废气净化系统和废气净化方法
废气净化系统和废气净化方法
【专利摘要】在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的条件下，通过后喷射等来供给烃(HC)，使废气净化装置的净化能力恢复或者用废气净化装置净化废气，在这样的废气净化系统中，在烃供给条件下，在判定为控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合处于缺火区域的情况下，停止烃L的供给，上述缺火区域是供给至排气通路内的烃L不在净化废气单元中燃烧的区域。由此，能够防止烃吸附于废气净化装置的催化剂等废气净化单元，将废气净化单元的温度始终维持为可控制的状态。
【专利说明】废气净化系统和废气净化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废气净化系统和废气净化方法，能够防止未燃的烃吸附于将内燃机的废气净化的DPF或催化剂等废气净化单元，并能够将废气净化单元的温度始终维持为可控制的状态。
【背景技术】
[0002]在搭载于车辆的柴油发动机等内燃机的废气净化系统中，配置有使用了将废气中的粒子状物质(PM)净化的柴油微粒过滤器(DPF)单元的装置、或具备贫(Iean)NOx降低催化剂(LNT催化剂)单元的废气净化装置，该NOx降低催化剂单元担载有将氮氧化物(NOx)在贫气氛中还原而净化的NOx吸附还原型催化剂或选择还原型催化剂(SCR)等。
[0003]在该DPF单元中，采用以下方法:如果接近PM的捕集界限，则为了将DPF单元捕集的PM燃烧除去而进行将废气升温的强制再生，将堆积于DPF单元的PM燃烧除去，恢复PM的捕集能力。在该强制再生的废气升温中，在缸内的燃料嗔射中，在活塞经过上死点之后进行后喷射，将在该后喷射中喷射的未燃燃料供给至排气通路内，并从设于排气通路的燃料喷射装置向排气通路内直接喷射燃料而将作为未燃燃料的烃(HC)供给至排气通路内。将该烃在废气净化装置的氧化催化剂单元中氧化，将由于该氧化热而升温的废气送至DPF单元，将DPF单元和由该DPF单元捕集的PM升温而成为PM的可燃烧温度以上，将该PM燃烧除去。
[0004]另外，在使用NOx吸附还原型催化剂的废气净化单元中，也采用以下方法:在用于恢复NOx吸附能力的富(rich)控制中，使用后喷射或向排气通路内的直接燃料喷射，使烃在氧化催化剂单元等中燃烧而消耗废气的氧并且将废气温度升温，将该废气供给至NOx吸附还原型催化剂而使NOx吸附还原型催化剂的表面成为富状态和高温状态，使由NOx吸附还原型催化剂吸附的NOx放出，并且通过催化剂作用将该放出的NOx还原。
[0005]另外，在使用烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)来净化NOx的废气净化单元中，也采用以下方法:在烃选择还原型催化剂的上游侧，通过向排气通路的直接燃料喷射而喷射燃料等烃，使用该烃作为还原剂，通过选择还原型催化剂还原废气中的NOx。
[0006]这样，在具备了净化废气的废气净化装置的废气净化系统的若干废气净化方法中，将作为轻油等内燃机的燃料的烃，在具备氧化催化剂单元、DPF单元、担载有NOx吸附还原型催化剂、烃选择还原型催化剂等的贫NOx催化剂单元的废气净化装置的上游侧，在根据各个废气净化单元预先设定的规定的烃供给条件下，以各自的时机和供给量供给。
[0007]然而，在废气温度为各个废气净化单元中的烃的活性开始温度(起燃温度)以下的情况下，存在以下问题:即使添加烃，烃也不在催化剂上燃烧，而是吸附于催化剂。
[0008]再者，本发明人通过许多实验而获得以下认知:即使在废气温度为活性开始温度附近的温度而烃燃烧的情况下，如果废气的流量由于搭载了内燃机的车辆的加速等而增力口，则有时燃烧火焰吹灭而发生缺火的现象。
[0009]还了解到:该未燃的烃吸附而被HC失活的催化剂，如果从烃未燃烧的状态成为废气温度上升至活性开始温度以上的状态，则存在烃一口气地燃烧而成为不能控制的状态的现象。如果成为该状态，则催化剂温度异常地升温，引起催化剂的劣化或DPF的融损。另外了解到，该现象还可在贫NOx降低催化剂(LNT催化剂)的脱硫控制中引起。
[0010]与此相关联，如日本申请的特开2011-153591号公报(专利文献I)所记载那样，提出了以下内燃机的废气处理方法和装置:在将前段氧化催化剂和DFP过滤器设于内燃机的废气通路的排气处理装置中，为了防止在内燃机从高负荷状态向低负荷状态变化时发生的DPF过滤器的异常燃烧，在判定为DPF异常燃烧发生运转时，将吸气节流阀全开而使废气流量增大，通过废气的显热导致的降热而将DPF过滤器装置冷却，并且使延迟后喷射继续进行，使DPF过滤器周围的氧浓度降低，抑制由DPF过滤器捕集的PM的异常燃烧。
[0011]这种情况下，抑制了由DPF过滤器捕集的PM的异常燃烧，虽然与上述的烃的异常燃烧不同，但是通过上述的烃的异常燃烧，由DPF过滤器捕集的PM的异常燃烧发生的可能性变高，可以看出废气净化单元中的异常燃烧的抑制的重要性。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献:
[0014]专利文献1:日本申请特开2011-153591号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的问题
[0016]本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的在于，提供以下废气净化系统和废气净化方法:在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃(HC)，使该烃在废气净化装置的催化剂或DPF等废气净化单元中燃烧，使废气净化装置的净化能力恢复或者将废气净化，在这样的废气净化系统中，能够防止烃吸附于废气净化单元，能够将废气净化单元的温度维持为可时常控制的状态。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]用于达成如上所述的目的的本发明的废气净化系统，在内燃机的排气通路配置废气净化装置，并且具备控制装置，该控制装置构成为:在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而在所述废气净化装置的上游侧供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，进行使所述废气净化装置的净化能力恢复的控制或者将废气净化的控制。其特征在于，所述控制装置，相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或者吸气流量的活性界限阈值线，该活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，该缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且构成为进行以下控制:在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
[0019]依照该构成，除了催化剂或DPF等废气净化单元的入口的废气温度或催化剂温度，还通过废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合来设定判断烃的供给开始和供给停止的活性界限阈值线，因而与仅通过废气温度等温度来判断的情况相比，能够考虑废气流量(或吸气流量)导致的缺火现象，能够更可靠地判断烃的供给开始和供给停止。
[0020]换言之，在相同的废气温度下，也能够根据废气流量(或吸气流量)进行或不进行烃的供给。即，相对于相同的废气温度设定废气流量的阈值，反之，相对于相同的废气流量设定废气温度的阈值。该废气温度和废气流量(或吸气流量)与烃的供给和无供给的阈值的关系以将废气温度和废气流量(或者吸气流量)作为参数的阈值的二维表格、二维图表数据或函数等形式设定。
[0021]因此，能够防止所供给的烃依然未燃而吸附至废气净化单元。结果，在再次开始该烃的供给的时刻，即，在成为未燃的烃能够燃烧的状况的时刻，由于未燃的烃不吸附于废气净化单元，因而能够抑制起因于所吸附的未燃烃的烃的异常燃烧所导致的热失控，能够将废气净化单元的温度维持为可时常控制的状态。
[0022]另外，由于能够可靠地判断烃的供给开始，因而能够防止所供给的烃不足而废气净化装置的净化能力降低、净化能力的恢复延迟。
[0023]在上述的废气净化系统中，如果所述控制装置在所述活性区域与所述缺火区域的边界具有宽度地设定中间区域，将该中间区域的所述活性区域侧的边界作为供给开始阈值线，将该中间区域的所述缺火区域侧的边界作为供给停止阈值线，并且构成为进行以下控制:在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述缺火区域侧向所述活性区域侧移动时，在越过所述供给开始阈值线时判定为烃的供给而进行烃的供给，在所述组合从所述活性区域侧向所述缺火区域侧移动时，在越过所述供给停止阈值线时判定为烃的供给停止而停止烃的供给，那么，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域或者处于缺火区域时，能够纳入控制时的状态经过而判定，能够更精确地控制烃的供给和停止。
