O₃生成装置及内燃机的排气净化系统的制作方法

专利名称：O₃生成装置及内燃机的排气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生成用于供给到内燃机的排气中的03的03生成装置及内
燃机的排气净化系统。
背景技术：
已知一种03生成装置，其通过产生等离子体来生成用于供给到内燃机 的排气中的03。在将由这样的03生成装置生成的03供给到排气中时，能 够促进排气中的NO的氧化，使NO向N02变换。相比于NO， N02更容 易被吸藏到吸藏还原型NOx催化剂(以下，简称为NOx催化剂)中。因 此，在内燃机的排气通路设置有NOx催化剂的情况下，使排气中的NO向 N02变换，由此能够促进NOx催化剂中的NOx的吸藏。
另外，在内燃机的排气通路设置有捕集排气中的粒子状物质 (Particulate Matter:以下，称为PM)的掷4立过滤器(以下，简称为过 滤器)的情况下，当在除去过滤器所捕集到的PM时将由03生成装置生成 的03供给到过滤器时，能够促进过滤器所捕集到的PM的氧化。
日本特开2006 - 257948号^^艮〃^开了通过电场的作用4吏排气中的PM 吸附于蜂窝状构造体的技术。另外，在该日本特开2006 - 257948号公才艮中 公开了如下技术由包括放电器和脉冲电池(pulse battery)而构成的03 生成装置生成03,将该03作为氧化促进剂供给到蜂窝状构造体。
在日本特开2004 - 353619号公报中公开了如下技术由通过产生等离 子体而得到的03使排气中的NO变换为N02，并且由N02催化剂将N02 还原为N2。另外，在日本特开2001 - 73748号公报中公开了在NOx催化 剂低温时使N02增量的技术。

发明内容
在由03生成装置生成03的情况下，为了产生等离子体而消耗电力。
因此，可能会引起燃料经济性的恶化。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制燃料经济性的恶化、并生成用
于供给到内燃机的排气中的o3的技术。
本发明的o3生成装置是一种通过产生等离子体来生成用于供给到内 燃机的排气中的03的03生成装置，其特征在于，在所述内燃机的运行状
态为内燃机负荷下降的减速运行状态时生成o3。
在内燃机的运行状态为减速运行状态时，即使消耗电力也难以导致燃 料经济性的恶化。因此，根据本发明，能够抑制燃料经济性的恶化、并生 成用于供给到内燃才几的排气中的o3。
本发明可以应用于混合动力车辆所搭栽的内燃机，该混合动力车辆能 够选择内燃机的输出与电动发电机的输出之中的任一方或双方来作为驱动 力。在该情况下，可以在内燃机的运行状态为内燃机负荷下降的减速运行 状态时，使用由电动发电机发电产生的电力来产生等离子体。
如此，能够在本发明被应用于混合动力车辆所搭栽的内燃机的情况下， 进一步抑制燃料经济性的恶化。
另外，在上述情况下，可以在内燃机的运行状态为内燃机负荷下降的 减速运行状态时，在电池的充电量多于预定充电量的情况下，使用由电动 发电机发电产生的电力来产生等离子体。
在此，预定充电量是在电池的充电量为该预定充电量以下的情况下能 够判断为电池的充电量过少的阔值以上的值。
由此，在电池的充电量为预定充电量以下的情况下，由电动发电才几发 电产生的电力被供给到电池，使电池的充电量增加。因此，能够抑制电池 的充电量变为过少的量。
本发明的内燃机的排气净化系统，可以具备:上述那样的03生成装置； 储存由该03生成装置生成的03的03储存装置；和设置于内燃机的排气通路的NOx催化剂。在该情况下，可以在内燃机的运行状态为内燃机负荷上 升的加速运行状态时，将储存于03储存装置的03供给到在比NOx催化剂 更靠上游一侧的排气通路中流过的排气中。
