本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。

背景技術(shù)：

在柴油引擎這樣的內(nèi)燃機(jī)中，通過燃燒而產(chǎn)生氮氧化物、顆粒狀物質(zhì)(Particulate Matter(PM))等。在以這樣的內(nèi)燃機(jī)作為動力的車輛中，為了抑制這些物質(zhì)與排氣氣體被一同排放，而在排氣路徑中設(shè)置氧化催化劑(DOC)、柴油微粒過濾器(DPF)等凈化裝置。

DPF是用于通過過濾器來捕獲排氣中所包含的PM的裝置。DPF在使用過程中由于PM累積、過濾器網(wǎng)眼堵塞而性能逐漸降低。因此，對DPF送入高溫的排氣，使累積的PM燃燒。高溫排氣的生成方法一般是如下的方法：使排氣中含有未燃的碳?xì)浠衔?HC)并使其吸附于設(shè)置在上游側(cè)的DOC，利用通過使該HC氧化(燃燒)而產(chǎn)生的熱。

但是，DOC若超過可使用溫度，則容易劣化，其性能降低。因此，若在DOC中吸附積累了超出必要的HC，則在燃燒時，有可能超過可使用溫度而使DOC劣化。

因此，在專利文獻(xiàn)1的排氣凈化裝置中，設(shè)置將排氣導(dǎo)向吸附劑的路徑和不經(jīng)由吸附劑的路徑，在吸附劑中的HC堆積量的推定值成為規(guī)定值以上時，打開前者路徑而將高溫的排氣導(dǎo)入到吸附劑，從而使累積的HC燃燒。

此外，在專利文獻(xiàn)2的HC吸附催化劑中，若推定的HC堆積量達(dá)到規(guī)定的量，則通過噴射器進(jìn)行近后噴射(after injection)(膨脹行程中的噴射)，使排氣氣體的溫度上升，從而進(jìn)行HC的焚燒。HC堆積量的推定有以下方法：根據(jù)HC吸附催化劑的前后的HC濃度的變化來求出的方法(稱為前者)，或者根據(jù)空燃比傳感器的測定值來推定對HC吸附催化劑的HC流入量，并使用該HC流入量、HC吸附催化劑的吸附效率、HC吸附催化劑的HC氧化·脫離量來求出的方法(稱為后者)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平11-22449號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:(日本)特開2010-265873號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，在專利文獻(xiàn)1的排氣凈化裝置中，需要設(shè)置兩個排氣路徑，導(dǎo)致零件件數(shù)增加，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

此外，在專利文獻(xiàn)2中，在推定HC堆積量時，在前者的方法中，需要在HC吸附催化劑的前后設(shè)置HC濃度傳感器，導(dǎo)致零件件數(shù)增加，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。另一方面，在后者的方法中，HC吸附催化劑的吸附效率、以及HC吸附催化劑的HC氧化·脫離量并未考慮這些值也會因在HC吸附催化劑中堆積的HC的量而變化的情況。因此，可能導(dǎo)致以過剩的頻度進(jìn)行HC的焚燒而引起燃燒成本惡化，以及反之、焚燒時的HC堆積量超過適當(dāng)量而引起溫度上升到可使用溫度以上。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種避免零件件數(shù)增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，同時在適當(dāng)?shù)亩〞r使催化劑中吸附的碳?xì)浠衔锶紵膬?nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。

用于解決課題的手段

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在排氣管中設(shè)有能夠?qū)μ細(xì)浠衔镞M(jìn)行吸附氧化的催化劑，所述排氣凈化裝置包括：溫度檢測部件，檢測所述催化劑的溫度；推定部件，對由所述溫度檢測部件所檢測的所述催化劑的溫度表示第1規(guī)定溫度以下的時間進(jìn)行累積，并根據(jù)該累積時間來推定所述催化劑中吸附的碳?xì)浠衔锪?；以及控制部件，在由所述推定部件所推定的所述碳?xì)浠衔锪砍^了規(guī)定上限值的情況下，在第1噴射模式下控制所述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射，所述第1噴射模式是使所述催化劑的溫度上升到所述催化劑中吸附的碳?xì)浠衔镅趸臏囟鹊哪Ｊ健?/p>

