CN112127971A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents
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Abstract
内燃机的排气净化装置具备电磁波输出部、基于内燃机的转速和燃料喷射量取得PM及PM以外的物质的捕集量的取得部、以及控制电磁波输出部的输出强度的控制部。控制部，在PM的捕集量超过过滤器中的PM的捕集量的容许量的情况下，在PM以外的物质的捕集量为预定的阈值以下时，以第1输出强度输出电磁波，在PM以外的物质的捕集量比预定的阈值多时，以比第1输出强度小的第2输出强度输出电磁波。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
为了捕集内燃机的排出气体所包含的颗粒状物质(以下，称为PM)，在排气通路中使用过滤器。例如，在汽油的情况下使用GPF(汽油颗粒过滤器)，在柴油的情况下使用DPF(柴油颗粒过滤器)。
以往，例如，通过使燃料喷射量增加来提高排气的温度而使捕集到的PM燃烧，进行减少PM的量的控制。但是，当在PM的捕集量超过过滤器中的捕集量的容许量的状态下使PM燃烧时，过滤器会由于大量的反应热而损伤，之后流动来的PM有可能穿过过滤器。因此，在日本特开2016-200063中公开了如下方法：通过适当地对过滤器照射微波并使由过滤器捕集到的PM吸收微波，从而对PM进行加热，进行燃烧除去。
发明内容
另一方面，在由过滤器捕集的物质中不仅存在PM(主要是烟尘(日文：煤))，还存在PM以外的物质(主要是具有水分、可溶性有机成分的物质)。因此，当在PM以外的物质较多混合存在的状态下照射微波时，PM以外的物质较多地吸收微波，将PM减少至预定量所需的微波的照射量增加。也就是说，由于相对于PM的燃烧量的、减少至预定的PM量所照射的微波的照射量整体增加，因此PM的燃烧效率有可能恶化。
本发明是着眼于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种即使在过滤器内较多地混合存在PM以外的物质的状态下也高效地进行PM的燃烧的排气净化装置。
本公开的内燃机的排气净化装置的特征在于，具备：电磁波输出部，所述电磁波输出部对于捕集从内燃机排出的排气所包含的PM的过滤器，输出能够燃烧所述过滤器捕集到的PM的频率的电磁波；取得部，所述取得部基于所述内燃机的转速和燃料喷射量，取得从所述内燃机排出的排气所包含的排气物质的PM及PM以外的物质的捕集量；以及控制部，所述控制部控制所述电磁波输出部输出的电磁波的输出强度，在PM的捕集量超过所述过滤器中的PM的捕集量的容许量的情况下，在PM以外的物质的捕集量为预定的阈值以下时，所述控制部使所述电磁波输出部以第1输出强度输出电磁波，在PM以外的物质的捕集量比预定的阈值多时，所述控制部使所述电磁波输出部以比所述第1输出强度小的第2输出强度输出电磁波。此外，以比所述第1输出强度小的第2输出强度输出电磁波包括不输出电磁波。
另外，本公开的内燃机的排气净化装置的特征在于，在PM的捕集量超过PM的捕集量的容许量的情况下，在PM以外的物质的捕集量比所述预定的阈值多时，所述控制部使所述电磁波输出部不输出电磁波。
另外，本公开的内燃机的排气净化装置的特征在于，在PM的捕集量超过PM的捕集量的容许量的情况下，在PM以外的物质的捕集量比所述预定的阈值多时，所述控制部使内燃机控制部实施排气温度上升控制。
根据上述结构的内燃机的排气净化装置，在PM以外的物质的捕集量比预定的阈值多的情况下，能够减少由过滤器捕集到的PM以外的物质所吸收的电磁波的照射量。因此，在直到结束照射控制为止所照射的电磁波的照射量整体中的、用于PM的燃烧的比例增加。因此，即使在过滤器内较多地混合存在PM以外的物质的状态下，也能够高效地进行PM的燃烧。
附图说明
以下将参照附图来说明本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术上和工业上的意义，在这些附图中，同样的附图标记表示同样的要素，并且其中：
图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置的基本结构的概略图。
图2A是本发明的一个实施方式的过滤器的主视图。
图2B是本发明的一个实施方式的过滤器的侧面剖视图。
图3是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中从内燃机排出的PM的捕集量的图。
图4是分别示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中PM以外的物质的捕集量发生了变化的情况下的PM及PM以外的物质的微波的吸收率的图。
