內燃機的排氣淨化裝置製造方法
2023-06-03 02:04:28 5
內燃機的排氣淨化裝置製造方法
【專利摘要】內燃機的排氣淨化裝置具有：設置在內燃機（200）的排氣通路中的第一催化劑（234）、設置在第一催化劑的下遊側的排氣通路中的第二催化劑（235）、設置在第一催化劑的上遊側並向排氣通路中供給還原劑的還原劑供給機構（233）、以及控制還原劑供給機構以使第一催化劑的上遊側的空燃比瞬間變濃的還原劑供給控制機構（100）。
【專利說明】內燃機的排氣淨化裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及內燃機的排氣淨化裝置的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]作為淨化例如柴油發動機等內燃機的排氣的技術，已知有如下技術:在內燃機的排氣通路中設置使排氣中的HC (碳氫化合物)、C0 (—氧化氧)氧化(即燃燒)的氧化催化劑(DOC:Diesel Oxidant Catalyst:柴油氧化催化劑)、捕捉排氣中的以碳為主成分的顆粒狀物質(PM:Particulate Matter:顆粒物)的例如被稱為 DPF (Diesel Particulate Filter:柴油顆粒過濾器)的過濾器催化劑等(例如參照專利文獻I至專利文獻3)。
[0003]若被過濾器催化劑捕捉的顆粒狀物質(以下適當稱為「PM」)的量增加，則有可能因過濾器催化劑的堵塞而使得排氣壓上升並導致內燃機的性能降低。於是，在被過濾器催化劑捕捉的PM的量達到一定量時，進行如下處理(以下適當稱為「PM再生處理」):將還原劑(例如燃料)供給到過濾器催化劑中，使過濾器催化劑的溫度上升至例如600°C左右，從而使PM氧化而將其除去(例如參照專利文獻I至專利文獻3)。
[0004]在從排氣通路的上遊側起依次設置有氧化催化劑及過濾器催化劑的排氣淨化裝置中，在通過從設置在氧化催化劑上遊側的還原劑供給裝置向排氣中供給還原劑來進行PM再生處理的情況下，被供給的還原劑在到達過濾器催化劑之前也與氧化催化劑進行反應(即被氧化)，因此，氧化催化劑的溫度上升。另外，在進行如上所述的PM再生處理的情況下，在考慮在氧化催化劑和過濾器催化劑之間產生的熱損失時，為了使過濾器催化劑的溫度上升至例如600°C左右，有必要使氧化催化劑上升至比過濾器催化劑高的溫度(例如700°C左右)。因此，對相比過濾器催化劑設置在更上遊側的氧化催化劑作用的熱負荷增大，有可能導致氧化催化劑的熱劣化加劇。
[0005]於是，例如在專利文獻I中公開有如下技術:在氧化催化劑(第一催化劑)的上遊偵U、以及氧化催化劑和過濾器催化劑(第二催化劑)之間分別配置還原劑供給裝置，防止還原劑被徒勞無益地供給到氧化催化劑(第一催化劑)中，從而抑制氧化催化劑的熱劣化。
[0006]另外,在專利文獻2中公開有如下技術:通過使包含氧化鋪(cerium oxide, CeO)等的添加劑混入排氣添加燃料中，降低PM燃燒溫度。另外，在專利文獻3中公開有如下技術:在通過NOx (氮氧化物)還原等供給還原劑(HC)的情況下，為了利用較少的HC量使空燃比變濃而減少吸入空氣量。
[0007]在先技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2010-203337號公報
[0010]專利文獻2:日本特開2005-054780號公報
[0011]專利文獻3:日本特開2003-035131號公報
【發明內容】
[0012]發明要解決的課題
[0013]但是，根據上述專利文獻I公開的技術，由於配置多個還原劑供給裝置，因此存在如下技術問題:有可能導致製造成本增大、導致車輛搭載性惡化。
[0014]本發明是鑑於例如上述以往的問題而作出的，其課題在於提供一種內燃機的排氣淨化裝置，可以在抑制設置在排氣通路中的上遊側的例如氧化催化劑等第一催化劑的熱劣化的同時，適當地控制設置在下遊側的例如過濾器催化劑等第二催化劑的溫度，而不會導致例如製造成本增大、車輛搭載性惡化。
[0015]用於解決課題的方案
[0016]為了解決上述課題，本發明的內燃機的排氣淨化裝置具有:第一催化劑，所述第一催化劑設置在內燃機的排氣通路中；第二催化劑，所述第二催化劑設置在該第一催化劑的下遊側的所述排氣通路中；還原劑供給機構，所述還原劑供給機構設置在所述第一催化劑的上遊側，向所述排氣通路中供給還原劑；以及還原劑供給控制機構，所述還原劑供給控制機構控制所述還原劑供給機構，以使所述第一催化劑的上遊側的空燃比瞬間變濃。
[0017]本發明的內燃機的排氣淨化裝置是淨化例如柴油發動機等內燃機的排氣的裝置，具有設置於內燃機的排氣通路的第一催化劑及第二催化劑。第一催化劑例如是能夠使排氣中的HC (碳氫化合物)、C0 (—氧化碳)氧化(即燃燒)的氧化催化劑。第二催化劑例如是捕捉排氣中的PM (顆粒狀物質)的過濾器催化劑。第一催化劑及第二催化劑按照該順序從排氣通路的上遊側依次設置。即，在排氣通路中，第一催化劑設置在比第二催化劑更靠上遊側的位置。也就是說，本發明的內燃機的排氣淨化裝置構成為，從內燃機的氣缸排出到了排氣通路中的排氣在利用第一催化劑被淨化後，進而利用第二催化劑被淨化。
[0018]在本發明中，在第一催化劑的上遊側設置有例如將燃料即還原劑供給到排氣通路中的還原劑供給機構。
