CN101835961B - 用于内燃机的排气净化装置及排气净化方法 - Google Patents

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Abstract

用于吸附排气中的水分的水分吸附剂(32)和用于吸附NOx的NOx吸附剂(34)设置在用于绕过内燃机(10)的排气通道(16)的旁通通道(30)中。当执行NOx吸附剂(34)的吸附操作时，允许排气流入到旁通通道(30)中，直至流入到水分吸附剂(32)中的水分量达到容许水分流入量。基于水分吸附剂(32)中的在吸附操作开始之前的残留水分量来确定容许水分流入量。能够基于最近一次执行清除操作时的水分吸附剂(32)的温度来确定水分吸附剂(32)中的残留水分量。

Description

用于内燃机的排气净化装置及排气净化方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气净化装置及排气净化方法。
背景技术
近年来，排气净化装置获得了显著的进步。然而，在冷起动时，由于催化剂(例如三元催化剂)的温度低且催化剂的活性不够，所以，诸如HC和NOx的有害成分的排出量倾向于增多。
已经提出了使用吸附剂作为一种减小冷起动时的排放物的方法。换句话说，在紧接着发动机起动之后直至催化剂达到活化温度为止，有害成分由吸附剂吸附。然后，在催化剂预热并活化之后，所吸附的有害成分从吸附剂脱离并被催化剂净化。
日本专利申请公布No.5-256124(JP-A-5-256124)公开了：如果在碳氢化合物吸附剂吸附碳氢化合物之前水分已经被吸附在碳氢化合物吸附剂中，则碳氢化合物吸附量减少，因此，在碳氢化合物吸附剂前后增设水分吸收剂，以便在发动机停机时防止含有水分的空气流入到碳氢化合物吸附剂中(在JP-A-5-256124的[0003]和[0008]段中公开)。
在JP-A-5-256124中公开的技术用于在发动机停机时防止空气中的水分被吸附到吸附剂中，然而，排气中也含有相当多的水分。因此，也希望在有害成分被吸附到吸附剂中时抑制水分流入到吸附剂中。实现这一目的的一种可能的方法是在有害成分吸附剂的上游侧设置用于吸附水分的水吸附剂。
然而，由于排气中含有相当多的水分，所以在某些情形中水吸附剂可能在执行吸附操作期间变得饱和，并且不再能被吸附的水分可能流入到有害成分吸附剂中。如果水分流入到有害成分吸附剂中，则曾经吸附的有害成分从有害成分吸附剂脱附并流出，并且排放物劣化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效减少冷起动时的排放物的、用于内燃机的排气净化装置和排气净化方法。
本发明的一方面涉及一种用于内燃机的排气净化装置，该排气净化装置包括：旁通通道，该旁通通道绕过内燃机的排气通道；吸附剂，该吸附剂设置在旁通通道中并且吸附排气中的水分和有害成分；以及控制单元，在至少执行吸附剂的吸附操作时，该控制单元允许排气流入到旁通通道中，直至流入到吸附剂中的水分的量达到容许水分流入量。
当吸附剂中的水分量变大时，吸附剂的有害成分吸附能力降低。因此，如果吸附剂中的水分量过大，则曾经吸附的有害成分从吸附剂脱附并且释放到空气中。根据第一方面，通过控制流入到吸附剂中的水分量来防止吸附剂中的水分量变得过大，从而不会超过容许水分流入量，于是，能够可靠地防止有害成分脱附。由于能够继续进行吸附操作直至流入到吸附剂中的水分量达到容许水分流入量，所以能够根据吸附剂的容许水分流入量来完全发挥吸附剂的吸附能力。因此，能够充分减少冷起动时的排放物。
在第一方面，该旁通通道可以绕过设置在排气通道中的前催化剂和后催化剂之间的排气通道。
在第一方面，可以基于在吸附剂中的吸附操作开始之前的残留水分量来确定容许水分流入量。
根据上述方面，能够适当地确定执行吸附操作时的容许水分流入量，并且能够完全发挥吸附材料的吸附能力，同时可靠地防止有害成分脱附。
在上述方面，吸附剂可以包括水分吸附剂和主要吸附有害成分的有害成分吸附剂，该水分吸附剂设置在有害成分吸附剂的上游侧且具有吸附水分的功能，并且该残留水分量可以是水分吸附剂中的残留水分量。
根据上述方面，当将吸附剂分为有害成分吸附剂和水分吸附剂时，能够基于水分吸附剂中的残留水分量来确定容许水分流入量。因此，能够可靠地抑制在执行吸附操作期间通过水分吸附剂并流入到有害成分吸附剂中的水分。因此，能够完全发挥有害成分吸附剂的吸附能力，同时可靠地防止有害成分脱附。
在上述方面，当执行吸附操作时，控制单元可计算出吸附操作执行时间阈值，使得流入到吸附剂中的水分量变成容许水分流入量，并且该控制单元允许排气流入到旁通通道中，直至从吸附操作开始起所经过的时间达到吸附操作执行时间阈值。
