CN101113681A

CN101113681A - 尾气净化装置

Info

Publication number: CN101113681A
Application number: CNA2007101398868A
Authority: CN
Inventors: 仓田和郎
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2008-01-30
Also published as: DE102007034709A1; JP2008031854A

Abstract

一种尾气净化装置包括：适合于捕获尾气中的微粒物质的过滤器；进行再生过滤器的多个过滤器再生处理的再生单元，该再生单元根据预定的参数值和判断值判断进行每个过滤器再生处理的时间，所述多个过滤器再生处理包括第一再生处理和第一再生处理后的第二再生处理，第二再生处理包括多个过滤器再生处理中的至少一个再生处理；用于在进行第一再生处理时探测过滤器的最高温度的温度探测单元；和用于基于由温度探测单元探测的过滤器的最高温度对用于判断进行第二再生处理的时间的判断值进行修正的修正单元。

Description

尾气净化装置

技术领域

本发明涉及内燃机尾气净化装置，特别涉及一种精确再生用于捕获内燃机尾气中包括的微粒的柴油机微粒过滤器的尾气净化装置。

背景技术

从柴油机排出的尾气中除了包括HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)之外，还包括诸如烟尘等细颗粒之类的微粒物质(PM)。因此，本发明提供一种在汽车内燃机排气***中作为用于燃烧和移除包括在被捕获的微粒物质中的烟尘的装置的尾气净化装置，该尾气净化装置包括用于捕获其中的微粒物质的过滤器。

在上述内燃机尾气净化装置中，当由过滤器捕获的烟尘沉积物达到预定数量时，必须强制执行过滤器的再生处理。这里，当执行过滤器再生处理时，烟尘沉积量实际上不能测量。因此，该沉积量由不同的方法假定，并基于所假定的烟尘沉积量对进行过滤器再生处理的时间(时间间隔)进行调整。作为上述烟尘沉积量的假定方法，目前有基于车辆速度从行驶距离进行假定的方法，从过滤器的上游侧和下游侧之间的压强差进行假定的方法，以及从内燃机的转动数和载荷进行假定的方法等。

此外，已知的还有作为上述内燃机尾气净化装置的发动机尾气微粒处理器(例如参见日本专利No.3663729)。在该尾气微粒处理器中，用于捕获包括在尾气中的尾气微粒的过滤器的上游侧压力被检测。当该压力超过预定值时，此时就被判断为再生时间。然后过滤器被加热并进行再生处理。由于在再生时间内过滤器的最高温度较低，或者开始到达最高温度的最高温度到达时间较短，因此作为进行再生目标值的压力值被修正而使其升高。也就是说，采用这种技术，过滤器中收集的烟尘的沉积量从过滤器的再生处理时的最高温度和该温度的到达时间假定。下一次过滤器再生处理时的尾气压力升高，上述烟尘被强制排出。因此，过滤器对尾气微粒的捕获力保持恒定。

然而，例如每一个上述沉积量假定方法都有下述问题。

在使用行驶距离的假定方法中有这样的情况，也就是即使有相同的行驶距离，在大的加速度或减速度变化的操作时间内，由于内燃机的个体差异，烟尘的排出量不相同。因此，由过滤器捕获的烟尘的沉积量无法被精确假定。因此，有可能无法精确执行过滤器的再生处理。

在使用过滤器的上游侧和下游侧的压力差的假定方法中有这样的可能性，即当在过滤器的上游侧和下游侧造成烟尘沉积量中不同的偏差沉积，被捕获烟尘的沉积量随着过滤器的个体差异而有所不同，以及在尾气排放时间内尾气中包括的烟尘数量不同时，通过上述压力差假定的烟尘沉积量和由过滤器实际捕获到的烟尘的沉积量不接近。这样的结果可能导致无法精确执行过滤器的再生处理。

在使用内燃机的旋转数和载荷大小的假定方法中，由于突然启动和突然减速产生的尾气超量排放，排放时尾气温度升高，以及内燃机个体差异等诸多因素，导致由过滤器捕获到的烟尘的沉积量无法被精确假定。因此，可能导致无法精确执行过滤器的再生处理。

