CN101142392A - 内燃机控制装置和排气净化方法 - Google Patents

Abstract

为了抑制在内燃机中产生的纳米颗粒排放到大气中。在所述内燃机的气缸或排气系统内产生具有的颗粒直径大于所述纳米颗粒的颗粒直径的微粒，并且在所述内燃机内产生的所述纳米颗粒吸附到所述微粒上，从而形成具有较大直径的颗粒。例如，所述微粒可在所述气缸内作为炭烟产生，或者可以通过在所述排气系统内设置的用于产生碳微粒的装置产生。通过使纳米颗粒吸附到微粒上从而形成具有较大直径的颗粒，可以抑制纳米颗粒的排放。

Description

内燃机控制装置和排气净化方法

技术领域

本发明涉及一种排气净化技术，该技术用于聚集存在于内燃机的排气中的颗粒物质。

背景技术

在诸如柴油发动机的内燃机排放的排气中包含颗粒物质。因此，需要提供一种将颗粒物质从内燃机的排气通道的排气中去除的排气净化装置。排气净化装置中设置有过滤器，并且颗粒物质被过滤器捕获和收集。过滤器对收集到的颗粒物质进行诸如氧化处理的处理程序。

作为对内燃机排放的排气进行净化的装置的实例，已知一种装置，其采用包含催化剂成分的第一陶瓷滤清器选择性地捕获和收集碳漂浮微粒，并采用设置在第一陶瓷滤清器的下游位置并且包含催化剂成分的第二陶瓷滤清器捕获和收集通过第一陶瓷滤清器的碳漂浮微粒(见公开号为2002-364339的日本专利申请)。

颗粒物质包括多种尺寸的微粒，这些微粒大致划分为尺寸小于或等于50nm的颗粒(即“纳米颗粒”)以及尺寸大于50nm的颗粒(即“微粒”)。纳米颗粒源自燃料中的高沸点组分和内燃机的润滑油成分。纳米颗粒也被视为润滑油燃烧后的一种形式、润滑油的聚集组分、或燃烧成分和非燃烧成分的聚集组分。已知的是从内燃机排放出的排气包括纳米颗粒(见“JARI Research Journal”，2000年6月出版，第22卷，第6号，第5至10页)。应该理解的是，纳米颗粒的产生是由于新近燃料喷射的高压引起的燃料雾化，由于内燃机空转(低负荷)状态引起的燃烧温度的下降，以及由于车辆减速状态引起的缸内压力下降产生的吸油引发的可溶性有机成分的聚集(SOF)。

颗粒物质与排气一起流入过滤器，并且被过滤器捕获和收集。然后，对颗粒物质进行氧化处理。然而，由于纳米颗粒的尺寸小，即等于或小于50nm，纳米颗粒容易扩散到大气中，并且不易于用过滤器捕获和收集。即，由于一部分纳米颗粒通过陶瓷滤清器，普通装置不能充分地捕获和收集纳米颗粒。

公开号为2004-76669的日本专利申请公开了以下技术，在过滤器的下游位置设置有放电装置；通过放电使通过过滤器的纳米颗粒充电；用电极捕获和收集充电的纳米颗粒；因而，纳米颗粒的量减少。公开号为10-54268和09-273628的日本专利申请和公开号为63-069760的日本实用新型专利申请是与本申请有关的背景技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种内燃机的控制装置和排气净化方法，能够抑制纳米颗粒排放到大气中。

根据本发明的一方面，提供一种包括微粒控制单元的内燃机控制装置，该微粒控制单元产生具有的颗粒直径大于内燃机产生的纳米颗粒的直径的微粒，并将产生的微粒供给到纳米颗粒存在的空间，或纳米颗粒在其中运动的通道，使纳米颗粒从而被微粒吸附。

通过上述内燃机的控制装置，由于纳米颗粒可被纳米颗粒存在的空间内或纳米颗粒运动的通道内的微粒吸附，所以可以减少排放到外部的纳米颗粒的量。即通过使纳米颗粒由直径大于纳米颗粒的直径的微粒吸附，可减少排放的具有纳米颗粒尺寸的颗粒直径的纳米颗粒的量。由于可通过将排气净化装置设置在内燃机的下游位置，使直径大于纳米颗粒的微粒被诸如陶瓷滤清器的排气净化装置捕获和收集，可抑制纳米颗粒排放到大气中。例如，纳米颗粒存在的空间是气缸内，并且纳米颗粒的运动通道是内燃机的排气通道。

在内燃机的上述控制装置的一种方式中，微粒控制单元可包括缸内微粒产生单元，其在内燃机减速或怠速运行时，在内燃机的气缸内产生微粒。

按这种方式，在内燃机减速或怠速运行时，气缸内可产生微粒，并且气缸内产生的纳米颗粒可被其中的微粒吸附。因此，可以减少从气缸排放出的纳米颗粒的量。因此，可抑制纳米颗粒排放到大气中。

在内燃机的上述控制装置的另一种方式中，缸内微粒产生单元可包括：状态判定单元，其判定在内燃机减速或怠速运行时，是否在气缸内产生源自润滑油的纳米颗粒组分；以及操作控制单元，当状态判定单元判定在气缸内产生源自润滑油的纳米颗粒组分时，操作控制单元操作缸内微粒产生单元以在气缸内产生微粒。

由于在内燃机减速或怠速运行时气缸压力容易变得较低，润滑油吸入到气缸内并且容易燃烧。因此，源自润滑油的纳米颗粒组分容易在气缸内产生。因此，当状态判定单元判定在内燃机的气缸内产生源自润滑油的纳米颗粒组分时，通过在气缸内产生微粒并使纳米颗粒被微粒吸附来减少从气缸排放的纳米颗粒的量。

