CN101680328A - 内燃发动机排气净化装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用NOx储存－还原催化剂单元(22)和NOx选择还原催化剂单元(23)净化排气的内燃发动机排气净化装置。NOx选择还原催化剂单元(23)设于排气通道(18)中的NOx储存－还原催化剂单元(22)的下游。该装置还包括尿素喷射装置(24)和尿素喷射控制装置(50)。尿素喷射装置(24)例如为用于将尿素喷射至排气通道(18)中的喷射阀。如果NOx储存－还原催化剂单元(22)的温度和NOx选择还原催化剂单元(23)的温度中的至少之一等于或者低于基准温度，则尿素喷射控制装置(50)禁止执行尿素喷射装置(24)的尿素喷射。照此，使得生成的氰酸最小化，从而抑制了氰酸从NOx储存－还原催化剂单元(22)和/或NOx选择还原催化剂单元(23)泄漏。

Description

内燃发动机排气净化装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机排气净化装置以及一种用于控制该装置的方法。
背景技术
现有技术中已公开了一种排气净化装置，其结合有设于排气通道中的高温活化型NOx催化剂单元和低温活化型NOx催化剂单元用于去除NOx。例如，日本专利申请公报No.2004-218475(JP-A-2004-218475)说明了一种排气净化装置，其中，NOx选择还原催化剂单元设于NOx储存-还原催化剂单元的上游并且尿素喷射至排气通道中。按照这种构造，该排气净化装置能够在低温和高温下去除NOx。更具体地，在该公报所述的排气净化装置中，当NOx选择还原催化剂单元的进口处的排气的温度较低时，不供应还原剂(例如尿素)并且在NOx储存-还原催化剂单元去除NOx。另一方面，当NOx选择还原催化剂单元的进口处的排气的温度较高时，供应还原剂使得在NOx选择还原催化剂单元去除NOx。例如，如果尿素作为还原剂供应至排气中时，通过尿素的水解生成氨(NH3)。氨在NOx选择还原催化剂单元与NOx反应，由此去除NOx。
此外，日本专利申请公报No.2006-274986(JP-A-2006-274986)说明了一种排气净化装置，其中NOx选择还原催化剂单元设于NOx储存-还原催化剂单元的下游，并且燃料(HC)供应装置设于NOx储存-还原催化剂的上游，并且基于催化剂单元的温度控制设于NOx选择还原催化剂的上游的尿素供应装置。
同时，当从尿素生成氨时，如果生成氨的反应不充分时，则可生成不能转化为氨的氰酸(HNCO)。当正生成这种氰酸时，生成的氨的量必然减少，从而使NOx去除率相应地减少。然而，JP-A-2004-218475和JP-A-2006-274986根本上未解决该问题。
发明内容
本发明提供一种适当地执行尿素喷射以抑制生成不能转化为氨的氰酸的内燃发动机排气净化装置，还提供一种用于控制这种内燃发动机排气净化装置的方法。
本发明的第一方面涉及一种内燃发动机排气净化装置，其具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在排气通道中设于NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元。该内燃发动机排气净化装置具有：尿素喷射装置，其设于NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至排气通道中；以及尿素喷射控制装置，如果NOx储存-还原催化剂单元的温度和NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个等于或者低于基准温度，则尿素喷射控制装置禁止从尿素喷射装置执行尿素喷射。
按照本发明的第一方面的内燃发动机排气净化装置，通过NOx储存-还原催化剂单元和NOx选择还原催化剂单元能够适当地净化排气。NOx选择还原催化剂单元设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元的下游。内燃发动机排气净化装置还具有尿素喷射装置和尿素喷射控制装置。尿素喷射装置例如为适于将尿素喷射至排气通道中的尿素喷射阀。尿素喷射控制装置例如为ECU(电控单元)，如果NOx储存-还原催化剂单元的温度和NOx选择还原催化剂单元的温度中的至少之一等于或者低于基准温度，则ECU适于禁止执行尿素喷射装置的尿素喷射。基准温度对应于如下催化剂温度：在等于和小于所述催化剂温度的情况下由尿素生成的氰酸不转化为氨。并且能够按照经验方式预先确定基准温度。因此，如果一种或者两种催化剂温度低于基准温度，则未转化为氨的氰酸可能从NOx储存-还原催化剂单元和/或从NOx选择还原催化剂单元泄漏。然而，按照本发明的第一方面的内燃发动机排气净化装置，通过禁止执行尿素喷射装置的尿素喷射使得生成的这种不能转化为氨的氰酸最小化，从而能够抑制氰酸从NOx储存-还原催化剂单元和/或NOx选择还原催化剂单元泄漏。
