CN101657616B - 内燃机的排气净化系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够通过简单的结构、个别地控制流入串联地设置于排气通路上的上游侧的排气净化装置与下游侧的排气净化装置的排气的还原剂浓度的技术。包括：串联地设置于排气通路的2个排气净化装置，绕过上游侧的排气净化装置的旁通通路，设置于旁通通路的排气控制阀，和相比分支部设置于上游侧的还原剂供给机构。而且，从还原剂供给机构断续地供给还原剂而使排气的还原剂浓度周期性变化，使排气控制阀相对于还原剂浓度的变化以预定的定时周期性开关。由此，将所供给的还原剂分为被导入上游侧的排气净化装置的和经由旁通通路被导入下游侧的排气净化装置的。

Description

内燃机的排气净化系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化系统。
背景技术
在内燃机的排气中含有NOx(氮氧化合物)等的有害物质。为了降低这些有害物质的排放，众所周知的是在内燃机的排气系统中设置净化排气中的NOx的NOx催化剂。在该技术中，在设置例如吸藏还原型NOx催化剂的情况下，在已吸藏的NOx的量增加时、净化能力下降，所以通过进行燃料过量供给(rich spike)控制对吸藏还原型NOx催化剂供给还原剂，对已被该催化剂吸藏的NOx进行还原释放(下面，称作“NOx还原处理”。)。
此外，有时为了消除在NOx催化剂中吸藏了排气中的SOx而导致净化能力下降的SOx中毒，也使NOx催化剂的床温上升并且对其供给还原剂(下面，称作“SOx再生处理”。)。在该SOx再生处理中还原剂也用于使NOx催化剂的床温上升。
另外，在内燃机的排气中含有以碳为主要成分的微粒物质(PM：Particulate Matter)。为了防止这些微粒物质向大气扩散，众所周知的技术是在内燃机的排气系统中设置捕集微粒物质的微粒过滤器(下面，称作“过滤器”。)。
在该过滤器中，如果已捕集的微粒物质的堆积量增加，则由于过滤器的堵塞，使排气的背压上升导致发动机性能下降，所以使过滤器的温度上升而将已捕集的微粒物质氧化清除(下面，称作“PM再生处理”。)。此时为了使过滤器的温度上升，有时会对过滤器供给作为还原剂的燃料。
与这样的排气净化系统的技术相关联，例如日本特开2002-349236号公报所记载的技术是众所周知的。即，在内燃机的排气管上设置NOx吸藏还原催化剂，在比NOx吸藏还原催化剂更靠排气上游侧的排气管上设置能够喷射还原剂的液体喷射嘴。另外，在比NOx吸藏还原催化剂更靠排气下游侧的排气管上设置作为氧化催化剂而起作用的微粒过滤器。进而，以绕过NOx吸藏还原催化剂的方式将旁通管连接于排气管，并切换排气调整阀以使得排气流入NOx吸藏还原催化剂或者旁通管中的任意一方。而且，基于温度传感器的检测输出分别控制还原剂的喷射和排气调整阀开度，所述温度传感器检测比NOx吸藏还原催化剂更靠排气上游侧的排气管内的排气温度。
在该技术中，在排气温度未满预定值的情况下，停止还原剂的喷射，切换排气调整阀以使得排气流入NOx吸藏还原催化剂并且不流入旁通管。由此，排气中的NOx被催化剂吸藏，排气中的HC(碳氢化合物)通过催化剂所担载的贵金属的氧化作用而被氧化。在排气温度为预定值以上的情况下，调整排气调整以使得大部分排气流入旁通管并且使一部分排气流过催化剂，同时从液体喷射嘴喷射还原剂。由此，催化剂入口的排气的空气过剩率下降，并且已被催化剂吸藏的NOx与上述HC等反应而成为N2、CO2、H2O而从催化剂中被释放。另外，由于还原剂的喷射所生成的HC等的一部分通过催化剂而由过滤器捕集。在喷射还原剂时，大部分的排气流入旁通管，空气过剩率高的排气流入过滤器，所以已被该过滤器捕集的HC等通过过滤器所担载的活性金属的氧化作用而被氧化、燃烧。
根据该技术，能够高效地降低排气所含的NOx以及微粒的排放量，并且能够防止从液体喷射嘴向排气管喷射的还原剂在气化的状态下被释放到大气中。
另外，众所周知：如日本特开2005-248765号公报所记载，为了防止NOx催化剂的热劣化，设置在PM再生中使NOx催化剂绕过的路径，使排气气体完全绕过NOx催化剂，由此减轻对NOx催化剂的热负荷。
但是，在上述的第一种技术中，液体喷射嘴被配置在排气管中比与旁通管分支的分支部更靠下游侧的部位，所以在要对过滤器供给还原剂时，就必须使还原剂通过NOx催化剂。另外，在上述的第二种技术中，为了使排气气体完全绕开NOx催化剂，就必须在排气管与旁通管的双方上设置排气调整阀，或者在分支部设置三通阀。由此，可能使系统变得复杂、妨碍削减成本。
另外，难以个别地控制流入上游侧的排气净化装置与下游侧的排气净化装置的排气中的还原剂浓度。
另外，作为与排气净化装置关联的其他技术，有日本特开2000-265827号公报所记载的技术。在该技术中，包括：配置在排气歧管正下方的排气通路中的排气净化用催化剂，绕过排气净化用催化剂的旁通通路，检测排气的温度的传感器，和限制排气向排气净化用催化剂的流入的排气控制阀。而且，控制器在应该使排气净化用催化剂升温的条件成立时缓和由排气控制阀进行的限制，使向排气净化用催化剂流入的排气量增加。由此，不使运转性能、燃料经济性恶化地使催化剂温度上升。
