專利名稱：排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對于排放氣體進(jìn)行凈化的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法及系統(tǒng)，具 體是涉及可以對具備增壓器的內(nèi)燃機(jī)的排放氣體凈化催化劑進(jìn)行早期活化的排放氣體凈 化催化劑的預(yù)熱方法及系統(tǒng)
背景技術(shù)：
在使用柴油發(fā)動機(jī)或汽油發(fā)動機(jī)等的內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動車等中，設(shè)置有凈化排放氣體 的三元催化劑等的催化劑。這種排放氣體凈化催化劑的作用是隨著溫度上升而還原能力發(fā) 生活化，因此，重要的是其溫度管理。然而，在發(fā)動機(jī)剛啟動后，由于排放氣體的溫度較低， 因此，等到使排放氣體凈化催化劑活化需要一定時間(預(yù)熱時間)。為了解決該問題，可以 采用利用加熱器加熱排放氣體凈化催化劑的方法或提高設(shè)定發(fā)動機(jī)剛啟動后的怠速轉(zhuǎn)速 的方法等。此外，有的內(nèi)燃機(jī)中，為了增大輸出而設(shè)置有增壓器(渦輪增壓器)。這種增壓器 是如下裝置，即，利用渦輪來回收排放氣體的能量而使壓縮機(jī)工作，并將壓縮空氣供給到發(fā) 動機(jī)而謀求增大輸出。在帶有增壓器的內(nèi)燃機(jī)的情況下，通常排放氣體凈化催化劑被配置 在增壓器的下游側(cè)。其結(jié)果，帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)，由于增壓器的排放氣體回收與增壓器自身 的熱容量的關(guān)系，使得供給到排放氣體凈化催化劑的熱量減少，因此，與不帶有增壓器的內(nèi) 燃機(jī)相比，其預(yù)熱時間存在變長的傾向。因此，針對帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)，重要的是如何縮短 預(yù)熱時間。例如，專利文獻(xiàn)1中公開了一種渦輪增壓器控制機(jī)構(gòu)，其特征在于，具備控制裝 置，所述控制裝置，判定催化劑轉(zhuǎn)換器的預(yù)熱必要時期，在催化劑轉(zhuǎn)換器的預(yù)熱必要時期， 控制渦輪轉(zhuǎn)速，而使渦輪側(cè)的排放氣體流入壓力與排放氣體流出壓力的壓力差減小到規(guī)定 范圍內(nèi)。這種渦輪增壓器控制機(jī)構(gòu)，由于在催化劑轉(zhuǎn)換器的預(yù)熱必要時期，控制裝置使渦輪 增壓器的渦輪側(cè)的排放氣體流入壓力與排放氣體流出壓力的壓力差減小到規(guī)定范圍內(nèi)，因 此，可以減輕相對排放氣體流動的渦輪的阻力，從而減小用于使渦輪旋轉(zhuǎn)的排放氣體熱能 量。由此，能夠抑制渦輪消耗排放氣體熱能量，在催化劑轉(zhuǎn)換器的預(yù)熱必要時期，能夠?qū)⒕?有足夠溫度的排放氣體供給到催化劑轉(zhuǎn)換器，從而在短時間內(nèi)有效地預(yù)熱催化劑轉(zhuǎn)換器， 而提高其預(yù)熱效率。專利文獻(xiàn)1 (日本)特開2007-278252號公報。然而，專利文獻(xiàn)1所記載的渦輪增壓器控制機(jī)構(gòu)，其技術(shù)思想在于，盡量減少由內(nèi) 燃機(jī)產(chǎn)生的熱量損耗，相應(yīng)地增加排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱能量，但是減少熱量的損耗 量存在局限性。此外，為了將渦輪側(cè)的排放氣體流入壓力與排放氣體流出壓力的壓力差在 短時間內(nèi)極力地控制為接近零狀態(tài)，需要復(fù)雜的處理。而且，等到將渦輪側(cè)的排放氣體流 入壓力與排放氣體流出壓力的壓力差在短時間內(nèi)極力地控制為接近零狀態(tài)，需要一定的時 間，因此，預(yù)熱時間的縮短受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種排放氣體凈化催化劑 的預(yù)熱方法及系統(tǒng)，可以利用簡便的方法縮短排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱時間，從而可以 使排放氣體凈化催化劑早期活化。本發(fā)明提供一種排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法，其對于配置在具備增壓器的內(nèi) 燃機(jī)的排放氣體流路的排放氣體凈化催化劑進(jìn)行預(yù)熱，其特征在于，對所述增壓器的渦輪 負(fù)載反向扭矩而使排放氣體溫度上升。也可以構(gòu)成為，在負(fù)載反向扭矩時，使所述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述 增壓器的壓縮機(jī)的下游側(cè)循環(huán)。