CN101292079B - 用于内燃机的排气净化装置和用于控制该装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的排气净化系统，包括由内燃机的排气通路(21)分支而成的第一排气通路(22a)和第二排气通路(22b)。在各个排气通路(22a，22b)中设置有NOx储存还原催化剂(23a，23b)和颗粒过滤器(24a，24b)。当要从NOx储存还原催化剂(23a，23b)释放NOx时从燃料阀(32)供给燃料。在所供给的燃料附着到NOx储存还原催化剂(23a，23b)上时，排气控制阀之一如第一排气控制阀(26a)暂时关闭以使排气的空燃比保持为浓。当下一次从NOx储存还原催化剂(23a，23b)释放NOx时，第二排气控制阀(26b)在供给燃料后暂时关闭。

Description

用于内燃机的排气净化装置和用于控制该装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气净化装置和一种用于控制该装置的方法。
背景技术
一种已知的内燃机包括由公共排气通路分支而成的第一排气通路和第二排气通路，在第一排气通路和第二排气通路的每一个中均设置有NOx吸收剂，NOx吸收剂在进入的排气的空燃比为稀时储存包含在排气中的NOx并且在进入的排气的空燃比为浓时释放储存在其中的NOx。在这种内燃机中，在第一排气通路和第二排气通路的每一个中，在NOx吸收剂的上游设置有燃料阀且在NOx吸收剂的下游设置有排气控制阀(例如见日本专利申请公报No.JP-A-7-102947)。
在上述内燃机中，当释放储存在第一排气通路内的NOx吸收剂中的NOx时，通过关闭第一排气通路中的排气控制阀以将第一排气通路中的排气保留于其中并随后从第一排气通路中的燃料阀供给燃料而使第一排气通路中的排气的空燃比为浓。同样，当释放储存在第二排气通路内的NOx吸收剂中的NOx时，通过关闭第二排气通路中的排气控制阀以将第二排气通路中的排气保留于其中并随后从第二排气通路中的燃料阀供给燃料而使第二排气通路中的排气的空燃比为浓。
但是，在上述内燃机中存在这样一个问题，即需要两个燃料阀从NOx吸收剂释放NOx。更重要的是，由于燃料阀布置得离发动机很远，因而需要将燃料供给管延伸到燃料阀，这又成为另一个问题。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的排气净化装置，其包括第一排气通路和第二排气通路，所述第一和第二排气通路由设置在所述第一和第二通路上游的公共排气通路分支而成，其中在所述第一排气通路和所述第二排气通路的每一个中均设置有NOx吸收剂，所述NOx吸收剂在进入的排气的空燃比变稀时储存包含在排气中的NOx并且在进入的排气的空燃比变浓时释放所述NOx。在该装置中，在所述公共排气通路中设置有燃料阀，当需要从设置在所述第一排气通路中的所述NOx吸收剂以及从设置在所述第二排气通路中的所述NOx吸收剂释放NOx时，从所述燃料阀供给燃料，以使所述第一排气通路和所述第二排气通路的每一个中的排气的空燃比为浓，并且所述第一排气通路和所述第二排气通路中的一个排气通路在从所述燃料阀供给所述燃料后暂时关闭，以便使所述第一排气通路和所述第二排气通路中的所述一个排气通路中的排气的空燃比保持为浓。
本发明的第二方面涉及一种用于控制用于内燃机的排气净化装置的方法，所述用于内燃机的排气净化装置包括第一排气通路和第二排气通路，所述第一和第二排气通路由设置在所述第一排气通路和所述第二排气通路上游的公共排气通路分支而成，在所述第一排气通路和所述第二排气通路的每一个中均设置有NOx吸收剂，所述NOx吸收剂在进入的排气的空燃比为稀时储存包含在排气中的NOx并且在进入的排气的空燃比为浓时释放所述NOx，在所述公共排气通路中设置有燃料阀。在该方法中，当需要从设置在所述第一排气通路中的所述NOx吸收剂和设置在所述第二排气通路中的所述NOx吸收剂释放NOx时，从所述燃料阀供给燃料，以使所述第一排气通路和所述第二排气通路的每一个中的排气的空燃比为浓；并且在从所述燃料阀供给所述燃料后暂时关闭所述第一排气通路和所述第二排气通路中的一个排气通路，以便使所述第一排气通路和所述第二排气通路中的所述一个排气通路中的排气的空燃比保持为浓。
根据本发明的这些方面，可在确保良好的燃料消耗的同时减少燃料阀的数量，并且燃料阀可设置得更靠近发动机。
附图说明
从下面参照附图对优选实施例的说明中可清楚看到本发明的上述及其它目的、特征和优点，在附图中类似的附图标记用于表示类似的元件，且其中：
图1为压燃式内燃机的总体视图；
图2为NOx储存催化剂的侧剖视图；
图3A和3B为催化剂载体的表面部分的剖视图；
图4A为颗粒过滤器的前视图；
图4B为颗粒过滤器的侧剖视图；
图5A至5D为示出吸收在NOx吸收剂中的NOx的量、燃料供给正时、打开和关闭排气控制阀的正时及排气通路中的空燃比的时序图；
图6为示出NOx量NOXA的映射图的视图；
图7A为示出第一时间段Δt1与进气量Ga之间关系的曲线图；
图7B为示出第一时间段Δt1与NOx吸收剂的温度Tc之间关系的曲线图；
图7C为示出第一时间段Δt1的映射图的图示；
图8A为示出第二时间段Δt2与NOx吸收剂的温度Tc之间关系的曲线图；
