CN104819037A - 还原剂供应设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种还原剂供应设备，其包括重整设备(A1、A2、A3、A4)、获得部(S70)和控制器(S72)。重整设备(A1、A2、A3、A4)将燃料与空气混合，并通过用空气中的氧气来部分地氧化燃料以重整燃料，燃料是碳氢化合物。重整的燃料作为还原剂提供到排气道(10ex)中。获得部(S70)获得作为特性指标的物理量。所述物理量与提供给所述重整设备(A1、A2、A3、A4)的燃料的特性相关联。控制器(S72)根据由所述获得部(S70)获得的特性指标来控制所述重整设备(A1、A2、A3、A4)。

Description

还原剂供应设备
技术领域
本公开内容涉及一种还原剂供应设备，用于供应作为用于NOx还原的还原剂的碳氢化合物(燃料)。
背景技术
通常，在存在还原催化剂条件下的NOx与还原剂的反应中净化包含在内燃机的废气中的NOx(氧化氮)。例如，专利文献(JP 2009-162173 A)公开了一种净化系统，其使用用于内燃机燃烧的燃料(碳氢化合物)作为还原剂，系统将燃料提供到在还原催化剂上游位置的排气道中。
发明内容
本公开内容的发明人已经研究出一种净化系统，其中，与空气混合的燃料借助空气中的氧气被部分地氧化以重整燃料，并且重整的燃料作为还原剂被提供到排气道中。根据这个结构，改进了还原剂的还原性能，从而能够增大NOx净化率。
但在市场上基于碳氢的燃料(例如轻油)中混合了分子结构不同的各种成分，对于每一个产油区或销售区，这些成分的混合比都不同。因此，市场上的燃料的特性各种各样，在为了重整而部分地氧化燃料时，重整的燃料的还原性能相当大地受到重整前燃料特性中的区别的影响。
本公开内容的目的是提供一种还原剂供应设备，其抑制了由于燃料特性引起的NOx净化率的降低。
在本公开内容的一个方面中，提供了一种还原剂供应设备用于燃料燃烧系统，所述燃料燃烧系统包括具有还原催化剂的NOx净化设备，所述NOx净化设备被设置在排气道中以净化在内燃机的废气中所含有的NOx，所述还原剂供应设备在所述还原催化剂上游位置处将还原剂提供到所述排气道中。
还原剂供应设备包括重整设备、获得部和控制器。重整设备将燃料与空气混合为混合物，燃料是碳氢化合物，通过以空气中的氧气部分地氧化燃料来重整燃料。重整的燃料作为还原剂提供到排气道中。获得部获得作为特性指标的物理量。物理量与提供给重整设备的燃料的特性相关联。控制器按照由获得部获得的特性指标控制重整设备。
根据本公开内容的方面，获取与提供给重整设备的燃料的特性相关联的物理量作为特性指标，按照获取的特性指标来控制重整设备的操作。为此，例如，当燃料的特性为重整后燃料的还原性能不足时，对重整设备进行控制以通过增大还原剂的供应量或者改进重整设备的重整操作来改进还原性能。因此，能够抑制由于燃料特性引起的NOx净化率的降低。
附图说明
依据以下的说明、所附权利要求书和附图将最佳地理解本公开内容及其附加的目的、特点和优点，在附图中：
图1是应用于燃烧系统的还原剂供应设备的示意图；
图2是示出在不同初始温度条件下由两步骤氧化反应产生的仿真温度变化的结果的图示；
图3是示出在不同当量比条件下由两步骤氧化反应产生的模拟温度变化的结果的图示；
图4是示出根据图1所示的还原剂供应设备的用以在臭氧的产生与重整燃料的产生之间转换的过程的流程图；
图5是示出图4中所示的重整燃料产生控制的子例程的过程的流程图；
图6是示出在提供给反应室的燃料是C10H22的情况下的冷焰反应产物的仿真结果的图示；
图7是示出在提供给反应室的燃料是C16H34的情况下的冷焰反应产物的仿真结果的图示；
图8是示出显示图6和7中所示的冷焰反应产物的总量的仿真结果的图示；
图9是示出用于根据燃料特性来改变重整设备的操作的过程的流程图；
图10是示出在NOx净化率与燃料特性之间的相关性的图示；
图11是示出适合于燃料特性的还原剂量的图示；
图12是示出适合于NO净化率的还原剂量的图示；
图13是示出适合于燃料特性的加热器温度的图示；
图14是示出适合于燃料特性的臭氧供应量的图示；
图15是示出在内燃机中的热生成量与燃料特性之间的相关性的图示；
图16是示出在内燃机中的点火延迟时间与燃料特性之间的相关性的图示；
图17是示出在反应室内的温度与燃料特性之间的相关性的图示；
图18是应用于燃烧系统的还原剂供应设备的示意图；
图19是应用于燃烧系统的还原剂供应设备的示意图；以及
图20是应用于燃烧系统的还原剂供应设备的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图来说明本公开内容的多个实施例。在实施例中，可以为对应于在前实施例中所述内容的部分指定相同的参考标记，并省略了对该部分的多余解释。只有当在实施例中描述了结构的一部分时，另一个在前实施例才可以被应用到该结构的其他部分。即使没有明确说明这些部分可以组合，这些部分也是可以组合的。即使没有明确说明可以组合实施例，实施例也可以部分地组合，只要在组合中不存在损害。
(第一实施例)
如图1所示的燃烧系统包括内燃机10、增压器11、柴油特定过滤器(DPF)14、DPF再生设备(再生DOC 14a)、NOx净化设备15、还原剂净化设备(净化DOC 16)和还原剂供应设备。燃烧系统安装在车辆上，车辆由来自内燃机10的输出提供动力。在本实施例中，内燃机10是使用柴油燃料(轻油)来燃烧的压缩自点火柴油发动机。
增压器11包括涡轮11a、旋转轴11b和压缩机11c。涡轮11a布置在用于内燃机10的排气道10ex中，并借助废气的动能旋转。旋转轴11b将涡轮11a的叶轮连接到压缩机11c的叶轮，并向压缩机11c传送涡轮11a的旋转力。压缩机11c布置在内燃机10的进气道10in中，在压缩(即增压)进气流后将进气流提供给内燃机10。