图5是示出本发明的一个实施方式中的相对于GPF内的温度的、由过滤器捕集到的PM以外的物质的捕集量的变化的图。
图6是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的流程图。
图7是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的变形例的流程图。
图8是示出在本发明的其他实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的流程图。
图9是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的时间图。
图10是示出在本发明的其他实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的时间图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置的基本结构的概略图。
本系统在汽油发动机或柴油发动机中也能够适当作为内燃机而使用。
在内燃机10设置有排气通路11，在排气通路11的下游侧设置有消声器12。
在排气通路11中的比消声器12靠上游侧处设置有能够捕集并除去排气中所包含的PM的颗粒过滤器(以下，简称为过滤器)20。在该过滤器20设置有能够检测过滤器20内的温度的温度传感器22。本系统中的过滤器在具有汽油发动机作为内燃机的情况下能够使用GPF，在具有柴油发动机作为内燃机的情况下能够使用DPF。
图2A及图2B是说明本发明的一个实施方式的过滤器20的构造的图。图2A是过滤器20的主视图，图2B是过滤器20的侧面剖视图。
如图2A及图2B所示，过滤器20具有蜂窝构造，具备互相平行地延伸的多个排气流通路201、202、和将排气流通路201、202互相隔开的隔壁203。
排气流通路201、202由上游端开放且下游端由下游栓205封闭的排气流入通路201、和上游端由上游栓204封闭且下游端开放的排气流出通路202构成。此外，在图2A中，标注阴影线的部分表示上游栓204。因此，排气流入通路201及排气流出通路202隔着薄壁的隔壁203交替地配置。换言之，排气流入通路201及排气流出通路202以各排气流入通路201由4个排气流出通路202包围且各排气流出通路202由4个排气流入通路201包围的方式配置。
隔壁203由多孔质材料、例如堇青石、碳化硅、氮化硅、氧化锆、二氧化钛、氧化铝、二氧化硅、莫来石、锂铝硅酸盐、磷酸锆之类的陶瓷形成。因此，如图2B中箭头所示，排气首先流入排气流入通路201内，接着通过周围的隔壁203的内部的细孔而向相邻的排气流出通路202内流出。这样，隔壁203构成排气流入通路201的内周面。
返回到图1，在排气通路11中的消声器12与过滤器20之间设置有排气净化催化剂30。排气净化催化剂30能够采用例如氧化催化剂、三元催化剂、NOx催化剂等。此外，排气净化催化剂30可以与过滤器20一体地构成，另外也可以设置于排气通路11上的比过滤器20靠上游侧处。
排气净化装置40具有取得部41、电磁波输出部42以及控制部43。取得部41经由电气配线与内燃机10及控制部43连接。取得部41基于内燃机的转速Ne和燃料喷射量Q，预先通过实验等求出对PM及PM以外的物质的捕集量进行确定的映射并存储。取得部41从内燃机10取得内燃机10的转速和燃料喷射量，来取得PM及PM以外的物质的捕集量。此外，在本实施方式中，使用了映射，但只要能够取得PM及PN以外的捕集量，则也可以不使用映射。
图3是示出内燃机的转速Ne及燃料喷射量Q下的PM的捕集量的映射，内燃机的转速越大，或者，燃料喷射量越多，则PM的捕集量越多。取得部41存储本映射。
电磁波输出部42经由电气线路与控制部43连接，设置于排气通路11中的比过滤器20靠上游侧处，通过对由过滤器20捕集到的PM及PM以外的物质照射微波来燃烧除去PM。另外，从电磁波输出部42输出的微波的输出强度以不会因PM及PM以外的物质的过度燃烧而损伤过滤器20的值输出。此外，由电磁波输出部42输出的电磁波只要能够对PM照射来燃烧除去PM，则不限于微波，也可以是其他波长的电磁波。
控制部43经由电气配线与取得部41、电磁波输出部42以及内燃机控制部50连接。控制部43预先确定第1阈值(α1)作为PM不从过滤器20穿过的PM的捕集量的容许量，预先确定第2阈值(β1)作为在对由过滤器20捕集到的PM和PM以外的物质照射了微波时PM以外的物质与PM相比能够较多地吸收电磁波的PM以外的物质的捕集量的值。而且，预先确定第3阈值(α2)作为用于结束微波的输出控制的PM的捕集量的值。此外，预先确定第4阈值(β2)作为用于结束提高排气温度的控制的PM以外的物质的捕集量的值。控制部43将由取得部41取得的PM及PM以外的物质的捕集量与这些阈值进行比较，推定是否超过阈值。
