CN110094246B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制由PM引起的催化剂的堵塞的内燃机的排气净化装置。内燃机(1)的排气净化装置具备配置于内燃机的排气通路(27)的催化剂(28)、经由排气通路向催化剂供给燃料的燃料供给装置及控制由燃料供给装置进行的燃料的供给的控制装置(80)。控制装置算出由燃料供给装置向排气通路供给的燃料的排气中的浓度和燃料的饱和蒸气压浓度，仅在燃料的排气中的浓度比饱和蒸气压浓度高的情况下，从燃料供给装置向催化剂供给燃料。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
以往，已知有为了净化从燃烧室排出的排气而在排气通路设置有捕集排气中包含的颗粒状物质(PM)的捕集器的内燃机。在该内燃机中，执行如下的捕集器再生处理：在设置于捕集器的上游侧的催化剂中使燃料进行氧化反应，利用通过氧化反应而产生的反应热来将堆积于捕集器的PM燃烧除去。
然而，捕集器再生处理能够在内燃机处于预定的运转状态时执行。因而，在专利文献1所记载的内燃机中，为了避免在无法执行捕集器再生处理的期间捕集器因PM而堵塞，向捕集器上的PM供给冷凝水这样的液体物质。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-124576号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，专利文献1关于PM向催化剂附着完全没有提及。本申请的发明人进行了锐意研究，结果发现了PM也会向催化剂附着。该现象可认为是基于以下说明那样的机理。
例如，在捕集器再生处理中，为了在催化剂上产生氧化反应而向催化剂供给燃料。然而，在催化剂的上游侧端面处，难以产生氧化反应，因此由氧化反应热引起的温度上升小。因而，燃料的重质成分残留于催化剂的上游侧端面。残留的燃料的重质成分通过暴露于排气而进行氧化聚合，变化为高粘度成分。其结果，PM经由燃料向催化剂的上游侧端面附着。若反复进行捕集器再生处理而PM向催化剂的附着量变多，则催化剂会因PM而堵塞，催化剂的功能下降。
另外，即使不执行捕集器再生处理，有时也会向催化剂供给燃料。例如，在为了防止向内燃机的排气通路喷射燃料的排气燃料喷射阀的喷射口被碳烟等堵塞而从排气燃料喷射阀定期地喷射燃料的情况下，喷射出的燃料向催化剂供给。另外，在催化剂是NOx吸藏还原催化剂(NSR催化剂)的情况下，为了将吸藏于催化剂的NOx还原净化而供给燃料作为还原剂。在这些情况下，也会因同样的原理而导致PM经由燃料向催化剂附着。
于是，本发明的目的在于提供一种能够抑制由PM引起的催化剂的堵塞的内燃机的排气净化装置。
用于解决课题的方案
本公开的主旨如下。
(1)一种内燃机的排气净化装置，具备：催化剂，配置于内燃机的排气通路；燃料供给装置，经由所述排气通路向所述催化剂供给燃料；及控制装置，控制由所述燃料供给装置进行的燃料的供给，所述控制装置算出由所述燃料供给装置向所述排气通路供给的燃料的排气中的浓度和燃料的饱和蒸气压浓度，仅在该排气中的浓度比该饱和蒸气压浓度高的情况下，从所述燃料供给装置向所述催化剂供给燃料。
(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置，所述控制装置在所述排气中的浓度比所述饱和蒸气压浓度高的情况下，通过将向所述催化剂供给的液相的燃料的合计要求量除以向所述催化剂供给的液相的燃料的流量来算出燃料供给时间，以该燃料供给时间从所述燃料供给装置向所述催化剂供给燃料。
(3)根据上述(1)或(2)所述的内燃机的排气净化装置，所述燃料供给装置是向比所述催化剂靠排气流动方向上游侧的所述排气通路喷射燃料的排气燃料喷射阀和向缸内喷射燃料的缸内燃料喷射阀，所述控制装置从所述排气燃料喷射阀及所述缸内燃料喷射阀双方向所述催化剂供给燃料，以使所述排气中的浓度比所述饱和蒸气压浓度高。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的内燃机的排气净化装置，所述燃料供给装置包括向缸内喷射燃料的缸内燃料喷射阀，所述控制装置考虑从所述缸内燃料喷射阀喷射的燃料的轻质化来算出所述饱和蒸气压浓度。
(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的内燃机的排气净化装置，在所述燃料供给装置与所述催化剂之间配置有涡轮机，所述控制装置考虑由所述涡轮机引起的燃料的扩散来算出所述排气中的浓度。
发明效果
根据本发明，提供一种能够抑制由PM引起的催化剂的堵塞的内燃机的排气净化装置。
附图说明
图1是概略地示出设置有本发明的第一实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。
图2是用于说明通过供给液相的燃料而从催化剂除去PM的机理的图。
图3是示出本发明的第一实施方式中的PM除去处理的控制例程的流程图。
图4是用于算出PM的增加量的映射。
图5示出碳原子数13的十三烷(C13H28)的饱和蒸气压曲线。
图6是用于算出饱和蒸气压浓度的映射。
图7是示出本发明的第二实施方式中的PM除去处理的控制例程的流程图。
图8是示出本发明的第三实施方式中的PM除去处理的控制例程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素标注同一附图标记。
<第一实施方式>
以下，参照图1～图6来对本发明的第一实施方式进行说明。
<内燃机整体的说明>
