专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的排气净化装置，其能够通过去除排气中的有害成分而净化从内燃机释放的排气。
背景技术：
通常，这样控制内燃机在布置在排气通道中的NOx存储还原催化剂(下文中称为NOx催化剂)的NOx吸留(occlusion)量达到临界值之前，降低进气的流量并且将燃料添加到所述排气通道，由此释放和还原在所述NOx催化剂中吸留的NOx，从而恢复所述NOx催化剂的NOx吸留能力。这样的控制被称为NOx还原处理。
在公开号为2002-38939的日本专利申请中，公开了一种技术当在NOx还原处理等中添加燃料时，检测或估计排气的流量、排气的温度以及排气通道内壁的温度，从而基于这些参数估计添加的燃料的蒸发量(即，燃料雾化量)，并且考虑所述蒸发量决定燃料添加的量和正时。
另外，在公开号为H9-228869的日本专利申请中，公开了一种技术当以浓空燃比用于特定气缸和以稀空燃比用于其它气缸来操作内燃机时，用于浓气缸的燃料喷射脉冲的宽度被分成多个段，使得在燃料喷射的初始时期内具有大的颗粒尺寸的燃料的喷雾得以供应，以生产许多HC和CO来减少混合物的浓度(degree of richness)，从而减少浓气缸和稀气缸之间的输出动力的差。
在公开号为2001-41025的日本专利申请中，公开了一种技术在供应到催化剂的还原剂增加期间，所述催化剂设置在发动机的排气通道中以通过所述还原剂还原排气中的NOx，当检测到的NOx的还原度变为预定值或比预定值还要小时，暂时抑制所述还原剂的增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术，其在内燃机的排气净化装置中的排气净化能力的恢复比以往更有效。
在本发明中，采用以下结构。也就是，提供一种内燃机的排气净化装置，其通过将燃料供应到布置在内燃机的排气通道上的、用于净化排气的所述排气净化部件，来恢复所述排气净化部件的排气净化能力， 其中在将要恢复所述排气净化部件的排气净化能力的情况下， 当流入所述排气净化部件的排气的温度处于第一预定范围内时，以及当所述排气净化部件的温度处于第二预定范围内时，以使得燃料雾化度相对较低的方式执行燃料供应，并且 当流入所述排气净化部件的排气的温度低于所述第一预定范围的下限时，或者当所述排气净化部件的温度高于所述第二预定范围的上限温度时，执行燃料供应以使燃料雾化度相对较高。
在本发明中，在所述第一预定范围内的排气的温度和在所述第二预定范围内的排气净化部件的温度分别是这样的温度范围在所述的温度范围内，即使在所述排气净化部件的排气净化能力要被恢复时，所述将供应的燃料的雾化度相对较低，所述排气净化部件的排气净化能力仍能够适当地得以恢复。
根据这种结构，在正在恢复所述排气净化部件的排气净化能力的情况下，当所述排气的温度处于所述第一预定范围内时，并且当所述排气净化部件的温度处于所述第二预定范围内时，使所述供应的燃料的雾化度相对较低，因此在短时期内相对大量的燃料将到达所述排气净化部件。结果是，恢复排气净化部件的排气净化能力的、在排气净化部件内的化学反应得以在较早时间执行。因此，所述排气净化部件的排气净化能力能在较早时间恢复。
另一方面，在恢复所述排气净化部件的排气净化能力时，在所述排气的温度低于所述第一预定范围的下限温度的情况下，如果所述供应的燃料的雾化度相对较低，则很难使供应的燃料在排气净化部件中进行化学反应。因此导致这样的担心，即供应的燃料可能没有进行化学反应就经过所述排气净化部件排出了。
根据本发明的结构，当所述排气的温度低于所述第一温度范围的下限温度时，使将要添加的燃料的雾化度相对较高。结果是，较大量的燃料能够被用于化学反应，以恢复所述排气净化部件的排气净化能力。从而可能抑制所述供应的燃料没有进行化学反应就经过所述排气净化部件排出了。
