CN101784764B - 用于内燃机的废气净化装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
布置在发动机排气通道中的小型氧化催化剂和燃料供给阀。所述小型氧化催化剂具有比所述发动机排气通道的横截面积小的横截面积，并且在所述发动机排气通道内流动的废气的一部分流过所述小型氧化催化剂。所述燃料供给阀将燃料供给到所述小型氧化催化剂。从所述燃料供给阀向所述小型氧化催化剂间歇地供给燃料，以在所述小型氧化催化剂下游间歇地产生火焰。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的废气净化装置及其控制方法。
相关技术的描述
已公布的PCT申请2005-514911的日文译文(JP-A-2005-514911)描述了一种使空气-燃料混合气体与催化剂接触以产生火焰的已知燃烧器。该燃烧器包括能够电加热催化剂的小型催化剂和布置在沿混合气体流动方向的小型催化剂下游的大型催化剂。含有稀空燃比的混合气体连续供给到电加热的小型催化剂，以在所述小型催化剂的下游连续产生火焰。然后，增加混合气体的空燃比并且增加混合气体的量，以在大型催化剂中连续产生火焰。
换言之，在上述燃烧器中，将具有稀空燃比的混合气体供给到小型催化剂，因此使燃料与过量空气燃烧。这使得可以连续产生火焰。然而，当燃料从燃料供给阀供给到小型氧化催化剂时，从小型氧化催化剂流出的废气的空燃比可能是稀的，但通常是浓的。也就是说，从小型氧化催化剂中流出的废气通常包含过量的燃料。
因此，与在上述燃烧器中的情形一样，当使燃料连续从小型氧化催化剂流出以连续产生火焰时，由于空气不足，所以不是所有的燃料都有利地燃烧。因此，产生如下问题：不仅产生炭烟，而且火焰温度不能充分升高。
发明内容
本发明人已经研究了：为了升高催化剂的温度等，将小型氧化催化剂和燃料供给阀布置在发动机排气通道中，所述小型氧化催化剂具有比发动机排气通道的横截面积小的横截面积，所述燃料供给阀用于向小型氧化催化剂供给燃料，随后将燃料从燃料供给阀供给到小型氧化催化剂以在所述小型氧化催化剂下游产生火焰。结果，为了产生高温火焰并且不在发动机排气通道中产生炭烟，已发现通过从燃料供给阀间歇地供给燃料，间歇地产生火焰。
本发明的第一方面提供一种用于内燃机的废气净化装置。所述废气净化装置包括：小型氧化催化剂，所述小型氧化催化剂布置在发动机排气通道内，并且具有比所述发动机排气通道的横截面积小的横截面积，其中在所述发动机排气通道内流动的废气的一部分流过所述小型氧化催化剂；燃料供给阀，所述燃料供给阀布置在所述发动机排气通道中并将燃料供给到所述小型氧化催化剂；确定单元，所述确定单元确定是否通过从所述燃料供给阀供给燃料而产生火焰；和控制单元，当所述确定单元确定通过从所述燃料供给阀供给燃料产生火焰时，所述控制单元将燃料从所述燃料供给阀间歇地供给到所述小型氧化催化剂，以在所述小型氧化催化剂的下游间歇地产生火焰。
本发明的第二方面提供一种控制用于内燃机的废气净化装置的方法。所述废气净化装置包括小型氧化催化剂和燃料供给阀。所述小型氧化催化剂布置在发动机排气通道中并具有比所述发动机排气通道的横截面积小的横截面积。在所述发动机排气通道内流动的废气的一部分流过所述小型氧化催化剂。所述燃料供给阀布置在所述发动机排气通道中并将燃料供给到所述小型氧化催化剂。所述方法包括：确定是否通过从所述燃料供给阀供给燃料而产生火焰；和当确定通过从所述燃料供给阀供给燃料而产生火焰时，将燃料从所述燃料供给阀间歇地供给到所述小型氧化催化剂，以在所述小型氧化催化剂的下游间歇地产生火焰。
根据本发明的所述方面，可以产生高温火焰同时抑制在发动机排气通道内产生炭烟。
附图说明
在以下参照附图对本发明的示例实施方案的详细说明中，将描述本发明的特征、优点和技术及工业应用。附图中类似的附图标记表示类似的元件/要素，其中：
图1是压燃式内燃机的概略图；
图2A和图2B是图1中显示的小型氧化催化剂周围的放大视图；
图3是示出NOx吸收/释放作用的视图；
图4A和图4B是示出火焰产生的视图；
图5是显示火焰产生区的视图；
