CN102933826B - 排气管喷射控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够将DPF再生时的EGR开度控制为最佳的排气管喷射控制装置。具备在DPF再生时控制EGR装置（123）的EGR开度的再生时开度控制部（173）。具备预先按照发动机转速和发动机（101）中的燃料喷射量而设定了DPF再生时的EGR装置（123）的最佳EGR开度的再生时开度映射（172），再生时开度控制部（173）通过发动机转速和发动机（101）中的燃料喷射量来参照再生时开度映射（172），从而控制EGR装置（123）的EGR开度，进行排气再循环。

Description

排气管喷射控制装置

技术领域

本发明涉及将DPF再生用的燃料向排气管喷射的排气管喷射控制装置，有关能够将DPF再生时的EGR开度控制在最佳的排气管喷射控制装置。

背景技术

为了从柴油发动机的废气中除去粒子状物质（以下称为PM）而将废气净化，在排气管中设有柴油机微粒过滤器（以下称为DPF）。DPF用于在由多孔质的陶瓷构成的蜂窝构造体中对PM进行捕集。捕集到的PM若被过度积蓄则成为废气流通的障碍，但DPF所积蓄的PM能够通过提高废气温度而焚化除去。将之称为DPF再生。

作为提高废气温度直到PM可焚化的温度的方式，以往有在DPF的上游设置由铂等构成的氧化催化剂（以下称为DOC）、为了得到发动机的推进力而在分多次进行燃料喷射的多喷射中通过增加燃料喷射量将废气温度提高到DOC的活化温度、以之后的适当的曲柄角来进行DPF再生用的燃料喷射（后置喷射）、通过该后置喷射将炭化氢（以下称为HC）向DOC供给、以HC的氧化热来提高废气温度到PM的焚化温度的方式。

但是，若进行后置喷射则被喷射的燃料混入发动机的润滑油，产生润滑油被稀释的油稀释。并且，若由后置喷射喷射的未燃燃料混入排气再循环（以下称为EGR）装置，则成为EGR冷却器的性能下降或活塞环的故障的原因。

因此，以往在进行后置喷射的DPF再生时，将EGR阀全闭而停止EGR控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－106691号公报

发明概要

发明要解决的技术问题

如上述那样，以往在DPF再生时停止EGR。但是若停止EGR控制则废气中氮氧化物（NOx）增加。

与此相对，本发明者们研究了在比排气管的EGR配管连接位置靠下游进行向排气管内喷射燃料的排气管喷射、将HC向DOC供给，利用HC的氧化热来提高废气温度的方式。根据该方式，不向发动机而向排气管内喷射燃料，因此不会出现油稀释，进而由于在比EGR配管连接位置靠下游喷射燃料，因此燃料不会混入EGR装置。本发明者们基于该认知，提出在排气管喷射带来的DPF再生时进行EGR控制。

但是，在EGR装置中成为按照发动机状态来调节EGR开度。所谓EGR开度是指设置于EGR配管的EGR阀的开度，若增大EGR开度则循环到发动机的废气增加，若减小EGR开度则循环到发动机的废气减少。设置有EGR映射，以使能够按照发动机状态来调节EGR开度。

EGR映射是按照发动机转速和发动机中的燃料喷射量而设定了EGR开度的映射，能够通过发动机转速和发动机中的燃料喷射量来参照该EGR映射对EGR开度进行控制。EGR映射所设定的EGR开度是综合NOx、PM等而成为废气最清净或者接近于废气最清净的最佳值。不仅是上述废气性能，还可以是追加了输出转矩得到得大、油耗被降低的最佳值。EGR映射中设定的EGR开度的最佳值是根据一边使发动机在多种发动机状态下运转一边进行废气测定的庞大的实验的结果而得到的。

在以往的基于后置喷射的DPF再生中，停止了EGR控制。与此相对，本发明者们提出的排气管喷射中，在DPF再生时进行EGR控制，因此不能利用现有技术。因此，还需要能够将DPF再生时的EGR开度控制为最适的机构。

发明内容

因此，本发明的目的在于，解决上述技术问题，提供一种能够将DPF再生时的EGR开度控制为最佳的排气管喷射控制装置。

用于解决技术问题的手段

为了达成上述目的，本发明具备：柴油机微粒过滤器，设置于发动机的排气管，捕集粒子状物质；排气再循环装置，按照开度使废气从上述发动机的排气歧管向进气歧管循环；排气管喷射器，设置于比上述排气再循环装置靠下游、比上述柴油机微粒过滤器靠上游的排气管中，在上述柴油机微粒过滤器的再生时向上述排气管内喷射燃料；以及再生时开度控制部，在上述再生时控制上述排气再循环装置的开度来进行排气再循环。

