專利名稱：內(nèi)燃機的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
下述的內(nèi)燃機已為公眾所知在內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)配置擔(dān)載了催化劑 的微粒過濾器，在微粒過濾器下游的排氣通路內(nèi)配置選擇還原催化劑，向 微粒過濾器上游的排氣通路內(nèi)供給尿素(例如參照日本特表2004-511691 號公報)。在該內(nèi)燃機中，若擔(dān)載在微粒過濾器上的催化劑被活化，則在 微粒過濾器中可氧化除去在排氣中含有的未燃HC和CO，并且在微粒過 濾器上燃燒除去在排氣中含有的微粒子即微粒。而且，在該內(nèi)燃機中，利 用供給到排氣通路內(nèi)的尿素在選擇還原催化劑上使排氣中含有的NOx還 原。
但是，若這樣向內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)供給尿素，則來源于該尿素的中間 生成物與在排氣中含有的未燃HC發(fā)生反應(yīng)，生成有害的氰化氫HCN。在 這種情況下，特別是如內(nèi)燃機冷起動時那樣從內(nèi)燃機排出大量的未燃HC 時、以及在車輛行駛中排氣中的未燃HC增大的瞬間生成大量的氰化氫， 其結(jié)果，發(fā)生超過容許的濃度的大量的氰化氫HCN被排出到大氣中這一 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可抑制向大氣中排出氰化氫的內(nèi)燃機的排 氣凈化裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置在內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)配置尿素吸附型選擇還原催化劑，通過向流入該選擇還原
催化劑的排氣中供給尿素，在選擇還原催化劑中還原在排氣中含有的NOx， 其中，為了抑制氰化氫的發(fā)生，在選擇還原催化劑上游的內(nèi)燃機排氣通路 內(nèi)配置了用于吸附排氣中的HC的HC吸附催化劑。


圖1是內(nèi)燃機的整體圖。
圖2是表示HCN排出濃度和HC脫離速度的關(guān)系的圖。
圖3是表示HCN排出濃度和HC吸附量的關(guān)系的圖。
圖4是表示HCN排出濃度和HC吸附量的關(guān)系的圖。
圖5是表示升溫控制的時間圖。
圖6是表示NOx吸附量W的圖(map)等的圖。
圖7是表示用于進行HC脫離控制的流程圖。
圖8是表示HCN排出濃度為基準值以上和達到基準值以上的區(qū)域等 的圖。
圖9是用于進行HC脫離控制的流程圖。 圖IO是表示升溫速度和HC脫離速度的關(guān)系等的圖。 圖ll是表示升溫速度和HC吸附量的關(guān)系的圖。 圖12是表示內(nèi)燃機的另一實施例的整體圖。
M實施方式
圖l表示壓縮點火式內(nèi)燃機的整體圖。
參照圖1，附圖標記分別表示如下l-內(nèi)燃機主體；2-各氣缸的燃料室； 3一用于向各燃燒室2內(nèi)分別噴射燃料的電子控制式燃料噴射鬧；4-進氣歧 管；5-排氣歧管。進氣歧管4通過進氣管6與排氣渦輪增壓器7的壓縮機 7a的出口連接，壓縮機7a的入口通過空氣流量計8與空氣濾清器9連接。 在進氣管6內(nèi)配置由步進電機驅(qū)動的節(jié)氣門10,而且在進氣管6周圍配置 用于冷卻在進氣管6內(nèi)流動的吸入空氣的冷卻裝置11。在圖1所示的實施例中，內(nèi)燃機冷卻水被導(dǎo)入冷卻裝置11內(nèi)，由內(nèi)燃機冷卻水冷卻吸入空氣。
另一方面，排氣歧管5與排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b的入口連 接，排氣渦輪7b的出口與HC吸附催化劑12的入口連接。HC吸附催化 劑12的出口通過排氣管13與尿素吸附型選擇還原催化劑14的入口連接， 該選擇還原催化劑14的出口與排氣管15連接。在排氣管13內(nèi)配置用于向 選擇還原催化劑14供給尿素的尿素供給閥16。由該尿素供給閥16向排氣 中噴射含有尿素的尿素水。另外，在各排氣管13、 15內(nèi)分別配置用于檢測 排氣溫度的溫度傳感器17、 18。
