專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)廢氣進(jìn)行凈化的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)I公開了內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的一個(gè)示例，該內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置包括為了對(duì)廢氣進(jìn)行凈化而被配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中的排氣凈化部件。專利文獻(xiàn)I的裝置在排氣通道的排氣凈化部件的上游側(cè)，具備用于使該排氣凈化部件再生或升溫的燃燒器。該燃燒器具備噴射器、和對(duì)將空氣混合在從該噴射器噴射出的燃料中而形成的霧狀的燃料進(jìn)行點(diǎn)火的點(diǎn)火裝置，并且噴射火焰。在先技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2007-146700號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
另外，已知一種具備渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)，其被搭載于車輛中。近年來，從節(jié)能等的觀點(diǎn)出發(fā)，期望這種內(nèi)燃機(jī)的縮小化。在具備渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)中，一般情況下會(huì)在渦輪增壓器的下游側(cè)配置用于對(duì)廢氣進(jìn)行凈化的排氣凈化部件。經(jīng)過了渦輪增壓器的渦輪機(jī)的廢氣會(huì)到達(dá)這種排氣凈化部件中。但是，由于廢氣經(jīng)過渦輪機(jī)而導(dǎo)致廢氣的溫度下降，因此在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)等，不易將該排氣凈化部件的溫度適當(dāng)?shù)靥嵘令A(yù)定溫度。因此，本發(fā)明為鑒于上述這一點(diǎn)而創(chuàng)作的發(fā)明，其目的在于，適當(dāng)?shù)貙?duì)具備渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中所設(shè)置的排氣凈化部件進(jìn)行加熱。本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，所述內(nèi)燃機(jī)在與渦輪增壓器的渦輪機(jī)相比靠下游側(cè)的排氣通道中具備排氣凈化用部件。該內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置具備加熱用氣體供給裝置，所述加熱用氣體供給裝置用于向排氣凈化用部件供給加熱用氣體，并且所述加熱用氣體供給裝置具有催化劑，所述催化劑被設(shè)置在渦輪機(jī)和排氣凈化用部件之間的排氣通道中，且具有氧化功能；燃料添加單元，所述燃料添加單元的位置被設(shè)定在該催化劑的上游側(cè)；發(fā)熱單元，所述發(fā)熱單元的位置被設(shè)定在催化劑的上游側(cè)。燃料添加單元和發(fā)熱單元被設(shè)置在，與渦輪機(jī)和催化劑之間的排氣通道連通的腔室中。優(yōu)選為，腔室相對(duì)于排氣通道被設(shè)置為，使腔室的軸線與相對(duì)于排氣通道的軸線正交的平面成30°以內(nèi)的角度。優(yōu)選為，腔室相對(duì)于排氣通道將位置設(shè)定為，使腔室中的流體沿著從渦輪機(jī)流出的廢氣的漩渦流而流入排氣通道中。此外，還可以具備對(duì)腔室、和與渦輪機(jī)相比靠上游側(cè)的排氣通道進(jìn)行連接的通道。優(yōu)選為，在渦輪機(jī)中或者與該渦輪機(jī)相比靠上游側(cè)的排氣通道中，還具備第二燃料添加單元。此時(shí)，優(yōu)選為，對(duì)燃料添加單元的工作和第二燃料添加單元的工作進(jìn)行控制的控制裝置使燃料添加單元的工作正時(shí)和第二燃料添加單元的工作正時(shí)同步，以使得包括從第二燃料添加單元添加的燃料在內(nèi)的廢氣和腔室中的流體在渦輪機(jī)和催化劑之間的排氣通道中匯合。


圖I為表示適用了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。圖2為對(duì)圖I中的內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的一部分進(jìn)行了放大的放大模式圖。圖3為沿圖2中的III-III線的剖視圖。圖4為用于對(duì)圖I中的第一燃料添加閥以及第二燃料添加閥的工作進(jìn)行說明的圖。
圖5為表示適用了本發(fā)明的第二實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。圖6為用于對(duì)圖5中的控制閥的工作進(jìn)行說明的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，對(duì)第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。在圖I中圖示了，適用了第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置(以下，稱為排氣凈化裝置)的車輛的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的概要圖。內(nèi)燃機(jī)10為，通過從燃料噴射閥12向處于壓縮狀態(tài)的燃燒室直接噴射作為燃料的輕油，從而使其自燃的類型的內(nèi)燃機(jī)、即柴油機(jī)。面向氣缸14的燃燒室并且劃分形成進(jìn)氣通道16的一部分的進(jìn)氣口，被形成在氣缸蓋上，并通過進(jìn)氣閥而被打開關(guān)閉。