在内燃机的上述控制装置的又一种方式中，状态判定单元可基于内燃机减速时内燃机的转动次数变化，判定内燃机的减速程度，并且操作控制单元可操作缸内微粒产生单元，从而随着状态判定单元判定出的减速程度变得越大，在气缸内产生更多微粒。

由于润滑油通过活塞环的空隙进入内燃机的气缸，随着气缸压力变小，润滑油更容易进入气缸。特别地，在内燃机的减速程度大的情况下，与内燃机的减速程度小的情况相比，气缸压力更容易变小。因此，进入气缸的润滑油的量可增加。因此，在内燃机的减速程度大的情况下，与内燃机的减速程度小的情况相比，源自润滑油的纳米颗粒组分的产生数目可增加。然后，依据内燃机的减速程度调节微粒的产生量，并且对应于纳米颗粒的产生量适当地调节微粒的产生量。因此，可抑制产生过剩的微粒，并可抑制纳米颗粒排放到大气中。

在内燃机的上述控制装置的再一种方式中，状态判定单元可判定在内燃机减速或怠速运行时，润滑油是否容易被吸入到气缸内，并且当状态判定单元判定润滑油容易被吸入到气缸内时，可估计出气缸内产生许多源自润滑油的纳米颗粒组分。

如上所述，由于纳米颗粒部分被视为润滑油燃烧后的形式，应该理解的是，当润滑油容易被吸入到气缸内时，吸入到气缸内的润滑油的量增加，且气缸内润滑油燃烧的量也增加。因此，可以估计出产生了许多源自润滑油的纳米颗粒组分。

在内燃机的上述控制装置的又一种方式中，缸内微粒产生单元可包括将燃料提供到气缸的燃料供给单元。在这种方式中，通过将燃料供给到气缸并使燃料燃烧，在气缸内可产生可作为微粒的炭烟。

在另一种方式中，上述内燃机的控制装置可进一步包括减少在气缸内润滑油燃烧的量的润滑油燃烧量减少单元，其中操作控制单元控制润滑油燃烧量减少单元的操作，以减少内燃机减速或怠速运行时气缸内润滑油燃烧量。在这种情况下，由于可通过润滑油燃烧量减少单元减少气缸内润滑油燃烧量，可减少源自润滑油的纳米颗粒组分的产生量。因此，可减少气缸内产生的纳米颗粒的量，并且从气缸排放的纳米颗粒的量进一步被减少。

在内燃机的上述控制装置的再一种方式中，具有氧化能力的排气净化催化剂可设置内燃机的排气通道内，并且在内燃机减速或怠速运行时，操作控制单元可操作缸内微粒产生单元，从而当通过排气净化催化剂的排气流量大于预定判定流量时，和/或当排气净化催化剂的温度低于基于排气净化催化剂的催化剂活性温度范围确定的判定温度时，使微粒在气缸内产生。

当通过排气净化催化剂的排气流量大时，或当排气净化催化剂的温度低时，将排气净化催化剂的排气净化性能保持在高水平是困难的。因此，在这种情况下，操作缸内微粒产生单元以减少流入排气净化催化剂的纳米颗粒的量。因此，与排气净化催化剂的排气净化性能一致，可调节流入排气净化催化剂的纳米颗粒的量。

在内燃机的上述控制装置的又一种方式中，微粒控制单元可包括设置在内燃机的排气通道内的微粒供给装置，该微粒供给装置将具有吸附包含在排气中的纳米颗粒能力的微粒供给到排气通道。

内燃机控制装置将具有吸附包含在排气中的纳米颗粒能力的微粒供给到排气通道。因此，纳米颗粒可被微粒供给装置供给的待聚集的微粒吸附。可增强采用过滤器捕获和收集纳米颗粒的效率，而这通常是困难的。因此，可抑制纳米颗粒扩散到大气中。微粒具有聚集纳米颗粒的功能。

在另一种方式中，内燃机的上述控制装置可进一步包括检测内燃机运行状态的运行状态检测单元，其中当运行状态检测单元检测到预定运行状态时，微粒供给装置将微粒供给到排气通道。通过在内燃机的预定运行状态，操作微粒供给装置并将微粒供给到排气通道，在预定运行状态下产生的纳米颗粒可由待聚集的微粒吸附。在优选实施例中，预定运行状态可是车辆减速状态，加速器关闭状态，发动机转动变化量负状态，制动器打开状态和排气制动器打开状态中的任一个。

在内燃机的上述控制装置的再一种方式中，微粒供给装置可包括：不断产生微粒的微粒产生装置；以及设置在排气通道和微粒产生装置之间的控制阀，并通过打开控制阀将微粒供给到排气通道。因此，可改进对控制信号的将微粒排放到排气通道的响应。在优选实施例中，微粒供给装置可产生和供给作为微粒的碳微粒。

根据本发明的另一方面，提供了一种内燃机的排气净化方法，该方法包括：微粒产生程序，所述微粒具有的颗粒直径大于内燃机中产生的纳米颗粒的颗粒直径；以及将所产生的微粒供给到纳米颗粒存在的空间，或纳米颗粒在其中运动的通道，从而使纳米颗粒被微粒吸附。

依据本发明的内燃机的排气净化方法，由于纳米颗粒可被纳米颗粒存在的空间或纳米颗粒运动的通道中的微粒吸附，可以减少排放到外部的纳米颗粒的量。即通过使纳米颗粒被直径大于纳米颗粒的微粒吸附，可减少排放的具有纳米颗粒尺寸的颗粒直径的纳米颗粒量。由于通过在内燃机的下游位置设置排气净化装置，可使直径大于纳米颗粒的颗粒物质被诸如陶瓷滤清器的排气净化装置捕获和收集，可抑制纳米颗粒排放到大气中。例如，纳米颗粒存在的空间是气缸内，并且纳米颗粒运动的通道是内燃机的排气通道。

