CN108868975A - 用于内燃发动机的排气控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于内燃发动机的排气控制系统，该排气控制系统包括：第一催化剂，该第一催化剂布置在用于内燃发动机的排气通道上，该第一催化剂是NOx储存还原催化剂；第二催化剂，该第二催化剂布置在排气通道上位于第一催化剂下游的位置处，该第二催化剂是NOx选择性催化还原催化剂；第一NOx传感器，该第一NOx传感器安装在排气通道上位于第一催化剂与第二催化剂之间的位置处；第二NOx传感器，该第二NOx传感器安装在排气通道上位于第二催化剂下游的位置处；和电子控制单元。该电子控制单元配置成：当满足评估条件时，基于由第一NOx传感器检测到的值和由第二NOx传感器检测到的值来评估第二催化剂的NOx还原性能。

Description

用于内燃发动机的排气控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的排气控制系统，并且还涉及对用于内燃发动机的排气控制系统进行控制的方法。

背景技术

存在一种用于内燃发动机的排气控制系统，该排气控制系统包括在用于内燃发动机的排气通道上从上游侧开始依次布置的NOx储存还原(NSR)催化剂和NOx选择性催化还原(SCR)催化剂(例如，参见日本未审查专利申请公报No.2016-223441(JP 2016-223441A))。

发明内容

在用于内燃发动机的排气控制系统中，可以提供配置成对流入到SCR催化剂中的排气中的NOx浓度进行检测的NOx传感器和配置成对从SCR催化剂流出的排气中的NOx浓度进行检测的NOx传感器，以基于由这些NOx传感器检测到的值来评估SCR催化剂的NOx还原性能。具体地，当从SCR催化剂流出的排气中的NOx浓度低于流入到SCR催化剂中的排气中的NOx浓度较大量时，换句话说，当流入到SCR催化剂的排气中的NOx浓度与从SCR催化剂流出的排气中的NOx浓度之间的差较大时，SCR催化剂的NOx还原性能被评估为较高。

然而，当如上所述将NSR催化剂布置在SCR催化剂的上游时，排气中的大量NOx被NSR催化剂还原，并且因而流入到SCR催化剂中的排气中的NOx浓度可能较低。在这种情况下，流入到SCR催化剂中的排气中的NOx浓度与从SCR催化剂流出的排气中的NOx浓度之间的差较小，并且因此不能准确地评估SCR催化剂的NOx还原性能。此外，每个NOx传感器检测到的值可以在公差内变化。因此，可能无法准确地判定流入到SCR催化剂的排气中的NOx浓度与从SCR催化剂流出的排气中的NOx浓度之间的差是归因于SCR催化剂的实际NOx还原性能还是归因于由NOx传感器检测到的值的变化。出于这个原因，可能无法准确地评估SCR催化剂的NOx还原性能。

本发明提供了一种用于内燃发动机的排气控制系统，该排气控制系统配置成使得能够准确评估NOx选择性催化还原催化剂的NOx还原性能。

本发明的第一方面涉及一种用于内燃发动机的排气控制系统。该排气控制系统包括第一催化剂、第二催化剂、第一NOx传感器、第二NOx传感器和电子控制单元。该第一催化剂布置在用于内燃发动机的排气通道上。该第一催化剂是NOx储存还原催化剂。该第二催化剂布置在排气通道上位于第一催化剂下游的位置处。该第二催化剂是NOx选择性催化还原催化剂。该第一NOx传感器安装在排气通道上位于第一催化剂与第二催化剂之间的位置处。该第一NOx传感器配置成对流入到第二催化剂中的排气中的NOx浓度进行检测。该第二NOx传感器安装在排气通道上位于第二催化剂下游的位置处。该第二NOx传感器配置成对从第二催化剂流出的排气中的NOx浓度进行检测。该电子控制单元配置成：当满足评估条件时，基于由第一NOx传感器检测到的值和由第二NOx传感器检测到的值来评估第二催化剂的NOx还原性能。该评估条件是NOx被供给至温度处于活化温度范围内且已经吸附的还原剂的量等于或大于吸附量预定值的第二催化剂。被供给至第二催化剂的NOx是由于储存NOx的第一催化剂的温度升高达到等于或高于NOx从第一催化剂开始解吸时的解吸温度的温度而已经从第一催化剂解吸的NOx。

通过这种配置，流入到第二催化剂中的排气中的NOx浓度可以通过从第一催化剂解吸NOx而增加。由于第二催化剂的温度处于活化温度范围内并且吸附在第二催化剂上的还原剂的量等于或大于吸附量预定值，该第二催化剂可以表现出NOx还原性能。当满足评估条件时，基于由第一NOx传感器检测到的值和第二NOx传感器检测到的值来评估第二催化剂的NOx还原性能。因此，能够准确地评估第二催化剂的NOx还原性能。