排氣歧管5和進氣歧管4通過排氣再循環(huán)(以下稱為EGR)通路19 相互連接，在EGR通路19內(nèi)配置電子控制式EGR控制閥20。另夕卜，在 EGR通路19周圍配置用于冷卻在EGR通路19內(nèi)流動的EGR氣體的冷 卻裝置21。在圖l所示的實施例中，將內(nèi)燃機冷卻水導(dǎo)入冷卻裝置21內(nèi)， 由內(nèi)燃機冷卻水冷卻EGR氣體。另一方面，各燃料噴射閥3通過燃料供 給管22與共軌23連接。由電子控制式的排出量可變的燃料泵24向該共軌 23內(nèi)供給燃料，供給到共軌23內(nèi)的燃料通過各燃料供給管22供給到燃料 噴射閥3。
電子控制單元30由數(shù)字計算機構(gòu)成，具有由雙向總線31相互連接 的ROM (只讀存儲器)32、 RAM (隨機存取存儲器)33、 CPU (微處理 器)34、輸入端口 35和輸出端口 36?？諝饬髁坑?的輸出信號和各溫度 傳感器17、 18的輸出信號分別通過對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37輸入到輸入端口 35。在加速踏板40上連接有產(chǎn)生與加速踏板40的踏下量L成比例的輸出 電壓的負荷傳感器41，負荷傳感器41的輸出電壓通過對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器 37輸入到輸入端口35。而且，在輸入端口 35上連接有曲軸每旋轉(zhuǎn)例如15 。產(chǎn)生輸出脈沖的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42。另一方面，輸出端口 36通過對應(yīng) 的驅(qū)動電路38與燃料噴射閥3、節(jié)氣門IO驅(qū)動用步進電機、尿素供給閥 16、 EGR控制閥20和燃料泵24連接
選擇還原催化劑14例如由含有過渡金屬的沸石構(gòu)成，在圖l所示的實 施例中選擇還原催化劑14由Fe沸石構(gòu)成。若由尿素供給閥16供給尿素水，則尿素水中的大部分的尿素被吸附于選擇還原催化劑14，吸附的尿素一邊 進行形態(tài)變化即變成中間生成物一邊生成氨NH3。在排氣中含有的NOx在 選擇還原催化劑14上與這些生成的氨NH3發(fā)生反應(yīng)從而被還原。在本發(fā) 明的實施例中，由尿素供給閥16供給尿素水使得吸附于選擇還原催化劑 14的尿素吸附量達到足以還原NOx的量。
然而，若未燃的HC流入這樣地吸附有尿素的選擇還原催化劑14中， 則在選擇還原催化劑14內(nèi)生成的源于尿素的中間生成物與未燃的HC發(fā)生 反應(yīng)，生成有害的氰化氫HCN。在這種情況下，生成的氰化氫HCN的量 少，因此，在排出到大氣中的排氣中的氰化氫HCN的濃度稀時，沒有特 別的問題。
但是，若大量未燃的HC被送入選擇還原催化劑14，則生成大量的氰 化氬HCN，排出到大氣中的氰化氫HCN的濃度會超過可容許的濃度即超 過預(yù)定的基準值。因此，在本發(fā)明中，為了吸附除去流入選擇還原催化劑 14中的排氣中所含有的未燃的HC，在選擇還原催化劑14的上游配置HC 吸附催化劑12。
在本發(fā)明的實施例中，該HC吸附催化劑12由沸石構(gòu)成。該沸石具有 即使如內(nèi)燃機冷起動時那樣沸石的溫度低時也吸附未燃的HC的功能。因 此，即使在如內(nèi)燃機冷起動時那樣從內(nèi)燃機排出大量未燃的HC的情況下， 也將這些未燃的HC吸附于HC吸附催化劑12，這樣可阻止大量的氰化氫 HCN排出到大氣中。
另外，在該HC吸附催化劑12上也可擔(dān)栽例如由鉑Pt構(gòu)成的氧化催 化劑。在這種情況下，在氧化催化劑沒有活化時，排氣中的大部分的未燃 的HC被吸附于HC吸附催化劑12，若氧化催化劑活化，則排氣中的大部 分的未燃的HC被氧化。因此，在這種情況下，不論氧化催化劑是未活化 還是已活化都能夠阻止大量的未燃的HC流入選擇還原催化劑14。
然而，要完全阻止向大氣中排出氰化氫HCN實際上基本不可能，考 慮到社會的要求，只要將排出到大氣中的氰化氫HCN的濃度抑制在可容 許的濃度即預(yù)定的基準值以下就足夠了。因此，如果能夠?qū)⑴懦龅酱髿庵械那杌瘹銱CN的濃度抑制在基準值以下，則也可以使吸附的HC從HC 吸附催化劑12脫離。以下對于該HC的脫離作用和排出到大氣中的氰化氫 HCN的濃度的關(guān)系進行說明。