在日本专利No.3663729中描述的发动机尾气微粒处理器中，过滤器中收集的烟尘被强制排出，从而可以制止由于过滤器中收集的烟尘导致的过滤器捕获尾气微粒的捕获力的减小。相应地，过滤器再生时间的误差可以被精确修正。然而，当过滤器的上游侧和下游侧的尾气微粒沉积量不同，被捕获的烟尘的沉积量随着过滤器个体差异而不同时，就有这样的可能性，即通过上述压力差假定的尾气微粒的沉积量和由过滤器实际捕获的尾气微粒的沉积量不接近。结果可能无法精确执行过滤器的再生处理。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种能够精确判断过滤器的再生处理时间的内燃机尾气净化装置。

为了达到此目标，根据本发明提供一种尾气净化装置，该装置包括：

适合于捕获尾气中的微粒物质的过滤器；

进行再生过滤器的多个过滤器再生处理的再生单元，该再生单元根据预定的参数值和判断值判断进行每个过滤器再生处理的时间，其中多个过滤器再生处理包括第一再生处理和第一再生处理后的第二再生处理，第二再生处理包括多个过滤器再生处理中的至少一个再生处理；

用于在进行第一再生处理时探测过滤器的最高温度的温度探测单元；和

用于基于由温度探测单元探测的过滤器的最高温度对用于判断进行第二再生处理的时间的判断值进行修正的修正单元。

利用这样的结构，根据进行第一再生处理时过滤器的最高温度对判断进行第二再生处理的时间的判断值进行修正。这里，第二再生处理在第一再生处理进行之后进行，并且第二再生处理可以包括至少一个过滤器再生处理。也就是说，第二再生处理并不是仅局限于第一再生处理后的下一个过滤器再生处理，而可以包括第一过滤器再生处理之后的第二、第三、第四以此类推的过滤器再生处理。因此，通过降低由于过滤器的个体差异、过滤器中沉积的微粒的偏差(沉积量的偏差)、尾气中微粒数的离散而产生的沉积量假定的误差的影响，过滤器能够以精确的时间进行再生处理。

该修正单元可以对判断值进行修正，可以根据过滤器的最高温度与预先确定的参考温度之间的差值确定该修正量。

在这种情况下，对判断值的修正量根据最高温度与预先确定的参考温度之间的差值确定。因此，过滤器能够以更精确的时间进行再生处理。

在最高温度高于参考温度的情况下，所述修正单元可以对判断值进行修正，从而使第一再生处理与第一再生处理后立即进行的一个第二再生处理之间的时间间隔缩短。在最高温度低于参考温度的情况下，该修正单元对判断值进行修正，从而使该时间间隔加长。

在这种情况下，当最高温度高于参考温度时，对所述判断值进行修正，从而使进行过滤器再生处理的时间间隔缩短。因此，就可以降低在下一次过滤器再生处理中过滤器温度过高的可能性。此外，当最高温度低于参考温度时，对所述判断值进行修正，从而加长该时间间隔。因此，就可以降低进行下一次过滤器再生处理的时间过于局促以及燃料成本状况变坏的可能性。

预定参数可以包括采用内燃机的汽车的行驶距离，过滤器的上游侧和下游侧之间的压力差，以及内燃机的转动数和载荷中的至少一个参数。

所述判断值可根据所述预定参数进行设定。

行驶距离被设定为预定参数。因此，当在相同的行驶距离下烟尘排放量不同时，也能够精确地对后面的过滤器再生时间进行判断。此外，压力差被设定为预定参数。因此，当由于过滤器个体差异造成过滤器中的沉积偏差以及捕获力差异时，也能够精确地对后面的过滤器再生时间进行判断。此外，转动数和载荷被设定为预定参数。因此，当由于突然启动和突然减速以及内燃机个体差异而存在尾气排放量和尾气温度升高量的差异时，也能够精确地对后面的过滤器再生时间进行判断。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的内燃机尾气净化装置的结构示意图。

