專(zhuān)利名稱(chēng)：NOx凈化系統(tǒng)及NOx凈化系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在排放氣體通路的上游側(cè)具備氧化催化劑、在下游側(cè)具備 選擇還原型NOx催化劑(SCR催化劑)的NOx凈化系統(tǒng)及NOx凈化系統(tǒng) 的控制方法。
背景技術(shù)：
從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的微粒狀物質(zhì)(PM)、氮氧化物(NOx)、 一氧化碳 (CO)、烴(HC)等的限制正在逐年強(qiáng)化。伴隨著這種限制的強(qiáng)化，僅憑 改良發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越難以應(yīng)對(duì)。因此，正在開(kāi)發(fā)、采用將使用了催化劑的排 放氣體后處理裝置安裝在排放氣體通路中以減少?gòu)陌l(fā)動(dòng)機(jī)排放的這些物質(zhì) 的技術(shù)。
如圖4所示，用于降低NOx的現(xiàn)有的具備選擇還原型NOx催化劑(SCR 催化劑)7的NOx凈化系統(tǒng)IX，具備選擇還原型NOx催化劑7、和其上 游側(cè)的氨系溶液供給裝置6。該氨系溶液供給裝置6是用于向該選擇還原型 NOx催化劑7供給氨(NH3)的裝置，向排放氣體通路3的排放氣體G中 供給尿素水等作為氨源的氨系溶液。被供給到排放氣體通路3中的尿素通 過(guò)排放氣體G的熱而水解，或者通過(guò)氨選擇還原型NOx催化劑7中所具有 的水解功能，使用排放氣體G中的熱和蒸汽進(jìn)行水解，以產(chǎn)生氨。此外， 根據(jù)情況，將水解催化劑設(shè)置在氨系溶液供給裝置6和氨選擇還原型NOx 催化劑7之間，利用該水解催化劑將尿素轉(zhuǎn)變成氨。該水解反應(yīng)為 "(NH2)2CO+H20—2NH3+C02，，。
以該生成的氨作為還原劑，在選擇還原型NOx催化劑上進(jìn)行選擇接觸 NOx還原，將NOx凈化。該反應(yīng)在氧共存的情況下也進(jìn)行反應(yīng)，相對(duì)于l 摩爾的一氧化氮(NO)， l摩爾的氨(NH3)進(jìn)行反應(yīng)。在該反應(yīng)中，"NO +N02 + 2NH3—2N2 + 3H20"的反應(yīng)速度最快，"4NO + 4NH3 + 02—4N2 + 6H20"其次快。其它還有"6NO + 4NH3—5N2 + 6H20，，、 "2N02 + 4NH3 +02—3N2+6H20"、 "6N02+8NH3—7N2+12H20，，等，但反應(yīng)比較慢。
由于該化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度之差，因此在使用了該選擇還原型NOx催 化劑的NOx凈化系統(tǒng)中，NOx的凈化性能在很大程度上受到向該選擇還原 型NOx催化劑供給的排放氣體中的共存氣體的一氧化氮(NO) :二氧化氮 (N02)之比的影響。圖3表示在尿素-SCR催化劑系統(tǒng)中，在對(duì)在供給的 排放氣體中共存的NO與N02的比率進(jìn)行變更時(shí)的模擬氣體試驗(yàn)結(jié)果的 NOx凈化性能。N02共存的NO:NO2=50:50 (=1:1)的情況(虛線(xiàn)A)與 NO2不共存的NO:NO2-100:0 (=1:0)的情況(實(shí)線(xiàn)B)相比，可知在催化 劑溫度的全部范圍內(nèi)，NOx凈化性能提高。特別是在低溫區(qū)域下NOx凈化 性能的提高變得顯著。
該NO:N02的比率為50:50時(shí)最佳。但是，由于從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的排 放氣體中的NO:N02的比率中N02的比例極其小，因此成為低溫區(qū)域的NOx 凈化性能惡化的原因之一。因此，在大部分使用了選擇還原型NOx催化劑 的NOx凈化系統(tǒng)中，在尿素添加閥等氨系溶液供給裝置的上游側(cè)配置了氧 化催化劑，通過(guò)將排放氣體中的NO氧化來(lái)提高N02的比率，從而使低溫 區(qū)域的NOx凈化性能提高。
此外，通過(guò)汽缸內(nèi)燃料噴射控制從發(fā)動(dòng)機(jī)向該上游側(cè)(前段)氧化催 化劑供給作為燃料的一部分的烴(HC)，并利用該氧化催化劑使其氧化。 由此，利用該氧化反應(yīng)熱使排放氣體的溫度上升，同時(shí)還并用了低溫時(shí)的 排放氣體升溫控制，使低溫區(qū)域的NOx凈化性能進(jìn)一步提高。
