Оборудование регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания
Оборудование регулирования выхлопных газов включает в себя каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов, расположенный в выхлопном канале, фильтр, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, устройство подачи вспомогательного воздуха, сконфигурированное, чтобы подавать вспомогательный воздух в выхлопные газы, протекающие в фильтр, в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в направлении протекания выхлопных газов, и электронный блок управления. Электронный блок управления конфигурируется, чтобы, когда температура каталитического нейтрализатора выше или равна температуре активации, и топливовоздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части двигателя, является обогащенным топливовоздушным соотношением, инструктировать устройству подачи подавать вспомогательный воздух в выхлопные газы, в то же время периодически увеличивая или уменьшая воздух, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр, поочередно изменяется между обогащенным и обедненным топливовоздушными соотношениями. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к оборудованию регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Известен каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя устройство подачи вспомогательного воздуха (см., например, публикацию нерассмотренной заявки на патент Японии № 2010-127147 (JP 2010-127147 A) и публикацию нерассмотренной заявки на патент Японии № 2007-092713 (JP 2007-092713 A)). Устройство подачи вспомогательного воздуха подает вспомогательный воздух в выхлопные газы, протекающие через выхлопной канал двигателя внутреннего сгорания. В оборудовании регулирования выхлопных газов, описанном в JP 2010-127147 A, фильтр для улавливания твердых частиц (далее в данном документе также просто называется фильтром) предусматривается в выхлопном канале, и устройство подачи вспомогательного воздуха конфигурируется, чтобы подавать вспомогательный воздух в выхлопные газы, протекающие в фильтр.
В сконфигурированном таким образом оборудовании регулирования выхлопных газов, описанном в JP 2010-127147 A, когда количество твердых частиц (далее в данном документе также называемых PM), осевших на фильтре, увеличивается, вспомогательный воздух подается, в то время как топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, которые выпускаются из основной части двигателя, сохраняется в топливо-воздушном соотношении, более обогащенном по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением (далее в данном документе также называемом обогащенным топливо-воздушным соотношением). Таким образом, вспомогательный воздух реагирует с несгоревшим топливом, содержащимся в выхлопных газах с обогащенным топливо-воздушным соотношением на фильтре, чтобы повышать температуру фильтра, приводя в результате к тому, что PM сжигаются и удаляются.
Сущность изобретения
Впрочем, известно, что NO2, содержащийся в выхлопных газах, является более реагирующим с PM по сравнению с кислородом. По этой причине, когда выхлопные газы, содержащие большой объем NO2, принудительно протекают в фильтр, количество удаляемых PM может быть увеличено. Однако, в оборудовании регулирования выхлопных газов, описанном в JP 2010-127147 A, газ, состоящий из выхлопных газов с обогащенным топливо-воздушным соотношением с небольшим объемом NO2 и добавленным вспомогательным воздухом, непосредственно протекает в фильтр. Следовательно, NO2 не содержится, таким образом, в выхлопных газах, протекающих в фильтр, таким образом, скорость сгорания PM не увеличивается.
С другой стороны, в качестве способа принудительного протекания выхлопных газов, содержащих большой объем NO2, в фильтр, представляется возможным то, что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, которые выпускаются из основной части двигателя, устанавливается в обедненное топливо-воздушное соотношение, и окислительный нейтрализатор предусматривается выше по потоку от фильтра в направлении протекания выхлопных газов. Таким образом, часть NO в выхлопных газах, выпускаемых из основной части двигателя, преобразуется в NO2 посредством окислительного нейтрализатора, NO2 принудительно протекает в фильтр, и PM, осевшие на фильтре, сгорают с NO2.
Однако, не только NO2, но также NO содержится в выхлопных газах с обедненным топливо-воздушным соотношением, протекающих в фильтр в этом случае. Когда NO протекает в фильтр, NO вытекает из фильтра без реагирования с PM. Следовательно, когда выхлопные газы с обедненным топливо-воздушным соотношением непрерывно принудительно протекают в фильтр, выбросы выхлопных газов, вытекающих из фильтра, ухудшаются.
Изобретение предоставляет оборудование регулирования выхлопных газов, которое приспособлено уменьшать ухудшение выбросов, в то же время обеспечивая удаление PM из фильтра.
Первый аспект изобретения относится к оборудованию регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания. Оборудование регулирования выхлопных газов включает в себя каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов, фильтр для улавливания твердых частиц, устройство подачи кислорода и электронный блок управления. Каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов располагается в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания. Каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов имеет каталитическую функцию. Фильтр для улавливания твердых частиц располагается в выхлопном канале в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов. Устройство подачи кислорода конфигурируется, чтобы подавать газ, содержащий кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр для улавливания твердых частиц, в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов. Электронный блок управления конфигурируется, чтобы регулировать объем кислорода, который подается из устройства подачи кислорода. Когда температура каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов попадает в заданный температурный диапазон выше или равный температуре активации, и топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части двигателя внутреннего сгорания, является обогащенным топливо-воздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением, электронный блок управления конфигурируется, чтобы инструктировать устройству подачи кислорода подавать кислород в выхлопные газы, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением.
В оборудовании регулирования выхлопных газов заданный температурный диапазон может быть выше или равным 400°C и ниже или равным 600°C.
Второй аспект изобретения относится к оборудованию регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания. Оборудование регулирования выхлопных газов включает в себя каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов, фильтр для улавливания твердых частиц, устройство подачи кислорода и электронный блок управления. Каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов располагается в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания. Каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов имеет каталитическую функцию. Фильтр для улавливания твердых частиц располагается в выхлопном канале в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов. Устройство подачи кислорода конфигурируется, чтобы подавать газ, содержащий кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр для улавливания твердых частиц, в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов. Электронный блок управления конфигурируется, чтобы регулировать объем кислорода, который подается из устройства подачи кислорода. При условии, что водород или аммиак образуется в каталитическом нейтрализаторе регулирования выхлопных газов, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части двигателя внутреннего сгорания, является обогащенным топливо-воздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением, электронный блок управления конфигурируется, чтобы инструктировать устройству подачи кислорода подавать кислород в выхлопные газы, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением.
Третий аспект изобретения относится к оборудованию регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания. Оборудование регулирования выхлопных газов включает в себя фильтр для улавливания твердых частиц, устройство подачи кислорода и электронный блок управления. Фильтр для улавливания твердых частиц размещается в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания. Устройство подачи кислорода конфигурируется, чтобы подавать газ, содержащий кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр для улавливания твердых частиц. Электронный блок управления конфигурируется, чтобы регулировать объем кислорода, который подается из устройства подачи кислорода. При условии, что NO2 образуется с помощью кислорода, подаваемого из устройства подачи кислорода, когда кислород, который подается из устройства подачи кислорода в выхлопные газы, периодически увеличивается или уменьшается, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением, и обедненным топливо-воздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением, электронный блок управления конфигурируется, чтобы инструктировать устройству подачи кислорода подавать кислород в выхлопные газы, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением.
