TWI672435B

TWI672435B - 用於內燃機之排氣控制裝置

Info

Publication number: TWI672435B
Application number: TW106142071A
Authority: TW
Inventors: 佐久間哲哉; Tetsuya Sakuma; 本佳久; Yoshihisa Tsukamoto
Original assignee: 日商豐田自動車股份有限公司; Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-09-21
Also published as: US20180163591A1; KR101967559B1; CN108223071B; CA2987566C; RU2684144C1; US10371029B2; CA2987566A1; PH12017050124B1; PH12017050124A1; BR102017026479A2; EP3333389B1; KR20180066858A; AU2017268543B2; MY182363A; CN108223071A; JP2018096224A; EP3333389A1; TW201821689A; AU2017268543A1; JP6724758B2

Abstract

本發明中的一種用於內燃機的排氣控制裝置包括SCR觸媒，其包括用於將排氣中的NO_X 與作為還原劑之NH₃ 還原的過渡金屬離子、偵測機構，其用於偵測該SCR觸媒的溫度、及加熱器，其組態成加熱該SCR觸媒。當NO_X 未流入該SCR觸媒中，且由該偵測機構偵測的該溫度低於第一溫度時，該第一溫度係導致該過渡金屬離子的離子價恢復展現的溫度，將該加熱器控制成使得該SCR觸媒向上加熱至該第一溫度或以上，並使得該SCR觸媒維持在該第一溫度或以上達規定期間，以實現置於退化狀態中之該過渡金屬離子的離子價恢復。

Description

用於內燃機之排氣控制裝置

[0001] 本發明相關於用於內燃機之排氣控制裝置，且更明確相關於包括選擇性觸媒還原觸媒(SCR觸媒)的排氣控制裝置。

[0002] 已知有用於操作以實施貧燃燒驅動之內燃機的排氣控制裝置(例如，見日本特許申請案公告案號第2002-047922號)。該排氣控制裝置包括設置在排氣通道中的SCR觸媒、將係NH₃ 或NH₃ 之前驅物的添加劑加至流入SCR觸媒中之排氣的添加設備、及加熱SCR觸媒的加熱器。將排氣控制裝置組態成緊接在內燃機啟動之前使用加熱器將SCR觸媒向上加熱至主動溫度。

