废气净化装置.pdf

设于内燃机的排气系统(30)中的、具有DPF(33)的废气净化装置(101、102、103)，具有测定排气声压的一个或多个声压测定装置(8F、8R)和根据测定的该排气声压计算PM堆积量的运算装置(10)，在上述DPF(33)的上游侧配置排气温度测定装置(36)和废气升温装置(34)，在由上述运算装置(10)计算出的PM堆积量比预先设定的既定值高，而且由排气温度测定装置(36)测定的废气温度处于该DPF(33)的可再生温度区域下限以下的情况下，使该废气升温装置(34)工作。

权利要求书
1.  一种废气净化装置，设于内燃机的排气系统中，具有DPF，其特征在于：具有
测定排气声压的一个或多个声压测定装置和
根据测定的该排气声压计算PM堆积量的运算装置。

2.  根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于：在上述DPF的上游侧配置排气温度测定装置和废气升温装置，
在由上述运算装置计算出的PM堆积量比预先设定的既定值高，而且由排气温度测定装置测定的废气温度处于该DPF的可再生温度区域下限以下的情况下，使该废气升温装置工作。

3.  根据权利要求1或2所述的废气净化装置，其特征在于：具有存储与内燃机的运行状况相应的上述DPF上游侧的声压图的存储装置，
在上述DPF的上游侧配置1个上述声压测定装置，
由上述运算装置根据由该声压测定装置测定的排气声压和该声压图来运算PM堆积量。

4.  根据权利要求1～3中任何一项所述的废气净化装置，其特征在于：具有存储与内燃机的运行状况相应的上述DPF下游侧的声压图的存储装置，
在上述DPF的下游侧配置1个上述声压测定装置，
由上述运算装置根据由该声压测定装置测定的排气声压和该声压图来运算PM堆积量。

5.  根据权利要求1～4中任何一项所述的废气净化装置，其特征在于：测定声压测定装置的可测定频率的整个区域或部分频带区域的排气声压。

6.  根据权利要求1～5中任何一项所述的废气净化装置，其特征在于：由上述声压测定装置在多个频带区域测定排气声压，
上述运算装置根据测定的多个频带区域的排气声压来计算PM堆积量。

7.  根据权利要求1～6中任何一项所述的废气净化装置，其特征在于：相应于内燃机的转速改变由上述声压测定装置测定的排气声压的频带区域。

8.  根据权利要求1～7中任何一项所述的废气净化装置，其特征在于：相应于废气温度改变由上述声压测定装置测定的排气声压的频带区域。

说明书废气净化装置
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置的技术，该废气净化装置设于柴油发动机等内燃机的排气系统，具有捕集废气中的微粒的微粒过滤器。
背景技术
过去，在内燃机的排气系统中，设有用于捕集、除去废气中的微粒(以下称PM)的微粒过滤器(以下称DPF)。在该DPF的PM堆积量的判定方法中，已知有测定DPF前后的差压的方法(例如参照专利文献1)、根据事先判明的发动机的PM排出量图和发动机运行历史来进行计算的方法(例如参照专利文献2)等，根据这样的测定结果，进行将堆积的PM除去的“DPF再生”。
专利文献1：日本特开平7-189654号公报
专利文献2：日本特开2002-97930号公报
然而，在测定DPF前后的差压时，由于差压会因发动机的运行状况，例如发动机负荷、转速等产生变动，所以必须相应于该运行状况来改变PM堆积量判定的阈值。为此，另行需要测定发动机转速、负荷、背压、DPF前后差压等的装置。另外，在差压稳定之前需要时间，即，测定PM堆积量需要时间，所以，不能进行与运行状况的变化相应的最佳的PM堆积量的测定。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种废气净化装置，该废气净化装置具有灵敏度和响应性比差压测定优良的DPF的PM堆积量测定装置。
