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用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置和排氣凈化方法

文檔序號:5211231閱讀:223來源:國知局
專利名稱:用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置和排氣凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,其中在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中相互并列地布置有多個NOx捕集器。
背景技術(shù)
關(guān)于用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,日本專利No.2727906公開了一種技術(shù),其中內(nèi)燃機的排氣通路在其中間部分處分叉成兩個分支通路,并且在每個分支通路中布置有NOx捕集器,從而流入這些NOx捕集器的排氣的量或流量可交替地降低,以再生NOx捕集器的NOx捕集能力。
在美國專利No.5956949的說明書中,公開了一種技術(shù),該技術(shù)包括與V型內(nèi)燃機的各氣缸組(bank)連接的兩個排氣通路和布置在各排氣通路中的催化劑,其中催化劑中的一個可通過增大在內(nèi)燃機起動時流入該催化劑的排氣的量而在較早的時間活化。
在日本專利申請No.H8-121153中,也公開了一種技術(shù),該技術(shù)包括與V型內(nèi)燃機的各氣缸組連接的兩個排氣通路和布置在所述排氣通路的一個中的催化劑,其中該催化劑可通過在內(nèi)燃機起動時使從兩個氣缸組排出的排氣都流入該催化劑而在較早的時間活化。
在日本專利申請No.2003-343244中,還公開了一種技術(shù),該技術(shù)包括與V型內(nèi)燃機的相應(yīng)氣缸組連接的兩個排氣通路和布置在各排氣通路中的催化劑,其中在內(nèi)燃機起動時使從兩個氣缸組排出的排氣都以串行方式流入兩個催化劑,由此使催化劑中在上游側(cè)的一個在較早的時間活化。
在日本專利申請No.H6-173666中,公開了一種技術(shù),其中內(nèi)燃機的排氣通路在其中間部分處分叉成兩個分支通路,并且在每個分支通路中都布置有催化劑,從而排氣以串行方式或以并行方式流過兩個催化劑。
在日本專利申請No.2002-129951中,公開了一種構(gòu)造,該構(gòu)造包括與V型內(nèi)燃機的相應(yīng)氣缸組連接的兩個排氣通路,在每個排氣通路中都布置有三元催化劑、NOx存儲和還原型存儲還原催化劑。
在日本實用新型No.S63-78118中,還公開了一種構(gòu)造,該構(gòu)造包括與V型內(nèi)燃機的相應(yīng)氣缸組連接的兩個排氣通路、布置在各排氣通路中的催化劑和在各催化劑上游的位置處將兩個排氣通路相互連接的連通通路。

發(fā)明內(nèi)容
在如同在V型內(nèi)燃機中那樣為每個氣缸群設(shè)置獨立的排氣通路且在各排氣通路中布置有具有NOx捕集能力和PM捕集能力的催化劑的情況下,難以調(diào)節(jié)流入相互獨立的各催化劑的排氣的流量。因此,催化劑的再生處理、硫中毒恢復(fù)處理等就可能無法以適當?shù)姆绞竭M行。
因此,本發(fā)明的目的是在用于內(nèi)燃機——在該內(nèi)燃機中為各氣缸群提供獨立的排氣通路且在各排氣通路中布置有具有NOx捕集能力和PM捕集能力的催化劑——的排氣凈化裝置中,使得可相互獨立地控制流入各催化劑的排氣的流量,由此使得可以以適當?shù)姆绞竭M行催化劑的再生處理和硫中毒恢復(fù)處理等。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下手段。
也就是說,根據(jù)本發(fā)明,一種用于內(nèi)燃機——所述內(nèi)燃機包括多個獨立的排氣通路和多個催化劑,為每個氣缸群提供一個所述排氣通路,每個所述催化劑都具有NOx捕集能力和PM捕集能力并且分別布置在所述排氣通路中——的排氣凈化裝置包括上游側(cè)連通通路,所述上游側(cè)連通通路使所述排氣通路在所述催化劑上游處的部分相互連接;上游側(cè)開關(guān)閥,所述上游側(cè)開關(guān)閥開啟和關(guān)閉所述上游側(cè)連通通路;多個流量調(diào)節(jié)閥,所述流量調(diào)節(jié)閥分別布置在所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分的下游處;和控制部,所述控制部根據(jù)所述各催化劑的狀態(tài)控制所述上游側(cè)開關(guān)閥和所述各流量調(diào)節(jié)閥。
在以這種方式構(gòu)造的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置中,控制部以適當?shù)姆绞娇刂粕嫌蝹?cè)開關(guān)閥和各流量調(diào)節(jié)閥,由此在不影響內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下改變流入各催化劑的排氣的流量成為可能。
例如,當要減小流入多個催化劑中的一個催化劑中的排氣的流量時,上游側(cè)開關(guān)閥開啟,并且同時使在所述一個催化劑布置在其中的排氣通路(以下稱為“一個排氣通路”)中的流量調(diào)節(jié)閥的開度比其它流量調(diào)節(jié)閥的開度減小得多。
在這種情況下,從內(nèi)燃機排出到所述一個排氣通路的排氣的一部分經(jīng)上游側(cè)連通通路流入其它排氣通路。結(jié)果,流入所述一個催化劑的排氣的流量減小。因此,可以減小流入所述一個催化劑的排氣的流量而不改變從內(nèi)燃機(即,連接有所述一個排氣通路的氣缸群)排出的排氣的流量。另外,關(guān)于其它催化劑,可以相同的方式減小分別流入這些催化劑的排氣的流量,而不影響內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
如果根據(jù)本發(fā)明的每個催化劑都具有NOx捕集能力,則當要使在各催化劑中捕集(或吸收或吸留)的NOx從催化劑釋放或當各催化劑從硫中毒恢復(fù)時(以下簡單地稱為當每個催化劑的NOx捕集能力再生時),必須將流入各催化劑的排氣的空燃比控制在理論空燃比或濃的空燃比。
關(guān)于用于將流入各催化劑的排氣的空燃比控制在理論空燃比或濃的空燃比的方法,作為示例,可提出一種用于在各催化劑的上游處將諸如燃料等的還原劑添加到排氣的方法。這里,應(yīng)注意,當在具有上游側(cè)連通通路的各排氣通路的連接部分的上游處將還原劑添加到排氣時,還原劑的一部分經(jīng)上游側(cè)連通通路與排氣一起流入其它排氣通路。因此,優(yōu)選的是在上游側(cè)連通通路的連接部分的下游和在各排氣通路中的相應(yīng)催化劑的上游處將還原劑添加到排氣。
因此,在根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置中,可以在各排氣通路中在其與上游側(cè)連通通路的連接部分和各催化劑之間布置還原劑添加閥。并且,在要將流入一個催化劑中的排氣的空燃比設(shè)置為理論空燃比或濃的空燃比的情況下,可從布置在布置有所述一個催化劑的一個排氣通路中的一個還原劑添加閥將還原劑添加到排氣。
如果要根據(jù)上述方法將流入所述一個催化劑的排氣的空燃比降低到理論空燃比或低于理論空燃比,可通過開啟上游側(cè)開關(guān)閥并且同時將布置在所述一個排氣通路中的一個流量調(diào)節(jié)閥的開度減小到小于其它流量調(diào)節(jié)閥的開度而減小流入所述一個催化劑的排氣的流量,而不影響內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
當流入所述一個催化劑的排氣的流量減小時,將排氣的空燃比降低到理論空燃比或濃的空燃比所需的從所述一個還原劑添加閥添加的還原劑的量可減小。
另外,當流入所述一個催化劑中的排氣的流量減小時,流入所述一個催化劑的排氣的流速也減小,因此還原劑的空間速度(sv)減小。當還原劑的空間速度(sv)減小時,還原劑與NOx之間的反應(yīng)性(NOx凈化率)提高,因此可通過較小量的還原劑凈化NOx。
因此,通過利用本發(fā)明再生每個催化劑的NOx捕集能力,在不影響內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下減少待添加的還原劑的量成為可能。
而且,在通過使用本發(fā)明再生所述一個催化劑的NOx捕集能力的情況下,控制部可在上游側(cè)開關(guān)閥開啟之后或同時完全關(guān)閉在所述一個排氣通路中的所述一個流量調(diào)節(jié)閥,并且當所述一個流量調(diào)節(jié)閥的實際開度成為完全關(guān)閉時,在還原劑到達所述一個催化劑的定時(timing)使所述一個排氣通路的所述一個還原劑添加閥工作。
在這種情況下,當還原劑到達所述一個催化劑時,流入所述一個催化劑的排氣的流動將停止。結(jié)果,還原劑停留在所述一個催化劑中。當還原劑停留在所述一個催化劑中時,即使所述一個還原劑添加閥不繼續(xù)還原劑的添加,所述一個催化劑的內(nèi)部也保持在富含燃料的氣氛中。結(jié)果,可以用較小量的還原劑再生所述一個催化劑的NOx捕集能力。
關(guān)于當還原劑達到所述一個催化劑時停止流入所述一個催化劑的排氣的流動的方法,換言之,使所述一個流量調(diào)節(jié)閥的實際開度完全關(guān)閉的定時與還原劑到達所述一個催化劑的定時同步的方法,可例舉一種在流量調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)延遲時間段內(nèi)使所述一個還原劑添加閥工作的方法。
流量調(diào)節(jié)閥將產(chǎn)生從收到來自控制部的完全關(guān)閉指令信號的時刻直到其實際開度成為完全關(guān)閉的響應(yīng)延遲。因此,如果所述一個還原劑添加閥在所述一個流量調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)延遲時間段期間進行還原劑的添加,則可以使還原劑到達所述一個催化劑的定時與所述一個流量調(diào)節(jié)閥的實際開度成為完全關(guān)閉的定時基本相互同步。
從還原劑添加閥添加的燃料達到催化劑的定時還根據(jù)排氣的流速(流量)而改變。排氣的流速(流量)受到發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(進氣量)的影響。因此,可根據(jù)流量調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)延遲時間段期間下降的發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(減小的進氣量)使從還原劑添加閥添加還原劑的定時較早。
在本發(fā)明中,關(guān)于具有NOx捕集能力的催化劑,可例舉承載NOx存儲和還原型催化劑的催化轉(zhuǎn)化器及NOx存儲和還原型催化劑、承載NOx捕集器(NOx吸收劑)的催化轉(zhuǎn)化器、承載NOx存儲和還原型催化劑的顆粒過濾器或承載NOx捕集器(NOx吸收劑)的顆粒過濾器等。
在根據(jù)本發(fā)明的催化劑具有PM捕集能力,諸如僅具有PM捕集能力的顆粒過濾器、承載NOx存儲和還原型催化劑的顆粒過濾器、承載NOx捕集器(NOx吸收劑)的顆粒過濾器和承載氧化催化劑的顆粒過濾器等的情況下,上游側(cè)開關(guān)閥可在需要時開啟。
例如,當PM收集量根據(jù)每個顆粒過濾器變化時,壓力損失(或壓力降低)根據(jù)每個顆粒過濾器而不同,導(dǎo)致作用在各氣缸群上的背壓值的變化。由于背壓根據(jù)每個氣缸群而變化,因此將可能造成這樣的麻煩,如各氣缸群的輸出或排氣排放的變化。因此,如果在PM收集量根據(jù)各顆粒過濾器而變化時使上游側(cè)開關(guān)閥開啟,則使各排氣通路中的排氣壓力相等,從而可抑制上述麻煩的出現(xiàn)。
另外,當根據(jù)本發(fā)明的催化劑具有PM捕集能力時,控制部可控制上游側(cè)開關(guān)閥和流量調(diào)節(jié)閥,使得各催化劑的PM收集量相等。例如,根據(jù)本發(fā)明的控制部可以控制上游側(cè)開關(guān)閥和各流量調(diào)節(jié)閥,使得在從內(nèi)燃機的起動起的預(yù)定時間段中,全部排氣可流入多個催化劑中特定的催化劑,并且該特定催化劑可在內(nèi)燃機的每次起動時改變。
從內(nèi)燃機排出的PM的量具有在從發(fā)動機起動到完成暖機操作的冷機操作期間(即,在暖機操作期間)比在暖機操作完成后的熱機操作期間增大的趨勢。這被認為是由于內(nèi)燃機在冷機操作期間的燃燒狀態(tài)與在熱機操作期間相比變得不穩(wěn)定。由于在這種情況下各氣缸的燃燒狀態(tài)易于從氣缸到氣缸變化,因此PM排放量可能根據(jù)各氣缸群而變化。因此,在具有用于相應(yīng)氣缸群的獨立排氣系統(tǒng)(包括排氣通路和催化劑)的內(nèi)燃機中,PM收集量會根據(jù)各催化劑顯著變化。
在PM收集量根據(jù)每個催化劑變化的情況下,基于具有最大PM收集量的催化劑使所有催化劑的PM捕集能力再生(以下稱為PM再生處理)。也就是說,當多個催化劑中至少一個催化劑的PM收集量超過固定的量時,即使其它催化劑的PM捕集能力仍有富余,也將對所有催化劑進行PM再生處理。
