專利名稱：柴油機(jī)的廢氣后處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為了減少柴油機(jī)的廢氣中含有的有害成分特別是減少柴油機(jī)中限制的粒狀物質(zhì)，而裝備到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的廢氣后處理裝置及其控制裝置。
背景技術(shù)：
作為環(huán)境對策的重要一環(huán)，是對車輛用發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施限制廢氣中的成為有害成分的氮氧化物(NOx)或碳化氫(HC)等的限制，另一方面，面向降低有害成分的各種技術(shù)的開發(fā)投入了很大精力。特別是，對柴油機(jī)、尤其是柴油機(jī)廢氣的限制近年來逐漸強(qiáng)化，同時(shí)，未來也存在實(shí)施更為嚴(yán)格的限制的傾向。柴油機(jī)為，將供給于汽缸內(nèi)的空氣壓縮、向成為高溫高壓的空氣中噴射燃料并使其燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)，與汽油機(jī)相比，通常熱效率較高。因此，雖然具有二氧化碳(CO2)的排出量減少一些的特性，但還是具有消減粒狀物質(zhì)(顆粒PM)和NOx的強(qiáng)烈要求。
PM為，通過向汽缸內(nèi)噴射的燃料的不完全燃燒，碳或燃料的未燃燒成分作為微小粒子而被排出的物質(zhì)。在柴油機(jī)中，因噴射的燃料與空氣的混合不良等原因，根據(jù)其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，PM的產(chǎn)生量會(huì)增大。特別是，以降低NOx為目的，在柴油機(jī)的汽缸內(nèi)進(jìn)行與空氣混合并使廢氣再循環(huán)的所謂的EGR(廢氣再循環(huán))時(shí)，由于向汽缸內(nèi)供給的空氣量的減少或燃燒最高溫度的降低，存在著PM的產(chǎn)生量增多的傾向，因此PM的降低與NOx的降低具有相背離的面。
為了防止PM的排出，具有在柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)中裝有稱作柴油顆粒過濾器(DPF)的過濾器，并由該過濾器捕捉PM的技術(shù)。DPF通常在多孔質(zhì)的堇青石等陶瓷體上沿軸向設(shè)有格子狀劃分的多個(gè)細(xì)小通路，相鄰?fù)返某鋈肟诒唤惶娴胤庾?。柴油機(jī)的廢氣通過相鄰?fù)烽g的多孔質(zhì)陶瓷的壁而向下游流動(dòng)，此時(shí)，捕集作為微粒子的PM?？捎锰沾衫w維等耐熱性纖維構(gòu)成的網(wǎng)眼細(xì)的無紡布來代替所使用的多孔質(zhì)的陶瓷體。另外，為了防止PM的排出，已知一種將在形成于陶瓷載置體上的多個(gè)通路的表面涂敷了白金、鈀或銠等貴重金屬構(gòu)成的催化劑的氧化催化劑裝置裝在排氣系統(tǒng)中的技術(shù)。廢氣通過氧化催化劑裝置的通路流動(dòng)時(shí)，在該催化劑作用下，廢氣中的PM與柴油機(jī)的廢氣中的氧反應(yīng)而被氧化，轉(zhuǎn)換為CO2等。也有在DPF表面載置這樣的催化劑的情況。
可是，在裝置有柴油機(jī)的車輛中具備的DPF中，堆積通過發(fā)動(dòng)機(jī)的反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)所捕捉到的PM。PM多量堆積時(shí)，過濾器成為被網(wǎng)眼堵塞的狀態(tài)，具有發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓上升的弊端，或者在發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)載時(shí)廢氣成為高溫時(shí)，具有堆積的PM一下子燃燒從而會(huì)給DPF帶來熱損傷等的弊端。為了防止這些弊端，需要適當(dāng)?shù)厝コ逊e的PM，進(jìn)行使DPF的功能恢復(fù)的所謂DPF的再生。
作為再生手段，己知由電加熱器或燃燒器等加熱以使PM燃燒的方式?？墒?，采用了使該P(yáng)M燃燒的方式時(shí)，成為了將電加熱器等與DPF組合，會(huì)使DPF變得復(fù)雜且價(jià)高，同時(shí)，因再燃燒中不能捕集PM，而成為了在排氣通路上并列設(shè)置多個(gè)DPF以交替地進(jìn)行捕集和燃燒的系統(tǒng)，存在著裝置大規(guī)?；膯栴}。為了解決該問題，近年來，關(guān)注于在DPF的廢氣上游設(shè)置氧化催化劑，通過氧化廢氣中的未燃燒成分等以使其溫度上升等的作用，將捕集到DPF中的PM在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)作中連續(xù)地氧化和去除，以使DPF再生的方式。另外，也考慮到將催化劑涂敷到DPF的表面來代替催化劑設(shè)置于上游的方法，例如所謂地將NOx吸附還原型催化劑載置于DPF的上游表面，利用吸附和還原NOx之際產(chǎn)生的活性氧來將捕集到的PM連續(xù)地氧化和去除的方法。如此，在DPF的上游設(shè)有催化劑，將捕集到的PM連續(xù)地去除來進(jìn)行再生的方式的DPF稱作連續(xù)再生型DPF。
