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：
柴油发动机、汽油发动机等内燃机的排气中含有例如一氧化碳(CO)、未燃燃料 (HC)、氮氧化物(NOx)或者粒状物质(PM^iS)等成分。因而在内燃机中安装了用于净化这些成分的排气净化装置。排气中含有的NOx经还原而被净化。为了净化排气中含有的NOx，有时在内燃机排气通路内配置可以选择性还原NOx的NOx选择还原催化剂。NOx选择还原催化剂可以在规定温度区域通过供给还原剂来还原从内燃机主体排出的NOx。在日本特表2003-5^699号公报中公开了一种体系，其包含配置在内燃机主体的下游的第1催化剂和配置在第1催化剂下游的第2催化剂，第1催化剂在第1温度范围时还原NOx，第2催化剂在第2温度范围时还原NOx。该公报公开了向串联配置的2个催化剂中的、排气温度在催化活性的温度范围内的催化剂注入还原剂。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特表2003-5^699号公报
发明内容
发明要解决的课题NOx选择还原催化剂，当使用氨作为还原剂时向NOx选择还原催化剂上游侧的内燃机排气通路内供给尿素水。以相对于流入到NOx选择还原催化剂中的NOx的量、当量比为1的方式供给尿素水。但由于供给的尿素水存在浓稀不均，所以局部当量比会大于1。特别是，当从尿素水供给阀间歇地供给尿素水时，由于将大量的尿素水以规定间隔供给，所以会产生当量比大于1的部分。因此，有时出现氨从NOx选择还原催化剂穿出来、即所谓“氨漏”的情况。此外，氨会被NOx选择还原催化剂吸附。氨吸附量随着NOx选择还原催化剂温度的升高而减小。当NOx选择还原催化剂的温度变高时，从NOx选择还原催化剂穿出来的氨的比率变高。即、温度变高时容易产生氨漏。如果还原剂从NOx选择还原催化剂穿出来，就会排到大气中。例如，如果作为还原剂的氨被排到大气中，就会产生有臭味等问题。因此，将还原剂在排气净化装置内全部消费掉、不排到大气中是理想的。在上述日本特表2003-529699号公报中公开了，在第二 NOx选择还原催化剂的下游配置氧化催化剂，通过氧化来除去从第二 NOx选择还原催化剂流出的氨。但该装置需要新配置用于除去氨的氧化催化剂。解决课题的手段
本发明的目的在于提供具有可以选择性还原NOx的NOx选择还原催化剂、并且可以抑制还原剂从NOx选择还原催化剂流出来的内燃机的排气净化装置。本发明的第1种内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及，向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置。所述排气净化装置，推定吸附在第二 NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量，并调节还原剂供给装置的还原剂供给量，使得推定出的还原剂的吸附量不超过允许值。在上述发明中，当第二 NOx选择还原催化剂的还原剂的吸附量为小于允许值的预先确定的判定值以上时，减少还原剂供给装置的还原剂供给量。在上述发明中，优选第一 NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。本发明的第2种内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及，向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置。所述排气净化装置，推定吸附在第二 NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量，当第二 NOx选择还原催化剂的还原剂的吸附量为预先确定的判定值以上时，增加从内燃机主体排出的NOx量。在上述发明中，优选第一 NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。本发明的第3种内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及，向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置。所述排气净化装置，推定从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度，并调节还原剂供给装置的还原剂供给量，使得推定出的还原剂的浓度不超过允许值。在上述发明中，在从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度为小于允许值的预先确定的判定值以上时，减少还原剂供给装置的还原剂供给量。在上述发明中，优选第一 NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。本发明的第4种内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及，向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置。所述排气净化装置，推定从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度，在从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度为预先确定的判定值以上时，增加从内燃机主体排出的NOx量。在上述发明中，优选第一 NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。发明效果
本发明可以提供具有可以选择性还原NOx的NOx选择还原催化剂、并且可以抑制还原剂从NOx选择还原催化剂流出来的内燃机的排气净化装置。