图8B为示出第二时间段Δt2与进气量Ga之间关系的曲线图；
图8C为示出第二时间段Δt2的映射图的图示；
图9A至9E为示出颗粒过滤器的差压ΔP、燃料添加正时、排气通路中的空燃比、颗粒过滤器的温度及NOx吸收剂中所吸收的SOx量的时序图；
图10A至10C为示出当颗粒过滤器的温度升高时的燃料供给正时、打开和关闭排气控制阀的正时及排气通路中的空燃比的时序图；
图11A至11C为示出燃烧颗粒物质时的燃料供给正时、打开和关闭排气控制阀的正时及排气通路中的空燃比的时序图；
图12A至12C为示出释放SOx时的燃料供给正时、打开和关闭排气控制阀的正时及排气通路中的空燃比的时序图；
图13A和13B为排气净化处理过程的流程图；以及
图14A和14B为示出压燃式内燃机的变型示例的图示。
具体实施方式
图1是压燃式内燃机的总体视图。图1示出发动机本体1、气缸的燃烧室2、用于将燃料喷入相应燃烧室2中的电子燃料喷射阀3、进气歧管4及排气歧管5。进气歧管4经进气道6连接到排气驱动涡轮增压器7的压缩机7a的出口，而压缩机7a的入口经空气流量计8连接到空气滤清器9。在进气道6中设置有电子节气门10，并且用于冷却流过进气道6的进气(吸入空气)的冷却装置11设置成围绕进气道6。在图1所示的实施例中，发动机冷却剂被引入冷却装置11中并冷却进气。排气歧管5连接到排气涡轮增压器7的排气涡轮机7b的入口，而排气涡轮机7b的出口连接到排气后处理装置20。
排气歧管5和进气歧管4经排气再循环(在下文中称作“EGR”)通路12相互连接，并且在EGR通路12中设置有电子EGR控制阀13。用于冷却流过EGR通路12的EGR气体的冷却装置14设置成围绕EGR通路12。在图1所示的实施例中，发动机冷却剂被引入冷却装置14中并冷却EGR气体。每个燃料喷射阀3经对应的燃料供给管15连接到共轨16。燃料从燃料泵17供给到共轨16。燃料泵17是电子控制的，并且燃料泵17的排放量可变。这样，燃料从燃料泵17供给到共轨16，随后经燃料供给管15供给到燃料喷射阀3。
排气后处理装置20包括排气通路21、第一排气通路22a及第二排气通路22b。排气通路21连接到排气涡轮机7b的出口，并分支为第一排气通路22a和第二排气通路22b。第一NOx储存-还原催化剂23a、第一颗粒过滤器24a、第一氧化催化剂25a及由致动器27a驱动的第一排气控制阀26a从上游侧以此顺序设置在第一排气通路22a中。同样，第二NOx储存-还原催化剂23b、第二颗粒过滤器24b、第二氧化催化剂25b及由致动器27b驱动的第二排气控制阀26b从上游侧以此顺序设置在第二排气通路22b中。第一排气通路22a和第二排气通路22b合并成位于第一排气控制阀26a和第二排气控制阀26b下游的公共排气通路27。
在第一排气通路22a中设置有温度传感器28a、第一差压传感器29a、温度传感器30a及空燃比传感器31a。温度传感器28a检测第一NOx储存-还原催化剂23a的温度，第一差压传感器29a检测第一颗粒过滤器24a上的差压。温度传感器30a检测从第一氧化催化剂25a排出的排气的温度，空燃比传感器31a检测该排气的空燃比。同样，在第二排气通路22b中设置有温度传感器28b、第二差压传感器29b、温度传感器30b及空燃比传感器31b。温度传感器28b检测第二NOx储存还原催化剂23b的温度，第二差压传感器29b检测第二颗粒过滤器24b上的差压。温度传感器30b检测从第二氧化催化剂25b排出的排气的温度，空燃比传感器31b检测该排气的空燃比。
如图1所示，在排气歧管5中设置有燃料阀32，且燃料从燃料阀32供给到排气歧管5中。在本发明的实施例中，燃料为柴油。
电子控制装置40是包括均经双向总线41连接的只读存储器(ROM)42、随机存取存储器(RAM)43、微处理器(CPU)44、输入端口45及输出端口46的数字计算机装置。从空气流量计8、温度传感器28a、28b、30a、30b、差压传感器29a、29b及空燃比传感器31a、31b输出的信号经相应的AD转换器47输入到输入端口45。负荷传感器50连接到加速踏板49并输出与加速踏板49的下压量成比例的输出电压。负荷传感器50的输出电压经相应的AD转换器47输入到输入端口45。曲柄转角传感器51连接到输入端口45并例如在曲轴每旋转15°时输出一输出脉冲。输出端口46经相应的驱动电路48连接到燃料喷射阀3、用于驱动节气门10的装置、EGR控制阀13、燃料泵17、致动器27a、27b及燃料阀32。
图2示出NOx储存还原催化剂23a、23b的结构。参照图2，NOx储存还原催化剂23a、23b均具有蜂窝状结构并包括多个排气通路61，所述多个排气通路61由设置在排气通路61之间的薄隔板60相互分开。例如由氧化铝制成的催化剂载体65支承在各个隔板60的各侧的表面上。图3A和3B示出催化剂载体65的表面部分的剖面。如图3A和3B所示，贵金属催化剂66分散地支承在催化剂载体65的表面上，并且在催化剂载体65的表面上形成有一层NOx吸收剂67。
