专利名称：排气控制设备和用于排气控制设备的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种排气控制设备以及一种用于排气控制设备的控制方法。
背景技术：
利用氨作为还原剂来还原包含在内燃发动机的排气中的氮氧化物(NOx)的NOx还原催化剂被用作排气控制构件。在具有NOx还原催化剂的排气控制设备中，氨从NOx还原催化剂的上游侧供给至NOx还原催化剂。通常使用将尿素水喷射到排气中的方法作为氨供给方法。喷射到排气中的尿素水在排气中分解以产生氨。从尿素水产生的氨被吸附到NOx还原催化剂。吸附至NOx还原催化剂的氨与流入NOx还原催化剂的排气中的NOx之间发生氧化还原反应，并因此，从排气中除去了 N0X。NOx还原催化剂的NOx净化率取决于吸附到NOx还原催化剂的氨量。随着NOx还原催化剂吸附的氨量增大，获得了稳步提高的NOx净化率。然而，能够吸附到NOx还原催化剂的氨量存在上限，并且当超过该上限的过量氨被供给到NOx还原催化剂时，变得更易发生氨逃逸，从而未能吸附到NOx还原催化剂的氨流出NOx还原催化剂。因此，在具有NOx还原催化剂的排气控制设备中，难以在抑制氨逃逸的同时实现NOx净化率的改善。针对该问题，日本专利申请公报N0.2003-293737 (JP-A-2003-293737)提出了一种发明:该发明通过基于由NOx还原催化剂消耗的氨消耗量以及由还原剂供给装置添加的氨添加量来计算由NOx还原催化剂吸附的实际氨吸附量、以及基于所计算出的实际吸附量来控制氨添加量使得吸附到NOx还原催化剂的氨量达到目标吸附量而在抑制氨逃逸的同时实现了 NOx净化率的改善。即使当吸附到NOx还原催化剂的氨量保持恒定，NOj争化率以及氨逃逸的可能性也会根据NOx还原催化剂上的氨吸附量的分布而不同。例如，在从NOx还原催化剂的上游侧添加尿素水之后的即刻，吸附到NOx还原催化剂的沿排气流动方向的上游侧部分的氨量可能大于吸附到下游侧部分的氨量。与所吸附的氨在整个NOx还原催化剂上一致地(均匀地)分布时相比，在氨吸附量以此方式分布时获得了更大的NOx净化率。另一方面，一旦在添加尿素水之后经过一定时间，则吸附到NOx还原催化剂的沿排气流动方向的下游侧部分的氨量可能变得大于吸附到上游侧部分的氨量。与所吸附的氨在整个NOx还原催化剂上一致地分布时相比，在氨吸附量以此方式分布时更易于发生氨逃逸。在JP-A-2003-293737描述的发明中，简单地将NOx还原催化剂的全部氨吸附量控制到目标吸附量，并且没有考虑由于NOx还原催化剂上的氨吸附量分布而引起的NOx净化率和氨逃逸可能性的差异。因此，不可能在抑制氨逃逸的同时充分实现改善NOx净化率的效果O
发明内容
考虑了上述几点而设计了本发明，并且本发明提供了一种在具有NOx还原催化剂的排气控制设备中使用的技术，该NOx还原催化剂设置在内燃发动机的排气系统中，以利用从排气流动方向的上游侧供给并吸附到NOx还原催化剂的氨来还原并除去排气中所含的NOx,通过该技术能够提高NOx净化率并且能够抑制氨逃逸。更具体地，本发明提供了一种在具有排气控制构件的排气控制设备中使用的技术，该排气控制构件设置在内燃发动机的排气系统中，以利用从排气流动方向的上游侧供给并吸附到排气控制构件的净化剂来控制排气，通过该技术能够提高排气净化率并且能够抑制净化剂从排气控制构件的流出。本发明的一个方面提供了一种排气控制设备，该排气控制设备包括:排气控制构件，所述排气控制构件设置在内燃发动机的排气系统中以通过除去排气中所含的预定成分来控制排气；净化剂供给装置，所述净化剂供给装置将净化剂供给到所述排气系统中的所述排气控制构件的上游侧，使得所述净化剂吸附到所述排气控制构件并使所述净化剂与通过所述排气控制构件的排气中的所述预定成分反应；以及控制装置，所述控制装置获得所述排气控制构件上的净化剂吸附量分布并且基于所获得的净化剂吸附量分布来控制由所述净化剂供给装置供给的净化剂供给。本发明的另一个方面提供了一种用于控制对排气控制构件的排气流动方向的上游侧的净化剂供给的控制方法，所述排气控制构件通过吸附与来自内燃发动机的排气中的预定成分反应的净化剂来净化排气，所述方法包括:获得所述排气控制构件上的净化剂吸附量分布；以及基于所获得的净化剂吸附量分布来控制所述净化剂供给。根据上述排气控制设备和控制方法，能够在考虑到与排气控制构件上的净化剂吸附量分布对应的排气控制构件的预定成分净化率的差异以及净化剂流出排气控制构件的逃逸可能性的差异的同时，控制由净化剂供给装置供给的净化剂供给，并因此实现了能够提高预定成分净化率的吸附量分布以及能够抑制净化剂逃逸的吸附量分布。因此，能够增大预定成分净化率并且能够抑制净化剂逃逸。例如，即使当吸附到整个排气控制构件的净化剂量保持恒定，净化剂逃逸的可能性仍会根据排气控制构件上的净化剂吸附量分布而不同。能够执行净化剂供给控制的范围根据净化剂逃逸的可能性而不同。例如，当吸附到整个排气控制构件的净化剂量保持恒定而吸附量分布成使得易于发生净化剂逃逸时，优选地停止或减少净化剂供给，并且当吸附到整个排气控制构件的净化剂量保持恒定而吸附量分布成使得不易发生净化剂逃逸时，能够在抑制逃逸的同时增大净化剂供给。根据上述排气控制设备，基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布来控制净化剂供给，并因此能够在考虑根据排气控制构件上的净化剂吸附量分布而不同的净化剂逃逸可能性的情况下控制净化剂供给。因此，净化剂吸附量能够增加到在能够抑制净化剂逃逸的范围内的最大量。预定成分净化率随着吸附到排气控制构件的净化剂量的增大而稳定地增大，并因此，根据该排气控制设备，能够在抑制净化剂逃逸的同时提高预定成分净化率。当吸附到排气控制构件的排气流动方向上游侧部分的净化剂解吸附时，所解吸附的净化剂可能逃逸。然而，所解吸附的氨更有可能移动到排气控制构件的下游侧部分并且在其中与预定成分反应而被消耗掉。换句话说，即使当排气控制构件的上游侧部分中的净化剂吸附量大时，其对逃逸可能性的影响仍小。另一方面，当吸附到排气控制构件的下游侧部分的净化剂解吸附时，所解吸附的净化剂极有可能流出排气控制构件而照原样进入到排气通道中。换句话说，与吸附到上游侧部分的净化剂相比，吸附到排气控制构件的下游侧部分的净化剂对逃逸的可能性的影响更大。因此，可以判定，当排气控制构件中的净化剂吸附量分布成使得较大量的净化剂吸附到排气控制构件的下游侧部分时，逃逸可能性是高的。因此，在排气控制设备中，可以基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布来判定排气控制构件的预定的下游侧部分中的净化剂吸附量，并且可以基于此来控制净化剂供
5 口 O更具体地，在排气控制设备中，当排气控制构件的位于沿排气流动方向的下游侧的预定部分中的净化剂吸附量等于或超过预定的第一阈值时，控制装置可以控制净化剂供给装置以停止净化剂供给或减少净化剂供给量。通过这样做，在净化剂吸附量在排气控制构件上分布成使得逃逸易于发生时，或者换句话说，在所吸附的净化剂分布成使得大量净化剂吸附到排气控制构件的预定的下游侧部分时，能够停止或减少净化剂供给。因此，能够有利地抑制逃逸。相反地，当净化剂吸附量在排气控制构件上分布成使得逃逸不易发生时，或者换句话说，当所吸附的净化剂分布成使得少量净化剂吸附到排气控制构件的预定的下游侧部分时，不停止或减少净化剂供给。因此，无需不必要地停止或减少净化剂供给，并因此能够保持高净化率。在这种情况下，能够在能抑制逃逸的范围内增大净化剂供给，并且通过这样做，能够增大净化率。在现有技术中，可以在排气控制构件中的总净化剂吸附量大时停止或减少净化剂供给。然而，根据本发明，即使当排气控制构件中的总净化剂吸附量对于在现有技术中要被停止或减少净化剂供给来说足够大时，只要排气控制构件的预定的下游侧部分中的净化剂吸附量小于第一阈值，就不会停止或减少净化剂供给。因此，能够在抑制净化剂逃逸的同时使比现有技术更大量的净化剂吸附到排气控制构件，并因此，与现有技术相比能够提高净化率。上述构型的“预定部分”为在净化剂从排气控制构件解吸附时极有可能发生逃逸的区域。例如，在将排气控制构件沿排气流动方向划分成两个部分的模型中，下游侧部分可以设定为上述构型的“预定部分”。在划分成三个或更多个部分的模型中，位于定位在最上游的部分的下游侧的部分或者定位在最下游的部分可以设定为上述构型的“预定部分”。“第一阈值”应当根据设定为上述构型的“预定部分”的部分来适当地设定。“第一阈值”为“预定部分”中的净化剂吸附量的参考值，并且可以例如基于在超过预定允许水平的量中没有发生逃逸的吸附量的上限值来设定。在本发明中，逃逸的可能性可以基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布来判定，并且可以基于此来控制净化剂供给。更具体地，在本发明中，控制装置可以基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布来获得逃逸判定值，逃逸判定值是用于判定净化剂流出排气控制构件的可能性的指标，并且当逃逸判定值等于或超过预定的第二阈值时，控制装置可以控制净化剂供给装置以停止净化剂供给或减少净化剂供给量。通过这样做，能够更精确地判定能够抑制逃逸的净化剂供给控制的范围。因此，能够在更可靠地抑制逃逸的同时供给更大量的净化剂。因此，能够以较高程度实现逃逸的抑制以及预定成分净化率的提高。吸附到排气控制构件的净化剂从排气控制构件解吸附时所解吸附的净化剂将流出排气控制构件的可能性根据所解吸附的净化剂被吸附的位置而不同。如上所述，所解吸附的吸附到排气控制构件的下游侧部分的净化剂比所解吸附的吸附到上游侧部分的净化剂更有可能成为逃逸发生的因素。换句话说，当等量净化剂吸附到排气控制构件内的不同位置时，所吸附的净化剂对逃逸可能性的贡献(可能性增加效果的大小)根据净化剂的位置而不同。因此，在计算逃逸判定值时应当不仅要考虑排气控制构件上的吸附量分布，还要考虑排气控制构件内的位置对逃逸可能性的贡献的差异。更具体地，在上述构型中，控制装置可以获得排气控制构件的各个位置的逃逸概率，逃逸概率是当吸附到排气控制构件的净化剂从排气控制构件解吸附时所解吸附的净化齐IJ流出排气控制构件的可能性的指标，并且控制装置可以基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布以及逃逸概率而获得逃逸判定值。尽管逃逸概率同样取决于排气控制构件的结构、材料等，但逃逸概率被认为表现出朝向排气控制构件的下游端增大的基本趋势。通过在考虑了逃逸概率以及排气控制构件上的净化剂吸附量分布的情况下判定逃逸判定值，能够在判定逃逸的可能性之后更精确地控制净化剂供给。注意，在根据排气控制构件的预定的下游侧部分中的吸附量是否等于或超过第一阈值来控制净化剂供给的上述构型中使用的逃逸概率可以在预定部分中设定为I而在其他部分中设定为O。