专利名称：废气净化系统的控制方法和废气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对柴油发动机等内燃机的废气进行连续再生型柴油机微粒过滤器(DPF)所致的粒状物(PM)的净化的废气净化系统的控制方法和废气净化系统。
背景技术：
从柴油内燃机排出的粒状物(PM微粒物以下称作PM)的排出量与NOx、CO进而HC等一同，其限制在逐年被强化起来，现已开发出一种用称作柴油机微粒过滤器(DPFDiesel Particulate Filter以下称作DPF)的过滤器捕集该PM、以降低向外部排出的PM的量的技术。
捕集该PM的DPF具有陶瓷制的整体蜂窝型壁流式过滤器、或将陶瓷或金属作成纤维状的纤维型的过滤器等，使用这些DPF的废气净化系统与其他的废气净化系统同样，被设置在内燃机的排气通路的途中，将由内燃机产生的废气净化和排出。
对于这些DPF装置，具有将氧化型催化剂设置在DPF上游侧的连续再生型DPF装置、或者由载持于带催化剂的过滤器的催化剂作用而降低PM的燃烧温度并由废气燃烧除去PM的连续再生型DPF装置等。
该上游侧氧化型催化剂的连续再生型DPF装置为，由NO2(二氧化氮)引起的PM的氧化是通过废气中的氧来氧化PM，且是在低温下进行的，并且由氧化型催化剂和过滤器构成，通过该上游侧的载持有白金等氧化型催化剂，氧化废气中的NO(一氧化氮)成NO2，由该NO2，将由下游侧的过滤器捕集的PM氧化成CO2(二氧化碳)，以去除PM。
另外，带催化剂的过滤器的连续再生型DPF装置为，由具有氧化铈(CeO2)等催化剂的带催化剂的过滤器构成，在低温区域(300℃～600℃左右)，通过使用了带催化剂过滤器中的废气中的O2(氧气)的反应(，等)而氧化PM，在比由废气中的O2燃烧PM的温度高的高温区域(600℃左右以上)，由废气中的O2氧化PM。
并且，即使对于该带有催化剂的过滤器的连续再生型DPF装置等，也在上游侧设置氧化型催化剂，通过废气中的未燃HC或CO的氧化反应，防止这些物质向大气中排放，同时，使后段PM过滤器入口废气温度上升，以促进PM的氧化去除。
可是，即使在这些连续再生型DPF装置中，废气温度在350℃以上时，由该DPF捕集的PM连续地燃烧和净化，DPF自身再生，但在排气温度低的情况或NO的排出少的内燃机的运转状态、例如内燃机的怠速或低负载、低速运转等低排气温度状态继续的情况中，因废气温度低，催化剂温度下降，不活性化，从而不能促进氧化反应，另外，由于NO不足，所以不产生上述的反应，因不能氧化PM且再生过滤器，因此继续PM向过滤器的堆积，过滤器会发生堵塞。为此，产生由该过滤器的堵塞所致的排压上升的问题。
对于该过滤器的堵塞，考虑到该堵塞超过预定的堵塞量时，使排气温度强制升温，将所捕集的PM强制燃烧去除的方案。作为该过滤器的堵塞检测机构，具有由过滤器的前后差压检测出的方法或由预先设定的变换数据算出从发动机的运转状态捕集的PM量以求出和检测出PM累积量的方法等，另外，作为排气温度的升温机构，具有汽缸内喷射中的喷射控制所致的方法或向排气管内直接喷射燃料的燃料控制所致的方法。
该汽缸内喷射控制为，排气温度比设置在过滤器上游的氧化型催化剂或载持于过滤器上的氧化型催化剂的活性温度低时，进行多级喷射，使废气升温，比该活性温度高时，进行后喷射，由氧化型催化剂燃烧废气中的未燃燃料，将废气升温到使捕集到过滤器中的PM燃烧的温度以上，燃烧去除捕集到过滤器中的PM，以使过滤器再生。即，为一种相对氧化型催化剂供给未燃燃料、促进催化剂自身的氧化活性以提升催化剂后方的废气的温度的方法。
通常，在这些连续再生型DPF装置中，由过滤器捕集的PM的积蓄量到达预先设定的PM的积蓄界限值时，自动地将内燃机的运转状态变更为强制再生运转以使排气温度强制上升，或者，增加NO或NO2的量(例如参照专利文献1)，进行将由过滤器捕集的PM氧化和去除的再生处理。并且，也提出了一种与该过滤器的再生关联地、并行进行EGR气体的回流控制的排气净化装置(例如参照专利文献2和专利文献3)。
可是，含有大量的由后喷射或排气管内直接喷射等进行强制再生控制中的未燃燃料的废气流向排气管内时，使EGR系统(废气回流系统)动作，作为废气一部分的EGR向进气侧流入时，大量的未燃燃料流入EGR通路和发动机的进气侧通路，因此，可能发生EGR通路的闭塞或由发动机的汽缸盖的进气(进入)口露出的进气阀的固着等，此外，存在着因这些障碍会使发动机破损的问题。