在根据本发明的实施例中，将铂Pt用作贵金属催化剂66。NOx吸收剂67例如由以下成分中的至少一种构成：碱金属如钾K、钠Na和铯Cs；碱土金属如钡Ba和钙Ca；以及稀土金属如镧La和钇Y。假设将供给到进气通路、燃烧室2和NOx储存还原催化剂23a、23b上游的排气通路中的空气与燃料(碳氢化合物)的比率看作是排气的空燃比，则NOx吸收剂67在排气的空燃比稀时吸收NOx并且在排气中的氧浓度低时释放所吸收的NOx。
在下文中，将参照使用钡Ba作为构成NOx吸收剂67的成分的示例对NOx吸收剂如何吸收和释放NOx作详细说明。如图3A所示，当排气的空燃比稀时，即当排气中的氧浓度高时，包含在排气中的NO在铂Pt 66上被氧化成NO2。然后，NO2被NOx吸收剂67吸收，且随后与氧化钡BaO结合并以硝酸根离子NO3 -的形式分散于NOx吸收剂67中。这便是NOx是如何被NOx吸收剂67吸收的。只要排气中的氧浓度高，就会在铂Pt的表面上持续产生NO2。此外，在NOx吸收剂67的NOx吸收能力饱和之前，NO2将持续被NOx吸收剂67吸收并持续产生硝酸根离子NO3 -。
另一方面，当排气的空燃比为浓或为理论空燃比时，由于氧浓度低，会发生逆反应(从NO3 -到NO2)。即，如图3B所示，包含在NOx吸收剂67中的硝酸根离子NO3 -以NO2的形式从NOx吸收剂67释放出来。然后所释放的NOx被包含在排气中的未燃烧的HC和CO还原。
如上所述，当排气的空燃比稀时，即当发动机的燃烧在稀空燃比下进行时，包含在排气中的NOx被NOx吸收剂67吸收。但是，如果发动机的燃烧在稀空燃比下持续，则NOx吸收剂的NOx吸收能力饱和，且此后NOx吸收剂67变得无法再吸收更多的NOx。为解决这个问题，在本发明的实施例中，在NOx吸收能力饱和之前，从燃料阀32供给燃料以使得排气的空燃比暂时变浓并由此从NOx吸收剂67释放NOx。
图4A和4B示出颗粒过滤器24a、24b的结构。图4A是颗粒过滤器24a、24b的前视图，图4B是颗粒过滤器24a、24b的侧剖视图。如图4A和4B所示，颗粒过滤器24a、24b均具有蜂窝状结构，且包括多个相互平行延伸的排气通路70、71。每个排气流入通路70的下游端均被塞子72封闭，每个排气流出通路71的上游端均被塞子73封闭。应注意，图4A中的阴影部分表示塞子73。排气流入通路70与排气流出通路71跨过隔板74交替设置。换句话说，排气流入通路70和排气流出通路71被设置成使得每个排气流入通路70被四个排气流出通路71包围，且每个排气流出通路71被四个排气流入通路70包围。
颗粒过滤器24a、24b例如由多孔材料如堇青石制成。这样，如图4B中的箭头所示，流入到各个排气流入通路70中的排气通过周围的隔板74并流入到相邻的排气流出通路71中。在本发明的实施例中，例如由氧化铝制成的催化剂载体65支承在各个排气流入通路70与排气流出通路71的周壁面上，即支承在各个隔板74两侧的表面和各个隔板74中的各个孔隙的内壁表面上。如图3A和3B所示，由铂Pt制成的贵金属催化剂66分散地支承在各个催化剂载体65的表面上，并在其上形成有一层NOx吸收剂67。
这样，当发动机的燃烧在稀空燃比下进行时，包含在排气中的NOx被颗粒过滤器24a、24b上的NOx吸收剂67吸收，并且当从燃料阀32供给燃料时，由NOx吸收剂67吸收的NOx被释放。
包含在排气中的颗粒物质被捕集在颗粒过滤器24a、24b上并逐渐被氧化。但是，当开始捕集比能被氧化的颗粒物质更多的颗粒物质时，颗粒物质开始沉积在颗粒过滤器24a、24b上，并且随着沉积的颗粒物质增加，发动机输出降低。因此，当沉积的颗粒物质的量增大到一定水平时需要将其除去。对于颗粒过滤器24a、24b，通过将颗粒过滤器24a、24b加热到大约600℃而氧化并由此除去沉积的颗粒物质。
在本发明的该实施例中，当沉积在颗粒过滤器24a、24b上的颗粒物质的量超出容许极限时，换言之，当由差压传感器29a、29b检测到的各个颗粒过滤器24a、24b上的差压ΔP超出容许极限时，在流入各个颗粒过滤器24a、24b中的排气的空燃比保持为稀时从燃料阀32供给燃料。然后随着供给的燃料被氧化而产生的反应热使各个颗粒过滤器24a、24b的温度升高，从而沉积在颗粒过滤器24a、24b上的颗粒物质被氧化并从其中被除去。
应注意，在图1中，NOx储存-还原催化剂23a、23b可省略。此外，在图1中，假如在第一排气通路22a和第二排气通路22b中均设置有NOx吸收剂67，则可使用未承载有NOx吸收剂67的颗粒过滤器作为颗粒过滤器24a、24b。
在排气中包含有SO2以及NOx，且SO2如图3A和3B所示地被铂Pt 66氧化成SO3。随后，SO3被NOx吸收剂67吸收，此后与氧化钡BaO结合并以硫酸根离子SO4 2-的形式分散在NOx吸收剂67中。该反应生成稳定的硫酸盐BaSO4。但是，由于NOx吸收剂67是强碱性的，因而这种稳定的硫酸盐BaSO4不能被充分分解。因此，当仅使空燃比为浓时，稳定的硫酸盐BaSO4保持未分解。因此，随着时间流逝，在NOx吸收剂67中硫酸盐BaSO4增加。即，随着时间流逝，能被NOx吸收剂67吸收的NOx的量减少。
但是，如果将NOx吸收剂67加热到等于或高于600℃的SOx释放温度，且然后使排气的空燃比为浓，则SOx从NOx吸收剂67释放出来。这样，在本发明的该实施例中，当被NOx吸收剂67吸收的SOx的量增大到一定水平时，在将NOx吸收剂67的温度升高到SOx释放温度后使空燃比为浓。