图6A、图6B和图6C是显示用于从燃料供给阀供给燃料的控制的时间表；
图7A、图7B和图7C是显示用于从燃料供给阀供给燃料的控制的时间表；
图8是显示用于从燃料供给阀供给燃料的控制的时间表；
图9是显示用于从燃料供给阀供给燃料的控制的时间表；
图10是显示用于从燃料供给阀供给燃料的控制的时间表；
图11是用于实施废气净化过程的流程图；和
图12是显示吸收的NOx量NOXA的设定表的图。
具体实施方式
图1是压燃式内燃机的概略图。图1显示发动机体1、汽缸的燃烧室2、用于分别向燃烧室2喷射燃料的电子控制燃料喷射阀3、进气歧管4和排气歧管5。进气歧管4经过进气管6连接至排气涡轮增压器7的压缩器7a的出口。压缩器7a的入口经过进气量检测器8连接至空气净化器9。节流阀10布置在进气管6中，并且由步进电动机驱动。此外，冷却单元11布置在进气管6的周围以冷却流过进气管6的进气。在图1中显示的一个实施方案中，发动机冷却剂引入冷却单元11中，并且用发动机冷却剂冷却进气。
另一方面，排气歧管5连接至排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口，排气涡轮7b的出口经过排气管12连接至废气净化催化剂13。废气净化催化剂13具有氧化功能。小型氧化催化剂14布置在发动机排气通道中，即布置在排气管12中，位于废气净化催化剂13的上游部分处。小型氧化催化剂14的体积比废气净化催化剂13的体积小。流入废气净化催化剂13中的废气的一部分流过小型氧化催化剂14。燃料供给阀15布置在发动机排气通道中，即布置在排气管12中，位于小型氧化催化剂14的上游部分处。燃料供给阀15向小型氧化催化剂14供给燃料。
在图1中显示的实施方案中，废气净化催化剂13由氧化催化剂制成，颗粒过滤器16布置在发动机排气通道中，位于废气净化催化剂13的下游部分处，即氧化催化剂13的下游部分处。颗粒过滤器16收集废气中所含的颗粒。此外，在图1中显示的实施方案中，NOx吸收型催化剂17布置在发动机排气通道中，位于颗粒过滤器16的下游部分处。
排气歧管5和进气歧管4经过废气再循环(在下文称为EGR)通道18彼此连接。电子控制的EGR控制阀19布置在EGR通道18中。此外，冷却单元20布置在EGR通道18的周围，以冷却流过EGR通道18的EGR气体。在图1中显示的实施方案中，发动机冷却剂引入冷却单元20中，并且用发动机冷却剂冷却EGR气体。另一方面，各燃料喷射阀3经过燃料供给管21连接至共轨22，并且共轨22经过电子控制的可变排量燃料泵23连接至燃料箱24。储存在燃料箱24中的燃料通过燃料泵23供给到共轨22中，共轨22中所供给的燃料经过对应的燃料供给管21之一供给到每个燃料喷射阀3。
电子控制单元30由数字计算机形成，包括只读存储器(ROM)32、随机存取存储器(RAM)33、微处理器(CPU)34、输入端口35和输出端口36，其通过双向总线31彼此连接。温度传感器25连接至小型氧化催化剂14。温度传感器25检测小型氧化催化剂14的温度。压差传感器26连接至颗粒过滤器16。压差传感器26检测颗粒过滤器16前后的压差。这些温度传感器25、压差传感器26和进气量检测器8的输出信号通过相应AD转换器37输入到输入端口35。负载传感器41连接到加速踏板40。负载传感器41产生与加速踏板40的压下量L成比例的输出电压。负载传感器41的输出电压通过对应的一个AD转换器37输入到输入端口35。此外，曲轴转角传感器42连接至输入端口35。每次曲轴转动例如15度时，曲轴转角传感器42产生输出脉冲。另一方面，输出端口36经过相应的驱动电路38连接至每个燃料喷射阀3、用于驱动节流阀10的步进电动机、EGR控制阀19和燃料泵23。
图2A显示图1中所示的小型氧化催化剂14周围的一部分的放大视图。图2B显示沿图2A中的线IIB-IIB截取的横截面视图。在图2A和图2B显示的实施方案中，小型氧化催化剂14具有由薄的金属平板和薄的金属波形板的层叠结构形成的基底。在所述基底表面上形成由例如氧化铝制成的催化剂载体层。贵金属催化剂，如铂Pt、铑Rd和钯Pd负载于催化剂载体上。注意，所述基底可由堇青石制成。
