專利名稱：內(nèi)燃機排氣凈化系統(tǒng)及排氣凈化裝置凈化能力的再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)以及排氣凈化裝置的凈化能力的再 生方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機的排氣含有諸如氮氧化物(NOx)等有害物質(zhì)。已知內(nèi)燃機的 排氣系統(tǒng)設(shè)置有NOx催化劑以便從排氣中除去NOx從而降低這些有害物 質(zhì)的排放。對于這種技術(shù)，例如，當(dāng)設(shè)置有NOx儲存還原型催化劑時，如 果所儲存的NOx的量增加則凈化能力下降，所以要向NOx儲存還原型催 化劑供給還原劑，從而將儲存于催化劑中的NOx還原并排出。(下文中， 這種處理稱為"NOx還原處理"。)排氣中的硫氧化物(SOx)也儲存在 NOx催化劑中，這將導(dǎo)致使催化劑的凈化能力降低的SOx中毒。為消除 SOx中毒，有時提高NOx催化劑的床溫并添加還原劑。(下文中，這種處 理稱為"SOx再生處理"。)還已知當(dāng)如上所述地，還原劑被供給到諸如NOx催化劑等的排氣凈化 裝置，并且凈化能力得到再生時，希望減小引入排氣凈化裝置的排氣流量， 從而為所供給的還原劑在排氣凈化裝置內(nèi)的擴散和反應(yīng)確保足夠的時間。為此目的已提出各種技術(shù)，如日本專利申請公報No.JP-A-2003-106142 和曰本專利申請乂〉報No. JP-A-2003-74328,其中在排氣凈化系統(tǒng)中設(shè)置有 多個分支通路，并且在每個分支通路中都設(shè)置有排氣凈化裝置。(在下文 中，用語"排氣凈化系統(tǒng)"用來表示一個或多個排氣凈化裝置以及相關(guān)的 控制系統(tǒng)。)對于這些技術(shù)，借助于改變流動通路的橫截面積的閥來使引 入任一個排氣凈化裝置的排氣流量降低至預(yù)定的量，并且將燃料作為還原劑供給到所引入的排氣流量被降低的排氣凈化裝置中。這允許所供給的燃 料充分地用于再生排氣凈化裝置的凈化能力。這也限制了對內(nèi)燃機工作性能的影響。例如，在日本專利申請公報No. JP-A-2004-52603中公開了一種 相關(guān)的技術(shù)。對于這種技術(shù)，當(dāng)為NOx催化劑執(zhí)行NOx還原處理時，將 切換閥從前流設(shè)置變換至后流設(shè)置，或進(jìn)行相反的變換。通過這種方法， 通過改變閥的設(shè)置而減小在NOx催化劑內(nèi)的排氣量。從產(chǎn)生閥切換信號起 經(jīng)過預(yù)定量的時間后供給還原劑。然而，對于前述技術(shù)，例如，當(dāng)以恒定的速度減小在排氣凈化裝置中 的排氣流量時，存在還原劑不會以還原劑應(yīng)當(dāng)被添加的正時到達(dá)排氣凈化 裝置的危險。還存在還原劑會通過排氣凈化裝置并逸出的危險。結(jié)果，有 時很難可靠地向整個排氣凈化裝置供給還原劑并有效地再生凈化能力。本發(fā)明提供了一種更可靠或更有效地再生排氣凈化系統(tǒng)中的排氣凈化 裝置的凈化能力的技術(shù)，所述排氣凈化系統(tǒng)包括從排氣通路分出的多個分 支通路以及設(shè)置在各分支通路內(nèi)的排氣凈化裝置。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化系統(tǒng)的主要特征在于以下幾點。具體地，該排 氣凈化系統(tǒng)包括從排氣通路分出的多個分支通路以及在各分支通路內(nèi)的排 氣凈化裝置、還原劑添加裝置和排氣流量控制閥。當(dāng)在排氣凈化裝置中執(zhí) 行凈化能力再生處理時，在設(shè)置有要執(zhí)行再生處理的排氣凈化裝置的分支 通路中，排氣流量控制閥的開度被設(shè)定為預(yù)定的第一開度，所述第一開度 比在再生處理開始之前的開度更接近閉合。然后，在保持第一開度的同時 從還原劑添加裝置添加還原劑。具體地，排氣凈化系統(tǒng)的特征在于包括排氣通路，所述排氣通路的一端連接至內(nèi)燃機并且來自內(nèi)燃機的排氣 通過該排氣通路，并且該排氣通路,皮分成多個分支通路；設(shè)置在所述多個分支通路中的各個內(nèi)的排氣凈化裝置，各個排氣凈化 裝置凈化通過設(shè)置有所述排氣凈化裝置的分支通路的排氣；設(shè)置在所述多個分支通路中的各個內(nèi)的排氣流量控制閥，各個排氣流量控制閥控制通過設(shè)置有所述排氣流量控制閥的分支通路的排氣的流量； 在所述排氣凈化裝置的上游設(shè)置在所述多個分支通路中的各個內(nèi)的還原劑添加裝置，各個還原劑添加裝置向通過設(shè)置有所述還原劑添加裝置的分支通路的排氣添加還原劑；以及 凈化能力再生控制裝置，其中，當(dāng)向設(shè)置在所述多個分支通i^一內(nèi)的排氣凈化裝置供給還原劑并且 在所述排氣凈化裝置內(nèi)執(zhí)行凈化能力再生處理時，在設(shè)置有要執(zhí)行再生處 理的排氣凈化裝置的分支通路中，排氣流量控制閥的開度被設(shè)定為預(yù)定的 第一開度，所述第一開度比在再生處理開始之前的開度更接近閉合；在排氣流量控制閥的開度被保持在第一開度期間，從還原劑添加裝置 添加還原劑；并且在還原劑的添加完成之后，排氣流量控制閥的開度被設(shè)定為預(yù)定的第 二開度，所述第二開度比第一開度更接近閉合。這里，考慮還原劑被供給到在任一個分支通路內(nèi)的排氣凈化裝置從而 再生該排氣凈化裝置的凈化能力的情況。在這種情況下， 一般通過關(guān)閉排 氣流量控制閥來切斷在設(shè)置有排氣凈化裝置的分支通路中的排氣的流動。 與關(guān)閉排氣流量控制閥相結(jié)合，設(shè)置在排氣凈化裝置上游的還原劑添加裝 置向流入排氣凈化裝置的排氣添加還原劑。