本发明的第二方面涉及一种内燃发动机排气净化装置，其具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在排气通道中设于NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元。该内燃发动机排气净化装置还具有：尿素喷射装置，其设于NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至排气通道中；氨生成量检测装置，其设于尿素喷射装置的下游以检测生成的氨量；以及尿素喷射控制装置，其基于从尿素喷射装置喷射的尿素量和生成的氨量来计算氨转化率，并且如果计算出的氨转化率等于或者低于基准比率，则禁止从尿素喷射装置执行尿素喷射。
按照本发明的第二方面的内燃发动机排气净化装置，通过NOx储存-还原催化剂单元和NOx选择还原催化剂单元能够适当地净化排气。按照本发明的第二方面的内燃发动机排气净化装置还具有尿素喷射装置、氨生成量检测装置和尿素喷射控制装置。尿素喷射装置例如为适于将尿素喷射至排气通道中的尿素喷射阀。氨生成量检测装置例如为氨传感器。尿素喷射控制装置例如为ECU，其基于从尿素喷射装置喷射的尿素量和生成的氨量来计算氨转化率，并且如果计算的氨转化率等于或者低于基准比率，则抑制执行尿素喷射装置的尿素喷射。基准比率可为以下比率：在等于和小于该比率的情况下能够推断由尿素生成的氰酸没有正在转化为氨。亦即，如果氨转化率等于或者低于基准比率，则不能转化为氨的氰酸可能从NOx储存-还原催化剂单元和/或从NOx选择还原催化剂单元泄漏。然而，按照本发明的第二方面的内燃发动机排气净化装置，通过禁止执行尿素喷射装置的尿素喷射使得生成的这种不能转化为氨的氰酸最小化，从而能够抑制氰酸从NOx储存-还原催化剂单元和/或NOx选择还原催化剂单元泄漏。
本发明的第三方面涉及一种用于控制内燃发动机排气净化装置的方法，内燃发动机排气净化装置具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在排气通道中设于NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元。该方法包括：检测NOx储存-还原催化剂单元的温度和NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个；以及如果NOx储存-还原催化剂单元的温度和NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个等于或者低于基准温度，则禁止从尿素喷射装置执行尿素喷射，尿素喷射装置设于NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至排气通道中。
按照如上所述的本发明的第三方面的内燃发动机排气净化装置的控制方法，能够使生成的不能转化为氨的氰酸最小化，从而能够抑制氰酸从NOx储存-还原催化剂单元和/或NOx选择还原催化剂单元泄漏。
本发明的第四方面涉及一种用于控制内燃发动机排气净化装置的方法，内燃发动机排气净化装置具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在排气通道中设于NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元。该方法包括：在尿素喷射装置的下游侧检测氨生成量，尿素喷射装置设于NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至排气通道中；基于从尿素喷射装置喷射的尿素量和检测出的氨生成量来计算氨转化率；以及如果计算出的氨转化率等于或者低于基准值，则禁止从尿素喷射装置执行尿素喷射。
按照如上所述的本发明的第四方面的内燃发动机排气净化装置的控制方法，能够使生成的不能转化为氨的氰酸最小化，从而能够抑制氰酸从NOx储存-还原催化剂单元和/或NOx选择还原催化剂单元泄漏。
附图说明
通过以下参考附图对示例性实施方式的说明将显见本发明的上述以及其它特征和优点，其中相似的标号用于标示相似的元件，其中：
图1为示意性地示出结合有按照本发明第一示例性实施方式的内燃发动机排气净化装置的内燃发动机的构造的视图；
图2为示出由按照本发明第一示例性实施方式的内燃发动机排气净化装置执行的控制程序的流程图；
图3为示意性地示出结合有按照本发明第二示例性实施方式的内燃发动机排气净化装置的内燃发动机的构造的视图；以及
图4为示出由按照本发明第二示例性实施方式的内燃发动机排气净化装置执行的控制程序的流程图。
具体实施方式
此后，将参考附图说明本发明的示例性的实施方式。
首先将说明本发明的第一示例性的实施方式。
图1示意性地示出结合有按照本发明的第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置的车辆100的构造。在图1中，实箭头代表气流，虚箭头代表信号输入和输出。
车辆100具有进气通道3、节流阀6、稳压罐7、发动机(内燃发动机)8、燃料喷射阀9、排气通道18、三元催化剂单元21、NOx催化剂单元22、NOx选择还原催化剂单元23、尿素喷射阀24、排气温度传感器25、燃料箱30、尿素溶液箱31和ECU(电控单元)50。
进气通道3为进气从其中通过供应至发动机8的通道。节流阀6和稳压罐7设于进气通道3中。节流阀6用于调节将要供应至发动机8的进气量，稳压罐7用于存储将要供应至发动机8的进气。发动机8被供应了经进气通道3输送的进气以及从燃料喷射阀9喷射的燃料。更具体地，进气和燃料供应至气缸8a的燃烧室8b。亦即，燃料存储于燃料罐30中，并经燃料供应管道30a供应至燃料喷射阀9，然后从燃料喷射阀9供应至燃烧室8b。燃料喷射阀9由来自ECU 50的控制信号控制。