根据上述方面，能够计算出流入到吸附剂中的水分量变成容许水分流入量时的吸附操作执行时间阈值，并且能够执行吸附操作，直至从吸附操作开始起所经过的时间达到吸附操作执行时间阈值。因此，能够精确控制吸附操作执行期间流入到吸附剂中的水分量，并且能够完全发挥吸附剂的吸附能力，同时可靠地防止有害成分脱附。
在上述方面，在要求执行吸附操作时，控制单元可计算出排气量阈值，使得流入到吸附剂中的水分量变成容许水分流入量，并且控制单元允许排气流入到旁通通道中，直至从吸附操作开始起的累计排气量达到排气量阈值。
根据上述方面，能够计算出流入到吸附剂中的水分量变成容许水分流入量时的排气量阈值，并且能够执行吸附操作，直至从吸附操作开始起的累计排气量达到排气量阈值。因此，能够精确控制在吸附操作执行期间流入到吸附剂中的水分量，并且能够完全发挥吸附剂的吸附能力，同时可靠地防止有害成分脱附。
在上述方面，还可包括用于检测吸附剂温度的温度传感器。控制单元可基于最近一次执行清除操作时的吸附剂的温度来确定容许水分流入量，该清除操作用于清除吸附到吸附剂中的水分和有害成分。
根据上述方面，能够基于前次执行清除操作时的吸附剂的温度来确定容许水分流入量，因此能够精确地设定容许水分流入量。
在上述方面，控制单元可基于清除操作终止时的吸附剂的温度来确定残留水分量。
本发明的第二方面涉及一种用于内燃机的排气净化装置，该排气净化装置包括：旁通通道，该旁通通道绕过内燃机的排气通道；吸附剂，该吸附剂设置在旁通通道中并且吸附排气中的水分和有害成分；通道切换阀，该通道切换阀在允许排气流入到旁通通道中的状态与不允许排气流入到旁通通道中的状态之间进行切换；残留水分量获取单元，该残留水分量获取单元获取吸附剂中的在吸附操作开始之前的残留水分量或其相关值中的至少一个；以及吸附操作控制单元，当执行吸附操作时，该吸附操作控制单元基于由残留水分量获取单元获取的结果来修正吸附操作的终止条件，以在残留水分量增大时减少执行吸附操作的时段。
当吸附剂中的水分量变大时，吸附剂的有害成分吸附能力降低。根据上述第二方面，如果残留水分量大，则吸附操作缩短，因此能够可靠地防止曾经吸附的有害成分从吸附剂脱附并释放到空气中。在残留水分量小且吸附剂的有害成分吸附能力高的情形下，能够在长时间内执行吸附操作，于是，能够完全发挥吸附剂的吸附能力。因此，能够充分减少冷起动期间的排放物。
在第二方面，该旁通通道可以绕过设置在排气通道中的前催化剂和后催化剂之间的排气通道。
在上述方面，当执行吸附操作时，通道切换阀可选择允许排气流入到旁通通道中的状态，而当满足吸附操作的终止条件时，通道切换阀可选择不允许排气流入到旁通通道中的状态。
在上述方面，吸附剂可以包括水分吸附剂和主要吸附有害成分的有害成分吸附剂，该水分吸附剂设置在有害成分吸附剂的上游侧且具有吸附水分的功能，并且该残留水分量可以是水分吸附剂中的残留水分量。
根据上述方面，当将吸附剂分为有害成分吸附剂和水分吸附剂时，能够在随着水分吸附剂中的残留水分量变大而减少吸附操作的方向上对吸附操作的终止条件进行修正。因此，能够可靠地抑制水分在执行吸附操作期间通过水分吸附剂并流入到有害成分吸附剂中。
在上述方面，吸附操作的终止条件可以是从吸附操作开始起所经过的时间达到预定的吸附操作执行时间阈值，并且吸附操作控制单元可以对吸附操作执行时间阈值进行修正以在残留水分量增大时使吸附操作执行时间阈值减小。
根据上述方面，当吸附操作的终止条件是从吸附操作开始起所经过的时间达到预定的吸附操作执行时间阈值时，能够根据残留水分量将吸附操作的终止定时精确控制为最佳定时。因此，吸附剂的吸附能力能够发挥到最大，同时更可靠地防止有害成分脱附。
在上述方面，吸附操作的终止条件可以是从吸附操作开始起的累计排气量达到了预定的排气量阈值，并且吸附操作控制单元可以对排气量阈值进行修正以在残留水分量增大时使排气量阈值减小。
根据上述方面，当吸附操作的终止条件是从吸附操作开始起的累计排气量达到了预定的排气量阈值时，能够根据残留水分量将吸附操作的终止定时精确控制为最佳定时。因此，吸附剂的吸附能力能够发挥到最大，同时更可靠地防止有害成分脱附。
在上述方面，还可包括检测进气量的空气流量计。吸附操作控制单元可以基于由空气流量计检测到的进气量来计算出累计排气量。
在上述方面，还可包括：温度传感器，该温度传感器检测吸附剂的温度；和清除控制单元，该清除控制单元执行用于清除由吸附剂吸附的水分和有害成分的清除操作。残留水分量获取单元可获取在最近一次清除操作中由所述温度传感器检测到的所述吸附剂的温度来作为所述残留水分量的相关值。
根据上述方面，能够根据残留水分量将吸附操作的终止定时精确控制为最佳定时。
在上述方面，还可包括：温度传感器，该温度传感器检测吸附剂的温度；清除单元，该清除单元执行用于清除吸附到吸附剂的水分和有害成分的清除操作；以及清除终止控制单元，该清除终止控制单元在吸附剂的温度达到预定温度时终止清除操作。
根据上述方面，当吸附剂的温度达到预定温度时清除操作终止，由此，不管在执行清除操作期间内燃机的运行状况如何变动，都能够完全抑制吸附剂的残留水分量。因此，能够提高下次冷起动时的吸附剂的吸附能力，并且可靠地减少冷起动时的排放物。
