CN101479457B - 用于内燃发动机的废气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是恢复废气净化设备的性能，同时抑制燃料穿过废气净化设备逸出。在当内燃发动机的进气量正在增加的时候要恢复废气净化设备的性能时(S101，S103)，则为通过设置在排气通道中的燃料添加阀添加的燃料量设定上限值(S104)。如果要供应至废气净化设备的目标燃料供应量大于上限值(S105)，则通过燃料添加阀添加等于上限值的燃料量，并且通过内燃发动机中的副燃料喷射来喷射燃料供应缺额(S110，S111，S112)。

Description

用于内燃发动机的废气净化系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的废气净化系统，其装备有设置在内燃发动机的排气通道中的废气净化设备。
背景技术
作为用于内燃发动机的废气净化系统，已经公知的是装备有例如NOX(氮氧化物)储存还原催化剂(下文将简称为NOX催化剂)或承载了NOX催化剂的颗粒过滤器的废气净化设备的系统。在用于内燃发动机的装备有这种废气净化设备的废气净化系统中，为了恢复废气净化设备的性能，有时将燃料供应至废气净化设备，由此使废气净化设备的温度升高和/或使流入废气净化设备的废气的空燃比减小。
日本专利特开2003-97254号公报公开了：一种通过在内燃发动机中的主燃料喷射之后所喷射的燃料燃烧的时候执行内燃发动机中的副燃料喷射来使废气的温度升高以由此使NOX催化剂活化的技术；以及一种通过设置在排气通道中NOX催化剂上游的燃料添加阀将燃料添加至废气中而使燃料被供应至已活化的NOX催化剂以由此减小储存于NOX催化剂中的氮氧化物(NOX)的技术。
发明内容
当内燃发动机处于进气量正在增加的运转状态时，例如当使车辆加速时，废气的流量必然也会增加。如果在通过燃料添加阀将燃料添加至废气中以恢复废气净化设备的性能时废气的流量正在增加，则通过燃料添加阀添加的燃料易于穿过废气净化设备逸出。即，所添加的燃料易于在未被用在恢复废气净化设备的性能的化学反应中的情况下流至废气净化设备的下游。结果，存在排放至外部的燃料量增加并且燃料经济性劣化的可能性。
鉴于上述问题而作出了本发明，并且本发明的目的是提供一种技术，该技术使得能够在抑制燃料穿过废气净化设备逸出的同时恢复废气净化设备的性能。
根据本发明，在排气通道中设置了废气净化设备和燃料添加阀。另外，在当内燃发动机的进气量正在增加的时候要恢复废气净化设备的性能时，则为通过燃料添加阀添加的燃料量设定上限制，并且如果目标燃料供应量或者要供应至废气净化设备的燃料量大于所述上限值，则通过燃料添加阀添加等于上限制的燃料量，并且通过内燃发动机中的副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量。
更具体地，根据本发明的用于内燃发动机的废气净化系统包括：
废气净化设备，其设置在内燃发动机的排气通道中并且包括具有氧化功能的催化剂；
燃料喷射阀，所述燃料喷射阀直接将燃料喷射至所述内燃发动机的气缸内；
将燃料添加至废气中的燃料添加阀，所述燃料添加阀设置在所述排气通道中所述废气净化设备的上游；
目标燃料供应量计算装置，所述目标燃料供应量计算装置用于计算目标燃料供应量，所述目标燃料供应量被定义为需要供应至所述废气净化设备以恢复所述废气净化设备的性能的燃料量；
上限值设定装置，所述上限值设定装置用于设定在当所述内燃发动机的进气量正在增加的时候所述燃料添加阀执行燃料添加的情况下的燃料添加量的上限值，
其中，在当所述内燃发动机的进气量正在增加的时候要恢复所述废气净化设备的性能的情况下，如果所述目标燃料供应量计算装置计算的所述目标燃料供应量大于所述上限值设定装置设定的所述上限值，则所述燃料添加阀添加等于所述上限值的燃料量，并且在主燃料喷射之后且所喷射的燃料从所述气缸排出的时候通过所述燃料喷射阀执行副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量。
在此，燃料添加量的上限值是这样的值，即当燃料添加阀执行燃料添加时，穿过废气净化设备逸出的燃料量落入容许范围内。
通过燃料喷射阀喷射的燃料具有比通过燃料添加阀添加的燃料小的粒径。因此，通过副燃料喷射所喷射的燃料易于被用在恢复废气净化设备的性能的化学反应中并且不易于穿过废气净化设备逸出。
