CN103261598B - 粒子状物质堆积量推定装置、废气净化系统及粒子状物质堆积量推定方法 - Google Patents

粒子状物质堆积量推定装置、废气净化系统及粒子状物质堆积量推定方法 Download PDF

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Abstract

本发明的粒子状物质堆积量推定装置包括：差压堆积量计算部，其基于DPF的差压及废气流量算出堆积于DPF中的PM的差压堆积量；模型堆积量计算部，其使用从输入至DPF的废气内的PM量中减去在DPF燃烧的PM量的模型，算出堆积于DPF中的PM的模型堆积量；差压堆积量时间变化率计算部，其用于算出差压堆积量的时间变化率；PM堆积量计算部，其使第一系数与第二系数的和为恒定值，在差压堆积量上乘以第一系数，在模型堆积量上乘以第二系数，算出各乘算值的合计值作为PM堆积量，此时，在废气流量超过规定值的情况下，将第一系数的值设定得大于第二系数的值，在废气流量超过规定值且差压堆积量的时间变化率为规定阈值以上的情况下，减小第一系数。

Description

粒子状物质堆积量推定装置、废气净化系统及粒子状物质堆积量推定方法
技术领域
本发明涉及在进行用于除去发动机的废气中所包含的粒子状物质(PM：Particulate Matter，颗粒物)的DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒过滤器)的再生处理时用于推定DPF内的PM堆积量的粒子状物质堆积量推定装置、使用该粒子状物质堆积量推定装置的废气净化系统及粒子状物质堆积量推定方法。
背景技术
柴油机为了降低废气中所包含的PM而在排气管路上设有DPF。该DPF捕获废气中所包含的煤烟等PM并将该降低了PM的废气排出到外部。当在DPF捕获的PM变多时，过滤功能会降低，因此，在DPF中，进行使捕获的PM燃烧的再生。该再生有在废气温度高时堆积的PM自然燃烧的自然再生和在PM堆积量超过规定的基准值时进行的强制再生。在该强制再生中，调整发动机的运转状态来提高排气温度，并进行在DPF前段喷射燃料的外部投配(dosing)或向发动机的气缸内喷射燃料的内部投配，从而强制地使PM燃烧。该强制再生还具有自动强制再生和手动强制再生。在PM堆积量比进行自动强制再生时的基准值进一步增多而可能发生DPF堵塞的情况下，向驾驶者发出通过手动执行强制再生的警告。
在此，被DPF捕获的PM堆积量在发动机运转过程中不能实际测量因此通过推定来计算。例如，在专利文献1中记载有这样的DPF堆积量推定装置，该DPF堆积量推定装置具有根据发动机的运转状态设定PM排出量的PM排出量模型、根据DPF的出口温度与入口温度的温度差设定PM再生量的PM再生量模型和根据废气流量与DPF的差压设定PM堆积量的DPF差压模型，在该DPF堆积量推定装置中，使用根据发动机转速及发动机的燃料喷射量决定的系数K校正DPF差压模型的推定值而得到PM堆积量校正量，在PM排出量与PM再生量之差上加上该得到的PM堆积量校正量而计算DPF的PM堆积推定量。
另外，在专利文献2中记载有这样的废气净化系统，该废气净化系统根据发动机转速、燃料流量、作为DPF前后差压的时间变化率的DPF差压变化率，使用用于计算PM生成量的数学模型的PM生成量预测模型式求出PM生成量的时间变化量，并且使用用于计算PM净化量的数学模型的PM净化量预测模型式求出PM净化量的时间变化量，根据上述PM生成量的时间变化量、PM净化量的时间变化量和DPF的捕获率推定DPF的PM蓄积量。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-185781号公报
专利文献2：日本特开2004-293413号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，可以确认，如图13上段所示，被捕获到构成DPF的小室内的PM101在小室内均匀地堆积，但当PM101变多时，如图13下段所示，在小室内堆积的PM101四处剥落，存在剥落的PM102堵塞小室的情况。
