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内燃机的排气净化装置
申请号	CN201480010793.3	申请日	2014-02-18	公开(公告)号	CN105026717B	公开(公告)日	2017-12-19
申请人	五十铃自动车株式会社;			发明人	内山正; 阿曾充宏; 野田正文;
摘要	本发明涉及一种内燃机的排气净化装置，提高NOx净化性能。具备：DPF(16)，捕集排气中的PM；尿素水喷射装置(21)，朝排气中喷射尿素水；SCR(22)，对排气中的NOx进行还原净化；静电电容检测机构(17a、17b、41)，检测DPF(16)的静电电容；DPF 温度推测部(43)，基于静电电容来推测DPF(16)的内部温度；以及再生控制部(44)，执行DPF(16)的强制再生；再生控制部(44)基于PM开始燃烧的目标下限温度以及能够避免过滤器熔损的目标上限温度，在内部温度为SCR活性温度以上的情况下，以使内部温度成为目标下限温度的燃料供给量来执行强制再生，在内部温度不足SCR活性温度的情况下，再生控制部(44)以使内部温度成为目标上限温度的燃料供给量来执行强制再生。
权利要求	1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：过滤器，设置于内燃机的排气通路，捕集排气中的微粒物；尿素水喷射机构，设置于比上述过滤器靠下游侧的排气通路，朝排气中喷射尿素水；选择性还原催化剂，设置于比上述尿素水喷射机构靠下游侧的排气通路，使用从尿素水生成的氨对排气中的氮化物进行还原净化；静电电容检测机构，检测上述过滤器的静电电容；过滤器温度推测机构，基于所检测到的上述静电电容，推测上述过滤器的内部温度；以及过滤器再生机构，能够朝上述过滤器供给燃料，而执行将该过滤器升温至微粒物的燃烧温度以上的强制再生，上述过滤器再生机构为，基于预先设定的微粒物开始燃烧的目标下限温度以及能够避免过滤器熔损的目标上限温度，在计算出的上述内部温度为选择性还原催化剂的活性温度以上的情况下，以使该内部温度成为上述目标下限温度的燃料供给量来执行强制再生，另一方面，在计算出的上述内部温度不足选择性还原催化剂的活性温度的情况下，以使该内部温度成为上述目标上限温度的燃料供给量来执行强制再生。 2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，上述静电电容检测机构具有一对电极，该一对电极分别插入到上述过滤器内的隔着一个以上单元而对置的一对单元中。 3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，还具备：旁通通路，从比上述过滤器靠上游侧的排气通路分支，对该过滤器进行迂回；以及第二过滤器，设置于上述旁通通路，捕集在该旁通通路中流动的排气中的微粒物，上述一对电极分别插入到上述第二过滤器内的隔着一个以上单元而对置的一对单元中。 4.如权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，在执行上述第二过滤器的强制再生时，使上述一对电极作为加热器起作用。
说明书全文	内燃机的排气净化装置技术领域 [0001] 本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。背景技术 [0002] 作为对从柴油发动机排出的废气中的微粒物(Particulate Matter，以下称为PM)进行捕集的过滤器，例如已知柴油颗粒过滤器(Diesel Particulate Filter，以下称为DPF)。 [0003] 由于DPF的PM捕集量存在限度，因此需要进行将所堆积的PM定期地燃烧除去的强制再生。强制再生如下地进行：通过排气管内喷射、后喷射，向排气上游侧的氧化催化剂供给未燃燃料(主要是HC)，利用通过氧化而产生的热将废气的温度升温至PM燃烧温度。 [0004] 此外，作为对废气中的氮化物(以下称为NOx)进行净化的NOx催化剂，还已知使用从尿素水利用排气热而水解生成的氨(NH3)对废气中的NOx进行选择性还原净化的选择性还原催化剂(Selective Catalytic Reduction：以下称为SCR)。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特开2013-2283号公报 [0008] 专利文献2：日本特开2009-243316号公报发明内容 [0009] 发明要解决的课题 [0010] 然而，SCR的NOx净化性能根据催化剂温度(流入的废气温度)而变化。尤其是，在SCR未达到活性温度的低温区域中，作为还原剂的氨(NH3)的吸附降低，因此成为使NOx净化率恶化的主要原因。