專利名稱：廢氣凈化系統的控制方法和廢氣凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對柴油發動機等內燃機的廢氣進行連續再生型柴油機微粒過濾器(DPF)所致的粒狀物(PM)的凈化的廢氣凈化系統的控制方法和廢氣凈化系統。
背景技術：
從柴油內燃機排出的粒狀物(PM微粒物以下稱作PM)的排出量與NOx、CO進而HC等一同，其限制在逐年被強化起來，現已開發出一種用稱作柴油機微粒過濾器(DPFDiesel Particulate Filter以下稱作DPF)的過濾器捕集該PM、以降低向外部排出的PM的量的技術。
捕集該PM的DPF具有陶瓷制的整體蜂窩型壁流式過濾器、或將陶瓷或金屬作成纖維狀的纖維型的過濾器等，使用這些DPF的廢氣凈化系統與其他的廢氣凈化系統同樣，被設置在內燃機的排氣通路的途中，將由內燃機產生的廢氣凈化和排出。
對于這些DPF裝置，具有將氧化型催化劑設置在DPF上游側的連續再生型DPF裝置、或者由載持于帶催化劑的過濾器的催化劑作用而降低PM的燃燒溫度并由廢氣燃燒除去PM的連續再生型DPF裝置等。
該上游側氧化型催化劑的連續再生型DPF裝置為，由NO2(二氧化氮)引起的PM的氧化是通過廢氣中的氧來氧化PM，且是在低溫下進行的，并且由氧化型催化劑和過濾器構成，通過該上游側的載持有白金等氧化型催化劑，氧化廢氣中的NO(一氧化氮)成NO2，由該NO2，將由下游側的過濾器捕集的PM氧化成CO2(二氧化碳)，以去除PM。
另外，帶催化劑的過濾器的連續再生型DPF裝置為，由具有氧化鈰(CeO2)等催化劑的帶催化劑的過濾器構成，在低溫區域(300℃～600℃左右)，通過使用了帶催化劑過濾器中的廢氣中的O2(氧氣)的反應(，等)而氧化PM，在比由廢氣中的O2燃燒PM的溫度高的高溫區域(600℃左右以上)，由廢氣中的O2氧化PM。
并且，即使對于該帶有催化劑的過濾器的連續再生型DPF裝置等，也在上游側設置氧化型催化劑，通過廢氣中的未燃HC或CO的氧化反應，防止這些物質向大氣中排放，同時，使后段PM過濾器入口廢氣溫度上升，以促進PM的氧化去除。
可是，即使在這些連續再生型DPF裝置中，廢氣溫度在350℃以上時，由該DPF捕集的PM連續地燃燒和凈化，DPF自身再生，但在排氣溫度低的情況或NO的排出少的內燃機的運轉狀態、例如內燃機的怠速或低負載、低速運轉等低排氣溫度狀態繼續的情況中，因廢氣溫度低，催化劑溫度下降，不活性化，從而不能促進氧化反應，另外，由于NO不足，所以不產生上述的反應，因不能氧化PM且再生過濾器，因此繼續PM向過濾器的堆積，過濾器會發生堵塞。為此，產生由該過濾器的堵塞所致的排壓上升的問題。
對于該過濾器的堵塞，考慮到該堵塞超過預定的堵塞量時，使排氣溫度強制升溫，將所捕集的PM強制燃燒去除的方案。作為該過濾器的堵塞檢測機構，具有由過濾器的前后差壓檢測出的方法或由預先設定的變換數據算出從發動機的運轉狀態捕集的PM量以求出和檢測出PM累積量的方法等，另外，作為排氣溫度的升溫機構，具有汽缸內噴射中的噴射控制所致的方法或向排氣管內直接噴射燃料的燃料控制所致的方法。
該汽缸內噴射控制為，排氣溫度比設置在過濾器上游的氧化型催化劑或載持于過濾器上的氧化型催化劑的活性溫度低時，進行多級噴射，使廢氣升溫，比該活性溫度高時，進行后噴射，由氧化型催化劑燃燒廢氣中的未燃燃料，將廢氣升溫到使捕集到過濾器中的PM燃燒的溫度以上，燃燒去除捕集到過濾器中的PM，以使過濾器再生。即，為一種相對氧化型催化劑供給未燃燃料、促進催化劑自身的氧化活性以提升催化劑后方的廢氣的溫度的方法。