冷却器12布置在压缩机11c下游的进气道10in中。冷却器12冷却由压缩机11c压缩的进气流，在由节流阀13调整压缩进气流的流量后，将由冷却器12冷却的压缩进气流通过进气歧管分布到内燃机10的多个燃烧室中。
再生DOC 14a(柴油氧化催化剂)、DPF 14(柴油特定过滤器)、NOx净化设备15和净化DOC 16以此顺序布置在涡轮11a下游的排气道10ex中。DPF 14收集废气中包含的颗粒。再生DOC 14a包括催化剂，其氧化在废气中包含的未燃烧的燃料并燃烧未燃烧的燃料。通过燃烧未燃烧的燃料，燃烧了由DPF 14收集的颗粒，再生DPF 14，从而保持了DPF 14的收集能力。应注意，未燃烧的燃料在再生DOC 14a内部的这个燃烧并非不断执行，而是在需要DPF 14的再生时临时执行。
还原剂供应设备的供应通道32连接到DPF 14下游和NOx净化设备15上游的排气道10ex。由还原剂供应设备产生的重整燃料作为还原剂通过供应通道32提供到排气道10ex中。通过将碳氢化合物(即燃料)部分地氧化为诸如乙醛之类的被部分地氧化的碳氢化合物来产生重整燃料，重整燃料用作还原剂，如稍后参考图7所述的。
NOx净化设备15包括用于承载还原催化剂的蜂巢状载体15b和在其中容纳载体15b的外壳15a。NOx净化设备15通过在还原催化剂存在的情况下NOx与重整燃料的反应来净化在废气中包含的NOx，即NOx到N2的还原过程。应注意，尽管除了NOx以外，在废气中同样包含有O2，但在O2存在的情况下重整还原剂选择性地(优先)与NOx反应。
在本实施例中，还原催化剂具有吸附NOx的吸附性。具体而言，当催化剂温度低于活化温度时，还原催化剂展现出吸附废气中的NOx的吸附性，在活化温度会发生借助还原催化剂的还原反应。而当催化剂温度高于活化温度时，由还原催化剂吸附的NOx由重整还原剂还原，随后从还原催化剂释放。例如，NOx净化设备15可以借助由载体15b承载的银/氧化铝催化剂提供NOx吸附性能。
净化DOC 16具有外壳，其容纳承载氧化催化剂的载体。净化DOC 16在氧化催化剂存在的情况下氧化还原剂，还原剂在没有用于NOx还原时从NOx净化设备15流出。因而，可以禁止还原剂通过排气道10ex的出口释放到大气中。应当注意，氧化催化剂的活化温度(例如200℃)低于还原催化剂的活化温度(例如250℃)。
接下来，以下将说明还原剂供应设备。通常，还原剂供应设备产生重整燃料，并购将重整燃料通过供应通道32提供到排气道10ex中。还原剂供应设备包括重整设备A1和电控单元(ECU 80)，如以下将说明的。重整设备A1包括放电反应器20(臭氧产生器)、空气泵20p、反应容器30、燃料喷射器40和加热器50。
放电反应器20包括在其中具有流体通道22a的外壳22，和布置在流体通道22a内部的多对电极21。具体而言，电极21通过电绝缘件固定在外壳22内。电极21具有平板形状，彼此面对平行排列。交替排列了接地的一个电极21和在向放电反应器20供电时施加了高电压的另一个电极21。对电极21的电力施加由ECU 80的微机81控制。
由空气泵20p吹送的空气流入放电反应器20的外壳22中。空气泵20p由电机驱动，电机由微机81控制。由空气泵20p吹送的空气流入外壳22内的流体通道22a，并流过在电极21之间形成的放电通道21a。
反应容器30附接到放电反应器20的下游侧，并且在反应容器30的内部形成反应室30a。在反应室30a中，燃料与空气混合为混合物，以空气中的氧气氧化燃料。通过放电通道21a的空气通过空气入口30c流入反应室30a，此后，从在反应容器30中形成的喷射端口30b喷出。喷射端口30b与供应通道32相连通。
燃料喷射器40附接到反应容器30。燃料箱40t中液体形式(液体燃料)的燃料由泵40p提供给燃料喷射器40，并通过燃料喷射器40的喷射孔(未示出)喷射到反应室30a中。如上所述，燃料箱40t内的燃料还用于燃烧，因而燃料共同用于内燃机10的燃烧和用作还原剂。燃料喷射器40具有喷射阀门，该阀门由电磁铁的电磁力致动。微机81控制到电磁铁的供电。
加热器50附接到反应容器30，加热器50具有加热元件(未示出)，该加热元件在向加热元件供电时产生热量。到加热元件的供电由微机81控制。加热器50的产热面位于反应室30a内部，加热从燃料喷射器40喷射的液体燃料。由加热器50加热的液体燃料在反应室30a内汽化。由加热器50将汽化燃料进一步加热到给定温度或更高。结果，将燃料热分解为具有小碳数的碳氢化合物，即裂化发生。
燃料喷射器40位于加热器50的产热面上，液体燃料从燃料喷射器40喷射到产热面上。粘附到产热面的液体燃料汽化。
检测反应室30a内部温度的温度传感器31附接到反应容器30。具体地，温度传感器31布置在反应室30a内的加热器50的产热面上。由温度传感器31检测的温度是汽化燃料与空气反应后的温度。温度传感器31将与检测的温度有关的信息(检测到的温度)输出到ECU 80。
在向放电反应器20供电时，从电极21发射的电子在放电通道21a中与空气中包含的氧气分子碰撞。结果，由氧气分子产生臭氧。即，放电反应器20通过放电过程使得氧气分子处于等离子体状态，产生作为活性氧的臭氧。随后，由放电反应器20产生臭氧包含在流入反应室30a中的空气中。
在反应室30a中产生冷焰反应。在冷焰反应中，以空气内的氧气或臭氧来部分地氧化气体形式的燃料。被部分地氧化的燃料称为“重整燃料”，部分氧化物(例如乙醛)可以是重整燃料的一个示例，其中，以醛基(CHO)氧化燃料的一部分。
应当注意，即使在大气压下，燃料在高温环境下借助与空气中包含的氧气的氧化反应通过自点火燃烧。这个借助自点火燃烧的氧化反应也称为“热焰反应”，其中，在产热的同时生成二氧化碳与水。但当燃料与空气的比(当量比)及环境温度在给定范围内时，如下所述的，氧化反应停留在冷焰反应的时间期间变长，此后热焰反应发生。即，氧化反应以两个布置进行，冷焰反应和热焰反应(参考图2和3)。
