柴油发动机的制作方法

专利名称：柴油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及柴油发动机，特别地涉及柴油发动机所具备的排气浄化装置。
背景技术：
一直以来，在柴油发动机上设有排气浄化装置，该排气浄化装置具备捕集其排气气体中含有的颗粒状物质(以下，记为“PM”)的柴油微粒过滤器(以下，记为“DPF”)。前述DPF例如为由陶瓷构成的蜂窝状构造的多孔质部件，通过使排气气体在其内部经过而捕集PM，净化排气气体。在上述那样的柴油发动机中，在由排气浄化装置浄化排气气体的过程中，PM堆积 在DPF的内部，引起排气浄化装置的机能下降，不仅如此，还由于排气阻力的増加等而可能会带给柴油发动机坏的影响。为此，控制进行DPF的再生，以定期地去除DPF中堆积的PM。该DPF的再生是在基于排气气体的流动方向的DPF的上游侧和下游侧的压カ差(以下，简记为“DPF前后的压カ差”)推断的PM的堆积量超过规定的阈值的情况下进行的。但是，在PM中，除了含有可以燃烧去除的灰尘等可燃成分，还含有来自燃料添加齐U、润滑油添加剂等的灰分(日文ァッシュ)。由于该灰分无法燃烧去除，若向DPF的堆积发展，则根据DPF前后的压カ差推断的PM的堆积量与实际堆积的PM的堆积量的背离变大，产生无法恰当地进行DPF的再生等的问题。为了解决这种问题，在专利文献I中公开了如下技术根据柴油发动机的运转时间推断灰分在DPF中的堆积量，在刚刚进行DPF的再生之后，将根据DPF前后的压カ差推断的PM的堆积量视为灰分的堆积量，通过高精度地计算灰分的堆积量，适当地进行DPF再生。但是，专利文献I记载的技术只在根据DPF前后的压カ差推断的PM的堆积量超过规定的阈值时，利用后喷射(日文ボス卜噴射)等燃烧去除PM。也就是，由于没有考虑柴油发动机的运转状态、排气气体的温度等，因此无法高效地进行DPF的再生，在导致由后喷射引起再生频率增加而产生的润滑油稀释以及燃料费恶化这点上是不利的。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2007-16684号公报

发明内容
本发明要解决的课题本发明以提供能够防止润滑油稀释，并且根据运转状态高效地进行柴油微粒过滤器的再生的柴油发动机为课题。用于解决课题的手段本发明要解决的课题如上所述，接下来说明用于解决该课题的手段。S卩，本发明的柴油发动机包括氧化催化剂；柴油微粒过滤器；检测前述柴油微粒过滤器的上游侧与下游侧的压カ差的机构；基于前述压カ差推断堆积在前述柴油微粒过滤器中的颗粒状物质的量，并且基于该推断量使前述柴油微粒过滤器再生的控制机构；前述控制机构对前述柴油微粒过滤器的再生控制包括不使用后喷射而在前述氧化催化剂的活性温度区域进行再生的第一再生；使用后喷射而将除了无法燃烧去除的灰分之外的颗粒状物质完全地燃烧去除的第二再生；在非作业时通过手动操作，使用后喷射而将除了无法燃烧去除的灰分之外的颗粒状物质完全地燃烧去除的第三再生。在本发明的柴油发动机中，优选地，在前述推断量超过第一阈值，并且发动机输出位于施加有相比进行自再生的运转区域中的负荷小若干的负荷的运转区域时，进行前述第一再生。在本发明的柴油发动机中，优选地，当在前述推断量超过前述第一阈值的状态下，经过第一设定时间，或者每第二设定时间，发动机输出位于轻负荷且低旋转的运转区域以外的运转区域时，进行前述第二再生。在本发明的柴油发动机中，优选地，在前述第二再生或者前述第三再生结束之后 的第三设定时间内，不能实施前述第三再生。在本发明的柴油发动机中，优选地，如果前述推断量超过第二阈值，则发出促使前述第三再生的实施的警报。在本发明的柴油发动机中，优选地，当在前述推断量超过第二阈值的状态下，在第四设定时间内不进行前述第三再生时，限制发动机输出。在本发明的柴油发动机中，优选地，其特征在于，前述第二再生中的再生温度，比前述第三再生中的再生温度低若干。在本发明的柴油发动机中，优选地，在前述第二再生及前述第三再生刚刚实施之后，将存储在前述控制机构的前述推断量归零，并且，基于前述压力差推断堆积在前述柴油微粒过滤器的灰分的量，基于该灰分的量，修正存储在前述控制机构中的、堆积在前述柴油微粒过滤器中的颗粒状物质的量和前述压力差的关系。在本发明的柴油发动机中，优选地，具备调整吸入空气的量的进气节流件，在前述第一再生、前述第二再生或者前述第三再生的实施时，将前述进气节流件的开度作为使排气气体的温度成为前述氧化催化剂的活性温度的开度，之后控制为使排气气体的温度成为前述第一再生、前述第二再生或者前述第三再生的目标温度的开度。发明效果根据本发明，根据堆积在柴油微粒过滤器的颗粒状物质的量，可以进行不使用后喷射的第一再生、使用后喷射的第二再生，进一步地，根据作业状态、非常时期等的状况，可以进行第三再生。从而，通过减少第二再生及第三再生的实施频率，防止后喷射导致的润滑油稀释以及燃料费的恶化。根据本发明，可以使第一再生的实施高效率化。从而，防止燃料费的恶化。根据本发明，通过使用后喷射，能够使在第一再生中未能充分地再生的堆积在柴油微粒过滤器中的颗粒状物质充分地再生，能够防止由于颗粒状物质过剩地堆积到柴油微粒过滤器中而引起的失控(日文暴走)再生。另外，通过定期地进行使用后喷射的再生，能够降低堆积到柴油微粒过滤器中的颗粒状物质的量的推断误差。根据本发明，可以防止无限制地实施第三再生。从而，能够防止后喷射导致的柴油发动机的润滑油稀释。