[0024]再者，在上述的废气净化系统中，如果所述控制装置构成为:通过基于控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合的判定，在从判定为烃的供给起直到开始烃的供给之间，进行使预先设定的开始缓冲时间经过的控制，并且在从判定为烃的供给停止起直到停止烃的供给之间，进行使预先设定的停止缓冲时间经过的控制，那么，成为在烃的供给开始或供给停止时将时间延迟纳入的控制，该时间延迟考虑了燃烧所供给的烃的废气净化单元的热容量，能够在更合适的时机进行烃的供给和停止。
[0025]而且，用于达成上述目的的废气净化方法，在预先设定的烃供给条件下，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，使所述废气净化装置的净化能力恢复，或者用所述废气净化装置净化废气，该方法的特征在于，相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或者吸气流量的活性界限阈值线，活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
[0026]依照该方法，除了催化剂或DPF等废气净化单元的入口的废气温度或催化剂温度，还通过废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合来设定判断烃的供给开始和供给停止的活性界限阈值线，因而与仅通过废气温度等温度来判断的情况相比，能够考虑废气流量(或吸气流量)导致的缺火现象，能够更可靠地判断烃的供给开始和供给停止。
[0027]另外，在上述的废气净化方法中，如果在所述活性区域与所述缺火区域的边界具有宽度地设定中间区域，将该中间区域的所述活性区域侧的边界作为供给开始阈值线，将该中间区域的所述缺火区域侧的边界作为供给停止阈值线，并且在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述缺火区域侧向所述活性区域侧移动时，在越过所述供给开始阈值线时判定为烃的供给而进行烃的供给，在所述组合从所述活性区域侧向所述缺火区域侧移动时，在越过所述供给停止阈值线时判定为烃的供给停止而停止烃的供给，那么，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域或者处于缺火区域时，能够纳入控制时的状态经过而判定，能够更精确地进行烃的供给和停止。
[0028]再者，在上述的废气净化方法中，如果在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从进入所述活性区域侧起直到开始烃的供给之间，使预先设定的开始缓冲时间经过，并且在所述组合从进入所述供缺火区域侧起直到停止烃的供给之间，使预先设定的停止缓冲时间经过，那么，成为在烃的供给开始或供给停止时将时间延迟纳入的控制，该时间延迟考虑了燃烧所供给的烃的废气净化单元的热容量，能够在更合适的时机进行烃的供给和停止。
[0029]发明的效果
[0030]依照根据本发明的废气净化系统和废气净化方法，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃(HC)，使该烃在废气净化装置的催化剂或DPF等废气净化单元中燃烧，使废气净化装置的净化能力恢复，或者净化废气，在这样的废气净化系统中，能够防止烃吸附于废气净化单元，能够将废气净化单元的温度维持为可时常控制的状态。
[0031]所以，在搭载了采用该废气净化系统的内燃机的车辆中，即使在从减速转移至加速那样的行驶时，也能够在稳定的温度状态下，进行由DPF捕集的粒子状物质(PM)的强制再生控制、与用于贫NOx降低催化剂(LNT)催化剂的净化能力恢复的空燃比富含控制相伴的强制再生控制和脱硫控制、烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)的NOx降低控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的构成的图。
[0033]图2是以表格形式表示废气温度和废气流量的活性界限阈值、中间区域宽度、供给停止阈值、供给开始阈值的一例的图。
[0034]图3是用曲线图表示废气温度与废气流量的组合、以及活性界限阈值线、活性区域、缺火区域的一例的图。
[0035]图4是表示控制流程的一例的图，示出了本发明的第一实施方式的废气净化方法的控制流程。
[0036]图5是用曲线图表示废气温度与废气流量的组合、以及活性界限阈值线、供给开始阈值线、供给停止阈值线、活性区域、中间区域、缺火区域的一例的图。
[0037]图6是表示控制流程的一例的图，示出了本发明的第二实施方式的废气净化方法的控制流程。
[0038]图7是以表格形式表示废气温度和废气流量的活性界限阈值、中间区域宽度、供给停止阈值、供给开始阈值的另一示例的图。
[0039]图8是用曲线图表示废气温度与废气流量的组合、以及活性界限阈值线、供给开始阈值线、供给停止阈值线、活性区域、中间区域、缺火区域的其它示例的图。
【具体实施方式】
[0040]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式的废气净化系统和废气净化方法。如图1所示，该实施方式的废气净化系统10是在连接至发动机(内燃机)I的排气歧管Ia的排气通路12中配置的废气净化系统，在该废气净化系统10中，在废气净化装置13的上游侧设置烃供给装置14。
[0041]该废气净化装置13根据搭载废气净化系统10的发动机I的废气的状态等来选择若干种类的废气净化单元。在该废气净化装置13中，采用将废气G中的粒子状物质(PM)净化的柴油微粒过滤器(DPF)单元、将氮氧化物(NOx)在贫气氛中还原而净化的NOx吸附还原型催化剂单元、同样将氮氧化物(NOx)在贫气氛中还原而净化的选择还原型催化剂(SCR)单元等废气净化单元。在图1的构成中，采用DPF单元13a与其上游侧(前段)的氧化催化剂单元13b的组合。
[0042]可是，根据该废气净化装置13的种类，从烃供给装置14供给的烃L的供给时机(预先设定的烃供给条件)不同。在废气净化装置13使用DFP单元13a与氧化催化剂单元13b的组合的情况下，该烃L的供给在用于将DPF单元13a捕集的PM强制地燃烧除去的强制再生时进行。
[0043]另外，在废气净化装置13使用作为贫NOx降低催化剂(LNT催化剂)之一的NOx吸附还原型催化剂单元的情况下，为了恢复NOx吸附能力，该烃L的供给通过使废气中的空燃比成为富状态的NOx再生控制来进行，而且为了从硫黄失活恢复NOx吸附能力，通过使废气中的空燃比成为富状态的硫黄清除控制来进行。在此情况下，也大多在NOx吸附还原型催化剂单元与烃供给装置14之间设置氧化催化剂单元。
[0044]另外，在废气净化装置13使用烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)单元的情况下，为了将废气中的NOx还原，该烃L的供给几乎始终进行。
[0045]此外，在以下的说明中，如图1所示，说明了通过DPF装置13a与氧化催化剂13b的组合来构成废气净化装置13的情况，但是也可以通过如上述说明的其它废气净化单元来构成废气净化装置13。另外，在此，用烃供给装置14将烃L供给至排气通路12内，但本发明也能够适用于通过气缸内燃料喷射的后喷射将烃L供给至排气通路12内的情况。
[0046]在该发动机I中，吸气A经由吸气通路11由涡轮增压器15的压缩机15a升压，供给至发动机I的气缸内，使同样供给至气缸内的燃料燃烧,成为废气G。该废气G根据需要而一部分用于排气再循环(EGR)，除此以外从排气歧管Ila导引至排气通路12并驱动涡轮增压器15的涡轮15b，此后流入废气净化装置13，由该废气净化装置13净化。
[0047]再者，设有控制装置16，输入来自未图示的测定DPF单元13b的前后差压的差压传感器、测定废气温度的温度传感器、测定吸气流量的吸气量传感器(空气流量传感器=MAF传感器)等的测定信号，基于这些测定信号，求得前后差压、废气温度、吸气流量。再者，从吸气流量和燃料喷射量算出废气流量。在本发明的情况下，废气流量与吸气流量之差是在燃料氧化时消耗的氧量与所产生的废气量之差，因而也能够使用吸气流量代替废气流量。如果使用该吸气流量，则不需要算出燃料的消耗量与废气的量，能够减少控制装置16的运
禅且昇里。
