CN102947558B - 废气净化*** - Google Patents

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Abstract

提供一种废气净化***，在使用排气管喷射进行DPF再生时，在废气的升温控制不稳定的车辆状态下，能够恰当地中止DPF再生而抑制燃料消耗率的恶化。该废气净化***具备：DPF(25)，捕集废气中的PM；排气管喷射喷射器(38)，进行排气管喷射；及DPF再生控制部(100)，在DPF(25)捕集的PM超过一定量时，通过排气管喷射来升温控制废气温度而再生DPF(25)，在该再生中累计废气温度超过PM燃烧温度的时间，在其累计值达到再生完成设定值时使再生完成，DPF再生控制部(100)为，在再生中废气温度超过PM燃烧温度的时间的累计值达到再生完成设定值前，排气管喷射的总量超过排气管喷射上限值时，中止再生。

Description

废气净化***
技术领域
本发明涉及一种废气净化***，捕集柴油机的废气中的PM(ParticulateMatter：颗粒物质)。
背景技术
开发有一种废气净化***，通过DPF(Diesel Particulate Filter：柴油颗粒过滤器)、例如作为其一种的被称为DPD(Diesel Particulate Defuser：柴油颗粒处理器)的过滤器，来捕集柴油机的废气中的PM，而降低向外部排出的PM的量(例如专利文献1)。
作为该废气净化***，具有在DPF的上游侧设置了DOC(DieselOxidation Catalyst：柴油机氧化催化剂)的连续再生型的DPF***。
从废气中捕集而堆积在DPF中的PM，成为DPF堵塞的原因，使废气净化效率降低，因此在DPF中堆积了一定量以上的PM时，进行使废气升温(例如到500~600℃程度)来使PM燃烧(氧化)而强制除去的DPF再生。
根据对DPF前后的排气的差压进行计测的差压传感器的输出值来推断PM的堆积量，在差压传感器的输出值超过了规定的差压时，ECU(EngineControl Unit：发动机控制单元)视为PM堆积量超过了规定量，而在车辆行驶中ECU自动地开始DPF再生(自动再生)、或者在将DPF警告灯35a点灯后由使车辆停车的驾驶员按下再生执行开关来开始DPF再生(手动再生)。
此外，除了DPF前后的排气的差压以外，有时还根据行驶距离来进行PM的堆积量的检测。在该情况下，在行驶距离超过了规定的距离时，如上述那样自动或手动地开始DPF再生。
当DPF再生开始时，柴油机的燃料喷射器被控制，进行基于多级喷射的发动机失效(engine out)的废气温度的升温，在DOC被充分升温后，向废气中添加未燃燃料而使其燃料成分在DOC中燃烧，由此使从DOC流出的废气的温度上升到再生目标温度(例如500~600℃程度)，由此强制地将DPF捕集的PM燃烧除去。
此时，使用设置在DPF上的温度传感器的信号来进行废气温度的反馈控制，为了使废气升温到再生目标温度并保持所需要的未燃燃料的添加量，通过PID控制而被常时调整。
作为添加上述未燃燃料的方法被分为：后喷射，在膨胀行程后再次从燃料喷射器向缸内喷射燃料，向残留在缸内的废气中添加未燃燃料；以及排气管喷射，从设置在发动机和DPF之间的排气管上的排气管喷射器，向从发动机排气而在排气管中流动的废气中添加未燃燃料。
后喷射能够直接利用现有的柴油机及废气净化***，但由于向缸内直接喷射未燃燃料，因此燃料成分会混入到发动机油中而使其稀释，并产生由于润滑功能降低而缸烧结等的机油稀释的问题。
另一方面，在基于排气管喷射的DPF再生中，无需担心上述的机油稀释，能够根据DPF捕集的PM的量来进行DPF再生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4175281号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用了排气管喷射的废气净化***中，如上述那样，在进行DPF再生时无需担心机油稀释，因此能够不对排气管喷射的总量设定上限值，而进行排气管喷射直到DPF再生完成。
