CN107448264A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化装置，其即使在无法向选择还原型NOX催化剂供给充足的量的还原剂的情况下，也能够抑制NOX向大气中的释放。所述内燃机的排气净化装置具备：氨供给装置，其具有对氨的前驱体或者氨(还原剂等)进行贮存的贮存部，并向选择还原型NOX催化剂供给贮存部所贮存的还原剂等；控制装置，其在贮存部所贮存的还原剂等的量小于预定贮存量的情况下实施输出限制控制，所述输出限制控制为，将内燃机的输出限制为使吸留还原型NOX催化剂中的NOX净化率处于容许范围内的预定输出以下的控制。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术
已知有一种具备以氨为还原剂而对内燃机的排气中所包含的NOX进行净化的选择还原型NOX催化剂(以下，也称作SCR催化剂)的SCR系统。并且存在有在比SCR催化剂靠上游侧处设置有向排气中供给尿素水的添加阀的情况。被添加到排气中的尿素水利用排气的热量、SCR催化剂的热量而被加水分解，并转化为氨而被SCR催化剂所吸附。由于尿素水被贮存在罐体等中且是有限的，因此，需要由使用者等进行补给，由于当未进行尿素水的补给而用完了尿素水时，会变得无法向SCR催化剂供给还原剂，因而存在有NOX被释放到大气中的可能性。
在此，已知有一种在尿素水的剩余量变少的情况下发出警告，之后根据尿素水的剩余量而阶段性地限制内燃机的输出的技术(例如，参照专利文献1)。此外，已知一种如下的技术，即，具备SCR催化剂，并且具备对排气中的NOX进行吸留并在排气的空燃比为理论空燃比以下时将NOX还原的吸留还原型NOX催化剂(以下，也称作NSR催化剂)，在尿素水的剩余量较少的情况下主要使用NSR催化剂的技术(例如，参照专利文献5)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-160104号公报
专利文献2：日本特开2007-321671号公报
专利文献3：日本特开2002-371831号公报
专利文献4：日本特开2001-123826号公报
专利文献5：国际公开第2014/108619号
发明内容
发明所要解决的课题
在尿素水的剩余量变少的情况下，即使对内燃机的输出进行限制，如果不对尿素水进行补给，也会导致尿素水被用完。当在尿素水被用完的状态下使内燃机进行运转时，存在有NOX的净化较为困难的可能性。此外，根据国家或地域的不同，在尿素水被用完的情况下，存在有禁止内燃机的重新启动的情况。在这种情况下，存在有直至对尿素水进行补给为止在使内燃机停止之后无法使该内燃机重新启动的可能性。此外，在尿素水的剩余量较少的情况下，即使实施主要使用NSR催化剂的控制，也存在有因从内燃机排出的NOX量不同而难以仅通过NSR催化剂对NOX进行净化的可能性。
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，即使在无法向选择还原型NOX催化剂供给充足的量的还原剂的情况下，也能够抑制NOX向大气中的释放。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的内燃机的排气净化装置具备：吸留还原型NOX催化剂，其被设置在内燃机的排气通道中；选择还原型NOX催化剂，其被设置在所述排气通道中，并将氨作为还原剂而对NOX进行选择还原；氨供给装置，其具有对氨的前驱体或者氨进行贮存的贮存部，并向所述选择还原型NOX催化剂供给氨；控制装置，其在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于预定贮存量的情况下实施输出限制控制，所述输出限制控制为，将所述内燃机的输出限制为使所述吸留还原型NOX催化剂中的NOX净化率处于容许范围内的预定输出以下的控制。
即使在具备通过氨而对NOX进行净化的选择还原型NOX催化剂(SCR催化剂)的SCR系统中，也可以具备吸留还原型NOX催化剂(NSR催化剂)，以作为SCR催化剂以外的催化剂。在除了SCR催化剂以外还具备NSR催化剂的情况下，能够通过SCR催化剂以及NSR催化剂对NOX进行净化，因此，即使在一种催化剂中NOX净化率下降，也能够通过另一种催化剂对NOX净化率的下降进行补充。在此，由于在SCR催化剂和NSR催化剂中用于对NOX进行还原的还原剂不同，因此，存在有即使向SCR催化剂供给的还原剂不足，也能够向NSR催化剂供给还原剂的情况。例如，在通过将内燃机的空燃比设为理论空燃比以下从而向NSR催化剂供给还原剂的情况下，只要内燃机正在工作就能够向NSR催化剂供给还原剂。此外，在通过将内燃机的燃料添加到排气中从而向NSR催化剂供给还原剂的情况下，只要内燃机的燃料存在就能够向NSR催化剂供给还原剂。
但是，对于SCR系统所具备的NSR催化剂而言容量是有限的。因此，在欲通过NSR催化剂而对NOX进行净化的情况下，有可能会有与能够通过NSR催化剂进行净化的NOX量相比而更多的NOX流入至NSR催化剂中。在这种情况下，通过NSR催化剂并不能将NOX净化完。相对于此，通过使从内燃机被排出的NOX量减少，从而能够减少在NSR催化剂中未能净化完的NOX的量。由此，不用使内燃机停止，就能够使得释放到大气中的NOX量减少。在此，通过使内燃机的输出下降，从而能够使燃烧气体温度下降，因此，能够减少NOX的产生量。即，通过使内燃机的输出下降，从而能够减少从NSR催化剂流出的NOX量。此外，预定贮存量为，即使在不实施输出限制控制的情况下也能够在SCR催化剂中充分地对NOX进行净化的氨的前驱体或氨的量的下限值。另外，预定贮存量也可以为，SCR催化剂的NOX净化率处于容许范围内的氨的前驱体或氨的量的下限值。NSR催化剂中的NOX净化率的容许范围例如可以基于法规来确定。
