CN105408596A - 废气净化系统以及废气净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供废气净化系统以及废气净化方法。在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置(31a)的废气净化系统(1)中，设置允许实施空燃比浓控制的浓控制允许区域(α)以及禁止实施空燃比浓控制的浓控制禁止区域(β)，并且作为用于进行是浓控制允许区域(α)还是浓控制禁止区域(β)的判断的判定用的参数，不仅将催化剂装置(31a)的催化剂温度(T)而且将内燃机(10)的进气量(A)用作为参数，将浓控制禁止区域(β)设为催化剂装置(31a)的催化剂温度(T)比预先设定的下限催化剂温度(Tc)低且进气量(A)比预先设定的上限进气量(Ac)大的区域，并且将下限催化剂温度(Tc)设定为比催化剂活化温度(Ta)低的温度。由此，能够兼顾对HC以及NOx的泄漏量进行抑制以及使低温时的催化剂温度(T)上升。

Description

废气净化系统以及废气净化方法
技术领域
本发明涉及废气净化系统以及废气净化方法，在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置的废气净化系统中，能够兼顾对HC及NOx的泄漏量进行抑制和使低温时的催化剂温度上升。
背景技术
一般情况下，车辆通过将在内燃机中使燃料燃烧而产生的动力经由变速器等传递至车轮来行驶，但是在通过该燃烧而产生的废气中含有NOx(氮氧化物)、PM(ParticulateMatter：粒子状物质)等，因此不直接放出到大气中，而在内燃机的排气通路上设置废气的后处理装置，在该后处理装置中设置载持有催化剂的催化剂装置，通过该催化剂装置对废气所含有的NOx、PM等进行净化处理。作为用于对该NOx进行净化的催化剂装置，例如使用NOx吸藏还原型催化剂(LNT：LeanNOxTrap)、选择还原型NOx催化剂(SCR：SelectiveCatalyticReduction)。
该NOx吸藏还原型催化剂装置为，在车辆的通常行驶时、即废气的空燃比处于稀状态时，将废气所含有的NO氧化为NO2而吸藏，在该吸藏的NOx量接近吸藏极限时，进行通过使废气的空燃比成为浓状态来使吸藏的NOx量放出并且对所放出的NOx进行还原的空燃比浓控制。
在该空燃比浓控制中，为了使废气的空燃比成为浓状态，而在缸内燃料喷射中进行后喷射，或者从设置于排气通路的燃料喷射装置朝废气中直接喷射燃料。由此，使废气中的HC量暂时增加，并且通过废气中的氧使该HC燃烧，使废气成为浓状态。
在该NOx吸藏还原型催化剂装置中，根据催化剂温度，能够吸藏的NOx的量变化，在低温以及高温时NOx的能够吸藏量降低。因此，例如，当在加速时等废气成为高温、催化剂温度上升时，NOx的能够吸藏量降低，因此存在如下问题：产生从NOx吸藏还原型催化剂装置放出NOx、NOx被直接放出到大气中的NOx泄漏，NOx净化率降低。
为了消除该问题，在NOx吸藏还原型催化剂装置的下游侧设置NOx传感器来检测NOx的净化率的恶化，当为了防止净化率的恶化而频繁地进行浓还原时，废气的温度会进一步变高，催化剂温度上升，因此产生NOx的能够吸藏量进一步减少、NOx的泄漏量增加这样的问题。
此外，当频繁地进行空燃比浓控制时，还产生如下问题：与添加至废气中的HC的氧化还原反应的速度相比，HC的供给量增加，产生HC未被完全处理而放出到大气中的HC泄漏。
与此相关联，例如，如日本申请的特开2009-270446号公报所记载的那样，提出有如下的废气净化方法以及废气净化系统：在内燃机的排气通路上，在NOx吸藏还原型催化剂的下游侧具备对废气中的HC进行吸附的HC吸附材料，在进行NOx再生控制时，在将HC吸附材料的温度作为指标的指标温度为第1判定温度以下时，通过空气过剩率换算将废气的空燃比设为0.8～1.1，在第1判定温度与第2判定温度之间时设为1.0～1.1，在第2判定温度以上时设为0.8～1.1，由此实现HC朝大气中的流出的改善。
另一方面，作为对于这些问题的对策，与空燃比浓控制相关而定义NOx吸藏还原型催化剂装置的温度的阈值Tc，在该阈值Tc以下时禁止空燃比浓控制。通常，以NOx吸藏还原型催化剂的催化剂活化温度(熄灯温度)Ta为基准来设定该阈值Tc。
