CN101680331B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

Abstract

对于内燃机，在内燃机排气通路内配置尿素吸附型选择还原催化剂(14)。通过由尿素供给阀(16)向流入该选择还原催化剂(14)的排气中供给尿素，从而在选择还原催化剂(14)中还原排气中所含有的NO_x。为了抑制氰化氢的发生，在选择还原催化剂(14)上游的内燃机排气通路内配置用于吸附排气中的HC的HC吸附催化剂(12)。

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

下述的内燃机已为公众所知：在内燃机排气通路内配置担载了催化剂的微粒过滤器，在微粒过滤器下游的排气通路内配置选择还原催化剂，向微粒过滤器上游的排气通路内供给尿素(例如参照日本特表2004-511691号公报)。在该内燃机中，若担载在微粒过滤器上的催化剂被活化，则在微粒过滤器中可氧化除去在排气中含有的未燃HC和CO，并且在微粒过滤器上燃烧除去在排气中含有的微粒子即微粒。而且，在该内燃机中，利用供给到排气通路内的尿素在选择还原催化剂上使排气中含有的NO_x还原。

但是，若这样向内燃机排气通路内供给尿素，则来源于该尿素的中间生成物与在排气中含有的未燃HC发生反应，生成有害的氰化氢HCN。在这种情况下，特别是如内燃机冷起动时那样从内燃机排出大量的未燃HC时、以及在车辆行驶中排气中的未燃HC增大的瞬间生成大量的氰化氢，其结果，发生超过容许的浓度的大量的氰化氢HCN被排出到大气中这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可抑制向大气中排出氰化氢的内燃机的排气净化装置。

根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，该排气净化装置在内燃机排气通路内配置尿素吸附型选择还原催化剂，通过向流入该选择还原催化剂的排气中供给尿素，在选择还原催化剂中还原在排气中含有的NO_x，其中，为了抑制氰化氢的发生，在选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置了用于吸附排气中的HC的HC吸附催化剂。

附图说明

图1是内燃机的整体图。

图2是表示HCN排出浓度和HC脱离速度的关系的图。

图3是表示HCN排出浓度和HC吸附量的关系的图。

图4是表示HCN排出浓度和HC吸附量的关系的图。

图5是表示升温控制的时间图。

图6是表示NO_x吸附量W的图(map)等的图。

图7是表示用于进行HC脱离控制的流程图。

图8是表示HCN排出浓度为基准值以上和达到基准值以上的区域等的图。

图9是用于进行HC脱离控制的流程图。

图10是表示升温速度和HC脱离速度的关系等的图。

图11是表示升温速度和HC吸附量的关系的图。

图12是表示内燃机的另一实施例的整体图。

参照标号一览表

5......排气歧管

7......涡轮增压器

12......HC吸附催化剂

14......选择还原催化剂

16......尿素供给阀

具体实施方式

图1表示压缩点火式内燃机的整体图。

参照图1，附图标记分别表示如下：1-内燃机主体；2-各气缸的燃料室；3-用于向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀；4-进气歧管；5-排气歧管。进气歧管4通过进气管6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连接，压缩机7a的入口通过空气流量计8与空气滤清器9连接。在进气管6内配置由步进电机驱动的节气门10，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冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入冷却装置11内，由内燃机冷却水冷却吸入空气。

另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连接，排气涡轮7b的出口与HC吸附催化剂12的入口连接。HC吸附催化剂12的出口通过排气管13与尿素吸附型选择还原催化剂14的入口连接，该选择还原催化剂14的出口与排气管15连接。在排气管13内配置用于向选择还原催化剂14供给尿素的尿素供给阀16。由该尿素供给阀16向排气中喷射含有尿素的尿素水。另外，在各排气管13、15内分别配置用于检测排气温度的温度传感器17、18。

排气歧管5和进气歧管4通过排气再循环(以下称为EGR)通路19相互连接，在EGR通路19内配置电子控制式EGR控制阀20。另外，在EGR通路19周围配置用于冷却在EGR通路19内流动的EGR气体的冷却装置21。在图1所示的实施例中，将内燃机冷却水导入冷却装置21内，由内燃机冷却水冷却EGR气体。另一方面，各燃料喷射阀3通过燃料供给管22与共轨23连接。由电子控制式的排出量可变的燃料泵24向该共轨23内供给燃料，供给到共轨23内的燃料通过各燃料供给管22供给到燃料喷射阀3。

电子控制单元30由数字计算机构成，具有：由双向总线31相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36。空气流量计8的输出信号和各温度传感器17、18的输出信号分别通过对应的AD转换器37输入到输入端口35。在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踏下量L成比例的输出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压通过对应的AD转换器37输入到输入端口35。而且，在输入端口35上连接有曲轴每旋转例如15°产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口36通过对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节气门10驱动用步进电机、尿素供给阀16、EGR控制阀20和燃料泵24连接