能够吸附到排气控制构件的净化剂的上限量可以取决于排气控制构件的温度。例如，能够吸附到选择性还原型NOx催化剂的氨的上限量随着催化剂温度增大而趋于稳定地减小。在流入排气控制构件的排气的温度上升的情况下，例如，当内燃发动机的运转状态由于迅速减速而极大地转变到高载荷侧或者执行处理以氧化和去除设置在排气控制构件的上游侧的颗粒过滤器中的颗粒物质时，排气控制构件的温度会升高，并因此，能够吸附到排气控制构件的净化剂量可能变化。在选择性还原型NOx催化剂中，可吸附的氨量减小。当可吸附净化剂量随着温度的增大而减小时，如果温度增加迅速，则可能没有足够的时间来执行控制以停止或减少净化剂供给，并因此，可能会供给过量的净化剂，从而导致发生逃逸。流入排气控制构件的排气的温度的增大或内燃发动机的运转状态的变化与这些变化的影响随着排气控制构件的温度的增大而实际变得明显时所处的点之间会出现延迟。因此，通过对流入排气控制构件的排气的温度的变化或者内燃发动机的运转状态的变化进行检测，可以对在不久的将来的排气控制构件的温度的迅速增大进行预测。通过在做出这种预测之后执行控制以停止或减少净化剂供给，能够避免在排气控制构件的温度实际增大使得可吸附的净化剂量减小时供给过量的净化剂的情况。这里，在本发明中，控制装置可以基于流入排气控制构件的排气的温度的变化以及内燃发动机的运转状态的变化中的至少一者来校正逃逸判定值。在上述构型中，在基于流入到排气控制构件的排气的温度的变化以及内燃发动机的运转状态的变化中的至少一者来预测在不久的将来排气控制构件的温度会迅速增大时，可以沿增大方向校正逃逸判定值。通过这样做，逃逸判定值更有可能被判定成等于或超过第二阈值，并因此，更有可能执行用于停止或减少净化剂供给的控制。因此，在运转状态根据排气控制构件的温度的增大而变化时能够有利地抑制逃逸。即使当排气控制构件中的总的净化剂吸附量保持恒定，预定成分净化率仍会根据排气控制构件上的净化剂吸附量分布而不同。根据本发明，基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布来控制净化剂供给，并因此，能够在考虑了与排气控制构件上的净化剂吸附量分布对应的预定成分净化率的差异的情况下控制净化剂供给。因此，预定成分净化率能够增加到能够抑制净化剂逃逸的范围内的最大量。预定成分从排气流动方向的上游端流入排气控制构件，并因此，净化率在大量净化剂吸附到排气控制构件的上游侧部分的分布的情况下比在净化剂在整个排气控制构件上均匀地(一致地)吸附的分布的情况下更高。同时，至于逃逸可能性，逃逸在大量净化剂吸附到排气控制构件的下游侧部分的分布的情况下比在净化剂在整个排气控制构件上均匀地吸附的分布的情况下更有可能发生。在本发明中，考虑到这几点，通过基于排气控制构件上的净化剂吸附量分布来控制净化剂供给使得接近于饱和量的净化剂量吸附到排气控制构件的上游侧部分并且使得较小量的净化剂吸附到下游侧部分，可以在抑制逃逸的同时增大净化率。更具体地，在本发明中，控制装置可以执行第一控制和第二控制，其中，第一控制用于控制由净化剂供给装置供给的净化剂供给使得排气控制构件的预定的第一部分中的净化剂吸附量达到或超过预定的阈值，并且第二控制用于控制由净化剂供给装置供给的净化剂供给使得排气控制构件的沿排气流动方向位于第一部分下游侧的预定的第二部分中的净化剂吸附量达到等于或小于阈值的预定的目标值。在上述构型中，“预定的阈值”为第一部分中的吸附量，在该吸附量下，促进了净化剂与预定成分之间的反应使得排气被有效地净化，并且“预定阈值”可以设定在能够吸附到第一部分的净化剂的上限量(饱和量)或该上限量附近的值处。同时，“预定的目标值”为能够有利地抑制导致逃逸的净化剂从第二部分的解吸附的吸附量，并且可以设定在能够吸附到第二部分的净化剂的上限量或相对于该上限量具有余量的较小的值。通过执行第一控制，接近于饱和量的净化剂量吸附到位于排气控制构件的上游侧的第一部分，并因此，存在足够量的净化剂以与流入的预定成分反应。因此，能够促进流入到排气控制构件的预定成分与净化剂之间的反应，并因此，能够以高的净化率从排气中除去预定成分。通过执行第二控制，第二部分中的净化剂吸附量被控制到预定目标值，该预定目标值远小于饱和量，并因此，能够抑制净化剂从第二部分向下游侧的流出。因此，能够抑制逃逸。在上述构造中，控制装置可以优先于第二控制执行第一控制。短语“优先于第二控制执行第一控制”意味着仅在达到第一控制一即，“第一部分中的净化剂吸附量等于或超过阈值”——的目的时才执行第二控制以实现“第二部分中的净化剂吸附量达到目标值”的目的。通过优先执行第一控制，能够更可靠地增大预定成分净化率。在本发明中，控制装置可以使用以下方法作为用于获得排气控制构件上的净化剂吸附量分布的方法。例如，本发明还可以包括:流入成分量获取装置，流入成分量获取装置获得流入排气控制构件的排气中的预定成分的量；流出成分量获取装置，流出成分量获取装置获得流出排气控制构件的排气中的预定成分的量；以及温度获取装置，温度获取装置获得排气控制构件的温度，其中，控制装置可以基于由流入成分量获取装置获得的预定成分的量、由流出成分量获取装置获得的预定成分的量以及由温度获取装置获得的温度来获得排气控制构件上的净化剂吸附量分布。在排气控制构件中消耗的预定成分的量以及相应地在排气控制构件中消耗的净化剂的量能够根据流入排气控制构件的预定成分的量以及流出排气控制构件的预定成分的量来估算。能够吸附到排气控制构件的净化剂量能够基于排气控制构件的温度来估算。能够基于这些估算值以及从由控制装置等产生的控制信号获得的表明净化剂供给装置供给的净化剂量的信息和与内燃发动机的运转状态有关的信息来估算排气控制构件中的净化剂吸附量。在通过将排气控制构件沿排气流动方向划分成多个单元而获得的模型中，排气控制构件上的净化剂吸附量分布可以基于每个单元中的净化剂吸附量的检测值和/或估算值来获得。例如，可以基于流入或流出排气控制构件和每个单元的预定成分量、流入或流出排气控制构件和每个单元的净化剂量、排气控制构件和每个单元的温度、从各种传感器获得的与内燃发动机的运转控制有关的输出值、由净化剂供给装置等执行的净化剂供给控制、以及基于此通过模型计算、映射参照等获得的各种信息来检测或估算每个单元中的净化剂吸附量。通过在与排气控制构件中设置的多个单元中的每个单元的上游端和下游端对应的位置中附接用于检测预定成分浓度和净化剂浓度的传感器，流入每个单元的预定成分量和净化剂量以及流出每个单元的预定成分量和净化剂量能够根据与经过排气控制构件的排气的流量有关的信息来检测或估算。与内燃发动机的运转控制有关的信息例如由检测进气量的传感器的输出值、表明与燃料喷射控制有关的控制目标值的信息、表明在内燃发动机具有EGR装置的情况下排气循环(EGR)阀开度的控制目标值的信息等构成。
例如，在净化剂供给被控制成使得排气控制构件的第一部分中的净化剂吸附量达到或超过与饱和吸附量接近的预定阈值并且使得位于第一部分的下游侧的第二部分中的净化剂吸附量达到小于阈值的预定目标值的上述构型中，在通过将排气控制构件沿排气流动方向划分成三个或更多个单元而获得的模型中，控制装置可以将定位在最上游的第一单元设定为第一部分，并且将与第一单元相邻地定位在下游侧的第二单元设定为第二部分。为了获得第一单元中或者由包括第一单元的多个相邻单元的组构成的区域中的净化剂吸附量，本发明还可以包括成分量传感器，成分量传感器检测流出排气控制构件中的预定单元的预定成分的浓度，其中，控制装置可以基于由净化剂供给装置供给的净化剂的量、前次估算出的由从排气控制构件内的定位在最上游的第一单元延伸到预定单元的单元组构成的预定区域中的净化剂吸附量以及能够新吸附到预定区域的净化剂量来估算预定区域中的净化剂吸附量，控制装置可以基于根据内燃发动机的运转状态估算出的流入排气控制构件的预定成分量以及根据由成分量传感器获得的检测值估算出的流出预定单元的预定成分量来估算预定区域中的净化剂消耗量，并且控制装置可以基于所估算出的预定区域中的净化剂吸附量和消耗量来估算预定区域中的实际净化剂吸附量。由净化剂供给装置供给的净化剂量能够从与控制装置对净化剂供给装置执行的控制有关的信息获得。前次估算出的预定区域中的净化剂吸附量为最初存在于预定区域中的净化剂量。能够新吸附到预定区域的净化剂量可以基于表明与排气控制构件的温度等相对应的饱和吸附量的信息、以及表明最初存在的净化剂量的信息来估算。换句话说，当最初存在的净化剂量达到饱和吸附量时，由净化剂供给装置新供给的净化剂不能被额外地吸附到预定区域。另一方面，当最初存在的净化剂量小于饱和吸附量时，由净化剂供给装置新供给的净化剂能够额外地吸附到预定区域。流入排气控制构件的预定成分量为流入预定区域的预定成分量，并且能够基于流入排气控制构件的排气的流量以及与内燃发动机中的燃烧有关的信息(与燃料喷射量、进气量的检测值等有关的控制信息)来估算。流入预定区域的预定成分量与流出预定区域的预定成分量之间的差对应于从预定区域除去的预定成分量，并且基于所除去的预定成分量，能够估算出在预定区域中消耗的净化剂量。因此，利用传感器的检测值，能够以高精确度估算预定区域中的净化剂吸附量。为了获得每个单元中的净化剂吸附量，本发明还可以包括:净化剂量传感器，净化剂量传感器检测排气控制构件中的预定单元两侧的净化剂的浓度；以及成分量传感器，成分量传感器检测预定单元两侧的预定成分的浓度，其中，控制装置可以基于根据内燃发动机的运转状态估算出的通过排气控制构件的排气的流量以及由净化剂量传感器获得的检测值来估算预定单元两侧的净化剂量之间的差，控制装置可以基于根据内燃发动机的运转状态估算出的通过排气控制构件的排气的流量以及由成分量传感器获得的检测值来估算预定单元两侧的预定成分量之间的差，控制装置可以基于预定单元两侧的所估算出的净化剂量之间的差以及所估算出的预定成分量之间的差来估算在预定单元中消耗的净化剂量以及新吸附到预定单元的净化剂量，并且控制装置可以基于所估算出的预定单元中的净化剂消耗量和新的吸附量以及前次估算出的预定单元中的净化剂吸附量来估算预定单元中的实际净化剂吸附量。基于内燃发动机的运转状态对经过排气控制构件的排气的流量的估算可以基于与内燃发动机中的燃烧有关的信息(与燃料喷射量、进气量的检测值等有关的控制信息)来执行。随后，可以基于所估算出的流量和目标单元两侧的净化剂浓度来估算经过目标单元的净化剂量的差。类似地，目标单元中的预定成分量的减小可以基于经过排气控制构件的排气的流量以及目标单元两侧的预定成分浓度来估算。根据经过目标单元的净化剂量的差以及预定成分量的减小，能够估算出净化剂与目标单元中的预定成分之间的反应所消耗的净化剂量以及吸附到目标单元的净化剂量。基于这些量以及最初存在于目标单元中的净化剂量，能够估算出目标单元中的当前净化剂吸附量。通过以此方式在目标单元的两侧附接用于估算净化剂浓度的传感器以及用于估算预定成分浓度的传感器，能够估算出目标单元中的净化剂吸附量。利用该方法，在通过将排气控制构件划分成多个单元而获得的模型中，能够估算出每个单元中的净化剂吸附量。