CN105121798A - 废气后处理装置的排气喷射控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种废气后处理装置的排气喷射控制方法，在DPF再生时进行排气管喷射时，能够根据催化剂温度和催化剂劣化度进行最佳的排气管喷射。在DPF(27)堆积了PM时，进行多级喷射、后喷射、排气管喷射，通过DOC(25)使还原气体燃烧，使废气温度上升，使堆积于DPF(27)的PM燃烧而将DPF(27)再生，此时，预先制作在催化剂新装入时和劣化后求出后喷射和排气管喷射中的、对于DOC温度的燃烧效率的熄灯特性图(36)，基于熄灯特性图(36)，根据催化剂的劣化度，设定能够进行排气管喷射的催化剂温度，在低于该设定的催化剂温度时，进行多级喷射和/或后喷射，在催化剂成为设定温度以上时进行排气管喷射。

Description

废气后处理装置的排气喷射控制方法
技术领域
本发明涉及具备DPF的废气后处理装置，尤其涉及在使堆积于DPF的PM燃烧而再生时能够最佳地控制后喷射及排气管喷射的废气后处理装置的排气喷射控制方法。
背景技术
作为柴油发动机的废气后处理装置，DOC(DieselOxidationCatalyst；氧化催化剂)、DPF(DieselParticulateFilter；柴油颗粒过滤器)、NOx吸附还原型催化剂(LNT：LeanNOxTrap或NSR：NOxStrageReduction)、尿素SCR(SelectiveCatalysticReduction)***等已被实用化。
其中，DOC和DPF***对于减少PM(颗粒物质)是很有效的手段。在废气流的前级设置的DOC虽然无法将固体的Soot本身氧化，但是能够将占据PM整体的30～70％的可溶性有机成分(SOF)的大部分氧化，HC及CO也同时被除去，在后级设置的DPF由具有细孔径的多孔质陶瓷等形成，捕获废气中的大部分PM。
该DPF所捕获的PM堆积了一定量时，为了将堆积的PM除去而将DPF强制再生。在DPF的再生中，进行多级喷射、后喷射、排气管喷射等，通过DOC使燃料氧化燃烧而提高废气温度，将堆积于DPF的PM燃烧除去。
排气管喷射相对于在燃烧的膨胀行程中向筒内进行喷射(所谓的后喷射)而言，不存在燃料所引起的油稀释，能够将喷射量全部用于升温，所以具有能够减轻升温所导致的耗油量变差等优点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2007-162578号公报
专利文献2:特开2009-002270号公报
专利文献3:特开2012-127297号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，通过排气管喷射进行的HC供给，存在废气温度越低温则向HC的分解越花费时间的问题。即，在排气管喷射的情况下，即使催化剂(DOC)是新的状态，在废气温度为220℃以下时熄灯特性也很差，与向筒内的后喷射相比，活性温度(熄灯温度)向高温侧偏移，需要将废气温度升温至220℃以上。因此存在如下问题：必须在低温区使用后喷射，在中高温区进行排气喷射、或者通过基于多级喷射等的废气升温来升温到可进行排气喷射的温度之后再进行排气喷射。
此外，如果催化剂劣化(贵金属烧结等引起活性温度向高温侧偏移)，则熄灯温度也向高温侧偏移，在DPF再生时，通过排气管喷射进行的升温无法正常地发挥功能，可能会导致白烟的生成或HC中毒，之后废气温度上升时，HC瞬间全部燃烧而产生异常升温，最坏的情况下，催化剂会熔损。
本发明的目的在于，解决上述课题，提供一种废气后处理装置的排气喷射控制方法，在DPF再生时进行排气管喷射时，能够根据催化剂温度和催化剂劣化度进行最佳的排气管喷射。
解决课题所采用的技术手段
为了实现上述目的，本发明涉及废气后处理装置的排气喷射控制方法，其特征在于，在发动机的排气管设置进行排气管喷射的排气管喷嘴，并在该排气管喷嘴的下游侧的排气管连接DOC、DPF而构成废气后处理装置，在该DPF堆积了PM时，进行多级喷射、后喷射、排气管喷射，通过所述DOC使该还原气体燃烧而使废气温度上升，使堆积于DPF的PM燃烧而将DPF再生，此时，预先制作在催化剂新装入时和劣化后求出后喷射和排气管喷射中的、对于DOC温度的燃烧效率的熄灯特性图，基于熄灯特性图，根据催化剂的劣化度，设定能够进行排气管喷射的催化剂温度，在低于该设定的催化剂温度时，进行多级喷射和/或后喷射，在催化剂为设定温度以上时，进行排气管喷射。
