专利名称：用于内燃机的废气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来给废气添加还原剂的用于内燃机的废气净化装置。
背景技术：
乂>开号为2004-143988的日本专利申请公开了作为一种给废气添 加还原剂的技术设备，其中废气温度传感器设置在位于排气通道中的 氧化催化剂和位于紧挨着氧化催化剂的下游的粒子过滤器(particulate filter)之间，以便基于由废气温度传感器检测到的废气温度将还原剂 添加到废气中。而且，公开号为2004-44515的日本专利申请公开了一 种技术设备，其中当基于由设置在两个净化部件下游的温度检测部件 检测到的废气温度，还原剂添加部件通过控制还原剂的添加来执行温 度上升控制时，估算或检测流过两个净化部件的废气的流量Q，并且 在温度上升控制开始的时刻如果上述流量Q等于或小于预定量CQ则 不开始进行对净化部件的温度上升控制。另外，公开号为2005-120938 的曰本专利申请公开了一种技术设备，其中当通过释放和减少NOJ崔 化剂中含有的NOx来"t丸行净化NOx催化剂的处理时，通过添加阀将轻 油注入废气中以便将轻油与废气一起供应给NOx催化剂，并且在滴状 的轻油粘附到NOx催化剂的整个面积上后，废气的流量降低
发明内容
在此，注意流过排气通道内的还原剂添加位置的废气的流量或流 速以及温度可能依照内燃机在工作状态的变化而在每个气缸内或周期 内在很大程度上波动。
然而，当废气温度的变化反应在废气温度传感器的测量上时，会 产生响应时间延迟。所以废气温度传感器将可能无法捕捉到如上所述 的每个气缸内或周期内的急剧升降的温度变化。因此，在上述的传统 的技术设备中，无法以适当的方式不定期地添加还原剂。
本发明目的在于提供一种技术设备，其能够在用于内燃机的废气 净化装置中以更适当的方式执行还原剂的添加，所述废气净化装置中 包括用于将还原剂添加到在内燃机的排气通道中流动的废气中的还原 剂添加部件。
在本发明中，采用了以下结构。
即，本发明在于一种用于内燃机的废气净化装置，其具有将还原 剂添加到废气净化部件上游的废气中的还原剂添加部件，所述废气净 化部件设置在所述内燃机的排气通道中，
所述废气净化装置的特征在于，包括
气缸内压检测部件，当用于气缸的排气阀开启时，所述气缸内压 检测部件检测所述内燃机的所述气缸中的内压；
估算部件，其基于由所述气缸内压检测部件检测到的所述气缸内 压来估算经过所述排气通道中的所述还原剂添加部件的还原剂添加位 置的所述废气的流速或温度；以及添加控制部件，其基于由所述估算部件估算出的所述废气的流速 或温度来调整所述还原剂的添加量。
经过还原剂添加位置的废气的流速和温度可能在内燃机的每个气 缸内或周期内有很大程度上的变化或波动。因此，利用如废气温度传 感器的具有低响应的传感器已经很难立即检测如上所述的剧烈变化。
与此形成对照，当排气阀开启时，在气缸的排气行程上排出的废 气的流速和温度与气缸内压(气缸内的压力)相关，所以可以通过测 量在用于气缸的排气阀开启时的气缸内压立即确定(估算)废气的流 速和温度。
从而，本发明的用于内燃机的废气净化装置基于开启排气阀时的 气缸内压来估算经过还原剂添加位置的废气的流速或温度，并且基于 估算到的废气的流速或温度来调整还原剂的添加量。
据此，即使经过还原剂添加位置的废气的流速或温度在各个气缸 或各个周期中有在很大程度上的不同，也能够立即估算在从每个气缸 中排出的废气经过还原剂添加位置时的废气的流速或温度，或者是在
时的废气的流速或温度。当依照以这种方式估算出的废气的流速或温 度来调整还原剂的添加量时，还原剂的添加量变得适合于废气的流速 或温度，因此能够以更适当的方式来执行还原剂的添加。
在此，注意废气的流速和温度根据增加排气阀开启时的气缸内压 而趋向于变得更高，所以由所述气缸内压检测部件检测到所述气缸内 压越高，本发明的估算部件可以估算到经过还原剂添加位置的所述废气的流速或温度变得越高。因而，添加控制部件可以依照由估算部件 估算出的更高的废气的流速或温度来增加还原剂的添加量。
