CN1329640C - 柴油机微粒滤清器的再生控制 - Google Patents

Abstract

为了再生捕获柴油发动机(20)的排气中所含微粒物的柴油机微粒滤清器(10)，控制器(16)通过喷油器(23)的燃油喷射控制，升高排气的温度，从而燃烧在滤清器(10)中捕获的微粒物。控制器(16)累积计算滤清器(10)的温度超过目标温度的时间，作为有效再生时间。通过根据有效再生时间，估计残留在滤清器(10)中的微粒物的数量，在不消耗能量的情况下，控制器(16)高度精确地估计残留微粒物的数量，从而通过燃油喷射控制的滤清器(10)的再生结束。

Description

柴油机微粒滤清器的再生控制

技术领域

本发明涉及捕获柴油机排气中包含的微粒物的滤清器的再生。

背景技术

当捕获的微粒物的数量达到某一水平时，捕获车用柴油发动机的排气中包含的微粒物的柴油机微粒滤清器(下面称为DPF)通过燃烧捕获的微粒物，实现再生，从而能够重新捕获微粒物。

已知的燃烧微粒物的方法包括借助燃油喷射控制，升高排气的温度的方法，和利用加热器升高DPF的温度的方法。

发明内容

但是，车用柴油发动机的工作条件经常变化，从而通常不能在一次再生操作中，除去在DPF中捕获的所有微粒物。从而，再生以一部分微粒物残留于DPF中为结束。在下面的说明中，这种状态被称为部分再生。

如果在部分再生状态下，重新开始微粒物捕获，那么当估计在DPF中捕获的微粒物的数量，以便确定下一再生时机时，可能发生错误。

日本专利局1993公开的Tokkai Hei 5-106427提出一种方法，其中在部分DPF再生之后，用加热器加热DPF，直到DPF的端面达到设定温度为止，并测量所需的加热时间。同时，在部分再生前后，向DPF供给固定数量的再生气体，并测量再生气体流速的差别。从而，根据所需的加热时间和再生气体流速的差别，精确地估计残留在DPF中的微粒物的数量。

但是，在该现有技术中，每次估计残留微粒物的数量时，必须使用加热器和供给再生气体的泵，从而在DPF的再生过程中，大量的电能被消耗。

于是本发明的目的是在不消耗能量的情况下，高度精确地估计残留微粒物的数量。

为了实现上述目的，本发明提供一种柴油机微粒滤清器的再生设备，所述柴油机微粒滤清器捕获包含在柴油发动机的排气中的微粒物。所述设备包括检测滤清器的温度的传感器，升高排气温度，以便燃烧在滤清器中捕获的微粒物的机构，和可编程控制器，所述可编程控制器被编程为把滤清器的温度超过目标温度的时间累积计算为有效再生时间，并根据有效再生时间，控制所述机构停止升高排气温度。

本发明还提供一种与上述排气温度升高机构相关的上述柴油机微粒滤清器的再生方法。所述方法包括确定滤清器的温度，把滤清器的温度超过目标温度的时间累积计算为有效再生时间，并根据有效再生时间，控制所述机构停止升高排气温度。

在说明书的其它部分中陈述了，并在附图中表示了本发明的细节，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是车用发动机的示意图，包括根据本发明的DPF再生设备。

图2是图解说明由根据本发明的控制器执行的DPF再生控制例程的流程图。

图3表示控制器保存的，捕获微粒物的数量(PMi)的特征图。

图4是表示DPF床温Tbed的时间变化的例子的计时图。

图5表示控制器保存的燃烧微粒物PMr的数量的特征图。

图6是表示DPF床温Tbed的时间变化的计时图，以便图解说明根据本发明第二实施例的有效再生时间Te的计算算法。

图7表示由根据本发明第二实施例的控制器保存的有效再生时间温度系数K的特征图。

具体实施方式

参见图1，车用柴油发动机20包括与燃烧室20A连接的进气通道32和排气通道30。

柴油发动机20借助压缩式点火，燃烧从进气通道20吸入燃烧室20A的空气和由喷油器23喷射到燃烧室20A中的燃油的混合物。燃烧气体作为排气，从排气通道30排出。

空气滤清器35，涡轮增压器29的压缩机29A，中冷器28和进气阀21设置在进气通道32上。进气通道32中的吸入空气由空气滤清器35净化，由压缩机29A压缩，由中冷器28冷却，随后通过进气阀21被吸入燃烧室20A。

