CN101981284B - 内燃机的排气排放控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道(22)，该旁路通道设置在发动机的排气通道(14)中，并且布置成绕过作为排气通道的一部分的主通道(16)；NOx吸附剂(28)，该NOx吸附剂设置在该旁路通道中，并且适于至少吸附作为排气中所包含的成分之一的NOx；流路切换装置(30)，该流路切换装置在主通道与旁路通道之间切换排气的流路；吸附控制装置(50)，该吸附控制装置基于发动机的运行状态来控制流路切换装置，以便使排气流过旁路通道；以及吸附能力确定装置(50)，该吸附能力确定装置当NOx吸附剂的吸附能力降低时确定该吸附能力的降低是NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合用在内燃机中的排气排放控制系统，尤其涉及一种内燃机的排气排放控制系统，在该排气排放控制系统中，在设置于发动机的排气系统中的旁路通道中设置有NOx吸附剂。
背景技术
已知一种内燃机的排气排放控制系统，例如在日本专利申请公开No.2006-342700(JP-A-2006-342700)中所公开的那样，在该排气排放控制系统中，旁路通道设置在排气通道中并且NOx吸附剂安置在该旁路通道中。
例如，当发动机冷起动时，上述类型的排气排放控制系统使排气流过该旁路通道。因此，当在催化剂尚未预热的情况下起动发动机时，该系统允许NOx吸附剂吸附排气中含有的NOx成分，由此改善发动机起动期间的排气排放质量。
在上述排气排放控制系统中，排气中的NOx成分由NOx吸附剂吸附。然而，例如，取决于吸附剂的使用环境，NOx吸附剂的NOx吸附能力可能下降或降低。吸附能力的降低可以是可克服型降低或者不可克服型降低(永久劣化)，可克服型降低由吸附剂的结构的可逆变化引起并且吸附剂能够恢复，而不可克服型降低由吸附剂中的不可逆的结构变化引起并且吸附剂不能恢复。
在上述排气排放控制系统中，没有对以上两种吸附能力的降低相互进行区分。因此，在上述排放控制系统中，即使在NOx吸附剂中发生永久劣化的情况下，也可能执行浪费的再生控制等以便恢复吸附能力。在这种情况下，在没有从吸附能力的降低中恢复的状态下继续使用NOx吸附剂，从而导致发动机起动期间的排气排放恶化。此外，如果在无用的再生控制下执行燃料喷射和其他发动机操作，则排气排放可能进一步恶化。
发明内容
本发明提供了一种内燃机的排气排放控制系统，当NOx吸附剂的性能(例如吸附能力)降低时，该排气排放控制系统根据性能降低的类型来采取适当措施。
本发明的第一方面涉及一种内燃机的排气排放控制系统。该排气排放控制系统包括：旁路通道，该旁路通道设置在内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为该排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，该NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含成分中至少吸附NOx；流路切换装置，该流路切换装置在主通道与旁路通道之间切换排气的流路；吸附控制装置，该吸附控制装置基于内燃机的运行状态来控制流路切换装置，以便使排气流过旁路通道；以及吸附能力确定装置，该吸附能力确定装置当NOx吸附剂的吸附能力降低时确定该吸附能力的降低是NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
利用上述布置，当NOx吸附剂的吸附能力降低时，吸附能力确定装置能够确定该吸附能力的降低是NOx吸附剂能够恢复的可克服型劣化或是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型劣化。因此，该系统能够根据劣化的类型迅速采取适当措施，例如还原控制或警告操作。即，防止在不可克服型劣化的情况下执行还原控制，或者防止在可克服型劣化的情况下执行浪费的操作，例如打开警告灯。因此能够使NOx吸附剂的吸附能力保持在足够高的水平。
在根据本发明的上述方面的系统中，吸附能力确定装置包括：氧化确定单元，该氧化确定单元确定该吸附能力的降低是否由NOx吸附剂的氧化引起；以及永久劣化确定单元，该永久劣化确定单元当吸附能力的降低不是由氧化引起时确定该吸附能力的降低是否由NOx吸附剂中的不可逆的结构变化引起。
利用上述布置，当氧化确定单元确定NOx吸附剂的吸附能力的降低不是由因氧化导致的可克服型劣化引起时，永久劣化确定单元确定NOx吸附剂中是否出现不可克服型永久劣化。以这种方式，能够在对永久劣化的出现进行确定之前预先排除氧化劣化的影响。即，由于能够在不考虑因氧化劣化引起的吸附能力的降低的情况下对永久劣化进行确定，所以防止了因为氧化劣化与永久劣化一同存在而做出错误的确定，并且能够以高精度确定是否仅存在永久劣化。
本发明还涉及一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，上述排气排放控制系统还可包括：第一温度检测装置，该第一温度检测装置检测NOx吸附剂的位于在排气流动的方向上观察的上游侧上的一部分的温度，来作为上游侧温度；以及第二温度检测装置，该第二温度检测装置检测NOx吸附剂的位于在排气流动的方向上观察的下游侧上的一部分的温度，来作为下游侧温度。在该系统中，吸附能力确定装置可在排气流到NOx吸附剂中以使得上游侧温度和下游侧温度发生变化时将上游侧温度的变化与下游侧温度的变化进行比较，并且基于比较结果来确定该吸附能力的降低是否是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
在上述系统中，当排气流到NOx吸附剂中时，排气中含有的水开始被NOx吸附剂的上游部(前部)吸附，从而导致前部的温度升高。然后，如果NOx吸附剂的前部进入饱和状态，即因为在其上吸满水而饱和，则水达到NOx吸附剂的下游部(后部)，从而导致后部的温度升高。
因此，通过将上游侧温度的变化率与下游侧温度的变化率进行比较并且检测温度上升的定时例如上游侧温度的上升与下游侧温度的上升之间的时间延迟，能够掌握或估算出NOx吸附剂的水吸附能力。然后，能够利用彼此有相关性的、水吸附能力与不可克服型劣化的水平之间的关系来准确确定在NOx吸附剂中出现的不可克服型劣化的程度。
上述排气排放控制系统还可包括：温度上升率获取装置，该温度上升率获取装置对于随着排气流过NOx吸附剂而上升的上游侧温度和下游侧温度中的至少一个获得每单位时间的温度上升率；以及时间延迟获取装置，该时间延迟获取装置获得上游侧温度的上升与下游侧温度的上升之间的时间延迟。在该系统中，吸附能力确定装置可基于温度上升率与时间延迟的乘积来确定该吸附能力的降低是否是NOx不能恢复的不可克服型降低。
在上述系统中，当排气的流量增大时，NOx吸附剂吸附排气中的水时每单位时间产生的热量增加，因此温度上升率增大。另一方面，当排气的流量增大时，NOx吸附剂的前部的温度上升与后部的温度上升之间的时间延迟减少一定的量，该量与每单位时间供应到吸附剂的水的增加量相对应。
因此，温度上升率与时间延迟的乘积可用于抵消排气的流量变化。因此，如果基于该乘积对NOx吸附剂的吸附能力进行确定，则能够减少或消除因排气的流量变化而引起的该乘积的变动或确定结果的变动。因此，即使在NOx吸附剂的劣化水平恒定时，也根据发动机的运行状态防止了在确定结果中出现误差，因而确保了提高的确定精度。
上述排气排放控制系统还可包括：温度上升率获取装置，该温度上升率获取装置对于随着排气流过NOx吸附剂而上升的上游侧温度和下游侧温度获得每单位时间的温度上升率；以及时间延迟获取装置，该时间延迟获取装置获得上游侧温度的上升与下游侧温度的上升之间的时间延迟。在该系统中，吸附能力确定装置可基于上游侧温度的上升率及下游侧温度的上升率的平均值与时间延迟的乘积来确定该吸附能力的降低是否是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
