CN104781515B - 内燃机的排气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，在具备负载有SCR催化剂的过滤器的内燃机的排气净化系统中，对在过滤器再生处理的执行时HC、CO以及NOX被排出到外部的情况进行抑制。在本发明中，在与过滤器相比靠下游侧的排气通道中设置后段催化剂。后段催化剂具有氧化功能，且具有在预定的第一温度区域内促进通过使氨氧化而进行的N2的生成的功能。而且，在执行过滤器再生处理时，在某段期间内将过滤器的温度调节至与过滤器再生温度相比较低的预定的第二温度区域内且将后段催化剂的温度调节至第一温度区域内。

Description

内燃机的排气净化系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化系统。
背景技术
一直以来，作为被设置于内燃机的排气通道中的排气净化装置，公开了一种在过滤器上负载有选择还原型NOX催化剂(以下，也称为“SCR催化剂”)的装置(例如，参照专利文献1)。过滤器对排气中的颗粒状物质(以下，也称为“PM”)进行捕集。SCR催化剂以氨(NH3)为还原剂而对排气中的NOX进行还原。以下，有时也将这种负载有SCR催化剂的过滤器称为SCRF。
通过采用SCRF以作为排气净化装置，从而与将过滤器和SCR催化剂分别设置在排气通道中的情况相比，能够进一步减小排气净化装置的大小。因此，能够提高排气净化装置的搭载性。此外，通过采用SCRF，从而能够在排气通道中的更上游侧配置SCR催化剂。排气通道中的SCR催化剂的配置越靠上游侧，则该SCR催化剂越容易通过排气的热量而被加热。因此，能够实现SCR催化剂的暖机性能的提升和SCR催化剂中的NOX净化率的提升。
此处，在SCRF中堆积有所捕集的PM。因此，在具备SCRF的排气净化系统中执行过滤器再生处理。过滤器再生处理为使堆积在SCRF中的PM氧化并去除的处理。过滤器再生处理通过向被设置在与SCRF相比靠上游侧的排气通道中的具有氧化功能的前段催化剂供给燃料而被实现。当在前段催化剂中燃料被氧化时，流入SCRF的排气通过氧化热而被加热。因此，能够使SCRF的温度上升至促进PM的氧化的过滤器再生温度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2007-501353号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在SCRF中供给有氨或氨的前驱体。而且，在被负载于SCRF上的SCR催化剂中，以氨为还原剂而对排气中的NOX进行还原。此处，也存在当氨被氧化时生成NOX的情况。由于需要对这样的NOX的生成进行抑制，因此，难以使SCRF负载氧化能力较高的催化剂。因此，被负载于SCRF上的SCR催化剂的氧化能力非常低。
在执行了上述这样的过滤器再生处理时，存在被供给至前段催化剂中的燃料所包含的HC的一部分在该前段催化剂中未被氧化而穿过该前段催化剂的情况。穿过了前段催化剂的HC流入SCRF。然而，如上文所述，被负载于SCRF上的SCR催化剂的氧化能力非常低。因此，当HC穿过前段催化剂时，该HC也穿过SCRF。
此外，当通过执行过滤器再生处理，从而堆积在SCRF上的PM被氧化时，将生成CO。在SCRF中，该CO也难以被氧化。因此，在过滤器再生处理的执行时，燃料中所包含的HC以及通过PM的氧化而生成的CO有可能从SCRF流出。
另外，在过滤器再生处理的执行时，SCRF成为高温。因此，当以氨正吸附在SCRF中的SCR催化剂上的状态来执行过滤器再生处理时，将由于该氨氧化而生成NOX。如采用这种方式，则在该SCRF内所生成的NOX有可能未被还原而从该SCRF流出。
本发明为鉴于上述的问题而完成的发明，其目的在于，提供一种在具备SCRF的内燃机的排气净化系统中，能够对在过滤器再生处理的执行时HC、CO以及NOX排出到外部的情况进行抑制的技术。
用于解决课题的方法
在本发明中，在与SCRF相比靠下游侧的排气通道中设置后段催化剂。后段催化剂具有氧化功能，且具有在预定的第一温度区域内促进通过使氨氧化而进行的N2的生成的功能。而且，在执行过滤器再生处理时，在某段期间内将SCRF的温度调节至与过滤器再生温度相比较低的预定的第二温度区域内且将后段催化剂的温度调节至第一温度区域内，之后，将SCRF的温度调节为过滤器再生温度。
更详细而言，本发明所涉及的内燃机的排气净化系统具备：前段催化剂，其被设置于内燃机的排气通道中，并具有氧化功能；燃料供给装置，其向所述前段催化剂供给燃料；过滤器(SCRF)，其被设置在与所述前段催化剂相比靠下游侧的排气通道中，并对排气中的颗粒状物质进行捕集，且负载有以氨为还原剂而对排气中的NOX进行还原的选择还原型NOX催化剂；氨供给装置，其向所述过滤器供给氨或氨的前驱体；后段催化剂，其被设置在与所述过滤器相比靠下游侧的排气通道中，并具有氧化功能，且具有在预定的第一温度区域内促进通过使氨氧化而进行的N2的生成的功能；过滤器再生处理执行部，其执行如下的过滤器再生处理，即，通过从所述燃料供给装置向所述前段催化剂供给燃料，从而使所述过滤器的温度上升至促进颗粒状物质的氧化的预定的过滤器再生温度，由此使堆积在所述过滤器上的颗粒状物质氧化并去除，所述过滤器再生处理执行部在执行所述过滤器再生处理时，通过对流入所述过滤器的排气的温度进行控制，从而在某段期间内将所述过滤器的温度调节至预定的第二温度区域内且将所述后段催化剂的温度调节至所述第一温度区域内，之后，将所述过滤器的温度调节为所述过滤器再生温度，其中，所述第二温度区域为，与所述过滤器再生温度相比较低，并且从被负载的选择还原型NOX催化剂脱离且未被氧化而从所述过滤器流出的氨量增大的第二温度区域。
