内燃机的排气净化装置制造方法
【专利摘要】为了抑制过滤器再生时的NOx净化率的下降，本发明具备：选择还原型NOx催化剂；过滤器，设置在比选择还原型NOx催化剂靠上游的位置；NH3生成催化剂，设置在比选择还原型NOx催化剂靠上游的位置，在排气的空燃比为理论空燃比以下时生成NH3；再生部，进行过滤器的再生；及生成部，使排气的空燃比为理论空燃比以下而利用NH3生成催化剂来生成NH3，再生部禁止过滤器的再生直到由生成部进行的NH3的生成完成为止。
【专利说明】内燃机的排气净化装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及内燃机的排气净化装置。
【背景技术】
[0002]存在具备对排气中的粒子状物质(以下，也称为PM)进行捕集的过滤器的情况。由该过滤器捕集的PM能够通过提高过滤器的温度并提高排气中的氧浓度除去。将这样从过滤器除去PM的情况称为过滤器的再生。并且，已知有如下技术:在外气温度为规定值以下时，禁止过滤器的再生，由此提高使过滤器的温度上升时的效率(例如，参照专利文献I)。
[0003]另外，已知有在过滤器的再生时，从与该过滤器相比靠上游侧设置的NOx的吸附体向该过滤器供给NOx的技术(例如，参照专利文献2)。在该技术中，通过NOx来促进PM的氧化。而且，在过滤器的再生前，向NOx的吸附体预先吸附必要的量的NOx。
[0004]另外，已知有如下技术:在与过滤器相比靠下游侧设置三元催化剂，利用三元催化剂形成为NOx能够净化的理论空燃比附近之后，形成为能够使过滤器再生的稀空燃比(例如，参照专利文献3)。
[0005]不过，也有在与捕集排气中的PM的过滤器相比靠下游侧设置吸留还原型NOx催化剂(以下，也称为NSR催化剂)及选择还原型NOx催化剂(以下，也称为SCR催化剂)的情况。该NSR催化剂在流入的排气的氧浓度高时，吸留排气中的NOx，在流入的排气的氧浓度下降且还原剂存在时，对吸留的NOx进行还原。而且，SCR催化剂通过还原剂对NOx进行选择还原。
[0006]在此，在过滤器的再生时，需要提高向该过滤器流入的排气中的氧浓度。而且，也需要提高过滤器的温度。在这样的状态下，NSR催化剂难以吸留NOx。而且，也难以向SCR催化剂供给还原剂。因此，在过滤器的再生时，NOx的净化率可能会下降。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2007-255289号公报
[0010]专利文献2:日本特开2004-052680号公报
[0011]专利文献3:日本特开2009-127559号公报
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]本发明鉴于上述那样的问题点而作出，其目的在于抑制过滤器再生时的NOx净化率的下降。
[0014]用于解决课题的方案
[0015]为了实现上述课题，本发明的内燃机的排气净化装置具备:
[0016]选择还原型NOx催化剂，设于内燃机的排气通路，以NH3为还原剂而对NOx进行还原；
[0017]过滤器，设置在比所述选择还原型NOx催化剂靠上游的排气通路，捕集排气中的粒子状物质；
[0018]NH3生成催化剂，设置在比所述选择还原型NOx催化剂靠上游的排气通路，在排气的空燃比为理论空燃比以下时生成NH3 ；
[0019]再生部，通过使所述过滤器的温度上升并向该过滤器供给氧而进行过滤器的再生；及
[0020]生成部，使排气的空燃比为理论空燃比以下而利用所述NH3生成催化剂来生成NH3,
[0021]所述再生部禁止所述过滤器的再生直到由所述生成部进行的NH3的生成完成为止。
[0022]NH3生成催化剂例如是使H2或HC与NO反应而生成NH3的催化剂。在过滤器和NH3生成催化剂中，哪个设置在上游侧均可。选择还原型NOx催化剂对NH3进行吸附，通过该NH3对NOx进行还原。
[0023]再生部使过滤器的温度上升直到过滤器所捕集的PM氧化的温度为止，并且将向过滤器流入的排气的空燃比设为稀空燃比而提高排气中的氧浓度。由此，使PM氧化。
[0024]生成部在进行过滤器的再生之前，生成NH3。即，在进行过滤器的再生之前，使向NH3生成催化剂流入的排气的空燃比为理论空燃比以下。需要说明的是，可以在生成部对NH3的生成完成之后，再生部开始过滤器的再生。
[0025]在此，若NH3成为高温，则被水解。因此，在过滤器的再生中，难以生成NH3。即，适合于过滤器的再生的条件和适合于NH3的生成的条件不同，因此在进行一方时，难以进行另一方。这样的话，在过滤器的再生时，NH3不足，可能难以进行NOx的净化。相对于此，生成部在进行过滤器的再生之前，生成NH3。即，在进行过滤器的再生而NH3的生成变得困难之前，生成NH3而吸附于选择还原型NOx催化剂。这样的话，在过滤器的再生时即使未生成NH3,通过预先吸附于选择还原型NOx催化剂的NH3也能够使NOx还原。由此，能够实现过滤器的再生和NOx的净化这两者。
[0026]另外，在本发明中，可以是，所述生成部生成NH3直到所述选择还原型NOx催化剂吸附将进行所述过滤器的再生时从所述内燃机排出的NOx净化所需要的量的NH3为止。
[0027]在此，在过滤器的再生前即便使选择还原型NOx催化剂吸附NH3，在其量少的情况下，在过滤器的再生中，NH3也可能会不足。由此，在过滤器的再生的中途，可能难以将NOx净化。
[0028]因此，生成部为了在进行过滤器的再生时避免NH3的不足，在进行过滤器的再生之前预先生成NH3。在此，若使选择还原型NOx催化剂吸附充分的量的NH3,在过滤器的再生的中途能够抑制NH3的不足。即，若预先使选择还原型NOx催化剂吸附直到过滤器的再生完成为止消耗的NH3量以上的NH3量，则在过滤器的再生的中途能够抑制NH3的不足。