結(jié)果,會在PM捕集能力仍有富余的催化劑上進行不必要的PM再生處理,因而可能引起由PM再生處理造成的燃料消耗惡化和熱劣化的進行。
與此相比,如果在從內(nèi)燃機起動起的預(yù)定時間段中,即,在從內(nèi)燃機排出的PM的量變得最多的冷機操作期間,所有排氣都流入多個催化劑中的特定催化劑,則將僅通過該特定催化劑收集大量PM。另外,PM再生處理的執(zhí)行周期變成用于若干行程(trip)的一個,因此如果在內(nèi)燃機每次起動時上述特定催化劑從一個變?yōu)榱硪粋€,則可使在PM再生處理的執(zhí)行期間多個催化劑的PM收集量基本相同。
結(jié)果,當一個催化劑的PM收集量達到固定的量時(即,當執(zhí)行PM再生處理時),其它催化劑中的每個催化劑的PM收集量也將基本達到該固定的量。
根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置還可配備有還原劑添加閥,該還原劑添加閥在各排氣通路與上游側(cè)連通通路的連接部分和各催化劑之間布置在各排氣通路中。在這種情況下,當進行多個催化劑中的特定催化劑的PM再生處理時,控制部可開啟上游側(cè)開關(guān)閥,減小布置在與布置有該特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥的開度,并從布置在與布置有該特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的還原劑添加閥將還原劑供給到該特定催化劑。在該特定催化劑的溫度升高到希望的目標溫度范圍后,控制部可增大布置在與布置有該特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥的開度,同時減小布置在與布置有其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的其它流量調(diào)節(jié)閥中每個的開度,并從布置在與布置有其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的其它還原劑添加閥將還原劑供給到其它催化劑。
當催化劑的PM捕集能力再生時,必須將該催化劑暴露于500℃(攝氏度)左右或更高的高溫的稀的氣氛。由于從內(nèi)燃機排出的排氣的溫度很少變?yōu)?00℃或更高,因此當催化劑的PM捕集能力再生時,需要將催化劑的溫度強制提高到500℃或更高的目標溫度范圍的處理(升溫處理)。將諸如燃料等的還原劑供給到催化劑由此在催化劑中產(chǎn)生還原劑的氧化反應(yīng)熱的方法作為執(zhí)行升溫處理的方法是有效的。
這里,應(yīng)注意,當流入催化劑的排氣的量在升溫處理的執(zhí)行期間增大時,還原劑的氧化反應(yīng)熱會被排氣帶走,因此直到催化劑到達目標溫度范圍所需的時間會變得較長。當直到催化劑到達目標溫度范圍所需的時間變得較長時,引起這樣的麻煩,即,升溫處理的操作時間變得較長,并且升溫處理所需的還原劑的量增大。
因此,在根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置中,當對特定的催化劑執(zhí)行升溫處理時,使上游側(cè)開關(guān)閥開啟,并且使布置在與布置有該特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路(以下稱為特定排氣通路)中的流量調(diào)節(jié)閥(以下稱為特定流量調(diào)節(jié)閥)的開度小于布置在其它排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥的開度。因此,從內(nèi)燃機排出到特定排氣通路的排氣的一部分經(jīng)上游側(cè)連通通路流入其它排氣通路。結(jié)果,流入特定催化劑的排氣的流量減小。
當在升溫處理的執(zhí)行期間流入特定催化劑的排氣量減小時,該特定催化劑能用少量的還原劑在短時間內(nèi)升溫到目標溫度范圍。
當特定催化劑的溫度升高到目標溫度范圍時,收集在特定催化劑中的PM被氧化,并且在這種情況下的PM氧化速率根據(jù)流入特定催化劑的氧的增大量變得較高。另外,如果在特定催化劑的溫度已升高到目標溫度范圍后流入特定催化劑的排氣量連續(xù)保持在減小狀態(tài),則特定催化劑的溫度將可能由于PM的氧化反應(yīng)熱而過度升高。因此,優(yōu)選的是在特定催化劑的溫度已升高到目標溫度范圍后,增大流入特定催化劑的排氣量。
與此相比,在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置中,在特定催化劑的溫度已升高到希望的特定溫度范圍后,使特定流量調(diào)節(jié)閥的開度增大,并且使布置在其它排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥的開度減小。因此,流入布置在其它排氣通路中的催化劑的每個中的排氣的量減小,并且流入特定催化劑的排氣的量增大。結(jié)果,在抑制特定催化劑的溫度過度升高的同時提高收集在特定催化劑中的PM的氧化速率成為可能。
按照根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置,如上所述,多個催化劑的PM收集量變得基本相同,優(yōu)選的是與特定催化劑的再生基本同時地再生其它催化劑的PM捕集能力。
與此相比,在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置中,當使在特定催化劑的溫度已升高到希望的目標溫度范圍后流入其它催化劑的排氣的量減小時,布置在與布置有其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的還原劑添加閥操作以將還原劑分別供給到其它催化劑。結(jié)果,用少量還原劑在短的時間段內(nèi)將其它催化劑的溫度升高到目標溫度范圍成為可能。
另外,在執(zhí)行特定催化劑的升溫處理的時間段(換言之,使流入特定催化劑的排氣的量減小而使流入其它催化劑的排氣的量增大的時間段)中,其它催化劑的溫度通過大量排氣升高某種程度。結(jié)果,可進一步減小將其它催化劑的溫度提高到目標溫度范圍所需的還原劑的量和時間。
按照根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置,可以這種方式高效地進行多個催化劑的PM再生處理,因此可以減小多個催化劑的PM再生處理所需的還原劑的量和時間。
在在本發(fā)明中使用的催化劑具有NOx捕集能力的情況下,需要從硫中毒恢復(fù)催化劑的NOx捕集能力的處理(硫中毒恢復(fù)處理)。由于當催化劑暴露于500℃左右或更高的高溫的富含燃料的氣氛時,可消除催化劑的硫中毒,所以當從硫中毒恢復(fù)催化劑時,需要與上述PM再生處理類似的升溫處理。
因此,在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置中,當進行升溫處理以消除特定催化劑的硫中毒時,與上述PM再生處理類似,控制部可控制以開啟上游側(cè)開關(guān)閥、減小特定流量調(diào)節(jié)閥的開度并從布置在與布置有特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的還原劑添加閥(以下稱為特定還原劑添加閥)將還原劑供給到特定催化劑。
在這種情況下,在升溫處理的執(zhí)行期間流入特定催化劑的排氣的量減小,因此特定催化劑可用少量還原劑在段時間內(nèi)升溫到目標溫度范圍。
這里,應(yīng)注意,在PM再生處理中,在特定催化劑的溫度已升高到目標溫度范圍后,使流入特定催化劑的排氣量增大,但在SOx中毒恢復(fù)處理中,在特定催化劑的溫度已升高到目標溫度范圍后,流入特定催化劑的排氣量保持在減小的狀態(tài)下。如果流入特定催化劑的排氣量在特定催化劑已達到目標溫度范圍后保持減小,則會減小將流入特定催化劑的排氣置于富含燃料的氣氛中所需的還原劑的量。
而且,在使特定催化劑的硫中毒消除后,控制部控制以增大特定流量調(diào)節(jié)閥的開度、減小其它排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥的開度并從其它排氣通路的還原劑添加閥將還原劑分別供給到其它催化劑。在這種情況下,用少量還原劑在短的時間段內(nèi)將其它催化劑的溫度升高到目標溫度范圍成為可能,并且在其它催化劑的溫度已升高到目標溫度范圍后用少量還原劑將流入其它催化劑的排氣置于濃的氣氛中成為可能。
另外,在執(zhí)行特定催化劑的硫中毒恢復(fù)處理的時間段(換言之,使流入特定催化劑的排氣量減小而使流入其它催化劑的排氣量增大的時間段)中,其它催化劑的溫度通過大量排氣升高一定程度。結(jié)果,可進一步減小將其它催化劑的溫度升高到目標溫度范圍所需的還原劑的量和時間。
根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置還可配備有輔助排氣通路,所述輔助排氣通路分別連接排氣通路在催化劑下游處的部分與另一個排氣通路在另一個催化劑和所述另一個排氣通路與上游側(cè)連通通路的連接部分之間的部分;分別開啟和關(guān)閉輔助排氣通路的輔助開關(guān)閥;和分別布置在排氣通路與對應(yīng)的輔助排氣通路在對應(yīng)的催化劑上游處的第一連接部分和該排氣通路與上游側(cè)連通通路的第二連接部分之間的截止閥,其中所述各流量調(diào)節(jié)閥布置在所述各排氣通路與所述各輔助排氣通路在所述各催化劑下游處的第三連接部分的下游。
在以這種方式構(gòu)造的排氣凈化裝置中,例如,控制部可以這種方式控制上游側(cè)開關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)閥、截止閥和輔助開關(guān)閥,使得在從內(nèi)燃機起動起的預(yù)定時間段內(nèi),全部排氣順次流過多個催化劑,并且排氣流過的催化劑的順序(尤其是排氣首先流入的催化劑)在內(nèi)燃機的每次起動時改變。
在使全部排氣順次流過多個催化劑的情況下,控制部控制以開啟上游側(cè)開關(guān)閥、關(guān)閉布置在與布置有特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的截止閥、開啟布置在與布置有特定催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥、關(guān)閉在與特定催化劑下游的特定排氣通路連接的輔助排氣通路(相互連接在特定催化劑的下游處的特定排氣通路與在另一個催化劑的上游處的另一個排氣通路的輔助排氣通路)中的輔助開關(guān)閥、開啟布置在與布置有另一個催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的截止閥、關(guān)閉布置在與布置有另一個催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥,并開啟在與在另一個催化劑的下游處的另一個排氣通路連接的輔助排氣通路(連接在另一個催化劑的下游處的另一個排氣通路與在特定催化劑的上游處的特定排氣通路的輔助排氣通路)中的輔助開關(guān)閥。
在這種情況下,從內(nèi)燃機排出到特定排氣通路的全部排氣都經(jīng)上游側(cè)連通通路流入另一個排氣通路。從特定排氣通路流入該另一個排氣通路的排氣與從內(nèi)燃機排出到該另一個排氣通路的排氣一起流入另一個催化劑。經(jīng)過該另一個催化劑的全部排氣從在該另一個催化劑的下游處的該另一個排氣通路經(jīng)輔助排氣通路導(dǎo)向到在特定催化劑的上游處的特定排氣通路。流入在特定催化劑上游處的特定排氣通路的排氣經(jīng)過特定催化劑。
因此,從內(nèi)燃機排出的全部排氣在經(jīng)過另一個催化劑后流過特定催化劑。當在從內(nèi)燃機起動起的預(yù)定時間段內(nèi)(在內(nèi)燃機的冷機操作期間)實現(xiàn)排氣的上述流動時,從內(nèi)燃機排出的全部排氣在經(jīng)過另一個催化劑后流入特定催化劑。因而,從內(nèi)燃機排出的基本全部PM都由另一個催化劑收集。從而,如果在內(nèi)燃機下一次起動時,控制上游側(cè)開關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)閥、截止閥和輔助開關(guān)閥,使得從內(nèi)燃機排出的全部排氣在經(jīng)過特定催化劑后經(jīng)過另一個催化劑,則使多個催化劑的PM收集量基本相同成為可能。
另外,當在內(nèi)燃機的冷機操作期間內(nèi)燃機的排氣順次流過多個催化劑時,可通過大量排氣加熱所有催化劑,從而在無延遲地活化所有催化劑的同時使所有催化劑的PM收集量相同成為可能。
根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置可配備有輔助排氣通路,所述輔助排氣通路分別連接各排氣通路在對應(yīng)的催化劑下游處的部分與另一個排氣通路在對應(yīng)的催化劑和所述另一個排氣通路與上游側(cè)連通通路的連接部分之間的部分;分別開啟和關(guān)閉輔助排氣通路的輔助開關(guān)閥;截止閥,所述截止閥分別布置在排氣通路與在對應(yīng)的催化劑上游處的輔助排氣通路的連接部分和排氣通路與上游側(cè)連通通路的連接部分之間;下游側(cè)連通通路,該下游側(cè)連通通路使各排氣通路在其與輔助排氣通路的連接部分和各催化劑之間的部分相互連接;以及開啟和關(guān)閉下游側(cè)連通通路的下游側(cè)開關(guān)閥,其中流量調(diào)節(jié)閥在排氣通路與下游側(cè)連通通路的連接部分和排氣通路與輔助排氣通路在所述催化劑的下游處的連接部分之間分別布置在所述排氣通路中。