在本发明所涉及的内燃机的排气净化系统中，在内燃机的排气通道中从上游侧起依次设置有前段催化剂、SCRF以及后段催化剂。而且，从氨供给装置向SCRF供给氨或氨的前驱体。在被负载于SCRF上的SCR催化剂中，以所供给的氨或从所供给的氨的前驱体生成的氨为还原剂而对排气中的NOX进行还原。此外，用于去除堆积在SCRF上的PM的过滤器再生处理通过从燃料供给装置向前段催化剂供给燃料而被实现。
在本发明所涉及的内燃机的排气净化系统中，被设置在与SCRF相比靠下游侧的排气通道中的后段催化剂具有氧化功能。因此，即使在执行了过滤器再生处理时HC以及/或者CO从SCRF流出的情况下，也能够在后段催化剂中对上述HC以及/或者CO进行氧化。因此，能够对HC以及CO向外部的排出进行抑制。
此外，后段催化剂具有如下的功能，即，当在其温度处于预定的第一温度区域内的情况下供给氨时，促进通过使所供给的氨氧化而进行的N2的生成的功能。然而，当通过执行过滤器再生处理从而SCRF的温度上升至过滤器再生温度时，流入后段催化剂的排气的温度将变得非常高。其结果为，后段催化剂的温度变得与第一温度区域相比较高。如采用这种方式，则在后段催化剂中，通过氨被氧化，与N2相比更易生成NOX。
因此，在本发明中，在执行过滤器再生处理的情况下，通过对流入SCRF的排气的温度进行控制，从而在某段期间内将SCRF的温度调节至第二温度区域内且将后段催化剂的温度调节至第一温度区域内。此处，第二温度区域是指，与过滤器再生温度相比较低，并且从被负载于SCRF上的SCR催化剂脱离且未被氧化而从该SCRF流出的氨量增大的温度区域。以下，有时也将如下期间称为氨去除期间，所述期间为将SCRF的温度调节至第二温度区域内且将后段催化剂的温度调节至第一温度区域内的期间。
通过将SCRF的温度调节至第二温度区域内，从而能够使在被负载于SCRF上的SCR催化剂上所吸附的氨脱离。而且，能够将所脱离的氨在未被氧化的条件下向后段催化剂供给。而且，此时，通过将后段催化剂的温度调节至第一温度区域内，从而能够在该后段催化剂中使被供给的氨氧化并转化为N2。因此，在氨去除期间内，能够减少被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量。此外，能够对在被负载于SCRF上的SCR催化剂上所吸附的氨被排出到外部、由于该氨被氧化而以NOX的形式被排出到外部的情况进行抑制。
而且，在本发明中，在经过了氨去除期间之后，即，在被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量减少了之后，使SCRF的温度进一步上升而调节至过滤器再生温度。由此，能够减少在SCRF的温度被调节为过滤器再生温度时由于氨被氧化而生成的NOX的量。其结果为，能够抑制NOX向外部的排出。
本发明所涉及的后段催化剂也可以被构成为，包括氧化催化剂和以氨为还原剂而对排气中的NOX进行还原的SCR催化剂，而且，所述后段催化剂具有在所述第一温度区域内，通过使氨氧化从而生成NOX并且以剩余的氨为还原剂而对所生成的该NOX进行还原的功能。通过采用这种方式，能够通过氧化催化剂而对流入后段催化剂的HC以及CO进行氧化。此外，不仅能够将被供给至后段催化剂的氨转换为N2，还能够通过利用氧化催化剂使该氨的一部分氧化而生成NOX，并且通过SCR催化剂以剩余的氨为还原剂而对所生成的该NOX进行还原。而且，在通常运转过程中(未执行过滤器再生处理时)从内燃机被排出的排气中的NOX穿过了SCRF的情况下，还能够通过构成后段催化剂的SCR催化剂来对该NOX进行还原。
本发明所涉及的内燃机的排气净化系统也可以具备第一推断部，所述第一推断部对被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量进行推断。在该情况下，本发明所涉及的内燃机的排气净化系统还可以具备设定部，所述设定部基于过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量，而对氨去除期间的长度进行设定。
被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量越多，则通过将SCRF的温度调节至第二温度区域内而使氨从SCR催化剂脱离，由此使SCR催化剂中的氨吸附量充分地减少所需的时间变得越长。换言之，被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量越少，则通过将SCRF的温度调节至第二温度区域内而使氨从SCR催化剂脱离，由此使SCR催化剂中的氨吸附量充分地减少所需的时间变得越短。因此，在上述的情况下，在过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量越少，设定部越缩短氨去除期间。