[0003] SCR觸媒中的NO_X 還原作用係藉由其係由SCR觸媒的觸媒載體供應的過渡金屬離子的作用展現。具體地說，過渡金屬離子吸附從添加設備供應的NH₃ 。當含有吸附的NH₃ 之過渡金屬離子的離子價等於NO_X 還原所需的價時(此種狀態在下文中稱為「基準狀態」)，過渡金屬離子在NH₃ 與排氣中的NO_X 之間導致反應，使得排氣中的NO_X 還原成N₂ 。在該情形中，因為過渡金屬離子的離子價變為少於NO_X 還原所需的價，過渡金屬離子的NO_X 還原能力退化(此種狀態在下文中稱為「退化狀態」)。然而，H⁺ 在NH₃ 與NO_X 之間反應的當時被吸附至在退化狀態中的過渡金屬離子。當吸附至在退化狀態中的過渡金屬離子的H⁺ 與排氣中的O₂ 或NO₂ 反應時，過渡金屬離子再氧化，且因此過渡金屬離子的離子價恢復成NO_X 還原所需的離子價。因此，為實現使用SCR觸媒的連續NO_X 還原，需要將置於退化狀態中的過渡金屬離子的離子價恢復至NO_X 還原所需的價。　　[0004] 置於退化狀態中的過渡金屬離子之離子價的恢復(在下文中稱為「離子價恢復」)係在其溫度高於藉由在基準狀態中的過渡金屬離子的NO_X 還原開始展現之溫度(活動溫度)的大氣中展現，該大氣包含O₂ 及NO₂ 。因此，當內燃機的低負載操作繼續時，或當流入SCR觸媒的排氣繼續具有在化學計量空氣-燃料比或以下的空氣-燃料比時，在基準狀態中的過渡金屬離子可繼續減少，同時在退化狀態中的過渡金屬離子可繼續增加。結果，SCR觸媒的NO_X 還原效能可退化，且藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原可變的困難。當內燃機在退化狀態中之過渡金屬離子的量相對大的狀態中關機時，即使SCR觸媒如上文提及的相關技術般地在次一操作開始之前受暫時加熱，在退化狀態中的大多數過渡金屬離子的離子價恢復可失敗。此係因為當在退化狀態中之過渡金屬離子的量增加時，用於此等過渡金屬離子之離子價恢復所需要的時間變得更長。　　[0005] 本發明提供一種用於包括SCR觸媒之排氣控制裝置的技術，其中含在SCR觸媒中之過渡金屬離子的離子價能受適當地恢復。　　[0006] 本發明控制加熱器使得當NO_X 不流入SCR觸媒，且SCR觸媒的溫度低於第一溫度時，將SCR觸媒加熱至第一溫度或以上並維持在該狀態達規定期間。　　[0007] 具體地說，本發明之用於內燃機的排氣控制裝置包括：設置在內燃機之排氣通道中的SCR觸媒，該SCR觸媒包括將排氣中的NO_X 與作為還原劑之NH₃ 還原的過渡金屬離子；用於偵測該SCR觸媒的溫度的偵測機構、組態成加熱該SCR觸媒的加熱器，及控制機構，其用於當NO_X 不流入SCR觸媒中，且由偵測機構偵測的溫度低於其係導致過渡金屬離子的離子價恢復展現之溫度的第一溫度時執行恢復處理，該恢復處理係控制加熱器使得SCR觸媒向上加熱至第一溫度或以上並將SCR觸媒維持在第一溫度或以上達規定期間的處理。　　[0008] 本文使用的術語「離子價恢復」係指如之前描述地經由置於退化狀態中之過渡金屬離子的重氧化將過渡金屬離子的離子價恢復至NO_X 還原所需的價。術語「第一溫度」係導致在退化狀態中之過渡金屬離子的離子價恢復展現的溫度。第一溫度高於藉由在基準狀態中的過渡金屬離子的NO_X 還原開始展現的溫度(活動溫度)。此外，術語「規定期間」係指在退化狀態中的過渡金屬離子之實質全部量的離子價恢復所需要的期間。　　[0009] 當SCR觸媒的溫度在NO_X 未流入SCR觸媒中時提昇至第一溫度或以上時，未展現藉由在基準狀態中之過渡金屬離子的NO_X 還原；而展現藉由在退化狀態中之過渡金屬離子的離子價恢復。因此，能有效地降低在退化狀態中之過渡金屬離子的量。當將SCR觸媒維持在第一溫度或以上達規定期間時，能將在退化狀態中之過渡金屬離子的實質全部量的離子價恢復。因此，當NO_X 在恢復處理結束後流入SCR觸媒中時，可能抑制SCR觸媒的NO_X 還原效能退化及藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原變困難的此種情況。　　[0010] 此處，NO_X 不流入SCR觸媒的情形可係內燃機關機的情形。然而，當從內燃機關機經過的時間變長時，SCR觸媒的溫度變得更低。因此，當企圖在內燃機關機已經過相對長的時間後將SCR觸媒加熱至第一溫度時或以上時，由加熱器消耗的能量可能增加。為避免此種情況，恢復處理可緊接在內燃機關機後執行。亦即，本發明中的控制機構能將內燃機的關機作為觸發執行恢復處理。在該情形中，因為恢復處理係在SCR觸媒係在相對高溫時執行，能將加熱器將SCR觸媒加熱至第一溫度或以上所需要的能量保持低能量。　　[0011] 取決於關機前內燃機的操作狀態，SCR觸媒在關機時可在第一溫度或以上。在該情形中，據估計在退化狀態中之過渡金屬離子的離子價恢復自動在內燃機關機前或緊接在關機後達成。因此，當SCR觸媒在內燃機停機時的溫度等於或高於第一溫度時，可禁止恢復處理的執行。然而，在上述情形中，退化狀態中之過渡金屬離子的實質全部量的離子價不必然以自動方式恢復。因此，有鑑於更可靠地降低在退化狀態中之過渡金屬離子的量(更可靠地增加在基準狀態中之過渡金屬離子的量)，如同SCR觸媒的溫度低於第一溫度時般地，當SCR觸媒在內燃機關機時的溫度係第一溫度或以上時，可執行恢復處理。然而，在內燃機關機後到SCR觸媒的溫度減少至低於第一溫度的期間中，自動地實施在退化狀態中之過渡金屬離子的離子價恢復，無需以加熱器加熱SCR觸媒(此種期間在下文中稱為「自動恢復期間」)。因此，恢復處理可在SCR觸媒在內燃機關機的溫度後減少至低於第一溫度時(當自動停止期間逾期時)執行。當恢復處理藉由此種方法執行時，可將使用加熱器將SCR觸媒維持在第一溫度或以上的期間(規定期間)界定為在自動恢復期間結束時用於在退化狀態中之過渡金屬離子的量的離子價恢復所需要的期間。規定期間的此種設定使將加熱器的能量消耗最小化，同時將在退化狀態中之過渡金屬離子的量最小化變得可能。　　[0012] 在如上文所述之恢復處理係在內燃機關機期間執行的組態中，控制機構可控制加熱器使得SCR觸媒在恢復處理執行期間的溫度變為等於或高於第一溫度並低於其係導致NH₃ 氧化展現之溫度的第二溫度。此處，當將內燃機關機時，有NH₃ 被吸附至包括在SCR觸媒中之至少部分過渡金屬離子的可能性。在此種情形中，當將SCR觸媒在恢復處理執行期間的溫度提昇至第二溫度或以上時，將吸附至過渡金屬離子的NH₃ 氧化。為處理此情況，控制加熱器使得SCR觸媒在恢復處理執行期間的溫度變為等於或高於第一溫度且低於第二溫度。此使實現在退化狀態中之過渡金屬離子的離子價恢復而無需將吸附至過渡金屬離子的NH₃ 氧化變得可能。結果，當NO_X 在內燃機的次一啟動後流入SCR觸媒中時，使使用吸附至過渡金屬離子的NH₃ 還原NO_X 流入變得可能。　　[0013] 此處，吸附至SCR觸媒之過渡金屬離子的NH₃ 傾向於在高於第一溫度且低於第二溫度之指定溫度(在下文中稱為「第三溫度」)或以上的大氣中脫附。因此，若SCR觸媒在內燃機關機當時的溫度高於第三溫度，能假設吸附至過渡金屬離子之NH₃ 的量在當時實質為零。因此，在恢復處理在內燃機關機期間執行的組態中，若在內燃機關機時藉由偵測機構偵測的溫度係第三溫度或以上，控制機構可控制加熱器使得SCR觸媒在恢復處理執行期間的溫度變為第二溫度或以上。當SCR觸媒的溫度變得更高時，每單位時間其離子價受恢復之過渡金屬離子的量傾向於更大。因此，在將SCR觸媒在恢復處理期間的溫度提昇至第二溫度或以上的情形中，相較於將溫度保持在低於第二溫度的情形，能將恢復處理的執行期間縮短。結果，即使從內燃機關機至重啟的期間甚短，恢復處理變得易於完成。　　[0014] NO_X 不流入SCR觸媒中的其他情形可包括不含有NO_X 的氣體流經SCR觸媒的情形。術語「不包括NO_X 的氣體」係指不僅完全不含NO_X 的氣體，也指包括小量NO_X 的氣體(認為實現在SCR觸媒中置於退化狀態中之過渡金屬離子的有效離子價恢復的量，該量稱為「可接受的NO_X 量」)。此種氣體流經SCR觸媒之情形的範例包括在內燃機操作期間在SCR觸媒的上游移除排氣中的NO_X 的情形，及執行內燃機之燃料關斷的情形。在內燃機操作期間在SCR觸媒上游移除NO_X 之情形的範例可包括，例如，將NSR觸媒組態成設置在排氣通道在SCR觸媒上游的部分中，且流入NSR觸媒中之排氣的空氣-燃料比係比化學計量空氣-燃料比更高的貧空氣-燃料比。本文使用的NSR觸媒係當排氣的空氣-燃料比係貧空氣-燃料比時將NO_X 儲存在排氣中的NO_X 儲存還原觸媒。當排氣的空氣-燃料比係比化學計量空氣-燃料比低的富空氣-燃料比時，在排放的同時，NSR觸媒也將所儲存的NO_X 還原。然而，當NSR觸媒的NO_X 儲存量變為相對大時，即使流入NSR觸媒之排氣的空氣-燃料比係貧空氣-燃料比，流入NSR觸媒中的NO_X 的部分傾向於穿過NSR觸媒。因此，當流入NSR觸媒中之排氣的空氣-燃料比係貧空氣-燃料比且NSR觸媒的NO_X 儲存量係指定上限或以下，可判定NO_X 係在SCR觸媒的上游移除。本文使用的術語「指定上限」係在若NSR觸媒的NO_X 儲存量超過指定上限，在上文提及之可接受NO_X 量以外的NO_X 的量能穿過NSR觸媒之假設上設定的值。　　[0015] 如先前描述的，吸附至SCR觸媒之過渡金屬離子的NH₃ 傾向於在第三溫度或以上的大氣中脫附。當恢復處理在內燃機關機期間執行時，沒有氣體在SCR觸媒中流動。因此，即使NH₃ 在恢復處理期間從過渡金屬離子脫附，脫附的NH₃ 仍停留在SCR觸媒內。當SCR觸媒在恢復處理結束後的溫度降低至低於第三溫度時，有將停留在SCR觸媒中的NH₃ 重吸附至過渡金屬離子的高可能性。因此，如先前所述，當恢復處理在內燃機關機期間執行時，可以說沒有將SCR觸媒的溫度限制成低於第三溫度的必要性。當恢復處理在不含有NO_X 之氣體流經SCR觸媒時執行時，從過渡金屬離子脫附的NH₃ 傾向於與該氣體一起從SCR觸媒排放。因此，當有氣體在SCR觸媒中流動，且NH₃ 在該狀態中從過渡金屬離子脫附時，較不可能將脫附的NH₃ 重吸附至過渡金屬離子。因此，在恢復處理在不含有NO_X 之氣體流經SCR觸媒時執行的組態中，可將SCR觸媒的溫度限制成低於第三溫度。亦即，當恢復處理在不含有NO_X 之氣體流經SCR觸媒時執行時，控制機構可控制加熱器使得SCR觸媒的溫度變為等於或高於第一溫度且低於第三溫度。根據此種組態，當包括NO_X 的氣體在恢復處理結束後流入SCR觸媒中時，NO_X 流入能使用吸附至過渡金屬離子的NH₃ 還原。　　[0016] 在恢復處理係在不含有NO_X 之氣體流經SCR觸媒時執行的組態中，當SCR觸媒在恢復處理開始時的溫度係第三溫度或以上時，能假設吸附至過渡金屬離子之NH₃ 的量實質為零。因此，若在恢復處理開始時藉由偵測機構偵測的溫度係第三溫度或以上，控制機構可控制加熱器使得SCR觸媒在恢復處理執行期間的溫度變為第二溫度或以上。即使不含有NO_X 的氣體短時間流經SCR觸媒，根據此種組態，恢復處理變得易於完成。　　[0017] 當恢復處理在不含有NO_X 的氣體流經SCR觸媒時執行時，控制機構可控制加熱器使得在流經SCR觸媒之氣體量小的情形中，相較於該氣體量大的情形，SCR觸媒的加熱量減少。在流經SCR觸媒之氣體的量小的情形中，相較於氣體之量大的情形，從SCR觸媒轉移至氣體的熱量減少。因此，當流經SCR觸媒之氣體的量小時，相較於氣體之量大的情形，可用較小的加熱量將SCR觸媒維持在第一溫度或以上。結果，能將加熱器的消耗能量控制成較低。　　[0018] 其次，根據本發明之用於內燃機的排氣控制裝置可更包括用於評估請求恢復量的評估機構，該請求恢復量係由SCR觸媒供應之過渡金屬離子之中需要離子價恢復之過渡金屬離子的量(在退化狀態中之過渡金屬離子的量)。在該情形中，評估機構可執行恢復處理使得在請求恢復量小的情形中，相較於請求恢復量大的情形，規定期間縮短。根據此種組態，能將使用加熱器加熱SCR觸媒的期間控制成儘可能短。結果，能將加熱器的消耗能量控制成儘可能低。　　[0019] 當由評估機構評估的請求恢復量低於指定臨限時，控制機構可不執行恢復處理。本文使用的術語「指定臨限」係若請求恢復量低於指定臨限，被視為小至足以允許SCR觸媒展示期望的NO_X 還原效能的值，或係被視為小至足以允許藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原的值。根據此種組態，變得可能抑制與加熱器的操作有關之消耗能量的增加，同時確保SCR觸媒的還原功能。　　[0020] 根據本發明，包括SCR觸媒的排氣控制裝置能適當地恢復包括在SCR觸媒中之過渡金屬離子的離子價。