也可以構(gòu)成為，在所述增壓器具有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的情況下，在負(fù)載反向扭矩 時按照減小排放氣體的能量損耗的方式控制所述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，還可以構(gòu)成為，按照 使所述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī)的下游側(cè)循環(huán)的方式控制所 述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明提供一種排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其對于配置在具備增壓器的內(nèi) 燃機(jī)的排放氣體流路的排放氣體凈化催化劑進(jìn)行預(yù)熱，其特征在于，具有負(fù)載裝置，其與 所述增壓器的渦輪連接；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時，使所述負(fù)載 裝置工作而對所述渦輪產(chǎn)生反向扭矩。也可以構(gòu)成為，所述控制裝置根據(jù)檢測所述渦輪的轉(zhuǎn)速或所述排放氣體流路的壓 力的傳感器的輸出來控制所述負(fù)載裝置。所述排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，還可以具有排放氣體再循環(huán)裝置，其使所 述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī)的下游側(cè)循環(huán)；以及控制裝置，其 在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時使所述排放氣體再循環(huán)裝置工作而使所述排放氣體循 環(huán)。所述排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，還可以具有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其調(diào)節(jié)所 述渦輪的排放氣體流量；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時，進(jìn)行控制使 所述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，而減小排放氣體的能量損耗。所述排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，還可以具有排放氣體再循環(huán)裝置，其使所 述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī)的下游側(cè)循環(huán)；渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)，其調(diào)節(jié)所述渦輪的排放氣體流量；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱 時，使所述排放氣體再循環(huán)裝置及所述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，而使所述排放氣體循環(huán)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法及系統(tǒng)，在如發(fā)動機(jī)啟動時等，在 需要進(jìn)行排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱的情況下，當(dāng)對于增壓器的渦輪負(fù)載反向扭矩時，使 得從內(nèi)燃機(jī)排出的排放氣體難以流動，從而可以在從內(nèi)燃機(jī)至渦輪之間的排放氣體流路內(nèi) 使排放氣體溫度上升。因此，可以將高溫的排放氣體供給排放氣體凈化催化劑，可以縮短預(yù) 熱時間，從而可以使排放氣體凈化催化劑早期活化。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于只是對于渦輪負(fù)載反向扭矩，因此，不需要壓力控制等復(fù) 雜的處理，從而可以利用簡便的控制使排放氣體凈化催化劑早期活化。


圖1是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的簡要構(gòu)圖2是表示渦輪轉(zhuǎn)速和排放氣體溫度的時間變化的圖。 圖3是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的第一變形例的圖。 圖4是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的第二變形例的圖。 圖5是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的簡要構(gòu)圖6是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的簡要構(gòu)圖7是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第四實(shí)施方式的簡要構(gòu)圖8是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第五實(shí)施方式的簡要構(gòu)圖9是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第六實(shí)施方式的簡要構(gòu)圖10是表示本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第七實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖。