本发明的第三方面涉及一种排气净化方法，该排气净化方法是用于内燃机用的排气净化装置的排气净化方法，该内燃机包括：旁通通道，该旁通通道绕过内燃机的排气通道；吸附剂，该吸附剂设置在旁通通道中并且吸附排气中的水分和有害成分；以及通道切换阀，该通道切换阀在允许排气流入到旁通通道中的状态与不允许排气流入到旁通通道中的状态之间切换，该方法具有以下步骤：获取吸附剂中的在该吸附剂开始吸附操作之前的残留水分量或该残留水分量的相关值中的至少一个；以及，当执行吸附操作时，基于由残留水分量获取单元获取的结果来修正吸附操作的终止条件，以在残留水分量增大时减少执行吸附操作的时段。
在上述第三方面，可以清除吸附到吸附剂中的水分和有害成分，并且可以获取在最近一次清除操作中由检测所述吸附剂的温度的温度传感器检测到的所述吸附剂的温度来作为所述残留水分量的相关值，并且可在吸附剂的温度达到预定温度时终止清除操作。
附图说明
从以下参考附图对示例性实施例的描述中，本发明的前述及其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是描绘根据本发明第一实施例的系统构造的图；
图2A和2B是描绘根据本发明第一实施例的、冷起动时排气中的NOx浓度的图，其中图2A示出水分吸附剂的残留水分量低的情形，而图2B示出残留水分量高的情形；
图3是示出根据本发明第一实施例的、水分吸附剂的残留水分量与最佳吸附时间之间的关系的曲线图；
图4是示出根据本发明第一实施例的、清除操作终止时的水分吸附剂的温度与水分吸附剂的残留水分量之间的关系的曲线图；
图5是示出在本发明第一实施例中执行的例程的流程图；
图6是描绘根据本发明第二实施例的系统构造的图；
图7是示出在本发明第三实施例中执行的例程的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的第一实施例。图1是描绘根据本发明第一实施例的系统的构造的图。第一实施例的系统具有内燃机10，该内燃机10例如用作车辆的驱动源。在内燃机10的气缸内设置有活塞12。进气通道14和排气通道16连接到内燃机10。进气通道14连接到内燃机10的进气门18，而排气通道16连接到内燃机10的排气门20。在进气通道14的中间设置有缓冲箱24和用于调节进气量的节气门22。
在排气通道16的中间安装有前催化剂26和设置在该前催化剂26下游侧的后催化剂28。前催化剂26和后催化剂28分别构造成能够净化排气的三元催化剂。
在前催化剂26与后催化剂28之间的排气通道16中，设置有用于绕过排气通道16的该部分的旁通通道30。换句话说，旁通通道30的两端连接到在前催化剂26与后催化剂28之间的排气通道16。
在旁通通道30中，安装有水分吸附剂32和设置在该水分吸附剂32下游侧的NOx吸附剂34。水分吸附剂32具有适于吸附排气中的水分的特性。水分吸附剂32的组成材料不受特别限制，但例如能够是沸石材料。在水分吸附剂32附近设置有用于检测水分吸附剂32的温度的温度传感器38。
NOx吸附剂34具有适于吸附排气中的NOx的特性。NOx吸附剂34的组成材料不受特别限制，但例如能够使用以铈为载体的钯或者以沸石为载体的铁。
水分吸附剂32和NOx吸附剂34还具有吸附HC的功能。因此，排气中的HC也能够由水分吸附剂32或NOx吸附剂34吸附。
通道切换阀36安装在旁通通道30从排气通道16分支的区域中，也就是说，安装在旁通通道30的上游侧边。通道切换阀36由摆动式阀体36a和用于驱动该阀体36a的执行机构36b构成。根据该通道切换阀36，能够在如下状态之间进行切换：即，允许所有排气均流入到旁通通道30中的状态，和不允许排气流入到旁通通道30中而是直接流入到排气通道16中的状态。通道切换阀36能够切换到允许排气中的一部分流入到旁通通道30中的状态。
第一实施例的系统还具有电子控制单元(ECU)50。不仅上述节气门22、通道切换阀36和温度传感器38电连接到ECU 50，而且包括用于检测进气量的空气流量计40和用于检测发动机冷却水温度的水温传感器42在内的各种传感器以及各种执行机构也电连接到ECU 50。
在紧接着内燃机10的冷起动之后，前催化剂26和后催化剂28的活化不够，因为其温度低。因此，诸如NOx和HC的有害成分不能由前催化剂26和后催化剂28充分净化。因此，根据该系统，在紧接着该冷起动之后，通过通道切换阀36使排气流入到旁通通道30中，使得排气中的NOx由NOx吸附剂34吸附，而排气中的HC分别由水分吸附剂32或NOx吸附剂34吸附。下文中把这种操作称作“吸附操作”。在第一实施例中，能够通过在冷起动时执行这种吸附操作来大大降低排出到空气中的有害成分。
