專利名稱：用于發(fā)動機(jī)的排氣凈化設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備及其方法，尤其涉及一種捕集顆粒物質(zhì)的過濾器的還原處理技術(shù)，此顆粒物質(zhì)是排氣中的細(xì)粒。
背景技術(shù)：
至此，當(dāng)捕集排氣中的細(xì)粒的過濾器作為一個排氣凈化裝置被設(shè)置在排氣通道內(nèi)時，過濾器需要還原處理(燃燒和除去過濾器中捕集到的顆粒物質(zhì)的處理)。
專利號為2858184的日本專利包括一個把顆粒物質(zhì)加熱到過濾器以及過濾器的顆粒捕集量的初始溫度的加熱裝置、一個供給燃?xì)獾娜細(xì)夤┙o裝置，此燃?xì)獍ㄓ糜诟倪M(jìn)已加熱的顆粒物質(zhì)的燃燒狀況的氧氣，還包括一個檢測過濾器一側(cè)溫度的過濾器溫度檢測裝置，以及一個控制裝置，此控制裝置基于過濾器溫度檢測裝置的信號在加熱裝置加熱顆粒物質(zhì)的過程中控制操作開始時間和/或燃?xì)夤┙o裝置的燃?xì)夤┙o量。
發(fā)明的公開在上述日本專利中公開的技術(shù)中，由于在過濾器中捕集到的顆粒物質(zhì)的燃燒溫度太高，所以控制進(jìn)入過濾器的氧氣量以使過濾器不被熔解。但是，在全部的排氣一直進(jìn)入過濾器的這樣一種系統(tǒng)中，當(dāng)還原僅是在氧氣的空氣中完成時，HC、CO被除去，而NOx沒有被除去。
基于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備及其方法，使在過濾器的還原過程中也能有效地除去NOx。
為了達(dá)到此目的，根據(jù)本發(fā)明，捕集排氣中的顆粒物質(zhì)的過濾器設(shè)置在發(fā)動機(jī)的排氣通道中，而具有三元催化作用的催化凈化器設(shè)置在過濾器上。然后，在過濾器的還原過程中，把在過濾器出口處的排氣的空燃比控制為一個理想配比率(化學(xué)計量比率)。
在過濾器不還原的時候，在過濾器進(jìn)口處的排氣空燃比與過濾器出口處的相同。但是，在過濾器的還原過程中，因為排氣中的氧氣由于過濾器中的顆粒燃燒而被消耗，所以在過濾器進(jìn)口處的排氣的空燃比不同于過濾器出口處的空燃比。因此，把在過濾器出口處的排氣的空燃比控制為一個理想配比，結(jié)果在過濾器進(jìn)口處的空燃比是稀混合比(氧氣濃度高)。
本發(fā)明其它的目的和特性將結(jié)合附圖通過下面的描述進(jìn)行了解。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明的第一具體實施例中的發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)圖；圖2是第一具體實施例中的一個柴油顆粒過濾器(DPF)的還原控制的流程圖；圖3是一個用于還原定時判斷的排氣壓力界限值的圖型；圖4是一個用于還原控制的目標(biāo)進(jìn)氣量的圖型；圖5是一個用于還原控制的目標(biāo)后噴射量的圖型；圖6是一個用于使DPF不被熔解的目標(biāo)進(jìn)氣量的圖型；圖7是一個顯示第一具體實施例的操作的時間圖；圖8是一個第二具體實施例中的DPF的還原控制的流程圖；圖9是一個用于還原控制的目標(biāo)EGR率的圖型；圖10是一個第三具體實施例中的發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)圖；圖11是一個第三具體實施例中的DPF還原控制的流程圖；圖12是一個用于DPF的快速溫度上升的目標(biāo)進(jìn)氣量的圖；圖13是一個顯示第三具體實施例的操作的時間圖。
發(fā)明的詳述本發(fā)明的實施例將參照附圖進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明的第一實施例的內(nèi)燃機(jī)(此處為柴油機(jī))的系統(tǒng)圖。