图1是实施方式1中的内燃机的示意图。图2是显示实施方式1中的NOx选择还原催化剂的特性的图。图3是说明实施方式1中的运转控制的时间图。图4是用于计算从内燃机主体排出的NOx量的图。图5是实施方式1中的另一排气净化装置的排气管的局部放大示意图。图6是实施方式1中的又另一排气净化装置的排气涡轮增压器的正下方的局部放大示意图。图7是用于说明实施方式2中的运转控制的时间图。图8是显示内燃机的排气净化装置的、从内燃机主体排出的NOx量相对于再循环率的图。图9是实施方式3中的内燃机的示意图。图10是用于说明实施方式3中的运转控制的时间图。
具体实施例方式实施方式1参照图1 图6来说明实施方式1中的内燃机的排气净化装置。图1是本实施方式中的内燃机的示意图。本实施方式以配置在汽车中的压缩点火式柴油发动机为例进行说明。内燃机具有内燃机主体1。此外，内燃机具有排气净化装置。 内燃机主体1包含作为各气缸的燃烧室2、用于向各燃烧室2喷射燃料的电子控制式的燃料喷射阀3、进气歧管4和排气歧管5。进气歧管4介由吸气管6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连接。压缩机 7a的入口介由吸入空气量检测器8与空气滤清器9连接。吸气管6内配置有受步进马达驱动的节气门10。进而在该吸气管6的中途配置有用于使流入吸气管6内的吸入空气冷却的冷却装置11。图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置11中。通过内燃机冷却水使吸入空气冷却。另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的涡轮7b的入口连接。本实施方式中的排气净化装置包含配置在排气歧管5附近的作为排气处理装置的歧管转换器60。歧管转换器60包含氧化催化剂13、微粒滤清器16和NOx选择还原催化剂(SCR) 14。歧管转换器 60介由排气管12与涡轮7b的出口连接。本实施方式中，与涡轮7b的出口连接的排气管12与歧管转换器60的氧化催化剂 13连接。在氧化催化剂13的下游配置有微粒滤清器16。在微粒滤清器16的下游配置有作为第一 NOx选择还原催化剂的NOx选择还原催化剂14。这些催化剂和滤清器彼此靠近配置。在歧管转换器60的下游介由排气管12与作为第二 NOx选择还原催化剂的NOx选择还原催化剂15连接。本实施方式中的内燃机的排气净化装置中串联配置了多个NOx选择还原催化剂。内燃机的排气净化装置具有用于向NOx选择还原催化剂14供给还原剂的还原剂供给装置。本实施方式中使用氨作为还原剂。还原剂供给装置包含尿素水供给阀阳。尿素水供给阀阳配置在内燃机排气通路中的NOx选择还原催化剂14的上游侧。尿素水供给阀 55以可以向内燃机排气通路内喷射尿素水的方式形成。尿素水供给阀55以可以向微粒滤清器16和NOx选择还原催化剂14之间喷射尿素水的方式配置。本实施方式中的还原剂供给装置以可以供给尿素水的方式形成，但对其形态没有限定，只要以可以供给氨水的方式形成即可。在排气歧管5和进气歧管4之间配置有用于进行排气再循环(EGR)的EGR通路 18。EGR通路18中配置有电子控制式的EGR控制阀19。此外，在EGR通路18的中途配置有用于使流入EGR通路18内的EGR气体冷却的冷却装置20。在图1所示的实施例中将内燃机冷却水导入到冷却装置20内。通过内燃机冷却水来使EGR气体冷却。各燃料喷射阀3介由燃料供给管21与共轨22连接。共轨22介由电子控制式的喷出量可变的燃料泵23与燃料罐M连接。燃料罐M中储藏的燃料通过燃料泵23被供给到共轨22内。供给到共轨22内的燃料介由各自的燃料供给管21被供给到燃料喷射阀3 中。电子控制单元30由数字计算机构成。本实施方式中的电子控制单元30作为排气净化装置的控制装置发挥作用。电子控制单元30具有由双向性总线31互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口 35以及输出端口 36。在微粒滤清器16的下游配置有用于检测微粒滤清器16的温度的温度传感器26。 在NOx选择还原催化剂14的下游配置有用于检测NOx选择还原催化剂14的温度的温度传感器观。在NOx选择还原催化剂15的下游配置有用于检测NOx选择还原催化剂15的温度的温度传感器27。在NOx选择还原催化剂15的上游配置有用于检测流入到NOx选择还原催化剂15中的NOx量的NOx传感器51。在NOx选择还原催化剂15的下游配置有用于检测从NOx选择还原催化剂15流出的NOx量的NOx传感器52。进而在NOx选择还原催化剂15 的上游配置有用于检测流入到NOx选择还原催化剂15中的氨的量的氨传感器53。这些温度传感器^、27J8、N0x传感器51、52和氨传感器53的输出信号介由对应的AD转换器37 输送给输入端口 35。此外，吸入空气量检测器8的输出信号介由对应的AD转换器37输送给输入端口 35。加速踏板40与同加速踏板40的踩踏量成比例地产生输出电压的负荷传感器41连接。 负荷传感器41的输出电压介由对应的AD转换器37输送给输入端口 35。进而，输入端口 35与曲轴每旋转例如15°就产生输出脉冲的曲轴转角传感器42连接。可以通过曲轴转角传感器42的输出来检测内燃机主体的转速。另一方面，输出端口 36介由对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节气门10的驱动用步进马达、EGR控制阀19和燃料泵23连接。进而输出端口 36介由对应的驱动电路38 与尿素水供给阀阳连接。本实施方式中的尿素水供给阀阳受电子控制单元30控制。氧化催化剂13是具有氧化能力的催化剂。氧化催化剂13具有例如带有沿着排气的流动方向延伸的隔壁的基体。基体例如以蜂窝结构形成。