УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНОГО ГАЗА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
EXHAUST GAS CLEANING APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Настоящее изобретение относится к устройству очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания, которое очищает выхлопной газ в первом выпускном канале и втором выпускном канале, которые проходят от двигателя внутреннего сгорания.
Традиционно использовалось устройство очистки выхлопного газа, которое размещено в выпускном канале двигателя и устраняет окись азота (NOx) в выхлопном газе (очищает выхлопной газ) с помощью каталитического нейтрализатора. JP 2009-517210 раскрывает рядный четырехцилиндровый двигатель, имеющий выпускной канал, в котором пара каталитических нейтрализаторов NOx, т.е. первый каталитический нейтрализатор для выборочного снижения NOx и второй каталитический нейтрализатор для выборочного снижения NOx, размещены последовательно. Первая система подачи аммиака размещена выше по потоку от первого каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, который находится выше по потоку от второго каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, и аммиак подается из первой системы подачи аммиака к первому каталитическому нейтрализатору для выборочного снижения NOx. Аммиак подается из второй системы подачи аммиака между первым каталитическим нейтрализатором для выборочного снижения NOx и вторым каталитическим нейтрализатором для выборочного снижения NOx в выпускном канале.
JP 2010-121521 раскрывает техническую идею создания меньшего объема первого каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, чем объем второго каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, и тем самым раннего повышения температуры каталитических нейтрализаторов для выборочного снижения NOx до желаемой температуры, чтобы улучшать степень очистки NOx во время работы при низкой температуре.
Некоторые V-образные двигатели и т.п. принимают конфигурацию, включающую в себя пару выпускных каналов, размещенных параллельно. В этой конфигурации каталитический нейтрализатор предусмотрен для каждого выпускного канала.
Однако, если пара каталитических нейтрализаторов для выборочного снижения NOx предусмотрена последовательно в первом выпускном канале, а другая пара каталитических нейтрализаторов для выборочного снижения NOx предусмотрена последовательно во втором канале для выпуска газа, число необходимых компонентов, каталитических нейтрализаторов для выборочного снижения NOx, средств для подачи аммиака и датчиков, требуемых для их управления, является большим. Эта конфигурация страдает от недостатка высокой стоимости.
Одной задачей настоящего изобретения является снижение стоимости устройства очистки выхлопного газа, которое очищает выхлопной газ в первом выпускном канале и втором выпускном канале, отдельно от двигателя внутреннего сгорания. Другой задачей настоящего изобретения является эффективная очистка NOx в устройстве очистки выхлопного газа, которое очищает выхлопной газ в первом выпускном канале и втором выпускном канале, проходящих от двигателя внутреннего сгорания.
Для решения вышеописанной задачи и в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения создано устройство очистки выхлопного газа для двигателя внутреннего сгорания, очищающее выхлопной газ в первом выпускном канале и втором выпускном канале, которые проходят от двигателя внутреннего сгорания, при этом устройство содержит: соединяющийся канал, который проходит от соединяющейся секции первого выпускного канала и второго выпускного канала; первый вспомогательный каталитический нейтрализатор NOx, который расположен в первом выпускном канале; второй вспомогательный каталитический нейтрализатор NOx, который расположен во втором выпускном канале; основной каталитический нейтрализатор NOx, который расположен в соединяющемся канале; первую секцию добавления, которая добавляет источник аммиака с первой величиной добавления в секцию выше по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx, таким образом доставляя водный раствор мочевины к первому вспомогательному каталитическому нейтрализатору NOx; вторую секцию добавления, которая добавляет источник аммиака со второй величиной добавления в секцию выше по потоку от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx, таким образом доставляя водный раствор мочевины ко второму вспомогательному каталитическому нейтрализатору NOx; первый температурный датчик, который определяет температуру первого вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx; и контроллер, который управляет первой величиной добавления и второй величиной добавления, при этом контроллер выполнен с возможностью: сравнения температуры, определяемой посредством первого температурного датчика, с первой опорной температурой, заданной заранее, и выполнения, на основе сравнения, экстренного управления добавлением, чтобы увеличивать одну из первой величины добавления и второй величины добавления до первой измененной величины добавления и уменьшать другую до второй измененной величины добавления.
Предпочтительно, устройство дополнительно содержит: второй температурный датчик, который определяет температуру второго вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx, при этом контроллер выполнен с возможностью: сравнения температуры, определяемой посредством первого температурного датчика, температуры, определяемой посредством второго температурного датчика и первой опорной температуры друг с другом, и выполнения, на основе сравнения, экстренного управления добавлением.
Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью выполнения экстренного управления добавлением, если более высокая из температуры, определяемой посредством первого температурного датчика, и температуры, определяемой посредством второго температурного датчика, выше или равна первой опорной температуре, и первая и вторая величины добавления изменяются при экстренном управлении добавлением так, что величина добавления увеличивается до более высокой температуры одного из первого вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx и второго вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx, а величина добавления уменьшается до другой более низкой температуры.