[0022] 茲參考該等附隨圖式於下文中描述本發明的具體實施例。除非另外對其指定，須注意揭示於實施例中的組件成員的尺寸、材料、形狀、及相對配置未企圖限制本發明的技術範圍。　　[0023] ＜第一實施例＞　　首先，將參考圖1至5描述本發明的第一實施例。圖1描繪將根據本實施例之排氣控制裝置施用至其之內燃機的示意組態，及該內燃機的進氣及排氣系統。描繪於圖1中的內燃機1係使用柴油作為燃料的壓縮點火型內燃機(柴油引擎)。內燃機1可係能實施貧燃燒操作的火星塞點火型內燃機(汽油引擎)。　　[0024] 將內燃機1連接至用於循環從氣缸的內側排放之已燃燒氣體(排氣)的排氣通道2。將第一觸媒套管3設置在排氣通道2的某個中點。將第二觸媒套管4設置在排氣通道2在第一觸媒套管3的下游的部分中。　　[0025] 第一觸媒套管3將供應NSR觸媒的觸媒載體，及微粒過濾器收納在柱形套管中。當排氣的空氣-燃料比係貧空氣-燃料比時，NSR觸媒將NO_X 儲存在排氣中。當排氣的空氣-燃料比係富空氣-燃料比時，NSR觸媒排放儲存的NO_X 而導致儲存的NO_X 與排氣中的還原成分(諸如，HC及CO)反應以將儲存的NO_X 還原成N₂ 。該微粒過濾器收集含在排氣中的懸浮微粒(PM)。　　[0026] 第二觸媒套管4將供應SCR觸媒的觸媒載體收納在柱形套管中。觸媒載體係藉由，例如，以鋁為底質或沸石為底質的觸媒載體塗佈單塊式基底材料而形成，該基底材料具有蜂巢狀的橫向部。觸媒載體經由離子交換供應過渡金屬元素，諸如，Cu及Fe。如此組態的SCR觸媒吸收含在排氣中的NH₃ ，並藉由將吸收的NH₃ 使用為還原劑將排氣中的NO_X 還原成N₂ 。在本實施例中，將銅離子使用為由SCR觸媒之觸媒載體所供應的過渡金屬離子。　　[0027] 第二觸媒套管4附有用於加熱SCR觸媒的加熱器40。加熱器40係藉由將電能轉換成熱能加熱SCR觸媒的電熱型加熱器。加熱器40可係使用藉由通電產生的電磁波加熱SCR觸媒的電感加熱器。加熱器40可藉由將SCR觸媒形成為電熱型觸媒而實作。加熱器40可係以火焰加熱SCR觸媒的燃燒器。　　[0028] 將用於將係NH₃ 或NH₃ 之前驅物的添加劑加入(注入)排氣中的添加閥5設置在排氣通道2在第一觸媒套管3及第二觸媒套管4之間的部分中。經由泵50將添加閥5連接至添加劑槽51。泵50抽吸儲存在添加劑槽51中的添加劑並將抽吸的添加劑泵送至添加閥5。添加閥5將自泵50泵取的添加劑注入排氣通道2中。可將NH₃ 氣體，或尿素的水溶液、或胺甲酸銨等使用為儲存在添加劑槽51中的添加劑。在本實施例中，使用尿素水溶液。　　[0029] 當尿素水溶液從添加閥5注入時，尿素水溶液與排氣共同流入第二觸媒套管4中。在該情形中，尿素水溶液在接收排氣的熱時熱解，或藉由SCR觸媒水解。當尿素水溶液受熱解或水解時，NH₃ 產生。將如此產生的NH₃ 吸附至SCR觸媒。吸附至SCR觸媒的NH₃ 與含在排氣中的NO_X 反應，且產生N₂ 及H₂ O。　　[0030] 如此組態的內燃機1附有ECU 10。ECU 10係包括諸如CPU、ROM、RAM、及備用RAM之組件的電子控制單元。ECU 10電連接至各種感測器，諸如，第一NO_X 感測器6、第二NO_X 感測器7、排氣溫度感測器8、套管溫度感測器9、曲柄位置感測器11、踏板位置感測器12、及空氣流速計13。　　[0031] 將第一NO_X 感測器6設置排氣通道2在第一觸媒套管3及第二觸媒套管4之間的部分中，以輸出與流入第二觸媒套管4中的排氣之NO_X 濃度關聯的電信號。將第二NO_X 感測器7設置在排氣通道2在第二觸媒套管4下游的部分中，以輸出與流自第二觸媒套管4的排氣之NO_X 濃度關聯的電信號。將排氣溫度感測器8設置在排氣通道2在第二觸媒套管4下游的部分中，以輸出與流自第二觸媒套管4的排氣之溫度關聯的電信號。將套管溫度感測器9附接至第二觸媒套管4，以輸出與收納SCR觸媒之套管的溫度關聯的電信號。　　[0032] 曲柄位置感測器11輸出與內燃機1之輸出軸(曲柄軸)的旋轉位置關聯的電信號。踏板位置感測器12輸出與踏板之操作量(踏板操作量)關聯的電信號。空氣流速計13輸出以抽吸至內燃機1中之空氣的量(質量)關聯的電信號。　　[0033] ECU 10不僅與附接至內燃機1的各種設備(例如，燃料注入閥等)電連接，也電連接至上述組件成員，諸如，添加閥5、加熱器40、及泵50。ECU 10基於先前描述之各種感測器的輸出信號電控制內燃機1的各種設備及組件成員，諸如，添加閥5、加熱器40、及泵50。例如，ECU 10執行已建立控制，諸如，根據內燃機1的引擎負載及引擎速度控制燃料注入閥之注入量及注入時序的燃料注入控制，及導致添加劑從添加閥5間歇注入的添加控制。另外，ECU 10執行SCR觸媒的恢復處理。本文陳述之恢復處理係用於將包括在SCR觸媒中之銅離子的離子價恢復至NO_X 還原所需之價的處理。本實施例中的恢復處理將於下文描述。　　[0034] 首先，將參考圖2描述SCR觸媒中的NO_X 還原反應。圖2示意地描繪用於其之描述的NO_X 還原反應。SCR觸媒中的NO_X 還原反應在由觸媒載體供應的銅離子上發生。考慮將NO_X 還原反應示意地分為四個步驟(a)至(d)。首先，在步驟(a)中，將NH₃ 吸附至其離子價係NO_X 還原所需之值(2+)的銅離子(Cu²⁺ )。其次，在步驟(b)中，將NO_X (NO)吸附至該銅離子。結果，在步驟(c)中，導致NH₃ 與NO之間的反應，使得N₂ 及H₂ O產生且銅離子的離子價減少至1+。當銅離子的離子價減少至1+時，銅離子的NO_X 還原能力退化(退化狀態)。然而，將在步驟(c)中產生的氫離子H+吸附至在退化狀態中的銅離子C⁺ 。當在步驟(d)中將氧(1/4O₂ )及NO₂ 供應至在此狀態中的銅離子C⁺ 時，銅離子C⁺ 重氧化。當銅離子重氧化時，銅離子的離子價恢復至其係用於NO_X 還原所需之值的2+(基準狀態)。因此，從步驟(a)開始的反應能循序地再度繼續，使得能實現藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原。　　[0035] 為了以此方式在SCR觸媒中實作連續NO_X 還原，認為必需在步驟(d)中恢復銅離子C⁺ 的價(C⁺ → Cu²⁺ )。然而，置於退化狀態中之銅離子的離子價恢復係在其溫度等於或高於藉由在基準狀態中之銅離子的NO_X 還原開始展現之溫度(活性溫度)的大氣中展現，該大氣含有NO₂ 及O₂ 。因此，取決於內燃機1的操作裝置，在基準狀態中之銅離子的NO_X 還原展現但在退化狀態中之銅離子的離子價恢復不展現的狀態可繼續。例如，當內燃機1的低負載操作繼續，或流入SCR觸媒中之排氣繼續以具有等於或低於化學計量空氣-燃料比的空氣-燃料比時，有在基準狀態中之銅離子的NO_X 還原展現但在退化狀態中之銅離子的離子價恢復不展現之狀態繼續的高可能性。當內燃機1緊接在此種狀態繼續後關機時，內燃機1的次一操作係在基準狀態中之銅離子的量小的狀態中開始。結果，緊接在內燃機1啟動後，SCR觸媒的NO_X 還原效能可退化，且藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原可變的困難。　　[0036] 因此，在本實施例中，當NO_X 不流入SCR觸媒中且O₂ 存在於第二觸媒套管4中時，恢復處理係藉由用於控制加熱器40使得SCR觸媒的溫度加熱至第一溫度或以上，並將該溫度維持規定期間的方法執行。如前文所述，本文陳述的第一溫度係導致在退化狀態中之銅離子的離子價恢復展現的溫度，該溫度(例如，200℃或更高)高於藉由在基準狀態中之銅離子的NO_X 還原開始展現的溫度(例如，150℃或更高)。規定期間係用於實施在退化狀態中之實質全部銅離子的離子價恢復所需要的期間。用於設定規定期間的方法將於稍後描述。　　[0037] 此處，NO_X 不流入SCR觸媒的情形可係內燃機在關機狀態的情形。然而，當恢復處理企圖在自內燃機1關機已經過相對長的時間後執行時，加熱器40的功率消耗可增加。此係因為SCR觸媒的溫度隨內燃機1之關機的經過時間變得更長而減少；其導致將SCR觸媒的溫度提昇至第一溫度或以上所需的加熱量上的增加。因此，在本實施例中，恢復處理緊接在內燃機1的關機之後，亦即，藉由將內燃機1的關機使用為觸發，當SCR觸媒在相對高溫時執行。　　