如上所述，根据本发明，如果在恢复废气净化设备的性能时目标燃料供应量大于燃料添加量的上限值，则通过燃料添加阀添加等于上限值的燃料量。另外，通过内燃发动机中的副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量。因而，供应至废气净化设备的燃料总量等于目标燃料供应量。
通过上述特征，即使在当内燃发动机的进气量正在增加时恢复废气净化设备的性能的情况下，也可以将等于目标燃料供应量的燃料量供应至废气净化设备，同时抑制燃料穿过废气净化设备逸出。因而，根据本发明，能够在抑制燃料穿过废气净化设备逸出的同时实现废气净化设备的性能的恢复。
在根据本发明的系统中，所述废气净化设备的温度越低，并且/或者每单位时间所述内燃发动机的进气量的增加越大，则所述上限值设定装置可设定的所述燃料添加量的上限值越小。
废气净化设备的温度越低，则供应至废气净化设备的燃料越不易被用在恢复废气净化设备的性能的化学反应中，并且相应地燃料越易于穿过废气净化设备逸出。此外，每单位时间内燃发动机的进气量的增加越大，则每单位时间的废气的流量的增加也必然越大。每单位时间废气的流量的增加越大，则燃料越易于穿过废气净化设备逸出。
通过以如上所述方式设定燃料添加量的上限值，能够实现更好地控制燃料穿过废气净化设备逸出。
在根据本发明的系统中，当通过所述燃料喷射阀执行副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量时，则可执行校正使得所述内燃发动机的进气量越小则副燃料喷射量增加越多。
如上所述，通过燃料喷射阀喷射的燃料的粒径小于通过燃料添加阀添加的燃料的粒径。因此，通过副燃料喷射所喷射的燃料比通过燃料添加阀添加的燃料更易于扩散在废气中。如果在达到废气净化设备之前副燃料喷射所喷射的燃料扩散在废气中，则难以促进恢复废气净化设备的性能的化学反应。
进气量越小或者废气的流量越小，则通过副燃料喷射所喷射的燃料达到废气净化设备所用的时间越长。因此，燃料更大程度地分散在废气中。
通过以上述方式校正副燃料喷射量，能够进一步促进恢复废气净化设备的性能的化学反应。结果，能够进一步提高废气净化设备的性能的恢复。
根据结合附图的本发明优选实施方式的如下详细描述，对于所属技术领域的技术人员来说，本发明的上述和其它的目的、特征和优点将变得更加显然。
附图说明
图1是示意性地示出根据实施方式的内燃发动机及其进气和排气系统的总体结构的图示。
图2是根据所述实施方式的NOX还原控制程序的流程图。
图3是根据所述实施方式的变型的NOX还原控制程序的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明的用于内燃发动机的废气净化系统的具体实施方式。
图1是示意性地示出根据实施方式的内燃发动机及其进气和排气系统的总体结构的图示。内燃发动机1是用于驱动车辆的具有四个气缸2的柴油发动机。每个气缸2都设置有直接将燃料喷射至气缸2内的燃料喷射阀3。
进气歧管5和排气歧管7连接到内燃发动机1。进气通道4的一端连接到进气歧管5。排气通道6的一端连接到排气歧管7。
进气通道4设置有空气流量计11和涡轮增压器8的压缩机8a。排气通道6设置有涡轮增压器8的涡轮8b。
排气通道6设置有安置于涡轮8b下游的NOX催化剂9。在此实施方式中，NOX催化剂9构成了本发明中的废气净化设备。排气通道6设置有安置于NOX催化剂9下游的温度传感器13。温度传感器13检测废气的温度。排气歧管7设置有将燃料添加至废气中的燃料添加阀12。
电子控制单元(ECU)10附接到内燃发动机1，其控制内燃发动机1的运转状态。ECU 10与空气流量计11和温度传感器13电连接。这些传感器的输出信号被输入至ECU 10。ECU 10基于温度传感器13的检测值估算NOX催化剂9的温度。
ECU 10还与燃料喷射阀3和燃料添加阀12电连接。这些阀受ECU 10的控制。
下面将参照图2的流程图描述在此实施方式中所执行的用以还原储存于NOX催化剂9中的NOX的NOX还原控制程序。该程序提前储存于ECU10中并且在内燃发动机1运行之时以预定间隔反复执行。
