CN1309941C - 发动机废气净化设备 - Google Patents

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Abstract

准备一个定义过滤器(13)出口处的废气压力P2与发动机(1)的负载Q以及转速Ne的关系的图，并且从过滤器前、后之间的压力差ΔP以及通过参照该图得到的出口压力P2来确定过滤器(13)入口处的废气压力P1。利用按这种方式得到的入口压力P1来确定废气体积流量Q1，并且由此可以计算出为确定是否需要进行过滤器(13)的再生所需的准确颗粒积累SM。

Description

发动机废气净化设备
技术领域
本发明涉及一种计算捕集发动机废气中所含有的颗粒物质的过滤器里的颗粒积累的技术。
背景技术
在日本专利局于1994年出版的JP6-280544A中公开的一种废气净化设备里，在发动机废气系统里设置一个过滤器以便净化从柴油发动机排出的颗粒物质(以下称为“废气颗粒”)。通过按预定时间间隔氧化或焚化捕集的废气颗粒，使过滤器再生。
发明内容
在过滤器再生期间通过发动机控制提高废气温度，从而必须根据积累的颗粒量准确设定再生定时或再生时段。在上面说明的现有技术中，从过滤器前、后之间的压力差估计颗粒积累，从而当积累达到某基准值时启动再生。但是，尽管在上面说明的现有技术利用废气温度和进气量校正过滤器前、后之间的压力差，还是难以准确地估计颗粒积累。
从而本发明的一个目的是准确地计算过滤器中捕集的废气颗粒积累。
为了达到上述目的，本发明提供一种带有捕集来自发动机的废气颗粒的过滤器的废气净化设备，该设备包括一个检测该过滤器入口处和出口处之间的废气压力差的检测部件，其特征在于，还包括一个控制器，该控制器被配置成用于：确定发动机的运行条件；根据发动机的运行条件计算该过滤器出口处的废气压力；根据该压力差以及该出口处的废气压力计算该过滤器的入口处的废气压力；根据该入口处的废气压力计算废气的体积流量；以及根据该废气体积流量计算过滤器中积累的颗粒量。
本发明还提供一种确定用于捕集来自发动机的废气颗粒的过滤器中积累的颗粒量的方法，其特征在于，包括：确定该发动机的运行条件；确定该过滤器入口处和出口处之间的废气压力差；根据该发动机的运行条件计算该过滤器出口处的废气压力；根据该压力差和该出口处的废气压力计算该过滤器入口处的废气压力；根据该入口处的废气压力计算废气体积流量；以及根据该废气体积流量计算该过滤器中积累的颗粒量。
本发明还提供一种过滤器再生方法，其特征在于，根据过滤器中按照上述的方法计算出的积累的颗粒量进行该过滤器的再生。
在本说明书的剩余部分中阐述并且在附图中示出本发明的细节以及其它特征和优点。
附图说明
图1是应用了本发明的发动机系统的示意图。
图2示出由控制器执行的计算颗粒积累的处理的流程图。
图3是图2的计算处理中使用的一张图。
图4示出颗粒积累对过滤器前、后之间压力差和废气体积流量的关系。
图5示出本发明的第二实施例中的计算颗粒积累的处理的另一个例子。
图6是图5的计算处理中使用的图。
具体实施方式
图1是应用了本发明的发动机系统的一个例子。
在发动机1中设置燃料喷射阀4和燃料喷射泵5。在发动机1的进气通道2的上游侧依次设置空气清洁器6、气流计7、排气涡轮增压器8的压缩器9、中间冷却器10以及节流阀11。在发动机1的排气通道3的上游侧依次设置排气涡轮增压器8的涡轮12以及用于捕集废气颗粒的过滤器(DPF)13。
通过分别连接在过滤器13的上游和下游处的温度传感器14、15检测过滤器13的入口温度和出口温度。通过跨装在过滤器13上的压差传感器16检测过滤器13前、后之间的压力差(ΔP)。通过EGR通道17连接进气通道2和排气通道3。在EGR通道17的各个位置上设置EGR阀18以及EGR冷却器19。排气涡轮增压器8包括一个能调节进入涡轮12的废气流量的可变喷嘴20。在发动机1中安装一个检测发动机1的转速和曲轴位置的曲轴角传感器21。
控制器22由一个包括CPU和外围设备的微计算机构成。控制器22可以由多个控制器组成。根据来自上面说明的各种传感器的信号，控制器22控制燃料喷射定时、燃料喷射量、节流阀开度、EGR量、废气涡轮的可变喷嘴的开度等等。控制器22还计算过滤器13中积累的颗粒量，并且当颗粒量增加时通过发动机控制提高废气温度以对积累的颗粒进行氧化处理，从而恢复过滤器13的颗粒捕集能力(过滤器再生处理)。
图2是一个流程图，示出控制器22按固定时间间隔周期地执行的颗粒积累计算处理。