В оборудовании регулирования выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован, чтобы инструктировать устройству подачи кислорода подавать кислород в выхлопные газы, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что среднее топливо-воздушное соотношение во множестве циклов, в которых топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением, становится стехиометрическим топливо-воздушным соотношением.
В оборудовании регулирования выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован, чтобы увеличивать степень обеднения во время, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, является наиболее обедненным, когда температура фильтра для улавливания твердых частиц уменьшается.
В оборудовании регулирования выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован, чтобы инструктировать устройству подачи кислорода подавать кислород в выхлопные газы, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением с периодом, более коротким или равным периоду, с которым выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц, и выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц.
В оборудовании регулирования выхлопных газов фильтр для улавливания твердых частиц может иметь каталитическую функцию.
Согласно аспектам изобретения, предоставляется оборудование регулирования выхлопных газов, которое уменьшает ухудшение выбросов, в то же время обеспечивая удаление PM в фильтре.
Краткое описание чертежей
Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 - вид, схематично, показывающий двигатель внутреннего сгорания, в котором оборудование регулирования выхлопных газов согласно первому варианту осуществления используется;
Фиг. 2A - вид спереди фильтра;
Фиг. 2B - вид в продольном разрезе фильтра;
Фиг. 3A - вид, схематично показывающий реакции, которые происходят в оборудовании регулирования выхлопных газов, когда процесс регенерации фильтра выполняется;
Фиг. 3B - вид, схематично показывающий реакции, которые происходят в оборудовании регулирования выхлопных газов, когда процесс регенерации фильтра выполняется;
Фиг. 4 - временная диаграмма объема вспомогательного воздуха, подаваемого из устройства подачи вспомогательного воздуха, и топливо-воздушного соотношения выхлопных газов, протекающих в фильтр;
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, показывающая процедуру управления для процесса регенерации фильтра согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 6 - блок-схема последовательности операций, показывающая процедуру управления для процесса регенерации фильтра согласно альтернативному варианту осуществления по отношению к первому варианту осуществления;
Фиг. 7 - график, показывающий соотношение между температурой фильтра и амплитудой;
Фиг. 8 - график, показывающий соотношение между температурой фильтра и амплитудой; и
Фиг. 9 - блок-схема последовательности операций, показывающая процедуру управления для процесса регенерации фильтра согласно второму варианту осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее подробно описываются варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. В последующем описании аналогичные ссылочные номера обозначают аналогичные компоненты.
Первый вариант осуществления
Общее описание двигателя внутреннего сгорания
Фиг. 1 представляет собой вид, схематично, показывающий двигатель внутреннего сгорания, в котором оборудование регулирования выхлопных газов согласно первому варианту осуществления используется. Как показано на фиг. 1, ссылочный номер 1 обозначает основную часть двигателя, ссылочный номер 2 обозначает блок цилиндров, ссылочный номер 3 обозначает поршень, который выполняет возвратно-поступательное движение внутри блока 2 цилиндров, ссылочный номер 4 обозначает головку цилиндров, прикрепленную на блок 2 цилиндров, ссылочный номер 5 обозначает камеру сгорания, определенную между поршнем 3 и головкой 4 цилиндров, ссылочный номер 6 обозначает впускной клапан, ссылочный номер 7 обозначает впускное отверстие, ссылочный номер 8 обозначает выпускной клапан, и ссылочный номер 9 обозначает выпускное отверстие. Впускной клапан 6 открывает или закрывает впускное отверстие 7. Выпускной клапан 8 открывает или закрывает выпускное отверстие 9.
Как показано на фиг. 1, свеча 10 зажигания располагается в центре внутренней поверхности стенки головки 4 цилиндров, и клапан 11 для впрыска топлива располагается в периферийном участке внутренней поверхности стенки головки 4 цилиндров. Свеча 10 зажигания конфигурируется, чтобы формировать искру в ответ на сигнал зажигания. Клапан 11 для впрыска топлива впрыскивает заданный объем топлива в камеру 5 сгорания в ответ на сигнал впрыска. Клапан 11 для впрыска топлива может быть расположен так, чтобы впрыскивать топливо во впускное отверстие 7. В настоящем варианте осуществления бензин, имеющий стехиометрическое топливо-воздушное соотношение, равное 14,6, используется в качестве топлива. Альтернативно, топливо, отличное от бензина или топлива с бензиновой смесью, может быть использовано в двигателе внутреннего сгорания, в котором используется оборудование регулирования выхлопных газов согласно изобретению.
Впускное отверстие 7 каждого цилиндра соединяется с расширительным бачком 14 через соответствующие впускные патрубки 13. Расширительный бачок 14 соединяется с воздушным фильтром 16 через впускную трубу 15. Впускные отверстия 7, впускные патрубки 13, расширительный бачок 14 и впускная труба 15 формируют впускной канал. Дроссельная заслонка 18 располагается во впускной трубе 15. Дроссельная заслонка 18 приводится в действие посредством актуатора 17 дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка 18 приспособлена изменять площадь открытия впускного канала, когда дроссельная заслонка 18 поворачивается посредством актуатора 17 дроссельной заслонки.
С другой стороны, выпускное отверстие 9 каждого цилиндра соединяется с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 включает в себя множество ответвляющихся участков, соответственно соединенных с выпускными отверстиями 9, и собирающий участок, который собирает эти ответвляющиеся участки. Собирающий участок выпускного коллектора 19 соединяется с корпусом 21 стороны выше по потоку. Каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов включается в корпус 21 на стороне выше по потоку. Корпус 21 на стороне выше по потоку соединяется с корпусом 23 на стороне ниже по потоку через выхлопную трубу 22. Фильтр 24 для улавливания твердых частиц (далее в данном документе также просто называется фильтром) включается в корпус 23 на стороне ниже по потоку. Устройство 25 подачи вспомогательного воздуха предусматривается в выхлопной трубе 22 между каталитическим нейтрализатором 20 регулирования выхлопных газов и фильтром 24. Устройство 25 подачи вспомогательного воздуха подает вспомогательный воздух в выхлопные газы, протекающие по выхлопной трубе 22, т.е., выхлопные газы, протекающие в фильтр 24. Выпускные отверстия 9, выпускной коллектор 19, корпус 21 на стороне выше по потоку, выхлопная труба 22 и корпус 23 на стороне ниже по потоку формируют выхлопной канал.
Оборудование регулирования выхлопных газов настоящего варианта осуществления включает в себя устройство 25 подачи вспомогательного воздуха. Вместо этого, оборудование регулирования выхлопных газов может включать в себя другое устройство подачи кислорода, пока устройство подачи кислорода приспособлено подавать газ, содержащий кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр 24. Конкретные примеры устройства подачи кислорода включают в себя устройство, которое подает только кислород в выхлопные газы.