在此程序中，首先，在步骤S101中，ECU 10判定储存于NOX催化剂9中的NOX的量Qn是否大于或等于指定储存量Qn0。在此，指定储存量Qn0是用于起动NOX还原控制的执行的阈值。指定储存量Qn0通过例如实验等提前确定。如果步骤S101中的判定是肯定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S102，并且如果步骤S101中的判定是否定的，则ECU 10终止此程序的执行。
在步骤S102中，ECU 10基于内燃发动机1的进气量以及主燃料喷射量或在主喷射中通过燃料喷射阀3喷射的燃料量计算作为要供应至NOX催化剂9的燃料量的目标值的目标燃料供应量Qft。目标燃料供应量Qft被计算为使流入NOX催化剂9的废气的空燃比等于使得能够减小储存于NOX催化剂9中的NOX的目标浓空燃比。通过例如实验等提前确定目标浓空燃比。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S103，在步骤S103中ECU 10判定进气量是否正在增加。如果步骤S103中的判定是肯定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S104，并且如果步骤S103中的判定是否定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S106。
在步骤S104中，ECU 10基于NOX催化剂9的温度和每单位时间进气量的增加设定由燃料添加阀12添加的燃料量的上限值Qfamax。当进气量在增加时，废气的流量也在增加，因此通过燃料添加阀12添加的燃料易于穿过NOX催化剂9逸出。以如下方式确定燃料添加量的上限值Qfamax：当通过燃料添加阀12以该量添加燃料时，穿过NOX催化剂9逸出的燃料量将成为容许范围的上限值。
燃料添加量的上限值Qfamax与NOX催化剂9的温度以及每单位时间进气量的增加的关系通过例如实验等提前获得并且作为映射储存于ECU10中。在此映射中，NOX催化剂9的温度越低，并且每单位时间进气量的增加越大，则燃料添加量的上限值Qfamax越小。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S105，在步骤S105中ECU 10判定目标燃料供应量Qft是否小于或等于燃料添加量的上限值Qfamax。如果步骤S105中的判定是肯定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S106，并且如果步骤S105中的判定是否定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S110。
在步骤S106中，ECU 10将待由燃料添加阀12添加的燃料量Qfa设定为目标燃料供应量Qft。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S107，在步骤S107中燃料添加阀12执行燃料添加。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S108，在步骤S108中对从燃料添加阀12开始添加燃料起所经过的时间t1是否已等于或长于指定时间t0进行判定。在此，指定时间t0是这样的时间，即在已经过此时间之后，能够认为储存于NOX催化剂9中的NOX已被充分还原。通过例如实验等提前确定指定时间t0。如果步骤S108中的判定是肯定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S109，并且如果步骤S108中的判定是否定的，则ECU 10的处理过程返回到步骤S107。
在步骤S109中，ECU 10停止燃料添加阀12的燃料添加。此后，ECU10终止此程序的执行。
另一方面，在步骤S110中，ECU 10通过从目标燃料供应量Qft减去燃料添加量的上限值Qfamax计算基准副燃料喷射量Qfsub0。基准副燃料喷射量Qfsub0是在主燃料喷射之后并且所喷射的燃料从气缸2排出的时候在燃料喷射阀3执行的副喷射中喷射的燃料量(副燃料喷射量)的基准值。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S111，在步骤S111中ECU 10将待通过燃料添加阀12添加的燃料量Qfa设定为上限值Qfamax并且将副燃料喷射量Qfsub设定为基准副燃料喷射量Qfsub0。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S112，在步骤S112中执行由燃料添加阀12执行的燃料添加以及由燃料喷射阀3执行的副燃料喷射。
