CN100572769C - 发动机排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种避免了未燃烧燃料成焦油状堆积在EGR通道内的发动机排气净化装置。具备：设置在发动机的排气通道中、捕集废气中的粒状物的过滤器；设置在该过滤器的上游侧和/或该过滤器的表面、当被提供了燃料的未燃烧成分时升温从而使被捕集到上述过滤器中的粒状物燃烧、使上述过滤器再生用的催化剂；设置在连通发动机的进气侧和排气侧的EGR通道中的EGR阀；往汽缸内喷射燃料的喷油器；以及控制该喷油器和上述EGR阀的控制机构；该控制机构，在再生上述过滤器的情况下，当控制上述喷油器的燃料喷射从而向上述催化剂提供燃料的未燃烧成分时关闭上述EGR阀，在继续进行上述过滤器的再生的情况下，当转移到不从上述喷油器喷射燃料的状态时打开上述EGR阀。

Description

发动机排气净化装置
技术领域
本发明涉及发动机排气净化装置，特别涉及具备捕集废气中的粒状物的催化剂载持过滤器及使废气回流到进气一侧的EGR(废气再循环)阀的发动机排气净化装置。
背景技术
柴油机的废气排放限制正在逐年变严，产生了抑制废气中的PM(Particulate Matter：粒状物)的排出量的必要。作为除去废气中的PM的装置，有连续再生型DPF(柴油机微粒过滤器)。
连续再生型DPF如图2所示，为在发动机a的排气通道b中设置捕集废气中的PM的过滤器c，利用废气的温度使捕集到该过滤器c中的PM连续燃烧、自行再生的装置。但是，在低速低负荷等的废气温度低时，由于不能利用废气的温度使捕集到过滤器c中的PM燃烧，因此不能再生，所以产生PM不断地积存在过滤器c中而堵塞过滤器c的网孔，从而排气压力上升的问题。
因此，已经知道有使上述过滤器c为催化剂载持过滤器c′，将燃料的未燃烧成分提供给该催化剂载持过滤器c′的技术。根据该技术，由于催化剂载持过滤器c′被燃料的未燃烧成分活化而升温，因此即使在低速低负荷等的废气温度比较低的情况下，也能够强制地再生催化剂载持过滤器c′。
本发明人等通过从喷油器d向汽缸内进行多级喷射或后置喷射而实现了将燃料的未燃烧成分提供给催化剂载持过滤器c′。多级喷射为在主喷射之后当主喷射的火焰仍在继续时进行一次以上的次喷射的喷射，而后置喷射为在主喷射之后当主喷射的火焰熄灭以后进行1次以上的次喷射的喷射。
当进行这样的多级喷射·主喷射而强制再生催化剂载持过滤器c′时，如果打开EGR阀e实施排气回流，则由于多级喷射·主喷射生成的燃料的未燃烧成分通过EGR通道f从排气侧回流到进气侧，因此该未燃烧成分成为焦油状物质附着在进气歧管g等上，最坏的情况有可能产生堵塞的地方。因此可以考虑在进行催化剂载持过滤器c′的强制再生时关闭EGR阀e、使废气的回流不进行的系统。
另外，作为相关的现有技术文献，虽然已知专利文献1及2，但专利文献1所记载的技术为在自行再生过滤器c时关闭控制设置在进气通道h中的进气节气阀i的技术，而专利文献2所记载的技术为除了进行专利文献1的控制外还使EGR阀e开放，使新吸入的空气量减少来提高通过过滤器c的废气温度，以达到提高过滤器c自行再生的效率的目的的技术，这与进行上述多级喷射·主喷射使催化剂载持过滤器c′升温进行自行再生的上述系统的技术前提不同。
但是，在上述系统中，虽然通过关闭EGR阀e确实可以防止未燃烧成分附着、堆积在进气歧管g中，但由于废气滞留在EGR气体流动方向的比关闭了的EGR阀e靠上游一侧的EGR通道f及EGR冷却器h等中，因此发现未燃烧成分作为焦油状物质堆积在这些部分h、f中。
[专利文献1]日本特开昭58-51235号公报
[专利文献2]日本特开平3-67014号公报
发明内容
因此，本发明的目的就是要提供一种适当地清扫EGR通道来避免未燃烧成分堆积在EGR通道内的发动机排气净化装置。