通过将估算由具有多个单元的组构成的区域中的净化剂吸附量的方法与估算每个单元中的净化剂吸附量的方法结合，能够获得表明每个单元中所需的净化剂吸附量以控制净化剂供给的信息。为了获得定位在最上游的第一单元以及与第一单元相邻的第二单元中的净化剂吸附量，例如，可以利用估算区域中的净化剂吸附量的方法来估算由第一单元和第二单元构成的区域中的净化剂吸附量，并且可以利用估算单元中的净化剂吸附量的方法来估算第一单元中的净化剂吸附量。上面描述的本发明可以应用于具有NOx还原催化剂的排气控制设备，其中NOx还原催化剂吸附作为还原剂的氨并且选择性地还原并除去排气中所含的N0X。在这种情况下，上述各个构型的排气控制构件为NOx还原催化剂，并且净化剂为还原剂(氨)，该还原剂吸附到NOx还原催化剂并且与通过NOx还原催化剂的排气中的NOx执行氧化还原反应。另外，净化剂供给装置为供应氨或者在排气中分解以产生氨的尿素水的装置。本发明还可以被认为是一种用于根据上述各方面来控制对排气控制构件的排气流动方向的上游侧的净化剂供给的方法发明，其中排气控制构件通过吸附净化剂使得净化剂与排气中的预定成分反应来净化排气。本发明还可以被认为是一种用于实现排气控制设备的该控制方法的程序、记录该程序的介质以及用于执行该程序的计算机或系统。根据本发明，在如下的排气控制设备中能够提高NOx净化率并且能够抑制氨逃逸:该排气控制设备具有NOx还原催化剂，NOx还原催化剂设置在内燃发动机的排气系统中，以利用从沿排气流动方向的上游侧供给并吸附到NOx还原催化剂的氨来还原并除去排气中所含的NOx。更广泛地，在如下具有排气控制构件的排气控制设备中能够提高排气净化率并且能够抑制净化剂从排气控制构件流出:其中排气控制构件设置在内燃发动机的排气系统中，以利用从排气流动方向的上游侧供给并吸附到排气控制构件的净化剂来控制排气。
将在以下参照附图对本发明的示例性实施方式的详细描述中对本发明的特征、优点以及技术及工业意义进行描述，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:图1的视图示出了根据第一实施方式的用于内燃发动机的排气控制设备的示意性构造；图2的视图示出了排气控制设备中的NOx还原催化剂的氨吸附量与NOx净化率之间的关系；图3的视图示出了排气控制设备中的NOx还原催化剂的温度与吸附到的NOx还原催化剂的氨量之间的关系；图4的视图示出了 NOx还原催化剂的预定区域，在该预定区域中基于根据第一实施方式的尿素添加控制来执行氨吸附量判定；图5的示意图示出了在执行根据第一实施方式的尿素添加控制时NOx还原催化剂中的氨吸附过程的示例；图6的流程图示出了根据第一实施方式的尿素添加控制；图7A、图7B和图7C的视图示出了基于根据第二实施方式的尿素添加控制来判定氨逃逸的可能性的方法，其中，图7A的视图示出了 NOx还原催化剂上的氨吸附量分布，图7B的视图示出了逃逸概率，逃逸概率为当吸附到NOx还原催化剂的氨从NOx还原催化剂解吸附时所吸附的氨将流出NOx还原催化剂而进入下游侧排气通道中的可能性的指标，以及图7C的视图示出了根据吸附量分布与逃逸概率的乘积计算出的有效吸附量分布；图8的流程图示出了根据第二实施方式的尿素添加控制；图9A、图9B、图9C和图9D的视图示出了基于根据第三实施方式的尿素添加控制来判定氨逃逸的可能性的方法，其中，图9A示出了从催化剂进口至催化剂出口的氨吸附量，图9B示出了从催化剂进口至催化剂出口的逃逸概率，图9C示出了从催化剂进口至催化剂出口的有效吸附率，以及图9D示出了校正过的从催化剂进口至催化剂出口的有效吸附量;图10的流程图示出了根据第三实施方式的尿素添加控制；图11的视图示出了根据第三实施方式的用于对NOx还原催化剂上的氨吸附量分布进行估算的系统的构成示例；图12的视图示出了根据第四实施方式的用于内燃发动机的排气控制设备的示意性构造；图13A、图13B和图13C的视图以相对于位置的氨吸附率的方式示出了根据第四实施方式的NOx还原催化剂上的氨吸附量分布的示例，其中，图13A示出了排气流的上游侧部分中的氨吸附率，图13B示出了氨在排气流动方向上均匀吸附的吸附量分布，以及图13C示出了排气流的下游侧部分中的氨吸附率；图14的控制框图示出了根据第四实施方式的尿素添加控制；图15的流程图示出了根据第四实施方式的尿素添加控制；图16A和图16B的视图示出了当执行根据第四实施方式的尿素添加控制时NOx还原催化剂的第一单元和第二单元中的氨吸附率以及由尿素添加阀添加的尿素添加量的时间转变的示例，其中，图16A示出了氨吸附率的时间转变，以及图16B示出了尿素添加量的时间转变；图17的视图示出了利用不同于上述实施方式的方法来估算NOx还原催化剂上的氨吸附量分布的系统的构成示例；以及图18的视图示出了利用不同于上述那些实施方式并且稍微不同于图17所示方法的方法来估算NOx还原催化剂上的氨吸附量分布的系统的构成示例。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的实施方式。除非另有说明，否则本发明的技术范围不限于实施方式中所描述的构成部件的尺寸、材料、形状、相对布置等。图1的视图示出了根据实施方式的用于内燃发动机的排气控制设备的示意性构造。在图1中，内燃发动机I为柴油机。内燃发动机I中燃烧的气体排到排气集管2中。排气通道3连接到排气集管2。氧化催化剂4、捕获排气中所含的颗粒物质的过滤器5、以及吸附氨并选择性地还原排气中所含的NOx (预定成分)的NOx还原催化剂7 (排气控制构件)沿排气流动方向从上游侧依次设置在排气通道3中。将尿素水添加到排气的尿素添加阀6 (净化剂供给装置)设置在排气通道3中并位于NOx还原催化剂7的上游侧。对排气的温度进行检测的排气温度传感器9以及对排气的NOx浓度进行检测的NOx传感器10 (流入成分量获取装置)设置在排气通道3中并位于NOx还原催化剂7的上游侧。另外，对NOx还原催化剂7的温度进行检测的催化剂温度传感器11 (温度获取装置)设置在NOx还原催化剂7中。对排气的NOx浓度进行检测的NOx传感器12 (流出成分量获取装置)设置在排气通道3中并位于NOx还原催化剂7的下游侧。电子控制单元(ECU) 8为对内燃发动机I的运转状态进行控制的计算机。来自排气温度传感器9、NOx传感器10、催化剂温度传感器11、NOx传感器12以及附图中未示出的各种其他传感器的检测值输入到ECU8中。ECU8基于从各种传感器输入的检测值来获取内燃发动机I的运转状态以及驾驶员的请求，并且基于所获取的运转状态和请求来控制尿素添加阀6以及附图中未示出的各种其他装置的操作。通过尿素添加阀6添加到排气的尿素水在排气中热解并/或水解，使得产生氨。此氨被吸附到NOx还原催化剂7并且用作与通过NOx还原催化剂7的排气中所含的NOx进行氧化还原反应的还原剂。结果，从排气中除去了 NOx，从而使排气得到净化。NOx还原催化剂的NOx净化率取决于吸附到NOx还原催化剂的氨量。图2的视图示出了吸附到NOx还原催化剂的氨量与NOx净化率之间的关系。图2中的横坐标示出了吸附到NOx还原催化剂的氨量，而图2中的纵坐标示出了 NOx净化率。图2中的实线A示出了在NOx还原催化剂的温度相对较高的情况下氨吸附量与NOx净化率之间的关系。图2中的实线B示出了在NOx还原催化剂的温度相对较低的情况下氨吸附量与NOx净化率之间的关系。当^,还原催化剂的温度低时，催化活性低，并因此NOx还原催化剂中的氨与N0x2间的氧化还原反应的速度低。 另外，当NOx还原催化剂7的温度降低时，沿排气流动方向设置在NOx还原催化剂7的上游侧的氧化催化剂4的温度也可能降低，并因此氧化催化剂的活性也低。因此，在氧化催化剂中不大可能产生NO2，从而导致流入到NOx还原催化剂中的NOx的NO2比率降低，并因此，NOx还原催化剂中的NOx还原反应的反应概率降低。因此，通过在NOx还原催化剂的温度低并因此NOx净化率也低时增大NOx还原催化剂中的氨吸附量，能够增大催化剂中的氨的密度。因此，即使NOx还原催化剂的温度低，也仍能够提高NOx还原反应的反应概率。更具体地，当NOx还原催化剂的温度低时，NOx净化率趋于随着NOx还原催化剂中的氨吸附量的增大而增大。换句话说，NOx净化率取决于吸附到NOx还原催化剂的氨量。因此，能够通过增大吸附到NOx还原催化剂的氨量来提高NOx净化率。然而，能够由NOx还原催化剂吸附的氨量存在上限，并且当超过该上限的过量氨供给到NOx还原催化剂时，氨逃逸变得更易于发生，从而，未能吸附到NOx还原催化剂的氨流出NOx还原催化剂。能够由NOx还原催化剂吸附的氨的上限量(饱和量)取决于NOx还原催化剂的温度。图3的视图示出了 NOx还原催化剂的温度与吸附到NOx还原催化剂的氨量之间的关系。图3中的横坐标示出了 NOx还原催化剂的温度，而图3中的纵坐标示出了吸附到NOx还原催化剂的氨量。图3中的实线A示出了能够吸附到NOx还原催化剂的氨的上限量与NOx还原催化剂的温度之间的关系。如由图3中的实线A所示，可吸附的氨的上限量趋于随着NOx还原催化剂的温度的上升而下降。鉴于这种趋势，可以执行尿素添加控制，以在NOx还原催化剂的温度低时增大氨吸附量的目标值，并在NOx还原催化剂的温度高时减小氨吸附量的目标值。然而，车辆以不规律的方式反复加速及减速，并因此，在用于车辆的内燃发动机的排气控制设备中，必须将催化剂温度的不规则的变化考虑在内。例如，当车辆在从低速行驶迅速加速后停止时，NOx还原催化剂的温度从低温迅速变化到高温，从而导致可吸附的氨的上限量相应地迅速减小，并因此，氨逃逸变得更易于发生。为了在各种行驶状况下将氨逃逸抑制到允许的水平，通常将NOx还原催化剂中的氨吸附量的目标值限制到从车辆的行驶模式设想出的最大催化剂温度处的上限氨吸附量。图3中的实线B示出了以上述方式设定的N0x还原催化剂中的氨吸附量的目标值。由实线B表示的目标值被限制到远小于可吸附的氨的上限量的量，特别是在催化剂温度低的情况下，使得氨吸附量极大地影响了 NOx净化率，并因此出现了不能获得高NOx净化率的问题。附带地，NOx还原催化剂中的氨吸附量根据NOx还原催化剂内的位置显示出偏差并且不总是一致的。例如，在尿素添加之后的即刻，NOx还原催化剂的沿排气流动方向的上游侧部分中的氨吸附量可能大于下游侧部分中的氨吸附量。与当所吸附的氨在整个NOx还原催化剂上一致地分布时相比，当氨吸附量以此方式分布时获得了更大的NOx净化率。另一方面，一旦在尿素添加之后经过了一定时间，则吸附到NOx还原催化剂的沿排气流动方向的下游侧部分的氨量就可能变得大于吸附到上游侧部分的氨量。与当所吸附的氨在整个NOx还原催化剂上一致地分布时相比，当氨吸附量以此方式分布时更易于发生氨逃逸。因此，即使当吸附到整个NOx还原催化剂的氨量保持恒定时，NOx净化率和氨逃逸的可能性仍会根据NOx还原催化剂上的氨吸附量分布而不同。在该实施方式中，获得了 NOx还原催化剂7中的氨吸附量的分布，借此，基于该氨吸附量分布通过尿素添加阀6来执行尿素水添加控制(净化剂供给控制)，使得在抑制氨逃逸的同时获得最大的NOx净化率。