根据本发明，可以促使作业者实施第三再生，并且可以使作业者容易地识别。根据本发明，可以促使作业者实施第三再生。另外，可以防止失控再生。根据本发明，即使在发动机负荷变动剧烈的作业环境下，也可以防止氧化催化剂的过度升温导致的热老化，并且可以ー边持续作业一边进行再生。根据本发明，在计算堆积在柴油微粒过滤器中的颗粒状物质的量时，考虑了灰分的堆积量，可以防止过度地实施第一再生、第二再生或者第三再生。根据本发明，可以降低碳氢化合物的排出量。


图I为表示根据本发明的柴油发动机的结构的概略图。图2为表示控制面板的结构的图。图3为表示第一再生、第二再生和第三再生之间的关系的图。图4为表示再生控制的流程图。图5为表示自再生区域和第一再生区域的图。图6为表示在再生时采用进气节流件的开度变更情况下的进气节流件的开度变更的时机的图。图7为表示第二再生区域的图。
具体实施例方式以下，參照图I 图3，对根据本发明的一个实施方式的柴油发动机I进行说明。如图I所示，柴油发动机I为直喷式直列四气缸的柴油发动机，由发动机主体2、进气通路3、排气通路4、EGR装置5、排气浄化装置6、控制面板7以及E⑶8等构成。发动机主体2通过将燃料供给到被压缩了的空气而使其燃烧，由该燃烧产生的膨胀能量得到旋转动力。发动机主体2具备气缸体，其包括为筒状的气缸、可滑动地设在该气缸内部的活塞；气缸盖，其以堵塞前述气缸的开ロ的方式安装在前述气缸体上。在前述活塞和前述气缸和前述气缸盖之间形成有燃烧室21。燃烧室21为在前述活塞、前述气缸和前述气缸盖之间形成的空间，燃料由设在前述气缸盖的燃料喷射阀22被喷射到燃烧室21中。在本实施方式中，在发动机主体2形成有4个燃烧室21。燃料喷射阀22与燃烧室21相同数量地设在前述气缸盖上，分别以能够将燃料喷射到各燃烧室21中的方式配置。燃料喷射阀22可以以适宜的次数及时期进行燃料的喷射，可以通过变更该燃料喷射的状态来改变发动机主体2的发动机转速以及扭矩等。另外，在发动机主体2上设有旋转传感器23。旋转传感器23为测量发动机主体2的发动机转速的部件，配置在发动机主体2的曲轴或者飞轮等的附近。
另外，在发动机主体2上连接有进气通路3和排气通路4，该进气通路3成为将吸入空气导向发动机主体2的燃烧室21的通路，排气通路4成为从发动机主体2排出的排气气体的通路。进气通路3由进气歧管31、进气管32及进气节流件33等构成。
进气歧管31为用于将吸入空气均等地分配到各燃烧室21的部件，固定在前述气缸盖上。在本实施方式中，在发动机主体2中直列地形成4个燃烧室21，由此，进气歧管31的一端部以分支为4个通路的方式形成，并且以与各燃烧室21连通的方式连接到发动机主体2上。另一方面，进气歧管31的另一端部连接到进气管32。进气管32为连接到进气歧管31的另一端部的管，配置在吸入空气的流动方向上的最上游侧。也就是，从进气管32吸入外部空气，由未图示的空气滤清器净化后，通过进气歧管31向发动机主体2的各燃烧室21供给。在进气管32的中途部设有进气节流件33。进气节流件33为调整向发动机主体2的燃烧室21供给的吸入空气的量的部件，设在进气管32的中途部。进气节流件33例如采用蝶阀，通过由DC伺服马达等调整开度，能改变进气管32的内部空间的截面积，调整向燃烧室21供给的吸入空气的量。排气通路4由排气歧管41、排气管42、上游侧排气节流件43及下游侧排气节流件44等构成。 排气歧管41为用于使从发动机主体2的燃烧室21排出的排气气体集合的部件。与进气歧管31同样地，排气歧管41的一端部以分支为4个通路的方式形成，并且以与各燃烧室21连通的方式连接到发动机主体2上。另一方面，排气歧管41的另一端部连接到排气管42。排气管42为连接到排气歧管41的另一端部的管，配置在排气气体的流动方向上的最下游侧。在排气管42的中途部设有净化排气气体的排气净化装置6，以将排气净化装置6夹在中间的方式设有上游侧排气节流件43及下游侧排气节流件44。也就是，从发动机主体2的各燃烧室21经由排气歧管41排出到排气管42中的排气气体，由排气净化装置6净化后排出到外部。