СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСАМИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСАМИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
EMISSION CONTROL SYSTEM AND EMISSION CONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к системе управления выбросами и способу управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] Известна система управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания, которая включает в себя катализаторное устройство с накоплением и восстановлением NOx. Этот тип катализаторного устройства накапливает оксиды азота (NOx), содержащиеся в выхлопных газах, когда сожженный газ, который был сожжен при обедненном воздушно-топливном отношении, поступает в устройство, и освобождает накопленные NOx, когда сгоревший газ, который был сожжен при богатом воздушно-топливном отношении, которое богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, поступает в устройство. Кроме того, когда углеводороды (НС) подают в этот тип катализаторного устройства, когда освобождается NOx, катализаторное устройство восстанавливает и удаляет освобождаемые NOx с использованием углеводорода в качестве восстановителя. Таким образом, в системе управления выбросами, включающей в себя катализаторное устройство с накоплением и восстановлением NOx, накапливание NOx при бедном воздушно-топливном отношении, а также освобождение и восстановление NOx при богатом воздушно-топливном отношении поочередно повторяются, при этом выброс NOx в окружающую атмосферу ограничивается.
[0003] В японском патенте No. 4893876 описана система управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания, которая обеспечивает непрерывную доочистку NOx при бедном воздушно-топливном отношении, путем периодического добавления топлива в выхлопные газы для непрерывной доочистки, при этом концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство с накоплением и восстановлением NOx, колеблется с амплитудой в заданном диапазоне и периодом в заданном диапазоне.
[0004] В катализаторном устройстве с накоплением и восстановлением NOx, сера, содержащаяся в выхлопных газах, накапливается вместе с NOx. Поскольку сера, накопленная в катализаторном устройстве, не может быть освобождена при температурных условиях, при которых обычно освобождают NOx, количество серы, накопленной в катализаторном устройстве (количество накопленной серы) постепенно увеличивается, когда доочистка NOx просто продолжается путем повторения накапливания и освобождения/восстановления NOx, как описано выше. При этом сера, сохраняемая таким образом, влияет на способность катализаторного устройства накапливать NOx, и вызывает снижение характеристик доочистки NOx. Поэтому в системе управления выбросами, включающей в себя катализаторное устройство, как описано выше, когда количество накопленной серы несколько увеличивается, управление регенерацией выполняется так, чтобы освободить накопленную серу и регенерировать катализаторное устройство. Управление регенерацией осуществляется путем поочередного выполнения процесса повышения температуры для повышения температуры катализаторного устройства до температуры, при которой сера может быть освобождена, путем сжигания негоревшего топлива, подаваемого в выхлопные газы, через дожигающий впрыск или тому подобное, в катализаторном устройстве, и процесс освобождения для освобождения от серы путем создания богатого воздушно-топливного отношения.
[0005] Так как температура, при которой сера может освобождаться, выше, чем область температуры, при которой NOx могут накапливаться, NOx не могут накапливаться во время процесса повышения температуры при управлении регенерацией. С другой стороны, непрерывная доочистка NOx при бедном воздушно-топливном отношении посредством добавки топлива, как описано выше, может производиться в области высокой температуры; поэтому, когда процесс повышения температуры выполняется посредством добавки топлива для непрерывной доочистки, доочистка NOx может продолжаться даже во время процесса повышения температуры.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Тем не менее, необходимо выполнять добавление топлива с достаточно длительными интервалами, с тем, чтобы осуществлять непрерывную доочистку NOx при бедном воздушно-топливном отношении, и впускной торцевой участок катализаторного устройства, на который непосредственно дуют выхлопные газы, охлаждается в период между добавлениями. Поэтому в ходе процесса повышения температуры посредством добавки топлива для непрерывной доочистки, температура впускного торцевого участка катализаторного устройства может подняться недостаточно, что может привести к недостаточной регенерации.
[0007] Данным изобретением предложены система управления выбросами и способ управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания, которые могут эффективно восстановить способность катализаторного устройства преобразовывать и удалять оксиды азота, свойства которого ухудшились из-за загрязнения серой, при этом ограничивая выбросы оксидов азота во время управления регенерацией.
[0008] Согласно объекту изобретения предложена система управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя цилиндр и выпускной канал. Выхлопные газы, выпущенные из цилиндра, поступают в выпускной канал. Система управления выбросами содержит: клапан впрыска топлива, сконфигурированный с возможностью осуществления дожигающего впрыска, при этом дожигающий впрыск представляет собой впрыск топлива в цилиндр после такта расширения в двигателе внутреннего сгорания; клапан добавления топлива, расположенный в выпускном канале, при этом клапан добавления топлива сконфигурирован с возможностью добавления негоревшего топлива в выхлопные газы; катализаторное устройство, расположенное ниже по потоку от клапана добавления топлива в выпускном канале, при этом катализаторное устройство сконфигурировано с возможностью восстановления оксидов азота в выхлопных газах посредством реакции оксидов азота с реформированными углеводородами, причем катализаторное устройство включает в себя катализатор с благородным металлом, нанесенным на контактную поверхность, которая контактирует с выхлопными газами, и притом катализаторное устройство включает в себя контактирующую с выхлопными газами поверхность вокруг катализатора с благородным металлом, при этом контактирующая с выхлопными газами поверхность представляет собой базовую поверхность, причем катализаторное устройство имеет свойство восстановления оксидов азота в выхлопных газах путем колебаний концентрации углеводородов в выхлопных газах, текущих в катализаторное устройство, с амплитудой в первом заданном диапазоне и периодом во втором заданном диапазоне, который длиннее, чем период поступления выхлопных газов в выпускной канал на холостом ходу двигателя внутреннего сгорания, а также имеет свойство увеличения количества накопленных оксидов азота путем увеличения периода колебаний концентрации углеводородов выхлопных газов по сравнению со вторым заданным диапазоном, и электронный блок управления. Электронный блок управления, сконфигурирован для: выполнения управления регенерацией, при этом катализаторное устройство восстанавливается от загрязнения, когда количество серы, накопленной катализаторным устройством, равно или больше, чем заранее заданное количество серы для определения начала управления регенерацией; поочередного и периодического выполнения процесса повышения температуры и процесса освобождения при управлении регенерацией, при этом процесс повышения температуры представляет собой процесс, при котором температура катализаторного устройства поднимается до температуры, требуемой для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством, а процесс освобождения представляет собой процесс, при котором воздушно-топливное отношение воздушно-топливной смеси, сжигаемой в цилиндре, поддерживается равным величине, требуемой для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством; выполнения управления регенерацией посредством управления в первом режиме управления и управления во втором режиме управления, при этом первый режим управления представляет собой режим, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, в этом режиме процесс повышения температуры выполняется посредством выполнения дожигающего впрыска клапаном впрыска топлива, а второй режим управления представляет собой режим, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, в этом режиме процесс повышения температуры выполняется путем выполнения добавления негоревшего топлива клапаном добавления топлива, при этом концентрация углеводородов в выхлопных газах, текущих в катализаторное устройство, колеблется с амплитудой в первом заданном диапазоне и периодом во втором заданном диапазоне; и выполнения управления во втором режиме управления после выполнения управления в первом режиме управления, в промежутке времени от начала до завершения управления регенерацией.
[0009] При управлении в первом режиме управления, процесс повышения температуры выполняется путем выполнения дожигающего впрыска клапаном впрыска топлива. В это время, выхлопные газы, содержащие компоненты негоревшего топлива, выпускаются в выпускной канал каждый раз, когда каждый цилиндр двигателя внутреннего сгорания входит в такт выхлопа; поэтому компоненты негоревшего топлива попадают в катализаторное устройство с относительно коротким циклом или с относительно короткими интервалами, и температура впускного торцевого участка катализаторного устройства, в который выхлопные газы втекают непосредственно, вероятно, увеличится. Тем не менее, так как для освобождения от серы необходимо увеличить температуру катализатора, чтобы она была выше, чем температура диапазона, в котором могут накапливаться оксиды азота, оксиды азота (NOx) не могут накапливаться во время процесса повышения температуры при управлении в первом режиме управления и выброс NOx в окружающую атмосферу не может быть ограничен. Во время управления в первом режиме управления, сера, освобожденная из впускного торцевого участка катализаторного устройства, переносится выхлопными газами на выпускной участок катализаторного устройства. Поэтому регенерация от загрязнения серой начинается со стороны впускного торца катализаторного устройства и выполняется с задержкой во времени в направлении выпускного торца.
[0010] С другой стороны, при управлении во втором режиме управления, выполняется процесса повышения температуры, при этом NOx в выхлопных газах поддерживаются в состоянии, в котором они могут быть восстановлены, путем выполнения добавления негоревшего топлива клапаном добавления топлива, при этом концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство, колеблется с амплитудой в заданном диапазоне и периодом в заданном диапазоне. Так как восстановление NOx в это время можно проводить даже в области высоких температур, выброс NOx в окружающую атмосферу также может быть ограничен во время процесса повышения температуры. Тем не менее, необходимо добавлять негоревшее топливо с некоторыми интервалами, с тем, чтобы поддерживать NOx в состоянии, когда они могут быть восстановлены, и впускной торцевой участок катализаторного устройства, в который выхлопные газы втекают непосредственно, охлаждается в период между добавлениями, что затрудняет повышение температуры. Поэтому при управлении во втором режиме управления, впускной торцевой участок катализаторного устройства может не регенерировать в достаточной степени от загрязнения серой, и способность катализаторного устройства к удалению/восстановлению NOx может недостаточно восстанавливаться при управлении регенерацией. Соответственно, когда управление регенерацией выполняется только посредством управления во втором режиме управления, количество выбросов NOx во время управления регенерацией может быть уменьшено, однако количество выбросов NOx после управления регенерацией может увеличиться по сравнению со случаем, когда управление регенерацией выполняется только посредством управления в первом режиме управления.
