用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的制作方法

專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)排放的排氣包括有害的或有毒的物質(zhì)例如NOx。已知，設(shè)置NOx儲(chǔ)存還原型催化劑(下文稱為NOx催化劑)以減少將要排》文的這些有毒物質(zhì)的量。在此技術(shù)中，由于NOx催化劑的凈化能力或性能根據(jù)其中儲(chǔ)存的NOx量的增加而減小，所以還原劑通常被供應(yīng)給NOx催化劑，從而NOx催化劑中儲(chǔ)存的NOx能夠被還原并且從NOx催化劑中釋放(下文稱為"NOx還原處理，，)。
此外，為了消除其中排氣中的SOx ^f皮儲(chǔ)存到NOx催化劑中而降低其凈化性能的SOx中毒，有時(shí)可使NOx催化劑的床溫較高，并且同時(shí)可向NOx催化劑供應(yīng)還原劑(下文稱為"SOx中毒恢復(fù)處理")。在此SOx中毒恢復(fù)處理中，還原劑還用于升高NOx催化劑的床溫。
另外，內(nèi)燃機(jī)的排氣還包括顆粒物質(zhì)(PM)，該顆粒物質(zhì)包含碳作為主要組分。為了防止顆粒物質(zhì)被釋放到周圍大氣中，已知這樣一種技術(shù)，其中在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中設(shè)置用于捕集顆粒物質(zhì)的顆粒過濾器(下文被筒稱為"過濾器")。
在這種過濾器中，隨著被捕集的顆粒物質(zhì)的累積量增加，排氣中的背壓由于過濾器的堵塞而升高，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降。因此，為了防止出現(xiàn)此狀況，常常使得過濾器的溫度較高，從而過濾器中捕集的顆粒物質(zhì)能夠被氧化和除去(下文稱為"PM再生處理")。在此情況下，同樣，用作還原劑的燃料有時(shí)會(huì)被供應(yīng)給過濾器從而使過濾器的溫度升高。
作為向如上所述的排氣凈化設(shè)備供應(yīng)還原劑的方法，已經(jīng)公知這樣一種方法在排氣凈化設(shè)備上游的位置處在排氣通道上設(shè)置還原劑添加閥，從而可利用該還原劑添加閥將還原劑例如液體燃料添加到排氣通道內(nèi)的排氣中。這里，應(yīng)指出，如果還原劑添加閥緊鄰地設(shè)置在排氣凈化設(shè)備的上游，則存在這樣的擔(dān)憂從還原劑添加閥添加到排氣中的液體燃料可能會(huì)在液體燃料以合適的方式分散之前流入排氣凈化設(shè)備。結(jié)果，還原劑可能有時(shí)不能以均勻的方式供應(yīng)給整個(gè)排氣凈化設(shè)備。
與此相關(guān)地，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2004-308549公開了一種技術(shù)，其中對(duì)排氣的一部分施加壓力以產(chǎn)生加壓排氣，該加壓排氣與通過燃料添加裝置添加的燃料一起被供應(yīng)給排氣。在此技術(shù)中，通過相互同步地控制供應(yīng)加壓排氣的定時(shí)和添加燃料的定時(shí)，來使燃料霧化或氣化。但是，在此技術(shù)中，必需利用氣泵等對(duì)排氣進(jìn)行加壓，從而燃料添加裝置的系統(tǒng)構(gòu)造會(huì)變得復(fù)雜，從而妨礙了成本的降低。
另外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. H5-240131公開了一種技術(shù)，其中利用氣泵供應(yīng)的空氣流來使正從燃料噴射閥噴射到進(jìn)氣管中的燃料霧化。在此技術(shù)中，燃料#:以與輔助空氣的脈動(dòng)同步的方式從燃料噴射閥噴射。
此外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. H11-159320公開了 一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，該排氣凈化設(shè)備具有擋板(baffle plate)和還原劑供應(yīng)裝置，該擋板旋轉(zhuǎn)且同時(shí)遮蔽流入NOx催化劑的排氣的流入表面的一部分，該還原劑供應(yīng)裝置與擋板的旋轉(zhuǎn)同步地將還原劑連續(xù)噴射到擋板的遮蔽部分。
此外，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2005-120938公開了 一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其具有從在位于還原劑供應(yīng)裝置下游的位置處的排氣通道分支出的第一排氣路徑和第二排氣路徑，和能夠?qū)⑴艢鈴闹辛鬟^的路徑切換到第一排氣路徑或第二排氣路徑的切換閥。
在此技術(shù)中，由還原劑供應(yīng)裝置供應(yīng)還原劑的定時(shí)與由切換閥切換排氣從中流過的路徑的定時(shí)同步。
但是，在NOx還原處理或SOx中毒恢復(fù)處理中，有必要將流入NOx催化劑的排氣的空燃比控制為濃空燃比。因此，通過向NOx催化劑供應(yīng)包含高濃度還原劑的排氣(即，通過加深或增加燃料過量供給)，有時(shí)故意
5在NOx催化劑中形成局部深濃的氣氛(locally deep rich atmosphere)，從而使得可提高NOx和/或SOx的還原效率。
但是，在上述公報(bào)中公開的技術(shù)中，即使添加到排氣中的還原劑的分散程度可升高，仍難以在NOx催化劑中形成局部深濃的氣氛。因此，希望實(shí)現(xiàn)這樣一種技術(shù)，即能夠以簡(jiǎn)單的構(gòu)造，根據(jù)將在排氣凈化設(shè)備上執(zhí)行的處理的內(nèi)容(例如，NOx還原處理，SOx中毒恢復(fù)處理，PM再生處理等)，控制添加到流入排氣凈化設(shè)備的排氣中的還原劑的分散程度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)，該技術(shù)能夠在用于將還原劑添加到流入排氣凈化設(shè)備的排氣中的還原劑添加控制被執(zhí)行時(shí)，控制被添加到流入排氣凈化設(shè)備的排氣中的還原劑的分散程度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的特征在于釆用了 設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)的排氣通道上用于凈化經(jīng)過所述排氣通道的排氣的排氣凈化設(shè)備；在所述排氣凈化設(shè)備的上游位置處設(shè)置于所述排氣通道上用于向經(jīng)過所述排氣凈化設(shè)備的排氣添加還原劑的還原劑添加裝置；設(shè)置于所述排氣通道上用于改變排氣的流路面積的流路面積改變裝置；在所述還原劑添加裝置向排氣中添加還原劑之前通過利用所述流路面積改變裝置改變所述流路面積來產(chǎn)生排氣脈動(dòng)的脈動(dòng)產(chǎn)生裝置；和添加定時(shí)控制裝置，其控制所述還原劑添加裝置，以便在所述還原劑添加裝置附近的由于所述排氣脈動(dòng)而變動(dòng)或波動(dòng)的排氣壓力處于極大值和/或極小值附近的定時(shí)添加還原劑。
具體地，在本發(fā)明中，當(dāng)執(zhí)行從還原劑添加裝置向排氣中添加還原劑的還原劑添加控制時(shí)，在還原劑添加到排氣中之前，通過利用流路面積改變裝置改變排氣的流路面積，來使經(jīng)過排氣通道的排氣發(fā)生脈動(dòng)。排氣的脈動(dòng)為在經(jīng)過排氣通道的排氣的流動(dòng)阻力變化時(shí)發(fā)生的或者由于所述流動(dòng)阻力變化而發(fā)生的周期性壓力變動(dòng)或波動(dòng)。在本發(fā)明中，流路面積改變裝置可增大或減小排氣的流路面積。在任何情況下，排氣通道的流動(dòng)阻力在排氣經(jīng)過該排氣通道時(shí)改變，從而能夠產(chǎn)生上述排氣脈動(dòng)。
