CN105531451A - 内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机，其设置有布置于发动机排气通路中的碳氢化合物供给阀(15)。当用于从碳氢化合物供给阀(15)喷射碳氢化合物以进行排气处理的喷射控制停止时，为了防止碳氢化合物供给阀(15)堵塞，当发动机没有在排出煤灰时，也即，当向燃烧室(2)的内部的燃料供给停止时，从碳氢化合物供给阀(15)喷射用于防止堵塞的碳氢化合物，以及在一旦喷射用于防止堵塞的碳氢化合物之后，直到用于排气处理的喷射控制开始为止，停止从碳氢化合物供给阀(15)喷射用于防止堵塞的碳氢化合物。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机。

背景技术

内燃机是本领域公知的，其中NOx净化催化剂布置在发动机排气通路中，用于供给N0X净化催化剂上游的还原剂的还原剂供给阀布置在发动机排气通路中，当燃料在稀空燃比下燃烧时从发动机排放的NOx存储在N0X净化催化剂中，当应当使排气的空燃比较浓以从NOx净化催化剂释放存储的NOx时，根据发动机操作状态(例如，见专利1)，在燃烧室中生成较浓空燃比的燃烧气体或者从还原剂供给阀喷射还原剂。在该内燃机中，当燃烧室中燃烧气体的空燃比从稀切换为浓时、当使其较浓时以及当其从浓切换至稀时，会产生大量煤灰，从而存在引起还原剂供给阀的喷嘴孔被该大量产生的煤灰堵塞的危险。因此，在该内燃机中，在本次以浓空燃比执行燃烧至下次以浓空燃比执行燃烧的间隔中，使还原剂供给阀喷射少量还原剂以吹掉沉积在喷嘴孔上的煤灰，从而防止还原剂供给阀的喷嘴孔被堵塞。

引用列表

专利文献

专利1：日本专利公开2009-270567A

发明内容

技术问题

在该方面，直到现在为止，人们认为，如果从发动机排出煤灰，那么煤灰将侵入还原剂供给阀的喷嘴孔，并且沉积以及聚集在喷嘴孔的内周表面上，从而将引起喷嘴孔堵塞。因此，在过去，正如在上述提到的内燃机中，当从发动机排出大量煤灰时，判断出存在喷嘴孔堵塞的危险，因此，当从发动机排出大量煤灰时，从还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的还原剂以防止喷嘴孔被堵塞。但是，发明人致力于重复研究喷嘴孔的堵塞，因此获知，当还原剂供给阀不喷射还原剂时，即使发动机排出大量煤灰，煤灰也不会侵入喷嘴孔，因此从发动机排放大量煤灰并不是堵塞喷嘴孔的原因，而是在从还原剂供给阀喷射还原剂结束时正被吸入喷嘴孔的煤灰将引起堵塞。

也即，当在喷射结束时通过使针阀关闭而停止还原剂供给阀喷射还原剂时，存在于喷嘴孔内部的还原剂通过惯性从喷嘴孔流出。结果，这时，喷嘴孔内部压力暂时变为负，因此这时，如果向排气通路内开口的喷嘴孔的开口周围的排气包含煤灰，那么煤灰被吸入喷嘴孔并且煤灰沉积在喷嘴孔的内周表面上。但是，即使煤灰以该方式沉积在喷嘴孔的内周表面上，如果还原剂供给阀在短时间内执行下一次喷射，沉积在喷嘴孔的内周表面上的煤灰也将被吹掉。因此，在该情况下，喷嘴孔将不再堵塞。在该方面，如果从煤灰沉积在喷嘴孔的内周表面上时起经过较长时间，那么煤灰将黏附至喷嘴孔的内周表面。如果煤灰黏附至喷嘴孔的内周表面，那么，即使还原剂被喷射，煤灰也将不再会被吹掉。结果，喷嘴孔将堵塞。因此，为了防止喷嘴孔堵塞，变得需要使还原剂供给阀以较短周期喷射还原剂。但是，如果使还原剂供给阀在短周期内喷射还原剂，还原剂的消耗量将增加。

正如上文解释的，如果向排气通路内开口的喷嘴孔的开口周围的排气包含煤灰，那么在结束从还原剂供给阀喷射还原剂时煤灰被吸入喷嘴孔，因此煤灰引起喷嘴孔被堵塞。与此相反，如果向排气通路内开口的喷嘴孔的开口周围的排气不包含煤灰，如果还原剂供给阀喷射还原剂那么煤灰将不吸入喷嘴孔，以及煤灰将不再沉积在喷嘴孔的内周表面上。因此，如果当向排气通路内开口的喷嘴孔的开口周围的排气不包含煤灰时还原剂供给阀喷射还原剂，那么堵塞将不发生，因此将不再需要通过使还原剂供给阀以短周期喷射还原剂来吹掉沉积在喷嘴孔的内周表面上的煤灰，因此变得能够极大地降低还原剂的消耗量。应该注意的是，当向燃烧室的燃料供给停止并且不产生煤灰时，向排气通路内开口的喷嘴孔的开口周围的排气不再包含煤灰。因此，如果还原剂供给阀这时喷射还原剂，还原剂的消耗量能够极大地降低。

