专利名称：用于内燃发动机的排气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃发动机的排气净化系统。
背景技术：
已知一种内燃发动机，其中在发动机的排气通道中设置有NOx选择还原催化剂并向该NOx选择还原催化剂供给尿素水溶液。NOx选择还原催化剂吸附由尿素溶液产生的氨并选择性地利用吸附的氨还原排气中的NOx (例如，见日本专利申请公开文献No. 2003-293 737(JP-A-2003493737))。当用如上所述被吸附的氨来还原NOx时，优选氨量尽可能多地被吸附在NOx选择还原催化剂上，以便达到良好的NOx还原效果。在该内燃发动机中，预先设定略少于饱和氨吸附量的目标氨吸附量，并控制尿素溶液的供给量，使得吸附在NOx选择还原催化剂上的氨的量等于目标氨吸附量。从对到如上所述的NOx选择还原催化剂上的氨吸附的研究，得出存在至少两种氨吸附状态的结论。具体地，在第一吸附状态，当NOx选择还原催化剂的温度处于低温区时， 比如低于200°C时，氨吸附到NOx选择还原催化剂上，并且在NOx选择还原催化剂的温度升高时，氨的解吸附量在低温区达到最大值。在第二吸附状态，当NOx选择还原催化剂的温度处于高温区时，比如高于200°C时，氨吸附到NOx选择还原催化剂上或已经吸附在NOx选择还原催化剂上，并且在NOx选择还原催化剂的温度升高时，氨的解吸附量在高温区达到最大值。该研究表明，从第一吸附状态解吸附的氨比从第二吸附状态解吸附的氨更有可能在不净化NOx的情况下通过NOx选择还原催化剂。换而言之，几乎所有的通过NOx选择还原催化剂并被排放到大气中的氨都处于第一吸附状态。因此，为了控制排放到大气中的氨的量，有必要控制处于第一吸附状态的氨的吸附量。然而，如在上述已知内燃发动机中，如果控制总的氨吸附量，那么处于第一吸附状态的氨的吸附量可占到氨吸附总量的很大一部分。在这种情况下，如果给车辆加速并且由此NOx选择还原催化剂的温度超过低温区的温度，则大量处于第一吸附状态的氨解吸附。结果，大量的氨被排放到大气中。为了解决上述问题，必需控制处于第一吸附状态的氨的吸附量，并且因此，有必要评估处于第一吸附状态的氨的吸附量。
发明内容
在本发明的一个方面，用于内燃发动机的排气净化系统包括设置在发动机排气通道中的NOx选择还原催化剂。氨被供给并吸附到NOx选择还原催化剂上，并且排气中的NOx 主要且选择性地通过所吸附的氨被还原。在该排气净化系统中，在NOx选择还原催化剂上存在两种氨吸附状态，即，第一吸附状态和第二吸附状态。在第一吸附状态下，氨吸附到温度处于低温区的NOx选择还原催化剂上，并且在NOx选择还原催化剂温度的升高时，氨解吸附量在低温区达到最大值。在第二吸附状态下，氨吸附到或者已经吸附在温度处于高温区并高于低温区的最高温度的NOx选择还原催化剂上，并且在NOx选择还原催化剂温度的升高时，氨解吸附量在高温区达到最大值。相较于已经处于第二吸附状态并从NOx选择还原催化剂解吸附的氨，已经处于第一吸附状态并从NOx选择还原催化剂解吸附的氨在没有净化NOx 的情况下通过NOx选择还原催化剂的可能性更大。该用于内燃发动机的排气净化系统包括控制部，该控制部估算在第一吸附状态下的氨吸附量，以便控制在所述第一吸附状态下的所述氨吸附量。控制部可通过估算在第一吸附状态下的氨吸附量来控制在所述第一吸附状态下的所述氨吸附量。因此，该用于内燃发动机的排气净化系统能够例如控制排放到大气的氨排放。
将在以下参照附图的对本发明示例性实施方式的详细描述中描述该发明的特征、 优点、以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且附图中图1是压燃式内燃发动机的总图；图2是描绘氨解吸附量的曲线图；图3是描绘根据本发明实施方式的目标氨吸附量的曲线图；图4A是描绘从发动机排出的NOx的排放量的NOXA的图；图4B是描绘以第一吸附状态吸附在NOx选择还原催化剂上的氨与以第二吸附状态吸附在NOx选择还原催化剂上的氨之间的比值的曲线图；图4C是描绘吸附的氨从第一吸附状态到第二吸附状态的变化率以及描绘NOx选择还原催化剂的温度与进气量之间的关系的曲线图；图5是用以执行NOx净化处理的流程图；图6是用以执行NOx净化处理的流程图；以及图7是用以执行NOx净化处理的流程图的一部分。
