CN102971502B - 用于内燃发动机的排气净化设备和还原剂分配方法 - Google Patents

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Abstract

利用如下发现：NH3在选择还原型NOx催化剂上的吸附状态包括弱吸附状态和强吸附状态，在弱吸附状态下，吸附的NH3能够用于NOx的还原反应，在强吸附状态下，除非吸附状态变为弱吸附状态，否则吸附的NH3不能够用于NOx的还原反应，本发明的设备包括实际弱吸附量计算部和分配控制部，该实际弱吸附量计算部计算以弱吸附状态吸附在选择还原型NOx催化剂上的NH3的实际弱吸附部，分配控制部根据由实际弱吸附量计算部计算出的实际弱吸附量执行由还原剂分配部分配的还原剂的分配控制。

Description

用于内燃发动机的排气净化设备和还原剂分配方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的排气控制设备和还原剂分配方法。
背景技术
与本发明相关的现有技术是尿素SCR系统，在尿素SCR系统中，在内燃发动机的排气通道中设置有选择性催化还原型NOx催化剂(下文称为“SCR催化剂”)，SCR催化剂通过吸附NH3(氨)而从排气中去除NOx，并且在尿素SCR系统中，还原剂分配部向SCR催化剂供给还原剂。在日本专利申请公报No.2003-293737(JP-A-2003-293737)中公开的尿素SCR系统中，吸附于SCR催化剂的NH3的消耗量基于从内燃发动机排出的NOx的量和由去除率导出部导出的SCR催化剂的NOx去除率求得。吸附在SCR催化剂上的NH3的吸附量根据如上所述求得的NH3的消耗量和供给至SCR催化剂的还原剂的分配量求得。随后，基于由此求得的NH3的吸附量和稍低于SCR催化剂上的NH3饱和吸附量的NH3预定目标吸附量，对还原剂的分配进行控制。
然而，本发明人已经发现：NH3在SCR催化剂上的吸附状态包括弱吸附状态和强吸附状态。弱吸附状态是吸附在SCR催化剂上的NH3能够用于NOx的还原反应的状态。另一方面，强吸附状态是如下状态：除非状态变为弱吸附状态，否则吸附在SCR催化剂上的NH3不能够用于NOx的还原反应。因此，已经了解到，如在日本专利申请公报No.2003-293737(JP-A-2003-293737)中公开的尿素SCR系统中那样，在基于吸附在SCR催化剂上的NH3的量对还原剂的分配进行控制的情况下，如果不考虑NH3在SCR催化剂上的吸附状态，而是仅考虑SCR催化剂上的NH3的总吸附量，则不能够增大NOx去除率。因而，为了增大NOx去除率，需要按照适于NOx的去除的NH3吸附状态执行还原剂分配控制。
发明内容
本发明提供一种通过考虑NH3在选择还原型NOx催化剂上的吸附状态来执行用于内燃发动机的排气控制设备中的还原剂的最优分配控制的技术。
本发明的第一方面涉及一种内燃发动机的排气控制设备，该排气控制设备包括：选择还原型NOx催化剂，所述选择还原型NOx催化剂设置在内燃发动机的排气通道中，其中，NH3在所述选择还原型NOx催化剂上的吸附状态包括弱吸附状态和强吸附状态，在所述弱吸附状态下，吸附在所述NOx催化剂上的NH3能够用于NOx的还原反应，在所述强吸附状态下，除非NH3的吸附状态变为所述弱吸附状态，否则吸附在所述NOx催化剂上的NH3不能够用于NOx的还原反应；还原剂分配部，所述还原剂分配部设置在所述选择还原型NOx催化剂上游的所述排气通道中并且分配用于向所述选择还原型NOx催化剂供给NH3的还原剂；实际弱吸附量计算部，所述实际弱吸附量计算部计算以所述弱吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂上的NH3的实际弱吸附量；以及分配控制部，所述分配控制部根据由所述实际弱吸附量计算部计算出的所述实际弱吸附量执行由所述还原剂分配部分配的还原剂的分配控制。
根据上述构造，排气控制设备计算实际弱吸附量，并且根据计算出的实际弱吸附量执行还原剂的分配控制。因此，还原剂的分配控制仅根据实际弱吸附量执行，而不考虑实际强吸附量，使得可以执行如下控制：在吸附在选择还原型NOx催化剂上的NH3的吸附量中，仅仅使用对NOx的去除起作用的NH3的吸附量。因此，还原剂的分配控制中由于考虑对NOx的去除不起作用的NH3吸附量而导致的缺点消失了，并且能够进行关于选择还原型NOx催化剂的还原剂的最优分配控制。