在柴油機(jī)1中，吸入到進(jìn)氣管2中的空氣被可變噴嘴式增壓器3的進(jìn)氣壓縮機(jī)增壓，并且由內(nèi)部冷卻器4進(jìn)行冷卻，然后通過進(jìn)氣節(jié)流閥5，借助收集器6進(jìn)入每個汽缸的燃燒室。燃油被高壓燃油泵7壓縮以送到一個共同的軌道8，并且從每個汽缸的燃油噴射閥9被直接噴入燃燒室。流入燃燒室的空氣和流入燃燒室的燃油在此通過壓縮點火燃燒，而排氣流入排氣通道10。
流入排氣通道10的一部分排氣借助一個EGR控制閥12通過一個EGR管11被再循環(huán)至一個進(jìn)氣側(cè)。其余的排氣通過可變噴嘴式增壓器3的排氣渦輪排出。
為了凈化排氣，一個捕集顆粒物質(zhì)(以后稱為PM)的柴油顆粒過濾器設(shè)置在排氣通道10的排氣渦輪的下游。
這種DPF13附有一種貴金屬催化劑，以使DPF具有三種功效氧化排氣中的HC和CO，并且還能減少NOx。
另一方面，由于在DPF13中捕集(積聚)的PM的數(shù)量，即，積聚的PM的數(shù)量的增加導(dǎo)致排氣背壓增加從而降低了燃油的經(jīng)濟(jì)性，所以需要通過在某個特定的時間內(nèi)燃燒和除去PM使DPF13還原。
為了控制發(fā)動機(jī)1，一個控制裝置20輸入這樣的信號，即這些信號是從用于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne檢測的一個轉(zhuǎn)速傳感器21和用于加速器踏板開啟APO檢測的一個加速器踏板開啟傳感器22得到的。
特別的是，在此實施例中，一個排氣壓力傳感器23設(shè)置在排氣通道10中的DPF13的一個內(nèi)側(cè)，而一個氧氣濃度傳感器24和一個排氣溫度傳感器25設(shè)置在DPF13的一個外側(cè)，從這些地方得到的信號被輸入控制裝置20。
基于這些信號，控制裝置20向燃油噴射閥9輸出一個燃油噴射指令信號以控制通過燃油噴射閥9的主噴射的燃油噴射數(shù)量和噴射時間，并且控制在預(yù)定的發(fā)動機(jī)的操作狀態(tài)中的主燃油噴射之后的膨脹沖程(或排氣沖程)中額外產(chǎn)生的后噴射的噴射數(shù)量和噴射時間，還控制一個對于進(jìn)氣節(jié)流閥5的開啟角的指令信號和一個對于EGR控制閥12的開啟角指令信號，以及類似的信號。
特別的是，在本發(fā)明中，當(dāng)處于還原的時間時，判斷DPF13的還原是否需要一個預(yù)定的還原處理。DPF的還原控制將在下面進(jìn)行說明。
圖2是一個在控制裝置20中執(zhí)行的DPF的還原控制的流程圖。
在步驟S1中，發(fā)動機(jī)的操作狀態(tài)(發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速Ne和加速器踏板的開啟APO)從轉(zhuǎn)速傳感器21和加速器踏板的開啟傳感器22讀取。
在步驟S2中，用于主噴射的燃油噴射量Q由一個運(yùn)用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速器踏板開啟APO作為它的參數(shù)的圖型(圖中未示出)進(jìn)行計算。
在步驟S3中，檢測DPF13中積聚的PM的數(shù)量來判斷DPF13的還原時間。由于難以直接檢測DPF13中積聚的PM的數(shù)量，因此通過排氣壓力傳感器23來檢測DPF13上游的排氣壓力，這是因為在DPF13中積聚的PM的數(shù)量增加，在DPF13上游的壓力就上升。
在步驟S4中，判斷還原需求標(biāo)記是否為1，如果還原需求標(biāo)記為0，那么此控制進(jìn)入步驟S5，而如果還原需求標(biāo)記為1，那么此控制進(jìn)入步驟S9以使還原模式繼續(xù)。
在步驟S5中，判斷DPF13中積聚的PM的數(shù)量是否超過一個預(yù)定的量。在本實施例中，此預(yù)定的量為在PDF13上能夠積聚的PM量的大約80％，并且還是一個恒定的量。在這種情況下，在DPF13中已積聚的PM的量基于DPF13上游的排氣壓力間接地得到檢測，判斷在DPF13上游的排氣壓力是否超過一個預(yù)定的排氣壓力界限值A(chǔ)CC1。此處運(yùn)用的排氣壓力界限值A(chǔ)CC1由圖3中示出的圖型，即，使用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和燃油噴射量Q作為其中參數(shù)的圖型，來設(shè)定。
