CN1500975A - 发动机的排气控制装置 - Google Patents

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Abstract

排气净化装置(30)具备用于检测微粒过滤器(18)的正上游的排气温度的温度传感器(20)。ECU(22)根据经由温度传感器(20)检测的排气温度在一定时间连续在连续再生温度相当值以上的情况的累积履历，调整强制再生时间间隔。强制再生时间间隔与连续再生状态的实现情况的履历相结合，由ECU(22)进行调整。

Description

发动机的排气控制装置
技术领域
本发明涉及一种采用设置在内燃机的排气通路上的微粒过滤器和设置在其上游的氧化催化剂的内燃机的排气净化装置和排气净化方法。
背景技术
作为安装在内燃机的一例的柴油机上的排气净化装置，使用微粒过滤器(diesel particulate filter)(以下称作DPF)。DPF设置在发动机的排气通路上，捕集柴油机的排气(exhaust gas)中含有的微粒状物质(particulate matters)(以下称作PM)。
有必要恢复DPF对于PM的捕集能力。因此，具有DPF的排气净化装置采用每隔预先设定的时间间隔(例如10小时)，强制使DPF的温度上升到PM氧化温度的方法。由此，在预先设定的时间内，DPF中堆积的PM利用O2燃烧。该方法被称作强制再生(compulsiveregeneration)。
要正确检测出在车辆行驶中DPF捕集的PM量是困难的。因此前述强制再生中，假设在经过前述时间间隔以前DPF连续捕集PM，并推定DPF捕集的PM量。然后在使推测的PM量燃烧的必要的时间进行强制再生。
在车辆的通常行驶中，会出现排气的温度随着车辆的运转状态而上升到PM自然起火的温度。换言之，根据车辆的运转状态，DPF中堆积的PM在经过前述时间间隔以前，会出现自然起火并燃烧。以下，这种现象被称作自燃(self burning)。发生自燃时实际的捕集量与预先设定的PM的推定堆积量相比变少。因此，如果发生了自燃，容易进行不必要的强制再生运转。
因此，例如日本专利厅发行的特公平5-34488号公报记载，提出了一种检测排气温度，根据排气温度将强制再生的时间间隔的计数器复位的技术。该现有技术中，在经过预先设定的时间间隔以前，如果根据前述排气温度检测出DPF由于自燃成为了再生状态，则前述计数器被复位。由此，可以防止在PM的堆积量少的状态下进行不必要的强制再生运转。
但是，上述现有技术中，当检测出DPF由于自燃成为再生状态的温度，例如600℃以上时，前述计数器则立即被复位。即，即使在DPF没有完全再生的情况下，计数值也被复位。这样，如果在DPF的再生不充分的情况下计数器就被复位，那么下一次强制再生的开始时间被推迟，将导致排气不能成为优选状态。但是，由于在600℃以上DPF的燃烧进行得激烈，也许上述问题的发生频率比较低。
另一方面，近几年，开发了通过在DPF的前段设置氧化催化剂，PM可以在较低温度下燃烧的连续再生式的排气净化装置。这种装置是利用由前述氧化催化剂将排气中的NO氧化生成的NO2和排气中的O2使DPF捕集的PM连续燃烧的装置。根据该排气净化装置，在比前述现有例所述的利用O2燃烧(强制再生)更低的温度，例如250℃以上PM进行燃烧。这种在低温下使DPF再生的排气净化装置被称作连续再生式(continuous regeneration type)的微粒过滤器装置。
在该连续再生式微粒过滤器装置中，基于防止不必要的强制再生运转的观点，考虑如前述现有技术中时间间隔的计数器复位的方法也适用。然而，利用连续再生的PM的燃烧(通过NO2反应进行燃烧)，在250℃以上与利用O2燃烧(600℃以上)相比低温缓慢。因此，如果前述计数器复位的方法适用，那么强制再生时间的推迟变得更显著，不实用。
发明内容
本发明的目的是提供一种微粒过滤器可以连续再生，并且可以精确设定强制再生的时间间隔的排气净化装置和排气净化方法。