[0011] В этом отношении в системе управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания, как описано выше, во время управления регенерацией выполняется управление во втором режиме управления, после выполнения управления в первом режиме управления во время управления регенерацией. В этом случае, после того, как сера, накопленная во впускном торцевом участке катализаторного устройства, с учетом того, что этот участок с меньшей вероятностью или вряд ли будет регенерирован при управлении во втором режиме управления, освобождается при управлении в первом режиме управления, сера в остающейся части с выпускной стороны катализаторного устройства освобождается при управлении во втором режиме управления, при этом катализаторное устройство в целом может быть предпочтительно восстановлено от загрязнения серой. Кроме того, поскольку NOx могут быть восстановлены и удалены во время управления во втором режиме управления, количество выбросов NOx во время управления регенерацией может быть уменьшено по сравнению со случаем, когда управление выполняется только в первом режиме управления. Соответственно, в системе управления выбросами двигателя внутреннего сгорания, как описано выше, можно предпочтительно восстановить способность катализаторного устройства к преобразованию/удалению NOx, которая уменьшилась из-за загрязнения серой, при этом ограничивается выброс NOx во время управления регенерацией.
[0012] Поскольку трудно регенерировать впускной торцевой участок катализаторного устройства от загрязнения серой при управлении во втором режиме управления, как описано выше, предпочтительно переключить управление во второй режим управления в то время, когда восстановление от загрязнения во впускном торцевом участке катализаторного устройства было достаточно выполнено при управлении в первом режиме управления. В то же время, прогресс регенерации можно оценить из величины уменьшения количества накопленной серы, при измерении от начала управления регенерацией. В системе управления выбросами электронный блок управления может быть сконфигурирован для выполнения переключения из управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления, когда количество накопленной серы снижается до заранее заданного количества серы для определения переключения режимов во время управления регенерацией, причем это заранее заданное количество серы для определения переключения режимов представляет собой величину, меньшую, чем упомянутое количество серы для определения начала управления регенерацией.
[0013] В качестве другого объекта изобретения предложен способ управления выбросами для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя систему управления выбросами, цилиндр и выпускной канал. Выхлопные газы, выпущенные из цилиндра, текут в выпускной канал. Система управления выбросами включает в себя клапан впрыска топлива, сконфигурированный с возможностью осуществления дожигающего впрыска, при этом дожигающий впрыск представляет собой впрыск топлива в цилиндр после такта расширения в двигателе внутреннего сгорания, клапан добавления топлива, расположенный в выпускном канале, при этом клапан добавления топлива сконфигурирован с возможностью добавления негоревшего топлива в выхлопные газы, катализаторное устройство, расположенное ниже по потоку от клапана добавления топлива в выпускном канале, при этом катализаторное устройство сконфигурировано с возможностью восстановления оксидов азота в выхлопных газах посредством реакции оксидов азота с реформированными углеводородами, причем катализаторное устройство включает в себя катализатор с благородным металлом, нанесенным на контактную поверхность, которая контактирует с выхлопными газами, и катализаторное устройство включает в себя контактирующую с выхлопными газами поверхность вокруг катализатора с благородным металлом, при этом контактирующая с выхлопными газами представляет собой базовую поверхность, причем катализаторное устройство имеет свойство восстановления оксидов азота в выхлопных газах путем колебания концентрации углеводородов в выхлопных газах, текущих в катализаторное устройство, с амплитудой в первом заданном диапазоне, и периодом во втором заданном диапазоне, который длиннее, чем период поступления выхлопных газов в выпускной канал на холостом ходу двигателя внутреннего сгорания, а также свойство увеличения количества накопленных оксидов азота путем увеличения периода колебаний концентрации углеводородов выхлопных газов по сравнению со вторым заданным диапазоном. Способ управления выхлопами включает в себя выполнение управления регенерацией, при этом катализаторное устройство восстанавливается от загрязнения, когда количество серы, накопленной катализаторным устройством, равно или больше, чем заранее заданное количество серы для определения начала управления регенерацией; поочередное и периодическое выполнение процесса повышения температуры и процесса освобождения при управлении регенерацией, при этом процесс повышения температуры представляет собой процесс, при котором температура катализаторного устройства поднимается до температуры, требуемой для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством, а процесс освобождения представляет собой процесс, при котором воздушно-топливное отношение воздушно-топливной смеси, сжигаемой в цилиндре, поддерживается равным величине, требуемой для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством; выполнение управления регенерацией посредством управления в первом режиме управления и управления во втором режиме управления, при этом первый режим управления представляет собой режим, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, в этом режиме процесс повышения температуры выполняется посредством выполнения дожигающего впрыска клапаном впрыска топлива, а второй режим управления представляет собой режим, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, в этом режиме процесс повышения температуры выполняется путем выполнения добавления негоревшего топлива клапаном добавления топлива, при этом концентрация углеводородов в выхлопных газах, текущих в катализаторное устройство, колеблется с амплитудой в первом заданном диапазоне и периодом во втором заданном диапазоне; и выполнение управления во втором режиме управления после выполнения управления в первом режиме управления, в промежутке времени от начала до завершения управления регенерацией.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примеров осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид, схематически показывающий конфигурацию одного из примеров осуществления системы управления выбросами двигателя внутреннего сгорания;
Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение, показывающее в увеличенном масштабе поперечную структуру вокруг поверхности выпускного канала в подложке катализаторного устройства, входящего в систему управления выбросами в соответствии с этим примером осуществления;
Фиг. 3 представляет собой временную диаграмму, показывающую модель добавления негоревшего топлива в выхлопные газы клапаном добавления топлива во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, и изменения в воздушно-топливном отношении в выхлопных газах, вызванных добавлением;
Фиг. 4 представляет собой диаграмму, обозначающую соотношение между степенью преобразования NOx во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx и температурой катализатора;
Фиг. 5 представляет собой схематичный вид, схематически показывающий состояние поверхностного участка подложки катализатора, когда концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство, является низкой;
Фиг. 6 представляет собой схематичный вид, схематически показывающий механизм преобразования НС в катализаторном устройстве;
Фиг. 7 представляет собой схематичный вид, схематически показывающий состояние участка поверхности подложки катализатора, когда концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство, является высокой;
Фиг. 8 представляет собой временную диаграмму, показывающую один пример модели изменения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx;
Фиг. 9 представляет собой диаграмму, обозначающую соотношение между окислительной способностью катализаторного устройства и требуемым минимальным воздушно-топливным отношением;
Фиг. 10 представляет собой временную диаграмму, показывающую один пример модели изменения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, в случае, когда требуемое минимальное воздушно-топливное отношение беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение;
Фиг. 11 представляет собой диаграмму, обозначающую соотношение между концентрацией кислорода в выхлопных газах до добавления негоревшего топлива клапаном добавления топлива, и амплитудой колебаний концентрации НС, при которой получают заданную степень преобразования NOx;
Фиг. 12 представляет собой диаграмму, обозначающую соотношение между амплитудой колебаний концентрации НС в то время, когда базовое воздушно-топливное отношение является наименьшим отношением, и ее значением в то время, когда базовое воздушно-топливное отношение является наибольшим отношением, и степенью преобразования NOx катализаторного устройства;
Фиг. 13 представляет собой диаграмму, обозначающую соотношение между периодом колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство, и степенью преобразования NOx катализаторного устройства;
Фиг. 14 представляет собой схематичный вид, схематически показывающий состояние участка поверхности подложки катализатора, когда период колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство, делается длиннее, чем заданный диапазон;
Фиг. 15 представляет собой схематичный вид, схематически показывающий состояние участка поверхности подложки катализатора, когда воздушно-топливное отношение в выхлопных газах делается богатым в состоянии, когда NOx поглощаются в виде нитрата, в базовом слое;
Фиг. 16 представляет собой временную диаграмму, показывающую один пример модели изменения воздушно-топливного отношения в выхлопных газах, когда NOx преобразуются и удаляются вторым способом доочистки NOx;
Фиг. 17 представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между температурой катализатора и степенью преобразования NOx катализаторного устройства, когда NOx преобразуются и удаляются вторым способом доочистки NOx;
Фиг. 18 представляет собой временную диаграмму, показывающую один пример модели, в которой топливо впрыскивается клапаном впрыска топлива, когда процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры;
Фиг. 19 представляет собой временную диаграмму, показывающую модель добавления клапаном добавления топлива во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, и изменения в воздушно-топливном отношении в выхлопных газах согласно модели;
Фиг. 20 представляет собой временную диаграмму, показывающую модель добавления клапаном добавления топлива во время процесса повышения температуры вторым способом повышения температуры, и изменения в воздушно-топливном отношении в выхлопных газах согласно модели;
Фиг. 21 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения количества накопленной серы катализаторного устройства и степень преобразования NOx со временем в каждом из следующих случаев: случае, когда управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления, случае, когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления, и случае этого примера осуществления изобретения;
Фиг. 22 представляет собой блок-схему процедуры определения, выполняемой в системе управления выбросами согласно примеру осуществления изобретения;
Фиг. 23 представляет собой график, показывающий соотношение между количеством впрыснутого топлива и числом оборотов двигателя, а также степенью загрязнения блока;
Фиг. 24 представляет собой график, показывающий соотношение между количеством накопленной серы количеством серы, освобожденной из блока;
Фиг. 25 представляет собой блок-схему процедуры управления регенерацией, выполняемой в системе управления выбросами согласно примеру осуществления изобретения;
Фиг. 26 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения количества накопленной серы катализаторного устройства и степени преобразования NOx со временем при управлении регенерацией в системе управления выбросами согласно примеру осуществления изобретения; и
Фиг. 27 представляет собой график, показывающий количество накопленной серы для каждого участка катализаторного устройства в каждый из следующих моментов времени: в начале управления регенерацией, во время переключения режима управления и при завершении управления регенерацией.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Далее один из примеров осуществления системы управления выбросами двигателя внутреннего сгорания будет подробно описан со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 27. Сначала будет описана конфигурация системы управления выбросами двигателя внутреннего сгорания этого примера осуществления изобретения. Система управления выбросами этого примера осуществления изобретения используется в дизельном двигателе, установленном на транспортном средстве, включающем в себя нагнетатель выхлопных газов турбинного типа.
[0016] Как показано на фиг. 1, дизельный двигатель, в котором используется система управления выбросами этого примера осуществления изобретения, имеет множество цилиндров 11, в которых сжигаются воздушно-топливные смеси. В то время как на фиг. 1 показан дизельный двигатель с четырьмя цилиндрами 11, количество цилиндров 11 не ограничивается этим примером. Дизельный двигатель включает в себя корпус 12 двигателя, в котором установлены соответствующие цилиндры 11, впускной канал 13, через который течет воздух, втягиваемый в каждый цилиндр 11, выпускной канал 14, через который вытекают выхлопные газы, выбрасываемые из каждого цилиндра 11, и канал 15 рециркуляции выхлопных газов (канал 15 РВГ), через который выхлопные газы рециркулируют из выпускного канала 14 во впускной канал 13. Дизельный двигатель дополнительно включает в себя нагнетатель 18 выхлопных турбинного типа, имеющий компрессор 16, расположенный во впускном канале 13, и турбину 17, расположенную в выпускном канале 14. Турбина 17 вращается потоком выхлопных газов, поступающих в выпускной канал 14, и приводит в действие компрессор 16. Далее компрессор 16 сжимает и выбрасывает втянутый воздух в соответствии с режимом движения.
