CN104343500B - 发动机驱动型发电机的dpf系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机驱动型发电机的DPF系统。一种在过滤器(DPF)上执行恢复过程的发动机驱动型发电机(E,G)的DPF系统，设置为当DPF中的颗粒物质的量超过了预定值时去除燃料燃烧所生成的颗粒物质，该发动机驱动型发电机通过实现自动恢复操作来执行恢复过程，从而提升废气的温度以燃烧颗粒物质，该系统包括：必要时连接至发动机驱动型发电机的虚负载(L)；和控制装置(ECU)，用于允许发动机执行恢复预备操作以使得一旦颗粒物质的量超过预定值，当废气的温度达到参考温度时即执行恢复操作，且当其温度未达到参考温度时，虚负载连接至发电机以提升废气的温度。

Description

发动机驱动型发电机的DPF系统

发明背景

发明领域

本发明涉及一种发动机驱动型发电机的废气处理过滤器，且特定地，涉及去除由发电机的柴油机的操作生成的且累积在柴油颗粒过滤器(DPF)中的颗粒物质(PM)，以使得该DPF恢复。

相关技术

本质上，作为燃料燃烧的结果，除氧化氮代谢物之外，柴油机还生成其他颗粒物质。为了阻止这些颗粒物质散发到大气中，越来越多的柴油机配备有DPF用以收集包含于废气中的颗粒物质(PM)。其同样适用于发动机驱动的发电机。

在配备有DPF的发动机驱动型发电机中，发电机G由柴油机E驱动，电力通过输出终端OUT被提供至负载(图中未示出)，同时来自柴油机E的废气通过DPF散发到大气中，如图5所示。

然而，在所收集PM的量方面，DPF是受到限制的，因此，一旦累积了特定量的颗粒物质，例如，需要由某种方法燃烧来移除这些颗粒物质，从而恢复DPF。为使DPF恢复，测量颗粒物质的量及废气温度且控制发动机E以燃烧颗粒物质。

即，设置在DPF中的颗粒物质量测量装置PMD来测量颗粒物质的量，且温度检测装置TD测量废气温度。基于测量装置的测量结果，发动机控制单元ECU从发动机E收发信号以控制发动机E。因此，以适时的方式燃烧颗粒物，从而恢复DPF。

此外，恢复DPF的另一种方式就是使用结合在DPF中的电加热器来燃烧颗粒物质(见日本专利特开第2009-216075)。

上述的DPF的恢复允许使用柴油机的发动机驱动型发电机接连续操作。无法合适地恢复DPF将引起大量颗粒物质累积。这会导致非常不利的情形，其牵涉到发电机的关断以及需手动去除DPF内的颗粒物质。

为使DPF恢复，换言之，为了燃烧颗粒物质，需要将废气加热至特定温度以上。在此情况下，应该要考虑的是所安装的发动机驱动型发电机通常具有约为负载的额定输入功率三倍大的容量，从而能够应对，例如，在较大的起动电流快速流动时电动机的起动。

因此，在稳定状态下，发动机在轻负载的情况下运转，且废气温度仍保持较低。由于发电机用作发动机上的负载，发动机以定速运转。所以，不可采用这种如汽车那样通过加速以提升废气温度的方法。

因此，发动机驱动型发电机中DPF的恢复可牵涉到使用加热器来燃烧颗粒物质的技术，该加热器如日本专利特开第2009-216075中描述的。

然而，从燃料效率的角度，提供加热器从而燃烧颗粒物质并非总是令人满意的。另外，结合了加热器的专用DPF并非优选。作为专用DPF的替代品，期望使用多用途DPF(例如，汽车的DPF)，但是如上所述，对于发动机驱动型发电机采用这种通用DPF亦不合适。

