CN111441844B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化装置，提高排气净化装置对NOx或HC的净化性能。排气净化装置具备：电化学反应器(45)，设于内燃机排气通路内；旁通通路，绕过电化学反应器；流量控制阀，对向电化学反应器以及旁通通路流入的废气的流量进行控制；以及控制装置，对流量控制阀进行控制。电化学反应器具备对NOx或HC进行保持的保持材料，并且构成为在通电时对保持于保持材料的NOx或HC进行净化。控制装置为了以电化学反应器的温度被维持为小于脱离开始温度的方式控制向电化学反应器流入的废气的流量而对流量控制阀进行控制，该脱离开始温度为NOx或HC开始从保持材料脱离的温度。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本公开涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
一直以来，已知一种在排气通路内设有电化学反应器的内燃机的排气净化装置，该电化学反应器具备离子传导性的固体电解质层和在固体电解质层的表面上配置的阳极层以及阴极层(例如专利文献1)。在所述电化学反应器中，以从阳极层经由固体电解质层向阴极层流动的方式向电化学反应器供给电流时，在阴极层上将NOx还原成N2来进行净化。
尤其，在专利文献1的排气净化装置中，以能够保持NOx的方式构成阴极层。由此，即使在阴极层中过量地存在妨碍NOx的化学反应的氧的情况下，也在阴极层中选择性地保持NOx，因此能够高效地对NOx进行净化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-110277号公报
发明内容
另外，保持NOx的保持材料虽然在其温度比较低时对废气中的NOx进行保持，但是在其温度高至脱离开始温度以上时会放出保持的NOx。因此，例如，在内燃机的刚冷启动后电化学反应器的温度较低的期间，能够使NOx保持于保持材料并通过电化学反应器对NOx进行净化。然而，在电化学反应器的温度成为脱离开始温度以上时，在通过向电化学反应器通电来对NOx进行净化之前，NOx从保持材料脱离，无法充分地对NOx进行净化。并且，在电化学反应器中设有保持HC的保持材料的情况下可以说也一样。
鉴于上述课题，本公开的目的在于抑制保持于保持材料的NOx或HC未净化而脱离并使排气净化装置对NOx或HC的净化性能提高。
本公开的主旨如以下所述。
(1)一种内燃机的排气净化装置，具备：电化学反应器，设于内燃机排气通路内；旁通通路，绕过该电化学反应器；流量控制阀，对从内燃机主体排出的废气向所述电化学反应器以及所述旁通通路流入的流量进行控制；以及控制装置，对该流量控制阀进行控制，其中，所述电化学反应器具备对NOx或HC进行保持的保持材料，并且构成为在通电时对保持于所述保持材料的NOx或HC进行净化，所述控制装置为了以所述电化学反应器的温度被维持为小于脱离开始温度的方式控制向所述电化学反应器流入的废气的流量而对所述流量控制阀进行控制，所述脱离开始温度为NOx或HC开始从所述保持材料脱离的温度。
(2)在上述(1)所记载的内燃机的排气净化装置中，在所述内燃机排气通路内，在比向所述旁通通路的分支部靠上游侧处设置有排气净化催化剂。
(3)在上述(2)所记载的内燃机的排气净化装置中，在所述排气净化催化剂的温度为所述排气净化催化剂的活性温度以上时，所述控制装置以使废气不向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
(4)在上述(2)或(3)所记载的内燃机的排气净化装置中，在所述排气净化催化剂的温度小于所述排气净化催化剂的活性温度时，所述控制装置以所有的废气向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
(5)在上述(2)～(4)中的任一项所记载的内燃机的排气净化装置中，所述排气净化催化剂以及所述电化学反应器构成为在所述内燃机进行冷启动时，即使所述流量控制阀被控制成使所有的废气向所述电化学反应器流入，所述排气净化催化剂的温度也在所述电化学反应器的温度达到脱离开始温度之前达到所述排气净化催化剂的活性温度。
(6)在上述(1)或(2)所记载的内燃机的排气净化装置中，所述控制装置在所述内燃机的冷启动时以所有的废气向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制，并且在所述电化学反应器的温度达到小于所述脱离开始温度的规定的温度时以使废气不向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
