內(nèi)燃機(jī)及其控制方法
【專利摘要】具備以下機(jī)構(gòu)：在通過后處理裝置(20)進(jìn)行廢氣(Ga)的處理時(shí)，或者在將后處理裝置(20)再生時(shí)，可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)(11)將在通常燃燒時(shí)在排氣沖程中開閥的排氣閥(6a)在后燃燒期間(AB)的范圍內(nèi)開閥，并將通過向氣缸(1)內(nèi)噴射的燃料的燃燒而成為高溫且高壓的廢氣(Ga)向后處理裝置(20)供給，由此，將后處理裝置(20)的一部分或全部升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度以上；并且具備以下的機(jī)構(gòu)：此后，與升溫的機(jī)構(gòu)中的排氣閥(6a)的開閥時(shí)期相應(yīng)地，通過氣缸(1)內(nèi)的噴射器(5)的追加噴射、或者設(shè)于排氣端口(8a)的HC添加噴嘴(31)的噴射中的至少一種，在廢氣(Ga)中添加未燃燃料成分。由此，促進(jìn)了處理廢氣的后處理裝置(20)的提早升溫，并且將較多地含有未燃燃料成分的廢氣供給至后處理裝置(20)。
【專利說明】內(nèi)燃機(jī)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)及其控制方法，該內(nèi)燃機(jī)具備處理廢氣的后處理裝置和能夠自由地改變排氣閥的開閥時(shí)期的可變閥機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，作為處理發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的廢氣的后處理裝置，有捕集PM(微粒)的DPF (柴油微粒捕集過濾器)、除NOx催化劑(氮氧化物還原催化劑)、D0C (柴油用氧化催化劑)、以及尿素SCR催化劑(尿素選擇還原催化劑)等催化劑裝置。實(shí)際上，在設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣路徑的情況下，將它們組合而凈化廢氣(例如參照專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3)。
[0003]在通過該后處理裝置凈化廢氣時(shí)，將廢氣溫度升溫至200度?250度左右的高溫而使催化劑裝置的催化劑活性化非常重要。另外，在燃燒由DPF捕集的PM而將DPF再生時(shí)，必須供給燃料且使其燃燒而升溫。
[0004]在此，以使廢氣成為高溫狀態(tài)并且從排氣閥排出未燃燃料的方式，通過噴射器進(jìn)打剛剛王嗔射后的后嗔射。
[0005]該后噴射在氣缸內(nèi)的廢氣溫度降低的狀態(tài)下進(jìn)行的情況下，產(chǎn)生以下問題:燃料附著于氣缸襯套，燃料在潤滑油中稀釋，發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性降低。另外，由于向低壓、低溫狀態(tài)的氣缸內(nèi)噴射，因而還存在以下問題:供給燃料的熱分解不進(jìn)行，分解不會(huì)進(jìn)行到對催化劑有利的HC成分。
[0006]針對該問題，還有向排氣管直接添加HC的方法，在該方法中，防止了燃料向潤滑油的稀釋，但由于是向比筒內(nèi)更加低溫低壓下的噴射，因而與后噴射相比，在燃料的熱分解上更加耗費(fèi)時(shí)間的問題尚未解決。
[0007]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn):
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-003831號公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-083351號公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開2011-127471號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]本發(fā)明是鑒于上述課題而做出的，其目的在于，提供一種內(nèi)燃機(jī)及其控制方法，僅通過對現(xiàn)有的構(gòu)成追加少許構(gòu)造，或者完全不追加，就能夠促進(jìn)處理廢氣的后處理裝置的及早升溫，并且將較多地含有未燃燃料成分的廢氣供給至后處理裝置。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]用于解決上述目的的本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)，具備廢氣的后處理裝置、以及能夠自由地改變排氣閥的開閥時(shí)期的可變閥機(jī)構(gòu)，該內(nèi)燃機(jī)的特征在于，具備以下的升溫機(jī)構(gòu):在通過所述后處理裝置進(jìn)行廢氣的處理時(shí)，或者在將所述后處理裝置再生時(shí)，所述可變閥機(jī)構(gòu)將在通常燃燒時(shí)在排氣沖程中開閥的所述排氣閥在后燃燒期間的范圍內(nèi)開閥，將通過向氣缸內(nèi)噴射的燃料的燃燒而成為高溫且高壓的廢氣向所述后處理裝置供給，從而將所述后處理裝置的一部分或全部升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度以上，并且具備以下的添加機(jī)構(gòu):將所述后處理裝置的一部分或全部升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度以上之后，與所述升溫機(jī)構(gòu)中的所述排氣閥的開閥時(shí)期相應(yīng)地，通過氣缸內(nèi)的燃料噴射閥的追加噴射或者設(shè)于排氣路徑的添加閥的噴射的至少某一方，在廢氣中添加未燃燃料成分。