鉴于之前所述，本发明的目的在于为发动机驱动型发电机提供DPF系统，该系统在不停止供电的条件下防止颗粒物质累积并允许以燃料效率的方式被恢复DPF。

发明概要

为达到该目的，本发明提供：

一种发动机驱动型发电机的DPF恢复系统，该DPF恢复系统包括：颗粒物质量测量装置，所述颗粒物质量测量装置检测出附着于驱动发电机的发动机中的、用于从废气去除燃料燃烧所生成的颗粒物质的DPF的颗粒物质量；以及温度测量装置，所述温度测量装置检测出所述发动机的废气温度，在所述颗粒物质量超过预定值时，提升所述废气温度以燃烧所述颗粒物质，从而进行所述DPF的恢复处理，其特征在于，所述发动机驱动型发电机的DPF恢复系统包括：

虚负载，连接至所述发电机；以及

控制装置，包含发动机控制单元和发动机控制附加单元，其基于所述颗粒物质量测量装置和所述废气温度测量装置的检测信号，协同控制所述发动机和所述虚负载，

所述控制装置使所述发动机进行如下操作：在所述颗粒物质量超过预定值时，若所述废气温度达到自动恢复参考温度，即执行自动恢复操作，且若所述废气温度未达到所述自动恢复参考温度，则将所述虚负载连接至所述发电机以提升所述废气温度，之后进行自动恢复操作，

在该DPF恢复系统中，

所述控制装置包括第一计时器，用于设定连接所述虚负载起所述废气温度提升到所述自动恢复参考温度为止所需的时间，

对所述废气温度是否在自动恢复参考温度以上进行判定，

若在所述自动恢复参考温度以上，即进行自动恢复操作，若不在所述自动恢复参考温度以上，则连接所述虚负载，

在经过所述第一计时器中设定的时间后，判定所述废气温度是否在自动恢复参考温度以上，

所述废气温度在所述自动恢复参考温度以上时，进行自动恢复操作，若不在所述自动恢复参考温度以上，则切断所述虚负载，判定所述颗粒物质量是否在手动恢复参考值以上，

若所述颗粒物质量在手动恢复参考值以上，则发出手动恢复请求，若不在手动恢复参考值以上，则使所述发动机进行正常操作。

如上所述，根据本发明，当发动机中的颗粒物质的量增加时，基于废气温度将虚负载连接至发电机以提升废气温度。因此，燃烧颗粒物质以恢复DPF。这防止累积过量颗粒物质并进而允许为发动机驱动型发电机提供具有高燃料效率的DPF系统。作为结果，可在不停止供电停止且然后恢复DPF的情况下，操作发动机驱动型发电机。

附图简介

图1示出根据本发明的发动机驱动型发电机的DPF系统的构造的框图；

图2是示出安装于发动机驱动型发电机中的DPF的构造；

图3示出发动机驱动型发电机中的DPF恢复的基本控制操作流程图；

图4示出根据本发明实施例的DPF恢复控制操作的流程图；以及

图5示出常规发动机驱动型发电机中的DPF系统的构造的框图。

本发明的详细描述

将参考下列附图描述本发明的实施例。

实施例1

图1是示出本发明实施例的构造的框图。如图1所示，发电机G包括虚负载L及电流接触器MC，两者均设置在发电机G的输出端；电流接触器MC将虚负载L施加在发电机G上和移除虚负载L。打开和关闭电流接触器MC从而在必要时将诸如电阻器之类的虚负载L连接至发电机G。然后操作发电机G以增加来自发动机E的功率输出。

基于由颗粒物质数量测量装置PMD及温度测量装置TD的测量的结果，电流接触器MC由发动机控制附加单元G-ECU所控制，发动机控制附加单元G-ECU经由CAN(控制器局域网)连接至发动机控制单元ECU。即，发动机控制附加单元G-ECU根据由发动机控制单元ECU执行的发动机控制来打开和关闭电流接触器MC，从而可控地在发电机G上施加虚负载L和切断虚负载L。

即，必要时，将虚负载L连接至发电机G以增加来自发动机E的功率输出，从而提升废气的温度。因此，燃烧并去除DPF中的颗粒物质以恢复DPF。

在此情况下，发动机控制单元ECU是，例如，附连至汽车柴油机E的控制设备。发动机控制附加单元G-ECU添加的控制设备，用于根据发动机E的操作，来控制电流接触器MC从而将虚负载L施加至发动机E和切断虚负载。