另外，當(dāng)由于排氣的脈動(dòng)而產(chǎn)生壓力變動(dòng)或波動(dòng)時(shí)，排氣的密度在排氣壓力升高過程中增加，并且在排氣壓力變?yōu)闃O大值時(shí)的定時(shí)，排氣的密度也變?yōu)樽畲蟆Ｔ谂艢鈮毫υ谝堰_(dá)到極大值之后減小期間，排氣的密度減小，并且在排氣壓力變?yōu)闃O小值時(shí)的定時(shí)，排氣的密度也變?yōu)樽钚　Ｔ诒景l(fā)明中，還原劑添加裝置被控制為在還原劑添加裝置附近的排氣壓力(下文簡(jiǎn)稱為"排氣壓力")變得位于極大值(下文稱為"脈動(dòng)波峰，，)和/或極小值(下文稱為"脈動(dòng)波谷")附近時(shí)的定時(shí)添加還原劑。
根據(jù)本發(fā)明，通過在由于排氣的脈動(dòng)而變化的排氣壓力處于極大值附近(即，處于脈動(dòng)波峰附近)的定時(shí)添加還原劑，還原劑與高密度的排氣相撞，從而可以促進(jìn)還原劑的霧化。結(jié)果，被添加到排氣中的還原劑的分
散性能夠被提高，從而還原劑的^:程度已變得較高的排氣能夠被供應(yīng)給排氣凈化設(shè)備。換句話說，還原劑能夠被更均勻地供應(yīng)給整個(gè)排氣凈化設(shè)備。這里，還原劑的分散程度為指示還原劑在排氣中的分散程度的概念。另外，還原劑的分散性被提高越多，則能夠形成還原劑的分散程度越高的排氣。
另外，當(dāng)在排氣壓力變?yōu)闃O小值(脈動(dòng)波谷)時(shí)一一即當(dāng)排氣變?yōu)榈兔芏葧r(shí)一一的定時(shí)向排氣中添加還原劑時(shí)，還原劑的霧化被抑制。結(jié)果，在排氣中，還原劑的濃度變得局部高和低的位置將不均勻地分布。換句話說，通過向排氣凈化設(shè)備的一部分局部供應(yīng)盡可能多的還原劑，可在該部分中形成深濃氣氛。這里，應(yīng)指出，"深濃氣氛"包括經(jīng)過排氣凈化設(shè)備的排氣的空燃比為非常濃的空燃比的含義，或者排氣的氧濃度為非常低的濃度的含義。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，選擇是在排氣壓力位于極大值附近時(shí)的定時(shí)還是在排氣壓力位于極小值附近時(shí)的定時(shí)向排氣中添加還原劑。由此，可通過自由選擇升高還是降低流入排氣凈化設(shè)備的排氣中的還原劑的分散程度，將還原劑供應(yīng)給排氣凈化設(shè)備。此外，根據(jù)本發(fā)明，可在排氣壓力變得位于極大值附近時(shí)的定時(shí)和排 氣壓力變得位于極小值附近時(shí)的定時(shí)兩者處添加還原劑。因此，可享受以 下兩方面優(yōu)點(diǎn)。即，還原劑能夠被更均勻地供應(yīng)給整個(gè)排氣凈化設(shè)備，并 且在排氣凈化設(shè)備中能夠形成局部深濃氣氛。
此外，在本發(fā)明中，可使用相同構(gòu)造升高和降低還原劑的分散程度， 從而能夠通過簡(jiǎn)單的構(gòu)造控制還原劑的分散特性。因此，排氣凈化系統(tǒng)能 夠緊湊化，并且成本降低。
這里應(yīng)指出，排氣壓力的極大值附近(或極小值附近)中的術(shù)語"附 近"當(dāng)然包括排氣壓力的極大值(或極小值)，以及接近該值(之前和之 后)的值，但是上述附近的范圍可通過試驗(yàn)等被預(yù)先確定。例如，上述"附 近"的范圍可被確定為使得與在排氣壓力達(dá)到極大值(或極小值)的瞬時(shí) 添加還原劑的情況相比，在還原劑在排氣壓力達(dá)到極大值(或極小值)之 前或之后被添加的情況中，升高(或降低)還原劑在排氣中的分散程度的 效果沒有過度惡化。
這里，由于排氣的流路面積的改變而產(chǎn)生的排氣脈動(dòng)逐漸衰減。即， 在排氣壓力變動(dòng)或波動(dòng)時(shí)的排氣壓力的變動(dòng)幅度或范圍(例如，極大值(脈 動(dòng)波峰)和極小值(脈動(dòng)波谷)之差的絕對(duì)值)在脈動(dòng)發(fā)生之后立即實(shí)質(zhì) 上變?yōu)闃O大值，并且此后逐漸減小。換句話說，排氣脈動(dòng)隨著時(shí)間的推移 而逐漸"消退(或減小)"。
因此，在排氣壓力的變動(dòng)范圍已變得非常小之后，即使在排氣壓力變 得位于極大值或極小值附近的定時(shí)向排氣中添加還原劑，本發(fā)明的作用效 果也可能會(huì)減弱。即，有時(shí)難以合適地控制排氣中的還原劑的分散程度， 例如由于在排氣壓力位于極大值附近的定時(shí)添加還原劑而向整個(gè)排氣凈化 設(shè)備均勻地供應(yīng)還原劑，或者由于在排氣壓力位于極小值附近的定時(shí)添加 還原劑而在排氣凈化設(shè)備中形成局部深濃氣氛，等等。
因此，在本發(fā)明中，添加定時(shí)控制裝置可控制還原劑添加裝置，以便 在所述排氣壓力的變動(dòng)范圍被維持等于或大于預(yù)定容許變動(dòng)范圍的時(shí)間段 范圍內(nèi)添加還原劑。這里，應(yīng)指出，該預(yù)定容許變動(dòng)范圍是當(dāng)在排氣壓力的極大值和/或極小值附近向排氣中添加還原劑時(shí)能夠合適地控制還原劑的分散程度的排氣壓力變動(dòng)范圍的下限值。
根據(jù)此構(gòu)造，通過在排氣壓力的變動(dòng)范圍被維持等于或大于預(yù)定容許變動(dòng)范圍的時(shí)間段范圍內(nèi)，在排氣壓力變得位于極大值和/或極小值附近的定時(shí)向排氣中添加還原劑，能夠合適地控制排氣中的還原劑的分散程度。另外，能夠在可容易地控制還原劑的分散程度的時(shí)間段內(nèi)添加還原劑。
另外，還原劑的分散程度根據(jù)排氣的密度等級(jí)而變化。因此，當(dāng)在排氣壓力變得位于極大值附近的定時(shí)添加還原劑時(shí)，必需維持排氣壓力的極大值在某種程度上高于就在流路面積改變裝置改變排氣的流路面積之前的排氣壓力(下文還稱為"初始排氣壓力")的值。類似地，當(dāng)在排氣壓力變得位于極小值附近的定時(shí)添加還原劑時(shí)，必需維持排氣壓力的極小值在某種程度上小于該初始排氣壓力。
因此，在本發(fā)明中，當(dāng)控制還原劑添加裝置以便在排氣壓力變得位于極大值附近的定時(shí)向排氣中添加還原劑時(shí)，添加定時(shí)控制裝置可在所述極大值被維持比就在流路面積被改變之前的排氣壓力(初始排氣壓力)高第一閾值或更多的時(shí)間段范圍內(nèi)添加還原劑。該預(yù)定的第一閾值指的是初始排氣壓力與極大值之差的下限值，其能夠當(dāng)在排氣壓力的極大值附近向排氣中添加還原劑時(shí)升高或增加還原劑的分散程度。由此，能夠在可以容易地升高還原劑的M程度的時(shí)間段內(nèi)添加還原劑。
此外，當(dāng)控制還原劑添加裝置以便在排氣壓力變得位于極小值附近的定時(shí)向排氣中添加還原劑時(shí)，添加定時(shí)控制裝置可在所述極小值被維持比就在流路面積被改變之前的排氣壓力(初始排氣壓力)低第二閾值或更多的時(shí)間段范圍內(nèi)添加還原劑。該預(yù)定的第二閾值指的是初始排氣壓力與極小值之差的下限值，其能夠當(dāng)在排氣壓力的極小值附近向排氣中添加還原劑時(shí)降低或減小還原劑的分散程度。由此，能夠在可以容易地降低還原劑的分散程度的時(shí)間段內(nèi)添加還原劑。
這里，上述容許變動(dòng)范圍、第一閾值和第二閾值可被i殳定為固定值，或者可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)通過試驗(yàn)等被預(yù)先獲得，以便提供希望的分
9散程度。例如，可構(gòu)建存儲(chǔ)了初始排氣壓力、容許變動(dòng)范圍、第一閾值及
第二閾值之間的關(guān)系的脈i脊圖。
這里，應(yīng)指出，根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化設(shè)備可包括具有氧化能力的催 化劑，并且可執(zhí)行升溫控制，其中向具有氧化能力的催化劑供應(yīng)還原劑以 便升高排氣凈化設(shè)備的溫度。即，排氣凈化設(shè)備的溫度可由于當(dāng)被供應(yīng)給 具有氧化能力的催化劑的還原劑被氧化時(shí)生成的反應(yīng)熱而升高。在此情況 下，在本發(fā)明中，添加定時(shí)控制裝置可控制還原劑添加裝置，以便在排氣 壓力變得位于極大值附近的定時(shí)添加還原劑。下文，在排氣壓力變得位于 極大值附近的定時(shí)添加還原劑的控制稱為"高分散式添加控制"。