涡轮增压器29的涡轮29B和DPF10设置在排气通道30上。从燃烧室20A排入排气通道30中的排气驱动涡轮29B旋转。在把微粒物捕获到DPF10中之后，排气被排入大气中。

通过排气再循环通道(EGR通道)33，排气通道30中的一部分排气回流到吸入空气中。EGR通道33连接涡轮29B上游的排气通道30和进气阀21下游的进入通道32。调整排气再循环流量(EGR流量)的排气再循环阀(EGR阈)22设置在EGR通道33上。

DPF10捕获包含在排气通道30中的排气中的微粒物，并通过在预定的再生温度，燃烧捕获的微粒物再生。已知的陶瓷多孔滤清器可被用作DPF10。

通过利用发动机控制器16，控制喷油器23的燃油喷射量和喷射正时，升高排气温度，实现DPF10的再生。升高排气温度的喷射正时的控制包括后喷射和喷射正时延迟。升高排气温度的这种燃油喷射控制众所周知。

发动机控制器16由微计算机构成，微计算机包括中央处理器(CPU)，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，时钟，和输入/输出接口(I/O接口)。控制器可由多个微计算机构成。

为了控制DPF10的再生，来自检测吸入空气量的空气流量计34，检测DPF10的入口和出口之间的压差的差压传感器12，检测DPF10上游的排气温度的温度传感器13，检测DPF10下游的排气温度的温度传感器14，和根据排气中的氧浓度，检测供给燃烧室20A的空气/燃油混合物的空/燃比的空/燃比传感器(A/F传感器)15的检测数据，分别作为信号被输入控制器16。通用排气氧传感器或者不太贵的氧传感器可被用作A/F传感器15。

下面，参考图2，说明由发动机控制器16执行的再生DPF10的控制例程。在柴油发动机20开始工作时，发动机控制器16同时启动该例程。一旦该例程结束，就开始该例程的下一次执行，从而在柴油发动机工作的时候，该例程实际上不断被执行。

首先，在步骤S101中，发动机控制器16根据差压传感器12检测的压差，估计DPF10中的捕获微粒物的数量PMi。

随后，在步骤S102中，发动机控制器16确定捕获的微粒物的数量PMi是否已达到再生DPF10的基准捕获量PMα。事先通过实验，确定再生DPF10的基准捕获量PMα。

如果捕获的微粒物的数量PMi还未达到再生DPF10的基准捕获量PMα，那么发动机控制器16从步骤S101重复该过程。

当捕获的微粒物的数量PMi达到再生DPF10的基准捕获量PMα时，发动机控制器16在步骤S103中，根据捕获的微粒物的数量PMi，确定目标DPF入口温度Td。

通过查寻事先保存在ROM中，并具有图3中所示特征曲线的图，实现所述确定。根据该图，目标DPF入口温度Td随着捕获的微粒物的数量PMi的增大而降低。如果捕获的微粒物的数量PMi较大，那么DPF10的再生操作燃烧的微粒物的数量增大，从而由于燃烧热的结果，DPF10的温度有可能过度升高。

通过把目标DPF入口温度Td设置成随着捕获的微粒物的数量PMi的增大而降低，能够防止温度的这种过度升高。

随后，在步骤S104中，开始升高排气温度的操作，以便实现目标DPF入口温度Td。借助燃油喷射控制，例如燃油喷射正时的延迟，或者在正常燃油喷射之后喷射额外的燃油的后喷射，执行这种操作。在再生设备包括加热器的情况下，可利用加热器升高排气温度。

随后，在步骤S105中，发动机控制器16按照下述等式(1)，根据温度传感器13检测的DPF10上游的排气温度T1，和温度传感器14检测的DPF10下游的排气温度T2，估计DPF10的床(bed)温Tbed。

Tbed＝b1·T1+b2·T2    (1)

