CN101568705B - 用于内燃机的排气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明旨在控制被添加到流入排气净化设备的排气中的还原剂的分散程度。在通过燃料添加阀添加添加燃料之前，流路面积改变阀的阀开度Vd被改变以产生排气的脉动，从而使得添加阀附近排气压力Pg周期性地变化。添加定时TMad被控制成与极值到达定时TMe同步。具体地，选择性地执行在当添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax时的定时(CP)添加添加燃料的高分散式添加控制、在添加阀附近排气压力Pg变为极小值Pgmin时的定时(TP)添加添加燃料的低分散式添加控制以及在添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax和极小值Pgmin时的定时(CP，TP)添加添加燃料的组合分散式添加控制之一。

Description

用于内燃机的排气净化系统

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的排气净化系统。

背景技术

内燃机排放的排气包括有害的或有毒的物质例如NOx。已知，设置NOx储存还原型催化剂(下文称为NOx催化剂)以减少将要排放的这些有毒物质的量。在此技术中，由于NOx催化剂的净化能力或性能根据其中储存的NOx量的增加而减小，所以还原剂通常被供应给NOx催化剂，从而NOx催化剂中储存的NOx能够被还原并且从NOx催化剂中释放(下文称为“NOx还原处理”)。

此外，为了消除其中排气中的SOx被储存到NOx催化剂中而降低其净化性能的SOx中毒，有时可使NOx催化剂的床温较高，并且同时可向NOx催化剂供应还原剂(下文称为“SOx中毒恢复处理”)。在此SOx中毒恢复处理中，还原剂还用于升高NOx催化剂的床温。

另外，内燃机的排气还包括颗粒物质(PM)，该颗粒物质包含碳作为主要组分。为了防止颗粒物质被释放到周围大气中，已知这样一种技术，其中在内燃机的排气系统中设置用于捕集颗粒物质的颗粒过滤器(下文被简称为“过滤器”)。

在这种过滤器中，随着被捕集的颗粒物质的累积量增加，排气中的背压由于过滤器的堵塞而升高，这使得发动机性能下降。因此，为了防止出现此状况，常常使得过滤器的温度较高，从而过滤器中捕集的颗粒物质能够被氧化和除去(下文称为“PM再生处理”)。在此情况下，同样，用作还原剂的燃料有时会被供应给过滤器从而使过滤器的温度升高。

作为向如上所述的排气净化设备供应还原剂的方法，已经公知这样一种方法：在排气净化设备上游的位置处在排气通道上设置还原剂添加阀，从而可利用该还原剂添加阀将还原剂例如液体燃料添加到排气通道内的排气中。这里，应指出，如果还原剂添加阀紧邻地设置在排气净化设备的上游，则存在这样的担忧：从还原剂添加阀添加到排气中的液体燃料可能会在液体燃料以合适的方式分散之前流入排气净化设备。结果，还原剂可能有时不能以均匀的方式供应给整个排气净化设备。

与此相关地，日本专利申请特开No.2004-308549公开了一种技术，其中对排气的一部分施加压力以产生加压排气，该加压排气与通过燃料添加装置添加的燃料一起被供应给排气。在此技术中，通过相互同步地控制供应加压排气的定时和添加燃料的定时，来使燃料雾化或气化。但是，在此技术中，必需利用气泵等对排气进行加压，从而燃料添加装置的系统构造会变得复杂，从而妨碍了成本的降低。

另外，日本专利申请特开No.H5-240131公开了一种技术，其中利用气泵供应的空气流来使正从燃料喷射阀喷射到进气管中的燃料雾化。在此技术中，燃料被以与辅助空气的脉动同步的方式从燃料喷射阀喷射。

此外，日本专利申请特开No.H11-159320公开了一种用于内燃机的排气净化设备，该排气净化设备具有挡板(baffle plate)和还原剂供应装置，该挡板旋转且同时遮蔽流入NOx催化剂的排气的流入表面的一部分，该还原剂供应装置与挡板的旋转同步地将还原剂连续喷射到挡板的遮蔽部分。

此外，日本专利申请特开No.2005-120938公开了一种用于内燃机的排气净化设备，其具有从在位于还原剂供应装置下游的位置处的排气通道分支出的第一排气路径和第二排气路径，和能够将排气从中流过的路径切换到第一排气路径或第二排气路径的切换阀。

在此技术中，由还原剂供应装置供应还原剂的定时与由切换阀切换排气从中流过的路径的定时同步。

但是，在NOx还原处理或SOx中毒恢复处理中，有必要将流入NOx催化剂的排气的空燃比控制为浓空燃比。因此，通过向NOx催化剂供应包含高浓度还原剂的排气(即，通过加深或增加燃料过量供给)，有时故意在NOx催化剂中形成局部深浓的气氛(locally deep rich atmosphere)，从而使得可提高NOx和/或SOx的还原效率。

但是，在上述公报中公开的技术中，即使添加到排气中的还原剂的分散程度可升高，仍难以在NOx催化剂中形成局部深浓的气氛。因此，希望实现这样一种技术，即：能够以简单的构造，根据将在排气净化设备上执行的处理的内容(例如，NOx还原处理，SOx中毒恢复处理，PM再生处理等)，控制添加到流入排气净化设备的排气中的还原剂的分散程度。

发明内容

鉴于上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种技术，该技术能够在用于将还原剂添加到流入排气净化设备的排气中的还原剂添加控制被执行时，控制被添加到流入排气净化设备的排气中的还原剂的分散程度。

为了实现上述目的，根据本发明的用于内燃机的排气净化系统的特征在于采用了：设置于内燃机的排气通道上用于净化经过所述排气通道的排气的排气净化设备；在所述排气净化设备的上游位置处设置于所述排气通道上用于向经过所述排气净化设备的排气添加还原剂的还原剂添加装置；设置于所述排气通道上用于改变排气的流路面积的流路面积改变装置；在所述还原剂添加装置向排气中添加还原剂之前通过利用所述流路面积改变装置改变所述流路面积来产生排气脉动的脉动产生装置；和添加定时控制装置，其控制所述还原剂添加装置，以便在所述还原剂添加装置附近的由于所述排气脉动而变动或波动的排气压力处于极大值和/或极小值附近的定时添加还原剂。