如从图2A和图2B明显可见的，小型氧化催化剂14的横截面积比废气通过其朝向废气净化催化剂13(或氧化催化剂13)流动的通道的横截面积小，即小型氧化催化剂14的横截面积比排气管12的横截面积小，并且小型氧化催化剂14具有沿废气在排气管12的中心处流动的方向延伸的圆筒形形状。注意，在图2A和图2B中显示的实施方案中，小型氧化催化剂14布置在圆筒形外框27内，并且圆筒形外框27由多个支柱28支撑在排气管12中。
另一方面，如图1和图2A所示，二次空气供给装置45连接到排气管12，以将二次空气供给到排气管12中。二次空气供给装置45包括空气泵46、引入管47和多个二次空气供给喷嘴49。基于电子控制单元30的输出信号控制空气泵46。引入管47将从空气泵46中排出的二次空气输送至排气管12周围的环形二次空气分布室48。多个二次空气供给喷嘴49从二次空气分布室48朝向小型氧化催化剂14的下游侧延伸。
在图1所示的实施方案中，氧化催化剂13由负载有例如贵金属催化剂如铂Pt的整体催化剂形成。与此不同，在图1所示的实施方案中，在颗粒过滤器16上未负载催化剂。相反，可以将贵金属催化剂如铂Pt负载于颗粒过滤器16上，并且在该情况下，可以省略氧化催化剂13。
另一方面，由例如氧化铝制成的催化剂载体也负载于图1中所示的NOx吸收型催化剂17的基底上。图3示意性示出催化剂载体50的表面部分的横截面。如图3中所示，贵金属催化剂51分散地负载于催化剂载体50的表面上，并且在催化剂载体50的表面上形成NOx吸收剂52的层。
在图3中显示的实例中，铂Pt用作贵金属催化剂51，构成NOx吸收剂52的一种组分使用选自碱金属例如钾K、钠Na和铯Cs，碱土金属例如钡Ba和钙Ca，和稀土金属例如镧La和钇Y中的至少一种。
如果将供给到发动机进气通道、燃烧室2和NOx吸收型催化剂17上游的排气通道中的空气和燃料(烃)之比称为废气的空燃比，则NOx吸收剂52在废气的空燃比为稀空燃比时吸收NOx，并且废气中的氧浓度降低时释放所吸收的NOx，由此实现NOx吸收/释放作用。
也就是说，考虑使用钡Ba作为构成NOx吸收剂52的一种组分的情况作为一个实例，当废气的空燃比为稀空燃比时，即当废气中的氧浓度高时，废气中所含的NO在如图3所示的铂Pt 51上氧化成NO2，并且随后，NO2被吸收到NOx吸收剂52中以与碳酸钡BaCO3结合，同时以硝酸根离子NO3 -的形式在NOx吸收剂52中扩散。以此方式NOx吸收到NOx吸收剂52中。只要废气中所含的氧浓度高，就在铂Pt 51的表面上产生NO2。除非NOx吸收剂52的NOx吸收能力饱和，否则NO2就被吸收到NOx吸收剂52中以产生硝酸根离子NO3 -。
与此相比，当废气的空燃比为浓空燃比或化学计量空燃比时，则废气中氧的浓度降低。因此，反应朝相反的方向进行(从NO3 -至NO2)，结果，NOx吸收剂52中的硝酸根离子NO3 -以NO2的形式从NOx吸收剂52释放出来。然后，所释放的NOx被废气中所含的未燃烧的HC或CO还原。
以该方式，当废气的空燃比为稀空燃比时，即当以稀空燃比进行燃烧时，废气中所含的NOx被吸收到NOx吸收剂52中。然而，当以稀空燃比连续进行燃烧时，NOx吸收剂52的NOx吸收能力在此期间变得饱和。结果，NOx吸收剂52不能再吸收NOx。因此，在本实施方案中，通过在NOx吸收剂52的吸收能力饱和之前从燃料供给阀15供给燃料，暂时使废气的空燃比变为浓空燃比，以从NOx吸收剂52释放NOx。
顺便提及，废气中包含SOx，即SO2。如果SO2流入NOx吸收型催化剂17中，则SO2被铂Pt 51氧化成SO3。随后，SO3被吸收到NOx吸收剂52中以与碳酸钡BaCO3结合同时以硫酸根离子SO4 2-的形式在NOx吸收剂52中扩散以产生稳定的硫酸盐BaSO4。然而，因为NOx吸收剂52是强碱性的，所以硫酸盐BaSO4稳定且难以分解。如果只是简单地使废气的空燃比变为浓空燃比，则硫酸盐BaSO4因为不分解而保留下来。因此，随着时间的过去，NOx吸收剂52包含的硫酸盐BaSO4增加。结果，随着时间的过去，NOx吸收剂52可吸收的NOx的量减少。也就是说，NOx吸收型催化剂17发生了硫中毒。
