在车辆以规定的阈值以上的车速行进规定时间以上时开始自动再生，从LLIR转移至自动再生。

此外，长时间怠速时强制再生部5设为，仅在满足自动再生条件（累计稀释量为规定的阈值以下，并且再生间隔为规定的阈值以上的条件）时，从LLIR向自动再生转移。这是由于，若在不满足自动再生条件时执行自动再生，则由于自动再生增加稀释量，存在发生故障的危险。

进而，在不满足自动再生条件的情况下，在怠速停车时间的累积值超过规定的阈值时，长时间怠速时强制再生部5使手动再生灯（橙色）23闪烁，并且在LLIR中使手动再生灯（橙色）23点亮。这是因为，在不满足自动再生条件的情况下，若使车辆行进则停止DPF再生（不转移至自动再生），所以促使驾驶员不让车辆行进。此外，在不满足自动再生条件的情况下，不需要进行自动再生而需要进行手动再生，所以在怠速停车时间的累积值超过规定的阈值时，使手动再生灯（橙色）23闪烁。

进而，此外，长时间怠速时强制再生部5设为，在满足自动再生条件的情况下，在怠速停车时间的累积值超过规定的阈值时，不使灯类点亮/闪烁，而是仅在LLIR中使自动再生灯（绿色）24点亮。这是因为，在满足自动再生条件的情况下，即使车辆行进也转移至自动再生并继续进行DPF再生，因而向驾驶员通知可以使车辆行进。

此外，长时间怠速时强制再生部5设为，在满足自动再生条件的情况下，在LLIR中（自动再生灯（绿色）的点亮中）按下手动再生按钮25的情况下，转移至通常的手动再生并继续进行DPF再生。在按下手动再生按钮25的情况下，熄灭自动再生灯（绿色）24，并且，点亮手动再生灯（橙色）23。再有，在通常的手动再生中，在使车辆行进的情况下，不转移至自动再生，而是停止DPF再生。

接下来，使用图2对控制装置40的长时间怠速时强制再生部5的控制流程进行说明。长时间怠速时强制再生部5设为，在车辆停车时执行图2的控制流程。

长时间怠速时强制再生部5，如图2所示，首先，在步骤S1中，检测是否为怠速状态，若判断为怠速状态，则开始怠速停车时间的累积（步骤S2），并进入步骤S3。在步骤S3中，长时间怠速时强制再生部5判断怠速停车时间的累积值是否超过规定的阈值、即第一规定时间tw，在判断为“否”的情况下，返回至步骤S2，继续怠速停车时间的累积。再有，在图2中虽未图示，但在怠速停车时间的累积中车辆行进的情况下，存储怠速停车时间的累积值，并结束控制。在下一次怠速停车时间的累积中，从已存储的怠速停车时间的累积值开始累计。

在步骤S3中判断为“是”的情况下，在步骤S4中，判断PM累积值是否为规定值以上，在判断为“否”的情况下，返回至步骤S4，在判断为“是”的情况下，进入步骤S5。在步骤S5中，长时间怠速时强制再生部5判断是否满足自动再生条件（累计稀释量低于规定的阈值，并且再生间隔为规定的阈值以上的条件）。

在步骤S5中判断为“否”的情况下，怠速停车时间的累积值超过规定的阈值，需要进行DPF再生，并且，由于不满足自动再生条件，需要进行手动再生。因此，长时间怠速时强制再生部5在步骤S6中使手动再生灯（橙色）23闪烁，在步骤S7中，在等待第二规定时间tx之后，在步骤S8中，自动地进行手动再生（LLIR）。此时，长时间怠速时强制再生部5使手动再生灯（橙色）23点亮，促使驾驶员不使车辆行进。

然后，在步骤S9中，长时间怠速时强制再生部5判断车辆是否行进。在步骤S9中判断为“是”的情况下，在步骤S20中，使手动再生灯（橙色）23闪烁，进入步骤21。在步骤21中判断是否已停车并按下手动再生开关，若为“否”则结束控制。在步骤S21中判断为“是”的情况下，进入步骤S22，开始手动再生，点亮手动再生灯（橙色）23，进入步骤S23。在步骤S23中判断手动再生是否结束，在判断为“否”的情况下，返回步骤S20，在判断为“是”的情况下，结束控制。

另一方面，在步骤S5中判断为“是”的情况下，长时间怠速时强制再生部5在步骤S11中，在等待第二规定时间tx之后，在步骤S12中，自动地进行手动再生（LLIR）。此时，长时间怠速时强制再生部5使自动再生灯（绿色）24点亮。

然后，在步骤S13中，长时间怠速时强制再生部5判断是否已按下手动再生按钮25。在步骤S13中判断为“是”的情况下，进入步骤S8，转移至通常的手动再生。此时，熄灭自动再生灯（绿色）24，并且，点亮手动再生灯（橙色）23。

在步骤S13中，在判断为“否”的情况下，在步骤S14中，长时间怠速时强制再生部5判断车辆是否行进。在步骤S14中，在判断为“否”的情况下，在步骤S15中判断手动再生是否结束，在步骤S1中判断为“否”的情况下，返回步骤S12并继续进行手动再生，在步骤S15中判断为“是”的情况下，结束控制。

在步骤S14中判断为“是”的情况下，在步骤S16中，长时间怠速时强制再生部5停止手动再生，熄灭自动再生灯（绿色）24。在停止手动再生后，进入步骤S17。

在步骤S17中，长时间怠速时强制再生部5判断车辆是否以规定的阈值以上的车速行进规定时间以上。在步骤S17中判断为“否”的情况下，直接结束控制。

在步骤S17中，在判断为“是”的情况下，在步骤S18中，长时间怠速时强制再生部5开始自动再生，点亮自动再生灯（绿色）24。然后，在步骤S19中判断自动再生是否结束，在步骤S19中，在判断为“否”的情况下，返回步骤S18并继续自动再生，在步骤S19中判断为“是”的情况下，结束控制。