图2示出DPF的结构。广义上的DPF包括氧化催化剂DOC和DPF主体组成，而DPF主体则是狭义上的DPF。DOC和DPF主体结合地操作，将废气IN处理后生成废气OUT。因此，颗粒物质量测量装置PMD基于，例如，DPF的输入及输出间的压力差来检测颗粒物质的量。

图3是示出图5中所示发动机驱动型发电机中的DPF恢复控制的基本操作的流程图，即，对应于本发明的先决条件的操作。参看图3，将提供涉及配备有DPF系统的发动机驱动型发电机的常规操作及DPF恢复操作。“配备有DPF系统的发动机驱动型发电机的常规操作及DPF恢复操作”

首先，操作人员执行起动发动机E(S1)的手动操作，将发动机E设为以额定速度旋转(S2)，和在发电机G上施加负载(S3)。藉此，发动机驱动型发电机执行常规操作(S4)。

当发动机E运转时，在废气中生成颗粒物质并逐渐累积于DPF中(S5)。此时，当发动机E中的废气温度等于或高于可恢复DPF的可恢复温度时，换言之，颗粒物质被燃烧的温度(S6)、DPF中颗粒物质自发燃烧的温度(S7)。换言之，DPF自发恢复，同时发动机E持续常规操作。

另一方面，当废气温度低于DPF可恢复温度时，该进程进入步骤S8以确定PM量是否等于或多于自动恢复参考量。当PM量少于自动恢复参考量时，该进程回到其中发动机E继续常规操作的步骤S4。

当在步骤S8中确定了累积的PM量等于或多于参考数量时，即，PM量表明了DPF将被恢复时，如果废气温度等于或高于自动恢复参考温度，则该进程进入步骤S9起动自动恢复(S10)。

在此情况下，自动恢复参考温度是指这样的温度，该温度等于可恢复温度减去可通过将发动机控制到可以等效于在常规操作期间使用发动机的方式的程度来将废气温度提升至的温度。

在自动恢复操作中，基于由设置在发动机E中的颗粒物质量测量装置PMD所测量的颗粒物质量(PM量)和由也设置在发动机E中的温度测量装置TD所测量的废气温度，发动机控制单元ECU控制控制发动机E达到可以类似于在常规操作期间的方式使用发动机E的程度。

然后，该进程继续到步骤S11，其中发动机E被控制以燃烧DPF中的颗粒物质(自动恢复)。发动机控制包括后喷射(活塞排气期间的燃料喷射)进气限制等。在自动恢复期间，发动机E被控制为发电机可以一种等同于常规操作期间的方式被使用的程度。

该进程继续自动恢复直至PM量减少到自动恢复终止参考量，同时检查废气温度是否等于或高于自动恢复参考温度(S11→S12→S13→S11→...)。当，经过自动恢复，PM量减少到低于自动恢复终止参考数时，自动恢复终止并且发动机E回到常规操作(S15→S4)。

另一方面，在自动恢复期间，负载可减少以使废气温度降至自动恢复参考温度以下。此时，换言之，当废气温度降至自动恢复参考温度以下时，尽管PM量尚未减少到自动恢复终止参考量(S13)，该进程仍会暂停自动恢复(S14)并继续至步骤S16来确定PM量是否等于或多于实现手动恢复时的参考量。

当PM数量少于实现手动恢复时的参考量，该进程返回步骤S4，其中发动机E以常规方式运转。然而，当PM量等于或多于手动恢复参考数量时，该进程继续到步骤S17以发布手动恢复请求。当发布手动恢复请求时，该进程继续至步骤S18，其中操作人员执行确认及需要手动操作。

