專利名稱：廢氣清潔設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣清潔設備。
背景技術：
為了抑制包含在柴油引擎廢氣中的空氣擴散，近年來，開發了各種設備用于安裝在柴油機引擎排氣系統，作為廢氣中柴油顆粒的后處理。有一種正在成為實用過程中這種類型的廢氣處理設備，具有包括過濾器的一種結構，用于當廢氣通過排氣通路時收集包含在從柴油引擎釋放的廢氣中的顆粒。使用這種類型的廢氣清潔設備，由過濾器收集的顆粒逐漸累積，由排氣阻力升高引起的損失逐漸增加，并最終過濾器被阻塞。當廢氣清潔設備中使用的過濾器中累積的顆粒量達到規定水平時，過濾器被加熱以燃燒累積的顆粒，并使過濾器恢復，且過濾器被重新使用。
這里為恢復過濾器的燃燒顆粒在過濾器中留下了灰分的殘余，并由于殘余灰分隨每一次過濾器恢復而累積，在恢復的數目增加時，過濾器中殘余的灰分阻礙廢氣的流出。因而由于以前，在每一次過濾器恢復完成時，測量作為過濾器入口壓力和出口壓力之間的差壓力的前和后的差壓力，并且前和后測量的過濾器差別壓力值用作為估計過濾器中的殘余灰分量的基礎，并根據估計的結果確定過濾器的壽命。
然而，使用其中通過測量過濾器前和后差壓力估計殘余灰分量的結構，在開始過濾器恢復過程后的情形下，由于某種原因恢復過程被中斷，在過濾器中留下未燃燒顆粒，即使在完成恢復過程之后測量過濾器的前和后差壓力，由于未燃燒的顆粒所至也不能精確測量殘余的灰分量。
本發明的目的是要提供一種廢氣清潔設備，其能夠解決傳統技術的上述問題。
本發明的目的是要提供一種廢氣清潔設備，其使得能夠精確斷定余留在過濾器中的灰分量。
本發明的目的是要提供一種廢氣清潔設備，其使得能夠在適當的定時代替過濾器。
本發明的公開本發明的特征在于一種廢氣清潔設備，其包括一種過濾器，用于收集包含在內燃引擎廢氣中的顆粒，以及差壓力檢測裝置，檢測過濾器前和后的差壓力，配置為基于前和后差壓力控制過濾器恢復，其包括溫差檢測裝置，用于檢測過濾器容入口端和出口端之間的溫差，確定裝置，用于響應溫差檢測裝置確定過濾器恢復完成的定時，以及估計裝置，用于響應由確定裝置確定過濾器的恢復完成定時，基于差壓力檢測裝置的輸出，估計過濾器中殘余灰分的量。
在基于過濾器前和后溫差已確定過濾器恢復已經完成的定時之后，測量過濾器的前和后差壓力并估計殘余灰分的量，使能夠精確估計不包含未燃燒顆粒的殘余灰分量，使得能夠正確確定替換過濾器的時間。
附圖的簡要說明
圖1是表示用于柴油引擎的本發明的廢氣清潔裝置的一實施例的示意圖。
圖2是表示圖1中所示過濾器控制單元的配置的框圖。
圖3是用于執行第二處理部分中的算法處理的程序的流程圖。
圖4是用于描述過濾器控制單元操作的曲線圖。
實施本發明的的最佳模式為了更為詳細說明本發明，現在將參照附圖對其描述。
圖1是一總體示意圖，表示適用于柴油機引擎的本發明的廢氣清潔設備的一實施例。符號1標記一四缸柴油機引擎，其缸體2-5分別裝有噴嘴6-9。這些噴嘴6-9的的操作由引擎控制單元10控制，使用已知的結構在所需的時間向對應的缸體噴射高壓燃油所需的量。
連接到進氣歧管11進氣道12裝有內冷卻器13和空氣濾清器14。連接到排氣歧管15的排氣道16裝有廢氣清潔設備30。
裝有EGR控制閥17的排氣再循環通道18裝設在進氣道12和排氣道16之間。EGR控制閥17的開口由引擎控制單元10控制的激勵器19調節。這形成一種結構，以此在排氣道16中流動的廢氣部分能夠被計量不返回到進氣歧管11。符號20標記一排氣渦輪增壓器，其由配置在排氣道16內部的排氣渦輪21及配置在進氣道12內部的壓縮機22組成，并由排氣渦輪21驅動。
廢氣清潔設備30包括一氧化催化器31和用于收集顆粒的過濾器32，并這樣排布，使得在排氣道16中流動的廢氣首先流到氧化催化器31，并然后流到過濾器32。氧化催化器31通過在例如由蜂房式結構的堇青石或熱阻鋼構成的支架的表面形成活化的鋁敷層，并然后向該敷層賦予適當的催化劑活化成分。氧化催化器31的構成是為了使廢氣中的NO氧化為NO2，并還使廢氣中的HC與CO氧化以產生O和CO2。