具体实施例方式图1是压燃式内燃发动机的总图。参见图1，该内燃发动机包括发动机本体1、用于每个气缸的燃烧室2、用于将燃料喷射到相应燃烧室2中的电子控制的燃料喷射阀3、进气歧管4和排气歧管5。排气涡轮增压器7中的压缩机7a的出口经由进气管道6连接至进气歧管4，而压缩机7a的进口经由进气量检测器8连接至空气滤清器9。进气管道6中包括由步进电机驱动的节气门10以及围绕进气管道6的冷却系统11，冷却系统11用于冷却流动通过进气管道6的进气。在图1中所示的实施方式中，发动机冷却液被引导入冷却系统11中以冷却进气。排气涡轮增压器7中的排气涡轮机7b的入口连接至排气歧管5，而排气涡轮机 7b的出口经由排气管12连接至NOx选择还原催化剂13的入口。NOx选择还原催化剂13 的出口经由排气管14连接至氧化催化剂15。在位于NOx选择还原催化剂13上游的排气管12中设有尿素溶液供给阀16。在排气管12中在尿素溶液供给阀16的下游设有分散尿素溶液的分散板17，尿素溶液供给阀16经由供给管18和供给泵19连接至尿素溶液罐 20。供给泵19加压以将储存在尿素溶液罐20中的尿素溶液从尿素溶液供给阀16喷射到流动通过排气管12的排气中，由此在NOx选择还原催化剂13中，由尿素的分解产生的氨 ((NH2) 2C0+H20 — 2NH3+C02)将排气中的 NOx 还原。进气歧管4和排气歧管5通过排气再循环(以下称作“EGR”)通道21互连，在排气再循环通道21中设有电子控制的EGR控制阀22。围绕EGR通道21设有冷却系统23以冷却流动通过EGR通道21的EGR气体。在图1中示出的实施方式中，发动机冷却液被引导到冷却系统23中以冷却EGR气体。每个燃料喷射阀3连接至共轨25，共轨25经由电子控制的能够改变燃料的排放率的燃料泵26连接至燃料罐27。储存在燃料罐27中的燃料通过燃料泵26输送至共轨25，再经由相应的燃料供给管M输送至每个燃料喷射阀3。电子控制单元30为数字计算机，其包括只读存储器(ROM) 32、随机存取存储器 (RAM) 33、微处理器(CPU) ；34、以及都通过交互总线31彼此连接的输入端口 35和输出端口 36。在位于NOx选择还原催化剂13下游的排气管14中设有检测排气中的NOx浓度的NOx传感器观和检测排气温度的温度传感器四。输入端口 35通过相应的模数转换器(ADCs)37 接收来自NOx传感器观、温度传感器四和进气量检测器8的输出信号。加速器踏板40连接于载荷传感器41。载荷传感器41产生输出电压，该输出电压与加速器踏板40的位移量成比例。输入端口 35通过相应的ADC 37接收载荷传感器41的输出电压。输入端口 35连接于曲轴传感器42，例如曲轴每旋转15°该曲轴传感器42就产生一个输出脉冲。输出端口 36经由相应的驱动电路38连接至燃料喷射阀3、驱动节气门 10的步进电机、尿素溶液供给阀16、供给泵19、EGR控制阀22和燃料泵沈中的每一个。在图1中示出的实施方式中，NOx选择还原催化剂13包括吸附氨的具有良好的NOx 净化效率的铁-沸石。氧化催化剂15为包括钼的稀有金属型，并且其氧化从NOx选择还原催化剂13漏掉的氨。如上所述，存在氨在NOx选择还原催化剂13上的第一吸附状态和第二吸附状态。 在第一吸附状态，氨吸附到温度等于或低于特定值并因而处于低温区的NOx选择还原催化剂13上。当NOx选择还原催化剂13的温度升高时，氨解吸附量在低温区达到最大值。在第二吸附状态，氨吸附到或已经吸附到温度高于该特定值并因而处于高温区的NOx选择还原催化剂13上。当NOx选择还原催化剂13的温度升高时，氨解吸附量在高温区达到最大值。该研究表明，从第一吸附状态解吸附的氨比从第二吸附状态解吸附的氨更有可能在不净化NOx的情况下通过NOx选择还原催化剂13。