CN1568401A - 过滤器控制装置 - Google Patents

Abstract

为了计算过滤器(32)中累积的微粒量，一第一判断计算单元(100)输出由过滤器的前后压差计算出的第一判断数据(XA)，以及一第二判断计算单元(110)输出基于发动机操作状态的第二判断数据(XB)。考虑当时的发动机速度选择第一和第二判断数据(XA，XB)中具有高可靠性的判断数据。确定是否再生过滤器并且考虑第一和第二判断数据(XA，XB)的差值，当差值大于一个预定值时，即使发动机速度很高，也不选择第一判断数据XA，因为该判断数值的可靠性由于累积微粒的裂化而变得很低。

Description

过滤器控制装置

技术领域

本发明涉及一种过滤器控制装置，该过滤器在适当的时间能够再生，过滤器用于截留发动机排放的废气中包含的微粒。

背景技术

近年来，为了抑制柴油机废气中包含的微粒的大气扩散，人们已经研制了多种安装在柴油机排气系统中用来对废气中的柴油机微粒进行后处理的装置。这种类型的废气处理装置均包括一个过滤器，其用来截留柴油机排放的废气中包含的微粒。过滤器截留的微粒会逐渐累积并最终阻塞过滤器，使废气很难通过废气通道。

因此，传统上，当估计过滤器中累积的微粒量已经达到规定水平时，过滤器被加热以提高过滤器的温度并且燃烧上述微粒，再生过滤器，这样过滤器能够再次被使用以截留微粒。因此利用通过加热过滤器燃烧微粒的装置需要在适当的时机进行过滤器再生。

以前，已经广泛使用了一种过滤器再生控制装置，其中过滤器的累积微粒量通过测量过滤器前后的压差，即过滤器入口端的废气压力和过滤器出口端的废气压力的压差，进行判断，并根据该判断结果确定过滤器再生的时机。

但是，前述传统技术存在下述问题。当发动机在低速运行时，例如怠速或类似情况，废气通路中的废气流量减少，即使累积的微粒量很少，这也会减少过滤器前后的压差，这就很难根据过滤器的前后压差判断累积的微粒量。而且，当废气处于低压状态时，表示废气压力和压力传感器输出信号之间的关系的压力传感器输入/输出特性是非线性的。因此，压力传感器输出信号包含的压力信息的精确度下降，而且压力传感器输出信号的电平也变得很低并且很容易受噪音的影响，所以压力传感器特性问题也使其很难准确判断累积的微粒量。

此外，假如微粒已经在过滤器中累积并且当发动机已经停止运行时过滤器连续处于高温状态，过滤器中累积的微粒中释放的易挥发的成分产生微粒的裂化。发生这样的裂化时，废气通过上述裂化部分并且在过滤器中，减少过滤器的气流阻力。因此，与发生裂化前相比，过滤器的前后压差变得很小，并且如果在这种状态下利用废气压差判断累积的微粒量，会导致判断的累积微粒量减少，从而很难准确地判断累积的微粒量。

这样，在以前的装置中，通过测量过滤器前后的废气压差控制过滤器再生，在过滤器中有大量累积的微粒这样的状态进行再生，这会产生使过滤器熔化的危险。由于很难准确地判断累积的微粒量，因此采用更高的过滤器再生频率，这也存在恶化燃油消耗并且缩短过滤器寿命的问题。

本发明的一个目的是提供一种过滤器控制装置，其能够解决传统技术中的上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，在过滤器控制装置中判断过滤器中累积的微粒量，并且根据上述判断结果再生过滤器，上述过滤器截留发动机废气中包含的微粒，本发明的一种过滤器控制装置根据过滤器前后的压差判断累积的微粒量并且也根据发动机的操作状态判断累积的微粒量，根据发动机的操作状态和两个判断值的比较结果选择这两个判断结果之一，并根据该选择的判断结果确定是否进行过滤器再生。

