CN102939446B - 排气管喷射控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不根据发动机转速而可控制适当的燃料喷射量的排气管喷射控制装置。具备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的目标喷射量设定部172、相对于目标喷射量和排气管喷射燃料压力设定了要喷射目标喷射量相应的燃料的排气管喷射器141的燃料喷射时间的BPW映射173、通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力来参照BPW映射173进行来自排气管喷射器141的喷射的排气管喷射执行部174。

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，有关不根据发动机转速而能够控制适当的燃料喷射量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)，则成为EGR冷却器的性能下降或活塞环的故障的原因。
因此，近年来研究了进行将燃料向排气管内喷射的排气管喷射来将HC供给到DOC、以HC的氧化热来提高废气温度的方式。
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
排气管喷射与向气缸内喷射燃料的后置喷射不同，不依赖于曲柄角地决定喷射时期，并且燃料喷射量也可任意地决定。但是，排气管喷射是新的技术，为了找出没有燃料的浪费、有效地提高废气温度的喷射时期以及燃料喷射量，不得不在实验中浪费相当多的时间。与此相对地，后置喷射的技术已经经过较多的实验而被确立，适当的喷射时期以及燃料喷射量已被映射化。因此本发明者们考虑了以后置喷射中的目标喷射量为基础来设定排气管喷射中的燃料喷射量的目标喷射量的事情。设定排气管喷射中的目标喷射量的映射，以使发动机的1燃烧周期中与各气筒进行后置喷射的燃料喷射量相平衡的量的燃料在相当于1燃烧周期的规定时间内进行排气管喷射。这样，通过将已经确立的后置喷射的喷射时期和目标喷射量变换为排气管喷射来使用，与从所谓的基于零开始相比，能够缩短实验中花费的时间。
但是，发动机中的燃料喷射在共轨积蓄了高压的燃料，从该共轨向各气筒的喷射器分配而进行。喷射器构成为，具有利用线圈的电磁力来驱动的阀体，通过向线圈通电的脉冲电流的时间宽度(以下称为通电时间)，来控制燃料喷射时间，燃料喷射量能够进行控制。
与此相对地，排气管喷射中使用的喷射器(排气管喷射器)不能从共轨接受高压的燃料的分配。因此，对于排气管喷射器，从与共轨独立的供给源供给燃料。具体来说，使用了供给泵。供给泵与曲轴连结，随着发动机而旋转，利用与发动机转速相应的送出力来供给燃料。
这样，对于排气管喷射器从供给泵来供给燃料，但基于供给泵的燃料压力不是一定的，依赖于发动机转速。因此，仅通过通电时间(＝燃料喷射时间)不能控制燃料喷射量。若将发动机转速低时以某通电时间进行了喷射的情况和发动机转速高时以相同的通电时间进行了喷射的情况相比，则发动机转速高时，基于供给泵的燃料压力高，因此燃料喷射量变多。从而，通过仅设定只与目标喷射量成比例的通电时间，不能进行目标喷射量的喷射。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种解决上述技术问题，不根据发动机转速而能够控制适当的燃料喷射量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；排气管喷射器，设置于比上述柴油机微粒过滤器靠上游，向上述排气管喷射燃料；供给泵，将燃料向上述排气管喷射器供给；目标喷射量设定部，按照发动机转速和废气流量来设定从上述排气管喷射器喷射1次的目标喷射量；喷射时间映射，相对于目标喷射量和作为向上述排气管喷射器施加的燃料的压力的排气管喷射燃料压力，设定要喷射目标喷射量相应的燃料的上述排气管喷射器的燃料喷射时间；以及排气管喷射执行部，通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力来参照上述喷射时间映射进行来自上述排气管喷射器的喷射，
上述喷射时间映射的上述燃料喷射时间被设定为上述目标喷射量越多则越长，并且，上述排气管喷射燃料压力越高则越短。
上述供给泵随着上述发动机而旋转，利用与发动机转速相应的送出力将燃料向上述排气管喷射器供给，上述排气管喷射控制装置还可以具备在上述供给泵和上述排气管喷射器之间检测排气管喷射燃料压力的排气管喷射燃料压力传感器。