当环境温度较低且当量比较低时，有可能发生冷焰反应。在冷焰反应中，以环境空气中包含的氧气来部分地氧化燃料。当环境温度由于冷焰反应导致的热量产生的上升，并在此后经过了给定时间时，被部分地氧化的燃料(例如乙醛)被氧化，从而热焰反应发生。当通过冷焰反应产生的诸如乙醛之类的被部分地氧化的燃料用作NOx净化还原剂时，与使用未被部分地氧化的燃料的情况下相比，提高了NOx净化率。
图2和图3示出了显示在将燃料(十六烷)喷射到温度430℃的加热器50上的情况下，相对于从喷射开始经过的时间的反应室30a的温度(环境温度)的变化的仿真结果。此外，图2示出了在加热器50的各个温度的仿真。在图2中，符号L1、L2、L3、L4、L5和L6显示了在将加热器温度分别设定为530℃、430℃、330℃、230℃、130℃和30℃时的结果。
如符号L1所示的，当加热器温度是530℃时，几乎不存在停留在冷焰反应中的时间期间，氧化反应仅以一个步骤完成。相反，如符号L2和L3所示的，当加热器温度设定为330℃或430℃时，两步骤氧化反应发生。此外，当加热器温度设定为330℃时，与加热器温度设定为430℃的情况下相比，冷焰反应的开始时间延迟，如符号L2和L3所示的。此外，当加热器温度设定为230℃或更低时，如符号L4到L6所示的，冷焰反应和热焰反应都不发生，即氧化反应不发生。
在图2所示的仿真中，当量比是喷射燃料与供应空气的重量比，将其设定为0.23。关于这一点，本发明人借助模拟不同当量比获得了图3所示的结果。应注意，当量比可以定义为通过将“空气-燃料混合物中包含的燃料的重量”除以“可以完全燃烧的燃料的重量”而得到的值。如图3所示的，在将当量比设定为1.0时，几乎不存在停留在冷焰反应中的时间期间，氧化反应以一个步骤完成。此外，与将当量比设定为0.23的情况相比，在将当量比设定为0.37时，冷焰反应的开始时间提前，冷焰反应速度增大，冷焰反应期间减小，在完成冷焰反应时的环境温度增大。
可以从图2和图3中的结果获得以下发现。即，当环境温度低于下限值时，氧化反应不发生。当环境温度高于下限值，但当量比等于或高于1.0时，形成一个步骤氧化反应区，其中，氧化反应仅以一个步骤完成。当环境温度在给定温度范围内，且当量比在给定当量比范围内时，两个步骤氧化反应发生。
当环境温度被调整为给定温度范围内的最佳温度(例如370℃)时，实现两个步骤氧化反应的当量比变为最大值(例如1.0)。因此，为了早产生冷焰反应，可以将加热器温度调整为最佳温度，并将当量比设定为1.0。但由于在当量比超过1.0时冷焰反应不发生，希望将当量比调整为比1.0小一定余量的值。在图2和图3所示的仿真中，将空气中的臭氧浓度设定为零，冷焰反应的开始时间随着臭氧浓度增大而变早。
ECU 80的微机81包括存储程序的存储器单元和中央处理单元，该中央处理单元按照存储在存储器单元中的程序执行运算处理。ECU 80基于传感器的检测值控制内燃机10的操作。传感器可以包括油门踏板传感器91、发动机速度传感器92、节流阀开启传感器93、进气流压力传感器94、进气量传感器95、排气温度传感器96等。
油门踏板传感器91检测驾驶者对车辆油门踏板的压低量。发动机速度传感器92检测内燃机10的输出轴10a的旋转速度(即发动机转速)。节流阀开启传感器93检测节流阀的开启量。进气流压力传感器94检测在节流阀13下游位置的进气道10in的压力。进气量传感器95检测进气流的质量流率。
ECU 80按照输出轴10a的转速和内燃机10的发动机载荷来总体上控制从燃料喷射阀(未示出)喷射的用于燃烧的燃料的量和喷射时间。此外，ECU 80基于由排气温度传感器96检测的排气温度控制重整设备A1的操作。换句话说，微机81通过以预定周期重复执行如图4所示的过程(即程序)，而在重整燃料的产生与臭氧的产生之间转换。当点火开关开启时过程开始，并在内燃机10运行的同时不断执行。
在图4的步骤10，微机81确定内燃机10是否运行。当内燃机10没有运行时，在步骤15，还原剂供应设备(重整设备)的操作停止。具体而言，在向放电反应器20、空气泵20p、燃料喷射器40和加热器50供电时，停止供电。而在内燃机10运行时，还原剂供应设备按照NOx净化设备15内部的还原催化剂的温度(NOx催化剂温度)操作。
具体而言，在步骤11，空气泵20p以预定功率量操作。接下来，在步骤12，确定NOx催化剂温度是否低于还原催化剂的活化温度T1(例如250℃)。使用由排气温度传感器96检测的排气温度来估计NOx催化剂温度。应注意，还原催化剂的活化温度是重整燃料可以通过还原过程净化NOx的温度。
在确定NOx催化剂温度低于活化温度T1时，执行用于臭氧产生控制的子例程过程(步骤13)。最初，将预定功率量提供给放电反应器20的电极21以开始放电。接下来，停止向加热器50供电，并且停止向燃料喷射器40供电。
按照臭氧产生控制，放电反应器20产生臭氧，且所产生的臭氧通过反应室30a和供应通道32提供到排气道10ex中。在此情况下，如果实施了到加热器50的供电，臭氧就被加热器50加热并破坏。此外，如果提供了燃料，放电反应器20内部的臭氧就会与提供的燃料反应。鉴于此，在上述的臭氧产生控制中，停止了加热器50的加热和燃料供应。为此，由于可以避免臭氧与燃料的反应和加热破坏，就按照原状将产生的臭氧提供到排气道10ex中。
当在图4中确定NOx催化剂温度等于或高于活化温度T1时，就在步骤14执行图14中所示的重整燃料产生控制的子例程过程。
将按照图中的虚线来说明图5中的过程的要点。在步骤30，控制加热器50的操作以在给定温度范围内调整反应容器30内部的温度。随后在步骤40，控制燃料喷射器40的操作，喷射与在NOx净化设备15所需的还原剂量相对应的燃料。接下来，在步骤50，控制空气泵20p的操作以在给定当量比范围内调整当量比，当量比是提供高反应容器30中的燃料与空气的比。温度范围和当量比范围是上述两个步骤氧化反应区中的范围。因此，冷焰反应发生，从而产生重整燃料。
