CN104024591A - 柴油微粒过滤器的强制再生控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的柴油微粒过滤器(DPF)的强制再生控制装置包括：判断柴油微粒过滤器(DPF)的强制再生时期的强制再生决定部、根据所述强制再生判断部的决定而产生强制再生信号的强制再生信号产生部及强制再生引导部。在产生所述强制再生信号之后没有执行强制再生的情况下，所述强制再生引导部引导所述强制再生。

Description

柴油微粒过滤器的强制再生控制装置
技术领域
本发明涉及柴油微粒过滤器(Diesel Particulate Filter，以下称为DPF)的强制再生控制装置，更具体地，涉及引导驾驶者在最佳时刻进行DPF强制再生的DPF的强制再生控制装置。
背景技术
最近，随着对地球环境的关注度的提高，作为恶化市中心的空气质量的罪魁祸首，汽车所排出的有害物质首屈一指。特别是，在与点燃式汽油发动机相比燃烧温度低的压燃式的柴油发动机的情况下，氮氧化物和颗粒物质(Particulate Matter，以下称为PM)的排量相对多，因此在国内外通过法律法规来持续强化排气基准。
其结果，研发出减少PM排量的DPF，并研发了对此的控制逻辑(logic)。目前，在很多发动机安装企业，为了确保DPF系统而研发了诸多控制逻辑。在汽车产业部门中，已经安装DPF系统，并开始了批量生产，因此这种控制逻辑的大部分被研发为适用于汽车。但是，汽车用发动机与商用装备用发动机相比，运行条件及运行领域存在根本不同的部分。因此，需要一种考虑这一点的、即考虑了商用装备用发动机运行条件的DPF控制装置。
考虑了这样的商用装备用发动机运行条件的DPF控制逻辑之一就是能够在驾驶者所希望的时刻实施DPF再生的强制再生(forced regeneration)。其可通过简单的手动开关来得以实现，并包括如下功能：为了避免商用装备的运行特性所致的在危险的空间中的自动再生引起的火灾等而强制地禁止DPF再生。所述借助于手动开关而进行的强制再生是如下的有用的控制逻辑：在驾驶者禁止在危险地域中的DPF再生或装备运行特性导致无法进行DPF再生而在某一时刻难以确保DPF系统的安全性的情况下，使驾驶者在所希望的时间及安全的场所进行DPF再生。
但是，对于强制再生，驾驶者不可能自行找准最佳的时刻，根据驾驶者的性格，可能实施过频的强制再生或过少的强制再生，由此出现DPF的再生有效性下降或DPF的耐久性下降的问题。
发明内容
技术课题
本发明是为了解决上述问题而研发的，本发明提供用于将DPF强制再生的时刻客观地优化的控制装置。
本发明还提供向驾驶者提供由手动开关进行的DPF强制再生的时刻，以使驾驶者在最佳的时刻实施DPF再生的控制装置。
课题解决手段
为了达到上述目的，本发明的一实施例的柴油微粒过滤器(DPF)的强制再生控制装置包括：强制再生决定部，其包括选自由基于DPF再生过程的强制再生判断部、基于碳烟(soot)量的强制再生判断部、基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部、基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部及基于DPF再生频度的强制再生判断部组成的组的一个，并判断所述柴油微粒过滤器(DPF)的强制再生时期；强制再生信号产生部，其根据所述强制再生判断部的决定情况而产生强制再生信号；以及强制再生引导部，其在产生所述强制再生信号之后没有执行强制再生的情况下，引导所述强制再生。
根据本发明的另一实施例，所述基于DPF再生过程的强制再生判断部根据之前的再生数据而提取根据所述再生数据异常地进行的DPF再生次数，在所述异常地进行的DPF再生次数为设定值以上的情况下，决定强制再生。
根据本发明的另一实施例，所述基于碳烟量的强制再生判断部根据DPF内的碳烟检测量，在所述碳烟检测量达到设定值的情况下，决定强制再生。
根据本发明的另一实施例，所述基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部根据DPF再生后发动机累积运行时间测定值，在所述发动机累积运行时间测定值达到设定值的情况下，决定强制再生。
根据本发明的另一实施例，所述基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部根据之前的灰烬学习成功之后的发动机累积运行时间测定值，在所述发动机累积运行时间测定值达到设定值的情况下，决定强制再生。
根据本发明的另一实施例，基于DPF再生频度的强制再生判断部根据规定的发动机运行时间内的再生累积时间测定值，在所述再生累积时间达到设定值的情况下，决定强制再生。
发明效果
根据本发明的一实施例，对于为了进行DPF强制再生而安装了手动开关的柴油汽车及柴油商用装备，能够判断出客观地优化的强制再生的时刻。由此，能够维持DPF系统本身的耐久性，减少由异常的DPF的再生而发生的发动机油稀释化问题等发动机的负担。