然而，NOx吸附剂34的NOx吸附能力存在极限。如果排气超过该极限且流入到NOx吸附剂34中，则曾经吸附的NOx脱附。而且在吸附操作期间，NOx吸附剂34的温度因排气的热量和吸附的热量而升高。如果NOx吸附剂34的温度升高，则曾经吸附的NOx倾向于容易脱附。因而，如果在发动机起动之后排气连续流入到旁通通道30中，则NOx最终从NOx吸附剂34脱附。因此，当执行吸附操作时，重要的是：在NOx从NOx吸附剂34脱附之前将通道切换阀36切换到不允许排气流入到旁通通道30中的状态(也就是终止吸附操作)。
如果NOx吸附剂34能够在冷起动之后直至前催化剂26充分活化之前(直至前催化剂26的出口处的NOx浓度充分下降之前)继续吸附NOx，则NOx吸附剂34的吸附能力是足够的。然而，实际上，NOx吸附剂34需要巨大的吸附容量，以具有足够的吸附能力。这是因为从NOx吸附剂34的安装空间和成本来说，NOx吸附剂34并不总是易于具有足够的吸附能力，并且NOx吸附剂34的吸附能力在实际条件下是有限的。然而，如果吸附操作终止得太快，则不能完全发挥NOx吸附剂34的吸附能力，并且不能充分降低NOx排出量。因此，为了使发动机起动时的NOx排出量最少，重要的是在NOx不从NOx吸附剂34脱附的范围内尽可能地执行吸附操作。
NOx吸附剂34不仅吸附NOx，而且如果存在水分也具有吸附水分的性质。如果NOx和水分都存在，则NOx吸附剂34具有优先吸附水分的性质。因此，如果水分流入到处于吸附NOx的状态下的NOx吸附剂34中，则NOx吸附剂34吸附水分而不是NOx，于是NOx容易从NOx吸附剂34脱附。因此，为了完全发挥NOx吸附剂34的吸附能力，必须防止水分在吸附操作期间流入到NOx吸附剂34中。因此，根据第一实施例，在NOx吸附剂34的上游侧安装水分吸附剂32。结果，在吸附操作期间，排气中的水分能够由水分吸附剂32吸附，并且在排气流入到NOx吸附剂34中之前被去除。
在执行吸附操作之后，由水分吸附剂32和NOx吸附剂34吸附的水分和有害成分必须被去除，以便于下一次发动机起动。因此，在后催化剂28活化之后，通过切换通道切换阀36来执行允许排气流入到旁通通道30中的清除操作。在该清除操作中，水分吸附剂32和NOx吸附剂34由于排气的热量而受热，从而达到高的温度，由此水分和有害成分从水分吸附剂32和NOx吸附剂34脱附。从水分吸附剂32和NOx吸附剂34脱附的有害成分由后催化剂28净化。
在第一发明中，用于清除操作的方法不限于上述方法。例如，可安装将旁通通道30和进气通道14相连的清除通道，使得在催化剂活化之后，从排气通道16引出一部分排气，并使其流入到旁通通道30中，并且由水分吸附剂32和NOx吸附剂34吸附的水分和有害成分得以清除，并且该清除气体被经由清除通道引入到进气通道14中，以执行清除操作。在这种情形下，清除气体中的有害成分在内燃机10的管道中燃烧，或者由前催化剂26或后催化剂28净化。
如上所述，为了使发动机起动时的NOx排出量最少，吸附操作的终止定时不能太迟或太早，并且吸附操作必须在最佳定时处终止。在图1所示的系统中，根据吸附操作开始前(发动机起动前)残留在水分吸附剂32中的水分量(下文称作“水分吸附剂32的残留水分量”)来改变最佳吸附操作终止定时。图2A和2B是描绘上述事项的图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示排气中的NOx浓度。图2A示出水分吸附剂32的残留水分量低的情形，而图2B示出水分吸附剂32的残留水分量高的情形。这些是内燃机10在时间轴上的原点(时间t0)处冷起动的情形的曲线图。
(前催化剂26的出口处的NOx浓度)
图2A或2B中的实线示出了前催化剂26的出口处的NOx浓度。在内燃机10于时间t0处起动之后，前催化剂26的出口处的NOx浓度迅速升高。这是因为前催化剂26还未活化且NOx几乎不能由前催化剂26净化。然后，前催化剂26的出口处的NOx浓度达到峰值，并随着前催化剂26的温度升高(活化)而逐渐降低。当前催化剂26完全活化时，前催化剂26的出口处的NOx浓度变成几乎零。
在远离内燃机10的后催化剂28中，所流入的排气的温度低。因此，后催化剂28的活化比前催化剂26慢。这意味着，在紧接着该冷起动之后后催化剂28几乎不具有净化功能。如果假定不允许排气流入到旁通通道30中，则具有上述NOx浓度的排气将直接释放到空气中。另一方面，如果允许排气流入到旁通通道30中，则具有上述NOx浓度的排气流入到旁通通道30中。
(在允许排气连续流入到旁通通道30中的情形下的NOx排出特性)
图2A或2B中的点划线示出了在紧接着发动机起动(时间t0)之后允许排气连续流入到旁通通道30中的情形下的、NOx吸附剂34的出口处的NOx浓度。在这种情形下，排气中的NOx通过NOx吸附剂34的吸附而去除，于是，从NOx吸附剂34释放的排气的NOx浓度保持几乎为零。然而，如果允许含有大量水分的排气连续流入到旁通通道30中，则水分吸附剂32饱和且不再能吸附水分，并且水分流入到NOx吸附剂34中。然后，NOx从NOx吸附剂34脱附，并且如图2A或2B中的点划线所示，具有高的NOx浓度的排气在NOx吸附剂34的下游侧被释放。