通常，在這些連續再生型DPF裝置中，由過濾器捕集的PM的積蓄量到達預先設定的PM的積蓄界限值時，自動地將內燃機的運轉狀態變更為強制再生運轉以使排氣溫度強制上升，或者，增加NO或NO2的量(例如參照專利文獻1)，進行將由過濾器捕集的PM氧化和去除的再生處理。并且，也提出了一種與該過濾器的再生關聯地、并行進行EGR氣體的回流控制的排氣凈化裝置(例如參照專利文獻2和專利文獻3)。
可是，含有大量的由后噴射或排氣管內直接噴射等進行強制再生控制中的未燃燃料的廢氣流向排氣管內時，使EGR系統(廢氣回流系統)動作，作為廢氣一部分的EGR向進氣側流入時，大量的未燃燃料流入EGR通路和發動機的進氣側通路，因此，可能發生EGR通路的閉塞或由發動機的汽缸蓋的進氣(進入)口露出的進氣閥的固著等，此外，存在著因這些障礙會使發動機破損的問題。
專利文獻1日本專利公開公報2002-70535號專利文獻2日本專利公開公報2003-27921號專利文獻3日本專利公開公報2002-168112號發明內容本發明的目的是提供一種廢氣凈化系統的控制方法和廢氣凈化系統，在連續再生型DPF裝置的強制再生控制之際，防止由供給廢氣中的未燃燃料產生的EGR通路的閉塞或進氣閥的固著等的發生，可防止由此引起的發動機破損。
用于實現上述目的的本發明的廢氣凈化系統的控制方法，該廢氣凈化系統，在具有EGR系統的內燃機的廢氣通路上設置有將廢氣中的粒狀物捕集的過濾器的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置，并且，用于將由所述過濾器捕集的粒狀物強制燃燒并使所述過濾器再生的強制再生時，將未燃燃料向流入所述連續再生型柴油機微粒過濾器裝置的廢氣中供給，其中，在所述強制再生控制時的未燃燃料向廢氣供給時，停止所述EGR系統中的EGR氣體向進氣通路側的回流。
另外，用于實現上述目的的本發明的廢氣凈化系統，在具有EGR系統的內燃機的廢氣通路上設置有將廢氣中的粒狀物捕集的過濾器的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置，并具有在用于將由所述過濾器捕集的粒狀物強制燃燒并使所述過濾器再生的強制再生時、將未燃燃料向流入所述連續再生型柴油機微粒過濾器裝置的廢氣中供給的強制再生控制機構，其中，所述強制再生控制機構在將未燃燃料向廢氣供給時，進行停止所述EGR系統中的EGR氣體向進氣通路側回流的控制。
并且，在上述的廢氣凈化系統中，作為前述的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置，可采用在前述過濾器上游側設有氧化型催化劑的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置、在前述過濾器上載持有氧化型催化劑的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置、將在前述過濾器上載持有催化劑并且在前述過濾器上游側設有氧化型催化劑的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置中的任意一個或其組合。
本發明具有如下的效果。
根據本發明的廢氣凈化系統的控制方法和廢氣凈化系統，在用于將由連續再生型DPF裝置的過濾器捕集的粒狀物強制燃燒并將過濾器強制再生的強制再生中，將未燃燃料向流入連續再生型DPF裝置的廢氣中供給時，由于停止EGR氣體朝發動機的進氣側的回流，所以能夠防止該未燃燃料所致的EGR通路的閉塞或進氣閥的固著等，并能夠防止由此所致的發動機破損。