[0019]在本發明中，尤其是，還原劑供給控制機構控制還原劑供給機構，以使第一催化劑的上遊側的空燃比(A/F:Air-fuel ratio)瞬間變濃。S卩，還原劑供給控制機構控制還原劑供給機構，以使第一催化劑的上遊側的排氣的空燃比瞬間、作為典型以規定的周期相比理論空燃比(即，化學計量空燃比)降低(即，成為燃料或還原劑比與排氣中的氧不多不少地反應的量多的狀態)。換言之，在本發明中，尤其是，還原劑供給機構在還原劑供給控制機構的控制下，作為典型，例如周期性地或間歇性地供給還原劑，以便相對於空燃比比化學計量空燃比高的稀的排氣，在第一催化劑的上遊側，使得空燃比瞬間變濃。由此，可以使由還原劑供給機構向第一催化劑的上遊側供給的還原劑穿過第一催化劑(即，還原劑在第一催化劑中未反應而到達第一催化劑的下遊側)的量增大，從而可以增大在第二催化劑中進行反應的還原劑的量。因此，可以在抑制因在第一催化劑中還原劑進行反應而使得溫度上升的同時，增大在第二催化劑中進行反應的還原劑的量。因此，可以在抑制第一催化劑的熱劣化的同時，適當地控制第二催化劑的溫度、例如可以使第二催化劑的溫度增大到例如規定的溫度等。在此，根據本發明，還原劑供給機構在第一催化劑的上遊側設置一個就夠了，因此，也具有不會導致製造成本增大、車輛搭載性惡化這樣的實踐方面的優點。
[0020]如上所述，根據本發明的內燃機的排氣淨化裝置，可以在抑制設置在排氣通路中的上遊側的例如氧化催化劑等第一催化劑的熱劣化的同時，適當地控制設置在下遊側的例如過濾器催化劑等第二催化劑的溫度，而不會導致例如製造成本增大、車輛搭載性惡化。[0021]在本發明的內燃機的排氣淨化裝置的一個方案中，所述第二催化劑具有儲氧能力。
[0022]根據該方案，第二催化劑具有在空燃比稀時吸留排氣中的氧而在空燃比濃時放出所吸留的氧的儲氧能力(OSC:0xygen Storage Capacity),因此,可以提高第二催化劑中的還原劑的反應效率。
[0023]在第二催化劑具有儲氧能力的上述方案中，也可以構成為，還具有檢測所述第二催化劑的床溫的第二催化劑床溫檢測機構，所述還原劑供給控制機構基於檢測到的所述床溫確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量，以便在沿著從所述排氣通路的上遊側朝向下遊側的方向排列的所述第二催化劑的多個部位中的特定部位，使所述還原劑和從所述第二催化劑放出的氧進行反應。
[0024]在該情況下，可以在第二催化劑的多個部位中的特定部位使還原劑反應，可以使特定部位的溫度可靠地上升。因此，例如，可以與例如作為過濾器催化劑的第二催化劑中的PM的捕捉狀態或堆積狀況(例如PM的堆積位置、堆積量)相應地使第二催化劑的特定部位的溫度上升。
[0025]在還具有第二催化劑床溫檢測機構的上述方案中，也可以構成為，所述還原劑供給控制機構根據所述還原劑和從所述第二催化劑放出的氧進行反應的反應效率，確定所述
供給量。
[0026]在該情況下，可以使第二催化劑的特定部位的溫度可靠地上升，並且，可以抑制或防止一部分還原劑未在第二催化劑中進行反應而到達第二催化劑的下遊側(即，一部分還原劑穿過第二催化劑)。因此，可以減少或防止一部分還原劑被排放到大氣中。
[0027]在本發明的內燃機的排氣淨化裝置的其他方案中，所述第二催化劑具有碳氫化合物吸附能力。
[0028]根據該方案，由於第二催化劑具有吸附碳氫化合物(HC)的碳氫化合物吸附能力(HC吸附能力)，因此，可以抑制或防止排氣中的碳氫化合物穿過第二催化劑。因此，可以減少或防止碳氫化合物被排放到大氣中。
[0029]在第二催化劑具有碳氫化合物吸附能力的上述方案中，也可以構成為，還具有:第一排氣溫度檢測機構，所述第一排氣溫度檢測機構檢測所述第一催化劑的下遊側且所述第二催化劑的上遊側的所述排氣通路的排氣的溫度；第二排氣溫度檢測機構，所述第二排氣溫度檢測機構檢測所述第二催化劑的下遊側的所述排氣通路的排氣的溫度；以及第一碳氫化合物量推定機構，所述第一碳氫化合物量推定機構基於由所述第一排氣溫度檢測機構及第二排氣溫度檢測機構分別檢測到的溫度，推定被所述第二催化劑吸附的碳氫化合物的吸附量，所述還原劑供給控制機構基於推定出的所述吸附量確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量。
[0030]在該情況下，可以適當地控制第二催化劑的溫度，並且，可以更可靠地抑制或防止排氣中的碳氫化合物穿過第二催化劑。
[0031]在第二催化劑具有碳氫化合物吸附能力的上述方案中，也可以構成為，還具有:檢測所述第二催化劑的下遊側的所述排氣通路的空燃比的空燃比檢測機構、以及基於由所述空燃比檢測機構檢測到的空燃比推定被所述第二催化劑吸附的碳氫化合物的吸附量的第二碳氫化合物量推定機構，所述還原劑供給控制機構基於推定出的所述吸附量確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量。
[0032]在該情況下，可以適當地控制第二催化劑的溫度，並且，可以更可靠地抑制或防止排氣中的碳氫化合物穿過第二催化劑。
[0033]在第二催化劑具有碳氫化合物吸附能力的上述方案中，也可以構成為，所述還原劑供給控制機構在結束所述還原劑供給機構的控制時，確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量，以使所述第一催化劑的上遊側的空燃比振動的振幅逐漸變小。
[0034]根據該方案，可以抑制或防止因被第二催化劑吸附的碳氫化合物與排氣中的氧一下子反應而發熱、導致第二催化劑的溫度產生過度上升(0T:0ver Temperature)(即，導致第二催化劑的溫度過剩地上升)。
[0035]在本發明的內燃機的排氣淨化裝置的其他方案中，還具有檢測所述第二催化劑的下遊側的所述排氣通路的空燃比的空燃比檢測機構，所述還原劑供給控制機構基於檢測到的所述空燃比，確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量。
[0036]根據該方案，可以適當地控制第二催化劑的溫度，並且，可以更可靠地抑制或防止排氣中的碳氫化合物穿過第二催化劑。
[0037]在本發明的內燃機的排氣淨化裝置的其他方案中，還具有在所述第一催化劑的下遊側且所述第二催化劑的上遊側的所述排氣通路中攪拌排氣的混合機構。