接下来参照图5A至5D对用于从设置在各个NOx储存-还原催化剂23a、23b上的NOx吸收剂67和设置在各个颗粒过滤器24a、24b上的NOx吸收剂67释放NOx的控制进行说明。
每单位时间内从发动机释放出的NOx的量根据发动机的运转状态而改变。因此，每单位时间内被NOx吸收剂67吸收的NOx的量也根据发动机的运转状态而改变。在本发明的该实施例中，表示每单位时间内刚被NOx吸收剂67吸收的NOx的量的NOx量NOXA作为要求转矩TQ和发动机转速N的函数以如图6所示的映射图的形式被预先存储在ROM 42中。如图5A所示，通过累加NOx量NOXA来计算表示当前吸收在NOx吸收剂67中的NOx的量的NOx量∑NOX。
图5C示出第一排气控制阀26a如何关闭和打开以及第一排气通路22a中的空燃比如何变化，图5D示出第二排气控制阀26b如何关闭和打开以及第二排气通路22b中的空燃比如何变化。如图5A至5D所示，在正常状态下，即在NOx量∑NOX小于容许极限MAX时，第一排气控制阀26a与第二排气控制阀26b均打开，由此具有稀空燃比的排气流过第一排气通路22a和第二排气通路22b两者。因此，在此期间，第一排气通路22a和第二排气通路22b的每一个中的NOx吸收剂67都吸收排气中的NOx。
当NOx吸收剂67中的NOx量∑NOX达到或超出容许极限MAX(图5A中的X1)时，从燃料阀32供给燃料以从NOx吸收剂67释放NOx。燃料以雾的形式即以微粒的形式供给。燃料雾与排气一起流过公共排气通路21并随后流入到第一排气通路22a和第二排气通路22b的每一个中。
已进入第一排气通路22a和第二排气通路22b的燃料没有立即通过第一排气通路22a和第二排气通路22b，而是在其中比排气更缓慢地移动。在这个过程中，燃料暂时附着到设置在第一排气通路22a中的NOx储存还原催化剂23a、颗粒过滤器24a和氧化催化剂25a上，以及附着到设置在第二排气通路22b中的NOx储存还原催化剂23b、颗粒过滤器24b和氧化催化剂25b上，在此之后燃料蒸发。结果，如图5C和5D所示，第一排气通路22a和第二排气通路22b中的排气的空燃比变浓，并且NOx从第一排气通路22a和第二排气通路22b的每一个中的NOx吸收剂67释放出来。
在该实施例中，第一排气控制阀26a响应于从由燃料阀32供给燃料起(图5中的X1)所经过的第一时间段Δt1而关闭，而第二排气控制阀26b保持完全打开。由于第一排气控制阀26a如此在燃料供给后关闭，因而已进入第一排气通路22a的燃料保留在其中。
在这种情况下，如果第一排气控制阀26a在从燃料阀32供给燃料后关闭得过早，则燃料无法在第一排气通路22a中充分地向前移动，且由此燃料无法充分地附着到NOx储存还原催化剂23a和颗粒过滤器24a的表面上，结果燃料无法保留在第一排气通路22a中。另一方面，如果第一排气控制阀26a在供给燃料后关闭得过晚，则蒸发的燃料从第一排气通路22a流出。即，第一时间段Δt1是使得从燃料阀32供给的燃料能够保留在第一排气通路22a中的时间段。
应注意，排气的流速越高，即进气量越大，则燃料向前移动得越远。因此，随着进气的增加，第一排气控制阀26b必须关闭得越早。因此，如图7A所示，第一时间段Δt1随着进气量Ga的增加而缩短。此外，NOx储存-还原催化剂23a和颗粒过滤器24a的温度即NOx吸收剂67的温度Tc的升高会促进附着在其上的燃料蒸发。因此，如图7B所示，第一时间段Δt1随着NOx吸收剂67的温度Tc的升高而缩短。第一时间段Δt1作为进气量Ga和温度Tc的函数以图7C所示的映射图的形式预先存储在ROM42中。
第一控制阀26a即第一排气通路22a响应于从第一控制阀26a关闭即第一排气通路关闭起所经过的第二时间段Δt2而打开。在第一排气控制阀26a关闭时，附着在NOx储存还原催化剂23a和颗粒过滤器24a上的燃料蒸发，这使得保留在第一排气通路22a中的排气的空燃比为浓，由此被吸收在NOx吸收剂67中的NOx被释放和还原。这样，第二时间段Δt2是第一排气通路22a中的排气的空燃比保持为浓的时间段。该时间段越长，则NOx能更有效地被释放和还原。
应注意，NOx吸收剂67的温度Tc越高，则NOx被释放和还原得越快。因此，如图8A所示，第二时间段Δt2随着NOx吸收剂67的温度Tc的升高而缩短。应注意，排气控制阀26a、26b即使在完全关闭时也仍然允许少量的排气流过。因此，即使在第一排气控制阀26a完全关闭时，具有稀空燃比的排气也会流入第一排气通路22a。此时，排气量(进气量)越大，则第一排气通路22a中的排气的空燃比从浓变稀得越早(越快)。为解决该问题，如图8B所示，第二时间段Δt2随着进气量Ga的增加而缩短。
第二时间段Δt2作为进气量Ga和温度Tc的函数以图8C所示的映射图的形式预先存储在ROM 42中。
在燃料阀32在图5A中的X1处供给燃料后，如上所述，第二排气通路22b中的排气的空燃比变浓，从而NOx从第二排气通路22b中的NOx吸收剂67释放出来。但是，由于第二排气控制阀26b此时保持完全打开，因而从NOx储存还原催化剂23b和颗粒过滤器24b上蒸发的燃料未保留在第二排气通路22b中。因此，如图5C和5D所示，排气的空燃比在第一排气通路22a中保持为浓的时间要长于在第二排气通路22b中保持为浓的时间。这样，在这种情况下，NOx的释放和还原在第二排气通路22b中进行得不如在第一排气通路22a中更有效。