圖2表示HC從HC吸附催化劑12脫離的速度(重量/單位時間)和 從選擇還原催化劑14流出的排氣中的氰化氫HCN的濃度即排出到大氣中 的氰化氫HCN的排出濃度的關(guān)系。另外，在圖2中示出了關(guān)于吸附于選 擇還原催化劑14的尿素吸附量多的情況和少的情況的HC脫離速度與 HCN排出濃度的2種關(guān)系。
若HC脫離速度變高，則從HC吸附催化劑12每單位時間脫離的HC 的量增大，因此，如圖2所示不論尿素吸附量的大小，HC脫離速度越高 則HCN排出濃度越高。另外，即使HC脫離速度相同，尿素吸附量越多 則HCN排出濃度也越高。因此，如圖2所示，表示尿素吸附量大時的曲 線位于表示尿素吸附量小時的曲線的上方。
另一方面，圖2示出了 HCN排出濃度的可容許的濃度即基準值RX。 從圖2可知，在尿素吸附量少的情況下，若使HC脫離速度為Ya以下, 則HCN排出濃度為基準值RX以下，在尿素吸附量多的情況下，若使HC 脫離速度為Yb以下，則HCN排出濃度為基準值RX以下。因此，在本發(fā) 明中，抑制HC從HC吸附催化劑12的脫離速度使得從選擇還原催化劑 14流出的排氣中的氰化氫濃度為預(yù)定的基準值RX以下。
然而，在HC脫離速度和HC吸附量之間存在如圖3所示的HC吸附 量越大則HC脫離速度越高的關(guān)系。因此，若尿素吸附量恒定，則如圖4 所示，HC吸附量越增大則HCN排出濃度越變高。因此可知，在圖4所示 的情況下，在HC吸附量為WX以下時，若使HC從HC吸附催化劑12 脫離，則HCN排出濃度變?yōu)榛鶞手礡X以下。因此，在本發(fā)明的一實施 例中，在HC吸附量為容許HC吸附量WX以下時，進行HC從HC吸附 催化劑12脫離的作用。
然而，若使HC吸附催化劑12的溫度上升，則開始HC從HC吸附催 化劑12脫離的作用。因此，在本發(fā)明的實施例中，在應(yīng)該將HC從HC吸附催化劑12脫離時使HC吸附催化劑12升溫。HC吸附催化劑12的升溫 控制，例如通過延遲噴射時期使排氣溫度上升或者通過在膨脹行程噴射追 加的燃料使排氣溫度上升來進行。
歸納以上情況，在本發(fā)明的實施例中，預(yù)先求出在使HC從HC吸附 催化劑12脫離時從選擇還原催化劑14流出的排氣中的氰化氫濃度為基準 值RX以下的容許HC吸附量WX來作為HC吸附催化劑12能夠吸附的 HC吸附量，在吸附于HC吸附催化劑12的HC吸附量為容許HC吸附量 WX以下時，為了 4吏HC從HC吸附催化劑12脫離，進行HC吸附催化劑 12的升溫作用。在這種情況下，在圖4所示的例子中，使容許的HC吸附 量RX為恒定值。
圖5表示控制HC脫離的一例子。在該例子中，每當吸附于HC吸附 催化劑12的HC吸附量S W達到容許的HC吸附量WX就進行HC吸附 催化劑12的升溫控制，由此，HC從HC吸附催化劑12脫離。另外，在 圖5所示的例子中，通過累計每單位時間的HC吸附量W來計算出HC吸 附量SW。該每單位時間的HC吸附量W預(yù)先通過實驗求出，作為要求轉(zhuǎn) 矩TQ和內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速N的函數(shù)以如圖6(A)所示的圖的形式預(yù)先存儲在 ROM32內(nèi)。
另一方面，HC從HC吸附催化劑12脫離的速度WD如圖6 (B)所 示是HC吸附催化劑12的溫度TC的函數(shù)，若C吸附催化劑12的溫度TC 超過脫離開始溫度，HC脫離速度WD急劇上升。圖5所示的升溫控制時 的HC吸附量SW的減少量使用如圖6 (B)所示的HC脫離速度WD計 算。另外，吸附于HC吸附催化劑12的HC吸附量SW也可由HC吸附 催化劑12的溫度隨時間的變化、車輛的行駛距離、從HC吸附催化劑12 流出的排氣中的HC的濃度的檢測值等求出。
圖7表示用于進行HC的脫離控制的程序。
參照圖7，首先，在步驟50中判別HC吸附催化劑12是否處于升溫 控制中。通常不是處于升溫控制中，因此進入到步驟51，由圖6 (A)所 示的圖計算每單位時間的HC吸附量W。接著，在步驟5a中將HC吸附量W與HC吸附量i:w相加。接著，在步驟53中判別HC吸附量SW是 否大于容許的HC吸附量WX，在NOx吸附量i: W大于容許的HC吸附量 WX時進入到步驟54，開始HC吸附催化劑12的升溫控制。