成圖。成圖。成圖。成圖。成圖。成圖。標(biāo)記說明1-增壓器It-渦輪Ic-壓縮機(jī)Im-電動馬達(dá)Is-傳感器In-可變噴嘴Iw-廢氣旁通閥Ig-發(fā)電機(jī)2-發(fā)動機(jī)3-排放氣體流路3e-發(fā)動機(jī)排放氣體流路
4-排放氣體凈化催化劑4s-檢測器5-控制裝置6-進(jìn)氣流路6e-發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路7-點(diǎn)火裝置31-傳感器41-EGR 流路42-EGR 閥
51-分流路52-旁通流路61-蓄電池62-電動輔助裝置62c-壓縮機(jī)62m-電動馬達(dá)
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)圖1 圖10說明本發(fā)明的實(shí)施方式。其中，圖1是表示本發(fā)明的排放 氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖。圖1所示的本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其對于排放氣體凈化催化 劑4進(jìn)行預(yù)熱，所述排放氣體凈化催化劑4配置在具備增壓器1的內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動機(jī)2、的排 放氣體流路3中，所述排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)具有與增壓器1的渦輪It連接的 負(fù)載裝置(電動馬達(dá)Im)；以及在排放氣體凈化催化劑4預(yù)熱時使負(fù)載裝置(電動馬達(dá)Im) 工作而對渦輪It產(chǎn)生反向扭矩的控制裝置5。增壓器1是利用渦輪It回收排放氣體的能量使壓縮機(jī)Ic工作并將壓縮空氣供給 到發(fā)動機(jī)2而謀求增大輸出的裝置。壓縮機(jī)Ic的入口側(cè)與吸入外部空氣的進(jìn)氣流路6連 接，其出口側(cè)與將壓縮空氣供給到發(fā)動機(jī)2的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路6e連接。在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路 6e也可以配置對壓縮空氣進(jìn)行冷卻的中間冷卻器。此外，渦輪It的入口側(cè)與輸送發(fā)動機(jī) 2的排放氣體的發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e連接，其出口側(cè)與將排放氣體排放到外部的排放氣 體流路3連接。圖1所示的增壓器1具有能夠調(diào)節(jié)渦輪It轉(zhuǎn)速的電動馬達(dá)lm，構(gòu)成為不依賴于供 給到渦輪It的排放氣體流量而能夠使增壓器1工作。通常，電動馬達(dá)Im是在排放氣體流 量無法得到足夠的渦輪It的轉(zhuǎn)速時(例如發(fā)動機(jī)2啟動時等)，操作電動馬達(dá)Im而強(qiáng)制 地使渦輪It向增大壓縮機(jī)Ic的進(jìn)氣量的方向旋轉(zhuǎn)。但在本發(fā)明中，在排放氣體凈化催化 劑4預(yù)熱時，使電動馬達(dá)Im工作，而對渦輪It產(chǎn)生反向扭矩。具體是，操作電動馬達(dá)lm， 從而在渦輪It的正旋轉(zhuǎn)方向即P方向的相反方向即N方向產(chǎn)生扭矩。當(dāng)在渦輪It產(chǎn)生反 向扭矩時，使得渦輪It變得難以旋轉(zhuǎn)，而使渦輪It成為流過排放氣體流路3的排放氣體的 阻力。因此，從發(fā)動機(jī)2排出的排放氣體在滯留在發(fā)動機(jī)排放氣體流路!Be內(nèi)的同時緩緩地 被輸送到渦輪It的下游的排放氣體流路3。如此，通過使排放氣體滯留在發(fā)動機(jī)排放氣體 流路3e內(nèi)，而能夠使排放氣體的溫度有效地上升，從而能夠在短時間內(nèi)使流過排放氣體流 路3的排放氣體的溫度上升。即，通過采用對渦輪It負(fù)載反向扭矩的簡便的方法，能夠使 排放氣體凈化催化劑早期活化。此外，在渦輪It配置有檢測轉(zhuǎn)速的傳感器Is (例如旋轉(zhuǎn)編碼器等)。傳感器Is與 控制裝置5電連接，控制裝置5根據(jù)傳感器Is的輸出控制電動馬達(dá)lm，從而按照使渦輪It 成為規(guī)定轉(zhuǎn)速的方式負(fù)載反向扭矩。此外，由于發(fā)動機(jī)2啟動時是額定運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，可以根 據(jù)每個發(fā)動機(jī)2或增壓器1的型式或尺寸預(yù)先設(shè)定施加給渦輪It的反向扭矩，從而也可以 省略傳感器1。發(fā)動機(jī)2例如是裝在機(jī)動車等的柴油發(fā)動機(jī)或汽油發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)2根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況被控制壓縮空氣或燃料的供給量。該控制利用車載的電子控制單元(ECU)來進(jìn)行。發(fā)動 機(jī)2的控制由空燃比(空氣質(zhì)量/燃料質(zhì)量)進(jìn)行控制。