图1是概略地示出设置有本发明的第一实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。图1所示的内燃机1是压缩自着火式内燃机(柴油发动机)。内燃机1搭载于车辆。
参照图1，10表示内燃机主体，2表示各汽缸的燃烧室，3表示向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式的缸内燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气管6连结于涡轮增压器7的压缩机7a的出口。压缩机7a的入口经由进气管6连结于空气滤清器8。在进气管6内配置节气门9。而且，在进气管6周围配置用于冷却在进气管6内流动的吸入空气的中冷器13。在内燃机1中，内燃机冷却水被向中冷器13内引导，由内燃机冷却水来冷却吸入空气。进气歧管4及进气管6形成将空气向燃烧室2引导的进气通路。
另一方面，排气歧管5经由排气管27连结于涡轮增压器7的涡轮机7b的入口。涡轮机7b的出口经由排气管27连结于催化剂28。催化剂28经由排气管27连结于捕集器29。排气歧管5及排气管27形成将通过燃烧室2中的混合气的燃烧而产生的排气排出的排气通路。
催化剂28是能够将排气中的未燃燃料氧化的氧化催化剂(DOC)。催化剂28配置于比捕集器29靠排气流动方向上游侧的排气通路。具体而言，催化剂28在内燃机1的排气通路中配置于涡轮机7b与捕集器29之间的排气管27内。捕集器29捕集排气中所包含的颗粒状物质(PM)。捕集器29例如是柴油颗粒捕集器(DPF)。
排气歧管5与进气歧管4经由排气再循环(EGR)通路14互相连结。在EGR通路14内配置电子控制式的EGR控制阀15。另外，在EGR通路14周围配置用于冷却在EGR通路14内流动的EGR气体的EGR冷却装置20。在内燃机1中，内燃机冷却水被向EGR冷却装置20内引导，由内燃机冷却水来冷却EGR气体。
燃料由燃料泵30从燃料箱31经由燃料配管32向公共通道(英文：common rail)18内供给。燃料泵30将燃料箱31内的燃料泵起并且将燃料升压。供给到公共通道18内的高压的燃料经由各燃料供给管17向各缸内燃料喷射阀3供给。各缸内燃料喷射阀3向汽缸内喷射燃料。燃料例如是轻油。
另外，在各缸内燃料喷射阀3连结有泄漏燃料配管33。从公共通道18供给到各缸内燃料喷射阀3的燃料中的未被喷射到汽缸内的燃料经由泄漏燃料配管33向排气燃料喷射阀35供给。
排气燃料喷射阀35配置于比催化剂28靠排气流动方向上游侧的排气通路。具体而言，排气燃料喷射阀35在内燃机1的排气通路中固定于涡轮机7b与催化剂28之间的排气管27。排气燃料喷射阀35例如是与缸内燃料喷射阀3同样的电子控制式喷射阀。排气燃料喷射阀35向比催化剂28靠排气流动方向上游侧的排气通路喷射燃料，经由排气通路向催化剂28供给燃料。
内燃机1的各种控制由电子控制单元(ECU)80执行。对ECU80输入在内燃机1或搭载有内燃机1的车辆设置的各种传感器的输出，ECU80基于各种传感器的输出等来控制内燃机1的各种致动器。
ECU80由数字计算机构成，具备由双向性总线81互相连接的ROM(只读存储器)82、RAM(随机存取存储器)83、CPU(微处理器)84、输入端口85及输出端口86。此外，在本实施方式中，设置有一个ECU80，但也可以按每个功能而设置有多个ECU。
在本实施方式中，负荷传感器101及空气流量计102的输出经由对应的AD变换器87向输入端口85输入。负荷传感器101产生与加速器踏板120的踩踏量成比例的输出电压。因此，负荷传感器101检测内燃机负荷。空气流量计102在进气通路中配置于空气滤清器8与压缩机7a之间，检测吸入空气量。而且，在输入端口85连接有每当曲轴旋转例如15°时产生输出脉冲的曲轴角传感器108，由曲轴角传感器108检测内燃机转速。
另一方面，输出端口86经由对应的驱动电路88连接于缸内燃料喷射阀3、节气门驱动用马达、EGR控制阀15、燃料泵30及排气燃料喷射阀35。ECU80控制从缸内燃料喷射阀3喷射的燃料的喷射正时及喷射时间、节气门9的开度、EGR控制阀15的开度、燃料泵30的工作以及从排气燃料喷射阀35喷射的燃料的喷射正时及喷射时间。
此外，设置排气净化装置的内燃机也可以是在燃烧室配置有火花塞的火花点火式内燃机(例如汽油发动机)。另外，像汽缸排列、进排气系统的结构及有无涡轮增压器这样的内燃机的具体结构也可以与图1所示的结构不同。
例如，向缸内燃料喷射阀3供给的燃料也可以取代燃料泵30而由配置于燃料箱31内的箱内泵向公共通道18供给。另外，向排气燃料喷射阀35供给的燃料也可以不通过燃料配管32及泄漏燃料配管33，经由将燃料箱31与排气燃料喷射阀35直接连接的燃料配管向排气燃料喷射阀35供给。在该情况下，省略泄漏燃料配管33。另外，向排气燃料喷射阀35供给的燃料也可以贮存于与燃料箱31相独立的燃料箱。燃料例如是轻油。
<内燃机的排气净化装置的结构>
以下，对本发明的第一实施方式的内燃机1的排气净化装置(以下，简称作“排气净化装置”)的结构进行说明。排气净化装置具备捕集器29、催化剂28、经由排气通路向催化剂28供给燃料的燃料供给装置及控制由燃料供给装置进行的燃料的供给的控制装置。在本实施方式中，排气燃料喷射阀35相当于燃料供给装置，ECU80相当于控制装置。
<PM向催化剂的附着>
在排气净化装置中，通过排气中的PM被捕集器29捕集，排气被净化。然而，当捕集于捕集器29的PM的量变多时，产生捕集器29的堵塞(塞住)，通过捕集器29的排气的排出受到阻碍。因而，需要将捕集于捕集器29的PM定期地除去。
