專利名稱：發(fā)動機的排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將氨用作還原劑來凈化排氣中的氮氧化物(以下簡稱為“NO/。)的發(fā)動機的排氣凈化裝置，詳細地說，涉及利用數(shù)值模型對吸附于NOx催化劑的催化劑層的氨的量進行推定計算，根據(jù)算出的氨吸附量來控制向NOx催化劑供給的氨的量的技術。
背景技術：
在將氨用作還原劑來凈化從以柴油發(fā)動機為代表的稀薄燃燒發(fā)動機排出的NOx的催化劑系統(tǒng)中，對在氨的產(chǎn)生源中用作其前體的尿素水溶液(以下稱為“尿素水”。)進行了研究(特開2000-027627號公報等)，并已經(jīng)實際應用。
在使用這樣的尿素水的催化劑系統(tǒng)(以下稱為“尿素SCR”。)中，在發(fā)動機的排氣通道設置選擇還原型NOx催化劑(以下，簡單地稱為“N0X催化劑”。)，而且在該NOx催化劑的上游側(cè)設置向排氣噴射供給尿素水的還原劑添加裝置。由還原劑添加裝置向排氣供給的尿素水中的尿素利用排氣熱發(fā)生加水分解而產(chǎn)生氨，該氨在NOx催化劑的催化劑層上與排氣中的NOx進行反應，由此還原凈化N0X。在此，根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，有時存在不與NOx進行反應而通過NOx催化劑的氨(以下，將該現(xiàn)象稱為“氨逃逸”。)。對于氨逃逸，在國土交通省自動車交通局制定的技術方針(“尿素選擇還原型催化劑系統(tǒng)的技術方針”)中是有規(guī)定的，不只是要減小向大氣中的NOx放出量，而且極力抑制氨逃逸在尿素SCR的實際應用上也變得重要。在沸石類催化劑等一般采用的NOx催化劑中，利用其吸附能力在低溫時預先使氨吸附于催化劑層，由此增加了氨和NOx的接觸機會，使NOx凈化率提高。但是，如果盡管在低溫時已經(jīng)吸附了接近飽和狀態(tài)的量的氨，仍不考慮該情況地繼續(xù)供給尿素水，則超過與吸附能力對應的上限的量的氨不會吸附于催化劑層，而會直接通過NOjJt化劑。另一方面，如果在加速時等增負荷運轉(zhuǎn)時不考慮氨吸附量地持續(xù)供給尿素水，則排氣溫度的上升會導致產(chǎn)生所吸附的氨的脫離，從而成為助長氨逃逸的結(jié)果。因此，在尿素SCR中需要考慮吸附于NOjJt化劑的氨的量(以下稱為“氨吸附量”。)來供給尿素水。在此，關于考慮了氨吸附量的尿素SCR，存在如下技術。根據(jù)發(fā)動機的NOx排出量和與NOx催化劑的溫度對應的NOx凈化率，算出NOx的還原所消耗的氨的量，將其從上次算出的氨保持量減去，將減去后剩余的量作為現(xiàn)在的氨保持量來算出(下述專利文獻I)。并且，以算出的氨保持量收于規(guī)定范圍內(nèi)的方式控制氨類溶液的供給量。在此，在NOx凈化率的算出中，一般是使用事先通過實驗等設定的映射圖?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I :特開2008-261253號公報(段落號0053、0054)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
如此，上述專利文獻I記載的技術是使用事先設定的映射圖來算出NOx催化劑的氨吸附量，而不是利用數(shù)值模型來對此進行推定計算。
_2] 用于解決問題的方案本發(fā)明是設計對在NOx催化劑的內(nèi)部發(fā)生的還原化學反應進行算式化而成的催化劑反應模型，將其編入與還原劑添加相關的控制裝置，由此能推定準確的氨吸附量，兼顧NOx凈化率的提高和氨逃逸的抑制。在本發(fā)明的一個方式中，發(fā)動機的排氣凈化裝置包含如下部分而構成在發(fā)動機的排氣通道中設置的選擇還原型NOx催化劑；對發(fā)動機的排氣在NOx催化劑的上游側(cè)添加氨或者其前體的還原劑添加裝置；以及算出針對NOx催化劑的氨供給量，根據(jù)算出的氨供給量來控制還原劑添加裝置的控制裝置。在此，上述控制裝置包含如下部分而構成存儲了對將吸附于NOx催化劑的催化劑層的氨作為有效還原劑的與NOx的還原相關的化學反應進行算式化而成的第I催化劑反應模型的第I存儲部；從第I存儲部取得第I催化劑反應模型，對 將NOx催化劑的內(nèi)部以在其軸方向上成串的方式分割而成的多個單元分別利用取得的第I催化劑反應模型來算出氨吸附量的氨吸附量算出部；以及基于氨吸附量算出部算出的各單元的氨吸附量中的與發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對應的規(guī)定單元的氨吸附量，算出氨供給量的氨供給量算出部。