解决技术问题的方案

因此，在本发明中提供了一种内燃机，其包括：还原剂供给阀，其布置在发动机排气通路中；以及还原剂喷射控制装置，其用于控制从还原剂供给阀喷射还原剂的动作，还原剂供给阀设置有在发动机排气通路内部开口的喷嘴孔并且由类型为被控制以在喷嘴孔的内端侧处开闭的供给阀构成，还原剂喷射控制装置执行用于排气处理的喷射控制和用于防止堵塞的喷射控制，其中用于排气处理的喷射控制以排气处理所以必须的量喷射还原剂，用于防止堵塞的喷射控制以比排气处理所必须的还原剂的量更小的量从还原剂供给阀喷射还原剂以防止还原剂供给阀的喷嘴孔堵塞，其中，还原剂喷射控制装置在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向燃烧室的燃料供给停止时，从还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的还原剂，并在一旦从还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的还原剂之后直到用于排气处理的对还原剂的喷射控制回复之前，停止从还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的还原剂。

本发明的有益效果

当执行用于排气处理的喷射控制时，还原剂周期性地喷射，因此还原剂供给阀的喷嘴孔不会变得堵塞。仅当用于排气处理的喷射控制停止时存在喷嘴孔堵塞的危险。因此，在本发明中，在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当存在喷嘴孔堵塞的危险时，当向燃烧室的燃料供给停止时，也即，当煤灰不从发动机排出时，从还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的还原剂。因此，当用于防止堵塞的还原剂喷射时，煤灰将不再沉积在喷嘴孔的内周表面上，并且喷嘴孔将不再堵塞，因此停止喷射用于防止堵塞还原剂供给阀的还原剂，直到在用于防止堵塞的还原剂喷射之后恢复用于排气处理的还原剂喷射控制。因此，变得能够极大地降低还原剂的消耗量。

附图说明

图1是压燃式内燃机的整体图。

图2是示意地示出了催化剂载体的表面部分的视图。

图3是示出了流入排气净化催化剂的排气的空燃比的改变的视图。

图4A和图4B是示出了碳氢化合物的喷射量的改变以及流入排气净化催化剂的排气的空燃比的改变的视图。

图5A和图5B是用于解释在喷嘴孔的内周表面上煤灰的沉积的图。

图6A和图6B是用于解释温度和时间等之间的关系直到煤灰黏附的视图。

图7是示出了煤灰的排放量的映射图。

图8是用于喷射控制的流程图。

具体实施方式

图1是压燃式内燃机的整体图。

参考图1，1指示发动机主体，2指示每个气缸的燃烧室，3指示用于喷射燃料至每个燃烧室2的电控燃料喷射器，4指示进气歧管，5指示排气歧管。进气歧管4通过进气导管6连接至排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，而压缩机7a的入口通过进气空气量检测器8连接至空气过滤器9。被致动器驱动的节流阀10布置在进气导管6的内部。用于冷却流经进气导管6的内部的进气空气的冷却装置11布置在进气导管6周围。在图1示出的实施例中，发动机冷却水被引导至冷却装置11的内部，发动机冷却水用来冷却进气空气。

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的出口通过排气管12连接至排气净化催化剂13的入口。在本发明的实施例中，该排气净化催化剂13包括NOx存储催化剂。排气净化催化剂13的出口连接至微粒过滤器14，排气净化催化剂13的上游在排气管12的内部，碳氢化合物供给阀15被布置用于供给碳氢化合物，碳氢化合物包括柴油或者用作压燃式内燃机的燃料的其他燃料。在图1示出的实施例中，柴油用作碳氢化合物，其从碳氢化合物供给阀15被供给。应该注意的是，本发明还能够应用至火花点火式内燃机，在火花点火式内燃机中燃料在稀空燃比下燃烧。在该情况下，从碳氢化合物供给阀15供给碳氢化合物，碳氢化合物包括用作火花点火式内燃机的燃料的汽油或者其他燃料。

另一方面，排气歧管5和进气歧管4通过排气再循环(下文称为“EGR”)通路16彼此连接。电控EGR控制阀17布置在EGR通路16的内部。此外，用于冷却流经EGR通路16的内部的EGR气体的冷却装置18布置在EGR通路16周围。在图1示出的实施例中，发动机冷却水被引导至冷却装置18的内部，发动机冷却水用来在此处冷却EGR气体。另一方面，每个燃料喷射器3通过燃料供给管19连接至共轨20。该共轨20通过电控可变排量燃料泵21连接至燃料罐22。存储在燃料罐22的内部的燃料通过燃料泵21被供给至共轨20的内部。供给至共轨21内部的燃料通过每个燃料管19被供给至燃料喷射器3。