(7)在上述(1)～(6)中的任一项所记载的内燃机的排气净化装置中，所述内燃机的排气净化装置还具备通电控制部，该通电控制部对向所述电化学反应器的通电进行控制，所述通电控制部在所述流量控制阀被控制成使废气向所述电化学反应器流入的情况下进行向所述电化学反应器的通电，并且在所述流量控制阀被控制使废气不向所述电化学反应器流入的情况下，在推定为NOx或HC保持于所述保持材料时进行向所述电化学反应器的通电。
(8)在上述(1)～(7)中的任一项所记载的内燃机的排气净化装置中，所述内燃机的排气净化装置还具备循环通路，该循环通路设于所述旁通通路的分支部与合流部之间而在中间具备所述电化学反应器，所述循环通路构成为在以使废气不向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制时，废气在所述循环通路内进行循环。
(9)在上述(8)所记载的内燃机的排气净化装置中，在所述循环通路中设置有循环泵，该循环泵使废气在所述循环通路内循环。
(10)在上述(8)或(9)所记载的内燃机的排气净化装置中，所述循环通路具备相对地靠近所述旁通通路的第一通路和相对地远离所述旁通通路的第二通路，所述第一通路以及所述第二通路相对于彼此在铅垂方向上错开而配置。
发明效果
根据本公开，能够抑制保持于保持材料的NOx或HC未净化而脱离，因此使排气净化装置对NOx或HC的净化性能提高。
附图说明
图1是搭载了电化学反应器的内燃机的概略性的结构图。
图2是电化学反应器的侧剖视图。
图3是电化学反应器的隔板的放大截面图。
图4是电化学反应器的隔板的放大截面图。
图5是未设置旁通管的内燃机的冷启动时的排气净化催化剂以及反应器的温度等的时间图。
图6是第一实施方式的排气净化装置中的内燃机的冷启动时的排气净化催化剂以及反应器的温度等的时间图。
图7是表示第一实施方式的排气净化装置的控制的控制例程的流程图。
图8是具备第二实施方式的排气净化装置的内燃机的与图1同样的概略性的结构图。
图9是第二实施方式的排气净化装置中的内燃机的冷启动时的排气净化催化剂以及反应器的温度等的与图6同样的时间图。
图10是表示第二实施方式的排气净化装置的控制的控制例程的流程图。
图11是搭载了第二实施方式的变形例的排气净化装置的内燃机1的与图8同样的概略性的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，对于同样的构成要素标注相同的参考编号。
<第一实施方式>
《内燃机整体的说明》
首先，参照图1来说明具备第一实施方式的排气净化装置的内燃机1的结构。图1是内燃机1的概略性的结构图。如图1所示，内燃机1具备内燃机主体10、燃料供给装置20、进气系统30、排气系统40以及控制装置50。
内燃机主体10具备形成了多个气缸11的气缸体、形成了进气口以及排气口的气缸盖、曲轴箱。在各气缸11内配置有活塞，并且各气缸11与进气口以及排气口连通。
燃料供给装置20具备燃料喷射阀21、输送管22、燃料供给管23、燃料泵24以及燃料罐25。燃料喷射阀21以向各气缸11内直接喷射燃料的方式配置于气缸盖。通过燃料泵24压送的燃料经由燃料供给管23向输送管22供给，从燃料喷射阀21向各气缸11内喷射。
进气系统30具备进气歧管31、进气管32、空气滤清器33、增压器5的压缩机34、中冷器35以及节气门36。各气缸11的进气口经由进气歧管31以及进气管32与空气滤清器33连通。在进气管32内设有将在进气管32内流通的吸入空气压缩并喷出的增压器5的压缩机34和对通过压缩机34压缩的空气进行冷却的中冷器35。节气门36通过节气门驱动促动器37来进行开闭驱动。进气口、进气歧管31、进气管32形成进气通路。
排气系统40构成内燃机1的排气净化装置的一部分。排气系统40具备排气歧管41、排气管42、增压器5的涡轮机43、排气净化催化剂44以及电化学反应器(以下简称为“反应器”)45。各气缸11的排气口经由排气歧管41以及排气管42与排气净化催化剂44连通，排气净化催化剂44经由排气管42与反应器45连通。排气净化催化剂44为例如三效催化剂或NOx储存还原催化剂，在成为一定的活性温度以上时对NOx或未燃HC等废气中的成分进行净化。在排气管42内设有能够通过废气的能量来驱动旋转的增压器5的涡轮机43。排气口、排气歧管41、排气管42、排气净化催化剂44以及反应器45形成排气通路。需要说明的是，排气净化催化剂44在排气流动方向上也可以设于反应器45的下游侧。
并且，在本实施方式中，排气系统40具备旁通管46和流量控制阀47。旁通管46划定绕过反应器45的旁通通路。因此，旁通管46在比反应器45靠排气流动方向上游侧(以下简称为“上游侧”)处从排气管42分支，并且在比反应器45靠排气流动方向下游侧(以下简称为“下游侧”)处与排气管42合流。尤其，在本实施方式中，排气净化催化剂44设于比旁通管46的分支部靠上游侧处。