在以這種方式構(gòu)造的排氣凈化裝置中,例如,控制部控制以開啟布置在使特定排氣通路與另一個排氣通路相互連接的上游側(cè)連通通路和下游側(cè)連通通路中的上游側(cè)開關(guān)閥和下游側(cè)開關(guān)閥、開啟特定排氣通路中的截止閥、關(guān)閉特定排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥、開啟另一個排氣通路中的截止閥、關(guān)閉另一個排氣通路中的流量調(diào)節(jié)閥、關(guān)閉在連接特定排氣通路在其中的特定催化劑下游處的部分與另一個排氣通路在其中的另一個催化劑上游處的部分的輔助排氣通路中的輔助開關(guān)閥,并關(guān)閉連接特定排氣通路在其中的特定催化劑上游處的部分與另一個排氣通路在其中的另一個催化劑下游處的部分的輔助排氣通路中的輔助開關(guān)閥。
在這種情況下,從內(nèi)燃機排出到特定排氣通路的全部排氣都經(jīng)上游側(cè)連通通路流入另一個排氣通路。從該特定排氣通路流入該另一個排氣通路的排氣與從內(nèi)燃機排出到該另一個排氣通路的排氣一起流入在該另一個排氣通路中的另一個催化劑。從該另一個催化劑流出的排氣從該另一個排氣通路經(jīng)下游側(cè)連通通路流入該特定排氣通路。流入該特定排氣通路的排氣經(jīng)布置在其中的特定催化劑從下游側(cè)流回到其上游側(cè),然后從該特定排氣通路在該特定催化劑上游處的部分經(jīng)輔助排氣通路流入該另一個排氣通路在另一個催化劑的下游處的部分(另一個排氣通路在布置在其中的流量調(diào)節(jié)閥下游的部分)。
也就是說,從內(nèi)燃機排出到特定排氣通路和另一個排氣通路的全部排氣在經(jīng)過另一個催化劑后經(jīng)特定催化劑流回。如果在特定催化劑的PM再生處理期間(優(yōu)選地,在升溫處理終止之后的PM再生處理期間)實現(xiàn)上述排氣流動,則防止特定催化劑中的PM的一部分(例如,在該特定催化劑上游部分中收集的PM)保持在其中未氧化成為可能。


圖1是示出應(yīng)用本發(fā)明的第一實施例的內(nèi)燃機的構(gòu)造的示意圖;圖2是說明NOx捕集能力再生控制例程的流程圖;圖3是示出應(yīng)用本發(fā)明的第一實施例的內(nèi)燃機另一個構(gòu)造示例的視圖;圖4是示出應(yīng)用本發(fā)明的第二實施例的內(nèi)燃機的構(gòu)造的示意圖;圖5是說明根據(jù)第二實施例在發(fā)動機起動時排氣流動控制例程的流程圖;圖6是說明在第二實施例中的PM再生處理例程的第一流程圖;圖7是說明在第二實施例中的PM再生處理例程的第二流程圖;圖8是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖;圖9是示出在第三實施例中當排氣從第一過濾器順次流入第二過濾器時排氣的流動路徑的視圖;圖10是示出在第三實施例中當排氣從第二過濾器順次流入第一過濾器時排氣的流動路徑的視圖;圖11是示出應(yīng)用本發(fā)明的第四實施例的內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖;圖12是示出在本發(fā)明的第四實施例中當全部排氣在第二過濾器中反向流動時排氣的流動路徑的視圖;圖13是示出在本發(fā)明的第四實施例中當全部排氣在第一過濾器中反向流動時排氣的流動路徑的視圖。
具體實施例方式
以下將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
<第一實施例>
首先,將基于圖1至圖3說明本發(fā)明的第一實施例。圖1是示出應(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)燃機的構(gòu)造的示意圖。在圖1中總體地由1指示的內(nèi)燃機是壓燃式內(nèi)燃機(例如,柴油機),其中第一氣缸群(第一氣缸組)1a和第二氣缸群(第二氣缸組)1b布置成V形。
第一和第二氣缸組1a、1b分別連接有第一排氣通路2a和第二排氣通路2b。在第一和第二排氣通路2a、2b中分別布置有第一NOx存儲和還原型催化劑3a以及第二NOx存儲和還原型催化劑3b。第一和第二NOx存儲和還原型催化劑3a、3b都是催化轉(zhuǎn)化器,其中承載或支承有NOx存儲和還原型催化劑,并且是根據(jù)本發(fā)明的催化劑的一個示例。
第一排氣通路2a在第一NOx存儲和還原型催化劑3a上游處的部分與第二排氣通路2b在第二NOx存儲和還原型催化劑3b上游處的部分通過上游側(cè)連通通路4相互連接。在上游側(cè)連通通路4的中間部分布置有上游側(cè)開關(guān)閥5,該上游側(cè)開關(guān)閥5用于切換上游側(cè)連通通路4的導(dǎo)通和中斷。
在第一排氣通路2a中在其與上游側(cè)連通通路4的連接部分的下游處布置有第一流量調(diào)節(jié)閥6a。雖然在圖1中,第一流量調(diào)節(jié)閥6a布置在第一NOx存儲和還原型催化劑3a的上游處,但該第一流量調(diào)節(jié)閥6a可布置在第一NOx存儲和還原型催化劑3a的下游處。
在第二排氣通路2b中在其與上游側(cè)連通通路4的連接部分下游處布置有第二流量調(diào)節(jié)閥6b。雖然在圖1中,第二流量調(diào)節(jié)閥6b布置在第二NOx存儲和還原型催化劑3b的上游處,但該第二流量調(diào)節(jié)閥6b可布置在第二NOx存儲和還原型催化劑3b的下游處。
在第一排氣通路2a中在第一流量調(diào)節(jié)閥6a與第一NOx存儲和還原型催化劑3a之間布置有第一燃料添加閥7a。在第二排氣通路2b中在第二流量調(diào)節(jié)閥6b與第二NOx存儲和還原型催化劑3b之間布置有第二燃料添加閥7b。第一和第二燃料添加閥7a、7b是根據(jù)本發(fā)明的還原劑添加閥的一個示例。
在第一排氣通路2a中在第一NOx存儲和還原型催化劑3a下游的位置處布置有第一空燃比傳感器8a。在第二排氣通路2b中在第二NOx存儲和還原型催化劑3b下游的位置處布置有第二空燃比傳感器8b。
與以這種方式構(gòu)造的內(nèi)燃機1一起設(shè)置有電子控制單元(ECU)9。ECU 9包括算法邏輯運算電路,該算法邏輯運算電路包括CPU、ROM、RAM和備用RAM等。諸如第一和第二空燃比傳感器8a、8b等的傳感器電連接到該ECU 9。而且,上游側(cè)開關(guān)閥5、第一和第二流量調(diào)節(jié)閥6a、6b以及第一和第二燃料添加閥7a、7b電連接到ECU 9。
ECU 9從未示出的曲柄位置傳感器、未示出的加速器位置傳感器等的輸出信號識別內(nèi)燃機1的運轉(zhuǎn)狀態(tài),并基于由此識別的發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)電地控制內(nèi)燃機1和上述各部分。
例如,除了諸如燃料噴射控制等的已知控制,ECU 9還進行第一和第二NOx存儲和還原型催化劑3a、3b的NOx捕集能力(NOx吸收能力或NOx吸留能力)的再生處理。關(guān)于再生NOx捕集能力的處理,例舉有還原并凈化吸收或吸留在第一和第二NOx存儲和還原型催化劑3a、3b中的NOx的NOx再生處理和從SOx中毒恢復(fù)第一和第二NOx存儲和還原型催化劑3a、3b的SOx中毒恢復(fù)處理等。
在NOx再生處理和SOx中毒恢復(fù)處理(以下簡單地稱為NOx捕集能力再生處理)中,必須將流入第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的排氣的空燃比降低到理論空燃比或濃的空燃比,因此ECU 9通過將燃料從第一或第二燃料添加閥7a或7b添加到排氣使排氣的空燃比降低到理論空燃比或濃的空燃比。
然而,當在必須將流入第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的排氣的空燃比降低到理論空燃比或濃的空燃比時排氣的流量增大時,必須將大量燃料從第一或第二燃料添加閥7a或7b添加到排氣,結(jié)果燃料消耗惡化。
另外,當排氣的流量高時,排氣的流速變高,因此從第一或第二燃料添加閥7a或7b添加的燃料高速經(jīng)過第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b。也就是說,當排氣的流量高時,不但第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b暴露于濃的氣氛的時間易于變短,而且流入第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的燃料的空間速度(sv)變高。
在這種情況下,引起延長第一或第二燃料添加閥7a或7b的燃料添加時間的需要,以便使第一或第二燃料添加閥7a或7b暴露于濃的氣氛的時間可以延長。結(jié)果,存在造成燃料消耗進一步惡化的問題。
為了解決這種問題,根據(jù)該實施例,當進行第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的NOx捕集能力再生處理時,ECU 9根據(jù)以下方法降低流入第一和第二NOx存儲和還原型催化劑3a、3b的排氣的流量和流速。這里,假定除了執(zhí)行NOx捕集能力再生處理的時間以外,上游側(cè)開關(guān)閥5保持完全關(guān)閉并且第一和第二流量調(diào)節(jié)閥6a、6b保持完全開啟。
首先,在再生第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx捕集能力的情況下,ECU 9首先開啟上游側(cè)開關(guān)閥5,并在上游側(cè)開關(guān)閥5開啟的同時或之后將第一流量調(diào)節(jié)閥6a的開度減小到小于第二流量調(diào)節(jié)閥6b的開度的值。
使改變第一流量調(diào)節(jié)閥6a的開度的定時晚于開啟上游側(cè)開關(guān)閥5的定時的原因在于,如果早于上游側(cè)開關(guān)閥5開啟而減小第一流量調(diào)節(jié)閥6a的開度,則第一排氣通路2a中的背壓會變化以影響內(nèi)燃機1(尤其是第一氣缸組1a)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
當上游側(cè)開關(guān)閥5開啟并且第一流量調(diào)節(jié)閥6a的開度減小時,從第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的排氣的一部分經(jīng)上游側(cè)連通通路4流入第二排氣通路2b。結(jié)果,流入第一NOx存儲和還原型催化劑3a的排氣的流量減小。
當流入第一NOx存儲和還原型催化劑3a的排氣的流量減小時,待從第一燃料添加閥7a添加的燃料量可減小,以便將流入第一NOx存儲和還原型催化劑3a的排氣的空燃比控制成理論空燃比或濃的空燃比。
而且,當流入第一NOx存儲和還原型催化劑3a的排氣的流量減小時,流入第一NOx存儲和還原型催化劑3a的排氣的流速減小,因此第一NOx存儲和還原型催化劑3a暴露于濃的氣氛的時間變長,同時所添加的燃料的空間速度(sv)減小。結(jié)果,第一NOx存儲和還原型催化劑3a中的NOx凈化率提高。
因此,如上所述,如果流入第一NOx存儲和還原型催化劑3a的排氣的流量(量)和流速降低,則通過短時少量燃料的添加再生第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx捕集能力成為可能。
如果在從第一燃料添加閥7a添加到排氣的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a的瞬時(instant)可停止排氣的流動,則所添加的燃料停留在第一NOx存儲和還原型催化劑3a中,因此第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx凈化率可進一步提高,并且待從第一燃料添加閥7a添加的燃料的量可進一步減少。
為了在所添加的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a的瞬時停止排氣的流動,僅需控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a和第一燃料添加閥7a的作動定時,使得在從第一燃料添加閥7a添加到排氣的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a的瞬時第一流量調(diào)節(jié)閥6的實際開度成為完全關(guān)閉。
第一流量調(diào)節(jié)閥6a將產(chǎn)生從收到來自ECU 9的完全關(guān)閉指令信號直到實際開度成為完全關(guān)閉的響應(yīng)延遲。響應(yīng)延遲出現(xiàn),直到從第一燃料添加閥7a添加的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a。