为了达到上述目的，本发明的第一方案具备：被设置在发动机的排气通道中、捕集废气中的粒状物的过滤器；被设置在该过滤器的上游侧和/或该过滤器的表面、当被提供了燃料的未燃烧成分时升温从而使被捕集到上述过滤器中的粒状物燃烧、使上述过滤器再生用的催化剂；被设置在连通发动机的进气侧和排气侧的EGR通道中的EGR阀；往汽缸内喷射燃料的喷油器；以及控制该喷油器和上述EGR阀的控制机构；该控制机构，在再生上述过滤器的情况下，当控制上述喷油器的燃料喷射从而向上述催化剂提供燃料的未燃烧成分时，关闭上述EGR阀，在继续进行上述过滤器的再生的情况下，当转移到车辆减速时不从上述喷油器喷射燃料的状态时，打开上述EGR阀。
本发明的第二方案为上述控制机构在再生上述过滤器时关闭控制设置在发动机的进气通道中的进气节气阀。
本发明的第三方案具备：被设置在发动机的进气通道中的进气节气阀；被设置在发动机的排气通道中、捕集废气中的粒状物的过滤器；被设置在该过滤器的上游侧和/或该过滤器的表面、当被提供了燃料的未燃烧成分时升温从而使捕集到上述过滤器中的粒状物燃烧、使上述过滤器再生用的催化剂；被设置在连通发动机的进气侧和排气侧的EGR通道中的EGR阀；往汽缸内喷射燃料的喷油器；以及控制该喷油器、上述EGR阀和进气节气阀的控制机构；该控制机构，在再生上述过滤器时，控制上述喷油器的燃料喷射、向上述催化剂提供燃料的未燃烧成分，当不从上述喷油器喷射燃料时，关闭控制上述进气节气阀，并打开控制上述EGR阀。
如果采用本发明，能够发挥以下效果。
(1)根据第一方案所涉及的发明，由于在进行燃料的喷射或往废气中添加燃料的未燃烧成分的过滤器再生中，如果应减速要求等不从喷油器喷射燃料，则由于打开此前一直被关闭的EGR阀，所以EGR通道被没有混入燃料的空气清扫。由此，利用上述空气能够确实地清扫滞留在EGR通道内的未燃烧成分。
(2)根据第二方案所涉及的发明，由于在过滤器再生时关闭控制进气节气阀，因此新吸入的空气量减少从而抑制了废气温度的降低。由此抑制了催化剂和/或过滤器的温度降低，从而抑制了过滤器再生能力的降低。
(3)根据第三方案所涉及的发明，在过滤器再生时，由于不从喷油器喷射燃料时关闭控制进气节气阀同时打开控制EGR阀，因此通过关闭控制进气节气阀能够减少新吸入的空气量从而抑制催化剂和/或过滤器的温度降低。而且由于通过打开控制EGR阀能够减小关闭控制进气节气阀而产生的汽缸内的负压，所以能够抑制油料上升·油料下降。并且，通过打开控制EGR阀能够清扫滞留的未燃烧成分。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例所涉及的发动机排气净化装置的系统图。
图2是表示以往例的发动机排气净化装置的系统图。
具体实施方式
下面根据附图详细叙述本发明的一个较佳实施例。
如图1所示，装载在车辆中的柴油机1的汽缸盖上安装有喷油器2(图示例中为共轨(コモンレ一ル)式燃料喷射系统的喷油器)。喷油器2接收作为控制装置的ECU20(发动机控制单元)输出的信号、从而其喷射时期及喷射量受到控制。
发动机1的进气通道3中设置有使通道截面积可改变的进气节气阀4。进气节气阀4的驱动部分4a接收来自ECU20的信号开闭控制进气节气阀4。
发动机1的进气歧管5与排气歧管6由EGR通道7连通。在EGR通道7中设置有使通道的截面积可改变的EGR阀8。EGR阀8的驱动部分8a接收来自ECU20的信号、开闭控制EGR阀8。在EGR通道7的EGR阀8的上游侧(EGR气体流动方向的上游侧)设置有冷却通过通道7内的EGR气体的EGR冷却器9。
在发动机1的排气通道10中，串联设置有氧化催化剂A和催化剂载持过滤器B。氧化催化剂A及催化剂载持过滤器B收容在插设于排气通道10中的收容外壳11中，在废气流的上游侧配置氧化催化剂A，在与之隔开预定的间隔的下游侧配置有催化剂载持过滤器B。通过氧化催化剂A及催化剂载持过滤器B将收容外壳11内分隔成上游室11a、中间室11b和下游室11c。
氧化催化剂A整体由氧化催化剂物质形成的块体构成，该块体中设置有多个连通上游室11a和中间室11b的细孔。氧化催化剂A具有在被供给了燃料的未燃烧成分时升温，加热流向下游侧的催化剂载持过滤器B的废气，并使催化剂载持过滤器B升温的功能。另外，由于氧化催化剂A是辅助催化剂载持过滤器B升温的物质，因此可以像后述那样省略。