此外，在步骤60，按照反应容器30内的燃料的浓度来控制到放电反应器20的供电。因此，产生臭氧，产生的臭氧提供到反应容器30中。从而提前了冷焰反应的开始时间，并且冷焰反应时间减小。因此，即使在反应容器30尺寸缩小，以至于减小了燃料在反应容器30内的停留时间的情况下，也可以在停留时间内完成冷焰反应，从而可以使得反应容器30尺寸缩小。
执行步骤30的微机81可以提供“温度控制器(控制器)”。执行步骤40的微机81可以提供“燃料喷射量控制器(控制器)”。执行步骤50的微机81可以提供“当量比控制器(控制器)”。执行步骤60的微机81可以提供“放电控制器(控制器)”。
下文中，将参考图5来说明这些步骤S30、S40、S50和S60的细节。
首先，给出借助温度控制器的步骤30的过程的说明。在步骤31，获得还原剂供应设备中的温度，即反应容器30内的温度。具体地，获得由温度传感器31检测的检测温度Tact。在随后的步骤32，调整加热器50的加热量，以基于在预定的目标温度Ttrg与检测温度Tact之间的差ΔT，使得检测温度Tact与目标温度Ttrg匹配。
具体而言，按照差ΔT来调整加热器50的电源占空比。在步骤32中使用的目标温度Ttrg设定为环境温度(例如370℃)，在该温度，当量比在以上两个步骤氧化反应区中成为最大。由于在冷焰反应过程中反应室30a的温度上升，将加热器50自身温度的值控制为比目标温度Ttrg低在冷焰反应过程中的温度上升量。
随后，将给出借助燃料喷射量控制器的步骤40的过程的说明。在步骤41，将用于既不过量也无不足地将燃料提供到NOx净化设备15中的值设定为目标燃料流速Ftrg，这个值对于减小流入NOx净化设备15中全部NOx是必要的。目标燃料流速Ftrg是每单位时间提供到NOx净化设备15中的燃料的质量。
具体而言，基于以下将说明的NOx流入速率和NOx催化剂温度来设定目标燃料流速Ftrg。NOx流入速率是每单位时间提供到NOx净化设备15中的NOx的质量。例如，可以基于内燃机10的运行状况来估计NOx流入速率。NOx催化剂温度是NOx净化设备15内部的还原催化剂的温度。例如，可以基于由排气温度传感器96检测的温度来估计NOx催化剂温度。
目标燃料流速Ftrg随着NOx流入速率增大而增大。此外，由于在还原催化剂存在的情况下NOx的减小量(还原性能)按照NOx催化剂温度而改变，就按照还原性能在NOx催化剂温度的差来设定目标燃料流速Ftrg。例如，预先将表示目标燃料流速Ftrg相对于NOx流入速率与NOx催化剂温度的最佳值的图存储在微机81中。基于NOx流入速率与NOx催化剂温度，参考该图设定目标燃料流速Ftrg。
在随后的步骤42，控制燃料喷射器40的操作以基于在步骤41设定的目标燃料流速Ftrg喷射燃料。具体而言，燃料喷射器40的开启时间随着目标燃料流速Ftrg增大而增大，从而增大了在一个阀门开启操作过程中喷射的燃料量。目标燃料流速Ftrg可以对应于“目标喷射量”。
随后，将给出借助当量比控制器的步骤50的过程的说明。在步骤51，计算目标当量比φtrg，它提供对应于检测温度Tact的冷焰反应。具体而言，预先在微机81中作为目标当量比φtrg存储当量比的最大值φmax，它对应于环境温度并且是当量比在两个步骤氧化反应区中的最大值。例如，准备对应于环境温度的目标当量比φtrg的值的图，并预先存储该图。随后，参考该图计算对应于检测温度Tact的目标当量比φtrg。
在随后的步骤52，基于在步骤51设定的目标当量比φtrg和在步骤42设定的目标燃料流速Ftrg计算目标空气流速Atrg。具体而言，计算目标空气流速Atrg以便满足φtrg＝Ftrg/Atrg。在随后的步骤53，基于在步骤52计算的目标空气流速Atrg控制空气泵20p的操作。具体而言，对空气泵20p的赋能占空比随着目标空气流速Atrg增大而增大。
随后，将给出借助放电控制器的步骤60的过程的说明。最初，在步骤61基于在步骤41设定的目标燃料流速Ftrg计算目标臭氧流速Otrg。具体而言，计算目标臭氧流速Otrg，以使得在反应室30a内部的臭氧浓度与燃料浓度的比成为给定值(例如0.2)。例如，设定这个比以使得可以在给定时间(例如0.02秒)内完成冷焰反应。
在随后的步骤62，基于在步骤52计算的目标空气流速Atrg和步骤S61计算的目标臭氧流速Otrg计算对放电反应器20的目标赋能量Ptrg。即，按照目标赋能量Ptrg控制对放电反应器20的赋能功率，用以将臭氧的生成量调整到目标生成量。
具体而言，由于在放电通道21a中空气的停留时间随着目标空气流速Atrg增大而增大，就控制目标赋能量Ptrg增大。此外，控制目标赋能量Ptrg随着目标臭氧流速Otrg增大而增大。在随后的步骤63，基于在步骤62计算的目标赋能量Ptrg控制对放电反应器20的赋能量。具体而言，对放电反应器20的赋能占空比随着目标赋能量Ptrg增大而增大。
根据图5中的上述过程，微机81使用作为四个控制参数的目标温度Ttrg、目标燃料流速Ftrg、目标空气流速Atrg和目标赋能量Ptrg来控制重整设备A1的操作。但从燃料箱40t提供给燃料喷射器40的燃料特性中的差异极大地影响重整燃料的还原性能。为此，控制参数的最佳值也按照燃料特性而改变。在此情况下，在本实施例中，估计燃料特性，用以控制重整设备A1的控制参数可以按照燃料特性的估计结果而改变。
图6和图7中的横坐标轴表示通过冷焰反应而产生的重整燃料的类型，包含在重整燃料中的碳原子数量在图中的向右方向上增大。图6和7中的纵坐标轴表示借以产生各重整燃料的克分子分数。如图所示，在将具有含大量碳原子的特性的燃料提供到反应室30a中(图7中以虚线指代)时，在通过冷焰反应产生的重整燃料中包含的碳原子数量变大。在NOx催化剂存在的情况下，具有大量碳原子的重整燃料的还原性能较低。