在其它方式中，本發(fā)明是對于在發(fā)動機的排氣通道中在NOx催化劑的上游側(cè)設置的氧化催化劑，構筑對其內(nèi)部的NO(—氧化氮)的氧化反應進行算式化而成的第2催化劑反應模型，利用第2催化劑反應模型對流入NOx催化劑的排氣的NO2 (二氧化氮)比率進行推定計算，且使其反映到氨供給量的算出，由此能算出與實際的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相符合的氨供給量。在此，對NO2比率進行推定計算的NO2比率運算裝置包含如下部分而構成存儲了第2催化劑反應模型的第2存儲部；和從第2存儲部取得第2催化劑反應模型,對將氧化催化劑的內(nèi)部以在其軸方向上成串的方式分割而成的多個單元分別利用取得的第2催化劑反應模型來算出通過各單元的排氣的NO2比率，將對上述多個單元中的位于最下游側(cè)的單元算出的NO2比率作為流入NOx催化劑的排氣的NO2比率來算出的NO2比率算出部，控制裝置基于NO2比率運算裝置算出的NO2比率，算出針對NOx催化劑的氨供給量。在除此以外的其它方式中，發(fā)動機的排氣凈化裝置包含如下部分而構成在發(fā)動機的排氣通道中設置的選擇還原型NOJt化劑；在排氣通道中在NCUt化劑的上游側(cè)設置的氧化催化劑；對發(fā)動機的排氣在NOx催化劑的上游側(cè)添加氨或者其前體的還原劑添加裝置；對流入NOx催化劑的排氣的NO2比率進行推定計算的NO2比率運算裝置；以及基于NO2比率運算裝置算出的NO2比率來算出針對NOx催化劑的氨供給量，根據(jù)算出的氨供給量來控制還原劑添加裝置的控制裝置。在此，NO2比率運算裝置包含如下部分而構成存儲了第2催化劑反應模型的第2存儲部；和從第2存儲部取得第2催化劑反應模型,對將氧化催化劑的內(nèi)部以在其軸方向上成串的方式分割而成的多個單元分別利用第2催化劑反應模型來算出通過各單元的排氣的NO2比率，將對上述多個單元中的位于最下游側(cè)的單元算出的NO2比率作為流入NOx催化劑的排氣的NO2比率來算出的NO2比率算出部。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，將對在NOx催化劑的內(nèi)部發(fā)生的還原化學反應進行算式化而成的催化劑反應模型(第I催化劑反應模型)編入與還原劑添加相關的控制裝置，利用第I催化劑反應模型來算出NOx催化劑的氨吸附量，由此能不使用映射圖地推定準確的氨吸附量。并且，基于利用第I催化劑反應模型算出的氨吸附量，算出針對NOx催化劑的氨供給量，而且在氨供給量的算出中使用與發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對應的規(guī)定單元的氨吸附量，由此能設定考慮了氨吸附量的催化劑軸方向分布的適當?shù)陌惫┙o量，能夠兼顧NOx凈化率的提高和氨逃逸的抑制。而且，根據(jù)本發(fā)明，對在NOx催化劑的上游側(cè)設置的氧化催化劑，構筑對其內(nèi)部的NO (一氧化氮)的氧化反應進行算式化而成的第2催化劑反應模型，利用第2催化劑反應模型對流入NOx催化劑的排氣的NO2比率進行推定計算，且使其反映到對NOx催化劑的氨供給量的算出，由此能算出與實際的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相符合的更適當?shù)陌惫┙o量。關于本發(fā)明的其它目的和特征，根據(jù)參照附圖的以下說明會變得清楚。作為優(yōu)先權主張的基礎的日本專利申請第2010-069326號的全部內(nèi)容作為本申請的一部分被編入，在以下的說明中參照。


