專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
已公知在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置NOx選擇還原催化劑，向NOx選擇還 原催化劑供給尿素，使由該尿素產(chǎn)生的氨吸附在NOx選擇還原催化劑上， 主要利用該吸附的氨選擇性地還原排氣(廢氣)中所含有的NO,的內(nèi)燃機(jī) (例如參照日本特開2005-127256號(hào)^^艮)。在利用這樣地4皮NOx選擇還 原催化劑吸附的氨選擇性地還原排氣中所含有的NOx的場(chǎng)合，若使吸附在 NOx選擇還原催化劑上的氨量為飽和狀態(tài)，則能夠得到最大的NOx凈化率。
因此，對(duì)于上述的內(nèi)燃機(jī)而言，在NOx選擇還原催化劑的上游側(cè)和下 游側(cè)分別配置NOx傳感器，由這些NOx傳感器的檢測(cè)值求出NOx選擇還 原催化劑的NOx凈化率，由該NOx凈化率和從內(nèi)燃機(jī)排出的NOx量算出 在NOx選擇還原催化劑中為還原NOx而被消耗的吸附氨量，由該吸附氨的 消耗量和尿素的供給量算出被NOx選擇催化劑吸附的吸附氛量，控制尿素 的供給使得該吸附氨量為飽和狀態(tài)。
然而，NOx傳感器不僅檢測(cè)排氣中所含有的NOx,還檢測(cè)排氣中所含 有的氨，因此并不知道NOx傳感器的輸出值是表示排氣中所含有NOx量還 是表示氨量。所以，若基于NOx傳感器的輸出值控制尿素的供給量，則存 在不能夠?qū)⑽桨绷繙?zhǔn)確地控制為目標(biāo)量的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供能夠準(zhǔn)確地判斷NOx選擇還原催化劑上的氨
3吸附量是否飽和的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其是在內(nèi)燃機(jī)排氣通
路內(nèi)配置NOx選擇還原催化劑，向NO,選擇還原催化劑供給尿素，使由該 尿素產(chǎn)生的氨吸附于NOx選擇還原催化劑上，并主要利用該吸附的氨選擇 性地還原排氣中所含有的NOx的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，在NOx選擇還原 催化劑下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，配置能夠檢測(cè)排氣中所含有的NOx和氨 的NO,傳感器，基于減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向內(nèi)燃機(jī)的燃料供給被停止時(shí)的NO,傳感 器的檢測(cè)值，判斷NOx選擇還原催化劑上的氨吸附量是否飽和。
在本發(fā)明中，由于在減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向內(nèi)燃機(jī)的燃料供給被停止時(shí)，即排 氣中不含有NOx時(shí)基于NO、傳感器的檢測(cè)值判斷NOx選擇還原催化劑上 的氨吸附量是否飽和，因此能夠準(zhǔn)確地判斷NOx選擇還原催化劑上的氨吸 附量是否飽和。


圖1是壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的總體圖；圖2是表示壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的
另一實(shí)施例的總體圖；圖3是表示NOx傳感器的輸出值的圖；圖4是表示 目標(biāo)氨吸附量Qt及其修正量厶Qtijk、 KQT等的圖；圖5是表示NOx傳
感器的輸出值變化的時(shí)間圖；圖6是用于控制內(nèi)燃才幾運(yùn)轉(zhuǎn)的流程圖；圖7
是表示排出NO,量NOXA的圖譜等的圖。
具體實(shí)施例方式
圖l表示壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的總體圖。
參照?qǐng)D1，圖中標(biāo)號(hào)分別表示如下1-內(nèi)燃機(jī)主體、2_各氣缸的燃燒室、 3-用于向各燃燒室2內(nèi)分別噴射燃料的電子控制式燃料噴射閥、4-吸氣岐 管、5-排氣岐管。吸氣岐管4通過吸氣導(dǎo)管6與排氣渦輪增壓器7的壓縮 機(jī)7a的出口連接，壓縮機(jī)7a的入口通過吸入空氣量檢測(cè)器8與空氣濾清 器9連接。在吸氣導(dǎo)管6內(nèi)配置有由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門10，而且在 吸氣導(dǎo)管6周圍配置有用于將在吸氣導(dǎo)管6內(nèi)流動(dòng)的吸入空氣冷卻的冷卻裝置11。在圖1所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻水被導(dǎo)入到冷卻裝置11內(nèi)， 吸入空氣被內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。
