內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于，在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的比顆粒過濾器（過濾器）更下游側(cè)設(shè)置尿素添加部及選擇還原型NOx催化劑（NOx催化劑）的結(jié)構(gòu)中還在比過濾器更下游側(cè)設(shè)置PM傳感器的情況下，抑制PM傳感器的劣化及PM量的檢測精度的降低。本發(fā)明在內(nèi)燃機(jī)（1）的排氣通路（2）中，在比過濾器（3）更下游側(cè)沿著排氣的流向從上游側(cè)依次設(shè)置第一NOx催化劑（4）和第二NOx催化劑（5）。并且在過濾器（3）和第一NOx催化劑（4）之間設(shè)置尿素添加部（6），在第一NOx催化劑（4）和第二NOx催化劑（5）之間設(shè)置PM傳感器（7）。
【專利說明】內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中設(shè)置顆粒過濾器(以下有時簡稱過濾器)、選擇還原型NOx催化劑(以下有時簡稱NOx催化劑)等作為排氣凈化裝置的技術(shù)。過濾器捕集由于內(nèi)燃機(jī)中的燃料的燃燒而生成的排氣中的顆粒狀物質(zhì)(Particulate Matter:以下有時稱作PM)。NOx催化劑以氨為還原劑還原排氣中的NOx。
[0003]專利文獻(xiàn)I中公開了在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中設(shè)置過濾器，而且在比過濾器更靠下游側(cè)的排氣通路中設(shè)置PM傳感器的技術(shù)。另外，專利文獻(xiàn)I中記載了在過濾器和PM傳感器之間的排氣通路中設(shè)置NOx催化劑。
[0004]專利文獻(xiàn)2中公開了下述技術(shù):在排氣路徑中，在比氧化催化劑更靠下游側(cè)的路徑中設(shè)置第一 NOx催化劑(第一 SCR催化劑)，在比第一 NOx催化劑更靠下游側(cè)的路徑中設(shè)置能夠比該第一 NOx催化劑吸附更多的氨的第二 NOx催化劑(第二 SCR催化劑)，而且在比第二 NOx催化劑更靠上游側(cè)的路徑中設(shè)置尿素水提供單元。
[0005]專利文獻(xiàn)3中公開了在排氣通路中的比第一催化轉(zhuǎn)換器更靠下游側(cè)的通路中設(shè)置比該第一催化轉(zhuǎn)換器容量大的第二催化轉(zhuǎn)換器、并且在第一催化轉(zhuǎn)換器和第二催化轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置O2傳感器的技術(shù)。
[0006]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:特開2010-229957號公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:特開2011-052612號公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:特開平08-296430號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]在排氣通路中設(shè)置NOx催化劑的情況下，需要向該NOx催化劑提供作為還原劑的氨。因此，設(shè)置向比NOx催化劑更靠上游側(cè)的排氣中添加尿素的尿素添加部。從尿素添加部添加的尿素水解而產(chǎn)生的氨被提供給NOx催化劑。
[0013]另外，在排氣通路中設(shè)置過濾器的情況下，有時為了檢測通過該過濾器的PM量，而在比該過濾器更靠下游側(cè)的通路中設(shè)置PM傳感器。PM傳感器是用于檢測排氣中的PM量的傳感器。
[0014]這里，在排氣通路中的過濾器的下游側(cè)設(shè)置尿素添加部及NOx催化劑的結(jié)構(gòu)中還在過濾器的下游側(cè)設(shè)置PM傳感器的情況下，當(dāng)在尿素添加部的下游側(cè)配置PM傳感器時，存在由于從尿素添加閥添加的尿素導(dǎo)致PM傳感器浸水的可能性。在由于尿素導(dǎo)致PM傳感器浸水時，有促進(jìn)PM傳感器的劣化的擔(dān)憂。[0015]另外，如果附著在PM傳感器上的尿素被排氣加熱，則有可能生成縮二脲、氰尿酸等源自氨的化合物。當(dāng)生成該源自氨的化合物時，PM傳感器有可能將該源自氨的化合物感測為PM。當(dāng)PM傳感器將該源自氨由來化合物感測為PM時，存在由PM傳感器本應(yīng)檢測的、由燃料成分形成的PM量的檢測精度降低的擔(dān)憂。