[0017] Каждый из цилиндров 11 корпуса 12 двигателя снабжен клапаном 19 впрыска топлива, который впрыскивает топливо в цилиндр 11. Клапан 19 впрыска топлива каждого цилиндра 11 соединен с аккумуляторной системой 20 подачи топлива (коммон рейл). Система 20 подачи топлива соединена с топливным баком 22 через топливный насос 21 с электронным управлением, способный менять производительность. Топливный насос 21 втягивает и под давлением нагнетает топливо в топливный бак 22 и подает топливо в систему 20 подачи топлива. Затем топливо, поданное в систему 20 подачи топлива, распределяется и подается на соответствующие клапаны 19 впрыска топлива.
[0018] На участке впускного канала 13, расположенном с входной стороны компрессора 16, находится очиститель 23 воздуха, который отфильтровывает посторонние частицы во всасываемом воздухе, и анемометр 24 для определения расхода потока всасываемого воздуха (количества GA всасываемого воздуха), поступающего во впускной канал 13. Также, на участке впускного канала 13, расположенном с выпускной стороны компрессора 16, находится промежуточный охладитель 25, который охлаждает всасываемый воздух, чья температура была повышена благодаря сжатию компрессором 16, и дроссельный клапан 26 в качестве клапана для корректировки количества GA всасываемого воздуха. Впускной канал 13 подсоединен к соответствующим цилиндрам 11 и во впускном коллекторе 27 соединен с корпусом 12 двигателя.
[0019] Выпускной канал 14 включает в себя выпускной коллектор 28, соединенный с корпусом 12 двигателя, при этом выхлопные газы, выбрасываемые из соответствующих цилиндров И, соединяются вместе в выпускном коллекторе 28. Вышеупомянутая турбина 17 находится в расположенном с выпускной стороны выпускного коллектора 28 участке выпускного канала 14.
[0020] Система управления выбросами дизельного двигателя, как описано выше, включает в себя клапан 29 добавления топлива, который добавляет негоревшее топливо в выхлопные газы, поступающие в выпускной канал 14, катализаторное устройство 30 для преобразования и удаления оксидов азота (NOx) в выхлопных газах и фильтр 31 ТЧ, который улавливает твердые частицы (ТЧ) в выхлопных газах. Клапан 29 добавления топлива установлен в участке выпускного канала 14, расположенного с выпускной стороны турбины 17, а катализаторное устройство 30 установлено в участке выпускного канала 14, расположенном с выпускной стороны клапана 29 добавления топлива. Фильтр 31 ТЧ установлен в участке выпускного канала 14, расположенном с выпускной стороны катализаторного устройства 30. Кроме того, в выпускном канале 14 установлен датчик 32 температуры выхлопных газов для определения температуры (температуры Т1 выхлопных газов после дожигания) выхлопных газов непосредственно после их прохождения через катализаторное устройство 30, а также датчик 33 перепада давления для определения перепада давления выхлопных газов до и после их прохождения через фильтр 31 ТЧ. Также, в выпускном коллекторе 28 выпускного канала 14 установлен датчик 34 воздушно-топливного отношения для определения воздушно-топливного отношения в воздушно-топливных смесях, сжигаемых в соответствующих цилиндрах 11.
[0021] В дизельном двигателе имеется канал 15 РВГ для соединения выпускного коллектора 28 с впускным коллектором 27. В канале 15 РВГ расположен охладитель 35 РВГ, который охлаждает выхлопные газы (газ РВГ), рециркулирующие через канал 15 РВГ из выпускного канала 14 во впускной канал 13, а также клапан 36 РВГ, который корректирует расход потока газа РВГ.
[0022] Кроме того, система управления выбросами этого примера осуществления изобретения включает в себя электронный блок 37 управления. Электронный блок 37 управления включает в себя центральный процессор, который выполняет различные расчеты для управления системы управления выбросами, постоянное запоминающее устройство, в котором хранятся программы и данные, используемые для управления, оперативная память, в которой временно хранятся результаты вычисления центрального процессора и результаты определения датчиков, входной порт и выходной порт. Входной порт электронного блока 37 управления принимает выходные сигналы вышеописанных анемометра 24, датчика 32 температуры выхлопных газов, датчика 33 перепада давления и датчика 34 воздушно-топливного отношения. Также, входной порт электронного блока 37 управления принимает выходные сигналы датчика 38 положения педали акселератора для определения величины нажатия на педаль акселератора водителем и датчика 39 угла поворота коленвала, который выдает импульсный сигнал в соответствии с вращением коленчатого вала в качестве выходного вала дизельного двигателя. С другой стороны, приводные цепи клапанов 19 впрыска топлива, топливный насос 21, дроссельный клапан 26, клапан 29 добавления топлива и клапан 36 РВГ соединены с выходным портом электронного блока 37 управления. Электронный блок 37 управления получает путем вычисления число оборотов NE двигателя, исходя из выходного сигнала датчика 39 угла поворота коленвала, и коэффициент KL нагрузки двигателя на основе выходного сигнала датчика 38 положения педали акселератора и т.д.
[0023] Также, электронный блок 37 управления получает значение температуры катализаторного устройства 30 (температуры ТС катализатора), исходя из температуры Т1 выхлопных газов после дожигания, определенной датчиком 32 температуры выхлопных газов. Более конкретно, величину уменьшения температуры выхлопных газов от момента времени, когда выхлопные газы проходят катализаторное устройство 30, до момента времени, когда они достигают места, где установлен датчик 32 температуры выхлопных газов, получают на основе температуры наружного воздуха и скорости движения транспортного средства, на котором установлен дизельный двигатель, а температуру ТС катализатора вычисляют как величину, полученную путем прибавления величины уменьшения к температуре Т1 выхлопных газов после дожигания.
[0024] Далее будет подробно описано катализаторное устройство 30, расположенное в вышеописанной системе управления выбросами. Катализаторное устройство 30 включает в себя основание, включающее в себя канал выхлопных газов, через который текут выхлопные газы, и подложка катализатора, покрывающее поверхность канала выхлопных газов.
[0025] На фиг. 2 показана в увеличенном масштабе конструкция в поперечном разрезе основания катализаторного устройства 30 в непосредственной близости от поверхности канала для выхлопных газов. Как показано на фиг. 2, частицы 41, 42 катализатора, состоящие из благородных металлов, нанесены на подложку 40 катализатора, покрывающую поверхность канала для выхлопных газов. В этом примере осуществления изобретения в качестве частиц 41, 42 катализатора, состоящих из благородного металла, на подложку 40 катализатора нанесены частицы 41 из платины (Pt) и частицы 42 из родия (Rh). В этой связи частицы катализатора, состоящие из палладия (Pd), могут быть использованы в качестве частиц катализатора, состоящих из благородного металла, нанесенного на подложку 40 катализатора, и частицы катализатора из палладия также могут быть нанесены в дополнение к частицам 41, 42 катализатора, состоящим из платины и родия, или частицы катализатора, состоящие из палладия, могут быть нанесены вместо частиц 42 катализатора из родия.
[0026] С одной стороны, подложка 40 катализатора выполнена, например, из оксида алюминия, и базовый слой 43 сформирован на ее поверхности. Базовый слой 43 содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из щелочных металлов, таких как калий (K), натрий (Na), и цезий (Cs), щелочноземельных металлов, таких как барий (Ва) и кальций (Са), редкоземельных элементов, таких, как лантаноиды, и таких металлов, как серебро (Ag), медь (Cu), железо (Fe) и иридий (Ir), которые могут снабжать электронами NOx.
[0027] В катализаторном устройстве 30 выхлопные газы текут вдоль поверхности подложки 40 катализатора, покрывающей поверхность канала выхлопных газов; таким образом, частицы 41, 42 катализатора нанесены на контактирующую с потоком поверхность катализаторного устройства 30. Также, поверхность базового слоя 43, служащего в качестве основы, образует контактирующий с выхлопными газами участок 44 поверхности. Контактирующий с выхлопными газами участок 44 поверхности представляет собой базовую поверхность.
[0028] Катализаторное устройство 30, описанное выше, способно преобразовывать NOx, содержащиеся в выхлопных газах, с использованием двух следующих способов. Согласно первому способу доочистки NOx, NOx в выхлопных газах преобразуются и удаляются путем колебаний концентрации углеводородов (НС) в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, с амплитудой в заданном диапазоне и периодом в заданном диапазоне, путем добавления негоревшего топлива в выхлопные газы клапаном 29 добавления топлива. Согласно второму способу доочистки NOx, NOx преобразуются и удаляются с использованием катализаторного устройства 30 в качестве катализаторного устройства с накапливанием NOx.
[0029] В последующем описании используются две опорные величины, т.е. базовое воздушно-топливное отношение AFB и воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах. Базовое воздушно-топливное отношение AFB обозначает массовое отношение воздуха к топливу в воздушно-топливных смесях, сжигаемых в цилиндрах 11. С другой стороны, воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах обозначает отношение общих масс воздуха и топлива (общей массы подаваемого воздуха к общей массе подаваемого топлива), подаваемых во впускной канал 13, цилиндры 11 и участок выпускного канала 14 с входной стороны катализаторного устройства 30, пока выхлопные газы не достигнут катализаторного устройства 30. Более конкретно, воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах обозначает отношение массы воздуха, содержащегося перед сгоранием в цилиндрах 11, к общей массе топлива, добавленного в цилиндры 11 посредством впрыска топлива клапанами 19 впрыска топлива, и топлива, добавленного в выпускной канал 14 посредством добавления топлива клапаном 29 добавления топлива, в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30. Соответственно, в состоянии, где негоревшее топливо не добавляется в выхлопные газы клапаном 29 добавления топлива, базовое воздушно-топливное отношение AFB совпадает с воздушно-топливным отношением AFI в выхлопных газах. Воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах меняется согласно изменениям концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30.