但是，作为空燃比浓控制的另一个目的，在NOx吸藏还原型催化剂的催化剂温度T为比催化剂活化温度Ta(也基于催化剂，但例如为180℃程度)低的温度的情况下，催化剂的反应速度较慢、NOx的净化性能较差，因此有时每次稍微地进行空燃比浓控制而使催化剂温度T升温。
因而，当将阈值的温度Tc如图5所示的阈值线Lxa(也基于催化剂，但例如为190℃程度)那样设定得较低时，在虽然催化剂温度T较低但HC排出量较少、因此想要进行用于使催化剂温度T上升的空燃比浓控制的运转区域(R2)中能够进行空燃比浓控制，但另一方面，在由于催化剂温度T较低、HC排出量增加而想要禁止空燃比浓控制的运转区域(R1)中变得不能够禁止空燃比浓控制。
此外，当将该阈值的温度Tc如图6所示的阈值线Lxb(也基于催化剂，但例如为220℃程度)那样设定得较高时，在由于催化剂温度T较低、HC排出量增加而想要禁止空燃比浓控制的运转区域(R1)中能够禁止空燃比浓控制，但另一方面，在虽然催化剂温度T较低但HC排出量较少、因此想要进行用于使催化剂温度T上升的空燃比浓控制的运转区域(R2)中变得不能够进行空燃比浓控制。
即，在内燃机的运转区域中，存在由于催化剂温度较低、HC排出量增加而想要禁止空燃比浓控制的运转区域(R1)、以及虽然催化剂温度较低但HC排出量较少、因此想要进行用于使催化剂温度上升的浓控制的运转区域(R2)，但在仅基于催化剂温度T的判定来进行空燃比浓控制的允许以及禁止时，存在无法兼顾这两者的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本申请的特开2009-270446号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供废气净化系统以及废气净化方法，在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置的废气净化系统中，能够兼顾对HC以及NOx的泄漏量进行抑制以及使低温时的催化剂温度上升。
用于解决课题的手段
用于实现上述目的的本发明的废气净化系统构成为，在内燃机的排气通路上具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置、以及进行上述空燃比浓控制的控制装置，上述控制装置为，设置允许实施上述空燃比浓控制的浓控制允许区域、以及禁止实施上述空燃比浓控制的浓控制禁止区域，并且作为用于进行是上述浓控制允许区域还是上述浓控制禁止区域的判断的判定用的参数，不仅将上述催化剂装置的催化剂温度而且将上述内燃机的进气量用作为参数，将上述浓控制禁止区域设为上述催化剂装置的催化剂温度比预先设定的下限催化剂温度低或者上述进气量比预先设定的上限进气量大的区域，并且将上述下限催化剂温度设定为比催化剂活化温度低的温度。
根据该构成，根据催化剂装置的催化剂温度和内燃机的进气量来进行空燃比浓控制的允许和禁止，因此通过将由于催化剂温度较低、HC排出量增加而想要禁止空燃比浓控制的运转区域设为进气量比预先设定的上限进气量大的区域，由此能够进入到浓控制禁止区域，此外，对于虽然催化剂温度较低但HC排出量较少、因此想要进行用于使催化剂温度上升的浓控制的运转区域，通过将下限催化剂温度设定为比催化剂活化温度低的温度，由此能够进入到浓控制允许区域。
另外，该下限催化剂温度虽然也基于催化剂，但优选设定为比催化剂活化温度低20℃～30℃程度的温度，实际上通过实验等来设定。
因而，能够适当地允许或者禁止空燃比浓控制，能够适当地进行催化剂装置的再生处理，能够兼顾对进行使催化剂装置的催化剂的净化能力恢复的空燃比浓控制时的HC以及NOx的泄漏量进行抑制、以及使低温时的催化剂温度上升。而且，由于仅进行控制参数和控制用映射的简单变更，无需另行追加装置，因此能够防止成本的增加。
在上述废气净化系统中，当上述控制装置构成为，根据上述催化剂装置的催化剂温度使上述上限进气量变化地设定时，能够更高精度地减少HC的产生。