流量控制阀47在本实施方式中设于旁通管46的分支部，对从内燃机主体10排出并通过排气净化催化剂44流过来的废气向反应器45以及旁通管46流入的流量进行控制。因此，流量控制阀47构成为至少能够在废气仅向反应器45流入的状态(以下也称为“反应器流入状态”)、废气仅向旁通管46流入的状态(以下也称为“旁通流入状态”)以及废气向反应器45以及旁通管46两者流入的状态之间变更。
需要说明的是，流量控制阀47也可以设于旁通管46的合流部等除旁通管46的分支部以外的位置。并且，流量控制阀47也可以为使废气的流入对象在反应器45与旁通管46之间切换的切换阀。
控制装置50具备电子控制单元(ECU)51以及各种传感器。ECU51由数字计算机构成，具备经由双方向性总线52相互连接的存储器53、处理器55、输入接口56以及输出接口57。
在进气管32中设有对在进气管32内流动的进气气体的流量进行检测的流量传感器(例如空气流量计)61。并且，在排气净化催化剂44的上游侧的排气管42(或排气歧管41)中设有对向排气净化催化剂44流入的废气的空燃比进行检测的空燃比传感器62。并且，在排气净化催化剂44中设有对排气净化催化剂44的温度进行检测的温度传感器63。而且，在反应器45中设有对反应器45的温度进行检测的温度传感器64。这些流量传感器61、空燃比传感器62以及温度传感器63、64的输出经由对应的AD转换器58向输入接口56输入。
并且，连接有产生与加速器踏板66的踏入量成比例的输出电压的负荷传感器67，负荷传感器67的输出电压经由对应的AD转换器58向输入接口56输入。曲轴转角传感器68每当内燃机主体10的曲轴旋转例如10°时产生输出脉冲。该输出脉冲向输入接口56输入，在CPU55中基于该输出脉冲来算出内燃机转速。
另一方面，ECU51的输出接口57经由对应的驱动电路59与对内燃机1的运转进行控制的各促动器连接。在图1所示的例子中，输出接口57与燃料喷射阀21、燃料泵24、节气门驱动促动器37以及流量控制阀47连接。ECU51从输出接口57输出控制信号来控制这些促动器。
《电化学反应器的说明》
接着，参照图2以及图3来说明本实施方式的反应器45的结构。图2是反应器45的侧剖视图。如图2所示，反应器45具备隔板71和由隔板划定的通路72。隔板71具备相互平行地延伸的多个第一隔板和与这些第一隔板垂直且相互平行地延伸的多个第二隔板。通路72由这些第一隔板以及第二隔板划定，相互平行地延伸。流入反应器45的废气通过多个通路72流动。需要说明的是，隔板71也可以仅由相互平行地延伸的多个隔板形成，形成为不具备与这些多个隔板垂直的隔板。
图3是反应器45的隔板71的放大截面图。如图3所示，反应器45的隔板71具备固体电解质层75、在固体电解质层75的一侧的表面上配置的阳极层76、在与配置阳极层76的表面相反的一侧的固体电解质层75的表面上配置的阴极层77。这些固体电解质层75、阳极层76以及阴极层77形成单体78。
固体电解质层75包括具有质子传导性的多孔质的固体电解质。作为固体电解质，使用例如钙钛矿型金属氧化物MM’1-xRxO3-α(M＝Ba、Sr、Ca，M’＝Ce、Zr，R＝Y、Yb，例如SrZrxYb1-xO3-α、SrCeO3、BaCeO3、CaZrO3、SrZrO3等)、磷酸盐(例如SiO2-P2O5系玻璃等)、金属涂料SnxIn1-xP2O7(例如SnP2O7等)或沸石(例如ZSM-5)。
阳极层76以及阴极层77均包括Pt、Pd或Rh等贵金属。并且，阳极层76包括能够保持水分子(即能够吸附及/或能够吸收)的物质(水分子保持材料)。作为能够保持水分子的物质，具体而言可列举沸石、硅胶、活性氧化铝等。
另一方面，阴极层77包括能够保持NOx(即能够吸附及/或能够吸收)的物质(NOx保持材料)。作为能够保持NOx的物质，具体而言可列举K、Na等碱金属、Ba等碱土类金属、La等稀土类等。尤其，NOx保持材料在其温度为小于脱离开始温度(例如150℃)的较低的温度时保持废气中的NOx。另一方面，在NOx保持材料中，在其温度为脱离开始温度以上时，保持于NOx保持材料的NOx从NOx保持材料脱离。
并且，内燃机1具备电源装置81、电流计82以及电压调整装置83。电源装置81的正极与阳极层76连接，电源装置81的负极与阴极层77连接。电压调整装置83构成为能够使在阳极层76与阴极层77之间施加的电压变化。并且，电压调整装置83构成为能够使以从阳极层76通过固体电解质层75向阴极层77流动的方式向反应器45供给的电流的大小变化。
电源装置81与电流计82串联连接。并且，电流计82经由对应的AD转换器58与输入接口56连接。电压调整装置83经由对应的驱动电路59与ECU51的输出接口57连接，由ECU51控制。因此，电压调整装置83以及ECU51作为对在阳极层76与阴极层77之间施加的电压的大小(即向反应器45的通电)进行控制的通电控制部起作用。
在如此构成的反应器45中，在电流从电源装置81向阳极层76以及阴极层77流动时，在阳极层76以及阴极层77中分别发生下述式子的那种反应。
阳极侧：2H2O→4H++O2+4e-
H2O→2H++O2-