在該實施例中,由于第一燃料添加閥7a布置在第一NOx存儲和還原型催化劑3a的緊上游,并且排氣的流速遠快于第一流量調(diào)節(jié)閥6a的操作速度,因此直到從第一燃料添加閥7a添加的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a為止的響應(yīng)延遲短于第一流量調(diào)節(jié)閥6a的響應(yīng)延遲時間。
因此,ECU 9設(shè)計成在從完全關(guān)閉指令信號輸出到第一流量調(diào)節(jié)閥6a直到第一流量調(diào)節(jié)閥6的實際開度成為完全關(guān)閉的時間段中,將燃料添加指令信號輸出到第一燃料添加閥7a。具體地,在從到第一流量調(diào)節(jié)閥6a的完全關(guān)閉指令信號已輸出的時刻經(jīng)過預(yù)定的延遲時間后,ECU 9將燃料添加指令信號輸出到第一燃料添加閥7a。
在這種情況下,第一流量調(diào)節(jié)閥6的實際開度與從第一燃料添加閥7a添加的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a的時刻基本同時成為完全關(guān)閉,因此所添加的燃料停留在第一NOx存儲和還原型催化劑3a中。結(jié)果,通過短時少量燃料的添加,使第一NOx存儲和還原型催化劑3a在延長的時間段中保持在濃的氣氛中,并且使所添加的燃料的空間速度(sv)盡可能低。
第一流量調(diào)節(jié)閥6a的響應(yīng)延遲時間根據(jù)第一流量調(diào)節(jié)閥6a的硬件成為基本恒定的時間。另一方面,排氣的流速越高,所添加的燃料的響應(yīng)延遲時間變得越短。而且,發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)越高,或者進氣量越大,排氣的流速變得越高。因此,優(yōu)選的是根據(jù)增大的發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)或增大的進氣量將上述延遲時間設(shè)置得較長。
另外,當?shù)谝涣髁空{(diào)節(jié)閥6a完全關(guān)閉時,從第一氣缸組1a排出的全部排氣將流入第二NOx存儲和還原型催化劑3b。也就是說,從第一氣缸組1a和第二氣缸組1b排出的全部排氣(從內(nèi)燃機1排出的全部排氣)將流入第二NOx存儲和還原型催化劑3b。
因此,如果在大量NOx從內(nèi)燃機1排出時第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全關(guān)閉,則有可能第二NOx存儲和還原型催化劑3b無法處理排氣的NOx。與此相比,雖然想到增大第二NOx存儲和還原型催化劑3b的能力的方法,但有可能降低暖機性能和車載性。
因此,在該實施例中,當從內(nèi)燃機1排出的NOx的量(以下稱為NOx排放量)較小時,進行上述NOx捕集能力的再生處理。NOx排放量根據(jù)內(nèi)燃機1的負荷而變化。也就是說,NOx排放量隨著內(nèi)燃機1負荷的降低而減小。因此,ECU 9僅需要在內(nèi)燃機1的負荷小于預(yù)定負荷時執(zhí)行NOx捕集能力再生處理。該預(yù)定負荷被設(shè)定為等于或稍低于在NOx排放量不超過第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx捕集能力范圍內(nèi)的最大負荷。
接下來,在再生第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx捕集能力的情況下,ECU 9根據(jù)類似于在再生第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx捕集能力的情況下使用的方法控制上游側(cè)開關(guān)閥5、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和第二燃料添加閥7b。在這種情況下,類似于第一NOx存儲和還原型催化劑3a,第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx捕集能力也通過短時少量燃料的添加而再生。
此后,將參照圖2說明該實施例中的NOx捕集能力再生控制。圖2是說明NOx捕集能力再生控制例程的流程圖。該NOx捕集能力再生控制例程是用于NOx再生處理的例程,在該NOx再生處理中,吸收在第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b中的NOx被還原或凈化。
在NOx捕集能力再生控制例程中,ECU 9在步驟S101中判斷第一再生標記Frs1的值是否為“1”。第一再生標記Frs1是這樣一個標記,當從上次由第一NOx存儲和還原型催化劑3a執(zhí)行的NOx再生處理終止起經(jīng)過的時間等于或長于預(yù)定的時間時,或者當?shù)谝籒Ox存儲和還原型催化劑3a的NOx吸收量(或NOx吸收量)等于或多于預(yù)定的量時,該標記被設(shè)定為“1”,而在NOx再生處理的執(zhí)行終止時該標記被復(fù)位成“0”。
當在步驟S101中做出肯定判定時(Frs1=1),ECU 9進行到步驟S102。在步驟S102中,ECU 9確定內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否在低負荷運轉(zhuǎn)范圍。也就是說,ECU 9判斷NOx排放量是否小于第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx捕集能力。關(guān)于這種具體的判斷方法,例舉有這種一種方法,其中如果加速踏板的開度小于預(yù)定開度,或如果燃料噴射量小于預(yù)定開度,則判定內(nèi)燃機1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)在低負荷運轉(zhuǎn)范圍(即,NOx排放量小于第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx捕集能力)。
當在步驟S102中做出肯定判定時,ECU 9進行到步驟S103。在步驟S103中,ECU 9開啟上游側(cè)開關(guān)閥5。
在步驟S104中,ECU 9完全關(guān)閉第一流量調(diào)節(jié)閥6a。隨后,ECU 9在步驟S105中判斷從第一流量調(diào)節(jié)閥6a的完全關(guān)閉指令信號被輸出的時間點起經(jīng)過的時間是否等于或長于延遲時間。該延遲時間被設(shè)定為,其短于第一流量調(diào)節(jié)閥6a的響應(yīng)延遲時間,并隨著發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的增大或進氣量的增大而變長。
當在步驟S105做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S105中的處理,直到經(jīng)過所述延遲時間。當在步驟S105中做出肯定判定時,ECU 9進行到步驟S106。在步驟S106中,ECU 9輸出從第一燃料添加閥7a添加預(yù)定量燃料的燃料添加信號。上述燃料的預(yù)定量可以是預(yù)設(shè)的固定量或根據(jù)第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx吸收量變化的可變量。
在步驟S107中,ECU 9判斷從第一燃料添加閥7a的燃料添加指令信號被輸出的時間點起經(jīng)過的時間(即,基本等于第一流量調(diào)節(jié)閥6a置于其完全關(guān)閉狀態(tài)的時間)是否等于或長于預(yù)定時間。該預(yù)定時間可以是預(yù)設(shè)的固定時間或根據(jù)第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx吸收量變化的可變值。
當在步驟S107中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S107中的處理,直到經(jīng)過上述延遲時間。當在步驟S107中做出肯定判定時,ECU 9的控制處理進行到步驟S108,在該步驟S108中,第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx再生處理終止。具體地,ECU 9向第一流量調(diào)節(jié)閥6a輸出完全開啟指令信號,并向上游側(cè)開關(guān)閥5輸出閥關(guān)閉指令信號。隨后,ECU 9在步驟S109中將第一再生標記Frs1的值復(fù)位成“0”。
當以這種方式進行第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx再生處理時,第一流量調(diào)節(jié)閥6a在從第一燃料添加閥7a添加到排氣的燃料到達第一NOx存儲和還原型催化劑3a的瞬時成為完全關(guān)閉,并且第一流量調(diào)節(jié)閥6a維持其完全關(guān)閉狀態(tài)預(yù)定時間。
在這種情況下,從第一燃料添加閥7a添加的燃料停留在第一NOx存儲和還原型催化劑3a中預(yù)定時間,因此所添加的燃料的空間速度(sv)減小。另外,當從第一燃料添加閥7a添加的燃料停留在第一NOx存儲和還原型催化劑3a中時,即使第一燃料添加閥7a不繼續(xù)燃料的添加,第一NOx存儲和還原型催化劑3a的內(nèi)部也保持在濃的氣氛中。
結(jié)果,吸留在第一NOx存儲和還原型催化劑3a中的NOx變得能夠通過短時少量燃料的添加以適當?shù)姆绞奖贿€原或凈化。
當在步驟S101中做出否定判定時,或者當步驟S109中的處理執(zhí)行終止時,ECU 9的控制處理進行到步驟S110,在該步驟S110中,判斷第二再生標記Frs2的值是否為“1”。第二再生標記Frs2是這樣一個標記,當從上次由第一NOx存儲和還原型催化劑3a執(zhí)行的NOx再生處理終止起經(jīng)過的時間等于或長于預(yù)定時間時,或者當?shù)谝籒Ox存儲和還原型催化劑3a的NOx吸收量等于或多于預(yù)定量時,該標記被設(shè)定為“1”,而在NOx再生處理執(zhí)行終止時該標記被復(fù)位成“0”。
當在步驟S110中做出否定判定時(Frs2=0),ECU 9終止該例程的執(zhí)行。當在步驟S110中做出肯定判定時,ECU 9在步驟S111至S118中進行第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx再生處理。在這種情況下,ECU 9根據(jù)類似于如上所述在第一NOx存儲和還原型催化劑3a的NOx再生處理中使用的方法控制上游側(cè)開關(guān)閥5、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和第二燃料添加閥7b。
當以這種方式進行第二NOx存儲和還原型催化劑3b的NOx再生處理時,第二流量調(diào)節(jié)閥6b在從第二燃料添加閥7b添加到排氣的燃料到達第二NOx存儲和還原型催化劑3b的瞬時成為完全關(guān)閉,并且第二流量調(diào)節(jié)閥6b維持其完全關(guān)閉狀態(tài)預(yù)定時間。
在這種情況下,從第二燃料添加閥7b添加的燃料停留在第二NOx存儲和還原型催化劑3b中預(yù)定時間,因此添加的燃料的空間速度(sv)減小。另外,當從第二燃料添加閥7b添加的燃料停留在第二NOx存儲和還原型催化劑3b中時,即使第二燃料添加閥7b不繼續(xù)燃料的添加,第二NOx存儲和還原型催化劑3b的內(nèi)部也保持在濃的氣氛中。
結(jié)果,吸留在第二NOx存儲和還原型催化劑3b中的NOx變得能夠通過短時少量燃料的添加以適當?shù)姆绞奖贿€原或凈化。
根據(jù)上述實施例,當?shù)谝换虻诙﨨Ox存儲和還原型催化劑3a或3b的NOx捕集能力再生時,流入第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的排氣的流量和流速可以有效地降低。尤其是,當?shù)谝换虻诙髁空{(diào)節(jié)閥6a或6b在添加的燃料到達第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的瞬時完全關(guān)閉時,即使從內(nèi)燃機1排出的排氣的流量增大,用少量添加的燃料再生第一或第二NOx存儲和還原型催化劑3a或3b的NOx捕集能力也成為可能。
結(jié)果,可將再生第一和第二NOx存儲和還原型催化劑3a、3b的NOx捕集能力所需的燃料的量抑制到最小值,從而可以防止燃料經(jīng)濟性的惡化。
這里,應(yīng)注意,在該實施例中,作為應(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)燃機的示例,例舉了V型內(nèi)燃機,但本發(fā)明當然不限于此,并且僅需要構(gòu)造成使內(nèi)燃機具有多個氣缸群且為每個氣缸群設(shè)置獨立的排氣通路和獨立的NOx存儲和還原型催化劑。
例如本發(fā)明可應(yīng)用于這樣的情況,即,如圖3所示,直列式內(nèi)燃機10包括分為兩個氣缸群(例如,在圖3所示的示例中,第一氣缸群包括第一氣缸(#1)和第四氣缸(#4),并且第二氣缸群包括第二氣缸(#2)和第三氣缸(#3))的氣缸、分別用于所述氣缸群的獨立的排氣通路11、12以及NOx存儲和還原型催化劑13a、13b。