也就是，如果在當(dāng)前操作狀態(tài)(Ne，Q)中的排氣壓力不超過在圖3中相應(yīng)的操作狀態(tài)中的排氣壓力界限值A(chǔ)CC1，判斷得出還不到還原時間并且此控制返回。反之，如果在當(dāng)前開啟狀態(tài)(Ne，Q)中的排氣壓力超過在圖3中相應(yīng)的操作狀態(tài)中的排氣壓力界限值A(chǔ)CC1，判斷DPF13的已積聚的PM的量超過了預(yù)定的量而達(dá)到了還原時間，此控制進(jìn)行步驟S6的還原模式以及其后的步驟。
在步驟S6中，開始DPF13的還原，控制進(jìn)氣節(jié)流閥5的一個開啟角度來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量(每個單位時間進(jìn)入一個汽缸的空氣量)達(dá)到一個相應(yīng)于DPF13中的已積聚的PM的量的目標(biāo)進(jìn)氣量。特別的是，從圖4中所示的一個目標(biāo)進(jìn)氣量圖型中確定相應(yīng)于當(dāng)前的操作狀態(tài)(發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速Ne和燃油噴射量Q)的目標(biāo)進(jìn)氣量并且調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)流閥5的開啟角度以獲得確定的目標(biāo)進(jìn)氣量。目標(biāo)進(jìn)氣量是相應(yīng)于在DPF進(jìn)口處的目標(biāo)氧氣濃度的一個量。此目標(biāo)氧氣濃度被設(shè)定在這樣一個范圍，即氧氣濃度比用于燃燒PM的氧氣濃度高得多，而要比在即使積聚的PM被燃燒，DPF的溫度也不過度升高的情況下的氧氣濃度低。在這種情況下，由于判斷得出，當(dāng)積聚的PM量達(dá)到預(yù)定的PM量(預(yù)定的恒定的量)時，為還原時間，所以能夠假定在還原時間的積聚的PM的量是一個預(yù)定的恒定的量。因此，目標(biāo)氧氣濃度能夠被設(shè)定為相應(yīng)于此預(yù)定的恒定的量的一個恒定的濃度。因此，一個氧氣濃度傳感器可以設(shè)置在DPF13的進(jìn)口，所以控制進(jìn)氣節(jié)流閥的開啟角度以獲得一個目標(biāo)氧氣濃度。
在步驟S7中，后噴射開始，它是在主噴射之后的膨脹沖程期間的額外的噴射。此時，相應(yīng)于當(dāng)前操作狀態(tài)(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和燃油噴射量Q)的目標(biāo)后噴射量由圖5中所示的一個后噴射量圖型來確定并且目標(biāo)后噴射量在預(yù)定的后噴射時間噴射。在此時的后噴射量被設(shè)定為一個值，即在DPF13的出口處的排氣的空燃比是一個化學(xué)計量比率(DPF出口λ＝1)，而且還獲得了一個能夠還原DPF13的排氣溫度。后噴射本身在公開號為9-53442(共4頁)的日本未審查專利中被公開了。
在步驟S8中，還原需求標(biāo)記設(shè)定為1，并且此控制返回。
當(dāng)還原需求標(biāo)記＝1時，基于在步驟S4中的判斷，此控制進(jìn)入S9和其后的步驟。
在步驟S9中，基于從設(shè)置在DPF13的出口處的氧氣濃度傳感器24中得到的信號，檢測出在DPF13處的排氣空燃比(DPF出口的λ)。
在步驟S10中，基于在DPF13處的排氣空燃比(DPF出口的λ)，此后噴射量被反饋地控制，以使此排氣空燃比成為此化學(xué)計量比率(DPF出口λ＝1)。
在步驟S11中，DPF13的溫度被直接或間接地檢測出來，并且判斷此溫度是否已經(jīng)達(dá)到PM能夠被燃燒的一個溫度T2(大約650℃)。此處，DPF13的溫度基于從設(shè)置在DPF13出口側(cè)的排氣溫度傳感器25得到的信號被間接地檢測出來。當(dāng)判斷DPF13的溫度沒有達(dá)到T2時，此控制返回，而當(dāng)判斷得出DPF13的溫度達(dá)到T2時，此控制進(jìn)入步驟S12。