此外，可以采用如下方式，即，在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于所述预定贮存量的情况下，所述控制装置实施所述输出限制控制，并且，与并未正在实施所述输出限制控制的情况相比，在正在实施所述输出限制控制的情况下，缩短实施燃料过量供给的间隔，所述燃料过量供给为，使向所述吸留还原型NOX催化剂流入的排气的空燃比为理论空燃比以下并对该吸留还原型NOX催化剂所吸留的NOX进行还原的处理。
在此所说的实施燃料过量供给的间隔可以为，从开始了燃料过量供给的时间点起到开始下一次的燃料过量供给的时间点为止的期间，也可以为从结束了燃料过量供给的时间点起到开始下一次的燃料过量供给的时间点为止的期间。燃料过量供给是为了对NSR催化剂所吸留的NOX进行还原而被实施的。通过缩短实施该燃料过量供给的间隔，从而在NSR催化剂中成为NOX的吸留量比较少的状态，由此，NSR催化剂中的NOX的吸留率(NSR催化剂所吸留的NOX量相对于向NSR催化剂流入的NOX量之比)变高。因此，能够对NOX从NSR催化剂流出的情况进行抑制，因此，即使在无法向SCR催化剂供给充足的量的氨的情况下，也能够更切实地抑制NOX向大气中的释放。此外，通过缩短实施燃料过量供给的间隔，从而即使实施输出限制控制，也能够进一步提高输出，因此，能够抑制驾驶性能的下降。
此外，也可以采用如下方式，即，所述内燃机的排气净化装置还具备推断部，所述推断部对所述吸留还原型NOX催化剂所吸留的NOX的量进行推断，在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量在所述预定贮存量以上的情况下，所述控制装置每当通过所述推断部而推断的NOX的量成为第一吸留量以上时，实施如下的燃料过量供给，即，使向所述吸留还原型NOX催化剂流入的排气的空燃比为理论空燃比以下，并对该吸留还原型NOX催化剂所吸留的NOX进行还原，在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于所述预定贮存量的情况下，所述控制装置实施所述输出限制控制，并且，每当通过所述推断部而推断的NOX的量成为第二吸留量以上时，所述控制装置实施所述燃料过量供给，其中，所述第二吸留量为少于所述第一吸留量的量。
由于与每当通过推断部而推断的NOX的量成为第一吸留量以上时实施燃料过量供给相比，每当成为第二吸留量以上时实施燃料过量供给，会使NSR催化剂的NOX吸留量成为比较少的状态且NOX的吸留率变高，因此，NSR催化剂中的NOX吸留率变高。因此，即使在无法向SCR催化剂供给充足的量的氨的情况下，也能够更切实地抑制NOX从NSR催化剂流出的情况。
此外，也可以采用如下方式，即，在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量为预定贮存量以上的情况下，所述吸留还原型NOX催化剂在单位时间内能够吸留的NOX量与所述选择还原型NOX催化剂在单位时间内能够还原的NOX量的总计量为预定NOX量，所述吸留还原型NOX催化剂在所述单位时间内能够吸留的最大NOX量少于所述预定NOX量，所述预定输出为，在所述单位时间内从所述内燃机被排出的NOX量成为所述最大NOX量以下的所述内燃机的输出。
由于在贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量为预定贮存量以上的情况下，能够向SCR催化剂供给充足的量的还原剂，因此，能够通过SCR催化剂以及NSR催化剂这两个催化剂而对NOX进行净化。在这种情况下，即使在单位时间内从内燃机被排出的NOX量为预定NOX量，也能够充分地对NOX进行净化。在此，预定NOX量是指，在贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量为预定贮存量以上的情况下，SCR催化剂以及NSR催化剂能够处理的NOX量。但是，NSR催化剂在单位时间内能够吸留的NOX量是有限的。即，在贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于预定贮存量的情况下，仅通过NSR催化剂则无法在单位时间内对预定NOX量进行吸留。因此，当在单位时间内从内燃机被排出的NOX量超过通过NSR催化剂在单位时间内能够吸留的最大NOX量时，NOX会从NSR催化剂流出。相对于此，如果从内燃机被排出的NOX量为NSR催化剂在单位时间内能够吸留的最大NOX量以下，则即使在无法向SCR催化剂供给充足的量的氨的情况下，也能够通过NSR催化剂而充分地对NOX进行净化。即，在实施输出限制控制时，通过将预定输出设为在NSR催化剂中在单位时间内能够吸留的最大NOX量以下那样的输出，从而能够抑制NOX从NSR催化剂流出的情况。
发明效果
根据本发明，即使在无法向选择还原型NOX催化剂供给充足的量的还原剂的情况下，也能够抑制NOX向大气中的释放。