利用上述布置，基于上游侧温度的上升率及下游侧温度的上升率的平均值与时间延迟的乘积来确定该吸附能力的降低是否是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。因此，能够减少各个温度中的检测误差对所述确定的影响，并且能够准确计算出用于所述确定的参数。
本发明还涉及一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，其中，在对吸附在NOx吸附剂上的NOx进行净化的净化控制完成之后，吸附能力确定装置可确定该吸附能力的降低是否是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
在上述系统中，吸附能力确定装置在净化控制完成之后对劣化进行确定。因此，确定劣化的过程能够总是从NOx吸附剂基本处于同一干燥状态时开始。因此，能够减小因初始条件的差异而引起的确定结果的变动，并且能够稳定地进行确定。
本发明还涉及一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，所述排气排放控制系统还可包括：温度状态确定装置，该温度状态确定装置在排气开始流到NOx吸附剂中之后确定在NOx吸附剂中是否出现特定温度状态；以及总热量计算装置，该总热量计算装置计算在从排气开始流到NOx吸附剂中的时间点到在NOx吸附剂中出现特定温度状态的时间点的时段内加入到NOx吸附剂的总热量。在该系统中，吸附能力确定装置可基于总热量来确定该吸附能力的降低是否是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
从排气开始流到NOx吸附剂中的时间到NOx吸附剂进入特定温度状态的时间内加入到NOx吸附剂的总热量与不可克服型劣化的水平有相关性。因此，能够基于总热量来确定NOx吸附剂中是否出现不可克服型劣化。
在上文刚刚描述的排气排放控制系统中，当NOx吸附剂达到预定的基准温度时，温度状态确定装置可确定在NOx吸附剂中出现了特定温度状态。
NOx吸附剂的温度以低速上升，直到吸附在吸附剂上的水完成脱附，然后，NOx吸附剂的温度在脱附完成之后以高速大大上升。因此，如果将NOx吸附剂的温度在其大大上升时达到的温度水平设定为基准温度，则能够精确确定所吸附的水完成脱附时的时间。此外，能够容易地通过仅仅将NOx吸附剂的温度与基准温度进行比较来对温度状态做出确定。
在上述排气排放控制系统中，当在NOx吸附剂的每单位时间的温度上升率中出现拐点时，温度状态确定装置可以确定在NOx吸附剂中出现了特定温度状态。
NOx吸附剂的温度在所吸附的水完成脱附时开始以高速上升，并且在脱附完成时在温度上升率中出现拐点。因此，能够通过检测温度上升率中的拐点来精确确定所吸附的水完成脱附的时间。此外，该确定方法使得：即使在存在诸如环境温度变化等的干扰的情况下，也能够检测温度的上升率(或斜率)的微妙变化。
上述排气排放控制系统还可包括：排气流量获取装置，该排气流量获取装置获得从内燃机排出的排气的流量；第一气体温度检测装置，该第一气体温度检测装置检测流到NOx吸附剂中的排气的温度，来作为流入气体温度；第二气体温度检测装置，该第二气体温度检测装置检测从NOx吸附剂流出的排气的温度，来作为流出气体温度；以及时间测量装置，该时间测量装置测量从排气开始流到NOx吸附剂中的时间点到在NOx吸附剂中出现特定温度状态的时间点的经过时间。在该系统中，总热量计算装置可基于所获得的排气的流量、所检测到的流入气体温度、所检测到的流出气体温度以及所测量到的经过时间来计算总热量。
利用上述布置，能够检测流到NOx吸附剂中的排气的温度与从NOx吸附剂流出的排气的温度之差。因此，能够利用排气流量和该温度差来计算每单位时间加入到NOx吸附剂的总热量。然后，通过对在从排气开始流到NOx吸附剂中的时间到水完成脱附的时间的时间段内的每单位时间加入的热量进行积分来计算出总热量。
在上述排气排放控制系统中，当对吸附在NOx吸附剂上的NOx进行净化的净化控制开始时，吸附能力确定装置可确定该吸附能力的降低是否是NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
在上述系统中，吸附能力确定装置在净化控制开始时对劣化进行确定。因此，总是能够从NOx吸附剂基本处于同一水吸附状态时的时间开始确定劣化的过程。因此，能够减小因初始条件的差异而引起的确定结果的变动，并且能够稳定地进行确定。
本发明还涉及一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，上述排气排放控制系统还可包括：辅助吸附剂，该辅助吸附剂与NOx吸附剂一起设置在旁路通道中并且适于吸附除了NOx之外的排气成分；以及辅助劣化确定装置，该辅助劣化确定装置确定辅助吸附剂是否经受辅助吸附剂不能恢复的吸附能力的不可克服型降低。在该系统中，吸附能力确定装置可基于辅助吸附剂的劣化的确定结果来校正对NOx吸附剂的劣化的确定结果。
利用上述布置，例如能够使用NOx吸附剂的劣化水平与辅助吸附剂的劣化水平之间的差异或这些吸附剂的劣化水平的比率来对NOx吸附剂的劣化进行最终确定。因此，能够基于关于辅助吸附剂的确定结果来校正关于NOx吸附剂的确定结果。
因此，即使存在因例如干扰等而引起的确定结果的误差、或者源自NOx吸附剂所安装的环境的固有误差，也能够在NOx吸附剂的确定结果与辅助吸附剂的确定结果之间抵消这些误差。因此，能够提高劣化确定的精度并增加该确定的可靠性。
本发明还涉及一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，上述排气排放控制系统还可包括：排气空燃比获取装置，该排气空燃比获取装置获得从内燃机排出的排气的空燃比；以及正常时间还原装置，当NOx吸附剂的温度处于适于还原处理的温度范围内时并且所检测到的排气的空燃比变浓时，该正常时间还原装置控制流路切换装置，以便使排气流过所述旁路通道。
考虑到发动机的性能、排气排放及其他因素，在发动机运行期间执行目的在于使NOx吸附剂再生的还原处理存在限制。在上述系统中，当排气的空燃比在正常燃烧控制期间(例如在加速、减速等期间)暂时转浓时，正常时间还原装置能够通过利用燃料偏浓状态来执行对NOx吸附剂的还原处理。因此，能够在几乎不影响发动机的性能和排气排放的同时增加还原处理的机会，因此提高了还原处理的效率。
本发明还涉及一种内燃机的排气排放控制系统，包括：旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，上述排气排放控制系统还可包括：吸附剂再生装置，当在NOx吸附剂中出现NOx吸附剂能够恢复的吸附能力的可克服型降低时，该吸附剂再生装置对NOx吸附剂执行还原处理；以及通知装置，当在NOx吸附剂中出现了吸附能力的不可克服型降低时，该通知装置给出如下通知：在NOx吸附剂中出现了NOx吸附剂不能恢复的吸附能力的不可克服型降低。
利用上述布置，当NOx吸附剂中出现不可克服型劣化时，通知装置能够将劣化的出现通知给车辆的使用者等，因此使得使用者等能够将NOx吸附剂更换为新的NOx吸附剂。而且，如果在NOx吸附剂中仅出现了NOx吸附剂能够恢复的可克服型劣化，则NOx吸附剂能够通过吸附剂再生装置从劣化中恢复。因此，能够根据劣化的类型来采取适当措施。
附图说明
参考附图从以下对示例性实施例的描述中，本发明的前述及其他特征和优点将变得显而易见，在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是示出根据本发明第一实施例的排气排放控制系统的整体构造的视图；
图2是示出图1所示的NOx吸附剂的上游侧温度和下游侧温度的变化情况与永久劣化的存在与否之间的关系的曲线图；