在过滤器控制装置中，判断过滤器中累积的微粒量并根据上述判断结果再生过滤器，上述过滤器截留发动机废气中包含的微粒，本发明的特征在于其包括用于检测发动机操作状态的检测装置，一第一判断装置根据过滤器前后的废气压差判断过滤器的累积微粒量，一第二判断装置根据发动机的操作状态判断过滤器的累积微粒量，并且一差值计算装置计算由第一和第二判断装置得到的累积微粒量差值的判断值，对应于差值计算装置和检测装置选择第一和第二判断装置中的一个判断结果，并且根据该选定的判断结果确定过滤器再生的时机。

上述第二判断装置可以用来根据发动机的燃油喷射量、发动机速度、发动机中废气再循环的比例以及过滤器前的温度之一进行判断累积的微粒量的计算。

上述第二判断装置也可以利用绘图计算来进行累积微粒量的判断计算，上述绘图计算采用测量数据进行，该测量数据通过测量实际的发动机每单位时间累积的微粒量的增加获得。

在每次发动机停止时可以存储过滤器再生控制中使用的判断累积微粒量的值，并且该存储的累积微粒值在第二判断装置中作为积分的初始值。

选择第一和第二判断装置中的任何一个判断结果时，通过计算两个判断结果之间的偏差量可以更加准确地判断，作为一学习值存储该偏差量，并根据该学习值修正第二判断装置中的计算值。

在这种情况下，可以根据上述偏差量替代计算一个系数，该系数用来修正第二判断装置中的计算值。其可以这样安排，即当偏差量超过一规定值时，向操作者显示其要点。

可以使用这样的配置，当发动机起动，两个判断值之间的差值等于或者超过一规定值时，无论检测装置的检测结果如何，均选定第二判断装置的判断结果。

也可以这样配置，即无论检测装置的检测结果如何，第二判断装置的判断结果在规定的时间期间被选定。从起动发动机到判断的累积微粒量达到一规定值的时间可以被设定为规定的时间期间。

也可以这样配置，在两个判断值之间的差值低于一个规定值的情况下，使用第一判断装置的判断结果代替第二判断装置的判断结果

根据上述配置，从根据过滤器前后废气压差获得的判断累积微粒量和由发动机操作参数或类似数据计算的累积微粒量选择的一个值被选择使用，其考虑发动机的操作状态和两个判断值之间的差。该结果使更精确地判断累积微粒量成为可能，并使更准确地确定一个适当的过滤器再生时机成为可能。

附图说明

附图1是装有本发明的过滤器控制装置的废气处理装置的一个实施例的示例示意图；

附图2是附图1中的控制单元的构造方块图；

附图3是附图2中的判断计算单元的构造细节的方块图；

附图4是用于说明附图3中选择单元的流程图；

具体实施方式

为了更详细地解释本发明，现将结合附图进行说明。

附图1是本发明一个实施例示例的整体示意图，其示出了将过滤器控制应用于柴油机废气后处理的情况。标记1表示一个四缸柴油机，其气缸2-5分别带有喷射器6-9。这些喷射器6-9的操作由一个发动机控制单元10控制，其利用已知的结构，在需要时，向相应的气缸喷射定量的高压燃料。

一进气管12连接到进气岐管11，该进气管带有一个中间冷却器13和一个空气过滤器14。一排气管16连接到排气岐管15，该排气管带有一个废气后处理装置30。

一废气再循环通道18位于进气管12和排气管16之间，其带有一个废气再循环控制阀17，且该废气再循环控制阀17由一个执行器19进行调节，该执行器由上述发动机控制单元10控制，形成一种布置，这样，在排气管16中流动的部分废气可以被计量并且返回进气岐管11。标记20表示一排气涡轮增压器，其由一个设置在排气管16中的排气涡轮21和一个设置在进气管12中的压缩机22组成，该压缩机由上述排气涡轮21驱动。

上述排气后处理装置30包括氧化催化剂31和一用于截留微粒的过滤器32，并且它们这样布置，使排气管16中流动的废气经过氧化催化剂31后再经过过滤器32。氧化催化剂31通过在一个支撑结构，例如，蜂窝状结构堇青石或耐热钢，的表面形成一个活性氧化铝的清洗涂层(washcoat layer)构成，且由贵金属，例如铂、钯或铑或类似物组成的活性催化剂成分随后被加入上述涂层中。上述氧化催化剂用来氧化废气中的NO产生NO₂，并且氧化废气中的HC和CO产生O和CO₂。