根据本发明的此方面的排气控制设备还可以包括目标弱吸附量计算部，所述目标弱吸附量计算部计算将以所述弱吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂上的NH3的目标弱吸附量，并且所述分配控制部可以执行由所述还原剂分配部分配的还原剂的分配控制，使得由所述实际弱吸附量计算部计算出的所述实际弱吸附量变为等于由所述目标弱吸附量计算部计算出的所述目标弱吸附量。
根据上述构造，计算以弱吸附状态吸附于选择还原型NOx催化剂的NH3的最优目标弱吸附量。目标弱吸附量基于由于少量NH3处于弱吸附状态而导致的NOx去除率的减小与由于大量NH3处于弱吸附状态而导致的NH3通过催化剂之间的平衡而确定。随后，执行还原剂的分配控制，使得NH3的实际弱吸附量变为等于目标弱吸附量。因此，实际弱吸附量接近对NOx的去除起作用的最优NH3吸附量，使得能够对选择还原型NOx催化剂执行还原剂的最优分配控制。
根据本发明的此方面的排气控制设备还可以包括：第一NOx浓度获取部，所述第一NOx浓度获取部获取关于流入所述选择还原型NOx催化剂中的排气中的NOx浓度的信息；第二NOx浓度获取部，所述第二NOx浓度获取部获取关于从所述选择还原型NOx催化剂流出的排气中的NOx浓度的信息；NOx去除率计算部，所述NOx去除率计算部由所述第一NOx浓度获取部所获取的关于NOx浓度的信息以及所述第二NOx浓度获取部所获取的关于NOx浓度的信息计算所述选择还原型NOx催化剂的NOx去除率；以及催化剂温度获取部，所述催化剂温度获取部获取关于所述选择还原型NOx催化剂的温度的信息。所述实际弱吸附量计算部可以基于从由所述NOx去除率计算部计算出的NOx去除率导出的NH3的消耗量、所述催化剂温度获取部所获取的关于所述选择还原型NOx催化剂的温度的信息、所述强吸附状态与所述弱吸附状态之间的NH3的转变量、所述还原剂的前次分配量、以及用于所述实际弱吸附量的估算模型来计算所述实际弱吸附量。所述目标弱吸附量计算部基于从由所述NOx去除率计算部计算出的NOx去除率导出的NH3的消耗量、所述催化剂温度获取部所获取的关于所述选择还原型NOx催化剂的温度的信息、以及所述实际弱吸附量的饱和特性来计算所述目标弱吸附量。
根据上述构造，能够计算实际弱吸附量和目标弱吸附量。
根据本发明的此方面的排气控制设备还可以包括：实际强吸附量计算部，所述实际强吸附量计算部计算以所述强吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂上的NH3的实际强吸附量；以及温度升高控制部，如果由所述实际强吸附量计算部计算出的所述实际强吸附量超过预定量，则所述温度升高控制部升高所述选择还原型NOx催化剂的温度，所述预定量用作用于判定是否将发生高浓度的NH3通过所述选择还原型NOx催化剂的阈值。
根据上述构造，如果选择还原型NOx催化剂的温度升高，则处于强吸附状态的NH3变为弱吸附状态并且另外从催化剂解吸附。因此，如果计算出的实际强吸附量超过所述预定量，则能够通过升高选择还原型NOx催化剂的温度减小NH3的实际强吸附量。因此，可以避免实际强吸附量变得过大并且选择还原型NOx催化剂上的NH3吸附量达到饱和水平、从而导致高浓度的NH3通过催化剂的情况。
在根据上述方面的排气控制设备中，弱吸附状态可以是吸附在NOx催化剂上的NH3用作NOx的还原反应中的还原剂的状态，强吸附状态可以是吸附在NOx催化剂上的NH3不用作NOx的还原反应中的还原剂的状态。
本发明的第二方面涉及一种用于内燃发动机的排气控制设备的还原剂分配方法，该排气控制设备包括选择还原型NOx催化剂和还原剂分配部，所述选择还原型NOx催化剂设置在内燃发动机的排气通道中，所述还原剂分配部设置在所述选择还原型NOx催化剂上游的所述排气通道中并且分配用于向所述选择还原型NOx催化剂供给NH3的还原剂。该还原剂分配方法包括：计算以弱吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂上的NH3的实际弱吸附量，在所述弱吸附状态下，吸附在所述选择还原型NOx催化剂上的NH3能够用于NOx的还原反应；以及根据计算出的所述实际弱吸附量执行由所述还原剂分配部分配的还原剂的分配控制，其中，NH3在所述选择还原型NOx催化剂上的吸附状态包括所述弱吸附状态和强吸附状态，在所述强吸附状态下，除非NH3的吸附状态变为所述弱吸附状态，否则吸附在所述NOx催化剂上的NH3不能够用于NOx的还原反应。