具体地，在本发明中，当执行从还原剂添加装置向排气中添加还原剂的还原剂添加控制时，在还原剂添加到排气中之前，通过利用流路面积改变装置改变排气的流路面积，来使经过排气通道的排气发生脉动。排气的脉动为在经过排气通道的排气的流动阻力变化时发生的或者由于所述流动阻力变化而发生的周期性压力变动或波动。在本发明中，流路面积改变装置可增大或减小排气的流路面积。在任何情况下，排气通道的流动阻力在排气经过该排气通道时改变，从而能够产生上述排气脉动。

另外，当由于排气的脉动而产生压力变动或波动时，排气的密度在排气压力升高过程中增加，并且在排气压力变为极大值时的定时，排气的密度也变为最大。在排气压力在已达到极大值之后减小期间，排气的密度减小，并且在排气压力变为极小值时的定时，排气的密度也变为最小。在本发明中，还原剂添加装置被控制为在还原剂添加装置附近的排气压力(下文简称为“排气压力”)变得位于极大值(下文称为“脉动波峰”)和/或极小值(下文称为“脉动波谷”)附近时的定时添加还原剂。

根据本发明，通过在由于排气的脉动而变化的排气压力处于极大值附近(即，处于脉动波峰附近)的定时添加还原剂，还原剂与高密度的排气相撞，从而可以促进还原剂的雾化。结果，被添加到排气中的还原剂的分散性能够被提高，从而还原剂的分散程度已变得较高的排气能够被供应给排气净化设备。换句话说，还原剂能够被更均匀地供应给整个排气净化设备。这里，还原剂的分散程度为指示还原剂在排气中的分散程度的概念。另外，还原剂的分散性被提高越多，则能够形成还原剂的分散程度越高的排气。

另外，当在排气压力变为极小值(脉动波谷)时——即当排气变为低密度时——的定时向排气中添加还原剂时，还原剂的雾化被抑制。结果，在排气中，还原剂的浓度变得局部高和低的位置将不均匀地分布。换句话说，通过向排气净化设备的一部分局部供应尽可能多的还原剂，可在该部分中形成深浓气氛。这里，应指出，“深浓气氛”包括经过排气净化设备的排气的空燃比为非常浓的空燃比的含义，或者排气的氧浓度为非常低的浓度的含义。

如上所述，根据本发明，选择是在排气压力位于极大值附近时的定时还是在排气压力位于极小值附近时的定时向排气中添加还原剂。由此，可通过自由选择升高还是降低流入排气净化设备的排气中的还原剂的分散程度，将还原剂供应给排气净化设备。

此外，根据本发明，可在排气压力变得位于极大值附近时的定时和排气压力变得位于极小值附近时的定时两者处添加还原剂。因此，可享受以下两方面优点。即，还原剂能够被更均匀地供应给整个排气净化设备，并且在排气净化设备中能够形成局部深浓气氛。

此外，在本发明中，可使用相同构造升高和降低还原剂的分散程度，从而能够通过简单的构造控制还原剂的分散特性。因此，排气净化系统能够紧凑化，并且成本降低。

这里应指出，排气压力的极大值附近(或极小值附近)中的术语“附近”当然包括排气压力的极大值(或极小值)，以及接近该值(之前和之后)的值，但是上述附近的范围可通过试验等被预先确定。例如，上述“附近”的范围可被确定为使得与在排气压力达到极大值(或极小值)的瞬时添加还原剂的情况相比，在还原剂在排气压力达到极大值(或极小值)之前或之后被添加的情况中，升高(或降低)还原剂在排气中的分散程度的效果没有过度恶化。

这里，由于排气的流路面积的改变而产生的排气脉动逐渐衰减。即，在排气压力变动或波动时的排气压力的变动幅度或范围(例如，极大值(脉动波峰)和极小值(脉动波谷)之差的绝对值)在脉动发生之后立即实质上变为极大值，并且此后逐渐减小。换句话说，排气脉动随着时间的推移而逐渐“消退(或减小)”。

因此，在排气压力的变动范围已变得非常小之后，即使在排气压力变得位于极大值或极小值附近的定时向排气中添加还原剂，本发明的作用效果也可能会减弱。即，有时难以合适地控制排气中的还原剂的分散程度，例如由于在排气压力位于极大值附近的定时添加还原剂而向整个排气净化设备均匀地供应还原剂，或者由于在排气压力位于极小值附近的定时添加还原剂而在排气净化设备中形成局部深浓气氛，等等。

因此，在本发明中，添加定时控制装置可控制还原剂添加装置，以便在所述排气压力的变动范围被维持等于或大于预定容许变动范围的时间段范围内添加还原剂。这里，应指出，该预定容许变动范围是当在排气压力的极大值和/或极小值附近向排气中添加还原剂时能够合适地控制还原剂的分散程度的排气压力变动范围的下限值。

根据此构造，通过在排气压力的变动范围被维持等于或大于预定容许变动范围的时间段范围内，在排气压力变得位于极大值和/或极小值附近的定时向排气中添加还原剂，能够合适地控制排气中的还原剂的分散程度。另外，能够在可容易地控制还原剂的分散程度的时间段内添加还原剂。

另外，还原剂的分散程度根据排气的密度等级而变化。因此，当在排气压力变得位于极大值附近的定时添加还原剂时，必需维持排气压力的极大值在某种程度上高于就在流路面积改变装置改变排气的流路面积之前的排气压力(下文还称为“初始排气压力”)的值。类似地，当在排气压力变得位于极小值附近的定时添加还原剂时，必需维持排气压力的极小值在某种程度上小于该初始排气压力。

因此，在本发明中，当控制还原剂添加装置以便在排气压力变得位于极大值附近的定时向排气中添加还原剂时，添加定时控制装置可在所述极大值被维持比就在流路面积被改变之前的排气压力(初始排气压力)高第一阈值或更多的时间段范围内添加还原剂。该预定的第一阈值指的是初始排气压力与极大值之差的下限值，其能够当在排气压力的极大值附近向排气中添加还原剂时升高或增加还原剂的分散程度。由此，能够在可以容易地升高还原剂的分散程度的时间段内添加还原剂。

