内燃机的排气处理装置及排气处理方法
【专利摘要】在将用于使排气扩散到催化转换器的整个区域的通风窗构件装入到排气通路内的情况下，排气的流动阻力增大，而且到内燃机的预热结束为止的时间变长，油耗升高。本发明的内燃机的排气处理装置具备排气处理部(21、22)、排气剥离区域(Z1、Z2)和等离子促动器(23、31)，所述排气处理部配置在发动机(10)的排气通路(18a)内，所述排气剥离区域(Z1、Z2)是使沿划分出排气通路的壁面(18e)部分流动的排气从该壁面部分剥离的区域，通所述等离子促动器配置在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分，用于产生沿该壁面部分的向排气处理部侧去的气流。
【专利说明】
内燃机的排气处理装置及排气处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于处理从内燃机排出的排气的装置及方法。
【背景技术】
[0002]当想要使车辆小型化时，搭载在车辆中的辅机类的设置空间产生制约，各种配管路径等也不得不被大幅压曲。例如，由于在对从搭载于车辆的内燃机排出的排气进行引导的排气通路中紧密地配置有增压器的排气涡轮、排气净化装置的催化转换器和消声器等，所以产生使连接这些构件的排气管大幅压曲的需要。
[0003]另外，排气净化装置的催化转换器的通路截面积有时也会达到排气管的通路截面积的数倍左右，以提高排气的净化效率。为了使这种催化转换器的净化性能最大程度地有效，需要使流入到这种催化转换器中的排气扩散到催化转换器的端面的整个区域，降低排气的空间速度。因此，收容催化转换器的大径的壳体与连接于该壳体的小径的排气管，借助排气扩散用的称作圆锥部的锥形构件连结。
[0004]但是，随着上述的车辆的小型化，锥形构件的尺寸处于变得极短的倾向。另外，在催化转换器中通过的排气的流动方向与从排气管流入到该锥形构件中的排气的流动方向有很大不同的情况也不少。在这种情况下，从小径的排气管经由锥形构件沿排气通路的壁面向催化转换器流动的排气，在排气管与锥形构件的连接部分会从排气通路的壁面剥离。结果，在锥形构件中通过的排气不怎么扩散地只流入到催化转换器的一部分的区域内，无法使该催化转换器的净化性能最大程度地有效。
[0005]为了消除这种不良，在专利文献I中提出了一种在成为催化转换器的入口侧的排气管内装入通风窗构件，强制性地使排气的流动方向扩散的技术。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2012 —193719号公报
[0009]专利文献2:日本特开2012 —180799号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011]在专利文献I公开那种将通风窗构件装入到排气通路中的情况下，通路阻力增大，而且在进行内燃机的预热时通风窗构件将排气中所含的热吸收，结果，到预热结束为止的时间延长，导致油耗增加。
[0012]本申请公开的一个方面在于，可以提供一种虽然是从排气管朝向催化转换器的排气的流动方向急剧压曲的那种结构，但不会像专利文献I那样增大通路阻力地能使排气扩散到催化转换器的整个区域的排气处理装置。
[0013]另外，本申请公开的另一方面可以提供一种即使在因排气管的急剧的压曲而使朝向排气处理部的排气的流入量减少的那种情况下，仍能够不增大通路阻力地至少阻止排气流入量的减少的排气处理装置。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]本申请公开的一个技术方案在于，内燃机的排气处理装置具备排气处理部、排气剥离区域和等离子促动器，上述排气处理部配置在内燃机的排气通路内，上述排气剥离区域是使沿划分出上述排气通路的壁面部分流动的排气从该壁面部分剥离的区域，通过使排气从该排气剥离区域内的排气通路的壁面部分剥离，相对于所述排气处理部使排气不均衡地流入或使流入量减少，上述等离子促动器配置在该排气剥离区域内的排气通路的壁面部分，用于产生沿该壁面部分的朝向上述排气处理部侧的气流。
[0016]在本申请公开中，当等离子促动器工作时，沿排气剥离区域内的排气通路的壁面部分向排气处理部侧产生气流。根据本申请公开的一个实施方式，由此，沿排气剥离区域内的排气通路的壁面部分流动的排气被该气流拖拽而不会从排气通路的壁面部分剥离地流动，以扩散状态流入排气处理部而抑制排气不均衡地流入排气处理部。根据本申请公开的另一个实施方式，使朝向排气处理部的排气的流入量的减少得到抑制。
[0017]在根据本申请公开的内燃机的排气处理装置中，排气剥离区域处的排气通路的壁面部分的沿排气的流动方向的截面形状可以包含凸弯曲面。
[0018]内燃机的排气处理装置可以还具备用于取得在排气通路流动的排气的流量的部件以及用于控制对等离子促动器的输入能量量的控制器，排气处理部具有用于净化排气的催化转换器，取得的排气的流量越多，控制器将对等离子促动器的输入能量量控制为越大。在该情况下，内燃机的排气处理装置优选还具有用于取得催化转换器的温度的部件，在取得的催化转换器的温度为活性下限温度以上的情况下，控制器对等离子促动器输入能量。另外，作为被输入到等离子促动器的能量量的控制形态，能够举出外加电压和驱动频率的变更等能量量变化的形态。
[0019]排气处理部可以具有用于净化排气的催化转换器，该内燃机的排气处理装置还具备用于取得催化转换器的温度的部件以及用于控制对等离子促动器的输入能量量的控制器，在取得的催化转换器的温度为活性下限温度以上的情况下，该控制器对等离子促动器输入能量。
[0020]优选在取得的催化转换器的温度为上限温度以下的情况下，控制器对等离子促动器输入能量。另外，这里所说的催化转换器的上限温度是指不会发生由热引发的催化转换器的劣化和熔损等那样的最高温度。因而，可以理解成当超过该上限温度时，开始发生催化转换器的劣化和熔损等。