另外，还有日本特开2003-013730号公报所记载的技术。在该技术中，在柴油发动机中，在微粒过滤器中担载有NOx催化剂，排气通路中的氧化催化剂的上游的部分与在位于该氧化催化剂的下游且在微粒过滤器的上游的部分通过旁通通路连接，在旁通通路上设有供给NOx还原剂的还原剂供给机构，在旁通通路的所述氧化催化剂的上游的分支部，设有与氧化催化剂的温度相对应地切换排气向氧化催化剂侧的流通和向旁通通路的流通的切换阀。
另外，还有日本特开平11-062567号公报所记载的技术。在该技术中，包括：NOx转化催化剂，其被配置在发动机的主排出管线上，NOx转化系数为一定系数以下，并具有各种温度范围；包含捕集机构的旁通管线，旁通状地连接于主排出管线，该捕集机构配置在该催化剂的上游部分、捕捉并转化NOx后将其排出；旁通管线，其用于在转化催化剂具有预定值以下的转化系数时使捕集机构能够捕捉NOx，捕集机构在转化同时释放NOx；和调节主排出管线之间的气体量的阀。
另外，还有日本特开平5-231140号公报所记载的技术。该技术，是将在稀空燃比运转时净化NOx的稀空燃比NOx催化剂配设在比在理论配比(所供燃料的完全燃烧所需的理论上的必要最小空气量与燃料的质量比)运转时产生作用的三元催化剂更靠排气路上游侧的部位的排气净化装置，其中：在所述排气通路上形成有能够使在各运转时排出的排气气体G的一部分迂回(绕过)上述稀空燃比NOx催化剂而直接流入所述三元催化剂的旁通通路。
另外，还有日本特开2005-256714号公报所记载的技术。在该技术中，在排气净化部件中的PM堆积量PMsm为判定值A以下时，作为燃料添加的形态，执行由燃耗(burn up)控制进行的间歇添加。另一方面，在排气净化部件中的PM堆积量PMsm比判定值A大时，作为燃料添加的形态，执行由PM再生控制进行的连续添加。
本发明的目的在于提供一种能够通过简单的结构、个别地控制流入串联地设置在排气通路上的上游侧的排气净化装置与下游侧的排气净化装置的排气的还原剂浓度的技术。
发明内容
在用于达成上述目的的本发明中，以下面几点为主要的特征。即，包括：在排气通路上串联地设置的2个排气净化装置，绕过上游侧的排气净化装置的旁通通路，设置在旁通通路或者排气通路中的向旁通通路分支的分支部的下游侧的排气控制阀，和设置在比所述分支部更靠上游侧的部位的还原剂供给机构。而且，从还原剂供给机构断续地供给还原剂使排气的还原剂浓度周期性变化，使排气控制阀相对于还原剂浓度的变化以预定的定时周期性开关，由此将所供给的还原剂分为被导入上游侧的排气净化装置的和经由旁通通路被导入下游侧的排气净化装置的。
更详细地说，其特征在于，包括：第一排气净化装置，其被设置于内燃机的排气通路，对通过所述排气通路的排气进行净化；
第二排气净化装置，其被设置于所述排气通路上的所述第一排气净化装置的下游，对通过所述排气通路上的所述第一排气净化装置的下游侧的排气进行净化；
旁通通路，其从所述排气通路上的所述第一排气净化装置的上游侧分支，并且，在位于所述排气通路上的所述第一排气净化装置的下游侧且在所述第二排气净化装置的上游侧的部分与所述排气通路合流，使通过所述排气通路的排气绕过所述第一排气净化装置；
排气控制阀，其被设置于在所述排气通路上的向所述旁通通路分支的分支部与所述第一排气净化装置之间的部分、或者所述旁通通路，能够切换排气的通过和切断；和
还原剂供给机构，其相比所述分支部在上游侧，对通过所述排气通路的排气供给还原剂；
从所述还原剂供给机构对所述排气断续地供给还原剂使通过所述排气通路的排气中的还原剂浓度周期性变化，并且周期性开关所述排气控制阀，控制与所述还原剂浓度的周期性变化相对的所述排气控制阀的开关定时，从而控制流入所述第一排气净化装置的排气的还原剂浓度与通过所述旁通通路的排气的还原剂浓度。
即在本发明中，通过从还原剂供给机构对排气断续地供给还原剂，使旁通通路从排气通路分支的分支部的还原剂浓度周期性变化。另外，周期性开关在排气通路或者旁通通路上设置的排气控制阀。而且，控制与所述还原剂浓度的周期性变化相对的排气控制阀的开关定时。
换言之，通过控制所述分支部的还原剂浓度的变化周期中的还原剂浓度高的时期、与排气控制阀的开度周期中的排气控制阀打开的时期重合的期间，来控制在一定期间内通过排气控制阀的还原剂量。由此，个别地控制流入第一排气净化装置的排气的还原剂浓度、与经由旁通通路直接流入第二排气净化装置的排气的还原剂浓度。
由此，能够以单一的还原剂供给机构与单一的排气控制阀的组合这样简单的结构、且通过简单的控制，以高自由度控制流入第一排气净化装置的排气的还原剂浓度与经由旁通通路直接流入第二排气净化装置的排气的还原剂浓度。其结果，能够以高自由度个别地实施第一排气净化装置与第二排气净化装置的升温控制、在内部已蓄积的净化物质的清除控制。
另外，在本发明中，也可以：使所述排气控制阀的开关定时与所述排气通路中的所述旁通通路的分支部中的所述还原剂浓度的变化同步，从而控制流入所述上游侧排气净化装置的排气的还原剂浓度与通过所述旁通通路的排气的还原剂浓度。
