CN102027214B - 废气净化系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种废气净化系统，从内燃机(10)的排气通路(11)的上游侧起具备排气管内直接喷射装置(47)、氧化催化剂(31)、和NOX净化催化剂(32)或带有催化剂的DPF(33)的至少其一，将上述氧化催化剂(31)的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有将废气混合的功能的构造。由此，即使内燃机构(1)的运转状态是低负荷运转状态，也能够实施NOX吸藏还原型催化剂(32)的NOX再生或带有催化剂的DPF(33)的PM强制再生。

Description

废气净化系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及在具有NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF的至少一种的废气净化系统中，即使内燃机的运转状态是低负荷状态也能够实施恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的NOX再生控制和恢复带有催化剂的DPF的PM捕集能力的PM强制再生控制的废气净化系统及其控制方法。
背景技术
在为了柴油机及缸内汽油直接喷射发动机(GDI)等的废气中的NOX的净化而使用的NOX净化催化剂(DeNOX催化剂)之一中，有称作稀混合气体NOX收集器(LNT)的NOX吸藏还原型催化剂。该催化剂是将碱金属(例如钾K等)或碱土类金属(例如钡Ba等)的吸藏材料与白金Pt等的贵金属一起担载形成。
该NOX吸藏还原型催化剂在废气是氧过剩的空燃比稀的状态下，将废气中的NO氧化，以吸藏材料的硝酸盐的形式吸藏NOX。此外，该催化剂在废气为几乎没有氧的空燃比浓状态下，将吸藏的NOX释放并将该释放出的NOX通过三元催化剂功能用HC、CO等的还原剂还原。通过这些功能，该催化剂将NOX减少。
在用来恢复该NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的NOX再生控制中，在使废气的空燃比成为浓状态时，进行对NOX吸藏还原型催化剂供给燃料等的还原剂的处理。该还原剂的供给是在缸内燃料喷射控制中通过在主喷射之后再喷射燃料的后喷射、或向排气管内直接喷射燃料的排气管内直接喷射来进行。
此外，有将从柴油机排出的PM(粒子状物质)用过滤器捕集的连续再生型柴油微粒过滤器装置(DPF装置)。在该连续再生型DPF装置中，当废气温度较高时(约350℃以上)，捕集在过滤器上的PM连续燃烧而被净化。但是，在废气温度较低的情况下，由于过滤器担载的氧化催化剂及PM氧化催化剂的温度下降而不活化，所以难以将PM氧化而将过滤器自己再生。因此，通过向过滤器的PM的堆积而网眼堵塞不断发展，发生排压上升的问题。
所以，当向过滤器的PM堆积量超过规定量时，进行PM强制再生。在该PM强制再生中，使废气强制升温，将捕集到的PM强制地燃烧除去。在该PM强制再生中，进行后喷射或排气管内直接喷射，对废气中供给燃料等的未燃HC(碳化氢)，通过配置在过滤器上游侧的氧化催化剂及担载在过滤器上的氧化催化剂使该供给的未燃HC燃烧。利用该氧化反应热，使过滤器入口或过滤器表面的废气温度上升。由此，将过滤器升温到积存在过滤器上的PM燃烧的温度以上，将PM燃烧除去。
作为对这样的排气管内供给未燃HC的方法，有后喷射和排气管内直接喷射。在排气管内直接喷射中，有能够不给缸内的燃烧带来影响而调节未燃HC的供给量的优点，所以对排气管直接喷射燃料的排气管内直接喷射作为NOX吸藏还原型催化剂的还原剂喷射用、或用来使捕集在DPF上的PM强制燃烧的废气升温用而开始实用化。
但是，在该排气管内直接喷射的情况下，与后喷射的情况同样，在NOX吸藏还原型催化剂或氧化催化剂的活化温度以下，即使将燃料喷射到排气管内也不会发生氧化反应，而穿通过这些催化剂流出，产生白烟等。在此情况下，排气管内直接喷射的情况不会如后喷射那样未燃HC气体化，所以与后喷射的情况相比更容易发生白烟。因此，能够使用排气管内直接喷射的区域受催化剂的活化温度限制，所以有在低负荷行驶时等难以进行NOX吸藏还原型催化剂的NOX再生或DPF的PM强制再生的问题。
另一方面，例如提出了在日本的特开2005-199179号公报中记载的格栅构造体。在该格栅构造体中，具有将外周面上作为外壁部、在其内部中包括形成从一端到另一端连通的多个格栅的隔壁的格栅构造部。在该格栅构造体中，通过使格栅构造部以陶瓷材料为主成分或金属材料为主成分、使外壁部以陶瓷材料为主成分，提高了外壁部的绝热性。由此，使格栅构造部的升温速度提高，使温度分布变得均匀。
专利文献1：日本特开2005-199179号公报
发明内容
本发明是鉴于上述状况而做出的，目的是提供一种在使用NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的至少一个的废气净化系统中，利用将载体用具有金属材料或金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有废气的混合功能的构造的氧化催化剂，即使是内燃机构的运转状态是低负荷运转状态也能够实施NOX吸藏还原型催化剂的NOX再生或带有催化剂的DPF的PM强制再生的废气净化系统及其控制方法。