当水分吸附剂32中的水分量达到预定量时，水分吸附剂32饱和且不再能吸附水分。如果在水分吸附剂32饱和之后仍允许排气连续流入到旁通通道30中，则水分通过水分吸附剂32并流入到NOx吸附剂34。如果水分流入到NOx吸附剂34中，则如上所述，NOx容易从NOx吸附剂34脱附。
(水分吸附剂32的残留水分量低的情形)
在水分吸附剂32的残留水分量低的情形下，在水分吸附剂32达到饱和状态之前的裕量比较大。换句话说，进入水分吸附剂32中的容许水分流入量比较大。因此，能够在吸附操作开始之后的比较长的时间内防止水分流入到NOx吸附剂34中。因此，如图2A所示，NOx从NOx吸附剂34脱附的定时比较晚。在图2A所示的示例的情形下，NOx脱附定时能够延迟到在前催化剂26的出口处的NOx浓度下降到几乎为零之前。在这种情形下，最佳操作终止定时是图2A中的时间t1。换句话说，如果在时间t1通过切换通道切换阀36来停止排气向旁通通道30的流入，则能够阻止由图2A中的点划线表示的NOx的脱附，于是，能够使发动机起动时的NOx排出量最少(在图2A中示例的情形下几乎为零)。
(水分吸附剂32的残留水分量高的情形)
在水分吸附剂32的残留水分量高的情形下，在水分吸附剂32达到饱和状态之前的裕量比较小。换句话说，进入水分吸附剂32中的容许水分流入量比较小。因此，在吸附操作开始之后能够防止水分流入到NOx吸附剂34中的时间比较短。因此，如图2B所示，NOx从NOx吸附剂34脱附的定时比较早。在图2B所示的示例的情形下，在前催化剂26的出口处的NOx浓度下降到零之前已发生NOx脱附。在这种情形下，最佳吸附操作终止定时是图2B中的时间t2。换句话说，如果在时间t2通过切换通道切换阀36来停止排气向旁通通道30的流入，则能够在时间t2阻止由图2B中的点划线表示的NOx的脱附，于是，能够使发动机起动时的NOx排出量最少(降至图2B中的阴影部分)。
以这种方式，在图2A中的水分吸附剂32的残留水分量低的情形下，最佳吸附时间由图2A中的T1表示，但是在图2B中的残留水分量高的情形下，最佳吸附时间由图2B中的T2表示，并且该最佳吸附时间变得比图2A的最佳吸附时间短。这意味着水分吸附剂32中的残留水分量与最佳吸附时间之间的关系是：最佳吸附时间随着残留水分量变大而变短，如图3所示。
因此，在第一实施例中，根据水分吸附剂32的残留水分量来控制吸附操作的执行，使得吸附操作的执行时间随着残留水分量变大而变短。由此，能够根据水分吸附剂32的残留水分量在最佳定时处终止吸附操作。结果，能够防止当残留水分量大时由于吸附操作时间设定得太长而导致NOx从NOx吸附剂34脱附，或者防止当残留水分量小时由于吸附操作时间设定得太短而导致NOx吸附剂34的吸附能力未完全发挥。换句话说，总是能够根据水分吸附剂32的残留水分量来利用NOx吸附剂34的全部吸附能力。因此，能够总体上充分降低发动机起动时的NOx排出量。
根据第一实施例的、用于确定水分吸附剂32的残留水分量的方法是：基于前次清除操作时的水分吸附剂32的温度来确定水分吸附剂32的残留水分量。换句话说，使用温度传感器38来检测执行清除操作期间的水分吸附剂32的温度，并且基于该清除操作终止时的水分吸附剂32的温度来确定水分吸附剂32的残留水分量。图4示出了清除操作终止时的水分吸附剂32的温度与水分吸附剂32的残留水分量之间的关系。
如果执行了清除操作，则如上所述，水分吸附剂32的温度因排气的热量而升高，因此，由水分吸附剂32吸附的水分能够被清除(脱附)。然而，在该清除操作期间流入到水分吸附剂32内的排气中也含有水分。这意味着在清除操作期间，即使在所吸附的原有水分被清除之后，所流入的新排气中含有的水分的吸附和水分的脱附在水分吸附剂32中继续进行。因此，水分吸附剂32中的水分量根据该吸附量和脱附量的平衡而变化。随着水分吸附剂32的温度变高，由于水分更容易脱附而更不易吸附，所以平衡状态下的水分量减少。结果，如图4所示，产成了这种相关性，即：水分吸附剂32的残留水分量随着清除操作终止时的水分吸附剂32的温度变高而降低。因此，使用清除操作终止时的水分吸附剂32的温度，能够精确确定残留水分量。
(第一实施例中的具体处理)
图5是根据第一实施例的、由ECU 50执行的用于实现上述功能的例程的流程图。该例程在内燃机10起动时执行。根据该例程，首先判定执行吸附操作的执行条件是否成立(步骤100)。具体地，基于发动机冷却水温度来估算前催化剂26和后催化剂28的温度。如果前催化剂26和后催化剂28的温度足够高且能够具有催化剂净化功能，则判定不必执行吸附操作。在这种情形下，通道由通道切换阀36进行切换，以便不允许排气流入到旁通通道30中(步骤102)。