首先，在步骤S1，确定作为发动机1的运行条件的负载Q、转速Ne、过滤器13的压差ΔP以及过滤器13的入口处的废气温度T1。例如把控制器22保持的燃料喷射量命令值作为负载Q的代表值。也可以把加速器踏板的操纵量或者节流阀11的开度用作为负载Q。转速Ne是由曲轴角传感器21检测的值。过滤器13的压力差ΔP和入口处的废气温度T1分别是由压差传感器16和温度传感器11检测的值。
接着，在步骤S2，参照图3中示出的图，根据发动机1的负载Q和转速Ne计算过滤器13出口处的压力P2。图3的图定义出口压力P2对发动机1的负载Q和转速Ne的关系，并且是事先通过试验建立的。该图准确地反映发动机1和过滤器13的特性。
在步骤S3，将出口压力P2和压力差ΔP相加以计算过滤器13的入口处的废气压力P1。
在步骤S4，确定废气质量流量(mass flow rate)G。例如可以按气流计7的输出Qa和燃料喷射量命令值Ti的和来计算废气质量流量G。
在步骤S5，根据式(1)计算废气体积流量Q1：
Q1＝G·R·T1/P1                   (1)
其中G：废气质量流量，
T1：过滤器13入口处的废气温度，
R：气体常数，以及
P1：过滤器13入口处的废气压力。
在步骤S6，利用如上述确定的废气体积流量Q1以及过滤器13前、后之间的压力差ΔP来计算过滤器13中积累的颗粒量SM。如图4中所示，颗粒积累SM与过滤器13前、后之间的压力差ΔP和废气体积流量Q1之比存在比例关系。从而，通过试验建立一个用于该发动机系统的适当系数K，可以从下面的式(2)准确地确定颗粒积集SM：
SM＝K·ΔP/Q1                     (2)
在步骤S7，把算出的颗粒积累SM发送到过滤器再生例程，随后结束目前的处理。
在该过滤器再生例程中，例如当该颗粒积累SM超过预定的基准值时提高发动机1中的废气温度，随后通过过滤器13的催化反应使颗粒经受氧化处理。在图1中所示的发动机系统中，至少实现减小节流阀11的开度、延迟燃料喷射定时、执行辅助喷射、减少EGR量以及控制可变喷嘴20的开度中的一种操作，从而把废气温度升高到再生过程器13所需的约300℃。也可以通过增加辅助部件，例如空气压缩机或交流发电机的负载来提高废气温度。
现说明本发明的第二实施例。第二实施例中的发动机系统结构与图1中所示的第一实施例的结构相同，但在第二实施例中控制器22进行的颗粒积累计算是不同的。
根据上面说明的对燃料喷射定时、燃料喷射量、可变喷嘴开度等的控制，在过滤器13的再生期间过滤器13出口处的废气压力P2和不进行再生时的压力往往不同。通常，当废气流减少时出口压力P2的绝对值下降。如果在过滤器再生期间在这些条件下进行图2中所示的颗粒积累的计算，并且参照图3所示的图计算过滤器13的出口处的废气压力P2，则会出现误差。
从而，在第二实施例中，分别准备在过滤器再生期间使用的图和过滤器不进行再生时使用的图以作为用来计算出口压力P2的图，从而，通过选择性地使用这些图可以和过滤器再生状态无关地准确确定颗粒积累。
在图5中示出计算处理流程。该流程和图2的流程相似，但计算出口压力P2的步骤S2的处理用步骤S21-S23替代。
在步骤S21中，判定过滤器是否处于再生中，如果是，该进程进入其中参照再生期间使用的图(图6)计算出口压力P2的步骤S22。若在步骤S21判定未进行再生，该进程进入其中参照不进行再生时使用的图(图3)计算出口压力P2。随后的处理和图2中的处理相同。
如上面说明那样，本发明根据发动机的运行条件确定过滤器出口处的废气压力，并且从该过滤器出口压力以及过滤器前、后之间的压力差来确定过滤器入口处的废气压力。利用以这种方式确定的入口压力来确定颗粒积累，从而可以准确地计算对于判定需要进行过滤器再生所需的颗粒积累。
例如可以通过参照一个事先根据发动机和过滤器的特性试验地建立的图确定过滤器出口压力。可以从过滤器前、后之间的压力差以及通过参照该图得到的过滤器出口压力高精度地确定过滤器入口压力。另外，和入口压力相比，出口压力不那么受颗粒积累的影响。这样，还可以高精度地计算为了准确地确定颗粒积累所需的废气体积流量。从而，可以更准确地确定过滤器再生的定时。此外，由于用单个压差传感器而不是设置各个分别检测过滤器前、后压力的压力传感器来确定过滤器的前、后压力值，可以简化部件的结构。
日本专利申请P2003-61585(2003年3月7日提交)的全部内容收录作为参考资料。
尽管上面通过参照本发明的一些实施例说明了本发明，但本发明不受所说明的实施例的限制。根据上面的教导，本领域技术人员可对上面实施例做出各种修改和改变。本发明的范围是参照下面的权利要求书定义的。

