專利名稱：廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法及廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法及廢氣凈化系統(tǒng)，廢氣凈化系統(tǒng)具備NOx凈化催化劑裝置，其中NOx凈化催化劑裝置擔載 有凈化內(nèi)燃機的廢氣中的NOx (氮氧化物)的NOx凈化催化劑。
背景技術(shù)：
對用來從柴油發(fā)動機或一部分汽油發(fā)動機等的內(nèi)燃機或各種燃 燒裝置的廢氣中將NOx還原除去的NOx催化劑進行了各種研究和提 案。其中之一，作為柴油發(fā)動機用的NOx凈化催化劑，有NOx吸附 還原型催化劑。通過該催化劑能夠有效地對廢氣中的NOx進行凈化。該NOx吸附還原型催化劑在空燃比為稀狀態(tài)時，將NO (—氧化 氮)氧化成N02 (二氧化氮)后，將N02吸附在鋇(Ba)等的具有 吸附NOx的性質(zhì)的金屬中。但是，由于NOx的吸附能力會飽和，所 以在該飽和前進行使空燃比成為濃狀態(tài)的NOx再生控制，從吸附材 料中放出N02，將該放出的N02以HC (碳化氫)、CO (二氧化碳) 為還原劑還原為N2 (氮)。通過交替地利用這些催化劑反應(yīng)機構(gòu)，將 廢氣中的NOx凈化。但是，在該NOx吸附還原型催化劑中，存在因硫磺中毒而引起 的性能劣化的問題。即，通過在燃料中含有的硫磺(硫)燃燒而變?yōu)?S02(二氧化硫)，該SCb與N02同樣被吸附在吸附材料中，生成Ba2S04(硫酸鋇)等的硫酸鹽。因此，吸附材料的NOx的吸附能力減少， 使NOx凈化效率惡化。因此，為了維持初始的NOx凈化功能，除了通過NOx再生控制恢復NOx吸附能力以外，還需要使吸著及吸附在催化劑內(nèi)的硫磺成 分脫離及放出。在該硫磺的脫離及放出、即脫硫中，需要一定以上的 溫度和還原廢氣組成氣體環(huán)境。因此，需要在適當時候進行制作高溫 且濃的氣體環(huán)境的脫硫控制(硫清除控制)、制作硫酸鹽容易分解的 環(huán)境。在該脫硫控制中，因催化劑的不同而存在差異，但硫酸鹽如果 不達到大致60(TC 70(TC的高溫的濃條件就不分解并釋放出S02。因此，例如，如日本的特表2003-500594號公報、日本的特開 2003-336518號公報、日本的特開2004-92445號公報、日本的特開 2000-54900號公報等記載的那樣，在發(fā)動機側(cè)通過吸氣節(jié)流等減少廢 氣的流量，從而減少熱容，并且通過多噴射或后噴射等的缸內(nèi)燃料噴 射控制將廢氣升溫，或者在配設(shè)在NOx吸附還原型催化劑的上游側(cè) 的氧化催化劑上使通過后噴射或向排氣管的直接燃料噴射而被供給 到廢氣中的未燃燃料氧化將廢氣升溫等，制作高溫而濃的條件。在該脫硫控制中，需要將NOx吸附還原型催化劑維持為長時間 高溫。此外，由于通過脫硫控制維持的溫度也接近于使NOx吸附還 原型催化劑熱劣化的邊界的溫度，所以需要盡量抑制溫度變動。但是，在以往技術(shù)中進行那樣的、參照根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機 負荷預先設(shè)定的映射數(shù)據(jù)算出僅在廢氣的升溫中使用的升溫用燃料 量、通過該升溫用燃料量進行后噴射及排氣管內(nèi)直接噴射的映射控制 的情況下，有如下的追隨性的問題。艮卩，在該映射控制中，脫硫控制通常在600'C 70(TC的高溫下在 空氣過剩率為約0.9的濃狀態(tài)下進行幾十分鐘。因此，在該脫硫控制 的期間難以將搭載發(fā)動機的車輛的運轉(zhuǎn)狀態(tài)保持為一定，進入到發(fā)動 機的運轉(zhuǎn)條件頻繁地變化的過渡運轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況較多。在該過渡運轉(zhuǎn) 狀態(tài)中，難以將從映射數(shù)據(jù)得到的升溫用燃料量與發(fā)動機的運轉(zhuǎn)條件 的變化對應(yīng)地來修正，不能追隨于發(fā)動機的運轉(zhuǎn)條件的變化。因此，算出的升溫用燃料量成為從實際需要的升溫用燃料量脫離的值，將NOx吸附還原型催化劑的溫度維持在可脫硫的溫度區(qū)域中 變得困難，產(chǎn)生NOx吸附還原型催化劑的溫度不上升而脫硫不進展 的問題，或與之相反，溫度上升過多而NOx吸附還原型催化劑熱劣 化的問題。
圖5的實線B表示該狀況。圖5的實線B表示以過渡運轉(zhuǎn)的冷 啟動模式通過以往技術(shù)的映射控制進行脫硫控制(硫清除控制)的情 況下的NOx吸附還原型催化劑的催化劑溫度的變化。在該映射控制 中雖然升溫較快，但對應(yīng)于過噴射的量而變?yōu)楸攘蚯宄赡軠囟葏^(qū)域 還高溫，會進入到熱劣化危險溫度區(qū)域中。此外， 一旦升溫后，催化 劑溫度的上下波動劇烈，容易脫離硫清除可能溫度區(qū)域而進入到熱劣 化危險溫度區(qū)域中。
專利文獻1:日本特表2003-500594號公報
專利文獻2:日本特開2003-336518號公報
專利文獻3:日本特開2004-92445號公報