例如，在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時，為使排放 氣體凈化催化劑4有效地發(fā)生作用，按照成為接近理論空燃比(空氣中的氧和燃料沒有過 多或不足而進(jìn)行反應(yīng)的狀態(tài))的空燃比的方式進(jìn)行控制。此外，有時為了降低油耗和減少 排放氣體中的有害物質(zhì)，也可以控制成低于理論空燃比的空燃比(經(jīng)濟(jì)空燃比)。此外，在 發(fā)動機(jī)2啟動時，為了謀求增大輸出，控制成燃料豐富的空燃比。此外，這種電子控制單元 (ECU)，也可以作為本發(fā)明的預(yù)熱系統(tǒng)的控制裝置5發(fā)揮作用。排放氣體凈化催化劑4例如是三元催化劑。三元催化劑可以是將排放氣體中所含 有的有害物質(zhì)(主要是碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氮氧化?除去的排放氣體凈化催化劑4，但 本發(fā)明所使用的排放氣體凈化催化劑4并不局限于三元催化劑。對于排放氣體凈化催化劑 4設(shè)置有檢測是否已活化的檢測器如。檢測器4s例如是溫度計(jì)或氧濃度檢測器。作為檢 測器4s采用溫度計(jì)時，檢測是否已達(dá)到排放氣體凈化催化劑4活化的溫度(在三元催化劑 的情況下，為200 300°C )。此外，由于排放氣體凈化催化劑4的溫度由排放氣體的溫度 決定，因此，也可以配置檢測器4s，以檢測排放氣體凈化催化劑4之前或之后的排放氣體的 溫度。作為檢測器4s采用氧濃度檢測器時，檢測排放氣體凈化催化劑4是否發(fā)揮作用。此 時，優(yōu)選的是將檢測器4s配置在排放氣體凈化催化劑4之后。此外，也可以檢測二氧化碳 等的氧以外的氣體濃度。控制裝置5具體是上述的電子控制單元(EOT)。控制裝置5與使發(fā)動機(jī)2啟動的 點(diǎn)火裝置7電連接，構(gòu)成為檢測發(fā)動機(jī)2已啟動。此外，控制裝置5與發(fā)動機(jī)2的燃料供給 裝置電連接，構(gòu)成為按照使發(fā)動機(jī)2成為所期望的空燃比的方式向發(fā)動機(jī)2供給燃料。此 外，控制裝置5與電動馬達(dá)Im電連接，構(gòu)成為能夠進(jìn)行電動馬達(dá)Im的驅(qū)動、停止、轉(zhuǎn)速控制 等。而且，控制裝置5與檢測器如電連接，構(gòu)成為能夠檢測排放氣體凈化催化劑4是否已 活化。當(dāng)控制裝置5檢測到由于點(diǎn)火裝置7的操作而使發(fā)動機(jī)2啟動時，將電動馬達(dá)Im與 渦輪It的離合器連接，使電動馬達(dá)Im工作而對渦輪It產(chǎn)生反向扭矩。利用電動馬達(dá)Im 對渦輪It負(fù)載的反向扭矩量例如根據(jù)傳感器Is的輸出來進(jìn)行控制。此外，控制裝置5，根 據(jù)檢測器4s的信號檢測排放氣體凈化催化劑4是否已活化，在排放氣體凈化催化劑4已活 化時，停止電動馬達(dá)Im并解除離合器。在此，圖2是表示渦輪轉(zhuǎn)速和排放氣體溫度的時間變化的圖。該圖中，橫軸表示 時間(分)，左縱軸表示渦輪轉(zhuǎn)速(rpm)，右縱軸表示排放氣體溫度(°C)。此外，用點(diǎn)劃線 (FUTl)表示現(xiàn)有例1的數(shù)據(jù)，用兩點(diǎn)劃線(F2、T2)表示現(xiàn)有例2的數(shù)據(jù)，用實(shí)線(F3、T3) 表示本發(fā)明的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有例1是采用對渦輪沒有連接電動馬達(dá)的通常的增壓器的排放氣體凈化催化 劑的預(yù)熱系統(tǒng)。在該現(xiàn)有例1中，預(yù)熱時的渦輪轉(zhuǎn)速在圖2中用點(diǎn)劃線的曲線Fl描繪出曲 線，提高設(shè)定了怠速轉(zhuǎn)速P (例如3萬 5萬轉(zhuǎn)左右)。在現(xiàn)有例1中，由于由發(fā)動機(jī)的排放 氣體使增壓器作用，因此，無法在發(fā)動機(jī)啟動時在短時間內(nèi)使渦輪轉(zhuǎn)速上升，因此，等到渦 輪轉(zhuǎn)速達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速P需要一定的時間。其結(jié)果，如圖2中點(diǎn)劃線的直線Tl所示，等到達(dá) 到排放氣體凈化催化劑活化的溫度α (例如200 300°C )，需要一定的怠速時間tl (例如 5 6分左右)?，F(xiàn)有例2是采用對渦輪連接電動馬達(dá)的電動輔助增壓器的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)。在該現(xiàn)有例2中，預(yù)熱時的渦輪轉(zhuǎn)速在圖2中用兩點(diǎn)劃線的曲線F2描繪出 曲線，與現(xiàn)有例1同樣提高設(shè)定了怠速轉(zhuǎn)速P，由于利用電動馬達(dá)積極地使渦輪旋轉(zhuǎn)，因此， 能夠在發(fā)動機(jī)啟動時在短時間內(nèi)使渦輪轉(zhuǎn)速上升，因此，能夠縮短渦輪轉(zhuǎn)速達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速P 的時間。然而，現(xiàn)有例2與現(xiàn)有例1同樣，排放氣體能量的損耗等較大，如圖2中兩點(diǎn)劃線 的直線T2所示，等到達(dá)到排放氣體凈化催化劑活化的溫度α (例如200 300°C )，需要一 定的怠速時間t2 (例如4 5分左右)。