[0038] 此處，將參考圖3描述用於執行恢復處理的方法。圖3描繪當內燃機1關機時，流入SCR觸媒中之NO_X 的量(NO_X 流入量)、SCR觸媒的溫度、加熱器40的操作狀態、及計數器的暫時變化。圖3中的術語「計數器」係指用於將在內燃機1關機後評估其離子價將於每單位時間恢復之銅離子的量積分的計數器。術語「協定值」係指與當內燃機1關機時經評估將置於退化狀態中之銅離子的量對應的值。在本實施例中，協定值係藉由假設當內燃機1關機時將最大量的銅離子置於退化狀態中的情形而設定。此種協定值係從實驗、或模擬等的結果統計地得到。　　[0039] 如圖3中所描繪的，當內燃機1關機時(圖3中的t1)，將流入SCR觸媒中的NO_X 量(NO_X 流入量)設定成「零」。因此，ECU 10操作(導通)加熱器40以加熱SCR觸媒。此時，因為SCR觸媒的溫度相對高，能使用比SCR觸媒在冷態中的情形更小的加熱量將SCR觸媒加熱至第一溫度或以上。一旦SCR觸媒的溫度到達第一溫度(圖3中的t2)，在退化狀態中之銅離子的離子價恢復開始展現。在此情形中，因為NO_X 流入量係「零」，不展現與藉由在基準狀態中之銅離子的NO_X 還原有關的離子價上的減少。結果，能有效地降低置於退化狀態中之銅離子的量。當SCR觸媒的溫度到達第一溫度，且因此在退化狀態中之銅離子的離子價恢復開始展現時，ECU 10開始使用計數器積分銅離子的量。此處，當SCR觸媒的溫度變得更高時，每單位時間其離子價受恢復之銅離子的量變得更大。因此，當SCR觸媒的溫度變得更高時，每單位時間計數器更新量增加的更多。　　[0040] 當加熱器40加熱SCR觸媒且因此SCR觸媒的溫度到達等於或高於第一溫度的目標溫度Ttrg時(圖3中的t3)，ECU 10控制加熱器40使得SCR觸媒的溫度維持在目標溫度Ttrg。本文陳述的目標溫度Ttrg係鑒於功率消耗與離子價恢復率之間的平衡等決定的溫度。當將內燃機1關機時，有將NH₃ 吸附至含在SCR觸媒中之至少部分銅離子的可能性。因此，當SCR觸媒的溫度在恢復處理執行期間過度上昇時，吸附至銅離子的NH₃ 可脫附或氧化。然而，當沒有氣體流入SCR觸媒中時，如同內燃機1關機後的情形，即使吸附至銅離子的NH₃ 從銅離子脫附，其停留在SCR觸媒中。因此，當SCR觸媒的溫度下降時，有脫附的NH₃ 重吸附至銅離子的高可能性。因此，可以說沒有將目標溫度Ttrg限制成低於NH₃ 開始脫附之溫度的必要性。然而，當將SCR觸媒的溫度提昇至NH₃ 開始脫附之溫度以上的溫度時，吸附至銅離子的NH₃ 可氧化。因此，將目標溫度Ttrg限制成低於NH₃ 的氧化開始展現的溫度(第二溫度)。當目標溫度Ttrg以此方式設定時，能實現在退化狀態中之銅離子的離子價恢復，而不需要吸附至銅離子之NH₃ 的氧化。結果，當NO_X 在內燃機1的次一啟動後流入SCR觸媒中時，使使用吸附至銅離子的NH₃ 還原NO_X 流入變得可能。　　[0041] 再度參考圖3，當計數器值到達協定值時(圖3中的t4)，ECU 10停止(關斷)加熱器40，同時將計數器值重設成「零」。此情形中的規定期間係圖3中從t2至t4的期間。亦即，此情形中的規定期間係恢復假設在內燃機1停機當時置於退化狀態中的銅離子之實質全部量的離子價所需要的期間。　　[0042] 本描述已參考圖3提供當SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度低於第一溫度時用於執行恢復處理的方法。然而，SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度可等於或高於第一溫度。在此種情形中，據估計在退化狀態中之銅離子的離子價恢復自動在內燃機1關機前或緊接在關機後達成。因此，當SCR觸媒在內燃機1停機時的溫度等於或高於第一溫度時，可禁止恢復處理的執行。根據此種方法，變得可能抑制歸因於恢復處理的執行而在加熱器40之功率消耗上的增加。然而，即使在上述情形中，置於退化狀態中之銅離子的實質全部量的離子價恢復不必然自動實施。結果，SCR觸媒在內燃機1下一次啟始之後的NO_X 還原效能可不係期望效能。因此，有鑑於更可靠地在內燃機1下一次啟始之後達成SCR觸媒的期望NO_X 還原效能，即使在SCR觸媒在內燃機關機時的溫度係第一溫度或以上的情形中，如同SCR觸媒在內燃機關機時的溫度低於第一溫度的情形，恢復處理可在將對應於協定值之銅離子的量置於退化狀態中的假設上執行。在該情形中，恢復處理可在SCR觸媒在內燃機關機後的溫度減少至低於第一溫度時執行。　　[0043] 此處，將參考圖4描述在SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度等於或高於第一溫度的情形中用於執行恢復處理的方法。如圖4中所描繪的，當SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度等於或高於第一溫度時，無需在從當內燃機1關機時的時間點(圖4中的t1)至當SCR觸媒的溫度減少至低於第一溫度時的時間點(圖4中的t2')的期間(自動恢復期間)使用加熱器40加熱SCR觸媒，自動地實施在退化狀態中之銅離子的離子價恢復。因此，當內燃機1關機時，ECU 10不操作加熱器40而開始使用計數器積分銅離子的量。然後，當SCR觸媒的溫度變為低於第一溫度時(圖4中的t2')，ECU 10操作(導通)加熱器40。當加熱器40加熱SCR觸媒且因此SCR觸媒的溫度到達目標溫度Ttrg時(圖3中的t4)，ECU 10控制加熱器40使得SCR觸媒的溫度維持在目標溫度Ttrg。當計數器值到達協定值時(圖4中的t4)，ECU 10停止(關斷)加熱器40，同時將計數器值重設成「零」。此情形中的規定期間係圖4中從t2'至t4的期間。亦即，此情形中的規定期間係恢復假設在自動恢復期間結束時置於退化狀態中的銅離子之量的離子價所需要的期間(藉由從假設在內燃機1關機時置於退化狀態中之銅離子的量減去其離子價在該自動恢復期間中恢復之銅離子的量而得到的量)。　　[0044] 如圖3及4中所描繪的，當恢復處理緊接在內燃機1關機後執行時，能實施在退化狀態中的銅離子之實質全部量的離子價恢復，同時使加熱器40的功率消耗保持儘可能地低。因為恢復處理係在NO_X 不流入SCR觸媒中時執行，也能有效地實施置於退化狀態中之銅離子的離子價恢復。此外，因為將SCR觸媒在恢復處理期間的溫度限制成低於第二溫度，能實施在退化狀態中之銅離子的離子價恢復而不需要將吸附至銅離子的NH₃ 氧化。因此在內燃機1的下一次啟始之後，可能抑制SCR觸媒的NO_X 還原效能退化或藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原變得困難的此種情況。　　[0045] 在下文中，將參考圖5描述本實施例中之恢復處理的執行程序。圖5係描繪當實施恢復處理時由ECU 10執行之處理常式的流程圖。將該處理常式預儲存在儲存設備中，諸如，ECU 10的ROM，並以內燃機1的關機作為觸發執行。本文使用的內燃機1的關機係在將未描繪之點火開關從開切換至關的條件下決定。在實施所謂的停止-啟始控制的組態中，其中內燃機1在車輛停止時自動地關機及重啟，當內燃機1自動地停止時，可將內燃機1判定成關機。在不僅包括內燃機1也包括作為車輛之馬達的電動馬達等的所謂的混合車輛中，當內燃機1自動地停止以僅使用電動馬達驅動車輛時，可將內燃機1判定為關機。　　[0046] 在圖5的處理常式中，ECU 10首先在S101的處理中決定內燃機1的啟始請求是否產生。當在S101的處理中產生正判定時，ECU 10前進至S102的處理。在S102的處理中，ECU 10偵測SCR觸媒的溫度Tscr。當S102的處理在內燃機1關機後第一次執行時，可讀取緊接在內燃機1關機之前的SCR觸媒的溫度Tscr。排氣緊接在內燃機1關機之前循環通過SCR觸媒，且因此SCR觸媒的熱傾向於輻射至排氣。因此，將SCR觸媒的溫度Tscr視為與流自SCR觸媒之排氣的溫度關聯。因此，可將從排氣溫度感測器8的量測值計算之SCR觸媒的溫度Tscr儲存在儲存設備中，諸如，ECU 10的備用RAM。