阴极侧：2NO+4H++4e-→N2+2H2O
即，在阳极层76中，保持于阳极层76的水分子被电解而生成氧气以及氧离子和质子。生成的氧气放出到废气中，并且生成的质子在固体电解质层75内从阳极层76向阴极层77移动。在阴极层77中，保持于阴极层77的NO与质子以及电子发生反应而生成氮气和水分子。
因此，根据本实施方式，通过使电流从反应器45的电源装置81向阳极层76以及阴极层77流动(即通过向反应器45通电)，能够将保持于阴极层77的NOx保持材料中的NO还原、净化成N2。
并且，在阳极层76中，在废气中包含未燃HC或CO等的情况下，通过下述式子的那种反应，氧离子与这些HC或CO发生反应而生成二氧化碳或水。需要说明的是，未燃HC包含各种各样的成分，因此在下述反应式中表示为CmHn。因此，根据本实施方式，通过使电流从反应器45的电源装置81向阳极层76以及阴极层77流动，能够将废气中的HC以及CO氧化、净化。
CmHn+(2m+0.5n)O2-→mCO2+0.5nH2O+(4m+n)e-
CO+O2-→CO2+2e-
并且，阳极层76也可以包含能够保持未燃HC(即能够吸附及/或能够吸收)的物质(HC保持材料)。作为能够保持HC的物质，具体而言可列举沸石等。在阳极层76包含能够保持HC的物质的情况下，保持的HC与氧离子发生反应而净化。在该情况下，HC保持材料在其温度为小于脱离开始温度(例如150℃)的较低的温度时保持废气中的未燃HC。另一方面，在HC保持材料中，在其温度为脱离开始温度以上时，保持于HC保持材料的未燃HC从HC保持材料脱离。
在阳极层76具备HC保持材料的情况下，通过使电流从反应器45的电源装置81向阳极层76以及阴极层77流动(即通过向反应器45通电)，能够将保持于阳极层76的HC保持材料中的HC氧化、净化成水和二氧化碳。
需要说明的是，在上述实施方式中，阳极层76以及阴极层77配置于固体电解质层75的相反侧的两个表面上。然而，阳极层76以及阴极层77也可以配置于固体电解质层75的相同的表面上。在该情况下，质子在配置了阳极层76以及阴极层77的固体电解质层75的表面附近移动。
并且，如图4所示，阳极层76也可以包括导电层76a和水·HC保持层76b两个层，该导电层76a包含具有导电性的贵金属，该水·HC保持层76b包含能够保持水分子和HC的物质。在该情况下，在固体电解质层75的表面上配置导电层76a，在与固体电解质层75侧相反的一侧的导电层76a的表面上配置水·HC保持层76b。
同样，阴极层77也可以包括导电层77a和NOx保持层77b两个层，该导电层77a包含具有导电性的贵金属，该NOx保持层77b包含能够保持NOx的物质。在该情况下，在固体电解质层75的表面上配置导电层77a，在与固体电解质层75侧相反的一侧的导电层77a的表面上配置NOx保持层77b。
并且，在本实施方式中，反应器45的固体电解质层75包含质子传导性的固体电解质。然而，固体电解质层75也可以构成为取代质子传导性的固体电解质而包含氧离子传导性的固体电解质等其他的离子传导性的固体电解质。
《没有旁通管的情况下的废气》
另外，考虑了与本实施方式不同而内燃机不具备绕过反应器45的旁通管46的情况。在该情况下，从排气净化催化剂44流出的所有的废气向反应器45流入。
图5是未设置旁通管的内燃机的冷启动时的排气净化催化剂44以及反应器45的温度、从排气净化催化剂44以及反应器45的NOx的流出流量、反应器45的NOx保持材料中的NOx保持量、以及向反应器45的施加电压的时间图。图中，实线表示排气净化催化剂44的温度以及从排气净化催化剂44的NOx流出流量，虚线表示反应器45的温度以及从反应器45的NOx流出流量。并且，Tact表示排气净化催化剂44的活性温度，Tde表示反应器45的NOx保持材料的脱离开始温度。
在图5所示的例子中，在时刻t1内燃机被冷启动。因此，在时刻t1以前，排气净化催化剂44以及反应器45的温度均较低。此后，在时刻t1内燃机启动时，从内燃机主体排出包含NOx的废气。此时，排气净化催化剂44的温度小于活性温度Tact，因此在排气净化催化剂44中几乎不净化废气中的NOx。其结果是，包含NOx的废气向反应器45流入。
并且，在图5所示的例子中，在时刻t1与内燃机的启动同时地开始向反应器45的电压施加。因此，在时刻t1以后，在阴极层77上对NOx进行净化。然而，与反应器45中的NOx的净化速度相比NOx向反应器45的流入速度较快，因此反应器45的NOx保持材料的NOx保持量增加。另一方面，流入反应器45的废气中的NOx保持于NOx保持材料，因此从反应器45流出的废气中几乎不包含NOx。
然后，通过高温的废气向排气净化催化剂44流入，排气净化催化剂44的温度上升。随着排气净化催化剂44的温度逐渐上升，排气净化催化剂44中的NOx的净化率变高。在时刻t2排气净化催化剂44的温度达到其活性温度Tact时，此后从排气净化催化剂44几乎不流出NOx。其结果是，在时刻t2以后向反应器45几乎不流入NOx。另一方面，在时刻t2以后也继续向反应器45的电压施加，因此保持于反应器45的NOx保持材料中的NOx逐渐被净化。