另一方面，如果在上述步骤100中，前催化剂26和后催化剂28的温度低且不具有催化剂净化功能，则判定应执行吸附操作。在这种情形下，基于水分吸附剂32的残留水分量来计算出吸附操作执行时间阈值Ta作为最佳吸附时间(步骤104)。在ECU 50中，存储有图3和4所示的上述关系。在步骤104中，首先基于存储在ECU 50中的前次清除操作终止时的水分吸附剂32的温度、使用图4所示的映射来计算出残留水分量，然后基于该残留水分量、使用图3所示的映射来计算出吸附操作执行时间阈值Ta。或者，可以将确定前次清除操作终止时的水分吸附剂32的温度与吸附操作执行时间阈值Ta之间的关系的映射存储在ECU 50中，从而基于前次清除操作终止时的水分吸附剂32的温度来直接确定吸附操作执行时间阈值Ta。
在步骤104中的处理之后，通过通道切换阀36切换通道，使得排气流入到旁通通道30中(步骤106)。由此，吸附操作开始。
在吸附操作执行期间，测量吸附时间T，该吸附时间T是从吸附操作开始起所经过的时间，并且监测该吸附时间T是否达到在步骤104中计算出的吸附操作时间阈值Ta(步骤108)。如果判定吸附时间T已达到吸附操作执行时间阈值Ta，则通过通道切换阀36切换通道，使得排气不会流入到旁通通道30中(步骤110)。由此，吸附操作终止。
如上所述，根据图5所示的例程中的处理，根据水分吸附剂32的残留水分量来控制吸附操作的持续时间，使得能够在流入到水分吸附剂32中的水分量达到容许水分流入量的时点上终止吸附操作，其中在容许水分流入量下，水分吸附剂32不会超过饱和状态。因此，能够在吸附操作期间完全发挥NOx吸附剂34的吸附能力，同时可靠地防止NOx从NOx吸附剂34脱附。结果，能够使冷起动后进入空气中的NOx排出量最少。
在上述第一实施例中，水分吸附剂32和NOx吸附剂34起到“吸附剂”的作用，并且前次清除操作终止时的水分吸附剂32的温度被视作“残留水分量的相关值”。ECU 50通过基于温度传感器38的检测信号获取前次清除操作终止时的水分吸附剂32的温度而起到“残留水分量获取单元”的作用，通过执行上述步骤104中的处理而起到“吸附操作控制单元”的作用，并且通过执行上述清除操作而起到“清除控制单元”的作用。
根据第一实施例，当执行清除操作时，由温度传感器38检测水分吸附剂32的温度，但在本发明中，在未安装温度传感器38的情况下，可基于内燃机10的运行状态来估算水分吸附剂32的温度。
根据第一实施例，基于前次清除操作时的水分吸附剂32的温度来确定水分吸附剂32的残留水分量，但在本发明中，用于确定水分吸附剂32的残留水分量的方法不限于此。例如，根据本发明，可通过测量水分吸附剂32的重量且通过将该重量减去水分吸附剂32在干燥状态下的重量来确定水分吸附剂32的残留水分量。
根据第一实施例，吸附操作终止条件是从吸附开始起所经过的时间达到吸附操作执行时间阈值Ta，但吸附操作终止条件不限于此。例如，根据本发明，可基于由空气流量计40检测到的进气量计算出从吸附操作开始起的内燃机10的累计排气量，从而使用该累计排气量达到预定排气量阈值作为吸附操作终止条件。在这种情形下，通过基于水分吸附剂32的残留水分量对该排气量阈值沿减小的方向进行修正来实现与第一实施例同样的效果。流入到水分吸附剂32中的水分量以比吸附操作执行时间更高的精度与累计排气量相关。因此，如果使用累计排气量作为吸附操作终止条件，则即使在吸附操作期间内燃机10的运行状况例如负荷和旋转速度变化，也能够以更高的精度将吸附操作的终止定时控制为最佳定时，并且能够进一步减少排放物。
接下来参考图6描述来本发明的第二实施例，其中主要描述与上述第一实施例的不同之处，并且简化或省略了对同样事项的描述。在上述第一实施例中，水分吸附剂32和NOx吸附剂34是独立体，但在第二实施例的系统中，它们是一体的。换句话说，如图6所示，吸附剂44安装在旁通通道30中，以代替第一实施例的水分吸附剂32和NOx吸附剂34。
该吸附剂44具有吸附水分和NOx的功能。当吸附剂44中的水分量增加时，吸附剂44的NOx吸附能力降低。这意味着：随着吸附操作开始时的在吸附剂44中的残留水分量变大，流入到吸附剂44中的容许水分流入量变小。因此，为了防止NOx在吸附操作期间从吸附剂44脱附，在吸附剂44中的残留水分量变大时，吸附操作必须尽早终止。
结果，根据第二实施例，通过在吸附操作期间执行与第一实施例同样的控制，也能够完全发挥吸附剂44的吸附能力，同时可靠地防止NOx从吸附剂44脱附。因此，能够使冷起动后进入空气中的NOx排出量最少。
除了上述方面之外，第二实施例与第一实施例相同，因此省略了进一步的描述。
接下来参考图7来描述本发明的第三实施例，其中主要描述与上述实施例的不同之处，并且简化或省略了对同样事项的描述。能够通过使用图1所示的硬件构造、使ECU 50执行后述的如图7所示的例程来实施第三实施例。