[0048]该控制装置16构成为在预先设定的烃供给条件下进行以下控制:通过来自烃供给装置14的排气通路内直接喷射，将烃L供给至废气净化装置13的上游侧，使该烃L在构成废气净化装置13的一部分或全部的废气净化单元(在此，氧化催化剂单元13b)中燃烧，使废气净化装置13的净化能力恢复。
[0049]而且，该控制装置16进一步构成为进行以下控制。相对于该发动机I的废气温度，将成为活性区域Ra与缺火区域Rb的边界的废气流量(或者吸气流量)的活性界限阈值线A预先设定为如图2的表格的活性界限阈值、即图3的曲线图的线A，活性区域Ra是供给至排气通路12内的烃L能够在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域，缺火区域Rb是供给至排气通路12内的烃L不在废气净化单元13b中燃烧的区域。
[0050]并且，构成为在烃供给条件下(在此为DPF单元13b的强制再生控制的条件下)进行以下控制:求得控制时的废气温度和废气流量(或者吸气流量)，判定该组合是处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb，在判定为处于活性区域Ra的情况下，判定为烃L的供给而进行烃L的供给，在判定为处于缺火区域Rb的情况下，判定为烃L的供给停止而停止烃L的供给。
[0051]换言之，相对于控制时的废气温度，如果废气流量变得比活性界限阈值线A更少而成为活性区域Ra，则供给烃，如果变得更多而成为缺火区域Rb，则停止烃的供给。反言之，如果废气温度变得比活性界限阈值线A更高而成为活性区域Ra，则供给烃，如果变得更低而成为缺火区域Rb，则停止烃的供给。
[0052]参照图4的控制流程来进行说明，如果发动机I运转开始，则图4的控制流程也从上位的控制流程调出而开始。该控制流程开始后，在步骤Sll中判定是否处于烃(HC)供给条件下，如果未处于烃供给条件下的情况经过了预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)，那么返回步骤SI I。
[0053]在步骤Sll的判定中，处于烃供给条件下的情况下，前往步骤S12，判定烃供给停止条件、即处于活性区域Ra (否)还是处于缺火区域Rb (是)，在处于活性区域Ra (否)的情况下判定为烃L的供给，前往步骤S14，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃的供给。另一方面，在步骤S12的判定中处于缺火区域Rb (是)的情况下，判定为烃L的供给中止，前往步骤S13，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃的供给停止。
[0054]重复该处理，如果发动机I停止运转，则发生步骤S15的中断，前往“返回”，回到上位的控制流程，发动机I的运转停止，并且该图4的控制流程也停止。
[0055]接着，说明该第一实施方式的废气净化系统10的废气净化方法。该废气净化方法是以下废气净化方法:在预先设定的烃供给条件下，在配置于发动机I的排气通路12的废气净化装置13的上游侧，通过来自烃供给装置14的排气通路内直接喷射而供给烃L，使该烃L在构成废气净化装置13的一部分的氧化催化剂单元13b中燃烧，使废气净化装置13的净化能力恢复。[0056]在该废气净化方法中，相对于该发动机I的废气温度，预先设定成为缺火区域Rb与活性区域Ra的边界的废气流量(或者吸气流量)的活性界限阈值线A，缺火区域Rb是供给至排气通路12内的烃L不在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域，活性区域Ra是供给至排气通路12内的烃L能够在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域。
[0057]并且，在烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量(或者吸气流量)，判定该废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合是处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb，在判定为处于活性区域Ra的情况下，进行烃L的供给，在判定为处于缺火区域Rb的情况下，停止烃L的供给。
[0058]依照该第一实施方式的废气净化系统10和废气净化方法，不仅依靠DPF或氧化催化剂的废气净化单元13a、13b的入口的废气温度或催化剂温度，还通过废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合，来设定判断烃L的供给开始和供给停止的活性界限阈值线A，因而与仅通过废气温度等温度来判断的情况相比，能够考虑废气流量(或者吸气流量)导致的缺火现象，能够更可靠地判断烃L的供给开始和供给停止。
[0059]因此，能够防止所供给的烃L依然未燃而吸附至构成废气净化装置13的废气净化单元13a、13b。结果，未燃的烃L成为能够燃烧的状况，在再次开始烃L的供给的时刻，未燃的烃L不吸附至废气净化单元13a、13b，因而能够抑制所吸附的未燃烃L的异常燃烧导致的热失控，能够将废气净化单元13a、13b的温度始终维持为可控制的状态。另外，能够避免所供给的烃L不足而废气净化装置13的DPF单元13a的净化能力的恢复延迟。
[0060]接着，说明第二实施方式的废气净化系统10A。第二实施方式的废气净化系统IOA仅仅控制装置16A的构成不同，其它构成与第一实施方式的废气净化系统10相同。
[0061]而且，该第二实施方式的废气净化系统IOA的控制装置16A构成为进行以下控制。如图2的表格和图5所示，在活性区域Ra与缺火区域Rb的边界拥有中间区域宽度而设定中间区域Re，将该中间区域Re的活性区域Ra侧的边界作为供给开始阈值线B，将该中间区域Re的缺火区域Rb侧的边界作为供给停止阈值线C。
[0062]此外，在图2的表格和图5中，使供给停止阈值与活性界限阈值相同且使中间区域宽度为30°C而设定供给开始阈值，但也可如图7和图8所示，活性界限阈值处于供给停止阈值与供给开始阈值的正好中间，或者不是正好中间，活性界限阈值处于供给停止阈值与供给开始阈值之间。
[0063]此外，在图2中，示出了活性界限阈值A、供给开始阈值B、中间区域宽度、供给停止阈值C，但是如果在它们之内有两个，则能够算出另外两个，因而它们之内有两个就足够。
[0064]并且，进行以下控制:在控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合从缺火区域Rb侧向活性区域Ra侧移动时，在越过供给开始阈值线B时判定为烃L的供给而进行烃L的供给，在该组合从活性区域Ra侧向缺火区域Rb侧移动时，在越过供给停止阈值线C时判定为烃L的供给停止而停止烃L的供给。
[0065]接着，说明该第二实施方式的废气净化系统IOA的废气净化方法。该废气净化方法是以下废气净化方法:在预先设定的烃供给条件下，在配置于发动机I的排气通路12的废气净化装置13的上游侧，通过来自烃供给装置14的排气通路内直接喷射来供给烃L，使该烃L在构成废气净化装置13的一部分的氧化催化剂单元13b中燃烧，使废气净化装置13的净化能力恢复。[0066]在该废气净化方法中，相对于该发动机I的废气温度，预先设定成为缺火区域Rb与活性区域Ra的边界的废气流量(或者吸气流量)的活性界限阈值线A，缺火区域Rb是供给至排气通路12内的烃L不在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域，活性区域Ra是供给至排气通路12内的烃L能够在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域。
[0067]再者，在活性区域Ra与缺火区域Rb的边界拥有中间区域宽度而设定中间区域Re，将该中间区域Re的活性区域Ra侧的边界作为供给开始阈值线B，将该中间区域Re的缺火区域Rb侧的边界作为供给停止阈值线C。
[0068]并且，在控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合从缺火区域Rb侧向活性区域Ra侧移动时，在越过供给开始阈值线B时开始烃L的供给，在该组合从活性区域Ra侧向缺火区域Rb侧移动时，在越过供给停止阈值线C时停止烃L的供给。
[0069]参照图6的控制流程来进行说明，如果发动机I运转开始，则图6的控制流程也从上位的控制流程调出而开始。该控制流程开始后，在步骤Sll中判定是否处于烃(HC)供给条件下，如果未处于烃供给条件下的情况经过了预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)，那么返回步骤SI I。