[0038]根據該方案，可以由混合機構攪拌空燃比稀的排氣和空燃比濃的排氣，可以提高第二催化劑中的還原劑的反應效率。
[0039]在還具有檢測第二催化劑下遊側的排氣通路的空燃比的空燃比檢測機構，還原劑供給控制機構基於檢測到的空燃比確定由還原劑供給機構供給的還原劑的供給量的上述方案中，也可以構成為，還具有:基於檢測到的所述空燃比計算所述還原劑中的穿過了所述第二催化劑的還原劑的穿過量的穿過量計算機構、以及基於計算出的所述穿過量和由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量，檢測由所述第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障的第一故障檢測機構。
[0040]在該情況下，能夠準確地檢測由第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。
[0041]在還具有檢測第二催化劑下遊側的排氣通路的空燃比的空燃比檢測機構，還原劑供給控制機構基於檢測到的空燃比確定由還原劑供給機構供給的還原劑的供給量的上述方案中，也可以構成為，還具有基於被確定的所述供給量檢測由所述第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障的第二故障檢測機構。
[0042]在該情況下，能夠準確地檢測由第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。另夕卜，在被確定的還原劑的供給量減少了規定量以上的情況下，第二故障檢測機構判定為產生由第一催化劑或第二催化劑的劣化引起的故障。
[0043]在還具有檢測第二催化劑下遊側的排氣通路的空燃比的空燃比檢測機構，還原劑供給控制機構基於檢測到的空燃比確定由還原劑供給機構供給的還原劑的供給量的上述方案中，也可以構成為，還具有第三故障檢測機構，所述第三故障檢測機構基於在由所述還原劑供給機構供給了被確定的所述供給量的還原劑之後、由所述空燃比檢測機構檢測到的空燃比，檢測由所述第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。
[0044]在該情況下，能夠準確地檢測由第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。另夕卜，在即便減少還原劑的供給量、由空燃比檢測機構檢測的空燃比(即，第二催化劑的下遊側的空燃比)仍在規定量以下(例如濃)的情況下，第三故障檢測機構判定為產生由第一催化劑或第二催化劑的劣化引起的故障。
[0045]本發明的作用及其他優點可以根據接下來說明的實施方式明了。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046]圖1是概略地表示本發明的實施方式的發動機系統的結構的概略結構圖。
[0047]圖2是用於說明本發明的實施方式的排氣添加噴射器的控制的時序圖。
[0048]圖3是用於說明第一變形例的排氣添加噴射器的控制的曲線圖。
[0049]圖4是表示第二變形例的中間穿透旋流器的示意圖。
[0050]圖5是用於說明第三變形例的排氣添加噴射器的控制的概念圖。
[0051]圖6是用於說明第五變形例的排氣添加噴射器的控制的曲線圖。
【具體實施方式】
[0052]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。
[0053]首先，參照圖1對包括本發明的實施方式的內燃機的排氣淨化裝置在內的發動機系統的結構進行說明。
[0054]圖1是概略地表示本實施方式的發動機系統的結構的概略結構圖。
[0055]在圖1中，發動機系統10搭載於未圖示的車輛，具有ECU(Engine Control Unit:發動機控制單元)100及發動機200。
[0056]ECU100 是具有 CPU (Central Processing Unit:中央處理器)、ROM (Read OnlyMemory:只讀存儲器)及RAM (Random Access Memory:隨機存儲器)等並控制發動機200的全部動作的電子控制單元。ECU100構成為能夠按照存儲在例如ROM等中的控制程序執行各種控制。另外，ECU100構成為能夠作為本發明的「還原劑供給控制機構」的一例起作用。
[0057]發動機200是作為本發明的「內燃機」的一例的四衝程柴油發動機(壓燃式內燃機)，作為車輛的動力源起作用。發動機200構成為可以將與在氣缸211內含有燃料的混合氣體壓縮自點火時產生的爆發力相應的活塞的往復運動經由連杆轉換為曲軸的旋轉運動。發動機200是直列四缸型，但在本發明中，氣缸數及氣缸配置並未特別限定。
[0058]發動機200具備:具有四個氣缸211的發動機本體210 ;將空氣吸入到各氣缸211的燃燒室中的進氣系統220;淨化來自各氣缸211的排氣並排出到外部的排氣系統230 ;使來自各氣缸211的一部分排氣回流到進氣側進行再循環的EGR (Exhaust GasRecirculation:廢氣再循環)系統240 ;以及利用排氣系統230內的排氣能量壓縮進氣系統220內的空氣並將空氣增壓供給到各氣缸211的燃燒室中的渦輪增壓器280。
[0059]在發動機200的各氣缸211中設置有將燃料直接噴射到燃燒室內的燃料噴射器212。各氣缸211的燃料噴射器212與共用的共軌213連接。在共軌213內儲存有由未圖示的燃料泵加壓後的高壓燃料。從共軌213內向各燃料噴射器212供給燃料。
[0060]燃料噴射器212構成為能夠在一次循環中多次將燃料噴射到氣缸內。S卩，燃料噴射器212能夠在一次循環中實施主噴射和在該主噴射之前進行的一次或多次微小噴射(即先導噴射)。
