CN103261597B - Dpf系统 - Google Patents

Abstract

提供一种DPF系统，即使产生排气管喷射器的制造偏差、老化导致的喷射量变化，也能够以适当的排气喷射量进行DPF再生。DPF系统（10）具备：温度传感器（26、27），设置在DOC（23）的入口以及出口侧，对DPF强制再生时的DOC入口温度以及DOC出口温度进行检测；SV比决定单元（29），对DPF强制再生时的废气流量进行测定而决定废气SV比；以及喷射器诊断单元（30），具有被输入温度传感器（26、27）的检测值和SV比决定单元（29）的决定值，并判断这些值是否处于理论发热区域内的发热区域判断部（31），并且具有在温度传感器（26、27）的检测值和SV比决定单元（29）的决定值处于理论发热区域内时，对排气管喷射器（24）的实际喷射量的降低量进行诊断的实际喷射量诊断部（32）。

Description

DPF系统

技术领域

本发明涉及一种DPF系统，通过DPF从柴油机发动机的废气中捕集粒子状物质，并通过排气管喷射将其燃烧除去。

背景技术

近年来，开发了用于从柴油机发动机的废气中将PM（ParticulateMatter：颗粒物质）净化的DPF（DieselParticulateFilter：柴油颗粒过滤器）装置。此外，开发了用于净化废气中的NO_x的LNT（LeanNO_xTrap：NOx吸藏器）催化剂。在将这种废气净化装置与排气管连接的DPF系统中，在净化装置的净化效率降低时，向废气中添加未燃燃料，通过在排气管中设置的DOC（DieselOxidationCatalyst：柴油氧化催化剂）使其氧化燃烧，通过高温的废气将DPF中堆积的PM燃烧除去（DPF强制再生），或者对LNT催化剂进行富还原。

作为将该未燃燃料向废气中添加的手段，如下的排气管喷射受到关注：不产生发动机筒内的油稀释，而在燃料添加时能够进行EGR（ExhaustGasRecirculation：废气再循环）控制，能够使升温所需要的燃料消耗量抑制得较低。排气管喷射是从设置在排气管中的排气管喷射器向废气中添加未燃燃料的方法（例如参照专利文献1、2）。此外，排气管喷射为，在对LNT催化剂进行富还原时，能够与发动机的燃烧无关地进行废气的空燃比浓控制。

在使用排气管喷射的DPF系统中，为了稳定地进行PM燃烧以及富还原，优选减小从排气管喷射器的排气喷射量的流量偏差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4417878号公报

专利文献2：日本专利第4561467号公报

专利文献3：日本特开2010-121514号公报

发明要解决的课题

上述排气管喷射器的流量偏差的原因有，喷射器的制造偏差、以及老化导致的堵塞。当这些偏差变大时，即使进行基于废气温度的喷射量的反馈（FB）控制，也有可能会超过修正极限而排气喷射量变得不稳定，无法进行稳定的温度控制。

作为其结果，有可能废气温度变得不稳定，DPF再生变得不充分。此外，在用于LNT催化剂的富还原的情况下，有可能富还原时的还原剂量产生偏差，而NO_x还原不良、产生HC滑移。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种DPF系统，即使产生排气管喷射器的制造偏差、老化导致的喷射量变化，也能够以适当的排气喷射量进行DPF再生。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明为一种DPF系统，进行从排气管喷射器喷射燃料、使其在DOC中氧化燃烧而将DPF中堆积的PM燃烧除去的DPF强制再生，该DPF系统中具备：温度传感器，设置在上述DOC的入口以及出口侧，对DPF强制再生时的DOC入口温度以及DOC出口温度进行检测；SV比（surfaceareatovolumeratio：表面积-体积比）决定单元，对DPF强制再生时的废气流量进行测定而决定废气SV比；以及喷射器诊断单元，具有发热区域判断部和实际喷射量诊断部，该发热区域判断部被输入上述温度传感器的检测值和上述SV比决定单元的决定值，并判断这些值是否处于理论发热区域内，该实际喷射量诊断部在上述温度传感器的检测值和上述SV比决定单元的决定值处于上述理论发热区域内时，对上述排气管喷射器的实际喷射量的降低量进行诊断。

