CN101680329A - NOx净化***的控制方法及NOx净化*** - Google Patents

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Abstract

本发明的NOx净化***具备选择还原型催化剂(33)，即使不供给氨或尿素，也可通过氨生成控制利用由贫NOx催化剂或者三元催化剂形成的第1催化剂(32)将NOx转变成氨，并使该氨吸附于下游侧的选择还原型催化剂(33)中，利用该吸附的氨，通过选择还原型催化剂(33)将不进行氨生成控制时的排放气体中的NOx还原净化，在该NOx净化***中，在氨生成控制时，计算出由选择还原型催化剂(33)吸附的氨的目标值即氨吸附目标量At，仅在通过氨生成控制由第1催化剂(32)生成的氨生成量A4的累积值A3低于氨吸附目标量At时，实施氨生成控制。由此，可以相对于选择还原型催化剂(33)适当且稳定地供给氨。

Description

NOx净化***的控制方法及NOx净化***
技术领域
本发明涉及一种NOx净化***的控制方法及NOx净化***，所述NOx净化***通过上游侧的贫NOx催化剂(lean NOx catalyst，也称稀燃NOx催化剂)或三元催化剂产生氨，并使产生的氨吸附于下游侧的选择还原型催化剂中，将排放气体中的NOx还原净化，通过所述NOx净化***，可以适当地产生氨。
背景技术
在具备柴油发动机用的选择还原型催化剂(SCR催化剂)的排放气体净化***中，配置了排放气体装置，所述排放气体装置在排放气体通路中从上游侧开始依次具备选择还原型催化剂和氧化催化剂(DOC)。从相比该排放气体装置配置在更上游侧的氨系溶液喷射装置向选择还原型催化剂供给尿素水等产生氨的氨系溶液W，从而使排放气体中的NOx与氨选择性反应来净化NOx。
在这些具备选择还原型催化剂的排放气体净化***中，向排放气体通路中供给无害的尿素水，在催化剂上进行热分解以生成氨。在选择还原型催化剂中，利用该氨来选择性还原排放气体中的NOx。
然而，在这些供给尿素的NOx净化***中，供给尿素来作为氨产生源。因此，在普及这些NOx净化***时，需要大量供给尿素，现状中在基础设施方面存在问题。
因此，例如像日本特开2004-211679号公报和日本特开2001-140630号公报中所记载的那样提出了一种内燃机用NOx后处理装置及方法，所述内燃机用NOx后处理装置在选择还原型催化剂的上游侧配置了NOx吸附体(稀薄NOx阱：LNT)或者氨生成催化剂，为了NOx吸附体的再生等，使在排放气体成为高温富(rich)状态时产生的氨吸附于选择还原型催化剂中，并利用该吸附的氨将高温富状态结束后的通常运转中的排放气体中的NOx还原。
该氨是排放气体中的NOx、以及在贫NOx催化剂的一种即NOx吸留还原型催化剂等中吸留的NOx、与排放气体中的水(H2O)、由烃(HC)热分解而生成的氢(H)在低氧(O2)的还原状态下反应而产生的。
然而，在这样的NOx净化***中，对于氨的生成，如果不确认生成条件，以进行定量控制来稳定地供给氨，则变为氨过多，氨排放到大气中，或者变为氨不足，NOx排放到大气中。因此，存在需要稳定地产生氨的问题。
专利文献1：日本特开2004-211679号公报
专利文献2：日本特开2001-140630号公报
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供一种NOx净化***的控制方法及NOx净化***，在具备选择性还原催化剂的NOx净化***中，即使不供给氨或尿素，在氨生成控制下通过由贫NOx催化剂或者三元催化剂形成的第1催化剂将NOx转变成氨，并使该氨吸附于下游侧的选择还原型催化剂中，利用该吸附的氨，在通过选择还原型催化剂将不进行氨生成控制时的排放气体中的NOx还原净化时，能相对于选择还原型催化剂适当且稳定地供给用于还原NOx的氨。