而且，如图8所示，重整燃料的克分子分数随着燃料中的碳原子数量增大而减小，因而还原剂中的克分子量减小。为此，微机81按照图9中所示的过程控制重整设备A1来改变控制参数，以使得净化率随着燃料特性中碳原子数量增大而增大。
即，在图9的步骤70，包含了与燃料特性相关的物理量，作为特性指标的。在本实施例中，包含了NOx净化设备15的NOx净化率，作为特性指标。NOx净化率是由NOx净化设备15减小的NOx量与流入NOx净化设备15中的NOx量的比率。存在NOx净化率在燃料特性不适于还原时降低的相关性。
具体而言，将NOx传感器97布置在NOx净化设备15下游的排气通道10ex中，NOx传感器97检测没有被NOx净化设备15还原的NOx流出量。此外，基于内燃机10的运行状况估计从内燃机10排出并流入NOx净化设备15中的NOx流入量。随后，将NOx流出量与NOx流入量的比率计算为NOx净化率。
在随后的步骤71中，确定在步骤70包含的特性指标(NOx净化率)是否在正常范围内。例如，当NOx净化率小于预设下限值时，估计NOx净化设备15或重整设备A1中出现异常情况。随后，在步骤75，将异常情况标记设定为开启，向用户通知异常情况出现。
另一方面，当步骤70中所包含的特性指标在正常范围内时，在随后的步骤72，按照特征指标改变重整设备A1的控制参数。例如，如图10所示的，当NOx净化率较低时，燃料特性不太适合于还原，还原性能也较低。因此，当NOx净化率较低时，改变控制参数以便增大净化率。在本实施例中，作为控制参数改变目标燃料流速Ftrg。
即，如图11所示的，校正目标燃料流速Ftrg，以使得当燃料特性不太适合于还原时增大还原剂的量。具体而言，如图12所示的准备与NOx净化率相对应的目标燃料流速Ftrg的校正量(还原剂量)的图，并预先存储该图。随后，使用图12所示的图计算在步骤70获得的与NOx净化率(特性指标)相对应的目标燃料流速Ftrg的校正量，并以该校正量校正目标燃料流速Ftrg。借助以上处理，校正在图5的步骤41设置的目标燃料流速Ftrg，并在图5的步骤42基于校正的目标燃料流速Ftrg控制燃料喷射器40的操作。
在图9的步骤S73，学习在步骤72校正的控制参数。具体而言，重写并更新在图5的步骤41用于计算目标燃料流速Ftrg的图。即，将目标燃料流速Ftrg相对于NOx流入速率和NOx催化剂温度的最佳值重写为在步骤72校正的目标燃料流速Ftrg。当内燃机10下一次运行时，燃料特性与本次的很有可能相同。因而，如此学习目标燃料流速Ftrg，以便在下一次运行中将燃料喷射量迅速改变为与燃料特性相对应的燃料喷射量。
当在步骤74确定尽管在步骤72校正了控制参数，但在给定时间或更长时间中NOx净化率(特性指标)没有改善，过程就前进到上述的步骤75，将异常情况标记设定为开启。
执行步骤70的微机81可以提供“获得部”，获得部获得特性指标。执行步骤72的微机81可以提供“特性指标控制器(控制器)”，其按照特性指标控制重整设备A1的操作。执行步骤71的微机81可以提供“异常情况确定器”，当特性指标的值超出预定正常范围时，异常情况确定器确定重整设备A1或NOx净化设备15中出现异常情况。
如上所述，根据本实施例的还原剂供应设备获得作为特性指标的NOx净化率，并改变对重整设备A1的控制，即，按照获得的NOx净化率改变来自燃料喷射器40的燃料喷射量。
具体而言，当提供了低特性指标且不适于还原的燃料时，就校正目标燃料流速Ftrg(控制参数)增大。为此，提供到排气道10ex中的还原剂量增大，从而可以抑制NOx净化率由于燃料特性的降低。另一方面，当特性指标较高时，就校正目标燃料流速Ftrg减小。因此，避免了还原剂到排气道10ex中的过量供应。因此，可以抑制还原剂由于燃料特性的差异的供应过量或不足。
此外，在本实施例中，按照特性指标改变用于重整设备A1的多个控制参数中的目标燃料流速Ftrg。为此，由于按照燃料特性的差异控制还原剂的供应量，可以高度精确地实现提供的还原剂的供应量与燃料特性相对应。
此外，在本实施例中，获得作为特性指标的NOx净化率，并在假定产生的重整燃料的还原性能随着NOx净化率降低而降低的情况下，控制重整设备A1的操作，使得NOx净化设备15的NOx净化率增大。由于在NOx净化率与燃料特性之间的相关性较高，燃料特性中的差异可以极为准确且极为灵敏地反映到重整设备A1的控制上。
此外，在本实施例中，在图9的步骤71，当作为特性指标的NOx净化率的值超过正常范围时，确定在重整设备A1中出现异常情况。当特性指标超过正常范围时，重整设备A1处于异常的概率大于燃料特性较差的概率为此，根据本实施例，可以检测到重整设备A1的异常情况。
进一步地在本实施例中，重整设备A1包括反应容器30，在其中以空气中的氧气氧化燃料。调整反应容器30内的温度和当量比，以产生冷焰反应，将通过冷焰反应被部分地氧化的燃料(重整燃料)作为NOx净化还原剂提供到排气道10ex中。为此，与将没有被部分地氧化的燃料用作还原剂的情况相比，可以提高NOx净化率。
此外，在本实施例中，提供了放电反应器20，在产生冷焰反应时，将由放电反应器20产生的臭氧提供到反应容器30中。为此，冷焰反应的开始时间可以提前，可以减少冷焰反应时间。因而，即使在反应容器30尺寸缩小以便减少燃料在反应容器30内的停留时间的情况下，也可以在停留时间内完成冷焰反应。因而，反应容器30的尺寸可以缩小。
进一步地在本实施例中，通过图5中的步骤60的过程，按照反应室30a中燃料的浓度来控制用于放电的电功率。例如，计算目标臭氧流速Otrg，以使得臭氧浓度与燃料浓度的比成为给定值(例如0.2)，并随后控制放电功率。为此，抑制了臭氧浓度相对于燃料浓度的过量或不足，以便通过提供臭氧可以将冷焰反应的开始提前，并可以减少在放电反应器20的耗电。