Предпочтительно, вторая измененная величина добавления при экстренном управлении добавлением равна 0.
Предпочтительно, первая измененная величина добавления при экстренном управлении добавлением равна сумме первой величины добавления и второй величины добавления при нормальном управлении добавлением.
Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью выполнения управления без добавления, которое изменяет первую величину добавления и вторую величину добавления в 0, если температура, определяемая посредством первого температурного датчика, и температура, определяемая посредством второго температурного датчика, меньше первой опорной температуры.
Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью выполнения экстренного управления добавлением, когда температура, определяемая посредством первого температурного датчика, выше или равна первой опорной температуре.
Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью выполнения управления без добавления, которое изменяет величину добавления в первой секции добавления и величину добавления во второй секции добавления в 0, когда температура, определяемая посредством первого температурного датчика, меньше первой опорной температуры.
Предпочтительно, устройство дополнительно содержит третий температурный датчик, который определяет температуру основного каталитического нейтрализатора NOx, при этом контроллер выполнен с возможностью: сравнения температуры, определяемой посредством третьего температурного датчика, со второй опорной температурой, заданной заранее, и выполнения, на основе сравнения, нормального управления добавлением, которое регулирует первую и вторую величины добавления до нормальных величин добавления.
Предпочтительно, основной каталитический нейтрализатор NOx, первый вспомогательный каталитический нейтрализатор NOx и второй вспомогательный каталитический нейтрализатор NOx являются каталитическими нейтрализаторами для выборочного снижения NOx.
Предпочтительно, длина второго выпускного канала короче длины первого выпускного канала, и контроллер увеличивает первую величину добавления и уменьшает вторую величину добавления при экстренном управлении добавлением.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематичный чертеж, показывающий устройство очистки выхлопного газа согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций, показывающая программу управления добавлением согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 3 - схематичный чертеж, показывающий устройство очистки выхлопного газа согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций, показывающая программу управления добавлением согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 5 - схематичный чертеж, показывающий устройство очистки выхлопного газа согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 6 - схематичный чертеж, показывающий устройство очистки выхлопного газа согласно другому варианту осуществления.
Первый вариант осуществления, в котором настоящее изобретение применяется к дизельному двигателю, будет описано ниже со ссылкой на фиг. 1 и 2.
Как показано на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, который установлен в транспортном средстве, включает в себя цилиндры 12А и 12В. Цилиндры 12А и 12В делятся на две группы. Форсунки 14А для впрыска топлива прикреплены к головке 13А цилиндра, соответствующей цилиндрам 12А в первой группе, а форсунки 14В для впрыска топлива прикреплены к головке 13В цилиндра, соответствующей цилиндрам 12В во второй группе. Каждая форсунка 14А для впрыска топлива соответствует одному из цилиндров 12А, а каждая форсунка 14В для впрыска топлива соответствует одному из цилиндров 12В. Форсунки 14А и 14В для впрыска топлива впрыскивают топливо в соответствующие цилиндры 12А и 12В.
Впускной коллектор 15 соединяется с головками 13А и 13В цилиндров. Впускной коллектор 15 соединяется с ответвляющимися впускными каналами 16А и 16В. Секция 191А компрессора устройства 19А наддува предоставляется на полпути вдоль ответвляющегося впускного канала 16А, а секция 191В компрессора устройства 19В наддува предоставляется на полпути вдоль ответвляющегося впускного канала 16В. Устройства 19А и 19В наддува являются известными турбокомпрессорами с изменяемой геометрией, которые приводятся в действие потоком выхлопного газа.
Ответвляющиеся впускные каналы 16А и 16В соединяются с основным впускным каналом 21. Основной впускной канал 21 соединяется с воздушным фильтром 11. Дроссельные заслонки 17А и 17В предоставляются на полпути вдоль ответвляющихся впускных каналов 16А и 16В, соответственно, между устройствами 19А и 19В наддува и впускным коллектором 15. Дроссельные заслонки 17А и 17В регулируют интенсивность потока всасываемого воздуха, который втягивается в ответвляющиеся впускные каналы 16А и 16В через воздушный фильтр 11 и основной впускной канал 21.
Положение акселератора (величина, на которую педаль акселератора нажимается) определяется посредством датчика 31 положения акселератора. Угол поворота коленчатого вала (не показан) (угол поворота коленвала) определяется посредством датчика 32 поворота коленчатого вала. Информация определения положения акселератора, определяемая посредством датчика 31 положения акселератора, и информация определения угла поворота коленчатого вала, определяемая посредством датчика 32 угла поворота коленчатого вала, отправляются средству С управления в виде контроллера. Средство С управления вычисляет период впрыска топлива (время начала впрыска и время окончания впрыска) для форсунок 14А и 14В для впрыска топлива на основе информации определения положения акселератора и информации определения угла поворота коленчатого вала и управляет впрыском топлива форсунок 14А и 14В для впрыска топлива на основе вычисленного периода впрыска топлива. Средство С управления вычисляет скорость вращения двигателя на основе информации определения угла поворота коленчатого вала, полученной посредством датчика 32 угла поворота коленчатого вала.
