CN101163871A - 废气净化方法及废气净化系统 - Google Patents
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Abstract
在并用减少吸气量的吸气系统的控制和增加向气缸内的燃料喷射量的燃料系统的控制来进行再生控制的浓空燃比状态的控制的废气净化系统(1)中,在上述NOx净化催化剂(12)的再生控制时的稀空燃比状态和浓空燃比状态的切换期间(t1、t2),对应于时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化(λn),使向气缸内的燃料喷射的喷油正时(Tn)变化。由此,在向浓空燃比状态转移期和向稀空燃比状态转移期间的期间内,可以防止由于向气缸内的燃料喷射的喷油正时的过度的提前和过度的滞后而产生的不发火、燃烧噪音、转矩变动和运转性能等的恶化。
Description
技术领域
本发明涉及具有对内燃机的废气中的NOx(氮氧化物)进行还原净化的NOx净化催化剂的废气净化方法及废气净化系统。
背景技术
关于用于从柴油机和一部分汽油机等内燃机和各种燃烧装置的废气中还原除去NOx的NOx催化剂,进行了多种研究及提案。其中,有作为柴油机用的NOx降低催化剂的NOx吸藏还原型催化剂和NOx直接还原型催化剂等。通过这些催化剂可有效净化废气中的NOx。
该NOx吸藏还原型催化剂是在氧化铝(Al2O3)、沸石等氧化物载持层上载持了促进氧化·还原反应的催化剂贵金属和具有NOx吸藏功能的NOx吸藏材料(NOx吸藏物质)的催化剂。作为该催化剂贵金属使用铂(Pt)或铅(Pb)等。NOx吸藏材料使用下述物质中的几种:钾(K)、钠(Na)、锂(Li)和铯(Cs)等碱金属;钡(Ba)、钙(Ca)等碱土族金属;以及镧(La)、钇(Y)等稀土类等。
在流入的废气的空燃比为稀(氧气过多)状态而气体中存在O2(氧气)的情况下,该NOx吸藏还原型催化剂通过贵金属类氧化废气中的NO(一氧化氮)而成为NO2(二氧化氮)。该NO2作为硝酸盐(Ba2NO4等)积蓄在NOx吸藏材料中。
并且,当流入的废气的空燃比成为理论空燃比或浓(低氧气浓度)状态而在气体中不存在氧气时,Ba等NOx吸藏材料与一氧化碳(CO)结合,NO2被从硝酸盐中分解并放出。该放出的NO2通过贵金属类的三效功能由包含在排气中的未燃烃(HC)或CO等还原而成为氮气(N2)。其结果为,废气中的各个成分作为二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮气(N2)等无害物质放出到大气中。
因此,在具有NOx吸藏还原型催化剂的废气净化系统中,当NOx吸藏能力接近于饱和时,为了使吸藏的NOx放出而再生催化剂,进行再生操作。在该再生操作中,使燃料比理论空燃比多,使废气的空燃比为浓空燃比,并向催化剂供给使流入的废气的氧浓度降低的还原组成废气。通过进行该NOx吸藏能力恢复用的浓空燃比控制(リツチ制御),使吸收的NOx放出,并通过贵金属催化剂使该放出的NOx还原。
并且,为了使NOx吸藏还原型催化剂有效发挥功能,需要在浓空燃比状态时供给还原在稀空燃比状态下吸藏的NOx所需的足够量的还原剂。但是,在柴油机中,当仅在燃料系统中实现浓空燃比的状态时,燃料消耗率恶化。因此,例如在日本特开平6-336916号公报中,为了产生还原废气,减少吸气量并且将气缸内燃烧切换为浓空燃比燃烧。通过由节流阀节流吸气并且打开EGR阀而大量供给EGR气体,来进行该吸气量的减少。并且,浓空燃比燃烧通过追加用于加深浓空燃比燃烧程度的燃料来进行。
另一方面,NOx直接还原型催化剂是在β型沸石等载持体上载持了作为催化剂成分的铑(Rh)或钯(Pd)等金属。并且,进行如下的处理。配合减轻金属的氧化作用并有助于保持NOx还原能力的铈(Ce)。在下层设置三效催化剂来促进氧化还原反应、尤其是浓空燃比状态下的NOx的还原反应。为了提高NOx的净化率对载持体添加铁(Fe)。
在柴油机等内燃机的废气的空燃比为稀空燃比状态的废气那样的氧浓度高的气体中,该NOx直接还原型催化剂将NOx直接还原成氮气(N2)。但是,在该还原时,在作为催化剂的活性物质的金属上吸附氧气(O2)而还原性能恶化。因此,需要使废气中的氧浓度成为大致接近于零的状态,以便使废气的空燃比为理论空燃比或浓空燃比状态,从而再生并活性化催化剂的活性物质。