由供应至燃烧室8b的进气和燃料组成的空气-燃料混合物由点火塞12点燃并在燃烧室8b中燃烧。当空气-燃料混合物在燃烧室8b中如此燃烧时，活塞8c进行往复运动。燃烧室8b的这种往复运动通过连杆8d传递至发动机8的曲轴(未在附图中示出)，从而使曲轴旋转。应注意，尽管为了说明的方便图1仅示出一个气缸8a，但是发动机8可具有两个或者更多个气缸。另外，发动机8未必为直接喷射式发动机(缸内喷射式发动机)，其中，燃料直接供应至燃烧室8b。亦即，例如，发动机8可选地能够为进气口喷射式发动机，其中，燃料喷射至进气通道中。
进气门10和排气门11设于燃烧室8b中。当进气门10打开时，进气通道3与燃烧室8b相互连通；当进气门10关闭时，进气通道3与燃烧室8b之间的连通中断。同样，当排气门11打开时，排气通道18与燃烧室8b相互连通；当排气门11关闭时，排气通道18与燃烧室8b之间的连通中断。
发动机8中的燃烧产生的排气排放至排气通道18。在排气通道18中，三元催化剂单元21、尿素喷射阀24、NOx储存-还原催化剂单元22、NOx选择还原催化剂单元23以及排气温度传感器25按照该次序从上游侧布置到下游侧。三元催化剂单元21由包含作为活性成分的稀有金属(例如铂和铑)的催化剂制成。三元催化剂单元21能够去除包含于排气中的NOx(NOx)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)等。三元催化剂单元21用作所谓的启动催化剂。尿素喷射阀24为用于将尿素喷射至三元催化剂单元21与NOx储存-还原催化剂单元22之间的排气通道18部分中的阀。尿素存储于尿素溶液箱31中，经尿素供应通道31a供应至尿素喷射阀24，然后从尿素喷射阀24喷射至排气通道18中。尿素喷射阀24由来自ECU 50的控制信号控制。从而，尿素喷射阀24可视为权利要求书中“尿素喷射装置”的一个示例。
NOx储存-还原催化剂单元22为高温活化型催化剂单元，其吸收包含于排气中的NOx从而还原存储的NOx。更具体地，当排气中的空气-燃料比稀时，NOx吸收至NOx储存-还原催化剂单元22，并且当排气的空气-燃料比浓或者处于化学计量水平时，存储于NOx储存-还原催化剂单元22中的NOx通过还原剂(例如氢气、一氧化碳、碳氢化合物)还原。例如，当NOx储存-还原催化剂单元22已经吸收了达到其容量限度的NOx时，ECU 50执行所谓的燃料过量供给控制(RS控制)来迫使排气的空气-燃料比变浓，由此还原存储于NOx储存-还原催化剂单元22中的NOx。从而，NOx储存-还原催化剂单元22为所谓的NSR(NOx储存-还原)催化剂单元。
NOx选择还原催化剂单元23为低温活化型催化剂，其在还原剂(例如氨)存在的情况下选择性地减少NOx。更具体地，从尿素喷射阀24喷出的尿素通过与排气反应发生水解，以致生成氨，随后在NOx选择还原催化剂单元23处通过所生成的氨还原NOx。从而，NOx选择还原催化剂单元23为所谓的SCR(选择催化还原)催化剂单元。
在第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，尿素喷射阀24设于NOx储存-还原催化剂单元22的上游，而不设于NOx选择还原催化剂23与NOx储存-还原催化剂单元22之间，并且尿素供应至NOx储存-还原催化剂单元22和NOx选择还原催化剂单元23。以下将简要说明如此布置的原因。
当在开始燃料过量供给控制之后排气的空气燃料比已变浓时，存储于NOx储存-还原催化剂单元22中的NOx易于从NOx储存-还原催化剂单元22的表面释放。此时，尽管来自发动机8的排气包含大量的还原剂，但是在燃料过量供给控制的早期还原剂在三元催化剂单元21处消耗，从而，几乎没有还原剂供应至NOx储存-还原催化剂单元22。因此，从NOx储存-还原催化剂单元22释放的NOx泄漏至外部。随后，当氧气等已经从三元催化剂单元21去除时，还原剂开始供应至NOx储存-还原催化剂单元22并用于还原NOx储存-还原催化剂单元22中的氧气和NOx。在燃料过量供给控制之前从尿素喷射阀24喷射尿素，使得由于喷射的尿素生成的氨导致NOx储存-还原催化剂单元22中的NOx从该催化剂单元中去除(亦即，NOx还原为无毒的氮)。从而，将尿素喷射阀24设于NOx储存-还原催化剂单元22的上游的原因是抑制易于在燃料过量供给控制的早期发生NOx泄漏。此外，由于尿素喷射阀24位于NOx储存-还原催化剂单元22的上游，即使由喷射的尿素生成的氰酸和氨(将在以后详细说明)从NOx储存-还原催化剂单元22泄漏，它们也被消耗用于减少NOx储存-还原催化剂单元22的上游侧的NOx选择还原催化剂单元23处的NOx，由此，使泄漏至外部的氰酸和氨最小化。
排气温度传感器25为用于检测NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度的传感器。排气温度传感器25将指示检测的排气温度的检测信号输入ECU 50。
冷却剂温度传感器26为用于检测在发动机8中形成的水夹套中循环的冷却剂的温度的传感器。冷却剂温度传感器26将指示检测的冷却剂温度的检测信号输入ECU 50。