在上文描述的排气控制系统中，电子控制单元可以配置成执行第一判定控制，该第一判定控制判定储存在第一催化剂中的NOx的量是否等于或大于储存量预定值。此外，电子控制单元可以配置成执行第二判定控制，该第二判定控制判定第二催化剂的温度是否处于活化温度范围内并且判定吸附在第二催化剂上的还原剂的量是否等于或大于吸附量预定值。此外，电子控制单元可以配置成：当在第一判定控制和第二判定控制两者中的每一者中均做出肯定性判定时，使第一催化剂的温度升高以使得第一催化剂的温度等于或高于解吸温度。此外，电子控制单元可以配置成执行第三判定控制，该第三判定控制判定第一催化剂的温度是否等于或高于解吸温度。此外，电子控制单元可以配置成：当在第三判定控制中做出肯定性判定时，判定评估条件得以满足并基于由第一NOx传感器检测到的值和由第二NOx传感器检测到的值来评估第二催化剂的NOx还原性能。

在上文描述的排气控制系统中，电子控制单元可以配置成执行第四判定控制，该第四判定控制判定第一NOx传感器和第二NOx传感器是否正在正常地运行。此外，电子控制单元可以配置成：当在所有的第一判定控制、第二判定控制和第四判定控制中的每一者中均做出肯定性判定时使第一催化剂的温度升高。

在上文描述的排气控制系统中，电子控制单元可以配置成执行第五判定控制，该第五判定控制判定第一催化剂的NOx储存性能是否已经通过使第一催化剂的温度升高而恢复。此外，电子控制单元可以配置成，当在第五判定控制中做出肯定性判定时停止升高第一催化剂的温度。

本发明的第二方面涉及一种对用于内燃发动机的排气控制系统进行控制的方法。该排气控制系统包括第一催化剂、第二催化剂、第一NOx传感器、第二NOx传感器和电子控制单元。第一催化剂安装在用于内燃发动机的排气通道上。第一催化剂是NOx储存还原催化剂。第二催化剂安装在排气通道位于第一催化剂下游的位置处。第二催化剂是NOx选择性催化还原催化剂。第一NOx传感器布置在排气通道上位于第一催化剂与第二催化剂之间的位置处。第一NOx传感器配置成对流入到第二催化剂中的排气中的NOx浓度进行检测。第二NOx传感器布置在排气通道上位于第二催化剂下游的位置处。第二NOx传感器配置成对从第二催化剂流出的排气中的NOx浓度进行检测。该方法包括：当满足评估条件时，由电子控制单元基于由第一NOx传感器检测到的值和由第二NOx传感器检测到的值来评估第二催化剂的NOx还原性能。所述评估条件是NOx被供给至温度处于活化温度范围内且已经吸附的还原剂的量等于或大于吸附量预定值的第二催化剂。被供给至第二催化剂的NOx是由于储存NOx的第一催化剂的温度升高达到等于或高于NOx从第一催化剂开始解吸时的解吸温度的温度而已经从第一催化剂解吸的NOx。

通过这种配置，流入到第二催化剂中的排气中的NOx浓度可以通过从第一催化剂解吸NOx而增加。由于第二催化剂的温度处于活化温度范围内并且吸附在第二催化剂上的还原剂的量等于或大于吸附量预定值，第二催化剂可以表现出NOx还原性能。当满足评估条件时，基于由第一NOx传感器检测到的值和第二NOx传感器检测到的值来评估第二催化剂的NOx还原性能。因此，可以准确地评估第二催化剂的NOx还原性能。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义进行描述，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1为示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于内燃发动机的排气控制系统的构型的示意图；

图2A为示出了NOx还原率相对于NOx储存还原(NSR)催化剂的温度的曲线图；

图2B为示出了NOx还原率相对于选择性催化还原(SCR)催化剂的温度的曲线图；

图3为示出了由电子控制单元(ECU)所执行的评估控制的示例的流程图；以及

图4为示出了由于执行温度升高处理而引起的NSR催化剂的温度改变的时间序列图，并且还示出了在NSR催化剂的出口下游的位置处的排气中的NOx浓度改变。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。例如，除非另有说明，否则将在以下实施方式中描述的元件的尺寸、材料、形状和相对布置并非旨在限制本发明的范围。

图1为示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于内燃发动机1的排气控制装置的构型的图。在本实施方式中，内燃发动机1是柴油发动机。然而，内燃发动机1可以是汽油发动机。内燃发动机1安装在例如车辆中。用于内燃发动机1的排气控制系统包括排气通道2、NOx储存还原催化剂4a(在下文中称为“NSR催化剂4a”)、柴油机颗粒过滤器4b(在下文中称为“DPF 4b”)、还原剂供给阀5、NOx选择性催化还原催化剂6(在下文中称为“SCR催化剂6”)、NOx传感器N2、NOx传感器N3和电子控制单元(ECU)10。排气通道2连接至内燃发动机1。NSR催化剂4a、DPF 4b、还原剂供给阀5和SCR催化剂6以这样的次序从上游侧开始布置在排气通道2上。

当流入到NSR催化剂4a中的排气中的氧浓度较高时，即，当排气的空燃比为稀空燃比(lean air-fuel ratio)时，NSR催化剂4a将NOx储存在排气中。当流入到NSR催化剂4a中的排气中的氧浓度较低且排气中包含诸如碳氢化合物和一氧化碳等还原成分时，换句话说，当排气的空燃比为理论空燃比或浓空燃比(rich air-fuel ratio)时，NSR催化剂4a将已经储存在NSR催化剂4a中的NOx解吸。被供给至NSR催化剂4a的还原剂是从内燃发动机1排出的未燃燃料即HC或CO。