而且,与NOx吸藏还原型催化剂同样,在为通常的发动机运转状态的情况、即在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下净化NOx。在该净化时,在浓空燃比状态的情况下还原被氧化的催化剂,从而恢复NOx净化能力。
但是,在该再生控制的浓空燃比燃烧时,当与稀空燃比燃烧时的喷油正时相同时刻进行燃料喷射时,由于通过大量的非活性气体(EGR气体)和吸气节流来减少吸气量,所以点火延迟增大并产生不发火。因此,在切换为浓空燃比燃烧的同时,使喷油正时提前10°左右。
然而,在使吸气系统和燃料系统组合地进行浓空燃比控制的情况下,在该吸气系统控制和燃料系统控制中,应答性存在不同。即,在吸气系统的浓空燃比控制中,使大量的EGR气体循环而降低吸气中的氧浓度。但是,由于在该EGR气体的循环中花费时间,所以达到目标空燃比花费时间。因此,应答变得缓慢,空气系统的控制的应答性差。另一方面,在燃料系统的浓空燃比控制中,相对于吸气系统的比较平稳的变化,燃烧系统的喷油正时的提前和滞后角极迅速地进行。为此,如图7的t1所示,在从通常运转的稀空燃比状态转移到再生控制的浓空燃比状态时,即在向浓空燃比状态的初期过渡期,在吸气系统的空气过剩率λ达到浓空燃比条件λq之前,燃烧系统的喷油正时T的提前角结束。并且,如图7的t2所示,在从再生控制的浓空燃比状态转移到通常运转的稀空燃比状态时,即在向稀空燃比状态的初期过渡期,在吸气系统的空气过剩率λ达到稀空燃比条件λ1之前,燃料系统的喷油正时T的滞后角结束。因此,产生NOx的产生量Cnoxin、燃烧噪音和转矩等急剧增加,并招致运转性能的显著恶化的问题。
另外,在空气过剩率的切换时,相对于目标吸入空气量的变化实际吸入空气量的变化延迟,实际吸入空气量的变化也比燃料喷射量的变化延迟。因此,成为过浓空燃比而不发火、或排放物恶化或者产生转矩振动。为了防止这些情况,在日本的特开2000-154748号公报中,根据检测或推定的实际吸入空气量、所设定的混合气进行稳定燃烧的稳定燃烧λ范围,来限制燃料喷射量以使实际的空气过剩率λ在稳定燃烧λ范围内。并且,提出根据燃料喷射量和稳定燃烧λ范围的关系来变更喷油正时的内燃机控制装置。在该装置中,在NOx吸藏还原型催化剂的NOx还原净化控制中(再生控制中),将喷油正时切换为均匀燃烧模式。
然而,所谓该内燃机控制装置中的喷油正时的变更是指,在相对于λ=1.3~3的成层燃烧模式和相对于λ=0.7~1.4的均匀燃烧模式之间的变更。也就是说,不是在各模式内的喷油正时的时时刻刻的变更。因此,不能解决由上述那样的电子控制的非常高速地进行的喷油正时的变更和应答较迟的吸气系统的变化而产生的问题,即向浓空燃比燃烧的过渡期和向稀空燃比燃烧的过渡期中的问题。
专利文献1:日本特开平6-336916号公报
专利文献2:日本特开2000-154748号公报
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出,其目的在于,提供一种废气净化方法及废气净化系统,在具有为了净化废气中的NOx而在流入的废气为浓空燃比状态时恢复NOx净化能力的NOx净化催化剂的废气净化系统中,在向浓空燃比状态的转移期间和向稀空燃比状态的转移期间的期间,可防止由于向气缸内的燃料喷射的喷油正时的过度的提前角和过度的滞后角而产生的不发火、燃烧噪音、转矩变动和运转性能等的恶化。
为达成上述目的的废气净化方法的特征在于,在具有在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下净化NOx且在为浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力的NOx净化催化剂、和进行用于恢复上述NOx净化催化剂的NOx净化能力的再生控制的催化剂再生控制单元,并且并用减少吸气量的吸气系统的控制和增加向气缸内的燃料喷射量的燃料系统的控制,而进行上述再生控制的浓空燃比状态的控制的废气净化系统中,在上述NOx净化催化剂的再生控制时的稀空燃比状态和浓空燃比状态的切换期间,对应于时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化,使向气缸内的燃料喷射的喷油正时变化。