附图说明
图1为表示实施例所涉及的内燃机、及其进气系统和排气系统的概要结构的图。
图2为表示NSR催化剂以及SCR催化剂的温度与各个催化剂能够处理的NOX量之间的关系的图。
图3为表示实施例所涉及的输出限制控制的流程的流程图。
图4为实施了实施例所涉及的输出限制控制时的时序图。
图5为表示NSR催化剂中的NOX吸留量与NOX吸留率之间的关系的图。
图6为表示排气通道上的距内燃机的距离与排气的每单位体积的NOX量之间的关系的图。
图7为表示实施例2所涉及的燃料过量供给的控制流程的流程图。
具体实施方式
以下参照附图，基于实施例而例示性地对用于实施本发明的方式详细地进行说明。其中，关于本实施例所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别的记载，则不表示将本发明的范围仅限定于此的含义。
＜实施例1＞
图1为表示本实施例所涉及的内燃机及其进气系统与排气系统的概要结构的图。图1所示的内燃机1为柴油机。在内燃机1上连接有排气通道2。在该排气通道2的中途，从上游侧起依次具备燃料添加阀3、吸留还原型NOx催化剂4(以下，称作NSR催化剂4。)、尿素水添加阀52、选择还原型NOx催化剂6(以下，称作SCR催化剂6。)。
NSR催化剂4在所流入的排气的氧浓度较高时对排气中的NOX进行吸留，并在所流入的排气的氧浓度下降且存在还原剂时对所吸留的NOX进行释放以及还原。另外，“吸留”作为还包括临时的NOX的吸附的用语而被使用。
燃料添加阀3向排气中添加内燃机1的燃料(HC)。该燃料被用作在NSR催化剂4中对NOX进行还原的还原剂。另外，对于向NSR催化剂4供给的还原剂，也可以利用从内燃机1被排出的未燃烧燃料、即HC或者CO。即，还可以通过使内燃机1以过浓空燃比进行运转，从而向NSR催化剂4供给还原剂。在这种情况下，无需具备燃料添加阀3。
SCR催化剂6利用预先吸附的氨而对NOX进行选择还原。尿素水添加阀52添加尿素水，从而向SCR催化剂6供给还原剂(氨)。从尿素水添加阀52被添加的尿素水利用排气的热量或者来自SCR催化剂6的热量而被加水分解从而产生氨，进而被SCR催化剂6所吸附。另外，也可以具备对氨进行添加的添加阀，来替代尿素水添加阀52。即，只要在比SCR催化剂6靠上游的排气中添加氨的前驱体或者氨即可。
尿素水添加阀52为还原剂供给装置5的一部分。还原剂供给装置5具备罐体51、尿素水添加阀52、尿素水通道53、泵54、剩余量传感器55。
罐体51对尿素水进行贮存。尿素水添加阀52被安装在比SCR催化剂6靠上游的排气通道2中。尿素水通道53对罐体51和尿素水添加阀52进行连接而使尿素水流通。另外，在本实施例中，罐体51相当于本发明中的贮存部。此外，在本实施例中，还原剂供给装置5相当于本发明中的氨供给装置。
泵54被设置在罐体51内，并从罐体51侧向尿素水添加阀52侧喷出尿素水。另外，泵54也可以被设置在尿素水通道53中，来替代被设置在罐体51内。泵54为电动泵，并通过被供给电力从而进行旋转。通过使泵54工作且打开尿素水添加阀52，从而在尿素水通道53中压送尿素水，进而向排气中添加尿素水。此外，剩余量传感器55被安装在罐体51中，并对罐体51内的尿素水的剩余量进行检测。
此外，在比NSR催化剂4靠下游且比尿素水添加阀52靠上游的排气通道2中，安装有对排气的温度进行检测的温度传感器11以及对排气中的NOX浓度进行检测的第一NOX传感器12。基于温度传感器11的检测值，从而能够对NSR催化剂4的温度或SCR催化剂6的温度进行计算。此外，也可以将温度传感器11的检测值设为NSR催化剂4或SCR催化剂6的温度。而且，在比SCR催化剂6靠下游的排气通道中，安装有对排气中的NOX浓度进行检测的第二NOX传感器13。通过第二NOX传感器13而对从SCR催化剂6流出的排气中的NOX浓度进行检测。另外，由于向NSR催化剂4流入的排气中的NOX浓度与内燃机1的运转状态相关联，因此，能够基于内燃机1的运转状态而对向NSR催化剂4流入的排气中的NOX浓度进行推断。但是，也可以通过在比NSR催化剂4靠上游侧处设置NOX传感器，从而对向NSR催化剂4流入的排气中的NOX浓度进行检测。
此外，在内燃机1中安装有向内燃机1供给燃料的燃料喷射阀7。而且，在内燃机1上连接有进气通道8。在进气通道8的中途，设置有对内燃机1的吸入空气量进行调节的节气门9。此外，在比节气门9靠上游的进气通道8中，安装有对内燃机1的吸入空气量进行检测的空气流量计15。
在以如上所述的方式而构成的内燃机1中，同时设置有用于对该内燃机1进行控制的电子控制单元、即ECU10。该ECU10根据内燃机1的运转条件、驾驶员的要求而对内燃机1进行控制。在ECU10上，除了上述传感器以外，经由电气配线还连接有加速器开度传感器17以及曲轴位置传感器18，而且上述各种传感器的输出信号被输入至ECU10，其中，所述加速器开度传感器17输出与驾驶员踩踏加速踏板16的量相对应的电气信号并对内燃机负载进行检测，所述曲轴位置传感器18对内燃机转速进行检测。另一方面，在ECU10上，经由电气配线而连接有燃料添加阀3、尿素水添加阀52、燃料喷射阀7以及节气门9，并通过该ECU10而对上述设备实施控制。此外，在ECU10上连接有显示器20，该显示器20根据来自ECU10的指示而对后文叙述的警告等进行显示。另外，虽然在本实施例中，在显示器20上显示警告等，但是，也可以替代于此而通过语音来发出警告，或者点亮警告灯。