即，使排气通路与旁通通路的分支部中的还原剂浓度的变化的周期与排气控制阀的开关的周期大致相同，调整各自的相位，从而将从还原剂供给机构供给的还原剂分为被导入上游侧的第一排气净化装置的和经由旁通通路被导入下游侧的第二排气净化装置的。这样一来，能够仅通过调整各自的周期性变化的相位，来控制所述分支部的还原剂浓度的变化周期中的还原剂浓度高的时期、与排气控制阀的开度周期中的排气控制阀打开的时期重合的期间，能够控制在一定期间内通过排气控制阀的还原剂量。其结果，能够以高自由度更有效地控制流入所述上游侧排气净化装置的排气的还原剂浓度与通过所述旁通通路的排气的还原剂浓度。
另外，在本发明中，也可以：所述排气控制阀被设置于所述旁通通路；所述第二排气净化装置包含具有氧化功能的催化剂；使所述排气控制阀关闭的时期、与由所述还原剂供给机构对排气供给的还原剂通过所述分支部而使该分支部中的排气的还原剂浓度升高的时期同步。
即，在排气控制阀被设置于旁通通路、第二排气净化装置包含具有氧化功能的催化剂的结构中，在从还原剂供给机构供给的还原剂通过从排气通路向旁通通路分支的分支部的期间内，排气控制阀关闭，还原剂浓度高的排气优先流入第一排气净化装置。
由此，能够以更简单的控制使流入第一排气净化装置的排气的还原剂浓度升高(例如能够增大燃料过量供给)，能够使还原剂分散于整个第一排气净化装置。另外，一般来说，如果使流入第一排气净化装置的排气的还原剂浓度升高，则穿过第一排气净化装置的还原剂的量会增加，但根据本发明，能够从旁通通路对第一排气净化装置的下游侧的排气通路供给高氧浓度的排气，所以能够在第二排气净化装置中将穿过的还原剂充分氧化。由此，能够更可靠地抑制还原剂被排放至车外。
另外，在本发明中，也可以：排气控制阀被设置于旁通通路；使排气控制阀打开的时期、与由还原剂供给机构对排气供给的还原剂通过分支部而使该分支部中的排气的还原剂浓度升高的时期同步。
即，在排气控制阀被设置在旁通通路上的结构中，在从还原剂供给机构供给的还原剂通过所述分支部时排气控制阀打开，使还原剂浓度高的排气经由旁通通路优先流入第二排气净化装置。由此，在例如向第二排气净化装置导入还原剂而升温时，能够抑制在第一排气净化装置中消耗还原剂、由于在第一排气净化装置中消耗还原剂而使第一排气净化装置过度升温。
另外，在本发明中，也可以：将由还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给的周期，设为基于所述排气控制阀的机械响应性的临界开关周期以上。
在本发明中，相对于排气中的还原剂浓度的周期性变化控制排气控制阀的开关定时，如果此时由还原剂供给机构进行的还原剂的供给周期相对于排气控制阀的机械响应性极短，则难以相对于排气中的还原剂浓度的周期性变化、高精度地控制排气控制阀的开关定时。
因此，在本发明中，也可以：将由还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给的周期，设为基于排气控制阀的机械响应性的临界开关周期以上。这里，临界开关周期是这样的周期：在由还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给的周期比其(该临界开关周期)短时，难以相对于排气中的还原剂浓度的周期性变化、高精度地控制排气控制阀的开关定时。例如，可以设为与排气控制阀的开度变化有关的波形能够维持矩形波的最短的周期。
这样一来，能够通过排气控制阀的开关，更可靠地将从还原剂供给机构供给的还原剂分为被导入上游侧的第一排气净化装置的和经由旁通通路被导入下游侧的第二排气净化装置的。此时，也可以：将与由还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给有关的燃料过量供给时间设为例如1秒以上且5秒以下。
这里，所谓燃料过量供给，表示从还原剂供给机构对排气断续地供给还原剂时的峰值状的还原剂供给波形。即，通过燃料过量供给，形成还原剂浓度的变化周期中的还原剂浓度高的时期。该燃料过量供给包含：从还原剂供给机构连续地供给还原剂而形成的情况，和从还原剂供给机构以更细的脉冲状供给还原剂而形成的情况。
另外，在本发明中，也可以：第二排气净化装置被配置于搭载有内燃机的车辆的地板下。
这里，在一般的车辆中，在第一排气净化装置被配置在歧管式催化转化器(催化剂一体型岐管)位置的情况下，第二排气净化装置被配置于车辆的地板下的情况居多。在这样的情况下，第二排气净化装置的热量容易为大气所夺取，所以第二排气净化装置的温度更容易下降。因此，通过对这样的结构应用本发明，能够更有效地起到本发明的效果。即，根据本发明，能够以更高的自由度个别地控制流入第一排气净化装置与第二排气净化装置的排气的还原剂浓度，所以能够更可靠地抑制第二排气净化装置的温度下降。
另外，在本发明中，也可以：所述第一排气净化装置包含具有氧化功能的催化剂；在流入所述第二排气净化装置的排气的温度为预定值以下的情况下，禁止所述排气控制阀的周期性开关而关闭该排气控制阀，将从所述还原剂供给机构供给的还原剂导入所述第一排气净化装置而使所述第一排气净化装置升温。