还可以具备：排气管喷射燃料压力映射，预先相对于发动机转速设定了排气管喷射燃料压力；以及假想排气管喷射燃料压力检测部，通过发动机转速来参照上述排气管喷射燃料压力映射。
发明效果
本发明发挥下面那样优异的效果。
(1)能够不根据发动机转速而控制适当的燃料喷射量。
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是在本发明中将决定排气管喷射器的燃料喷射时间的顺序以线路图像(回路イメージ)表示的图。
图3是本发明中使用的BPW映射(map)的三维曲线图。
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。
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(common rail)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形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认为在发动机101、进排气系统以及燃料喷射系统设有以往公知的所谓的传感器。
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手段，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。
本发明的排气管喷射在ECU171中被控制。即，在ECU171设有将从排气管喷射器141中喷射1次的目标喷射量按照发动机转速和废气流量来设定的目标喷射量设定部172、相对于目标喷射量和排气管喷射燃料压力设定目标喷射量相应的燃料要被喷射的、排气管喷射器141的燃料喷射时间的喷射时间(这里由于通过通电时间来控制，因此称为BPW；基本脉冲宽度(Base Pulse Width))映射173、通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力来参照BPW映射173进行来自排气管喷射器141的喷射的排气管喷射执行部174。进而，在ECU171还设有预先相对于发动机转速设定了排气管喷射燃料压力的排气管喷射燃料压力映射175、和通过发动机转速来参照排气管喷射燃料压力映射175的假想排气管喷射燃料压力检测部176。
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，当差压传感器158检测的差压成为规定值以上时进行DPF再生。
如图2所示，若以线路图像表示在ECU171中决定作为排气管喷射器141的燃料喷射时间的通电时间的顺序，则发动机转速被输入到排气管喷射燃料压力映射175、作为排气管喷射燃料压力映射175的输出的排气管喷射燃料压力(假想值)被输入到切换器201的一个的输入端子。另一方面，来自排气管喷射燃料压力传感器159的排气管喷射燃料压力(传感器值)被输入到切换器201的另一个输入端子。表示排气管喷射燃料压力传感器159故障的传感器失灵(失陥)的信号被输入切换器201的控制端子。作为切换器201的输出的排气管喷射燃料压力和目标喷射量被输入BPW映射173，根据BPW映射173输出通电时间。
如图3所示，BPW映射173通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力和通电时间(燃料喷射时间)的三维曲线图来进行示意。通电时间与目标喷射量大约成比例，目标喷射量越多通电时间越长。另一方面，通电时间与排气管喷射燃料压力大约成反比例，排气管喷射燃料压力低时通电时间长，排气管喷射燃料压力高时通电时间短。
以下，说明本发明的排气管喷射控制装置的动作。
DPF再生时为了将废气温度提高到所期望的温度，图1的目标喷射量设定部172按照发动机转速和废气流量来设定从排气管喷射器141中喷射1次的目标喷射量。排气管喷射执行部174通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力来参照BPW映射173进行来自排气管喷射器141的喷射。BPW映射173中，通电时间(燃料喷射时间)如图3那样被设定，读出该BPW映射173的目标喷射量和排气管喷射燃料压力的交点坐标处的通电时间。从而，由于例如发动机转速低时，排气管喷射燃料压力低，因此对相同的目标喷射量输出长的通电时间。结果，排气管喷射器141被长时间通电，燃料喷射时间变长，因此即使排气管喷射燃料压力低也能喷射目标喷射量相应的燃料。当发动机转速高时，排气管喷射燃料压力高，因此对相同的目标喷射量输出短的通电时间。结果，排气管喷射器141被短时间通电，燃料喷射时间短，因此即使排气管喷射燃料压力高也能喷射目标喷射量相应的燃料。