圖1為示出本發明涉及的實施例的廢氣凈化系統的系統結構圖，圖2為本發明涉及的實施例的廢氣凈化系統的控制機構的結構的示意圖，圖3為本發明涉及的實施例的廢氣凈化系統的再生控制流程的示意圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，以具有氧化型催化劑和帶有催化劑的過濾器組合而成的連續再生型DPF裝置的廢氣凈化系統為例，說明本發明涉及的實施例的廢氣凈化系統的控制方法和廢氣凈化系統。
圖1示出本實施例的內燃機的廢氣凈化系統1的結構。在設有該廢氣凈化系統1的柴油發動機10中，從排氣通路12朝向進氣通路(進氣管)14側設置有EGR閥16的EGR通路15。并且，在該柴油發動機10的排氣通路12上設有連續再生型DPF13。該連續再生型DPF13的結構為，在上游側具有氧化型催化劑(DOC)13a、在下游側具有帶催化劑的過濾器(CSF)13b。
該氧化型催化劑13a為在多孔質陶瓷的蜂窩結構等載持體上載持有白金(Pt)等催化劑金屬而成，帶催化劑過濾器13b為可由使多孔質陶瓷的蜂窩通道入口與出口交替地封孔的整體蜂窩型壁流式過濾器或隨機層疊氧化鋁等無機纖維的毛氈狀的過濾器等形成。在該過濾器的部分上載持有白金或氧化鈰等催化劑。
并且，在帶催化劑的過濾器13b上采用了整體蜂窩型壁流式過濾器時，廢氣G中的PM(粒狀物)由多孔質陶瓷的壁部捕集(捕捉)，采用了纖維型過濾器式時，由過濾器的無機纖維捕集PM。
并且，為了推定帶催化劑的過濾器13b的PM的堆積量，在與連續再生型DPF13的前后連接的導通管上設有差壓傳感器21。另外，用于帶催化劑的過濾器13d的再生控制，在氧化型催化劑13a與帶催化劑的過濾器13b的上游側、中間和下游側分別設有氧化型催化劑入口排氣溫度傳感器22、過濾器入口排氣溫度傳感器23。
這些傳感器的輸出值向對發動機10的運轉進行全面控制、并進行連續再生型DPF13的再生控制的控制裝置(ECU發動機控制單元)30輸入，通過從該控制裝置30輸出的控制信號，來控制用來調整發動機10的燃料噴射裝置(噴嘴未圖示)或EGR通路15的EGR氣體量的EGR閥16。
該燃料噴射裝置與暫時貯存由燃料泵升壓的高壓燃料的共軌噴射系統連接，并且，為了使發動機運轉，也向控制裝置30輸入來自發動機回轉傳感器的發動機轉速和來自節氣門開度傳感器的加速踏板開度等信息、以及車輛速度、冷卻水溫度等信息。
另外，在該發動機10和排氣凈化系統1中，進氣A從進氣通路14進入發動機10的汽缸內，通過與燃料混合并燃燒，以產生廢氣G。該廢氣G的一部分Ge從EGR通路15經過EGR閥16回流進進氣通路14中，其他廢氣G成為經排氣通路12的廢氣凈化裝置13凈化的廢氣Gc而排出。
下面，對該廢氣凈化系統1的控制機構的結構進行說明。在本發明中，如圖2所示，控制裝置30的控制機構10C由控制發動機的運轉的發動機控制機構20C、和廢氣凈化系統1用的柴油機微粒過濾器(DPF)控制機構30C等構成。并且，該DPF控制機構30C由通常運轉控制機構31C、PM捕集量檢測機構32C、和強制再生控制機構33C等構成。
通常運轉控制機構31C特別是一種與連續再生型DPF13的再生無關地進行通常運轉的機構，通過由控制裝置30根據加速踏板開度和發動機轉速而計算的通電時間信號，來進行預定量的燃料從燃料噴射裝置噴射的通常的噴射控制。
PM捕集量檢測機構32C為將由連續再生型DPF13的帶催化劑的過濾器13b所捕集的PM的捕集量ΔPm加以檢測的機構，該捕集量ΔPm的檢測由連續再生型DPF裝置13的前后差壓、或從發動機的回轉速度或負載推定的堆積量的累積計算值、或發動機的回轉累積時間等檢測出。在本實施例中，以連續再生型DPF裝置13的前后差壓、即差壓傳感器21所致的測定值為基礎加以檢測。