可以具备预先按照发动机转速和上述发动机中的燃料喷射量而设定了上述再生时的上述排气再循环装置的开度的再生时开度映射，上述再生时开度控制部通过发动机转速和上述发动机中的燃料喷射量来参照上述再生时开度映射，从而控制上述排气再循环装置的开度。

上述再生时开度映射可以具有开度成为全闭的区域。

发明效果

本发明发挥如下的优异效果。

（1）能够将DPF再生时的EGR开度控制为最佳。

附图说明

图1是本发明的排气管喷射控制装置所适应的车辆中的发动机、进排气系统以及燃料喷射系统的系统构成图。

图2是在本发明中将DPF再生时控制EGR开度的机构以线路图像（回路イメ一ジ）表示的图。

图3是在本发明中DPF再生时使用的再生时EGR开度映射（map）的图。

图4是在本发明中DPF非再生时使用的基本EGR开度映射的图。

具体实施方式

以下，基于添付附图对本发明的一实施方式进行详述。

图1中表示本发明的排气管喷射控制装置所适应的车辆中的发动机、进排气系统以及燃料喷射系统的系统构成。

首先，若说明排气系统的构成，则发动机101的排气歧管102上连接着用于将发动机101的废气向大气排出的排气管103，在排气管103的最上游设置有用于使废气从排气歧管102向进气歧管104循环的EGR配管105。在EGR配管105设置有对废气进行冷却的EGR冷却器106、和用于调整EGR量（或EGR率）的EGR阀107。将EGR配管105和EGR冷却器106和EGR阀107一并称为EGR装置123。

在排气管103的下游设有高压级涡轮增压器108的叶轮109，在更下游设有低压级涡轮增压器110的叶轮111。在叶轮111的下游设有将排气管103闭锁的排气制动阀112，在更下游设有DPF单元113。DPF单元113由DPF再生时促进排气管103所喷射的燃料的氧化的DOC114和捕集PM的DPF115构成。在DPF单元113的下游设有排气节气阀116，在排气节气阀116的下游，排气管103被向大气开放。另外，在排气管103虽然未图示但可以设置SCR（选择还原催化剂）装置。

接着，若说明进气系统的构成，则在进气歧管104上连接着用于将空气从大气取入到发动机101的进气管117。进气管117的最上游被向大气开放，其下游设有除去尘埃等异物的空气净化器118。在空气净化器118的下游设有低压级涡轮增压器110的压缩机119，在更下游设有高压级涡轮增压器108的压缩机120。在压缩机120的下游设有对由低压级涡轮增压器110和高压级涡轮增压器108压缩的进气进行冷却的中冷器121，在更下游设有用于限制进气量的进气节气阀（ITH）122。在进气节气阀122的下游，进气管117与进气歧管104连接。

接着，若说明燃料喷射系统的构成，则构成为活塞头132在将发动机101的一部分截断所示的气缸131内进行冲程，在气缸131上安装有用于喷射燃料的喷射器133，在比活塞头132的上死点位置靠上部配置有喷射器133的喷射口。虽然附图简略地示出，但发动机101具有多个气缸131，在各气缸131分别设有喷射器133。各喷射器133从共轨（commonrail）134供给高压的燃料。喷射器133虽然未详细地图示但具有以线圈的电磁力来驱动的阀体，按照向线圈通电的脉冲电流的时间宽度（通电时间）来开放喷射口。

在共轨134上连接着从高压泵135供给高压（共轨燃料压力）的燃料的高压燃料管136。在高压泵135上连接着从供给泵137供给比共轨燃料压力低、比大气压高的中间压（排气管喷射燃料压力）的燃料的中间压燃料管138。供给泵137成为从大气压的燃料罐139经由低压燃料管140将燃料取入。供给泵137与未图示的曲轴连结，伴随着发动机101而旋转，利用与发动机转速相应的送出力来送出燃料，从而能够将与发动机转速相应的排气管喷射燃料压力的燃料向中间压燃料管138供给。

本发明中，在低压级涡轮增压器110的叶轮111的下游，在比排气制动阀112靠上游设有用于向排气管103内喷射燃料的排气管喷射器141。来自供给泵137的燃料经由中间压燃料管138被供给到排气管喷射器141。