所用的过滤器32由多孔堇青石或多单元金刚砂构成，上述金刚砂由并行的带有密封的进口的单元和交互的带有密封的出口的单元构成，一种所谓的wallflow型蜂窝结构；或者是一种纤维型过滤器，其包括缠绕在一多孔的不锈钢管上的陶瓷纤维层，截留废气中的微粒。

过滤器32的入口端(前)和出口端(后)分别有第一和第二压力传感器33和34，用于检测各自的废气压力。从第一压力传感器33输出一表示过滤器32入口端的废气压力P1的第一压力信号SA，且从第二压力传感器34输出一表示过滤器32出口端的废气压力P2的第二压力信号SB。标记35表示用于检测排气管16中流动的废气的流量的一流量传感器。来自流量传感器35的废气流量信号F与第一压力信号SA和第二压力信号SB一起被输入到过滤器控制单元40。

除了使用流量传感器35检测流量，废气流量也可以通过吸入空气量、喷射量、排气温度、排气压力计算。在这种情况下，关系式PV＝nRT(其中P：压力，V：体积，T：温度，nR：气体系数)可以用来通过体积时间微分计算体积流量。

过滤器控制单元40用来判断由过滤器32截留的累积微粒量，并且根据判断结果控制发动机再生过滤器32。

附图2是附图1中所示的过滤器控制单元40的总体结构方框图。该过滤器控制单元40带有一判断计算单元41和一再生控制单元42，判断计算单元进行计算以判断过滤器32中累积的微粒量，并且输出表示该判断结果的判断值数据X，再生控制单元用于根据判断值数据X控制过滤器32的再生。第一压力信号SA、第二压力信号SB、废气流量信号F以及表示柴油机1的操作状况的发动机操作数据M被输入判断计算单元41。一表示柴油机1操作状态的燃油喷射量信号Q、一表示废气再循环(EGR)率的再循环率信号R是发动机操作数据M，它们从发动机控制单元10被输入；至少这些信号中的一个可以被用作发动机操作数据M。并且向过滤器控制单元40输入一个表示过滤器32入口温度的温度信号T0，该信号由过滤器32入口端部的温度传感器36传送。

响应判断数据X，上述再生控制单元42确定累积的微粒量是否超过预定值。如果根据判断数据X确定累积的微粒量确实超过了预定值，那么，从上述再生控制单元42输出一个再生信号CS，并且将其输入发动机控制单元10。响应上述再生信号CS，发动机控制单元10影响必需的喷射定时延迟控制，以便再生过滤器32，通过提高废气的温度并且燃烧累积在过滤器32中的微粒实现过滤器32的再生。

附图3是判断计算单元41的详细框图。该判断计算单元41包括一第一判断计算单元100和一第二判断计算单元110，上述第一判断单元由过滤器32的前后压差判断过滤器32累积的微粒量，上述第二判断单元根据柴油机1的操作状态判断过滤器32累积的微粒量，并且利用一个选择单元120选择第一判断计算单元100或第二判断计算单元110的输出，随后将其作为判断值数据X输出。

第一判断单元100有一个压差计算单元101，其响应第一和第二压力信号SA、SB，计算截留微粒的过滤器32入口端和出口端之间的废气压差(过滤器前后压差)ΔP，并且具有一个流量计算单元102，其根据来自流量传感器35的排气流量信号F计算过滤器32中流动的废气的流量FL。压差计算单元101和流量计算单元102的输出被输入分配单元103，并且在该分配单元103，进行计算以获得ΔP/FL的值。上述流量计算单元102还可以通过利用柴油机1的操作参数计算流量FL，如已经说明的那样。

分配单元103计算的结果通过一个数字滤波器104被输入一个第一累积量计算单元105，并且该第一累积量计算单元105根据ΔP/FL的值计算那时的累积微粒量的判断值。由上述第一累积量计算单元105得到的判断计算结果作为第一判断数据XΔ输出。

前面已经说明了第一判断计算单元100的布置的例子。但是，利用过滤器前后压差为基础计算过滤器中累积的微粒量的判断量是公知的，因此附图3中所示的第一判断计算单元100的布置可以由另一种公知的布置代替。