第三实施例的特征在于在清除操作期间执行的控制。如上所述，在清除操作执行期间，水分吸附剂32中的水分量根据吸附量和脱附量的平衡而变动。由该平衡决定的水分量在下面被称作“平衡水分量”。该平衡水分量随着水分吸附剂32的温度升高而变少，并且随着水分吸附剂32的温度变低而变多。因此，即使该水分量因清除操作执行期间水分吸附剂32的温度升高到高的温度而减少，但如果水分吸附剂32的温度在清除操作终止前下降，则水分吸附剂32中的水分量再次增加。例如，即使水分吸附剂32的温度在清除操作执行期间升高到400℃，但如果清除操作终止时的水分吸附剂32的温度为200℃，则水分吸附剂32的最终残留水分量变成200℃时的平衡水分量。在这种情形下，不能够充分减少水分吸附剂32的残留水分量。
鉴于上述情况，根据第三实施例，一旦水分吸附剂32的温度在清除操作执行期间达到平衡水分量变得足够少的预定温度，则通过切换通道切换阀36来终止清除操作，使得排气不会流入到旁通通道30中。
(第三实施例中的具体处理)
图7是ECU 50在第三实施例中执行的用于实现上述功能的例程的流程图。该例程在吸附操作终止之后执行。根据该例程，首先判定后催化剂28是否已到达活化(步骤200)。具体地，通过未示出的温度传感器或者通过基于发动机起动后的累计排气量等的估算来确定后催化剂28的温度，由此判定后催化剂28是否已达到活化温度。
如果在步骤200中判定后催化剂28已活化，则清除控制执行如下。首先，将温度传感器38检测到的水分吸附剂32的温度的最新值存储在ECU 50中(步骤202)。然后，控制通道切换阀36的状态，使得排气流入到旁通通道30中(步骤204)。并且判定通过步骤202获得的水分吸附剂32的温度是否达到预定值T1(步骤206)。该预定值T1被预设为水分吸附剂32中的平衡水分量变得足够少时的温度。
如果在步骤206中水分吸附剂32的温度还未达到预定值T1，则通过再次执行上述步骤202及之后步骤中的处理来继续清除操作。另一方面，如果水分吸附剂32的温度已达到预定值T1，则切换通道切换阀36，使得排气不会流入到旁通通道30中(步骤208)。由此，终止清除操作。在清除操作终止之后，排气不会流入到水分吸附剂32中，于是，水分吸附剂32中的水分量不再变化。换句话说，根据上述控制，为预定值T1的平衡水分量能够成为水分吸附剂32的残留水分量。因此，不管在清除操作执行期间运行状况如何变化，都能够减少水分吸附剂32的残留水分量，由此，能够提高发动机下一次冷起动时的NOx吸附剂34的吸附能力，并且能够可靠地减少NOx排出量。
在上述第三实施例中，ECU 50通过执行步骤200和204的处理而起到“清除控制单元”的作用，并且通过执行步骤202、206和208的处理而起到“清除终止控制单元”的作用。

Claims (17)

1.一种用于内燃机的排气净化装置，其特征在于包括：
旁通通道(30)，所述旁通通道(30)绕过内燃机(10)的排气通道(16)；
吸附剂(32、34；44)，所述吸附剂(32、34；44)设置在所述旁通通道(30)中，并且吸附排气中的水分和有害成分；
温度传感器(38)，所述温度传感器(38)检测所述吸附剂(32、34；44)的温度；以及
控制单元，在执行所述吸附剂(32、34；44)的吸附操作时，所述控制单元允许所述排气流入到所述旁通通道(30)中，直至已流入到所述吸附剂(32、34；44)中的水分的量达到容许水分流入量；其中
所述控制单元基于最近一次执行清除操作时的所述吸附剂(32、34；44)的温度来确定所述容许水分流入量，所述清除操作用于清除吸附到所述吸附剂(32、34；44)的水分和有害成分。
2.根据权利要求1所述的排气净化装置，其中所述旁通通道(30)绕过设置在所述排气通道(16)中的前催化剂(26)和后催化剂(28)之间的所述排气通道(16)。
3.根据权利要求1或2所述的排气净化装置，其中基于在所述吸附剂中的所述吸附操作开始之前的所述吸附剂的残留水分量来确定所述容许水分流入量。
4.根据权利要求3所述的排气净化装置，其中所述吸附剂(32、34)包括有害成分吸附剂和水分吸附剂，所述有害成分吸附剂主要吸附有害成分，所述水分吸附剂设置在所述有害成分吸附剂的上游侧且具有吸附水分的功能，并且所述残留水分量是所述水分吸附剂中的残留水分量。
5.根据权利要求1或2所述的排气净化装置，其中当执行所述吸附操作时，所述控制单元计算出吸附操作执行时间阈值(Ta)，使得流入到所述吸附剂(32、34；44)中的水分量变成所述容许水分流入量，并且所述控制单元允许所述排气流入到所述旁通通道(30)中，直至从所述吸附操作开始起经过的时间(T)达到所述吸附操作执行时间阈值(Ta)。
6.根据权利要求1或2所述的排气净化装置，其中当执行所述吸附操作时，所述控制单元计算出排气量阈值，使得流入到所述吸附剂(32、34；44)中的水分量变成所述容许水分流入量，并且所述控制单元允许所述排气流入到所述旁通通道(30)中，直至从所述吸附操作开始起的累计排气量达到所述排气量阈值。