在這種情況下,該裝置可構(gòu)造成包括用于將排氣通路11、12分別在NOx存儲和還原型催化劑13a、13b上游處的部分置于相互連通的連通通路16、用于開啟和關(guān)閉連通通路16的上游側(cè)開關(guān)閥17、分別布置在排氣通路11、12與連通通路16的連接部分下游處并分別在NOx存儲和還原型催化劑13a、13b上游的燃料添加閥15a、15b以及分別布置在排氣通路11、12與連通通路16的連接部分下游的流量調(diào)節(jié)閥14a、14b。而且,ECU 8僅需要根據(jù)類似于圖2中的上述例程的程序控制上游側(cè)開關(guān)閥17、流量調(diào)節(jié)閥14a、14b和燃料添加閥15a、15b。
<第二實施例>
現(xiàn)在,將基于圖4至7說明本發(fā)明的第二實施例。這里,將說明該實施例的構(gòu)造與上述第一實施例不同的部分,而省略對相同構(gòu)造部分的說明。
圖4是示出應(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)燃機的構(gòu)造的示意圖。在圖4中,代替第一NOx存儲和還原型催化劑3a和第二NOx存儲和還原型催化劑3b,分別在第一排氣通路2a和第二排氣通路2b中布置有第一過濾器30a和第二過濾器30b。
第一過濾器30a和第二過濾器30b每個都是用于捕獲或收集排氣中的顆粒物質(zhì)(PM)的顆粒過濾器。而且,第一過濾器30a和第二過濾器30b每個都設(shè)置有具有氧化能力的催化劑(例如,氧化催化劑、吸留和還原型NOx催化劑和三元催化劑等)。在這種情況下,具有氧化能力的催化劑可布置在顆粒過濾器的緊上游,或者可由顆粒過濾器的載體承載。這里,假設(shè)第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM捕獲或收集能力彼此相同。
在第一排氣通路2a在第一過濾器30a下游的部分中布置有第一排氣溫度傳感器19a。在第二排氣通路2b在第一過濾器30b下游的部分中布置有第二排氣溫度傳感器19b。這里,應(yīng)注意,如果第一過濾器30a和第二過濾器30b由相互串聯(lián)布置的氧化催化劑和顆粒過濾器組成,則可在氧化催化劑和顆粒過濾器之間布置有排氣溫度傳感器。
在以這種方式構(gòu)造的內(nèi)燃機1中,ECU 9式進行控制上游側(cè)開關(guān)閥5、第一流量調(diào)節(jié)閥6a和第二流量調(diào)節(jié)閥6b的處理,使得來自內(nèi)燃機1的全部排氣可在從發(fā)動機起動起的預(yù)定時間段中僅經(jīng)過第一過濾器30a和第二過濾器30b中的任意一個,同時在每次發(fā)動機起動時改變所述一個過濾器(以下將這種處理稱為發(fā)動機起動時偏移(偏流,drift)處理)。
從內(nèi)燃機1排出的PM的量在從發(fā)動機起動到暖機操作完成的冷機操作期間(即,在暖機操作期間)比在暖機操作完成后的熱機操作期間具有增大的傾向。這是因為在冷機操作期間在內(nèi)燃機1中混合物的燃燒易于變得不穩(wěn)定。另外,在內(nèi)燃機1的冷機操作期間,第一氣缸組1a和第二氣缸組1b的燃燒穩(wěn)定性不易于變得相同,因此從第一氣缸組1a和第二氣缸組1b排出的PM的量易于相互不同。因此有可能第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM收集量會彼此顯著不同。
與此相比,如果在從內(nèi)燃機1起動起的預(yù)定時間段中,即,在從內(nèi)燃機1排出的PM的量變得最大的冷機操作期間,全部排氣都僅流入第一過濾器30a和第二過濾器30b中的任意一個,則將僅在所述一個過濾器中收集大量PM。而且,PM再生處理的執(zhí)行周期變成用于若干行程的一個,因此如果在內(nèi)燃機1的每次起動時改變上述一個催化劑,則可使第一過濾器30a和第二過濾器30b在PM再生處理執(zhí)行期間的PM收集量基本相同。
在發(fā)動機起動時排氣流動控制例程中,ECU 9首先在步驟S201中判斷當前發(fā)動機起動是否是冷起動。關(guān)于這種判斷的方法,例舉有這樣一種判斷方法,其中當發(fā)動機冷卻水的溫度低于預(yù)定溫度時,和/或當發(fā)動機潤滑油的溫度低于預(yù)定溫度時,做出當前發(fā)動機起動為冷起動的判定。
當在步驟S201中做出肯定判定時,ECU 9在步驟S202至S208中執(zhí)行發(fā)動機起動時偏移處理。在步驟S202中,ECU 9判斷再生標記的值是否為“0”。當PM再生處理的執(zhí)行完成時,再生標記被設(shè)定為“1”,而當執(zhí)行下文所述的發(fā)動機起動時偏移處理時,再生標記被設(shè)定為“0”。
當在步驟S202中做出肯定判定時(即,當再生標記的值為“0”時),也就是說,當在從PM再生處理的執(zhí)行完成的時間點到當前時間點的時間段中已至少執(zhí)行一次發(fā)動機起動時偏移處理時,ECU 9的控制處理進行到步驟S203,在該步驟S203中,讀取上次發(fā)動機起動時偏移處理的歷史(識別在上次冷起動時是否使全部排氣流入第一過濾器30a或第二過濾器30b的信息)。
在步驟S204中,ECU 9基于在步驟S203中讀取的歷史判斷在上次冷起動時全部排氣所經(jīng)過的過濾器是否是第一過濾器30a。
當在步驟S204中做出肯定判定時,ECU 9的控制處理進行到步驟S205。在步驟S205中,ECU 9控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和上游側(cè)開關(guān)閥5,使得來自內(nèi)燃機1的全部排氣僅流過第二過濾器30b。具體地,ECU 9控制這些閥,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全關(guān)閉、第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全開啟并且上游側(cè)開關(guān)閥5開啟。
在這種情況下,從第一氣缸組1a中排出的全部排氣都經(jīng)第一排氣通路2a和上游側(cè)連通通路4導(dǎo)向到第二排氣通路2b。導(dǎo)向到第二排氣通路2b的排氣與從第二氣缸組1b排出到第二排氣通路2b的排氣一起流入第二過濾器30b。結(jié)果,從第一氣缸組1a和第二氣缸組1b排出的全部排氣將僅流過第二過濾器30b,而不流過第一過濾器30a。
當在步驟S204中做出否定判定時,ECU 9的控制處理進行到步驟S206。在步驟S206中,ECU 9控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和上游側(cè)開關(guān)閥5,使得來自內(nèi)燃機1的全部排氣都僅流過第一過濾器30a。具體地,ECU 9控制這些閥,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全開啟、第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全關(guān)閉并且上游側(cè)開關(guān)閥5關(guān)閉。
在這種情況下,從第一氣缸組1a中排出的全部排氣都經(jīng)第二排氣通路2b和上游側(cè)連通通路4導(dǎo)向到第一排氣通路2a。導(dǎo)向到第一排氣通路2a的排氣與從第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的排氣一起流入第一過濾器30a。結(jié)果,從第一氣缸組1a和第二氣缸組1b排出的全部排氣將僅流過第一過濾器30a,而不流過第二過濾器30b。
ECU 9執(zhí)行完步驟S205或S206中的處理后,在步驟S207中判斷內(nèi)燃機1的暖機是否完成。關(guān)于這種判斷的方法,例舉有這樣一種判斷方法,其中當發(fā)動機冷卻水的溫度等于或高于預(yù)定溫度時,和/或當發(fā)動機潤滑油的溫度等于或高于預(yù)定溫度時,做出內(nèi)燃機1的暖機完成的判定。
當在步驟S207中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S207中的處理,直到內(nèi)燃機1的暖機完成為止。在此期間,從內(nèi)燃機1排出的全部排氣將僅流過第一過濾器30a和第二過濾器30b中的任意一個,所以在冷機操作下從內(nèi)燃機1排出的全部PM都僅由第一過濾器30a和第二過濾器30b中的任意一個收集。
當內(nèi)燃機1的暖機完成時,ECU 9將在步驟S207中做出肯定判定,并且繼而進行到步驟S208。在步驟S208中,ECU 9將上述再生標記的值復(fù)位成“0”。
在步驟S209中,ECU 9控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和上游側(cè)開關(guān)閥5,使得排氣以普通方式流動。也就是說,ECU 9控制這些閥,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全開啟、第二流量調(diào)節(jié)閥6b也完全開啟并且上游側(cè)開關(guān)閥5關(guān)閉。
在這種情況下,從第一氣缸組1a排出的排氣流過第一排氣通路2a和第一過濾器30a,而從第二氣缸組1b排出的排氣流過第二排氣通路2b和第二過濾器30b。
當在步驟S202中做出否定判定時(即,當再生標記的值為“1”時),假定在從PM再生處理的執(zhí)行的完成的時間點到當前時間點的時間段中一次也沒有執(zhí)行發(fā)動機起動時偏移處理。在這種情況下,在當前時間點第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM收集量彼此基本相等,所以ECU 9在不考慮上次發(fā)動機起動時偏移控制的歷史的情況下執(zhí)行發(fā)動機起動時偏移處理。在這種情況下,雖然在圖5所示的示例中,ECU 9執(zhí)行步驟S205而跳過步驟S203和S204,但也可執(zhí)行步驟S206而跳過步驟S203和S204。
另外,當在上述步驟S201中做出了否定判定時,也就是說,在當前的發(fā)動機起動是熱起動時,ECU 9不執(zhí)行發(fā)動機起動時偏移處理(步驟S202至S208中的處理),而是在步驟S209中控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和上游側(cè)開關(guān)閥5,使得排氣以普通方式流動。
這是因為在內(nèi)燃機1熱起動時,混合物的燃燒不傾向于變得不穩(wěn)定,所以不易從內(nèi)燃機1排出大量PM,并且對各氣缸組1a、1b,PM排放量不易變化。
因而,ECU 9以該方式執(zhí)行發(fā)動機起動時排氣流動控制例程,由此可使第一過濾器30a的PM捕集能力飽和的定時(即,第一過濾器30a的PM收集量達到上限量的定時)與第二過濾器30b的PM捕集能力飽和的定時(即,第二過濾器30b的PM收集量達到上限量的定時)基本為同一定時。
如果第一過濾器30a的PM捕集能力飽和的定時與第二過濾器30b的PM捕集能力飽和的定時基本為同一定時,則可以基本同時進行對第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM再生處理。因此,當?shù)谝贿^濾器30a和第二過濾器30b中任意一個的PM再生條件成立時,ECU 9根據(jù)以下方法對第一過濾器30a和第二過濾器30b進行PM再生處理。
圖6和圖7是一起示出該實施例中的PM再生處理例程的流程圖。PM再生處理例程事先存儲在ECU 9的ROM中,并且由ECU 9在每個預(yù)定周期執(zhí)行。
在PM再生處理例程中,首先在步驟S301中,ECU 9判斷第一過濾器30a的再生條件是否成立。關(guān)于這種判斷的方法,例舉有以下方法。也就是說,當從PM再生處理的上次執(zhí)行完成的時間點累計的運行時間等于或長于預(yù)定時間時,或當從PM再生處理的上次執(zhí)行累計的進氣量等于或多于預(yù)定量時,或當從PM再生處理的上次執(zhí)行累計的燃料噴射量等于或多于預(yù)定量時,或當在第一過濾器30a的上游與下游位置處的排氣的壓力之間的壓力差(在過濾器之前和之后的壓力差)等于或高于預(yù)定壓力值時,判定再生條件成立。
當在步驟S301中做出肯定判定時,ECU 9的控制處理進行到步驟S302,在該步驟S302中執(zhí)行升溫處理。具體地,在該升溫處理中,ECU 9控制上述閥5、6a、6b、7a,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a關(guān)閉預(yù)定的量或角度、第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全開啟、上游側(cè)開關(guān)閥5開啟并且第一燃料添加閥7a工作以噴射燃料。
在這種情況下,從第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的排氣的一部分經(jīng)上游側(cè)連通通路4流入第二排氣通路2b,所以流入第一過濾器30a的排氣量減小,而流入第二過濾器30b的排氣量增大。
另外,從第一燃料添加閥7a添加到排氣的燃料與排氣一起流入第一過濾器30a。流入第一過濾器30a的添加燃料通過第一過濾器30a的氧化能力而氧化。結(jié)果,第一過濾器30a接收添加燃料的氧化反應(yīng)熱,并且溫度升高。
在這種情況下,雖然第一過濾器30a的一部分熱被經(jīng)過第一過濾器30a的排氣帶走,但由于流入第一過濾器30a的排氣量已減小,因此從第一過濾器30a傳遞到排氣的熱量不會過度增加。因此,第一過濾器30a的溫度通過少量的添加燃料而迅速升高。這里應(yīng)注意,當內(nèi)燃機1在小負荷下運轉(zhuǎn)時(即,其中從內(nèi)燃機1排出的排氣量小并且排氣的溫度較低的運轉(zhuǎn)狀態(tài)),代替第一燃料添加閥7a,使第二燃料添加閥7b工作,以提高第二過濾器30b的溫度。
