專利名稱：內燃機的排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機的排氣凈化裝置。
背景技術：
已公知在內燃機排氣通路內配置NOx選擇還原催化劑，在NOx選擇還 原催化劑上游的內燃機排氣通路內配置氧化催化劑，向NOx選擇還原催化 劑供給尿素，利用由尿素產生的氨選擇性地還原排氣中所含有的NOx的內 燃機(例如，參照日本特開2005-23921號公報)。對于該內燃機而言，氨 吸附于NOx選擇還原催化劑，吸附的氨與排氣中含有的NOx反應，使NOx 還原。但是，這樣的內燃機，通常從內燃機排出的大部分的HC，在氧化催化 劑中被氧化，但一部分的HC在氧化催化劑中沒有被氧化而流入NOx選擇還 原催化劑中，并附著于NOx選擇還原催化劑。然而，當HC附著于NOx選擇 還原催化劑時，NO,選擇還原催化劑變得不能吸附氨，這樣一來，發(fā)生NO, 凈化率下降的問題。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供即使HC附著于NOx選擇還原催化劑也可得到 良好的NOx凈化率的內燃機的排氣凈化裝置。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種內燃機的排氣凈化裝置，其在內燃機排氣通 路內配置NOx選擇還原催化劑，向NOx選擇還原催化劑供給尿素，利用由 尿素產生的氨選擇性地還原排氣中含有的NOx，該內燃機的排氣凈化裝置 具備HC附著量推定單元，所述HC附著量推定單元推定附著于NOx選擇還3原催化劑的HC的附著量，在由HC附著量推定單元推定的HC附著量超過預 定的容許附著量時，使NOx選擇還原催化劑升溫，從而使附著的HC從NOx 選擇還原催化劑脫離，由此消除NOx選擇還原催化劑的HC中毒。這樣，在本發(fā)明中，在HC在NOx選擇還原催化劑上的附著量超過容許 附著量時，通過使NOx選擇還原催化劑升溫，可以消除NOx選擇還原催化 劑的HC中毒，這樣可以得到良好的NOx凈化率。


圖l是壓縮點火式內燃機的總體圖；圖2是表示壓縮點火式內燃機的另 一實施例的總體圖；圖3是表示氧化速度的圖；圖4是表示HC附著率等的圖； 圖5是用于計算HC附著量的流程圖；圖6是用于計算HC附著量的流程圖； 圖7是表示升溫控制的時間圖；圖8是用于消除HC中毒的流程圖。
具體實施方式
圖l中表示出壓縮點火式內燃機的總體圖。參照圖l,各標號分別表示如下，即l-內燃才幾主體；2:各氣缸的燃 燒室；3-用于向各燃燒室2內分別噴射燃料的電子控制式燃料噴射閥；4-吸 氣歧管；5-排氣歧管。吸氣歧管4通過吸氣導管6與排氣渦輪增壓器7的壓縮 機7a的出口連接，壓縮機7a的入口通過吸入空氣量檢測器8與空氣濾清器9 連接。在吸氣導管6內配置由步進電動機驅動的節(jié)氣門10，而且在吸氣導管 6周圍配置用于冷卻在吸氣導管6內流動的吸入空氣的冷卻裝置11。在圖l 所示的實施例中，內燃機冷卻水被導入冷卻裝置ll內，由內燃機冷卻水冷 卻吸入空氣。另一方面，排氣歧管5與排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪機7b的入口連接， 排氣渦輪機7b的出口與氧化催化劑12的入口連接。在該氧化催化劑12的下 游，與氧化催化劑12鄰接地配置用于捕集排氣中含有的粒子狀物質的微粒 過濾器13,該微粒過濾器13的出口通過排氣管14在NOx選擇還原催化劑15 的入口連接。