图3是示出用于确定永久劣化的参数与永久劣化的水平之间的关系的曲线图；
图4是示出通过将图2中的上游侧温度和下游侧温度对时间求微分而获得的特性曲线的曲线图；
图5是在根据本发明第一实施例的排气排放控制系统中执行的例程的流程图；
图6是在根据本发明第一实施例的排气排放控制系统中执行的例程的流程图；
图7是示出根据本发明第二实施例的排气排放控制系统的整体构造的视图；
图8是示出NOx吸附剂的床温与完成水的脱附所需的时间之间的关系的曲线图；
图9是示出加入到NOx吸附剂的总热量与永久劣化的水平之间的关系的曲线图；
图10A和10B是在根据本发明第二实施例的排气排放控制系统中执行的例程的流程图；
图11是示出根据本发明第三实施例的排气排放控制系统的整体构造的视图；
图12是示出关于NOx吸附剂和水吸附剂(用于预处理的吸附剂)的、永久劣化随时间的进行过程的说明图；并且
图13是在本发明的第三实施例中执行的例程的流程图。
具体实施方式
参考图1至图6，将详细描述本发明的第一实施例。图1示出了根据第一实施例的排气排放控制系统的整体构造。图1所示的内燃机10设有进气通道12和排气通道14，进气通过该进气通道12被吸入到气缸内，而从气缸排出的排气流过该排气通道14。
排气通道14包括作为其一部分的、与(稍后将详细描述的)旁路通道22平行布置的主通道16。在排气通道14中，当在排气流动的方向上观察时，上游侧催化剂18安置在主通道16的上游，并且下游侧催化剂20安置在主通道16的下游。当催化剂18、20在预热之后处于活化状态下时，催化剂18、20将排气中含有的诸如NOx、HC和CO的污染物转变成无害成分，以净化排气。
旁路通道22与主通道16平行地连接到排气通道14，以绕过主通道16。即，旁路通道22在位于主通道16的上游端的上游侧连接点24处从排气通道14分支，并且在位于主通道16的下游端的下游侧连接点26处与排气通道14再次汇合或联结。
从排气所包含的成分中至少吸附NOx的NOx吸附剂28设置在旁路通道22中。NOx吸附剂28由与诸如铁的金属进行离子交换的诸如含氧化铝沸石的材料形成。NOx吸附剂28适于在低温时吸附排气中的诸如NOx的污染物，并且在高温时会释放该污染物。
用作流路切换装置的、例如电磁式三通阀或三向阀形式的切换阀30设置在主通道16与旁路通道22之间。切换阀30由ECU 50(稍后将描述)控制，并且可操作为在主通道16与旁路通道22之间切换排气的流路。虽然在本实施例中切换阀30置于上游侧连接点24处，但本发明不限于这种布置，而是切换阀30可置于下游侧连接点26处。
接下来将说明本实施例的传感器系统。该传感器系统包括检测发动机的进气量Ga的空气流量计32、用于检测上游侧催化剂18的上游位置处的排气的空燃比(下文将称为“排气空燃比”)的作为排气空燃比获取装置的A/F传感器34、NOx传感器36、38以及温度传感器40、42。
NOx传感器36、38设置在旁路通道22中，用于检测排气中含有的NOx的量(浓度)。在本实施例中，上游侧NOx传感器36安置在NOx吸附剂28上游的旁路通道22中，而下游侧NOx传感器38安置NOx吸附剂28下游的旁路通道22中。
温度传感器40、42用作第一和第二温度检测装置，用于检测NOx吸附剂28的温度(床温)。在本实施例中，上游侧温度传感器40检测上游侧温度T1，该上游侧温度T1是NOx吸附剂28的位于在排气流动的方向上观察的其上游侧处的一部分(以下称为“前部”)的温度。下游侧温度传感器42检测下游侧温度T2，该下游侧温度T2是NOx吸附剂28的位于其下游侧处的一部分(以下称为“后部”)的温度。
本实施例的排气排放控制系统包括用于控制发动机10的运行状态的ECU(电子控制单元)50。ECU 50由包括诸如ROM和RAM的存储装置的微型计算机构成。上述传感器系统连接到ECU 50的输入侧。该传感器系统还包括用于检测发动机的曲柄角或发动机转速的曲柄角传感器、用于检测发动机的冷却剂温度的水温传感器、用于检测油门踏板行程即油门踏板下压量的油门踏板位置传感器。
上述切换阀30以及包括例如用于增加或减少进气量的马达驱动式节气门装置、燃料喷射阀和火花塞在内的各种执行机构连接到ECU 50的输出侧。ECU 50驱动各个执行机构，以便在通过传感器系统检测发动机10的运行状态的同时控制发动机10的运行。
更具体地，ECU 50根据驾驶员作出的油门踏板的下压量等来控制节气门装置的开度，并且根据由空气流量计32检测到的进气量来控制从燃料喷射阀喷射的燃料量。然后，ECU 50使火花塞在适当的点火时刻产生火花。ECU 50也用作本实施例的吸附控制装置，并且根据发动机的运行状态执行吸附控制和净化控制。
该吸附控制例如在发动机的冷起动期间、当催化剂18、20尚未活化时的低温条件下执行。在吸附控制中，切换阀30将排气的流路切换到旁路通道22。结果，从发动机排出的排气在排气通道14的某一点(即上游侧连接点24)处流到旁路通道22中，并从NOx吸附剂28通过。在从NOx吸附剂28通过期间，排气中的NOx成分由NOx吸附剂28吸附，使得排气排放保持在有利状况下。
该吸附控制例如在发动机已预热并且催化剂18、20已活化时结束。这时，ECU 50使切换阀30将排气的流路切换到主通道16。结果，排气在流过排气通道14的同时由催化剂18、20净化，并然后排出到外部。
另一方面，例如在催化剂18、20处于活化状态的情况下一定量或更多的NOx吸附在NOx吸附剂28上时，执行净化控制。在该净化控制中，切换阀30将排气的流路切换到旁路通道22。结果，高温排气被供应到NOx吸附剂28，并且吸附在吸附剂28上的NOx从该吸附剂释放并流到排气通道14中，在排气通道14中NOx和排气由下游侧催化剂20净化。因此，NOx吸附剂28可再生或回到吸附剂28能够吸附NOx的状态。
如上所述，可通过在适当时刻执行的净化控制来维持NOx吸附剂28的吸附能力。然而，在某些情形中，吸附能力由于例如NOx吸附剂28所使用的环境而下降或降低。吸附能力的降低可以是因NOx吸附剂28的可逆性结构变化而产生的可克服型性能降低(以下将称为“氧化劣化”)，或者可以是因NOx吸附剂28的不可逆的结构变化而产生的不可克服型性能降低(以下将称为“永久劣化”)。
通常，推测该氧化劣化是由例如构成NOx吸附剂28的NOx吸附部位的一部分的氧化而引起的，但尚不清楚这种劣化的详细情况。然而，已经发现，当氧化劣化发生时，NOx吸附剂28能够通过使用诸如CO和HC的还原剂进行还原处理(再生处理)来恢复吸附能力。上述NOx吸附部位是由构成NOx吸附剂28的沸石中包含的铝、由该铝承载的金属离子，以及周围的硅组成的单元结构。
另一方面，推测永久劣化是例如当NOx吸附剂28暴露于高温和潮湿下时由于沸石中的铝从NOx吸附部位释放和消失而引起的。在这种情形下，Nox吸附部位被破坏或损坏，因此吸附能力将不会恢复。因此，对仅遭受氧化劣化的NOx吸附剂28进行用于恢复吸附能力的处理才有意义，而对遭受永久劣化的NOx吸附剂28执行用于恢复吸附能力的处理没有意义。
因此，在本实施例中，当NOx吸附剂28的吸附能力下降或降低时，确定该吸附能力的降低是由氧化劣化引起或是由永久劣化引起，并且根据确定结果来采取适当措施。下面，将对确定性能降低的类型的方法、基于该确定结果执行的处理等进行说明。
当确定NOx吸附剂28的性能(即吸附能力)已降低时，ECU 50最初确定在NOx吸附剂28中是否出现氧化劣化(即，因氧化引起的劣化)。为了对氧化进行确定，执行上述净化控制，其中排气的空燃比被保持在浓状态下。即，还原剂(例如燃料)供应到NOx吸附剂28，从而进行临时还原处理。
在临时还原处理期间，例如，ECU 50调节排气的空燃比的浓稀度、排气保持在燃料偏浓状态下的持续时间等，由此控制发动机，使得供应到NOx吸附剂28的还原剂的量变成等于预设量或规定量(比较小的量)。而且，ECU 50调节发动机的运行状态，由此控制发动机，使得排气的温度下降到适于还原处理的规定的温度范围内。