在氣缸蓋上連接有劃分形成進(jìn)氣通道16的一部分的進(jìn)氣歧管18，而且在其上游側(cè)連接有同樣地劃分形成進(jìn)氣通道16的一部分的進(jìn)氣管。為了去除被導(dǎo)入至進(jìn)氣通道16內(nèi)的空氣中的塵埃等，而在進(jìn)氣通道16的上游端側(cè)設(shè)置有空氣濾清器20。此外，在進(jìn)氣通道16的中途設(shè)置有節(jié)氣門24，所述節(jié)氣門24通過節(jié)氣門作動(dòng)器22而被調(diào)節(jié)開度。另一方面，面向氣缸14的燃燒室并且劃分形成排氣通道26的一部分的排氣口，被形成在氣缸蓋上，并通過排氣閥而被打開關(guān)閉。在氣缸蓋上連接有劃分形成排氣通道26的一部分的排氣歧管28，而且在其下游側(cè)連接有同樣地劃分形成排氣通道26的一部分的排氣管。在排氣通道26的中途設(shè)置有第一轉(zhuǎn)換器33，所述第一轉(zhuǎn)換器33以直列的方式對(duì)第一排氣凈化用部件(以下，稱為第一凈化部件)30和第二排氣凈化用部件(以下，稱為第二凈化部件)32進(jìn)行收納。而且，在與第一轉(zhuǎn)換器33相比靠下游側(cè)的排氣通道中設(shè)置有第二轉(zhuǎn)換器36，所述第二轉(zhuǎn)換器36對(duì)第三排氣凈化用部件(以下，稱為第三凈化部件)34進(jìn)行收納。此處，第一凈化部件30為氧化催化劑。第一凈化部件30例如由負(fù)載有鉬Pt這種貴金屬催化劑的整體式催化劑形成。此外，第二凈化部件32為，用于捕集廢氣中的顆粒狀物質(zhì)(PM)的微粒過濾器。作為第二凈化部件32的微粒過濾器未負(fù)載有貴金屬催化劑。但是，也可以在微粒過濾器上負(fù)載如鉬Pt這種貴金屬催化劑等。此外，第三凈化部件34為NOx凈化用的催化劑，此處為NOx吸留催化劑。在第三凈化催化劑34中，在其基體上負(fù)載有例如由氧化鋁構(gòu)成的催化劑載體。在催化劑載體的表面上分散并負(fù)載有鉬Pt等的貴金屬催化劑，而且在催化劑載體的表面上形成有NOx吸收劑的層。NOx吸收劑實(shí)施NOx吸收放出作用，所述吸收放出作用為，在廢氣的空燃比過稀時(shí)吸留NOx，而當(dāng)廢氣中的氧濃度降低時(shí)放出所吸留的NOx的作用。這種第三凈化部件34在廢氣的空燃比過稀時(shí)吸留NOx，而當(dāng)廢氣中的氧濃度降低時(shí)、例如廢氣的空燃比變?yōu)檫^濃時(shí)，放出所吸留的NOx并使NOx還原。另外，第三凈化部件34也可以為，促進(jìn)氨與NOx的化學(xué)反應(yīng)(還原反應(yīng))的NOx凈化用的催化劑。在這種情況下，例如可以在第一轉(zhuǎn)換器33和第二轉(zhuǎn)換器36之間設(shè)置用于供給氨的尿素水添加裝置。而且，包括通過廢氣而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)葉輪在內(nèi)的渦輪機(jī)38，被設(shè)置在排氣通道26的中途。但是，渦輪機(jī)38被配置在與第一轉(zhuǎn)換器33相比靠上游側(cè)的排氣通道中。與之相對(duì)應(yīng)地，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪在內(nèi)的壓縮機(jī)40被設(shè)置在進(jìn)氣通道16的中途，所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪以同軸的方式與渦輪機(jī)葉輪連接，并通過渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)力而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。即，在內(nèi)燃機(jī)10中設(shè)置有渦輪增壓器42，所述渦輪增壓器42具有渦輪機(jī)38，其提取出排氣能量；壓縮機(jī)40，其通過由渦輪機(jī)38提取出的排氣能量而向內(nèi)燃機(jī)10進(jìn)行增壓。而且，為了對(duì)通過壓縮機(jī)40而被壓縮的空氣進(jìn)行冷卻，在與壓縮機(jī)40相比靠下游側(cè)的進(jìn)氣通道中設(shè)置有內(nèi)部冷卻器44。在內(nèi)燃機(jī)10中設(shè)置有廢氣回流(EGR)裝置46，所述廢氣回流(EGR)裝置46將在排氣通道26中流動(dòng)的廢氣的一部分導(dǎo)入至進(jìn)氣通道16中。EGR裝置46具有劃分形成對(duì)排氣通道26和進(jìn)氣通道16進(jìn)行連接的EGR通道48的EGR管50、EGR通道48的連通狀態(tài)調(diào)節(jié)用的EGR閥52、被回流的廢氣(EGR氣體)冷卻用的EGR冷卻器54。EGR管50上游側(cè)的一端與排氣歧管28連接，該EGR管50下游側(cè)的另一端與進(jìn)氣歧管18連接。EGR閥52被設(shè)置在，與EGR冷卻器54相比靠下游側(cè)，且其開度通過作動(dòng)器56而被調(diào)節(jié)。另外，在排氣通道中設(shè)置有加熱用氣體供給裝置60。加熱用氣體供給裝置60被設(shè)置為，向排氣凈化用部件供給加熱用氣體。加熱用氣體供給裝置60為如下的裝置，即，用于生成加熱用氣體，并將所生成的該加熱用氣體向下游側(cè)的第一凈化部件30、第二凈化部件32、第三凈化部件34供給，尤其是向第二凈化部 件32以及第三凈化部件34供給，從而維持并促進(jìn)這些排氣凈化用部件的暖機(jī)或加熱以及活化狀態(tài)。尤其是，此處，加熱用氣體供給裝置60以使第三凈化部件34加熱至預(yù)定溫度區(qū)域的溫度的方式而進(jìn)行工作。此外，為了去除被第二凈化部件32所捕集的PM，而使加熱用氣體供給裝置60在預(yù)定時(shí)期內(nèi)以預(yù)定時(shí)間而工作。例如，每當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10的累積工作時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間時(shí)，則使加熱用氣體供給裝置60工作。