專利文獻4:日本特開2000-54900號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的問題而做出的，其目的是提供一種在為 了凈化廢氣中的NOx而具備擔載有NOx凈化催化劑的NOx凈化催 化劑裝置的廢氣凈化系統(tǒng)中、在脫硫控制時、將用于使NOx凈化催 化劑的溫度上升到脫硫用目標溫度所需要的升溫用燃料量不是根據(jù) 已設(shè)的映射數(shù)據(jù)計算、而是通過使用根據(jù)用于將NOx凈化催化劑裝 置升溫而需要的第1熱量和用于將廢氣升溫而需要的第2熱量計算出 的熱量來設(shè)定、在過渡運轉(zhuǎn)時也能夠高精度地投入為了達到脫硫用目 標溫度以及為了維持脫硫用目標溫度以上的狀態(tài)而需要且足夠的升 溫用燃料量的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法及廢氣凈化系統(tǒng)。
用來達到以上那樣的目的的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法，其特征在于，所述廢氣凈化系統(tǒng)具備擔載有用來凈化發(fā)動機的廢氣中的NOx的NOx凈化催化劑的NOx凈化催化劑裝置，并進行用來恢復上 述NOx凈化催化劑的因硫中毒引起的劣化的脫硫控制，在上述脫硫 控制中，使用由用于使上述NOx凈化催化劑裝置升溫而需要的第1 熱量和用于使廢氣升溫而需要的第2熱量算出的熱量，設(shè)定用于使以 上述NOx凈化催化劑裝置的催化劑溫度為指標的第1檢測溫度升溫 到脫硫用目標溫度而需要的升溫用燃料量。艮P，在具備擔載有NOx凈化催化劑的NOx凈化催化劑裝置的廢 氣凈化系統(tǒng)中，在脫硫控制時的發(fā)動機的控制中，不根據(jù)預先設(shè)定的 映射數(shù)據(jù)計算、而根據(jù)NOx凈化催化劑和廢氣的升溫所需要的熱量 計算用于使NOx凈化催化劑裝置的催化劑溫度達到脫硫用的目標溫 度、或用于維持為脫硫用的目標溫度而需要的后噴射等的升溫用燃料作為該NOx凈化催化劑，有在廢氣的空燃比為稀狀態(tài)的情況下 吸附NOx、并且在濃狀態(tài)的情況下釋放吸附的NOx并還原的NOx 吸附還原型催化劑等。但是，這里更廣義地指在催化劑溫度變得比通 常的發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)高溫時釋放硫磺成分而恢復催化劑的硫中毒 的NOx凈化催化劑。該升溫用燃料量是在脫硫控制時、在后噴射等的缸內(nèi)燃料噴射控 制或排氣管內(nèi)直接燃料噴射控制中、用于進行NOx凈化催化劑的脫 硫、用于將廢氣或NOx凈化催化劑升溫而需要的燃料量，是與用來 產(chǎn)生發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出的燃料的量不同的另外添加的升溫用燃料的 量。該升溫用燃料在缸內(nèi)或排氣通路(排氣歧管、排氣管)內(nèi)燃燒而 有助于廢氣的升溫，或作為未燃燃料供給到廢氣中，被配設(shè)在NOx 凈化催化劑的上游側(cè)的氧化催化劑裝置等氧化而有助于廢氣的升溫。 通過這些廢氣的升溫，將NOx凈化催化劑升溫及維持為脫硫用目標 溫度以上。所謂的第1檢測溫度，在能夠直接檢測到NOx凈化催化劑裝置 的催化劑溫度的情況下是其檢測溫度。但是，通常由于難以直接測量 催化劑溫度，所以根據(jù)流入到NOx凈化催化劑裝置中的廢氣的檢測 溫度來推測、或根據(jù)從NOx凈化催化劑裝置流出的廢氣的檢測溫度 來推測、或根據(jù)NOx凈化催化劑裝置的前后的廢氣的檢測溫度來推 測。因此，這里將這些推測而得到的NOx凈化催化劑裝置的催化劑 溫度稱作第1檢測溫度。所謂的脫硫用目標溫度是在脫硫控制中、在NOx凈化催化劑的 第1檢測溫度變?yōu)樵摐囟纫陨蠒r能夠高效率地進行脫硫(硫清除)的 溫度，通常設(shè)定為600。C 70(TC的范圍的規(guī)定的溫度。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在過渡運轉(zhuǎn)時，不修正燃料量，所述燃料量是 計算修正量并根據(jù)映射數(shù)據(jù)計算的燃料量，而能夠高精度地投入用于 使催化劑溫度向脫硫用目標溫度上升、或維持為脫硫用目標溫度以上 而需要且足夠的升溫用燃料量。在上述廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法中，將上述NOx凈化催化 劑裝置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與上述第1檢測溫度的差來 算出上述第1熱量；將廢氣的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與流入到 上述NOx凈化催化劑裝置中的廢氣的檢測溫度的差來算出上述第2 熱量；通過上述第1熱量、上述第2熱量、和從廢氣凈化系統(tǒng)散熱的 第3熱量的和算出升溫用熱量；將該升溫用熱量除以燃料的低發(fā)熱量 算出上述升溫用燃料量。艮P，設(shè)將NOx凈化催化劑裝置的第1檢測溫度從當前時刻的溫 度升溫到脫硫用目標溫度而需要的熱量為第1熱量。此外，設(shè)將廢氣 從廢氣的當前時刻的檢測溫度升溫到脫硫用目標溫度而需要的熱量 為第2熱量。