廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法

專利名稱：廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)具有連續(xù)再生型柴油顆粒過濾器，從而凈化從發(fā)動機排出的廢氣。
背景技術：
關于從柴油機排出的粒狀物(PMParticulate Matter，以下稱為PM)的排出量，對NOX、CO及HC等的管制每年都被強化。伴隨著這種管制的強化，僅改良發(fā)動機并不能相應對。因此，下述技術被開發(fā)使用被稱為柴油顆粒過濾器(DPFDiesel Particulate Filter，以下稱為DPF)的過濾器來捕集從發(fā)動機排出的PM，從而降低排出到外部的PM的量。
直接捕集所述PM的DPF有陶瓷制的整體蜂窩型壁流式的過濾器及將陶瓷或金屬做成纖維狀的纖維型過濾器等。使用所述DPF的廢氣凈化系統(tǒng)與其他廢氣凈化系統(tǒng)一樣，被設置在發(fā)動機的排氣通道之中，從而凈化由發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣。
DPF中，一旦過濾器捕集PM，排壓便與捕集量成比例上升。因此，有必要通過使其燃燒等來除去被DPF捕集的PM，從而再生DPF。關于所述再生方法提出有各種各樣的方法，有電加熱器加熱型、燃燒器加熱型，逆洗型等。
但是，在使用這些再生方法時，是接受來自外部的能量供給來進行PM的燃燒。因此，存在帶來油耗惡化的問題、再生時控制困難的問題、需要交叉進行PM捕集和PM燃燒(DPF再生)的雙系統(tǒng)的DPF系統(tǒng)的問題。因此，產(chǎn)生系統(tǒng)過大并且復雜的問題。
為了解決這些問題，提出有使用來自發(fā)動機的排氣熱能氧化PM、從而再生DPF的技術。在所述技術中，通過使用氧化催化劑使PM的氧化溫度下降。因此，不必接受來自外部的能量。使用所述技術的DPF系統(tǒng)由于DPF的再生工作基本上是連續(xù)進行而被稱為連續(xù)再生型DPF系統(tǒng)。所述系統(tǒng)具有成為更加簡化的單系統(tǒng)DPF系統(tǒng)的優(yōu)點和對DPF再生的控制被簡化的優(yōu)點。
圖8示出了NO2再生型DPF系統(tǒng)1X的一個例子。所述NO2再生型DPF系統(tǒng)1X是通過NO2(二氧化氮)氧化PM從而再生DPF的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，在普通的壁流式過濾器3Ab的上游配置有氧化廢氣中的NO(一氧化氮)的氧化催化劑3Aa。因此，氧化催化劑3Aa下游的廢氣中的MOX幾乎全部都成為NO2。使用所述NO2氧化由下游一側(cè)的過濾器3Ab捕集的PM，從而成為CO2(二氧化碳)。由此，除去PM。所述NO2由于O2而能障低，所以PM氧化溫度(DPF再生溫度)低。因此，可以在沒有外部能量供應的情況下，通過廢氣中的熱能連續(xù)使PM燃燒。
此外，圖8的E是柴油機，2是排氣通道，4是燃油泵系統(tǒng)，5是電子控制箱，7是蓄電池，8是消音器，9是燃油箱。
此外，圖9示出了改良圖8的NO2再生型DPF系統(tǒng)之后的改良系統(tǒng)1Y。所述改良系統(tǒng)1Y在壁流式過濾器3B的多孔壁面30上涂布有氧化催化劑32A的多孔催化劑涂層31。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在壁流式過濾器3B的壁表面上進行NO的氧化和使用由所述氧化所產(chǎn)生的NO2的PM的氧化。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)被簡化。
并且，圖10示出了另外的系統(tǒng)1Z。在所述系統(tǒng)1Z中，在壁流式過濾器3C的多孔壁面30上涂布有氧化催化劑32A和氧化物等的PM氧化催化劑32B的多孔催化劑涂層31。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，積蓄在過濾器3C上的PM在低溫下燃燒，從而DPF被連續(xù)再生。
并且，在這些帶催化劑的DPF系統(tǒng)中，通過利用由催化劑及NO2所引起的PM的氧化反應，與普通的過濾器相比降低了PM氧化開始溫度。因此，可以連續(xù)再生DPF。
但是，即使降低PM氧化開始溫度，還是需要350℃左右的排氣溫度。因此，在低負載運轉(zhuǎn)及怠速運轉(zhuǎn)等下，由于排氣溫度低，所以不產(chǎn)生PM的氧化及DPF的自我再生。因此，在所述怠速或低負載等發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)持續(xù)的情況下，即使PM積蓄，也不會進入PM被氧化的狀態(tài)。因此，導致排壓上升、油耗的惡化。此外，還存在發(fā)生發(fā)動機停止等故障的可能性。
因此，在這些連續(xù)再生型DPF系統(tǒng)中設定再生DPF所必需的條件。通過從發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件計算出對過濾器的PM積蓄量或者從與PM積蓄量對應的過濾器壓損中推測出PM積蓄量，來進行是否滿足所述條件的判斷。并且，在滿足所述條件時，進行用于再生DPF的控制。通過所述控制，強制使排氣溫度上升，從而強制使積蓄的PM燃燒來除去PM。
