柴油發動機的廢氣淨化方法和廢氣淨化系統的製作方法
2023-06-21 06:23:27 2
柴油發動機的廢氣淨化方法和廢氣淨化系統的製作方法
【專利摘要】一種抑制駕駛性能和油耗的惡化、並且將廢氣淨化的柴油發動機的廢氣淨化方法，當廢氣(G)成為富還原狀態時，在NOx吸附還原催化劑(11)的溫度為規定溫度以上、並且處於從搭載了柴油發動機(1)的車輛的規定速度以上的車速起的減速時，開放EGR閥(15)，並且關閉吸氣節流閥(6)，接著，關閉設於NOx吸附還原催化劑(11)的下遊的排氣節流閥(20)，作為還原劑將燃料供給至NOx吸附還原催化劑(11)。
【專利說明】柴油發動機的廢氣淨化方法和廢氣淨化系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及廢氣淨化方法和廢氣淨化系統，更詳細地說，涉及能夠抑制駕駛性能和油耗的惡化、並且將廢氣淨化的柴油發動機的廢氣淨化方法和廢氣淨化系統。
【背景技術】
[0002]在柴油發動機的廢氣淨化系統中，為了降低廢氣中含有的氮氧化物(NOx:Nitrogen Oxide),例如像日本專利特開2009-275561號公報所記載的那樣,與汽油發動機不同而使用NOx吸附還原催化劑。這是因為，柴油發動機的廢氣的空燃比處於貧(lean)氛圍，因而不能夠直接使用在汽油發動機那樣的理論空燃比氛圍中使用的三元催化劑。
[0003]該柴油發動機的廢氣淨化系統進行以下的再生操作:在貧狀態時使廢氣中的NOx暫時吸附於NOx吸附材料(K或Ba等鹼金屬或鹼土金屬)，並定期地使其成為富(rich)狀態，從而使吸附的NOx釋出而通過三元功能來還原。
[0004]為了使柴油發動機的廢氣成為富狀態，需要調節吸氣量，或者通過後噴射或排氣噴射將燃料供給至廢氣。然而存在以下問題:前者的吸氣量減少導致車輛的駕駛性能惡化，後者的燃料供給導致油耗的惡化。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻:
[0007]專利文獻1:日本專利的特開2009-275561號公報
【發明內容】
[0008]發明要解決的問題
[0009]本發明的目的在於，提供能夠抑制駕駛性能和油耗的惡化、並且將廢氣淨化的柴油發動機的廢氣淨化方法和廢氣淨化系統。
[0010]用於解決課題的技術手段
[0011]達成上述目的的本發明的柴油發動機的廢氣淨化方法，使用NOx吸附還原催化劑將搭載於車輛的柴油發動機的廢氣淨化，當所述廢氣成為富還原等待狀態時，在所述NOx吸附還原催化劑的溫度為規定溫度以上、且處於從所述車輛的規定速度以上的車速起的減速時，開放EGR閥，並且關閉吸氣節流閥，接著，關閉設於所述NOx吸附還原催化劑的下遊的排氣節流閥，將還原劑供給至所述NOx吸附還原催化劑。
[0012]在上述的柴油發動機的廢氣淨化方法中，從EGR閥的開放和吸氣節流閥的關閉起，在規定時間經過後，關閉排氣節流閥。或者，從EGR閥的開放和吸氣節流閥的關閉起，在柴油發動機的吸氣的空氣流量值成為基準值以下時，關閉排氣節流閥。
[0013]另外，優選規定溫度為200°C，並且規定速度為20km/h。
[0014]達成上述目的的本發明的柴油發動機的廢氣淨化系統具有:吸氣節流閥，安裝在搭載於車輛的柴油發動機的吸氣通路；Ν0χ吸附還原催化劑，設置於排氣通路；EGR閥，安裝於從所述吸氣通路向所述排氣通路連通的EGR通路；以及還原劑供給機構，向所述NOx吸附還原催化劑供給還原劑，該廢氣淨化系統的特徵在於，在所述NOx吸附還原催化劑的下遊側的排氣通路設置排氣節流閥，並且設置控制所述吸氣節流閥、EGR閥和排氣節流閥的控制機構，當所述排氣通路中流動的廢氣成為富還原等待狀態時，在所述NOx吸附還原催化劑的溫度為規定溫度以上、且處於從所述車輛的規定速度以上的車速起的減速時，該控制機構開放所述EGR閥，並且關閉所述吸氣節流閥，接著，關閉所述排氣節流閥，啟動所述還原劑供給機構。