連續(xù)再生型DPF由于是在設(shè)置于其上游的催化劑作用下、去除PM的過濾器，與通常的催化劑裝置同樣地，在催化劑的活性溫度以下，催化劑不能充分地發(fā)揮功能，不能進(jìn)行連續(xù)的再生。作為使催化劑活性化并進(jìn)行良好的再生的溫度需要約350℃的溫度，在柴油機(jī)的燃料噴射量少的低負(fù)載時(shí)，廢氣溫度相當(dāng)?shù)停撨\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)如長時(shí)間繼續(xù)，催化劑的溫度在活性溫度以下。為此，成為DPF上蓄積PM的結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓上升、或廢氣溫度上升時(shí)大量PM燃燒會(huì)導(dǎo)致DPF熔損等。因此，即使在連續(xù)再生型DPF中，DPF上蓄積了一定量的PM時(shí)，不得不通過使廢氣溫度上升、將催化劑活性化等的方法去除PM，這樣的DPF的再生在下面稱作強(qiáng)制再生。
使柴油機(jī)的廢氣溫度上升中具有稱作后置噴射的手段。該手段為，在從柴油機(jī)的膨脹行程到排氣行程中，向發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)噴射添加燃料，該燃料在汽缸內(nèi)不燃燒，主要是通過排氣管或載置于其上的催化劑氧化而燃燒，由此提高廢氣的溫度。通常，通過在膨脹行程的結(jié)束期以後進(jìn)行噴射，能夠獲得良好的效果。后置噴射由于是在柴油機(jī)的汽缸內(nèi)原本具有的燃料噴嘴供給添加燃料，具有無需附加裝置的優(yōu)點(diǎn)?？刂坪笾脟娚涞牧炕虼螖?shù)，也可對升溫的廢氣的溫度加以調(diào)整。
另外，柴油機(jī)的通常的燃料噴射、即從壓縮行程的結(jié)束期到膨脹行程噴射并在發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸內(nèi)燃燒的燃料噴射的噴射時(shí)期被延遲時(shí)，未給予發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩的燃料的燃燒變多的結(jié)果，廢氣的溫度會(huì)提高。為了實(shí)現(xiàn)如此噴射時(shí)期的延遲，最好進(jìn)行所謂的多級噴射。由于多級噴射是將燃料噴射分成多個(gè)來進(jìn)行，因此，在柴油機(jī)中，通常從壓縮行程的結(jié)束期到膨脹行程將連續(xù)噴射的燃料轉(zhuǎn)變成分多次噴射的噴射方法，由此可容易地進(jìn)行被控制的延遲噴射。
為了確保連續(xù)再生型DPF的催化劑的活性，使廢氣溫度上升的有效手段是后置噴射或多級噴射，然而，僅憑此具有不能獲得充分的溫度上升的情況。為此，考慮到在連續(xù)再生型DPF的下游設(shè)置排氣節(jié)流閥，在實(shí)施后置噴射等所致的強(qiáng)制再生時(shí)，通過減小排氣節(jié)流閥的開度，使排氣通路縮徑，防止連續(xù)再生型DPF內(nèi)的熱量的發(fā)散，使之保溫，由此謀求催化劑的活性化以促進(jìn)DPF再生的手段。如此，將連續(xù)再生型DPF與排氣節(jié)流閥組合的柴油機(jī)的廢氣后處理裝置例如日本特開2003-343287號公報(bào)所示那樣的公知技術(shù)，但在用排氣節(jié)流閥使排氣節(jié)流時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)背壓會(huì)上升，作用于發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)載會(huì)增大的關(guān)系下，燃料噴射量增加進(jìn)而帶來廢氣溫度的上升。下面，根據(jù)圖5，對如此的柴油機(jī)廢氣后處理裝置進(jìn)行說明。
圖5是示意地表示出具有連續(xù)再生型DPF和排氣節(jié)流閥的、驅(qū)動(dòng)車輛的柴油機(jī)的示圖。通過空氣濾清器2和吸氣管3向柴油機(jī)本體1的汽缸內(nèi)供給空氣。并且，在壓縮行程的結(jié)束期從燃料噴嘴4向汽缸內(nèi)噴射燃料，噴射的燃料與壓縮的空氣混合并在汽缸內(nèi)燃燒以產(chǎn)生動(dòng)力。燃燒后的廢氣向排氣管5排出的同時(shí)，其一部分通過EGR通路6再循環(huán)到吸氣管3中。再循環(huán)的目的主要在于防止NOx的產(chǎn)生，再循環(huán)的廢氣的量由EGR閥7控制。
在排氣管5上設(shè)有連續(xù)再生型DPF8，而在其下游設(shè)有排氣節(jié)流閥9。由電磁閥91對開閉該排氣節(jié)流閥9的流體壓力致動(dòng)器進(jìn)行控制，在柴油機(jī)的通常運(yùn)轉(zhuǎn)中，保持全開。連續(xù)再生型DPF8具有在陶瓷體的軸向形成多個(gè)通路的DPF81，和設(shè)置于其上游的氧化催化劑82。此外，連續(xù)再生型DPF8設(shè)有檢測出DPF81的上游壓力與下游壓力的差壓的差壓傳感器83，檢測出氧化催化劑81的上游的廢氣溫度的入口溫度傳感器84和檢測出出口側(cè)(DPF81的入口側(cè))的溫度的出口溫度傳感器85，這些傳感器的檢測信號向發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置10(ECU)輸入。
柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，從燃料噴嘴4噴射出的燃料在汽缸內(nèi)燃燒，燃燒后的廢氣向排氣管5排氣。廢氣通過連續(xù)再生型DPF8之際，其中的PM由形成于DPF81中的多個(gè)軸向通路間的壁面捕捉，在DPF81的下游，將去除了PM的廢氣送出。被捕集、堆積在DPF81上的PM在柴油機(jī)的通常運(yùn)轉(zhuǎn)中，在氧化催化劑82的作用下，通過成為高溫的廢氣，與廢氣中的氧等化合，被氧化和去除。
可是，柴油機(jī)在長時(shí)間低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，廢氣的溫度會(huì)降低，從而氧化催化劑82的活性下降，被捕集到的PM的堆積量會(huì)增大，隨之，DPF81的上游側(cè)壓力與下游側(cè)壓力的差壓會(huì)增加。由氧化催化劑82的入口溫度傳感器84和出口溫度傳感器85檢測出的溫度降低，進(jìn)而由差壓傳感器83檢測出的差壓超過預(yù)定值時(shí)，為將DPF81強(qiáng)制再生，ECU10輸出進(jìn)行后置噴射的指令，以使廢氣的溫度上升。與此同時(shí)，為了使排氣節(jié)流閥9的開度變小，ECU10向電磁閥91發(fā)出指令，進(jìn)行對廢氣的流動(dòng)強(qiáng)制節(jié)流的控制。
在該強(qiáng)制再生中，由后置噴射供給的燃料通過排氣管5或氧化催化劑82氧化、燃燒，廢氣溫度成為高溫。此外，由于通過排氣節(jié)流閥9使連續(xù)再生型DPF8的下游被節(jié)流，連續(xù)再生型DPF8內(nèi)被保溫的同時(shí)，由于作用于發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)載增大，氧化催化劑82充分活性化，實(shí)現(xiàn)了DPF81的再生。
專利文獻(xiàn)1日本特開2003-343287號公報(bào)正如前述，對于氧化、去除由連續(xù)再生型DPF捕集的PM中，并用后置噴射等所致的廢氣的高溫化和排氣節(jié)流閥是有效的。但是，在排氣管上設(shè)置排氣節(jié)流閥，以在DPF的強(qiáng)制再生時(shí)減小其開度時(shí)，柴油機(jī)的排氣阻力會(huì)有非常大的增加，會(huì)對運(yùn)轉(zhuǎn)帶來很大的影響。因此，在強(qiáng)制再生中，并用排氣節(jié)流閥時(shí)，希望使車輛停車、使柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。
另外，在強(qiáng)制再生結(jié)束并去除了由DPF捕集到的PM時(shí)，為了使柴油機(jī)恢復(fù)到通常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要使排氣節(jié)流閥復(fù)原為全開?？墒牵谶B續(xù)再生型DPF的下游設(shè)置的排氣節(jié)流閥中，在使其急速返回到全開時(shí)，已判明會(huì)發(fā)生刺耳的很大噪音。
使排氣節(jié)流閥關(guān)閉以進(jìn)行后置噴射等所致的強(qiáng)制再生時(shí)，高壓的廢氣會(huì)滯留在排氣管的上游側(cè)。上述的噪音是由于隨著排氣節(jié)流閥的開放，滯留的廢氣瞬時(shí)將壓力下降到大氣壓附近，并流入到下游的排氣管中，此時(shí)產(chǎn)生的沖擊的壓力波所致的緣故。并且，連續(xù)再生型DPF等的后處理裝置與排氣管相比截面積較大，會(huì)貯存大容量的廢氣，從而噪聲進(jìn)一步增高。本發(fā)明的課題是降低由連續(xù)再生型DPF與排氣節(jié)流閥組合的柴油機(jī)中的、排氣節(jié)流閥全開復(fù)原時(shí)的噪音。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是，在連續(xù)再生型DPF中的強(qiáng)制再生結(jié)束后，降低使排氣節(jié)流閥復(fù)原到全開之際的噪音，在強(qiáng)制再生結(jié)束了時(shí)，進(jìn)行使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低的運(yùn)轉(zhuǎn)后，使排氣節(jié)流閥成為全開。即，本發(fā)明的柴油機(jī)，具備連續(xù)再生型DPF，并在所述連續(xù)再生型DPF的下游側(cè)設(shè)有排氣節(jié)流閥，所述連續(xù)再生型DPF包括捕集廢氣中的粒狀物質(zhì)的柴油顆粒過濾器和設(shè)置于該柴油顆粒過濾器的上游側(cè)的催化劑，其特征在于，為了將堆積在所述柴油顆粒過濾器上的粒狀物質(zhì)氧化去除、并使該過濾器再生，在使所述排氣節(jié)流閥的開度較小的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)所述柴油機(jī)時(shí)，在所述柴油顆粒過濾器的再生結(jié)束時(shí)刻，進(jìn)行使所述柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低的運(yùn)轉(zhuǎn)后，增大所述排氣節(jié)流閥的開度。
