CN108071455A - 内燃机的排气净化装置和排气净化装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种内燃机的排气净化装置。上述排气净化装置包括NOx净化催化剂、还原剂罐、还原剂供给装置、升压器、加热器和电子控制单元。上述电子控制单元被构成为：在所推定出的排气能量低于第1阈值时，执行使上述还原剂的温度上升至第1目标温度的控制，以使得由上述还原剂供给装置供给的还原剂在排气通路内成为气液混合状态。

Description

内燃机的排气净化装置和排气净化装置的控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置和排气净化装置的控制方法。
背景技术
在日本特开2006－214337中公开以下技术方案：通过在内燃机的排气通路设置NOx净化催化剂，并向NOx净化催化剂供给还原剂，从而在NOx净化催化剂中将NOx还原。在日本特开2006－214337中，向NOx吸藏还原催化剂供给作为还原剂的燃料。
在排气管内的排气温度低、排气能量低的状态下，将供给至排气管内的还原剂以液体状态向NOx净化催化剂供给。对此，在日本特开2006－214337中记载了以下内容：通过将由高压泵加压了的高温状态的燃料向排气管导入，从而因减压沸腾现象而将燃料提早地气化，由此能够提高NOx净化性能。
发明内容
本申请的发明人进行了深入研究，结果发现：通过向NOx净化催化剂供给气液混合状态的还原剂而并不是供给液体状态或气体状态的还原剂，从而可以更有效地净化NOx。可以认为该现象是基于如以下所说明的那样的机理所致。
如果在排气管内气化了的还原剂向NOx净化催化剂流入，则会向催化剂整体供给还原成分。尤其是在NOx净化催化剂为NOx吸藏还原催化剂的情况下，气化了的还原剂主要被用于与吸附于催化剂的氧反应来将催化剂升温。另一方面，液滴的还原剂能够局部地提高催化剂上的还原成分的浓度。因此，可利用气化了的还原剂除去催化剂上的氧，并利用液滴的还原剂来局部地提高催化剂上的还原成分的浓度。由此，能够促进NOx吸藏还原催化剂中的NOx净化反应。另外，在NOx净化催化剂为选择还原型NOx降低催化剂(SCR催化剂)的情况下，通过向催化剂整体供给通过作为还原剂的尿素水的水解而生成的气体氨，并且向催化剂供给液滴的尿素水来局部地提高催化剂上的氨浓度，由此能够促进SCR催化剂中的NOx净化反应。
本发明提供在排气通路内的排气能量低的情况下能够将还原剂以气液混合状态向NOx净化催化剂供给的内燃机的排气净化装置、和排气净化装置的控制方法。
本发明的第1方案为内燃机的排气净化装置。上述排气净化装置包括NOx净化催化剂、还原剂罐、还原剂供给装置、升压器、加热器和电子控制单元。上述NOx净化催化剂配置于上述内燃机的排气通路。上述还原剂罐储存还原剂。上述还原剂供给装置被构成为向上述NOx净化催化剂的排气流动方向上游侧的上述排气通路供给还原剂。上述升压器被构成为将从上述还原剂罐向上述还原剂供给装置供给的还原剂升压至比上述排气通路内的压力高的压力。上述加热器被构成为将从上述还原剂罐向上述还原剂供给装置供给的还原剂加热。上述电子控制单元被构成为利用上述加热器来控制还原剂的温度。上述电子控制单元被构成为推定上述排气通路内的排气能量。上述电子控制单元被构成为：在上述排气能量低于第1阈值时，执行使上述还原剂的温度上升至第1目标温度的控制，以使得由上述还原剂供给装置供给的上述还原剂在上述排气通路内成为气液混合状态。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元也可以被构成为执行上述排气通路内的排气温度的检测和推定中的任一项。上述电子控制单元也可以被构成为基于上述排气温度来推定上述排气通路内的上述排气能量。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元也可以被构成为推定上述排气通路内的排气流量。上述电子控制单元也可以被构成为基于上述排气温度和上述排气流量来推定上述排气通路内的上述排气能量。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元也可以被构成为：在上述排气能量为上述第1阈值以上且低于第2阈值时，使上述还原剂的温度上升至第2目标温度。上述第2目标温度可以低于上述第1目标温度。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元也可以被构成为通过使上述还原剂的温度阶段性地上升来使上述还原剂的温度上升至上述第1目标温度。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元也可以被构成为控制由上述还原剂供给装置进行的上述还原剂的供给。上述电子控制单元也可以被构成为：在上述还原剂的温度上升至上述第1目标温度后，上述推定出的上述排气能量达到上述第1阈值以上的情况下，向上述排气通路供给上述第1目标温度的上述还原剂，并向上述排气通路供给低于上述第1目标温度的上述还原剂。