[0015]發明的效果
[0016]依照本發明的柴油發動機的廢氣淨化方法和廢氣淨化系統，由於在從規定速度以上的車速起的減速時使廢氣成為富狀態，因而能夠抑制駕駛性能的惡化。另外，由於在使廢氣為富狀態時調節廢氣量，為了使廢氣成為富狀態，供給的燃料較少即可，所以能夠抑制油耗的惡化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是由本發明的實施方式構成的柴油發動機的廢氣淨化系統的構成圖。
[0018]圖2是說明由本發明的實施方式構成的柴油發動機的廢氣淨化方法的流程圖。
[0019]圖3是表示本發明的柴油發動機的廢氣淨化方法的實施例的曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0021]圖1表示由本發明的實施方式構成的柴油發動機的廢氣淨化系統。在裝備有該柴油發動機的廢氣淨化系統的柴油發動機I中，從吸入口 2吸入至吸氣通路3的空氣A依次通過空氣淨化器4和空氣流量傳感器(MAF傳感器)5，在由吸氣節流閥6調整吸氣量之後，從吸氣歧管7向各氣筒供給。而且，在通過共軌噴射系統8噴射的燃料燃燒後，成為廢氣G而從排氣歧管9向排氣通路10排出，通過NOx吸附還原催化劑11，成為淨化後的廢氣Ge並從排氣口 12排出。另外，廢氣G的一部分作為EGR氣體Ge向EGR通路13分流，由EGR冷卻器14冷卻，然後經由EGR閥15向吸氣歧管7再次循環。
[0022]NOx吸附還原催化劑11構成為:在由Y氧化鋁等形成的整體式蜂窩的胞室的擔載體的表面，擔載催化劑金屬和NOx吸附材料。作為催化劑金屬，使用Pt或Pd。另外，作為NOx吸附材料，使用K、Na、L1、Cs等鹼金屬、或Ba、Ca等鹼土金屬中的任何一種或組合的多種。
[0023]在該NOx吸附還原催化劑11中，在廢氣G為貧狀態時，廢氣G中的NO被氧化催化劑氧化而成為N02，以N03-的形態在催化劑內擴散而由NOx吸附材料以硝酸鹽的形態吸收。此外，如果廢氣G為富狀態，則N03-以N02的形態從NOx吸附材料釋出。該釋出的N02通過廢氣G中含有的未燃HC等還原劑接受氧化催化劑的作用而還原為N2。
[0024]為了使廢氣G成為富狀態，通過還原劑供給機構將輕油燃料等還原劑供給至廢氣G中。作為該還原劑供給機構，例示了向氣筒噴射燃料的後噴射、設於排氣通路10的燃料噴射噴嘴(未圖示)等。此外，使用後者的燃料噴射噴嘴時存在以下優點:能夠避免在後噴射的情況下成為問題的發動機油的燃料貧釋。燃料供給量的調整通過調整這些還原劑供給機構的噴射量和噴射時期來進行。[0025]在NOx吸附還原催化劑11的入口(上遊側附近)設有催化劑入口排氣濃度傳感器16和催化劑入口溫度傳感器17，在出口(下遊側附近)設有催化劑出口排氣濃度傳感器18和催化劑出口溫度傳感器19。該排氣濃度傳感器16、18測定廢氣G、Ge的空氣過剩率λ和NOx濃度。
[0026]本發明的柴油發動機的廢氣淨化系統如下構成:在NOx吸附還原催化劑11的下遊側的排氣通路10設置排氣節流閥20,並且使E⑶(Engine Control Unit,發動機控制單元)21具備控制該排氣節流閥20、吸氣節流閥6及EGR閥15的控制機構的功能。此外，E⑶21還進行MAF傳感器5、共軌噴射系統8、排氣濃度傳感器16、18及催化劑溫度傳感器17,19的控制、以及測定數據的收集。此外，圖1中所示的單點劃線表示信號的傳遞路徑。
[0027]以下，基於圖2所示的流程圖，說明具有這樣的構成的柴油發動機的廢氣淨化系統的廢氣淨化方法。
[0028]首先，E⑶21判定NOx吸附還原催化劑11是否處於富還原等待狀態(SlO)。富還原等待狀態相當於NOx吸附材料的吸收能力接近飽和的狀態。作為判定方法，例示將從排氣濃度傳感器16、18的測定值算出的NOx吸附量(從上次還原處理起的增量)和NOx淨化率與預先設定的閾值進行比較的方法等。