由此，添加到排氣中的還原劑的^:程度增大，從而還原劑能夠均勻 地供應(yīng)給整個(gè)具有氧化能力的催化劑。結(jié)果，能夠使排氣的溫度更有效地 升高，從而能夠合適地升高排氣凈化設(shè)備的溫度。這里，排氣凈化設(shè)備可 被構(gòu)造成包括用于捕集排氣中的顆粒物質(zhì)(PM)的過濾器。在此情況下， 當(dāng)執(zhí)行其中通過升高過濾器的溫度來氧化并除去過濾器中捕集的PM的 PM再生處理時(shí)，優(yōu)選地執(zhí)行高分散式添加控制。根據(jù)高分散式添加控制， 排氣凈化^:備(即，過濾器)的溫度能夠更有效地升高。因此，能夠以有 效的方式執(zhí)行顆粒物質(zhì)的氧化除去。
此夕卜，根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化設(shè)備可包括NOx催化劑，并且可通過向 NOx催化劑供應(yīng)還原劑來執(zhí)行NOx還原處理或SOx中毒恢復(fù)處理。
例如，可通過執(zhí)行高分散式添加控制增大添加到排氣中的還原劑的分 散程度，從而還原劑能夠以更均勻的方式供應(yīng)給整個(gè)NOx催化劑。結(jié)果， NOx催化劑中儲(chǔ)存的NOx和Sox能夠被均勻地減少。
此外，當(dāng)執(zhí)行上述NOx還原處理或SOx中毒恢復(fù)處理時(shí)，可進(jìn)行在 排氣壓力變得位于極小值附近的定時(shí)添加還原劑的控制(下文稱為"低分 散式添加控制，，)。由此，能夠在排氣凈化設(shè)備中形成局部深濃氣氛。因 此，排氣凈化設(shè)備的特定部分中的NOx或SOx還原效率能夠被特別提高。 另外，可執(zhí)行通過組合高分散式添加控制和低分散式添加控制實(shí)現(xiàn)的控制。 根據(jù)這樣的控制，可按均勻的方式將還原劑供應(yīng)給整個(gè)NOx催化劑，并且在其中形成局部深濃氣氛。因此，NOx催化劑中儲(chǔ)存的NOx和SOx能夠以更合適的方式#皮還原。
這里，當(dāng)發(fā)生排氣的脈動(dòng)時(shí)，排氣壓力的變動(dòng)或波動(dòng)以周期方式重復(fù),從而極大值(脈動(dòng)的波峰)和極小值(脈動(dòng)的波谷)將在排氣壓力中交替出現(xiàn)。鑒于此，在本發(fā)明中，添加定時(shí)控制裝置可控制還原劑添加裝置，以便間歇地添加還原劑，并且同時(shí)使該還原刺添加裝置添加還原劑的添加定時(shí)與排氣壓力變得位于極大值和/或極小值附近的定時(shí)同步。
這里，應(yīng)指出，可在排氣壓力變得位于極大值和最小時(shí)附近的所有定時(shí)添加還原劑，但是本發(fā)明并不局限于此，并且可采用多種變型。
例如，可僅與排氣壓力變得位于極大值附近的定時(shí)同步地添加還原劑。由此，能夠執(zhí)行高分散式添加控制，其中添加到排氣中的還原劑的分散性被賦以最高優(yōu)先級(jí)。換句話說，如上述示例，能夠以合適的方式執(zhí)行排氣凈化設(shè)備的溫度升高或PM再生處理。另外，在此情況下，不需要在排氣壓力變得位于極大值附近的所有定時(shí)都添加還原劑。
另夕卜，可僅與排氣壓力變得位于極小值附近的定時(shí)同步地添加還原劑。由此，能夠執(zhí)行低分散式添加控制，其中局部深濃氣氛的形成被賦以比添加到排氣中的還原劑的分散性高的優(yōu)先級(jí)。結(jié)果，例如，能夠在NOx催化劑上有效地執(zhí)行NOx還原處理和SOx中毒恢復(fù)處理。在此情況下，也不需要在排氣壓力變得位于極小值附近的所有定時(shí)都添加還原劑。
此外，可與排氣壓力變得位于極大值附近的定時(shí)和排氣壓力變得位于極小值附近的定時(shí)兩者同步地添加還原劑。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)向整個(gè)排氣凈化設(shè)備更均勻地供應(yīng)還原劑以及在排氣凈化設(shè)備中形成局部深濃氣氛。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)中，還可提供添加定時(shí)決定裝置，所述添加定時(shí)決定裝置獲得隨排氣的脈動(dòng)而變化的排氣壓力變得位于極大值和/或極小值附近的極值到達(dá)定時(shí)，并且同時(shí)基于這樣獲得的所述極值到達(dá)定時(shí)，決定利用所述添加定時(shí)控制裝置控制所述還原劑添加裝置以添加還原劑的添加定時(shí)。
例如，添加定時(shí)決定裝置可具有用于檢測(cè)還原劑添加裝置附近的排氣壓力的壓力傳感器，并且可基于此壓力傳感器的檢測(cè)值獲取極值到達(dá)定時(shí)， 即排氣壓力變得位于極大值和/或極小值附近時(shí)的定時(shí)。
可選擇地，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的各種工作狀態(tài)，可通過試驗(yàn)等預(yù)先獲得在脈 動(dòng)發(fā)生之后(在流路面積改變裝置已經(jīng)改變了排氣的流路面積之后)變動(dòng) 或波動(dòng)的排氣壓力的改變。另外，可基于存儲(chǔ)了在脈動(dòng)發(fā)生之后經(jīng)過的時(shí) 間與排氣壓力之間的關(guān)系的控制脈譜圖來獲取極值到達(dá)定時(shí)。
因此，可非常精確地獲取在脈動(dòng)產(chǎn)生裝置已產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)之后周期 性出現(xiàn)的極值到達(dá)定時(shí)。因此，還原劑的添加定時(shí)能夠#>確定為更合適的 定時(shí)以便控制還原劑的分散性。
這里，應(yīng)指出，在本發(fā)明中，用于改變排氣通道的流路面積的流路面 積改變裝置可以是用于控制排氣的流量的流量控制閥。通過增大(或減小) 流量控制閥的開度，能夠改變排氣的流動(dòng)阻力，從而可以合適的方式產(chǎn)生 排氣的脈動(dòng)。
這里，通過脈動(dòng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的排氣脈動(dòng)在排氣中傳播。因此，即使 還原劑添加裝置被設(shè)置于流路面積改變裝置(例如，流量控制閥)的上游 側(cè)或下游側(cè)，仍然能夠使還原劑添加裝置附近的排氣壓力以合適的方式變 動(dòng)。
因此，本發(fā)明中的還原劑添加裝置在排氣通道上可被設(shè)置于流路面積 改變裝置的下游側(cè)或流路面積改變裝置的上游側(cè)。根據(jù)上述配置中的任一 種，可控制添加到流入排氣凈化設(shè)備的排氣中的還原劑的*程度。
這里，關(guān)注于當(dāng)產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)時(shí)排氣壓力的變動(dòng)范圍，排氣壓力的 變動(dòng)范圍越大(即，排氣壓力的極大值越高，排氣壓力的極小值越低)， 則還原劑的分散程度的可控性被改進(jìn)越多。另外，在排氣的脈動(dòng)產(chǎn)生時(shí)的 排氣壓力的變動(dòng)范圍在位于流路面積改變裝置上游側(cè)的排氣通道中大于在 位于流路面積改變裝置下游側(cè)的排氣通道中。
因此，優(yōu)選地，還原劑添加裝置設(shè)置于位于流路面積改變裝置的上游 側(cè)的排氣通道上。通過這種配置，可更大程度地增加還原劑添加裝置附近 的排氣壓力的變動(dòng)范圍。換句話說，當(dāng)在排氣壓力變得位于極大值附近時(shí)的定時(shí)添加還原劑時(shí)，可在更高的排氣密度下添加還原劑。因此，能夠使還原劑的分散性更高。另一方面，當(dāng)在排氣壓力變得位于極小值附近時(shí)的定時(shí)添加還原劑時(shí)，可在更低的排氣密度下進(jìn)行還原劑的添加。因此，能夠在排氣凈化設(shè)備中形成更深的濃氣氛。換句話說，能夠更有效地控制還原劑的分散程度。
從下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員更加明顯。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)及其進(jìn)排氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的示意性構(gòu)造的視圖。
圖2為示出當(dāng)在本發(fā)明的第一實(shí)施例中減小閥開度Vd以產(chǎn)生排氣脈動(dòng)時(shí)，在添加閥附近的排氣壓力Pg的時(shí)間過程的時(shí)間圖。
圖3為示出本發(fā)明的第 一 實(shí)施例中的PM再生控制例程的流程圖。