[0016]依照該構(gòu)成，僅通過對現(xiàn)有的構(gòu)成追加少許構(gòu)成，或者完全不追加而僅僅變更排氣閥開閉時(shí)機(jī)，就能夠?qū)⒊蔀楦邷氐呐艢夤┙o至后處理裝置(DPF，催化劑)，將后處理裝置的催化劑的溫度急速地上升。另外，此后，通過燃料噴射閥的追加噴射或者添加閥的噴射中的至少任何一種將未燃燃料成分(以下，稱為HC成分)添加至排氣，從而能夠?qū)⑤^多地含有HC成分的排氣供給至后處理裝置。
[0017]因此，能夠?qū)岱纸膺M(jìn)行后的HC成分供給至后處理裝置的催化劑，而且能夠供給高溫狀態(tài)的DPF再生用燃料。結(jié)果，在達(dá)到催化劑之前，能夠促進(jìn)HC的分解，因而能夠減少催化劑的貴金屬量，能夠降低成本。此外，由于HC分解的催化劑依賴度變低，因而即使催化劑劣化也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行后處理裝置的再生。
[0018]另外，在上述內(nèi)燃機(jī)中，如果將所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)設(shè)定為在做功沖程的早期且在作為后燃燒期間的范圍內(nèi)的20° ATDC?50° ATDC，并將所述排氣閥的閉閥時(shí)機(jī)設(shè)定為比下死點(diǎn)靠前的50° ATDC?90° ATDC，則在后燃燒期間的開始(?ATDC15。左右)之后，在通過主噴射而氣缸成為高溫且高壓的狀態(tài)的時(shí)機(jī)，即，在非常早期的做功沖程(ATDC20。?50° )中，將排氣閥開閥，從而能夠在非常高的溫度(800°C?400°C)下，將含有未燃燃料的排氣供給至后處理裝置，進(jìn)行催化劑的提早升溫和PM再生。
[0019]另外，通過在比下死點(diǎn)靠前時(shí)閉合，從而能夠防止在做功沖程初期打開之后，氣缸內(nèi)成為負(fù)壓而排氣被吸回。此后，排氣閥在排氣沖程中進(jìn)行通常的開閉而排出燃燒后的排氣。
[0020]此外，在上述內(nèi)燃機(jī)中，如果在所述升溫的措施中的從所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)直到閉閥時(shí)機(jī)之間的范圍內(nèi)，設(shè)定所述燃料噴射閥的追加噴射開始的時(shí)機(jī)和結(jié)束的時(shí)機(jī)、或者所述添加閥的噴射開始的時(shí)機(jī)和結(jié)束的時(shí)機(jī)，則能夠在高溫且高壓下促進(jìn)HC的分解，將HC氣化后的狀態(tài)的排氣供給至后處理裝置。由此，能夠防止未燃燃料附著于氣缸內(nèi)。
[0021]而且，在上述內(nèi)燃機(jī)中，如果在多氣缸內(nèi)燃機(jī)中的任何一個(gè)氣缸的排氣端口具備所述添加閥，則能夠在排氣保持高溫的狀態(tài)下噴射添加劑，因而能夠促進(jìn)HC成分的氣化。另外，在多氣缸內(nèi)燃機(jī)的情況下，在考慮該氣化的促進(jìn)的情況下，如果在任何一個(gè)氣缸的排氣端口具備添加閥，則能夠最高效地將HC成分氣化。
[0022]再者，在上述內(nèi)燃機(jī)中，如果在所述后處理裝置包含尿素SCR催化劑，并且在排氣端口具備尿素添加閥，該尿素添加閥在所述升溫的措施中的從所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)直到閉閥時(shí)機(jī)之間的范圍內(nèi)噴射尿素水，則能夠促進(jìn)高溫下尿素的分解，從剛剛起動(dòng)后起提高除NOx效果。
[0023]再者，在上述內(nèi)燃機(jī)中，如果具備一種措施，該措施在進(jìn)行所述升溫的措施時(shí)，以補(bǔ)充由于將所述排氣閥暫時(shí)開閥而降低的扭矩的方式，使所述噴射閥的主噴射量增加，則能夠通過增加主噴射量來修正由于在做功沖程的早期將排氣閥暫時(shí)開閥而降低的扭矩。此時(shí)，根據(jù)相對于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和燃料噴射量的修正量映射來參照成為與通常燃燒時(shí)相同的扭矩那樣的修正量即可。
[0024]另外，用于解決上述問題的內(nèi)燃機(jī)的控制方法是一種具備排氣的后處理裝置的內(nèi)燃機(jī)的控制方法，其特征在于，在通過所述后處理裝置進(jìn)行排氣的處理時(shí)，或者在將所述后處理裝置再生時(shí)，將在通常燃燒時(shí)在排氣沖程中開閥的排氣閥在后燃燒期間的范圍內(nèi)開閥，將由于向氣缸內(nèi)噴射的燃料的燃燒而成為高溫且高壓的排氣向所述后處理裝置供給，并且，在將所述后處理裝置的一部分或全部升溫至預(yù)定的溫度以上之后，與所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)配合，通過氣缸內(nèi)的燃料噴射閥的追加噴射，或者通過設(shè)于排氣路徑的添加閥，在排氣中添加未燃燃料成分。