這里考慮以下情況例如，排氣流量控制閥被以恒定的速度關(guān)閉或者 被關(guān)閉從而使得排氣流量以恒定的速度減小。(在下文中，這些情況將統(tǒng) 稱為"以均勻的方式關(guān)閉排氣流量控制閥"。)在這些情況下，取決于排 氣流量控制閥的開度與由還原劑添加裝置添加還原劑的正時之間的關(guān)系， 存在所添加的還原劑的一部分不會到達(dá)排氣凈化裝置或者將通過排氣凈化 裝置并逸出的危險?？傊?，這一部分還原劑不能被用于再生排氣凈化裝置 的凈化能力。因此很難有效地完成排氣凈化裝置中的凈化能力再生處理。因此，根據(jù)本發(fā)明，包括從排氣通路分出的多個分支通路以及在各分 支通路中的排氣凈化裝置、還原劑添加裝置和排氣流量控制閥的排氣凈化系統(tǒng)以如下方式實現(xiàn)。具體地，當(dāng)再生排氣凈化裝置的凈化能力時，在設(shè) 置有要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的分支通路中，排氣流量控制閥被 關(guān)閉至預(yù)定的第 一開度，所述第 一開度比在再生處理開始之前的開度更接 近關(guān)閉。然后，在保持第一開度的同時從還原劑添加裝置添加還原劑。在 還原劑添加完成后，排氣流量控制閥被設(shè)定至第二開度，所述第二開度比 笫一開度更接近閉合。這里，第 一開度比排氣流量控制閥的開度在再生處理中的變化范圍的 中點更接近閉合。具體地，開度的變化范圍是從排氣流量控制閥在再生處 理開始之前的開度至排氣流量控制閥最終被設(shè)定到的第二開度的范圍。第 一開度可被設(shè)定為使從還原劑添加裝置添加的還原劑能夠被可靠地輸送的 最小開度。當(dāng)被設(shè)定為排氣流量控制閥的開度時，第二開度是確保通過排 氣凈化裝置的排氣流量低到足以為從還原劑添加裝置添加的還原劑在排氣 凈化裝置內(nèi)的擴散和反應(yīng)確保足夠的時間的開度。第二開度可以是，例如， 當(dāng)閥被完全關(guān)閉時的開度。因此，在設(shè)置有要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的分支通路中，首 選通過將排氣流量控制岡設(shè)定至第一開度來減小排氣流量。然后，在排氣 流量控制閥的開度被保持在第 一開度期間從還原劑添加裝置添加還原劑。因此，即使從還原劑添加裝置添加還原劑的正時在某種程度上產(chǎn)生誤 差，也能夠抑制由正時誤差導(dǎo)致的還原劑在排氣凈化裝置中的擴散狀態(tài)的 變化。結(jié)果，相比于排氣流量控制閥的開度以均勻的方式改變的情況，還 原劑能夠更穩(wěn)定地擴散至遍及整個排氣凈化裝置。另外，因為此時排氣流 量降低，可使添加還原劑的時期本身更長，并且可更精確地控制所添加的 還原劑的量。在還原劑的添加完成之后將排氣流量控制閥關(guān)閉至第二開度 的正時不再要求是高度精確的。結(jié)果，能夠更可靠或更有效地完成在排氣凈化裝置中的凈化能力再生 處理。根據(jù)本發(fā)明，在排氣流量控制閥的所述開度被保持在第 一開度期間， 在添加還原劑的時期之前和/或之后，也可建立預(yù)定的無還原劑添加時段，在該時段中不添加還原劑。例如，系統(tǒng)可被設(shè)定為使得，在排氣流量控制閥的開度被保持在第一 開度期間，在設(shè)置有要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的分支通路中，在 經(jīng)過了前期無還原劑添加時段之后由還原劑添加裝置添加還原劑。系統(tǒng)可被:沒定為4吏得，在還原劑的添加完成之后，系統(tǒng)在等待直到經(jīng)過了后期無 還原劑添加時段之后才將排氣流量控制閥關(guān)閉至第二開度。如果這樣設(shè)定系統(tǒng)，則確保前期無還原劑添加時段使得可能在引入要 再生其凈化能力的排氣凈化裝置中的排氣流量降低至由排氣流量控制閥的 笫一開度產(chǎn)生的流量，例如還原劑能夠被可靠地輸送的最小流量，之后添 加還原劑。另外，確保后期無還原劑添加時段使得可能為添加至排氣中的 還原劑被^ 1入排氣凈化裝置并且擴散至遍及整個排氣凈化裝置確保足夠的 時間。結(jié)果，還原劑能夠更可靠地擴散至遍及整個排氣凈化裝置，既不過 多也不缺少，從而能夠更有效地完成在排氣凈化裝置中的凈化能力再生處 理。注意，前期無還原劑添加時段和后期無還原劑添加時段不必具有相同 的持續(xù)時間。用于使引入要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的排氣流量降 低至由排氣流量控制閥的第一開度產(chǎn)生的流量的最優(yōu)時長可預(yù)先通過試驗 確定然后被設(shè)定為前期無還原劑添加時段。用于使添加至排氣中的還原劑 被虧1入排氣凈化裝置并且擴散至遍及整個排氣凈化裝置的最優(yōu)時長也可預(yù) 先通過試驗確定然后被設(shè)定為后期無還原劑添加時段。兩個時段的最優(yōu)值 也可根據(jù)內(nèi)燃機的工作狀態(tài)而改變。僅設(shè)置前期無還原劑添加時段或僅設(shè) 置后期無還原劑添加時段也是可行的。另外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)凈化能力再生控制裝置使排氣流量控制閥的開 度從第一開度向第二開度減小時，所述閥可以以至少與預(yù)定的第一速度同 樣快的速度關(guān)閉。這里，在用于排氣流量控制閥的閥關(guān)閉操作開始時的時刻，預(yù)定的第 一速度用作速度的閾值，排氣流量控制閥能夠以所述速度關(guān)閉至第二開度， 并且同時4吏還原劑保持在排氣凈化裝置內(nèi)充分?jǐn)U散的狀態(tài)。