CN108625953B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是通过将吸附于SCR催化剂的弱吸附点的NH3的量抑制为尽可能地少、并且使吸附于活性点的NH3的量尽可能地多，来抑制SCR催化剂的NOX净化率的降低。本发明在SCR催化剂的NH3吸附量少于规定的目标吸附量的情况下，在设想为NOX不向SCR催化剂流入的条件成立、且SCR催化剂的温度属于下述温度范围(有效范围)时，通过从供给装置向SCR催化剂供给添加剂，来抑制NH3向弱吸附点的吸附，并且使NH3向活性点的吸附进行，所述温度范围是在吸附于弱吸附点的NH3的脱离温度以上且小于吸附于活性点的NH3的脱离温度的范围。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置，尤其涉及具备选择还原型催化剂(SCR(Selective Catalytic Reduction)催化剂)的排气净化装置。
背景技术
作为稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，具备：配置在排气通路的SCR催化剂、和向SCR催化剂供给添加剂的供给装置，所述添加剂为还原剂或还原剂的前驱体；并且，已知下述技术：控制从供给装置向SCR催化剂供给的添加剂的量，以使得被吸附于SCR催化剂的还原剂的量(还原剂吸附量)成为规定的目标吸附量(例如参照专利文献1)。另外，在专利文献2中公开了以下技术：在燃料切断运转中，在判定为是产生析出物的状态的情况下，停止尿素水溶液的喷射，在判定为未产生析出物的情况下，执行尿素水溶液的喷射。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－17687号公报
专利文献2：日本特开2016－37903号公报
发明内容
但是，向SCR催化剂流入的还原剂，存在吸附于被催化剂载体担载的铜离子和铁离子等过渡金属离子(以下称为“活性点”)以外的吸附点的可能性。作为活性点以外的吸附点之一，有：例如催化剂载体中的晶格缺陷(例如沸石中的硅醇基)、已经吸附于活性点的还原剂的表层等(以下将这些吸附点称为“弱吸附点”)。吸附于弱吸附点的还原剂，与吸附于活性点的还原剂相比，在低的温度下脱离。然而，在SCR催化剂的温度处于比吸附于弱吸附点的还原剂的脱离温度低的温度时，若从供给装置向SCR催化剂供给添加剂，则存在下述可能性：被SCR催化剂吸附着的还原剂之中的、吸附于弱吸附点的还原剂的比例变大。
再者，吸附于SCR催化剂的活性点的还原剂有助于NOX的还原，但是吸附于弱吸附点的还原剂几乎无助于NOX的还原。因此，若被SCR催化剂吸附着的还原剂之中的、吸附于弱吸附点的还原剂的比例变大，则存在SCR催化剂的NOX净化率(相对于向SCR催化剂流入的NOX量，在SCR催化剂中被净化的NOX量的比率)变小的可能性。
本发明是鉴于上述的实际情况而完成的，其目的在于，通过将吸附于弱吸附点的还原剂的量抑制为尽可能地少，并且使吸附于活性点的还原剂的量尽可能地多，来抑制SCR催化剂的NOX净化率的降低。
本发明为了解决上述的课题，在SCR催化剂的还原剂吸附量少于规定的目标吸附量的情况下，在设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立时、且SCR催化剂的温度属于吸附于弱吸附点的还原剂的脱离温度以上且小于吸附于活性点的还原剂的脱离温度的温度范围(有效范围)时，从供给装置向SCR催化剂供给添加剂，由此抑制还原剂向弱吸附点的吸附，并且使还原剂向活性点的吸附进行。
详细而言，本发明为一种内燃机的排气净化装置，其具备：SCR催化剂，其配置在内燃机的排气通路，且利用还原剂使排气中的NOX还原；检测单元，其检测SCR催化剂的温度；供给装置，其配置在SCR催化剂的上游的排气通路，且向SCR催化剂供给添加剂，所述添加剂为还原剂或还原剂的前驱体；和控制单元，其控制供给装置以使得被SCR催化剂吸附着的还原剂的量即还原剂吸附量成为规定的目标吸附量。而且，在SCR催化剂的还原剂吸附量少于上述规定的目标吸附量的情况下，在通过检测单元检测出的温度属于有效范围时，控制单元控制供给装置以使得向SCR催化剂供给添加剂，所述有效范围是吸附于SCR催化剂的弱吸附点的还原剂的脱离温度以上且小于吸附于SCR催化剂的活性点的还原剂的脱离温度的温度范围。在此所说的活性点如上所述为被催化剂载体担载的过渡金属离子(例如铁离子、铜离子等)。另外，弱吸附点如上所述为催化剂载体中的晶格缺陷(例如沸石中的硅醇基等)、已经吸附于活性点的还原剂的表层等。
根据本发明涉及的内燃机的排气净化装置，在SCR催化剂的还原剂吸附量少于规定的目标吸附量的情况下，在SCR催化剂的温度属于有效范围时，从供给装置向SCR催化剂供给添加剂，所述有效范围是还原剂难吸附于弱吸附点且还原剂容易吸附于活性点的温度范围。因此，能够将吸附于弱吸附点的还原剂量抑制为尽可能地少、并且使吸附于活性点的还原剂量尽可能地多。
在本发明涉及的内燃机的排气净化装置中，如上述那样的采用供给装置进行的添加剂的供给处理，可以在设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件下进行。在此，若在NOx向SCR催化剂流入的条件下从供给装置向SCR催化剂供给添加剂，则从供给装置供给的添加剂的至少一部分因为还原排气中的NOX而被消耗。为了在那样的状况下增加被活性点吸附的还原剂量，需要使每单位时间从供给装置供给的添加剂量多于每单位时间NOX的还原所消耗的添加剂量。其结果，存在下述可能性：每单位时间从供给装置供给的添加剂量变多，与之相伴，从SCR催化剂逃逸过去的还原剂量(还原剂逃逸量)变多。与此相对，在设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件下，对于每单位时间从供给装置供给的添加剂的量，不需要将NOX的还原所消耗的添加剂量考虑进去。因此，能够将每单位时间从供给装置供给的添加剂量抑制为较少。其结果，能够抑制还原剂逃逸量的增加、并且使被活性点吸附的还原剂量增加。