Claims (10)

1.一种带有用于捕集来自发动机(1)的废气颗粒的过滤器(13)的废气净化设备，其包括一个检测该过滤器(13)入口处和出口处之间的废气压力差的检测部件(16)，其特征在于，
还包括一个控制器(22)，该控制器(22)被配置成用于：
确定该发动机(1)的运行条件；
根据该发动机(1)的运行条件计算该过滤器(13)出口处的废气压力；
根据该压力差以及该出口处的废气压力计算该过滤器(13)入口处的废气压力；
根据该入口处的废气压力计算废气体积流量；以及
根据该废气体积流量计算该过滤器(13)中积累的颗粒量。
2.如权利要求1所述的废气净化设备，其中，该控制器(22)还用于根据该过滤器(13)中积累的颗粒量进行该过滤器(13)的再生。
3.如权利要求1或2所述的废气净化设备，还包括一个定义过滤器(13)的出口处的废气压力和发动机(1)的运行条件之间的关系的图，
其中，该控制器(22)还用于通过参照该图计算该过滤器(13)的出口处的废气压力。
4如权利要求3所述的废气净化设备，其中，该图定义过滤器(13)的出口处的废气压力与发动机(1)的转速以及负载之间的关系。
5.如权利要求1或2所述的废气净化设备，包括：
用于定义不进行过滤器再生时该过滤器(13)的出口处的废气压力和发动机(1)的运行条件之间的关系的第一图；以及
用于定义过滤器再生期间该过滤器(13)的出口处的废气压力和发动机(1)的运行条件之间的关系的第二图，
其中，该控制器(22)还被配置成用于：
判定是否在进行该过滤器(13)的再生；
根据该过滤器(13)是否正在进行再生而选择第一图或第二图；以及
通过参照选取的图计算该过滤器(13)的出口处的废气压力。
6.如权利要求5所述的废气净化设备，其中，该第一和第二图定义过滤器(13)的出口处的废气压力与发动机(1)的转速以及负载之间的关系。
7.如权利要求1或2所述的废气净化设备，其中，该控制器(22)还用于根据下面的公式计算废气体积流量：
                  Q1＝G·R·T1/P1
其中Q1：废气体积流量；
G：根据气流计输出和燃料喷射量确定的废气质量流量；
T1：过滤器(13)入口处的废气温度；
R：气体常数；以及
P1：过滤器(13)的入口处的废气压力。
8.如权利要求2所述的废气净化设备，其中，该控制器(22)还用于通过执行燃料喷射定时控制、燃料喷射量控制、废气涡轮增压器的可变喷嘴的喷嘴开度控制、EGR控制、进气量控制以及辅助部件负载控制中的至少一个操作来提高发动机(1)的废气温度，由此再生过滤器(13)。
9.一种确定用于捕集来自发动机(1)的废气颗粒的过滤器(13)中积累的颗粒量的方法，其特征在于，包括：
确定该发动机(1)的运行条件；
确定该过滤器(13)入口处和出口处之间的废气压力差；
根据该发动机(1)的运行条件计算该过滤器(13)出口处的废气压力；
根据该压力差和该出口处的废气压力计算该过滤器(13)入口处的废气压力；
根据该入口处的废气压力计算废气体积流量；以及
根据该废气体积流量计算该过滤器(13)中积累的颗粒量。
10.一种过滤器再生方法，其特征在于，根据过滤器(13)中按照权利要求9所述的方法计算出的积累的颗粒量进行该过滤器(13)的再生。
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