УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE TO TREAT EXHAUST OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Данное изобретение относится к устройству для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Известен метод, при котором катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx (далее в данном документе называемый просто катализатор NOx) располагается в выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания. Функцией катализатора NOx является окклюдирование NOx из выхлопных газов, когда концентрация кислорода в выхлопных газах, протекающих в катализатор NOx, высока, и восстановление NOx, окклюдированных в катализаторе NOx, когда концентрация кислорода в поступающих выхлопных газах снижается и когда в них присутствует восстановитель.
Кроме того, серосодержащий компонент, присутствующий в топливе, также окклюдируется катализатором NOx, подобно NOx. Серосодержащий компонент, окклюдированный таким образом, труднее высвобождается по сравнению с NOx и аккумулируется в катализаторе NOx. Это явление называется отравлением серой. Скорость очистки от NOx катализатора NOx уменьшается вследствие такого отравления серой, так что необходимо выполнить процесс устранения отравления серой для восстановления катализатора NOx из состояния отравления серой в приемлемое время. Этот процесс устранения отравления серой выполняется повышением температуры катализатора NOx и пропусканием к катализатору NOx выхлопных газов со стехиометрическим соотношением воздуха и топлива или обогащенным соотношением воздуха и топлива. Например, при добавлении топлива к катализатору NOx топливо реагирует с катализатором NOx, в результате чего температура катализатора NOx становится высокой. Посредством дальнейшего добавления топлива к катализатору NOx при условии, что соотношение воздуха и топлива контролируется таким образом, что поддерживается обогащенное соотношение воздуха и топлива, отравление серой может быть устранено.
Также известен метод, при котором для улавливания твердых частиц (на которые далее в данном документе дается ссылка как на PM) в выхлопных газах предусмотрен фильтр очистки от микрочастиц (далее в данном документе называемый просто фильтром), который содержит катализатор с окислительной способностью или имеет катализатор с окислительной способностью с впускной стороны. Когда количество твердых частиц, задержанных фильтром, достигает заданной величины, то в катализатор, обладающий окислительной способностью, подается восстановитель таким образом, что температура фильтра повышается, и твердые частицы в нем удаляются окислением. Удаление твердых частиц в фильтре таким образом называется регенерацией фильтра. Ниже в данном документе процесс устранения отравления серой называется регенерацией S и удаление твердых частиц посредством их окисления называется регенерацией PM.
Кроме того, также известен метод, который предусматривает размещение клапана для добавления углеводородов (HC), катализатора окисления, фильтра очистки от микрочастиц, клапана для добавления углеводородов (HC), катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx и катализатора селективного восстановления NOx на выхлопной трубе в указанном порядке в направлении от ее впускной стороны к выпускной стороне (см., например, JP 2006-512529).
Проблемы, на решение которых направлено настоящее изобретение
В случае, когда регенерация PM и регенерация S совмещаются одна с другой, если углеводороды добавляются с впускной стороны клапана для добавления углеводородов и с выпускной стороны клапана для добавления углеводородов независимым образом, имеется опасность того, что количество добавляемых углеводородов может стать чрезмерным, так что катализатор может не реагировать с избыточным количеством углеводородов в достаточной степени, и, соответственно, непрореагировавшие углеводороды будут высвобождаться в окружающую атмосферу.
Данное изобретение сделано с учетом вышеуказанных проблем и его целью является предоставление метода, обеспечивающего выполнение регенерации фильтра и очистки от NOx, совместимых одна с другой, при предотвращении подачи избыточного количества углеводородов в устройство для очистки выхлопных газов от двигателя внутреннего сгорания.
Средство для решения проблем
Чтобы достигнуть вышеуказанной цели, устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным изобретением обладает следующей структурой. А именно, устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным изобретением характеризуется тем, что оно содержит:
первый узел очистки выхлопных газов, предназначенный для удаления NOx;
второй узел очистки выхлопных газов, который расположен последовательно с указанным первым узлом очистки выхлопных газов и предназначен для улавливания твердых частиц в выхлопных газах;
средства для подачи углеводородов, которыми снабжены первый узел очистки выхлопных газов и второй узел очистки выхлопных газов, соответственно, для подачи углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов и второй узел очистки выхлопных газов, соответственно; и
средство вынесения решения о приоритете, которое определяет приоритет между подачей углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов и подачей углеводородов во второй узел очистки выхлопных газов;
при этом количество углеводородов, подаваемых в узел с более низком приоритетом, решение о котором вынесено средством вынесения решения о приоритете, уменьшается, когда запрос о подаче углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов и запрос о подаче углеводородов во второй узел очистки выхлопных газов совмещаются один с другим, по сравнению со случаем, когда запросы о подаче углеводородов не совмещаются один с другим.
Первый узел очистки выхлопных газов может содержать по меньшей мере катализатор для удаления NOx и, кроме того, может быть объединен с другими катализаторами. Кроме того, посредством подачи углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов, возможно, например, удаление NOx или восстановление способности к очистке от NOx или же улучшение способности к очистке от NOx.
Второй узел очистки выхлопных газов может быть узлом, содержащим катализатор, обладающий окислительной способностью, который поддерживается фильтром очистки от микрочастиц, или он может быть снабжен катализатором, обладающим окислительной способностью, который размещен с впускной стороны фильтра очистки от микрочастиц. Кроме того, с ним могут быть объединены другие катализаторы. Более того, посредством подачи углеводородов во второй узел очистки выхлопных газов, возможно, например, окисление твердых частиц, задержанных фильтром очистки от микрочастиц. Первый узел очистки выхлопных газов и второй узел очистки выхлопных газов располагаются последовательно один за другим, и в этом случае, один из первого и второго узлов очистки выхлопных газов может быть расположен с впускной стороны другого узла.
Кроме того, когда наступает момент подачи углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов или второй узел очистки выхлопных газов, делается соответствующий запрос на подачу углеводородов. Если имеется запрос на подачу углеводородов и если выполняются другие требования, то углеводороды подаются из соответствующего средства для подачи углеводородов.
Выражение «запрос на подачу углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов и запрос на подачу углеводородов во второй узел очистки выхлопных газов совмещаются один с другим» означает, что запрос на подачу углеводородов для подачи углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов и запрос на подачу углеводородов для подачи углеводородов во второй узел очистки выхлопных газов делаются в одно и то же время. При этом отдельные запросы на подачу углеводородов могут лишь частично совмещаться один с другим.
Решение в отношении того, у какого запроса выше приоритет, запроса на подачу углеводородов в указанный первый узел очистки выхлопных газов или запроса на подачу углеводородов в указанный второй узел очистки выхлопных газов, делается в соответствии с целью подачи углеводородов, температурой первого узла очистки выхлопных газов или второго узла очистки выхлопных газов или же рабочим режимом двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, посредством уменьшения количества углеводородов, подаваемых в узел с более низким приоритетом, может преимущественно выполняться подача углеводородов в узел с более высоким приоритетом. При этом количество углеводородов, подаваемых в узел с более высоким приоритетом, или синхронизация его подачи может быть определено независимо от подачи углеводородов в узел с более низким приоритетом. Соответственно, оптимальное количество углеводородов может быть подано в узел с более высоким приоритетом.
В данном изобретении указанное средство вынесения решения о приоритете определяет, что узел, в котором образуется восстановительная атмосфера посредством подачи углеводородов, имеет более высокий приоритет.
«Узел, в котором образуется восстановительная атмосфера посредством подачи углеводородов» может быть узлом, который требуется для образования восстановительной атмосферы, или может быть узлом, в котором создается восстановительная атмосфера, чтобы очистить выхлопные газы или чтобы улучшить способность к очистке выхлопных газов или же чтобы восстановить способность к очистке выхлопных газов. Иными словами, посредством подачи углеводородов предпочтительно на основании предположения о том, что узел, в котором образуется восстановительная атмосфера посредством подачи углеводородов, обладает более высоким приоритетом, возможно повышение способности к очистке выхлопных газов.
В данном изобретении указанное средство вынесения решения о приоритете может принимать решение о том, что узел, в котором степень снижения способности к очистке выхлопных газов увеличивается без подачи углеводородов, имеет более высокий приоритет.
При этом имеется определенный узел для очистки выхлопных газов, обладающий способностью к очистке выхлопных газов, которая не будет быстро снижаться, даже если подача углеводородов приостанавливается, что зависит от типа или вида узла. С другой стороны, имеется узел, способность которого к очистке выхлопных газов снижается вскоре после прекращения подачи углеводородов. Другими словами, посредством предпочтительной подачи углеводородов к узлу, способность которого к очистке выхлопных газов склонна к снижению, возможно подавление ухудшения способности к очистке выхлопных газов устройства в целом.
Например, катализатор селективного восстановления NOx обладает способностью к очистке от NOx, которая уменьшается при низкой температуре. Соответственно, когда температура катализатора селективного восстановления NOx низкая, степень снижения его способности к очистке выхлопных газов возрастает, пока к катализатору не будут поданы углеводороды, с тем, чтобы повысить температуру его слоя. Кроме того, например, в случае, когда используются катализатор, образующий аммиак, и катализатор селективного восстановления, и селективное восстановление NOx выполняется посредством подачи углеводородов к катализатору, образующему аммиак, чтобы образовывать углеводород, без подачи углеводородов аммиак образовываться не будет. То есть, способность к очистке от NOx ухудшается без подачи углеводородов, так что степень снижения способности к очистке выхлопных газов велика. В противоположность этому, в фильтре очистки от микрочастиц, если в него не подаются углеводороды, то твердые частицы не могут быть окислены, однако его способность к улавливанию твердых частиц ухудшаться не будет. Другими словами, степень снижения способности к очистке выхлопных газов в то время, когда углеводороды не подаются, относительно ограничена.