基体收纳在例如圆筒形状的壳体中。在基体的表面上通过例如多孔质氧化物粉末形成作为催化剂载体的涂层。涂层上担载有由钼(Pt)、铑(Rd)、钯(Pd)之类的贵金属形成的催化剂金属。排气中含有的一氧化碳或者未燃烧的烃被氧化催化剂氧化，而变成水、二氧化碳等。微粒滤清器16是用于除去排气中含有的实质上由碳微粒、燃料的高沸点成分和内燃机油成分构成的粒状物质(微粒)的过滤器。微粒滤清器具有例如蜂窝结构，具有沿着气体的流动方向延伸的多个流路。多个流路中，下游端被堵住的流路和上游端被堵住的流路交替形成。流路的隔壁由堇青石之类的多孔质材料形成。当排气穿过该隔壁时，微粒被捕获。粒状物质在微粒滤清器16上被捕集、并被氧化。在微粒滤清器16上逐渐堆积的粒状物质通过在空气过剩的气氛中使温度提高到例如600°C左右而被氧化、除去。本实施方式中的NOx选择还原催化剂14、15是可以以氨为还原剂来选择性还原 NOx的催化剂。以氨为还原剂的NOx选择还原催化剂可以使用例如，通过离子交换在沸石上担载铁或者铜等过渡金属的催化剂。或者、NOx选择还原催化剂可以使用在催化剂载体上担载贵金属的催化剂金属而成的催化剂。作为贵金属的催化剂金属可以使用钼(Pt)或者铑(Rh)等的贵金属。作为催化剂载体可以使用例如，氧化钛(TiO2)或者氧化铝(Al2O3)等的物质。或者，NOx选择还原催化剂可以使用以氧化钛等作为载体，在该载体上担载氧化钒的催化剂等。本实施方式中的NOx选择还原催化剂14、15可以使用通过离子交换在沸石上担载过渡金属的催化剂。当从尿素水供给阀向流入内燃机排气通路的排气中供给尿素水时，尿素水被水解。通过尿素水进行水解来产生氨和二氧化碳。生成的氨被供给到NOx选择还原催化剂中， 由此在NOx选择还原催化剂中使排气中含有的NOx被还原成氮气。下面将具体说明本实施方式中的NOx选择还原催化剂的特性。图2是显示本实施方式中的NOx选择还原催化剂的氨可吸附量、NOx净化率、和氨的穿出率的图。各图中的横轴是NOx选择还原催化剂的床温。NOx选择还原催化剂可以在规定温度Ty以上进行NOx的还原。进而NOx选择还原催化剂具有作为通过选择还原显示出有意义的净化率的温度的活化温度Tx。另一方面，氨等的还原剂在流入到NOx选择还原催化剂时被催化剂载体等吸附。 特别是表面具有大量细孔的沸石容易吸附氨。进而具有酸性的沸石会吸附大量的碱性的氨。这样本实施方式中的NOx选择还原催化剂可以吸附大量氨。作为氨可被吸附的最大量的氨可吸附量，温度越低，则越高。通过选择还原产生的NOx净化率的图显示了，以相对于流入到NOx选择还原催化剂中的NOx、当量比为1的方式从尿素水供给阀供给尿素水情况中的净化率。NOx选择还原催化剂，在活化温度Tx以上时可以还原大量的NOx而显示出高NOx净化率。但在温度变高时，氨吸附量减少。进而NOx选择还原催化剂在规定温度以上时会由于氨自身氧化而使催化活性慢慢降低，因此NOx净化率慢慢降低。当NOx选择还原催化剂为低于活化温度Tx的温度时，催化剂金属的活性低。但由于即使催化剂未被充分活化，氨吸附量也多，所以具有高NOx净化率。以这样的方式，NOx选择还原催化剂可以在规定温度区域净化NOx。 参照图1，在本实施方式中，在上游侧的NOx选择还原催化剂14的温度和下游侧的NOx选择还原催化剂15的温度彼此相同的情况下，以下游侧的NOx选择还原催化剂15比上游侧的NOx选择还原催化剂14的氨的可吸附量变大的方式形成。例如，使下游侧的NOx选择还原催化剂比上游侧的NOx选择还原催化剂的体积还大，以使可吸附氨的催化剂载体的表面积增大。本实施方式中，在内燃机主体1的运转中从尿素水供给阀55向内燃机排气通路供给尿素水。由尿素水产生的氨流入到上游侧的NOx选择还原催化剂14中。氨被NOx选择还原催化剂14通过NOx的还原被消费掉。未在NOx的还原中使用掉的氨被NOx选择还原催化剂14吸附，或从NOx选择还原催化剂14流出。此外，吸附在NOx选择还原催化剂14 上的氨有时也会脱附、流出。从NOx选择还原催化剂14流出的氨流入到下游侧的NOx选择还原催化剂15中。NOx选择还原催化剂15会吸附氨、还原NOx。本实施方式中的内燃机的排气净化装置以可以推定下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量的方式形成。本发明中的推定包括通过传感器等来直接检测和使用传感器的输出或图表等计算这两种方式。本实施方式中，通过配置在NOx选择还原催化剂15的上游侧的NOx传感器51来检测流入到NOx选择还原催化剂15中的NOx量。通过配置在NOx选择还原催化剂15的下游侧的NOx传感器52来检测从NOx选择还原催化剂15流出的NOx量。通过在规定期间内流入到NOx选择还原催化剂15中的NOx量减去在规定期间内从NOx选择还原催化剂15流出的NOx量，可以计算出在NOx选择还原催化剂15中被还原掉的NOx量。通过被还原掉的 NOx量，可以计算出在NOx选择还原催化剂15中被消费掉的氨量。另一方面，通过配置在NOx选择还原催化剂15的上游侧的氨传感器53的输出，可以检测流入到NOx选择还原催化剂15中的氨量。通过从流入到NOx选择还原催化剂15中的氨量减去在NOx选择还原催化剂15中被消费掉的氨量，可以计算出NOx选择还原催化剂 15的氨吸附量的增减。通过以规定的间隔反复进行该计算，可以推定任意时间的氨吸附量。作为吸附在NOx选择还原催化剂15上的氨量的推定装置，对其形态没有限定，可以采用任意的装置。例如，还可以根据燃烧室中的燃料的喷射量、内燃机转速、尿素水供给阀的尿素水供给量、排气的温度等，使用图表等计算出下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量。图3显示的是本实施方式中的内燃机的运转控制的时间图。本实施方式中，使内燃机冷启动。在内燃机的内燃机主体、排气净化装置为外部环境温度的状态下启动内燃机。