上游侧排气节流件43及下游侧排气节流件44为调整由从发动机主体2的燃烧室21排出的排气气体在排气通路4的内部产生的压力的部件，与进气节流件33同样地采用蝶阀等。上游侧排气节流件43设在排气气体的流动方向上的排气净化装置6的上游侧，下游侧排气节流件44设在排气气体的流动方向上的排气净化装置6的下游侧。通过由DC伺服马达等调整上游侧排气节流件43及下游侧排气节流件44的开度，能改变排气管42的内部空间的截面积，调整向排气净化装置6流入的排气气体的量以及从排气净化装置6流出的排气气体的量。EGR装置5为用于将排气气体的一部分作为再循环气体从排气歧管41向进气歧管31还原而降低供给到燃烧室21的吸入空气的氧浓度的装置。EGR装置5由EGR管51及EGR阀52等构成。EGR管51为使进气歧管31和排气歧管41连通的管，一端连接到进气歧管31，另一端连接到排气歧管41。EGR阀52为调整从排气歧管41向进气歧管31还原的再循环气体的量的部件，设在EGR管51的中途部。EGR阀52通过由DC伺服马达等调整开度，能改变再循环气体通路的通路截面积，调整再循环气体的量。排气净化装置6为去除从发动机主体2的燃烧室21排出的排气气体中含有的颗粒状物质(以下，记作“PM”)，净化排气气体的装置。排气净化装置6设在排气管42的中途部，配置在上游侧排气节流件43和下游侧排气节流件44之间。排气净化装置6由氧化催化剂61、DPF62、压カ传感器63a、63b及温度传感器64等构成。在此，PM是指排气气体中含有的颗粒状物质(Particulate Matter :PM),由能够燃烧去除的灰尘等的可燃成分和来自于燃料添加剂、润滑油添加剂等且无法燃烧去除的灰分构成。氧化催化剂61为氧化并去除从发动机主体2的燃烧室21排出的排气气体中含有的CO (—氧化碳)、HC (碳氢化合物)、及SOF (可溶性有机成分)的部件。另外，氧化催化剂61通过将排气气体中较多地含有的NO (—氧化氮)氧化而使之转化为NO2 ( ニ氧化氮)。DPF62为通过捕集PM而将排气过滤，并且将堆积的PM氧化并去除的柴油微粒过滤器(Diesel Particulate Filter :DPF)。DPF62配置在比氧化催化剂61靠排气气体的流动方向上的下游侧的位置。在本实施方式中，DPF62由SiC(碳化硅)构成，排气气体中含有的PM在经过在DPF62上形成的微细的孔时被捕集。当温度为能够使排气气体进行氧化反应的温度时，被DPF62捕集到的PM中含有的可燃成分利用排气气体中含有的O2 (氧气)及由氧化催化剂61生成的NO2 (ニ氧化氮)氧化并去除。另ー方面，捕集到的PM中含有的灰分无法燃烧去除而堆积在DPF62中。压カ传感器63a、63b为测量从发动机主体2排出的排气气体的压カ的部件，分别配置在排气气体的流动方向上的DPF62的上游侧和下游侧。温度传感器64为测量从发动机主体2排出的排气气体的温度的部件，配置在氧化催化剂61和DPF62之间。此外，也可以将温度传感器64配置在排气气体的流动方向上的氧化催化剂61的上游侧或者DPF62的下游侧。控制面板7为用于显示柴油发动机I的当前控制状态(DPF62的再生控制状态)， 并且由作业者依靠手动将规定的控制信号发送到ECU8的部件，例如，在柴油发动机I搭载到作业车辆的情况下，可以将该控制面板7配置在驾驶席旁边，以使作业者可以视觉确认以及操作。如图2所示，控制面板7具备根据DPF62的再生控制状态点亮的通常再生中灯71、复位再生中灯72、紧急再生中灯73、紧急再生禁止中灯74以及紧急再生指示灯75，和由作业者将规定的控制信号手动发送到ECU8用的紧急再生开始开关76。ECU8为发动机控制单元(Engine Control Unit :ECU)，发挥作为控制柴油发动机I的机构的功能。ECU8由执行各种运算处理的中央处理装置(CPU)、存储有控制程序等的读取专用存储器(ROM)以及可以暂时存储各种程序或数据等并可以随时读写的存储器(RAM)等构成。ECU8与燃料喷射阀22电连接，可以控制燃料喷射阀22的燃料喷射状态(时期、次数、压カ等)。E⑶8与旋转传感器23电连接，可以取得由旋转传感器23测得的发动机主体2的发动机转速。E⑶8与进气节流件33电连接，可以控制进气节流件33的开度。E⑶8与上游侧排气节流件43及下游侧排气节流件44分别电连接，可以控制上游侧排气节流件43及下游侧排气节流件44的开度。E⑶8与EGR阀52电连接，可以控制EGR阀52的开度。