В данном изобретении указанное средство вынесения решения о приоритете принимает решение о том, что подача углеводородов в указанный первый узел очистки выхлопных газов имеет более высокий приоритет.
Иными словами, в катализаторе NOx или подобном узле для очистки от NOx, посредством подачи углеводородов к катализатору NOx или т.п., NOx восстанавливаются или выполняется устранение отравления серой. Соответственно, если подача углеводородов ограничивается, то NOx не могут быть восстановлены или окклюдированы, так что будет возникать опасность того, что NOx могут выпускаться из катализатора NOx. С другой стороны, в фильтре очистки от микрочастиц или подобном узле, в котором улавливаются твердые частицы, даже если подача углеводородов ограничивается, по существу не будет создаваться опасность того, что твердые частицы могут выпускаться из фильтра очистки от микрочастиц. Другими словами, из соображений очистки выхлопных газов, углеводороды должны предпочтительно подаваться в первый узел очистки выхлопных газов. Вследствие этого возможно подавление выпуска NOx.
В данном изобретении, когда углеводороды подаются в один из первого узла очистки выхлопных газов и второго узла очистки выхлопных газов, подача углеводородов в другой узел может быть приостановлена.
Иными словами, выражение «количество углеводородов, подаваемых в узел с более низким приоритетом, решение о котором принято указанным средством вынесения решения о приоритете, уменьшается по сравнению со случаем, когда запросы о подаче углеводородов не совмещаются один с другим» включает приостановку подачи углеводородов в узел с более низким приоритетом. Соответственно, углеводороды подаются лишь в узел с более высоким приоритетом и возможно предотвращение прохождения углеводородов вследствие их избыточной подачи. Кроме того, подача углеводородов в узел с более низким приоритетом может быть выполнена лишь в то время, когда подача углеводородов в узел с более высоким приоритетом приостановлена.
В данном изобретении, когда указанный запрос на подачу углеводородов в указанный первый узел очистки выхлопных газов и указанный запрос на подачу углеводородов в указанный второй узел очистки выхлопных газов совмещаются один с другим и когда углеводороды подаются в узел с более низким приоритетом после подачи углеводородов в узел с более высоким приоритетом, к количеству углеводородов, подаваемых в указанный узел с более низким приоритетом, может быть добавлена величина, на которую уменьшено количество углеводородов, подаваемое в указанный узел с более низким приоритетом во время подачи углеводородов в указанный узел с более высоким приоритетом.
Когда углеводороды подаются в узел с более высоким приоритетом, то количество углеводородов, подаваемых в узел с более низким приоритетом, уменьшается. Затем, когда после этого подача углеводородов в узел с более высоким приоритетом завершается, запросы на подачу углеводородов не совмещаются один с другим, так что устраняется необходимость в уменьшении количества углеводородов, подаваемых в узел с более низким приоритетом. Когда углеводороды подаются в узел с более высоким приоритетом, количество углеводородов, подаваемых в узел с более низким приоритетом, уменьшается, так что количество углеводородов, поданных в узел с более низким приоритетом в течение этого периода времени, становится меньше запрошенного количества. Другими словами, при одном лишь простом согласовании количества углеводородов, подлежащего подаче, с запрошенным количеством, когда углеводороды подаются в узел с более низким приоритетом, общее количество углеводородов, поданных в узел с более низким приоритетом, уменьшается. Вследствие этого, имеет место возможность того, что ожидаемый эффект подачи углеводородов не будет достигнут в удовлетворительной степени из-за недостатка углеводородов. В противоположность этому, уменьшение общего количества углеводородов, поданных в узел с более низким приоритетом, может быть предотвращено посредством подачи уменьшенного количества углеводородов в дополнение к запрошенному количеству, когда углеводороды подаются в узел с более низким приоритетом.
В данном изобретении, в случае, когда при подаче углеводородов в указанный узел с более низким приоритетом запрошенное количество углеводородов увеличено для повышения температуры узла с более низким приоритетом, приоритет узла, в котором увеличено запрошенное количество углеводородов для повышения температуры указанного узла с более низким приоритетом, может быть сделан более высоким.
В соответствии с этим, приоритеты взаимозаменяемы, так что когда приходит время подачи углеводородов в узел, для которого приоритет был выше к данному моменту, подача углеводородов в другой узел, для которого приоритет был ниже к данному моменту, выполняется неизменным образом. При этом, когда количество всасываемого воздуха увеличивается, например, вследствие увеличенной нагрузки двигателя внутреннего сгорания, необходимо подавать большее количество углеводородов. Это обусловлено тем, что увеличенное количество всасываемого воздуха требует большего количества углеводородов, с тем, чтобы уменьшить соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах или чтобы повысить температуру устройства для очистки выхлопных газов. То есть, требуемое количество углеводородов возрастает. Однако, когда при этом увеличивается количество углеводородов, подлежащее подаче, то соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах становится чрезмерно низким, и, соответственно, возрастает опасность того, что углеводороды могут проходить через устройство для очистки выхлопных газов. Кроме того, в случае, когда имеются ограничения в количестве углеводородов, которое может быть подано в единицу времени каждым из средств для подачи углеводородов, становится невозможной подача запрошенного количества углеводородов. А именно, период подачи углеводородов может быть продлен, поскольку возрастает требуемое количество углеводородов для повышения температуры узла с более низким приоритетом. Однако, если количество углеводородов, подаваемых в узел с более низким приоритетом, уменьшается, когда наступает время подачи углеводородов в узел с более высоким приоритетом, то температура узла с более низким приоритетом будет понижаться. Другими словами, имеет место опасность, что эффект подачи углеводородов может быть снижен существенным образом.
В противоположность этому, посредством взаимного изменения приоритетов узла с более высоким приоритетом и узла с более низким приоритетом углеводороды могут быть предпочтительным образом поданы в узел, который был ниже по приоритету к данному моменту, так что становится возможным предотвращение нехватки в нем углеводородов. Кроме того, количество углеводородов, подлежащее подаче в другой узел, который имел более высокий приоритет к данному моменту, уменьшается, посредством чего температура данного другого узла снижается, в результате чего затем в него может быть подано большее количества углеводородов. То есть, снижение эффекта подачи углеводородов вследствие уменьшенного количества подаваемых углеводородов, может быть устранено последующим увеличением количества подаваемых углеводородов или увеличением периода подачи углеводородов.
В данном изобретении приоритет узла, в котором запрашиваемое количество углеводородов для повышения температуры указанного узла с более низким приоритетом увеличилось, может быть сделан более высоким до тех пор, пока запрашиваемое количество углеводородов не уменьшится до заданной величины или ниже.
Другими словами, когда запрашиваемое количество углеводородов уменьшилось, то больше не существуют какие-либо причины оставлять приоритеты взаимно замененными, так что приоритеты возвращаются к первоначальному состоянию. Заданной величиной здесь может быть требуемое количество углеводородов, которое в состоянии устранить указанную нехватку углеводородов. Кроме того, заданная величина может быть по существу равна 0.
В данном изобретении, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах от двигателя внутреннего сгорания равно или меньше заданной величины, подача углеводородов для образования восстановительной атмосферы может получить более высокий приоритет по сравнению с подачей углеводородов, для которой увеличено требуемое количество углеводородов для повышения указанной температуры.
Например, в случае, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах от двигателя внутреннего сгорания снижается, хотя смесь и не обогащается существенным образом, количество углеводородов, подлежащее подаче, которое требуется для снижения соотношения воздуха и топлива посредством подачи углеводородов до обогащенного соотношения воздуха и топлива, может быть уменьшено. Кроме того, посредством повышения приоритета узла, в котором образуется восстановительная атмосфера, количество углеводородов, подлежащее подаче, может быть уменьшено, так что может быть сдержано повышение температуры вследствие подачи углеводородов, и количество углеводородов, прошедших через устройство для очистки выхлопных газов, может быть снижено. При этом «соотношение воздуха и топлива равно или меньше заданной величины» означает, что соотношение воздуха и топлива является величиной, допускающей уменьшение количества углеводородов, подлежащих подаче от каждого из средств для подачи углеводородов, до удовлетворительной величины.
В данном изобретении указанный первый узел очистки выхлопных газов может быть сконструирован таким образом, что включает катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx.
Подача углеводородов в этом случае выполняется, когда оксиды NOx восстанавливаются или когда устраняется отравление серой. При устранении отравления серой углеводород подается в то время, когда температура катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx повышается, и в то время, когда для катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx создается восстановительная атмосфера.
В данном изобретении указанный первый узел очистки выхлопных газов может быть сконструирован таким образом, что включает катализатор для селективного восстановления NOx.
Подача углеводородов в этом случае выполняется, когда температура катализатора селективного восстановления NOx повышается до температуры, требующейся для восстановления NOx.
В данном изобретении первый узел очистки выхлопных газов может быть сконструирован таким образом, что включает катализатор NOx, который обладает способностью к восстановлению окклюдированных оксидов и способностью к селективному восстановлению аммиаком по отдельности или совместным образом.