在上述排气净化装置中，上述电子控制单元也可以被构成为执行大气压的检测和推定中的任一项。上述电子控制单元也可以被构成为：在上述大气压相对低的情况下，与上述大气压相对高的情况相比，将上述第1目标温度和上述第1阈值中的至少一项设定得较低。
本发明的第2方案为一种排气净化装置的控制方法。上述排气净化装置被设置于内燃机。上述排气净化装置包括NOx净化催化剂、还原剂罐、还原剂供给装置、升压器、加热器和电子控制单元。上述NOx净化催化剂配置于上述内燃机的排气通路。上述还原剂罐储存还原剂。上述还原剂供给装置被构成为向上述NOx净化催化剂的排气流动方向上游侧的上述排气通路供给上述还原剂。上述升压器被构成为将从上述还原剂罐向上述还原剂供给装置供给的上述还原剂升压至比上述排气通路内的压力高的压力。加热器被构成为将从上述还原剂罐向上述还原剂供给装置供给的还原剂加热。上述控制方法包括：利用上述加热器来控制还原剂的温度；利用上述电子控制单元来推定上述排气通路内的排气能量；以及在上述推定出的上述排气能量低于第1阈值时，利用上述电子控制单元控制上述加热器来使上述还原剂的温度上升至第1目标温度，以使得由上述还原剂供给装置供给的上述还原剂在上述排气通路内成为气液混合状态。
根据上述构成，能提供在排气通路内的排气能量低的情况下能够将还原剂以气液混合状态向NOx净化催化剂供给的内燃机的排气净化装置。
附图说明
参照下列附图，对本发明的典型实施方式的特点、优点、以及技术上和工业上的显著意义进行说明，在所述附图中，同样的数字表示同样的构件，其中：
图1是概略性地表示设有本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。
图2A是NSR催化剂的催化剂载体的表面部分的概略性剖面图。
图2B是NSR催化剂的催化剂载体的表面部分的概略性剖面图。
图3表示轻油的蒸气压曲线。
图4是向排气管内供给燃料时的内燃机转速等的时间图。
图5是表示本发明的第一实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。
图6是表示内燃机转速及来自燃料喷射阀的燃料喷射量与到达NSR催化剂的NOx的量的关系的映射图(map)。
图7是表示内燃机转速及来自燃料喷射阀的燃料喷射量与排气通路内的排气温度的关系的映射图。
图8是表示排气通路内的排气温度及排气流量与排气通路内的排气能量的关系的映射图。
图9是向排气管内供给燃料时的内燃机转速等的时间图。
图10是表示本发明的第二实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。
图11是表示本发明的第三实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。
图12是表示本发明的第四实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。再者，在以下的说明中，同样的构成要素附带相同的标记。
以下，参照图1～图8对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是概略性表示设有本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。图1所示的内燃机1是压缩自着火式内燃机(柴油发动机)。内燃机1被装载于例如车辆。
参照图1，10表示内燃机主体，2表示各气缸的燃烧室，3表示向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气管6连结于涡轮增压器(增压器)7的压缩机7a的出口。压缩机7a的入口经由进气管6连结于空气滤清器8。在进气管6内配置有由步进电机驱动的节流阀9。进而，在进气管6周围配置有用于将在进气管6内流动的吸入空气冷却的冷却装置13。在图1所示的内燃机1中，将内燃机冷却水导入到冷却装置13内，利用内燃机冷却水来冷却吸入空气。进气歧管4和进气管6形成向燃烧室2导入空气的进气通路。