并且，用于实现上述目的的本发明的废气净化方法为，利用设置在内燃机的排气通路上的通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置对废气进行净化，其特征在于，将下限催化剂温度设定为比催化剂活化温度低的温度，不仅将上述催化剂装置的催化剂温度而且将上述内燃机的进气量用作为判定用参数，设置上述催化剂装置的催化剂温度为上述下限催化剂温度以上且上述进气量为预先设定的上限进气量以下的浓控制允许区域、以及该浓控制允许区域以外的浓控制禁止区域，在上述催化剂装置的催化剂温度与上述进气量的组合处于上述浓控制允许区域的情况下允许实施上述空燃比浓控制，在处于上述浓控制禁止区域的情况下禁止实施上述空燃比浓控制。
根据这些方法，能够起到与上述废气净化系统相同的效果。
发明的效果
根据本发明的废气净化系统以及废气净化方法，根据催化剂装置的催化剂温度和朝内燃机的进气量来进行用于使催化剂装置的催化剂的净化能力恢复的空燃比浓控制的允许和禁止，因此能够适当地允许或者禁止空燃比浓控制，能够适当地进行催化剂装置的再生处理，能够兼顾对进行该空燃比浓控制时的HC以及NOx的泄漏量进行抑制、以及使低温时的催化剂温度上升。
附图说明
图1是示意性地表示具有本发明的实施方式的NOx吸藏还原型催化剂装置的废气净化系统的构成的图。
图2是表示本发明的实施方式的废气净化方法的控制流程的一例的图。
图3是表示在本发明的实施方式的废气净化方法中使用的浓控制用映射的一例的图。
图4是表示本发明的实施方式的NOx吸藏还原型催化剂装置的催化剂温度和HC排出量的时间序列的图。
图5是表示在现有技术中将催化剂温度的阈值设定得较低的情况下的浓控制用映射的图。
图6是表示在现有技术中将催化剂温度的阈值设定得较高的情况下的浓控制用映射的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的废气净化系统以及废气净化方法进行说明。如图1所示，具备本发明的第1实施方式的废气净化系统1的发动机(内燃机)10，具备发动机主体11、进气通路13和排气通路15。
在与该发动机主体11的进气歧管12连接的进气通路13上，从上游侧起依次设置有空气滤清器17、涡轮增压器18的压缩机18b、以及中间冷却器19。此外，在与发动机主体11的排气歧管14连接的排气通路15上，从上游侧起依次设置有涡轮增压器18的涡轮18a。
并且，该发动机10构成为，具备EGR系统20、以及具有设置在排气通路15上的废气净化装置31的废气净化系统30。
该EGR系统20构成为，具有对进气歧管12与排气歧管14进行连接的EGR通路21、以及从上游侧起依次设置在该EGR通路21上的EGR冷却器22和EGR阀23。
该EGR冷却器22是在EGR气体Ge与发动机冷却水W之间进行热交换的装置，通过该热交换来冷却EGR气体Ge，减少EGR气体Ge的容积而提高进气效率。
另一方面，废气净化系统30构成为，将废气净化装置31配设在排气通路15上，该废气净化装置31对通过发动机主体11中的燃烧反应而产生的废气G中含有的NOx(氮氧化物)、PM(ParticulateMatter：粒子状物质)等进行净化处理。该净化处理后的废气Gc经由消声器(未图示)等放出到大气中。该废气净化装置31通过NOx吸藏还原型催化剂装置(LNT：催化剂装置)31a、氧化催化剂装置(DOC)(未图示)、选择还原型催化剂装置(SCR)(未图示)等的组合构成。
该NOx吸藏还原型催化剂装置31a为，在车辆的通常行驶时、即废气G的空燃比处于稀状态时，将废气G所含有的NO氧化成NO2而吸藏，在该吸藏的NOx量接近吸藏极限时，进行使废气G的空燃比成为浓状态的空燃比浓控制，使所吸藏的NOx量放出，并且对所放出的NOx进行还原。
在该空燃比浓控制中，为了使废气G的空燃比成为浓状态，而在缸内燃料喷射中进行后喷射或者从设置于排气通路15的燃料喷射装置32直接朝废气G中喷射燃料F。由此，使废气G中的HC量暂时地增加，并且利用废气G中的氧使该HC燃烧，使废气G成为浓状态。
此外，构成为，具备对NOx吸藏还原型催化剂装置31a进行空燃比浓控制的控制装置41。该控制装置41构成为，通常组入于进行发动机10的整体控制、搭载有发动机10的车辆的整体控制的整体系统控制装置40。