随后，在图5A中的X2处从燃料阀32供给燃料，然后第二排气控制阀26b响应于从供给燃料起所经过的第一时间段Δt1而关闭。此后，第二排气控制阀26b响应于从排气控制阀26b关闭起所经过的时间段Δt2而打开。在这种情况下，如图5C和5D所示，排气的空燃比在第二排气通路22b中保持为浓的时间要长于在第一排气通路22a中保持为浓的时间。
随后，在图5A中的X3处从燃料阀32供给燃料，且第一排气控制阀26a暂时关闭。即，每次使排气的空燃比为浓以从NOx吸收剂67释放NOx时，第一排气通路22a和第二排气通路22b交替地和暂时地关闭。
这样，在上述的该实施例中，当供给燃料以从排气通路22a、22b的每一个中的NOx吸收剂67释放NOx时，即使排气控制阀26a、26b之一在燃料供给后暂时关闭以使得在如此关闭的排气通路22a或22b中排气的空燃比较长时间地保持为浓，也使燃料流入排气通路22a、22b两者。通过这样将燃料引入排气通路22a、22b两者中，与将燃料引入排气通路22a、22b中的任一个时相比，燃料经济性提高。
下面将基于以下示例对该方面作更详细的说明。在该示例中，为了从NOx吸收剂67释放NOx，在第一排气控制阀26a完全打开而第二排气控制阀26b关闭时从燃料阀32供给燃料，从而所供给的燃料仅能被引入到第一排气通路22a中，并且当所供给的燃料已进入第一排气通路22a中时，第一排气控制阀26a关闭而第二排气控制阀26b打开。在这种情况下，理论上，所供给的燃料能全部进入到第一排气通路22a中，且在第一排气控制阀26a关闭后其中的排气的空燃比能保持为浓。
但是，在实际中，当在第一排气控制阀26a完全打开而第二排气控制阀26b关闭时供给燃料以使所供给的燃料全部进入第一排气通路22a中时，由于此时所供给的燃料呈微粒形式，因而所供给燃料的一部分由于惯性而流入到第二排气通路22b中。随后，被引入的燃料附着到第二排气通路22b的内壁面上等等，并且在第二排气控制阀22b稍后完全打开时，所附着的燃料开始流过第二排气通路22b。
但是，在这种情况下，所附着的燃料未使第二排气通路22b中的排气的空燃比为浓，这意味着NOx未从第二排气通路22b中的NOx吸收剂67中释放出来。也就是说，所附着的燃料只是被浪费掉了。另一方面，在本发明的实施例中，被引入第一排气通路22a和第二排气通路22b的每一个中的燃料被有效地用来释放NOx，从而燃料经济性更佳。
下面参照图9A至9E对用于升高颗粒过滤器24a、24b的温度的控制、用于燃烧颗粒物质的控制和用于从NOx吸收剂67释放SOx的控制进行说明。参照图9B，在在如图9B所示的时间段I内执行对颗粒过滤器24a、24b的升温控制之前，从燃料阀32供给燃料以从NOx吸收剂67释放NOx，即，在正常状态下像这样供给燃料。
当由差压传感器29a、29b检测到的差压ΔP超出容许极限Po时，在时间段I内执行对颗粒过滤器24a、24b的升温控制。与图5A至5D所示的NOx释放控制类似，如图10A至10C所示，升温控制如此执行，使得第一排气控制阀26a和第二排气控制阀26b在每次从燃料阀32供给燃料后交替地和暂时地关闭。在这种情况下，将从燃料阀32供给的燃料量被调节成使得每个排气通路中的排气的空燃比基本上变为理论空燃比。这样，颗粒过滤器24a、24b的如在图9D中用“Tc”示出的温度由于所供给的燃料被氧化所产生的反应热而升高。在本文所述的升温控制中，由于排气控制阀26a、26b暂时关闭且由此所供给的燃料保留在每个排气通路中，所以促进了燃料的氧化，这使得燃料经济性更佳。
当颗粒过滤器24a、24b的升温控制完成时，如图9A至9E所示，在时间段II内在稀空燃比下执行用于燃烧颗粒物质的燃烧控制。与图5A至5D所示的NOx释放控制类似，如图11A至11C所示，该燃烧控制如此执行，使得第一排气通路26a和第二排气通路26b在每次从燃料阀32供给燃料后交替地和暂时地关闭。在该燃烧控制中，将从燃料阀32供给的燃料量被调节为将颗粒过滤器24a、24b的温度维持为等于或高于600℃所需的量。应注意，在该燃烧控制过程中，排气控制阀26a、26b均可保持完全打开。
当上述的燃烧控制完成时，如图9A至9E所示，随后在时间段III内执行SOx释放控制以从NOx吸收剂67释放SOx。与图5A至5D所示的NOx释放控制类似，如图12A至12C所示，SOx释放控制如此执行，使得第一排气通路26a和第二排气通路26b在每次从燃料阀32供给燃料后交替地和暂时地关闭。在该SOx释放控制中，将从燃料阀32供给的燃料量被调节为使每个排气通路中的空燃比为浓的量，从而使SOx从NOx吸收剂67中释放出来。因此，如图9E所示，随着SOx释放控制的进行，吸收在NOx吸收剂67中的SOx的量逐渐减少。在本文所述的SOx释放控制中，同样，由于排气控制阀26a、26b暂时关闭且由此所供给的燃料保留在每个排气通路中，所以促进了SOx的释放，这使得燃料经济性更佳。