然而，在排气净化催化剂44的温度变高时，向在比排气净化催化剂44靠下游侧处配置的反应器45流入的废气的温度上升。其结果是，在时刻t2以后，反应器45的温度也急剧上升，最终在时刻t3成为脱离开始温度Tde以上。因此，时刻t3以后保持于反应器45的NOx保持材料中的NOx脱离，因此NOx从反应器45流出。
在图5所示的例子中，对NOx进行了说明，但是对于未燃HC可以说是一样的。因此，存在未燃HC也从反应器45流出的可能性。
《排气净化装置的控制》
因此，在本实施方式的排气净化装置中，控制装置50为了以将反应器45的温度维持为小于NOx或HC开始从NOx保持材料或HC保持材料(以下也将它们总称为“保持材料”)脱离的脱离开始温度的方式控制向反应器45流入的废气的流量而对流量控制阀47进行控制。
图6是本实施方式的排气净化装置中的内燃机的冷启动时的排气净化催化剂44以及反应器45的温度、从排气净化催化剂44以及反应器45的NOx的流出流量、反应器45的NOx保持材料中的NOx保持量、向反应器45的施加电压、以及流量控制阀47的控制状态的时间图。
在图6所示的例子中，也与图5所示的例子一样，在时刻t1内燃机1被冷启动。在时刻t1内燃机1启动时，排气净化催化剂44的温度为小于其活性温度的较低的温度。在本实施方式中，在排气净化催化剂44的温度为小于活性温度的较低的温度时，将流量控制阀47控制成反应器流入状态。因此，在时刻t1内燃机1启动时，由于排气净化催化剂44的温度较低，所以在排气净化催化剂44中废气中的NOx未净化，包含NOx的废气向反应器45流入。
并且，在本实施方式中，在流量控制阀47处于反应器流入状态的情况下，进行向反应器45的通电。因此，在图6所示的例子中，也与图5所示的例子一样，在时刻t1与内燃机的启动同时地开始向反应器45的电压施加。然而，由于NOx向反应器45的流入速度较快，所以时刻t1以后反应器45的NOx保持材料中的NOx保持量增加。另一方面，流入反应器45的废气中的NOx保持于NOx保持材料，因此在从反应器45流出的废气中几乎不包含NOx。
然后，时刻t1以后排气净化催化剂44的温度上升，在时刻t2达到其活性温度Tact。在本实施方式中，此时反应器45的温度小于其脱离开始温度Tde。换言之，在本实施方式中，排气净化催化剂44以及反应器45构成为在内燃机1进行冷启动时，即使将流量控制阀47控制成反应器流入状态，排气净化催化剂44的温度也在反应器45的温度达到脱离开始温度Tde之前达到活性温度Tact。具体而言，反应器45例如配置成距排气净化催化剂44具有一定程度的距离。或者，也可以在排气净化催化剂44与反应器45之间设置别的排气净化催化剂。
在时刻t2排气净化催化剂44的温度达到其活性温度Tact时，在本实施方式中，以使废气不向反应器45流入的方式进行控制，即将流量控制阀47控制成旁通流入状态。由于排气净化催化剂44的温度成为其活性温度Tact以上，所以从排气净化催化剂44流出的废气中几乎不包含NOx。因此，即使废气不向反应器45流入，从排气净化装置流出的废气中也几乎不包含NOx。然后，只要排气净化催化剂44的温度为其活性温度Tact以上，就继续以使废气不向反应器45流入的方式将流量控制阀47控制成旁通流入状态。
并且，时刻t2以后废气不向反应器45流入，因此反应器45的温度不再上升。因此，反应器45的温度维持为小于其脱离开始温度Tde。而且，在本实施方式中，在流量控制阀47处于旁通流入状态的情况下，在推定为NOx保持于反应器45的NOx保持材料时，进行向反应器45的通电。因此，在时刻t2以后也继续向反应器45的电压施加，因此保持于反应器45的NOx保持材料中的NOx逐渐减少，结果在时刻t3大致成为零。在本实施方式中，在推定为NOx保持材料的NOx保持量大致成为零时，停止向反应器45的电压施加。
在本实施方式的排气净化装置中，在反应器45的温度达到脱离开始温度Tde之前将流量控制阀47从反应器流入状态切换成旁通流入状态。其结果是，反应器45的温度维持为小于脱离开始温度Tde，因此抑制NOx从反应器45的NOx保持材料脱离。因此，根据本实施方式的排气净化装置，能够抑制保持于NOx保持材料的NOx未净化而脱离，使排气净化装置对NOx的净化性能提高。
《流程图》
图7是表示本实施方式的排气净化装置的控制的控制例程的流程图。图示的控制例程每一定的时间间隔来执行。
首先，在步骤S11中，判定是否内燃机1处于运转中。是否内燃机1处于运转中的判定基于例如搭载了内燃机1的车辆的点火开关是否为接通或内燃机转速是否为零来进行。在内燃机1的启动前，在步骤S11中判定为内燃机1不是运转中，控制例程进入步骤S12。在步骤S12中，断开向反应器45的电压施加，控制例程结束。