Электронный блок 31 управления (ECU) является цифровым компьютером и включает в себя оперативное запоминающее устройство (RAM) 33, постоянное запоминающее устройство (ROM) 34, микропроцессор (CPU) 35, порт 36 ввода и порт 37 вывода, соединенные друг с другом через двухстороннюю шину 32.
Расходомер 39 воздуха располагается во впускной трубе 15. Расходомер 39 воздуха используется для обнаружения расхода воздуха, протекающего по впускной трубе 15. Выходной сигнал расходомера 39 воздуха вводится в порт 36 ввода через ассоциированный AD-преобразователь 38. Датчик 40 топливо-воздушного соотношения на стороне выше по потоку располагается в собирающем участке выпускного патрубка 19. Датчик 40 топливо-воздушного соотношения на стороне выше по потоку обнаруживает топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих через выпускной коллектор 19 (т.е., выхлопные газы, протекающие в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов). Кроме того, датчик 41 топливо-воздушного соотношения на стороне ниже по потоку располагается в выхлопной трубе 22. Датчик 41 топливо-воздушного соотношения на стороне ниже по потоку обнаруживает топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих по выхлопной трубе 22 (т.е., выхлопных газов, вытекающих из каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов и протекающего в фильтр 24). Выходные сигналы датчиков 40, 41 топливо-воздушного соотношения также вводятся в порт 36 ввода через ассоциированные AD-преобразователи 38.
Каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов снабжается датчиком 46 температуры каталитического нейтрализатора. Датчик 46 температуры каталитического нейтрализатора используется для обнаружения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов. Фильтр 24 снабжается датчиком 47 температуры фильтра. Датчик 47 температуры фильтра используется для обнаружения температуры фильтра 24. Датчик 48 перепада давления предусматривается между выхлопной трубой 22 выше по потоку от фильтра 24 и выхлопной трубой 22 ниже по потоку от фильтра 24. Датчик 48 перепада давления используется для обнаружения перепада давления между верхней по потоку стороной и нижней по потоку стороной фильтра 24. Выходные сигналы температурных датчиков 46, 47 и датчика 48 перепада давления также вводятся в порт 36 ввода через ассоциированные AD-преобразователи 38.
Датчик 43 нагрузки соединяется с педалью 42 акселератора. Датчик 43 нагрузки создает выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия педали 42 акселератора. Выходное напряжение датчика 43 нагрузки вводится в порт 36 ввода через ассоциированный AD-преобразователь 38. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала формирует выходной импульс, например, каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается на 15 градусов. Выходной импульс вводится в порт 36 ввода. CPU 35 вычисляет скорость вращения двигателя на основе выходного импульса датчика 44 угла поворота коленчатого вала.
С другой стороны, порт 37 вывода соединяется со свечами 10 зажигания, клапанами 11 для впрыска топлива, актуатором 17 дроссельной заслонки и устройством 25 подачи вспомогательного воздуха через ассоциированные управляющие схемы 45. Следовательно, ECU 31 функционирует в качестве контроллера, который управляет работой свечей 10 зажигания, клапанов 11 для впрыска топлива, актуатора 17 дроссельной заслонки и устройства 25 подачи вспомогательного воздуха.
В настоящем варианте осуществления каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов является трехкомпонентным нейтрализатором, в котором каталитический благородный металл (например, платина (Pt)), имеющий катализ, нанесен на носитель, выполненный из керамики. Трехкомпонентный нейтрализатор имеет функцию удаления несгоревших HC, CO и NOx в то же время, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в трехкомпонентный нейтрализатор, удерживается в стехиометрическом топливо-воздушном соотношении. Каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов может быть каталитическим нейтрализатором, отличным от трехкомпонентного нейтрализатора, таким как окислительный нейтрализатор и восстановительный нейтрализатор для накопления NOx, пока каталитический нейтрализатор имеет конструкцию, которая поддерживает вещество, имеющее катализ.
Фиг. 2A и фиг. 2B являются видами, показывающими структуру фильтра 24. Фиг. 2A представляет собой передний вид фильтра 24. Фиг. 2B представляет собой вид в продольном разрезе фильтра 24. Как показано на фиг. 2A и фиг. 2B, фильтр 24 имеет сотовую структуру и имеет множество проточных каналов 60, 61 для выхлопных газов, проходящих параллельно друг другу. Эти проточные каналы для выхлопных газов включают в себя впускные каналы 60 для выхлопных газов и выпускные каналы 61 для выхлопных газов. Нижний по потоку конец каждого впускного канала 60 для выхлопных газов закрывается заглушкой 62. Верхний по потоку конец каждого выпускного канала 61 для выхлопных газов закрывается заглушкой 63. На фиг. 2A заштрихованные участки представляют заглушки 63. Следовательно, впускной канал 60 для выхлопных газов и выпускной канал 61 для выхлопных газов располагаются поочередно через тонкую разделительную стенку 64. Другими словами, впускные каналы 60 для выхлопных газов и выпускные каналы 61 для выхлопных газов размещаются так, что каждый впускной канал 60 для выхлопных газов окружается четырьмя выпускными каналами 61 для выхлопных газов, и каждый выпускной канал 61 для выхлопных газов окружается четырьмя впускными каналами 60 для выхлопных газов.
Фильтр 24 выполнен из пористого материала, такого как кордиерит. Следовательно, выхлопные газы, протекающие во впускной канал 60 для выхлопных газов, проходит через окружающие разделительные стенки 64, как представлено стрелками на фиг. 2B, и вытекает в соседние выпускные каналы 61 для выхлопных газов. Таким образом, в то время как выхлопные газы протекают сквозь разделительные стенки 64, PM, содержащиеся в выхлопных газах, улавливаются фильтром 24.
Фильтр 24 поддерживает каталитический благородный металл (такой как платина (Pt)), имеющий катализ. Т.е., фильтр 24 имеет каталитическую функцию. Следовательно, фильтр 24 приспособлен не только улавливать PM, содержащиеся в выхлопных газах, но также окислять и удалять несгоревшие HC и CO, содержащиеся в выхлопных газах. Фильтр 24 может иметь другую конфигурацию, пока фильтр 24 поддерживает вещество, которое улавливает PM, содержащиеся в выхлопных газах, и которое имеет катализ. Кроме того, когда каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов, имеющий катализ, помещается между устройством 25 подачи вспомогательного воздуха и фильтром 24, фильтр 24 не должен иметь поддерживаемое вещество, имеющее катализ.