电子控制单元30由数字计算机构成，其设置有通过双向总线31彼此连接的ROM(只读内存)32、RAM(随机访问内存)33、CPU(微处理器)34、输入端口35以及输出端口36。在排气净化催化剂13的下游布置有：温度传感器23，用于检测从排气净化催化剂13流出的排气的温度；以及压差传感器24，用于检测微粒过滤器14附接至微粒过滤器14之前以及之后的压差。这些温度传感器23、压差传感器24和进气空气量检测器8的输出信号通过分别对应的AD转换器37被输入至输入端口35。此外，加速器踏板40具有连接至其的负荷传感器41，负荷传感器41生成成比例于加速器踏板40的踩踏量L的输出电压。负荷传感器41的输出电压通过对应的AD转换器37被输入至输入端口35。此外，曲柄角度传感器42连接在输入端口35，每当曲柄轴旋转(例如，15°)时曲柄角度传感器42生成输出脉冲。另一方面，输出端口36通过对应的驱动电路38连接至每个燃料喷射器3、用于驱动节流阀10的致动器、碳氢化合物供给阀15、EGR控制阀17以及燃料泵21。

图2示意地示出了负载在图1示出的排气净化催化剂13的基板上的催化剂载体的表面部分。在该排气净化催化剂13上，如图2所示，例如，提供了由氧化铝制成的催化剂载体50，在催化剂载体50上负载了包括铂Pt的贵金属催化剂51。此外，基层53形成在该催化剂载体50上，基层53包括选自以下中的至少一种元素：钾K、钠Na、铯Cs或者另一种这种碱金属、钡Ba、钙Ca或者另一种这种碱金属、镧系元素或者另一种这种稀土元素以及银Ag、铜Cu、铁Fe、铱Ir，或者能够向NOx贡献电子的另一种金属。在该情况下，在排气净化催化剂13的催化剂载体50上，除了铂Pt之外可以进一步负载铑Rh或者钯Pd。

如上所述，排气净化催化剂13包括NOx存储催化剂，并且如果向发动机进气通路、燃烧室2以及排气通路中排气净化催化剂13上游供给的空气和燃料(碳氢化合物)之比称为“排气的空燃比”，那么当排气的空燃比稀时排气净化催化剂13具有存储NOx的功能，当排气的空燃比浓时排气净化催化剂13具有释放存储的NOx的功能。即，当排气的空燃比稀时，包含在排气中的NOx在铂Pt51上被氧化。然后，该NOx以硝酸根离子N0₃ ^-的形式扩散在基层53上并且变成硝酸盐。即，这时，包含在排气中的N0x以硝酸盐形式被吸收在基层53的内部。另一方面，当排气的空燃比变得浓时，排气中的氧气浓度下降。结果，反应在相反方向(N0₃ ^-→N0₂)上进行，结果吸收在基层53中的硝酸盐随后变成硝酸根离子N0₃ ^-并且以N0₂形式从基层53释放。接下来，释放的N0₂被包含在排气中的碳氢化合物HC以及CO还原。

图3示出了通过在基层53的NOx吸收能力变得饱和的稍微之前使燃烧室2中的燃烧气体的空燃比变浓，使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓的情况。在该情况下，通过仅在不能够使燃烧室2中的燃烧气体的空燃比变浓的特定操作状态下从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，使流入至排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓。应该注意的是，在图3示出的例子中，该变浓控制的时间间隔是1分钟或者更长。在该情况下，当排气的空燃比(A/F)较稀时，吸收在基层53中的NOx一下子从基层53释放并且当使排气的空燃比(A/F)暂时较浓时被还原。在通过以该方式使用NOx的存储以及释放动作来移除NOx的情况下，当催化剂温度TC是250℃至300℃时，获得极其高的NOx净化率。但是，当催化剂温度TC变成350℃或者更高高温时，NOx净化率下降。

另一方面，如果以较短喷射周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物以使在NOx被吸收在基层53中之前排气的空燃比较浓，那么从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物以及包含在排气中的NOx将产生包括异氰酸酯化合物R-NCO以及胺化合物R-N₂等的还原中间体，这些还原中间体停留在基层53上而不被吸收在基层53中。然后，包含在排气中的NOx被这些还原中间体所还原。图4A示出了在通过产生这些还原中间体来移除NOx的情况下，从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物的量的改变以及流入至排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)的改变。在该情况下，使流入至排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)浓的周期比图3示出的情况短，在图4A所示的例子中，使流入至排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)浓的周期、也即使碳氢化合物从碳氢化合物供给阀15的喷射间隔为3秒。

另一方面，如上所述，在通过使用NOx的存储以及释放动作来移除NOx的情形下，当催化剂温度TC变成350℃或更高时，NOx净化率下降。这是因为如果催化剂温度TC变成350℃或更高，NOx不易于存储，并且硝酸盐因热被分解并且以N0₂形式从排气净化催化剂13释放。也即，只要以硝酸盐形式存储NOx，当催化剂温度TC较高时，难以获得较高NOx净化率。但是，在图4A所示的NOx净化方法中，以硝酸盐形式存储的NOx的量较小，结果，甚至当催化剂温度TC为400℃或更高时，也能够获得较高NOx净化率。下文将图4A所示的该NOx净化方法称为“第一NOx净化方法”，下文将通过使用如图3所示的NOx的存储以及释放动作进行的NOx净化方法称为“第二NOx净化方法”。