Воздух, всасываемый в основной впускной канал 21, протекает через ответвляющиеся впускные каналы 16А и 16В в отдельных потоках, и отдельные потоки соединяются во впускном коллекторе 15. Т.е. потоки всасываемого воздуха, отправленные из секций 191А и 191В компрессора устройств 19А и 19В наддува, соединяются во впускном коллекторе 15 и подаются к цилиндрам 12А и 12В.
Выпускной коллектор 18А соединяется с головкой 13А цилиндра, а выпускной коллектор 18В соединяется с головкой 13В цилиндра. Выхлопной газ, сформированный в цилиндрах 12А и 12В, выпускается в выпускные коллекторы 18А и 18В. Первый выпускной канал 20A соединяется с выпускным коллектором 18А через секцию 192А турбины устройства 19А наддува. Второй выпускной канал 20В соединяется с выпускным коллектором 18В через секцию 192В турбины устройства 19В наддува. Первый выпускной канал 20A и второй выпускной канал 20В проходят отдельно от двигателя внутреннего сгорания и соединяются в соединяющийся канал 22 в соединяющейся секции 220.
В первом выпускном канале 20A первый окислительный нейтрализатор 23А, первый каталитический нейтрализатор 24А твердых частиц дизельного топлива (DRP) и первый вспомогательный каталитический нейтрализатор 25А для выборочного снижения NOx в качестве первого вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx предоставляются последовательно в этом порядке со стороны выше по потоку в сторону ниже по потоку. Во втором выпускном канале 20В второй окислительный нейтрализатор 23В, второй каталитический DRP-нейтрализатор 24В и второй вспомогательный каталитический нейтрализатор 25В для выборочного снижения NOx в качестве второго вспомогательного каталитического нейтрализатора NOx предоставляются последовательно в таком порядке. Окислительные нейтрализаторы 23А и 23В функционируют, чтобы очищать выхлопной газ, окисляя несгоревшие компоненты [например, углеводород (НС)] в выхлопном газе. Каталитические DRP-нейтрализаторы 24А и 24В функционируют, чтобы устранять твердые частицы (РМ) из выхлопного газа, собирая и сжигая твердые частицы в выхлопном газе. Вспомогательные каталитические нейтрализаторы 25А и 25В для выборочного снижения NOx функционируют, чтобы очищать выхлопной газ, снижая содержание NOx в выхлопном газе. Объем первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx равен объему второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx.
Первый клапан 28А добавления соединяется с первым выпускным каналом 20А в секции, которая находится выше по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx и ниже по потоку от первого каталитического DPR-нейтрализатора 24А. Первый клапан 28А добавления соединяется с первым насосом 29А. Первый насос 29А подает водный раствор мочевины (источник аммиака) к первому клапану 28А добавления. Второй клапан 28В добавления соединяется со вторым выпускным каналом 20В в секции, которая находится выше по потоку от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx и ниже по потоку от второго каталитического DPR-нейтрализатора 24В. Второй клапан 28В добавления соединяется со вторым насосом 29В. Второй насос 29В подает водный раствор мочевины (источник аммиака) ко второму клапану 28В добавления.
Средство С управления управляет активацией клапанов 28А и 28В добавления и насосов 29А и 29В. Первый насос 29А и первый клапан 28А добавления формируют первое средство 30А добавления в качестве первой секции добавления, которая подает водный раствор мочевины (источник аммиака) к первому вспомогательному каталитическому нейтрализатору 25А для выборочного снижения NOx. Второй насос 29В и второй клапан 28В добавления формируют второе средство 30В добавления в качестве второй секции добавления, которая подает водный раствор мочевины (источник аммиака) ко второму вспомогательному каталитическому нейтрализатору 25В для выборочного снижения NOx.
Первый NOx-датчик 33 предоставляется между первым каталитическим DPR-нейтрализатором 24А и первым клапаном 28А добавления в первом выпускном канале 20А. Первый NOx-датчик 33 определяет концентрацию NOx в выхлопном газе между первым каталитическим DPR-нейтрализатором 24А и первым клапаном 28А добавления в первом выпускном канале 20А. Второй NOx-датчик 34 предоставляется между вторым каталитическим DPR-нейтрализатором 24В и вторым клапаном 28В добавления во втором выпускном канале 20В. Второй NOx-датчик 34 определяет концентрацию NOx в выхлопном газе между вторым каталитическим DPR-нейтрализатором 24В и вторым клапаном 28В добавления во втором выпускном канале 20В.
Основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx и аммиачный каталитический нейтрализатор 27 предоставляются последовательно в таком порядке со стороны выше по потоку в направлении стороны ниже по потоку в соединяющемся канале 22, который находится выше по потоку от соединяющейся секции 220 первого выпускного канала 20А и второго выпускного канала 20В. Основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx функционирует, чтобы очищать выхлопной газ, снижая NOx в выхлопном газе. Объем основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx больше объемов вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx. Аммиачный каталитический нейтрализатор 27 функционирует, чтобы очищать выхлопной газ посредством окисления аммиака.
В настоящем варианте осуществления каталитические нейтрализаторы для выборочного снижения NOx, имеющие высокие степени очищения при высокой температуре, используются в качестве вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx, а каталитический нейтрализатор для выборочного снижения NOx, имеющий высокую степень очищения при низкой температуре, используется в качестве основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx.
Третий NOx-датчик 35 предоставляется ниже по потоку от аммиачного каталитического нейтрализатора 27. Третий NOx-датчик 35 определяет концентрацию NOx в выхлопном газе ниже по потоку от аммиачного каталитического нейтрализатора 27 в соединяющемся канале 22.
Температурный датчик 36А предоставляется ниже по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx в первом выпускном канале 20A. Температурный датчик 36А является первым температурным датчиком, который определяет температуру первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx, определяя температуру выхлопного газа ниже по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx в первом выпускном канале 20A.
Температурный датчик 37 предоставляется ниже по потоку от аммиачного каталитического нейтрализатора 27. Температурный датчик 37 является третьим температурным датчиком, который определяет температуру основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx, определяя температуру выхлопного газа ниже по потоку от аммиачного каталитического нейтрализатора 27 в соединяющемся канале 22.
Информация о температурах выхлопного газа, определяемых посредством температурных датчиков 36А и 37, и информация о концентрациях NOx, определяемых посредством NOx-датчиков 33, 34 и 35, отправляются средству С управления. Средство С управления вычисляет величину добавления водного раствора мочевины в первом клапане 28А добавления (далее в данном документе просто именуемую величиной добавления) в качестве первой величины добавления на основе определяемой концентрации NOx, полученной от первого NOx-датчика 33, и определяемого расхода всасываемого воздуха, полученного от расходомера 38А воздуха. Средство С управления затем выдает инструкцию первому клапану 28А добавления добавлять водный раствор мочевины с вычисленной величиной добавления, чтобы подавать водный раствор мочевины к первому вспомогательному каталитическому нейтрализатору 25А для выборочного снижения NOx. Управление, которое добавляет водный раствор мочевины с вычисленной величиной добавления, является нормальным управлением добавлением для первого клапана 28А добавления. Средство С управления также вычисляет величину добавления водного раствора мочевины во втором клапане 28В добавления в качестве второй величины добавления на основе определяемой концентрации NOx, полученной от второго NOx-датчика 34, и определяемого расхода всасываемого воздуха, полученного от расходомера 38В воздуха. Средство С управления затем выдает инструкцию второму клапану 28В добавления добавлять водный раствор мочевины с вычисленной величиной добавления, чтобы подавать водный раствор мочевины ко второму вспомогательному каталитическому нейтрализатору 25В для выборочного снижения NOx. Управление, которое добавляет водный раствор мочевины с вычисленной величиной добавления, является нормальным управлением добавлением для второго клапана 28В добавления.
Т.е. нормальное управление добавлением ссылается на управление, которое добавляет водный раствор мочевины с величиной добавления, соответствующей расходу NOx, который может быть получен из концентрации NOx, расходу всасываемого воздуха и т.п.
Средство С управления управляет добавлением водного раствора мочевины на основе программы управления добавлением, показанной посредством блок-схемы последовательности операций на фиг. 2.
Работа первого варианта осуществления и управление добавлением будут описаны со ссылкой на блок-схему последовательности операций на фиг. 2.
Когда двигатель запускается, средство С управления сравнивает определяемую температуру Ts, которая получена посредством датчика 36А температуры, с первой опорной температурой Та, которая задана заранее (этап S1). В настоящем варианте осуществления первая опорная температура Та является температурой разложения мочевины. Мочевина разлагается, чтобы производить аммиак. Если определяемая температура Ts меньше первой опорной температуры Та (Нет на этапе S1), средство С управления выбирает управление без добавления, в котором добавление водного раствора мочевины из клапанов 28А и 28В добавления не выполняется (этап S2).
С другой стороны, если определяемая температура Ts выше или равна первой опорной температуре Та (Да на этапе S1), средство С управления сравнивает определяемую температуру Tm, которая получена посредством температурного датчика 37, со второй опорной температурой Tb, которая задана заранее (температура активации основного каталитического нейтрализатора 27 для выборочного снижения NOx в настоящем варианте осуществления) (этап S3). Если определяемая температура Tm меньше второй опорной температуры Tb (Нет на этапе S3), средство С управления выбирает экстренное управление добавлением (этап S4).