在步驟S303中,ECU 9判斷第一過濾器30a的升溫是否完成,即,第一過濾器30a的溫度是否已升高到可氧化PM的溫度范圍(例如600℃或更高)。關(guān)于這種判斷的方法,可例舉有這樣一種方法,其中當由第一排氣溫度傳感器19a檢測的排氣溫度達到可氧化PM的溫度范圍時,判定第一過濾器30a的升溫完成。
當在步驟S303中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S303中的處理,直到第一過濾器30a的溫度達到可氧化PM的溫度范圍為止。當?shù)谝贿^濾器30a的溫度升高到可氧化PM的溫度范圍時,ECU 9在步驟S303中做出肯定判定,然后進行到步驟S304。
具體地,在步驟S304中,ECU 9控制上述閥6a、6b、7b,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全開啟、第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全關(guān)閉并且第二燃料添加閥7b工作。在這種情況下,上游側(cè)開關(guān)閥5保持在其開啟狀態(tài),并且第一燃料添加閥7a被控制成繼續(xù)燃料的添加。
當?shù)谝涣髁空{(diào)節(jié)閥6a完全開啟、第二流量調(diào)節(jié)閥6b關(guān)閉預(yù)定的量或角度并且上游側(cè)開關(guān)閥5保持在其開啟狀態(tài)時,流入第一過濾器30a的排氣量增大,同時流入第二過濾器30b的排氣量減小。
當流入第一過濾器30a的排氣量增大并且第一過濾器30a的溫度升高到可氧化PM的溫度范圍時,第一過濾器30a中的PM的氧化速率(即,每單位時間氧化的PM的量)增大。這是因為隨著流入第一過濾器30a的排氣量的增大,流入第一過濾器30a的氧的量也增大。
當?shù)谝贿^濾器30a中的PM的氧化速率變高時,可以在短的時間段內(nèi)再生第一過濾器30a的PM捕集能力。雖然存在當PM的氧化速率變高時第一過濾器30a中的催化劑的溫度會通過PM的氧化反應(yīng)熱過度升高的擔憂,但從第一過濾器30a傳遞到排氣的熱量由于流入第一過濾器30a的排氣量的增大而增加,因此可抑制第一過濾器30a的溫度過度升高。
因此,可在抑制第一過濾器30a的溫度過度升高的同時提高第一過濾器30a中的PM氧化速率。
另一方面,當使第二燃料添加閥7b在流入第二過濾器30b的排氣量減小的狀態(tài)工作時,第二過濾器30b的溫度通過少量的添加燃料而迅速升高。另外,當執(zhí)行第一過濾器30a的升溫處理時(即,當流入第一過濾器30a的排氣量減小時),第二過濾器30b的溫度隨著流入第二過濾器30b的大量排氣而升高到某種程度,因此可以用小于用于第一過濾器30a的添加燃料的量將第二過濾器30b的溫度升高到可氧化PM的溫度范圍。
在步驟S305中,ECU 9判斷第二過濾器30b的升溫是否完成,即,第二過濾器30b的溫度是否已升高到可氧化PM的溫度范圍。關(guān)于這種判斷的方法,可例舉有這樣一種方法,其中當由第二排氣溫度傳感器19b檢測到的排氣溫度達到可氧化PM的溫度范圍時,判定第二過濾器30b的升溫完成。
當在步驟S305中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S305中的處理,直到第二過濾器30b的溫度達到可氧化PM的溫度范圍為止。當?shù)诙^濾器30b的溫度升高到可氧化PM的溫度范圍時,ECU 9在步驟S305中做出肯定判定,然后進行到步驟S306。
在步驟S306中,ECU 9控制第一和第二流量調(diào)節(jié)閥6a、6b,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a關(guān)閉預(yù)定的量或角度,同時使第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全開啟。在這種情況下,上游側(cè)開關(guān)閥5保持在其開啟狀態(tài),并且第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b被控制成繼續(xù)燃料的添加。
在這種情況下,流入第二過濾器30b的排氣量增大,因此在抑制第二過濾器30b的溫度過度升高的同時以高效的方式再生第二過濾器30b的PM捕集能力成為可能。
然而,當在第一過濾器30a中的PM的氧化期間流入第一過濾器30a的排氣量減小時,從第一過濾器30a傳遞到排氣的熱量減少,因此第一過濾器30a的溫度可能會過度升高。
與此相比,在該實施例的PM再生處理中,在從第一過濾器30a達到可氧化PM的溫度范圍的時間點(即,當在上述步驟S303中做出肯定判定時)到第二過濾器30b達到可氧化PM的溫度范圍的時間點(即,當在上述步驟S305中做出肯定判定時)的時間段中,第一過濾器30a中的PM氧化速率已升高,因此當執(zhí)行上述步驟S306中的處理時殘留在第一過濾器30a中的PM的量變得足夠小。由于殘留在第一過濾器30a中的PM的量減小時,每單位時間氧化的PM的量也減小,因此即使流入第一過濾器30a的排氣量減小,也可抑制第一過濾器30a的溫度過度升高。
在步驟S307中,ECU 9判斷第一過濾器30a的再生終止條件是否成立。關(guān)于這種判斷的方法,可例舉有這樣一種方法,其中當?shù)谝贿^濾器30a的PM再生處理時間等于或長于固定的時間時,或者當在第一過濾器30a之前和之后的壓力差等于或小于預(yù)定值時,判定第一過濾器30a的再生終止條件成立。
當在步驟S307中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S307中的處理,直到上述再生終止條件成立為止。當再生終止條件成立時,ECU 9在上述步驟S307中做出肯定判定,并且進行到步驟S308。在步驟S308中,ECU 9停止第一燃料添加閥7a的工作。
在步驟S309中,ECU 9判斷第二過濾器30b的再生終止條件是否成立。關(guān)于這種判斷的方法類似于用于第一過濾器30a的方法。當在上述步驟S309中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S309中的處理,直到上述再生終止條件成立為止。當?shù)诙^濾器30b的再生終止條件成立時,ECU9在上述步驟S309中做出肯定判定,并且進行到步驟S310。
在步驟S310中,ECU 9停止第二燃料添加閥7b的工作,并且同時控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和上游側(cè)開關(guān)閥5(即,完全開啟第一流量調(diào)節(jié)閥6a和第二流量調(diào)節(jié)閥6b,并且關(guān)閉上游側(cè)開關(guān)閥5),使得排氣的流動恢復(fù)到普通的流動。
當在上述步驟S301中判定第一過濾器30a的再生條件不成立時,ECU9進行到步驟S401,如圖7所示。在步驟S401中,ECU 9判斷第二過濾器30b的再生終止條件是否成立。當在上述步驟S401中做出否定判定時,也就是說,當?shù)谝贿^濾器30a和第二過濾器30b的再生條件都不成立時,ECU 9終止該例程的執(zhí)行。
當在步驟S401中做出肯定判定時,ECU 9的控制處理進行到步驟S402。在步驟S402中,ECU 9進行第二過濾器30b的升溫的處理。具體地,ECU 9控制上述閥5、6a、6b,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全開啟、第二流量調(diào)節(jié)閥6b關(guān)閉預(yù)定的量或角度、上游側(cè)開關(guān)閥5開啟,并且第二燃料添加閥7b工作。在這種情況下,流入第二過濾器30b的排氣量減小,因此第二過濾器30b的溫度通過少量的添加燃料迅速升高。而且,第一過濾器30a的溫度由于流入第一過濾器30a的大量排氣而以適當?shù)姆绞缴摺?br> 在步驟S403中,ECU 9判斷第二過濾器30b的升溫是否完成。當在步驟S403中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S403中的處理,直到第二過濾器30b的溫度達到可氧化PM的溫度范圍為止。當?shù)诙^濾器30b的溫度升高到可氧化PM的溫度范圍時,ECU 9在上述步驟S403中做出肯定判定,并且繼而進行到步驟S404。
在步驟S404中,ECU 9控制上述閥6a、6b和7a,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全關(guān)閉、第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全開啟并且第一燃料添加閥7a工作。在這種情況下,上游側(cè)開關(guān)閥5保持在其開啟狀態(tài),并且第二燃料添加閥7b被控制成繼續(xù)燃料的添加。
在這種情況下,流入第二過濾器30b的排氣量增大,因此在抑制第二過濾器30b的溫度過度升高的同時增大第二過濾器30b的PM氧化速率成為可能。另外,由于燃料在流入第一過濾器30a的排氣量減小的狀態(tài)下從第一燃料添加閥7a供給到第一過濾器30a,因此第一過濾器30a的溫度通過少量燃料而迅速升高。這里應(yīng)注意,根據(jù)步驟S402中的上述處理升溫到某種程度的第一過濾器30a的溫度通過從第二過濾器30b添加的少量燃料而升高到可氧化PM的溫度范圍。
在步驟S405中,ECU 9判斷第一過濾器30a的升溫是否完成。當在步驟S405中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行上述步驟S405中的處理,直到第一過濾器30a的溫度達到可氧化PM的溫度范圍。當?shù)谝贿^濾器30a的溫度升高到可氧化PM的溫度范圍時,ECU 9在上述步驟S405中做出肯定判定,并且繼而進行到步驟S406。
在步驟S406中,ECU 9控制第一和第二流量調(diào)節(jié)閥6a、6b,使得第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全開啟,同時使第二流量調(diào)節(jié)閥6b關(guān)閉預(yù)定的量或角度。在這種情況下,上游側(cè)開關(guān)閥5保持在其開啟狀態(tài)下,并且第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b被控制成繼續(xù)燃料的添加。
在這種情況下,流入第一過濾器30a的排氣量增大,因此在抑制第一過濾器30a的溫度過度升高的同時以高效的方式再生第一過濾器30a的PM捕集能力成為可能。
在步驟S407中,ECU 9判斷第二過濾器30b的再生終止條件是否成立。當在步驟S407中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S407中的處理,直到上述再生終止條件成立。當再生終止條件成立時,ECU 9在上述步驟S407中做出肯定判定,并且進行到步驟S408。在步驟S408中,ECU9通過停止第二燃料添加閥7b的工作終止第二過濾器30b的PM再生處理。
在步驟S409中,ECU 9判斷第一過濾器30a的再生終止條件是否成立。當在上述步驟S409中做出否定判定時,ECU 9重復(fù)執(zhí)行步驟S409中的處理,直到上述再生終止條件成立。當?shù)谝贿^濾器30a的再生終止條件成立時,ECU 9在上述步驟S409中做出肯定判定,并且進行到步驟S410。
在步驟S410中,ECU 9停止第一燃料添加閥7a的工作,同時通過控制第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b和上游側(cè)開關(guān)閥5(即,完全開啟第一流量調(diào)節(jié)閥6a和第二流量調(diào)節(jié)閥6b,并且關(guān)閉上游側(cè)開關(guān)閥5)從而使排氣的流動恢復(fù)到普通流動,而終止第一過濾器30a的PM再生處理。
根據(jù)上述PM再生處理,可以減小再生第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM捕集能力所需的燃料量,同時縮短PM再生處理所需的時間。
這里,應(yīng)注意,在第一過濾器30a和第二過濾器30b具有NOx捕集能力的情況下,必須進行硫中毒恢復(fù)處理,以從硫中毒恢復(fù)第一過濾器30a和第二過濾器30b的NOx捕集能力,關(guān)于在這種情況下的升溫處理,可應(yīng)用類似于在PM再生處理中的上述升溫處理的方法。
為了從硫中毒恢復(fù)第一過濾器30a和第二過濾器30b的NOx捕集能力,需要升溫處理,使得第一過濾器30a和第二過濾器30b的溫度升高到約500℃或更高的高溫范圍。
因此,在使流入第一過濾器30a和第二過濾器30b的排氣量減小后,與在上述PM再生處理中的升溫處理類似,燃料分別從第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b供給到第一過濾器30a和第二過濾器30b。
這里,應(yīng)注意,當?shù)谝贿^濾器30a和第二過濾器30b暴露于高溫富含燃料的氣氛時,NOx捕集能力的硫中毒被消除或恢復(fù),因此在執(zhí)行完上述升溫處理后必須將第一過濾器30a和第二過濾器30b置于富含燃料的氣氛中。