也可以在由所述溫度檢測部件所檢測的所述催化劑的溫度連續(xù)規(guī)定時間成為比所述第1規(guī)定溫度低的第2規(guī)定溫度以上的情況下，減少所述累積時間。

可以還包括過濾器，被設(shè)置在比所述催化劑靠下游側(cè)的所述排氣管中，捕獲排氣氣體中的顆粒狀物質(zhì)，若在所述過濾器中堆積的顆粒狀物質(zhì)超過規(guī)定量，則所述控制部件在第2噴射模式下控制所述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射，第2噴射模式是使所述催化劑的溫度上升到顆粒狀物質(zhì)的燃燒溫度的模式。

所述控制部件也可以在所述第1噴射模式的執(zhí)行過程中禁止所述第2噴射的執(zhí)行。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)以及排氣凈化裝置的圖。

圖2-1是用于說明通常模式下的燃料噴射控制的圖。

圖2-2是用于說明HC凈化模式下的燃料噴射控制的圖。

圖2-3是用于說明DPF再生模式的升溫步驟中的燃料噴射控制的圖。

圖2-4是用于說明DPF再生模式的HC供應(yīng)步驟中的燃料噴射控制的圖。

圖3是表示HC凈化中的DOC的溫度變化(實(shí)線)和吸附的HC的量的變化(虛線)的圖。

圖4是表示伴隨引擎運(yùn)轉(zhuǎn)的排氣溫度變化的例子的圖。

圖5是表示執(zhí)行了HC凈化的情況(實(shí)線)和不執(zhí)行的情況(虛線)的DOC中的HC吸附量的變化的圖。

圖6是表示DPF再生中的DOC的溫度變化的圖。

圖7是表示本發(fā)明的另一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)以及排氣凈化裝置的圖。

具體實(shí)施方式

以下，基于附圖來說明本發(fā)明的一個實(shí)施方式的排氣凈化裝置。對于同一零件賦予同一標(biāo)號，它們的名稱以及性能也相同。因此，不重復(fù)它們的詳細(xì)說明。

＜內(nèi)燃機(jī)以及排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)＞

圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)以及排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)的圖。在本實(shí)施方式中，作為內(nèi)燃機(jī)，使用柴油引擎10(以下，簡稱作引擎)。

在引擎10的各氣缸中，分別設(shè)有將在共軌管(Common Rail)20中蓄壓后的高壓燃料直接噴射到各氣缸內(nèi)的噴射器21。各噴射器21的燃料噴射量和燃料噴射定時(timing)根據(jù)從電子控制單元(以下，稱作ECU)40輸入的噴射指示信號而被控制。在本實(shí)施方式中，噴射器21的燃料噴射能夠在通常模式、HC凈化模式、DPF再生模式中切換。各個模式的細(xì)節(jié)在后敘述。

引擎10的排氣岐管11上連接將排氣氣體排放到大氣的排氣通道12。在該排氣通道12中，從排氣上游側(cè)起，依次設(shè)有排氣溫度傳感器13、排氣后處理裝置14等。

排氣溫度傳感器13檢測比排氣后處理裝置14靠近上游側(cè)的排氣溫度(以下，稱作檢測溫度)θ。由排氣溫度傳感器13檢測出的檢測溫度θ被實(shí)時地發(fā)送給電連接的ECU40。

排氣后處理裝置14是通過在催化劑箱14a內(nèi)從排氣上游側(cè)起依次配置DOC15以及DPF16而構(gòu)成的。另外，標(biāo)號17表示用于檢測DPF的前后壓差ΔP的壓差傳感器。由壓差傳感器17檢測出的前后壓差ΔP被實(shí)時地發(fā)送給電連接的ECU40。