Процесс регенерации фильтра
PM, улавливаемые в фильтре 24, оседают на фильтре 24. Когда количество PM, осевших на фильтре 24, увеличивается, поры в разделительных стенках 64 засоряются, приводя в результате к тому, что потеря давления выхлопных газов из-за фильтра 24 увеличивается. Увеличение потери давления ведет к уменьшению выходной мощности и ухудшению сгорания для двигателя внутреннего сгорания, получающемуся в результате трудности протекания выхлопных газов. Следовательно, чтобы предотвращать уменьшение выходной мощности и ухудшение сгорания для двигателя внутреннего сгорания, когда количество PM, осевших на фильтре 24, больше предельной величины осаждения, PM, осевшие на фильтре 24, должны быть окислены и устранены. Предельная величина осаждения является следующей величиной. Когда количество PM, осевших на фильтре 24, увеличивается до предельной величины осаждения или выше, потеря давления из-за фильтра 24 увеличивается, приводя, например, к ухудшению рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания.
В настоящем варианте осуществления, когда количество PM, осевших на фильтре 24, увеличивается, процесс регенерации фильтра выполняется, чтобы окислять и устранять PM. Далее в данном документе процесс регенерации фильтра будет описан со ссылкой на фиг. 3A и фиг. 3B. Фиг. 3A и фиг. 3B являются видами, схематично показывающими реакции, которые имеют место в оборудовании регулирования выхлопных газов, когда процесс регенерации фильтра выполняется. Фиг. 3A показывают случай, когда вспомогательный воздух не подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха. Фиг. 3B показывают случай, когда вспомогательный воздух подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха.
При выполнении процесса регенерации фильтра, первоначально, температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов повышается до температуры его активации или выше. В частности, температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов повышается до 300°C или выше и 700°C или ниже, и предпочтительно повышается до 400°C или выше и 600°C или ниже.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления, при выполнении процесса регенерации фильтра, объем впрыскиваемого топлива из каждого клапана 11 для впрыска топлива регулируется, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, которые выпускаются из основной части 1 двигателя, становится топливо-воздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением (далее в данном документе также называется обогащенным топливо-воздушным соотношением). Другими словами, при выполнении процесса регенерации фильтра, объем впрыска топлива регулируется, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов, становится обогащенным топливо-воздушным соотношением. В результате, во время процесса регенерации фильтра, выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, протекают в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов.
Несгоревшие HC и CO содержатся в выхлопных газах, имеющих обогащенное топливо-воздушное соотношение. Кроме того, поскольку вода образуется в результате сгорания воздушно-топливной смеси в каждой камере 5 сгорания, вода содержится в выхлопных газах. Следовательно, выхлопные газы, содержащие несгоревшие HC и CO и воду, протекают в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов.
Когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов попадает в диапазон 300°C-500°C, когда выхлопные газы, содержащие CO и воду, протекают в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов, реакция конверсии водяного газа, выраженная следующей формулой (1), происходит в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов при катализе каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов.
CO+H2O --> H2+CO2 (1)
Когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов выше или равна 500°C, когда выхлопные газы, содержащие несгоревший HC и воду, протекают в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов, реакция парового реформинга, выраженная следующей формулой (2) или формулой (3), происходит в каталитическом нейтрализаторе (20) регулирования выхлопных газов при катализе каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов.
CH4+H2O --> 3H2+CO (2)
C12H26+12H2O --> 25H2+12CO (3)
Следовательно, когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов выше или равна температуре активации (например, 300°C), когда выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, протекают в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов, водород образуется в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов.
Даже когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части 1 двигателя, является обогащенным топливо-воздушным соотношением, NOx (а именно, NO) содержится в выхлопных газах. Когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов является относительно высокой, NO, содержащийся в выхлопных газах, таким способом реагирует с водородом в аммиак, как выражено следующей формулой (4), в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов при катализе каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов. Эта реакция, в частности, склонна иметь место, когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов попадает в диапазон 400°C-600°С.
2NO+5H2 --> 2NH3+2H2O (4)
Следовательно, когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов выше или равна температуре активации (в частности, диапазон 400°C-600°C), когда выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, протекают в каталитический нейтрализатор 20 регулирования выхлопных газов, выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение и содержащие аммиак, вытекают из каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления, при выполнении процесса регенерации фильтра, вспомогательный воздух периодически подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха. Фиг. 4 представляет собой временную диаграмму объема вспомогательного воздуха, подаваемого из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха, и топливо-воздушного соотношения выхлопных газов, протекающих в фильтр 24. Штриховая линия X на фиг. 4 представляет топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, прежде чем подается вспомогательный воздух (в иллюстрированном примере топливо-воздушное соотношение в это время равно 13,6).
Как показано на фиг. 4, в настоящем варианте осуществления, вспомогательный воздух периодически подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха. В примере, показанном на фиг. 4, постоянный объем вспомогательного воздуха подается со времени t0 до времени t1, со времени t2 до времени t3, со времени t4 до времени t5, и со времени t6 до времени t7. В частности, в настоящем варианте осуществления, вспомогательный воздух периодически подается так, что продолжительность (например, со времени t0 до времени t1), в течение которого вспомогательный воздух подается, равно продолжительности (например, со времени t1 до времени t2), в течение которого подача вспомогательного воздуха прекращается (далее в данном документе эта продолжительность также называется периодом).
В частности, в настоящем варианте осуществления, период переключения для подачи вспомогательного воздуха задается равным или ниже продолжительности, в течение которой выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение, протекают в фильтр 24, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение и протекшие в фильтр 24, вытекает из фильтра 24. Предпочтительно, период переключения для подачи вспомогательного воздуха задается равным или ниже продолжительности, в течение которой выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение, протекают в фильтр 24, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение и протекшие в фильтр 24, достигают центра фильтра 24 в направлении протекания выхлопных газов.
Аналогично, период переключения для подачи вспомогательного воздуха задается равным или ниже продолжительности, в течение которой выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, протекают в фильтр 24, прежде чем выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение и протекшие в фильтр 24, вытекают из фильтра 24. Предпочтительно, период переключения для подачи вспомогательного воздуха задается равным или ниже продолжительности, в течение которой выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, протекают в фильтр 24, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение и протекшие в фильтр 24, достигают центра фильтра 24 в направлении протекания выхлопных газов. В частности, период переключения для подачи вспомогательного воздуха задается, например, приблизительно в 10 Гц.
В результате подачи вспомогательного воздуха из устройства 25 для подачи вспомогательного воздуха таким способом, топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, которые протекают в фильтр 24, изменяется поочередно между обогащенным топливо-воздушным соотношением и топливо-воздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением (далее в данном документе также называется обедненным топливо-воздушным соотношением), как показано на фиг. 4. В частности, в настоящем варианте осуществления, вспомогательный воздух периодически подается так, что степень обогащения (например, степень обогащения во время t0, время t2, время t4 или т.п.), при которой топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является наиболее обогащенным, равна степени обеднения (например, степени обеднения во время t1, время t3, время t5 или т.п.), при которой топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является наиболее обедненным.