现在将说明上述第二判断计算单元110。第二判断计算单元110是作为用来计算过滤器32中累积微粒量的判断值的装置配置的，其根据柴油机1的操作状态进行计算。第二判断计算单元110带有一个第二累积量计算单元111，其用于计算每单位时间过滤器32中累积微粒量的判断值，其根据操作状态数据进行计算。在该实施例中，第二累积量计算单元111用来以燃油喷射量Q、发动机速度信号N和再循环率信号R为基础计算每单位时间的累积微粒量的判断值ΔY。

当过滤器32的温度随着废气温度的升高而升高时，那里累积的微粒被燃烧，减少累积的微粒。即，进行过滤器32再生的操作。标记112表示一个再生量计算单元，其根据柴油机1的操作条件计算累积量的判断值，由此，累积的微粒通过燃烧减少，其作为再生量。再生量计算单元112响应燃油喷射量信号Q、发动机速度信号N、再循环率信号R、温度信号T0，以及如下所述得到的第二判断数据XB计算判断再生量数值ΔZ，每单位时间在过滤器32中燃烧的累积微粒量的判断值。

来自上述第二累积量计算单元111的每单位时间的累积微粒量的判断值ΔY，以及来自再生量计算单元112的每单位时间的判断再生量数值ΔZ分别作为累积数据DY和再生数据DZ被传送到一个积分计算单元113。表示初始的积分值的初始值数据ID从上述选择单元120输入上述积分计算单元113。如下所述，该初始值数据ID利用判断值数据X的值，该值是最近的发动机关闭时存储在选择单元120中的。在积分计算单元113中，利用该初始值数据ID，累积数据DY和再生数据DZ在所示的极性(at the illustrated polarity)进行时间积分处理。积分计算单元113中得到的积分计算结果是第二判断计算单元110中判断计算的结果。即，第二判断数据XB从上述积分计算单元113输出，该数据表示根据柴油机1的操作状态计算的过滤器32中累积微粒量的判断值。

如上所述，第二判断数据XB也被输入再生量计算单元112，该单元用来根据燃油喷射量信号Q、发动机速度信号N、再循环率信号R、温度信号T0以及第二判断数据XB计算每单位时间的判断再生量数值ΔZ。上述再生量计算单元112的判断计算考虑第二判断数据XB的原因在于，即使废气的温度和其他同类的条件相同的情况下，再生量也受那时累积的微粒量的影响，因此考虑该结果可以更准确地判断再生量。

而且，第一累积量计算单元105、第二累积量计算单元111和再生量计算单元112各自的计算可以作为绘图计算执行，在这种情况下，通过利用带有过滤器的实际发动机，设置规定的试验台预先输入条件并且测量累积量和再生量，每种情况下使用的绘图数据可以根据测量的结果适当地设定。

选择单元120用来选择第一判断数据XA和第二判断数据XB，其考虑柴油机1的操作状态以及第一判断数据XA和第二判断数据XB之间的差，并且输出选定的判断数据作为判断数据X，该数据表示过滤器32中在那时累积的微粒量的判断值。

在该实施例中，发动机速度信号N作为表示柴油机1的操作状态的信号被输入上述选择单元120。

附图4是用于解释选择单元120的构造和操作的流程图。下面参照附图4说明该选择单元120。首先，在步骤S1中，发动机速度信号N被用来确定发动机速度EN是否大于一个规定值Ne。该规定值Ne表示发动机速度的下限，其可以实现根据过滤器32前后的压差正确判断累积的微粒量。例如，怠速速度可以被设定为规定值Ne。

如果发动机速度EN未达到规定值Ne之上，那么步骤S1确定的结果是NO，且程序进入步骤S2，在此第二判断数据XB被选择作为判断数据X。另一方面，当发动机速度大于规定值Ne时，步骤S1确定的结果是YES，且程序进入步骤S3。

在步骤S3中，比较第一判断数据XA和第二判断数据XB，以确定其差的绝对值ΔM是否大于规定值K。如果ΔM＞K，那么可能是由于过滤器32中累积的微粒发生裂化使ΔM变大，而且可以确定第一判断数据XA的可靠性很低。因此，如果步骤S3的确定结果是YES，那么程序进行步骤S2，并且第二判断数据XB被选定并作为判断数据X输出。另一方面，在判断是否ΔM＞K的情况下，如果步骤S3的确定结果是NO，则程序进行步骤S4。

