内燃机的排气净化装置 |
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| 申请号 | CN201480010896.X | 申请日 | 2014-01-15 | 公开(公告)号 | CN105026708A | 公开(公告)日 | 2015-11-04 |
| 申请人 | 五十铃自动车株式会社; | 发明人 | 阿曾充宏; 内山正; 野田正文; | ||||
| 摘要 | 一种 内燃机 的排气 净化 装置，在强制再生时实现 燃料 供给量的最佳化，有效地改善油耗。具备： 过滤器 (16)，设置于内燃机(10)的排气通路(12)，捕获排气中的颗粒状物质；静电电容检测单元(17a、17b，21)，检测过滤器(16)的静电电容；过滤器再生单元(13，22)，向过滤器(16)供给燃料，执行将过滤器(16)内堆积的颗粒状物质燃烧除去的强制再生，在强制再生的执行中，如果检测到的静电电容的每规定时间的减少率成为表示颗粒状物质的燃烧效率的下降的规定的下限 阈值 以下，则过滤器再生单元(13，22)停止燃料的供给。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 内燃机的排气净化装置技术领域背景技术[0003] DPF的PM捕获量是有限度的，所以需要进行将堆积的PM定期燃烧除去的强制再生。强制再生如下那样进行：通过排气管内喷射或后喷射，向排气上游侧的氧化催化剂供给未燃燃料(主要是HC)，利用由氧化产生的热使废气温度上升到PM燃烧温度。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：特开2011-247145号公报 发明内容[0008] 发明所要解决的技术课题 [0009] 但是，通过强制再生而堆积的PM的燃烧进行时，DPF的排气上游侧和下游侧的差压逐渐变小。因此，特别是在强制再生的末期，对残留PM的差压的灵敏度消失，所以存在无法准确地掌握DPF内的PM堆积量的课题。 [0010] 为了防止DPF内残留PM，可以想到较大地确保安全系数而增大燃料供给量(延长燃料供给期间)，但是在强制再生的末期继续多余的燃料消耗，可能会导致油耗变差。 [0011] 此外，还可以想到缩短从强制再生结束到再次开始强制再生为止的间隔(以下称为再生间隔)，从而抑制DPF内的PM堆积，但是升温到可再生温度的机会变多，为了升温而进行多余的燃料消耗，所以也可能导致油耗变差。 [0012] 本发明是鉴于上述情况而做出的，其目在于，实现强制再生时的燃料供给量的最优化，有效地改善油耗。 [0013] 解决课题所采用的技术手段 [0014] 为了达成上述目的，本发明的内燃机的排气净化装置的特征在于，具备：过滤器，设置于内燃机的排气通路，捕获排气中的颗粒状物质；静电电容检测机构，检测所述过滤器的静电电容；过滤器再生机构，能够向所述过滤器供给燃料，执行将该过滤器内堆积的颗粒状物质燃烧除去的强制再生，在强制再生的执行中，如果检测到的所述静电电容的每规定时间的减少率成为表示颗粒状物质的燃烧效率的下降的规定的下限阈值以下，则所述过滤器再生机构停止燃料的供给。 [0015] 此外，也可以是，在强制再生的执行中，如果检测到的所述静电电容的每规定时间的减少率成为所述规定的下限阈值以下，则所述过滤器再生机构使燃料的供给量阶段性地减少，然后停止燃料的供给。 [0017] 此外，也可以是，还具备：旁通通路，将比所述过滤器更靠排气上游侧及下游侧的所述排气通路连接，绕过该过滤器；以及第2过滤器，设置于所述旁通通路，捕获流过该旁通通路的排气中的颗粒状物质，所述一对电极在所述第2过滤器内隔着至少一个以上间隔壁而对置。 [0018] 此外，也可以是，执行所述第2过滤器的强制再生时，所述一对电极作为加热器起作用。 [0019] 发明的效果 [0021] 图1是表示本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置的示意性的整体构成图。 [0022] 图2是表示本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置进行强制再生时的静电电容、DPF差压的变化的图。 [0023] 图3是表示本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置进行强制再生时的(a)PM堆积量的变化、(b)再生效率下降时使燃料喷射停止的指示信号、(c)再生效率下降时使燃料喷射量阶段性地减少的指示信号的时间图。 [0024] 图4是表示本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置进行的控制内容的流程图。 [0025] 图5是表示其他实施方式的内燃机的排气净化装置的示意性的整体构成图。 具体实施方式[0026] 以下基于图1～4说明本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置。对于同一零件附加同一符号，其名称及功能也相同。因此，不重复详细的说明。 [0027] 如图1所示，在柴油发动机(以下简称为发动机)10中设置有吸气歧管10a和排气歧管10b。吸气歧管10a与导入新气的吸气通路11连接，排气歧管10b与将废气向大气排放的排气通路12连接。此外，在排气通路12中从排气上游侧起依次设置有排气管内喷射装置13、排气后处理装置14。 [0028] 排气管内喷射装置13按照从后述的ECU20输出的指示信号，向排气通路12内喷射未燃燃料(主要是HC)。另外，使用基于发动机10的多级喷射的后喷射的情况下，也可以省略该排气管内喷射装置13。 [0029] 排气后处理装置14在壳体14a内从排气上游侧起依次配置氧化催化剂15和DPF16而构成。 [0030] 氧化催化剂15例如在蜂窝状堇青石构造体等的陶瓷制载体表面载放催化剂成分而形成。氧化催化剂15在通过排气管内喷射装置13或后喷射而被供给了未燃燃料(主要是HC)时，使其氧化而使废气温度上升。 [0031] DPF16是本发明的过滤器的一例，例如将由多孔质性的间隔壁划分的大量单元格沿着废气的流动方向配置，将这些单元格的上游侧和下游侧交替地密封而形成。DPF16将废气中的PM捕获到间隔壁的细孔或表面，并且在PM堆积量达到规定量时，执行将其燃烧除去的所谓强制再生。通过排气管内喷射装置13或后喷射向氧化催化剂15供给未燃燃料(主要是HC)，通过废气温度的上升使DPF16升温到PM燃烧温度(例如约600℃)，由此进行强制再生。 [0032] 此外，在本实施方式的DPF16中设置有一对电极17a、17b，该一对电极17a、17b隔着至少一个以上的间隔壁而对置，形成电容器。这些一对电极17a、17b分别与ECU20电连接。 [0033] ECU20进行发动机10和排气管内喷射装置13的燃料喷射等的各种控制，具备公知的CPU或ROM、RAM、输入端口、输出端口等而构成。此外，ECU20作为一部分功能要素具有静电电容运算部21和再生控制部22。将这些各功能要素说明为包含在作为一体的硬件的ECU20中，但是也可以将其中的某一部分设置在分体设置的硬件中。 [0034] 另外，在本实施方式中，静电电容运算部21及电极17a、17b构成本发明的静电电容检测机构。此外，再生控制部22及排气管内喷射装置13(或者发动机10的未图示的燃料喷射装置)构成本发明的过滤器再生机构。 [0035] 静电电容运算部21为了推定DPF16的PM堆积量，根据一对电极17a、17b间的静电电容C来运算PM堆积量。静电电容C与电极17a、17b间的介质的介电常数ε、电极17a、17b间的距离d的关系满足以下的数式1，由于PM的堆积，静电电容C随着介电常数ε和距离d的变化而变化。 [0036] [数式1] [0037] [0038] 例如，在电极17a、17b间堆积导体性的碳时，这些电极17a、17b间的距离d实质上变短，静电电容C增加。此外，在电极17a、17b间的介质中PM的堆积进行时，随着介电常数ε的增加，静电电容C也增加。即，在静电电容C和PM堆积量之间存在比例关系，所以如果运算静电电容C，则能够容易地推定PM堆积量。像这样，在本实施方式中，通过将静电电容C用于PM堆积量的推定，与在强制再生的末期灵敏度下降的差压传感器相比，能够提高推定精度。 [0039] 再生控制部22基于由静电电容运算部21运算出的静电电容C，控制DPF16的强制再生。基于图2、3说明更具体的控制内容。 [0040] 首先，从强制再生的开始控制进行说明。在ECU20中存储着预先通过实验等求出的与DPF16能够捕获的PM的最大堆积量相当的静电电容C，作为上限阈值CMAX。当静电电容运算部21运算出的静电电容C超过上限阈值CMAX时(参照图2的时刻T1)，再生控制部22输出使排气管内喷射装置13(在后喷射的情况下，发动机10的燃料喷射装置)喷射规定量的燃料的指示信号(参照图3(b)的时刻T1)。该指示信号断续地以规定间隔输出，直到后述的强制再生的结束控制开始。另外，在图2、3中，时刻T2表示由于废气温度的上升而DPF16升温到PM燃烧温度(例如600℃)，堆积的PM开始燃烧的时刻。 [0041] 接下来，说明强制再生的结束控制。在强制再生中，如果PM堆积量减少到规定量，即使继续燃料喷射，PM也不会燃烧，PM的燃烧效率(以下称为再生效率)显著下降。如果在该状态下继续燃料喷射，则无法得到与燃料供给量相应的再生效率。 [0042] 在ECU20中存储着预先通过实验等求出的再生效率开始显著下降的静电电容C的倾斜量ΔC/ΔT(静电电容C的每规定时间的减少率)，作为下限阈值ΔC/ΔTMIN。再生控制部22基于由静电电容运算部21运算出的静电电容C，按照移动平均求出静电电容C的倾斜量ΔC/ΔT，并且在该倾斜量ΔC/ΔT成为下限阈值ΔC/ΔTMIN以下时(参照图2的时刻T3)，停止燃料喷射的指示信号(参照图3(b)的时刻T3)。由此，在DPF16的再生效率下降后，抑制多余的燃料供给，能够有效地改善油耗。 [0043] 另外，也可以是，如图3(c)所示，在静电电容C的倾斜量ΔC/ΔT成为下限阈值ΔC/ΔTMIN以下后，使燃料喷射量阶段性地减少(参照图3(c)的时刻T3～4)。这种情况下，到燃料喷射的减少量停止为止的期间根据DPF16的容量等适当设定最佳的值即可。 [0044] 接下来，基于图4说明本实施方式的排气净化装置进行的控制流程。另外，本控制与点火键的接通操作同时开始。 [0045] 在步骤(以下将步骤简单地记为S)100中，判定与PM堆积量成比例的静电电容C是否超过相当于PM的最大堆积量的上限阈值CMAX。静电电容C超过上限阈值CMAX的情况下(C＞CMAX)，本控制进入S110。另一方面，静电电容C为上限阈值CMAX以下的情况下(C≤CMAX)，本控制返回。 [0046] 在S110中，为了开始强制再生，输出使排气管内喷射装置13(在后喷射的情况下，发动机10的燃料喷射装置)执行规定量的燃料喷射的指示信号。然后，DPF16升温到PM燃烧温度(例如约600℃)，DPF16内堆积的PM开始燃烧。 [0047] 在S120中，判定静电电容C的倾斜量ΔC/ΔT(每规定时间的静电电容C的减少率)是否达到表示再生效率的下降的下限阈值ΔC/ΔTMIN。倾斜量ΔC/ΔT成为下限阈值ΔC/ΔTMIN以下的情况下(ΔC/ΔT≤CMIN)，本控制进入S130。另一方面，倾斜量ΔC/ΔT大于下限阈值ΔC/ΔTMIN的情况下(ΔC/ΔT＞CMIN)，本控制返回S110。即，继续由排气管内喷射装置13进行燃料喷射(或后喷射)。 [0048] 在S130中，为了抑制多余的燃料消耗，停止向排气管内喷射装置13(后喷射的情况下，发动机10的燃料喷射装置)的燃料喷射的指示信号，或者使燃料喷射量阶段性地减少，本控制返回。然后，到点火键的关闭操作为止，重复执行S100～130的各控制步骤。 [0049] 接下来，说明本实施方式的内燃机的排气净化装置的作用效果。 [0050] 以往的强制再生，基于由差压传感器检测的DPF的排气上游侧和下游侧的差压，控制开始时期及结束时期。通过强制再生而PM燃烧开始后，DPF的排气上游侧和下游侧的差压逐渐变小，特别是在强制再生的末期，对残留PM的差压的灵敏度有下降的趋势(例如参照图2的区域A)。因此，无法准确地掌握DPF内的PM残留量，必须较大地确保安全系数而较多地确保燃料供给量，或者缩短再生间隔。 [0051] 与此相对，本实施方式的排气净化装置基于在强制再生的末期也灵敏度良好的静电电容C来推定PM堆积量，并且在静电电容C的倾斜量ΔC/ΔT成为表示再生效率的下降的下限阈值ΔC/ΔTMIN以下时，使燃料喷射停止。即，基于灵敏度良好的静电电容C，准确地掌握再生效率相对于燃料喷射量显著下降的时期，并且在再生效率下降后，使强制再生可靠地结束。 [0052] 因此，根据本实施方式的排气净化装置，能够抑制强制再生所导致的多余的燃料消耗，能够有效地改善油耗。此外，通过准确地掌握强制再生的末期的PM残留量，不需要较多地确保燃料喷射量，能够更长地确保再生间隔。 [0053] 另外，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地变形而实施。 [0054] 例如也可以是，如图5所示，在排气通路12上连接绕过DPF16的旁通通路18，在该旁通通路18具备容量小的计测用DPF16a(第2过滤器)。这种情况下，将一对电极17a、17b在计测用DPF16a内隔着至少一个以上的间隔壁而对置，在旁通通路18设置用于调整废气流量的小孔18a(限流部)。此外，在执行计测用DPF16a的强制再生的情况下，也可以向一对电极17a、17b施加电流而作为加热器起作用。 [0055] 符号的说明： [0056] 10 发动机 [0057] 12 排气通路 [0058] 13 排气管内喷射装置 [0059] 14 排气后处理装置 [0060] 15 氧化催化剂 [0061] 16 DPF(过滤器) [0062] 20 ECU [0063] 21 静电电容运算部 [0064] 22 再生控制部 |
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