在本发明中，微粒表示直径大于纳米颗粒的直径的颗粒物质，例如，包括炭烟和可溶性有机成分(SOF)。

附图说明

图1为根据第一实施例的内燃机控制装置的结构图；

图2为纳米颗粒减少程序的流程图；

图3A为示出了对气缸的燃料供给量和炭烟产生量之间的关系的图，图3B为示出了对气缸的燃料喷射定时和炭烟产生量之间关系的一个实例的图；

图4为示出纳米颗粒减少程序的改进的流程图；

图5为示出发动机减速程度和对气缸的燃料供给量之间关系的一个实例的图；

图6为润滑油燃烧量减少程序的流程图；

图7为根据第二实施例的排气净化装置的示意性结构图；

图8为示出排气净化装置的过滤器的结构的图；

图9为示意性地示出碳微粒产生装置的结构的图；

图10为排气通道中的碳微粒产生装置的出口的放大图；

图11为根据改进的排气净化装置的示意图；

图12为排气通道中的碳微粒产生装置的出口的放大图；及

图13为根据第二实施例的碳微粒产生控制程序的流程图。

具体实施方式

在本说明书中，“颗粒物质(PM)”一词的应用与其颗粒直径无关。“纳米颗粒”表示颗粒物质具有的颗粒直径基本小于50hm，且“微粒”表示颗粒物质具有的颗粒直径基本大于50hm。即纳米颗粒和微粒均为颗粒物质，且微粒表示具有的颗粒直径大于纳米颗粒的颗粒直径的颗粒物质。下文中的实施例将要说明的“炭烟”和“碳微粒”是上述微粒中的一种。

本发明的特征在于通过使直径较小且难以用过滤器捕获和收集的纳米颗粒被具有较大直径的微粒吸附来增加纳米颗粒的直径，从而抑制纳米颗粒的排放。在下文将要说明的第一实施例中，吸附纳米颗粒的微粒在内燃机中产生。同时，在第二实施例中，微粒在内燃机的排气系统中产生。

[第一实施例]

(装置结构)

图1示出本发明的一个实施例，其中控制装置应用到作为内燃机的柴油发动机1。发动机1作为移动式动力能源安装到车辆上，且进气通道3和排气通道4与气缸2连通。在进气通道3中，设置有调节进气量的节流阀5、涡轮增压器6的压缩机6a和冷却进气的中间冷却器7。在排气通道4中，设置有涡轮增压器6的涡轮6b、调节排气气流的排气节流阀8以及净化排气的排气净化装置9。排气净化装置9包括NOx存储还原催化剂10、颗粒过滤器11以及作为具有氧化能力的排气净化催化剂的氧化催化剂12。此外，排气净化装置9包括输出对应于排气温度的信号的温度传感器13，以及输出对应于排气的空气/燃料比的信号的A/F传感器14。排气通道4和进气通道3经由包括EGR冷却器16和EGR阀17的EGR通道15相互连通。

此外，发动机1包括燃料供给装置18。燃料供给装置18包括：用作燃料供给单元为每个气缸喷射燃料的喷射器19，储存从喷射器19喷射出的高压燃料的共轨20，以及将燃料从燃料箱(未示出)供给到共轨20的燃料泵21。此外，燃料供给装置18包括将燃料供给到排气通道4的燃料添加喷射器22。

由发动机控制单元(ECU)30控制节流阀8、EGR阀17以及每个喷射器19的操作。ECU30形成为包括微处理器和诸如操作需要的RAM和ROM的外围设备的计算机，并且是控制发动机1的运行状态的已知计算机单元。

ECU30基于发动机1的运行状态计算将要供给到气缸2的燃料量，并控制每个喷射器19的操作从而使计算出的燃料量喷射到气缸2中。此外，在发动机1减速且在发动机1转动的次数等于或大于预定转动次数的状态下时，ECU30控制每个喷射器19的操作从而停止对气缸2的燃料供给。ECU30在发动机1减速时停止对气缸2的燃料供给在下文中被称为“燃料切断”。此外，ECU30控制EGR阀17的开度，从而依据发动机1的运行状态使适量的排气从排气通道4回流到进气通道3。例如，作为涉及到的用于执行控制的传感器，输出对应于发动机1的转动次数的信号的转动次数传感器31、温度传感器13和A/F传感器14连接至ECU30。多种组件也由ECU30控制，但在此省略了其说明和解释。此外，发动机1内设置了不同于上述传感器的多种传感器，但在此省略了其说明和解释。

(纳米颗粒减少程序)

在发动机1减速或怠速运行时，由于对气缸2的燃料供给量减少，气缸2的气压变低，并且吸入气缸2的润滑油的量增加。因此，气缸2内可产生源自润滑油的纳米颗粒组分。因此，ECU30执行图2所示的纳米颗粒减少程序，并且在发动机1减速或怠速运行时，减少从气缸2排放的纳米颗粒量。纳米颗粒减少程序在发动机1操作的预定周期内反复执行。通过执行纳米颗粒减少程序，ECU30起到本发明的操作控制单元的作用。

在图2所示的纳米颗粒减少程序中，首先在步骤S11中，ECU30判定发动机1的运行状态是否处于减速或怠速运行。基于发动机1的转动次数和加速器打开程度，判定发动机1的运行状态是否处于减速或怠速运行。当发动机1的转动次数在预定怠速转动次数内并且加速器打开程度为0％，即当没有踩加速器时，ECU30判定发动机1的运行状态为怠速运行。其间，当发动机1的转动次数大于预定转动次数(例如1400rpm)并且加速器的打开程度为0％时，ECU30判定发动机1的运行状态为减速。当发动机1的转动次数的变化为负时，即当发动机1的转动次数减少时，ECU30可判定发动机1的运行状态为减速。当发动机1的扭矩变化为负时，ECU30可判定发动机1的运行状态为减速。此外，当表示踩制动器(未示出)的制动信号设定为打开状态时，ECU30可判定发动机1的运行状态为减速。当判定发动机1的运行状态既不是减速也不是怠速运行时，ECU30结束此程序。