[圖I]第I實施方式的柴油發(fā)動機及其排氣凈化裝置的構成圖[圖2]第I實施方式的還原劑添加控制單元的構成圖[圖3]第I實施方式的NOx催化劑的氨吸附量推定部位(單元)的說明圖[圖4]第I實施方式的催化劑反應模型(第I催化劑反應模型)的說明圖[圖5]示出第I實施方式的還原劑添加控制的基本程序的流程的流程圖[圖6]示出圖5的基本程序中的尿素水噴射量算出處理(S108)的內(nèi)容的流程圖[圖7]第I實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(尿素水噴射量)[圖8]第I實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(SCR出口氣體濃度)[圖9]第I實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(SCR出口NOx累計值、SCR出口 NH3累計值、尿素水噴射量累計值)[圖10]第I實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(NOx凈化率)[圖11]與氨吸附量推定部位對應的排氣凈化性能、以及氨逃逸量(Total/Max)和尿素水消耗量的比較說明圖[圖12]本發(fā)明的第2實施方式的柴油發(fā)動機的排氣凈化裝置的構成圖[圖13]第2實施方式的還原劑添加控制單元的構成圖[圖14]第2實施方式的氧化催化劑的NO2比率運算部位(單元)的說明圖[圖15]第2實施方式的催化劑反應模型(第2催化劑反應模型)的說明圖[圖16]示出第2實施方式的還原劑添加控制的基本程序的流程的基本流程圖[圖17]示出圖16的基本程序中的尿素水噴射量算出處理(S108)的內(nèi)容的流程圖[圖18]示出第2實施方式的排氣凈化裝置的增負荷運轉(zhuǎn)時的動作的一個例子的說明圖[圖19]示出增負荷運轉(zhuǎn)時的氨吸附量的軸方向分布的時效變化的一個例子的說明圖[圖20]第2實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(尿素水噴射量)
[圖21]第2實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(SCR出口氣體濃度)[圖22]第2實施方式的與映射圖控制相比較的效果的說明圖(NOx凈化率、SCR出口 NH3累計值)
具體實施例方式以下參照附圖來說明本發(fā)明的實施的方式。圖I是本發(fā)明的第I實施方式的柴油發(fā)動機(以下，簡單地稱為“發(fā)動機”。)I及其排氣凈化裝置2的構成圖。本實施方式的排氣凈化裝置2具備安裝于發(fā)動機I的排氣管101的選擇還原型NOx催化劑201 ;和在該NOx催化劑201的上游側(cè)設置為能向排氣供給尿素水的尿素水噴射 器202(相當于“還原劑添加裝置”。)，將以尿素水噴射器202向排氣供給的尿素水作為產(chǎn)生源的氨用作還原劑來還原凈化發(fā)動機I排出的N0X。雖未圖示，但在本實施方式中，在NOx催化劑201的上游側(cè)設置氧化催化劑，利用該氧化催化劑使排氣中的NO的一部分轉(zhuǎn)換為NO2，來謀求流入NOx催化劑201的排氣中的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的平衡。在排氣管101中的NOx催化劑201的上游側(cè)(在本實施方式中，為NOx催化劑201和未圖示的氧化催化劑之間)設置有NOx傳感器211、溫度傳感器212、壓力傳感器213以及氧傳感器214，另一方面，在下游側(cè)設置有壓力傳感器215。NOx傳感器211檢測NOx催化劑201上游的排氣的NOx濃度(以下稱為“SCR上游NOx濃度”。)，溫度傳感器212檢測NOx催化劑201上游的排氣溫度(以下稱為“SCR上游排氣溫度”。)，壓力傳感器213檢測NOjJt化劑201上游的排氣壓力(以下稱為“SCR上游排氣壓力”。)ο并且，氧傳感器214輸出與NOx催化劑201上游的排氣的氧濃度(以下稱為“SCR上游氧濃度”。)對應的電信號。壓力傳感器215在NOx催化劑201的下游側(cè)裝配于其外殼，檢測NOx催化劑201出口附近的壓力(以下稱為“SCR出口壓力”。)。NOx傳感器211、溫度傳感器212、壓力傳感器213、氧傳感器214以及壓力傳感器215的檢測信號輸入到下面敘述的還原劑添加控制單元301 (相當于“控制裝置”，以下簡稱為“EOT”。)。除上述以外，在本實施方式中，還設置運轉(zhuǎn)狀態(tài)傳感器111和112，利用這些傳感器111、112檢測作為表示發(fā)動機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的指標的燃料流量和發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度，向ECU301輸入。