但是，在自动再生中，当废气的升温不充分的状况(例如反复进行起步及停车的拥堵等)持续时，升温控制变得不稳定，废气不能够被充分地升温，而废气的温度有可能几乎达不到PM的燃烧所需要的温度，在该情况下，到DPF再生完成为止，升温控制所使用的排气管喷射的总量有可能会异常地增大。
此外，在DPF再生所使用的各种设备(排气管、使未燃燃料燃烧而使废气升温的DOC等)产生不良、废气的升温变得困难的情况下，也有可能为了进行DPF再生而无限制地进行排气管喷射、燃料消耗率恶化。
因此，本发明的目的在于提供一种废气净化***，在使用排气管喷射来进行DPF再生时，在废气的升温控制变得不稳定的车辆状态下，能够恰当地进行DPF再生的中止，而抑制燃料消耗率的恶化。
用于解决课题的手段
本发明是为了实现上述目的而进行的，本发明的废气净化***的特征在于，具备：DPF，设置在柴油机的排气管上，捕集废气中的PM；排气管喷射喷射器，设置在上述DPF上游侧的上述排气管上，向上述排气管内进行排气管喷射；以及DPF再生控制部，在上述DPF捕集的上述PM超过了一定量时，通过上述排气管喷射对废气温度进行升温控制而使上述DPF再生，且在该再生中对上述废气温度超过PM燃烧温度的时间进行累计，在其累计值达到再生完成设定值时，使再生完成；在该废气净化***中，上述DPF再生控制部为，在再生中，确定成为比上述PM燃烧温度高的规定温度的排气管喷射的喷射量，在该再生中在上述排气管喷射的总量超过了排气管喷射上限值时，中止再生。
发明的效果
根据本发明的废气净化***，在使用排气管喷射来进行DPF再生时，在废气的升温控制变得不稳定的车辆状态下，能够恰当地进行DPF再生的中止，而抑制燃料消耗率的恶化。
附图说明
图1是表示废气净化***的构成的***图。
图2是说明废气净化***的动作的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的废气净化***的***图。
在图1中，柴油机10的进气歧管11和排气歧管12分别与增压器(涡轮增压器)13的压缩机14和涡轮机15连结，来自上游侧进气管16a的空气由压缩机14升压，通过下游侧进气管16b的中冷器17而被冷却，并经由进气节气门(进气节流阀)18，而从进气歧管11供给到柴油机10，来自柴油机10的废气，在驱动了涡轮机15之后被排气到排气管20中。
在上游侧进气管16a上设置有测定进气量的MAF(Mass Air Flow：空气质量流量)传感器19，通过该MAF传感器19，进气节气门18的开度被控制而进气量被调整。此外，在进气歧管11和排气歧管12上连接有EGR管21，该EGR管21用于使一部分废气返回到柴油机10的进气***中来降低NOX，在该EGR管21上连接有EGR冷却器22和EGR阀23。
在排气管20上连接有排气制动阀24、DPF25、排气节气门(排气节流阀)26以及***27。DPF25包括由使未燃烧燃料氧化的活性催化剂构成的DOC28和捕集废气中的PM的CSF(Catalyzed Soot Filter：催化碳烟过滤器)29。
在排气制动阀24的上游侧设置有排气管喷射器38，该排气管喷射器38为了在DPF再生时使废气温度升温而向排气管20中喷射(排气管喷射)燃料。在向该排气管喷射器38供给来自未图示的燃料箱的燃料的燃料供给管线39上，连接有将在燃料中混入、产生的杂质、水分除去的燃料过滤器40，在其下游侧设置有测定排气管喷射器38的燃料压力的燃料压力传感器41。
此外，虽然在图1中未表示，但在排气节气门26和***27之间连接有SCR装置。SCR装置是使废气中的NOX与NH3反应而成为N2和H2O来进行净化的装置。
在DOC28的前后设置有废气温度传感器30a、30b，该废气温度传感器30a、30b用于排气管喷射的可否、排气管喷射量以及DPF再生的完成的判断。此外，为了推断CSF29的PM堆积量，而设置有对CSF29前后的排气的差压进行计测的差压传感器31。
这些传感器的输出值被输入到ECU32，该ECU32进行柴油机10的运转的全面控制、并且还进行DPF再生，通过从该ECU32输出的控制信号，来控制柴油机10的燃料喷射器33、排气节气门26、排气制动阀24、EGR阀23、排气管喷射器38等。
对于ECU32，为了柴油机10的运转，除了来自油门位置传感器的油门开度、来自转速传感器的发动机转速、来自车速传感器34的车速等信息以外，还输入发动机冷却水的温度等信息。