本发明要解决的课题如上所述，下面说明用于解决该课题的手段。
即，在本发明中，废气净化装置设于内燃机的排气系统中，具有DPF，其中：具有测定排气声压的一个或多个声压测定装置和根据测定的该排气声压计算PM堆积量的运算装置。
在本发明中，在上述DPF的上游侧配置排气温度测定装置和废气升温装置，在由上述运算装置计算出的PM堆积量比预先设定的既定值高，而且由排气温度测定装置测定的废气温度处于该DPF的可再生温度区域下限以下的情况下，使该废气升温装置工作。
在本发明中，具有存储与内燃机的运行状况相应的上述DPF上游侧的声压图的存储装置，在上述DPF的上游侧配置1个上述声压测定装置，由上述运算装置根据由该声压测定装置测定的排气声压和该声压图来运算PM堆积量。
在本发明中，具有存储与内燃机的运行状况相应的上述DPF下游侧的声压图的存储装置，在上述DPF的下游侧配置1个上述声压测定装置，由上述运算装置根据由该声压测定装置测定的排气声压和该声压图来运算PM堆积量。
记载于技术方案1～4的本发明的废气净化装置，其特征在于：测定声压测定装置的可测定频率的整个区域或部分频带区域的排气声压。
在本发明中，由上述声压测定装置在多个频带区域测定排气声压，上述运算装置根据测定的多个频带区域的排气声压来计算PM堆积量。
在本发明中，相应于内燃机的转速改变由上述声压测定装置测定的排气声压的频带区域。
在本发明中，相应于废气温度改变由上述声压测定装置测定的排气声压的频带区域。
作为本发明的效果，起到以下所示那样的效果。
按照本发明，与以前的测定差压的场合相比，排气声压的测定灵敏度好，响应性也快。为此，可瞬时地进行PM堆积量的判定。另外，即使在瞬态(transient)运行中也可进行PM堆积量的判定。
按照本发明，可根据响应性优良的排气声压的测定结果判定PM堆积量，频繁地使废气升温装置工作，结果可防止燃料消耗量的恶化。
在本发明中，由于通过配置1个声压测定装置就能够识别DPF的PM堆积量，所以能够降低制造成本。
按照本发明，由于通过配置1个声压测定装置就能够识别DPF的PM堆积量，所以能够降低制造成本。
按照本发明，不需要根据转速的影响进行修正，可提高声压测定的精度。
按照本发明，可进行高精度的声压测定。
按照本发明，可进行高精度的声压测定。
按照本发明，可进行高精度的声压测定。
附图说明
图1为示出废气净化装置101的第1实施例的示意图。
图2为示出DPF33的使用时间与DPF33前后部声压差的关系的图。
图3为示出废气净化装置102的第2实施例的示意图。
图4为示出废气净化装置103的第3实施例的示意图。
图5为示出与PM未堆积于DPF33的状态的发动机转速和转矩相应的等声压线的图。
图6为示出根据可测定频率的整个区域或部分频带区域中的测定结果获得的DPF33的使用时间与DPF33前后部声压差的关系的图。
图7为示出DPF33的使用时间与按两种频率测定的DPF33前后部声压差的关系的图。
附图标记的说明
8F、8R声压测定装置(声压传感器)
9存储装置
10运算装置
30排气系统
33DPF(微粒过滤器)
34废气升温装置
36排气温度测定装置(排气温度测定传感器)
101、102、103废气净化装置
具体实施方式
下面说明发明的实施形式。