然而，在現(xiàn)有的NOx凈化系統(tǒng)中，對(duì)于上游側(cè)氧化催化劑中的從NO 到N02的氧化反應(yīng)，如果在排放氣體中共存有HC，則由于N02的還原反 應(yīng)優(yōu)先發(fā)生，產(chǎn)生的N02變回NO，因而無(wú)法期待N02的增加。因此，存 在NOx凈化性能沒(méi)有提高的問(wèn)題。進(jìn)而，在低溫區(qū)域中，雖然有時(shí)從發(fā)動(dòng) 機(jī)向氧化催化劑供給HC，并利用其氧化反應(yīng)熱進(jìn)行排放氣體的升溫，但這 種情況下由于未進(jìn)行氧化反應(yīng)的HC成為還原劑，因而導(dǎo)致N02的減少。 因此，也存在阻礙了低溫區(qū)域的NOx凈化性能的提高的問(wèn)題。
考慮該NO:NO產(chǎn)50:50，例如像日本特開(kāi)2005-2968號(hào)公報(bào)所記載，也 提出了 一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，所述排氣凈化裝置從內(nèi)燃機(jī)的排氣系 統(tǒng)的上游側(cè)開(kāi)始具備強(qiáng)氧化催化劑、尿素水噴射噴嘴、SCR催化劑，在該排氣凈化裝置中，設(shè)置了繞過(guò)強(qiáng)氧化催化劑的氧化催化劑旁路和切換排放 氣體通路的切換閥，在強(qiáng)氧化催化劑的N02轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%以上那樣的排 放氣體溫度時(shí)，通過(guò)切換閥使排放氣體流入氧化催化劑旁路中，從而抑制
使SCR催化劑的NOx凈化效率降低的原因即生成過(guò)剩的N02。進(jìn)而，還 提出在氧化催化劑旁路通路中設(shè)置NO轉(zhuǎn)化率為50%以下的弱氧化催化劑。
然而，在該內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，需要設(shè)置氧化催化劑旁路或具 備弱氧化催化劑的并行通路、和通路切換閥，存在NOx凈化系統(tǒng)容易變大 的問(wèn)題。此外，在低于排放氣體不流經(jīng)氧化催化劑旁路的規(guī)定溫度時(shí)，氧 化催化劑中的氧化反應(yīng)熱無(wú)法使排放氣體的溫度上升。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2005-2968號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種NOx凈化 系統(tǒng)及NOx凈化系統(tǒng)的控制方法，所述NOx凈化系統(tǒng)具備氧化催化劑和 選擇還原型NOx催化劑，在向選擇還原型NOx催化劑供給用于還原NOx 的氨系溶液來(lái)凈化排放氣體中的NOx時(shí)，通過(guò)將向選擇還原型NOx催化 劑流入的排放氣體中的HC、 NO、 N02的濃度設(shè)為恰當(dāng)?shù)臐舛?，可以利?選擇還原型NOx催化劑有效地將NOx凈化，從而能夠提高低溫區(qū)域的NOx 凈化性能。
用于達(dá)到上述目的的NOx凈化系統(tǒng)通過(guò)以下方式構(gòu)成其在排放氣體 通路中從上游側(cè)開(kāi)始依次具備氧化催化劑、向排放氣體通路供給氨系溶液 的氨系溶液供給裝置、選擇還原型NOx催化劑、和控制汽缸內(nèi)燃料噴射的 控制裝置，將排放氣體中的NOx還原，在所述NOx凈化系統(tǒng)中，設(shè)置2 個(gè)所述氧化催化劑，并且所述控制裝置以通過(guò)上游側(cè)氧化催化劑主要將排 放氣體中的烴氧化、通過(guò)下游側(cè)氧化催化劑主要將排放氣體中的一氧化氮 氧化的方式來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射。
通過(guò)該構(gòu)成，在上游側(cè)氧化催化劑中，將一直從發(fā)動(dòng)機(jī)排放的烴(HC) 或在排放氣體升溫控制中排放的烴(HC)氧化。由此，進(jìn)行排放氣體的升 溫、和防止烴流入下游側(cè)氧化催化劑中，使下游側(cè)氧化催化劑的氧化一氧 化氮(NO)的NO氧化活性提高。利用該下游側(cè)氧化催化劑有效地將一氧化氮氧化成二氧化氮(N02)，使流入選擇還原型NOx催化劑(SCR催化 劑)的排放氣體中的NO:N02的比率接近于50:50 (=1:1)。由此，提高選 擇還原型NOx催化劑中的NOx的還原反應(yīng)的效率。因此，能夠提高NOx 凈化系統(tǒng)的NOx凈化性能、特別是低溫區(qū)域的NOx凈化性能。