DPF 4b具有包括多个单元的多孔陶瓷结构。在DPF 4b中，彼此相邻的单元的上游端部和下游端部以交错的方式被密封。更具体地，一些单元具有密封的上游端部和敞开的下游端部，而其余的单元具有敞开的上游端部和密封的下游端部，并且具有密封的上游端部的单元与具有密封的下游端部的单元交替。排气流入到DPF 4b的具有敞开的上游端部的单元中。然后，排气经过用作彼此相邻的单元之间的间隔件的多孔壁。当排气经过多孔壁时，排气中的颗粒物质(PM)被捕获在DPF 4b中。DPF 4b支持贵金属比如铂，贵金属在DPF再生处理期间促进所堆积的PM的氧化反应。

还原剂被吸附在SCR催化剂6上，并且SCR催化剂6使用还原剂选择性地还原NOx。供给至SCR催化剂6的还原剂是在NSR催化剂4a中产生的NH₃(氨)或从还原剂供给阀5喷射的尿素水溶液中产生的NH₃。从还原剂供给阀5喷射的尿素水溶液被排气的热或来自SCR催化剂6的热水解成为NH₃。

排气温度传感器S1和NOx传感器N1在NSR催化剂4a上游的位置处安装在排气通道2上。流入到NSR催化剂4a中的排气的温度可以由排气温度传感器S1来检测，并且流入到NSR催化剂4a中的排气中的NOx的浓度可以由NOx传感器N1来检测。在NSR催化剂4a与DPF 4b之间的位置处布置有排气温度传感器S2。NSR催化剂4a的温度可以由排气温度传感器S2来检测。排气温度传感器S3安装在排气通道2上位于DPF 4b下游和还原剂供应阀5上游的位置处。DPF 4b的温度可以由排气温度传感器S3来检测。NOx传感器N2在还原剂供给阀5的下游和SCR催化剂6的上游的位置处安装在排气通道2上。流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度可以由NOx传感器N2来检测。排气温度传感器S4和NOx传感器N3在SCR催化剂6下游的位置处安装在排气通道2上。SCR催化剂6的温度可以由排气温度传感器S4来检测。从SCR催化剂6流出的排气中的NOx的浓度可以由NOx传感器N3来检测。

NOx传感器N2是第一NOx传感器的示例，该第一NOx传感器在NSR催化剂4a与SCR催化剂6之间的位置处安装在排气通道2上并且配置成对流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx的浓度进行检测。NOx传感器N3是第二NOx传感器的示例，第二NOx传感器安装在排气通道2上位于SCR催化剂6下游的位置处并且配置成对从SCR催化剂6流出的排气中的NOx的浓度进行检测。

燃料喷射阀7附接至内燃发动机1，燃料喷射阀7构造成将燃料供给到内燃发动机1中。进气通道8连接至内燃发动机1。在进气通道8上布置有节气门9，节气门9构造成对待吸入到内燃发动机1中的空气的量进行调节。空气流量计15安装在进气通道8上位于节气门9上游的位置处，空气流量计15构造成对待吸入到内燃发动机1中的空气的量进行检测。

ECU 10为配置成对内燃发动机1进行控制的电子控制单元。例如，ECU 10包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和存储设备。ECU 10基于内燃发动机1的运行条件或者根据驾驶者的要求对内燃发动机1进行控制。除了上文描述的传感器之外，加速器操作量传感器17和曲柄位置传感器18经由电线连接至ECU 10。加速器操作量传感器17配置成输出与由驾驶员踩下加速器踏板16的量相对应的电信号且配置成对发动机载荷进行检测。曲柄位置传感器18配置成检测发动机速度。从这些传感器输出的信号被输入到ECU 10中。此外，还原剂供应阀5、燃料喷射阀7和节气门9经由电线连接至ECU 10。这些设备由ECU 10控制。

ECU 10执行对SCR催化剂6的NOx还原性能进行评估的评估控制。评估控制由评估单元、储存量判定单元、状态判定单元、温度升高执行单元、温度升高判定单元、传感器状态判定单元、恢复判定单元和温度升高停止单元来评估，上述这些单元由CPU、ROM和RAM功能性地实施。

基于由分别布置在SCR催化剂6上游和下游的NOx传感器N2检测到的值和NOx传感器N3检测到的值来评估SCR催化剂6的NOx还原性能。具体地，通过以下等式将NOx还原率计算为指示SCR催化剂6的NOx还原性能的指标，并且基于已计算出的NOx还原率来评估SCR催化剂6的NOx还原性能。

NOx还原率＝{(流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度-从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度)/流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度}×100(％)

基于由NOx传感器N2检测到的值和由NOx传感器N3检测到的值分别地计算流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度和从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度。

具体地，当从SCR催化剂6流出的排气中的NOx的浓度低于流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx的浓度较大量时，换句话说，当流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度与从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度之间的差较大时，将NOx还原率即SCR催化剂6的NOx还原性能评估为较高。当流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度与从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度之间的差较小时，将NOx还原率即SCR催化剂6的NOx还原性能评估为较低。

