内燃机的排气净化装置

摘要

抑制附着于点火单元的异物的燃烧引起的点火单元的老化。具备：用于向内燃机的排气通路(3)内供给燃料的燃料供给装置(12)；用于使供给的燃料燃烧的加热装置(15)；控制器(30)。当排气的未燃成分堆积在加热装置(15)时，控制器(30)通过加热装置(15)使从供给装置(12)供给的燃料点火而使排气的温度上升之前，通过加热装置(15)使堆积的未燃成分燃烧而将其除去。

权利要求

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：

用于向内燃机的排气通路内供给燃料的燃料供给单元；

用于使从所述燃料供给单元供给的燃料燃烧的点火单元；及通过所述点火单元使从所述燃料供给单元供给的燃料点火而使流过所述排气通路的排气的温度上升的升温单元，所述内燃机的排气净化装置的特征在于，

还具备除去单元，当排气的未燃成分堆积在所述点火单元时，在通过所述升温单元执行升温之前，所述除去单元使所述堆积的未燃成分燃烧而除去，所述升温单元在预先设定的条件下执行所述升温，该条件是下述条件中的至少任一个条件：在通过所述除去单元进行除去后经过了抑制时间(tc)，该抑制时间(tc)预先设定成即使在经过该抑制时间(tc)之后通过所述升温单元执行升温，所述点火单元的温度也低于不会使所述点火单元老化的温度上限(UL)；及所述点火单元的温度(Tg)低于上限温度(Ta)，该上限温度(Ta)预先设定成即使在低于该上限温度(Ta)的温度下通过所述升温单元执行升温，所述点火单元的温度也低于不会使所述点火单元老化的温度上限(UL)。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备取得所述排气通路的温度的单元，

所述排气通路的温度越高，所述升温单元使所述升温的执行时间越短。

3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备取得来自所述燃料供给单元的燃料供给量的单元，所述燃料供给量越多，所述升温单元使所述升温的执行时间越短。

说明书

内燃机的排气净化装置

技术领域

[0001] 本发明涉及具有将燃料供给到内燃机的排气通路中的功能的排气净化装置。

背景技术

[0002] 设置在内燃机的排气通路中的催化剂具有适合于有害成分的净化的活性温度范围。当催化剂的温度偏离该活性温度范围时，净化能力显著下降。

[0003] 在专利文献1所公开的装置中，从使催化剂活化的目的出发，在排气通路中的催化剂的上游设置喷射燃料的添加阀和用于使喷射的燃料点火的点火单元。在催化剂的温度比活性温度低时，通过点火单元对从添加阀供给的燃料进行点火，由此使催化剂的温度上升。

[0004] 在先技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开2001-107721号公报

发明内容

[0007] 然而，当燃料的未燃成分例如烃(HC)或粒子状物质(PM)堆积在点火单元的加热部时，可能因该堆积的未燃成分的燃烧引起导致点火单元的温度变得过高，促进点火单元的老化。

[0008] 本发明的目的在于抑制因附着的异物的燃烧引起的点火单元的老化。

[0009] 本发明的一方式涉及一种内燃机的排气净化装置，具备：

[0010] 用于向内燃机的排气通路内供给燃料的燃料供给单元；

[0011] 用于使从所述燃料供给单元供给的燃料燃烧的点火单元；及

[0012] 通过所述点火单元使从所述燃料供给单元供给的燃料点火而使流过所述排气通路的排气的温度上升的升温单元，所述内燃机的排气净化装置的特征在于，[0013] 还具备除去单元，当排气的未燃成分堆积在所述点火单元时，在通过所述升温单元执行升温之前，所述除去单元使所述堆积的未燃成分燃烧而除去。

[0014] 在该方式中，燃料供给单元向内燃机的排气通路内供给燃料，点火单元使从所述燃料供给单元供给的燃料燃烧。升温单元通过所述点火单元使从所述燃料供给单元供给的燃料点火，使流过所述排气通路的排气的温度上升。当排气的未燃成分堆积在所述点火单元时，在通过所述升温单元执行升温之前，所述除去单元使所述堆积的未燃成分燃烧而除去。通过除去单元除去堆积的未燃成分，然后进行基于升温单元的升温，因此能抑制点火单元的温度的过度的上升，从而能够抑制点火单元的老化。

[0015] 也可以在通过所述除去单元进行除去后经过了预先设定的抑制时间之后，所述升温单元执行所述升温。在该方式下，通过经过抑制时间而使点火单元的温度下降，因此能够通过简易的结构而适当地抑制点火单元的老化。