本发明的排气净化装置，在具备有微粒过滤器，设置在内燃机的排气通路内，用于捕集排气中的微粒；氧化催化剂，位于所述微粒过滤器的上游侧并设置在所述排气通路内；和强制再生控制装置，用于经规定的时间间隔强制使所述微粒过滤器的温度上升的内燃机的排气净化装置中，还具有过滤器温度相关值检测装置，用于检测与所述微粒过滤器的温度相关的参数值；所述强制再生控制装置，根据与所述微粒过滤器的温度相关的所述参数值超过连续再生温度相当值的情况的累积履历，调整所述时间间隔。
由此，开始强制再生的时间间隔，与连续再生状态的实现状况的履历相结合被适当的调整。因此，强制再生的时间间隔反映连续再生状态的实现情况，消除不必要的强制再生和强制再生的被推迟。由此，可以提高行驶里程和排气性能。
优选的是所述强制再生控制装置，加算与所述微粒过滤器的温度相关的所述参数值在一定时间连续在规定温度以上的情况，根据该加算的累积值的增加使所述时间间隔变长。根据这种结构，可以适当调整能反映强制再生状态实现状况的前述时间间隔，提高行驶里程和排气性能。
优选的是所述过滤器温度相关值的检测装置，检测所述微粒过滤器的正上游的排气温度；所述强制再生控制装置，根据所述排气温度调整所述时间间隔，并且所述强制再生控制实行时，根据所述排气温度实行再生控制。根据这种结构，微粒过滤器的正上游的排气温度既用于控制强制再生时间间隔的调整，也用于强制再生控制，因此简化两个控制系统。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的模式图。
图2是表示图1所示的排气净化装置经强制再生时间间隔从通常运转向强制再生切换的控制的流程图。
图3A表示用于调整图2所示的强制再生时间间隔的控制的流程图。
图3B是表示一个连续再生中排气温度变化的例的图。
具体实施方式
以下，根据图1至图3对本发明的一个实施方式进行说明。
图1作为内燃机的一例，表示安装在卡车或者公共汽车等车辆上的行驶用柴油机1。该柴油机1具备有排气净化装置30。柴油机1的发动机主体1a，具备有例如顺次并排排列的四个汽缸2a～2d。
各汽缸2a～2d分别容纳可以往复的活塞(未图示)。在各汽缸2a～2d的上部，每个汽缸分别设置喷射器3a～3d、吸气口4a～4d、排气口5a～5d、吸排气阀(未图示)。
燃料供给装置(未图示)连接于各喷射器3a～3d。每一个汽缸2a～2d在规定的时序，进行各吸排气阀的吸排气工作和各喷射器3a～3d的喷射动作。由此，在各汽缸2a～2d中进行规定的周期例如吸气、压缩、爆炸燃烧、排气的冲程。
发动机主体1a的一侧形成吸气口4a～4d。吸气歧管6连接于该吸气口4a～4d。吸气管9连接于吸气歧管6。吸气管9组装例如风冷式中间冷却器7和涡轮增压器8的压缩机部8a。燃烧用的空气通过吸气管9导入各汽缸2a～2d。
发动机主体1a的另一侧形成排气口5a～5d。排气歧管10连接于该排气口5a～5d。排气管11连接于排气歧管10。排气管11组装涡轮增压器8的涡轮机部8b。
在各汽缸2a～2d燃烧完的排气通过排气管11向外部排出。涡轮机部8b设置排气排出部8c。排气排出部8c的一例由旁路12a和排气压力减压阀(wastegate valve)12b构成。旁路12a连接在涡轮机部8b的入口和出口之间。排气压力减压阀12b具有开关旁路12a的功能。
在吸气歧管6的入口设置节流阀12。在吸气歧管6和排气歧管10之间设置EGR装置13。EGR装置13例如由连接在歧管6、10之间的EGR通路13a和用于开闭EGR通路13a的EGR阀13b构成。
在构成柴油发动机1的排气通路的例如排气管11的后部设置连续再生式的微粒过滤器14。微粒过滤器14具有筒形的外壳16。外壳16的两端部形成被缩小的形状。外壳16的中央部形成比排气管11大的直径。
外壳16的一端部形成流入口16a。从排气歧管10延伸的排气管部分连接于该流入口16a。外壳16的另一端部形成流出口16b。该流出口16b向大气开放。