此外，在上述NOx凈化系統(tǒng)中，控制裝置按照以下方式構(gòu)成根據(jù)設(shè) 置在上游側(cè)氧化催化劑的上游側(cè)的氧濃度傳感器的檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃 料噴射，以使得流入上游側(cè)氧化催化劑的排放氣體的氧濃度達(dá)到上游側(cè)氧 化催化劑將排放氣體中的大部分烴氧化的排放氣體的氧濃度。通過(guò)該構(gòu)成， 能夠防止排放氣體中的烴未被氧化而直接流入下游側(cè)氧化催化劑中。
此外，在上述的NOx凈化系統(tǒng)中，控制裝置按照以下方式構(gòu)成根據(jù) 設(shè)置在下游側(cè)氧化催化劑的上游側(cè)的排放氣體溫度傳感器的檢測(cè)值來(lái)控制 汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入選擇還原型NOx催化劑的排放氣體中的一氧 化氮與二氧化氮的比例達(dá)到50比50。通過(guò)該構(gòu)成，由于從一氧化氮到二氧 化氮的反應(yīng)速度與催化劑溫度相關(guān)，因此通過(guò)控制與催化劑溫度直接相關(guān) 的排放氣體溫度來(lái)調(diào)整從一氧化氮到二氧化氮的反應(yīng)，能夠使一氧化氮與 二氧化氮的比例達(dá)到50比50。由此，由于能夠促進(jìn)選擇還原型NOx催化 劑中的NOx的還原反應(yīng)，因而能夠提高NOx凈化性能。
進(jìn)而，在上述NOx凈化系統(tǒng)中，上游側(cè)氧化催化劑、或者下游側(cè)氧化 催化劑中的至少一者具有捕獲排放氣體中的顆粒狀物質(zhì)的功能而構(gòu)成。通 過(guò)該構(gòu)成，可以將排放氣體中的PM捕獲除去，同時(shí)在該氧化催化劑的升 溫時(shí)被捕獲的PM也被燃燒除去。因此，該P(yáng)M的氧化所產(chǎn)生的熱也可以 利用于排放氣體的升溫。
并且，用于達(dá)到上述目的的NOx凈化系統(tǒng)的控制方法的特征在于，所 述NOx凈化系統(tǒng)在排放氣體通路中從上游側(cè)開(kāi)始依次具備上游側(cè)氧化催化 劑、下游側(cè)氧化催化劑、向排放氣體通路供給氨系溶液的氨系溶液供給裝 置、選擇還原型NOx催化劑、和控制汽缸內(nèi)燃料噴射的控制裝置，將排放 氣體中的NOx還原，在所述NOx凈化系統(tǒng)的控制方法中，以通過(guò)所述上 游側(cè)氧化催化劑主要將排放氣體的烴氧化、通過(guò)所述下游側(cè)氧化催化劑主 要將排放氣體中的一氧化氮氧化的方式來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射。通過(guò)該控 制方法，能夠提高NOx凈化系統(tǒng)的NOx凈化性能、特別是低溫區(qū)域的NOx
7凈化性能。
此外，在上述NOx凈化系統(tǒng)的控制方法中，根據(jù)設(shè)置在上游側(cè)氧化催
化劑的上游側(cè)的氧濃度傳感器的檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流 入上游側(cè)氧化催化劑的排放氣體的氧濃度達(dá)到上游側(cè)氧化催化劑將排放氣 體中的大部分烴氧化的排放氣體的氧濃度。通過(guò)該控制方法，能夠防止排 放氣體中的烴未被氧化而直接流入下游側(cè)氧化催化劑中。
此外，在上述NOx凈化系統(tǒng)的控制方法中，根據(jù)設(shè)置在下游側(cè)氧化催 化劑的上游側(cè)的排放氣體溫度傳感器的檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以 使得流入選擇還原型NOx催化劑中的排放氣體中的一氧化氮與二氧化氮的 比例達(dá)到50比50。通過(guò)該控制方法，由于能夠促進(jìn)選擇還原型NOx催化 劑的NOx的還原反應(yīng)，因此能夠提高NOx凈化性能。
根據(jù)本發(fā)明的NOx凈化系統(tǒng)及NOx凈化系統(tǒng)的控制方法，在上游側(cè) 氧化催化劑中，通過(guò)將烴(HC)氧化來(lái)進(jìn)行排放氣體的升溫、和防止烴流 入下游側(cè)氧化催化劑中，能夠提高下游側(cè)氧化催化劑的氧化一氧化氮(NO) 的NO氧化活性。由此，可以利用該下游側(cè)氧化催化劑有效地將一氧化氮 氧化成二氧化氮(N02)，以使得流入選擇還原型NOx催化劑(SCR催化 劑)的排放氣體中的NO:N02的比率接近于50:50 (=1:1)，能夠提高選擇 還原型NOx催化劑的NOx的還原反應(yīng)的效率。因此，特別是能夠提高低 溫區(qū)域的NOx凈化性能，能夠在整個(gè)溫度區(qū)域下提高選擇還原型NOx催 化劑的NOx凈化性能。


圖1是示意性表示本發(fā)明的實(shí)施方式的NOx凈化系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。 圖2是表示本發(fā)明的NOx凈化系統(tǒng)的控制方法的控制流程的圖。 圖3是表示選擇還原型NOx催化劑中的NO:N02的比率與NOx凈化 率的關(guān)系的圖。