但是，在SCR催化剂的还原剂吸附量少于规定的目标吸附量的情况下，若SCR催化剂的温度低于有效范围的状态持续，则存在下述可能性：没有从供给装置向SCR催化剂供给添加剂且吸附于SCR催化剂的活性点的还原剂被消耗在NOX还原上的状态持续。在该情况下，存在下述可能性：吸附于SCR催化剂的活性点的还原剂量过度变少，从而不能够在SCR催化剂中还原的NOX的量变多。
因此，本发明涉及的内燃机的排气净化装置，也可以还具备：加热装置，其对SCR催化剂进行加热；和升温单元，其在SCR催化剂的还原剂吸附量少于规定的目标吸附量时，如果通过检测单元检测出的温度低于有效范围，则为了使SCR催化剂升温至有效范围内的温度而对加热装置进行控制。
根据这样的构成，在SCR催化剂的还原剂吸附量少于规定的目标吸附量时，能够抑制SCR催化剂的温度低于有效范围的状态持续的情况。其结果，能够抑制没有从供给装置向SCR催化剂供给还原剂且吸附于SCR催化剂的活性点的还原剂被消耗在NOX还原上的状态持续的情况。由此能抑制吸附于SCR催化剂的活性点的还原剂量过度变少。
在此，作为设想为NOx不向SCR催化剂流入的情况，可想到不含NOX的气体在SCR催化剂中流动的情况。在此所说的“不含NOX的气体”，不仅是完全不含NOX的气体，也可以是包含极少量(例如，是被认为即使该量的NOX在SCR催化剂中被还原也能够使被活性点吸附的还原剂量高效地增加的NOX量的上限值，以下称为“容许NOX量”)的NOX的气体。作为这样的气体在SCR催化剂中流动的情况，可想到：在内燃机的运转中(运转期间)在SCR催化剂的上游排气中的NOX被除去的情况；执行着内燃机的燃料切断处理的情况；以及在内燃机中供燃烧的混合气的空燃比为浓空燃比的情况等。再者，作为在内燃机的运转中在SCR催化剂的上游NOX被除去的情况，例如，可想到：在SCR催化剂的上游的排气通路中配置有NSR催化剂的构成中，向上述NSR催化剂流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比的情况。在此所说的NSR催化剂，是在排气的空燃比为稀空燃比时吸藏排气中的NOX、并且在排气的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比时释放并还原所吸藏的NOX的NOX吸藏还原型催化剂。再者，若NSR催化剂的NOX吸藏量变得较多，则即便向NSR催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比，向NSR催化剂流入的NOX的一部分也容易从该NSR催化剂逃逸过去。因此，在向NSR催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且NSR催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下的情况下，判定为在SCR催化剂的上游除去了NOX即可。在此所说的“规定的上限值”，是设想为当NSR催化剂的NOX吸藏量超过该规定的上限值时，比上述的容许NOX量多的量的NOX能够从NSR催化剂逃逸过去的值。
另外，作为设想为NOx不向SCR催化剂流入的情况，也可想到内燃机处于运转停止状态的情况。因此，如果在内燃机的运转停止了的时间点，SCR催化剂的还原剂吸附量少于规定的目标吸附量、且SCR催化剂的温度属于有效范围，则也可以从供给装置向SCR催化剂供给添加剂。根据这样的构成，能够提高内燃机刚再起动后的SCR催化剂的NOX净化率。另外，在排气净化装置具备加热装置的情况下，如果内燃机的运转停止了的时间点的SCR催化剂的温度低于有效范围，则只要在通过加热装置将SCR催化剂加热后，从供给装置向SCR催化剂供给添加剂即可。
根据本发明，能够将吸附于弱吸附点的还原剂的量抑制为尽可能地少、并且使吸附于活性点的还原剂的量尽可能地多，因此能够尽可能地提高SCR催化剂的NOX净化率。
附图说明
图1是表示在第1实施方式中应用本发明的内燃机和其进排气系统的概略构成的图。
图2是表示SCR催化剂的温度与各吸附点的NH3吸附率的相关关系的图。
图3是表示在第1实施方式中进行添加处理时由ECU执行的处理程序的流程图。
图4是表示在第2实施方式中应用本发明的内燃机和其进排气系统的概略构成的图。
图5是表示在内燃机的运转中的、流入NOX量、NH3吸附量ΣNH3、SCR催化剂的温度Tscr、加热装置的工作状态以及添加阀的工作状态的经时变化的时间图。
图6是表示在第2实施方式中进行添加处理时由ECU执行的处理程序的流程图。
附图标记说明
1内燃机
2排气通路
3第1催化剂外壳
4第2催化剂外壳
5添加阀
6第一NOX传感器
7第二NOX传感器
8排气温度传感器
9NH3传感器
10ECU
50泵
51添加剂罐
具体实施方式
以下，基于附图来对本发明的具体的实施方式进行说明。本实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，只要没有特别的记载，就并不将发明的技术范围仅限定于此。
＜实施方式1＞
首先，基于图1～图3来对本发明的第1实施方式进行说明。图1是表示应用本发明涉及的排气净化装置的内燃机和其进排气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机1是以轻油为燃料的压缩着火式的内燃机(柴油发动机)。再者，内燃机1也可以是能够稀薄燃烧运转的火花点火式的内燃机(汽油发动机)。