[0030] Сначала будет описан первый способ доочистки NOx, который может быть осуществлен в катализаторном устройстве 30. На фиг. 3 показана модель добавления негоревшего топлива в выхлопные газы клапаном 29 добавления топлива, когда NOx преобразуются и удаляются первым способом доочистки NOx, а также изменения воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах, вызванные добавлением. Как показано на фиг. 3, в это время постоянное количество негоревшего топлива добавляется с постоянными интервалами клапаном 29 добавления топлива, при этом воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах и концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблются с постоянной амплитудой и постоянным периодом. Подтверждено, что когда концентрация НС в выхлопных газах колеблется с амплитудой в заданном диапазоне и периодом в заданном диапазоне, чрезвычайно высокая степень преобразования NOx может быть достигнута даже в области высокой температуры, равной или выше 400°С, как показано на фиг. 4.
[0031] Во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, как описано выше, большое количество промежуточных продуктов восстановления, содержащих азот (N) и углеводороды (НС), продолжает удерживаться или адсорбироваться на поверхности базового слоя 43, а именно, на контактирующем с выхлопными газами участке 44 поверхности, в основном, в катализаторном устройстве 30. Подтверждено, что промежуточные продукты восстановления в значительной мере способствуют доочистке NOx.
2
2
2
2
2
2
-
-
-
*
[0032] На фиг. 5 схематически показано состояние участка поверхности подложки 40 катализатора, когда концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, является низкой. Как описано выше, во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах является бедным, за исключением момента непосредственно после добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива, и выхлопные газы, поступающие в катализаторное устройство 30, находятся в состоянии избытка кислорода. В катализаторном устройстве 30 в этом время NO, содержащиеся в выхлопных газах, окисляются на частицах 41 катализатора из платины, и преобразуются в NO, и NO подаются с электронами с частиц 41 катализатора из платины и дополнительно преобразуются в NO. Большое количество NO, произведенных на частицах 41 катализатора таким способом, отличается большой активностью. В последующем описании NO будут именоваться активными NO.
2
2
2
3
2
*
*
*
-
*
[0033] Когда концентрация кислорода около активных NO поддерживается на высоком уровне в течение заданного промежутка времени или более после производства активных NO, активные NO окисляются, и абсорбируются в базовом слое 43 в виде ионов нитрата NO. Тем не менее, в этом примере негоревшее топливо добавляется клапаном 29 добавления топлива, пока не истечет заданный промежуток времени, при этом концентрация углеводородов вокруг активных NO увеличивается.
2
*
[0034] Когда негоревшее топливо добавляется в выхлопные газы клапаном 29 добавления топлива, углеводороды (НС) в этом негоревшем добавляемом топливе преобразуются в катализаторном устройстве 30. На фиг. 6 схематически показан механизм преобразования НС в катализаторном устройстве 30 в это время. Как показано на фиг. 6, НС в негоревшем топливе, добавляемом клапаном 29 добавления топлива, преобразуется частицами 41 катализатора в радикальные углеводороды, имеющее пониженное число атомов углерода. В результате, концентрация НС вокруг активных NO увеличивается.
2
2
*
*
[0035] На фиг. 7 схематически показано состояние участка поверхности подложки 40 катализатора, когда концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, является высокой. Как показано на фиг. 7, когда концентрация НС вокруг активных NO увеличивается, активные NO вступают в реакцию с радикальными углеводородами на частицах 41 катализатора из платины, при этом производятся промежуточные продукты восстановления. Эти промежуточные продукты восстановления осаждаются или адсорбируются на поверхности базового слоя 43.
2
2
2
[0036] Первоначально произведенные промежуточные продукты восстановления в это время считаются нитросоединением R-NO. Когда нитросоединение R-NO произведено, оно превращается в нитрильное соединение R-CN. Тем не менее, нитрильное соединение R-CN, может существовать только на мгновение в этом состоянии, и оно немедленно превращается в изоцианатное соединение R-NCO. Когда изоцианатное соединение R-NCO гидролизуется, оно превращается в аминовое соединение R-NH. В этом случае, однако, считается, что часть изоцианатного соединения R-NCO гидролизуется. Соответственно, большая часть промежуточных продуктов восстановления, удержанных или адсорбированных на поверхности базового слоя 43, считается изоцианатным соединением R-NCO и аминовым соединением R-NH2.
2
2
2
2
*
[0037] Когда промежуточные продукты восстановления, полученные таким образом, окружены углеводородами, как показано на фиг. 7, реакции промежуточных продуктов восстановления блокируются углеводородами, и далее не продолжаются. В этом состоянии, когда концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, уменьшена, а концентрация кислорода в выхлопных газах увеличена, углеводороды вокруг промежуточных продуктов восстановления окисляются. В результате, как показано на фиг. 5, активные NO вступают в реакцию с изоцианатным соединением R-NCO и аминовым соединением R-NH2, являющимися промежуточными продуктами восстановления, и превращаются в N, CO и HO, при этом NOx преобразуются и удаляются.
2
*
[0038] При первом способе доочистки NOx, как описано выше, промежуточные продукты восстановления, произведенные при увеличенной концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, вынуждены вступать в реакцию с активными NO, когда концентрация НС в выхлопных газах уменьшена, а концентрация кислорода увеличена, при этом NOx преобразуются и удаляются. В частности, при первом способе доочистки NOx, NOx в выхлопных газах преобразуются и удаляются путем периодического изменения концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30.
2
2
2
*
*
[0039] Необходимо в достаточной степени увеличить концентрацию НС в выхлопных газах, чтобы произвести промежуточные продукты восстановления, и также необходимо в достаточной степени снизить концентрацию НС в выхлопных газах, с тем, чтобы заставить произведенные промежуточные продукты восстановления вступить в реакцию с активными NO. В частности, необходимо обеспечить колебания концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, с амплитудой в заданном диапазоне. Также, необходимо удержать достаточное количество промежуточных продуктов восстановления (R-NCO, R-NH) на базовом слое 43, пока произведенные промежуточные продукты восстановления не вступят в реакцию с активными NO, с тем, чтобы обеспечить высокую степень преобразования NOx. Предусмотрен контактирующий с выхлопными газами участок 44 поверхности с валентностью в катализаторном устройстве 30 для удержания промежуточных продуктов восстановления, как описано выше.
2
*
[0040] С другой стороны, когда период добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива удлиняется, промежуток времени, в котором концентрация кислорода является высокой, от момента времени, когда концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, увеличивается, до момента времени, когда концентрация НС увеличивается в следующий раз, также удлиняется. Когда промежуток времени, в котором концентрация кислорода высока, удлиняется больше определенного предела, активные NO абсорбируются в виде нитратов в базовом слое 43, не производя каких-либо промежуточных продуктов восстановления. Чтобы избежать этой ситуации, необходимо обеспечить колебания концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, с периодом в заданном диапазоне.
[0041] На фиг. 8 показан один пример модели изменения воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx. На фиг. 8 «ΔН» обозначает амплитуду колебаний воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах, а «ΔТ» обозначает период колебаний воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах. Как описано выше, воздушно-топливного отношение AFI в выхлопных газах меняется в соответствии с изменениями концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30. Соответственно, амплитуда ΔН колебаний воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах соответствует амплитуде колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, а период ΔT колебаний воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах соответствует периоду колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30.
2
2
*
*
[0042] Как описано выше, промежуточные продукты восстановления производятся при увеличении концентрации НС. Однако, когда концентрация кислорода вокруг активных NO в это время выше определенного уровня, углеводороды полностью окисляются до вступления в реакцию с активными NO, и промежуточные продукты восстановления не производятся. Поэтому необходимо сделать воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах меньше заданной величины для выработки промежуточных продуктов восстановления. На фиг. 8 «X» обозначает верхнее предельное значение воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах, необходимое для выработки промежуточных продуктов восстановления. В последующем описании «X» будет именоваться «минимально требуемым воздушно-топливным отношением».
[0043] Как показано на фиг. 9, минимально требуемое воздушно-топливное отношение X меняется в зависимости от окислительной способности катализаторного устройства 30, и становится более богатым, когда окислительная способность катализаторного устройства 30 больше. Поэтому величина минимально требуемого воздушно-топливного отношения X может быть более богатой величиной, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, либо может быть более бедным, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. В примере на фиг. 8 минимально требуемое воздушно-топливное отношение X представляет собой более богатую величину, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. В этом случае необходимо обеспечить колебания концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, при этом воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах на мгновение становится богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, с тем, чтобы произвести промежуточные продукты восстановления.
[0044] На фиг. 10 показан один пример модели изменения воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, когда минимально требуемое воздушно-топливное отношение X представляет собой более бедную величину, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение. В этом случае, промежуточные продукты восстановления можно произвести путем обеспечения колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, в пределах диапазона, в котором воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах поддерживается беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.
[0045] В этой связи, когда амплитуда колебаний концентрации НС чрезмерно велика, НС становятся избыточными и выпускаются из катализаторного устройство 30 в неизменном состоянии, без окисления, что приводит к нежелательному ухудшению расхода топлива. Соответственно, желательно сделать амплитуду колебаний концентрации НС как можно меньше, в пределах диапазона, в котором воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах на мгновение становится ниже, чем минимально требуемое воздушно-топливное отношение X.
[0046] Когда базовое воздушно-топливное отношение AFB становится выше, необходимо обеспечить колебания воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах с большей амплитудой, с тем, чтобы на мгновенье сделать воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах меньшим, чем минимально требуемое воздушно-топливное отношение X. А именно, когда базовое воздушно-топливное отношение AFB выше, нужно увеличить амплитуду колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30.
[0047] На фиг. 11 показано соотношение между концентрацией кислорода в выхлопных газах перед добавлением негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива, и амплитудой колебаний концентрации НС, с которой получают заданную степень преобразования NOx. Как показано на фиг. 11, чтобы получить заданную степень преобразования NOx, необходимо увеличить амплитуду колебаний концентрации НС, когда концентрация кислорода в выхлопных газах перед добавлением негоревшего топлива выше. Другими словами, когда базовое воздушно-топливное отношение AFB низкое, амплитуда колебаний концентрации НС может быть снижена. В этой связи, когда амплитуда колебаний концентрации НС больше, количество негоревшего топлива, добавляемое клапаном 29 добавления топлива, нужно увеличить, и потребление топлива возрастает. Поэтому желательно скорректировать амплитуду колебаний концентрации НС согласно базовому воздушно-топливному отношению AFB, в пределах диапазона, в котором могут вырабатываться промежуточные продукты восстановления.