另一方面，当ECU30判定发动机1的运行状态为减速或怠速运行时，程序转到步骤S12，并且ECU30判定氧化催化剂12的温度是否低于预定判定温度。ECU30可通过参照温度传感器13的输出信号获取氧化催化剂12的温度，或可基于发动机1的转动次数和负载对其进行估算。例如，依据氧化催化剂12的催化剂活化温度的范围适当地设定预定判定温度，并设定催化剂活化温度的范围的最小值。当ECU30判定氧化催化剂12的温度低于预定判定温度时，该程序跳过步骤S13，并转到步骤S14。其间，当ECU30判定氧化催化剂12的温度等于或大于预定判定温度时，该程序转到步骤S13，并且ECU30判定排气流量是否等于或大于预定判定流量。例如，基于发动机1的转动次数、负载以及EGR气体估算排气流量。预定判定流量被确定为如下排气流量，即通过氧化催化剂12的排气流量大到不能将氧化催化剂12的排气净化性能保持在高性能水平的排气流量。当判定排气流量小于预定判定流量时，ECU30结束纳米颗粒减少程序。

当ECU30判定排气流量等于或大于预定判定流量时，该程序转到步骤S14。ECU30增加供给到气缸2的燃料量，并控制喷射器19的操作从而增加供给的燃料量。如上所述，基于发动机1的运行状态设定供给到气缸2的燃料量。在这个程序中，首先，基于开始执行图2示出的纳米颗粒减少程序时发动机1的运行状态，计算燃料供给量。然后，将计算出的燃料供给量作为初始值存储在设置于ECU30内RAM中，并且通过将预定增加量加入初始值来增加供给到气缸2的燃料量。设定预定增加量，从而当增加的燃料量供给气缸2时在发动机1内产生的扭矩保持为等于或小于0。

在随后的步骤S15中，ECU30判定气缸2内是否产生了作为微粒的炭烟。例如，是否产生了炭烟由气缸2内的燃料燃烧判定。当燃料在气缸2内燃烧时，判定产生了炭烟。例如，当ECU30执行燃料切断时，即当燃料供给量设定为0时，对气缸2的燃料供给量逐渐增加。当燃料在气缸2内燃烧时，判定产生了炭烟。具体地，例如，发动机1的转动次数和表明燃料在气缸2内燃烧的燃料供给量的最小值之间的关系预先通过试验获得，并作为特性图存储在设置于ECU30内的ROM中。通过参照所述特性图，ECU30判定是否产生了炭烟。

炭烟产生量分别与对气缸2的燃料供给量和喷射定时相关。图3A示出对气缸2的燃料供给量和炭烟产生量之间关系的一个实例，图3B示出对气缸2的燃料喷射定时和炭烟产生量之间关系的一个实例。在图3B中，燃料喷射定时由曲轴转角表示。因此，在图3A和图3B示出的关系作为特性图存储在设置于ECU30内的ROM中的情况下，ECU30可参照所述特性图判定是否产生了炭烟。此外，排气通道4内可设置输出对应于排气中的炭烟量的信号的传感器，并且ECU30可参照输出信号判定气缸2内是否产生了炭烟。例如，上述传感器可以是激光诱导白炽光(LII)传感器和光声光谱(PAS)传感器。

当ECU30判定气缸2内没有产生炭烟时，该程序回到步骤S14，并且ECU30重复步骤S14和步骤S15。其间，当ECU30判定气缸2内产生炭烟时，该程序转到步骤S16，并且ECU30将对气缸2的燃料喷射量还原到增大之前的初始值。之后，ECU30结束纳米颗粒减少程序。

如上所述，在图2所示的纳米颗粒减少程序中，由于发动机1减速时在气缸2内产生作为微粒的炭烟，通过使气缸2内的纳米颗粒被炭烟吸附，减少从气缸2排放的纳米颗粒的量。此外，由于可通过燃烧气缸2内的燃料增加气缸2的压力，可减少气缸2的润滑油吸入量。因此，可减少源自润滑油的纳米颗粒组分的产生量。在图2示出的纳米颗粒减少程序中，当排气流量等于或大于预定判定流量时，和/或氧化催化剂12的温度小于预定判定温度时，燃料被喷射到气缸2中。因此，可抑制燃料消耗量，并可减少从气缸2排放的纳米颗粒的量。

通过执行步骤S11的过程和判定是否在气缸2内产生源自润滑油的纳米颗粒组分，ECU30起到本发明的状态判定单元的作用。此外，通过将燃料从喷射器19供给到气缸2并且在气缸2内产生炭烟，喷射器19起到本发明的缸内微粒产生单元的作用。

(纳米颗粒减少程序的改进)

图4示出了图2所示的纳米颗粒减少程序的改进。随着气缸2的润滑油吸入量增加，源自润滑油的纳米颗粒组分的产生量也增加，并且气缸2内产生的纳米颗粒的量也可能增加。如上所述，气缸2内的纳米颗粒产生量与气缸2的润滑油吸入量之间存在相关性，且气缸2的润滑油吸入量与发动机1的减速程度之间存在相关性。在这个改进中，发动机1减速时供给到气缸2的燃料供给量，依照发动机1的减速程度变化。在图4中，与图2中的程序相同的部分用相同的附图标记表示，并省略了其说明。

