TW201529958A - 用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器（ｄｐｆ）系統 - Google Patents

Abstract

一種用於引擎發電機(E,G)的柴油顆粒過濾器系統，當柴油顆粒過濾器中的顆粒物質量超過預定值時，對設置成移除引擎燃燒燃油所產生的顆粒物質的過濾器(DPF)執行恢復處理，藉由執行自動恢復操作以升高排氣之溫度而燃燒顆粒物質，引擎發電機執行恢復處理，系統包括：假負載(L)，於需要時連接至引擎發電機；以及，控制裝置(ECU)，允許引擎以下述方式執行恢復準備操作：一旦顆粒物質量超過預定值時，當排氣的溫度達到參考溫度時，執行恢復操作，以及當排氣的溫度未達到參考溫度時，假負載連接至發電機以升高排氣的溫度。

Description

用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器(DPF)系統

本發明係關於用於引擎發電機之排氣處理過濾器，特別關於移除用於發電機的柴油引擎的操作所產生的且累積於柴油顆粒過濾器(DPF)中的顆粒物質(PM)以回收柴油顆粒過濾器之系統。

由於自然的燃油燃燒之結果，所以，柴油引擎產生顆粒物質以及NO_X。為了防止顆粒物質排入大氣中，愈來愈多的柴油引擎配備有柴油顆粒過濾器以收集含於排氣中的顆粒物質。這也適用於引擎驅動的發電機。

如圖5所示，在配備有柴油顆粒過濾器之引擎驅動的發電機中，發電機G由柴油引擎E驅動，電力經由輸出端OUT而供應至負載(未顯示於圖中)，且來自柴油引擎E的排氣經由柴油顆粒過濾器而排入大氣。

但是，以收集的顆粒物質量的觀點而言，柴油顆粒過濾器受限制，因此，一旦累積一定量的顆粒物質，需要以例如某方法來燃燒而移除顆粒物質，以使柴油顆粒過濾器 恢復。為了恢復柴油顆粒過濾器，量測顆粒物質的量及排氣的溫度以及控制引擎E以燃燒顆粒物質。

亦即，設在柴油顆粒過濾器中的顆粒物質量測量裝置PMD會測量顆粒物質的量，以及，溫度偵測裝置TD測量排氣的溫度。根據測量裝置的測量結果，引擎控制單元ECU對引擎E傳送及接收訊號以控制引擎E。因此，以即時方式燃燒顆粒物質以恢復柴油顆粒過濾器。

此外，恢復柴油顆粒過濾器的另一方法是使用併入於柴油顆粒過濾器中的電熱器來燃燒顆粒物質(請參見日本專利公開號2009-216075)。

如上所述之DPF的恢復允許使用柴油引擎的引擎發電機連續地操作。無法適當地恢復柴油顆粒過濾器會造成大量的顆粒物質累積。這導致非常不利的情形，涉及發電機當機以及手工地移除柴油顆粒過濾器中顆粒物質。

換言之，為了恢復柴油顆粒過濾器而燃燒顆粒物質，則排氣需要熱在某溫度之上。在此情形中，應該考慮的是安裝的引擎發電機典型上具有用於負載之額定輸入功率的約三倍容量，以致當大的啟動電流快速流通時，能夠處理例如電動馬達的啟動。

因此，在穩定狀態中，引擎是在輕負載之下操作，以及，排氣溫度維持低。由於發電機作為引擎上的負載，所以，引擎以固定速度操作。結果，在汽車的情形中，無法採用增加速度以升高排氣溫度之此方法。

因此，在引擎發電機中的柴油顆粒過濾器的恢復涉及 使用如日本專利公開號2009-216075中顯示的加熱器以燃燒顆粒物質的技術。

但是，從燃油效率的觀點而言，提供加熱器以燃燒顆粒物質並非總是令人滿意的。此外，併有加熱器的特別柴油顆粒過濾器不是較佳的。取代特別的柴油顆粒過濾器，希望使用一般用途的柴油顆粒過濾器(舉例而言，用於汽車的柴油顆粒過濾器)，但是，如上所述，以一般用途的柴油顆粒過濾器用於引擎發電機是不適當的。

慮及上述，本發明的目的是提供用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，其能防止顆粒物質累積但不會停止電力供應以及允許以燃油效率的方式來回收柴油顆粒過濾器。