在此，在如上述的专利文献1那样使用差压来推定PM堆积量的情况下，在产生了小室堵塞时会产生问题。即，在产生了小室堵塞时，在使用差压来推定PM堆积量的情况下，会导致PM的推定量大于实际的PM堆积量，因此，存在实际上PM并未堆积至需要进行手动强制再生的程度，但却发出催促手动强制再生的警告的问题。
本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于提供能高精度地推定PM堆积量的粒子状物质堆积量推定装置、使用该粒子状物质堆积量推定装置的废气净化系统及粒子状物质堆积量推定方法。
用于解决技术问题的技术手段
为了解决上述的问题而达到目的，本发明的粒子状物质堆积量推定装置的特征在于，包括：差压堆积量计算部，其基于用于从发动机的废气中除去粒子状物质的粒子状物质除去过滤器的入口侧与出口侧的差压及废气流量，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的差压堆积量；模型堆积量计算部，其使用从输入至所述粒子状物质除去过滤器的所述废气内的粒子状物质量中减去在所述粒子状物质除去过滤器中燃烧的粒子状物质量的模型，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的模型堆积量；差压堆积量变化率计算部，其用于算出所述差压堆积量的时间变化率；粒子状物质堆积量计算部，其在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出所述差压堆积量乘以第一系数得出的值与所述模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率在规定阈值以上的情况下，减小该设定的所述第1系数而算出所述粒子状物质堆积量。
另外，本发明的粒子状物质堆积量推定装置以上述发明为基础，其特征在于，所述粒子状物质堆积量计算部将所述第一系数与所述第二系数的和设定为1，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定为1，在所述废气流量未超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定为0。
另外，本发明的粒子状物质堆积量推定装置以上述发明为基础，其特征在于，所述粒子状物质堆积量计算部在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率为规定阈值以上的情况下，对应于所述差压堆积量的时间变化率的增加而减小设定的所述第一系数。
另外，本发明的粒子状物质堆积量推定装置以上述发明为基础，其特征在于，所述粒子状物质堆积量计算部在算出的所述粒子状物质堆积量超过阈值的情况下，输出对所述粒子状物质除去过滤器进行手动强制再生的指示。
另外，本发明的废气净化系统的特征在于，包括：粒子状物质除去过滤器，其用于从发动机的废气中除去粒子状物质；发动机控制部，其用于控制所述发动机；再生控制部，其用于控制所述粒子状物质除去过滤器的再生；差压传感器，其用于检测所述粒子状物质除去过滤器的入口侧与出口侧的差压；再生指示部，其用于指示对所述粒子状物质除去过滤器的手动强制再生，所述再生控制部包括：差压堆积量计算部，其基于所述差压及从所述发动机控制部输入的废气流量算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的差压堆积量；模型堆积量计算部，其使用从输入至所述粒子状物质除去过滤器的所述废气内的粒子状物质量中减去在所述粒子状物质除去过滤器中燃烧的粒子状物质量的模型，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的模型堆积量；差压变化率计算部，其用于算出所述差压堆积量的时间变化率；粒子状物质堆积量计算部，其在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出所述差压堆积量乘以第一系数得出的值与所述模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率在规定阈值以上的情况下，减小该设定的所述第1系数而算出所述粒子状物质堆积量，在该算出的所述粒子状物质堆积量超过阈值的情况下，向所述再生指示部输出应进行所述手动强制再生的旨意的指示。