应该注意的是，如上所述，当催化剂温度TC较低时，通过第二NOx净化方法NOx净化率变得更高，而当催化剂温度TC变得更高时，通过第一NOx净化方法NOx净化率变得更高。因此，在本发明的实施例中，粗略来讲，当催化剂温度TC较低时，使用第二NOx净化方法，当催化剂温度TC较高时，使用第一NOx净化方法。

另一方面，当对微粒过滤器14进行恢复时，从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，由于喷射的碳氢化合物的氧化反应的热，执行微粒过滤器14的温度升高动作。此外，还当从排气净化催化剂13释放存储在排气净化催化剂13中的SOx时，从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，由于喷射的碳氢化合物的氧化反应的热，执行排气净化催化剂13的温度升高动作。图4B示出了在从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物以该方式提高微粒过滤器14或者排气净化催化剂13的温度的情形下，从碳氢化合物供给阀15喷射的碳氢化合物的量的改变以及流入至排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)的改变。这时，正如能够见于图4B的，以较短喷射周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，这类似于图4A所示的情况，同时维持流入至排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)较稀。

接下来，参考图5A和图5B，将解释本发明的发明人发现的堵塞碳氢化合物供给阀15的喷嘴孔的机制。图5A示出了碳氢化合物供给阀15的前端部分。碳氢化合物供给阀15的前端部分的前端面60暴露在排气管12的内部。多个喷嘴孔61形成在该前端面60中。填充有液体碳氢化合物的碳氢化合物室62形成在碳氢化合物供给阀15的前端部分的内部。被螺线管驱动的针阀63布置在该碳氢化合物室62中。图5A示出了当针阀63置于碳氢化合物室62的底表面上时。这时，使喷嘴孔61停止喷射碳氢化合物。应该注意的是，这时，抽吸室64形成在针阀63的前端面和碳氢化合物室62的底表面之间。喷嘴孔61的内部端部向该抽吸室64的内部开口。

如果使针阀63升高并且从碳氢化合物室62的底表面分离，那么碳氢化合物室62中的碳氢化合物将通过抽吸室64从喷嘴孔61被喷射至排气管12。因此，该碳氢化合物供给阀15由类型为设置有喷嘴孔61的碳氢化合物供给阀构成，喷嘴孔61在发动机排气通路的内部开口并且被控制以在喷嘴孔61的内端侧开闭。在这种类型的碳氢化合物供给阀15中，在过去，人们认为，如果发动机排出煤灰，那么煤灰将侵入碳氢化合物供给阀15的喷嘴孔61的内部并且将沉积及聚集在喷嘴孔61的内周壁上，由此喷嘴孔61将堵塞。但是，发明人致力于重复研究喷嘴孔61的堵塞，因此获知，当碳氢化合物供给阀15不喷射碳氢化合物时，即使发动机排出大量煤灰，煤灰也将不侵入喷嘴孔61，因此从发动机排放大量煤灰不会引起喷嘴孔61的堵塞，而是在从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物结束时吸入喷嘴孔61的煤灰引起堵塞。

也即，在诸如图5A示出类型的碳氢化合物供给阀15中，当在喷射结束时通过使针阀63关闭而停止从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物时，存在于抽吸室64和喷嘴孔61中的碳氢化合物通过惯性从喷嘴孔61流出。结果，这时，抽吸室64的内部和喷嘴孔61的内部暂时变成负压力。因此，这时，如果向排气通路的内部开口的喷嘴孔61的开口周围的排气包含煤灰，那么煤灰将吸入喷嘴孔61和抽吸室64，并且煤灰将沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内部的内周表面上。但是，即使煤灰以该方式沉积在喷嘴孔61的内周表面和抽吸室64的内周表面上，如果以较短时间周期从碳氢化合物供给阀15进行下一次喷射燃料，那么已经沉积在喷嘴孔61的内周表面和抽吸室64的内周表面上的煤灰将被吹掉。因此，在该情况下，喷嘴孔61将不再堵塞。在该方面，如果从当煤灰沉积在喷嘴孔61的内周表面和抽吸室64的内周表面上起经过了一时间，煤灰将黏附至喷嘴孔61的内周表面和抽吸室64的内周表面。如果煤灰以该方式黏附至喷嘴孔61的内周表面和抽吸室64的内周表面，那么，即使喷射碳氢化合物，煤灰也将不再被吹掉。结果，喷嘴孔61将被堵塞。接下来，将参考图5B解释煤灰的黏附动作。

图5B示出了喷嘴孔61的内周表面65的放大截面图。如果碳氢化合物供给阀15完成喷射碳氢化合物，那么碳氢化合物将通常以液体形式保留在喷嘴孔61的内周表面65上。这时，在图5B中通过附图标记66示意地示出了剩余的液体碳氢化合物。另一方面，当碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物时，如果向排气通路的内部开口的喷嘴孔61的开口周围的排气包含煤灰，那么，在当碳氢化合物供给阀15完成喷射碳氢化合物时，煤灰将吸入喷嘴孔61和抽吸室64的内部，并且煤灰将沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内周表面上。图5B通过附图标记67示意地示出了这时喷嘴孔61的内周表面65上的已经沉积在液体碳氢化合物66上的煤灰。