用来达到上述那样的目的的废气净化系统，是从内燃机的排气通路的上游侧起具备排气管内直接喷射装置、氧化催化剂、和NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的至少其一的废气净化系统，将上述氧化催化剂的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有将废气混合的功能的构造；该废气净化系统具备废气净化用控制装置，该废气净化用控制装置预先存储有第1供给量用数据以及第2供给量用数据，根据该第1供给量用数据计算在由检测上述氧化催化剂的温度的第1标识温度检测装置检测到的温度超过第1判断温度且直至到达第2判断温度时通过上述排气管内直接喷射装置向氧化催化剂所直接供给的未燃燃料的供给量，根据该第2供给量用数据计算在由上述第1标识温度检测装置检测到的温度超过第2判断温度且由检测所具备的上述NOX净化催化剂的温度或上述带有催化剂的DPF的温度中的至少一个温度的第2标识温度检测装置检测到的温度直至到达第3判断温度时通过上述排气管内直接喷射装置向氧化催化剂所直接供给的未燃燃料的供给量；上述第1判断温度是上述氧化催化剂的催化剂活化温度，上述第3判断温度比上述第1判断温度高，是进行上述NOX净化催化剂的NOX再生的温度或上述带有催化剂的DPF进行PM强制再生的温度，上述第2判断温度比上述第1判断温度高，比上述第3判断温度低，是能够将上述氧化催化剂可靠地维持在上述催化剂活化温度以上的温度。
排气管内直接喷射与如后喷射那样在气缸内喷射的未燃燃料气化而与废气大致均匀地混合的情况不同，在喷射之后未燃燃料不气化。因此，需要未燃燃料的扩散和与废气的混合。根据上述结构，通过氧化催化剂具有将废气混合的功能、即混合器功能而构成，未燃燃料与废气在通过氧化催化剂的载体的过程中大致均匀地混合。另外，这里作为通过排气管内直接喷射而喷射的物质，以未燃燃料进行了说明，但本发明在通过排气管内直接喷射而喷射的物质中还包括燃料及燃料以外的氧化促进剂、PM的氧化促进剂、NOX还原剂等。
而且，由于将氧化催化剂的载体用金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成，所以氧化催化剂整体的比热变小。因此，升温所需要的热量变少，氧化催化剂迅速地温度上升。由于金属材料的热传导率较高，所以氧化催化剂整体上容易成为均匀的温度。因此，氧化催化剂在内燃机的运转开始时较快地升温，并且即使未燃燃料的氧化反应热也是较少的量，也能够迅速地升温。
因而，通过该氧化催化剂的混合功能和迅速的升温，未燃燃料气化而氧化反应变得容易进行。结果，能够促进下游侧的NOX还原反应及PM燃烧并且防止白烟的发生，所以即使内燃机的运转状态是低负荷运转状态也能够实施NOX吸藏还原型催化剂的NOX再生及带有催化剂的DPF的PM强制再生。
即，如图6所示，在现有技术的比热较大的堇青石载体的氧化催化剂B中，在缓加速状态下存在排气温度的上升下降。但是，由于追随于它的氧化催化剂的温度变化的幅度较小，所以如果不是某种程度的加速状态，则氧化催化剂到达不了催化剂活化温度(例如200℃)。另一方面，在如本发明那样由金属材料等的比热较小的材料的载体形成的氧化催化剂A中，相对于缓加速状态的排气温度的上升下降，追随于它的氧化催化剂的温度变化的幅度较大，所以即使是短时间也容易发生氧化催化剂到达催化剂活化温度的情况。因此，通过抓住该定时而供给未燃燃料，能够将氧化催化剂的温度升温而维持为催化剂活化温度以上。结果，即使内燃机的运转状态是低负荷运转状态，也能够将废气、NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF升温。
在上述废气净化系统中，上述NOX净化催化剂是NOX吸藏还原型催化剂；所述废气净化用控制装置在标识上述氧化催化剂的温度的第1标识温度超过第1判断温度的情况下，以将上述氧化催化剂升温的根据上述第1供给量用数据计算出的规定的第1供给量进行排气管内直接喷射，在超过第2判断温度的情况下，以将废气升温的根据上述第2供给量用数据计算出的规定的第2供给量进行排气管内直接喷射，在标识上述NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF的温度的第2标识温度达到第3判断温度的情况下，以进行NOX再生或PM强制再生的规定的第3供给量进行排气管内直接喷射。
根据该结构，在标识氧化催化剂的温度的第1标识温度超过第1判断温度的情况下，以较少量的规定的第1供给量进行排气管内直接喷射，通过氧化催化剂中的未燃燃料的氧化反应，能够将氧化催化剂升温。然后，在第1标识温度升温而超过第2判断温度的情况下，能够将氧化催化剂的温度稳定地维持为活化温度以上，以能够由氧化催化剂氧化的量的规定的第2供给量进行排气管内直接喷射。通过该排气管内直接喷射的未燃燃料在氧化催化剂中氧化反应产生的热能够将废气升温。另外，该第2判断温度是比第1判断温度高10℃～30℃左右的温度。
该规定的第1供给量是用来将氧化催化剂自身升温以便能够将氧化催化剂的温度持续维持为活化温度以上的量，以较少的量在第1标识温度达到第2判断温度之前的比较短的时间的期间中进行。该喷射的目的是氧化催化剂的升温。在该时刻，废气温度较低，如果大量喷射则会产生白烟。因此，预先求出对应于温度和废气的流量的供给量，作为映射数据等预先存储到废气净化用控制装置中。并且，在执行时参照该数据计算供给量。即，如图7所示，设在HC起燃(ライトオフ)为100％的温度(T2)下能够氧化的喷射量为Qa，根据图7的特性曲线求出当前的温度T1时的可喷射量Qb(＝Qa×Ca/100)。
此外，规定的第2供给量是用来在能够将氧化催化剂持续维持为活化温度以上的状态下，为了将下游侧的NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF升温而将废气升温的量，以与第1供给量不同的规定的第2供给量供给未燃燃料。该第2供给量为足够将废气、NOX吸藏还原型催化剂、带有催化剂的DPF等升温的量。即，该第2供给量也按照图7所示那样的特性曲线与第1供给量同样求出。