附图说明
图1是概略性地表示根据本发明的一实施例的DPF的强制再生控制装置的框图。
图2是表示本发明的一实施例的基于DPF再生过程的强制再生判断部的功能的框图。
图3是表示本发明的一实施例的基于碳烟量的强制再生判断部的功能的框图。
图4是表示本发明的一实施例的基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部的功能的框图。
图5是表示本发明的一实施例的基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部的功能的框图。
图6是表示本发明的一实施例的基于DPF再生频度的强制再生判断部的功能的框图。
(符号说明)
110：强制再生决定部
120：强制再生信号产生部
130：强制再生引导部
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施例进行更详细的说明。但是，本申请所公开的技术不限于在此说明的实施例，也可以以其他形态具体化。只是，在此所说明的实施例是为了使得所公开的内容彻底且完整、并向本领域技术人员充分传达本申请的思想而提供的。
在本说明书中所说明的自动再生是指，在满足规定的再生要件时，电子控制装置(Electronic control unit，以下称为ECU)在没有驾驶者的操作的情况下自动地进行的再生过程。与此相比，强制再生是指，由驾驶者操作手动开关，从而强制性地执行再生过程的再生过程。
图1是概略性地表示本发明的一实施例的DPF的强制再生控制装置的框图。参照图1，DPF的强制再生控制装置包括：强制再生决定部(110)、强制再生信号产生部(120)及强制再生引导部(130)。强制再生决定部(110)收集后述的各种DPF再生相关数据并分析，从而判断出最佳的强制再生时刻。作为一例，强制再生决定部(110)包括：基于DPF再生过程的强制再生判断部(111)、基于碳烟(soot)量的强制再生判断部(112)、基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部(113)、基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部(114)或基于DPF再生频度的强制再生判断部(115)。强制再生决定部(110)可具备所述多个判断部中的任意一个或两个以上。下面，参照图2至图6，对强制再生决定部(110)的具体结构及功能进行陈述。
当根据强制再生决定部(110)的决定而发出强制再生的决定时，强制再生信号产生部(120)产生通知强制再生时刻的信号。作为一例，所述信号在仪表盘的显示器上闪烁，从而能够向驾驶者指示强制再生。
在发产生通知所述强制再生的信号之后，驾驶者仍未操作实施强制再生的手动开关的情况下，强制再生引导部(130)执行较强力地催促驾驶者引导强制再生的功能。作为一例，当根据强制再生决定部(110)而决定DPF强制再生时，驾驶者应该执行强制再生而不能再拖延。但是，一部分驾驶者忽视这样的警告而继续驾驶。在这样的情况下，因拖延强制再生，结果对发动机或DPF系统的耐久性带来损伤。因此，作为可靠地引导驾驶者能够执行应该执行的DPF强制再生的方案，配置强制再生引导部(130)。强制再生引导部(130)计测所述强制再生信号产生后的发动机累积运行时间，在所述发动机累积运行时间超过设定值的情况下，执行减少发动机输出的功能。作为一例，所述累积运行时间的所述设定值可以是约20小时至30小时。这样当发动机输出减少时，驾驶者不能进行正常作业，因此引导进行用于执行强制再生的作业。
图2是表示本发明的一实施例的基于DPF再生过程的强制再生判断部的功能的框图。参照图2，基于DPF再生过程的强制再生判断部(111)在210框中收集再生数据。所述再生数据包括之前所进行的自动再生或强制再生的所有数据。
参照220框，检测所述再生数据中平均排气温度是否在550至650℃范围内。只有在所述温度范围以内，才能在不损伤DPF的情况下，正常地燃烧碳烟。在再生中平均排气温度在所述温度范围外的情况下，在260框中判断为异常地进行了本再生。在再生中平均排气温度在所述温度范围内的情况下，移动到230框。
在230框中，检测在所述再生数据中平均排气流量是否在150至300l/min的范围内。只有在所述流量范围以内，才能在DPF的所有部分均正常地燃烧碳烟。作为一例，在流量低于所述范围的情况下，DPF末端部分不能维持所希望的排气温度，导致碳烟不燃烧而残留，由此在进行下一次DPF的再生时，给DPF带来损伤。在再生中平均排气流量在所述流量范围外的情况下，在260框中判断为异常地进行了本再生。在再生中平均排气流量在所述流量范围内的情况下，移动到240框。