如上文说明的那样，在本实施方式的废气净化系统1中，废气净化系统1具备控制装置40，该控制装置40进行设置在发动机10的排气管11中的柴油机微粒过滤器（DPF12b）的再生控制，控制装置40具有PM堆积量预测单元，计算怠速状态下的PM累积值，并预测PM堆积量，在从检测出怠速状态起经过规定时间后，由PM堆积量预测单元开始计算PM累积值，所以不累积交通信号灯的等待信号等的短时间的停车时间，在LLIR中的DPF的再生控制中，能够减少再生请求频度，实现用户的便利性的提高。

此外，控制装置40（具体而言，长时间怠速时强制再生部5）构成为，在LLIR中车辆开始行进时，从LLIR转移至自动再生并继续进行DPF再生，所以即使在LLIR中产生使车辆行进的需求的情况下，也能够继续进行DPF再生，能够抑制DPF发生堵塞。此外，在LLIR中即使使车辆行进也能够继续进行DPF再生，因而，不需要停车并等待LLIR的手动再生结束，提高便利性。本发明对于比较频繁地进行LLIR的、行进距离较短且怠速频度较高的车辆（例如消防车等）尤其有效。

此外，废气净化系统1构成为，在LLIR中车辆开始行进时，临时停止LLIR，在车辆以规定的阈值以上的车速行进规定时间以上时开始自动再生，由此从LLIR转移至自动再生，例如，在施工现场内的短距离短时间的移动等的情况下，能够与通常的手动再生同样地停止DPF再生，而不是转移至自动再生。这是因为，在自动再生中，为了在车辆的停车中不结束DPF再生，在自动再生中，在使车辆停车时，需要按下手动再生按钮25来切换至手动再生，若在短距离短时间的移动中转移至自动再生，则存在驾驶员的操作增加的麻烦。

此外，在废气净化系统1中，长时间怠速时强制再生部5构成为，仅在满足自动再生条件（累计稀释量为规定的阈值以下，并且再生间隔为规定的阈值以上的条件）时，从LLIR转移至自动再生，因而能够防止稀释量增加而导致产生故障的状况。

进而，在废气净化系统1中，长时间怠速时强制再生部5构成为，在不满足自动再生条件的情况下，在怠速停车时间的累积值超过规定的阈值时，使手动再生灯23闪烁，并且，在LLIR中使手动再生灯23点亮，在满足自动再生条件的情况下，仅在LLIR中使自动再生灯24点亮。

在以往的废气净化系统中，若怠速停车时间的累积值超过规定的阈值，则使手动再生灯23闪烁，在LLIR中使手动再生灯23点亮，向驾驶员提示不使车辆行进。可是，在该以往的废气净化系统中，在行进距离较短，怠速频度较高的车辆（例如消防车）中，手动再生灯23频繁地闪烁，在此若驾驶员与手动再生灯23的闪烁呼应地按下手动再生按钮25，或者通过LLIR开始手动再生（手动再生灯点亮），则存在到手动再生结束之前不能使车辆行进的问题，希望在便利性的方面进行改善。

与此相对，在本实施方式的废气净化系统1中，仅在不满足自动再生条件而需要进行手动再生时，使手动再生灯23闪烁/点亮，在满足自动再生条件时，即使使车辆行进也能够转移至自动再生，因而设为点亮自动再生灯24，即使是在行进距离较短，怠速频度较高的车辆中，也能够抑制手动再生灯23频繁地闪烁，能够提高便利性。

虽然在上文中，根据附图对本发明的实施方式进行详细叙述，但本发明并不仅局限于上述实施方式，而是能够是在未脱离本发明的宗旨的范围内的各种的设计变更。作为废气净化系统的废气净化装置，以上游侧的DOC12a和下游侧的DPF12b的组合为例进行了说明，但也可以是担载氧化催化剂的过滤器。此外，作为在DOC12a的上游侧提供未燃燃料（HC）的方法而说明了后喷射，但也可以采用在排气管11中配置未燃燃料供给装置，从该未燃燃料提供装置直接地向排气管11内喷射未燃燃料的排气管内直接喷射的方法。

符号的说明：

1 废气净化系统

10 发动机

11 排气管

12 连续再生型DPF装置

12a DOC

12b DPF（柴油机微粒过滤器）

40 控制装置（ECU）

Tw 第一规定时间（怠速停车时间）

Tx 第二规定时间；

Claims

1.一种废气净化系统，具备控制装置，该控制装置进行设置在发动机的排气管中的柴油机微粒过滤器的再生控制，该废气净化系统的特征在于，

上述控制装置具有微粒物质堆积量预测单元，计算怠速状态下的微粒物质累积值，并预测微粒物质堆积量，

在从检测到怠速状态起经过第一规定时间后，由上述微粒物质堆积量预测单元开始微粒物质累积值的计算。

2.如权利要求1所述的废气净化系统，其特征在于，

上述第一规定时间设定为交通信号灯的信号等待时间以上。

3.如权利要求1或2所述的废气净化系统，其特征在于，

在由上述微粒物质堆积量预测单元预测的微粒物质累积值变成规定值以上时，计测从变成规定值以上起的时间，若该计测时间变成第二规定时间以上，则开始上述柴油机微粒过滤器的再生控制。

4.如权利要求3所述的废气净化系统，其特征在于，

上述第二规定时间设定为交通信号灯的信号等待时间以上。