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)及其進(jìn)排氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的示意性構(gòu)造的視圖。
圖5為示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中的NOx還原控制例程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。這里應(yīng)理解，除非另外指明，否則下面的實(shí)施例中所述的構(gòu)成部分的尺寸、材料、形狀、
相對(duì)設(shè)置等僅是說明性的，而不應(yīng)被理解為以任何方式限制本發(fā)明的技術(shù)范圍。
(實(shí)施例1)
參照附圖并且首先參照?qǐng)D1，示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)及其進(jìn)排氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的示意性構(gòu)造。如圖1中所示總體上用標(biāo)號(hào)1指示的內(nèi)燃才幾是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。這里，應(yīng)指出在圖l中，內(nèi)燃機(jī)l的內(nèi)部被省略。進(jìn)氣通道2和排氣通道5與內(nèi)燃機(jī)1連接。在排氣通道5上設(shè)置有 DPNR (柴油PM和NOx還原)單元10，在該DPNR單元中NOx儲(chǔ)存還 原型催化劑(下文將簡(jiǎn)稱為"NOx催化劑")被用于捕集排氣中的顆粒物 質(zhì)的顆粒過濾器所承載。在此實(shí)施例中，DPNR單元IO對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的 排氣凈化設(shè)備，并且由該DPNR單元10承載的NOx催化劑對(duì)應(yīng)于本發(fā)明 中的具有氧化能力或功能的催化劑。
在排氣通道5上在DPNR單元10的上游側(cè)設(shè)置有燃料添加閥11,該 燃料添加閥用于在對(duì)DPNR單元10執(zhí)行NOx還原處理、SOx中毒恢復(fù)處 理或PM再生處理時(shí)，將燃料形式的還原劑添加到排氣中。另外，在燃料 添加閥11附近設(shè)有用于檢測(cè)在燃料添加閥11附近的排氣的壓力(下文還 稱為排氣壓力)的壓力傳感器12。此外，在排氣通道5上在DPNR單元 IO的下游側(cè)，設(shè)有能夠改變排氣的流路面積的流路面積改變閥13。通過改 變流路面積改變閥13的開度，排氣的流動(dòng)阻力凈皮改變以產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)。 在此實(shí)施例中，燃料添加閥ll對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的還原劑添加裝置，并且流 路面積改變閥13對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的流路面積改變裝置。
與以上述方式構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)1及其排氣系統(tǒng)相結(jié)合，提供了用于控制 內(nèi)燃機(jī)1及其排氣系統(tǒng)的電子控制單元(ECU) 15。 ECU 15不僅用于根 據(jù)內(nèi)燃機(jī)l的工作狀況和駕駛員的要求控制內(nèi)燃機(jī)l的工作狀態(tài)等，并且 還對(duì)內(nèi)燃機(jī)1的DPNR單元10進(jìn)行控制。
除了未示出的與控制內(nèi)燃機(jī)1的工作狀態(tài)有關(guān)的傳感器例如空氣流量 計(jì)、曲柄位置傳感器、加速器位置傳感器等之外，壓力傳感器12也通過電 線連接到ECU15，并且這些傳感器的輸出信號(hào)被輸入ECU15。此外，內(nèi) 燃機(jī)l的未示出的燃料噴射閥等通過電線連接到ECU 15，并且另外，此 實(shí)施例中的燃料添加閥11、流路面積改變閥13等也通過電線連接到ECU 15，從而它們由ECU15控制。
ECU 15包括CPU、 ROM、 RAM等，并且ROM存儲(chǔ)用于對(duì)內(nèi)燃機(jī) 1執(zhí)行多種控制的程序和存儲(chǔ)了相關(guān)數(shù)據(jù)的脈譜圖等。下文將描述的此實(shí) 施例中的PM再生控制例程是ECU 15中的ROM中存儲(chǔ)的程序之一。這里，將說明燃料添加控制，在該燃料添加控制中從燃料添加閥11向排氣中添加燃料，并且這樣添加的燃料(下文稱為"添加燃料，，)被從
那里供應(yīng)給DPNR單元10。當(dāng)用于氧化和除去DPNR單元10中捕集和淀積的顆粒物質(zhì)(PM)的PM再生處理被執(zhí)行時(shí)，由于在DPNR單元IO氧化添加燃料時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱，DPNR單元IO的溫度升高到高溫(即，PM能夠被燃燒或燒掉的溫度(例如，500。C到700。C))。
另外，在執(zhí)行用于還原DPNR單元10中儲(chǔ)存的NOx的NOx還原處理的情況下，流入DPNR單元IO的排氣的空燃比被控制成降低到濃空燃比。此外，在執(zhí)行用于還原DPNR單元10中儲(chǔ)存的SOx的SOx中毒恢復(fù)處理的情況下，如同NOx還原處理中一樣，排氣的空燃比被控制為濃空燃比，并且同時(shí)，DPNR單元10的溫度被控制成保持處于高溫(例如，600 。C到650 °C )。
在執(zhí)行與上述各個(gè)處理相關(guān)的控制的情況下，由于液體燃料被從燃料添加閥11添加到排氣中，所以添加燃料的分散性可能會(huì)惡化。尤其在由于在排氣凈化系統(tǒng)中的DPNR單元10的安裝空間的限制等導(dǎo)致燃料添加閥11緊鄰DPNR單元10的上游設(shè)置的情況下，或者在添加燃料或?qū)⒈惶砑拥娜剂狭看蟮那闆r下，添加燃料的分散性可能會(huì)惡化。
結(jié)果，在PM再生處理和SOx中毒恢復(fù)處理中，有時(shí)難以以均勻的方式升高整個(gè)DPNR單元10的溫度。另外，在NOx還原處理和SOx中毒恢復(fù)處理中，可能難以還原整個(gè)DPNR單元10中儲(chǔ)存的NOx和SOx。
另 一方面，在NOx還原處理和SOx中毒恢復(fù)處理中，NOx和SOx的還原效率根據(jù)流入DPNR單元10的排氣的空燃比的降低而增加。因此，可能需要在DPNR單元10中形成局部較濃空燃比的氣氛，從而使得可以實(shí)現(xiàn)NOx和SOx的完全還原。
因此，在此實(shí)施例中，才艮據(jù)DPNR單元10中執(zhí)行的處理來控制排氣中的添加燃料的M程度。即，執(zhí)行燃料添加控制以便獲得希望的添加燃料的分散程度。下文，將具體描述此實(shí)施例中的燃料添加控制的細(xì)節(jié)。這里，應(yīng)指出，添加燃料的分散程度是指示添加燃料在排氣中的分散性等級(jí)的概念，這意味著，分散程度越高，則添加燃料的分散性越好。
當(dāng)要執(zhí)行此實(shí)施例中的燃料添加控制時(shí)，在從燃料添加閥11添加燃料
之前，ECU 15預(yù)先改變流路面積改變閥13的開度Vd (下文稱為"閥開 度，，)。換句話說，閥開度Vd被增大或減小。結(jié)果，由于經(jīng)過排氣通道5 的排氣的流動(dòng)阻力的改變，排氣壓力周期性地變化動(dòng)波動(dòng)從而產(chǎn)生所謂的 "排氣脈動(dòng)，，。在此實(shí)施例中，ECU15對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的脈動(dòng)產(chǎn)生裝置。
這里，圖2為示出當(dāng)此第一實(shí)施例中的閥開度Vd被減小以產(chǎn)生排氣 脈動(dòng)時(shí)，在燃料添加閥11附近的排氣壓力Pg (下文，稱為"添加閥附近 排氣壓力")的時(shí)間過程的時(shí)間圖。在此圖中，橫軸指示時(shí)間，縱軸指示 添加閥附近排氣壓力Pg。