根据这种方式，能够对由于氨去除期间过短而导致过滤器再生处理执行时的NOX向外部的排出量增加的情况进行抑制，并且也能够对由于氨去除期间过长而导致过滤器再生处理的效率降低的情况进行抑制。
此外，本发明所涉及的内燃机的排气净化系统也可以采用如下方式，即，在过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量小于等于第一基准吸附量时，过滤器再生处理执行部不实施SCRF以及后段催化剂的向所述第二温度区域或所述第一温度区域的调节，而将SCRF的温度调节为过滤器再生温度。
此处，第一基准吸附量为，即使由于SCRF的温度成为过滤器再生温度，吸附在被负载于该SCRF上的SCR催化剂中的氨被氧化而成为NOX并从SCRF流出，该NOX的流出量也在容许范围内的氨吸附量的上限值。
根据上述方式，在过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量小于等于第一基准吸附量时，堆积在SCRF上的PM的去除尽可能迅速地被开始。因此，能够将过滤器再生处理的执行时的NOX向外部的排出抑制在容许范围内，并使过滤器再生处理的效率提高。
此外，在本发明所涉及的后段催化剂被构成为包括氧化催化剂和以氨作为还原剂而对排气中的NOX进行还原的SCR催化剂的情况下，氨也吸附在该后段催化剂上。因此，在该情况下，本发明所涉及的内燃机的排气净化系统除了第一推断部之外，还可以具备对后段催化剂中的氨吸附量进行推断的第二推断部。而且，也可以采用如下方式，即，在过滤器再生处理的执行条件成立时的后段催化剂中的氨吸附量大于等于第二基准吸附量时，过滤器再生处理执行部不实施SCRF以及后段催化剂的向所述第二温度区域或所述第一温度区域的调节，而将SCRF的温度调节为过滤器再生温度。
此处，第二基准吸附量为，依据过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量而确定的值。该第二基准吸附量也可以为，在过滤器再生处理的执行条件成立的时间点吸附在被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨由于该SCRF的温度上升至过滤器再生温度而被氧化并成为NOX而流入后段催化剂的情况下，在该后段催化剂中能够充分地对该NOX进行还原的氨吸附量的下限值。
根据上述方式，在过滤器再生处理的执行条件成立时的后段催化剂中的氨吸附量大于等于第二基准吸附量时，堆积在SCRF上的PM的去除尽可能迅速地被开始。因此，能够将过滤器再生处理的执行时的NOX向外部的排出抑制在容许范围内，并使过滤器再生处理的效率提高。
发明效果
根据本发明，在具备SCRF的内燃机的排气净化系统中，能够对在过滤器再生处理的执行时HC、CO以及NOX被排出到外部的情况进行抑制。
附图说明
图1为表示实施例1所涉及的内燃机的进气排气系统的概要结构的图。
图2为表示实施例1所涉及的过滤器再生处理的执行时的被负载于SCRF上的SCR催化剂中的氨吸附量Qfab、SCRF的温度Tf以及后段催化剂的温度Tdcat的温度的推移的时序图。
图3为表示实施例1所涉及的后段催化剂的温度Tdcat、后段催化剂中的CO以及HC的去除率和氨的去除率之间的关系的图。
图4为表示实施例1所涉及的过滤器再生处理的流程的流程图。
图5为表示实施例2所涉及的过滤器再生处理的流程的流程图。
图6为表示实施例3所涉及的过滤器再生处理的流程的流程图。
图7为表示实施例4所涉及的过滤器再生处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的具体的实施方式进行说明。在本实施例中所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要未特别地进行记载则发明的技术范围并不仅限定于这些内容。
＜实施例1＞
此处，对将本发明所涉及的内燃机的排气净化系统应用在车辆驱动用的柴油发动机中的情况进行说明。但是，本发明所涉及的内燃机并不限定于柴油发动机，也可以为汽油发动机等。
[进气排气系统的概要结构]
图1为表示本实施例所涉及的内燃机的进气排气系统的概要结构的图。内燃机1为车辆驱动用的柴油发动机。在内燃机1上连接有进气通道2以及排气通道3。在进气通道2上设置有对内燃机1的吸入空气量进行检测的空气流量计11。
在排气通道3上沿着排气的流动而从上游侧起依次设置有燃料添加阀4、前段催化剂5、氨添加阀6、SCRF7、第一排气温度传感器12、后段催化剂8以及第二排气温度传感器13。
前段催化剂5为氧化催化剂。但是，前段催化剂5只要为具有氧化功能的催化剂，则也可以是氧化催化剂以外的催化剂。燃料添加阀4向排气中添加燃料，以便向前段催化剂5供给燃料。
在本实施例中，燃料添加阀4相对于本发明所涉及的燃料供给装置。但是，不设置燃料添加阀4，而通过在内燃机1中，在被喷射出的燃料未被提供于燃烧而以未燃的状态向排气通道3排出的时刻执行副燃料喷射，从而也能够向前段催化剂5供给燃料。