圖4是示意性表示現(xiàn)有技術(shù)的NOx凈化系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
附圖標(biāo)記
1 NOx凈化系統(tǒng)
2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))
83排放氣體通路 . 4上游側(cè)氧化催化劑
5下游側(cè)氧化催化劑
6氨系溶液供給裝置
7選擇還原型NOx催化劑(SCR催化劑)
9氧濃度檢測(cè)傳感器
10排放氣體溫度傳感器
11控制裝置
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，以對(duì)流經(jīng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路的排放氣體的NOx 進(jìn)行凈化的NOx凈化系統(tǒng)為例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的NOx凈化系統(tǒng)及 NOx凈化系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式的NOx 凈化系統(tǒng)1的構(gòu)成。
在該NOx凈化系統(tǒng)1中，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2的排放氣體通路3中從上游 側(cè)開(kāi)始依次配置了上游側(cè)氧化催化劑4、下游側(cè)氧化催化劑5、氨系溶液供 給裝置(尿素添加閥)6、選擇還原型NOx催化劑(SCR催化劑)7。
上游側(cè)氧化催化劑4和下游側(cè)氧化催化劑5是在堇青石蜂窩等多孔質(zhì) 陶瓷的蜂窩結(jié)構(gòu)等擔(dān)載體上擔(dān)載鈀、氧化鈰、鉑、氧化鋁等而形成的。上 游側(cè)氧化催化劑4在排放氣體中存在未燃燃料(烴HC)或一氧化碳(CO) 等時(shí)將其氧化。利用因該氧化所產(chǎn)生的熱使排放氣體升溫，通過(guò)該經(jīng)升溫 的排放氣體可以使下游側(cè)氧化催化劑5或選擇還原型NOx催化劑7升溫。 此外，下游側(cè)氧化催化劑5將一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(N02)，使 NO:N02的比率達(dá)到50:50 (=1:1)。由此，提高該下游側(cè)的選擇還原型NOx 催化劑7的NOx凈化性能。
氨系溶液供給裝置6是用于向選擇還原型NOx催化劑供給在還原NOx 時(shí)的作為還原劑的氨(NH3)的裝置，由從氨系溶液箱8向排放氣體通路3 噴射尿素水溶液或氨水溶液等氨系溶液的噴射閥等形成。
選擇還原型NOx催化劑7是在由堇青石、氧化鋁或氧化鈦等形成的蜂 窩結(jié)構(gòu)等擔(dān)載體上擔(dān)載二氧化鈦-釩、沸石、氧化鉻、氧化錳、氧化鉬、氧化鈦、氧化鎢等而形成的。通過(guò)該構(gòu)成，具有利用氨將NOx還原凈化的功 能。
此外，在上游側(cè)氧化催化劑4的上游側(cè)配置了用于檢測(cè)排放氣體中的
氧濃度的氧濃度傳感器a傳感器)9，在上游側(cè)氧化催化劑4和下游側(cè)氧
化催化劑5之間配置了用于檢測(cè)排放氣體中的溫度的排放氣體溫度傳感器 10。
進(jìn)而，設(shè)置了控制發(fā)動(dòng)機(jī)2的全盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)的被稱(chēng)為ECU (發(fā)動(dòng)機(jī)控制單 元)的控制裝置ll，在該控制裝置ll中輸入發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(例如， 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne，負(fù)載(燃料噴射量)Q等)和氧濃度傳感器9的檢測(cè)氧濃 度及排放氣體溫度傳感器10的檢測(cè)溫度等。控制裝置11基于這些輸入的 數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)2中的共軌電子噴射裝置燃料噴射系統(tǒng)或EGR閥、 吸氣節(jié)流閥等進(jìn)行控制。由此，控制從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的排放氣體中的烴(HC) 的量和排放氣體溫度。