在内燃机的运行状态为加速运行状态时，从内燃机排出的NOx增加。 即，排气中的NO增加。在内燃机的运行状态为加速运行状态时，将储存 于03储存装置的03供给到在比NOx催化剂更靠上游一侧的排气通路中流 过的排气中，由此能够促进增加的NO向N02的变换。由此，能够促进 NOx催化剂中的NOx的吸藏。因此，才艮据上述排气净化系统，能够抑制 内燃机的运行状态为加速运行状态时的向大气中的NO的排放。
在内燃机的运行状态为加速运行状态时，内燃机的内燃机负荷的上升 速度越高，则排气中的NO量越多。另外，NOx催化剂的温度越低，则 NO越难以^皮吸藏于该NOx催化剂。
于是，在上述排气净化系统中，内燃机的内燃机负荷的上升速度越高、 或者NOx催化剂的温度越低，可以越增加向排气中供给的03的供给量。
向排气中供给的03的供给量越多，则越促进排气中的NO向N02的 变换。因此，根据以上所述，能够进一步抑制内燃机的运行状态为加速运 行状态时的向大气中的NO的排放。
另外，本发明的内燃机的排气净化系统，可以具备上述那样的03 生成装置；储存由该03生成装置生成的03的03储存装置；和设置于内燃 机的排气通路、并捕集排气中的PM的过滤器。在该情况下，可以在除去 过滤器所捕集到的PM时，将储存于03储存装置的03供给到过滤器。
通过向过滤器供给03，能够促进该过滤器中的PM的氧化。因此，根 据上述排气净化系统，能够促进从过滤器除去PM。
也进行过滤器所捕集到的PM的除去。
于是，在上述排气净化系统中，当在内燃机的运行状态为内燃机负荷 下降的减速运行状态时除去过滤器所捕集到的PM时，可以不使由03生成 装置生成的03储存于所述03储存装置而将其供给到过滤器。
由此，即使在内燃机的运行状态为减速运行状态时进行过滤器所捕集到的PM的除去的情况下，也能够促进PM的除去。


图1是表示实施例1的内燃机的进排气系统的概略结构的图。
图2是表示由实施例1的03生成装置进行的03生成程序的流程图。
图3是表示实施例1的NOx吸藏促进控制的程序的流程图。
图4是表示实施例2的内燃机的进排气系统的概略结构的图。
图5是表示实施例2的过滤器再生控制的程序的流程图。
图6是表示实施例3的内燃机的进排气系统的概略结构的图。
M实施方式
以下，根据附图对本发明的03生成装置和内燃机的排气净化系统的具 体实施方式进行说明。 <实施例1>
<内燃机的进排气系统的概略结构>
在此，举例说明将本发明应用于车辆驱动用的柴油发动机的情况。图 1是表示本实施例的内燃机的进排气系统的概略结构的图。
内燃机1是车辆驱动用的柴油发动机。在该内燃机1上连接有进气通 路3和排气通路2。进气通路3上设置有节气门16。排气通路2上设置有 NOx催化剂4。另外，在比NOx催化剂4更靠下游一侧的排气通路2上设 置有过滤器5。
在比NOx催化剂4更靠上游一侧的排气通路2上i殳置有向排气中添加 燃料作为还原剂的燃料添加阀6。在排气通路2中的NOx催化剂4与过滤 器5之间设置有检测排气的温度的温度传感器17。
在本实施例中，在排气通路2的附近设置有03生成装置7，该03生 成装置7生成用于供给到在排气通路2中流过的排气中的03。 03生成装 置7中具备产生等离子体的等离子体产生装置8。该等离子体产生装置8 通过从电池9施加电压来产生等离子体。在03生成装置7上连接有第一连通路11的一端，第一连通路ll的另 一端连接于比NOx催化剂4更靠上游一侧的排气通路2。在第一连通路11 上设置有第一阀门14。通过打开第一阀门14，第一连通路ll开通，由此 排气的一部分,皮导入到03生成装置7。并且，通过在03生成装置7内由 等离子体产生装置8产生等离子体，从而'M排气中的02，其结果生成 03。通过控制第一阀门14的开度，能够控制导入到03生成装置7的排气 的量。
在03生成装置7上连接有第二连通路12的一端，第二连通路12的另 一端连接于用于储存03的03箱10。由此，03生成装置7中生成的03经 由第二连通路12被导入到03箱10,并被储存于03箱10中。在本实施例 中，03箱10相当于本发明的03储存装置。