进而，在与NOX吸藏还原型催化剂相关的废气净化系统中，在标识NOX吸藏还原型催化剂的温度的第2标识温度达到能够进行NOX再生的第3判断温度的情况下，能够以规定的第3供给量进行排气管内直接喷射而进行NOX再生。或者，在与带有催化剂的DPF相关的废气净化系统中，在标识带有催化剂的DPF的温度的第2标识温度达到能够进行PM强制再生的第3判断温度的情况下，能够以规定的第3供给量进行排气管内直接喷射而进行PM强制再生。
此外，在上述废气净化系统中，上述废气净化用控制装置采用上述氧化催化剂的温度为200℃的温度作为上述第1判断温度，采用上述氧化催化剂的温度为220℃的温度作为上述第2判断温度，并且在NOX再生用中，采用上述氧化催化剂的温度为250℃的温度作为上述第3判断温度，或者在PM强制再生用中，采用上述氧化催化剂的温度为300℃的温度作为上述第3判断温度。根据该结构，由于能够将各判断温度设定为适当的值，所以能够高效率地进行氧化催化剂的升温、废气的升温、和NOX再生或PM强制再生。
此外，用来达到上述目的的废气净化系统的控制方法，是在内燃机的排气通路的上游侧起具备排气管内直接喷射装置、氧化催化剂、和NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的至少其一，并且将上述氧化催化剂的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有废气的混合功能的构造的废气净化系统的控制方法，其特征在于，在标识上述氧化催化剂的温度的第1标识温度超过第1判断温度且直至到达第2判断温度的情况下，以将上述氧化催化剂升温的根据第1供给量用数据计算出的规定的第1供给量对上述氧化催化剂直接喷射未燃燃料，在上述第1标识温度超过第2判断温度、且所具备的上述NOX净化催化剂的温度或上述带有催化剂的DPF的温度中的至少一个温度直至到达第3判断温度的情况下，以将废气升温的根据第2供给量用数据计算出的规定的第2供给量对上述氧化催化剂直接喷射未燃燃料，在标识上述NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的温度的第2标识温度达到第3判断温度的情况下，以进行NOX再生或PM强制再生的规定的第3供给量进行排气管内直接喷射；上述第1判断温度是上述氧化催化剂的催化剂活化温度，上述第3判断温度比上述第1判断温度高，是进行上述NOX净化催化剂的NOX再生的温度或上述带有催化剂的DPF进行PM强制再生的温度，上述第2判断温度比上述第1判断温度高，比上述第3判断温度低，是能够将上述氧化催化剂可靠地维持在上述催化剂活化温度以上的温度。
根据该控制方法，在标识氧化催化剂的温度的第1标识温度超过第1判断温度的情况下，能够以较少量的规定的第1供给量进行排气管内直接喷射而将氧化催化剂升温。此外，在升温而第1标识温度超过比第1判断温度高10℃～30℃左右的第2判断温度的情况下，以能够用氧化催化剂氧化的量的规定的第2供给量进行排气管内直接喷射，能够通过氧化催化剂中的未燃燃料的氧化反应热将废气升温。
进而，在与NOX吸藏还原型催化剂相关的废气净化系统中，在标识NOX吸藏还原型催化剂的温度的第2标识温度达到能够进行NOX再生的第3判断温度的情况下，能够以规定的第3供给量进行排气管内直接喷射而进行NOX再生。或者，在与带有催化剂的DPF相关的废气净化系统中，在标识带有催化剂的DPF的温度的第2标识温度达到能够进行PM强制再生的第3判断温度的情况下，能够以规定的第3供给量进行排气管内直接喷射而进行PM强制再生。
在上述废气净化系统的控制方法中，上述NOX净化催化剂是NOX吸藏还原型催化剂；采用上述氧化催化剂的温度为200℃的温度作为上述第1判断温度，采用上述氧化催化剂的温度为220℃的温度作为上述第2判断温度，并且在NOX再生用中，采用上述氧化催化剂的温度为250℃的温度作为上述第3判断温度，或者在PM强制再生用中，采用上述氧化催化剂的温度为300℃的温度作为上述第3判断温度。根据该方法，由于能够将各判断温度设定为适当的值，所以能够高效率地进行氧化催化剂的升温、废气的升温、和NOX再生或PM强制再生。
发明效果
根据有关本发明的废气净化系统及其控制方法，在使用NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的至少其一的废气净化系统中，即使在通过将氧化催化剂用陶瓷载体构成，通过后喷射进行未燃燃料的供给的现有技术不能进行NOX再生或PM强制再生的低负载行驶运转的情况下，也能够进行这些再生，能够在更大的行驶区域中实施NOX再生或PM强制再生。
附图说明
图1是示意地表示有关本发明的实施方式的废气净化系统的结构的图。
图2是示意地表示层叠了开孔平箔和开孔波箔的PE构造的图。
图3是示意地表示将开孔平箔与设有刻痕的波箔层叠的LS构造的图。
图4是表示有关本发明的实施方式的废气净化系统的控制方法的与NOX再生相关的控制流程的一例的图。
图5是表示有关本发明的实施方式的废气净化系统的控制方法的与PM强制再生相关的控制流程的一例的图。
图6是将实施例的金属材料载体的氧化催化剂的行驶时的氧化催化剂的出口的废气温度、与现有例的堇青石载体的氧化催化剂的行驶时的氧化催化剂的出口的废气温度比较的图。
图7是示意地表示氧化催化剂的温度与HC起燃的关系的图。
标记说明
1 废气净化系统
10 柴油机
11 废气通路
30 废气净化装置
31 氧化催化剂(DOC)
32 NOX吸藏还原型催化剂(LNT)
33 带有催化剂的DPF(CSF)
40 发动机控制装置(ECU)
40a 废气净化用控制装置
41 空燃比(A/F)传感器
42、43、44、45 温度传感器
46 NOX传感器
47 排气管内直接喷射装置
51、61 开孔平箔
51a、52a、61a 孔
52 开孔波箔
53、63 通道
62 设有刻痕的波箔
62a 刻痕
Tc 第1标识温度
Tc1 第1判断温度
Tc2 第2判断温度
