CN104870763B - 内燃机的排气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内燃机的排气净化系统，其能够抑制在负载有SCR催化剂的过滤器的再生处理时氨流出的情况。所述内燃机的排气净化系统具备：前段催化剂，其具有氧化功能；燃料供给装置，其向前段催化剂供给燃料；过滤器，其为被设置于与前段催化剂相比靠下游侧的排气通道上的过滤器，并且负载有选择还原型NOX催化剂；氨供给装置，其向过滤器供给氨；过滤器再生处理执行部，其执行过滤器再生处理；控制部，其在未执行过滤器再生处理的情况下，供给与从内燃机排出的NOX量相对应的量的氨，而在正在执行过滤器再生处理的情况下，供给与如下的NOX量相对应的量的氨，该NOX量为，从内燃机所排出的NOX量中减去被穿过前段催化剂的燃料还原的NOX量而得到的NOX量。

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
作为被设置在内燃机的排气通道上的排气净化装置，开发有使选择还原型NOX催化剂(以下称作SCR催化剂：Selective Catalytic Reduction)负载于过滤器中的装置(例如，参照专利文献1)。过滤器对排气中的粒状物质(以下称为PM：Particulate Matter)进行捕集。SCR催化剂将氨(NH3)作为还原剂而对排气中的NOX进行还原。以下，也有时将负载有这种SCR催化剂的过滤器称为SCRF。
通过采用SCRF来作为排气净化装置，从而与将过滤器和SCR催化剂分别设置于排气通道上的情况相比，能够将排气净化装置的大小设定得较小。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较上游侧配置SCR催化剂。排气通道上的SCR催化剂的配置越靠上游侧，则该SCR催化剂越易于通过排气的热量而被加热。因此，能够实现SCR催化剂的暖机性的提高及SCR催化剂中的NOX净化率的提高。
在此，在SCRF中堆积有捕集到的PM(颗粒物)。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。过滤器再生处理能够通过向被设置于与SCRF相比而靠上游侧的排气通道上的、具有氧化作用的催化剂即前段催化剂供给燃料(HC)来实现。当在前段催化剂中燃料被氧化时，流入SCRF中的排气将通过氧化热量而被加热。因此，能够使SCRF的温度上升至促进了PM的氧化的过滤器再生温度。
另外，已知一种如下的技术，即，在与SCR催化剂相比靠上游的排气通道上具有添加HC的HC添加阀和添加尿素水的尿素添加阀，并且在由SCR催化剂实施的NOX的净化所需的尿素水量超过预定的上限量的情况下，追加尿素水的供给而供给HC(例如，参照专利文献2)。
然而，在具备SCRF的排气净化系统中，在实施过滤器再生处理时在前段催化剂中供给有较多的HC。在与过滤器相比靠下游侧处设置有SCR催化剂的现有的排气净化系统中，由于在过滤器再生处理时在前段催化剂及过滤器中HC几乎全部被氧化，因此流入SCR催化剂中的HC的量变得比较少。但是，由于在SCRF的上游不存在前段催化剂，因此未被前段催化剂氧化的HC有可能流入SCRF中。而且，当HC流入SCRF中时，该HC的一部分将使NOX还原。因此，当根据流入SCRF中的NOX量来供给氨时，与被HC还原的NOX相对应地，氨会变得过剩。即，将会供给与为了还原NOX所需要的氨相比而较多的氨。并且，由于多余的氨会从SCRF中流出，从而有可能会导致氨的浪费。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2007-501353号公报，公开日：2007年1月25日。
专利文献2：日本特开2008-157188号公报，公开日：2008年7月10日。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明为鉴于上述这样的问题点而完成的发明，其目的在于，抑制负载有SCR催化剂的过滤器的再生处理时氨流出的情况。
用于解决课题的方法