第一速度可預(yù)先通過試驗確定。如果這樣做，則在由還原劑添加裝置添加的還原劑擴散 至遍及整個排氣凈化裝置時的時間點，通過排氣凈化裝置的排氣流量能夠 被可靠地降低為小到足以為由還原劑添加裝置添加的還原劑在排氣凈化裝 置內(nèi)進(jìn)一步地擴散和反應(yīng)確保足夠的時間。結(jié)果，還原劑能夠更可靠地擴 散至遍及整個排氣凈化裝置，既不過多也不缺少。另外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)凈化能力再生控制裝置使排氣流量控制閥的開 度向第 一開度減小時，所述閥的關(guān)閉速度可以相比于在還原劑被添加之后 當(dāng)排氣流量控制閥的開度從第 一開度向第二開度減小時所述排氣流量控制 閥關(guān)閉的速度更'匱。因為當(dāng)排氣流量控制閥的開度被設(shè)定至第 一開度時可將閥關(guān)閉速度設(shè) 置為較慢，所以能夠抑制在排氣通路中的背壓的突然變化，由此避免了由 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的突然波動引起的駕駛性能的惡化。另外，因為排氣流量控制 閥的開度被緩慢地設(shè)定至第 一開度，所以能夠以更高的精度來控制該閥， 并且能夠更精確地將排氣流量控制閥的開度設(shè)定至第一開度。根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置的凈化能力的再生方法通過向設(shè)置在任一 個通過從內(nèi)燃機的排氣通路分支而形成的多個分支通路中的任一個排氣凈化裝置供給還原劑來再生所述凈化能力。所述方法的特征在于包括第一流量減小處理，所述處理在設(shè)置有要再生凈化能力的排氣凈化裝 置的分支通路中將排氣流量減小到預(yù)定的第一流量，所述第一流量小于在 再生開始之前的流量；還原劑添加處理，所述處理在第一流量減小處理之后執(zhí)行，使排氣流 量保持在第一流量，并且向排氣添加還原劑；第二流量減小處理，所述處理在還原劑添加處理之后執(zhí)行，并且使排 氣流量減小到小于第一流量的預(yù)定的第二流量。這里，第一流量小于排氣流量在再生處理中的變化范圍的中點。具體 地，流量的變化范圍是從在再生處理開始之前的排氣流量至排氣流量最終 被設(shè)定到的第二流量的范圍。第一流量可被設(shè)定為使還原劑能夠被可靠地 輸送至排氣凈化裝置的最小排氣流量。第二流量是低到足以為所添加的還原劑在排氣凈化裝置內(nèi)擴散和反應(yīng)確保足夠的時間的排氣流量。第二流量 可以設(shè)定為大約為零。因此，在設(shè)置有要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的分支通路中，首 選通過第一流量減小處理來減小排氣流量。然后在還原劑添加處理中，可 在使引入要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的排氣流量保持在第一流量的 同時向排氣添加還原劑。因此，即使向排氣添加還原劑的正時在某種程度上產(chǎn)生誤差，也能夠 抑制由正時誤差導(dǎo)致的還原劑在排氣凈化裝置中擴散的狀態(tài)的變化。結(jié)果， 相比于以恒定的速度改變排氣流量的情況，還原劑能夠更穩(wěn)定地擴散至遍 及整個排氣凈化裝置。另外，因為此時排氣流量降低，可使添加還原劑的 時期本身更長，所以能夠更精確地控制所添加的還原劑的量。在第二流量 減小處理中，在排氣流量被設(shè)定至第二流量的正時不再要求是高度精確的。結(jié)果，能夠更可靠或更有效地完成在排氣凈化裝置中的凈化能力再生 處理。在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置的凈化能力的再生方法中，在添加還原 劑的時期之前和/或之后，還可以在還原劑添加處理中建立預(yù)定的無還原劑 添加時段，在該時段中排氣流量保持在第一流量并且不添加還原劑。如果這樣設(shè)定系統(tǒng)，則確保前期無還原劑添加時段使得可能在在設(shè)置 有要再生其凈化能力的排氣凈化裝置的分支通路中的排氣流量充分地穩(wěn)定 在第一流量之后向排氣添加還原劑。另外，確保后期無還原劑添加時段使 得可能在還原劑添加完成之后為所添加的還原劑擴散至遍及整個排氣凈化 裝置確保足夠的時間。結(jié)果，能夠更可靠或更有效地完成在排氣凈化裝置 中的凈化能力再生處理。在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置的凈化能力的再生方法中，也可將系統(tǒng) 設(shè)定為使得，在第二流量減小處理中，當(dāng)排氣流量減小至第二流量時，排 氣流量的降低速度為預(yù)定的第二速度。這里，預(yù)定的第二速度應(yīng)當(dāng)是使得排氣流量能夠降低至第二流量，同 時由第一流量的排氣輸送的還原劑在第二流量減小處理開始時保持其擴散狀態(tài)的排氣流量的變化速度。換句話說，預(yù)定的第二速度應(yīng)當(dāng)使得排氣流 量能夠足夠快地降低至第二流量，從而使排氣僅將還原劑輸送相對于排氣 凈化裝置的長度來說足夠短的距離。如果這樣做，還原劑能夠更可靠地保 持在擴散至遍及整個排氣凈化裝置的狀態(tài)，既不過多也不缺少。在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置的凈化能力的再生方法中，系統(tǒng)可設(shè)定 為使得，在第一流量減小處理中，當(dāng)排氣流量4皮設(shè)定至第一流量時，排氣 流量的降低速度是比第二速度慢的預(yù)定的第三速度。這里，預(yù)定的第三速度應(yīng)當(dāng)是比第二速度慢的流量變化的速度值，這 使得能夠在排氣流量被設(shè)定為第 一流量時以足夠高的可控性來控制流量， 并且允許充分地抑制發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的突然波動。如果這樣做，在第一流量減小處理中，能夠抑制在分支通路中的背壓 的突然變化，因此避免了由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的突然波動引起的駕駛性能的惡化。 還能夠更精確地將排氣流量設(shè)定為第 一流量。注意，才艮據(jù)本發(fā)明的解決問題的方法能夠以所有可能的組合來應(yīng)用。