ECU 50由CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、AD(模数)转换器等组成，这些部件均未在附图中示出。基于在车辆中设置的各种传感器的输出，ECU 50执行各种车辆操作控制。例如，基于设置于NOx储存-还原催化剂单元22和NOx选择还原催化剂单元23的催化剂温度传感器中的至少之一、负荷传感器以及旋转传感器的输出，ECU 50确定发动机8的操作状态。基于从排气温度传感器25输入的检测信号，ECU 50确定NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度。在第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，基于发动机8的操作状态并基于NOx储存-还原催化剂单元22的温度和NOx选择还原催化剂单元23的温度中的至少之一(或者NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度)，ECU 50确定是否将尿素从尿素喷射阀24喷射至排气通道18。照此，ECU 50可视为权利要求书中的“尿素喷射控制装置”的一个示例。
以下将详细说明由ECU 50执行的控制程序。如前所述，在第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，基于发动机8的操作状态并基于NOx储存-还原催化剂单元22的温度和NOx选择还原催化剂单元23的温度中的至少之一(或者NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度)，ECU 50确定是否将尿素从尿素喷射阀24喷射至排气通道18。亦即，为了达到抑制生成不能转化为氨的氰酸的目的，即使发动机8的当前操作状态满足执行尿素喷射的所有条件(在必要处将称为“尿素喷射条件”)，ECU 50仍将基于发动机8的操作状态并基于NOx储存-还原催化剂单元22的温度和NOx选择还原催化剂单元23的温度中的至少之一(或者NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度)确定是否喷射尿素，这将在以下进行更详细的说明。
首先，原则上，当预定的喷射条件全部满足时，ECU 50执行将尿素从尿素喷射阀24喷射至排气通道18内的操作。更具体地，尿素喷射条件包括发动机8当前未在暖机、发动机8以高发动机转速和高负荷运转并且NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23未劣化。原则上，只要这些尿素喷射条件全部满足，则ECU 50执行将尿素从尿素喷射阀24喷射至排气通道18内的操作。将尿素喷射至排气通道18时发动机8需要以高发动机转速和高负荷运转的原因在于，当发动机8以高发动机转速和高负荷运转时，进入NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的NOx的量被视为相对较大。
然而，在第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，即使在上述尿素喷射条件全部满足的情况下，如果很可能生成不能转化为氨的氰酸，则ECU 50执行将尿素从尿素喷射阀24喷射至排气通道18内的操作。禁止的原因将在以下详细说明。
首先将说明氰酸生成的机理。当尿素((NH2)CO)喷射至典型的汽油发动机的排气中时，其通过与排气的反应进行水解，从而生成氨(NH3)。这些反应由以下化学反应式(1)和(2)表示。
(NH2)2CO→NH3+HNCO...(1)
HNCO+H2O→NH3+CO2...(2)
利用如上生成的氨，在NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23处可去除排气中的NO和NO2。更具体地，此时，NO和NO2将分解为氮气(N2)，如以下化学反应式(3)-(5)所示。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O...(3)
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O...(4)
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O...(5)
从化学反应式(1)显见，氰酸(HNCO)为从尿素生成氨的过程中的中间产物。如果NOx储存-还原催化剂单元22的温度和/或NOx选择还原催化剂单元23的温度较低，则氨的生成反应变得不充分。更具体地，如果NOx储存-还原催化剂单元22的温度和/或NOx选择还原催化剂单元23的温度较低，则其使得化学反应式(2)的反应相对难以发生。在该情况下，由于仅发生化学反应式(1)的反应，则会生成不能转化为氨的氰酸，并且生成的氰酸可从NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23泄漏。
根据上述问题，在第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，如果NOx储存-还原催化剂单元22的温度和/或NOx选择还原催化剂单元23的温度低于基准温度(亦即处于可能生成氰酸的状态中)，ECU 50适于抑制尿素喷射阀24的尿素喷射。在该情况下，由于不从尿素喷射阀24喷射尿素，使得生成的不能转化为氨的氰酸最小化，并且能够抑制氰酸从NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23泄漏。