顺便提及，在该情况下，在NOx吸收型催化剂17的温度增加至SOx释放温度(高于或等于600℃)的状态下，当使流入NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比为浓空燃比时，SOx从NOx吸收剂52中释放出来。于是，在本实施方案中，当NOx吸收型催化剂17发生硫中毒时，从燃料供给阀15供给燃料以将NOx吸收型催化剂17的温度升高至SOx释放温度。因此，使流入NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比为浓空燃比，以从NOx吸收型催化剂17释放SOx。
在图2A中显示的实施方案中，燃料供给阀15的喷嘴口布置在排气管12的横截面的中心处，并且从喷嘴口朝小型氧化催化剂14的上游侧端面供给燃料F，即轻油F。此时，当小型氧化催化剂14活化时，燃料在小型氧化催化剂14中氧化，此时产生的氧化反应的热升高了小型氧化催化剂14的温度。
顺便提及，因为小型氧化催化剂14中的流动阻力大，所以流过小型氧化催化剂14的废气的量小。此外，因为在小型氧化催化剂14中发生氧化反应，所以气体在小型氧化催化剂14中膨胀。因此，流过小型氧化催化剂14的废气的量进一步减少。此外，随着气体温度因氧化反应而升高，气体的粘度增加。因此，流过小型氧化催化剂14的废气的量进一步减少。因此，小型氧化催化剂14中的废气流量明显比在排气管12内流动的废气的流量小。
以该方式，因为小型氧化催化剂14中的废气流量低，所以在小型氧化催化剂14中激活氧化反应。此外，因为小型氧化催化剂14的体积小，所以小型氧化催化剂14的温度迅速升高到相当高的温度。此时，由于小型氧化催化剂14的温度比燃料的燃点高，所以从小型氧化催化剂14中流出的燃料着火，并且在小型氧化催化剂14的下游产生火焰，如图2A中的H所示。
也就是说，当燃料从燃料供给阀15供给到小型氧化催化剂14时，所供给的燃料的一部分在小型氧化催化剂14中氧化。另一方面，剩余的供给燃料在小型氧化催化剂14中分解，即重整为具有低分子量的烃。结果，从小型氧化催化剂14中流出重整燃料。此时，从小型氧化催化剂14中流出的废气的空燃比可以是稀空燃比，但通常是浓空燃比。也就是说，从小型氧化催化剂14中流出的废气此时通常包含过量的燃料。
此时，当小型氧化催化剂14的温度比燃点高时，产生火焰H，如图2A所示。在该情况下，如果使燃料从小型氧化催化剂14中连续流出以连续产生火焰H，则因为空气不足所以不是所有的燃料都有利地燃烧。因此，存在如下问题：不仅产生炭烟，而且火焰温度未充分升高。与此相比，此时，当使燃料从小型氧化催化剂14间歇地流出以间歇地产生火焰时，将从小型氧化催化剂14中流出的燃料供给到其中空气过量的气氛中。因此，从小型氧化催化剂14流出的所有燃料都可以有利地燃烧。
然后，在图4A中显示的本实施方案中，从燃料供给阀15间歇地供给燃料以间歇地产生火焰H，如图4B中所示。注意，图4B示意性示出在排气通道55中间歇地产生的火焰H的团，即火焰团H。
如图4B所示，在本实施方案中，顺序产生火焰团H，以避免相互重叠。因此，在本实施方案中，从燃料供给阀15供给燃料的时刻设定为使得在小型氧化催化剂14下游顺序地间歇产生的火焰团不相互重叠。
如图4B所示，为了使火焰团H不相互重叠，必须使燃料从小型氧化催化剂14中间歇地流出。因此，换言之，在本实施方案中，从燃料供给阀15供给燃料的时刻设定为从小型氧化催化剂14间歇地供给燃料。
注意，如上所述，当从燃料供给阀15向小型氧化催化剂14供给燃料时，从小型氧化催化剂14中流出的废气的空燃比为浓空燃比。因此，在产生火焰H时，具有浓空燃比的废气从小型氧化催化剂14中间歇地流出。
接下来，将描述其中产生火焰H的区域。在图5中，实线HX上侧的区域表示火焰产生区。如图5所示，基于小型氧化催化剂14的温度TC和废气中所含的氧浓度的函数确定火焰产生区。注意，在图5中，实线HX代表燃料着火时废气中所含的氧浓度和催化剂温度TC之间的关系。燃料着火时的催化剂温度TC随废气中所含的氧浓度降低而升高。