圖1是示出才艮據(jù)本發(fā)明的實施例的內(nèi)燃沖幾、其排氣系統(tǒng)及其控制系統(tǒng) 的整體構(gòu)型的圖。圖2是在通常的NOx還原處理中，逸出的燃料量根據(jù)燃料添加正時而 變化的示意圖。圖3是示出在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，在NOx還原處理中，第一閥的 開度、排氣流量以及逸出的燃料量變化的時間圖。圖4是示出才艮據(jù)本發(fā)明的實施例的NOx還原處理例例程的流程圖。
具體實施方式
下面將參照附圖以示例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。圖l是示出根據(jù)本實施例的內(nèi)燃機、其排氣系統(tǒng)以及其控制系統(tǒng)的整體構(gòu)型的圖。圖1示出的內(nèi)燃機l是柴油機。圖l中省略了內(nèi)燃機l的內(nèi)部及其進(jìn)氣系統(tǒng)。在圖1中，內(nèi)燃機1與排氣管5相連接，來自內(nèi)燃才凡l的排氣流過該 排氣管5。排氣管5連接到下游的消聲器(未示出)。在排氣管5中設(shè)置 有從排氣中除去顆粒物質(zhì)(例如，炭黑)、氮氧化物(NOx)等的排氣凈 化部10。在下文中，排氣管5的在排氣凈化部10上游的部分將稱為第一 排氣管5a，而排氣管5的在排氣凈化部10下游的部分將稱為第二排氣管 5b。在排氣凈化部10的入口，第一排氣管5a被分成第一分支通路10a和 第二分支通路10b。再向下游，笫一分支通路10a與第二分支通路10b合 并從而形成第二排氣管5b。在第一分支通路10a中設(shè)置有第一排氣凈化裝 置lla，并且在第二分支通路10b中設(shè)置有第二排氣凈化裝置llb。第一 和第二排氣凈化裝置lla和llb從排氣中收集顆粒物質(zhì)(例如，炭黑)， 并且儲存并還原排氣中的NOx。在本實施例中，第一排氣管5a和第二排 氣管5b形成排氣通路，第一分支通路10a與第二分支通路10b形成分支 通路。在本實施例中，在笫一排氣凈化裝置lla內(nèi)串聯(lián)布置有第一NSR110a 和第一 DPNR llla，在第一 NSR 110a內(nèi)支承有NOx儲存還原型催化劑， 在第一 DPNR llla內(nèi)將NOx儲存還原型催化劑支承在從排氣中收集顆粒 物質(zhì)的過濾器上。在第二排氣凈化裝置llb內(nèi)以同樣的方式串聯(lián)布置有笫 二 NSR 110b和第二 DPNR lllb。在第一分支通路10a的在第一排氣凈化裝置lla下游的部分中設(shè)置有 控制通過第一分支通路10a的排氣流量的第一閥12a。以同樣的方式，在 第二分支通路10b的在第二排氣凈化裝置lib下游的部分中設(shè)置有第二閥 12b。在本實施例中，第一閥12a和第二閥12b是排氣流量控制閥。在圖1中，在第一分支通路10a中在第一排氣凈化裝置lla的上游側(cè) 設(shè)置有第一燃料添加閥14a。在由第一排氣凈化裝置lla進(jìn)行的NOx還原 處理等期間，第一燃料添加閥14a向排氣添加燃料作為還原劑。以同樣的 方式，在第二分支通路10b中在第二排氣凈化裝置lib的上游側(cè)設(shè)置有第 二燃料添加閥14b。在本實施例中，第一燃料添加閥14a和第二燃料添加閥14b是還原劑添加裝置。在如前述構(gòu)造的內(nèi)燃機1及其排氣系統(tǒng)的旁邊安裝有電子控制單元 (ECU) 35，用來控制內(nèi)燃機1及其排氣系統(tǒng)。ECU 35是根據(jù)內(nèi)燃機1 的工作條件以及駕駛員的需要來控制內(nèi)燃機1的工作狀態(tài)等并且還控制內(nèi) 燃機1的排氣凈化部10的單元。ECU 35通過電線連接到與對內(nèi)燃機1的工作狀態(tài)的控制相關(guān)的傳感 器(未示出)，如曲柄位置傳感器、加速器位置傳感器等，并且所述傳感 器的輸出信號被輸入ECU35。 ECU35還通過電線連接到內(nèi)燃機1中的燃 料噴射閥等(未示出)，如本實施例中的第一閥12a、第二閥12b、第一燃 料添加閥14a和第二燃料添加閥14b，并且所有這些閥都由ECU35控制。ECU 35還設(shè)置有CPU、 ROM、 RAM等。在ROM中存儲有執(zhí)行對 內(nèi)燃機1的各種形式的控制的程序、數(shù)據(jù)脈鐠圖等。在存儲于ECU 35的 ROM內(nèi)的各程序中還包括NOx還原處理例程和SOx再生處理例程(省略 了對所述各例程的說明)，該NOx還原處理例程用于還原并排出儲存在第 一排氣凈化裝置11a和第二排氣凈化裝置lib中的NOx，該SOx還原處 理例程用于還原并排出儲存在第一排氣凈化裝置11a和第二排氣凈化裝置 lib中的SOx。下面將說明在第一排氣凈化裝置11a中的NOx還原處理，作為本實施 例中的排氣凈化系統(tǒng)的凈化能力再生處理的控制示例。圖2的時間圖示出 在用于第一排氣凈化裝置11a的常規(guī)NOx還原處理中對第一閥12a和第一 燃料添加閥14a的控制，以及在常規(guī)NOx還原處理期間排氣流量的變化和 從第一排氣凈化裝置11a逸出的燃料量的變化。