图2A为示出了NOx还原率相对于NSR催化剂4a的温度的曲线图。图2B为示出了NOx还原率相对于SCR催化剂6的温度的曲线图。图2A和图2B分别示出了在正常状态下由NSR催化剂4a实现的NOx还原率(在下文中称为“NSR催化剂4a的NOx还原率”)和由SCR催化剂6实现的NOx还原率(在下文中称为“SCR催化剂6的NOx还原率”)。图2A中的纵坐标轴和横坐标轴具有与图2B中的纵坐标轴和横坐标轴相同的比例。NSR催化剂4a的NOx还原率由与上述方法相同的方法计算。图2A和图2B中的每一者示出了正常使用范围。在例如不执行NSR催化剂4a、DPF 4b和SCR催化剂6的排气净化能力的恢复处理的正常操作状态下，NSR催化剂4a和SCR催化剂6中的每一者的温度高度频繁地落入正常使用范围内。例如，正常使用范围是从约100℃至约250℃的温度范围。在正常使用范围内，NSR催化剂4a的NOx还原率相对较高，但SCR催化剂6的NOx还原率相对较低。

当在NSR催化剂4a的温度和SCR催化剂6的温度处于正常使用范围内的情况下计算SCR催化剂6的NOx还原率时，可能发生以下问题。由于NSR催化剂4a的NOx还原率较高，则具有较低NOx浓度的排气流入到布置在NSR催化剂4a下游的SCR催化剂6中。因而，不管SCR催化剂6的NOx还原率如何，流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度和从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度两者均可能较低。因此，可能无法准确地评估SCR催化剂6的NOx还原性能。此外，由NOx传感器N2检测到的值和由NOx传感器N3检测到的值可以在公差内变化。因此，可能无法准确地判定流入到SCR催化剂6的排气中的NOx浓度与从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度之间的差是归因于SCR催化剂6的实际的NOx还原率还是归因于由NOx传感器N2检测到的值和由NOx传感器N3检测到的值的变化。出于这个原因，可能无法准确地评估SCR催化剂6的NOx还原性能。

有鉴于此，在本实施方式中，当NSR催化剂4a的温度和SCR催化剂6的温度分别处于评估执行范围A和评估执行范围A内时，计算SCR催化剂6的NOx还原率，评估执行范围A和评估执行范围A是高于正常使用范围的温度范围。图2A和图2B中分别示出了评估执行范围A和评估执行范围B。评估执行范围A是下述温度范围：该温度范围被设定成使得量足以准确地计算SCR催化剂6的NOx还原率的NOx从NSR催化剂4a中解吸。此外，评估执行范围A是下述温度范围：该温度范围的下限值高于已经储存在NSR催化剂4a中的NOx的解吸开始的解吸开始温度α。此外，评估执行范围A是下述的温度范围：在该温度范围内，NSR催化剂4a的NOx还原率相对较低。解吸开始温度α是比与NSR催化剂4a的NOx还原率的峰值相对应的温度稍高的温度。解吸开始温度α是NOx还原率低于其峰值时的温度。当在NOx储存量较大的同时NSR催化剂4a的温度落入评估执行范围A内时，NOx还原率降低并且已经储存在NSR催化剂4a中的NOx的解吸量增大。

出于以下原因，评估执行范围A的下限值被设定为高于解吸开始温度α预定温度的温度。即使在稍高于解吸开始温度α的温度下，NOx还原率也会降低。然而，在该温度下的NOx还原率仍然较高，并且因此，量足以准确地计算SCR催化剂6的NOx还原率的NOx不能从NSR催化剂4a解吸。有鉴于此，评估执行范围A的下限值被设定为高于解吸开始温度α预定温度的温度。因此，评估执行范围A被设定为：在该评估执行范围A中，NOx还原率足够低，使得量足以准确地计算SCR催化剂6的NOx还原率的NOx能够从NSR催化剂4a中解吸。因而，当在NOx储存量相对较大的情况下NSR催化剂4a的温度落入评估执行范围A内时，从NSR催化剂4a流出的排气中的NOx浓度增加并且具有较高NOx浓度的排气流入到SCR催化剂6中。例如，评估执行范围A是从约400℃至约450℃的温度范围。

评估执行范围B是其中SCR催化剂6的NOx还原率相对较高的活化温度范围。因而，当在SCR催化剂6的温度处于评估执行范围B内时，SCR催化剂6的NOx还原性能正常且吸附于SCR催化剂6的还原剂的量等于或大于吸附量预定值时，SCR催化剂6可以表现出高的NOx还原性能。因此，从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度足够低于流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度。如上文所描述的，当在储存在NSR催化剂4a中的NOx的量相对较大的情况下NSR催化剂4a的温度和SCR催化剂6的温度分别落入评估执行范围A和评估执行范围B内时，流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx的浓度与从SCR催化剂6流出的排气中的NOx的浓度之间的差相对较大。因此，在该状态下，可以准确地评估SCR催化剂6的NOx还原性能。例如，评估执行范围B是从约250℃至约450℃的温度范围。

如图2B中所示，评估执行范围B是相对较宽的温度范围，并且因此，例如当内燃发动机1上的载荷是中等载荷或高载荷时，SCR催化剂6的温度可以落入评估执行范围B内。然而，如图2A中所示，评估执行范围A是相对较窄的温度范围，并且因此，内燃发动机1上的载荷需要是高载荷，以使NSR催化剂4a的温度置于评估执行范围A内。因而，NSR催化剂4a的温度和SCR催化剂6的温度分别落入评估执行范围A和评估执行范围B内的频率较低。因此，满足用于准确地评估SCR催化剂6的NOx还原性能的评估条件的频率也较低。有鉴于此，在本实施方式中，当评估SCR催化剂6的NOx还原性能时，执行使NSR催化剂4a的温度升高的温度升高处理以使NSR催化剂4a的温度落入评估执行范围A内。评估控制将在下面详细地描述。