為達成此目的，本發明提供：一種用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，當附著於柴油顆粒過濾器的顆粒物質量超過預定值時，對設置成移除引擎燃燒燃油所產生的顆粒物質的過濾器(DPF)執行恢復處理，藉由執行自動恢復操作以升高來自引擎的排氣之溫度而燃燒顆粒物質，引擎發電機執行恢復處理，柴油顆粒過濾器系統包括：假負載，於需要時連接至引擎發電機；以及控制裝置，允許引擎以下述方式執行自動恢復準備操作：一旦顆粒物質量超過預定值時，當排氣的溫度達到自 動恢復參考溫度時，執行自動恢復操作，以及當排氣的溫度未達到自動恢復參考溫度時，假負載連接至發電機以升高排氣的溫度。

如上所述，根據本發明，當引擎中的顆粒物質的量增加時，假負載根據排氣溫度而連接至發電機以升高排氣溫度。因此，顆粒物質燃燒而恢復柴油顆粒過濾器。這防止過量的顆粒物質累積且又允許提供具有高燃油效率之用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統。結果，引擎發電機可以操作而不會導致電力供應停止及接著恢復柴油顆粒過濾器之情形。

E‧‧‧引擎

G‧‧‧發電機

DPF‧‧‧柴油顆粒過濾器

DOC‧‧‧氧化觸媒

TD‧‧‧溫度測量裝置

PMD‧‧‧顆粒物質量測量裝置

ECU‧‧‧引擎控制單元

G-ECU‧‧‧引擎控制額外單元

MC‧‧‧接觸器

L‧‧‧假負載

圖1是方塊圖，顯示根據本發明之用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統配置；圖2顯示安裝在引擎發電機中的柴油顆粒過濾器的配置；圖3是流程圖，顯示恢復引擎發電機中柴油顆粒過濾器之基本控制操作；圖4是流程圖，顯示根據本發明的實施例之柴油顆粒過濾器恢復控制操作；以及圖5是方塊圖，顯示習知的引擎發電機中柴油顆粒過濾器系統的配置。

將參考附圖，如下所述般說明本發明的實施例。

實施例1

圖1是方塊圖，顯示本發明的實施例之配置。如圖1所示，發電機G包含假負載L及接觸器MC，假負載L及接觸器MC都設置在發電極G的輸出側；接觸器MC將假負載L施加於發電機G上以及移除假負載L。當需要時，接觸器MC開啟及關閉以將例如電阻器等假負載L連接至發電機G。接著操作發電機G以增加從引擎E的輸出功率。

根據顆粒物質量測量裝置PMD及溫度測量裝置TD的測量結果，由引擎控制額外單元G-ECU控制接觸器MC，引擎控制額外單元G-ECU經由CAN(控制器區域網路)而連接至引擎控制單元ECU。亦即，引擎控制額外單元G-ECU根據引擎控制單元ECU執行的引擎控制而開啟及關閉接觸器MC，以可控制地施加假負載L於發電機G上及截斷假負載L。

亦即，當需要時，假負載L連接至發電機G以增加引擎E輸出的功率以升高排氣溫度。因此，柴油顆粒過濾器中的顆粒物質燃燒且被移除而恢復柴油顆粒過濾器。

在此情形中，舉例而言，引擎控制單元ECU是附加於汽車柴油引擎E的控制裝置。引擎控制額外單元G-ECU是增加的控制裝置，以根據引擎E的操作而控制接觸器MC來施加假負載L至引擎E以及截斷假負載。

圖2顯示柴油顆粒過濾器的結構。柴油顆粒過濾器廣義上由氧化觸媒DOC及柴油顆粒過濾器主體組成，柴油顆粒過濾器主體是狹義的柴油顆粒過濾器。DOC及柴油顆粒過濾器主體整體地操作以處理排氣IN而產生排氣OUT。然後，顆粒物質量測量裝置PMD根據例如柴油顆粒過濾器的輸入與輸出之間的壓力差而偵測顆粒物質量。

圖3是流程圖，顯示圖5中所示的引擎發電機中的柴油顆粒過濾器恢復控制的基本操作，亦即，相當於本發明的先決條件之操作。將參考圖3，說明配備有柴油顆粒過濾器系統的引擎發電機的一般操作及柴油顆粒過濾器恢復操作。