然后，在内燃机1启动时，在接下来的控制例程中，在步骤S11中判定为内燃机1处于运转中，控制例程进入步骤S13。在步骤S13中，基于对排气净化催化剂44的温度进行检测的温度传感器64的输出来判定是否排气净化催化剂44的温度小于活性温度Tact。在排气净化催化剂44不够暖和而判定为其温度小于活性温度Tact的情况下，控制例程进入步骤S14。
在步骤S14中，将流量控制阀47控制成反应器流入状态。接着，在步骤S15中，接通向反应器45的电压施加。因此，废气向反应器45流入，并且在反应器45中进行NOx的净化。
然后，在排气净化催化剂44的温度上升至其活性温度Tact以上时，接下来的控制例程从步骤S13进入步骤S16。在步骤S16中，将流量控制阀47控制成旁通流入状态。
接着，在步骤S17中，判定是否反应器45的NOx保持材料中的NOx保持量的推定值Q大致减少为零。NOx保持量基于例如将流量控制阀47切换成旁通流入状态之后的经过时间来推定。然而，NOx保持量也可以基于其他的参数来推定。具体而言，也可以基于反应器45的NOx保持材料的能够保持的NOx的最大值、通过向反应器45的通电而每单位时间净化的NOx量、由温度传感器64检测的反应器45的温度等来推定。
在步骤S17中判定为NOx保持量的推定值Q不是零的情况下，进入步骤S18。步骤S18接通向反应器45的电压施加。因此，在反应器45中以使废气不流入的状态进行保持于NOx保持材料的NOx的净化。另一方面，在步骤S17中判定为NOx保持量的推定值Q大致为零的情况下，进入步骤S12，断开向反应器45的电压施加。
《变形例》
需要说明的是，上述实施方式的控制考虑了保持于反应器45的NOx保持材料中的NOx而进行，但是所述控制也可以取代保持于NOx保持材料的NOx或者在所述NOx的基础上考虑保持于反应器45的HC保持材料中的HC来进行。在该情况下，排气净化催化剂44以及反应器45构成为在内燃机1进行冷启动时，即使将流量控制阀47控制成反应器流入状态，也在反应器45的温度达到HC的脱离开始温度之前或者达到HC以及NOx的脱离温度中的较低的一方的温度之前排气净化催化剂44的温度达到活性温度Tact。并且，在该情况下，在上述步骤S17中判定是否HC保持材料的HC保持量的推定值大致为零或者是否NOx保持量的推定值以及HC保持量的推定值两者大致为零。
并且，在上述实施方式中，在排气净化催化剂44的温度成为活性温度以上时，将流量控制阀47从反应器流入状态向旁通流入状态切换。然而，只要能够将反应器45的温度维持为小于NOx或HC的脱离开始温度即可，也可以基于其他的条件来控制流量控制阀47。
因此，也可以基于例如反应器45的温度来控制流量控制阀47。在该情况下，例如在内燃机的冷启动时将流量控制阀47控制成反应器流入状态，并且在反应器45的温度达到小于脱离开始温度的规定的温度时，将流量控制阀47控制成旁通流入状态。此时的反应器45的温度既可以由温度传感器64检测，也可以基于废气的流量等来推定。
而且，在上述实施方式中，流量控制阀47实质上作为在反应器流入状态与旁通流入状态两个状态之间切换的切换阀起作用。然而，流量控制阀47也可以控制成使向反应器45以及旁通管46流入的废气的流量阶段性地变更。具体而言，流量控制阀47例如也可以在排气净化催化剂44达到活性温度时从反应器流入状态变更成向反应器45以及旁通管46两者流入的状态。此外，在该情况下，流量控制阀47也可以控制成随着反应器45的温度朝向脱离开始温度变高而向反应器45流入的废气的流量变少。
<第二实施方式>
接着，参照图8～图10来说明第二实施方式的排气净化装置。第二实施方式的排气净化装置的结构以及控制与第一实施方式的排气净化装置的结构以及控制相同，因此以下以与第一实施方式的排气净化催化剂不同的部分为中心进行说明。
《排气净化装置的结构》
图8是具备第二实施方式的排气净化装置的内燃机1的与图1同样的概略性的结构图。如图8所示，在本实施方式中，排气系统40还具备第二旁通管48、开闭阀49以及循环泵90。
第二旁通管48划定绕过反应器45的第二旁通通路。因此，第二旁通管48在比反应器45靠上游侧处从排气管42分支，并且在比反应器45靠下游侧处与排气管42合流。此外，第二旁通管48在比旁通管46(以下称为“第一旁通管”)的分支部靠下游侧处从排气管42分支，在比第一旁通管46的合流部靠上游侧处与排气管42合流。
开闭阀49设于第二旁通管48的分支部，对第二旁通管48进行开闭。因此，在开闭阀49打开时，废气能够通过第二旁通管48流动，但是在开闭阀关闭时，废气无法通过第二旁通管48流动。需要说明的是，开闭阀49只要能够对第二旁通管48进行开闭即可，可以设于第二旁通管48的任何地方。
循环泵90能够将第二旁通管48内的废气从分支部侧朝向合流部侧传送或者朝向相反地传送。循环泵90经由对应的驱动电路59与ECU51的输出接口57连接。