[0070]在步骤Sll的判定中处于烃供给条件下的情况下，前往步骤S12a，判定烃供给停止条件，即是否比供给停止阈值线C更靠缺火区域Rb侧，在比供给停止阈值线C更靠缺火区域Rb侧(是)的情况下，判定为烃L的供给停止，前往步骤S13，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃L的供给停止。另一方面，在步骤S12a的判定中比供给停止阈值线C更靠活性区域Ra侧(否)的情况下，前往步骤S12b。
[0071]在步骤S12b中，判定烃供给开始条件，即是否比供给开始阈值线B更靠活性区域Ra侧，在比供给开始阈值线B更靠活性区域Ra侧(是)的情况下，判定为烃L的供给，前往步骤S14，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃L的供给。另一方面，在步骤S12b的判定中比供给开始阈值线B更靠缺火区域Rb侧(否)的情况下，如果依然维持现状而经过预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)，那么返回步骤S11。
[0072]重复该处理，如果发动机I停止运转，则发生步骤S15的中断，前往“返回”，回到上位的控制流程，发动机I的运转停止，并且该图4的控制流程也停止。
[0073]更具体而言，在废气流量恒定为30g/s时从高温侧向低温侧变化的情况下，在废气温度260°C下停止烃L的供给，反之，在从低温侧向高温侧变化的情况下，在废气温度290°C下开始烃L的供给。这是因为，考虑了氧化催化剂单元13b的热容量，即氧化催化剂单元13b的温度的升温难度和冷却难度。
[0074]依照该第二实施方式的废气净化系统IOA和废气净化方法，除了第二实施方式的废气净化系统IOA和废气净化方法的作用效果以外，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb时，能够纳入控制时的状态的经过而判定，能够更精确地控制烃L的供给。
[0075]另外，在上述的第一和第二废气净化系统10、10A中，控制装置16、16A进一步优选地构成为:通过控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合的判定，在从判定为烃L的供给起直到开始烃L的供给之间，进行使预先设定的开始缓冲时间经过的控制，并且，在从判定为烃L的供给停止起直到停止烃L的供给之间，进行使预先设定的停止缓冲时间经过的控制。[0076]S卩，优选地，在上述的第一和第二废气净化方法中，通过控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合的判定，在从判定为烃L的供给起直到开始烃L的供给之间，经过预先设定的开始缓冲时间，并且在从判定为烃L的供给停止起直到停止烃L的供给之间，使预先设定的停止缓冲时间经过。
[0077]换言之，相对于废气温度，在从废气流量(或者吸气流量)成为阈值(A或B)以下起经过一定时间(开始缓冲时间)之后开始烃L的供给，在从成为阈值(A、C)以上起经过一定时间(停止缓冲时间)之后停止烃L的供给。另外，反过来说，相对于废气流量(或者吸气流量)，在从废气温度成为阈值(A或B)以上起经过一定时间(开始缓冲时间)之后开始烃L的供给，在从成为阈值(A、C)以下起经过一定时间(停止缓冲时间)之后停止烃L的供给。
[0078]通过该构成和方法，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb而进行烃L的供给开始或供给停止时，能够进行纳入了时间延迟的控制，该时间延迟考虑了燃烧所供给的烃L的氧化催化剂单元13b的热容量，能够在更合适的时机进行烃L的供给和停止。
[0079]依照上述构成的第一和第二实施方式的废气净化系统10、IOA和废气净化方法，能够防止烃L吸附于废气净化单元13a、13b，能够将废气净化单元13a、13b的温度始终维持为可控制的状态。
[0080]所以，在搭载了采用该废气净化系统10、10A的发动机I的车辆中，即使在从减速转移至加速那样的行驶时，也能够在稳定的温度状态下，进行DPF13a捕集的粒子状物质(PM)的强制再生控制、为了恢复贫NOx降低催化剂(LNT)催化剂的净化能力而伴随着空燃比富控制的强制再生控制和脱硫控制、烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)的NOx降低控制。
[0081]此外，在废气净化单元是担载了烃选择还原型催化剂的废气净化单元的情况下，预先设定的烃供给条件成为将废气G中的NOx净化的条件，用所供给的烃(HC)L将废气G中的NOx还原而净化废气G。
[0082]工业实用性
[0083]依照本发明的废气净化系统和废气净化方法，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的烃供给条件下，通过后喷射等而供给烃，使该烃在催化剂等废气净化单元中燃烧，使废气净化装置的净化能力恢复或者将废气净化，在这样的废气净化系统中，能够防止烃吸附于废气净化单元，能够将废气净化单元的温度始终维持为可控制的状态，因而能够用作搭载于汽车等的内燃机的废气净化系统和废气净化方法。
[0084]符号说明
[0085]I发动机(内燃机)
[0086]10U0A废气净化系统
[0087]11吸气通路
[0088]12排气通路
[0089]13废气净化装置
[0090]13a DPF 单元
[0091]13b氧化催化剂(DOC)单元[0092]14烃供给装置
[0093]15涡轮增压器
[0094]16U6A 控制装置(ECU)
[0095]A 空气
[0096]G 废气
[0097]L 烃(HC)
[0098]Ra活性区域
[0099]Rb缺火区域
[0100]Re中间区域
【权利要求】
1.一种废气净化系统，在内燃机的排气通路配置废气净化装置，并且具备控制装置，该控制装置构成为:在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而在所述废气净化装置的上游侧供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，进行使所述废气净化装置的净化能力恢复的控制或者将废气净化的控制，该废气净化系统的特征在于， 所述控制装置， 相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或吸气流量的活性界限阈值线，该活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，该缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且， 构成为进行以下控制:在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
2.根据权利要求1所述的废气净化系统，其特征在于， 所述控制装置， 在所述活性区域与所述缺火区域的边界具有宽度地设定中间区域，将该中间区域的所述活性区域侧的边界作为供给开始阈值线，将该中间区域的所述缺火区域侧的边界作为供给停止阈值线，并 且 构成为进行以下控制: 在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述缺火区域侧向所述活性区域侧移动时，在越过所述供给开始阈值线时判定为烃的供给而进行烃的供给， 在所述废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述活性区域侧向所述缺火区域侧移动时，在越过所述供给停止阈值线时判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
3.根据权利要求1或2所述的废气净化系统，其特征在于， 所述控制装置构成为: 通过基于控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合的判定，在从判定为烃的供给起直到开始烃的供给之间，进行使预先设定的开始缓冲时间经过的控制，并且 在从判定为烃的供给停止起直到停止烃的供给之间，进行使预先设定的停止缓冲时间经过的控制。
4.一种废气净化方法，在预先设定的烃供给条件下，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，使所述废气净化装置的净化能力恢复，或者用所述废气净化装置净化废气，该废气净化方法的特征在于， 相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或吸气流量的活性界限阈值线，该活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，该缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且， 在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供 给停止而停止烃的供给。
【文档编号】F02D41/04GK104011341SQ201280061267