图5显示轻负载运转(包括空转)期间和减速运转(其中燃料从燃料喷射阀3中喷出)期间废气中所含的氧浓度的范围，和在停止从燃料喷射阀3喷射燃料的减速期间废气中所含的氧浓度。当停止喷射燃料时空气是废气，因此此时废气中所含的氧浓度为约21％。在轻负载或减速(喷射燃料)期间废气中所含的氧浓度比上述氧浓度低，并且在轻负载或减速(喷射燃料)期间使燃料着火的催化剂温度TC为约800℃。
当氧化催化剂13等未活化时，必须升高氧化催化剂13等的温度以使氧化催化剂13等活化。此外，为了燃烧在颗粒过滤器16上累积的颗粒，必须将颗粒过滤器16的温度升高至约600℃。当从NOx吸收型催化剂17中释放SOx时，必须将NOx吸收型催化剂17的温度升高至SOx释放温度，SOx释放温度高于或等于600℃。图6A和图6B显示产生火焰H以升高氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17的温度时从燃料供给阀15供给的燃料的量。
注意，图6A显示了当废气的流量低时的燃料供给量，图6B显示了当废气的流量高时的燃料供给量。在这两种情况下，以恒定的时间间隔Δt供给燃料。在该情况下，为了使火焰团H不相互重叠，必须使开始供给燃料的时刻的间隔Δt随废气流量降低而延长。因此，如图6C中所示，随着废气的流量降低，即随着进气量Gad减少，开始供给燃料的时刻的间隔Δt延长。
图7A和图7B显示间歇地产生火焰H同时使废气的空燃比为浓空燃比以从NOx吸收型催化剂17释放NOx和SOx时，从燃料供给阀15供给的燃料的量。如图6A和图6B中所示，当氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17的温度需要升高时，从燃料供给阀15供给燃料，使得流入这些氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比为稀空燃比。与此相比，在图7A和图7B中所示的情况下，从燃料供给阀15供给燃料，从而间歇地使流入NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比为浓空燃比。因此，与图6A和图6B中显示的情形相比，在图7A和图7B中所示的情况下，每次从燃料供给阀15供给的燃料的量等于或大于两倍。
为了从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx，当间歇地产生火焰H且同时使废气的空燃比为浓空燃比时，即当间歇地产生浓空燃比火焰时，可以从NOx吸收型催化剂17相当有利地释放NOx或SOx，并且有利地还原释放的NOx或SOx。也就是说，因为所产生的火焰几乎消耗掉废气中所含的所有的氧，所以废气中所含的氧急剧减少。因此，NOx从NOx吸收型催化剂17中迅速释放出来。此外，所产生的火焰促进热分解以产生强活性的还原成分，例如HC、CO和H2。因此，有利地还原从NOx吸收型催化剂17释放的NOx。SOx的情形也是如此。
以该方式，当NOx或SOx从NOx吸收型催化剂17中释放时，期望间歇地产生具有浓空燃比的火焰。因此，在本实施方案中，当NOx或SOx需要从NOx吸收型催化剂17中释放时，尽可能地间歇产生浓空燃比的火焰。
注意，图7A显示废气流量低时的燃料供给量，图7B显示当废气流量高时的燃料供给量。在两种情况下，以恒定的时间间隔Δt喷射燃料。注意，在该情况下，为了使火焰团H不相互重叠，必须使开始供给燃料的时刻的间隔Δt随废气流量的降低而延长。因此，如图7C中所示，随着废气的流速降低，即随着进气量Ga减少，开始供给燃料的时刻的间隔Δt延长。
顺便提及，当小型氧化催化剂14被活化时，可以容易地将小型氧化催化剂14的温度升高至800℃或更高。因此，如图5中明显可见的，可以在轻负载(包括空转)期间或减速期间产生火焰。然而，随着发动机负载增加，从燃料喷射阀3喷射的燃料量增加，以降低空燃比。因此，废气中所含的氧浓度显著低比在图5中所示的轻负载期间或减速期间(喷射燃料)的氧浓度低。结果，难以产生火焰。