用于达到上述目的的NOx净化***的控制方法的特征在于，其在排气通路中从上游侧开始配置了由贫NOx催化剂或者三元催化剂形成的第1催化剂和选择还原型NOx催化剂，在实施氨生成控制时，通过上述第1催化剂生成氨，并使产生的氨吸附于上述选择还原型催化剂中，并且在不实施上述氨生成控制时，通过上述选择还原型催化剂中吸附的氨将排放气体中的NOx还原，在所述NOx净化***的控制方法中，在进行上述氨生成控制时，计算出由上述选择还原型催化剂吸附的氨的目标值即氨吸附目标量，并且仅在通过上述氨生成控制由上述第1催化剂生成的氨生成量的累积值低于上述氨吸附目标量时，实施上述氨生成控制。
即，通过由上游侧的贫NOx催化剂或者三元催化剂形成的前段的第1催化剂来产生氨。使该产生的氨吸附于下游侧的后段的选择还原型催化剂中，并将排放气体中的NOx还原而无害化。这种情况下，在以不会使氨变得过多、或者变得不足的方式生成氨的控制下，仅在通过该控制生成的氨生成量的累积值低于选择还原型催化剂中的氨的吸附量的目标值时产生氨。由此，能够防止氨从选择还原型催化剂中的流出。
在上述NOx净化***的控制方法中，在不实施上述氨生成控制时，计算出上述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量，当该氨吸附量达到规定的氨生成开始量以下时开始上述氨生成控制。由此，可以防止由于选择还原型催化剂中吸附的氨不足所致的、NOx从选择还原型催化剂中的流出。
在上述NOx净化***的控制方法中，由上述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量、和上述氨生成控制开始时的上述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量来计算出上述氨吸附目标量。由此，可以比较简单地算出恰当的氨吸附目标量。另外，由于该选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附容许上限量取决于选择还原型催化剂的温度，因此预先通过试验等求出该催化剂温度和氨吸附容许上限量。按照具有在达到该氨吸附容许上限量之前的宽余部分的方式来设定氨吸附上限量。预先将该设定量存储到控制NOx净化***的装置中。
在上述NOx净化***的控制方法中，在计算上述氨吸附目标量时，使用从上述第1催化剂流出的NOx的流出量的图谱数据、上述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量的图谱数据中的至少一者。由此，上述氨吸附目标量的计算变得容易。NOx流出量主要与发动机转速和燃料喷射量(或者负载)有关，氨吸附上限量与选择还原型催化剂的温度有关。这些NOx流出量图谱数据、和氨吸附上限量图谱数据预先通过试验等求出，并预先存储到控制NOx净化***的装置中。另外，这里，图谱数据也包括参数为一个的数据(通常被称为表那样的数据)。
在上述NOx净化***的控制方法中，在上述氨生成控制中，仅在上述第1催化剂的温度为规定的温度以上时、和通过催化剂温度上升控制上述第1催化剂的温度达到上述规定的温度以上时，进行使排放气体的空燃比成为浓厚的富状态的排放气体空燃比控制。由此，可以有效地生成氨。这是由于在第1催化剂的温度低时难以产生氨，因此不徒劳地使空燃比状态变为浓厚的富状态。由此，可以抑制燃烧消耗率的恶化。
在上述NOx净化***的控制方法中，在上述氨生成控制时，根据以上述第1催化剂的温度和排放气体的空燃比作为参数的氨生成量的图谱数据来控制排放气体的空燃比。由此，可以适当调整氨的生成量。因此，可以避免氨流出到选择还原型催化剂下游侧，并且可以更有效地生成氨，例如使燃烧消耗率减小。
在上述NOx净化***的控制方法中，在上述氨生成控制中，实施排气管内燃料喷射，并进行催化剂温度上升、或者氨生成、或者这两者。由此，与通过汽缸内燃料喷射控制向排气通路中添加燃料的情况相比，燃料喷射控制更简单化，还可以减少发动机产生的扭矩变动。