當S102的處理在內燃機1關機後執行第二次或更多次時，ECU 10基於套管溫度感測器9的量測值計算SCR觸媒的溫度Tscr。此係因為將SCR觸媒的溫度視為比排氣溫度感測器8的量測值更關聯於套管溫度感測器9的量測值，因為當SCR觸媒中沒有氣體循環時，SCR觸媒的熱傾向於幅射至套管。在第二觸媒套管4配備有直接量測SCR觸媒之溫度的感測器的組態中，該感測器的量測值可在上述任一情形中使用。　　[0047] 在S103的處理中，ECU 10決定在S102的處理中偵測之SCR觸媒的溫度Tscr是否等於或高於第一溫度T1。第一溫度T1係如先前描述之導致在退化狀態中之銅離子的離子價恢復展現的溫度。　　[0048] 當在S103的處理中產生負判定時，ECU 10前進至S108的處理。當S108的處理在內燃機1關機後執行第一次時，ECU 10藉由開始供應驅動電力至加熱器40操作(導通)加熱器40。當S108的處理執行第二次或更多次時，加熱器40已在操作狀態中。因此，ECU 10可藉由連續供應驅動電力至加熱器40而維持加熱器40的操作狀態。在S108的處理執行後，ECU 10返回至S101的處理。在此情形中，若內燃機1的重啟請求產生，其指示在S101的處理中產生正判定。因此，ECU 10前進至停止(關斷)加熱器40之S106的處理。其次，ECU 10將計數器值C重設成「零」，並終止本處理常式的執行。　　[0049] 當SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度Tscr等於或高於第一溫度T1時，或當藉由加熱器40之操作將SCR觸媒的溫度Tscr提昇至第一溫度T1或以上時，在S103的處理中產生正判定。在該情形中，在SCR觸媒中展現在退化狀態中之銅離子的離子價恢復。因此，當在S103的處理中產生正判定時，ECU 10前進至S104的處理並更新計數器的值C。如圖3之描述中所陳述的，因為在內燃機1關機後SCR觸媒的溫度變為等於或高於第一溫度T1，將計數器組態成計數其離子價受恢復之銅離子的積分量。如先前描述的，當SCR觸媒的溫度Tscr變得更高時，計數器值C在S104之處理中的更新量變得更大。　　[0050] 在S105的處理中，ECU 10決定在S104之處理中更新的計數器值C是否等於或高於協定值Cs。如先前所述，協定值Cs係對應於在內燃機1關機當時置於退化狀態中之銅離子的量的值。協定值Cs係藉由假設在內燃機1關機的當時將最大量的銅離子置於退化狀態中的情形而設定。當在S105的處理中產生負判定時，將SCR觸媒中在退化狀態中的銅離子的離子價恢復視為不完全。因此，ECU 10前進至S109的處理。　　[0051] 在S109的處理中，ECU 10決定在S102的處理中偵測之SCR觸媒的溫度Tscr是否等於或高於指定上限溫度Tmax。本文使用的指定上限溫度Tmax係高於第一溫度T1並低於第二溫度(NH₃ 的氧化溫度)的溫度。例如，指定上限溫度Tmax係藉由從第二溫度減去指定容限而得到的溫度。　　[0052] 當在S109的處理中產生正判定時，ECU 10前進至S110的處理。在此情形中，當加熱器40在操作狀態中時，ECU 10停止加熱器40以抑制SCR觸媒加熱至第二溫度或以上。當加熱器40已在停止狀態中時，ECU 10將加熱器40維持在停止狀態。　　[0053] 當在S109的處理中產生負判定時，或在S110的處理執行之後，ECU 10返回至S101的處理。　　[0054] 當在S105的處理中產生正判定時，能將SCR觸媒中在退化狀態中之銅離子的實質全部量的離子價恢復視為完全。結果，ECU 10前進至停止(關斷)加熱器40之S106的處理。其次，ECU 10前進至S107的處理，其中將計數器值C重設成「零」，並終止本處理常式的執行。　　[0055] 此處，當ECU 10執行S102的處理時，實作根據本發明的「偵測機構」。當ECU 10執行S103至S110的處理時；實作根據本發明的「控制機構」。　　[0056] 當恢復處理沿著上文描述的程序執行時，在加熱器40的功率消耗能保持低消耗的同時，能在SCR觸媒中實施置於退化狀態中之銅離子的有效離子價恢復。結果，在內燃機1的下一次啟始之後，使抑制SCR觸媒的NO_X 還原效能退化或藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原變得困難的此種情況變得可能。　　[0057] 在本實施例中，將加熱器40控制成使得SCR觸媒在恢復處理期間的溫度不到達第二溫度或以上。然而，當SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度等於或高於NH₃ 開始脫附的溫度(第三溫度)時，SCR觸媒在恢復處理期間的溫度可提昇至第二溫度或以上。此係因為若SCR觸媒在內燃機1關機時的溫度高於第三溫度，能假設吸附至銅離子的NH₃ 的量實質為零。當將SCR觸媒在恢復處理期間的溫度提昇至第二溫度或以上時，能更縮短恢復處理的執行期間。結果，變得易於在重啟請求產生之前完成恢復處理。　　[0058] ＜第一實施例的修改＞　　在上文描述的第一實施例中，已提供在內燃機1關機當時置於退化狀態中之銅離子的量係預定固定量(上文提及的協定值)的假設上執行恢復處理之範例的描述。然而，可評估在內燃機1關機當時置於退化狀態中之銅離子的量(請求恢復量)，且恢復處理可基於請求恢復量執行。　　[0059] 在本修改中，當評估上文提及的請求恢復量時，在內燃機1的操作期間適當地評估在退化狀態中之銅離子的量。更具體地說，在退化狀態中之銅離子的量係藉由積分每單位時間從基準狀態移至退化狀態之銅離子的量與每單位時間從退化狀態移至基準狀態之銅離子的量之間的差而得到。此處，沿著圖6提供計算內燃機1操作期間在退化狀態中之銅離子的量之程序的描述。圖6係描繪當計算在退化狀態中之銅離子的量時由ECU 10執行之處理常式的流程圖。其預儲存在儲存設備，諸如，ECU 10的ROM，中的處理常式在內燃機1的操作期間週期地執行(例如，當點火開關在導通狀態中時)。　　[0060] 在圖6的處理常式中，首先在S201的處理中，ECU 10取得SCR觸媒的溫度Tscr、每單位時間流入SCR觸媒中之O₂ 的量Ao2(O₂ 流入量)、每單位時間流入SCR觸媒中之NO_X 的量Anox(NO_X 流入量)、及每單位時間流入SCR觸媒中之NO₂ 的量Ano2(NO₂ 流入量)。此處，如先前所述，基於排氣溫度感測器8的量測值計算SCR觸媒的溫度Tscr。O₂ 流入量Ao2係基於收納在第一觸媒套管3中之NSR觸媒的溫度並基於內燃機1的操作條件(例如，進氣量、燃料注入量、引擎速度、引擎溫度等)計算。O₂ 濃度感測器可附接至排氣通道2在第一觸媒套管3與第二觸媒套管4之間的部分以基於O₂ 濃度感測器的量測值及排氣流動率(例如，進氣量及燃料注入量的和)計算O₂ 流入量Ao2。NO_X 流入量Anox係基於第一NO_X 感測器6的量測值及排氣流動率計算。NO₂ 流入量Ano2係基於流入SCR觸媒中之NO_X 的NO₂ /NO比率並基於NO_X 流入量Anox計算。例如，流入SCR觸媒中之NO_X 的NO₂ /NO比率係將NSR觸媒的溫度及內燃機1的操作條件(引擎速度、引擎負載等)使用為參數而評估。　　[0061] 在S202的處理中，ECU 10計算每單位時間從退化狀態移至基準狀態之銅離子的量(恢復離子量)Acu²⁺ 。如先前描述的，當SCR觸媒的溫度等於或高於第一溫度，且O₂ 或NO₂ 存在於SCR觸媒中時，退化狀態中之銅離子的離子價恢復展現。因此，可以說恢復離子量Acu²⁺ 與SCR觸媒的溫度Tscr、O₂ 流入量Ao2、及NO₂ 流入量Ano2關聯。在本修改中，關聯資料係基於實驗或模擬的結果得到，並將得到的關聯資料儲存為圖。在S202的處理中，ECU 10將在S201的處理中取得之SCR觸媒的溫度Tscr、O₂ 流入量Ao2、及NO₂ 流入量Ano2使用為引數藉由存取該圖而導出恢復離子量Acu²⁺ 。　　[0062] 在S203的處理中，ECU 10計算每單位時間從基準狀態移至退化狀態之銅離子的量(退化離子量)Acu⁺ 。當SCR觸媒的溫度Tscr等於或高於活動溫度，且NO_X 流入SCR觸媒中時，藉由在基準狀態中之銅離子Cu²⁺ 的NO_X 還原展現。