[0029]直到过滤器的再生完成为止消耗的NH3量能够基于直到过滤器的再生完成为止从内燃机排出的NOx量算出。从内燃机排出的NOx量例如能够通过假定为当前时刻下的内燃机的运转状态持续而推定。而且，根据由过滤器捕集的PM量而过滤器的再生所需的时间变长，因此NOx的排出量也增多。因此，可以根据过滤器所捕集的PM量来推定直到过滤器的再生完成为止的NOx的排出量。
[0030]另外，在本发明中，可以是，所述再生部在进行所述过滤器的再生时吸附于所述选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量成为规定值以下的情况下，中断所述过滤器的再生。
[0031 ] 在此，在进行过滤器的再生时，为了对NOx进行净化而使用由选择还原型NOx催化剂吸附的NH3,因此该NH3逐渐减少。并且，当进行过滤器的再生的时间变长时，选择还原型NOx催化剂吸附的NH3有时会用尽。需要说明的是，即便在过滤器的再生前使选择还原型NOx催化剂吸附充分的量的NH3，当在过滤器的再生中内燃机的运转区域变化时，NOx的排出量也会变化，因此NH3也不足。若像这样NH3不足，则NOx的净化变得困难。
[0032]另外，在选择还原型NOx催化剂中，存在能够吸附NH3的温度的上限(以下，也称为上限温度)，当超过该上限温度时，将吸附的NH3向排气中放出。因此，若在过滤器4的再生中选择还原型NOx催化剂的温度超过上限温度，则NOx的净化变得困难。
[0033]因此，再生部在NH3量成为规定值以下时，将过滤器的再生中断。在此所说的规定值是在过滤器的再生时无法再将NOx还原的吸附量的上限值。需要说明的是，规定值可以设为O。即，在选择还原型NOx催化剂吸附的NH3消失时，可以将过滤器的再生中断。而且，在能够预测为选择还原型NOx催化剂吸附的NH3消失时，可以将过滤器的再生中断。而且，在选择还原型NOx催化剂的温度比能够吸附NH3的温度升高时，可以将过滤器的再生中断。通过这样将过滤器的再生中断，能够抑制因还原剂的不足而无法进行NOx的净化的情况。
[0034]另外，在本发明中，可以是，所述生成部在所述再生部中断所述过滤器的再生时，使排气的空燃比为理论空燃比以下而生成nh3。
[0035]在将过滤器的再生中断时，若通过生成部而生成NH3,则选择还原型NOx催化剂能够再次吸附NH3。这样的话，在重新开始过滤器的再生时，能够将NOx净化。需要说明的是，在选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量充分增多时，可以结束NH3的生成，且重新开始过滤器的再生。
[0036]另外，在本发明中，可以是，所述生成部生成NH3直到所述选择还原型NOx催化剂吸附如下的量的NH3为止:即使使所述过滤器的再生重新开始，在进行所述过滤器的再生时吸附于所述选择还原型NOx催化剂的NH3量也不会成为所述规定值以下，
[0037]所述再生部在所述选择还原型NOx催化剂吸附了如下的量的NH3之后使所述过滤器的再生重新开始:即使使所述过滤器的再生重新开始，在进行所述过滤器的再生时吸附于所述选择还原型NOx催化剂的NH3量也不会成为所述规定值以下。
[0038]在此，即便在将过滤器的再生中断时使选择还原型NOx催化剂吸附NH3，在其量少的情况下，在重新开始过滤器的再生之后，选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量也成为规定值以下。这样的话，需要将过滤器的再生再次中断。因此，需要使过滤器的温度上升几度，因此燃油经济性可能会恶化。而且，直到过滤器的再生完成为止会花费时间。
[0039]因此，生成部预先生成NH3,以便于在重新开始过滤器的再生之后，无需将过滤器的再生中断。在此，若使选择还原型NOx催化剂吸附充分的量的NH3,则无需将过滤器的再生中断。并且，预先使选择还原型NOx催化剂吸附直到过滤器的再生完成为止消耗的NH3量以上的NH3量之后，若再生部重新开始过滤器的再生，则无需将过滤器的再生中断。
[0040]另外，在本发明中，可以是，当由所述过滤器捕集的粒子状物质的量成为阈值以上时，所述再生部开始所述过滤器的再生，
[0041]所述再生部以能够利用所述选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量将在从所述过滤器的再生开始起直到完成为止的期间从所述内燃机排出的NOx净化的方式设定所述阈值。
[0042]S卩，根据选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量，能够设定开始过滤器的再生的时期、或从开始过滤器的再生起到完成为止的时间。在此，进行过滤器的再生的时间在过滤器捕集的粒子状物质的量越多时越长。因此，过滤器捕集的粒子状物质的量越多，越需要预先由选择还原型NOx催化剂吸附更多的NH3。然而，选择还原型NOx催化剂能够吸附的NH3量存在极限。而且，根据内燃机的运转状态，有时无法使选择还原型NOx催化剂吸附充分量的NH3。相对于此，若对应于选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量来决定进行过滤器的再生的时间，则能够在过滤器的再生的中途抑制NH3不足的情况。
[0043]并且，进行过滤器的再生的时间与过滤器捕集的粒子状物质的量存在相关关系，因此能够对应于选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量设定所述阈值。例如，可以是选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量越多，越增大阈值。这样，能够在过滤器的再生的中途抑制NH3不足的情况。需要说明的是，也可以以在所述过滤器的再生中排出的NOx量成为能够利用能够由所述选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量净化的NOx量以下的方式设定所述阈值。而且，选择还原型NOx催化剂的老化的程度越大，能够吸附的NH3量越减少，因此可以减小所述阈值。