另外，在正在恢复所述排气净化部件的排气净化能力的情况下，当所述排气净化部件的温度高于所述第二预定范围的上限温度时，所述供应的燃料在排气净化部件内进行化学反应变得容易。因此导致这样的担心，即当在短时期内过量燃料到达所述排气净化部件时，所述排气净化部件的温度可能过度升高。
根据本发明的结构，当所述排气净化部件的温度高于所述第二预定范围的上限温度时，使供应的燃料的雾化度相对较高。因此，所述燃料将逐渐到达所述排气净化部件。从而可能抑制所述排气净化部件的温度过度升高。
因此，以这种结构，通过依照情况改变将供应的燃料的雾化度，能更有效地恢复内燃机的排气净化装置内的排气净化能力。
此外，优选地，通过间歇地分多次执行预定量燃料的供应来使燃料的雾化度相对较高，在一个供应周期执行预定量燃料的供应和具有燃料供应非执行周期即燃料不供应的周期。
根据这个结构，能以简单的结构使得燃料的雾化度相对较高，从而可能更容易实现改变燃料雾化度。
根据本发明，在所述内燃机的排气净化装置中，可能以更有效的方式恢复所述排气净化能力。
图1所示为具有进气系统和应用了如本发明的第一实施例的排气净化装置的排气系统的内燃机的示意性结构图。
图2为根据第一实施例，在NOx还原处理中添加燃料的正时图，其中(a)是间歇添加燃料的情况，(b)是连续添加燃料的情况。
图3为根据第一实施例，在PM氧化去除处理中添加燃料的正时图，其中(a)是间歇添加燃料的情况，(b)是连续添加燃料的情况。
具体实施例方式 在下文中，将涉及本发明的特定实施例。
实施例1 在第一实施例中，将涉及本发明应用到驱动车辆的发动机的情况。图1所示为具有进气系统和如本实施例的排气系统的内燃机的示意性结构图。
图1所示的内燃机1是具有四个直列式气缸2的水冷四冲程循环柴油发动机。
进气通道2和排气通道3与内燃机1相连。涡轮增压器(增压器)4的压缩机4a安装在所述进气通道2的中间部分上。在另一方面，涡轮增压器4的汽轮机(turbine)4b安装在所述排气通道3的中间部分上。所述汽轮机4b由在排气通道3中流动的排气驱动，并且压缩机4a被促使与所述汽轮机4b一起旋转从而被驱动以便对在进气通道2中流动的进气增压。
用于对从内燃机1的每个气缸排放的排气进行净化的过滤器5安置在排气通道3中、汽轮机4b下游的位置。这里，值得注意的是所述过滤器5捕集从内燃机1中排放的颗粒物质(下文中称为PM)。NOx存储还原催化剂(下文中称为NOx催化剂)由过滤器5保持。在本实施例中，过滤器5对应于本发明的排气净化部件。
第一温度传感器6设置在紧接过滤器5的上游的位置，使得流入所述过滤器的进入的排气的温度可以由所述第一温度传感器6检测得到。在本实施例中，第二温度传感器7设置在紧接过滤器5的下游。
用于将燃料添加到在排气通道3中流动的排气中的燃料添加喷嘴8设置在排气通道3中、汽轮机4b的下游和过滤器5的上游的位置。所述燃料添加喷嘴8对应于本发明的燃料添加部件。
将用于控制内燃机1的电子控制模块(ECU)9设置为与以上述方式构造的内燃机1相连。ECU9是包括CPU、ROM、RAM、备份RAM等的控制计算机的形式。
所述第一和第二温度传感器6、7等电连接到ECU 9，从而将这些传感器的输出信号输入到ECU 9。ECU 9从所述第二温度传感器7的输出值估计过滤器5的温度。
内燃机1的燃料喷射阀、燃料添加喷嘴8等电连接到ECU 9，从而使所述燃料喷射阀、燃料添加喷嘴8等由ECU 9控制。
另外，通过依照存储在ROM内的程序使用所述燃料添加喷嘴8，ECU 9执行燃料添加。
这里，值得注意的是，燃料添加意味着在恢复过滤器5的排气净化能力的处理时间，燃料被从燃料添加喷嘴8添加到排气通道3中的排气中。伴随着所述恢复过滤器5的排气净化能力的处理，还列举有NOx还原处理、SOx中毒恢复处理、PM氧化去除处理等。