[0048] На фиг. 12 показано соотношение между амплитудой колебаний концентрации НС и степенью преобразования NOx катализаторного устройства 30, когда базовое воздушно-топливное отношение AFB является наиболее низким (во время минимального базового воздушно-топливного отношения), и когда базовое воздушно-топливное отношение AFB является наиболее высоким (во время максимального базового воздушно-топливного отношения), в дизельном двигателе, в котором использована система управления выбросами этого примера осуществления изобретения. Базовое воздушно-топливное отношение AFB минимизировано, когда дизельный двигатель ускоряется. В это время, когда амплитуда колебаний концентрации НС делается больше 200 частей на миллион, NOx могут быть предпочтительно преобразованы и убраны. С другой стороны, когда базовое воздушно-топливное отношение AFB становится максимальным, необходимо сделать амплитуду колебаний концентрации НС около 10000 частей на миллион, с тем, чтобы получить высокую степень преобразования NOx. Однако, когда амплитуда колебаний концентрации НС превышает 10000 частей на миллион, воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах становится избыточно богатым, и NOx не могут быть надлежащим образом преобразованы и удалены первым способом доочистки NOx. Поэтому в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения, во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется с амплитудой в пределах диапазона 200 частей на миллион - 10000 частей на миллион.
2
2
*
*
[0049] На фиг. 13 показано соотношение между периодом колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, и степенью преобразования NOx катализаторного устройства 30. Когда период колебаний концентрации НС удлиняется, концентрация кислорода вокруг активных NO становится высокой, в течение промежутка времени между моментом, когда негоревшее топливо добавляется клапаном 29 добавления топлива, и моментом, когда добавление выполняется в следующий раз. В этом случае, когда период колебаний концентрации НС становится длиннее, чем приблизительно 5 секунд, активные NO начинают абсорбироваться в виде нитратов в базовом слое 43. Соответственно, когда период колебаний концентрации НС становится длиннее, чем приблизительно 5 секунд, степень преобразования NOx снижается. С другой стороны, когда период колебаний концентрации НС становится равным или короче 0,3 секунды, НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, начинают удерживаться на контактирующем с выхлопными газами участке 44 поверхности катализаторного устройства 30. Соответственно, когда период колебаний концентрации НС равен или короче, чем 0,3 секунды, также степень преобразования NOx снижается. Поэтому в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения во время доочистки NOx первым способом доочистки NOx, концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется с периодом в диапазоне 0,3 сек ÷ 5 сек.
2
2
3
*
-
[0050] Далее будет описан второй способ доочистки NOx, который может быть внедрен в катализаторном устройстве 30. На фиг. 14 схематически показано состояние участка поверхности подложки 40 катализатора, когда период колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, а именно, период добавления негоревшего топлива в выхлопные газы клапаном 29 добавления топлива, делается длиннее, чем вышеописанный заданный диапазон (диапазон 0,3 сек - 5 сек). Как показано на фиг. 14, в этом случае R-NCO и R-NH, в качестве промежуточных продуктов восстановления исчезают с поверхности базового слоя 43 катализаторного устройства 30. С другой стороны, активные NO, созданные на частицах 41 катализатора, в это время диффундируют в виде ионов NO нитратов в базовый слой 43, и превращаются в нитраты. Более конкретно, NOx в выхлопных газах в это время абсорбируются в виде нитратов в базовом слое 43.
3
2
2
-
[0051] На фиг. 15 схематически показано состояние участка поверхности подложки 40 катализатора, когда воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах делается равным или более богатым, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, в состоянии, где NOx абсорбируется в виде нитратов в базовый слой 43. В это время, поскольку концентрация кислорода в выхлопных газах уменьшилась, реакции происходят в направлении, противоположном таковому в случае, показанном на фиг. 14, и нитраты, абсорбированные в базовый слой 43, успешно превращаются в ионы NO нитратов, и дополнительно превращаются в NO, которые выпускается в выхлопные газы. Затем, выпущенные NO восстанавливаются с помощью НС и СО в выхлопных газах.
[0052] Таким образом, в катализаторном устройстве 30 NOx могут также быть преобразованы и удалены путем поддержания воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах равным величине, которая беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, в течение заданного промежутка времени или более, для накопления NOx в выхлопных газах, и с тем, чтобы временно сделать воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, для восстановления накопленных NOx. При этом способ доочистки NOx путем повторения абсорбции NOx, выпуска и восстановления абсорбированных NOx называется вторым способом доочистки NOx.
[0053] В некоторых случаях базовый слой 43 может временно адсорбировать NOx в это время. При этом, «накапливание» используется в качестве термина, который охватывает как абсорбцию, так и адсорбцию. При втором способе доочистки NOx базовый слой 43 катализаторного устройства 30 используется в качестве агента накапливания NOx, который временно накапливает NOx. Катализаторное устройство 30 в это время функционирует как катализаторное устройство с накапливанием NOx, которое накапливает NOx, когда воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и выпускает накопленные NOx, когда концентрация кислорода в выхлопных газах уменьшена.
[0054] На фиг. 16 показан один пример модели изменения воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах, когда NOx преобразуются и удаляются вторым способом доочистки NOx. При этом NOx абсорбируются в базовом слое 43 катализаторного устройства 30, в состоянии, где воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах поддерживается равным величине, которая беднее, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, и воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах временно делается равным величине, которая богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, за короткое время до того, как способность к накапливанию NOx базового слоя 43 насыщается. Воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах делается богатым в это время путем увеличения количества топлива, впрыснутого клапанами 19 впрыска топлива. В примере с фиг. 16, интервал времени, в течение которого воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах делается богатым, установлен равным одной минуте или более.
2
[0055] На фиг. 17 показано соотношение между температурой ТС катализатора в то время, когда NOx преобразуются и удаляются вторым способом доочистки NOx, и степенью преобразования NOx катализаторного устройства 30. Как показано на фиг. 17, при втором способе доочистки NOx может быть достигнута чрезвычайно высокая степень преобразования NOx, когда температура ТС катализатора находится между 300°С и 400°С. С другой стороны, когда температура ТС катализатора входит в высокотемпературную область 400°С или выше, степень преобразования NOx уменьшается. Это происходит потому, что когда температура ТС катализатора поднимается и становится равной или выше 400°С, нитраты термически распадаются, и выпускаются в виде NO из катализаторного устройства 30. Более конкретно, поскольку NOx накапливаются в виде нитратов, трудно достичь высокой степени преобразования NOx вторым способом доочистки NOx в высокотемпературной области, в которой температура ТС катализатора превышает 400°С. С другой стороны, при первом способе доочистки NOx, как описано выше, по существу, нитраты не вырабатывается, либо вырабатывается незначительное количество нитратов, и даже если вырабатывается, то не оказывает влияния на процесс преобразования и удаления NOx. Поэтому, как показано на фиг. 4 выше, при первом способе доочистки NOx может быть достигнута высокая степень преобразования NOx даже в высокотемпературной области, в которой температура ТС катализатора превышает 400°С.
[0056] Таким образом, в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения во время работы дизельного двигателя NOx в выхлопных газах преобразуются и удаляются первым способом доочистки NOx. Более конкретно, электронный блок 37 управления заставляет клапан 29 добавления топлива периодически добавлять негоревшее топливо в выхлопные газы во время работы дизельного двигателя. Добавление негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива в это время управляется при этом так, что амплитуда колебаний и период колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, становятся оптимальной амплитудой и оптимальным периодом для доочистки NOx первым способом доочистки NOx.
[0057] Далее будет описано управление регенерацией. В некоторых случаях оксиды серы (SOx) в выхлопных газах накапливаются в виде сульфатов в базовом слое 43 катализаторного устройства 30. Накапливание SOx в базовом слое 43 начинается с впускного торцевого участка катализаторного устройства 30. Затем, основность базового слоя 43 ослабевает на участке, где количество накопленных SOx увеличивается. Поэтому при накапливании SOx окислительная способность частиц 41 катализатора увеличивается при ослаблении основности базового слоя 43 вокруг частиц 41 на впускном торцевом участке катализаторного устройства 30. В это же время местоположение, где в основном происходит восстановление NOx в катализаторном устройстве 30, смещается в сторону выхода. В катализаторном устройстве 30 в этом случае, поскольку большое количество углеводородов окисляется на впускном торцевом участке, на котором окислительная способность частиц 41 катализатора увеличивается, количество углеводородов, которые достигают места, где в основном происходит восстановление NOx, уменьшается. В результате, уменьшение способности к восстановлению NOx катализаторного устройства 30 приводит к называемому загрязнению серой катализаторного устройства 30.
[0058] Таким образом, когда количество накопленной серы катализаторного устройства 30 увеличивается, электронный блок 37 управления выполняет управление регенерацией для освобождения накопленной серы. Управление регенерацией выполняется поочередно и периодически путем выполнения процесса повышения температуры для повышения температуры катализаторного устройства 30 до температуры, требуемой для освобождения от серы, накопленной в катализаторном устройстве 30, и процесс освобождения для управления воздушно-топливным отношением (базовым воздушно-топливным отношением AFB) воздушно-топливных смесей, сжигаемых в цилиндрах 11, до величины, требуемой для освобождения от серы, накопленной в катализаторном устройстве 30. Электронный блок 37 управления оценивает количество накопленной серы катализаторного устройства 30 и начинает управление регенерацией, когда оцениваемое количество накопленной серы становится равно или больше, чем заранее заданное количество серы для определения начала управления регенерацией.
[0059] В процессе повышения температуры при управлении регенерацией температура катализаторного устройства 30 может быть поднята путем увеличения расхода потока углеводородов в катализаторном устройстве 30 (количества втекающих НС), и увеличения количества тепла, генерируемого реакцией окисления углеводородов. При этом в данной системе управления выбросами количество НС, втекающих в катализаторное устройство 30, может быть увеличено следующими двумя способами. Более конкретно, два способа представляют собой первый способ повышения температуры, с помощью которого количество НС, втекающих в катализаторное устройство 30, увеличивают посредством выполнения дожигающего впрыска клапанами 19 впрыска топлива, а также второй способ повышения температуры, с помощью которого количество НС, втекающих в катализаторное устройство 30, увеличивают посредством выполнения добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива.