在步骤S4中，确定从柴油机1起动时开始累积的微粒量是否已经达到足以进行修补裂化的预定量。在此上述配置比较在最接近的发动机关闭时刻的第二判断数据XB的值与当前的第二判断数据XB的值，以确定当前累积量是否是规定量或者更多。

即使步骤S3的确定结果是NO，如果当前的累积量不是规定量或者更多，那么步骤S4的确定结果是NO，并且程序进行步骤S2且选定第二判断数据XB。另一方面，如果当前的累积量是规定量或者更多，那么步骤S4的确定结果是YES，并且程序进行步骤S5，其中第一判断数据XA被选定。

以这种方式，当发动机速度EN小于规定值Ne时，第二判断数据XB被选定，因为其比第一判断数据XA更加可靠。

而且，当第一判断数据XA和第二判断数据XB的差的绝对值ΔM大于K时，可能主要因素是过滤器中累积的微粒发生裂化，这样在这种情况下，第二判断数据XB也被选定，因为其更加可靠。

即使步骤S3的确定结果ΔM＞K为否，在当前累积量未达到或超过规定值期间，在这种情况下，程序进行步骤S2，且第二判断数据XB被选定。

当累积的微粒量随着从发动机起动开始的时间的推移而增加并且步骤S4的确定结果是YES时，第一判断数据XA第一次被选定。

在第一判断数据XA或第二判断数据XB被选定后，程序进行步骤S6，其确定发动机是否已经停止。如果柴油机1仍未停止，则步骤S6的确定结果是NO，程序回到步骤S1并重复上述操作。

当柴油机1的操作被停止时，例如将点火开关转至OFF时，在步骤S6的确定结果变为YES，且在步骤S7，此时判断数据X的值作为初始值数据ID被存储在存储器120A中，且操作结束。

但是，由于在第二判断计算单元110中进行判断计算时进行了积分运算，因此可以预见经过长时间后，由于累积误差的原因计算结果将变得不准确。这就是附图3中所示的实施例的情况，第二判断计算单元110带有一个修正量存储单元114和一个修正值计算单元115，它们形成了一个配置使第二累积量计算单元111每单位时间计算的累积微粒量通过学习操作被适当地修正。

即，当第一判断数据XA和第二判断数据XB被输入修正值计算单元115且选择单元120已经选定第二判断数据XB，并且柴油机1的速度提高，选择单元进行数据转换操作选择第一判断数据XA代替第二判断数据XB时，响应该转换操作，如下计算此时第一判断数据XA和第二判断数据XB之间的差值。

当再生操作未进行且再生程序积分值为零时，如果差值在规定的范围内，那么DXA和DXB之间的比例DXA/DXB作为一个偏差系数C计算，DXA由第一判断数据XA得到，DXB由第二判断数据XB得到，且上述偏差系数C存储在修正量存储单元114中。

如果在任何一种情况下，上述差值超出了规定范围，则确定过滤器退化，并且不再计算上述偏差系数C。在这样确定过滤器退化的情况下，需要使用一种结构，其通过预定的装置显示警告，例如一个灯，点亮或闪烁以催促操作者更换过滤器。

上述偏差系数C作为一个学习值存储在修正量存储单元114中，并且作为一个学习值被传送到第二累积量计算单元111，其中每单位时间计算的累积微粒量通过乘以上述偏差系数C进行修正，此后，被修正的每单位时间的累积微粒量作为每单位时间的累积微粒量的判断值ΔY输出。

以这种方式，第一判断数据XA和第二判断数据XB的值在上述修正值计算单元115中被用来计算偏差系数C，该偏差系数C存储在修正量存储单元114中，并且通过在计算每单位时间的累积微粒量过程中适当地进行修正，就可以修正积分计算单元113中的积分计算误差，并且不会累积该误差。因此，上述第二判断数据XB，是基于每单位时间的累积微粒量的判断数据，成为一个具有可靠性的值，这样累积微粒量判断是准确的。