此外，当控制还原剂添加装置以便在排气压力变得位于极小值附近的定时向排气中添加还原剂时，添加定时控制装置可在所述极小值被维持比就在流路面积被改变之前的排气压力(初始排气压力)低第二阈值或更多的时间段范围内添加还原剂。该预定的第二阈值指的是初始排气压力与极小值之差的下限值，其能够当在排气压力的极小值附近向排气中添加还原剂时降低或减小还原剂的分散程度。由此，能够在可以容易地降低还原剂的分散程度的时间段内添加还原剂。

这里，上述容许变动范围、第一阈值和第二阈值可被设定为固定值，或者可根据内燃机的工作状态通过试验等被预先获得，以便提供希望的分散程度。例如，可构建存储了初始排气压力、容许变动范围、第一阈值及第二阈值之间的关系的脉谱图。

这里，应指出，根据本发明的排气净化设备可包括具有氧化能力的催化剂，并且可执行升温控制，其中向具有氧化能力的催化剂供应还原剂以便升高排气净化设备的温度。即，排气净化设备的温度可由于当被供应给具有氧化能力的催化剂的还原剂被氧化时生成的反应热而升高。在此情况下，在本发明中，添加定时控制装置可控制还原剂添加装置，以便在排气压力变得位于极大值附近的定时添加还原剂。下文，在排气压力变得位于极大值附近的定时添加还原剂的控制称为“高分散式添加控制”。

由此，添加到排气中的还原剂的分散程度增大，从而还原剂能够均匀地供应给整个具有氧化能力的催化剂。结果，能够使排气的温度更有效地升高，从而能够合适地升高排气净化设备的温度。这里，排气净化设备可被构造成包括用于捕集排气中的颗粒物质(PM)的过滤器。在此情况下，当执行其中通过升高过滤器的温度来氧化并除去过滤器中捕集的PM的PM再生处理时，优选地执行高分散式添加控制。根据高分散式添加控制，排气净化设备(即，过滤器)的温度能够更有效地升高。因此，能够以有效的方式执行颗粒物质的氧化除去。

此外，根据本发明的排气净化设备可包括NOx催化剂，并且可通过向NOx催化剂供应还原剂来执行NOx还原处理或SOx中毒恢复处理。

例如，可通过执行高分散式添加控制增大添加到排气中的还原剂的分散程度，从而还原剂能够以更均匀的方式供应给整个NOx催化剂。结果，NOx催化剂中储存的NOx和Sox能够被均匀地减少。

此外，当执行上述NOx还原处理或SOx中毒恢复处理时，可进行在排气压力变得位于极小值附近的定时添加还原剂的控制(下文称为“低分散式添加控制”)。由此，能够在排气净化设备中形成局部深浓气氛。因此，排气净化设备的特定部分中的NOx或SOx还原效率能够被特别提高。另外，可执行通过组合高分散式添加控制和低分散式添加控制实现的控制。根据这样的控制，可按均匀的方式将还原剂供应给整个NOx催化剂，并且在其中形成局部深浓气氛。因此，NOx催化剂中储存的NOx和SOx能够以更合适的方式被还原。

这里，当发生排气的脉动时，排气压力的变动或波动以周期方式重复，从而极大值(脉动的波峰)和极小值(脉动的波谷)将在排气压力中交替出现。鉴于此，在本发明中，添加定时控制装置可控制还原剂添加装置，以便间歇地添加还原剂，并且同时使该还原剂添加装置添加还原剂的添加定时与排气压力变得位于极大值和/或极小值附近的定时同步。

这里，应指出，可在排气压力变得位于极大值和最小时附近的所有定时添加还原剂，但是本发明并不局限于此，并且可采用多种变型。

例如，可仅与排气压力变得位于极大值附近的定时同步地添加还原剂。由此，能够执行高分散式添加控制，其中添加到排气中的还原剂的分散性被赋以最高优先级。换句话说，如上述示例，能够以合适的方式执行排气净化设备的温度升高或PM再生处理。另外，在此情况下，不需要在排气压力变得位于极大值附近的所有定时都添加还原剂。

另外，可仅与排气压力变得位于极小值附近的定时同步地添加还原剂。由此，能够执行低分散式添加控制，其中局部深浓气氛的形成被赋以比添加到排气中的还原剂的分散性高的优先级。结果，例如，能够在NOx催化剂上有效地执行NOx还原处理和SOx中毒恢复处理。在此情况下，也不需要在排气压力变得位于极小值附近的所有定时都添加还原剂。

此外，可与排气压力变得位于极大值附近的定时和排气压力变得位于极小值附近的定时两者同步地添加还原剂。由此，能够实现向整个排气净化设备更均匀地供应还原剂以及在排气净化设备中形成局部深浓气氛。

此外，在根据本发明的用于内燃机的排气净化系统中，还可提供添加定时决定装置，所述添加定时决定装置获得随排气的脉动而变化的排气压力变得位于极大值和/或极小值附近的极值到达定时，并且同时基于这样获得的所述极值到达定时，决定利用所述添加定时控制装置控制所述还原剂添加装置以添加还原剂的添加定时。

例如，添加定时决定装置可具有用于检测还原剂添加装置附近的排气压力的压力传感器，并且可基于此压力传感器的检测值获取极值到达定时，即排气压力变得位于极大值和/或极小值附近时的定时。

可选择地，对于内燃机的各种工作状态，可通过试验等预先获得在脉动发生之后(在流路面积改变装置已经改变了排气的流路面积之后)变动或波动的排气压力的改变。另外，可基于存储了在脉动发生之后经过的时间与排气压力之间的关系的控制脉谱图来获取极值到达定时。

因此，可非常精确地获取在脉动产生装置已产生排气的脉动之后周期性出现的极值到达定时。因此，还原剂的添加定时能够被确定为更合适的定时以便控制还原剂的分散性。

这里，应指出，在本发明中，用于改变排气通道的流路面积的流路面积改变装置可以是用于控制排气的流量的流量控制阀。通过增大(或减小)流量控制阀的开度，能够改变排气的流动阻力，从而可以合适的方式产生排气的脉动。

这里，通过脉动产生装置产生的排气脉动在排气中传播。因此，即使还原剂添加装置被设置于流路面积改变装置(例如，流量控制阀)的上游侧或下游侧，仍然能够使还原剂添加装置附近的排气压力以合适的方式变动。

