專利名稱：用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置和用于控制該裝置的方法
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和一種用于控制該裝置的 方法。
背景技術(shù)：
一種已知的內(nèi)燃機包括由公共排氣通路分支而成的第 一排氣通路和第
二排氣通路，在第一排氣通路和第二排氣通路的每一個中均設(shè)置有NOx 吸收劑，NOx吸收劑在進(jìn)入的排氣的空燃比為稀時儲存包含在排氣中的 NOx并且在進(jìn)入的排氣的空燃比為濃時釋放儲存在其中的NOx。在這種內(nèi) 燃機中，在第一排氣通路和第二排氣通路的每一個中，在NOx吸收劑的上 游設(shè)置有燃料閥且在NOx吸收劑的下游設(shè)置有排氣控制閥(例如見日本專 利申請公報No. JP-A-7-102947)。
在上述內(nèi)燃機中，當(dāng)釋放儲存在第一排氣通路內(nèi)的NOx吸收劑中的 NOx時，通過關(guān)閉第一排氣通路中的排氣控制閥以將第一排氣通路中的排 氣保留于其中并隨后從第一排氣通路中的燃料閥供給燃料而使第一排氣通 路中的排氣的空燃比為濃。同樣，當(dāng)釋放儲存在第二排氣通路內(nèi)的NOx 吸收劑中的NOx時，通過關(guān)閉第二排氣通路中的排氣控制閥以將第二排氣 通路中的排氣保留于其中并隨后從第二排氣通路中的燃料閥供給燃料而使 第二排氣通路中的排氣的空燃比為濃。
但是，在上述內(nèi)燃機中存在這樣一個問題，即需要兩個燃料閥從NOx 吸收劑釋放NOx。更重要的是，由于燃料閥布置得離發(fā)動機很遠(yuǎn)，因而需 要將燃料供給管延伸到燃料閥，這又成為另一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第 一方面涉及一種用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其包括第一 排氣通路和第二排氣通路，所述第 一和第二排氣通路由設(shè)置在所述第 一和 第二通路上游的公共排氣通路分支而成，其中在所述第 一排氣通路和所述
第二排氣通路的每一個中均設(shè)置有NOx吸收劑，所述NOx吸收劑在itA 的排氣的空燃比變稀時儲存包含在排氣中的NOx并且在^的排氣的空 燃比變濃時釋放所述NOx。在該裝置中，在所述公共排氣通路中設(shè)置有燃 料閥，當(dāng)需要從設(shè)置在所述第一排氣通路中的所述NOx吸收劑以及從設(shè)置 在所述第二排氣通路中的所述NOx吸收劑釋放NOx時，從所述燃料閥供 給燃料，以使所述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中的排氣的 空燃比為濃，并且所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的一個排氣通 路在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉，以便使所述第一排氣通路和 所述第二排氣通路中的所述一個排氣通路中的排氣的空燃比保持為濃。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于控制用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的方 法，所述用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置包括第一排氣通路和第二排氣通路， 所述第一和第二排氣通路由設(shè)置在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路 上游的公共排氣通路分支而成，在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路 的每一個中均設(shè)置有NOx吸收劑，所述NOx吸收劑在進(jìn)入的排氣的空燃 比為稀時儲存包含在排氣中的NOx并且在進(jìn)入的排氣的空燃比為濃時釋 放所述NOx,在所述公共排氣通路中設(shè)置有燃料閥。在該方法中，當(dāng)需要 從設(shè)置在所述第一排氣通路中的所述NOx吸收劑和設(shè)置在所述第二排氣 通路中的所述NOx吸收劑釋放NOx時，從所述燃料閥供給燃料，以使所 述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中的排氣的空燃比為濃；并 且在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉所述第一排氣通路和所述第二
排氣通路中的一個排氣通路，以便使所述第一排氣通路和所述第二排氣通 路中的所述一個排氣通路中的排氣的空燃比保持為濃。
根據(jù)本發(fā)明的這些方面，可在確保良好的燃料消耗的同時減少燃料閥 的數(shù)量，并且燃料閥可設(shè)置得更靠近發(fā)動機。


從下面參照附圖對優(yōu)選實施例的說明中可清楚看到本發(fā)明的上述及其 它目的、特征和優(yōu)點，在附圖中類似的附圖標(biāo)記用于表示類似的元件，且
其中
圖1為壓燃式內(nèi)燃機的總體視圖2為NOx儲存催化劑的側(cè)剖視圖3A和3B為催化劑載體的表面部分的剖視圖4A為顆粒過濾器的前視圖4B為顆粒過濾器的側(cè)剖視圖5A至5D為示出吸收在NOx吸收劑中的NOx的量、燃料供給正時、 打開和關(guān)閉排氣控制閥的正時及排氣通路中的空燃比的時序圖； 圖6為示出NOx量NOXA的映射圖的視圖； 圖7A為示出第一時間段Atl與進(jìn)氣量Ga之間關(guān)系的曲線圖； 圖7B為示出第 一 時間段Atl與NOx吸收劑的溫度Tc之間關(guān)系的曲線圖7C為示出第一時間段Atl的映射圖的圖示；