在内燃机1上连接有用于使从气缸内排出的已燃气体(排气)流通的排气通路2。在排气通路2的途中配置有第1催化剂外壳3。在第1催化剂外壳3的下游的排气通路2中配置有第2催化剂外壳4。
第1催化剂外壳3，在筒状的外壳内收纳了担载有NSR催化剂的催化剂载体、和颗粒过滤器。NSR催化剂通过在排气的空燃比为稀空燃比时吸藏排气中的NOX、并且在排气的空燃比为浓空燃比时使所吸藏的NOX释放并使其与排气中的还原成分(HC、CO等)反应，从而使其还原为N2。颗粒过滤器捕集排气中所含的PM(颗粒物：Particulate Matter)。
第2催化剂外壳4，在筒状的外壳内收纳了担载有SCR催化剂的催化剂载体。上述催化剂载体例如是在具有蜂窝形状的横截面的整块型的基材上涂布了沸石系的催化剂载体而成的。而且，过渡金属元素Cu、Fe等经离子交换而被担载在上述催化剂载体上。这样构成的SCR催化剂，吸附排气中所含的还原剂，并且利用其所吸附的还原剂而使排气中的NOX还原为N2。
在第1催化剂外壳3与第2催化剂外壳4之间的排气通路2中配置有用于向排气中添加(喷射)添加剂的添加阀5，所述添加剂为还原剂或还原剂的前驱体。添加阀5经由泵50而与添加剂罐51连接。泵50抽吸存积于添加剂罐51中的添加剂，并且将所抽吸的添加剂向添加阀5压送。添加阀5将由泵50压送过来的添加剂向排气通路2内喷射。上述的添加阀5、泵50和添加剂罐51的组合相当于本发明涉及的“供给装置”。
再者，作为存积于添加剂罐51中的添加剂，可以使用NH3气体、或者尿素、氨基甲酸铵等的水溶液，但在本实施方式中使用尿素水溶液。若从添加阀5喷射尿素水溶液，则该尿素水溶液与排气一起向第2催化剂外壳4流入。此时，尿素水溶液受到排气的热而被热分解、或者通过SCR催化剂进行水解。若尿素水溶液被热分解或水解，则生成NH3。这样生成的NH3被SCR催化剂吸附。SCR催化剂通过利用被该SCR催化剂吸附的NH3作为还原剂，来使排气中所含的NOX还原为N2。
在这样构成的内燃机1上，附设有ECU10。ECU10为具备CPU、ROM、RAM、备份RAM等的电子控制单元。在ECU10上电连接有第一NOX传感器6、第二NOX传感器7、排气温度传感器8、NH3传感器9、曲轴位置传感器11、油门位置传感器12以及空气流量计13等各种传感器。
第一NOX传感器6被配置在第1催化剂外壳3与第2催化剂外壳4之间的排气通路2，并且输出与向第2催化剂外壳4流入的排气的NOX浓度相关的电信号。第二NOX传感器7被配置在第2催化剂外壳4的下游的排气通路2，并且输出与从第2催化剂外壳4流出的排气的NOX浓度相关的电信号。排气温度传感器8被配置在第2催化剂外壳4的下游的排气通路2，并且输出与从第2催化剂外壳4流出的排气的温度相关的电信号。NH3传感器9被配置在第2催化剂外壳4的下游的排气通路2，并且输出与从第2催化剂外壳4流出的排气的NH3浓度相关的电信号。
曲轴位置传感器11输出与内燃机1的输出轴(曲轴)的旋转位置相关的电信号。油门位置传感器12输出与油门踏板的操作量(油门开度)相关的电信号。空气流量计13输出与被内燃机1吸入的空气的量(质量)相关的电信号。
另外，ECU10，除了与安装于内燃机1的各种设备(例如燃料喷射阀等)电连接以外，还与上述的添加阀5、泵50等电连接。ECU10基于上述的各种传感器的输出信号来电控制内燃机1的各种设备、添加阀5以及泵50等。例如，ECU10，除了执行根据内燃机1的内燃机负荷、内燃机转速来控制燃料喷射阀的喷射量、喷射正时的燃料喷射控制等已知的控制以外，还执行从添加阀5添加尿素水溶液的处理即添加处理以使得SCR催化剂的NH3吸附量成为规定的目标吸附量。以下，对本实施方式中的添加处理的执行方法进行叙述。
SCR催化剂，如上所述，通过吸附从添加阀5添加的尿素水溶液被热分解以及水解而生成的NH3，并利用该吸附了的NH3作为还原剂，从而使排气中的NOX还原为N2。那时，SCR催化剂中的NH3的吸附形态并不一样，存在吸附于上述的过渡金属离子(活性点)以外的吸附点的可能性。作为活性点以外的吸附点之一，有：作为催化剂载体的沸石中所含的晶格缺陷(硅醇基)、已经吸附于活性点的NH3的表层等弱吸附点。
在此，吸附于活性点的NH3有助于NOX的还原，但吸附于弱吸附点的NH3无助于NOX的还原。因此，若吸附于SCR催化剂的NH3之中的、吸附于弱吸附点的NH3量所占的比例变大，则存在SCR催化剂的NOX净化率变得小于所期望的NOX净化率的可能性。
因此，在本实施方式的添加处理中，着眼于吸附于弱吸附点的NH3的脱离温度低于吸附于活性点的NH3的脱离温度的特性，来确定尿素水溶液的添加条件。具体而言，在本实施方式的添加处理中，在SCR催化剂的NH3吸附量少于规定的目标吸附量的情况下，在SCR催化剂的温度属于有效范围时，利用添加阀5进行了尿素水溶液的添加。在此所说的有效范围，是NH3难吸附于弱吸附点、且NH3容易吸附于活性点的温度范围。在此，基于图2来对上述的有效范围进行说明。图2是表示SCR催化剂的温度(Tscr)与各吸附点的NH3吸附率的相关关系的图。图2中的实线表示活性点的NH3吸附率，图2中的单点划线表示弱吸附点的NH3吸附率。在图2中，若SCR催化剂的温度Tscr上升至第1温度T1，则吸附于弱吸附点的NH3开始脱离，而吸附于活性点的NH3几乎不脱离。因此，若SCR催化剂的温度Tscr上升至第1温度T1，则弱吸附点的NH3吸附率开始减少，而活性点的NH3吸附率维持约100％。另外，若SCR催化剂的温度Tscr上升至高于第1温度T1的第2温度T2，则变得NH3几乎不被弱吸附点吸附，因此该弱吸附点的NH3吸附率变为约0％。那时，吸附于活性点的NH3几乎不脱离，因此活性点的NH3吸附率维持约100％。另外，若SCR催化剂的温度Tscr上升至高于第2温度T2的第3温度T3，则吸附于活性点的NH3开始脱离，因此活性点的NH3吸附率开始减少。根据这样的特性，SCR催化剂的温度Tscr为第1温度T1以上且小于第3温度T3的温度范围可以说是NH3难吸附于弱吸附点、且NH3容易吸附于活性点的温度范围。因此，在本实施方式中，将在上述第1温度T1以上且小于上述第3温度T3的温度范围确定为有效范围来进行了添加处理。根据这样的方法，能够抑制NH3向弱吸附点的吸附、并且使NH3向活性点吸附。