另外，本发明的废气净化系统以上述发明为基础，其特征在于，所述再生控制部在从所述再生指示部接收了执行手动强制再生的指示的情况下，通过所述发动机控制部执行手动强制再生。
另外，本发明的粒子状物质堆积量推定方法的特征在于，包括：差压堆积量计算步骤，其基于用于从发动机的废气中除去粒子状物质的粒子状物质除去过滤器的入口侧与出口侧的差压及废气流量，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的差压堆积量；模型堆积量计算步骤，其使用从输入至所述粒子状物质除去过滤器的所述废气内的粒子状物质量中减去在所述粒子状物质除去过滤器中燃烧的粒子状物质量的模型，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的模型堆积量；差压变化率计算步骤，其用于算出所述差压堆积量的时间变化率；粒子状物质堆积量计算步骤，其在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出所述差压堆积量乘以第一系数得出的值与所述模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率在规定阈值以上的情况下，减小该设定的所述第1系数而算出所述粒子状物质堆积量。
发明效果
根据本发明，在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出差压堆积量乘以第一系数得出的值与模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且差压堆积量的时间变化率为规定阈值以上的情况下，减小该设定的所述第一系数，从而算出所述粒子状物质堆积量，因此，能高精度地推定粒子状物质堆积量。由此，能防止像DPF内的小室产生了堵塞的情况那样与实际的粒子状物质堆积量无关地差压急剧上升、推定出的粒子状物质堆积量变得非常大而发出催促手动强制再生的错误的警报。
附图说明
图1是表示包括本发明的实施方式涉及的废气净化系统的柴油机的概要结构的示意图。
图2是表示图1所示的再生控制部的结构的块图。
图3是表示将PM堆积量作为参数的废气流量与差压之间的关系的图。
图4是表示模型堆积量计算部的详细结构的块图。
图5是表示由PM堆积量计算部进行的PM堆积量计算处理步骤的流程图。
图6是表示图5所示的系数决定处理的处理步骤的流程图。
图7是表示系数α的废气流量依存性的图。
图8是表示主要应用差压堆积量计算的范围的图。
图9是表示由于DPF的小室堵塞引起产生了差压急剧上升的情况下的PM堆积量、差压及差压堆积量时间变化率的时间变化的时序图。
图10是表示使系数α’随着差压堆积量时间变化率的增大而减小的函数的一例的图。
图11是表示在废气流量的阈值附近对系数α进行了调整的一例的图。
图12是表示在进行PM堆积量计算时始终使用差压堆积量和模型堆积量双方的情况的一例的图。
图13是表示DPF的小室堵塞的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。
图1是表示包括本发明的实施方式涉及的废气净化系统的柴油机100的概要结构的示意图。在图1中，柴油机100具有：在内部形成有多个燃烧室的发动机主体1、使用过滤器过滤所吸入的空气以防止粉尘等异物混入燃烧室的空气滤清器2、用于向发动机主体1内部的各燃烧室供给气体的供气管路3、用于排出从发动机主体1内部的各燃烧室排出的废气的排气管路4、冷却机构5、排气涡轮增压器6、排气净化装置7、排气再循环系统8、发动机控制器30、再生控制部40和再生指示部50。
在发动机主体1与供气管路3之间，以使来自供气管路3的供气分配到发动机主体1内部的各燃烧室的方式安装有供气歧管3A。在发动机主体1与排气管路4之间，以使从发动机主体1内部的各燃烧室排出的废气汇合而流入到排气管路4的方式安装有排气歧管4A。
在供气管路3上设有用于对利用排气涡轮增压器6压缩了的空气进行冷却的后冷却器11。冷却机构5具有利用被收容在发动机主体2内的未图示的曲轴等进行驱动的泵12。利用泵12加压输送来的冷却水在冷却了发动机主体1、排气涡轮增压器6、未图示的油冷却器等需要冷却的部位之后被设于冷却机构5的散热器13空冷。后冷却器11与散热器13利用设于发动机主体1且由未图示的曲轴等驱动旋转的风扇14来促进它们的冷却作用。