因此，可以說退化離子量Acu⁺ 與SCR觸媒的溫度Tscr及NO_X 流入量Anox關聯。在本修改中，關聯資料係基於實驗或模擬的結果得到，並將得到的關聯資料儲存為圖。在S203的處理中，ECU 10藉由將在S201的處理中取得之SCR觸媒的溫度Tscr及NO₂ 流入量Anox使用為引數藉由存取該圖而導出退化離子量Acu⁺ 。　　[0063] 在S204的處理中，ECU 10藉由從在步驟S203之處理中計算的退化離子量Acu⁺ 減去在步驟S202之處理中計算之恢復離子量Acu²⁺ 計算每單位時間在退化狀態中的銅離子之量上的差異ΔAcu⁺ (=Acu⁺ - Acu²⁺⁾ 。此處，當退化離子量Acu⁺ 大於恢復離子量Acu²⁺ 時，差異ΔAcu⁺ 變為正值。當恢復離子量Acu²⁺ 大於退化離子量Acu⁺ 時，差異ΔAcu⁺ 變為負值。　　[0064] 在S205的處理中，計算此時之置於退化狀態中之銅離子的量ΣAcu⁺ 。具體地說，ECU 10藉由將在S204的處理中計算之差異ΔAcu⁺ 加至置於退化狀態中之銅離子的量的先前值ΣAcu⁺ old計算此時置於退化狀態中之銅離子的量ΣAcu⁺ 。將如此計算之銅離子的量ΣAcu⁺ 儲存在能在內燃機1關機後保持資料的後備RAM中。　　[0065] 其次，將參考圖7描述本修改中之恢復處理的執行程序。圖7係描繪當執行恢復處理時由ECU 10執行之處理常式的流程圖。如同先前描述之圖5的處理常式，該處理常式以內燃機1的關機作為觸發而執行。以相似的參考符號指定與圖5之處理常式中的處理步驟相似之圖7中的處理步驟。在圖7的處理常式中，S301至S303的處理係在圖5之處理常式中之S101的處理之前執行。在圖7的處理常式中，以S304至S305的處理取代圖5之處理常式中之S105的處理。　　[0066] 首先，在S301的處理中，ECU 10緊接在內燃機1的關機之後從備用RAM讀取在圖6之處理常式中計算的值ΣAcu⁺ 。值ΣAcu⁺ 對應於在內燃機1關機時置於退化狀態中之銅離子的量(請求恢復量)。　　[0067] 在S302的處理中，ECU 10決定在S301之處理中讀取的請求恢復量ΣAcu⁺ 是否等於或高於指定臨限Athre。本文使用的指定臨限Athre係在當內燃機1重啟而將低於指定臨限Athre的銅離子置於退化狀態中時，SCR觸媒能提供期望或更高的NO_X 還原效能之假設上設定的量，或在能實施藉由SCR觸媒之連續NO_X 還原的假設上設定的量。當在S302的處理中產生負判定時，ECU 10循序執行S106及S107的處理，並結止本處理常式的執行。亦即，當在S302的處理中產生負判定時，不執行恢復處理。當在S302的處理中產生正判定時，ECU 10前進至S303的處理。　　[0068] 在S303的處理中，ECU 10將在S301的處理中讀取的請求恢復量ΣAcu⁺ 使用為參數設定在稍後描述之S304的處理中使用的協定值Cs'。具體地說，ECU 10將協定值Cs'設定成等同於請求恢復量ΣAcu⁺ 的值。替代地，可將協定值Cs'設定成藉由從請求恢復量ΣAcu⁺ 減去指定臨限Athre而得到的值。　　[0069] ECU 10在S303的處理執行後循序執行S101至S103的處理。在此情形中，當在S103的處理中產生正判定時，ECU 10循序地執行S104的處理及S304的處理。在S304的處理中，ECU 10決定計數器值C是否等於或高於在S303之處理中設定的協定值Cs'。當在S304的處理中產生正判定時，ECU 10前進至S305的處理。在S305的處理中，ECU 10將儲存在備用RAM中的值ΣAcu⁺ 重設成「零」。然後，ECU 10循序地執行S106的處理及S107的處理，使得恢復處理終止。　　[0070] 當恢復處理沿著此種程序執行時，根據內燃機1關機當時置於退化狀態中之銅離子的量(請求恢復量)ΣAcu⁺ 改變加熱器40將SCR觸媒維持在第一溫度T1或以上的期間(規定期間)。亦即，在請求恢復量ΣAcu⁺ 小的情形中，相較於請求恢復量ΣAcu⁺ 大的情形，將規定期間縮短。結果，變得可能實現置於退化狀態中之銅離子的離子價恢復，同時將加熱器40的功率消耗維持在必要最小值。當請求恢復量ΣAcu⁺ 低於指定臨限Athre時，恢復處理不執行。因此，也能抑制加熱器40的不必要操作。　　[0071] ＜第二實施例＞　　現在，將參考圖8至10描述本發明的第二實施例。此處，將描述與第一實施例中描述之組態態樣不同的組態態樣，同時省略相似組態態樣的描述。在上文陳述的第一實施例中，將內燃機1關機的情形使用為NO_X 不流入SCR觸媒中之情形的範例。在本實施例中，將不含NO_X 之氣體流入SCR觸媒中的情形使用為範例。本文使用之不含NO_X 的氣體可不僅包括完全不含NO_X 的氣體，也包括含有可接受的NO_X 之量的氣體(該量視為小至足以允許SCR觸媒中置於退化狀態中之過渡金屬離子的有效離子價恢復)。　　[0072] 不含NO_X 的氣體流入SCR觸媒中之情形的範例包括將在內燃機1操作期間從內燃機1排放之NO_X 的實質全部量儲存在第一觸媒套管3中的NSR觸媒中的情形，及執行燃料關斷處理的情形。將從內燃機1放排之NO_X 的實質全部量儲存在NSR觸媒中的情形可係流入NSR觸媒中之空氣-燃料比係貧空氣-燃料比的情形。然而，即使流入NSR觸媒中的排氣具有貧空氣-燃料比，若NSR觸媒的NO_X 儲存量相對大，流入NSR觸媒中的NO_X 部分傾向於穿過NSR觸媒。因此，在本實施例中，當NSR觸媒的NO_X 儲存量等於或低於指定上限，且流入NSR觸媒中之排氣的空氣-燃料比係貧空氣-燃料比時，決定不含NO_X 的氣體流入SCR觸媒中。本文使用的術語「指定上限」係在若NSR觸媒的NO_X 儲存量超過指定上限，在上文提及之可接受NO_X 量以外的NO_X 的量能穿過NSR觸媒之假設上設定的值。此種指定上限係基於實驗或模擬的結果預定。　　[0073] 現在，當恢復處理係在不含NO_X 的氣體流經SCR觸媒時執行時，吸附至銅離子的NH₃ 可脫附並連同氣體從SCR觸媒流出。此處，將SCR觸媒的溫度、每單位時間離子價恢復之銅離子的量(離子價恢復率)、每單位時間從銅離子脫附之NH₃ 的量(脫附率)、及每單位時間氧化之NH₃ 的量(氧化率)之中的關係描繪在圖8中。圖8中的實線代表銅離子的離子價恢復率。圖8中的點虛線代表NH₃ 的氧化率。圖8中的雙點鏈線代表NH₃ 的脫附率。　　[0074] 如圖8所描繪的，當SCR觸媒的溫度變為T3(第三溫度)或以上時，吸附至銅離子之NH₃ 的脫附開始展現。第三溫度T3高於在退化狀態中之銅離子的離子價恢復開始展現的溫度(第一溫度)T1，並低於NH₃ 開始氧化的溫度(第二溫度)T2。因此，如上文提及的第一實施例，即使將SCR觸媒在恢復處理期間的溫度限制成低於第二溫度T2，SCR觸媒的溫度可變為第三溫度T3或以上。當SCR觸媒的溫度在不含NO_X 之氣體流經SCR觸媒時變為第三溫度T3或以上時，從銅離子脫附的NH₃ 傾向於與氣體從SCR觸媒流出。因此，即使SCR觸媒的溫度在價恢復處理終止後減少至第三溫度T3或以下，不太可能將脫附的NH₃ 重吸附至銅離子。　　[0075] 因此，在本實施例的恢復處理中，將SCR觸媒的溫度限制成低於第三溫度T3。當將SCR觸媒在恢復處理期間的溫度限制成低於第三溫度時，可能抑制在恢復處理開始時吸附至銅離子之NH₃ 脫附並從SCR觸媒流出的情況。結果，當含NO_X 的氣體在恢復處理結束後流入SCR觸媒中時，變得可能使用吸附的NH₃ 將排氣中的NO_X 還原。　　[0076] 在下文中，將參考圖9描述本實施例中之恢復處理的執行程序。圖9係描繪當執行恢復處理時由ECU 10執行之處理常式的流程圖。此處，恢復處理係在恢復處理開始時置於退化狀態中之銅離子的量係與第一實施例中的協定值相似之協定值(在置於退化狀態中之銅離子的最大量之假設上設定的值)的假設上執行。以相似的參考符號指定與圖5之處理常式中的處理步驟相似之圖9中的處理步驟。在圖9的處理常式中，以S401的處理取代圖5之處理常式中之S101的處理。此外，在圖9的處理常式中，以S402的處理取代圖5之處理常式中之S109的處理。　　[0077] 首先，在S401的處理中，ECU 10決定恢復條件是否獲滿足。