并且，为了达到上述那样的目的的NOx净化***在排气通路中从上游侧开始配置由贫NOx催化剂或者三元催化剂形成的第1催化剂和选择还原型NOx催化剂，在实施氨生成控制时，通过上述第1催化剂生成氨，并使产生的氨吸附于上述选择还原型催化剂中，并且在不实施上述氨生成控制时，利用上述选择还原型催化剂中吸附的氨将排放气体中的NOx还原；在所述NOx净化***中具备NOx净化控制装置机构而构成，所述NOx净化控制装置机构在进行上述氨生成控制时，计算出上述选择还原型催化剂中吸附的氨的目标值即氨吸附目标量，仅在通过上述氨生成控制由上述第1催化剂生成的氨生成量的累积值低于上述氨吸附目标量时，实施上述氨生成控制。由此，可以防止氨从选择还原型催化剂中的流出。
在上述NOx净化***中，上述NOx净化控制机构具有氨生成开始判断机构而构成，所述氨生成开始判断机构在不实施上述氨生成控制时，计算出上述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量，当该氨吸附量达到规定的氨生成开始量以下时，开始上述氨生成控制。由此，可以防止由于选择还原型催化剂所吸附的氨不足所致的、NOx从选择还原型催化剂中的流出。
在上述NOx净化***中，上述NOx净化控制机构通过以下方式构成：由上述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量、和上述氨生成控制开始时的上述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量算出上述氨吸附目标量。由此，可以比较简单地算出恰当的氨吸附目标量。
在上述NOx净化***中，上述NOx净化控制机构通过以下方式构成：在计算上述氨吸附目标量时，使用从上述第1催化剂流出的NOx的流出量的图谱数据、上述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量的图谱数据中的至少一者。由此，上述氨吸附目标量的计算变得容易。
在上述NOx净化***中，上述NOx净化控制机构通过以下方式构成：在上述氨生成控制中，仅在上述第1催化剂的温度为规定的温度以上时、和通过催化剂温度上升控制上述第1催化剂的温度达到上述规定的温度以上时，进行使排放气体的空燃比成为浓厚的富状态的排放气体空燃比控制。由此，可以有效地生成氨。
在上述NOx净化***中，上述NOx净化控制机构通过以下方式构成：在进行上述氨生成控制时，根据以上述第1催化剂的温度和排放气体的空燃比作为参数的氨生成量的图谱数据来控制排放气体的空燃比。由此，可以适当调整氨的生成量。
在上述NOx净化***中，上述NOx净化控制机构通过以下方式构成：在上述氨生成控制中，实施排气管内燃料喷射，并进行催化剂温度上升、或者氨生成、或者这两者。由此，与通过汽缸内燃料喷射控制向排气通路中添加燃料的情况相比，燃料喷射控制更简单化，还可以减少发动机产生的扭矩变动。
根据本发明的NOx净化***的控制方法及NOx净化***，通过在排放气体通路中从上游侧开始配置了由贫NOx催化剂或者三元催化剂形成的第1催化剂和选择还原型NOx催化剂的NOx净化***，实施氨生成控制时，通过第1催化剂生成氨，并使产生的氨吸附于选择还原型催化剂中，并且在不实施氨生成控制时，利用选择还原型催化剂中吸附的氨将排放气体中的NOx还原，在如上所述的情况下，可以避免相对于选择还原型催化剂过剩地供给氨，可以防止氨流出到选择还原型催化剂下游侧。
此外，在不实施氨生成控制时，计算出选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量，当该氨吸附量达到规定的氨生成开始量以下时，开始氨生成控制，由此可以防止在不实施氨生成控制时用于将流出到第1催化剂下游的NOx还原的由选择还原型催化剂吸附的氨不足，从而防止使NOx流出到选择还原型催化剂下游侧。