同样，值得注意的是，所述NOx还原处理是这样的处理从所述燃料添加喷嘴8添加燃料到排气中，以使得流入由过滤器5所携带的NOx催化剂中的排气的空燃比变浓，因此释放和还原在NOx催化剂中吸留的NOx。所述SOx中毒恢复处理是这样的处理从所述燃料添加喷嘴8添加燃料到排气中，以氧化由过滤器5所携带的NOx催化剂中添加的燃料，由此由于在氧化时产生的热量，过滤器5的温度升高，同时，使得流入由过滤器5所携带的NOx催化剂中的排气的空燃比变浓，因此释放和还原在NOx催化剂中吸留的SOx。所述PM氧化去除处理是与所述SOx中毒恢复处理类似的处理，其通过从所述燃料添加喷嘴8添加燃料到排气中而升高过滤器5的温度，以氧化和去除在过滤器5中捕集的PM。
在上述的NOx还原处理、SOx中毒恢复处理和PM氧化去除处理中，在具有不执行燃料添加的燃料添加非执行周期的预定时间的每个燃料添加周期中，执行从所述燃料添加喷嘴8添加燃料。如果长时间地连续执行从所述燃料添加喷嘴8添加燃料，在燃料添加周期中没有规定任何燃料添加不执行周期，则恐怕过滤器5的温度可能过度升高。因此，如上所述，通过在具有燃料添加非执行周期的每个燃料添加周期中执行燃料添加，抑制过滤器5的温度过度升高。
另外，在本实施例中，从所述燃料添加喷嘴8添加的燃料的雾化度依照燃料添加中的情况而改变。也就是，依照其情况，在添加燃料以便提供相对较高的雾化度的情况和添加燃料以便提供相对较低的雾化度的情况之间的改变。这里，燃料雾化度代表添加的燃料的颗粒尺寸水平，燃料的雾化度越高，所述燃料的颗粒尺寸越小。
在本实施例中，通过改变添加燃料频率的数目，来改变从所述燃料添加喷嘴8添加的燃料的雾化度。也就是，当使得将添加的燃料的雾化度相对较低时，从燃料添加喷嘴8连续添加在一个燃料添加周期中要添加的预定燃料量。下文中，将这样的燃料添加称为连续燃料添加。在另一方面，当使得要添加的燃料的雾化度相对较高时，在所述燃料添加周期中分四次从燃料添加喷嘴8间歇地添加在一个燃料添加周期中要添加的预定燃料量。下文中，将这样的燃料添加称为间歇燃料添加。
据此，能以更简单的结构改变燃料雾化度。
这里，基于图2所示的正时图，将涉及在NOx还原处理时间的燃料添加。图2的(a)示出了在间歇燃料添加情况下的一个添加周期，图2的(b)示出了在连续燃料添加情况下的一个添加周期。这里，值得注意的是在所述NOx还原处理中，为了释放和还原在所述NOx催化剂中吸留的NOx，执行添加燃料，以将由实线表示的混合物的A/F(空燃比)转换到比虚线表示的理论值(理论空燃比)浓的目标空燃比。
特别地，当由第一温度传感器6检测的流入过滤器5的排气的温度处于第一温度范围内时，并且当从第二温度传感器7的输出值估计的过滤器5的温度处于第二温度范围内时，在满足所述NOx还原处理需要的条件的情况下，以执行使得燃料雾化度相对较低的燃料添加的方式执行如图2(b)所示的连续的燃料添加。
这里，值得注意的是，在所述NOx还原处理中，在第一温度范围内的排气温度和在第二温度范围内的过滤器5的温度分别在这样的温度范围内在所述温度范围内，即使当将要释放和还原在由过滤器5携带的NOx催化剂中吸留的NOx时，从燃料添加喷嘴8添加的燃料的雾化度相对较低，也能以合适的方式释放和还原在所述NOx催化剂中吸留的NOx。
当所述排气的温度处于所述第一温度范围内时，并且当过滤器5的温度处于所述第二温度范围内时，使得添加的燃料的雾化度相对较较低，所以在短时期内相对大量的燃料将到达过滤器5。因此，如图2(b)所示，能在比当图2(a)所示的执行间歇燃料添加时更早的时间，将所述A/F转换为所述目标空燃比。因此，能在较早时间执行释放和还原在过滤器5中的所述NOx催化剂中吸留的NOx，以恢复过滤器5的排气净化能力，因此能在较早时间完成所述NOx还原处理。
在另一方面，当由第一温度传感器6检测的流入过滤器5的排气的温度低于所述第一温度范围的下限温度时，在满足了所述NOx还原处理需要的条件的情况下，执行图2(a)所示的间歇燃料添加，从而执行所述燃料添加以使燃料雾化度相对较高。
这里，在所述排气的温度低于所述第一温度范围的下限温度的情况下，当所述添加的燃料的雾化度相对较低时，燃料很难蒸发和雾化，所以燃料很难释放和还原在过滤器5中的NOx催化剂中吸留的NOx。因此，恐怕添加的燃料可能没有用于释放和还原在NOx催化剂中吸留的NOx就经过所述NOx催化剂排出。