這里，當(dāng)閥開度Vd在時(shí)間t0減小時(shí)，如圖2所示，添加閥附近排氣 壓力Pg改變，同時(shí)重復(fù)地升高和降低。因此，在添加閥附近排氣壓力Pg 中，重復(fù)出現(xiàn)極大值Pgmax和極小值Pgmin。即，在此圖中，添加閥附近 朝卜氣壓力Pg在時(shí)間點(diǎn)tl 、 t3和t5達(dá)到極大值Pgmax， 而在時(shí)間點(diǎn)t2、 t4 和t6達(dá)到極小值Pgmin。另外，添加閥附近排氣壓力Pg的變動(dòng)幅度或范 圍WPg ( = IPgmax - Pgminl)(例^!口，極大值Pgmax和極小值Pgmin之 差的絕對(duì)值)隨著時(shí)間的推移而減小。
這里，排氣的密度4艮據(jù)添加閥附近排氣壓力Pg的增加而變得更高， 因而，如果例如在排氣的密度變高的定時(shí)將待添加的燃料供應(yīng)給排氣，則 將促進(jìn)排氣的氣體分子與添加燃料之間的碰撞。結(jié)果，也促進(jìn)了添加燃料 的霧化。因此，通過在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax的定時(shí) 將添加燃料供應(yīng)給排氣，能夠促進(jìn)添加燃料的霧化，從而可以提高添加燃 料在排氣中的分散程度。
另一方面，當(dāng)在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O小值Pgmin的定時(shí)將 添加燃料供應(yīng)給排氣時(shí)，添加燃料的霧化被抑制。因此，排氣變得具有沿 排氣通道5的直徑方向不均勻分布的添加燃料的較高濃度部分和較低濃度 部分。結(jié)果，可在DPNR單元IO中形成局部深濃氣氛。
在此實(shí)施例中，通過根據(jù)DPNR單元IO中執(zhí)行的處理的內(nèi)容(例如，PM再生處理、NOx還原處理、SOx中毒恢復(fù)處理等)控制從燃料添加閥11添加或供應(yīng)添加燃料的燃料添加定時(shí)，來控制添加燃料的分散程度。具體地，ECU 15在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax和/或極小值Pgmin的定時(shí)向燃料添加閥11發(fā)出指令或命令，從而從燃料添加閥11向排氣供應(yīng)添加燃料。在此實(shí)施例中，ECU 15對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的添加定時(shí)控制裝置。
更具體地說，選擇和執(zhí)行稍后將描述的高分散式添加控制、低分散式添加控制和組合分散式添加控制。這里，應(yīng)指出，高分散式添加控制為在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax的定時(shí)(圖2中的箭頭CP)將添加燃料添加到排氣中。低分散式添加控制為在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O小值Pgmin的定時(shí)(圖2中的箭頭TP)將添加燃料添加到排氣中。組合分散式添加控制為在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax和極小值Pgmin的定時(shí)(圖2中的箭頭CP和TP )將添加燃料添加到排氣中。
當(dāng)執(zhí)行PM再生處理時(shí)，有時(shí)需要有效地升高整個(gè)DPNR單元10的溫度以提高PM的氧化效率。因此，當(dāng)在此實(shí)施例中執(zhí)行PM再生處理時(shí)，優(yōu)選地執(zhí)行高M(jìn)式添加控制。由此，添加燃料在排氣中的分散程度增大，從而整個(gè)DPNR單元10的溫度能夠以均勻和有效的方式升高。結(jié)果，能夠提高PM的氧化效率，并且還能夠改善與PM再生處理相關(guān)的燃料消耗。在此實(shí)施例中，PM再生處理對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的升溫控制。
另一方面，當(dāng)執(zhí)行NOx還原處理或SOx中毒恢復(fù)處理時(shí)，可選擇高分散式添加控制、低分散式添加控制和組合分散式添加控制中的任一個(gè)，并且根據(jù)執(zhí)行每種控制的條件或情況，可享受這種控制的執(zhí)行所帶來的優(yōu)點(diǎn)或好處。例如，如上所述，可通過執(zhí)行高分散式添加控制來提高添加燃料的分散程度，從而能夠?qū)⑦€原劑均勻供應(yīng)到DPNR單元10的整個(gè)區(qū)域。因此，DPNR單元IO中儲(chǔ)存的NOx和SOx能夠以均勻的方式被還原。換句話說，能夠在整個(gè)DPNR單元10上更均勻地凈化NOx和SOx。
另外，在將相對(duì)于DPNR單元10局部提高NOx和SOx的還原效率的情況下，可執(zhí)行低分散式添加控制。根據(jù)這種控制，能夠抑制添加燃料的分散程度，從而能夠在DPNR單元10中形成局部深濃氣氛，因此可以 特別提高在DPNR單元10中對(duì)應(yīng)于該局部深濃氣氛的部分中的NOx和 Sox的還原效率。
此外，可執(zhí)行混合分散式添加控制以便享受高分散式添加控制和低分 散式添加控制兩者的優(yōu)點(diǎn)或好處。即，在添加閥附近排氣壓力Pg中交替 地出現(xiàn)極大值Pgmax和極小值Pgmin,從而可交替地執(zhí)行高分散式添加控 制和低分散式添加控制。根據(jù)這種控制，DPNR單元10的整個(gè)區(qū)域中儲(chǔ)存 的NOx和Sox能夠均勻地被還原，并且同時(shí)能夠局部實(shí)現(xiàn)NOx和SOx的 更完全的凈化。
盡管圖2舉例說明了閥開度Vd被減小以產(chǎn)生排氣脈動(dòng)的情況，但是 還可例如通過增大閥開度Vd來產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)。另夕卜，在閥開度Vd改變 后，可釆用流路面積改變閥13的各種工作模式。例如，在閥開度Vd改變 (減小或增加)之后，閥開度Vd可被保持于當(dāng)時(shí)的開度，或者可返回初 始開度(即，在改變之前的開度)。在后一種情況下，閥開度Vd將僅被 瞬時(shí)改變，以便產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)。因此，從穩(wěn)態(tài)的觀點(diǎn)看，可按合適的方 式產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)，同時(shí)在產(chǎn)生基本恒定的脈動(dòng)之后維持排氣的流動(dòng)阻力。
接下來，將說明根據(jù)此實(shí)施例在燃料添加控制期間將添加燃料從燃料 添加閥11添加到排氣中的添加定時(shí)TMad。在此實(shí)施例中，添加燃料-皮間 歇地從燃料添加閥11添加，并且添加定時(shí)TMad被決定成使之與添加閥 附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax和/或極小值Pgmin時(shí)的定時(shí)TMe同 步(這些定時(shí)被統(tǒng)稱為"極值到達(dá)定時(shí)")。
下文將參照?qǐng)D2進(jìn)行具體描述。在執(zhí)行高分散式添加控制的情況下， 添加定時(shí)TMad ^皮控制成與時(shí)間點(diǎn)tl、 t3和t5 —致；在執(zhí)行低分歉式添 加控制的情況下，添加定時(shí)TMad ^皮控制成與時(shí)間點(diǎn)t2、 t4和t6 —致； 并且在執(zhí)行組合分散式添加控制的情況下，添加定時(shí)TMad被控制成與時(shí) 間點(diǎn)tl、 t2、…、t5和t6—致。這里，應(yīng)指出，添加燃料不必在所有極大 值Pgmax (或所有極小值Pgmin，或所有極大值Pgmax和所有極小值 Pgmin)處都被添加。具體地，例如，在執(zhí)行高分散式添加控制(或低分散式添加控制)的
情況下，添加定時(shí)TMad可被決定成與時(shí)間點(diǎn)tl (時(shí)間點(diǎn)t2)和時(shí)間點(diǎn)t5(時(shí)間點(diǎn)t6 ) —致，而在時(shí)間點(diǎn)t3 (時(shí)間點(diǎn)t4 )沒有添加燃料凈皮添加。另外，添加燃料可例如在添加閥附近排氣壓力Pg達(dá)到極大值Pgmax (或極小值Pgmin) n次(例如，n為任意自然數(shù))的每個(gè)時(shí)段或定時(shí)被添加。因此，在不背離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，可對(duì)添加定時(shí)TMad進(jìn)行多種改變。