另 一方面，排氣岐管5與排氣渦輪增壓器7的排氣渦輪7b的入口連接， 排氣渦輪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鄰接地配置有用于捕集排氣中所含有的粒子狀物質(zhì)的 微粒過濾器13，該微粒過濾器13的出口通過排氣管14與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的出口連接有氧化催化 劑16。
在NOx選擇還原催化劑15上游的排氣管14內(nèi)配置有尿素水供給閥 17，該尿素7JC供給閥17通過供給管18、供給泵19與尿素7jc罐20連接。 貯藏在尿素水罐20內(nèi)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(nèi)流動(dòng)的排氣中，排氣中含有的NOx在NOx選擇還原催化劑中 被由尿素產(chǎn)生的氨((NH2) 2CO+H20—2NH3+C02)還原。
排氣岐管5和吸氣岐管4，通過排氣再循環(huán)(以下稱為EGR)通路21 相互連接，在EGR通路21內(nèi)配置有電子控制式EGR控制閥22。并且， 在EGR通路21周圍配置有用于將在EGR通路21內(nèi)流動(dòng)的EGR氣體冷 卻的冷卻裝置23。在圖l所示的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)冷卻水被導(dǎo)入到冷卻裝 置23內(nèi)，EGR氣體被內(nèi)燃機(jī)冷卻水冷卻。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與燃料罐27連接。燃料罐27內(nèi)所貯藏的燃料，由燃料泵26 向共軌25內(nèi)供給，供給到共軌25內(nèi)的燃料經(jīng)由各燃料供給管24供給到燃 料噴射閥3。
電子控制單元30包括數(shù)字計(jì)算機(jī)，具有由雙向性總線31相互連接的 ROM (只讀存儲(chǔ)器)32、 RAM (隨機(jī)存儲(chǔ)器)33、 CPU (微處理器)34、 輸入端口 35和輸出端口 36。在NOx選擇還原催化劑15的上游側(cè)和下游側(cè) 分別配置有溫度傳感器28a、 28b，而且在NOx選擇還原催化劑15的下游 側(cè)配置有NOx傳感器29。這些溫度傳感器28a、 28b、 NO、傳感器29和吸 入空氣量檢測(cè)器8的輸出信號(hào)分別通過相對(duì)應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37輸入到輸入
5端口 35。
另 一方面，在油門踏板40上連接有產(chǎn)生與油門踏板40的踏下量L成 比例的輸出電壓的負(fù)荷傳感器41，負(fù)荷傳感器41的輸出電壓通過相對(duì)應(yīng) 的AD轉(zhuǎn)換器37輸入到輸入端口 35。而且，在輸入端口 35上連接有每當(dāng) 曲軸旋轉(zhuǎn)例如15。就產(chǎn)生輸出脈沖的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42。另一方面，輸出 端口 36通過相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路38與燃料噴射泵3、節(jié)氣門IO的驅(qū)動(dòng)用步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)、尿素水供給閥17、供給泵19、 EGR控制閥22以及燃料泵26 連接。
氧化催化劑12擔(dān)栽有例如鉑之類的貴金屬催化劑，該氧化催化劑12 發(fā)揮將排氣中含有的NO轉(zhuǎn)換成N02的作用和使排氣中含有的HC氧化的 作用。另一方面，作為微粒過濾器13,可以使用不擔(dān)載催化劑的微粒過濾 器，也可以使用擔(dān)載了例如鉑之類的貴金屬催化劑的微粒過濾器。另外， NO,選擇還原催化劑15由在低溫下具有較高的NOx凈化率的氨吸附型的 Fe沸石構(gòu)成。氧化催化劑16擔(dān)載有例如包含鉑的貴金屬催化劑，該氧化 催化劑16發(fā)揮將從NOx選擇還原催化劑15漏出的氨進(jìn)行氧化的作用。