外壳16内容纳微粒过滤器18(以下称作DPF18)。DPF18具有由可以通过排气且微粒不能通过的多孔的隔壁隔开的多角形剖面的过滤器18a。在该过滤器18a的前述隔壁上形成的多个贯通孔的互相邻接的入口和出口，交替由栓18b密封。通过这种结构，当排气从微粒过滤器18的隔壁的厚度方向通过时，排气中包含的微粒(以下称作PM)被前述隔壁捕集。
外壳16内，DPF18的前段即上游容纳氧化催化剂19。通过该氧化催化剂19，DPF18可以连续再生。连续再生当具备规定的条件时，利用排气中的NO经氧化催化剂19氧化生成的NO2和排气气体中的O2，被DPF18捕集的PM进行氧化(燃烧)。
在氧化催化剂19和DPF18之间设置用于检测于DPF18的温度相关的参数值的传感器(过滤器温度相关值的检测装置)和用于检测DPF18的正上游中排气温度的温度传感器20。
作为控制部工作的ECU(Electric Control Unit)22例如由微型计算机构成。ECU22与前述喷射器3a～3d、排气压力减压阀12、吸气节流阀12、EGR阀13b和温度传感器20等电连接。该ECU22在车辆通常运转时，编入根据其运转状态对前述喷射器3a～3d、排气压力减压阀12、吸气节流阀12和EGR阀13b进行控制的控制程序。
此外，ECU22编入强制再生控制程序，用于在通常运转中，连续再生没进行完时强制使DPF18中堆积的PM燃烧(氧化)。通过该程序的控制是作为强制再生控制装置进行工作。
该强制再生控制程序使用强制再生时间间隔和强制再生运转模式。这里所说的强制再生时间间隔是实施强制再生运转的时期(间隔)，相当于本发明的时间间隔。强制再生运转模式是经过前述强制再生时间间隔时，使用氧化催化剂19使DPF18升温到PM燃烧的温度。
正确检测出DPF18中堆积的PM的量是困难的。因此在现有的强制再生中，设定累计车辆的行驶时间后的规定的时间，例如10小时作为强制再生时间间隔。然后推定在该时间间隔中堆积的PM量。
现有的强制再生在经过前述时间间隔时，仅在使推定的前述PM量燃烧(利用O2)的必要的规定时间，使用氧化催化剂19使DPF18升温。然而现有的该时间间隔没有考虑在车辆的正常行驶中具备条件而成立的连续再生。
连续再生是如前述利用NO2燃烧，是与利用O2的燃烧相比在250℃以上的低温下产生的缓慢的燃烧。
该实施形态的排气净化装置30，在设定强制再生时间间隔时，使其反映在DPF18中连续再生状态实现的情况。即，采用根据DPF18的连续再生状态的实现情况的履历，调整强制再生时间间隔的方法。
因此在车辆的通常行驶中，ECU22根据经由温度传感器20检测的DPF18正上游的排气温度(DPF18的温度的相关值)，累积超过DPF18的连续再生温度的相当值时的情况。根据该累积履历，ECU22对调整强制再生时间间隔进行应有的控制。
具体而言，ECU22为了进行前述控制，例如如下述调整强制再生时间间隔。
在车辆的通常行驶中，例如排气温度，在一定时间维持在产生DPF18的连续再生的温度(例如300℃以上)时，加算处于该温度域的时间，根据该累积值，设定强制再生时间间隔比初期设定值长。例如ECU22被给予以下公式(1)、(2)。
其中，连续再生履历系数为K，常数为C，连续再生计数值为V，强制再生时间间隔为S。常数C是考虑变动要素而确定的值。连续再生计数值V是300℃以上的排气温度一定时间连续的情况下的累积值。初期设定值例如是10小时。
K＝C×V  …(1)
S＝初期设定值×K  …(2)
通过根据式(1)(2)进行运算处理，强制再生时间间隔S被补正为根据前述累积值的增加而变长。
另一方面，连续再生运转模式的再生时间是一定的。该连续再生运转模式在经过被调整后的前述强制再生时间间隔S时，开始第一阶段，强制使氧化催化剂19升温到活性温度(例如250℃以上)。在该第一阶段中，例如实行强制使排气压力减压阀12a开阀、使ERG阀13b开阀、关闭吸气节流阀12c、使喷射器3a～3d的喷射时序延迟(retard)、使喷射器3a～3d的喷射压力降低等模式。