在如此构成的排气净化装置中，第二旁通管48和向第二旁通管48的分支部与合流部之间的排气管42构成循环通路。在循环通路中设置有反应器45以及循环泵90。
需要说明的是，也可以在第一旁通管46的合流部设置对废气的流路进行切换的切换阀。切换阀构成为至少能够在比第一旁通管46的合流部靠下游侧的排气管42与旁通管连通的旁通流通状态和与反应器45连通的反应器连通状态之间切换。切换阀在流量控制阀47处于反应器流入状态时设定成反应器连通状态，在流量控制阀47处于旁通流入状态时设定成旁通连通状态。
《排气净化装置的控制》
图9是本实施方式的排气净化装置中的内燃机的冷启动时的排气净化催化剂44以及反应器45的温度等的与图6同样的时间图。在图9所示的例子中，也在时刻t1内燃机1被冷启动。
在时刻t1内燃机1被冷启动时，开闭阀49成为关闭的状态。因此，从排气净化催化剂44流出的废气不向第二旁通管48流入而向反应器45流入。并且，此时循环泵90未驱动。因此，在循环通路内废气不循环。
然后，在时刻t2将流量控制阀47控制成旁通流入状态时，伴随于此将开闭阀49打开，并且驱动循环泵90。因此，将流量控制阀47控制成旁通流入状态的时刻t2以后废气在循环通路内循环。
并且，时刻t2以后也进行向反应器45的通电。因此，保持于反应器45的NOx保持材料中的NOx逐渐减少，结果在时刻t3大致成为零。在本实施方式中，在推定为NOx保持材料的NOx保持量大致成为零时，将开闭阀49关闭，并且停止循环泵90。
在本实施方式的排气净化装置中，在时刻t2～t3使循环通路内的废气循环，因此抑制通过反应器45中的反应而生成的物质滞留于反应器45周围。其结果是，能够抑制生成的物质滞留于反应器45周围而阻碍反应，在反应器45中高效地净化NOx。
《流程图》
图10是表示本实施方式的排气净化装置的控制的控制例程的流程图。图示的控制例程每一定的时间间隔来执行。图中的步骤S21～S28与图7的步骤S11～S28相同，因此省略说明。
如图10所示，在步骤S23中判定为排气净化催化剂44的温度小于活性温度Tact的情况下，控制例程经过步骤S24、S25进入步骤S29。在步骤S29中使开闭阀49闭阀，并且接着在步骤S30中使循环泵90停止。
另一方面，在步骤S23中判定为排气净化催化剂44的温度为活性温度Tact以上且在步骤S27中判定为NOx保持量的推定值Q不是零的情况下，控制例程经过步骤S28进入步骤S31。在步骤S31中使开闭阀49开阀，并且接着在步骤S32中驱动循环泵90。
并且，在步骤S27中判定为NOx保持量的推定值Q大致为零的情况下以及在步骤S21中判定为内燃机1不是运转中的情况下，控制例程经过步骤S22进入步骤S33。在步骤S33中使开闭阀49闭阀，并且接着在步骤S32中使循环泵90停止。
《变形例》
参照图11来说明第二实施方式的排气净化催化剂的变形例。图11是搭载了本变形例的排气净化装置的内燃机1的与图8同样的概略性的结构图。
由图11可知，在本变形例中，在排气净化装置中未设置循环泵90。另一方面，在本变形例中，第一旁通管46的分支部与合流部之间的排气管(第一通路)42相对地在第一旁通管46的近处平行地配置。另一方面，第二旁通管(第二通路)48相对地在第一旁通管46的远处平行地配置。此外，第一旁通管46的分支部与合流部之间的排气管(以下也称为“主排气管”)42以及第二旁通管48相对于彼此在铅垂方向上错开而配置。尤其，在本实施方式中，以主排气管42与第二旁通管48相比相对地位于铅垂方向下方的方式配置。
在如此构成的排气净化装置中，与第二实施方式同样地控制流量控制阀47以及开闭阀49。因此，在排气净化催化剂44达到活性温度之后，使流量控制阀47为旁通流入状态，并且将开闭阀49打开。
此时，主排气管42配置成接近高温的废气流动的第一旁通管46。因此，由于来自第一旁通管46的热而主排气管42内的废气稍微升温。另一方面，第二旁通管48配置成远离第一旁通管46，因此不被传递来自第一旁通管46的热，第一旁通管46内的废气几乎不升温。因此，循环通路中在铅垂方向下侧配置的主排气管42内的废气的温度高于在铅垂方向上侧配置的第二旁通管48内的废气的温度。其结果是，由于废气的温度差以及高低差而废气在循环通路内循环。因此，在本变形例中，循环通路也可以说是构成为在将流量控制阀47控制成旁通流入状态时废气在循环通路内循环。
需要说明的是，在本变形例中，在第二旁通管48中未设置循环泵90，但是也可以与第二实施方式一样在第二旁通管48中设置循环泵90。并且，在本变形例中，在主排气管42与第二旁通管48之间设有高低差，但是也可以相互水平地设置。而且，在本变形例中，主排气管42相对于第二旁通管48配置于第一旁通管46的相对近处且相对铅垂方向下方。然而，也可以第二旁通管48相对于主排气管42配置于第一旁通管46的相对近处且相对铅垂方向下方。
标号说明
1 内燃机
10 内燃机主体
40 排气系统
44 排气净化催化剂