[0025]依照該方法，僅通過對現(xiàn)有的構(gòu)成追加少許構(gòu)成，或者完全不追加，就能夠獲得與上述同樣的作用效果。因此，幾乎不會(huì)花費(fèi)追加成本，所以能夠?qū)⒅圃斐杀窘档汀?br> [0026]發(fā)明的效果
[0027]依照本發(fā)明，僅通過對現(xiàn)有的構(gòu)成追加少許構(gòu)成，或者完全不追加，就能夠促進(jìn)處理排氣的后處理裝置的提早升溫，并且將較多地含有未燃燃料成分的排氣供給至后處理裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是表不本發(fā)明的第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的氣缸的截面圖。
[0029]圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的概略圖。
[0030]圖3是表不圖1所不的內(nèi)燃機(jī)的噴射器和排氣閥的動(dòng)作的圖，(a)表不將后處理裝置升溫的措施，(b)表示向后處理裝置供給未燃燃料的措施。
[0031]圖4是表示圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的曲柄角、筒內(nèi)壓和筒內(nèi)溫度的關(guān)系的映射。
[0032]圖5是表示圖1所示的內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)作的流程圖。
[0033]圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的概略圖。
[0034]圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的概略圖。
[0035]圖8是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)的概略圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)及其控制方法。該實(shí)施方式以串聯(lián)四氣缸的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，還能夠適用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其氣缸數(shù)或氣缸的排列并不限定。此外，關(guān)于附圖，為了容易理解構(gòu)造而使尺寸變化，各部件、各零件的板厚、寬度和長度等的比率也未必與實(shí)際制造的比率相一致。
[0037]首先，參照圖1和圖2說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)。首先，說明圖1所示的本發(fā)明的第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的氣缸。多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸I具備在氣缸襯套2內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞3。
[0038]在該活塞3的上部設(shè)置燃燒室4,具備:噴射器(燃料噴射閥)5，向該燃燒室4噴射燃料；排氣閥裝置6，從燃燒室4排出廢氣Ga ；以及吸氣閥裝置7，向燃燒室4供給空氣Ai。
[0039]噴射器5是至少在主噴射(主噴射)之后進(jìn)行后噴射(追加噴射)的可多級噴射的噴射閥，也可以構(gòu)成為在主噴射之前進(jìn)行引燃噴射或預(yù)噴射。
[0040]排氣閥裝置6通過閥驅(qū)動(dòng)裝置6b開閉排氣閥6a，向排氣端口 8a排出廢氣Ga。閥驅(qū)動(dòng)裝置6b與可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)(可變閥機(jī)構(gòu))11連接，能夠自由地變更排氣閥6a的開閥和閉閥時(shí)機(jī)。
[0041]該可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11例如在用凸輪機(jī)構(gòu)形成閥驅(qū)動(dòng)裝置6b的情況下，由以下裝置形成可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11:該裝置通過油壓將凸輪機(jī)構(gòu)從曲柄軸進(jìn)角或滯角。這些是所謂的被稱為位相變化型可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的裝置。在使排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)可變的情況下，通過設(shè)于凸輪盤與凸輪軸之間的油壓室的油壓，使曲柄軸與凸輪軸的位相進(jìn)角或滯角，從而可以改變排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)。
