內燃機的排氣凈化裝置的制作方法

本發明涉及內燃機的排氣凈化裝置。

背景技術：

在柴油引擎這樣的內燃機中，通過燃燒而產生氮氧化物、顆粒狀物質(Particulate Matter(PM))等。在以這樣的內燃機作為動力的車輛中，為了抑制這些物質與排氣氣體被一同排放，而在排氣路徑中設置氧化催化劑(DOC)、柴油微粒過濾器(DPF)等凈化裝置。

DPF是用于通過過濾器來捕獲排氣中所包含的PM的裝置。DPF在使用過程中由于PM累積、過濾器網眼堵塞而性能逐漸降低。因此，對DPF送入高溫的排氣，使累積的PM燃燒。高溫排氣的生成方法一般是如下的方法：使排氣中含有未燃的碳氫化合物(HC)并使其吸附于設置在上游側的DOC，利用通過使該HC氧化(燃燒)而產生的熱。

但是，DOC若超過可使用溫度，則容易劣化，其性能降低。因此，若在DOC中吸附積累了超出必要的HC，則在燃燒時，有可能超過可使用溫度而使DOC劣化。

因此，在專利文獻1的排氣凈化裝置中，設置將排氣導向吸附劑的路徑和不經由吸附劑的路徑，在吸附劑中的HC堆積量的推定值成為規定值以上時，打開前者路徑而將高溫的排氣導入到吸附劑，從而使累積的HC燃燒。

此外，在專利文獻2的HC吸附催化劑中，若推定的HC堆積量達到規定的量，則通過噴射器進行近后噴射(after injection)(膨脹行程中的噴射)，使排氣氣體的溫度上升，從而進行HC的焚燒。HC堆積量的推定有以下方法：根據HC吸附催化劑的前后的HC濃度的變化來求出的方法(稱為前者)，或者根據空燃比傳感器的測定值來推定對HC吸附催化劑的HC流入量，并使用該HC流入量、HC吸附催化劑的吸附效率、HC吸附催化劑的HC氧化·脫離量來求出的方法(稱為后者)。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1:(日本)特開平11-22449號公報

專利文獻2:(日本)特開2010-265873號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

但是，在專利文獻1的排氣凈化裝置中，需要設置兩個排氣路徑，導致零件件數增加，或者結構復雜化。

此外，在專利文獻2中，在推定HC堆積量時，在前者的方法中，需要在HC吸附催化劑的前后設置HC濃度傳感器，導致零件件數增加，或者結構復雜化。另一方面，在后者的方法中，HC吸附催化劑的吸附效率、以及HC吸附催化劑的HC氧化·脫離量并未考慮這些值也會因在HC吸附催化劑中堆積的HC的量而變化的情況。因此，可能導致以過剩的頻度進行HC的焚燒而引起燃燒成本惡化，以及反之、焚燒時的HC堆積量超過適當量而引起溫度上升到可使用溫度以上。

因此，本發明的目的在于提供一種避免零件件數增加、結構復雜化，同時在適當的定時使催化劑中吸附的碳氫化合物燃燒的內燃機的排氣凈化裝置。

用于解決課題的手段

為了達到上述目的，本發明提供一種內燃機的排氣凈化裝置，在排氣管中設有能夠對碳氫化合物進行吸附氧化的催化劑，所述排氣凈化裝置包括：溫度檢測部件，檢測所述催化劑的溫度；推定部件，對由所述溫度檢測部件所檢測的所述催化劑的溫度表示第1規定溫度以下的時間進行累積，并根據該累積時間來推定所述催化劑中吸附的碳氫化合物量；以及控制部件，在由所述推定部件所推定的所述碳氫化合物量超過了規定上限值的情況下，在第1噴射模式下控制所述內燃機的燃料噴射，所述第1噴射模式是使所述催化劑的溫度上升到所述催化劑中吸附的碳氫化合物氧化的溫度的模式。

也可以在由所述溫度檢測部件所檢測的所述催化劑的溫度連續規定時間成為比所述第1規定溫度低的第2規定溫度以上的情況下，減少所述累積時間。

可以還包括過濾器，被設置在比所述催化劑靠下游側的所述排氣管中，捕獲排氣氣體中的顆粒狀物質，若在所述過濾器中堆積的顆粒狀物質超過規定量，則所述控制部件在第2噴射模式下控制所述內燃機的燃料噴射，第2噴射模式是使所述催化劑的溫度上升到顆粒狀物質的燃燒溫度的模式。