本实施例所涉及的排气净化装置采用通过SCR催化剂6而对NOX进行净化的SCR系统，且除了SCR催化剂6以外还具备NSR催化剂4。在SCR系统中，为了对通过SCR催化剂6的排气中的NOX进行还原，而预先使氨吸附于SCR催化剂6中。ECU10通过从尿素水添加阀52添加尿素水，从而使氨吸附于SCR催化剂6中。
来自尿素水添加阀52的尿素水的添加通常以使SCR催化剂6中的氨的吸附量成为预定吸附量的方式而被实施。在这种情况下，来自尿素水添加阀52的尿素水的添加量如下文所示根据向SCR催化剂6流入的NOX量来确定。另外，在此所说的通常是指罐体51内的尿素水的剩余量充足时。向SCR催化剂6流入的NOX量与从NSR催化剂4流出的NOX量相等。向SCR催化剂6流入的NOX量能够基于第一NOX传感器12以及空气流量计15的检测值来进行计算。如上所述，来自尿素水添加阀52的尿素水的添加以使SCR催化剂6中的氨的吸附量成为预定吸附量的方式而被实施。该预定吸附量为，SCR催化剂6中的NOX净化率处于容许范围内且从SCR催化剂6流出的氨量处于容许范围内那样的量。SCR催化剂6中的NOX净化率为，通过SCR催化剂6而被还原的NOX量相对于向SCR催化剂6流入的NOX量之比。由于能够基于向SCR催化剂6流入的NOX量而对SCR催化剂6中的氨的吸附量的减少量进行计算，因此，从尿素水添加阀52添加尿素水，以对该氨的吸附量的减少量进行补充。SCR催化剂6中的氨的吸附量的减少量与来自尿素水添加阀52的尿素水的添加量之间的关系，能够预先通过实验或者模拟等而求得。
图2为表示NSR催化剂4以及SCR催化剂6的温度与各个催化剂能够处理的NOX量之间的关系的图。“SCR”所示的区域为能够通过SCR催化剂6进行处理的NOX量的范围，“NSR”所示的区域为能够通过NSR催化剂4进行处理的NOX量的范围。在本实施例中，由于采用主要通过SCR催化剂6对NOX进行净化的SCR系统，因此，NSR催化剂4的容量与SCR催化剂6相比而较小，NSR催化剂4辅助性地对NOX进行净化。因此，NSR催化剂4能够处理的NOX量与SCR催化剂6相比而较少。
此外，例如ECU10对燃料喷射阀7进行控制，以使气缸内的空燃比成为目标空燃比。该目标空燃比为，根据内燃机1的运转状态而被设定的空燃比。另外，本实施例所涉及的内燃机1以过稀空燃比进行运转。因此，气缸内的目标空燃比被设定为过稀空燃比。但是，在NSR催化剂4所吸留的NOX还原时，通过从燃料添加阀3添加燃料，从而实施所谓的燃料过量供给，所述燃料过量供给为，使向NSR催化剂4流入的排气的空燃比临时地下降至理论空燃比以下，并对NSR催化剂4所吸留的NOX进行还原的处理。另外，也可以替代从燃料添加阀3添加燃料，而通过如下方式实施燃料过量供给，即，对从燃料喷射阀7喷射的燃料的量进行调节，而使气缸内的目标空燃比临时地下降至理论空燃比以下。
通常，在NSR催化剂4中的NOX吸留量成为第一吸留量时，实施燃料过量供给，以对该第一吸留量的NOX进行还原。在此所说的通常是指，如上所述在罐体51内的尿素水的剩余量充足时，即，通过SCR催化剂6就能够充分地对NOX实施净化之时。NSR催化剂4中的NOX吸留量，例如能够以如下方式求得，即，从向NSR催化剂4流入的NOX量中，减去从NSR催化剂4流出的NOX量和通过NSR催化剂4而被还原的NOx量，并对由此求得的值进行累计。向NSR催化剂4流入的NOX量基于内燃机1的运转状态进行推断。从NSR催化剂4流出的NOX量能够基于第一NOX传感器12以及空气流量计15的检测值而求得。通过NSR催化剂4而被还原的NOX量，即，通过燃料过量供给而减少的NOx吸留量，与NSR催化剂4的温度、空气流量计15的检测值、排气的空燃比相关联。因此，通过预先进行实验或者模拟等而求得它们之间的关系，从而能够基于NSR催化剂4的温度、空气流量计15的检测值、排气的空燃比，来对通过NSR催化剂4而被还原的NOX量进行计算。另外，NSR催化剂4的NOX吸留量并不限于上述方法来进行计算，也可以通过其他的众所周知的方法来进行计算。在本实施例中，ECU10通过对NSR催化剂4的NOX吸留量进行计算，从而作为本发明所涉及的推断部而发挥功能。以下，将通过ECU10计算的NOX吸留量也称作推断NOX吸留量。
然而，罐体51所贮存的尿素水是有限的。因此，只要不向罐体51补给尿素水，则每当从尿素水添加阀52添加尿素水时，尿素水的剩余量就会逐渐减少。并且，当罐体51中的尿素水的剩余量变少从而变得无法从尿素水添加阀52添加充足的量的尿素水时，会导致无法向SCR催化剂6供给充足的量的氨。在尿素水的剩余量较少时，即使启动了内燃机1，由于在其运行过程中于SCR催化剂6中难以对NOX进行净化，因此，也存在NOX穿过SCR催化剂6而向大气中释放出NOX的可能性。例如，即便是在尿素水的剩余量足够多时通过NSR催化剂4以及SCR催化剂6在单位时间能够净化的NOX量为预定NOX量，但由于在尿素水的剩余量较少时仅通过NSR催化剂4对NOX进行净化，因此在单位时间能够净化的NOX量会少于预定NOX量。即，由于在尿素水的剩余量并不充足时，仅通过NSR催化剂4对NOX进行处理，因此，在未实施燃料过量供给时在单位时间能够处理的NOX量成为NSR催化剂4在单位时间能够吸留的最大NOX量。该最大NOX量少于上述的预定NOX量。此外，在假设ECU10以在无法向SCR催化剂6供给充足的量的氨且NOX净化率下降的状态下无法使内燃机1启动的方式而被构成的情况下，存在有在向罐体51补给尿素水之前无法使内燃机1启动的可能性。因此，车辆的行驶将变得困难。