圖8A為示出第二時間段At2與NOx吸收劑的溫度Tc之間關(guān)系的曲線
圖8B為示出第二時間段At2與進(jìn)氣量Ga之間關(guān)系的曲線圖； 圖8C為示出第二時間段At2的映射圖的圖示；
圖9A至9E為示出顆粒過濾器的差壓AP、燃料添加正時、排氣通路 中的空燃比、顆粒過濾器的溫度及NOx吸收劑中所吸收的SOx量的時序 圖10A至10C為示出當(dāng)顆粒過濾器的溫度升高時的燃料供給正時、打 開和關(guān)閉排氣控制閥的正時及排氣通路中的空燃比的時序圖11A至11C為示出燃燒顆粒物質(zhì)時的燃料供給正時、打開和關(guān)閉排 氣控制閥的正時及排氣通路中的空燃比的時序圖；圖12A至12C為示出釋放SOx時的燃料供給正時、打開和關(guān)閉排氣 控制閥的正時及排氣通路中的空燃比的時序圖13A和13B為排氣凈化處理過程的流程圖；以及 圖14A和14B為示出壓燃式內(nèi)燃機的變型示例的圖示。
具體實施例方式
圖1是壓燃式內(nèi)燃機的總體視圖。圖1示出發(fā)動機本體1、氣缸的燃 燒室2、用于將燃料噴入相應(yīng)燃燒室2中的電子燃料噴射閥3、進(jìn)氣歧管4 及排氣歧管5。進(jìn)氣歧管4經(jīng)進(jìn)氣道6連接到排氣驅(qū)動渦輪增壓器7的壓 縮機7a的出口 ，而壓縮機7a的入口經(jīng)空氣流量計8連接到空氣濾清器9。 在進(jìn)氣道6中設(shè)置有電子節(jié)氣門10 ，并且用于冷卻流過進(jìn)氣道6的進(jìn)氣(吸 入空氣)的冷卻裝置11設(shè)置成圍繞進(jìn)氣道6。在圖l所示的實施例中，發(fā) 動機冷卻劑被引入冷卻裝置11中并冷卻進(jìn)氣。排氣歧管5連接到排氣渦輪 增壓器7的排氣渦輪機7b的入口 ，而排氣渦輪機7b的出口連接到排氣后 處理裝置20。
排氣歧管5和進(jìn)氣歧管4經(jīng)排氣再循環(huán)(在下文中稱作"EGR")通 路12相互連接，并且在EGR通路12中設(shè)置有電子EGR控制閥13。用于 冷卻流過EGR通路12的EGR氣體的冷卻裝置14設(shè)置成圍繞EGR通路 12。在圖1所示的實施例中，發(fā)動機冷卻劑被引入冷卻裝置14中并冷卻 EGR氣體。每個燃料噴射閥3經(jīng)對應(yīng)的燃料供給管15連接到共軌16。燃 料從燃料泵17供給到共軌16。燃料泵17是電子控制的，并且燃料泵17 的排放量可變。這樣，燃料從燃料泵17供給到共軌16，隨后經(jīng)燃料供給 管15供給到燃料噴射閥3。
排氣后處理裝置20包括排氣通路21、第一排氣通路22a及第二排氣 通路22b。排氣通路21連接到排氣渦輪機7b的出口 ，并分支為第一排氣 通路22a和第二排氣通路22b。第一NOx儲存-還原催化劑23a、第一顆粒 過濾器24a、第一氧化催化劑25a及由致動器27a驅(qū)動的第一排氣控制閥 26a從上游側(cè)以此順序設(shè)置在第一排氣通路22a中。同樣，第二NOx儲存-還原催化劑23b、第二顆粒過濾器24b、第二氧化催化劑25b及由致動器 27b驅(qū)動的第二排氣控制閥26b從上游側(cè)以此順序設(shè)置在第二排氣通路 22b中。第一排氣通路22a和第二排氣通路22b合并成位于第一排氣控制 閥26a和第二排氣控制閥26b下游的公共排氣通路27。
在第一排氣通路22a中設(shè)置有溫度傳感器28a、第一差壓傳感器29a、 溫度傳感器30a及空燃比傳感器31a。溫度傳感器28a檢測第一 NOx儲存 -還原催化劑23a的溫度，第一差壓傳感器29a檢測第一顆粒過濾器24a上 的差壓。溫度傳感器30a檢測從第一氧化催化劑25a排出的排氣的溫度， 空燃比傳感器31a檢測該排氣的空燃比。同樣，在第二排氣通路22b中設(shè) 置有溫度傳感器28b、第二差壓傳感器29b、溫度傳感器30b及空燃比傳 感器31b。溫度傳感器28b檢測第二 NOx儲存還原催化劑23b的溫度，第 二差壓傳感器29b檢測第二顆粒過濾器24b上的差壓。溫度傳感器30b檢 測從第二氧化催化劑25b排出的排氣的溫度，空燃比傳感器31b檢測該排 氣的空燃比。
如圖1所示，在排氣歧管5中設(shè)置有燃料閥32，且燃料從燃料閥32 供給到排氣歧管5中。在本發(fā)明的實施例中，燃料為柴油。
電子控制裝置40是包括均經(jīng)雙向總線41連接的只讀存儲器(ROM) 42、隨機存取存儲器(RAM) 43、微處理器(CPU) 44、輸入端口 45及 輸出端口 46的數(shù)字計算機裝置。從空氣流量計8、溫度傳感器28a、 28b、 30a、 30b、差壓傳感器29a、 29b及空燃比傳感器31a、 31b輸出的信號經(jīng) 相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器47輸入到輸入端口 45。負(fù)荷傳感器50連接到加速踏板 49并輸出與加速踏板49的下壓量成比例的輸出電壓。負(fù)荷傳感器50的輸 出電壓經(jīng)相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器47輸入到輸入端口 45。曲柄轉(zhuǎn)角傳感器51連 接到輸入端口 45并例如在曲軸每旋轉(zhuǎn)15°時輸出一輸出脈沖。輸出端口 46經(jīng)相應(yīng)的驅(qū)動電路48連接到燃料噴射閥3、用于驅(qū)動節(jié)氣門10的裝置、 EGR控制閥13、燃料泵17、致動器27a、 27b及燃料閥32。