SCRF7被构成为，在对排气中的PM进行捕集的壁流型的过滤器上负载有SCR催化剂7a。SCR催化剂7a以氨作为还原剂而对排气中的NOX进行还原。氨添加阀6向排气中添加氨气，以便向SCRF7供给氨。当向SCRF7供给氨时，该氨临时吸附在被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a中。而且，所吸附的氨成为还原剂而对排气中的NOX进行还原。
在本实施例中，氨添加阀6相当于本发明所涉及的氨供给装置。但是，本发明所涉及的氨供给装置也可以为将氨以液体或个体的形式进行供给的装置。此外，本发明所涉及的氨供给装置也可以为供给氨的前驱体的装置。例如，在本实施例中，也可以代替氨添加阀6，而设置向排气中添加尿素水溶液的尿素添加阀。在该情况下，尿素作为氨的前驱体而向SCRF7被供给。而且，通过对尿素进行加水分解从而生成氨。
后段催化剂8为，通过将氧化催化剂和以氨作为还原剂而对排气中的NOX进行还原的SCR催化剂组合所构成的催化剂。在该后段催化剂8中，例如，也可以通过使铂(Pt)等贵金属负载于以氧化铝(Al2O3)或沸石等作为材料的载体上从而形成氧化催化剂，通过使铜(Cu)或铁(Fe)等贱金属负载于以沸石作为材料的载体上从而形成SCR催化剂。后段催化剂8通过以此方式而被构成，从而具有氧化功能，并且具有在预定的第一温度区域中促进通过使氨氧化而进行的N2的生成的功能，而且还具有在该第一温度区域内，通过使氨氧化而生成NOX，并且以剩余的氨作为还原剂而对该所生成的NOX进行还原的功能。
第一排气温度传感器12及第二排气温度传感器13为对排气的温度进行检测的传感器。在内燃机1上附设有电子控制单元(ECU)10。ECU10与空气流量计11、第一排气温度传感器12以及第二排气温度传感器13等各种传感器电连接。而且，各种传感器的输出信号被输入至ECU10。ECU10基于空气流量计11的输出值而对排气通道3中的排气的流量进行推断。此外，ECU10基于第一排气温度传感器12的输出值而对SCRF7的温度进行推断，并基于第二排气温度传感器13的输出值而对后段催化剂8的温度进行推断。
而且，ECU10与燃料添加阀4及氨添加阀6电连接。并且，这些装置通过ECU10而被控制。
[过滤器再生处理]
被捕集的PM逐渐堆积在SCRF7上。因此，在本实施例中，为了去除堆积在SCRF7上的PM而执行过滤器再生处理。本实施例所涉及的过滤器再生处理通过从燃料添加阀4添加燃料并由此向前段催化剂5供给燃料而被实现。当在前段催化剂5中燃料被氧化时将产生氧化热。通过该氧化热而使流入SCRF7的排气被加热。由此，SCRF7的温度上升。在过滤器再生处理的执行时，通过对来自燃料添加阀4的燃料添加量进行控制，从而使SCRF7的温度上升至促进PM的氧化的预定的过滤器再生温度(例如，600～650℃)。其结果为，堆积在SCRF7上的PM被氧化并去除。
在本实施例中，过滤器再生处理每经过预定时间而被执行。另外，也可以在搭载有内燃机1的车辆每行驶预定的行驶距离时执行过滤器再生处理。此外，也可以在SCRF7中的PM堆积量每到达预定的堆积量时执行过滤器再生处理。SCRF7中的PM堆积量能够基于内燃机1中的燃料喷射量、流入SCRF7的排气的流量以及SCRF7的温度等的履历而推断出。
在执行了上文所述的过滤器再生处理时，存在被供给至前段催化剂5的燃料中所包含的HC的一部分在该前段催化剂5中未被氧化而穿过该前段催化剂5的情况。虽然穿过了前段催化剂5的HC流入SCRF7，但由于被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a的氧化能力非常低，因此该HC在该SCR催化剂7a中难以被氧化。因此，穿过了前段催化剂5的HC也穿过SCRF7。
此外，当通过执行过滤器再生处理，从而堆积在SCRF7上的PM被氧化时，将生成CO。在SCRF7中，该CO也难以被氧化。因此，在过滤器再生处理的执行时，燃料中所包含的HC以及由PM的氧化而生成的CO有可能从SCRF7流出。
然而，在本实施例中，在与排气通道3中的SCRF7相比靠下游侧处设置有具有氧化功能的后段催化剂8。在过滤器再生处理的执行时，高温的排气流入后段催化剂8。因此，后段催化剂8的氧化功能会充分地活化。而且，在HC及CO从SCRF7流出的情况下，它们将在后段催化剂8中被氧化。因此，在本实施例中，能够对在过滤器再生处理的执行时HC及CO被排出到外部的情况进行抑制。
另外，后段催化剂8包括SCR催化剂。因此，在通常运转过程中(即，未执行过滤器再生处理时)从内燃机1被排出的排气中的NOX穿过了SCRF7的情况下，也能够通过后段催化剂8来对该NOX进行还原。
此外，在被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a中吸附有从氨添加阀6被供给的氨。当在氨吸附于SCR催化剂7a上的状态下执行过滤器再生处理，由此SCRF7的温度上升至过滤器再生温度时，由于应成为还原剂的氨氧化从而生成NOX。如采用这种方式，则在该SCRF7内所生成的NOX有可能不被还原而从该SCRF7流出。
因此，在本实施例中，在过滤器再生处理的执行条件成立之后，在某段期间(氨去除期间)内，将SCRF7的温度调节至与过滤器再生温度相比较低的预定的第二温度区域内，并将后段催化剂8的温度调节至第一温度区域内。之后，使SCRF7的温度上升至过滤器再生温度。