在时刻、内燃机启动。在时刻、，上游侧的NOx选择还原催化剂14的床温和下游侧的NOx选择还原催化剂15的床温与大气温度基本相同。通过启动内燃机，排气温度提高。在时刻t2，上游侧的NOx选择还原催化剂14达到活化温度。在时刻t2，检测到上游侧的NOx选择还原催化剂14为活化温度以上，开始从尿素水供给阀阳供给尿素水。本实施方式中的内燃机的排气净化装置中，上游侧的NOx选择还原催化剂14配置在涡轮7b的紧下方。内燃机主体1启动后可以在短时间使床温为活化温度以上。这样就可以在短时间开始进行NOx的净化，抑制NOx的排出。从内燃机启动、到上游侧的NOx选择还原催化剂达到活化温度的期间(从时刻、 到时刻t2的期间)，从内燃机主体1排出的NOx被氧化催化剂13、N0x选择还原催化剂14、 15所含有的催化剂金属等吸附。通过NOx的吸附，可以除去排气中的NOx。吸附在催化剂金属上的NOx，在温度提高时会慢慢脱附，与从内燃机主体1排出的NOx —起被净化。或者，参照图2，N0x选择还原催化剂在温度低于活化温度Tx的温度区域也可以进行还原。因此，也可以在上游侧的NOx选择还原催化剂14的温度达到可以至少使一部分 NOx进行还原的温度Ty时就开始供给尿素水。本实施方式中，从尿素水供给阀间歇喷射尿素水。本实施方式的通常运转中，从尿素水供给阀供给的尿素水的量至少为可以使流入到上游侧的NOx选择还原催化剂14中的 NOx全部被消费掉的量。图4示出了单位时间内从内燃机主体排出的NOx量的图。例如，预先将与内燃机转速N和要求转矩TQ具有函数关系的、单位时间内排出的NOx量的图存储到电子控制单元 30的R0M32中。将按照运转状态计算出的、单位时间内排出的NOx量NOXA进行累计计算， 由此可以计算出在规定期间流入到上游侧的NOx选择还原催化剂14中的NOx量。例如，可以以尿素水供给阀喷射尿素水的间隔来计算NOx量。可以根据计算出的NOx量来从尿素水供给阀阳供给尿素水。流入上游侧的NOx选择还原催化剂14中的NOx量的推定不限于上述方式，可以通过任意的方法推定。流入上游侧的NOx选择还原催化剂14中的NOx量取决于从内燃机主体排出的NOx量。因此，从尿素水供给阀供给的尿素水的量可以按照内燃机主体的运转状态来选择。例如，可以通过改变排气的再循环率等，改变从内燃机主体排出的NOx量。在从内燃机主体排出的NOx量变多的运转状态中，可以以使尿素水供给阀供给的流量提高的方式进行控制。本实施方式中，供给比可以使从内燃机主体1排出的NOx全部被还原的量还多的尿素水。即以当量比大于1的方式供给尿素水。此时，由于氨为过剩状态，所以氨从NOx选择还原催化剂14流出。此外，即使当量比为1，在NOx选择还原催化剂14的内部也会有浓稀参差。即、局所当量比会大于1。因此，氨从NOx选择还原催化剂14流出。参照图3，下游侧的NOx选择还原催化剂15在时刻t3达到活化温度。下游侧的 NOx选择还原催化剂15，从内燃机启动时即时刻、到温度达到活化温度Tx的时刻t3的期间能够吸附流入的氨。此外，时刻t3以后，氨的吸附和NOx选择还原催化剂15的NOx的选择还原可以一起有效进行。以这样的方式在下游侧的NOx选择还原催化剂15中吸附流入的氨，并使流入的氨和NOx反应。图3所示的运转控制例中，当继续运转时，下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量会慢慢增加。在时刻t4，下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量达到预先确定的判定值。本实施方式中的上限侧的判定值采用比NOx选择还原催化剂15的氨吸附量的允许值小的值。在下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量为允许值以上的情况下，氨的吸附率恶化，结果从NOx选择还原催化剂15流出的氨的量变多。或者有时吸附在NOx选择还原催化剂15上的氨会脱附。本实施方式中，采用即使超过上限侧的判定值、但暂时还达不到允许值的、有富余的判定值。该判定值被存储在例如电子控制单元30的R0M32中。接着，减少还原剂的吸附量以使NOx选择还原催化剂15中的还原剂的吸附量不超过允许值。本实施方式中调节还原剂供给装置的还原剂供给量。从时刻t4开始进行吸附量减少控制来使下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量减少。本实施方式中的吸附量减少控制中进行使尿素水供给阀阳供给的尿素水的量减少的控制。供给上游侧的NOx选择还原催化剂14的单位时间的平均的尿素水量被减少。本实施方式中，不改变喷射尿素水的间隔，使尿素水的1次喷射量减少。由于供给NOx选择还原催化剂14的尿素水的量减少，所以还原剂不足。未在上游侧的NOx选择还原催化剂14中被净化掉的NOx流出。从上游侧的NOx选择还原催化剂流出的NOx量增加。从上游侧的NOx选择还原催化剂穿出来的NOx量增加。因此，流入下游侧的NOx选择还原催化剂15中的NOx量增加。在下游侧的NOx选择还原催化剂15中通过吸附的氨使NOx还原。随着NOx被还原，氨吸附量减少。本实施方式中的吸附量减少控制继续进行到氨吸附量达到预先确定的下限侧的判定值之时。在时刻t5，氨吸附量达到下限侧的判定值。在时刻、结束吸附量减少控制。 时刻t5以后进行通常的运转控制。即，将尿素水供给阀55的尿素水供给量恢复到通常运转时的量。以这样方式，在本实施方式中，推定吸附在下游侧的NOx选择还原催化剂15上的氨吸附量，并调节尿素水供给阀阳的尿素水供给量以使氨吸附量不超过允许值。特别是， 进行使下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量减少的控制。通过该构造，可以抑制氨从配置在下游侧的NOx选择还原催化剂流出。