在使所述排氣節(jié)流閥的開度較小的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)所述柴油機(jī)執(zhí)行所述柴油顆粒過濾器的再生的情況下，如技術(shù)方案2所述，希望設(shè)定成使車輛停車且將所述柴油機(jī)在怠速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，如技術(shù)方案3所述，在所述柴油機(jī)的怠速狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)中，執(zhí)行使怠速轉(zhuǎn)數(shù)成為目標(biāo)值的反饋控制，在結(jié)束所述柴油顆粒過濾器的再生時(shí)，使反饋控制中的目標(biāo)值降低從而可使所述柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低。
在將所述柴油顆粒過濾器再生時(shí)，為了使廢氣的溫度上升，促進(jìn)氧化反應(yīng)等，如技術(shù)方案4所述，在柴油機(jī)的膨脹行程或排氣行程中，通過從燃料噴嘴噴射燃料的后置噴射，可添加燃料。
另外，將所述柴油顆粒過濾器再生時(shí)，如技術(shù)方案5所述，轉(zhuǎn)移到使所述柴油機(jī)的燃料分多次噴射的噴射方法，即多級噴射，在廢氣溫度達(dá)到預(yù)定值后，可由后置噴射添加燃料地構(gòu)成。
可是，PM的產(chǎn)生量和對DPF的堆積量因車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況而不同，強(qiáng)制再生的必要性的判斷具有困難面。為此，如技術(shù)方案6所述，最好在PM在所述柴油顆粒過濾器上堆積了預(yù)定量以上時(shí)，設(shè)有將其告知給駕駛員的警報(bào)裝置。
發(fā)明的效果即使是在DPF的上游設(shè)置了催化劑的連續(xù)再生型DPF，由于因廢氣的溫度降低所致的催化劑的活性降低，也具有將DPF強(qiáng)制再生的必要性。在DPF的強(qiáng)制再生中，更有效地是并用排氣節(jié)流閥，本發(fā)明為，為了DPF的強(qiáng)制再生，在使排氣節(jié)流閥的開度較小的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)時(shí)有效地降低排氣節(jié)流閥返回全開之際的噪音。即，在本發(fā)明中，PM在DPF上堆積了預(yù)定量以上、使排氣節(jié)流閥的開度較小并使DPF強(qiáng)制再生時(shí)，在其再生結(jié)束時(shí)刻，在以比再生時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)低的轉(zhuǎn)數(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)后，將排氣節(jié)流閥的開度變大、恢復(fù)到全開狀態(tài)。在排氣節(jié)流閥的開放前，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低，則通過減少廢氣的流量和壓力，來降低連續(xù)再生型DPF內(nèi)的壓力。為此，隨著排氣節(jié)流閥的開放，所產(chǎn)生的噪音與不實(shí)施使轉(zhuǎn)數(shù)降低的運(yùn)轉(zhuǎn)的以往技術(shù)相比，具有大幅度降低的結(jié)果。并且，該噪音降低的手段可不添加任何特別的裝置就可實(shí)施。
裝備于柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)中的連續(xù)再生型DPF的再生在排氣節(jié)流閥的開度變得較小的狀態(tài)下執(zhí)行時(shí)，作用于發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)載增大，對于車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)具有較大的影響。如技術(shù)方案2所述，該再生是在車輛停車并且將柴油機(jī)在怠速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，則可避免對車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的影響。此外，如技術(shù)方案3所述，連續(xù)再生型DPF的再生時(shí)，通過使怠速轉(zhuǎn)數(shù)成為目標(biāo)值的反饋控制，使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再生結(jié)束了時(shí)，降低該目標(biāo)值并使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低時(shí)，可成為在穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的容易實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)數(shù)控制。