图1为示出本发明的废气净化装置101的第1实施例的示意图，图2为示出DPF33的使用时间与DPF33前后部声压差的关系的图，图3为示出本发明的废气净化装置102的第2实施例的示意图，图4为示出本发明的废气净化装置103的第3实施例的示意图，图5为示出与PM未堆积于DPF33的状态的发动机转速和转矩相应的等声压线的图，图6为示出根据可测定频率的整个区域或部分频带区域中的测定结果获得的DPF33的使用时间与DPF33前后部声压差的关系的图，图7为示出DPF33的使用时间与按两种频率测定的DPF33前后部声压差的关系的图。
本发明的废气净化装置设于内燃发动机等内燃机的排气系统，具有捕集废气中的微粒的DPF33，能够识别该DPF33的PM堆积量。
本实施形式用于说明搭载于拖拉机用的柴油发动机1的废气净化装置101、102、103，但适用本发明的废气净化装置101、102、103的发动机不限于柴油发动机1，也可为燃气轮机、汽油发动机等。另外，本发明也可适用到搭载于汽车、发电机等的发动机。
实施例1
如图1所示那样，在柴油发动机等内燃机中，进气系统20连接于发动机主体1的一方侧(图中下侧)，排气系统30连接于另一方侧(图中上侧)。
在进气系统20具有进气配管21、进气集管22及燃料泵23等。经过进气配管21和进气集管22，将空气导入至发动机主体1的气缸内(吸入工序的气缸内)后，在该气缸的压缩工序结束时，从燃料泵23将燃料压送到燃烧室，从而进行伴随着在燃烧室内的混合气的自燃的膨胀行程。
在上述进气配管21，具有进气节流装置24。具体地说，该进气节流装置24具有蝶阀和促动机构(都省略图示)，该促动机构使该蝶阀回转，改变进气配管21的流路面积。作为该阀机构，不限于蝶阀，可适用闸阀(shutter valve)等各种阀。
由该进气节流装置24，调节向上述气缸的空气供给量，调节空气与燃料的混合比。
另一方面，在排气系统30具有排气集管32和排气配管31。在上述膨胀行程后的排气行程中，从气缸排出到排气集管32的废气通过排气配管31放出到大气。
在该排气配管31具有用于捕集含于废气中的PM的DPF33、用于对废气进行加热的废气升温装置34。DPF33通过在壳体内收容过滤器主体而构成，该过滤器主体由蜂窝构造构成，该蜂窝构造具有由分隔壁分开的多个小室，该分隔壁具有过滤性能。
具体地说，例如在上述的一部分的小室，一方的端部受到封闭，在其它小室，另一方的端部被封闭，当废气透过小室间时，PM被捕集。在构成该过滤器主体的材料中，具有耐热性、耐氧化性、耐热冲击性的材料较适合，例如可适用多孔质堇青石陶瓷、碳化硅、氧化铝、莫来石、氮化硅、烧结合金等。
另外，在该过滤器主体，承载有铂等氧化催化剂。在废气温度超过预定温度(例如约300℃，以下称“可再生温度区域下限”)的状况下，进行化学反应，即，氧化除去PM，再生DPF33的功能。
另外，作为该排气系统30的特征，如图1所示那样，在DPF33配置有声压传感器(声压测定装置)8F、8R。详细地说，该声压传感器8F、8R由麦克风等构成，配置在DPF33的内部、排气配管31内侧的DPF33的上游侧、下游侧，测定DPF33的内部、排气配管31内侧的DPF33的上游侧、下游侧的排气声压(排气声的大小或音量)。
在上述排气配管31的DPF33的上游侧具有废气升温装置(废气加热装置)34。废气升温装置34由电加热器等构成，从图中未示出的发电机(交流发电机)接受电力而发热，可对在排气配管31中流动的废气进行加热。具体地说，可通过对排气配管31进行加热，间接地对废气进行加热，也可在排气配管31内部配置电热丝，直接对废气进行加热。而且，作为该废气升温装置34，也可适用火焰燃烧器。
在上述废气升温装置34配置有用于测定废气温度的排气温度测定传感器(排气温度测定装置)36。排气温度测定传感器36可配置于废气升温装置34的内部，也可靠近上述DPF33的上游侧地安装于排气配管31内。
通过由该排气温度测定传感器36测定废气的温度比DPF33的上述可再生温度区域下限是高还是低，从而可识别是否进行上述DPF33的再生。