即，在流入第二排气净化装置的排气的温度低的情况下，第二排气净化装置的温度不能充分地上升，在该状态下对第二排气净化装置中导入多少还原剂都不能充分地发生催化剂反应。其结果，会有第二排气净化装置的催化剂反而被冷却而失去活性状态，或者由于所导入的还原剂而产生堵塞的情况。
因此，在本发明中，在流入第二排气净化装置的排气的温度为预定值以下的情况下，禁止将还原剂经由旁通通路直接导入第二排气净化装置，必须将还原剂优先导入第一排气净化装置。这样一来，能够首先将第一排气净化装置充分地升温，也能够使流入第二排气净化装置的排气的温度上升。
这里，所谓预定值是作为阈值的排气温度，在流入第二排气净化装置的排气的温度为该温度以下的情况下，可以判断为即使对第二排气净化装置供给还原剂也难以使催化剂反应发生。另外，在这样的情况下，也可以：在将所述排气控制阀关闭而使所述第一排气净化装置升温时，与进行该排气控制阀的周期性开关时相比较，使与由所述还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给有关的燃料过量供给时间变短。
即，在当流入第二排气净化装置的排气的温度为预定值以下时将还原剂优先导入第一排气净化装置的情况下，还原剂的导入的目的是使第一排气净化装置的下游侧的排气的温度上升。因此，在这样的情况下，优选：以尽可能短的周期对第一排气净化装置连续地供给稳定量的还原剂。另一方面，在流入第二排气净化装置的排气的温度比预定值高、使排气控制阀开关而将还原剂导入第二排气净化装置的情况下，进行例如PM再生等的将已在第二排气净化装置中积蓄的净化物质清除的控制的情况居多。因此，在这样的情况下，为了使还原剂到达整个第二排气净化装置，优选：增大由一次燃料过量供给使还原剂浓度上升的量。
因此，在本发明中，在将排气控制阀关闭而使第一排气净化装置升温时，与进行排气控制阀的周期性开关时相比较，使与由还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给有关的燃料过量供给时间变短。
这样一来，在使第一排气净化装置的温度上升时，能够更有效地使第一排气净化装置升温，在进行第二排气净化装置的净化能力的再生处理的情况下，能够更可靠地使还原剂分散到整个第二排气净化装置。
另外，用于解决本发明中的课题的方案在可能的范围内能够组合使用。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1中的内燃机、其排气系统以及控制系统的概略结构的图。
图2表示本发明的实施例1中的燃料添加与切换阀的开关的定时的时间图的第1例。
图3表示本发明的实施例1中的燃料添加与切换阀的开关的定时的时间图的第2例。
图4表示本发明的实施例1中的燃料添加与切换阀的开关的定时的时间图的第3例。
图5是表示本发明的实施例2中的DPNR温度控制程序的流程图。
图6表示本发明的实施例2中的燃料添加与切换阀的开关的定时的时间图的第1例。
图7表示本发明的实施例2中的燃料添加与切换阀的开关的定时的时间图的第2例。
具体实施方式
下面，参照附图例示性地对用于实施本发明的优选方式进行详细说明。
实施例1
图1是表示本实施例1中的内燃机、其排气系统以及控制系统的概略结构的图。图1所示的内燃机1是柴油机。另外，在图1中省略了内燃机1的内部及其进气系统。
在图1中，在内燃机1上连接有从内燃机1排放的排气流通的排气管5，该排气管5在下游连接有未图示的消声器。另外，在排气管5的中途，配置有净化排气中的NOx的吸藏还原型NOx催化剂(下面，简称为“NSR”。)10。而且，在排气管5中的NSR10的下游侧，配置有在捕集排气中的微粒物质的过滤器中担载有吸藏还原型NOx催化剂的DPNR11。
另外，在NSR10的上游的分支部5a，从排气管5分支出旁通管6。而且，在旁通管6上具备切换阀15，该切换阀15进行切换使来自内燃机1的排气通过旁通管6或者被切断。另外，旁通管6在NSR10与DPNR11之间的部分与排气管5合流。
这里，通过使切换阀15工作而保持原样地使来自内燃机1的排气通过排气管5，能够使排气通过NSR10以及DPNR11双方。同样地，通过使来自内燃机1的排气通过旁通管6，能够使排气绕过NSR10而仅通过DPNR11。
另外，在排气管5中的NSR10的上游侧配置有燃料添加阀14，在NSR10的NOx还原处理、SOx中毒再生处理时、DPNR11的NOx还原处理、SOx中毒再生处理、PM再生处理时，该燃料添加阀14对排气中添加作为还原剂的燃料。在上文中，NSR10相当于第一排气净化装置，DPNR11相当于第二排气净化装置。另外，切换阀15相当于排气控制阀，燃料添加阀14相当于还原剂供给机构。
在如上所述那样构成的内燃机1及其排气系统中，合并设置有用于控制该内燃机1及其排气系统的电子控制单元(ECU：Electronic ControlUnit)20。该ECU20是这样的单元：除根据内燃机1的运转条件、驾驶者的要求控制内燃机1的运转状态等之外，还进行与内燃机1的包含NSR10、DPNR11的排气净化系统有关的控制。