为了完成上述课题，以本发明为依据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上，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，其为被设置于与所述前段催化剂相比靠下游侧的排气通道上并对排气中的粒状物质进行捕集的过滤器，并且负载有以氨作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；过滤器再生处理执行部，其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粒状物质的氧化的预定的过滤器再生温度，并由此而执行将堆积于所述过滤器中的粒状物质氧化并去除的过滤器再生处理；控制部，其在未执行所述过滤器再生处理的情况下，由所述氨供给装置供给与从所述内燃机排出的NOX量相对应的量的氨或氨的前驱体，而在正在执行所述过滤器再生处理的情况下，由所述氨供给装置供给与如下的NOX量相对应的量的氨或氨的前驱体，该NOX量为，从所述内燃机所排出的NOX量中减去被由所述燃料供给装置所供给的燃料即穿过所述前段催化剂的燃料还原的NOX量而得到的NOX量。
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上从上游侧起依次设置有前段催化剂以及SCRF。而且，从氨供给装置向SCRF中供给氨或氨的前躯体。在被负载于SCRF上的SCR催化剂中，被供给的氨或由被供给的氨的前躯体所生成的氨作为还原剂而对排气中的NOX进行还原。此外，通过从燃料供给装置向前段催化剂供给燃料，从而执行用于去除堆积在SCRF中的PM的过滤器再生处理。
在执行过滤器再生处理时，在前段催化剂中未被氧化而穿过了该前段催化剂的HC将流入SCRF中。以这种方式流入SCRF中的HC成为对NOX进行还原的还原剂。
而且，在本发明中，在正在执行过滤器再生处理的情况下，与被HC还原的NOX的量相对应地，而使从氨供给装置所供给的氨或氨的前躯体的量减少。在此，在未执行过滤器再生处理的情况下，由于几乎不存在由HC进行的NOX的还原，因此，若根据从内燃机排出的NOX量来供给氨，则能够抑制在还原剂量上产生过量或不足的情况。另一方面，在正在执行过滤器再生处理的情况下，从内燃机排出的NOX被HC及氨还原。因此，若从由内燃机排出的NOX量中减去与被HC还原的部分相对应的NOX量，并根据剩余的NOX量来供给氨，则能够抑制在还原剂量中产生过量或不足的情况。如此，由于在SCRF中没有在还原剂量上产生过量或不足，因此能够抑制氨从SCRF中流出的情况。
在本发明中，所述控制部在正在执行所述过滤器再生处理的情况下，能够根据所述过滤器的温度而对由所述氨供给装置所供给的氨或氨的前躯体的量进行变更。
在此，由于根据过滤器的温度而使在SCR催化剂中进行反应的氨量发生变化，因此若根据该过滤器的温度而使供给的氨量发生变化，则能够抑制在还原剂量中产生过量或不足的情况。
在本发明中，在正在执行所述过滤器再生处理的情况下，所述控制部根据流入到所述过滤器中的排气中的水分量而对由所述氨供给装置所供给的氨或氨的前驱体的量进行变更。
由于在SCR催化剂中发生反应的氨量根据流入过滤器中的排气中的水分量而发生变化，因此若根据流入到该过滤器中的排气中的水分量而使供给的氨量发生变化，则能够抑制在还原剂量中产生过量或不足的情况。
发明的效果
根据本发明，能够抑制在负载有SCR催化剂的过滤器的再生处理时氨流出的情况。
附图说明
图1为表示实施例所涉及的内燃机的进排气系统的概要结构的图。
图2为表示从执行过滤器再生处理之前起至过滤器再生处理结束之后为止的SCR催化剂的温度、流入SCRF中的HC量(HC流入量)、流入或流出SCRF的NOX量、从氨添加阀供给的氨供给量、从SCRF流出的氨量(氨流出量)的推移的时序图。
图3为分别表示在排气中包含水分和排气中未包含水分的情况下SCR催化剂的温度与通过HC而得到的NOX净化率之间的关系的图。
图4为对过滤器再生处理的执行时从氨添加阀供给的氨供给量Qred进行决定时的框图。
图5为表示Gegr/(Ga+Gf)、与内燃机的气缸内的燃烧前已经包含的水分量Qh2oi之间的关系的图。
图6为表示空燃比(Ga/Gf)、与内燃机的气缸内的通过燃烧而产生的水分量Qh2oc之间的关系的图。
图7为表示燃料量Gf、与内燃机的气缸内的通过燃烧而产生的水分量Qh2oc之间的关系的图。
图8为表示从燃料添加阀供给的燃料供给量Qadd与在前段催化剂中产生的水分量Qh2oe之间的关系的图。