[0044]另外，在本发明中，可以是，所述选择还原型NOx催化剂的老化的程度越大，所述再生部越缩短进行所述过滤器的再生的间隔。
[0045]在此，选择还原型NOx催化剂的老化的程度越大，能够吸附的NH3量越减少。因此，在选择还原型NOx催化剂的老化的程度大时，在过滤器的再生的中途，NH3可能不足。相对于此，若缩短进行过滤器的再生的间隔，则在过滤器捕集的粒子状物质的量更少的状态下进行过滤器的再生。由此，能够缩短过滤器的再生所需的时间，因此能够抑制在过滤器的再生的中途NH3不足的情况。
[0046]另外，在本发明中，可以是，所述生成部以向所述NH3生成催化剂流入的排气的空燃比成为包括NH3的生成量为最多的空燃比在内的规定范围的空燃比的方式，调整向所述NH3生成催化剂流入的排气的空燃比。
[0047]在此，通过将排气的空燃比形成为理论空燃比以下，在NH3生成催化剂中生成NH3。然而，因空燃比而在NH3的生成量产生差别。而且，在使排气中的H2或HC与NO反应而生成NH3时，若空燃比过低，则NO会由其他的催化剂还原。因此，NO不足，NH3的生成变得困难。
[0048]相对于此，通过形成为适合于NH3的生成的空燃比，能够使选择还原型NOx催化剂迅速地吸附nh3。需要说明的是，规定的范围的空燃比可以设为NH3的生成量成为容许范围的空燃比的范围。而且，可以是，生成部以向NH3生成催化剂流入的排气的空燃比成为NH3的生成量最多的空燃比的方式，调整向NH3生成催化剂流入的排气的空燃比。而且，可以是，以向NH3生成催化剂流入的排气的空燃比成为为了生成NH3所需的H2的生成量最多的空燃比的方式，调整向NH3生成催化剂流入的排气的空燃比。并且，通过使形成为该排气的空燃比的时间持续规定时间，能够使选择还原型NOx催化剂吸附充分的量的NH3。规定时间可以设为直到过滤器的再生时所需的量的NH3由选择还原型NOx催化剂吸附为止的时间。
[0049]另外，在本发明中，可以是，所述再生部在进行所述过滤器的再生时所述选择还原型NOx催化剂的温度高于能够吸附NH3的温度的情况下，中断所述过滤器的再生，
[0050]所述生成部在所述再生部中断所述过滤器的再生时，使排气的空燃比为理论空燃比以下而生成NH3。
[0051]在此，当选择还原型NOx催化剂的温度超过能够吸附NH3的上限温度时，吸附的NH3向排气中放出。因此，在过滤器4的再生中选择还原型NOx催化剂的温度超过所述上限温度时，NOx的净化变得困难。因此，再生部在选择还原型NOx催化剂的温度高于能够吸附NH3的温度时，将过滤器的再生中断。并且，在将过滤器的再生中断时，若通过生成部来生成NH3,则选择还原型NOx催化剂能够再次吸附NH3。这样的话，能够在重新开始过滤器的再生时将NOx净化。
[0052]发明效果
[0053]根据本发明，能够抑制过滤器再生时的NOx净化率的下降。
【专利附图】
【附图说明】
[0054]图1是表不实施例的内燃机和其吸气系统及排气系统的简要结构的图。
[0055]图2是表示实施例1的过滤器的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。
[0056]图3是表示将排气的空燃比设为理论空燃比以下时的空燃比的推移的图。
[0057]图4是表示实施例2的过滤器的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。
[0058]图5是表示实施例3的过滤器的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。
[0059]图6是表示实施例4的过滤器的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。
【具体实施方式】
[0060]以下，基于附图，说明本发明的内燃机的排气净化装置的具体的实施方式。
[0061]实施例1
[0062]图1是表不本实施例的内燃机及其吸气系统及排气系统的简要结构的图。图1所示的内燃机I是汽油发动机，但也可以是柴油发动机。内燃机I例如搭载于车辆。
[0063]在内燃机I连接有排气通路2。在该排气通路2的中途，从上游侧依次具备三元催化剂3、过滤器4、吸留还原型NOx催化剂5 (以下，称为NSR催化剂5)、选择还原型NOx催化剂6 (以下，称为SCR催化剂6)。需要说明的是，过滤器4、NSR催化剂5的顺序可以相反。
[0064]三元催化剂3在催化剂气氛为理论空燃比时，以最大效率对NOx、HC及CO进行净化。而且，三元催化剂3具有氧存储能力。即，在流入的排气的空燃比为稀空燃比时，吸留过剩量的氧，在流入的排气的空燃比为浓空燃比时，放出不足量的氧，由此对排气进行净化。
[0065]另外，过滤器4对排气中的粒子状物质(PM)进行捕集。需要说明的是，过滤器4可以载持催化剂。通过过滤器4来捕集PM，由此PM逐渐堆积于该过滤器4。并且，通过执行使过滤器4的温度强制上升的所谓过滤器4的再生处理，能够使堆积于该过滤器4的PM氧化而将其除去。例如，通过向三元催化剂3供给HC而能够使过滤器4的温度上升。而且，也可以不具备三元催化剂3而具备使过滤器4的温度上升的其他的装置。而且，也可以通过从内燃机I排出高温的气体而使过滤器4的温度上升。
[0066]另外，NSR催化剂5具有如下功能:在流入的排气的氧浓度高时吸留排气中的NOx，在流入的排气的氧浓度低且还原剂存在时，将吸留的NOx还原。向NSR催化剂5供给的还原剂可以利用从内燃机I排出的作为未燃燃料的HC或CO。
[0067]需要说明的是，在排气通过三元催化剂3或NSR催化剂5时，有时排气中的NOx与HC或H2反应而生成氨(NH3)。并且，在本实施例中，三元催化剂3或NSR催化剂5相当于本发明中的NH3生成催化剂。作为NH3生成催化剂，只要具备三元催化剂3或NSR催化剂5的任一方即可。需要说明的是，在本实施例中，使用三元催化剂3或NSR催化剂5作为NH3生成催化剂，但也可以取而代之，使用能够生成NH3的其他的催化剂。