在DPF的強(qiáng)制再生中，為了使廢氣的溫度上升并促進(jìn)氧化反應(yīng)，如技術(shù)方案4所述，通過從燃料噴嘴噴射燃料的后置噴射，添加燃料時(shí)，由于是從原本裝備于柴油機(jī)上的燃料噴嘴進(jìn)行供給，無需燃料添加用的特別的裝置。另外，如技術(shù)方案5所述，在連續(xù)再生型DPF再生之際，開始，轉(zhuǎn)移到將柴油機(jī)的燃料噴射分成多個(gè)而進(jìn)行的多級噴射、并預(yù)先使廢氣的溫度上升時(shí)，在進(jìn)行后置噴射的時(shí)刻，催化劑的溫度成為活性溫度以上。由此，通過后置噴射添加的燃料在催化劑中產(chǎn)生充分的氧化反應(yīng)，能夠有效地燃燒去除堆積在DPF上的PM。
如技術(shù)方案6所述，PM在所述柴油顆粒過濾器上堆積了預(yù)定量以上時(shí)，設(shè)有將其告知給駕駛員的警報(bào)裝置，則駕駛員能夠可靠地判斷強(qiáng)制再生的必要性，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幹谩?br>

圖1為根據(jù)本發(fā)明的柴油機(jī)的廢氣后處理裝置的示意圖。
圖2為示出根據(jù)本發(fā)明控制的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的變化和連續(xù)再生型DPF的內(nèi)壓變化的圖。
圖3為示出本發(fā)明的控制的流程的流程圖。
圖4為示出本發(fā)明的噪音降低的頻率特性的圖表。
圖5為示出以往的柴油機(jī)的廢氣后處理裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)附圖，對本發(fā)明的柴油機(jī)的廢氣后處理裝置進(jìn)行說明。圖1為本發(fā)明的柴油機(jī)的廢氣后處理裝置的示意圖，與以往例(圖5)的部件、裝置相對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號。圖2為示出實(shí)施了根據(jù)本發(fā)明的控制時(shí)的、柴油機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)與連續(xù)再生型DPF的內(nèi)壓變化的圖表。
構(gòu)成本發(fā)明的柴油機(jī)的廢氣后處理裝置的基本設(shè)備及其操作與圖5所示的以往裝置沒有特別的不同。即，在柴油機(jī)本體1的汽缸內(nèi)，從燃料噴嘴4噴射出的燃料與從吸氣管3供給的空氣混合并燃燒，燃燒后的廢氣向排氣管5排出。順帶地講，柴油機(jī)具有將燃料從燃料貯藏管(共軌)通過電磁閥控制的燃料噴嘴向發(fā)動(dòng)機(jī)的各汽缸噴射的、所謂的共軌(コモンレ一ル)式燃料噴射裝置，對于非常高壓的燃料可精密地控制噴射量、噴射時(shí)期等的同時(shí)進(jìn)行噴射。
在排氣管5上設(shè)置具有DPF81和在其上游的氧化催化劑82的連續(xù)再生型DPF8。DPF81為，在由堇青石等構(gòu)成的多孔質(zhì)陶瓷體上平行地形成多個(gè)通路、通路的入口和出口交替被封閉的稱作所謂的壁流型(ウオ一ルフロ一)的蜂窩式過濾器，在廢氣通過通路間的壁面之際，將其中含有的PM捕集。
另外，氧化催化劑82使用在例如蜂窩狀的堇青石構(gòu)成的載置體表面上涂敷活性氧化鋁等而形成吸收涂層，并在該涂層上載置由白金、鈀或銠等貴金屬構(gòu)成的催化劑活性成分的氧化催化劑。該氧化催化劑82將作為廢氣中的未燃燒成分的HC與CO氧化，以生成H2O和CO2，或者氧化NO以生成NO2。因氧化催化劑82的如此反應(yīng)過程中產(chǎn)生熱、廢氣的溫度上升，因而由DPF81捕集到的PM被氧化去除，通常DPF81是被連續(xù)再生的。另外，DPF81或氧化催化劑82當(dāng)然可使用其他慣用的裝置，例如，作為DPF81，也可使用在其通路的表面涂敷了與上述的氧化催化劑同樣的催化劑等的DPF。
在連續(xù)再生型DPF8的下游設(shè)有排氣節(jié)流閥9。排氣節(jié)流閥9為慣用的碟閥，通過空氣壓或真空致動(dòng)器操作。并且，由電磁閥91控制致動(dòng)器，從而在柴油機(jī)的通常運(yùn)轉(zhuǎn)中，使之保持全開，以防止柴油機(jī)的排氣阻力的增大。另外，與圖5的以往例同樣，連續(xù)再生型DPF8中設(shè)有檢測出DPF81的上游側(cè)壓力與下游側(cè)壓力的差壓的差壓傳感器83，分別檢測出氧化催化劑82的入口側(cè)和出口側(cè)的廢氣溫度的入口溫度傳感器84和出口溫度傳感器85，這些傳感器的檢測信號向發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置10(ECU)輸入。