DOC15，例如，通過在堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體等陶瓷制載體表面承載催化劑成分而形成。此外，DOC15中包含用于吸附排氣氣體中含有的HC的吸附劑。吸附劑由沸石等具有用于捕獲HC分子的立體結(jié)構(gòu)的材質(zhì)構(gòu)成。吸附的HC通過氧化(燃燒)，從而能夠使排氣溫度上升。但是，若后述的DPF再生以及通常運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的未燃HC累積在DOC15中，則過剩量的HC被燃燒，排氣溫度有可能會超過使用上限溫度θ_L。因此，為了使累積的HC燃燒除去而進(jìn)行HC凈化，關(guān)于該細(xì)節(jié)在后敘述。

DPF16，例如，通過將由多孔質(zhì)地的隔墻所劃分的多個單元沿著排氣的流動方向配置，并將這些單元的上游側(cè)和下游側(cè)交替進(jìn)行孔封閉而形成。DPF16將排氣氣體中的顆粒狀物質(zhì)(以下，稱為PM)捕獲在隔墻的細(xì)孔或表面(過濾器)。若PM堆積量達(dá)到規(guī)定量，則執(zhí)行將其燃燒除去的所謂DPF再生。DPF再生的具體說明在后敘述。

＜燃料噴射控制＞

(1)通常模式

圖2-1是用于說明通常模式下的燃料噴射控制的圖。在通常模式下，在上止點(diǎn)或者其近傍進(jìn)行燃料噴射(主噴射)。另外，這里所說的通常模式中，主噴射設(shè)為1次，但只不過是其一例，可以根據(jù)需要的性能而將噴射分為多次(多段噴射)進(jìn)行。

(2)HC凈化模式

圖2-2是用于說明HC凈化模式中的燃料噴射控制的圖。在HC凈化模式下，除了主噴射之外，在其前后各1次(預(yù)噴射和近后噴射)，分別以少于主噴射中的噴射量的噴射量進(jìn)行噴射。在HC凈化模式下，排氣溫度高于通常模式，DOC15的溫度上升到比HC能夠燃燒的溫度(活性溫度θ_A)高的目標(biāo)溫度θ_B。另外，這里所說的HC凈化模式的控制只不過是其一例，只要是能夠使DOC15的溫度上升到目標(biāo)溫度θ_B的控制，也可以是其他的控制內(nèi)容。

(3)DPF再生模式

在DPF再生模式中，首先進(jìn)行用于使DOC15的溫度上升的噴射(升溫步驟：圖2-3)，然后，切換為用于對DOC15供應(yīng)HC的噴射(HC供應(yīng)步驟：圖2-4)。

圖2-3是用于說明DPF再生模式的升溫步驟中的燃料噴射控制的圖。在升溫步驟中，進(jìn)行預(yù)噴射、主噴射、近后噴射。升溫步驟中的近后噴射的噴射量比HC凈化模式中的近后噴射多。通過升溫步驟中的噴射，DOC15的溫度上升，在達(dá)到比目標(biāo)溫度θ_B高的規(guī)定溫度時切換為HC供應(yīng)步驟。

圖2-4是用于說明DPF再生模式的HC供應(yīng)步驟中的燃料噴射控制的圖。在HC供應(yīng)步驟中，除了升溫步驟的燃料噴射之外，在燃燒后的排氣行程中，還進(jìn)行燃料噴射(遠(yuǎn)后噴射(Post injection))。在該噴射模式下，遠(yuǎn)后噴射的燃料不燃燒而會包含在排氣中。因此，燃料中包含的HC被供應(yīng)給DOC15。由于DOC15被充分地升溫，因此供應(yīng)的HC在DOC15中燃燒。另外，遠(yuǎn)后噴射的控制不限于此，只要是在燃燒后噴射，且未燃的燃料通過排氣而被供應(yīng)給DOC15的控制，則例如也可以是分為多次噴射等控制。

＜HC凈化＞

圖3是表示HC凈化中的DOC15的溫度變化(實(shí)線)和HC的吸附量的變化(虛線)的圖。圖中，使用上限溫度θ_L表示用于不引起DOC15的顯著劣化的溫度。

HC凈化開始后，先是HC凈化模式的燃料噴射，隨著排氣溫度的上升，DOC15的溫度也上升。若DOC15的溫度達(dá)到活性溫度θ_A，則DOC15上吸附的HC的燃燒開始。由此，雖然DOC15的溫度進(jìn)一步上升，但通過后述的控制，HC吸附量被抑制在規(guī)定量以下，因此不會達(dá)到使用上限溫度θ_L。