При экстренном управлении добавлением величина добавления из первого клапана 28А добавления увеличивается, а величина добавления из второго клапана 28В добавления уменьшается. В настоящем варианте осуществления величина добавления из первого клапана 28А добавления при экстренном управлении добавлением (первая измененная величина добавления) равна сумме нормальной величины добавления в первом клапане 28А добавления (т.е. величина добавления водного раствора мочевины при нормальном управлении добавлением) и нормальной величины добавления во втором клапане 28В добавления. Величина добавления из второго клапана 28В добавления при экстренном управлении добавлением (вторая измененная величина добавления) равна нулю.
Экстренное управление добавлением выбирается (выполняется), когда температура выхлопного газа является низкой (например, во время запуска двигателя). Управление, которое изменяет величину добавления из второго клапана 28В добавления в 0, повышает температуру второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx, что, в свою очередь, ведет к раннему увеличению температуры основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx. Это улучшает степень очистки NOx в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx.
Водный раствор мочевины, добавленный из первого клапана 28А добавления, преобразуется в аммиак в первом вспомогательном каталитическом нейтрализаторе 25А для выборочного снижения NOx и в первом выпускном канале 20A ниже по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx. Когда температура выхлопного газа является низкой, степень очистки NOx посредством аммиака в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx выше, чем степень очистки NOx посредством водного раствора мочевины. Т.е. процесс добавления настолько большого количества водного раствора мочевины, сколько необходимо, чтобы уменьшать NOx выше по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx (управление, которое увеличивает величину добавления из первого клапана 28А добавления), имеет преимущество над процессом добавления водного раствора мочевины между основным каталитическим нейтрализатором 26 для выборочного снижения NOx и первым вспомогательным каталитическим нейтрализатором 25А для выборочного снижения NOx (т.е. добавление водного раствора мочевины ниже по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx) в улучшении степени очистки NOx в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx.
С другой стороны, если определяемая температура Tm выше или равна второй опорной температуре Tb (Да на этапе S3), средство С управления выбирает нормальное управление добавлением, описанное ранее (этап S5).
Первый вариант осуществления добивается преимуществ, описанных ниже.
(1) Первый выпускной канал 20A и второй выпускной канал 20В проходят отдельно от двигателя 10 внутреннего сгорания, и их дальние концы соединяются в соединяющийся канал 22 в соединяющейся секции 220. По этой причине, только один основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx требуется предоставлять ниже по потоку от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx, предусмотренного в первом выпускном канале 20А, и второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx, предусмотренного во втором выпускном канале 20В, чтобы соответствовать первому вспомогательному каталитическому нейтрализатору 25А для выборочного снижения NOx и второму вспомогательному каталитическому нейтрализатору 25В для выборочного снижения NOx. Это дает в результате уменьшение в стоимости устройства очистки выхлопного газа, когда первый выпускной канал 20A и второй выпускной канал 20В проходят отдельно от двигателя 10 внутреннего сгорания.
(2) Когда выполняется экстренное управление добавлением, величина добавления водного раствора мочевины в первый вспомогательный каталитический нейтрализатор 25А для выборочного снижения NOx увеличивается, а величина добавления водного раствора мочевины во второй вспомогательный каталитический нейтрализатор 25В для выборочного снижения NOx уменьшается до 0. Это ускоряет увеличение температуры во втором вспомогательном каталитическом нейтрализаторе 25В для выборочного снижения NOx, величина доставки водного раствора мочевины в который равна 0, и увеличение температуры в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx. В результате, степень очистки NOx в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочной очистки NOx, когда температура выхлопного газа является низкой, улучшается.
(3) Эффективность очистки NOx у аммиака при низких температурах выше, чем у водного раствора мочевины. Таким образом, во время работы на холодную в неустановившемся режиме (например, во время запуска) аммиак, проходящий через первый вспомогательный каталитический нейтрализатор 25А для выборочного снижения NOx без реакции показывает высокую эффективность очистки NOx в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочной очистки NOx. Чем больше расстояние между вторым вспомогательным каталитическим нейтрализатором 25В для выборочного снижения NOx и основным каталитическим нейтрализатором 26 для выборочного снижения NOx, т.е. чем длиннее выпускной канал от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx до основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx, тем большим становится стимулируемое преобразование из водного раствора мочевины в аммиак. Это способствует улучшению эффективности очистки NOx в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx. Дополнительно, поскольку каталитический нейтрализатор для выборочного снижения NOx, имеющий высокую степень очистки при низкой температуре, используется в качестве основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочной очистки NOx, NOx, пропущенный через вспомогательные каталитические нейтрализаторы 25А и 25В для выборочного снижения NOx, может быть эффективно очищен в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx при низких температурах (например, во время управления без добавления и во время
экстренного управления добавлением). Кроме того, поскольку вспомогательные каталитические нейтрализаторы 25А и 25В для выборочного снижения NOx, размещенные на стороне выше по потоку, имеют высокие степени очистки при высоких температурах, и основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочной очистки NOx, размещенный на стороне ниже по потоку с более низкой температурой выхлопного газа, имеет высокую степень очистки при низкой температуре, NOx может быть эффективно очищен даже в рабочих условиях с высокой температурой выхлопа.