7.据权利要求3所述的排气净化装置，其中所述控制单元基于所述吸附剂(32、34；44)的温度来确定所述残留水分量，所述温度是所述清除操作终止时的所述吸附剂(32、34；44)的温度。
8.一种用于内燃机的排气净化装置，其特征在于包括：
旁通通道(30)，所述旁通通道(30)绕过内燃机的排气通道(16)；
吸附剂(32、34；44)，所述吸附剂(32、34；44)设置在所述旁通通道(30)中，并且吸附排气中的水分和有害成分；
通道切换阀(36)，所述通道切换阀(36)在允许排气流入到所述旁通通道(30)中的状态与不允许排气流入到所述旁通通道(30)中的状态之间切换；
温度传感器(38)，所述温度传感器(38)检测所述吸附剂(32、34；44)的温度；
残留水分量获取单元，所述残留水分量获取单元获取所述吸附剂(32、34；44)中的在所述吸附剂(32、34；44)开始所述吸附操作之前的残留水分量或其相关值中的至少一个；
吸附操作控制单元，当执行所述吸附操作时，所述吸附操作控制单元基于由所述残留水分量获取单元获取的结果来修正所述吸附操作的终止条件，以在所述残留水分量增大时减少执行所述吸附操作的时段；以及
清除控制单元，所述清除控制单元执行用于清除由所述吸附剂(32、34；44)吸附的水分和有害成分的清除操作，其中
所述残留水分量获取单元获取在最近一次清除操作中由所述温度传感器(38)检测到的所述吸附剂(32、34；44)的温度来作为所述残留水分量的相关值。
9.根据权利要求8所述的排气净化装置，其中所述旁通通道(30)绕过设置在所述排气通道(16)中的前催化剂(26)和后催化剂(28)之间的所述排气通道(16)。
10.根据权利要求8或9所述的排气净化装置，其中当执行所述吸附操作时，所述通道切换阀(36)选择允许所述排气流入到所述旁通通道(30)中的状态，而当满足所述吸附操作的终止条件时，所述通道切换阀(36)选择不允许所述排气流入到所述旁通通道(30)中的状态。
11.根据权利要求8或9所述的排气净化装置，其中所述吸附剂(32、34)包括有害成分吸附剂和水分吸附剂，所述有害成分吸附剂主要吸附有害成分，所述水分吸附剂设置在所述有害成分吸附剂的上游侧且具有吸附水分的功能，并且所述残留水分量是所述水分吸附剂中的残留水分量。
12.根据权利要求8或9所述的排气净化装置，其中所述吸附操作的终止条件是从所述吸附操作开始起经过的时间(T)达到预定的吸附操作执行时间阈值(Ta)，并且所述吸附操作控制单元对所述预定的吸附操作执行时间阈值(Ta)进行修正以在所述残留水分量增大时使所述预定的吸附操作执行时间阈值(Ta)减小。
13.根据权利要求8或9所述的排气净化装置，其中所述吸附操作的终止条件是从所述吸附操作开始起的累计排气量达到预定的排气量阈值，并且所述吸附操作控制单元对所述排气量阈值进行修正以在所述残留水分量增大时使所述排气量阈值减小。
14.根据权利要求13所述的排气净化装置，还包括检测进气量的空气流量计(40)，其中所述吸附操作控制单元基于由所述空气流量计(40)检测到的进气量来计算出所述累计排气量。
15.根据权利要求8所述的排气净化装置，还包括清除终止控制单元，所述清除终止控制单元在所述吸附剂(32、34；44)的温度达到预定温度(T1)时终止所述清除操作。
16.根据权利要求8或9所述的排气净化装置，还包括：
温度传感器(38)，所述温度传感器(38)检测所述吸附剂(32、34；44)的温度；
清除单元，所述清除单元执行用于清除吸附到所述吸附剂(32、34；44)的水分和有害成分的清除操作；以及
清除终止控制单元，所述清除终止控制单元在所述吸附剂(32、34；44)的温度达到预定温度(T1)时终止所述清除操作。
17.一种用于内燃机的排气净化方法，所述内燃机具有：旁通通道，所述旁通通道绕过内燃机的排气通道；吸附剂，所述吸附剂设置在所述旁通通道中，并且吸附排气中的水分和有害成分；温度传感器，所述温度传感器检测所述吸附剂的温度；以及通道切换阀，所述通道切换阀在允许排气流入到所述旁通通道中的状态与不允许排气流入到所述旁通通道中的状态之间切换，所述方法的特征在于包括：
获取所述吸附剂(32、34；44)中的在所述吸附剂(32、34；44)开始吸附操作之前的残留水分量或其相关值中的至少一个；
当执行所述吸附操作时，基于由残留水分量获取单元获取的结果来修正所述吸附操作的终止条件，以在所述残留水分量增大时减少执行所述吸附操作的时段；
清除吸附到所述吸附剂(32、34；44)中的水分和有害成分；
获取在最近一次清除操作中由温度传感器(38)检测到的所述吸附剂(32、34；44)的温度来作为所述残留水分量的相关值；以及
在所述吸附剂(32、34；44)的温度达到预定温度(T1)时，终止所述清除操作。
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