通过这种尿素添加控制，在使得能够抑制氨逃逸的范围内，更大量的氨能够吸附到NOx还原催化剂7，并且氨吸附量分布能够设定成使得能够抑制氨逃逸并且能够获得高NOjt化率。首先，将描述根据本发明的第一实施方式的尿素添加控制的示例，在该示例中，NOx还原催化剂7的预定区域中的氨吸附量通过NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布来判定，并且基于此执行尿素添加控制。在第一实施方式中，如图4中所示，NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布利用将NOx还原催化剂7划分成两个单元的模型来获得。此后，排气流动方向上的上游侧部分71将被称为第一单元，而排气流动方向上的下游侧部分72将被称为第二单元。在第一实施方式中，基于第二单元72中的氨吸附量来执行尿素添加控制。当吸附到第一单元71的氨从NOx还原催化剂7解吸附时，所解吸附氨可能流出NOx还原催化剂7，从而导致氨逃逸。然而，所解吸附的氨更有可能移动通过NOx还原催化剂7的内部进入第二单元72中并且与第二单元72中的NOx反应而消耗掉。因此，吸附到第一单元71的氨的解吸附不大可能导致氨逃逸。另一方面，当吸附到第二单元72的氨从NOx还原催化剂7解吸附时，所解吸附的氨极有可能照原样流出到排气通道3中，因此，吸附到第二单元72的氨的解吸附有可能导致氨逃逸。因此，在所吸附的氨解吸附时发生氨逃逸的可能性在第一单元71与第二单元72间是不同的。因此可以判定，当NOx还原催化剂7中的氨吸附量被分布成使得较大量的氨存在于第二单元72中时，氨逃逸的可能性较高。因此，在第一实施方式中，获得吸附到NOx还原催化剂7的第二单元72的氨量，并且当第二单元72中的氨吸附量等于或超过预定的第一阈值时，控制尿素添加阀6以停止尿素水添加或减小尿素水添加量。因此，当NOx还原催化剂7中的氨吸附量被分布成使得较大量的氨吸附到第二单元72时，判断有可能发生氨逃逸。随后，停止或减少尿素添加，并且通过这样做，能够抑制氨逃逸。相反地，当NOx还原催化剂7中的氨吸附量被分布成使得较小量的氨吸附到第二单元72时(S卩，当第二单元72中的吸附量小于第一阈值时)，不管NOx还原催化剂7中的总吸附量或第一单元71中的吸附量如何，都断定氨逃逸的可能性较小。此时，没有停止或减少尿素添加，并因此NOx净化率能够保持在高水平。在这种情况下，能够增大所添加的尿素量。通过这样做，能够增大氨吸附量，并因此，能够增大NOx净化率。在现有技术中，当NOx还原催化剂中的总的氨吸附量大时，可以断定要停止或减少尿素添加。然而，根据第一实施方式，即使当NOx还原催化剂7中的总的氨吸附量对于在现有技术中要停止或减少尿素添加而言足够大时，只要第二单元72中的氨吸附量小于第一阈值，就不会停止或减少尿素添加。因此，比现有技术更大量的氨能够吸附到NOx还原催化剂7同时抑制氨逃逸，并因此，能够提高NOjt化率。图5的示意图示出了执行根据第一实施方式的尿素添加控制时NOx还原催化剂7中的氨吸附过程的示例。这里，当NOx还原催化剂7处于比预定温度更低的温度时，执行尿素添加(此后被称为“吸附量固定控制”)以使NOx还原催化剂7中的氨吸附量与预定的目标
吸附量一致。另外，当NOx还原催化剂7的温度等于或超过预定温度时，执行尿素添加(此后被称为“等量添加控制”)，使得与流入到NOx还原催化剂7中的NOx量相称的氨量供给到NOx还原催化剂7。预定温度设定在大约200° C与300° C之间的固定值处。在图5中，NOx还原催化剂7的阴影部分表示氨被吸附到的部分。在图5中，状态LI表示低温稳定状态。在状态LI中，执行吸附量固定控制。因此，固定量的氨主要吸附到NOx还原催化剂7的第一单元71。在吸附量固定控制中，通过根据流入到NOx还原催化剂7中的NOx量和流出NOx还原催化剂7的NOx量来计算由NOx还原催化剂7消耗的氨量并且利用流入到NOx还原催化剂7中的氨量和流出NOx还原催化剂7的氨量来计算新吸附到NOx还原催化剂7的氨量，从而估算出吸附到NOx还原催化剂7的氨量。由尿素添加阀6添加的尿素添加量随后受到反馈控制，使得所估算出的氨量达到预定的目标吸附量。替代性地，可以添加与由NOx还原催化剂7消耗的氨量对应的尿素量。状态Hl表示高温稳定状态。在状态Hl中，执行等量添加控制。如上所述，当NOx还原催化剂7的温度较高时，吸附到NOx还原催化剂7的氨量较小。然而，NOx还原催化剂7显示了高活性度。状态H2表示由于加速转变而由低温状态LI到达的高温状态。在状态H2中，NOx还原催化剂7的温度根据伴随加速而来的排气温度的增大而升高。因此，吸附到第一单元71的氨移动到第二单元72中。因此，第二单元72中的氨吸附量增大。当第二单元72中的氨吸附量达到或超过第一阈值时，停止尿素添加。因此，抑制了自低温状态开始的加速期间的氨逃逸。注意，代替执行停止尿素添加的控制，还可以执行在使得能够抑制氨逃逸的范围内减少所添加的尿素量的控制。状态L2表示在车辆从高温状态H2减速到稳定状态运转时建立的低温状态。NOx还原催化剂7的温度根据伴随减速和稳定状态运转而来的排气温度的减小而降低。吸附到第二单元72的氨在与NOx的反应中消耗掉，并因此第二单元72中的氨吸附量减小。当第二单元72中的氨吸附量降到第一阈值以下时，尿素添加(吸附量固定控制)恢复。因此，能够在自高温状态开始的减速期间提高NOx净化率。当从低温状态L2发生加速转变时，建立了上述高温状态H2。状态H3表示从状态H2连续建立高温状态持续一定时间段的稳定状态。在状态H3中，吸附到第二单元72的氨在与NOx的反应中消耗掉，并因此第二单元72中的氨吸附量减小。当第二单元72中的氨吸附量降到第一阈值以下时，尿素添加(等量添加控制)恢复。因此，能够在加速转变之后高载荷运转持续一定时间段的情况下提高NOx净化率。
图6的流程图示出了根据第一实施方式的尿素添加控制。该流程图中所示的过程由E⑶8周期性地执行。首先，在步骤SlOl中，E⑶8获得NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布。E⑶8基于由排气温度传感器9检测到的流入到NOx还原催化剂7中的排气的温度、由NOx传感器10检测到的流入到NOx还原催化剂7中的排气的NOx浓度、由NOx传感器12检测到的流出NOx还原催化剂7的排气的NOx浓度、由催化剂温度传感器11检测到的NOx还原催化剂7的温度、由尿素添加阀6添加的尿素量以及表示内燃发动机I的运转条件的各种量，例如由未在附图中示出的空气流量计、曲柄角传感器等检测到的诸如内燃发动机I的空气量、转速以及燃料喷射量等，来估算NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布。在第一实施方式中，估算NOx还原催化剂7的第二单元72中的氨吸附量与获得NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布对应。在步骤S102中，E⑶8判断在步骤SlOl中获得的第二单元72中的氨吸附量是否等于或大于预定的第一阈值。第一阈值是第二单元72中的氨吸附量的参考值，并且例如可以基于由于氨逃逸而流出NOx还原催化剂7到达下游侧的氨量不超过预定的允许水平时的氨吸附量的上限值来判定。当在步骤S102中判定第二单元72中的氨吸附量等于或大于第一阈值时，E⑶8前进到步骤S103，在步骤S103中，控制尿素添加阀6以停止尿素添加或减少所添加的尿素量。当NOx还原催化剂7处于低温状态时，停止吸附量固定控制或者减少所添加的尿素量，使得NOx还原催化剂7中的氨吸附量降到前述目标吸附量以下。当NOx还原催化剂7处于高温状态时，停止等量添加控制或者减少所添加的尿素量，使得流入到NOx还原催化剂7中的氨量降到与由NOx传感器10检测到的流入到NOx还原催化剂7中的NOx量相当的量以下。另一方面，当在步骤S102中判定第二单元72中的氨吸附量小于第一阈值时，E⑶8前进到步骤S104,在步骤S104中，尿素添加阀6执行正常的尿素添加。当NOx还原催化剂7处于低温状态时，执行吸附量固定控制，以使NOx还原催化剂7中的氨吸附量与目标吸附量一致。当NOx还原催化剂7处于高温状态时，执行等量添加控制，以使流入到NOx还原催化剂7中的氨量与由NOx传感器10检测到的流入NOx还原催化剂7中的NOx量相当的量一致。执行从步骤SlOl到步骤S104的过程的E⑶8是“控制装置”的示例。接下来，将描述根据本发明的第二实施方式的尿素添加控制的示例，在该示例中，通过NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布来判定氨逃逸的可能性，并且尿素添加控制基于此来执行。图7A和图7B的视图示出了判定氨逃逸的可能性的方法。图7A的视图示出了 NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布。图7A的横坐标示出了 NOx还原催化剂7内的排气流动方向上的位置(坐标)，而纵坐标示出了氨吸附量。在图7中，曲线a (X)表示NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布。图7A中示出的吸附量分布a (x)是一种分布的示例:在该分布中，邻近NOx还原催化剂7的进口的氨吸附量大，中央部分的氨吸附量小，并且邻近出口的氨吸附量稍大。出现在NOx还原催化剂7中的氨吸附量分布不限于图7A中所示的分布。