在本实施方式中，为了将捕集于捕集器29的PM除去，排气净化装置的控制装置执行捕集器再生处理。在捕集器再生处理中，通过从燃料供给装置向催化剂28供给燃料来将捕集于捕集器29的PM燃烧除去。当向催化剂28供给燃料时，在催化剂28上产生燃料的氧化反应，向捕集器29流入的排气的温度因反应热而上升。其结果，捕集器29的温度上升，捕集于捕集器29的PM被燃烧除去。
然而，当执行捕集器再生处理时，捕集于捕集器29的PM虽然会被除去，但PM会向催化剂28附着。该现象可认为是基于以下说明那样的机理。
如上所述，在捕集器再生处理中，为了在催化剂28上产生氧化反应而向催化剂28供给燃料。然而，在催化剂28的排气方向上游侧(内燃机主体10侧)的端面处，难以产生氧化反应，因此由氧化反应热引起的温度上升小。因而，燃料的重质成分残留于催化剂28的上游侧端面。残留的燃料的重质成分通过暴露于排气而进行氧化聚合，变化成高粘度成分。其结果，PM会经由燃料向催化剂28的上游侧端面附着。当反复进行捕集器再生处理而PM向催化剂28的附着量变多时，催化剂28因PM而堵塞，催化剂28的功能下降。
另外，即使不执行捕集器再生处理，有时也会向催化剂28供给燃料。例如，在为了防止排气燃料喷射阀35的喷射口被碳烟等堵塞而从排气燃料喷射阀35定期地喷射燃料的情况下，喷射出的燃料向催化剂28供给。另外，在催化剂28是NOx吸藏还原催化剂(NSR催化剂)的情况下，为了将吸藏于催化剂28的NOx还原净化，从排气燃料喷射阀35向催化剂28供给燃料作为还原剂。在这些情况下，也会因同样的原理而导致PM经由燃料向催化剂28附着。
<催化剂上的PM除去>
因而，在本实施方式中，排气净化装置的控制装置为了将附着于催化剂28的PM除去而从燃料供给装置向催化剂28供给液相的燃料。以下，对通过将液相的燃料向催化剂28供给来除去附着于催化剂28的PM的机理进行说明。
图2是用于说明通过供给液相的燃料来从催化剂28除去PM的机理的图。如图2A所示，供给到催化剂28的燃料的重质成分通过氧化聚合而变化为高粘着性的高聚合成分及低聚合成分，使排气中的PM向催化剂28的基材28a上附着。之后，如图2B所示，向催化剂28供给液相的燃料。当液相的燃料向催化剂28供给时，PM中的可溶性有机成分(SOF)向燃料中溶解。如图2C所示，溶解有SOF的燃料被催化剂28的基材28a吸收并且因热而蒸发。另外，溶解有SOF的燃料在被催化剂28的基材28a吸收时利用液桥力而使PM凝集。凝集后的PM与基材28a的粘接性下降。因而，之后，如图2D所示，凝集后的PM通过排气而从基材28a剥离。因此，能够通过供给液相的燃料而从催化剂28除去PM。
本申请的发明人为了确认基于燃料供给实现的PM除去的效果而进行了以下的实验。在为了捕集器再生而向催化剂供给燃料之后，将催化剂暴露于370℃的排气中2小时。其结果，催化剂的堵塞率成为了60％以上。之后，将催化剂的每单位面积0.06ml/cm2的量的液体燃料(轻油)向催化剂供给。其结果，催化剂的堵塞率成为了20％以下。因此确认了，通过将液相的燃料向催化剂供给，能够抑制由PM引起的催化剂的堵塞。
由燃料供给装置向排气通路供给的燃料会因排气通路内的排气而气化，因此未必会在液体状态下向催化剂28供给。因而，为了利用液相的燃料从催化剂28除去PM，需要在合适的定时从燃料供给装置向催化剂28供给燃料。
本申请的发明人为了在合适的定时从燃料供给装置向催化剂28供给燃料而着眼于燃料的饱和蒸气压浓度作为燃料被气化的量的指标。可认为，在从燃料供给装置向排气通路供给的燃料的排气中的浓度(以下，称作“排气中的燃料浓度”)为燃料的饱和蒸气压浓度以下的情况下，所有燃料气化，另一方面，在排气中的燃料浓度比燃料的饱和蒸气压浓度高的情况下，会向催化剂28供给液相的燃料。
因而，在本实施方式中，控制装置在被要求了附着于催化剂28的PM的除去时，算出排气中的燃料浓度和燃料的饱和蒸气压浓度，仅在排气中的燃料浓度比饱和蒸气压浓度高的情况下，从燃料供给装置向催化剂28供给燃料。换言之，控制装置在PM除去的要求时排气中的燃料浓度比燃料的饱和蒸气压浓度高的情况下，从燃料供给装置向催化剂28供给燃料，在排气中的燃料浓度为燃料的饱和蒸气压浓度以下的情况下，不从燃料供给装置向催化剂28供给燃料。
由此，能够在PM除去的要求时向催化剂28可靠地供给液相的燃料，进而能够抑制由PM引起的催化剂28的堵塞。另外，能够抑制在无法将液相的燃料向催化剂28供给的定时从燃料供给装置向催化剂28供给燃料，进而能够抑制内燃机1的燃料经济性的恶化。
<PM除去处理>
以下，参照流程图来对上述的控制进行详细说明。图3是示出本发明的第一实施方式中的PM除去处理的控制例程的流程图。本控制例程由排气净化装置的控制装置(在本实施方式中是ECU80)反复执行。
首先，在步骤S101中，控制装置判定是否存在附着于催化剂28的PM的除去要求。例如，在判定为附着于催化剂28的PM的总量为预定值以上的情况下，控制装置判定为存在PM的除去要求。预定值预先确定，例如被设定为与50％～80％的催化剂28的堵塞率相当的PM的量。
控制装置通过对附着于催化剂28的PM的量的变化量进行累计来算出PM的总量。当供给到催化剂28的气相的燃料(未燃燃料)暴露于高温(200～450℃)的排气时，燃料的重质成分会变化为高粘度成分，向催化剂28供给的碳烟(Soot)会经由燃料向催化剂28附着。因而，控制装置使用映射或计算式，基于向催化剂28供给的碳烟(Soot)的量、向催化剂28供给的气相的燃料的量及向催化剂28流入的排气(以下，称作“流入排气”)的温度来算出PM的增加量。在使用映射的情况下，如图4所示，PM的增加量PMA表示为向催化剂28供给的碳烟的量SA、向催化剂28供给的气相的燃料的量HCA及流入排气的温度IET的函数。