此处所说的NOx净化催化剂中有NOx吸藏还原型催化剂和NOx直接还原型催化剂等。在NOx净化能力的恢复中包含NOx吸藏还原型催化剂的NOx吸藏能力的恢复或从硫中毒的恢复,并且包含NOx直接还原型催化剂的NOx还原能力的恢复或从硫中毒的恢复等。
在该方法中,在用于NOx净化催化剂的NOx净化能力的恢复的再生控制时,在稀空燃比燃烧方式和浓空燃比燃烧方式的切换时,不使喷油正时一下子提前或滞后到规定的目标正时。并且,对应于通过吸气系统的吸气节流或EGR控制进行比较迟的变化的气缸内的燃烧空燃比,使喷油正时提前或者滞后。由此,抑制NOx的产生、燃烧噪音的产生、转矩的急剧变化和运转性能的恶化等。
并且,在上述的废气净化方法中,其特征在于,在上述再生控制的初期的从稀空燃比状态向浓空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时提前,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所计算的喷油正时。
而且,在上述的废气净化方法中,其特征在于,在上述再生控制的末期的从浓空燃比状态向稀空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时滞后,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所计算的喷油正时。
并且,为了达成上述目的的废气净化系统为,具有:在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下净化NOx且在为浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力的NOx净化催化剂;和进行用于恢复上述NOx净化催化剂的NOx净化能力的再生控制的催化剂再生控制单元,并且并用减少吸气量的吸气系统的控制和增加向气缸内的燃料喷射量的燃料系统的控制,来进行上述再生控制的浓空燃比状态的控制,在该废气净化系统中,在上述NOx净化催化剂的再生控制时的稀空燃比状态和浓空燃比状态的切换期间,上述催化剂再生控制单元对应于时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化,使向气缸内的燃料喷射的喷油正时变化。
通过该构成的废气净化系统,可以实施上述的废气净化方法,并可以发挥与该方法相同的效果。
并且,在上述的废气净化系统中,上述催化剂再生控制单元构成为,在上述再生控制的初期的从稀空燃比状态向浓空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时提前,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所计算的燃烧喷油正时。
而且,在上述的废气净化系统中,上述催化剂再生控制单元构成为,在上述再生控制的末期的从浓空燃比状态向稀空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时滞后,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所计算的燃烧喷油正时。
在上述NOx净化催化剂是在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下吸藏NOx且在为浓空燃比状态的情况下将吸藏的NOx放出并且还原的NOx吸藏还原型催化剂,或者是在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下还原净化NOx且在为浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力的NOx直接还原型催化剂的情况下,可以提供该废气净化系统,并可发挥较大的效果。
另外,此处所说的气缸内的燃烧空燃比的意思是气缸内的燃烧的空燃比,为了与供给到流入NOx吸藏还原型催化剂的废气中的空气量和燃料量(包括在气缸内燃烧了的部分)的比、即废气的空燃比进行区别而使用。