在此實(shí)施例中，ECU15基于壓力傳感器12的輸出信號(hào)獲得極值到達(dá)定時(shí)TMe。可選擇地，ECU 15可通過試驗(yàn)預(yù)先獲得在內(nèi)燃機(jī)1的各工作狀態(tài)下，在向流路面積改變閥13發(fā)送改變閥開度Vd的指令或命令之后添加閥附近排氣壓力Pg的改變。另外，這些關(guān)系可被存儲(chǔ)在控制脈鐠圖內(nèi)，從而可參照該控制脈鐠圖獲得極值到達(dá)定時(shí)。
因此，可精確地獲得周期性的極值到達(dá)定時(shí)TMe，從而能夠?qū)⑻砑佣〞r(shí)TMad確定為合適的定時(shí)。結(jié)果，能夠以合適的方式控制添加燃料在排氣中的分散性。這里，應(yīng)指出，在此實(shí)施例中，用于獲得極值到達(dá)定時(shí)TMe并且基于這樣獲得的極值到達(dá)定時(shí)TMe決定添加定時(shí)TMad的ECU 15對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的添加定時(shí)決定裝置。
添加定時(shí)TMad不必與極大值Pgmax或極小值Pgmin —致，而僅需位于極大值Pgmax或極小值Pgmin附近。例如，"附近"的范圍可被確定在這樣的范圍內(nèi)，即在該范圍中，與添加定時(shí)TMad與極大值Pgmax(或極小值Pgmin) —致的情況相比，提高(或降低)添加燃料的^t程度的效果將不會(huì)被過度地惡化。由此，可使添加定時(shí)的設(shè)置范圍具有一定的裕度，從而可確保一定的自由度。
另一方面，如圖2所示，添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍WPg (=|Pgmax - Pgmin|)隨著時(shí)間的推移而減小。在添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍WPg變得非常小之后，即使添加燃料是在極值到達(dá)定時(shí)TMe被添加的，仍難以用合適的方式控制添加燃料的分散程度。因此，在此實(shí)施例中，在添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍WPg被維持等于或大于容許變動(dòng)范圍
19WL (見圖2)的時(shí)間段范圍內(nèi)，執(zhí)行燃料添加控制。
這里，應(yīng)指出，容許變動(dòng)范圍WL是添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍 的下限值，在該變動(dòng)范圍內(nèi)判定為當(dāng)添加燃料在極值到達(dá)定時(shí)TMe被添加 時(shí)該添加燃料的分散程度能夠被以令人滿意的方式控制。因此，抑制了在 難以控制添加燃料的分散程度的情況下仍執(zhí)行燃料添加控制。根據(jù)這種控 制，添加燃料的^ft程度能夠被容易地控制。在此實(shí)施例中，容許變動(dòng)范 圍WL對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的預(yù)定容許變動(dòng)范圍。
另外，當(dāng)在此實(shí)施例中，在高分散式添加控制(或組合分散式添加控 制)中添加定時(shí)TMad -皮控制成與極大值Pgmax —致時(shí)，在極大值Pgmax 被維持比就在閥開度Vd被改變之前的排氣壓力Pg0 (下文稱為"前不久 排氣壓力(immediately before exhaust gas pressure)，，)高第一參考值 Pgfb或更多的時(shí)間段范圍內(nèi)執(zhí)行燃料添加控制。
這里，應(yīng)指出，第一參考值Pgfb為前不久排氣壓力PgO與極大值 Pgmax之間的壓差，并且為當(dāng)在排氣壓力的極大值Pgmax時(shí)添加該添加 燃料時(shí)能夠令人滿意地升高或增大添加燃料的分散程度的壓差的下限值。 通過使用該第一參考值Pgfd,當(dāng)在極大值Pgmax時(shí)添加該添加燃料時(shí)， 添加燃料的分散程度可按合適的方式增大。在此實(shí)施例中，第一參考值 Pgfd對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中的第一預(yù)定閾值。
此外，當(dāng)在低*式添加控制(或組合分散式添加控制)中添加定時(shí) TMad被控制成與極小值Pgmin —致時(shí)，在極小值Pgmin被維持比前不久 排氣壓力PgO低第二參考值Pgsb或更多的時(shí)間段范圍內(nèi)執(zhí)行燃料添加控 制。
這里，應(yīng)指出，第二參考值Pgsb為前不久排氣壓力PgO與極小值Pgmin 之間的壓差，并且為當(dāng)在排氣壓力的極小值Pgmin時(shí)添加該添加燃料時(shí)能 夠令人滿意地降低或減小添加燃料的分散程度的壓差的下限值。通過使用 該笫二參考值Pgsb,當(dāng)在極小值Pgmin時(shí)添加該添加燃料時(shí)，添加燃料的 ^:程度可按合適的方式減小。在此實(shí)施例中，第二參考值Pgsb對(duì)應(yīng)于本 發(fā)明中的第二預(yù)定閾值。下面，將參照?qǐng)D3的流程圖說明由ECU 15執(zhí)行的燃料添加控制。這 里，將說明當(dāng)在DPNR單元10上執(zhí)行PM再生處理時(shí)的燃料添加控制。 圖3為示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的PM再生控制例程的流程圖。此例程 為ECU 15的ROM中存儲(chǔ)的程序，并且在內(nèi)燃機(jī)1的工作期間被每隔預(yù) 定時(shí)間間隔執(zhí)行。
當(dāng)執(zhí)行此例程時(shí)，首先在步驟S101中，判定關(guān)于在DPNR單元IO中 再生PM的請(qǐng)求是否已械發(fā)給DPNR單元10。例如，當(dāng)用于檢測(cè)DPNR 單元10的上游側(cè)和下游側(cè)之間的壓力差的壓差傳感器(未示出)的輸出值 大于第一指定值時(shí)，ECU 15發(fā)出這種PM再生請(qǐng)求。此第一指定值為 DPNR單元IO中的壓差的闊值，當(dāng)上述壓差變得大于此值時(shí)，判定為內(nèi)燃 機(jī)1的輸出功能或性能已因DPNR單元10中沉積的PM的影響而降低。 當(dāng)在步驟S101中作出肯定判定時(shí)，控制流前進(jìn)到步驟S102，而當(dāng)作出否 定判定時(shí)，此例程結(jié)束。
在步驟S102中，為了產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)，ECU15向流路面積改變閥13 發(fā)出指令或命令，從而改變閥開度Vd。在此情況下，可增大或減小閥開度 Vd。
在步驟S103中，執(zhí)行如上所述的高M(jìn)式添加控制。具體地，基于壓 力傳感器12的輸出值，檢測(cè)添加閥附近排氣壓力變?yōu)闃O大值Pgmax的定 時(shí)，并且將添加定時(shí)TMad確定成與該極大值Pgmax同步。然后，在每 個(gè)添加定時(shí)TMad間歇地從燃料添加閥11向排氣中添加該添加燃料。
在步驟S104中，判定排氣的脈動(dòng)是否為過小脈動(dòng)狀態(tài)。這里，應(yīng)指出， 過小脈動(dòng)狀態(tài)指的是這樣的狀態(tài)，在該狀態(tài)下，由于排氣的脈動(dòng)過小，因 此即使執(zhí)行高分歉式添加控制仍難以有效地增加添加燃料的^R程度。具 體地，基于壓力傳感器12的輸出值檢測(cè)添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍 WPg，并且根據(jù)添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍WPg是否變得小于容許 變動(dòng)范圍WL,來判定過小脈動(dòng)狀態(tài)?？蛇x擇地，可根據(jù)通過從最新檢測(cè) 到的極大值Pgmax減去前不久排氣壓力PgO而得到的值是否變得小于第一 參考值Pgfd來進(jìn)行該判定。當(dāng)在步驟S104中作出肯定判定時(shí)，控制流前進(jìn)到步驟S105。在步驟 S105中，執(zhí)行普通添加控制。這里，普通添加控制指的是添加定時(shí)TMad 被控制成不與極值到達(dá)定時(shí)TMe同步。在此例程中，當(dāng)執(zhí)行普通添加控制 時(shí)，在沒有使添加定時(shí)TMad與極大值Pgmax同步的情況下供應(yīng)添加燃 料。當(dāng)此步驟的處理結(jié)束時(shí)，控制流前進(jìn)到步驟S106。