因此，为了提高SCR的NOx净化性能，需要使向SCR流入的废气温度提早升温至活性温度。 [0011] 本发明是鉴于这一点来进行的，其目的在于通过使向SCR流入的废气温度提早升温至活性温度，由此有效地提高NOx净化率。 [0012] 用于解决课题的手段 [0013] 为了实现上述目的，本发明的内燃机的排气净化装置的特征在于，具备：过滤器，设置于内燃机的排气通路，捕集排气中的微粒物；尿素水喷射机构，设置于比上述过滤器靠下游侧的排气通路，朝排气中喷射尿素水；选择性还原催化剂，设置于比上述尿素水喷射机构靠下游侧的排气通路，使用从尿素水生成的氨对排气中的氮化物进行还原净化；静电电容检测机构，检测上述过滤器的静电电容；过滤器温度推测机构，基于所检测到的上述静电电容，推测上述过滤器的内部温度；以及过滤器再生机构，能够执朝上述过滤器供给燃料，行将该过滤器升温至微粒物的燃烧温度以上的强制再生；上述过滤器再生机构为，基于预先设定的微粒物开始燃烧的目标下限温度以及能够避免过滤器熔损的目标上限温度，在计算出的上述内部温度为选择性还原催化剂的活性温度以上的情况下，以使该内部温度成为上述目标下限温度的燃料供给量来执行强制再生，另一方面，在计算出的上述内部温度不足选择性还原催化剂的活性温度的情况下，以使该内部温度成为上述目标上限温度的燃料供给量来执行强制再生。 [0014] 此外，也可以为，上述静电电容检测机构具有一对电极，该一对电极分别插入到上述过滤器内的隔着至少一个以上单元而对置的一对单元中。 [0015] 此外，也可以为，上述内燃机的排气净化装置还具备：旁通通路，从比上述过滤器靠上游侧的排气通路分支，对该过滤器进行迂回；以及第二过滤器，设置于上述旁通通路，捕集在该旁通通路中流动的排气中的微粒物；上述一对电极分别插入到上述第二过滤器内的隔着至少一个以上单元而对置的一对单元中。 [0016] 此外，也可以为，在执行上述第二过滤器的强制再生时，使上述一对电极作为加热器起作用。 [0017] 发明的效果 [0018] 根据本发明的内燃机的排气净化装置，通过将向SCR流入的废气温度提早升温至活性温度，由此能够有效地提高NOx净化率。附图说明 [0019] 图1是表示本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置的示意性整体构成图。 [0020] 图2是在本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置中对静电电容、DPF入口温度、DPF出口温度的变化进行说明的图。 [0021] 图3是表示本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置的控制内容的流程图。 [0022] 图4是表示本发明的其他实施方式的内燃机的排气净化装置的示意性整体构成图。具体实施方式 [0023] 以下，基于图1～3对本发明的一个实施方式的内燃机的排气净化装置进行说明。对相同的部件赋予相同的符号，这些部件的名称以及功能也相同。因而，不对这些部件重复进行详细说明。 [0024] 如图1所示，柴油发动机(以下，简称为发动机)10设置有进气歧管10a和排气歧管10b。进气歧管10a连接有导入新气的进气通路11，排气歧管10b连接有将废气向大气中放出的排气通路12。并且，在排气通路12上，从排气上游侧起依次设置有前级后处理装置14以及后级后处理装置20。另外，发动机10并不限定于柴油发动机，也能够广泛应用于汽油发动机等其他内燃机。 [0025] 前级后处理装置14构成为，在壳体14a内从上游侧起依次配置氧化催化剂(Diesel Oxidation Catalyst：以下，称作DOC)15、以及DPF16。此外，在DOC15的上游侧设置有排气管内喷射装置13，在DPF16的上游侧设置有DPF入口温度传感器18，在DPF16的下游侧设置有DPF出口温度传感器19。 [0026] 排气管内喷射装置13根据从电子控制单元(以下，称为ECU)40输出的指示信号，朝排气通路12内喷射未燃燃料(主要是HC)。另外，在利用基于发动机10的多级喷射的后喷射的情况下，也可以省略该排气管内喷射装置13。 [0027] DOC15例如通过在堇青石蜂窝构造体等陶瓷制载体表面上载持催化剂成分而形成。DOC15为，当通过排气管内喷射装置13或者后喷射而被供给未燃燃料(主要是HC)时，使该未燃燃料氧化而使废气的温度上升。此外，DOC15通过使废气中的NO氧化而生成NO2，由此使废气中的NO2相对于NO的比率增加。 [0028] DPF16例如通过将由多孔的分隔壁划分的多个单元沿着废气的流动方向配置，并将这些单元的上游侧和下游侧交替地封孔而形成。