内燃机的排气净化装置的制作方法

专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术：
已公知在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂，在NOx选择还 原催化剂上游的内燃机排气通路内配置氧化催化剂，向NOx选择还原催化 剂供给尿素，利用由尿素产生的氨选择性地还原排气中所含有的NOx的内 燃机(例如，参照日本特开2005-23921号公报)。对于该内燃机而言，氨 吸附于NOx选择还原催化剂，吸附的氨与排气中含有的NOx反应，使NOx 还原。但是，这样的内燃机，通常从内燃机排出的大部分的HC，在氧化催化 剂中被氧化，但一部分的HC在氧化催化剂中没有被氧化而流入NOx选择还 原催化剂中，并附着于NOx选择还原催化剂。然而，当HC附着于NOx选择 还原催化剂时，NO,选择还原催化剂变得不能吸附氨，这样一来，发生NO, 净化率下降的问题。发明内容本发明的目的在于提供即使HC附着于NOx选择还原催化剂也可得到 良好的NOx净化率的内燃机的排气净化装置。根据本发明，可提供一种内燃机的排气净化装置，其在内燃机排气通 路内配置NOx选择还原催化剂，向NOx选择还原催化剂供给尿素，利用由 尿素产生的氨选择性地还原排气中含有的NOx，该内燃机的排气净化装置 具备HC附着量推定单元，所述HC附着量推定单元推定附着于NOx选择还3原催化剂的HC的附着量，在由HC附着量推定单元推定的HC附着量超过预 定的容许附着量时，使NOx选择还原催化剂升温，从而使附着的HC从NOx 选择还原催化剂脱离，由此消除NOx选择还原催化剂的HC中毒。这样，在本发明中，在HC在NOx选择还原催化剂上的附着量超过容许 附着量时，通过使NOx选择还原催化剂升温，可以消除NOx选择还原催化 剂的HC中毒，这样可以得到良好的NOx净化率。


图l是压缩点火式内燃机的总体图；图2是表示压缩点火式内燃机的另 一实施例的总体图；图3是表示氧化速度的图；图4是表示HC附着率等的图； 图5是用于计算HC附着量的流程图；图6是用于计算HC附着量的流程图； 图7是表示升温控制的时间图；图8是用于消除HC中毒的流程图。
具体实施方式
图l中表示出压缩点火式内燃机的总体图。参照图l,各标号分别表示如下，即l-内燃才几主体；2:各气缸的燃 烧室；3-用于向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀；4-吸 气歧管；5-排气歧管。吸气歧管4通过吸气导管6与排气涡轮增压器7的压缩 机7a的出口连接，压缩机7a的入口通过吸入空气量检测器8与空气滤清器9 连接。在吸气导管6内配置由步进电动机驱动的节气门10，而且在吸气导管 6周围配置用于冷却在吸气导管6内流动的吸入空气的冷却装置11。在图l 所示的实施例中，内燃机冷却水被导入冷却装置ll内，由内燃机冷却水冷 却吸入空气。另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮机7b的入口连接， 排气涡轮机7b的出口与氧化催化剂12的入口连接。在该氧化催化剂12的下 游，与氧化催化剂12邻接地配置用于捕集排气中含有的粒子状物质的微粒 过滤器13,该微粒过滤器13的出口通过排气管14在NOx选择还原催化剂15 的入口连接。在该NOx选择还原催化剂15的出口连接氧化催化剂16。在NOx选择还原催化剂15上游的排气管14内配置尿素水供给阀17，该 尿素水供给阀17通过供给管18、供给泵19与尿素水箱20连接。在尿素水箱 20内贮藏的尿素水，由供给泵19从尿素水供给阀17喷射到在排气管14内流 动的排气中，利用由尿素产生的氨((NH2) 2CO + H20—2NH3 + C02)， 在NOx选择还原催化剂15中还原排气中含有的NOx 。排气歧管5和吸气歧管4，通过排气再循环(以下称为EGR)通路21互 相连接，在EGR通路21内配置电子控制式EGR控制阀22。另外，在EGR 通路21周围配置用于冷却在EGR通路21内流动的EGR气体的冷却装置23。 在图l所示的实施例中，内燃机冷却7jc被导入冷却装置23内，由内燃机冷却 水冷却EGR气体。