排气涡轮增压器6具有设于排气管路4的中途的涡轮21、设于供气管路3的中途并与涡轮21相连结而被驱动的压缩机22、用于控制被供给至涡轮21的废气的流速的可变涡轮喷嘴23。排气涡轮增压器6通过控制可变涡轮喷嘴23的开度来控制涡轮21的转速。压缩机22利用涡轮21的旋转来进行驱动，向发动机主体1增压供气。需要说明的是，在可变涡轮喷嘴23全闭时，通过旁路24向排气净化装置7侧排气。即，在可变涡轮喷嘴23打开时向涡轮叶轮21a供给废气而使涡轮叶轮21a进行工作，在可变涡轮喷嘴23全闭时，将废气通过旁路24向排气净化装置7侧输出而减少涡轮叶轮21a的工作，从而提高排气温度。
排气净化装置7是设于涡轮21的下游侧、用于除去废气中所包含的PM的装置，其具有DOC(柴油机氧化催化剂)71、DPF72、差压传感器73和温度传感器74。DOC71及DPF72设于圆筒状的排气管路内部，DOC71设于排气管路的上游侧，DPF72设于排气管路的下游侧。另外，在涡轮21与排气净化装置7之间配置有用于喷射从投配燃料供给装置70供给的投配燃料的投配喷嘴70a。该投配燃料的喷射在指示了强制再生的情况下进行。
DOC71由Pt等来实现，用于将废气中所包含的CO(一氧化碳)、HC(碳化氢)、PM所包含的SOF(有机可溶成分)氧化而除去。而且，DOC21通过将废气中所包含的NO(一氧化氮)氧化而使其变成NO2(二氧化氮)、并且将从投配喷嘴70a喷射出的投配燃料氧化而使废气温度上升。
DPF72用于捕获PM。DPF72将碳化硅等作为基体材料来实现。废气中所包含的PM在通过形成于DPF72的微细的孔时被捕获。而且，如图1所示，DPF72在圆筒状的排气管路内密集配置有具有沿着废气的流动方向的微细流路的小室。而且，DPF72是交替地配置使上游侧端部封闭的小室和使下游侧端部封闭的小室而成的壁流式DPF。被捕获到的PM以废气为能进行氧化反应的温度为条件，被废气中所包含的氧及在DOC71生成的NO2氧化(燃烧)。
差压传感器73具有：配置于DPF72的上游侧用于检测DPF72的上游侧的压力的压力传感器73a、配置于DPF72的下游侧用于检测DPF72的下游侧的压力的压力传感器73b、用于将从压力传感器73a检测出的压力中减去压力传感器73b检测出的压力而得到的差压输出至再生控制部40的差压检测部73c。
温度传感器74配置于DPF72的上游侧，用于检测DPF72的入口的排气温度，将该排气温度作为DPF温度输出至再生控制部40。
排气再循环系统8具有将排气歧管4A与供气管路3连通的排气再循环通路31。排气再循环通路31从排气歧管4A抽出废气的一部分使其再循环至供气管路3。在排气再循环通路31上设有用于开闭排气再循环通路31的EGR阀32和用于冷却来自排气歧管4A的废气的EGR冷却器33。排气再循环系统8通过排气再循环通路31使废气的一部分回流至供气歧管3A，从而使供气中的氧浓度降低，降低发动机主体1的燃烧温度。由此，能减少废气中所包含的氮氧化物的量。
在此，柴油机100作为控制系统具有发动机旋转速度传感器3a、供气压力传感器3c、排气压力传感器3d、涡轮旋转速度传感器3e和流量传感器3f。发动机旋转速度传感器3a用于检测发动机主体1的未图示的曲轴的旋转速度，将表示未图示的曲轴的旋转速度的信号输入至发动机控制器30。
供气压力传感器3c用于检测压缩机22的出口通路与供气歧管3A之间的供气压力，并输入至发动机控制器30。排气压力传感器3d用于检测排气歧管4A与涡轮21的入口通路之间的排气压力，将表示排气压力的信号输入至发动机控制器30。涡轮旋转速度传感器4e用于检测涡轮21的旋转速度，将表示涡轮21的旋转速度的信号输入至发动机控制器30。
发动机控制器30根据未图示的加速踏板等与操作员的要求相应的输入机构的输入值调整燃料喷射量、燃料喷射时刻、EGR阀32、可变涡轮喷嘴23来控制发动机转速、转矩，并且根据来自再生控制部40的指示调整燃料喷射量、燃料喷射时刻、EGR阀32、可变涡轮喷嘴23而使排气温度上升，然后从投配喷嘴70a喷射投配燃料，从而进行强制再生控制。特别是，发动机控制器30在进行强制再生控制时抑制燃料喷射量，分别关闭EGR阀32、可变涡轮喷嘴23而使排气温度上升。