这里，b1、b2＝实验确定的常数。

随后，在步骤S106中，发动机控制器16计算有效再生时间Te。有效再生时间Te是期间DPF10的床温Tbed超过目标床温Tx的时间的累积值。目标床温Tx被设置成可靠地进行DPF10的再生的温度，或者换句话说，可靠地燃烧微粒物的温度。目标床温Tx根据捕获的微粒物的数量PMi而变化。例如，当捕获的微粒物的数量PMi是4.0克/升时，目标床温Tx是580摄氏度。当捕获的微粒物的数量PMi是2.0克/升时，目标床温Tx是600摄氏度。

参见图4，在对应于tx1-tx4的时间段中，DPF10的床温Tbed超过目标床温Tx。于是，有效再生时间Te是这些时间段的累积值，如下面的等式(2)中所示。

Te＝tx1+tx2+tx3+tx4+...    (2)

每当DPF10的床温Tbed在步骤S105中被更新，在步骤S106中，发动机控制器16比较床温Tbed和目标床温Tx。通过利用构成发动机控制器16的微计算机的时钟功能，累积计算床温Tbed超过目标床温Tx的时间，确定有效再生时间Te。

随后，在步骤S107中，发动机控制器16参考事先保存在ROM中的，图5中所示的特征曲线图，以便根据DPF10的床温Tbed和有效再生时间Te，确定燃烧微粒物的数量PMr。如该图中所示，当DPF10的床温Tbed升高，和有效再生时间Te延长时，燃烧微粒物的数量PMr增大。

随后，在步骤S108中，发动机控制器16利用下述等式(3)，根据燃烧微粒物的数量PMr和在步骤S101中计算的捕获微粒物的数量PMi，计算DPF10中的残留微粒物PMx的数量。

PMx＝PMi-PMr    (3)

随后，在步骤S109中，发动机控制器16比较燃烧微粒物的数量PMr和燃烧微粒物的预定目标量ΔPM。如果燃烧微粒物的数量PMr未达到燃烧微粒物的目标量ΔPM，那么发动机控制器16重复从步骤S106开始向前的过程。应注意在该重复时段中，在DPF10中捕获的微粒物继续被燃烧。燃烧微粒物的预定目标量ΔPM最好为每升DPF容积一克。由于就客车来说，DPF容积通常从2升到4升，因此燃烧微粒物的预定目标量ΔPM可被设为2-4克。

当在步骤S109中，燃烧微粒物的数量PMr达到燃烧微粒物的目标量ΔPM时，在步骤S110中，发动机控制器16比较DPF10中的残留微粒物的数量PMx和残留微粒物的目标量PMd。残留微粒物的目标量PMd对应于结束再生操作时，残留在DPF10中的微粒物的允许量。事先根据车辆的行驶条件，通过实施例确定该值。当行驶条件适合于DPF10的再生时，残留微粒物的目标量PMd被设置成0.0克/升。换句话说，DPF10应被完全再生。在除上述之外的条件下，如果基准捕获量PMα被设置成4.0克/升，那么残留微粒物的目标量PMd可被设置成2.0克/升，为基准捕获量PMα的一半。

如果残留微粒物的数量PMx未达到残留微粒物的目标量PMd，那么发动机控制器16重复从步骤S103开始向前的过程。这种情况下，在步骤S103中，根据残留微粒物的数量PMx，而不是DPF10中的捕获微粒物的数量PMi，重新设置目标DPF入口温度Td。随后根据新设置的目标DPF入口温度Td，在步骤S104中执行升高排气温度的操作。

另外在步骤S105中，重新估计DPF10的床温Tbed，从而重新估计的DPF10的床温Tbed被用于重复步骤S106-S109的处理。

借助该过程，每次在DPF10中捕获的燃烧微粒物的数量PMr达到燃烧微粒物的目标量ΔPM时，在不同的目标DPF入口温度Td下，执行DPF10的再生操作，并且不断执行该再生操作，直到残留微粒物的数量PMx达到残留微粒物的目标量PMd为止。