图13A和13B示出一排气净化程序。参照图13A至13B，当程序开始时，在步骤100中，首先基于图6所示的映射图计算表示每单位时间内刚被吸收的NOx的量的NOx量NOXA。然后，在步骤101中，将NOx量NOXA加到表示当前吸收在NOx吸收剂67中的NOx量的NOx量∑NOX上。接下来，在步骤102中，判定NOx量∑NOX是否大于或等于容许极限MAX。如果∑NOX≥MAX成立，则处理过程前进至步骤103并判定标记I是否被置位。标记I表示是否需要暂时关闭第一排气控制阀26a。
当在步骤103中判定为标记I置位时，即当需要暂时关闭第一排气控制阀26a时，处理过程前进至步骤104并使标记I清零。随后，在步骤105中，基于NOx储存还原催化剂23a和颗粒过滤器24a的代表温度Tc及进气量Ga从图7C所示的映射图计算第一时间段Δt1。代表温度Tc基于由温度传感器28a、30a所检测到的温度中的一个或两个来估计，进气量Ga由空气流量计8来检测。在步骤106中，基于NOx储存还原催化剂23a和颗粒过滤器24a的代表温度Tc及进气量Ga从图8C所示的映射图计算第二时间段Δt2，此后处理过程前进至步骤107。
在步骤107中，如图5A、5B所示地从燃料阀32供给燃料即柴油，随后将NOx量∑NOX重置为0。此后，第一排气控制阀26a在经过在步骤105中计算出的第一时间段Δt1时关闭，且随后在经过在步骤106中计算出的第二时间段Δt2时打开。
另一方面，在步骤103中，如果判定为标记I未被置位，即当需要暂时关闭第二排气控制阀26b时，处理过程转到步骤108并使标记I置位。然后在步骤109中，基于NOx储存还原催化剂23b和颗粒过滤器24b的代表温度Tc及进气量Ga从图7C所示的映射图计算第一时间段Δt1。代表温度Tc基于由温度传感器28b、30b所检测到的温度中的一个或两个来估计，进气量Ga由空气流量计8来检测。在步骤110中，基于NOx储存还原催化剂23b和颗粒过滤器24b的代表温度Tc及进气量Ga从图8C所示的映射图计算第二时间段Δt2，此后处理过程前进至步骤107。
在步骤107中，如图5A和5B所示，从燃料阀32供给燃料即柴油，随后将NOx量∑NOX重置为0。此后，第一排气控制阀26b在经过在步骤105中计算出的第一时间段Δt1时关闭，且随后在经过在步骤106中计算出的第二时间段Δt2时打开。
在步骤111中，判定由差压传感器29a、29b检测出的差压ΔP是否已超出容许极限Po。即，如果差压ΔP大于容许极限Po，则处理过程前进至步骤112以在时间段I内执行对颗粒过滤器24a、24b的升温控制，然后前进至步骤113以在时间段II内执行颗粒物质的燃烧控制，并前进至步骤S114以在时间段III内执行SOx释放控制，如图9A至9E所示。
图14A和14B分别示出互不相同的变型示例。在图14A所示的示例中，在第一排气通路22a的下游端和第二排气通路22b的下游端合并成排气通路27的部位设置有一个排气控制阀26。该排气控制阀26在以下三种模式之间切换：如图14A中实线所示的、第一排气通路22a和第二排气通路22b均打开的第一模式；由虚线a示出的、仅第一排气通路22a关闭的第二模式；以及由虚线b示出的仅第二排气通路22b关闭的第三模式。
在图14B所示的示例中，第一排气控制阀26a在第一NOx储存还原催化剂23a的上游设置在第一排气通路22a中，第二排气控制阀26b在第二NOx储存还原催化剂23b的上游设置在第二排气通路22b中。如果第一排气控制阀26a在所供给的燃料附着到第一NOx储存还原催化剂23a和第一颗粒过滤器24a上时关闭，则第一排气通路22a中的排气的空燃比保持为浓。如果第二排气控制阀26b在所供给的燃料附着到第二NOx储存还原催化剂23b和第二颗粒过滤器24b上时关闭，则第二排气通路22b中的排气的空燃比保持为浓。

Claims (26)

1.一种用于内燃机的排气净化装置，包括第一排气通路(22a)和第二排气通路(22b)，所述第一和第二排气通路由设置在所述第一和第二排气通路上游的公共排气通路(21)分支而成，其中在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中均设置有NOx吸收剂(67)，所述NOx吸收剂(67)在进入的排气的空燃比变稀时储存包含在排气中的NOx并且在进入的排气的空燃比变浓时释放所述NOx，其特征在于：
在所述公共排气通路(21)中设置有燃料阀(32)；
当需要从设置在所述第一排气通路(22a)中的所述NOx吸收剂(67)以及从设置在所述第二排气通路(22b)中的所述NOx吸收剂(67)释放NOx时，从所述燃料阀(32)供给燃料，以使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中的排气的空燃比为浓；并且
所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的一个排气通路在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后暂时关闭，以便使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的排气的空燃比保持为浓。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的在从所述燃料阀(32)供给燃料后暂时关闭的所述一个排气通路在每次使所述排气的空燃比为浓以从所述NOx吸收剂(67)释放NOx时在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)之间交替切换。