在ECU20上经由电气配线连接有未图示的空气流量计、曲柄位置传感器、加速位置传感器等与内燃机1的运转状态的控制有关的传感器类设备，输出信号被输入ECU20。另一方面，在ECU20上，除经由电气配线连接有内燃机1内的未图示的燃料喷射阀等以外，还经由电气配线连接有本实施例中的切换阀15、燃料添加阀14等，它们由ECU20控制。
另外，在ECU20中包括CPU、ROM、RAM等，在ROM中存储有用于进行内燃机1的各种控制的程序、存储有数据的图。将在下面说明的本实施例中的DPNR温度控制程序也是存储在ECU20内的ROM中的程序之一。
这里，对于在上述的结构中进行NSR10的NOx还原处理的情况进行考虑。在这样的情况下，将切换阀15关闭而从燃料添加阀14对排气添加燃料，但如果要使燃料分散到整个NSR10，则燃料添加量要增加，会使大量燃料穿过NSR10。进而，排气中的氧的大部分由NSR10中的催化剂反应消耗，所以会有难以使已穿过的燃料在DPNR11中充分氧化的情况。于是，会有下述可能：已穿过NSR10的燃料没有被氧化也穿过了DPNR11，被释放到车外。
接下来，对于在上述的结构中进行DPNR11的PM再生处理或者NOx还原处理的情况进行考虑。在这样的情况下，将切换阀15打开而从燃料添加阀14对排气添加燃料，于是，使空燃比与对DPNR11供给的排气相同的排气流入NSR10。因此，为了使DPNR11升温，也要对NSR10供给大量的燃料，有可能使NSR10过度升温。
为了消除这些不良情况，有必要导入能够调整通过排气管5与旁通管6的排气的比例的三通阀，或者在排气管5与旁通管6上配置独立的燃料添加阀等，这都可能导致部件个数、成本的增大。
因此，在本实施例中，进行下述的控制：从燃料添加阀14断续地添加燃料，使旁通管6上的切换阀15的开关与从燃料添加阀14添加的燃料到达分支部5a的时间同步。
首先第1，对于在NSR10的NOx还原处理时实施上述控制的情况进行说明。图2是表示这样的情况下的来自燃料添加阀14的燃料添加定时与切换阀15的开关定时的关系的时间图。
在这样的情况下，如图2所示，使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同。而且，控制两者的相位，使得在来自燃料添加阀14的燃料添加结束时将切换阀15打开，在来自燃料添加阀14的燃料添加开始时将切换阀15关闭。由此，设为在来自燃料添加阀14的燃料添加停止的期间排气能够通过旁通通路6的状态。另外，在本实施例中，燃料添加阀14与分支部5a距离短，所以使得从燃料添加阀14对排气添加燃料的时间点与所添加的燃料到达分支部5a的时间点相同。
根据该控制，在从燃料添加阀14添加的燃料被导入NSR10时，排气的流量减少，能够充分地确保被导入NSR10的燃料的反应时间，并且能够使穿过的燃料减少。其结果，能够使NSR10中的NOx净化率上升，降低NOx还原处理中的燃料消耗率。另外，能够减少由排气带走的热量，能够降低用于NSR10的活化、升温的燃料消耗率。
但是，在为了进行NOx还原处理而使作为还原剂的燃料分散到整个NSR10的情况下，必须使从燃料添加阀14添加的燃料的量增加，使被导入NSR10的燃料的燃料过量(rich)程度变高。这样一来，由此可能会使未反应而穿过NSR10的燃料的量增加。而且，在NSR10的下游侧的排气的氧浓度低的情况下，有时难以在下游侧的DPNR11中充分地消耗穿过NSR10的燃料。相对于此，在本实施例中，能够在来自燃料添加阀14的燃料添加的结束后，经由旁通管6将氧浓度高的排气导入位于NSR10与DPNR11之间的排气管5，所以能够更可靠地在DPNR11中消耗穿过NSR10的燃料。另外，在切换阀15的打开期间通过了旁通管6的NOx能够在DPNR11中净化。
接下来，对于执行DPNR11的PM再生处理的情况进行说明。在图3中表示时间图，该时间图表示这样的情况下的来自燃料添加阀14的燃料添加定时与切换阀15的开关定时的关系。
在这样的情况下，如图3所示，与图2相同地，使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同。而且，控制两者的相位，使得在来自燃料添加阀14的燃料添加开始时将切换阀15打开，在来自燃料添加阀14的燃料添加结束时将切换阀15关闭。由此，设为在进行来自燃料添加阀14的燃料添加的期间排气能够通过旁通通路6的状态。另外，在这里也一样，使得从燃料添加阀14对排气添加燃料的时间点与所添加的燃料到达分支部5a的时间点相同。
此时，在开始从燃料添加阀14向排气添加燃料的时间点将旁通管6的切换阀15打开。这样一来，能够将从燃料添加阀14添加的燃料，经由旁通管6导入DPNR11。另一方面，在结束从燃料添加阀14向排气添加燃料的时间点将旁通管6的切换阀15关闭。这样一来，能够使空燃比高的排气优先流入NSR10。由此，在DPNR11的PM再生处理等时，也能够抑制NSR10的温度上升，能够抑制NSR10的过度升温。另外，即使通过旁通管6的排气本身是低温，通过了NSR10的排气的温度也会上升，所以能够容易地使DPNR11的温度上升。