因此，本发明中的还原剂添加装置在排气通道上可被设置于流路面积改变装置的下游侧或流路面积改变装置的上游侧。根据上述配置中的任一种，可控制添加到流入排气净化设备的排气中的还原剂的分散程度。

这里，关注于当产生排气的脉动时排气压力的变动范围，排气压力的变动范围越大(即，排气压力的极大值越高，排气压力的极小值越低)，则还原剂的分散程度的可控性被改进越多。另外，在排气的脉动产生时的排气压力的变动范围在位于流路面积改变装置上游侧的排气通道中大于在位于流路面积改变装置下游侧的排气通道中。

因此，优选地，还原剂添加装置设置于位于流路面积改变装置的上游侧的排气通道上。通过这种配置，可更大程度地增加还原剂添加装置附近的排气压力的变动范围。

换句话说，当在排气压力变得位于极大值附近时的定时添加还原剂时，可在更高的排气密度下添加还原剂。因此，能够使还原剂的分散性更高。另一方面，当在排气压力变得位于极小值附近时的定时添加还原剂时，可在更低的排气密度下进行还原剂的添加。因此，能够在排气净化设备中形成更深的浓气氛。换句话说，能够更有效地控制还原剂的分散程度。

从下文结合附图对本发明的优选实施例的详细描述中，本发明的上述和其它目标、特征和优点将对于本领域技术人员更加明显。

附图说明

图1为示出根据本发明的第一实施例的内燃机及其进排气系统和控制系统的示意性构造的视图。

图2为示出当在本发明的第一实施例中减小阀开度Vd以产生排气脉动时，在添加阀附近的排气压力Pg的时间过程的时间图。

图3为示出本发明的第一实施例中的PM再生控制例程的流程图。

图4为示出根据本发明的第二实施例的内燃机及其进排气系统和控制系统的示意性构造的视图。

图5为示出本发明的第二实施例中的NOx还原控制例程的流程图。

具体实施方式

现在，下文将参照附图详细描述本发明的优选实施例。这里应理解，除非另外指明，否则下面的实施例中所述的构成部分的尺寸、材料、形状、相对设置等仅是说明性的，而不应被理解为以任何方式限制本发明的技术范围。

(实施例1)

参照附图并且首先参照图1，示出根据本发明的第一实施例的内燃机及其进排气系统和控制系统的示意性构造。如图1中所示总体上用标号1指示的内燃机是柴油发动机。这里，应指出在图1中，内燃机1的内部被省略。

进气通道2和排气通道5与内燃机1连接。在排气通道5上设置有DPNR(柴油PM和NOx还原)单元10，在该DPNR单元中NOx储存还原型催化剂(下文将简称为“NOx催化剂”)被用于捕集排气中的颗粒物质的颗粒过滤器所承载。在此实施例中，DPNR单元10对应于本发明中的排气净化设备，并且由该DPNR单元10承载的NOx催化剂对应于本发明中的具有氧化能力或功能的催化剂。

在排气通道5上在DPNR单元10的上游侧设置有燃料添加阀11，该燃料添加阀用于在对DPNR单元10执行NOx还原处理、SOx中毒恢复处理或PM再生处理时，将燃料形式的还原剂添加到排气中。另外，在燃料添加阀11附近设有用于检测在燃料添加阀11附近的排气的压力(下文还称为排气压力)的压力传感器12。此外，在排气通道5上在DPNR单元10的下游侧，设有能够改变排气的流路面积的流路面积改变阀13。通过改变流路面积改变阀13的开度，排气的流动阻力被改变以产生排气的脉动。在此实施例中，燃料添加阀11对应于本发明中的还原剂添加装置，并且流路面积改变阀13对应于本发明中的流路面积改变装置。

与以上述方式构造的内燃机1及其排气系统相结合，提供了用于控制内燃机1及其排气系统的电子控制单元(ECU)15。ECU 15不仅用于根据内燃机1的工作状况和驾驶员的要求控制内燃机1的工作状态等，并且还对内燃机1的DPNR单元10进行控制。

除了未示出的与控制内燃机1的工作状态有关的传感器例如空气流量计、曲柄位置传感器、加速器位置传感器等之外，压力传感器12也通过电线连接到ECU 15，并且这些传感器的输出信号被输入ECU 15。此外，内燃机1的未示出的燃料喷射阀等通过电线连接到ECU 15，并且另外，此实施例中的燃料添加阀11、流路面积改变阀13等也通过电线连接到ECU15，从而它们由ECU 15控制。

ECU 15包括CPU、ROM、RAM等，并且ROM存储用于对内燃机1执行多种控制的程序和存储了相关数据的脉谱图等。下文将描述的此实施例中的PM再生控制例程是ECU 15中的ROM中存储的程序之一。

这里，将说明燃料添加控制，在该燃料添加控制中从燃料添加阀11向排气中添加燃料，并且这样添加的燃料(下文称为“添加燃料”)被从那里供应给DPNR单元10。当用于氧化和除去DPNR单元10中捕集和淀积的颗粒物质(PM)的PM再生处理被执行时，由于在DPNR单元10氧化添加燃料时产生的反应热，DPNR单元10的温度升高到高温(即，PM能够被燃烧或烧掉的温度(例如，500℃到700℃))。

另外，在执行用于还原DPNR单元10中储存的NOx的NOx还原处理的情况下，流入DPNR单元10的排气的空燃比被控制成降低到浓空燃比。此外，在执行用于还原DPNR单元10中储存的SOx的SOx中毒恢复处理的情况下，如同NOx还原处理中一样，排气的空燃比被控制为浓空燃比，并且同时，DPNR单元10的温度被控制成保持处于高温(例如，600℃到650℃)。

在执行与上述各个处理相关的控制的情况下，由于液体燃料被从燃料添加阀11添加到排气中，所以添加燃料的分散性可能会恶化。尤其在由于在排气净化系统中的DPNR单元10的安装空间的限制等导致燃料添加阀11紧邻DPNR单元10的上游设置的情况下，或者在添加燃料或将被添加的燃料量大的情况下，添加燃料的分散性可能会恶化。