Например, такой катализатор NOx может иметь катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx в качестве нижнего слоя и адсорбирующий слой цеолита в качестве верхнего слоя, которые сформированы с взаимным объединением. В этом случае, когда углеводороды добавляются в избытке, в катализаторе для восстановления окклюдированных оксидов NOx образуется аммиак, и данный аммиак адсорбируется адсорбирующим слоем. Соответственно, может быть выполнено восстановление окклюдированных оксидов NOx и их селективное восстановление вследствие повторного высвобождения адсорбированного аммиака, так что очистка от NOx становится возможной в более широком интервале рабочих режимов двигателя внутреннего сгорания. При этом следует отметить, что катализатор, способный к образованию аммиака при добавлении углеводородов, может быть расположен с впускной стороны катализатора NOx. Кроме того, катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx и катализатор NOx для селективного восстановления могут быть использованы по отдельности. Подача углеводородов в таком случае выполняется в то время, когда катализатор NOx адсорбирует аммиак, или во время восстановления Nox, или же во время устранения отравления серой или когда температура катализатора NOx для селективного восстановления аммиаком повышается.
В данном изобретении указанный второй узел очистки выхлопных газов может быть сконструирован таким образом, что включает фильтр очистки от микрочастиц и катализатор, обладающий окислительной способностью.
Подача углеводородов в этом случае выполняется с тем, чтобы увеличить температуру фильтра очистки от микрочастиц. Другими словами, углеводороды приводятся в реакционное взаимодействие с катализатором, обладающим окислительной способностью, так что твердые частицы окисляются теплом, выделяющимся в это время. При этом следует отметить, что в это время могут подаваться углеводороды, с тем, чтобы поддерживать фильтр очистки от микрочастиц в окислительной атмосфере.
В данном изобретении указанный первый узел очистки выхлопных газов может быть сконструирован таким образом, что включает катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx; указанный второй узел очистки выхлопных газов может быть сконструирован таким образом, что включает фильтр очистки от микрочастиц и катализатор, обладающий окислительной способностью; указанный запрос на подачу углеводородов в указанный первый узел очистки выхлопных газов может быть запросом на подачу углеводородов для устранения отравления серой указанного катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx; и указанный запрос на подачу углеводородов в указанный второй узел очистки выхлопных газов может быть запросом на подачу углеводородов для окисления твердых частиц, задержанных указанным фильтром очистки от микрочастиц.
То есть, во время устранения отравления серой катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx должна быть образована восстановительная атмосфера посредством подачи углеводородов. Кроме того, чтобы окислить твердые частицы, задержанные фильтром очистки от микрочастиц, необходимо повысить температуру фильтра очистки от микрочастиц посредством подачи углеводородов. При этом следует отметить, что катализатор, обладающий окислительной способностью, может поддерживаться на фильтре очистки от микрочастиц или катализатор, обладающий окислительной способностью, может быть размещен с впускной стороны фильтра очистки от микрочастиц. При таком расположении температура фильтра очистки от микрочастиц может повышаться посредством взаимного реагирования углеводородов и кислорода в выхлопных газах в присутствии катализатора, обладающего окислительной способностью. Окисление твердых частиц выполняется в окислительной атмосфере.
В данном изобретении указанный запрос на подачу углеводородов в указанный первый узел очистки выхлопных газов может быть разделен на стадию подъема температуры для повышения температуры указанного первого узла очистки выхлопных газов до целевой температуры и стадию регенерации после достижения целевой температуры; на указанной стадии подъема температуры углеводороды могут быть поданы в соответствии с указанными запросами на подачу углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов и второй узел очистки выхлопных газов, соответственно, независимо от указанного приоритета; и на указанной стадии регенерации количество углеводородов, подаваемых в один из указанных двух узлов очистки выхлопных газов, который определен указанным средством вынесения решения о приоритете как имеющий более низкий приоритет по сравнению с другим, может быть уменьшено в большей степени, чем когда указанные запросы на подачу углеводородов не совмещаются один с другим.
Целевой температурой здесь является температура, при которой способность к очистке первого узла очистки выхлопных газов может быть улучшена или восстановлена посредством подачи углеводородов или же может быть выполнено восстановление NOx, и которая представляет собой, например, температуру активации катализатора NOx или температуру, требующуюся для устранения его отравления серой. На стадии подъема температуры, углеводород подается с тем, чтобы повысить температуру первого узла очистки выхлопных газов до целевой температуры. Кроме того, на стадии регенерации, при улучшенной способности к очистке первого узла очистки выхлопных газов очищаются выхлопные газы или восстанавливается способность к очистке первого узла очистки выхлопных газов или же выполняется восстановление NOx.
При этом на стадии подъема температуры температура первого узла очистки выхлопных газов нуждается лишь в повышении, так что отсутствует необходимость в создании восстановительной атмосферы в первом узле очистки выхлопных газов. Другими словами, подача углеводородов в первый узел очистки выхлопных газов может быть выполнена при поддержании окислительной атмосферы. Поэтому, по существу отсутствует опасность того, что углеводороды могут выпускаться с выпускной стороны, так что углеводороды могут подаваться независимым образом в первый узел очистки выхлопных газов и второй узел очистки выхлопных газов, соответственно. То есть, углеводороды могут подаваться независимо от приоритета.
С другой стороны, на стадии регенерации, если запрашиваемое количество углеводородов подается во второй узел очистки выхлопных газов с тем, чтобы создать восстановительную атмосферу в первом узле очистки выхлопных газов, может создаваться опасность того, что углеводороды не будут полностью окисляться в катализаторе. Другими словами, посредством подачи углеводородов в соответствии с приоритетом возможно предотвращение прохождения углеводородов.
Эффекты настоящего изобретения
В соответствии с устройством для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания регенерация фильтра и очистка от NOx могут быть выполнены взаимно совместимым образом при предотвращении избыточной подачи углеводородов.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию двигателя внутреннего сгорания с системой выпуска отработавших газов в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 2 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени соответственно от первого добавляющего клапана и второго добавляющего клапана, в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс управления добавлением углеводородов в соответствии с первым вариантом осуществления.
Фиг. 4 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана и второго добавляющего клапана, изменения аккумулированных количеств добавляемых углеводородов и изменения аккумулированных количеств запрошенных добавляемых углеводородов от соответствующих добавляющих клапанов в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана и второго добавляющего клапана, изменения аккумулированных количеств добавляемых углеводородов и изменения аккумулированных количеств запрошенных добавляемых углеводородов от соответствующих добавляющих клапанов в соответствии с третьим вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 6 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана и второго добавляющего клапана, изменения аккумулированных количеств добавляемых углеводородов и изменения аккумулированных количеств запрошенных добавляемых углеводородов от соответствующих добавляющих клапанов в соответствии с четвертым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменение количества добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана и второго добавляющего клапана, в соответствии с седьмым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 8 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию системы выпуска отработавших газов, которая снабжена катализатором селективного восстановления NOx вместо катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx.
Фиг. 9 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию системы выпуска отработавших газов, которая снабжена катализатором, образующим аммиак, и катализатором NOx.
Фиг. 10 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию системы выпуска отработавших газов, которая снабжена катализатором для восстановления окклюдированных оксидов NOx и катализатором NOx для селективного восстановления аммиаком.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 двигатель внутреннего сгорания
2 выхлопная труба
5 первый добавляющий клапан
6 второй добавляющий клапан
7 блок управления двигателем
8 датчик соотношения воздуха и топлива
9 датчик температуры
30 катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx
31 катализатор селективного восстановления NOx
32 катализатор NOx
33 катализатор, образующий аммиак
34 катализатор окисления
35 катализатор NOx для селективного восстановления аммиаком
36 катализатор окисления
2
37 катализатор, образующий NO
41 фильтр очистки от микрочастиц
42 катализатор окисления
51 клапан для добавления мочевины.
Наилучший вариант осуществления изобретения
Далее в данном документе будут описаны конкретные варианты осуществления устройства для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в соответствии с данным изобретением, со ссылками на прилагаемые чертежи.
Вариант осуществления 1
Фиг. 1 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию двигателя 1 внутреннего сгорания с системой выпуска отработавших газов в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения. Двигатель 1 внутреннего сгорания, проиллюстрированный Фиг. 1, представляет собой водоохлаждаемый четырехтактный дизельный двигатель.
Выхлопная труба 2, ведущая к камере сгорания каждого цилиндра двигателя, соединена с двигателем 1 внутреннего сгорания. Эта выхлопная труба 2 открыта на ее выпускном конце в окружающую атмосферу.
Катализатор 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx (далее в данном документе называемый катализатором NOx 30) и фильтр 41 очистки от микрочастиц (далее в данном документе называемый фильтром 41) расположены на выхлопной трубе 2 по порядку со стороны двигателя 1 внутреннего сгорания. В дополнение к этому, на фильтре 41 поддерживается катализатор окисления 42.
Катализатор NOx 30 предназначен для окклюдирования оксидов NOx, содержащихся в выхлопных газах, когда концентрация кислорода в выхлопных газах, протекающих в катализатор NOx 30, высока, и для восстановления NOx, окклюдированных в катализаторе NOx 30, когда концентрация кислорода в поступающих выхлопных газах низкая, в присутствии восстановителя. Катализатор NOx 30 в этом варианте осуществления соответствует первому узлу очистки выхлопных газов в данном изобретении. Кроме того, в этом варианте осуществления фильтр 41 и катализатор 42 окисления соответствуют второму узлу очистки выхлопных газов в данном изобретении. При этом следует отметить, что другие катализаторы могут быть объединены с катализатором NOx 30. Катализатор 42 окисления может быть также расположен с впускной стороны фильтра 41 вместо размещения на фильтре 41. Катализатор 42 окисления нуждается лишь в том, чтобы являться катализатором, обладающим окислительной способностью, и может, например, являться тройным катализатором, катализатором NOx или т.п.