这样，通过从燃料添加阀14断续地实施燃料添加，与燃料添加的定时同步地开关切换阀15，能够个别地控制流入NSR10以及DPNR11的排气的空燃比，能够以高自由度适当地实施NSR10以及DPNR11的净化性能的再生处理。
另外，在上述的实施例中，燃料添加阀14与分支部5a距离短，所以使得从燃料添加阀14对排气添加燃料的时间点与所添加的燃料到达分支部5a的时间点相同，但例如在燃料添加阀14与分支部5a距离长等的情况下，也可以将所添加的燃料到达分支部5a的时间点设为相对于从燃料添加阀14对排气添加燃料的时间点经过了延迟时间Δt的时间点。该Δt可以设为不变的恒定值，也可以根据与运转状态的关系从图中逐一读出。在这样的情况下，使得图2以及图3中的切换阀开关定时延迟Δt。
另外，在想将从燃料添加阀14对排气添加的燃料以更适当的比例分配并导入NSR10与DPNR11时也可以进行下述这样的控制。即，即使在使从燃料添加阀14对排气添加燃料的时间点与所添加的燃料到达分支部5a的时间点相同的情况下，也如图4所示，使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同，适当调整两者的相位。这样一来，能够在实施燃料添加而切换阀15关闭的期间内将添加燃料导入NSR10，并且在实施燃料添加而切换阀15打开的期间内将添加燃料经由旁通管6导入DPNR11。由此，能够以更高的自由度个别地控制流入NSR10与DPNR11的排气的空燃比。
另外，在从图2到图4中已说明的与来自燃料添加阀14的燃料添加定时和切换阀15的开关定时有关的控制，相当于：从还原剂供给机构对排气断续地供给还原剂而使通过排气通路的排气中的还原剂浓度周期性变化，并且周期性开关排气控制阀，控制与还原剂浓度的周期性变化相对的所述排气控制阀的开关定时；并且，相当于使排气控制阀的开关定时与所述分支部中的排气的还原剂浓度的变化同步。
另外，在从图2到图4中已说明的来自燃料添加阀14的燃料添加的周期，在使其与切换阀15的开关定时同步的基础上，优选：根据切换阀15的机械响应性而确定。即，由于：如果来自燃料添加阀14的燃料添加的周期变得比基于切换阀15的机械响应性的临界的周期短，则会有下述可能：与切换阀15的开关有关的波形不能维持矩形波，不能正确地控制流入NSR10与DPNR11的排气的空燃比。例如，也可以将与来自燃料添加阀14的燃料添加有关的矩形波的宽度(燃料过量供给时间)设为1秒到5秒左右。而且，也可以将与该燃料添加有关的周期设为燃料过量供给时间的两倍以上。另外，上述的临界的周期相当于本实施例中的临界开关周期。
另外，在上述的实施例中，对于作为第一排气净化装置使用NSR10、作为第二排气净化装置使用DPNR11的排气净化系统进行了说明，但第一排气净化装置与第二排气净化装置的组合并不限定于此。
在使用了例如图2所示的控制的排气净化系统中，第一排气净化装置也可以是DPNR，第二排气净化装置也可以是NSR、氧化催化剂CCo、三元催化剂等。另外，图2所示的控制也可以应用于进行作为第一排气净化装置的NSR的SOx中毒恢复处理、作为第一排气净化装置的DPNR的SOx中毒恢复处理、PM再生处理的情况。另外，在使用了例如图3所示的控制的排气净化系统中，第一排气净化装置也可以是DPNR、氧化催化剂CCo、三元催化剂等，第二排气净化装置也可以是NSR、捕集微粒物质的过滤器、过滤器与氧化催化剂CCo的组合等。另外，图3所示的控制也可以应用于进行作为第二排气净化装置的NSR的SOx中毒恢复处理、NOx还原处理、作为第二排气净化装置的DPNR的SOx中毒恢复处理、PM再生处理、NOx还原处理的情况。
实施例2
接着，对于本发明的实施例2进行说明。在本实施例中，对于下述的例子进行说明：在实施例1中已说明的结构中，在流入DPNR11的排气的温度为低温的情况下，不实施切换阀15的断续的开关控制，而优先对NSR10供给还原剂使排气升温。
本实施例中的内燃机及其排气系统与图1所示的相同。这里，对于下述情况进行考虑：使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同，控制两者的相位使得在来自燃料添加阀14的燃料添加开始时将切换阀15打开。
在例如从由燃料添加阀14进行的燃料添加的初期开始执行这样的控制的情况下，NSR10的床温难以上升，结果是不能使流入DPNR11的排气充分地升温，而将燃料直接导入DPNR11。这样一来，存在下述可能：在DPNR11的前端面发生由燃料导致的堵塞，或者发生DPNR11的升温受到妨碍而使活性温度下降等不良情况。
因此，在本实施例中，获取流入DPNR11的排气的温度，在该温度比阈值低的情况下，不进行周期性开关切换阀15的控制，而将切换阀15关闭，将从燃料添加阀14添加的燃料优先导入NSR10。
在图5中，表示本实施例中的DPNR温度控制程序。本程序是在ECU20内的ROM中所存储的程序，在内燃机1的工作中每隔预定期间由ECU20执行。