強制再生機構33C包括排氣強制升溫機構331C和未燃燃料添加機構332C，前者雖然根據連續再生型DPF13的種類控制上多少有些不同，但在發動機10的汽缸內噴射中進行多級噴射、以使排氣溫度上升到氧化型催化劑13a的活性溫度等預定溫度；后者進行后噴射或排氣管內直接噴射，向廢氣中添加未燃燃料，用氧化型催化劑13a燃燒該未燃燃料，使由過濾器入口排氣溫度傳感器23檢測出的過濾器入口排氣溫度上升到500℃～600℃，以成為適于PM的氧化去除的溫度或環境。并且，通過這兩個機構，強制地燃燒去除由帶催化劑的過濾器13b捕集的PM，并使帶催化劑的過濾器13b強制再生。另外，在排氣強制升溫機構331C中，也有并用進氣節流的情況。
具有上述各機構的DPF控制機構30C被構成為，根據由PM捕集量檢測機構32C檢測出的PM的捕集量繼續通常運轉控制機構31C進行的通常的運轉、或者使強制再生機構33C自動動作。
并且，在本發明中，強制再生機構33C的結構為，通過未燃燃料添加機構332C，向廢氣G中添加未燃燃料時，使EGR閥16全開，使通過EGR通路15流入進氣通路14中的EGR氣體Ge停止。
另外，在不進行后噴射或排氣管內直接噴射等的未燃燃料添加的狀態下，EGR閥15的控制根據發動機1的發動機轉速和發動機負載，選擇成為目標的EGR開度。
下面，對該廢氣凈化系統1的再生控制、特別是進行DPF控制機構30C的強制再生機構33C的動作進行說明。在該廢氣凈化系統1中，根據圖3例示的控制流程，進行通常運轉控制來捕集PM，并且，PM捕集量達到極限時，進行強制再生控制。圖3所示的控制流程示出在發動機鑰匙插通(ON)所致的發動機起動，并且，從全面控制發動機的控制流程中稱作開始，通過發動機鑰匙的拔出(OFF)，進行再生控制的結束作業，返回全面控制發動機的控制流程，與該控制流程的結束一同結束。
在該圖3的控制中，在步驟S10中，通過PM捕集量檢測機構32C，判斷PM的捕集量是否在預定的范圍內、由差壓傳感器21檢測出的差壓ΔPm是否在判斷用差壓值ΔP0以上，在比預定的判斷用差壓值ΔP0小時，還不要進行強制再生控制，在步驟S20中，將通常運轉控制機構31C進行的通常運轉在與判斷強制再生控制的開始的間隔有關的預定時間內進行，在處于預定的判斷用差壓值ΔP0以上時，判斷為需要強制再生控制，在步驟S30中，進行強制再生機構33C的強制再生運轉。
在該步驟S30的強制再生運轉中，在步驟S31中，通過排氣強制升溫機構331C，直到排氣溫度上升到氧化型催化劑13a的活性溫度等預定溫度，才在發動機10的缸內噴射中進行多級噴射。之后，在步驟S32中，由未燃燃料添加機構332C，進行后噴射或排氣管內直接噴射，將未燃燃料添加到廢氣中，由氧化型催化劑13a燃燒，在過濾器入口排氣溫度上升到500℃～600℃時，將由帶催化劑的過濾器13b捕集的PM強制燃燒去除。在本發明中，該步驟S32的未燃燃料添加機構332C使EGR閥16全開，使通過EGR通路15并流入進氣管14的EGR氣體Ge停止。
并且，該強制再生控制直到經過預先設定的預定時間、或由差壓傳感器21檢測出的差壓ΔPm達到預定的再生結束用差壓值ΔP1以下時進行，之后結束。結束后，返回到步驟S10。
通過步驟S10的判斷，選擇步驟S20的通常運轉控制或步驟S30的強制再生運轉控制中任意一個的同時，邊反復進行通常運轉和強制再生運轉，邊進行發動機10的運轉。另外，檢測出發動機鑰匙拔出(OFF)時，發生中斷，將各步驟中的控制中止，進行存儲步驟S40的中止時狀態等的控制結束作業之后，返回全面控制發動機的控制流程并結束工作。