在高压泵135、共轨134、喷射器133上分别连接着向燃料罐139回收剩余的燃料的回收燃料管142。

接着，说明传感器类。

在发动机101上设有检测冷却水温的水温传感器151、将未图示的曲轴上的指标作为曲柄角的基准位置来检测的曲柄角传感器152、检测发动机油的残量的油位传感器153等。在排气歧管102设有发动机排气温度传感器154。在进气歧管104设有增压压力传感器155。

在DPF单元113设有检测DOC114的入口的废气温度的DOC入口废气温度传感器156、检测DPF115的入口的废气温度的DPF入口废气温度传感器157、检测作为DPF115的入口和出口间的废气的压力差的差压的差压传感器158。若PM在DPF115积蓄，则随着其积蓄量的增加，差压变大，因此能够基于差压来判断DPF再生时期。通过DPF入口废气温度传感器157检测的DPF入口废气温度，能够确认DPF再生时等的DPF115的温度。

在中间压燃料管138设有检测作为向排气管喷射器141施加的燃料压力的排气管喷射燃料压力的排气管喷射燃料压力传感器159。在高压泵135的入口设有检测燃料的温度的燃料温度传感器160。在共轨134设有检测作为向各气缸131的喷射器133施加的燃料压力的共轨燃料压力的共轨燃料压力传感器161。在进气管117的空气净化器118的下游设有检测进气管117所吸入的空气的流量的空气流量传感器（MAF传感器）162。

除了图示说明过的以外还在发动机101、进排气系统以及燃料喷射系统设有以往公知的所有的传感器。

接着，说明控制系统的构成。

高压级涡轮增压器108是可变喷嘴式涡轮增压器，在叶轮109的上游设有调节叶轮109的开口面积的喷嘴致动器164。涡轮控制器165一边参照增压压力传感器155检测的增压压力一边驱动喷嘴致动器164，从而控制增压量或增压压力。

对包含向发动机101的燃料喷射的车辆的各部进行控制的机构，作为程序被编入电子控制装置（ECU）171。ECU171作为表示发动机状态的发动机参数而常时检测发动机转速、油门踏板开度、负荷转矩、空气量等来进行燃料喷射控制等的控制。ECU171成为了得到发动机101的推进力、在各气缸131的1燃烧周期内以适当的曲柄角执行从喷射器133进行多次燃料喷射的多喷射控制。ECU171控制EGR装置123的EGR开度。EGR开度是EGR阀107的开度，由此能调整EGR量。

进而，ECU171中每当车辆的行驶距离达到规定距离就进行DPF再生，并且，在差压传感器158检测的差压成为了规定值以上时进行DPF再生。DPF再生时，ECU171按照发动机转速和废气流量来设定从排气管喷射器141中一次喷射的目标喷射量，并按照该目标喷射量来控制排气管喷射器141。

本发明的ECU171中设有：预先按照发动机转速和发动机101中的燃料喷射量而设定了DPF再生时的EGR装置123的最佳EGR开度的再生时开度映射172；和在DPF再生时通过发动机转速和发动机101中的燃料喷射量来参照再生时开度映射172、控制EGR装置123的EGR开度、进行排气再循环的再生时开度控制部173。

另外，ECU171在DPF非再生时使用与以往相同的基本EGR开度映射来控制EGR开度。

如图2所示，若通过线路图像表示ECU171中在DPF再生时对EGR开度进行控制的机构，则发动机转速和发动机的燃料喷射量被输入到再生时开度映射172，从再生时开度映射172输出再生时EGR开度。

如图3所示，再生时开度映射172能够利用将发动机转速取为横轴、将发动机101的燃料喷射量取为纵轴的EGR开度的等高线曲线图近似地表示。浓的阴影线是开度最大，阴影线越变淡表示开度越小。根据该再生时开度映射172，发动机转速比中等程度稍高（曲线图的左右中央稍右）、发动机101的燃料喷射量比中等程度稍多（曲线图的上下中央稍上）时，EGR开度有最大的区域，在其周围，有EGR开度大的区域、中的区域，进而在该发动机转速低侧和高侧，有EGR开度小的区域。这些区域设定了使基于实验得到的NOx、PM等的废气性能、输出转矩性能、油耗性能为最佳的EGR开度。并且，发动机101的燃料喷射量少的地方从发动机转速最低到最大成为EGR全闭的区域。即，发动机101的燃料喷射量为规定值以下时，与发动机转速无关，成为EGR全闭。该区域以EGR冷却器106的保护和从排气管103向大气放出HC的HC滑移（slip）以及白烟的防止为目的。