[0061]進氣系統220構成為包括:與各氣缸211的燃燒室連通的進氣歧管221、與該進氣歧管221的上遊側連通的進氣管222、在進氣管222中的比渦輪增壓器280更靠下遊側的位置對吸入空氣進行冷卻的中間冷卻器224、以及能夠調節向發動機本體210的氣缸211吸入的空氣量的節氣門225。節氣門255的開度由E⑶100控制。
[0062]排氣系統230具有:與各氣缸211的燃燒室連通的排氣歧管231、與該排氣歧管231的下遊側連通的排氣管232、向排氣歧管231內的排氣中添加燃料的排氣添加噴射器
233、在排氣管232中的比渦輪增壓器280更靠下遊側的位置對排氣進行淨化的第一催化劑
234、以及在排氣管232中的比第一催化劑234更靠下遊側的位置對排氣進行淨化的第二催化劑235。並且，排氣系統230具有:設置在第一催化劑234和第二催化劑235之間的排氣管232中的溫度傳感器236、檢測第二催化劑235的床溫的溫度傳感器237、以及設置在比第二催化劑235更靠下遊側的排氣管232中的溫度傳感器238及空燃比傳感器239。
[0063]排氣添加噴射器233是本發明的「還原劑供給機構」的一例，是構成為能夠將作為本發明的「還原劑」的一例的燃料噴射到排氣歧管231內的燃料噴射裝置。通過從排氣添加噴射器233噴射燃料，燃料被添加到排氣中。排氣添加噴射器233的燃料噴射量(換言之添加到排氣中的燃料的添加量)、噴射正時、噴射時間等由ECU100控制。
[0064]第一催化劑234是能夠使排氣中的HC (碳氫化合物)、CO (一氧化碳)氧化(即燃燒)的氧化催化劑(D0C)。另外，第一催化劑234是本發明的「第一催化劑」的一例。另外，第一催化劑234也可以是在氧化氣體環境中吸留NOx而在還原氣體環境中放出NOx並使其還原的NOx吸留還原催化劑(LNT:Lean NOx Trap Catalyst,稀燃NOx捕捉催化劑)。
[0065]第二催化劑235 是 DPR (Diesel Particulate active Reduction system:柴油淨化系統)，包含捕捉排氣中的PM (顆粒狀物質)的過濾器催化劑(DPF)。另外，第二催化劑235包含可以儲存氧的氧吸留放出材料(例如氧化鈰等)而具有儲氧能力(0SC)。另外，第二催化劑235包含能夠吸附HC的HC吸附材料(例如沸石等)而具有HC吸附能力。即，第二催化劑235是具有儲氧能力及HC吸附能力的過濾器催化劑。另外，第二催化劑235是本發明的「第二催化劑」的一例。
[0066]第一催化劑234及第二催化劑235按照該順序從排氣管232的上遊側依次設置。即，在排氣管232中，第一催化劑234設置在比第二催化劑235更靠上遊側的位置。也就是說，發動機系統10構成為，從發動機200的氣缸211排出到了排氣歧管231中的排氣利用第一催化劑234被淨化後，進而利用第二催化劑235被淨化。
[0067]溫度傳感器236是本發明的「第一排氣溫度檢測機構」的一例，對第一催化劑234的下遊側且第二催化劑235的上遊側(即，第一催化劑234和第二催化劑235之間)的排氣管232內的排氣的溫度進行檢測。溫度傳感器236將表示檢測到的溫度的檢測信號輸出到ECU100 中。
[0068]溫度傳感器237是本發明的「第二催化劑床溫檢測機構」的一例，對第二催化劑235的床溫進行檢測。溫度傳感器237將表示檢測到的溫度的檢測信號輸出到E⑶100中。
[0069]溫度傳感器238是本發明的「第二排氣溫度檢測機構」的一例，對第二催化劑235下遊側的排氣管232內的排氣的溫度進行檢測。溫度傳感器238將表示檢測到的溫度的檢測信號輸出到E⑶100中。
[0070]空燃比傳感器239是本發明的「空燃比檢測機構」的一例，對第二催化劑235下遊側的排氣管232內的排氣的空燃比(A/F)進行檢測。空燃比傳感器239將表示檢測到的空燃比的檢測信號輸出到E⑶100中。
[0071]EGR系統240構成為包括:繞過各氣缸211的燃燒室使排氣歧管231和進氣歧管221連通，以使來自各氣缸211的排氣再循環的EGR通路241 ;對流過該EGR通路241進行回流的排氣進行冷卻的EGR冷卻器242 ；以及能夠調節流向進氣歧管221的排氣回流量(即，回流的排氣的量)的EGR閥243。EGR閥243的開度(或者開閉狀態)由E⑶100控制。
[0072]渦輪增壓器280是排氣渦輪式的增壓器，其構成為:通過利用在排氣管232內流動的排氣的能量使渦輪旋轉，從而能夠對進氣管222內的空氣進行加壓。詳細來說，渦輪增壓器280構成為包括:設置在排氣管232內的渦輪葉輪281、設置在進氣管222內的壓縮機葉輪282、以及將渦輪葉輪和壓縮機葉輪連結的渦輪軸。從發動機200排出的排氣在通過排氣管232時使渦輪葉輪281旋轉，從而經由渦輪軸使壓縮機葉輪282旋轉，使得進氣管222內的空氣被加壓。
[0073]接著，參照圖2對PM再生處理時由E⑶100進行的排氣添加噴射器233的控制進行說明。另外，在本實施方式的PM再生處理中，從排氣添加噴射器233將燃料添加到排氣中，在第二催化劑235中使燃料進行反應，從而使第二催化劑235的溫度上升至例如600°C左右。由此，可以使被第二催化劑235捕捉的PM氧化而將其除去。
[0074]圖2是用於說明本實施方式的排氣添加噴射器233的控制的時序圖。在圖2中，從上方開始依次示出:(a)由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量、(b)第一催化劑234的下遊側的空燃比(D0C後A/F)、(c)第一催化劑234的下遊側的平均空燃比(D0C後平均A/F)、Cd)第一催化劑234的下遊側的一氧化碳或碳氫化合物的密度(D0C後的CO或HC)、(e)第一催化劑234的床溫(D0C床溫)及第二催化劑235的床溫(DPR床溫)隨時間的變化。另外，在圖2中，實線01、02、03、04、05及06表示本實施方式的控制，虛線C1、C2、C3、C4、C5及C6表示比較例的控制。
