排气控制设备和用于控制净化剂供给的控制方法
【专利说明】排气控制设备和用于控制净化剂供给的控制方法
[0001]本申请是申请日为2011年9月21日(于2013年3月20日进入中国国家阶段)、国家申请号为201180045270.9(国际申请号为PCT/IB2011/002188)、发明名称为“排气控制设备和用于排气控制设备的控制方法”的申请的分案申请。
技术领域
[0002]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】
[0003]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)的呢还原催化剂被用作排气控制构件。在具有^,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。
[0004]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N0X?原催化剂的氨与流入NO ,还原催化剂的排气中的NO ,之间发生氧化还原反应，并因此，从排气中除去了 N0X。
[0005]NOx还原催化剂的NO ^争化率取决于吸附到NO x还原催化剂的氨量。随着NO x还原催化剂吸附的氨量增大，获得了稳步提高的呢净化率。然而，能够吸附到NO x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。
[0006]因此，在具有N0x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,化率的改善。
[0007]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N0x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N0x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,化率的改善。
[0008]即使当吸附到呢还原催化剂的氨量保持恒定，NO^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。
[0009]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NO ,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,化率。
[0010]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。
[0011]在JP-A-2003-293737描述的发明中，简单地将^,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】
[0012]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N0x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N0x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NOJt化率并且能够抑制氨逃逸。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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”。
[0033]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。
[0034]“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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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U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。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]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。
[0044]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NOJt化剂中，可吸附的氨量减小。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049]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。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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。