结果，在PM再生处理和SOx中毒恢复处理中，有时难以以均匀的方式升高整个DPNR单元10的温度。另外，在NOx还原处理和SOx中毒恢复处理中，可能难以还原整个DPNR单元10中储存的NOx和SOx。

另一方面，在NOx还原处理和SOx中毒恢复处理中，NOx和SOx的还原效率根据流入DPNR单元10的排气的空燃比的降低而增加。因此，可能需要在DPNR单元10中形成局部较浓空燃比的气氛，从而使得可以实现NOx和SOx的完全还原。

因此，在此实施例中，根据DPNR单元10中执行的处理来控制排气中的添加燃料的分散程度。即，执行燃料添加控制以便获得希望的添加燃料的分散程度。下文，将具体描述此实施例中的燃料添加控制的细节。这里，应指出，添加燃料的分散程度是指示添加燃料在排气中的分散性等级的概念，这意味着，分散程度越高，则添加燃料的分散性越好。

当要执行此实施例中的燃料添加控制时，在从燃料添加阀11添加燃料之前，ECU 15预先改变流路面积改变阀13的开度Vd(下文称为“阀开度”)。换句话说，阀开度Vd被增大或减小。结果，由于经过排气通道5的排气的流动阻力的改变，排气压力周期性地变化动波动从而产生所谓的“排气脉动”。在此实施例中，ECU 15对应于本发明中的脉动产生装置。

这里，图2为示出当此第一实施例中的阀开度Vd被减小以产生排气脉动时，在燃料添加阀11附近的排气压力Pg(下文，称为“添加阀附近排气压力”)的时间过程的时间图。在此图中，横轴指示时间，纵轴指示添加阀附近排气压力Pg。

这里，当阀开度Vd在时间t0减小时，如图2所示，添加阀附近排气压力Pg改变，同时重复地升高和降低。因此，在添加阀附近排气压力Pg中，重复出现极大值Pgmax和极小值Pgmin。即，在此图中，添加阀附近排气压力Pg在时间点t1、t3和t5达到极大值Pgmax，而在时间点t2、t4和t6达到极小值Pgmin。另外，添加阀附近排气压力Pg的变动幅度或范围WPg(＝|Pgmax-Pgmin|)(例如，极大值Pgmax和极小值Pgmin之差的绝对值)随着时间的推移而减小。

这里，排气的密度根据添加阀附近排气压力Pg的增加而变得更高，因而，如果例如在排气的密度变高的定时将待添加的燃料供应给排气，则将促进排气的气体分子与添加燃料之间的碰撞。结果，也促进了添加燃料的雾化。因此，通过在添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax的定时将添加燃料供应给排气，能够促进添加燃料的雾化，从而可以提高添加燃料在排气中的分散程度。

另一方面，当在添加阀附近排气压力Pg变为极小值Pgmin的定时将添加燃料供应给排气时，添加燃料的雾化被抑制。因此，排气变得具有沿排气通道5的直径方向不均匀分布的添加燃料的较高浓度部分和较低浓度部分。结果，可在DPNR单元10中形成局部深浓气氛。

在此实施例中，通过根据DPNR单元10中执行的处理的内容(例如，PM再生处理、NOx还原处理、SOx中毒恢复处理等)控制从燃料添加阀11添加或供应添加燃料的燃料添加定时，来控制添加燃料的分散程度。具体地，ECU 15在添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax和/或极小值Pgmin的定时向燃料添加阀11发出指令或命令，从而从燃料添加阀11向排气供应添加燃料。在此实施例中，ECU 15对应于本发明中的添加定时控制装置。

更具体地说，选择和执行稍后将描述的高分散式添加控制、低分散式添加控制和组合分散式添加控制。这里，应指出，高分散式添加控制为在添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax的定时(图2中的箭头CP)将添加燃料添加到排气中。低分散式添加控制为在添加阀附近排气压力Pg变为极小值Pgmin的定时(图2中的箭头TP)将添加燃料添加到排气中。组合分散式添加控制为在添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax和极小值Pgmin的定时(图2中的箭头CP和TP)将添加燃料添加到排气中。

当执行PM再生处理时，有时需要有效地升高整个DPNR单元10的温度以提高PM的氧化效率。因此，当在此实施例中执行PM再生处理时，优选地执行高分散式添加控制。由此，添加燃料在排气中的分散程度增大，从而整个DPNR单元10的温度能够以均匀和有效的方式升高。结果，能够提高PM的氧化效率，并且还能够改善与PM再生处理相关的燃料消耗。在此实施例中，PM再生处理对应于本发明中的升温控制。

另一方面，当执行NOx还原处理或SOx中毒恢复处理时，可选择高分散式添加控制、低分散式添加控制和组合分散式添加控制中的任一个，并且根据执行每种控制的条件或情况，可享受这种控制的执行所带来的优点或好处。例如，如上所述，可通过执行高分散式添加控制来提高添加燃料的分散程度，从而能够将还原剂均匀供应到DPNR单元10的整个区域。因此，DPNR单元10中储存的NOx和SOx能够以均匀的方式被还原。换句话说，能够在整个DPNR单元10上更均匀地净化NOx和SOx。

另外，在将相对于DPNR单元10局部提高NOx和SOx的还原效率的情况下，可执行低分散式添加控制。根据这种控制，能够抑制添加燃料的分散程度，从而能够在DPNR单元10中形成局部深浓气氛，因此可以特别提高在DPNR单元10中对应于该局部深浓气氛的部分中的NOx和Sox的还原效率。

此外，可执行混合分散式添加控制以便享受高分散式添加控制和低分散式添加控制两者的优点或好处。即，在添加阀附近排气压力Pg中交替地出现极大值Pgmax和极小值Pgmin，从而可交替地执行高分散式添加控制和低分散式添加控制。根据这种控制，DPNR单元10的整个区域中储存的NOx和Sox能够均匀地被还原，并且同时能够局部实现NOx和SOx的更完全的净化。

尽管图2举例说明了阀开度Vd被减小以产生排气脉动的情况，但是还可例如通过增大阀开度Vd来产生排气的脉动。另外，在阀开度Vd改变后，可采用流路面积改变阀13的各种工作模式。例如，在阀开度Vd改变(减小或增加)之后，阀开度Vd可被保持于当时的开度，或者可返回初始开度(即，在改变之前的开度)。在后一种情况下，阀开度Vd将仅被瞬时改变，以便产生排气的脉动。因此，从稳态的观点看，可按合适的方式产生排气的脉动，同时在产生基本恒定的脉动之后维持排气的流动阻力。