具體地說，若NSR觸媒的NO_X 儲存量低於指定上限，且流入NSR觸媒中之排氣的空氣-燃料比係貧空氣-燃料比，ECU 10決定恢復條件獲滿足。當內燃機1的燃料關斷處理在執行期間時，ECU 10也決定恢復條件獲滿足。　　[0078] 當在S401的處理中產生正判定時，ECU 10執行S102的處理並向前。當在S103的處理中產生負判定時，ECU 10執行S108的處理。在本實施例中，當加熱器40在S108的處理中操作時，可根據流經SCR觸媒之氣體的量調節加熱器40的通電量。亦即，在流經SCR觸媒之氣體的量小的情形中，相較於流經SCR觸媒之氣體的量大的情形，可減少加熱器40的通電量。此係因為在流經SCR觸媒之氣體的量小的情形中，相較於流經SCR觸媒之氣體的量大的情形，從SCR觸媒輻射至氣體的熱量減少，使得SCR觸媒能以較小的通電量加熱。當S108之處理的執行結束時，ECU 10返回至S401的處理。　　[0079] 當在S105之處理中產生負判定時，ECU 10前進至在其中決定SCR觸媒的溫度Tscr是否等於或高於指定上限溫度Tmax'之S402的處理。本文使用的指定上限溫度Tmax'係藉由從第三溫度T3減去指定容限而得到的溫度。當在S402的處理中產生正判定時，ECU 10在S110的處理中停止(關斷)加熱器40以抑制SCR觸媒的溫度Tscr增加至第三溫度T3或以上。當S110之處理的執行終止時，ECU 10返回至S402的處理。當在S402的處理中產生負判定時，ECU 10跳過S110的處理並返回至S401的處理。　　[0080] 當恢復處理在此種程序中執行時，即使氣體流經SCR觸媒，能實施在退化狀態中之銅離子的離子價恢復。根據上文陳述的程序，變得可能在一個行程期間將恢復處理實施二或多次。結果，易於將在退化狀態中之銅離子的量維持為小量。結果，變得易於將SCR觸媒的NO_X 還原效能維持在期望效能或更高，以實作藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原。　　[0081] 在本實施例中，將加熱器40控制成使得SCR觸媒在恢復處理期間的溫度不到達第三溫度或以上。然而，當SCR觸媒在恢復處理開始當時的溫度係第三溫度或以上時，能將吸附至過渡金屬離子之NH₃ 的量視為實質零。因此，可將SCR觸媒在恢復處理期間的溫度提昇至第二溫度或以上，第二溫度高於第三溫度。在該情形中，能更縮短恢復處理的執行期間。結果，即使在相對短的期間中，諸如，在燃料關斷處理中，能更可靠地降低在退化狀態中之銅離子的量。　　[0082] 再者，緊接在流入NSR觸媒中之排氣的空氣-燃料比從富空氣-燃料比切換至貧空氣-燃料比之後，諸如，緊接在其係用於消除NSR觸媒的硫毒化之處理的S再生結束之後，及緊接在其係用於還原及移除儲存在NSR觸媒中的NO_X 之處理的富燃料供應處理結束之後，由於NSR觸媒的氧儲存能力(OSC)將排氣中的O₂ 儲存在NSR觸媒中。結果，流入SCR觸媒中之排氣的空氣-燃料比可變為在化學空氣-燃料比附近的空氣-燃料比。當恢復處理係在此種環境下實施時，用於置於退化狀態中的銅離子之恢復處理所需的O₂ 短缺，其可使有效地恢復置於退化狀態中之銅離子的離子價變得困難。因此，緊接在將流入NSR觸媒中之排氣的空氣-燃料比從富空氣-燃料比切換至貧空氣-燃料比之後，諸如，緊接在S再生結束之後及緊接在富燃料供應處理結束之後，可禁止恢復處理的執行。　　[0083] ＜第二實施例的修改＞　　在上文描述的第二實施例中，已提供在恢復條件獲滿足當時在退化狀態中之銅離子的量係預定固定量(協定值)的假設上執行恢復處理之範例的描述。然而，恢復處理可基於在恢復條件獲滿足當時置於退化狀態中之銅離子的量(請求恢復量)執行。　　[0084] 在下文中，將參考圖10描述本修改中之恢復處理的執行程序。圖10係描繪當執行恢復處理時由ECU 10執行之處理常式的流程圖。以相似的參考符號指定與圖9之處理常式中的處理步驟相似之圖10中的處理步驟。在圖10的處理常式中，S501至S503的處理係在圖9之處理常式中之S401的處理之前執行。在圖10的處理常式中，以S504至S505的處理取代圖9之處理常式中之S105的處理。　　[0085] 首先在S501的處理中，ECU 10讀取當時置於退化狀態中之銅離子的量(請求恢復量)ΣAcu⁺ 。當執行與先前描述之圖6的處理常式相似的處理時，將請求恢復量ΣAcu⁺ 儲存在備用RAM中。　　[0086] 在S502的處理中，ECU 10決定在S501之處理中讀取的請求恢復量ΣAcu⁺ 是否等於或高於指定臨限Athre'。本文使用的指定臨限Athre'係在即使NO_X 在將少於指定臨限Athre'之銅離子的量置於退化狀態中時流入SCR觸媒中，SCR觸媒的NO_X 還原效能變為期望效能或更高，並實現藉由SCR觸媒的連續NO_X 還原的假設上提供的量。當在S502的處理中產生負判定時，ECU 10循序執行S106及S107的處理，並結止本處理常式的執行。亦即，當在S502的處理中產生負判定時，不執行恢復處理。當在S502的處理中產生正判定時，ECU 10前進至S503的處理。　　[0087] 在S503的處理中，ECU 10將在S501的處理中讀取的請求恢復量ΣAcu⁺ 使用為參數設定在稍後描述之S504的處理中使用的協定值Cs'。具體地說，ECU 10將協定值Cs'設定成等同於請求恢復量ΣAcu⁺ 的值。替代地，可將協定值Cs'設定成藉由從請求恢復量ΣAcu⁺ 減去指定臨限Athre'而得到的值。　　[0088] ECU 10在S503的處理執行後循序執行S401、S102、S103的處理。在此情形中，當在S103的處理中產生正判定時，ECU 10循序地執行S104的處理及S504的處理。在S504的處理中，ECU 10決定計數器值C是否等於或高於在S503之處理中設定的協定值Cs'。當在S504的處理中實施正判定時，ECU 10前進至S505的處理，其中將儲存在備用RAM中的ΣAcu⁺ 的值重設成「零」。然後，ECU 10循序地執行S106的處理及S107的處理，使得恢復處理終止。　　[0089] 當恢復處理沿著此種程序執行時，根據恢復條件獲滿足當時置於退化狀態中之銅離子的量(請求恢復量)ΣAcu⁺ 改變加熱器40將SCR觸媒維持在第一溫度T1或以上的期間(規定期間)。結果，變得可能實現置於退化狀態中的銅離子之實質全部量的離子價恢復，同時將加熱器40的功率消耗維持在必要最小值。當請求恢復量ΣAcu⁺ 低於指定臨限Athre'時，恢復處理不執行。因此，也能抑制加熱器40的不必要操作。　　[0090] ＜其他實施例＞　　在前文描述的第一及第二實施例中，已描述將銅離子使用為由SCR觸媒供應之過渡金屬離子的範例。然而，當在SCR觸媒上供應鐵離子時，恢復處理能藉由相同方法執行。在包括鐵離子的SCR觸媒中，吸附至具有NO_X 還原所需之離子價(3+)的鐵離子(Fe³⁺ )的NH₃ 與排氣中的NO_X 反應，使得鐵離子的價從3+減少至2+。將以此方式置於退化狀態中的鐵離子(Fe²⁺ )重氧化，當吸附至該鐵離子的氫離子(H⁺ )與氧(1/4O₂ )反應時，使得鐵離子的離子價恢復至NO_X 還原所需的離子價(3+)。因此，當恢復處理在NO_X 不流入SCR觸媒中且O₂ 存在於SCR觸媒中時在供應銅離子之SCR觸媒中執行時，能實現置於退化狀態中之鐵離子的實質全部量的離子價恢復。然而，因為導致鐵離子之離子價恢復展現的溫度高於導致銅離子之離子價恢復展現的溫度(例如，約300°C)，可因此設定目標溫度Ttrg。本發明的實施例可界定如下。一種用於內燃機的排氣控制裝置，該排氣控制裝置包括選擇性觸媒還原觸媒，其設置在該內燃機的排氣通道中，該選擇性觸媒還原觸媒包括用於將排氣中的NO_X 與作為還原劑之NH₃ 還原的過渡金屬離子；加熱器，其組態成加熱該選擇性觸媒還原觸媒；及電子控制單元，其組態以偵測該選擇性觸媒還原觸媒的溫度，及當NO_X 不流入該選擇性觸媒還原觸媒中且該選擇性觸媒還原觸媒的該溫度低於第一溫度時執行恢復處理，該第一溫度係導致該過渡金屬離子之離子價恢復展現的溫度，該恢復處理係控制該加熱器以將該選擇性觸媒還原觸媒向上加熱至該第一溫度或以上，並將該選擇性觸媒還原觸媒維持在該第一溫度或以上達規定期間的處理。