当在步骤S110中，残留微粒物的数量PMx达到残留微粒物的目标量PMd时，完成DPF10的再生。这种情况下，在步骤S111中，发动机控制器16终止在步骤S104中开始的，升高排气温度的操作。在步骤S111的处理之后，发动机控制器16终止该例程。

应注意的是，如上所述，发动机控制器16在终止当前例程之后，立即开始执行下一例程。

通过按照上述方式，在柴油发动机20工作的时候，不断执行图2中所示的例程，每当DPF10中的捕获微粒物的数量PMi达到基准捕获量PMα时，就执行DPF10的再生操作。

根据如上所述的发明，DPF床温Tbed超过目标床温Tx的时间被累加为有效再生时间Te，并根据有效再生时间Te确定燃烧的微粒物的数量PMr。从而能够精确地知道由升高排气温度的操作燃烧的燃烧微粒物PMr的数量，和DPF10中的残留微粒物的数量PMx。

下面，参考图6和7，说明本发明的第二实施例。

本实施例的硬件组成和第一实施例相同。根据本实施例的发动机控制器16也执行图2中的例程。但是，在本实施例中，图2中的步骤S106的处理内容不同于第一实施例。

在第一实施例的步骤S106中，有效再生时间Te被计算成DPF10的床温Tbed超过目标床温Tx的时间的累积值。

如上所述，目标床温Tx是微粒物被可靠燃烧的温度，但是即使当DPF10的床温Tbed未达到目标床温Tx，只要床温Tbed超过允许微粒物燃烧的温度，那么一部分微粒物可被燃烧。从而在本实施例中，考虑到在该温度区中燃烧的微粒物的数量，计算残留微粒物的数量。

参见图7，在达到目标床温Tx的过程中，DPF10的床温Tbed经过连续的温度Ta、Tb、Tc、Td...。这里，温度Ta表示允许DPF10中微粒物的燃烧的最低温度。在该温度升高过程中，按照下述方式表述时间。即，从温度Ta升高到Tb的时间被表述成ta1，从温度Tb升高到Tc的时间被表述成tb1，从温度Tc升高到Td的时间被表述成tc1。

床温Tbed落入的区域也用诸如tc2、tb2和ta2之类的时段表示。从而根据温度区和温度区的持续时间，能够明白床温Tbed的变化，根据下述等式(4)，累加计算有效再生时间Te，以便被用作有效再生时间Te(通过把温度区的持续时间乘以图6中所示的，和该温度区对应的加权系数K获得的值)。

Te＝Ka.ta+Kb.tb+Kc·tc+Kd·td+...+tx

这里，ta＝∑tan，

tb＝∑tbn，

tc＝∑tcn，

td＝∑tdn，

Ka＝从温度ta到tb的温度区的加权系数K，

Kb＝从温度Tb到Tc的温度区的加权系数K，

Kc＝从温度Tc到Td的温度区的加权系数K，

Kd＝从温度Td到Tx的温度区的加权系数K，

n＝从1开始的整数

参见图6，加权系数K表示在某一温度区中，单位时间的燃烧微粒物的数量，最大值为1.0。当床温Tbed升高，和捕获的微粒物的数量PMi增大时，加权系数K取较大的值。在床温Tbed等于或大于目标床温Tx的区域中，加权系数K达到1.0。

为了便于上述计算，图6中所示的加权系数K的特征图预先被保存在发动机控制器16的ROM中。

在步骤S106中，发动机控制器16利用上面的等式(4)，而不是等式(2)，计算有效再生时间Te。换句话说，即使DPF10的床温Tbed等于或低于目标床温Tx，只要床温Tbed超过允许微粒物燃烧的最低温度Ta，在基于与对应温度区对应的加权系数K的有效再生时间Te的计算中，使用该温度区的持续时间。

通过根据按照这种方式计算的有效再生时间Te，计算在等于或小于目标床温Tx的温度区中，燃烧微粒物的数量PMi，随后计算残留微粒物的数量PMx，能够以较高的精度知道在DPF10的再生操作中，残留微粒物的数量PMx的变化。