选择还原催化剂14例如由含有过渡金属的沸石构成，在图1所示的实施例中选择还原催化剂14由Fe沸石构成。若由尿素供给阀16供给尿素水，则尿素水中的大部分的尿素被吸附于选择还原催化剂14，吸附的尿素一边进行形态变化即变成中间生成物一边生成氨NH₃。在排气中含有的NO_x在选择还原催化剂14上与这些生成的氨NH₃发生反应从而被还原。在本发明的实施例中，由尿素供给阀16供给尿素水使得吸附于选择还原催化剂14的尿素吸附量达到足以还原NO_x的量。

然而，若未燃的HC流入这样地吸附有尿素的选择还原催化剂14中，则在选择还原催化剂14内生成的源于尿素的中间生成物与未燃的HC发生反应，生成有害的氰化氢HCN。在这种情况下，生成的氰化氢HCN的量少，因此，在排出到大气中的排气中的氰化氢HCN的浓度稀时，没有特别的问题。

但是，若大量未燃的HC被送入选择还原催化剂14，则生成大量的氰化氢HCN，排出到大气中的氰化氢HCN的浓度会超过可容许的浓度即超过预定的基准值。因此，在本发明中，为了吸附除去流入选择还原催化剂14中的排气中所含有的未燃的HC，在选择还原催化剂14的上游配置HC吸附催化剂12。

在本发明的实施例中，该HC吸附催化剂12由沸石构成。该沸石具有即使如内燃机冷起动时那样沸石的温度低时也吸附未燃的HC的功能。因此，即使在如内燃机冷起动时那样从内燃机排出大量未燃的HC的情况下，也将这些未燃的HC吸附于HC吸附催化剂12，这样可阻止大量的氰化氢HCN排出到大气中。

另外，在该HC吸附催化剂12上也可担载例如由铂Pt构成的氧化催化剂。在这种情况下，在氧化催化剂没有活化时，排气中的大部分的未燃的HC被吸附于HC吸附催化剂12，若氧化催化剂活化，则排气中的大部分的未燃的HC被氧化。因此，在这种情况下，不论氧化催化剂是未活化还是已活化都能够阻止大量的未燃的HC流入选择还原催化剂14。

然而，要完全阻止向大气中排出氰化氢HCN实际上基本不可能，考虑到社会的要求，只要将排出到大气中的氰化氢HCN的浓度抑制在可容许的浓度即预定的基准值以下就足够了。因此，如果能够将排出到大气中的氰化氢HCN的浓度抑制在基准值以下，则也可以使吸附的HC从HC吸附催化剂12脱离。以下对于该HC的脱离作用和排出到大气中的氰化氢HCN的浓度的关系进行说明。

图2表示HC从HC吸附催化剂12脱离的速度(重量/单位时间)和从选择还原催化剂14流出的排气中的氰化氢HCN的浓度即排出到大气中的氰化氢HCN的排出浓度的关系。另外，在图2中示出了关于吸附于选择还原催化剂14的尿素吸附量多的情况和少的情况的HC脱离速度与HCN排出浓度的2种关系。

若HC脱离速度变高，则从HC吸附催化剂12每单位时间脱离的HC的量增大，因此，如图2所示不论尿素吸附量的大小，HC脱离速度越高则HCN排出浓度越高。另外，即使HC脱离速度相同，尿素吸附量越多则HCN排出浓度也越高。因此，如图2所示，表示尿素吸附量大时的曲线位于表示尿素吸附量小时的曲线的上方。

另一方面，图2示出了HCN排出浓度的可容许的浓度即基准值RX。从图2可知，在尿素吸附量少的情况下，若使HC脱离速度为Ya以下，则HCN排出浓度为基准值RX以下，在尿素吸附量多的情况下，若使HC脱离速度为Yb以下，则HCN排出浓度为基准值RX以下。因此，在本发明中，抑制HC从HC吸附催化剂12的脱离速度使得从选择还原催化剂14流出的排气中的氰化氢浓度为预定的基准值RX以下。

然而，在HC脱离速度和HC吸附量之间存在如图3所示的HC吸附量越大则HC脱离速度越高的关系。因此，若尿素吸附量恒定，则如图4所示，HC吸附量越增大则HCN排出浓度越变高。因此可知，在图4所示的情况下，在HC吸附量为WX以下时，若使HC从HC吸附催化剂12脱离，则HCN排出浓度变为基准值RX以下。因此，在本发明的一实施例中，在HC吸附量为容许HC吸附量WX以下时，进行HC从HC吸附催化剂12脱离的作用。