[0021]可以在催化转换器形成有沿排气的流动方向将催化转换器的一部分包围的筒状的隔热分隔部。被该隔热分隔部包围的区域优选包含通过使排气从排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离而使排气不均衡地流入的区域。在取得的催化转换器的温度低于活性下限温度的情况下，可以将排气的大部分引导到被隔热分隔部包围的区域。在该情况下，优选使隔热分隔部的沿排气的流动方向的长度比催化转换器的沿排气的流动方向的长度短，隔热分隔部的沿排气的流动方向的上游侧端部位于催化转换器的沿排气的流动方向的上游侧端部。
[0022]另外，在本说明书中，在没有特别限定的情况下，“上游”或“上游侧”的描述指靠近内燃机的燃烧室的一方，相反“下游”或“下游侧”的描述指远离内燃机的燃烧室的一方。
[0023]可以利用空气层形成隔热分隔部。
[0024]优选取得的催化转换器的温度是与利用排气剥离区域使来自小径部的排气不均衡地流入的区域不同的区域的温度。
[0025]优选内燃机的排气处理装置还具有用于捕捉排气中所含的微粒的微粒过滤器，该微粒过滤器配置在比催化转换器靠下游侧的位置。
[0026]在由沿排气的流动方向延伸的分隔壁分支成两个部分的其中一方的排气通路内配置有排气处理部，该排气处理部可以包含排热回收器，上述排热回收器用于使在一方排气通路流动的排气与内燃机的冷却水之间进行热交换。在该情况下，排气剥离区域位于排气通路的分支部分，通过使排气从该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离，减少朝向一方排气通路的排气的流入量。另外，内燃机的排气处理装置优选还具备取得内燃机的冷却水的温度的水温传感器，在取得的冷却水的温度低于预先设定的温度的情况下，控制器对等离子促动器输入能量。
[0027]优选将沿与分隔壁垂直的方向的、从划分出一方排气通路的壁面部分到分隔壁的间隔，设定为比沿与分隔壁垂直的方向的、从划分出一方排气通路的壁面部分到划分出即将分支前的排气通路的壁面的间隔短。
[0028]可以沿排气通路串联配置多个排气处理部，上游侧的排气处理部含有上述的催化转换器，下游侧的排气处理部含有上述的排热回收器。
[0029]本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法，其特征在于，具有排气剥离区域，对于沿着划分出比用于净化来自内燃机的排气的催化转换器靠上游侧的排气通路的壁面部分流动的排气，上述排气剥离区域使该排气从该壁面部分剥离，从而使排气不均衡地流入到上述排气处理部，在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分配置用于生成沿该排气通路的壁面的气流的等离子促动器，来抑制排气的从该排气通路的壁面的剥离，上述内燃机的排气处理方法具备:取得上述催化转换器的温度的步骤以及在取得的催化转换器的温度为该催化转换器的活性下限温度以上的情况下对上述等离子促动器输入能量的步骤。
[0030]本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法，其特征在于，具有排气剥离区域，对于沿着划分出比用于净化来自内燃机的排气的催化转换器靠上游侧的排气通路的壁面部分流动的排气，上述排气剥离区域使该排气从该壁面部分剥离，从而使排气不均衡地流入到上述催化转换器，在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分配置用于生成沿该排气通路的壁面的气流的等离子促动器，来抑制排气从该排气通路的壁面剥离，上述内燃机的排气处理方法具备取得排气流量的步骤以及取得的排气流量越多将越大的能量施加给上述等离子促动器而使排气以扩散的状态流入上述催化转换器的步骤。
[0031]在本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法中，优选取得催化转换器的温度，在取得的催化转换器的温度为该催化转换器的活性下限温度以上的情况下，执行使排气以扩散的状态流入催化转换器的步骤。
[0032]排气剥离区域内的排气通路的壁面部分的沿排气的流动方向的截面形状可以包含凸弯曲面。
[0033]也可以在催化转换器形成有沿排气的流动方向将催化转换器的一部分包围的筒状的隔热分隔部。被该隔热分隔部包围的区域是通过使排气从排气剥离区域内的排气通路的壁面部分剥离而使排气不均衡地流入的区域。
[0034]本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法，其特征在于，排气通路由沿排气的流动方向延伸的分隔壁分支成两个部分，在分支出的一方排气通路内配置有排热回收器，该排热回收器用于使在该一方排气通路流动的排气与内燃机的冷却水之间进行热交换，在上述排气通路的分支部分具有上述排气剥离区域，当排气的一部分流入上述一方排气通路时，通过使沿划分出排气通路的壁面部分流动的排气从该壁面部分剥离，减少朝向一方排气通路的排气的流入量，在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分配置有生成沿该排气通路的壁面的气流的等离子促动器，抑制排气的从该排气通路的壁面的剥离，上述内燃机的排气处理方法具备取得内燃机的冷却水的温度的步骤以及在取得的冷却水的温度低于预先设定的温度的情况下对上述等离子促动器施加能量而促进排气的向上述一方的排气通路内的流入的步骤。
[0035]在本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法中，优选将沿与分隔壁垂直的方向的、从划分出一方排气通路的壁面部分到分隔壁的间隔，设定为比沿与分隔壁垂直的方向的、从划分出一方排气通路的壁面部分到划分出即将分支前的排气通路的壁面的间隔短。
[0036]发明效果