在执行本程序时，首先，在S101中判定是否处于DPNR11的升温控制中。这里所谓升温控制是指PM再生处理、SOx中毒恢复处理等、对DPNR11添加作为还原剂的燃料而使DPNR11的床温上升的控制。这里，在判定为不处于DPNR11的升温控制中时，则暂时结束本程序。另一方面，在判定为处于DPNR11的升温控制中时，则进入S102。
在S102中，导出DPNR前目标排气温度T0。该DPNR前目标排气温度T0是这样的阈值：在流入DPNR11的排气的温度为该T0以下时，如果进行使来自燃料添加阀14的燃料添加的开始与切换阀15的打开同步的控制，则判断为存在产生由DPNR11的燃料所引起的堵塞、失活的可能性。该DPNR前目标排气温度T0，可以从ROM读取导出不变的恒定值(例如250～300℃)，也可以从图中读取导出与升温控制的种类、净化物质的堆积量相对应的值。在S102的处理结束后进入S103。
在S103中，实施作为对于DPNR11的通常的升温控制的燃料添加，并使切换阀15的关闭状态继续。具体地说，继续进行来自燃料添加阀14的燃料添加的周期为1秒以下左右的燃料过量供给控制。在S103的处理结束后进入S104。
在S104中，判定在该时间点被导入DPNR11的排气的温度是否比DPNR前目标排气温度T0高。在该时间点被导入DPNR11的排气的温度可以通过未图示的传感器检测，也可以根据运转状态或者吸入空气量等推定。这里，在判定为被导入DPNR11的排气的温度比DPNR前目标排气温度T0高的情况下，程序进入S105。另一方面，在判定为被导入DPNR11的排气的温度为DPNR前目标排气温度T0以下的情况下，程序进入S106。
在S105中，执行下述的控制：使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同，在来自燃料添加阀14的燃料添加开始的时刻将切换阀15打开。
在S106中，继续在S103中实施的那样的作为对于DPNR11的通常的升温控制的燃料添加、与切换阀15的关闭状态。在S105或者S106的处理结束时，暂时结束本程序。
如上所说明，在本实施例中，与流入DPNR11的排气的温度相对应，将下述两种控制分开使用：其一为，进行作为对于DPNR11的通常的升温控制的燃料添加并且继续切换阀15的关闭状态的控制；另一为，使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同，在来自燃料添加阀14的燃料添加开始的时刻将切换阀15打开的控制。
据此，在流入DPNR11的排气为充分高温时，通过使来自燃料添加阀14的添加燃料优先通过旁通管6，能够边使DPNR11升温边抑制上游的NSR10的过度升温。另一方面，在流入DPNR11的排气为低温的情况下，通过积极使来自燃料添加阀14的添加燃料通过NSR10，能够使排气的温度上升，促进DPNR11的升温，抑制由DPNR11的燃料引起的堵塞、失活。
这里，也可以将上述的DPNR温度控制程序的S103以及S106中的进行通常的燃料添加时的周期设为1秒以下，将燃料过量供给时间设为0.5秒以下。这样一来，能够更稳定地对NSR10供给燃料，能够更高效地使NSR10以及来自NSR10的排气的温度上升。另一方面，也可以将进行与S105有关的燃料添加时的周期设为5～10秒左右，将燃料过量供给时间设为2～4秒左右。这样一来，能够增大由一次燃料过量供给所引起的空燃比的降低量，使燃料容易地到达整个DPNR11。因此，对于整个DPNR11能够更可靠地进行PM再生处理或者SOx中毒恢复处理。
另外，在上述的DPNR温度控制程序的S103中，在该时间点，在上次的本程序的执行时在S105中执行的控制仍继续的情况下，也可以仍继续该控制而进入S104。这样一来，在被导入DPNR11的排气的温度比DPNR前目标排气温度T0高的状态持续的情况下，能够不中断地继续进行下述的控制：使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同，在来自燃料添加阀14的燃料添加开始的时刻将切换阀15打开。
另外，在图6中，对于实施作为对于DPNR11的通常的升温控制的燃料添加并使切换阀15的关闭状态继续的情况下的、燃料添加定时与切换阀15的开度进行表示。另外，在图7中，对于进行使来自燃料添加阀14的燃料添加的周期与切换阀15的打开周期大致相同并在来自燃料添加阀14的燃料添加开始的时刻将切换阀15打开的控制的情况下的、燃料添加定时与切换阀15的开度进行表示。
另外，在本实施例中，图1所示的内燃机1的排气系统，也可以将NSR10配置在歧管式催化转化器位置，将DPNR11配置于地板下。在这样配置的排气系统中，配置于地板下的DPNR11的热量容易为大气所夺取，由于温度下降而容易发生燃料堵塞、失活。因此，如果在这样的结构的内燃机1的排气系统中应用上述的控制，则能够更有效地促进DPNR11的升温，更有效地抑制DPNR11的由燃料引起的堵塞、失活。
另外，在上述的实施例中，在旁通管6上配置有切换阀15，但只要在本发明的技术思想的范围内，切换阀15的配置场所并不限定于旁通管6。例如，也可以将切换阀15配置在排气管5中的分支部5a与NSR10之间，从燃料添加阀14断续地添加燃料，并且控制切换阀15的开关定时。通过该控制来控制流入NSR10的排气的空燃比与流入DPNR11的排气的空燃比，这一控制本身也在本发明的技术思想的范围内。