在步驟S12中，判斷DPF13的溫度是否超過一個預(yù)定的上限溫度，即，保持DPF熱電阻的溫度，T4(T4＞T2)。當(dāng)超過時，由于DPF13有被熔解的可能，所以此控制進(jìn)入步驟S13，其中在DPF13的進(jìn)口處的氧氣濃度通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)流閥5的進(jìn)口角度而被降低了，因此抑制了在PDF13內(nèi)的PM的燃燒，而且然后，使DPF13的溫度降低至T4或更低。當(dāng)DPF13的溫度比T4還低時，此控制進(jìn)入步驟S14。
在步驟S14中，由于DPF13處于T2和T4之間的適合燃燒PM的溫度范圍，所以在此狀態(tài)中經(jīng)過的時間被確定了。當(dāng)此狀態(tài)經(jīng)過的時間是一個預(yù)定的時間t1或更少時，此控制返回。因此，DPF13在預(yù)定的時間t1(幾秒鐘至幾分鐘)被還原之后并且保持PM的燃燒狀態(tài)，此控制進(jìn)入步驟S15。此預(yù)定時間t1在此是一個所需的以使在DPF13中積聚的PM能夠燃燒的時間段。在此實施例中，由于判斷得到當(dāng)積聚在DPF13中的PM的量達(dá)到預(yù)定的恒定量時，是還原的時間，所以假定在還原時間點的所積聚的PM的量是預(yù)定的恒定的量。因此，設(shè)定t1作為一個不受操作狀態(tài)影響的恒定的值就足夠了。
在步驟S15中，后噴射結(jié)束從而終止了DPF13的溫度的上升。至于進(jìn)氣節(jié)流閥5，從圖6中所示的避免DPF熔解的目標(biāo)進(jìn)氣量圖型中，確定出一個相應(yīng)于當(dāng)前操作狀態(tài)(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和燃料噴射量Q)的目標(biāo)進(jìn)氣量，而且進(jìn)氣節(jié)流閥5的開啟角度被調(diào)節(jié)以節(jié)流此進(jìn)氣，從而獲得已確定的目標(biāo)進(jìn)氣量。結(jié)果，在DPF13進(jìn)口處的氧氣濃度被調(diào)節(jié)以避免DPF13的熔解。在這種情況下，一個氧氣濃度傳感器可以設(shè)置在DPF13的進(jìn)口，從而使進(jìn)氣節(jié)流得到控制以獲得目標(biāo)氧氣濃度。
在步驟S16中，DPF13的溫度被檢測并且判斷此溫度是否低至PM不能被燃燒的溫度T1。當(dāng)沒有低至溫度T1時，此控制返回。這是因為此進(jìn)氣節(jié)流一直繼續(xù)直到DPF13的溫度達(dá)到PM不能燃燒的溫度T1為止，從而抑制在DPF中保持不燃燒的PM進(jìn)行快速燃燒。當(dāng)DPF13的溫度低至T1時，此控制進(jìn)入步驟S17。
在步驟S17中，由進(jìn)氣節(jié)流閥5控制的進(jìn)氣節(jié)流被松開。
在步驟S18中，由于所有的還原操作都結(jié)果了，所以此還原需求標(biāo)記設(shè)定為0并且此程序結(jié)果。
在此實施例中，當(dāng)使用具有三種功效的催化劑時，通過把在DPF13的出口處的排氣空燃比控制為還原期間的化學(xué)計量比率(后噴射量的控制)而實現(xiàn)這三種功效，從而在DPF13的出口和內(nèi)側(cè)除去HC、CO和NOx。在DPF13出口處的排氣空燃比偶而地被假定為與DPF13內(nèi)側(cè)的相等同。
在還原期間，由于在排氣中的氧氣被在DPF13內(nèi)側(cè)的PM的燃燒所消耗，所以在DPF13進(jìn)口的排氣空燃比與DPF13出口處的不同。通過控制在出口側(cè)的排氣空燃比為此化學(xué)計量比率，在進(jìn)口側(cè)的空燃比變?yōu)橄』旌媳?氧氣濃度高)。因此，用于燃燒PM的充足的氧氣量能夠供給DPF13的進(jìn)口并且在DPF13中捕集到的PM也能被可靠地燃燒。