[0037]采用本申请公开的内燃机的排气处理装置，能够利用等离子促动器使排气不会从排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离地沿该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分流动。结果，根据本申请公开的一个形态，能使从排气剥离区域流入排气处理部的排气扩散，不增大通路阻力地流入排气处理部的整个区域。根据本申请公开的另一个形态，能够抑制或阻止排气朝向排气处理部的流入量的减少，或增大排气朝向排气处理部的流入量。
[0038]在配置有等离子促动器的排气剥离区域处的排气通路的壁面部分的沿排气的流动方向的截面形状包含凸弯曲面的情况下，能够显著获得本申请公开的效果。
[0039]在排气处理部含有用于净化排气的催化转换器的情况下，取得的排气的流量越多，将对等离子促动器的输入能量量控制成越大，从而能使排气始终流入到催化转换器的整个区域。
[0040]只在取得的催化转换器的温度为活性下限温度以上的情况下，对等离子促动器输入能量，从而能够避免等离子促动器的不必要的能量消耗。而且，能使催化转换器的一部分更加迅速地升温到活性下限温度以上，促进内燃机的预热时的排气净化。
[0041]在取得的催化转换器的温度为上限温度以下的情况下，对等离子促动器输入能量，从而能够避免等离子促动器的不必要的能量消耗。
[0042]只在催化转换器的温度低于活性下限温度的情况下，将排气的大部分引导到被隔热分隔部包围的催化转换器的整个区域内，从而能够避免等离子促动器的不必要的能量消耗。而且，能使催化转换器的一部分更加迅速地升温到活性下限温度以上，促进内燃机的预热时的排气净化。
[0043]在使隔热分隔部的长度比催化转换器的长度短，且使隔热分隔部的上游侧端部位于催化转换器的上游侧端部的情况下，能在进行预热时，只使用被隔热分隔部包围的催化转换器的整个区域，提前进行内燃机的预热。另外，能在除进行预热以外的情况下，有效地使用催化转换器的整个区域。
[0044]在利用空气层形成隔热分隔部的情况下，隔热分隔部可以仅是空隙，所以能在催化转换器很容易地形成隔热分隔部。
[0045]在取得了与利用排气剥离区域使来自小径部的排气流入的区域不同的催化转换器的区域的温度的情况下，能够推测为包含该区域在内的催化转换器的整个通路截面为活性下限温度以上。
[0046]在将用于捕捉排气中所含的微粒的微粒过滤器配置在催化转换器的下游侧的情况下，能够促进催化转换器的预热。而且，由于利用等离子促动器的工作将排气中所含的煤氧化，所以经过催化转换器流入微粒过滤器的排气中所含的煤的量减少，能够降低微粒过滤器的再生处理的频率。
[0047]当在利用分隔壁分支成两个部分的排气通路的一方配置排气处理部，上述排气处理部具有用于使在该一方排气通路流动的排气与内燃机的冷却水之间进行热交换的排热回收器的情况下，能够加快内燃机的冷却水的升温速度而缩短预热所需的时间。
[0048]在取得的冷却水的温度低于预先设定的温度的情况下，对等离子促动器输入能量，从而能够避免等离子促动器的不必要的能量消耗。
[0049]在将从划分出一方排气通路的壁面部分到分隔壁的间隔，设定成比从划分出一方排气通路的壁面部分到划分出即将分支前的排气通路的壁面的间隔短的情况下，能在内燃机的预热结束后，使排气的一部分难以流入到排热回收器侧。由此，能够抑制冷却水的不必要的温度上升。
[0050]在沿排气通路串联配置多个排气处理部，上游侧的排气处理部含有催化转换器，下游侧的排气处理部含有排热回收器的情况下，能在进行内燃机的预热时实现催化转换器的提早活化和预热的提早结束。
[0051]采用本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法，由于是在催化转换器的温度为活性下限温度以上的情况下对等离子促动器输入能量，所以能够抑制不必要的能量消耗。
[0052]采用本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法，无论从排气剥离区域流入催化转换器的排气的流量如何，都能使该排气扩散而不增大通路阻力地流入排气处理部的整个区域。
[0053]采用本申请公开的另一技术方案的内燃机的排气处理方法，由于在冷却水的温度较低的情况下对等离子促动器输入能量，所以能够加快冷却水的升温速度而缩短内燃机的预热所需的时间。
【附图说明】
[0054]图1是将本申请公开应用在搭载有压缩点火方式的多缸内燃机的车辆中的一实施方式的概念图。
[0055]图2是图1所示的实施方式中的主要部分的控制框图。
[0056]图3是图1所示的实施方式中的排气处理部的抽出放大剖视图。
[0057]图4是进一步将图3所示的第I排气剥离区域的一部分抽出放大而示意性地表示的电路结构图。
[0058]图5是示意性地表示排气流量与对等离子促动器外加的外加电压的关系的映射。
[0059]图6是示意地表示催化转换器的温度变化的曲线图。
[0060]图7是本申请公开的另一实施方式中的排气处理部的抽出放大剖视图。
[0061 ]图8是表示对与催化转换器相关的等离子促动器的控制次序的流程图。
[0062]图9是表示对排热回收器用的等离子促动器的控制次序的流程图。
【具体实施方式】
[0063]参照图1?图9详细说明将本申请公开应用在搭载有压缩点火方式的多缸内燃机的车辆中的一实施方式。但是，本申请公开不只限定于这种实施方式，可以依据要求的特性自由改变本申请公开的结构。例如，对于将汽油、酒精或LNG(液化天然气)等作为燃料而利用火花塞使该燃料着火的火花点火方式的内燃机，本申请公开也是有效的。
[0064]在图1中示意性地表示本实施方式中的发动机系统的主要部分，在图2中大概地表示上述主要部分的控制框。另外，在图1中，作为发动机10的辅机，省略了一般的排气涡轮式增压器和EGR装置等。另外，也希望注意一下，为了方便而省略了发动机10顺畅运转所需的各种传感器类构件的一部分。
[0065]本实施方式中的发动机10是通过从燃料喷射阀11将作为燃料的轻油或生物燃料或这些燃料的混合燃料直接喷射到处于压缩状态的燃烧室1a内而使燃料自然着火的自着火方式即压缩点火式的多缸内燃机。但是，在本申请公开的特性上，也可以是单缸的内燃机。