上述声压传感器8F、8R、排气温度测定传感器36、废气升温装置34连接于运算装置10。运算装置10接收与由声压传感器8F、8R测定的声压相关的信号，根据该信号和存储于后述的存储装置9的声压图，运算DPF33P的PM堆积量。在这里，DPF33的PM堆积量指附着在形成于DPF33内部的多个上述小室(网眼)的PM的量。
运算装置10判断DPF33的PM堆积量为预先决定的既定值以上时，从排气温度测定传感器36接收与废气温度相关的信号，根据该信号判断废气的温度比DPF33的上述可再生温度区域下限高还是低。在该废气的温度比可再生温度区域下限低的情况下，使废气升温装置34工作，从而使在排气配管31中流动的废气的温度上升。
上述存储装置9连接于运算装置10，存储与发动机转速、转矩、废气温度相应的声压图的数据。在这里，声压图为DPF33的PM堆积量相对排气声压的对应表，根据该发动机转速、转矩、废气温度等各种发动机的运行状况制作。换言之，声压图指用于根据测定的排气声压求出DPF33的PM堆积量的变换表。
上述运算装置10根据需要从该存储装置9调出该声压图，根据与排气声压相关的信号运算DPF33的PM堆积量。
在本实施例中，如图1所示那样，在紧靠DPF33的前面(紧靠的上游)的排气配管31上配置有前声压传感器(声压测定装置)8F，在紧靠DPF33的后面(紧靠的下游)配置有后声压传感器(声压测定装置)8R，但配置部位不限定。在图1所示的废气净化装置101中，由前声压传感器8F测定紧靠DPF33前面的排气声压(声音的大小：db)，由后声压传感器8R测定紧靠DPF33的后面的排气声压(声音的大小：db)。该声压的测定结果被发送到运算装置10，该运算装置10根据接收到的信号运算DPF33的前后的声压差。
如图2所示那样，不进行再生地使用的DPF33随着使用时间增加，DPF33上游侧的前声压传感器8F与下游侧的后声压传感器8R的声压差变大。这是因为，随着使用时间的经过，DPF33的PM堆积量增加，DPF33内的过滤器的网眼堵塞，所以，从DPF33前方的发动机传来的排气声压被DPF33妨碍，由此导致DPF33前后的声压差扩大。
本发明的特征在于：利用这样的性质，根据排气声压求DPF33的PM堆积量。
运算装置10根据从存储装置9调出的上述声压图和测定的声压差，运算DPF33的PM堆积量，判定该PM堆积量是否在预先设定的既定值以上。
当DPF33的PM堆积量在该既定值以上的情况下，由排气温度测定传感器36测定废气的温度，在废气的温度处于上述可再生温度区域下限以下的情况下，使废气升温装置34工作，提高废气的温度。这样，DPF33由废气加热，进行DPF33的再生。
这样，设于内燃机的排气系统30的具有DPF33的废气净化装置101、102、103具有测定排气声压的一个或多个声压测定装置8F、8R和根据测定的该排气声压计算PM堆积量的运算装置10，所以，与以前的测定差压的情况相比，排气声压的测定灵敏度良好，响应性也快。为此，可瞬时地进行PM堆积量的判定。另外，即使在瞬态运行中，也能判定PM堆积量。
另外，由于在上述DPF33的上游侧配置排气温度测定装置36和废气升温装置34，在由上述运算装置10计算出的PM堆积量比预先设定的既定值高而且由排气温度测定装置36测定的废气温度处于该DPF33的可再生温度区域下限以下的情况下，使该废气升温装置34工作，所以，能够根据响应性优良的排气声压的测定结果判定PM堆积量，频繁地使废气升温装置工作，结果，能够防止燃料消耗量的恶化。
实施例2
下面，说明废气净化装置102的第2实施例。