此外，ECU32连接并控制：设置在驾驶室内的手动再生用的DPF警告灯35a、自动再生用的DPF警告灯35b；用于驾驶员执行手动再生的再生执行开关36；以及在柴油机10发生了某种不良情况时、为了将其通知给用户而点灯的发动机故障指示灯37等。
在该***中，空气通过上游侧进气管16a的MAF传感器19，由增压器13的压缩机14升压，通过下游侧进气管16b的中冷器17而被冷却，并经由进气节气门18，而从进气歧管11进入到柴油机10的缸内。
另一方面，在缸内产生的废气，通过排气歧管12而驱动涡轮机15，由包括DPF25和SCR装置的废气净化***净化，并由***27消声而向大气中排出。一部分废气由EGR冷却器22冷却，并由EGR阀23调整其量，而向进气歧管11中循环。
废气中含有PM，该PM被DPF25捕集。在DPF25中，常时连续地进行所谓DPF再生，即：通过DOC28将废气中的NO氧化成为NO2，通过该NO2将下游侧的CSF29所捕集的PM氧化成为CO2，而从CSF29中除去PM。
然而，在废气温度较低的情况下，DOC28的温度降低而不活化，因此不能够促进氧化反应，不能够将PM氧化而进行DPF再生，因此PM继续向CSF29堆积，而过滤器的堵塞会发展。
对于该过滤器的堵塞，在PM堆积量超过了规定的堆积量时，强制地使废气温度升温，而将CSF29所捕集的PM强制地燃烧除去。
PM堆积量与差压传感器31的输出值成正比例，因此在差压传感器31的输出值超过了规定的差压(差压阈值)时，ECU32检测到过滤器的堵塞，ECU32自动地进行DPF再生、或者将DPF警告灯35a点灯而促使驾驶员按下再生执行开关36来进行DPF再生。如此根据差压来判断开始时期的DPF再生为差压型再生。以下，将ECU32自动地进行的DPF再生称为自动再生，将驾驶员手动进行的再生称为手动再生。
另外，DPF再生的开始时期，除了差压传感器31的输出值以外，也可以根据行驶距离是否超过了规定的距离(距离阈值)来进行判断，该行驶距离根据由车速传感器34计测的车速来计算。如此根据行驶距离来判断开始时期的DPF再生为距离型再生。
对手动再生和自动再生的例子进行说明。
在使车辆停止了的状态下进行手动再生。在车辆停止后，当用户按下再生执行开关36而开始手动再生时，通过ECU32来控制燃料喷射器33、柴油机10、排气制动阀24、EGR阀23以及进气节气门18，使废气温度升温到DOC28活化的温度。
更具体地，ECU32控制燃料喷射器33而开始多级喷射，控制柴油机10而使发动机转速上升，为了快速升温而关闭排气制动阀24，为了防止燃料回流而关闭EGR阀23，控制进气节气门18来节流进气量，在抑制温度降低的同时提高负荷。
另外，在DOC28上游侧的废气温度传感器30a的检测值成为预先设定的上游侧阈值以上、并且DOC28下游侧的废气温度传感器30b的检测值成为预先设定的下游侧阈值以上时，进行DOC28的活化的判断。即，根据DOC28的上游侧和下游侧的废气温度传感器30a、30b双方的检测值来判断DOC28的活化。
如果DOC28活化，则在进行多级喷射的同时控制排气管喷射器38而开始排气管喷射，开放排气制动阀24，关闭排气节气门26，进一步使废气温度升温到目标温度。
此时，目标温度例如被设定为再生目标温度(初期)和比再生目标温度(初期)更高温的再生目标温度(后期)这2个阶段，并通过ECU32控制为各目标温度被维持规定时间。使目标温度成为多个阶段的原因为，防止CSF29由于通过PM燃烧产生的热量而熔化。即，在PM残留较多的DPF再生初期，通过PM的燃烧产生较多的热量，因此将目标温度设定得较低，在PM燃烧而变少了的DPF再生后期，将目标温度设定得较高，而使PM高效地燃烧。
然后，ECU32控制燃料喷射器33而使其恢复为通常喷射，关闭排气管喷射器38，控制柴油机10而使发动机转速返回到通常的怠速状态，开放排气节气门26，使EGR阀23返回到通常(开)，使进气节气门18返回到通常(开)。由此，废气温度降低，手动再生结束。
在该手动再生中，由于在使车辆停止了的状态下进行DPF再生，因此能够稳定地保持废气温度，能够高效、可靠地使PM燃烧，而另一方面，在手动再生中需要使车辆停止而待机规定的时间。
接着，对自动再生进行说明。