[0066]在形成有分别面向燃烧室1a的进气口12a以及排气口 12b的缸盖12中装入有气门机构，该气门机构包括开闭进气口 12a的进气门13以及开闭排气口 12b的排气阀14。面向燃烧室1a的上端中央的前方的燃料喷射阀11以处于进气门13以及排气阀14之间的方式安装于缸盖12。
[0067]与缸盖12的进气口12a相连接的进气管15与进气口 12a—起划分出进气通路15a。在进气管15的上游侧安装有空气流量计16，与利用该空气流量计16检测到的进气流量相关的信息被输出到ECU17。在本实施方式中，将空气流量计16用作本申请公开中的用于取得排气流量的部件，但也可以将追加的空气流量计设置在后述的排气通路18a中，或者根据发动机转速、进气温度和进气压力算出排气流量。或者也可以取得排气流速来代替取得排气流量。
[0068]作为本申请公开中的控制器的ECU17除了包括公知的微型处理器以外，也包括利用未图示的数据总线彼此连接的CPU、ROM、RAM、非易失性存储器以及输入输出接口等。本实施方式中的ECU17具有运转状态判定部17a，其基于来自空气流量计16以及后述的各种传感器类构件等的信息判定车辆的运转状态。
[0069]以与排气口12b相连通的方式连结于缸盖12的排气管18与排气口 12b—起划分出排气通路18a。在比配置在排气通路18a的下游端侧的未图示的消声器靠上游侧的排气通路18a内，从排气通路18a的上游侧依次配置有排气净化装置19和排热回收器20。
[0070]在图3中将排气净化装置19以及排热回收器20的部分抽出放大表示，在图4中表示本实施方式中的等离子促动器的大概结构。
[0071]本实施方式中的排气净化装置19包括作为本申请公开中的第I排气处理部的柴油氧化催化转换器(D0C:Diesel Oxidat1n Catalytic converter)21、和配置在该柴油氧化催化转换器的下游侧的柴油微粒过滤器(DPF:Diesel Particulate Filter)22。也可以进一步将除了D0C21以及DPF22以外的其他的催化转换器装入到排气净化装置19中，上述D0C21用于使因在燃烧室I Oa内的混合气体的燃烧而生成的有害物质无害化，上述DPF22用于捕捉排气中所含的微粒。
[0072]另外，在将本申请公开应用到火花点火方式的内燃机中的情况下，作为代替D0C21的本申请公开的第I排气处理部，通常可以是小型三元催化器。
[0073]在距D0C21最近的排气通路18a的上游侧存在第I排气剥离区域Z1。该第I排气剥离区域使沿划分出排气通路18a的壁面ISe部分流动的排气从该壁面ISe部分剥离，由此使排气不均衡地流入到D0C21的上游侧端面21a那样的区域。通常，该第I排气剥离区域ZHi于排气管18的通路截面积急剧增大的圆锥部18b的上游端侧，该第I排气剥离区域Z1处的排气通路18a的壁面ISe部分的沿排气流动方向的截面形状可以包含图3所示那样的凸弯曲面。
[0074]在第I排气剥离区域Z1处的排气通路18a的壁面ISe部分，配置有用于产生沿该壁面ISe部分的朝向D0C21侧的气流的第I等离子促动器23。该第I等离子促动器23的原理和基本的结构等参照专利文献2等是公知的，以下简单说明。本实施方式中的第I等离子促动器23的主要部分由第I电极23a组、第2电极23b组、电介质层23c和绝缘层23d构成，此外还包括转换器24和第I开闭器25等。第I电极23a组以恒定间隔排列在薄膜状的电介质层23c的面对排气通路18a侧的一方表面上，第2电极23b组以与第I电极23a组相同的恒定间隔排列在电介质层23c的与划分出排气通路18a的壁面18e侧面对的另一方表面上。覆盖第2电极23b组的绝缘层23d与划分出排气通路18a的壁面ISe接合。在本实施方式中，为了防止由在排气通路18a中流动的排气引发的第I电极23a组的劣化和腐蚀，利用薄膜状的绝缘保护层23e覆盖第I电极23a组。第2电极23b组沿与在排气通路18a中流动的排气的流动方向平行的上述第I电极23a组的排列方向，相对于第I电极23a组使与第I电极23a组的相对位置稍偏向下游侧地配置，第2电极23b组借助第I开闭器25与转换器24相连接。第I开闭器25的开闭动作即向第I等离子促动器23的通电的接通/断开由E⑶17控制。
[0075]希望能注意到:由于第I等离子促动器23的厚度非常薄，只有数μπι?数百μπι左右，所以即使在划分出排气通路18a的壁面ISe上安装第I等离子促动器23，也不会实质上妨碍排气的流动。另外，也可以不必将该第I等离子促动器23配置在第I排气剥离区域Z1处的排气通路18a的整周，可以只配置在曲率特别大的部分。另外，在本申请公开中，由于将第I等离子促动器23配置在高温的排气通路18a内，所以优选利用耐热性良好的材料形成电极23a组、23b、电介质层23c、绝缘层23d和绝缘保护层23e等。作为这种材料，例如可以利用铁或镍形成电极，利用陶瓷等形成电介质层23c、绝缘层23d以及绝缘保护层23e。
[0076]在ECU17的输入能量量设定部17b中存储有如下映射:预先设定有在排气通路18a中流动的每单位时间内的排气的流量Q与外加给第I等离子促动器23的电压V1的关系的图5所示的那种映射。基本上，以排气流量Q越多，对第I等离子促动器23的输入能量量越大的方式，借助第I开闭器25控制第I等离子促动器23的工作。在本实施方式中，输入能量量设定部17b基于来自上述的空气流量计16的信息设定对第I等离子促动器23的外加电压V1，作为对第I等离子促动器23的输入能量量。从车载的二次电池26供给电力的转换器24能在例如IkV?1kV左右的范围内改变输出电压。该转换器24借助由ECU17控制开闭的第I开闭器25，将利用输入能量量设定部17b设定的电压V1以规定的驱动频率外加给第I等离子促动器23。