如果被吸入喷嘴孔61和抽吸室64的内部的煤灰67接触液体碳氢化合物66，那么在煤灰67以及液体碳氢化合物66的接触表面处的压力将变得低于周围的压力，所以煤灰67将朝向液体碳氢化合物66被推动，并且煤灰67将被与液体碳氢化合物66的原子间力朝向液体碳氢化合物66拉动，因此煤灰67将停留在诸如图5B示出的沉积状态中。这时，煤灰67与喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的沉积力微弱。因此，如果在这种状态执行碳氢化合物的喷射动作，那么，沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67将被立即吹掉。因此，如果在这种状态时执行碳氢化合物的喷射动作，那么喷嘴孔61总是不会堵塞。

另一方面，如图5B所示，如果煤灰67沉积在液体碳氢化合物66上的状态继续较长时间，那么，液体碳氢化合物和进入煤灰67毛孔的液体碳氢化合物中的碳氢化合物将聚合并且逐渐形成聚合物，以及黏性将逐渐变得更强。如果液体碳氢化合物66的黏性变得更高，那么相对于喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的黏附力将变得更强。如果已经进入煤灰67毛孔的液体碳氢化合物的黏性变得更高，那么液体碳氢化合物66的黏附力将变得更强。也即，如果煤灰67沉积在液体碳氢化合物66上的状态继续较长时间，那么煤灰67对喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的黏附力将变得更强。如果以该方式煤灰67相对于喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的黏附力变得更强，那么即使执行碳氢化合物的喷射动作，沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67仍将被黏附而不被吹掉。因此，在该情况下，煤灰67将引起喷嘴孔61堵塞。

在该情况下，为了防止煤灰67引起喷嘴孔61堵塞，当煤灰67与喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的黏附力不那么强时，也即，在黏附力的程度为如果喷射碳氢化合物则沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67将最终被吹掉时，就足以喷射碳氢化合物。如果将黏附力中的最高黏附力称为“界限黏附力”，在该粘附力下，如果碳氢化合物被喷射，那么沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67将以该方式被吹掉，当煤灰67的黏附力比该界限黏附力微弱时，如果执行喷射碳氢化合物的动作，那么沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67将被吹掉，而当煤灰67的黏附力变得比该界限黏附力更强时，如果执行喷射碳氢化合物的动作，那么沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67将仍然被黏附而不被吹掉。接下来，将参考图6解释该界限黏附力，同时选取特定固定量的煤灰67已经沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的情形作为例子。

该界限黏附力在图6A中由虚线GXO示出。应该注意的是，在图6A中，纵坐标TB示出了碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度，而“t”示出了从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物的动作结束时起的经过时间。碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB越高，也即，喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的温度越高，液体碳氢化合物66的聚合动作以及进入煤灰67毛孔的液体碳氢化合物中的碳氢化合物的聚合动作进行地越多，黏性变强的越快。因此，碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB越高，黏附至喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面的程度升高地越快，并且从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物的动作结束时的时间到黏附力变成界限黏附力GXO时的经过时间“t”越短。因此，如图6A所示，碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB越高，黏附力达到界限黏附力GXO的经过时间“t”越短。

在根据本发明的该实施例中，提前设定允许黏附程度GX，其黏附程度稍微弱于界限黏附力GXO。当黏附程度达到此允许黏附程度GX的限值时，碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物以吹掉已经沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67。接下来，将解释计算该黏附程度的方法的一个例子。在图6A中，在碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB为TBH的情形下，如果在执行从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物之后已经经过时间tH，那么黏附程度达到允许黏附程度GX的限值。因此，如果假设在整个ΔΤ时间周期内碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB为TBH，能够认为，这时黏附程度朝向允许黏附程度GX的限值精确地前进ΔΤ/tH百分比。因此，当计算用于随后对碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB进行的值ΔΤ/tH以及累积加上计算出的ΔΤ/tH值时，能够判断，当累积值变成100％时黏附程度已经达到允许黏附程度GX的限值。

应该注意的是，在该情况下，当碳氢化合物供给阀15持续喷射碳氢化合物时，允许黏附程度GX根据沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量而改变。也即，在碳氢化合物供给阀15上一次喷射燃料时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量越大，聚合的煤灰67的量增加地越多，所以黏附程度在更早的正时达到允许黏附程度GX的限值。因此，在碳氢化合物供给阀15上一次喷射时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量越大，如图6中的曲线GX1、GX2以及GX3所示出的允许黏附程度的限值定位得越低。在根据本发明的该实施例中，允许黏附程度GX1、GX2、GX3......提前存储对应于当碳氢化合物上一次从碳氢化合物供给阀15喷射时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量的允许黏附程度GX1、GX2、GX3......，作为碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB和从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物时起的经过时间“t”的函数。

另一方面，当从碳氢化合物供给阀15上一次喷射碳氢化合物时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量SG被认为成比例于当从碳氢化合物供给阀15上一次喷射碳氢化合物时从发动机排出的煤灰的量。从发动机排出的煤灰的量是根据发动机操作状态确定的。因此，在根据本发明的该实施例中，提前存储当从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量SG，作为诸如图7示出的映射表形式的加速器踏板40的踩踏量L和发动机速度N的函数。