根据温度传感器20的检测温度，如果判定氧化催化剂19达到了活性温度，则开始第二阶段，使DPF18升温到PM的燃烧温度。其中PM的燃烧温度是强制再生温度相当值，例如550℃以上。在第二阶段中，例如实行将从喷射器3a～3d喷射的未燃烧燃料添加到排气的模式。
经由温度传感器20检测的排气温度不仅用于控制前述的强制再生时间间隔的调整和强制再生运转，也用于监视DPF18不会出现过升温。
前述强制再生的详细控制的一例，如图2和图3A的流程图所示。
当前，车辆例如公共汽车行驶时，从柴油发送机1排出的排气通过排气歧管10、排气管11、氧化催化剂19和DPF18排向大气。
该通常运转中，当DPF18正上游的排气温度低于PM利用NO2燃烧的温度值时，排气中的PM只被DPF18捕集，不燃烧。
当DPF18正上游的排气温度在PM利用NO2燃烧的温度值以上时，排气气体中的NO经氧化催化剂19氧化。通过其中生成的NO2和排气气体中的O2，DPF18上堆积的PM进行燃烧(氧化反应)。换言之，在车辆的通常运转中进行连续再生(图2中的S1阶段)，即如果具备条件，DPF18一边捕集PM，被捕集的PM一边通过NO2燃烧。
通常运转一直连续到强制再生时间间隔的结束。直到经过该强制再生时间间隔，利用前述公式(1)(2)，ECU22进行强制再生时间间隔的调整。图3A表示该调整涉及的详细控制。
即，如果车辆开始通常行驶，ECU22判断经由温度传感器20检测的DPF18正上游的排气温度是否超过规定的温度值T1。温度值T1是与DPF18的连续再生温度相关的值，例如300℃(温度相关值)。
具体而言，为了确实地检测出成为DPF18的连续再生温度相当值的情况，只检测300℃以上在一定时间连续的温度域(图3A中的S11阶段)。然后，通过连续再生计数器，加算在该温度域经过的时间。连续再生时的NO2燃烧，与O2相比是在低温下缓慢的燃烧。因此，前述连续再生计数器，仅加算经由温度传感器20检测的排气温度在一定时间以上连续超过PM确实燃烧的连续再生温度相当值T1的时间，如图3B所示的t1和t2。
换言之前述连续再生计数器，仅加算DPF18确实的连续再生状态的时间(图3A中的S12阶段)。连续再生状态的实现时间，累积到经过前述强制再生时间间隔的初期设定值(例如10小时)。
如果经过该初期设定值，ECU22通过直到那时累积的连续再生计数值和前述的(1)(2)公式进行运算处理，进行强制再生时间间隔S的调整。即，根据前述累积值的增加，进行使强制再生时间间隔S变长的调整。该时间间隔作为新的强制再生时间间隔S被ECU22设定(图3A中的S13阶段)。换言之，发动机1的通常行驶延续到经过该被调整后的设定强制再生时间间隔S。
接着通常行驶，如果经过前述被调整后的强制再生时间间隔S，通过ECU22的指令，开始利用O2强制使PM氧化(燃烧)的强制再生运转(图2中的阶段S2和阶段S3)。
例如，实行使氧化催化剂19升温的模式，即前述第一阶段。在第一阶段，如前述，例如进行强制使排气压力减压阀12a开阀、使ERG阀13b开阀、关闭吸气节流阀12c、使喷射器3a～3d的喷射时序延迟、使喷射器3a～3d的喷射压力降低等。
接下来，如果ECU22根据温度传感器20检测的温度值判定排气温度上升到氧化催化剂19的活性温度，则切换到使DPF18升温的第二阶段，实行第二阶段。在第二阶段中，例如经由喷射器3a～3d柱喷射(post injection)，将未燃烧燃料添加到排气气体中。然后，如果经过预先设定的强制再生时间，ECU22判定DPF18的PM燃烧量达到目标值，就结束强制再生运转，返回通常运转(图2中的阶段S4)。
上述本实施方式的排气净化装置30中，根据前述排气温度的累积履历(超过连续再生温度相当值情况的累积)，调整强制再生时间间隔。因此，通过NO2在低温下缓慢燃烧的连续再生状态的实现情况在强制再生时间间隔有所反映，该时间间隔被适当地调整。