若開始升溫控制，則從步驟50進入到步驟55繼續(xù)進行升溫控制。在 步驟56中，基于由利用溫度傳感器17檢測的溫度推定的HC吸附催化劑 12的溫度TC從圖6 (B)所示的關(guān)系計算HC脫離速度WD。接著，在步 驟57中，從HC吸附量SW減去表示每單位時間的HC脫離量的HC脫 離速度WD。接著，在步驟58中，判別HC吸附量SW是否為零或負值。 在SW《0時進入到步驟59,結(jié)束升溫控制，接著，在步驟60中將SW 進行清零。
如上所述，圖4示出了使尿素吸附量恒定時的基準值RX。與此相對， 圖8 (A)示出了在考慮了尿素吸附量時HCN排出濃度為基準值RX以下 的區(qū)域和為基準值RX以上的區(qū)域的邊界SX。由圖2可知，尿素吸附量越 多，則HCN排出濃度變?yōu)榛鶞手礡X時的HC脫離速度即HC吸附量越 小，因此，HCN排出濃度變?yōu)榛鶞手礡X以下的尿素吸附量和HC吸附量 的區(qū)域為圖8(A)中的用陰影線表示的區(qū)域。
然而，在圖8(A)中在為某個尿素吸附量時HCN排出速度未變?yōu)榛?準值以上的HC吸附量的極限為邊界SX,因此，該邊界SX相當于容許的 HC吸附量WX。因此，在考慮了尿素吸附量的情況下，如圖8(B)所示， 吸附于選擇還原催化劑14的尿素的量越多則容許的HC吸附量WX越小。 在該實施例中，在HC吸附量達到圖8 ( B )所示的容許的HC吸附量WX 時，進行HC吸附催化劑12的升溫作用。
圖9表示用于進行HC的脫離控制的程序。
參照圖9，首先，在步驟70中判別HC吸附催化劑12是否處于升溫 控制中，通常不是處于升溫控制中，因此進入到步驟71,由圖6(A)所 示的圖計算每單位時間的HC吸附量W。接著，在步驟72中將HC吸附 量W與HC吸附量S W相加。接著，在步驟73中計算從尿素供給閥16 供給的尿素供給量QA。接著，在步驟74中求出與內(nèi)燃機的運行狀態(tài)相應(yīng)的來自內(nèi)燃機的NOx 排出量，計算為了還原該NOx而脫離的尿素脫離量QB。接著，在步驟75 中，將尿素供給量QA與尿素吸附量i:Q相加，從尿素吸附量SQ減去尿 素脫離量QB。接著，在步驟76中基于該尿素吸附量i:Q由圖8 (B)計 算容許的HC吸附量WX。接著，在步驟77中，判別NOx吸附量SW是 否大于容許的HC吸附量WX，在NOx吸附量S W大于容許的HC吸附量 WX時進入到步驟78，開始HC吸附催化劑12的升溫控制。
若開始升溫控制，則從步驟70進入到步驟79繼續(xù)進行升溫控制。在 步驟80中基于由利用溫度傳感器17檢測的溫度推定的HC吸附催化劑12 的溫度TC從圖6 (B)所示的關(guān)系計算HC脫離速度WD。接著，在步驟 81中，從HC吸附量SW減去HC脫離速度WD。接著，在步驟82中判 別HC吸附量SW是否為零或負值。在SW《0時進入到步驟83，結(jié)束升 溫控制，接著，在步驟84中將SW進行清零。
接著，參照圖10 (A) 、 (B)和圖ll對另一實施例進行說明。
如參照圖6 ( B)說明的那樣，若HC吸附催化劑12的溫度TC超過 脫離開始溫度，則HC脫離速度急劇上升，因此，如圖10(A)所示，HC 吸附催化劑12的升溫速度越高則HC脫離速度越高。因此，若將圖2的橫 坐標替換為升溫速度，則HCN排出濃度和升溫速度為圖10 (B)所示的 關(guān)系。但是，在圖10 (B)中與圖2不同地示出了關(guān)于HC吸附量多的情 況和少的情況的HCN排出濃度和升溫速度的2種關(guān)系。
由圖10 (B)可知，HC吸附量越多則HCN排出深度為基準值RX時 的升溫速度越低。即，為將HCN排出濃度維持在基準值RX以下，HC吸 附量越多則需要使升溫速度越低。因此，在該實施例中，在圖7的步驟55 或圖9的步驟79中的升溫控制時，如圖11所示，在HC吸附催化劑12 的升溫控制開始時的吸附于HC吸附催化劑12的HC吸附量越多，則使升 溫速度越低。
圖12表示又一實施例。在該實施例中，從HC吸附催化劑12和選擇 還原催化劑14之間的排氣管13分支出對選擇還原催化劑14進行迂回并延伸到排氣管15的旁通通路25，在該旁通通路25的分支部配置有流路切換 閥26。另夕卜，在排氣管13內(nèi)配置有用于檢測從HC吸附催化劑12流出的 排氣中的未燃HC的濃度的HC濃度傳感器27。