在03箱10上连接有第三连通路13的一端，第三连通路13的另一端 连接于排气通路2中的比NOx催化剂4更靠上游的一侧。在第三连通路 13上连接有第二岡门15。通过打开第二阀门15，第三连通路13开通，由 此，储存于03箱10的03被供给到在排气通路2中流过的排气中。通过控 制第二阀门15的开度，能够控制供给到排气中的03的量。
在如上所述那样构成的内燃机l上同时设置有用于控制该内燃机l的 电子控制单元(ECU) 20。在ECU20上电连接有温度传感器17、曲轴位 置传感器18、加速踏板开度传感器19。并且，这些传感器的输出信号被输 入到ECU20。
曲轴位置传感器18是检测内燃机1的曲轴转角的传感器。加速踏板开 度传感器19是检测搭载有内燃机1的车辆的加速踏板开度的传感器。 ECU20根据曲轴位置传感器18的输出值来算出内燃机l的内燃机转速， 根据加速踏板开度传感器19的输出值来算出内燃机1的内燃机负荷。另外， ECU20根据温度传感器17的输出值来推定NOx催化剂4的温度。
另外，在ECU20上电连接有节气门16、燃料添加阀6、电池9、第一 阀门14、第二阀门15、内燃才几l的燃料喷射阀。这些装置通过ECU20来 控制。<03生成方法>
在此，根据图2所示的流程图来说明本实施例的、用于在03生成装置 7中生成03的03生成程序。本程序被预先设定于ECU20中，在内燃机1 的运行中按预定的间隔被执行。
在本程序中，ECU20首先在S101中判断内燃机1的运行状态是否为 内燃机负荷下降的减速运行状态。在S101中，在作为了肯定判定的情况下， ECU20 ii7v到S102，在作出了否定判定的情况下，ECU20暂时结束本程 序的执行。
在S102中，ECU20判断电池9的充电量Vb是否多于第一预定充电 量Vbl。在此，第一预定充电量Vbl是能够判断为如下情况的阈值，该情 况为当进行基于03生成装置7的03的生成时，电池9的充电量Vb可 能变为过少的量。第一预定充电量Vbl基于实验等来确定。在S102中， 在作出了肯定判定的情况下，ECU20进入到S103，在作出了否定判定的 情况下，ECU20暂时结束本程序的执行。
在S103中，ECU20打开第一阀门14。由此，在排气通路2中流过的 排气的一部分经由第一连通路11被导入到03生成装置7。
接下来，ECU20 i^到S104，通过从电池9向等离子体产生装置8 施加电压，从而在03生成装置7内产生等离子体。由此，在03生成装置 7内生成03。生成的03经由第二连通路12被导入到03箱10，并储存于 03箱10。然后，ECU20暂时结束本程序的执行。
在上述说明的程序中，在内燃机l的运行状态为减速运行状态时，使 用电池9的电力来生成03。在内燃机l的运行状态为减速运行状态时，即 使消耗电力也难以导致燃料经济性的恶化。因此，根据本实施例，能够抑 制燃料经济性的恶化、并生成用于供给到内燃机1的排气中的03。
<NOx吸藏促进控制>
当03被供给到排气中时，促进排气中的NO的氧化，促i4A NO向 N02的变换。N02比NO易于被NOx催化剂4吸藏。因此，通过促ii^ NO向N02的变换，能够促进NOx催化剂4中的NOx的吸藏。
9在此，根据图3所示的流程图来对本实施的用于促进NOx催化剂4 中的NOx的吸藏的NOx吸藏促进控制的程序进行i兌明。本程序4皮预先存 储于ECU20，在内燃机l的运行中，按预定的间隔重复。
在本程序中，ECU20首先在S201中判断内燃才几1的运行状态是否为 内燃机负荷上升的加速运行状态。在S201中，在作出了肯定判定的情况下， ECU20 iiA到S202,在作出了否定判定的情况下，ECU20暂时结束本程 序的执行。
在S202中，ECU20算出内燃机1的内燃机负荷的上升速度Vqf。
接下来，ECU20根据内燃机1的内燃机负荷的上升速度Vqf来算出来 自内燃机1的NOx的排出量Qnox。内燃机1的内燃机负荷的上升速度Vqf 越高，则来自内燃机l的NOx的排出量Qnox越多。可以基于实验等来求 出内燃机l的内燃机负荷的上升速度Vqf与来自内燃机1的NOx的排出 量Qnox的关系，并作为映射(map)预先存储于ECU20。