將該第1熱量、第2熱量、和在廢氣凈化系統(tǒng)中通過散熱而損失的熱量的和的熱量為需要產(chǎn)生的升溫用熱量。并且，設(shè)該升 溫用熱量作為升溫用燃料量產(chǎn)生的熱量，通過將升溫用熱量除以燃料的低發(fā)熱量(真發(fā)熱量)，成為需要的升溫用燃料量。另外，關(guān)于NOx凈化催化劑的伴隨著NOx還原反應(yīng)的熱的出入， 如果與NOx凈化催化劑和廢氣的升溫需要的熱量相比較則是較少的 熱量，所以可以省略。此外，可以將伴隨著該NOx還原反應(yīng)的熱的 出入包括在通過小型試驗求出的催化劑裝置及配管的散熱量中來處 理。此外，在上述廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法中，對根據(jù)吸入空氣 量及燃料噴射量計算的廢氣流量的和乘以廢氣的比熱來計算上述廢 氣的熱容。S卩，使廢氣的流量為吸入空氣量與燃料噴射量的和。對該 和乘以廢氣的比熱而成為廢氣的熱容。但是，廢氣的比熱根據(jù)吸入空 氣量與燃料噴射量的比例及溫度而有一些變化。因此，根據(jù)所求的計 算精度，將吸入空氣量與燃料噴射量的比例及溫度也考慮在其中，算 出并設(shè)定廢氣的比熱。進而，在上述廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法中，在配設(shè)有上述 NOx凈化催化劑裝置的上游側(cè)的氧化催化劑裝置的情況下，在上述 升溫用燃料量的計算時，在上述升溫用熱量中添加了將上述氧化催化 劑裝置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與以上述氧化催化劑裝置的 催化劑溫度為指標的第2檢測溫度的差而算出的第4熱量。所謂的該第2檢測溫度，在能夠直接檢測氧化催化劑裝置的催化 劑溫度的情況下是該檢測溫度。但是，通常由于難以直接測量催化劑 溫度，所以根據(jù)流入到氧化催化劑裝置中的廢氣的檢測溫度來推測、 或根據(jù)從氧化催化劑裝置流出的廢氣的檢測溫度來推測、或根據(jù)氧化 催化劑裝置的前后的廢氣的檢測溫度來推測。因此，這里將這些推測 而得到的氧化催化劑裝置的催化劑溫度稱作第2檢測溫度。通過該結(jié)構(gòu)，能夠算出包括氧化催化劑裝置的升溫所需要的熱量 的升溫用熱量和升溫用燃料量。另外，在通過設(shè)置氧化催化劑裝置而 散熱量變化的情況下，該變化量被添加在表示廢氣凈化系統(tǒng)的散熱的第3熱量中。并且，為了達到上述目的的廢氣凈化系統(tǒng)，具備控制裝置，所述 控制裝置是具備擔載有用來凈化發(fā)動機的廢氣中的NOx的NOx凈化 催化劑的NOx凈化催化劑裝置，并進行用來恢復上述NOx凈化催化 劑的因硫中毒引起的劣化的脫硫控制，其特征在于，上述控制裝置， 在上述脫硫控制中，使用根據(jù)用于使上述NOx凈化催化劑裝置升溫 而需要的第1熱量和用于使廢氣升溫而需要的第2熱量算出的熱量， 來設(shè)定用于使以上述NOx凈化催化劑裝置的催化劑溫度為指標的第 1檢測溫度升溫到脫硫用目標溫度而需要的升溫用燃料量。此外，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述控制裝置構(gòu)成為，將上述 NOx凈化催化劑裝置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與上述第1檢 測溫度的差來算出上述第1熱量；將廢氣的熱容乘以上述脫硫用目標 溫度與流入到上述NOx凈化催化劑裝置中的廢氣的檢測溫度的差來 算出上述第2熱量；通過上述第l熱量、上述第2熱量、和從廢氣凈 化系統(tǒng)散熱的第3熱量的和，算出升溫用熱量；將該升溫用熱量除以 燃料的低發(fā)熱量來算出上述升溫用燃料量。此外，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，上述控制裝置構(gòu)成為，將根據(jù)吸 入空氣量及燃料噴射量算出的廢氣流量的和乘以廢氣的比熱來算出 上述廢氣的熱容。此外，在上述廢氣凈化系統(tǒng)中，在配設(shè)有上述NOx凈化催化劑 裝置的情況下，上述控制裝置構(gòu)成為，在算出上述升溫用燃料量時， 在上述升溫用熱量中添加第4熱量，所述第4熱量是將上述氧化催化 劑裝置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與以上述氧化催化劑裝置的 催化劑溫度為指標的第2檢測溫度的差而算出的。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的廢氣凈化系統(tǒng)，能夠?qū)嵤┥鲜鰪U氣凈化系統(tǒng)的脫 硫控制方法，能夠得到與該脫硫控制方法同樣的作用效果。并且，根據(jù)有關(guān)本發(fā)明的廢氣凈化方法的脫硫控制方法及廢氣凈化系統(tǒng)，在具備擔載有用來進行凈化廢氣中的NOx的NOx凈化催化 劑的NOx凈化催化劑裝置的廢氣凈化系統(tǒng)中，在脫硫控制時，為了 在過渡運轉(zhuǎn)時也達到脫硫用目標溫度、并維持為脫硫用目標溫度以上 的狀態(tài)而需要并且足夠的升溫用燃料量，在脫硫控制中，不根據(jù)已設(shè) 的映射數(shù)據(jù)計算，而使用根據(jù)用于使NOx凈化催化劑裝置升溫而需 要的第1熱量和用于使廢氣升溫而需要的第2熱量算出的熱量，設(shè)定 用于使NOx凈化催化劑溫度上升到脫硫用目標溫度而需要的升溫用 燃料量。