手动恢复是最后的DPF恢复，其可通过发动机控制来实现，且PM量的手动恢复参考数量接近于DPF可被安全恢复的有限量。对于手动恢复，需要调整和控制功率输出、转速等从而达到超过自动控制的发动机控制范围的较大区域。

这可排除发电机执行常规操作，且因此，需要停止供电。然而，突发断电是有风险的，而且在过程中涉及操作人员的确认和手动操作从而在考虑到负载使用、操作过程等的情况下停止供电。此阶段中的恢复被称为“手动恢复”，但其本身的恢复操作由发动机控制设备ECU自动执行。

首先，在步骤S18中，操作人员确定是否接受手动恢复请求。如果操作人员接受手动恢复请求，该进程即自动继续至步骤S19，其中发电机G上的负载被切断，同时发动机E保持怠速状态。然后，操作人员按下手动恢复按钮(开关)(S20)。

因此，手动恢复操作起动(S21)，且发动机E被控制以燃烧颗粒物质(S22)。执行该控制直至PM量减少到手动恢复终止参考量以下(S23)。当PM量达到手动恢复终止参考数量(S24)时，控制终止。该进程随即回到步骤S2。

另一方面，当操作人员确定不接受手动恢复请求或忽略手动恢复请求时，该进程继续至步骤S25，其中发动机控制单元ECU确定PM量是否等于或多于紧急停止参考量。然后，当PM数量少于紧急停止参考数量时，该进程继续至步骤S4，其中发动机E以常规方式操作。当PM量已达到紧急停止参考量时，发动机E被紧急停止(S26)，因为颗粒物质可经受异常燃烧从而引起事故。

“根据本发明的DPF系统的自动恢复操作”

图4是示出根据本发明的系统的恢复操作的流程图，该操作将被插入图3中的步骤S8和S17之间，用活动图中所表示的这样的表达来代替步骤S9到步骤S16。

该流程图示出由步骤S101到步骤S125的操作内容，且以下描述遵循这些步骤的次序。

首先是图3的流程图中的步骤S8，当PM量等于或多于自动恢复参考数量时，该进程继续至步骤S101。步骤S101确定废气温度是否等于或高于自动恢复参考温度。当废气温度等于或高于参考温度时，该进程继续至步骤S108以起动自动恢复操作。当废气温度低于参考温度时，该进程继续至步骤S102，其中将虚负载L施加在发电机上。

当虚负载L施加在发电机上时，发动机E的控制单元ECU控制发动机E以增加燃料喷射量从而维持定速操作。作为结果，废气温度上升，但因气体温度提升中的时间延迟，控制设备的操作结果会延迟出现。因此，步骤S103使用计时器来应对时间延迟(保持时间1)。

即，当保持时间1过去后，确定废气温度是否等于或高于自动恢复参考温度(S107)。当确定废气温度等于或高于自动恢复参考温度时，该进程继续至步骤S108，其中起动步骤S109中的自动恢复操作及后续步骤。

另一方面，当废气温度低于自动恢复参考温度时，该进程继续至步骤S124，其中虚负载被切断，并在步骤S125中，确定PM量是否等于或高于手动恢复参考温度。当PM量少于手动恢复参考数量时，该进程返回步骤S4，其中发动机E以常规方式运转。当PM量等于或多于手动参考数量时，该进程继续至步骤S17来发布手动恢复请求。

操作的描述返回步骤S103。当在步骤103(S104a)中计时器所设持续时间期间负载迅速增加时，该进程立即继续至步骤S105，其中虚负载L被切断。该进程随即回到步骤S101。在此情况下，假设负载的迅速增加使用由于例如，电动机起动，响应于负载的迅速增加而切断虚负载L，从而向负载提供发动机驱动型发电机的全部电源能力。这同样适用于以下所述的一段自动恢复操作。

此外，在计时器所设持续时间期间当负载变得等于或多于参考值时(S104b)，该进程继续至步骤S106，其中使用另一计时器(保持时间2)切断虚负载L(S105)。该进程随即返回步骤S101。另外，在另一计时器所设持续时间期间当负载变得小于参考值时，该进程返回步骤S103，其中虚负载L继续施加在发电机上。