图3为示出由ECU 10执行的评估控制的示例的流程图。评估控制以预定的时间间隔重复地执行。首先，ECU 10读取储存在NSR催化剂4a中的NOx的量(在下文中，NOx的量适当时被称为“NOx储存量”)(步骤S1)。ECU 10独立于该流程图根据需要计算储存在NSR催化剂4a中的NOx的量。例如，在执行紧在前的浓峰(rich spike)之后，通过合计流入到NSR催化剂4a中的排气中的NOx的量与从NSR催化剂4a流出的排气中的NOx的量之间的差来计算储存在NSR催化剂4a中的NOx的量。具体地，可以基于由流量计15和NOx传感器N1、N2检测到的值来获取流入到NSR催化剂4a中的排气中的NOx的量和从NSR催化剂4a流出的排气中的NOx的量。浓峰是恢复NSR催化剂4a的NOx储存性能的过程。在浓峰中，排气的空燃比暂时地变为浓空燃比，以将例如作为还原剂的HC和CO供给至NSR催化剂4a，使得NSR催化剂4a解吸已经储存在其中的NOx，并且然后，使还原剂与NOx反应从而将NOx还原成N2和NH3。计算储存在NSR催化剂4a中的NOx的量的方法不局限于该方法。

然后，ECU 10判定储存在NSR催化剂4a中的NOx的量是否等于或大于储存量预定值(步骤S3)。储存量预定值是储存在NSR催化剂4a中的NOx的量，在这种情况下，由于执行温度升高处理(稍后描述)而从NSR催化剂4a中解吸的NOx的量适于评估SCR催化剂6的NOx还原性能。换句话说，如果储存在NSR催化剂4a中的NOx的量是储存量预定值，则由于执行温度升高处理而从NSR催化剂4a解吸的NOx的量适于评估SCR催化剂6的NOx还原性能。储存量预定值是预先通过实验定义的值。当ECU 10在步骤S3中做出否定性判定时，评估控制结束。步骤S3中的处理是由储存量判定单元执行的处理的示例，该储存量判定单元配置成判定储存在NSR催化剂4a中的NOx的量是否等于或大于储存量预定值。

当ECU 10在步骤S3中做出肯定性判定时，ECU 10则读取吸附在SCR催化剂6上的NH₃的量(步骤S5)。ECU 10独立于该流程图根据需要计算在SCR催化剂6上吸附的NH₃的量。吸附在SCR催化剂6上的NH₃的量基于例如在NSR催化剂4a中产生的NH₃的量、从还原剂供给阀5供给至SCR催化剂6的NH₃的量、由SCR催化剂6消耗的NH₃的量和从SCR催化剂6解吸的NH₃的量来计算。

每单位时间在NSR催化剂4a中产生的NH₃的量根据例如定义进气量、空燃比和NOx储存量之间的关系的映射图或计算表达式来计算。每单位时间由SCR催化剂6消耗的NH₃的量例如根据定义SCR催化剂6的温度、进气量与流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度之间的关系的映射图或计算表达式来计算。每单位时间从SCR催化剂6解吸的NH₃的量例如根据定义SCR催化剂6的温度与吸附在SCR催化剂6上的NH₃的量之间的关系的映射图或计算表达式来计算。

然后，ECU 10判定吸附在SCR催化剂6上的NH₃的量是否等于或大于吸附量预定值(步骤S7)。吸附量预定值是当SCR催化剂6的NOx还原性能正常时使用SCR催化剂6还原NOx所需的NH₃的吸附量。吸附量预定值是预先通过实验定义的值。当ECU 10在步骤S7中做出否定性判定时，评估控制结束。

当ECU 10在步骤S7中做出肯定性判定时，ECU 10则判定SCR催化剂6的温度是否在评估执行范围B内(步骤S9)。SCR催化剂6的温度如上所述由排气温度传感器S4检测。当ECU10在步骤S9中做出否定性判定时，评估控制结束。步骤S7和步骤S9中的处理是由状态判定单元执行的处理的示例，该状态判定单元配置成判定SCR催化剂6的温度是否处于活化温度范围内并且吸附在SCR催化剂6上的还原剂的量等于或大于吸附量预定值。

当ECU 10在步骤S9中做出肯定性判定时，ECU 10则判定用于评估的NOx传感器N2、N3是否正在正常地运行(步骤S11)。这是因为，在NOx传感器N2、N3正在正常地运行的前提下，SCR催化剂6的NOx还原性能可以被正确地评估。该判定基于指示NOx传感器N2、N3中的至少一者处于故障的传感器故障标志是否关闭做出。当ECU 10在步骤S11中做出否定性判定时，评估控制结束。步骤S11中的处理是由传感器状态判定单元执行的处理的示例，该传感器状态判定单元配置成判定NOx传感器N2、N3是否正在正常地运行。