[0075]在圖2中，在本實施方式中，尤其是，E⑶100控制排氣添加噴射器233的添加量，以使第一催化劑234的上遊側的空燃比(A/F)瞬間變濃(參照實線D1)。即，E⑶100控制排氣添加噴射器233，以使第一催化劑234的上遊側的排氣的空燃比瞬間比理論空燃比(即，化學計量空燃比)低(即，成為燃料比與排氣中的氧不多不少地反應的量多的狀態)。也就是說，在本實施方式中，排氣添加噴射器233在ECU100的控制下瞬間且周期性或間歇性地供給燃料，以便相對於空燃比比化學計量空燃比高的稀的排氣，在第一催化劑234的上遊側，使得空燃比瞬間變濃。另外，在圖2中示出如下情形:通過利用排氣添加噴射器233添加燃料以使第一催化劑234的上遊側的空燃比瞬間變濃，從而使得第一催化劑234的下遊側的空燃比瞬間且周期性或間歇性地變濃(參照實線D2)。
[0076]因此，可以使由排氣添加噴射器233向第一催化劑234的上遊側供給(即添加)的燃料穿過第一催化劑234 (即，燃料在第一催化劑234中未反應而到達第一催化劑234的下遊側)的量增大，從而可以增大在第二催化劑235中進行反應的燃料的量(換言之，C0、HC的量)。即，可以使穿過第一催化劑234的燃料周期性或間歇性地增大(參照實線D4)。換言之，可以使第一催化劑234和第二催化劑235之間的空燃比(即，第一催化劑234的下遊側的空燃比)周期性或間歇性地變濃(參照實線D2)。因此，可以向第二催化劑235交替地供給空燃比濃的排氣和空燃比稀的排氣。
[0077]因此，可以在抑制因在第一催化劑234中燃料進行反應而使得溫度上升的同時，增大在第二催化劑235中進行反應的燃料的量。由此，可以在抑制因高的熱負荷進行作用而導致第一催化劑234熱劣化的同時，適當地控制第二催化劑235的溫度、例如可以使第二催化劑235的溫度增大至例如600°C等。
[0078]在此，根據虛線Cl所示的比較例，由於由排氣添加噴射器233每一次添加的燃料的添加量與實線Dl所示的本實施方式相比少，因此，穿過第一催化劑234的量少(換言之，被添加的燃料的大部分在第一催化劑234中進行反應)。因此，如比較例所示，若為了使第二催化劑235的溫度增大到例如600°C而增加由排氣添加噴射器233添加燃料的添加次數(在該比較例中，每一次的添加量是本實施方式的添加量的大致一半，添加次數是本實施方式的添加次數的大致2倍)，則在第一催化劑234中進行反應的燃料增大，導致第一催化劑234的溫度增高至例如700°C左右(參照虛線C5)。結果導致第一催化劑234的熱劣化加劇。
[0079]然而，根據本實施方式，如上所述，ECU100控制排氣添加噴射器233的添加量，以使第一催化劑234的上遊側的空燃比瞬間變濃，因此，可以在抑制第一催化劑234的熱劣化的同時，適當地控制第二催化劑235的溫度。
[0080]並且,根據本實施方式,排氣添加噴射器233在第一催化劑234的上遊側設置一個就夠了，因此，也具有不會導致製造成本增大、車輛搭載性惡化這樣的實踐方面的優點。
[0081]此外，在本實施方式中，尤其是，第二催化劑235如上所述包含能夠儲存氧的氧吸留放出材料(例如氧化鈰等)而具有儲氧能力。因此，在空燃比濃時，可以使從第二催化劑235所包含的例如氧化鈰等氧吸留放出材料放出的氧與排氣中的燃料反應，可以提高第二催化劑235中的燃料的反應效率。
[0082]另外，在本實施方式中，尤其是，第二催化劑235如上所述包含能夠吸附HC的HC吸附材料(例如沸石等)而具有HC吸附能力。因此，可以抑制或防止排氣中的HC穿過第二催化劑235。因此，可以減少或防止HC被排放到大氣中。
[0083]在此，圖2所述的排氣添加噴射器233的控制在第二催化劑235活化之後進行。即，在由溫度傳感器237檢測的第二催化劑235的床溫為起燃溫度(能夠反應的溫度)以上的情況下，E⑶100進行圖2所示的排氣添加噴射器233的控制。由此，可以減少或防止由排氣添加噴射器233添加的燃料穿過第二催化劑235被排放到大氣中。
[0084]
[0085]圖3是用於說明第一變形例的排氣添加噴射器233的控制的曲線圖。在圖3中表示第一變形例的排氣添加噴射器233的控制中的、瞬時燃料密度相對於第二催化劑235的床溫的變化。
[0086]如圖3所示，尤其是在第一變形例中，在第二催化劑235的床溫成為起燃溫度以上後，ECU100使排氣添加噴射器233的添加量增大，以使瞬時燃料密度(即，排氣中的瞬間的燃料密度)與第二催化劑235的床溫上升相應地增高，並且，E⑶100使排氣添加噴射器233的添加量恆定，以使第二催化劑235的床溫在規定溫度Tl (比起燃溫度高的溫度)以上成為恆定的瞬時燃料密度。即，E⑶100基於由溫度傳感器237檢測的第二催化劑235的床溫，確定排氣添加噴射器233的添加量，以使燃料以能夠在第二催化劑235中進行反應的燃料密度被供給到第二催化劑235中。根據如上所述的第一變形例，可以更可靠地減少或防止由排氣添加噴射器233添加的燃料穿過第二催化劑235被排放到大氣中。
[0087]〈第二變形例〉[0088]圖4是表示第二變形例的中間穿透旋流器(shaft-less swirler) 310的示意圖。另外，中間穿透旋流器310是本發明的「混合機構」的一例。