以下，说明本发明的排气管喷射控制装置的动作。

ECU171在DPF再生时，通过在发动机101的多喷射中增加来自喷射器133的燃料喷射量来将废气温度提高到DOC114的活化温度，通过在之后的适当的喷射时期从排气管喷射器141向排气管103内喷射燃料，从而将HC向DOC114供给，利用HC的氧化热将废气温度提高到PM的焚化温度。进而，ECU171为了将废气温度提高到所期望的温度，按照发动机转速和废气流量来设定从排气管喷射器141喷射1次的目标喷射量，执行排气管喷射。

在这样进行了排气管喷射的DPF再生时，再生时开度控制部173通过发动机转速和发动机101中的燃料喷射量来参照再生时开度映射172，控制EGR装置123的EGR开度。由此，按照图3的再生时开度映射172来进行DPF再生时的EGR控制。从而，即使是DPF再生时，也能够将EGR开度控制为最佳，例如能够降低废气中的NOx。

这里，将以往具有的DPF非再生时的EGR控制和本发明中的DPF再生时的EGR控制进行比较。

图4是在DPF非再生时使用的基本EGR开度映射。根据该基本EGR开度映射，在发动机101的燃料喷射量少时从发动机转速最低到比中等程度稍高的地方、和在发动机转速比中等程度稍高（曲线图的左右中央稍右）时从发动机101的燃料喷射量最少到稍多的（曲线图的上下中央稍上）地方，EGR开度为最大的区域。在其周边，随着发动机101的燃料喷射量变多、发动机转速变低，EGR开度成为大的区域、中的区域、小的区域，在发动机转速高的地方，随着发动机转速变高，EGR开度成为大的区域、中的区域、小的区域。

这样，在基本EGR开度映射中，在发动机101的燃料喷射量少的地方，使EGR开度增大。与此相对地，在再生时开度映射172中，在发动机101的燃料喷射量为规定值以下的地方，与发动机转速无关地使EGR开度成为全闭。这是因为，在发动机101的燃料喷射量少时从发动机101出来的废气中HC较多，因此使HC不进入EGR冷却器106来保护EGR冷却器106。并且，通过使EGR开度成为全闭，还可获得降低从发动机101出来的废气中的HC、防止HC滑移以及白烟的效果。

另外，对于图3，图4的2个EGR开度映射而言，虽然将EGR开度设为最大、大、中、小、全闭的4阶段，但优选的是设为更多阶段。

如以上说明的那样，根据本发明的排气管喷射控制装置，由于具备预先按照发动机转速和发动机101中的燃料喷射量而设定了DPF再生时的EGR装置123的最佳EGR开度的再生时开度映射172；和在DPF再生时通过发动机转速和发动机101中的燃料喷射量来参照再生时开度映射172，从而控制EGR装置123的EGR开度来进行排气再循环的再生时开度控制部173，因此即使在DPF再生时也能够将EGR开度控制为最佳。

根据本发明的排气管喷射控制装置，再生时开度映射172具有开度为全闭的区域，因此通过例如在发动机101的燃料喷射量少时使EGR开度成为全闭，可得到EGR冷却器106的保护和防止HC滑移以及白烟的效果。

符号说明

101发动机

102排气歧管

103排气管

104进气歧管

115柴油机微粒过滤器（DPF）

123排气再循环装置（EGR装置）

141排气管喷射器

172再生时开度映射

173再生时开度控制部

Claims (1)

1.一种排气管喷射控制装置，其特征在于，具备：

柴油机微粒过滤器，设置于发动机的排气管，捕集粒子状物质；

排气再循环装置，按照开度使废气从上述发动机的排气歧管向进气歧管循环；

排气管喷射器，设置于比上述排气再循环装置靠下游、比上述柴油机微粒过滤器靠上游的排气管中，在上述柴油机微粒过滤器的再生时向上述排气管内喷射燃料；以及

再生时开度控制部，在上述再生时控制上述排气再循环装置的开度来进行排气再循环；

上述再生时开度控制部，基于通过发动机转速和燃料喷射量而参照的再生时开度映射，来设定上述排气再循环装置的开度；上述再生时开度映射，将上述发动机的燃料喷射量为规定值以下的区域设定为与上述发动机转速无关地使上述排气再循环装置的开度全闭的全闭区域，在上述全闭区域以外的区域设定有多个打开区域。