优选为，熄灯特性图中，根据多级喷射区域、后喷射区域和排气管喷射区域中的催化剂的熄灯特性，预先决定各自的动作温度，基于催化剂温度，依次选择多级喷射、后喷射、排气管喷射。
优选为，根据催化剂温度选择多级喷射、后喷射、排气管喷射，根据催化后的废气温度，基于熄灯特性图，求出催化剂的劣化度，根据该劣化度对熄灯特性进行修正，与该修正后的熄灯特性相应地变更多级喷射区域、后喷射区域、排气管喷射区域。
发明的效果
本发明中，制作预先求出了催化剂的熄灯特性的映射图，根据催化剂温度和催化剂劣化度来选择多级喷射、后喷射及排气管喷射，从而发挥以最佳状态进行排气管喷射的良好的效果。
附图说明
图1是表示本发明的废气后处理装置的排气喷射控制方法的装置结构的图。
图2是表示本发明的熄灯特性映射关系的图。
具体实施方式
以下，基于附图来详细描述本发明的优选的一个实施方式。
图1示出了NOx吸附还原型催化剂的废气后处理装置10。
在发动机E的吸排气***中，涡轮增压器11与EGR管12连接，从空气滤清器13吸入的空气被涡轮增压器11的压缩机14压缩并被压送至吸气通路15，从发动机E的吸气歧管16供给至发动机E内。在吸气通路15中设置有用于调节向发动机E的空气量的吸气阀17。
从发动机E排出的废气被从排气歧管18排出至涡轮增压器11的涡轮19并驱动涡轮19后，被排出到排气管20。
吸气歧管16和排气歧管18上连接有EGR管12，EGR管12上连接有用于冷却从排气歧管18至吸气歧管16的废气的EGR冷却器21，并且连接有调节EGR量的EGR阀22。
废气后处理装置10构成为，在涡轮19的下游侧的排气管20设置排气管喷嘴23，在该排气管喷嘴23的下游侧的排气管20中形成的罐封容器24内依次罐封DOC25、NOx吸附还原型催化剂26、DPF27。
在DOC25的上游侧的排气管20，设置有DOC入口侧温度传感器28、位于NOx吸附还原型催化剂26的入口侧的催化剂入口侧温度传感器29、以及位于出口侧的催化剂出口侧温度传感器30。
发动机E由ECU32进行运转的整体控制。ECU32中形成有温度检测单元33、空燃比控制单元34及喷射控制单元35，并且保存有催化剂(DOC)的熄灯特性图36。
从发动机出口侧至催化剂出口侧的温度传感器28～30的各检测值被输入至控制发动机E运转的ECU32的温度检测单元33。
空燃比控制单元34控制EGR阀22及吸气阀17，喷射控制单元35控制发动机E的燃烧喷射量并且控制喷嘴的多级喷射及后喷射，而且控制从排气管喷嘴23喷射的燃料。
该NOx吸附还原型催化剂的废气后处理装置10通常为，在空燃比贫油状态下由NOx吸附还原型催化剂26吸附NOx，在此期间通过排气管喷嘴23脉冲地喷射燃料HC，在空燃比富油状态下进行NOx还原净化。
此外，废气中的PM被DPF27捕获，但如果向DPF27的PM堆积量积留了规定量，例如DPF27前后的差压达到了一定时或行驶了规定行驶距离时，则ECU32进行PM的自动再生控制。在该PM再生时，进行后喷射或由排气管喷嘴23进行燃料喷射来将废气温度升高到600℃，由此使DPF27上堆积的PM燃烧。
在该PM再生时喷射燃料HC时，ECU32基于输入至温度检测单元33的温度传感器28～30的废气温度，推测催化剂温度(DOC温度)，根据熄灯特性图36来选择多级喷射、后喷射、排气管喷射。此时，在催化剂温度低时，进行多级喷射和后喷射，或者进行多级喷射，在催化剂温度达到了可进行排气管喷射的设定温度以上时，进行排气管喷射，将DPF27再生。
利用图2对该熄灯特性图36进行说明。
在图2中，横轴为催化剂温度，纵轴为作为燃料的熄灯特性的燃烧效率K，分别示出了改变催化剂温度来进行后喷射时的熄灯特性曲线Lp和进行排气管喷射的熄灯特性曲线Le。
该熄灯特性曲线Lp、Le用实线来表示催化剂为新装入的状态，劣化后的状态的特性曲线Lpd、Led用虚线来表示。
该后喷射的熄灯特性曲线Lp，由于在筒内产生燃料的油稀释(dilution)，所以与排气管喷射的熄灯特性曲线Le相比成为效率降低5％程度的特性。