“根据本发明的自动恢复操作期间的虚负载控制”

如上所述，当在步骤S108中起动自动恢复操作时，步骤S109中发动机E被控制以燃烧颗粒物质(自动恢复)。该进程随即继续至步骤S110。

步骤S110确定虚负载L当前是否施加在于发电机上。如果虚负载当前施加在发电机上，当负载迅速增加(S111)或者等于或多于参考值时(S113)，步骤S112中虚负载L被切断。

此外，当步骤S113中负载小于参考值时，该进程继续至步骤S114以确定PM量是否已达到自动恢复终止参考量。当PM量已达到自动恢复终止参考数量时，自动恢复终止(S118)。另一方面，当PM量少于自动恢复终止量时，该进程继续至步骤S121。步骤121确定废气温度是否等于或高于自动恢复参考温度。当废气温度等于或高于自动恢复参考温度时，该进程返回步骤S109以继续自动恢复操作。

如果，步骤S110中虚负载L尚未施加在发电机上，当负载迅速增加(S115)或者等于或多于参考值时(S116)，该进程继续至S114。另外，当负载小于参考值时，虚负载L被施加在发电机上(S117)并继续至步骤S114以确定PM量是否满足自动恢复终止参考量。

当步骤S114中PM量已达到自动恢复终止参考量时，该进程继续至步骤S118以终止自动恢复并随即继续至步骤S119以检查虚负载L是否已被施加在发电机上。当虚负载L已被施加在发电机上时，该进程继续至步骤S120以切断虚负载L。当虚负载L尚未被施加在发电机上时，该进程返回步骤S4，其中发动机驱动型发电机以常规方式运转。

另一方面，当步骤S114确定了PM量未满足自动恢复终止参考量时，步骤S121确定废气温度是否等于或高于自动恢复参考温度。当废气温度低于自动恢复参考温度时，该进程暂时暂停自动恢复(S122)并继续至步骤S123以确定虚负载L是否已被施加在发电机上。当虚负载L尚未被施加在发电机上时，虚负载L即被施加在发电机上(S102)。当虚负载已被施加在发电机上时，(确定自动恢复将不再有效)虚负载L即被切断(S124)并经由步骤S125继续至步骤S17以发布手动恢复请求。

当步骤S121中废气温度等于或高于自动恢复参考温度时，该进程继续至步骤S109以继续自动恢复。其跟随着步骤S110中的操作及后续步骤。

现在，本发明的技术先决条件是基本上避免其中即使虚负载L被施加到发电机(S102)上以增加发动机E上的负载，但废气温度仍然无法上升且低于自动恢复参考温度的状况。这一状况只会发生在十分异常的情形下，诸如外部温度极端减少至未预期的值或机械元件故障。

实施例2

对上述实施例1的描述是在来自发电机的输出电压为固定的前提下。然而，已知市场上的许多发电机是在三相400V级和三相200V级之间可切换的，响应于电压的切换，期望将虚负载L制造成可切换的。

为实现该目的，例如，可在虚负载L的输入段设置电压检测继电器从而允许根据发电机电压来对虚负载L进行自动切换。在虚负载L中，电阻器可连接为在串联连接和并联连接之间可切换或者在星形连接和三角形连接之间可切换。当来自发电机的输出电压较高时，连接可被切换为串联连接或星形连接。当来自发电机的输出电压较低时，连接可被切换为并联连接或三角形连接。

符号描述

E 发动机

G 发电机

DPF 柴油颗粒过滤器

DOC 氧化催化剂

TD 温度测量装置

PMD 颗粒物质量测量装置

ECU 发动机控制单元

G-ECU 发动机控制附加单元

MC 电流接触器

L 虚负载

Claims (5)