也可以是，上述实际喷射量诊断部根据上述DOC的出入口温度差和上述废气流量，计算上述DOC的实际发热量并进行累计，并且根据上述排气管喷射器的指示喷射量，计算上述DOC的理论发热量并进行累计，根据上述实际发热量以及理论发热量的累计值，对上述排气管喷射器的实际喷射量的降低量进行诊断。

也可以是，上述喷射器诊断单元根据上述诊断出的实际喷射量的降低量，对上述排气管喷射器的指示喷射量进行修正。

也可以是，上述喷射器诊断单元基于上述诊断出的实际喷射量的降低量，设定用于修正上述排气管喷射器的指示喷射量的修正系数，在该修正系数超过预先设定的故障判断阈值时，对上述排气管喷射器的故障进行检测。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种DPF系统，即使产生排气管喷射器的制造偏差、老化导致的喷射量变化，也能够以适当的排气喷射量进行DPF再生。

附图说明

图1是表示本发明的DPF系统的构成的概略图。

图2是表示本发明的DPF系统的动作的流程图。

图3是表示DOC的理论发热区域及发热系数的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的优选实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的DPF系统的构成的概略图。

本实施方式的DPF系统10搭载有涡轮增压器11，从空气滤清器12吸入的空气被涡轮增压器11的压缩机13压缩，并且向吸气通路14压送，从与吸气通路14连接的吸气歧管15向发动机E供给。在吸气通路14上设置有用于调节向发动机E的空气量的吸气阀16。

从发动机E排出的废气从排气歧管17向涡轮增压器11的涡轮18流入并且驱动涡轮18，并向排气管19排气。

该DPF系统10具备：将吸气歧管15和排气歧管17连接的EGR管20；用于将通过EGR管20的废气冷却的EGR冷却器21；以及用于调节从排气歧管17向吸气歧管15回流的废气量的EGR阀22；该DPF系统10进行使废气的一部分向吸气侧回流而使发动机排出的NO_x量减少的EGR控制。

在排气管19上配设有DOC23，在该DOC23的上游侧的排气管19上设置有排气管喷射器24，在下游侧的排气管19上设置有用于从废气捕集PM的DPF25。此外，在本发明中，与排气管19连接的废气净化装置不限定于DPF25，例如，除了DPF25以外，还能够在排气管上设置LNT催化剂及HC-SCR（HydroCarbon-SelectiveCatalyticReduction：烃类选择性催化还原）装置等。

并且，在排气管19上，在DOC23的入口侧（上游侧）以及出口侧（下游侧），设置有对DOC入口温度T_ent以及DOC出口温度T_doc进行检测的温度传感器26、27。

发动机E、吸气阀16、EGR阀22、排气管喷射器24、温度传感器26、27与ECU（ElectronicalControlUnit：电子控制单元）28连接。ECU28被输入来自温度传感器26、27的信号，并且对发动机E的运转、吸气阀16以及EGR阀22的开度、排气管喷射器24的排气管喷射等进行控制。除此以外，ECU28还被输入来自车辆所搭载的各种传感器（检测吸入空气量的MAF（MassAirFlow：空气质量流量）传感器等）的信号，进行DOC23的故障诊断（OBD诊断（On-BoardDiagnostics：车载诊断））等。

在该DPF系统10中，在DPF25中堆积的PM成为一定量以上时，进行如下的DPF强制再生：对发动机E进行控制而使发动机排出的废气温度上升，并且从排气管喷射器24喷射燃料，使该燃料在DOC23中燃烧而使废气温度进一步上升，通过高温的废气将PM燃烧除去。

此时，当排气管喷射器24的喷射量由于制造偏差、老化而降低时，废气温度有可能不稳定而无法进行DPF再生。

因此，在本实施方式的DPF系统10中，在ECU28中搭载有：SV比决定单元29，对DPF强制再生时的废气流量V进行测定而决定废气SV比；以及喷射器诊断单元30，被输入排气管喷射器24的指示喷射量Q_req、DOC入口温度T_ent、DOC出口温度T_doc、废气SV比，对排气管喷射器24的实际喷射量的降低量进行诊断。

并且，喷射器诊断单元30具有：发热区域判断部31，判断DOC入口温度T_ent及废气SV比是否处于理论发热区域内；以及实际喷射量诊断部32，在DOC入口温度T_ent及废气SV比处于理论发热区域内时，对排气管喷射器24的实际喷射量的降低量进行诊断（此外，理论发热区域R将后述）。