然而，若使HC吸附催化剂12的温度上升，则开始HC从HC吸附催化剂12脱离的作用。因此，在本发明的实施例中，在应该将HC从HC吸附催化剂12脱离时使HC吸附催化剂12升温。HC吸附催化剂12的升温控制，例如通过延迟喷射时期使排气温度上升或者通过在膨胀行程喷射追加的燃料使排气温度上升来进行。

归纳以上情况，在本发明的实施例中，预先求出在使HC从HC吸附催化剂12脱离时从选择还原催化剂14流出的排气中的氰化氢浓度为基准值RX以下的容许HC吸附量WX来作为HC吸附催化剂12能够吸附的HC吸附量，在吸附于HC吸附催化剂12的HC吸附量为容许HC吸附量WX以下时，为了使HC从HC吸附催化剂12脱离，进行HC吸附催化剂12的升温作用。在这种情况下，在图4所示的例子中，使容许的HC吸附量RX为恒定值。

图5表示控制HC脱离的一例子。在该例子中，每当吸附于HC吸附催化剂12的HC吸附量∑W达到容许的HC吸附量WX就进行HC吸附催化剂12的升温控制，由此，HC从HC吸附催化剂12脱离。另外，在图5所示的例子中，通过累计每单位时间的HC吸附量W来计算出HC吸附量∑W。该每单位时间的HC吸附量W预先通过实验求出，作为要求转矩TQ和内燃机转速N的函数以如图6(A)所示的图的形式预先存储在ROM32内。

另一方面，HC从HC吸附催化剂12脱离的速度WD如图6(B)所示是HC吸附催化剂12的温度TC的函数，若C吸附催化剂12的温度TC超过脱离开始温度，HC脱离速度WD急剧上升。图5所示的升温控制时的HC吸附量∑W的减少量使用如图6(B)所示的HC脱离速度WD计算。另外，吸附于HC吸附催化剂12的HC吸附量∑W也可由HC吸附催化剂12的温度随时间的变化、车辆的行驶距离、从HC吸附催化剂12流出的排气中的HC的浓度的检测值等求出。

图7表示用于进行HC的脱离控制的程序。

参照图7，首先，在步骤50中判别HC吸附催化剂12是否处于升温控制中。通常不是处于升温控制中，因此进入到步骤51，由图6(A)所示的图计算每单位时间的HC吸附量W。接着，在步骤52中将HC吸附量W与HC吸附量∑W相加。接着，在步骤53中判别HC吸附量∑W是否大于容许的HC吸附量WX，在HC吸附量∑W大于容许的HC吸附量WX时进入到步骤54，开始HC吸附催化剂12的升温控制。

若开始升温控制，则从步骤50进入到步骤55继续进行升温控制。在步骤56中，基于由利用温度传感器17检测的温度推定的HC吸附催化剂12的温度TC从图6(B)所示的关系计算HC脱离速度WD。接着，在步骤57中，从HC吸附量∑W减去表示每单位时间的HC脱离量的HC脱离速度WD。接着，在步骤58中，判别HC吸附量∑W是否为零或负值。在∑W≤0时进入到步骤59，结束升温控制，接着，在步骤60中将∑W进行清零。

如上所述，图4示出了使尿素吸附量恒定时的基准值RX。与此相对，图8(A)示出了在考虑了尿素吸附量时HCN排出浓度为基准值RX以下的区域和为基准值RX以上的区域的边界SX。由图2可知，尿素吸附量越多，则HCN排出浓度变为基准值RX时的HC脱离速度即HC吸附量越小，因此，HCN排出浓度变为基准值RX以下的尿素吸附量和HC吸附量的区域为图8(A)中的用阴影线表示的区域。

然而，在图8(A)中在为某个尿素吸附量时HCN排出速度未变为基准值以上的HC吸附量的极限为边界SX，因此，该边界SX相当于容许的HC吸附量WX。因此，在考虑了尿素吸附量的情况下，如图8(B)所示，吸附于选择还原催化剂14的尿素的量越多则容许的HC吸附量WX越小。在该实施例中，在HC吸附量达到图8(B)所示的容许的HC吸附量WX时，进行HC吸附催化剂12的升温作用。

图9表示用于进行HC的脱离控制的程序。

参照图9，首先，在步骤70中判别HC吸附催化剂12是否处于升温控制中，通常不是处于升温控制中，因此进入到步骤71，由图6(A)所示的图计算每单位时间的HC吸附量W。接着，在步骤72中将HC吸附量W与HC吸附量∑W相加。接着，在步骤73中计算从尿素供给阀16供给的尿素供给量QA。