如以上所说明的,根据本发明的废气净化方法及废气净化系统,在用于恢复NOx净化催化剂的NOx净化能力的再生控制时,在气缸内的燃烧空燃比成为稀空燃比的燃烧方式和成为浓空燃比的燃烧方式之间的燃烧方式的切换时,不使喷油正时一下子提前或滞后到规定的目标正时,而是对应于通过吸气系统的吸气节流或EGR控制而变化的气缸内的燃烧空燃比(空气过剩率λ)的变化,使喷油正时提前或者滞后,由此,可以防止NOx发生量、燃烧噪音、转矩的急剧变化和运转性能等极端恶化的情况。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的构成的图。
图2是表示本发明的实施方式的废气净化系统的控制单元的构成的图。
图3是表示用于再生NOx吸藏还原型催化剂的控制流程的一例的图。
图4是详细表示图3的控制流程的浓空燃比转移控制的流程的图。
图5是详细表示图3的控制流程的稀空燃比转移控制的流程的图。
图6是以时间序列表示本发明的废气净化方法的情况的空气过剩率、喷油正时和NOx浓度的关系的图。
图7是以时间序列表示现有技术中的废气净化方法的情况的空气过剩率、喷油正时和NOx浓度的关系的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式的废气净化方法及废气净化系统进行说明。
图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统1的构成的图。在该废气净化系统1中,在发动机(内燃机)E的排气通路3上配置有具有氧化催化剂21和NOx吸藏还原型催化剂22的废气净化装置20。
该氧化催化剂21如下地形成。在蜂窝状的由堇青石或者耐热钢构成的载持体的表面上,设置活性氧化铝(Al2O3)等催化剂涂层。该催化剂涂层载持由铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)等贵金属构成的催化剂活性成分。该氧化催化剂将流入的废气中的HC、CO等氧化。由此,使废气为低氧状态并且通过燃烧热使废气温度上升。
NOx吸藏还原型催化剂22是在整体式催化剂上设置催化剂涂层而构成。该整体式催化剂由堇青石或者碳化硅(SiC)极薄板不锈钢形成。该整体式催化剂的构造体的载持体具有多个小室。该催化剂涂层由氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO)等形成。在该小室的内壁上设置的催化剂涂层具有大的表面积,提高与废气的接触效率。该催化剂涂层载持有铂(Pt)、钯(Pd)等的催化剂金属和钡(Ba)等NOx吸藏材料(NOx吸藏物质)。
在该NOx吸藏还原型催化剂22中,在氧浓度较高的废气的状态(稀空燃比状态)时,NOx吸藏材料吸藏废气中的NOx,由此净化废气中的NOx。并且,在氧浓度较低或为零的废气状态(浓空燃比状态)时,放出吸藏的NOx。与此同时,通过催化剂金属的催化作用还原所放出的NOx。由此,防止NOx向大气中流出。
而且,在该氧化催化剂21的上游侧配置第1废气成分浓度传感器23。在NOx吸藏还原型催化剂22的下游侧配置第2废气成分浓度传感器24。该废气成分浓度传感器23、24是λ传感器(空气过剩率传感器)、NOx浓度传感器和氧浓度传感器一体化的传感器。另外,也可以使用氧浓度传感器或空气过剩率传感器代替第1及第2废气成分浓度传感器23、24。但是,在该情况下,另外设置NOx浓度传感器,或者采用不使用NOx浓度的测定值的控制。而且,为了检测废气的温度,在氧化催化剂21的上游侧配置第1温度传感器25,并且在NOx吸藏还原型催化剂22的下游侧配置第2温度传感器26。
而且,设置有控制装置(ECU:发动机控制单元)30,进行发动机E的运转的所有控制,并且还进行NOx吸藏还原型催化剂22的NOx净化能力的恢复控制。来自第1及第2废气成分浓度传感器23、24和第1及第2温度传感器25、26等的检测值被输入该控制装置30中。从该控制装置30输出控制发动机E的吸气节流阀(吸气调节阀)8、EGR阀12和燃料喷射用的共轨电子控制燃料喷射装置的燃料喷射阀16等的信号。