E⑶8与压力传感器63a、63b分别电连接，可以取得由压力传感器63a、63b测得的通过DPF62前后的排气气体的压力。E⑶8与温度传感器64电连接，可以取得由温度传感器64测得的排气气体的温度。E⑶8与控制面板7电连接，可以进行向控制面板7的发送规定的控制信号以及从控制面板7接收规定的控制信号。E⑶8通过控制被电连接的上述多个部件，进行DPF62的再生控制。如图3所示，E⑶8对DPF62的再生控制包含第一再生、第二再生及第三再生。第一再生为当由E⑶8推断出的PM在DPF62中的堆积量(以下，简记作“PM堆积量”)[g/1]超过第一阈值时，通过将堆积在DPF62中的PM在氧化催化剂61的活性温度区 域燃烧20[min]而去除PM的控制。在此，“活性温度区域”是指比氧化催化剂61的活性温度(约200[°C])高的温度，并且是不会产生失控再生的程度的比较低的温度，在本实施方式中为300[°C ]以上。第二再生为当在PM堆积量超过第一阈值状态下，经过了第一设定时间时或者每第二设定时间(100[h])，通过使用后喷射将堆积在DPF62中的PM在约560[°C ]下燃烧30 [min]，完全地去除灰分以外的PM的控制。第三再生为当在PM堆积量超过第二阈值状态下作业者按压控制面板7的紧急再生开始开关76时，或者当在从前一次实施的第二再生或者第三再生经过了第三设定时间(50 [h])以上的状态下作业者按压控制面板7的紧急再生开始开关76时，通过使用后喷射将堆积在DPF62中的PM在约600[°C ]下燃烧15[min]，完全地去除灰分以外的PM的控制。在此，作为在E⑶8分别对DPF62的再生控制中最合适的值，“第一阈值”及“第二阈值”是通过预先的实验等求得的。第一阈值设定为比第二阈值小若干的值。第二阈值设定为相对于能由ECU8引起DPF62的失控再生的临界值具有规定的安全系数。另外，作为在E⑶8对DPF62的再生控制中最合适的时间，“第一设定时间”、“第二设定时间”及“第三设定时间”是通过预先的实验等求得的。在本实施方式中，第二设定时间设定为100 [h],第三设定时间设定为50 [h]。以下，参照图4 图7，对于E⑶8对DPF62的再生控制进行详细说明。如图4所示，E⑶8进行步骤SI 步骤S20的处理。在步骤SI中，E⑶8计算PM在DPF62中的堆积量(以下，简记为“PM堆积量”)。PM堆积量的计算是通过以下两种方法进行的。用于计算PM堆积量的第一方法是基于在排气气体的流动方向上的DPF62的上游侧和下游侧的压力差(以下，简记作“DPF62前后的压力差”)推断PM堆积量。通过以下方式计算DPF62前后的压力差由设在DPF62的上游侧和下游侧的压力传感器63a、63b分别测量DPF62通过前后的排气气体的压力，E⑶8从压力传感器63a、63b取得这些测量值并进行运算。 相对于DPF62前后的压力差的PM堆积量是由预先的实验等求得的，作为压力差映射存储在ECU8中，ECU8基于上述那样计算出的DPF62前后的压力差求出PM堆积量。由第一方法计算的PM堆积量在以下记作“第一 PM堆积量”。用于计算PM堆积量的第二方法为通过对从发动机主体2排出的PM的量(以下，简记作“PM排出量”)减去在DPF62再生的PM的量(以下，简记作“PM再生量”)而计算出的值进行累计来推断PM堆积量。PM排出量及PM再生量可以分别基于发动机主体2的发动机输出求出。发动机主体2的发动机输出通过以下方式求得E⑶8取得由设在发动机主体2的旋转传感器23测得的发动机主体2的发动机转速和燃料喷射阀22喷射到燃烧室21中的燃料的喷射量，參照存储在ECU8中的规定的映射。相对于发动机主体2的发动机输出的PM排出量以及相对于发动机主体2的发动机输出的PM再生量，分别由预先的实验等求出，作为映射存储在ECU8中，因此像上述那样基于计算的发动机主体2的发动机输出求出PM排出量及PM再生量。E⑶8像上述那样针对每规定时间求出PM排出量及PM再生量，将从PM排出量减去PM再生量得到的值视为DPF62中每单位时间堆积的PM量，通过累计该值计算PM堆积量。由第二方法计算出的PM堆积量在以下记作“第二 PM堆积量”。
E⑶8在计算第一 PM堆积量及第ニ PM堆积量之后将控制阶段转移到步骤S2。在步骤S2中，E⑶8判定PM堆积量是否在第二阈值以上。详细地讲，E⑶8判定第一 PM堆积量是否在第二阈值以上，并且判定第二 PM堆积量是否在第二阈值以上。当第一 PM堆积量不在第二阈值以上时，或当第二 PM堆积量不在第二阈值以上时，ECU8将控制阶段转移到步骤S3。当第一 PM堆积量在第二阈值以上时，或者当第二 PM堆积量在第二阈值以上时，ECU8将控制阶段转移到步骤S17。在步骤S3中，E⑶8判定紧急再生开始开关76是否被作业者按压，即，紧急再生开始开关76是否为接通(ON)。当紧急再生开始开关76不为接通(ON)吋，E⑶8将控制阶段转移到步骤S4。