图2为表示本实施例所涉及的过滤器再生处理的执行时的被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab、SCRF7的温度Tf以及后段催化剂8的温度Tdcat的温度的推移的时序图。图3为表示本实施例所涉及的后段催化剂8的温度Tdcat、后段催化剂8中的CO及HC的去除率和氨的去除率之间的关系的图。在图3中，横轴表示后段催化剂8的温度Tdcat，纵轴表示后段催化剂8中的CO及HC或者氨的去除率。此外，在图3中，虚线表示CO及HC的去除率，实线表示氨的去除率。
此处，第二温度区域是指，从SCR催化剂7a脱离且未被氧化而从SCRF7流出的氨量增大的温度区域。即，当SCRF7的温度处于第二温度区域(例如，500～600℃)时，虽然吸附在SCR催化剂7a中的氨脱离，但在SCRF7内不被氧化而以氨的形式从该SCRF7流出。
此外，第一温度区域为与第二温度区域相比较低的温度区域。但是，由于后段催化剂8包括氧化催化剂，因此，其氧化能力与被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a的氧化能力相比较高。因此，当后段催化剂8的温度处于第一温度区域(例如，350～500℃)时，被供给的氨的一部分被氧化，由此生成N2及NOX。而且，由于后段催化剂8包括SCR催化剂，因此，当后段催化剂8的温度处于该第一温度区域时，所生成的NOX以剩余的氨作为还原剂而被还原。通过这样的氧化及还原反应，从而在后段催化剂8的温度处于图3所示的第一温度区域的情况下，排气中的氨通过该后段催化剂8而被去除。
即，在SCRF7的温度处于第二温度区域且后段催化剂8的温度处于第一温度区域的氨去除期间中，氨从被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a脱离，并且该脱离的氨通过后段催化剂8而从排气中被去除。
上述这样的第一温度区域及第二温度区域为，依据后段催化剂8以及SCR催化剂7a的特性而决定的区域，能够基于实验等而确定。
此外，SCRF7以及后段催化剂8的温度是通过对流入SCRF7的排气的温度进行控制从而被调节的。流入SCRF7的排气的温度是通过对来自燃料添加阀4的燃料添加量进行控制而被控制的。因此，SCRF7的温度变化和后段催化剂8的温度变化是联动的。即，若该SCRF7的温度通过使流入SCRF7的排气的温度上升而上升，则后段催化剂8的温度也上升。此外，若该SCRF7的温度通过使流入SCRF7的排气的温度上升而下降，则后段催化剂8的温度也下降。而且，在本实施例中，SCRF7以及后段催化剂8被配置在，当SCRF7的温度被调节至第二温度区域内时后段催化剂8的温度被调节至第一温度区域内这样的位置处。另外，也可以在与SCRF7相比靠上游侧的排气通道3中设置电加热器或者燃烧器等，由此对流入SCRF7的排气的温度进行控制。
通过以上述的方式对SCRF7以及后段催化剂8的温度进行控制，从而能够在经过氨去除期间的过程中使吸附在SCR催化剂7a上的氨减少。因此，在经过了氨去除期间之后，在使SCRF7的温度上升至过滤器再生温度时，通过氨被氧化，从而能够减少所生成的NOX的量。其结果为，能够抑制在过滤器再生处理的执行时NOX被排出到外部的情况。
[过滤器再生处理的流程]
基于图4所示的流程图，对本实施例所涉及的过滤器再生处理的流程进行说明。本流程被预先存储在ECU10中，并通过ECU10而被反复执行。
在本流程中，首先，在步骤S101中，对过滤器再生处理的执行条件是否成立进行判断。在本实施例中，当从前次的过滤器再生处理的执行结束起经过了预定时间时，判断为过滤器再生处理的执行条件成立。在步骤S101中作出了否定判断的情况下，暂时结束本流程的执行。另一方面，在步骤S101中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S102的处理。
在步骤S102中，执行从燃料添加阀4的燃料添加。由此，流入SCRF7的排气的温度上升。随此，SCRF7以及后段催化剂8的温度上升。而且，接下来，在步骤S103中，通过对流入SCRF7的排气的温度进行控制，从而SCRF7的温度Tf被调节至第二温度区域内且后段催化剂8的温度Tdcat被调节至第一温度区域内。
接下来，在步骤S104中，对从SCRF7的温度Tf被调节至第二温度区域内并且后段催化剂8的温度Tdcat被调节至第一温度区域内起是否经过了氨去除期间Δtm进行判断。在本实施例中，氨去除期间Δtm的长度为，基于实验等而被预先确定的固定的长度。氨去除期间Δtm的长度被确定为如下的长度，即，能够判断为当在该氨去除期间Δtm内，将SCRF7的温度Tf调节至第二温度区域内且将后段催化剂8的温度Tdcat调节至第一温度区域内时，足以使SCR催化剂7a中的氨吸附量减少至第一基准吸附量以下的温度。此处，第一基准吸附量是指，即使由于SCRF7的温度成为过滤器再生温度，从而吸附在SCR催化剂7a上的氨被氧化而成为NOX并从SCRF7流出，该NOX的流出量也在容许范围内的氨吸附量的上限值(在图2中以Qab1来表示的量)。