即，在具有三元催化劑的DPF中，由于在催化劑層的表面上捕集到PM，所以在DPF13還原時排氣通過DPF13時，在PM消耗氧氣之后排氣到達(dá)催化劑層。因此，通過把出口處的空燃比控制為進(jìn)口側(cè)的化學(xué)計量比率(把進(jìn)口側(cè)的λ控制為稀混合比而把出口處的λ控制為此化學(xué)計量比率)，此PM能夠被氧氣燃燒并且隨后，NOx能夠通過此化學(xué)計量比率(具有三元催化作用的空氣)被消除。
根據(jù)本實施例，通過控制在DPF13進(jìn)口處的氧氣濃度(進(jìn)氣節(jié)流的控制)，而適當(dāng)控制在DPF13出口處的氧氣濃度使其達(dá)到這樣一種程度，即能夠把在DPF13出口處的排氣空燃比控制為此化學(xué)計量比率，成為可能，從而使DPF13有效地被還原。
另外，根據(jù)本實施例，當(dāng)進(jìn)口側(cè)的氧氣濃度得到控制時，在DPF13的進(jìn)口處的排氣的氧氣濃度相應(yīng)于在DPF內(nèi)捕集到的PM的量進(jìn)行控制，即在DPF13的進(jìn)口處的氧氣濃度相對于在DPF中被捕集到的PM的量得到控制從而基于已確定的氧氣濃度控制PM的燃燒速度，以使DPF13溫度的過度升高能夠得到抑制從而使DPF13在沒有被熔解、破裂或類似的事情發(fā)生的情況下被還原。
還有，根據(jù)本實施例，提供了一種過濾器溫度檢測器(排氣溫度傳感器25)，并且當(dāng)在還原期間，由于在控制進(jìn)口側(cè)的氧氣濃度的某些原因，DPF的溫度超過此預(yù)定值(T4)時，通過降低在DPF13進(jìn)口處的排氣的氧氣濃度，能夠抑制PM的燃燒熱量以及HC和CO從而避免DPF13熔解。
圖7顯示了通過本發(fā)明的上述控制進(jìn)行的基本操作。
當(dāng)是還原時間，即其中DPF13中的積聚到的PM的量超過預(yù)定的量時，DPF13的溫度通過后噴射上升。此時，如果調(diào)節(jié)后噴射量使DPF出口的λ＝1，并且PM的溫度升高到PM能夠燃燒的溫度T2，那么，只要DPF13進(jìn)口處的氧氣濃度充足，PM的燃燒開始，如圖7中的粗線所示。還有，由于在DPF進(jìn)口處的氧氣濃度被進(jìn)氣節(jié)流控制，所以DPF的溫度不可能比所需的升高更多。如果在DPF進(jìn)口處是低氧氣濃度的情況下DPF的溫度升高，即使DPF的溫度達(dá)到T2，那么如圖7中的細(xì)線所示PM也不燃燒。
氧氣濃度傳感器24設(shè)置在DPF13的出口側(cè)并且進(jìn)行后噴射同時反饋控制DPF出口的λ，以使在還原期間用貴金屬催化劑對NOx進(jìn)行三元催化作用從而提高排放性能。
還有，如圖7所示，如果后噴射相應(yīng)于在DPF13中的PM的還原所消耗的氧氣的量而減少，那么就可以抑制后噴射的數(shù)量和燃油經(jīng)濟(jì)性的降低，并且通過充分地進(jìn)行三元催化作用而消除NOx、CO和HC。
下面將說明本發(fā)明的第二實施例。
在第一實施例中，在DPF13出口處的排氣空燃比通過對后噴射和/或?qū)λ臄?shù)量進(jìn)行的控制來控制此化學(xué)計量比率。在第二實施例中，把DPF13的出口處的排氣空燃比控制為此化學(xué)計量比率，這是通過對EGR控制閥12的開啟角度的控制來控制EGR的比率而實現(xiàn)的。
圖8是一個第二實施例的DPF還原控制的流程圖。此流程圖與將被說明的第一實施例(圖2)的不同僅在于步驟S7和步驟S10。
在步驟S7中，相應(yīng)于當(dāng)前操作狀態(tài)(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和燃油噴射量Q)的目標(biāo)EGR比率由圖9中所示的目標(biāo)EGR比率圖型來確定，并且控制EGR控制閥12的開啟角度從而獲得已確定的目標(biāo)EGR的比率。在此時的目標(biāo)EGR比率被設(shè)定為一個數(shù)值以使在DPF13的出口處的排氣空燃比是此化學(xué)計量比率(DPF出口λ＝1)，并且使排氣溫度能夠還原DPF13。