所述控制部件也可以在所述第1噴射模式的執行過程中禁止所述第2噴射的執行。

附圖說明

圖1是表示本發明的一個實施方式的內燃機以及排氣凈化裝置的圖。

圖2-1是用于說明通常模式下的燃料噴射控制的圖。

圖2-2是用于說明HC凈化模式下的燃料噴射控制的圖。

圖2-3是用于說明DPF再生模式的升溫步驟中的燃料噴射控制的圖。

圖2-4是用于說明DPF再生模式的HC供應步驟中的燃料噴射控制的圖。

圖3是表示HC凈化中的DOC的溫度變化(實線)和吸附的HC的量的變化(虛線)的圖。

圖4是表示伴隨引擎運轉的排氣溫度變化的例子的圖。

圖5是表示執行了HC凈化的情況(實線)和不執行的情況(虛線)的DOC中的HC吸附量的變化的圖。

圖6是表示DPF再生中的DOC的溫度變化的圖。

圖7是表示本發明的另一實施方式的內燃機以及排氣凈化裝置的圖。

具體實施方式

以下，基于附圖來說明本發明的一個實施方式的排氣凈化裝置。對于同一零件賦予同一標號，它們的名稱以及性能也相同。因此，不重復它們的詳細說明。

＜內燃機以及排氣凈化裝置的結構＞

圖1是表示本發明的一個實施方式的內燃機以及排氣凈化裝置的結構的圖。在本實施方式中，作為內燃機，使用柴油引擎10(以下，簡稱作引擎)。

在引擎10的各氣缸中，分別設有將在共軌管(Common Rail)20中蓄壓后的高壓燃料直接噴射到各氣缸內的噴射器21。各噴射器21的燃料噴射量和燃料噴射定時(timing)根據從電子控制單元(以下，稱作ECU)40輸入的噴射指示信號而被控制。在本實施方式中，噴射器21的燃料噴射能夠在通常模式、HC凈化模式、DPF再生模式中切換。各個模式的細節在后敘述。

引擎10的排氣岐管11上連接將排氣氣體排放到大氣的排氣通道12。在該排氣通道12中，從排氣上游側起，依次設有排氣溫度傳感器13、排氣后處理裝置14等。

排氣溫度傳感器13檢測比排氣后處理裝置14靠近上游側的排氣溫度(以下，稱作檢測溫度)θ。由排氣溫度傳感器13檢測出的檢測溫度θ被實時地發送給電連接的ECU40。

排氣后處理裝置14是通過在催化劑箱14a內從排氣上游側起依次配置DOC15以及DPF16而構成的。另外，標號17表示用于檢測DPF的前后壓差ΔP的壓差傳感器。由壓差傳感器17檢測出的前后壓差ΔP被實時地發送給電連接的ECU40。

DOC15，例如，通過在堇青石蜂窩結構體等陶瓷制載體表面承載催化劑成分而形成。此外，DOC15中包含用于吸附排氣氣體中含有的HC的吸附劑。吸附劑由沸石等具有用于捕獲HC分子的立體結構的材質構成。吸附的HC通過氧化(燃燒)，從而能夠使排氣溫度上升。但是，若后述的DPF再生以及通常運轉中產生的未燃HC累積在DOC15中，則過剩量的HC被燃燒，排氣溫度有可能會超過使用上限溫度θ_L。因此，為了使累積的HC燃燒除去而進行HC凈化，關于該細節在后敘述。

DPF16，例如，通過將由多孔質地的隔墻所劃分的多個單元沿著排氣的流動方向配置，并將這些單元的上游側和下游側交替進行孔封閉而形成。DPF16將排氣氣體中的顆粒狀物質(以下，稱為PM)捕獲在隔墻的細孔或表面(過濾器)。若PM堆積量達到規定量，則執行將其燃燒除去的所謂DPF再生。DPF再生的具體說明在后敘述。

＜燃料噴射控制＞

(1)通常模式

圖2-1是用于說明通常模式下的燃料噴射控制的圖。在通常模式下，在上止點或者其近傍進行燃料噴射(主噴射)。另外，這里所說的通常模式中，主噴射設為1次，但只不過是其一例，可以根據需要的性能而將噴射分為多次(多段噴射)進行。