催化剂载持过滤器B具有多个连通中间室11b和下游室11c的细孔，相邻的细孔的上游端和下游端交错地封住孔眼，各细孔的内周面上装载有催化剂。催化剂载持过滤器B不仅将废气中的PM捕集到细孔的内周面上，而且在被供给了燃料的未燃烧成分时升温，使捕集到的PM燃烧而再生。
上游室11a与下游室11c的压力差由压差传感器12检测。即，上游室11a与下游室11c用管13连通，在该管13中间设置检测左右管的压力差的压差传感器12。压差传感器12的检测值输出给ECU20。
在上游室11a中设置有检测氧化催化剂A的入口的废气温度的催化剂入口排气温度传感器14，在中间室11b中设置有检测催化剂载持过滤器B的入口的废气温度的过滤器入口排气温度传感器15。这些排气温度传感器14、15的检测值输出给ECU20。
ECU20中除输入上述压差传感器12、排气温度传感器14、15的各检测值外，还分别输入检测油门踏板开度的油门踏板位置传感器16的信号、检测发动机旋转速度的旋转速度传感器17的信号、检测车辆的行驶距离的距离传感器18的信号。
而且，上述催化剂载持过滤器B根据发动机1的运转捕集废气中的PM，但ECU20还按以下方法判断催化剂载持过滤器B中是否捕集到应该再生的一定量的PM。即，用上述距离传感器18检测出车辆从以前再生过催化剂载持过滤器B时到目前为止的行驶距离，如果该行驶距离达到预定的距离，则推定为催化剂载持过滤器B上捕集到了一定量的PM，并判定为应该再生。
但是，根据车辆的行驶条件不同，在车辆的行驶距离达到上述预定距离之前，催化剂载持过滤器B上也可能捕集到一定量的PM。因此，始终或每隔预定时间就用上述压差传感器12检测压差，当压差超过预定的压差时，推定为催化剂载持过滤器B上捕集到一定量的PM，并判定为应该再生。
当判定为不再生催化剂载持过滤器B时，ECU20根据油门踏板位置传感器16的信号及旋转速度传感器17的信号向喷油器2输出进行正常的燃料喷射的信号。而当判定为应该再生催化剂载持过滤器B时，根据催化剂入口排气温度传感器14及过滤器入口排气温度传感器15的检测值像下述那样在通常喷射、多级喷射、后置喷射之间切换，进行再生。有关多级喷射和后置喷射如同背景技术部分中说明过的那样。
多级喷射·后置喷射在正常行驶时或怠速运转时等实施燃料喷射时进行，而在下坡行驶中松开油门踏板时或需要减速而松开油门踏板时等切断燃料喷射时不进行。由于多级喷射·后置喷射是在主喷射之后进行的次喷射，因此在不进行主喷射的燃料切断时当然也不进行。
当催化剂入口排气温度传感器14检测到的废气的温度比第1预定温度(氧化催化剂A的活性温度：例如约250℃)低时，首先进行多级喷射。通过这样，没有被变换成动力的废热提供给氧化催化剂A，氧化催化剂A升温到活化的温度。
然后，进行后置喷射，将包含未燃烧成分的废气提供给氧化催化剂A及催化剂载持过滤器B。由此，上述废气被氧化催化剂A升温成为高温气体，提供给催化剂载持过滤器B，催化剂载持过滤器B被活化升温(约500℃～600℃)。结果，捕集到催化剂载持过滤器B中的PM被燃烧，催化剂载持过滤器B被强制再生。
另外，也可以在进行后置喷射时同时进行多级喷射。或者，后置喷射也可以在过滤器入口排气温度传感器15的检测温度达到第2预定温度(例如约300℃)以后进行。
在进行后置喷射及多级喷射来再生催化剂载持过滤器B时，EGR阀8被ECU20关闭，废气向进气侧的回流被中止。如果EGR阀8打开，则由于后置喷射及多级喷射使未燃烧成分回流到进气侧，该未燃烧成分成为焦油状物质而附着在进气歧管5等上，因此通过关闭EGR阀8避免了这种情况的发生。
但是，即使这样关闭了EGR阀8，但由于废气滞留在关闭了的EGR阀8的EGR气体流动方向上游侧的EGR通道7及EGR冷却器9等中，未燃烧燃料作为焦油状物质堆积在这些部分7、9上。
因此，本实施方式在再生催化剂载持过滤器B过程中，当车辆减速时等松开油门踏板等不从喷油器2喷射燃料时，使ECU20打开此前一直关闭的EGR阀8。