在本发明中，“已经处于第一吸附状态并从 NOx选择还原催化剂解吸附的氨”被称为“从第一吸附状态解吸附的氨”，而“已经处于第二吸附状态并从NOx选择还原催化剂解吸附的氨”被称为“从第二吸附状态解吸附的氨”。图2是示出实验结果的示例的曲线图。在实验中，氨(NH3)足够多地吸附到NOx 选择还原催化剂上，然后NOx选择还原催化剂的温度TC逐渐升高。图2示出了随着温度逐渐升高氨解吸附量的变化。在该实验中，上述NOx选择还原催化剂的特定温度设定在大约 200°C。因此在低温区，NOx选择还原催化剂的温度等于或低于200°C，而在高温区，^、选择还原催化剂的温度高于200°C。在200°C或低于200°C (在低温区)吸附的氨处于第一吸附状态，而高于200°C (在高温区)吸附的氨处于第二吸附状态。如图2中示出的，随着NOx选择还原催化剂的温度TC升高，氨解吸附量存在两个峰值。第一个峰值出现在低温区，而第二个峰值出现在高温区。当在高温区氨吸附到或者已经吸附到NOx选择还原催化剂上时，氨活化或进入第二吸附状态。如上所述，当氨活化或进入第二吸附状态时，认为氨在比处于第一吸附状态的氨解吸附的温度高的温度下解吸附。因此，如图2所示，从第二吸附状态的氨解吸附量在高温区达到最大值。排气中的NOx主要与吸附在NOx选择还原催化剂13上的氨反应并被还原。然而， 当NOx选择还原催化剂13的温度处于高温区时，排气中的NOx还是在NOx选择还原催化剂 13上与从NOx选择还原催化剂13解吸附的氨反应。这样消除了大量从NOx选择还原催化剂13解吸附的氨被排放到大气的可能性。而且，只要吸附的氨活化，即使当NOx选择还原催化剂13的温度处于低温区时，排气中的NOx还是与吸附在NOx选择还原催化剂13上的氨反应并被还原。关于以上方面，实验已经表明可以通过处于低温区的NOx选择还原催化剂13在以下情况下实现相对较高的 NOx净化效率将NOx选择还原催化剂13的温度升高至高温区并且氨以活化状态吸附，然后切断氨的供给并将NOx选择还原催化剂13的温度降低至低温区。换而言之，实验已经表明，一旦活化或进入第二吸附状态，即使当NOx选择还原催化剂13的温度降低至低温区时，吸附的氨仍然保持以第二吸附状态活化。因此，只要大量的氨以活化状态吸附，就能够通过甚至是处于低温区的NOx选择还原催化剂13实现良好的 NOx净化效率。另一方面，在低温区吸附到NOx选择还原催化剂13上的氨几乎不活化。当在该状态下将NOx选择还原催化剂13的温度升高时，几乎不活化或处于第一吸附状态的氨从NOx 选择还原催化剂13解吸附。如图2所示，氨的解吸附量如上所述在NOx选择还原催化剂13 的温度处于低温区时达到最大值。排气中的NOx几乎不与已经从第一吸附状态解吸附的氨反应。因此，解吸附的氨在不净化NOx的情况下通过选择还原催化剂13。已经通过NOx选择还原催化剂13的氨通过氧化催化剂15进行氧化。但是，当对于氧化催化剂15来说氨量太大时，或者当氧化催化剂15未充分活化时，大量未经氧化的氨就会排放到大气。为了防止大量的氨排放到大气，必需控制以第一吸附状态吸附的氨量。为此，在本发明中，对处于第一吸附状态的氨的吸附量进行评估。与往大气中的氨排放相关的问题是氨排放浓度。实践中，必需将氨排放控制在预先设定的容许浓度水平以内。在本发明中，为了将在NOx选择还原催化剂13的温度升高时从第一吸附状态解吸附的氨的浓度控制在特定的容许水平内，基于估算的处于第一吸附状态的氨的吸附量来控制处于第一吸附状态的氨的吸附量。更具体地，在本发明中，预先设定预定目标氨吸附量，以便将在NOx选择还原催化剂13的温度升高时从第一吸附状态解吸附的氨的浓度控制在特定的容许水平内。此外，来自尿素溶液供给阀16的尿素溶液供给量、即氨的供给量控制成使得处于第一吸附状态的氨吸附量不能超过目标氨吸附量。现在要参照图3对目标氨吸附量进行说明。图3中的水平轴线代表NOx选择还原催化剂13的温度TC，而图3的竖直轴线代表NOx选择还原催化剂13上的氨吸附量Σ NH30 参见图3，NXfflax代表饱和状态下NOx选择还原催化剂13上的氨吸附量，即，饱和吸附量。