正如前述，柴油機(jī)1在長時(shí)間低負(fù)載狀態(tài)下被運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，廢氣的溫度降低，氧化催化劑82的活性下降，因由DPF81捕集的PM堆積量增大，需要由噴射燃料的增加或后置噴射等手段來進(jìn)行DPF81強(qiáng)制再生。如此強(qiáng)制再生設(shè)定成主要在車輛的行駛中自動(dòng)地實(shí)施，但具有需要根據(jù)車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，在DPF的堆積量多時(shí)，并用排氣節(jié)流閥9的強(qiáng)制再生的情況。在本發(fā)明的廢氣后處理裝置中，為了執(zhí)行并用節(jié)流閥9的強(qiáng)制再生，設(shè)有駕駛員操作的手動(dòng)再生開關(guān)11，此外，還設(shè)有向駕駛員通知如此的強(qiáng)制再生的必要性的指示燈12和報(bào)警燈13。
因廢氣的溫度降低，由DPF81捕集到的PM的堆積量增大時(shí)，DPF81的上游側(cè)壓力與下游側(cè)壓力的差壓增加。在本發(fā)明中，由氧化催化劑82的入口溫度傳感器84和出口溫度傳感器85檢測出的溫度在預(yù)定值以下、由差壓傳感器83檢測出的差壓超過了第1預(yù)定值時(shí)，使指示燈12閃爍，為了進(jìn)行并用節(jié)流閥9的強(qiáng)制再生，促使駕駛員使車輛停車、按下手動(dòng)再生開關(guān)11。
根據(jù)指示燈12的閃爍，駕駛員按下手動(dòng)再生開關(guān)11時(shí)，廢氣后處理裝置的控制裝置成為強(qiáng)制再生的待機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，駕駛員停下車輛，將油門踏板返回，使柴油機(jī)1成為怠速狀態(tài)時(shí)，開始并用節(jié)流閥9的DPF81的強(qiáng)制再生。為了進(jìn)行該控制，利用輸入到ECU10中的油門踏板位置傳感器14的檢測信號和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)傳感器15來的轉(zhuǎn)數(shù)信號。
在該強(qiáng)制再生中，由電磁閥91減小排氣節(jié)流閥9的開度，以使排氣管5強(qiáng)制縮徑時(shí)，為了將柴油機(jī)1維持在怠速狀態(tài)，執(zhí)行以怠速轉(zhuǎn)數(shù)為目標(biāo)值的反饋控制。在此，即使在轉(zhuǎn)數(shù)的目標(biāo)值為怠速轉(zhuǎn)數(shù)，也由于通過排氣管5的縮徑，作用于柴油機(jī)1上的負(fù)載增大，因而噴射比通常的怠速狀態(tài)多的燃料，結(jié)果，提高廢氣的溫度。另外，為了使廢氣的溫度進(jìn)一步上升，在本實(shí)施例中，使用多級噴射和后置噴射這兩個(gè)手段。即，首先，通過向多級噴射的轉(zhuǎn)移，從壓縮行程結(jié)束期在膨脹行程中噴射的燃料的噴射時(shí)期實(shí)質(zhì)上延遲，從而使廢氣的溫度上升。通過多級噴射，氧化催化劑82的入口溫度傳感器84的溫度上升到一定值以上后，在柴油機(jī)1的膨脹行程結(jié)束期或排氣行程中，實(shí)施后置噴射。如這樣預(yù)先提高廢氣的溫度的話，能確保后置噴射中所添加的燃料的、在氧化催化劑82中的良好的氧化反應(yīng)，能順暢地進(jìn)行DPF81的再生。后置噴射的噴射量分成多階段，也可更精密地調(diào)整與氧化催化劑82的溫度上升相對應(yīng)增加的噴射量等。
如盡管指示燈12閃爍，但在某些情況下駕駛員不操作手動(dòng)再生開關(guān)11，或不執(zhí)行強(qiáng)制再生時(shí)，DPF81上會(huì)繼續(xù)PM的堆積，由差壓傳感器83檢測出的差壓會(huì)進(jìn)一步增加。隨著PM的堆積量的增大，差壓達(dá)到第2預(yù)定值時(shí)，指示燈12的閃爍周期變短，快速閃爍，促使駕駛員提早進(jìn)行強(qiáng)制再生。即使這樣駕駛員也不實(shí)施強(qiáng)制再生、使PM繼續(xù)堆積，從而差壓達(dá)到第3預(yù)定值時(shí)，報(bào)警燈13被點(diǎn)亮。由報(bào)警燈13給予駕駛員警告的原因是，在該狀態(tài)下，DPF81上堆積了大量的PM，一旦進(jìn)行強(qiáng)制再生，則由PM的氧化燃燒產(chǎn)生的熱量過大，恐怕會(huì)損傷DPF81等的緣故。報(bào)警燈13點(diǎn)亮?xí)r，駕駛員將車輛移入修配廠等，在此，通過所謂的逆洗或長時(shí)間的燃燒等方法，將堆積的PM去除。如此，本發(fā)明的排氣后處理裝置可根據(jù)PM的堆積量設(shè)置3階段的警報(bào)手段，給予駕駛員極細(xì)的強(qiáng)制再生的指示。