再者，若在NOX向SCR催化剂流入的条件下采用上述的方法进行尿素水溶液的添加，则向SCR催化剂供给了的NH3的至少一部分因还原排气中的NOX而被消耗。因此，立足于使吸附于活性点的NH3量高效地增加的观点，需要使每单位时间从添加阀5添加的尿素水溶液的量多于每单位时间NOX的还原所消耗的NH3量。若每单位时间向SCR催化剂流入的NOX量变多，则需要与之相应地使每单位时间从添加阀5添加的尿素水溶液的量也增多。若每单位时间从添加阀5添加的尿素水溶液的量变多，则与之相应地每单位时间向SCR催化剂供给的NH3量也变多，因此存在从SCR催化剂逃逸过去的NH3量(NH3逃逸量)变多的可能性。因此，在本实施方式的添加处理中，除了SCR催化剂的NH3吸附量少于规定的目标吸附量、且SCR催化剂的温度Tscr属于有效范围这些条件成立以外，设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件也成立时，利用添加阀5进行尿素水溶液的添加。若在上述的3个条件成立时利用添加阀5进行尿素水溶液的添加，则能够将NH3逃逸量抑制为较少、并且使吸附于活性点的NH3量高效地增加。
在此，作为设想为NOx不向SCR催化剂流入的情况，可想到在内燃机1的运转中不含NOX的气体向SCR催化剂流入的情况。再者，在此所说的不含NOX的气体，不仅是完全不含NOX的气体，也可以是包含容许NOX量(是被认为即便该量的NOX在SCR催化剂中被还原也能够使吸附于活性点的NH3量高效地增加的NOX量的上限值)的NOX的气体。作为这样的气体向SCR催化剂流入的情况，可想到：在内燃机1的运转中从该内燃机1排出的NOX的大致总量被第1催化剂外壳3的NSR催化剂吸藏的情况；在内燃机1的运转中在该内燃机1中供燃烧的混合气的空燃比为浓空燃比的情况；以及，在内燃机1的运转中执行燃料切断处理的情况等等。作为从内燃机1排出的NOX的大致总量被NSR催化剂吸藏的情况，可想到向NSR催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比的情况。但是，即使是向NSR催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比的情况，如果那时的NSR催化剂的NOX吸藏量较多，则向NSR催化剂流入的NOX的一部分也容易从该NSR催化剂逃逸过去。因此，在本实施方式中，如果NSR催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下、且向NSR催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比，则判定为不含NOX的气体向SCR催化剂流入着。在此所说的“规定的上限值”，是设想为如果NSR催化剂的NOX吸藏量超过该规定的上限值，则比上述的容许NOX量多的量的NOX能够从NSR催化剂逃逸过去的值。这样的规定的上限值，预先基于实验、模拟的结果而确定。
以下，基于图3来对本实施方式中的添加处理的执行步骤进行说明。
图3是表示在进行添加处理时由ECU10执行的处理程序的流程图。该处理程序被预先存储于ECU10的ROM等，并且在内燃机1的运转中以规定的周期来反复执行。
在图3的处理程序中，首先，在S101的处理中，ECU10判别设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件是否成立。那时，若NSR催化剂的NOX吸藏量小于上述规定的上限值、且向NSR催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比，则ECU10判定为设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立。另外，在内燃机1中供燃烧的混合气的空燃比为浓空燃比的情况下，ECU10也判定为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立。而且，在内燃机1的燃料切断处理处于执行中的情况下，ECU10也判定为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立。在S101的处理中作出了否定的判定的情况下，ECU10推进至S106的处理，为了使尿素水溶液的添加停止而控制添加阀5。再者，在执行S106的处理的时间点已经停止了尿素水溶液的添加的情况下，ECU10为了使添加停止状态继续而控制添加阀5。另一方面，在S101的处理中作出了肯定的判定的情况下，ECU10推进至S102的处理。
在S102的处理中，ECU10判别SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3是否少于规定的目标吸附量ΣNH3trg。在此，SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3，通过对每单位时间的NH3吸附量的增减量ΔNH3进行累积来求得。详细而言，NH3吸附量ΣNH3基于以下的式(1)来运算。