然而，在本实施例中，当所述排气的温度低于所述第一温度范围的下限温度时，使得将要添加的燃料的雾化度相对较高，因此燃料相对容易蒸发和雾化，并且更大量的燃料用于释放和还原在所述NOx催化剂中吸留的NOx。因此，能将更大量的燃料用于释放和还原在所述NOx催化剂中吸留的NOx，以恢复所述NOx催化剂的NOx吸留能力。所以，可能抑制添加的燃料没有用于释放和还原在所述NOx催化剂中吸留的NOx就经过所述NOx催化剂排出。
另外，在满足了所述NOx还原处理需要的条件的情况下，当从第二温度传感器7的输出值估计的过滤器5的温度高于所述第二温度范围的上限值时，执行图2(a)所示的间歇燃料添加，从而所执行的燃料添加使得燃料雾化度相对较高。
这里，当所述过滤器5的温度高于所述第二温度范围的上限温度时，添加的燃料很容易用于释放和还原在过滤器5中的所述NOx催化剂中吸留的NOx。因此，当在短时期内大量燃料一次到达所述过滤器5时，恐怕在所述NOx催化剂中吸留的NOx的释放和还原可能促进由于随所述反应产生的热量而过度升高过滤器5的温度。
然而，在本实施例中，当过滤器5的温度高于所述第二温度范围的上限温度时，使得要添加的燃料的雾化度相对较高，所以所述燃料将逐渐到达过滤器5。因此，能抑制在所述NOx催化剂中吸留的NOx的释放和还原，并且也能抑制随所述反应而产生的热量，由此可能抑制过滤器5的温度过分升高。
这里，基于图3的正时图，将涉及在PM氧化去除处理时燃料的添加。图3(a)示出了在间歇燃料添加的情况下的一个添加周期，图3(b)示出了在连续燃料添加的情况下的一个添加周期。这里，值得注意的是，在所述PM氧化去除处理中，执行燃料添加以便通过在由过滤器5携带的NOx催化剂上的燃料的氧化反应，使得实线表示的过滤器5的温度达到虚线的目标温度。同样地，在所述SOx中毒恢复处理中，为了类似的目的执行燃料添加。
特别地，当由第一温度传感器6检测的流入过滤器5的排气的温度处于第三温度范围内时，并且当从第二温度传感器7的输出值估计的过滤器5的温度处于第四温度范围内时，在满足了所述PM氧化去除处理需要的条件的情况下，以执行燃料添加以使燃料的雾化度相对较低的方式执行图3(b)所示的连续燃料添加。
这里，值得注意的是，在所述PM氧化去除处理中，在第三温度范围内的排气温度和在第四温度范围内的过滤器5的温度分别在这样的温度范围内在所述的温度范围内，即使当燃料在过滤器5所携带的NOx催化剂上氧化时，从燃料添加喷嘴8添加的燃料的雾化度相对较低，燃料也能以合适的方式在所述NOx催化剂上氧化。
当所述排气的温度处于所述第三温度范围内时，并且当过滤器5的温度处于所述第四温度范围内时，使得添加的燃料的雾化度相对较低，因此在短时期内相对大量的燃料将到达过滤器5。结果，在由过滤器5携带的NOx催化剂上、在较早时间执行燃料的氧化反应，由此如图3(b)所示的、过滤器5的温度升高的时间能比如图3(a)所示的、执行间歇燃料添加的时间早。因此，能在较早时间执行过滤器5的温度升高，所以也能在较早时间开始所述PM氧化去除处理，因此所述PM氧化去除处理能在相应较早的时间完成。
在另一方面，当由第一温度传感器6检测的、流入过滤器5的排气的温度低于第三温度范围的下限温度时，在满足了所述PM氧化去除处理需要的条件的情况下，执行图3(a)所示的间歇燃料添加，从而所执行的燃料添加使得燃料雾化度相对较高。
这里，在所述排气温度低于所述第三温度范围的下限温度的情况下，当所述添加的燃料的雾化度相对较低时，燃料很难蒸发和雾化，所以燃料很难执行在所述NOx催化剂上的氧化反应，并且随所述反应而产生的热量也变得很难出现。结果，恐怕添加的燃料可能没有用于在所述NOx催化剂上的氧化反应就经过所述NOx催化剂排出。
然而，在本实施例中，当所述排气的温度低于所述第三温度范围的下限温度时，使得将要添加的燃料的雾化度相对较高，因此燃料相对容易蒸发和雾化，并且更大量的燃料用于在所述NOx催化剂上的氧化反应。结果，能将更大量的燃料用于在所述NOx催化剂上的氧化反应，以便恢复过滤器5的PM捕集能力，所以可能抑制所述添加的燃料没有用于在所述NOx催化剂上的氧化反应就经过所述NOx催化剂排出。