1.一种发动机驱动型发电机的DPF恢复系统，该DPF恢复系统包括：颗粒物质量测量装置，所述颗粒物质量测量装置检测出附着于驱动发电机的发动机中的、用于从废气去除燃料燃烧所生成的颗粒物质的DPF的颗粒物质量；以及温度测量装置，所述温度测量装置检测出所述发动机的废气温度，在所述颗粒物质量超过预定值时，提升所述废气温度以燃烧所述颗粒物质，从而进行所述DPF的恢复处理，其特征在于，所述发动机驱动型发电机的DPF恢复系统包括：

虚负载，连接至所述发电机；以及

控制装置，包含发动机控制单元和发动机控制附加单元，其基于所述颗粒物质量测量装置和所述废气温度测量装置的检测信号，协同控制所述发动机和所述虚负载，

所述控制装置使所述发动机进行如下操作：在所述颗粒物质量超过预定值时，若所述废气温度达到自动恢复参考温度，即执行自动恢复操作，且若所述废气温度未达到所述自动恢复参考温度，则将所述虚负载连接至所述发电机以提升所述废气温度，之后进行自动恢复操作，

在该DPF恢复系统中，

所述控制装置包括第一计时器，用于设定连接所述虚负载起所述废气温度提升到所述自动恢复参考温度为止所需的时间，

对所述废气温度是否在自动恢复参考温度以上进行判定，

若在所述自动恢复参考温度以上，即进行自动恢复操作，若不在所述自动恢复参考温度以上，则连接所述虚负载，

在经过所述第一计时器中设定的时间后，判定所述废气温度是否在自动恢复参考温度以上，

所述废气温度在所述自动恢复参考温度以上时，进行自动恢复操作，若不在所述自动恢复参考温度以上，则切断所述虚负载，判定所述颗粒物质量是否在手动恢复参考值以上，

若所述颗粒物质量在手动恢复参考值以上，则发出手动恢复请求，若不在手动恢复参考值以上，则使所述发动机进行正常操作。

2.如权利要求1所述的发动机驱动型发电机的DPF恢复系统，其特征在于，所述控制装置

包括第二计时器，若经过了所设定的用于切断所述虚负载的时间，所述第二计时器生成输出，

检测出所述发电机的负载大小，判定所述发电机的负载大小是否在参考值以上，

在所述第一计时器的保持时间期间即便发电机的负载小于参考值，若负载迅速增加时，即切断所述虚负载，

即便所述发电机的负载在参考值以上，若所述发电机的负载不迅速增加时，在所述第二计时器的设定时间经过后切断所述虚负载，在所述第二计时器的保持时间期间所述发电机的负载减小到低于参考值时，不切断所述虚负载，而是回到所述虚负载刚接通后的阶段。

3.如权利要求1所述的发动机驱动型发电机的DPF恢复系统，其特征在于，所述控制装置

检测出所述发电机的负载大小，判定所述发电机的负载大小是否在参考值以上，

进行自动恢复操作且连接至所述虚负载的情况下，

当所述发电机的负载大小在参考值以上时，或未成为参考值以上但迅速增加时，切断所述虚负载，

进行自动恢复操作且所述虚负载未连接的情况下，

当所述发电机的负载大小未成为基准值以上时，连接至所述虚负载，判定所述颗粒物质量，当满足自动恢复结束参考值时，结束自动恢复操作，不满足时，利用所述温度测量装置测量检测出的废气温度，

若所述废气温度在自动恢复参考温度以上时，进行自动恢复操作，所述废气温度不在自动恢复参考温度以上时，暂停自动恢复操作，

判定所述虚负载是否连接，若连接，则切断所述虚负载，前进到对所述颗粒物质量是否在手动恢复基准值以上的判定，

若未连接，则连接所述虚负载，重新开始自动恢复操作的准备。

4.如权利要求1所述的发动机驱动型发电机的DPF恢复系统，其特征在于，

所述控制装置在结束自动恢复操作后，判定所述虚负载是否连接，若连接，则切断所述虚负载。

5.如权利要求1所述的发动机驱动型发电机的DPF恢复系统，其特征在于，

所述虚负载根据所述发电机的输出电压的高低来切换连接。