[0077]作为输入到第I等离子促动器23中的能量量的控制形态，在本实施方式中，可以使用能控制能量量的各种形态。例如，通过改变对第I等离子促动器23的外加电压￥1来控制输入能量量。但是，也可以在例如IkHz?1kHz左右的范围内改变对第I等离子促动器23的驱动频率，从而进行输入能量量的控制。或者，也可以将外加电压Vi以及驱动频率均改变，来控制输入能量量，将直流的脉冲电压外加给第I等离子促动器23，也能获得相同的那种效果O
[0078]当这样对第I电极23a组与第2电极23b组之间外加高频的高电压Vdt，在距各第I电极23a最近的下游侧的绝缘保护层23e的表面区域产生等离子，随之产生图4中用箭头所示的那样的气流。通过产生这种气流，介于各第I电极23a附近间的排气被拖拽而被抑制从划分出排气通路18a的壁面ISe剥离，以扩散状态流入D0C21的上游侧端面21a。在该情况下，随着等离子的产生而产生的气流的强度与对第I电极23a组以及第2电极23b组的输入能量量成比例。
[0079]另外，在如本实施方式那样将DPF22配置在D0C21的下游侧的情况下，利用第I等离子促动器23的工作将排气中所含的煤氧化，所以能使经过D0C21流入DPF22的排气中所含的煤的量更少。结果，能够降低DPF22的再生处理的频率。
[0080]在D0C21安装有催化器温度传感器27，作为本申请公开的用于取得催化转换器的温度的部件。利用该催化器温度传感器27取得的D0C21的温度信息输出到E⑶17。在D0C21的温度Tc为活性下限温度Ta以上和/或D0C21的温度Tc为上限温度Tch以下的情况下，E⑶17将第I开闭器25切换为通电状态而对第I等离子促动器23外加高电压V1。其中，优选的是:只在D0C21的温度Tc为活性下限温度Ta以上且D0C21的温度Tc为上限温度Tch以下的情况下，E⑶17将第I开闭器25切换为通电状态而对第I等离子促动器23外加高电压Vu
[0081]利用催化器温度传感器27取得的D0C21的温度Tc，优选是与利用第I排气剥离区域Z1使排气流入的区域不同的区域即排气不易流入的区域的温度。在本实施方式中，取得比后述的隔热分隔部21b靠下游侧的D0C21的外周端缘部的温度。也可以代替这种催化器温度传感器27，将用于检测排气温度的排气温度传感器配置在排气净化装置19的上游侧以及下游侧中的至少一侧，基于来自排气温度传感器的检测信息推测D0C21的温度Tc。或者也可以预先通过实验求出自预热开始时起的D0C21的要检测的区域的温度Tc的时间变化，基于自预热开始时起的时间推测D0C21的温度Tc。
[0082]在本实施方式中的D0C21的上游端侧设置有使用了比空气的导热系数低的耐热材料、例如黑崎播磨株式会社的“Porextherm WDS(注册商标)”等的筒状的隔热分隔部21b。也可以利用空气层形成隔热分隔部21b来代替使用这种特殊的材料，在该情况下，只在D0C21形成筒状的空隙即可。被该筒状的隔热分隔部21b包围的区域是在不使第I等离子促动器23工作的状态下利用第I排气剥离区域Zi使排气剥离，从而使排气不均衡地流入D0C21的区域。通常，该隔热分隔部21b的通路截面积与连接于第I排气剥离区域圆锥部18b的排气管18的通路截面积大致相同，或者比该通路截面积稍大，该隔热分隔部21b的轮廓形状与排气管18的截面形状相似。由此，能在不使第I等离子促动器23工作的状态下，将排气的大部分引导到被隔热分隔部21b包围的D0C21的区域。由此，能在进行发动机10的预热时，只使被隔热分隔部21b包围的D0C21的区域迅速升温。另外，沿D0C21的长度方向(排气的流动方向)的隔热分隔部21b的长度优选为D0C21的一半以下，可以是D0C21的1/3?1/4左右。
[0083]这里，在图6中示意地表示发动机10预热时的本实施方式的D0C21的升温特性。在不使第I等离子促动器23工作的状态下，被隔热分隔部21b包围的D0C21的上游侧端面21a的中央部分的温度变化如图6中的实线所示。另外，在不使第I等离子促动器23工作的状态下，未形成隔热分隔部21b的情况下的D0C21的上游侧端部的中央部分的温度变化如图6中的虚线所示。另外，对于未形成隔热分隔部21b的情况下的D0C21，使第I等离子促动器23工作而使排气以扩散的状态流入D0C21的情况下的上游侧端面21a的中央部分的温度变化如图6中的双点划线所示。此外，图6中的点线表示本实施方式中利用催化器温度传感器27检测出的区域的温度变化。
[0084]由此，当在D0C21形成隔热分隔部21b的情况下，D0C21的中央部在时刻!^达到催化器活性下限温度Ta。也能理解用对应的时刻为t2的未形成隔热分隔部21b的虚线的情况的1/2以下的时间，将D0C21的中央部加热至催化器活性下限温度Ta。因而，形成隔热分隔部21b并且在进行预热时使第I等离子促动器23的工作停止，从而能够只使D0C21的中央部更加迅速地活性化，而改善发动机10的预热时的排气的净化。另外，能够看出当利用催化器温度传感器27检测出的温度Tc从启动了发动机10的时刻to开始，到D0C21的外周端缘部达到了催化器活性下限温度Ta的时刻t3以后，D0C21的外周端缘部的温度急剧上升。其理由是因为:在D0C21的外周端缘部达到了催化器活性下限温度Ta的时刻t3，第I等离子促动器23开始工作，排气以扩散状态流入D0C21。也就是说，通过在取得的D0C21的温度Tc达到了催化器活性下限温度Ta的时刻t3使第I等离子促动器23工作，能使D0C21整体更早地有效发挥功會K。
[0085]另外，希望注意的是:D0C21上的隔热分隔部21b的位置因圆锥部18b的形状和与该圆锥部18b相连接的排气管18的连接角度等，有时大幅偏离如本实施方式那样的D0C21的中央部。另外，当未在催化转换器形成该隔热分隔部21b的情况下，优选之前的利用催化器温度传感器27取得的D0C21的温度1^是00021的上游侧端面21a的外周端缘部的区域的温度。在图7中表示这种第I排气处理部的其他实施方式的截面构造。在本实施方式中，未在D0C21形成隔热分隔部21b，所以将催化器温度传感器27安装在与圆锥部18b相连接的距排气管18最远的D0C21的上游侧端面21a的外周端缘部。另外，在排气管18与圆锥部18b的连接区域的成为凸弯曲面的第I排气剥离区域2!安装有第I等离子促动器23。当在D0C21形成隔热分隔部21b的情况下，可以在图中的双点划线所示的那样的部位形成，也可以利用上述的成为空气层的空隙来形成。