在图4示出的纳米颗粒减少程序的改进中，首先，ECU30执行与图2示出的纳米颗粒减少程序中步骤S11至S13相同的程序。在随后的步骤S21中，ECU30基于减速时发动机1转动次数的变化获取发动机1的减速程度。在接下来的步骤S22中，ECU30基于获取的发动机1的减速程度，获取供给到气缸2的燃料供给量。随着发动机1的减速程度变大，气缸2的压力更容易变低。因此，润滑油容易被吸入气缸2中。因此，估算出气缸2吸入的润滑油的量增加并且源自润滑油的纳米颗粒组分的产生量也增加。因此，ECU30参照图5示出的特性图并获得对应于发动机1的减速程度的燃料供给量。图5示出发动机1的减速程度与供给到气缸2的燃料供给量之间关系的一个实例。这个关系预先通过试验获得，并作为特性图存储在设置于ECU30内的ROM中。ECU30参照图5示出的特性图并判定出随着发动机1的减速程度变大，润滑油容易被吸入气缸2中。然后，ECU30估算出气缸2内产生了大量的源自润滑油的纳米颗粒组分。因此，ECU30参照图5示出的特性图，并且随着发动机1的减速程度变大，增加供给到气缸2的燃料供给量。即随着发动机1的减速程度变大，ECU30增加气缸2内产生的炭烟的量。

在接下来的步骤S15中，ECU30判定气缸2内是否产生了炭烟。这个判定方法与图2示出的纳米颗粒减少程序相同。当ECU30判定气缸2内没有炭烟产生时，该程序返回到步骤S21，并且ECU30重复步骤S21、步骤S22和步骤S15的过程。其间，当ECU30判定产生了炭烟时，该程序转到步骤S23，ECU30基于发动机1的转动次数设定供给到气缸2的燃料供给量。之后，ECU30结束图4所示的纳米颗粒减少程序。

在图4所示的纳米颗粒减少程序中，由于供给到气缸2的燃料供给量是依据发动机1的减速程度确定的，所以可以依据纳米颗粒产生量调节炭烟产生量。因此，可以抑制过量炭烟的产生，并且减少从气缸2排放的炭烟量。在图4示出的步骤S22的程序中，当ECU30判定发动机1的减速程度且该减速程度大时，ECU30判定出润滑油容易被吸入气缸2中。取而代之，通过设置用于将对应于气缸2的压力的信号输出到每个气缸2的压力传感器，可以基于所述压力传感器的输出信号，判定润滑油是否容易被吸入气缸2中。

(润滑油燃烧量减少程序)

图6示出润滑油燃烧量减少程序，该程序由ECU30执行，以便减少气缸2内的润滑油燃烧量。随着气缸2的压力变低，润滑油更容易被吸入气缸2中。在这个程序中，通过增加气缸2的压力，吸入气缸2的润滑油的量减少。在图6中，与图2中的程序相同的部分用相同的附图标记表示，并省略了其说明。图6示出的程序在发动机1运行的预定周期内反复执行。

在图6示出的程序中，首先，ECU30执行与图2示出的纳米颗粒减少程序中步骤S11至S13相同的程序。在随后的步骤S31中，ECU30将排气节流阀8的开度控制到关闭侧。此时，排气节流阀8以如下开度被控制到关闭侧，即使得发动机1的运行状态不发生突然变化的开度。在接下来的步骤S32中，ECU30判定设置在排气节流阀8的上游位置的排气通道4的压力是否变得等于或大于预定判定压力。例如，预定判定压力被设定为吸入气缸2的润滑油的量变为0时的压力。例如，由于润滑油的吸入量变为0时的压力依据发动机1的运行状态变化，预定判定压力也可依据发动机1的转动次数变化。可通过设置用于输出对应于排气通道4的压力的信号的传感器来检测排气通道4的压力，或可基于发动机1的转动次数和供给到气缸2的燃料供给量来估算排气通道4的压力。

当ECU30判定排气通道4的压力小于预定判定压力时，该程序返回到步骤S31，并且ECU30反复步骤S31和步骤S32的过程。其间，当ECU30判定排气通道4的压力等于或大于预定判定压力时，该程序转到步骤S33，并且ECU30将排气节流阀8的开度控制到开启侧。因此，开度返回到排气节流阀8的开度被控制到关闭侧前获得的开度(初始值)。之后，ECU30结束图6所示的程序。

在图6所示的润滑油燃烧量减少程序中，在发动机1减速时，排气节流阀8被控制到关闭侧，并且排气通道4的压力增加。然后，气缸2内的压力增加。因此，由于吸入气缸2的润滑油的量可以减少，所以源自润滑油的纳米颗粒组分的产生量可以减少，并且纳米颗粒的产生量可以减少。通过在发动机1减速时将排气节流阀8控制到关闭侧并减少气缸2内的润滑油燃烧量，排气节流阀8起到本发明的润滑油燃烧量减少单元的作用。

增加气缸2内的压力的方法不局限于上述将排气节流阀8的开度控制到关闭侧这一方法。例如，通过打开EGR阀17和使进气通道3和排气通道4相互连通，可增加进气通道3内的压力。因此，可以抑制气缸2内压力的减小。此外，在减速时，设置在气缸2内的进气阀和排气阀中的至少一个可被保持在打开状态，并可抑制气缸2内压力的减小。在可变截面喷嘴设置在涡轮增压器6的涡轮6b内的情况下，通过将可变截面喷嘴控制到关闭侧，可增加排气通道4内的压力。当按照这种方式抑制气缸2内压力的减小时，EGR阀17、进气阀、排气阀和可变截面喷嘴分别起到本发明的润滑油燃烧量减少单元的作用。

当发动机1包括将润滑油供给到活塞的机油喷射装置时，ECU30可在发动机1减速时停止机油喷射装置的运行。通过在发动机1减速时停止机油喷射装置，可进一步减少吸入气缸2的润滑油的量。

可分别执行本发明的图2和图4所示的纳米颗粒减少程序以及图6所示的润滑油燃烧量减少程序，也可并行执行上述程序。通过并行执行上述程序，可抑制发动机1减速时发动机制动效果的减弱，并且可减少纳米颗粒的排放量。