[0091]

1‧‧‧內燃機

2‧‧‧排氣通道

3‧‧‧第一觸媒套管

4‧‧‧第二觸媒套管

5‧‧‧添加閥

6‧‧‧第一NO_X感測器

7‧‧‧第二NO_X感測器

8‧‧‧排氣溫度感測器

9‧‧‧套管溫度感測器

10‧‧‧ECU

11‧‧‧曲柄位置感測器

12‧‧‧踏板位置感測器

13‧‧‧空氣流速計

40‧‧‧加熱器

50‧‧‧泵

51‧‧‧添加劑槽

ΔAcu⁺‧‧‧差異

ΣAcu⁺‧‧‧請求恢復量

ΣAcu⁺old‧‧‧先前值

Acu⁺‧‧‧退化離子量

Acu²⁺‧‧‧恢復離子量

Ano2‧‧‧NO₂流入量

Anox‧‧‧NO_X流入量

Ao2‧‧‧O₂流入量

Athre、Athre'‧‧‧指定臨限

C‧‧‧值

Cs、Cs'‧‧‧協定值

T1‧‧‧第一溫度

T2‧‧‧第二溫度

T3‧‧‧第三溫度

Tmax、Tmax'‧‧‧指定上限溫度

Tscr‧‧‧溫度

Ttrg‧‧‧目標溫度

[0021] 本發明之範例實施例的特性、優點、及技術及產業重要性將參考隨附圖式於下文描述，其中相似數字指示相似元件，且其中。　　圖1描繪本實施例施用至其之內燃機的示意組態，及該內燃機的進氣及排氣系統；　　圖2示意地描繪SCR觸媒中的NO_X 還原反應；　　圖3描繪當SCR觸媒在內燃機關機時的溫度低於第一溫度時，NO_X 流入的量、SCR觸媒的溫度、加熱器的操作狀態、及計數器的暫時變化，　　圖4描繪當SCR觸媒在內燃機關機時的溫度係第一溫度或以上時，NO_X 流入的量、SCR觸媒的溫度、加熱器的操作狀態、及計數器的暫時變化；　　圖5係描繪當在第一實施例中實施恢復處理時由ECU執行之處理常式的流程圖，　　圖6係描繪當計算在退化狀態中之銅離子量時由ECU執行之處理常式的流程圖，　　圖7係描繪當在第一實施例之修改中實施恢復處理時由ECU執行之處理常式的流程圖；　　圖8描繪在SCR觸媒的溫度、在退化狀態中之銅離子的離子價恢復率、NH₃ 的脫附率、及NH₃ 的氧化率之中的關係，　　圖9係描繪當在第二實施例中實施恢復處理時由ECU執行之處理常式的流程圖，及　　圖10係描繪當在第二實施例之修改中實施恢復處理時由ECU執行之處理常式的流程圖。

Claims

一種用於內燃機的排氣控制裝置，該排氣控制裝置包含選擇性觸媒還原觸媒，其設置在該內燃機的排氣通道中，該選擇性觸媒還原觸媒包括用於以NH₃將排氣中的NO_X還原作為還原劑的過渡金屬離子，加熱器，其組態成加熱該選擇性觸媒還原觸媒；及電子控制單元，其組態以偵測該選擇性觸媒還原觸媒的溫度，及當NO_X不流入該選擇性觸媒還原觸媒中且該選擇性觸媒還原觸媒的該溫度低於第一溫度時執行恢復處理，該第一溫度係導致該過渡金屬離子之離子價恢復之展現的溫度，該恢復處理係控制該加熱器以將該選擇性觸媒還原觸媒向上加熱至該第一溫度或以上，並將該選擇性觸媒還原觸媒維持在該第一溫度或以上達規定期間的處理。
如申請專利範圍第1項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態成以該內燃機的關機作為觸發執行該恢復處理。
如申請專利範圍第2項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態成控制該加熱器使得該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理之執行的期間的該溫度變為等於或高於該第一溫度並低於第二溫度，該第二溫度係導致NH₃氧化之展現的溫度。
如申請專利範圍第3項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態以控制該加熱器使得當該選擇性觸媒還原觸媒在該內燃機的該關機時的該溫度低於第三溫度時，該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理之執行的期間的該溫度變為等於或高於該第一溫度並低於該第二溫度，及控制該加熱器使得當該選擇性觸媒還原觸媒在該內燃機的該關機時的該溫度等於或高於該第三溫度時，該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理之執行的期間的該溫度變為等於或高於該第二溫度，及該第三溫度係低於該第二溫度的溫度，該第三溫度導致NH₃脫附之展現。
如申請專利範圍第1項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態成在該內燃機的燃料關斷處理正在執行中的同時，當該選擇性觸媒還原觸媒的該溫度低於該第一溫度時執行該恢復處理。
如申請專利範圍第1項的排氣控制裝置，更包含：NO_X儲存還原觸媒，其設置在該排氣通道從該選擇性觸媒還原觸媒之上游的部分中，該NO_X儲存還原觸媒組態成當該排氣的空氣-燃料比係高於化學計量空氣-燃料比的貧空氣-燃料比時，將NO_X儲存在該排氣中，而當該排氣的該空氣-燃料比係低於該化學計量空氣-燃料比的富空氣-燃料比時，在排出的同時還原所儲存的NO_X，其中該電子控制單元組態成當流入該NO_X儲存還原觸媒中的該排氣的該空氣-燃料比係該貧空氣-燃料比，該NO_X儲存還原觸媒的NO_X儲存量等於或低於指定上限，且該選擇性觸媒還原觸媒的該溫度低於該第一溫度時，在該內燃機之操作的期間執行該恢復處理。
如申請專利範圍第5或6項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態成控制該加熱器使得該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理之執行的期間的該溫度變為等於或高於該第一溫度且低於第三溫度，該第三溫度係導致NH₃脫附之展現的溫度。
如申請專利範圍第7項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態以控制該加熱器使得當該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理開始時的該溫度低於該第三溫度時，該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理之執行的期間的該溫度變為等於或高於該第一溫度且低於該第三溫度，及控制該加熱器使得當該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理開始時的該溫度等於或高於該第三溫度時，該選擇性觸媒還原觸媒在該恢復處理之執行的期間的該溫度變為等於或高於其高於該第三溫度的第二溫度，及該第二溫度係導致NH₃氧化展現的溫度。
如申請專利範圍第5或6項之任一項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態成控制該加熱器使得在該恢復處理之執行的期間流經該選擇性觸媒還原觸媒的氣體量小的情形中，相較於該氣體量大的情形，由該加熱器加熱之該選擇性觸媒還原觸媒的加熱量減少。
如申請專利範圍第1項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態以評估請求恢復量，該請求恢復量係包括在該選擇性觸媒還原觸媒中的該過渡金屬離子之中需要離子價恢復之過渡金屬離子的量，及執行該恢復處理，使得在該請求恢復量小的情形中，相較於在該恢復請求量大的情形中，該規定期間縮短。
如申請專利範圍第10項的排氣控制裝置，其中該電子控制單元組態成當該評估的恢復請求量低於指定臨限時，不執行該恢復處理。