接下来，ECU20 ^到S204，根据温度传感器17的输出值来推定 NOx催化剂4的温度Tc。
接下来，ECU20 ii^到S205,根据NOx催化剂4的温度Tc来算出 能够吸藏于该NOx催化剂4的NOx量Qs。 NOx催化剂4的温度Tc越低， 则能够吸藏于该NOx催化剂4的NOx量Qs越少。可以基于实验等来求 出NOx催化剂4的温度Tc与能够吸藏于该NOx催化剂4的NOx量Qs 的关系，并作为映射预先存储于ECU20。
接下来，ECU20 ii^到S206,判断来自内燃机1的NOx的排出量 Qnox是否多于能够吸藏于该NOx催化剂4的NOx量Qs。在S206中，在 作出了肯定判定的情况下，ECU20进入到S207，在作出了否定判定的情 况下，ECU20暂时结束^f呈序的执行。
已近入到S207的ECU20,设定在后述的S208中打开了第二阀门15 时的第二阀门15的目标开度Dvt。当打开第二阀门15时，储存于03箱10 的03经由第三连通路13被供给到在比NOx催化剂4更靠上游一侧的排气 通路2中流过的排气中。此时，第二阀门15的开度Dv越大，则供给到排气中的03越多。
如以上所述，内燃机l的内燃机负荷的上升速度Vqf越高，则来自内 燃机1的NOx的排出量Qnox越多。另夕卜，NOx催化剂4的温度Tc越低， 则能够吸藏于该NOx催化剂4的NOx量Qs越少。于是，在S207中，内 燃机l的内燃机负荷的上升速度Vqf越高、或者NOx催化剂4的温度Tc 越低，则ECU20将第二阀门15的目标开度Dvt设定为越大的值。内燃机 1的内燃机负荷的上升速度Vqf以及NOx催化剂4的温度Tc、与第二阀 门15的目标开度Dvt的关系基于实验等来确定，并作为映射预先存储于 ECU20。
接下来，ECU20iiX到S208，打开第二阀门15,将第二阀门15的开 度Dv控制为目标开度Dvt。由此，03被供给到在比NOx催化剂4更靠上 游一侧的排气通路2中流过的排气中。然后，ECU20暂时结束本程序的执行。
在内燃机1的运行状态为加速运行状态时，从内燃机1排出的NOx 增加。即，排气中的NO增加。根据上述说明的程序，在内燃机l的运行 状态为加速运行状态时，在来自内燃机1的NOx的排出量Qiiox多于能够 吸藏于NOx催化剂4的NOx量Qs的情况下，^ft存于03箱10的03被供 给到在比NOx催化剂4更靠上游一侧的排气通路2中流过的排气中。由此， 能够促进增加的NO向N02的变换，其结果，能够促进NOx催化剂4中 的NOx的吸藏。因此，根据本实施例，能够抑制内燃机l的运行状态为加 速运行状态时的向大气中的NO的排放。
另外，根据上述程序，在将03供给到在比NOx催化剂4更靠上游一 侧的排气通路2中流过的排气中的情况下，内燃机l的内燃机负荷的上升 速度Vqf越高、或者NOx催化剂4的温度Tc越低，则越增加向排气中的 03的供给量。向排气中供给的03的供给量越多，则越能够促进排气中的 NO向N02的变换。因此，根据本实施例，能够进一步抑制内燃机l的运 行状态为加速运行状态时的向大气中的NO的排放。
<实施例2>图4是表示本实施例的内燃机的进排气系统的概略结构的图。在本实 施例中，03生成装置7上连接有第四连通路21的一端，第四连通路21的 另一端连接于排气通路2中的比NOx催化剂4更靠上游的一侧。第四连通 路21上设置有笫三阀门22。
当在03生成装置7中生成03时第三岡门22被打开时，笫四连通路 21开通，03生成装置7中生成的03被供给到在排气通路2中流过的排气 中。通过控制第三阀门22的开度，能够控制供给到排气中的03的量。第 三阀门22被电连接于ECU20，通过ECU20来控制。因为以上几点以外的 结构与实施例1的内燃机的进排气系统的概略结构相同，所以在同样的构 成要素上标记同样的参照符号而省略其说明。
在本实施例中，也通过与实施例1同样的方法在03生成装置7中生成o3。
<过滤器再生控制>