正如上文解释的，煤灰67沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上是因为当碳氢化合物供给阀15完成喷射碳氢化合物时煤灰被吸入喷嘴孔61和抽吸室64。如果在从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物结束时向排气通路开口的喷嘴孔61的开口周围的排气不包含煤灰，也即，如果当向排气通路开口的喷嘴孔61的开口周围的排气不包含煤灰时使碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，那么煤灰将不会被吸入喷嘴孔61的内部，并且煤灰将不再沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上。如果煤灰不沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上，那么堵塞将不发生，并且不再需要通过从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物来吹掉沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰。结果，变得能够降低碳氢化合物的消耗量。

在该方面，在根据本发明的该实施例中，如图3所示，当N0x应该从排气净化催化剂13释放时，使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓，在该情况下，正如上文解释的，仅在不能够使燃烧室2中的燃烧气体的空燃比变浓的特定操作状况下，通过从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物来使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓。此外，当使用第一NOx移除方法移除NOx时，如图4A所示，以较短周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物。另一方面，如图4B所示，当执行提高微粒过滤器14的温度的动作以对微粒过滤器14进行恢复时，以较短周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，同时维持使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)较稀。此外，正如上文解释的，在要使存储在排气净化催化剂13中的NOx从排气净化催化剂13释放的情形下，当执行提高排气净化催化剂13的温度的动作时，如图4B所示，以较短周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，同时维持流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)较稀。

以该方式，在排气处理装置(诸如排气净化催化剂13或者微粒过滤器14)中，如果将用于从碳氢化合物供给阀15喷射排气净化处理所要求的碳氢化合物的控制或者将用于从碳氢化合物供给阀15喷射提高排气净化催化剂13或者微粒过滤器14的温度的动作所要求的碳氢化合物的控制称为“用于排气处理的喷射控制”，尽管连续执行该喷射控制，但即使当从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物时煤灰沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上，当从碳氢化合物供给阀15下次喷射碳氢化合物时该煤灰也将被吹掉，因此在此期间喷嘴孔61将不再堵塞。

与此相反，当第二NOx移除方法用来执行移除N0x的动作时，以及如果当NOx应该从排气净化催化剂13释放时通过使燃烧室2中的燃烧气体的空燃比变浓来使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓时，不执行从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物的动作。因此，在该情况下，也即，当上述提到的用于排气处理的喷射控制停止时，存在喷嘴孔61堵塞的危险。因此，这时，为了防止喷嘴孔61堵塞，需要从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物。在该情况下，当向排气通路开口的喷嘴孔61的开口周围的排气不包含煤灰时，如果从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，那么在喷射开始时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰将被吹掉，但是在喷射结束时煤灰将不吸入喷嘴孔61，并且煤灰将不再沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上。因此，喷嘴孔61将不再堵塞。也即，如果一旦使碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，那么在这之后，不再需要通过从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物来吹掉沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰。因此，变得能够降低碳氢化合物的消耗量。

因此，在本发明中，当停止供给燃料至燃烧室2，使用于防止堵塞的碳氢化合物从碳氢化合物供给阀15喷射。当停止供给燃料至燃烧室2，没有煤灰从发动机排出。因此，这时，向排气通路开口的喷嘴孔61的开口周围的排气根本不包含任何煤灰。因此，这时，如果从碳氢化合物供给阀15喷射用于防止堵塞的碳氢化合物，那么在喷射开始时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰将被吹掉，但是在喷射结束时煤灰将不吸入喷嘴孔并且煤灰将不沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上。应该注意的是，这时用于防止堵塞的碳氢化合物的喷射量仅需要是在喷射开始时填充喷嘴孔61和抽吸室64的整个体积的程度的碳氢化合物的量。因此，在根据本发明的该实施例中，用于防止堵塞的碳氢化合物的喷射量为填充喷嘴孔61和抽吸室64的整个体积的量。如果将用于防止堵塞的碳氢化合物的该喷射控制称为“用于防止堵塞的喷射控制”，那么在本发明中，为了防止碳氢化合物供给阀15的喷嘴孔61被堵塞，执行用于防止堵塞的喷射控制，在该喷射控制中，相比于执行排气处理所需的碳氢化合物的量，从碳氢化合物供给阀15喷射更少的量的碳氢化合物。

应该注意的是，“当停止供给燃料至燃烧室2”是当车辆减速操作时向燃烧室2的燃料供给停止时，或者当发动机停止时。“当发动机停止”是当驾驶员执行操作以停止发动机时，例如，当驾驶员关闭点火开关，或者当例如使用内燃机和电动机作为驱动源的混合动力发动机中的内燃机自动停止时。这时，当发动机的旋转停止时从碳氢化合物供给阀15喷射用于防止堵塞的碳氢化合物。

在该方面，即使使用由尿素水溶液构成的还原剂用于还原NOx，并且将用于将尿素水溶液喷射至排气通路的尿素水溶液供给阀布置在发动机排气通路的内部，也会出现类似问题。也即，当向排气通路的内部开口的尿素水溶液供给阀的喷嘴孔的开口周围的排气包含煤灰时，如果从尿素水溶液供给阀喷射尿素水溶液，那么煤灰吸入喷嘴孔，并且煤灰沉积在喷嘴孔的内部壁表面上以引起堵塞。同样在该情况下，当向排气通路的内部开口的喷嘴孔的开口周围的排气不包含煤灰时，如果使尿素水溶液供给阀喷射尿素水溶液，那么煤灰将不吸入喷嘴孔，并且煤灰将不再沉积在喷嘴孔的内壁表面上。因此，不再引起堵塞。