(4) При экстренном управлении добавлением величина добавления водного раствора мочевины в первом клапане 28А добавления равна сумме величины добавления водного раствора мочевины в первом клапане 28А добавления и величины добавления водного раствора мочевины во втором клапане 28В добавления при нормальном управлении добавлением. Таким образом, величина добавления водного раствора мочевины, требуемая для очистки NOx, гарантируется.
(5) Объемы вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx меньше объема основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx. Это способствует сокращению периода времени прогрева во втором вспомогательном каталитическом нейтрализаторе 25В для выборочного снижения NOx. Сокращение ускоряет время начала добавления водного раствора мочевины после запуска двигателя 10 внутреннего сгорания и улучшает степень очистки NOx на ранней стадии запуска двигателя 10 внутреннего сгорания.
(6) Аммиак может проходить через основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx. Аммиачный каталитический нейтрализатор 27 очищает выхлопной газ посредством окисления аммиака, прошедшего через основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочной очистки NOx. По этой причине, аммиак не выбрасывается в атмосферу.
(7) Определяемая информация, полученная посредством третьего NOx-датчика 35, сравнивается с определяемой информацией, полученной посредством NOx-датчиков 33 и 34. Результат сравнения может быть использован, чтобы получать количество аммиака, проходящего через основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx. Если количество аммиака, проходящего через основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx, является большим, величина добавления водного раствора мочевины может быть ненормально больше правильной величины добавления. Возможной причиной ненормальности является отказ в средстве 30А или 30В добавления. Т.е. третий NOx-датчик 35 может быть использован, чтобы определять наличие или отсутствие повреждения в средстве 30А или 30В добавления.
Второй вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 3 и 4. Те же компоненты, что и в первом варианте осуществления, обозначены теми же номерами ссылок, а подробное описание компонентов будет опущено.
Как показано на фиг. 3, температурный датчик 36В предоставляется ниже по потоку от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx во втором выпускном канале 20В. Температурный датчик 36В является вторым температурным датчиком, который определяет температуру второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx, определяя температуру выхлопного газа ниже по потоку от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx во втором выпускном канале 20В.
Средство С управления управляет добавлением водного раствора мочевины на основе программы управления добавлением, показанной посредством блок-схемы последовательности операций на фиг. 4.
Управление добавлением во втором варианте осуществления будет описано со ссылкой на блок-схему последовательности операций на фиг. 4.
Когда двигатель запускается, средство С управления сравнивает определяемую температуру Ts1, которая получена посредством температурного датчика 36А, с определяемой температурой Ts2, которая получена посредством температурного датчика 36В (этап S11). Если определяемая температура Ts1 выше или равна определяемой температуре Ts2 (Да на этапе S11), средство С управления сравнивает определяемую температуру Ts1 с первой опорной температурой Та, которая задана заранее (этап S12). Если определяемая температура Ts меньше первой опорной температуры Та (Нет на этапе S12), средство С управления выбирает управление без добавления, в котором добавление водного раствора мочевины из клапанов 28А и 28В добавления не выполняется (этап S13).
С другой стороны, если определяемая температура Ts1 выше или равна первой опорной температуре Та (Да на этапе S12), средство С управления сравнивает определяемую температуру Tm, которая получена посредством температурного датчика 37, со второй опорной температурой Tb, которая задана заранее (этап S14). Если определяемая температура Tm меньше второй опорной температуры Tb (Нет на этапе S14), средство С управления выбирает первое экстренное управление добавлением (этап S15).
При первом экстренном управлении добавлением величина добавления из первого клапана 28А добавления увеличивается, а величина добавления из второго клапана 28В добавления уменьшается. В настоящем варианте осуществления величина добавления из первого клапана 28А добавления при первом экстренном управлении добавления равна сумме нормальной величины добавления в первом клапане 28А добавления и нормальной величины добавления во втором клапане 28В добавления. Величина добавления из второго клапана 28В добавления при первом экстренном управлении добавлением равна 0.
С другой стороны, если определяемая температура Tm выше или равна второй опорной температуре Tb (Да на этапе S14), средство С управления выбирает нормальное управление добавлением, описанное ранее (этап S16).
Если результат определения на этапе S11 отрицательный (определяемая температура Ts2 выше определяемой температуры Ts1), средство С управления сравнивает определяемую температуру Ts2 с первой опорной температурой Та, заданной заранее (этап S17). Если определяемая температура Ts2 меньше первой опорной температуры Та (Нет на этапе S17), средство С управления выбирает управление без добавления, в котором добавление водного раствора мочевины из клапанов 28А и 28В добавления не выполняется (этап S13).