在此，基于图5所示的流程图来对本实施例的、用于除去过滤器5所 捕集到的PM的过滤器再生控制的程序进行说明。本程序被预先存储于 ECU20，按预定的间隔被重复执行。
在本程序中，ECU20首先在S101中判断过滤器再生控制的执行M 是否成立。在此，在过滤器5中的PM的捕集量变为预定捕集量以上时、 或者内燃机l中的燃料喷射量的累计值变为预定值以上时，可以判断为过 滤器再生控制的执行条件成立。在该情况下，预定捕集量或预定值是比能 够判断为如下情况的阈值小的值，该情况为比过滤器5更靠上游一侧的 排气通路2内的背压可能变得过高。在S301中，在作出了肯定判定的情况 下，ECU20 it^到S302，在作出了否定判定的情况下，ECU20暂时结束 林序的执行。
在S302中，ECU20判断内燃机1的运行状态是否为内燃机负荷减少 的减速运行状态。在S302中，在作出了肯定判定的情况下，ECU20i€/v 到S303，在作出了否定判定的情况下，ECU20 it^到S305。
已iiX到S303的ECU20，判断电池9的充电量Vb是否 于笫一预定充电量Vbl。在此，第一预定充电量Vbl与图2所示的03生成程序的 流程图中的第一预定充电量Vbl相同。即，第一预定充电量Vbl是判断是 否执行由03生成装置7进行的03的生成的阈值。如上所述，在内燃机1 的运行状态为减速运行状态下，当电池9的充电量Vb比第一预定充电量 Vbl多时，执行由03生成装置7进行的03的生成。在S303中，在作出 了肯定判定的情况下，ECU20ii^到S304，在作出了否定判定的情况下， ECU20暂时结束本程序的执行。
在S304中，ECU20打开笫三阀门22。由此，在03生成装置7中生 成的03经由第四连通路21被供给到在比NOx催化剂4更靠上游一侧的排 气通路2中流过的排气中。并且，03与排气一同被供给到过滤器5。然后， ECU20暂时结束本程序的执行。
另一方面，已ii7v到S305的ECU20打开第二阀门15。由此，储存于 03箱10中的03被供给到在比NOx催化剂4更靠上游一側的排气通路2 中流过的排气中。并且，03与排气一同被供给到过滤器5。然后，ECU20 暂时结束本艰序的执行。
根据上述说明的程序，在执行过滤器再生控制时，在内燃机l的运行 状态为减速运行状态、且正在进行由03生成装置7进行的03的生成时， 不将03生成装置7中生成的03储存于03箱10而将其供给到过滤器5。 另外，在执行过滤器再生控制时，在内燃机l的运行状态不是减速运行状 态时，将储存于03箱10中的03供给到过滤器5。
当03被供给到过滤器5时，促进该过滤器5中的PM的氧化，因此， 根据本实施例，能够促进从过滤器5中除去PM。
需说明的是，在本实施例的过滤器再生控制中，可以从燃料添加阀6 向排气中添加燃料。在该情况下，添加到排气中的燃料在NOx催化剂4 中被氧化，利用此时产生的氧化热使过滤器5升温。其结果，促进过滤器 5中的PM的氧化。并且，在这样的情况下，在执行过滤器再生控制时， 也与上述同样地，将03供给到过滤器5。由此，能够进一步促进过滤器5 中的PM的氧化。
13<实施例3>
图6是本实施例的内燃机的进排气系统的概略结构图。在本实施例中，内燃机1被搭栽于能够选择该内燃机1的输出与电动发电机23的输出之中的任一方或双方来作为驱动力的混合动力车辆。电动发电机23与电池9电连接。另外，能够由电动发电机23向03生成装置7的等离子体产生装置8施加电压。电动发电机23与ECU20电连接，通过ECU20进行控制。因为以上几点以外的结构与实施例1的内燃机的进排气系统的概略结构相同，所以在同样的构成要素上标记同样的参照符号而省略其说明。
<03生成方法>
在此，对本实施例的03生成装置7进行的03的生成方法进行说明。在本实施例中，在内燃机l的运行状态为减速运行状态时，通过电动发电机23进行发电。于是，在本实施例中，在内燃机l的运行状态为减速运行状态时电池9的充电量多于笫二预定充电量的情况下，从电动发电机23向03生成装置7的等离子体产生装置8施加电压，由此产生等离子体，从而生成03。