附图说明
图1是示意性表示本发明的第1实施方式的NOx净化***的构成的图。
图2是表示本发明的NOx净化***的NO净化控制机构的构成的图。
图3是表示本发明的NOx净化***的控制方法的控制流程的图。
图4是用于说明NOx流出量的计算方法的示意图。
图5是用于说明氨消耗量的计算方法的示意图。
图6是用于说明氨吸附上限量的计算方法的示意图。
图7是用于说明氨生成量的计算方法的示意图。
附图标记说明
1NOx净化***
10柴油发动机
11排放气体通路
30NOx净化装置
31氧化催化剂(DOC)
32贫NOx催化剂(LNT)
33选择还原型催化剂(SCR催化剂)
40发动机控制装置(ECU)
40aNOx净化控制装置
41空燃比(A/F)传感器
42、43、44、45温度传感器
A空气
A1氨吸附量
A2氨消耗量
A3氨生成蓄积量
A4氨生成量
As氨生成开始量
At氨吸附目标量
Au氨吸附上限量
C10NOx净化控制机构
C11通常运转控制机构
C12氨生成开始判断机构
C13氨生成控制机构
C13a第1催化剂升温控制机构
C13b排放气体空燃比控制机构
C14氨生成停止判断机构
G排放气体
N1NOx流出量
Ne发动机转速
Q燃料喷射量(或者负载)
Tlnt贫NOx催化剂的催化剂温度
Tscr选择还原型催化剂的催化剂温度
λ空气过剩率
具体实施方式
以下，参照附图，以对流经柴油发动机的排气通路的排放气体的NOx进行净化的NOx净化***为例，对本发明的实施方式的NOx净化***的控制方法及NOx净化***进行说明。图1表示本发明的实施方式的NOx净化***1的构成。
在该NOx净化***1中，在柴油发动机10的排气通路(排放气体通路)11中配置了NOx净化装置30和排气节流阀13。该NOx净化装置30从上游侧开始具有涡轮增压器12的涡轮12a、和氧化催化剂(DOC)31、贫NOx催化剂(LNT)32、选择还原型催化剂(SCR催化剂)33而构成。另外，在该实施方式中，贫NOx催化剂32作为第1催化剂。
氧化催化剂31是在堇青石蜂窝等多孔质陶瓷的蜂窝结构等载体上担载铑、氧化铈、铂、氧化铝而形成的。该氧化催化剂31在排放气体中存在未燃燃料(烃：HC)或一氧化碳(CO)等时将其氧化。利用因该氧化产生的热使排放气体升温，通过该升温的排放气体可以使下游侧的贫NOx催化剂(第1催化剂)32升温。另外，该氧化催化剂31也可以设计成连续再生型柴油机颗粒过滤(Diesel particulate filter)装置(连续再生型DPF装置)的一部分。
在该实施方式中，贫NOx催化剂(LNT)32由NOx吸留还原型催化剂形成。该NOx吸留还原型催化剂是在堇青石蜂窝等多孔质陶瓷的蜂窝结构等载体上设置由氧化铝(alumina)等形成的多孔质的催化剂涂布层而构成的。该催化剂涂布层上担载有铂等催化剂贵金属、和具有NOx吸留功能的NOx吸留物质。作为该NOx吸留物质，可以使用钾、钠、锂、铯等碱金属、钡、钙等碱土类金属、镧、钇等稀土类中一种或几种的组合。通过该构成，可以利用排放气体中的氧浓度来发挥NOx吸留、NOx排放和净化这两种功能。
选择还原型催化剂33是在由堇青石或氧化铝或氧化钛等形成的蜂窝结构等载体上担载二氧化钛-钒、沸石、氧化铬、氧化锰、氧化钼、氧化钛、氧化钨等而形成的。通过该构成，可以吸附氨，或者利用氨将NOx还原净化。
另外，为了控制氨生成时的空气过剩率(λ)，在氧化催化剂31的上游侧配置了空燃比(A/F)传感器41。与此同时，为了推算各催化剂31、32、33的温度，在氧化催化剂31的上游侧配置了第1温度传感器42，在氧化催化剂31和贫NOx催化剂32之间配置了第2温度传感器43，在贫NOx催化剂32和选择还原型催化剂33之间配置了第3温度传感器44，在选择还原型催化剂33的下游侧配置了第4温度传感器45。此外，在选择还原型催化剂33的下游侧还进一步配置了NOx或者λ(空气过剩率)传感器46。另外，在进行排气管内燃料喷射的情况下，在空燃比(A/F)传感器41更上游侧的排气通路(排气管)11中设置了燃料喷射阀(排气管内燃料喷射装置)47。