45 电化学反应器
46 旁通管
47 流量控制阀
50 控制装置
75 固体电解质层
76 阳极层
77 阴极层
81 电源装置。

Claims (12)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
电化学反应器，设于内燃机排气通路内；
旁通通路，绕过该电化学反应器；
流量控制阀，对从内燃机主体排出的废气向所述电化学反应器以及所述旁通通路流入的流量进行控制；以及
控制装置，对该流量控制阀进行控制，
其中，
所述电化学反应器具备对NOx或HC进行保持的保持材料，并且构成为在通电时对保持于所述保持材料的NOx或HC进行净化，
所述控制装置为了以所述电化学反应器的温度被维持为小于脱离开始温度的方式控制向所述电化学反应器流入的废气的流量而对所述流量控制阀进行控制，所述脱离开始温度为NOx或HC开始从所述保持材料脱离的温度。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述内燃机排气通路内，在比向所述旁通通路的分支部靠上游侧处设置有排气净化催化剂。
3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述排气净化催化剂的温度为所述排气净化催化剂的活性温度以上时，所述控制装置以使废气不向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述排气净化催化剂的温度小于所述排气净化催化剂的活性温度时，所述控制装置以所有的废气向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
5.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述排气净化催化剂的温度小于所述排气净化催化剂的活性温度时，所述控制装置以所有的废气向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
6.根据权利要求2～5中的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述排气净化催化剂以及所述电化学反应器构成为，在所述内燃机进行冷启动时，即使所述流量控制阀被控制成使所有的废气向所述电化学反应器流入，所述排气净化催化剂的温度也在所述电化学反应器的温度达到脱离开始温度之前达到所述排气净化催化剂的活性温度。
7.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述控制装置在所述内燃机的冷启动时以使所有的废气向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制，并且在所述电化学反应器的温度达到小于所述脱离开始温度的规定的温度时以使废气不向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制。
8.根据权利要求1～5中的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述内燃机的排气净化装置还具备通电控制部，该通电控制部对向所述电化学反应器的通电进行控制，
所述通电控制部在所述流量控制阀被控制成使废气向所述电化学反应器流入的情况下进行向所述电化学反应器的通电，并且在所述流量控制阀被控制成使废气不向所述电化学反应器流入的情况下，在推定为NOx或HC保持于所述保持材料时进行向所述电化学反应器的通电。
9.根据权利要求1～5中的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述内燃机的排气净化装置还具备循环通路，该循环通路设于所述旁通通路的分支部与合流部之间而在中间具备所述电化学反应器，
所述循环通路构成为在以使废气不向所述电化学反应器流入的方式对所述流量控制阀进行控制时，废气在所述循环通路内进行循环。
10.根据权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述循环通路中设置有循环泵，该循环泵使废气在所述循环通路内循环。
11.根据权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述循环通路具备相对地靠近所述旁通通路的第一通路和相对地远离所述旁通通路的第二通路，所述第一通路以及所述第二通路相对于彼此在铅垂方向上错开而配置。
12.根据权利要求10所述的内燃机的排气净化装置，其中，
所述循环通路具备相对地靠近所述旁通通路的第一通路和相对地远离所述旁通通路的第二通路，所述第一通路以及所述第二通路相对于彼此在铅垂方向上错开而配置。
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