圖2表示壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在氧化催 化劑16的下游配置有微粒過濾器13，因此在該實(shí)施例中，氧化催化劑12 的出口通過排氣管14與NO,選擇還原催化劑15的入口連接。
另外，NOx傳感器29本來是用于檢測(cè)排氣中的NOx的傳感器。然而， 排氣中含有的氨NH3也在NOx傳感器29中被氧化成NOx，這樣一來NOx 傳感器29會(huì)檢測(cè)排氣中所含有的NOx以及氨。圖3表示NOx傳感器29 的輸出電壓V與排氣中的NOx濃度以及NH3濃度的關(guān)系。由圖3可知， NO、傳感器29的輸出電壓V與排氣中的NOx濃度以及NH3濃度成比例。
在圖4(A)中，Qt表示處于飽和狀態(tài)的NOx選擇還原催化劑15上的 氨吸附量，即飽和吸附量，在本發(fā)明的實(shí)施例中，該氨的飽和吸附量Qt 被作為目標(biāo)氨吸附量。如圖4 ( A )所示，該目標(biāo)氨吸附量Qt是NOx選擇 還原催化劑15的床溫TC的函數(shù)，床溫TC越高該目標(biāo)氨吸附量Qt越低。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，在開始使用內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)初，控制尿素的供給使得NOx
6選擇還原催化劑15上的氨吸附量變?yōu)槟繕?biāo)氨吸附量Qt。
然而，氨的飽和吸附量根據(jù)NOx選擇還原催化劑15而不同，并且該 氨的飽和吸附量隨著使用期間經(jīng)過而變化。因此，發(fā)生目標(biāo)氨吸附量Qt 超過氨的飽和吸附量的情況，該情況下，沒有吸附完的大量的氨從NOx選 擇還原催化劑15中排出。該場(chǎng)合下，為了阻止氨從NOx選擇還原催化劑 15中排出，必須使目標(biāo)氨吸附量Qt降低。因此在本發(fā)明中，由NOx傳感 器29檢測(cè)氨從NOx選擇還原催化劑15中的排出，相應(yīng)于該NO、傳感器 29的檢測(cè)值向減少的方向修正目標(biāo)氨吸附量Qt。
以下參照?qǐng)D5對(duì)采用該NOx傳感器29進(jìn)行的氨排出的檢測(cè)方法進(jìn)行 說明。圖5表示內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃料向內(nèi)燃機(jī)的供給被停止的時(shí)候。即，在 油門踏板40的踏下量L為零、開始減速時(shí)，在內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N比復(fù)位轉(zhuǎn)速 NZ例如800rpm高時(shí)，燃料的供給被停止，接著當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N降低到 復(fù)位轉(zhuǎn)速NZ時(shí)，再開始燃料的供給。
另外，在NOx選擇還原催化劑15上的氨吸附量超過飽和吸附量時(shí)， 在減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，即使燃料的供給被停止時(shí)，氨也從NOx選擇還原催化劑15 中排出。另一方面，在燃料的供給被停止時(shí)，不從內(nèi)燃機(jī)中排出NOx,所 以此時(shí)能夠由NOx傳感器29檢測(cè)是否從NOx選擇還原催化劑15中排出氨。 因此，在本發(fā)明中，基于減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向內(nèi)燃機(jī)的燃料供給被停止時(shí)的NOx 傳感器29的檢測(cè)值，判斷NOx選擇還原催化劑15上的氨吸附量是否飽和。
在N(X選擇還原催化劑15上的氨吸附量超過飽和吸附量時(shí)，即使在 減速運(yùn)轉(zhuǎn)開始前也從NOx選擇還原催化劑15中排出氨?？墒牵捎诖藭r(shí) 氨被用于還原排氣中含有的NOx，因此從NOx選擇還原催化劑15中排出 的氨量為少量。并且，此時(shí)從NOx選擇還原催化劑15中排出的NOx量也 為少量。因此如圖5所示，通常，減速運(yùn)轉(zhuǎn)開始前的NOx傳感器29的輸 出值V低，當(dāng)開始減速運(yùn)轉(zhuǎn)、燃料的供給被停止時(shí)，由于不存在應(yīng)該還原 的NOx，因此NOx傳感器29的輸出值V增大。
在減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在燃料的供給被停止時(shí)，尿素的供給也被停止，因此, 此時(shí)從NOx選擇還原催化劑15中排出的氨量先上升，然后，隨著相對(duì)于飽和吸附量剩余的吸附氨量減少而減少。可以認(rèn)為，此時(shí)相對(duì)于飽和吸附