此外，在吸气通路14中设置了空气过滤器15、空气流量传感器(MAF传感器)16、涡轮增压器12的压缩器12b、中间冷却器17和吸气节流阀18。进而，在连接排气总管10a和吸气总管10b的EGR通路19中，设置了EGR冷却器20和EGR阀21。
在该发动机10中，空气A被空气过滤器15净化后，通过空气流量传感器(MAF传感器)16测量其质量流量，并被压缩器10b加压。其后，空气A被中间冷却器17冷却，流经吸气节流阀18并进入吸气总管10b中。该吸气节流阀18进行空气A的流量调整。在发动机10的汽缸内向该空气A中喷射燃料并使燃料燃烧。通过该燃烧而产生的排放气体G从排气总管10a驱动排气通路(排放气体通路)11的涡轮10a，然后流经NOx净化装置30，而成为经净化的排放气体Gc。其后，经净化的排放气体Gc流经排气节流阀13和未图示的减声器(消音器)而排放到大气中。此外，一部分排放气体G作为EGR气体Ge，被EGR通路19的EGR冷却器19冷却，然后流经EGR阀21而进入吸气总管10b中，并与空气A混合而进入汽缸内。该EGR阀21进行EGR气体Ge的流量调整。
此外，为了进行这些NOx净化***1的控制而设置了NOx净化控制装置40a。该NOx净化装置40a通常以包含于控制整个发动机的发动机控制装置(ECU)40中的状态而构成。该NOx净化控制装置40a中，除了来自空燃比传感器41、第1～第4温度传感器42、43、44、45、NOx或者λ传感器46等的输入以外，还输入发动机转速Ne、燃料喷射量(或者负载)Q等。此外，该NOx净化控制装置40a与发动机控制装置40有着密切的联系，通过发动机控制装置40来控制汽缸内燃料喷射、排气节流阀13、吸气节流阀18、EGR阀21、燃料喷射阀47等。
并且，如图2所示，该NOx净化控制装置40a具有NOx净化控制机构C10。该NOx净化控制机构C10具有通常运转控制机构C11、氨生成开始判断机构C12、氨生成控制机构C13、氨生成停止判断机构C14等而构成。此外，氨生成控制机构C13具有第1催化剂升温控制机构C13a和排放气体空燃比控制机构C13b而构成。
该通常运转控制机构C11是进行通常的发动机运转的机构，换句话说，就是不进行氨生成控制而进行运转控制的机构。在该通常运转中，排放气体中的NOx被贫NOx催化剂32吸留。此外，氨生成开始判断机构C12是判断开始进行氨生成控制的时机的机构。该机构计算出选择还原型催化剂33中吸附的氨吸附量A1，并在该氨吸附量A1达到规定的氨生成开始量As以下时判断为开始进行氨生成控制。即，选择还原型催化剂33中吸附的氨用于还原在通常运转时从贫NOx催化剂32流出的NOx而减少，当该选择还原型催化剂33的氨吸附量A1达到规定的氨生成开始量As以下时，判断为开始进行氨生成控制。
氨生成控制机构C13是用于进行氨生成的机构。作为氨的生成条件，已知的是贫NOx催化剂32的温度为高温(例如400℃)，并且排放气体为浓厚的富空燃比状态(例如以空气过剩率换算计为λ≤0.85)。其在催化反应快速的高温时的富状态下，将贫NOx催化剂32中吸留的NO2排放出，而成为2NO2+CO+2HC→N2+2CO2+H2O。但是，如果在该反应时氧不足，则通过CO+H2O→CO2+H2的反应或者C3H6+3H2O→3CO+6H2的反应而生成H2。此外，通过2NO+5H2→2NH3+2H2O的反应或2NO2+7H2→2NH3+4H2O的反应等而生成NH3，代替氮气(N2)而产生氨(NH3)。为了积极利用该氨的生成，而将以贫NOx催化剂32的催化剂温度Tlnt和排放气体的空燃比(或者空气过剩率λ)作为参数的氨生成量的图谱数据预先存储到NOx净化控制装置40a中。该图谱数据如图7所示。该具体的图谱数据通过试验结果等而制成。并且，以该催化剂温度Tlnt和空燃比作为控制要素，根据预先设定的空燃比来进行排放气体空燃比控制，使得相对于测得的催化剂温度Tlnt为恰当的氨生成量。该空燃比以空气过剩率换算计通常为λ＝0.95～0.85，优选为λ＝0.92～0.87。