[0068]SCR催化剂6吸附还原剂，具有在NOx通过时通过吸附的还原剂对NOx进行选择还原的功能。向SCR催化剂6供给的还原剂可以利用由三元催化剂3或NSR催化剂5生成的NH3。
[0069]另外，在与三元催化剂3相比靠下游且比过滤器4靠上游的排气通路2上安装有检测排气的温度的第一温度传感器11、检测排气的空燃比的空燃比传感器12。需要说明的是，通过第一温度传感器11能够检测三元催化剂3的温度或过滤器4的温度。而且，通过空燃比传感器12，能够检测来自内燃机I的排气的空燃比或向过滤器4流入的排气的空燃比。
[0070]另外，在与NSR催化剂5相比靠下游且与SCR催化剂6相比靠上游的排气通路2上安装有检测排气的温度的第二温度传感器13、检测排气中的NOx浓度的NOx传感器14。需要说明的是，通过第二温度传感器13能够检测NSR催化剂5的温度或SCR催化剂6的温度。而且，通过NOx传感器14能够检测向SCR催化剂6流入的排气中的NOx浓度或NH3浓度。而且，基于通过NOx传感器14检测的NH3浓度，能够算出SCR催化剂6吸附的NH3量。
[0071]需要说明的是，上述传感器不需要全部安装，可以适当选择地安装。
[0072]另外，在排气通路2上安装有检测与过滤器4相比靠上游的压力和与过滤器4相比靠下游的压力之差的差压传感器15。通过该差压传感器15，能够检测过滤器4捕集的PM的量。
[0073]另外，在内燃机I安装有向内燃机I供给燃料的喷射阀7。
[0074]另一方面，在内燃机I上连接有吸气通路8。在吸气通路8的中途设有调整内燃机I的吸入空气量的节气门9。而且，在与节气门9相比靠上游的吸气通路8安装有检测内燃机I的吸入空气量的空气流量计16。
[0075]在如上述那样构成的内燃机I上并列设有用于控制该内燃机I的电子控制单元即ECUlO。该ECUlO根据内燃机I的运转条件或驾驶员的要求来控制内燃机I。
[0076]另外，在E⑶10上，除了上述传感器之外，经由电气配线还连接有输出与驾驶员踏入油门踏板17的量对应的电气信号并检测发动机负载的油门开度传感器18、及检测发动机转速的曲轴位置传感器19,并将这各种传感器的输出信号向ECUlO输入。
[0077]另一方面，在E⑶10上经由电气配线而连接有喷射阀7及节气门9，通过该E⑶10来控制喷射阀7的开闭时期及节气门9的开度。
[0078]例如E⑶10根据通过油门开度传感器18检测的油门开度和曲轴位置传感器19检测的发动机转速来决定要求吸入空气量。并且，根据要求吸入空气量来控制节气门9的开度。以供给与此时变化的吸入空气量对应的燃料喷射量的方式控制喷射阀7。以下，将此时设定的空燃比称为通常的空燃比。通常可以设为未进行后述的燃料过量供给、过滤器4的再生及NH3的生成时。该通常的空燃比是根据内燃机I的运转状态而设定的空燃比。并且，在本实施例的内燃机I中，进行淡燃烧运转，因此通常的空燃比为稀空燃比(例如18)。
[0079]另外，E⑶10实施由NSR催化剂5吸留的NOx的还原处理。在由NSR催化剂5吸留的NOx的还原时，通过调整从喷射阀7喷射的燃料的量或节气门9的开度，实施使流入NSR催化剂5的排气的空燃比下降至规定的浓空燃比的所谓燃料过量供给(Rich Spike)。此时，以使排气的空燃比成为例如12.5附近的方式调整吸入空气量或燃料喷射量。
[0080]该燃料过量供给在NSR催化剂5吸留的NOx量成为规定量时实施。由NSR催化剂5吸留的NOx量例如通过对流入NSR催化剂5的NOx量与从NSR催化剂5流出的NOx量之差进行累计来算出。流入NSR催化剂5的NOx量及从NSR催化剂5流出的NOx量例如通过安装传感器能够检测。而且，可以按照规定的时间或规定的行驶距离来实施燃料过量供给。
[0081]另外，E⑶10进行将由过滤器4捕集的PM除去的过滤器4的再生。在该过滤器4的再生中，在使过滤器4的温度上升至PM被氧化的温度之后，将排气的空燃比形成为规定的稀空燃比。需要说明的是，在本实施例中进行过滤器4的再生的ECUlO相当于本发明的再生部。
[0082]过滤器4的再生在由该过滤器4捕集的PM量成为阈值以上时进行。由过滤器4捕集的PM量通过差压传感器15能够检测。而且，由于流入过滤器4的PM量与发动机转速及发动机负载处于相关关系，因此对根据发动机转速及发动机负载而算出的PM量进行累计，在该累计值到达规定量时可以进行过滤器4的再生。而且，可以每当行驶规定的距离时进行过滤器4的再生。
[0083]然而，在过滤器4的再生时，使流通过滤器4的排气的温度从例如500°C上升至600°C。而且，在过滤器4的再生时，将排气的空燃比设为规定的稀空燃比而提高排气中的氧浓度。在这样的状况下，三元催化剂3中的NOx的净化率下降。而且，在NSR催化剂5中，NOx的吸留能力也下降。另一方面，SCR催化剂6从过滤器4分离设置。因此，即使在过滤器4的再生时，由于向SCR催化剂6流入的排气的温度比较低，因此在该SCR催化剂6中，NOx的净化能力维持为高的状态。然而，在过滤器4的再生时难以生成NH3。
[0084]因此，在本实施例中，在过滤器4的再生时，为了主要利用SCR催化剂6对NOx进行净化，在过滤器4的再生前使SCR催化剂6预先吸附NH3。即，E⑶10禁止过滤器4的再生直到NH3的生成完成为止。为了使SCR催化剂6吸附NH3，将排气的空燃比设为理论空燃比以下。例如，可以设为比理论空燃比稍浓的空燃比。此时设定的空燃比例如为13.5至14.5，是适合于NH3的生成的空燃比。该空燃比是适合于NOx还原的空燃比(例如12.5)高的空燃比。例如，若由于水性气体转化反应或水蒸气改质反应而排气中的CO变化为H2，则该H2与NO反应而能够生成NH3。并且，可以将排气的空燃比调整为包含NH3生成最多的空燃比在内的规定的范围的空燃比。该规定的范围可以作为NH3较多生成的空燃比的范围而预先通过实验等求出。