如从图3明显可见的，饱和氨吸附量NXmax随着催化剂温度TC的降低成反比地增大。在本发明的实施方式中，如图3中用虚线示出的，预先设定主目标氨吸附量 NX(1+2)和次目标氨吸附量ΝΧ(1)。主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)设定用于在第一和第二吸附状态下的氨吸附总量。次目标氨吸附量NX(I)设定用于在第一吸附状态下的氨吸附量。该次目标氨吸附量NX(I)代表用于从第一吸附状态解吸附的氨的浓度低于特定的允许水平的目标氨吸附量。如从图3明显可见的，主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)设定为在任意催化剂温度TC下略低于饱和氨吸附量NXmax的氨吸附量Σ NH3。与此同时，次目标氨吸附量NX⑴设定成在相同温度下小于主目标氨吸附量NX (1+2)，并且还设定成主要处于低温区。如上所述，排气中的NOx主要与吸附在NOx选择还原催化剂13上的氨反应，并被还原。在这种情况下，在第二吸附状态下的氨表现出大大高于在第一吸附状态下的氨的N0x还原效率。换而言之，在第一吸附状态下氨的NOx净化效率不高。但是，以第一吸附状态吸附的氨越多，在第一吸附状态下的氨的NOx净化效率就变得越高。因此，在第一和第二吸附状态下的所有氨的主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)设定成尽可能地接近饱和氨吸附量NXmax。基本上， 尿素溶液的供给量、即氨的供给量被控制成使得氨吸附总量等于主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)。当在第一吸附状态下的氨吸附量超过次目标氨吸附量NX(I)时，解吸附的氨的浓度超过允许水平。因此，将在第一吸附状态下的氨吸附量控制成不超过次目标氨吸附量 NX(I)。在本发明的实施方式，将尿素溶液的供给量、即氨的供给量控制成使得在第一吸附状态下的氨吸附量不超过次目标氨吸附量NX(I)，并且使得氨吸附总量等于主目标氨吸附量 NX(1+2)。在本发明的实施方式中，基于估算的氨供给量来控制尿素溶液的供给量。具体地， 在本发明的实施方式中，除在第一吸附状态下的氨吸附量之外，还估算在第二吸附状态下的氨吸附量。然后，基于对第一和第二吸附状态下的氨吸附量的估算，控制尿素溶液的供给量、即氨的供给量。现在要参照图4对用于估算氨吸附量的方法进行说明。在本发明的实施方式中， 基于以下方程式以特定时间间隔重复计算估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n 和估算的在第二吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(2)ηΣ NH3(I)n^E NH3(I)n-^Q1-M1-F (1)；和Σ NH3(2)η-Σ NH3(2)H+Qfl^+F (2)在以上方程式(1)中，Σ NH3(I)n-I代表上次计算的估算的在第一吸附状态下的氨吸附量，Q1代表从上次计算时起添加并以第一吸附状态吸附的氨吸附量，且M1代表从上次计算时起已经消耗用于NOx净化的在第一吸附状态下的氨的消耗量。在以上方程式O)中，Σ NH3(2)代表上次计算的估算的在第二吸附状态下的氨吸附量，Q2代表从上次计算时起添加并以第二吸附状态吸附的氨吸附量，且M2代表从上次计算时起已经消耗用于NOx净化的在第二吸附状态下的氨的消耗量。另外，在以上方程式(1)和O)中，F代表从上次计算时起已经从第一吸附状态变成第二吸附状态的吸附氨量。首先要说明Gj1和％。如果从上次计算时起已经添加了量值为Q的氨，取决于NOx 选择还原催化剂13的温度TC，该量值为Q的氨或者以第一吸附状态吸附在NOx选择还原催化剂13上，或者以第二吸附状态吸附在NOx选择还原催化剂13上。在图4Β中，N1代表在第一吸附状态下的氨吸附量A的比例，而N2代表在第二吸附状态下的氨吸附量％的比例。 此处，N1+N2 = 1. 0。