[0086]参照图8的流程图说明上述的第I等离子促动器23的工作次序，首先在Sll的步骤中判定催化器温度Tc是否为催化器活性下限温度Ta以上。这里，在判断为是催化器温度Tc为催化器活性下限温度Ta以上，S卩，是可能能使第I等离子促动器23工作的Ta的情况下，转移到S12的步骤，本次判定催化器温度Tc是否为上限温度Tai以下。这里，在判断为是催化器温度Te为上限温度Tgh以下，即，优选使第I等离子促动器23工作而使排气扩散到D0C21的整个区域的情况下，转移到S13的步骤。然后，取得排气流量Q，在S14的步骤中接着设定与取得的排气流量Q相对应的外加电压V1，之后在S15的步骤中利用设定的外加电压化驱动第I等离子促动器23。图8的流程图只是一个例子，例如，可以省略S12的步骤而在Sll的步骤之后进入S13的步骤，或者，也可以省略Sll的步骤而在S12的步骤之后进入S13的步骤，也可以在SI 2的步骤之后进入SI I的步骤之后进入SI 3的步骤。
[0087]由此，沿第I排气剥离区域Z1处的排气通路18a的壁面ISe部分向第I排气处理部侧产生与排气流量Q对应的气流。结果，沿第I排气剥离区域Z1处的排气通路18a的壁面18e部分流动的排气被该气流拖拽而不会从排气通路18a的壁面ISe部分剥离地流动，以扩散状态流入D0C21的整个区域。由此，能够最大程度地有效活用D0C21。
[0088]而后，在S16的步骤中判定是否设置了第I标记，由于最初未设置第I标记，所以在转移到S17的步骤而设置了第I标记后，再次返回到Sll的步骤。
[0089]另一方面，当在Sll的步骤中判断为催化器温度Tc比催化器活性下限温度Ta低，SP，优选使被隔热分隔部21b包围的D0C21的区域迅速升温的情况下，转移到S18的步骤。另夕卜，当在S12的步骤中判断为催化器温度Tc比上限温度Tch高的情况下，同样转移到S18的步骤并判定是否设置了第I标记。这里，在判断为设置了第I标记的情况下，在S19的步骤中将外加电SV1设定为0，使第I等离子促动器23的工作停止，当在S20的步骤中重置了第I标记后，再次返回到Sll的步骤。由此，能够避免不必要地对第I等离子促动器23供给电力。
[0090]另外，当在Sll的步骤中判断为催化器温度Tc低于催化器活性下限温度Ta的情况下，使第I等离子促动器23的工作停止。由此，排气从第I排气剥离区域Z1不均衡地流入到被D0C21的隔热分隔部21b包围的区域内。结果，能使D0C21的被隔热分隔部21b包围的区域更加迅速地升温到活性下限温度Ta以上，促进发动机10预热时的排气净化。
[0091]在比排气净化装置19靠下游的排气通路18a内形成有使排气通路18a的通路截面积增大的鼓出部28，以分隔该鼓出部28的方式在排气通路18a内配置有沿排气的流动方向延伸的分隔壁29。在划分出排气通路18a的鼓出部28的壁面18e与分隔壁29的上游端及下游端之间，形成有用于供排气流入到鼓出部28侧的入口部28a以及用于使进入到鼓出部28的排气流出的出口部28b。由此，比排气净化装置19靠下游的排气通路18a处于分支成不绕过鼓出部28的主排气通路18c以及绕到鼓出部28的副排气通路18d这两个部分的状态。与形成于缸体30的水冷套30a相连通的排热回收器20配置于副排气通路18d，使在该副排气通路18d中流动的排气与发动机10的冷却水之间进行热交换。作为本申请公开的第2排气处理部的排热回收器20用于利用排气中所含的热使冷却水升温，从而实现发动机10的提早预热。为了达到该目的，可以将上述的DPF22配置在比排热回收器20靠下游侧的排气通路18a内，在该情况下，能够更加高效地进行排热回收。
[0092]在图3所示的实施方式的情况下，形成有第2排气剥离区域Z2，该第2排气剥离区域Z2使沿划分出上游侧的鼓出部28的分支区域的壁面18e部分流动的排气从该壁面18e部分剥离，由此减少朝向鼓出部28的排气的流入量。在沿排气的流动方向的截面形状包含凸弯曲面的第2排气剥离区域Z2处的排气通路18a的壁面ISe部分，配置有用于产生沿该壁面ISe部分的朝向排热回收器20侧的气流的第2等离子促动器31。该第2等离子促动器31是与上述的第I等离子促动器23基本相同的结构，借助由ECU17控制开闭的第2开闭器32与转换器24相连接。但是，由转换器24产生的对第2等离子促动器31施加的外加电压VdP驱动频率等是依据第2排气剥离区域Z1的曲率预先设定的恒定值。
[0093]沿与分隔壁29垂直的方向的、从划分出副排气通路18d的鼓出部28的壁面28c部分到分隔壁29的间隔W1，设定为比沿与分隔壁29垂直的方向的、从该壁面28c到划分出即将分支部前的排气通路18a的壁面18e部分的间隔胃2短。换言之，从主排气通路18c的中央到划分出分支部面前的排气通路18a的壁面18e的距离，设定为比从主排气通路18c的中央到分隔壁29的距离短。由此，能在发动机10的预热结束后，使排气的一部分难以流入到排热回收器20侧，抑制冷却水的不必要的温度上升。为了可靠地抑制预热结束后的冷却水的不必要的温度上升，也可以装入用于开闭出口部28b的机械性的闸门机构，但希望注意为此的零件成本和维护等。在本实施方式中，由于不存在用于开闭入口部28a和出口部28b的可动部分，所以可靠性高，能够降低零件成本和压力损失。
[0094]在缸体30配置有水温传感器33，该水温传感器33取得流过水冷套30a的发动机10的冷却水的温度IV，将该检测信息输出到ECU17ACU17在取得的冷却水的温度Tw低于预先设定的温度！Vl的情况下，将第2开闭器32切换成通电状态，使第2等离子促动器31工作。其中，优选的是:ECU17只在取得的冷却水的温度IV低于预先设定的温度Ti的情况下，将第2开闭器32切换成通电状态，使第2等离子促动器31工作。