以该方式，本发明能够应用于使用由碳氢化合物构成的还原剂的情形，或者应用于使用由尿素水溶液构成的还原剂的情形。因此，如果将用于供给碳氢化合物或者尿素水溶液的供给阀称为“还原剂供给阀15”，那么，在本发明中，在内燃机中包括：还原剂供给阀15，其布置在发动机排气通路中；以及还原剂喷射控制装置，其用于控制从还原剂供给阀15喷射还原剂的动作，还原剂供给阀15设置有在发动机排气通路的内部开口的喷嘴孔61，并且由类型为被控制以在喷嘴孔61的内端侧处开闭类型的供给阀构成，还原剂喷射控制装置执行用于排气处理的喷射控制以及执行用于防止堵塞的喷射控制，用于排气处理的喷射控制以排气处理所必须的量喷射还原剂，用于防止堵塞的喷射控制以比排气处理所必须的还原剂的量更小的量从还原剂供给阀15喷射还原剂以防止还原剂供给阀的喷嘴孔61被堵塞，还原剂喷射控制装置在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向燃烧室2的燃料供给停止时，从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂，并在一旦从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂之后直到用于排气处理的还原剂喷射控制恢复之前，停止从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。

在该情况下，在第一实施例中，还原剂喷射控制装置仅在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向燃烧室2的燃料供给停止时，从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂，并在一旦从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂之后直到用于排气处理的还原剂喷射控制恢复之前，停止从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。在该第一实施例中，仅当不存在煤灰被吸入喷嘴孔61的危险时，从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。应该注意的是，在根据本发明的该实施例中，图1示出的电子控制单元30构成还原剂喷射控制装置。

另一方面，在第二实施例中，在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向燃烧室2的燃料供给未停止时，在从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂的情形下，即使在用于排气处理的还原剂喷射控制的暂停的同一期间内，还原剂喷射控制装置也允许从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。也即，在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内，通常会执行一次减速操作，因此一度停止供给燃料至燃烧室2。但是，在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当不停止供给燃料至燃烧室2时，即使排气包含煤灰，也即，即使存在堵塞的危险，也从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。在该情况下，如果堵塞的危险再次出现，那么用于防止堵塞的还原剂再次从还原剂供给阀15喷射。也即，在第二实施例中，在用于排气处理的还原剂喷射控制的暂停的同一期间内，在从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂之后，也允许再次从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。

在该情况下，在该第二实施例中，还原剂喷射控制装置计算喷嘴孔61中煤灰的粘附程度，在向燃烧室2的燃料供给停止之前，在用于排气处理的喷射控制的暂停期间内，当计算出的煤灰黏附程度达到允许黏附度GX1、GX2以及GX3的限值时，还原剂喷射控制装置从还原剂供给阀15喷射用于防止堵塞的还原剂。该黏附程度的计算是基于当从还原剂供给阀15喷射还原剂时沉积的煤灰量SG、表示还原剂供给阀15的喷嘴孔61的内壁表面温度的温度TB以及在还原剂供给阀15的喷射停止之后的经过时间周期“t”。

图8示出了在第二实施例中使用由碳氢化合物构成的还原剂的情形下的喷射控制例程。该例程通过在每个预定时间间隔进行中断而实施。参考图8，首先，在步骤70，判断是否要求用于排气处理的喷射控制，该控制使碳氢化合物供给阀15喷射用于排气处理所需的量的碳氢化合物。当要求用于排气处理的喷射控制时，例程进行到步骤71：根据要求执行用于排气处理的喷射处理。也即，从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物，以使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓并且从排气净化催化剂13释放NOx，以较短周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物以使用第一NOx净化方法移除NOx，以较短周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物同时维持流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)较稀以执行提高微粒过滤器14的温度的动作，或者在以较短周期从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物同时维持流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)较稀以执行提高排气净化催化剂13的温度的动作，以便使存储在排气净化催化剂13中的NOx从排气净化催化剂13释放。

接下来，在步骤72，每当执行从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物的动作时，从图7示出的映射图计算沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量SG。该煤灰67的量SG示出了当从碳氢化合物供给阀15上一次喷射碳氢化合物时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量。接下来，重新设定示出了碳氢化合物供给阀15的喷嘴孔61的堵塞已经完全被清除的堵塞清除标记。另一方面，当在步骤70判断出不要求用于排气处理的喷射控制时，也即，当通过第二N0x净化方法执行移除N0x的动作以及通过使燃烧室2中的燃烧气体的空燃比暂时变浓以使流入排气净化催化剂13的排气的空燃比(A/F)暂时变浓从而从排气净化催化剂13释放N0x时，也即，当停止从碳氢化合物供给阀15喷射碳氢化合物的动作时，例程进行到判断堵塞清除标记是否被设定的步骤74。当未设定堵塞清除标记时，例程进行到步骤75：判断操作状态是否是根本没有煤灰从燃烧室2排出的状态。