SV比决定单元29为，根据MAF传感器的输入值（吸入空气量）以及筒内喷射器的喷射指示值，测定废气流量V，并决定废气的废气SV比（废气流量V与DOC23的体积之比）。

喷射器诊断单元30的发热区域判断部31构成为，判断DOC入口温度T_ent及废气SV比是否处于理论发热区域R内。理论发热区域R是指，从排气管喷射器24添加的燃料在DOC23中完全燃烧时的废气条件，预先通过DPF系统10的试验运转来求出。

图3表示通过DPF系统10的试验运转求出的理论发热区域R与废气温度（DOC入口温度T_ent）及废气SV比之间的关系。在DOC入口温度T_ent较低而废气SV比较高的条件下，排气管喷射的燃料不能够完全燃烧，发热系数（对于排气喷射量的发热量）变低。另一方面，在DOC入口温度T_ent较高且废气SV比较低的条件下，排气管喷射的燃料完全燃烧，发热系数成为1（即理论发热量）。在本实施方式的DPF系统10中，将DOC入口温度T_ent为250℃以上大约323℃以下、废气SV比为0以上25000以下的范围作为理论发热区域R。但是，本发明的理论发热区域R的设定方式不特别限定，能够与DOC23的特性、DPF系统10的构成相匹配而适当地设定。

喷射器诊断单元30的实际喷射量诊断部32为，在由发热区域判断部31判断为DOC入口温度T_ent及废气SV比处于上述的理论发热区域R内时，根据排气管喷射器24的指示喷射量Q_req、DOC出入口温度差ΔT（即DOC出口温度T_doc和DOC入口温度T_ent的温度差）、废气流量V，对排气管喷射器24的实际喷射量的降低量进行诊断。

在此，详细说明实际喷射量诊断部32诊断实际喷射量的降低量的方法。

首先，实际喷射量诊断部32读入SV比决定单元29测定的废气流量V，并根据DOC出入口温度差ΔT［K］、废气流量V［Kg/s］、废气比热［J/Kg×K］（常量），来计算DOC23的实际发热量C₁［J/s］。

实际发热量C₁［J/s］＝DOC出入口温度差ΔT［K］×废气流量V［Kg/s］×废气比热［J/Kg×K］

将计算出的实际发热量C₁进行累计，从而计算实际发热量C₁的累计值J₁。

与此同时，通过轻油的低位发热量38.2［MJ/L］和排气管喷射器24的指示喷射量Q_req［L］来计算理论发热量C₂，并将其累计而计算理论发热量C₂的累计值J₂。

理论发热量C₂［J/s］＝轻油的低位发热量38.2［MJ/L］×指示喷射量Q_req［L］

实际喷射量诊断部32为，在废气条件处于理论发热区域R内时，计算实际发热量C₁以及理论发热量C₂的累计值J₁、J₂，但是本来在该区域中，应该在DOC23上得到理论发热量C₂。因此，如果DOC23、排气管喷射器24无故障，则上述的实际发热量C₁应该是接近于理论发热量C₂的值。

但是，在排气管喷射器24的喷射指示值与实际值相背离的情况下（即，由于排气管喷射器24的制造偏差、老化，而实际喷射量从指示喷射量Q_req降低的情况下），实际发热量C₁变得低于理论发热量C₂。例如，在由于排气管喷射器24的堵塞，而实际值相对于喷射指示值仅为70%的情况下，成为70%的发热量。

在此，实际喷射量诊断部32根据计算出的实际发热量C₁及理论发热量C₂的累计值J₁、J₂，对排气管喷射器24的实际喷射量的降低量进行诊断。在本实施方式中，将实际喷射量的降低量作为实际发热量C₁的累计值J₁相对于理论发热量C₂的累计值J₂之比来进行评价（换句话说为J₁÷J₂）。本发明对实际发热量C₁以及理论发热量C₂的累计时间不特别限定，能够适当地设定，但在诊断中（累计中）DOC入口温度T_ent及废气SV比成为理论发热区域R外时，为了防止误诊断而立即中断诊断。