于是，在本实施方案中，当氧不足以产生火焰时，将二次空气从二次空气供给装置45供给到发动机排气通道中。具体地，当发动机以中等负载或高负载运转时，计算将废气中所含的氧浓度调节至例如图5中所示的轻负载或减速(喷射燃料)期间的氧浓度所必需的二次空气的量。从二次空气供给喷嘴49供给计算量的二次空气。
当氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17的温度升高时，以该方式实施当氧不足以产生火焰时的二次空气供给。当在需要从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx时而供给二次空气时，存在废气的空燃比不能保持浓空燃比的可能性。因此，当在需要从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx而氧不足以产生火焰时，不供给二次空气。在该情况下，不产生火焰以得到浓空燃比。
也就说，在本实施方案中，当需要从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx时，确定发动机的运转状态是否是可以产生浓空燃比的火焰H的运转状态。当需要从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx时，并且当发动机的运转状态为可以产生浓空燃比的火焰H的运转状态时，产生火焰H。与此相比，当需要从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx而发动机的运转状态不是可以产生浓空燃比火焰H的运转状态时，使流入NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比为浓空燃比并且不产生火焰H。
注意，在该情况下，在本实施方案中，当发动机在轻负载下或减速运转时，确定发动机的运转状态是可以产生浓空燃比火焰的运转状态。因此，当需要从NOx吸收型催化剂17释放NOx或SOx并且发动机在轻负载下或减速运转时，产生浓空燃比火焰。
注意，如由图5明显可见的，当废气中所含的氧浓度例如比图5中的Do所示的预定氧浓度高时，即当废气的空燃比比预定空燃比高时，可以产生火焰。换言之，在本实施方案中，当废气的空燃比比预定的空燃比高时，确定发动机的运转状态为可以产生浓空燃比火焰的运转状态。
接下来，将参考图8至图10描述本实施方案中执行的燃料供给控制。注意，图8至图10分别显示从燃料供给阀15供给的燃料量、二次空气供给量和小型氧化催化剂14的温度TC的变化。在图8至图10中，时间t0代表发出开始从燃料供给阀15供给燃料以升高温度或用于其它目的的指令的时间。此外，图8至图10示出小型氧化催化剂14在200℃的温度下活化的情形。
首先，将参照图8描述间歇地产生火焰以升高氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17的温度的情形。由小型氧化催化剂14的温度TC明显可见，图8显示了小型氧化催化剂14在时间t0时未活化的情形。如果在小型氧化催化剂14未活化时从燃料供给阀15供给燃料，则所供给的燃料在小型氧化催化剂14中未经历氧化反应，因此不能产生火焰。
因此，在该情况下，进行废气温度升高控制以升高废气的温度，直至小型氧化催化剂14被活化，并且，当小型氧化催化剂14被活化时，从燃料供给阀15间歇地供给燃料。例如，通过延迟将燃料喷射到各燃烧室2中的时刻来进行废气温度升高控制。注意，当氧不足以产生火焰时，在间歇地供给燃料的同时，即在进行火焰产生控制的同时，供给二次空气，如图8所示。注意，在间歇地供给燃料的同时，即在火焰产生控制期间开始产生火焰，并且，在火焰产生控制期间，流入氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比保持为稀空燃比。