因此，在本实施例中，在尿素水的剩余量小于预定贮存量的情况下，通过实施后文所述的内燃机1的输出限制控制，从而ECU10对从内燃机1被排出的NOX量进行调节。该预定贮存量为，即使在不实施后文所述的内燃机1的输出限制控制的情况下在SCR催化剂6中也能够充分地对NOX进行净化的尿素水量的下限值、或者SCR催化剂6中的NOX净化率处于容许范围内的尿素水量的下限值。因此，在尿素水的剩余量小于预定贮存量的情况下，如果不实施后文所述的内燃机1的输出限制控制，则难以充分地对从内燃机1被排出的NOX进行净化。因此，为了对从内燃机1被排出的NOX量进行限制，ECU10实施将内燃机1的输出限制为预定输出以下的输出限制控制。预定输出为，NSR催化剂4中的NOX净化率处于容许范围内的输出。另外，也可以对内燃机1的输出进行限制，以使在单位时间从内燃机1被排出的NOX量成为通过NSR催化剂4在单位时间能够吸留的最大NOX量以下。NSR催化剂4中的NOX净化率为，在实施燃料过量供给的间隔内的、通过NSR催化剂4而被还原的NOX量相对于向NSR催化剂4流入的NOX量之比，所述间隔为从开始了燃料过量供给的时间点起到开始下一次的燃料过量供给的时间点为止的期间、或者从结束了燃料过量供给的时间点起到开始下一次的燃料过量供给的时间点为止的期间。NOX净化率的容许范围例如基于法规来确定。
在此，由于通过对内燃机1的输出进行限制，从而能够减少每一个周期从燃料喷射阀7被喷射的燃料量，因此，能够使气缸内的燃烧温度下降。由此，能够抑制NOX的产生，因此，能够使从内燃机1被排出的NOX量减少。另外，在对内燃机1的输出进行限制的情况中，可以包括减小内燃机1的最大转矩的情况以及降低车辆的最大速度的情况。例如，也可以通过对每一个周期从燃料喷射阀7被喷射的燃料量设置上限，从而将内燃机1的输出限制为预定输出以下。
如此，通过对内燃机1的输出进行限制，以使从内燃机1被排出的NOX量成为在NSR催化剂4中能够充分地净化的量，从而即使在尿素水的剩余量较少从而在SCR催化剂6中氨不足的状态下，也能够抑制NOX被释放到大气中的情况。因此，在向罐体51补给尿素水之前的期间内，能够在抑制NOX向大气中的释放的同时使车辆行驶。
图3为表示本实施例所涉及的输出限制控制的流程的流程图。本流程图通过ECU10每隔预定的时间而被执行。
在步骤S101中，ECU10对尿素水剩余量是否小于第一阈值进行判断。尿素水剩余量为，通过剩余量传感器55而被检测到的罐体51内的尿素水的剩余量。第一阈值为，为了督促使用者进行尿素水的补给而被设定的尿素水剩余量。该第一阈值为需要进行尿素水的补给的尿素水剩余量，但是，并不是实施输出限制控制的程度的尿素水剩余量。因此，在本步骤S101中，可以说是对是否需要向罐体51进行尿素水的补给进行判断。在步骤S101中做出了肯定判断的情况下进入步骤S102，另一方面，在做出了否定判断的情况下进入步骤S106。
在步骤S102中，ECU10实施剩余量警告。在本步骤S102中，将由于尿素水的剩余量较少因此需要尿素水的补给的情况显示在显示器20上。当步骤S102的处理结束时进入步骤S103。
在步骤S103中，ECU10对尿素水剩余量是否小于第二阈值进行判断。第二阈值为小于第一阈值的值，且为在SCR催化剂6中能够充分地对NOX进行净化的尿素水量的下限值、或者SCR催化剂6的NOX净化率处于容许范围内的尿素水量的下限值。在尿素水剩余量小于第二阈值的情况下，由于尿素水的剩余量接近0，因此在SCR催化剂6中无法充分地对NOX进行净化。即，在本步骤S103中，对是否处于在SCR催化剂6中无法对NOX进行净化的状态进行判断。在步骤S103中做出了肯定判断的情况下，进入步骤S104，另一方面，在做出了否定判断的情况下，进入步骤S105。
在步骤S104中，ECU10将内燃机1的输出限制为预定输出以下。即，在本步骤S104中，实施输出限制控制，以使从内燃机1被排出的NOX量成为通过NSR催化剂4能够充分地进行净化的量。该内燃机1的输出的限制在本步骤S104结束之后还仍继续实施。此时，对来自燃料喷射阀7的燃料喷射量设定上限，并以不超过该上限的方式实施燃料喷射。燃料喷射量的上限以使NSR催化剂4中的NOX净化率处于容许范围内的方式而被设定。并且，预定输出是指，将燃料喷射量设定为上限时的内燃机1的输出。该燃料喷射量的上限预先通过实验或者模拟等而求得并被预先存储在ECU10内。此外，此时，将正在实施输出限制控制的情况显示在显示器20上。当步骤S104的处理结束时结束本流程图。另外，在本实施例中，ECU10通过对步骤S104进行处理，从而作为本发明中的控制装置而发挥功能。此外，在本实施例中，第二阈值相当于本发明中的预定贮存量。
另一方面，在步骤S103中做出了否定判断时将进入步骤S105，ECU10将至输出限制控制被实施为止所剩余的行驶距离(至输出限制为止的剩余行驶距离)显示在显示器20上。至输出限制为止的剩余行驶距离为，对至尿素水剩余量变为小于第二阈值为止的行驶距离进行推断而得到的值。尿素水剩余量与至输出限制为止的剩余行驶距离之间的关系预先通过实验或者模拟等而求得并被预先存储在ECU10内。此外，由于在对本步骤S105进行处理的时间点处，在SCR催化剂6中能够对NOX进行净化，因此，在本步骤S105中，不实施输出限制控制。此外，在已经在实施输出限制控制的情况(例如在正在实施输出限制控制时补给了少量的尿素水的情况)下，结束输出限制控制。当步骤S105的处理结束时结束本流程图。