DPF16将废气中的PM捕集到分隔壁的细孔、表面上，并且，当PM的堆积量达到规定量时，执行将PM燃烧除去的所谓的强制再生。强制再生如下地进行：通过排气管内喷射装置13或者后喷射，向DOC15供给未燃燃料(主要是HC)，将DPF16升温至PM燃烧温度(例如，大约600℃)以上。 [0029] 此外，在本实施方式的DPF16中设置有一对电极17a、17b，该一对电极17a、17b分别插入到隔着至少一个以上单元而对置的一对单元中而形成电容器。这一对电极17a、17b与ECU40电连接。 [0030] DPF入口温度传感器18检测向DPF16流入的废气的温度(以下，称为入口温度TIN)。DPF出口温度传感器19检测从DPF16流出的废气的温度(以下，称为出口温度TOUT)。该入口温度TIN以及出口温度TOUT向所电连接的ECU40输出。 [0031] 后级后处理装置20构成为，从上游侧起依次具备尿素水喷射装置21、以及配置在壳体20a内的SCR22。 [0032] 尿素水喷射装置21根据从ECU40输出的指示信号，向前级后处理装置14与后级后处理装置20之间的排气通路12内喷射未图示的尿素水箱内的尿素水。所喷射的尿素水通过排气热而水解而生成氨(NH3)，所生成的氨被作为还原剂向下游侧的SCR22供给。 [0033] SCR22例如通过在蜂窝构造体等陶瓷制载体表面上载持铜沸石或者铁沸石而形成。SCR22吸附作为还原剂供给的氨(NH3)，并且利用所吸附的氨(NH3)从所通过的废气中还原净化NOx。 [0034] ECU40进行发动机10、排气管内喷射装置13、以及尿素水喷射装置21等的各种控制，具备公知的CPU、ROM、RAM、输入端口、以及输出端口等而构成。此外，ECU40作为一部分的功能要素而具有静电电容运算部41、PM堆积量推测部42、DPF温度推测部43以及再生控制部44。这些各功能要素作为包含于一体的硬件即ECU40的要素进行说明，但也能够将这些功能要素的任意一部分设置为分体的硬件。另外，在本实施方式中，静电电容运算部41以及电极 17a、17b构成本发明的静电电容检测机构。 [0035] 静电电容运算部41基于从一对电极17a、17b输入的信号，对该电极17a、17b间的静电电容C进行运算。通过将电极17a、17b间的介质的介电常数设为ε、电极17a、17b的面积设为S、电极17a、17b间的距离设为d的以下的数式1，来运算静电电容C。 [0036] [数式1] [0037] [0038] PM堆积量推测部42基于由DPF入口温度传感器18检测到的入口温度TIN以及由DPF出口温度传感器19检测到的出口温度TOUT的平均值TAVE、和由静电电容运算部41运算出的静电电容C，来推测DPF16所捕集到的PM堆积量PMDEP。PM堆积量PMDEP的推测，能够使用预先通过实验而求出的近似式、映射等。 [0039] DPF温度推测部43对DPF16的内部温度(以下，称为DPF内部温度TDPF)进行推测。如图2所示，静电电容C的变化示出与DPF入口温度传感器18、DPF出口温度传感器19的检测值相同的响应性。此外，静电电容C的变化示出比DPF入口温度传感器18、DPF出口温度传感器19更快的响应性。本实施方式的DPF温度推测部43基于由静电电容运算部41运算出的静电电容C以及由PM堆积量推测部42推测出的PM堆积量PMDEP，来推测DPF内部温度TDPF。 [0040] 更详细地说，PM堆积量根据运转状态而变化，但在规定的短时间(例如，大约1秒)内，变化存在限度。在本实施方式中，将紧前所推测出的PM堆积量PMDEP作为固定值来处理，根据瞬间的静电电容C的变化，来推测在DPF入口温度传感器18、DPF出口温度传感器19中无法追踪的DPF内部温度TDPF的突发的温度变化。DPF内部温度TDPF的推测，能够使用预先通过实验求出的近似式、映射等。 [0041] 当由PM堆积量推测部42推测的PM堆积量PMDEP达到DPF16能够捕集的上限堆积量PMMAX时，再生控制部44执行使排气管内喷射装置13喷射燃料(或者，后喷射)的强制再生。根据由DPF温度推测部43推测的DPF内部温度TDPF(即，向SCR22流入的废气温度)，对该强制再生时的燃料喷射量进行反馈控制。 [0042] 更详细来说，ECU40预先存储有堆积于DPF16的PM开始燃烧的下限目标温度T1(例如，600℃)、以及能够避免由于DPF16的过度升温而引起的熔损的上限目标温度T2(例如，900℃)。 [0043] 在DPF内部温度TDPF达到SCR22的活性温度TACT的情况(TDPF≥TACT)下，再生控制部44对燃料喷射量进行反馈控制，以使强制再生时的DPF内部温度TDPF成为下限目标温度T1(PM燃烧下限温度)。