當(dāng)執(zhí)行第一排氣凈化裝置lla的NOx還原處理時，首先，在時刻tl, 向第一閥12a輸出完全關(guān)閉指令。響應(yīng)于該指令，第一閥12a開始閥關(guān)閉 操作。與第一閥12a的閥關(guān)閉操作相結(jié)合，通過第一分支通路10a的排氣 流量開始降低。在時刻t2，通過第一分支通路10a的排氣流量達(dá)到最小能 輸送流量。所述最小能輸送流量是能夠?qū)牡谝蝗剂咸砑娱y14a添加的還 原劑可靠地輸送到下游的最小排氣流量。在本實施例中最小能輸送流量等效于第一流量。下文中，第一閥12a在達(dá)到最小能輸送流量處的開度稱為 最小能輸送開度。在本實施例中，第一岡12a在此時的開度等效于第一開 度。在時刻t3，第一閥12a達(dá)到完全關(guān)閉狀態(tài)，通過第一分支通路10a的 排氣流量成為大約為零。在此處理中，從第一燃料添加閥14a添加燃料作為還原劑(將在下文 中詳細(xì)說明)，然后燃料擴散至遍及整個第一排氣凈化裝置lla。在時刻 t4，當(dāng)認(rèn)為在第一排氣凈化裝置lla中的NOx還原反應(yīng)完成時，ECU 35 向第一閥12a輸出完全開啟指令，并且第一閥12a開始閥開啟操作。同時， 通過第一分支通路10a的排氣流量開始增加。在前述的控制處理中，從第一燃料添加閥14a添加作為還原劑的燃料 是在時刻tl至?xí)r刻t4之間的時段中的任意時刻執(zhí)行的。根據(jù)燃料添加正 時，所添加的燃料在第一排氣凈化裝置lla中擴散的方式以及從第一排氣 凈化裝置lla逸出的燃料量顯著地不同。例如，如果在圖2中的時段A中 添加燃料，則燃料是在排氣流量較大時被添加的，所以當(dāng)燃料被引入第一 排氣凈化裝置lla中時流速過高，因而大量的燃料迅速地從第一排氣凈化 裝置lla逸出。如果在圖2中的時段B中，在當(dāng)通過第一分支通路10a的排氣流量達(dá) 到最小能輸送流量時的時刻t2附近的時期添加燃料，則不會如在前述情況 那樣有大量燃料從第一排氣凈化裝置lla逸出。然而，在此情況下，所添 加的燃料的一部分確實會迅速地從第一排氣凈化裝置lla逸出，而所添加 的燃料的一部分不能在排氣流量降至零之前到達(dá)第一排氣凈化裝置lla。 在時刻t4向第一閥12a輸出完全開啟指令之后，未到達(dá)第一排氣凈化裝置 lla的燃料以高速流入第一排氣凈化裝置lla并逸出。如果在圖2中的時段C中，在當(dāng)通過第一分支通路10a的排氣流量成 為幾乎為零時的時刻t3附近的時期添加燃料，則幾乎全部的燃料都不能在 排氣流量降至零之前到達(dá)第一排氣凈化裝置lla。結(jié)果，在時刻t4向第一 閥12a輸出完全開啟指令之后，幾乎全部的燃料都從第一排氣凈化裝置lla 逸出。因此，在本實施例中，在NOx還原處理期間，首先，第一閥12a緩慢 地關(guān)閉直至達(dá)到最小能輸送開度。然后保持最小能輸送開度，并且在保持 最小能輸送開度期間從第一燃料添加閥14a添加燃料。然后，在經(jīng)過預(yù)定 的等待時間后，盡可能快速地完全關(guān)閉第一閥12a。圖3的時間圖示出根據(jù)本實施例在用于第一排氣凈化裝置lla的NOx 還原處理中對第一閥12a和第一燃料添加閥14a的控制，以及根據(jù)本實施 例在NOx還原處理期間排氣流量的變化和從第一排氣凈化裝置lla逸出的 燃料量的變化。在本實施例中，首先，在時刻t5，向第一閥12a輸出不要完全關(guān)閉而 是關(guān)閉至最小能輸送開度的指令。然后，第一閥12a從完全開啟的狀態(tài)開 始閥關(guān)閉操作。在時刻t6，達(dá)到最小能輸送開度。在本實施例中，最小能 輸送開度的值與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負(fù)荷、進(jìn)氣量以及排氣溫度等參數(shù)中 的至少一者相關(guān)地被繪制成圖。在時刻t5通過從可用的圖中讀取用于各變 量的值來獲得最小能輸送開度的值。在本實施例中，還將從時刻t5至?xí)r刻 t6的時段設(shè)置得長于從時刻tl至?xí)r刻t2的時段。即，第一閥12a的操作 速度比在圖2所示的控制中的速度慢。在本實施例中，通過降低第一閥12a 的操作速度而實現(xiàn)的排氣流量的降低速度等效于第三速度。從時刻t6至?xí)r刻t9的時段中第一閥12a的開度被保持在最小能輸送 開度。將詳細(xì)解釋在此時段中的控制，在時刻t6后，系統(tǒng)等待通過第一分 支通路10a的排氣流量降到最小能輸送流量。在時刻t7,從第一燃料添加 閥14a的燃料添加開始。在時刻t8 (在圖3中的時段D之后)，當(dāng)已添加 了能夠擴散至遍及整個第一排氣凈化裝置lla的一定量的燃料時，所述燃 料添加結(jié)束。在從時刻t8直到時刻t9的時段中，第一閥12a的開度被保 持在最小能輸送開度。在本實施例中，從時刻t8直到時刻t9的時段是按 照使所添加的燃料可靠地到達(dá)第一排氣凈化裝置lla所需要的時間預(yù)先確 定的時長。因此，認(rèn)為在時刻t9，所添加的燃料可靠地擴散至遍及整個第 一排氣凈化裝置lla。在時刻t9，向第一閥12a輸出完全關(guān)閉指令，第一閥12a以最可能快的速度迅速地變換至完全關(guān)閉狀態(tài)。通過第一分支通路10a的排氣流量也 盡可能迅速地降低，在時刻tlO成為幾乎為零。在本實施例中，在時刻t9 可靠地擴散至遍及整個第一排氣凈化裝置lla的燃料被保持在擴散狀態(tài)。 第一閥12a的最可能快的閥關(guān)閉速度至少與第一速度一樣快，由第一閥12a 的最可能快的閥關(guān)閉速度所實現(xiàn)的排氣流量的降低速度等效于第二速度。 