圖2示出NOx儲存還原催化劑23a、 23b的結(jié)構(gòu)。參照圖2， NOx儲 存還原催化劑23a、 23b均具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)并包括多個排氣通路61，所述多個排氣通路61由設(shè)置在排氣通路61之間的薄隔板60相互分開。例如由 氧化鋁制成的催化劑載體65支承在各個隔板60的各側(cè)的表面上。圖3A 和3B示出催化劑載體65的表面部分的剖面。如圖3A和3B所示，貴金屬 催化劑66介軟地支承在催化劑載體65的表面上，并且在催化劑載體65 的表面上形成有一層NOx吸收劑67。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，將鉑Pt用作貴金屬催化劑66。 NOx吸收 劑67例如由以下成分中的至少一種構(gòu)成堿金屬如鉀K、鈉Na和銫Cs; 堿土金屬如鋇Ba和鈣Ca;以及稀土金屬如鑭La和釔Y。假設(shè)將供給到 進(jìn)氣通路、燃燒室2和NOx儲存還原催化劑23a、 23b上游的排氣通路中 的空氣與燃料(碳?xì)浠衔?的比率看作是排氣的空燃比，則NOx吸收劑 67在排氣的空燃比稀時吸收NOx并且在排氣中的氧濃度低時釋放所吸收 的NOx。
在下文中，將參照使用鋇Ba作為構(gòu)成NOx吸收劑67的成分的示例 對NOx吸收劑如何吸收和釋放NOx作詳細(xì)說明。如圖3A所示，當(dāng)排氣 的空燃比稀時，即當(dāng)排氣中的氧濃度高時，包含在排氣中的NO在鉑Pt66 上被氧化成N02。然后，N02被NOx吸收劑67吸收，且隨后與氧化鋇BaO 結(jié)合并以硝酸根離子1\03-的形式分散于NOx吸收劑67中。這便是NOx 是如何被NOx吸收劑67吸收的。只要排氣中的氧濃度高，就會在鉑Pt 的表面上持續(xù)產(chǎn)生N02。此夕卜，在NOx吸收劑67的NOx吸收能力飽和之 前，N02將持續(xù)被NOx吸收劑67吸收并持續(xù)產(chǎn)生硝酸根離子N03一。
另一方面，當(dāng)排氣的空燃比為濃或為理論空燃比時，由于氧濃度低， 會發(fā)生逆反應(yīng)(從N03—到NCh)。即，如圖3B所示，包含在NOx吸收 劑67中的硝酸根離子NOf以N02的形式從NOx吸收劑67釋放出來。然 后所釋放的NOx被包含在排氣中的未燃燒的HC和CO還原。
如上所述，當(dāng)排氣的空燃比稀時，即當(dāng)發(fā)動機的燃燒在稀空燃比下進(jìn) 行時，包含在排氣中的NOx被NOx吸收劑67吸收。但是，如果發(fā)動機的 燃燒在稀空燃比下持續(xù)，則NOx吸收劑的NOx吸收能力飽和，且此后NOx 吸收劑67變得無法再吸收更多的NOx。為解決這個問題，在本發(fā)明的實施例中，在NOx吸收能力飽和之前，從燃料閥32供給燃料以使得排氣的 空燃比暫時變濃并由此從NOx吸收劑67釋放NOx。
圖4A和4B示出顆粒過濾器24a、 24b的結(jié)構(gòu)。圖4A是顆粒過濾器 24a、 24b的前視圖，圖4B是顆粒過濾器24a、 24b的側(cè)剖視圖。如圖4A 和4B所示，顆粒過濾器24a、 24b均具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，且包括多個相互平 行延伸的排氣通路70、 71。每個排氣流入通路70的下游端均被塞子72封 閉，每個排氣流出通路71的上游端均被塞子73封閉。應(yīng)注意，圖4A中 的陰影部分表示塞子73。排氣流入通路70與排氣流出通路71跨過隔板74 交替設(shè)置。換句話說，排氣流入通路70和排氣流出通路71被設(shè)置成使得 每個排氣流入通路70被四個排氣流出通路71包圍，且每個排氣流出通路 71 4皮四個排氣流入通路70包圍。
顆粒過濾器24a、 24b例如由多孔材料如堇青石制成。這樣，如圖4B 中的箭頭所示，流入到各個排氣流入通路70中的排氣通過周圍的隔板74 并流入到相鄰的排氣流出通路71中。在本發(fā)明的實施例中，例如由氧化鋁 制成的催化劑載體65支承在各個排氣流入通路70與排氣流出通路71的周 壁面上，即支承在各個隔板74兩側(cè)的表面和各個隔板74中的各個孔隙的 內(nèi)壁表面上。如圖3A和3B所示，由鉑Pt制成的貴金屬催化劑66 M地 支承在各個催化劑載體65的表面上，并在其上形成有一層NOx吸收劑67。
這樣，當(dāng)發(fā)動機的燃燒在稀空燃比下進(jìn)行時，包含在排氣中的NOx 被顆粒過濾器24a、 24b上的NOx吸收劑67吸收，并且當(dāng)從燃料閥32供 給燃料時，由NOx吸收劑67吸收的NOx被釋放。
包含在排氣中的顆粒物質(zhì)被捕集在顆粒過濾器24a、24b上并逐漸被氧 化。但是，當(dāng)開始捕集比能被氧化的顆粒物質(zhì)更多的顆粒物質(zhì)時，顆粒物 質(zhì)開始沉積在顆粒過濾器24a、 24b上，并且隨著沉積的顆粒物質(zhì)增加，發(fā) 動機輸出降低。因此，當(dāng)沉積的顆粒物質(zhì)的量增大到一定水平時需要將其 除去。對于顆粒過濾器24a、 24b，通過將顆粒過濾器24a、 24b加熱到大 約600t:而氧化并由此除去沉積的顆粒物質(zhì)。
在本發(fā)明的該實施例中，當(dāng)沉積在顆粒過濾器24a、 24b上的顆粒物質(zhì)的量超出容許極限時，換言之，當(dāng)由差壓傳感器29a、 29b檢測到的各個顆 粒過濾器24a、 24b上的差壓AP超出容許極限時，在流入各個顆粒過濾器 24a、 24b中的排氣的空燃比保持為稀時從燃料閥32供給燃料。然后隨著 供給的燃料被氧化而產(chǎn)生的反應(yīng)熱使各個顆粒過濾器24a、 24b的溫度升 高，從而沉積在顆粒過濾器24a、24b上的顆粒物質(zhì),皮氧化并從其中被除去。
應(yīng)注意，在圖1中，NOx儲存-還原催化劑23a、 23b可省略。此外， 在圖1中，假如在第一排氣通路22a和第二排氣通路22b中均設(shè)置有NOx 吸收劑67，則可使用未承載有NOx吸收劑67的顆粒過濾器作為顆粒過濾 器24a、 24b。