在步驟S106中，判定是否已經(jīng)發(fā)出PM再生終止請(qǐng)求。在此步驟中， 當(dāng)未示出的壓差傳感器的輸出值變得低于第二指定值時(shí)，發(fā)出PM再生終 止請(qǐng)求。該第二指定值為DPNR單元10中的壓差的閾值，當(dāng)上述壓差變 得小于此值時(shí)，可判定為DPNR單元10中沉積的PM已使內(nèi)燃機(jī)1的輸 出功能或性能降低，并且小于第一指定值的該第二指定值可通過試驗(yàn)獲得。
當(dāng)在步驟106中獲得肯定判定時(shí)，判定為DPNR單元10中的PM再 生處理可被終止，并且此例程結(jié)束。另一方面，當(dāng)作出否定判定時(shí)，判定 為需要在DPNR單元IO中繼續(xù)進(jìn)行PM再生處理，并且返回步驟S105。 即，繼續(xù)進(jìn)行如上所述的普通添加控制，從而氧化和除去DPNR單元10 中的PM。
另一方面，當(dāng)在上述步驟S104中作出否定判定時(shí)，判定為可繼續(xù)進(jìn)行 高分散式添加控制，并且控制流前進(jìn)到步驟S107。在步驟S107中，判定 是否已發(fā)出PM再生終止請(qǐng)求。此步驟中的處理的實(shí)際內(nèi)容類似于步驟 S106中的內(nèi)容。當(dāng)在步驟S107中作出肯定判定時(shí)，此例程的執(zhí)行終止。 另一方面，當(dāng)作出否定判定時(shí)，返回步驟S104,從而繼續(xù)執(zhí)行PM再生處 理。
如上所述，根據(jù)此例程，通過當(dāng)在DPNR單元10上執(zhí)行PM再生處 理時(shí)執(zhí)行高分散式添加控制，促進(jìn)了添加燃料的霧化。因此，能夠提高添 加燃料的分散程度。結(jié)果，可以均勻和有效地升高整個(gè)DPNR單元10的 溫度，從而能夠提高DPNR單元10中的PM的氧化效率。
另夕卜，當(dāng)在此例程的步驟S104中判定為排氣的脈動(dòng)處于過小脈動(dòng)狀態(tài) 時(shí)，在隨后的步驟S105以及其后的步驟中執(zhí)行普通添加控制，但是可作為 替代重新產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)。即，當(dāng)在步驟S104中作出肯定判定時(shí)，如步驟S102中的處理一樣，通過控制流路面積改變閥13以改變閥開度Vd來再次 產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)。由此，可連續(xù)地執(zhí)行高分散式添加控制，非常有效地升 高DPNR單元10的溫度。
在此實(shí)施例中，流路面積改變閥13被設(shè)置在位于燃料添加閥11的下 游的位置處。這是因?yàn)?，考慮到排氣的脈動(dòng)在流路面積改變閥13的上游側(cè) 大于其下游側(cè)這一事實(shí)，添加閥附近排氣壓力的變動(dòng)范圍WPg增加。因 此，當(dāng)執(zhí)行高分散式添加控制時(shí)，可使添加燃料的^:程度盡可能高，而 當(dāng)執(zhí)行低*式添加控制時(shí)，可使添加燃料的分散程度盡可能低。結(jié)果， 能夠以更合適的方式控制添加燃料的分散性。
在此方面，應(yīng)指出，即使流路面積改變閥13不一定設(shè)置于燃料添加閥 11的下游側(cè)，仍可應(yīng)用本發(fā)明。即使流路面積改變閥13被設(shè)置于燃料添 加閥11的上游側(cè)，排氣的脈動(dòng)仍在排氣通道5中傳播，從而添加閥附近排 氣壓力Pg能夠以合適的方式改變。通過這種設(shè)置，能夠以高自由度來設(shè) 置燃料添加閥11、 DPNR單元IO和流路面積改變閥13。 (實(shí)施例2 )
接下來，下文將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的 第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)及其進(jìn)排氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的示意性構(gòu)造的視圖。這 里，應(yīng)指出，此第二實(shí)施例中的與第一實(shí)施例中的排氣凈化系統(tǒng)相同或相 似的部件或元件用相同符號(hào)標(biāo)識(shí)，并且省去了對(duì)其的詳細(xì)描述。
在此第二實(shí)施例的排氣凈化系統(tǒng)中，提供了渦輪增壓器3，該渦輪增 壓器具有設(shè)置在進(jìn)氣通道2上的壓縮機(jī)殼體3a和渦輪機(jī)殼體3b。節(jié)氣閥4 在位于渦輪增壓器3的壓縮機(jī)殼體3a的上游的位置處設(shè)置在進(jìn)氣通道2 上。
渦輪增壓器3的渦輪機(jī)殼體3b在位于燃料添加閥11的上游的位置處 設(shè)置在排氣通道5上。旁路通道16在排氣通道5的位于渦輪機(jī)殼體3b和 燃料添加閥11之間的分支部5a處從該排氣通道5分出。此旁路通道16 在設(shè)置于DPNR單元10的下游側(cè)的匯合部5b處并入排氣通道5。在匯合 部5b處設(shè)置有切換閥17,該切換閥17能夠控制或切換排氣通道5和旁路
23通道16之間的流體連通。即，在使來自內(nèi)燃機(jī)1的排氣通過旁路通道16 時(shí)，排氣繞過DPNR單元10。在此第二實(shí)施例中，切換閥17對(duì)應(yīng)于本發(fā) 明中的流路面積改變裝置。
在此笫二實(shí)施例中，當(dāng)沒有執(zhí)行利用燃料添加閥11的燃料添加控制 時(shí)，即在內(nèi)燃機(jī)l的正常工作中，排氣通道5和旁路通道16被截?cái)嗷蛳嗷?斷開，而當(dāng)執(zhí)行燃料添加控制時(shí)，使排氣通道5和旁路通道16彼此流體連 通。更具體地，在添加燃料被從燃料添加閥11添加之前，ECU15向切換 閥17生成指令或命令，從而使得排氣通道5和旁路通道16彼此流體連通。
結(jié)果，產(chǎn)生了排氣的脈動(dòng)，從而使得在添加閥附近排氣壓力Pg中出 現(xiàn)周期性壓力變動(dòng)或波動(dòng)。因此，在此第二實(shí)施例中，也通過使添加定時(shí) TMad與極值到達(dá)定時(shí)TMe同步，選擇性地執(zhí)行高分散式添加控制、低分 散式添加控制和組合分散式添加控制。
下文，將基于圖5描述在本發(fā)明的第二實(shí)施例中的DPNR單元10上 的NOx還原處理。圖5是示出此第二實(shí)施例中的NOx還原控制例程的流 程圖。此例程是存儲(chǔ)于ECU 15中的ROM內(nèi)的程序，并且在內(nèi)燃機(jī)1的 工作期間每隔預(yù)定時(shí)間間隔執(zhí)行。
當(dāng)執(zhí)行此例程時(shí)，首先在步驟S201，判定是否已經(jīng)向DPNR單元10 發(fā)出還原DPNR單元10中的NOx的請(qǐng)求。例如，可基于在上次NOx還 原處理終止后累積的進(jìn)氣量的總值發(fā)出NOx還原請(qǐng)求。另外，作為替代， 可基于設(shè)置于排氣通道5上的NOx傳感器(未示出)的輸出值發(fā)出NOx 還原請(qǐng)求。當(dāng)在步驟201中作出肯定判定時(shí)，控制流前進(jìn)到步驟S202,而 當(dāng)在步驟S201中作出否定判定時(shí)，此例程的執(zhí)行結(jié)束。
在步驟S202中，ECU 15控制切換閥17以便產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)，從而 使旁路通道16和排氣通道5彼此流體連通。即，使得內(nèi)燃機(jī)1的排氣通過 旁路通路16，從而繞過DPNR單元IO。當(dāng)在此步驟中控制切換閥17時(shí)， 產(chǎn)生了排氣的脈動(dòng)。