例如，如下做出关于NOx传感器N2是否正常地运行的判定。估计流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度。然后，基于估计值改变时估计值的变化率、由NOx传感器N2检测到的值的变化率以及估计值与由NOx传感器N2检测到的值之间的差大于等于预定差的状态的持续时间做出判定。当估计值的变化率与由NOx传感器N2检测到的值的变化率之间的差较大时或者当上述持续时间较长时，ECU 10判定NOx传感器N2发生故障。类似地，基于从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度的估计值和由NOx传感器N3检测到的值作出NOx传感器N3是否正在正常地运行的判定。基于例如内燃发动机1的运行状态来估计流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度和从SCR催化剂6流出的排气中的NOx浓度。判定NOx传感器N2、N3是否正在正常地运行的方法不局限于该方法并且可以采用其他已知的方法。例如，可以采用以下方法。到达NOx传感器N2的排气中的NOx浓度被强制地改变，并且当由NOx传感器N2检测到的值的变化偏离在NOx传感器N2正在正常地运行的情况下由NOx传感器N2检测到的值的变化时，ECU 10判定NOx传感器N2发生故障。对于NOx传感器N3也同样适用。

当ECU 10在步骤S11中作出肯定性判定时，ECU 10则执行使NSR催化剂4a的温度升高的温度升高处理(步骤S13)。具体地，流入到NSR催化剂4a的排气的温度升高。通过使NSR催化剂4a的温度升高到评估执行范围A内的温度，已经储存在NSR催化剂4a中的NOx被解吸到排气中并且因而具有高NOx浓度的排气流入到SCR催化剂6中。当执行温度升高处理时，温度升高处理执行标志从OFF(关闭)切换到ON(打开)。步骤S13中的处理是通过温度升高执行单元执行的处理的示例，该温度升高执行单元配置成当ECU 10在全部的步骤S3、S7、S9和S11中的每个步骤中作出肯定性判定时使NSR催化剂4a的温度上升到等于或大于已经储存在NSR催化剂4a中的NOx开始解吸的解吸温度的温度。

通过在比由燃料喷射阀7执行主燃料喷射的时刻晚的时刻执行副燃料喷射，排气的温度在温度升高处理中升高。然而，使排气的温度升高的方法不局限于此。例如，通过延迟燃料喷射时刻可以升高排气的温度。替代性地，可以通过控制进气量和燃料喷射量使得排气的空燃比周期性地在浓空燃比与稀空燃比之间切换来升高排气的温度。

执行温度升高处理的方法不局限于前述方法。当在NSR催化剂4a的上游布置有构造成将用作还原剂的燃料供给至NSR催化剂4a的燃料供应阀时，可以将燃料从燃料供给阀供给至NSR催化剂4a，并且在NSR催化剂4a上的燃料可以在稀的大气中燃烧以使NSR催化剂4a的温度升高。替代性地，可以提供被构造成加热NSR催化剂4a的加热器，并且可以通过向加热器供应电力来使NSR催化剂4a的温度升高。

然后，ECU 10判定NSR催化剂4a的温度是否落入图2A中示出的评估执行范围A内(步骤S15)。具体地，基于由排气温度传感器S2检测到的值做出判定。当ECU 10在步骤S15中做出否定性判定时，ECU 10则再次执行步骤S15中的处理。步骤S15中的处理是由温度升高判定单元执行的处理的示例，该温度升高判定单元配置成判定NSR催化剂4a的温度是否等于或高于解吸温度。

当ECU 10在步骤S15中做出肯定性判定时，从NSR催化剂4a解吸的NOx的量增加并且流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度增加，并且ECU 10基于由NOx传感器N2、N3检测到的值计算SCR催化剂6的NOx还原率(步骤S17)。即，在NSR催化剂4a的温度和SCR催化剂6的温度分别处于评估执行范围A和评估执行范围B内的情况下，计算SCR催化剂6的NOx还原率。计算NOx还原率的方法与上述方法相同。步骤S17中的处理是由评估单元执行的处理的示例，该评估单元配置成当ECU 10在步骤S15中做出肯定性判定时基于由NOx传感器N2、N3检测到的值来评估SCR催化剂6的NOx还原率。

然后，ECU 10判定SCR催化剂6的NOx还原率是否等于或高于还原率预定值(步骤S19)。当ECU 10做出肯定性判定时，ECU 10判定SCR催化剂6正在正常地运行(步骤S21)。当ECU 10做出否定性判定时，ECU10判定SCR催化剂6发生故障(步骤S23)。当ECU 10判定SCR催化剂6发生故障时，ECU 10可以通过打开例如安装在车厢中的警告灯来提示车辆驾驶员更换或维修SCR催化剂6。如上文所述，当ECU 10在全部的步骤S3、S7、S9、S11和S15中的每个步骤中都做出肯定性判定时，ECU10计算SCR催化剂6的NOx还原率并评估NOx还原性能。步骤S3、S7、S9、S11和S15中的处理是判定评估条件是否满足的处理的示例。该评估条件是如下条件：NOx被供给至温度处于活化温度范围内且已经吸附的还原剂的量等于或大于吸附量预定值的SCR催化剂6。供给至SCR催化剂6的NOx是由于储存有NOx的NSR催化剂4a的温度升高达到等于或高于NOx从NSR催化剂4a开始解吸的解吸温度而从NSR催化剂4a解吸的NOx。步骤S19、步骤S21和S23中的处理是由评估单元执行的处理的示例，该评估单元配置成当评估条件得以满足时基于由NOx传感器N2、N3检测到的值来评估SCR催化剂6的NOx还原性能。