此时，控制装置使用映射或计算式，基于内燃机1的预定的运转参数(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射量及燃料喷射正时、内燃机转速、EGR气体量等)并利用公知的方法来算出碳烟的量及气相的燃料的量。另外，控制装置使用排气温传感器36来检测流入排气的温度。排气温传感器36配置于比催化剂28靠排气流动方向上游侧的排气通路，具体而言，配置于涡轮机7b与催化剂28之间的排气管27内。排气温传感器36检测流入排气的温度，排气温传感器36的输出经由对应的AD变换器87向ECU80的输入端口85输入。
此外，控制装置也可以使用映射或计算式，基于内燃机1的预定的运转参数(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射量、内燃机转速等)并利用公知的方法来算出流入排气的温度。在该情况下，排气温传感器36也可以从内燃机1省略。
如上所述，当向催化剂28供给液相的燃料时，附着于催化剂28的PM被除去。因而，在向催化剂28供给液相的燃料时，控制装置基于到达催化剂28的液相的燃料的量来算出PM的减少量。另外，在流入排气的温度为PM的燃烧温度(例如500℃)以上的情况下，附着于催化剂28的PM会被燃烧除去。因而，在流入排气的温度为PM的燃烧温度以上时，控制装置基于流入排气的温度来算出PM的减少量。
另外，当PM的总量变多时，催化剂28的上游侧的排气压力变高。因而，控制装置也可以在催化剂28的上游侧的排气压力为预定值以上的情况下，判定为PM的总量为预定值以上。在该情况下，控制装置使用排气压传感器37来检测排气压力。排气压传感器37配置于比催化剂28靠排气流动方向上游侧的排气通路，具体而言，配置于涡轮机7b与催化剂28之间的排气管27内。排气压传感器37检测排气压力，排气压传感器37的输出经由对应的AD变换器87向ECU80的输入端口85输入。
此外，控制装置也可以使用映射或计算式，基于内燃机1的预定的运转参数(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射量及燃料喷射正时、内燃机转速、吸入空气量等)并利用公知的方法来算出排气压力。在该情况下，排气压传感器37也可以从内燃机1省略。
如上所述，当PM的总量变多时，催化剂28的上游侧的排气压力变高。其结果，缸内的排气的余量变多，汽缸内的填充效率下降。因而，控制装置也可以在当前的填充效率相对于初始状态的填充效率的比率(当前的填充效率/初始状态的填充效率)为小于1的预定值以下的情况下，判定为PM的总量为预定值以上。初始状态的填充效率及当前的填充效率在EGR气体量为零且内燃机1处于预定的运转状态(例如，减速状态、怠速状态等)时，例如通过将吸入空气量除以进气压来算出(吸入空气量/进气压)。吸入空气量由空气流量计102检测，进气压例如由检测进气通路(进气歧管4或进气管6)内的压力的进气压传感器检测。另外，初始状态的填充效率在PM向催化剂28附着之前算出。此外，初始状态的填充效率也可以是预先确定的值。
另外，控制装置也可以在由差压传感器检测的催化剂28的前后差压为预定值以上的情况下，判定为PM的总量为预定值以上。另外，控制装置也可以在出于PM除去以外的目的而从燃料供给装置向催化剂28供给燃料且从燃料供给起经过了预定时间的情况下，判定为PM的总量为预定值以上。
在步骤S101中判定为不存在PM的除去要求的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S101中判定为存在PM的除去要求的情况下，本控制例程进入步骤S102。
在步骤S102中，控制装置算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。燃料具有多个成分，饱和蒸气压曲线根据每个成分而不同。例如，轻油包含碳原子数10～16左右的烷烃作为主成分。图5示出碳原子数13的十三烷(C13H28)的饱和蒸气压曲线。
排气通路中的预定物质的饱和蒸气压浓度通过将饱和蒸气压除以排气压力来算出(饱和蒸气压浓度＝饱和蒸气压/排气压力)。另外，从图5可知，饱和蒸气压与排气温度相关。因而，控制装置使用映射或计算式，基于排气压力及排气温度来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。在使用映射的情况下，如图6所示，饱和蒸气压浓度Csv表示为排气压力EP及排气温度ET的函数。
映射或计算式例如基于在燃料的主成分之中具有平均沸点的成分的饱和蒸气压曲线而制作。此外，映射或计算式也可以基于燃料的各主成分的平均含有量及饱和蒸气压曲线而制作。
控制装置使用排气温传感器36来检测排气温度。此外，控制装置也可以使用映射或计算式，基于内燃机1的预定的运转参数(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射量、内燃机转速等)并利用公知的方法来算出排气温度。在该情况下，排气温传感器36也可以从内燃机1省略。
另外，控制装置使用排气压传感器37来检测排气压力。此外，控制装置也可以使用映射或计算式，基于内燃机1的预定的运转参数(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射量及燃料喷射正时、内燃机转速、吸入空气量等)并利用公知的方法来算出排气压力。另外，控制装置也可以将排气压力设为一定的压力(例如大气压)来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。在这些情况下，排气压传感器37也可以从内燃机1省略。