根据需要，该氨生成控制机构C13通过第1催化剂升温控制机构C13a将排放气体温度升温、或者通过电子加热器直接加热贫NOx催化剂(第1催化剂)32，而使贫NOx催化剂32升温至生成氨的规定的温度(例如400℃)以上。另外，在贫NOx催化剂32已经为生成氨的规定的温度以上时，不进行第1催化剂升温控制。
此外，通过排放气体空燃比控制机构C13b，使空燃比成为预先设定的空燃比。在该排放气体空燃比控制中，贫NOx催化剂32中吸留的NOx被排放出，同时部分排放的NOx分解成氮(N2)。排放的NOx的剩余部分转变成氨。此外，排放气体中的NOx也通过贫NOx催化剂32转变成氨。该氨被下游侧的选择还原型催化剂13吸附。
在这些第1催化剂升温控制机构C13a和排放气体空燃比控制机构C13b中，使用作为汽缸内燃料喷射的多级喷射(多级延迟喷射)和后喷射，或者使用汽缸内燃料喷射的多级喷射和排气管内燃料喷射。
氨生成停止判断机构C14计算出通过选择还原型催化剂33吸附的氨的目标值即氨吸附目标量At，并在氨生成控制中当由贫NOx催化剂32生成的氨的生成量A4的累积值A3达到氨吸附目标量At时，判断为停止氨生成控制。
为了进行这些控制，预先通过试验结果等制作贫NOx催化剂32的NOx流出量图、选择还原型催化剂33的氨吸附上限量表、以及由贫NOx催化剂32生成的氨生成量图等，并预先存储到NOx净化控制装置40a中。该NOx流出量图是以发动机转速Ne、燃料喷射量(或者负载)Q作为参数的NOx流出量N1的图谱数据(图4)。氨吸附上限量表是表示以催化剂温度Tscr作为参数的氨吸附上限量Au的表(图6)。氨生成量图是表示以贫NOx催化剂32的催化剂温度Tlnt和空气过剩率λ(空燃比)作为参数的氨生成量A4的图谱数据(图7)。
接下来，对该NOx净化***1中的NOx净化***的控制方法进行说明。该控制方法按照图3所例示的控制流程进行。该图3的控制流程表示下面的控制流程。该控制流程与发动机的启动一起被进行发动机全盘控制的主要的控制流程调用而启动。此外，当检测到发动机开关键(engine key)的关闭等发动机运转的结束时，产生中断，并返回到主要的控制流程，结束主要的控制流程的同时，结束该控制流程。
当开启发动机开关键以开始发动机运转时，该图3的控制流程也被主要的控制流程调用而启动。启动时，首先在步骤S11中，将选择还原型催化剂13中吸附的氨的吸附量的推算值即氨吸附量A1的初期值A0从NOx净化控制装置40a的规定的存储器输入，并将氨吸附量A1设定为该初期值A0(A1＝A0)。该初期值A0为选择还原型催化剂13中吸附的氨的吸附量的推算值。
该初期值A0在最初启动发动机时变为0(零)，但在上次发动机运转中已经实施该图3的控制流程的情况下，变为上次结束时的氨吸附量A1。即，保持上次运转结束时的氨吸附量A1的值作为初期值A0。
在下面的步骤S12中，计算出从步骤S12到结束步骤S14为止之间的规定的时间内、换句话说、即在步骤S14的检查氨吸附量的间隔中产生的、从贫NOx催化剂12到选择还原型催化剂13的NOx流出量(NOx滑移量)N1。在该计算时，使用以发动机转速Ne和燃料喷射量(或者负载)Q作为参数的NOx流出量图谱数据(如图4所示。)、或者函数值N1＝f1(Ne，Q)。即，参照NOx流出量图谱数据，或者通过函数f1(Ne，Q)进行演算，从发动机转速Ne和燃料喷射量Q计算出NOx流出量N1。
此外，由该NOx流出量N1算出用于还原NOx的氨消耗量A2，换句话说，即算出还原该NOx流出量N1所需要的氨量A2。在该计算中，使用NOx(NO，NO2)-NH3的当量比的计算。或者，也可以使用表示相对于NOx流出量N1的氨消耗量A2的图谱数据(如图5所示)、或者函数值A2＝f2(N1)。另外，氨消耗量A2可以考虑NOx的还原效率而进行修正。进而，从步骤S12以前的氨吸附量A1中减去氨消耗量A2，算出步骤S14结束后的氨吸附量A1(A1＝A1-A2)。