图7A中所示的吸附量分布a (x)被描述为位置的连续函数。然而，图7A为示意图，并且本发明不限于ECU8获得以位置的连续函数的形式表示的氨吸附量分布的情况。例如，吸附量分布可以由与所划分成的单元的数量对应的吸附量数据构成，并且当仅仅NOx还原催化剂7的一部分中的氨吸附量用在尿素添加控制中时，吸附量分布可以由该局部区域中的氨吸附量数据构成。当吸附到NOx还原催化剂7的氨从NOx还原催化剂7解吸附时，所解吸附的氨将流出NOx还原催化剂7的可能性根据所解吸附的氨被吸附到的位置而不同。如上所述，与吸附到NOx还原催化剂的上游侧部分的所解吸附的净化剂相比，吸附到NOx还原催化剂的下游侧部分的所解吸附的净化剂更有可能成为发生氨逃逸的因素。换句话说，当等量的氨被吸附到NOx还原催化剂内的不同位置时，所吸附的氨对氨逃逸的可能性的贡献(可能性增加效果的大小)根据位置而不同。因此，在第二实施方式中，执行尿素添加控制时不仅考虑到NOx还原催化剂上的氨吸附量分布，还考虑到NOx还原催化剂内的位置对氨逃逸的可能性的贡献的差异。图7B的视图示出了逃逸概率，该逃逸概率为当吸附到NOx还原催化剂7的氨从NOx还原催化剂7解吸附时所解吸附的氨将流出NOx还原催化剂7而进入到下游侧排气通道3中的可能性的指标。图7B中的横坐标示出了 NOx还原催化剂7中的排气流动方向上的位置，而纵坐标示出了逃逸概率的大小。在氨被吸附到邻近NOx还原催化剂7的出口的区域并且所吸附的氨解吸附时比在氨被吸附到邻近NOx还原催化剂7的进口的区域时更有可能发生氨逃逸。因此，如由图7B中的曲线b (X)所示，逃逸概率在靠近NOx还原催化剂7的出口的位置中取逐步更大的值，而在靠近NOx还原催化剂7的进口的位置中取逐步更小的值。NOx还原催化剂7的逃逸概率b (X)预先通过实验等来检查并且储存在ECU8中。逃逸概率b (X)的形状可以是固定的。替代性地，可以通过根据会影响由从NOx还原催化剂7解吸附的氨造成的氨逃逸的可能性的诸如排气流量和排气温度之类的内燃发动机的运转状态对逃逸概率b (X)执行校正而使逃逸概率b (X)成为可变的。图7C的视图示出了有效吸附量分布。有效吸附量被计算为吸附量分布a (x)与逃逸概率b (X)的乘积。图7C中的横坐标示出了 NOx还原催化剂7中的排气流动方向上的位置，而纵坐标示出了有效吸附量。在图7A、图7B和图7C中示出的示例中，邻近NOx还原催化剂7的出口的实际吸附量分布a (X)的值较小，如图7A中所示。然而，如由图7C中的曲线c (x)示出的，邻近NOx还原催化剂7的出口的有效吸附量分布c (X)的值较大。换句话说，吸附到NOx还原催化剂7的出口附近的氨对氨逃逸的发生具有更大影响的这种性质反映在有效吸附量的值中。有效吸附量分布c (X)可以被认为是通过将吸附量分布a (x)转变成就对氨逃逸的可能性的影响而言更真实的量而获得的分布。图7C中所示的有效吸附量分布c (X)被描述为位置的连续函数。然而，与上述吸附量分布a (X)类似，图7C为示意图，并且通过E⑶8获得的有效氨吸附量分布c (x)不限于连续函数的形式。在第二实施方式中，确定对有效吸附量分布c (X)从NOx还原催化剂7的进口到出口求积分的逃逸判定值I以及对有效吸附量分布c (X)从催化剂内的预设位置到出口求积分的逃逸判定值2。随后，将逃逸判定值I和逃逸判定值2分别与用作用于执行逃逸判定的预设基准的第一逃逸判定阈值和第二逃逸判定阈值相比较，并且当逃逸判定值I等于或超过第一逃逸判定阈值或者逃逸判定值2等于或超过第二逃逸判定阈值时，执行控制以停止尿素添加阀6的尿素水添加或减小由尿素添加阀6添加的尿素水量。在第二实施方式中，第一逃逸判定阈值和第二逃逸判定阈值可以设定为“第二阈值”的示例。逃逸判定值I和2可以被认为是整个NOx还原催化剂7上的有效氨吸附量。换句话说，逃逸判定值I和2是通过考虑氨所吸附到的NOx还原催化剂内的位置对氨逃逸的可能性的贡献方面的差异而将NOx还原催化剂7中的总氨吸附量转变成就对氨逃逸的影响而言更真实的量而获得的值。当有效吸附量较大时，可以判定氨逃逸的可能性较高。根据第二实施方式，氨逃逸的可能性基于逃逸判定值I和2来判定，并因此能够比仅基于NOx还原催化剂7中的总氨吸附量来判定氨逃逸的可能性的情况更精确地判定氨逃逸的可能性。此外，尿素添加控制基于这种判定来执行，并因此能够在抑制尿素添加中不必要的停止和减少的同时更可靠地抑制氨逃逸。因此，氨吸附量能够在抑制氨逃逸的同时增大到最大，从而使得能够进一步提高NOx净化率。图8的流程图示出了根据第二实施方式的尿素添加控制。该流程图中所示的过程由E⑶8周期性地执行。首先，在步骤S201中，E⑶8获得NOx还原催化剂上的氨吸附量分布。下面将描述获得氨吸附量分布的方法。在步骤S202中，E⑶8计算逃逸判定值I和2。如上所述，逃逸判定值1、2通过对根据步骤S201中获得的氨吸附量分布a (X)与逃逸概率b (X)的乘积而计算出的有效吸附量分布c (X)从NOx还原催化剂7的进口到出口或者从催化剂内的预设位置到出口求积分来计算。在步骤S203中，E⑶8判断在步骤S202中获得的逃逸判定值I是否等于或超过第一逃逸判定阈值，或者逃逸判定值2是否等于或超过第二逃逸判定阈值。第一逃逸判定阈值和第二逃逸判定阈值是逃逸判定值1、2的参考值，并且可以例如基于在由于氨逃逸而流出NOx还原催化剂7到达下游侧的氨量不超过预定的允许水平的吸附状态下的逃逸判定值的上限值来确定。当在步骤S203中判定逃逸判定值I等于或超过第一逃逸判定阈值或者逃逸判定阈值2等于或超过第二逃逸判定阈值时，ECU8前进到步骤S204，在步骤S204中，尿素添加阀6停止尿素添加或者减少所添加的尿素量。该过程与图6中的步骤S103类似。另一方面，当在步骤S203中判定逃逸判定值I小于第一逃逸判定阈值并且逃逸判定值2小于第二逃逸判定阈值时，E⑶8前进到步骤S205，在步骤S205中，尿素添加阀6正常地执行尿素添加。该过程与图6中的步骤S104类似。执行从步骤S201到步骤S205的过程的E⑶8为“控制装置”的示例。接下来，将描述根据本发明的第三实施方式的尿素添加控制的示例。在第三实施方式中，当根据由于内燃发动机I等的运转状态的变化而导致的NOx还原催化剂7的温度的变化预测出能够由NOx还原催化剂7吸附的氨量变化时，根据该预测来执行尿素添加控制。能够由NOx还原催化剂7吸附的氨量取决于NOx还原催化剂7的温度。能够由NOx还原催化剂7吸附的氨量随着NOx还原催化剂7的温度的升高而逐步减小。在流入到NOx还原催化剂7中的排气的温度升高的情况中，例如当内燃发动机I的运转状态由于迅速加速而极大地转变到高载荷侧或者执行对捕获于NOx还原催化剂7的上游侧设置的过滤器5中的颗粒物质进行氧化和移除的处理时，NOx还原催化剂7的温度升高，并因此，能够吸附到NOx还原催化剂7的氨的上限量减小。当发生迅速的温度增大时，可能没有足够的时间来执行用于停止或减少尿素添加的控制，并因此，可能供给了过量的氨，从而导致氨逃逸。在流入NOx还原催化剂7的排气的温度的增大或内燃发动机I的运转状态的变化与该增大或变化的影响随着NOx还原催化剂7的温度的增大而实际变得明显时所处的点之间出现时间延迟。因此，通过对流入NOx还原催化剂7的排气的温度的变化或者内燃发动机I的运转状态的变化进行检测，可以对在不久的将来NOx还原催化剂7的温度的迅速增大进行预测。通过在预测出NOx还原催化剂的温度的增大之后执行停止或减少尿素添加的控制，能够避免在NOx还原催化剂7的温度实际增大使得可吸附的氨量减小时将过量的氨供给到NOx还原催化剂7。这里，在第三实施方式中，当基于流入NOx还原催化剂7的排气的温度的变化或者内燃发动机I的运转状态的变化预测NOx还原催化剂7的温度迅速增大时，即使在NOx还原催化剂7中尚未发生实际的温度增大，也要预先停止或减少尿素添加。在第三实施方式中，当检测到内燃发动机I的运转状态从低载荷变化到高载荷所处的暂时状态时，并且当通过排气温度传感器9检测到流入NOx还原催化剂7的排气的温度增大时，逃逸判定值1、 2根据载荷的变化量以及排气温度的增大来校正。逃逸判定值1、2校正成随着载荷的变化量以及排气温度的增大而逐步更大的值。这里，当检测到内燃发动机的载荷迅速增大或者排气的温度迅速增大时，逃逸判定值1、2被计算成比未检测到这种变化时更大的值，即使NOx还原催化剂中的氨吸附量分布a (X)和逃逸概率b (X)保持不变，亦是如此。因此，当检测到内燃发动机的载荷迅速增大或者排气的温度迅速增大时，在逃逸判定值1、2与图8的步骤S203中的第一逃逸判定阈值和第二逃逸判定阈值之间进行比较期间更有可能出现如下判断结果:“逃逸判定值I >第一逃逸判定阈值”或者“逃逸判定值2彡第二逃逸判定阈值”。换句话说，当检测到内燃发动机的载荷迅速增大或者排气的温度迅速增大时，即使在NOx还原催化剂7中尚未发生实际的温度增大，尿素添加仍然更有可能被停止或减少。因此，当预测出在不久的将来氨逃逸的可能性由于NOx还原催化剂7的温度的增大而增大时，能够预先执行停止或减少尿素添加的控制。因此，当NOx还原催化剂7的温度实际上增大使得可吸附的氨的上限量减小时，氨供给已经被停止或减少，并因此能够避免过量的氨供给。因此，能够在运转状态变化使得NOx还原催化剂7的温度增大时抑制氨逃逸。图9A至图9C的视图示出了根据对NOx还原催化剂7的温度增大的预测来校正氨逃逸的可能性的方法。图9A至图9C与第二实施方式中描述的图7A至图7C类似，并因此已经省去对图9A至图9C的描述。图9D的视图示出了通过对计算为图9A中所示的NOx还原催化剂7中的氨吸附量分布a (X)与图9B中所示的NOx还原催化剂7的逃逸概率b (x)的乘积的有效吸附量分布c (X)利用校正系数d沿渐增的方向进行校正而获得的校正过的有效吸附量分布cl (X)0逃逸判定值I和逃逸判定值2通过对校正过的有效吸附量分布cl (X)分别从NOx还原催化剂7的进口到出口以及从催化剂内的预设位置到出口求积分来确定。注意到，校正过的逃逸判定值I和校正过的逃逸判定值2可以通过对由校正前的有效吸附量分布C(X)计算出的逃逸判定值I和逃逸判定值2利用校正系数d沿渐增的方向进行校正来计算。在第三实施方式中，将校正过的逃逸判定值I和校正过的逃逸判定值2分别与第二实施方式中描述的第一逃逸判定阈值和第二逃逸判定阈值相比较，并且当逃逸判定值I等于或超过第一逃逸判定阈值或者逃逸判定值2等于或超过第二逃逸判定阈值时，执行控制以使尿素添加阀6停止尿素水添加或者减少由尿素添加阀6添加的尿素水量。校正过的逃逸判定值I和逃逸判定值2可以被认为是在考虑到在不久的将来氨逃逸的可能性由于NOx还原催化剂7的温度的增大而变化的情况下而进行校正的整个NOx还原催化剂7的有效氨吸附量。根据第三实施方式，能够在运转状态变化使得NOx还原催化剂7的温度增大时有利地抑制氨逃逸。图10的流程图示出了根据第三实施方式的尿素添加控制。该流程图中所示的过程由E⑶8周期性地执行。在图10中，处理内容与图8相同的步骤已经被指定了与图8中所使用相同的附图标记，并因此省去对这些附图标记的描述。在图10的流程图中，在步骤S202中计算逃逸判定值1、2，借此在步骤5301中校正步骤S202中计算出的逃逸判定值1、2。这里，当检测到内燃发动机I的载荷朝向高载荷侧变化至少预定量时或者当检测到由排气温度传感器9检测到的排气温度增大至少预定量时，通过将步骤S202中计算出的逃逸判定值1、2乘以对应于载荷变化量或温度增加的校正系数d来校正逃逸判定值1、2。注意到，仅当载荷变化量或温度增加超过一定阈值时才校正逃逸判定值1、2。另外，校正系数d可以设定为固定值。通过使校正系数d可变使得校正系数d的值随着内燃发动机的载荷的增大而增大或者随着排气温度的增大而变得更大，当所预测到的在不久的将来NOx还原催化剂7的温度的增大较大时在步骤S203的判定中，逃逸判定值I更有可能等于或超过第一逃逸判定阈值并且逃逸判定值2更有可能等于或超过第二逃逸判定阈值，并因此，能够更可靠地抑制氨逃逸。在步骤S203中，做出判断:步骤S203中计算出的校正过的逃逸判定阈值I是否等于或超过第一逃逸判定阈值，或者校正过的逃逸判定阈值2是否等于或超过第二逃逸判定阈值。当校正过的逃逸判定值I等于或超过第一逃逸判定阈值或校正过的逃逸判定值2等于或超过第二逃逸判定阈值时，程序前进到步骤S204，在步骤S204中，停止或减少尿素添力口。