这样，利用这种配置，当第一和第二判断计算单元中的任何一个判断结果被选定时，计算两个判断结果的偏差量并且将该偏差量作为一个学习值存储，这样通过在第二判断计算单元中根据该学习值进行修正值计算，可以更准确地判断累积微粒量。

过滤器控制单元40如上所述进行配置，这样的两个判断值，包括根据过滤器前后压差计算的累积微粒量判断值，以及根据柴油机1的操作状态计算的仿真累积微粒量判断值，根据那时的状况两个值中具有更高的可靠性的判断值被选定。并且，根据这样选定的判断值确定是否再生过滤器32，因此可以在非常适当的时机实施过滤器32的再生。结果，与以前相比，过滤器32的寿命延长，因此可以预料到能够减少运行成本。

如前所述，两个判断值，即根据过滤器前后压差计算的累积微粒量判断值，以及根据每单位时间的累积微粒量计算的仿真累积微粒量判断值之中，根据那时发动机的操作状况，具有更高的可靠性的判断值被选定，并且，根据这样选定的判断值确定是否再生过滤器，因此可以在非常适当的时机实施过滤器的再生。结果，可以优化过滤器的再生频率并且与以前相比可以延长过滤器的寿命，因此可以预料到能够减少运行成本。

工业实用性

如前所述，本发明的过滤器控制装置对于在适当的时机再生过滤器是有用的。

Claims (12)

1.在一种过滤器控制装置中判断过滤器中累积的微粒量，并且根据上述判断结果再生过滤器，上述过滤器截留发动机废气中包含的微粒，

一种过滤器控制装置包括：

用于检测发动机操作状态的检测装置，

第一判断装置，其根据过滤器的前后废气压差判断过滤器累积的微粒量，

第二判断装置，其根据发动机操作状态判断过滤器累积的微粒量，及

差值计算装置，其计算由第一和第二判断装置得到的累积微粒量判断值的差值，

响应上述差值计算装置和检测装置选择第一和第二判断装置的判断结果中的任一个，并且根据选定的判断结果确定再生过滤器的时机。

2.如权利要求1所述的过滤器控制装置，其特征在于，在第二判断装置中，至少根据来自发动机燃油喷射量、发动机速度、发动机中废气再循环比例以及过滤器前面的温度之一进行判断累积微粒量的计算。

3.如权利要求1所述的过滤器控制装置，其特征在于，在第二判断装置中，累积微粒量的判断计算利用绘图计算完成，上述绘图计算采用测量数据进行，该测量数据通过测量一实际的发动机每单位时间累积的微粒量的增加获得。

4.如权利要求3所述的过滤器控制装置，其特征在于，上述第二判断装置用来通过积分由绘图计算获得的数据得到过滤器中累积的微粒量的判断值。

5.如权利要求4所述的过滤器控制装置，其特征在于，在每次发动机停止时可以存储过滤器再生控制中使用的判断的累积微粒量的值，并且该存储的累积微粒值在第二判断装置中用作积分的初始值。

6.如权利要求1所述的过滤器控制装置，其特征在于，选择第一和第二判断装置的判断结果中的任何一个时，计算两个判断结果之间的偏差量，作为一学习值存储该偏差量，并根据该学习值修正第二判断装置中的计算值。

7.如权利要求6所述的过滤器控制装置，其特征在于，根据上述偏差量计算一个系数，且该系数用来修正第二判断装置中的计算值。

8.如权利要求6所述的过滤器控制装置，其特征在于，当上述偏差量超过一规定值时，向操作者显示其要点。

9.如权利要求1所述的过滤器控制装置，其特征在于，当发动机起动，该差值等于或者超过一规定值时，无论检测装置的检测结果如何，均选定第二判断装置的判断结果。

10.如权利要求1所述的过滤器控制装置，其特征在于，当发动机起动，该差值等于或者超过一规定值时，无论检测装置的检测结果如何，第二判断装置的判断结果均在规定的时间期间被选定。

11.如权利要求10所述的过滤器控制装置，其特征在于，规定的时间期间是从起动发动机到判断的累积微粒量达到一规定值的时间。

12.如权利要求9所述的过滤器控制装置，其特征在于，在上述差值小于一规定值的情况下，使用第一判断装置的判断结果代替第二判断装置的判断结果。

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