[0089]如圖4所示，尤其是在第二變形例中，在第一催化劑234和第二催化劑235之間的排氣管232內設置有中間穿透旋流器(旋轉葉片)310。因此，在第一催化劑234和第二催化劑235之間的排氣管232內，可以在從第一催化劑234朝向第二催化劑235的方向(或從第二催化劑235朝向第一催化劑234的方向)攪拌(即，混合)排氣。因此，可以對從第一催化劑234朝向第二催化劑235在排氣管232內流動的空燃比稀的排氣和空燃比濃的排氣進行攪拌，從而可以提高第二催化劑235中的燃料的反應效率。另外，中間穿透旋流器310是僅在周邊部設置有葉片而未在中央部設置葉片的中間穿透的旋轉葉片，因此，通過中間穿透旋流器310的中央部的排氣比通過中間穿透旋流器310周邊部並迴旋的排氣快。因此，可以利用中間穿透旋流器310在從第一催化劑234朝向第二催化劑235的方向(或從第二催化劑235朝向第一催化劑234的方向)適當地攪拌排氣。
[0090]
[0091]圖5是用於說明第三變形例的排氣添加噴射器233的控制的概念圖。
[0092]在圖5中，第二催化劑235具有沿著從排氣管232的上遊側朝向下遊側的方向排列的多個部位235a、235b及235c。
[0093]尤其是在第三變形例中，E⑶100基於由溫度傳感器237檢測到的溫度(即，第二催化劑235的溫度)確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以便在第二催化劑235的多個部位235a、235b及235c中的特定部位(例如部位235c)，使燃料和從第二催化劑235 (更具體地說，第二催化劑235具有的例如氧化鈰等氧吸留放出材料)放出的氧進行反應。具體來說，在由溫度傳感器237檢測到的溫度成為起燃溫度以上後，例如在位於比較靠下遊側的部位253c使氧和燃料反應的情況下，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使表示空燃比比化學計量空燃比濃的程度的濃側深度rl、濃側以下面積SI進一步增大，在位於比較靠上遊側的部位253a使氧和燃料反應的情況下，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使濃側深度rl、濃側以下面積SI進一步變小。另外，濃側以下面積S1、濃側深度rl越大，則從第二催化劑235中的上遊側朝向下遊側、溫度上升的溫度梯度越增大。因此，通過進一步增大濃側以下面積S1、濃側深度rl，從而可以使第二催化劑235中的下遊側部位的溫度相比上遊側部位的溫度進一步上升。
[0094]因此，根據第三變形例，可以在第二催化劑235的多個部位235a、235b及235c中的特定部位使燃料反應，可以使特定部位的溫度可靠地上升。因此，例如可以根據第二催化劑235中的PM的堆積狀況(例如PM的堆積位置、堆積量)，使第二催化劑235的特定部位的溫度上升。因此，可以高效地除去第二催化劑235中的PM。由此，可以在抑制第二催化劑235的熱劣化的同時，也可以抑制油耗惡化。
[0095]另外，ECU100也可以根據第二催化劑235的多個部位235a、235b及235c的各個部位處的氧和燃料進行反應的反應效率，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量。在該情況下，能夠可靠地使第二催化劑235的多個部位235a、235b及235c中的特定部位的溫度上升，並且，可以抑制或防止一部分燃料穿過第二催化劑235。因此，可以減少或防止一部分燃料被排放到大氣中。
[0096]〈第四變形例〉[0097]在圖1中，尤其是在第四變形例中，E⑶100基於由溫度傳感器236及238分別檢測到的溫度，推定被第二催化劑235吸附的碳氫化合物的吸附量(以下適當稱為「HC吸附量」)。並且，ECU100基於該推定出的HC吸附量確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量。具體來說，ECU100確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，使得推定出的HC吸附量越多、則濃側深度rl、濃側以下面積SI (參照圖5)越變小。即，ECU100減少由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，使得第二催化劑235的HC吸附量越多、則空燃比瞬間變濃的程度越變小。因此，可以減少或防止一部分燃料穿過第二催化劑235被排放到大氣中。
[0098]另外，E⑶100也可以基於由空燃比傳感器239檢測到的空燃比推定第二催化劑235的HC吸附量，並基於該推定出的HC吸附量確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量。在該情況下，ECU100也確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，使得推定出的HC吸附量越多、則濃側深度rl、濃側以下面積SI (參照圖5)越變小，從而可以減少或防止一部分燃料穿過第二催化劑235被排放到大氣中。
[0099]〈第五變形例〉
[0100]圖6是用於說明第五變形例的排氣添加噴射器233的控制的曲線圖。在圖6中表示:第五變形例的排氣添加噴射器233的控制結束時的第一催化劑234上遊側的空燃比(A/F)隨著時間的變化、以及第二催化劑235的HC吸附量隨著時間的變化。