以下将参考图2中示出的流程图说明第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中执行的控制程序。该控制程序以给定的时间间隔由ECU 50重复地执行。以下将说明的基准值A、B、C和D为用于确定是否执行尿素喷射的值，并且它们按照经验方式确定并存储于ECU50的ROM或者类似设备中。
在控制程序开始之后，在步骤S101中，ECU 50首先基于来自冷却剂温度传感器26的检测信号确定发动机8的冷却剂的温度Twt。然后，在步骤S102中，ECU 50确定冷却剂温度Twt是否高于基准温度A。亦即，在步骤S102中，ECU 50参考冷却剂温度Twt来确定发动机当前是否正在暖机。如果在步骤S102中判定冷却剂温度Twt等于或者低于基准温度A(步骤S102：否)，则表示发动机当前正在暖机。从而，在该情况下，ECU 50进行至步骤S112并禁止执行尿素喷射阀24的尿素喷射。另一方面，如果在步骤S102中判定冷却剂温度Twt高于基准温度A(步骤S102：是)，则表示发动机8已经暖机。在该情况下，ECU 50进行至步骤S103。
在步骤S103中，ECU 50基于从旋转传感器输入的检测信号确定发动机转速NE。然后，在步骤S104中，ECU 50确定所确定的发动机转速NE是否高于基准值B。亦即，在步骤S104中，ECU 50基于发动机转速NE来确定发动机8是否正运行于预定的发动机高转速范围内。如果在步骤S104中判定发动机转速NE等于或者低于基准值B(步骤S104：否)，则表示发动机8的当前发动机转速未处于预定的发动机高转速范围内。因此，在该情况中，ECU 50进行至步骤S112并禁止执行尿素喷射。在另一方面，如果在步骤S104中判定发动机转速NE高于基准值B(步骤S104：是)，则表示发动机8的当前发动机转速处于预定的发动机高转速范围内。在该情况中，ECU 50进行至步骤S105。
在步骤S105中，ECU 50基于从负荷传感器输入的检测信号确定发动机负荷MP。然后，在步骤S106中，ECU 50判定发动机负荷MP是否大于基准值C。亦即，在步骤S106中，ECU 50参考发动机负荷MP来确定当前的发动机负荷是否处于预定的发动机高负荷范围内。如果在步骤S106中判定发动机负荷MP等于或者小于基准值C(步骤S106：否)，则表示发动机8上的当前负荷未处于预定的发动机高负荷范围内。从而，在该情况中，ECU 50进行至步骤S112并禁止执行尿素喷射阀24的尿素喷射。另一方面，如果在步骤S106中判定发动机负荷MP大于基准值C(步骤S106：是)，则表示发动机8上的当前负荷处于预定的高发动机负荷范围内。在该情况中，ECU 50进行至步骤S107。
在步骤S107中，基于从设置于NOx储存-还原催化剂单元22和NOx选择还原催化剂单元23等上的催化剂温度传感器中的至少之一输入的检测信号，ECU 50确定催化剂劣化系数Kobd。然后，在步骤S108中，ECU 50确定催化剂劣化系数Kobd是否大于基准值D。亦即，在步骤S108中，ECU 50参考催化剂劣化系数Kobd来确定NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23是否已经劣化。如果在步骤S108中判定催化剂劣化系数Kobd大于基准值D(步骤S108：是)，则表示NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23已经劣化。因此，在该情况中，ECU 50进行至步骤S112并禁止执行尿素喷射阀24的尿素喷射。另一方面，如果在步骤S108中判定催化剂劣化系数Kobd等于或者小于基准值D(步骤S108：否)，则表示NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23还未劣化。在该情况中，ECU 50进行至步骤S109。
照此，通过执行步骤S101至步骤S108中的操作，ECU 50确定发动机8的当前操作状态是否正满足全部的尿素喷射条件。
在步骤S109中，ECU 50基于来自设于NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂传感器的检测信号确定NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的温度Tcat，或者ECU 50基于来自排气温度传感器25的检测信号确定NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度Tgas。然后，在步骤S110中，ECU 50确定NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的温度Tcat是否高于基准温度E(或者排气温度Tgas是否高于基准温度F)。基准温度E设为这样一个值，以致当催化剂温度Tcat等于或者低于基准温度E时由尿素生成的氰酸不能转化为氨。同样，基准温度F设为这样一个值，以致当排气温度Tgas等于或者低于基准温度F时由尿素生成的氰酸不能转化为氨。基准温度E和F按照经验方式确定并存储于ECU 50的ROM或者类似设备中。