进一步地在本实施例中，当还原催化剂的温度低于活化温度T1时，在停止燃料喷射器40的燃料喷射的同时，将由放电反应器20产生的臭氧提供到反应室30a中，从而将臭氧提供到排气道10ex中。因此，可以防止在NOx净化设备15中的还原催化剂未活化时提供作为还原剂的重整燃料。由于通过提供臭氧将排气中的NO氧化为NO2，并在NOx净化催化剂内部被吸附，NOx净化设备15内部的NOx吸附量可以增大。
进一步地在本实施例中，提供了加热燃料的加热器50和检测反应室30a内部温度(环境温度)的温度传感器31。在图5的步骤30，温度控制器按照由温度传感器31检测的温度来控制加热器50的操作，从而将反应室30a内部的温度调整到给定温度范围。因此，由温度传感器31直接检测反应室30a内部的温度。此外，由加热器50直接加热在反应室30a内部的燃料。为此，可以极为准确地实现将反应室30a内部的温度调整到给定温度范围。
应当注意，发生冷焰反应的情况下的当量比范围取决于反应室30a内部的温度而不同。在本实施例中，考虑到以上事实，在图5的步骤50，当量比控制器按照检测温度Tact改变目标当量比φtrg。为此，即使在检测温度Tact偏离了目标温度Ttrg的情况下，由于按照反应室30a内部的实际温度调整当量比，可以确保冷焰反应发生。
此外，在本实施例中，在图5的步骤40(喷射量控制器)基于NOx净化设备15所需的还原剂的流速来设定目标燃料流速Ftrg。在步骤50基于目标燃料流速Ftrg设定目标空气流速Atrg，以使得当量比在给定当量比范围内(当量比控制器)。为此，可以在满足NOx净化设备15所需的还原剂的流速的同时，将当量比调整到给定当量比范围。
(第二实施例)
在上述实施例中，按照燃料特性校正目标燃料流速Ftrg(控制参数)，以使得提供到排气道10ex中的还原剂量按照燃料特性而改变。相反，在第二实施例中，按照燃料特性校正加热器50的目标温度Ttrg(控制参数)，以使得反应室30a内部的温度按照燃料特性而改变。
即，如图13所示的，校正目标温度Ttrg，以使得当燃料特性不太适合于还原时加热器温度增大。为此，反应室30a内部的温度增大，如图2所示的，冷焰反应的开始时间提前。于是，由于流入排气道10ex中的没有被反应室30a氧化的燃料量减小，可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率的降低。
(第三实施例)
在第一和第二实施例中，按照燃料特性校正目标燃料流速Ftrg和目标温度Ttrg。相反，根据第三实施例，按照燃料特性校正放电反应器20的目标赋能量Ptrg，以便按照燃料特性改变提供到反应室30a中的臭氧量。
即，如图14所示的，校正目标温度Ttrg，以使得当燃料特性不太适合于还原时臭氧的供应量增大。为此，由于加速了反应室30a中的反应，可以减小流入排气道10ex中的没有在反应室30a中氧化的燃料量。因此，可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率中的降低。
(第四实施例)
在第一实施例中，获得作为特性指标的NOx净化率。相反，根据第四实施例，获得作为特性指标的内燃机10的燃烧室中的热生成量。具体而言，基于由汽缸压力传感器检测的燃烧室内的压力和发动机速度传感器92的检测值的变化来估计在一个燃烧循环中的热生成量。如图15所示的，假定当估计的热生成量较低时燃料特性不太适合于还原的情况下，改变控制参数，以使得NOx净化率增大。
因此，即使在本实施例中，也可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率中的降低。此外，在本实施例中，由于获得作为特性指标的热生成量，即使在还原催化剂的温度低于活化温度T1，并且NOx净化设备15不净化NOx时，也可以获得该特性指标。
进一步地在本实施例中，提供了检测反应室30a内部温度的温度传感器31，假定在氧化反应过程中的热生成量(反应热生成量)随着温度传感器31的检测温度降低而降低的情况下，重整设备的操作改变。具体而言，改变控制参数，以使得NO净化率增大。按照以上结构，由于直接检测反应室30a内部的温度，可以极为准确地获得与热生成量相对应的特性指标。
(第五实施例)
在第一实施例和第四实施例中，获得作为特性指标的NOx净化率或热生成量。相反，根据第五实施例，获得作为特性指标的内燃机10的燃烧室中的点火延迟时间。具体而言，基于燃烧室内的压力变化计算从燃料喷射到燃烧室中到自点火的时间(点火延迟时间)，由汽缸压力传感器检测燃烧室内的压力变化。如图16所示的，假定随着计算的点火延迟时间增大，燃料特性不太适合于还原的情况下改变控制参数，以使得NOx净化率增大。
因此，即使在本实施例中，也可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率中的降低。此外，在本实施例中，由于获得作为特性指标的点火延迟时间，即使在还原催化剂的温度低于活化温度T1，并且NOx净化设备15不净化NOx时，也可以获得该特性指标。
(第六实施例)
在第五实施例中，获得作为特性指标的点火延迟时间。相反，在本实施例中，获得作为特性指标的反应室30a中的温度(反应室温度)，即温度传感器31的检测温度。反应室温度随着氧化燃料时反应热生成量降低而降低。在这种情况下，如图17所示的，假定随着反应室温度降低，燃料特性不太适合于还原的情况下改变控制参数，以使得NOx净化率增大。此外，当反应室温度脱离给定范围时，确定重整设备A1出现异常。例如，当反应室温度高于正常温度时，假定由于加热器50故障而过度加热燃料或者由于燃料喷射器40故障而过量喷射燃料的缺陷。
因此，即使在本实施例中，也可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率中的降低。此外，在本实施例中，获得作为特性指标的反应室温度，反应室温度与燃料特性极为相关。因此，可以极为准确地获得该特性指标。
(第七实施例)