图9显示产生浓空燃比的火焰以使NOx吸收型催化剂17在轻负载期间或减速期间释放NOx的情形。在该情况下，当小型氧化催化剂14在时间t0未活化时，进行废气温度升高控制，并且当小型氧化催化剂14被活化时，进行火焰产生准备控制，以升高小型氧化催化剂14的温度，用于产生火焰。在火焰产生准备控制中，间歇地供给与图8中显示的火焰产生控制期间相同量的燃料，并且继续进行火焰产生准备控制，直至产生火焰。在火焰产生准备控制期间，流入氧化催化剂13、颗粒过滤器16和NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比保持为稀空燃比。
随着火焰的产生，增加燃料供给量，并且间歇地供给增加量的燃料。此时，也就是说，在浓空燃比火焰产生控制期间，产生浓空燃比的火焰，并且NOx从NOx吸收型催化剂17释放出来。注意，当从NOx吸收型催化剂17中释放SOx时，浓空燃比火焰产生控制的持续时间比图9中所示的情形长。
图10显示当发动机在中等或高负载下运转时从NOx吸收型催化剂17释放NOx的情形。当发动机在中等或高负载下运转时，废气的温度高。因此，此时，小型氧化催化剂14通常是活化的。此外，当发动机在中等或高负载下运转时，废气中所含的氧浓度低。因此，难以产生浓空燃比的火焰。因此，此时，如图10中所示，在时间t0时从燃料供给阀15供给与在图9的浓空燃比火焰产生控制期间相同量的燃料，并且在不产生火焰的情况下间歇地使流入NOx吸收型催化剂17中的废气的空燃比为浓空燃比。
图11显示废气净化过程的程序。该程序通过以恒定的时间间隔中断地执行。参照图11，首先，在步骤60中，计算每单位时间吸收到NOx吸收型催化剂17中的NOx的量NOXA。NOx的量NOXA作为所需扭矩TQ和发动机转速N的函数以图12中所示的设定表的形式预先储存在ROM 32中。随后，在步骤61中，将计算的NOXA加到吸收在NOx吸收型催化剂17中的NOx量∑NOX。然后，在步骤62中，确定吸收的NOx的量∑NOX是否超过容许值NX。当∑NOX小于或等于NX时，过程进行至步骤66。
与此相比，在步骤62中，当确定∑NOX比NX大时，过程进行至步骤63。在步骤63中，确定是否可以产生浓空燃比的火焰，即，发动机是否在轻负载下或减速运转。当确定可以产生火焰时，过程进行至步骤64。在步骤64中，执行间歇地产生浓空燃比火焰H的过程，即图9中所示的燃料供给控制，并且清除∑NOX。随后，过程进行至步骤66。与此相比，当确定不可产生火焰时，过程进行至步骤65。在步骤65中，执行间歇地使空燃比为浓空燃比并且不产生火焰的过程，即图10中显示的燃料供给控制，并且清除∑NOX。随后，过程进行至步骤66。
在步骤66中，通过压差传感器26检测颗粒过滤器16前后的压差ΔP。此后，在步骤67中，确定压差ΔP是否超过容许值PX。当ΔP比PX大时，过程进行至步骤68。在步骤68中，计算产生火焰所需的二次空气的量。随后，在步骤69中，为了使颗粒过滤器16再生，执行间歇地产生火焰H以升高颗粒过滤器16的温度的过程，即图8中显示的燃料供给控制。
Claims (14)
1.一种用于内燃机的废气净化装置，包括：
小型氧化催化剂(14)，所述小型氧化催化剂(14)布置在内燃机排气通道中并且具有比所述内燃机排气通道的横截面积小的横截面积，其中在所述内燃机排气通道内流动的废气的一部分流过所述小型氧化催化剂；
燃料供给阀(15)，所述燃料供给阀(15)布置在所述内燃机排气通道中并且将燃料供给到所述小型氧化催化剂(14)；
确定单元(30)，所述确定单元(30)确定是否通过从所述燃料供给阀(15)供给燃料而产生火焰；和
控制单元(30)，当所述确定单元(30)确定通过从所述燃料供给阀(15)供给燃料而产生火焰时，所述控制单元(30)将燃料从所述燃料供给阀(15)间歇地供给到所述小型氧化催化剂(14)以在所述小型氧化催化剂(14)下游间歇地产生火焰。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的废气净化装置，其中设定从所述燃料供给阀(15)供给燃料的时刻，使得在所述小型氧化催化剂(14)下游顺序间歇地产生的火焰团不相互重叠。
3.根据权利要求2所述的用于内燃机的废气净化装置，其中设定从所述燃料供给阀(15)供给燃料的时刻，使得从所述小型氧化催化剂(14)间歇地供给燃料。