另外，也可以在第二凈化部件的前后的差壓達(dá)到了預(yù)定壓力以上時(shí)，使加熱用氣體供給裝置60工作。在這種情況下，只需具備用于對(duì)第二凈化部件34前后的差壓進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器即可。加熱用氣體供給裝置60具有氧化促進(jìn)部件62，其被設(shè)置于渦輪機(jī)38和排氣凈化用部件之間的排氣通道中；燃料添加閥64，其位置被設(shè)定在該氧化促進(jìn)部件62的上游側(cè)；電熱塞66，其位置被設(shè)定在氧化促進(jìn)部件62的上游側(cè)。更具體而言，從上游側(cè)起依次配置有燃料添加閥64、電熱塞66以及氧化促進(jìn)部件62。氧化促進(jìn)部件62為，具有氧化功能的催化劑，具體而言為氧化催化劑。氧化促進(jìn)部件62由負(fù)載有例如鉬Pt這種貴金屬催化劑的整體式催化劑形成。氧化促進(jìn)部件62具有以不阻礙排氣通道26中的廢氣的流動(dòng)的方式而被設(shè)定的大小以及形狀，且通過支承部件(未圖示)而被支承在排氣通道26上。燃料添加閥64作為燃料添加單元而設(shè)置。具體而言，燃料添加閥64被設(shè)置為，添加供給從燃料罐通過泵而被加壓輸送的燃料，其中，所述燃料罐被包含在具備了上述燃料噴射閥12的燃料供給系統(tǒng)中。燃料添加閥64、燃料罐以及泵被包含在第一燃料添加裝置中。此外，電熱塞66作為發(fā)熱單元而構(gòu)成。電熱塞66能夠通過通電而進(jìn)行發(fā)熱。作為發(fā)熱單元的電熱塞66被包含在發(fā)熱裝置中。氧化促進(jìn)部件62被設(shè)置在渦輪增壓器42的渦輪機(jī)38和第一凈化部件30之間的排氣通道中。相對(duì)于此，從圖I以及圖2可以明顯看出，該燃料添加閥64以及電熱塞66的位置被設(shè)定在排氣通道26的外部。具體而言，燃料添加閥64以及電熱塞66被設(shè)置在，與 渦輪機(jī)38和氧化促進(jìn)部件62之間的排氣通道連通的腔室68中。該腔室68由腔室形成部件70劃分形成。該腔室形成部件70具有大致圓筒形狀，并使腔室68相對(duì)于排氣通道26以外被封閉。腔室68相對(duì)于排氣通道26將位置設(shè)定為，使腔室68在相對(duì)于排氣通道26的軸線A大致正交的平面上延伸。具體而言，腔室68相對(duì)于排氣通道26被設(shè)置為，使腔室68的軸線B與相對(duì)于排氣通道26的軸線A正交的平面成30°以內(nèi)的角度(-30°以上、30°以下的角度)。由此，能夠縮短渦輪機(jī)38和排氣凈化用部件中最上游的第一凈化部件30之間的距離L (參照?qǐng)D2)。因此，該配置有助于使內(nèi)燃機(jī)10小型化。此外，由此，能夠向排氣凈化部件供給溫度更高的廢氣等。另外，在圖2中，排氣通道26的軸線A與腔室68的軸線B正交。此外，腔室68相對(duì)于排氣通道26將位置設(shè)定為，使腔室68中的流體、例如燃料、燃燒氣體被排氣通道26的廢氣牽引，從而適當(dāng)?shù)亓魅胫僚艢馔ǖ?6中。腔室68的位置被設(shè)定在，渦輪機(jī)38的出口附近的排氣通道中。而且，如圖3所示，腔室68相對(duì)于排氣通道26將位置設(shè)定為，腔室68的軸線朝向排氣通道26的橫截面的切線方向。尤其是，腔室68以腔室68中的流體的導(dǎo)入方向成為從渦輪機(jī)38中排出的廢氣的流動(dòng)、尤其是其漩渦流的旋轉(zhuǎn)方向的方式，將位置設(shè)定在渦輪機(jī)38的出口附近的排氣通道中。因此，如在圖3中以箭頭標(biāo)記所示，該腔室68中的流體能夠沿著從渦輪機(jī)38流出的廢氣的漩渦流而流入排氣通道26中。由此，從腔室68流出的流體能夠更適當(dāng)?shù)嘏c排氣通道26的廢氣混合。而且，在上述渦輪機(jī)38中，設(shè)置有作為第二燃料添加單元的第二燃料添加閥72。第二燃料添加閥72被包含在加熱用氣體供給裝置60中。第二燃料添加閥72與上述燃料添加閥(以下，稱為第一燃料添加閥)64同樣地被設(shè)置為，添加供給從燃料罐通過泵而被加壓輸送的燃料，其中，所述燃料罐被包含在具備了上述燃料噴射閥12的燃料供給系統(tǒng)中。第二燃料添加閥72、燃料罐以及泵被包含在第二燃料添加裝置中。另外，第二燃料添加裝置除燃料罐以外，還可以具有與第一燃料添加裝置共用的結(jié)構(gòu)要素。例如，第二燃料添加裝置的泵可以為第一燃料添加裝置的泵。此外，也可以采用如下方式，即，第二燃料添加裝置作為與第一燃料添加裝置完全獨(dú)立的裝置，而不具備任何共用的結(jié)構(gòu)要素。第二燃料添加裝置以及第一燃料添加裝置可以在與具備了上述燃料噴射閥12的燃料供給系統(tǒng)之間，各自具有同樣的上述的各種關(guān)系。另外，也可以在與渦輪機(jī)38相比靠上游側(cè)的排氣通道中具備第二燃料添加閥72。
具備這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)10具備各種傳感器類元件，所述各種傳感器類元件向控制裝置78以電氣方式而輸出用于檢測(cè)(包括推斷在內(nèi))各種值的信號(hào)。在此，對(duì)其中的幾個(gè)進(jìn)行具體敘述。在進(jìn)氣通道16中具備用于對(duì)吸入空氣量進(jìn)行檢測(cè)的空氣流量計(jì)80。此夕卜，在空氣流量計(jì)80的附近具備用于對(duì)吸入空氣的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器82，而且在內(nèi)部冷卻器44的下游側(cè)也具備用于對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器84。此外，在進(jìn)氣通道16的中途設(shè)置有用于對(duì)增壓壓力進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器86。