[0016] 本发明的装置可以还具备取得所述点火单元的温度的单元，在所述点火单元的温度低于预先设定的上限温度时，所述升温单元执行所述升温。在该方式中，在升温时能保证点火单元的温度低的情况，因此能够适当地抑制点火单元的老化。

[0017] 本发明的装置可以还具备取得所述排气通路的温度的单元，所述排气通路的温度越高，所述升温单元使所述升温的执行时间越短。点火单元配置在排气通路中，因此排气通路的温度越高，则点火单元升温越快。因此，在该方式中，通过抑制过度的升温，而能够适当地抑制点火单元的老化。

[0018] 本发明的装置可以还具备取得来自所述燃料供给单元的燃料供给量的单元，所述燃料供给量越多，所述升温单元使所述升温的执行时间越短。在该方式中，通过抑制过度的升温，而能够适当地抑制点火单元的老化。

[0019] 本发明的另一方式涉及一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：向内燃机的排气通路内供给燃料的燃料供给装置；能够进行加热以使从燃料供给装置供给的燃料燃烧的加热装置；及控制燃料供给装置和加热装置的控制器，其中，所述控制器在包括加热装置的加热动作的开始时在内的预先设定的抑制时间中，抑制来自燃料供给装置的燃料的供给量。

[0020] 燃料供给装置向内燃机的排气通路内供给燃料，加热装置能够进行加热以使从燃料供给装置供给的燃料燃烧。控制器在包括加热装置的加热动作的开始时在内的预先设定的抑制时间中，抑制来自燃料供给装置的燃料的供给量。在该抑制时间中，通过加热装置的加热而使异物燃烧，但另一方面，由于抑制燃料的供给，因此抑制时间中的加热装置的过度的升温得到抑制，由此能够抑制加热装置的老化。

附图说明

[0021] 图1是本发明的实施方式的概念图。

[0022] 图2是表示燃料供给时间映射的设定例的坐标图。

[0023] 图3是表示催化剂加热处理的流程图。

[0024] 图4是表示实施方式中的排气通路内的温度变化的坐标图。

具体实施方式

[0025] 以下，说明本发明的实施方式。在图1中，第一实施方式的内燃机的排气净化装置具有发动机1、进气管2及排气管3。发动机1是柴油内燃机，但也可以是其他形式的内燃机。

[0026] 在进气管2配置有节气门4及平衡箱(surge tank)5。节气门4由节气门促动器7驱动。行驶用的喷射器6朝向发动机1的燃烧室设置。

[0027] 排气管3在图1中的左侧为上游侧而与发动机1连接，图中右侧为下游侧而与未图示的消声器连接。在排气管3内设有催化剂11。催化剂11例如由氧化催化剂、三效催化剂或NOx催化剂构成，基材使用堇青石或金属。

[0028] 催化剂加热用的喷射器12以其喷射口面向排气管3内部的方式设置在比催化剂11靠上游侧的排气管3内。燃料罐13内的燃料经由泵14向喷射器12供给。需要说明的是，为了促进燃烧，也可以设置用于从外部向排气管3的内部供给燃烧用空气的管路、控制阀及压缩机。

[0029] 在比喷射器12靠下游侧的排气管3内设有火花塞15。火花塞15设置在从喷射器12添加的燃料所接触的位置。火花塞15的前端部向排气通路内突出。在火花塞15上连接有用于向其供电的直流电源16及升压电路17。作为点火单元或加热装置，也可以取代火花塞而使用陶瓷加热器。

[0030] 在比催化剂11靠上游侧的排气管3内设有排气温度传感器18。排气温度传感器18具有电阻值根据温度进行变化的热敏电阻，可根据热敏电阻的电阻值变化来检测排气温度的变化。

[0031] 在比催化剂11靠下游侧的排气管3内设有A/F传感器19。A/F传感器19具有由氧离子传导性材料(例如氧化锆)构成的片状的固体电解质元件及夹着该固体电解质元件的一对电极，产生与废气中的氧浓度成比例的输出。A/F传感器19是通过内置的加热器对固体电解质进行直接加热的所谓层叠型的传感器，但也可以是隔着大气层间接地加热固体电解质的所谓杯型。

[0032] 将比催化剂11靠下游侧的排气管3和比平衡箱5靠下游侧的进气管2连结而设置EGR(废气再循环)通路20。在EGR通路20配置有用于冷却废气的中间冷却器21和用于控制流量的EGR控制阀22。