在該NOx選擇還原催化劑15的出口連接氧化催化劑16。在NOx選擇還原催化劑15上游的排氣管14內配置尿素水供給閥17，該 尿素水供給閥17通過供給管18、供給泵19與尿素水箱20連接。在尿素水箱 20內貯藏的尿素水，由供給泵19從尿素水供給閥17噴射到在排氣管14內流 動的排氣中，利用由尿素產生的氨((NH2) 2CO + H20—2NH3 + C02)， 在NOx選擇還原催化劑15中還原排氣中含有的NOx 。排氣歧管5和吸氣歧管4，通過排氣再循環(huán)(以下稱為EGR)通路21互 相連接，在EGR通路21內配置電子控制式EGR控制閥22。另外，在EGR 通路21周圍配置用于冷卻在EGR通路21內流動的EGR氣體的冷卻裝置23。 在圖l所示的實施例中，內燃機冷卻7jc被導入冷卻裝置23內，由內燃機冷卻 水冷卻EGR氣體。另一方面，各燃料噴射閥3通過燃料供給管24與共軌25 連接，該共軌25通過電子控制式的噴出量可變的燃料泵26，與燃料箱27連 接。在燃料箱27內貯藏的燃料由燃料泵26向共軌25內供給，供給到共軌25 內的燃料，通過各燃料供給管24供給至燃料噴射閥3。另外，在排氣歧管5 上配置用于向排氣歧管5內供給烴即HC的HC供給閥27。在圖l所示的實施 例中，該HC由輕油構成。電子控制單元30包括數(shù)字計算機，其具備由雙向性總線31相互連接的 ROM (只讀存儲器)32、 RAM (隨機存取存儲器)33、 CPU (微處理器) 34、輸入端口35以及輸出端口36。在氧化催化劑12上安裝用于檢測氧化催 化劑12的床溫的溫度傳感器45,在NOx選擇還原催化劑15上安裝用于檢測 NOx選擇還原催化劑15的床溫的溫度傳感器46。另外，在排氣管14內，配 置用于檢測向NOx選擇還原催化劑15內流入的排氣中的HC濃度的HC濃度 傳感器47。這些溫度傳感器45、 46、 HC濃度傳感器47以及吸入空氣量檢測 器8的輸出信號，借助于各自對應的AD轉換器37，被輸入到輸入端口35。另外，在油門踏板40上連接產生與油門踏板40的踏下量L成比例的輸 出電壓的負荷傳感器41，負荷傳感器41的輸出電壓，通過對應的AD轉換器 37輸入到輸入端口 35。而且在輸入端口 35上連接曲軸每旋轉例如15。就發(fā)生 輸出脈沖的曲軸轉角傳感器42。另一方面，輸出端口36通過對應的驅動電 路38與燃料噴射閥3、節(jié)氣門10的驅動用步進電動機、尿素水供給閥17、供給泵19、 EGR控制閥22、燃料泵26以及HC供給閥28連接。氧化催化劑12，擔栽了例如鉑之類的貴金屬催化劑，該氧化催化劑12 起到將排氣中含有的NO轉化成N02的作用和使排氣中含有的HC氧化的作 用。即，N02比NO的氧化性強，因此當使NO轉化成N02時，可促進微粒 過濾器13上捕獲的粒子狀物質的氧化反應，并且促進NOx選擇還原催化劑 15中的由氨所帶來的還原作用。另一方面，在NOx選擇還原催化劑15中， 如上述那樣附著HC時，氨的吸附量減少。因此NOx凈化率降低。所以，通 過這樣地利用氧化催化劑12將HC氧化，盡可能地避免HC附著于NOx選擇 還原催化劑15，即，盡可能地避免NOx選擇還原催化劑15發(fā)生HC中毒。作為微粒過濾器13，可以使用不擔載催化劑的微粒過濾器，也可以使 用擔載了例如鉑之類的貴金屬催化劑的微粒過濾器。另一方面，NOx選擇 還原催化劑15,由在低溫下具有高的NOx凈化率的氨吸附型的Fe沸石構成。 