過濾器32例如由多孔的堇青石或多個金剛砂胞，交替平行形成有密封的入口胞與密封的出口胞形成，所謂壁流型蜂房式或纖維型過濾器構成纏繞在帶孔的不銹鋼管外圍的陶瓷纖維層，收集廢氣中的顆粒。
過濾器32的入口端(前)和出口端(后)分別裝有第一和第二壓力傳感器33和34，用于檢測每一廢氣的壓力。指示過濾器32入口端處廢氣壓力P1的第一壓力信號S1，從第一壓力傳感器33輸出，且指示過濾器32出口端處廢氣壓力P2的第二壓力信號S2，從第二壓力傳感器34輸出。
此外，過濾器32的入口端(前)和出口端(后)分別裝有第一和第二溫度傳感器36和37，用于檢測每一廢氣溫度。指示過濾器32入口端處廢氣溫度T1的第一溫度信號S3，從第一壓力傳感器36輸出，且指示過濾器32出口端處廢氣壓力T2的第二溫度信號S4，從第二溫度傳感器37輸出。
符號35標記一流率傳感器，用于檢測排氣道16中流動的廢氣流率。來自流率傳感器35的廢氣流率信號F，與第一壓力信號S1，第二壓力信號S2，第一溫度信號S3，第二溫度信號S4一同輸入到過濾器控制單元40。
過濾器控制單元40是廢氣清潔設備30的組成元件。過濾器控制單元40作為使用微型計算機40A的一計算機控制系統構成。在過濾器控制單元40中，估計由過濾器32收集的累積的顆粒量，并基于估計的結果，進行用于恢復過濾器32的過濾器控制。過濾器控制單元40還配置為，當過濾器32的恢復完成時，估計過濾器32中的殘余灰分量，并基于灰分殘余量的估計結果，進行處理以提示對過濾器32的替換。
圖2是一框圖，表示過濾器控制單元40的功能構成。過濾器控制單元40具有第一處理部分41，其估計由過濾器32收集的累積的顆粒量，并確定是否應當執行過濾器恢復過程，以及第二處理部分42，其在確認過濾器32是否已完成恢復之后，估計在過濾器32中已累積的殘余灰分量，并確定用于替換過濾器32的定時。
在第一處理部分41，響應第一壓力信號S1和第二壓力信號S2，計算過濾器32的前和后差壓力ΔP(＝P1-P2)，并基于這樣獲得的前和后差壓力ΔP的值估計過濾器32中累積顆粒的量。根據這一估計結果，確定過濾器32是否應當被恢復。當第處理部分41確定過濾器32應當被恢復時，從第一處理部分41輸出一恢復啟動信號K1，并發送到第二處理部分42和恢復控制部分43。
第一壓力信號S1，第二壓力信號S2，第一溫度信號S3和第二溫度信號S4輸入到第二處理部分42，在此作出恢復過濾器32的處理操作完成的定時確定，并當恢復過濾器32的處理操作已完成時執行算法處理，用于從過濾器32的前和后差壓力ΔP估計過濾器32中的殘余灰分量。響應由第二處理部分42作出的過濾器32的恢復已完成的定時的確定，輸出并向恢復控制單部分43發送一恢復完成信號K2。當第二處理部分42確定估計的殘余灰分的量的值已電鍍規定水平時，從第二處理部分42輸出一促使替換過濾器的替換警告信號K3，并發送到顯示部分44，其以適當的格式顯示規定消息，提示操作者替換過濾器。
響應恢復啟動信號K1，恢復控制部分43向引擎控制單元10輸出一恢復控制信號CS作為控制引擎操作的一信號，為恢復過濾器32以提高廢氣溫度。
響應來自恢復控制部分43的恢復控制信號CS，引擎控制單元10向燃油噴射定時施加一大的延遲，使得燃油噴射在每一汽缸壓縮頂部死點后發生，從而把廢氣溫度提高到燃燒顆粒所需的溫度。當向恢復控制部分43輸入恢復完成信號K2時，恢復控制信號CS的輸出停止，且引擎控制單元10停止控制引擎控制過濾器恢復，并返回正常驅動控制操作。
符號45標記一EEPROM，用于存儲來自第二處理部分42獲得的數據中所需數據。