[0033] 节气门促动器7、泵14、火花塞15、升压电路17及EGR控制阀22的动作由ECU(电子控制单元)30控制。

[0034] ECU30是周知的单芯片微型处理器，具备CPU、ROM、RAM、非挥发性存储装置、输入输出接口、A/D转换器及D/A转换器。在ECU30的输入接口上电连接有对包括发动机运转状态及操作输入状态在内的车辆的状态进行检测的各种传感器，且被输入信号。这样的各种传感器中，除了上述的排气温度传感器18及A/F传感器19之外，还包括空气流量计、节气门开度传感器、曲轴角传感器、油门踏板传感器。

[0035] 在ECU30的输出接口上电连接有喷射器6、12、节气门促动器7、泵14、升压电路17及EGR控制阀22，输出控制信号。ECU30基于表示包括空气流量计、节气门开度传感器、曲轴角传感器及油门踏板传感器在内的车辆的状态尤其是发动机的动作状态的参数，算出燃料供给指示量，并输出控制信号，以将喷射器6、12打开与指示量对应的时间。根据该控制信号，从喷射器6、12供给与燃料供给指示量对应的量的燃料。

[0036] 在ECU30的ROM中存储有各种程序及基准值、初期值。此种基准值及初期值包括在后述的处理中使用的抑制时间tc及上限温度Ta。而且在ECU30的ROM中存储有预先生成的燃料供给时间映射(参照图2)。将排气温度Te、燃料供给量Qf、燃料供给时间ts相互建立关联而存储在该燃料供给时间映射中。

[0037] ECU30在从冷机停止状态开始的发动机刚起动之后，进行以下的催化剂加热处理。在图3中，首先ECU30判断规定的除去动作执行条件是否成立(S10)。该除去动作执行条件可设定为，在最后对火花塞15通电而加热后，经过了HC或PM可能以一定程度堆积的规定时间(或行驶了规定的行驶距离)。或者，除去动作只要是在未进行来自喷射器12的燃料添加时进行，就可以在任意的时间进行。在该执行条件不成立时，跳过步骤S20～S50。

[0038] 在除去动作执行条件成立时，ECU30控制升压电路17，而开始火花塞15的通电(即加热)(S20)。该通电在预先设定的抑制时间tc中持续进行(S30)，在此期间不进行来自喷射器6的燃料的供给。其结果是，通过火花塞15的热量，使堆积在其加热部的HC或PM等未燃成分燃烧而除去。抑制时间tc设定成对于使堆积在火花塞15的加热部的未燃成分燃烧而除去来说充分大的值。抑制时间tc的期间进行基于火花塞15的加热，但在堆积的未燃成分燃烧之后，通过排气流对火花塞进行冷却，因此火花塞15的温度下降。

[0039] 抑制时间tc的值既可以是固定值，也可以动态地设定。抑制时间tc的值被动态地设定时，其值也可以基于与堆积的未燃成分的量关联的参数(例如上一次的除去处理后的累计的行驶时间、累计的行驶距离或累计的燃料添加量)及/或与堆积的未燃成分的燃烧速度关联的参数(例如发动机水温或排气温度)来设定。

[0040] 当经过抑制时间tc时，ECU30算出火花塞15的加热部的温度即灼热(glow)温度Tg，读入到RAM(S30)。灼热温度Tg能够基于例如火花塞15的温度电阻特性，通过基于负载电流值的表参照来算出。并且，ECU30判断灼热温度Tg是否低于预先设定的上限温度Ta(S40)，在变低之前反复进行该判断。该上限温度Ta预先设定成比未燃成分等异物不存在时的加热部的温度高、且比异物燃烧时的加热部的温度低的值。因此，在步骤S40判断为肯定时，认为火花塞15的加热部中的异物的燃烧结束，或未堆积足够燃烧的异物而未引起燃烧。上限温度Ta可以是固定值，或者也可以基于车辆的状态(例如发动机水温)来动态地设定。

[0041] 若在步骤S40判断为肯定，则ECU30分别读入通过排气温度传感器18检测的排气温度Te(S60)、及基于例如排气温度传感器18的输出值而设定为可变的燃料供给量Qf(S70)的值。通过另外的处理，燃料供给量Qf被设定成与使排气温度上升至目标值相称的量，而且，设定的燃料供给量Qf的燃料被一次性添加，或以与设定的燃料供给量Qf对应的可变次数进行规定量的添加。接着步骤S70，ECU30基于读入的排气温度Te及燃料供给量Qf的值，参照燃料供给时间映射，由此算出并设定燃料供给时间ts(S80)。如图2所示，排气温度Te越高，而且燃料供给量Qf越多，燃料供给时间ts设定得越短。并且ECU30控制喷射器12，在燃料供给时间ts中，向排气通路供给燃料。燃料的供给既可以连续进行也可以间歇进行。供给的燃料因火花塞15的热量而被点火，在因该燃烧而产生的火焰F的作用下，催化剂11升温。当经过燃料供给时间ts时，ECU30结束基于火花塞15的加热(S100)。