因此，在强制再生开始的时刻PM的堆积量大致一定，在被适当调整了的强制再生时间可以实施强制再生。即，可以精确地实施强制再生而不发生不必要地无效地强制再生或者强制再生的延迟。特别是，本实施方式中，为了进行强制再生时间间隔的调整，求得实现连续再生的温度值以上的温度在一定时间连续的累积值，根据该累积值的增加设定时间间隔变长。因此，确保更适当的强制再生时间间隔。
并且，作为与DPF18的温度相关的参数值，使用可以高精度的DPF18的正上游的排气温度。因此，能够精确地进行连续再生，有利于适当的强制再生时间间隔的调整。此外，经由温度传感器20检测的排气温度，除了用于强制再生时间间隔的调整，也用于在实行强制再生控制时，对实施强制再生运转进行控制(根据排气温度进行再生控制)。因此，通过强制再生时间间隔的调整和对强制再生控制的控制程序等共用，实现双方控制系统中控制的简化。
此外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内的各种变更实施也是可以的。

Claims (6)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备有：微粒过滤器(18)，设置在内燃机的排气通路内，用于捕集排气中的微粒；氧化催化剂(19)，位于所述微粒过滤器(18)的上游侧并设置在所述排气通路内；和强制再生控制装置，用于经规定的时间间隔强制使所述微粒过滤器(18)的温度上升，其特征在于：
还具有过滤器温度相关值检测装置，用于检测与所述微粒过滤器(18)的温度相关的参数值；所述强制再生控制装置，根据与所述微粒过滤器(18)的温度相关的所述参数值超过连续再生温度相当值的情况的累积履历，调整所述时间间隔。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于：所述强制再生控制装置，加算与所述微粒过滤器(18)的温度相关的所述参数值在一定时间连续在规定温度以上的情况，根据该加算的累积值的增加使所述时间间隔变长。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于：所述过滤器温度相关值的检测装置，检测所述微粒过滤器(18)的正上游的排气温度；所述强制再生控制装置，根据所述排气温度调整所述时间间隔，并且所述强制再生控制实行时，根据所述排气温度实行再生控制。
4.一种具备有微粒过滤器(18)，设置在内燃机的排气通路内，用于捕集排气中的微粒；氧化催化剂(19)，位于所述微粒过滤器(18)的上游侧并设置在所述排气通路内；和强制再生控制装置，用于在规定的时间间隔强制使所述微粒过滤器(18)的温度上升的内燃机的排气净化方法，其特征在于：
具有用于检测与所述微粒过滤器(18)的温度相关的参数值的阶段(S11)；所述强制再生控制装置，具有根据在所述阶段检测的与微粒过滤器(18)的温度相关的所述参数值超过连续再生温度相当值的情况的累积履历，进行所述时间间隔调整的阶段(S13)。
5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化方法，其特征在于：所述强制再生控制装置，具有加算在用于检测所述参数值的所述阶段(S11)检测出的与微粒过滤器(18)的温度相关的所述参数值在一定时间连续在规定温度以上的情况的阶段(S12)；和根据所述加算的累积值的增加使所述间隔变长的阶段(S13)。
6.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化方法，其特征在于：用于检测与所述微粒过滤器(18)的温度相关的所述参数值的所述阶段(S11)，检测所述微粒过滤器(18)正上游的排气温度；所述强制再生控制装置，根据所述排气温度调整所述时间间隔，并且所述强制再生控制实行时，根据所述排气温度实行再生控制。
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