当在进行上述临时还原处理之后执行吸附控制时，ECU 50通过NOx传感器36、38检测流到NOx吸附剂28内的排气中的NOx的量与从NOx吸附剂28流出的排气中的NOx的量之差。以此方式，能够计算出由NOx吸附剂28吸附的NOx量。然后，能够基于所吸附的NOx的量来确定吸附能力是否已恢复，即，确定该吸附能力的降低是否由氧化劣化引起。
如果即使进行临时还原处理也没有使吸附能力恢复，则确定该吸附能力的降低不是由氧化劣化引起，并且确定出现了永久劣化(稍后将对其描述)。另一方面，如果通过临时还原处理恢复了吸附能力，则在NOx吸附剂28中至少出现了氧化劣化，并且ECU 50执行全面的还原控制。
在还原控制中，ECU 50将用作还原剂的燃料供应到排气中，同时控制切换阀30，使得排气被引入到旁路通道22中。结果，高温排气与还原剂一起流到NOx吸附剂28中。还原剂使得NOx吸附剂28的沸石中的吸附部位从氧化状态还原，并且使因氧化劣化已经降低的吸附能力恢复。
在这种情形中，例如通过将还原剂供应到排气中的方法，使空气燃料混合物的空燃比有目的地变浓。而且，可执行用于将燃料供应到排气中的喷射控制(所谓的“补充喷射”、“后喷射”等)，其中在除了进气行程之外的某个时间点喷射燃料。作为供应还原剂的另一种方法，例如，可以从安装在排气通道14中的排气喷射阀喷射燃料。
在上述还原控制中，出于与发动机燃烧控制不同的目的来改变空燃比。因此，考虑到发动机的性能、排气排放及其他因素，在发动机运行期间执行还原处理存在限制。因此，在本实施例中，当在正常燃烧控制下或出于与NOx吸附剂28的还原处理不同的目的而执行的控制下使排气空燃比变得燃料浓时，利用该状态(即，排气空燃比浓)执行被动还原控制(氧化抑制控制)。
在正常燃烧控制期间，例如当车辆加速或减速时，可以使排气空燃比暂时变浓。当A/F传感器34检测到偏浓状态时，如果NOx吸附剂28的温度在适于还原处理的温度范围内，则在切换阀30被控制为使得排气引入到旁路通道22内的情况下执行氧化抑制控制。
结果，根据与还原控制的原理相同的原理来还原NOx吸附剂28，并且能够抑制或防止NOx吸附剂28的氧化。此外，利用在正常燃烧控制期间发生的燃料偏浓状态的氧化抑制控制对发动机的性能和排气排放已基本上没有影响。因此，同时使用氧化抑制控制和还原控制这两者，使得能够在不迫使空燃比变浓的情况下增加还原处理的机会，并因此提高还原处理的效率。
如上所述，当NOx吸附剂28的吸附能力的降低是由氧化劣化引起时，执行还原控制和氧化抑制控制，以便使NOx吸附剂28从氧化劣化中可靠地恢复。而且，如果从上述氧化确定中确定该吸附能力的降低不是由氧化劣化引起，并且即使执行还原控制等也不会使吸附能力恢复，则如下所述，确定出现了永久劣化。
因此，根据本实施例，能够在对永久劣化进行确定之前预先排除氧化劣化的影响。即，由于对永久劣化进行确定时不必考虑因氧化劣化引起的吸附能力的降低，所以防止了因为氧化劣化与永久劣化一同存在而做出错误的确定，并且能够以高精度确定仅出现永久劣化。
通过借助于温度传感器40、42检测NOx吸附剂28的上游侧温度T1和下游侧温度T2并且比较这些温度的变化来确定永久劣化的存在与否。当确定出现永久劣化时，切换阀30被初始控制成使得在NOx吸附剂28处于完成上述净化控制的状态下(即，处于足够干燥的状态下)时，将高温排气引入到旁路通道22中。
当排气流到NOx吸附剂28中时，排气中含有的水最初由NOx吸附剂28的前部吸附。结果，在NOx吸附剂28的前部中测量到的上游侧温度T1由于在吸附水期间产生的吸附热而上升。然后，在经过一段特定时间后，NOx吸附剂28的前部因吸满水而变得饱和(即，在前部中吸附的水量达到最大)，并且，前部不能吸附的水开始由NOx吸附剂28的后部吸附。结果，下游侧温度T2在上游侧温度T1上升之后经过特定的时间延迟后上升。
图2示出上游侧温度T1和下游侧温度T2的变化情况与永久劣化的存在与否之间的关系的曲线图。在图2中，T1和T2分别表示未出现永久劣化的正常的NOx吸附剂28的上游侧温度和下游侧温度。而且，T1′和T2′分别表示经受永久劣化的NOx吸附剂28的上游侧温度和下游侧温度。
在图2中，AF表示上游侧温度T1的变化率，而AR表示下游侧温度T2的变化率。该变化率AF、AR被定义为每单位时间的温度变化量(上升量)，并且相当于图2所示的相应特性曲线的斜率。在这种情形下，A0F和A0R是正常的NOx吸附剂28中的温度变化率，而A′F和A′R是经受永久劣化的NOx吸附剂28中的温度变化率。而且，时间延迟tF→R被定义为从上游侧温度T1的上升到下游侧温度T2的上升所经过的时间。在这种情形下，tOF→R表示正常的NOx吸附剂28的时间延迟，而t′F→R表示经受永久劣化的NOx吸附剂28的时间延迟。
排气中含有的水由NOx吸附剂28的NOx吸附部位吸附。因此，当因永久劣化而使正常的NOx吸附部位的数量减少时，NOx吸附剂28能够吸附的最大水量(即，NOx吸附剂28饱和时的水量)也相应减少。即，在永久劣化的NOx吸附剂中，由于前部饱和时所吸的水量减少，后部侧处的水吸附较早地开始。因此，如图2所示，永久劣化的NOx吸附剂的时间延迟t′F→R比正常的NOx吸附剂28的时间延迟tOF→R短。即，随着NOx吸附剂28的永久劣化的进行，时间延迟tF→R倾向于变短。
而且，如果NOx吸附剂饱和时所吸的水量因永久劣化而减少，则NOx吸附剂的各个部分因充满水而饱和时所达到的最高温度(即图2所示的温度T1、T2、T1′、T2′的峰值)也降低。然而，如果NOx吸附剂处于未饱和状态，则每单位时间的水吸附速度或吸附率几乎不受永久劣化的影响。因此，正常的NOx吸附剂28中的温度变化率A0F、A0R与永久劣化的吸附剂中的温度变化率A′F、A′R之间未出现显著差异。
鉴于上述观点，使用温度变化率和时间延迟的乘积作为参数来确定永久劣化的存在与否。更具体地，基于温度T1、T2的检测值的变化来分别计算出前部和后部处的温度变化率AF、AR，并计算出时间延迟tF→R。然后，根据下面的方程(1)将作为变化率AF、AR的平均值的Average(AF，AR)与时间延迟的乘积计算为用于确定的参数P。
P＝Average(AF，AR)·tF→R ...(1)
图3示出该参数P与永久劣化的水平之间的关系。从以上方程(1)可以理解，图3中的Average(AOF，AOR)·tOF→R表示针对正常的NOx吸附剂28获得的参数，而Average(A′F，A′R)·t′F→R表示针对永久劣化的吸附剂获得的参数。
如上所述，由于时间延迟tF→R随着永久劣化的进行而变短，所以如图3所示，参数P随着永久劣化的水平增大而减小。因此，当参数P减小到小于预定的劣化确定值时，则确定在NOx吸附剂28中出现了其水平高到NOx吸附剂28不能使用的永久劣化。在这种情形下，作为与劣化水平的容许极限相对应的参数值的劣化确定值被预先存储在ECU50中。
为了计算上述参数P，由于以下原因，除了tF→R之外还使用了几乎不受永久劣化影响的变化率的平均值Average(AF，AR)。当排气的含水量保持为基本恒定的值(大约12％)时，每单位时间供应到NOx吸附剂28的水量随着排气的流量(≈进气量)增大而增大。结果，即使永久劣化水平是恒定的，NOx吸附剂28的前部因吸满水而饱和所花的时间(即，直到该前部所吸附的水量达到最大)、即时间延迟tF→R也随着排气的流量增大而变短。
另一方面，当每单位时间供应到NOx吸附剂28的水量增大时，由NOx吸附剂28释放的热量也相应增大。因此，即使永久劣化水平是恒定的，但作为温度上升率的变化率AF、AR及其平均值Average(AF，AR)也随着排气的流量增大而增大。
因此，如果使用平均值Average(AF，AR)与时间延迟tF→R的乘积作为参数P，则能够在平均值Average(AF，AR)与时间延迟tF→R之间抵消取决于发动机的运行状态的排气的流量变化。即，参数P能够相对于排气的流量变化保持基本恒定。因此，即使NOx吸附剂28的永久劣化水平是恒定的，也能够防止参数P根据发动机的运行状况而变化，从而确保提高的确定精度。