在排氣中包含有S02以及NOx，且S02如圖3A和3B所示地被鉑Pt 66 氧化成S03。隨后，S03被NOx吸收劑67吸收，此后與氧化鋇BaO結(jié)合 并以硫酸根離子SO/一的形式分散在NOx吸收劑67中。該反應(yīng)生成穩(wěn)定的 硫酸鹽BaSO"但是，由于NOx吸收劑67是強堿性的，因而這種穩(wěn)定的 硫酸鹽BaS04不能被充分分解。因此，當(dāng)僅使空燃比為濃時，穩(wěn)定的>5危酸 鹽BaS04保持未分解。因此，隨著時間流逝，在NOx吸收劑67中硫酸鹽 BaS04增加。即，隨著時間流逝，能被NOx吸收劑67吸收的NOx的量減 少。
但是，如果將NOx吸收劑67加熱到等于或高于600'C的SOx釋放溫 度，且然后使排氣的空燃比為濃，則SOx從NOx吸收劑67釋放出來。這 樣，在本發(fā)明的該實施例中，當(dāng)被NOx吸收劑67吸收的SOx的量增大到 一定水平時，在將NOx吸收劑67的溫度升高到SOx釋放溫度后使空燃比 為濃。
接下來參照圖5A至5D對用于從設(shè)置在各個NOx儲存-還原催化劑 23a、23b上的NOx吸收劑67和設(shè)置在各個顆粒過濾器24a、24b上的NOx 吸收劑67釋放NOx的控制進(jìn)行說明。
每單位時間內(nèi)從發(fā)動機釋放出的NOx的量根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而 改變。因此，每單位時間內(nèi)被NOx吸收劑67吸收的NOx的量也根據(jù)發(fā)動 機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而改變。在本發(fā)明的該實施例中，表示每單位時間內(nèi)剛被NOx吸收劑67吸收的NOx的量的NOx量NOXA作為要求轉(zhuǎn)矩TQ和發(fā) 動機轉(zhuǎn)速N的函數(shù)以如圖6所示的映射圖的形式被預(yù)先存儲在ROM 42 中。如圖5A所示，通過累加NOx量NOXA來計算表示當(dāng)前吸收在NOx 吸收劑67中的NOx的量的NOx量S NOX。
圖5C示出第一排氣控制閥26a如何關(guān)閉和打開以及第一排氣通路22a 中的空燃比如何變化，圖5D示出第二排氣控制閥26b如何關(guān)閉和打開以 及第二排氣通路22b中的空燃比如何變化。如圖5A至5D所示，在正常狀 態(tài)下，即在NOx量SNOX小于容許極限MAX時，第一排氣控制閥26a 與第二排氣控制閥26b均打開，由此具有稀空燃比的排氣流過第一排氣通 路22a和第二排氣通路22b兩者。因此，在此期間，第一排氣通路22a和 第二排氣通路22b的每一個中的NOx吸收劑67都吸收排氣中的NOx。
當(dāng)NOx吸收劑67中的NOx量S NOX達(dá)到或超出容許極限MAX(圖 5A中的XI)時，從燃料閥32供給燃料以從NOx吸收劑67釋放NOx。 燃料以霧的形式即以微粒的形式供給。燃料霧與排氣一起流過公共排氣通 路21并隨后流入到第一排氣通路22a和第二排氣通路22b的每一個中。
已進(jìn)入第一排氣通路22a和第二排氣通路22b的燃料沒有立即通過第 一排氣通路22a和第二排氣通路22b,而是在其中比排氣更緩慢地移動。 在這個過程中，燃料暫時附著到設(shè)置在第一排氣通路22a中的NOx儲存還 原催化劑23a、顆粒過濾器24a和氧化催化劑25a上，以及附著到設(shè)置在 第二排氣通路22b中的NOx儲存還原催化劑23b、顆粒過濾器24b和氧化 催化劑25b上，在此之后燃料蒸發(fā)。結(jié)果，如圖5C和5D所示，第一排氣 通路22a和第二排氣通路22b中的排氣的空燃比變濃，并且NOx從第一排 氣通路22a和第二排氣通路22b的每一個中的NOx吸收劑67釋放出來。
在該實施例中，第一排氣控制閥26a響應(yīng)于從由燃料閥32供給燃料起 (圖5中的XI)所經(jīng)過的第一時間段Atl而關(guān)閉，而第二排氣控制閥26b 保持完全打開。由于第一排氣控制閥26a如此在燃料供給后關(guān)閉，因而已 進(jìn)入第一排氣通路22a的燃料保留在其中。
在這種情況下，如果第一排氣控制閥26a在從燃料閥32供給燃料后關(guān)閉得過早，則燃料無法在第一排氣通路22a中充分地向前移動，且由此燃 料無法充分地附著到NOx儲存還原催化劑23a和顆粒過濾器24a的表面 上，結(jié)果燃料無法保留在第一排氣通路22a中。另一方面，如果第一排氣 控制岡26a在供給燃料后關(guān)閉得過晚，則蒸發(fā)的燃料從第一排氣通路22a 流出。即，第一時間段Atl是使得從燃料閥32供給的燃料能夠保留在第一 排氣通路22a中的時間段。
應(yīng)注意，排氣的流速越高，即進(jìn)氣量越大，則燃料向前移動得越遠(yuǎn)。 因此，隨著進(jìn)氣的增加，第一排氣控制閥26b必須關(guān)閉得越早。因此，如 圖7A所示，第一時間段Atl隨著進(jìn)氣量Ga的增加而縮短。此外，NOx儲 存-還原催化劑23a和顆粒過濾器24a的溫度即NOx吸收劑67的溫度Tc 的升高會促進(jìn)附著在其上的燃料蒸發(fā)。因此，如圖7B所示，第一時間段 △tl隨著NOx吸收劑67的溫度Tc的升高而縮短。第一時間段Atl作為進(jìn) 氣量Ga和溫度Tc的函數(shù)以圖7C所示的映射圖的形式預(yù)先存儲在ROM 42中。
第一控制閥26a即第一排氣通路22a響應(yīng)于從第一控制閥26a關(guān)閉即 第一排氣通路關(guān)閉起所經(jīng)過的第二時間段At2而打開。在第一排氣控制閥 26a關(guān)閉時，附著在NOx儲存還原催化劑23a和顆粒過濾器24a上的燃料 蒸發(fā)，這使得保留在第一排氣通路22a中的排氣的空燃比為濃，由此被吸 收在NOx吸收劑67中的NOx被釋放和還原。這樣，笫二時間段At2是第 一排氣通路22a中的排氣的空燃比保持為濃的時間段。該時間段越長，則 NOx能更有效地被釋放和還原。