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的第1實施方式的脫硫控制流程的一例的圖。圖3是表示有關(guān)本發(fā)明的第2實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示有關(guān)本發(fā)明的第2實施方式的脫硫控制的流程的一例 的圖。圖5是進行有關(guān)本發(fā)明的第2實施方式的脫硫控制的情況和以往 技術(shù)的脫硫控制的情況的催化劑溫度變化的圖。
具體實施方式
以下，對于有關(guān)本發(fā)明的實施方式的廢氣的凈化方法的脫硫控制 方法及廢氣凈化系統(tǒng)，對作為NOx凈化催化劑而使用NOx吸附還原 型催化劑的情況，參照附圖進行說明。另外，這里所謂的廢氣的濃狀 態(tài)，是指并不一定需要在缸內(nèi)濃燃燒，而是流入到NOx吸附還原型 催化劑中的供給到廢氣中的空氣量與燃料量(也包括在缸內(nèi)燃燒的部分)的比接近于理論空燃比的狀態(tài)或者燃料量比理論空燃比多的濃狀 態(tài)。圖1中表示本發(fā)明的實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。在該廢氣凈化系統(tǒng)1中，在發(fā)動機(內(nèi)燃機)E的排氣通路4中配置有廢氣 凈化裝置10.，該廢氣凈化裝置10具有擔載NOx吸附還原型催化劑 的NOx凈化催化劑裝置11。該NOx凈化催化劑裝置11由單體催化劑形成。在該單體催化劑 中，在氧化鋁、氧化鈦等的擔載體上設(shè)置有催化劑涂層，在該催化劑 涂層上擔載有白金(Pt)、鉛(Pd)等的催化劑金屬和鋇(Ba)等的 NOx吸附材料(NOx吸附物質(zhì))。在該NOx凈化催化劑裝置11中，在氧濃度較高的廢氣的狀態(tài)(稀 空燃比狀態(tài))時，通過NOx吸附材料吸附廢氣中的NOx，將廢氣中 的NOx凈化。此外，在氧濃度較低或為零的廢氣狀態(tài)時，將吸附的 NOx釋放并且通過催化劑金屬的催化劑作用將釋放的Nox還原。由 此，防止NOx向大氣中的流出。并且，在NOx凈化催化劑裝置11的上游側(cè)和下游側(cè)配置有入傳 感器(空氣過剩率傳感器)13、 14。該上游側(cè)的入傳感器13是濃控 制時的空燃比控制用，所以使用能夠測量空氣過剩率(氧濃度)的值 的傳感器。另一方面，在下游側(cè)的A傳感器14中，使用在化學計量 空燃比附近值急劇地變化的輸出特性的二進制入傳感器。通過該入傳 感器14的輸出，確認催化劑內(nèi)已變化為還原區(qū)域，并確認硫磺脫離 正可靠地進行。此外，為了測量NOx凈化催化劑裝置ll的溫度，將上游側(cè)溫度 傳感器15配置在NOx凈化催化劑裝置11的上游側(cè)(前側(cè))。此外， 將下游側(cè)溫度傳感器16配置在下游側(cè)(后側(cè))。將設(shè)置在該兩處的溫 度傳感器15、 16的溫度平均設(shè)為第1檢測溫度Tcl。該第1檢測溫 度Tcl與NOx凈化催化劑裝置11的催化劑溫度具有密切的關(guān)系，是作為該催化劑溫度的替代的溫度、即作為催化劑溫度的指標的溫度。并且，設(shè)有進行發(fā)動機E的運轉(zhuǎn)的全部的控制、并且還進行NOx 凈化催化劑裝置11的NOx凈化能力的恢復控制的控制裝置(ECU-發(fā)動機控制器單元)20。來自入傳感器14、上游側(cè)溫度傳感器15及 下游側(cè)溫度傳感器16等的檢測值被輸入到該控制裝置20中。此外， 從該控制裝置20輸出控制發(fā)動機E的EGR閥6、燃料噴射用的共軌 電子控制燃料噴射裝置的燃料噴射閥8及吸氣節(jié)流閥9等的信號。在該廢氣凈化系統(tǒng)1中，空氣A通過吸氣通路2的空氣質(zhì)量流量 傳感器(MAF傳感器)17和渦輪增壓器3的壓縮機3a。然后，空氣 A通過吸氣節(jié)流閥9調(diào)節(jié)其量，通過吸氣歧管2a進入到缸內(nèi)。接著， 在缸內(nèi)產(chǎn)生的廢氣G從排氣歧管4a排出到排氣通路4中，從而驅(qū)動 渦輪增壓器3的渦輪3b。然后，廢氣G通過廢氣凈化裝置10而成為 被凈化的廢氣Gc。接著，該凈化后的廢氣Gc通過消音器(未圖示) 而被排出到大氣中。此外，廢氣G的一部分作為EGR氣體Ge，通 過EGR通路5的EGR冷卻器7，在通過EGR閥6調(diào)節(jié)其量后，被 再循環(huán)到吸氣歧管2a中。并且，廢氣凈化系統(tǒng)1的控制裝置被組裝在發(fā)動機E的控制裝置 20中，并與發(fā)動機E的運轉(zhuǎn)控制并行而進行廢氣凈化系統(tǒng)1的控制。 該廢氣凈化系統(tǒng)1的控制裝置進行包括NOx凈化催化劑裝置11的 NOx再生控制及脫硫控制等的廢氣凈化系統(tǒng)的控制。在NOx再生控制中，根據(jù)發(fā)動機E的運轉(zhuǎn)狀態(tài)計算每單位時間 的NOx的排出量ANOx，在將其累計計算后的NOx累積值ENOx 超過了規(guī)定的判斷值Cn時判斷為開始再生。