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】长冈大治, 是永智宏 申请人:五十铃自动车株式会社
【专利摘要】在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的条件下，通过后喷射等来供给烃(HC)，使废气净化装置的净化能力恢复或者用废气净化装置净化废气，在这样的废气净化系统中，在烃供给条件下，在判定为控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合处于缺火区域的情况下，停止烃L的供给，上述缺火区域是供给至排气通路内的烃L不在净化废气单元中燃烧的区域。由此，能够防止烃吸附于废气净化装置的催化剂等废气净化单元，将废气净化单元的温度始终维持为可控制的状态。
【专利说明】废气净化系统和废气净化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及废气净化系统和废气净化方法，能够防止未燃的烃吸附于将内燃机的废气净化的DPF或催化剂等废气净化单元，并能够将废气净化单元的温度始终维持为可控制的状态。
【背景技术】
[0002]在搭载于车辆的柴油发动机等内燃机的废气净化系统中，配置有使用了将废气中的粒子状物质(PM)净化的柴油微粒过滤器(DPF)单元的装置、或具备贫(Iean)NOx降低催化剂(LNT催化剂)单元的废气净化装置，该NOx降低催化剂单元担载有将氮氧化物(NOx)在贫气氛中还原而净化的NOx吸附还原型催化剂或选择还原型催化剂(SCR)等。
[0003]在该DPF单元中，采用以下方法:如果接近PM的捕集界限，则为了将DPF单元捕集的PM燃烧除去而进行将废气升温的强制再生，将堆积于DPF单元的PM燃烧除去，恢复PM的捕集能力。在该强制再生的废气升温中，在缸内的燃料嗔射中，在活塞经过上死点之后进行后喷射，将在该后喷射中喷射的未燃燃料供给至排气通路内，并从设于排气通路的燃料喷射装置向排气通路内直接喷射燃料而将作为未燃燃料的烃(HC)供给至排气通路内。将该烃在废气净化装置的氧化催化剂单元中氧化，将由于该氧化热而升温的废气送至DPF单元，将DPF单元和由该DPF单元捕集的PM升温而成为PM的可燃烧温度以上，将该PM燃烧除去。
[0004]另外，在使用NOx吸附还原型催化剂的废气净化单元中，也采用以下方法:在用于恢复NOx吸附能力的富(rich)控制中，使用后喷射或向排气通路内的直接燃料喷射，使烃在氧化催化剂单元等中燃烧而消耗废气的氧并且将废气温度升温，将该废气供给至NOx吸附还原型催化剂而使NOx吸附还原型催化剂的表面成为富状态和高温状态，使由NOx吸附还原型催化剂吸附的NOx放出，并且通过催化剂作用将该放出的NOx还原。
[0005]另外，在使用烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)来净化NOx的废气净化单元中，也采用以下方法:在烃选择还原型催化剂的上游侧，通过向排气通路的直接燃料喷射而喷射燃料等烃，使用该烃作为还原剂，通过选择还原型催化剂还原废气中的NOx。
[0006]这样，在具备了净化废气的废气净化装置的废气净化系统的若干废气净化方法中，将作为轻油等内燃机的燃料的烃，在具备氧化催化剂单元、DPF单元、担载有NOx吸附还原型催化剂、烃选择还原型催化剂等的贫NOx催化剂单元的废气净化装置的上游侧，在根据各个废气净化单元预先设定的规定的烃供给条件下，以各自的时机和供给量供给。
[0007]然而，在废气温度为各个废气净化单元中的烃的活性开始温度(起燃温度)以下的情况下，存在以下问题:即使添加烃，烃也不在催化剂上燃烧，而是吸附于催化剂。
[0008]再者，本发明人通过许多实验而获得以下认知:即使在废气温度为活性开始温度附近的温度而烃燃烧的情况下，如果废气的流量由于搭载了内燃机的车辆的加速等而增力口，则有时燃烧火焰吹灭而发生缺火的现象。
[0009]还了解到:该未燃的烃吸附而被HC失活的催化剂，如果从烃未燃烧的状态成为废气温度上升至活性开始温度以上的状态，则存在烃一口气地燃烧而成为不能控制的状态的现象。如果成为该状态，则催化剂温度异常地升温，引起催化剂的劣化或DPF的融损。另外了解到，该现象还可在贫NOx降低催化剂(LNT催化剂)的脱硫控制中引起。
[0010]与此相关联，如日本申请的特开2011-153591号公报(专利文献I)所记载那样，提出了以下内燃机的废气处理方法和装置:在将前段氧化催化剂和DFP过滤器设于内燃机的废气通路的排气处理装置中，为了防止在内燃机从高负荷状态向低负荷状态变化时发生的DPF过滤器的异常燃烧，在判定为DPF异常燃烧发生运转时，将吸气节流阀全开而使废气流量增大，通过废气的显热导致的降热而将DPF过滤器装置冷却，并且使延迟后喷射继续进行，使DPF过滤器周围的氧浓度降低，抑制由DPF过滤器捕集的PM的异常燃烧。
[0011]这种情况下，抑制了由DPF过滤器捕集的PM的异常燃烧，虽然与上述的烃的异常燃烧不同，但是通过上述的烃的异常燃烧，由DPF过滤器捕集的PM的异常燃烧发生的可能性变高，可以看出废气净化单元中的异常燃烧的抑制的重要性。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献:
[0014]专利文献1:日本申请特开2011-153591号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的问题
[0016]本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的在于，提供以下废气净化系统和废气净化方法:在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃(HC)，使该烃在废气净化装置的催化剂或DPF等废气净化单元中燃烧，使废气净化装置的净化能力恢复或者将废气净化，在这样的废气净化系统中，能够防止烃吸附于废气净化单元，能够将废气净化单元的温度维持为可时常控制的状态。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]用于达成如上所述的目的的本发明的废气净化系统，在内燃机的排气通路配置废气净化装置，并且具备控制装置，该控制装置构成为:在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而在所述废气净化装置的上游侧供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，进行使所述废气净化装置的净化能力恢复的控制或者将废气净化的控制。其特征在于，所述控制装置，相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或者吸气流量的活性界限阈值线，该活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，该缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且构成为进行以下控制:在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
[0019]依照该构成，除了催化剂或DPF等废气净化单元的入口的废气温度或催化剂温度，还通过废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合来设定判断烃的供给开始和供给停止的活性界限阈值线，因而与仅通过废气温度等温度来判断的情况相比，能够考虑废气流量(或吸气流量)导致的缺火现象，能够更可靠地判断烃的供给开始和供给停止。
[0020]换言之，在相同的废气温度下，也能够根据废气流量(或吸气流量)进行或不进行烃的供给。即，相对于相同的废气温度设定废气流量的阈值，反之，相对于相同的废气流量设定废气温度的阈值。该废气温度和废气流量(或吸气流量)与烃的供给和无供给的阈值的关系以将废气温度和废气流量(或者吸气流量)作为参数的阈值的二维表格、二维图表数据或函数等形式设定。
[0021]因此，能够防止所供给的烃依然未燃而吸附至废气净化单元。结果，在再次开始该烃的供给的时刻，即，在成为未燃的烃能够燃烧的状况的时刻，由于未燃的烃不吸附于废气净化单元，因而能够抑制起因于所吸附的未燃烃的烃的异常燃烧所导致的热失控，能够将废气净化单元的温度维持为可时常控制的状态。
[0022]另外，由于能够可靠地判断烃的供给开始，因而能够防止所供给的烃不足而废气净化装置的净化能力降低、净化能力的恢复延迟。