在车辆的行驶中进行自动再生。当由ECU32开始自动再生时，ECU32控制燃料喷射器33、柴油机10、EGR阀23以及进气节气门18，将废气温度升温到DOC28活化的温度。在自动再生中，由于与手动再生不同、是在行驶中，因此不能够关闭排气制动阀24，但在等待信号等的车辆停止时关闭排气制动阀24，而使排压上升，使废气温度升温、保温。
如果DOC28活化(DOC28活化的判断基准与上述相同)，则在进行多级喷射的同时控制排气管喷射器38而开始排气管喷射，进一步使废气温度升温到目标温度。由于是在行驶中，因此排气节气门26也不能够关闭，因此排气节气门26成为常时开。
之后，如果废气温度上升到目标温度并被维持规定时间，则ECU32控制燃料喷射器33而使其恢复为通常喷射，关闭排气管喷射器38，控制柴油机10而使发动机转速返回到通常，使EGR阀23返回到通常(开)，使进气节气门18返回到通常(开)。由此，废气温度降低，自动再生结束。
在该自动再生中，由于在车辆行驶的状态下进行DPF再生，因此与手动再生相比方便性优良。其另一方面为，在自动再生中，废气温度不稳定或者难以上升，与手动再生相比具有排气管喷射量变多、燃料消耗率恶化的倾向。
如此，可以认为，自动再生和手动再生分别具有优点和缺点，优选根据状况来适宜地选择而区分使用。
根据从DPF再生结束到下一次DPF再生开始为止的行驶距离即再生间距，来进行自动再生和手动再生的选择。具体地，在再生间距小于设定的手动再生阈值时，促使驾驶员进行手动再生。
作为尽管再生间距变短即行驶距离较短、但PM还是在DPF中超过阈值地堆积的理由，可以考虑到在之前的DPF再生中PM未被充分地除去的可能性。因此，在再生间距小于手动再生阈值时，选择能够稳定地进行DPF再生的手动再生，来可靠地除去PM。
然而，在自动再生中，当废气的升温不充分的状况(例如反复进行起步及停车的拥堵等)持续时，废气的升温变得不充分，废气的温度达不到PM的燃烧温度，因此PM几乎未被燃烧除去，而到废气温度被保持在再生目标温度一定时间而DPF再生完成为止，升温控制所使用的排气管喷射的总量有可能会无限制地增大。
此外，在DPF再生所使用的各种设备(DOC28等)产生不良、废气的升温变得困难的情况下，ECU32为了进行DPF再生，也有可能无限制地进行排气管喷射。
因此，在本发明的废气净化***中，ECU32具备DPF再生控制部100，并且DPF再生控制部100具备再生未完警告单元101和异常警告单元102。
DPF再生控制部100为，在再生中对废气的温度超过PM燃烧温度的时间(以下称为再生时间)进行累计，在其累计值达到了再生完成设定值时，作为再生完成而结束再生，并且，在再生完成之前，在排气管喷射的总量超过了排气管喷射上限值时，作为再生失败而中止再生。
此外，DPF再生控制部100为，在排气管喷射的总量超过了排气管喷射上限值时，作为再生失败，而使用于将该情况向驾驶员进行警告的再生未完警告单元101动作。
并且，DPF再生控制部100为，在再生的失败连续了规定次数时，作为废气净化用的设备、装置产生了异常即作为排气管20本身、DOC28等产生了不良情况，而使用于将异常向驾驶员进行警告的异常警告单元102动作。
本发明并不特别限定再生未完警告单元101以及异常警告单元102，例如作为再生未完警告单元101而使DPF警告灯35a、35b闪烁等、作为异常警告单元102而使发动机故障指示灯37点灯等即可，能够使用车辆所具备的各种警告单元来进行适宜变更。
以下对本发明的作用进行说明。
图2特别对自动再生中的本实施方式的废气净化***的动作和废气温度的变迁进行说明。
当检测到DPF25所捕集的PM的量成为一定量以上时，ECU32所搭载的DPF再生控制部100为了再生DPF25而开始废气的升温控制。
DPF再生控制部100控制燃料喷射器33来进行多级喷射，使发动机失效的废气温度上升，当通过设置在DOC28前后的温度传感器30a、30b检测到流入DOC28的废气的温度达到了DOC28的催化剂活性温度时，为了使废气的温度进一步上升到再生目标温度，而控制排气管喷射器38来进行排气管喷射，并且开始排气管喷射量的累计。
此时，DPF再生控制部100为，使用再生目标温度和由温度传感器30b检测到的废气温度之间的偏差来进行反馈控制，并通过PID控制来调整为了将废气保持在再生目标温度所需要的排气管喷射量。