[0042]該閥驅(qū)動(dòng)裝置6b和可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11并不限定于上述的構(gòu)成，例如也可以在閥驅(qū)動(dòng)裝置6b設(shè)置具有多個(gè)凸輪的凸輪機(jī)構(gòu)，在可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11使用切換該多個(gè)凸輪的裝置，或在排氣閥裝置6使用螺線管電磁閥。
[0043]吸氣閥裝置7通過閥驅(qū)動(dòng)裝置7b開閉吸氣閥7a，從吸氣端口 9a供給空氣Ai。閥驅(qū)動(dòng)裝置7b使用在凸輪機(jī)構(gòu)或螺線管設(shè)置柱塞的電磁驅(qū)動(dòng)裝置等。該閥驅(qū)動(dòng)裝置7b能夠使用公知技術(shù)的閥驅(qū)動(dòng)裝置。
[0044]噴射器5和可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11分別構(gòu)成為，通過被稱為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的ECU(控制裝置)12來控制它們的動(dòng)作。該ECU12與各種傳感器連接，是通過電路擔(dān)負(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制的、綜合地進(jìn)行電氣控制的微型控制器，在該實(shí)施方式中，控制噴射器5的燃料噴射量和燃料噴射、以及排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)。
[0045]如圖2所示，該實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)10將上述氣缸I設(shè)于由缸體和缸頭構(gòu)成的發(fā)動(dòng)機(jī)本體13，具備由排氣端口 8a和排氣歧管8b構(gòu)成的排氣路徑8、以及由吸氣端口 9a和吸氣歧管9b構(gòu)成的吸氣路徑9。此外，具備EGR系統(tǒng)(廢氣再循環(huán)裝置)15，該EGR系統(tǒng)15具備渦輪增壓機(jī)14、EGR冷卻器15a和EGR閥15b。
[0046]在排氣路徑8設(shè)置處理廢氣的后處理裝置20，后處理裝置20具備催化劑裝置21和DPF22。催化劑裝置21由具有LNT催化劑的除NOx催化劑(氮氧化物還原催化劑)21a、DOC (柴油用氧化催化劑)21b構(gòu)成。在吸氣路徑9具備吸氣過濾器16、中間冷卻器17和吸氣節(jié)流閥18。
[0047]另外，作為與所述的ECU12連接的傳感器，具備曲柄角傳感器23、凸輪角傳感器24、DPF溫度傳感器25a和25b、以及DPF差壓傳感器26a和26b。使用由該曲柄角傳感器23檢測的曲柄角、以及由凸輪角傳感器24檢測的凸輪角，ECU12調(diào)節(jié)噴射器5的噴射時(shí)機(jī)、排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)10還設(shè)有其它各種傳感器,但在實(shí)施方式的說明中省略。
[0048]上述的發(fā)動(dòng)機(jī)10的構(gòu)成是公知的構(gòu)成，各裝置也能夠使用公知的技術(shù)。在該實(shí)施方式中，將至少具備除NOx催化劑21a或D0C21b等催化劑裝置21和DPF22的后處理裝置20設(shè)于排氣路徑8，并且設(shè)置能夠自由地變更排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)的可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11即可，其它構(gòu)成并不限定于上述的構(gòu)成。
[0049]接著，參照圖3和圖4說明發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)作。在此，在燃燒的上死點(diǎn)前，設(shè)噴射初期的預(yù)混合燃燒期間為PB，設(shè)主燃燒的擴(kuò)散燃燒期間為DB，設(shè)在做功沖程初期噴射的未燃燃料所燃燒的期間、即后燃燒期間為AB。另外，設(shè)噴射器5的主噴射的開始時(shí)機(jī)為Al，設(shè)結(jié)束時(shí)機(jī)為A2，設(shè)做功沖程中的排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)為A3，設(shè)閉閥時(shí)機(jī)為A4，設(shè)排氣沖程中的排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)為A5。
[0050]在將后處理裝置20的溫度升溫的情況下，或者在使DPF23的PM燃燒而再生的情況下，首先，如圖3(a)所示，ECU12將噴射器5的噴射時(shí)機(jī)保持為通常噴射時(shí)期的狀態(tài)，控制可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11，在與在通常時(shí)的排氣沖程中進(jìn)行的時(shí)機(jī)不同的時(shí)機(jī)，將排氣閥6a開閥和閉閥。