В результате, в настоящем варианте осуществления, среднее топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24 в течение некоторого интервала времени, является почти стехиометрическим топливо-воздушным соотношением. Т.е., в настоящем варианте осуществления, среднее топливо-воздушное соотношение в течение множества циклов, в которых топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, изменяется поочередно между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением, является почти стехиометрическим топливо-воздушным соотношением.
В настоящем варианте осуществления вспомогательный воздух подается так, что степень обогащения во время, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов является наиболее обогащенным, равна степени обеднения во время, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов является наиболее обедненным. Однако, эти степень обогащения и степень обеднения не всегда должны быть равными друг другу. Вспомогательный воздух может подаваться так, что какая-либо одна из степени обеднения и степени обогащения является выше другой. В настоящем варианте осуществления вспомогательный воздух подается так, что продолжительность, в течение которой вспомогательный воздух подается, является равной продолжительности, в течение которой подача вспомогательного воздуха прекращается. Однако, эти продолжительности не всегда должны быть равными друг другу. Вспомогательный воздух может подаваться так, что какая-либо одна из продолжительностей является продолжительней другой. В настоящем варианте осуществления вспомогательный воздух подается так, что среднее топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является почти стехиометрическим топливо-воздушным соотношением. Вместо этого, вспомогательный воздух может подаваться так, что среднее топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является обогащенным топливо-воздушным соотношением или обедненным топливо-воздушным соотношением.
Фиг. 3A показывает реакции, которые имеют место в оборудовании регулирования выхлопных газов, когда вспомогательный воздух не подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха. Как очевидно из фиг. 3A, несгоревшие HC и CO, содержащиеся в выхлопных газах, выпускаемых из основной части 1 двигателя, протекают в фильтр 24, и аммиак, образованный в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов, также протекает в фильтр 24.
Часть NOx, содержащегося в выхлопных газах, выпущенных из основной части 1 двигателя, также остается неудаленной в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов. Следовательно, NOx также протекает в фильтр 24. NOx, протекший в фильтр 24, окисляется и удаляется посредством несгоревших HC или CO под действием поддерживаемого каталитического благородного металла в фильтре 24. Следовательно, когда вспомогательный воздух не подается, выхлопные газы, содержащие несгоревшие HC, CO и аммиак, протекают в сторону фильтра 24 ниже по потоку.
С другой стороны, фиг. 3B показывает реакции, которые имеют место в оборудовании регулирования выхлопных газов, когда вспомогательный воздух подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха. В области выше по потоку для области, где устройство 25 подачи вспомогательного воздуха предусматривается, происходят реакции, аналогичные реакциям в случае, когда вспомогательный воздух не вводится. Следовательно, выхлопные газы, протекающие в фильтр 24, содержат несгоревшие HC, CO, аммиак и NOx (в частности, NO). Кроме того, когда вспомогательный воздух подается, выхлопные газы, протекающие в фильтр 24, содержат воздух, в частности, кислород, подаваемый из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха.
Когда температура фильтра 24 выше или равна 300°C в это время, NO2 образуется из аммиака и кислорода посредством реакции, выраженной следующей формулой (5), на фильтре 24, имеющем поддерживаемый каталитический благородный металл.
4NH3+5O2 --> 4NO2+6H2O (5)
NO2, образованный таким способом, является более реагирующим с PM, осажденными на фильтре 24, по сравнению с кислородом. Следовательно, когда температура фильтра 24 равна приблизительно 300°C, NO 2 окисляет и удаляет PM (содержащие углерод C в качестве основного ингредиента) посредством реакции, выраженной следующими формулами (6)-(9).
2NO2+2C --> 2CO2+N2 (6)
NO2+C --> CO+NO (7)
O2+C --> CO2 (8)
O2+2C --> 2CO (9)
Когда вспомогательный воздух подается, несгоревшие HC и CO, содержащиеся в выхлопных газах, выпущенных из каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов, реагируют с подаваемым кислородом на фильтре 24, таким образом, несгоревшие HC и CO удаляются. Аналогично, CO, образованный в вышеупомянутой формуле (7) и формуле (9), также реагирует с подаваемым кислородом и удаляется. С другой стороны, NO, содержащийся в выхлопных газах, выпущенных из каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов, не удаляется и остается вследствие обедненной атмосферы, вызванной подачей вспомогательного воздуха. Следовательно, когда вспомогательный воздух подается, выхлопные газы, содержащие NO, протекают в область ниже по потоку для фильтра 24.
Как описано со ссылкой на фиг. 2A и фиг. 2B, выхлопные газы протекают через тонкие разделительные стенки 64 в фильтре 24. В настоящем варианте осуществления топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением с относительно коротким периодом. В результате, даже когда выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, и выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение, поочередно протекают во впускное отверстие фильтра 24, эти выхлопные газы смешиваются друг с другом в выпускном отверстии фильтра 24.
Как описано выше, когда вспомогательный воздух не подается, выхлопные газы, содержащие несгоревшие HC, CO и аммиак, протекают в область ниже по потоку для фильтра 24. С другой стороны, когда вспомогательный воздух подается, выхлопные газы, содержащие NO или кислород, протекают в область ниже по потоку для фильтра 24. Эти выхлопные газы смешиваются друг с другом в области ниже по потоку для фильтра 24, таким образом, несгоревшие HC, CO и аммиак реагируют с NO и кислородом. В результате, несгоревшие HC, CO, аммиак и NO удаляются.
Как описано выше, в настоящем варианте осуществления, когда вспомогательный воздух подается, выхлопные газы, содержащие большой объем NO2, протекают в фильтр 24, таким образом, удаление PM, осевших на фильтре 24, облегчается. Кроме того, в настоящем варианте осуществления, выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, и выхлопные газы, имеющий обедненное топливо-воздушное соотношение, принудительно поочередно протекают в фильтр 24 с коротким периодом, таким образом, несгоревшие HC, CO, NO и другие вещества в выхлопных газах удаляются. Таким образом, ухудшение выбросов выхлопных газов уменьшается.
Вкратце, в настоящем варианте осуществления, когда температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов попадает в заданный температурный диапазон выше или равный температуре активации, и топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части 1 двигателя, является обогащенным топливо-воздушным соотношением, вспомогательный воздух (кислород) подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха в выхлопные газы, в то же время периодически увеличиваясь или уменьшаясь, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением.
С другой точки зрения, в настоящем варианте осуществления, при условии, что водород или аммиак образуется в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части 1 двигателя, является обогащенным топливо-воздушным соотношением, вспомогательный воздух (кислород) подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха в выхлопные газы, в то же время периодически увеличиваясь или уменьшаясь, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением.