Первый добавляющий клапан 5, который добавляет восстановитель в форме углеводородов (светлый нефтепродукт) к выхлопным газам, проходящим через выхлопную трубу 2, расположен на выхлопной трубе 2 с впускной стороны катализатора NOx 30. Кроме того, второй добавляющий клапан 6, который добавляет восстановитель в форме углеводородов (светлый нефтепродукт) к выхлопным газам, проходящим через выхлопную трубу 2, расположен на выхлопной трубе 2 с выпускной стороны катализатора NOx 30 и с впускной стороны катализатора 42 окисления. При этом следует отметить, что в этом варианте осуществления первый добавляющий клапан 5 и второй добавляющий клапан 6 соответствуют средствам для подачи углеводородов в данном изобретении.
Первый добавляющий клапан 5 и второй добавляющий клапан 6 приводятся в действие посредством сигналов от блока 7 управления двигателем 1, описанным ниже, для инжекции углеводородов в выхлопные газы. Углеводороды, инжектированные из первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапан 6 в выхлопную трубу 2, служат для уменьшения соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих с впускной стороны выхлопной трубы 2.
Кроме того, когда NOx, окклюдированные в катализаторе NOx 30, должны быть восстановлены, то выполняется так называемое импульсное регулирование обогащения, которое служит для повышения соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих в катализатор NOx 30, импульсным образом (в течение короткого времени) при коротком периоде или цикле. При этом следует отметить, что импульс обогащения может быть образован несколькими добавлениями углеводородов. В другое время, также, когда должно быть устранено отравление серой катализатора NOx 30, углеводороды добавляются из первого добавляющего клапана 5 к катализатору NOx 30.
При этом следует отметить, что устранение отравления серой катализатора NOx 30 включает стадию подъема температуры, на которой температура катализатора NOx 30 повышается до температуры, требующейся для устранения отравления серой, и стадию регенерации, на которой серосодержащий компонент затем высвобождается из катализатора NOx 30. На стадии подъема температуры небольшое количество углеводородов инжектируется периодическим образом из первого добавляющего клапана 5, так что соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих в катализатор NOx 30, регулируется до обедненного соотношения воздуха и топлива. В результате, в катализаторе NOx 30 углеводороды и кислород взаимно реагируют, так что температура катализатора NOx 30 повышается. Кроме того, на стадии регенерации углеводороды добавляются в выхлопные газы из первого добавляющего клапана 5 таким образом, чтобы соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах регулировалось до заданного обогащенного соотношения воздуха и топлива. В это время соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах регулируется периодическим образом до обогащенного соотношения воздуха и топлива, с тем, чтобы температура катализатора NOx 30 не повышалась чрезмерным образом.
Кроме того, когда углеводороды вступают в реакционное взаимодействие с кислородом в катализаторе 42 окисления посредством инжекции углеводородов из второго добавляющего клапана 6, температура фильтра 41 повышается. Во время регенерации фильтра 41 углеводороды периодическим образом инжектируются из второго добавляющего клапана 6 после повышения температуры фильтра 41 до температуры, требующейся для окисления твердых частиц, так что поддерживается температура, необходимая для окисления твердых частиц. В это время твердые частицы, задержанные фильтром 41, окисляются посредством инжекции углеводородов из второго добавляющего клапана 6, так что соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих в фильтр 41, начинает соответствовать обедненному состоянию.
Блок 7 управления двигателем в виде электронного блока для управления двигателем 1 внутреннего сгорания соединен с двигателем 1 внутреннего сгорания, как предусмотрено вышеописанной конструкцией. Этот блок 7 управления двигателем служит для управления эксплуатационным состоянием двигателя 1 внутреннего сгорания в соответствии с рабочим режимом (или требованиями) двигателя 1 внутреннего сгорания и потребностями водителя.
Кроме того, на выхлопной трубе между катализатором NOx 30 и катализатором 42 окисления смонтирован датчик 8 соотношения воздуха и топлива для измерения соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах и датчик 9 температуры для измерения температуры выхлопных газов.
Датчик 8 соотношения воздуха и топлива и датчик 9 температуры соединены с блоком 7 управления двигателем электрическими проводами, так что выходные сигналы этих датчиков поступают в блок 7 управления двигателем.
С другой стороны, первый добавляющий клапан 5 и второй добавляющий клапан 6 соединены с блоком 7 управления двигателем электрическими проводами, так что первый добавляющий клапан 5 и второй добавляющий клапан 6 контролируются блоком 7 управления двигателем.
Кроме того, в этом варианте осуществления, в случае, когда процесс устранения отравления серой катализатора NOx 30 и процесс регенерации фильтра 41 выполняются в одно и то же время, добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается, если углеводороды добавляются из первого добавляющего клапана 5. Иными словами, устранение отравления серой катализатора NOx 30 предпочтительно выполняется при придании приоритета добавлению углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Это может также быть сделано при придании приоритета добавлению углеводородов на участке, на котором контролируется соотношение воздуха и топлива или образуется восстановительная атмосфера, и на участке, на котором выпуск выхлопных газов будет ухудшаться без добавления углеводородов. При этом следует отметить, что в этом варианте осуществления блок 7 управления двигателем, который служит для предоставления приоритета добавлению углеводородов в катализатор NOx 30, соответствует средству вынесения решения о приоритете в данном изобретении.
Когда импульсное регулирование обогащения из первого добавляющего клапана 5 выполняется после достижения температурой катализатора NOx 30 температуры, требующейся для устранения его отравления серой, соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих в фильтр 41 периодическим образом, начинает соответствовать обогащенному состоянию. Даже если углеводороды добавляются из второго добавляющего клапана 6, когда соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах указанным образом начинает соответствовать обогащенному состоянию, добавляемые при этом углеводороды не могут быть окислены в катализаторе 42 окисления в полной мере, поскольку кислорода в выхлопных газах недостаточно. Углеводороды, которые не полностью окислены таким образом, выпускаются из фильтра 41.
В противоположность этому, если углеводороды не добавляются из второго добавляющего клапана 6 в то время, когда углеводороды добавляются из первого добавляющего клапана 5, возможно предотвращение вытекания углеводородов из фильтра 41.
При этом Фиг. 2 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6, в соответствии с этим первым вариантом осуществления данного изобретения. Эта временная диаграмма иллюстрирует случай, в котором устранение отравления серой катализатора NOx 30 и регенерация фильтра 41 выполняются в одно и то же время. Количество углеводородов, добавляемых в единицу времени, может быть величиной, которая получена делением количества углеводородов, добавленных в течение заданного периода времени, на заданный период времени. Другими словами, когда добавление углеводородов выполняется периодическим образом, средняя величина может быть использована в качестве количества углеводородов, добавляемых в единицу времени.
В момент времени, обозначенный как A на Фиг. 2, температура катализатора NOx 30 достигает температуры, требующейся для устранения его отравления серой (т.е., целевой температуры), и добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 для устранения отравления серой начинается в этот момент времени. Это добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 выполняется до момента времени, обозначенного как В на Фиг. 2. Этот период времени от момента времени A до момента времени В представляет собой период, в течение которого добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 выполняется приоритетным образом, и добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается.
Затем в момент времени, обозначенный как B, температура катализатора NOx 30 достигает температуры, при которой, например, может произойти перегрев катализатора NOx 30, и добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 приостанавливается. Поэтому начинается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 с более низким приоритетом. При этом температура фильтра 41 низкая, поскольку добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 была приостановлена в период времени от A до B. Соответственно, имеет место опасность того, что регенерация фильтра 41 может быть затруднена.
Соответственно, количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, увеличивается по сравнению с его обычным количеством после момента времени, обозначенного как B. Обычное количество добавляемых углеводородов представляет собой количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6 в то время, когда устранение отравления серой катализатора NOx 30 и регенерация фильтра 41 не совмещаются одно с другой. Например, количество добавляемых углеводородов может быть увеличено по сравнению с обычным количеством посредством уменьшения интервала времени, в течение которого углеводороды добавляются периодическим образом, или увеличения давления инжекции углеводородов. В это время количество подаваемых углеводородов увеличивается до такой величины, которая в состоянии предотвратить понижение температуры фильтра 41.
С другой стороны, когда добавление углеводородов выполняется из второго добавляющего клапана 6, температура катализатора NOx 30 понижается, поскольку углеводороды не добавляются к катализатору NOx 30, и в момент времени, обозначенный как C, температура катализатора NOx 30 опускается до такой температуры, при которой катализатор NOx 30 не может быть перегрет, даже если добавляются углеводороды. Иными словами, в период времени от В до C температура катализатора NOx 30 регулируется до целевой температуры, и добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 имеет более высокий приоритет по сравнению с добавлением углеводородов из второго добавляющего клапана 6, так что добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается в момент, когда в момент времени C начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5.