图9为表示前段催化剂温度Tdoc与在前段催化剂中产生的水分量Qheoe之间的关系的图。
图10为表示实施例涉及的过滤器再生处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下参照附图并基于实施例而对用于该实施该发明的方式例示性地进行详细说明。然而，该实施例中所记载的结构部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有进行特别记载，则不表示将该发明的范围仅限定于此的含义。
<实施例1>
在此，对将本发明所涉及的内燃机的排气净化系统应用到车辆驱动用的柴油发动机中的情况进行说明。然而，本发明所涉及的内燃机并不限定于柴油发动机，也可以是汽油发动机等。
图1为表示本实施例所涉及的内燃机的进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及排气通道3。进气通道2上设置有空气流量计11及节气门9。空气流量计11对内燃机1的吸入空气量进行检测。节气门9对内燃机1的吸入空气量进行调节。
在排气通道3上沿着排气的流向从上游侧依次设置有：第一排气温度传感器12、燃料添加阀4、前段催化剂5、第一NOX传感器13、第二排气温度传感器14、氨添加阀6、SCRF7、后段催化剂8以及第二NOX传感器15。
前段催化剂5为氧化催化剂。然而，只要前段催化剂5为具有氧化功能的催化剂则也可以为氧化催化剂以外的催化剂。燃料添加阀4为了向前段催化剂5供给燃料而向排气中添加燃料(HC)。
另外，在本实施例中，燃料添加阀4相当于本发明所涉及的燃料供给装置。然而，在不设置燃料添加阀4的条件下，在内燃机1中，也可以通过在被喷射的燃料不进行燃烧而从排气通道3以未燃烧的状态被排出的时刻执行副喷射，从而向前段催化剂5供给燃料。
SCRF7以将SCR催化剂7a负载在对排气中的PM进行捕集的壁流型过滤器中的方式而构成。SCR催化剂7a将氨作为还原剂而对排气中的NOX进行还原。氨添加阀6为了向SCRF7中供给氨而向排气中添加氨气。当氨被供给到SCRF7中时该氨将暂时被吸附于被负载在SCRF7中的SCR催化剂7a上。并且，所吸附的氨成为还原剂而对排气中的NOX进行还原。
另外，在本实施例中，氨添加阀6相当于本发明的所涉及的氨供给装置。然而，本发明所涉及的氨供给装置也可以是将氨作为液体或固体而进行供给的装置。此外，本发明所涉及的氨供给装置也可以是供给氨的前躯体的装置。例如，在本实施例中，也可以代替氨添加阀6而在排气中设置添加尿素水溶液的尿素添加阀。在这种情况下，作为氨的前躯体而将尿素供给到SCRF7中。并且，通过使尿素进行水解从而生成氨。
后段催化剂8为氧化催化剂。然而，后段催化剂8也可以是具有氧化功能的其他的催化剂。后段催化剂8使排气中的HC、CO以及氨发生氧化。另外，在本实施例中，并非必须要设置后段催化剂8。
第一排气温度传感器12及第二排气温度传感器14为对排气的温度进行检测的传感器。第一排气温度传感器12对从内燃机1流出的排气的温度或流入到前段催化剂5中的排气的温度进行检测。第二排气温度传感器14对从前段催化剂5流出的排气的温度或流入到SCRF7中的排气的温度进行检测。第一NOX传感器13及第二NOX传感器15为对排气中的NOX浓度进行检测的传感器。第一NOX传感器13对流入到SCRF7的排气中的NOX浓度进行检测。第二NOX传感器15对从后段催化剂8流出的排气中的NOX浓度进行检测。
此外，在与排气通道3中的燃料添加阀4相比靠上游侧处连接有EGR(exhaust gasrecirculation：废气再循环)通道16的一端。EGR通道16的另一端连接于与进气通道2中的节气门9相比靠下游侧处。此外，在EGR通道16上设置有EGR阀17。
根据这种结构，从内燃机1被排出的排气的一部分作为EGR气体而穿过EGR通道16并被导入到进气通道2中。由此，EGR气体被供给到内燃机1中。此外，通过EGR阀17而对穿过EGR通道16并被导入到进气通道2中的EGR气体的流量进行调节。另外，在本实施例中，并非必须要设置EGR通道16及EGR阀17。