并且，為了強制使PM燃燒，在連續(xù)再生型DPF系統(tǒng)中使用共軌噴射等的電子控制式燃料噴射系統(tǒng)，來進行用于下述DPF再生的控制。
首先，進行延遲多級噴射。所述噴射是在主噴射的前階段進行的少噴射量的多級噴射和主噴射的過度延遲的組合。通過所述噴射，使排氣溫度上升到氧化催化劑的活性溫度以上。
在由所述延遲多級噴射所引起的排氣溫度上升以后，返回到普通的噴射控制，從而通過后噴射或排氣管內(nèi)噴射等向排氣管內(nèi)追加輕油等燃料(HC)。使用配置在上游一側(cè)的氧化催化劑使所述燃料燃燒。通過所述燃燒，使流入配置在下游一側(cè)的過濾器中的廢氣的溫度升溫到被積蓄的PM強制燃燒的溫度以上。由此，強制燃燒并除去積蓄在DPF內(nèi)的PM。
此外，其他的方法也被提出。在所述方法中，在由多級噴射進行廢氣升溫的同時，并用排氣節(jié)流法。通過所述并用，使發(fā)動機的排壓上升，從而增加在進氣行程殘留的廢氣，并且，使廢氣升溫。通過所述廢氣的高溫化，使噴射燃料的著火性能和燃燒性能提高。由此使排氣溫度上升。
采用所述方法的柴油機排氣凈化裝置在日本專利文獻特開平04-81513號公報中被提出。在所述裝置中，在捕集過濾器(DPF)的下游一側(cè)設置排氣節(jié)流閥。并且，在再生過濾器的過程中控制排氣節(jié)流閥的閥開度，使排氣溫度保持在預定的再生溫度范圍內(nèi)，即DPF的入口排氣溫度達到預定溫度。
但是，在用于再生使用這些排氣節(jié)流閥和多級噴射的現(xiàn)有技術中的DPF的控制中，在進行用于再生的控制運轉(zhuǎn)時，存在扭矩變動變大的問題。此外，在所述控制中，存在產(chǎn)生白煙的問題。
即，在用于所述再生的控制運轉(zhuǎn)時，通過并用排氣節(jié)流閥的多級噴射使排氣溫度上升到氧化催化劑的活性溫度以上，此后，返回普通的噴射控制。因此，在返回所述的普通噴射控制時，產(chǎn)生由排壓的急速變化引起的扭矩變動和由噴射時間的大變化引起的扭矩變動。此外，由于進入氧化催化劑的廢氣溫度比進行普通噴射時低，所以有時必須從普通噴射控制再次返回到并用排氣節(jié)流閥的多級噴射。但是，在這種情況下也產(chǎn)生扭矩的變動。
此外，在從并用排氣節(jié)流閥的多級噴射向普通噴射控制切換時，有時由于噴射量的變化而引起HC、白煙的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)在連續(xù)再生型DPF中，在用于再生DPF的控制運轉(zhuǎn)中，扭矩的變動少，還可防止白煙的產(chǎn)生。
用于實現(xiàn)上述目的的廢氣凈化系統(tǒng)具有設置在內(nèi)燃機的排氣通路上捕集粒狀物的過濾器、設置在所述過濾器上游一側(cè)的氧化催化劑、設置在所述氧化催化劑上游一側(cè)或所述過濾器下游一側(cè)的排氣節(jié)流閥、設置在所述氧化催化劑的入口的第一排氣溫度傳感器、設置在所述氧化催化劑和所述過濾器之間的第二排氣溫度傳感器、使過濾器再生的控制裝置，其中，具有如下結(jié)構(gòu)所述控制裝置在進行使過濾器再生的控制時，當由所述第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度為預定的第一判定溫度以下時，關閉所述排氣節(jié)流閥并進行延遲多級噴射控制，從而使廢氣升溫，在由所述第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度升溫到預定的第二判定溫度以上之后，進行階段性地或連續(xù)地打開所述排氣節(jié)流閥的控制，使由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度達到預定的第三判定溫度以上。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在用于再生DPF的控制中，在氧化催化劑入口的排氣溫度低于氧化催化劑的活性溫度等的第一判定溫度時，進行如下的過程。即，在使排氣溫度升溫時，通過排氣節(jié)流，可以使最初進行噴射的噴射時期的不點火界限大幅延遲。并且，可以增加噴射量。由此，使初期產(chǎn)生的火焰變大。由此，可以使其后傳播火焰的能力提高，從而可以使包括稀薄混合氣在內(nèi)都完全燃燒。因此，可以防止白煙的產(chǎn)生及不點火的產(chǎn)生，從而可以高效并大幅提高排氣溫度。
并且，即使氧化催化劑入口的排氣溫度為氧化催化劑的活性溫度等的第二判定溫度以上的情況，也不返回普通的噴射控制，而是繼續(xù)并用排氣節(jié)流的延遲多級噴射，并階段性地或連續(xù)地調(diào)整排氣節(jié)流閥的開度。由此，控制燃燒室內(nèi)的燃燒狀態(tài)。通過控制所述燃燒狀態(tài)，調(diào)整在氧化催化劑中使其燃燒的HC對廢氣中的供應量。根據(jù)所述供應量來控制DPF入口的排氣溫度。因此，可以回避排壓的急劇變化、噴射時期的急劇變化及噴射量的急劇變化。并且，可以防止輸出扭矩的變動及白煙的發(fā)生。