使用作为温度变化率的平均值Average(AF，AR)导致变化率AF、AR中的检测误差对参数P的影响减小，并且能够以提高的精度计算出参数P。虽然在本实施例中使用平均值Average(AF，AR)来计算参数P，但除了使用该平均值，还可以通过将变化率AF、AR之一或二者与时间延迟tF→R相乘来获得参数P。此外，根据本发明，计算参数P的方法不限于获得平均值Average(AF，AR)与时间延迟tF→R的乘积的上述方法。即，可以使用其他计算方法，只要能够在变化率AF、AR与时间延迟tF→R之间抵消进气量的变化。
在本实施例中，使用温度T1、T2随时间的变化(时间微分值)来计算出时间延迟tF→R。图4分别示出通过将图2中的温度T1、T2对时间求微分而获得的特性曲线。如图4所示，计算出该特性曲线上的、温度T1、T2的时间微分值处于最大值的两个点之间的时间差作为时间延迟tF→R，用于确定永久劣化。以这种方式，能够在特定的定时中稳定地计算出沿着曲线变化的温度T1、T2之间的时间延迟tF→R，从而确保了提高的计算精度。
如果确定在NOx吸附剂28中发生永久劣化，则可以打开车辆的警告灯(MIL)等，以便将“NOx吸附剂28已永久劣化”通知给车辆的使用者等。利用这种布置，使用者等能够将NOx吸附剂28快速更换为新的NOx吸附剂28。如果在NOx吸附剂28中仅出现氧化劣化，则如上所述，能够通过还原控制和/或氧化抑制控制来使NOx吸附剂28再生。因此，能够根据劣化的类型来针对劣化采取适当措施。
根据本发明的该实施例，如上文详细描述的，当NOx吸附剂28的吸附能力降低时，能够准确而容易地确定吸附能力的降低是由氧化劣化引起或是由永久劣化引起。因此，能够根据劣化的类型来快速进行还原控制或采取适当措施，例如警告操作。即，防止在发生永久劣化时执行还原控制，同时防止在发生氧化劣化时执行浪费的操作，例如打开警告灯。因此，能够使NOx吸附剂28的吸附能力恒定地保持在足够高的水平。
而且，在本实施例中，通过将上游侧温度T1与下游侧温度T2进行比较来确定永久劣化的存在与否。更具体地，例如，通过针对NOx吸附剂28的前部和后部对温度T1、T2的变化率、温度上升的定时等进行比较，能够获得NOx吸附剂28的水吸附能力。然后，利用水吸附能力与永久劣化的水平之间的相关性或关系能够准确确定NOx吸附剂28中出现的永久劣化的程度。
在本实施例中，在净化控制完成之后确定永久劣化的发生。因此，确定劣化的过程总是开始于NOx吸附剂28基本进入同一干燥状态时的时间。因此，能够减小或消除因初始条件的差异而引起的确定结果的变动，并且能够以高的稳定性或可靠性确定永久劣化的存在与否。
图5和图6是ECU 50执行的用于实施本实施例的系统操作的例程的流程图。图5和图6所示的例程以规定的时间间隔重复执行。
在图5所示的例程中，ECU 50最初确定NOx吸附剂28的吸附能力是否已降低(步骤100)。在这种确定的具体示例中，在排气正通过旁路通道22的同时，ECU 50基于由空气流量计32检测到的进气量和由A/F传感器34检测到的排气空燃比来计算出NOx的流量。
而且，ECU 50基于由NOx传感器36、38检测到的吸附剂入口侧和出口侧处的NOx量来计算出由NOx吸附剂28吸附的NOx量。然后，ECU 50确定NOx吸附剂28所吸附的NOx量与流到NOx吸附剂28中的NOx量(或NOx的流量)的比率是否小于规定值。如果在该确定中获得了肯定的判定(“是”)，则吸附能力已经降低，因此，ECU 50确定该吸附能力的降低是否由氧化劣化引起。如果获得了否定的判定(“否”)，则维持正常的吸附能力，因此，ECU 50重复执行步骤100，以继续监视NOx吸附剂28的吸附能力。
随后，确定在NOx吸附剂28中是否出现氧化劣化(即，因氧化引起的劣化)(步骤102)。如果在该步骤中获得了肯定的判定(“是”)，则ECU 50在利用正常的燃烧控制的同时执行氧化抑制控制(步骤104)，并且根据需要执行还原控制(步骤106)。结果，NOx吸附剂28基本上从氧化劣化中恢复。
如果在步骤102中获得了否定的判定(“否”)(即，如果确定吸附能力的降低不是由氧化劣化引起)，则停止氧化抑制控制(步骤108)，并且确定吸附能力的降低是否由永久劣化引起(步骤110)。如果在步骤110中获得了肯定的判定(“是”)，则打开警告灯(步骤112)，以便例如通知使用者将经受永久劣化的NOx吸附剂28更换为新的NOx吸附剂28。如果在步骤110中获得了否定的判定(“否”)，则ECU 50返回到步骤100，以继续监视吸附能力。
接下来参考图6，将具体说明在上述步骤110中进行的、用于确定出现永久劣化的过程。
在图6的例程中，ECU 50最初确定是否满足用于开始永久劣化确定的条件(步骤120)。该开始条件的具体示例例如包括：净化控制是否完成。如果不满足开始条件，则ECU 50等待，直到满足该开始条件。如果满足了开始条件，则ECU 50控制切换阀30，使得排气被引入到旁路通道22中(步骤122)。
结果，排气开始流到NOx吸附剂28中，然后ECU 50通过温度传感器40、42检测NOx吸附剂28的上游侧温度T1和下游侧温度T2(步骤124)。该温度检测以适于保持跟踪温度T1、T2的变化的采样周期重复。在这种状态下，如果排气中含有的水被NOx吸附剂28吸附，则温度T1、T2分别升高。然后，如上所述，ECU 50基于温度T1、T2的检测结果来计算出变化率AF、AR和时间延迟tF→R(步骤126、128)。
接下来，ECU 50计算所述变化率的平均值Average(AF，AR)，并使用该平均值和时间延迟tF→R计算参数P(步骤132)。然后，ECU 50确定参数P是否等于或大于上述劣化确定值(步骤134)。如果在步骤134中获得了肯定的判定(“是”)，则确定NOx吸附剂28中不存在其水平高到NOx吸附剂28不能使用的永久劣化(步骤136)。如果在步骤134中获得了否定的判定(“否”)，则在确定NOx吸附剂28中出现永久劣化(步骤138)。
接下来，将参考图7至图10A和10B来描述根据本发明第二实施例的排气排放控制系统。在本实施例中，采用了与第一实施例中的基本相同的系统构造和控制例程(图5)。然而，本实施例与第一实施例的不同之处在于：根据供应到NOx吸附剂28的总热量来确定永久劣化的存在与否。
图7示出根据本发明第二实施例的排气排放控制系统的整体构造。在图7中，使用了与示出第一实施例的图1中所用的附图标记相同的附图标记来表示相同的构成元件，将不再提供其说明。如图7所示，在本实施例中，用作第一和第二气体温度检测装置的两个排气温度传感器60、62设置在旁路通道22中。
上游侧排气温度传感器60安置在NOx吸附剂28上游的旁路通道22中，并且适于检测流到NOx吸附剂28中的排气的温度，来作为流入气体温度Tin。下游侧排气温度传感器62安置在NOx吸附剂28下游的旁路通道22中，并且适于检测从NOx吸附剂28流出的排气的温度，来作为流出气体温度Tout。
在本实施例中，当上述净化控制开始时，确定永久劣化的过程与该净化控制同时进行。在净化控制开始之前，在NOx吸附剂28上吸附有与上一次吸附控制中在饱和状态下所吸附的相接近的量的水。一旦净化控制开始，高温排气就流到NOx吸附剂28中，因此，所吸附的水逐渐从NOx吸附剂28脱附。
由于脱附反应是吸热反应，所以在脱附反应期间加入到NOx吸附剂28的一部分热量通过脱附反应消耗掉，并且NOx吸附剂28的温度不会上升那么多。然而，一旦水的脱附完成，NOx吸附剂28的温度开始大大(或以高速率)上升。为了确定永久劣化的存在与否，在排气开始流到NOx吸附剂28中的时间与大的温度上升出现的时间之间加入到NOx吸附剂28的热量被计算为与吸附在NOx吸附剂28上的水量相对应的总热量。然后，基于如此计算出的总热量来确定永久劣化的存在与否。