[0042] 在加热刚结束之后或经过了规定的抑制时间之后，分别在预先设定的时间中进行不伴随着基于火花塞15的加热的燃料喷射(后添加)、和由EGR控制阀22及节气门4的开度的增大引起的排气流量的增量(S110)，在它们结束时使处理返回。由于后添加及排气流量的增量，而喷射器12的前端部及火花塞15被冷却，由此点火性能下降，从而抑制由排气管或排气部件的火焰F引起的损伤或熔损。

[0043] 以上的处理的结果是，在本实施方式中，在进行燃料供给(S90)和加热这两者的升温动作的执行之前，从加热的开始到抑制时间tc(S20及S30)，不进行来自喷射器12的燃料供给，而仅进行基于火花塞15的加热。因此，在该抑制时间tc内，不进行燃料供给，而仅使堆积的未燃成分燃烧，因此图4中实线a所示的火花塞15的前端温度如图中椭圆p所示那样低于不会使火花塞15老化的温度上限UL。另一方面，在经过抑制时间tc之后进行基于燃料供给(S90)和加热这两者的升温动作时，由于未燃成分已经被除去，因此仅进行从喷射器12供给的燃料的燃烧，如图中椭圆q所示，不会成为过度高的温度。如此，在本实施方式中，能抑制火花塞15的温度的过度的上升，因此能够抑制火花塞15的老化。在未设置抑制时间tc时，火花塞15的前端温度如点划线b所示，在加热的初期，使堆积的未燃成分和供给的燃料这两者燃烧，因此会超过温度上限UL。需要说明的是，图4中虚线c表示既没有未燃成分的堆积也没有燃料的供给时的火花塞15的前端温度。

[0044] 另外，在本实施方式中，在用于除去堆积的未燃成分的加热开始后经过了预先设定的抑制时间tc之后，开始基于燃料供给和加热的升温，因此通过经过抑制时间tc而使火花塞15的温度下降，所以能够通过简易的结构来适当地抑制加热装置的老化。

[0045] 另外，本实施方式还具备取得火花塞15的温度的单元，ECU30在火花塞15的温度低于预先设定的上限温度时，执行基于燃料供给和加热的升温，因此在升温时能保证火花塞15的温度低的情况，由此能够适当地抑制火花塞15的老化。需要说明的是，解除燃料供给的抑制的条件可以是经过了抑制时间tc的条件(S30)及灼热温度Tg低于上限温度Ta的条件(S50)中的任一方。

[0046] 另外，本实施方式还具备用于取得排气通路的温度的排气温度传感器18，且排气温度Te越高则使作为升温的执行时间的燃料供给时间ts越短，且燃料供给量Qf越多则使所述燃料供给时间ts越短，因此通过抑制过度的升温，而能够适当地抑制火花塞15的老化。

[0047] 另外，在本实施方式中，在加热刚结束之后或经过规定的抑制时间之后，进行不伴随基于火花塞15的加热的燃料喷射(后添加)和由EGR控制阀22及节气门4的开度的增大引起的排气流量的增量(S110)，因此能够迅速地将喷射器12的前端部及火花塞15冷却(图4中的t3以后)。后添加及排气流量的增量也可以仅进行任一方。排气流量的增量也可以在火花塞15的通电(S20)即将进行之前开始，这种情况下，通过使燃烧在比火花塞15的前端靠下游处进行，而能够抑制该前端的温度上升。

[0048] 以一定程度的具体性来说明了本发明，但必须理解为不脱离权利要求书的发明的精神和范围而能够进行各种改变或变更。在上述实施方式中，ECU30在包括火花塞15的加热动作的开始时在内的预先设定的抑制时间tc中，不进行来自喷射器12的燃料的供给(S30)。然而，也可以取代此种结构，而在抑制时间tc中，进行与步骤S90中进行的燃料供给相比量减少了的燃料的供给(例如，基于间歇喷射的供给)。在上述实施方式中，燃料供给时间ts设定作为排气温度Te及燃料供给量Qf的函数，但也可以仅是任一方的函数。

[0049] 标号说明

[0050] 3 排气管

[0051] 11 催化剂

[0052] 6、12 喷射器

[0053] 14 泵

[0054] 15 火花塞

[0055] 18 排气温度传感器

[0056] 22 EGR阀

[0057] 30 ECU