在本實施例中，第二開度是指當(dāng)閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)時的開度，即，為零 的開度。第二流量是指當(dāng)閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)時的流量，即，大約為零的 流量。然后，系統(tǒng)等待整個反應(yīng)完成，通過該反應(yīng)擴散至遍及整個第一排氣 凈化裝置lla的燃料還原第一排氣凈化裝置lla中的NOx。在時刻tll， 向第一閥12a輸出完全開啟指令。當(dāng)如上所述地執(zhí)行控制時，首先，因為第一閥12a緩慢地變換至最小 能輸送開度，第一閥12a自身的可控性得到改進(jìn)。這允許第一閥12a的開 度被精確地設(shè)定為最小能輸送開度。還可抑制由第一分支通路10a中的背 壓變化引起的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的突然波動，由此避免了駕駛性能的惡化。其次， 因為燃料是在第一閥12a被保持在最小能輸送開度時添加的，所以使所添 加的燃料的輸送速度本身盡可能地慢。這改進(jìn)了所添加的燃料在遍及第一 排氣凈化裝置lla中的擴散的可控性。如上所述，在第一閥12a被設(shè)定為最小能輸送開度之后，在添加燃料 之前，系統(tǒng)等待通過第一分支通路10a的實際排氣流量降到最小能輸送流 量。因此，能夠更精確地控制所添加的燃料遍及第一排氣凈化裝置lla中 的擴散。另外，在燃料添加完成之后，系統(tǒng)等待為直到所添加的燃料到達(dá) 第一排氣凈化裝置lla并且擴散至遍及整個第一排氣凈化裝置lla經(jīng)過了 足夠的時間，然后快速關(guān)閉第一閥12a。因此，所添加的燃料能夠更可靠 地擴散至遍及整個第一排氣凈化裝置lla。如圖3中底部的圖所示，由于前述處理，可減小從第一排氣凈化裝置 lla逸出的燃料量。由此可更可靠并更有效地完成在第一排氣凈化裝置lla 中的NOx還原處理。圖4是示出用于如上所述地執(zhí)行本實施例中的控制的NOx還原處理例 例程的流程圖。該例程是存儲在ECU 35的ROM中的程序，并且在內(nèi)燃 機1工作期間在預(yù)定的時段由ECU 35執(zhí)行。當(dāng)該例程被執(zhí)行時，在S101判定是否已輸出NOx還原處理要求。在 本實施例中，該NOx還原處理要求可在從前一輪的NOx還原處理完成起 經(jīng)過了預(yù)定的時段時發(fā)出。NOx還原處理要求也可在流到第一排氣凈化裝 置lla下游的排氣中的NOx濃度超過允許值時發(fā)出。當(dāng)在S101判定出未 輸出NOx還原處理要求時，例程終止。而當(dāng)判定出已輸出NOx還原處理 要求時，例程進(jìn)行到S102。在S102,向第一閥12a輸出關(guān)閉指令。目標(biāo)開度設(shè)定為最小能輸送開 度。在閥關(guān)閉操作中，如上所述，閥關(guān)閉速度被設(shè)定為使得能夠確保第一 閥12a的足夠好的驅(qū)動性和可控性。由閥關(guān)閉速度實現(xiàn)的排氣流量的降低 速度是第三速度。當(dāng)在S102的處理完成時，例程進(jìn)行到S103。在S103,判定第一閥12a的開度是否降低至最小能輸送開度。具體地， 可通過設(shè)置檢測第一閥12a的開度的開度傳感器并且將傳感器輸出傳送至 ECU 35來進(jìn)行判定。當(dāng)判定出第一閥12a的開度未降低至最小能輸送開 度時，例程返回在S102的處理并且繼續(xù)第一閥12a的關(guān)閉操作。當(dāng)判定出 第一閥12a的開度已降低至最小能輸送開度時，例進(jìn)行到S104。在S104，判定是否從第一閥12a的開度降低至最小能輸送開度起已經(jīng) 過了前期無還原劑添加時段。這里，前期無還原劑添加時段是從當(dāng)?shù)谝婚y 12a的開度降低至最小能輸送開度時的時刻起直到通過第一分支通路10a 的排氣流量穩(wěn)定在最小能輸送流量為止的時段。該時段等效于圖3中從t6 到t7的時段。在S104,當(dāng)判定出從第一閥12a的開度降低至最小能輸送開度起未經(jīng) 過前期無還原劑添加時段時，例程重復(fù)在S104的處理直到經(jīng)過了前期無還 原劑添加時段為止。當(dāng)判定出從第一閥12a的開度降低至最小能輸送開度 起已經(jīng)經(jīng)過了前期無還原劑添加時段時，流過第一分支通路10a的排氣流 量凈皮調(diào)節(jié)為充分地穩(wěn)定在最小能輸送流量，例程進(jìn)行到S105。在S105，開始從第一燃料添加閥14a添加燃料作為還原劑。當(dāng)在S105 的處理完成時，例程進(jìn)行至S106。在S106，判定是否已從第一燃料添加閥14a添加了所需要的燃料量。 具體地，判定是否已從第一燃料添加閥14a添加了將會擴散至遍及整個第 一排氣凈化裝置lla的燃料量。基于第一排氣凈化裝置lla的容量等，預(yù) 先確定該燃料量。當(dāng)判定出還未添加將會擴散至遍及整個第一排氣凈化裝 置lla的燃料量時，例程返回S105并繼續(xù)從第一燃料添加閥14a添加燃料。 當(dāng)判定出已經(jīng)添加了將會擴散至遍及整個第一排氣凈化裝置lla的燃料量 時，燃料添加停止并且例程進(jìn)行至S107。在S107，判定是否從完成(停止)從第一燃料添加閥14a添加燃料起 已經(jīng)經(jīng)過了后期無還原劑添加時段。這里，后期無還原劑添加時段是從燃 料添加停止起直到在通過第一分支通路10a的排氣流量處于最小能輸送流 量的情況下認(rèn)為所添加的燃料已到達(dá)并且擴散至遍及整個第一排氣凈化裝 置lla為止的時段。該時段等效于圖3中從t8到t9的時段。