由于HC的燃燒，DOC15中吸附的HC的量減少，若HC被充分地除去，則HC凈化結(jié)束。從HC凈化的開始到結(jié)束為止的時間根據(jù)應(yīng)除去的HC量、DOC15的尺寸、排氣氣體的流量等條件而被適當(dāng)調(diào)整。

＜HC凈化的執(zhí)行條件＞

圖4是表示隨著引擎10的運(yùn)轉(zhuǎn)的排氣溫度的變化的例子的圖。在本實(shí)施方式中，基于排氣溫度傳感器13檢測出的溫度θ和時間T的關(guān)系來推定DOC15的HC吸附量，并判斷是否執(zhí)行HC凈化。該推定以及判斷通過ECU40進(jìn)行。

在本實(shí)施方式中，檢測溫度θ在活性溫度θ_A以下的時間，若累積的時間ΣT(＝T_A1+T_A2+T_A3+T_A4+···)成為規(guī)定的值T_A，則推定DOC15中的HC吸附量達(dá)到了應(yīng)進(jìn)行HC凈化的量，并進(jìn)行HC凈化開始的判斷。θ_A以及T_A例如可以通過實(shí)驗(yàn)求出，進(jìn)而能夠預(yù)計(jì)排氣溫度傳感器13和DOC15之間的溫度下降等，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。此外，應(yīng)進(jìn)行HC凈化的量是在DOC15中的HC燃燒時，DOC15的溫度達(dá)不到使用上限溫度θ_L的量。

若不成為活性溫度θ_A以上則不會發(fā)生HC的燃燒。因此，若DOC15的溫度小于活性溫度θ_A則判斷為累積了HC的本實(shí)施方式的HC吸附量的推定方法可以說是準(zhǔn)確且穩(wěn)定的方法。

進(jìn)而，除了這些條件之外，在本實(shí)施方式中，若排氣溫度為規(guī)定溫度，例如目標(biāo)溫度θ_B(＞θ_A)以上的狀態(tài)連續(xù)達(dá)規(guī)定時間T_B以上，則ΣT的值被重置(ΣT＝0)。這是因?yàn)槿襞艢鉁囟茸銐蚋?，則推定DOC15中吸附的HC進(jìn)行了充分燃燒。另外，為了使DOC15內(nèi)部的溫度為θ_B，也可以估計(jì)排氣溫度傳感器13和DOC15之間的溫度下降，并將判定所使用的溫度例如設(shè)定為θ_B+Δ。此外，也可以設(shè)定為若ΣT＝(T_A1+T_A2+T_A3+T_A4+···)-kT_B(k：由HC的燃燒效率決定的系數(shù)，例如通過實(shí)驗(yàn)求出)達(dá)到規(guī)定的值，則開始HC凈化(ΣT≧0)。

圖5是表示執(zhí)行了HC凈化時(實(shí)線)和不執(zhí)行時(虛線)的DOC15中的HC吸附量的變化的圖。伴隨引擎10的運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣中包含的少量的未燃HC累積，HC的吸附量逐漸增加。而且，若如上述那樣判斷為HC吸附量達(dá)到了規(guī)定量、進(jìn)行HC凈化，則HC被除去。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，DOC15中的HC吸附量被控制為不超過規(guī)定的量。此外，由此，在后述的DPF再生時，HC的吸附量不會如虛線那樣成為過大，不會超過使用上限溫度θ_L。此外，由于HC凈化的執(zhí)行不會超出必要，因此多余的燃料消耗被抑制。

上述的HC吸附量的推定，即是否執(zhí)行HC凈化的判斷方法只不過是一例，例如，也可以根據(jù)在排氣溫度為θ_A以下的狀態(tài)下車輛行駛了的距離的累計(jì)值來進(jìn)行判斷。