[0060] На фиг. 18 показан один пример модели, в которой топливо впрыскивается клапанами 19 впрыска топлива, когда процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры. В примере, показанном на фиг. 18, впрыск топлива для подачи топлива с целью сжигания в каждом цилиндре 11 подразделяется на три стадии впрыска. Более конкретно, они представляют собой предварительный впрыск FP, выполняемый в более поздний период такта сжатия, основной впрыск FM, выполняемый непосредственно после того, как двигатель входит в такт расширения, и подвпрыск FA, выполняемый после основного впрыска FM на такте расширения. Кроме того, выполняется дожигающий впрыск FPO в качестве впрыска топлива во время такта выпуска, осуществляемый таким образом, чтобы увеличить количество НС, втекающих в катализаторное устройство 30, отдельно от этих впрысков топлива для подачи топлива с целью сжигания в цилиндре 11. Топливо, впрыснутое посредством дожигающего впрыска во время такта выпуска, не сгорает в цилиндре 11, а течет в катализаторное устройство 30 вместе с выхлопными газами. Поэтому путем проведения дожигающего впрыска можно увеличить количество НС, втекающих в катализаторное устройство 30, и поднять температуру ТС катализатора.
[0061] На фиг. 19 показана модель, в которой негоревшее топливо добавляется клапаном 29 добавления топлива, чтобы преобразовать и удалить NOx первым способом доочистки NOx, как описано выше, а также изменять воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах согласно модели добавления. В это время негоревшее топливо добавляется клапаном 29 добавления топлива, при этом концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется с амплитудой в пределах вышеописанного заданного диапазона (200 ч/млн - 10000 ч/млн), и периодом в пределах заданного диапазона (0,3 сек - 5 сек), чтобы произвести промежуточные продукты восстановления в катализаторном устройстве 30 и достичь высокой степени преобразования NOx.
[0062] Непосредственно после добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива в это время количество НС, втекающих в катализаторное устройство 30, увеличивается, и температура ТС катализатора временно повышается из-за тепла, создаваемого реакцией окисления углеводородов. Однако температура ТС катализатора, повысившаяся в это время, снижается до температуры выхлопных газов благодаря охлаждению выхлопных газов, имеющих относительно низкую температуру в течение периода до тех пор, пока количество втекающих НС не увеличится снова при следующем добавлении негоревшего топлива. Поэтому температура ТС катализатора в это время поддерживается около температуры, близкой к температуре выхлопных газов. В частности, период добавления негоревшего топлива в это время, т.е. период колебаний концентрации НС, установлен равным относительно длительному времени (например, около 3 секунд) в пределах вышеупомянутого заданного диапазона, при этом температура ТС катализатора не возрастает постепенно.
[0063] На фиг. 20 показана модель, в которой негоревшее топливо добавляется клапаном 29 добавления топлива, когда процесс повышения температуры выполняется вторым способом повышения температуры, а также изменения воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах согласно модели добавления. Как показано на фиг. 20, период добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива в это время делается короче, чем таковой в случае с фиг. 19. В это время выполняется следующее добавление негоревшего топлива, до того, как температура ТС катализатора, которая возросла благодаря повышению количества втекающих НС в соответствии с добавлением негоревшего топлива, уменьшится до температуры выхлопных газов. Поэтому температура ТС катализатора постепенно увеличивается. Хотя период добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива в это время меньше, чем таковой в случае с фиг. 19, период все еще устанавливается в пределах вышеописанного заданного диапазона. Также, количество негоревшего топлива, добавляемое клапаном 29 добавления топлива в это время, устанавливается таким образом, что концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется с амплитудой в пределах вышеописанного заданного диапазона. Поэтому в это время также образование промежуточных продуктов восстановления в катализаторном устройстве 30 продолжается. Количество негоревшего топлива, добавляемое при каждом добавлении, делается меньше, чем таковое в случае с фиг. 19, с тем, чтобы предотвратить увеличение общего количества негоревшего топлива, добавляемого в единицу времени.
[0064] При этом, когда воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах уменьшается до стехиометрического воздушно-топливного отношения или величины, которая богаче, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, в состоянии, когда температура ТС катализатора увеличивается и становится больше, чем температура, требуемая для освобождения от серы посредством процедуры повышения температуры, сера, накопленная в виде сульфатов в базовом слое 43 катализаторного устройства 30, выпускается в выхлопные газы с помощью реакции, противоположной таковой во время накапливания. Однако когда воздушно-топливное отношение AFI в выхлопных газах поддерживается в богатом состоянии в течение длительного времени, количество компонентов негоревшего топлива (например, НС, СО), выпускаемых в окружающий воздух, увеличивается. Поэтому в этом примере осуществления изобретения процесс освобождения выполняется путем периодического достижения богатых пиков в заданный период, путем временного увеличения количества впрыскиваемого топлива клапанами 19 впрыска топлива, чтобы временно уменьшить базовое воздушно-топливное отношение AFB так, чтобы оно стало меньше стехиометрического воздушно-топливного отношения.
[0065] Как описано выше, эта система управления выбросами может выполнять управление восстановлением от загрязнения посредством двух путей управления, а именно, управления в первом режиме управления, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения повторяются поочередно, когда процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры, и управление во втором режиме управления, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, когда процесс повышения температуры выполняется вторым способом повышения температуры. Однако в каждом из режимов управления имеется следующая проблема.
[0066] Как описано выше, становится невозможным преобразование и удаление NOx вторым способом доочистки NOx, когда температура ТС катализатора входит в высокотемпературную область, т.е. когда она равна или выше 400°С. Также во время управления в первом режиме управления концентрация НС в выхлопных газах увеличивается каждый раз, когда выполняется дожигающий впрыск в каждом цилиндре 11 дизельного двигателя, и концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется соответственно. Период колебаний концентрации НС в это время делается короче, чем период в заданном диапазоне, при котором могут быть образованы вышеописанные промежуточные продукты восстановления. Поэтому, когда управление регенерацией выполняется в первом режиме управления, становится невозможно преобразовать и удалить NOx посредством катализаторного устройства 30 в середине процесса повышения температуры.
[0067] С другой стороны, во время управления во втором режиме управления доочистка NOx вторым способом доочистки NOx может продолжаться даже во время процесса повышения температуры. Однако в этом случае необходимо установить период колебаний концентрации НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, в пределах вышеописанного заданного диапазона, с тем, чтобы получить промежуточные продукты восстановления. Период колебаний концентрации НС в это время длиннее, чем период колебаний в случае, когда процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры. В частности, удлиняется промежуток времени от момента времени, когда температура ТС катализатора увеличивается из-за тепла, генерируемого реакцией окисления углеводородов в соответствии с увеличением количества НС, втекающих в катализаторное устройство 30, до момента времени, когда количество втекающих НС увеличивается в следующий раз. В этом случае, даже если температура ТС катализатора увеличивается в соответствии с возрастанием количества втекающих НС, впускной торцевой участок подложки 40 катализатора, в который выхлопные газы втекают непосредственно, охлаждается обдуванием выхлопных газов, имеющих относительно низкую температуру, в течение промежутка времени, пока количество втекающих НС не увеличится следующий раз, и увеличившаяся температура ТС катализатора снизится. Поэтому во время управления во втором режиме управления температура ТС катализатора впускного торцевого участка подложки 40 катализатора не может увеличиться до температуры, при которой возможно освобождение от серы, в процессе повышения температуры, и количество серы, накопленной впускным торцевым участком подложки 40 катализатора, может уменьшиться недостаточно. А именно, во втором режиме управления после выполнения управления регенерацией количество серы, накопленной катализаторным устройством 30, может не уменьшиться до такой же степени, что и в случае первого режима управления.
[0068] На фиг. 21 показаны изменения от времени степени преобразования NOx катализаторного устройства 30 и количества накопленной серы в каждом из случаев: случае, когда дизельный двигатель работает, и при этом управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления, и в случае, когда дизельный двигатель работает, и при этом управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления. В примере, показанном на фиг. 21, количество накопленной серы оценивается из предположения, что в случае, когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления, количество серы, накопленной катализаторным устройством 30, также снижается в такой же степени, что и в случае, когда управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления, и управление регенерацией выполняется на основе результата оценки.
[0069] Как показано на фиг. 21, в любом случае количество серы, накопленной катализаторным устройством 30, со временем увеличивается, и степень преобразования NOx снижается с увеличением количества накопленной серы. Затем, когда оцениваемая величина количества накопленной серы достигает заранее количества серы для определения начала управления, начинается управление регенерацией. Когда управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления, NOx не могут преобразовываться и удалиться катализаторным устройством 30 во время процесса повышения температуры; поэтому степень преобразования NOx снижается во время управления регенерацией. С другой стороны, когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления, доочистка NOx первым способом доочистки NOx может продолжаться во время процесса повышения температуры; поэтому может быть достигнута высокая степень преобразования NOx даже во время управления регенерацией. Однако, когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления, освобождение от серы, накопленной во впускном торцевом участке подложки 40 катализатора, не является достаточным; поэтому количество серы, остающееся накопленным в катализаторном устройстве 30 и не освобождаемой даже после управления регенерацией, будет больше, чем в случае, когда управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления. Поэтому когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления, степень преобразования NOx катализаторного устройства 30 после управления регенерацией снижается по сравнению со случаем, когда управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления. Таким образом, каждое управление регенерацией в первом и втором режиме управления имеет преимущества и недостатки, и все еще имеется некоторый резерв для совершенствования с целью уменьшения общего количества выбросов NOx в долгосрочной перспективе.
[0070] Таким образом, в этом примере осуществления изобретения управление регенерацией выполняется следующим образом, при этом катализаторное устройство 30 может предпочтительно регенерироваться или восстанавливаться от загрязнения серой, причем выброс NOx во время управления регенерацией ограничивается, и, соответственно, общее количество выбросов NOx в долгосрочной перспективе может дополнительно уменьшиться.
[0071] На фиг. 22 показана блок-схема процедуры определения для выполнения различных определений, связанных с управлением регенерацией в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения. Процедура периодически выполняется на каждом заданном цикле управления электронным блоком 37 управления во время работы дизельного двигателя.