E⑶301基于輸入的各種傳感器輸出來算出針對NOx催化劑201的氨供給量，控制尿素水噴射器202。圖2利用框圖示出了本實施方式的尿素水添加控制單元(ECU) 301的構成。在本實施方式中，將對在NOx催化劑201的內(nèi)部發(fā)生的還原化學反應進行算式化而成的催化劑反應模型(相當于“第I催化劑反應模型”，以下稱為“SCR催化劑反應模型”。)編入氨吸附量算出部316，根據(jù)尿素水噴射量Qu_和排氣凈化裝置2的動作條件，利用該SCR催化劑反應模型來算出NOx催化劑201的氨吸附量。平均值算出部311算出E⑶301所輸入的各種傳感器輸出的移動平均值(例如，10點移動平均值)。由此，緩和傳感器輸出的每時每刻的偏差給予氨吸附量的算出的影響。尿素當量比算出部312和氨目標吸附量算出部313基于平均值算出部311算出的SCR上游NOx濃度的平均值NOXsaiin和SCR上游排氣溫度的平均值TseKin、以及NOx催化劑201的空間速度GHSV,根據(jù)事先存儲的響應曲面(Response Surface)算出尿素當量比CPurea和氨目標吸附量SNH3 thMstold。在本實施方式中，在尿素當量比和氨目標吸附量的各響應曲面的設定中，使流入NOx催化劑201的排氣中的NO2和NO的比率(摩爾比率)近似于I : I?？臻g速度(各氣體的空間速度)GHSV由空間速度算出部314算出，空間速度算出部314基于發(fā)動機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)(在本實施方式中，為燃料流量Qf和發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度Ne)，算出空間速度 GHSV。尿素水噴射量算出部315基于尿素當量比算出部312和氨目標吸附量算出部313算出的尿素當量比tPurea和氨目標吸附量SNH3—thre;shaLd、下面敘述的 氨吸附量算出部316算出的氨吸附量Snh3」(在本實施方式中，為后面敘述的SNH3 _tOT)、以及SCR上游NOx濃度NOXsaiin和空間速度GHSV，算出尿素水噴射量QUMa。尿素水噴射量Qurea輸出到氨吸附量算出部316，另一方面，被變換為對尿素水噴射器202的控制指令信號，輸出到尿素水噴射器202的未圖示的驅(qū)動單元。氨吸附量算出部316基于尿素水噴射量算出部315算出的尿素水噴射量Quraa、催化劑溫度算出部317算出的NOx催化劑201的催化劑層的溫度Temp以及各種傳感器輸出，利用SCR催化劑反應模型來算出各單元的氨吸附量Sra3在本實施方式中，SCR催化劑反應模型存儲于能以非易失性存儲器(例如，閃存)等方式實現(xiàn)的存儲部316a，在還原劑添加控制時由氨吸附量算出部316從存儲部316a讀出。算出的氨吸附量Sffl3 i中的與發(fā)動機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對應的規(guī)定單元的氨吸附量Sra3」(在本實施方式中，為Sra3 _tOT)輸入到尿素水噴射量算出部315,在尿素水噴射量Quraa的算出中使用。在本實施方式中，尿素當量比算出部312、氨目標吸附量算出部313以及尿素水噴射量算出部315相當于“氨供給量算出部”，氨吸附量算出部316相當于“氨吸附量算出部”，存儲部316a相當于“第I存儲部”。在此，說明本實施方式的催化劑反應模型。在本實施方式中，設計對將吸附于NOx催化劑201的催化劑層的氨(以下，特別稱為“吸附氨”。)作為有效還原劑的還原相關的一系列的化學反應進行算式化而成的催化劑反應模型(SCR催化劑反應模型)。所謂有效還原劑，是指將實際上有助于NOx的還原的還原劑，將吸附于催化劑層的吸附部位或者活性點σ的狀態(tài)的氨特別用化學記號σΝΗ3來表示。該吸附氨σ NH3是本實施方式的有效還原劑。以下示出在本實施方式中考慮的化學反應。NOx的還原化學反應包括氨的加水分解；氨的吸附和脫離；將吸附氨作為有效還原劑的NOx的還原；以及吸附氨的氧化。[算式I](NH2) 2C0+H20 — 2NH3+C02
NH3 + σ σΝΗ3