并且，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，具有如下結(jié)構(gòu)當所述氧化催化劑的入口排氣溫度升溫到所述第二判定溫度以上之后，在由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度達到所述第三判定溫度以上的情況下，階段性地或連續(xù)地關閉所述排氣節(jié)流閥。
此外，具有如下結(jié)構(gòu)當所述氧化催化劑的入口排氣溫度升溫到所述第二判定溫度以上之后，在由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度達到比所述第三判定溫度高的預定的第四判定溫度以上的情況下，解除所述排氣節(jié)流閥及延遲多級噴射控制。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，可以限制排氣溫度的上升。因此，可以避免積蓄在DPF中的PM失控燃燒，同時，可以節(jié)約用于排氣溫度上升的燃料。
此外，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，具有如下結(jié)構(gòu)在所述DPF的再生控制時，當由所述第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度高于所述第一判定溫度時，進行打開所述排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射控制，從而使廢氣升溫，使得由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度比所述第三判定溫度高。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在有必要強制再生DPF時，當發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的排氣溫度比預定的第一判定溫度還高時，通過不進行排氣節(jié)流的延遲多級噴射來升溫廢氣。因此，與每次強制再生DPF都進行排氣節(jié)流的系統(tǒng)相比，顯著減少了油耗。因此，可以在低油耗下高效燃燒除去積蓄在DPF中的PM。
此外，第一判定溫度和第二判定溫度是與由第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度和氧化催化劑的活性溫度相關的溫度。這些判定溫度由于測量地點的關系及記錄的關系而與實際的氧化催化劑的溫度不同，因此嚴格來說，與氧化催化劑的活性溫度不同。但是，為了簡化控制，最好使第一判定溫度是比氧化催化劑的活性溫度稍高的溫度。此外，最好使第二判定溫度是氧化催化劑的活性溫度。
此外，第三判定溫度也是與由第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度和氧化催化劑的活性溫度相關的溫度。該判定溫度也由于測量地點的關系及記錄的關系而與實際的PM燃燒開始溫度不同，因此嚴格來說，與PM的燃燒開始溫度不同。但是，為了簡化控制，最好使第三判定溫度為積蓄在過濾器中的粒狀物開始燃燒的排氣溫度。
并且，使用載持有氧化催化劑、PM氧化催化劑、氧化催化劑和PM氧化催化劑中的任一的過濾器形成所述過濾器。根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，與沒有載持有催化劑的情形相比，可以使積蓄在過濾器內(nèi)的粒狀物開始燃燒的排氣溫度變低。因此，可以提高油耗。
并且，根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)，即使在現(xiàn)有技術中，由于排氣溫度低，所以不能強制燃燒積蓄在過濾器中的PM的怠速或低負載領域的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以進行用于高效再生PM的PM燃燒。即，通過并用排氣節(jié)流的延遲多級噴射和根據(jù)排氣節(jié)流的開度調(diào)整而進行的排氣溫度調(diào)整，謀求噴射燃料的著火性能及燃燒性能的提高。由此，可以在避免扭矩變動的產(chǎn)生及極端的白煙的產(chǎn)生的同時，進行不僅對氧化催化劑上游一側(cè)的排氣溫度的變化，并且對下游一側(cè)的排氣溫度的變化也可敏感應對的廢氣升溫控制。因此，在廢氣升溫所需的燃料少的狀態(tài)下，可以高效地對廢氣大幅升溫。并且，可以進行用于高效再生PM的PM燃燒。