Tn NOX再生用的第2标识温度
Tn3 NOX再生用的第3判断温度
Tp PM强制再生用的第2标识温度
Tp3 PM强制再生用的第3判断温度
具体实施方式
以下，对于有关本发明的实施方式的废气净化系统及其控制方法，以将通过柴油机的排气通路的废气的NOX和PM净化的废气净化系统为例，参照附图进行说明。
在图1中表示本发明的实施方式的废气净化系统1的结构。该废气净化系统1在柴油机(内燃机)10的排气通路11中从上游侧起依次设有涡轮增压器12的涡轮12a、废气净化装置30、和排气节流阀13。该废气处理装置30从上游侧起依次设置氧化催化剂(DOC)31、NOX吸藏还原型催化剂(LNT)32、和担载有氧化催化剂或PM氧化催化剂的带有催化剂的DPF(CSF)33而构成。
该氧化催化剂31在由金属材料形成为具有废气的混合功能的构造的载体上担载铑、氧化铈、铂、氧化铝等而形成。作为该具有混合功能的构造，可以使用图2所示那样的PE(Perforated)构造(德国的EMITEC公司命名的名称)、和图3所示那样的LS(Longitudinal Structure)构造(德国的EMITEC公司命名的名称)等。
如图2所示，PE构造将金属制的开孔平箔51和金属制的开孔波箔52层叠而使其能够在通道53间流通。该开孔的孔51a、52a的直径例如是8mmΦ左右，空孔率是35％左右。
此外，LS构造将图3所示那样的金属制的平箔61与金属制的在波形状部分上设有刻痕(陷入部分)62b的波箔62层叠而能够在通道63间流通。通过该LS构造的刻痕(刻み目)62b，在相对于通道的轴垂直方向上形成波形。在通过这些PE构造和LS构造形成为圆筒形的情况下，将平箔51、61和波箔52、62层叠后卷起而构成为圆筒状。
该氧化催化剂31如果在废气中有作为未燃燃料的HC(碳化氢)或CO(一氧化碳)等，则将它们氧化。通过由该氧化产生的热，将氧化催化剂31自身及通过的废气升温，通过该升温后的废气使下游侧的NOX吸藏还原型催化剂32和带有催化剂的DPF33升温。
通过该结构，在从发动机(内燃机)10的排气通路11的上游侧起，具备排气管内直接喷射装置47、氧化催化剂31、NOX净化催化剂32或带有催化剂的DPF33的至少一个的废气净化系统1中，能够做成将氧化催化剂31的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有废气的混合功能的构造的结构。该氧化催化剂31重视升温性，在排压的增加较少的范围内容量变小。对于额定排气量，以S/V＝300,000hr-1为目标。氧化催化剂31的容量如果较大则不易升温，如果较小则活性不足。
NOX吸藏还原型催化剂32是称作稀混合气体NOX收集器(LNT)的催化剂之一。该催化剂32在堇青石蜂窝等的多孔质的陶瓷的蜂窝构造等的载体上设置由氧化铝(矾土)等形成的多孔质的催化剂涂层而构成。在该催化剂涂层上担载铂等的催化剂贵金属、和具有NOX吸藏功能的NOX吸藏物质。作为该NOX吸藏物质，可以使用钾、钠、锂、铯等的碱金属、钡、钙等的碱土类金属、镧、钇等的稀土类之中使用一个或某几种组合。
该NOX吸藏还原型催化剂32将氧过剩的废气中的NO(一氧化氮)氧化，成为硝酸盐吸附到催化剂上，将NOX净化。该NOX吸藏还原型催化剂32在废气是空燃比稀状态下，吸藏NOX，在空燃比浓状态下，将吸藏的NOX释放，并且将该释放的NOX在还原气体环境中还原，减少NOX。即，通过废气中的氧浓度等，发挥NOX吸藏、和NOX释放-净化的两个功能。
带有催化剂的DPF(柴油微粒过滤器)33由多孔质的陶瓷的蜂窝体的通道(格栅)的入口和出口交替地封堵的整块蜂窝型的壁流过滤器形成。在该多孔质的陶瓷的壁面和内部中担载氧化催化剂和PM氧化催化剂。该氧化催化剂由铂、钯等形成，PM氧化催化剂由氧化铈等的氧化物氧化催化剂等形成。
此外，在吸气通路14中，设有空气过滤器15、空气质量流传感器(MAF传感器)16、涡轮增压器12的压缩机12b、中间冷却器17、吸气节流阀18。进而，在连结排气岐管10a和吸气岐管10b的EGR通路19中，设有EGR冷却机20和EGR阀21。
此外，在排气通路11中，在废气净化装置30的上游侧，为了废气的空燃比控制而设有检测废气的空燃比的空燃比(A/F)传感器41。进而，为了推测各催化剂31、32和带有催化剂的DPF33的温度，分别将第1温度传感器42配置在氧化催化剂31的上游侧、将第2温度传感器43配置在氧化催化剂31与NOX吸藏还原型催化剂32之间、将第3温度传感器44配置在NOX吸藏还原型催化剂32与带有催化剂的过滤器DPF33之间、将第4温度传感器45配置在带有催化剂的过滤器33的下游侧。此外，将NOX传感器46配置在废气净化装置30的下游侧。
此外，为了进行燃料的排气管内直接喷射，将排气管内直接喷射装置(排气管内燃料喷射阀)47设在废气净化装置30的上游侧的排气通路(排气管)11中。通过该排气管内直接喷射装置47，在各控制的空燃比浓控制时，将作为燃料的未燃HC通过直接喷射而供给到排气通路11中。作为该空燃比浓控制的对象，有氧化催化剂31的温度上升控制、通过氧化催化剂31的废气的温度上升控制、用来恢复NOX吸藏还原型催化剂32的NOX吸藏能力的NOX再生控制、用来将带有催化剂的DPF33的捕集到的PM强制燃烧除去的PM强制再生控制等。
在该柴油机10中，空气A在被空气过滤器15净化后，由空气质量流传感器(MAF传感器)16计测其质量流量，用压缩机16b加压。然后，将空气A用中间冷却器17冷却，通过吸气节流阀18进入到吸气岐管10b中。该吸气节流阀18进行空气A的流量调节。在发动机10的气缸内，将燃料喷射到该空气A中而使燃料燃烧。