[0085]这样生成的NH3吸附于SCR催化剂6。由此，在过滤器4的再生时，利用SCR催化剂6能够对从内燃机I排出的NOx进行净化。
[0086]图2是表示本实施例的过滤器4的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。本例程每规定的时间通过E⑶10执行。
[0087]在步骤SlOl中，取得发动机转速及吸入空气量。在本步骤中，取得为了算出内燃机I的运转区域所需的值。发动机转速通过曲轴位置传感器19得到。而且，吸入空气量通过空气流量计16得到。需要说明的是，也可以取代吸入空气量而检测与内燃机I的负载处于相关关系的其他的物理量。
[0088]在步骤S102中，检测由过滤器4捕集的PM量。该PM量通过差压传感器15能够得到。
[0089]在步骤S103中，判定是否存在进行过滤器4的再生的要求。在本步骤中，可以判定是否进行过滤器4的再生。过滤器4的再生在过滤器4捕集的PM量为阈值以上时进行。该阈值作为过滤器4的再生所需的值而预先通过实验等求出。需要说明的是，内燃机I的运转区域还判定是否为适合于过滤器4的再生的运转区域。
[0090]在步骤S103中作出肯定判定时进入步骤S104，另一方面，在作出否定判定时不进行过滤器4的再生而结束本例程。
[0091]在步骤S104中，进行用于生成NH3的控制即NH3生成控制。NH3生成控制通过将排气的空燃比设为理论空燃比以下(例如13.5至14.5之间的空燃比)而进行。由此，使SCR催化剂6吸附作为还原剂的NH3。需要说明的是，在本实施例中，处理步骤S104的ECUlO相当于本发明的生成部。并且，在NH3的生成完成之后进入步骤S105。
[0092]在步骤S105中，进行过滤器4的再生。过滤器4的再生在过滤器4的温度成为高温之后，通过使排气的空燃比减少来进行。此期间从内燃机I排出的NOx由SCR催化剂6净化。需要说明的是，在本实施例中，对步骤S105进行处理的ECUlO相当于本发明的再生部。
[0093]这样，在进行过滤器4的再生之前，能够使SCR催化剂6吸附NH3。因此，即使在过滤器4的再生时，也能够对NOx进行净化。
[0094]需要说明的是，进行NH3生成控制的时间可以作为规定的时间，但也可以如以下那样决定。
[0095]例如，NH3生成控制可以进行直到SCR催化剂6吸附将进行过滤器4的再生时从内燃机I排出的NOx净化所需要的量的NH3为止。
[0096]即，在进行过滤器4的再生时，为了避免NH3不足，而预先生成过滤器4的再生时所需的量的NH3。这也可以说是预先使SCR催化剂6吸附直到过滤器4的再生完成为止消耗的NH3量以上的量的NH3。
[0097]从内燃机I排出的NOx量例如通过假定当前时刻的内燃机I的运转状态持续而能够推定。即，内燃机I的运转状态与每单位时间的NOx的排出量存在相关关系，因此基于该内燃机I的运转状态，能够推定从内燃机I每单位时间排出的NOx量。而且，从内燃机I每单位时间排出的NOx量可以通过实验等求出。这种情况下，可以使用从内燃机I排出的NOx量最多的运转状态时的值。
[0098]另外，进行过滤器4的再生的时间根据由过滤器4捕集的PM量而变化。因此，基于由过滤器4捕集的PM量，能够算出过滤器4的再生时间。并且，通过将该过滤器4的再生时间乘以每单位时间排出的NOx量，由此在过滤器4的再生中能够算出从内燃机I排出的NOx的总量。并且，根据从内燃机I排出的NOx的总量，也决定所需的NH3量。
[0099]需要说明的是，由SCR催化剂6吸附的NH3量可认为与生成的NH3量相等。而且，即使在吸附NH3的正当中，由于通过NOx消耗NH3,因此也考虑该消耗的NH3。而且，根据SCR催化剂6的净化性能而NH3的吸附量也变化，因此也考虑该净化性能。
[0100]另外，NH3生成控制可以进行SCR催化剂6能够吸附最大限度的量的NH3生成的时间。
[0101]在此，图3是表示将排气的空燃比设为理论空燃比以下时的空燃比的推移的图。实线表示进行本实施例的NH3生成控制时的第一例，单点划线表示进行本实施例的NH3生成控制时的第二例，双点划线表示实施一般的NOx还原用的燃料过量供给的情况，虚线表示不进行过滤器4的再生时向SCR催化剂6供给NH3时的情况。
[0102]如图3的双点划线所示，在实施一般的NOx还原用的燃料过量供给的情况下，无需生成NH3,因此设定为适合于NOx的还原的空燃比(例如12.5)。而且，如图3的虚线所示，在不进行本实施例的NH3生成控制的情况下，设定为适合于NOx的还原的空燃比(例如12.5)且NOx的还原完成之后，设定为适合于NH3生成的空燃比(例如13.5)。并且，为了 NSR催化剂5的NH3生成而设定的空燃比(例如13.5)的持续时间比较短。S卩，若NH3不足，则能够立即生成NH3,因此为了 NH3的生成而设定的空燃比(例如13.5)的持续时间短。
[0103]另一方面，如图3的实线所示，在进行本实施例的NH3生成控制时的第一例中，设定为适合于NOx的还原的空燃比(例如12.5)且NOx的还原完成之后，设定为适合于NH3生成的空燃比(例如13.5)。并且，通过使为了 NSR催化剂5的NH3生成而设定的空燃比(例如13.5)的持续时间比较长，能够使NH3的生成量增加。为了该NH3生成而设定的空燃比(例如13.5)的持续时间可以设为过滤器4的再生时所需的量的NH3由SCR催化剂6吸附为止的时间。
[0104]另外，如图3的单点划线所示，未设定为适合于NOx的还原的空燃比(例如12.5)，也可以设定为适合于NH3生成的空燃比(例如13.5)。即，不进行NOx还原用的燃料过量供给，可以进行NH3。作为适合于NH3生成的空燃比(例如13.5)的时间可以设为过滤器4的再生时所需的量的NH3由SCR催化剂6吸附为止的时间。
[0105]实施例2
[0106]在本实施例中，在进行过滤器4的再生的正当中，在SCR催化剂6吸附的NH3量不足时，将过滤器4的再生中断。并且，在SCR催化剂6吸附了 NH3之后，重新开始过滤器4的再生。其他的装置等与实施例1相同，因此省略说明。