根据上述构造，还原剂的分配控制中由于考虑对NOx的去除不起作用的NH3吸附量而导致的缺点消失了，并且能够进行关于选择还原型NOx催化剂的还原剂的最优分配控制。
在此方面的还原剂分配方法中，弱吸附状态可以是吸附在NOx催化剂上的NH3用作NOx的还原反应中的还原剂的状态，并且强吸附状态可以是吸附在NOx催化剂上的NH3不用作NOx的还原反应中的还原剂的状态。
根据本发明，在内燃发动机排气控制设备中，通过考虑NH3在选择还原型NOx催化剂上的吸附状态，能够进行还原剂的最优分配控制。
附图说明
从参照附图进行的对示例实施方式的以下描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中相同的附图标记用来表示相同的元件，并且在附图中：
图1是示出根据本发明实施方式的内燃发动机的一般构造的示图；
图2是示出SCR催化剂上的吸附的NH3的量与其NOx去除率之间的关系的示图；
图3是示出在吸附在SCR催化剂上的全部量的NH3都能够使用的情况下，吸附的NH3的量与NOx去除率之间的关系的示图；
图4是示出SCR催化剂上的实际弱吸附量与其NOx去除率之间的关系的示图；
图5是根据本发明实施方式的ECU中的控制框图；
图6是示出根据该实施方式的用于NH3转变率的模型的示图；
图7是示出根据本发明实施方式的目标弱吸附NH3的量的设定线的示图；
图8是示出根据一实施方式的尿素水的分配量的控制模型的示图；
图9是示出根据本发明实施方式的尿素水分配的流程图；以及
图10是示出根据本发明实施方式的尿素水分配控制中的控制状态的示图。
具体实施方式
下面将描述本发明的具体实施方式。
<实施方式>(内燃发动机)图1是示出根据本发明实施方式的内燃发动机的一般构造的示图。图1所示的内燃发动机1是用于驱动车辆的具有四个气缸的四冲程柴油发动机。用于使从内燃发动机1排出的排气通过的排气通道2连接于内燃发动机1。
排气通道2的中部中设置有选择性催化还原型NOx催化剂(下文称为SCR催化剂)3。SCR催化剂3通过使用NH3(氨)从排气中还原性地去除NOx。例如，NO通过诸如4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O之类的反应还原为N2。NO2通过诸如6NO2+8NH3→7N2+12H2O之类的反应还原为N2。NO和NO2通过诸如NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O之类的反应还原为N2。此外，SCR催化剂3具有吸附NH3的功能。SCR催化剂3由沸石等形成。
SCR催化剂3上游的排气通道2设置有尿素水分配阀4，尿素水分配阀4分配作为还原剂的尿素水溶液(下文称为尿素水)，尿素水水解为将要供给至SCR催化剂3的NH3。尿素水分配阀4基于指令将储存在尿素水容器5中的尿素水喷射到排气通道2中。所喷射的尿素水在诸如(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2之类的反应中通过排气热水解以产生NH3。尿素水分配阀4是本发明中的还原剂分配部的示例。此处所用的还原剂可以不仅是尿素水，也可以是诸如氨的水溶液等之类的氨基溶液。
在位于尿素水分配阀4的直接上游的排气通道2中设置有第一NOx传感器6，该第一NOx传感器6检测流入SCR催化剂3中的排气中的NOx浓度。第一NOx传感器6是本发明中的第一NOx浓度获取部的示例。在位于SCR催化剂3的直接下游的排气通道2中设置有第二NOx传感器7，该第二NOx传感器7检测从SCR催化剂3流出的排气中的NOx浓度。第二NOx传感器7是本发明中的第二NOx浓度获取部的示例。第一NOx浓度获取部和第二NOx浓度获取部可以由内燃发动机1的运行状态和通过计算预先获得的NOx浓度估算映射估算NOx浓度。SCR催化剂3设置有温度传感器8，温度传感器8检测SCR催化剂床温度。温度传感器8是本发明中的催化剂温度获取部的示例。顺便提及，催化剂温度获取部可以由设置在排气通道2中的温度传感器检测到的排气温度和预先计算出的催化剂床温度估算映射估算SCR催化剂床温度。