另外，控制部43基于由取得部41取得的PM及PM以外的物质的捕集量与α1、α2及β1的推定结果，控制电磁波输出部42中的微波的照射的开始和结束、或者微波的输出强度的变更。此外，在后面叙述基于推定结果如何控制输出。而且，控制部43以基于PM以外的物质的捕集量与β1及β2的推定结果进行提高排气温度的控制的开始及结束的方式，控制内燃机控制部50。此外，在后面叙述基于推定结果如何使内燃机控制部50实施提高排气温度的控制。
内燃机控制部50经由电气线路与内燃机10、温度传感器22以及控制部43连接。内燃机控制部50基于控制部43中的推定结果，实施使排气温度上升的控制。
另外，对内燃机控制部50使排气温度上升的具体的控制的一例进行说明。首先，内燃机控制部50取得温度传感器22的检测温度。然后，参照基于燃料喷射量的预先通过实验等求出的排气温度的映射，以使得排气温度上升至PM以外的物质能够燃烧的温度的方式使内燃机10的燃料喷射量增加。由此，由于排气温度上升，PM以外的物质燃烧，PM以外的物质的捕集量变少。此外，并不限定于上述的结构，也可以不使用温度传感器22而使用根据内燃机10的转速或负荷等预先通过实验等求出的映射来推定过滤器20内的温度。另外，提高排气温度的控制除了上述以外，也可以是内燃机10的吸入空气量的增加、点火正时的延迟，只要能够使过滤器20内的温度上升，则不限于上述的方法。
图4是分别示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中PM以外的物质的捕集量发生了变化的情况下的PM及PM以外的物质的微波的吸收率的图。用实线表示PM以外的物质的微波的吸收率，用单点划线表示PM的微波的吸收率。随着PM以外的物质的捕集量增加，PM以外的物质的微波的吸收率也变大。另一方面，对于PM的捕集量，当PM以外的物质的捕集量增加时，PM以外的物质所吸收的微波量增加，因此PM所吸收的微波量减少，微波的吸收率变小。也就是说，相反地，通过减少PM以外的物质的捕集量，从而PM以外的物质的微波的吸收率下降，另一方面能够提高PM的微波的吸收率。
图5是示出相对于过滤器20内的温度的、PM以外的物质的捕集量的变化的图。过滤器20内的温度越高，则PM以外的物质中的水分越蒸发，可溶性有机成分被氧化而分解为一部分气体由此捕集到的PM以外的物质的量越减少。也就是说，通过实施使流入过滤器20内的排气温度上升的控制，从而过滤器20内的温度上升，PM以外的物质的捕集量减少。由此，PM所吸收的微波的量增加，从而PM变得容易燃烧。
图6是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的流程图。在步骤S101中，取得部41基于从内燃机10取得的内燃机10的转速及燃料喷射量和取得部41所存储的映射来取得PM的捕集量M。在取得PM的捕集量M后，推定PM的捕集量M是否比第1阈值(α1)多(步骤S102)，如果PM的捕集量M为α1以下，则向步骤S101返回。在PM的捕集量M比α1多的情况下，移向步骤S103，取得部41根据从内燃机10取得的内燃机10的转速及燃料喷射量和取得部41所存储的映射来取得PM以外的物质的捕集量N。在取得PM以外的物质的捕集量N后，控制部43推定PM以外的物质的捕集量N是否为第2阈值(β1)以下(步骤S104)。如果PM以外的物质的捕集量N为β1以下，则在控制部43使电磁波输出部42以第1输出强度输出微波(步骤S106)之后，移向后述的步骤S107。如果PM以外的物质的捕集量N比β1多，则在控制部43使电磁波输出部42以比第1输出强度小的第2输出强度输出微波(步骤S105)之后，移向步骤S107。
在步骤S107中，控制部43推定所取得的PM的捕集量M是否为第3阈值(α2)以下。如果PM的捕集量M比α2多，则向步骤S103返回，如果PM的捕集量M为α2以下，则移向步骤S108，控制部43使电磁波输出部42结束微波的输出控制。此外，第1输出强度是指，通过使由过滤器20捕集到的PM大量地燃烧从而过度地使过滤器20的温度上升，且过滤器20不会损伤的输出强度。另外，第2输出强度是指，在直到PM的捕集量M成为α2以下为止的期间照射的微波的照射量整体比在该期间中以第1输出强度持续输出的情况少的输出强度。