在本发明中，该控制装置41如以下那样构成。即，如图3所示，在以NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和发动机10的进气量A为基础的浓控制用映射中，设置允许实施空燃比浓控制的浓控制允许区域α、以及禁止实施空燃比浓控制的浓控制禁止区域β。与此同时，作为用于进行是浓控制允许区域α还是浓控制禁止区域β的判断的判定用的参数，不仅使用NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T，而且还将发动机10的进气量A用作为参数，将浓控制禁止区域β设为催化剂温度T比预先设定的下限催化剂温度Tc低或者进气量A比预先设定的上限进气量Ac大的区域。并且，将下限催化剂温度Tc设定为比催化剂活化温度Ta低的温度。
另外，优选将该下限催化剂温度Tc设定为比催化剂活化温度Ta(也基于催化剂，但通常为180℃～200℃程度)低20℃～30℃程度的温度，实际上通过实验等来进行设定。
图3所示的温度判定线L1被设定为下限催化剂温度Tc的值。另一方面，进气量判定线L2被设定为预先通过实验等计算出的上限进气量Ac的值。该上限进气量Ac可以设定为恒定值，但当如图3所示那样根据催化剂温度T而使其变化地进行设定时，能够更高精度地减少HC的产生。另外，该上限进气量Ac虽然也基于催化剂，但优选设定为发动机10的额定输出时的进气量的30％～60％程度，实际上通过实验等来进行设定。
接着，参照图2所示的控制流程的一例对上述废气净化系统1的废气净化方法进行说明。图2的控制流程表示为如下的控制流程：在发动机10开始起动的同时，被从上级的控制流程调出而开始，使用图3所示那样的浓控制用映射，进行是允许还是禁止实施废气G的空燃比的浓控制的判定，并返回到上级的控制流程，并且，被从上级的控制流程调出，在发动机10的运转中反复实施。而且，表示为如下的控制流程：在发动机10停止的同时，通过中断而返回，从而返回到上级的控制流程，并在该上级的控制流程结束的同时结束。
当该图2的控制流程被从上级的控制流程调出而开始时，在步骤S11中，输入NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和朝发动机10的进气量A。在一般情况下，通过由温度传感器(未图示)等对NOx吸藏还原型催化剂装置31a上游侧的废气G的温度进行检测，由此代替该催化剂温度T，但也可以由温度传感器(未图示)等对NOx吸藏还原型催化剂装置31a下游侧的废气G的温度进行检测，来代替该催化剂温度T，还可以用NOx吸藏还原型催化剂装置31a上游侧的废气G的温度与下游侧的废气G的温度的平均值来代替该催化剂温度T。
此外，通常，在进气通路13上设置MAF(空气质量流量计)(未图示)，通过该MAF来检测发动机10的进气量A，但只要能够检测或者计算出进气量A，则也可以基于其他装置、方法。
在接下来的步骤S12中，判定催化剂温度T是否为下限催化剂温度Tc以上。在步骤S12中，在催化剂温度T比下限催化剂温度Tc低的情况下(否)，前进至步骤S15，判定为处于浓控制禁止区域β，禁止空燃比浓控制。之后，在经过预先设定的控制时间之后，返回到步骤S11。
另一方面，在步骤S12中，在催化剂温度T为下限催化剂温度Tc以上的情况下(是)，前进至步骤S13，判定进气量A是否为上限进气量Ac以下。在该步骤S13中，在进气量A为上限进气量Ac以下的情况下(是)，前进至步骤S14，判定为处于浓控制允许区域β，允许空燃比浓控制。之后，在经过了预先设定的控制时间之后，返回到步骤S11。
此外，在步骤S13中，在进气量A比上限进气量Ac高的情况下(否)，前进至步骤S15，判定为处于浓控制禁止区域β，禁止空燃比浓控制。之后，在经过了预先设定的控制时间之后，返回到步骤S11。
在返回到步骤S11之后，反复实施步骤S11～S14或者步骤S11～S15，直至产生伴随着发动机10的停止的中断为止，由于发动机10的停止而产生中断，前进至返回，而返回到上级的控制流程，与上级的控制流程一起结束控制。
通过该控制，在利用设置于发动机10(内燃机)的排气通路15的、通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的NOx吸藏还原型催化剂装置(催化剂装置)31a对废气G进行净化的废气净化方法中，将下限催化剂温度Tc设定为比催化剂活化温度Ta低的温度，不仅将NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T、而且将发动机10的进气量A用作为判定用参数，设置NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T比下限催化剂温度Tc高且进气量A为预先设定的上限进气量Ac以下的浓控制允许区域α、以及该浓控制允许区域α以外的浓控制禁止区域β，在NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和进气量A的组合处于浓控制允许区域α的情况下允许实施空燃比浓控制，在处于浓控制禁止区域β的情况下禁止实施空燃比浓控制。