另一方面，当校正过的逃逸判定值I小于第一逃逸判定阈值并且校正过的逃逸判定值2小于第二逃逸判定阈值时，程序前进到步骤S205，在步骤S205中，正常执行尿素添加控制。现在将描述第二实施方式和第三实施方式中的获得NOx还原催化剂上的氨吸附量分布的方法。在以下描述中将使用如图11所示构成的用于内燃发动机的排气控制系统作为示例。在图11中，进气通道14通过进气歧管13与内燃发动机I连通，并且排气通道3通过排气歧管2与内燃发动机I连通。对进气量进行检测的空气传感器17设置在进气通道14中。氧化催化剂4、过滤器5以及NOx还原催化剂7从排气流动方向的上游侧依次设置在排气通道3中以作为排气控制设备。用于添加尿素水的尿素添加阀6设置在排气通道3中并位于NOx还原催化剂7的上游侧。设置有EGR (排气再循环)通道15以在过滤器5的下游将排气通道3连接到进气通道14，并且排气的一部分通过EGR通道15再循环到进气通道14以作为EGR气体。对EGR气体的流量进行调节的EGR阀16设置在EGR通道15中。在NOx还原催化剂7中，利用沿排气流动方向被划分成多个单元的模型来估算NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布。这里，将描述NOx还原催化剂7被划分成五个单元的示例，如图11中所示。定位在最上游的单元71被设定为第一单元，朝向下游侧的随后的单元分别被设定为第二单元72、第三单元73、第四单元74以及第五单元75。在NOx还原催化剂7中，设置有NOx传感器81、82、83、84、85、86 (成分量传感器)以检测每个单元两侧的NOx浓度。NOx传感器81可以被认为是对流入NOx还原催化剂7的排气的NOx浓度进行检测的传感器,NOx传感器86可以被认为是流出NOx还原催化剂7的排气的NOx浓度进行检测的传感器。设置有氨传感器91、92、93、94、95、96 (净化剂量传感器)以检测每个单元两侧的氨浓度。氨传感器91可以被认为是对流入NOx还原催化剂7的排气的氨浓度进行检测的传感器，并且氨传感器96可以被认为是对流出NOx还原催化剂7的排气的氨浓度进行检测的传感器。来自上述各个传感器的检测值被输入到ECU8中。基于从各个传感器输入的检测值，ECU8控制EGR阀16的开度、在尿素添加阀16上执行尿素添加控制、以及在内燃发动机I上执行各种类型的运转控制，例如燃料喷射控制等。例如，E⑶8如下估算第二单元72中的氨吸附量。(I)首先，将由空气传感器17检测到的进气量从质量流量转变成摩尔流量。接着，对当从燃料喷射控制程序获得的燃料喷射量被燃烧时H2O和CO2的摩尔量以及剩余空气和剩余燃料的摩尔量进行计算。内燃发动机I为柴油机，并因此空气通常剩余。通过这些计算，获得了从内燃发动机I排到排气通道3中的排气中的H2OXO2以及剩余空气或剩余燃料的总摩尔流量，并且基于此来计算通过NOx还原催化剂7的气体的摩尔流量。(2)通过将在(I)中获得的通过NOx还原催化剂7的气体的摩尔流量乘以由氨传感器92检测到的氨浓度来计算流入到第二单元72中的氨的摩尔流量。另外，通过将在(I)中获得的通过NOx还原催化剂7的气体的摩尔流量乘以由氨传感器93检测到的氨浓度来计算通过第二单元72的氨的摩尔流量。(3)计算通过将在(I)中获得的通过NOx还原催化剂7的气体的摩尔流量乘以由NOx传感器82检测到的NOx浓度得到的值与通过将在(I)中获得的通过NOx还原催化剂7的气体的摩尔流量乘以由NOx传感器83检测到的NOx浓度得到的值之间的差，从而算出第二单元72中的NOx的量的减少。
(4)从在(2)中获得的流入到第二单元72中的氨的摩尔流量与流出第二单元72的氨的摩尔流量之间的差以及在(3 )中获得的NOx量的减少来计算第二单元72中所消耗的氨量以及吸附到第二单元72的氨的摩尔量。随后，基于这些量以及已经吸附到第二单元72的氨的摩尔量(前次估算的值)来计算第二单元72中的当前氨吸附量。能够基于由设置在每个单元两侧的氨传感器和NOx传感器获得的检测值利用类似的计算方法来估算其他单元的氨吸附量。所划分的单元的数量不限于五个，并且这些单元可以被均匀地或不均匀地划分。另外，在图11示出的示例中，氨传感器和NOx传感器设置在所有单元的两侧，但传感器也可以设置在这些单元中的一部分单元的两侧，并且可以通过基于这些传感器的检测值等的估算而获得其他单元两侧的氨浓度和NOx浓度。此外，当这些单元中的一部分单元中的氨吸附量是尿素添加控制所需的唯一信息时，可以将传感器仅设置在对应的单元的两侧。现在将描述本发明的第四实施方式。图12的视图示出了根据第四实施方式的用于内燃发动机的排气控制设备的示意性构型。在图12中，排气通道3通过排气歧管2连接到内燃发动机1，使得来自内燃发动机I的排气排到排气通道3中。氧化催化剂4、捕获排气中所含颗粒物质的过滤器5、以及利用氨作为还原剂来从排气中选择性地还原并移除排气中所含NOx的NOx还原催化剂7从排气流动方向的上游侧依次设置在排气通道3中。将尿素水添加到排气的尿素添加阀6设置在排气通道3中并位于NOx还原催化剂7的上游侧。由尿素添加阀6添加到排气的尿素在排气中分解以产生氨。此氨被吸附到NOx还原催化剂7并且在NOx还原催化剂7中与NOx产生氧化还原反应。 对NOx还原催化剂7的温度进行检测的催化剂温度传感器11设置在NOx还原催化剂7中。由催化剂温度传感器11产生的检测值输入到E⑶8中。来自催化剂温度传感器11和各种其他传感器的检测值输入到E⑶8中，并且基于从各种传感器输入的检测值，ECU8在尿素添加阀6上执行尿素添加控制并且在内燃发动机I上执行诸如燃料喷射控制之类的各种类型的运转控制。即使当吸附到整个NOx还原催化剂的氨量保持恒定，NOx净化率也会根据NOx还原催化剂内的氨吸附量的分布而不同。图13A至图13C的视图示出了 NOx还原催化剂内的氨吸附量分布的示例。在图13A至图13C中的每个图中，横坐标示出了 NOx还原催化剂中的排气流动方向上的位置，而纵坐标示出了氨吸附率。吸附率为吸附量与饱和吸附量的比率。图13A示出了氨吸附率在沿排气流动方向的NOx还原催化剂的上游侧部分中较高时的吸附量分布。图13B示出了氨沿排气流动方向在NOx还原催化剂上大致均匀地(一致地)吸附时的吸附量分布。图13C示出了氨吸附率在沿排气流动方向的NOx还原催化剂的下游侧部分中较高时的吸附量分布。当NOx还原催化剂的总的氨吸附量保持恒定时，NOx净化率趋于在图13A中所示的氨吸附量在上游侧更大的吸附量分布情况下比在图13B中所示的氨在整个NOx还原催化剂上大致均匀地吸附的吸附量分布情况下更高。
同时，至于氨逃逸的可能性，氨逃逸在图13C中所示的氨吸附量在下游侧更大的吸附量分布情况下比在图13B中所示的氨在整个NOx还原催化剂上大致均匀地吸附的吸附量分布情况下更有可能发生。在第四实施方式中，通过将与NOx还原催化剂上的氨吸附量分布对应的NOx净化率和氨逃逸可能性的差异考虑在内，控制尿素添加量以在抑制氨逃逸的同时实现高NOx净化率。更具体地，如图12中所示，E⑶8根据通过将NOx还原催化剂7沿排气流动方向划分成五个单元而获得的模型来估算定位在最上游的第一单元71中的氨吸附量以及与第一单元71相邻地定位在下游侧的第二单元72中的氨吸附量。接下来，执行第一控制和第二控制，其中第一控制用于对由尿素添加阀6添加的尿素量进行反馈控制使得第一单元71中的氨吸附量达到或超过与饱和吸附量接近的预定阈值，而第二控制用于对由尿素添加阀6添加的尿素量进行反馈控制使得第二单元72中的氨吸附量达到远小于饱和吸附量的预定目标值。“预定目标值”基于第二单元72中的如下氨吸附量来确定:在该氨吸附量下，由于氨逃逸而流出NOx还原催化剂7进入到下游侧排气通道3的氨量不超过预定的允许水平。图14的控制框图示出了上述尿素添加控制。如图14中所示，E⑶8利用由模型57和模型56构成的氨吸附量估算模型53来计算第一单元71中的估算氨吸附量Rl以及第二单元72中的估算氨吸附量R2，其中模型57用于基于尿素添加量以及从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度来估算第一单元71中的氨吸附量，而模型56用于基于尿素添加量以及从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度来估算第二单元72中的氨吸附量。注意，氨吸附量估算模型53可以是如下模型:即，该模型用于不仅基于由催化剂温度传感器11检测到的NOx还原催化剂7的温度还基于例如内燃发动机I的进气量和燃料喷射量、流入及流出NOx还原催化剂7的NOx的量、以及流出NOx还原催化剂7的氨量的信息以及当设置有EGR装置时表明EGR阀开度的信息来估算第一单元71和第二单元72中的氨吸附量。ECU8保存有映射54和映射55，其中映射54用于根据从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度来设定第一单元71中的氨吸附量的阈值，而映射55用于根据从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度来设定第二单元72中的氨吸附量的目标值。当利用氨吸附量估算模型53估算出的第一单元中的估算氨吸附量Rl小于映射54上设定的阈值时，ECU8通过反馈控制器52来计算要被施加到尿素添加量的校正量，以消除估算氨吸附量Rl与阈值之间的差。校正量输入到尿素添加量计算单元51，借此，计算要由尿素添加阀6添加的尿素量并且将控制信号输出到尿素添加阀6。ECU8计算利用氨吸附量估算模型53估算出的第二单元中的估算氨吸附量R2与映射55上设定的目标值之间的差，并且通过反馈控制器52来计算要被施加到尿素添加量的校正量以消除该差。校正量输入到尿素添加量计算单元51，借此，计算要由尿素添加阀6添加的尿素量并且将控制信号输出到尿素添加阀6。图15的流程图示出了上述尿素添加控制。该流程图中所示的过程由E⑶8重复地执行。首先，在步骤S401中，E⑶8计算第一单元71中的估算氨吸附量Rl以及第二单元72中的估算氨吸附量R2。这里，如图14的框图所示，估算氨吸附量Rl和R2基于用于根据从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度估算第一单元71和第二单元72中的氨吸附量的模型来计算。在步骤S402中，E⑶8判断在步骤S401中计算出的第一单元71中的估算氨吸附量Rl是否等于或超过阈值。如图14的框图中所示，该阈值基于映射54而设定在与从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度对应的值处。当第一单元71中的估算氨吸附量Rl等于或超过阈值时，E⑶8前进到步骤S403。另一方面，当第一单元71中的估算氨吸附量Rl小于阈值时，ECU8前进到步骤S406以计算估算氨吸附量Rl与阈值之间的差。