＜DPF再生＞

圖6是表示DPF再生中的DOC15的溫度變化的圖。圖中，實(shí)線表示進(jìn)行了本實(shí)施方式的HC凈化時的溫度變化，虛線表示不進(jìn)行HC凈化時的溫度變化。DPF再生通過如下進(jìn)行：使排氣中的未燃燃料(HC)在DOC15中燃燒，從而使DOC15的溫度上升，使流入DPF16的排氣溫度升溫到PM燃燒溫度。

若DPF16中堆積的PM增加，則DPF16前后的壓差ΔP上升。因此，在本實(shí)施方式中，DPF再生以由壓差傳感器17檢測出的前后壓差ΔP成為規(guī)定值以上作為開始條件。不過，本實(shí)施方式中，在HC凈化執(zhí)行過程中不進(jìn)行前后壓差ΔP的檢測，不開始DPF再生。這是因?yàn)樵贖C凈化執(zhí)行過程中，壓差傳感器17的檢測精度會降低。此外，這也是因?yàn)槿粼贖C被累積了的狀態(tài)下進(jìn)一步供應(yīng)HC而使其燃燒，則存在達(dá)到使用上限溫度θ_L的可能性。

這里，說明本實(shí)施方式(實(shí)線)。DPF再生開始后，開始DPF再生模式的燃料噴射。首先，通過升溫步驟的燃料噴射，DOC15上升。然后，切換到HC供應(yīng)步驟，HC被供應(yīng)到DOC15并燃燒，從而DOC15的溫度進(jìn)一步上升并達(dá)到θ_PM。通過DOC15后的高溫的排氣氣體以PM燃燒溫度以上的溫度流入DPF16。

另一方面，在不進(jìn)行本實(shí)施方式的HC凈化而在DOC15中積累了過剩的HC的情況下，如虛線這樣，若DOC15被升溫，則引起急劇的溫度上升，DOC15的溫度達(dá)到使用上限溫度θ_L。若DOC15的溫度達(dá)到使用上限溫度θ_L，則DOC15中包含的吸附劑的立體結(jié)構(gòu)破壞，HC的吸附性能降低。

＜本實(shí)施方式的效果＞

通過進(jìn)行ECU40的程序改寫而能夠進(jìn)行本實(shí)施方式的HC凈化，無需為了該控制而進(jìn)行引擎10以及噴射器21的設(shè)計(jì)變更等。進(jìn)而，進(jìn)行HC凈化的判斷基于排氣溫度傳感器13的檢測溫度θ而被進(jìn)行，排氣溫度傳感器13是也被用于引擎10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、DPF再生時的溫度控制等的部件。

此外，如上所述，通過DOC15的溫度(排氣溫度傳感器13的檢測溫度θ)來判斷是否積累了HC并推定HC吸附量的本實(shí)施方式的方法是準(zhǔn)確且穩(wěn)定的方法。因此，通過根據(jù)該推定來判斷是否執(zhí)行HC凈化，從而在準(zhǔn)確的定時進(jìn)行HC凈化。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供一種既避免零件件數(shù)增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，又在適當(dāng)?shù)亩〞r使DOC15中吸附的碳?xì)浠衔锶紵膬?nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。

＜其他實(shí)施方式＞

圖7是表示本發(fā)明的另外一個實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)以及排氣凈化裝置的圖。本實(shí)施方式與上述實(shí)施方式在結(jié)構(gòu)上不同之處在于，在引擎10和排氣后處理裝置14之間設(shè)有燃料噴射噴嘴18。

在本結(jié)構(gòu)中，由于能夠從燃料噴射噴嘴18供應(yīng)燃料(HC)，因此DPF再生模式下的噴射器21的燃料噴射方法僅為圖2-3的步驟(升溫步驟)即可。在本結(jié)構(gòu)中，由于HC是在引擎外部被供應(yīng)的，因此不必如遠(yuǎn)后噴射(圖2-4)這樣進(jìn)行燃燒后的排氣步驟，可以使噴射定時具有寬度。