例如，当依照由估算部件估算出的增加的废气的流速或温度而增 加还原剂的添加量时，还原剂的量相对于废气的流量或量可以保持在 期望的比率。因此，通过给废气添加还原剂使废气的空燃比集中到目 标空燃比变得容易。
另外，当依照由估算部件估算出的更高的废气温度而增加还原剂 的添加量时，相对于废气的温度能够添加可蒸发的最大量的还原剂。 因此，通过利用还原剂的氧化热量使提前升高废气净化部件的温度变 得容易。
在此，注意估算部件可以估算在每一个排气行程期间排出的废气 的流速变得最大的正时，而且添加控制部件可以基于由估算部件估算 出的正时来调整还原剂的添加的正时。结果，还原剂的添加的正时变 得适合于废气的流速或温度，因此使得可以以更适当的方式来执行还 原剂的添加。
从下面结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，对于本领域 的技术人员来说本发明的上述的和其它的目标、特征和优点将变得更 清楚。
图1描绘了具有进气系统和排气系统的内燃机的示意性结构，根 据本发明的实施例的用于内燃机的废气净化装置应用于所述排气系统
上；图2为描绘了燃料添加控制中的控制程序的流程图3为显示了与燃料添加控制有关的气缸内压、废气的流速和温 度以及燃料添加状态的视图。
具体实施例方式
在下文中，将涉及本发明的具体实施例。 <第一实施例>
图1描绘了内燃机及其进气系统和排气系统的示意性结构，根据 本发明的第 一 实施例的废气净化装置应用于所述排气系统上。
图1中所示的内燃机1是具有四个气缸2的水冷四沖程周期的柴 油发动机。活塞3可滑动地装配在内燃机1的每个气缸2中。
进气口 4和排气口 5连接着限定在每个气缸2的上部的燃烧室。 进气口 4和排气口 5具有深入到燃烧室内的适于分别由进气阀6和排 气阀7进行开启和关闭的开口部。进气口 4和排气口 5分别连接着进 气通道8和排气通道9。
另外，在每个气缸2上，在气缸2的正上方的位置处安装有用于 将燃料直接喷射到相应气缸2内的燃料喷射阀10。同样，在每个气缸 2上在其上升位置处，安装有用于检测相应气缸2的内压的气缸内压传 感器11。
排气通道9在其下游端处连接着图中未显示的消声器。用于净化 从内燃机1的每个气缸2中排出的废气的过滤器12设置在排气通道9 中。过滤器12是用于收集从内燃机1排出的诸如烟灰等等的PM (粒子物质)的粒子过滤器。过滤器12支持阻塞物减少型的NOx催化剂(在 下文中称为NOx催化剂)。另外，过滤器12可以是一种具有彼此串联 设置的NOx催化剂和粒子过滤器的过滤器，或者是另一种具有一个交 替地设置在另一个之上的多个NOx催化剂和粒子过滤器的过滤器。过 滤器12对应于本发明的废气清洁或净化部件。
而且，用于将还原剂以燃料的形式供应给流过排气通道9的废气 的燃料添加阀13安装在过滤器12的上游侧处的排气通道9上。燃料 添加阀13对应于本发明的还原剂添加部件。
用于控制内燃机l的电子控制部件(ECU) 14与以上述方式构造 的内燃机1结合设置。ECU14包括含有CPU、 ROM、 RAM、备用RAM 等等的控制计算机。
ECU14通过电线连接到气缸内压传感器11，以便将单独的气缸内 压传感器11的输出信号输入到ECU14。同样，ECU14通过电线连接 到燃料喷射阀IO和燃料添加阀13，以Y更燃料喷射阀IO和燃料添加阀 13的开启和关闭的正时可以由ECU14控制。
在以一定间隔执行的基本程序中，例如ECU14执行，输入来自各 种传感器的输出信号以及发动机转速的算术计算、待供给的燃料量、 以及待供给的燃料的燃料供给正时等等。输入到ECU14的各种信号和 通过ECU14在基本程序中计算而获得的各种控制值暂时存储于ECU14 的RAM中。
此外，在由来自各种传感器和开关的信号的输入、规定的流逝时 间或来自曲轴位置传感器的脉冲信号的输入等等所触发的这种中断处理中，ECU14从RAM中读出各种控制值，并且依照这样读出的控制 值来控制燃料喷射阀IO和燃料添加阀13。
ECU14执行诸如NOx减少处理、SOx中毒恢复处理、PM氧化消 除处理等等的燃料添加控制，以便依照存储于ROM中的应用程序将燃 料添加到从燃料添加阀13流入过滤器12内的废气中。