在等于或低于200°C的低温区中，绝大部分添加的氨以第一吸附状态吸附。因此， 在低温区&大于N2。另一方面，在高于200°C的高温区，绝大部分添加的氨以第二吸附状态吸附，因此在高温区N2大于K。图4B中示出的N1与N2间的关系以及催化剂温度TC预先存储在R0M32中。由此关系计算出以第一吸附状态吸附的氨量= N1-Q)和以第二吸附状态吸附的氨量％(= N2 · Q)。接下来对方程式(1)中的消耗量M1和方程式O)中的M2进行说明。在本发明的实施方式中，NOx选择还原催化剂13的NOx净化率R由流入NOx选择还原催化剂13中的排气中的NOx浓度Din和流出NOx选择还原催化剂13的排气中的NOx浓度Dout算出。在该例中，预先在R0M32中存储每单位时间从发动机排出的NOx排放量Ν0ΧΑ。此处，NOx排放量 NOXA作为发动机载荷L与发动机转速N之间的函数以诸如图4A中的图的形式存储。NOx浓度Din由NOx排放量NOXA和进气量GA算出，而NOx浓度Dout基于来自NOx传感器28的输出计算。一旦得出NOx净化率R，能够基于NOx排放量NOXA和NOx净化率R算出自上次计算时起已经用于NOx净化的吸附氨的总消耗量。此时，NOx实际上被处于第一和第二吸附状态的氨还原了。因此，吸附氨的总消耗量为在第一吸附状态下的氨的消耗量M1和在第二吸附状态下的氨的消耗量M2的总和。如上所述，由于处于第二吸附状态的氨表现出比处于第一吸附状态的氨高很多的 NOx净化效率，因此在第二吸附状态下的氨的消耗量M2大于在第一吸附状态下的氨的消耗量虬。在本发明的实施方式中，预先得到氨消耗量虬与氨消耗量M2之间的比值Il1 n2, 并且此处Jl1 = 0.2且η2 = 0. 8。现在要对方程式(1)和O)中的吸附氨的量F进行说明。当NOx选择还原催化剂 13的温度TC升高时，一部分吸附氨从第一吸附状态变为第二吸附状态。如果将变化率表示为变化系数σ，那么通过用变化系数σ乘以上次计算的在第一吸附状态下的氨的吸附量 Σ NH3Wlri算出变为第二吸附状态的吸附氨的量F，即，F= σ · Σ NH3(I)n^10如图4C中所示，变化系数σ是NOx选择还原催化剂13的温度TC与进气量GA之间的函数。具体地，当催化剂温度TC处于高温区时，变化系数σ随着催化剂温度TC的增加成正比地增大。另外，当进气量GA增大时，或者当排气的流量增大时，大量吸附在NOx选择还原催化剂13的上游侧的氨或尿素分散到下游侧，并且活化氨的量增加。因此，在相同的催化剂温度TC下，变化系数σ随着进气量GA的增大而成正比地增大。图4C中示出的变化系数σ、催化剂温度TC、以及进气量GA间的关系预先存储在R0M32中。如上所述，在本发明的实施方式中，估算当NOx选择还原催化剂13的温度TC升高时从在第一吸附状态变为第二吸附状态的吸附氨的量F。然后，基于该估算的吸附氨的变化量F，校正估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n和估算的在第二吸附状态下的氨吸附量Σ NH3 O) η。现在要参照图5至图7对NOx净化处理程序进行说明。该NOx净化处理程序以特定时间间隔通过中断来执行。参见图5，首先在步骤50，读取进气量GA和NOx选择还原催化剂13的温度TC。进气量GA通过进气量检测器8来检测，而NOx选择还原催化剂13的温度TC从温度传感器四的检测信号来估算。在步骤51，读取NOx传感器28的输出。接下来在步骤52，基于NOx传感器观的输出计算流出NOx选择还原催化剂13的排气中的NOx浓度 Dout0在步骤53，从图4A中示出的图来计算每单位时间的NOx排放量Ν0ΧΑ。接下来在步骤M，从NOx排放量NOXA和进气量GA来计算流入NOx选择还原催化剂13的排气中NOx浓度 Din。在步骤 55，计算 NOx 净化率 R( = (Din-Dout)/Din)。