此外，当在步骤S101中做出了否定判断而进入步骤S106时，ECU10在正在实施输出限制控制的情况下结束该输出限制控制，在显示器20上显示有警告等的情况下消除该警告等。由于在对本步骤S106进行处理的时间点处，尿素水剩余量为第一阈值以上，从而能够将充足的量的氨向SCR催化剂6供给，因此，在步骤S106中，不实施输出限制控制。此外，由于步骤S102中的剩余量警告、步骤S104中的输出限制控制、步骤S105中的至输出限制为止的剩余行驶距离均不需要显示在显示器20上，因此，在显示有上述内容的情况下，消除显示。当步骤S106的处理结束时结束本流程图。
接下来，图4为实施了本实施例所涉及的输出限制控制时的时序图。图4中的“尿素水剩余量”表示罐体51内的尿素水的剩余量。尿素水剩余量中的第一阈值以及第二阈值为，与上述的第一阈值以及第二阈值相同的值。此外，SCR工作状态表示SCR催化剂6的NOX净化的状态，A1表示能够通过SCR催化剂6对NOX进行净化的状态，A2表示无法通过SCR催化剂6对NOX进行净化的状态。图4中的“警告状态”表示显示器20正在显示的警告的状态，B1为没有警告的状态，B2为正在警告剩余量较少的情况的状态(步骤S102)，B3为正在警告正在实施输出限制控制的情况的状态(步骤S104)。图4中的“运转状态”表示内燃机1的运转状态，C1表示未实施输出限制的通常的运转状态，C2表示正在实施内燃机1的输出限制的运转状态，C3表示内燃机1的重新启动被禁止的状态。此外，图4的“NOX排出量”中的实线表示从内燃机1被排出的每单位时间的NOX的量，单点划线表示从SCR催化剂6流出的每单位时间的NOX的量。此外，“NOX排出量”中的“NSR催化剂可处理NOX量”表示在NSR催化剂4中所能够处理的NOX量的下限值。在此，NSR催化剂4所能够处理的NOX量能够根据NSR催化剂4的NOX吸留量不同而变化。但是，当根据NSR催化剂4所能够处理的NOX量而使内燃机1的输出变化时，控制会变得繁杂。因此，在本实施例中，将在NSR催化剂4中所能够处理的NOX量的下限值设定为NSR催化剂可处理NOX量，以使得即使在NSR催化剂4所能够处理的NOX量变为最少的状态下，也能够在NSR催化剂4中对NOX进行处理。NSR催化剂可处理NOX量能够预先通过实验或者模拟等而求得。
在T1处尿素水剩余量变为少于第一阈值(步骤S101中为是)。即，在T1处成为需要向罐体51进行尿素水的补给的状态。由此，警告状态从B1变化为B2，将由于尿素水的剩余量较少因此需要尿素水的补给的情况显示在显示器20上(步骤S102)。此时，由于尿素水还存在，从而处于在SCR催化剂6中能够对NOx进行净化的状态，因此，SCR工作状态保持A1的状态，内燃机1的运转状态也保持通常的状态、即C1的状态。
在T2处尿素水剩余量小于第二阈值(步骤S103中为是)。另外，在从T1起至T2为止的期间内，除了需要尿素水的补给的情况以外，还将至输出限制为止的剩余行驶距离显示在显示器20上(步骤S105)。当在T2处尿素水剩余量小于第二阈值时，在SCR催化剂6中将无法对NOX进行净化，因此，SCR工作状态从A1向A2变化。同时，为了通过NSR催化剂4对NOX进行净化，而使内燃机1的输出受到限制，因此，运转状态从C1变化为C2(步骤S104)。并且，将正在实施输出限制控制的情况显示在显示器20上，因此，警告状态从B2向B3变化(步骤S104)。
在此，以往，例如在T2处成为内燃机1的重新启动被禁止的状态(运转状态的虚线所示的C3的状态)。因此，以往，如果在从T1起到T2为止的期间内不对尿素水进行补给，则在T2以后一旦使内燃机1停止，就无法重新启动。另外，虽然在T2以后无法通过SCR催化剂6对NOX进行净化，但是，由于当车辆无法移动时也难以进行尿素水的补给，因此，也可以设为在直至到达预定的行驶距离为止的期间能够进行退避行驶。
另一方面，在本实施例中，在T2之后的期间，来自内燃机1的NOX排出量被抑制在“NSR催化剂可处理NOX量”以下。即，在T2以后实施内燃机1的输出限制，以使得能够通过NSR催化剂4对NOX进行处理。因此，可以不禁止内燃机1的重新启动。并且，在T3下通过补给尿素水(步骤S101中为否)，从而变得能够进行由SCR催化剂6实施的NOX的净化，因此，结束输出限制控制(步骤S106)。如此，即使在以往于从T2起到T3为止的期间内内燃机1的重新启动被禁止的情况下，在本实施例中内燃机1的重新启动也不会被禁止。
另外，在本实施例中，为了使从内燃机1被排出的NOX量减少，从而对内燃机1的输出进行限制，但是，也可以组合使用使从内燃机1被排出的NOX量减少的其他的手段。例如，在具备EGR装置的情况下，通过增加EGR气体的量从而能够减少从内燃机1被排出的NOX量。此外，由于通过使来自燃料喷射阀7的燃料喷射时期延迟从而使燃烧温度下降，因此，能够使从内燃机1被排出的NOX量减少。因此，也可以与对内燃机1的输出进行限制的情况并行地，增加EGR气体量或者使燃料喷射时期延迟。