图8示出NOx吸附剂28的温度(即床温)T与水脱附完成时间t之间的关系。该水脱附完成时间被定义为：从排气开始流到NOx吸附剂28中的时间点到脱附水量接近于在饱和状态下吸附的水量的水脱附完成时的时间点所经过的时间。在图8中，T0a表示不存在永久劣化的正常的NOx吸附剂28的温度，而t0表示正常的NOx吸附剂28的脱附完成时间。而且，Ta′和t′分别表示永久劣化的NOx吸附剂28的温度及其脱附完成时间。此外，总热量H被定义为在脱附完成时间t期间加入到NOx吸附剂28的热量的积分值。H0和H′分别表示加入到正常的NOx吸附剂28和永久劣化的NOx吸附剂28的总热量。
如从图8中的特性曲线所理解的，一旦所吸附的水的脱附完成，NOx吸附剂28的温度T就大大上升并达到预定的基准温度Ts，在该预定的基准温度Ts处，温度T的每单位时间的上升率中出现拐点。将基准温度Ts设定为NOx吸附剂28的温度在其大大上升时(或在温度上升率中出现拐点时)所达到的温度水平。该基准温度Ts被预先存储在ECU 50中。
因此，在确定永久劣化的过程中，一旦净化控制开始就检测出NOx吸附剂28的温度T。由于优选在所检测温度反映整个NOx吸附剂28的温度的位置处检测温度T，所以在本实施例中，使用安置在NOx吸附剂28的后部中的下游侧温度传感器42来进行温度检测。当如下两个条件(1)、(2)中的至少一个成立时，则确定表明所吸附的水完成脱附的特定温度状态出现了，所述两个条件即：(1)在温度T的上升率中出现拐点，和(2)温度T变得等于或大于预定的基准温度Ts。
随后，测量从排气开始流到NOx吸附剂28中的时间到进行上述确定的时间所经过的时间，以作为脱附完成时间(即完成脱附所需的时间段)t。然后，使用由空气流量计32检测到的进气量Ga(相当于排气的流量)、上述流入气体温度Tin、流出气体温度Tout以及脱附完成时间t来计算在脱附完成时间t期间加入到NOx吸附剂28的总热量H。更具体地，通过根据如下方程(2)在等于脱附完成时间t的积分区间或范围内使用作为用于积分的时间系列数据的、进气量的小区间历史值Ga(i)和温度的小区间历史值Tin(i)、Tout(i)进行积分来获得总热量H。
如此计算出的总热量H相当于从NOx吸附剂28脱附出与在饱和状态下吸附在NOx吸附剂28上的水量相接近的量的水所需的热量。就此而言，如上所述，所吸附的水的饱和量(即，NOx吸附剂28饱和时所吸的水量)与NOx吸附剂28中的NOx吸附部位的数量、即永久劣化的水平有相关性。当劣化水平变高时，所吸附的水的饱和量减小，而且总热量H也相应降低。
图9示出特性曲线，表明了加入到NOx吸附剂28的总热量与永久劣化的水平之间的关系。如从图9理解的，加入到永久劣化的NOx吸附剂28的总热量H′减少从而小于加入到正常的NOx吸附剂28的总热量H0，并且总热量的减少量随着劣化进行(即随着劣化水平增加)而增大。因此，当总热量H减少到小于预定的劣化确定值时，确定NOx吸附剂28经受了其水平高到NOx吸附剂28不能使用的永久劣化。在这种情况下，作为与劣化水平的容许极限相对应的总热量值的劣化确定值被预先存储在ECU 50中。
利用上述布置，能够基于从NOx吸附剂28脱附水所需的总热量H来准确确定永久劣化的存在与否。
在上述实施例中，使用了在温度上升率中检测到拐点的条件(1)和温度T变得等于或高于基准温度Ts的条件(2)中的至少一个来确定所吸附的水的脱附完成，使得能够准确或精确地确定水脱附完成的定时。在这种情况下，即使在存在诸如环境温度变化等的干扰的情况下，基于条件(1)的确定也使得能够稳定检测温度T的上升率的变化。而且，能够容易地基于条件(2)来确定水脱附的完成，这仅需将温度T与基准温度Ts进行比较的操作。通过使用这两个条件(1)、(2)，能够进一步提高确定精度。
此外，在本实施例中，在净化控制开始时进行确定永久劣化的过程。因此，该劣化确定过程总是能够从NOx吸附剂28处于基本相同的水吸附状态下的时刻开始。因此，能够减少或消除因初始条件的差异而引起的确定结果的变动，并且能够稳定地确定永久劣化的存在与否。
图10A和10B是ECU 50执行的用于实施本实施例的系统操作的例程的流程图。当在本实施例中进行与图5的例程同样的例程时，执行图10A和10B的例程来取代图6的例程。
在图10A所示的例程中，ECU 50最初确定是否满足用于开始确定永久劣化出现的过程的条件(步骤200)。该开始条件的具体示例例如包括：净化控制是否准备开始。如果不满足开始条件，则ECU 50等待，直到满足该开始条件。如果满足了开始条件，则ECU 50开始净化控制(步骤202)，并且启动用于测量脱附完成时间t的定时器(步骤204)。
当如此开始净化控制时，排气开始流到NOx吸附剂28中，并且ECU 50检测进气量Ga、NOx吸附剂28的温度T以及流入气体温度Tin和流出气体温度Tout(步骤206至步骤210)。这些参数的检测以适于保持跟踪温度T的变化并且适于对作为用于积分的时间系列数据的小区间历史值Ga(i)、Tin(i)和Tout(i)进行积算的采样周期重复。
当执行上述检测操作时，ECU 50基于NOx吸附剂28的温度T来确定是否满足上述条件(1)或(2)(步骤212、214)。如果满足了条件(1)、(2)中的一个，则ECU 50确定所吸附的水的脱附完成，并且从定时器的值中获得脱附完成时间t(步骤216)。如果条件(1)、(2)中的任何一个均不满足，则ECU 50确定水的脱附尚未完成，并且继续进行步骤206至210的检测操作。
随后，使用进气量的小区间历史值Ga(i)、温度的小区间历史值Tin(i)、Tout(i)以及脱附完成时间t，ECU 50通过根据上述方程(2)的积分来计算总热量H(步骤218)。然后，ECU 50确定该总热量H是否等于或大于上述劣化确定值(步骤220)。如果在步骤220中获得了肯定的判定(“是”)，则ECU 50确定NOx吸附剂28未经受其水平高到NOx吸附剂28不能使用的永久劣化。如果在步骤220中获得了否定的判定(“否”)，则ECU 50确定在NOx吸附剂28中出现永久劣化(步骤224)。
在第二实施例中，本发明例如应用于其中从NOx吸附剂28脱附的NOx(净化气体)加入或流到排气系统中的系统(下面将称为“排气净化型系统”)。然而，本发明不限于这种布置，而是也可以例如应用于其中驱除气体被再循环到进气系统中的系统(下面将称为“EGR净化型系统”)。EGR净化型系统设有用于检测被再循环到进气系统中的驱除气体的流量VEGR的流量计。在该系统中，可使用驱除气体的流量的小区间历史值VEGR(i)、根据以下方程(3)来计算用于永久劣化确定的总热量HEGR。
在排气净化型系统与EGR净化型系统组合在一起的复合净化型系统中，可使用针对供给到排气系统的驱除气体计算出的总热量H以及针对通过EGR系统供给的驱除气体计算出的总热量HEGR、根据以下方程(4)来计算涉及整个系统的总热量HALL。
HALL＝H+HEGR (4)
在第二实施例中，由空气流量计32检测到的进气量Ga用作表示排气的流量的参数。然而，本发明不限于这种布置，而是例如可基于进气量Ga以及由A/F传感器34检测到的排气空燃比来计算出排气的流量。以这种方式，使得能够准确计算出不仅随着进气量而且也随着空燃比(浓或稀)变化的排气的流量，从而确保总热量计算中的进一步提高的精度。
接下来参考图11至图13，将描述本发明的第三实施例。在本实施例中，采用了与第一实施例中的那些基本相同的系统构造和控制例程。然而，第三实施例与第一实施例的不同之处在于：NOx吸附剂与辅助吸附剂一同使用，并且基于辅助吸附剂的劣化的确定结果来校正NOx吸附剂的确定结果。
图11示出根据本发明第三实施例的排气排放控制系统的构造。在图11中，使用了与示出第一实施例的图1中所用的附图标记相同的附图标记来表示相同的构成元件，将不再提供其说明。如图11所示，本实施例的系统包括温度传感器72、74和作为辅助吸附剂的水吸附剂70。