在图1所示的第一实施例中，由空气泵20p将空气提供到放电反应器20中。相反，在根据图18所示的第七实施例的还原剂供应设备中，将内燃机10中的一部分进气流提供到放电反应器20中。
具体而言，支管36h连接在压缩机11c下游和冷却器12上游的进气道10in部分与放电反应器20的流体通道22a之间。此外，支管36c连接在冷却器12下游的进气道10in部分与流体通道22a之间。将没有由冷却器12冷却的高温进气流通过支管36h提供到放电反应器20中。而将由冷却器12冷却后的低温进气流通过支管36c提供到放电反应器20中。
将断开与闭合各支管36h与36c的内部通道的电磁阀36连接到支管36h与36c。由微机81控制电磁阀36的操作。当电磁阀36操作以断开支管36h并闭合支管36c时，高温进气流流入放电反应器20中。当电磁阀36操作以断开支管36c并闭合支管36h时，低温进气流流入放电反应器20中。
电磁阀36的操作允许在没有由冷却器12冷却的高温进气流从冷却器12上游分支的模式与由冷却器12冷却的低温进气流从冷却器12下游分支的模式之间转换。在此情况下，在臭氧产生控制过程中，选择用于提供低温进气流的模式，禁止产生的臭氧受到进气流的热量的破坏。在除了臭氧产生控制以外的过程中，选择用于提供高温进气流的模式，禁止加热器50加热的燃料在反应室30a内被进气流冷却。此外，控制电磁阀36的断开，从而控制由增压器11压缩并提供到放电反应器20中的进气流部分的量。
在电磁阀36断开的期间中，流入内燃机10的燃烧室中的进气流的量减少了流过支路36h和36c进气流部分的量。为此，微机81校正节流阀13的断开或者压缩机11c的压缩量，以使得流入燃烧室中的进气流的量增大在电磁阀36断开期间中流过支路36h和36c进气流的量。
如上所述，根据本实施例的重整设备A2包括电磁阀36，断开电磁阀36以便将由增压器11压缩的一部分进气流提供到放电反应器20中。为此，可以在无需如图1所示的空气泵20p的情况下，将包含氧气的空气提供到放电反应器20中。
(第八实施例)
图1所示的重整设备A1由放电反应器20产生臭氧，并将产生的臭氧提供到反应室30a中以便加速燃料的氧化反应。相反，在根据第八实施例的重整设备A3中，如图19所示的，去除了流动放电反应器20，不将臭氧提供到反应室30a中。以此方式，即使在没有放电反应器20的重整设备A3中，当按照特性指标改变控制参数时，也可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率中的降低。
(第九实施例)
在图1所示的重整设备A1中，将放电反应器20在空气流方向上布置在反应室30a的上游。相反，在根据第九实施例的重整设备A4中，将放电反应器20在空气流方向上布置在反应室30a的下游，如图20所示的。在重整设备A4中，氧化反应在反应室30a内略有发生，氧化反应主要在放电反应器20的放电通道21a内发生。在放电通道21a中，使空气中的氧气分子电离，在电离的活性氧原子存在的环境下氧化燃料。因此，在放电反应器20中，一部分燃料被氧化，产生重整燃料。以此方式，即使在放电反应器20内部重整燃料的重整设备A4中，通过按照特性指标调整控制参数，也可以抑制起因于燃料特性的NOx净化率中的降低。
(其他实施例)
以上说明了本发明的优选实施例。但本发明不限于上述的实施例，而是可以借助如下所述的不同修改来实施。
在上述实施例中，按照特性指标改变目标温度Ttrg、目标燃料流速Ftrg、目标空气流速Atrg、和目标赋能量Ptrg中的任意一个。相反，可以按照特性指标改变多个控制参数。
在图1所示的实施例中，将加热器50布置在反应容器30内。可替换地，可以将加热器50布置在反应容器30外部，以便在反应容器30上游的位置加热燃料或空气。此外在图1所示的实施例中，将温度传感器31布置在反应容器30内。可替换地，可以将温度传感器31布置在反应容器30下游的位置。
在图1所示的上述实施例中，将燃料喷射器40用作雾化器，其雾化液体形式的碳氢化合物，并将雾化的碳氢化合物提供给加热器。可以使用通过振动燃料而雾化液体形式的燃料的振动设备作为雾化器。振动设备可以具有振动板，振动板以高频振动，燃料在振动板上振动。
在图15所示的上述实施例中，进气流通过支管36h和36c从冷却器12上游和下游的进气道10in的两部分分支。相反，可以去除两个支管36h和36c中的任意一个，也可以去除借助电磁阀36的模式转换。
当还原剂供应设备处于完全停止状态中时，其中，臭氧和重整还原剂的产生都停止了，可以停止在放电反应器20的放电，以减少浪费的电耗。例如当NOx催化剂温度低于活化温度，且NOx吸附量达到饱和量时，或者当NOx催化剂温度变得高于还原催化剂可以还原NOx的最大温度时，还原剂供应设备可以处于完全停止状态。此外，在完全停止状态中可以停止空气泵20p的操作，以便减少浪费的功耗。
在图1所示的上述实施例中，在NOx净化设备15中使用了物理吸附NOx(即物理吸着)的还原催化剂，但可以使用化学吸附NOx(即化学吸着)的还原剂。
当内燃机10中的空气-燃料比比化学计量的空气-燃料比稀薄时(即当发动机10处于稀薄燃烧时)，NOx净化设备15可以吸附NOx，当内燃机10中的空气-燃料比不比化学计量的空气-燃料比稀薄时(即当发动机10处于非稀薄燃烧时)，可以还原NOx。在此情况下，在稀薄燃烧产生臭氧，在非稀薄燃烧产生重整的还原剂。在稀薄燃烧吸附NOx的催化剂的一个示例可以是由载体承载的铂与钡构成的化学吸着还原催化剂。
该还原剂供应设备可以应用于具有无吸附功能(即物理吸着和化学吸着功能)的NOx净化设备15的燃烧系统。在此情况下，在NOx净化设备15中，可以将基于铁或基于铜的催化剂用作催化剂，其在稀薄燃烧中的给定温度范围中具有NOx还原性能，将重整物质作为还原剂提供给这些催化剂。