另一方面，圖1所示的本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑4的預(yù)熱系統(tǒng)，由于在預(yù)熱 時，對渦輪It負(fù)載反向扭矩，因此，渦輪轉(zhuǎn)速描繪出如圖2中由實(shí)線的曲線3所示的曲線， 其怠速轉(zhuǎn)速q比現(xiàn)有的怠速轉(zhuǎn)速P設(shè)定得低。具體是，其怠速轉(zhuǎn)速q設(shè)定為現(xiàn)有的怠速轉(zhuǎn) 速ρ的1/3 2/3左右(例如1萬 3萬轉(zhuǎn)左右)。這樣，通過對渦輪It負(fù)載反向扭矩，使 渦輪U成為排放氣體的阻力來進(jìn)行控制，能夠使從發(fā)動機(jī)2排出的排放氣體在滯留在發(fā)動 機(jī)排放氣體流路3e內(nèi)的同時緩緩地被輸送到渦輪It的下游的排放氣體流路3，從而能夠在 發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e內(nèi)有效地使排放氣體的溫度上升。因此，根據(jù)本發(fā)明的預(yù)熱方法， 通過對增壓器1的渦輪It負(fù)載反向扭矩而使排放氣體的溫度上升，由此，如圖2中實(shí)線的 直線T3所示，達(dá)到排放氣體凈化催化劑4活化的溫度α (例如200 300°C )的怠速時間 t3可以縮短到1 2分左右。在上述說明中，對于利用渦輪It的轉(zhuǎn)速控制反向扭矩的負(fù)載量的情況進(jìn)行了說 明，但也可以通過檢測排放氣體流路3 (包括發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e)的壓力來控制使渦輪 It負(fù)載的反向扭矩量。在此，圖3是表示圖1所示的第一實(shí)施方式的第一變形例的圖，圖4 是表示第二變形例的圖。此外，在各圖中，對于與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成部件附加相同的 標(biāo)記，并省略重復(fù)的說明。圖3所示的第一變形例，在排放氣體流路3中配置有檢測排放氣體凈化催化劑4 的入口側(cè)的壓力的傳感器31。傳感器31與控制裝置5電連接，控制裝置5根據(jù)傳感器31 的輸出來控制電動馬達(dá)lm。傳感器31也可以測量渦輪It的出口側(cè)的壓力。在該第一變形 例中，利用控制裝置5對于渦輪It負(fù)載反向扭矩，以使得壓力傳感器31的輸出減小沒有負(fù) 載反向扭矩時的壓力的10 30%左右。圖4所示的第二變形例，在排放氣體流路3的一部分即發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e中 配置有檢測渦輪It的入口側(cè)壓力的傳感器31。傳感器31與控制裝置5電連接，控制裝置 5根據(jù)傳感器31的輸出來控制電動馬達(dá)lm。傳感器31也可以測量發(fā)動機(jī)2的出口側(cè)的壓 力。在該第二變形例中，利用控制裝置5對于渦輪It負(fù)載反向扭矩，以使得壓力傳感器31 的輸出增加沒有負(fù)載反向扭矩時的壓力的10 30%左右。此外，通?？紤]到，當(dāng)控制渦輪It的轉(zhuǎn)速時，由于壓縮機(jī)Ic的轉(zhuǎn)速降低，供給到發(fā) 動機(jī)2的壓縮空氣量減少，因此供給到發(fā)動機(jī)2的燃料也減少，因此，排放氣體能量的熱量 降低，對于排放氣體凈化催化劑4的早期活化是不優(yōu)選的。但本發(fā)明是與這種通常的想法 相反，其是根據(jù)如下見解而提出的，即，即使由發(fā)動機(jī)2給予的排放氣體能量的熱量降低， 通過利用渦輪It成為排放氣體的阻力，能夠積累由發(fā)動機(jī)2給予的排放氣體能量的熱量而 在短時間內(nèi)能夠使排放氣體的溫度有效地上升。因此，本發(fā)明不僅能夠使排放氣體凈化催 化劑4早期活化，而且還能夠降低發(fā)動機(jī)2的油耗。此外，由于能夠使排放氣體凈化催化劑 4早期活化，因此，能夠減小排放氣體凈化催化劑4的熱質(zhì)，從而能夠減少排放氣體凈化催化劑4的使用量，而實(shí)現(xiàn)降低成本，還具有能夠進(jìn)一步縮短預(yù)熱時間等的效果。下面，對于本發(fā)明的其它實(shí)施方式進(jìn)行說明。其中，圖5是表示本發(fā)明的排放氣體 凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖，圖6是表示第三實(shí)施方式的簡要構(gòu) 成圖，圖7是表示第四實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖，圖8是表示第五實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖，圖9 是表示第六實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖，圖10是表示第七實(shí)施方式的簡要構(gòu)成圖。此外，在各 圖中，對于與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成部件附加相同的標(biāo)記，并省略重復(fù)的說明。圖5所示的第二實(shí)施方式，具有排放氣體再循環(huán)裝置(EGR=Exhaust gas Recirculation)，其使排放氣體從渦輪It的上游側(cè)向壓縮機(jī)Ic的下游側(cè)循環(huán)；以及控制 裝置5，其在排放氣體凈化催化劑4預(yù)熱時使排放氣體再循環(huán)裝置工作而使排放氣體循環(huán)。 