与NOx吸附剂28类似，水吸附剂70例如也由含氧化铝沸石形成。然而，该沸石已与诸如钠的金属而不是与铁进行了离子交换。因此，水吸附剂70不具有NOx吸附能力，但能够吸附排气中含有的水。水吸附剂70设置在NOx吸附剂28的上游位置处的旁路通道22中。
温度传感器72、74分别适于检测水吸附剂70的前部的温度(床温)和水吸附剂70的后部的温度。利用该布置，ECU 50能够以与在第一实施例中确定NOx吸附剂28中出现永久劣化的方式相同的方式来确定在水吸附剂70中出现永久劣化。在第三实施例中，基于水吸附剂70的永久劣化的确定结果来校正NOx吸附剂28的永久劣化的确定结果。
图12是分别示出关于NOx吸附剂28和水吸附剂70(用于预处理的吸附剂)的、永久劣化随时间的进行过程的说明图。由于水吸附剂70承载有钠而不是铁，所以氧化铝稳定地保持在沸石中。因此，如12所示，水吸附剂70具有比NOx吸附剂28更不可能永久劣化的特性。
因此，在本实施例中，计算出NOx吸附剂28的永久劣化水平与水吸附剂70的永久劣化水平之间的差值或这些吸附剂28、70的永久劣化水平的比率。然后，通过使用所计算出的值来对在NOx吸附剂28中是否出现永久劣化进行最终确定。以这种方式，能够基于水吸附剂70的永久劣化的确定结果来校正NOx吸附剂28的永久劣化的确定结果。
即，即使存在因例如干扰等而引起的确定结果的误差、或者源自NOx吸附剂28所安装的环境的固有误差，也能够在该NOx吸附剂的确定结果与水吸附剂70的确定结果之间抵消这些误差。因此，能够提高永久劣化的确定精度并且增加该确定的可靠性。
图13是ECU 50执行的用于实施本实施例的系统操作的例程的流程图。当在本实施例中进行与图5的例程同样的例程时，在图5的步骤110中执行图13的例程。
在如图13所示的例程中，ECU 50通过使用例如与第一实施例同样的确定方法来确定在NOx吸附剂28中是否出现永久劣化(步骤300)。在步骤300中获得的确定结果是(校正之前的)临时结果。然后，ECU 50通过使用与步骤300中的相同的方法来确定在水吸附剂70中是否出现永久劣化(步骤302)。
接下来，ECU 50计算NOx吸附剂28的永久劣化水平与水吸附剂70的永久劣化水平之间的差值或这些吸附剂28、70的永久劣化水平的比率，来作为最终确定参数(步骤304)。然后，如第一实施例中那样，ECU 50确定在步骤304中获得的参数是否等于或大于预定的劣化确定值(步骤306)，并且根据确定结果来确定永久劣化的存在与否(步骤308、步骤310)。因此，能够在排除干扰或环境误差的影响的同时准确确定永久劣化的出现。
在上述第一实施例中，图5的步骤102、110表示吸附能力确定装置的具体示例。在这些步骤中，步骤102表示氧化确定装置的具体示例，并且步骤110表示永久劣化确定装置的具体示例。而且，步骤104表示正常时间还原装置的具体示例，步骤106表示吸附剂再生装置的具体示例，而步骤112表示通知装置的具体示例。此外，图6的步骤126表示温度上升率获取装置的具体示例，并且步骤128表示时间延迟获取装置的具体示例。
在第二实施例中，图10A和10B的步骤206表示排气流量获取装置的具体示例，步骤212、214表示温度状态确定装置的具体示例，步骤216表示时间测量装置的具体示例，步骤218表示总热量计算装置的具体示例，并且步骤220-224表示吸附能力确定装置的具体示例。在第三实施例中，图13的步骤302表示辅助劣化确定装置的具体示例，并且步骤304表示吸附能力确定装置的具体示例。
在第三实施例中，作为示例，辅助吸附剂采取水吸附剂70的形式。然而，本发明的辅助吸附剂不限于适于吸附水的水吸附剂，而是可以从适于吸附除了NOx之外的排气成分的其他吸附剂中选择。例如，可以使用CO吸附剂、HC吸附剂等来作为辅助吸附剂。
而且，在第三实施例中，通过与第一实施例的相同或类似的方法来确定永久劣化的存在与否。然而，本发明不限于这种布置，而是在第三实施例中可通过与第二实施例的相同或类似的方法来确定吸附剂28的永久劣化。
此外，在每一个所示的实施例中，使用了沸石基吸附剂作为NOx吸附剂。然而，本发明不限于使用这类吸附剂，而是可以更广地应用于使用除沸石基吸附剂之外的NOx吸附剂的系统。
Claims (15)
1.一种内燃机的排气排放控制系统，包括：
旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；
NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；
流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；
吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及
吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，
所述的排气排放控制系统还包括：
第一温度检测装置，所述第一温度检测装置检测所述NOx吸附剂的位于在所述排气流动的方向上观察的上游侧上的一部分的温度，来作为上游侧温度；以及
第二温度检测装置，所述第二温度检测装置检测所述NOx吸附剂的位于在所述排气流动的方向上观察的下游侧上的一部分的温度，来作为下游侧温度，其中
所述吸附能力确定装置在所述排气流到所述NOx吸附剂中以使得所述上游侧温度和所述下游侧温度发生变化时将所述上游侧温度的变化与所述下游侧温度的变化进行比较，并且基于比较结果来确定所述吸附能力的降低是否是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
2.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，还包括：
温度上升率获取装置，所述温度上升率获取装置对于随着所述排气流过所述NOx吸附剂而上升的所述上游侧温度和所述下游侧温度中的至少一个获得每单位时间的温度上升率；以及
时间延迟获取装置，所述时间延迟获取装置获得所述上游侧温度的上升与所述下游侧温度的上升之间的时间延迟，其中
所述吸附能力确定装置基于所述温度上升率与所述时间延迟的乘积来确定所述吸附能力的降低是否是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
3.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，还包括：
温度上升率获取装置，所述温度上升率获取装置对于随着所述排气流过所述NOx吸附剂而上升的所述上游侧温度和所述下游侧温度获得每单位时间的温度上升率；以及
时间延迟获取装置，所述时间延迟获取装置获得所述上游侧温度的上升与所述下游侧温度的上升之间的时间延迟，其中
所述吸附能力确定装置基于所述上游侧温度的上升率及所述下游侧温度的上升率的平均值与所述时间延迟的乘积来确定所述吸附能力的降低是否是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
4.一种内燃机的排气排放控制系统，包括：
旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；
NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；
流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；
吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及
吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，