如以上所述，在由过滤器20捕集到的PM以外的物质比β1多的情况下，以比第1输出强度小的第2输出强度，在直到PM以外的物质的捕集量N成为β1以下为止的期间中输出微波。由此，在直到PM以外的物质的捕集量N成为β1以下为止的期间中，对PM及PM以外的物质照射的微波量变少，由PM以外的物质吸收的微波的绝对量减少。也就是说，在PM的捕集量M成为α2以下为止的期间中的微波的照射量整体中的、用于PM的燃烧的比例增加，因此，相对于微波的照射量整体的、PM的燃烧量增加，能够使PM高效地燃烧。
图7是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的变形例的流程图。步骤S201至步骤S204与图5的流程图的步骤S101至步骤S104是同样的，因此省略说明。在步骤S204中，如果PM以外的物质的捕集量N为β1以下，则在控制部43使电磁波输出部42以第1输出强度输出微波(步骤S205)之后，移向后述的步骤S206。如果PM以外的物质的捕集量N比β1多，则控制部43不使电磁波输出部42输出微波而向步骤S203返回。
在步骤S206中，控制部43推定所取得的PM的捕集量M是否为第3阈值(α2)以下。如果PM的捕集量M比α2多，则向步骤S203返回，如果PM的捕集量M为α2以下，则移向步骤S207，控制部43使电磁波输出部42结束微波的输出控制。
如以上所述，在由过滤器20捕集到的PM以外的物质比β1多的情况下，不进行微波的输出。由此，在直到PM以外的物质的捕集量成为β1以下为止的期间中，由PM以外的物质吸收的微波量消失。也就是说，PM的捕集量M成为α2以下为止的期间中的微波的照射量整体中的、用于PM的燃烧的微波量的比例增加，因此，相对于微波的照射量整体的、PM的燃烧量增加，能够使PM高效地燃烧。
图8是示出在本发明的其他实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的控制内容的流程图。具体而言，步骤S301至步骤S304与图5的流程图的步骤S101至步骤S104是同样的，因此省略说明。在步骤S304中，如果PM以外的物质的捕集量N为β1以下，则在控制部43使电磁波输出部42以第1输出强度输出微波(步骤S305)之后，移向后述的步骤S310。如果PM以外的物质的捕集量N比β1多，则控制部43使电磁波输出部42以第2输出强度输出微波(步骤S306)。而且，在与步骤S306同时使内燃机控制部50开始排气温度上升控制(步骤S307)之后，移向步骤S308。
在步骤S308中，控制部43推定由取得部41取得的PM以外的物质的捕集量N是否比第4阈值(β2)少，如果PM以外的物质的捕集量N为β2以上，则向步骤S306及步骤S307返回。如果PM以外的物质的捕集量N比β2少，则在控制部43使内燃机控制部50结束排气温度上升控制(步骤S309)之后，移向步骤S310。在步骤S310中，控制部43推定PM的捕集量M是否为α2以下。如果PM的捕集量M比α2多，则向步骤S303返回。如果PM的捕集量M为α2以下，则移向步骤S311，控制部43使电磁波输出部42结束微波的照射控制。此外，本实施方式同时实施步骤S306和步骤S307，但也可以在实施步骤S306之后实施步骤S307、或者与此相反。另外，也可以在步骤S303、S304及S306至S309之后实施步骤S301以后的步骤，也可以在步骤S306中不以第2输出强度输出微波，而仅实施步骤S307。
如以上所述，在PM以外的物质的捕集量比β1多的情况下，通过使排气温度上升，能够使PM以外的物质燃烧，减少PM以外的物质的捕集量。由此，在直到PM以外的物质的捕集量成为β1以下为止的期间中，能够显著地减少PM以外的物质所吸收的微波量的绝对量。也就是说，在PM的捕集量M成为α2以下为止的期间中的微波的照射量整体中的、用于PM的燃烧的微波量的比例增加，因此，相对于微波的照射量整体的、PM的燃烧量增加，能够使PM高效地燃烧。
图9是示出在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的、与图5的流程图对应的控制内容的时间图。在本时间图中，实线表示本实施方式的控制，虚线表示以往的控制(仅以第1输出强度输出的情况下的控制)。
在PM的捕集量比α1多的时刻T0，在以往的控制中以第1输出强度开始输出。另一方面，在本实施方式的控制中，除了PM的捕集量比α1多以外，PM以外的物质的捕集量比β1多，因此以比第1输出强度小的第2输出强度开始输出。并且，两控制均在从开始微波的输出起经过预定时间后PM及PM以外的物质的温度达到燃烧的温度，捕集量开始减少。
在时刻T1，在本实施方式的控制中，PM以外的物质的捕集量比β2少，因此以第1输出强度开始输出微波。并且，在时刻T2，由于在以往的控制中PM的捕集量为α2以下，因此结束微波的输出控制。