此外，具備加速器開度傳感器90，所述加速器開度傳感器90用于，對(duì)與由駕駛員所操作的加速踏板88的踏入量相對(duì)應(yīng)的位置、即加速器開度進(jìn)行檢測(cè)。此外，還具備用于對(duì)節(jié)氣門26的開度進(jìn)行檢測(cè)的節(jié)氣門位置傳感器92。而且，還具備用于對(duì)EGR閥52的開度進(jìn)行檢測(cè)的傳感器94。此外，在活塞進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)的氣缸體中，安裝有曲軸位置傳感器96，所述曲軸位置傳感器96用于對(duì)通過連桿而連接有活塞的曲軸的曲軸旋轉(zhuǎn)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。此處，該曲軸位置傳感器96也被用作對(duì)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。另外，具備用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器98。另外，在排氣通道26中，具備用于對(duì)廢氣的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器100?？刂蒲b置78由微型電子計(jì)算機(jī)構(gòu)成，所述微型電子計(jì)算機(jī)包括CPU (CentralProcessing unit :中央處理器)、R0M(Read Only memory :只讀存儲(chǔ)器)、RAM(random accessmemory :隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、A/D轉(zhuǎn)換器、輸入接口、輸出接口等。在輸入接口上電連接有上述各種傳感器類元件。根據(jù)來自上述各種傳感器類元件的輸出信號(hào)或檢測(cè)信號(hào)，控制裝置78從輸出接口以電氣方式而輸出工作信號(hào)或驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便按照預(yù)先設(shè)定的程序等而順利地實(shí)施內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)或工作。通過采用這種方式，控制了燃料噴射閥12的工作、節(jié)氣門24和EGR閥52各自的開度、第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72各自的工作、電熱塞66的工作(對(duì)電熱塞66的通電)等。
另外，加熱用氣體供給裝置60具備上述第一燃料添加裝置、上述第二燃料添加裝置、以及發(fā)熱裝置?？刂蒲b置78的一部分具有加熱用氣體供給裝置60中的控制裝置(控制單元)的功能。控制裝置78的一部分能夠分別作為對(duì)第一燃料添加閥64的工作進(jìn)行控制的第一燃料添加閥控制單元、對(duì)第二燃料添加閥72的工作進(jìn)行控制的第二燃料添加閥控制單元、以及對(duì)電熱塞66的工作進(jìn)行控制的電熱塞控制單元而發(fā)揮功能。此外，溫度傳感器100和控制裝置78的一部分被包含在用于對(duì)排氣凈化用部件的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度檢測(cè)裝置中。而且，控制裝置78的一部分能夠作為冷啟動(dòng)時(shí)判斷裝置而發(fā)揮功能，所述冷啟動(dòng)時(shí)判斷裝置對(duì)是否為冷啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行判斷。此外，控制裝置78的一部分能夠作為加熱判斷裝置而發(fā)揮功能，所述加熱判斷裝置對(duì)是否需要排氣凈化用部件的加熱進(jìn)行判斷。在內(nèi)燃機(jī)10中，根據(jù)吸入空氣量、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等、即用內(nèi)燃機(jī)負(fù)載以及內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速所表示的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，來設(shè)定燃料噴射量(燃料量)和燃料噴射正時(shí)，以獲得所需的輸出。而且，根據(jù)上述燃料噴射量和燃料噴射正時(shí)，來實(shí)施從燃料噴射閥12的燃料的噴射。而且，內(nèi)燃機(jī)所具備的加熱用氣體供給裝置60的工作，如上所述，也通過控制裝置78而被控制。例如，當(dāng)燃料從第一燃料添加閥64被添加供給至腔室68時(shí)，使電熱塞66通電。從第一燃料添加閥64供給的燃料通過電熱塞66而被加熱。根據(jù)情況，能夠通過該電熱塞66的加熱，而使該燃料進(jìn)行燃燒。這種被加熱的燃料等流體以被排氣通道26中的廢氣牽引的方式，被導(dǎo)入至排氣通道26中。這種流體在與存在于排氣通道26中的氣體混合的同時(shí)，到達(dá)作為氧化催化劑的氧化促進(jìn)部件62或其周圍。其結(jié)果為，促進(jìn)了該添加燃料的燃燒(氧化)，從而適當(dāng)?shù)厣闪擞糜趯?duì)排氣凈化用部件進(jìn)行加熱的氣體。通過采用這種方式，從加熱用氣體供給裝置60排出高溫的加熱用氣體，并將該加熱用氣體供給至第三凈化部件34等的排氣凈化用部件中。因此，能夠維持并促進(jìn)這些排氣凈化用部件的暖機(jī)或加熱以及活化狀態(tài)。尤其是，該加熱用氣體供給裝置60有利于提高內(nèi)燃機(jī)10剛剛冷啟動(dòng)之后的冷排放。在此基礎(chǔ)之上，當(dāng)從上述第二燃料添加閥72添加供給燃料時(shí)，能夠產(chǎn)生進(jìn)一步的加熱效果。來自第二燃料添加閥72的燃料在穿過渦輪機(jī)38的期間內(nèi)與廢氣混合。這種燃料能夠通過在經(jīng)過氧化促進(jìn)部件62的期間內(nèi)、或者與來自腔室68的、被加熱的燃料或燃燒燃料等流體匯合，從而進(jìn)行燃燒(氧化)。