[0095]参照图9的流程图说明这种第2等离子促动器31的工作次序，首先在S21的步骤中判定冷却水温Tw是否低于下限冷却水温Ti。这里，在判断为冷却水温Tw低于下限冷却水温Tl，S卩，需要进行发动机10的预热的情况下，在S22的步骤中驱动第2等离子促动器31。由此，能将通过了排气净化装置19的排气的一部分从入口部28a高效地引导到副排气通路18d中。被引导到副排气通路18d中的排气在通过排热回收器20的期间内，与冷却水之间进行热交换，使冷却水升温后，从出口部28b流出副排气通路18d而与在主排气通路18c中流动的排气合流，向下流到消声器侧。接着，在S23的步骤中判定是否设置了第2标记。由于最初未设置第2标记，所以当转移到S24的步骤而设置了第2标记后，再次返回到S21的步骤。
[0096]这样，在冷却水温IV达到下限冷却水温Twl以上之前，对第2等离子促动器31供给电力，将排气的一部分引导到排热回收器20而谋求冷却水温的上升，促进预热。
[0097]当在S21的步骤中判断为冷却水温IV为下限冷却水温IVl以上，S卩，发动机10的预热已结束的情况下，转移到S25的步骤，判定是否设置了第2标记。当在这里判断为设置了第2标记，即，对第2等离子促动器31供给电力的情况下，转移到S26的步骤。然后，将对第2等离子促动器31施加的外加电压％设定为O，使第2等离子促动器31的工作停止，之后转移到S27的步骤，重置第2标记而再次返回到S21的步骤。
[0098]在该状态下，利用分隔壁29与划分出即将分支前的排气通路18a的壁面ISe的高度差，使排气的一部分难以从入口部28a流入到副排气通路18d内，能够抑制冷却水温的不必要的升温。另外，也能在发动机10的预热结束后，阻止对第2等离子促动器31的不必要的电力供给。
[0099]另外，通过单独控制第I等离子促动器23或第2等离子促动器31，可以起到各自的效果。或者，通过一起控制第I等离子促动器23和第2等离子促动器31，可以起到更好的效果O
[0100]另外，应该只根据权利要求书所述的事项来解释本申请公开，在上述的实施方式中，也能在所述的事项以外进行本申请公开的概念所包含的所有的变更和修正。也就是说，上述的实施方式中的全部的事项并不用于限定本申请公开，可以包含与本申请公开没有直接关系的结构，依据该结构的用途和目的等任意变更。
[0101]附图标记说明
[0102]10、发动机；17、ECU; 17b、输入能量量设定部；18a、排气通路；18c、主排气通路；18d、副排气通路；18e、壁面;20、排热回收器；21、DOC; 21a、上游侧端面;21b、隔热分隔部；22、DPF; 23、第I等离子促动器;27、催化器温度传感器;29、分隔壁;31、第2等离子促动器；33、水温传感器;W1、从鼓出部的壁面部分到分隔壁的间隔;W2、从鼓出部的壁面部分到划分形成分支部面前的排气通路的壁面部分的间隔、第I排气剥离区域;Z2、第2排气剥离区域。
【主权项】
1.一种内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述内燃机的排气处理装置具备排气处理部、排气剥离区域和等离子促动器，所述排气处理部配置在内燃机的排气通路内，所述排气剥离区域是使沿划分出所述排气通路的壁面部分流动的排气从该壁面部分剥离的区域，所述等离子促动器配置在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分，用于产生沿该壁面部分的朝向所述排气处理部侧的气流。2.根据权利要求1所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述排气剥离区域处的排气通路的壁面部分的沿排气的流动方向的截面形状包含凸弯曲面。3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述等离子促动器包括第I等离子促动器，所述排气剥离区域包括第I排气剥离区域，所述内燃机的排气处理装置还具备用于取得在所述排气通路流动的排气的流量的部件以及用于控制对所述等离子促动器的输入能量量的控制器，所述排气处理部包括用于净化排气的催化转换器，取得的排气的流量越多，所述控制器将对所述第I等离子促动器的输入能量量控制为越大，使得相对于所述催化转换器使排气不均衡地流入。4.根据权利要求3所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述内燃机的排气处理装置还具备用于取得所述催化转换器的温度的部件，在取得的催化转换器的温度为其活性下限温度以上的情况下，所述控制器对所述第I等离子促动器输入能量。5.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述等离子促动器包括第I等离子促动器，所述排气剥离区域包括第I排气剥离区域，所述排气处理部包括用于净化排气的催化转换器，内燃机的排气处理装置还具备用于取得所述催化转换器的温度的部件以及用于控制对所述第I等离子促动器的输入能量量的控制器，在取得的催化转换器的温度为其活性下限温度以上的情况下，所述控制器对所述第I等离子促动器输入能量。6.根据权利要求4或5所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 在取得的催化转换器的温度为其上限温度以下的情况下，所述控制器对所述第I等离子促动器输入能量。7.根据权利要求3?6中任意一项所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 在所述催化转换器形成有沿排气的流动方向将所述催化转换器的一部分包围的筒状的隔热分隔部，被该隔热分隔部包围的区域包含通过使排气从所述第I排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离而使排气不均衡地流入的区域。8.