另外，氧化催化劑16擔載了例如由鉑構成的貴金屬催化劑，該氧化催化劑 16起到將從NOx選擇還原催化劑15漏出的氨氧化的作用。圖2表示壓縮點火式內燃機的另一實施例。在該實施例中，微粒過濾器 13配置在氧化催化劑16的下游，因此在該實施例中，氧化催化劑12的出口 通過排氣管14與NOx選擇還原催化劑15的入口連接。但是，圖1以及圖2所示的內燃機，通常從內燃機排出的大部分的HC 在氧化催化劑12中被氧化，但一部分的HC在氧化催化劑12中沒有被氧化， 而流入NOx選擇還原催化劑15，附著于NOx選擇還原催化劑15。特別是如 內燃機啟動時，氧4匕催化劑12未活化時，大量的HC流入NOx選擇還原催化 劑15中，附著于NOx選擇還原催化劑15。在此，首先對氧化催化劑12所帶 來的對HC的氧化作用進行說明。圖3表示氧化催化劑12的床溫T。與HC的氧化速度M。 (g/秒)，即與 每單位時間可氧化的HC的量的關系。從圖3可知，氧化催化劑12的床溫T。 大致為200'C以下時，即，氧化催化劑12未活化時，氧化速度M。為零，因 此，此時流入氧化催化劑12內的HC，從氧化催化劑12中逃過。另一方面， 在氧化催化劑12已活化時，每單位時間流入氧化催化劑12的HC的量，比由6氧化催化劑12的床溫T。決定的氧化速度M。少時，全部流入的HC在氧化催 化劑12中被氧化，在每單位時間流入氧化催化劑12的HC的量，比由氧化催 化劑12的床溫T。決定的氧化速度M。多時，超過氧化速度M。的部分的HC， 從氧化催化劑12中逃過。從氧化催化劑12中逃過的HC流入N(X選擇還原催化劑15 ，附著于NOx 選擇還原催化劑15。圖4 ( A)表示此時附著于NOx選擇還原催化劑15的HC 的附著率R。從圖4(A)可知，NOx選擇還原催化劑15的床溫Tn越低，HC 附著率R越高。因此，即使流入NOx選擇還原催化劑15的HC量相同，NOx 選擇還原催化劑15的床溫Tn越低，越多量的HC附著于NOx選擇還原催化劑 15。這樣，從氧化催化劑12中逃過的HC流入NOx選擇還原催化劑15，附著 于NOx選擇還原催化劑15。然而，通過使NOx選擇還原催化劑15升溫，可 以使該附著的HC從NOx選擇還原催化劑15脫離。接著，參照圖4(B)對該 情況進行說明。圖4 ( B )表示NOx選擇還原催化劑15的床溫Tn與HC的脫離速度Md ( g/ 秒)，即與每單位時間從NOx選擇還原催化劑15脫離的HC量的關系。如圖 4(B)所示，當NOx選擇還原催化劑15的床溫Tn超過約350。C時，脫離速 度Md上升，在圖4(B)中，由TF所示的約350'C為脫離開始溫度。因此， 當使NOx選擇還原催化劑15的床溫Tn升高到脫離開始溫度TF以上時，可以 將HC從NOx選擇還原催化劑15脫離。在本發(fā)明的實施例中，在應該將HC從NOx選擇還原催化劑15脫離時， 向氧化催化劑12供給HC,利用HC的氧化反應熱，使NOx選擇還原催化劑 15升溫。該HC的供給，例如可以通過在排氣行程中向燃燒室2內噴射燃料 來進行，也可通過向內燃機排氣通路內供給HC來進行。在圖1以及圖2所示 的實施例中，該HC的供給，通過由HC供給閥28噴射輕油來進行。如前所述，當HC在NOx選擇還原催化劑15上的附著量增大時，可附著 在NOx選擇還原催化劑15上的氨量減少，這樣一來，NOx凈化率降低。