Tokugan 2003-325040的内容(在日本的申请日为2003年9月17日)作为参考包含于此。

虽然上面参考本发明的一些实施例说明了本发明，不过本发明并不局限于上述实施例。在权利要求的范围内，本领域的技术人员将想到上述实施例的各种修改和变化。

其中要求独占性或独占权的本发明的实施例被定义成如下所述。

Claims (11)

1、一种柴油机微粒滤清器(10)的再生设备，所述柴油机微粒滤清器(10)捕获包含在柴油发动机(20)的排气中的微粒物，所述设备包括：

检测滤清器(10)的温度的传感器(13)；

升高排气温度，以便燃烧在滤清器(10)中捕获的微粒物的机构(23)；和

可编程控制器(16)，所述可编程控制器(16)被编程为：

把滤清器的温度超过目标温度的时间累积计算为有效再生时间(S106)；和

根据有效再生时间，控制所述机构(23)停止升高排气温度(S110-S111)。

2、按照权利要求1所述的再生设备，其中控制器(16)还被编程为当滤清器温度未超过目标温度时，确定滤清器温度是否超过允许微粒物燃烧的温度，所述允许微粒物燃烧的温度低于目标温度，并结合与滤清器温度超过目标温度的时间，计算把通过滤清器温度超过允许微粒物燃烧的温度的时间乘以预定的系数获得的值，作为有效再生时间(S106)。

3、按照权利要求2所述的再生设备，其中控制器(16)还被编程为在允许微粒物燃烧的温度和目标温度之间，设置多个温度区，并使所述系数随着温度区的降低而减小(S106)。

4、按照权利要求3所述的再生设备，其中所述再生设备还包括检测在滤清器(10)中捕获的微粒物的数量的传感器(12)，控制器(16)还被编程为使所述系数随着捕获数量的增大而增大(S106)。

5、按照权利要求1所述的再生设备，其中柴油发动机(20)还包括燃烧室(20A)，所述机构(23)包括把燃油喷入燃烧室(20A)、并根据来自控制器(16)的信号改变燃油喷射量和燃油喷射正时的喷油器(23)。

6、按照权利要求1-5任一所述的再生设备，其中再生设备还包括检测在滤清器(10)中捕获的微粒物的数量的传感器(12)，控制器(16)还被编程为在滤清器(10)中捕获的微粒物的数量达到预定基准捕获量之前，控制所述机构(23)，不升高排气温度(S101-S102)。

7、按照权利要求6所述的再生设备，其中控制器(16)还被编程为当捕获量超过基准捕获量时，随着在滤清器(10)中捕获的微粒物的数量增大，把滤清器(10)的目标温度设置成较低的温度(S103)，并控制所述机构(23)实现该目标温度(S104)。

8、按照权利要求7所述的再生设备，其中控制器(16)还被编程为根据有效再生时间，计算残留在滤清器(10)中的微粒物的数量(S107、S108)，并且当残留微粒物的数量不再超过残留微粒物的目标量时，停止升高排气温度(S110-S111)。

9、按照权利要求8所述的再生设备，其中控制器(16)还被编程为根据有效再生时间，计算滤清器(10)中的燃烧微粒物的数量(S107)，并通过从在开始温度升高操作之前检测到的捕获微粒物的数量中，减去燃烧微粒物的数量，计算残留微粒物的数量(S108)。

10、按照权利要求9所述的再生设备，其中控制器(16)还被编程为比较燃烧微粒物的数量和燃烧微粒物的目标量(S109)，当燃烧微粒物的数量等于或大于燃烧微粒物的目标量，并且残留微粒物的数量小于残留微粒物的目标量时，根据残留微粒物的数量，重新设置滤清器(10)的目标温度(S103)，并根据重新设置的目标温度控制所述机构(23)(S104)。

11、一种柴油机微粒滤清器(10)的再生方法，所述柴油机微粒滤清器(10)捕获柴油发动机(20)的排气中所含微粒物，所述发动机(20)包括升高排气温度，以便燃烧在滤清器(10)中捕获的微粒物的机构(23)，所述方法包括：

确定滤清器(10)的温度(S105)；

把滤清器的温度超过目标温度的时间累积计算为有效再生时间(S106)；和

根据有效再生时间，控制所述机构(23)停止升高排气温度(S110-111)。

Images