例如，當(dāng)包括來自第二燃料添加閥72的燃料在內(nèi)的廢氣中匯合有來自腔室68的流體時(shí)，該流體恰好如火種那樣產(chǎn)生作用，從而能夠使廢氣中的燃料開始燃燒。而且，由于這種廢氣還到達(dá)氧化促進(jìn)部件62，因此適當(dāng)?shù)卮龠M(jìn)了其燃燒。因此，加熱用氣體被更恰當(dāng)?shù)毓┙o至第三凈化部件34等的排氣凈化用部件，從而能夠如上 述那樣維持并促進(jìn)排氣凈化用部件的暖機(jī)或加熱以及活化狀態(tài)。尤其是，為了使從第二燃料添加閥72添加的燃料更理想地燃燒，只需使包括該燃料在內(nèi)的廢氣從第一燃料添加閥64被添加供給并與從腔室68流出的流體在排氣通道中匯合即可。因此，在本實(shí)施方式中，控制裝置78使第一燃料添加閥64的工作正時(shí)與第二燃料添加閥72的工作正時(shí)同步，以使得包括從第二燃料添加閥72添加的燃料在內(nèi)的廢氣和來自腔室68的流體在渦輪機(jī)38和氧化促進(jìn)部件62之間的排氣通道中匯合。這些工作正時(shí)、即燃料的添加正時(shí)的關(guān)系預(yù)先根據(jù)實(shí)驗(yàn)等而被設(shè)定，并作為控制用數(shù)據(jù)而存儲(chǔ)在ROM之類的存儲(chǔ)裝置中。關(guān)于這種第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72的工作控制，根據(jù)圖4的流程而進(jìn)行說明。但是，雖然當(dāng)?shù)谝蝗剂咸砑娱y64工作時(shí)，電熱塞66會(huì)工作，但在以下的說明中省略對(duì)電熱塞66的工作的說明。首先，控制裝置78對(duì)是否為冷啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行判斷(步驟S401)。該判斷根據(jù)內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水溫度來實(shí)施。具體而言，進(jìn)行如下的判斷，即，根據(jù)來自溫度傳感器98的輸出信號(hào)來判斷所檢測(cè)出的內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水的溫度是否小于第一預(yù)定溫度。當(dāng)判斷為是冷啟動(dòng)時(shí)(在步驟S401中為肯定判斷)，則使第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72的雙方工作，從而執(zhí)行使用第一燃料添加閥64的燃料添加以及使用第二燃料添加閥72的燃料添加的雙方(步驟S403)。使第一燃料添加閥64的工作正時(shí)、即燃料的添加正時(shí)，與第二燃料添加閥72的工作正時(shí)、即燃料的添加正時(shí)同步。具體而言，如上所述，上述的工作正時(shí)被建立關(guān)系，以使得當(dāng)包括從第二燃料添加閥72添加的燃料在內(nèi)的廢氣到達(dá)腔室68的出口部68e或其附近時(shí)，可包括從第一燃料添加閥64添加的燃料在內(nèi)的流體從腔室68流出至排氣通道26中，從而該流體與包括該燃料在內(nèi)的廢氣匯合。通過根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及內(nèi)燃機(jī)負(fù)載而分別對(duì)預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，從而分別求取并設(shè)定第一燃料添加閥64的工作正時(shí)和第二燃料添加閥72的工作正時(shí)。而且，根據(jù)所設(shè)定的上述這些工作正時(shí)，控制裝置78使第一燃料添加閥64工作并且使第二燃料添加閥72工作。在內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水的溫度達(dá)到第一預(yù)定溫度以上之前，執(zhí)行這種第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72的工作。另外，通過以這種方式使第一燃料添加閥64的工作正時(shí)與第二燃料添加閥72的工作正時(shí)同步，從而能夠抑制未燃燒燃料穿過氧化促進(jìn)部件62的情況，進(jìn)而能夠理想地防止排氣排放的惡化。當(dāng)判斷為并非冷啟動(dòng)時(shí)(在步驟S401中為否定判斷)，則判斷是否需要排氣凈化用部件的加熱(步驟S405)。此處，執(zhí)行排氣凈化用部件的溫度是否小于第二預(yù)定溫度的判斷。作為排氣凈化用部件，具體而言，此處以第三凈化部件34作為對(duì)象。這是由于，第三凈化部件34為NOx凈化用催化劑，并具有適宜地發(fā)揮對(duì)NOx進(jìn)行凈化的功能的適宜溫度區(qū)域。例如，該適宜溫度區(qū)域?yàn)?00°C以上400°C以下的溫度區(qū)域。因此，上述第二預(yù)定溫度例如為200°C。但是，也可以將其他的凈化部件30、32的溫度設(shè)定為判斷對(duì)象。排氣凈化用部件的溫度能夠通過如下方式來進(jìn)行推斷，即，根據(jù)來自溫度傳感器100的輸出信號(hào)，對(duì)預(yù)先基于實(shí)驗(yàn)而被設(shè)定并存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、或者實(shí)施被預(yù)先設(shè)定的運(yùn)算。但是，為了對(duì)排氣凈化用部件的溫度進(jìn)行檢測(cè)，也可以直接將溫度傳感器設(shè)置在排氣凈化用部件上。另外，排氣凈化用部件的溫度也可以通過如下方式來進(jìn)行推斷，即，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及內(nèi)燃機(jī)負(fù)載、即內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)預(yù)先基于實(shí)驗(yàn)而被設(shè)定并存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、或?qū)嵤┍活A(yù)先設(shè)定的運(yùn)算。