或者，根據(jù)NOx凈化催 化劑裝置11的上游側(cè)與下游側(cè)的NOx濃度計算NOx凈化率，在該 NOx凈化率變得比規(guī)定的判定值低的情況下判斷為開始NOx催化劑 的再生。并且，在NOx再生控制中，同時利用吸氣系統(tǒng)濃控制和燃料系統(tǒng)濃控制，將廢氣的空燃比控制為化學計量空燃比(理論空燃比)或濃狀態(tài)。在該吸氣系統(tǒng)濃控制中，控制EGR閥6使EGR量增加，或 控制吸氣節(jié)流閥9來減少新的吸氣量，使廢氣的空燃比降低。此外， 在燃料系統(tǒng)濃控制中，除了吸氣系統(tǒng)濃控制以外，還通過后噴射等的 缸內(nèi)燃料噴射控制，向廢氣中添加燃料而使空燃比降低。通過這些控 制，使廢氣的狀態(tài)成為規(guī)定的空燃比狀態(tài)(也取決于催化劑，但在空 氣過剩率換算中大致為0.8 1.0)，并使其成為規(guī)定的溫度范圍(也 取決于催化劑，但大致為200。C 600。C)。由此，恢復NOx吸附能 力、即NOx凈化能力，進行NOx催化劑的再生。另外，本發(fā)明是關(guān) 于NOx凈化催化劑裝置11的脫硫控制的，在用來恢復NOx吸附能 力的NOx再生控制中可以使用以往技術(shù)，所以關(guān)于NOx再生控制的 更詳細的說明省略。另一方面，在脫硫控制中，在累計硫磺(硫)蓄積量等的方法中， 根據(jù)硫是否已蓄積直到NOx吸附能力降低，來判斷是否開始硫清除 控制。即，如果硫積存量變?yōu)橐?guī)定的判斷值以上則開始脫硫。并且， 在脫硫控制中，通過EGR控制或吸氣節(jié)流控制等的吸氣系統(tǒng)控制、 和后噴射等的燃料系統(tǒng)控制，將NOx凈化催化劑裝置11的第1檢測 溫度Tcl升溫到能夠進行硫磺分解的脫硫用目標溫度Tsp，并且控制 廢氣的空燃比。由此，高效率地進行脫硫。該脫硫用目標溫度Tsp通常設(shè)定為600。C 70(TC之間的溫度。此 外，在脫硫用的空燃比濃控制中，通過空氣過剩率換算將流入到NOx 凈化催化劑裝置11中的廢氣的空燃比維持為規(guī)定的空氣過剩率0.9 左右。在該空燃比濃控制中，也有通過繼續(xù)進行濃控制而將空氣過剩 率維持為規(guī)定的空氣過剩率的控制的情況。此外，也有通過反復進行 濃控制和稀控制而平均地將空氣過剩率維持為規(guī)定的空氣過剩率的 情況。另外，.該脫硫用的空燃比濃控制進行到NOx凈化催化劑裝置 11的NOx吸附還原型催化劑的脫硫結(jié)束、恢復因硫中毒引起的性能劣化為止。該脫硫需要幾十分鐘左右。并且，在該廢氣凈化系統(tǒng)1中，通過組裝在發(fā)動機E的控制裝置 20中的廢氣凈化系統(tǒng)1的控制裝置，按照圖2中例示那樣的脫硫控 制流程，進行NOx凈化催化劑裝置ll的脫硫控制。另外，該圖2的 脫硫控制流程表示在發(fā)動機E的運轉(zhuǎn)時、在與發(fā)動機E的其他控制 流程并行執(zhí)行的廢氣凈化系統(tǒng)的控制流程中、在判斷為需要進行脫硫 控制的情況下從該控制流程調(diào)用而執(zhí)行。在圖2中表示本發(fā)明的脫硫控制中的脫硫控制流程。在該脫硫控 制流程中表示用來進行NOx凈化催化劑裝置11的升溫和溫度維持的 后噴射等的升溫用燃料量的計算流程及計算邏輯。如果該脫硫控制流程開始，則在步驟Sll的參數(shù)的設(shè)定中，讀入 并設(shè)定催化劑的熱容Hmc a/deg)、與來自NOx凈化催化劑裝置11 和配管等的廢氣凈化系統(tǒng)l的散熱相關(guān)的量Hml (J/deg)、脫硫用目 標溫度Tsp (。C)、輕油的低發(fā)熱量Lhf (J/g)、比熱Cp (J/g)、計算 用單位時間ds (s)等。在接著的步驟S12中，輸入當前時刻(控制時)的第1檢測溫度 Tel (°C)、流入到NOx凈化催化劑ll中的廢氣的檢測溫度Tgl、吸 入空氣量Maf (g/s)、燃料噴射量Wt (g/s)、外界氣體溫度Tout。在接著的步驟S13中，進行第l檢測溫度Tcl CC)是否不到脫 硫用目標溫度Tsp (t)的判斷。在該判斷中，第l檢測溫度Tcl CC) 不到脫硫用目標溫度Tsp (t)的情況下，進行步驟S20的稀模式升溫 控制，當為以上的情況下，進行步驟S30的空燃比濃控制。在該步驟S20的稀模式升溫控制中，如下所述地計算升溫用燃料 量。之后計算后噴射等的噴射量，在規(guī)定的第1時間(與第1檢測溫 度的檢測的間隔有關(guān)的時間)的期間中，進行后噴射等的升溫控制。 首先，在步驟S21的熱容的計算中，通過Hmg- (Maf+Wt) XCpX ds算出廢氣的熱容Hmg。接著，在步驟S22的升溫所需要的整體熱量的計算中，通過 Ql=HmhX (Tsp-Tcl)算出用于將NOx凈化催化劑裝置11升溫所需 要的第1熱量Q1，通過Q2-HmgX (Tsp-Tgl)計算用于將廢氣升溫 所需要的第2熱量Q2，通過Q3-HmlX (Tsp-Tout)計算從廢氣凈化 系統(tǒng)散熱的第3熱量Q3，作為它們的和，通過Qt=Ql+Q2+Q3計算 升溫用熱量Qt。在這些熱量計算中，由于NOx凈化催化劑裝置11的熱容Hmc 不變化，所以固定地使用事前輸入的值。另一方面，廢氣的熱容Hmg 根據(jù)由吸入空氣量(新空氣量)Maf和燃料噴射量Wt求出的廢氣流 量Wg和比熱Cp求出。