在步驟S10中，此EGR的比率基于在DPF13的出口處由氧氣濃度傳感器24進(jìn)行檢測的排氣空燃比(λ)被反饋地進(jìn)行控制，以使排氣空燃比成為此化學(xué)計量比率。
在DPF13的出口處的排氣空燃比的控制能夠基于后噴射定時或進(jìn)氣節(jié)流來進(jìn)行，而不是基于在第一實施例中的后噴射的量和在第二實施例中的EGR來進(jìn)行。同樣地，在DPF13進(jìn)口處的氧氣濃度的控制能夠基于主噴射量、主噴射定時、后噴射量、后噴射定時和EGR來進(jìn)行，而不是基于在第一實施例和第二實施例中的進(jìn)氣節(jié)流來進(jìn)行。
下面，將說明本發(fā)明的第三實施例。
圖10是顯示本發(fā)明的第三實施例的柴油機(jī)的系統(tǒng)圖，第二實施例與第一實施例的不同點在于NOx捕集催化凈化器設(shè)置在排氣通道10中的具有三元催化作用的DPF13的下游側(cè)，當(dāng)通過它的排氣的空燃比是稀混合比時，捕集NOx，而當(dāng)此空燃比是此化學(xué)計量比率或是濃混合比時，除去并且凈化NOx。
圖11是第三實施例中的DPF還原控制的流程圖。此流程圖與將被說明的第一實施例(圖)的不同僅在于步驟S6、步驟S11、步驟S12和步驟S16。
在步驟S6中，通過控制進(jìn)氣節(jié)流閥5進(jìn)氣量被調(diào)節(jié)從而開始DPF13的還原。為了促進(jìn)DPF13溫度的升高，進(jìn)氣量大以使在DPF13進(jìn)口的氧氣濃度大到DPF出口的λ是化學(xué)計量的程度。為了達(dá)到這個目的，相應(yīng)于當(dāng)前操作的狀態(tài)(發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速Ne和燃油噴射量Q)的目標(biāo)進(jìn)氣量(第一目標(biāo)值)通過圖12中所示的用于DPF溫度的快速升高的目標(biāo)進(jìn)氣量圖型來確定并且調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)流閥5的開啟角度從而獲得已確定的目標(biāo)值。在此情況下，氧氣濃度傳感器可能被設(shè)置在DPF的進(jìn)口處，并且調(diào)節(jié)進(jìn)氣節(jié)流以獲得目標(biāo)氧氣濃度。
因此，直到這樣一溫度，即PM的燃燒沒有開始的溫度為止，更多的氧氣和被后噴射的燃油供給DPF13，以立刻氧化對DPF13進(jìn)行后噴射的燃油，從而能使DPF13溫度的升高加速。
在步驟S11中，通過檢測DPF13的溫度(在此是DPF出口處的排氣溫度)，判斷此溫度是否達(dá)到了PM能夠燃燒的溫度T3(＝T2)并且是否還能夠除去在NOx捕集催化凈化器14上聚積的硫磺成分。由于硫磺成分能夠除去的溫度通常比PM能夠燃燒的溫度低，那么，此處T3＝T2。
在步驟S12，由于DPF13的溫度已經(jīng)達(dá)到了一個適于PM燃燒的狀態(tài)，這時DPF13的溫度是T3或比T3高，所以溫度的快速升高結(jié)束了并且進(jìn)氣量很小，以使在DPF13進(jìn)口處的氧氣濃度相對變小。為了達(dá)到此目的，目標(biāo)進(jìn)氣量(第二目標(biāo)值)使用圖4中所示的目標(biāo)進(jìn)氣量的圖型來確定，而進(jìn)氣節(jié)流閥5的進(jìn)氣開啟角度被控制以獲得已確定的目標(biāo)進(jìn)氣量。
在步驟S14中，此狀態(tài)所經(jīng)過的時間被檢測。當(dāng)它是一個預(yù)定的時間t2或更少時，此控制返回。而當(dāng)它超過此預(yù)定時間t2時，此控制進(jìn)入步驟S15。因此，同時保持此預(yù)定時間t2、PM的燃燒狀態(tài)、硫磺成分的除去狀態(tài)、進(jìn)行DPF13的還原并且除去NOx捕集催化凈化器14中硫磺的毒化。此預(yù)定時間t2在此是燃燒在DPF13中聚積的PM所需的時間段并且是除去在NOx捕集催化凈化器14上聚積的硫磺成分所需的時間段，而且是相對于第一實施例中的t1設(shè)定的，如圖13中所示。