在此，第二预定充电量是在电池9的充电量为该第二预定充电量以下的情况下能够判断为电池9的充电量过少的阈值以上的值。
根据本实施例，使用由电动发电机23发电产生的电力来生成03。能够进一步抑制由03的生成引起的燃料经济性的恶化。
需说明的是，在本实施例中，在内燃机l的运行状态为减速运行状态时电池9的充电量为第二预定充电量以下的情况下，由电动发电机23发电产生的电力被供给到电池9。由此，能够抑制电池9的充电量变为过少的量。
在本实施例中，也能进行与实施例1同样的NOx吸藏促进控制和与实施例2同样的过滤器再生控制。
在上述实施例1至3中，虽然举例说明了通过将排气导入03生成装置7、将排气中的02变换为03来生成03的情况，但是也可以采用不是向03生成装置7导入排气而是向其导入外部气体(空气)的结构。在该情况下，通过将外部气体(空气)中的02变换为03来生成03。
另外，在上述实施例1至3中，也可以采用使03生成装置7和03箱
IO成为一体的结构。
上述实施例1至3在可能的范围内可以进行组合。
根据本发明，能够抑制燃料经济性的恶化、并且生成用于供给到内燃
机的排气中的03。
1权利要求
1.一种O3生成装置，该O3生成装置通过产生等离子体来生成用于供给到内燃机的排气中的O3，其特征在于，在所述内燃机的运行状态为内燃机负荷下降的减速运行状态时生成O3。
2. 根据权利要求1所述的03生成装置，其特征在于，所述内燃;tM皮搭载于能够选择该内燃机的输出与电动发电机的输出之 中的任一方或双方来作为驱动力的混合动力车辆，在所述内燃机的运行状态为内燃机负荷下降的减速运行状态时，使用 由所述电动发电机发电产生的电力来产生等离子体，从而生成03。
3. 根据权利要求2所述的03生成装置，其特征在于，在所述内燃机的运行状态为内燃机负荷下降的减速运行状态时，在电 池的充电量多于预定充电量的情况下，使用由所述电动发电机发电产生的 电力来产生等离子体，从而生成03。
4. 一种内燃机的排气净化系统，其特征在于，具备 权利要求1至3的任一项所述的03生成装置； 03储存装置，其储存由该03生成装置生成的03;和 设置于所述内燃机的排气通路的吸藏还原型NOx催化剂， 在所述内燃机的运行状态为内燃机负荷上升的加速运行状态时，将储存于所述03储存装置的03供给到在比所述吸藏还原型NOx催化剂更靠上 游一侧的排气通路中流过的排气中。
5. 根据权利要求4所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于， 所述内燃机的内燃机负荷的上升速度越高、或者所述吸藏还原型NOx催化剂的温度越低，越增加向排气中供给的03的供给量。
6. —种内燃机的排气净化系统，其特征在于，具备 权利要求1至3的任一项所述的03生成装置； 03储存装置，其储存由该03生成装置生成的03;和微粒过滤器，其被设置于所述内燃机的排气通路，并捕集排气中的粒 子状物质，在除去所述孩史粒过滤器所捕集到的粒子状物质时，将储存于所述o3储存装置的o3供给到所述孩t粒过滤器。
7.根据权利要求6所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述孩t粒过滤器所捕集到的粒子状物质时，不^f吏由所述03生成装置生成的 03储存于所述03储存装置而将其供给到所述微粒过滤器。
全文摘要
本发明的目的在于抑制燃料经济性的恶化、并且生成用于供给到内燃机的排气中的O₃。本发明的O₃生成装置是通过产生等离子体来生成用于供给到内燃机的排气中的O₃的O₃生成装置，在内燃机的运行状态为内燃机负荷下降的减速运行状态时生成O₃。
文档编号F01N3/08GK101668930SQ20088001374
公开日2010年3月10日 申请日期2008年4月11日 优先权日2007年4月27日
发明者广田信也, 辻本健一 申请人:丰田自动车株式会社