在内燃机1中同时设置有电子控制单元(ECU)10。ECU10与空气流量计11、第一排气温度传感器12、第一NOX传感器13、第二排气温度传感器14、第二NOX传感器15等的各种传感器电连接。并且，各种传感器的输出信号被输入到ECU10中。ECU10根据空气流量计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根据第一排气温度传感器12的输出值对前段催化剂5的温度进行推断，并根据第二排气温度传感器14的输出值而对SCRF7的温度(即SCR催化剂7a的温度)进行推断。
并且，ECU10与节气门9、燃料添加阀4、氨添加阀6以及EGR阀17电连接。而且，这些装置通过ECU10而被控制。
在此，被捕集到的PM逐渐堆积在SCRF7中。因此，在本实施例中，通过ECU10来执行用于去除堆积在SCRF7中的PM的过滤器再生处理。本实施例所涉及的过滤器再生处理通过从燃料添加阀4添加燃料并由此而将燃料供给到前段催化剂5中从而被实现。另外，在本实施例中执行过滤器再生处理的ECU10相当于本发明中的过滤器再生处理执行部。
在前段催化剂5中燃料被氧化时将产生氧化热量。通过该氧化热量而使流入SCRF7中的排气被加热。由此，SCRF7的温度上升。在过滤器再生处理的执行时，通过对从燃料添加阀4所添加的燃料添加量进行控制，从而使SCRF7的温度上升到促进PM的氧化的预定的过滤器再生温度(例如600至650℃)。其结果为，堆积在SCRF7中的PM被氧化并被去除。
在本实施例中，从上一次的过滤器再生处理的执行结束起每经过预定时间则要求过滤器再生处理的执行。另外，也可以在安装了内燃机1的车辆每行驶预定的行驶距离时要求过滤器再生处理的执行。此外，也可以在每次SCRF7中的PM堆积量达到预定的堆积量时要求过滤器再生处理的执行。SCRF7中的PM堆积量能够根据内燃机1中的燃料喷射量、流入到SCRF7中的排气的流量以及SCRF7的温度等的履历而进行推断。
在过滤器再生处理的执行时，存在被供给到前段催化剂5的燃料中所包含的HC的一部分在该前段催化剂5中未被氧化而是穿过该前段催化剂5的情况。穿过前段催化剂5的HC流入到SCRF7中。流入到SCRF7中的HC将成为在SCR催化剂7a中使NOX还原的还原剂。
然而，即使在过滤器再生处理的执行时，为了使NOX还原而也会从氨添加阀6添加氨。在过滤器再生处理的执行时，即使氨被吸附在SCR催化剂7a中，但由于温度较高因而也会立即脱离。因此，从氨添加阀6添加的氨的量优选为，相对于为了NOX的还原而所需要的量而言不会产生过量或不足。
在此，在不执行过滤器再生处理的情况下，只需根据从内燃机1排出的NOX量或流入到SCRF7中的NOX量而从氨添加阀6添加氨即可。即，只要供给为了对从内燃机1排出的NOX进行还原而所需要的量的氨，则由于在SCR催化剂7a中被消耗的氨量与被供给的氨量平衡，因此就能够抑制在SCR催化剂7a中氨量上产生过量或不足的情况。另外，从内燃机1排出的NOX量能够根据发动机转速及发动机负载而进行推断。此外，还能够根据第一NOX传感器13的检测值、以及从通过流量计11所检测出的吸入空气量而推测出的排气的流量，而对从内燃机1排出的NOX量进行计算。另外，从内燃机1排出的NOX量也可以设为与流入到SCR催化剂7a中的NOX量相等。
另一方面，在正在执行过滤器再生处理的情况下，还会通过从燃料添加阀4被添加且在前段催化剂5中未被氧化的HC而在SCR催化剂7a中对NOX进行还原。因此，当以相对于从内燃机1排出的NOX量或流入到SCRF7中的NOX量不产生过量或不足的方式而从氨添加阀6添加氨时，与被HC还原的NOX的量相对应地，氨将变为过剩。过剩的氨由于SCR催化剂7a的温度较高而从该SCR催化剂7a中脱离，并从SCRF7中流出。之后，虽然能够利用后段催化剂8而使氨发生反应，但会使氨无谓地消耗。
因此在本实施例中，在正在执行过滤器再生处理的情况下，根据如下NOX量而从氨添加阀6供给氨，该NOX量为，从自内燃机1排出的NOX量或流入到SCRF7中的NOX量中减去由HC还原的NOX量而求得的NOX量。另外，也可以从为了将自内燃机1排出的NOX或流入到SCRF7中的NOX全部还原所需要的氨量中，减去为了对被HC还原的量的NOX进行还原而所需要的氨量，从而对从氨添加阀6供给的氨供给量进行计算。