[0023]在上述的废气净化系统中，如果所述控制装置在所述活性区域与所述缺火区域的边界具有宽度地设定中间区域，将该中间区域的所述活性区域侧的边界作为供给开始阈值线，将该中间区域的所述缺火区域侧的边界作为供给停止阈值线，并且构成为进行以下控制:在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述缺火区域侧向所述活性区域侧移动时，在越过所述供给开始阈值线时判定为烃的供给而进行烃的供给，在所述组合从所述活性区域侧向所述缺火区域侧移动时，在越过所述供给停止阈值线时判定为烃的供给停止而停止烃的供给，那么，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域或者处于缺火区域时，能够纳入控制时的状态经过而判定，能够更精确地控制烃的供给和停止。
[0024]再者，在上述的废气净化系统中，如果所述控制装置构成为:通过基于控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合的判定，在从判定为烃的供给起直到开始烃的供给之间，进行使预先设定的开始缓冲时间经过的控制，并且在从判定为烃的供给停止起直到停止烃的供给之间，进行使预先设定的停止缓冲时间经过的控制，那么，成为在烃的供给开始或供给停止时将时间延迟纳入的控制，该时间延迟考虑了燃烧所供给的烃的废气净化单元的热容量，能够在更合适的时机进行烃的供给和停止。
[0025]而且，用于达成上述目的的废气净化方法，在预先设定的烃供给条件下，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，使所述废气净化装置的净化能力恢复，或者用所述废气净化装置净化废气，该方法的特征在于，相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或者吸气流量的活性界限阈值线，活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
[0026]依照该方法，除了催化剂或DPF等废气净化单元的入口的废气温度或催化剂温度，还通过废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合来设定判断烃的供给开始和供给停止的活性界限阈值线，因而与仅通过废气温度等温度来判断的情况相比，能够考虑废气流量(或吸气流量)导致的缺火现象，能够更可靠地判断烃的供给开始和供给停止。
[0027]另外，在上述的废气净化方法中，如果在所述活性区域与所述缺火区域的边界具有宽度地设定中间区域，将该中间区域的所述活性区域侧的边界作为供给开始阈值线，将该中间区域的所述缺火区域侧的边界作为供给停止阈值线，并且在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述缺火区域侧向所述活性区域侧移动时，在越过所述供给开始阈值线时判定为烃的供给而进行烃的供给，在所述组合从所述活性区域侧向所述缺火区域侧移动时，在越过所述供给停止阈值线时判定为烃的供给停止而停止烃的供给，那么，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域或者处于缺火区域时，能够纳入控制时的状态经过而判定，能够更精确地进行烃的供给和停止。
[0028]再者，在上述的废气净化方法中，如果在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从进入所述活性区域侧起直到开始烃的供给之间，使预先设定的开始缓冲时间经过，并且在所述组合从进入所述供缺火区域侧起直到停止烃的供给之间，使预先设定的停止缓冲时间经过，那么，成为在烃的供给开始或供给停止时将时间延迟纳入的控制，该时间延迟考虑了燃烧所供给的烃的废气净化单元的热容量，能够在更合适的时机进行烃的供给和停止。
[0029]发明的效果
[0030]依照根据本发明的废气净化系统和废气净化方法，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃(HC)，使该烃在废气净化装置的催化剂或DPF等废气净化单元中燃烧，使废气净化装置的净化能力恢复，或者净化废气，在这样的废气净化系统中，能够防止烃吸附于废气净化单元，能够将废气净化单元的温度维持为可时常控制的状态。
[0031]所以，在搭载了采用该废气净化系统的内燃机的车辆中，即使在从减速转移至加速那样的行驶时，也能够在稳定的温度状态下，进行由DPF捕集的粒子状物质(PM)的强制再生控制、与用于贫NOx降低催化剂(LNT)催化剂的净化能力恢复的空燃比富含控制相伴的强制再生控制和脱硫控制、烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)的NOx降低控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的构成的图。
[0033]图2是以表格形式表示废气温度和废气流量的活性界限阈值、中间区域宽度、供给停止阈值、供给开始阈值的一例的图。
[0034]图3是用曲线图表示废气温度与废气流量的组合、以及活性界限阈值线、活性区域、缺火区域的一例的图。
[0035]图4是表示控制流程的一例的图，示出了本发明的第一实施方式的废气净化方法的控制流程。
[0036]图5是用曲线图表示废气温度与废气流量的组合、以及活性界限阈值线、供给开始阈值线、供给停止阈值线、活性区域、中间区域、缺火区域的一例的图。
[0037]图6是表示控制流程的一例的图，示出了本发明的第二实施方式的废气净化方法的控制流程。
[0038]图7是以表格形式表示废气温度和废气流量的活性界限阈值、中间区域宽度、供给停止阈值、供给开始阈值的另一示例的图。
[0039]图8是用曲线图表示废气温度与废气流量的组合、以及活性界限阈值线、供给开始阈值线、供给停止阈值线、活性区域、中间区域、缺火区域的其它示例的图。
【具体实施方式】
[0040]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式的废气净化系统和废气净化方法。如图1所示，该实施方式的废气净化系统10是在连接至发动机(内燃机)I的排气歧管Ia的排气通路12中配置的废气净化系统，在该废气净化系统10中，在废气净化装置13的上游侧设置烃供给装置14。
[0041]该废气净化装置13根据搭载废气净化系统10的发动机I的废气的状态等来选择若干种类的废气净化单元。在该废气净化装置13中，采用将废气G中的粒子状物质(PM)净化的柴油微粒过滤器(DPF)单元、将氮氧化物(NOx)在贫气氛中还原而净化的NOx吸附还原型催化剂单元、同样将氮氧化物(NOx)在贫气氛中还原而净化的选择还原型催化剂(SCR)单元等废气净化单元。在图1的构成中，采用DPF单元13a与其上游侧(前段)的氧化催化剂单元13b的组合。
[0042]可是，根据该废气净化装置13的种类，从烃供给装置14供给的烃L的供给时机(预先设定的烃供给条件)不同。在废气净化装置13使用DFP单元13a与氧化催化剂单元13b的组合的情况下，该烃L的供给在用于将DPF单元13a捕集的PM强制地燃烧除去的强制再生时进行。
[0043]另外，在废气净化装置13使用作为贫NOx降低催化剂(LNT催化剂)之一的NOx吸附还原型催化剂单元的情况下，为了恢复NOx吸附能力，该烃L的供给通过使废气中的空燃比成为富状态的NOx再生控制来进行，而且为了从硫黄失活恢复NOx吸附能力，通过使废气中的空燃比成为富状态的硫黄清除控制来进行。在此情况下，也大多在NOx吸附还原型催化剂单元与烃供给装置14之间设置氧化催化剂单元。
[0044]另外，在废气净化装置13使用烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)单元的情况下，为了将废气中的NOx还原，该烃L的供给几乎始终进行。
[0045]此外，在以下的说明中，如图1所示，说明了通过DPF装置13a与氧化催化剂13b的组合来构成废气净化装置13的情况，但是也可以通过如上述说明的其它废气净化单元来构成废气净化装置13。另外，在此，用烃供给装置14将烃L供给至排气通路12内，但本发明也能够适用于通过气缸内燃料喷射的后喷射将烃L供给至排气通路12内的情况。
[0046]在该发动机I中，吸气A经由吸气通路11由涡轮增压器15的压缩机15a升压，供给至发动机I的气缸内，使同样供给至气缸内的燃料燃烧,成为废气G。该废气G根据需要而一部分用于排气再循环(EGR)，除此以外从排气歧管Ila导引至排气通路12并驱动涡轮增压器15的涡轮15b，此后流入废气净化装置13，由该废气净化装置13净化。
[0047]再者，设有控制装置16，输入来自未图示的测定DPF单元13b的前后差压的差压传感器、测定废气温度的温度传感器、测定吸气流量的吸气量传感器(空气流量传感器=MAF传感器)等的测定信号，基于这些测定信号，求得前后差压、废气温度、吸气流量。再者，从吸气流量和燃料喷射量算出废气流量。在本发明的情况下，废气流量与吸气流量之差是在燃料氧化时消耗的氧量与所产生的废气量之差，因而也能够使用吸气流量代替废气流量。如果使用该吸气流量，则不需要算出燃料的消耗量与废气的量，能够减少控制装置16的运
禅且昇里。