由此，能够有效地抑制强制再生时的SCR22的过度升温，能够防止NOx净化性能降低。 [0044] 另一方面，在DPF内部温度TDPF未达到SCR22的活性温度TACT的情况(TDPF＜TACT)下，再生控制部44对燃料喷射量进行反馈控制，以使强制再生时的DPF内部温度TDPF成为上限目标温度T2(熔损上限温度)。由此，能够将向低温时的SCR22的供给气体温度提早上升至活性温度TACT，能够提高NOx净化性能。 [0045] 接着，基于图3对本实施方式的排气净化装置的控制流程进行说明。另外，在点火键的开启操作的同时开始本控制。 [0046] 在步骤(以下，将步骤简记为S)100中，判定根据静电电容C推测的PM堆积量PMDEP是否达到上限堆积量PMMAX。在PM堆积量PMDEP为上限堆积量PMMAX以上的情况(是)下，本控制前进至S110。另一方面，在PM堆积量PMDEP不足上限堆积量PMMAX的情况(否)下，本控制返回。 [0047] 在S110中，判定根据静电电容C以及PM堆积量PMDEP推测的DPF内部温度TDPF是否达到SCR22的活性温度TACT。在DPF内部温度TDPF为活性温度TACT以上的情况(是)下，本控制前进至S120。在S120中，对强制再生时的燃料喷射量进行反馈控制，以使DPF内部温度TDPF成为下限目标温度T1(PM燃烧下限温度)，之后，本控制返回。 [0048] 另一方面，在S110中，在DPF内部温度TDPF不足活性温度TACT的情况(否)下，本控制前进至S130。在S130中，对强制再生时的燃料喷射量进行反馈控制，以使DPF内部温度TDPF成为上限目标温度T2(熔损上限温度)，之后，本控制返回。 [0049] 接着，对本实施方式的内燃机的排气净化装置的作用效果进行说明。 [0050] 在一般情况下，SCR22的NOx净化性能特别是在SCR22未达到活性温度的低温区域中降低。因此，为了提高SCR22的NOx净化性能，需要使向SCR22流入的废气温度提早升温至活性温度。 [0051] 在本实施方式的内燃机的排气净化装置中构成为，根据响应性比排气温度传感器更快的静电电容C的变化来高精度地推测DPF内部温度，并且根据该DPF内部温度来控制强制再生时的燃料喷射量。特别是在DPF内部温度达到SCR22的活性温度的情况下，对燃料喷射量进行反馈控制以使DPF内部温度成为PM燃烧下限温度，另一方面，在DPF内部温度未达到SCR22的活性温度的情况下，对燃料喷射量进行反馈控制以使DPF内部温度成为过滤器熔损的上限温度。 [0052] 因而，根据本实施方式的内燃机的排气净化装置，能够根据响应性比排气温度传感器更快的静电电容C来高精度地推测DPF16的内部温度，并且能够利用强制再生时的PM燃烧热将低温的SCR22提早升温至活性温度。结果，能够有效地提高SCR22的NOx净化性能。 [0053] 另外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当变形而实施。 [0054] 例如，也可以如图4所示那样构成为，在排气通路12上连接对DPF16进行迂回的旁通通路12a，在该旁通通路12a上具备容量较小的计测用DPF16a(第二过滤器)。在该情况下，优选将一对电极17a、17b分别插入到计测用DPF16a内的隔着至少一个以上单元而对置的一对单元中，并且在旁通通路12a上设置对废气的流量进行调整的小孔12b(节流孔)。此外，在执行计测用DPF16a的强制再生的情况下，也可以对一对电极17a、17b施加电压而使其作为加热器起作用。 [0055] 此外，NOx催化剂并不限于SCR22，也可以是在稀空燃比时对NOx进行吸附、在浓空燃比时对NOx进行还原的NOx吸附还原型催化剂(Lean NOx Trap：LNT)。在该情况下，也能够发挥与上述实施方式相同的作用效果。 [0056] 符号的说明 [0057] 10 发动机 [0058] 12 排气通路 [0059] 13 排气管内喷射装置 [0060] 14 前级后处理装置 [0061] 16 DPF(过滤器) [0062] 17a、17b 电极(静电电容检测机构) [0063] 20 后级后处理装置 [0064] 21 尿素水喷射装置(尿素水喷射机构) [0065] 22 SCR(选择性还原催化剂) [0066] 40 ECU [0067] 41 静电电容运算部(静电电容检测机构) [0068] 42 PM堆积量推测部 [0069] 43 DPF温度推测部(过滤器温度推测机构) [0070] 44 再生控制部(过滤器再生机构)

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