在240框中，检测由差压传感器计算的碳烟(soot)量是否为5至10g以下的范围。即，由设于DPF两端的所述差压传感器测量所述DPF两端的差压而计算累积于DPF内的碳烟的量。虽然完成了所述DPF再生，但如果碳烟的量仍大于5至10g，则不能视为所述DPF再生正常地完成，有可能在DPF系统中发生了问题。如上述，在再生中碳烟量超过所述范围的情况下，在260框中判断为异常地进行了本再生。在再生中碳烟量在所述范围内的情况下，移动到250框。
在250框中，检测在DPF再生途中是否发生了发动机熄灭现象。在再生中发生了发动机熄灭现象的情况下，碳烟不会正常地燃烧。由此，在再生中发生发动机熄灭现象的情况下，在260框中判断为异常地进行了本再生。在再生中不发生发动机熄灭现象的情况下，移动到210框，收集新的再生数据。
在260框中，根据所述220框至250框的判断要件满足情况而判断出进行了异常的DPF再生。每次所述异常DPF再生判断均可存储于电子控制装置(ECU)的存储器中。
在270框中，检测在260框中判断的异常DPF再生次数是否为规定的设定次数以上。作为一例，所述规定的设定次数可以是3次至5次，作为另一例，可将所述规定的设定次数确定为连续的3次至5次。在所述异常DPF再生次数为所述设定次数以上的情况下，决定强制再生。所述异常DPF再生次数小于所述设定次数的情况下，移动到210框而收集新的再生数据。
根据几个实施例，关于220框至250框的判断过程，可分别改变其判断顺序。作为一例，可最先进行230框，之后按照220框、240框及250框的顺序而进行。另外，也可以选择所述220框至250框中的判断过程中的一个以上，仅进行所述选择的判断过程。
图3是表示本发明的一实施例的基于碳烟量的强制再生判断部的功能的框图。在一般情况下，当在DPF内累积6至8g/l左右的碳烟量时，电子控制装置(ECU)自动进行DPF再生。但是，如果运行条件不允许进行DPF再生或以短的运行时间继续运行，则不能正常地进行DPF再生，导致碳烟继续被累积。根据本发明，在再生过程中DPF内的最大温度与该时刻的DPF内碳烟量直接成正比。在虽然累积了过多的碳烟但仍不能进行正常的再生的情况下，之后的再生则可能在过度的高温中进行，由此有可能在DPF系统中引起问题。为了防止这一情况，当在DPF内累积规定量的碳烟时，为了保护DPF系统而决定DPF强制再生。
具体地，参照310框，测量DPF内碳烟量。并且，检测在320框中DPF内碳烟量是否达到规定的设定量。作为一例，所述设定量可以是6至8g/l。在DPF内碳烟量达到所述设定量的情况下，在330框中决定强制再生。在DPF内碳烟量未达到所述设定量的情况下，移动到310框。
图4是表示本发明的一实施例的基于DPF耐碳烟分布的强制再生判断部的功能的框图。一般地，在运行条件有利于进行DPF自动再生的情况下，根据所述周期性的自动再生而在DPF内总碳烟量不会增加很多，但DPF内碳烟的分布图有可能向不好的方向变化。即，在排气温度相对高的DPF的中央部位碳烟密度低，但相对地排气温度低的边缘部位碳烟密度变高。如果在这样的状态下发生再生，则碳烟密封低的区域不会出现问题，但在碳烟密度高的边缘中，碳烟氧化温度变高，由此在整体上DPF热应力变大，其结果在DPF出现问题。它会成为威胁DPF系统的耐久性的现象，为了防止该现象，在完成DPF再生之后，当发动机累积运行时间达到规定的设定值时，决定DPF强制再生。
具体地，参照410框，在进行DPF再生后测定发动机累积运行时间。并且，在420框中检测发动机累积运行时间是否达到规定的设定值。作为一例，所述设定值可以是约30至80小时。如果所述累积发动机运行时间达到了所述设定值，则在430框中决定强制再生。如果所述发动机累积运行时间未达到所述设定值，返回到410框。
图5是表示本发明的一实施例的基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部的功能的框图。一般地，通过DPF再生，大部分的粒子氧化为二氧化碳(CO2)而以气体形态通过DPF。但是，在燃料及油成分中所包含的灰烬成分不被氧化，因此以灰烬(ash)的形态继续堆积在DPF内。当灰烬成分堆积在DPF内时，在算出根据DPF的差压来计算的碳烟量时导致计算误差。为了减少这样的误差，使用用于测量在DPF内堆积了多少灰烬的、叫作灰烬学习的演算逻辑。但是，为了提高其正确率，这样的灰烬学习是避开瞬变的(transient)运行条件而在稳定(steady)的运行条件下实施。作为一例，在汽车用DPF系统中，在高速道路或公路干线这样的定速行驶中实施这样的灰烬学习。但是，在商用柴油发动机的情况下，由于以可变调速器(all speedgoverner)的方式制造发动机，因此与汽车用的最低最高速度控制式调速器(min.&max.governor)存在差别。可变调速器方式的商用柴油发动机难以形成稳定的运行条件，难以执行灰烬学习。在本实施例中，为了解决这样的问题，当成功执行灰烬学习之后的发动机累积运行时间达到规定的设定值时，判定为以能够达到稳定的运行条件的强制再生条件运行，从而决定强制再生。