應(yīng)注意，NOx吸收劑67的溫度Tc越高，則NOx被釋放和還原得越 快。因此，如圖8A所示，第二時間段At2隨著NOx吸收劑67的溫度Tc 的升高而縮短。應(yīng)注意，排氣控制閥26a、 26b即使在完全關(guān)閉時也仍然允 許少量的排氣流過。因此，即使在第一排氣控制閥26a完全關(guān)閉時，具有 稀空燃比的排氣也會流入第一排氣通路22a。此時，排氣量(進(jìn)氣量)越 大，則第一排氣通路22a中的排氣的空燃比從濃變稀得越早(越快)。為 解決該問題，如圖8B所示，第二時間段At2隨著進(jìn)氣量Ga的增加而縮短。第二時間段At2作為進(jìn)氣量Ga和溫度Tc的函數(shù)以圖8C所示的映射圖的 形式預(yù)先存儲在ROM 42中。
在燃料閥32在圖5A中的X1處供給燃料后，如上所述，第二排氣通 路22b中的排氣的空燃比變濃，從而NOx從第二排氣通路22b中的NOx 吸收劑67釋放出來。但是，由于第二排氣控制閥26b此時保持完全打開， 因而從NOx儲存還原催化劑23b和顆粒過濾器24b上蒸發(fā)的燃料未保留 在第二排氣通路22b中。因此，如圖5C和5D所示，排氣的空燃比在第一 排氣通路22a中保持為濃的時間要長于在第二排氣通路22b中保持為濃的 時間。這樣，在這種情況下，NOx的釋放和還原在第二排氣通路22b中進(jìn) 行得不如在第一排氣通路22a中更有效。
隨后，在圖5A中的X2處從燃料閥32供給燃料，然后第二排氣控制 閥26b響應(yīng)于從供給燃料起所經(jīng)過的第一時間段Atl而關(guān)閉。此后，第二 排氣控制閥26b響應(yīng)于從排氣控制閥26b關(guān)閉起所經(jīng)過的時間段At2而打 開。在這種情況下，如圖5C和5D所示，排氣的空燃比在第二排氣通路 22b中保持為濃的時間要長于在第一排氣通路22a中保持為濃的時間。
隨后，在圖5A中的X3處從燃料閥32供給燃料，且第一排氣控制閥 26a暫時關(guān)閉。即，每次使排氣的空燃比為濃以從NOx吸收劑67釋放NOx 時，第一排氣通路22a和第二排氣通路22b交替地和暫時地關(guān)閉。
這樣，在上述的該實施例中，當(dāng)供給燃料以從排氣通路22a、 22b的每 一個中的NOx吸收劑67釋放NOx時，即使排氣控制閥26a、 26b之一在 燃料供給后暫時關(guān)閉以使得在如此關(guān)閉的排氣通路22a或22b中排氣的空 燃比較長時間地保持為濃，也使燃料流入排氣通路22a、 22b兩者。通過這 樣將燃料引入排氣通路22a、 22b兩者中，與將燃料引入排氣通路22a、 22b 中的任一個時相比，燃料經(jīng)濟性提高。
下面將基于以下示例對該方面作更詳細(xì)的說明。在該示例中，為了從 NOx吸收劑67釋放NOx，在第一排氣控制閥26a完全打開而第二排氣控 制閥26b關(guān)閉時從燃料閥32供給燃料，從而所供給的燃料僅能被引入到第 一排氣通路22a中，并且當(dāng)所供給的燃料已進(jìn)入第一排氣通路22a中時，第一排氣控制岡26a關(guān)閉而第二排氣控制閥26b打開。在這種情況下，理 論上，所供給的燃料能全部進(jìn)入到第一排氣通路22a中，且在第一排氣控 制閥26a關(guān)閉后其中的排氣的空燃比能保持為濃。
但是，在實際中，當(dāng)在第一排氣控制岡26a完全打開而第二排氣控制 閥26b關(guān)閉時供給燃料以使所供給的燃料全部進(jìn)入第一排氣通路22a中時， 由于此時所供給的燃料呈微粒形式，因而所供給燃料的一部分由于慣性而 流入到第二排氣通路22b中。隨后，被引入的燃料附著到第二排氣通路22b 的內(nèi)壁面上等等，并且在第二排氣控制閥22b稍后完全打開時，所附著的 燃料開始流過第二排氣通路22b。
但是，在這種情況下，所附著的燃料未使第二排氣通路22b中的排氣 的空燃比為濃，這意味著NOx未從第二排氣通路22b中的NOx吸收劑67 中釋放出來。也就是說，所附著的燃料只是^f皮浪費掉了。另一方面，在本 發(fā)明的實施例中，被引入第一排氣通路22a和第二排氣通路22b的每一個 中的燃料被有效地用來釋放NOx，從而燃料經(jīng)濟性更佳。
下面參照圖9A至9E對用于升高顆粒過濾器24a、 24b的溫度的控制、 用于燃燒顆粒物質(zhì)的控制和用于從NOx吸收劑67釋放SOx的控制進(jìn)行說 明。參照圖9B,在在如圖9B所示的時間段I內(nèi)執(zhí)行對顆粒過濾器24a、 24b的升溫控制之前，從燃料閥32供給燃料以從NOx吸收劑67釋放NOx, 即，在正常狀態(tài)下像這樣供給燃料。
當(dāng)由差壓傳感器29a、 29b檢測到的差壓AP超出容許極限Po時，在 時間段I內(nèi)執(zhí)行對顆粒過濾器24a、 24b的升溫控制。與圖5A至5D所示 的NOx釋放控制類似，如圖10A至10C所示，升溫控制如此執(zhí)行，使得 第一排氣控制閥26a和第二排氣控制閥26b在每次從燃料閥32供給燃料后 交替地和暫時地關(guān)閉。在這種情況下，將從燃料閥32供給的燃料量被調(diào)節(jié)
成使得每個排氣通路中的排氣的空燃比基本上變?yōu)槔碚摽杖急取＿@樣，顆 粒過濾器24a、 24b的如在圖9D中用"Tc"示出的溫度由于所供給的燃料 被氧化所產(chǎn)生的反應(yīng)熱而升高。在本文所述的升溫控制中，由于排氣控制 閥26a、 26b暫時關(guān)閉且由此所供給的燃料保留在每個排氣通路中，所以促進(jìn)了燃料的氧化，這使得燃料經(jīng)濟性更佳。