以下，將參照圖3對第二處理部分42作出詳細說明。圖3是一流程圖，表示用于執行在第二處理部分42中所需算法處理的算法處理程序。該算法處理程序在微型計算機40A中執行，在此其響應恢復啟動信號K1的輸入被啟動。首先在步驟S11，指示過濾器32的過濾器前(入口)溫度T1的第一溫度信號S3，與指示過濾器32的過濾器后(出口)溫度T2的第二溫度信號S4，用作為計算在過濾器32的入口和出口端的溫差ΔT(＝T1-T2)的基礎，且該過程進入步驟S12。
當響應恢復啟動信號K1恢復控制信號CS已輸出，從而廢氣溫度已提高到燃燒過濾器32中累積的顆粒的溫度，且顆粒的燃燒已完全完成時，廢氣通過過濾器上其溫度稍微降低這一事實用來在步驟S12確定顆粒的燃燒是否已完全完成。在步驟S12，確定在步驟S11計算的溫差ΔT(＝T1-T2)是否大于規定的值M。如果顆粒的燃燒已完全完成，則溫差ΔT將小于M，且步驟S12的確定結果將為NO，并且過程將返回步驟S11。步驟S11和S12的執行重復進行直到溫差ΔT變為大于M。當溫差ΔT變為大于M時，確定顆粒的燃燒已完全完成，且步驟S12的確定結果變為YES，并且該過程進入步驟S13。M的值可基于實驗等適當設置。
在步驟S13，進行用于輸出恢復完成信號K2的輸出以結束過濾器32的恢復的過程。在下一個步驟S14，為了基于過濾器32的前和后差壓力(過濾器32入口和出口端之間的壓力差)估計累積在過濾器32中的殘余灰分量，基于第一壓力信號S1和第二壓力信號S2計算這時過濾器32的前和后差壓力ΔP(＝P1-P2)。為估計殘余灰分量過濾器32恢復每次獲得的前與后差壓力ΔP值存儲在EEPROM 45。
以下在步驟S15，這時為估計殘余灰分量所計算的前和后差壓力ΔP(n)，與前一次計算的為估計殘余灰分量所計算的前和后差壓力ΔP(n-1)，以確定差值ΔP(n)-ΔP(n-1)是否小于一預定值K。值K表示由一次恢復產生的殘余灰分量增加的上限值。如果ΔP(n)-ΔP(n-1)＜K，則這時由恢復產生的殘余灰分量中的增加不多于K，且ΔP(n)是一適當的值，于是步驟S15確定的結果為YES，且該過程進入步驟S16。在步驟S16，確定前和后差壓力ΔP(n)是否小于給定的差壓力閾值PX。差壓力閾值PX表示在過濾器32中累積的殘余灰分量迫使過濾器替換的前和后差壓力ΔP的水平。如果ΔP(n)≥PX，則步驟S16確定的結果為YES，且過程進入步驟S17，在此輸出催促過濾器替換的替換警告信號K3。
在下一個步驟S18，在步驟S14這時獲得的前和后差壓力ΔP(n)存儲在EEPROM 45，且程序的執行終止。如果在步驟S16ΔP(n)＜PX，則過濾器32中累積的殘余灰分量低于過濾器必須替換的水平，于是步驟S16確定的結果為NO，該過程進入步驟S18而不執行步驟S17，這時在步驟S14獲得的前和后差壓力ΔP(n)存儲在EEPROM 45，且程序的執行終止。
在步驟S15，如果ΔP(n)-ΔP(n-1)≥K，這時由恢復產生的殘余灰分量多于K，并確定這時獲得的ΔP(n)的可靠性有問題，于是步驟S15確定的結果為NO，且過程進入步驟S19。就是說，如果在步驟S15確定ΔP(n)-ΔP(n-1)≥K，則有高度可能性未燃燒的顆粒余留在過濾器32中，這種情形下可認為過濾器32的前和后差壓力是由于殘余灰分和未燃燒的顆粒所至。因而確定，不能基于這一差壓力ΔP(n)精確估計殘余灰分量，先前的前和后差壓力ΔP(n-1)存儲在EEPROM 45，且程序的執行終止。
現在將參照圖4說明具有上述結構的過濾器控制單元40的操作。圖4是曲線圖，表示過濾器32的前和后差壓力ΔP基于時間的變化，水平軸表示時間t，而垂直軸表示差壓力ΔP。
這表示使用已安裝的新的過濾器開始的情形，前和后差壓力ΔP在時間t＝0為零。隨時間的經過，顆粒累積到過濾器32上，且過濾器32的前和后差壓力上升。當在時間t1第一處理部分41確定前和后差壓力ΔP已達到規定的值PA時，從第一處理部分41輸出恢復啟動信號K1。響應恢復啟動信號K1，恢復控制信號CS從恢復控制部分43輸出，且恢復過濾器32的過程開始。這樣，顆粒被燃燒，降低了過濾器32的前和后差壓力。當在時間t2過濾器32的前和后溫度差ΔT已超過M，并在第二處理部分44確定過濾器的恢復已完成時，從第二處理部分44向恢復控制部分43輸出恢復完成信號43，終止過濾器32恢復過程。這時，前和后差壓力ΔP是對應于殘余灰分量的值Pa(＞0)。確定這一值Pa是否小于規定的值K。如果Pa小于K，則確定不再返回，于是過濾器32中的殘余灰分量被取為對應于值Pa。