另外，在满足了所述NOx还原处理需要的条件的情况下，当从第二温度传感器7的输出值估计的过滤器5的温度高于第四温度范围的上限值时，执行图3(a)所示的间歇燃料添加，从而所执行的燃料添加使得燃料的雾化度相对较高。
这里，当过滤器5的温度高于所述第四温度范围的上限温度时，所述添加的燃料变得容易用于在过滤器5中的NOx催化剂上的氧化反应。因此，当在短时期内大量燃料一次到达过滤器5时，恐怕在所述NOx催化剂中吸留的NOx的释放和还原可能促进由于随所述反应产生的热量而过度升高过滤器5的温度。
然而，在本实施例中，当过滤器5的温度高于所述第四温度范围的上限温度时，使得要添加的燃料的雾化度相对较高，所以燃料将逐渐到达过滤器5。结果，能抑制在所述NOx催化剂上的燃料的氧化反应，并且也能抑制随所述反应产生的热量，由此可能抑制过滤器5的温度过度升高。
如上所述，在本实施例中，通过执行燃料添加同时依照其情况改变雾化度，能更有效地恢复过滤器5的排气净化能力。
另外，在本实施例中，所述燃料添加喷嘴8设置在所述汽轮机4b的下游位置，所以从所述燃料添加喷嘴8添加的燃料没有和所述排气一起被汽轮机4b搅动，其结果是由于改变添加燃料时的燃料的雾化度，使过滤器5的有利效果达到更显著的程度。
这里，上述实施例中的第一温度范围和第三温度范围对应于本发明的第一预定范围，上述实施例中的第二温度范围和第四温度范围对应于本发明的第二预定范围。
在上述实施例中，已经描述了通过改变燃料添加频率而改变燃料雾化度的例子，但是，例如，可以采用的技术通过改换使用具有不同直径的添加燃料的喷射孔的燃料添加喷嘴，或者改变将要添加的燃料的喷射压力等，并且燃料的雾化度可能需要改变的技术，所以使用这些技术的情况包括在本发明中。此外，在上述实施例中，构造为从燃料添加喷嘴将燃料添加到排气，但是本发明并不局限于此，可以通过在内燃机内的辅助喷射等来实现。
权利要求
1.一种内燃机的排气净化装置，其通过将燃料供应到布置在内燃机的排气通道上的、用于净化排气的排气净化部件，来恢复所述排气净化部件的排气净化能力，
其中在将要恢复所述排气净化部件的排气净化能力的情况下，
当流入所述排气净化部件的排气的温度处于第一预定范围内时，以及当所述排气净化部件的温度处于第二预定范围内时，执行燃料供应以使燃料的雾化度相对较低；并且
当流入所述排气净化部件的排气的温度低于所述第一预定范围的下限温度时，或者当所述排气净化部件的温度高于所述第二预定范围的上限温度时，执行燃料供应以使燃料的雾化度相对较高。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
其中，通过在执行预定量燃料供应且具有燃料供应非执行周期即燃料不供应的周期的一个供应周期中，间歇地分多次执行预定量燃料的供应来使燃料的雾化度相对较高。
全文摘要
在内燃机的排气净化装置中，提供一种可能比以往更有效地恢复排气净化能力的技术。在通过将燃料供应到布置在内燃机的排气通道上、用于净化排气的过滤器，来恢复过滤器的排气净化能力的所述内燃机的排气净化装置中，在要恢复所述过滤器的排气净化能力的情况下，当流入所述过滤器的排气的温度处于第一预定范围内时，并且当所述过滤器的温度处于第二预定范围时，如(b)中所示，执行燃料供应以使燃料的雾化度相对较低，而当流入所述过滤器的排气的温度低于所述第一预定范围的下限温度时，或者当所述过滤器的温度高于所述第二预定范围的上限温度时，如(a)中所示，执行燃料供应以使燃料的雾化度相对较高。
文档编号F01N3/02GK101151440SQ200680009998
公开日2008年3月26日 申请日期2006年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者伊藤丈和 申请人:丰田自动车株式会社