通过该燃烧产生的废气G在从排气岐管10a驱动排气通路11的涡轮10a之后，通过废气净化装置30，成为净化后的废气Gc。然后，将净化后的废气Gc通过排气节流阀13和未图示的消声器(消音器)释放到大气中。此外，废气G的一部分在被EGR通路19的EGR冷却器20冷却后，通过EGR阀21，成为EGR气体Ge进入到吸气岐管10b中，与空气A混合而进入到气缸内。该EGR阀21进行EGR气体Ge的流量调节。
此外，为了进行这些废气净化系统1的控制而设有废气净化用控制装置40a。该废气净化用控制装置40a通常以包含在控制发动机整体的发动机控制装置(ECU)40中的状态构成。在该废气净化用控制装置40a中，除了来自空燃比传感器41、第1～第4温度传感器42、43、44、45及NOX传感器46等的输入以外，还被输入发动机转速、燃料喷射量(或负荷)等。此外，该废气净化用控制装置40a与发动机控制装置40具有密排的关系，经由发动机控制装置40控制气缸内燃料喷射、排气节流阀13、吸气节流阀18、EGR阀21、排气管内直接喷射装置47等。
接着，对该废气净化系统1的废气净化系统的控制方法进行说明。该控制方法按照图4及图5中例示那样的控制流程进行。图4的控制流程是用于恢复NOX吸藏还原型催化剂32的NOX吸藏能力的NOX再生的控制流程。图5的控制流程是用于将带有催化剂的DPF33的捕集PM强制燃烧除去的PM强制再生的控制流程。
首先，对用于NOX吸藏还原型催化剂32的NOX再生的图4的控制流程进行说明。该图4的控制流程是从上级的控制流程在某种程度上NOX的吸藏量变多、判断为也可以进行用来恢复NOX吸藏还原型催化剂32的NOX吸藏能力的NOX再生控制时调用而开始的。该上级的控制流程是控制发动机的起动、以及发动机全部的控制的主控制流程等。此外，在该图4的控制流程中，如果检测到发动机键的关闭等的发动机运转的结束，则产生中断，返回到上级的控制流程，随着主控制流程的结束，该控制流程结束。另外，在NOX的吸藏量变多到产生超过边界值的可能性的情况下，不是通过图4的控制流程，而通过别的控制流程(未图示)进行NOX再生。
如果该图4的控制流程被上级的控制流程调用而开始，则首先在步骤S11中，判断标识氧化催化剂31的温度的第1标识温度Tc是否超过了规定的第1判断温度Tc1。该第1标识温度Tc因为难以直接测量氧化催化剂31的温度，所以代替它而使用上游侧的第1温度传感器42的检测温度、或使用下游侧的第2温度传感器43的检测温度。或者也可以使用这些温度的平均。作为该第1判断温度Tc1，采用氧化催化剂31的温度为催化剂活化温度(例如200℃)的温度。
在步骤S11的判断中，在第1标识温度Tc是规定的第1判断温度Tc1以下的情况下(NO)，前进到步骤S12，不从排气管内直接喷射装置47喷射燃料，而在经过规定的时间(与第1标识温度Tc1的检查间隔相关的时间)后回到步骤S11。此外，在步骤S11的判断中，在第1标识温度Tc超过规定的第1判断温度Tc1的情况下(YES)，前进到步骤S13，判断第1标识温度Tc是否超过规定的第2判断温度Tc2。作为该第2判断温度Tc2，采用能够将氧化催化剂31的温度大致可靠地维持催化剂活化温度以上、能够防止作为向大气中的未燃燃料的释放的白烟发生的催化剂温度(例如220℃)的温度。
在步骤S13的判断中，在第1标识温度Tc为规定的第2判断温度Tc2以下的情况下(NO)，前进到步骤S14，将氧化催化剂31的升温控制在规定的时间(与第1标识温度Tc的检查间隔相关的时间)的期间中以规定的第1供给量进行喷射控制，从排气管内直接喷射装置47喷射燃料。然后回到步骤S11。
该规定的第1供给量是用来将氧化催化剂31自身升温以便能够将氧化催化剂31的温度持续维持为活化温度(例如200℃)以上的量，在第1标识温度Tc达到第2判断温度Tc2之前进行。该控制的目的是氧化催化剂31的升温，在该控制时，废气温度还较低，如果大量喷射则产生白烟，所以预先求出对应于温度和废气的流量的供给量，作为映射数据等预先存储到废气净化用控制装置40a中。在执行时，参照第1供给量用数据计算供给量。即，如图7所示，设在HC起燃100％的温度(T2)下能够氧化的喷射量为Qa，根据图7的特性曲线求出当前的温度T1时的可能喷射量Qb(＝Qa×Ca/100)。
在步骤S13的判断中，在第1标识温度Tc超过规定的第2判断温度Tc2的情况下(YES)，前进到步骤S15，判断NOX再生用的第2标识温度Tn是否超过NOX再生用的规定的第3判断温度Tn3。该第2标识温度Tn由于难以直接测量NOX吸藏还原型催化剂32的温度，所以代替它而使用上游侧的第2温度传感器43的检测温度、或使用下游侧的第3温度传感器44的检测温度。或者也可以使用这些温度的平均。作为该第3判断温度Tn3，采用NOX吸藏还原型催化剂32的温度为NOX吸藏还原型催化剂32的催化剂活化温度(例如250℃)的温度。
在步骤S15的判断中，在第2标识温度Tn是规定的第3判断温度Tn3以下的情况下(NO)，前进到步骤S16，使氧化催化剂31的温度维持控制在规定的时间(与第2标识温度Tn的检查间隔相关的时间)的期间中，以规定的第2供给量进行喷射控制，从排气管内直接喷射装置47喷射燃料。然后回到步骤S11。
在该步骤S16中，以与第1供给量不同的规定的第2供给量供给未燃燃料。该规定的第2供给量是用来在能够将氧化催化剂31持续维持为活化温度(例如200℃)以上的状态下、为了将下游侧的NOX吸藏还原型催化剂32升温而将废气升温的量。该第2供给量是足够用于NOX吸藏还原型催化剂32升温的量。该控制的目的是氧化催化剂31的温度维持，此时废气温度变得较高，所以以与第1供给量不同的第2供给量供给未燃燃料。因此，在此状态下，预先求出对应于温度和废气的流量的供给量，作为映射数据等预先存储到废气净化用控制装置40a中。在执行时，参照该第2供给量用数据计算供给量。即，该第2供给量也按照图7所示那样的特性曲线与第1供给量同样求出。