再生控制部40具有差压堆积量计算部41、模型堆积量计算部42、差压堆积量时间变化率计算部43及PM堆积量计算部44。再生控制部40基于从发动机控制器30获得的废气流量信息、PM产生量信息、PM燃烧量信息、从差压传感器73获得的差压及从温度传感器74获得的DPF温度来推定堆积于DPF72的PM堆积量，在PM堆积量超过规定的阈值的情况下，通知再生指示部50。另外，再生控制部40在有来自再生指示部50的手动再生指示的情况下，使发动机控制器30进行手动强制再生。另外，在手动强制再生结束的情况下，将该旨意通知给再生指示部50。
再生指示部50设于能进行输入输出操作的显示面板，该显示面板设于驾驶座附近，在有来自再生控制部40的通知的情况下，进行催促手动再生指示的警告显示，并且，在有手动再生指示的操作的情况下，将手动再生指示输出至再生控制部40。另外，再生指示部50在有手动强制再生指示的结束通知的情况下将该旨意显示输出。
在此，说明利用再生控制部40进行的再生控制处理。图2是表示再生控制部40的详细结构的块图。在图2中，向差压堆积量计算部41输入来自差压传感器73的DPF72的差压、来自温度传感器74的DPF温度和来自发动机控制器30的废气流量信息。废气流量信息是输入至DPF72的废气体积流量。发动机控制器30将流量传感器3f检测出的供气质量流量和根据燃料喷射量传感器3b检测出的燃料喷射量推定出的排气质量流量加在一起而得到的质量流量输出至差压堆积量计算部41。而且，差压堆积量计算部41基于从温度传感器74输入的DPF温度将从发动机控制器30输入的废气流量转换为排气体积流量。
差压堆积量计算部41具有表示该转换了的废气流量、差压与PM堆积量之间的关系的三维映像，将转换后的废气流量与差压作为输入值，将PM堆积量输出。图3是表示将PM堆积量作为参数的废气流量与差压之间的关系的图。在废气流量恒定的情况下，随着差压的增大，PM堆积量增大。另外，在差压恒定的情况下，随着废气流量的增大，PM堆积量减少。例如，如图3所示，在废气流量为QV1、差压为DP1～DP4的情况下，各PM堆积量为P1～P4。即，就PM堆积量而言，P4大于P1。而且，差压堆积量计算部41将推定出的PM堆积量作为差压堆积量PMa输出至PM堆积量计算部44及差压堆积量时间变化率计算部43。
另一方面，如图4所示，向模型堆积量计算部42输入来自发动机控制器30的PM产生量信息及PM燃烧量信息和来自温度传感器74的DPF温度。发动机控制器30将表示基于燃料喷射量、空燃比等推定出的废气内的PM产生量的PM产生量信息和表示从DOC71输出的NO2产生量及从DOC71输出的O2产生量的PM燃烧量信息输出至模型堆积量计算部42。模型堆积量计算部42使用通过从由发动机产生的PM产生量中减去在DPF72燃烧的PM燃烧量来推定PM堆积量的燃烧模型M。需要说明的是，燃烧模型M计算PM堆积速度。
利用NO2使PM燃烧的PM燃烧量计算部42a基于从发动机控制器30输入的NO2产生量和DPF温度，使用通过映像等存储了预先通过实测等求出的堆积于DPF72的PM被NO2氧化(燃烧)的反应速度的模型，算出利用NO2使PM燃烧的PM燃烧速度。利用O2使PM燃烧的PM燃烧量计算部42b基于从发动机控制器30输入的O2产生量和DPF温度，使用通过映像等存储了预先通过实测等求出的堆积于DPF72的PM被O2氧化(燃烧)的反应速度的模型，算出利用O2使PM燃烧的PM燃烧速度。在此，从发动机控制器3输入的PM产生量是PM产生速度，运算器42c将从PM产生速度中减去利用NO2使PM燃烧的PM燃烧速度及利用O2使PM燃烧的PM燃烧速度而得到的PM堆积速度输出至积算部42d。积算部42d基于输入的PM堆积速度积算PM堆积量，将该积算出的PM堆积量作为模型堆积量PMb输出至PM积算量计算部44。
返回图2，PM堆积量计算部44对于从差压堆积量计算部41输入的差压堆积量PMa和从模型堆积量计算部42输入的模型堆积量PMb赋予加权系数来计算PM堆积量PMs。即，从系数α(0≤α≤1)的角度看，PM堆积量PMs由下式(1)表示。
PMs＝α·PMa+(1-α)·PMb    ···(1)