专利文献1日本专利公开公报2002-70535号专利文献2日本专利公开公报2003-27921号专利文献3日本专利公开公报2002-168112号发明内容本发明的目的是提供一种废气净化系统的控制方法和废气净化系统，在连续再生型DPF装置的强制再生控制之际，防止由供给废气中的未燃燃料产生的EGR通路的闭塞或进气阀的固着等的发生，可防止由此引起的发动机破损。
用于实现上述目的的本发明的废气净化系统的控制方法，该废气净化系统，在具有EGR系统的内燃机的废气通路上设置有将废气中的粒状物捕集的过滤器的连续再生型柴油机微粒过滤器装置，并且，用于将由所述过滤器捕集的粒状物强制燃烧并使所述过滤器再生的强制再生时，将未燃燃料向流入所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的废气中供给，其中，在所述强制再生控制时的未燃燃料向废气供给时，停止所述EGR系统中的EGR气体向进气通路侧的回流。
另外，用于实现上述目的的本发明的废气净化系统，在具有EGR系统的内燃机的废气通路上设置有将废气中的粒状物捕集的过滤器的连续再生型柴油机微粒过滤器装置，并具有在用于将由所述过滤器捕集的粒状物强制燃烧并使所述过滤器再生的强制再生时、将未燃燃料向流入所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的废气中供给的强制再生控制机构，其中，所述强制再生控制机构在将未燃燃料向废气供给时，进行停止所述EGR系统中的EGR气体向进气通路侧回流的控制。
并且，在上述的废气净化系统中，作为前述的连续再生型柴油机微粒过滤器装置，可采用在前述过滤器上游侧设有氧化型催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器装置、在前述过滤器上载持有氧化型催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器装置、将在前述过滤器上载持有催化剂并且在前述过滤器上游侧设有氧化型催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器装置中的任意一个或其组合。
本发明具有如下的效果。
根据本发明的废气净化系统的控制方法和废气净化系统，在用于将由连续再生型DPF装置的过滤器捕集的粒状物强制燃烧并将过滤器强制再生的强制再生中，将未燃燃料向流入连续再生型DPF装置的废气中供给时，由于停止EGR气体朝发动机的进气侧的回流，所以能够防止该未燃燃料所致的EGR通路的闭塞或进气阀的固着等，并能够防止由此所致的发动机破损。
图1为示出本发明涉及的实施例的废气净化系统的系统结构图，图2为本发明涉及的实施例的废气净化系统的控制机构的结构的示意图，图3为本发明涉及的实施例的废气净化系统的再生控制流程的示意图。
具体实施例方式
以下，参照附图，以具有氧化型催化剂和带有催化剂的过滤器组合而成的连续再生型DPF装置的废气净化系统为例，说明本发明涉及的实施例的废气净化系统的控制方法和废气净化系统。
图1示出本实施例的内燃机的废气净化系统1的结构。在设有该废气净化系统1的柴油发动机10中，从排气通路12朝向进气通路(进气管)14侧设置有EGR阀16的EGR通路15。并且，在该柴油发动机10的排气通路12上设有连续再生型DPF13。该连续再生型DPF13的结构为，在上游侧具有氧化型催化剂(DOC)13a、在下游侧具有带催化剂的过滤器(CSF)13b。
该氧化型催化剂13a为在多孔质陶瓷的蜂窝结构等载持体上载持有白金(Pt)等催化剂金属而成，带催化剂过滤器13b为可由使多孔质陶瓷的蜂窝通道入口与出口交替地封孔的整体蜂窝型壁流式过滤器或随机层叠氧化铝等无机纤维的毛毡状的过滤器等形成。在该过滤器的部分上载持有白金或氧化铈等催化剂。
并且，在带催化剂的过滤器13b上采用了整体蜂窝型壁流式过滤器时，废气G中的PM(粒状物)由多孔质陶瓷的壁部捕集(捕捉)，采用了纤维型过滤器式时，由过滤器的无机纤维捕集PM。
并且，为了推定带催化剂的过滤器13b的PM的堆积量，在与连续再生型DPF13的前后连接的导通管上设有差压传感器21。另外，用于带催化剂的过滤器13d的再生控制，在氧化型催化剂13a与带催化剂的过滤器13b的上游侧、中间和下游侧分别设有氧化型催化剂入口排气温度传感器22、过滤器入口排气温度传感器23。
这些传感器的输出值向对发动机10的运转进行全面控制、并进行连续再生型DPF13的再生控制的控制装置(ECU发动机控制单元)30输入，通过从该控制装置30输出的控制信号，来控制用来调整发动机10的燃料喷射装置(喷嘴未图示)或EGR通路15的EGR气体量的EGR阀16。