在步骤S15的判断中，在第2标识温度Tn超过规定的第3判断温度Tn3的情况下(YES)，前进到步骤S17，进行NOX再生控制用的空燃比控制，以NOX再生用的规定的第3供给量从排气管内直接喷射装置47喷射燃料。该控制的目的是NOX吸藏还原型催化剂32的NOX再生。在该控制时，由于废气温度变得足够高，所以预先求出适合NOX再生的对应于废气的流量的供给量，作为映射数据等预先存储到废气净化用控制装置40a中。在执行时，参照用于该NOX再生的第3供给量用的数据计算供给量。另外，在该NOX再生时，根据需要而并行进行EGR控制、吸气节流控制、排气节流控制、气缸内燃料喷射控制等。
并且，进行该步骤S17直到NOX再生结束，如果NOX再生结束，则返回，回到上级的控制流程。在回到上级的控制流程之后，在再次某种程度地NOX的吸藏量变多而判断为也可以进行用来恢复NOX吸藏还原型催化剂32的NOX吸藏能力的NOX再生控制的情况下，再次调用图4的控制流程并执行。根据需要而重复该处理。
接着，对用于带有催化剂的DPF33的PM强制再生的图5的控制流程进行说明。该图5的控制流程从上级的控制流程在某种程度的PM的捕集量变多而判断为也可以进行用来将带有催化剂的DPF33的捕集PM强制地燃烧除去的PM强制再生控制时调用而开始。该上级的控制程序是进行发动机的起动、并且进行发动机的总体控制的主控制流程等。此外，如果检测到发动机键的关闭等的发动机运转的结束，则产生中断，返回到上级的控制流程，与主控制流程的结束一起而该控制流程结束。该图5的控制流程将图4的控制流程的步骤S15、S17分别替换为步骤S15A、S17A以外，与图4的控制流程是相同的。另外，在PM的堆积量变多到产生了超过边界值的可能的情况下，不是图5的控制流程，而通过别的控制流程(未图示)进行PM强制再生。
如果该图5的控制流程被从上级的控制流程调用并起动，则与图4的控制流程同样，进行步骤S11～S14、S16。在图5的控制流程的步骤S15A中，判断PM强制再生用的第2标识温度Tp是否超过PM强制再生用的规定的第3判断温度Tp3。该第2标识温度Tp由于难以直接测量带有催化剂的DPF33的温度，所以代替它而使用上游侧的第3温度传感器44的检测温度，或使用下游侧的第4温度传感器45的检测温度。或者也可以使用这些温度的平均。作为该第3判断温度Tp3，采用带有催化剂的DPF33的温度为PM开始燃烧的温度(例如300℃)的温度。
在步骤S15A的判断中，在第2标识温度Tp为规定的第3判断温度Tp3以下的情况下(NO)，前进到步骤S16，使氧化催化剂31的温度维持控制在规定的时间(与第2标识温度Tp的检查间隔相关的时间)的期间中，以规定的第2供给量进行喷射控制，从排气管内直接喷射装置47喷射燃料。然后回到步骤S11。
在步骤S15A的判断中，在第2标识温度Tp超过规定的第3判断温度Tp3的情况下(YES)，前进到步骤S17A，进行PM强制再生控制用的空燃比控制，以PM强制再生用的规定的第3供给量从排气管内直接喷射装置47喷射燃料。该控制的目的是带有催化剂的DPF33的PM强制再生，在该控制时，废气温度变得足够高，所以预先求出适合于PM强制再生的对应于废气的流量的供给量，作为映射数据等预先存储到废气净化用控制装置40a中。在执行时，参照用于该第3供给量用的PM强制再生的数据计算供给量。另外，在该PM强制再生时，根据需要而并行进行EGR控制、吸气节流控制、排气节流控制、气缸内燃料喷射控制等。
并且，进行该步骤S17A直到PM强制再生结束，如果PM强制再生结束，则返回，回到上级的控制流程。在回到上级的控制流程之后，在再次某种程度地PM的捕集量变多而判断为也可以进行用来将带有催化剂的DPF33的捕集PM强制地燃烧除去的PM强制再生控制的情况下，再次调用并执行图5的控制流程。根据需要而重复该处理。
此外，在图4及图5的控制流程中，作为第1判断温度Tc1而采用氧化催化剂31的温度为200℃的温度，作为第2判断温度Tc3而采用氧化催化剂31的温度为220℃的温度。与此同时，在NOX再生用中作为第3判断温度Tn3而采用NOX吸藏还原型催化剂32的温度为250℃的温度，或者在PM强制再生用中作为上述第3判断温度而采用带有催化剂的DPF33的温度为300℃的温度。由此，将各判断温度设定为适当的值，高效率地进行氧化催化剂31的升温、废气的升温、和NOX再生或PM强制再生。
通过这些控制，在从发动机(内燃机)10的排气通路11的上游侧起具备排气管内直接喷射装置47、氧化催化剂31、NOX吸藏还原型催化剂32或带有催化剂的DPF33的至少其一，并且将氧化催化剂31的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有废气的混合功能的构造的废气净化系统1的控制方法中，能够在标识氧化催化剂31的温度的第1标识温度Tc超过第1判断温度Tc1的情况下，以将氧化催化剂31升温的规定的第1供给量进行排气管内直接喷射，在超过第2判断温度Tc2的情况下，以将废气升温的规定的第2供给量进行排气管内直接喷射，在标识NOX吸藏还原型催化剂32(或带有催化剂的DPF33)的温度的第2标识温度Tn(或Tp)达到第3判断温度Tn3(或Tp3)的情况下，以进行NOX再生(或PM强制再生)的规定的第3供给量进行排气管内直接喷射。
在图6中，比较使用将载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有将废气混合的功能的构造的氧化催化剂31的实施例A、和使用由比热较大的堇青石载体形成的氧化催化剂的现有例B中的、氧化催化剂的出口废气温度的变化而表示。Ina表示进行用于升温的少量的排气管内直接喷射的部分，Inb表示进行用于NOX再生的排气管内直接喷射的部分。
