废气净化系统以及废气净化方法 |
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| 申请号 | CN201480041916.X | 申请日 | 2014-09-29 | 公开(公告)号 | CN105408597A | 公开(公告)日 | 2016-03-16 |
| 申请人 | 五十铃自动车株式会社; | 发明人 | 长冈大治; 游座裕之; 中田辉男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供废气 净化 系统以及废气净化方法。在催化剂装置(31a)的催化剂 温度 (T)为下限催化剂温度(Tc)以下时禁止 空燃比 浓控制，并且在满足NOx吸藏量的推断值(V)达到浓开始 阈值 (Vc)的第1定时(ti1)以及基于浓间隔时间映射(M1)的设定间隔时间(tic)的第2定时(ti2)的双方的情况下，开始空燃比浓控制，将以催化剂温度(T)和NOx吸藏量的推断值(V)相对于浓开始阈值(Vc)的吸藏比(R)为 基础 而预先设定的浓间隔修正系数(α)与设定间隔时间(tic)相乘来修正第2定时(ti2)。由此，降低通过空燃比浓控制使催化剂的净化能 力 恢复的催化剂装置(31a)的空燃比浓控制的频度，在防止白烟产生以及HC 泄漏 的同时进行催化剂温度(T)的升温，实现废气成分的改善和 燃料 消耗率的改善。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种废气净化系统，在内燃机的排气通路上具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置以及进行上述空燃比浓控制的控制装置，其特征在于，上述控制装置构成为， |
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| 说明书全文 | 废气净化系统以及废气净化方法技术领域[0001] 本发明涉及废气净化系统以及废气净化方法，在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置的废气净化系统中，能够降低空燃比浓控制的频度，能够在防止白烟产生以及HC泄漏的同时进行催化剂温度的升温，能够实现废气成分的改善和燃料消耗率的改善。 背景技术[0002] 一般情况下，车辆通过将在内燃机中使燃料燃烧而产生的动力经由变速器等传递至车轮来行驶，但是在通过该燃烧而产生的废气中含有NOx(氮氧化物)、PM(Particulate Matter：粒子状物质)等，因此不直接放出到大气中，而在内燃机的排气通路上设置废气的后处理装置，在该后处理装置中设置载持有催化剂的催化剂装置，通过该催化剂装置对废气所含有的NOx、PM等进行净化处理。作为用于对该NOx进行净化的催化剂装置，例如使用NOx吸藏还原型催化剂(LNT：Lean NOx Trap)、选择还原型NOx催化剂(SCR：Selective Catalytic Reduction)。 [0003] 该NOx吸藏还原型催化剂装置为，在车辆的通常行驶时、即废气的空燃比处于稀状态时，将废气所含有的NO氧化为NO2而吸藏，在该吸藏的NOx量接近吸藏极限时，进行通过使废气的空燃比成为浓状态来使吸藏的NOx量放出并且对所放出的NOx进行还原的空燃比浓控制。 [0004] 在该空燃比浓控制中，为了使废气的空燃比成为浓状态，而在缸内燃料喷射中进行后喷射，或者从设置于排气通路的燃料喷射装置朝废气中直接喷射燃料。由此，使废气中的HC量暂时增加，并且通过废气中的氧使该HC燃烧，使废气成为浓状态。 [0005] 而且，根据NOx吸藏量的推断值(计算值)达到与吸藏极限值相关联地设定的浓开始阈值的定时、或者基于由对于从上次的空燃比浓控制到下次的空燃比浓控制为止的经过时间的浓间隔时间映射(基础浓间隔映射)规定的经过时间的定时等，决定进行空燃比浓控制的浓间隔。 [0006] 另一方面，根据NOx还原量的推断值(计算值)达到浓结束阈值(目标还原量阈值)的定时、或者基于由对于从空燃比浓控制的开始时起的经过时间的浓持续时间映射规定的时间的定时等，决定空燃比浓控制的每一次的持续浓状态的持续时间。 [0008] 因此，对于该NOx的吸藏量为阈值以上的状况，在现有技术中，如图4所示那样，禁止空燃比浓控制直至内燃机的暖机结束为止，在暖机完成后解除空燃比浓控制的禁止，并且，在该禁止解除紧后，为了将过剩地吸藏的NOx放出以及还原净化，而以较短的间隔频繁地进行空燃比浓控制，由此进行尽早从该NOx净化率恶化的状态脱离那样的控制。 [0009] 但是，在实际道路行驶时，当在起动紧后等催化剂温度较低的状态下进行这样的较短间隔的空燃比浓控制时，由于频发的空燃比浓控制，而产生朝排气通路过剩供给HC而产生白烟的问题。此外，在催化剂的温度较低时，催化剂的化学反应速度较慢，因此当与通常相同地进行空燃比浓控制时，还会产生HC的氧化还原反应来不及进行而产生剩余HC被朝大气中放出的HC泄漏这种问题。 [0010] 与此相关联，例如，如日本申请的特开2009-270446号公报所记载的那样，提出有如下的废气净化方法以及废气净化系统：在内燃机的排气通路上，在NOx吸藏还原型催化剂的下游侧具备对废气中的HC进行吸附的HC吸附材料，在进行NOx再生控制时，在将HC吸附材料的温度作为指标的指标温度为第1判定温度以下时，通过空气过剩率换算将废气的空燃比设为0.8～1.1，在第1判定温度与第2判定温度之间时设为1.0～1.1，在第2判定温度以上时设为0.8～1.1，由此实现HC朝大气中的流出的改善。 [0011] 现有技术文献 [0013] 专利文献1：日本申请的特开2009-270446号公报 发明内容[0014] 发明要解决的课题 [0015] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供废气净化系统以及废气净化方法，在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置的废气净化系统中，通过对于空燃比浓控制的开始判定和结束判定与内燃机的运转状态相匹配地提供更适当的判定基准，由此能够降低空燃比浓控制的频度，能够在防止白烟产生以及HC泄漏的同时进行催化剂温度的升温，并能够实现废气成分的改善和燃料消耗率的改善。 [0016] 用于解决课题的手段 [0017] 用于实现上述目的的本发明的废气净化系统构成为，在内燃机的排气通路上具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置、以及进行上述空燃比浓控制的控制装置，其中，上述控制装置构成为，在催化剂温度为预先设定的下限催化剂温度以下时禁止上述空燃比浓控制，并且，在满足NOx吸藏量的推断值达到预先设定的浓开始阈值的第1定时、以及基于由浓间隔时间映射设定的设定间隔时间的第2定时的双方的情况下，开始上述空燃比浓控制，以上述催化剂装置的催化剂温度、以及NOx吸藏量的推断值相对于浓开始阈值的吸藏比为基础而预先设定浓间隔修正系数，将该浓间隔修正系数与上述设定间隔时间相乘来修正上述第2定时。 [0018] 根据该构成，在通过空燃比浓控制使催化剂装置的催化剂(NOx吸藏还原型催化剂等)的净化能力恢复的废气净化系统中，通过导入以催化剂装置的催化剂温度和NOx吸藏量的推断值相对于浓开始阈值的吸藏比为基础的浓间隔修正系数，由此能够不单独地进行与NOx吸藏量的推断值、催化剂温度、浓间隔相关的判断，而使它们之间具有相互的关系，而按照被最佳化后的浓间隔来进行空燃比浓控制。 [0019] 在上述废气净化系统中，上述控制装置构成为，在使上述空燃比浓控制开始后的浓状态持续的持续时间，满足NOx还原量的推断值达到浓结束阈值的第3定时、以及经过了由浓持续时间映射规定的设定持续时间的第4定时的双方的情况下，结束上述空燃比浓控制，并且，将与催化剂温度相对应地设定的持续时间修正系数与上述设定持续时间相乘来修正上述第4定时，当如此构成时，能够与催化剂装置的催化剂温度以及依存于该催化剂温度的催化剂的反应速度相对应，使空燃比浓控制的持续时间最佳地变化，能够进行更适当的空燃比浓控制。 [0020] 在上述废气净化系统中，上述控制装置为，催化剂温度越低则将上述浓间隔修正系数设定得越大，上述吸藏比越小则将上述浓间隔修正系数设定得越大，催化剂温度越低则将上述持续时间修正系数设定得越大，当如此构成时，通过该构成，在催化剂的温度从禁止空燃比浓控制的状况、例如在内燃机的暖机时等缸内的燃烧变得不稳定那样的状况，成为催化剂温度上升而能够进行空燃比浓控制的状况的情况下，能够使空燃比浓控制的间隔加长，而减少空燃比浓控制的频度，由此，能够防止朝排气通路过剩供给HC以及由该过剩供给导致的白烟的产生。 [0021] 此外，在催化剂的温度较低时，使空燃比浓控制的持续时间加长，因此能够防止供给至排气通路的HC的氧化还原反应来不及进行而剩余HC朝大气中放出的HC泄漏。 [0022] 而且，用于实现上述目的的本发明的废气净化方法为，通过空燃比浓控制使设置在内燃机的排气通路上的催化剂装置的催化剂的净化能力恢复，其特征在于，在催化剂温度为预先设定的下限催化剂温度以下时禁止上述空燃比浓控制，并且在满足NOx吸藏量的推断值达到预先设定的浓开始阈值的第1定时、以及基于由浓间隔时间映射设定的设定间隔时间的第2定时的双方的情况下，开始上述空燃比浓控制，将以上述催化剂装置的催化剂温度和NOx吸藏量的推断值相对于浓开始阈值的吸藏比为基础而预先设定的浓间隔修正系数与上述设定间隔时间相乘来修正上述第2定时。 [0023] 此外，在上述废气净化方法中，在使上述空燃比浓控制开始后的浓状态持续的持续时间，满足NOx还原量的推断值达到浓结束阈值的第3定时、以及经过了由浓持续时间映射规定的设定持续时间的第4定时的双方的情况下，结束上述空燃比浓控制，并且，将与催化剂温度相对应地设定的持续时间修正系数与上述设定持续时间相乘来修正上述第4定时。 [0024] 并且，在上述废气净化方法中，催化剂温度越低则将上述浓间隔修正系数设定得越大，上述吸藏比越小则将上述浓间隔修正系数设定得越大，催化剂温度越低则将上述持续时间修正系数设定得越大。 [0025] 根据这些废气净化方法，能够分别发挥与上述废气净化系统相同的效果。 [0026] 发明的效果 [0027] 根据本发明的废气净化系统以及废气净化方法，在载持NOx吸藏还原型催化剂等、并通过空燃比浓控制使催化剂装置的催化剂的净化能力恢复的废气净化系统中，通过导入以催化剂装置的催化剂温度和NOx吸藏量的推断值相对于浓开始阈值的吸藏比为基础的浓间隔修正系数，由此能够不单独地进行与NOx吸藏量的推断值、催化剂温度、浓间隔相关的判断，而使它们之间具有相互的关系，而按照被最佳化后的浓间隔来进行空燃比浓控制。 [0028] 并且，通过导入与催化剂温度相对应地设定的持续时间修正系数，由此能够使浓状态持续的持续时间与催化剂装置的催化剂温度以及依存于该催化剂温度的催化剂的反应速度相对应地最佳化，能够进行更适当的空燃比浓控制。 [0029] 结果，在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的催化剂装置的废气净化系统中，能够对于空燃比浓控制的开始判定和结束判定与内燃机的运转状态相匹配地提供更适当的判定基准，能够降低空燃比浓控制的频度，能够在防止白烟产生以及HC泄漏的同时进行催化剂温度的升温，并能够实现废气成分的改善和燃料消耗率的改善。附图说明 [0030] 图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的构成的图。 [0031] 图2是示意性地表示在本发明的实施方式的废气净化方法中使用的、以催化剂温度和NOx吸藏量的推断值相对于浓开始阈值的吸藏比为基础的浓间隔修正系数的图。 [0032] 图3是示意性地表示在本发明的实施方式的废气净化方法中使用的、对于催化剂温度的持续时间修正系数的图。 [0033] 图4是示意性地表示用于说明现有技术中的问题的发动机起动后的催化剂推断温度、NOx吸藏量、NOx吸藏量阈值(浓开始阈值)、浓标记的时间序列的图。 具体实施方式[0034] 以下，参照附图对本发明的实施方式的废气净化系统以及废气净化方法进行说明。如图1所示，具备本发明的第1实施方式的废气净化系统1的发动机(内燃机)10，具备发动机主体11、进气通路13和排气通路15。 [0035] 在与该发动机主体11的进气歧管12连接的进气通路13上，从上游侧起依次设置有空气滤清器17、涡轮增压器18的压缩机18b、以及中间冷却器19。此外，在与发动机主体11的排气歧管14连接的排气通路15上，从上游侧起依次设置有涡轮增压器18的涡轮18a。 [0036] 并且，该发动机10构成为，具备EGR系统20、以及具有设置在排气通路15上的废气净化装置31的废气净化系统30。 [0039] 另一方面，废气净化系统30构成为，将废气净化装置31配设在排气通路15上，该废气净化装置31对通过发动机主体11中的燃烧反应而产生的废气G中含有的NOx(氮氧化物)、PM(Particulate Matter：粒子状物质)等进行净化处理。该净化处理后的废气Gc经由消声器(未图示)等放出到大气中。该废气净化装置31通过NOx吸藏还原型催化剂装置(LNT：催化剂装置)31a、氧化催化剂装置(DOC)(未图示)、选择还原型催化剂装置(SCR)(未图示)等的组合构成。 [0040] 该NOx吸藏还原型催化剂装置31a为，在车辆的通常行驶时、即废气G的空燃比处于稀状态时，将废气G所含有的NO氧化成NO2而吸藏，在该吸藏的NOx量接近吸藏极限时，进行使废气G的空燃比成为浓状态的空燃比浓控制，使所吸藏的NOx量放出，并且对所放出的NOx进行还原。 [0041] 在该空燃比浓控制中，为了使废气G的空燃比成为浓状态，而在缸内燃料喷射中进行后喷射或者从设置于排气通路15的燃料喷射装置32直接朝废气G中喷射燃料F。由此，使废气G中的HC量暂时地增加，并且利用废气G中的氧使该HC燃烧，使废气G成为浓状态。 [0042] 此外，构成为，具备对NOx吸藏还原型催化剂装置31a进行空燃比浓控制的控制装置41。该控制装置41构成为，通常组入于进行发动机10的整体控制、搭载有发动机10的车辆的整体控制的整体系统控制装置40。 [0043] 在本发明中，该控制装置41如以下那样构成。即，在催化剂温度T为预先设定的下限催化剂温度Tc以下时禁止空燃比浓控制。与此同时，在满足NOx吸藏量的推断值V达到预先设定的浓开始阈值Vc的第1定时ti1、以及基于由浓间隔时间映射M1设定的设定间隔时间(浓开始时间阈值)tic的第2定时ti2的双方的情况下，开始空燃比浓控制。 [0044] 而且，以NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和NOx吸藏量的推断值V相对于浓开始阈值Vc的吸藏比R(＝V/Vc)为基础，预先设定浓间隔修正系数α，将该浓间隔修正系数α与设定间隔时间tic相乘来修正第2定时ti2。即，ti2＝tic×α。如图2所例示的那样，该浓间隔修正系数α为，催化剂温度T越大则被设定得越大，吸藏比R越小则被设定得越大。 [0045] 此外，在使空燃比浓控制开始后的浓状态持续的持续时间te，满足NOx还原量的推断值V达到浓结束阈值Ve的第3定时te3、以及经过了由浓持续时间映射M2规定的设定持续时间tec的第4定时te4的双方的情况下，结束空燃比浓控制。而且，将与催化剂温度T对应地设定的持续时间修正系数β与该设定持续时间tec相乘来修正第4定时te4。即，te4＝tec×β。如图3所例示的那样，该持续时间修正系数β为，催化剂温度T越低则被设定得越大。 [0046] 接着，对上述废气净化系统1的废气净化方法进行说明。本发明的实施方式的该废气净化方法，是通过空燃比浓控制使设置在发动机10的排气通路15上的NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂的净化能力恢复的废气净化方法，在催化剂温度T为预先设定的下限催化剂温度Tc以下时禁止空燃比浓控制。 [0047] 与此同时，在满足NOx吸藏量的推断值V达到预先设定的浓开始阈值Vc的第1定时ti1、以及基于由浓间隔时间映射M1设定的设定间隔时间tic的第2定时ti2的双方的情况下，开始空燃比浓控制。而且，将浓间隔修正系数α与设定间隔时间tic相乘来修正第2定时ti2，以NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和NOx吸藏量的推断值V相对于浓开始阈值Vc的吸藏比R(＝V/Vc)为基础，预先设定该浓间隔修正系数α，并如图2所例示的那样，催化剂温度T越低则将该浓间隔修正系数α设定得越大、吸藏比R越小则将该浓间隔修正系数α设定得越大。即，ti2＝tic×α。 [0048] 此外，在使空燃比浓控制开始后的浓状态持续的持续时间te，满足NOx还原量的推断值V达到浓结束阈值Ve的第3定时te3、以及经过了由浓持续时间映射M2规定的设定持续时间tec的第4定时te4的双方的情况下，结束空燃比浓控制。而且，将该设定持续时间tec与持续时间修正系数β相乘来修正第4定时te4，如图3所例示的那样，与催化剂温度T相对应，催化剂温度T越低则将该持续时间修正系数β设定得越大。即，te4＝tec×β。 [0049] 根据上述构成的废气净化系统1以及废气净化方法，在通过空燃比浓控制使载持有NOx吸藏还原型催化剂的NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂的净化能力恢复的废气净化系统1中，通过导入以NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T和NOx吸藏量的推断值V相对于浓开始阈值Vc的吸藏比R(＝V/Vc)为基础的浓间隔修正系数α，由此能够不单独地进行与NOx吸藏量的推断值V、催化剂温度T、浓间隔ti相关的判断，而使它们之间具有相互的关系，而能够按照被最佳化后的浓间隔ti来进行空燃比浓控制。 [0050] 并且，通过导入与催化剂温度T对应地设定的持续时间修正系数β，由此能够使浓状态持续的持续时间te与NOx吸藏还原型催化剂装置31a的催化剂温度T、以及依存于该催化剂温度T的催化剂的反应速度相对应地最佳化，能够进行更适当的空燃比浓控制。 [0051] 结果，在具备通过空燃比浓控制使催化剂的净化能力恢复的NOx吸藏还原型催化剂装置31a的废气净化系统1中，对于空燃比浓控制的开始判定和结束判定能够与发动机10的运转状态相匹配地提供更适当的判定基准，能够降低空燃比浓控制的频度，能够在防止白烟产生以及HC泄漏的同时进行催化剂温度T的升温，并能够实现废气成分的改善和燃料消耗率的改善。 [0052] 符号的说明 [0053] 1：废气净化系统；15：排气通路；30：废气净化系统；31：废气净化装置；31a：NOx吸藏还原型催化剂装置；32：燃料喷射装置；40：整体系统控制装置；41：控制装置；G：废气；M1：浓间隔时间映射；M2：浓持续时间映射；R：(＝V/Vc)吸藏比；T：催化剂温度；Tc：下限催化剂温度；te：使浓状态持续的持续时间；te3：第3定时；te4：第4定时；tec：设定持续时间(浓结束时间阈值)；ti1：第1定时；ti2：第2定时；tic：设定间隔时间(浓开始时间阈值)；V：NOx吸藏量的推断值；Vc：浓开始阈值；Ve：浓结束阈值；α：浓间隔修正系数；β：持续时间修正系数。 |
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