另外，在本实施例中，对于作为第一排气净化装置使用NSR10、作为第二排气净化装置使用DPNR11的排气净化系统也进行了说明，但第一排气净化装置与第二排气净化装置的组合并不限定于此。
在应用了例如图5所示的流程的排气净化系统中，第一排气净化装置也可以是DPNR、氧化催化剂CCo、三元催化剂等，第二排气净化装置也可以是NSR、捕集微粒物质的过滤器、过滤器与氧化催化剂CCo的组合等。第一排气净化装置具有导入燃料而使排气温度上升的功能，所以优选具有氧化功能。
另外，本发明的排气净化系统中的第一排气净化装置、第二排气净化装置可以是与各种催化剂、过滤器等的组合有关的排气净化装置。
另外，在上述的实施例中，对于作为还原剂对排气添加燃料的燃料添加阀14起到还原剂供给机构的功能的例子进行了说明，但本发明也可以应用于作为还原剂使用燃料以外的液体、例如尿素水的排气净化系统。
产业上的应用可能性
根据本发明，能够通过简单的结构，个别地控制流入串联地设置于排气通路的上游侧的排气净化装置与下游侧的排气净化装置的排气的还原剂浓度。

Claims (8)

1.一种内燃机的排气净化系统，其特征在于，包括：
第一排气净化装置，其被设置于内燃机的排气通路，对通过所述排气通路的排气进行净化；
第二排气净化装置，其被设置于所述排气通路上的所述第一排气净化装置的下游，对通过所述排气通路上的所述第一排气净化装置的下游侧的排气进行净化；
旁通通路，其从所述排气通路上的所述第一排气净化装置的上游侧分支，并且，在位于所述排气通路上的所述第一排气净化装置的下游侧且在所述第二排气净化装置的上游侧的部分与所述排气通路合流，使通过所述排气通路的排气绕过所述第一排气净化装置；
排气控制阀，其被设置于在所述排气通路上的向所述旁通通路分支的分支部与所述第一排气净化装置之间的部分或者所述旁通通路，能够切换排气的通过和切断；和
还原剂供给机构，其相比所述分支部在上游侧，对通过所述排气通路的排气供给还原剂；
从所述还原剂供给机构对所述排气断续地供给还原剂使通过所述排气通路的排气中的还原剂浓度周期性变化，并且周期性开关所述排气控制阀，控制与所述还原剂浓度的周期性变化相对的所述排气控制阀的开关定时，从而控制流入所述第一排气净化装置的排气的还原剂浓度与通过所述旁通通路的排气的还原剂浓度。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
使所述排气控制阀的开关定时与所述分支部中的排气的还原剂浓度的变化同步，从而控制流入所述第一排气净化装置的排气的还原剂浓度与通过所述旁通通路的排气的还原剂浓度。
3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
所述排气控制阀被设置于所述旁通通路；
所述第二排气净化装置包含具有氧化功能的催化剂；
使所述排气控制阀关闭的时期、与由所述还原剂供给机构对排气供给的还原剂通过所述分支部而使该分支部中的排气的还原剂浓度升高的时期同步。
4.如权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
所述排气控制阀被设置于所述旁通通路；
使所述排气控制阀打开的时期、与由所述还原剂供给机构对排气供给的还原剂通过所述分支部而使该分支部中的排气的还原剂浓度升高的时期同步。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
将由所述还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给的周期，设为基于所述排气控制阀的机械响应性的临界开关周期以上。
6.如权利要求5所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
与由所述还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给有关的燃料过量供给时间为1秒以上且5秒以下。
7.如权利要求4所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
所述第一排气净化装置包含具有氧化功能的催化剂；
在流入所述第二排气净化装置的排气的温度为预定值以下的情况下，禁止所述排气控制阀的周期性开关而关闭该排气控制阀，将从所述还原剂供给机构供给的还原剂导入所述第一排气净化装置而使所述第一排气净化装置升温。
8.如权利要求7所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于：
在关闭所述排气控制阀而使所述第一排气净化装置升温时，与进行该排气控制阀的周期性开关时相比较，使与由所述还原剂供给机构进行的还原剂的断续供给有关的燃料过量供给时间变短。
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