即，将作为赋予差压堆积量PMa的加权系数的系数α和作为赋予模型堆积量PMb的加权系数的系数(1-α)加在一起为“1”。换言之，利用系数α来决定差压堆积量PMa和模型堆积量PMb的分配比。若系数α为1，则PM堆积量Ps为差压堆积量PMa的值，若系数α为0，则PM堆积量Ps为模型堆积量PMb的值。
另外，PM堆积量计算部44具有用于决定系数α的系数决定部45。向系数决定部45输入来自发动机控制器30的废气流量信息和来自温度传感器24的DPF温度，算出利用DPF温度转换校正后的DPF72的废气流量，在该废气流量的值超过规定值QVth的情况下，将系数α设定为1，在废气流量的值小于规定值QVth的情况下，将系数α设定为0。另一方面，差压堆积量时间变化率计算部43算出从差压堆积量计算部41输入的差压堆积量的时间变化率即差压堆积量时间变化率ΔPMa，将该差压堆积量时间变化率ΔPMa输出至系数决定部45内的系数修正部46。系数决定部45在差压堆积量时间变化率ΔPMa超过阈值ΔPMath的情况下将系数α的值修正为小于系数α的值的系数α’。
参照图5及图6所示的流程图说明PM堆积量计算部44的处理步骤。首先，在图5中，PM堆积量计算部44首先从差压堆积量计算部41获取差压堆积量PMa(步骤S101)。然后，PM堆积量计算部44从模型堆积量计算部42获取模型堆积量PMb(步骤S102)。然后，利用系数决定部45进行决定系数α的系数决定处理(步骤S103)。然后，PM堆积量计算部44使用决定的系数α按照式(1)计算PM堆积量PMs(步骤S104)。然后，PM堆积量计算部44判断计算的PM堆积量PMs是否超过阈值PMth(步骤S105)。在PM堆积量PMs未超过阈值PMth的情况下(步骤S105，No)，转移至步骤S101而重复上述的处理。另一方面，在PM堆积量PMs超过阈值PMth的情况下(步骤S105，Yes)，对再生指示部50指示应进行手动强制再生的旨意(步骤S106)，然后，转移至步骤S101而重复上述的处理。
步骤S103所示的系数决定处理按照图6所示的流程图进行。即，系数决定部45首先判断废气流量是否超过规定值QVth(步骤S201)。在废气流量未超过规定值QVth的情况下(步骤S201，No)，将系数α设定为0(步骤S203)，返回步骤S103。另一方面，在废气流量超过规定值QVth的情况下(步骤S201，Yes)，进一步判断差压堆积量时间变化率ΔPMa是否超过阈值ΔPMath(步骤S202)。在差压堆积量时间变化率ΔPMa未超过阈值ΔPMath的情况下(步骤S202，No)，将系数α设定为1(步骤S204)，返回步骤S103。另一方面，在差压堆积量时间变化率ΔPMa超过阈值ΔPMath的情况下(步骤S202，Yes)，将系数α修正为小于1的系数α’(步骤S205)，返回步骤S103。
结果，系数α如图7所示地决定。即，在废气流量QV小于规定值QVth的情况下，系数α为0。在废气流量QV超过规定值QVth且差压堆积量时间变化率ΔPMa小于阈值ΔPMath的情况下，系数α为1。在废气流量QV超过规定值QVth且差压堆积量时间变化率ΔPMa超过阈值ΔPMath的情况下，系数α被修正为小于1的系数α’。
在此，在废气流量QV小于规定值QVth(图8所示的区域R1)的情况下使系数α为0的原因在于，在区域R1，差压堆积量PMa的推定精度变低。因此，在区域R1中，使系数α为0，利用模型堆积量PMb来推定PM堆积量PMs。另外，在废气流量QV超过规定值QVth(图8所示的区域R2)的情况下使系数α为1的原因在于，利用差压堆积量PMa来推定PM堆积量PMs。
另一方面，在废气流量QV超过规定值QVth(图8所示的区域R2)的情况下，若使系数α为1，均利用差压堆积量PMa来推定PM堆积量PMs，则会如图13所示出现在DPF72的小室内PM剥落而小室被堵塞的情况，此时，差压与实际的PM堆积量无关地急剧上升，PM堆积量的推定精度极端变差，并且发出并不需要的手动强制再生的指示。因此，在差压堆积量时间变化率ΔPMa超过阈值ΔPMath的情况下，使系数α为小于1的系数α’，从而减小伴随着由小室堵塞引起的差压急剧上升的差压堆积量PMa的增大所带来的影响。