然后，ECU 10的处理过程前进到步骤S113，在步骤S113中对从燃料添加阀12开始添加燃料以及燃料喷射阀3开始执行副燃料喷射起所经过的时间t2是否已等于或长于指定时间t0进行判定。在此，所述指定时间t0与步骤S108中的指定时间t0相同。如果步骤S113中的判定是肯定的，则ECU 10的处理过程行进到步骤S114，并且如果步骤S113中的判定是否定的，则ECU 10的处理过程返回到步骤S112。
在步骤S114中，ECU 10促使燃料添加阀12停止燃料添加并且促使燃料喷射阀3停止副燃料喷射。此后，ECU 10终止此程序的执行。
根据上述程序，在当内燃发动机1的进气量正在增加的时候执行NOX还原控制的情况下，为燃料添加阀12添加的燃料量Qfa设定上限值Qfamax。如果目标燃料供应量Qft大于该上限值Qfamax，则在将燃料添加量Qfa控制为上限值Qfamax的情况下执行燃料添加阀12的燃料添加。另外，通过副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量。因而，供应至NOX催化剂9的燃料总量被控制成等于目标燃料供应量Qft。
与通过燃料添加阀12添加的燃料相比，通过燃料喷射阀3喷射的燃料具有更小的粒径。由此，通过副燃料喷射所喷射的燃料易于被用于NOX催化剂9中的NOX还原反应并且不易于穿过NOX催化剂9逸出。
如上所述，根据上述程序，即使在当内燃发动机1的进气量正在增加的时候执行NOX还原控制的情况下，也能够在抑制燃料穿过NOX催化剂9逸出的同时实现向NOX催化剂9供应目标燃料供应量Qft。换言之，能够使流入NOX催化剂9的废气的空燃比等于目标浓空燃比。结果，通过还原储存于NOX催化剂9中的NOX而能够恢复NOX还原剂9的NOX储存能力，同时抑制燃料穿过NOX催化剂9逸出。
当执行NOX还原控制时，NOX催化剂9的温度越低，则供应至NOX催化剂9的燃料越不易于被用于NOX还原反应，并且相应地燃料越易于穿过NOX催化剂9逸出。此外，每单位时间内燃发动机的进气量的增加越大或者每单位时间废气的流量的增加越大，则供应至NOX催化剂9的燃料越易于穿过NOX催化剂9逸出。
如上所述，在上述程序中，NOX催化剂9的温度越低，并且每单位时间进气量的增加越大，则使燃料添加量的上限值Qfamax越小。因而，供应至NOX催化剂9的燃料总量中通过燃料添加阀12添加的燃料的比例变得更小。因此，能够进一步控制燃料穿过NOX催化剂逸出。
<改型>
下面将参照图3描述上述实施方式的改型。图3是根据此改型的NOX还原控制程序的流程图。该程序提前储存在ECU 10中并且在内燃发动机1运行之时以预定间隔反复执行。此程序与示出于图2中的程序的不同仅在于添加了步骤S211和S212并且以步骤S213替代了步骤S111。相应地，以相同的参考标记表示与图2所示程序中的处理过程等同的处理过程，并且省略其描述。
在此程序中，在步骤S110之后，ECU 10的处理过程行进到步骤S211。在步骤S211中，ECU 10基于内燃发动机1的进气量计算用于校正基准副燃料喷射量Qfsub0的校正系数c。校正系数c和进气量之间的关系作为映射提前储存在ECU 10中。在此映射中，进气量越小，则校正系数c越大。
然后，ECU 10的处理过程行进到步骤S212，在步骤S212中ECU 10通过以校正系数c乘以基准副燃料喷射量Qfsub0来计算校正副燃料喷射量Qfsub1。进气量越小，则校正副燃料喷射量Qfsub1越大。
然后ECU 10的处理过程行进到步骤S213，在步骤S213中要通过燃料添加阀12添加的燃料量Qfa被设定为上限值Qfamax，并且副燃料喷射量Qfsub被设定为校正副燃料喷射量Qfsub1。此后，ECU 10的处理过程行进到步骤S112。
因为通过燃料喷射阀3喷射的燃料具有比通过燃料添加阀12添加的燃料小的粒径，所以通过副燃料喷射所喷射的燃料比通过燃料添加阀12添加的燃料更易于扩散在废气中。如果在达到NOX催化剂9之前通过副燃料喷射所喷射的燃料扩散在废气中，则难以将流入NOX催化剂9的废气的空燃比减低至目标浓空燃比。因此，难以促进NOX催化剂9中的NOX还原反应。