燃料分配阀9、氧化催化剂10和DPF(柴油颗粒过滤器)11依次设置在第一NOx传感器6上游的排气通道2中。氧化催化剂10使排气中的HC、CO等氧化。DPF 11捕集流过排气通道2的排气中的颗粒物质。燃料分配阀9是用于将燃料分配到排气通道2中的阀。特别地，当颗粒物质的量等于或大于沉积在DPF 11上的规定量时，燃料分配阀9分配燃料。从燃料分配阀9分配的燃料在氧化催化剂10上被氧化，使得排气被加热。随后，被加热的排气流入DPF 11中，并且以氧化的方式从DPF 11中去除颗粒物质。以此方式对沉积在DPF 11上的颗粒物质以氧化的方式去除的控制被称为强制过滤再生控制。
如上所述构造的内燃发动机1设置有电子控制单元(下文称为ECU)12。ECU 12电连接至第一NOx传感器6、第二NOx传感器7和温度传感器8以及未示出的曲柄位置传感器和加速踏板操作量传感器。来自这些传感器的输出信号被输入到ECU 12。此外，ECU12电连接至尿素水分配阀4和燃料分配阀9，并且对这些阀进行控制。
(尿素水分配控制)将尿素水分配至SCR催化剂3的已知方法是如下方法：利用SCR催化剂3的NH3吸附功能，使NH3预先吸附于SCR催化剂达到不超过饱和吸附量的目标吸附量，并且如果NH3(NH3的量通过还原NOx而保持)被消耗，则供给与NH3的消耗量相当的量的尿素水，使得吸附的NH3的量保持目标吸附量。根据本发明人的发现，在上述方法中，NH3的一部分吸附量对NOx的去除不起作用。
图2是表示SCR催化剂3上的吸附的NH3的量与SCR催化剂3的NOx去除率之间的关系的示图。如图所示，在图2中，如果通过上述方法预先在SCR催化剂3上吸附了去除NOx所需的量的NH3并且随后停止分配尿素水，则NOx去除率变得低于尿素水的分配期间的NOx去除率。即，如果相对于SCR催化剂3的NH3吸附量是固定的，则由于滞后现象，NOx去除率在尿素水分配期间与在分配停止期间之间是不同的。在尿素水分配期间，通过所分配的尿素的水解形成的NH3以及已经吸附在SCR催化剂3上的NH3直接地对NOx的去除起作用并由此获得NOx去除率。另一方面，在分配停止期间，仅仅吸附在SCR催化剂3上的NH3对NOx的去除起作用并由此获得NOx去除率。如果所有的吸附的NH3都对NOx的去除起作用，则在分配停止期间应当获得与尿素水分配期间的NOx去除率基本上相同的NOx去除率，如图3所示。然而，当停止分配尿素水时，呈现出如下特性：尽管实际存在相当大的NH3吸附量，但没有获得NOx去除率，如图2所示。这表示在点P1处的NH3吸附量对NOx的去除不起作用，其中，点P1是在图2所示的停止分配期间，在特性图中不再获得NOx去除率的点。
由此，本发明人已经发现，吸附在SCR催化剂3上的NH3的吸附状态分为两种类型。一种类型的状态是吸附在SCR催化剂3上的NH3对NOx的去除起作用的NH3吸附状态，而另一种类型的状态是吸附在SCR催化剂3上的NH3对NOx的去除不起作用的吸附状态。另外，这些吸附状态缓慢地彼此转变。此外，当SCR催化剂的温度升高时，吸附在SCR催化剂3上的NH3对NOx的去除不起作用的吸附状态变为吸附在SCR催化剂3上的NH3对NOx的去除起作用的吸附状态。吸附在SCR催化剂3上的NH3对NOx的去除起作用的吸附状态被称为弱吸附状态。弱吸附状态是吸附在SCR催化剂上的NH3能够用于NOx的还原反应的状态，即，吸附在SCR催化剂上的NH3用作NOx的还原反应中的还原剂的状态。吸附在SCR催化剂上的NH3对NOx的去除不起作用的吸附状态被称为强吸附状态。强吸附状态是如下状态：除非NH3变为弱吸附状态，否则吸附在SCR催化剂3上的NH3不能够用于NOx的还原反应，即，吸附在SCR催化剂上的NH3不用作NOx的还原反应中的还原剂的状态。弱吸附状态和强吸附状态中的一种状态能够变为另一种状态。顺便提及，以弱吸附状态吸附在SCR催化剂3上的NH3的吸附量被称为实际弱吸附量。此外，以强吸附状态吸附在SCR催化剂3上的NH3的吸附量被称为实际强吸附量。如果实际弱吸附量大而实际强吸附量小，则认为NH3从弱吸附状态变为强吸附状态。另一方面，如果实际弱吸附量小而实际强吸附量大，则认为NH3从强吸附状态变为弱吸附状态。此外，认为当SCR催化剂3的温度升高时，吸附的NH3从强吸附状态变为弱吸附状态。如图2所示，在时间点P1处吸附在催化剂上的NH3吸附量为实际强吸附量，其中时间点P1是在停止分配期间在特性中不再获得NOx去除率的时间点。从点P1开始增大的NH3吸附量为实际弱吸附量，其中点P1是在停止分配期间在特性中不再获得NOx去除率的点。