接下来，将说明根据此实施例在燃料添加控制期间将添加燃料从燃料添加阀11添加到排气中的添加定时TMad。在此实施例中，添加燃料被间歇地从燃料添加阀11添加，并且添加定时TMad被决定成使之与添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax和/或极小值Pgmin时的定时TMe同步(这些定时被统称为“极值到达定时”)。

下文将参照图2进行具体描述。在执行高分散式添加控制的情况下，添加定时TMad被控制成与时间点t1、t3和t5一致；在执行低分散式添加控制的情况下，添加定时TMad被控制成与时间点t2、t4和t6一致；并且在执行组合分散式添加控制的情况下，添加定时TMad被控制成与时间点t1、t2、...、t5和t6一致。这里，应指出，添加燃料不必在所有极大值Pgmax(或所有极小值Pgmin，或所有极大值Pgmax和所有极小值Pgmin)处都被添加。

具体地，例如，在执行高分散式添加控制(或低分散式添加控制)的情况下，添加定时TMad可被决定成与时间点t1(时间点t2)和时间点t5(时间点t6)一致，而在时间点t3(时间点t4)没有添加燃料被添加。另外，添加燃料可例如在添加阀附近排气压力Pg达到极大值Pgmax(或极小值Pgmin)n次(例如，n为任意自然数)的每个时段或定时被添加。因此，在不背离本发明的要旨的范围内，可对添加定时TMad进行多种改变。

在此实施例中，ECU 15基于压力传感器12的输出信号获得极值到达定时TMe。可选择地，ECU 15可通过试验预先获得在内燃机1的各工作状态下，在向流路面积改变阀13发送改变阀开度Vd的指令或命令之后添加阀附近排气压力Pg的改变。另外，这些关系可被存储在控制脉谱图内，从而可参照该控制脉谱图获得极值到达定时。

因此，可精确地获得周期性的极值到达定时TMe，从而能够将添加定时TMad确定为合适的定时。结果，能够以合适的方式控制添加燃料在排气中的分散性。这里，应指出，在此实施例中，用于获得极值到达定时TMe并且基于这样获得的极值到达定时TMe决定添加定时TMad的ECU 15对应于本发明中的添加定时决定装置。

添加定时TMad不必与极大值Pgmax或极小值Pgmin一致，而仅需位于极大值Pgmax或极小值Pgmin附近。例如，“附近”的范围可被确定在这样的范围内，即在该范围中，与添加定时TMad与极大值Pgmax(或极小值Pgmin)一致的情况相比，提高(或降低)添加燃料的分散程度的效果将不会被过度地恶化。由此，可使添加定时的设置范围具有一定的裕度，从而可确保一定的自由度。

另一方面，如图2所示，添加阀附近排气压力的变动范围WPg(＝|Pgmax-Pgmin|)随着时间的推移而减小。在添加阀附近排气压力的变动范围WPg变得非常小之后，即使添加燃料是在极值到达定时TMe被添加的，仍难以用合适的方式控制添加燃料的分散程度。因此，在此实施例中，在添加阀附近排气压力的变动范围WPg被维持等于或大于容许变动范围WL(见图2)的时间段范围内，执行燃料添加控制。

这里，应指出，容许变动范围WL是添加阀附近排气压力的变动范围的下限值，在该变动范围内判定为当添加燃料在极值到达定时TMe被添加时该添加燃料的分散程度能够被以令人满意的方式控制。因此，抑制了在难以控制添加燃料的分散程度的情况下仍执行燃料添加控制。根据这种控制，添加燃料的分散程度能够被容易地控制。在此实施例中，容许变动范围WL对应于本发明中的预定容许变动范围。

另外，当在此实施例中，在高分散式添加控制(或组合分散式添加控制)中添加定时TMad被控制成与极大值Pgmax一致时，在极大值Pgmax被维持比就在阀开度Vd被改变之前的排气压力Pg0(下文称为“前不久排气压力(immediately before exhaust gas pressure)”)高第一参考值Pgfb或更多的时间段范围内执行燃料添加控制。

这里，应指出，第一参考值Pgfb为前不久排气压力Pg0与极大值Pgmax之间的压差，并且为当在排气压力的极大值Pgmax时添加该添加燃料时能够令人满意地升高或增大添加燃料的分散程度的压差的下限值。通过使用该第一参考值Pgfd，当在极大值Pgmax时添加该添加燃料时，添加燃料的分散程度可按合适的方式增大。在此实施例中，第一参考值Pgfd对应于本发明中的第一预定阈值。

此外，当在低分散式添加控制(或组合分散式添加控制)中添加定时TMad被控制成与极小值Pgmin一致时，在极小值Pgmin被维持比前不久排气压力Pg0低第二参考值Pgsb或更多的时间段范围内执行燃料添加控制。

这里，应指出，第二参考值Pgsb为前不久排气压力Pg0与极小值Pgmin之间的压差，并且为当在排气压力的极小值Pgmin时添加该添加燃料时能够令人满意地降低或减小添加燃料的分散程度的压差的下限值。通过使用该第二参考值Pgsb，当在极小值Pgmin时添加该添加燃料时，添加燃料的分散程度可按合适的方式减小。在此实施例中，第二参考值Pgsb对应于本发明中的第二预定阈值。

下面，将参照图3的流程图说明由ECU 15执行的燃料添加控制。这里，将说明当在DPNR单元10上执行PM再生处理时的燃料添加控制。图3为示出本发明的第一实施例中的PM再生控制例程的流程图。此例程为ECU 15的ROM中存储的程序，并且在内燃机1的工作期间被每隔预定时间间隔执行。

当执行此例程时，首先在步骤S101中，判定关于在DPNR单元10中再生PM的请求是否已被发给DPNR单元10。例如，当用于检测DPNR单元10的上游侧和下游侧之间的压力差的压差传感器(未示出)的输出值大于第一指定值时，ECU 15发出这种PM再生请求。此第一指定值为DPNR单元10中的压差的阈值，当上述压差变得大于此值时，判定为内燃机1的输出功能或性能已因DPNR单元10中沉积的PM的影响而降低。当在步骤S101中作出肯定判定时，控制流前进到步骤S102，而当作出否定判定时，此例程结束。