如以上所说明那样，根据本实施例，即使在无法向SCR催化剂6供给充足的量的氨的状态下，由于实施输出限制控制以使得能够通过NSR催化剂4对NOX进行净化，因此，也能够在使内燃机1工作的同时抑制NOX向大气中释放的情况。
＜实施例2＞
图5为表示NSR催化剂4中的NOX吸留量与NOX吸留率之间的关系的图。NOX吸留率为，NSR催化剂4所吸留的NOX量相对于向NSR催化剂4流入的NOX量之比。如图5所示，NOX吸留量越多，则NOX吸留率越低。因此，在NOX吸留量较少的状态下，NOX吸留率会变高。如图5所示，由于在NSR催化剂4中存在有NOX吸留率较低的情况，因此，即使实施在实施例1中所说明的输出限制控制，也存在有在NSR催化剂4中NOX的一部分不被吸留的情况。
在此，在NSR催化剂4中未被吸留的NOX会向SCR催化剂6流入。但是，在无法向SCR催化剂6供给充足的量的氨时，在SCR催化剂6中无法对NOX进行净化。因此，流入至SCR催化剂6的NOX将直接从SCR催化剂6流出。因此，优选为，在无法向SCR催化剂6供给充足的量的氨时，减少从NSR催化剂4流出的NOX。即，优选为，将NSR催化剂4中的NOX吸留率设为较高的状态。
如图5所示，为了将NOX吸留率设为较高的状态，只要将NOX吸留量设为较少的状态即可。在此，通过提高燃料过量供给的频率，从而使NOX吸留量成为比较少的状态。如在实施例1所说明的那样，通常，在NSR催化剂4中的NOX吸留量成为第一吸留量时，实施燃料过量供给以对该第一吸留量的NOX进行还原。另一方面，在本实施例中，在实施实施例1所涉及的输出限制控制时，以少于第一吸留量的NOX吸留量实施燃料过量供给。即，通常当NOX吸留量达到第一吸留量时实施燃料过量供给，但是，在正在实施输出限制控制的情况下，当到达与第一吸留量相比较少的第二吸留量时实施燃料过量供给。此时，实施燃料过量供给以能够对第二吸留量的NOX进行还原。如此，在本实施例中，在实施输出限制控制和未实施输出限制控制时，改变成为实施燃料过量供给的阈值的、NSR催化剂4的NOX吸留量。
如此，通过在每次NSR催化剂4的NOX吸留量达到第二吸留量时实施燃料过量供给，从而使NOX吸留量成为比较少的状态。由此，能够提高NOX吸留率，因此，未由NSR催化剂4吸留而从该NSR催化剂4流出的NOX量减少。因此，在实施输出限制控制时，能够更切实地减少穿过NSR催化剂4以及SCR催化剂6而被释放到大气中的NOX量。
图6为表示排气通道2上的距内燃机1的距离与排气的每单位体积的NOX量之间的关系的图。图6表示如下情况，即，对从内燃机1被排出的气体的每单位体积的NOX量进行调节，以使得从SCR催化剂6流出的排气的每单位体积的NOX量(SCR催化剂6的下游端的排气的每单位体积的NOX量)成为相同的量。“NSR”所示的范围表示从NSR催化剂4的上游端起到下游端为止的范围，“SCR”所示的范围表示从SCR催化剂6的上游端起到下游端为止的范围。“正常”表示在NSR催化剂4以及SCR催化剂6中能够对NOX进行净化的情况。在这种情况下，能够分别在NSR催化剂4以及SCR催化剂6中对NOX进行净化，因此，即使从内燃机1被排出的气体的每单位体积的NOX量比较多，在至到达SCR催化剂6的下游端为止的期间NOX量也会充分地减少。
另一方面，在图6中，“实例1”表示仅实施了实施例1所涉及的输出限制控制的情况，“实例2”表示除了实施例1所涉及的输出限制控制的实施以外，还提高了本实施例2所涉及的燃料过量供给的频率的情况。当对“实例1”以及“实例2”进行比较时，对于从NSR催化剂4流出的NOX量不存在偏差，但是，“实例2”中从内燃机1被排出的气体的每单位体积的NOX量即便是进一步增多了与提高燃料过量供给的频率的量相对应的量，也能够对NOX从NSR催化剂4流出的情况进行抑制。因此，即使实施了输出限制控制，实施例2与实施例1相比也能够进一步提高输出，因此，能够抑制驾驶性能的下降。因此，在本实施例中，与不对内燃机1的输出进行限制时相比，在对内燃机1的输出进行限制时，会使成为实施燃料过量供给的阈值的NOX吸留量缩小，以使得燃料过量供给的间隔变短(即，燃料过量供给的频率变高)。
图7为表示本实施例所涉及的燃料过量供给的控制流程的流程图。本流程图通过ECU10每隔预定的时间而被执行。另外，在实施例1中所说明的图3所示的流程图与图7所示的流程图各自分开被执行。
在步骤S201中，ECU10对NSR催化剂4的NOX吸留量进行计算。由于ECU10如实施例1中所说明那样随时对推断NOX吸留量进行计算，因此，对该值进行读取。当步骤S201的处理结束时进入步骤S202。
在步骤S202中，ECU10对是否正在实施输出限制控制进行判断。在本步骤S202中，对是否需要缩短燃料过量供给的间隔进行判断。在步骤S202中做出了肯定判断的情况下，进入步骤S203，另一方面，在做出了否定判断的情况下进入步骤S206。
在步骤S203中，ECU10对步骤S201中所读取的推断NOX吸留量是否为第二吸留量以上进行判断。在正在实施输出限制控制的情况下，由于难以进行由SCR催化剂6实施的NOX的净化，因此，缩短燃料过量供给的间隔以提高NSR催化剂4的NOX吸留率。因此，当推断NOX吸留量成为第二吸留量以上时，进入步骤S204来实施燃料过量供给。即，在步骤S203中做出了肯定判断的情况下，进入步骤S204，ECU10实施燃料过量供给。另一方面，在步骤S203中做出了否定判断的情况下，则并不是实施燃料过量供给的时期，因此，本流程图结束。