在此，图2为表示从过滤器再生处理被执行之前到过滤器再生处理结束之后的如下各个量的推移的时序图，所述各个量为，SCRF7(也可以采用SCR催化剂7a)的温度、流入到SCRF7中的HC量(HC流入量)、流入或流出SCRF7的NOX量、从氨添加阀6供给的氨供给量、从SCRF7流出的氨量(氨流出量)。实线表示考虑到被HC还原的NOX量而使氨供给量减少了的情况，虚线表示根据从内燃机1排出的NOX量而决定了氨供给量的情况。即，虚线为没有考虑被HC还原的NOX量而决定了氨供给量的情况。在T1的时间点开始实施过滤器再生处理，在T2的时间点SCRF的温度达到PM的氧化被促进的温度、即预定的过滤器再生温度。在正在执行过滤器再生处理时，ECU10以使SCRF7的温度维持在预定的过滤器再生温度的方式对从燃料添加阀4添加的燃料添加量进行调节。而且，在T3的时间点上，过滤器再生处理结束。从T2到T3的期间内，PM被氧化并被去除。
由于在从T1到T3的期间内从燃料添加阀添加有较多的燃料，因此使HC流入量增加。此时流入到SCRF7中的NOX量为实线的情况与虚线的情况相同。另外，与实线的情况相比，虚线的情况下从SCRF7流出的NOX量较少的原因在于，由于还原剂过剩存在而使NOX净化率提高的缘故。然而，在该状态下，从氨添加阀6供给的氨供给量及从SCRF7流出的氨量变得较多，从而无谓地对氨进行了供给。另一方面，若处在实线的情况下，则能够抑制NOX及氨从SCRF7中流出的情况。而且，由于与虚线的情况相比在实线的情况下从氨添加阀6供给的氨供给量变得较少，因此能够降低氨的消耗量。
此外，由于流入到SCRF7中的HC量与前段催化剂5的温度以及从燃料添加阀4添加的燃料添加量相关联，因此预先通过实验或模拟而求得这些关系并将其存储到ECU10中。如此，能够根据所述前段催化剂5的温度以及从燃料添加阀4添加的燃料添加量而求得流入到SCRF7中的HC量。
在此，流入SCRF7中的HC并不一定全部都用于使NOX还原。即，通过HC而实现的NOX净化率会根据SCR催化剂7a的种类、排气中的水分量、SCR催化剂7a的温度而发生变化。在此，图3表示分别在排气中含有水分的情况(实线)下与在排气中不含有水分的情况(虚线)下，SCR催化剂7a的温度与通过HC而实现的NOX净化率之间的关系的图。这种关系根据SCR催化剂7a的种类而发生变化。
如此，通过HC而得到的NOX净化率将根据水分的有无以及SCR催化剂7a的温度而发生变化。因此，在本实施例中，根据排气中的水分量及SCR催化剂7a的温度而对被HC还原的NOX量进行补正。另外，排气中的水分量能够由被供给到内燃机1中的燃料量、内燃机1的吸入空气量、EGR气体量等而求取。以这种方式，通过更准确地求取被HC还原的NOX量，从而能够更准确地求取所需要的氨量。
图4为对从过滤器再生处理的执行时从氨添加阀6供给的氨供给量Qred进行决定时的框图。
当要求了过滤器再生处理的执行时，在101中，设定有促进PM的氧化的温度、即目标SCRF温度Ttrg。此外，在102中，对当前时间点的SCRF7的温度(SCRF温度Tscrf)进行推断。另外，目标SCRF温度Ttrg为预定的过滤器再生温度(例如600至650℃)，并预先进行设定。此外，根据第二排气温度传感器14的检测值以及由空气流量计11检测出的吸入空气量Ga来对SCRF温度Tscrf进行推断。而且，在103中，对为了使SCRF7的温度上升到目标SCRF温度Ttrg所需要的燃料供给量Qadd进行计算。该燃料供给量Qadd根据当前时间点的SCRF7的温度(SCRF温度Tscrf)以及目标SCRF温度Ttrg而被计算出。也可以预先得到用于根据SCRF温度Tscrf与目标SCRF温度Ttrg来对燃料供给量Qadd进行计算的映射图或数学式，并将其存储到ECU10中。
而且，在104中，根据燃料供给量Qadd以及前段催化剂5的温度(前段催化剂温度Tdoc)而对流入SCRF7中的HC量(HC流入量Qhc)进行计算。在此，通过燃料添加而使前段催化剂5的温度发生变化。由于根据该前段催化剂5的温度(前段催化剂温度Tdoc)而使HC流入量Qhc发生变化，因此在计算HC流入量Qhc时会考虑前段催化剂温度Tdoc。前段催化剂温度Tdoc根据第一排气温度传感器12的检测值、由空气流量计11得到的吸入空气量Ga、向内燃机1的气缸内供给的燃料量Gf以及从燃料添加阀4供给的燃料供给量Qadd而发生变化。因此，在105中，根据第一排气温度传感器12的检测值、由空气流量计11得到的吸入空气量Ga、向内燃机1的气缸内供给的燃料量Gf、以及从燃料添加阀4供给的燃料供给量Qadd，而对前段催化剂温度Tdoc进行计算。此外，也可以预先得到用于对该前段催化剂温度Tdoc进行计算的映射图或数学式，并将其存储在ECU中。