[0016]本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的在于，在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的比過濾器更靠下游側(cè)的通路中設(shè)置尿素添加部和NOx催化劑的結(jié)構(gòu)中、還在比過濾器更靠下游側(cè)的通路中設(shè)置PM傳感器的情況下，抑制PM傳感器的劣化以及PM量的檢測精度的降低。
[0017]用于解決問題的手段
[0018]本發(fā)明在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中，在比過濾器更下游側(cè)沿著排氣的流向從上游側(cè)依次設(shè)置第一 NOx催化劑和第二 NOx催化劑。并且，在過濾器和第一 NOx催化劑之間設(shè)置尿素添加部，在第一 NOx催化劑和第二 NOx催化劑之間設(shè)置PM傳感器。
[0019]更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，包括:
[0020]設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的顆粒過濾器；
[0021]設(shè)置在比所述顆粒過濾器更靠下游側(cè)的排氣通路中的第一選擇還原型NOx催化劑；
[0022]設(shè)置在比所述第一選擇還原型NOx催化劑更靠下游側(cè)的排氣通路中的第二選擇還原型NOx催化劑；
[0023]設(shè)置在所述顆粒過濾器和所述第一選擇還原型NOx催化劑之間的排氣通路中的、用于向排氣中添加尿素的尿素添加部；以及
[0024]設(shè)置在所述第一選擇還原型NOx催化劑和所述第二選擇還原型NOx催化劑之間的排氣通路中的、用于檢測排氣中的顆粒狀物質(zhì)量的PM傳感器。
[0025]這里，PM傳感器也可以輸出與排氣中的PM量(流量)對應(yīng)的信號，另外，也可以輸出與自身堆積的PM量對應(yīng)的信號。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，通過在尿素添加部和PM傳感器之間配置第一 NOx催化劑，PM傳感器難以由于尿素而浸水。因此，能夠抑制PM傳感器的劣化。
[0027]另外，根據(jù)本發(fā)明，通過在比第二 NOx催化劑更上游側(cè)配置PM傳感器，與在比第二NOx催化劑更下游側(cè)配置該P(yáng)M傳感器的情況相比，PM在過濾器中被氧化時PM傳感器容易升溫。其結(jié)果是，PM傳感器中堆積的源自氨的化合物容易被去除。因此，能夠抑制PM傳感器的PM量的檢測精度的降低。
[0028]另外，與PM傳感器被配置在比第二 NOx催化劑更下游側(cè)的情況相比，PM傳感器容易通過排氣而升溫。因此，在低溫起動時等之類的PM傳感器的溫度低于其活性溫度時，能夠較早活化該P(yáng)M傳感器。
[0029]另外，本發(fā)明中，也可以使第一 NOx催化劑的熱容量小于第二 NOx催化劑的熱容量。由此，PM傳感器更容易升溫。
[0030]發(fā)明效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在排氣通路中的比過濾器更下游側(cè)設(shè)置尿素添加部及NOx催化劑的結(jié)構(gòu)中、還在比過濾器更下游側(cè)設(shè)置PM傳感器時，能夠抑制PM傳感器的劣化及PM量的檢測精度的降低?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0032]圖1是示出實(shí)施例涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的圖；
[0033]圖2是示出實(shí)施例涉及的PM傳感器的概略結(jié)構(gòu)的圖；
[0034]圖3是示出PM傳感器中的PM堆積量、PM傳感器的電極間的電阻及PM傳感器的輸出值的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下，基于附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。本實(shí)施例中記載的結(jié)構(gòu)部件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等只要沒有特別說明，則不表明發(fā)明的技術(shù)范圍僅限定于這些。
[0036]<實(shí)施例>
[0037]這里，對將本發(fā)明涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置應(yīng)用于車輛驅(qū)動用的柴油發(fā)動機(jī)的場合進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明涉及的內(nèi)燃機(jī)不限于柴油發(fā)動機(jī)，也可以是汽油發(fā)動機(jī)等。
[0038][排氣系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)]