接着，在步骤74中求出与内燃机的运行状态相应的来自内燃机的NO_x排出量，计算为了还原该NO_x而脱离的尿素脱离量QB。接着，在步骤75中，将尿素供给量QA与尿素吸附量∑Q相加，从尿素吸附量∑Q减去尿素脱离量QB。接着，在步骤76中基于该尿素吸附量∑Q由图8(B)计算容许的HC吸附量WX。接着，在步骤77中，判别HC吸附量∑W是否大于容许的HC吸附量WX，在HC吸附量∑W大于容许的HC吸附量WX时进入到步骤78，开始HC吸附催化剂12的升温控制。

若开始升温控制，则从步骤70进入到步骤79继续进行升温控制。在步骤80中基于由利用温度传感器17检测的温度推定的HC吸附催化剂12的温度TC从图6(B)所示的关系计算HC脱离速度WD。接着，在步骤81中，从HC吸附量∑W减去HC脱离速度WD。接着，在步骤82中判别HC吸附量∑W是否为零或负值。在∑W≤0时进入到步骤83，结束升温控制，接着，在步骤84中将∑W进行清零。

接着，参照图10(A)、(B)和图11对另一实施例进行说明。

如参照图6(B)说明的那样，若HC吸附催化剂12的温度TC超过脱离开始温度，则HC脱离速度急剧上升，因此，如图10(A)所示，HC吸附催化剂12的升温速度越高则HC脱离速度越高。因此，若将图2的横坐标替换为升温速度，则HCN排出浓度和升温速度为图10(B)所示的关系。但是，在图10(B)中与图2不同地示出了关于HC吸附量多的情况和少的情况的HCN排出浓度和升温速度的2种关系。

由图10(B)可知，HC吸附量越多则HCN排出深度为基准值RX时的升温速度越低。即，为将HCN排出浓度维持在基准值RX以下，HC吸附量越多则需要使升温速度越低。因此，在该实施例中，在图7的步骤55或图9的步骤79中的升温控制时，如图11所示，在HC吸附催化剂12的升温控制开始时的吸附于HC吸附催化剂12的HC吸附量越多，则使升温速度越低。

图12表示又一实施例。在该实施例中，从HC吸附催化剂12和选择还原催化剂14之间的排气管13分支出对选择还原催化剂14进行迂回并延伸到排气管15的旁通通路25，在该旁通通路25的分支部配置有流路切换阀26。另外，在排气管13内配置有用于检测从HC吸附催化剂12流出的排气中的未燃HC的浓度的HC浓度传感器27。

在该实施例中，在从HC吸附催化剂12流出的排气中的HC浓度为预定的容许浓度以下时，将流路切换阀26保持在图12中的用实线表示的位置，因此此时从HC吸附催化剂12流出的排气被送入选择还原催化剂14内。与此相对，在从HC吸附催化剂12流出的排气中的HC浓度为预定的容许浓度以上时，流路切换阀26被切换到图12中的用虚线表示的位置。因此，此时排气被送入旁通通路25，由此阻止发生氰化氢HCN。

本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims (7)

1.一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置尿素吸附型选择还原催化剂，通过向流入该选择还原催化剂的排气中供给尿素从而在该选择还原催化剂中还原排气中所含有的NO_x，其中，为了抑制氰化氢的发生，在所述选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置用于吸附排气中的HC的HC吸附催化剂，并抑制HC从所述HC吸附催化剂脱离的速度以使从所述选择还原催化剂流出的排气中的氰化氢浓度为预定的基准值以下。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，预先求出在使HC从HC吸附催化剂脱离了时从所述选择还原催化剂流出的排气中的氰化氢浓度为所述基准值以下的容许的HC吸附量来作为所述HC吸附催化剂能够吸附的HC吸附量，在吸附于HC吸附催化剂的HC吸附量达到该容许的HC吸附量或者变得大于该容许的HC吸附量时，为了使HC从HC吸附催化剂脱离，进行HC吸附催化剂的升温作用。

3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述容许的HC吸附量为恒定值。

4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，附着于所述选择还原催化剂的尿素的量越多则所述容许的HC吸附量越小。

5.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，在HC吸附催化剂的升温控制开始时的吸附于HC吸附催化剂的HC吸附量越多，则使升温速度越低。

6.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，具有计算单元，所述计算单元计算吸附于HC吸附催化剂的HC吸附量。

7.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，从所述HC吸附催化剂与所述选择还原催化剂之间的内燃机排气通路分支对该选择还原催化剂进行迂回的旁通通路，在从HC吸附催化剂流出的排气中的HC浓度为预定的容许浓度以下时将排气送入到选择还原催化剂内，在从HC吸附催化剂流出的排气中的HC浓度为预定的容许浓度以上时将排气送入到旁通通路内。

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