图2是显示在根据本发明的第一实施例的内燃机尾气净化装置中执行的过滤器再生控制的流程图。

图3是显示设置在根据本发明的第一实施例的内燃机尾气净化装置中的过滤器的再生处理时间间隔的曲线图。

图4是显示设置在根据本发明的第一实施例的内燃机尾气净化装置中的过滤器的再生控制时的最高温度和烟尘沉积量的关系的曲线图。

图5是显示在根据本发明的第二实施例的内燃机尾气净化装置中执行的过滤器再生控制的流程图。

具体实施方式

下文将根据各个实施例对实现本发明的内燃机尾气净化装置的最佳模式进行具体描述。

[实施例1]

下文将参照图1至图4对根据本发明的第一实施例的内燃机尾气净化装置进行描述。

在图3中，横坐标轴表示时间，纵坐标轴表示过滤器温度。

在本实施例中，如图1所示，采用柴油机1作为内燃机主体，该柴油机1直接将诸如轻油的燃料喷射到由于高度压缩而达到高温的空气中而使燃料自然点火和燃烧。

电磁型燃料喷嘴3设置在柴油机1的每个汽缸的汽缸盖2上使其面对燃烧室4。燃料喷嘴3通过高压管5连接到高压储油筒式喷射***6(common-rail injection system)。该高压储油筒式喷射***6通过高压管7连接到燃料箱8，高压泵9设置在高压管7的中间部分。

进气口10和排气口12分别形成于每个汽缸的汽缸盖2中。进气管11(进气通道)通过未显示的进气歧管与每个进气口10相通。此外，排气管13(排气通道)通过未显示的排气歧管与每个排气口12相通。进气阀14和排气阀15的末端分别面对每个进气口10和排气口12，燃烧室4以及各自的进排气口10和12被打开和关闭。

用于调节进气量的电磁型进气节流阀16设置于进气管11中。此外，还附接用于测量进气量Qa的气流传感器17。

EGR管18连接到排气管13。该EGR管18的一个终端连接到进气管11。电磁型EGR阀19设置于EGR管18的中间部分。

尾气净化装置的主体20设置于排气管13中。该尾气净化装置主体20具有串联设置的第一和第二氧化触媒21、22，设置于第二氧化触媒22的下游侧的柴油机微粒过滤器(DPF)23。在该尾气净化装置主体20中，第一和第二氧化触媒21、22中产生氧化剂(NO2)，沉积在柴油机微粒过滤器23中的烟尘总是持续地由所产生的氧化剂氧化和消除。

第一，第二和第三温度传感器(温度测量单元)24、25、26分别设置于第一氧化触媒21的上游侧，第一氧化触媒21和第二氧化触媒22之间，以及柴油机微粒过滤器23的下游侧。在各个传感器24、25、26中分别探测引入第一氧化触媒21的尾气温度，引入第二氧化触媒22的尾气温度以及从柴油机微粒过滤器23排出的尾气温度(柴油机微粒过滤器23的温度)。此外，用于探测柴油机微粒过滤器23的上游侧的尾气(引入柴油机微粒过滤器23的尾气)压力与柴油机微粒过滤器23的下游侧的尾气(从柴油机微粒过滤器23中排出的尾气)压力之间的压力差的DPF压差传感器27(压差测量单元)设置于排气管13中。

汽车中还设置作为发动机电控单元的ECU 31。气流传感器17，第一、第二和第三温度传感器24、25、26，DPF压差传感器27，用于探测曲柄角度的曲柄角度传感器28，加速器位置传感器29，作为测量车速的车速测量单元的车速传感器30等连接到ECU 31的输入侧。来自这些传感器的探测信息被输入ECU 31中。曲柄角度传感器28(转动数测量单元)能探测内燃机的转动数。另一方面，燃料喷嘴3和进气节流阀16连接到ECU 31的输出侧。基于来自上述传感器的探测信息计算的燃料喷射量和节流孔径th的优化值分别输出到燃料喷嘴3和进气节流阀16。因此，在适当的时间，从燃料喷嘴3中喷射适量的燃料。

ECU 31中设置输入输出装置，用于存储控制程序的存储装置(ROM、RAM、BURRAM等)，控制图等，中央处理单元(CPU)，定时器、计数器等。发动机1的同步控制由ECU31执行。