例如，作為內(nèi)燃機(jī)負(fù)載，可以采用加速器開度、進(jìn)氣壓以及排氣壓中的任意一個(gè)、或這 些參數(shù)中的多個(gè)的組合。例如，當(dāng)在停止來自燃料噴射閥12的燃料噴射時(shí)、即在執(zhí)行燃料切斷時(shí)，將會(huì)變?yōu)樾枰M(jìn)行排氣凈化用部件的加熱。此外，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10的累計(jì)工作時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間時(shí)，如上述那樣，能夠判斷為需要進(jìn)行排氣凈化用部件、尤其是第二凈化部件32的加熱。另外，也可以具備用于對(duì)第二凈化部件34前后的差壓進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器，且當(dāng)該差壓達(dá)到預(yù)定壓力以上時(shí)，判斷為需要進(jìn)行排氣凈化用部件的加熱。而且，當(dāng)判斷為需要進(jìn)行排氣凈化用部件的加熱時(shí)(在步驟S405中為肯定判斷)，僅使第一燃料添加閥64工作，而不實(shí)施從第二燃料添加閥72的燃料添加，從而實(shí)施從第一燃料添加閥64的燃料添加(步驟S407)。第一燃料添加閥64的工作正時(shí)通過根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速以及內(nèi)燃機(jī)負(fù)載而對(duì)預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，從而被求取并設(shè)定。另外，在這種情況下，也可以采用如下方式，即，第一燃料添加閥64的工作正時(shí)與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)無關(guān)，而被設(shè)為固定正時(shí)。而且，根據(jù)所設(shè)定的工作正時(shí)，控制裝置78使第一燃料添加閥64工作。當(dāng)需要排氣凈化用部件的加熱時(shí)，這種第一燃料添加閥64的工作被持續(xù)進(jìn)行。另一方面，當(dāng)判斷為并非冷啟動(dòng)時(shí)(在步驟S401中為否定判斷)、并且判斷為不需要排氣凈化用部件的加熱(在步驟S405中為否定判斷)時(shí)，第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72不工作(步驟S409)。即，加熱用氣體供給裝置60不供給加熱用氣體。另外，可以采用如下方式，S卩，在冷啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水溫度小于上述第一預(yù)定溫度時(shí)，僅使第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72中的一個(gè)閥工作。例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水溫度小于第三預(yù)定溫度時(shí)，如上述那樣使第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72的雙方工作，其中，所述第三預(yù)定溫度小于上述第一預(yù)定溫度。而且，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10的冷卻水溫度小于第一預(yù)定溫度且在第三預(yù)定溫度以上時(shí)，可以僅使第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72中的某一個(gè)進(jìn)行工作。此外，可以采用如下方式，即，當(dāng)判斷為需要進(jìn)行排氣凈化用部件的加熱時(shí)(在步驟S405中為肯定判斷)，僅使第二燃料添加閥72工作，而不實(shí)施從第一燃料添加閥64的燃料添加，從而實(shí)施從第二燃料添加閥72的燃料添加?；蛘?，可以采用如下方式，即，當(dāng)判斷為需要進(jìn)行排氣凈化用部件的加熱時(shí)(在步驟S405中為肯定判斷)，與判斷為是冷啟動(dòng)時(shí)(在步驟S401中為肯定判斷)同樣地，使第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72的雙方工作。接下來，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。在圖5中圖示了，適用了本第二實(shí)施方式的排氣凈化裝置的車輛的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的概要圖。內(nèi)燃機(jī)IOA的加熱用氣體供給裝置60A在如下這一點(diǎn)上，與內(nèi)燃機(jī)10的加熱用氣體供給裝置60不同，所述的點(diǎn)為，具備用于將與渦輪機(jī)38相比靠上游側(cè)的廢氣導(dǎo)入至腔室68中的結(jié)構(gòu)。但是，其他的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)基本相同。因此，在下文中，對(duì)該不同點(diǎn)以及與之相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行說明。在下文中，對(duì)與已經(jīng)進(jìn)行了說明的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素或與之相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略重復(fù)說明。