如果在步骤S110中判定NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂温度Tcat等于或者低于基准温度E(或者如果判定排气温度Tgas等于或者低于基准温度F)(步骤S110：否)，则ECU 50进行至步骤S112并禁止执行尿素喷射阀24的尿素喷射。另一方面，如果在步骤S110中判定NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂温度Tcat高于基准温度E(或者如果判定排气温度Tgas高于基准温度F)(步骤S110：是)，ECU 50执行尿素喷射阀24的尿素喷射(步骤S111)。ECU 50重复步骤S101至步骤S112中的程序。
按照上述的控制程序，即使当发动机8的操作状态满足全部的尿素喷射条件，如果NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂温度Tcat等于或者低于基准温度E(或者如果排气温度Tgas等于或者低于基准温度F)，则尿素喷射阀24的尿素喷射被禁止。结果，未执行尿素喷射阀24的尿素喷射，从而抑制了不能转化为氨的氰酸的生成。
下一步将说明本发明的第二示例性的实施方式。在如上所述的第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，如果NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂温度等于或者低于基准温度E(或者如果NOx选择还原催化剂单元23的下游侧的排气的温度等于或者低于基准温度F)，则尿素喷射阀24的尿素喷射被禁止。另一方面，在第二示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中尿素-氨转化率(此后在必要处将称为“氨转化率”)用作确定是否禁止尿素喷射阀24的尿素喷射的参数，以代替NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的温度。
如前所述，当尿素已从尿素喷射阀24喷射至排气中时，由喷射的尿素((NH2)2CO)生成氨(NH3)和氰酸(HNCO)，如化学反应式(1)所示。然后，随着反应进一步进行，氰酸(HNCO)和水(H2O)相互反应生成氨(NH3)和一氧化碳(CO)，如化学反应式(2)所示。亦即，作为化学反应式(2)的反应结果也生成氨。因此，在尿素反应已停止于化学反应式(1)的反应中的情况下，与尿素反应已通过了化学反应式(1)和(2)的反应的情况相比，从尿素转化的氨的量较小。更具体地，从化学反应式(1)和(2)显见，如果1摩尔尿素进行了化学反应式(1)的反应和化学反应式(2)的反应，则生成2摩尔的氨，如果1摩尔尿素仅进行化学反应式(1)的反应，则仅生成1摩尔氨。
根据以上所述，在第二示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中，基于喷射的尿素的量和生成的氨的量计算氨转化率。如果计算的氨转化率等于或者低于基准值，则表示尿素反应已停止在化学反应式(1)的反应，亦即，很可能生成不能转化为氨的氰酸。因此，在该情况下，尿素喷射阀24的尿素喷射被禁止。
图3示例性地示出结合有按照本发明的第二示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置的车辆100a的构造。在以下说明中，与车辆100中的那些元件(参考图1)相同的元件由相同的参考标号表示并不再对它们进行说明。在图3中，实箭头代表气流，虚箭头代表信号输入和输出。
在车辆100a中，NH3传感器27设于尿素喷射阀24的下游侧的排气通道18中。NH3传感器27检测氨的浓度并将指示检测的氨浓度的检测信号发送至ECU 50a。从而，NH3传感器27可视为权利要求书中的“氨生成量检测装置”的一个示例。需要指出的是，可以用NOx传感器来代替NH3传感器27。亦即，氨浓度也能够通过NOx传感器检测。
ECU 50a由CPU、ROM、RAM、AD转换器等组成，这些部件均未在附图中示出。如同第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置的ECU 50，ECU 50a用作控制排气的空气-燃料比(使其浓)和控制尿素喷射阀24的尿素喷射(“尿素喷射控制装置”)的控制器。亦即，ECU 50a执行燃料过量供给控制和尿素喷射控制。ECU 50a基于从NH3传感器27获取的氨浓度确定是否禁止尿素喷射控制。更具体地，ECU50a基于根据尿素的喷射量估计的氨生成量以及根据氨浓度确定的实际氨生成量来确定是否禁止尿素喷射控制，这将在以下详细进行说明。
首先，ECU 50a基于喷射的尿素的量确定通过化学反应式(1)和(2)的反应所估计出的生成的氨量(此后在必要处将称为“估计的氨生成量”)，并基于从NH3传感器27获取的氨浓度确定已经实际生成的氨量(此后在必要处将成为“实际的氨生成量”)。然后，ECU 50a由实际的氨生成量和估计的氨生成量获得氨转化率。此时，如果判定获得的氨转化率等于或者低于基准值时，则表示尿素反应已停止在化学反应式(1)的反应，从而很可能正生成氰酸。因此，在该情况下，即使发动机8的操作状态满足全部的尿素喷射条件，ECU 50a也禁止执行将尿素从尿素喷射阀24至排气通道18的操作。照此，与上述的第一示例性的实施方式一样，由于不从尿素喷射阀24喷射尿素，使得不能转化为氨的氰酸的生成最小化，并且因此抑制氰酸从NOx储存-还原催化剂单元22和NOx选择还原催化剂单元23泄漏。