或者即使不检测上游侧的NOx选择还原催化剂的还原剂的吸附量，也可以抑制氨从下游侧的NOx选择还原催化剂流出。此外，由于从上游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨为几乎气体状，所以氨在排气中的分散性优异。即，可以使排气中几乎均勻地含有氨，而不会出现氨局部变浓或变稀。 因此，当在下游侧的NOx选择还原催化剂中进行选择还原时，可以提高与NOx的反应性。通过抑制下游侧的NOx选择还原催化剂的氨穿出来，可以切实地使NOx还原。此外，本实施方式中的排气净化装置，由于可以在下游侧的NOx选择还原催化剂中捕集并消费氨，所以可以向上游侧的NOx选择还原催化剂供给过量的尿素水。可以以当量比大于1的方式供给还原剂。通过对上游侧的NOx选择还原催化剂14供给比可以使流入到上游侧的NOx选择还原催化剂14中的NOx全部被净化的最小量还多的尿素水，可以更切实地在上游侧的NOx选择还原催化剂14中还原NOx。以这样的方式，本实施方式中的内燃机的排气净化装置可以在抑制氨流出的同时，抑制NOx流出。本实施方式中，上游侧的NOx选择还原催化剂和下游侧的NOx选择还原催化剂隔开规定距离配置。在图1所示的例子中，上游侧的NOx选择还原催化剂14被收纳在配置在汽车前方的发动机室内。下游侧的NOx选择还原催化剂15配置在地板(floor panel)的下侧。通过以这样方式使两个NOx选择还原催化剂彼此远离开配置，可以在上游侧的NOx选择还原催化剂和下游侧的NOx选择还原催化剂之间设置床温的差值。可以使上游侧的NOx 选择还原催化剂和下游侧的NOx选择还原催化剂的功能分离开。例如，在进行稳定正常运转时的上游侧的NOx选择还原催化剂和下游侧的NOx选择还原催化剂的温度差优选约为 50°C以上。本实施方式中的下游侧的NOx选择还原催化剂15可以保持在比上游侧的NOx选择还原催化剂14的温度低的温度。因此可以保持氨的可吸附量多的状态。可以使从上游侧的NOx选择还原催化剂14流出的氨被下游侧的NOx选择还原催化剂15吸附。结果可以抑制氨从下游侧的NOx选择还原催化剂15流出。
本实施方式的排气净化装置中，上游侧的NOx选择还原催化剂14和下游侧的NOx 选择还原催化剂15使用相同催化剂。即、本实施方式中，可以使用催化剂载体和担载在催化剂载体上的金属相同的上游侧的NOx选择还原催化剂14和下游侧的NOx选择还原催化剂15，但不限于该形态，也可以采用上游侧的NOx选择还原催化剂14和下游侧的NOx选择还原催化剂15彼此不同的方式。例如，上游侧的NOx选择还原催化剂由于比下游侧的NOx选择还原催化剂更靠近内燃机主体，所以比下游侧的NOx选择还原催化剂温度高。因此，优选选择使上游侧的NOx 选择还原催化剂的耐热温度比下游侧的NOx还原催化剂的耐热温度高。通过该构造，可以抑制NOx选择还原催化剂的劣化等。优选例如上游侧的NOx选择还原催化剂14采用通过离子交换在沸石上担载了铁的催化剂，另一方面，下游侧的NOx选择还原催化剂15采用通过离子交换在沸石上担载了铜的催化剂。此外，一般耐热性高的金属催化剂，活化温度区域在较高的高温侧。因此，即使上游侧的NOx选择还原催化剂在高温时也可以保持活化状态。另一方面，一般耐热性低的催化剂，活化温度区域在较低的低温侧。从内燃机主体排出的排气在到达下游侧的NOx选择还原催化剂的过程中温度下降。如图3所示，要使下游侧的NOx选择还原催化剂温度提高需要规定时间。但通过采用活化温度区域低的催化剂，可以在启动后的短时间内达到活化温度。即在内燃机启动时，除了进行氨的吸附以外，可以在短时间后就进行NOx的选择还原。此外，排气净化装置，优选以相同温度下的氨可吸附量为下游侧的NOx选择还原催化剂15比上游侧的NOx选择还原催化剂14大的方式形成。通过该构造，可以更切实地使氨被下游侧的NOx选择还原催化剂15吸附。可以更切实地抑制氨从下游侧的NOx选择还原催化剂15流出。在上述说明中，进行了用于使下游侧的NOx选择还原催化剂上吸附的氨量减少的吸附量减少控制，但不限于该方式，还可以进行使下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量增加的吸附量增加控制。例如，在下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量少的情况等中，进行吸附量增加控制。通过增加下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量，可以提高下游侧的NOx选择还原催化剂的NOx净化率。在吸附量增加控制中，例如，检测下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量小于预先确定的判定值。接着，增加尿素水供给阀供给的尿素水量。此时的尿素水量优选以相对于流入到上游侧的NOx选择还原催化剂中的NOx，当量比大于1的方式设定。在吸附量增加控制中，可以进行使在上游侧的NOx选择还原催化剂14中被消费或者吸附的氨量减少的控制。例如在从尿素水供给阀55间歇供给尿素水的情况中，可以进行提高尿素水的1次喷射量，延长喷射间隔的控制。通过进行该控制，即使用时间平均后得到的单位时间尿素水喷射量相同，也可以提高从上游侧的NOx选择还原催化剂14穿出来的氨的量。可以增加下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量。或者在空间速度(或者排气的流速)大时，进行使尿素水的供给量增加的控制。当空间速度变大时，在上游侧的NOx选择还原催化剂14中的反应时间变短。因此，可以减少在上游侧的NOx选择还原催化剂中被消费的氨的量。此外，可以减少上游侧的NOx选择还原催化剂上吸附的氨的量。例如，在空间速度(或者排气的流速)大于规定判定值时，可以进行使尿素水的供给量增加的控制。