在此，注意NOx减少处理是这样一种处理，即，将燃料从燃料添 加阀13添加到废气增大流入过滤器12内的废气的空燃比，从而释放 且减少阻塞(occluded )在过滤器12的NOx催化剂中的NOx。
SOx中毒恢复处理是这样一种处理，即，将燃料从燃料添加阀13 添加到废气以氧化过滤器12的NOx催化剂中添加的燃料，从而由于伴 随着氧化反应的热量过滤器12的温度上升到600摄氏度至800摄氏 度，并且在同时，增大流入过滤器12的废气的空燃比，从而释放和减 少阻塞在过滤器12的NOJ崔化剂中的SOx。
PM氧化消除处理是这样一种处理，即，将燃料从燃料添加阀13 添加到废气以氧化过滤器12的NOx催化剂中添加的燃料，从而通过伴 随着氧化反应的热量过滤器12的温度升高至氧化和消除收集于过滤器 12内的PM。
在此，注意废气经过在排气通道9内从燃料添加阀13添加燃料的 位置处的流速和温度依照内燃机1在工作状态下的变化而在内燃机1 的每个气缸2中有很大程度的变化。在燃料添加控制中，期望以适应
9于经过在排气通道9内从燃料添加阀13添加燃料的位置处的废气的流
速和温度的量和正时来添加燃料。
因此，在该实施例中，基于气缸内压来估算经过燃料添加位置的 废气的流速和温度，并且基于这样估算出的废气的流速和温度来调整
从燃料添加阀13燃料添加的次数或频率和燃料添加的正时。
据此，能够设置适当的或适合于估算出的经过燃料添加位置的废 气的流速和温度的燃料添加的频率和正时，所以可以以更适合的方式 来实现燃料的添加。
在NOx减少处理和SOx中毒恢复处理中，关于废气流量的燃料量 可以维持在期望比率。结果，废气的空燃比可以以高精度被降低，从 而以容易的方式将废气的空燃比集中到目标空燃比。因此，可以将废 气的空燃比相对于目标空燃比从稀侧压缩变化到浓侧，例如，即使在 瞬时工作时。
另外，在SOx中毒恢复处理和PM氧化消除处理中，过滤器12的 温度可以通过添加可以被蒸发的最大量的燃料而升高到目标温度。因 此，可能通过利用燃料的氧化热量有助于尽早升高过滤器12的温度， 并且也可能抑制燃料的不充分蒸发因而由于添加过多量的燃料而防止 温度的上升，以及由处于小滴状态的燃料到达过滤器12而导致的过滤 器堵塞。另外，还可以抑制由于添加过少量的燃料而导致的过滤器12 的不足的温度上升。在此，将参照根据基于图2中所示的流程图的实施例的用于执行
燃料添加控制的控制程序。注意这个程序预先被存储于ECU14中，并 且在这个实施例中，当内燃机1的任一个气缸2经历排气行程时执行 燃料添加的时候，该程序以周期方式执行。
首先在步骤S101中，当请求执行燃料添加控制以启动该程序的处 理时，ECU14通过气缸内压传感器11在相关的排气阀7为一个预定气 缸2开启的时刻检测相关的排气阀7为之开启的所述一个预定气缸2 的内压，所述一个预定气缸2在内燃机1的当前燃料添加控制中经历 排气行程。即，如图3 (a)中所示，在气缸2的排气行程启动之后的 瞬间立即检测气釭内压,相关的排气阀7为气缸2开启。在此，注意执 行该步骤的ECU14对应于本发明的气缸内压检测部件。然后控制流程 转移到步骤S102。
在步骤S102中，由相应气缸内压传感器11冲全测的相应排气阀7 为之开启的气缸2的内压的基础上，ECU14估算在相应排气阀7为其
过燃料添加位置的流速和温度。即，如图3 (b)中所示，在相应排气 阀7为其开启的气缸2的排气行程期间估算以凸曲线变化的废气的流 速和以直线变化的废气的温度。在此，注意ECU14执行该步骤对应于 本发明的估算部件。
所述估算出的废气的流速和温度由气缸内压映射表和最后的燃料 添加控制结果导出，而且气缸内压变得越高，废气流速变得更快，并 且废气的温度变得越高。确切地，废气的流速用以下方式进行估算， 在一个气缸2的排气行程期间流速的基本凸曲线形的变化或波动由气
ii缸内压映射表导出，并且当前流速的启始点与在最后的燃料添加控制 中估算出的流速的终点相连接。同样，废气的温度用以下方式进行估 算，在废气流速在当前燃料添加控制中变为最大时的时间点，由气缸 内压映射表导出废气的第 一温度，在废气流速在最后的燃料添加控制 中变为最大时的时间点的废气的第二温度，并且废气的温度在连接于 废气的第一温度和第二温度之间的直线上作直线变化。其后，控制流