由于，在此實施例中，判斷當(dāng)在DPF13中的聚積的PM的量達(dá)到預(yù)定的恒定的量這一還原時刻時，能夠假定在還原時刻的聚積的PM的量是預(yù)定的恒定的量。因此，用于燃燒PM的所需的時間能夠設(shè)定為一個恒定的值，但是硫磺毒化的程度取決于在燃油中硫磺的密度。當(dāng)硫磺的密度較高時，硫磺毒化很可能更易產(chǎn)生。因此，需要增加溫度t2，使硫磺密度更高。因此，溫度t2可以根據(jù)在燃油中硫磺的密度來設(shè)定。
特別的是，根據(jù)本實施例，通過在排氣通道10中設(shè)置NOx捕集催化凈化器14，這樣就可以在稀混合比的空氣中而不是在DPF13的還原時刻除去NOx，也可以通過在DPF13上安裝的具有三元催化作用的催化凈化器，在還原期間除去NOx。還有，由于在DPF13的還原期間排氣的空燃比是此化學(xué)計量比率，所以NOx捕集催化凈化器14設(shè)置在DPF13的下游或安裝在DPF13上，以使甚至當(dāng)在稀混合比的空氣中NOx捕集催化凈化器14被硫磺毒化時，DPF還能夠被還原，并且此時硫磺的毒化也能夠被除去。
還有，根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置過濾器溫度檢測器(排氣溫度傳感器25)并且相應(yīng)于在還原期間的DPF的溫度來控制氧氣濃度，以使當(dāng)DPF的溫度低時，在DPF13進(jìn)口處的排氣中的氧氣濃度較高，因此能夠獲得下面的效果。即，直到DPF13的溫度達(dá)到在DPF13中捕集的PM開始被燃燒的溫度(T2)為止，DPF13的溫度的升高越快越好。因此，通過相應(yīng)于DPF的溫度來控制DPF13進(jìn)口的氧氣濃度，DPF13進(jìn)口的氧氣濃度能夠被控制而達(dá)到最大溫度升高直到DPF13的溫度達(dá)到PM的燃燒開始的溫度(T2)為止，從而使DPF13的還原能夠在短時間內(nèi)完成。
在2001年4月19日申請的申請?zhí)枮?001-121481的基本的日本專利和已得到保護(hù)的它的優(yōu)先權(quán)這兩者的全部內(nèi)容通過引用在此結(jié)合在一起。
選出的實施例是被選來說明本發(fā)明的，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說從此公開中明顯得出，在不脫離所附的權(quán)利要求確定的發(fā)明目的的情況下，各種變化和改進(jìn)都是可以想到的。還有，對本發(fā)明實施例的上述描述僅用來進(jìn)行說明，而不是以用于限制由所附的權(quán)利要求和它們的等同物確定的本發(fā)明為目的的。
工業(yè)實用性對于本發(fā)明，如上所述，在PM捕集過濾器的還原過程中，PM能夠適當(dāng)?shù)乇蝗紵腿コ?，并且還能去除NOx、HC和CO，從而能夠改進(jìn)排放性能。因此，本發(fā)明具有寬的工業(yè)實用性。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，它包括一種在此內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中設(shè)置的在此排氣通道中捕集排氣中的顆粒物質(zhì)的過濾器；一種安裝在此過濾器上的具有三元催化作用(three-wayfunction)的催化凈化器；和一種用于此內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，在過濾器的還原過程中，此控制裝置把過濾器出口處的排氣的空燃比控制為一個化學(xué)計量(stoichiometric)比率。
2.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其中，在此過濾器出口處的排氣的空燃比通過控制后噴射量、后噴射定時、排氣再循環(huán)和進(jìn)氣節(jié)流中至少一個來控制。