在此，在催化剂为新装入的状态时，达到催化剂温度Ta(例如200℃)之前，设定为多级喷射区域，从催化剂温度Ta到催化剂温度Tb(例如220℃)，设定为后喷射区域(或者继续进行多级喷射的多级喷射区域)，在催化剂温度Tb以上，设定为排气管喷射区域。此外，在催化剂劣化后，达到催化剂温度Tb之前，设定为多级喷射区域，从催化剂温度Tb到催化剂温度Tc(例如250℃)，设定为后喷射区域(或者继续进行多级喷射的多级喷射区域)，在催化剂温度Tb以上时，设定为排气管喷射区域，设定各自的动作温度。
对DPF进行再生时，ECU32根据来自温度检测单元33的催化剂(DOC)的出入口温度来推测催化剂温度，基于该催化剂温度，根据表示燃烧效率K的熄灯特性图36，选择多级喷射、后喷射、排气管喷射。
即，在催化剂新装入时，在低于催化剂温度Ta(200℃)时的劣化前系列中进行多级喷射(适当地选择先导喷射、预喷射、主喷射及延迟喷射来进行喷射)，提高废气温度，在成为催化剂温度Ta以上时，进行后喷射。由此，如熄灯特性曲线Lp所示那样效率K提高，在成为催化剂温度Tb(220℃)时进行排气管喷射，由此，如熄灯特性曲线Le所示那样能够高效率地进行DPF的再生。此外，也可以是，代替在多级喷射后依次切换成后喷射，而仅通过多级喷射来将催化剂温度Tb提高到220℃之后，进行排气管喷射。
此外，在催化剂劣化后的劣化后系列中，在达到例如催化剂温度Tb(220℃)之前进行多级喷射，在达到了催化剂温度Tb之后切换为后喷射，或者继续进行多级喷射，如特性曲线Lpd所示那样效率K不断提高，在成为催化剂温度Tc(250℃)时，切换为排气管喷射，如熄灯特性曲线Led所示那样效率提高，最终以熄灯特性曲线Le所示的效率使PM燃烧来将DPF再生。
从催化剂的新装入状态到劣化的熄灯特性曲线Lp、Le的选定，基本上基于催化剂的经过年数决定劣化度，但也可以根据催化剂的出入口的废气温度求出燃烧效率，基于该效率和熄灯特性图的熄灯特性曲线Lp、Le来设定催化剂的劣化度，根据该劣化度，基于熄灯特性曲线Lp、Le和劣化后的特性曲线Lpd、Led，对熄灯特性进行修正，与该修正后的熄灯特性相应地变更多级喷射区域、后喷射区域和排气管喷射区域。
这样，在本发明中，即使在催化剂劣化而熄灯性能向高温侧偏移了的情况下，也能够恰当地选择多级喷射、后喷射、排气管喷射，从而能够提高低温侧的还原效率。此外，为了提高DPF再生效率，能够在低温区不进行排气管喷射而切换为后喷射或多级喷射，因此，能够防止催化剂的HC中毒及之后的熔损。
在上述的实施方式中，以使用了NOx吸附还原型催化剂的废气后处理装置的DPF再生时的排气管喷射为例进行了说明，但是本发明当然还能够应用在使用了SCR催化剂的废气后处理装置的DPF再生中，此外还能够应用在通过排气管喷射对DPF进行再生的后处理装置中。
附图标记的说明
20排气管
23排气管喷嘴
25DOC
27DPF
32ECU
36熄灯特性图
E发动机

Claims (3)

1.一种废气后处理装置的排气喷射控制方法，其特征在于，
在发动机的排气管设置进行排气管喷射的排气管喷嘴，并在该排气管喷嘴的下游侧的排气管连接DOC、DPF而构成废气后处理装置，
在该DPF堆积了PM时，进行多级喷射、后喷射、排气管喷射，通过所述DOC使该还原气体燃烧而使废气温度上升，使堆积于DPF的PM燃烧而将DPF再生，此时，预先制作在催化剂新装入时和劣化后求出后喷射和排气管喷射中的、对于DOC温度的燃烧效率的熄灯特性图，基于熄灯特性图，根据催化剂的劣化度，设定能够进行排气管喷射的催化剂温度，在低于该设定的催化剂温度时，进行多级喷射和/或后喷射，在催化剂成为设定温度以上时，进行排气管喷射。
2.如权利要求1所述的废气后处理装置的排气喷射控制方法，
熄灯特性图为，根据多级喷射区域、后喷射区域和排气管喷射区域中的催化剂的熄灯特性，预先决定各自的动作温度，基于催化剂温度，依次选择多级喷射、后喷射、排气管喷射。
3.如权利要求2所述的废气后处理装置的排气喷射控制方法，
根据催化剂温度选择多级喷射、后喷射、排气管喷射，根据催化后的废气温度，基于熄灯特性图，求出催化剂的劣化度，根据该劣化度对熄灯特性进行修正，与该修正后的熄灯特性相应地变更多级喷射区域、后喷射区域、排气管喷射区域。
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