也即，在步骤75，判断出在车辆减速时是否停止从燃料喷射器3供给燃料。当判断出在步骤75在车辆减速时不停止从燃料喷射器3供给燃料时，例程进行到判断发动机是否停止的步骤76。当在步骤75判断出在车辆减速时停止从燃料喷射器3供给燃料或者当在步骤76判断出发动机停止时，例程进行到步骤77：从碳氢化合物供给阀15喷射少量用于防止堵塞的碳氢化合物。接下来，例程进行到设定堵塞清除标记的步骤78。如果堵塞清除标记被设定了一次，下一次例程进行至步骤74，并且处理周期结束。因此，只要在步骤70判断出不要求用于排气处理的喷射控制，也即，在停止用于排气处理的喷射控制期间内，停止碳氢化合物供给阀15的喷射以防止堵塞。

另一方面，当在车辆减速时不执行停止从燃料喷射器3供给燃料的动作并且不停止发动机时，例程进行到步骤79：基于当从碳氢化合物供给阀15上一次喷射碳氢化合物时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内壁表面上的煤灰67的量SG，求出图6B示出的允许黏附程度GX1、GX2以及GX3。接下来，在步骤80，根据求出的允许黏附程度GXi，求出在碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB下直到煤灰的粘附程度达到允许黏附程度GXi的界限时的经过时间tH。应该注意的是，在该情况下，根据温度传感器23的检测信号估计碳氢化合物供给阀15的前端面60的温度TB。接下来，在步骤81，将例程中断时间ΔΤ与经过时间tH的比ΔΤ/tH值加至PD，从而计算ΔΤ/tH值的累积值PD。

接下来，在步骤82，判断ΔΤ/tH值的累积值PD是否达到100％。

当ΔΤ/tH值的累积值PD达到100％时，例程进行到步骤83：从碳氢化合物供给阀15喷射用于防止堵塞的少量碳氢化合物。接下来，在步骤84，ΔΤ/tH值的累积值PD被清除。接下来，在步骤85，计算当碳氢化合物供给阀15执行用于防止堵塞的喷射时沉积在喷嘴孔61和抽吸室64的内周壁上的煤灰67的量SG。

应该注意的是，在图8示出的喷射控制例程中，如果删除步骤72和步骤79至85，那么结果变成用于第一实施例作业的例程。

附图标记列表

4进气歧管

5排气歧管

7排气涡轮增压器

12排气管

13排气净化催化剂

14微粒过滤器

15碳氢化合物供给阀

Claims (6)

1.一种内燃机，其特征在于包括：

还原剂供给阀，其布置于发动机排气通路中；以及

还原剂喷射控制装置，其用于控制从所述还原剂供给阀喷射还原剂的动作，

其中所述还原剂供给阀设置有在所述发动机排气通路内部开口的喷嘴孔并且由类型为被控制以在所述喷嘴孔的内端侧处开闭的供给阀构成，

其中所述还原剂喷射控制装置配置为执行用于排气处理的喷射控制，从而以排气处理所必须的量喷射所述还原剂，

其中所述还原剂喷射控制装置配置为执行用于防止堵塞的喷射控制，从而以比排气处理所必须的还原剂的量更小的量从所述还原剂供给阀喷射所述还原剂以防止所述还原剂供给阀的所述喷嘴孔堵塞，

其中所述还原剂喷射控制装置配置为使得在所述用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向燃烧室的燃料供给停止时，从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂，并且

其中所述还原剂喷射控制装置配置为使得在一旦从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂之后直到用于排气处理的对所述还原剂的喷射控制恢复之前，停止从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述还原剂喷射控制装置配置为使得仅在所述用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向所述燃烧室的所述燃料供给停止时，从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂，并且

所述还原剂喷射控制装置配置为使得在一旦从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂之后直到用于排气处理的对所述还原剂的喷射控制恢复之前，停止从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述还原剂喷射控制装置配置为使得在车辆减速时或者在发动机停止时停止向所述燃烧室的所述燃料供给。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述还原剂喷射控制装置配置为在所述用于排气处理的喷射控制的暂停期间内当向所述燃烧室的所述燃料供给未停止时，在从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂的情形下，即使在用于排气处理的对所述还原剂的喷射控制的暂停的同一期间内，也允许从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂。

5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述还原剂喷射控制装置配置为计算所述喷嘴孔中煤灰的粘附程度，并且

所述还原剂喷射控制装置配置为使得在所述用于排气处理的喷射控制的暂停期间内在向所述燃烧室的所述燃料供给停止之前，当计算出的煤灰的粘附程度达到允许粘附程度的界限时，从所述还原剂供给阀喷射用于防止堵塞的所述还原剂。

6.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，所述还原剂喷射控制装置配置为基于当从所述还原剂供给阀喷射所述还原剂时沉积的煤灰的量、表示所述还原剂供给阀的所述喷嘴孔的内壁表面温度的温度以及在所述还原剂供给阀的喷射停止之后的经过时间，来计算所述粘附程度。