關(guān)于將第一過濾器30a和第二過濾器30b置于富含燃料的氣氛中的方法,可例舉有將燃料分別從第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b供給到第一過濾器30a和第二過濾器30b的方法,但在這種情況下,當流入第一過濾器30a和第二過濾器30b的排氣量增大時需要從第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b添加大量燃料。
因此,在上述PM再生處理中,在執(zhí)行第一過濾器30a和第二過濾器30b的升溫處理后,流入第一過濾器30a和第二過濾器30b的排氣量增大,但在硫中毒恢復(fù)處理中,即使在第一過濾器30a和第二過濾器30b的升溫處理執(zhí)行后,也可以使流入第一過濾器30a和第二過濾器30b的排氣量繼續(xù)減小。
根據(jù)這種硫中毒恢復(fù)處理,用少量的燃料添加使第一過濾器30a和第二過濾器30b的NOx捕集能力從硫中毒恢復(fù)成為可能。
這里,應(yīng)注意,當硫中毒恢復(fù)處理和PM再生處理彼此獨立地單獨進行時,升溫處理所需的燃料量增大,因此優(yōu)選的是,PM再生處理與硫中毒恢復(fù)處理接連地進行。
例如,可通過在上述PM再生處理例程中的步驟S307和S407中判定PM再生處理的終止條件成立后繼續(xù)從第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b添加燃料,并通過在步驟S309和S409中的PM再生處理的終止條件成立后再次減小流入第一過濾器30a和第二過濾器30b的排氣量并繼續(xù)從第一燃料添加閥7a和第二燃料添加閥7b添加燃料,而進行硫中毒恢復(fù)處理。
雖然在該實施例中,在內(nèi)燃機1的冷機操作期間,或在PM再生處理的執(zhí)行期間,或在硫中毒恢復(fù)處理的執(zhí)行期間,上游側(cè)開關(guān)閥5開啟,但上游側(cè)開關(guān)閥5也可在第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM收集狀態(tài)彼此不同時開啟。在第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM收集狀態(tài)彼此不同的情況下,壓力損失或降低根據(jù)各過濾器變化,因此作用在各氣缸組上的背壓也變得彼此不同。結(jié)果,當作用在各氣缸組上的背壓彼此不同時,氣缸組與氣缸組之間的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(即,EGR氣體量、進氣量和功率損失等)可能會變得不同。
與此相比,當上游側(cè)開關(guān)閥5隨著第一過濾器30a和第二過濾器30b的PM收集狀態(tài)彼此不同而開啟時,作用在各氣缸組上的背壓處于同一水平;由此可以抑制上述麻煩的出現(xiàn)。
<第三實施例>
現(xiàn)在,將基于圖8至圖10說明本發(fā)明的第三實施例。這里,將說明該實施例的構(gòu)造與上述第二實施例不同的部分,而省略關(guān)于相同構(gòu)造部分的說明。
圖8是示出應(yīng)用本發(fā)明的第三實施例的內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。在圖8中,在第一排氣通路2a中在第一過濾器30a的下游位置處布置有第一流量調(diào)節(jié)閥6a,在第二排氣通路2b中在第二過濾器30b的下游位置處布置有第二流量調(diào)節(jié)閥6b。
在第一排氣通路2a中在其與上游側(cè)連通通路4的連接部分的下游且在第一過濾器30a的上游的位置處布置有第一截止閥20a。在第二排氣通路2b中在其與上游側(cè)連通通路4的連接部分的下游且在第二過濾器30b的上游的位置處布置有第二截止閥20b。在第一輔助排氣通路21a中布置有第一輔助開關(guān)閥22a。
第一輔助排氣通路21a與第一排氣通路2a在第一過濾器30a下游且在第一流量調(diào)節(jié)閥6a上游的部分連接。第一輔助排氣通路21a與第二排氣通路2b在第二截止閥20b下游且在第二過濾器30b上游的部分連接。
第二輔助排氣通路21b與第二排氣通路2b在第二過濾器30b下游且在第二流量調(diào)節(jié)閥6b上游的部分連接。第二輔助排氣通路21b與第一排氣通路2a在第一截止閥20a下游且在第一過濾器30a上游的部分連接。在第二輔助排氣通路21b中布置有第二輔助開關(guān)閥22b。
上述第一截止閥20a、第二截止閥20b、第一輔助開關(guān)閥22a和第二輔助開關(guān)閥22b由ECU 9電地控制。
根據(jù)這種布置,可以使從內(nèi)燃機1排出的全部排氣以串行方式流過第一過濾器30a和第二過濾器30b。例如,當使從內(nèi)燃機1排出的全部排氣順次從第一過濾器30a流入第二過濾器30b時,ECU 9控制以開啟上游側(cè)開關(guān)閥5、完全關(guān)閉第一流量調(diào)節(jié)閥6a、完全開啟第二流量調(diào)節(jié)閥6b、開啟第一截止閥20a、關(guān)閉第二截止閥20b、開啟第一輔助開關(guān)閥22a并關(guān)閉第二輔助開關(guān)閥22b。
在這種情況下,如圖9所示,從內(nèi)燃機1的第二氣缸組1b排出到第二排氣通路2b的全部排氣經(jīng)上游側(cè)連通通路4導(dǎo)向到第一排氣通路2a。從第二排氣通路2b導(dǎo)向到第一排氣通路2a的排氣與從內(nèi)燃機1的第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的排氣一起流入第一過濾器30a。經(jīng)過第一過濾器30a的排氣經(jīng)第一輔助排氣通路21a導(dǎo)向到第二排氣通路2b,繼而流入第二過濾器30b。因此,從內(nèi)燃機1排出的全部排氣將順次從第一過濾器30a流入第二過濾器30b。
另外,當使從內(nèi)燃機1排出的全部排氣順次從第二過濾器30b流入第一過濾器30a時,ECU 9控制以開啟上游側(cè)開關(guān)閥5、完全開啟第一流量調(diào)節(jié)閥6a、完全關(guān)閉第二流量調(diào)節(jié)閥6b并關(guān)閉第一截止閥20a。而且,ECU 9控制以開啟第二截止閥20b、關(guān)閉第一輔助開關(guān)閥22a并開啟第二輔助開關(guān)閥22b。
在這種情況下,如圖10所示,從內(nèi)燃機1的第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的全部排氣經(jīng)上游側(cè)連通通路4導(dǎo)向到第二排氣通路2b。從第一排氣通路2a導(dǎo)向到第二排氣通路2b的排氣與從第二氣缸組1b排出到第二排氣通路2b的排氣一起流入第二過濾器30b。經(jīng)過第二過濾器30b的排氣經(jīng)第二輔助排氣通路21b導(dǎo)向到第一排氣通路2a,繼而流入第一過濾器30a。因此,從內(nèi)燃機1排出的全部排氣將順次從第二過濾器30b流入第一過濾器30a。
這里,在上述第二實施例的發(fā)動機起動時排氣流動控制中,當實現(xiàn)上述如圖9和圖10所示的排氣的流動時,可以使第一過濾器30a和第二過濾器30b的活化時間較早。
例如,當在圖5中的上述發(fā)動機起動時排氣流動控制例程中執(zhí)行步驟S205或步驟S206中的處理(即,使從內(nèi)燃機1排出的全部排氣僅流入第一過濾器30a和第二過濾器30b中的一個的處理)時,內(nèi)燃機1的全部排氣僅流過第一過濾器30a和第二過濾器30b中的任意一個,因此所述一個過濾器(排氣流過的過濾器)可接收排氣的熱量并且溫度升高,但另一個過濾器(排氣不流過的過濾器)無法接收排氣的熱量。因此,可以使從內(nèi)燃機1排出的全部PM僅由第一過濾器30a和第二過濾器30b中的任意一個收集,但另一個過濾器的活化時間延遲。
與此相比,在發(fā)動機起動時排氣流動控制中,代替執(zhí)行上述步驟S205中的處理,當ECU 9控制上游側(cè)開關(guān)閥5、第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b、第一截止閥20a、第二截止閥20b、第一輔助開關(guān)閥22a和第二輔助開關(guān)閥22b使得內(nèi)燃機1的全部排氣順次從第二過濾器30b流入第一過濾器30a時,不但可以使從內(nèi)燃機1排出的全部PM由第二過濾器30b收集,而且可以用排氣加熱第一過濾器30a。
另外,代替執(zhí)行上述步驟S206中的處理,當ECU 9控制上游側(cè)開關(guān)閥5、第一流量調(diào)節(jié)閥6a、第二流量調(diào)節(jié)閥6b、第一截止閥20a、第二截止閥20b、第一輔助開關(guān)閥22a和第二輔助開關(guān)閥22b使得內(nèi)燃機1的全部排氣順次從第一過濾器30a流入第二過濾器30b時,不但可以使從內(nèi)燃機1排出的全部PM由第一過濾器30a收集,而且可以用排氣加熱第二過濾器30b。
因此,可以使兩個過濾器30a、30b的PM收集量相同,而不過度延遲第一過濾器30a和第二過濾器30b的活化時間。
在上述第二實施例的PM再生處理中,可通過在第一過濾器30a或第二過濾器30b的升溫處理期間開啟第一輔助開關(guān)閥22a或第二輔助開關(guān)閥22b進一步減小PM再生處理所需的燃料量。
例如,在圖6和圖7的上述PM再生處理例程中,當在步驟S302中的處理(第一過濾器30a的升溫處理)的執(zhí)行期間使第一輔助開關(guān)閥22a開啟時,從第一過濾器30a流出的一部分高溫排氣經(jīng)第一輔助排氣通路21a流入第二排氣通路2b,因此第二過濾器30b可由高溫排氣加熱。因此,可進一步減小在第二過濾器30b的升溫處理中所需的添加燃料的量。
而且,在圖6和圖7的上述PM再生處理例程中,當在步驟S402中的處理(第二過濾器30b的升溫處理)的執(zhí)行期間使第二輔助開關(guān)閥22b開啟時,從第二過濾器30b流出的一部分高溫排氣經(jīng)第二輔助排氣通路21b流入第一排氣通路2a,從而第一過濾器30a可由高溫排氣加熱。因此,可進一步減小在第一過濾器30a的升溫處理中所需的添加燃料的量。
<第四實施例>
現(xiàn)在,將基于圖11說明本發(fā)明的第四實施例。這里,將說明該實施例的構(gòu)造與上述第二實施例不同的部分,而省略關(guān)于相同構(gòu)造部分的說明。
圖11是示出應(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。在圖11中,在第一排氣通路2a中在第一過濾器30a下游且在第一排氣通路與第一輔助排氣通路21a的連接部分上游的位置處布置有第一流量調(diào)節(jié)閥6a。在第二排氣通路2b中在第二過濾器30b下游且在第二排氣通路與第二輔助排氣通路21b的連接部分上游的位置處布置有第二流量調(diào)節(jié)閥6b。
第一排氣通路2a在第一過濾器30a下游且在第一流量調(diào)節(jié)閥6a上游的部分與第二排氣通路2b在第二過濾器30b下游且在第二流量調(diào)節(jié)閥6b上游的部分經(jīng)下游側(cè)連通通路23置于相互連通。在下游側(cè)連通通路23中布置有下游側(cè)開關(guān)閥24。
根據(jù)這種布置,可以使排氣以相反的方向流過第一過濾器30a或第二過濾器30b。例如,ECU 9操作以開啟上游側(cè)開關(guān)閥5、完全關(guān)閉第一流量調(diào)節(jié)閥6a和第二流量調(diào)節(jié)閥6b、開啟第一截止閥20a、關(guān)閉第二截止閥20b、開啟第一輔助開關(guān)閥22a、關(guān)閉第二輔助開關(guān)閥22b并開啟下游側(cè)開關(guān)閥24。
在這種情況下,如圖12所示,從內(nèi)燃機1的第二氣缸組1b排出到第二排氣通路2b的全部排氣經(jīng)上游側(cè)連通通路4導(dǎo)向到第一排氣通路2a。從第二排氣通路2b導(dǎo)向到第一排氣通路2a的排氣與從內(nèi)燃機1的第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的排氣一起流入第一過濾器30a。經(jīng)過第一過濾器30a的排氣經(jīng)下游側(cè)連通通路23導(dǎo)向到第二排氣通路2b在第二過濾器30b下游的部分。在這種情況下,由于第二流量調(diào)節(jié)閥6b完全關(guān)閉,所以導(dǎo)向到第二排氣通路2b的排氣經(jīng)第二排氣通路2b和第二過濾器30b流回到第二排氣通路2b在第二過濾器30b上游的部分中。導(dǎo)向到第二排氣通路2b在第二過濾器30b上游的部分的排氣經(jīng)第一輔助排氣通路21a流入第一排氣通路2a在第一流量調(diào)節(jié)閥6a下游的部分。
因此,從內(nèi)燃機1排出的全部排氣在從第一過濾器30a的上游側(cè)向其下游側(cè)經(jīng)過第一過濾器30a后將在第二過濾器30b中從其下游側(cè)流回到其上游側(cè)。
這里,應(yīng)注意,當在第二過濾器30b的PM再生處理的執(zhí)行期間實現(xiàn)上述排氣的流動時,可提高對第二過濾器30b的PM再生處理的效果。也就是說,當在PM再生處理的執(zhí)行期間排氣從第二過濾器30b的上游側(cè)向其下游側(cè)流過第二過濾器30b時,收集在第二過濾器30b的上游側(cè)端面上的PM有可能保持未氧化,但當在PM再生處理的執(zhí)行期間排氣在第二過濾器30b中從其下游側(cè)流回到其上游側(cè)時,收集在第二過濾器30b的上游側(cè)端面上的PM可容易地氧化。