具体地，参照510框，在成功进行之前的灰烬学习之后，测定发动机累积运行时间。在520框中检测所述发动机累积运行时间是否达到规定的设定值。所述设定值可以是约800至1500小时。在所述发动机累积运行时间达到所述设定值的情况下，在530框决定强制再生。在所述发动机累积运行时间未达到所述设定值的情况下，返回到510框。
图6是表示本发明的一实施例的基于DPF再生频度的强制再生判断部的功能的框图。一般地，有可能发生在较短的时间内频繁发生DPF再生的情况。作为其一例，在启动发动机之后，由于运行时间是5至30分钟以内而导致绝对DPF再生时间不足的情况下，作为另一例，由于DPF再生条件不好，DPF内碳烟未能完全地被去除，由此在短时间内碳烟达到DPF再生条件的情况下，又作为另一例，由于DPF及差压传感器的异常而导致电子控制装置(ECU)错误地计算出碳烟量的情况下，DPF再生频度会增加。
在该情况下，由于过频的DPF再生，油内燃料的稀释量超过约10至15％而无法实现油的原来的功能即润滑功能时，有可能引发发动机出现问题。即，发动机超限运转(over-run)而被烧掉。为了防止这样的发动机问题，在规定的发动机运行时间内，如果再生累积时间超过规定的设定值，不再放任不完整的DPF再生，而是决定强制再生，以使进行正常的再生。
具体地，在610框中，测定规定的发动机运行时间内的再生累积时间。作为一例，所述规定的发动机运行时间可以是约50至100小时。在620框中，检测所述再生累积时间是否达到规定的设定值。作为一例，所述设定值可以是约200至400分钟。在所述再生累积时间达到所述设定值的情况下，在630框中决定强制再生。在所述再生累积时间未达到设定值的情况下，返回到610框。
如上述，本申请的一实施例的DPF的强制再生控制装置包括强制再生决定部、强制再生信号产生部及强制再生引导部。所述强制再生决定部包括选自下述组中的一个：基于DPF再生过程的强制再生判断部、基于碳烟(soot)量的强制再生判断部、基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部、基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部及基于DPF再生频度的强制再生判断部。由此，对于为了进行DPF强制再生而安装了手动开关的柴油汽车及柴油商用装备判断出客观地优化的强制再生的时刻。由此，能够维持DPF系统本身的耐久性，减少由异常的DPF的再生而发生的发动机油稀释化问题等发动机的负担。
以上，参照附图及实施例进行了说明，但本领域技术人员在不脱离下述的权利要求书所记载的本发明的思想的范围内，可将本申请的实施例修改及变更为各种各样。
产业上的利用性
本发明的柴油微粒过滤器(Diesel Particulate Filter：DPF)的强制再生控制装置可使用于引导驾驶者在最佳的时刻进行DPF强制再生。

Claims (6)

1.一种柴油微粒过滤器(DPF)的强制再生控制装置，其包括：
强制再生决定部，其包括选自由基于DPF再生过程的强制再生判断部、基于碳烟(soot)量的强制再生判断部、基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部、基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部及基于DPF再生频度的强制再生判断部组成的组的一个，并判断所述柴油微粒过滤器(DPF)的强制再生时期；
强制再生信号产生部，其根据所述强制再生判断部的决定情况而产生强制再生信号；以及
强制再生引导部，其在产生所述强制再生信号之后没有执行强制再生的情况下，引导所述强制再生。
2.根据权利要求1所述的DPF的强制再生控制装置，其中，
所述基于DPF再生过程的强制再生判断部根据之前的再生数据而提取根据所述再生数据异常地进行的DPF再生次数，在所述异常地进行的DPF再生次数为设定值以上的情况下，决定强制再生。
3.根据权利要求1所述的DPF的强制再生控制装置，其中，
所述基于碳烟量的强制再生判断部根据DPF内的碳烟检测量，在所述碳烟检测量达到设定值的情况下，决定强制再生。
4.根据权利要求1所述的DPF的强制再生控制装置，其中，
所述基于DPF内碳烟分布的强制再生判断部根据DPF再生后发动机累积运行时间测定值，在所述发动机累积运行时间测定值达到设定值的情况下，决定强制再生。
5.根据权利要求1所述的DPF的强制再生控制装置，其中，
所述基于灰烬学习(ash learning)的强制再生判断部根据之前的灰烬学习成功之后的发动机累积运行时间测定值，在所述发动机累积运行时间测定值达到设定值的情况下，决定强制再生。
6.根据权利要求1所述的DPF的强制再生控制装置，其中，
基于DPF再生频度的强制再生判断部根据规定的发动机运行时间内的再生累积时间测定值，在所述再生累积时间达到设定值的情况下，决定强制再生。
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