其中，在对吸附在所述NOx吸附剂上的NOx进行净化的净化控制完成之后，所述吸附能力确定装置确定所述吸附能力的降低是否是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
5.一种内燃机的排气排放控制系统，包括：
旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；
NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；
流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；
吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及
吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，
所述的排气排放控制系统还包括：
温度状态确定装置，所述温度状态确定装置在所述排气开始流到所述NOx吸附剂中之后确定在所述NOx吸附剂中是否出现特定温度状态；以及
总热量计算装置，所述总热量计算装置计算在从所述排气开始流到所述NOx吸附剂中的时间点到在所述NOx吸附剂中出现所述特定温度状态的时间点的时段中加入到所述NOx吸附剂的总热量，其中
所述吸附能力确定装置基于所述总热量来确定所述吸附能力的降低是否是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
6.根据权利要求5所述的排气排放控制系统，其中当所述NOx吸附剂达到预定的基准温度时，所述温度状态确定装置确定在所述NOx吸附剂中出现了所述特定温度状态。
7.根据权利要求5所述的排气排放控制系统，其中当在所述NOx吸附剂的每单位时间的温度上升率中出现拐点时，所述温度状态确定装置确定在所述NOx吸附剂中出现了所述特定温度状态。
8.根据权利要求5所述的排气排放控制系统，其中当所述NOx吸附剂达到预定的基准温度并且在所述NOx吸附剂的每单位时间的温度上升率中出现拐点时，所述温度状态确定装置确定在所述NOx吸附剂中出现了所述特定温度状态。
9.根据权利要求5所述的排气排放控制系统，还包括：
排气流量获取装置，所述排气流量获取装置获得从所述内燃机排出的排气的流量；
第一气体温度检测装置，所述第一气体温度检测装置检测流到所述NOx吸附剂中的排气的温度，来作为流入气体温度；
第二气体温度检测装置，所述第二气体温度检测装置检测从所述NOx吸附剂流出的排气的温度，来作为流出气体温度；以及
时间测量装置，所述时间测量装置测量从所述排气开始流到所述NOx吸附剂中的时间点到在所述NOx吸附剂中出现所述特定温度状态的时间点的经过时间，其中
所述总热量计算装置基于所获得的排气的流量、所检测到的流入气体温度、所检测到的流出气体温度以及所测量到的经过时间来计算所述总热量。
10.根据权利要求5所述的排气排放控制系统，其中当对吸附在所述NOx吸附剂上的NOx进行净化的净化控制开始时，所述吸附能力确定装置确定所述吸附能力的降低是否是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低。
11.一种内燃机的排气排放控制系统，包括：
旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；
NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；
流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；
吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及
吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，
所述的排气排放控制系统还包括：
辅助吸附剂，所述辅助吸附剂与所述NOx吸附剂一起设置在所述旁路通道中，并且适于吸附除了NOx之外的排气成分；以及
辅助劣化确定装置，所述辅助劣化确定装置确定所述辅助吸附剂是否经受所述辅助吸附剂不能恢复的吸附能力的不可克服型降低，其中
所述吸附能力确定装置基于所述辅助吸附剂的劣化的确定结果来校正所述NOx吸附剂的劣化的确定结果。
12.一种内燃机的排气排放控制系统，包括：
旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；
NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；
流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；
吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及
吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，
所述的排气排放控制系统还包括：
排气空燃比获取装置，所述排气空燃比获取装置获得从所述内燃机排出的排气的空燃比；以及
正常时间还原装置，当所述NOx吸附剂的温度处于适于还原处理的温度范围内并且所检测到的排气的空燃比变浓时，所述正常时间还原装置控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道。
13.一种内燃机的排气排放控制系统，包括：
旁路通道，所述旁路通道设置在所述内燃机的排气通道中，并且布置成绕过作为所述排气通道的一部分的主通道；
NOx吸附剂，所述NOx吸附剂设置在所述旁路通道中，并且适于从排气所包含的成分中至少吸附NOx；
流路切换装置，所述流路切换装置在所述主通道与所述旁路通道之间切换所述排气的流路；
吸附控制装置，所述吸附控制装置基于所述内燃机的运行状态来控制所述流路切换装置，以便使所述排气流过所述旁路通道；以及
吸附能力确定装置，所述吸附能力确定装置当所述NOx吸附剂的吸附能力降低时确定所述吸附能力的降低是所述NOx吸附剂能够恢复的可克服型降低或是所述NOx吸附剂不能恢复的不可克服型降低，
所述的排气排放控制系统还包括：
吸附剂再生装置，当在所述NOx吸附剂中出现所述NOx吸附剂能够恢复的吸附能力的可克服型降低时，所述吸附剂再生装置对所述NOx吸附剂执行还原处理；以及
通知装置，当在所述NOx吸附剂中出现了所述吸附能力的不可克服型降低时，所述通知装置给出如下通知：在所述NOx吸附剂中出现了所述NOx吸附剂不能恢复的所述吸附能力的不可克服型降低。
14.根据权利要求5至8中任一项所述的排气排放控制系统，还包括：
EGR通道，从所述NOx吸附剂排出的排气的一部分通过所述EGR通道被再循环到所述内燃机的进气系统中；
第一排气流量获取装置，所述第一排气流量获取装置获得被再循环到所述进气系统中的排气的流量；
第二排气流量获取装置，所述第二排气流量获取装置获得从所述内燃机排出的排气的流量；
第一气体温度检测装置，所述第一气体温度检测装置检测流到所述NOx吸附剂中的排气的温度，来作为流入气体温度；
第二气体温度检测装置，所述第二气体温度检测装置检测从所述NOx吸附剂流出的排气的温度，来作为流出气体温度；以及
时间测量装置，所述时间测量装置测量从所述排气开始流到所述NOx吸附剂中的时间点到在所述NOx吸附剂中出现所述特定温度状态的时间点的经过时间，其中
所述总热量计算装置基于由所述第一排气流量获取装置获得的排气的流量、由所述第二排气流量获取装置获得的排气的流量、所检测到的流入气体温度、所检测到的流出气体温度以及所测量到的经过时间来计算所述总热量。
15.根据权利要求11所述的排气排放控制系统，其中所述辅助吸附剂吸附至少一种排气成分，所述至少一种排气成分选自由包含在所述排气中的水、CO和HC组成的组。
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