3.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中设置有载持所述NOx吸收剂(67)的NOx储存-还原催化剂(23a，23b)。
4.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中设置有载持所述NOx吸收剂(67)的颗粒过滤器(24a，24b)。
5.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，在所述第一排气通路(22a)的上游或下游设置一个排气控制阀(26a)以关闭所述第一排气通路(22a)，以及在所述第二排气通路(22b)的上游或下游设置一个排气控制阀(26b)以关闭所述第二排气通路(22b)。
6.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，在所述第一排气通路(22a)的下游端和所述第二排气通路(22b)的下游端合并的部位设置有一个排气控制阀(26)以关闭所述第一排气通路(22a)或所述第二排气通路(22b)。
7.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后，所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路在从所述燃料阀(32)供给燃料后经过第一时间段时关闭，并且在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路的所述关闭后经过第二时间段时打开。
8.根据权利要求7所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第一时间段是使得从所述燃料阀(32)供给的所述燃料能够保留在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的时间段。
9.根据权利要求8所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第一时间段随着进气量的增加而缩短。
10.根据权利要求8所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第一时间段随着所述NOx吸收剂(67)的温度的升高而缩短。
11.根据权利要求7所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第二时间段是所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的排气的空燃比保持为浓的时间段。
12.根据权利要求11所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第二时间段随着进气量的增加而缩短。
13.根据权利要求11所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，所述第二时间段随着所述NOx吸收剂(67)的温度的升高而缩短。
14.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中设置有颗粒过滤器(24a，24b)；
当需要加热所述颗粒过滤器(24a，24b)时从所述燃料阀(32)供给燃料，并且所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的一个排气通路在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后暂时关闭。
15.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化装置，其中，当需要从所述NOx吸收剂(67)释放SOx时，从所述燃料阀(32)供给燃料，以使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中的排气的空燃比为浓；并且
所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的一个排气通路在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后暂时关闭，以便使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的排气的空燃比为浓。