[0107]在过滤器4的再生前进行了 NH3生成控制时，或者即使在过滤器4的再生前已经由SCR催化剂6吸附了一定程度的NH3的情况下，当进行过滤器4的再生的时间变长时，在SCR催化剂6中，NH3可能不足。在此，过滤器4的再生所需的时间在由过滤器4捕集的PM量越多时越长。例如，在由过滤器4捕集的PM量成为阈值以上时即使进行过滤器4的再生，直到内燃机I的运转区域成为适合于过滤器4的再生的运转区域为止，无法开始过滤器4的再生。并且，到内燃机I的运转区域成为适合于过滤器4的再生的运转区域为止花费时间的话，直到使过滤器4的再生开始为止会捕集较多的PM。
[0108]另外，SCR催化剂6能够吸附的NH3量存在极限，而且，在过滤器4的再生时难以生成NH3。由于这样的情况，也考虑在SCR催化剂6吸附的NH3在过滤器4的再生中用尽的情况。这样的话，之后的NOx的净化变得困难。
[0109]相对于此，在本实施例中，在SCR催化剂6吸附的NH3量成为规定值以下时，将过滤器4的再生中断。在此所说的规定值是在过滤器4的再生时无法将NOx还原的吸附量的上限值。需要说明的是，规定值可以为O。即，在SCR催化剂6吸附的NH3消失时，可以将过滤器4的再生中断。例如，在与SCR催化剂6相比靠下游的位置设置检测NOx的传感器，在过滤器4的再生中检测到NOx时，判断为SCR催化剂6未吸附NH3,可以将过滤器4的再生中断。而且，推定为在过滤器4的再生时排出的NOx的总量多于通过SCR催化剂6吸附的NH3能够净化的NOx量的情况下，可以将过滤器4的再生中断。
[0110]另外，在能够预测为SCR催化剂6吸附的NH3消失时，可以将过滤器4的再生中断。SCR催化剂6吸附的NH3量可以基于向该SCR催化剂6流入的NOx量来算出。这种情况下，向SCR催化剂6流入的NOx量可以是根据内燃机I的运转状态而推定的值，也可以是通过NOx传感器14检测到的值。
[0111]并且，在将过滤器4的再生中断时，若生成NH3,则SCR催化剂6能够再次吸附NH3。这样的话，在重新开始过滤器4的再生时，能够将NOx净化。
[0112]在将过滤器4的再生中断时进行NH3生成控制的时间可以设为规定的时间。而且，可以设为直到使SCR催化剂6吸附能够将推定为直到过滤器4的再生完成为止从内燃机I排出的NOx的总量净化的量的NH3为止的时间。
[0113]图4是表示本实施例的过滤器4的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。本例程每当规定的时间由ECUlO执行。需要说明的是，关于进行与所述流程图相同的处理的步骤，标注相同符号而省略说明。
[0114]在步骤S201中，判定SCR催化剂6吸附的NH3量(NH3吸附量)是否为规定值以下。该规定值是无法将NOx净化的NH3的吸附量的上限值。需要说明的是，规定值可以设为O。在本步骤中，可以判定SCR催化剂6吸附的NH3是否用尽。在本例程中，只要SCR催化剂6残留有NH3，就进行过滤器4的再生，在过滤器4的再生中当NH3的剩余量成为规定值以下时，将过滤器4的再生中断。
[0115]在步骤S201中进行了肯定判定时，进入步骤S202，将过滤器4的再生中断。然后，返回步骤S104，生成NH3。另一方面，在步骤S201中进行了否定判定时，进入步骤S203。
[0116]在步骤S203中，判定SCR催化剂6的温度是否高于阈值。该阈值是SCR催化剂6能够吸附NH3的温度的上限值。在此，进行过滤器4的再生的时间变长时，SCR催化剂6的温度有时会升高为必要以上。因此，SCR催化剂6的温度比阈值升高，吸附的NH3可能会放出。因此，在本步骤中，判定SCR催化剂6的温度是否超过了能够吸附NH3的温度。
[0117]在步骤S203中进行了肯定判定时，进入步骤S202，将过滤器4的再生中断。另一方面，在步骤S203中进行了否定判定时，进入步骤S204。
[0118]在步骤S204中，判定过滤器4的再生是否完成。例如，在通过差压传感器15检测的PM量小于阈值时，判定为过滤器4的再生完成。而且，在从过滤器4的再生开始起经过了规定的期间时，也可以判定为过滤器4的再生完成。
[0119]在步骤S204中作出肯定判定时，结束本例程。另一方面，在步骤S204中作出否定判定时，向步骤S201返回。
[0120]如以上说明那样，根据本实施例，只限于SCR催化剂6吸附NH3时进行过滤器4的再生，因此在过滤器4的再生时，能够抑制NOx穿过SCR催化剂6的情况。
[0121]实施例3
[0122]在本实施例中，成为进行过滤器4的再生的基准的PM的堆积量根据SCR催化剂6吸附的NH3量而变化。S卩，所述步骤S103中的阈值根据SCR催化剂6吸附的NH3量而变化。而且，所述步骤S103中的阈值也可以根据SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量而变化。其他的装置等与实施例1相同，因此省略说明。
[0123]在此，根据SCR催化剂6吸附的NH3量，在过滤器4的再生时能够净化的NOx量变化。因此，根据SCR催化剂6吸附的NH3量，在过滤器4的再生时能够净化NOx的时间发生变化。例如，SCR催化剂6吸附的NH3量越少，在过滤器4的再生时能够净化NOx的时间越短。因此，在能够净化NOx的范围内进行过滤器4的再生，由此在过滤器4的再生中能够抑制NOx穿过SCR催化剂6的情况。而且，只要能够进行NOx的净化，就能够进行过滤器4的再生。这种情况下，过滤器4的再生时间根据SCR催化剂6吸附的NH3量而受到限制。SP，根据SCR催化剂6吸附的NH3量，能够进行过滤器4的再生的时间变化。并且，通过SCR催化剂6吸附的NH3量，能够决定进行过滤器4的再生的时间。