При этом некоторый период времени для предоставления восстановительной атмосферы требуется для устранения отравления серой катализатора NOx 30. Соответственно, если становится невозможным устранение отравления серой вследствие того, что такой период не может быть обеспечен, то затрудняется выполнение очистки от NOx, так что имеет место опасность того, что NOx могут выпускаться из катализатора NOx 30. С другой стороны, при регенерации фильтра 41, даже если добавление углеводородов приостанавливается в течение ограниченного периода времени и температура фильтра 41 понижается, практически будет отсутствовать вероятность того, что твердые частицы могли бы выпускаться из фильтра 41. Другими словами, даже если добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 выполняется предпочтительно в дополнение к добавлению углеводородов из второго добавляющего клапана 6, будет возможно предотвращение выпуска твердых частиц из фильтра 41.
Однако, если добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается в течение времени, когда углеводороды добавляются из первого добавляющего клапана 5, то температура фильтра 41 понижается. После этого, если количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, делается таким же, как и в случае, когда добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 не приостанавливается, будет иметь место опасность того, что повышение температуры фильтра 41 может стать недостаточным, соответственно затрудняя регенерацию фильтра 41. Поэтому, когда углеводороды добавляются из второго добавляющего клапана 6, количество добавляемых углеводородов увеличивается на количество углеводородов, которые должны были бы быть поданы в течение периода времени, когда приостановлено добавление из второго добавляющего клапана 6.
При этом следует отметить, что в течение времени, когда температура катализатора NOx 30 повышается до температуры, требующейся для устранения его отравления серой (далее в данном документе это время называется стадией подъема температуры), соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, проходящих через катализатор NOx 30, не переходит в обогащенное состояние, даже если углеводороды добавляются из первого добавляющего клапана 5. Поэтому, даже если углеводороды добавляются из первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6 в одно и то же время, почти все количество углеводородов, добавленных таким образом, может вступить в реакционное взаимодействие с кислородом в катализаторе 42 окисления, так что в основном отсутствуют углеводороды в потоке с выпускной стороны фильтра 41. То есть, на стадии подъема температуры катализатора NOx 30, могут быть выполнены независимым образом, соответственно, устранение отравления серой катализатора NOx 30 и регенерация фильтра 41. А именно, добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 могут быть выполнены в одно и то же время. Однако можно предположить, что соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах в катализаторе 42 окисления начинает соответствовать обогащенному состоянию в зависимости от соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах от двигателя 1 внутреннего сгорания или количества углеводородов, добавляемых из первого добавляющего клапана 5, так что момент времени, когда добавляются углеводороды из второго добавляющего клапана 6, может быть определен с учетом этих факторов.
Далее, Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс управления добавлением углеводородов в соответствии с этим вариантом осуществления. Эта процедура выполняется повторяющимся образом через заданный интервал времени.
На этапе 101 определяется, имеются ли запрос на регенерацию PM и запрос на регенерацию S. В этом отношении наличие запроса на регенерацию PM означает, что необходима регенерация фильтра 41, а наличие запроса на регенерацию S означает, что необходимо устранение отравления серой катализатора NOx 30.
Если на этапе S101 получен положительный ответ, то процесс контроля переходит к этапу S102, тогда как при отрицательном ответе этот процесс завершается.
На этапе 102, температура катализатора NOx 30 повышается посредством добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Другими словами, температура катализатора NOx 30 повышается до температуры, при которой возможно устранение отравления серой катализатора NOx 30. При этом количество добавляемых углеводородов регулируется таким образом, что соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах начинает соответствовать обедненному состоянию.
На этапе 103, температура фильтра 41 повышается посредством добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6. Иными словами, температура фильтра 41 повышается до температуры, при которой возможна регенерация фильтра 41. При этом количество добавляемых углеводородов регулируется таким образом, что соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах начинает соответствовать обедненному состоянию.
На этапе 104 определяется, поддерживаются ли условия регенерации S. В этом отношении, условия регенерации S являются условиями, требующимися для устранения отравления серой катализатора NOx 30. Например, определяется, равна ли или выше температура катализатора NOx 30 600 градусов C.
Если на этапе 104 получен положительный ответ, то процесс контроля переходит к этапу 105, тогда как при отрицательном ответе процесс контроля возвращается к этапу 102, на котором повышаются температуры катализатора NOx 30 и фильтра 41. При этом следует отметить, что время, при котором дается отрицательный ответ на этапе 104, обозначается как A на Фиг. 2.
На этапе 105 определяется, поддерживаются ли условия добавления углеводородов для регенерации S. В этом отношении, условия добавления углеводородов для регенерации S являются условиями, при которых отсутствует опасность возникновения аномалий при добавлении углеводородов. Например, делается определение того, может ли катализатор NOx 30 перегреваться при добавлении углеводородов.
Если на этапе S105 получен положительный ответ, то процесс контроля переходит к этапу S106, тогда как при отрицательном ответе на этапе S105 процесс контроля переходит к этапу S108.
На этапе 106 добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается. Иными словами, устранение отравления серой катализатора NOx 30 получает приоритет, так что добавление углеводородов для повышения температуры фильтра 41 приостанавливается.
На этапе 107 допускается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Иными словами, начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Это представляет собой добавление углеводородов, чтобы обеспечить обогащенное состояние соотношения воздуха и топлива в выхлопных газах, посредством чего высвобождается сера, содержащаяся в катализаторе NOx 30. При этом имеет место опасность, что количество углеводородов в выхлопных газах может временно стать избыточным, если начало добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и приостановка добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6 выполняются в одно и то же время. Соответственно, после приостановки добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6 начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 может быть разрешено после приостановки добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6, например, после прохождения промежутка времени в 100 мс.
На этапе 108 приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Другими словами, добавление углеводородов для повышения температуры катализатора NOx 30 приостанавливается, поскольку имеет место опасность того, что катализатор NOx 30 может перегреться.
На этапе 109 разрешается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. А именно, начинается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. Добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 ниже по приоритету, чем добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5, так что добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 выполняется, когда добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 приостанавливается. В результате температура фильтра 41 повышается.
Как описано выше, в соответствии с этим вариантом осуществления, когда устранение отравления серой катализатора NOx 30 и регенерация фильтра 41 выполняются в одно и то же время, то в основном выполняется добавление углеводородов к катализатору NOx 30, посредством чего обеспечивается возможность предотвращения выброса углеводородов в окружающую атмосферу.
Вариант осуществления 2
В этом варианте осуществления, в течение промежутка времени, когда приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5, инжекция углеводородов из второго добавляющего клапана 6 выполняется через равные промежутки времени, так что температура катализатора NOx 30 не повышается чрезмерным образом.
Например, оценивается период времени, в течение которого приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и рассчитывается требуемое количество добавляемых углеводородов и возможная частота добавлений в этот период времени, так что одно и то же количество углеводородов добавляется при каждом добавлении углеводородов.
При этом Фиг. 4 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6, изменения аккумулированных количеств добавляемых углеводородов и изменения аккумулированных количеств запрошенных добавляемых углеводородов от соответствующих добавляющих клапанов.
В момент времени, обозначенный как A, начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и приостанавливается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. В момент времени, обозначенный как B, приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и начинается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. В момент времени, обозначенный как C, начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и приостанавливается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6.
Сплошные линии на Фиг. 4 обозначают количества углеводородов, добавляемых в единицу времени из первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6. Количество углеводородов, добавляемых в единицу времени, может быть величиной, которая получена делением количества углеводородов, добавленных в течение заданного периода времени, на заданный период времени. Иными словами, когда добавление углеводородов выполняется периодическим образом, средняя величина может быть использована в качестве количества углеводородов, добавляемых в единицу времени.
3
3
Штрихпунктирные линии с длинными и короткими штрихами на Фиг. 4 обозначают аккумулированные количества углеводородов, добавляемых из соответствующих отдельных добавляющих клапанов. Аккумулированное количество добавляемых углеводородов представляет собой количество углеводородов, фактически добавляемых из каждого добавляющего клапана в единицу времени, которое накапливается или суммируется. Аккумулированное количество углеводородов, добавляемых из первого добавляющего клапана 5, далее в данном документе обозначается как первое аккумулированное количество добавляемых углеводородов Qadsum1 (мм), а аккумулированное количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, далее в данном документе обозначается как второе аккумулированное количество добавляемых углеводородов Qadsum2 (мм).
3
3
Кроме того, пунктирные линии на Фиг. 4 обозначают аккумулированные количества углеводородов, запрошенных для добавления из соответствующих отдельных добавляющих клапанов. Аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления, представляет собой величину, образованную аккумулированием или добавлением некоторого количества углеводородов, запрошенных для добавления из каждого добавляющего клапана в единицу времени. Аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления из первого добавляющего клапана 5, далее в данном документе обозначается как первое аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления, Qrqsum1 (мм), а аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления из второго добавляющего клапана 6, далее в данном документе обозначается как второе аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления, Qrqsum2 (мм).
Период времени, в течение которого добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 приостанавливается, может быть оценен в соответствии со следующим уравнением.
Tlean1=(Qadsum1-Qrqsum1)/Qrq1 (1),
3
где Tlean1 представляет собой расчетный период времени (с), и Qrq1 представляет собой запрошенное количество углеводородов, добавляемых в единицу времени (мм/с) от первого добавляющего клапана 5 (далее в данном документе называемое первым мгновенным значением запрашиваемого количества добавляемых углеводородов). Этот расчетный период времени Tlean1 представляет собой расчетное значение периода времени от текущего момента времени до момента времени непосредственно перед началом следующего добавления углеводородов первым добавляющим клапаном 5. Этот период времени изменяется в зависимости от количества или температуры выхлопных газов, протекающих в катализатор NOx 30, или целевой температуры, или текущей температуры катализатора NOx 30, и т.п. Соответственно, первое аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления Qrqsum1, устанавливается посредством использования этих величин в качестве параметров. Соотношение между этими параметрами и первым аккумулированным количеством углеводородов, запрошенных для добавления Qrqsum1, определяется предварительно экспериментальным путем или т.п.