Ν0+Ν02+2 σ NH3 — 2Ν2+3Η20+2 σ4 σ ΝΗ3+302 — 2Ν2+6Η20+4 σ在本實施方式中，如圖3所示，將NOx催化劑201的內(nèi)部分割為在催化劑軸方向上成串的多個單元(單元I 5)，對這些單元I 5分別使用SCR催化劑反應模型來算出氨吸附量Sra3 i (i = I 5)。并且，選擇算出的5處的氨吸附量Sra3 i中的與發(fā)動機I的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對應的規(guī)定單元的氨吸附量，使其反映到尿素水噴射量Qu_的算出。每I單元的氨吸附量Sra3」示出NOx催化劑201的氨吸附率(或者覆蓋率)。在本實施方式中，后面敘述的增負荷運轉(zhuǎn)時的氨吸附量Snh3」采用位于NOx催化劑201的軸方向中央部的單元3的氨吸附
S麗3—center。圖4是SCR催化劑反應模型的說明圖，該圖㈧和⑶根據(jù)圖中軸方向(z方向)的近似一維流動分別示出了對各單元考慮的質(zhì)量平衡和能量平衡。下式(I)表示與還原相關的化學物種Xi在氣相中的質(zhì)量平衡，下式(2)表示化學物種Xi在催化劑層中的質(zhì)量平衡。下式(3)表示氣相的能量平衡，下式(4)表示催化劑層的能量平衡。式中DUgas、[XiIcat分別表示化學物種Xi在氣相或者催化劑層中的濃度。[算式2]
權利要求
1.一種發(fā)動機的排氣凈化裝置， 將氨用作還原劑來還原凈化發(fā)動機排出的N0X， 包含如下部分而構成 在發(fā)動機的排氣通道中設置的選擇還原型NOx催化劑； 對上述發(fā)動機的排氣在上述NOx催化劑的上游側(cè)添加氨或者其前體的還原劑添加裝置；以及 算出對上述NOx催化劑的氨供給量，根據(jù)算出的氨供給量來控制上述還原劑添加裝置的控制裝置， 上述控制裝置包含如下部分而構成 存儲了對將吸附于上述NOx催化劑的催化劑層的氨作為有效還原劑的與上述NOx的還原相關的化學反應進行算式化而成的第I催化劑反應模型的第I存儲部； 從上述第I存儲部取得上述第I催化劑反應模型，對將上述NOx催化劑的內(nèi)部以在其軸方向上成串的方式分割而成的多個單元分別利用上述取得的第I催化劑反應模型來算出氨吸附量的氨吸附量算出部；以及 基于上述氨吸附量算出部算出的各單元的氨吸附量中的與上述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對應的規(guī)定單元的氨吸附量，算出上述氨供給量的氨供給量算出部。
2.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第I催化劑反應模型包含表示與上述NOx的還原相關的化學物種在氣相和催化劑層各自中的質(zhì)量平衡的算式而構成。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第I催化劑反應模型以軸方向的一維流動來近似上述NOx催化劑內(nèi)部的流動，包含表示上述化學物種在上述氣相中的質(zhì)量平衡的式(I)和表示上述化學物種在上述催化劑層中的質(zhì)量平衡的式(2)而構成，而且，式(2)的系數(shù)1^與反應頻度因子A、活性化能量Ea、氣體常數(shù)R以及溫度T有關而由式(3)來表示， [算式I]￥+與k…⑴ [算式2] =…(2) [算式3]ki = Aexp {-Ea/ (RT)} ... (3)。
4.根據(jù)權利要求3所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 進一步包含檢測上述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測機構而構成， 上述氨吸附量算出部根據(jù)上述運轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測機構檢測出的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而至少變更上述式⑵和⑶的系數(shù)k”
5.根據(jù)權利要求I至4中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 算出上述氨吸附量的單元包含上述多個單元中的位于上述NOx催化劑的軸方向中央部的單元。