此处应当注意，由于如上所述强吸附状态中的NH3不能够用于NOx的还原反应，所以NH3的实际强吸附量对NOx的去除不起作用。因此，无论实际强吸附量是大是小，NOx去除率均不受实际强吸附量的影响。另一方面，由于弱吸附状态中的NH3能够用于NOx的还原反应，所以NH3的实际弱吸附量对NOx的去除起作用。图4是表示SCR催化剂3上的NH3的实际弱吸附量与SCR催化剂3的NOx去除率之间的关系的示图。如图4所示，如果实际弱吸附量小，则NOx去除率相应地低，而如果实际弱吸附量大，则NOx去除率相应地高。此外，在尿素水分配期间与停止分配期间之间，不存在特性差异，并且不存在滞后现象。这是因为弱吸附状态中的NH3对NOx的去除起作用，这与在尿素水的分配期间通过水解产生的NH3类似。因而，本发明人已经发现，在吸附的NH3用于去除NOx的情况下获得的NOx去除率与实际弱吸附量具有关联性。
因此，在该实施方式中，计算NH3的实际弱吸附量，并且根据计算出的实际弱吸附量控制尿素水的分配。根据该实施方式，由于尿素水的分配控制是仅仅根据NH3的实际弱吸附量而执行的，并未考虑其实际强吸附量，所以可以执行这样的控制：该控制仅仅使用吸附在SCR催化剂3上的NH3吸附量中对NOx的去除起作用的NH3吸附量。因此，不再出现由于考虑对NOx的去除不起作用的NH3吸附量而导致的尿素水的分配控制的缺点，使得能够执行向SCR催化剂3的尿素水的最优分配控制。也就是说，这种缺点是，如果通过考虑对NOx的去除不起作用的NH3吸附量来分配尿素水，那么有时不能够充分地获得所期望的NOx去除率以将NH3吸附量控制为目标值。另一方面，在该实施方式中，由于尿素水通过仅仅考虑NH3的实际弱吸附量、即对NOx的去除起作用的NH3吸附量进行分配，所以获得了最优的分配量，从而如果将NH3的实际弱吸附量控制为目标值，则能够获得所期望的NOx去除率。
图5是根据该实施方式的ECU 12中的控制框图。将参照图5描述根据NH3的实际弱吸附量控制从尿素水分配阀4分配尿素水的具体构造。
如图5所示，ECU 12具有NOx去除率计算部12a，该NOx去除率计算部12a由通过第一NOx传感器6和第二NOx传感器7获取的NOx浓度计算SCR催化剂3的NOx去除率。NOx去除率能够通过将通过从第一NOx传感器6检测到的NOx浓度(下文称为流入NOx浓度)减去第二NOx传感器7检测到的NOx浓度(下文称为流出NOx浓度)获得的值除以所述流入NOx浓度而求得。
ECU 12具有实际弱吸附量计算部12b，该实际弱吸附量计算部12b基于从由NOx去除率计算部12a计算出的NOx去除率导出的NH3的消耗量、由温度传感器8检测到的SCR催化剂3的温度、强吸附状态与弱吸附状态之间的NH3的转变量、尿素水的前次分配量、以及用于NH3的实际弱吸附量的估算模型来计算实际弱吸附量。
实际还原的NOx还原量能够由NOx去除率和流入NOx量来计算，流入NOx量通过将第一NOx传感器6获取的流入NOx浓度乘以由空气流量计13检测到的空气量来计算。通过还原反应还原为NOx还原量的NH3的量是NH3的消耗量(下文称为NH3消耗量)。SCR催化剂3上的总的NH3吸附量由NH3消耗量和尿素水的前次分配量来计算。计算出的SCR催化剂3上的总的NH3吸附量和由温度传感器8检测到的SCR催化剂床温度被代入用于NH3的实际弱吸附量的估算模型中，由此计算试验性的实际弱吸附量。用于实际弱吸附量的估算模型将SCR催化剂3上的总的NH3吸附量以预定比例分为实际弱吸附量和实际强吸附量。此处，该预定比例取决于SCR催化剂床温度而变化，并且能够通过实验、检验等预先求得。
图6是示出NH3的转变率的模式的示图。NH3在强吸附状态与弱吸附状态之间的转变量根据图6所示的NH3的转变率模型进行计算，并且从所述转变量导出由于NH3在强吸附状态与弱吸附状态之间的转变导致的实际弱吸附量的增大或减小的量。此时，在图6所示的NH3的转变率模型中，所述特性能够根据由温度传感器8检测到的SCR催化剂床温度而变化。
随后，通过对计算出的试验性的实际弱吸附量与计算出的实际弱吸附量的增大/减小的量进行求和来计算实际弱吸附量。以此方式，由实际弱吸附量计算部12b来计算实际弱吸附量。