而且，在106中，根据流入SCRF7中的NOX量(NOX流入量Gnox)、SCRF温度Tscrf、前段催化剂温度Tdoc、HC流入量Qhc以及排气中的水分量Qh2o，来对在SCRF7中被HC还原的NOX量(NOX还原量Rnox)进行计算。在107中，NOX流入量Gnox根据通过第一NOX传感器13而得到的流入到SCRF7中的排气中的NOX浓度、通过空气流量计11而得到的吸入空气量Ga、被供给到内燃机1的气缸内的燃料量Gf而被计算出。在此，由于即使NOX流入量Gnox变得较多，通过HC而实现的NOX净化率也基本没有发生变化，因此NOX还原量Rnox增加。即，NOX还原量Rnox根据NOX流入量Gnox而发生变化。此外，通过HC而实现的NOX净化率根据SCRF温度Tscrf而发生变化。即，NOX还原量Rnox根据SCRF温度Tscrf而发生变化。此外，HC流入量Qhc越多，则NOX还原量Rnox越增多。此外，NOX还原量Rnox会根据排气中的水分量及前段催化剂温度Tdoc而发生变化，关于这点将在后面叙述。NOX流入量Gnox、SCRF温度Tscrf、前段催化剂温度Tdoc、HC流入量Qhc、以及排气中的水分量Qh2o、NOX还原量Rnox之间的关系预先通过实验或模拟等而求出并被存储于ECU10中。
此外，在108中，对从氨添加阀6供给的氨供给量Qred进行计算。在108中计算出的氨供给量Qred为没有考虑通过HC而得到的NOX的氨供给量，即为补正前的氨供给量。在未执行过滤器再生处理的情况下，可以将由氨添加阀6供给的氨量作为在108中被计算出的氨供给量Qred。在108中，根据NOX流入量Gnox而将使流入到SCRF7中的NOX全部还原的氨量作为氨供给量Qred来进行计算。另外，由于NOX净化率根据SCRF温度Tscrf而发生变化，因此需要的氨量也发生变化。因此，可以根据SCRF温度Tscrf对氨供给量Qred进行补正。这些关系通过预先实验或模拟等而求取并被存储在ECU10中。
而且，在109中，通过从氨供给量Qred中减去与NOX还原量Rnox对应的氨量，从而对氨供给量Qred进行补正。而且，在110中，决定最终的氨供给量Qred，并依照此量而从氨添加阀6供给氨。
由于前段催化剂5中的NOX还原量Rnox根据排气中的水分量Qh2o以及前段催化剂温度Tdoc而发生变化，因此可以根据排气中的水分量Qh2o以及前段催化剂温度Tdoc而对NOX还原量Rnox进行补正。在此，排气中水分量Qh2o根据在燃烧前已经包含在内燃机1的气缸内的水分量Qh2o、通过燃烧而在内燃机1的气缸内产生的水分量Qh2o、以及在前段催化剂5中产生的水分量Qh2o而被计算出。
另外，在燃料的燃烧时会产生以下的反应。
CmHn+(m+n/4)O2→mCO2+(n/2)H2O…(式1)
在内燃机1的气缸内的燃烧前已经包含的水分量Qh2oi能够根据吸入空气量Ga、被供给到气缸内的燃料量Gf、EGR气体量Gegr、燃料的H与C的比Rhc等而进行计算。吸入空气量Ga通过空气流量计11而被检测出。燃料量Gf及EGR气体量Gegr能够根据内燃机1的运行状态以及被存储在ECU10中的映射图而得到。燃料的H与C的比Rhc为用上述式1中的n除以m而得到的值(n/m)，并将假想为会被供给的燃料的H与C的比预先存储在ECU10中。
例如，图5为表示Gegr/(Ga+Gf)与内燃机1的气缸内的燃烧前已经包含的水分量Qh2o之间的关系的图。横轴为用EGR气体量Gegr除以吸入空气量Ga与燃料量Gf的总计值所得到的值。EGR气体量Gegr越增多，则内燃机1的气缸内的燃烧前已经包含的水分量Qh2oi变得越多。即，还能够根据吸入空气量Ga、被供给到气缸内的燃料量Gf、EGR气体量Gegr，并根据图5所示的关系而对内燃机1的气缸内的燃烧前已经包含的水分量Qh2oi进行计算。用于求取内燃机1的气缸内的燃烧前已经包含的水分量Qh2oi的映射图或公式预先通过实验或模拟而求出并被存储在ECU10中。
通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc，能够根据吸入空气量Ga、被供给到气缸内的燃料量Gf、燃料的H与C的比Rhc等而进行计算。