接著，將脫硫用目標溫度Tsp與第1檢測溫 度Tcl的差乘以NOx凈化催化劑裝置11的熱容Hmc算出第1熱量 Ql。此外，將脫硫用目標溫度Tsp與流入到NOx凈化催化劑裝置中 的廢氣的檢測溫度Tgl的差乘以廢氣的熱容Hmg計算第2熱量Q2。此外，從廢氣凈化系統(tǒng)1散熱的第3熱量Q3是利用由預先進行 的小型試驗等求出的散熱量算出的與來自廢氣凈化系統(tǒng)1的散熱相 關(guān)的量Hml算出的。將該Hml作為第1檢測溫度Tout基準，通過 Q3=HmlX (Tsp-Tout)算出。該散熱量Q3由于除了傳導傳熱和對 流傳熱以外還有輻射傳熱，所以并不一定與(Tsp-Tout)成比例。但 是，這里，假設(shè)近似地成比例來處理。因此，為了提高Q3的精度， 也可以利用其他計算方法。并且，通過第1熱量Q1、第2熱量Q2、 第3熱量Q3的和計算升溫用熱量Qt。在接著的步驟S23的升溫用燃料量(重量)的計算中，通過 WPQt/Lhf算出升溫用燃料量Wf。在接著的步驟S24中，根據(jù)升溫 用燃料量Wf計算后噴射量Wp。該后噴射量Wp考慮第1檢測溫度 Tcl及廢氣的檢測溫度Tgl、和在升溫中花費的時間、空燃比(空氣 過剩率)等而設(shè)定。然后，在接著的步驟S25中，在規(guī)定的第1時間的期間以該后噴射量Wp進行后噴射，進行廢氣及NOx凈化催化劑裝置11的升溫， 并回到步驟S12中。作為該步驟S25的催化劑升溫方法，同時利用后 噴射等的燃料系統(tǒng)控制、和吸氣節(jié)流及EGR閥6等的吸氣系統(tǒng)的控 制等，此外，根據(jù)需要也可以同時利用其他方法。接著，重復步驟 S12 步驟S20，如果第1檢測溫度Tel (°C)成為脫硫用目標溫度 Tsp (°C)以上，則前進到步驟S30。在該步驟S30的空燃比濃控制中，在該空燃比濃控制中，進行吸 氣節(jié)流、EGR控制及后噴射等，以使由入傳感器13檢測到的空氣過 剩率成為規(guī)定的空氣過剩率0.9左右。另外，也有繼續(xù)進行濃控制的 情況，但也有進行交替地重復短時間(例如4s)的濃控制和短時間 (例如3s)的稀控制的控制的情況。通過該重復，在抑制H2S (硫化 氫)的生成的同時進行脫硫。在規(guī)定的第2時間(有關(guān)檢測脫硫的結(jié) 束的間隔的時間)、或者在反復濃控制和稀控制的情況下進行規(guī)定的 周期數(shù)來進行該空燃比濃控制，以前進到步驟S14。在步驟S14中，判斷脫硫是否已結(jié)束。在該判斷中，參照通過事 前試驗預先記錄在ECU內(nèi)的、基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和催化劑溫度記錄了 硫磺脫離量SP1的映射數(shù)據(jù)，根據(jù)在步驟S30的濃空燃比控制中測 量的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和催化劑溫度(第1檢測溫度)Tcl算出硫磺脫離量 SP1。將該硫磺脫離量SP1按照步驟S30的濃空燃比控制累計而算出 硫磺釋放量i:SPl。根據(jù)該硫磺釋放量ESP1是否超過了判斷了脫硫開始時的有關(guān)硫磺蓄積量i:spo的結(jié)束用判斷量spc，進行硫磺釋放 結(jié)束的確認。在該確認中，在硫磺釋放量i:spi超過了結(jié)束用判斷SPc的情況下，脫硫結(jié)束。在不超過的情況下，繼續(xù)濃空燃比控制， 并回到步驟S30。在歩驟S14中脫硫結(jié)束的情況下，前進到步驟S15的脫硫控制的 結(jié)束作業(yè)，結(jié)束脫硫控制作業(yè)并返回。如果返回，則回到廢氣凈化系 統(tǒng)的控制流程中，通過脫硫控制開始的判斷，再次調(diào)用該圖2的脫硫控制，反復執(zhí)行直到發(fā)動機的停止。另外，在控制的中途，發(fā)動機鍵 被關(guān)閉的情況下，雖然沒有圖示，但產(chǎn)生中斷。在發(fā)生了該中斷后的 各個步驟中進行了需要的結(jié)束處理(未圖示)后返回。通過該返回， 廢氣凈化系統(tǒng)的控制及發(fā)動機的控制結(jié)束，并且該脫硫控制流程也結(jié) 束。根據(jù)上述第1實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1及廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫 控制方法，在過渡運轉(zhuǎn)模式下也能夠通過依次計算而計算出最合適的升溫用燃料量Wf，能夠?qū)⒁訬Ox凈化催化劑裝置11的NOx吸附還 原型催化劑的催化劑溫度為指標的第1檢測溫度Tcl穩(wěn)定地保持為脫 硫用目標溫度Tsp以上。接著，對第2實施方式進行說明。在該第2實施方式的廢氣凈化 系統(tǒng)1A中，如圖3所示，廢氣凈化裝置10A具有上游側(cè)的氧化催化 劑裝置12和下游側(cè)的NOx凈化催化劑裝置11而形成。該氧化催化 劑裝置12是在多孔質(zhì)的陶瓷的蜂窩構(gòu)造體等的擔載體上擔載白金 (Pt)等的氧化催化劑而形成的。此外，在進行排氣管內(nèi)直接燃料噴射控制的情況下，在NOx凈 化催化劑裝置11的上游側(cè)的排氣通路4中設(shè)有供給碳化氫(HC) F 的HC供給閥18。