该燃料喷射装置与暂时贮存由燃料泵升压的高压燃料的共轨喷射系统连接，并且，为了使发动机运转，也向控制装置30输入来自发动机回转传感器的发动机转速和来自节气门开度传感器的加速踏板开度等信息、以及车辆速度、冷却水温度等信息。
另外，在该发动机10和排气净化系统1中，进气A从进气通路14进入发动机10的汽缸内，通过与燃料混合并燃烧，以产生废气G。该废气G的一部分Ge从EGR通路15经过EGR阀16回流进进气通路14中，其他废气G成为经排气通路12的废气净化装置13净化的废气Gc而排出。
下面，对该废气净化系统1的控制机构的结构进行说明。在本发明中，如图2所示，控制装置30的控制机构10C由控制发动机的运转的发动机控制机构20C、和废气净化系统1用的柴油机微粒过滤器(DPF)控制机构30C等构成。并且，该DPF控制机构30C由通常运转控制机构31C、PM捕集量检测机构32C、和强制再生控制机构33C等构成。
通常运转控制机构31C特别是一种与连续再生型DPF13的再生无关地进行通常运转的机构，通过由控制装置30根据加速踏板开度和发动机转速而计算的通电时间信号，来进行预定量的燃料从燃料喷射装置喷射的通常的喷射控制。
PM捕集量检测机构32C为将由连续再生型DPF13的带催化剂的过滤器13b所捕集的PM的捕集量ΔPm加以检测的机构，该捕集量ΔPm的检测由连续再生型DPF装置13的前后差压、或从发动机的回转速度或负载推定的堆积量的累积计算值、或发动机的回转累积时间等检测出。在本实施例中，以连续再生型DPF装置13的前后差压、即差压传感器21所致的测定值为基础加以检测。
强制再生机构33C包括排气强制升温机构331C和未燃燃料添加机构332C，前者虽然根据连续再生型DPF13的种类控制上多少有些不同，但在发动机10的汽缸内喷射中进行多级喷射、以使排气温度上升到氧化型催化剂13a的活性温度等预定温度；后者进行后喷射或排气管内直接喷射，向废气中添加未燃燃料，用氧化型催化剂13a燃烧该未燃燃料，使由过滤器入口排气温度传感器23检测出的过滤器入口排气温度上升到500℃～600℃，以成为适于PM的氧化去除的温度或环境。并且，通过这两个机构，强制地燃烧去除由带催化剂的过滤器13b捕集的PM，并使带催化剂的过滤器13b强制再生。另外，在排气强制升温机构331C中，也有并用进气节流的情况。
具有上述各机构的DPF控制机构30C被构成为，根据由PM捕集量检测机构32C检测出的PM的捕集量继续通常运转控制机构31C进行的通常的运转、或者使强制再生机构33C自动动作。
并且，在本发明中，强制再生机构33C的结构为，通过未燃燃料添加机构332C，向废气G中添加未燃燃料时，使EGR阀16全开，使通过EGR通路15流入进气通路14中的EGR气体Ge停止。
另外，在不进行后喷射或排气管内直接喷射等的未燃燃料添加的状态下，EGR阀15的控制根据发动机1的发动机转速和发动机负载，选择成为目标的EGR开度。
下面，对该废气净化系统1的再生控制、特别是进行DPF控制机构30C的强制再生机构33C的动作进行说明。在该废气净化系统1中，根据图3例示的控制流程，进行通常运转控制来捕集PM，并且，PM捕集量达到极限时，进行强制再生控制。图3所示的控制流程示出在发动机钥匙插通(ON)所致的发动机起动，并且，从全面控制发动机的控制流程中称作开始，通过发动机钥匙的拔出(OFF)，进行再生控制的结束作业，返回全面控制发动机的控制流程，与该控制流程的结束一同结束。
在该图3的控制中，在步骤S10中，通过PM捕集量检测机构32C，判断PM的捕集量是否在预定的范围内、由差压传感器21检测出的差压ΔPm是否在判断用差压值ΔP0以上，在比预定的判断用差压值ΔP0小时，还不要进行强制再生控制，在步骤S20中，将通常运转控制机构31C进行的通常运转在与判断强制再生控制的开始的间隔有关的预定时间内进行，在处于预定的判断用差压值ΔP0以上时，判断为需要强制再生控制，在步骤S30中，进行强制再生机构33C的强制再生运转。
在该步骤S30的强制再生运转中，在步骤S31中，通过排气强制升温机构331C，直到排气温度上升到氧化型催化剂13a的活性温度等预定温度，才在发动机10的缸内喷射中进行多级喷射。之后，在步骤S32中，由未燃燃料添加机构332C，进行后喷射或排气管内直接喷射，将未燃燃料添加到废气中，由氧化型催化剂13a燃烧，在过滤器入口排气温度上升到500℃～600℃时，将由带催化剂的过滤器13b捕集的PM强制燃烧去除。在本发明中，该步骤S32的未燃燃料添加机构332C使EGR阀16全开，使通过EGR通路15并流入进气管14的EGR气体Ge停止。