另一方面，排气歧管5经由排气管27连结于涡轮增压器7的涡轮7b的入口。涡轮7b的出口经由排气管27连结于NOx吸藏还原催化剂28。NOx吸藏还原催化剂28经由排气管27连结于柴油机颗粒过滤器(DPF)29。排气歧管5和排气管27形成将由燃烧室2中的混合气的燃烧产生的排气排出的排气通路。DPF29捕集排气中的粒子状物质(PM)，并且使所捕集的PM燃烧从而进行净化。再者，关于NOx吸藏还原催化剂28，在后面进行叙述。
排气歧管5和进气歧管4经由排气再循环(EGR)通路14相互连结。在EGR通路14内配置有电子控制式EGR控制阀15。另外，在EGR通路14周围配置有用于将在EGR通路14内流动的EGR气体冷却的EGR冷却装置20。在图1所示的内燃机1中，内燃机冷却水被导入到EGR冷却装置20内，利用内燃机冷却水来冷却EGR气体。
燃料通过燃料泵30从燃料箱31经由燃料配管32向共轨18内供给。燃料泵30汲取燃料箱31内的燃料并且将燃料升压。供给至共轨18内的高压燃料经由各燃料供给管17向各燃料喷射阀3供给。各燃料喷射阀3向各燃烧室2内喷射燃料。
内燃机1的各种控制由电子控制单元(ECU)80来执行。ECU80包含数字计算机。ECU80具备：通过双向性总线81相互连接的ROM(只读存储器)82、RAM(随机存取存储器)83、CPU(微处理器)84、输入端口85和输出端口86。负荷传感器101和空气流量计102的输出经由对应的AD转换器87向输入端口85输入。
负荷传感器101产生与加速踏板120的踏下量成比例的输出电压。因此，负荷传感器101检测内燃机负荷。空气流量计102在进气通路中配置于空气滤清器8与压缩机7a之间，检测在进气管6内流动的空气流量。进而，在输入端口85连接了曲轴每旋转例如15°就产生输出脉冲的曲轴转角传感器108，通过曲轴转角传感器108来检测内燃机转速。
另一方面，输出端口86经由对应的驱动电路88与燃料喷射阀3、节流阀驱动用步进电机、EGR控制阀15和燃料泵30连接。
再者，内燃机1也可以是在燃烧室配置有火花塞的火花点火式内燃机、特别是稀薄混合气燃烧(稀燃)方式的汽油发动机。另外，如气缸排列、进排气系统的构成及有无增压器之类的内燃机1的具体构成也可以与图1所示的构成不同。
以下，对本发明的第一实施方式的内燃机1的排气净化装置的构成进行说明。内燃机1的排气净化装置，具备配置于内燃机1的排气通路的NOx净化催化剂。在本实施方式中，NOx吸藏还原催化剂(以下为“NSR催化剂”)28为NOx净化催化剂的一例。NSR催化剂28在内燃机1的排气通路中配置于涡轮增压器7的涡轮7b与DPF29之间的排气管27内。再者，NSR催化剂28也可以配置于DPF29的排气流动方向下游侧。另外，NSR催化剂28也可以是与DPF29一体的。
以下，参照图2A、图2B，对NSR催化剂28的构成和作用进行简单说明。图2A、图2B是NSR催化剂28的催化剂载体28a的表面部分的概略性的剖面图。NSR催化剂28包含催化剂载体28a、和担载于催化剂载体28a上的贵金属28b以及吸藏物质28c。
催化剂载体28a例如为氧化铝(Al2O3)。贵金属28b例如为铂(Pt)。吸藏物质28c例如为钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Cs)之类的碱金属、钡(Ba)、钙(Ca)之类的碱土金属、和镧(La)、钇(Y)之类的稀土金属中的至少一种。
如图2A所示，在NSR催化剂28中，当排气中的氧浓度高时、即排气的空燃比比理论空燃比稀时，排气中所含的氮氧化物成分(NO)在贵金属28b上被氧化，以NOx的形式被吸藏物质28c吸藏。另一方面，如图2B所示，在NSR催化剂28中，当排气中的氧浓度低时、即排气的空燃比比理论空燃比浓时，吸藏物质28c中所吸藏的NOx被释放，释放出的NOx被排气中的氢(H2)、一氧化碳(CO)、烃(HC)等还原成分在贵金属28b上还原净化。因此，NSR催化剂28能够通过反复呈现图2A和图2B的状态来净化排气中的NOx。
内燃机1的排气净化装置进一步包括还原剂罐、还原剂供给装置35、升压器和加热器34。在本实施方式中，还原剂为燃料，燃料箱31是还原剂罐的一例。燃料例如为轻油。
在本实施方式中，泄漏燃料配管33与各燃料喷射阀3连结。在从共轨18向各燃料喷射阀3供给的燃料之中，未喷射到燃烧室2内的燃料作为还原剂经由泄漏燃料配管33向还原剂供给装置35供给。还原剂供给装置35被固定于排气管27以使得向NSR催化剂28的排气流动方向上游侧的排气通路供给还原剂。具体而言，还原剂供给装置35向涡轮增压器7的涡轮7b与NSR催化剂28之间的排气管27内供给还原剂。由此，还原剂供给装置35经由排气管27向NSR催化剂28供给还原剂。