6.根據(jù)權利要求I至5中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述控制裝置具有事先設定了相對于流入上述NOJt化劑的NOx的氨當量比和上述NOx催化劑的氨目標吸附量的響應曲面， 上述氨供給量算出部從上述響應曲面算出氨當量比和氨目標吸附量，基于算出的氨當量比和氨目標吸附量以及上述規(guī)定單元的氨吸附量，算出上述氨供給量。
7.根據(jù)權利要求I至6中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述控制裝置進一步包含算出每I單元的氨目標吸附量的氨目標吸附量算出部而構成，在上述氨吸附量算出部算出的氨吸附量大于上述氨目標吸附量算出部算出的氨目標吸附量的情況下，停止上述還原劑添加裝置所進行的氨或者前體的添加。
8.根據(jù)權利要求I至7中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述控制裝置進一步包含將上述NOx催化劑的各單元中的催化劑層的溫度作為第I催化劑溫度來算出的第I催化劑溫度算出部而構成， 上述氨吸附量算出部基于上述第I催化劑溫度算出部算出的各單元的上述第I催化劑溫度和上述氨供給量算出部算出的氨供給量，算出上述氨吸附量。
9.根據(jù)權利要求I至7中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 進一步包含檢測上述NOx催化劑的上游側(cè)的排氣溫度的排氣溫度檢測機構而構成， 上述控制裝置進一步包含根據(jù)上述排氣溫度檢測機構檢測出的排氣溫度算出考慮了經(jīng)由上述發(fā)動機的排氣管的散熱特性的上述NOx催化劑的入口溫度的催化劑入口溫度算出部， 上述氨吸附量算出部基于上述催化劑入口溫度算出部算出的上述NOx催化劑的入口溫度，算出上述氨吸附量。
10.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述控制裝置還包含基于上述催化劑入口溫度算出部算出的上述NOx催化劑的入口溫度，將上述NOjJt化劑的各單元中的催化劑層的溫度作為第I催化劑溫度來算出的第I催化劑溫度算出部而構成， 上述氨吸附量算出部基于上述第I催化劑溫度算出部算出的第I催化劑溫度和上述氨供給量算出部算出的氨供給量，算出上述氨吸附量。
11.根據(jù)權利要求8或10所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第I催化劑反應模型除了包含上述式(I)和(2)以外，還包含表示上述氣相和催化劑層各自的能量平衡的算式而構成， 上述第I催化劑溫度算出部利用表示上述能量平衡的算式來算出各單元的上述第I催化劑溫度。
12.根據(jù)權利要求11所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第I催化劑反應模型包含表示上述氣相的能量平衡的式(4)和表示上述催化劑層的能量平衡的式(5)而構成， [算式4]
13.根據(jù)權利要求I至12中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 進一步包含如下部分而構成 在上述排氣通道中在上述NOx催化劑的上游側(cè)設置的氧化催化劑； 對流入上述NOx催化劑的排氣的NO2比率進行推定計算的NO2比率運算裝置， 上述NO2比率運算裝置包含如下部分而構成 存儲了對上述氧化催化劑中的NO的氧化反應進行算式化而成的第2催化劑反應模型的第2存儲部；以及 從上述第2存儲部取得上述第2催化劑反應模型，對將上述氧化催化劑的內(nèi)部以在其軸方向上成串的方式分割而成的多個單元分別利用上述第2催化劑反應模型來算出通過各單元的排氣的NO2比率，將對上述多個單元中的位于最下游側(cè)的單元算出的NO2比率作為上述流入的排氣的NO2比率來算出的NO2比率算出部， 上述控制裝置基于上述NO2比率運算裝置算出的NO2比率，算出對上述NOx催化劑的氨供給量。
14.根據(jù)權利要求13所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第2催化劑反應模型包含表示上述氧化催化劑中的N02、NO以及O2在氣相和催化劑層各自中的質(zhì)量平衡的算式而構成。