在步骤S102中，为了产生排气的脉动，ECU 15向流路面积改变阀13发出指令或命令，从而改变阀开度Vd。在此情况下，可增大或减小阀开度Vd。

在步骤S103中，执行如上所述的高分散式添加控制。具体地，基于压力传感器12的输出值，检测添加阀附近排气压力变为极大值Pgmax的定时，并且将添加定时TMad确定成与该极大值Pgmax同步。然后，在每个添加定时TMad间歇地从燃料添加阀11向排气中添加该添加燃料。

在步骤S104中，判定排气的脉动是否为过小脉动状态。这里，应指出，过小脉动状态指的是这样的状态，在该状态下，由于排气的脉动过小，因此即使执行高分散式添加控制仍难以有效地增加添加燃料的分散程度。具体地，基于压力传感器12的输出值检测添加阀附近排气压力的变动范围WPg，并且根据添加阀附近排气压力的变动范围WPg是否变得小于容许变动范围WL，来判定过小脉动状态。可选择地，可根据通过从最新检测到的极大值Pgmax减去前不久排气压力Pg0而得到的值是否变得小于第一参考值Pgfd来进行该判定。

当在步骤S104中作出肯定判定时，控制流前进到步骤S105。在步骤S105中，执行普通添加控制。这里，普通添加控制指的是添加定时TMad被控制成不与极值到达定时TMe同步。在此例程中，当执行普通添加控制时，在没有使添加定时TMad与极大值Pgmax同步的情况下供应添加燃料。当此步骤的处理结束时，控制流前进到步骤S106。

在步骤S106中，判定是否已经发出PM再生终止请求。在此步骤中，当未示出的压差传感器的输出值变得低于第二指定值时，发出PM再生终止请求。该第二指定值为DPNR单元10中的压差的阈值，当上述压差变得小于此值时，可判定为DPNR单元10中沉积的PM已使内燃机1的输出功能或性能降低，并且小于第一指定值的该第二指定值可通过试验获得。

当在步骤106中获得肯定判定时，判定为DPNR单元10中的PM再生处理可被终止，并且此例程结束。另一方面，当作出否定判定时，判定为需要在DPNR单元10中继续进行PM再生处理，并且返回步骤S105。即，继续进行如上所述的普通添加控制，从而氧化和除去DPNR单元10中的PM。

另一方面，当在上述步骤S104中作出否定判定时，判定为可继续进行高分散式添加控制，并且控制流前进到步骤S107。在步骤S107中，判定是否已发出PM再生终止请求。此步骤中的处理的实际内容类似于步骤S106中的内容。当在步骤S107中作出肯定判定时，此例程的执行终止。另一方面，当作出否定判定时，返回步骤S104，从而继续执行PM再生处理。

如上所述，根据此例程，通过当在DPNR单元10上执行PM再生处理时执行高分散式添加控制，促进了添加燃料的雾化。因此，能够提高添加燃料的分散程度。结果，可以均匀和有效地升高整个DPNR单元10的温度，从而能够提高DPNR单元10中的PM的氧化效率。

另外，当在此例程的步骤S104中判定为排气的脉动处于过小脉动状态时，在随后的步骤S105以及其后的步骤中执行普通添加控制，但是可作为替代重新产生排气的脉动。即，当在步骤S104中作出肯定判定时，如步骤S102中的处理一样，通过控制流路面积改变阀13以改变阀开度Vd来再次产生排气的脉动。由此，可连续地执行高分散式添加控制，非常有效地升高DPNR单元10的温度。

在此实施例中，流路面积改变阀13被设置在位于燃料添加阀11的下游的位置处。这是因为，考虑到排气的脉动在流路面积改变阀13的上游侧大于其下游侧这一事实，添加阀附近排气压力的变动范围WPg增加。因此，当执行高分散式添加控制时，可使添加燃料的分散程度尽可能高，而当执行低分散式添加控制时，可使添加燃料的分散程度尽可能低。结果，能够以更合适的方式控制添加燃料的分散性。

在此方面，应指出，即使流路面积改变阀13不一定设置于燃料添加阀11的下游侧，仍可应用本发明。即使流路面积改变阀13被设置于燃料添加阀11的上游侧，排气的脉动仍在排气通道5中传播，从而添加阀附近排气压力Pg能够以合适的方式改变。通过这种设置，能够以高自由度来设置燃料添加阀11、DPNR单元10和流路面积改变阀13。

(实施例2)

接下来，下文将描述本发明的第二实施例。图4为示出根据本发明的第二实施例的内燃机及其进排气系统和控制系统的示意性构造的视图。这里，应指出，此第二实施例中的与第一实施例中的排气净化系统相同或相似的部件或元件用相同符号标识，并且省去了对其的详细描述。

在此第二实施例的排气净化系统中，提供了涡轮增压器3，该涡轮增压器具有设置在进气通道2上的压缩机壳体3a和涡轮机壳体3b。节气阀4在位于涡轮增压器3的压缩机壳体3a的上游的位置处设置在进气通道2上。

涡轮增压器3的涡轮机壳体3b在位于燃料添加阀11的上游的位置处设置在排气通道5上。旁路通道16在排气通道5的位于涡轮机壳体3b和燃料添加阀11之间的分支部5a处从该排气通道5分出。此旁路通道16在设置于DPNR单元10的下游侧的汇合部5b处并入排气通道5。在汇合部5b处设置有切换阀17，该切换阀17能够控制或切换排气通道5和旁路通道16之间的流体连通。即，在使来自内燃机1的排气通过旁路通道16时，排气绕过DPNR单元10。在此第二实施例中，切换阀17对应于本发明中的流路面积改变装置。

在此第二实施例中，当没有执行利用燃料添加阀11的燃料添加控制时，即在内燃机1的正常工作中，排气通道5和旁路通道16被截断或相互断开，而当执行燃料添加控制时，使排气通道5和旁路通道16彼此流体连通。更具体地，在添加燃料被从燃料添加阀11添加之前，ECU 15向切换阀17生成指令或命令，从而使得排气通道5和旁路通道16彼此流体连通。