结果可以提高从上游侧的NOx选择还原催化剂14穿出来的氨的量。由此可以增加下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量。但在内燃机的运转时，有时排气的温度会非常高。在微粒滤清器的再生等的情况中，例如使流入到微粒滤清器中的排气的温度提高到约600°C以上。上游侧的NOx选择还原催化剂的温度提高，有时NOx净化率降低。或者，由于排气温度高，有时在上游侧的NOx选择还原催化剂中使尿素水被氧化生成NOx。这种情况可以进行前述的使从上游侧的NOx选择还原催化剂穿出来的氨的量增多的控制。例如，可以进行增加尿素水的1次喷射量、延长喷射间隔的控制，或者进行在空间速度变大时供给大量尿素水的控制。通过该控制可以减少上游侧的NOx选择还原催化剂的NOx的反应量，增加下游侧的NOx选择还原催化剂的NOx 还原量。图5是本实施方式中的另一内燃机的排气净化装置的示意图。图5是内燃机的排气管的局部放大示意图。该另一内燃机的排气净化装置具有用于调节下游侧的NOx选择还原催化剂15的温度的温度调节装置。本实施方式中的温度调节装置包含使流入NOx选择还原催化剂15之前的排气的温度下降的冷却装置56。冷却装置56配置在上游侧的NOx选择还原催化剂14和下游侧的 NOx选择还原催化剂15之间。本实施方式中的冷却装置56安装在排气管12的中途，以使流入排气管12内的排气冷却的方式形成。图5所示的例子中，冷却装置56中流入了内燃机冷却水。通过内燃机冷却水来冷却排气。冷却装置56受电子控制单元30控制。通过配置使下游侧的NOx选择还原催化剂冷却的冷却装置，可以抑制下游侧的 NOx选择还原催化剂变为高温，抑制氨的可吸附量减小的现象。可以将NOx选择还原催化剂 15的温度保持在氨吸附量大的温度范围内。或者可以避免NOx选择还原催化剂15成为高于活化温度区域的高温。例如可以进行使下游侧的NOx选择还原催化剂15的温度保持在规定判定值以下的控制。通过温度传感器27来检测下游侧的NOx选择还原催化剂15的温度。在温度高于判定值的情况中，利用冷却装置56进行排气的冷却。通过使排气冷却，可以抑制NOx选择还原催化剂15的温度提高。或者可以使NOx选择还原催化剂15的温度下降或维持。此外，本实施方式中，在下游侧的NOx选择还原催化剂15的上游配置有微粒滤清器16。在使微粒滤清器16再生时，提高流入到NOx选择还原催化剂15中的排气的温度。 在这样排气的温度提高的情况中，可以通过冷却装置56使排气冷却。作为冷却装置，对其形态没有限定，可以采用抑制NOx选择还原催化剂温度上升的任意装置。也可以是例如，在NOx选择还原催化剂的周围配置冷却装置，直接使NOx选择还原催化剂冷却。此外，温度调节装置还可以包含使下游侧的NOx选择还原催化剂的温度上升的升温装置。通过该构造，可以在短时间内使下游侧的NOx选择还原催化剂升温。例如，可以在启动时使下游侧的NOx选择还原催化剂在短时间升温到活化温度以上，选择性还原NOx。图6是本实施方式中的又另一内燃机的排气净化装置的示意图。图6是排气涡轮增压器的涡轮的正下方的排气管的局部放大示意图。进而在该内燃机的排气净化装置中配置有作为第一 NOx选择还原催化剂的催化剂转换器57。催化剂转换器57通过将微粒滤清器和NOx选择还原催化剂一体化而成。催化剂转换器57，在微粒滤清器的各通路的隔壁上担载了用于促进NOx的选择还原的金属。
在催化剂转换器57的上游侧配置了用于向催化剂转换器57供给氨的尿素水供给阀55。此外，在催化剂转换器57的下游配置有用于检测催化剂转换器57的温度的温度传感器26。通过采用这样的催化剂转换器57，可以使歧管转换器60体积小。本实施方式中，当下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量为判定值以上时，进行使氨吸附量减少的控制，但对其形态没有限定，可以进行使氨吸附量不超过允许值的任意控制。还可以例如，推定下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量的增加率，在该增加率为预先确定的判定值以上时进行使氨吸附量减少的控制。本实施方式中，以使用氨作为还原剂的NOx选择还原催化剂为例进行了说明，但对其形态没有限定，NOx选择还原催化剂只要可以通过供给的还原剂使NOx选择性被还原即可。作为还原剂可以采用使NOx被NOx选择还原催化剂还原的任意的还原剂。例如，作为还原剂还可以使用内燃机主体的燃料。这种情况中可以使用例如在沸石或者氧化铝(Al2O3) 等的催化剂载体上担载铜、铁等贱金属的催化剂金属、或者钼、钯等贵金属的催化剂金属而成的NOx选择还原催化剂。此外，通过配置燃料供给阀来代替尿素水供给阀，可以向上游侧的NOx选择还原催化剂供给还原剂。通过配置空燃比传感器来代替氨传感器，可以推定流入到下游侧的NOx选择还原催化剂中的还原剂的浓度。此外，本实施方式中的内燃机是配置在汽车中的，但对其形态没有限定，任意的内燃机都可以采用本发明。实施方式2参照图1、图7和图8来说明实施方式2中的内燃机的排气净化装置。本实施方式中的内燃机的排气净化装置，推定吸附在第二 NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量， 进行使吸附在第二 NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量减少的控制，以使推定出的还原剂的吸附量不超过允许值。本实施方式中，作为使吸附在下游侧的NOx选择还原催化剂上的还原剂的量减少的吸附量减少控制，进行使从内燃机主体排出的NOx量增加的控制。参照图1，本实施方式中，可以通过增加从内燃机主体1排出的NOx量，来增加从上游侧的NOx选择还原催化剂14穿出来的NOx量。使流入到下游侧的NOx选择还原催化剂15的NOx量增加。