(2)HC凈化模式

圖2-2是用于說明HC凈化模式中的燃料噴射控制的圖。在HC凈化模式下，除了主噴射之外，在其前后各1次(預噴射和近后噴射)，分別以少于主噴射中的噴射量的噴射量進行噴射。在HC凈化模式下，排氣溫度高于通常模式，DOC15的溫度上升到比HC能夠燃燒的溫度(活性溫度θ_A)高的目標溫度θ_B。另外，這里所說的HC凈化模式的控制只不過是其一例，只要是能夠使DOC15的溫度上升到目標溫度θ_B的控制，也可以是其他的控制內容。

(3)DPF再生模式

在DPF再生模式中，首先進行用于使DOC15的溫度上升的噴射(升溫步驟：圖2-3)，然后，切換為用于對DOC15供應HC的噴射(HC供應步驟：圖2-4)。

圖2-3是用于說明DPF再生模式的升溫步驟中的燃料噴射控制的圖。在升溫步驟中，進行預噴射、主噴射、近后噴射。升溫步驟中的近后噴射的噴射量比HC凈化模式中的近后噴射多。通過升溫步驟中的噴射，DOC15的溫度上升，在達到比目標溫度θ_B高的規定溫度時切換為HC供應步驟。

圖2-4是用于說明DPF再生模式的HC供應步驟中的燃料噴射控制的圖。在HC供應步驟中，除了升溫步驟的燃料噴射之外，在燃燒后的排氣行程中，還進行燃料噴射(遠后噴射(Post injection))。在該噴射模式下，遠后噴射的燃料不燃燒而會包含在排氣中。因此，燃料中包含的HC被供應給DOC15。由于DOC15被充分地升溫，因此供應的HC在DOC15中燃燒。另外，遠后噴射的控制不限于此，只要是在燃燒后噴射，且未燃的燃料通過排氣而被供應給DOC15的控制，則例如也可以是分為多次噴射等控制。

＜HC凈化＞

圖3是表示HC凈化中的DOC15的溫度變化(實線)和HC的吸附量的變化(虛線)的圖。圖中，使用上限溫度θ_L表示用于不引起DOC15的顯著劣化的溫度。

HC凈化開始后，先是HC凈化模式的燃料噴射，隨著排氣溫度的上升，DOC15的溫度也上升。若DOC15的溫度達到活性溫度θ_A，則DOC15上吸附的HC的燃燒開始。由此，雖然DOC15的溫度進一步上升，但通過后述的控制，HC吸附量被抑制在規定量以下，因此不會達到使用上限溫度θ_L。

由于HC的燃燒，DOC15中吸附的HC的量減少，若HC被充分地除去，則HC凈化結束。從HC凈化的開始到結束為止的時間根據應除去的HC量、DOC15的尺寸、排氣氣體的流量等條件而被適當調整。

＜HC凈化的執行條件＞

圖4是表示隨著引擎10的運轉的排氣溫度的變化的例子的圖。在本實施方式中，基于排氣溫度傳感器13檢測出的溫度θ和時間T的關系來推定DOC15的HC吸附量，并判斷是否執行HC凈化。該推定以及判斷通過ECU40進行。

在本實施方式中，檢測溫度θ在活性溫度θ_A以下的時間，若累積的時間ΣT(＝T_A1+T_A2+T_A3+T_A4+···)成為規定的值T_A，則推定DOC15中的HC吸附量達到了應進行HC凈化的量，并進行HC凈化開始的判斷。θ_A以及T_A例如可以通過實驗求出，進而能夠預計排氣溫度傳感器13和DOC15之間的溫度下降等，進行適當調整。此外，應進行HC凈化的量是在DOC15中的HC燃燒時，DOC15的溫度達不到使用上限溫度θ_L的量。

若不成為活性溫度θ_A以上則不會發生HC的燃燒。因此，若DOC15的溫度小于活性溫度θ_A則判斷為累積了HC的本實施方式的HC吸附量的推定方法可以說是準確且穩定的方法。

進而，除了這些條件之外，在本實施方式中，若排氣溫度為規定溫度，例如目標溫度θ_B(＞θ_A)以上的狀態連續達規定時間T_B以上，則ΣT的值被重置(ΣT＝0)。這是因為若排氣溫度足夠高，則推定DOC15中吸附的HC進行了充分燃燒。另外，為了使DOC15內部的溫度為θ_B，也可以估計排氣溫度傳感器13和DOC15之間的溫度下降，并將判定所使用的溫度例如設定為θ_B+Δ。此外，也可以設定為若ΣT＝(T_A1+T_A2+T_A3+T_A4+···)-kT_B(k：由HC的燃燒效率決定的系數，例如通過實驗求出)達到規定的值，則開始HC凈化(ΣT≧0)。