С дополнительной другой точки зрения, в настоящем варианте осуществления, при условии, что NO2 образуется посредством вспомогательного воздуха (кислорода), подаваемого из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха, когда кислород, который подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха в выхлопные газы, периодически увеличивается или уменьшается, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением, вспомогательный воздух (кислород) подается из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха в выхлопные газы, в то же время периодически увеличиваясь или уменьшаясь, так что топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, поочередно изменяется между обогащенным топливо-воздушным соотношением и обедненным топливо-воздушным соотношением.
Согласно настоящему варианту осуществления, когда вспомогательный воздух, подаваемый из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха, регулируется таким образом, ухудшение выбросов выхлопных газов уменьшается, в то же время облегчая удаление PM, осевших на фильтре 24.
Особое управление
Далее, особое управление в процессе регенерации фильтра согласно настоящему варианту осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 5. Фиг. 5 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую процедуру управления для процесса регенерации фильтра согласно настоящему варианту осуществления. Иллюстрированная процедура управления выполняется с заданными временными интервалами.
Сначала, на этапе S11, определяется, находится ли флаг регенерации во включенном состоянии. Флаг регенерации устанавливается во включенное состояние, когда регенерация фильтра выполняется; иначе, флаг регенерации устанавливается в выключенное состояние. Когда определяется на этапе S11, что флаг регенерации находится в выключенном состоянии, процесс переходит к этапу S12.
На этапе S12 определяется, удовлетворяется ли условие для выполнения процесса регенерации фильтра 24. Условие для выполнения процесса регенерации удовлетворяется, например, когда количество PM, осевших на фильтре 24, больше предельной величины осаждения. В частности, когда перепад давления между верхней по потоку стороной и нижней по потоку стороной фильтра 24, обнаруживаемый посредством датчика 48 перепада давления, больше предельного перепада давления, определяется, что количество PM, осевших на фильтре 24, больше предельной величины осаждения. С другой стороны, когда перепад давления между верхней по потоку стороной и нижней по потоку стороной фильтра 24, обнаруживаемый посредством датчика 48 перепада давления, меньше или равен предельному перепаду давления, определяется, что количество PM, осевших на фильтре 24, меньше или равно предельной величине осаждения. Количество PM, осевших на фильтре 24, может быть обнаружено или оценено другими способами без использования датчика 48 перепада давления.
Когда определяется на этапе S12, что условие для выполнения процесса регенерации не удовлетворяется, процедура управления заканчивается. С другой стороны, когда определяется на этапе S12, что условие для выполнения процесса регенерации удовлетворяется, процесс переходит к этапу S13. На этапе S13 флаг регенерации устанавливается во включенное состояние, и процедура управления заканчивается.
Когда флаг регенерации устанавливается во включенное состояние, процесс переходит от этапа S11 к этапу S14 в следующей процедуре управления. На этапе S14 определяется, действительно ли температура Tc каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов выше или равна температуре Tact активации (например, 300°C). Температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов обнаруживается посредством датчика 46 температуры каталитического нейтрализатора, предусмотренного в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов.
Как описано выше, когда температура Tc каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов ниже температуры Tact активации, водород или аммиак не могут быть образованы в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов. Следовательно, когда определяется на этапе S14, что температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов ниже температуры Tact активации, процесс переходит к этапу S15, и процесс повышения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов выполняется. Примеры процесса повышения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов включают в себя управление со смешиванием, в котором топливо-воздушное соотношение воздушно-топливной смеси, которая подается в камеру 5 сгорания, устанавливается в обогащенное топливо-воздушное соотношение в части множества цилиндров, а топливо-воздушное соотношение воздушно-топливной смеси, которая подается в камеры 5 сгорания остальных цилиндров, устанавливается в обедненное топливо-воздушное соотношение. Посредством управления со смешиванием выхлопные газы, содержащие несгоревшие HC и CO, выпускаемые из цилиндров с обогащенным топливо-воздушным соотношением, и выхлопные газы, содержащие большой объем кислорода, выпускаемые из цилиндров с обедненным топливо-воздушным соотношением, смешиваются друг с другом и реагируют друг с другом в каталитическом нейтрализаторе 20 регулирования выхлопных газов. По этой причине, температура каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов повышается с помощью тепла реакции в это время. В процессе повышения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов существующее управление повышением температуры, отличное от управления со смешиванием, может быть использовано вместо управления со смешиванием.
Когда температура Tc каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов повышается до температуры Tact активации или выше в результате процесса повышения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов, процесс переходит от этапа S14 к этапу S16 в следующей процедуре управления. На этапе S16 определяется, действительно ли текущее количество Dpm для PM, осевших на фильтре 24, больше минимального допустимого значения Dmin. Минимальное допустимое значение Dmin является заданным постоянным значением, близким к нулю. Как описано выше, количество Dpm для PM, осевших на фильтре 24, оценивается на основе перепада давления между верхней по потоку стороной и нижней по потоку стороной фильтра 24, обнаруживаемого посредством датчика 48 перепада давления, как описано выше.
Когда определяется на этапе S16, что количество PM, осевших на фильтре 24, больше минимального допустимого значения Dmin, процесс переходит к этапу S17. На этапе S17 управление обогащенным топливо-воздушным соотношением для регулирования объема впрыска топлива из каждого клапана 11 для впрыска топлива выполняется, так что топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, выпускаемых из основной части 1 двигателя, становится обогащенным топливо-воздушным соотношением. Целевое топливо-воздушное соотношение в это время устанавливается, например, равным 13,6.
Затем, на этапе S18, вспомогательный воздух периодически подается посредством устройства 25 подачи вспомогательного воздуха. Период и объем подачи вспомогательного воздуха задаются так, что топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, изменяется, как показано на фиг. 4. Таким образом, PM, осевшие на фильтре 24, постепенно уменьшаются.
После этого, когда количество Dpm для PM, осевших на фильтре 24, уменьшается и становится меньше или равным минимальному допустимому значению Dmin, процесс переходит от этапа S16 к этапу S19 в следующей процедуре управления. На этапе S19 управление обогащенным топливо-воздушным соотношением прекращается, и топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, которые выпускаются из основной части 1 двигателя, устанавливается в топливо-воздушное соотношение во время обычной работы (например, топливо-воздушное соотношение удерживается около стехиометрического топливо-воздушного соотношения). Затем, на этапе S20, подача вспомогательного воздуха из устройства 25 подачи вспомогательного воздуха прекращается. Затем, на этапе S21, флаг регенерации устанавливается в выключенное состояние, и процедура управления заканчивается.
Альтернативный вариант осуществления
Далее, альтернативный вариант осуществления первого варианта осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 6. В первом варианте осуществления процесс регенерации фильтра выполняется, пока транспортное средство, оснащенное двигателем внутреннего сгорания, движется. Однако, процесс регенерации фильтра может выполняться на станции технического обслуживания или в другом месте.