当ECU 10执行步骤S21和步骤S23中的一个步骤时，ECU 10则再次读取储存在NSR催化剂4a中的NOx的量(步骤S25)。此时储存在NSR催化剂4a中的NOx的量反映了在执行温度升高处理之前储存在NSR催化剂4a中的NOx的量和在温度升高处理被执行的同时流入到NSR催化剂4a的排气中的NOx浓度和从NSR催化剂4a流出的排气中的NOx浓度。

然后，ECU 10判定储存在NSR催化剂4a中的NOx的量是否等于或小于下限值(步骤S27)。下限值是NSR催化剂4a的NOx储存性能令人满意地恢复的值。下限值可以约为零。当ECU 10在步骤S27中做出否定性判定时，ECU 10则再次执行步骤S25中的处理。当ECU 10在步骤S27中做出肯定性判定时，ECU 10停止温度升高处理(步骤S29)。以这种方式，温度升高处理被继续执行直到NSR催化剂4a的NOx储存性能恢复为止。因而，可以准确地评估SCR催化剂6的NOx还原性能并恢复NSR催化剂4a的NOx储存性能。步骤S27中的处理是由恢复判定单元执行的处理的示例，该恢复判定单元配置成判定NSR催化剂4a的NOx储存性能是否已经通过使NSR催化剂4a的温度升高而恢复。步骤S29中的处理是由温度升高停止单元执行的处理的示例，该温度升高停止单元配置成在ECU 10在步骤S27中做出肯定性判定时停止NSR催化剂4a的温度升高。当温度升高处理停止时，温度升高处理执行标志从ON切换到OFF。

优选地，如上文所述，继续执行温度升高处理直至NSR催化剂4a的NOx储存性能令人满意地恢复为止。然而，温度升高处理停止的时刻不局限于此。例如，可以在执行了计算SCR催化剂6的NOx还原率所需的最小持续时间的温度升高处理之后立即停止温度升高处理。以这种方式，可以抑制由于温度升高处理的延长而导致的燃料效率降低和驾驶性能降低。

接下来，将提供对由于执行温度升高处理而导致的在NSR催化剂4a的出口下游的位置处的排气中的NOx浓度的改变的描述。图4是示出了由于执行温度升高处理而导致的NSR催化剂4a的温度变化的时间序列图，并且还示出了在NSR催化剂4a的出口下游的位置处的排气中的NOx浓度的改变。图4还示出了温度升高处理执行标志的状态。在温度升高处理执行标志在时刻t1从OFF切换为ON之后，NSR催化剂4a的温度在时刻t2开始升高。当储存在NSR催化剂4a中的NOx的量较大时，在NSR催化剂4a的温度在时刻t3达到解吸开始温度α之后，NOx解吸量逐渐地增加并且因而流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度逐渐地增加。因此，SCR催化剂6周围的环境变得适合于评估NOx还原性能。当储存在NSR催化剂4a中的NOx的量较少时，实际上不执行温度升高处理。即使执行温度升高处理，NOx解吸量仍保持较少，并且流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度也保持较低。因此，SCR催化剂6周围的环境仍不适于评估NOx的还原性能。

尽管已经详细地描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明不局限于前述实施方式并且可以在由所附权利要求限定的本发明的技术范围内对前述实施方式做出各种修改和改变。

在前述实施方式中，评估执行范围A被设定为下述温度范围：所述温度范围的下限值高于解吸开始温度α预定温度。然而，评估执行范围A可以是具有等于或高于解吸开始温度α的下限值的任何温度范围。从通过从NSR催化剂4a解吸足够量的NOx来增加流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度的角度考虑，评估执行范围A优选地被设定为较高的温度范围。另一方面，从由于执行使NSR催化剂4a的温度升高的温度升高处理而使燃料效率的恶化降低的角度考虑，优选地防止将评估执行范围A设定为过高的温度范围。有鉴于此，考虑到流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx浓度的增加与由于执行温度升高处理而使燃料效率的恶化降低之间的平衡，评估执行范围A被优选地设定。

在前述实施方式中，将NOx还原率计算为指示SCR催化剂6的NOx还原性能的指标。然而，指示SCR催化剂6的NOx还原性能的指标不局限于NOx还原率。例如，可以将NOx还原量而不是NOx还原率计算为指示SCR催化剂6的NOx还原性能的指标，并且可以基于所计算的NOx还原量评估SCR催化剂6的NOx还原性能。具体地，可以根据以下等式计算NOx还原量。

NOx还原量＝流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx的量-从SCR催化剂6流出的排气中的NOx的量

可以分别基于由NOx传感器N2检测到的值和由NOx传感器N3测到的值并基于排气的流量计算流入到SCR催化剂6中的排气中的NOx的量和从SCR催化剂6流出的排气中的NOx的量。可以基于由空气流量计15检测到的值计算排气的流量，该空气流量计15构造成对进入空气量进行检测。