在步骤S104中作出了否定判断的情况下，再次执行步骤S103的处理。另一方面，在步骤S104中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S105的处理。在步骤S105中，流入SCRF7的排气的温度进一步提高，该SCRF7的温度Tf被调节为过滤器再生温度。由此，堆积在SCRF7上的PM被氧化并去除。另外，当SCRF7的温度Tf被调节为过滤器再生温度时，后段催化剂8的温度Tdcat也必然上升。
接下来，在步骤S106中，对从SCRF7的温度Tf被调节为过滤器再生温度起是否经过了处理执行期间Δto进行判断。此处，处理执行期间Δto的长度也可以为被预先确定的固定的长度。在该情况下，处理执行期间Δto的长度被确定为如下的长度，即，能够判断为足以使SCRF7中的PM堆积量减少至容许范围内的长度。此外，也可以依据过滤器再生处理的执行条件成立的时间点的SCRF7中的PM堆积量来变更处理执行期间Δto的长度。
在步骤S106中作出了否定判断的情况下，再次执行步骤S105的处理。另一方面，在步骤S106中作出了肯定判断的情况下，接下来在步骤S107中，停止从燃料添加阀4的燃料添加。由此，结束本次的过滤器再生处理的执行。
另外，在本实施例中，将后段催化剂8设为，通过将氧化催化剂和SCR催化剂组合而构成的催化剂。然而，本发明所涉及的后段催化剂的结构并不限定于这样的结构。例如，作为后段催化剂，也能够使用虽然不具有对NOX进行还原的功能，但具有在预定的第一温度区域内促进通过使氨氧化而进行N2的生成的功能的催化剂。即使在将这样的催化剂作为后段催化剂的情况下，在执行过滤器再生处理时，通过在氨去除期间内将该后段催化剂的温度调节至第一温度区域内，从而能够利用该后段催化剂而将穿过了SCRF的氨转换为N2并去除。
＜实施例2＞
[过滤器再生处理的流程]
基于图5所示的流程图，对本实施例所涉及的过滤器再生处理的流程进行说明。此处，仅对与实施例1所涉及的过滤器再生处理的流程不同的点进行说明。在图5中，对实施与图4所示的流程图中的各步骤相同的处理的步骤标记相同的参照编号，并省略其说明。另外，本实施例所涉及的内燃机的进气排气系统的概要结构与实施例1相同。
在本流程中，在步骤S101中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S202的处理。在步骤S202中，对被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a中的当前时间点的氨吸附量Qfab进行计算。能够基于从氨添加阀6的氨添加量、流入SCRF7的排气的流量以及SCRF7的温度(即，SCR催化剂7a的温度)等，推断出向SCR催化剂7a的每单位时间的氨吸附量以及从SCR催化剂7a的每单位时间的氨脱离量。然后，通过对这些进行累计，从而能够计算出SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab。
接下来，在步骤S203中，对将SCRF7的温度Tf调节至第二温度区域内且将后段催化剂8的温度Tdcat调节至第一温度区域内的期间即氨去除期间Δtm的长度进行设定。即，在本实施例中，与实施例1不同，氨去除期间Δtm的长度并非为固定而是可变的。在步骤S203中，氨去除期间Δtm的长度基于在步骤S202中所计算出的SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab而被设定。
SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab与氨去除期间Δtm的长度之间的关系是基于实验等而被确定的，并以映射图或函数的形式而被预先存储在ECU10中。在该映射图或函数中，氨去除期间Δtm的长度被设定为，在该氨去除期间Δtm内，当SCRF7的温度Tf在该氨去除期间Δtm内被调节至第二温度区域内时，SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab减少至第一基准吸附量。因此，在步骤S203中，SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab越多，则氨去除期间Δtm被设定得越长，SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab越少，则氨去除期间Δtm被设定得越短。
接下来，在步骤S102中，执行从燃料添加阀4的燃料添加。
当氨去除期间Δtm延长时，堆积在过滤器7上的PM的氧化开始的时刻将延迟。因此，在本实施例中，如上述流程所示，基于过滤器再生处理的执行条件成立的时间点的SCR催化剂7a中的氨吸附量而对氨去除期间Δtm的长度进行设定。
根据这种方式，能够尽可能地缩短氨去除期间Δtm。因此，能够抑制由于氨去除期间Δtm过短而导致过滤器再生处理执行时的NOX向外部的排出量增加的情况，且能够抑制由于氨去除期间Δtm过长而导致过滤器再生处理的效率降低的情况。
＜实施例3＞
[过滤器再生处理的流程]
基于图6所示的流程图，对本实施例所涉及的过滤器再生处理的流程进行说明。此处，仅对与实施例1所涉及的过滤器再生处理的流程不同的点进行说明。在图6中，对实施与图4所示的流程图中的各步骤相同的处理的步骤标记相同的参照编号，并省略其说明。另外，本实施例所涉及的内燃机的进气排气系统的概要结构与实施例1相同。