В этом случае, транспортное средство снабжается лампой аварийной сигнализации (не показана), которая оповещает водителя о том, что требуется процесс регенерации фильтра, и лампа аварийной сигнализации соединяется с портом вывода ECU 31 через управляющую схему 45. Лампа аварийной сигнализации зажигается, когда перепад давления между верхней по потоку стороной и нижней по потоку стороной фильтра 24, обнаруживаемый посредством датчика 48 перепада давления, становится больше предельного перепада давления. Когда лампа аварийной сигнализации зажигается, водитель ведет транспортное средство на станцию технического обслуживания.
В этом случае, оборудование регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания не должно включать в себя устройство 25 подачи вспомогательного воздуха, когда выхлопная труба 22 имеет отверстие (не показано) для присоединения устройства подачи вспомогательного воздуха. На станции технического обслуживания крышка, присоединенная к отверстию выхлопной трубы 22, отсоединяется, устройство подачи вспомогательного воздуха присоединяется к этому отверстию, и устройство подачи вспомогательного воздуха электрически соединяется с портом вывода ECU. После чего, процесс регенерации фильтра выполняется.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую процедуру управления для процесса регенерации фильтра согласно настоящему альтернативному варианту осуществления. Иллюстрированная процедура управления выполняется с заданными временными интервалами, после того как устройство 25 подачи вспомогательного воздуха присоединяется.
Сначала, определяется на этапе S31, действительно ли температура Tc каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов выше или равна температуре Tact активации. Когда температура Tc ниже температуры Tact активации, процесс переходит к этапу S32, и выполняется процесс повышения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов. Возможно, что процесс повышения температуры каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов является, например, присоединением электрического нагревателя вокруг каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов и затем подачей электрической мощности к электрическому нагревателю.
После того, когда температура Tc каталитического нейтрализатора 20 регулирования выхлопных газов повышается до температуры Tact активации или выше, процесс переходит от этапа S31 к этапу S33 в следующей процедуре управления. Этапы S33-S37 являются, в основном, аналогичными этапам S16-S20 на фиг. 5, таким образом, их описание пропускается.
Второй вариант осуществления
Далее, оборудование регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 7. Конфигурация и управление оборудования регулирования выхлопных газов согласно второму варианту осуществления являются, в основном, аналогичными конфигурации и управлению оборудования регулирования выхлопных газов согласно первому варианту осуществления, таким образом, участки, отличающиеся от оборудования регулирования выхлопных газов согласно первому варианту осуществления, будут, главным образом, описаны ниже.
Впрочем, когда степень обеднения во время, когда топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является наиболее обедненным, называется амплитудой, когда вспомогательный воздух периодически подается, количество PM, которое удаляется в единицу времени в процессе регенерации фильтра (величина удаления PM) изменяется с амплитудой. Это будет описано со ссылкой на фиг. 7.
Фиг. 7 представляет собой график, показывающий соотношение между амплитудой и температурой фильтра 24. На графике Tact обозначает температуру активации (например, 300°C) фильтра 24, Tpm обозначает наименьшую температуру (например, 500°C), при которой или выше которой PM могут быть удалены с помощью кислорода, и Tot обозначает предельную температуру (например, 950°C), при которой или выше которой фильтр 24 выходит из строя вследствие плавления, или т.п.
Множество сплошных линий на графике представляют линии равной величины удаления, на каждой из которых величина удаления PM является одинаковой. Среди множества сплошных линий сплошная линия, расположенная на верхней стороне, представляет линию равной величины удаления для большей величины удаления PM. Следовательно, как очевидно из фиг. 7, когда температура фильтра 24 является постоянной, величина удаления PM увеличивается, когда амплитуда увеличивается. Когда амплитуда является постоянной, величина удаления PM увеличивается, когда температура фильтра 24 растет. Когда температура фильтра 24 растет, то же количество PM может быть удалено за счет меньшей амплитуды.
Область A на графике представляет следующую область. Когда процесс регенерации фильтра продолжается в состоянии в области, температура фильтра 24, в конечном счете, становится выше или равной предельной температуре Tot. Следовательно, когда процесс регенерации фильтра выполняется, амплитуда должна быть отрегулирована так, чтобы не переходить в состояние в области A.
Даже когда температура фильтра 24 ниже наименьшей температуры Tpm, выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, и выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение, поочередно протекают в фильтр 24 за счет процесса регенерации фильтра. При этом, несгоревшие HC и CO, содержащиеся в выхлопных газах, реагируют с кислородом. Вследствие тепла реакции температура фильтра 24 растет до наименьшей температуры Tpm или выше. Область B на графике представляет следующую область. Даже когда процесс регенерации фильтра продолжается в состоянии в области, температура фильтра 24 не повышается до наименьшей температуры Tpm или выше. Кроме того, область C на графике представляет следующую область. Даже когда процесс регенерации фильтра продолжается в состоянии в области, реакция несгоревших HC и CO с кислородом не происходит в фильтре 24, таким образом, температура фильтра 24 не повышается до температуры Tact активации или выше. Следовательно, когда процесс регенерации фильтра выполняется, амплитуда должна быть отрегулирована, так что состояние не попадает в область B или область C.
В настоящем варианте осуществления степень обеднения (амплитуда) во время, когда топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является наиболее обедненным, изменяется с температурой фильтра 24. Фиг. 8 представляет собой график, показывающий соотношение между температурой фильтра 24 и амплитудой. Как показано на фиг. 8, в настоящем варианте осуществления, в основном, когда температура фильтра 24 уменьшается, амплитуда увеличивается. Таким образом, в то время как величина удаления PM в единицу времени сохраняется равной большой величине, чрезмерное повышение температуры фильтра 24 предотвращается.
Если амплитуда чрезмерно увеличивается, когда конечное среднее топливо-воздушное соотношение, как предполагается, должно быть установлено почти в стехиометрическое топливо-воздушное соотношение, степень обогащения во время, когда топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является наиболее обогащенным, должна быть увеличена. Однако, если топливо-воздушное соотношение воздушно-топливной смеси, которая подается в каждую камеру 5 сгорания, чрезмерно уменьшается, это ведет к ухудшению сгорания, таким образом, степень обогащения не может быть повышена слишком сильно.
В случае, когда степень обогащения во время, когда топливо-воздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является наиболее обогащенным, не изменяется, если амплитуда чрезмерно увеличивается, продолжительность, в течение которой топливо-воздушное соотношение для выхлопных газов, протекающих в фильтр 24, является обогащенным топливо-воздушным соотношением, необходимо чрезмерно продлевать, когда окончательное среднее топливо-воздушное соотношение, как предполагается, должно быть установлено почти в стехиометрическое топливо-воздушное соотношение. Однако, если продолжительность чрезмерно продлевается в такой степени, выхлопные газы, имеющие обогащенное топливо-воздушное соотношение, и выхлопные газы, имеющие обедненное топливо-воздушное соотношение, не смешиваются друг с другом в фильтре 24.