以下将参考图4中示出的流程图说明第二示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中执行的控制程序。该控制程序以给定的时间间隔由ECU 50a重复地执行。
在控制程序开始之后，在步骤S121中，ECU 50a首先确定发动机8的操作状态。更具体地，在该步骤中，ECU 50a获取发动机8的冷却剂的温度Twt、发动机转速NE、发动机负荷MP以及NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂劣化系数Kobd，与在第一示例性的实施方式的内燃发动机排气净化装置中执行的控制程序中一样。
随后，在步骤S122中，ECU 50a确定发动机8的当前操作状态是否满足全部的尿素喷射条件。更具体地，在该步骤中，ECU 50a确定：(1)发动机8的冷却剂的温度Twt是否高于基准值A；(2)发动机转速NE是否高于基准值B；(3)发动机负荷MP是否大于基准值C；(4)NOx储存-还原催化剂单元22和/或NOx选择还原催化剂单元23的催化剂劣化系数Kobd是否等于或小于基准值D。如果在发动机的当前操作状态中尿素喷射条件(1)-(4)全部满足(步骤S122：是)，则ECU 50a进行至步骤S123并执行尿素喷射阀24的尿素喷射(步骤S123)，此后ECU 50a进行至步骤S124。另一方面，如果在发动机8的当前操作状态中尿素喷射条件(1)-(4)中的任一条件未满足(步骤S122：否)，则ECU 50a进行至步骤S130并禁止执行尿素喷射阀24的尿素喷射。
在步骤S124中，ECU 50a确定喷射的尿素量(Iurea)。更具体地，在该步骤中，ECU 50a通过将每单位时间从尿素喷射阀喷射的尿素的量乘以喷射的持续时间来确定喷射的尿素的量(Iurea)。然后，在步骤S125中，通过参考化学反应式(1)和(2)ECU 50a估计将从所确定的尿素喷射量生成的氨量(估计的氨生成量(PNH3))。
然后，在步骤S126中，ECU 50a基于来自NH3传感器27的检测信号确定尿素喷射阀24的下游侧的氨浓度(氨浓度(CNH3))。然后，在步骤S127中，ECU 50a基于确定的氨浓度(CNH3)确定实际生成的氨量(实际的氨生成量(MNH3)。
在步骤S128中，ECU 50a基于估计的氨生成量和实际的氨生成量确定尿素-氨的转化率(MNH3/PNH3)是否高于基准值G或者确定估计的氨生成量与实际的氨生成量之差(PNH3-MNH3)是否小于基准值H。基准值G设为这样一个值，使得如果尿素-氨的转化率等于或者小于基准值G时则推断由喷射的尿素生成的氰酸未在转化为氨。同样，基准值H设为这样一个值，使得如果估计的氨生成量与实际的氨生成量之差等于或大于基准值H时则推断由喷射的尿素生成的氰酸未在转化为氨。基准值G和H按照经验方式确定并存储于ECU 50a的ROM或者类似设备中。
如果基于估计的氨生成量和实际的氨生成量判定尿素-氨的转化率(MNH3/PNH3)等于或者小于基准值G(或者如果判定估计的氨生成量与实际的氨生成量之差(PNH3-MNH3)等于或者大于基准值H)(步骤S128：否)，则表示氰酸未在转化为氨。因此，在该情况下，ECU 50a进行至步骤S130并中断尿素喷射阀24的尿素喷射。另一方面，如果判定尿素-氨的转化率高于基准值G(或者如果判定估计的氨生成量与实际的氨生成量之差(PNH3-MNH3)小于基准值H)(步骤S128：是)，则表示氰酸正在转化为氨。因此，在该情况下，ECU 50a进行至步骤S129并继续执行尿素喷射阀24的尿素喷射。
按照上述的控制程序，即使在发动机的操作状态满足全部尿素喷射条件的情况下，如果氨转化率等于或者低于基准值G(或者如果估计的氨生成量与实际的氨生成量之差等于或者大于基准值H)，则停止尿素喷射阀24的尿素喷射。同样，在该情况下，由于未从尿素喷射阀24喷射尿素，因而使得生成的不能转化为氨的氰酸最少。
尽管已参考其示例性的实施方式说明了本发明，但应了解，本发明不局限于这些实施方式或者构造。相反，本发明旨在覆盖各种修改和等同布置。此外，尽管在各种组合和配置中示出了示例性的实施方式的各种元件，但包含更多个、更少个或者仅仅一个元件的其它组合与配置也在本发明的精神和范围内。

Claims (14)

1.一种内燃发动机排气净化装置，其具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在所述排气通道中设于所述NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元，其特征在于包括：
尿素喷射装置，其设于所述NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至所述排气通道中；以及
尿素喷射控制装置，如果所述NOx储存-还原催化剂单元的温度和所述NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个等于或者低于基准温度，则所述尿素喷射控制装置禁止从所述尿素喷射装置执行尿素喷射。
2.如权利要求1所述的内燃发动机排气净化装置，其中，所述基准温度对应于以下催化剂温度：在等于和小于所述催化剂温度的情况下由尿素生成的氰酸不转化为氨。