当紧急再生开始开关76为接通(ON)吋，E⑶8将控制阶段转移到步骤S13。在步骤S4中，E⑶8判定PM堆积量是否在第一阈值以上。详细地讲，E⑶8判定第一 PM堆积量是否在第一阈值以上，并且判定第二 PM堆积量是否在第一阈值以上。当第一 PM堆积量在第一阈值以上吋，或者当第二 PM堆积量在第一阈值以上吋，ECU8将控制阶段转移到步骤S5。当第一 PM堆积量不在第一阈值以上吋，或者当第二 PM堆积量不在第一阈值以上时，ECU8将控制阶段转移到步骤S9。在步骤S5中，E⑶8判定在PM堆积量超过第一阈值的状态下是否经过了第一设定时间。当在PM堆积量超过第一阈值的状态下没有经过第一设定时间时，ECU8将控制阶段转移到步骤S6。当在PM堆积量超过第一阈值的状态下经过了第一设定时间时，ECU8将控制阶段转移到步骤SlO。在步骤S6中，E⑶8判定发动机主体2的发动机输出是否处在可以实施第一再生的运转区域。如图5所示，发动机主体2的运转区域由“自再生区域”、“第一再生区域”和它们以外的区域即“低负荷区域”构成。自再生区域是发动机主体2成为输出临界值Ptrl以上的发动机输出的运转区域。在自再生区域中，发动机主体2的负荷较高，从发动机主体2排出的排气气体具有能够使PM充分地燃烧去除的程度的温度(例如，350[°C ]以上)，进行所说的自再生。第一再生区域是发动机主体2成为小于输出临界值Ptrl且在输出临界值Ptr2以上的发动机输出的运转区域。在第一再生区域中，发动机主体2的负荷比自再生区域低，不进行自再生，通过进行第一再生起到与进行自再生同等的效果。也就是，第一再生区域可以称为将自再生区域扩大了的运转区域。低负荷区域是发动机主体2成为小于输出临界值Ptr2的发动机输出的运转区域。在低负荷区域中，发动机主体2为低负荷，从发动机主体2排出的排气气体的温度低，再生需要花费较多时间，因此不进行自再生及第一再生。当发动机主体2的发动机输出处于可以实施第一再生的运转区域，也就是处于第一再生区域时，E⑶8将控制阶段转移到步骤S7。
当发动机主体2的发动机输出处于不实施第一再生的运转区域，也就是处于自再生区域等第一再生区域以外的运转区域时，ECU8将控制阶段转移到步骤SI。在步骤S7中，E⑶8将通常再生中灯71点亮。这是为了使作业者通过控制面板7能够视觉确认正在进行通常再生即第一再生。E⑶8在将通常再生中灯71点亮后，将控制阶段转移到步骤S8。在步骤S8中，ECU8进行第一再生。如前所述，第一再生为将堆积在DPF62中的PM通过在300[°C ]以上燃烧20[min]去除的控制。第一再生只当发动机主体2的发动机输出处在第一再生区域时进行。换言之，当发动机主体2的发动机输出处在高负荷且排气气体的温度升高的自再生区域时以及当发动机主体2的发动机输出在低负荷且排气气体的温度降低的低负荷区域时，不进行第一再生。这是由于在自再生区域中，排气气体的温度充分地升高，PM的再生恰当地进行，而在低负荷区域中，排气气体的温度过低，氧化催化剂61没有达到活性温度(约200[°C])而不进行再生，或者再生需要较多时间。由此，可以使第一再生的实施高效率化。从而，能够防止燃料费的恶化。在第一再生中，通过燃料喷射阀22的燃料喷射状态(时期、次数、压力等)的变更、进气节流件33的开度变更、上游侧排气节流件43的开度变更、下游侧排气节流件44的开度变更以及EGR阀52的开度变更等中的一个或者它们的组合，将从发动机主体2排出的排气气体的温度上升到目标温度(300[°C]以上)。此外，在使排气气体的温度上升时采用进气节流件33的开度变更的情况下，优选以使排气气体的温度阶段性地上升的方式控制进气节流件33的开度。如图6所示，进气节流件33在从再生开始时到氧化催化剂61达到活性温度(约200[°C ])期间，被控制为相比为了上升到第一再生的目标温度(300[°C ]以上)所需的最终开度多打开若干的状态。氧化催化剂61达到了活性温度(约200[°C ])后，进气节流件33被控制为成为为了上升到第一再生的目标温度(300[°C ]以上)所需的开度。伴随关闭进气节流件33，发动机主体2中的燃烧效率恶化，排气气体含有的碳氢化合物的量增加。该碳氢化合物由氧化催化剂61氧化并净化，但是当氧化催化剂61没达到活性温度(约200[°C ])时不被净化。为此，不将进气节流件33 —下子关闭到为了上升到第一再生的目标温度(300[で]以上)所需的最终开度，而是暂时关闭到氧化催化剂61达到可以净化碳氢化合物的活性温度(约200[で])所需的开度。由此，可以降低碳氢化合物的排出量。E⑶8在进行第一再生后，灭掉通常再生中灯71，将控制阶段转移到步骤SI。在步骤S9中，E⑶8判定发动机主体2的运转时间是否为从运转开始之后、或者从第二再生或者第三再生结束之后的第二设定时间(100[h])。