此外，喷射器诊断单元30根据实际喷射量诊断部32诊断出的实际喷射量的降低量，设定对排气管喷射器24的喷射量进行修正的修正系数f，并对排气管喷射器24的喷射量进行修正。更具体地说，将实际喷射量的降低量的倒数（即，“理论发热量C₂的累计值J₂”÷“实际发热量C₁的累计值J₁”）设定为修正系数f，并将该修正系数f与排气管喷射器24的指示喷射量Q_req相乘，而以实际喷射量增加的方式进行修正。但是，本发明不特别限定指示喷射量Q_req的修正方法，例如，为了进一步提高修正的精度，也可以在数次DPF强制再生中，在进行诊断的同时逐渐进行指示喷射量Q_req的修正。

并且，喷射器诊断单元30构成为，在修正系数f大于预先设定的故障判断阈值F_mal时，对排气管喷射器24的故障进行检测。检测到故障的喷射器诊断单元30，为了促使驾驶员进行排气管喷射器24的清洗、更换，也可以使车辆的驾驶室内设置的警告灯点亮等。本发明不特别限定故障判断阈值F_mal的设定值，能够与DOC23以及排气管喷射器24的特性、DPF系统10的构成相匹配而适当地变更。

此外，实际发热量C₁降低的原因也可能是DOC23的催化剂功能的降低，因此本实施方式的实际喷射量诊断部32，根据由ECU28进行的DOC23的OBD诊断，仅在DOC23为正常的情况下，对实际喷射量的降低量进行诊断。

接下来，使用图2对该DPF系统10的动作进行说明。

在DPF强制再生中，DPF系统10具备的SV比决定单元29以及喷射器诊断单元30反复进行以下动作。

首先，在步骤S21中，SV比决定单元29根据从ECU28读入的MAF传感器及筒内喷射器的喷射指示值，测定废气流量V，并且根据该测定值来决定废气SV比，并进入步骤S22。

接着，在步骤S22中，喷射器诊断单元30的发热区域判断部31判断来自温度传感器26的输入值（DOC入口温度T_ent）以及SV比决定单元29的决定值（废气SV比）是否处于理论发热区域R内。在DOC入口温度T_ent以及废气SV比处于理论发热区域R内时，为了对实际喷射量的降低量进行诊断而进入步骤S23。另一方面，在DOC入口温度T_ent以及废气SV比不处于理论发热区域R内时，无法对实际喷射量的降低量进行诊断，因此返回步骤S21。

在步骤S23中，喷射器诊断单元30根据ECU28进行的DOC23的OBD诊断，来判断DOC23是否正常。在DOC23不正常的情况下，无法诊断实际喷射量的降低量，因此返回步骤S21。另一方面，在判断为DOC23正常时，为了对实际喷射量的降低量进行诊断而进入步骤S24。

在步骤S24中，喷射器诊断单元30的实际喷射量诊断部32，根据排气管喷射器24的指示喷射量Q_req、DOC入口温度T_ent、DOC出口温度T_doc、以及SV比决定单元29测定的废气流量V，对DOC23的实际发热量C₁以及理论发热量C₂进行计算并累计，并根据这些实际发热量C₁以及理论发热量C₂的累计值J₁、J₂，对实际喷射量的降低量（J₁÷J₂）进行诊断。

然后，在步骤S25中，喷射器诊断单元30根据实际喷射量诊断部32诊断的实际喷射量的降低量，设定修正系数f，并根据将其与指示喷射量Q_req相乘而得到的值，使排气管喷射器24进行排气管喷射。在本实施方式中，将修正系数f设定为实际喷射量的降低量的倒数（即，“理论发热量C₂的累计值J₂”÷“实际发热量C₁的累计值J₁”）。

接着，在步骤S26中，喷射器诊断单元30将修正系数f与故障判断阈值F_mal进行比较，并进行排气管喷射器24的故障判断。在修正系数f为故障判断阈值F_mal以下时，不对排气管喷射器24的故障进行检测而将动作结束。另一方面，在修正系数f超过故障判断阈值F_mal时，进入步骤S27，对排气管喷射器24的故障进行检测而将动作结束。另外，在进行了排气管喷射器24的清洗或者更换之后，由操作人员复位修正系数f。