圖5所示的內(nèi)燃機(jī)IOA所具備的加熱用氣體供給裝置60A具備連通通道110，所述連通通道110對(duì)腔室68、和與渦輪機(jī)38相比靠上游側(cè)的排氣通道進(jìn)行連接。該連通通 道110通過連通管112而被劃分形成。連通管112的一端與排氣歧管28連接，連通管112的另一端與腔室形成部件70連接。尤其是，連通管112的該另一端相對(duì)于腔室形成部件70將位置設(shè)定在，與電熱塞66相比靠上游側(cè)且第一燃料添加閥64附近。設(shè)置有控制閥114以對(duì)連通通道110的連通狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且該控制閥114的開度通過作動(dòng)器116而被控制。控制裝置78具有作為對(duì)控制閥114的工作進(jìn)行控制的控制閥控制單元的功能。由于加熱用氣體供給裝置60A的第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72以在上述第一實(shí)施方式中所說明的方式被控制工作，因此此處省略其說明。但是，當(dāng)使第一燃料添加閥64以及第二燃料添加閥72 —起工作時(shí)(步驟S403)，此處根據(jù)控制閥114的開度的控制狀態(tài)，而對(duì)這些燃料添加閥的工作正時(shí)進(jìn)行補(bǔ)正。另外，當(dāng)使第一燃料添加閥64工作時(shí)，電熱塞66將會(huì)工作。首先，關(guān)于控制閥114的控制進(jìn)行說明?？刂崎y114基本上被維持為關(guān)閉的狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝蝗剂咸砑娱y64工作時(shí)，控制閥114能夠被打開。當(dāng)?shù)谝蝗剂咸砑娱y64工作時(shí)(上述步驟S403或步驟S407)，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)負(fù)載從而控制閥114被打開或關(guān)閉(參照?qǐng)D6)。當(dāng)使第一燃料添加閥64工作時(shí)(上述步驟S403或步驟S407)，判斷內(nèi)燃機(jī)負(fù)載是否小于預(yù)定負(fù)載(步驟S601)。該判斷相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)負(fù)載是否為輕負(fù)載的判斷。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)負(fù)載小于預(yù)定負(fù)載時(shí)(在步驟S601中為肯定判斷)，控制閥114將被打開(步驟S603)。與之相對(duì)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)負(fù)載不小于預(yù)定負(fù)載時(shí)(在步驟S601中為否定判斷)，控制閥114將被關(guān)閉(步驟 S605)。如果在第一燃料添加閥64工作時(shí)控制閥114被打開，則廢氣將經(jīng)由連通通道110而被導(dǎo)入至腔室68中。通過該被導(dǎo)入的廢氣的流動(dòng)，從而腔室68中的流體能夠以更加強(qiáng)制性地被壓出至排氣通道26中的方式而流動(dòng)。此時(shí)，從第一燃料添加閥64添加的燃料在腔室68中與廢氣混合，且所生成的混合氣體經(jīng)由電熱塞66而從腔室68排出。因此，能夠使從第一燃料添加閥64添加的燃料更適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行燃燒。此外，由于經(jīng)由連通通道110而被導(dǎo)入的廢氣未經(jīng)過渦輪機(jī)38，因此與經(jīng)過了渦輪機(jī)38的廢氣相比溫度較高。因此，當(dāng)廢氣經(jīng)由連通通道110而被導(dǎo)入至腔室68時(shí)，與并非如此的情況相比，從腔室68被導(dǎo)入至排氣通道26中的流體的溫度較高。因此，能夠更適當(dāng)?shù)靥岣邚牡谝蝗剂咸砑娱y64添加的燃料以及從第二燃料添加閥72添加的燃料的點(diǎn)火性。因此，能夠更恰當(dāng)?shù)貜募訜嵊脷怏w供給裝置60A向排氣凈化用部件供給加熱用氣體，從而能夠進(jìn)一步促進(jìn)排氣凈化用部件的暖機(jī)或加熱。另外，在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)由于內(nèi)燃機(jī)負(fù)載為輕負(fù)載從而控制閥114能夠被打開。因此，在冷啟動(dòng)時(shí)，能夠更恰當(dāng)?shù)貙?duì)排氣凈化用部件進(jìn)行加熱。此外，當(dāng)以這種方式使廢氣經(jīng)由連通通道110而被導(dǎo)入至腔室68中時(shí)，與控制閥114被關(guān)閉時(shí)相比，腔室68中的流體的流出速度能夠變快。因此，當(dāng)?shù)谝蝗剂咸砑娱y64以及第二燃料添加閥72的雙方一起工作時(shí)，根據(jù)預(yù)先基于實(shí)驗(yàn)等而被設(shè)定的數(shù)據(jù)等而對(duì)這些燃料添加閥的工作正時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)正，以便更恰當(dāng)?shù)厥惯@些燃料添加閥的工作正時(shí)同步。在進(jìn)行補(bǔ)正時(shí)，只需考慮內(nèi)燃機(jī)負(fù)載即可。另外，也可以不實(shí)施這種補(bǔ)正。與之相對(duì)，即使在第一燃料添加閥64工作時(shí)控制閥114被關(guān)閉的情況下，如上述的加熱用氣體供給裝置60那樣，加熱用氣體供給裝置60A也能夠適當(dāng)?shù)叵蚺艢鈨艋貌考┙o加熱用氣體。另外，在內(nèi)燃機(jī)負(fù)載并非小于預(yù)定負(fù)載時(shí)使控制閥114被關(guān)閉的目的在于，在內(nèi)燃機(jī)負(fù)載并非小于預(yù)定負(fù)載時(shí)，提高渦輪增壓器42的增壓效果。