在S107，當(dāng)判定出未經(jīng)過后期無還原劑添加時段時，例程重復(fù)S107 的處理。即，S107的處理被重復(fù)，直到判定出已經(jīng)過了后期無還原劑添加 時段為止。當(dāng)在S107判定出已經(jīng)過了后期無還原劑添加時段時，認(rèn)為所添 加的燃料充分地擴散在第一排氣凈化裝置lla中，例程進(jìn)行至S108。在S108，第一閥12a迅速關(guān)閉。此時，如上所述，閥關(guān)閉速度至少比 在S102的閥關(guān)閉操作中的閥關(guān)閉速度快，并且是第 一 閥12a的最可能快的 閥關(guān)閉速度。在本實施例中，由該閥關(guān)閉速度所實現(xiàn)的排氣流量的降低速 度等效于第二速度。這允許通過笫一分支通路10a的排氣流量被盡可能快 地減小至大約為零，由此允許燃料被保持在遍及整個第 一排氣凈化裝置 lla的擴散狀態(tài)。當(dāng)在S108的處理完成時，例程進(jìn)行至S109。在S109,在第一閥12a在S108中被完全關(guān)閉之后，判定在第一排氣 凈化裝置lla中的NOx還原反應(yīng)是否完成。具體地，可判定是否經(jīng)過了基 于在當(dāng)前的NOx還原處理開始時累積在第一排氣凈化裝置lla中的NOx 的量以及在從S105至S106的處理中添加的燃料量的反應(yīng)時間。當(dāng)判定出NOx還原反應(yīng)還未完成時，例程重復(fù)S109的處理，直到NOx還原反應(yīng)完 成為止。當(dāng)在S109判定NOx還原反應(yīng)已經(jīng)完成時，例程進(jìn)^f亍至S110。在SllO，向第一閥12a輸出完全開啟指令，并且第一閥12a達(dá)到完全 開啟狀態(tài)。當(dāng)在S110的處理完成時，例程終止。注意，在前述流程中，在S102和S103中的處理等效于第一流量減小 處理。另外，從S104到S107的處理等效于還原劑添加處理。另外，在S108 中的處理等效于第二流量減小處理。最后，在本實施例中，執(zhí)行如前所述 的NOx還原處理例程的ECU 35用作凈化能力再生控制裝置。在前述實施例中，說明了在第一排氣凈化裝置lla中的NOx還原處理。 注意，可僅通過用第二分支通路10b替換第一分支通路10a,用第二排氣 凈化裝置llb替換第一排氣凈化裝置lla，用第二閥12b替換笫一閥12a， 并且用第二燃料添加岡14b替換第一燃料添加閥14a,而以相同的方式說 明在第二排氣凈化裝置lib中的NOx還原處理。在前述實施例中，當(dāng)?shù)谝婚y12a關(guān)閉至最小能輸送開度時，可通過反 饋控制來將第一閥12a在閥關(guān)閉期間的閥關(guān)閉速度控制成要求的速度。即， 可使用反饋控制來將第一閥12a的開度改變的速度保持在允許最高程度的 控制的速度或使得第一閥12a的閥關(guān)閉操作僅很小地影響駕駛性能的速 度。這使得可能更精確地控制第一閥12a的最小能輸送開度，或更可靠地 抑制由轉(zhuǎn)矩沖擊引起的駕駛性能的惡化。在前述實施例中，說明了本發(fā)明應(yīng)用于在第一排氣凈化裝置lla中的 NOx還原處理的實例，但本發(fā)明還可應(yīng)用于通過在第一排氣凈化裝置lla 中添加還原劑實現(xiàn)的其它凈化能力再生處理。其它凈化能力再生處理的例 子可包4舌SOx再生處理和顆粒物質(zhì)(PM)再生處理。例如，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于SOx再生處理時，可使用前述的處理流程，或 省略在圖4中的S108和S109,使得從S101到S107再加上S110的處理被 重復(fù)多次。如果這樣做，則在第一閥12a的開度處于最小能輸送開度的同 時添加燃料的控制程序能夠持續(xù)地執(zhí)行多次，允許控制程序更適于SOx再生處理。在前述實施例中，說明了通過向NOx儲存還原型催化劑添加燃料作為 還原劑執(zhí)行的NOx還原處理等，但也可應(yīng)用通過向排氣通路供給尿素水溶 液作為還原劑來還原排氣中的NOx的選擇型NOx儲存催化劑系統(tǒng)。在前述實施例中，所說明的控制程序用于在設(shè)置在排氣凈化系統(tǒng)(其 中排氣通路^:分成兩個分支通路)的兩個分支通路之一內(nèi)的排氣凈化裝置 中的NOx還原處理。但本發(fā)明也可以應(yīng)用于在設(shè)置在排氣凈化系統(tǒng)(其中 排氣通路被分成三個或更多分支通路)的任意分支通路內(nèi)的排氣凈化裝置 中執(zhí)行的NOx還原處理。在前述實施例中，第一開度被限定為實現(xiàn)最小能輸送流量的最小能輸 送開度，該最小能輸送流量是能夠?qū)⒂傻谝蝗剂咸砑娱y14a添加的還原劑 可靠地輸送至下游的最小排氣流量。但第一開度并不限于本實例。只要使 第一開度小于第一閥12a在NOx還原處理開始之前的開度，本發(fā)明就會在 某種程度上是有效的。在前述實施例中，第二開度被限定為當(dāng)閥處于完全閉合狀態(tài)時的開度， 但第二開度并不限于本實例。該第二開度可以是為由還原劑添加裝置14a 添加的燃料在排氣凈化裝置lla內(nèi)擴散和反應(yīng)確保足夠的時間的任意開 度。工業(yè)適用性在包括從排氣通路分出的多個分支通路以及設(shè)置在各分支通路內(nèi)的排 氣凈化裝置的排氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明，使得可能更可靠或更有效地再 生排氣凈化裝置的凈化能力。