[0039]圖1是示出本實(shí)施例涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的圖。內(nèi)燃機(jī)I是車輛驅(qū)動用的柴油發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃機(jī)I上連接有排氣通路2。另外，圖1中的箭頭表示排氣的流動方向。
[0040]排氣通路2中設(shè)置有過濾器3。過濾器3捕集由于內(nèi)燃機(jī)I中的燃料的燃燒而生成的排氣中的PM。此外，過濾器3也可以承載有氧化催化劑、吸儲還原型NOx催化劑、或選擇還原型NOx催化劑等催化劑。通過過濾器3捕集PM，PM漸漸堆積在該過濾器3上。當(dāng)隨著排氣溫度的上升等而過濾器3的溫度上升至能夠氧化PM的溫度時，堆積在該過濾器3上的PM被氧化。另外，通過執(zhí)行使過濾器3的溫度強(qiáng)制上升的所謂過濾器再生處理，也能夠?qū)⒍逊e在該過濾器3上的PM氧化來去除。
[0041]在比過濾器3更靠下游側(cè)的排氣通路2中設(shè)置有第一選擇還原型NOx催化劑(第一 NOx催化劑)4。在比第一 NOx催化劑4更靠下游側(cè)的排氣通路2中設(shè)置有第二選擇還原型NOx催化劑(第二 NOx催化劑)5。第一 NOx催化劑4的熱容量與第二 NOx催化劑5的熱容量相比較小。
[0042]在過濾器3和第一 NOx催化劑4之間的排氣通路2中設(shè)置有尿素添加閥6。尿素添加閥6向排氣中添加尿素水溶液。尿素添加閥6上連接有存儲有尿素水溶液的尿素容器(未圖示)。從尿素容器向尿素添加閥6提供尿素水溶液。另外，尿素添加閥6與用于控制內(nèi)燃機(jī)I的ECU (未圖示)電連接，并由該ECU控制。此外，在本實(shí)施例中，尿素添加閥6相當(dāng)于本發(fā)明涉及的尿素添加部。
[0043]通過從尿素添加閥6向排氣中添加尿素水溶液，向第一及第二 NOx催化劑4、5提供尿素。被提供至第一或第二 NOx催化劑4、5的尿素臨時吸附在各NOx催化劑4、5上。并且，吸附的尿素水解而產(chǎn)生氨。該氨作為還原劑而還原排氣中的NOx。
[0044]此外，在本實(shí)施例中，在第一 NOx催化劑4和第二 NOx催化劑5之間的排氣通路2中，設(shè)置有檢測排氣中的PM量的PM傳感器7。該P(yáng)M傳感器7是輸出與堆積在自身上的PM量相對應(yīng)的電信號的傳感器。
[0045]這里，基于圖2及3來對PM傳感器7的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。圖2是示出PM傳感器7的傳感器元件的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示出PM傳感器7中的PM堆積量與PM傳感器7的電極7a、7b間的電阻以及PM傳感器7的輸出值之間的關(guān)系的曲線圖。在圖3中，橫軸表不PM傳感器7中的PM堆積量,下部分的縱軸表不PM傳感器7的電極7a、7b間的電阻，上部分的縱軸表不PM傳感器7的輸出值。
[0046]如圖2所示，PM傳感器7的傳感器元件具有一對櫛齒型電極7a、7b。PM傳感器7上，附著有排氣中的PM，并且該附著的PM慢慢堆積。隨著PM傳感器7上的PM堆積量增加，電極7a、7b間存在的PM的量也增加。
[0047]因此，如圖3所示，PM傳感器7中的PM堆積量越多，電極7a、7b間的電阻就越低。并且電極7a、7b間的電阻越低，PM傳感器7的輸出值就越增大。因此，該P(yáng)M傳感器7的輸出值是與PM傳感器7中的PM堆積量對應(yīng)的值。
[0048]另外，PM傳感器7設(shè)置在比過濾器3更下游側(cè)。因此，PM傳感器7中捕集未被過濾器3捕集而通過了該過濾器3的PM。因此，該P(yáng)M傳感器7中的PM堆積量為與通過了過濾器3的PM量的累積值相對應(yīng)的量。
[0049]PM傳感器7與E⑶電連接，PM傳感器7的輸出信號被輸入至該E⑶。在E⑶中，基于該P(yáng)M傳感器7的輸出值來進(jìn)行過濾器3的故障診斷。當(dāng)發(fā)生了破損、溶損等過濾器3的故障時，比起過濾器3處于正常狀態(tài)時通過該過濾器3的PM量增加。因此，當(dāng)預(yù)定時間段中的PM傳感器7的輸出值的變化量超過了預(yù)定閾值時，ECU判定為發(fā)生了過濾器3的故障。
[0050]此外，如 果電極7a、7b間存在的PM的量發(fā)生了變化，則流過該電極7a、7b間的電流等除電阻之外的電特性值也會變化。因此,PM傳感器7也可以基于除電阻之外的電特性值來輸出與自身上堆積的PM量對應(yīng)的信號。另外，本發(fā)明涉及的PM傳感器不限于輸出與自身上堆積的PM量對應(yīng)的信號的傳感器，也可以是輸出與排氣中的PM量(流量)對應(yīng)的信號的傳感器。
[0051][本實(shí)施例涉及的結(jié)構(gòu)的效果]