当发动机主体2的运转时间是从运转开始之后、或者从第二再生或者第三再生结束之后的第二设定时间(100[h])吋，ECU8将控制阶段转移到步骤S10。当发动机主体2的运转时间不是从运转开始之后、或者从第二再生或者第三再生结束之后的第二设定时间(100[h])吋，ECU8将控制阶段转移到步骤SI。此外，在本实施方式中，将第二设定时间设为100[h]，但是，只要不带来燃料费的恶化等的问题就并不限于此。另外，也可以不以时间为基准，而是以燃料喷射阀22向燃烧室21喷射燃料的燃料喷射量为基准。在步骤SlO中，E⑶8判定发动机主体2的发动机输出是否处在可以实施第二再生的运转区域。如图7所示，发动机主体2的运转区域由“第二再生区域”和其以外的区域也就是无法进行第二再生的区域构成。第二再生区域是成为输出临界值Ptr3以上的发动机输出的运转区域。第二再生区域比第一再生区域(參照图5)大。详细地讲，第二再生区域为轻负荷且低旋转的运转区域以外的运转区域。这是由于，第二再生与第一再生不同，利用进气节流件33的开度变更等，无需使排气气体的温度上升到能够将PM燃烧去除的温度(NOx转换温度)，只要上升到在第二再生中进行后喷射所需的温度(氧化催化剂61的活性温度)即可。因此，在将柴油发动机I搭载在作业车辆的情况下，不便作业车辆停止等就可以边持续作业边进行第二再生。在成为小于输出临界值Ptr3的发动机输出的运转区域中，发动机主体2为低负荷，从发动机主体2排出的排气气体的温度低，达不到氧化催化剂61的活性温度，或者为了达到活性温度需要花费很多时间，因此不进行第二再生。当发动机主体2的发动机输出处在可以实施第二再生的运转区域即第二再生区域时，ECU8将控制阶段转移到步骤SI I。当发动机主体2的发动机输出处在不实施第二再生的运转区域即第二再生区域以外的运转区域时，E⑶8将控制阶段转移到步骤S6。在步骤Sll中，E⑶8将复位再生中灯72点亮。这是为了使作业者通过控制面板7能够视觉确认正在进行复位再生即第二再生。E⑶8在将复位再生中灯72点亮后，将控制阶段转移到步骤S12。在步骤S12中，ECU8进行第二再生。如前所述，第二再生为使用后喷射将堆积在DPF62的PM通过在560[で]下燃烧30[min]而去除的控制。 第二再生当PM堆积量在超过第一阈值的状态下经过了第一设定时间时进行。由此，用第一再生不能将PM充分地燃烧去除，而能够将堆积在DPF62中的PM充分地燃烧去除，能够防止由PM在DPF62过剩地堆积引起的失控再生。另外，当发动机主体2的运转时间是从运转开始之后、或者从第二再生或者第三再生结束之后经过第二设定时间(100[h])时，进行第二再生。由此，能够定期地将堆积在DPF62中的PM充分地燃烧去除，能够降低PM堆积量计算时的误差。此外，也可以与由作业者按压紧急再生开始开关76而实施的第三再生同样地，由作业者按压合适的开关实施第二再生。另外，第二再生中的PM的燃烧温度(约560[°C])设定为比第三再生中的PM的燃烧温度(约600[°C ])低若干。 由此，虽然比第三再生更花费时间，但即使在发动机主体2的负荷变动剧烈的作业环境下，也能够防止由氧化催化剂61的过度升温导致的热老化，并且一边持续作业一边进行再生。在第二再生中，首先，与第一再生同样地，通过燃料喷射阀22的燃料喷射状态(时期、次数、压力等)的变更、进气节流件33的开度变更、上游侧排气节流件43的开度变更、下游侧排气节流件44的开度变更以及EGR阀52的开度变更等中的一个或者它们的组合，将从发动机主体2排出的排气气体的温度上升到氧化催化剂61的活性温度(约200[°C ])。之后，通过进行后喷射而将排气气体的温度上升到第二再生的目标温度(约560[°C ])。此外，在使排气气体的温度上升时采用进气节流件33的开度变更的情况下，优选与第一再生同样地以阶段性地使排气气体的温度上升的方式控制进气节流件33的开度。在第二再生中，通过使用后喷射将堆积在DPF62中的PM以约560[°C ]燃烧30 [min]，因此视为已将堆积在DPF62中的PM完全去除，E⑶8将存储的当前PM堆积量归零。但是，由于PM中含有无法燃烧去除的灰分，实际的PM堆积量不为零。因此，参照由预先实验等求出并存储在ECU8中的表示DPF62前后的压力差和灰分的关系的映射，基于在第二再生刚刚结束之后计算出的DPF62前后的压力差，推断残存在DPF62中的灰分的量。并且，基于该灰分的推断量，更新在步骤I中计算第一PM堆积量时使用的表示相对于DPF62前后的压力差的PM堆积量的压力差映射。由此，在计算第一 PM堆积量时，考虑灰分的堆积量，能够防止过度地实施第一再生、第二再生或者第三再生。另外，在计算第二 PM堆积量时，能够降低累计误差。