如上所述，依据第一实施例，通过在气缸内产生微粒并使纳米颗粒被上述微粒吸附，可减少从气缸排放的纳米颗粒的量。因此，可抑制纳米颗粒排放到大气中。

在上述实施例中，在气缸2内产生诸如炭烟的用于吸附纳米颗粒的微粒。然而，颗粒物质在其中产生并供给到的地点不局限于本发明的发动机1内的气缸2。例如，在发动机1的排气系统的外侧部分产生的微粒，可供给到发动机1的排气系统，下文将在第二实施例中对此进行详细说明。

[第二实施例]

(装置结构)

接下来，将根据本发明的第二实施例对排气净化装置进行说明。根据第二实施例的排气净化装置在内燃机的排气系统内产生微粒，并使纳米颗粒被这些微粒吸附。因此，抑制了纳米颗粒的排放。

图7示出了在根据本发明的排气净化装置应用到内燃机的情况下所述实施例的示意性结构。内燃机101是串励四缸柴油发动机(series4-cylinder diesel engine)，其中四个气缸102排列成一行，并包括进气通道103、排气通道104和对内燃机101进行增压的涡轮增压器105。进气通道103包括空气滤清器113，测量进气流量的空气流量计114，涡轮增压器105的压缩机105a，以及冷却压缩在压缩机105a的进气的中间冷却器107。排气通道104包括涡轮增压器105的涡轮105b以及减少排气中的有害物质的排气净化装置120。

进气通道103和排气通道104通过EGR通道106相互连通，并且排气的一部分从排气通道104回流到进气通道103。EGR通道106包括冷却回流到进气通道103的排气的EGR冷却器117，以及调节排气回流量的EGR阀108。此外，内燃机101包括对应于每个气缸102的四个喷射器109。四个喷射器109连接到共轨110。共轨110连接到输送泵111，输送泵111将燃料从燃料箱(未示出)抽出并通过压力供给到共轨110。

排气净化装置120包括：NOx存储还原催化剂119，具有捕获和收集内燃机101的排气中的PMs的功能的过滤器122，碳微粒产生装置121，氧化催化剂123和发动机控制单元(ECU)124。

设置在过滤器122的上游侧的碳微粒产生单元121产生具有颗粒直径大于纳米颗粒的颗粒直径的碳微粒，并且从出口150将产生的碳微粒排放到排气通道104。

由碳微粒产生装置121产生的碳微粒作为与在发动机燃烧过程中产生的PMs极其相似的气溶胶供给到排气通道104。气溶胶表示分散介质是气体(例如排气)且分散相是固体(例如碳微粒)或液体的分散系统的状态。容易被非常激烈的布朗运动聚集的分散相的微粒(固体)，通常是不稳定的分散系统，并具有通过重力随时间沉积的特性。通过将碳微粒引入排气通道，纳米颗粒可被待聚集的碳微粒吸附。此外，通过将过滤器122设置在碳微粒产生装置121的出口150的下游侧，吸附了纳米颗粒的碳微粒易于与纳米颗粒一起被过滤器122捕获和收集。碳微粒产生装置121起到本发明的微粒供给装置的作用。

氧化催化剂123设置在过滤器122的下游侧，并氧化没有被过滤器122捕获和收集并通过过滤器122的PMs。

检测排气的空燃比的A/F传感器132设置在过滤器122和氧化催化剂123之间，并检测A/F传感器132的检测信号S10输入到ECU124。此外，排气净化装置120包括将还原剂(燃料)添加到排气通道104的燃料添加喷射器128，以便还原由NOx存储还原催化剂119存储的NOx。燃料添加喷射器128连接到输送泵111。ECU124基于来自A/F传感器132的输入信号S10，依据NOx存储还原催化剂119存储的NOx的还原必要性，控制燃料添加喷射器128的燃料添加。

ECU124包括没有在图中表示出的CPU、ROM、RAM、A/D转换器以及输入/输出界面，并且ECU124电连接到加速传感器131、制动传感器132、转速传感器133以及排气制动传感器134。加速传感器131、制动传感器132、转速传感器133以及排气制动传感器134分别将表示踩下加速踏板(未示出)的检测信号S1、表示踩下制动踏板(未示出)的检测信号S2、表示内燃机101的发动机转速的检测信号S3、表示排气制动器的运行的检测信号S4供给到ECU124。基于来自加速传感器131、制动传感器132、转速传感器133以及排气制动传感器134的检测信号S1、S2、S3和S4，当内燃机101处于加速器关闭状态、发电机转动变化量为负状态、制动器打开状态以及排气制动器打开状态时，ECU124进行检测。这是由于当内燃机101的运行状态变为怠速状态或车辆减速状态时，特别易于产生大量的纳米颗粒。因此，当判定内燃机101的运行状态处于怠速状态或车辆减速状态时，ECU124推测排气中产生了纳米颗粒，并将控制信号S5供给到碳微粒产生装置121，从而将碳微粒排放到排气通道104。因此，加速传感器131、制动传感器132、转速传感器133以及排气制动传感器134起到本发明的运行状态检测单元的作用。