[0052]在傳感器PM傳感器設(shè)置在排氣通路中的比尿素添加閥更下游側(cè)的情況下，存在由于從尿素添加閥添加的尿素水溶液而導(dǎo)致PM傳感器浸水的擔(dān)憂。但是，在本實(shí)施例中，第一 NOx催化劑4被配置在尿素添加閥6和PM傳感器7之間。通過這樣的結(jié)構(gòu)，PM傳感器7難以被尿素水溶液浸水。因此，能夠抑制PM傳感器7的劣化。
[0053]另外，當(dāng)附著在PM傳感器7上的尿素被排氣加熱時，有可能生成源自氨的化合物(縮二脲、氰尿酸等)。當(dāng)PM傳感器7中生成這樣的源自氨的化合物時，PM傳感器7有可能將該源自氨的化合物感測為PM。即，PM傳感器7中，除了由燃料成分所形成的PM之外還堆積源自氨的化合物，由此電極7a、7b間的電阻比僅堆積PM的情況相比變低，其結(jié)果，PM傳感器?有可能輸出比該P(yáng)M傳感器7中的PM堆積量更大的值。如此，當(dāng)PM傳感器7將源自氨的化合物感測為PM時，存在由PM傳感器7本應(yīng)檢測的、由燃料成分形成的PM量的檢測精度降低的擔(dān)憂。
[0054]這里，即使在比第二 NOx催化劑5更靠下游側(cè)的排氣通路2中設(shè)置PM傳感器7的情況下，也能夠抑制由從尿素添加閥6添加的尿素水溶液引起的該P(yáng)M傳感器7的浸水。但是，如本實(shí)施例那樣，當(dāng)在比第二 NOx催化劑5更靠上游側(cè)的排氣通路2中配置PM傳感器7時，與在比第二 NOx催化劑5更靠下游側(cè)的排氣通路2中配置PM傳感器7的情況相比，PM傳感器7容易受到PM在過濾器3中被氧化時產(chǎn)生的熱量。因此，PM傳感器7容易升溫。
[0055]如果PM傳感器7升溫，則堆積在該P(yáng)M傳感器7中的源自氨的化合物被氧化而被去除。即，當(dāng)在比第二 NOx催化劑5更靠上游側(cè)的排氣通路2中配置PM傳感器7時，與在比第二 NOx催化劑5更靠下游側(cè)的排氣通路2中配置PM傳感器7的情況相比，容易去除附著在PM傳感器7上的源自氨的化合物。
[0056]另外，在本實(shí)施例中，第一 NOx催化劑4的熱容量比第二 NOx催化劑5的熱容量小。由此，當(dāng)在過濾器3中PM被氧化時，PM傳感器7更容易升溫。因此，更容易促進(jìn)附著在PM傳感器7上的源自氨的化合物的去除。
[0057]因此，根據(jù)本實(shí)施例涉及的結(jié)構(gòu)，能夠抑制PM傳感器7的PM量的檢測精度的降低。其結(jié)果，也能夠抑制上述那樣的過濾器3的故障診斷中產(chǎn)生誤診斷。
[0058]另外，當(dāng)在比第二 NOx催化劑5更靠上游側(cè)的排氣通路2中配置PM傳感器7時，與在比第二 NOx催化劑5更靠下游側(cè)的排氣通路2中配置PM傳感器7的情況相比，PM傳感器7更容易被排氣升溫。另外，由于第一 NOx催化劑4的熱容量比第二 NOx催化劑5的熱容量小，因此與PM傳感器7通過過濾器3中的PM的氧化熱而升溫的情況同樣，更容易促進(jìn)PM傳感器7通過排氣的升溫。因此，根據(jù)本實(shí)施例涉及的結(jié)構(gòu)，當(dāng)如低溫啟動時等之類的PM傳感器7的溫度低于其活性溫度時，能夠較早活化該P(yáng)M傳感器7。
[0059]符號說明
[0060]I...內(nèi)燃機(jī)
[0061]2…排氣通 路
[0062]3…顆粒過濾器
[0063]4…第一選擇還原型NOx催化劑
[0064]5…第二選擇還原型NOx催化劑
[0065]6…尿素添加閥
[0066]7…PM傳感器
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，包括: 設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的顆粒過濾器； 設(shè)置在比所述顆粒過濾器更靠下游側(cè)的排氣通路中的第一選擇還原型NOx催化劑； 設(shè)置在比所述第一選擇還原型NOx催化劑更靠下游側(cè)的排氣通路中的第二選擇還原型NOx催化劑； 設(shè)置在所述顆粒過濾器和所述第一選擇還原型NOx催化劑之間的排氣通路中的、用于向排氣中添加尿素的尿素添加部；以及 設(shè)置在所述第一選擇還原型NOx催化劑和所述第二選擇還原型NOx催化劑之間的排氣通路中的、用于檢測排氣中的顆粒狀物質(zhì)量的PM傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 所述第一選擇還原型NOx催化劑的熱容量小于所述第二選擇還原型NOx催化劑的熱容量。
【文檔編號】F01N3/02GK103635664SQ201180070529
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月4日
【發(fā)明者】中野隆德, 片山晴之, 廣田信也, 利岡俊祐, 福田光一朗 申請人:豐田自動車株式會社