量剩余的氨量與NOx傳感器29的檢測(cè)值V的最大值Vmax成比例，或者 與NOx傳感器M的檢測(cè)值V的積分值i:v成比例。然而，在本發(fā)明的實(shí) 施例中，減速運(yùn)轉(zhuǎn)開始后，經(jīng)過直到穩(wěn)定的等待時(shí)間At后，開始NOx傳 感器29的檢測(cè)作用。因此，最大值Vmax是經(jīng)過等待時(shí)間At后的NOx 傳感器29的檢測(cè)值V的最大值，積分值EV是經(jīng)過等待時(shí)間At后，直到 經(jīng)過tx時(shí)間的NOx傳感器29的檢測(cè)值V的累積值。
另外，在本發(fā)明中，在基于NOx傳感器29的檢測(cè)值判斷出NC^選擇 還原催化劑15上的氨吸附量飽和時(shí)，目標(biāo)氨吸附量Qt向減少方向修正。 該場(chǎng)合下，在本發(fā)明中，預(yù)先存儲(chǔ)NOx傳感器29的輸出值與目標(biāo)氨吸附 量Qt的修正量AQt的關(guān)系，基于該關(guān)系由N(X傳感器29的輸出值算出 目標(biāo)氨吸附量Qt的修正量AQt。
具體地講，在本發(fā)明的實(shí)施例中，目標(biāo)氨吸附量Qt的修正值A(chǔ)Qtijk， 作為與排氣量即吸入空氣量Ga和NOx選擇還原催化劑15的床溫TC以及 NOx傳感器29的輸出值V的最大值Vmax或積分值ZV的函數(shù)，以圖4 (B)所示的三維圖的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。該場(chǎng)合下，如圖4(C) 所示，目標(biāo)氨吸附量Qt的修正值A(chǔ)Qtijk與最大值Vmax或積分值E V成 正比。
求出目標(biāo)氨吸附量Qt的修正量AQtijk，由目標(biāo)氨吸附量Qt減去修正 量AQtijk的減算結(jié)果(Qt-AQtijk)被作為新的目標(biāo)氨吸附量，控制尿素 的供給，使得NOx選擇還原催化劑15上的氨吸附量為該新的目標(biāo)氨吸附 量(Qt-AQtijk)。接著，在這樣的狀態(tài)下進(jìn)行減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在從NOx選 擇還原催化劑15中再次排出氨時(shí)，由NOx傳感器29的檢測(cè)值再次算出修 正量AQtijk，該修正量被加到此前所使用的修正量中，被作為新的修正量 KQt。
求出新的修正量KQt，如圖4 ( A)所示，由目標(biāo)氨吸附量Qt減去修 正量KQt的減算結(jié)果(Qt-KQt)被作為新的目標(biāo)氨吸附量，控制尿素的 供給，使得NOx選擇還原催化劑15上的氨吸附量為該新的目標(biāo)氨吸附量(Qt-KQt)。由圖4(B)可知，修正量AQtijk，即KQt相應(yīng)于吸入空氣 量Ga和NOx選擇還原催化劑15的床溫TC而變化，因此新的目標(biāo)氨吸附 量(Qt-KQt)不僅相應(yīng)于NOx選擇還原催化劑15的床溫TC而變化，而 且相應(yīng)于吸入空氣量Ga而變化。
圖6表示用于控制內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的程序。再者，該程序通過每隔一定時(shí) 間的插入來執(zhí)行。
參照?qǐng)D6，首先在步驟50中判別油門踏板40的踏下量L是否為零。 在油門踏板40的踏下量L不為零時(shí)進(jìn)入到步驟51中進(jìn)行燃料噴射控制。 接著，在步驟52中算出每單位時(shí)間從燃燒室2排出的排出NOx量NOXA。 該排出NOxf NOXA，如圖7 ( A)所示那樣作為要求扭矩TQ和內(nèi)燃機(jī) 轉(zhuǎn)速N的函數(shù)以圖譜的形式預(yù)選存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。
接著，在步驟53中，算出NOx選擇還原催化劑15的NOx凈化率R。 該NOx凈化率R如圖7 (B)所示那樣是NOx選擇還原催化劑15的床溫 TC的函數(shù)，而且相應(yīng)于排氣量即吸入空氣量Ga而變化，該NOx凈化率R， 如圖7(C)所示作為吸入空氣量Ga和NOx選擇還原催化劑15的床溫TC 的函數(shù)以圖譜的形式預(yù)先存儲(chǔ)在ROM32內(nèi)。
接著，在步驟54中，由排出NOx量NOXA和NOx凈化率R算出為 了還原NOx每單位時(shí)間所消耗的吸附氨量ND。接著在步驟55中，算出以 尿素的形式每單位時(shí)間所供給的供給氨量NI。接著在步驟56中，算出NOx 選擇還原催化劑15的氨吸附量ENH3 ( ENH3+NI-ND)。接著在步驟57 中，判別該氨吸附量ENH3是否比目標(biāo)氨吸附量(Qt-KQt)大?！闚H3< (Qt-KQt)時(shí)進(jìn)入步驟58中供給尿素，ENH3> (Qt-KQt)時(shí)進(jìn)入步驟 59中停止尿素的供給。