[0029]在判定為成為富還原等待狀態的情況下，確認NOx吸附還原催化劑11的溫度是否為規定溫度以上、且搭載了柴油發動機I的車輛是否處於從規定速度以上的車速起的減速時(S20)。NOx吸附還原催化劑11的溫度例如能夠通過從催化劑溫度傳感器17、19的測定值算出、或在催化劑附近設置熱電偶(未圖示)並測定等來求得。另外，規定溫度優選為為200°C。NOx吸附還原催化劑11的溫度不足200°C時，還原劑的還原作用顯著降低。
[0030]車輛的車速能夠從發動機轉速等算出。另外，規定速度優選為20km/h。如果車輛的車速不足20km/h，則從減速到停止為止的時間變短，對於後述的排氣節流閥20的關閉以後的還原反應無法取得充分的時間。另外，從共軌噴射系統8的燃料噴射量(例如噴射量=O)或加速器開度(例如開度=0° )等來判斷車輛處於減速狀態。
[0031]而且，在NOx吸附還原催化劑11的溫度為規定溫度以上、且車輛處於從規定速度以上的車速起的減速時的情況下，開放EGR閥15，並且關閉吸氣節流閥6 (S30)。
[0032]接著，當滿足關閉排氣節流閥20的規定條件時(S40)，關閉排氣節流閥20 (S50)，啟動還原劑供給機構，將燃料供給至廢氣G中而成為富狀態(S60)。該還原劑的噴射量被決定為:從排氣濃度傳感器16、18算出的空氣過剩率λ成為從吸氣量算出的目標值。S卩，空氣過剩率λ的目標值如下設定:預先通過實驗確定目標值，在控制時參照從該目標值製作的「對於發動機轉速和燃料流量的目標值」的三維映射圖。然後，根據共軌噴射系統8的筒內噴射量(指示值，或者從排氣濃度傳感器16、18的測定值和MAF傳感器5的測定值算出的值)與從空氣過剩率λ的目標值及MAF傳感器5的測定值算出的必要燃料流量之差，求得噴射量。
[0033]最後，在從燃料的供給起經過一定時間後，或者在車輛的減速結束後，停止還原劑供給機構，並且開放排氣節流閥20。
[0034]這樣，在從車輛的規定速度以上起的減速時使廢氣G成為富狀態，因而能夠抑制駕駛性能的惡化。另外，在使廢氣G成為富狀態時，開放EGR閥15且關閉吸氣節流閥6和排氣節流閥20而調節廢氣量，因而從還原劑供給機構供給的燃料較少即可，所以能夠抑制油耗的惡化。
[0035]再者，由於廢氣G的溫度變高且流量變低，因而還原所需的時間變長，所以能夠提高還原效率。為了充分地確保該還原所需的時間，需要如上述那樣車輛處於從規定速度以上的車速起的減速時。另外，在硬體層面，將排氣節流閥設於現有的發動機構成即可，因而能夠以低成本實現廢氣淨化系統。
[0036]作為關閉排氣節流閥20的規定條件(S40)，除了事先確定的規定時間(例如
0.1?3秒等)經過後之外，也可以是MAF傳感器5的測定值超過基準值的時刻。該MAF傳感器5的基準值設定成:關閉排氣節流閥20時的排氣壓力的峰值成為NOx吸附還原催化劑11本身或其附近的傳感器16?19等不損壞的程度的值。基準值隨著柴油發動機I的尺寸或型號等變化，因而不能一律地設定，但在一般的大型車輛中為大約30?80kPa。
[0037]此外，在從EGR閥15的開放和吸氣節流閥6的關閉到排氣節流閥20的關閉為止設置時間差的情況下，抑制了排氣壓力的急劇上升，因而即使在高發動機轉速下也能夠使用排氣節流閥20，所以能夠容易地實施柴油發動機的廢氣淨化方法。
[0038]在圖2中，首先判定富還原等待狀態，但是也可省略該判定相關的步驟SlO。在此情況下，不管富還原等待狀態如何，只要NOx吸附還原催化劑11的溫度為規定溫度以上、且車輛處於從規定速度以上的車速起的減速時，就進行步驟S20?S60的處理，因而能夠防止NOx吸附還原催化劑11的溫度降低，進一步提高還原效率。