Более конкретно, поскольку целью приостановки добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 является достижение соответствия между температурой катализатора NOx 30 и целевой температурой, то первое аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления Qrqsum1, задается на основании параметров, связанных с температурой катализатора NOx 30, и уравнение (1) выше определяет, насколько велик период времени, в течение которого температура катализатора NOx 30 опускается до целевой температуры.
3
Далее, общая сумма запрашиваемого количества добавляемых углеводородов Qadsum2' (мм) (далее в данном документе называемая расчетным общим запрашиваемым количеством добавляемых углеводородов) из второго добавляющего клапана 6 от текущего момента времени до момента времени непосредственно перед началом добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 может быть рассчитана в соответствии со следующим уравнением.
Qadsum2'=Qadsum2+Qrq2×Tlean1,
3
где Qrq2 представляет собой запрашиваемое количество углеводородов, добавляемых в единицу времени (мм/с) от второго добавляющего клапана 6 (далее в данном документе называемое вторым мгновенным значением запрошенного количества добавляемых углеводородов).
Более конкретно, расчетное общее запрашиваемое количество добавляемых углеводородов Qadsum2' рассчитывается суммированием общей суммы фактического количества углеводородов (второе аккумулированное количество добавленных углеводородов Qadsum2), добавляемых из второго добавляющего клапана 6 от момента начала добавления углеводородов до текущего момента времени, и общей суммы количества углеводородов, которая предусмотрена для добавления в оставшийся период времени.
3
Количество углеводородов, добавляемых в единицу времени Qad2 (мм/с) из второго добавляющего клапана 6, может быть рассчитано в соответствии со следующим уравнением.
Qad2=Qadsum2'/Tlean1.
При этом следует отметить, что добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 выполняется периодическим образом. Это обусловлено тем, что, когда, например, углеводороды добавляются непрерывным образом из второго добавляющего клапана 6, давление инжекции топливных углеводородов снижается и количество добавляемых углеводородов не остается постоянным. Кроме того, например, посредством добавления углеводородов при синхронизации с вращением двигателя 1 внутреннего сгорания углеводороды могут быть вовлечены в поток выхлопных газов. На основании этого рассчитывается возможная частота Nad, с которой углеводороды могут добавляться из второго добавляющего клапана 6 в период времени от текущего момента времени до момента непосредственно перед началом добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 (далее в данном документе называемая возможной частотой добавления).
3
Количество углеводородов при одном добавлении Qadf2 (мм/один раз) (далее в данном документе называемое вторым конечным количеством добавления) из второго добавляющего клапана 6 может быть рассчитано в соответствии со следующим уравнением.
Qadf2=Qad2/Nad.
Углеводороды при втором конечном количестве добавления Qadf2 инжектируются периодическим образом из второго добавляющего клапана 6 при возможной частоте добавления Nad с равными интервалами в течение периода времени, для которого добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 приостанавливается. Соответственно, общее количество углеводородов, инжектированных из второго добавляющего клапана 6 в течение времени от начала добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 до момента непосредственно перед началом следующего добавления углеводородов, может быть сделано таким же, что и в случае, когда устранение отравления серой катализатора NOx 30 и регенерация фильтра 41 не совмещаются одно с другой. В результате может быть предотвращено понижение температуры фильтра 41, так что регенерация фильтра 41 может быть быстро завершена.
При этом следует отметить, что в обычно используемых добавляющих клапанах установлена более низкая предельная величина для количества углеводородов, которое может быть добавлено. Соответственно, даже если намечена подача углеводородов в количестве меньше этой нижней предельной величины, точность в количестве добавляемых углеводородов снижается, так что добавление углеводородов не осуществляется в таком случае.
Поэтому, в случае, когда вторая конечная величина добавления Qadf2 меньше нижней предельной величины, установленной для второго добавляющего клапана 6, интервал между добавлениями делается больше и количество углеводородов, добавляемых за один раз, увеличивается. Например, вторая конечная величина добавления Qadf2 аккумулируется или суммируется каждый раз, когда достигается возможная частота добавления Nad, так что, когда соответственно аккумулированная или суммированная величина меньше нижней предельной величины, добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 не выполняется, а когда она становится равной нижней предельной величине или больше нее, то добавляется аккумулированное или суммированное количество углеводородов.
Интервал добавления N при этом может быть рассчитан в соответствии со следующим уравнением.
N=Qadmn2/Qadf2,
3
где Qadmn2 представляет собой нижнюю предельную величину (мм/один раз) количества добавляемых углеводородов, заданную для второго добавляющего клапана 6. При этом значение округляется до целого числа.
Возможная частота добавления Nad' после сделанных изменений может быть рассчитана в соответствии со следующим уравнением.
Nad'=Nad/N.
Соответственно, добавление углеводородов становится возможным посредством расширения интервала добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6.
Вариант осуществления 3
3
Когда нагрузка двигателя 1 внутреннего сгорания становится высокой в течение добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6 (включая время, когда инжекция углеводородов приостанавливается при функционировании с периодической инжекцией), первое аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления Qrqsum1 (мм), может быть иногда увеличено. В соответствии с этим время начала добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 может устанавливаться с опережением. Когда время начала добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 устанавливается с опережением по сравнению с расчетным временем начала, то может не помочь приостановка добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6, выполняемая с тем, чтобы не допустить вытекание углеводородов из фильтра 41, так что будет иметь место опасность того, что температура фильтра 41 может понижаться.
В противоположность этому, в этом третьем варианте осуществления количество добавляемых углеводородов увеличивается максимально возможным образом на первоначальной стадии добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6. Количество углеводородов, добавляемых в это время, может регулироваться, например, таким образом, что углеводороды не выпускаются из фильтра 41, или не образуется белый дым, или соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих в фильтр 41, становится равным заданному соотношению воздуха и топлива (например, 16). При этом соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, протекающих в фильтр 41, представляет собой так называемое предельное соотношение воздуха и топлива.
Фиг. 5 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6, изменения аккумулированных количеств добавляемых углеводородов и изменения аккумулированных количеств запрошенных добавляемых углеводородов от соответствующих добавляющих клапанов.
Сплошные линии на Фиг. 5 обозначают количества углеводородов, добавляемых в единицу времени из первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6. Штрихпунктирные линии с длинными и короткими штрихами на Фиг. 5 обозначают аккумулированные количества добавляемых углеводородов, которые являются величинами, полученными аккумулированием или суммированием количеств углеводородов в единицу времени, фактически добавленных из соответствующих отдельных добавляющих клапанов. Пунктирные линии на Фиг. 5 обозначают аккумулированные количества углеводородов, запрошенных для добавления, которые являются величинами, полученными аккумулированием или суммированием количеств углеводородов в единицу времени, запрошенных для добавления из соответствующих отдельных добавляющих клапанов.
В момент времени, обозначенный как A, начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и приостанавливается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. В момент времени, обозначенный как B, приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и начинается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. В момент времени, обозначенный как C, начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и приостанавливается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. В момент времени, обозначенный как D, добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 регулируется до обычного количества добавления. Иными словами, количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, увеличивается максимально возможным образом в период времени от В до D.
При этом предельное соотношение воздуха и топлива может быть выражено следующим уравнением:
предельное соотношение воздуха и топлива = количество всасываемого воздуха/(величина инжекции в цилиндр + величина добавления вторым добавляющим клапаном),
3
где количество всасываемого воздуха представляет собой количество воздуха, всасываемого в двигатель 1 внутреннего сгорания; величина инжекции в цилиндр представляет собой количество углеводородов, инжектированных в цилиндр двигателя 1 внутреннего сгорания; и величина добавления вторым добавляющим клапаном представляет собой количество углеводородов в единицу времени (мм/с), добавляемых из второго добавляющего клапана 6.
Более конкретно, величина добавления вторым добавляющим клапаном может быть рассчитана в соответствии со следующим уравнением:
величина добавления вторым добавляющим клапаном = (количество всасываемого воздуха/предельное соотношение воздуха и топлива) - величина инжекции в цилиндр.
Когда второе аккумулированное количество углеводородов, запрошенных для добавления Qadsum2, становится равным второму аккумулированному количеству углеводородов, запрошенному для добавления Qrqsum2, в результате добавления углеводородов, выполняемого в соответствии с величиной добавления вторым добавляющим клапаном, количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана, переключается на обычную величину добавления. Обычная величина добавления представляет собой количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6 в то время, когда устранение отравления серой катализатора NOx 30 и регенерация фильтра 41 не совмещаются одно с другой. Увеличение в величине добавления вторым добавляющим клапаном может быть выполнено увеличением времени инжекции углеводородов каждый раз или увеличением давления инжекции углеводородов топлива.
При этом следует отметить, что величина добавления вторым добавляющим клапаном может быть скорректирована в соответствии с количеством углеводородов, которые добавляются из первого добавляющего клапана 5 и удерживаются на выхлопной трубе 2, и количеством углеводородов, которые испаряются от нее, или же в соответствии с количеством углеводородов, которые добавляются из второго добавляющего клапана 6 и удерживаются на выхлопной трубе 2, и количеством углеводородов, которые испаряются от нее.