根据权利要求7所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述隔热分隔部的沿排气的流动方向的长度比所述催化转换器的沿排气的流动方向的长度短，所述隔热分隔部的沿排气的流动方向的上游侧端部位于所述催化转换器的沿排气的流动方向的上游侧端部。9.根据权利要求7或8所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述隔热分隔部包括空气层。10.根据权利要求4?9中任意一项所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 取得的所述催化转换器的温度是与利用所述第I排气剥离区域使排气不均衡地流入的区域不同的区域的温度。11.根据权利要求3?10中任意一项所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述内燃机的排气处理装置还具备用于捕捉排气中所含的微粒的微粒过滤器，该微粒过滤器配置在比所述催化转换器靠下游侧的位置。12.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述排气通路由沿排气的流动方向延伸的分隔壁分支成两个，所述排气处理部包括排热回收器，所述排热回收器配置在分支出的一方排气通路内，用于使在该一方排气通路流动的排气与内燃机的冷却水之间进行热交换，所述排气剥离区域包括第2排气剥离区域，所述第2排气剥离区域位于所述排气通路的分支产生部分，通过使排气从该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离，减少朝向所述一方排气通路的排气的流入量。13.根据权利要求12所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述等离子促动器包括第2等离子促动器， 所述内燃机的排气处理装置还具备取得内燃机的冷却水的温度的水温传感器和用于控制对所述第2等离子促动器的输入能量量的控制器，在取得的冷却水的温度低于预先设定的温度的情况下，所述控制器对所述第2等离子促动器输入能量。14.根据权利要求3?11中任一项所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述排气通路由沿排气的流动方向延伸的分隔壁分支成两个，所述排气处理部包括排热回收器，所述排热回收器配置在分支出的一方排气通路内，用于使在该一方排气通路流动的排气与内燃机的冷却水之间进行热交换，所述排气剥离区域包括第2排气剥离区域，所述第2排气剥离区域位于所述排气通路的分支产生部分，通过使排气从该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离，减少朝向所述一方排气通路的排气的流入量。15.根据权利要求14所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 所述等离子促动器包括第2等离子促动器， 所述内燃机的排气处理装置还具备取得内燃机的冷却水的温度的水温传感器，在取得的冷却水的温度低于预先设定的温度的情况下，所述控制器对所述第2等离子促动器输入會ti。16.—种内燃机的排气处理方法，其特征在于，在内燃机的排气通路内具有排气剥离区域，对于沿着划分出比用于净化来自内燃机的排气的催化转换器靠上游侧的排气通路的壁面部分流动的排气，所述排气剥离区域通过使该排气从该壁面部分剥离，从而相对于所述催化转换器使排气不均衡地流入，在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分配置用于生成沿该排气通路的壁面的朝向所述催化转换器的气流的等离子促动器，抑制排气从该排气通路的壁面剥离， 所述内燃机的排气处理方法具备取得所述催化转换器的温度的步骤以及在取得的催化转换器的温度为该催化转换器的活性下限温度以上的情况下对所述等离子促动器输入能量的步骤。17.根据权利要求16所述的内燃机的排气处理装置，其特征在于， 还包括在取得的催化转换器的温度为该催化转换器的上限温度以下的情况下对所述等离子促动器输入能量的步骤。18.—种内燃机的排气处理方法，其特征在于，在内燃机的排气通路内具有排气剥离区域，对于沿着划分出比用于净化来自内燃机的排气的催化转换器靠上游侧的排气通路的壁面部分流动的排气，所述排气剥离区域通过使该排气从该壁面部分剥离，从而相对于所述催化转换器使排气不均衡地流入，在该排气剥离区域处的排气通路的壁面部分配置用于生成沿该排气通路的壁面的朝向所述催化转换器的气流的等离子促动器，抑制排气从该排气通路的壁面剥离， 所述内燃机的排气处理方法具备取得排气流量的步骤以及取得的排气流量越多就将越大的能量施加给所述等离子促动器而使排气以扩散的状态流入所述催化转换器的步骤。19.根据权利要求18所述的内燃机的排气处理方法，其特征在于， 所述内燃机的排气处理方法还具备取得所述催化转换器的温度的步骤，在取得的催化转换器的温度为该催化转换器的活性下限温度以上的情况下，执行使排气以扩散的状态流入所述催化转换器的所述步骤。20.根据权利要求16?19中任意一项所述的内燃机的排气处理方法，其特征在于， 所述排气剥离区域处的所述排气通路的壁面部分的沿排气的流动方向的截面形状包含凸弯曲面。21.根据权利要求16?19中任意一项所述的内燃机的排气处理方法，其特征在于， 在所述催化转换器形成有沿排气的流动方向将所述催化转换器的一部分包围的筒状的隔热分隔部，被该隔热分隔部包围的区域包含通过使排气从所述排气剥离区域处的排气通路的壁面部分剥离而使排气不均衡地流入的区域，在取得的催化转换器的温度低于其活性下限温度的情况下，排气的大部分被引导到所述催化转换器的被所述隔热分隔部包围的区域。
【文档编号】F01N13/14GK105986872SQ201610148402
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】山本孝祐
【申请人】丰田自动车株式会社