[0051]接著，噴射器5從噴射開始時(shí)機(jī)Al到噴射結(jié)束時(shí)機(jī)A2進(jìn)行主噴射。然后，從噴射結(jié)束時(shí)機(jī)A2起，后燃燒期間AB開始。在該后燃燒期間AB的范圍內(nèi)將排氣閥6a開閥。此時(shí)的排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)A3是做功沖程早期的、后燃燒期間AB剛開始后不久的時(shí)機(jī)。
[0052]在該實(shí)施方式中，后燃燒期間AB的開始是從噴射結(jié)束時(shí)機(jī)A2起，更具體地在0° ATDC?20° ATDC的范圍內(nèi)，其結(jié)束比下死點(diǎn)(90° ATDC)靠前。所以，開閥時(shí)機(jī)A3在從做功沖程早期的后燃燒期間AB的開始直到下死點(diǎn)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在0° ATDC?90° ATDC的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20。ATDC?50。ATDC的范圍內(nèi)。
[0053]通過將排氣閥6a在非常早的做功沖程的開閥時(shí)機(jī)A3開閥，如圖4所示，能夠?qū)U氣溫度非常高(800°C?400°C )的廢氣Ga向后處理裝置20供給。另外，由于開閥時(shí)機(jī)A3也在后燃燒期間AB的范圍內(nèi)，因而未燃燃料殘留在氣缸I內(nèi)，能夠?qū)⒃诟邷厍腋邏合職饣奈慈既剂铣煞?以下稱為“HC成分”)向后處理裝置20供給。
[0054]如果在做功沖程的初期開閥，則存在氣缸I內(nèi)反而成為負(fù)壓而吸回廢氣Ga的可能性，因而最晚必須在下死點(diǎn)之前閉合，排氣閥6a的閉閥時(shí)機(jī)A4如圖3 (a)所示，是比下死點(diǎn)靠前的時(shí)機(jī)，優(yōu)選為50° ATDC?90° ATDC。由此，能夠防止廢氣Ga向氣缸I內(nèi)吸回。
[0055]此后，將排氣閥6a在通常的開閥時(shí)機(jī)A5再次打開，排出殘留的燃燒后廢氣Ga。進(jìn)行該動(dòng)作，將高溫且高壓的廢氣Ga向后處理裝置20供給，將后處理裝置20的催化劑裝置21和DPF22的一部分或全部升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度以上，此后，如圖3 (b)所示，不改變排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)A3和閉閥時(shí)機(jī)A4, ECU12控制噴射器5而在主噴射之后開始后噴射。
[0056]該后噴射的開始時(shí)機(jī)和結(jié)束時(shí)機(jī)在從排氣閥6a的開閥時(shí)機(jī)A3到閉閥時(shí)機(jī)A4的期間的范圍內(nèi)即可，在該實(shí)施方式中為大致同時(shí)。以往，如果做功沖程初期的后燃燒期間拖長，則廢氣溫度上升，存在煙塵的生成增加的傾向?？墒?，在該實(shí)施方式中，在后噴射中噴射的燃料在排氣閥6a開閥后立即排出至排氣管，因而不會(huì)引起煙塵的生成。該未燃燃料能夠在高溫且高壓下推進(jìn)燃料分解，成為適于在后處理裝置20中利用的HC成分。
[0057]依照上述動(dòng)作，由于在非常早的做功沖程的后燃燒期間AB的范圍內(nèi)將排氣閥6a開閥，因而將在擴(kuò)散燃燒期間DB成為高溫且高壓的廢氣Ga向后處理裝置20供給而升溫之后，能夠在較多地含有HC成分的狀態(tài)下向后處理裝置20供給，所以能夠?qū)⒑筇幚硌b置20的一部分或全部升溫，在升溫后熱分解向催化劑裝置21和DPF22進(jìn)行，供給氣化的HC成分。
[0058]另外，不進(jìn)行后噴射而能夠進(jìn)行DPF22中的PM的再生，能夠解決在使用后噴射進(jìn)行PM的再生時(shí)發(fā)生的以下問題:燃料附著于氣缸襯套2，油稀釋且滲漏氣體增加，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)10的耐久性顯著降低。
[0059]由此，后處理裝置20能夠進(jìn)一步獲得以下的效果。在除NOx催化劑21a中，能夠通過較冷時(shí)的提早升溫或富含時(shí)的HC分解而使凈化率提高。另外，在D0C21b中，能夠使供給的HC成分在高溫的廢氣Ga下容易燃燒，而且熱容量也小，因而特別是能夠促進(jìn)剛起動(dòng)后等的催化劑裝置的急速升溫。此外，在除NOx催化劑21a、D0C21b等催化劑裝置21中，能夠促進(jìn)HC成分的分解，因而能夠減少催化劑裝置21的貴金屬量，能夠降低成本。再者，在DPF22中，HC成分的分解的催化劑依賴度低，因而即使催化劑劣化也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行PM再生。
[0060]而且，不必另外追加裝置，僅通過排氣閥6a的開閉時(shí)機(jī)的變更、噴射器5的噴射時(shí)機(jī)的變更，幾乎不花費(fèi)追加成本就能夠獲得上述的效果。