當(dāng)顆粒過濾器24a、 24b的升溫控制完成時，如圖9A至9E所示，在 時間段II內(nèi)在稀空燃比下執(zhí)行用于燃燒顆粒物質(zhì)的燃燒控制。與圖5A至 5D所示的NOx釋放控制類似，如圖11A至11C所示，該燃燒控制如此執(zhí) 行，使得第一排氣通路26a和第二排氣通路26b在每次從燃料閥32供給燃 料后交替地和暫時地關(guān)閉。在該燃燒控制中，將從燃料閥32供給的燃料量 被調(diào)節(jié)為將顆粒過濾器24a、 24b的溫度維持為等于或高于600 C所需的量。 應(yīng)注意，在該燃燒控制過程中，排氣控制閥26a、 26b均可保持完全打開。
當(dāng)上述的燃燒控制完成時，如圖9A至9E所示，隨后在時間段III內(nèi) 執(zhí)行SOx釋放控制以從NOx吸收劑67釋放SOx。與圖5A至5D所示的 NOx釋放控制類似，如圖12A至12C所示，SOx #^文控制如此執(zhí)行，使 得第一排氣通路26a和第二排氣通路26b在每次從燃料閥32供給燃料后交 替地和暫時地關(guān)閉。在該SOx釋放控制中，將從燃料閥32供給的燃料量 被調(diào)節(jié)為使每個排氣通路中的空燃比為濃的量，從而使SOx從NOx吸收 劑67中釋放出來。因此，如圖9E所示，隨著SOx釋放控制的進(jìn)行，吸收 在NOx吸收劑67中的SOx的量逐漸減少。在本文所述的SOx釋放控制 中，同樣，由于排氣控制閥26a、 26b暫時關(guān)閉且由此所供給的燃料保留在 每個排氣通路中，所以促進(jìn)了SOx的釋放，這使得燃料經(jīng)濟性更佳。
圖13A和13B示出一排氣凈化程序。參照圖13A至13B，當(dāng)程序開始 時，在步驟100中，首先基于圖6所示的映射圖計算表示每單位時間內(nèi)剛 被吸收的NOx的量的NOx量 NOXA。然后，在步驟101中，將NOx量 NOXA加到表示當(dāng)前吸收在NOx吸收劑67中的NOx量的NOx量S NOX 上。接下來，在步驟102中，判定NOx量SNOX是否大于或等于容許極 限MAX。如果S NOX ^ MAX成立，則處理過程前進(jìn)至步驟103并判定標(biāo) 記I是否被置位。標(biāo)記I表示是否需要暫時關(guān)閉第一排氣控制閥26a。
當(dāng)在步驟103中判定為標(biāo)記I置位時，即當(dāng)需要暫時關(guān)閉第一排氣控 制閥26a時，處理過程前進(jìn)至步驟104并使標(biāo)記I清零。隨后，在步驟105 中，基于NOx儲存還原催化劑23a和顆粒過濾器24a的代表溫度Tc及進(jìn)氣量Ga從圖7C所示的映射圖計算第 一 時間段Atl 。代表溫度Tc基于由溫 度傳感器28a、 30a所檢測到的溫度中的一個或兩個來估計，進(jìn)氣量Ga由 空氣流量計8來檢測。在步驟106中，基于NOx儲存還原催化劑23a和顆 粒過濾器24a的代表溫度Tc及進(jìn)氣量Ga從圖8C所示的映射圖計算第二 時間段At2,此后處理過程前進(jìn)至步驟107。
在步驟107中，如圖5A、 5B所示地從燃料閥32供給燃料即柴油，隨 后將NOx量SNOX重置為0。此后，第一排氣控制閥26a在經(jīng)過在步驟 105中計算出的第一時間段Atl時關(guān)閉，且隨后在經(jīng)過在步驟106中計算出 的第二時間段At2時打開。
另一方面，在步驟103中，如果判定為標(biāo)記I未被置位，即當(dāng)需要暫 時關(guān)閉第二排氣控制閥26b時，處理過程轉(zhuǎn)到步驟108并使標(biāo)記I置位。 然后在步驟109中，基于NOx儲存還原催化劑23b和顆粒過濾器24b的 代表溫度Tc及進(jìn)氣量Ga從圖7C所示的映射圖計算第一時間段Atl。代表 溫度Tc基于由溫度傳感器28b、 30b所檢測到的溫度中的一個或兩個來估 計，進(jìn)氣量Ga由空氣流量計8來檢測。在步驟110中，基于NOx儲存還 原催化劑23b和顆粒過濾器24b的代表溫度Tc及進(jìn)氣量Ga從圖8C所示 的映射圖計算第二時間段At2，此后處理過程前進(jìn)至步驟107。
在步驟107中，如圖5A和5B所示，從燃料閥32供給燃料即柴油， 隨后將NOx量SNOX重置為0。此后，第一排氣控制閥26b在經(jīng)過在步 驟105中計算出的第一時間段Atl時關(guān)閉，且隨后在經(jīng)過在步驟106中計 算出的第二時間段At2時打開。
在步驟lll中，判定由差壓傳感器29a、 29b檢測出的差壓厶P是否已 超出容許極限Po。即，如果差壓厶P大于容許極限Po，則處理過程前進(jìn)至 步驟112以在時間段I內(nèi)執(zhí)行對顆粒過濾器24a、 24b的升溫控制，然后前 進(jìn)至步驟113以在時間段II內(nèi)執(zhí)行顆粒物質(zhì)的燃燒控制，并前進(jìn)至步驟 S114以在時間段III內(nèi)執(zhí)行SOx釋放控制，如圖9A至9E所示。
圖14A和14B分別示出互不相同的變型示例。在圖14A所示的示例 中，在第一排氣通路22a的下游端和第二排氣通路22b的下游端合并成排氣通路27的部位設(shè)置有一個排氣控制閥26。該排氣控制閥26在以下三種 模式之間切換如圖14A中實線所示的、第一排氣通路22a和第二排氣通 路22b均打開的第一模式；由虛線a示出的、僅第一排氣通路22a關(guān)閉的 第二模式；以及由虛線b示出的僅第二排氣通路22b關(guān)閉的第三模式。
在圖14B所示的示例中，第一排氣控制閥26a在第一 NOx儲存還原 催化劑23a的上游設(shè)置在第一排氣通路22a中，第二排氣控制閥26b在第 二 NOx儲存還原催化劑23b的上游設(shè)置在第二排氣通路22b中。如果第 一排氣控制閥26a在所供給的燃料附著到第一 NOx儲存還原催化劑23a 和第一顆粒過濾器24a上時關(guān)閉，則第一排氣通路22a中的排氣的空燃比 保持為濃。如果第二排氣控制閥26b在所供給的燃料附著到第二 NOx儲存 還原催化劑23b和第二顆粒過濾器24b上時關(guān)閉，則第二排氣通路22b中 的排氣的空燃比保持為濃。