該HC供給閥18是用來從燃料箱(未圖示)將作 為發(fā)動機的燃料的輕油等的碳化氫F直接噴射到排氣通路4內(nèi)、將該 噴射的碳化氫用氧化催化劑裝置12氧化、使廢氣G的空燃比成為稀 狀態(tài)、濃狀態(tài)或化學計量狀態(tài)(理論空燃比狀態(tài))的部件，是作為燃 料系統(tǒng)濃控制的機構(gòu)的部件。另外，在通過發(fā)動機E的缸內(nèi)的燃料噴 射中進行后噴射而進行同樣的空燃比控制的情況下，能夠省略該HC 供給閥18的配設(shè)。另外，這些氧化催化劑裝置12與HC供給閥18 以外的廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與第1實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1相同。此外，將脫硫控制流程表示在圖4中，但第1實施方式的脫硫控 制流程(圖2)的步驟Sll、 S12、 S22變?yōu)椴襟ES11A、 S12A、 S22A。在步驟S11A中，在參數(shù)的設(shè)定中添加了氧化催化劑裝置12的熱容 Hmc2，在步驟S12A中，在參數(shù)的輸入中添加了以氧化催化劑裝置 12的催化劑溫度為指標的第2檢測溫度Tc2。該第2檢測溫度Tc2與 氧化催化劑裝置12的催化劑溫度有密切的關(guān)系，是替代該催化劑溫 度的溫度、即作為催化劑溫度的指標的溫度。這里，作為該第2檢測 溫度，設(shè)為從氧化催化劑裝置12流出的廢氣的檢測溫度Tc2。艮P， 采用由溫度傳感器15檢測到的廢氣的溫度。另外，也可以原樣采用 該廢氣的溫度，但在通過事前實驗等預先知道與催化劑溫度的差時， 優(yōu)選地將該差修正。接著，在步驟S22A中，在算出升溫用燃料量Qt時，在添加了 第4熱量Q4這一點上不同，該第4熱量Q4是將氧化催化劑裝置12 的熱容Hmc2乘以脫硫用目標溫度Tsp與第2檢測溫度Tc2的差來算 出的。第4熱量Q4通過Q4-Hmc2X (Tsp-Tc2)計算，升溫用燃料 量Qt通過Qt=Ql+Q2+Q3+Q4計算。另外，在通過設(shè)置氧化催化劑 裝置12來使廢氣凈化系統(tǒng)1A的散熱量變化的情況下，該變化量被 添加到表示廢氣凈化系統(tǒng)1A的散熱的第3散熱量Q3中。通過該圖4的控制流程，在計算升溫用燃料量Wf時，能夠在升 溫用熱量Qt中添加第4熱量Q4，該第4熱量Q4是將氧化催化劑裝 置12的熱容Hmc2乘以脫硫用目標溫度Tsp與以上述氧化催化劑裝 置12的催化劑溫度為指標的第2檢測溫度Tc2的差(Tsp-Tc2)算出 的。根據(jù)該第2實施方式的廢氣凈化系統(tǒng)1A及廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫 控制方法，在將氧化催化劑裝置12配置在NOx凈化催化劑裝置11 的上游側(cè)的情況下，在過渡運轉(zhuǎn)模式中也能夠通過依次計算算出最適 當?shù)纳郎赜萌剂狭縒f，能夠?qū)⒁訬Ox凈化催化劑裝置11的NOx吸 附還原型催化劑的催化劑溫度為指標的第1檢測溫度Tcl穩(wěn)定地保持 為脫硫用目標溫度Tsp以上。[實施例]在圖3中，將以過渡運轉(zhuǎn)的冷啟動模式進行第2實施方式的脫硫 控制的情況下的NOx凈化催化劑裝置11的催化劑溫度的變化(實線 A)與進行通常的映射控制的情況下的催化劑溫度的變化(實線B) 比較來表示。.橫軸表示時間的經(jīng)過，縱軸表示發(fā)動機的轉(zhuǎn)速Ne和催 化劑溫度(A， B)。由該圖3可知，通常映射控制中的(B)的溫度上升和向硫清除 可能溫度區(qū)域的到達較快。但是，相應(yīng)地變得比硫清除可能溫度區(qū)域 的溫度高，進入到熱劣化危險溫度區(qū)域中，有使NOx吸附還原型催 化劑顯著地劣化的危險性。此外， 一旦升溫后，通常映射控制的(B) 的溫度的上下變動更劇烈、容易脫離硫清除可能溫度區(qū)域。另一方面， 本發(fā)明的控制的(A)雖然能夠看到溫度的一些變動，但比映射控制 的(B)少，維持著硫清除可能溫度區(qū)域內(nèi)的溫度。工業(yè)實用性具有上述良好的效果的本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法 及廢氣凈化系統(tǒng)在脫硫控制時，不根據(jù)已設(shè)的映射數(shù)據(jù)計算、而是使 用由用于使NOx凈化催化劑裝置升溫所需要的第1熱量、和用于使 廢氣升溫而需要的第2熱量算出的熱量來設(shè)定用于使NOx凈化催化 劑的溫度上升到脫硫用目標溫度而需要的升溫用燃料量，從而在過渡 運轉(zhuǎn)時也能夠高精度地投入為了達到脫硫用目標溫度、以及為了維持 脫硫用目標溫度以上的狀態(tài)而需要且足夠的升溫用燃料量。因此，作 為汽車搭載的內(nèi)燃機的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法及廢氣凈化系 統(tǒng)，能夠很有效地利用。
權(quán)利要求