因此，基于各种类型的输入信息对各个装置的操作进行控制，从而合理地操作和控制发动机1。在ECU 31通过燃料喷嘴3对主燃烧室进行主喷射后，ECU 31在膨胀冲程(过程)或排气冲程(过程)中通过燃料喷嘴3进行追加燃料供应，也就是进行后喷射。因此，柴油机微粒过滤器23中收集的烟尘被强制燃烧和消除，并且柴油机微粒过滤器23受到再生处理。

相应地，当柴油机微粒过滤器23处于在正常操作状态下不能完成持续的再生功能的情况时，在氧化触媒21和22中促进由于后喷射和尾气中的氧气引起的未燃物质(HC、CO等)的氧化反应，并且激活氧化触媒21和22。然后由这种情况下产生的氧化反应的热量使柴油机微粒过滤器23的温度升高，并且可以使柴油机微粒过滤器23中沉积的烟尘发生强制燃烧并被消除。

在本实施例中，ECU 31具有过滤器再生单元和修正单元。过滤器再生单元基于预定参数值判断再生过滤器23的时间，并且再生柴油机微粒过滤器23，预定参数值在这里指的是采用柴油机1的汽车的行驶距离。修正单元基于由第三温度传感器26测量的过滤器23的最高温度修正柴油机微粒过滤器23的再生处理时间判断的判断值(用于判断柴油机微粒过滤器23的再生时间的判断值)。具体地，ECU 31根据图2所示的流程图执行柴油机微粒过滤器23的强制再生控制。

首先，在步骤S11中，判断从由车速传感器30探测的车速计算的行驶距离是否大于再生开始距离(判断值)。也就是说，从上述行驶距离计算和假定由柴油机微粒过滤器23捕获的烟尘的沉积量。当行驶距离大于再生开始距离时，流程进行到步骤S12。与此相反，当行驶距离等于或小于再生开始距离时，处理终止。

在步骤S12中，进行对柴油机微粒过滤器23的再生控制。也就是，通过上述后喷射使柴油机微粒过滤器23中收集的烟尘燃烧并被消除以强制再生柴油机微粒过滤器23。

下一步进行到步骤S13。在该步骤中，柴油机微粒过滤器23在再生处理时的最高温度由第三温度传感器26测量。

下一步进行到步骤S14。在该步骤中，判断柴油机微粒过滤器23的再生控制的终止。也就是，在柴油机微粒过滤器23的再生控制开始之后预定的时间过去之前回到步骤S12。在柴油机微粒过滤器23的再生控制开始后的预定时间过去之后，终止柴油机微粒过滤器23的再生控制(后喷射)并进行到步骤S15。

在步骤S15，计算下一次再生开始距离，然后处理终止。也就是，根据从该次再生处理时的最高温度与预定烟尘量燃烧时的参考最高温度(预先确定的参考最高温度)Tf之间的差值计算的修正量，亦即根据最高温度和参考最高温度Tf之间的差值确定的判断值的修正量，和上一次柴油机微粒过滤器23的再生开始距离计算下一次再生开始距离。然后处理终止。

具体地，下一次再生处理时间间隔(再生开始距离)DIST2按照下式(1)从上一次再生处理间隔(再生开始距离)DIST1和本次再生处理时的最高温度和参考最高温度Tf之间的差距ΔTEMP得到。也就是，再生处理时的最高温度比参考最高温度高的事实意味着燃烧了比参考量大的烟尘量。从该事实可以假定比参考量大的烟尘量沉积在柴油机微粒过滤器23中。反之，再生处理时的最高温度比参考最高温度低的事实意味着燃烧了比参考量小的烟尘量。从该事实可以假定比参考量小的烟尘量沉积在柴油机微粒过滤器23中。

DIST2＝DIST1+f(ΔTEMP) (1)