在該NOx凈化系統(tǒng)1中，從發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的排放氣體G在利用上游側(cè) 氧化催化劑4將烴(HC)氧化而流經(jīng)上游側(cè)氧化催化劑4后，利用下游側(cè) 氧化催化劑5將一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(N02)。其后，從氨系溶 液供給裝置6向排放氣體G供給氨系溶液(向排放氣體G中添加)。以由 該氨系溶液產(chǎn)生的氨作為還原劑，排放氣體G中的NOx被選擇還原型NOx 催化劑7還原凈化。該凈化了的排放氣體Gc流經(jīng)排放氣體通路3而排放到 大氣中。
本發(fā)明中，在這些NOx凈化系統(tǒng)1中，控制裝置11根據(jù)圖2所例示 的控制流程如下地進(jìn)行控制。該圖2的控制流程表示如果發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn) 轉(zhuǎn)開(kāi)始，則在需要NOx凈化時(shí)從對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制的控制流程中反 復(fù)調(diào)用來(lái)執(zhí)行，如果發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束，則與對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)2進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制 的控制流程一起結(jié)束。
如果該圖2的控制流程被調(diào)用，則啟動(dòng)，在步驟S11中，輸入排放氣 體溫度傳感器10的檢測(cè)值，在步驟S12中檢査排放氣體溫度Tg。若該排 放氣體溫度Tg為氧化催化劑進(jìn)入活性溫度區(qū)域的判定用溫度Tc以下(否)， 則在步驟S13中進(jìn)行排放氣體升溫控制，若高于判定用溫度Tc (是)，則 進(jìn)入步驟S14。該步驟S13的排放氣體升溫控制例如為汽缸內(nèi)燃料噴射中
10的多級(jí)噴射(多級(jí)延遲噴射)，在規(guī)定的時(shí)間(與檢查排放氣體溫度的間隔 相關(guān)的時(shí)間)之間進(jìn)行。該排放氣體升溫控制進(jìn)行至通過(guò)步驟S12的排放
氣體溫度Tg的檢査得出排放氣體溫度Tg高于判定用溫度Tc為止。
在該步驟S11 步驟S13中，當(dāng)在低負(fù)載區(qū)域等中排放氣體溫度Tg較 低時(shí)，選擇還原型NOx催化劑6的NOx凈化活性低、且NOx凈化性能低， 同時(shí)上游側(cè)氧化催化劑4的HC氧化活性及下游側(cè)氧化催化劑5的NO氧 化活性也低。因此，整體的NOx凈化性能極端地降低。因此，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī) 的多級(jí)噴射(多級(jí)延遲噴射)等技術(shù)使排放氣體溫度Tg升溫，直到上游側(cè) 氧化催化劑4進(jìn)入活性溫度區(qū)域。該溫度通過(guò)上游側(cè)氧化催化劑4的下游 的排放氣體溫度傳感器10進(jìn)行確認(rèn)。該判定用溫度Tc根據(jù)氧化催化劑的 種類(lèi)等而變化，但約為20(TC左右。
在步驟S14中，通過(guò)在汽缸內(nèi)燃料噴射中施加后噴射等向排放氣體中 供給烴等。在該烴的供給中， 一邊利用氧濃度傳感器9的檢測(cè)值來(lái)監(jiān)測(cè)排 放氣體中的氧濃度， 一邊利用發(fā)動(dòng)機(jī)2中的汽缸內(nèi)燃料噴射進(jìn)行反饋控制， 以使得達(dá)到在上游側(cè)氧化催化劑4中大部分烴氧化的氧濃度、即目標(biāo)氧濃 度。該目標(biāo)氧濃度預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求得，并存儲(chǔ)到控制裝置ll中。由于該 目標(biāo)氧濃度受到上游側(cè)氧化催化劑4的催化劑溫度的影響，因此使用排放 氣體溫度傳感器10的檢測(cè)值來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