在步骤56，读取在上次中断中算出的估算的在第一吸附状态下的氨吸附量 Σ NH3(I)lri和估算的在第二吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(2)0在步骤57，基于尿素溶液的供给量，读取自上次中断时起已经添加的氨的添加量Q。接下来在步骤58，从图4Β中示出的关系来计算&和队。基于NjPN2，计算以第一吸附状态吸附的氨的量仏(= N1^Q)和以第二吸附状态吸附的氨的量= N2 · Q)。在步骤59，计算在第一吸附状态下的氨的消耗量M1和在第二吸附状态下的氨的消耗量Μ2。具体地，基于从图4Α中示出的图计算出的NOx排放量Ν0ΧΑ、以及还基于NOx净化率 R，算出从上次中断时起已经消耗用于NOx净化的吸附氨的总消耗量。然后，通过用1(= 0.2)乘以吸附氨的总消耗量计算出在第一吸附状态下的氨的消耗量虬。还通过用η2( = 0. 8)乘以吸附氨的总消耗量计算出在第二吸附状态下的氨的消耗量Μ2。在步骤60，从图4C中示出的关系计算出变化系数σ。然后在步骤61，通过用变化系数σ乘以在上次中断中计算出的估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)lri来计算从第一吸附状态到第二吸附状态的吸附氨的变化量F(= σ -ENH3(I)lri^在步骤62，基于以下方程式计算估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n.Σ NH3(I)n — Σ NH3(I)n-^Q1-M1-F在步骤63，基于以下方程式计算估算的在第二吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(2)η。Σ NH3(2)η^Σ NH3(2)h+AH^+F接下来在步骤64，氨吸附总量Σ NH3( = ENH3(I)n+ Σ NH3(2)η)为估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n与估算的在第二吸附状态下的氨吸附量Σ NHj2)n之和。在步骤65，从图3中示出的关系计算出对应于该催化剂温度TC的主目标氨吸附量 NX (1+2)和次目标氨吸附量NX(I)。在步骤66，判断氨吸附总量Σ NH3是否超过主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)。如果Σ NH3SNX(1+2)，则程序进行到步骤67以判断估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n是否大于次目标氨吸附量NX(I)。如果Σ NH3(I)nSNX(I),则程序进行到步骤68以添加特定的氨量Q。实际上，供给氨含量大小等于量Q的尿素溶液量。特别地，计算在添加量为Q的氨被添加时的估算氨吸附量Σ NH3(I)1^PE NH3(2) η。之后，如果为估算氨吸附量Σ ΝΗ3(1)η*Σ NH3之和的氨吸附总量Σ NH3没有超过主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)，并且如果估算氨吸附量Σ NH3(I)n没有超过次目标氨吸附量NX(I)， 则添加添加量为Q的氨。在添加量为Q的氨被添加之后，程序进行到步骤69，在步骤69，用 Σ NH3(I)lri 替代Σ NH3(1)η。然后在步骤 70，用 Σ NH3 (2)替代Σ NH3 O)η。另一方面，如果在步骤66判定Σ NH3 > NX (1+2)，或者在步骤67判定Σ NH3(I)n > ΝΧ(1)，则程序进行到步骤71，在步骤71停止氨的添加。当氨的添加停止时，仏和仏变成零。在这种情况下，程序进行到步骤72，在步骤72，基于以下方程式计算估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ ΝΗ3(1)η。Σ NH3(I)n — Σ NH3(I)lri-M1-F