[0124]进行过滤器4的再生的时间和由过滤器4捕集的PM量存在相关关系，因此根据SCR催化剂6吸附的NH3量，来决定在过滤器4的再生时能够除去的PM量。该能够除去的PM量设定作为所述步骤S103中的阈值。即，步骤S103中的阈值根据SCR催化剂6吸附的
NH3量而变化。
[0125]另外，例如，步骤S103中的阈值也可以设为与SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量对应的值。该SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量随着SCR催化剂6的老化而减少。
[0126]图5是表示本实施例的过滤器4的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。本例程每规定的时间由ECUlO执行。需要说明的是，对于进行与所述流程图相同处理的步骤，标注相同符号而省略说明。
[0127]在本例程中，在步骤S103之前，对步骤S301进行处理。在步骤S301中，算出在步骤S103中成为过滤器4的再生的阈值的PM的捕集量。该PM的捕集量基于SCR催化剂6吸附的NH3量而算出。
[0128]在本步骤中，首先，算出SCR催化剂6吸附的NH3量。该NH3量作为SCR催化剂6吸附最多的NH3时的值，预先通过实验等求出。即，可以设为SCR催化剂6能吸附的NH3量的最大值。需要说明的是，在过滤器4的再生中以外，可以向SCR催化剂6始终吸附最大限度的NH3地供给还原剂。
[0129]然而，SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量随着该SCR催化剂6的老化而减少。因此，基于SCR催化剂6的老化的程度而可以减少SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量。这种情况下，SCR催化剂6的老化的程度越大，步骤S103中的阈值越减小，进行过滤器4的再生的间隔越短。需要说明的是，在SCR催化剂6老化时，与未老化时相比，可以减小阈值。
[0130]并且，SCR催化剂6的老化的程度例如基于SCR催化剂6的NH3的吸附性能能够判断。例如，在与SCR催化剂6相比靠下游的位置设置检测排气中的NH3浓度的传感器，在生成NH3时，基于通过该传感器检测NH3为止的NH3的生成量能够判断。该NH3的生成量成为SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量。而且，也可以根据SCR催化剂6的温度的履历来判断SCR催化剂6的老化的程度。而且，使用传感器来检测与例如SCR催化剂6相比靠上游侧和下游侧的NOx浓度，根据排气通过SCR催化剂6时的NOx浓度的减少率来算出NOx的净化率，由此可以判断SCR催化剂6的老化的程度。而且，通过周知技术可以判断SCR催化剂6的老化的程度。
[0131]另外，基于SCR催化剂6吸附的NH3量，可以算出成为过滤器4的再生的阈值的PM的捕集量。SCR催化剂6吸附的NH3量与成为过滤器4的再生的阈值的PM的捕集量存在相关关系。若预先通过实验等求出该关系，则基于SCR催化剂6吸附的NH3量，能够算出成为过滤器4的再生的阈值的PM的捕集量。并且，基于该阈值，判定在步骤S103中是否存在进行过滤器4的再生的要求。
[0132]如以上说明那样，根据本实施例，根据SCR催化剂6吸附的NH3量而设定成为进行过滤器4的再生的阈值的PM的捕集量，因此在过滤器4的再生中能够抑制NH3的不足。
[0133]实施例4
[0134]在本实施例中，在判定为SCR催化剂6老化时，即使由过滤器4捕集的PM量小于阈值，也进行NH3生成控制及过滤器4的再生。即，在SCR催化剂6老化时，缩短进行过滤器4的再生的间隔。其他的装置等与实施例1相同，因此省略说明。
[0135]在此，在SCR催化剂6的老化的程度超过了容许范围时，可以判定为SCR催化剂6老化。例如，在SCR催化剂6能够最大限度吸附的NH3量成为阈值以下时，能够判定为SCR催化剂6老化。而且，例如，算出SCR催化剂6中的NOx的净化率，在该NOx的净化率成为阈值以下时，可以判定为SCR催化剂6老化。
[0136]在SCR催化剂6未老化的情况下，在由过滤器4捕集的PM量成为阈值以上时，进行过滤器4的再生。另一方面，在SCR催化剂6老化的情况下，即使由过滤器4捕集的PM量小于阈值，也进行过滤器4的再生。
[0137]需要说明的是，在SCR催化剂6老化的情况下，与未老化的情况相比，缩短过滤器4的再生时间。即，在SCR催化剂6老化的情况下，该SCR催化剂6吸附的NH3量减少，因此能够净化的NOx量减少。对应于此，缩短过滤器4的再生时间。而且，在SCR催化剂6老化的情况下，在由过滤器4捕集的PM量少的状态下进行过滤器4的再生，因此过滤器4的再生时间缩短。需要说明的是，SCR催化剂6的老化的程度越大，可以越缩短进行过滤器4的再生的间隔，且越缩短过滤器4的再生时间。
[0138]图6是表示本实施例的过滤器4的再生时的NOx净化控制的流程的流程图。本例程每当规定的时间，由ECUlO执行。需要说明的是，对于进行与所述流程图相同处理的步骤，标注相同符号而省略说明。
[0139]在步骤S103中作出肯定判定时，进入步骤S401。在步骤S401中，设定进行NH3生成控制的时间。此时，由于过滤器4捕集的PM量多，因此需要生成较多的NH3。而且，可认为在上次例程中判定为SCR催化剂6未老化，因此SCR催化剂6能够吸附较多的NH3。通过以上，在本步骤中，进行NH3生成控制的时间设定为比较长的时间。该时间可以设为预先存储于E⑶10的规定值。并且，进入步骤S104，NH3生成控制进行在步骤S401中设定的时间。