[0039]在實際的運轉時，有時候在車輛的減速時立即開始加速，但是在這樣的情況下，不能夠充分地確保還原所需的時間，因而優選地使加速性優先而進行開放排氣節流閥20的控制。
[0040][實施例]
[0041]在圖3中示出了使用圖1所示構成的柴油發動機的廢氣淨化系統(實施例)、以及從圖1的構成除去排氣節流閥20的廢氣淨化系統(比較例)，進行柴油發動機I的廢氣淨化的結果。此外，將NOx吸附還原催化劑11為規定溫度以上作為前提。這些廢氣淨化系統中的經時變化如下。
[0042](I)如果判定為處於富還原等待狀態，則在從車輛的車速50km/h(相當於發動機轉速=約1500rpm)起的減速時，完全開放EGR閥15，並且完全關閉吸氣節流閥6。⑵其結果，廢氣G的量降低。(3)然後，在實施例中，當廢氣G的量滿足將排氣節流閥20關閉的規定條件、即「動作時的排氣壓力為閾值以下」時，完全關閉排氣節流閥20。(4)通過還原劑供給機構供給燃料，將NOx還原。
[0043]從圖3的結果可知，實施例與比較例相比，減速時的廢氣G的量與比較例相比變少，廢氣G的溫度的降低變小。
[0044]符號說明:
[0045]I 柴油發動機
[0046]2 吸入 口
[0047]3 吸氣通路
[0048]4 空氣淨化器
[0049]5 MAF 傳感器
[0050]6 吸氣節流閥[0051]7吸氣歧管
[0052]8共軌噴射系統
[0053]9排氣歧管
[0054]10排氣通路
[0055]11NOx吸附還原催化劑
[0056]12排氣口
[0057]13EGR 通路
[0058]14EGR 冷卻器
[0059]15EGR 閥
[0060]16催化劑入口排氣濃度傳感器
[0061]17催化劑入口溫度傳感器
[0062]18催化劑出口排氣濃度傳感器
[0063]19催化劑出口溫度傳感器
[0064]20排氣節流閥
[0065]21ECU
【權利要求】
1.一種廢氣淨化方法，使用NOx吸附還原催化劑將搭載於車輛的柴油發動機的廢氣淨化，該廢氣淨化方法的特徵在於， 當所述廢氣成為富還原等待狀態時， 在所述NOx吸附還原催化劑的溫度為規定溫度以上、且處於從所述車輛的規定速度以上的車速起的減速時，開放EGR閥，並且關閉吸氣節流閥， 接著，關閉設於所述NOx吸附還原催化劑的下遊的排氣節流閥，將還原劑供給至所述NOx吸附還原催化劑。
2.根據權利要求1所述的廢氣淨化方法，其特徵在於， 從所述EGR閥的開放和吸氣節流閥的關閉起，在規定時間經過後，關閉所述排氣節流閥。
3.根據權利要求1所述的廢氣淨化方法，其特徵在於， 從所述EGR閥的開放和吸氣節流閥的關閉起，在所述柴油發動機的吸氣的空氣流量值成為基準值以下時，關閉所述排氣節流閥。
4.根據權利要求1?3中任一項所述的廢氣淨化方法，其特徵在於， 所述規定溫度為200°C，且所述規定速度為20km/h。
5.一種廢氣淨化系統，具有:吸氣節流閥，安裝在搭載於車輛的柴油發動機的吸氣通路；Ν0χ吸附還原催化劑，設置於排氣通路；EGR閥，安裝於從所述吸氣通路向所述排氣通路連通的EGR通路；以及還原劑供給機構，向所述NOx吸附還原催化劑供給還原劑，該廢氣淨化系統的特徵在於， 在所述NOx吸附還原催化劑的下遊側的排氣通路設置排氣節流閥，並且設置控制所述吸氣節流閥、EGR閥和排氣節流閥的控制機構， 當所述排氣通路中流動的廢氣成為富還原等待狀態時，在所述NOx吸附還原催化劑的溫度為規定溫度以上、且處於從所述車輛的規定速度以上的車速起的減速時，該控制機構開放所述EGR閥，並且關閉所述吸氣節流閥， 接著，關閉所述排氣節流閥，啟動所述還原劑供給機構。
【文檔編號】F01N3/08GK103998735SQ201280061018
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2011年12月12日
【發明者】長岡大治, 中田輝男, 遊座裕之 申請人:五十鈴自動車株式會社