以上，雖然在上述兩個(gè)實(shí)施方式中，將本發(fā)明適用于柴油機(jī)而進(jìn)行了說明，但并不·限定于此，本發(fā)明能夠適用于氣門噴射式的汽油機(jī)、缸內(nèi)噴射式的汽油機(jī)等各種內(nèi)燃機(jī)。此·夕卜，所使用的燃料并不限定于輕油或汽油，也可以為乙醇燃料、LPG (液化天然氣)等。此外，關(guān)于適用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的氣缸數(shù)量等為幾個(gè)均可。此外，被設(shè)置在排氣通道中的排氣凈化用部件的數(shù)量、種類、結(jié)構(gòu)以及排列順序并不限定于上述實(shí)施方式。例如，排氣凈化用部件的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為兩個(gè)，還可以為四個(gè)。例如，也可以采用如下方式，即，在與上述第三凈化部件相比靠下游側(cè)處，還具備氧化催化劑這樣的排氣凈化用部件。作為排氣凈化用部件，可以使用公知的各種催化劑、過濾器等。此外，上述氧化促進(jìn)部件62可以不為具有上述結(jié)構(gòu)的氧化催化劑，也可以為具有其他氧化功能的催化劑。另外，雖然在上述兩個(gè)實(shí)施方式以及其改變例等中，以某種程度的具體性而對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此。必須理解為，對(duì)于本發(fā)明，在不脫離專利權(quán)利要求書中所記載的發(fā)明的精神以及范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變以及變更。即，在本發(fā)明中，包括由專利權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的思想中所包含的所有的改變例或應(yīng)用例、等效物等。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，所述內(nèi)燃機(jī)在與渦輪增壓器的渦輪機(jī)相比靠下游側(cè)的排氣通道中具備排氣凈化用部件，所述內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的特征在于， 具備加熱用氣體供給裝置，所述加熱用氣體供給裝置用于向所述排氣凈化用部件供給加熱用氣體，并且所述加熱用氣體供給裝置具有催化劑，所述催化劑被設(shè)置在所述渦輪機(jī)和所述排氣凈化用部件之間的排氣通道中，且具有氧化功能；燃料添加單元，所述燃料添加單元的位置被設(shè)定在該催化劑的上游側(cè)；發(fā)熱單元，所述發(fā)熱單元的位置被設(shè)定在所述催化劑的上游側(cè)， 所述燃料添加單元和所述發(fā)熱單元被設(shè)置在，與所述渦輪機(jī)和所述催化劑之間的排氣通道連通的腔室中。
2.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 所述腔室相對(duì)于所述排氣通道被設(shè)置為，使所述腔室的軸線與相對(duì)于所述排氣通道的軸線正交的平面成30°以內(nèi)的角度。
3.如權(quán)利要求I或2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 所述腔室相對(duì)于所述排氣通道將位置設(shè)定為，使所述腔室中的流體沿著從所述渦輪機(jī)流出的廢氣的漩渦流而流入排氣通道中。
4.如權(quán)利要求I至3中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 還具備對(duì)所述腔室、和與所述渦輪機(jī)相比靠上游側(cè)的排氣通道進(jìn)行連接的通道。
5.如權(quán)利要求I至4中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 在所述渦輪機(jī)中或者與該渦輪機(jī)相比靠上游側(cè)的排氣通道中，還具備第二燃料添加單J Li o
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 對(duì)所述燃料添加單元的工作和所述第二燃料添加單元的工作進(jìn)行控制的控制裝置使所述燃料添加單元的工作正時(shí)和所述第二燃料添加單元的工作正時(shí)同步，以使得包括從所述第二燃料添加單元添加的燃料在內(nèi)的廢氣和所述腔室中的流體在所述渦輪機(jī)和所述催化劑之間的排氣通道中匯合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，所述內(nèi)燃機(jī)在與渦輪增壓器的渦輪機(jī)相比靠下游側(cè)的排氣通道中具備排氣凈化用部件。該內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置具備加熱用氣體供給裝置(60)，所述加熱用氣體供給裝置(60)用于向排氣凈化用部件(30、32、34)供給加熱用氣體，并具有催化劑(62)，所述催化劑(62)被設(shè)置在渦輪機(jī)(38)和排氣凈化用部件之間的排氣通道中，且具有氧化功能；燃料添加單元(64)，所述燃料添加單元(64)的位置被設(shè)定在該催化劑(62)的上游側(cè)；發(fā)熱單元(66)，所述發(fā)熱單元(66)的位置被設(shè)定在所述催化劑(62)的上游側(cè)。燃料添加單元(64)和發(fā)熱單元(66)被設(shè)置在，與渦輪機(jī)(38)和催化劑(62)之間的排氣通道連通的腔室(68)中。
文檔編號(hào)F01N3/20GK102762826SQ20108006407
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者橋本英次, 花田俊一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社