[0072] Когда начинается выполнение этой процедуры, сначала вычисляют на этапе S100 степень SINC загрязнения блока. Степень загрязнения блока обозначает количество серы, накопленной в катализаторном устройстве 30 на протяжении промежутка времени, соответствующего вышеуказанному циклу управления, а именно, скорости накапливания серы в катализаторном устройстве 30. В этом примере осуществления изобретения степень SINC загрязнения блока вычисляют на основе количества Q впрыснутого топлива и числа оборотов NE двигателя дизельного двигателя. Более конкретно, величину степени SINC загрязнения блока вычисляют как величину, которая пропорциональна произведению количества Q впрыснутого топлива и числа оборотов NE двигателя.
[0073] На фиг. 23 показано соотношение между степенью SINC загрязнения блока, вычисленной в этой процедуре, количеством Q впрыснутого топлива и числом оборотов NE двигателя. Степень загрязнения блока увеличивается, когда возрастает количество (поступающее количество серы) серы в выхлопных газах, которые поступают в катализаторное устройство 30 в течение промежутка времени, соответствующего вышеуказанному циклу управления, а именно, когда увеличивается количество топлива, сжигаемого в течение времени, соответствующего циклу управления. Поэтому, как показано на фиг. 23, степень SINC загрязнения блока вычисляют с учетом того, что эта величина больше, когда количество Q впрыснутого топлива больше, или число оборотов NE двигателя выше.
[0074] Далее, на этапе S101 определяют, выполняется ли процесс освобождения. При этом, когда процесс освобождения не выполняется (НЕТ), величина количества SX накопленной серы обновляется до величины, получаемой путем сложения степени SINC загрязнения блока с последней величиной количества SX накопленной серы на этапе S102, и затем управление переходит на этап S105. С другой стороны, когда процесс освобождения выполняется (ДА), на этапе S103 вычисляют количество SDEC серы, освобожденной из блока, и количество SX накопленной серы обновляется до величины, полученной путем сложения степени SINC загрязнения блока с последним значением количества SX накопленной серы, с последующим вычитанием количества SDEC серы, освобожденной из блока, из результата сложения. Затем, управление переходит на этап S105. Количество SDEC серы, освобожденной из блока, обозначает количество серы, освобожденной за время, соответствующее периоду управления при выполнении процесса освобождения, иначе говоря, скорости освобождения от серы в процессе освобождения. В этом примере осуществления изобретения количества SDEC серы, освобожденной из блока, вычисляют на основе количества SX накопленной серы.
[0075] На фиг. 24 показано соотношение между количеством SDEC серы, освобожденной из блока, вычисленным в этой процедуре, и количеством SX накопленной серы. Когда количество серы, накопленной катализаторным устройством 30, больше, скорость освобождения от серы катализаторного устройства 30 становится выше. Поэтому, как показано на фиг. 24, вычисляют количество SDEC серы, освобожденной из блока, при этом эта величина увеличивается по мере увеличения количества SX накопленной серы.
[0076] Когда управление переходит на этап S105, на этапе S105 определяют, меньше ли количество SX накопленной серы заранее заданного количества SMAX серы для определения начала управления регенерацией. Когда количество SX накопленной серы равно или больше, чем количество SMAX для определения начала управления регенерацией (НЕТ), на этапе S106 устанавливается флаг выполнения, и затем управление переходит на этап S107. С другой стороны, когда количество SX накопленной серы меньше, чем количество SMAX для определения начала управления регенерацией (ДА), управление переходит непосредственно на этап S107. Флаг выполнения устанавливается, когда управление регенерацией начинается, и сбрасывается, когда управление регенерацией заканчивается.
[0077] Когда управление переходит на этап S107, на этапе S107 определяется, установлен ли флаг выполнения. Когда флаг выполнения не установлен (НЕТ), выполнение текущего цикла этой процедуры заканчивается. С другой стороны, когда флаг выполнения установлен (ДА), управление переходит на этап S108.
[0078] Когда управление переходит на этап S108, на этапе S108 определяется, превышает ли количество SX накопленной серы заранее заданное количество SMID серы для определения переключения режимов. Количество SMID серы для определения переключения режимов устанавливается равным величине, которая меньше, чем вышеописанное количество SMAX серы для определения начала управления регенерацией. Когда количество SX накопленной серы равно или меньше, чем количество SMID серы для определения переключения режимов (НЕТ), на этапе S109 устанавливается флаг переключения, и затем управление переходит на этап S110. С другой стороны, когда количество SX накопленной серы превышает количество SMID серы для определения переключения режимов (ДА), управление переходит непосредственно на этап S110. Флаг переключения устанавливается, когда управление регенерацией переключается из управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления, и сбрасывается, когда управление регенерацией заканчивается.
[0079] Когда управление переходит на этап S110, на этапе S110 определяют, меньше ли количество SX накопленной серы, чем заданное количество SMIN серы для определения завершения. Количество SMIN серы для определения завершения устанавливается равным величине, которая еще меньше, чем вышеописанное количество SMID серы для определения переключения режимов. Когда количество SX накопленной серы равно или больше, чем количество SMIN серы для определения завершения (НЕТ), выполнение текущего цикла этой процедуры завершается. С другой стороны, когда количество SX накопленной серы меньше, чем количество SMIN серы для определения завершения, флаг выполнения и флаг переключения соответственно сбрасываются на этапе S111, и затем выполнение текущего цикла этой процедуры заканчивается.
[0080] На фиг. 25 показана блок-схема процедуры управления регенерацией, связанная с выполнением управления регенерацией в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения. Выполнение этой процедуры также периодически осуществляется на каждом заданном цикле управления посредством электронного блока 37 управления во время работы дизельного двигателя.
[0081] Когда выполнение этой процедуры начинается, сначала на этапе S200 определяют, установлен ли флаг выполнения. Когда флаг выполнения установлен (ДА), управление переходит на этап S201. Когда флаг выполнения не установлен (НЕТ), выполнение текущего цикла этой процедуры немедленно завершается.
[0082] Когда управление переходит на этап S201, на этапе S201 определяют, установлен ли флаг завершения освобождения. Флаг завершения освобождения устанавливается каждый раз, когда процесс освобождения, выполняемый поочередно с процессом повышения температуры, заканчивается при управлении регенерацией, и сбрасывается каждый раз, когда процесс повышения температуры заканчивается. Когда флаг завершения освобождения установлен (ДА), управление переходит на этап S210, и процесс повышения температуры выполняется при выполнении этапа S210 и последующих этапов. С другой стороны, когда флаг завершения освобождения не установлен (NO), управление переходит на этап S220, и процесс освобождения выполняется при выполнении этапа S220 и последующих этапов.
[0083] Когда управление переходит на этап S210, на этапе S210 определяют, установлен ли вышеописанный флаг переключения. Когда флаг переключения не установлен (S210: НЕТ), генерируется команда на выполнение дожигающего впрыска клапанами 18 впрыска топлива, с тем, чтобы увеличить температуру ТС катализатора вышеописанным первым способом повышения температуры, и затем управление переходит на этап S213. С другой стороны, когда флаг переключения установлен (S210: ДА), генерируется команда на добавление негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива на этапе S212, с тем, чтобы увеличить температуру ТС катализатора вышеописанным вторым способом повышения температуры, и затем управление переходит на этап S213.
[0084] Когда управление переходит на этап S213, на этапе S213 определяют, выше ли температура ТС катализатора, чем целевая температура при процессе повышения температуры. Целевая температура устанавливается равной температуре, которая слегка выше, чем температура, требуемая для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством 30. Когда температура ТС катализатора выше, чем целевая температура (ДА), флаг завершения освобождения сбрасывается на этапе S214, и выполнение текущего цикла этой процедуры заканчивается. Когда температура ТС катализатора равна или ниже, чем целевая температура (NO), текущий цикл этой процедуры немедленно завершается.
[0085] С другой стороны, когда флаг завершения освобождения не установлен (S201: НЕТ), и управление переходит на этап S220, команда на выполнение периодических богатых пиков для освобождения от серы, накопленной в катализаторном устройстве 30, сначала генерируется на этапе S220. Затем, на этапе S221, величина времени TS освобождения в качестве счетчика, представляющего время выполнения процесса освобождения в этом цикле, увеличивается.
[0086] Далее, на этапе S222 определяется, стало ли время TS освобождения равно или больше, чем заданное эталонное время освобождения. Когда время TS освобождения равно или больше, чем эталонное время освобождения (ДА), устанавливается флаг завершения освобождения, и значение времени TS освобождения сбрасывается на «0» на этапе S223. Затем выполнение текущего цикла этой процедуры заканчивается. С другой стороны, когда время TS освобождения меньше, чем эталонное время освобождения (ДА), выполнение текущего цикла этой процедуры немедленно завершается.
[0087] В этом примере осуществления изобретения электронный блок 37 управления, который осуществляет выполнение вышеописанной процедуры определения и процедуры управления регенерацией, сконфигурирован, чтобы соответствовать контроллеру регенерации. Далее будет описана работа системы управления выбросами двигателя внутреннего сгорания этого примера осуществления изобретения, сконфигурированного, как описано выше.
[0088] Когда сера в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, накапливается в базовом слое 43, как описано выше, основность базового слоя 43 ослабевает, и степень преобразования NOx катализаторного устройства 30 снижается. В этом примере осуществления изобретения, когда количество SX серы, накопленной катализаторным устройством 30, становится равно или больше, чем заранее заданное количество SMAX серы для определения начала управления регенерацией, начинается управление регенерацией для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством 30.
[0089] После начала управления регенерацией процесс повышения температуры для повышения температуры катализаторного устройства 30 до температуры, требуемой для освобождения от серы, накопленной катализаторным устройством 30, и процесс освобождения для установки воздушно-топливного отношения в воздушно-топливных смесях, сжигаемых в цилиндрах 11 равным величине, требуемой для освобождения от серы, накопленной в катализаторном устройстве 30, выполняются поочередно и периодически. В этом примере осуществления изобретения, пока количество SX накопленной серы не уменьшится так, чтобы быть меньше, чем количество SMID серы для определения переключения режимов, управление регенерацией выполняется в первом режиме управления, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, при этом процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры посредством выполнения дожигающего впрыска клапанами 19 впрыска топлива. Затем, после того, как количество SX накопленной серы становится меньше, чем количество SMID серы для определения переключения режимов, управление регенерацией выполняется во втором режиме управления, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, при этом процесс повышения температуры выполняется вторым способом повышения температуры. А именно, после переключения управления во второй режим управления, процесс повышения температуры выполняется путем обеспечения добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива, при этом концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется с амплитудой в заданном диапазоне и периодом заданном диапазоне, что обеспечивает образование промежуточных продуктов восстановления. Затем, когда количество SX накопленной серы становится меньше, чем количество SMIN серы для определения завершения, управление регенерацией завершается. А именно, в этом примере осуществления изобретения управление выполняется во втором режиме управления после выполнения управления в первом режиме управления, в промежуток времени от начала управления регенерацией до его завершения.