在现有例B的情况下，追随于缓加速状态下的排气温度的上升下降的氧化催化剂的温度变化的幅度较小，如果不是某种程度的加速状态，则氧化催化剂达不到催化剂活化温度(例如200℃)。另一方面，在实施例A中，可知追随于缓加速状态下的排气温度的上升下降的氧化催化剂的温度变化的幅度较大，虽然是短时间，但较易发生氧化催化剂达到催化剂活化温度的情况。因此，通过捕捉该定时而供给未燃燃料，能够将氧化催化剂的温度维持为催化剂活化温度以上。结果，即使内燃机的运转状态是低负荷运转状态，也能够将废气、NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF升温。
因而，根据上述废气净化系统1及其控制方法，在使用NOX净化催化剂32或带有催化剂的DPF33的至少其一的废气净化系统1中，即使是低负荷行驶运转的情况也能够进行NOX再生及PM强制再生，能够在更大的行驶区域中实施NOX再生及PM强制再生。
产业上的可利用性
具有上述良好的效果的本发明的废气净化系统1及其控制方法对于设置于搭载在车辆中的内燃机等中的、具有NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF的至少其一的废气净化系统能够很有效地使用。

Claims (5)

1.一种废气净化系统，从内燃机的排气通路的上游侧起具备排气管内直接喷射装置、氧化催化剂和NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的至少其一，其特征在于，
将上述氧化催化剂的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有将废气混合的功能的构造；
该废气净化系统具备废气净化用控制装置，该废气净化用控制装置预先存储有第1供给量用数据以及第2供给量用数据，根据该第1供给量用数据计算在由检测上述氧化催化剂的温度的第1标识温度检测装置检测到的温度超过第1判断温度且直至到达第2判断温度时通过上述排气管内直接喷射装置向氧化催化剂所直接供给的未燃燃料的供给量，根据该第2供给量用数据计算在由上述第1标识温度检测装置检测到的温度超过第2判断温度且由检测所具备的上述NOX净化催化剂的温度或上述带有催化剂的DPF的温度中的至少一个温度的第2标识温度检测装置检测到的温度直至到达第3判断温度时通过上述排气管内直接喷射装置向氧化催化剂所直接供给的未燃燃料的供给量；
上述第1判断温度是上述氧化催化剂的催化剂活化温度，上述第3判断温度比上述第1判断温度高，是进行上述NOX净化催化剂的NOX再生的温度或上述带有催化剂的DPF进行PM强制再生的温度，上述第2判断温度比上述第1判断温度高，比上述第3判断温度低，是能够将上述氧化催化剂可靠地维持在上述催化剂活化温度以上的温度。
2.如权利要求1所述的废气净化系统，其特征在于，
上述NOX净化催化剂是NOX吸藏还原型催化剂；
上述废气净化用控制装置在标识上述氧化催化剂的温度的第1标识温度超过第1判断温度的情况下，以将上述氧化催化剂升温的根据上述第1供给量用数据计算出的规定的第1供给量进行排气管内直接喷射，在超过第2判断温度的情况下，以将废气升温的根据上述第2供给量用数据计算出的规定的第2供给量进行排气管内直接喷射，在标识上述NOX吸藏还原型催化剂或带有催化剂的DPF的温度的第2标识温度达到第3判断温度的情况下，以进行NOX再生或PM强制再生的规定的第3供给量进行排气管内直接喷射。
3.如权利要求2所述的废气净化系统，其特征在于，
上述废气净化用控制装置采用上述氧化催化剂的温度为200℃的温度作为上述第1判断温度，采用上述氧化催化剂的温度为220℃的温度作为上述第2判断温度，并且在NOX再生用中，采用上述NOX吸藏还原型催化剂的温度为250℃的温度作为上述第3判断温度，或者在PM强制再生用中，采用上述带有催化剂的DPF的温度为300℃的温度作为上述第3判断温度。
4.一种废气净化系统的控制方法，在该废气净化系统中，从内燃机的排气通路的上游侧起具备排气管内直接喷射装置、氧化催化剂和NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的至少其一，并且将上述氧化催化剂的载体以金属材料或具有金属材料的比热以下的比热的材料形成为具有将废气混合的功能的构造，该废气净化系统的控制方法的特征在于，
在标识上述氧化催化剂的温度的第1标识温度超过第1判断温度且直至到达第2判断温度的情况下，以将上述氧化催化剂升温的根据第1供给量用数据计算出的规定的第1供给量对上述氧化催化剂直接喷射未燃燃料，在上述第1标识温度超过第2判断温度、且所具备的上述NOX净化催化剂的温度或上述带有催化剂的DPF的温度中的至少一个温度直至到达第3判断温度的情况下，以将废气升温的根据第2供给量用数据计算出的规定的第2供给量对上述氧化催化剂直接喷射未燃燃料，在标识上述NOX净化催化剂或带有催化剂的DPF的温度的第2标识温度达到第3判断温度的情况下，以进行NOX再生或PM强制再生的规定的第3供给量进行排气管内直接喷射；
上述第1判断温度是上述氧化催化剂的催化剂活化温度，上述第3判断温度比上述第1判断温度高，是进行上述NOX净化催化剂的NOX再生的温度或上述带有催化剂的DPF进行PM强制再生的温度，上述第2判断温度比上述第1判断温度高，比上述第3判断温度低，是能够将上述氧化催化剂可靠地维持在上述催化剂活化温度以上的温度。
5.如权利要求4所述的废气净化系统的控制方法，其特征在于，
上述NOX净化催化剂是NOX吸藏还原型催化剂；
采用上述氧化催化剂的温度为200℃的温度作为上述第1判断温度，采用上述氧化催化剂的温度为220℃的温度作为上述第2判断温度，并且在NOX再生用中，采用上述NOX吸藏还原型催化剂的温度为250℃的温度作为上述第3判断温度，或者在PM强制再生用中，采用上述带有催化剂的DPF的温度为300℃的温度作为上述第3判断温度。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101199121B1 (ko) * 2009-12-02 2012-11-09 현대자동차주식회사 다기능 배기가스재순환장치