[0048]该控制装置16构成为在预先设定的烃供给条件下进行以下控制:通过来自烃供给装置14的排气通路内直接喷射，将烃L供给至废气净化装置13的上游侧，使该烃L在构成废气净化装置13的一部分或全部的废气净化单元(在此，氧化催化剂单元13b)中燃烧，使废气净化装置13的净化能力恢复。
[0049]而且，该控制装置16进一步构成为进行以下控制。相对于该发动机I的废气温度，将成为活性区域Ra与缺火区域Rb的边界的废气流量(或者吸气流量)的活性界限阈值线A预先设定为如图2的表格的活性界限阈值、即图3的曲线图的线A，活性区域Ra是供给至排气通路12内的烃L能够在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域，缺火区域Rb是供给至排气通路12内的烃L不在废气净化单元13b中燃烧的区域。
[0050]并且，构成为在烃供给条件下(在此为DPF单元13b的强制再生控制的条件下)进行以下控制:求得控制时的废气温度和废气流量(或者吸气流量)，判定该组合是处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb，在判定为处于活性区域Ra的情况下，判定为烃L的供给而进行烃L的供给，在判定为处于缺火区域Rb的情况下，判定为烃L的供给停止而停止烃L的供给。
[0051]换言之，相对于控制时的废气温度，如果废气流量变得比活性界限阈值线A更少而成为活性区域Ra，则供给烃，如果变得更多而成为缺火区域Rb，则停止烃的供给。反言之，如果废气温度变得比活性界限阈值线A更高而成为活性区域Ra，则供给烃，如果变得更低而成为缺火区域Rb，则停止烃的供给。
[0052]参照图4的控制流程来进行说明，如果发动机I运转开始，则图4的控制流程也从上位的控制流程调出而开始。该控制流程开始后，在步骤Sll中判定是否处于烃(HC)供给条件下，如果未处于烃供给条件下的情况经过了预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)，那么返回步骤SI I。
[0053]在步骤Sll的判定中，处于烃供给条件下的情况下，前往步骤S12，判定烃供给停止条件、即处于活性区域Ra (否)还是处于缺火区域Rb (是)，在处于活性区域Ra (否)的情况下判定为烃L的供给，前往步骤S14，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃的供给。另一方面，在步骤S12的判定中处于缺火区域Rb (是)的情况下，判定为烃L的供给中止，前往步骤S13，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃的供给停止。
[0054]重复该处理，如果发动机I停止运转，则发生步骤S15的中断，前往“返回”，回到上位的控制流程，发动机I的运转停止，并且该图4的控制流程也停止。
[0055]接着，说明该第一实施方式的废气净化系统10的废气净化方法。该废气净化方法是以下废气净化方法:在预先设定的烃供给条件下，在配置于发动机I的排气通路12的废气净化装置13的上游侧，通过来自烃供给装置14的排气通路内直接喷射而供给烃L，使该烃L在构成废气净化装置13的一部分的氧化催化剂单元13b中燃烧，使废气净化装置13的净化能力恢复。[0056]在该废气净化方法中，相对于该发动机I的废气温度，预先设定成为缺火区域Rb与活性区域Ra的边界的废气流量(或者吸气流量)的活性界限阈值线A，缺火区域Rb是供给至排气通路12内的烃L不在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域，活性区域Ra是供给至排气通路12内的烃L能够在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域。
[0057]并且，在烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量(或者吸气流量)，判定该废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合是处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb，在判定为处于活性区域Ra的情况下，进行烃L的供给，在判定为处于缺火区域Rb的情况下，停止烃L的供给。
[0058]依照该第一实施方式的废气净化系统10和废气净化方法，不仅依靠DPF或氧化催化剂的废气净化单元13a、13b的入口的废气温度或催化剂温度，还通过废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合，来设定判断烃L的供给开始和供给停止的活性界限阈值线A，因而与仅通过废气温度等温度来判断的情况相比，能够考虑废气流量(或者吸气流量)导致的缺火现象，能够更可靠地判断烃L的供给开始和供给停止。
[0059]因此，能够防止所供给的烃L依然未燃而吸附至构成废气净化装置13的废气净化单元13a、13b。结果，未燃的烃L成为能够燃烧的状况，在再次开始烃L的供给的时刻，未燃的烃L不吸附至废气净化单元13a、13b，因而能够抑制所吸附的未燃烃L的异常燃烧导致的热失控，能够将废气净化单元13a、13b的温度始终维持为可控制的状态。另外，能够避免所供给的烃L不足而废气净化装置13的DPF单元13a的净化能力的恢复延迟。
[0060]接着，说明第二实施方式的废气净化系统10A。第二实施方式的废气净化系统IOA仅仅控制装置16A的构成不同，其它构成与第一实施方式的废气净化系统10相同。
[0061]而且，该第二实施方式的废气净化系统IOA的控制装置16A构成为进行以下控制。如图2的表格和图5所示，在活性区域Ra与缺火区域Rb的边界拥有中间区域宽度而设定中间区域Re，将该中间区域Re的活性区域Ra侧的边界作为供给开始阈值线B，将该中间区域Re的缺火区域Rb侧的边界作为供给停止阈值线C。
[0062]此外，在图2的表格和图5中，使供给停止阈值与活性界限阈值相同且使中间区域宽度为30°C而设定供给开始阈值，但也可如图7和图8所示，活性界限阈值处于供给停止阈值与供给开始阈值的正好中间，或者不是正好中间，活性界限阈值处于供给停止阈值与供给开始阈值之间。
[0063]此外，在图2中，示出了活性界限阈值A、供给开始阈值B、中间区域宽度、供给停止阈值C，但是如果在它们之内有两个，则能够算出另外两个，因而它们之内有两个就足够。
[0064]并且，进行以下控制:在控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合从缺火区域Rb侧向活性区域Ra侧移动时，在越过供给开始阈值线B时判定为烃L的供给而进行烃L的供给，在该组合从活性区域Ra侧向缺火区域Rb侧移动时，在越过供给停止阈值线C时判定为烃L的供给停止而停止烃L的供给。
[0065]接着，说明该第二实施方式的废气净化系统IOA的废气净化方法。该废气净化方法是以下废气净化方法:在预先设定的烃供给条件下，在配置于发动机I的排气通路12的废气净化装置13的上游侧，通过来自烃供给装置14的排气通路内直接喷射来供给烃L，使该烃L在构成废气净化装置13的一部分的氧化催化剂单元13b中燃烧，使废气净化装置13的净化能力恢复。[0066]在该废气净化方法中，相对于该发动机I的废气温度，预先设定成为缺火区域Rb与活性区域Ra的边界的废气流量(或者吸气流量)的活性界限阈值线A，缺火区域Rb是供给至排气通路12内的烃L不在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域，活性区域Ra是供给至排气通路12内的烃L能够在氧化催化剂单元13b中燃烧的区域。
[0067]再者，在活性区域Ra与缺火区域Rb的边界拥有中间区域宽度而设定中间区域Re，将该中间区域Re的活性区域Ra侧的边界作为供给开始阈值线B，将该中间区域Re的缺火区域Rb侧的边界作为供给停止阈值线C。
[0068]并且，在控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合从缺火区域Rb侧向活性区域Ra侧移动时，在越过供给开始阈值线B时开始烃L的供给，在该组合从活性区域Ra侧向缺火区域Rb侧移动时，在越过供给停止阈值线C时停止烃L的供给。
[0069]参照图6的控制流程来进行说明，如果发动机I运转开始，则图6的控制流程也从上位的控制流程调出而开始。该控制流程开始后，在步骤Sll中判定是否处于烃(HC)供给条件下，如果未处于烃供给条件下的情况经过了预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)，那么返回步骤SI I。