16.一种用于控制用于内燃机的排气净化装置的方法，所述用于内燃机的排气净化装置包括第一排气通路(22a)和第二排气通路(22b)，所述第一和第二排气通路由设置在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)上游的公共排气通路(21)分支而成，其中在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中均设置有NOx吸收剂(67)，所述NOx吸收剂(67)在进入的排气的空燃比为稀时储存包含在排气中的NOx并且在进入的排气的空燃比为浓时释放所述NOx，在所述公共排气通路(21)中设置有燃料阀(32)，所述方法包括：
当需要从设置在所述第一排气通路(22a)中的所述NOx吸收剂(67)和设置在所述第二排气通路(22b)中的所述NOx吸收剂(67)释放NOx时，从所述燃料阀(32)供给燃料，以使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中的排气的空燃比为浓；并且
在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后暂时关闭所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的一个排气通路，以便使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的排气的空燃比保持为浓。
17.根据权利要求16所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的在从所述燃料阀(32)供给燃料后暂时关闭的所述一个排气通路在每次使排气的空燃比为浓以从所述NOx吸收剂(67)释放NOx时在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)之间交替切换。
18.根据权利要求16所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后，所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路在从所述燃料阀(32)供给燃料后经过第一时间段时关闭，然后在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路的所述关闭后经过第二时间段时打开。
19.根据权利要求18所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第一时间段是使得从所述燃料阀(32)供给的所述燃料能够保留在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的时间段。
20.根据权利要求19所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第一时间段随着进气量的增加而缩短。
21.根据权利要求19所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第一时间段随着所述NOx吸收剂(67)的温度的升高而缩短。
22.根据权利要求18所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第二时间段是所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的排气的空燃比保持为浓的时间段。
23.根据权利要求22所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第二时间段随着进气量的增加而缩短。
24.根据权利要求22所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，所述第二时间段随着所述NOx吸收剂(67)的温度的升高而缩短。
25.根据权利要求16所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，在所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中设置有颗粒过滤器(24a，24b)；
当需要加热所述颗粒过滤器(24a，24b)时从所述燃料阀(32)供给燃料；并且
在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后暂时关闭所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的一个排气通路。
26.根据权利要求16所述的用于内燃机的排气净化装置的控制方法，其中，当需要从所述NOx吸收剂(67)释放SOx时，从所述燃料阀(32)供给燃料，以使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)的每一个中的排气的空燃比为浓；并且
在从所述燃料阀(32)供给所述燃料后暂时关闭所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的一个排气通路，以便使所述第一排气通路(22a)和所述第二排气通路(22b)中的所述一个排气通路中的排气的空燃比为浓。
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