在步骤73，基于以下方程式计算估算的在第二吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(2)η。Σ NH3(2)η-Σ NH3(2)n_「M2+F然后，程序进行到步骤69。如上所述，在本发明的实施方式中，当估算的在第一吸附状态下的氨吸附量 Σ NH3(I)n小于次目标氨吸附量NX⑴时，添加氨使得氨吸附总量Σ NH3等于主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)。其间，即使当氨吸附总量Σ NH3小于主目标氨吸附量ΝΧ(1+2)时，一旦估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n超过次目标氨吸附量NX(I)，仍然停止氨的添加或尿素溶液的供给。现在要对允许通过强制性地使氨的吸附状态从第一吸附状态变为第二吸附状态来增加氨吸附总量Σ NH3W实施方式进行说明。更具体地，如上所述，当NOx选择还原催化剂13的温度升高时，氨的吸附状态从第一吸附状态变为第二吸附状态。因此，在该实施方式中，当估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I)n超过比次目标氨吸附量NX⑴小特定量α的氨吸附量(ΝΧ(Ι)-α)时，升高NOx选择还原催化剂13的温度使得氨的吸附状态从第一吸附状态变为第二吸附状态。通过将图6中用虚线包围的部分“Α”变成图7中所示的过程来执行该实施方式中的NOx净化处理。具体地，在该实施方式中，如图7中所示，当在步骤68的氨的添加过程完成时，程序进行到步骤68a。在步骤68a，判断估算的在第一吸附状态下的氨吸附量Σ NH3(I) η是否大于氨吸附量(NX(I)-Q)0如果ΣΝΗ3α)η> (ΝΧ(Ι)-α)，则程序进行到步骤68b。 在步骤68b，使NOx选择还原催化剂13的温度升高。通过延迟燃料喷射阀3的喷射时间然后通过提高排气温度来实施该温度升高控制。
权利要求
1.一种用于内燃发动机的排气净化系统，包括NOx选择还原催化剂，所述NOx选择还原催化剂设置在所述发动机的排气通道中，所述NOx选择还原催化剂被供以氨，氨吸附在所述NOx选择还原催化剂上，并且所述NOx 选择还原催化剂利用所吸附的氨选择性地还原排气中的N0X，存在氨的第一吸附状态和第二吸附状态在所述第一吸附状态，当所述NOx选择还原催化剂的温度处于低温区时，氨吸附到所述NOx选择还原催化剂上、并且在所述NOx选择还原催化剂的温度升高时氨的解吸附量在所述低温区达到最大；并且在所述第二吸附状态，当所述NOx选择还原催化剂的温度处于高温区并且高于所述低温区中的最高温度时，氨吸附到或者已经吸附在所述NOx选择还原催化剂上、并且在所述NOx选择还原催化剂的温度升高时氨的解吸附量在所述高温区达到最大，相比已经处于所述第二吸附状态并从所述NOx选择还原催化剂解吸附的氨，已经处于所述第一吸附状态并从所述NOx选择还原催化剂解吸附的氨更可能在未对NOx进行净化的情况下通过所述NOx选择还原催化剂；以及控制部，所述控制部估算所述第一吸附状态下的氨吸附量，并控制所述第一吸附状态下的氨吸附量。
2.如权利要求1所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，所述控制部基于所估算的所述第一吸附状态下的氨吸附量来控制所述第一吸附状态下的氨吸附量，以便将在所述NOx选择还原催化剂的温度升高时已经处于所述第一吸附状态并从所述NOx选择还原催化剂解吸附的氨的浓度控制在容许浓度水平内。
3.如权利要求1或2所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，目标氨吸附量设定成使得在所述NOx选择还原催化剂的温度升高时已经处于所述第一吸附状态并从所述NOx选择还原催化剂解吸附的氨的浓度处于容许浓度水平内，并且所述控制部控制氨供给量，使得所述第一吸附状态下的氨吸附量小于所述目标氨吸附量。