[0140]另一方面，在步骤S103中进行否定判定时，进入步骤S402。在步骤S402中，判定SCR催化剂6是否老化。如所述那样可以判定SCR催化剂6是否老化，但也可以在内燃机I的运转时间为规定时间以上时，判定为SCR催化剂6老化。而且，内燃机I的运转时间越长，SCR催化剂6的老化的程度越大。而且，在车辆的行驶距离为规定距离以上时，可以判定为SCR催化剂6老化。而且，车辆的行驶距离越长，SCR催化剂6的老化的程度越大。此夕卜，在排气的温度的累计值为规定值以上时，可以判定为SCR催化剂6老化。而且，排气的温度的累计值越大，SCR催化剂6的老化的程度越大。
[0141]在步骤S402中作出肯定判定时，进入步骤S403。在步骤S403中，设定进行NH3生成控制的时间。此时，由过滤器4捕集的PM量少，因此生成的NH3少。而且，由于SCR催化剂6老化，因此能够吸附的NH3量少。通过以上，在本步骤中，进行NH3生成控制的时间设定为比较短的时间。该时间比在步骤S401中设定的时间短。该时间可以设为预先存储于E⑶10的规定值。而且，根据SCR催化剂6的老化的程度，可以缩短进行NH3生成控制的时间。然后，进入步骤S104，NH3生成控制进行在步骤S403中设定的时间。
[0142]另外，在步骤S402中作出否定判定时，由于无需进行过滤器4的再生，因此结束本例程。
[0143]如以上说明那样，根据本实施例，在过滤器4老化时，与不老化时相比，进行过滤器4的再生的间隔缩短，且进行过滤器4的再生的时间缩短。即，即使过滤器4老化而NH3的可吸附量下降，由于对应于此来调整过滤器4的再生间隔及过滤器4的再生时间，因此在SCR催化剂6中也能够抑制NH3的不足。由此，能够抑制NOx净化率的下降。
[0144]标号说明
[0145]I内燃机
[0146]2排气通路
[0147]3三元催化剂
[0148]4过滤器
[0149]5吸留还原型NOx催化剂(NSR催化剂)
[0150]6选择还原型NOx催化剂(SCR催化剂)
[0151]7喷射阀
[0152]8吸气通路
[0153]9节气门
[0154]10 ECU
[0155]11第一温度传感器
[0156]12空燃比传感器
[0157]13第二温度传感器
[0158]14 NOx 传感器
[0159]15差压传感器
[0160]16空气流量计
[0161]17油门踏板
[0162]18油门开度传感器
[0163]19曲轴位置传感器
【权利要求】
1.一种内燃机的排气净化装置，具备: 选择还原型NOx催化剂，设于内燃机的排气通路，以NH3为还原剂而对NOx进行还原； 过滤器，设置在比所述选择还原型NOx催化剂靠上游的排气通路，捕集排气中的粒子状物质； NH3生成催化剂，设置在比所述选择还原型NOx催化剂靠上游的排气通路，在排气的空燃比为理论空燃比以下时生成NH3 ； 再生部，通过使所述过滤器的温度上升并向该过滤器供给氧而进行过滤器的再生；及 生成部，使排气的空燃比为理论空燃比以下而利用所述NH3生成催化剂来生成NH3, 所述再生部禁止所述过滤器的再生直到由所述生成部进行的NH3的生成完成为止。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述生成部生成NH3直到所述选择还原型NOx催化剂吸附将进行所述过滤器的再生时从所述内燃机排出的NOx净化所需要的量的NH3为止。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述再生部在进行所述过滤器的再生时吸附于所述选择还原型NOx催化剂的NH3量成为规定值以下的情况下，中断所述过滤器的再生。
4.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述生成部在所述再生部中断所述过滤器的再生时，使排气的空燃比为理论空燃比以下而生成NH3。
5.根据权利要求3或4所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述生成部生成NH3直到所述选择还原型NOx催化剂吸附如下的量的NH3为止:即使使所述过滤器的再生重新开始，在进行所述过滤器的再生时吸附于所述选择还原型NOx催化剂的NH3量也不会成为所述规定值以下， 所述再生部在所述选择还原型NOx催化剂吸附了如下的量的NH3之后使所述过滤器的再生重新开始:即使使所述过滤器的再生重新开始，在进行所述过滤器的再生时吸附于所述选择还原型NOx催化剂的NH3量也不会成为所述规定值以下。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中， 当由所述过滤器捕集的粒子状物质的量成为阈值以上时，所述再生部开始所述过滤器的再生， 所述再生部以能够利用所述选择还原型NOx催化剂吸附的NH3量将在从所述过滤器的再生开始起直到完成为止的期间从所述内燃机排出的NOx净化的方式设定所述阈值。
7.根据权利要求1?6中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述选择还原型NOx催化剂的老化的程度越大，所述再生部越缩短进行所述过滤器的再生的间隔。
8.根据权利要求1?7中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述生成部以向所述NH3生成催化剂流入的排气的空燃比成为包括NH3的生成量为最多的空燃比在内的规定范围的空燃比的方式，调整向所述NH3生成催化剂流入的排气的空燃比。
9.根据权利要求1?8中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中， 所述再生部在进行所述过滤器的再生时所述选择还原型NOx催化剂的温度高于能够吸附NH3的温度的情况下，中断所述过滤器的再生， 所述生成部在所述再生部中断所述过滤器的再生时，使排气的空燃比为理论空燃比以下而生成NH3。
【文档编号】F01N3/08GK104160123SQ201280071211
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】入泽泰之 申请人:丰田自动车株式会社