權(quán)利要求
1、一種用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，包括第一排氣通路和第二排氣通路，所述第一和第二排氣通路由設(shè)置在所述第一和第二通路上游的公共排氣通路分支而成，其中在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中均設(shè)置有NOx吸收劑，所述NOx吸收劑在進(jìn)入的排氣的空燃比變稀時儲存包含在排氣中的NOx并且在進(jìn)入的排氣的空燃比變濃時釋放所述NOx，其特征在于在所述公共排氣通路中設(shè)置有燃料閥；當(dāng)需要從設(shè)置在所述第一排氣通路中的所述NOx吸收劑以及從設(shè)置在所述第二排氣通路中的所述NOx吸收劑釋放NOx時，從所述燃料閥供給燃料，以使所述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中的排氣的空燃比為濃；并且所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的一個排氣通路在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉，以便使所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的所述一個排氣通路中的排氣的空燃比保持為濃。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述第 一排氣通路和所述第二排氣通路中的在從所述燃料閥供給燃料后暫時關(guān)閉 的所述一個排氣通路在每次使所述排氣的空燃比為濃以從所述NOx吸收 劑釋放NOx時在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路之間交替切換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，在所述 第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中設(shè)置有載持所述NOx吸收 劑的NOx儲存-還原催化劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，在所述 第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中設(shè)置有載持所述NOx吸收 劑的顆粒過濾器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所迷的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，設(shè)置有 至少 一個排氣控制閥以關(guān)閉所述第 一排氣通路和所述第二排氣通路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，在從所 述燃料閥供給所述燃料后，所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的所 述一個排氣通路在從所述燃料閥供給燃料后經(jīng)過第一時間段時關(guān)閉，并且 在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的所述一個排氣通路的所述關(guān) 閉后經(jīng)過第二時間段時打開。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述第 一時間段是使得從所述燃料閥供給的所述燃料能夠保留在所述第一排氣通 路和所述第二排氣通路中的所述一個排氣通路中的時間段。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述第 一時間段隨著進(jìn)氣量的增加而縮短。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述第 一時間隨著所述NOx吸收劑的溫度的升高而縮短。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述 第二時間段是所述第 一排氣通路和所述第二排氣通路中的所述一個排氣通 路中的排氣的空燃比保持為濃的時間段。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述 第二時間段隨著進(jìn)氣量的增加而縮短。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述 第二時間隨著所述NOx吸收劑的溫度的升高而縮短。
13、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，在所 述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中設(shè)置有顆粒過濾器；當(dāng)需要加熱所述顆粒過濾器時從所述燃料閥供給燃料，并且所述第一 排氣通路和所述第二排氣通路中的一個排氣通路在從所述燃料閥供給所述 燃料后暫時關(guān)閉。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，當(dāng)需 要從所述NOx吸收劑釋放SOx時，從所述燃料閥供給燃料，以使所述第 一排氣通路和所述笫二排氣通路的每一個中的排氣的空燃比為濃；并且所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的一個排氣通路在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉，以便使所述第一排氣通路和所述第二排氣 通路中的所述一個排氣通路中的排氣的空燃比為濃。