[0070]在步骤Sll的判定中处于烃供给条件下的情况下，前往步骤S12a，判定烃供给停止条件，即是否比供给停止阈值线C更靠缺火区域Rb侧，在比供给停止阈值线C更靠缺火区域Rb侧(是)的情况下，判定为烃L的供给停止，前往步骤S13，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃L的供给停止。另一方面，在步骤S12a的判定中比供给停止阈值线C更靠活性区域Ra侧(否)的情况下，前往步骤S12b。
[0071]在步骤S12b中，判定烃供给开始条件，即是否比供给开始阈值线B更靠活性区域Ra侧，在比供给开始阈值线B更靠活性区域Ra侧(是)的情况下，判定为烃L的供给，前往步骤S14，在预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)之间进行烃L的供给。另一方面，在步骤S12b的判定中比供给开始阈值线B更靠缺火区域Rb侧(否)的情况下，如果依然维持现状而经过预先设定的时间(与各判定的间隔相关的时间)，那么返回步骤S11。
[0072]重复该处理，如果发动机I停止运转，则发生步骤S15的中断，前往“返回”，回到上位的控制流程，发动机I的运转停止，并且该图4的控制流程也停止。
[0073]更具体而言，在废气流量恒定为30g/s时从高温侧向低温侧变化的情况下，在废气温度260°C下停止烃L的供给，反之，在从低温侧向高温侧变化的情况下，在废气温度290°C下开始烃L的供给。这是因为，考虑了氧化催化剂单元13b的热容量，即氧化催化剂单元13b的温度的升温难度和冷却难度。
[0074]依照该第二实施方式的废气净化系统IOA和废气净化方法，除了第二实施方式的废气净化系统IOA和废气净化方法的作用效果以外，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb时，能够纳入控制时的状态的经过而判定，能够更精确地控制烃L的供给。
[0075]另外，在上述的第一和第二废气净化系统10、10A中，控制装置16、16A进一步优选地构成为:通过控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合的判定，在从判定为烃L的供给起直到开始烃L的供给之间，进行使预先设定的开始缓冲时间经过的控制，并且，在从判定为烃L的供给停止起直到停止烃L的供给之间，进行使预先设定的停止缓冲时间经过的控制。[0076]S卩，优选地，在上述的第一和第二废气净化方法中，通过控制时的废气温度与废气流量(或者吸气流量)的组合的判定，在从判定为烃L的供给起直到开始烃L的供给之间，经过预先设定的开始缓冲时间，并且在从判定为烃L的供给停止起直到停止烃L的供给之间，使预先设定的停止缓冲时间经过。
[0077]换言之，相对于废气温度，在从废气流量(或者吸气流量)成为阈值(A或B)以下起经过一定时间(开始缓冲时间)之后开始烃L的供给，在从成为阈值(A、C)以上起经过一定时间(停止缓冲时间)之后停止烃L的供给。另外，反过来说，相对于废气流量(或者吸气流量)，在从废气温度成为阈值(A或B)以上起经过一定时间(开始缓冲时间)之后开始烃L的供给，在从成为阈值(A、C)以下起经过一定时间(停止缓冲时间)之后停止烃L的供给。
[0078]通过该构成和方法，在判定控制时的状态(组合)处于活性区域Ra还是处于缺火区域Rb而进行烃L的供给开始或供给停止时，能够进行纳入了时间延迟的控制，该时间延迟考虑了燃烧所供给的烃L的氧化催化剂单元13b的热容量，能够在更合适的时机进行烃L的供给和停止。
[0079]依照上述构成的第一和第二实施方式的废气净化系统10、IOA和废气净化方法，能够防止烃L吸附于废气净化单元13a、13b，能够将废气净化单元13a、13b的温度始终维持为可控制的状态。
[0080]所以，在搭载了采用该废气净化系统10、10A的发动机I的车辆中，即使在从减速转移至加速那样的行驶时，也能够在稳定的温度状态下，进行DPF13a捕集的粒子状物质(PM)的强制再生控制、为了恢复贫NOx降低催化剂(LNT)催化剂的净化能力而伴随着空燃比富控制的强制再生控制和脱硫控制、烃选择还原型催化剂(HC-SCR催化剂)的NOx降低控制。
[0081]此外，在废气净化单元是担载了烃选择还原型催化剂的废气净化单元的情况下，预先设定的烃供给条件成为将废气G中的NOx净化的条件，用所供给的烃(HC)L将废气G中的NOx还原而净化废气G。
[0082]工业实用性
[0083]依照本发明的废气净化系统和废气净化方法，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，在预先设定的烃供给条件下，通过后喷射等而供给烃，使该烃在催化剂等废气净化单元中燃烧，使废气净化装置的净化能力恢复或者将废气净化，在这样的废气净化系统中，能够防止烃吸附于废气净化单元，能够将废气净化单元的温度始终维持为可控制的状态，因而能够用作搭载于汽车等的内燃机的废气净化系统和废气净化方法。
[0084]符号说明
[0085]I发动机(内燃机)
[0086]10U0A废气净化系统
[0087]11吸气通路
[0088]12排气通路
[0089]13废气净化装置
[0090]13a DPF 单元
[0091]13b氧化催化剂(DOC)单元[0092]14烃供给装置
[0093]15涡轮增压器
[0094]16U6A 控制装置(ECU)
[0095]A 空气
[0096]G 废气
[0097]L 烃(HC)
[0098]Ra活性区域
[0099]Rb缺火区域
[0100]Re中间区域
【权利要求】
1.一种废气净化系统，在内燃机的排气通路配置废气净化装置，并且具备控制装置，该控制装置构成为:在预先设定的烃供给条件下，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而在所述废气净化装置的上游侧供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，进行使所述废气净化装置的净化能力恢复的控制或者将废气净化的控制，该废气净化系统的特征在于， 所述控制装置， 相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或吸气流量的活性界限阈值线，该活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，该缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且， 构成为进行以下控制:在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
2.根据权利要求1所述的废气净化系统，其特征在于， 所述控制装置， 在所述活性区域与所述缺火区域的边界具有宽度地设定中间区域，将该中间区域的所述活性区域侧的边界作为供给开始阈值线，将该中间区域的所述缺火区域侧的边界作为供给停止阈值线，并 且 构成为进行以下控制: 在控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述缺火区域侧向所述活性区域侧移动时，在越过所述供给开始阈值线时判定为烃的供给而进行烃的供给， 在所述废气温度和废气流量或吸气流量的组合从所述活性区域侧向所述缺火区域侧移动时，在越过所述供给停止阈值线时判定为烃的供给停止而停止烃的供给。
3.根据权利要求1或2所述的废气净化系统，其特征在于， 所述控制装置构成为: 通过基于控制时的废气温度和废气流量或吸气流量的组合的判定，在从判定为烃的供给起直到开始烃的供给之间，进行使预先设定的开始缓冲时间经过的控制，并且 在从判定为烃的供给停止起直到停止烃的供给之间，进行使预先设定的停止缓冲时间经过的控制。
4.一种废气净化方法，在预先设定的烃供给条件下，在配置于内燃机的排气通路的废气净化装置的上游侧，通过气缸内燃料喷射的后喷射或排气通路内直接喷射而供给烃，使该烃在构成所述废气净化装置的一部分或全部的废气净化单元中燃烧，使所述废气净化装置的净化能力恢复，或者用所述废气净化装置净化废气，该废气净化方法的特征在于， 相对于该内燃机的废气温度，预先设定成为活性区域与缺火区域的边界的废气流量或吸气流量的活性界限阈值线，该活性区域是供给至所述排气通路内的烃能够在所述废气净化单元中燃烧的区域，该缺火区域是供给至所述排气通路内的烃不在所述废气净化单元中燃烧的区域，并且， 在所述烃供给条件下，求得控制时的废气温度和废气流量或吸气流量，判定该废气温度和废气流量或吸气流量的组合是处于所述活性区域还是处于所述缺火区域，在判定为处于所述活性区域的情况下，判定为烃的供给而进行烃的供给，在判定为处于所述缺火区域的情况下，判定为烃的供 给停止而停止烃的供给。
【文档编号】F02D41/04GK104011341SQ201280061267
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】长冈大治, 是永智宏 申请人:五十铃自动车株式会社
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