然而，当本次再生处理时的最高温度比参考最高温度Tf高时，f(ΔTEMP)成为负值。所计算的从本次上述再生处理到下一次再生处理的下次过滤器再生处理时间间隔DIST2比从前一次再生处理到本次再生处理的前次过滤器再生处理时间间隔DIST1短。另一方面，当本次再生处理时的最高温度比参考最高温度Tf低时，f(ΔTEMP)为正值，所计算的下次过滤器再生处理时间间隔DIST2比前次过滤器再生处理时间间隔DIST1长。此外，当本次再生处理时的最高温度等于参考最高温度Tf时，f(ΔTEMP)等于零。所计算的上次过滤器再生处理时间间隔DIST1和下次过滤器再生处理时间间隔DIST1为同一个值。

例如，在图3所示的时间图表中，最高温度比参考最高温度Tf高。因此，可以判断实际的烟尘沉积量比作为参考量(参看图4，后面会描述)的预定量大。相应地，通过根据最高温度和参考最高温度Tf之间的差值ΔTEMP的f(ΔTEMP)值(在这种情况下为负值)作出修正。结果，在图3的情况下，DIST2是比DIST1短的时间间隔。

例如，在再生处理时柴油机微粒过滤器23的最高温度和由柴油机微粒过滤器23捕获的烟尘的沉积量可以由图4所示的主曲线显示，两者之间的关系是沉积量随着温度的升高而增加。

在根据本发明的第一实施例的尾气净化装置50中，下次过滤器再生处理时间间隔DIST2可以由上述公式(1)通过使用柴油机微粒过滤器23的再生处理时的最高温度与参考最高温度Tf之间的差值ΔTEMP精确判断。因此，当烟尘沉积量被假定为比实际值小时，就可以减小达到处理温度过高而损坏柴油机微粒过滤器23的情况的可能性。此外，当烟尘沉积量被假定为比实际值大时，可以减小虽然实际上还不必进行再生处理但仍然执行再生处理，从而燃料成本状况变坏、燃料从气缸内部滴落到未显示的油盘以及产生燃油稀释的可能性。

在根据本发明的第一实施例的尾气净化装置50中，再生处理时间间隔根据行驶距离进行计算。然而，替代行驶距离，还可以从柴油机微粒过滤器的上游侧和下游侧(两侧)之间的压力差、或者内燃机的转动数和载荷进行计算。在这样的尾气净化装置中，同样可以获得与根据本发明的第一实施例的尾气净化装置50相似的操作和效果。

在上述控制中，通过利用尾气净化装置50进行了说明，其中柴油机微粒过滤器23的温度由于进行后注射而升高，并进行燃烧和消除烟尘的强制再生处理。但是，也可以采用这样一种尾气净化装置，其中在柴油机微粒过滤器中设置加热器，通过对加热器加热强制再生柴油机微粒过滤器。在这样的尾气净化装置中，同样可以获得与根据本发明的第一实施例的尾气净化装置50相似的操作和效果。

[实施例2]

下文将参照图5对根据本发明的第二实施例的内燃机尾气净化装置进行说明。在根据本实施例的尾气净化装置中，仅改变了对根据本发明的第一实施例的尾气净化装置中的后注射时间的控制，因此此处省略相关于设备结构的说明。

在根据本发明的第二实施例的尾气净化装置中，ECU 31基于图5所示的流程图执行柴油机微粒过滤器23的强制再生控制。首先，在步骤S21中，判断从由车速传感器30探测的车速计算的行驶距离是否大于再生开始距离(第一判断值)。也就是说，从行驶距离计算和假定由柴油机微粒过滤器23捕获的烟尘的沉积量。当行驶距离等于或小于上述再生开始距离时，流程进行到步骤S22。与此相反，当行驶距离大于再生开始距离时，流程进行到步骤S23。

在步骤S22中，判断烟尘沉积量是否大于再生开始沉积量(第二判断值)。也就是说，从由DPF压力差传感器27探测的过滤器23的上游侧和下游侧(两侧)之间的压力差，或者从由曲柄角度传感器28探测的内燃机转动数计算和假定由柴油机微粒过滤器23捕获的烟尘的沉积量。在步骤S22中，当烟尘沉积量大于再生开始沉积量时，流程进行到步骤S23。与此相反，当烟尘沉积量等于或小于再生开始沉积量时，处理结束。