接着，在步骤S103中，控制装置算出排气中的燃料浓度Cf。具体而言，控制装置通过将排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率除以排气流量来算出排气中的燃料浓度Cf(排气中的燃料浓度Cf＝排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率(g/s)/排气流量(g/s))。排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率预先确定。排气流量越多，则每单位空间的燃料浓度越下降，因此排气中的燃料浓度越下降。
控制装置使用流量传感器38来检测排气流量。流量传感器38配置于比催化剂28靠排气流动方向上游侧的排气通路，具体而言，配置于涡轮机7b与催化剂28之间的排气管27内。流量传感器38检测排气流量，流量传感器38的输出经由对应的AD变换器87向ECU80的输入端口85输入。
此外，控制装置也可以使用映射或计算式，基于内燃机1的预定的运转参数(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射量、内燃机转速、吸入空气量等)并利用公知的方法来算出排气流量。在该情况下，流量传感器38也可以从内燃机1省略。
接着，在步骤S104中，控制装置判定排气中的燃料浓度Cf是否比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高。在判定为排气中的燃料浓度Cf为燃料的饱和蒸气压浓度Csv以下的情况下，由于无法向催化剂28供给液相的燃料，所以本控制例程结束。另一方面，在判定为排气中的燃料浓度Cf比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高的情况下，本控制例程进入步骤S105。
在步骤S105中，控制装置从燃料供给装置(在本实施方式中是排气燃料喷射阀35)向催化剂28供给燃料。例如，控制装置从燃料供给装置向催化剂28以预定时间连续地或间歇地供给燃料。在步骤S105之后，本控制例程结束。
此外，当内燃机负荷急剧上升时，排气温度上升，燃料的饱和蒸气压上升。其结果，燃料的饱和蒸气压浓度Csv变高，燃料容易气化。因而，在步骤S105中，控制装置可以在内燃机负荷的上升量成为了预定值以上时中断从燃料供给装置的燃料供给。
另外，在燃料供给开始时搭载有内燃机1的车辆处于减速状态的情况下，控制装置也可以在减速状态被解除时中断从燃料供给装置的燃料供给。车辆是否处于减速状态例如使用检测制动器踏板的踩踏量的行程传感器来进行判定。
另外，在燃料供给开始时内燃机1处于怠速状态的情况下，控制装置也可以在怠速状态被解除时中断从燃料供给装置的燃料供给。此外，怠速状态意味着加速器开度为零，通过混合气的燃烧而内燃机转速被维持为预定的怠速转速(例如400～800rpm)的状态。控制装置在内燃机转速变得比怠速转速高时判定为怠速状态被解除。
在本实施方式中，排气燃料喷射阀35配置于涡轮机7b与催化剂28之间。然而，排气燃料喷射阀35也可以配置于比涡轮机7b靠上游侧的排气通路。换言之，也可以在排气燃料喷射阀35与催化剂28之间配置涡轮机7b。在该情况下，从排气燃料喷射阀35供给的燃料被涡轮机7b扩散，燃料的一部分会附着于涡轮机7b等或向排气流动方向上游侧返回。其结果，从排气燃料喷射阀35向催化剂28供给的燃料的量下降。
因而，在排气燃料喷射阀35与催化剂28之间配置有涡轮机7b的情况下，控制装置也可以考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散来算出排气中的燃料浓度Cf。由此，能够高精度地算出排气中的燃料浓度Cf，能够更可靠地将液相的燃料向催化剂28供给。例如，控制装置通过将排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率乘以修正系数而得到的值除以排气流量来算出排气中的燃料浓度Cf(排气中的燃料浓度Cf＝修正系数×排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率(g/s)/排气流量(g/s))。修正系数是小于1的值，考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散而预先确定。
另外，燃料供给装置也可以是向汽缸内喷射燃料的缸内燃料喷射阀3。即，也可以取代排气燃料喷射阀35而使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置。缸内燃料喷射阀3能够通过在各汽缸的膨胀行程中进行后喷射来向催化剂28供给未燃燃料。在该情况下，排气燃料喷射阀35也可以省略。
在使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置的情况下，在步骤S103中，排气中的燃料浓度Cf如以下这样算出。控制装置通过对每1行程的后喷射的燃料喷射量乘以每1秒的内燃机转数和每旋转1圈的喷射次数(例如在内燃机1的汽缸数是4的情况下是2次)来算出缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率(缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率(g/s)＝燃料喷射量(g/st)×内燃机转数(rev/s)×喷射次数(st/rev))。接着，控制装置通过将缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率除以排气流量来算出排气中的燃料浓度Cf(排气中的燃料浓度Cf＝缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率(g/s)/排气流量(g/s))。