ECU 12具有目标弱吸附量计算部12c，目标弱吸附量计算部12c基于从由NOx去除率计算部12a计算出的NOx去除率导出的NH3的消耗量、由温度传感器8检测到的SCR催化剂3的温度、以及实际弱吸附量的饱和特性来计算目标弱吸附量。图7是示出目标弱吸附量的设定线的示图。如图7所示，目标弱吸附量的设定线根据SCR催化剂3的温度而变化，并且设定成不超过实际弱吸附量的饱和特性(饱和吸附量)。目标弱吸附量的这样的设定线通过在由于少量NH3处于弱吸附状态而导致的NOx去除率的减小与由于大量NH3处于弱吸附状态而导致的NH3通过催化剂之间取得平衡而确定。通过这种设置，目标弱吸附量计算部12c计算目标弱吸附量。
ECU 12还具有分配控制部12d，分配控制部12d执行经由尿素水分配阀4分配的尿素水的分配控制，使得由实际弱吸附量计算部12b计算出的实际弱吸附量变为等于由目标弱吸附量计算部12c计算出的目标弱吸附量。因此，实际弱吸附量接近目标弱吸附量、即对NOx的去除起作用的最优NH3吸附量，使得可以对SCR催化剂3执行尿素水的最优分配控制。
ECU 12还具有实际强吸附量计算部12e，实际强吸附量计算部12e计算以强吸附状态吸附在SCR催化剂3上的NH3的实际强吸附量。实际强吸附量计算部12e基于由实际弱吸附量计算部12b计算出的实际弱吸附量、从由NOx去除率计算部12a计算出的NOx去除率导出的NH3消耗量、以及尿素水的前次分配量计算NH3的实际强吸附量。NOx的还原量——即实际还原的NOx的量——能够由流入NOx量和NOx去除率计算，流入NOx量通过使由第一NOx传感器6获取的流入NOx浓度乘以由空气流量计13检测到的空气量来计算。经历与NOx的还原量的还原反应的NH3的量即为NH3的消耗量。由NH3的消耗量和尿素水的前次分配量计算吸附在SCR催化剂3上的NH3的总量。NH3的实际强吸附量通过从计算出的SCR催化剂3上的总的NH3吸附量减去由实际弱吸附量计算部12b计算出的实际弱吸附量来计算。以此方式，能够由实际强吸附量计算部12e计算实际强吸附量。
ECU 12还具有温度升高控制部12f，如果由实际强吸附量计算部12e计算出的NH3的实际强吸附量超过预定量，则温度升高控制部12f升高SCR催化剂3的温度，所述预定量用作用于判定是否出现了发生高浓度的NH3通过SCR催化剂3的可能的阈值。该预定量是NH3的实际强吸附量，超过该实际强吸附量则出现发生高浓度的NH3通过SCR催化剂3的可能，即，该预定量是用于判定是否出现了发生高浓度的NH3通过SCR催化剂3的可能的阈值。温度升高控制部12f对由实际强吸附量计算部12e计算出的实际强吸附量与预定量进行比较。随后，如果NH3的实际强吸附量超过预定量，温度升高控制部12f则将SCR催化剂3的温度升高至300℃至400℃的范围。作为在此实施方式中用来升高SCR催化剂3的温度的方法，执行与升高设置在SCR催化剂3上游的DPF 11的温度的强制过滤再生控制相同的控制。具体地，如在强制过滤再生控制中那样，燃料从燃料分配阀9分配，并且所分配的燃料通过氧化催化剂10被氧化，从而升高排气的温度。温度升高的排气通过DPF 11并且流入SCR催化剂3中，从而升高SCR催化剂3的温度。顺便提及，升高SCR催化剂3的温度的方法并不局限于根据本发明的上述方法，也可以是通过设置在SCR催化剂3上游的排气通道2中的燃烧器装置升高排气温度的方法，或者设置用于SCR催化剂3的电加热器并且使用该电加热器直接加热SCR催化剂3的方法。
图8是示出根据该实施方式的用于控制尿素水分配量的控制模型的示图。ECU 12由通过第一NOx传感器6获取的流入NOx浓度和空气流量计13检测到的通过排气通道2的空气的量来计算流入SCR催化剂3中的流入NOx量。ECU 12由通过第一NOx传感器6获取的流入NOx浓度和通过第二NOx传感器7获取的流出NOx浓度计算SCR催化剂3的NOx去除率。随后，通过将流入NOx量乘以NOx去除率来计算NOx还原量。由NOx还原量来计算已经经历还原反应的NH3消耗量。同时，如上所述地计算实际弱吸附量和目标弱吸附量。随后，将NH3消耗量与使实际弱吸附量用作目标弱吸附量的NH3量之和计算为NH3的分配量(尿素水的分配量)。
将参照图9所示的流程图描述ECU 12执行的尿素水分配控制程序。图9是示出尿素水分配控制程序的流程图。此程序由ECU 12在每个预定时间执行。
当图9所示的程序开始时，在S101中，ECU 12计算NH3的消耗量Dbase。NH3的消耗量Dbase由NOx的还原量计算，NOx的还原量在分配控制部12d处通过使流入NOx量乘以NOx去除率来得出。