另一方面，在步驟50中油門踏板40的踏下量L為零時(shí)進(jìn)入步驟60 中，判別內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速N是否比復(fù)位轉(zhuǎn)速NZ (圖5 )低。N>NZ時(shí)進(jìn)入步驟 61中停止燃料的供給，接著在步驟62中停止尿素的供給。接著在步驟63 中判別是否經(jīng)過了等待時(shí)間At,經(jīng)過了等待時(shí)間At時(shí)進(jìn)入步驟64中由一 對(duì)溫度傳感器28a、 28b的輸出值的平均值檢測(cè)NOx選擇還原催化劑l5的床溫TC，而且檢測(cè)吸入空氣量Ga和NOx傳感器29的輸出值V。
接著在步驟60中判別出N《NZ時(shí)，進(jìn)入步驟65中判別在上次的處 理循環(huán)中是否N〉NE。在N〉NE時(shí)，即在由N>NE變?yōu)镹<NE時(shí)進(jìn)入步 驟66算出時(shí)間tx (圖5)內(nèi)的床溫TC和吸入空氣量Ga的平均值。接著 在步驟67中算出NOx傳感器29的輸出值V的最大值Vmax或積分值E V。 接著在步驟68中基于這些床溫TC的平均值、吸入空氣量Ga的平均 值以及最大值Vmax或積分值EV，由圖4 (B)所示的三維圖譜算出修正 量AQijk。接著在步驟69中更新修正量KQt (—KQt+AQijk)。另一方 面，在步驟65中判斷出不是N〉NZ時(shí)，進(jìn)入步驟51中再開始燃料噴射。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，是在內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置NOx選擇還原催化劑，向該NOx選擇還原催化劑供給尿素，使由該尿素產(chǎn)生的氨吸附于NOx選擇還原催化劑上，并主要利用該吸附的氨選擇性地還原排氣中所含有的NOx的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，在NOx選擇還原催化劑下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)，配置能夠檢測(cè)排氣中所含有的NOx和氨的NOx傳感器，基于減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向內(nèi)燃機(jī)的燃料供給被停止時(shí)的NOx傳感器的檢測(cè)值，判斷NOx選擇還原催化劑上的氨吸附量是否飽和。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其具備控制尿素的 供給量使得NOx選擇還原催化劑上的氨吸附量為目標(biāo)氨吸附量的尿素供給 量控制單元，在基于NOx傳感器的檢測(cè)值判斷出NOx選擇還原催化劑上的 氨吸附量飽和時(shí)，將所述目標(biāo)氨吸附量向減少方向修正。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中，預(yù)先存儲(chǔ)所 述NOx傳感器的輸出值與所述目標(biāo)氨吸附量的修正量的關(guān)系，基于該關(guān)系 由N(X傳感器的輸出值算出目標(biāo)氨吸附量的修正量。
全文摘要
在內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有NO_x選擇還原催化劑(15)。向NO_x選擇還原催化劑(15)供給尿素，由該尿素產(chǎn)生的氨被NO_x選擇還原催化劑(15)吸附，主要利用該吸附的氨選擇性地還原排氣中所含有的NO_x。在NO_x選擇還原催化劑(15)下游的內(nèi)燃機(jī)排氣通路內(nèi)配置有能夠檢測(cè)排氣中含有的NO_x和氨的NO_x傳感器(29)，基于減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向內(nèi)燃機(jī)的燃料供給被停止時(shí)的NO_x傳感器(29)的檢測(cè)值，判斷NO_x選擇還原催化劑(15)上的氨吸附量是否飽和。
文檔編號(hào)F01N3/08GK101548074SQ200880000890
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者伊藤丈和, 伊藤和浩, 利岡俊祐, 小田富久, 田內(nèi)豐 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社