还原剂供给装置35，例如是与燃料喷射阀3同样的电子控制式喷射阀。还原剂供给装置35经由对应的驱动电路88而与ECU80的输出端口86连接。ECU80控制从还原剂供给装置35供给的还原剂的供给时机和供给量。
升压器将从燃料箱31向还原剂供给装置35供给的还原剂升压至比排气通路内的压力高的压力。在本实施方式中，燃料泵30是升压器的一例。燃料泵30将经由泄漏燃料配管33向还原剂供给装置35供给的燃料升压至比排气管27内的压力(大气压(101.33kPa)左右)高的压力(例如1.0MPa)。
加热器34配置于泄漏燃料配管33，将从燃料箱31向还原剂供给装置35供给的还原剂加热。加热器34例如以包围泄漏燃料配管33的外周的方式被固定于泄漏燃料配管33。再者，加热器34也可以被埋入泄漏燃料配管33。
加热器34例如是通过通电而发热的发热体。加热器34经由对应的驱动电路88而与ECU80的输出端口86连接。ECU80控制向加热器34的通电量，进而控制泄漏燃料配管33内的还原剂的温度。
再者，也可以代替燃料泵30，利用配置于燃料箱31内的内罐泵将供给至燃料喷射阀3的燃料向共轨18供给。在该情况下，将还原剂升压的升压器也可以与内罐泵分开地设置于燃料配管32或泄漏燃料配管33。另外，也可以不通过燃料配管32和泄漏燃料配管33而经由将燃料箱31和还原剂供给装置35连接的还原剂配管(未图示)向还原剂供给装置35供给还原剂。在该情况下，升压器和加热器被配置于还原剂配管。另外，也可以将还原剂储存在与燃料箱31分开的还原剂罐中。
内燃机1的排气净化装置，由ECU80执行温度控制、排气能量的推定以及还原剂供给的控制。ECU80控制加热器34从而调整还原剂的温度。ECU80推定排气通路(本实施方式中为排气管27)内的排气能量。ECU80控制由还原剂供给装置35进行的还原剂的供给。具体而言，ECU80控制从还原剂供给装置35向排气管27内供给的还原剂的供给时机和供给量。
以下，对内燃机1的排气净化装置的控制进行说明。如上所述，在本实施方式中，作为还原剂，使用燃料、例如轻油。图3表示轻油的蒸气压曲线。轻油包含各种各样的成分，各成分的沸点不同。图3的左侧的实线表示轻油的最低沸点成分的蒸气压曲线，图3的右侧的实线表示轻油的最高沸点成分的蒸气压曲线。在各压力下，轻油在比最低沸点低的温度下成为液体状态，在比最高沸点高的温度下成为气体状态，在最低沸点与最高沸点之间的温度(图3的斜线部)下成为气液混合状态。
当在排气管27内的温度低、排气能量低的状态下，向排气管27内喷射低温的燃料时，所喷射的燃料不会被排气管27内的排气能量气化，因此会向NSR催化剂28供给液体状态的燃料。
然而，本申请的发明人进行深入研究的结果发现：通过向NSR催化剂28供给气液混合状态的燃料而不是供给液体状态或气体状态的燃料，能够更有效地净化NOx。可以认为该现象是基于以下说明的机理所致的。
当在排气管27内气化了的还原剂向NSR催化剂28流入时，会向催化剂整体供给还原成分。气化了的还原剂主要被用于与吸附于催化剂的氧反应来将催化剂升温。另一方面，液滴的还原剂能够局部地提高催化剂上的还原成分的浓度。因此，通过利用气化了的还原剂除去催化剂上的氧，并且利用液滴的还原剂来局部地提高催化剂上的还原成分的浓度，能够促进NSR催化剂28中的NOx的净化反应。
因此，在本实施方式中，在排气管27内的排气能量低的情况下，为了向NSR催化剂28供给气液混合状态的燃料，在排气管27内使燃料的一部分减压沸腾。为了使燃料的一部分减压沸腾，燃料泵30将向还原剂供给装置35供给的燃料升压至比排气管27内的压力高的压力，并且，ECU80利用加热器34使燃料的温度上升。
具体而言，ECU80在所推定出的排气能量低于第1阈值时使燃料的温度上升至第1目标温度，以使得由还原剂供给装置35供给的燃料在排气管27内成为气液混合状态。第1阈值例如被设定为使低温(例如约30℃)的燃料部分性地气化所需的排气能量的下限值。第1目标温度被设定为使得供给至排气管27内的燃料在排气管27内成为气液混合状态的温度、即在排气管27内的压力下的燃料的最高沸点与最低沸点之间的温度区域(图3的TC)内的温度。
例如，如图3的向右的箭头所示那样，ECU80利用加热器34使泄漏燃料配管33内的燃料的温度上升。其结果，即使是排气管27内的排气能量低的情况，也会如图3的向下的箭头所示那样，供给至排气管27内的燃料因减压沸腾而从液体状态变化为气液混合状态。因此，本实施方式的内燃机1的排气净化装置，通过上述的控制，能够在排气通路内的排气能量低的情况下将还原剂以气液混合状态向NOx净化催化剂供给。