[0061]在進(jìn)行上述動(dòng)作時(shí)，如果增加從噴射器5噴射的主噴射的噴射量，則能夠通過在做功沖程的早期將排氣閥6a開閥而防止扭矩的降低。此時(shí)的噴射量，能夠補(bǔ)充由于將排氣閥6a開閥而降低的扭矩部分并獲得與通用燃燒時(shí)同等的扭矩，使相對于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和燃料噴射量的修正量映射預(yù)先存儲在ECU12中，在上述動(dòng)作時(shí)，ECU12讀出該修正量映射而修正噴射量。
[0062]接著，參照圖5所示的流程圖，說明上述的發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制方法。在該流程圖中記載的控制方法是由E⑶12運(yùn)算的程序。在此，設(shè)由設(shè)于DPF22上游的DPF傳感器25a檢測的溫度為DPF22的前溫度Ta，設(shè)由設(shè)于DPF22下游的DPF傳感器25b檢測的溫度為DPF22的后溫度Tb，設(shè)由DPF差壓傳感器26a和26b檢測的DPF22的前后的壓力差為Λ P。
[0063]首先，進(jìn)行步驟SI，判斷DPF22的前溫度Ta是否低于預(yù)定的判定溫度Tc。該判定溫度Tc是能夠判斷后處理裝置20內(nèi)的催化劑裝置的溫度較低的情況的溫度。該判定溫度Tc是根據(jù)催化劑裝置的種類、排氣路徑8內(nèi)的構(gòu)成而變化的溫度。
[0064]接著，進(jìn)行步驟S2，判斷DPF22的前后的壓力差Λ P是否小于預(yù)定的判定壓力值Pc0已知如果DPF22的前后的壓力差Λ P變大則PM堵塞DPF22，因而該判定壓力值Pc設(shè)定為能夠判斷PM不堵塞在DPF22內(nèi)而功能不降低的程度的值。
[0065]在步驟SI和S2中判斷為DPF前溫度Ta低、即后處理裝置20內(nèi)的催化劑裝置21需要升溫，并且判斷為DPF22的前后的壓力差Λ P大、即需要DPF22的再生的情況下，接著進(jìn)行步驟S3，噴射器5進(jìn)行增加了噴射量的主噴射。該噴射量的增加量使用如前所述由噴射量的修正映射修正的量，防止由于以下進(jìn)行的沖程所產(chǎn)生的扭矩的降低。
[0066]接著，進(jìn)行步驟S4，將排氣閥6a在做功沖程早期的后燃燒期間AB開閥，在下死點(diǎn)前閉閥。此時(shí)的開閥時(shí)機(jī)和閉閥時(shí)機(jī)為所述的開閥時(shí)機(jī)A3和閉閥時(shí)機(jī)A4。接著，進(jìn)行步驟S5，將排氣閥6a在排氣沖程開閥、閉閥。
[0067]接著進(jìn)行步驟S6，判斷DPF22的前溫度Ta是否為催化劑活性溫度Td以上。在該步驟S6中，DPF22的前溫度Ta低于催化劑活性溫度Td的情況下，即，在后處理裝置20的催化劑裝置21不能夠充分地升溫的情況下，再次進(jìn)行步驟S3至步驟S5。該催化劑活性溫度Td是在后處理裝置20的催化劑裝置21成為預(yù)定的溫度以上時(shí)表示的溫度，根據(jù)后處理裝置20的催化劑裝置21的種類等而變化，優(yōu)選地設(shè)定在180°C?250°C的范圍內(nèi)。
[0068]如果DPF22的前溫度Ta達(dá)到催化劑活性溫度Td，則接著進(jìn)行步驟S7，將排氣閥6a在做功沖程早期的后燃燒期間AB開閥。接著進(jìn)行步驟S8，噴射器5在從排氣閥6a開閥到閉閥之間進(jìn)行后噴射。然后，進(jìn)行步驟S9，將排氣閥6a在下死點(diǎn)前閉閥。該步驟S7?S9是在所述的步驟S4期間進(jìn)行后噴射的步驟。這樣，HC成分供給至催化劑裝置21且燃燒，催化劑裝置21的溫度進(jìn)一步上升。另外，HC成分供給至DPF22，燃燒PM。
[0069]接著進(jìn)行步驟S10，將排氣閥6a在排氣沖程開閥、閉閥。接著進(jìn)行步驟S11，判斷DPF22的前溫度Ta是否在異常催化劑溫度Te以上。如果DPF22的前溫度Ta成為異常催化劑溫度Te以上，則催化劑裝置21的溫度過度升高，催化劑裝置21發(fā)生故障，因而在此情況下，該控制方法結(jié)束。該異常催化劑溫度Te預(yù)先存儲于E⑶12，優(yōu)選地設(shè)定為650°C?750。。。
[0070]在該步驟Sll中，能夠判斷催化劑裝置21的溫度的異常升溫即可，并不限定于上述的方法。例如，也可以進(jìn)行催化劑溫度推定步驟:從在后噴射中噴射的燃料量算出發(fā)熱量，與催化劑的特性相應(yīng)地推定催化劑溫度。
[0071]在DPF22的前溫度Ta低于異常催化劑溫度Te的情況下，接著進(jìn)行步驟S11，判斷DPF22的前后的壓力差ΛΡ是否小于判定壓力值Pc。在壓力差ΛΡ小于判定壓力值Pc的情況下，能夠?qū)PF22的PM再生，該控制方法結(jié)束。
[0072]在壓力差Λ P為判定壓力值Pc以上的情況下，接著進(jìn)行步驟S12，判斷DPF22的后溫度Tb是否為異常DPF溫度Tf以上。如果DPF22的后溫度Tb為異常DPF溫度Tf以上，則DPF22的溫度過度升高，DPF22發(fā)生故障，因而在此情況下，該控制方法結(jié)束。該異常DPF溫度Tf預(yù)先存儲于E⑶12，優(yōu)選地設(shè)定為650°C?750°C。