因此，成為具有連續(xù)再生型DPF的廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)在用于再生DPF的再生控制時，扭矩的變動少，并且還可以防止白煙的產(chǎn)生。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的的發(fā)動機部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的控制系統(tǒng)圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的再生控制流程的示意圖；圖5為圖4的一部分的控制流程的示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的再生控制中的多級噴射的一個例子的示意圖；圖7為實施例的氧化催化劑溫度和廢氣的過濾器入口溫度的示意圖；圖8為表示現(xiàn)有技術的廢氣凈化系統(tǒng)的一個例子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖9為表示現(xiàn)有技術的廢氣凈化系統(tǒng)的另一個例子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖10為表示現(xiàn)有技術的廢氣凈化系統(tǒng)的另一個例子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
以下，參考

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)。此處，例示有具有連續(xù)再生型DPF(柴油顆粒過濾器)的廢氣凈化系統(tǒng)，所述連續(xù)再生型DPF由氧化催化劑(DOC)和催化劑過濾器(CSF)的組合而構(gòu)成。
圖1及圖2示出了該實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。在所述廢氣凈化系統(tǒng)1中，在連接在柴油機E的排氣歧管的排氣通道(排氣管)2上設置有連續(xù)再生型DPF3。所述連續(xù)再生型DPF3的結(jié)構(gòu)為在上游一側(cè)具有氧化催化劑3Aa，在下游一側(cè)具有帶催化劑過濾器3Ab。
所述氧化催化劑3Aa是在多孔陶瓷的蜂窩式結(jié)構(gòu)等載體上載有鉑(Pt)等氧化催化劑所形成的。此外，帶催化劑過濾器3Ab由整體蜂窩型壁流式的過濾器形成，所述整體蜂窩型壁流式的過濾器交錯封閉多孔陶瓷的蜂窩式通道的入口與出口。在所述過濾器的一部分上載有鉑等氧化催化劑或氧化鈰等PM氧化催化劑。在所述帶催化劑過濾器3Ab中，廢氣G中的PM(粒狀物)被多孔的陶瓷壁捕集(trap)。
在所述連續(xù)再生型DPF3的下游一側(cè)的排氣通道2上設置有用于進行排氣節(jié)流的排氣節(jié)流閥(排氣制動器)31。并且，為了推出帶催化劑過濾器3Ab的PM的堆積量，在連接連續(xù)再生型DPF3前后的導通管上設置有差壓傳感器21。此外，為了進行用于再生帶催化劑過濾器3Ab的控制，在廢氣凈化系統(tǒng)1上具有設置在氧化催化劑3Aa的上游一側(cè)的氧化催化劑入口排氣溫度傳感器(第一排氣溫度傳感器)22和位于氧化催化劑3Aa的下游一側(cè)并設置在帶催化劑過濾器3Ab的上游一側(cè)的過濾器入口排氣溫度傳感器(第二排氣溫度傳感器)23。
這些傳感器的輸出值被輸入到控制裝置(電控箱ECU發(fā)動機控制單元)5。所述控制裝置5進行發(fā)動機E運轉(zhuǎn)的整體控制，同時進行帶催化劑過濾器3Ab的再生控制。此外，根據(jù)從所述控制裝置5輸出的控制信號，控制進氣門11等，所述進氣門11被設置在發(fā)動機E的燃油噴射閥15、排氣節(jié)流閥31或進氣通道6上，用于調(diào)整進氣歧管的進氣量。
所述燃油噴射閥15連接共軌噴射系統(tǒng)(圖中未示)，所述共軌噴射系統(tǒng)暫時存儲被燃油泵(圖中未示)升壓后的高壓燃料。并且，為了發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，PTO的開關的ON/OFF、起動電路切斷開關的ON/OFF、車速、冷卻水溫度，發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)，負載(加速踏板的開度)等信息也被輸入到控制裝置5。
在所述結(jié)構(gòu)中，進入空氣A在進入通道6中經(jīng)由渦輪增壓器17的壓縮機17a和中冷器12，由進氣門11調(diào)整進氣量之后，進入氣缸13內(nèi)的燃燒室14。在所述燃燒室14上設置有燃油噴射閥15。通過來自所述燃油噴射閥15的燃油噴射，燃料和進入空氣A混合。所述混合氣通過活塞18的壓縮自然發(fā)火而燃燒，從而產(chǎn)生廢氣G。所述廢氣G經(jīng)由排氣通道2的渦輪增壓器17的渦輪機17b，進入連續(xù)再生型DPF3。廢氣G在連續(xù)再生型DPF3中成為被凈化后的廢氣Gc，并通過排氣節(jié)流閥31經(jīng)由消音器8被排放到大氣中。
接著，說明用于再生所述廢氣凈化系統(tǒng)1中的DPF的控制。用于再生所述DPF的控制通過圖3所示的控制系統(tǒng)，按照圖4及圖5所示的控制流程來進行。所述控制流程顯示為從主控制流程中反復調(diào)用執(zhí)行的控制流程。
即，若伴隨著發(fā)動機的起動而控制發(fā)動機整體的主控制程序開始，則被從所述主控制程序調(diào)用的圖4的控制流程開始。并且，若執(zhí)行所述控制流程之后返回主控制程序，則再次被從主控制程序調(diào)用。并且，直到主控制流程結(jié)束為止，反復執(zhí)行所述圖4的控制流程。