С другой стороны, если определяемая температура Ts2 выше или равна первой опорной температуре Та (Да на этапе S17), средство С управления сравнивает определяемую температуру Tm, полученную посредством температурного датчика 37, со второй опорной температурой Tb, заданной заранее (этап S18). Если определяемая температура Tm меньше второй опорной температуры Tb (Нет на этапе S18), средство С управления выбирает второе экстренное управление добавлением (этап S19).
При втором экстренном управлении добавлением величина добавления из второго клапана 28В добавления увеличивается, а величина добавления из первого клапана 28А добавления уменьшается. В настоящем варианте осуществления величина добавления из второго клапана 28В добавления при втором экстренном управлении добавления равна сумме нормальной величины добавления во втором клапане 28В добавления и нормальной величины добавления в первом клапане 28А добавления. Величина добавления из первого клапана 28А добавления при втором экстренном управлении добавлением равна 0.
Средство С управления функционирует, чтобы выбирать одно из первого экстренного управления добавлением и второго экстренного управления добавлением на основе сравнения между определяемой температурой Ts1, определяемой посредством температурного датчика 36А, определяемой температурой Ts2, определяемой посредством температурного датчика 36В, и первой опорной температурой Та.
С другой стороны, если определяемая температура Tm выше или равна второй опорной температуре Tb (Да на этапе S18), средство С управления выбирает нормальное управление добавлением, описанное ранее (этап S16).
Второй вариант осуществления добивается преимуществ, перечисленных ниже, в дополнение к тем же преимуществам, что и в первом варианте осуществления.
В первом варианте осуществления температуры выхлопного газа ниже по потоку от двух вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx, как предполагается, должны быть равными друг другу, и определяется только температура выхлопного газа ниже по потоку от одного (первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx) из вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx. В отличие от этого, во втором варианте осуществления, температуры выхлопного газа ниже по потоку от двух вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx, как предполагается, должны иногда отличаться друг от друга, и определяются температуры выхлопного газа ниже по потоку от двух вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx. Причины того, почему температуры выхлопного газа ниже по потоку от двух вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx различаются, включают в себя рабочее состояние двигателя 10 внутреннего сгорания и различие между увеличениями отдельных температур в двух вспомогательных каталитических нейтрализаторах 25А и 25В для выборочного снижения NOx.
Определение температур выхлопного газа ниже по потоку от двух вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx как во втором варианте осуществления предоставляет возможность идентификации одного из вспомогательных каталитических нейтрализаторов (25А и 25В) для выборочного снижения NOx, температура которого повышается раньше. Экстренное управление добавлением может, таким образом, быть начато раньше, чтобы сокращать временной период управления без добавления. Это дает в результате раннее начало очистки NOx.
Третий вариант осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 5. Те же компоненты, что и в первом варианте осуществления, обозначены теми же номерами ссылок, а подробное описание компонентов будет опущено.
Программа управления добавлением согласно третьему варианту осуществления является такой же, что и в первом варианте осуществления. Во время экстренного управления добавлением величина добавления из первого клапана 28А добавления увеличивается, а величина добавления из второго клапана 28В добавления изменяется в 0. Длина сегмента от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx до соединяющегося канала 22 первого выпускного канала 20A больше, чем длина сегмента от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx до соединяющегося канала 22 второго выпускного канала 20В. Т.е. выпускной канал от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx, в который величина добавления при экстренном управлении добавлением равна 0, до основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx короче, чем выпускной канал от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx, в который величина добавления при экстренном управлении добавлением не равна 0, до основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx.
В третьем варианте осуществления, поскольку выпускной канал от второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx, в который величина добавления при экстренном управлении добавлением равна 0, до основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx является коротким, это имеет преимущество более раннего увеличения температуры в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx во время экстренного управления добавлением. Поскольку выпускной канал от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx, в который величина добавления при экстренном управлении добавлением не равна 0, до основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx является длинным, период времени, требуемый для прохождения от первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx до основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx, является длительным. По этой причине, количество аммиака, в который мочевина преобразуется на полпути между первым вспомогательным каталитическим нейтрализатором 25А для выборочного снижения NOx и основным каталитическим нейтрализатором 26 для выборочного снижения NOx, является более значительным. Таким образом, эффективность очистки NOx может быть улучшена.
В настоящем варианте осуществления также возможны варианты осуществления, перечисленные ниже.
Как в другом варианте осуществления, показанном на фиг. 6, объединенный каталитический нейтрализатор 41А, в который объединены каталитический DPR-нейтрализатор 39А и каталитический нейтрализатор 40A для выборочного снижения NOx, и объединенный каталитический нейтрализатор 41В, в который объединены DPR-каталитический нейтрализатор 39В и каталитический нейтрализатор 40В для выборочного снижения NOx, могут быть использованы вместо вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx. В этом случае клапаны 28А и 28В добавления могут добавлять водный раствор мочевины в секцию выше по потоку от объединенных каталитических нейтрализаторов 41А и 41В. Применение объединенных каталитических нейтрализаторов 41А и 41В имеет преимущество в стоимости.