[0101]在圖6中，尤其是在第五變形例中，E⑶100在結束排氣添加噴射器233的控制時，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使第一催化劑234上遊側的空燃比振動的振幅逐漸變小。具體來說，例如，ECU100在結束排氣添加噴射器233的控制時，在期間Pl中，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使第一催化劑234上遊側的空燃比以振幅Al振動，在期間Pl之後的期間P2中，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使第一催化劑234上遊側的空燃比以比振幅Al小的振幅A2振動，在期間P2之後的期間P3中，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使第一催化劑234上遊側的空燃比以比振幅A2小的振幅A3振動。因此，可以抑制或防止因被第二催化劑235吸附的HC與排氣中的氧一下子反應而發熱、導致第二催化劑235的溫度產生過度上升(0T)。另外，被第二催化劑235吸附的HC的吸附量越多，因空燃比稀的排氣被供給到第二催化劑235中而產生第二催化劑235的溫度過度上升的可能性越高，因此，被第二催化劑235吸附的HC的吸附量越多，本變形例的控制越有效。因此，E⑶100基於由溫度傳感器236及238分別檢測到的溫度或由空燃比傳感器239檢測到的空燃比，推定第二催化劑235的HC吸附量，在該推定出的HC吸附量為規定量以上的情況下，可以進行本變形例的控制。
[0102]
[0103]在圖1中，尤其是在第六變形例中，E⑶100基於由空燃比傳感器239檢測到的空燃比確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量。具體來說，在由空燃比傳感器239檢測到的空燃比濃的情況下，ECU100確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，以使濃側深度rl、濃側以下面積SI (參照圖5)相比當前情況變小。即，在第二催化劑235下遊側的空燃比濃的情況下，ECU100進行減少燃料的添加量以使濃側深度rl、濃側以下面積SI (參照圖5)相比當前情況變小的反饋控制。因此，可以減少或防止一部分燃料穿過第二催化劑235被排放到大氣中。另外，在由空燃比傳感器239檢測到的空燃比濃的情況下，一部分燃料穿過第二催化劑235的可能性高，燃料被排放到大氣中的可能性高。
[0104]
[0105]在圖1中，尤其是在第七變形例中，E⑶100基於由空燃比傳感器239檢測到的空燃比，計算穿過了第二催化劑235的燃料的量(以下適當稱為「穿過量」)，並基於該計算出的穿過量和由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，檢測由第一催化劑234及第二催化劑235的劣化引起的故障。具體來說，在穿過量相對於燃料的添加量的比例比規定比例高的情況下，ECU100判定為:未利用第一催化劑234或第二催化劑235正常進行排氣的淨化，產生由第一催化劑234或第二催化劑235的劣化引起的故障。因此，根據本變形例，能夠準確地檢測由第一催化劑234及第二催化劑235的劣化引起的故障。
[0106]
[0107]在圖1中，尤其是在第八變形例中，E⑶100基於由空燃比傳感器239檢測到的空燃t匕，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，基於該確定的供給量，檢測由第一催化劑234及第二催化劑235的劣化引起的故障。具體來說，在基於由空燃比傳感器239檢測至IJ的空燃比確定的燃料的添加量減少了規定量以上的情況下(換言之，由空燃比傳感器239檢測到的空燃比濃的程度大，通過基於該空燃比的反饋控制使燃料的添加量減少時的減少量大規定量以上的情況下)，E⑶100判定為產生由第一催化劑234或第二催化劑235的劣化引起的故障。因此，根據本變形例，能夠準確地檢測由第一催化劑234及第二催化劑235的劣化引起的故障。
[0108]
[0109]在圖1中，尤其是在第九變形例中，E⑶100基於由空燃比傳感器239檢測到的空燃比，確定由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量，基於在該確定的添加量的燃料由排氣添加噴射器233添加到排氣中之後、由空燃比傳感器239檢測到的空燃比，檢測由第一催化劑234及第二催化劑235的劣化引起的故障。具體來說，ECU100在基於由空燃比傳感器239檢測到的空燃比進行了減少由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量的反饋控制之後，在由空燃比傳感器239檢測的空燃比濃的程度大規定程度以上的情況下，E⑶100判定為產生由第一催化劑234或第二催化劑235的劣化引起的故障。也就是說，儘管使由排氣添加噴射器233添加的燃料的添加量減少，第二催化劑235下遊側的空燃比仍濃到規定程度以上，在這種情況下，E⑶100判定為:未利用第一催化劑234或第二催化劑235正常進行排氣的淨化，產生由第一催化劑234或第二催化劑235的劣化引起的故障。因此，根據本變形例，能夠準確地檢測由第一催化劑234及第二催化劑235的劣化引起的故障。
[0110]如以上說明所示，根據本實施方式，可以在抑制設置在排氣管232中的上遊側的例如氧化催化劑等第一催化劑230的熱劣化的同時，適當地控制設置在下遊側的例如過濾器催化劑等第二催化劑235的溫度，而不會導致例如製造成本增大、車輛搭載性惡化。
[0111]本發明並不限於上述實施方式，在不脫離能夠從權利要求書和說明書讀取的本發明的主旨或思想的範圍內可以適當變更，進行如上所述的變更的內燃機的排氣淨化裝置也包含在本發明的技術範圍內。
[0112]附圖標記說明
[0113]100 ECU
[0114]200發動機[0115]230排氣系統
[0116]231排氣歧管
[0117]232排氣管
[0118]233排氣添加噴射器
[0119]234第一催化劑
[0120]235第二催化劑
[0121]236、237、238 溫度傳感器
[0122]239空燃比傳感器
[0123]310中間穿透旋流器
【權利要求】