并且，若所述圖4的控制流程開始，則在步驟S11中，在預定的時間(與進行“再生控制開始”判斷的時間間隔相關的時間)期間進行普通的運轉(zhuǎn)控制。在所述普通的運轉(zhuǎn)控制中，不進行用于再生的強制燃料噴射等，而是根據(jù)由所要求的發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)及負載決定的燃料噴射、EGR控制、進氣節(jié)流、排氣節(jié)流等，來控制發(fā)動機。
在接著的步驟S12中，進行是否為“再生控制開始”的判斷。所述判斷根據(jù)差壓傳感器21的差壓ΔP是否超過預定的差壓判定值(用于DPF再生開始)ΔP0來判斷。所述差壓判定值ΔP0是表示在帶催化劑過濾器3Ab中的PM的積蓄量達到界限從而有必要再生的差壓的值。
在所述步驟S12的“再生控制開始”的判斷中，當差壓ΔP沒有超過差壓判定值ΔP0時，即在不是“再生控制開始”的情況下，返回步驟S11，從而進行普通的運轉(zhuǎn)控制，并且反復進行，直到差壓ΔP超過差壓判定值ΔP0為止。
并且，在所述步驟S12的“再生控制開始”的判斷中，當差壓ΔP超過差壓判定值ΔP0時，進入步驟S20。在所述步驟S20中，進行對氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1的檢查。當排氣溫度T1不是預定的第一判定溫度Ta’時，進入步驟S30，從而進行第一DPF再生控制。所述預定的第一判定溫度Ta’是與氧化催化劑3Aa的活化相關的溫度，一般來說是氧化催化劑3Aa的活性溫度Ta，但也可以是其他的溫度，例如比活性溫度Ta稍高的溫度(例如210℃)等。
在所述第一DPF再生控制中，排氣節(jié)流閥31保持全開的狀態(tài)進行后噴射。在所述后噴射中向排氣通道2內(nèi)提供HC(燃料)，并且使用氧化催化劑3Aa使所述HC燃燒。由此，使帶催化劑過濾器3Ab的入口排氣溫度T2上升到被積蓄的PM的強制燃燒溫度以上，從而強制燃燒PM將其除去。
并且，在所述步驟S30中，在預定的時間(與進行“再生控制終止”判斷的時間間隔相關的時間)期間進行步驟S31的第一DPF再生控制。并且，在接著的步驟S32中，進行是否為“再生控制終止”的判斷。所述判斷根據(jù)差壓傳感器21的差壓ΔP是否超過預定的差壓判定值(用于PM再生終止)ΔP1來判斷。所述差壓判定值ΔP1是表示在帶催化劑過濾器3Ab中的PM的積蓄量減少從而可以再次開始PM捕集的狀態(tài)的差壓的值。
在所述步驟S32中，當判斷為不是“再生控制終止”時，返回到步驟S20，從而一邊反復進行步驟S31的第一DPF再生控制，一邊進行PM的燃燒去除。并且，在步驟S32中，當判斷為是“再生控制終止”時，進入“返回”，從而返回到主控制流程。
此外，在步驟S20的對氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1的檢查中，當由氧化催化劑入口排氣溫度傳感器22檢測出的排氣溫度T1低于預定的第一判定溫度Ta’(此處為210℃)時，進入從步驟S40到步驟S50，從而進行第二DPF的再生控制。在步驟S40中，在預定的時間(與進行“排氣溫度T1的判斷”的時間間隔相關的時間)期間進行步驟S41的并用排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射控制。進行所述控制，直到在接著的步驟S42的對氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1的檢查中，排氣溫度T1達到第二判定溫度Ta(活性溫度，例如200℃)以上為止。并且，在第二判定溫度Ta以上的情況下，進行步驟S50的過濾器入口排氣溫度T2的調(diào)整控制，從而進行PM的強制燃燒。在所述步驟S50中，根據(jù)圖5所示的控制流程，進行延遲多級噴射和排氣節(jié)流閥31的開關控制。
即，在步驟S40的并用排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射控制中，使排氣溫度T1上升到第二判定溫度Ta以上。其后，在步驟S50中調(diào)整排氣節(jié)流閥的開度，使排氣溫度T1維持在第二判定溫度Ta以上，并且向氧化催化劑3Aa提供使廢氣升溫所需的HC。由此，過濾器入口排氣溫度T2達到PM強制燃燒溫度以上。
在所述步驟S50中，在步驟S51進行帶催化劑過濾器3Ab的入口排氣溫度T2是否低于預定的第三判定溫度(PM強制燃燒下限溫度，例如500℃)Tb1的判斷。在所述判斷中，當由過濾器入口排氣溫度傳感器23所檢測出的排氣溫度T2低于第三判定溫度Tb1時，在步驟S52使排氣節(jié)流閥31僅打開預定角度(Δα)(α＝α+Δα)，并在預定的時間(與進行“排氣溫度T2的判斷”的時間間隔相關的時間)期間進行延遲多級噴射控制，從而進入步驟S56。此外，當排氣溫度T2為第三判定溫度Tb1以上時，在步驟S53進行排氣溫度T2是否為預定的第四判定溫度(PM強制燃燒上限溫度，例如650℃)Tb2的判斷。
在所述步驟S53中，當排氣溫度T2低于第四判定溫度Tb2時，在步驟S54使排氣節(jié)流閥31關閉預定角度(Δα)(α＝α-Δα)，并在預定的時間(與進行“排氣溫度T2的判斷”的時間間隔相關的時間)期間進行延遲多級噴射控制，從而進入步驟S56。此外，當排氣溫度T2為第四判定溫度Tb2以上時，在步驟S55解除排氣節(jié)流及延遲多級噴射控制，從而進入步驟S56。