「配備有柴油顆粒過濾器系統的引擎發電機的一般操作及柴油顆粒過濾器恢復操作」

首先，操作者執行啟動引擎E(S1)的手動操作，設定引擎E以額定速度(S2)旋轉，以及將負載施加於發電機G上(S3)。藉此，引擎發電機執行一般操作(S4)。

當引擎E操作時，在排氣中產生顆粒物質以及顆粒物質逐漸地累積在柴油顆粒過濾器中(S5)。此時，當引擎E中的排氣溫度等於或高於柴油顆粒過濾器能被恢復的柴油顆粒過濾器恢復溫度時，換言之，在顆粒物質燃燒的溫度(S6)時，柴油顆粒過濾器中的顆粒物質自然地燃燒(S7)。換言之，柴油顆粒過濾器自然地恢復而引擎E繼續一般操作。

另一方面，當排氣溫度低於柴油顆粒過濾器恢復溫度時，處理進行至步驟S8以決定顆粒物質量是否等於或大於自動恢復參考量。當顆粒物質量小於自動恢復參考量時，處理返回至引擎E繼續一般操作的步驟S4。

當在步驟S8中決定累積的顆粒物質量等於或大於參考量時，亦即，顆粒物質量表示柴油顆粒過濾器是要被恢復時，假使排氣溫度等於或高於自動恢復參考溫度時(S10)，則處理進行至步驟S9以開始自動恢復。

在此情形中，自動恢復參考溫度意指等於可恢復的溫度減掉某溫度，所述某溫度係藉由將引擎控制至以等同於一般操作期間的方式使用發電機之程度，而使排氣溫度升高到達的溫度。

在自動恢復操作時，根據設在引擎E中的顆粒物質量測量裝置PMD測得的顆粒物質量(PM量)、以及溫度測量裝置TD測量的排氣溫度，由引擎控制單元ECU將引擎E控制至以類似於一般操作期間的方式使用發電機G之程度。

然後，處理進行至步驟S11，在步驟S11，引擎E受控制以燃燒柴油顆粒過濾器中的顆粒物質(自動恢復)。引擎控制包含後噴射(在活塞排氣期間燃油噴射)進氣限制等等。在自動恢復期間，引擎E被控制至以等同於一般操作期間的方式使用發電機之程度。

處理繼續自動恢復直到顆粒物質量降低至自動恢復結束參考量，並檢查排氣溫度是否等於或高於自動恢復參考 溫度(S11→S12→S13→S11→...)。當藉由自動恢復，PM量降低至自動恢復結束參考量之下時，自動恢復結束及引擎E返回至一般操作(S15→S4)。

另一方面，在自動恢復操作期間，負載降至將排氣溫度降低至自動恢復參考溫度之下。此時，換言之，當排氣溫度落至自動恢復參考溫度之下時，雖然顆粒物質量未降至自動恢復結束參考(S13)，但是，處理仍會暫停自動恢復(S14)以及進行至步驟S16以決定顆粒物質量是否等於或大於要執行手動恢復之參考量。

當顆粒物質量小於要執行手動恢復的參考量時，處理返回至引擎E以一般方式操作的步驟S4。但是，當顆粒物質量等於或大於手動恢復參考時，處理進行至步驟S17以發出手動恢復請求。當發出手動恢復請求時，處理進行至步驟S18，在步驟S18中，操作員執行判斷及所需的手動操作。

手動恢復是由引擎控制執行的最後柴油顆粒過濾器恢復，以及，用於顆粒物質量的手動恢復參考接近柴油顆粒過濾器能被安全地恢復的限制量。對於手動恢復，功率輸出、旋轉速度、等等需要被調整及控制至超過用於自動控制的引擎控制範圍之較大區。

這阻止發電機執行一般操作，因而需要停止供電。但是，突然的電力供應中斷是有風險的，且處理中涉及操作者的判斷及手動操作，以藉由使用負載來停止供電、停止操作進行、等等列入考慮的事項。在此階段中的恢復稱為 「手動恢復」，但是，恢復操作本身由引擎控制裝置ECU自動地執行。

首先，在步驟S18中，操作者決定是否接受手動恢復請求。假使操作者接受手動恢復請求，則處理手動地繼續至步驟S19，在步驟S19中，發電機G上的負載被截斷，而使引擎E保持在閒置狀態。然後，操作者按下手動恢復鈕(開關)(S20)。