例如，在图9所示的时刻t1产生了DPF72的小室堵塞的情况下，如图9(b)所示，伴随着小室堵塞，差压DP如虚线部那样急剧上升。此时，如图9(c)所示，在时刻t1，差压堆积量时间变化率ΔPMa如虚线部那样超过阈值ΔPMath。在该情况下，如图9(a)所示，算出的PM堆积量PMs超过用于进行手动强制再生指示的阈值PMth。在该情况下，图9(a)的实线所示的实际的PM堆积量和虚线所示的算出的PM堆积量的差即斜线部分的PM堆积量增加量ΔS成为大的误差。因此，通过使系数α为小于1的系数α’，并使PM堆积量增加量ΔS减少、使模型堆积量PMb的推定比例增加来进行校正。
因此，在该实施方式中，在废气流量QV未超过规定值QVth的区域R1，使用与差压堆积量PMa相比误差小的模型堆积量PMb来推定PM堆积量PMs，在废气流量QV超过规定值QVth的区域R2，使用精度高的差压堆积量PMa来推定PM堆积量PMs，并且，在废气流量QV超过规定值QVth的区域R2，减小系数α，从而减小伴随着DPF72的小室堵塞的差压急剧上升引起的误差成分，因此，能可靠地高精度地进行有效的手动强制再生的指示。
需要说明的是，在上述的实施方式中，无论差压堆积量时间变化率ΔPMa的变动如何，系数α’都为预先设定的恒定的值(图10的L1)，但不限于此，系数α’也可以为差压堆积量时间变化率ΔPMa的函数值。即，
α’＝f(ΔPMa)
如图10的L2所示，只要使系数α’的值伴随着差压堆积量时间变化率ΔPMa的增加而减少即可。由此，能最大限度地使用差压堆积值PMa提高推定精度，并且能抑制发出并不需要的手动强制再生的指示。需要说明的是，也可以代替差压堆积量时间变化率ΔPMa而作为差压时间变化率的函数。
另外，在上述的实施方式中，如图7所示，在废气流量QV的规定值QVth处，系数急剧地变化，但不限于此，如图11所示，也可以调整为系数α在超过规定值QVth后平滑地变化。
另外，在上述的实施方式中，在未发生差压堆积量时间变化率ΔPMa的急剧上升的情况下，以在区域R1将系数α设定为0、在区域R2将系数α设定为1为前提，但不限于此，如图12所示，也可以为区域R1的系数α不是0，在区域R1主要使用模型堆积量PMb，且区域R2的系数α不是1，在区域R2主要使用差压堆积量PMa。
符号说明
1  发动机主体
2  空气滤清器
3  供气管路
4  排气管路
5  冷却机构
6  排气涡轮增压器
7  排气净化装置
8  排气再循环系统
3a   发动机旋转速度传感器
3c   供气压力传感器
3d   排气压力传感器
3e   涡轮旋转速度传感器
3f   流量传感器
21   涡轮
21a  涡轮叶轮
22   压缩机
23   可变涡轮喷嘴
24   旁路
30   发动机控制器
31   排气再循环通路
32   EGR阀
33   EGR冷却器
40   再生控制部
41   差压堆积量计算部
42   模型堆积量计算部
42a  利用NO2使PM燃烧的PM燃烧量计算部
42b  利用O2使PM燃烧的PM燃烧量计算部
42c  运算器
42d  积算部
43   差压堆积量时间变化率计算部
44   PM堆积量计算部
45   系数决定部
46   系数修正部
50   再生指示部
70   投配燃料供给装置
70a  投配喷嘴
71   DOC
72   DPF
73   差压传感器
74   温度传感器
100  柴油机

Claims (7)

1.一种粒子状物质堆积量推定装置，其特征在于，包括：
差压堆积量计算部，其基于用于从发动机的废气中除去粒子状物质的粒子状物质除去过滤器的入口侧与出口侧的差压及废气流量，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的差压堆积量；
模型堆积量计算部，其使用从输入至所述粒子状物质除去过滤器的所述废气内的粒子状物质量中减去在所述粒子状物质除去过滤器中燃烧的粒子状物质量的模型，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的模型堆积量；
差压堆积量变化率计算部，其用于算出所述差压堆积量的时间变化率；
粒子状物质堆积量计算部，其在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出所述差压堆积量乘以第一系数得出的值与所述模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率超过规定阈值的情况下，将所述第一系数的值修正为小于该设定的第一系数，从而算出所述粒子状物质堆积量。