Соответственно, посредством увеличения первоначального количества углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, максимально возможным образом может быть быстро подано количество углеводородов за период времени, в течение которого такое количество углеводородов не может быть добавлено из второго добавляющего клапана 6. А именно, если добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается на полпути вследствие увеличенной нагрузки двигателя 1 внутреннего сгорания, то возможно предотвращение снижения температуры фильтра 41.
Вариант осуществления 4
В этом четвертом варианте осуществления, в случае, когда запрашиваемое количество добавляемых углеводородов увеличивается вследствие изменения нагрузки двигателя 1 внутреннего сгорания или т.п. в то время, когда выполняется добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6, добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 приостанавливается до завершения добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6.
Если оставшаяся часть периода времени, в течение которого первый добавляющий клапан 5 приостанавливается, короткая в том случае, когда запрашиваемое количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6 увеличивается вследствие увеличения количества всасываемого воздуха, вызванного, например, ускорением, то будет затруднено добавление углеводородов в соответствии с увеличением требуемой величины добавления углеводородов вторым добавляющим клапаном 6. Иными словами, соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах может переходить в обогащенное состояние, или второй добавляющий клапан 6 может превысить возможное количество углеводородов, добавляемых в единицу времени. Однако, если количество углеводородов, добавляемых в единицу времени из второго добавляющего клапана 6, ограничивается, то требуемая величина добавления из второго добавляющего клапана 6 может быть не в состоянии полностью добавлена к началу добавления углеводородов первым добавляющим клапаном. Соответственно, если добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 начинается в то время, когда приостанавливается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6, в случае, когда углеводороды из второго добавляющего клапана 6 добавлены еще не полностью, то температура фильтра 41 может понизиться, что затрудняет регенерацию фильтра 41.
В противоположность этому, в этом варианте осуществления добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 продолжается, в то время как добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 сдерживается до тех пор, пока оставшаяся часть запрошенного количества углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, не станет равна заданной величине или меньше нее. Заданная величина при этом определяется предварительно экспериментальным путем или т.п. в качестве величины, при которой может быть продолжена регенерация фильтра 41.
Устранение отравления серой не может быть выполнено в это время, однако, температура катализатора NOx 30 снижается в период времени, в течение которого сдерживается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5, так что время, во время которого может выполняться добавление углеводородов из первого добавляющего клапана, увеличивается. Другими словами, устранение отравления серой может быть выполнено посредством увеличения времени добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5, в результате чего ограничиваются недостатки системы в целом.
Фиг. 6 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6, изменения аккумулированных количеств добавляемых углеводородов и изменения аккумулированных количеств запрошенных добавляемых углеводородов от соответствующих добавляющих клапанов.
Сплошные линии на Фиг. 6 обозначают количества углеводородов, добавляемых в единицу времени из первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6. Штрихпунктирные линии с длинными и короткими штрихами на Фиг. 6 обозначают аккумулированные количества добавляемых углеводородов, которые являются величинами, полученными аккумулированием или суммированием количеств углеводородов в единицу времени, фактически добавленных из соответствующих отдельных добавляющих клапанов. Пунктирные линии на Фиг. 6 обозначают аккумулированные количества углеводородов, запрошенных для добавления, которые являются величинами, полученными аккумулированием или суммированием количеств углеводородов в единицу времени, запрошенных для добавления из соответствующих отдельных добавляющих клапанов.
В момент времени, обозначенный как A, начинается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и приостанавливается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. В момент времени, обозначенный как B, приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и начинается добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6. Момент времени, обозначенный как С, представляет собой момент времени, когда температура катализатора NOx 30 оценивается как достигшая температуры, при которой отсутствует опасность перегревания в случае, когда нагрузка двигателя 1 внутреннего сгорания не изменялась. В момент времени, обозначенный как E, нагрузка двигателя 1 внутреннего сгорания увеличивается. Поэтому количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, увеличивается. В момент времени, обозначенный как F, добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается. Иными словами, период времени или продолжительность добавления углеводородов из второго добавляющего клапана 6 увеличивается на период времени от С до F. Кроме того, количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, в большей степени увеличивается в период времени от E до F, чем в период времени от В до E.
Соответственно, посредством придания приоритета добавлению углеводородов из второго добавляющего клапана 6, регенерация фильтра 41 может быть облегчена при сдерживании ухудшения функциональных параметров системы в целом.
С другой стороны, когда количество углеводородов, инжектированных в цилиндр двигателя, увеличивается, например, вследствие ускорения, соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах от двигателя 1 внутреннего сгорания (далее в данном документе называемое соотношением воздуха и топлива при сгорании) уменьшается. В этом случае, требуемое соотношение воздуха и топлива в выхлопных газах, соответствующее обогащенному состоянию, может быть получено, даже если величина добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5 уменьшается до уровня, соответствующего уменьшению соотношения воздуха и топлива при сгорании, так что возможно выполнение процесса устранения отравления серой. Соответственно, в этом варианте осуществления добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 начинается, когда соотношение воздуха и топлива при сгорании становится равным заданной величине или меньше нее (например, от 20 до 16). В это время добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается, однако их остальная часть, еще не добавленная из второго добавляющего клапана 6 в этот раз, добавляется при следующем добавлении углеводородов из второго добавляющего клапана 6.
Таким образом, может быть уменьшено повышение температуры катализатора NOx 30 вследствие добавления углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Кроме того, также может быть уменьшено количество углеводородов, проходящих через катализатор NOx 30. В результате может быть сдержано изменение температуры фильтра 41, и температура катализатора NOx 30 или катализатор 42 окисления может поддерживаться в интервале температур их активации.
Вариант осуществления 5
В этом пятом варианте осуществления будет рассмотрен случай, в котором добавление углеводородов для восстановления NOx в катализаторе NOx 30 и добавление углеводородов для регенерации фильтра 41 совмещаются одно с другим.
Фиг. 7 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменения количеств добавляемых углеводородов в единицу времени от первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6, в соответствии с этим пятым вариантом осуществления данного изобретения. Добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 выполняется импульсным образом при обогащенном состоянии, чтобы восстановить катализатор NOx 30. Величина аккумулирования или суммарная величина окклюдированного количества NOx означает полное количество оксидов NOx, окклюдированных в катализаторе NOx 30. Пороговым значением для величины аккумулирования окклюдированного количества NOx является, например, окклюдированное количество NOx или величина с запасом, установленная для этого количества, при которой имеет место опасность, что NOx, окклюдированные в катализаторе NOx 30, могут находиться в состоянии насыщения, и когда величина аккумулирования окклюдированного количества NOx становится равна пороговому значению или больше него, выполняется восстановление NOx. Количество углеводородов, добавленных из второго добавляющего клапана, и аккумулированное количество углеводородов, добавленных из второго добавляющего клапана, на Фиг. 7 используются в том же самом значении, что и на Фиг. 4. В период времени от A до B выполняется добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5, а добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6 приостанавливается. Далее, в период времени от В до C приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5 и выполняется добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6.
Когда восстановление NOx и регенерация фильтра 41 совмещаются одно с другой, приоритет получает добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5, аналогично случаю устранения отравления серой. Кроме того, количество углеводородов, добавляемых из второго добавляющего клапана 6, увеличивается по сравнению с обычным количеством. При этом период времени, в течение которого приостанавливается добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5, т.е. период времени от В до C, оценивается на основании величины аккумулирования окклюдированного количества NOx. Например, количество NOx, выпущенных из двигателя 1 внутреннего сгорания, оценивается на основании рабочего режима (например, числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя и т.п.) двигателя 1 внутреннего сгорания, и величина аккумулирования окклюдированного количества NOx может быть получена на основании соответствующей расчетной величины. Время, когда величина аккумулирования окклюдированного количества NOx, полученная таким образом, достигает порогового значения, является моментом времени, обозначенным как C. В дальнейшем отдельные добавляющие клапаны контролируются аналогично вышеуказанным вариантам осуществления.
Как описано выше, в соответствии с этим вариантом осуществления, даже если восстановление NOx и регенерация фильтра 41 совмещаются одно с другой, выпуск NOx может быть подавлен предоставлением приоритета восстановлению NOx. Кроме того, в отношении регенерации фильтра 41 может быть достигнут такой же эффект, аналогично устранению отравления серой.
Вариант осуществления 6
В вышеуказанных вариантах осуществления катализатор NOx 30 располагается с впускной стороны фильтра 41, однако фильтр 41 может быть размещен с впускной стороны катализатора NOx 30.
Кроме того, в вышеуказанных вариантах осуществления предусмотрен катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx, однако вместо него может быть использован катализатор селективного восстановления NOx. Катализатор селективного восстановления NOx представляет собой катализатор, который служит для удаления NOx добавлением мочевины в выхлопные газы.
Фиг. 8 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию системы выпуска отработавших газов, которая снабжена катализатором селективного восстановления NOx вместо катализатора для восстановления окклюдированных оксидов NOx. Клапан 51 для добавления мочевины, первый добавляющий клапан 5, катализатор окисления 34, катализатор селективного восстановления NOx 31, второй добавляющий клапан 6 и фильтр 41, имеющий поддерживаемый на нем катализатор окисления 42, располагаются на выхлопной трубе 2 двигателя 1 внутреннего сгорания по порядку со стороны двигателя 1 внутреннего сгорания (т.е., от впускной стороны к выпускной стороне). При этом следует отметить, что порядок расположения клапана 51 для добавления мочевины и первого добавляющего клапана 5 может быть изменен на взаимно противоположный. Кроме того, катализатор окисления 34 может быть другим катализатором (например, тройным катализатором), который обладает способностью к окислению. В такой конструкции катализатор окисления 34 и катализатор селективного восстановления NOx 31 соответствуют первому узлу очистки выхлопных газов в данном изобретении.