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，包括排氣通路，所述排氣通路的一端連接至所述內(nèi)燃機并且來自所述內(nèi)燃機的排氣通過所述排氣通路，并且所述排氣通路被分成多個分支通路；設(shè)置在所述多個分支通路中的各個內(nèi)的排氣凈化裝置，各個所述排氣凈化裝置凈化通過設(shè)置有所述排氣凈化裝置的分支通路的所述排氣；設(shè)置在所述多個分支通路中的各個內(nèi)的排氣流量控制閥，各個所述排氣流量控制閥控制通過設(shè)置有所述排氣流量控制閥的分支通路的所述排氣的流量；在所述排氣凈化裝置的上游設(shè)置在所述多個分支通路中的各個內(nèi)的還原劑添加裝置，各個所述還原劑添加裝置向通過設(shè)置有所述還原劑添加裝置的分支通路的所述排氣添加還原劑，以及凈化能力再生控制裝置，其中，當(dāng)向設(shè)置在所述多個分支通路之一內(nèi)的所述排氣凈化裝置供給所述還原劑并且執(zhí)行所述排氣凈化裝置的凈化能力的再生處理時，在設(shè)置有要執(zhí)行所述再生處理的所述排氣凈化裝置的分支通路中，所述排氣流量控制閥的開度被設(shè)定為預(yù)定的第一開度，所述第一開度比在所述再生處理開始之前的開度更接近閉合；在所述排氣流量控制閥的開度被保持在所述第一開度期間，從所述還原劑添加裝置添加所述還原劑；在所述還原劑的添加完成之后，所述排氣流量控制閥的開度被設(shè)定為預(yù)定的第二開度，所述第二開度比所述第一開度更接近閉合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其中， 在所述排氣流量控制閥的開度被保持在所述第一開度期間，在添加所述還原劑之前和之后的時段中的至少 一者設(shè)置預(yù)定的無還原劑添加時段， 在所述時段中不添加所述還原劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述凈化能力再生控制裝置使所述排氣流量控制閥的開度從所述第 一開度向所述第二開度減小時，所述排氣流量控制閥以至少與預(yù)定的第一 速度同樣快的速度關(guān)閉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的內(nèi)燃機的排氣凈化系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述凈化能力再生控制裝置使所述排氣流量控制閥的開度向所述第 一開度減小時，所述閥的關(guān)閉速度相比于在所述還原劑被添加之后當(dāng)所述 排氣流量控制閥的開度從所述第一開度向所述第二開度減小時所述排氣流 量控制閥關(guān)閉的速度更it。
5. —種內(nèi)燃機用排氣凈化裝置的凈化能力的再生方法，所述方法通 過向設(shè)置在多個分支通路中的任一個內(nèi)的任一個排氣凈化裝置供給還原劑 來再生所述凈化能力，所述多個分支通路通過從所述內(nèi)燃機的排氣通路分 支而形成，所述方法包括第一流量減小處理，所述處理在設(shè)置有要再生凈化能力的所述排氣凈 化裝置的分支通路中將排氣流量減小到預(yù)定的第一流量，所述第一流量小 于在再生開始之前的流量；還原劑添加處理，所述處理在所述第一流量減小處理之后執(zhí)行，使所 述排氣流量保持在所述第 一流量，并且向所述排氣添加所述還原劑；第二流量減小處理，所述處理在所述還原劑添加處理之后執(zhí)行，并且 使所述排氣流量減小到預(yù)定的第二流量，所述第二流量小于所述第一流量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣凈化裝置的凈化能力的再生方法，其中，在所述還原劑添加處理中，在添加所述還原劑之前和之后的時段中的 至少一者期間，設(shè)置預(yù)定的無還原劑添加時段，在所述時段中所述排氣流 量被保持在所述第一流量并且不添加所述還原劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的排氣凈化裝置的凈化能力的再生方 法，其中，在所述第二流量減小處理中，當(dāng)使所述排氣流量向所述第二流量減小時，所述排氣流量的降低速度是預(yù)定的第二速度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的排氣凈化裝置的凈化能力的 再生方法，其中在所述第 一流量減小處理中，當(dāng)所述排氣流量向所述第 一流量減小時， 所述排氣流量的降低速度是預(yù)定的第三速度，所述第三速度小于當(dāng)在所述 第二流量減小處理中所述排氣流量向所述第二流量減小時所述排氣流量的 降低速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機排氣凈化系統(tǒng)及排氣凈化裝置凈化能力的再生方法。問題是更可靠或更有效地再生排氣凈化系統(tǒng)中的排氣凈化裝置的凈化能力，所述排氣凈化系統(tǒng)包括從排氣通路分出的多個分支通路(10a，10b)以及排氣凈化裝置(11a，11b)。當(dāng)再生排氣凈化裝置(11a，11b)的凈化能力時，在設(shè)置有要再生其凈化能力的排氣凈化裝置(11a，11b)的分支通路(10a，10b)中，將排氣流量控制閥(12a，12b)的開度設(shè)置為能夠可靠地輸送從還原劑添加裝置(14a，14b)添加的還原劑的最小開度(S102至S103)。然后，在保持該開度的同時添加還原劑(S105)。在還原劑添加完成之后，將排氣流量控制閥(12a，12b)的開度完全關(guān)閉(S108)。
文檔編號F01N3/20GK101283168SQ20068003754
公開日2008年10月8日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者小田富久, 廣田信也, 新美國明, 植田貴宣, 辻本健一 申請人:豐田自動車株式會社