2.根据权利要求1所述的粒子状物质堆积量推定装置，其特征在于，
所述粒子状物质堆积量计算部将所述第一系数与所述第二系数的和设定为1，在所述废气流量超过规定值且所述差压堆积量的时间变化率超过规定阈值的情况下，将所述第一系数的值设定为小于1，在所述废气流量未超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定为0。
3.根据权利要求1或2所述的粒子状物质堆积量推定装置，其特征在于，
所述粒子状物质堆积量计算部在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率为规定阈值以上的情况下，对应于所述差压堆积量的时间变化率的增加而减小设定的所述第一系数。
4.根据权利要求1或2所述的粒子状物质堆积量推定装置，其特征在于，
所述粒子状物质堆积量计算部在算出的所述粒子状物质堆积量超过阈值的情况下，输出对所述粒子状物质除去过滤器进行手动强制再生的指示。
5.一种废气净化系统，其特征在于，包括：
粒子状物质除去过滤器，其用于从发动机的废气中除去粒子状物质；
发动机控制部，其用于控制所述发动机；
再生控制部，其用于控制所述粒子状物质除去过滤器的再生；
差压传感器，其用于检测所述粒子状物质除去过滤器的入口侧与出口侧的差压；
再生指示部，其用于指示对所述粒子状物质除去过滤器的手动强制再生，
所述再生控制部包括：
差压堆积量计算部，其基于所述差压及从所述发动机控制部输入的废气流量算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的差压堆积量；
模型堆积量计算部，其使用从输入至所述粒子状物质除去过滤器的所述废气内的粒子状物质量中减去在所述粒子状物质除去过滤器中燃烧的粒子状物质量的模型，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的模型堆积量；
差压变化率计算部，其用于算出所述差压堆积量的时间变化率；
粒子状物质堆积量计算部，其在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出所述差压堆积量乘以第一系数得出的值与所述模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率超过规定阈值的情况下，将所述第一系数的值修正为小于该设定的第一系数，从而算出所述粒子状物质堆积量，在该算出的所述粒子状物质堆积量超过阈值的情况下，向所述再生指示部输出应进行所述手动强制再生的旨意的指示。
6.根据权利要求5所述的废气净化系统，其特征在于，
所述再生控制部在从所述再生指示部接收了执行手动强制再生的指示的情况下，通过所述发动机控制部执行手动强制再生。
7.一种粒子状物质堆积量推定方法，其特征在于，包括：
差压堆积量计算步骤，其基于用于从发动机的废气中除去粒子状物质的粒子状物质除去过滤器的入口侧与出口侧的差压及废气流量，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的差压堆积量；
模型堆积量计算步骤，其使用从输入至所述粒子状物质除去过滤器的所述废气内的粒子状物质量中减去在所述粒子状物质除去过滤器中燃烧的粒子状物质量的模型，算出对堆积于所述粒子状物质除去过滤器中的粒子状物质堆积量进行了推定的模型堆积量；
差压变化率计算步骤，其用于算出所述差压堆积量的时间变化率；粒子状物质堆积量计算步骤，其在第一系数与第二系数的和为恒定值的条件下，算出所述差压堆积量乘以第一系数得出的值与所述模型堆积量乘以第二系数得出的值的合计值并将该合计值作为粒子状物质堆积量，此时，在所述废气流量超过规定值的情况下，将所述第一系数的值设定得大于所述第二系数的值，在所述废气流量超过所述规定值且所述差压堆积量的时间变化率超过规定阈值的情况下，将所述第一系数的值修正为小于该设定的第一系数，从而算出所述粒子状物质堆积量。
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