[0073]依照以上的發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制方法，僅通過變更排氣閥6a的開閉時(shí)機(jī)和噴射器5的噴射時(shí)機(jī)，不另外追加新的裝置，就能夠獲得在上述的發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)作中闡述的作用效果。此外，能夠監(jiān)測催化劑裝置21的溫度和DPF22的溫度，并防止各裝置的異常升溫。除了上述方法以外，也可以使用在檢測到各裝置的異常升溫時(shí)調(diào)節(jié)在做功沖程初期的后噴射中噴射的燃料量的方法、或使排氣閥6a的開閥開始時(shí)期滯角的方法，來調(diào)整各裝置的溫度。
[0074]接著，參照圖6，同時(shí)說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)30是除了第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成以外，在排氣端口 8a具備HC添加噴嘴(添加閥)31的構(gòu)成。如該實(shí)施方式那樣設(shè)置了 HC添加噴嘴31的情況下，噴射器5將單元噴射器等適用于以下情況等即可:不對應(yīng)于多級噴射的情況；即使對應(yīng)于多級噴射，如果后噴射量增加則發(fā)生油稀釋的問題的情況；如果后噴射量增加則對筒內(nèi)的燃燒產(chǎn)生影響的情況。
[0075]該HC添加噴嘴31優(yōu)選地配備于燃燒室4附近的排氣端口 8a，以便盡可能地在廢氣Ga保持高溫的狀態(tài)下噴射而促進(jìn)氣化。另外，HC添加噴嘴31的配置數(shù)量，發(fā)動(dòng)機(jī)30那樣的多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，如果配備于任何一個(gè)氣缸I的排氣端口 8a，則在HC成分的氣化方面是適當(dāng)?shù)?。此外，假設(shè)在難以向排氣端口 8a安裝的情況下，其配置位置可以在渦輪增壓機(jī)14正下方的排氣歧管8b內(nèi)。
[0076]該發(fā)動(dòng)機(jī)30的動(dòng)作，除了在第一實(shí)施方式中說明的后噴射之外、或者不進(jìn)行后噴射，從HC添加噴嘴31將HC添加至廢氣Ga的、此時(shí)的HC添加噴嘴31的噴射時(shí)機(jī)為在所述的追加噴射中說明的范圍內(nèi)的時(shí)機(jī)。
[0077]依照該構(gòu)成，即使替換后噴射而使用HC添加噴嘴31，也能夠獲得與所述同樣的作用效果，因而不能進(jìn)行后噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)也能夠應(yīng)用。
[0078]接著，參照圖7，說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)40，代替第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理裝置的催化劑裝置的除NOx催化劑而具備尿素SCR裝置(尿素選擇性還原催化劑)41a，并且在排氣端口 8a具備尿素添加噴嘴42。該尿素添加噴嘴42設(shè)于排氣端口 8a或者排氣端口 8a的附近，是在做功沖程早期的從排氣閥6a排出高溫廢氣Ga時(shí)噴射尿素水的噴射閥。該噴射的時(shí)機(jī)為與所述的HC添加噴嘴同樣的時(shí)機(jī)。[0079]依照該構(gòu)成，在高溫且高壓下尿素的分解被促進(jìn)，尿素提早蒸發(fā)，且能夠促進(jìn)氨氣化，能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)40的剛起動(dòng)后發(fā)揮除NOx效果。另外，由于能夠防止尿素水在特定的溫度下作為固態(tài)物質(zhì)析出，因而不會(huì)閉塞排氣管。
[0080]接著，參照圖8，說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)50除了第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成以外，在各排氣端口 8a具備端口內(nèi)氧化催化劑51。依照該構(gòu)成，能夠使供給至端口內(nèi)氧化催化劑51的HC成分在高溫廢氣容易地燃燒，還能夠減小熱容量，因而特別是能夠?qū)偲饎?dòng)后的催化劑急速地升溫。
[0081]將上述的第一至第四實(shí)施方式搭載于車輛時(shí)，也可以分別組合。
[0082]工業(yè)實(shí)用性
[0083]本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)不新追加裝置，或者僅追加少許構(gòu)成，就能夠促進(jìn)處理廢氣的后處理裝置的提早升溫，并且將較多地含有未燃燃料成分的廢氣供給至后處理裝置，因而特別是能夠用于搭載了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛。
[0084]符號說明
[0085]I 氣缸(氣缸)
[0086]2 氣缸襯套
[0087]3 活塞
[0088]4 燃燒室
[0089]5 噴射器
[0090]6 排氣閥裝置
[0091]7 吸氣閥裝置
[0092]8 排氣路徑
[0093]9 吸氣路徑