ΣNH3＝ΣNH3old+ΔNH3···(1)
上述的式(1)中的ΣNH3old为NH3吸附量的上次值。
上述的增减量ΔNH3是从每单位时间向SCR催化剂供给的NH3量减去每单位时间的NH3消耗量(在SCR催化剂中，每单位时间NOX的还原所消耗的NH3量)和每单位时间的NH3逃逸量所得到的值。每单位时间向SCR催化剂供给的NH3量，能够基于每单位时间从添加阀5添加的尿素水溶液量来运算。再者，在来自添加阀5的尿素水溶液的添加处于停止状态时，使用“0”来作为每单位时间向SCR催化剂供给的NH3量。另外，每单位时间的NH3消耗量，能够基于在SCR催化剂中每单位时间被还原的NOX量来运算。那时，在SCR催化剂中每单位时间被还原的NOX量，可通过从每单位时间向SCR催化剂流入的NOX量减去每单位时间从SCR催化剂流出的NOX量来求得。每单位时间向SCR催化剂流入的NOX量，可通过将由第一NOX传感器6检测出的NOX浓度与排气流量(吸入空气量与燃料喷射量的总量)相乘来求得。每单位时间从SCR催化剂流出的NOX量，可通过将由第二NOX传感器7检测出的NOX浓度与排气流量相乘来求得。另外，每单位时间的NH3逃逸量，可通过将由NH3传感器9检测出的氨浓度与排气流量相乘来求得。
在此，回到图3的处理程序，在S102的处理中作出了否定的判定的情况(ΣNH3≥ΣNH3trg)下，ECU10不执行添加处理而推进至S106的处理。另一方面，在S102的处理中作出了肯定的判定的情况(ΣNH3＜ΣNH3trg)下，ECU10推进至S103及其以后的处理。
在S103的处理中，ECU10检测SCR催化剂的温度Tscr。那时，ECU10也可以基于通过排气温度传感器8检测出的排气温度和排气流量来推定SCR催化剂的温度Tscr。再者，除了上述的排气温度传感器8以外，在第1催化剂外壳3与第2催化剂外壳4之间的排气通路2也设有排气温度传感器的情况下，ECU10也可以基于通过这两个传感器检测出的排气温度的差和排气流量来推定SCR催化剂的温度Tscr。
在S104的处理中，ECU10判别在上述S103的处理中检测出的SCR催化剂的温度Tscr是否属于上述的有效范围。详细而言，ECU10判别在上述S103的处理中检测出的SCR催化剂的温度Tscr是否属于图2中的第1温度T1以上且小于第3温度T3的温度范围。
在S104的处理中作出了否定的判定的情况下，可视为不能够抑制NH3向弱吸附点的吸附、并且不能够使吸附于活性点的NH3量高效地增加，因此ECU10推进至S106的处理。另一方面，在S104的处理中作出了肯定的判定的情况下，可视为能够抑制NH3向弱吸附点的吸附、并且能够使吸附于活性点的NH3量高效地增加，因此ECU10推进至S105的处理。而且，在S105的处理中，ECU10为了添加尿素水溶液而控制添加阀5。
当通过以上所述的步骤来执行添加处理时，能够将吸附于弱吸附点的NH3量抑制为尽可能地少、并且使吸附于活性点的NH3量增加。其结果,能够抑制含NOX的排气向SCR催化剂流入时的NOX净化率的降低。另外，在上述的添加处理中，在设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件下，利用添加阀5进行尿素水溶液的添加，因此也能够将NH3逃逸量抑制为较少、且使吸附于活性点的NH3量增加。其结果，也能够将尿素水溶液的消耗量抑制为较少。
在此，ECU10执行图3中的S103的处理，由此实现本发明涉及的“检测单元”。另外，ECU10执行图3中的S101～S102的处理、以及S104～S106的处理，由此实现本发明涉及的“控制单元”。
＜实施方式1的变形例＞
在上述的第1实施方式中，作为设想为NOx不向SCR催化剂流入的情况，例示了在内燃机1的运转中不含NOX的气体向SCR催化剂流入的情况，除了那样的情况以外，还可想到内燃机1处于运转停止状态的情况。因此，除了在内燃机1的运转中不含NOX的气体向SCR催化剂流入的情况以外，在内燃机1处于运转停止状态时也可以执行添加处理。具体而言，如果在内燃机1的运转停止了的时间点(例如，未图示的点火开关从on向off切换的时间点)，NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg、且SCR催化剂的温度Tscr属于有效范围，则也可以从添加阀5添加尿素水溶液。这样，若在内燃机1的运转刚停止后也执行添加处理，则能够提高内燃机1刚被再起动后的SCR催化剂的NOX净化率。
＜实施方式2＞
接着，基于图4～图6来对本发明的第2实施方式进行说明。在此，对与上述的第1实施方式不同的构成进行说明，对于同样的构成，省略说明。上述的第1实施方式和本实施方式的不同点在于下述点：在NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg时、且设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立时，如果SCR催化剂的温度Tscr低于有效范围，则通过对SCR催化剂进行加热，从而使该SCR催化剂的温度Tscr强制性地上升至有效范围内的温度。
图4是表示本实施方式中的内燃机1和其进排气系统的概略构成的图。在图4中，对与上述的第1实施方式同样的构成要素标记相同的标记。在图4中，在第2催化剂外壳4上附设有用于对SCR催化剂进行加热的加热装置40。加热装置40是通过将电能转换为热能从而对SCR催化剂进行加热的电加热式的加热器，且由ECU10控制。再者，加热装置40也可以是利用通过通电而产生的电磁波而对SCR催化剂进行加热的电磁加热器。加热装置40也可以通过将SCR催化剂作为电加热式催化剂来形成而实现。加热装置40也可以是通过火焰来对SCR催化剂进行加热的燃烧器。