因 此在本發(fā)明中，具備推定附著于NOx選擇還原催化劑15的HC的附著量的HC附著量推定單元，在由該HC附著量推定單元推定的HC附著量超過預定 的容許附著量時，使NOx選擇還原催化劑15升溫，使附著的HC從NOx選擇 還原催化劑15脫離，由此，消除NOx選擇還原催化劑15的HC中毒。然而，在這樣地利用HC附著量推定單元推定HC附著量的場合，有全 部通過計算求出HC附著量的方法、和根據(jù)HC濃度傳感器47的檢測值求出 HC附著量的方法。圖5表示全部通過計算HC附著量而求出時的計算程序， 圖6表示根據(jù)HC濃度傳感器47的檢測值求出HC附著量時的計算程序。任一 計算程序都是通過每隔一定時間的中斷來執(zhí)行的 首先，對圖5所示的HC附著量的計算程序進行說明，在步驟50中，計 算每單位時間從內燃機排出的排出HC量G。。根椐該內燃機的運行狀態(tài)而 變化的排出HC量G。，預先存儲在ROM32內。接著，在步驟51中，例如為 了將NOx選擇還原催化劑15升溫，而計算從HC供給閥28供給的HC供給量 G,。接著，在步驟52中，基于氧化催化劑12的床溫T。，計算圖3所示的氧化 速度M。。接著，在步驟53中，判別氧化速度M。是否比排出HC量G。與供給 HC量G,之和(G。 + G,)大。在M之G。 + G,時，進入步驟55，使逃過量G為 零，接著進入步驟56。與此相對，在M。〈G。 + G，時，進入步驟55,使逃過 量G為G。 + G廣M。，接著進入步驟56。在步驟56中，計算圖4 (A)所示的HC附著率R。接著在步驟57中，通 過HC的逃過量G乘以HC附著率R,計算在NOx選擇還原催化劑15上的新的 HC附著量W ( -G'R)。接著，在步驟58中，基于NOx選擇還原催化劑 15的床溫Tn，計算圖4 (B)所示的脫離速度Md，接著，在步驟59中，通 過將新的HC附著量W加到HC附著量i:HC上，從HC附著量SHC減去脫離 速度Md，從而計算HC附著量EHC。即，在圖5所示的實施例中，計算流入NO,選擇還原催化劑15的HC的 量(G。 + G,) , HC附著量推定單元針對計算出的流入HC量(G。 + G,), 采用所預定的在NOx選擇還原催化劑15上的HC附著率R以及HC從NOx選擇還原催化劑i5脫離的速度Md,推定hc附著量i:hc。接著，對圖6所示的HC附著量的計算程序進行說明。在步驟60中，由8HC濃度傳感器47檢測流入NOx選擇還原催化劑15的排氣中的HC濃度。接 著在步驟61中，基于由HC濃度傳感器47檢測的HC濃度、和排氣量即由吸 入空氣量檢測器8檢測的吸入空氣量，計算每單位時間流入NOx選擇還原催 化劑15的HC量G。接著，在步驟62中，計算圖4 (A)所示的HC附著率R。接著，在步驟 63中，通過HC流入量G乘以HC附著率R，計算NOx選擇還原催化劑15上的 新的HC附著量W ( = G R)。接著，在步驟64中，基于NOx選擇還原催 化劑15的床溫Tn，計算圖4 (B)所示的脫離速度Md,接著，在步驟65中， 通過將新的HC附著量W加到HC附著量SHC上，從HC附著量EHC減去脫 離速度Md，從而計算HC附著量EHC。即，在圖6所示的實施例中，設置用于檢測流入NOx選擇還原催化劑15 的排氣中的HC濃度的HC濃度傳感器47，利用該HC濃度傳感器47，求出流 入NOx選擇還原催化劑15的HC的量G, HC附著量推定單元針對求出的流 入HC量G,采用所預定的在NOx選擇還原催化劑15上的HC附著率R以及 HC從NOx選擇還原催化劑15脫離的速度Md，推定HC附著量I:HC。