图8示出过滤器122的横截面图。过滤器122以具有多个隔室(穿透孔)151的蜂巢形状形成。塞子152插入每个隔室151的一端。塞子152插入其中的隔室151的一侧的入口端151in与塞子152插入其中的隔室151的一侧的出口端151out交替排列。隔板153设置在相邻隔室151之间，并形成许多微小的开口。包括引入过滤器121的入口端151in的微粒155以及纳米颗粒156的排气如箭头161所示经过隔板153并引到出口端151out。当排气经过隔板153时，包含在排气中的微粒155在惯性力的作用下随着虚线161a所示的路线与隔板153发生碰撞。按照这种方式，通过惯性碰撞，微粒155被隔板153捕获。隔板153容纳了如铂(Pt)以及二氧化铈(CeO₂)的氧化催化剂物质，并且过滤器122具有通过操作氧化催化剂物质促进收集到的微粒155的氧化的功能。然而，由于纳米颗粒156的质量小于微粒155的质量，纳米颗粒156的惯性力也同样较小。因此，如箭头162所示，纳米颗粒156不能被隔板153捕获。即，纳米颗粒156与排气一起引入到出口端151out，并且有时经过过滤器122。因此，在本发明排气净化装置中，通过使纳米颗粒被过滤器122的上游侧的从碳微粒产生装置121排放出的碳微粒吸附，可以抑制纳米颗粒的大气扩散。同时，纳米颗粒可与碳微粒一起被过滤器122捕获和收集。

图9是表示碳微粒产生装置121的内部结构的横截面图。碳微粒产生装置121包括具有石墨电极141a和141b的容器142。通过在石墨电极141a和141b之间施加高电压并产生电晕放电，碳微粒产生装置121在石墨电极141a和141b上产生碳微粒Cn。此外，碳微粒产生装置121通过外部流入的载运气体使气流与排气通道连通。载运气体将石墨电极141a和141b上产生碳微粒Cn运载到排气通道104。例如，氩(Ar)被用作载运气体。石墨电极141a和141b上施加的电压的大小由图7所示的ECU124的控制信号S5控制。当施加了控制信号S5时，碳微粒产生装置121在石墨电极141a和141b之间施加电压并开始产生碳微粒Cn。然后，通过依据控制信号S5变化所施加的电压的大小，调节产生碳微粒Cn的量。即碳微粒产生装置121是否产生碳微粒Cn由来自ECU124的控制信号S5控制。

图10是碳微粒产生装置121的出口150的放大图。碳微粒产生装置121产生的碳微粒Cn由载运气体运载到排气通道104，并排放到在排气通道104内流动的排气中。由于碳微粒具有吸附纳米颗粒的特性，排气中的纳米颗粒Pa被排放的碳微粒Cn吸附。碳微粒产生装置121产生的碳微粒Cn的尺寸大于50nm。其间，由碳微粒Cn吸附的纳米颗粒Pa的尺寸小于碳微粒的尺寸，一般说来，基本是碳微粒尺寸的十分之一。因此，多个纳米颗粒Pa可由一个碳微粒Cn吸附。按照这种方式，最小的纳米颗粒，特别是等于或小于10nm的，可被碳微粒有效聚集。

吸附了纳米颗粒Pa的碳微粒Cn与排气一起流入下游侧的过滤器122。由于碳微粒Cn的尺寸大于50nm，过滤器122可捕获和收集碳微粒Cn。此时，由于纳米颗粒Pa被碳微粒Cn吸附，过滤器122不仅可以捕获和收集碳微粒Cn也可捕获和收集纳米颗粒Pa。

(排气净化装置的改进)

接下来，将根据本发明的第二实施例的改进对排气净化装置进行说明。图11示出第二实施例的示意性结构，其中根据上述改进的排气净化装置120a应用到内燃机。图12是碳微粒产生装置121的出口150a的放大图。在图11所示的排气净化装置120a中，基于来自ECU124的控制信号S5，碳微粒产生装置121控制是否产生碳微粒。其间，在根据所述改进的排气净化装置120a中，碳微粒产生装置121不断地工作并产生可排放的碳微粒。调节流入排气通道104的碳微粒的流量的控制阀126设置在碳微粒产生装置121的出口150a。当控制阀126关闭时，由碳微粒产生装置121产生的碳微粒被控制阀126保持住，并限制它们排放到出口150a中。结果，碳微粒相对于控制阀126被存储在碳微粒产生装置121一侧。

控制阀126被来自ECU124的控制信号S6控制。当指示碳微粒Cn排放到排气通道中的来自ECU124的控制信号S6供给到控制阀126时，控制阀126打开。然后，排放受到控制阀126的限制的碳微粒Cn被排放到排气通道104中。因此，在根据上述改进的排气净化装置120a中，仅仅通过打开控制阀126，预先产生并储存的碳微粒Cn可立即排放到排气通道104中。因此，与图7示出的排气净化装置120相比，可缩短将碳微粒Cn排放到排气通道104中所需的时间。即在根据上述改进的排气净化装置120a中，可改进对应于来自ECU124的控制信号S6的碳微粒的排放响应。

(碳微粒产生控制程序)

接下来，将参照图13对这个实施例的排气净化装置的碳微粒产生控制程序进行具体说明，图13中将图7示出的排气净化装置120a用作实例。ECU124依据在诸如ROM的存储器内储存的程序执行碳微粒产生控制程序。

图13是碳微粒产生控制程序的流程图。在本发明的碳微粒产生控制程序中，在内燃机101的怠速状态或车辆减速状态中产生的纳米颗粒被待聚集的碳微粒吸附，从而增加纳米颗粒的直径。

首先，ECU124分别基于加速传感器131、制动传感器132、转速传感器133以及排气制动传感器134供给的检测信号S1、S2、S3和S4检测内燃机101的运行状态(步骤S101)。接下来，基于检测到的运行状态，ECU124判定内燃机101是否处于怠速状态或车辆减速状态(步骤S102)。具体地，当ECU124基于检测信号S1、S2、S3和S4检测到以下任何一种状态时，判定内燃机101处于怠速状态或车辆减速状态，所述检测到的状态包括：加速器关闭状态；发电机转动变化量为负状态；制动器打开状态；以及排气制动器打开状态。如果定内燃机101处于怠速状态或车辆减速状态(步骤S102；是)，ECU124将用于操作的控制信号S5供给到碳微粒产生装置121(步骤S103)。因此，碳微粒产生装置121开始运行并产生碳微粒，以并将碳微粒排放到排气通道。