E⑶8在进行第二再生之后，将复位再生中灯72熄灭，并且将紧急再生禁止中灯74点亮，将控制阶段转移到步骤SI。在步骤S13中，E⑶8判定第二再生或者第三再生结束之后是否经过了第三设定时间(50 [h])以上。此外，E⑶8在第二再生或者第三再生结束之后的运转时间成为第三设定时间(50 [h])的时刻将紧急再生禁止中灯74熄灭。当第二再生或者第三再生结束之后经过了第三设定时间(50[h])以上时，E⑶8将控制阶段转移到步骤S14。当第二再生或者第三再生结束之后没有经过第三设定时间(50[h])以上时，E⑶8将控制阶段转移到步骤S4。此外，在本实施方式中，虽然将第三设定时间设为50[h]，但是只要不导致燃料费的恶化等问题，并不限于此。另外，也可以不以时间为基准，而是以燃料喷射阀22向燃烧室21喷射燃料的燃料喷射量为基准。在步骤S14中，E⑶8判定发动机主体2是否处于怠速状态(在将柴油发动机I搭载在作业车辆的情况下作业车辆为中立状态)。当发动机主体2为怠速状态时，E⑶8将控制阶段转移到步骤S15。当发动机主体2不为怠速状态时，ECU8将控制阶段转移到步骤S4。在步骤S15中，E⑶8将紧急再生中灯73点亮。这样是为了使作业者通过控制面板7能够视觉确认正在进行紧急再生即第三再生。E⑶8在将紧急再生中灯73点亮后，将控制阶段转移到步骤S16。在步骤S16中，E⑶8进行第三再生。 如前所述，第三再生为通过使用后喷射将堆积在DPF62中的PM在600 [°C ]下燃烧15[min]去除的控制。第三再生当PM堆积量超过第二阈值的状态下作业者按压控制面板7的紧急再生开始开关76时进行。由此，能够作为紧急时的再生进行DPF62的再生，能够防止由PM过剩地堆积在DPF62中所引起的失控再生。另外，即使在PM堆积量没有超过第二阈值的状态下，当作业者按压控制面板7的紧急再生开始开关76时也能进行第三再生，但是如果从前一次实施的第二再生或者第三再生没有经过第三设定时间(50[h])以上，就无法实施第三再生。由此，可以防止无限制地实施第三再生。从而，能够防止由后喷射对发动机主体2的润滑油稀释。在第三再生中，首先，与第二再生同样地，通过燃料喷射阀22的燃料喷射状态(时期、次数、压力等)变更、进气节流件33的开度变更、上游侧排气节流件43的开度变更、下游侧排气节流件44的开度变更以及EGR阀52的开度变更等中的一个或者它们的组合，将从发动机主体2排出的排气气体的温度上升到氧化催化剂61的活性温度(约200[°C ])。之后，通过进行后喷射，将排气气体的温度上升到第三再生的目标温度(约600[°C ])。此外，在使排气气体的温度上升时采用进气节流件33的开度变更的情况下，优选与第一再生同样地以使排气气体的温度阶段性地上升的方式控制进气节流件33的开度。在第三再生中，通过使用后喷射将堆积在DPF62中的PM以约600[°C ]燃烧15 [min]，由此，与第二再生同样地视为将堆积在DPF62中的PM完全去除，E⑶8将存储的当前PM堆积量归零，并且基于根据第三再生刚刚结束之后的DPF62前后的压力差计算出的PM堆积量，更新表示相对于DPF62前后的压力差的PM堆积量的压力差映射。由此，在计算第一 PM堆积量时，考虑灰分的堆积量，能够防止过度地实施第一再生、第二再生或者第三再生。另外，在计算第二 PM堆积量时，能够降低累计误差。E⑶8在进行第三再生之后将紧急再生中灯73及紧急再生指示灯75熄灭，并且将紧急再生禁止中灯74点亮，将控制阶段转移到步骤SI。在步骤S17中，E⑶8将紧急再生指示灯75点亮。这是为了能够视觉确认为了使作业者通过控制面板7进行紧急再生即第三再生而正在发出需要按压紧急再生开始开关76这样的警告。
此外，也可以是通过发出警告音促使作业者按压紧急再生开始开关76。E⑶8在将紧急再生指示灯75点亮后，将控制阶段转移到步骤S18。在步骤S18中，E⑶8判定在PM堆积量超过第二阈值的状态下是否经过了第四设定时间(10[min])以上。当PM堆积量在超过第二阈值的状态下经过了第四设定时间(10[min])以上吋，ECU8将控制阶段转移到步骤S19。当PM堆积量在超过第二阈值的状态下没有经过第四设定时间(10[min])以上吋，ECU8将控制阶段转移到步骤S20。在此，“第四设定时间”是指作为在E⑶8对DPF62的再生控制中最合适的时间由预先的实验等求出的时间。在本实施方式中，第四设定时间设定为10[min]。但是，第四设定 时间如果不会带来失控再生等的问题，并不限于10 [min]。另外，也可以不以时间为基准，而是以燃料喷射阀22向燃烧室21喷射燃料的燃料喷射量为基准。在步骤S19中，E⑶8限制发动机主体2的发动机输出。