在步驟S203中，執(zhí)行上述的組合^式添加控制。具體地，基于壓力 傳感器12的輸出值檢測(cè)添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax和極小值Pgmin的定時(shí)，并且添加定時(shí)TMad被確定為與極大值Pgmax和極小 值Pgmin同步。然后，在每個(gè)添加定時(shí)TMad間歇地從燃料添加閥11向 排氣中添加添加燃料。當(dāng)此步驟中的處理終止時(shí)，此例程結(jié)束。
如上所述，根據(jù)此例程，可交替地可執(zhí)行其中添加燃料的分散程度高 的高分散式添加控制，和其中添加燃料的分散程度低的低分散式添加控制。 即，當(dāng)添加燃料的分散程度高時(shí)，能夠以均勻方式還原DPNR單元10的 整個(gè)區(qū)域中存儲(chǔ)的NOx,而當(dāng)添加燃料的分散程度低時(shí)，在DPNR單元 10中形成局部深濃氣氛，從而能夠在該部分中實(shí)現(xiàn)NOx的完全凈化。
這里，應(yīng)指出，在此例程中，執(zhí)行組合分散式添加控制來執(zhí)行NOx 還原處理，但是作為替代，例如可執(zhí)行低分散式添加控制。在該情況下， 在上述例程中的步驟S203中，應(yīng)僅執(zhí)行低^t式添加控制。盡管在此第二 實(shí)施例中，已經(jīng)描述了 DPNR單元10上的NOx還原處理，但是即使在執(zhí) 行SOx中毒恢復(fù)處理的情況下，仍可應(yīng)用上述控制例程。
另外，此第二實(shí)施例中的排氣凈化系統(tǒng)具有渦輪增壓器3,并且排氣 的壓力狀態(tài)在渦輪機(jī)殼體3b的上游側(cè)和下游側(cè)之間有很大不同。在此情況 下，如果燃料添加閥將設(shè)置在位于渦輪機(jī)殼體3b的上游的位置，則即使在 渦輪機(jī)殼體3b的下游側(cè)產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)，有時(shí)仍難以使得添加閥附近排氣 壓力Pg以合適的方式改變。因此，在本發(fā)明應(yīng)用于具有渦輪增壓器3的 排氣凈化系統(tǒng)的情況下，優(yōu)選地，如同根據(jù)此第二實(shí)施例的系統(tǒng)構(gòu)造一樣， 燃料添加閥11設(shè)置在渦輪機(jī)殼體3b的下游側(cè)。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí) 到，在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，可通過修改來實(shí)施本發(fā)明。
工業(yè)應(yīng)用小生
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)執(zhí)行用于向流入排氣凈化設(shè)備的排氣中添加還原劑的 還原劑添加控制時(shí)，可通過簡(jiǎn)單的構(gòu)造控制添加到流入排氣凈化設(shè)備的排 氣中的還原劑的^t程度。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于包括排氣凈化設(shè)備，所述排氣凈化設(shè)備設(shè)置于所述內(nèi)燃機(jī)的排氣通道上，用于凈化經(jīng)過所述排氣通道的排氣；還原劑添加裝置，所述還原劑添加裝置在所述排氣凈化設(shè)備的上游位置處設(shè)置于所述排氣通道上，用于向經(jīng)過所述排氣凈化設(shè)備的排氣中添加還原劑；流路面積改變裝置，所述流路面積改變裝置設(shè)置于所述排氣通道上，用于改變排氣的流路面積；脈動(dòng)產(chǎn)生裝置，在所述還原劑添加裝置向排氣中添加還原劑之前，所述脈動(dòng)產(chǎn)生裝置通過利用所述流路面積改變裝置改變所述流路面積來產(chǎn)生排氣脈動(dòng)；和添加定時(shí)控制裝置，所述添加定時(shí)控制裝置控制所述還原劑添加裝置，以便在所述還原劑添加裝置附近的由于所述排氣脈動(dòng)而變化的排氣壓力變得處于極大值或極小值附近的定時(shí)添加還原劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述添加定時(shí)控制裝置用于控制所述還原劑添加裝置，以便在所述排氣壓力的變動(dòng)范圍被維持等于或大于預(yù)定容許變動(dòng)范圍的時(shí)間段范圍內(nèi)添加還原劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)控制所述還原劑添加裝置以便在所述排氣壓力變得位于極大值附近的定時(shí)向所述排氣中添加還原劑時(shí)，所述添加定時(shí)控制裝置用于在所述極大值被維持比就在所述流路面積被改變之前的所述排氣壓力高第 一 閾值或更多的時(shí)間段范圍內(nèi)添加還原劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)控制所述還原劑添加裝置以便在所述排氣壓力變得位于極小值附近的定時(shí)向所述排氣中添加還原劑時(shí)，所述添加定時(shí)控制裝置用于在所述極小值被維持比就在所述流路面積被改變之前的所述排氣壓力低第二閾值或更多的時(shí)間段范圍內(nèi)添加還原劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所迷排氣凈化設(shè)備包括具有氧化能力的催化劑，并且當(dāng)執(zhí)行 向所述具有氧化能力的催化劑供應(yīng)還原劑以便升高所述排氣凈化設(shè)備的溫 度的升溫控制時(shí)，所述添加定時(shí)控制裝置控制所述還原劑添加裝置，以便 在所述排氣壓力變得位于所述極大值附近的定時(shí)添加還原劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)， 其特征在于，所述添加定時(shí)控制裝置用于控制所述還原劑添加裝置以便間 歇地添加還原劑，并且同時(shí)使由所述還原劑添加裝置添加還原劑的添加定
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)， 其特征在于還包括添加定時(shí)決定裝置，所述添加定時(shí)決定裝置獲得所述同時(shí)基于這樣獲得的所述極值到達(dá)定時(shí)，決定利用所述添加定時(shí)控制裝置 控制所述還原劑添加裝置以添加還原劑的添加定時(shí)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)， 其特征在于，所述還原劑添加裝置在所述流路面積改變裝置的上游位置處 設(shè)置于所述排氣通道上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)， 其特征在于，所述還原劑添加裝置在所述流路面積改變裝置的下游位置處 設(shè)置于所述排氣通道上。
全文摘要
本發(fā)明旨在控制被添加到流入排氣凈化設(shè)備的排氣中的還原劑的分散程度。在通過燃料添加閥添加添加燃料之前，流路面積改變閥的閥開度Vd被改變以產(chǎn)生排氣的脈動(dòng)，從而使得添加閥附近排氣壓力Pg周期性地變化。添加定時(shí)TMad被控制成與極值到達(dá)定時(shí)TMe同步。具體地，選擇性地執(zhí)行在當(dāng)添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax時(shí)的定時(shí)(CP)添加添加燃料的高分散式添加控制、在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O小值Pgmin時(shí)的定時(shí)(TP)添加添加燃料的低分散式添加控制以及在添加閥附近排氣壓力Pg變?yōu)闃O大值Pgmax和極小值Pgmin時(shí)的定時(shí)(CP，TP)添加添加燃料的組合分散式添加控制之一。
文檔編號(hào)F01N13/08GK101568705SQ200880001310
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者辻本健一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社