并且，在时刻T3，在本实施方式的控制中，PM的捕集量为α2以下，因此结束微波的输出控制。另外，在本实施方式的控制中，时刻T1下的PM捕集量比以往的控制残留得多，因此在直到PM的捕集量成为α2以下为止花费与时刻T2与时刻T3的差值相应量的时间。
另外，在从时刻T0到时刻T1的期间中，以往的控制以比本实施方式的控制大的输出强度输出，因此，照射与A1的面积相应量多的微波。另一方面，在从时刻T2到时刻T3的期间中，本实施方式比以往的控制长地进行微波的输出，因此照射与A2的面积相应量多的微波。因此，本实施方式的控制以使得A1的面积比A2的面积大的方式设定第2输出强度。
图10是示出在本发明的其他实施方式的内燃机的排气净化装置中执行的、与图7的流程图对应的控制内容的时间图。在本时间图中，实线表示本实施方式的控制，虚线表示以往的控制(仅以第1输出强度输出的情况下的控制)。
在PM的捕集量比α1多的时刻T0，在以往的控制中以第1输出强度开始输出。另一方面，在本实施方式的控制中，除了PM的捕集量比α1多以外，PM以外的物质的捕集量比β1多，因此以比第1输出强度小的第2输出强度开始输出，并且，排气温度上升控制标志成为激活(ON)，开始排气温度上升控制。并且，两控制均在从开始微波的输出起经过预定时间后PM及PM以外的物质的温度达到燃烧的温度，捕集量开始减少，但在本实施方式的控制中，由于也实施排气温度上升，因此PM以外的物质的捕集量较快，并且较多地减少。
在时刻T1，在本实施方式的控制中，PM以外的物质的捕集量比β2少，因此，以第1输出强度开始输出微波，并且，结束排气温度上升控制，排气温度上升控制标志成为不激活(OFF)。在时刻T2，由于在以往的控制中PM的捕集量为α1以下，因此结束微波的输出控制。
在时刻T1，PM以外的物质的捕集量比以往的控制少，因此PM所吸收的微波量变多，PM比以往的控制更快地减少，在时刻T2，PM的捕集量成为α2以下，微波的输出控制结束。另一方面，在以往的控制中，在时刻T1，PM以外的物质的捕集量比本实施方式的控制残留地多。由此，PM的微波的吸收量变少，因此在比时刻T2晚的时刻T3，PM的捕集量成为α2以下，结束微波的输出控制。
另外，在从时刻T0到时刻T1的期间中，以往的控制以比本实施方式的控制大的输出强度输出，因此照射与A1的面积相应量多的微波。而且，在从时刻T2到时刻T3的期间中，以往的控制比本实施方式的控制长地进行微波的输出，因此照射与A2的面积相应量多的微波。因此，直到PM成为α2以下为止所照射的微波的照射量整体，与以往的控制相比，在本实施方式的控制中，减少A1的面积和A2的面积的合计量的照射量。
如以上所述，根据本实施方式，在由过滤器20捕集到的PM以外的物质比β1多的情况下，减小微波的输出强度，或者提高排气温度而燃烧除去PM以外的物质。由此，能够减少在直到PM以外的物质的捕集量成为β1以下为止的期间中PM以外的物质所吸收的微波的绝对量。因此，在PM的捕集量M成为α2以下为止的期间所照射的微波的照射量整体中的、用于PM的燃烧的微波的比例增加。因此，即使在过滤器20内较多地混合存在PM以外的物质的状态下，也能够高效地进行PM的燃烧。
Claims (3)
1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：
电磁波输出部，所述电磁波输出部对于捕集从内燃机排出的排气所包含的PM的过滤器，输出能够燃烧所述过滤器捕集到的PM的频率的电磁波；
取得部，所述取得部基于所述内燃机的转速和燃料喷射量，取得从所述内燃机排出的排气所包含的排气物质的PM及PM以外的物质的捕集量；以及
控制部，所述控制部控制所述电磁波输出部输出的电磁波的输出强度，
在PM的捕集量超过所述过滤器中的PM的捕集量的容许量的情况下，
在PM以外的物质的捕集量为预定的阈值以下时，所述控制部使所述电磁波输出部以第1输出强度输出电磁波，
在PM以外的物质的捕集量比预定的阈值多时，所述控制部使所述电磁波输出部以比所述第1输出强度小的第2输出强度输出电磁波。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
在PM的捕集量超过所述过滤器中的PM的捕集量的容许量的情况下，在PM以外的物质的捕集量比所述预定的阈值多时，所述控制部进行控制以使得所述电磁波输出部不输出电磁波。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具备内燃机控制部，
在PM的捕集量超过所述过滤器中的PM的捕集量的容许量的情况下，在PM以外的物质的捕集量比所述预定的阈值多时，所述控制部使所述内燃机控制部进行使排气温度上升的控制。
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