強(qiáng)制再生被開始，后置噴射帶來的PM的氧化去除繼續(xù)一定時(shí)間時(shí)，結(jié)束DPF81的再生。再生結(jié)束后，停止后置噴射，并將排氣節(jié)流閥9恢復(fù)成全開，但在本發(fā)明中，在將排氣節(jié)流閥9成為全開前，使進(jìn)行反饋控制的轉(zhuǎn)數(shù)的目標(biāo)值降低。即，在強(qiáng)制再生中，使被設(shè)定成怠速轉(zhuǎn)數(shù)的柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)目標(biāo)值成為例如200rpm左右較小的目標(biāo)值來運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)(參照圖2)。由此，柴油機(jī)的廢氣量和廢氣壓力降低，如圖2的虛線所示，連續(xù)再生型DPF8的內(nèi)壓也降低。
正如前述，在設(shè)置于連續(xù)再生型DPF8下游的排氣節(jié)流閥9的開度成為全開之際，隨著貯存其中的高壓的廢氣的急劇放開，會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。在本發(fā)明中，在排氣節(jié)流閥9的開放前，暫且使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低。因此，在開放排氣節(jié)流閥9的時(shí)刻，連續(xù)再生型DPF8內(nèi)的壓力降低，可使產(chǎn)生的噪音大幅度降低。由于從使反饋控制的轉(zhuǎn)數(shù)的目標(biāo)值降低到連續(xù)再生型DPF8的內(nèi)壓降低，多少存在著時(shí)間延遲，所以排氣節(jié)流閥9的開放要在使轉(zhuǎn)數(shù)降低的運(yùn)轉(zhuǎn)繼續(xù)一定時(shí)間后進(jìn)行。另外，降低的轉(zhuǎn)數(shù)的目標(biāo)值等考慮到廢氣壓力和噪音的關(guān)系，由實(shí)驗(yàn)等來確定。
圖3示出本發(fā)明的廢氣后處理裝置的控制方法的流程圖。在與指示燈12的閃爍相對應(yīng)，駕駛員將手動(dòng)再生開關(guān)11接通(ON)時(shí)(S1)，成為執(zhí)行強(qiáng)制再生的該流程的待機(jī)狀態(tài)。在此，駕駛員停止車輛，并且檢測出停止對油門踏板的踏入(S2)時(shí)，開始強(qiáng)制再生?？墒?，這些操作如不進(jìn)行，則反復(fù)地進(jìn)行不開始強(qiáng)制再生的原有流程。
步驟2的條件成立時(shí)，開始強(qiáng)制再生，首先，ECU10使柴油機(jī)1的燃料噴射成為多級噴射所的同時(shí)，減小排氣節(jié)流閥9的開度，從而縮徑排氣管5(S3)。由此，廢氣的溫度上升，氧化催化劑82的入口溫度超過成為催化劑的活性溫度的例如300℃時(shí)(S4)，ECU10將后置噴射的指令向燃料噴射裝置輸出(S5)，后置噴射繼續(xù)預(yù)定時(shí)間(S6)，使DPF81再生。其間，由于不踏下油門踏板，柴油機(jī)1在怠速轉(zhuǎn)數(shù)下回轉(zhuǎn)，排氣節(jié)流閥9的開度為較小狀態(tài)。也可將步驟5的后置噴射的噴射量設(shè)定成2個(gè)階段，并隨時(shí)間增大噴射量。
后置噴射進(jìn)行的強(qiáng)制再生經(jīng)過預(yù)定時(shí)間，并且DPF81的再生結(jié)束時(shí)，ECU10使怠速轉(zhuǎn)數(shù)的目標(biāo)值降低，與之同時(shí)，停止后置噴射，向柴油機(jī)1的燃料噴射返回到通常的狀態(tài)(S7)。柴油機(jī)1的轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)際降低，并直到連續(xù)再生型DPF8內(nèi)的壓力降低繼續(xù)該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(S8)，經(jīng)過該時(shí)間后，使排氣節(jié)流閥9成為全開狀態(tài)(S9)。由此，能夠不會(huì)產(chǎn)生較大的噪音地開啟排氣節(jié)流閥9，并結(jié)束強(qiáng)制再生。
在此，對于排氣節(jié)流閥9全開時(shí)的噪音，將通常的怠速轉(zhuǎn)數(shù)狀態(tài)下成為全開的以往例的技術(shù)與先于全開降低轉(zhuǎn)數(shù)的本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行了比較，這種比較如圖4所示。圖4的實(shí)線表示出以往情況下的噪音的頻率特性，虛線表示出本發(fā)明時(shí)的頻率特性，正如圖示可知，與以往例相比，本發(fā)明中特別是在頻率高的音域，噪音的減少量較大。頻率高的聲音對于人類是一種刺耳的聲音，可以說在該音域下噪音水平下降是非常希望的效果。順帶地講，在A特性所致的噪音整體性的評價(jià)中，噪音水平獲得減少3dB的結(jié)果。