在S102中，ECU 12计算NH3的实际弱吸附量Sjak。实际弱吸附量Sjak在实际弱吸附量计算部12b处计算。试验性的实际弱吸附量通过将SCR催化剂3上的总的NH3吸附量和由温度传感器8检测到的SCR催化剂床温度代入用于估算实际弱吸附量的估算模型中来计算。接下来，实际弱吸附量的增大量/减小量通过将由温度传感器8检测到的SCR催化剂床温度代入NH3转变率模型中来计算。随后，通过对试验性的实际弱吸附量与实际弱吸附量的增大量/减小量进行求和来计算NH3的实际弱吸附量Sjak。
在S103中，ECU 12计算NH3的实际强吸附量Skyo。实际强吸附量Skyo在实际强吸附量计算部12e处计算。实际强吸附量Skyo通过从SCR催化剂3上的总的NH3吸附量减去实际弱吸附量Sjak来计算。
在S104中，ECU 12计算目标弱吸附量Mjak。目标弱吸附量Mjak在目标弱吸附量计算部12c处计算。目标弱吸附量Mjak通过将由温度传感器8检测到的SCR催化剂床温度代入到图7所示的目标弱吸附量的设定线上来计算。
在S105中，ECU 12计算差分修正的分配量d。差分修正的分的量d在分配控制部12d处由实际弱吸附量Sjak与目标弱吸附量Mjak之间的差值来计算。
在S106中，ECU 12计算并分配NH3的分配量Dnh3。NH3的分配量Dnh3在分配控制部12d处通过对NH3的消耗量Dbase与差分修正的分配量d进行求和来计算。在计算出NH3的分配量Dnh3之后，ECU 12执行尿素水的分配。
在S107中，ECU 12判定NH3的实际强吸附量Skyo是否超过预定量Pkyo。此判定步骤在温度升高控制部12f处执行。如果在S107中，作出实际强吸附量Skyo超过预定量Pkyo的肯定判定，则该过程继续进行至S108。另一方面，如果在S107中，作出实际强吸附量Skyo不超过预定量Pkyo的否定判定，则此程序暂时停止。
在S108中，ECU 12升高SCR催化剂3的温度。即，温度升高控制部12f从燃料分配阀9分配燃料。由于升高了SCR催化剂3的温度，所以NH3在SCR催化剂3上从强吸附状态转变为弱吸附状态，或者从SCR催化剂3解吸附。顺便提及，如果NH3从催化剂解吸附，那么通过例如控制温度升高率以使得在短时期内没有大量NH3从SCR催化剂3释放出、或者通过在SCR催化剂3下游的排气通道中设置氧化催化剂来控制NH3的排出量。继续SCR催化剂3的温度升高直至实际强吸附量Skyo减小至预先确定的规定量。因此，SCR催化剂3上的NH3的实际强吸附量Skyo减小。在此步骤的过程之后，ECU 12终止此程序的当前执行。
根据上述程序，通过考虑NH3在SCR催化剂3上的吸附状态而能够执行尿素水的最优分配控制。
图10是示出根据该实施方式的尿素水分配控制中的控制状态的示图。如图10所示，当控制开始时，NH3的实际弱吸附量显著小于NH3的目标弱吸附量，使得大量的尿素水被分配，直至时刻t1。在时刻t1以及在时刻t1之后，NH3的实际弱吸附量远大于目标弱吸附量，从而停止尿素水的分配。在NH3的实际弱吸附量变为基本上等于目标弱吸附量的时刻t2以及在该时刻t2之后，执行尿素水的分配，使得NH3的实际弱吸附量将依循目标弱吸附量。在此期间产生的NH3分配量是NH3的消耗量与使实际弱吸附量用作目标弱吸附量的NH3的量之和。此外，在此期间，除非状态变为弱吸附状态，否则NH3的实际强吸附量继续增大。因此，在时刻t3，实际强吸附量超过预定量，并且因此SCR催化剂3的温度升高。此时，NH3从强吸附状态变为弱吸附状态，并且NH3的实际弱吸附量变得大于目标弱吸附量，从而停止尿素水的分配。随后，在SCR催化剂的温度升高终止的时刻t4，再次分配尿素水，使得实际弱吸附量将依循目标弱吸附量。
尽管上文已经说明了本发明的一些实施方式，但应当理解，本发明并不局限于所说明的实施方式的细节，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下，以本领域普通技术人员可以想到的多种变型、改型或改进来实施。

Claims (5)

1.一种内燃发动机排气控制设备，其特征在于，所述内燃发动机排气控制设备包括：
选择还原型NOx催化剂(3)，所述选择还原型NOx催化剂(3)设置在内燃发动机的排气通道中，其中，NH3在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的吸附状态包括弱吸附状态和强吸附状态，在所述弱吸附状态下，吸附在所述NOx催化剂(3)上的NH3能够用于NOx的还原反应，在所述强吸附状态下，除非NH3的吸附状态变为所述弱吸附状态，否则吸附在所述NOx催化剂(3)上的NH3不能够用于NOx的还原反应；