详细地讲，E⑶8限制为发动机主体2的发动机转速及扭矩等不上升到通常时的数值。由此，即使在作业者无视警报继续作业时，由于发动机输出不上升而导致作业的继续进行困难，成为不得不进行再生，可以促使作业者实施第三再生即按压紧急再生开始开关76。而且，能够防止排气气体的高温化，能够防止PM在DPF62中过剩地堆积时伴随排气气体的高温化而产生的失控再生。而且，由于排气气体的压カ下降，因此能够防止PM在DPF62中过剩地堆积时排气气体泄漏。另外，E⑶8使发动机主体2的最低发动机转速上升。由此，能够防止PM在DPF62中过剩地堆积时伴随排气气体的减少而产生的失控再生。在步骤S20中，E⑶8与步骤S3同样地判定紧急再生开始开关76是否已由作业者按压也就是紧急再生开始开关76是否为开启(0N)。当紧急再生开始开关76为开启(ON)吋，E⑶8将控制阶段转移到步骤S14。当紧急再生开始开关76不为开启(ON)吋，ECU8将控制阶段转移到步骤SI。产业上应用的可能本发明可以在具备柴油微粒过滤器的柴油发动机上利用。附图标记说明I柴油发动机，2发动机主体，3进气通路，4排气通路，5EGR装置，6排气净化装置，7控制面板，8E⑶，21燃烧室，22燃料喷射阀，33进气节流件，43上游侧排气节流件，44下游侧排气节流件，52EGR阀，61氧化催化剂，62DPF。
权利要求
1.一种柴油发动机，该柴油发动机具备氧化催化剂；柴油微粒过滤器；检测前述柴油微粒过滤器的上游侧与下游侧的压力差的机构；基于前述压力差推断堆积在前述柴油微粒过滤器中的颗粒状物质的量，并且基于该推断量使前述柴油微粒过滤器再生的控制机构，其特征在于， 前述控制机构对前述柴油微粒过滤器的再生控制包含不使用后喷射而在前述氧化催化剂的活性温度区域进行再生的第一再生；使用后喷射而将除了无法燃烧去除的灰分之外的颗粒状物质完全地燃烧去除的第二再生；在非作业时通过手动操作使用后喷射将除了无法燃烧去除的灰分之外的颗粒状物质完全地燃烧去除的第三再生。
2.如权利要求I所述的柴油发动机，其特征在于，当前述推断量超过第一阈值且发动机输出处于施加有比进行自再生的运转区域中的负荷小若干的负荷的运转区域时，进行前述第一再生。
3.如权利要求2所述的柴油发动机，其特征在于，当在前述推断量超过前述第一阈值的状态下经过第一设定时间或者每第二设定时间发动机输出处于轻负荷且低旋转的运转区域以外的运转区域时，进行前述第二再生。
4.如权利要求I所述的柴油发动机，其特征在于，在前述第二再生或者前述第三再生结束之后的第三设定时间内不能实施前述第三再生。
5.如权利要求I所述的柴油发动机，其特征在于，如果前述推断量超过第二阈值，则发出促使实施前述第三再生的警报。
6.如权利要求5所述的柴油发动机，其特征在于，当在前述推断量超过第二阈值的状态下在第四设定时间内不进行前述第三再生时，限制发动机输出。
7.如权利要求I所述的柴油发动机，其特征在于，前述第二再生中的再生温度比前述第三再生中的再生温度低若干。
8.如权利要求I所述的柴油发动机，其特征在于，在前述第二再生及前述第三再生刚刚实施之后，将存储在前述控制机构的前述推断量归零， 并且，基于前述压力差推断堆积在前述柴油微粒过滤器中的灰分的量，基于该灰分的量，修正存储在前述控制机构中的堆积在前述柴油微粒过滤器中的颗粒状物质的量与前述压力差的关系。
9.如权利要求I所述的柴油发动机，其特征在于，该柴油发动机具备调整吸入空气的量的进气节流件， 在实施前述第一再生、前述第二再生或者前述第三再生时，使前述进气节流件的开度为使排气气体的温度成为前述氧化催化剂的活性温度的开度之后，控制为使排气气体的温度成为前述第一再生、前述第二再生或者前述第三再生的目标温度的开度。
全文摘要
本发明提供一种能够根据运转状态高效地进行柴油微粒过滤器再生的柴油发动机。由柴油发动机的ECU的再生控制包括当PM堆积量超过第一阈值时将PM以300[℃]以上燃烧20[min]而去除的第一再生；当在PM堆积量超过第一阈值的状态下经过了第一设定时间时或者每100[h]，使用后喷射将PM以约560[℃]燃烧30[min]而将灰分以外的PM完全地去除的第二再生；当在PM堆积量超过第二阈值的状态下紧急再生开始开关被按下了时，或者当在从上次实施的第二再生或者第三再生后经过了50[h]以上的状态下紧急再生开始开关被按下了时，使用后喷射将PM以约600[℃]燃烧15[min]而将灰分以外的PM完全地去除的第三再生。
文档编号B01D46/42GK102713177SQ20108004287
公开日2012年10月3日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月21日
发明者大桥浩, 富樫太一, 福田智宏 申请人:洋马株式会社