并且，该强制再生控制直到经过预先设定的预定时间、或由差压传感器21检测出的差压ΔPm达到预定的再生结束用差压值ΔP1以下时进行，之后结束。结束后，返回到步骤S10。
通过步骤S10的判断，选择步骤S20的通常运转控制或步骤S30的强制再生运转控制中任意一个的同时，边反复进行通常运转和强制再生运转，边进行发动机10的运转。另外，检测出发动机钥匙拔出(OFF)时，发生中断，将各步骤中的控制中止，进行存储步骤S40的中止时状态等的控制结束作业之后，返回全面控制发动机的控制流程并结束工作。
因此，根据该废气净化系统1，未燃燃料向用于使由带催化剂的过滤器13b捕集的PM强制燃烧并使带催化剂的过滤器13b强制再生的强制再生控制中的废气G供给时，由于停止了EGR气体Ge的回流，能够防止该未燃燃料的流入所致的EGR通路15的闭塞或进气阀的固着等，并能够防止由此导致的发动机破损。
另外，在上述说明中，作为在废气净化系统中的DPF装置，以在过滤器上载持有催化剂、并且在该过滤器上游侧设置有氧化型催化剂的连续再生型DPF装置为例进行了说明，但本发明并不限于此，也可适用于只有过滤器的DPF装置、在过滤器上载持有氧化型催化剂的连续再生型DPF装置、在过滤器的上游侧设置有氧化型催化剂的连续再生型DPF装置等其他类型的DPF装置。
权利要求
1.一种废气净化系统的控制方法，该废气净化系统为，在具有EGR系统的内燃机的废气通路上设置有将废气中的粒状物捕集的过滤器的连续再生型柴油机微粒过滤器装置，并且，在用于将由所述过滤器捕集的粒状物强制燃烧并使所述过滤器再生的强制再生时，将未燃燃料向流入所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的废气中供给，其特征在于，在所述强制再生控制时将未燃燃料向废气供给时，停止所述EGR系统中的EGR气体向进气通路侧的回流。
2.一种废气净化系统，在具有EGR系统的内燃机的废气通路上设置有将废气中的粒状物捕集的过滤器的连续再生型柴油机微粒过滤器装置，并具有在用于将由所述过滤器捕集的粒状物强制燃烧并使所述过滤器再生的强制再生时、将未燃燃料向流入所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的废气中供给的强制再生控制机构，其特征在于，所述强制再生控制机构在将未燃燃料向废气供给时，进行停止所述EGR系统中的EGR气体向进气通路侧回流的控制。
3.如权利要求2所述的废气净化系统，其特征在于，所述的连续再生型柴油机微粒过滤器装置，是在前述过滤器的上游侧设有氧化型催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器装置、在前述过滤器上载持有氧化型催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器装置、在前述过滤器上载持有催化剂并且在前述过滤器上游侧设有氧化型催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器装置中的任意一个或其组合。
全文摘要
本发明提供一种在连续再生型DPF装置的强制再生控制之际，防止由供给到废气中的未燃燃料等未燃燃料产生的、EGR通路的闭塞或进气阀的固着等的发生，可防止由此引起发动机破损的废气净化系统的控制方法和废气净化系统。在具有EGR系统的内燃机(10)的废气通路(12)上、设置有具有将废气(G)中的PM捕集的过滤器(13b)的连续再生型DPF装置(13)、并且在将由过滤器(13b)捕集的PM强制燃烧并使过滤器(13b)再生的强制再生时、将未燃燃料向流入连续再生型DPF装置(13)的废气(G)中供给的废气净化系统(1)中，在强制再生控制时未燃燃料向废气(G)供给时，停止EGR系统中的EGR气体(Ge)向进气通路(14)侧的回流。
文档编号F02D41/40GK1690376SQ200510063908
公开日2005年11月2日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年3月30日
发明者长谷山尊史, 松沼厚, 伍维, 岩下拓朗, 小野寺贵夫, 池田秀 申请人:五十铃自动车株式会社