排放氣體再循環(huán)裝置具有將發(fā)動機(jī)排放氣體流路6e和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路3e連接的EGR流 路41、以及配置在再循環(huán)流路41的EGR閥42。EGR閥42與控制裝置5電連接，構(gòu)成為能 夠在任意定時打開關(guān)閉EGR閥42?？刂蒲b置5，例如在檢測到由于點(diǎn)火裝置7的操作而使 發(fā)動機(jī)2啟動時，在從發(fā)動機(jī)2啟動而經(jīng)過了一定時間時，在渦輪It的轉(zhuǎn)速成為規(guī)定轉(zhuǎn)速 時，在排放氣體流路3的壓力成為規(guī)定壓力時，使EGR閥42成為打開狀態(tài)，而利用EGR流 路41時排放氣體循環(huán)。這樣，通過使發(fā)動機(jī)排放氣體流路:3e內(nèi)的排放氣體循環(huán)，能夠有效 地使排放氣體的溫度上升。此外，控制裝置5，例如在檢測到排放氣體凈化催化劑4已活化 時，將EGR閥42切換為關(guān)閉狀態(tài)。此外，通常在排放氣體再循環(huán)裝置連接冷卻器等的冷卻 機(jī)構(gòu)，但在本發(fā)明中，在使排放氣體循環(huán)的情況下，由于需要使排放氣體的溫度上升，因此， 使冷卻機(jī)構(gòu)不工作。圖6所示的第三實(shí)施方式，具有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其調(diào)節(jié)渦輪It的排放氣體流 量；以及控制裝置5，其在排放氣體凈化催化劑4預(yù)熱時，進(jìn)行控制使渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工 作，而減小渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的排放氣體的能量損耗。具體是，在渦輪It的排放氣體的 入口部配置有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)即可變噴嘴In。因此，圖示的增壓器1構(gòu)成所謂的可變?nèi)?量式增壓器?？勺?nèi)萘渴皆鰤浩?，能夠利用可變噴嘴In的打開關(guān)閉來控制供給到渦輪It 的排放氣體的流量，由此，能夠控制供給到發(fā)動機(jī)2的壓縮空氣的流量，從而可以利用一個 增壓器1覆蓋發(fā)動機(jī)2的大的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍而確保高的增壓效率。可變噴嘴In是包含能夠?qū)?增壓器1作為可變?nèi)萘渴降乃袡C(jī)構(gòu)的含義，例如，還存在風(fēng)門式或葉片式。此外，可變噴 嘴In與控制裝置5電連接，構(gòu)成為能夠在任意的定時打開關(guān)閉可變噴嘴In?？勺儑娮霫n 在預(yù)熱時由控制裝置5進(jìn)行控制而減小渦輪It的排放氣體的能量損耗。具體是，當(dāng)控制裝 置5檢測到由于點(diǎn)火裝置7的操作而使發(fā)動機(jī)2啟動時，使可變噴嘴In成為打開狀態(tài)，優(yōu) 選的是成為全開狀態(tài)。在可變噴嘴In成為打開狀態(tài)時，能夠減小可變噴嘴In的排放氣體 的阻力，從而能夠減小可變噴嘴In的排放氣體的能量損耗。此外，雖然沒有圖示，但渦輪流 量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也可以是廢氣旁通閥。圖7所示的第四實(shí)施方式及圖8所示的第五實(shí)施方式，具有排放氣體再循環(huán)裝置 (EGR)，其使排放氣體從渦輪It的上游側(cè)向壓縮機(jī)Ic的下游側(cè)循環(huán)；渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)， 其調(diào)節(jié)渦輪It的排放氣體流量；以及控制裝置5，其在排放氣體凈化催化劑4預(yù)熱時，使排 放氣體再循環(huán)裝置及渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，而使排放氣體循環(huán)。排放氣體再循環(huán)裝置與 第二實(shí)施方式同樣，具有將發(fā)動機(jī)排放氣體流路6e和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路3e連接的EGR流 路41、以及配置在再循環(huán)流路41的EGR閥42，利用控制裝置5與第二實(shí)施方式同樣進(jìn)行控制。另一方面，渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)按照使發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e內(nèi)的壓力上升的方式進(jìn)行 作用，發(fā)揮功能而使發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e內(nèi)的排放氣體容易循環(huán)。圖7所示的第四實(shí)施方式，表示的是渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為可變噴嘴In的情況。