在本流程中，在步骤S101中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S302的处理。在步骤S302中，对被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a中的当前时间点的氨吸附量Qfab进行计算。此处的氨吸附量Qfab的计算方法与图5所示的流程图中的在步骤S202中的氨吸附量的计算方法相同。
接下来，在步骤S303中，对在步骤S302中所计算出的SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab是否多于第一基准吸附量Qab1进行判断。在步骤S303中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S102的处理。另一方面，在步骤S303中作出了否定判断的情况下，即，在当前时间点的SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab小于等于第一基准吸附量Qab1的情况下，接下来执行步骤S304的处理。
在步骤S304中，执行从燃料添加阀4的燃料添加。而且，接下来执行步骤S105的处理。即，SCRF7的温度Tf被调节为过滤器再生温度。
只要SCR催化剂7a中的氨吸附量小于等于第一基准吸附量Qab1，则即使由于SCRF7的温度上升至过滤器再生温度，从而吸附在SCR催化剂7a中的氨被氧化而生成NOX，并且该NOX从SCRF7流出，其流出量也在容许范围内。因此，在本实施例中，如上述流程所示，在过滤器再生处理的执行条件成立的时间点的SCR催化剂7a中的氨吸附量小于等于第一基准吸附量Qab1的情况下，不实施SCRF7以及后段催化剂8的向第二温度区域或者第一温度区域的调节，而将SCRF7的温度调节为过滤器再生温度。
根据这种方式，在过滤器再生处理的执行条件成立时的SCR催化剂7a中的氨吸附量小于等于第一基准吸附量Qab1时，堆积在SCRF7上的PM的去除尽可能迅速地被开始。因此，能够将过滤器再生处理的执行时的NOX向外部的排出抑制在容许范围内，并使过滤器再生处理的效率提高。
＜实施例4＞
[过滤器再生处理的流程]
基于图7所示的流程图，对本实施例所涉及的过滤器再生处理的流程进行说明。此处，仅对与实施例1所涉及的过滤器再生处理的流程不同的点进行说明。在图7中，对实施与图4所示的流程图中的各步骤相同的处理的步骤标记相同的参照编号，并省略其说明。另外，本实施例所涉及的内燃机的进气排气系统的概要结构与实施例1相同。
在本流程中，在步骤S101中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S402的处理。在步骤S402中，对被负载于SCRF7上的SCR催化剂7a中的当前时间点的氨吸附量Qfab进行计算。此处的氨吸附量Qfab的计算方法与图5所示的流程图中的在步骤S202中的氨吸附量的计算方法相同。
接下来，在步骤S403中，对后段催化剂8中的当前时间点的氨吸附量Qdab进行计算。后段催化剂8包括以氨作为还原剂而对NOX进行还原的SCR催化剂。因此，穿过了SCRF7的氨吸附在后段催化剂8上。
能够基于从氨添加阀6的氨添加量、流入SCRF7的排气的流量以及SCRF7(即，SCR催化剂7a的温度)的温度等，推断出穿过SCRF7的每单位时间的氨量，即向后段催化剂8的每单位时间的氨供给量。另外，能够基于向该后段催化剂8的每单位时间的氨供给量、流入后段催化剂8的排气的流量以及后段催化剂8的温度等，推断出向后段催化剂8的每单位时间的氨吸附量以及从后段催化剂8的每单位时间的氨脱离量。然后，通过对这些进行累计，从而能够计算出后段催化剂8中的氨吸附量Qdab。
接下来，在步骤S404中，基于在步骤S402中所计算出的SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab而对第二基准吸附量Qab2进行计算。此处，第二基准吸附量Qab2为，在过滤器再生处理的执行条件成立的时间点吸附在SCR催化剂7a中的氨由于该SCRF的温度上升至过滤器再生温度而被氧化并成为NOX而流入后段催化剂8的情况下，在该后段催化剂8中能够充分地对该NOX进行还原的氨吸附量的下限值。
SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab与第二基准吸附量Qab之间的关系是基于实验等而被求出的，并以映射图或函数的形式而被预先存储在ECU10中。在该映射图或函数中，SCR催化剂7a中的氨吸附量Qfab的值越大，则第二基准吸附量Qab2的值也越大。
接下来，在步骤S405中，对在步骤S403中所计算出的后段催化剂8中的氨吸附量Qdab是否小于在步骤S204中所计算出的第二基准吸附量Qab2进行判断。在步骤S405中作出了肯定判断的情况下，接下来执行步骤S102的处理。另一方面，在步骤S405中作出了否定判断的情况下，即，在当前时间点的后段催化剂8中的氨吸附量Qdab大于等于第二基准吸附量Qab2的情况下，接下来执行步骤S406的处理。
在步骤S406中，执行从燃料添加阀4的燃料添加。而且，接下来执行步骤S105的处理。即，将SCRF7的温度Tf调节为过滤器再生温度。