另一方面，在步骤S202中做出了否定判断的情况下，进入步骤S205。在步骤S205中，ECU10对推断NOX吸留量是否为第一吸留量以上进行判断。在NSR催化剂4为正常且未实施输出限制控制的情况下，由于为尿素水的剩余量足够多的状态，因此，能够通过SCR催化剂6对NOX充分地进行净化。因此，即使通过增加燃料过量供给的间隔而使推断NOX吸留量成为第一吸留量以上从而使NSR催化剂4的NOX吸留率变低，也能够在SCR催化剂6中对NOX进行净化。因此，在推断NOX吸留量成为第一吸留量以上的情况下，进入步骤S206，而实施燃料过量供给。即，在步骤S205中做出了肯定判断的情况下，进入步骤S206，ECU10实施燃料过量供给。另一方面，在步骤S205中做出了否定判断的情况下，则并不是实施燃料过量供给的时期，因此，本流程图结束。
如以上所说明的那样，根据本实施例，在无法向SCR催化剂6供给还原剂的情况下，通过对内燃机1的输出进行限制，并且缩短燃料过量供给的间隔，从而减少从NSR催化剂4流出的NOX。因此，通过使向SCR催化剂6流入的NOX变少，例如即使处于无法向SCR催化剂6供给还原剂的状态，也能够在更切实地抑制向大气中释放NOX的情况的同时使车辆移动。此外，通过缩短燃料过量供给的间隔，从而抑制NOX从NSR催化剂4的流出，因此，能够将实施输出限制控制时的作为输出的最大值的预定输出设定为更大的值。
另外，虽然在本实施例中设为，通过缩小推断NOX吸留量的阈值从而缩短燃料过量供给的间隔，但是，在以每预定期间或者每预定行驶距离而实施燃料过量供给的情况下，也可以通过缩短该预定期间或者预定行驶距离从而缩短燃料过量供给的间隔。
符号说明
1：内燃机；
2：排气通道；
3：燃料添加阀；
4：吸留还原型NOX催化剂(NSR催化剂)；
5：还原剂供给装置；
6：选择还原型NOX催化剂(SCR催化剂)；
7：燃料喷射阀；
8：进气通道；
9：节气门；
10：ECU；
11：温度传感器；
12：第一NOX传感器；
13：第二NOX传感器；
15：空气流量计；
16：加速踏板；
17：加速器开度传感器；
18：曲轴位置传感器；
20：显示器；
51：罐体；
52：尿素水添加阀；
53：尿素水通道；
54：泵；
55：剩余量传感器。

Claims (4)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
吸留还原型NOX催化剂，其被设置在内燃机的排气通道中；
选择还原型NOX催化剂，其被设置在所述排气通道中，并将氨作为还原剂而对NOX进行选择还原；
氨供给装置，其具有对氨的前驱体或者氨进行贮存的贮存部，并向所述选择还原型NOX催化剂供给氨；
控制装置，其在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于预定贮存量的情况下实施输出限制控制，所述输出限制控制为，将所述内燃机的输出限制为使所述吸留还原型NOX催化剂中的NOX净化率处于容许范围内的预定输出以下的控制。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于所述预定贮存量的情况下，所述控制装置实施所述输出限制控制，并且，与并未正在实施所述输出限制控制的情况相比，在正在实施所述输出限制控制的情况下，缩短实施燃料过量供给的间隔，所述燃料过量供给为，使向所述吸留还原型NOX催化剂流入的排气的空燃比为理论空燃比以下并对该吸留还原型NOX催化剂所吸留的NOX进行还原的处理。
3.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，
还具备推断部，所述推断部对所述吸留还原型NOX催化剂所吸留的NOX的量进行推断，
在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量在所述预定贮存量以上的情况下，所述控制装置每当由所述推断部所推断出的NOX的量成为第一吸留量以上时，实施如下的燃料过量供给，所述燃料过量供给为，使向所述吸留还原型NOX催化剂流入的排气的空燃比为理论空燃比以下并对该吸留还原型NOX催化剂所吸留的NOX进行还原的处理，
在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量小于所述预定贮存量的情况下，所述控制装置实施所述输出限制控制，并且，每当由所述推断部所推断出的NOX的量成为第二吸留量以上时，所述控制装置实施所述燃料过量供给，其中，所述第二吸留量为少于所述第一吸留量的量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，
在所述贮存部所贮存的氨的前驱体或者氨的量为预定贮存量以上的情况下，所述吸留还原型NOX催化剂在单位时间内能够吸留的NOX量与所述选择还原型NOx催化剂在单位时间内能够还原的NOX量的总计量为预定NOX量，
所述吸留还原型NOX催化剂在所述单位时间内能够吸留的最大NOX量少于所述预定NOX量，
所述预定输出为，在所述单位时间内从所述内燃机被排出的NOX量成为所述最大NOX量以下的所述内燃机的输出。
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