接着，基于图5来对本实施方式中的添加处理的执行方法进行说明。
图5是表示在内燃机1的运转中向SCR催化剂流入的NOX量(流入NOX量)、SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3、SCR催化剂的温度Tscr、加热装置40的工作状态以及添加阀5的工作状态的经时变化的时间图。
如图5所示，当通过NSR催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下、且向NSR催化剂流入的排气的空燃比变为稀空燃比、在内燃机1中供燃烧的混合气的空燃比变为浓空燃比、或者开始燃料切断处理，从而设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立时(图5中的t1)，流入NOX量大致变为零。那时，如果NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg、且SCR催化剂的温度Tscr低于有效范围的下限值(上述的图2中的第1温度T1)，则ECU10首先通过使加热装置40工作来使SCR催化剂升温。
当通过加热装置40对SCR催化剂进行加热从而该SCR催化剂的温度Tscr达到第1温度T1时(图5中的t2)，ECU10通过将添加阀5从闭阀状态(off)向开阀状态(on)切换来开始尿素水溶液的添加。这样，当开始利用添加阀5进行尿素水溶液的添加时，会向SCR催化剂供给通过尿素水溶液被热分解以及水解而生成的NH3，因此SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3开始增加。另外，当SCR催化剂的温度达到在第1温度T1以上且小于第3温度T3的目标温度Ttrg时(图5中的t3)，ECU10控制加热装置40以使得SCR催化剂的温度Tscr被维持为该目标温度Ttrg。例如，ECU10反复执行以下处理即可，所述处理是：当SCR催化剂的温度Tscr变为目标温度Ttrg以上时，使加热装置40停止工作，并且，当SCR催化剂的温度Tscr变为小于目标温度Ttrg时，使加热装置40再工作。再者，在此所说的目标温度Ttrg，是进行设定以使得抑制NH3向弱吸附点的吸附、且高效地进行NH3向活性点的吸附的温度，例如是图2中的第2温度T2以上且小于第3温度T3的温度。其后，当SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3增加至规定的目标吸附量ΣNH3trg时(图5中的t4)，ECU10使加热装置40停止工作，并且使利用添加阀5进行的尿素水溶液的添加停止。
接着，基于图6来对本实施方式中的添加处理的执行步骤进行说明。
图6是表示在进行添加处理时由ECU10执行的处理程序的流程图。再者，在图6中，对与上述的图3的处理程序同样的处理标记了相同的标记。
在图6的处理程序中，ECU10在S104的处理中作出了否定的判定的情况下，推进至S201的处理。在S201的处理中，ECU10判别SCR催化剂的温度Tscr是否低于有效范围、即SCR催化剂的温度Tscr是否低于第1温度T1。
在上述S201的处理中作出了肯定的判定的情况(Tscr＜T1)下，在SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg的状态下，设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立，但是由于SCR催化剂的温度低于有效范围，因此不能够从添加阀5添加尿素水溶液。因此，在S201的处理中作出了肯定的判定的情况下，ECU10推进至S202的处理，为了使SCR催化剂的温度上升至有效范围内的目标温度Ttrg，而使加热装置40工作。ECU10在执行S202的处理之后推进至S106的处理。
另一方面，在上述S201的处理中作出了否定的判定的情况下，SCR催化剂的温度Tscr变得高于有效范围(Tscr≥T3)，因此ECU10推进至S203的处理，使加热装置40停止工作。再者，如果在执行S203的处理的时间点加热装置40已经处于停止状态，则ECU10将加热装置40维持在停止状态。ECU10一执行完S203的处理，就推进至S106的处理。再者，在S101的处理中作出了否定的判定的情况、以及在S102的处理中作出了否定的判定的情况下，也不需要使加热装置40和添加阀5工作，因此ECU10依次执行S203的处理、以及S106的处理。
另外，在S104的处理中作出了肯定的判定的情况下，ECU10执行S204的处理。在S204的处理中，ECU10判别加热装置40是否为工作中(加热中)。在S204的处理中作出了否定的判定的情况下，ECU10跳过后述的S205～S206的处理而推进至S105的处理。另一方面，在S204的处理中作出了肯定的判定的情况下，ECU10依次执行S205～S206的处理之后，推进至S105的处理。
在S205的处理中，ECU10判别在S103的处理中检测出的SCR催化剂的温度Tscr是否为上述的目标温度Ttrg以上。在S205的处理中作出了肯定的判定的情况下，ECU10在S206的处理中使加热装置40停止工作，接着，在S105的处理中从添加阀5添加尿素水溶液。另一方面，在S205的处理中作出了否定的判定的情况下，ECU10跳过S206的处理而推进至S105的处理。即，在S205的处理中作出了否定的判定的情况下，ECU10在使加热装置40工作的状态下从添加阀5添加尿素水溶液。