1.一種內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於，具有: 第一催化劑，所述第一催化劑設置在內燃機的排氣通路中； 第二催化劑，所述第二催化劑設置在該第一催化劑的下遊側的所述排氣通路中； 還原劑供給機構，所述還原劑供給機構設置在所述第一催化劑的上遊側，向所述排氣通路中供給還原劑；以及 還原劑供給控制機構，所述還原劑供給控制機構控制所述還原劑供給機構，以使所述第一催化劑的上遊側的空燃比瞬間變濃。
2.如權利要求1所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述第二催化劑具有儲氧能力。
3.如權利要求2所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有檢測所述第二催化劑的床溫的第二催化劑床溫檢測機構， 所述還原劑供給控制機構基於檢測到的所述床溫確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量，以便 在沿著從所述排氣通路的上遊側朝向下遊側的方向排列的所述第二催化劑的多個部位中的特定部位，使所述還原劑和從所述第二催化劑放出的氧進行反應。
4.如權利要求3所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述還原劑供給控制機構根據所述還原劑和從所述第二催化劑放出的氧進行反應的反應效率,確定所述供給量。
5.如權利要求1所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述第二催化劑具有碳氫化合物吸附能力。
6.如權利要求5所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有: 第一排氣溫度檢測機構，所述第一排氣溫度檢測機構檢測所述第一催化劑的下遊側且所述第二催化劑的上遊側的所述排氣通路的排氣的溫度； 第二排氣溫度檢測機構，所述第二排氣溫度檢測機構檢測所述第二催化劑的下遊側的所述排氣通路的排氣的溫度；以及 第一碳氫化合物量推定機構，所述第一碳氫化合物量推定機構基於由所述第一排氣溫度檢測機構及第二排氣溫度檢測機構分別檢測到的溫度，推定被所述第二催化劑吸附的碳氫化合物的吸附量， 所述還原劑供給控制機構基於推定出的所述吸附量確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量。
7.如權利要求5所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有: 空燃比檢測機構，所述空燃比檢測機構檢測所述第二催化劑的下遊側的所述排氣通路的空燃比；以及 第二碳氫化合物量推定機構，所述第二碳氫化合物量推定機構基於由所述空燃比檢測機構檢測到的空燃比，推定被所述第二催化劑吸附的碳氫化合物的吸附量， 所述還原劑供給控制機構基於推定出的所述吸附量確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量。
8.如權利要求5所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述還原劑供給控制機構在結束所述還原劑供給機構的控制時，確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量，以使所述第一催化劑的上遊側的空燃比振動的振幅逐漸變小。
9.如權利要求1所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有檢測所述第二催化劑的下遊側的所述排氣通路的空燃比的空燃比檢測機構， 所述還原劑供給控制機構基於檢測到的所述空燃比確定由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量。
10.如權利要求1所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有混合機構，所述混合機構在所述第一催化劑的下遊側且所述第二催化劑的上遊側的所述排氣通路中攪拌排氣。
11.如權利要求9所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有: 穿過量計算機構，所述穿過量計算機構基於檢測到的所述空燃比，計算所述還原劑中的穿過了所述第二催化劑的還原劑的穿過量；以及 第一故障檢測機構，所述第一故障檢測機構基於計算出的所述穿過量和由所述還原劑供給機構供給的所述還原劑的供給量，檢測由所述第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。
12.如權利要求9所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有第二故障檢測機構，所述第二故障檢測機構基於被確定的所述供給量檢測由所述第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。
13.如權利要求9所述的內燃機的排氣淨化裝置，其特徵在於， 所述內燃機的排氣淨化裝置還具有第三故障檢測機構，所述第三故障檢測機構基於在由所述還原劑供給機構供給了被確定的所述供給量的還原劑之後、由所述空燃比檢測機構檢測到的空燃比，檢測由所述第一催化劑及第二催化劑的劣化引起的故障。
【文檔編號】F01N3/02GK103732873SQ201180072506
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2011年7月28日 優先權日:2011年7月28日
【發明者】森俊博, 美才治悠樹 申請人:豐田自動車株式會社