通过使吸附在NOx选择还原催化剂15上的氨用于NOx的还原，可以减少氨吸附量。图7是本实施方式中的内燃机的运转控制的时间图。在时刻t4之前，一边从尿素水供给阀供给尿素水一边进行通常运转。在时刻t4，吸附在下游侧的NOx选择还原催化剂 15上的氨量达到上限侧的判定值。从时刻t4到时刻、的期间进行吸附量减少控制。在本实施方式的吸附量减少控制中，使内燃机主体1的再循环率(EGR率)减小。图8是内燃机主体的再循环率和从内燃机主体排出的氮氧化物的流量之间的关系图。横轴是再循环率，纵轴是单位时间从内燃机主体排出的氮氧化物的流量。再循环率是再循环排气的流量相对于流入到燃烧室中的所有气体的流量的比值(再循环率=(再循环排气量)/(再循环排气量+吸入空气量))。排气的比率增加时再循环率增加。可知，当再循环率增大时，从内燃机主体排出的NOx量减少。参照图7，在通常运转中为了减少从内燃机主体排出的NOx量而提高再循环率进行运转。在时刻t4，进行使再循环率减小的控制。本实施方式中，在不改变尿素水供给阀的尿素水供给量的情况下保持与通常运转同样的供给量。在吸附量减少控制中，可以通过减小内燃机主体的再循环率，来增加从燃烧室排出的NOx量。流入上游侧的NOx选择还原催化剂14中的NOx量增加。从上游侧的NOx 选择还原催化剂14流出的NOx量增加。结果流入下游侧的NOx选择还原催化剂15的NOx 量增加。通过使吸附在下游侧的NOx选择还原催化剂15上的氨在NOx的还原中被消费掉， 可以使氨吸附量减少。在时刻t5，下游侧的NOx选择还原催化剂15上的氨吸附量达到下限侧的判定值。 在时刻t5结束吸附量减少控制。在时刻t5以后的期间将再循环率恢复到从前，进行通常的运转。在本实施方式的吸附量减少控制中，通过减小再循环率来增加从内燃机主体1排出的NOx量，但对其形态没有限定，可以通过任意的控制来增加从内燃机主体排出的NOx 量。也可以例如，通过将燃烧室的燃料喷射时机提前来增加从内燃机主体排出的NOx量。 艮口，可以通过延长燃烧前的点火延迟时间，来增加从内燃机主体排出的NOx量。此外，本实施方式中，使从内燃机主体1排出的NOx量增加了，但对其形态没有限定，也可以进行使从内燃机主体1排出的NOx量减少的控制。通过减少从内燃机主体1排出的NOx量，可以减少流入下游侧的NOx选择还原催化剂15中的NOx量。结果可以进行使下游侧的NOx选择还原催化剂15上吸附的氨量增加的吸附量增加控制。此外，上游侧的NOx选择还原催化剂优选采用耐热温度比下游侧的NOx选择还原催化剂的耐热温度高的催化剂。通过该构造可以抑制NOx选择还原催化剂的劣化等。关于其它的构造、作用和效果，与实施方式1同样，所以这里就不重复说明了。实施方式3参照图1、图9和图10来说明实施方式3中的内燃机的排气净化装置。图9是本实施方式中的内燃机的示意图。本实施方式中的内燃机具有作为第一 NOx选择还原催化剂的NOx选择还原催化剂14和作为第二 NOx选择还原催化剂的NOx选择还原催化剂15。在NOx选择还原催化剂15的下游的内燃机排气通路中配置有氨传感器 54。氨传感器M的输出信号介由对应的AD转换器37输送给输入端口 35(参照图1)。本实施方式中的内燃机的排气净化装置以可以检测从下游侧的NOx选择还原催化剂15流出的氨的浓度的方式形成。本实施方式中，以从下游侧的NOx选择还原催化剂15 流出的氨浓度不超过允许值的方式进行控制。图10是本实施方式中的内燃机的运转控制的时间图。运转期间中通过氨传感器 54来检测从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨的浓度。在时刻t4之前持续进行通常的运转。从时刻t4到时刻t5进行吸附量减少控制。在时刻t5以后再开始通常运转。在时刻t4之前的通常运转的期间，下游侧的NOx选择还原催化剂15的氨吸附量慢慢接近允许值。此时从下游侧的NOx选择还原催化剂15流出微量的氨。流出的氨的量慢慢增加。本实施方式中的排气净化装置在流出的氨的浓度达到预先确定的判定值时进行吸附量减少控制。该氨浓度的判定值设定为比氨浓度的允许值还小。本实施方式中，采用即使大于上侧的判定值、但暂时还达不到允许值的、有富余的判定值。该判定值存储在例如电子控制单元30的R0M32中。在时刻t4，从下游侧的NOx选择还原催化剂15流出的氨的浓度达到预先确定的判定值。在本实施方式中的吸附量减少控制中，与实施方式1中的吸附量减少控制同样，通过CN 102549245 A减少尿素水供给阀的尿素水供给量，进行使从上游侧的NOx选择还原催化剂穿出来的NOx 量增加的控制。本实施方式中的内燃机的排气净化装置，推定从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨的浓度，调节还原剂供给装置的还原剂供给量，以使氨的浓度不超过允许值。进行使下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量减少的控制。通过该构造，可以控制氨从下游侧的NOx选择还原催化剂流出。或者推定从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨的浓度，通过与实施方式2中的吸附量减少控制同样增加从内燃机主体1排出的NOx量，可以减少下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量。本实施方式中，当从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨的量为判定值以上时，进行使氨吸附量减少的控制，但对其形态没有限定，可以进行使氨的浓度不超过允许值的任意控制。也可以例如，推定从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨的浓度的增加率， 在该增加率为判定值以上时，进行使氨吸附量减少的控制。