在该废气净化系统1中,空气A通过吸气通路2的空气清洁器5和空气质量流量传感器(MAF传感器)6,并由涡轮增压器7的压缩机压缩升压。该空气A由吸气节流阀8调整其量,并从吸气歧管进入气缸内。而且,在气缸内产生的废气G从排气歧管排出到排气通路3中,而驱动涡轮增压器7的涡轮。之后,废气G通过废气净化装置20并成为被净化的废气Gc。该被净化的废气Gc通过未图示的消音器而被排放到大气中。并且,废气G的一部分作为EGR气体Ge,通过EGR通路4的EGR冷却器11。该EGR气体Ge由EGR阀12调整其量并再循环到吸气歧管中。
而且,废气净化系统1的控制装置被组装在发动机E的控制装置30中,与发动机E的运转控制并行地进行废气净化系统1的控制。该废气净化系统1的控制装置构成为具有再生控制单元C10。如图2所示,该再生控制单元C10具有再生开始判断单元C11、浓空燃比转移控制单元C12、再生继续控制单元C13、再生结束判断单元C14、稀空燃比控制单元C15、吸气系统浓空燃比控制单元C16和燃料系统浓空燃比控制单元C17。
另外,此处所说的再生控制中包括:用于恢复NOx吸藏物质的NOx吸藏能力的催化剂再生控制;和对于燃料中的硫成分导致的催化剂的硫中毒,进行从催化剂中清除硫的除硫再生控制。
再生开始判断单元C11为,在催化剂再生控制的情况下,根据发动机的运转状态计算单位时间的NOx的排出量ΔNOx,并对其进行累积计算而求出NOx累积值∑NOx。在该NOx累积值∑NOx超过了规定的判断值Cn时,该单元C11判断为开始再生。或者,该单元C11根据由第1及第2废气成分浓度传感器23、24检测的NOx吸藏还原型催化剂22的上游侧和下游侧的NOx浓度来计算NOx净化率。在所计算的NOx净化率变得比规定的判断值低的情况下,该单元C11判断为开始NOx催化剂的再生。
并且,在用于从硫中毒的恢复的除硫控制的情况下,该单元C11判断在NOx吸藏能力降低之前硫是否蓄积。作为该判断方法,存在累积计算硫(硫胺)蓄积量S,并在该硫累积值∑S超过了规定的判断值Cs时判断为开始再生等方法。
并且,浓空燃比转移控制单元C12为,在再生控制的初期的从稀空燃比状态向浓空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的主燃料喷射的喷油正时T提前,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比(空气过剩率λn)的变化而计算的喷油正时Tn。在该控制中,在浓空燃比转移开始时,通过吸气系统浓空燃比控制单元C16和燃料系统浓空燃比控制单元C17减少吸气量并且增加燃料量。之后,对应于作为过渡期的较迟的变化的燃烧空燃比(空气过剩率λn)的变化,使喷油正时T从稀空燃比喷油正时T1逐渐提前直到成为浓空燃比燃烧的目标喷油正时Tq。
并且,再生继续控制单元C13为,进行控制以便使空燃比(空气过剩率λ)为理想空燃比(理论空燃比)或者作为浓空燃比的目标空燃比(目标空气过剩率λq)的状态继续。在该控制中,通过吸气系统浓空燃比控制单元C16和燃料系统浓空燃比控制单元C17减少吸气量并且增加燃烧量,但保持使喷油正时T为目标喷油正时Tq的状态。
再生结束判断单元C14在催化剂再生控制的情况下,通过以下几种方法等来判断为结束NOx催化剂的再生。在再生控制的继续时间经过了规定的时间时,判断为结束NOx催化剂的再生。或者,根据发动机的运转状态,计算单位时间的从NOx吸藏还原型催化剂20的NOx放出量ΔNOxout,并在将其累积计算的ΔNOx累积放出值∑NOxout超过规定的判断值Cnout时,判断为结束NOx催化剂的再生。或者,根据NOx吸藏还原型催化剂20的上游侧和下游侧的NOx浓度来计算NOx净化率,在该NOx净化率变得比规定的判断值高时判断为结束NOx催化剂的再生。并且,在除硫控制的情况下,如下地判断为结束NOx催化剂的再生。累积计算硫(硫胺)清除量Sout。在该累积硫清除量∑Sout超过再生开始时的硫蓄积量∑S时,判断为结束NOx催化剂的再生。
而且,稀空燃比转移控制单元C15为,在再生控制的末期的从浓空燃比状态向稀空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的主燃料喷射的喷油正时T滞后,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比(空气过剩率λ)的变化所计算的喷油正时Tn。在该控制中,在稀空燃比转移开始时,通过吸气系统浓空燃比控制单元C16和燃料系统浓空燃比控制单元C17,减少吸气量并增加燃烧量。之后,对应于较迟的燃烧空燃比(空气过剩率λn)的变化,使喷油正时T从目标喷油正时Tq逐渐滞后直到成为稀空燃比喷油正时T1。