例 如，在控制裝置5檢測到由于點(diǎn)火裝置7的操作而使發(fā)動機(jī)2啟動而使EGR閥42成為打開 狀態(tài)時，由于僅僅是對渦輪It負(fù)載反向扭矩而無法使發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e內(nèi)的壓力有 效上升，因此，使可變噴嘴In成為接近關(guān)閉狀態(tài)，等到成為排放氣體再循環(huán)裝置能夠發(fā)揮 作用的狀態(tài)時，使可變噴嘴In切換為打開狀態(tài)而抑制排放氣體能量的減少。該可變噴嘴In 的開度調(diào)節(jié)，可以利用從發(fā)動機(jī)2啟動開始的經(jīng)過時間預(yù)先設(shè)定，也可以一邊監(jiān)視發(fā)動機(jī) 排放氣體流路3e和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路6e的壓力，一邊進(jìn)行開度調(diào)節(jié)。圖8所示的第五實(shí)施方式，表示作為渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用廢氣旁通閥Iw的情 況。廢氣旁通閥1 具有與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路6e連接的分流路51、以及與渦輪It的下游側(cè) 的排放氣體流路3連接的旁通流路52。該廢氣旁通閥Iw是如下裝置，即，在流過發(fā)動機(jī)進(jìn) 氣流路6e的壓縮空氣的壓力過高時，廢氣旁通閥Iw成為打開狀態(tài)，輸送排放氣體而使排放 氣體從渦輪It旁通，由此，減小壓縮機(jī)Ic的進(jìn)氣流量而降低壓縮空氣的壓力。此外，廢氣 旁通閥Iw與控制裝置5電連接，構(gòu)成為能夠在任意的定時打開關(guān)閉廢氣旁通閥lw。例如， 在控制裝置5檢測到由于點(diǎn)火裝置7的操作而使發(fā)動機(jī)2啟動而使EGR閥42成為打開狀 態(tài)時，由于僅僅是對渦輪It負(fù)載反向扭矩而無法使發(fā)動機(jī)排放氣體流路3e內(nèi)的壓力有效 上升，因此，使廢氣旁通閥Iw成為接近關(guān)閉狀態(tài)，等到成為排放氣體再循環(huán)裝置能夠發(fā)揮 作用的狀態(tài)時，使廢氣旁通閥Iw切換為打開狀態(tài)而抑制排放氣體能量的減少。該廢氣旁通 閥1 的開度調(diào)節(jié)，可以利用從發(fā)動機(jī)2啟動開始的經(jīng)過時間預(yù)先設(shè)定，也可以一邊監(jiān)視發(fā) 動機(jī)排放氣體流路3e和發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流路6e的壓力，一邊進(jìn)行開度調(diào)節(jié)。圖9所示的第六實(shí)施方式及圖10所示的第七實(shí)施方式，表示作為負(fù)載裝置采用發(fā) 電機(jī)Ig的情況。即使將第一實(shí)施方式所示的電動馬達(dá)Im置換成發(fā)電機(jī)lg，也可以與第一 實(shí)施方式同樣對渦輪It負(fù)載反向扭矩。發(fā)電機(jī)Ig與蓄電池61電連接，構(gòu)成為能夠儲存由 發(fā)電機(jī)Ig發(fā)出的電。此外，儲存于蓄電池61的電的使用途徑，并不局限于第六實(shí)施方式及 第七實(shí)施方式所記載的技術(shù)方案。圖9所示的第六實(shí)施方式，對于增壓器1配置有電動輔助裝置62。電動輔助裝置 62具有配置在進(jìn)氣流路6的壓縮機(jī)62c、以及驅(qū)動壓縮機(jī)62c的電動馬達(dá)62m。電動馬達(dá) 62m由從蓄電池61供給的電來驅(qū)動。此外，電動馬達(dá)6 !與控制裝置5電連接，在發(fā)動機(jī)2 啟動時等被控制驅(qū)動。通過配置該電動輔助裝置62，即使在對渦輪It負(fù)載反向扭矩時，也 能夠確保一定的進(jìn)氣量，從而可以增加能夠供給到發(fā)動機(jī)2的燃料，可以增大排放氣體能 量的熱量，從而可以進(jìn)一步縮短排放氣體凈化催化劑4的預(yù)熱時間。圖10所示的第七實(shí)施方式，將增壓器1的渦輪It和壓縮機(jī)Ic分離，對渦輪It連 接發(fā)電機(jī)lg，對壓縮機(jī)Ic連接電動馬達(dá)lm。構(gòu)成為，發(fā)電機(jī)Ig和電動馬達(dá)Im與蓄電池61 連接，用蓄電池61儲存由發(fā)電機(jī)Ig發(fā)出的電，可以將蓄電池61的電供給電動馬達(dá)lm。按 照這種結(jié)構(gòu)，可以分別驅(qū)動渦輪It和壓縮機(jī)lc，即使在對渦輪It負(fù)載反向扭矩時，也能夠 利用壓縮機(jī)Ic確保一定的進(jìn)氣量。因此，可以增加能夠供給到發(fā)動機(jī)2的燃料，可以增大 排放氣體能量的熱量，從而可以進(jìn)一步縮短排放氣體凈化催化劑4的預(yù)熱時間。此外，由于 將渦輪It和壓縮機(jī)Ic分離，因此，具有設(shè)備布局設(shè)計(jì)的限制小、通用性優(yōu)良等效果。