此外，也可以推定从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的氨的浓度，进行使下游侧的NOx选择还原催化剂的氨吸附量增加的吸附量增加控制。也可以例如，在从下游侧的 NOx选择还原催化剂流出的氨的浓度小于判定值的情况中进行吸附量增加控制。本实施方式的内燃机的排气净化装置，在采用内燃机主体的燃料作为还原剂的情况中，可以通过例如在下游侧的NOx选择还原催化剂的下游配置空燃比传感器来推定从下游侧的NOx选择还原催化剂流出的燃料的浓度。此外，上游侧的NOx选择还原催化剂优选采用耐热温度比下游侧的NOx选择还原催化剂的耐热温度高的催化剂。通过该构造可以抑制NOx选择还原催化剂的劣化等。关于其它构造、作用和效果，与实施方式1或者2同样，所以这里就不重复说明了。上述的实施方式可以适当组合。上述各图中对同一或者相应的部分使用了同一标记。另外，上述实施方式仅是举例，并不用于限定发明。此外，实施方式是权利要求含有的变化形态。附图标记说明1...内燃机主体12...排气管13...氧化催化剂14，15. . . NOx选择还原催化剂16...微粒滤清器18·· .EGR 通路51、52. · .NOx 传感器53、54...氨传感器55...尿素水供给阀
权利要求
1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置，所述排气净化装置，推定吸附在第二 NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量，并调节还原剂供给装置的还原剂供给量，使得推定出的还原剂的吸附量不超过允许值。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，当第二NOx选择还原催化剂的还原剂的吸附量为小于允许值的预先确定的判定值以上时，减少还原剂供给装置的还原剂供给量。
3.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，第一NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。
4.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置，所述排气净化装置，推定吸附在第二 NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量，当第二 NOx选择还原催化剂的还原剂的吸附量为预先确定的判定值以上时，增加从内燃机主体排出的NOx量。
5.如权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，第一NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。
6.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置，所述排气净化装置，推定从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度，并调节还原剂供给装置的还原剂供给量，使得推定出的还原剂的浓度不超过允许值。
7.如权利要求6所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，在从第二NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度为小于允许值的预先确定的判定值以上时，减少还原剂供给装置的还原剂供给量。
8.如权利要求6所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，第一NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。
9.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一 NOx选择还原催化剂，配置在第一 NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二 NOx选择还原催化剂，以及向第一 NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置，所述排气净化装置，推定从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度，在从第二 NOx选择还原催化剂流出的还原剂的浓度为预先确定的判定值以上时，增加从内燃机主体排出的NOx量。
10.如权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，第一 NOx选择还原催化剂的耐热温度比第二 NOx选择还原催化剂的耐热温度高。
全文摘要
一种内燃机的排气净化装置，具有配置在内燃机排气通路内，通过供给还原剂来选择性还原NOx的第一NOx选择还原催化剂，配置在第一NOx选择还原催化剂的下游侧的内燃机排气通路内、通过供给还原剂来选择性还原NOx的第二NOx选择还原催化剂，以及向第一NOx选择还原催化剂供给还原剂的还原剂供给装置。所述排气净化装置，推定吸附在第二NOx选择还原催化剂上的还原剂的吸附量，并调节还原剂供给装置的还原剂供给量，使得推定出的还原剂的吸附量不超过允许值。
文档编号F01N3/08GK102549245SQ20098015943
公开日2012年7月4日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者广田信也 申请人:丰田自动车株式会社