只要后段催化剂8中的氨吸附量大于等于第二基准吸附量Qab2，则即使由于SCRF7的温度上升至过滤器再生温度，从而吸附在SCR催化剂7a中的氨被氧化而生成NOX，并且该NOX从SCRF7流出，也能够在后段催化剂8中充分地对该NOX进行还原。因此，能够使从后段催化剂8流出的NOX的量处于容许范围内。
因此，在本实施例中，如上述流程所示，在过滤器再生处理的执行条件成立的时间点的后段催化剂8中的氨吸附量大于等于第二基准吸附量Qab2的情况下，不实施SCRF7以及后段催化剂8的向第二温度区域或第一温度区域的调节，而将SCRF7的温度调节为过滤器再生温度。
根据这种方式，在过滤器再生处理的执行条件成立时的后段催化剂8中的氨吸附量大于等于第一基准吸附量Qab2时，堆积在SCRF7上的PM的去除尽可能迅速地被开始。因此，能够将过滤器再生处理的执行时的NOX向外部的排出抑制在容许范围内，并使过滤器再生处理的效率提高。
另外，也能够将上述的各实施例在可能的限度内进行组合。
符号说明
1…内燃机；
2…进气通道；
3…排气通道；
4…燃料添加阀；
5…前段催化剂；
6…氨添加阀；
7…过滤器(SCRF)；
7a…选择还原型NOX催化剂(SCR催化剂)；
8…后段催化剂；
10…ECU；
11…空气流量计；
12…第一排气温度传感器；
13…第二排气温度传感器。

Claims (5)

1.一种内燃机的排气净化系统，具备：
前段催化剂，其被设置于内燃机的排气通道中，并具有氧化功能；
燃料供给装置，其向所述前段催化剂供给燃料；
过滤器，其被设置在与所述前段催化剂相比靠下游侧的排气通道中，并对排气中的颗粒状物质进行捕集，且负载有以氨为还原剂而对排气中的NOX进行还原的选择还原型NOX催化剂；
氨供给装置，其向所述过滤器供给氨或氨的前驱体，
所述内燃机的排气净化系统的特征在于，还具备：
后段催化剂，其被设置在与所述过滤器相比靠下游侧的排气通道中，并具有氧化功能，且具有在预定的第一温度区域内促进通过使氨氧化而进行的N2的生成的功能；
过滤器再生处理执行部，其执行如下的过滤器再生处理，即，通过从所述燃料供给装置向所述前段催化剂供给燃料，从而使所述过滤器的温度上升至促进颗粒状物质的氧化的预定的过滤器再生温度，由此使堆积在所述过滤器上的颗粒状物质氧化并去除，
所述过滤器再生处理执行部在执行所述过滤器再生处理时，通过对流入所述过滤器的排气的温度进行控制，从而在某段期间内将所述过滤器的温度调节至预定的第二温度区域内且将所述后段催化剂的温度调节至所述第一温度区域内，之后，将所述过滤器的温度调节为所述过滤器再生温度，其中，所述第二温度区域为，与所述过滤器再生温度相比较低，并且从被负载的选择还原型NOX催化剂脱离且未被氧化而从所述过滤器流出的氨量增大的第二温度区域。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其中，
所述后段催化剂被构成为，包括氧化催化剂和以氨为还原剂而对排气中的NOX进行还原的选择还原型NOX催化剂，而且，所述后段催化剂具有在所述第一温度区域内，通过使氨氧化从而生成NOX并且以剩余的氨为还原剂而对所生成的该NOX进行还原的功能。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化系统，还具备：
第一推断部，其对被负载于所述过滤器上的选择还原型NOX催化剂中的氨吸附量进行推断；
设定部，其基于所述过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于所述过滤器上的选择还原型NOX催化剂中的氨吸附量，而对所述期间的长度进行设定。
4.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化系统，其中，
还具备第一推断部，该第一推断部对被负载于所述过滤器上的选择还原型NOX催化剂中的氨吸附量进行推断，
在所述过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于所述过滤器上的选择还原型NOX催化剂中的氨吸附量小于等于第一基准吸附量时，所述过滤器再生处理执行部不实施所述过滤器以及所述后段催化剂的向所述第二温度区域或所述第一温度区域的调节，而将所述过滤器的温度调节为所述过滤器再生温度。
5.如权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，还具备：
第一推断部，其对被负载于所述过滤器上的选择还原型NOX催化剂中的氨吸附量进行推断；
第二推断部，其对所述后段催化剂中的氨吸附量进行推断，
在所述过滤器再生处理的执行条件成立时的所述后段催化剂中的氨吸附量大于等于第二基准吸附量时，所述过滤器再生处理执行部不实施所述过滤器以及所述后段催化剂的向所述第二温度区域或所述第一温度区域的调节，而将所述过滤器的温度调节为所述过滤器再生温度，其中，所述第二基准吸附量是依据所述过滤器再生处理的执行条件成立时的被负载于所述过滤器上的选择还原型NOX催化剂中的氨吸附量而确定的。
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