另一方面，各燃料喷射阀3通过燃料供给管24与共轨25 连接，该共轨25通过电子控制式的喷出量可变的燃料泵26，与燃料箱27连 接。在燃料箱27内贮藏的燃料由燃料泵26向共轨25内供给，供给到共轨25 内的燃料，通过各燃料供给管24供给至燃料喷射阀3。另外，在排气歧管5 上配置用于向排气歧管5内供给烃即HC的HC供给阀27。在图l所示的实施 例中，该HC由轻油构成。电子控制单元30包括数字计算机，其具备由双向性总线31相互连接的 ROM (只读存储器)32、 RAM (随机存取存储器)33、 CPU (微处理器) 34、输入端口35以及输出端口36。在氧化催化剂12上安装用于检测氧化催 化剂12的床温的温度传感器45,在NOx选择还原催化剂15上安装用于检测 NOx选择还原催化剂15的床温的温度传感器46。另外，在排气管14内，配 置用于检测向NOx选择还原催化剂15内流入的排气中的HC浓度的HC浓度 传感器47。这些温度传感器45、 46、 HC浓度传感器47以及吸入空气量检测 器8的输出信号，借助于各自对应的AD转换器37，被输入到输入端口35。另外，在油门踏板40上连接产生与油门踏板40的踏下量L成比例的输 出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压，通过对应的AD转换器 37输入到输入端口 35。而且在输入端口 35上连接曲轴每旋转例如15。就发生 输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口36通过对应的驱动电 路38与燃料喷射阀3、节气门10的驱动用步进电动机、尿素水供给阀17、供给泵19、 EGR控制阀22、燃料泵26以及HC供给阀28连接。氧化催化剂12，担栽了例如铂之类的贵金属催化剂，该氧化催化剂12 起到将排气中含有的NO转化成N02的作用和使排气中含有的HC氧化的作 用。即，N02比NO的氧化性强，因此当使NO转化成N02时，可促进微粒 过滤器13上捕获的粒子状物质的氧化反应，并且促进NOx选择还原催化剂 15中的由氨所带来的还原作用。另一方面，在NOx选择还原催化剂15中， 如上述那样附着HC时，氨的吸附量减少。因此NOx净化率降低。所以，通 过这样地利用氧化催化剂12将HC氧化，尽可能地避免HC附着于NOx选择 还原催化剂15，即，尽可能地避免NOx选择还原催化剂15发生HC中毒。作为微粒过滤器13，可以使用不担载催化剂的微粒过滤器，也可以使 用担载了例如铂之类的贵金属催化剂的微粒过滤器。另一方面，NOx选择 还原催化剂15,由在低温下具有高的NOx净化率的氨吸附型的Fe沸石构成。 另外，氧化催化剂16担载了例如由铂构成的贵金属催化剂，该氧化催化剂 16起到将从NOx选择还原催化剂15漏出的氨氧化的作用。图2表示压缩点火式内燃机的另一实施例。在该实施例中，微粒过滤器 13配置在氧化催化剂16的下游，因此在该实施例中，氧化催化剂12的出口 通过排气管14与NOx选择还原催化剂15的入口连接。但是，图1以及图2所示的内燃机，通常从内燃机排出的大部分的HC 在氧化催化剂12中被氧化，但一部分的HC在氧化催化剂12中没有被氧化， 而流入NOx选择还原催化剂15，附着于NOx选择还原催化剂15。特别是如 内燃机启动时，氧4匕催化剂12未活化时，大量的HC流入NOx选择还原催化 剂15中，附着于NOx选择还原催化剂15。在此，首先对氧化催化剂12所带 来的对HC的氧化作用进行说明。图3表示氧化催化剂12的床温T。与HC的氧化速度M。 (g/秒)，即与 每单位时间可氧化的HC的量的关系。从图3可知，氧化催化剂12的床温T。 大致为200'C以下时，即，氧化催化剂12未活化时，氧化速度M。为零，因 此，此时流入氧化催化剂12内的HC，从氧化催化剂12中逃过。另一方面， 在氧化催化剂12已活化时，每单位时间流入氧化催化剂12的HC的量，比由6氧化催化剂12的床温T。决定的氧化速度M。少时，全部流入的HC在氧化催 化剂12中被氧化，在每单位时间流入氧化催化剂12的HC的量，比由氧化催 化剂12的床温T。决定的氧化速度M。多时，超过氧化速度M。的部分的HC， 从氧化催化剂12中逃过。从氧化催化剂12中逃过的HC流入N(X选择还原催化剂15 ，附着于NOx 选择还原催化剂15。