此外，在对实际喷射量的降低量进行诊断中，在DOC入口温度T_ent以及废气SV比成为理论发热区域R外的情况下，为了防止误诊断而立即中断诊断并将动作结束。

综上所述，本实施方式的DPF系统10为，仅在DOC入口温度T_ent以及废气SV比处于理论发热区域R内时，对基于排气管喷射的DOC23的实际发热量C₁进行计算，并求出其相对于DOC23的理论发热量C₂（即轻油的理论发热量）的比率（发热系数），而对排气管喷射器24的实际喷射量的降低量进行诊断，并且进行排气管喷射器24的故障判断。

如此，能够通过简便的构造、且不产生追加成本地正确进行排气管喷射器24的实际喷射量的诊断、故障判断。

此外，在本实施方式中，根据诊断的实际喷射量的降低量，对排气管喷射器24的指示喷射量Q_req进行增加修正。

由此，即使产生排气管喷射器24的制造偏差、老化导致的喷射量变化，也能够确保DPF强制再生时的温度稳定性、LNT催化剂的富还原的稳定性。

本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变更。

在上述实施方式中，在DPF强制再生中对实际喷射量的降低量进行诊断，因此能够根据诊断的结果而迅速地修正指示喷射量Q_req，但是，例如喷射器诊断单元30也可以构成为，到DPF强制再生结束为止持续进行理论发热区域R内的实际发热量C₁以及理论发热量C₂的累计，并在DPF强制再生结束之后进行诊断。如此，能够减少在DPF强制再生中受到的外部干扰对诊断的影响，能够精度更高地进行诊断以及修正。

附图标记的说明：

10DPF系统

23DOC

24排气管喷射器

26温度传感器（入口侧）

27温度传感器（出口侧）

29SV比决定单元

30喷射器诊断单元

31发热区域判断部

32实际喷射量诊断部

Claims (5)

1.一种柴油颗粒过滤器系统，进行柴油颗粒过滤器强制再生，在该柴油颗粒过滤器强制再生中，从排气管喷射器喷射燃料，使其在柴油氧化催化剂中氧化燃烧，而将柴油颗粒过滤器中堆积的颗粒物质燃烧除去，该柴油颗粒过滤器系统的特征在于，具备：

温度传感器，设置在上述柴油氧化催化剂的入口及出口侧，对柴油颗粒过滤器强制再生时的柴油氧化催化剂入口温度及柴油氧化催化剂出口温度进行检测；

表面积-体积比决定单元，对柴油颗粒过滤器强制再生时的废气流量进行测定而决定废气表面积-体积比；以及

喷射器诊断单元，具有发热区域判断部和实际喷射量诊断部，该发热区域判断部被输入上述温度传感器的检测值和上述表面积-体积比决定单元的决定值，并判断这些值是否处于理论发热区域内，该实际喷射量诊断部在上述温度传感器的检测值和上述表面积-体积比决定单元的决定值处于上述理论发热区域内时，对上述排气管喷射器的实际喷射量的降低量进行诊断，在诊断中上述柴油氧化催化剂的入口温度及上述废气表面积-体积比成为上述理论发热区域外时，为了防止误诊断而立即中断诊断。

2.如权利要求1记载的柴油颗粒过滤器系统，其中，

上述实际喷射量诊断部根据上述柴油氧化催化剂的出入口温度差和上述废气流量，计算上述柴油氧化催化剂的实际发热量并进行累计，并且，

根据上述排气管喷射器的指示喷射量，计算上述柴油氧化催化剂的理论发热量并进行累计，并根据上述实际发热量以及理论发热量的累计值，对上述排气管喷射器的实际喷射量的降低量进行诊断。

3.如权利要求1或2记载的柴油颗粒过滤器系统，其中，

上述喷射器诊断单元根据诊断出的上述实际喷射量的降低量，对上述排气管喷射器的指示喷射量进行修正。

4.如权利要求1或2记载的柴油颗粒过滤器系统，其中，

上述喷射器诊断单元基于诊断出的上述实际喷射量的降低量，设定用于修正上述排气管喷射器的指示喷射量的修正系数，在该修正系数超过预先设定的故障判断阈值时，对上述排气管喷射器的故障进行检测。

5.如权利要求3记载的柴油颗粒过滤器系统，其中，

上述喷射器诊断单元基于诊断出的上述实际喷射量的降低量，设定用于修正上述排气管喷射器的指示喷射量的修正系数，在该修正系数超过预先设定的故障判断阈值时，对上述排气管喷射器的故障进行检测。