还原剂分配部，所述还原剂分配部设置在所述选择还原型NOx催化剂(3)上游的所述排气通道中并且分配用于向所述选择还原型NOx催化剂(3)供给NH3的还原剂；
实际弱吸附量计算部，所述实际弱吸附量计算部计算以所述弱吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的NH3的实际弱吸附量；以及
分配控制部，所述分配控制部根据由所述实际弱吸附量计算部计算出的所述实际弱吸附量执行由所述还原剂分配部分配的还原剂的分配控制。
2.根据权利要求1所述的排气控制设备，还包括目标弱吸附量计算部，所述目标弱吸附量计算部计算将以所述弱吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的NH3的目标弱吸附量，
其中，所述分配控制部执行由所述还原剂分配部分配的还原剂的分配控制，使得由所述实际弱吸附量计算部计算出的所述实际弱吸附量变为等于由所述目标弱吸附量计算部计算出的所述目标弱吸附量。
3.根据权利要求2所述的排气控制设备，还包括：
第一NOx浓度获取部，所述第一NOx浓度获取部获取关于流入所述选择还原型NOx催化剂(3)中的排气中的NOx浓度的信息；
第二NOx浓度获取部，所述第二NOx浓度获取部获取关于从所述选择还原型NOx催化剂(3)流出的排气中的NOx浓度的信息；
NOx去除率计算部，所述NOx去除率计算部由所述第一NOx浓度获取部所获取的关于NOx浓度的信息以及所述第二NOx浓度获取部所获取的关于NOx浓度的信息计算所述选择还原型NOx催化剂(3)的NOx去除率；以及
催化剂温度获取部，所述催化剂温度获取部获取关于所述选择还原型NOx催化剂(3)的温度的信息，
其中：
所述实际弱吸附量计算部基于从由所述NOx去除率计算部计算出的NOx去除率导出的NH3的消耗量、所述催化剂温度获取部所获取的关于所述选择还原型NOx催化剂(3)的温度的信息、所述强吸附状态与所述弱吸附状态之间的NH3的转变量、所述还原剂的前次分配量、以及用于所述实际弱吸附量的估算模型来计算所述实际弱吸附量；并且
所述目标弱吸附量计算部基于从由所述NOx去除率计算部计算出的NOx去除率导出的NH3的消耗量、所述催化剂温度获取部所获取的关于所述选择还原型NOx催化剂(3)的温度的信息、以及所述实际弱吸附量的饱和特性来计算所述目标弱吸附量。
4.根据权利要求1所述的排气控制设备，还包括：
实际强吸附量计算部，所述实际强吸附量计算部计算以所述强吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的NH3的实际强吸附量；以及
温度升高控制部，如果由所述实际强吸附量计算部计算出的所述实际强吸附量超过预定量，则所述温度升高控制部升高所述选择还原型NOx催化剂(3)的温度，所述预定量用作用于判定是否将发生高浓度的NH3通过所述选择还原型NOx催化剂(3)的阈值。
5.一种用于内燃发动机排气控制设备的还原剂分配方法，所述内燃发动机排气控制设备包括选择还原型NOx催化剂(3)和还原剂分配部，所述选择还原型NOx催化剂(3)设置在内燃发动机的排气通道中，所述还原剂分配部设置在所述选择还原型NOx催化剂(3)上游的所述排气通道中并且分配用于向所述选择还原型NOx催化剂(3)供给NH3的还原剂，所述方法的特征在于，所述方法包括：
计算以弱吸附状态吸附在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的NH3的实际弱吸附量，在所述弱吸附状态下，吸附在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的NH3能够用于NOx的还原反应；以及根据计算出的所述实际弱吸附量执行由所述还原剂分配部分配的还原剂的分配控制，
其中，NH3在所述选择还原型NOx催化剂(3)上的吸附状态包括所述弱吸附状态和强吸附状态，在所述强吸附状态下，除非NH3的吸附状态变为所述弱吸附状态，否则吸附在所述NOx催化剂(3)上的NH3不能够用于NOx的还原反应。
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