另外，在使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置的情况下，通过燃料的轻质化，向排气通路供给的未燃燃料的沸点会变得比根据燃料的特性确定的基础沸点低。其结果，燃料容易气化。
因而，控制装置也可以考虑从缸内燃料喷射阀3喷射的燃料的轻质化来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。由此，能够高精度地算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv，能够更可靠地将液相的燃料向催化剂28供给。例如，控制装置通过对检测或算出的排气温度乘以比1大的修正系数来修正排气温度，基于修正后的排气温度来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。修正系数考虑燃料的轻质化而预先确定。
另外，在使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置的情况下，在缸内燃料喷射阀3与催化剂28之间配置涡轮机7b。因而，控制装置也可以考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散来算出排气中的燃料浓度Cf。由此，能够高精度地算出排气中的燃料浓度Cf，能够更可靠地将液相的燃料向催化剂28供给。例如，控制装置通过将对缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率乘以修正系数而得到的值除以排气流量来算出排气中的燃料浓度Cf(排气中的燃料浓度Cf＝修正系数×缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率(g/s)/排气流量(g/s))。修正系数是小于1的值，考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散而预先确定。
<第二实施方式>
第二实施方式的内燃机的排气净化装置除了以下说明的点之外，基本上与第一实施方式的内燃机的排气净化装置是同样的。因而，以下，关于本发明的第二实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。
如上所述，在排气中的燃料浓度为燃料的饱和蒸气压浓度以下的情况下，不进行用于从催化剂28除去PM的燃料供给。在从缸内燃料喷射阀3及排气燃料喷射阀35双方向催化剂28供给燃料的情况下，与仅从缸内燃料喷射阀3及排气燃料喷射阀35的一方向催化剂28供给燃料的情况相比，向催化剂28供给的燃料的量增加。其结果，能够提高排气中的燃料浓度。
因而，在第二实施方式中，使用排气燃料喷射阀35及缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置，控制装置从排气燃料喷射阀35及缸内燃料喷射阀3双方向催化剂28供给燃料，以使排气中的燃料浓度比燃料的饱和蒸气压浓度高。在该情况下，排气中的燃料浓度作为从排气燃料喷射阀35向排气通路供给的燃料的排气中的浓度与通过缸内燃料喷射阀3的后喷射而向排气通路供给的燃料的排气中的浓度的合计而被算出。
<PM除去处理>
图7是示出本发明的第二实施方式中的PM除去处理的控制例程的流程图。本控制例程由排气净化装置的控制装置(在本实施方式中是ECU80)反复执行。
步骤S201及步骤S202与图3的步骤S101及步骤S102是同样的，因此省略说明。在步骤S202之后，在步骤S203中，控制装置算出从排气燃料喷射阀35向排气通路供给的燃料的排气中的浓度(以下，称作“排气中的第1燃料浓度”)Cf1。与图3的步骤S103同样，控制装置通过将排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率除以排气流量来算出排气中的第1燃料浓度Cf1(排气中的第1燃料浓度Cf1＝排气燃料喷射阀35的最大燃料喷射率(g/s)/排气流量(g/s))。
接着，在步骤S204中，控制装置判定排气中的第1燃料浓度Cf1是否比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高。在判定为排气中的第1燃料浓度Cf1比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高的情况下，本控制例程进入步骤S205。
在步骤S205中，控制装置从排气燃料喷射阀35向催化剂28供给燃料。例如，控制装置从排气燃料喷射阀35向催化剂28以预定时间连续地或间歇地供给燃料。在步骤S205之后，本控制例程结束。
另一方面，在步骤S204中判定为排气中的第1燃料浓度Cf1为燃料的饱和蒸气压浓度Csv以下的情况下，本控制例程进入步骤S206。在步骤S206中，控制装置算出通过缸内燃料喷射阀3的后喷射而向排气通路供给的燃料的排气中的浓度(以下，称作“排气中的第2燃料浓度”)Cf2。与在第一实施方式中使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置的情况同样，控制装置通过将缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率除以排气流量来算出排气中的第2燃料浓度Cf2(排气中的第2燃料浓度Cf2＝缸内燃料喷射阀3的燃料喷射率(g/s)/排气流量(g/s))。