排气管喷射燃料压力由排气管喷射燃料压力传感器159检测，并且，通过发动机转速来参照排气管喷射燃料压力映射175，即使是假想排气管喷射燃料压力检测部176也能求出。当排气管喷射燃料压力传感器159正常时，作为排气管喷射燃料压力传感器159的输出的传感器值被提供给排气管喷射执行部174，当排气管喷射燃料压力传感器159是发生故障的失灵时，作为假想排气管喷射燃料压力检测部176的输出的假想值被提供给排气管喷射执行部174。
这里，基于假想排气管喷射燃料压力检测部176的假想值与传感器失灵无关，能够常时利用。因此，通过使用该假想值来进行排气管喷射，能够回避因传感器失灵而造成的不能排气管喷射、不能DPF再生、车辆不能行驶这样的事态。
另一方面，排气管喷射燃料压力传感器159能够与各车辆的性能偏差、经时变化相对应。即，排气管喷射燃料压力映射175不根据车辆而同样设定，因此根据排气管喷射燃料压力映射175求出的假想值与以供给泵137为代表的燃料喷射系统的性能偏差或经时变化不对应。基于排气管喷射燃料压力传感器159的传感器值表示实际地施加到排气管喷射器141的燃料压力，因此有助于得到更准确的通电时间。
如以上说明的那样，根据本发明的排气管喷射控制装置，通过具有相对于目标喷射量和排气管喷射燃料压力设定目标喷射量相应的燃料想要喷射的、排气管喷射器141的燃料喷射时间的BPW映射173，和通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力来参照BPW映射173进行来自排气管喷射器141的喷射的排气管喷射执行部174，即使根据发动机转速，排气管喷射燃料压力变动，也能够从排气管喷射器141喷射目标喷射量相应的燃料。
根据本发明的排气管喷射控制装置，由于具有排气管喷射燃料压力传感器159，因此能够检测实际地施加到排气管喷射器141的燃料压力，得到更准确的燃料喷射时间。
根据本发明的排气管喷射控制装置，由于具有相对于发动机转速设定了排气管喷射燃料压力的排气管喷射燃料压力映射175、和通过发动机转速来参照排气管喷射燃料压力映射175的假想排气管喷射燃料压力检测部176，因此与传感器失灵无关地、能够常时获知排气管喷射燃料压力，不会出现不能DPF再生。并且，能够提供不装备排气管喷射燃料压力传感器159的便宜的车型。
符号说明
115 柴油机微粒过滤器(DPF)
137 供给泵
141 排气管喷射器
159 排气管喷射燃料压力传感器
172 目标喷射量设定部
173 喷射时间映射(BPW映射)
174 排气管喷射执行部
175 排气管喷射燃料压力映射
176 假想排气管喷射燃料压力检测部

Claims (3)

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；
排气管喷射器，设置于比上述柴油机微粒过滤器靠上游，向上述排气管喷射燃料；
供给泵，将燃料向上述排气管喷射器供给；
目标喷射量设定部，按照发动机转速和废气流量来设定从上述排气管喷射器喷射1次的目标喷射量；
喷射时间映射，相对于目标喷射量和作为向上述排气管喷射器施加的燃料的压力的排气管喷射燃料压力，设定要喷射目标喷射量相应的燃料的上述排气管喷射器的燃料喷射时间；以及
排气管喷射执行部，通过目标喷射量和排气管喷射燃料压力来参照上述喷射时间映射进行来自上述排气管喷射器的喷射，
上述喷射时间映射的上述燃料喷射时间被设定为上述目标喷射量越多则越长，并且，上述排气管喷射燃料压力越高则越短。
2.如权利要求1所述的排气管喷射控制装置，其特征在于，
上述供给泵随着上述发动机而旋转，利用与发动机转速相应的送出力将燃料向上述排气管喷射器供给，
上述排气管喷射控制装置具备在上述供给泵和上述排气管喷射器之间检测排气管喷射燃料压力的排气管喷射燃料压力传感器。
3.如权利要求1所述的排气管喷射控制装置，其特征在于，具备：
排气管喷射燃料压力映射，预先相对于发动机转速设定了排气管喷射燃料压力；以及
假想排气管喷射燃料压力检测部，通过发动机转速来参照上述排气管喷射燃料压力映射。
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