例如，图6为表示空燃比(Ga/Gf)与通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc之间的关系的图。燃料量Gf越增多，则通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2o越增多。此外，图7为表示燃料量Gf与通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc之间的关系的图。燃料量Gf越增多，则通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc越增多。如此，还能够根据图6或图7所示的关系而对通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc进行计算。用于求取通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc的映射图或公式预先通过实验或模拟而求出，并被存储在ECU10中。
在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe能够根据前段催化剂温度Tdoc、从燃料添加阀4供给的燃料供给量Qadd、燃料的H与C的比Rhc、排气的流量等而进行计算。另外，根据吸入空气量Ga、被供给到气缸内的燃料量Gf以及EGR气体量Gegr而对排气的流量进行计算。
例如，图8为表示从燃料添加阀4供给的燃料供给量Qadd与在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe之间的关系的图。燃料供给量Qadd越增多，则在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe越增多。此外，图9为表示前段催化剂温度Tdoc与在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe之间的关系的图。前段催化剂温度Tdoc越高，则在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe越增多。如此，还能够根据图8或图9所示的关系而对在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe进行计算。用于求取在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe的映射图或公式预先通过实验或模拟而求出，并被存储在ECU10中。
而且，通过对内燃机1的气缸内的燃烧前已经含有的水分量Qh2oi、通过内燃机1的气缸内的燃烧而产生的水分量Qh2oc、在前段催化剂5中产生的水分量Qheoe进行总计，从而能够求出排气中的水分量Qh2o。另外，也可以根据需要而将水分量转换为体积浓度来使用。
在此，根据图10对本实施例所涉及的过滤器再生处理的流程进行说明。图10为表示本实施例所涉及的过滤器再生处理的流程的流程图。本流程预先被存储在ECU10中并通过ECU10而被反复执行。另外，在本实施例中执行图10所示的流程的ECU10相当于本发明中的控制部。
在步骤S201中，对是否要求了过滤器再生处理的执行进行判断。例如，从上次的过滤器再生处理的执行结束起每经过预定时间则要求过滤器再生处理的执行。此外，也可以在搭载了内燃机1的车辆每行驶了预定的行驶距离时要求过滤器再生处理的执行。此外，也可以在SCRF7中的PM堆积量每达到预定的堆积量时要求过滤器再生处理的执行。在步骤S201中做出了肯定判断的情况下，进入步骤S202，另一方面，在S201中做出了否定判断的情况下，结束本程序。另外，在S201中做出了否定判断的情况下，由于不实施过滤器再生处理，因此根据从内燃机1排出的NOX量或流入到SCRF7中的NOX量来决定由氨添加阀6所供给的氨量。
在步骤S202中，根据SCRF温度Tscrf以及目标SCRF温度Ttrg来对从燃料添加阀4供给的燃料供给量Qadd进行计算。该燃料供给量Qadd为，用于使SCRF7的温度上升到促进PM的氧化的预定的过滤器再生温度所需要的燃料量。
在步骤S203中，根据前段催化剂温度Tdoc以及燃料供给量Qadd来对流入到SCRF7中的HC量(HC流入量Qhc)进行计算。