接着，在步骤S207中，控制装置判定排气中的第1燃料浓度Cf1与排气中的第2燃料浓度Cf2的合计是否比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高。在判定为排气中的第1燃料浓度Cf1与排气中的第2燃料浓度Cf2的合计为燃料的饱和蒸气压浓度Csv以下的情况下，由于无法向催化剂28供给液相的燃料，所以本控制例程结束。
另一方面，在判定为排气中的第1燃料浓度Cf1与排气中的第2燃料浓度Cf2的合计比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高的情况下，本控制例程进入步骤S208。在步骤S208中，控制装置从排气燃料喷射阀35及缸内燃料喷射阀3向催化剂28供给燃料。例如，控制装置从排气燃料喷射阀35及缸内燃料喷射阀3向催化剂28以预定时间连续地或间歇地供给燃料。在步骤S208之后，本控制例程结束。因此，控制装置在排气中的第1燃料浓度Cf1为燃料的饱和蒸气压浓度Csv以下且排气中的第1燃料浓度Cf1与排气中的第2燃料浓度Cf2的合计比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高的情况下，从排气燃料喷射阀35及缸内燃料喷射阀3向催化剂28供给燃料。
此外，在步骤S205或步骤S208中，控制装置也可以在内燃机负荷的上升量成为了预定值以上时中断从燃料供给装置的燃料供给。另外，在燃料供给开始时搭载有内燃机1的车辆处于减速状态的情况下，控制装置也可以在减速状态被解除时中断从燃料供给装置的燃料供给。另外，在燃料供给开始时内燃机1处于怠速状态的情况下，控制装置也可以在怠速状态被解除时中断从燃料供给装置的燃料供给。
另外，在排气燃料喷射阀35与催化剂28之间配置有涡轮机7b的情况下，控制装置也可以考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散来算出排气中的第1燃料浓度Cf1。另外，控制装置也可以考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散来算出排气中的第2燃料浓度Cf2。
另外，在也从缸内燃料喷射阀3向催化剂28供给燃料的情况下，控制装置也可以考虑从缸内燃料喷射阀3喷射的燃料的轻质化来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。在该情况下，例如，在步骤S206与步骤S207之间，考虑从缸内燃料喷射阀3喷射的燃料的轻质化来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv，算出的饱和蒸气压浓度Csv在步骤S207中使用。
<第三实施方式>
第三实施方式的内燃机的排气净化装置除了以下说明的点之外，基本上与第一实施方式的内燃机的排气净化装置是同样的。因而，以下，关于本发明的第三实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。
附着于催化剂28的PM的量越多，则除去PM所需的液相的燃料的量越多。因而，要想将附着于催化剂28的PM以最小限度的燃料除去，优选根据向催化剂28供给的液相的燃料的合计要求量来使从燃料供给装置向排气通路供给的燃料的总量变化。另外，通过使从燃料供给装置向排气通路供给燃料的时间变化，能够使从燃料供给装置向排气通路供给的燃料的总量变化。
因而，在第三实施方式中，控制装置在排气中的燃料浓度比燃料的饱和蒸气压浓度高的情况下，通过将向催化剂28供给的液相的燃料的合计要求量除以向催化剂28供给的液相的燃料的流量来算出燃料供给时间，以算出的燃料供给时间从燃料供给装置向催化剂28供给燃料。由此，能够从催化剂28将PM有效地除去，并抑制内燃机1的燃料经济性因PM除去而恶化。
<PM除去处理>
图8是示出本发明的第三实施方式中的PM除去处理的控制例程的流程图。本控制例程由排气净化装置的控制装置(在本实施方式中是ECU80)反复执行。
步骤S301～步骤S304与图3的步骤S101～步骤S104是同样的，因此省略说明。在步骤S304中判定为排气中的燃料浓度Cf比燃料的饱和蒸气压浓度Csv高的情况下，本控制例程进入步骤S305。
在步骤S305中，控制装置算出向催化剂28供给的液相的燃料的合计要求量。具体而言，控制装置使用映射或计算式，基于附着于催化剂28的PM的总量来算出向催化剂28供给的液相的燃料的合计要求量。与在图3的步骤S301中算出PM的总量的情况同样，控制装置通过对附着于催化剂28的PM的量的变化量进行累计来算出PM的总量。另外，映射或计算式以PM的总量越多则液相的燃料的合计要求量越多的方式制作。
接着，在步骤S306中，控制装置算出向催化剂28供给的液相的燃料的流量。具体而言，控制装置通过对从排气中的燃料浓度Cf减去燃料的饱和蒸气压浓度Csv而得到的值乘以排气流量，来算出向催化剂28供给的液相的燃料的流量(液相的燃料的流量(g/s)＝(排气中的燃料浓度Cf-燃料的饱和蒸气压浓度Csv)×排气流量(g/s))。
接着，在步骤S306中，控制装置算出燃料供给时间。具体而言，控制装置通过将液相的燃料的合计要求量除以液相的燃料的流量来算出燃料供给时间(燃料供给时间(s)＝液相的燃料的合计要求量(g)/液相的燃料的流量(g/s))。
接着，在步骤S308中，控制装置以算出的燃料供给时间连续地或间歇地从燃料供给装置(在本实施方式中是排气燃料喷射阀35)向催化剂28供给燃料。在步骤S308之后，本控制例程结束。