4.如权利要求1所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，所述控制部估算所述第二吸附状态下的氨吸附量，并基于所估算的所述第一吸附状态下的氨吸附量和所估算的所述第二吸附状态下的氨吸附量来控制氨供给量。
5.如权利要求4所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，对所述第一吸附状态和所述第二吸附状态下的氨吸附总量设定主目标氨吸附量，对所述第一吸附状态下的氨吸附量设定次目标氨吸附量，并且在相同的所述NOx选择还原催化剂的温度下所述次目标氨吸附量设定成小于所述主目标氨吸附量，并且所述控制部控制氨供给量，使得所述第一吸附状态下的氨吸附量小于所述次目标氨吸附量并且使得所述氨吸附总量大致与所述主目标氨吸附量相同。
6.如权利要求5所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，当所估算的所述第一吸附状态下的氨吸附量超过比所述次目标氨吸附量小特定量的氨吸附量时，升高所述NOx选择还原催化剂的温度以便将氨的吸附状态从所述第一吸附状态变为所述第二吸附状态。
7.如权利要求4所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，当估算所述第一吸附状态下的氨吸附量和所述第二吸附状态下的氨吸附量时，所述控制部计算为NOx净化而消耗的所吸附的氨的消耗量，并且将所述第二吸附状态下的氨消耗量设定成大于所述第一吸附状态下的氨消耗量。
8.如权利要求4所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，所述控制部估算在所述NOx选择还原催化剂的温度升高时从所述第一吸附状态到所述第二吸附状态的所吸附的氨的变化量，并基于所估算的所吸附的氨的变化量来校正所估算的所述第一吸附状态下的氨吸附量和所估算的所述第二吸附状态下的氨吸附量。
9.如权利要求4所述的用于内燃发动机的排气净化系统，进一步包括 供给装置，所述供给装置向所述NOx选择还原催化剂供给氨；载荷传感器，所述载荷传感器检测所述内燃发动机上的载荷；以及 NOx传感器，所述NOx传感器检测流出所述NOx选择还原催化剂的排气中的NOx浓度， 其中，所述控制部基于来自所述载荷传感器的输入值计算流入所述NOx选择还原催化剂的排气中的NOx浓度，并从流入和流出所述NOx选择还原催化剂的所述排气中的所述NOx 浓度计算所述NOx选择还原催化剂的NOx净化率，并且所述控制部基于氨供给量、所计算出的NOx,化率以及所述NOx选择还原催化剂的温度来估算所述第一吸附状态下的氨吸附量和所述第二吸附状态下的氨吸附量。
10.如权利要求9所述的用于内燃发动机的排气净化系统，其中，对所述第一吸附状态和所述第二吸附状态下的氨吸附总量设定主目标氨吸附量，并且对所述第一吸附状态下的氨吸附量设定次目标氨吸附量，当所估算的所述第一吸附状态下的氨吸附量小于所述次目标氨吸附量时，并且当所估算的氨吸附总量小于所述主目标氨吸附量时，所述控制部向所述供给装置供给氨，使得所述氨吸附总量等于所述主目标氨吸附量，并且当所估算的所述第一吸附状态下的氨吸附量大于所述次目标氨吸附量时，所述控制部停止向所述供给装置供给氨。
全文摘要
提供了一种用于内燃发动机的排气净化系统，其中，在发动机的排气通道中设置有用于通过吸附在其上的氨还原NOX的NOX选择还原催化剂。在该NOX选择还原催化剂中，具有在低温下吸附的处于第一吸附状态的氨和在高温下吸附的处于第二吸附状态的氨。由于已经处于第一吸附状态并从NOX选择还原催化剂解吸附的氨倾向于被排放到大气中，在该用于内燃发动机的排气净化系统中设置有估算第一吸附状态下的氨吸附量的控制部，以便将第一吸附状态下的氨吸附量控制在特定水平内。
文档编号F01N3/20GK102348876SQ201080011491
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月11日
发明者山下嘉典, 广田信也 申请人:丰田自动车株式会社, 株式会社科特拉