此外，DPF再生控制部100为，在检测到废气温度处于比再生目标温度低规定温度(A℃)的PM燃烧温度以上时，判断为PM在燃烧而对再生时间进行累计。
PM燃烧温度为，既可以通过模拟试验等来求出能够保证PM在燃烧的最低限度的温度，并将其作为固定值而进行DPF再生，并且也可以为，DPF再生控制部100能够对应于根据差压传感器31等而求出的PM捕集量，来适宜变更PM燃烧温度。
在再生中，DPF再生控制部100为，在累计的再生时间达到了规定值(B分钟)时，作为DPF25所捕集的PM被燃烧除去到一定量以下的情况，而使废气的升温目标温度(即再生目标温度)向高温侧变更。
在DPF再生初期，为了防止由PM的燃烧热量导致的DPF25的过升温和熔损，而以比较低的温度(例如500℃程度)进行DPF再生，但在DPF25中燃烧剩余的PM变少的后期，通过将再生目标温度向高温侧(例如600℃程度)变更，由此能够高效地使PM燃烧除去。
此时，PM燃烧温度为，能够对应于所变更了的目标温度而变更、以便比所变更了的目标温度低规定温度(A℃)，也可以与所变更的目标温度相独立地预先设定为由2个阶段的固定值形成。
在稳定地进行废气的升温控制、且废气的温度被充分地保持在PM燃烧温度以上的情况下，在再生时间的累计值达到了再生完成设定值(C分钟)时，作为DPF25所捕集的PM被充分除去，而DPF再生控制部100判断为DPF25的再生完成，并进行使车辆恢复为通常的运转状态或怠速状态的控制；该再生完成设定值(C分钟)被设定得比对再生目标温度进行变更的规定值(B分钟)大。
另一方面，在再生中的废气的升温控制不稳定、废气的温度几乎未保持在PM燃烧温度以上的情况下，在再生时间达到再生完成设定值之前排气管喷射的总量超过排气管喷射上限值，DPF再生控制部100判断为再生失败而进行使柴油机10恢复为通常的运转状态或怠速状态的控制，并且使用于将再生的未完成向驾驶员进行警告的再生未完警告单元101动作。
由此，在车辆未处于能够将废气温度充分地升温的状况的情况下，通过中止DPF再生及排气管喷射，能够抑制燃料消耗率的恶化，能够促使驾驶员稳定地进行下一次DPF再生。
此外，在再生的未完成连续发生的情况下，可以认为进行废气的升温控制的各种设备(例如排气管20本身、DOC28等)产生不良、废气的升温变得困难的可能性较强。
因此，本发明的废气净化***的DPF再生控制部100为，在再生的失败连续了规定的次数时，判断为废气净化用的设备、装置发生了异常，而使用于将异常向驾驶员进行警告的异常警告单元102动作，由此能够向驾驶员通知异常，并且能够促使迅速的检查及修理。
本发明不限于以上的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内当然能够进行适宜变更。
符号的说明
25  DPF
38  排气管喷射器
100  DPF再生控制部

Claims (3)

1.一种废气净化***，其特征在于，
具备：DPF，设置在柴油机的排气管上，捕集废气中的PM；排气管喷射喷射器，设置在上述DPF上游侧的上述排气管上，向上述排气管内进行排气管喷射；以及DPF再生控制部，在上述DPF捕集的上述PM超过了一定量时，通过上述排气管喷射对废气温度进行升温控制而使上述DPF再生，且在该再生中对上述废气温度超过PM燃烧温度的时间进行累计，在其累计值达到再生完成设定值时，使再生完成，
在该废气净化***中，上述DPF再生控制部为，在再生中，在上述DPF所捕集的PM被燃烧除去到一定量以下时，将上述PM燃烧温度向高温侧变更，并且在再生时间的累计值达到再生完成设定值之前，确定成为比上述PM燃烧温度高的规定温度的排气管喷射的喷射量，在该再生中在上述排气管喷射的总量超过了排气管喷射上限值时，中止再生。
2.如权利要求1所述的废气净化***，其中，
上述DPF再生控制部为，在上述排气管喷射的总量超过了上述排气管喷射上限值时，作为再生失败，而使用于将再生的失败向驾驶员进行警告的再生未完警告单元动作。
3.如权利要求1或2所述的废气净化***，其中，
上述DPF再生控制部为，在再生的失败连续了规定次数时，作为废气净化用的设备、装置发生了异常，而使用于将异常向驾驶员进行警告的异常警告单元动作。
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