Как показано на фиг. 6, величина выбросов NOx, которая оценивается из информации о расходе всасываемого воздуха, полученной от расходомеров 38А и 38В воздуха, информации о давлении наддува, полученной посредством датчика 42 давления во впускном коллекторе 15, RPM-информации и т.п., может быть использована для управления добавлением. Оценка величины выбросов NOx раскрыта, например, в японских выложенных патентных публикациях №№2010-270664 и 2005-139983. Средство С управления управляет степенями открытия лопастей в секциях 192А и 192В турбины устройств 19А и 19В наддува на основе информации о давлении наддува, определяемой посредством датчика 42 давления, так что фактическое давление наддува совпадает с целевым давлением наддува.
Каталитический нейтрализатор для уменьшения накопления NOx или каталитический DPNR-нейтрализатор (каталитический нейтрализатор для уменьшения твердых частиц NOx в дизельном топливе, выполняющий снижение накопления NOx) могут быть использованы вместо вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx, и топливо (дизельное топливо) может добавляться вместо водного раствора мочевины. В этом случае, окислительный нейтрализатор, который окисляет топливо, прошедшее через основной каталитический нейтрализатор 26 для выборочного снижения NOx, размещается ниже по потоку от основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx вместо аммиачного нейтрализатора 27.
Может быть использовано объединение каталитических нейтрализаторов для выборочного снижения NOx, имеющих высокие степени очистки при низкой температуре, в качестве вспомогательных каталитических нейтрализаторов 25А и 25В для выборочного снижения NOx и каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, имеющего высокую степень очистки при высокой температуре, в качестве основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx. В этом случае, задавая первую опорную температуру, которая должна быть задана заранее, низкой, период для управления без добавления может быть сокращен, и эффективность очистки NOx может быть улучшена.
Возможно применять комбинацию каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, имеющего высокую степень очистки при низкой температуре, в качестве первого вспомогательного каталитического нейтрализатора 25А для выборочного снижения NOx, каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, имеющего высокую степень очистки при средней температуре, в качестве второго вспомогательного каталитического нейтрализатора 25В для выборочного снижения NOx и каталитического нейтрализатора для выборочного снижения NOx, имеющего высокую степень очистки при высокой температуре, в качестве основного каталитического нейтрализатора 26 для выборочного снижения NOx. В этом случае, задавая первую опорную температуру, которая должна быть задана заранее, низкой, период для управления без добавления может быть сокращен, и степень очистки NOx во втором вспомогательном каталитическом нейтрализаторе 25В для выборочного снижения NOx во время нормального управления добавлением может быть улучшена. Это предоставляет возможность уменьшения в количестве NOx, протекающем в основной каталитический нейтрализатор для выборочного снижения NOx.
В первом варианте осуществления величина добавления во второй вспомогательный каталитический нейтрализатор 25В для выборочного снижения NOx может быть уменьшена до величины добавления, отличной от 0, при экстренном управлении добавлением.
В первом варианте осуществления величина добавления водного раствора мочевины в первый вспомогательный каталитический нейтрализатор 25А для выборочного снижения NOx может быть уменьшена, а величина добавления водного раствора мочевины во второй вспомогательный каталитический нейтрализатор 25В для выборочного снижения NOx может быть увеличена при экстренном управлении добавлением.
В первом варианте осуществления может быть предусмотрен температурный датчик, который определяет температуру выхлопного газа во втором выпускном канале 20В, и среднее значение определяемой температуры, полученной от температурного датчика, и определяемой температуры, полученной от температурного датчика 36А, может быть использовано в качестве температуры Ts на этапе S1 блок-схемы последовательности операций на фиг. 2. Альтернативно, более низкая из определяемой температуры, полученной от температурного датчика, и определяемой температуры, полученной от температурного датчика 36А, может быть использована в качестве температуры Ts.
В качестве первой опорной температуры может применяться температура, которая выше, чем температура разложения мочевины, и ниже, чем температура активации в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx.
В качестве второй опорной температуры может применяться температура, которая выше, чем температура активации в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx.
При управлении добавлением водного раствора мочевины в средстве С управления могут быть вычислены количества аммиака, адсорбированные в основном каталитическом нейтрализаторе 26 для выборочного снижения NOx и вспомогательных каталитических нейтрализаторах 25А и 25В для выборочного снижения NOx, и количество NOx, выпущенное из двигателя 10 внутреннего сгорания, и добавление водного раствора мочевины может быть приостановлено согласно количествам аммиака, которые могут быть адсорбированы в каталитических нейтрализаторах для выборочного снижения NOx.
Настоящее изобретение может быть применено к бензиновому двигателю.