正如以上所詳述地，本發(fā)明的廢氣后處理裝置，其目的在于在具有連續(xù)再生型DPF并且將其與排氣節(jié)流閥組合的柴油機(jī)中，關(guān)閉排氣節(jié)流閥并在將堆積到DPF上的PM去除的強(qiáng)制再生結(jié)束后，使得將排氣節(jié)流閥復(fù)原到全開時(shí)的噪音降低，其特征為在排氣節(jié)流閥的全開復(fù)原前，降低強(qiáng)制再生時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。因此，作為連續(xù)再生型DPF，并不限于前述實(shí)施例所說明的、將催化劑作為另外個(gè)體設(shè)置在DPF的上游的，例如將催化劑涂敷到DPF表面的連續(xù)再生型DPF也可適用于本發(fā)明。另外，強(qiáng)制再生中廢氣溫度的上升手段不用說可采用例如使用安裝于排氣系統(tǒng)中的燃料添加裝置等的、后置噴射或多級噴射以外的手段。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)，具備連續(xù)再生型DPF(8)，并在所述連續(xù)再生型DPF(8)的下游側(cè)設(shè)有排氣節(jié)流閥(9)，所述連續(xù)再生型DPF(8)包括捕集廢氣中的粒狀物質(zhì)的柴油顆粒過濾器(81)和設(shè)置于該柴油顆粒過濾器(81)的上游側(cè)的催化劑(82)，其特征在于，為了將堆積在所述柴油顆粒過濾器(81)上的粒狀物質(zhì)氧化去除、并使該過濾器(81)再生，在使所述排氣節(jié)流閥(9)的開度較小的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)所述柴油機(jī)時(shí)，在所述柴油顆粒過濾器(81)的再生結(jié)束時(shí)刻，進(jìn)行使所述柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低的運(yùn)轉(zhuǎn)后，增大所述排氣節(jié)流閥(9)的開度。
2.如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)，其特征在于，為了將所述柴油顆粒過濾器(81)再生，設(shè)定成在使所述排氣節(jié)流閥(9)的開度較小的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)所述柴油機(jī)時(shí)，使車輛停止，且將所述柴油機(jī)在怠速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的柴油機(jī)，其特征在于，在所述柴油機(jī)的怠速狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)中，執(zhí)行使怠速轉(zhuǎn)數(shù)成為目標(biāo)值的反饋控制，在所述柴油顆粒過濾器(81)的再生結(jié)束了的時(shí)刻，為了使所述柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低，使所述目標(biāo)值降低。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的柴油機(jī)，其特征在于，將所述柴油顆粒過濾器(81)再生時(shí)，在所述柴油機(jī)的膨脹行程或排氣行程中，從燃料噴嘴(4)噴射添加燃料。
5.如權(quán)利要求4所述的柴油機(jī)，其特征在于，將所述柴油顆粒過濾器(81)再生時(shí)，轉(zhuǎn)移到使所述柴油機(jī)的燃料分多次噴射的噴射方法，在廢氣溫度達(dá)到預(yù)定值后，在所述柴油機(jī)的膨脹行程或排氣行程中，從所述燃料噴嘴(4)噴射添加燃料。
6.如權(quán)利要求1～5中任一所述的柴油機(jī)，其特征在于，設(shè)有警報(bào)裝置(12，13)，該警報(bào)裝置(12，13)當(dāng)廢氣中的粒狀物質(zhì)在所述柴油顆粒過濾器(81)上堆積了預(yù)定量以上時(shí)，將其告知駕駛員。
全文摘要
本發(fā)明在設(shè)有排氣節(jié)流閥(9)的柴油機(jī)中，關(guān)閉排氣節(jié)流閥(9)，從而將堆積到柴油顆粒過濾器(81)上的粒狀物質(zhì)氧化去除、將該過濾器再生后，使排氣節(jié)流閥復(fù)原為全開時(shí)的噪音加以降低。在柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)中，裝有柴油顆粒過濾器(81)和在其上游的催化劑(82)，此外，在下游設(shè)有排氣節(jié)流閥(9)。在使排氣節(jié)流閥(9)的開度較小的狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)，使柴油顆粒過濾器(81)再生的情況下，在該再生結(jié)束時(shí)，進(jìn)行使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低的運(yùn)轉(zhuǎn)后，將排氣節(jié)流閥(9)返回到全開狀態(tài)。降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，則排氣系統(tǒng)的壓力減小，從而能夠大幅度地降低隨著排氣節(jié)流閥(9)開放所產(chǎn)生的噪音。
文檔編號F01N3/035GK1676889SQ20051006390
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
發(fā)明者荒柄義隆, 橋本博文, 西択男 申請人:五十鈴自動(dòng)車株式會(huì)社