Клапан 51 для добавления мочевины открывается посредством сигнала от блока 7 управления двигателем, чтобы добавить раствор мочевины в выхлопные газы. Мочевина в растворе мочевины гидролизуется или термически разлагается, образуя аммиак. Образованный таким образом аммиак воздействует селективным образом на NOx в выхлопных газах в катализаторе селективного восстановления NOx 31, чтобы восстановить NOx.
Однако катализатор селективного восстановления NOx 31 имеет температурный интервал, подходящий для восстановления NOx, и способность катализатора селективного восстановления NOx 31 к очистке от NOx снижается, когда его температура слишком низкая. Поэтому в этом варианте осуществления, когда температура катализатора селективного восстановления NOx 31 ниже температурного интервала, подходящего для восстановления NOx, выполняется добавление углеводородов из первого добавляющего клапана 5. Добавляемые углеводороды окисляются в катализаторе окисления 34 с выделением тепла, посредством чего температура катализатора селективного восстановления NOx 31 повышается.
При этом, если углеводороды не добавляются из первого добавляющего клапана 5, несмотря на наличие запроса на подъем температуры катализатора селективного восстановления NOx 31, увеличивается степень снижения способности к очистке выхлопных газов. А именно, если углеводороды не добавляются из первого добавляющего клапана 5, то будет затруднена очистка от NOx. С другой стороны, даже если топливо не добавляется из второго добавляющего клапана 6, твердые частицы по существу не будут выпускаться из фильтра 41. Поэтому в этом варианте осуществления добавлению углеводородов к катализатору селективного восстановления NOx 31 придается более высокий приоритет по сравнению с добавлением углеводородов в фильтр 41, так что предпочтительно выполняется добавление углеводородов к катализатору селективного восстановления NOx 31. Другими словами, когда запрос на регенерацию фильтра 41 и запрос на повышение температуры катализатора селективного восстановления NOx 31 совмещаются один с другим, преимущественным образом выполняется добавление углеводородов к катализатору селективного восстановления NOx 31. Можно сказать, что тот узел, который образует восстановительную атмосферу посредством подачи углеводородов, имеет более высокий приоритет.
Кроме того, в вышеуказанных вариантах осуществления предусмотрен катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx, однако вместо него может быть использована следующая конструкция. Фиг. 9 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию системы выпуска отработавших газов, которая снабжена катализатором 33, образующим аммиак, и катализатором NOx 32. Первый добавляющий клапан 5, фильтр 41, имеющий расположенный на нем катализатор окисления 42, второй добавляющий клапан 6, катализатор 33, образующий аммиак, и катализатор NOx 32 располагаются на выхлопной трубе 2 двигателя 1 внутреннего сгорания по порядку со стороны двигателя 1 внутреннего сгорания (т.е., от впускной стороны к выпускной стороне). В такой конструкции катализатор 33, образующий аммиак, и катализатор NOx 32 соответствуют первому узлу очистки выхлопных газов в данном изобретении.
Катализатор 33, образующий аммиак, представляет собой катализатор, который служит для образования аммиака посредством избыточного добавления углеводородов и который является, например, тройным катализатором. Катализатор NOx 32 представляет собой катализатор NOx, в котором взаимно объединены катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx в качестве нижнего слоя и адсорбирующий слой, такой как, например, слой цеолита, в качестве верхнего слоя. Когда углеводороды добавляются из второго добавляющего клапана 6, аммиак образуется в катализаторе 33, образующем аммиак, и аммиак, образованный таким образом, адсорбируется адсорбирующим слоем катализатора NOx 32. Аммиак воздействует селективным образом на NOx в выхлопных газах и восстанавливает NOx. Также NOx окклюдируется в нижнем слое катализатора NOx 32, и окклюдированный таким образом NOx восстанавливается добавлением углеводородов из второго добавляющего клапана 6.
В случае катализатора NOx 32, когда аммиак образуется в катализаторе 33, образующем аммиак, и когда NOx, окклюдированные в катализаторе для восстановления окклюдированных оксидов NOx, восстанавливаются, необходимо добавлять углеводороды из второго добавляющего клапана 6. При этом, если углеводороды не добавляются из второго добавляющего клапана 6, несмотря на наличие запроса на добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6, увеличивается степень снижения способности к очистке выхлопных газов. А именно, если углеводороды не добавляются из второго добавляющего клапана 6, то будет затруднена очистка от NOx. С другой стороны, даже если топливо не добавляется из первого добавляющего клапана 5, твердые частицы по существу не будут выпускаться из фильтра 41 для твердых частиц. Поэтому в этом варианте осуществления добавлению углеводородов к катализатору NOx 32 или катализатору 33, образующему аммиак, придается более высокий приоритет по сравнению с добавлением углеводородов в фильтр 41, так что предпочтительно выполняется добавление углеводородов к катализатору NOx 32 или катализатору 33, образующему аммиак. Другими словами, когда запрос на регенерацию фильтра 41 и запрос на восстановление NOx 32 совмещаются один с другим, преимущественным образом выполняется добавление углеводородов к катализатору NOx 32 или к катализатору 33, образующему аммиак. Можно сказать, что тот узел, который образует восстановительную атмосферу посредством подачи углеводородов, имеет более высокий приоритет.
2
2
Кроме того, в вышеуказанных вариантах осуществления предусмотрен катализатор для восстановления окклюдированных оксидов NOx, однако вместо него может быть использована следующая конструкция. Фиг. 10 иллюстрирует в схематическом виде конструкцию системы выпуска отработавших газов, которая снабжена катализатором 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx и катализатором NOx 35 для селективного восстановления аммиаком. Первый добавляющий клапан, катализатор окисления 42, фильтр 41, второй добавляющий клапан 6, катализатор 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx, катализатор 37 для образования NO, катализатор NOx 35 для селективного восстановления аммиаком и катализатор окисления 36 располагаются на выхлопной трубе 2 двигателя 1 внутреннего сгорания по порядку со стороны двигателя 1 внутреннего сгорания (т.е., от впускной стороны к выпускной стороне). В такой конструкции катализатор 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx, катализатор 37 для образования NO, катализатор NOx 35 для селективного восстановления аммиаком и катализатор окисления 36 соответствуют первому узлу очистки выхлопных газов в данном изобретении.
2
2
При этом, когда углеводороды добавляются из второго добавляющего клапана 6 в катализатор 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx в избытке, аммиак может быть образован в катализаторе для восстановления окклюдированных оксидов NOx 30. Образованный таким образом аммиак адсорбируется катализатором NOx 35 для селективного восстановления аммиаком. В катализаторе NOx 35 для селективного восстановления аммиаком аммиак селективным образом взаимодействует с NOx в выхлопных газах и восстанавливает NOx. Кроме того, посредством увеличения доли NO в выхлопных газах катализатор 37 для образования NO служит для облегчения восстановления NOx в катализаторе NOx 35 для селективного восстановления аммиаком. Углеводороды и аммиак, вытекающие из катализатора NOx 35 для селективного восстановления аммиаком, окисляются катализатором окисления 36, расположенным с его выпускной стороны.
Когда в устройстве для очистки выхлопных газов, сконструированном таким образом, восстанавливаются NOx, окклюдированные в катализаторе 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx, или когда подается аммиак в катализатор NOx 35 для селективного восстановления аммиаком, углеводороды добавляются из второго добавляющего клапана 6 в катализатор 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx. При этом, если углеводороды не добавляются из второго добавляющего клапана 6, несмотря на наличие запроса на добавление углеводородов из второго добавляющего клапана 6, увеличивается степень снижения способности к очистке выхлопных газов. А именно, если углеводороды не добавляются из второго добавляющего клапана 6, то будет затруднена очистка от NOx. С другой стороны, даже если топливо не добавляется из первого добавляющего клапана 5, твердые частицы по существу не будут выпускаться из фильтра 41 для твердых частиц. Поэтому в этом варианте осуществления добавлению углеводородов к катализатору 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx придается более высокий приоритет по сравнению с добавлением углеводородов в фильтр 41, так что предпочтительно выполняется добавление углеводородов к катализатору 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx. Иными словами, когда запрос на регенерацию фильтра 41 и запрос на восстановление NOx 30 совмещаются один с другим, преимущественным образом выполняется добавление углеводородов к катализатору 30 для восстановления окклюдированных оксидов NOx. Можно сказать, что тот узел, который образует восстановительную атмосферу посредством подачи углеводородов, имеет более высокий приоритет.
В вышеуказанных вариантах осуществления, когда углеводороды добавляются одним клапаном из первого добавляющего клапана 5 и второго добавляющего клапана 6, добавление углеводородов из другого клапана приостанавливается, однако, вместо этого, количество углеводородов, добавляемых из другого клапана, может быть уменьшено по сравнению с обычной величиной добавления. Обычная величина добавления представляет собой количество углеводородов, добавляемых в то время, когда устранение отравления серой катализатора NOx 30 или восстановление NOx в катализаторе NOx 30 и регенерация фильтра 41 не выполняются в одно и то же время.