这样一来，由于喷油器2没有喷射，因此没有混合燃料的空气(废气)从排气歧管6经由EGR通道7回流到进气歧管5，滞留在EGR通道7或EGR冷却器9内的未燃烧成分能够确实地被没有混入燃料的空气清扫掉。由此，能够避免未燃烧成分成焦油状堆积在EGR通道7或EGR冷却器9内。
即，在再生催化剂载持过滤器B的过程中，在喷射燃料时进行多级喷射·后置喷射来供给催化剂载持过滤器B未燃烧成分，同时基本上完全关闭EGR阀8以防止未燃烧成分向进气歧管5的附着·堆积。而在松开油门踏板时等喷油器2无喷射时，打开EGR阀8用没有混入燃料的空气清扫EGR通道7和EGR冷却器9，除去滞留在EGR通道7及EGR冷却器9内的未燃烧成分。
此外，也可以在再生催化剂载持过滤器B的过程中用ECU20关闭控制(也包括全闭)进气节气阀4。这里所谓的进气节气阀4的全闭是指吸入空气多少能够通过一些的状态。由此，由于新吸入的空气量减少，因此能够抑制通过催化剂载持过滤器B的废气温度的降低，能够抑制催化剂载持过滤器B温度的降低，从而能够抑制其再生能力的降低。
但是，这样的进气节气阀4的关闭控制也可以仅在关闭EGR阀8时(即进行后置喷射·多级喷射时)执行。原因是通过关闭控制进气节气阀4减少新吸入的空气量能够不降低后置喷射·多级喷射形成的未燃烧燃料的浓度地将其提供给催化剂载持过滤器B。
并且，也可以在再生催化剂载持过滤器B时的没有燃料喷射时，关闭控制(包括全闭)进气节气阀4，并打开控制EGR阀8。如果这样，由于通过关闭控制进气节气阀4减少新吸入的空气量能够抑制催化剂载持过滤器B的温度下降，同时通过打开控制EGR阀8将进气歧管5与排气歧管6连通起来能够减小由于进气节气阀4的关闭控制而产生的汽缸内的负压，因此能够抑制汽缸内油料上升·油料下降。
即，当关闭控制了进气节气阀4时，如果维持EGR阀8的关闭状态，则由于关闭控制进气节气阀4使汽缸内的负压增大，因此产生油料上升或油料下降从而使油料的消耗量恶化。因此，在关闭控制了进气节气阀4时通过同时打开EGR阀8降低汽缸内的负压，抑制油料上升或油料下降来抑制油料的消耗量。
这里，油料上升是指曲轴箱内的油料通过汽缸与活塞之间而移动到活塞上方的燃烧室内的现象，油料下降是指汽缸盖内的油料通过气门杆与气门导管之间等而移动到燃烧室内的现象。
并且，通过打开EGR阀8，可以清扫滞留在EGR通道7及EGR冷却器9内的未燃烧成分。
本发明并不局限于上述实施方式。
例如，虽然上述实施方式在收容外壳11内设置了氧化催化剂A及催化剂载持过滤器B，但也可以采取不设置氧化催化剂A仅设置催化剂载持过滤器B的结构。在这种结构中也可以通过多级喷射和/或后置喷射使催化剂载持过滤器B升温到能够再生的温度。
并且，也可以采取在收容外壳11内设置氧化催化剂A，同时在其下游侧设置没有装载催化剂的过滤器的结构。在这种结构中也可以通过多级喷射和/或后置喷射使氧化催化剂A升温，使过滤器升温到能够再生的温度。
并且，喷油器2也可以不是共轨式的喷油器。并且，压差传感器12也可以是分别在上游室11a和下游室11c中设置压力传感器，利用这些压力传感器的输出值之差的装置。

Claims (2)

1.一种发动机排气净化装置，其特征在于，具备：被设置在发动机的排气通道中、捕集废气中的粒状物的过滤器；被设置在该过滤器的上游侧和/或该过滤器的表面、当被提供了燃料的未燃烧成分时升温从而使被捕集到上述过滤器中的粒状物燃烧、使上述过滤器再生用的催化剂；被设置在连通发动机的进气侧和排气侧的EGR通道中的EGR阀；往汽缸内喷射燃料的喷油器；以及控制该喷油器和上述EGR阀的控制机构；
该控制机构，在再生上述过滤器的情况下，当控制上述喷油器的燃料喷射从而向上述催化剂提供燃料的未燃烧成分时，关闭上述EGR阀，在继续进行上述过滤器的再生的情况下，当转移到车辆减速时不从上述喷油器喷射燃料的状态时，打开上述EGR阀。
2.如权利要求1所述的发动机排气净化装置，其中，上述控制机构在再生上述过滤器时关闭控制设置在发动机的进气通道中的进气节气阀。
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