4.根据权利要求2所述的用于内燃机的废气净化装置，其中设定从所述燃料供给阀(15)供给燃料的时刻，使得具有浓空燃比的废气间歇地从所述小型氧化催化剂(14)流出。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的用于内燃机的废气净化装置，其中所述小型氧化催化剂(14)具有沿废气流动方向延伸的圆筒状。
6.根据权利要求5所述的用于内燃机的废气净化装置，其中从所述燃料供给阀(15)向所述小型氧化催化剂(14)的上游端面供给燃料。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的用于内燃机的废气净化装置，其中随着进气量减少，开始从所述燃料供给阀(15)供给燃料的时刻的间隔延长。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的用于内燃机的废气净化装置，还包括：
二次空气供给装置(45)，所述二次空气供给装置(45)将二次空气供给到所述内燃机排气通道中，其中
当氧不足以产生火焰时，将二次空气供给到所述内燃机排气通道中。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的用于内燃机的废气净化装置，还包括：
布置在所述内燃机排气通道的所述小型氧化催化剂(14)下游的部分中的废气净化催化剂(13)和颗粒过滤器(16)中之一，其中在所述废气净化催化剂(13)和所述颗粒过滤器(16)中之一的温度需要升高时产生火焰。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的用于内燃机的废气净化装置，还包括：
布置在所述内燃机排气通道的所述小型氧化催化剂(14)下游的部分中的NOx吸收型催化剂(17)，其中所述NOx吸收型催化剂(17)在流入所述NOx吸收型催化剂(17)中的废气的空燃比为稀空燃比时吸收废气中包含的NOx，并且在流入所述NOx吸收型催化剂(17)中的废气的空燃比为浓空燃比时释放所吸收的NOx，并且其中当需要从所述NOx吸收型催化剂(17)释放NOx或SOx时间歇地产生浓空燃比的火焰。
11.根据权利要求10所述的用于内燃机的废气净化装置，其中，当需要从所述NOx吸收型催化剂(17)释放NOx或SOx时，确定内燃机的运转状态是否是能够产生浓空燃比的火焰的运转状态，其中，当需要从所述NOx吸收型催化剂(17)释放NOx或SOx时，并且当所述内燃机的运转状态是能够产生浓空燃比的火焰的运转状态时，产生火焰，和其中，当需要从所述NOx吸收型催化剂(17)释放NOx或SOx时，并且当所述内燃机的运转状态不是能够产生浓空燃比的火焰的运转状态时，使流入所述NOx吸收型催化剂(17)中的废气的空燃比为浓空燃比而不产生火焰。
12.根据权利要求11所述的用于内燃机的废气净化装置，其中，当废气的空燃比高于预定空燃比时，确定所述内燃机的运转状态是能够产生浓空燃比的火焰的运转状态。
13.根据权利要求12所述的用于内燃机的废气净化装置，其中，当所述内燃机在低负荷下运转或减速时，确定所述内燃机的运转状态是能够产生浓空燃比的火焰的运转状态。
14.一种控制内燃机的废气净化装置的方法，所述废气净化装置包括小型氧化催化剂(14)，所述小型氧化催化剂(14)布置在内燃机排气通道中并且具有比所述内燃机排气通道的横截面积小的横截面积，其中在所述内燃机排气通道内流动的废气的一部分流过所述小型氧化催化剂(14)；和燃料供给阀(15)，所述燃料供给阀(15)布置在所述内燃机排气通道中并且将燃料供给到所述小型氧化催化剂，所述方法包括：
确定是否通过从所述燃料供给阀(15)供给燃料而产生火焰；和
当确定通过从所述燃料供给阀(15)供给燃料而产生火焰时，将燃料从所述燃料供给阀(15)间歇地供给到所述小型氧化催化剂(14)以在所述小型氧化催化剂(14)下游间歇地产生火焰。
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