结果，产生了排气的脉动，从而使得在添加阀附近排气压力Pg中出现周期性压力变动或波动。因此，在此第二实施例中，也通过使添加定时TMad与极值到达定时TMe同步，选择性地执行高分散式添加控制、低分散式添加控制和组合分散式添加控制。

下文，将基于图5描述在本发明的第二实施例中的DPNR单元10上的NOx还原处理。图5是示出此第二实施例中的NOx还原控制例程的流程图。此例程是存储于ECU 15中的ROM内的程序，并且在内燃机1的工作期间每隔预定时间间隔执行。

当执行此例程时，首先在步骤S201，判定是否已经向DPNR单元10发出还原DPNR单元10中的NOx的请求。例如，可基于在上次NOx还原处理终止后累积的进气量的总值发出NOx还原请求。另外，作为替代，可基于设置于排气通道5上的NOx传感器(未示出)的输出值发出NOx还原请求。当在步骤201中作出肯定判定时，控制流前进到步骤S202，而当在步骤S201中作出否定判定时，此例程的执行结束。

在步骤S202中，ECU 15控制切换阀17以便产生排气的脉动，从而使旁路通道16和排气通道5彼此流体连通。即，使得内燃机1的排气通过旁路通路16，从而绕过DPNR单元10。当在此步骤中控制切换阀17时，产生了排气的脉动。

在步骤S203中，执行上述的组合分散式添加控制。具体地，基于压力传感器12的输出值检测添加阀附近排气压力Pg变为极大值Pgmax和极小值Pgmin的定时，并且添加定时TMad被确定为与极大值Pgmax和极小值Pgmin同步。然后，在每个添加定时TMad间歇地从燃料添加阀11向排气中添加添加燃料。当此步骤中的处理终止时，此例程结束。

如上所述，根据此例程，可交替地可执行其中添加燃料的分散程度高的高分散式添加控制，和其中添加燃料的分散程度低的低分散式添加控制。即，当添加燃料的分散程度高时，能够以均匀方式还原DPNR单元10的整个区域中存储的NOx，而当添加燃料的分散程度低时，在DPNR单元10中形成局部深浓气氛，从而能够在该部分中实现NOx的完全净化。

这里，应指出，在此例程中，执行组合分散式添加控制来执行NOx还原处理，但是作为替代，例如可执行低分散式添加控制。在该情况下，在上述例程中的步骤S203中，应仅执行低分散式添加控制。尽管在此第二实施例中，已经描述了DPNR单元10上的NOx还原处理，但是即使在执行SOx中毒恢复处理的情况下，仍可应用上述控制例程。

另外，此第二实施例中的排气净化系统具有涡轮增压器3，并且排气的压力状态在涡轮机壳体3b的上游侧和下游侧之间有很大不同。在此情况下，如果燃料添加阀将设置在位于涡轮机壳体3b的上游的位置，则即使在涡轮机壳体3b的下游侧产生排气的脉动，有时仍难以使得添加阀附近排气压力Pg以合适的方式改变。因此，在本发明应用于具有涡轮增压器3的排气净化系统的情况下，优选地，如同根据此第二实施例的系统构造一样，燃料添加阀11设置在涡轮机壳体3b的下游侧。

尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应认识到，在所附权利要求的精神和范围内，可通过修改来实施本发明。

工业应用性

根据本发明，当执行用于向流入排气净化设备的排气中添加还原剂的还原剂添加控制时，可通过简单的构造控制添加到流入排气净化设备的排气中的还原剂的分散程度。

Claims (9)

1.一种用于内燃机的排气净化系统，其特征在于包括：排气净化设备，所述排气净化设备设置于所述内燃机的排气通道上，用于净化经过所述排气通道的排气；还原剂添加装置，所述还原剂添加装置在所述排气净化设备的上游位置处设置于所述排气通道上，用于向经过所述排气净化设备的排气中添加还原剂；流路面积改变装置，所述流路面积改变装置设置于所述排气通道上，用于改变排气的流路面积；脉动产生装置，在所述还原剂添加装置向排气中添加还原剂之前，所述脉动产生装置通过利用所述流路面积改变装置改变所述流路面积来产生排气脉动；和添加定时控制装置，所述添加定时控制装置控制所述还原剂添加装置，以便在所述还原剂添加装置附近的由于所述排气脉动而变化的排气压力变得处于极大值和/或极小值附近的定时添加还原剂。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述添加定时控制装置用于控制所述还原剂添加装置，以便在所述排气压力的变动范围被维持等于或大于预定容许变动范围的时间段范围内添加还原剂。

3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，当控制所述还原剂添加装置以便在所述排气压力变得位于极大值附近的定时向所述排气中添加还原剂时，所述添加定时控制装置用于在所述极大值被维持比就在所述流路面积被改变之前的所述排气压力高第一阈值或更多的时间段范围内添加还原剂。

4.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，当控制所述还原剂添加装置以便在所述排气压力变得位于极小值附近的定时向所述排气中添加还原剂时，所述添加定时控制装置用于在所述极小值被维持比就在所述流路面积被改变之前的所述排气压力低第二阈值或更多的时间段范围内添加还原剂。

5.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述排气净化设备包括具有氧化能力的催化剂，并且当执行向所述具有氧化能力的催化剂供应还原剂以便升高所述排气净化设备的温度的升温控制时，所述添加定时控制装置控制所述还原剂添加装置，以便在所述排气压力变得位于所述极大值附近的定时添加还原剂。

6.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述添加定时控制装置用于控制所述还原剂添加装置以便间歇地添加还原剂，并且同时使由所述还原剂添加装置添加还原剂的添加定时与所述排气压力变得位于所述极大值和/或所述极小值附近的定时同步。

7.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于还包括：添加定时决定装置，所述添加定时决定装置获得所述排气压力变得位于所述极大值和/或所述极小值附近的极值到达定时，并且同时基于这样获得的所述极值到达定时，决定利用所述添加定时控制装置控制所述还原剂添加装置以添加还原剂的添加定时。

8.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述还原剂添加装置在所述流路面积改变装置的上游位置处设置于所述排气通道上。

9.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述还原剂添加装置在所述流路面积改变装置的下游位置处设置于所述排气通道上。

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