BR112013000067B1 (pt) 2010-07-02 2022-03-29 Mack Trucks, Inc Sistema de pós-tratamento de motor a diesel e de exaustão e método de tratamento de gases de exaustão a partir de um motor a diesel
JP5778951B2 (ja) * 2010-10-08 2015-09-16 日野自動車株式会社 排ガス浄化装置
CN102322316A (zh) * 2011-08-26 2012-01-18 潍柴动力股份有限公司 发动机排放后处理装置
BR112014007943A2 (pt) * 2011-10-03 2017-04-11 Volvo Tech Corp sistema de motor de combustão interna e método para aumento da temperatura em pelo menos uma parte do sistema de motor de combustão interna
JP5811822B2 (ja) 2011-12-12 2015-11-11 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
US8906134B2 (en) * 2012-11-08 2014-12-09 GM Global Technology Operations LLC Engine-out soot flow rate prediction
JP6056414B2 (ja) * 2012-11-26 2017-01-11 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
CN104105852B (zh) * 2013-02-05 2016-03-09 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置
US9869220B2 (en) 2014-04-16 2018-01-16 Southwest Research Institute Apparatus and method for removal of gas phase artifacts from engine exhaust during testing
JP2018059480A (ja) * 2016-10-07 2018-04-12 國立高雄應用科技大學 フェライトを自動車エンジン排気ガス処理の三元触媒として用いる用途
EP3666377B1 (en) * 2017-08-08 2021-11-10 Cataler Corporation Exhaust-gas-purifying metal substrate and exhaust gas purification device using same
US10563557B2 (en) 2017-12-20 2020-02-18 Cnh Industrial America Llc Exhaust system for a work vehicle
US10273854B1 (en) 2017-12-20 2019-04-30 Cnh Industrial America Llc Exhaust system for a work vehicle
WO2019171401A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Ecocat India Pvt. Ltd. A catalyst substrate

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0014620D0 (en) * 2000-06-16 2000-08-09 Johnson Matthey Plc Reactor
DE10225273B4 (de) * 2002-06-07 2006-06-14 Zeuna-Stärker GmbH & Co KG Kraftfahrzeug mit einem Diesel-Antriebsmotor
JP2006515401A (ja) * 2003-01-14 2006-05-25 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング 入れ子式に位置する往流領域及び還流領域を備え同じ側で排ガスの流出入を行う省スペース形排ガス後処理装置
JP4550434B2 (ja) 2004-01-15 2010-09-22 日本碍子株式会社 セル構造体及びその製造方法
JP4417878B2 (ja) * 2005-05-16 2010-02-17 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
JP3956992B1 (ja) * 2006-01-27 2007-08-08 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
US7500358B2 (en) * 2006-08-11 2009-03-10 Fleetguard, Inc Apparatus, system, and method for enhancing soot filter protection

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