隨恢復過程的完成，由過濾器32進行的顆粒收集從前和后差壓力ΔP＝Pa的狀態啟動。在過濾器控制單元40重復上述操作時，過濾器32的前和后差壓力ΔP如實線所示變化。如果即使過濾器32的之后恢復處理前和后差壓力ΔP變為ΔP≥PX，則恢復警告信號K3也從第二處理部分42輸出，促使過濾器32被替換。
如果在時間tn，當第n次恢復過程已完成時，前和后差壓力ΔP＝Pb與在先前的(n-1th)次恢復過程的完成時間的前和后差壓力ΔP＝Pc比較，并且差值Pb-Pc(ΔP(n)-ΔP(n-1))為K或更大，則確定未燃燒的顆粒保留在過濾器32中，這種情形下在第n次恢復過程完成時的前和后差壓力ΔP(n-1)＝Pc存儲在EEPROM 45中。當這時如虛線所示收集由過濾器32恢復時，前和后差壓力ΔP的值從值Pb隨時間經過而增加。
這樣，在已基于前和后過濾器溫度差確定過濾器恢復已完成后，估計已累積在過濾器中的殘余灰分量，使能夠精確估計殘余灰分量而不包含未燃燒的顆粒，使得能夠正確地確定替換過濾器的時間。
而且，在過濾器恢復完成時過濾器的前和后差壓力用作為基準值，以確定下一個過濾器恢復開始的定時，從而使得能夠更精確地估計已累積在過濾器中的顆粒量，且其結果是還能夠正確地確定過濾器恢復啟動的定時。
此外，作為對引擎控制的反饋，殘余灰分量能夠壓力校正燃油噴射量并控制吸入量和壓力。
工業應用如前所述，根據本發明的廢氣清潔設備適用于確定過濾器替換的定時。
權利要求
1.一種廢氣清潔設備，包括一種過濾器，用于收集包含在內燃引擎廢氣中的顆粒，以及差壓力檢測裝置，檢測過濾器前和后的差壓力，配置為響應前和后差壓力控制過濾器恢復，一種廢氣清潔設備，其特征在于包括溫差檢測裝置，用于檢測過濾器入口端和出口端之間的溫差，確定裝置，用于響應溫差檢測裝置確定過濾器恢復完成的定時，以及估計裝置，用于響應由確定裝置確定過濾器的恢復完成定時，基于差壓力檢測裝置的輸出，估計過濾器中殘余灰分的量。
2.如權利要求1中所述的一種廢氣清潔設備，其中確定裝置包括通過比較溫差與預定的值來確定過濾器的恢復是否已完成。
3.如權利要求1中所述的一種廢氣清潔設備，其中通過估計裝置估計殘余灰分量是估計過濾器中的殘余灰分量是否已達到過濾器替換必須的值。
4.如權利要求3中所述的一種廢氣清潔設備，其中在從差壓力檢測裝置獲得的前和后差壓力值的變化量大于一預定值的情形下，估計裝置不估計殘余灰分量。
5.如權利要求4中所述的一種廢氣清潔設備，其中在變化量大于一預定值的情形下，促使變化量大于預定值的前和后差壓力不用作為殘余灰分量的后繼估計的數據。
6.如權利要求3，4或5中所述的一種廢氣清潔設備，其中在過濾器中的灰分量由估計裝置估計為達到必須替換過濾器的值的情形下，顯示器催促過濾器的替換。
全文摘要
在一種廢氣清潔設備(30)中，其中檢測用來收集顆粒的過濾器(32)的前和后壓力差(ΔP)用于過濾器的恢復，在過濾器恢復期間，使用第一溫度傳感器(36)和第二溫度傳感器(37)，過濾器(32)出口部分的溫度低于其入口部分溫度(ΔT＞M)的時間，被確定為過濾器(32)的恢復完成定時。在這一恢復完成時的前和后差壓力(ΔP)的值用來估計過濾器(32)中的殘余灰分量，并當這一估計的殘余灰分量等于或大于預定值(PX)時，輸出替換警告信號(K3)催促替換過濾器。
文檔編號F01N13/02GK1568400SQ0380126
公開日2005年1月19日 申請日期2003年8月8日 優先權日2002年8月12日
發明者浜畑敏宏, 谷田祥子, 長谷川徹 申請人:株式會社博世汽車系統