因此,當在第二過濾器30b的PM再生處理的執(zhí)行期間實現(xiàn)上述排氣的流動時,可以抑制一部分PM殘留在第二過濾器30b的上游側(cè)端面等上未氧化。
另外,ECU 9可操作以開啟上游側(cè)開關(guān)閥5、完全關(guān)閉第一流量調(diào)節(jié)閥6a和第二流量調(diào)節(jié)閥6b、關(guān)閉第一截止閥20a、開啟第二截止閥20b、關(guān)閉第一輔助開關(guān)閥22a、開啟第二輔助開關(guān)閥22b并開啟下游側(cè)開關(guān)閥24。
在這種情況下,如圖13所示,從內(nèi)燃機1的第一氣缸組1a排出到第一排氣通路2a的全部排氣經(jīng)上游側(cè)連通通路4導(dǎo)向到第二排氣通路2b。從第一排氣通路2a導(dǎo)向到第二排氣通路2b的排氣與從第二氣缸組1b排出到第二排氣通路2b的排氣一起流入第二過濾器30b。經(jīng)過第二過濾器30b的排氣經(jīng)下游側(cè)連通通路23導(dǎo)向到第二排氣通路2b在第一過濾器30a下游的部分。在這種情況下,由于第一流量調(diào)節(jié)閥6a完全關(guān)閉,所以導(dǎo)向到第一排氣通路2a的排氣在第一排氣通路2a和第一過濾器30a中流回到第一排氣通路2a在第一過濾器30a上游的部分中。導(dǎo)向到第一排氣通路2a在第一過濾器30a上游的部分的排氣經(jīng)第二輔助排氣通路21b流入第二排氣通路2b在第二流量調(diào)節(jié)閥6b下游的部分中。
因此,從內(nèi)燃機1排出的全部排氣在從第二過濾器30b的上游側(cè)向其下游側(cè)經(jīng)過第二過濾器30b后將在第一過濾器30a中從其下游側(cè)流回到其上游側(cè)。
這里,當在第一過濾器30a的PM再生處理的執(zhí)行期間實現(xiàn)上述排氣的流動時,可以抑制一部分PM殘留在第一過濾器30a的上游側(cè)端面等上未氧化。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,所述內(nèi)燃機包括多個獨立的排氣通路和多個催化劑,為每個氣缸群提供一個所述排氣通路,每個所述催化劑都具有NOx捕集能力和/或PM捕集能力并且分別布置在所述排氣通路中,所述排氣凈化裝置的特征在于包括上游側(cè)連通通路,所述上游側(cè)連通通路使所述排氣通路在所述催化劑上游處的部分相互連接;上游側(cè)開關(guān)閥,所述上游側(cè)開關(guān)閥開啟和關(guān)閉所述上游側(cè)連通通路;多個流量調(diào)節(jié)閥,所述流量調(diào)節(jié)閥分別布置在所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分的下游處;和控制部,所述控制部根據(jù)所述各催化劑的狀態(tài)控制所述上游側(cè)開關(guān)閥和所述各流量調(diào)節(jié)閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,所述排氣凈化裝置的特征在于還包括還原劑添加閥,所述還原劑添加閥在所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分和所述催化劑之間分別布置在所述排氣通路中;其中當所述多個催化劑中一個催化劑的NOx捕集能力再生時,所述控制部開啟所述上游側(cè)開關(guān)閥,減小所述排氣通路中布置有所述一個催化劑的一個排氣通路中的一個流量調(diào)節(jié)閥的開度,并且將還原劑從布置有所述一個催化劑的所述一個排氣通路中的一個還原劑添加閥供給到所述一個催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,其特征在于,所述控制部在開啟所述上游側(cè)開關(guān)閥之后或與開啟所述上游側(cè)開關(guān)閥同時完全關(guān)閉所述一個流量調(diào)節(jié)閥,并且當所述一個流量調(diào)節(jié)閥的實際開度成為完全關(guān)閉時,在所述還原劑到達所述一個催化劑的定時使所述一個還原劑添加閥工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,其特征在于,所述控制部控制所述一個還原劑添加閥,使得在從完全關(guān)閉指令信號被輸出至所述一個流量調(diào)節(jié)閥的時間點到所述一個流量調(diào)節(jié)閥的實際開度成為完全關(guān)閉的時間點的時間段中從所述還原劑添加閥添加所述還原劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,其特征在于,所述多個催化劑中的每個都具有PM捕集能力;所述控制部控制所述上游側(cè)開關(guān)閥和所述各流量調(diào)節(jié)閥,使得在從所述內(nèi)燃機的起動起的預(yù)定時間段中全部排氣流入所述多個催化劑中特定的催化劑,在所述內(nèi)燃機的每次起動時將所述特定的催化劑從一個變?yōu)榱硪粋€。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,所述排氣凈化裝置的特征在于還包括還原劑添加閥,所述還原劑添加閥在所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分和所述催化劑之間分別布置在所述排氣通路中;其中當所述多個催化劑中特定的催化劑的PM捕集能力再生時,所述控制部開啟所述上游側(cè)開關(guān)閥,減小所述流量調(diào)節(jié)閥中布置在與布置有所述特定的催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的一個流量調(diào)節(jié)閥的開度,并且將還原劑從所述還原劑添加閥中布置在與布置有所述特定的催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的一個還原劑添加閥供給到所述特定的催化劑;在所述特定的催化劑的溫度升高到希望的目標溫度范圍之后,所述控制部增大布置在與布置有所述特定的催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的所述一個流量調(diào)節(jié)閥的開度,同時減小布置在與布置有其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的其它流量調(diào)節(jié)閥中每個的開度,并且還將還原劑從布置在與布置有所述其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的其它還原劑添加閥供給到所述其它催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,所述排氣凈化裝置的特征在于還包括還原劑添加閥,所述還原劑添加閥在所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分和所述催化劑之間分別布置在所述排氣通路中;其中當所述多個催化劑中特定的催化劑從硫中毒恢復(fù)時,所述控制部開啟所述上游側(cè)開關(guān)閥,減小所述流量調(diào)節(jié)閥中布置在與布置有所述特定的催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的一個流量調(diào)節(jié)閥的開度,并且將還原劑從所述還原劑添加閥中布置在與布置有所述特定的催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的一個還原劑添加閥添加到所述特定的催化劑;在所述特定的催化劑從硫中毒恢復(fù)之后,所述控制部增大布置在與布置有所述特定的催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的所述一個流量調(diào)節(jié)閥的開度,同時減小布置在與布置有其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的其它流量調(diào)節(jié)閥中每個的開度,并且還將還原劑從布置在與布置有所述其它催化劑的排氣通路相同的排氣通路中的其它還原劑添加閥供給到所述其它催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,所述排氣凈化裝置的特征在于還包括輔助排氣通路,所述輔助排氣通路分別連接所述排氣通路在所述催化劑下游處的部分與另一個排氣通路在另一個催化劑和所述另一個排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分之間的部分;輔助開關(guān)閥,所述輔助開關(guān)閥分別開啟和關(guān)閉所述輔助排氣通路;和截止閥,所述截止閥分別布置在所述排氣通路與所述輔助排氣通路在所述催化劑上游處的連接部分和所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分之間;其中所述各流量調(diào)節(jié)閥布置在所述各排氣通路與所述各輔助排氣通路在所述各催化劑下游處的連接部分的下游。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置,所述排氣凈化裝置的特征在于還包括輔助排氣通路,所述輔助排氣通路分別連接所述排氣通路在所述催化劑下游處的部分與另一個排氣通路在布置在所述另一個排氣通路中的另一個催化劑和所述另一個排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分之間的部分;輔助開關(guān)閥,所述輔助開關(guān)閥分別開啟和關(guān)閉所述輔助排氣通路;和截止閥,所述截止閥分別布置在所述排氣通路與所述輔助排氣通路在所述催化劑上游處的連接部分和所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分之間;下游側(cè)連通通路,所述下游側(cè)連通通路使所述各排氣通路在其與所述輔助排氣通路的連接部分和所述各催化劑之間的部分相互連接;和下游側(cè)開關(guān)閥,所述下游側(cè)開關(guān)閥開啟和關(guān)閉所述下游側(cè)連通通路;其中所述流量調(diào)節(jié)閥在所述排氣通路與所述下游側(cè)連通通路的連接部分和所述排氣通路與所述輔助排氣通路在所述催化劑下游處的連接部分之間分別布置在所述排氣通路中。
10.一種用于內(nèi)燃機的排氣凈化方法,所述內(nèi)燃機包括多個獨立的排氣通路和多個催化劑,為每個氣缸群提供一個所述排氣通路,每個所述催化劑都具有NOx捕集能力并且分別布置在所述排氣通路中,所述排氣凈化方法的特征在于包括在所述多個催化劑中一個催化劑的NOx捕集能力再生時,連通一個排氣通路在布置在所述一個排氣通路中的所述一個催化劑上游處的部分與另一個排氣通路在布置在所述另一個排氣通路中的另一個催化劑上游處的部分;完全關(guān)閉調(diào)節(jié)流入所述一個催化劑的排氣的流量的流量調(diào)節(jié)閥;和在所述流量調(diào)節(jié)閥的實際開度成為完全關(guān)閉之前,將還原劑添加到所述一個催化劑上游處的所述一個排氣通路。
全文摘要
在一種用于內(nèi)燃機(1)——該內(nèi)燃機配備有為每個氣缸群(1a,1b)提供一個排氣通路的獨立排氣通路(2a,2b)且在每個排氣通路中布置有具有NOx捕集能力的催化劑(3a,3b)——的排氣凈化裝置中,本發(fā)明意在提供一種能夠獨立地控制流入各催化劑的排氣的流量的技術(shù)。為此,根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置設(shè)有相互連接所述排氣通路(2a,2b)在所述催化劑(3a,3b)上游處的部分的連通通路(4)、開啟和關(guān)閉所述上游側(cè)連通通路(4)的上游側(cè)開關(guān)閥(5)、分別布置在所述排氣通路與所述上游側(cè)連通通路的連接部分的下游處的多個流量調(diào)節(jié)閥(6a,6b)、和控制部(9),該控制部根據(jù)所述各催化劑(3a,3b)的狀態(tài)控制所述上游側(cè)開關(guān)閥(5)和所述各流量調(diào)節(jié)閥(6a,6b)。當多個催化劑(3a,3b)中一個催化劑的NOx捕集能力再生時,控制部(9)開啟上游側(cè)開關(guān)閥(5)、完全關(guān)閉在排氣通路(2a,2b)中布置有所述一個催化劑(3a,3b)的一個排氣通路中的一個流量調(diào)節(jié)閥(6a,6b),并使還原劑添加閥(7a,7b)工作,使得當所述一個流量調(diào)節(jié)閥(6a,6b)的實際開度成為完全關(guān)閉時還原劑到達所述一個催化劑(3a,3b)。
文檔編號F02D41/02GK101048579SQ20058003701
公開日2007年10月3日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者吉崎康二, 小木曾誠人 申請人:豐田自動車株式會社
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