艮P，如果能夠?qū)⑴欧艢怏w升溫至上游側(cè)氧化催化劑4進(jìn)入活性溫度區(qū) 域，則根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射條件通過(guò)后噴射等向上游側(cè)氧化催化劑4供給烴。 通過(guò)上游側(cè)氧化催化劑4將該烴氧化，利用該氧化反應(yīng)熱使排放氣體的溫 度進(jìn)一步上升。這種情況下，若排放氣體中的氧濃度低，則無(wú)法充分將烴 氧化，未被氧化的烴流入下游側(cè)氧化催化劑5中。此時(shí)，由于N02生成極 端地降低，因此選擇還原型NOx催化劑7的NOx凈化性能降低。因此， 控制汽缸內(nèi)燃料噴射中的后噴射來(lái)調(diào)整烴的量，同時(shí)控制吸氣量和多級(jí)噴 射，以調(diào)整氧濃度。由此，利用上游側(cè)氧化催化劑4使對(duì)于排放氣體的升 溫而言充分量的烴大部分氧化。該吸氣量通過(guò)吸氣節(jié)流控制、EGR控制或 排氣節(jié)流控制等而調(diào)整。
通過(guò)該步驟S14的控制，上游側(cè)氧化催化劑4的下游側(cè)的排放氣體溫 度上升的同時(shí)，排放氣體中的烴基本消失。因此，下游側(cè)氧化催化劑5的NO氧化活性提高。其結(jié)果是，流經(jīng)下游側(cè)氧化催化劑5后的排放氣體中二 氧化氮增加。
由于該二氧化氮的生成是下游側(cè)氧化催化劑5的溫度越高則越多，溫
度越低則越少，因此，進(jìn)而一邊監(jiān)視排放氣體溫度傳感器io的檢測(cè)值，一
邊控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流經(jīng)下游側(cè)氧化催化劑5后的排放氣體中 的一氧化氮與二氧化氮的比NO:N02達(dá)到50:50。
該步驟S14的控制是在排放氣體溫度傳感器10的位置處與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)地求出使預(yù)先通過(guò)事前試驗(yàn)等求得的NO:NO2達(dá)到50:50那樣的 排放氣體溫度，并以該數(shù)據(jù)作為控制目標(biāo)溫度，預(yù)先存儲(chǔ)到控制裝置11中。 然后，在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)中，計(jì)算出與檢測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的控制目 標(biāo)溫度，并進(jìn)行反饋控制，以使得排放氣體溫度傳感器10的檢測(cè)值達(dá)到該 控制目標(biāo)溫度。
換句話(huà)說(shuō)，汽缸內(nèi)燃料噴射通過(guò)以下方式來(lái)迸行在上游側(cè)氧化催化 劑4中供給對(duì)排放氣體的升溫而言充分量的烴，同時(shí)該烴大部分被上游側(cè) 氧化催化劑4氧化。與此同時(shí)，基于氧濃度傳感器9和排放氣體溫度傳感 器10的檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得上游側(cè)氧化催化劑4的下游 的溫度達(dá)到控制目標(biāo)溫度。
該控制是通過(guò)吸氣量與多級(jí)噴射量的比率來(lái)決定氧濃度，通過(guò)吸氣量 和多級(jí)噴射量的大小來(lái)決定排放氣體的溫度，通過(guò)后噴射來(lái)決定向排放氣 體中供給的烴的量。因此，預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等將該吸氣量、多級(jí)噴射量、后 噴射量、及多級(jí)噴射的時(shí)機(jī)、后噴射的時(shí)機(jī)等制作成控制用圖譜數(shù)據(jù)，并 儲(chǔ)存到控制裝置9中，可以容易地實(shí)施該控制。
更詳細(xì)而言，如果增大相對(duì)于吸氣量的多級(jí)噴射量、即"多級(jí)噴射量/ 吸氣量"，則氧濃度降低，如果減小相對(duì)于吸氣量的多級(jí)噴射量，則氧濃度 增大。此外，如果增加吸氣量和多級(jí)噴射量，則排放氣體溫度上升，如果 減小吸氣量和多級(jí)噴射量，則排放氣體溫度降低。進(jìn)而，如果增加后噴射 量，則烴的量增加，排放氣體溫度也上升。如果減少后噴射量，則烴的量 減少，排放氣體溫度也降低。
因此，如果考慮簡(jiǎn)單地將后噴射量固定的情形，則通過(guò)吸氣量與多級(jí) 噴射量的比率可以調(diào)整氧濃度，通過(guò)吸氣量與多級(jí)噴射量的大小可以調(diào)整排放氣體溫度。實(shí)際上，雖然與放熱量等密切相關(guān)，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)等可以求 出包括放熱等很多因素在內(nèi)的控制數(shù)據(jù)。
另外，在排放氣體的低溫區(qū)域中，這些控制是必須的。另一方面，在 通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的中溫區(qū)域和高溫區(qū)域中，上游側(cè)氧化催化劑4充分活化，從