[0094]10、30、40、50 發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))
[0095]11可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)
[0096]12 ECU (控制裝置)
[0097]13發(fā)動(dòng)機(jī)本體
[0098]14渦輪增壓機(jī)
[0099]15 EGR 系統(tǒng)
[0100]20后處理裝置
[0101]21催化劑裝置
[0102]21a除NOx催化劑(氮氧化物還原催化劑)
[0103]21b DOC (柴油用氧化催化劑)
[0104]22 DPF (柴油微粒捕集過濾器)
[0105]31 HC添加噴嘴(添加閥)
[0106]41a尿素SCR裝置(尿素選擇的還原催化劑)
[0107]42尿素添加噴嘴(尿素添加閥)
[0108]51端口內(nèi)氧化催化劑
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)，具備廢氣的后處理裝置、以及能夠自由地改變排氣閥的開閥時(shí)期的可變閥機(jī)構(gòu)，該內(nèi)燃機(jī)的特征在于， 具備以下的升溫機(jī)構(gòu):在通過所述后處理裝置進(jìn)行廢氣的處理時(shí)，或者在將所述后處理裝置再生時(shí)，所述可變閥機(jī)構(gòu)將在通常燃燒時(shí)在排氣沖程中開閥的所述排氣閥在后燃燒期間的范圍內(nèi)開閥，將通過向氣缸內(nèi)噴射的燃料的燃燒而成為高溫且高壓的廢氣向所述后處理裝置供給，從而將所述后處理裝置的一部分或全部升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度以上， 并且具備以下的機(jī)構(gòu):將所述后處理裝置的一部分或全部升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度以上之后，與所述升溫機(jī)構(gòu)中的所述排氣閥的開閥時(shí)期相應(yīng)地，通過氣缸內(nèi)的燃料噴射閥的追加噴射或者設(shè)于排氣路徑的添加閥的噴射的至少某一方，在廢氣中添加未燃燃料成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 將所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)設(shè)定為做功沖程的早期、且作為后燃燒期間的范圍內(nèi)的20° ATDC?50° ATDC，將所述排氣閥的閉閥時(shí)機(jī)設(shè)定為比下死點(diǎn)靠前的50° ATDC?90。ATDC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 在所述升溫機(jī)構(gòu)中的從所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)到閉閥時(shí)機(jī)之間的范圍內(nèi)，設(shè)定所述燃料噴射閥的追加噴射開始的時(shí)機(jī)和結(jié)束的時(shí)機(jī)、或者所述添加閥的噴射開始的時(shí)機(jī)和結(jié)束的時(shí)機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 在多氣缸內(nèi)燃機(jī)中的任一個(gè)氣缸的排氣端口，具備所述添加閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 在所述后處理裝置包含尿素SCR催化劑，并且在排氣端口具備尿素添加閥，該尿素添加閥在所述升溫機(jī)構(gòu)中的從所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)到閉閥時(shí)機(jī)之間的范圍內(nèi)噴射尿素水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 具備以下的機(jī)構(gòu):在進(jìn)行所述升溫機(jī)構(gòu)時(shí)，使所述燃料噴射閥的主噴射量增加，以補(bǔ)充由于將所述排氣閥暫時(shí)開閥而降低的扭矩。
7.一種內(nèi)燃機(jī)的控制方法，該內(nèi)燃機(jī)具備廢氣的后處理裝置，該內(nèi)燃機(jī)的控制方法的特征在于， 在通過所述后處理裝置進(jìn)行廢氣的處理時(shí)，或者在將所述后處理裝置再生時(shí)，將在通常燃燒時(shí)在排氣沖程中開閥的排氣閥在后燃燒期間的范圍內(nèi)開閥，將通過向氣缸內(nèi)噴射的燃料的燃燒而成為高溫且高壓的廢氣向所述后處理裝置供給， 將所述后處理裝置的一部分或全部升溫至預(yù)定的溫度以上之后，與所述排氣閥的開閥時(shí)機(jī)相應(yīng)地，通過氣缸內(nèi)的燃料噴射閥的追加噴射，或者通過設(shè)于排氣路徑的添加閥，在廢氣中添加未燃燃料成分。
【文檔編號】F01L13/00GK103987931SQ201280061021
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月12日
【發(fā)明者】長岡大治, 我部正志 申請人:五十鈴自動(dòng)車株式會(huì)社