在步骤S204中，根据燃料量Gf、吸入空气量Ga、EGR气体Gegr等来对排气中的水分量Qh2o进行计算。
在步骤S205中，根据流入到SCRF7中的排气中的NOX浓度、吸入空气量Ga、燃料量Gf而对流入SCRF7中的NOX量(NOX流入量Gnox)进行计算。
在步骤S206中，根据NOX流入量Gnox、SCRF温度Tscrf、前段催化剂温度Tdoc、HC流入量Qhc、排气中的水分量Qh2o而对NOX还原量Rnox进行计算。
在步骤S207中，根据NOX流入量Gnox、SCRF温度Tscrf而对由氨添加阀6所添加的氨量(氨供给量Qred)进行计算。另外，由于NOX的净化率根据SCRF温度Tscrf而发生变化，因此需要的氨量也发生变化。因此，不仅考虑NOX流入量Gnox，还考虑SCRF温度Tscrf而求得了氨供给量Qred。这些关系预先通过实验或模拟等而求出并被存储在ECU10中。
在步骤S208中，根据通过HC而实现的NOX还原量而对氨供给量Qred进行补正。即，由于被HC还原的NOX的部分是不需要氨的，因此从氨供给量Qred中减去与通过HC而实现的NOX还原量Rnox相对应的氨量。
另外，虽然在图10所示的流程中，通过从氨供给量Qred中减去与通过HC而实现的NOX还原量Rnox相对应的氨量从而对氨供给量Qred进行补正，但也可以代替此方式，将与从NOX流入量Gnox中减去通过HC而实现的NOX还原量Rnox所得到的NOX量相对应的氨量，作为氨供给量Qred而进行计算。
根据以上说明的本实施例，由于在正在执行过滤器再生处理时，使由氨添加阀6所供给的氨量以对应于被HC还原的NOX的量而减少，因此能够抑制无谓地消耗氨的情况。此外，能够抑制氨流出到与SCRF7相比靠下游处的情况。此外，通过考虑SCRF7的温度或排气中的水分量而决定氨供给量，从而能够进一步抑制氨流出到与SCRF7相比靠下游处的情况。
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 SCRF；
7a 选择还原型NOX催化剂(SCR催化剂)；
8 后段催化剂；
9 节气门；
10 ECU；
11 空气流量计；
12 第一排气温度传感器；
13 第一NOX传感器；
14 第二排气温度传感器；
15 第二NOX传感器；
16 EGR通道；
17 EGR阀。

Claims (3)

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上，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，其为被设置于与所述前段催化剂相比靠下游侧的排气通道上并对排气中的粒状物质进行捕集的过滤器，并且负载有以氨作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；
过滤器再生处理执行部，其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粒状物质的氧化的预定的过滤器再生温度，并由此而执行将堆积于所述过滤器中的粒状物质氧化并去除的过滤器再生处理；
控制部，其在未执行所述过滤器再生处理的情况下，由所述氨供给装置供给与从所述内燃机排出的NOX量相对应的量的氨或氨的前驱体，而在正在执行所述过滤器再生处理的情况下，由所述氨供给装置供给与如下的NOX量相对应的量的氨或氨的前驱体，该NOX量为，从所述内燃机所排出的NOX量中减去被由所述燃料供给装置所供给的燃料即穿过所述前段催化剂的燃料还原的NOX量而得到的NOX量。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其中，
在正在执行所述过滤器再生处理的情况下，所述控制部根据所述过滤器的温度而对由所述氨供给装置所供给的氨或氨的前驱体的量进行变更。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化系统，其中，
在正在执行所述过滤器再生处理的情况下，所述控制部根据流入到所述过滤器中的排气中的水分量而对由所述氨供给装置所供给的氨或氨的前驱体的量进行变更。
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