3.如权利要求1或2所述的内燃发动机排气净化装置，还包括：
排气温度传感器，其设于所述NOx选择还原催化剂单元的下游以检测所述NOx选择还原催化剂单元的温度。
4.如权利要求1到3中任一项所述的内燃发动机排气净化装置，其中，在确定所述NOx储存-还原催化剂单元的温度和所述NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个是否等于或者低于所述基准温度之前，所述尿素喷射控制装置检测发动机冷却剂温度、发动机转速、发动机负荷和催化剂劣化系数中的至少一个，并基于所述检测的结果初步确定是否从所述尿素喷射装置执行尿素喷射。
5.一种内燃发动机排气净化装置，其具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在所述排气通道中设于所述NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元，其特征在于包括：
尿素喷射装置，其设于所述NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至所述排气通道中；
氨生成量检测装置，其设于所述尿素喷射装置的下游以检测生成的氨量；以及
尿素喷射控制装置，其基于从所述尿素喷射装置喷射的尿素量和所述生成的氨量来计算氨转化率，并且如果计算出的氨转化率等于或者低于基准比率，则禁止从所述尿素喷射装置执行尿素喷射。
6.如权利要求5所述的内燃发动机排气净化装置，其中，所述基准比率为以下比率：在等于和小于所述比率的情况下能够推断由尿素生成的氰酸没有正在转化为氨。
7.如权利要求5或6所述的内燃发动机排气净化装置，其中，所述氨生成量检测装置为NH3传感器或者NOx传感器。
8.如权利要求5-7中任一项所述的内燃发动机排气净化装置，其中，所述氨转化率通过用实际氨生成量除以估计氨生成量来计算，所述实际氨生成量基于由所述氨生成量检测装置检测到的氨浓度算出，所述估计氨生成量基于从所述尿素喷射装置喷射的尿素量算出。
9.如权利要求5-7中任一项所述的内燃发动机排气净化装置，其中，所述氨转化率通过从实际氨生成量减去估计氨生成量来计算，所述实际氨生成量基于由所述氨生成量检测装置检测到的氨浓度算出，所述估计氨生成量基于从所述尿素喷射装置喷射的尿素量算出。
10.如权利要求5-9中任一项所述的内燃发动机排气净化装置，其中，在确定所述氨转化率之前，所述尿素喷射控制装置检测发动机冷却剂温度、发动机转速、发动机负荷和催化剂劣化系数中的至少一个，并基于所述检测的结果初步确定是否从所述尿素喷射装置执行尿素喷射。
11.一种用于控制内燃发动机排气净化装置的方法，所述内燃发动机排气净化装置具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在所述排气通道中设于所述NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元，其特征在于包括：
检测所述NOx储存-还原催化剂单元的温度和所述NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个；以及
如果所述NOx储存-还原催化剂单元的温度和所述NOx选择还原催化剂单元的温度的至少一个等于或者低于基准温度，则禁止从尿素喷射装置执行尿素喷射，所述尿素喷射装置设于所述NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至所述排气通道中。
12.一种用于控制内燃发动机排气净化装置的方法，所述内燃发动机排气净化装置具有设于排气通道中的NOx储存-还原催化剂单元和在所述排气通道中设于所述NOx储存-还原催化剂单元下游的NOx选择还原催化剂单元，其特征在于包括：
在尿素喷射装置的下游侧检测氨生成量，所述尿素喷射装置设于所述NOx储存-还原催化剂单元的上游以将尿素喷射至所述排气通道中；
基于从所述尿素喷射装置喷射的尿素量和检测出的氨生成量来计算氨转化率；以及
如果计算出的氨转化率等于或者低于基准值，则禁止从所述尿素喷射装置执行尿素喷射。
13.一种内燃发动机排气净化装置，包括：
NOx储存-还原催化剂单元，其设于排气通道中；
NOx选择还原催化剂单元，其设于所述排气通道中的所述NOx储存-还原催化剂单元的下游；
尿素喷射器，其设于所述NOx储存-还原催化剂单元的上游用于将尿素喷射至所述排气通道中；以及
尿素喷射控制器，如果所述NOx储存-还原催化剂单元的温度和所述NOx选择还原催化剂单元的温度中的至少之一等于或者低于基准温度，则所述尿素喷射控制器禁止执行所述尿素喷射器的尿素喷射。
14.一种内燃发动机排气净化装置，包括：
NOx储存-还原催化剂单元，其设于排气通道中；
NOx选择还原催化剂单元，其设于所述排气通道中的所述NOx储存-还原催化剂单元的下游；
尿素喷射器，其设于所述NOx储存-还原催化剂单元的上游用于将尿素喷射至所述排气通道中；
氨生成量检测器，其设于所述尿素喷射器的下游用于检测生成的氨量；以及
尿素喷射控制器，其基于从所述尿素喷射器喷射的尿素量和生成的氨量来计算氨转化率，并且如果所计算出的氨转化率等于或者低于基准比率，则抑制执行所述尿素喷射器的尿素喷射。
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