再者，ECU80也可以基于检测燃料的温度的温度传感器的输出来反馈控制向加热器34的通电量，以使得燃料的温度成为第1目标温度。温度传感器配置于加热器34与还原剂供给装置35之间的还原剂供给路(在本实施方式中为泄漏燃料配管33)。另外，ECU80也可以基于检测内燃机1的外部气温的外部气温传感器或检测内燃机1的冷却水的温度的水温传感器的输出来推定泄漏燃料配管33内的燃料的温度，并基于所推定出的燃料的温度来控制向加热器34的通电量。
以下，参照图4的时间图，对内燃机1的排气净化装置的控制进行具体说明。图4是向排气管27内供给燃料时的内燃机转速、有无燃料供给的要求、加热器34的开关、燃料温度和排气能量的概略性的时间图。
在图示的例子中，在时刻t1要求向排气管27内供给燃料。在时刻t1，排气管27内的排气能量小于第1阈值Tr1。另外，加热器34被关闭(OFF)着(未被通电)，直到在时刻t1要求燃料供给为止。因此，在时刻t1的燃料温度低于第1目标温度TT1。若在该状态下向排气管27内供给燃料，则燃料在排气管27内不会被气化，会向NSR催化剂28供给液体状态的燃料。
因此，在时刻t1，为了使燃料温度上升至第1目标温度TT1而将加热器34打开(ON)。其结果，在时刻t2，燃料温度达到第1目标温度TT1。
在时刻t2，由还原剂供给装置35向排气管27内供给燃料。供给至排气管27内的燃料的一部分在排气管27内被减压沸腾。其结果，会向NSR催化剂28供给气液混合状态的燃料。当向排气管27内的燃料供给结束时，再次关闭加热器34。
以下，参照图5的流程图，对用于向排气管27内供给还原剂的控制进行说明。图5是表示本发明的第一实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机1起动后由ECU80以规定的时间间隔反复执行。
在步骤S101中，ECU80判定是否有还原剂的供给要求。ECU80例如在NSR催化剂28的NOx吸藏量的推定值为规定值以上时判定为有还原剂的供给要求，在NOx吸藏量的推定值低于规定值时判定为无还原剂的供给要求。规定值被设为比能够吸藏于NSR催化剂28的NOx的最大吸藏量少的值。
NSR催化剂28的NOx吸藏量，例如通过估算到达NSR催化剂28的NOx的量来算出。到达NSR催化剂28的NOx的量，例如，使用ECU80的ROM82中所存储的映射图或计算式，基于内燃机转速和来自燃料喷射阀3的燃料喷射量来推定。在映射图中，如图6所示，到达NSR催化剂28的NOx的量AN作为内燃机转速NE和来自燃料喷射阀3的燃料喷射量Qe的函数而示出。
在步骤S101中判定为无还原剂的供给要求的情况下，本控制程序结束。另一方面，在步骤S101中判定为有还原剂的供给要求的情况下，本控制程序进入到步骤S102。
在步骤S102中，ECU80判定所推定出的排气通路内的排气能量是否低于第1阈值。第1阈值例如被设定为使低温(例如约30℃)的燃料部分性地气化所需的排气能量的下限值。
ECU80检测或推定排气通路内的排气温度。ECU80基于所检测或推定出的排气温度来推定排气通路内的排气能量。排气温度越高，ECU80将排气能量推定得越高，在排气温度低于第1温度时，判定为排气能量低于第1阈值。第1温度是与第1阈值的排气能量对应的温度，例如为200℃。
ECU80例如利用配置于排气通路的排气温度传感器36来检测排气通路内的排气温度。在本实施方式中，排气温度传感器36配置于NSR催化剂28的排气流动方向上游侧的排气通路，具体而言，配置于涡轮增压器7的涡轮7b与NSR催化剂28之间的排气管27内。
再者，ECU80也可以使用ECU80的ROM82中所存储的映射图或计算式，基于内燃机转速和来自燃料喷射阀3的燃料喷射量来推定排气通路内的排气温度。在映射图中，如图7所示，排气通路内的排气温度TE作为内燃机转速NE和来自燃料喷射阀3的燃料喷射量Qe的函数而示出。
另外，ECU80也可以推定排气通路内的排气流量，并使用ECU80的ROM82中所存储的映射图或计算式，基于所检测或推定出的排气温度和所推定出的排气流量来推定排气通路内的排气能量。在该情况下，不需要在内燃机1设置排气温度传感器36。ECU80例如基于由空气流量计102检测出的吸入空气量来推定排气通路内的排气流量。在映射图中，如图8所示，排气通路内的排气能量EE作为排气通路内的排气温度TE和排气通路内的排气流量EF的函数而示出。
在步骤S102中判定为排气能量为第1阈值以上的情况下，本控制程序结束。另一方面，在步骤S102中判定为排气能量低于第1阈值的情况下，本控制程序进入到步骤S103。