如图3所示那样，在本实施例的废气净化装置102中，仅在DPF33的前部即上游侧配置前声压传感器8F。即，在实施例1中，声压传感器8F、8F的配置位置不限定，但在本实施例中，仅在DPF33的上游侧配置前声压传感器8F，通过仅测定DPF33的上游侧的排气声压变化，从而识别DPF33的PM堆积量。
这利用了这样的性质，即，随着DPF33的PM堆积量增大，由发动机发生的排气声变得容易由DPF33反射，DPF33的上游侧的排气声压会变化。在图3中，粗的箭头表示空气的流动，细箭头表示信号的流动。
并且，与实施例1同样，上述运算装置10连接于上述存储装置9，在该存储装置9中存储有与预先实验地测定的DPF33的PM堆积量相应的前声压传感器8F用的声压图。在本实施例中，该运算装置10仅根据由前声压传感器8F测定的DPF33上游侧的排气声压，基于后述的声压图识别DPF33的PM堆积量。
在这里，声压图为根据由前声压传感器8F测定的排气声压得出DPF33的PM堆积量的变换表，其是通过对发动机转速、转矩、废气温度等各个发动机的运行状况进行实验而制作出来的。即，该运算装置10根据测定时的发动机转速、转矩等选择存储于存储装置9的最佳的声压图，使用该声压图，根据由前声压传感器8F测定的声压运算DPF33的PM堆积量。
为了参考，图5示出与在PM未堆积于DPF33的状态下的、由前后声压传感器8F、8R测定的发动机转速和转矩相应的声压。
运算装置10根据由前声压传感器8F测定的排气声压和该声压图来运算DPF33的PM堆积量，在该PM堆积量为既定值以上的情况下，由排气温度测定传感器36测定废气温度。在废气温度处于上述可再生温度区域下限以下的情况下，使废气升温装置34工作，从而使废气的温度上升。
这样，废气将DPF33的温度加热到上述可再生温度区域，进行DPF33的再生。
这样，由于具有存储与内燃机的运行状况相应的上述DPF33上游侧的声压图的存储装置9，在上述DPF33的上游侧配置1个上述声压测定装置8F，由上述运算装置10根据由该声压测定装置8F测定的排气声压和该声压图来运算PM堆积量，所以，通过配置1个声压测定装置8F，就能识别DPF33的PM堆积量，所以，能降低制造成本。
实施例3
下面，说明废气净化装置103的第3实施例。
如图4所示那样，在本实施例的废气净化装置103中，仅在DPF33的后部即下游侧配置声压传感器8R。即，在实施例1中，声压传感器8F、8F的配置位置不限定，但在本实施例中，仅在DPF33的下游侧配置后声压传感器8R，通过仅测定DPF33的下游侧的排气声压变化，从而识别DPF33的PM堆积量。
这利用了这样的性质，即，随着DPF33的PM堆积量增大，由发动机发生的排气声变得容易由DPF33挡住，所以，DPF33的下游侧的排气声压会变化。在图4中，粗的箭头表示空气的流动，细箭头表示信号的流动。
运算装置10连接于存储装置9，在该存储装置9中存储有与预先实验地测定的DPF33的PM堆积量相应的后声压传感器8R的声压图。
运算装置10仅根据该声压图和由后声压传感器8R测定的DPF33下游侧的排气声压来运算DPF33的PM堆积量。
在这里，声压图为根据由后声压传感器8R测定的声压得出DPF33的PM堆积量的变换表，其是通过对发动机转速、转矩等进行实验而制作出来的。即，该运算装置10根据测定时的发动机转速、转矩选择存储于存储装置9的最佳的声压图，使用该声压图，根据由后声压传感器8R测定的排气声压运算DPF33的PM堆积量。
运算装置10根据由后声压传感器8R测定的排气声压和该声压图来运算DPF33的PM堆积量，在该PM堆积量为既定值以上的情况下，由排气温度测定传感器36测定废气温度。在废气温度处于上述预定温度以下的情况下，使废气升温装置34工作，从而使废气的温度上升。这样，废气将DPF33的温度加热到上述可再生温度区域，进行DPF33的再生。