接着，在步骤S23进行对柴油机微粒过滤器23的再生控制。也就是，通过后喷射使柴油机微粒过滤器23中收集的烟尘燃烧并被消除以强制再生柴油机微粒过滤器23。

下一步，流程进行到步骤S24。在该步骤中，过滤器再生处理时的最高温度由第三温度传感器26测量。

下一步，流程进行到步骤S25。在该步骤中，判断对柴油机微粒过滤器23的再生控制的终止。也就是，在柴油机微粒过滤器23的再生控制开始后预定的时间过去之前回到步骤S23。在柴油机微粒过滤器23的再生控制开始后的预定时间过去之后，终止所述再生处理，并且终止对柴油机微粒过滤器23的再生控制(后喷射)并进行到步骤S26。

在步骤S26，判断柴油机微粒过滤器23的再生控制的开始条件。也就是，当再生控制发开始条件为行驶距离时，流程进行到步骤S27。反之，当再生开始条件为烟尘沉积量时，流程进行到步骤S28。

在步骤S27中，计算下一次再生开始距离，然后流程结束。也就是，从修正量和前次再生开始距离计算下一次再生开始距离，所述修正量从柴油机微粒过滤器本次再生处理时的最高温度与预定烟尘量燃烧时的参考最高温度(该参考最高温度预先确定)Tf之间的差值计算。然后流程结束。具体的计算公式与根据本发明的第一实施例的尾气净化装置50中所用的计算公式(1)相同。

在步骤S28中，计算下一次再生开始沉积量，然后流程结束。也就是，从修正量和前次再生开始沉积量计算下一次再生开始沉积量，所述修正量从本次再生处理时的最高温度和参考最高温度Tf之间的差值计算。然后流程结束。具体的计算公式与根据本发明的第一实施例的尾气净化装置50中所用的计算公式(1)相同。

相应地，在通过这样的流程操作的尾气净化装置中，柴油机微粒过滤器23的再生处理时间间隔通过行驶距离或烟尘沉积量进行修正。

在根据本发明的第二实施例的尾气净化装置中，同样获得与根据本发明的第一实施例的尾气净化装置相似的操作和效果。此外，可以通过行驶距离和烟尘沉积量对柴油机微粒过滤器23的再生处理时间间隔进行修正。因此，可以更精确地对柴油机微粒过滤器23的再生处理时间间隔进行调整。

Claims

1.一种尾气净化装置，其特征在于，包括：

适合于捕获尾气中的微粒物质的过滤器；

执行用于再生过滤器的多个过滤器再生处理的再生单元，该再生单元用于根据预定的参数值和判断值判断进行每个过滤器再生处理的时间，其中所述多个过滤器再生处理包括第一再生处理和第一再生处理后的第二再生处理，所述第二再生处理包括所述多个过滤器再生处理中的至少一个；

用于在进行所述第一再生处理时探测所述过滤器的最高温度的温度探测单元；和修正单元，该修正单元用于基于由所述温度探测单元探测的过滤器的最高温度，对用来判断进行第二再生处理的时间的判断值进行修正。

2.如权利要求1所述的尾气净化装置，其特征在于，其中

所述修正单元对所述判断值进行修正，且

所述修正单元根据所述过滤器的最高温度与预先确定的参考温度之间的差值确定修正量的数量。

3.如权利要求2所述的尾气净化装置，其特征在于，其中

在所述最高温度高于所述参考温度的情况下，所述修正单元对所述判断值进行修正，以便于缩短所述第一再生处理与第一再生处理后立即进行的一个第二再生处理之间的时间间隔，且

在所述最高温度低于所述参考温度的情况下，所述修正单元对所述判断值进行修正，从而使该时间间隔加长。

4.如权利要求1所述的尾气净化装置，其特征在于，其中

所述预定参数包括以下参数中的至少一个：采用内燃机的车辆的行驶距离、所述过滤器的上游侧和下游侧之间的压力差、和所述内燃机的转数以及载荷。

5.如权利要求4所述的尾气净化装置，其特征在于，其中

所述判断值根据所述预定参数设定。