По вышеуказанным причинам, в настоящем варианте осуществления, как показано на фиг. 8, амплитуда увеличивается с уменьшением температуры фильтра 24, и когда амплитуда достигает заданной амплитуды ΔLref, амплитуда сохраняется в заданной амплитуде ΔLref в диапазоне, в котором температура фильтра 24 ниже температуры при заданной амплитуде ΔLref.
Фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую процедуру управления для процесса регенерации фильтра согласно настоящему варианту осуществления. Иллюстрированная процедура управления выполняется с заданными временными интервалами. Этапы S41-S47 на фиг. 9 являются аналогичным этапам S11-S17 на фиг. 5, а этапы S49-S52 на фиг. 9 являются аналогичными этапам S18-S21 на фиг. 5, таким образом, их описание пропускается.
Когда управление обогащенным топливо-воздушным соотношением выполняется на этапе S47, целевое значение амплитуды затем вычисляется на этапе S48. Целевое значение амплитуды, например, вычисляется на основе температуры фильтра 24, обнаруженной посредством датчика 47 температуры фильтра, посредством обращения к карте, которая показана на фиг. 8. Затем, на этапе S49, вспомогательный воздух периодически подается посредством устройства 25 подачи вспомогательного воздуха, так что амплитуда становится целевым значением, вычисленным на этапе S48. Когда степень обогащения топливо-воздушного соотношения выхлопных газов, которые выпускаются из основной части 1 двигателя, изменяется с амплитудой, объем впрыска топлива, который впрыскивается из каждого клапана 11 для впрыска топлива, также регулируется для амплитуды, вычисленной на этапе S48.
1. Оборудование регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания и имеющий каталитическую функцию;
фильтр для улавливания твердых частиц, расположенный в выхлопном канале в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов;
устройство подачи кислорода, выполненное с возможностью подачи газа, содержащего кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр для улавливания твердых частиц, в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов; и
электронный блок управления, выполненный с возможностью регулирования объема кислорода, который подается из устройства подачи кислорода,
при этом, когда температура каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов попадает в заданный температурный диапазон выше или равный температуре активации, и топливовоздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части двигателя внутреннего сгорания, является обогащенным топливовоздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливовоздушным соотношением, электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливовоздушным соотношением.
2. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 1, в котором заданный температурный диапазон является более высоким или равным 400°C или более низким или равным 600°C.
3. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 1 или 2, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что среднее топливовоздушное соотношение во множестве циклов, в которых топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением, становится стехиометрическим топливовоздушным соотношением.
4. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 1 или 2, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью увеличения степени обеднения в то время, когда топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, является наиболее обедненным, когда температура фильтра для улавливания твердых частиц уменьшается.
5. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 1 или 2, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением с периодом, более коротким или равным периоду, с которым выхлопные газы, имеющие обедненное топливовоздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливовоздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц, и выхлопные газы, имеющие обогащенное топливовоздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обедненное топливовоздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц.
6. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 1 или 2, в котором фильтр для улавливания твердых частиц имеет каталитическую функцию.
7. Оборудование регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
каталитический нейтрализатор регулирования выхлопных газов, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания и имеющий каталитическую функцию;
фильтр для улавливания твердых частиц, расположенный в выхлопном канале в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов;
устройство подачи кислорода, выполненное с возможностью подачи газа, содержащего кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр для улавливания твердых частиц, в местоположении ниже по потоку от каталитического нейтрализатора регулирования выхлопных газов в направлении протекания выхлопных газов; и
электронный блок управления, выполненный с возможностью регулирования объема кислорода, который подается из устройства подачи кислорода,
при этом при условии, что в каталитическом нейтрализаторе регулирования выхлопных газов образуется водород или аммиак, когда топливовоздушное соотношение выхлопных газов, выпускаемых из основной части двигателя внутреннего сгорания, является обогащенным топливовоздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливовоздушным соотношением, электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливовоздушным соотношением.
8. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 7, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что среднее топливовоздушное соотношение во множестве циклов, в которых топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением, становится стехиометрическим топливовоздушным соотношением.
9. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 7 или 8, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью увеличения степени обеднения в то время, когда топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, является наиболее обедненным, когда температура фильтра для улавливания твердых частиц уменьшается.
10. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 7 или 8, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением с периодом, более коротким или равным периоду, с которым выхлопные газы, имеющие обедненное топливовоздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливовоздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц, и выхлопные газы, имеющие обогащенное топливовоздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обедненное топливовоздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц.
11. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 7 или 8, в котором фильтр для улавливания твердых частиц имеет каталитическую функцию.
12. Оборудование регулирования выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
фильтр для улавливания твердых частиц, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания;
устройство подачи кислорода, выполненное с возможностью подачи газа, содержащего кислород, в выхлопные газы, протекающие в фильтр для улавливания твердых частиц; и
электронный блок управления, выполненный с возможностью управления объемом кислорода, который подается из устройства подачи кислорода,
при этом при условии, что NO2 образуется с помощью кислорода, подаваемого из устройства подачи кислорода, когда кислород, который подается из устройства подачи кислорода в выхлопные газы, периодически увеличивается или уменьшается, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением, более обогащенным по сравнению со стехиометрическим топливовоздушным соотношением, и обедненным топливовоздушным соотношением, более обедненным по сравнению со стехиометрическим топливовоздушным соотношением, электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением.
13. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 12, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что среднее топливовоздушное соотношение во множестве циклов, в которых топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением, становится стехиометрическим топливовоздушным соотношением.
14. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 12 или 13, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью увеличения степени обеднения в то время, когда топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, является наиболее обедненным, когда температура фильтра для улавливания твердых частиц уменьшается.
15. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 12 или 13, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью обеспечения подачи кислорода в выхлопные газы посредством устройства подачи кислорода, в то же время периодически увеличивая или уменьшая кислород, так что топливовоздушное соотношение выхлопных газов, протекающих в фильтр для улавливания твердых частиц, поочередно изменяется между обогащенным топливовоздушным соотношением и обедненным топливовоздушным соотношением с периодом, более коротким или равным периоду, с которым выхлопные газы, имеющие обедненное топливовоздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обогащенное топливовоздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц, и выхлопные газы, имеющие обогащенное топливовоздушное соотношение, протекают в фильтр для улавливания твердых частиц, прежде чем выхлопные газы, имеющие обедненное топливовоздушное соотношение и протекшие в фильтр для улавливания твердых частиц, вытекают из фильтра для улавливания твердых частиц.
16. Оборудование регулирования выхлопных газов по п. 12 или 13, в котором фильтр для улавливания твердых частиц имеет каталитическую функцию.