这样，由于具有存储与内燃机的运行状况相应的上述DPF33下游侧的声压图的存储装置9，在上述DPF33的下游侧配置1个上述声压测定装置8R，由上述运算装置10根据由该声压测定装置8R测定的排气声压和该声压图来运算PM堆积量，所以，通过配置1个声压测定装置8R，就能识别DPF33的PM堆积量，所以，能降低制造成本。
下面说明由本发明的声压测定进行测定的频带区域。
在DPF33周边测定的频率为这样的频率，该频率可测定能够由上述声压传感器8F、8R测定的频率整个区域的排气声压，也可仅测定能够由声压传感器8F、8R测定的频率的部分频带区域的排气声压。
即，不限定频率，可检测由声压传感器8F、8R检测了的所有排气声压的振幅，也可仅在声压与DPF33的PM堆积量的相关系数高的部分的频带区域测定排气声压。相关系数高的该部分频带区域是对发动机的各运行状况预先通过实验确定的，该频带区域的范围存储于存储装置9中。
如图6所示那样，当在可测定频率的整个区域测定排气声压的情况下，测定的声压差的波动大，但难以受到发动机转速、转矩的影响。当在部分频带区域测定排气声压的情况下，即，在除了与DPF33的堆积量的相关关系低的带区外测定排气声压的情况下，能减小测定的声压差的波动。
这样，由于测定声压测定装置8F、8R的可测定频率的整个区域，或测定部分频带区域的排气声压，所以，不根据转速的影响进行修正就能提高声压测定的精度。
声压或声压差的大小与DPF33的PM堆积量的相关系数高的频率随发动机转速、转矩而不同。作为一例，将在转速2400/min的情况下的、按两种频率测定排气声压的结果作为DPF33的使用时间与前后排气声压差的关系示于图7。在频率为160Hz的排气声压差的测定结果中，随着DPF33的堵塞进行，由前后声压传感器8F、8R测定的前后声压差增大，但在频率为80Hz的排气声压的测定结果中，前后声压差基本不变化。
即，在转速为2400/min的情况下，可根据频率为160Hz的排气声压差测定来识别DPF33的正确的PM堆积量，但在频率为80Hz的排气声压差测定中，由于声压差的变化小，所以，存在不能识别正确的PM堆积量的可能性。
为此，在存储装置9中存储与发动机转速、转矩等相应的对DPF33的测定最佳的频带区域。详细地说，在存储装置9相应于发动机转速、转矩等存储有排气声压或排气声压差与DPF33的PM堆积量的相关系数高的频带区域，声压传感器8F、8R相应于发动机转速、转矩等从多个频带区域中选择相关系数高的频带区域，或者，组合多个频带区域，来测定排气声压或排气声压差。运算装置10成为根据获得的多个排气声压或排气声压差、基于上述声压图计算PM堆积量的构成。
这样，因为由上述声压测定装置8F、8R在多个频带区域测定排气声压，上述运算装置10根据测定的多个频带区域的排气声压计算PM堆积量，所以，能进行高精度的声压测定。
另外，由于相应于内燃机的转速改变由上述声压测定装置8F、8R测定的排气声压的频带区域，所以，与在图7中比较的那样，能进行高精度的声压测定。
另外，由废气传播的排气声压的传播特性随废气的温度而不同，所以，排气声压或排气声压差与DPF33的PM堆积量的相关系数高的频带区域随废气温度而不同。为此，在存储装置9中存储有针对各废气温度的、声压大小与DPF33的PM堆积量的相关系数高的频带区域。
由上述排气温度测定传感器36测定废气温度，声压传感器8F、8R和运算装置10测定与废气的温度相应的最佳的频带区域的排气声压或排气声压差，运算DPF33的PM堆积量。
这样，由于相应于废气温度来改变由上述声压测定装置8F、8R测定的排气声压的频带区域，所以，能进行高精度的声压测定。
本发明可用于废气净化装置，该废气净化装置具有捕集废气中的微粒的微粒过滤器，设于柴油发动机等内燃机的排气系统中。