3.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其中，在過濾器的還原過程中，此控制裝置還控制此過濾器進(jìn)口處的排氣的氧氣濃度。
4.如權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其中，基于在此過濾器中捕集的顆粒物質(zhì)的數(shù)量來控制此過濾器進(jìn)口處的此排氣的氧氣濃度。
5.如權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，還包括一種檢測過濾器溫度的過濾器溫度檢測器，其中，基于在還原過程中此過濾器的溫度來控制此過濾器進(jìn)口處的排氣的氧氣濃度，以使當(dāng)此過濾器的溫度降低時此氧氣濃度較高。
6.如權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，還包括一個檢測過濾器溫度的過濾器溫度檢測器，其中，在此還原期間當(dāng)過濾器溫度超過一個預(yù)定的值時，控制過濾器進(jìn)口處的排氣的氧氣濃度降低。
7.如權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其中，過濾器進(jìn)口處的排氣的氧氣濃度由進(jìn)氣節(jié)流、主噴射量、主噴射定時、后噴射量、后噴射定時和排氣再循環(huán)中的至少一個進(jìn)行控制。
8.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，還包括一種設(shè)置在此排氣通道中的NOx捕集催化凈化器，當(dāng)此排氣的空燃比是稀的時，捕集NOx，而當(dāng)此空燃比是此化學(xué)計量比率或是濃混合比時，除去和凈化此已捕集的NOx。
9.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其中，此過濾器出口處的排氣的空燃比被假定與此過濾器內(nèi)的排氣的空燃比相同。
10.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，它包括一種設(shè)置在此內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中的在此排氣通道中捕集排氣中的顆粒物質(zhì)的過濾器；一種裝在此過濾器上的具有三元催化作用的催化凈化器；和在此過濾器的還原過程中，用于把此過濾器出口處的排氣的空燃比控制為一個化學(xué)計量比率的控制裝置。
11.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化的方法，其中，一種過濾器設(shè)置在此內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中在此排氣通道中捕集排氣中的顆粒物質(zhì)；一種具有三元催化作用的催化凈化器被安裝在此過濾器上，并且在過濾器的還原過程中，此過濾器出口處的排氣的空燃比被控制為一個化學(xué)計量比率。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中設(shè)置有一個捕集排氣中的顆粒物質(zhì)的過濾器和一個安裝在過濾器上的具有三元催化作用的催化凈化器。在過濾器的還原過程中，通過控制如后噴射的噴射量，把過濾器出口處的排氣的空燃比控制為一個化學(xué)計量，并且還通過控制如進(jìn)氣節(jié)流閥，對過濾器進(jìn)口處排氣的氧氣濃度進(jìn)行控制。因此，在過濾器的還原期間，顆粒能夠被可靠地燃燒，同時能夠除去NOx、HC和CO。
文檔編號F01N3/24GK1461379SQ02801298
公開日2003年12月10日 申請日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者北原靖久 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社