在該實施例中，在從HC吸附催化劑12流出的排氣中的HC濃度為預(yù) 定的容許濃度以下時，將流路切換閥26保持在圖12中的用實線表示的位 置，因此此時從HC吸附催化劑12流出的排氣被送入選擇還原催化劑14 內(nèi)。與此相對，在從HC吸附催化劑12流出的排氣中的HC濃度為預(yù)定的 容許濃度以上時，流路切換閥26被切換到圖12中的用虛線表示的位置。 因此，此時排氣被送入旁通通路25，由此阻止發(fā)生氰化氫HCN。
本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的"以上，，和"以下"均包括本數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，在內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)配置尿素吸附型選擇還原催化劑，通過向流入該選擇還原催化劑的排氣中供給尿素從而在該選擇還原催化劑中還原排氣中所含有的NOx，其中，為了抑制氰化氫的發(fā)生，在所述選擇還原催化劑上游的內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)配置了用于吸附排氣中的HC的HC吸附催化劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述HC吸 附催化劑由沸石構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，在所述HC 吸附催化劑上擔(dān)載了氧化催化劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，抑制HC從 所述HC吸附催化劑脫離的速度以使從所述選擇還原催化劑流出的排氣中 的氰化氫濃度為預(yù)定的基準值以下。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，預(yù)先求出在 使HC從HC吸附催化劑脫離了時從所述選擇還原催化劑流出的排氣中的 氰化氫濃度為所述基準值以下的容許的HC吸附量來作為所述HC吸附催 化劑能夠吸附的HC吸附量，在吸附于HC吸附催化劑的HC吸附量為該 容許的HC吸附量以下時，為了使HC從HC吸附催化劑脫離，進行HC 吸附催化劑的升溫作用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，所述容許的 HC吸附量為恒定值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，附著于所述 選擇還原催化劑的尿素的量越多則所述容許的HC吸附量越小。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，在HC吸晰 催化劑的升溫控制開始時的吸附于HC吸附催化劑的HC吸附量越多，則 使升溫速度越低。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，具有計算單元，所述計算單元計算吸附于HC吸附催化劑的HC吸附量。
10、根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機的排氣凈化裝置，其中，從所述HC原催化劑進行迂回的旁通通路，在從HC吸附催化劑流出的排氣中的HC濃度為預(yù)定的容許濃度以下時將排氣送入到選擇還原催化劑內(nèi)，在從HC吸附催化劑流出的排氣中的HC濃度為預(yù)定的容許濃度以上時將排氣送入到旁通通路內(nèi)。
全文摘要
對于內(nèi)燃機，在內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)配置尿素吸附型選擇還原催化劑(14)。通過由尿素供給閥(16)向流入該選擇還原催化劑(14)的排氣中供給尿素，從而在選擇還原催化劑(14)中還原排氣中所含有的NO_x。為了抑制氰化氫的發(fā)生，在選擇還原催化劑(14)上游的內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)配置用于吸附排氣中的HC的HC吸附催化劑(12)。
文檔編號F01N3/20GK101680331SQ20088001925
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者伊藤和浩, 利岡俊祐, 小田富久 申請人:豐田自動車株式會社