發(fā)動(dòng)機(jī)2排放的排放氣體中的烴幾乎完全被氧化除去，同時(shí)下游側(cè)氧化催 化劑5的NO氧化活性也高。因此，NO:N02充分地達(dá)到50:50。
在規(guī)定的時(shí)間(與該圖2的控制流程被調(diào)出的間隔相關(guān)的時(shí)間)之間 進(jìn)行該步驟S14的汽缸內(nèi)燃料噴射控制后返回，回到調(diào)用圖2的控制流程 的上級(jí)的控制流程。再次從該上級(jí)的控制流程中調(diào)用圖2的控制流程，重 復(fù)執(zhí)行圖2的控制流程。由此，在低溫時(shí)，在進(jìn)行步驟S13的排放氣體升 溫控制后進(jìn)行步驟S14的汽缸內(nèi)燃料噴射控制，在不是低溫時(shí)，進(jìn)行步驟 S14的汽缸內(nèi)燃料噴射控制。通過(guò)該控制，良好地維持選擇還原型NOx催 化劑6的NOx凈化性能。
另外，向選擇還原型NOx催化劑7供給的氨系溶液的量的控制，通過(guò) 與圖2的控制流程不同的控制流程(未圖示)來(lái)進(jìn)行。該氨系溶液的量的 控制可以通過(guò)供給與排放氣體中的NOx量對(duì)應(yīng)的量的公知的控制方法來(lái)進(jìn) 行。
如上所述，在該NOx凈化系統(tǒng)1及NOx凈化系統(tǒng)的控制方法中，以 通過(guò)上游側(cè)氧化催化劑4主要將排放氣體中的烴氧化、通過(guò)下游側(cè)氧化催 化劑5主要將排放氣體中的一氧化氮氧化的方式來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射。 此外，根據(jù)設(shè)置在上游側(cè)氧化催化劑4的上游側(cè)的氧濃度傳感器9的檢測(cè) 值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入上游側(cè)氧化催化劑4的排放氣體的 氧濃度達(dá)到上游側(cè)氧化催化劑4將排放氣體中的大部分烴氧化的排放氣體 的氧濃度。進(jìn)而，根據(jù)設(shè)置在下游側(cè)氧化催化劑5的上游側(cè)的排放氣體溫 度傳感器10的檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入選擇還原型NOx 催化劑6的排放氣體中的一氧化氮與二氧化氮的比例達(dá)到1比1。
根據(jù)上述NOx凈化系統(tǒng)1及NOx凈化系統(tǒng)的控制方法，在上游側(cè)氧 化催化劑4中，通過(guò)將烴(HC)氧化，進(jìn)行排放氣體的升溫、和防止烴流 入下游側(cè)氧化催化劑5中，可以提高下游側(cè)氧化催化劑5的氧化一氧化氮 (NO)的NO氧化活性。由此，利用該下游側(cè)氧化催化劑5將一氧化氮有
13效地氧化成二氧化氮(N02)，使流入選擇還原型NOx催化劑(SCR催化 劑)7的排放氣體中的NO:N02的比率接近于1:1 (=50:50)，能夠提高選擇 還原型NOx催化劑7的NOx的還原反應(yīng)的效率。其結(jié)果是，如圖4所示， 特別是能夠提高低溫區(qū)域的NOx凈化性能，此外，還能夠在整個(gè)溫度域下 提高選擇還原型NOx催化劑7的NOx凈化性能。此外，進(jìn)而，在上述NOx凈化系統(tǒng)l中，構(gòu)成為上游側(cè)氧化催化劑4、 或者下游側(cè)氧化催化劑5中的至少一者具有捕獲排放氣體中的顆粒狀物質(zhì) (PM)的功能。即，由擔(dān)載有氧化催化劑的帶催化劑的柴油顆粒過(guò)濾器形 成上游側(cè)氧化催化劑4、或者下游側(cè)氧化催化劑5中的至少一者。通過(guò)該構(gòu) 成，由于可以將排放氣體中的PM捕獲除去，同時(shí)在該氧化催化劑的升溫 時(shí)被捕獲的PM也被燃燒除去，因此由該P(yáng)M的氧化產(chǎn)生的熱也可以利用 于排放氣體的升溫。因此，可以節(jié)約燃料消耗量。具有上述優(yōu)異效果的本發(fā)明的NOx凈化系統(tǒng)及NOx凈化系統(tǒng)的控制 方法，可以極其有效地利用于設(shè)置在搭載于車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)等中的、并具備 選擇還原型NOx催化劑的NOx氣體凈化系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種NOx凈化系統(tǒng)，其在排放氣體通路中從上游側(cè)開(kāi)始依次具備氧化催化劑、向排放氣體通路供給氨系溶液的氨系溶液供給裝置、選擇還原型NOx催化劑、和控制汽缸內(nèi)燃料噴射的控制裝置，將排放氣體中的NOx還原，其特征在于，設(shè)置2個(gè)所述氧化催化劑，并且所述控制裝置以通過(guò)上游側(cè)氧化催化劑主要將排放氣體中的烴氧化、通過(guò)下游側(cè)氧化催化劑主要將排放氣體中的一氧化氮氧化的方式來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的NOx凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝 置根據(jù)設(shè)置在所述上游側(cè)氧化催化劑的上游側(cè)的氧濃度傳感器的檢測(cè)值來(lái) 控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入所述上游側(cè)氧化催化劑的排放氣體的氧 濃度達(dá)到所述上游側(cè)氧化催化劑將排放氣體中的大部分烴氧化的排放氣體 的氧濃度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的NOx凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制裝置根據(jù)設(shè)置在所述下游側(cè)氧化催化劑的上游側(cè)的排放氣體溫度傳感器 的檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入所述選擇還原型NOx催化劑 的排放氣體中的一氧化氮與二氧化氮的比例達(dá)到50比50。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的NOx凈化系統(tǒng)，其特征在于， 所述上游側(cè)氧化催化劑或者所述下游側(cè)氧化催化劑中的至少一者具有捕獲 排放氣體中的顆粒狀物質(zhì)的功能。
5、 一種NOx凈化系統(tǒng)的控制方法，該NOx凈化系統(tǒng)在排放氣體通路 中從上游側(cè)開(kāi)始依次具備上游側(cè)氧化催化劑、下游側(cè)氧化催化劑、向排放 氣體通路供給氨系溶液的氨系溶液供給裝置、選擇還原型NOx催化劑、和 控制汽缸內(nèi)燃料噴射的控制裝置，將排放氣體中的NOx還原，其特征在于， 以通過(guò)所述上游側(cè)氧化催化劑主要將排放氣體的烴氧化、通過(guò)所述下游側(cè) 氧化催化劑主要將排放氣體中的一氧化氮氧化的方式來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的NOx凈化系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，根據(jù)設(shè)置在所述上游側(cè)氧化催化劑的上游側(cè)的氧濃度傳感器的檢測(cè)值來(lái)控 制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入所述上游側(cè)氧化催化劑的排放氣體的氧濃 度達(dá)到所述上游側(cè)氧化催化劑將排放氣體中的大部分烴氧化的排放氣體的 氧濃度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的NOx凈化系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于，根據(jù)設(shè)置在所述下游側(cè)氧化催化劑的上游側(cè)的排放氣體溫度傳感器的 檢測(cè)值來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射，以使得流入所述選擇還原型NOx催化劑的 排放氣體中的一氧化氮與二氧化氮的比例達(dá)到50比50。
全文摘要
在NOx凈化系統(tǒng)及NOx凈化系統(tǒng)的控制方法中，在氨系溶液供給裝置(6)的上游側(cè)設(shè)置2個(gè)氧化催化劑(4)、(5)，并且以通過(guò)其中的上游側(cè)氧化催化劑(4)主要將排放氣體中的烴氧化、通過(guò)其中的下游側(cè)氧化催化劑(5)主要將排放氣體中的一氧化氮氧化的方式來(lái)控制汽缸內(nèi)燃料噴射。由此，在向選擇還原型NOx催化劑(6)供給用于還原NOx的氨系溶液而將排放氣體中的NOx凈化時(shí)，將流入選擇還原型NOx催化劑(6)的排放氣體中的HC、NO、NO₂的濃度設(shè)為恰當(dāng)?shù)臐舛?，通過(guò)選擇還原型NOx催化劑(6)有效地將NOx凈化，使低溫區(qū)域的NOx凈化性能提高。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101680332SQ20088001984
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者我部正志, 長(zhǎng)岡大治 申請(qǐng)人:五十鈴自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社