在步骤S403中，E⑶8设定第二单元中的氨吸附量的目标值。如图14的框图中所示，目标值基于映射55而设定在与从催化剂温度传感器11输入的NOx还原催化剂7的温度对应的值处。接着，在步骤S404中，E⑶8计算在步骤S401中计算出的第二单元72中的估算氨吸附量R2与在步骤S403中设定的目标值之间的差。在步骤S405中，E⑶8基于在步骤S404或步骤S406中计算出的差来反馈控制尿素添加量以消除该差。例如，使用下面(等式I)中示出的比例积分(Pi)控制。f=Kp X e+Kj / e X dt (I)这里，f为反馈控制量，并且e为阈值与在步骤S406中计算出的第一单元71中的估算氨吸附量Rl之间的差或者目标值与在步骤S404中计算出的第二单元72中的估算氨吸附量R2之间的差。Kp和Ki分别为PI控制的比例增益和积分增益。如该流程图中所示，在第四实施方式中，用于将第一单元71中的氨吸附量设定在阈值处或阈值以上的第一控制优先于用于将第二单元72中的氨吸附量设定在目标值处的第二控制而执行。更具体地，在第一控制中，用于使第二单元72中的估算氨吸附量R2接近目标值的第二控制在满足了第一单元71中的估算氨吸附量Rl等于或超过阈值时所依据的条件之后(在步骤S402的判断变成肯定的之后)开始。通过这样做，能够快速地实现使得接近于饱和吸附量的氨量吸附到第一单元71的吸附量分布，并因此能够获得高NOx净化率。图16A和图16B的视图示出了在执行根据第四实施方式的尿素添加控制时NOx还原催化剂7的第一单元71和第二单元72中的氨吸附率以及由尿素添加阀6添加的尿素添加量的时间转变的示例。图16A示出了第一单元71和第二单元72中的氨吸附率的时间转变，而图16B示出了由尿素添加阀6添加的尿素添加量的时间转变。图16中示出的时间转变为根据第四实施方式的尿素添加控制从第一单元71和第二单元72两者的氨吸附率均为零的状态开始时发生的时间转变。
当控制开始时，第一单元71中的氨吸附量小于阈值，并因此根据第一控制来执行尿素添加。当第一单元71中的氨吸附量在时间tl处达到阈值时，第二单元72中的氨吸附量与目标值偏离，并因此根据第二控制来执行尿素添加。随着第二单元72中的氨吸附量与目标值之间的差减小，所添加的尿素量减小，并且当第二单元72中的氨吸附量基本匹配目标值时，尿素添加量被控制到基本为零(时间t2)。当第一单元71中的氨吸附量减小到阈值以下时(时间t3)，恢复根据第一控制的尿素添加。通过如上所述的根据第四实施方式的尿素添加控制，尿素添加量能够基于NOx还原催化剂上的氨吸附量分布(第一单元和第二单元中的氨吸附量)而被反馈控制。这里，第一单元71中的氨吸附量能够被控制到阈值或阈值以上，并且第二单元72中的氨吸附量能够被控制到目标值，并因此，能够获得高NOx净化率以及能够有利地抑制氨逃逸。在本发明中，根据第四实施方式的尿素添加控制与控制装置执行第一控制和第二控制的构型对应，其中第一控制用于控制由净化剂供给装置供给的净化剂(氨)(即，通过尿素添加阀6进行的尿素添加)，使得排气控制构件(NOx还原催化剂7)的预定第一部分(第一单元71)中的净化剂吸附量达到或超过预定阈值，而第二控制用于控制由净化剂供给装置供给的净化剂，使得排气控制构件的沿排气流动方向位于第一部分的下游侧的预定第二部分(第二单元72)中的净化剂吸附量达到比阈值更小的预定目标值。现在将描述一种与上面在第四实施方式中所描述的方法不同的、用于估算NOx还原催化剂上的氨吸附量分布的方法。在以下描述中将使用如图17所示构造的用于内燃发动机的排气控制系统作为示例。在图17所示的系统中，利用通过将NOx还原催化剂7划分成五个单元而获得的模型来估算NOx还原催化剂7上的氨吸附量分布。该单元划分方法与图11中所示系统的单元划分方法类似。对第二单元72的后部的NOx浓度进行检测的NOx传感器83设置在NOx还原催化剂7中。E⑶8基于来自空气传感器17、转速传感器18以及催化剂温度传感器11的检测值来控制尿素添加阀6的尿素添加。所有其他构型都与图11所示的系统类似。 (I)首先，E⑶8计算流入到NOx还原催化剂7中的氨量。流入到NOx还原催化剂7中的氨量基于由尿素添加阀6添加到排气通道3的尿素量来计算，该尿素量根据由ECU8执行的尿素添加控制程序而获得。(2)接着，E⑶8计算流入到NOx还原催化剂7中的NOx量。流入到NOx还原催化剂7中的NOx量根据内燃发动机的运转状态(载荷、转速)以及由空气传感器17检测到的进气量利用映射或关系表达式来计算。(3)接着，E⑶8计算在由具有两个单元一即，第一单元71和第二单元72——的组构成的预定区域中消耗的NOx量(8卩，被净化掉的NOx量)。ECU8基于由NOx传感器83获得的检测值来判定流出第二单元72的NOx量，计算流出第二单元72的NOx量与在(2)中获得的流入NOx还原催化剂7的NOx量之间的差，以及基于该差来计算预定区域中消耗的NOx量。(4)接着，E⑶8计算NOx还原催化剂7的预定区域中的当前氨吸附量。E⑶8基于NOx还原催化剂7的预定区域中的饱和氨吸附量、最初吸附到预定区域的氨量、以及在(I)中获得的流入NOx还原催化剂7的氨量来计算预定区域中的当前氨吸附量。饱和氨吸附量由通过预先测量获得并以映射或关系表达式的形式保存的数据构成。在前次执行此处所述的估算程序期间估算出的预定区域中的实际氨吸附量的值被用作最初吸附的氨量。当最初吸附的氨量小于饱和吸附量时，在(I)中获得的新流入到预定区域中的氨量被加到吸附到预定区域的氨量。另一方面，当最初吸附的氨量已经达到饱和吸附量时或者当最初吸附的氨量与饱和吸附量之间的差小于在(I)中获得的新流入的氨量时，或者新流入到预定区域中的氨没有额外地吸附到预定区域，或者在(I)中获得的新流入到预定区域中的氨量的仅一部分额外地吸附到预定区域。(5)接着，E⑶8计算吸附到NOx还原催化剂7的预定区域的氨的实际量。E⑶8通过从在(4)中获得的NOx还原催化剂7的预定区域中的当前氨吸附量减去与在(3)中获得的NOx还原催化剂7的预定区域中消耗掉的NOx量对应的氨量来计算吸附到预定区域的氨的实际量。因此，能够利用由NOJ专感器83获得的检测值来估算由具有两个单元——即，第一单元71和第二单元72——的组构成的预定区域中的氨吸附量。此外，当估算第一单元71中的氨吸附量以及第二单元72中的氨吸附量时，可以使用诸如图18中所示的系统。图18中所示的系统通过将对第一单元71两侧的NOx浓度进行检测的NOx传感器81、82以及对第一单元71两侧的氨浓度进行检测的氨传感器91、92添加到图17中所示的系统而形成。在利用图11所示的系统来估算氨吸附量分布的方法中，第二单元72中的氨吸附量基于由用于对第二单元72两侧的NOx浓度进行检测的NOx传感器82、83以及用于对第二单元72两侧的氨浓度进行检测的氨传感器92、93获得的检测值来估算，并且利用类似的估算方法，可以基于第一单元71两侧的NOx传感器81、82以及第一单元71两侧的氨传感器91、92来估算第一单元71中的氨吸附量。随后能够根据以上述方式估算的第一单元71中的氨吸附量以及利用图17中所示的系统估算的由第一单元71和第二单元72构成的预定区域中的氨吸附量来估算第二单元72中的氨吸附量。在第四实施方式中，代替图14中所示的氨吸附量估算模型53，第一单元71中的估算氨吸附量Rl和第二单元72中的估算氨吸附量R2可以利用图17和图18中示出的系统来计算。上述各个实施方式可以在本发明的范围内进行修改和组合。例如，在第一实施方式中，描述了 NOx还原催化剂7被划分成两个区域一即，第一单元71和第二单元72—并根据第二单元72中的氨吸附量来控制尿素添加的示例，但NOx还原催化剂7也可以被划分成三个或更多个区域。在这种情况下，考虑到最下游区域中的氨吸附量对氨逃逸的发生具有最大影响的事实，优选地基于最下游区域中的氨吸附量执行尿素添加控制。另外，第四实施方式中描述的氨吸附量分布估算模型中的NOx还原催化剂7的划分数量不限于五个，此外，各个单元可以具有相等或不等的宽度。此外，NOx还原催化剂上的氨吸附量分布可以通过在可能的范围内结合图14的框图中示出的氨吸附量估算模型以及在利用图11、图17和图18描述的系统中使用的氨吸附量分布估算方法来进行估算。此外，在上述各个实施方式中，本发明应用到具有利用氨作为还原剂来选择性地还原排气中所含NOx的NOx还原催化剂的排气控制设备。然而，本发明不单独限于NOx还原催化剂，而是基本上可以应用于如下包括排气控制构件和控制装置的排气控制设备:其中排气控制构件具有用于通过吸附净化剂并使净化剂与排气中的预定控制主体成分(去除主体成分)反应来控制排气的功能，并且控制装置控制净化剂的供给。本发明也可以基本上应用于控制净化剂向排气控制构件的供给的方法，其中排气控制构件具有用于通过吸附净化剂并使净化剂与排气中的预定控制主体成分(去除主体成分)反应来控制排气的功能。
权利要求
1.一种排气控制设备，包括: 排气控制构件，所述排气控制构件设置在内燃发动机的排气系统中以通过除去排气中所含的预定成分来控制排气； 净化剂供给装置，所述净化剂供给装置将净化剂供给到所述排气系统中的所述排气控制构件的上游侧，使得所述净化剂吸附到所述排气控制构件并使所述净化剂与通过所述排气控制构件的排气中的所述预定成分反应；以及 控制装置，所述控制装置 获得所述排气控制构件上的净化剂吸附量分布并且基于所获得的净化剂吸附量分布来控制由所述净化剂供给装置供给的净化剂供给。
2.根据权利要求1所述的排气控制设备，其特征在于，当所述排气控制构件的位于沿排气流动方向的下游侧的预定部分中的净化剂吸附量等于或超过预定的第一阈值时，所述控制装置控制所述净化剂供给装置以停止所述净化剂供给或减少净化剂供给量。
3.根据权利要求1所述的排气控制设备，其特征在于，所述控制装置基于所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布来获得逃逸判定值，所述逃逸判定值是用于判定所述净化剂流出所述排气控制构件的可能性的指标，并且当所述逃逸判定值等于或超过预定的第二阈值时，所述控制装置控制所述净化剂供给装置以停止所述净化剂供给或减少净化剂供给量。
4.根据权利要求3所述的排气控制设备，其特征在于，所述控制装置获得所述排气控制构件的各个位置的逃逸概率，所述逃逸概率是当吸附到所述排气控制构件的所述净化剂从所述排气控制构件解吸附时所解吸附的净化剂流出所述排气控制构件的可能性的指标，并且所述控制装置基于所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布以及所述逃逸概率而获得所述逃逸判定值。
5.根据权利要求3或4所述的排气控制设备，其特征在于，所述控制装置基于流入所述排气控制构件的排气的温度的变化以及所述内燃发动机的运转状态的变化中的至少一者来校正所述逃逸判定值。