在步骤S103中，ECU80利用加热器34使还原剂的温度上升至第1目标温度，以使得由还原剂供给装置35供给的还原剂在排气通路内成为气液混合状态。第1目标温度被设定为使得供给至排气通路内的燃料在排气通路内成为气液混合状态的温度、即在排气通路内的压力下的燃料的最高沸点与最低沸点之间的温度区域内的温度。在还原剂为轻油的情况下，第1目标温度例如为180℃～350℃。
接着，在步骤S104中，为了向NSR催化剂28供给还原剂，ECU80利用还原剂供给装置35向排气通路供给还原剂。在步骤S104之后，本控制程序结束。
第二实施方式涉及的内燃机的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置同样。因此，以下以与第一实施方式不同的部分为中心来对本发明的第二实施方式进行说明。
由图4可知，为了使还原剂的温度上升至第1目标温度，需要某种程度的时间(t1～t2)。因此，从要求还原剂的供给到使还原剂上升至第1目标温度的时间变长，有时无法以适当的时机向排气管27内供给还原剂。
因此，在第二实施方式中，ECU80在使还原剂的温度上升至第1目标温度时使还原剂的温度阶段性地上升。例如，ECU80在被预告还原剂的供给时使还原剂的温度上升至规定温度，在被要求还原剂的供给时使还原剂的温度从规定温度上升至第1目标温度。由此，在第二实施方式中，能够提高对还原剂的供给要求的应答性。
以下，参照图9的时间图，对第二实施方式中的内燃机1的排气净化装置的控制进行具体说明。图9是向排气管27内供给燃料时的内燃机转速、有无燃料供给的预告、有无燃料供给的要求、加热器34的开关、燃料温度和排气能量的概略性的时间图。
在图示的例子中，在时刻t1被预告向排气管27内供给燃料。因此，在时刻t1，为了使燃料温度上升至规定温度T，而打开(ON)加热器34。其结果，在时刻t2，燃料温度到达规定温度T。燃料温度达到规定温度T后，燃料温度被维持在规定温度T。
其后，在时刻t3被要求向排气管27内供给燃料。在时刻t3，排气管27内的排气能量小于第1阈值Tr1。因此，在时刻t3，为了使燃料温度上升至第1目标温度TT1而增加向加热器34的通电量。其结果，在时刻t4，燃料温度达到第1目标温度TT1。
在时刻t4，由还原剂供给装置35向排气管27内供给燃料。供给至排气管27内的燃料的一部分在排气管27内被减压沸腾。其结果，会向NSR催化剂28供给气液混合状态的燃料。当向排气管27内的燃料供给结束时，再次关闭(OFF)加热器34。
图10是表示本发明的第二实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机1起动后由ECU80以规定的时间间隔反复执行。
在步骤S201中，ECU80判定是否有还原剂的供给预告。ECU80例如在NSR催化剂28的NOx吸藏量的推定值为第1吸藏量以上时判定为有还原剂的供给预告，在NOx吸藏量的推定值低于第1吸藏量时判定为无还原剂的供给预告。第1吸藏量被设为比能够吸藏于NSR催化剂28的NOx的最大吸藏量少的值。
在步骤S201中判定为无还原剂的供给预告的情况下，本控制程序结束。另一方面，在步骤S201中判定为有还原剂的供给预告的情况下，本控制程序进入到步骤S202。
在步骤S202中，ECU80预先利用加热器34来加热还原剂。具体而言，ECU80利用加热器34使还原剂的温度上升至规定温度。规定温度是比第1目标温度低的温度。在还原剂为轻油的情况下，规定温度例如为80～100℃。
接着，在步骤S203中，ECU80判定是否有还原剂的供给要求。ECU80例如在NSR催化剂28的NOx吸藏量的推定值为第2吸藏量以上时判定为有还原剂的供给要求，在NOx吸藏量的推定值低于第2吸藏量时判定为无还原剂的供给要求。第2吸藏量被设为少于能够吸藏于NSR催化剂28的NOx的最大吸藏量且多于第1吸藏量的值。
步骤S204～步骤S206与图5中的步骤S102～步骤S104同样，因此省略说明。
第三实施方式涉及的内燃机的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置同样。因此，以下以与第一实施方式不同的部分为中心来对本发明的第三实施方式进行说明。
在排气通路内的排气能量大于第1阈值的情况下，能够利用排气能量使还原剂部分地气化，因此不需要使还原剂减压沸腾。然而，在还原剂未被加热器34加热的情况下，还原剂的粘度变高，向排气管27内供给的还原剂的粒径变大。其结果，会抑制由排气能量引起的还原剂的气化。因此，即使是排气通路内的排气能量大于第1阈值的情况，在排气能量较小的情况下，为了促进还原剂的微粒化，也希望对还原剂进行加热。