图4 ( A)表示此时附着于NOx选择还原催化剂15的HC 的附着率R。从图4(A)可知，NOx选择还原催化剂15的床温Tn越低，HC 附着率R越高。因此，即使流入NOx选择还原催化剂15的HC量相同，NOx 选择还原催化剂15的床温Tn越低，越多量的HC附着于NOx选择还原催化剂 15。这样，从氧化催化剂12中逃过的HC流入NOx选择还原催化剂15，附着 于NOx选择还原催化剂15。然而，通过使NOx选择还原催化剂15升温，可 以使该附着的HC从NOx选择还原催化剂15脱离。接着，参照图4(B)对该 情况进行说明。图4 ( B )表示NOx选择还原催化剂15的床温Tn与HC的脱离速度Md ( g/ 秒)，即与每单位时间从NOx选择还原催化剂15脱离的HC量的关系。如图 4(B)所示，当NOx选择还原催化剂15的床温Tn超过约350。C时，脱离速 度Md上升，在图4(B)中，由TF所示的约350'C为脱离开始温度。因此， 当使NOx选择还原催化剂15的床温Tn升高到脱离开始温度TF以上时，可以 将HC从NOx选择还原催化剂15脱离。在本发明的实施例中，在应该将HC从NOx选择还原催化剂15脱离时， 向氧化催化剂12供给HC,利用HC的氧化反应热，使NOx选择还原催化剂 15升温。该HC的供给，例如可以通过在排气行程中向燃烧室2内喷射燃料 来进行，也可通过向内燃机排气通路内供给HC来进行。在图1以及图2所示 的实施例中，该HC的供给，通过由HC供给阀28喷射轻油来进行。如前所述，当HC在NOx选择还原催化剂15上的附着量增大时，可附着 在NOx选择还原催化剂15上的氨量减少，这样一来，NOx净化率降低。因 此在本发明中，具备推定附着于NOx选择还原催化剂15的HC的附着量的HC附着量推定单元，在由该HC附着量推定单元推定的HC附着量超过预定 的容许附着量时，使NOx选择还原催化剂15升温，使附着的HC从NOx选择 还原催化剂15脱离，由此，消除NOx选择还原催化剂15的HC中毒。然而，在这样地利用HC附着量推定单元推定HC附着量的场合，有全 部通过计算求出HC附着量的方法、和根据HC浓度传感器47的检测值求出 HC附着量的方法。图5表示全部通过计算HC附着量而求出时的计算程序， 图6表示根据HC浓度传感器47的检测值求出HC附着量时的计算程序。任一 计算程序都是通过每隔一定时间的中断来执行的 首先，对图5所示的HC附着量的计算程序进行说明，在步骤50中，计 算每单位时间从内燃机排出的排出HC量G。。根椐该内燃机的运行状态而 变化的排出HC量G。，预先存储在ROM32内。接着，在步骤51中，例如为 了将NOx选择还原催化剂15升温，而计算从HC供给阀28供给的HC供给量 G,。接着，在步骤52中，基于氧化催化剂12的床温T。，计算图3所示的氧化 速度M。。接着，在步骤53中，判别氧化速度M。是否比排出HC量G。与供给 HC量G,之和(G。 + G,)大。在M之G。 + G,时，进入步骤55，使逃过量G为 零，接着进入步骤56。与此相对，在M。〈G。 + G，时，进入步骤55,使逃过 量G为G。 + G广M。，接着进入步骤56。在步骤56中，计算图4 (A)所示的HC附着率R。接着在步骤57中，通 过HC的逃过量G乘以HC附着率R,计算在NOx选择还原催化剂15上的新的 HC附着量W ( -G'R)。接着，在步骤58中，基于NOx选择还原催化剂 15的床温Tn，计算图4 (B)所示的脱离速度Md，接着，在步骤59中，通 过将新的HC附着量W加到HC附着量i:HC上，从HC附着量SHC减去脱离 速度Md，从而计算HC附着量EHC。即，在图5所示的实施例中，计算流入NO,选择还原催化剂15的HC的 量(G。 + G,) , HC附着量推定单元针对计算出的流入HC量(G。 + G,), 采用所预定的在NOx选择还原催化剂15上的HC附着率R以及HC从NOx选择还原催化剂i5脱离的速度Md,推定hc附着量i:hc。接着，对图6所示的HC附着量的计算程序进行说明。在步骤60中，由8HC浓度传感器47检测流入NOx选择还原催化剂15的排气中的HC浓度。接 着在步骤61中，基于由HC浓度传感器47检测的HC浓度、和排气量即由吸 入空气量检测器8检测的吸入空气量，计算每单位时间流入NOx选择还原催 化剂15的HC量G。