1、一種廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法，其特征在于，所述廢氣凈化系統(tǒng)具備擔載有用來凈化發(fā)動機的廢氣中的NOx的NOx凈化催化劑的NOx凈化催化劑裝置，并進行用來恢復上述NOx凈化催化劑的因硫中毒引起的劣化的脫硫控制，在上述脫硫控制中，使用由用于使上述NOx凈化催化劑裝置升溫而需要的第1熱量和用于使廢氣升溫而需要的第2熱量算出的熱量，設(shè)定用于使以上述NOx凈化催化劑裝置的催化劑溫度為指標的第1檢測溫度升溫到脫硫用目標溫度而需要的升溫用燃料量。
2、 如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法，其特征 在于，將上述NOx凈化催化劑裝置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與 上述第1檢測溫度的差來算出上述第1熱量；將廢氣的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與流入到上述NOx凈化 催化劑裝置中的廢氣的檢測溫度的差來算出上述第2熱量；通過上述第1熱量、上述第2熱量、和從廢氣凈化系統(tǒng)散熱的第 3熱量的和算出升溫用熱量；將該升溫用熱量除以燃料的低發(fā)熱量來算出上述升溫用燃料量。
3、 如權(quán)利要求2所述的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法，其特征 在于，將根據(jù)吸入空氣量及燃料噴射量算出的廢氣流量的和乘以廢氣 的比熱來算出上述廢氣的熱容。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法，其 特征在于，在配設(shè)有上述NOx凈化催化劑裝置的上游側(cè)的氧化催化劑裝置 的廢氣凈化系統(tǒng)中，當算出上述升溫用燃料量時，在上述升溫用熱量中添加第4熱量，所述第4熱量是將上述氧化催化劑裝置的熱容乘以 上述脫硫用目標溫度與以上述氧化催化劑裝置的催化劑溫度為指標 的第2檢測溫度的差算出的。
5、 一種廢氣凈化系統(tǒng)，具備控制裝置，所述控制裝置是具備擔 載有用來凈化發(fā)動機的廢氣中的NOx的NOx凈化催化劑的NOx凈 化催化劑裝置，并進行用來恢復上述NOx凈化催化劑的因硫中毒引 起的劣化的脫硫控制，其特征在于，上述控制裝置，在上述脫硫控制中，使用根據(jù)用于使上述NOx 凈化催化劑裝置升溫而需要的第1熱量和用于使廢氣升溫而需要的 第2熱量算出的熱量，來設(shè)定用于使以上述NOx凈化催化劑裝置的 催化劑溫度為指標的第1檢測溫度升溫到脫硫用目標溫度而需要的 升溫用燃料量。
6、 如權(quán)利要求5所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制裝置將上述NOx凈化催化劑裝置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與 上述第1檢測溫度的差來算出上述第1熱量；將廢氣的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與流入到上述NOx凈化 催化劑裝置中的廢氣的檢測溫度的差來算出上述第2熱量；通過上述第1熱量、上述第2熱量、和從廢氣凈化系統(tǒng)散熱的第 3熱量的和，算出升溫用熱量；將該升溫用熱量除以燃料的低發(fā)熱量來算出上述升溫用燃料量。
7、 如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制裝置將根據(jù)吸入空氣量及燃料噴射量算出的廢氣流量的和乘以廢氣的比熱來算出上述廢氣的熱容。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于， 在配設(shè)有上述NOx凈化催化劑裝置的上游側(cè)的氧化催化劑裝置的廢氣凈化系統(tǒng)中，上述控制裝置在算出上述升溫用燃料量時，在上述升溫用熱量中添加第4熱量，所述第4熱量是將上述氧化催化劑裝 置的熱容乘以上述脫硫用目標溫度與以上述氧化催化劑裝置的催化 劑溫度為指標的第2檢測溫度的差而算出的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廢氣凈化系統(tǒng)的脫硫控制方法及廢氣凈化系統(tǒng)，在具備擔載有用來凈化廢氣中的NOx的NOx凈化催化劑的NOx凈化催化劑裝置(11)的廢氣凈化系統(tǒng)(1)中，在脫硫控制時，為了在過渡運轉(zhuǎn)時也高精度地投入使NOx凈化催化劑裝置(11)達到脫硫用目標溫度、維持為脫硫用目標溫度以上的狀態(tài)而需要并且足夠的升溫用燃料量，在脫硫控制中，使用由為了使NOx凈化催化劑裝置(11)升溫而需要的第1熱量(Q1)和為了使廢氣升溫而需要的第2熱量(Q2)算出的熱量來設(shè)定為了使以NOx凈化催化劑裝置(11)的催化劑溫度為指標的第1檢測溫度(Tc1)升溫到脫硫用目標溫度(Tsp)而需要的升溫用燃料量(Wf)。
文檔編號B01D53/94GK101253313SQ20068003123
公開日2008年8月27日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者藤野龍介 申請人:五十鈴自動車株式會社