此外，所述第三判定溫度Tb1和第四判定溫度Tb2都是與積蓄在帶催化劑過濾器3Ab上的PM的強制燃燒開始溫度有關的溫度。并且，所述溫度是由承載在帶催化劑過濾器3Ab上的催化劑的種類而決定的溫度。第三判定溫度Tb1是足以使積蓄在帶催化劑過濾器3Ab上的PM開始燃燒的溫度的下限排氣溫度。第四判定溫度Tb2是可以防止積蓄在帶催化劑過濾器3Ab上的PM開始失控燃燒的排氣溫度，及在排氣溫度、燃料消耗和PM燃燒去除的關系中高效地燃燒并除去PM的上限排氣溫度。
在步驟S56中進行是否為“再生控制終止”判斷。所述判斷與步驟S32的判斷相同。當在步驟S56中判斷為不是“再生控制終止”時，返回到步驟S51。并且一邊反復進行步驟S51～步驟S56，一邊繼續(xù)進行控制，使得排氣溫度T2為Tb1≤T2＜Tb2，從而進行PM的燃燒去除。并且，當PM的燃燒去除被進行，帶催化劑過濾器3Ab的再生充分，從而在步驟S56的判斷中判斷為是“再生控制終止”時，進入“返回”，從而返回到主控制流程。
并且，若返回主控制流程，則反復調(diào)用圖4的控制流程，從而重復從圖4的“開始”到“返回”的控制，直到發(fā)動機停止為止。
接著，說明本發(fā)明的并用排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射控制。在以下說明中，說明如圖6所示的三級(輔助噴射兩次，主噴射一次)的多級噴射，但也可以為更多級的噴射。
在發(fā)動機E的運轉(zhuǎn)中，為了使排氣溫度上升，要進行打開排氣節(jié)流閥31的排氣節(jié)流。由此，發(fā)動機出口的排氣歧管壓力上升。通過所述排壓上升，排氣行程的廢氣排出量急劇減少，從而排氣效率銳減。
在接下來的進氣行程中，殘留在氣缸13的燃燒室14內(nèi)的廢氣量急劇增加。但是，用于噴油時間的延遲，廢氣的溫度在某種程度上上升。因此，在進氣行程中在燃燒室14內(nèi)殘留有高溫并且大量的廢氣。
在接下來的壓縮、燃燒行程中，燃燒室14內(nèi)的溫度進一步提高。此時，若進行多級噴射的最初一個階段的噴射，則即使是極度的延遲噴射也可以得到可靠的著火。從而可以進一步發(fā)展到可靠的燃燒。因此，即使通過極度的延遲噴射來增加噴射量，由于被轉(zhuǎn)換為扭矩的燃燒能量極少，所以可以以低扭矩變動得到大的初期燃燒。此外，通過可靠燃燒所述第一階段噴射中的被增加的燃料，即使在膨脹行程的中途，燃燒室14內(nèi)也可以保持高溫。
此時，若進一步增加噴射量從而進行第二階段的噴射，則即使所述噴油時間是低壓的膨脹行程的后期，也會產(chǎn)生著火燃燒。由于此加熱，廢氣被升溫，進而燃燒室14內(nèi)成為高溫。但是，此燃燒能量不會影響扭矩的產(chǎn)生。
接著，在第二階段的噴射燃料活躍燃燒期間進行第三階段的噴射。即使在所述第三階段的噴射(主噴射)中進一步增加噴射量，也不會帶來扭矩的產(chǎn)生，從而可以進一步增強為大火焰。在此排氣門打開期間左右燃燒的主噴射燃料對廢氣的升溫有顯著且大的影響。
接著，例示有發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)為800rpm左右的具體的噴射例子。例如，在排氣溫度達到600℃以上的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)為800rpm左右時，由排氣節(jié)流引起的排壓上升為70kPa以上。此外，最初的第一階段的噴油時期為上止點后20°～30°，最初的第二階段的噴油時期為上止點后35°～50°。所述第二階段噴射的噴油量與第一階段對比為30％到100％左右的增量噴射。
接著，說明用于通過排氣節(jié)流閥31的階段性的開關控制來調(diào)整過濾器入口排氣溫度T2的控制。
通過上述并用排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射，即使對于在燃燒行程的初期殘留有大量高溫廢氣并且被延遲了的噴射，也可以得到可靠的著火燃燒，從而排氣溫度顯著上升。
此處，若打開排氣節(jié)流閥31，則由于排壓的減少，燃燒室14內(nèi)的高溫殘留廢氣漸漸減少，所以噴射燃料的著火燃燒能力下降，從而被噴射的燃料的未燃燒率增加。因此，在廢氣中，作為燃料的HC漸漸增加。在這種情況下，隨著流入廢氣中的HC增加，氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1下降。但是，由于流入氧化催化劑3Aa的HC的量增加，所以若排氣溫度T1為活性溫度Ta以上，則HC在氧化催化劑3Aa中燃燒。因此，氧化催化劑3Aa的尾流的過濾器入口排氣溫度T2上升。
相反，若關閉排氣節(jié)流閥31，則由于排壓的增加，燃燒室14內(nèi)的高溫殘留廢氣漸漸增加，所以噴射燃料的著火燃燒能力漸漸上升，從而被噴射的燃料的未燃燒率減少。因此，在廢氣中，作為燃料的HC漸漸減少。在這種情況下，隨著流入廢氣中的HC減少，氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1上升。但是，由于流入氧化催化劑3Aa的HC的量減少，所以即使排氣溫度T1為活性溫度Ta以上，在氧化催化劑3Aa中燃燒的HC量也減少。因此，氧化催化劑3Aa的尾流的過濾器入口排氣溫度T2下降。