15.根據(jù)權利要求14所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第2催化劑反應模型以軸方向的一維流動來近似上述氧化催化劑內(nèi)部的流動，包含表示在上述氣相中的質(zhì)量平衡的(6)和表示在上述催化劑層中的質(zhì)量平衡的式(7)而構成，而且，式(7)的系數(shù)匕與反應頻度因子A、活性化能量Ea、氣體常數(shù)R以及溫度T有關而由式⑶來表示，
16.根據(jù)權利要求13至15中的任一項所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述NO2比率運算裝置進一步包含將上述氧化催化劑的各單元中的催化劑層的溫度作為第2催化劑溫度來算出的第2催化劑溫度算出部而構成， 上述NO2比率算出部基于上述第2催化劑溫度算出部算出的第2催化劑溫度，算出通過上述各單元的排氣的NO2比率。
17.根據(jù)權利要求16所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第2催化劑反應模型除了包含上述式(6)和(7)以外，還包含表示上述氣相和催化劑層各自的能量平衡的算式而構成， 上述第2催化劑溫度算出部利用表示上述能量平衡的算式來對各單元算出上述第2催化劑溫度。
18.根據(jù)權利要求17所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第2催化劑反應模型包含表示上述氣相的能量平衡的式(9)和表示上述催化劑層的能量平衡的式(10)而構成，
19.一種發(fā)動機的排氣凈化裝置， 將氨用作還原劑來還原凈化發(fā)動機排出的N0X， 包含如下部分而構成 在發(fā)動機的排氣通道中設置的選擇還原型NOx催化劑； 在上述排氣通道中在上述NOx催化劑的上游側(cè)設置的氧化催化劑； 對上述發(fā)動機的排氣在上述NOx催化劑的上游側(cè)添加氨或者其前體的還原劑添加裝置； 作為對流入上述NOjJt化劑的排氣的NO2比率進行推定計算的、包含如下部分而構成的NO2比率運算裝置 存儲了對上述氧化催化劑中的NO的氧化反應進行算式化而成的第2催化劑反應模型的第2存儲部；以及 從上述第2存儲部取得上述第2催化劑反應模型，對將上述氧化催化劑的內(nèi)部以在其軸方向上成串的方式分割而成的多個單元分別利用上述第2催化劑反應模型來算出通過各單元的排氣的NO2比率，將對上述多個單元中的位于最下游側(cè)的單元算出的NO2比率作為上述流入的排氣的NO2比率來算出的NO2比率算出部；以及 基于上述NO2比率運算裝置算出的NO2比率，算出對上述NOx催化劑的氨供給量，根據(jù)算出的氨供給量來控制上述還原劑添加裝置的控制裝置。
20.根據(jù)權利要求19所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置， 上述第2催化劑反應模型包含表示上述氧化催化劑中的N02、NO以及O2在氣相和催化劑層各自中的質(zhì)量平衡的第I算式和表示上述氣相和催化劑層各自的能量平衡的第2算式而構成， 上述第I算式以軸方向的一維流動來近似上述氧化催化劑內(nèi)部的流動，且對反應頻度因子A、活性化能量Ea、氣體常數(shù)R以及溫度T，由式(13)來定義系數(shù)kp包含表示在上述氣相中的質(zhì)量平衡的式(11)和表示在上述催化劑層中的質(zhì)量平衡的式(12)而構成， 上述第2算式包含表示上述氣相的能量平衡的式(14)和表示上述催化劑層的能量平衡的式(15)而構成， [算式11]
全文摘要
發(fā)動機的排氣凈化裝置包含如下部分而構成選擇還原型NOx催化劑；在NOx催化劑的上游側(cè)設置的氧化催化劑；向發(fā)動機的排氣添加NOx的還原劑的還原劑添加裝置；控制還原劑添加裝置的控制裝置；以及對流入NOx催化劑的排氣的NO2比率進行推定運算的NO2比率運算裝置。利用對氧化催化劑中的NO的氧化反應進行算式化而成的催化劑反應模型，算出流入NOx催化劑的排氣的NO2比率，并且利用對NOx催化劑中的與NOx的還原相關的化學反應進行算式化而成的催化劑反應模型，反映NO2比率，算出NOx催化劑中的氨吸附量。
文檔編號F01N3/08GK102812215SQ20118001503
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2010年3月25日
發(fā)明者正木信彥, 平田公信, 草鹿仁, 加藤秀朗, 野竹康正 申請人:優(yōu)迪卡汽車株式會社, 學校法人早稻田大學