而且,在该废气净化系统1中,通过组装到发动机E的控制装置30中的再生控制单元C10,根据图3~图5所例示的控制流程,进行NOx吸藏还原型催化剂20的再生控制。并且,在图6中表示该图3~图5的控制流程的空气过剩率λ、主喷油正时T和从发动机排出的NOx浓度Cnoxin的时间序列的一例。该NOx浓度Cnoxin为NOx吸藏还原型催化剂20的上游侧的NOx浓度。
另外,该图3的控制流程表示,在发动机E运转时与发动机E的其他的控制流程并行地反复实施的流程。
当该图3的控制流程开始时,在步骤S10中,通过NOx催化剂的再生开始判断单元C11,判断是否再生开始,即是否需要催化剂的再生处理用的浓空燃比控制。在该步骤S10中在判断为再生开始的情况下,前进到步骤S20,在判断为不是再生开始的情况下,在步骤S11中在规定的时间(与进行再生开始的判断的间隔有关的时间:例如,Δt1)的期间进行通常运转,之后,返回到步骤S10并反复进行再生开始的判断。
该再生开始的判断如下地进行。例如,根据表示预先设定并输入的、表示发动机的转速和负载等的发动机的运转状态的量和NOx排出量的关系的图形数据,根据发动机的运转状态来计算单位时间的NOx的蓄积量ΔNOx。从上次的再生控制后累积计算该计算值ΔNOx,而算出NOx蓄积量∑NOx。根据该NOx蓄积量∑NOx是否超过规定的判断值Cn来进行再生开始的判断。另外,在使用测定的NOx浓度的情况下,根据入口NOx浓度Cnoxin和出口NOx浓度Cnoxout的差ΔCm(=Cnoxin-Cnoxout)和由空气质量流量传感器6测定的吸气量Va,来计算单位时间的NOx蓄积量ΔNOx(=ΔCm×Va)。对其进行累积计算,算出NOx积蓄量∑NOx。
在步骤S20中,通过浓空燃比转移控制单元C12,对应于过渡期的燃烧空燃比(空气过剩率λn)的变化,使喷油正时T从稀空燃比喷油正时T1逐渐滞后直到成为浓空燃比的目标喷油正时Tq。
更详细地说,如图4所示,在步骤S21中,通过吸气系统浓空燃比控制单元C16,节流控制吸气节流阀8并且打开EGR阀112而进行使EGR量增加的控制,而减少新气的吸气量。然后,在下一步骤S22中,通过燃料系统浓空燃比控制单元C17,控制燃料喷射阀16而将气缸内喷射中的燃料喷射增加到再生控制用的规定的燃料喷射量。
而且,在步骤S23中,根据由第1废气成分浓度传感器(或者氧浓度传感器)23计测的氧浓度,或者根据喷射到气缸内的燃料量和由空气质量流量传感器(MAF传感器)6检测的吸入空气量等,计算瞬时空气过剩率λn(时时刻刻的空气过剩率λ)。
在下一步骤S24中,例如通过Tn=f(λn)=(Tq-T1)×((λ1-λn)/+(λ1-λq))+T1的计算式等算出瞬时喷油正时Tn。此处,Tq是目标喷油正时、T1是吸空燃比控制时的喷油正时、λq是目标浓空燃比空气过剩率、λ1是稀空燃比空气过剩率。该瞬时喷油正时Tn的算出可以作为这样的函数的值而求出,也可以根据预先输入的图形数据而算出。
而且,在下一步骤S25中,使主燃料喷射的喷油正时T提前,以便成为该瞬时喷油正时Tn,并在规定的时间(例如,Δt2)的期间进行再生控制。之后,在步骤S26中,检查瞬时喷油正时Tn是否成为目标喷油正时Tq以上(Tn≥Tq),如果为以上则结束步骤S20。并且,如果瞬时喷油正时Tn不为目标喷油正时Tq以上则返回步骤S23。
即,在该步骤S20中,在瞬时空气过剩率λn成为催化剂再生用的目标空气过剩率λq之前,以规定的时间Δt2间隔进行如下的控制。根据其时时刻刻的瞬时空气过剩率λn、通过Tn=f(λn)算出瞬时喷油正时Tn。以该瞬时喷油正时Tn进行主燃料喷射,并从稀空燃比控制时的喷油正时T1逐渐提前到目标喷油正时Tq。
当结束步骤S20时,如图3所示,前进到步骤S30的再生继续控制。在该步骤S30中,通过吸气系统浓空燃比控制单元C16,节流控制吸气节流阀8并打开EGR阀12来继续使EGR量增加的控制,并继续减少新气的吸气量。并且,通过燃料系统浓空燃比控制单元C17,在气缸内的燃料喷射中,以增加的燃料喷射量且在主燃料喷射提前到目标喷油正时Tq的状态下,在规定的时间(例如,Δt3)的期间继续再生控制。