根据上述构成的废气净化系统1以及废气净化方法，根据NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和发动机10的进气量A来进行空燃比浓控制的允许和禁止，因此通过将由于催化剂温度T较低、HC排出量增加而想要禁止空燃比浓控制的运转区域设为进气量A比预先设定的上限进气量Ac大的区域，由此能够进入到浓控制禁止区域β，此外，对于由于催化剂温度T较低但HC排出量较少、因此想要进行用于使催化剂温度T上升的浓控制的运转区域，通过将下限催化剂温度Tc设定为比催化剂活化温度Ta低的温度，由此能够进入到浓控制允许区域α。
因而，能够适当地允许或者禁止空燃比浓控制，能够适当地进行NOx吸藏还原型催化剂装置31a的再生处理，能够兼顾对进行使NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂的净化能力恢复的空燃比浓控制时的HC以及NOx的泄漏量进行抑制、以及使低温时的催化剂温度T上升。而且，仅进行控制参数和控制用映射的简单变更，无需另行追加装置，因此能够防止成本的增加。
而且，关于空燃比浓控制的频度，通过实验确认了如下情况：按照图5那样的现有技术的浓控制映射的情况下的浓频度成为“浓频度A”，但按照图3所示那样的本发明的浓控制映射的情况下的浓频度成为“浓频度B”。另外，图3的R1以及R2与图4所示那样的时间序列数据的R1以及R2中的空燃比浓控制相对应。
符号的说明
1：废气净化系统；10：发动机；15：排气通路；30：废气净化系统；31：废气净化装置；31a：NOx吸藏还原型催化剂装置(催化剂装置)；32：燃料喷射装置；40：整体系统控制装置；41：控制装置；G：废气；T：催化剂温度；Ta：催化剂活化温度；Tc：下限催化剂温度；A：进气量；Ac：上限进气量；L1、LXa、LXb：温度判定线；L2：进气量判定线；R1、R2：空燃比浓控制的实施范围；α：浓控制允许区域；β：浓控制禁止区域。

Claims (3)

1.一种废气净化系统，在内燃机的排气通路上具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置以及进行上述空燃比浓控制的控制装置，其特征在于，
上述控制装置为，设置允许实施上述空燃比浓控制的浓控制允许区域以及禁止实施上述空燃比浓控制的浓控制禁止区域，并且作为用于进行是上述浓控制区域还是上述浓控制禁止区域的判断的判定用的参数，不仅将上述催化剂装置的催化剂温度而且将上述内燃机的进气量用作为参数，
将上述浓控制禁止区域设为上述催化剂装置的催化剂温度比预先设定的下限催化剂温度低且上述进气量比预先设定的上限进气量大的区域，
并且，将上述下限催化剂温度设定为比催化剂活化温度低的温度。
2.如权利要求1所述的废气净化系统，其特征在于，
上述控制装置为，根据上述催化剂装置的催化剂温度，使上述上限进气量变化而进行设定。
3.一种废气净化方法，利用设置于内燃机的排气通路的通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置对废气进行净化，其特征在于，
将下限催化剂温度设定为比催化剂活化温度低的温度，
不仅将上述催化剂装置的催化剂温度、而且将上述内燃机的进气量用作为判定用参数，设置上述催化剂装置的催化剂温度比上述下限催化剂温度高且上述进气量比预先设定的上限进气量小的浓控制允许区域、以及该浓控制允许区域以外的浓控制禁止区域，在上述催化剂装置的催化剂温度与上述进气量的组合处于上述浓控制允许区域的情况下允许实施上述空燃比浓控制，在处于上述浓控制禁止区域的情况下禁止实施上述空燃比浓控制。
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