利用該機構(gòu)來控制氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1和提供給氧化催化劑3Aa的HC量，從而控制氧化催化劑3Aa中的HC的燃燒。由此，可以控制氧化催化劑3Aa的尾流的過濾器入口排氣溫度T2。
此外，對所述排氣節(jié)流閥31開度的調(diào)整既可以階段性地進行，也可以連續(xù)地進行。此外，還可以進行反饋控制，使過濾器入口的排氣溫度T2與目標值一致，或在目標范圍內(nèi)。此外，還可以進行下述控制預先將來自試驗等的與發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)及負載等相關的排氣節(jié)流的開度進行映象數(shù)據(jù)化(マツプデ一タ化)，從而參照所述映象數(shù)據(jù)來決定排氣節(jié)流的開度。
在圖7中，作為實施例，進行了在發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)為850rpm的怠速運轉(zhuǎn)時并用排氣節(jié)流的過度延遲多級噴射。在此實施例中，示出了在對用于PM強制再生的排氣節(jié)流閥進行階段性開關控制時的氧化催化劑溫度和過濾器溫度的變化。
在該實施例中，采用三級的多級噴射。并且，若進行排氣節(jié)流，則排壓上升，從而氧化催化劑在開始排氣節(jié)流之后的1分鐘左右達到活性溫度。但是，在進行排氣節(jié)流從而保持關閉排氣節(jié)流閥狀態(tài)的情況下，由于HC的供應量不足，所以過濾器內(nèi)的溫度不會上升到PM的強制燃燒溫度。
其后，若解除排氣節(jié)流從而進行排氣節(jié)流閥的開度控制，則排壓劇減，氣缸內(nèi)燃燒的燃料比例下降，從而對氧化催化劑的HC供應量增加。因此，過濾器入口溫度急速上升，從而上升到PM強制燃燒開始溫度以上。另一方面，氧化催化劑的入口的排氣溫度下降。因此，明確了通過調(diào)整排氣節(jié)流閥的開度，可以控制氧化催化劑溫度、氧化催化劑入口排氣溫度及過濾器入口排氣溫度。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)的廢氣凈化系統(tǒng)1，在差壓傳感器21的差壓上升并超過設定量，從而連續(xù)再生型DPF裝置3的帶催化劑過濾器3Ab的PM積蓄量達到有必要再生的量時，可以如下所述進行帶催化劑過濾器3Ab的再生。
當排氣溫度T1為第一判定溫度Ta’(氧化催化劑3Aa的活性溫度Ta以上的溫度)以上時，可以通過打開了排氣節(jié)流閥31的第一DPF再生控制進行帶催化劑過濾器3Ab的再生。并且，當排氣溫度為極低的溫度等情況下，如怠速等低負載、低轉(zhuǎn)數(shù)的發(fā)動機運轉(zhuǎn)時那樣排氣溫度T1低于第一判定溫度Ta’時，通過對過濾器入口排氣溫度T2的調(diào)整控制，可以進行帶催化劑過濾器3Ab的再生。所述調(diào)整控制是進行作為第二DPF再生控制的并用排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射控制和通過排氣節(jié)流閥的開關控制來調(diào)整開度的控制。
因此，即使在怠速運轉(zhuǎn)等低負載、低轉(zhuǎn)數(shù)時排氣溫度極低的發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過進行并用排氣節(jié)流的多級延遲噴射和排氣節(jié)流的開度調(diào)整，可以同時調(diào)整氧化催化劑3Aa的入口排氣溫度T1和帶催化劑過濾器3Ab的入口溫度T2。并且，使廢氣高效升溫，從而強制燃燒并除去PM，由此，可以再生帶催化劑過濾器3Ab。
因此，可以避免由于持續(xù)的不能再生的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而帶來的PM對帶催化劑過濾器3Ab的過度積蓄。此外，可以防止由所述過度積蓄引起的PM的失控燃燒從而導致的帶催化劑過濾器3Ab的熔損。此外，由于可以抑制由帶催化劑過濾器3Ab的篩孔堵塞引起的排壓上升，所以可以回避由高排壓引起的發(fā)動機熄火等問題的產(chǎn)生，并可以提高油耗。
進而，通過并用排氣節(jié)流的延遲多級噴射，在排氣溫度T1為氧化催化劑3Aa的活性溫度Ta以下的狀態(tài)下，可以回避廢氣中高濃度HC的產(chǎn)生。因此，可以防止HC對氧化催化劑3Aa的積蓄，從而可以防止由積蓄在氧化催化劑3Aa上的HC的劇烈燃燒產(chǎn)生的高溫。因此，可以防止由所述高溫的產(chǎn)生而引起的催化劑的劣化及熔損。
并且，由于根據(jù)排氣溫度T1而反別使用沒有并用排氣節(jié)流的第一DPF再生控制和并用排氣節(jié)流的延遲多級噴射的第二DPF再生控制，所以可以減少排壓的上升時間，從而防止油耗的惡化等。
此外，上述中說明了在帶催化劑過濾器3Ab上載有氧化催化劑和PM氧化催化劑的連續(xù)再生型DPF3，但本發(fā)明也可以適用于在過濾器上載有氧化催化劑或PM氧化催化劑的連續(xù)再生型DPF、未載有催化劑過濾器的連續(xù)再生型DPF。