通过该步骤S30的再生继续控制,将废气的状态维持在规定的目标空燃比λq的浓空燃比状态,并且维持在规定的温度范围(虽根据催化剂的不同而不同,但在催化剂再生中大致为200℃~600℃,在硫中毒恢复中为可除硫的温度、大致为500℃~750℃)。
该步骤S30之后,在步骤S40中通过再生结束判断单元C14,判断是否再生结束。在该判断中,如果不为再生结束则返回到步骤S30,到再生结束为止反复进行再生继续控制。并且,如果再生结束则前进到步骤S50的稀空燃比转移控制。
该再生结束的判断根据再生继续时间是否经过了预先设定的规定的再生控制结束时间来进行判断,在经过了的情况下判断为再生结束。而且,在计测NOx浓度时,根据入口NOx浓度Cnoxin和出口NOx浓度Cnoxout的差ΔCm(=Cnoxin-Cnoxout)是否比规定的判断值Dn大来进行判断。即,在ΔCm成为规定的判断值Dn以上的情况下,作为NOx净化能力被恢复来结束浓空燃比控制。或者,根据出口NOx浓度Cnoxout和入口NOx浓度Cnoxin的比RCm(=Cnoxout/Cnoxin)是否比规定的判断值Rn大来进行判断。
在步骤S50中,如图5所示,在步骤S51中,通过吸气系统浓空燃比单元C16,停止节流控制吸气节流阀8并且将EGR阀12关闭为通常运转的EGR用的阀开度,进行停止在浓空燃比控制中进行的EGR量的增加的控制。由此,使新气的吸气量返回到通常运转的量。并且,在下一步骤S52中,通过燃料系统浓空燃比控制单元C17,控制燃料喷射阀16,使气缸内喷射中的燃料喷射返回到通常运转用、即稀空燃比运转用的燃料喷射量。
然后,在步骤S53中,根据由第1废气成分浓度传感器(或者氧浓度传感器)23计测的氧浓度,算出瞬时空气过剩率λn(时时刻刻的空气过剩率λ)。或者,根据喷射到气缸内的燃料量和由空气质量流量传感器(MAF传感器)6检测的吸入空气量等算出瞬时空气过剩率λn。
在下一步骤S54中,与步骤S24相同地通过Tn=f(λn)的计算式等算出瞬时喷油正时Tn。然后,在下一步骤S55中,使主燃烧喷射的喷油正时滞后,以便成为该瞬时喷油正时Tn,并在规定的时间(例如,Δt4)的期间进行再生控制。之后,在步骤S56中,检查瞬时喷油正时Tn是否成为稀空燃比喷油正时T1以下(Tn≤T1),如果为以下则结束步骤S50。并且,如果不为以下则返回到步骤S53。
即,在该步骤S50中,到瞬时空气过剩率λn成为通常运转的稀空燃比空气过剩率λ1为止,以规定的时间Δt4间隔,根据其时时刻刻的瞬时空气过剩率λn、通过Tn=f(λn)算出瞬时喷油正时Tn。在该瞬时喷油正时Tn进行主燃料喷射,并使其从目标喷油正时Tq逐渐滞后到稀空燃比控制时的喷油正时T1。
通过该步骤S20~S50中的控制恢复NOx净化能力,并返回到步骤S10。反复进行该步骤S10~S50。但是,当由于发动机的停止等产生中断时,从控制的途中前进到步骤S60。在该步骤S60中,进行如下情况。存储中断发生前的数据。进行各控制和各种操作的结束作业等的控制结束操作。停止控制(Stop)、结束控制(End)。
根据该图3~图5的控制流程,在NOx净化催化剂12的再生控制时的稀空燃比状态和浓空燃比状态的切换期间,即在t1、t2的期间,可对应于时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比(空气过剩率λn)的变化,使向气缸内的主燃料喷射的喷油正时T变化。
并且,根据上述废弃净化方法和废弃净化系统1,在用于对NOx净化催化剂12恢复NOx净化能力的再生控制时,在气缸内的燃烧空燃比成为稀空燃比的燃烧方式和成为浓空燃比的燃烧方式之间的燃烧方式的切换时,不使燃烧喷油正时T一下子提前或滞后到规定的目标正时Tq、T1,而是对应于通过吸气系统的吸气节流或EGR控制而变化的气缸内的燃烧空燃比(空气过剩率λn)的变化,使喷油正时Tn提前或滞后。由此,可以防止NOx产生量、燃烧噪音、转矩的急剧变化和运转性能等的极端恶化等。
另外,在上述中,作为NOx净化催化剂以NOx吸藏还原型催化剂为例进行了说明,但在作为NOx净化催化剂使用直接还原型催化剂的情况下也是同样的。主要是,只要是在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下净化NOx、在浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力的NOx净化催化剂,就可以适用本发明。