程转移到步骤S103。
在步骤S103中，基于估算出的废气的流速和温度，ECU14计算在
燃料的频率。因此计算出的燃料添加频率是从具有废气的流速和温度 作为参数的映射表中导出的，以便提供最佳的燃料添加量，而且废气 的流速和温度越高，燃料添加频率变得越高，如图3 (c)中所示。在 此，注意ECU14纟丸行该步骤对应于本发明的添加控制部件。然后，控 制流程转向步骤S104。
在步骤S104中，ECU14以步骤S103中计算出的燃料添加频率从 燃料添加阀13向废气添加燃泮十。
在此，如图3 (b)和图3 (c)所示，注意以夹杂在废气中的待添 加的燃料在最佳时间到达过滤器12的方式，将燃料添加正时设置到以 凸曲线方式变化的废气的流速变为最大之后立即开始添加燃料的时 间，所述凸曲线在是步骤S102中估算的。此后，该程序的处理一度终 止。在其后的燃料添加控制中，在每次执行这种控制时，执行该程序 的处理。
通过以这种方式执行上述程序，可以在燃料添加控制中依照估算 出的经过燃料添加位置的废气的流速和温度以最佳方式设置燃料添加 的频率和正时，因此可以以更适当的方式来实现将燃料添加到废气中。
在此，注意在上述实施例中，通过升高和降低燃料添加的频率来 添加最佳量的燃料，但本发明不限于此，而且可以通过改变开启燃料 添加阀13的持续时间从而改变燃料添加的时间或持续时间，或者通过
改变燃料添加阀13的燃料添加压力从而改变每单位时间要添加的燃料
量，来添加最佳量的燃料。
另外，在上述实施例中，燃料添加时间唯一地被确定为当在估算 出的废气流速变为最大之后立即开始添加燃料时的时间。然而，本发 明不限于此，而且可以考虑到废气流速和温度适当地改变燃料添加时间。
根据本发明的废气净化装置不限于上述实施例，而且可以在不偏 离本发明精神的范围内有各种变化。
尽管本发明已经根据优选实施例进行了说明，但是本领域的技术 人员应当认识到本发明可以实施为在附加的权利要求书的精神和范围 内的》务改。
工业适用性根据本发明，在用于内燃机的废气净化装置中，可以以更合适的 方式执行还原剂的添加。
权利要求
1、一种用于内燃机的废气净化装置，其具有将还原剂添加到废气净化部件上游的废气中的还原剂添加部件，所述废气净化部件设置在所述内燃机的排气通道中，所述废气净化装置包括气缸内压检测部件，当用于所述内燃机的气缸的排气阀开启时，所述气缸内压检测部件检测所述气缸中的内压；估算部件，其基于由所述气缸内压检测部件检测到的所述气缸内压来估算经过所述排气通道中的所述还原剂添加部件的还原剂添加位置的所述废气的流速或温度；以及添加控制部件，其基于由所述估算部件估算出的所述废气的流速或温度来调整所述还原剂的添加量。
2、 根据权利要求1所述的用于内燃机的废气净化装置，其中，由所述气缸内压检测部件检测到的所述气缸内压越高，所述估算 部件估算的所述废气的流速或温度变得越高；并且所述添加控制部件依照由所述估算部件估算出的所述废气的更高 的流速或温度，增加所述还原剂的添加量。
3、 根据权利要求1或2所述的用于内燃机的废气净化装置，其中，所述估算部件估算在每一个排气行程期间排出的所述废气的流速 变为最大时的正时；并且所述添加控制部件基于由所述估算部件估算出的所述正时来调整 添加所述还原剂的所述正时。
全文摘要
在用于内燃机的废气净化装置中，设置有能够以更适当的方式执行将还原剂添加到废气中的技术设备。在具有燃料添加阀的用于内燃机的废气净化装置中，所述燃料添加阀将燃料添加到设置在内燃机的排气通道中的过滤器上游的废气，检测在用于气缸的排气阀开启时的内燃机气缸中的内压(S101)，并且基于检测到的气缸内压来估算经过排气通道中的燃料添加阀的燃料添加位置的废气的流速或温度(S102)。基于估算出的废气流速或温度来调整燃料的添加量(S103)。
文档编号F01N3/08GK101427009SQ20078001448
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者小川孝 申请人:丰田自动车株式会社