根据以上所述的实施方式，在SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg时、且设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立时，如果SCR催化剂的温度Tscr低于有效范围，则通过利用加热装置40对SCR催化剂进行加热，来使该SCR催化剂的温度Tscr强制性地上升至有效范围内的温度。其结果，在SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg时、且设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立时，SCR催化剂的温度Tscr低于有效范围的状态持续的情况得到抑制。换言之，在SCR催化剂的NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg时、且设想为NOx不向SCR催化剂流入的条件成立时，不能利用添加阀5进行尿素水溶液的添加的状态持续的情况得到抑制。
因此，根据本实施方式，在向第2催化剂外壳4流入的排气的温度低于有效范围的状态持续的情况等，能够抑制：没有从供给装置向SCR催化剂供给NH3、且吸附于SCR催化剂的活性点的NH3在NOX的还原上被消耗的状态持续的情况。其结果，能够抑制吸附于SCR催化剂的活性点的NH3量过度变少的情况。
再者，ECU10执行图6中的S201～S206的处理，由此实现本发明涉及的“升温单元”。
＜实施方式2的变形例＞
在上述的第2实施方式中，作为设想为NOx不向SCR催化剂流入的情况，例示了在内燃机1的运转中不含NOX的气体向SCR催化剂流入的情况，但是，除了那样的情况以外，也可想到内燃机1处于运转停止状态的情况。因此，除了在内燃机1的运转中不含NOX的气体向SCR催化剂流入的情况以外，在内燃机1处于运转停止状态时也可以执行添加处理。具体而言，如果在内燃机1的运转停止了的时间点(例如，未图示的点火开关从on向off切换的时间点)，NH3吸附量ΣNH3少于规定的目标吸附量ΣNH3trg、且SCR催化剂的温度Tscr低于有效范围，则只要利用加热装置40使SCR催化剂升温至有效范围内的温度之后，从添加阀5添加尿素水溶液即可。这样，如果即使在内燃机1的运转刚停止后也执行添加处理，则能够提高内燃机1刚被再起动后的SCR催化剂的NOX净化率。
＜其他的实施方式＞
在上述的各实施方式中，对于将图2中的第1温度T1以上且小于第3温度T3的温度范围设定为有效范围的例子进行了叙述，但也可以将图2中的第2温度T2以上且小于第3温度T3的温度范围设定为有效范围。在第2温度T2以上且小于第3温度T3的温度范围内，弱吸附点的NH3吸附率大致变为0％，并且活性点的NH3吸附率大致变为100％，因此如果那样的温度范围被设定为有效范围，则能够将吸附于弱吸附点的NH3量更切实地抑制为较少、并且使吸附于活性点的NH3量增加。

Claims (15)

1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：
选择还原型催化剂，其配置在内燃机的排气通路，且利用还原剂使排气中的NOX还原；
检测单元，其检测所述选择还原型催化剂的温度；
供给装置，其配置在所述选择还原型催化剂的上游的排气通路，且向所述选择还原型催化剂供给添加剂，所述添加剂为还原剂或还原剂的前驱体；和
控制单元，其控制所述供给装置以使得被所述选择还原型催化剂吸附着的还原剂的量即还原剂吸附量成为规定的目标吸附量，
在所述选择还原型催化剂的还原剂吸附量少于所述规定的目标吸附量的情况下，在通过所述检测单元检测出的温度属于有效范围时，所述控制单元控制所述供给装置以使得向所述选择还原型催化剂供给添加剂，所述有效范围是在吸附于所述选择还原型催化剂的弱吸附点的还原剂的脱离温度以上且小于吸附于所述选择还原型催化剂的活性点的还原剂的脱离温度的温度范围。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
在所述选择还原型催化剂的还原剂吸附量少于所述规定的目标吸附量的情况下，在通过所述检测单元检测出的温度属于所述有效范围时、且设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立时，所述控制单元控制所述供给装置以使得向所述选择还原型催化剂供给添加剂。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备：
加热装置，其对所述选择还原型催化剂进行加热；和
升温单元，其在所述选择还原型催化剂的还原剂吸附量少于所述规定的目标吸附量的情况下，在设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立时，如果通过所述检测单元检测出的温度低于所述有效范围，则为了使所述选择还原型催化剂升温至所述有效范围内的温度而对所述加热装置进行控制。
4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备：
加热装置，其对所述选择还原型催化剂进行加热；和
升温单元，其在所述选择还原型催化剂的还原剂吸附量少于所述规定的目标吸附量的情况下，在设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立时，如果通过所述检测单元检测出的温度低于所述有效范围，则为了使所述选择还原型催化剂升温至所述有效范围内的温度而对所述加热装置进行控制。