在上述实施例中，基于由排气温度传感器96检测的排气温度来估计在图12的步骤12使用的NOx催化剂温度。但温度传感器可以连接到NOx净化设备15，温度传感器可以直接检测NOx催化剂温度。或者，可以基于输出轴10a的旋转速度和内燃机10的发动机载荷来估计NOx催化剂温度。
在图1所示的上述实施例中，放电反应器20具有电极21，每一个电极都为板形，并彼此平行面对。但放电反应器20可以具有以针状方式突出的针状电极(针电极)和环状围绕针状电极的环形电极。
在图1所示的上述实施例中，将还原剂供应设备应用于安装在车辆中的内燃机。但活性物质供应系统可以应用于固定燃烧系统。此外，在图1所示的上述实施例中，还原剂供应设备应用于压缩自点火柴油发动机，将用于燃烧的柴油用作还原剂。但还原剂供应设备可以应用于自点火汽油发动机，用于燃烧的汽油也可以用作还原剂。
例如可以仅由软件、仅由硬件或者软件与硬件的组合来提供由ECU提供的模块和功能。ECU例如可以由模拟电路组成。

Claims (10)

1.一种用于燃料燃烧系统的还原剂供应设备，所述燃料燃烧系统包括具有还原催化剂的NOx净化设备(15)，所述NOx净化设备(15)被设置在排气道(10ex)中以净化在内燃机(10)的废气中所含有的NOx，所述还原剂供应设备在所述还原催化剂的上游位置处将还原剂供应到所述排气道(10ex)中，所述还原剂供应设备包括：
重整设备(A1、A2、A3、A4)，所述重整设备将燃料与空气混合为混合物，并且通过用所述空气中的氧气来部分地氧化所述燃料以重整所述燃料，重整的燃料作为所述还原剂被供应到所述排气道(10ex)中，所述燃料是碳氢化合物；
获得部(S70)，所述获得部(S70)获得物理量作为特性指标，所述物理量与供应给所述重整设备(A1、A2、A3、A4)的所述燃料的特性相关联；以及
控制器(S72)，所述控制器(S72)根据由所述获得部(S70)获得的所述特性指标来控制所述重整设备(A1、A2、A3、A4)。
2.根据权利要求1所述的还原剂供应设备，其中，
所述重整设备(A1、A2、A3、A4)包括加热器(50)，所述加热器对所述燃料与所述空气的混合物进行加热，所述加热器(50)由所述控制器控制以将所述混合物的温度调整为目标温度，其中，
所述控制器在对所述加热器进行控制时根据所述特性指标来改变所述目标温度。
3.根据权利要求1所述的还原剂供应设备，其中，
所述重整设备(A1、A2、A3、A4)包括臭氧产生器(20)，所述臭氧产生器(20)在所述空气中产生臭氧，所述臭氧产生器由所述控制器控制以将所述臭氧的生成量调整为目标生成量，并且
所述控制器在对所述臭氧产生器进行控制时根据所述特性指标来改变所述目标生成量。
4.根据权利要求1所述的还原剂供应设备，其中，
所述重整设备(A1、A2、A3、A4)包括：
反应容器(30)，在所述反应容器(30)中具有反应室(30a)，其中，所述燃料与所述空气混合，并且利用所述空气中的氧气而使所述燃料氧化，以及
燃料喷射器(40)，所述燃料喷射器(40)将所述燃料喷射到所述反应室(30a)中，所述燃料喷射器(40)由所述控制器控制以将进入所述反应室(30a)中的燃料喷射量调整为目标喷射量，以及
所述控制器在对所述燃料喷射器(40)进行控制时根据所述特性指标来改变所述目标喷射量。
5.根据权利要求1所述的还原剂供应设备，其中，
所述获得部获得所述NOx净化设备中的NOx净化率来作为所述特性指标，并且
所述控制器对所述重整设备(A1、A2、A3、A4)进行控制以增大所述NOx净化率。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的还原剂供应设备，其中，
所述获得部获得在所述燃料和氧气的氧化反应期间与热生成量相关联的所述特性指标，并且
所述控制器对所述重整设备(A1、A2、A3、A4)进行控制，以使得所述NOx净化设备中的NOx净化率随着所述氧化反应期间的所述热生成量减小而增大。
7.根据权利要求6所述的还原剂供应设备，其中，
所述重整设备(A1、A2、A3、A4)包括：
反应容器(30)，在所述反应容器(30)中具有反应室(30a)，其中，所述燃料与所述空气混合，并且利用所述空气中的氧气而使所述燃料氧化，以及
温度传感器(31)，所述温度传感器(31)检测所述反应室(30a)内部的温度，以及
所述控制器对所述重整设备(A1、A2、A3、A4)进行控制，使得在所述氧化反应期间的所述热生成量随着由所述温度传感器检测到的检测温度减小而减小。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的还原剂供应设备，其中，
用于所述内燃机中的燃烧的燃料被用作将要供应给所述重整设备(A1、A2、A3、A4)的燃料，
所述获得部获得在所述内燃机(10)中的点火延迟时间来作为所述特性指标，并且
所述控制器对所述重整设备(A1、A2、A3、A4)进行控制，以使得所述NOx净化设备中的NOx净化率随着所述点火延迟时间增大而增大。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的还原剂供应设备，其中，
用于所述内燃机中的燃烧的燃料被用作将要供应给所述重整设备(A1、A2、A3、A4)的燃料，
所述获得部获得在所述内燃机(10)中的热生成量来作为所述特性指标，并且
所述控制器对所述重整设备(A1、A2、A3、A4)进行控制，以使得所述NOx净化设备中的NOx净化率随着所述内燃机(10)中的所述热生成量减小而增大。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的还原剂供应设备，进一步包括：
异常情况确定器(S71)，所述异常情况确定器在所述特性指标具有超出预定正常范围的值时，确定所述重整设备(A1、A2、A3、A4)或所述NOx净化设备发生异常情况。
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