产业上的利用性
具有上述优秀效果的本发明的废弃净化方法及废气净化系统,可以作为汽车搭载的内燃机等的废气净化方法及废气净化系统而极有效地利用。
Claims (7)
1.一种废气净化方法,其特征在于,
在具有在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下净化NOx且在为浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力的NOx净化催化剂、和进行用于恢复上述NOx净化催化剂的NOx净化能力的再生控制的催化剂再生控制单元,并且并用减少吸气量的吸气系统的控制和增加向气缸内的燃料喷射量的燃料系统的控制,进行上述再生控制的浓空燃比状态的控制的废气净化系统中,
在上述NOx净化催化剂的再生控制时的稀空燃比状态和浓空燃比状态的切换期间,对应于时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化,使向气缸内的燃料喷射的喷油正时变化。
2.如权利要求1所述的废气净化方法,其特征在于,
在上述再生控制的初期的从稀空燃比状态向浓空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时提前,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所算出的燃烧喷油正时。
3.如权利要求1或2所述的废气净化方法,其特征在于,
在上述再生控制的末期的从浓空燃比状态向稀空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时滞后,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所算出的燃烧喷油正时。
4.一种废气净化系统,其特征在于,具有:NOx净化催化剂,在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下净化NOx、且在为浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力;和催化剂再生控制单元,进行用于恢复上述NOx净化催化剂的NOx净化能力的再生控制,并且并用减少吸气量的吸气系统的控制和增加向气缸内的燃料喷射量的燃料系统的控制,进行上述再生控制的浓空燃比状态的控制,
在上述NOx净化催化剂的再生控制时的稀空燃比状态和浓空燃比状态的切换期间,上述催化剂再生控制单元对应于时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化,使向气缸内的燃料喷射的喷油正时变化。
5.如权利要求4所述的废气净化系统,其特征在于,
上述催化剂再生控制单元,在上述再生控制的初期的从稀空燃比状态向浓空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时提前,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所算出的燃烧喷油正时。
6.如权利要求4或5所述的废气净化系统,其特征在于,
上述催化剂再生控制单元,在上述再生控制的末期的从浓空燃比状态向稀空燃比状态的切换的期间,使向气缸内的喷油正时滞后,以便成为根据时时刻刻的气缸内的燃烧空燃比的变化所算出的燃烧喷油正时。
7.如权利要求4~6任一项所述的废气净化系统,其特征在于,
上述NOx净化催化剂,为在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下吸藏NOx、且在为浓空燃比状态的情况下将吸藏的NOx放出并且还原的NOx吸藏还原型催化剂,或者为在废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下还原净化NOx、且在为浓空燃比状态的情况下恢复NOx净化能力的NOx直接还原型催化剂。
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