在这种方式中，排放到排气通道的碳微粒吸附纳米颗粒并聚集它们。其间，当检测到的内燃机101运行状态既不是怠速状态也不是车辆减速状态(步骤S102；否)时，ECU124将控制信号S5供给到碳微粒产生装置121并使其停止(步骤S104)。即，当碳微粒产生装置121运行时，ECU124使其停止。其间，当碳微粒产生装置121不运行时，ECU124不使其运行。

在上述碳微粒产生控制程序中，在图13示出的流程图的步骤S103和步骤S104中用括号表示出采用根据上述改进的排气净化装置120a的程序。即，在步骤S103中，通过供给控制信号S6和打开控制阀126，ECU124排放预先产生的碳微粒。在步骤S104中，通过供给控制信号S6和关闭控制阀126，ECU124停止排放碳微粒。在控制阀126关闭的情况下，ECU124不打开控制阀126并保持关闭状态。

如上所述，依据第二实施例，纳米颗粒被微粒供给装置供给的待聚集的微粒吸附。因此，纳米颗粒的直径可以增加，并可抑制大气扩散。同时，过滤器可容易地捕获和收集纳米颗粒。

[改进]

本发明不局限于以上方式。即，本发明可应用于多种方式，例如，本发明所应用到的内燃机也可应用于采用汽油或其它燃料的多种内燃机，而不局限于柴油发动机。

[工业应用]

本发明用于包括产生颗粒物质的内燃机的车辆和其它装置。

Claims (15)

1.一种内燃机控制装置，包括微粒控制单元，所述微粒控制单元产生具有的颗粒直径大于在所述内燃机内产生的纳米颗粒的颗粒直径的微粒，并将产生的微粒供给到所述纳米颗粒存在的空间或所述纳米颗粒在其中运动的通道，从而使所述纳米颗粒被所述微粒吸附。

2.如权利要求1所述的内燃机控制装置，其中所述微粒控制单元包括缸内微粒产生单元，所述缸内微粒产生单元在所述内燃机减速或怠速运行时，在所述内燃机的气缸内产生所述微粒。

3.如权利要求2所述的内燃机控制装置，其中所述缸内微粒产生单元包括：

状态判定单元，其判定在所述内燃机减速或怠速运行时，是否在所述气缸内产生了源自润滑油的纳米颗粒组分；及

操作控制单元，当所述状态判定单元判定在所述气缸内产生了源自润滑油的纳米颗粒组分时，所述操作控制单元操作所述缸内微粒产生单元以在所述气缸内产生所述微粒。

4.如权利要求3所述的内燃机控制装置，

其中所述状态判定单元基于所述内燃机减速时所述内燃机的转动次数的变化，判定所述内燃机的减速程度，及

其中所述操作控制单元操作所述缸内微粒产生单元，从而随着所述状态判定单元判定的减速程度变得越大，在所述气缸内产生更多微粒。

5.如权利要求3所述的内燃机控制装置，

其中所述状态判定单元判定在所述内燃机减速或怠速运行时润滑油是否容易被吸入到所述气缸内，并且当所述状态判定单元判定润滑油容易被吸入到所述气缸内时，估计在所述气缸内产生了许多源自润滑油的纳米颗粒组分。

6.如权利要求2所述的内燃机控制装置，其中所述缸内微粒产生单元包括将燃料供给到所述气缸的燃料供给单元。

7.如权利要求3所述的内燃机控制装置，进一步包括减少在所述气缸内的润滑油燃烧量的润滑油燃烧量减少单元，

其中所述操作控制单元控制所述润滑油燃烧量减少单元的操作，以减少在所述内燃机减速或怠速运行时所述气缸内的润滑油燃烧量。

8.如权利要求3所述的内燃机控制装置，

其中具有氧化能力的排气净化催化剂设置在所述内燃机的排气通道内，及

其中，在所述内燃机减速或怠速运行时，所述操作控制单元操作所述缸内微粒产生单元，从而当通过所述排气净化催化剂的排气流量大于预定判定流量时，和/或当所述排气净化催化剂的温度小于基于所述排气净化催化剂的催化剂活性温度范围确定的判定温度时，使颗粒物质在所述气缸内产生。

9.如权利要求1所述的内燃机控制装置，其中所述微粒控制单元包括设置在所述内燃机的排气通道内的微粒供给装置，所述微粒供给装置将具有吸附包含在排气中的纳米颗粒能力的微粒供给到所述排气通道。

10.一种如权利要求9所述的内燃机排气净化装置，其中所述微粒具有聚集所述纳米颗粒的功能。

11.如权利要求9所述的内燃机控制装置，进一步包括检测所述内燃机的运行状态的运行状态检测单元，

其中当所述运行状态检测单元检测到预定运行状态时，所述微粒供给装置将所述微粒供给到所述排气通道。

12.如权利要求11所述的内燃机控制装置，

其中所述运行状态检测单元将车辆减速状态、加速器关闭状态、发动机转动变化量负状态、制动器打开状态和排气制动器打开状态中的任一个作为预定运行状态检测。

13.如权利要求9所述的内燃机排气净化装置，其中所述微粒供给装置包括：

微粒产生装置，其不断地产生微粒；及

控制阀，其设置在所述排气通道和所述微粒产生装置之间，并通过打开所述控制阀将所述微粒供给到所述排气通道。

14.如权利要求9所述的内燃机排气净化装置，其中所述微粒供给装置产生并供给作为所述微粒的碳微粒。

15.一种内燃机的排气净化方法，包括：微粒产生程序，所述微粒具有的颗粒直径大于在所述内燃机内产生的纳米颗粒的颗粒直径；以及将产生的微粒供给到所述纳米颗粒存在的空间或所述纳米颗粒在其中运动的通道，从而使所述纳米颗粒被所述微粒吸附。

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