本發(fā)明不局限于上述的實(shí)施方式，也可以在第二實(shí)施方式 第七實(shí)施方式中，配 置傳感器31來檢測排放氣體流路3的壓力，還可以在第六實(shí)施方式及第七實(shí)施方式中，配 置排放氣體再循環(huán)裝置或渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(可變噴嘴In、廢氣旁通閥Iw等)等，在不脫 離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，當(dāng)然可以進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法，其對于配置在具備增壓器的內(nèi)燃機(jī)的排放氣 體流路的排放氣體凈化催化劑進(jìn)行預(yù)熱，其特征在于，對所述增壓器的渦輪負(fù)載反向扭矩而使排放氣體溫度上升。
2.如權(quán)利要求1所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法，其特征在于，使所述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī)的下游側(cè)循環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法，其特征在于，在所述增壓器具有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的情況下，按照減小排放氣體的能量損耗的方式 控制所述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱方法，其特征在于，在所述增壓器具有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的情況下，按照使所述排放氣體從所述渦輪的上 游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī)的下游側(cè)循環(huán)的方式控制所述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
5.一種排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其對于配置在具備增壓器的內(nèi)燃機(jī)的排放氣 體流路的排放氣體凈化催化劑進(jìn)行預(yù)熱，其特征在于，具有負(fù)載裝置，其與所述增壓器的渦輪連接；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時，使所述負(fù)載裝置工作而對所述渦輪 產(chǎn)生反向扭矩。
6.如權(quán)利要求5所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置根據(jù)檢測所述渦輪的轉(zhuǎn)速或所述排放氣體流路的壓力的傳感器的輸出 來控制所述負(fù)載裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其特征在于，具有排放氣體再循環(huán)裝置，其使所述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī) 的下游側(cè)循環(huán)；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時使所述排放氣體再循環(huán)裝置工作而使 所述排放氣體循環(huán)。
8.如權(quán)利要求5所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其特征在于，具有渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其調(diào)節(jié)所述渦輪的排放氣體流量；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時，進(jìn)行控制以使所述渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)工作，而減小排放氣體的能量損耗。
9.如權(quán)利要求5所述的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，其特征在于，具有排放氣體再循環(huán)裝置，其使所述排放氣體從所述渦輪的上游側(cè)向所述增壓器的壓縮機(jī) 的下游側(cè)循環(huán)；渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其調(diào)節(jié)所述渦輪的排放氣體流量；以及控制裝置，其在所述排放氣體凈化催化劑預(yù)熱時，使所述排放氣體再循環(huán)裝置及所述 渦輪流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，而使所述排放氣體循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明的排放氣體凈化催化劑的預(yù)熱系統(tǒng)，對于配置在具備增壓器(1)的發(fā)動機(jī)(2)的排放氣體流路(3)的排放氣體凈化催化劑(4)進(jìn)行預(yù)熱，具有電動馬達(dá)(1m)，其與增壓器(1)的渦輪(1t)連接；以及控制裝置(5)，其在排放氣體凈化催化劑(4)預(yù)熱時使電動馬達(dá)(1m)工作而對渦輪(1t)產(chǎn)生反向扭矩。
文檔編號F01N3/24GK102046940SQ20098011915
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者品川和彥, 宮城嘉幸, 清水政宏 申請人:株式會社Ihi