如此，啟動手動恢復操作(S21)，以及控制引擎E以燃燒顆粒物質(S22)。執行控制一直到顆粒物質量下降至手動恢復結束參考量(S23)。當顆粒物質量達到手動恢復結束參考量時控制結束(S24)。然後處理返回至步驟S2。

另一方面，當操作者決定不接受手動恢復請求或是忽略手動恢復請求時，處理進行至步驟S25，在步驟S25中，引擎控制單元ECU決定顆粒物質量是否等於或大於緊急停止參考量。然後，當顆粒物質量小於緊急停止參考量時，處理進行至步驟S4，在步驟S4中，引擎E以一般方式操作。當顆粒物質量達到緊急停止參考量時，由於顆粒物質會受到不正常燃燒而造成意外，所以，使引擎E緊急停止(S26)。

「根據本發明之藉由柴油顆粒過濾器系統的自動恢復操作」

圖4是流程圖，顯示根據本發明的系統之恢復操作， 操作插入於圖3中的步驟S8與S17之間以取代步驟S9至S16，這些說明見於動作圖中。

流程圖以步驟S101至S125顯示操作的內容，下述說明依此步驟次序。

首先，在圖3中的流程圖中的步驟S8中，當顆粒物質量等於或大於自動恢復參考量時，處理進行至步驟S101。步驟S101決定排氣溫度是否等於或高於自動恢復參考溫度。當排氣溫度等於或高於參考溫度時，處理進行至步驟S108以開始自動恢復操作。當排氣溫度低於參考溫度時，處理進行至步驟S102，在步驟S102中，假負載L施加於發電機上。

當假負載L施加於發電機上時，用於引擎E的控制單元ECU控制引擎E以增加燃油噴量來維持固定速度操作。結果，排氣溫度上升，但是由於氣體溫度上升的時間延遲，控制裝置的操作結果出現時間延遲。因此，步驟S103使用計時器以處理時間延遲(保持時間1)。

亦即，當保持時間1消逝時，決定排氣溫度是否等於或高於自動恢復參考溫度(S107)。當判定排氣溫度等於或高於自動恢復參考溫度時，處理進行至步驟S108以在步驟S109及後續步驟中開始自動恢復操作。

另一方面，當排氣溫度低於自動恢復參考溫度時，處理進行至假負載L被截斷之步驟S124，以及，在步驟S125中，決定顆粒物質量是否等於或高於手動恢復參考量。當顆粒物質量小於手動恢復參考量時，處理返回至步 驟S4，在步驟S4中，引擎E以一般方式操作。當顆粒物質量等於或大於手動恢復參考量時，處理進行至步驟S17以發出手動恢復請求。

操作的說明回至步驟S103。當在步驟103中用於計時器的設定持續時間期間負載快速地增加時(S104a)，處理立即進行至步驟S105，在步驟S105中，將假負載L截斷。然後處理返回至步驟S101。在此情形中，在負載的快速增加是導因於例如電動機的啟始之假設下，假負載L被截斷以回應負載的快速增加，以便提供引擎發電機的所有電力供應能力給負載。這也適用於下述的自動恢復操作的週期。

此外，當在用於計時器的設定持續時間期間負載變成等於或大於參考值時(S104b)，處理進行至步驟S106，在步驟S106中，使用另一計時器(保持時間2)以截斷假負載L(S105)。處理接著返回至步驟S101。此外，當在用於另一計時器的設定持續時間期間，負載變成小於參考值時，則處理返回至步驟S103，以假負載L維持施加於發電機上。

「根據本發明之自動恢復操作期間的假負載控制」

當如上所述地在步驟S108中開始自動恢復操作時，在步驟S109中控制引擎E以燃燒顆粒物質(自動恢復)。處理接著進行至步驟S110。

步驟S110決定假負載L目前是否施加於發電機上。 假使假負載目前施加於發電機上時，當負載快速地增加(S111)或等於或大於參考值(S113)時，在步驟S112中截斷假負載L。

此外，當在步驟S113中負載小於參考值時，處理進行至步驟S114以決定顆粒物質量是否達到自動恢復結束參考量。當顆粒物質量達到自動恢復結束參考量時，自動恢復結束(S118)。另一方面，當顆粒物質量小於自動恢復結束參考量時，處理進行至步驟S121。步驟S121決定排氣溫度是否等於或高於自動恢復參考溫度。當排氣溫度等於或高於自動恢復參考溫度時，處理返回至步驟S109以繼續自動恢復操作。