此外，在步骤S308中，控制装置也可以在内燃机负荷的上升量成为了预定值以上时中断从燃料供给装置的燃料供给。另外，在燃料供给开始时搭载有内燃机1的车辆处于减速状态的情况下，控制装置也可以在减速状态被解除时中断从燃料供给装置的燃料供给。另外，在燃料供给开始时内燃机1处于怠速状态的情况下，控制装置也可以在怠速状态被解除时中断从燃料供给装置的燃料供给。
另外，在排气燃料喷射阀35与催化剂28之间配置有涡轮机7b的情况下，控制装置也可以考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散来算出排气中的燃料浓度Cf。
另外，也可以取代排气燃料喷射阀35而使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置。另外，在使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置的情况下，控制装置也可以考虑从缸内燃料喷射阀3喷射的燃料的轻质化来算出燃料的饱和蒸气压浓度Csv。另外，在使用缸内燃料喷射阀3作为燃料供给装置的情况下，控制装置也可以考虑由涡轮机7b引起的燃料的扩散来算出排气中的燃料浓度Cf。
以上，虽然说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不限定于这些实施方式，能够在权利要求书的记载内实施各种各样的修正及变更。例如，催化剂也可以担载于捕集器。具体而言，催化剂也可以涂布于捕集器的表面，与捕集器成为一体。另外，捕集器也可以省略。另外，从燃料供给装置供给的燃料也可以是生物柴油燃料这样的轻油以外的燃料。
另外，也可以省略图3的步骤S101、图7的步骤S201及图8的步骤S301，以预定的执行间隔来执行图3、图7及图8的控制例程。即，控制装置也可以定期地算出排气中的燃料浓度和燃料的饱和蒸气压浓度，仅在排气中的燃料浓度比饱和蒸气压浓度高的情况下从燃料供给装置向催化剂28供给燃料。
另外，上述的实施方式也能够任意组合而实施。具体而言，第二实施方式能够与第三实施方式组合。在该情况下，在图7的控制例程中，在步骤S204与步骤S205之间执行图8的步骤S305～步骤S307，在步骤S205中，控制装置以算出的燃料供给时间连续地或间歇地从排气燃料喷射阀35向催化剂28供给燃料。另外，在图7的控制例程中，在步骤S207与步骤S208之间执行图8的步骤S305～步骤S307，在步骤S208中，控制装置以算出的燃料供给时间连续地或间歇地从排气燃料喷射阀35及缸内燃料喷射阀3向催化剂28供给燃料。
标号说明
1 内燃机
3 缸内燃料喷射阀
27 排气管
28 催化剂
35 排气燃料喷射阀
80 电子控制单元(ECU)

Claims (7)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
催化剂，配置于内燃机的排气通路；
燃料供给装置，经由所述排气通路向所述催化剂供给燃料；及
控制装置，控制由所述燃料供给装置进行的燃料的供给，
所述控制装置算出由所述燃料供给装置向所述排气通路供给的燃料的排气中的燃料浓度，所述排气中的燃料浓度是所述燃料供给装置的最大燃料喷射率除以排气的排气流量，
算出燃料的饱和蒸气压浓度，所述饱和蒸气压浓度是饱和蒸气压除以排气压力，
比较所述排气中的燃料浓度与所述饱和蒸气压浓度，以及
仅在该排气中的燃料浓度比该饱和蒸气压浓度高的情况下，从所述燃料供给装置向所述催化剂供给燃料。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置在所述排气中的燃料浓度比所述饱和蒸气压浓度高的情况下，通过将向所述催化剂供给的液相的燃料的合计要求量除以向所述催化剂供给的液相的燃料的流量来算出燃料供给时间，以该燃料供给时间从所述燃料供给装置向所述催化剂供给燃料。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
所述燃料供给装置是向比所述催化剂靠排气流动方向上游侧的所述排气通路喷射燃料的排气燃料喷射阀和向汽缸内喷射燃料的缸内燃料喷射阀，
所述控制装置从所述排气燃料喷射阀及所述缸内燃料喷射阀双方向所述催化剂供给燃料，以使所述排气中的燃料浓度比所述饱和蒸气压浓度高。
4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，
所述燃料供给装置是向比所述催化剂靠排气流动方向上游侧的所述排气通路喷射燃料的排气燃料喷射阀和向汽缸内喷射燃料的缸内燃料喷射阀，
所述控制装置从所述排气燃料喷射阀及所述缸内燃料喷射阀双方向所述催化剂供给燃料，以使所述排气中的燃料浓度比所述饱和蒸气压浓度高。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述燃料供给装置包括向汽缸内喷射燃料的缸内燃料喷射阀，
所述控制装置基于修正后的排气温度来算出所述饱和蒸气压浓度。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
在所述燃料供给装置与所述催化剂之间配置有涡轮机，
所述控制装置考虑由所述涡轮机引起的燃料的扩散来算出所述排气中的燃料浓度。
7.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置，
在所述燃料供给装置与所述催化剂之间配置有涡轮机，
所述控制装置考虑由所述涡轮机引起的燃料的扩散来算出所述排气中的燃料浓度。
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