在前述实施方式中，判定NOx传感器N2、N3是否正在正常地运行。替代性地，除了NOx传感器N2、N3之外，还可以判定NOx传感器N1是否正在正常地运行。这是因为，当NOx传感器N1未正常地运行时，储存在NSR催化剂4a中的NOx的量不能被准确地计算。判定NOx传感器N1是否正在正常地运行的方法可以与判定NOx传感器N2、N3是否正在正常地运行的方法相同，或者可以采用其他已知方法。当这些NOx传感器的可靠性较高时，不需要判定NOx传感器是否正在正常地运行。

Claims (5)

1.一种用于内燃发动机的排气控制系统，所述排气控制系统的特征在于包括：

第一催化剂，所述第一催化剂布置在用于所述内燃发动机的排气通道上，所述第一催化剂是NOx储存还原催化剂；

第二催化剂，所述第二催化剂布置在所述排气通道上位于所述第一催化剂下游的位置处，所述第二催化剂是NOx选择性催化还原催化剂；

第一NOx传感器，所述第一NOx传感器安装在所述排气通道上位于所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的位置处，所述第一NOx传感器配置成对流入到所述第二催化剂中的排气中的NOx浓度进行检测；

第二NOx传感器，所述第二NOx传感器安装在所述排气通道上位于所述第二催化剂下游的位置处，所述第二NOx传感器配置成对从所述第二催化剂流出的排气中的NOx浓度进行检测；以及

电子控制单元，所述电子控制单元配置成：当满足评估条件时，基于由所述第一NOx传感器检测到的值和由所述第二NOx传感器检测到的值来评估所述第二催化剂的NOx还原性能，

所述评估条件是：NOx被供给至温度处于活化温度范围内且已经吸附的还原剂的量等于或大于吸附量预定值的所述第二催化剂，并且

供给至所述第二催化剂的NOx是由于储存NOx的所述第一催化剂的温度升高达到等于或高于NOx从所述第一催化剂开始解吸时的解吸温度的温度而已经从所述第一催化剂解吸的NOx。

2.根据权利要求1所述的排气控制系统，其特征在于：

所述电子控制单元配置成执行第一判定控制，所述第一判定控制判定储存在所述第一催化剂中的NOx的量是否等于或大于储存量预定值；

所述电子控制单元配置成执行第二判定控制，所述第二判定控制判定所述第二催化剂的温度是否处于所述活化温度范围内并且判定吸附在所述第二催化剂上的还原剂的量是否等于或大于所述吸附量预定值；

所述电子控制单元配置成：当在所述第一判定控制和所述第二判定控制两者中的每一者中均做出肯定性判定时，使所述第一催化剂的温度升高以使得所述第一催化剂的温度等于或高于所述解吸温度；

所述电子控制单元配置成执行第三判定控制，所述第三判定控制判定所述第一催化剂的温度是否等于或高于所述解吸温度；并且

所述电子控制单元配置成：当在所述第三判定控制中做出肯定性判定时，判定所述评估条件得以满足并基于由所述第一NOx传感器检测到的值和由所述第二NOx传感器检测到的值来评估所述第二催化剂的NOx还原性能。

3.根据权利要求2所述的排气控制系统，其特征在于：

所述电子控制单元配置成执行第四判定控制，所述第四判定控制判定所述第一NOx传感器和所述第二NOx传感器是否正在正常地运行；并且

所述电子控制单元配置成：当在所有的所述第一判定控制、所述第二判定控制和所述第四判定控制中的每一者中均做出肯定性判定时，使所述第一催化剂的温度升高。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的排气控制系统，其特征在于：

所述电子控制单元配置成执行第五判定控制，所述第五判定控制判定所述第一催化剂的NOx储存性能是否已经通过使所述第一催化剂的温度升高而恢复；并且

所述电子控制单元配置成：当在所述第五判定控制中做出肯定性判定时，停止升高所述第一催化剂的温度。

5.一种对用于内燃发动机的排气控制系统进行控制的方法，所述排气控制系统包括：第一催化剂，所述第一催化剂布置在用于所述内燃发动机的排气通道上，所述第一催化剂是NOx储存还原催化剂；第二催化剂，所述第二催化剂布置在所述排气通道上位于所述第一催化剂下游的位置处，所述第二催化剂是NOx选择性催化还原催化剂；第一NOx传感器，所述第一NOx传感器安装在所述排气通道上位于所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的位置处；第二NOx传感器，所述第二NOx传感器安装在所述排气通道上位于所述第二催化剂下游的位置处；以及电子控制单元，

所述第一NOx传感器配置成对流入到所述第二催化剂中的排气中的NOx浓度进行检测，并且

所述第二NOx传感器配置成对从所述第二催化剂流出的排气中的NOx浓度进行检测，

所述方法的特征在于包括：当满足评估条件时，由所述电子控制单元基于由所述第一NOx传感器检测到的值和由所述第二NOx传感器检测到的值来评估所述第二催化剂的NOx还原性能，

所述评估条件是：NOx被供给至温度处于活化温度范围内且已经吸附的还原剂的量等于或大于吸附量预定值的所述第二催化剂，并且

供给至所述第二催化剂的NOx是由于储存NOx的所述第一催化剂的温度升高达到等于或高于NOx从所述第一催化剂开始解吸时的解吸温度的温度而已经从所述第一催化剂解吸的NOx。