15、 一種用于控制用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的方法，所述用于內(nèi)燃 機的排氣凈化裝置包括第一排氣通路和第二排氣通路，所述第一和第二排 氣通路由設(shè)置在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路上游的公共排氣通 路分支而成，其中在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中均 設(shè)置有NOx吸收劑，所述NOx吸收劑在進(jìn)入的排氣的空燃比為稀時儲存 包含在排氣中的NOx并且在進(jìn)入的排氣的空燃比為濃時釋放所述NOx， 在所述公共排氣通路中設(shè)置有燃料閥，所述方法包括以下步驟當(dāng)需要從設(shè)置在所述第一排氣通路中的所述NOx吸收劑和設(shè)置在所 述第二排氣通路中的所述NOx吸收劑釋放NOx時，從所述燃料閥供給燃 料，以使所述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中的排氣的空燃 比為濃；并且在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉所述第一排氣通路和所述第 二排氣通路中的一個排氣通路，以便使所述第一排氣通路和所述第二排氣 通路中的所述一個排氣通路中的排氣的空燃比保持為濃。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的在從所述燃料閥供給燃 料后暫時關(guān)閉的所述一個排氣通路在每次使排氣的空燃比為濃以從所述 NOx吸收劑釋放NOx時在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路之間交 替切換。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，在從所述燃料閥供給所述燃料后，所述第一排氣通路和所述第二排 氣通路中的所述一個排氣通路在從所述燃料閥供給燃料后經(jīng)過第 一 時間段 時關(guān)閉，然后在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路中的所述一個排氣 通路的所述關(guān)閉后經(jīng)過第二時間段時打開。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第一時間段是使得從所述燃料閥供給的所述燃料能夠保留在所述第 一排氣通路和所述第二排氣通路中的所述一個排氣通路中的時間段。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第一時間段隨著進(jìn)氣量的增加而縮短。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第一時間段隨著所述NOx吸收劑的溫度的升高而縮短。
21、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第二時間段是所述笫一排氣通路和所述第二排氣通路中的所述 一個排氣通路中的排氣的空燃比保持為濃的時間段。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第二時間段隨著進(jìn)氣量的增加而縮短。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，所述第二時間段隨著所述NOx吸收劑的溫度的升高而縮短。
24、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，在所述第一排氣通路和所述第二排氣通路的每一個中設(shè)置有顆粒過 濾器；當(dāng)需要加熱所述顆粒過濾器時從所述燃料閥供給燃料；并且 在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉所述第 一排氣通路和所述第 二排氣通路中的 一個排氣通路。
25、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的控制方法， 其中，當(dāng)需要從所述NOx吸收劑釋放SOx時，從所述燃料閥供給燃料， 以使所述第一排氣通路和所述笫二排氣通路的每一個中的排氣的空燃比為 濃；并且在從所述燃料閥供給所述燃料后暫時關(guān)閉所述第一排氣通路和所述 第二排氣通路中的一個排氣通路，以便使所述第一排氣通路和所述第二排 氣通路中的所述一個排氣通路中的排氣的空燃比為濃。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，包括由內(nèi)燃機的排氣通路(21)分支而成的第一排氣通路(22a)和第二排氣通路(22b)。在各個排氣通路(22a，22b)中設(shè)置有NOx儲存還原催化劑(23a，23b)和顆粒過濾器(24a，24b)。當(dāng)要從NOx儲存還原催化劑(23a，23b)釋放NOx時從燃料閥(32)供給燃料。在所供給的燃料附著到NOx儲存還原催化劑(23a，23b)上時，排氣控制閥之一如第一排氣控制閥(26a)暫時關(guān)閉以使排氣的空燃比保持為濃。當(dāng)下一次從NOx儲存還原催化劑(23a，23b)釋放NOx時，第二排氣控制閥(26b)在供給燃料后暫時關(guān)閉。
文檔編號F01N3/20GK101292079SQ200680038769
公開日2008年10月22日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者小田富久, 新美國明, 植田貴宣, 辻本健一 申請人:豐田自動車株式會社