工業(yè)實用性本發(fā)明提供一種廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)在連續(xù)再生型DPF中，在用于再生DPF的控制時，扭矩的變動少，還可防止白煙的產(chǎn)生。
因此，本發(fā)明可以在具有連續(xù)再生型DPF的廢氣凈化系統(tǒng)中使用，從而可以高效凈化來自搭載有所述廢氣凈化系統(tǒng)的車輛等的廢氣，從而能夠防止大氣污染。
權利要求
1.一種廢氣凈化系統(tǒng)，其具有設置在內(nèi)燃機的排氣通路上捕集粒狀物的過濾器、設置在所述過濾器上游一側(cè)的氧化催化劑、設置在所述氧化催化劑上游一側(cè)或所述過濾器下游一側(cè)的排氣節(jié)流閥、設置在所述氧化催化劑的入口的第一排氣溫度傳感器、設置在所述氧化催化劑和所述過濾器之間的第二排氣溫度傳感器、使過濾器再生的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置在進行使過濾器再生的控制時，當由所述第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度為預定的第一判定溫度以下時，關閉所述排氣節(jié)流閥并進行延遲多級噴射控制，從而使廢氣升溫，在由所述第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度升溫到預定的第二判定溫度以上之后，進行階段性地或連續(xù)地打開所述排氣節(jié)流閥的控制，使由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度達到預定的第三判定溫度以上。
2.如權利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，當所述氧化催化劑的入口排氣溫度升溫到所述第二判定溫度以上之后，在由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度達到所述第三判定溫度以上的情況下，階段性地或連續(xù)地關閉所述排氣節(jié)流閥。
3.如權利要求1或2所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，當所述氧化催化劑的入口排氣溫度升溫到所述第二判定溫度以上之后，在由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度達到比所述第三判定溫度高的預定的第四判定溫度以上的情況下，解除所述排氣節(jié)流閥及延遲多級噴射控制。
4.如權利要求1～3中的任一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，在所述DPF的再生控制時，當由所述第一排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度高于所述第一判定溫度時，進行打開所述排氣節(jié)流閥的延遲多級噴射控制，從而使廢氣升溫，使得由所述第二排氣溫度傳感器檢測出的排氣溫度比所述第三判定溫度高。
5.如權利要求1～4中的任一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，使所述第一判定溫度為所述氧化催化劑的活性溫度以上的溫度，并且使所述第二判定溫度為所述氧化催化劑的活性溫度。
6.如權利要求1～5中的任一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，使所述第三判定溫度為積蓄在所述過濾器中的粒狀物開始燃燒的排氣溫度。
7.如權利要求1～5中的任一項所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，以載持有氧化催化劑、PM氧化催化劑、氧化催化劑和PM氧化催化劑中的任一的過濾器形成所述過濾器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)在連續(xù)再生型DPF(3)中，在用于DPF再生的再生控制運轉(zhuǎn)時，扭矩的變動少，還可防止白煙的產(chǎn)生，為此，結(jié)構(gòu)如下在進行過濾器(3Ab)上游一側(cè)設置有氧化催化劑(3Aa)的連續(xù)再生型DPF(3)的再生控制時，在氧化催化劑(3Aa)的入口排氣溫度(T1)是氧化催化劑的活性溫度(Ta)以下時，關閉設置在排氣通道(2)的排氣節(jié)流閥(3 1)，從而進行延遲多級噴射控制，在使廢氣升溫并且氧化催化劑(3Aa)的入口排氣溫度(T1)升溫到氧化催化劑的活性溫度(Ta)以上之后，階段性地、或連續(xù)地打開排氣節(jié)流閥(31)，使過濾器(3Ab)的入口排氣溫度(T2)達到PM強制燃燒下限溫度(Tb1)以上。
文檔編號F02D41/04GK1795320SQ20048001473
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月27日 優(yōu)先權日2003年5月28日
發(fā)明者我部正志, 田代欣久 申請人:五十鈴自動車株式會社