在本發(fā)明中，這樣地求出內燃機運行中HC附著量i:HC，基于該HC附 著量EHC,進行用于消除NOx選擇還原催化劑15的HC中毒的升溫控制。即， 如圖7所示，當HC附著量i:HC超過預定的容許附著量MAX時，開始N(X 選擇還原催化劑15的升溫控制，在NOx選擇還原催化劑15開始升溫后，在 HC附著量EHC降低到預定的下限值MIN時，停止NOx選擇還原催化劑15 的升溫作用。圖8表示用于消除HC中毒的程序。該程序通過每隔一定時間的中斷來 執(zhí)行。參照圖8，首先，在步驟70中，判別是否是在升溫控制中。在不是升溫 控制中時，i^v步驟71,判別HC附著量i:HC是否超過了容許附著量MAX。 在EHC〉MAX時，i^A步驟72,開始升溫控制。當升溫控制開始時，從步 驟70進入步驟73,判別HC附著量i:HC是否已變?yōu)橄孪拗礛IN以下。在SHC 〈MIN時，進入步驟74，停止升溫控制。
權利要求
1.一種內燃機的排氣凈化裝置，其在內燃機排氣通路內配置NOx選擇還原催化劑，向該NOx選擇還原催化劑供給尿素，利用由該尿素產生的氨選擇性地還原排氣中含有的NOx，該內燃機的排氣凈化裝置具備HC附著量推定單元，所述HC附著量推定單元推定附著于所述NOx選擇還原催化劑的HC的附著量，在由該HC附著量推定單元推定的HC附著量超過預定的容許附著量時，使NOx選擇還原催化劑升溫，從而使附著的HC從NOx選擇還原催化劑脫離，由此消除NOx選擇還原催化劑的HC中毒。
2. 根據(jù)權利要求l所述的內燃機的排氣凈化裝置，計算流入所述NOx 選擇還原催化劑中的HC的量，所述HC附著量推定單元針對計算出的流入 HC量，采用所預定的在NOx選擇還原催化劑上的HC附著率以及HC從NOx 選擇還原催化劑脫離的速度，推定所述HC附著量。
3. 根據(jù)權利要求l所述的內燃機的排氣凈化裝置，設置用于檢測流入 NOx選擇還原催化劑中的排氣中的HC濃度的HC濃度傳感器，利用該HC濃 度傳感器求出流入NOx選擇還原催化劑中的HC的量，所述HC附著量推定 單元針對求出的流入HC量，采用所預定的在NOx選擇還原催化劑上的HC 附著率以及HC從NOx選擇還原催化劑脫離的速度，推定所述HC附著量。
4. 根據(jù)權利要求l所述的內燃機的排氣凈化裝置，在所述NOx選擇還 原催化劑上游的內燃機排氣通路內配置氧化催化劑，在應該將該NOx選擇 還原催化劑升溫時，向該氧化催化劑供給HC,利用HC的氧化反應熱使NO、 選擇還原催化劑升溫。
5. 根據(jù)權利要求l所述的內燃機的排氣凈化裝置，所述NOx選擇還原 催化劑升溫開始后，所述HC附著量降低到預定的下限值時，停止NOx選擇 還原催化劑的升溫作用。
全文摘要
對于內燃機，在內燃機排氣通路內配置NO_x選擇還原催化劑(15)，推定附著于NO_x選擇還原催化劑(15)上的HC的附著量。在推定的HC附著量超過預定的容許附著量時，使NO_x選擇還原催化劑(15)升溫，從而使附著的HC從NO_x選擇還原催化劑(15)脫離，由此消除NO_x選擇還原催化劑(15)的HC中毒。
文檔編號B01D53/94GK101600864SQ20088000385
公開日2009年12月9日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權日2007年8月8日
發(fā)明者利岡俊祐, 小田富久, 淺浦慎也, 田內豐 申請人:豐田自動車株式會社