假使在步驟S110中，假負載L未施加於發電機上，當負載快速地增加(S115)或是等於或大於參考值(S116)時，處理進行至S114。此外，當負載小於參考值時，假負載L施加於發電機(S117)以及進行至步驟S114以決定顆粒物質量是否符合自動恢復結束參考。

當在步驟S114中顆粒物質量達到自動恢復結束參考量時，處理進行至步驟S118以結束自動恢復，接著進行至步驟S119以檢查假負載L是否施加於發電機上。當假負載L施加於發電機上時，處理進行至步驟S120以截斷假負載L。當假負載L未施加於發電機上時，處理返回至步驟S4，在步驟S4中，引擎發電機以一般方式操作。

另一方面，當步驟S114決定顆粒物質量不符合自動恢復結束參考時，步驟S121決定排氣溫度是否等於或高 於自動恢復參考溫度。當排氣溫度低於自動恢復參考溫度時，處理暫時地暫停自動恢復(S122)以及進行至步驟S123以決定假負載L是否施加於發電機上。當假負載L未施加於發電機上時，將假負載L施加於發電機上(S102)。當假負載施加於發電機上時，(決定自動恢復不再有效)將假負載L截斷(S124)以及經由步驟S125進行至S17以發出手動恢復請求。

當在步驟S121中，排氣溫度等於或高於自動恢復參考溫度時，處理進行至步驟S109以繼續自動恢復。這由步驟S110及後續步驟中的操作跟隨著在後。

現在，本發明的技術之先決條件是基本上避免即使假負載L施加於發電機上(S102)以增加引擎E上的負載時排氣溫度仍然無法上升且低於自動恢復參考之狀態。此狀態僅發生於應該有例如外部溫度極度下降至非預期的值或是機器元件故障等非常不正情的情形時。

實施例2

在來自發電機的輸出功率電壓是固定的假設下，說明上述實施例1。但是，由於市場上很多發電機可在三相400V等級與三相200V等級之間切換，所以，假負載L較佳地製成可切換的以回應電壓切換。

為達成此點，舉例而言，電壓偵測中繼器可設置在假負載L的輸入區中，以致允許根據發電機電壓之假負載L的自動切換。在假負載L中，電阻器可以連接成可在串聯 與並聯之間切換或是在星形連接與三角形連接之間切換。當來自發電機的輸出電壓高時，連接可切換至串聯或是星形連接。當來自發電機的輸出電壓低時，連接可切換至並聯或是三角形連接。

Claims (5)

1. 一種用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，當附著於該柴油顆粒過濾器的顆粒物質量超過預定值時，對設置成移除引擎燃燒燃油所產生的顆粒物質的過濾器(DPF)執行恢復處理，該引擎發電機藉由執行自動恢復操作以升高來自該引擎的排氣溫度以燃燒該顆粒物質而執行該恢復處理，特徵在於該柴油顆粒過濾器系統包括：假負載，於需要時連接至該引擎發電機；以及控制裝置，允許該引擎以下述方式執行自動恢復準備操作：一旦該顆粒物質量超過該預定值時，當該排氣的溫度達到自動恢復參考溫度時，執行該自動恢復操作，以及當該排氣的溫度未達到該自動恢復參考溫度時，該假負載連接至該發電機以升高該排氣溫度。
2. 如申請專利範圍第1項之用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，其中，該控制裝置在該自動恢復準備操作開始之後測量負載變化，以及當該負載快速地增加時，截斷該假負載。
3. 如申請專利範圍第1項之用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，其中，該控制裝置在該自動恢復準備操作開始之後測量負載變化，以及一旦預定的時間消逝，當該負載超過預定值時，截斷該假負載。
4. 如申請專利範圍第3項之用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，其中，該控制裝置 在該自動恢復準備操作開始之後測量負載變化，以及在該負載超過預定值且接著再次在預定時間內降低至低於該預定值之後，繼續該自動恢復準備操作。
5. 如申請專利範圍第1項之用於引擎發電機的柴油顆粒過濾器系統，其中，在該自動恢復操作期間，在該假負載已施加時，當該負載超過該預定值或快速地增加時，該控制裝置截斷該假負載，以及，當未施加該假負載及該負載未超過該預定值時，該控制裝置施加該假負載，以及即使若未施加該假負載且該負載未超過該預定值時，當該負載快速地增加時，該控制裝置暫停該假負載的負擔。