6.根据权利要求1所述的排气控制设备，其特征在于，所述控制装置执行第一控制和第二控制，其中，所述第一控制用于控制由所述净化剂供给装置供给的所述净化剂供给使得所述排气控制构件的预定的第一部分中的净化剂吸附量达到或超过预定的阈值，并且所述第二控制用于控制由所述净化剂供给装置供给的所述净化剂供给使得所述排气控制构件的沿所述排气流动方向位于所述第一部分下游侧的预定的第二部分中的净化剂吸附量达到等于或小于所述阈值的预定的目标值。
7.根据权利要求6所述的排气控制设备，其特征在于，相对于执行所述第二控制，所述控制装置优先地执行所述第一控制。
8.根据权利要求6或7所述的排气控制设备，其特征在于，在通过将所述排气控制构件沿所述排气流动方向划分成三个或更多个单元而获得的模型中，所述控制装置将定位在最上游的第一单元设定为所述第一部分并且将与所述第一单元相邻地定位在下游侧的第二单元设定为所述第二部分。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的排气控制设备，其特征在于还包括: 流入成分量获取装置，所述流入成分量获取装置获得流入所述排气控制构件的排气中的所述预定成分的量；流出成分量获取装置，所述流出成分量获取装置获得流出所述排气控制构件的排气中的所述预定成分的量；以及 温度获取装置，所述温度获取装置获得所述排气控制构件的温度， 其中，所述控制装置基于由所述流入成分量获取装置获得的所述预定成分的量、由所述流出成分量获取装置获得的所述预定成分的量以及由所述温度获取装置获得的所述温度来获得所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布。
10.根据权利要求1至7中任一项 所述的排气控制设备，其特征在于，在通过将所述排气控制构件沿排气流动方向划分成多个单元而获得的模型中，所述控制装置基于每个单元中的净化剂吸附量的检测值和/或估算值来获得所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布。
11.根据权利要求8或10所述的排气控制设备，其特征在于还包括: 成分量传感器，所述成分量传感器检测流出所述排气控制构件中的预定单元的所述预定成分的浓度， 其中，所述控制装置基于由所述净化剂供给装置供给的所述净化剂的量、前次估算出的由从所述排气控制构件内的定位在最上游的所述第一单元延伸到所述预定单元的单元组构成的预定区域中的净化剂吸附量以及能够新吸附到所述预定区域的净化剂量来估算所述预定区域中的净化剂吸附量，所述控制装置基于根据所述内燃发动机的运转状态估算出的流入所述排气控制构件的预定成分量以及根据由所述成分量传感器获得的检测值估算出的流出所述预定单元的预定成分量来估算所述预定区域中的净化剂消耗量，并且所述控制装置基于所估算出的所述预定区域中的净化剂吸附量和消耗量来估算所述预定区域中的实际净化剂吸附量。
12.根据权利要求8、10或11所述的排气控制设备，其特征在于，还包括: 净化剂量传感器，所述净化剂量传感器检测所述排气控制构件中的所述预定单元两侧的所述净化剂的浓度；以及 成分量传感器，所述成分量传感器检测所述预定单元两侧的所述预定成分的浓度， 其中，所述控制装置基于根据所述内燃发动机的运转状态估算出的通过所述排气控制构件的排气的流量以及由所述净化剂量传感器获得的检测值来估算所述预定单元两侧的净化剂量之间的差，所述控制装置基于根据所述内燃发动机的运转状态估算出的通过所述排气控制构件的排气的流量以及由所述成分量传感器获得的检测值来估算所述预定单元两侧的预定成分量之间的差，所述控制装置基于所述预定单元两侧的所估算出的净化剂量之间的差以及所估算出的预定成分量之间的差来估算在所述预定单元中消耗的净化剂量以及新吸附到所述预定单元的净化剂量，并且所述控制装置基于所估算出的所述预定单元中的净化剂消耗量和新的吸附量以及前次估算出的所述预定单元中的净化剂吸附量来估算所述预定单元中的实际净化剂吸附量。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的排气控制设备，其特征在于， 所述排气控制构件为选择性地还原并除去排气中所含的NOx的NOx还原催化剂，以及 所述净化剂为吸附到所述NOx还原催化剂并且与通过所述NOx还原催化剂的排气中的NOx执行氧化还原反应的还原剂。
14.一种用于控制对排气控制构件的排气流动方向的上游侧的净化剂供给的控制方法，所述排气控制构件通过吸附与来自内燃发动机的排气中的预定成分反应的净化剂来净化排气， 所述方法的特征在于包括: 获得所述排气控制构件上的净化剂吸附量分布；以及 基于所获得的净化剂吸附量分布来控制所述净化剂供给。
15.根据权利要求14所 述的控制方法，其特征在于还包括: 当所述排气控制构件的位于排气流动方向下游侧的预定部分中的净化剂吸附量等于或超过预定的第一阈值时，停止所述净化剂供给或减少净化剂供给量。
16.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于还包括: 基于所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布来获得逃逸判定值，所述逃逸判定值是用于判定所述净化剂流出所述排气控制构件的可能性的指标；以及 当所述逃逸判定值等于或超过预定的第二阈值时，停止所述净化剂供给或减少净化剂供给量。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于还包括: 获得所述排气控制构件的各个位置的逃逸概率，所述逃逸概率是当被吸附到所述排气控制构件的所述净化剂从所述排气控制构件解吸附时解吸附的净化剂流出所述排气控制构件的可能性的指标；以及 基于所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布以及所述逃逸概率来获得所述逃逸判定值。
18.根据权利要求16或17所述的控制方法，其特征在于还包括: 基于流入所述排气控制构件的排气的温度的变化以及所述内燃机的运转状态的变化中的至少一者来校正所述逃逸判定值。
19.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于还包括: 控制所述净化剂供给使得所述排气控制构件的预定的第一部分中的净化剂吸附量达到或超过预定阈值的第一步骤；以及 控制所述净化剂供给使得所述排气控制构件的位于所述第一部分的排气流动方向的下游侧的预定的第二部分中的净化剂吸附量达到等于或小于所述阈值的预定的目标值的第二步骤。
20.根据权利要求19所 述的控制方法，其特征在于，相对于执行所述第二步骤，优先地执行所述第一步骤。
21.根据权利要求19或20所述的控制方法，其特征在于还包括: 在通过将所述排气控制构件沿所述排气流动方向划分成三个或更多个单元而获得的模型中，将定位在最上游的第一单元设定为所述第一部分，并且将与所述第一单元相邻地定位在下游侧的第二单元设定为所述第二部分。
22.根据权利要求14至20中任一项所述的控制方法，其特征在于还包括: 获得流入所述排气控制构件的排气中的所述预定成分的量； 获得流出所述排气控制构件的排气中的所述预定成分的量；以及 获得所述排气控制构件的温度， 其中，基于在流入成分量获得(步骤)中获得的所述预定成分的量、在流出成分量获得(步骤)中获得的所述预定成分的量以及在温度获得(步骤)中获得的温度来获得所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布。
23.根据权利要求14至20中任一项所述的控制方法，其特征在于还包括: 在通过将所述排气控制构件沿排气流动方向划分成多个单元而获得的模型中，基于每个单元中的净化剂吸附量的检测值和/或估算值来获得所述排气控制构件上的所述净化剂吸附量分布。
24.根据权利要求21或23所述的控制方法，其特征在于还包括: 基于所述净化剂供给量、前次估算出的由从所述排气控制构件内的定位在最上游的所述第一单元延伸到所述排气控制构件中的预定单元的单元组构成的预定区域中的净化剂吸附量以及能够新吸附到所述预定区域的净化剂量来估算所述预定区域中的净化剂吸附量; 基于根据所述内燃发动机的运转状态估算出的流入所述排气控制构件的预定成分量以及根据由成分量传感器获得的检测值估算出的流出所述预定单元的预定成分量来估算所述预定区域中的净化剂消耗量，其中所述成分量传感器检测流出所述预定单元的所述预定成分的浓度；以及 基于所估算出的所述预定区域中的净化剂吸附量和消耗量来估算所述预定区域中的实际净化剂吸附量。
25.根据权利要求21、23或24所述的控制方法，其特征在于还包括: 基于根据所述内燃发动机的运转状态估算出的通过所述排气控制构件的排气的流量以及由净化剂量传感器获得的检测值来估算所述预定单元两侧的净化剂量之间的差，其中所述净化剂量传感器检测所述排气控制构件中的所述预定单元两侧的所述净化剂的浓度； 基于根据所述内燃发动机的运转状态估算出的通过所述排气控制构件的排气的流量以及由成分量传感器获得的 检测值来估算所述预定单元两侧的预定成分量之间的差，其中所述成分量传感器检测所述预定单元两侧的所述预定成分的浓度； 基于所述预定单元两侧的所估算出的净化剂量之间的差以及所估算出的预定成分量之间的差来估算在所述预定单元中消耗的净化剂量以及新吸附到所述预定单元的净化剂量；以及 基于所估算出的所述预定单元中的净化剂消耗量和新的吸附量以及前次估算出的所述预定单元中的净化剂吸附量来估算所述预定单元中的实际净化剂吸附量。
26.根据权利要求14至25中任一项所述的控制方法，其特征在于， 所述排气控制构件为选择性地还原并除去排气中所含的NOx的NOx还原催化剂，以及 所述净化剂为吸附到所述NOx还原催化剂并且与通过所述NOx还原催化剂的排气中的NOx执行氧化还原反应的还原剂。
全文摘要
一种排气控制设备包括对用于从NOx还原催化剂(7)的上游侧添加尿素的尿素添加阀进行控制的控制装置(8)。控制装置(6)获得NOx还原催化剂(7)上的氨吸附量分布，并且当位于排气流动方向下游侧的预定部分中的氨吸附量等于或超过预定阈值时，控制装置(8)控制尿素添加阀(6)以停止尿素供给或减小尿素供给量。尿素添加阀(6)基于从将催化剂划分成多个单元的模型获得的吸附量分布来控制，使得定位在最上游的第一单元(71)中的氨吸附量等于或超过接近于饱和吸附量的预定阈值，以及使得定位在第一单元(71)下游的第二单元(72)中的氨吸附量达到比上述阈值更小的预定目标值。
文档编号F01N3/20GK103119260SQ201180045270
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月21日 优先权日2010年9月22日
发明者广田信也, 利冈俊祐, 见上晃, 福田光一朗, 星作太郎, 远藤恭, 日比野良一, 上田松荣, 浅野明彦, 山内崇史, 志知明, 小池诚, 丸山昌利, 阪田正和 申请人:丰田自动车株式会社, 株式会社电装, 株式会社丰田自动织机