圖5是表示執行了HC凈化時(實線)和不執行時(虛線)的DOC15中的HC吸附量的變化的圖。伴隨引擎10的運轉，排氣中包含的少量的未燃HC累積，HC的吸附量逐漸增加。而且，若如上述那樣判斷為HC吸附量達到了規定量、進行HC凈化，則HC被除去。因此，根據本實施方式，DOC15中的HC吸附量被控制為不超過規定的量。此外，由此，在后述的DPF再生時，HC的吸附量不會如虛線那樣成為過大，不會超過使用上限溫度θ_L。此外，由于HC凈化的執行不會超出必要，因此多余的燃料消耗被抑制。

上述的HC吸附量的推定，即是否執行HC凈化的判斷方法只不過是一例，例如，也可以根據在排氣溫度為θ_A以下的狀態下車輛行駛了的距離的累計值來進行判斷。

＜DPF再生＞

圖6是表示DPF再生中的DOC15的溫度變化的圖。圖中，實線表示進行了本實施方式的HC凈化時的溫度變化，虛線表示不進行HC凈化時的溫度變化。DPF再生通過如下進行：使排氣中的未燃燃料(HC)在DOC15中燃燒，從而使DOC15的溫度上升，使流入DPF16的排氣溫度升溫到PM燃燒溫度。

若DPF16中堆積的PM增加，則DPF16前后的壓差ΔP上升。因此，在本實施方式中，DPF再生以由壓差傳感器17檢測出的前后壓差ΔP成為規定值以上作為開始條件。不過，本實施方式中，在HC凈化執行過程中不進行前后壓差ΔP的檢測，不開始DPF再生。這是因為在HC凈化執行過程中，壓差傳感器17的檢測精度會降低。此外，這也是因為若在HC被累積了的狀態下進一步供應HC而使其燃燒，則存在達到使用上限溫度θ_L的可能性。

這里，說明本實施方式(實線)。DPF再生開始后，開始DPF再生模式的燃料噴射。首先，通過升溫步驟的燃料噴射，DOC15上升。然后，切換到HC供應步驟，HC被供應到DOC15并燃燒，從而DOC15的溫度進一步上升并達到θ_PM。通過DOC15后的高溫的排氣氣體以PM燃燒溫度以上的溫度流入DPF16。

另一方面，在不進行本實施方式的HC凈化而在DOC15中積累了過剩的HC的情況下，如虛線這樣，若DOC15被升溫，則引起急劇的溫度上升，DOC15的溫度達到使用上限溫度θ_L。若DOC15的溫度達到使用上限溫度θ_L，則DOC15中包含的吸附劑的立體結構破壞，HC的吸附性能降低。

＜本實施方式的效果＞

通過進行ECU40的程序改寫而能夠進行本實施方式的HC凈化，無需為了該控制而進行引擎10以及噴射器21的設計變更等。進而，進行HC凈化的判斷基于排氣溫度傳感器13的檢測溫度θ而被進行，排氣溫度傳感器13是也被用于引擎10的運轉狀態、DPF再生時的溫度控制等的部件。

此外，如上所述，通過DOC15的溫度(排氣溫度傳感器13的檢測溫度θ)來判斷是否積累了HC并推定HC吸附量的本實施方式的方法是準確且穩定的方法。因此，通過根據該推定來判斷是否執行HC凈化，從而在準確的定時進行HC凈化。

因此，根據本實施方式，能夠提供一種既避免零件件數增加、結構復雜化，又在適當的定時使DOC15中吸附的碳氫化合物燃燒的內燃機的排氣凈化裝置。

＜其他實施方式＞

圖7是表示本發明的另外一個實施方式的內燃機以及排氣凈化裝置的圖。本實施方式與上述實施方式在結構上不同之處在于，在引擎10和排氣后處理裝置14之間設有燃料噴射噴嘴18。

在本結構中，由于能夠從燃料噴射噴嘴18供應燃料(HC)，因此DPF再生模式下的噴射器21的燃料噴射方法僅為圖2-3的步驟(升溫步驟)即可。在本結構中，由于HC是在引擎外部被供應的，因此不必如遠后噴射(圖2-4)這樣進行燃燒后的排氣步驟，可以使噴射定時具有寬度。