[0090] На фиг. 26 показаны изменения количества SX серы, накопленной катализаторным устройством 30, и степень преобразования NOx со временем во время выполнения управления регенерацией, как описано выше. На фиг. 26 управление регенерацией начинается в момент t1 времени, переключение с управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления происходит в момент t2 времени, и управление регенерацией заканчивается в момент t3 времени. На фиг. 26 «S1» обозначает промежуток времени, в котором процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры, a «S2» обозначает промежуток времени, в котором процесс повышения температуры выполняется вторым способом повышения температуры, тогда как «Н» обозначает промежуток времени, в котором выполняется процесс освобождения.
[0091] Когда температура ТС катализатора поднимается до высокотемпературной области, которая равна или выше 400°С, во время выполнения процесса повышения температуры первым способом повышения температуры, нитраты, накопленные в базовом слое 43, термически разлагаются и выпускаются, что делает невозможным накапливание NOx в выхлопных газах в катализаторном устройстве 30. Поэтому, когда процесс повышения температуры выполняется первым способом повышения температуры, в ходе процесса становится невозможным поддерживать степень преобразования NOx на высоком уровне.
[0092] С другой стороны, во время выполнения процесса повышения температуры вторым способом повышения температуры, даже если температура ТС катализатора поднимается до высокотемпературной области, равной или выше 400°С, доочистка NOx первым способом доочистки NOx может продолжаться. Поэтому, когда процесс повышения температуры выполняется вторым способом повышения температуры, степень преобразования NOx поддерживается на высоком уровне от начала до конца процесса повышения температуры.
[0093] На фиг. 27 показано количество накопленной серы каждой части катализаторного устройства 30 в каждый из следующих моментов времени: момент начала (момент t1 времени) управления регенерацией, момент (момент t2 времени) переключения режима управления и момент завершения (момент t3 времени) управления регенерацией.
[0094] Как описано выше, при процессе повышения температуры вторым способом повышения температуры, промежуток времени, с которым НС втекают в катализаторное устройство 30, является большим, и температура впускного торцевого участка катализаторного устройства 30, в который выхлопные газы непосредственно втекают, с меньшей вероятностью или вряд ли увеличится. С другой стороны, при процессе повышения температуры первым способом повышения температуры температура впускного торцевого участка катализаторного устройства 30 может быть достаточно высокой. Когда процесс освобождения выполняется в состоянии, где температура всего катализаторного устройства 30 становится равной или выше, чем температура, требуемая для освобождения от серы, освобождение от серы начинается с впускного торцевого участка катализаторного устройства 30. Поэтому в течение промежутка времени, в котором управление выполняется в первом режиме управления после начала управления регенерацией, сера освобождается главным образом на впускном торцевом участке катализаторного устройства 30. Соответственно, количество накопленной серы на впускном торцевом участке катализаторного устройства 30 будет уменьшаться при переключении из управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления. В этой связи, поскольку сера, освобожденная из впускного торцевого участка катализаторного устройства 30, перемещается на выпускной участок катализаторного устройства 30 вместе с выхлопными газами, количество накопленной серы на впускном торцевом участке катализаторного устройства 30 в это время увеличится по сравнению с таковым при начале управления регенерацией.
[0095] С другой стороны, когда управление переключается во второй режим управления, процесс повышения температуры выполняется вторым способом повышения температуры. В это время становится трудно увеличить температуру впускного торцевого участка катализаторного устройства 30. Однако в этот момент времени количество накопленной серы на впускном торцевом участке катализаторного устройства 30 уже снизилось, и в это время также сера может предпочтительно освобождаться в остающемся участке с выпускной стороны катализаторного устройства 30. Поэтому, как описано выше, количество накопленной серы будет предпочтительно снижаться во всем катализаторном устройстве 30 путем исполнения управления во втором режиме управления в промежутке времени после выполнения управления в первом режиме управления в промежутке времени от начала до конца управления регенерацией.
[0096] На фиг. 21, как описано выше, также показаны изменения во времени степени преобразования NOx катализаторного устройства и количество накопленной серы, когда работает дизельный двигатель, при этом управление регенерацией выполняется согласно этому примеру осуществления изобретения. В данном примере осуществления изобретения по сравнению со случаем, когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления, сера, накопленная в катализаторном устройстве 30, освобождается более успешно при управлении регенерацией, и характеристики доочистки NOx катализаторного устройства 30 восстанавливаются более успешно. Поэтому, как показано на фиг. 21, в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения степень преобразования NOx после управления регенерацией возрастает по сравнению со случаем, когда управление регенерацией выполняется только во втором режиме управления. Кроме того, после переключения из управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления, степень преобразования NOx может поддерживаться на высоком уровне даже во время процесса повышения температуры. Поэтому, как показано на фиг. 21, в системе управления выбросами этого примера осуществления изобретения степень преобразования NOx во время управления регенерацией возрастает по сравнению со случаем, когда управление регенерацией выполняется только в первом режиме управления. В этой связи, в данном примере осуществления изобретения вышеописанное количество SMID серы для определения переключения режимов устанавливается таким образом, что режим управления переключается в момент времени, когда количество серы, накопленной во впускном торцевом участке катализаторного устройства 30, достаточно снижается.
[0097] В соответствии с системой управления выбросами двигателя внутреннего сгорания этого примера осуществления изобретения, как описано выше, могут быть достигнуты следующие результаты. (1) В этом примере осуществления изобретения управление регенерацией выполняется посредством управления в первом режиме управления, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, тогда как процесс повышения температуры выполняется посредством выполнения дожигающего впрыска клапанами 19 впрыска топлива, и управления во втором режиме управления, в котором процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, при этом процесс повышения температуры выполняется путем выполнения добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива, причем концентрация НС в выхлопных газах, поступающих в катализаторное устройство 30, колеблется с амплитудой в заданном диапазоне и периодом в заданном диапазоне, что обеспечивает образование в промежуточных продуктов восстановления. Затем, выполняется управление во втором режиме управления в промежутке времени после выполнения управления в первом режиме управления, в промежутке времени от начала до конца управления регенерацией. Поэтому можно предпочтительно восстановить способность катализаторного устройства к преобразованию/удалению NOx 30, которая уменьшилась из-за загрязнения серой, при этом ограничивая выброс NOx во время управления регенерацией.
[0098] (2) Поскольку трудно освобождать серу из впускного торцевого участка катализаторного устройства 30 при управлении во втором режиме управления, как описано выше, желательно провести переключение в управление во втором режиме управления в момент времени, когда освобождение от серы из впускного торцевого участка катализаторного устройства 30 достаточно произведено при управлении в первом режиме управления. При этом о продвижении регенерации можно судить, исходя из величины снижения количества SX накопленной серы, считая от момента начала управления регенерацией. В этот момент, в этом примере осуществления изобретения, когда количество SX накопленной серы катализаторного устройства 30 снижается до заранее заданного количества SMID серы для определения переключения режимов, которое установлено равным значению, меньшему, чем количество SMAX серы для определения начала управления регенерацией, во время управления регенерацией, проводится переключение из управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления. Поэтому режим управления переключается в то время, когда освобождение от серы из впускного торцевого участка катализаторного устройства 30 произведено в достаточной степени, при этом количество серы, накопленной катализаторным устройством 30 в целом, может быть существенно уменьшено.
[0099] (3) В этом примере осуществления изобретения процесс освобождения выполняется путем периодического выполнения богатых пиков, чтобы временно делать воздушно-топливное отношение в воздушно-топливных смесях, сжигаемых в цилиндрах 11, богатым, в заданные промежутки времени. Поэтому по сравнению со случаем, когда процесс освобождения выполняется путем поддержания воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах равным величине, которая равна или меньше, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение, можно ограничить выбросы компонентов негоревшего топлива в окружающий воздух во время процесса освобождения.
[0100] Вышеописанный пример осуществления изобретения может быть модифицирован следующим образом и внедрен. В вышеописанном примере осуществления изобретения процесс освобождения выполняется путем периодического выполнения богатых пиков для временного увеличения количества топлива, впрыскиваемого клапанами 19 впрыска топлива в данные промежутки времени. Однако процесс освобождения может осуществляться путем периодического или непрерывного уменьшения воздушно-топливного отношения AFI в выхлопных газах посредством добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива. Процесс освобождения может также выполняться путем постоянного увеличения количества топлива, впрыскиваемого клапанами 19 впрыска топлива, и поддержания базового воздушно-топливного отношение AFB равным стехиометрическому воздушно-топливному отношению или величине, меньшей, чем стехиометрическое воздушно-топливное отношение.
[0101] В вышеописанном примере осуществления изобретения оценивают количество SX серы, накопленной катализаторным устройством 30, на основе рабочих состояний (количества Q впрыснутого топлива, числа оборотов NE двигателя) дизельного двигателя, а момент начала управления регенерацией определяют на основе оцениваемого количества SX накопленной серы. Момент начала управления регенерацией можно определить на основе других параметров, таких как совокупная величина количества Q впрыснутого топлива, например.
[0102] В вышеописанном примере осуществления изобретения определяют момент переключения из управления в первом режиме управления на управление во втором режиме управления при управлении регенерацией и момент завершения управления регенерацией на основе количества SX накопленной серы. Однако эти моменты времени могут быть определены на основе других параметров, таких как время, прошедшее с начала управления регенерацией.
[0103] В вышеописанном примере осуществления изобретения управление во втором режиме управления выполняется непосредственно после завершения управления в первом режиме управления при управлении регенерацией. Однако между этими управлениями может быть выполнено управление в другом режиме управления. Например, целесообразно рассмотреть выполнение управления, промежуточного между первым режимом управления и вторым режимом управления, между управлением в первом режиме управления и управлением во втором режиме управления. При промежуточном управлении процесс повышения температуры и процесс освобождения поочередно повторяются, при этом процесс повышения температуры выполняется как посредством дожигающего впрыска клапанами 19 впрыска топлива, так и посредством добавления негоревшего топлива клапаном 29 добавления топлива.