接着，在步骤62中，计算图4 (A)所示的HC附着率R。接着，在步骤 63中，通过HC流入量G乘以HC附着率R，计算NOx选择还原催化剂15上的 新的HC附着量W ( = G R)。接着，在步骤64中，基于NOx选择还原催 化剂15的床温Tn，计算图4 (B)所示的脱离速度Md,接着，在步骤65中， 通过将新的HC附着量W加到HC附着量SHC上，从HC附着量EHC减去脱 离速度Md，从而计算HC附着量EHC。即，在图6所示的实施例中，设置用于检测流入NOx选择还原催化剂15 的排气中的HC浓度的HC浓度传感器47，利用该HC浓度传感器47，求出流 入NOx选择还原催化剂15的HC的量G, HC附着量推定单元针对求出的流 入HC量G,采用所预定的在NOx选择还原催化剂15上的HC附着率R以及 HC从NOx选择还原催化剂15脱离的速度Md，推定HC附着量I:HC。在本发明中，这样地求出内燃机运行中HC附着量i:HC，基于该HC附 着量EHC,进行用于消除NOx选择还原催化剂15的HC中毒的升温控制。即， 如图7所示，当HC附着量i:HC超过预定的容许附着量MAX时，开始N(X 选择还原催化剂15的升温控制，在NOx选择还原催化剂15开始升温后，在 HC附着量EHC降低到预定的下限值MIN时，停止NOx选择还原催化剂15 的升温作用。图8表示用于消除HC中毒的程序。该程序通过每隔一定时间的中断来 执行。参照图8，首先，在步骤70中，判别是否是在升温控制中。在不是升温 控制中时，i^v步骤71,判别HC附着量i:HC是否超过了容许附着量MAX。 在EHC〉MAX时，i^A步骤72,开始升温控制。当升温控制开始时，从步 骤70进入步骤73,判别HC附着量i:HC是否已变为下限值MIN以下。在SHC 〈MIN时，进入步骤74，停止升温控制。
权利要求
1.一种内燃机的排气净化装置，其在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂，向该NOx选择还原催化剂供给尿素，利用由该尿素产生的氨选择性地还原排气中含有的NOx，该内燃机的排气净化装置具备HC附着量推定单元，所述HC附着量推定单元推定附着于所述NOx选择还原催化剂的HC的附着量，在由该HC附着量推定单元推定的HC附着量超过预定的容许附着量时，使NOx选择还原催化剂升温，从而使附着的HC从NOx选择还原催化剂脱离，由此消除NOx选择还原催化剂的HC中毒。
2. 根据权利要求l所述的内燃机的排气净化装置，计算流入所述NOx 选择还原催化剂中的HC的量，所述HC附着量推定单元针对计算出的流入 HC量，采用所预定的在NOx选择还原催化剂上的HC附着率以及HC从NOx 选择还原催化剂脱离的速度，推定所述HC附着量。
3. 根据权利要求l所述的内燃机的排气净化装置，设置用于检测流入 NOx选择还原催化剂中的排气中的HC浓度的HC浓度传感器，利用该HC浓 度传感器求出流入NOx选择还原催化剂中的HC的量，所述HC附着量推定 单元针对求出的流入HC量，采用所预定的在NOx选择还原催化剂上的HC 附着率以及HC从NOx选择还原催化剂脱离的速度，推定所述HC附着量。
4. 根据权利要求l所述的内燃机的排气净化装置，在所述NOx选择还 原催化剂上游的内燃机排气通路内配置氧化催化剂，在应该将该NOx选择 还原催化剂升温时，向该氧化催化剂供给HC,利用HC的氧化反应热使NO、 选择还原催化剂升温。
5. 根据权利要求l所述的内燃机的排气净化装置，所述NOx选择还原 催化剂升温开始后，所述HC附着量降低到预定的下限值时，停止NOx选择 还原催化剂的升温作用。
全文摘要
对于内燃机，在内燃机排气通路内配置NO_x选择还原催化剂(15)，推定附着于NO_x选择还原催化剂(15)上的HC的附着量。在推定的HC附着量超过预定的容许附着量时，使NO_x选择还原催化剂(15)升温，从而使附着的HC从NO_x选择还原催化剂(15)脱离，由此消除NO_x选择还原催化剂(15)的HC中毒。
文档编号B01D53/94GK101600864SQ20088000385
公开日2009年12月9日 申请日期2008年7月25日 优先权日2007年8月8日
发明者利冈俊祐, 小田富久, 浅浦慎也, 田内丰 申请人:丰田自动车株式会社