进气量越小或者废气的流量越小，则通过副燃料喷射所喷射的燃料达到NOX催化剂9所用的时间越长。因此，燃料更大程度地分散在废气中，从而变得难以减小流入NOX催化剂9的废气的空燃比。
根据上述程序，当在NOX还原控制中执行副燃料喷射时，对基准副燃料喷射量Qfsub0进行校正，使得进气量越小则副燃料喷射量Qfsub越大。即使在通过副燃料喷射所喷射的燃料扩散在废气中的情况下，也能够通过增加副燃料喷射量Qfsub而易于将流入NOX催化剂9的废气的空燃比减小至目标浓空燃比。
因而，根据此改型，能够进一步促进NOX催化剂9中的NOX还原反应。结果，能够进一步提高NOX催化剂9的NOX储存能力的恢复。
在上述实施方式中，目标燃料供应量Qft、燃料供应量的上限值Qfamax、基准副燃料喷射量Qfsub0以及校正副燃料喷射量Qfsub 1被计算为用于内燃发动机1的一个燃烧循环的量。
根据上述实施方式的在NOX还原控制中控制燃料添加量和副燃料喷射量的处理过程可以应用到用于还原储存于NOX催化剂9中的SOX(硫氧化物)的所谓的SOX中毒消除控制。在这种情况下，即使在内燃发动机1的进气量正在增加的时候执行SOX中毒消除控制，也能够在抑制燃料穿过NOX催化剂9逸出的同时实现储存于NOX催化剂9中的SOX的还原。此实施方式中的NOX催化剂9可以用承载了NOX催化剂的颗粒过滤器替代。在这种情况下，根据上述实施方式的在NOX还原控制中控制燃料添加量和副燃料喷射量的处理过程可以应用到用于氧化和去除捕集在颗粒过滤器上的颗粒物质的所谓的过滤器再生控制。在这种情况下，即使在内燃发动机1的进气量正在增加的时候执行过滤器再生控制，也能够在抑制燃料穿过颗粒过滤器逸出的同时氧化和去除捕集在颗粒过滤器上的颗粒物质。在这种情况下，承载于颗粒过滤器上的催化剂并不局限于NOX催化剂，而是可以包括具有氧化功能的任何催化剂。具有氧化功能的催化剂可以分开地设置在排气通道6中颗粒过滤器的上游且燃料添加阀的下游。
虽然已针对优选实施方式描述了本发明，但是所属技术领域的技术人员将会认识到，本发明能够以落入所附权利要求书的精神和范围内的改型来实施。
工业应用性
根据本发明，可以在抑制燃料穿过废气净化设备逸出的同时恢复废气净化设备的性能。

Claims (4)

1.一种用于内燃发动机的废气净化系统，包括：
废气净化设备，所述废气净化设备设置在内燃发动机的排气通道中并且包括具有氧化功能的催化剂；
燃料喷射阀，所述燃料喷射阀直接将燃料喷射至所述内燃发动机的气缸内；
将燃料添加至废气中的燃料添加阀，所述燃料添加阀设置在所述排气通道中所述废气净化设备的上游；
目标燃料供应量计算装置，所述目标燃料供应量计算装置用于计算目标燃料供应量，所述目标燃料供应量被定义为需要供应至所述废气净化设备以恢复所述废气净化设备的性能的燃料量；
上限值设定装置，所述上限值设定装置用于设定在当所述内燃发动机的进气量正在增加的时候所述燃料添加阀执行燃料添加的情况下的燃料添加量的上限值，
其中，在当所述内燃发动机的进气量正在增加的时候要恢复所述废气净化设备的性能的情况下，如果所述目标燃料供应量计算装置计算的所述目标燃料供应量大于所述上限值设定装置设定的所述上限值，则所述燃料添加阀添加等于所述上限值的燃料量，并且在主燃料喷射之后且所喷射的燃料从所述气缸排出的时候通过所述燃料喷射阀执行副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量。
2.如权利要求1所述的用于内燃发动机的废气净化系统，其中，所述上限值是这样的值，即当所述燃料添加阀以所述上限值的量执行燃料添加时，则穿过所述废气净化设备逸出的燃料量等于容许范围的上限值。
3.如权利要求1所述的用于内燃发动机的废气净化系统，其中，所述废气净化设备的温度越低，并且/或者每单位时间所述内燃发动机的进气量的增加越大，则所述上限值设定装置设定的所述燃料添加量的上限值越小。
4.如权利要求1至3中任一项所述的用于内燃发动机的废气净化系统，其中，当通过所述燃料喷射阀执行副燃料喷射来喷射等于燃料供应缺额的燃料量时，则执行校正使得所述内燃发动机的进气量越小则副燃料喷射量增加越多。
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