5.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备NOX吸藏还原型催化剂，所述NOX吸藏还原型催化剂配置在所述选择还原型催化剂的上游的排气通路，在排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时吸藏排气中的NOX，并且在排气的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比时释放并还原所吸藏的NOX，
所述控制单元，在所述内燃机的运转期间，向所述NOX吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且所述NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
6.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备NOX吸藏还原型催化剂，所述NOX吸藏还原型催化剂配置在所述选择还原型催化剂的上游的排气通路，在排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时吸藏排气中的NOX，并且在排气的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比时释放并还原所吸藏的NOX，
所述控制单元，在所述内燃机的运转期间，向所述NOX吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且所述NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
7.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备NOX吸藏还原型催化剂，所述NOX吸藏还原型催化剂配置在所述选择还原型催化剂的上游的排气通路，在排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时吸藏排气中的NOX，并且在排气的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比时释放并还原所吸藏的NOX，
所述控制单元，在所述内燃机的运转期间，向所述NOX吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且所述NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
8.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，还具备NOX吸藏还原型催化剂，所述NOX吸藏还原型催化剂配置在所述选择还原型催化剂的上游的排气通路，在排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时吸藏排气中的NOX，并且在排气的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比时释放并还原所吸藏的NOX，
所述控制单元，在所述内燃机的运转期间，向所述NOX吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且所述NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏量为规定的上限值以下时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，当在所述内燃机中供燃烧的混合气的空燃比为浓空燃比时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
10.根据权利要求1～8的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述内燃机的燃料切断处理处于执行状态时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
11.根据权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述内燃机的燃料切断处理处于执行状态时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
12.根据权利要求1～8的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述内燃机处于运转停止状态时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
13.根据权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述内燃机处于运转停止状态时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
14.根据权利要求10所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述内燃机处于运转停止状态时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
15.根据权利要求11所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述内燃机处于运转停止状态时，判定为设想为NOX不向所述选择还原型催化剂流入的条件成立。
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