因此，在第三实施方式中，ECU80在所推定出的排气能量为第1阈值以上且低于第2阈值时使还原剂的温度上升至比第1目标温度低的第2目标温度。由此，进行与排气能量相应的还原剂的加热，能够使还原剂更可靠地成为气液混合状态。
图11是表示本发明的第三实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机1起动后由ECU80以规定的时间间隔反复执行。
步骤S301～步骤S306，与图10中的步骤S201～步骤S206同样，因此省略说明。
在步骤S304中判定为排气能量为第1阈值以上的情况下，本控制程序进入到步骤S307。在步骤S307中，ECU80判定所推定出的排气通路内的排气能量是否低于第2阈值。第2阈值是比第1阈值大的值。ECU80例如在排气温度低于第2温度时判定为排气能量低于第2阈值。第2温度是比第1温度高的温度，例如为250℃。
在步骤S307中判定为排气能量为第2阈值以上的情况下，本控制程序进入到步骤S306，向排气通路供给还原剂。另一方面，在步骤S307中判定为排气能量低于第2阈值的情况下，本控制程序进入到步骤S308。
在步骤S308中，ECU80利用加热器34使还原剂的温度上升至比第1目标温度低的第2目标温度。第2目标温度被设定为使得促进还原剂微粒化的温度。在还原剂为轻油的情况下，第2目标温度例如为100℃～150℃。在步骤S308之后，在步骤S306中向排气通路供给还原剂。在步骤S306之后，本控制程序结束。
再者，在本控制程序中，也可以省略步骤S301和步骤S302。
另外，第1阈值、第1目标温度、第2阈值和第2目标温度中的至少一项也可以基于大气压来修正。例如，在高地等大气压相对低的情况下，还原剂发生减压沸腾的温度区域变低。因此，ECU80也可以在大气压相对低的情况下，与大气压相对高的情况相比，将第1阈值和第1目标温度中的至少一项设定得较低。同样地，ECU80也可以在大气压相对低的情况下，与大气压相对高的情况相比，将第2目标温度和第2阈值中的至少一项设定得相对地低。ECU80例如利用设置于内燃机1的大气压传感器来检测大气压。另外，ECU80也可以基于进气管6内的压力等来推定大气压。
第四实施方式涉及的内燃机的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置同样。因此，以下以与第一实施方式不同的部分为中心来对本发明的第四实施方式进行说明。
如上所述，ECU80在排气通路内的排气能量低于第1阈值时使还原剂的温度上升至第1目标温度。但是，由于还原剂的升温需要时间，因此有时在还原剂的温度上升至第1目标温度时会使排气通路内的排气能量变为第1阈值以上。在该情况下，若向排气通路内供给第1目标温度的还原剂，则存在所供给的全部的还原剂因还原剂的减压沸腾和排气通路内的排气能量而被气化的可能。
因此，在第四实施方式中，ECU80在所推定出的排气能量在还原剂的温度上升至第1目标温度后变为第1阈值以上的情况下，向排气通路供给第1目标温度的还原剂，而且向排气通路供给低于第1目标温度的还原剂。具体而言，ECU80通过增加还原剂的供给量而向排气通路供给第1目标温度的还原剂、以及未被加热器34加热的还原剂或被加热器34加热至低于第1目标温度的还原剂。由此，即使是在还原剂的升温中排气能量过度上升了的情况，也能够向NSR催化剂28供给气液混合状态的还原剂。
图12是表示本发明的第四实施方式中的还原剂供给处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机1起动后由ECU80以规定的时间间隔反复执行。
步骤S401～步骤S403与图5中的步骤S101～步骤S103同样，因此省略说明。
本控制程序在步骤S403之后进入到步骤S404。在步骤S404中，与步骤S402同样地，ECU80判定由ECU80推定出的排气通路内的排气能量是否低于第1阈值。
在步骤S404中判定为排气能量低于第1阈值的情况下，本控制程序进入到步骤S406，向排气通路供给还原剂。另一方面，在步骤S404中判定为排气能量为第1阈值以上的情况下，本控制程序进入到步骤S405。
在步骤S405中，ECU80为了除了向排气通路供给第1目标温度的还原剂以外还向排气通路供给低于第1目标温度的还原剂而使还原剂的供给量增加。在步骤S405之后，在步骤S406中向排气通路供给还原剂。在步骤S406之后，本控制程序结束。