因此，根據該廢氣凈化系統1，未燃燃料向用于使由帶催化劑的過濾器13b捕集的PM強制燃燒并使帶催化劑的過濾器13b強制再生的強制再生控制中的廢氣G供給時，由于停止了EGR氣體Ge的回流，能夠防止該未燃燃料的流入所致的EGR通路15的閉塞或進氣閥的固著等，并能夠防止由此導致的發動機破損。
另外，在上述說明中，作為在廢氣凈化系統中的DPF裝置，以在過濾器上載持有催化劑、并且在該過濾器上游側設置有氧化型催化劑的連續再生型DPF裝置為例進行了說明，但本發明并不限于此，也可適用于只有過濾器的DPF裝置、在過濾器上載持有氧化型催化劑的連續再生型DPF裝置、在過濾器的上游側設置有氧化型催化劑的連續再生型DPF裝置等其他類型的DPF裝置。
權利要求
1.一種廢氣凈化系統的控制方法，該廢氣凈化系統為，在具有EGR系統的內燃機的廢氣通路上設置有將廢氣中的粒狀物捕集的過濾器的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置，并且，在用于將由所述過濾器捕集的粒狀物強制燃燒并使所述過濾器再生的強制再生時，將未燃燃料向流入所述連續再生型柴油機微粒過濾器裝置的廢氣中供給，其特征在于，在所述強制再生控制時將未燃燃料向廢氣供給時，停止所述EGR系統中的EGR氣體向進氣通路側的回流。
2.一種廢氣凈化系統，在具有EGR系統的內燃機的廢氣通路上設置有將廢氣中的粒狀物捕集的過濾器的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置，并具有在用于將由所述過濾器捕集的粒狀物強制燃燒并使所述過濾器再生的強制再生時、將未燃燃料向流入所述連續再生型柴油機微粒過濾器裝置的廢氣中供給的強制再生控制機構，其特征在于，所述強制再生控制機構在將未燃燃料向廢氣供給時，進行停止所述EGR系統中的EGR氣體向進氣通路側回流的控制。
3.如權利要求2所述的廢氣凈化系統，其特征在于，所述的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置，是在前述過濾器的上游側設有氧化型催化劑的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置、在前述過濾器上載持有氧化型催化劑的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置、在前述過濾器上載持有催化劑并且在前述過濾器上游側設有氧化型催化劑的連續再生型柴油機微粒過濾器裝置中的任意一個或其組合。
全文摘要
本發明提供一種在連續再生型DPF裝置的強制再生控制之際，防止由供給到廢氣中的未燃燃料等未燃燃料產生的、EGR通路的閉塞或進氣閥的固著等的發生，可防止由此引起發動機破損的廢氣凈化系統的控制方法和廢氣凈化系統。在具有EGR系統的內燃機(10)的廢氣通路(12)上、設置有具有將廢氣(G)中的PM捕集的過濾器(13b)的連續再生型DPF裝置(13)、并且在將由過濾器(13b)捕集的PM強制燃燒并使過濾器(13b)再生的強制再生時、將未燃燃料向流入連續再生型DPF裝置(13)的廢氣(G)中供給的廢氣凈化系統(1)中，在強制再生控制時未燃燃料向廢氣(G)供給時，停止EGR系統中的EGR氣體(Ge)向進氣通路(14)側的回流。
文檔編號F02D41/40GK1690376SQ200510063908
公開日2005年11月2日 申請日期2005年3月30日 優先權日2004年3月30日
發明者長谷山尊史, 松沼厚, 伍維, 巖下拓朗, 小野寺貴夫, 池田秀 申請人:五十鈴自動車株式會社