以上，对本发明涉及的适合的实施方式进行了说明，但本发明并不被这些实施方式限定，可以在权利要求书所记载的范围内实施各种修改和变更。例如，作为还原剂，也可以使用生物柴油燃料(BDF)之类的燃料。另外，NOx净化催化剂也可以是选择还原型NOx降低催化剂(SCR催化剂)。在该情况下，作为还原剂，可使用尿素水。再者，第1目标温度、第1阈值、第2目标温度和第2阈值可根据还原剂的特性而设定为适合的值，以使得还原剂在排气通路内成为气液混合状态。
另外，上述的实施方式可以任意地组合来实施。例如，可以在图10中的步骤S205与步骤S206之间、或者图11中的步骤S305与步骤S306之间执行图12中的步骤S404和步骤S405。

Claims (8)

1.一种内燃机的排气净化装置，包括：
NOx净化催化剂，其配置于所述内燃机的排气通路；
还原剂罐，其储存还原剂；
还原剂供给装置，其被构成为向所述NOx净化催化剂的排气流动方向上游侧的所述排气通路供给还原剂；
升压器，其被构成为将从所述还原剂罐向所述还原剂供给装置供给的还原剂升压至比所述排气通路内的压力高的压力；
加热器，其被构成为将从所述还原剂罐向所述还原剂供给装置供给的所述还原剂加热；和
电子控制单元，其被构成为利用所述加热器来控制所述还原剂的温度，
所述电子控制单元被构成为推定所述排气通路内的排气能量，
所述电子控制单元被构成为：在所述排气能量低于第1阈值时，执行使所述还原剂的温度上升至第1目标温度的控制，以使得由所述还原剂供给装置供给的所述还原剂在所述排气通路内成为气液混合状态。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
所述电子控制单元被构成为执行所述排气通路内的排气温度的检测和推定中的任一项运算，
所述电子控制单元被构成为基于所述排气温度来推定所述排气通路内的所述排气能量。
3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，
所述电子控制单元被构成为推定所述排气通路内的排气流量，
所述电子控制单元被构成为基于所述运算出的排气温度和排气流量来推定所述排气通路内的所述排气能量。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述电子控制单元被构成为：在所述排气能量为所述第1阈值以上且低于第2阈值时，使所述还原剂的温度上升至第2目标温度，
所述第2目标温度低于所述第1目标温度。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述电子控制单元被构成为通过使所述还原剂的温度阶段性地上升来使所述还原剂的温度上升至所述第1目标温度。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述电子控制单元被构成为控制由所述还原剂供给装置进行的所述还原剂的供给，
所述电子控制单元被构成为：在所述还原剂的温度上升至所述第1目标温度后，所述排气能量达到所述第1阈值以上的情况下，向所述排气通路供给所述第1目标温度的所述还原剂，并向所述排气通路供给低于所述第1目标温度的还原剂。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述电子控制单元被构成为执行大气压的检测和推定中的任一项运算，
所述电子控制单元被构成为：在所述运算出的大气压相对低的情况下，与所述运算出的大气压相对高的情况相比，将所述第1目标温度和所述第1阈值中的至少一项设定得较低。
8.一种排气净化装置的控制方法，
所述排气净化装置被设置于内燃机，所述排气净化装置包括NOx净化催化剂、还原剂罐、还原剂供给装置、升压器、加热器和电子控制单元，
所述NOx净化催化剂配置于所述内燃机的排气通路，
所述还原剂罐储存还原剂，
所述还原剂供给装置被构成为向所述NOx净化催化剂的排气流动方向上游侧的所述排气通路供给所述还原剂，
所述升压器被构成为将从所述还原剂罐向所述还原剂供给装置供给的所述还原剂升压至比所述排气通路内的压力高的压力，
加热器被构成为将从所述还原剂罐向所述还原剂供给装置供给的还原剂加热，
所述控制方法包括：
利用所述加热器来控制还原剂的温度；
利用所述电子控制单元来推定所述排气通路内的排气能量；以及
在所述排气能量低于第1阈值时，利用所述电子控制单元控制所述加热器来使所述还原剂的温度上升至第1目标温度，以使得由所述还原剂供给装置供给的所述还原剂在所述排气通路内成为气液混合状态。
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