在下面的步骤S13中，由选择还原型催化剂13的催化剂温度Tscr算出氨吸附上限量Au。该氨吸附上限量Au为选择还原型催化剂13中能够吸附的氨量。在该计算中，使用表示相对于催化剂温度Tscr的氨吸附上限量Au的图谱数据(如图5所示)、或者函数值Au＝f3(Tscr)。另外，该氨吸附上限量Au并非物理性吸附量的上限值原样，而优选为具有宽余的值。
此外，在步骤S13中，设定氨生成开始量As。该氨生成开始量As是用于当选择还原型催化剂13中的氨吸附量A1达到该值以下时开始氨生成控制而使生成的氨吸附于选择还原型催化剂13中的值。该氨生成开始量As预先通过试验结果等设定，并存储到NOx净化控制装置40a的规定的存储器中。读取该存储的值，并设定图3的控制流程中的氨生成开始量As。此外，该氨生成开始量As也可以以考虑催化剂温度Tscr而进行修正的方式构成。该氨生成开始量As也优选设定为考虑了被步骤S16的第1催化剂升温控制等所消耗掉的氨的消耗量A2的具有宽余的值。
在下面的步骤S14中，检查氨吸附量A1，以判断氨吸附量A1是否为氨生成开始量As以下。通过该判定来判断是否开始氨生成控制。即，如果为氨生成开始量As以下，则进入到步骤S15以后的氨生成控制，实施氨生成控制以生成氨，并使氨吸附到选择还原型催化剂13中。此外，如果不为氨生成开始量As以下，由于还没有必要使氨吸附到选择还原型催化剂13中，因此回到步骤S12。
在该步骤S15～S20的氨生成控制中，首先，通过步骤S15，计算出选择还原型催化剂33中吸附的氨的目标值即氨吸附目标量At。由于该氨吸附目标量At也是这次氨生成控制中生成的氨的生成量的目标值，因此也可以称为氨生成目标量。该氨吸附目标量At是从氨吸附上限量Au中减去现状(步骤S15的时间点)的氨吸附量A1而算出的(At＝Au-A1)。此外，为了累积计算氨生成控制中生成的氨量，将氨生成累积量A3重置为零(A3＝0)。
在下面的步骤S16中，根据需要进行第1催化剂升温控制。即，如果贫NOx催化剂(第1催化剂)32的催化剂温度Tlnt达到规定的温度(例如350℃～400℃)，则不进行该第1催化剂升温控制，而进入下面的步骤S17。但是，如果催化剂温度Tlnt没有达到该规定的温度，则不使排放气体变为浓厚的富状态，而是通过下面的方法，将贫NOx催化剂12加热，使其升温。即，通过吸气节流、EGR控制或汽缸内燃料喷射等，使排放气体升温，或者变为能进行排气管内燃料喷射的温度(例如200℃以上)时，脉冲式地实施排气管内燃料喷射，或者利用氧化催化剂31将排放气体中的未燃燃料氧化，或者通过直接传热加热器进行加热。并且，在催化剂温度Tlnt达到规定的温度后，进入下面的步骤S17。另外，在该期间的第1催化剂升温控制中，图3的控制流程未图示，但进行与步骤S12同样的运算，计算出考虑了氨消耗量A2的氨吸附量A1。
步骤S17的氨生成用的排放气体空燃比控制是，通过吸气节流、EGR控制或汽缸内燃料喷射等，对以空气过剩率换算计为λ＝0.95～0.85、优选为λ＝0.92～0.87的浓厚的富状态进行脉冲式增减，使排放气体的空燃比变为断续的富空燃比，以生成氨。此时有时也并用排气管内燃料喷射，但是，这种情况下，作为排气管内燃料喷射的喷射量的目标值，根据空气量和λ传感器值算出作为目标空燃比(A/F)的燃料流量。通过该控制，贫NOx催化剂32中吸留的NOx和排放气体中的NOx转变成氨，从而生成氨。该生成的氨被下游侧的选择还原型催化剂33吸附。
在下面的步骤S18中，计算出在从步骤S17到结束步骤S19为止之间的规定的时间内、换句话说、在步骤S19的检查氨吸附量A1的间隔中生成的氨生成量A4。在该计算时，使用以催化剂温度Tlnt和空气过剩率λ(或者空燃比A/F)作为参数的NOx生成量图谱数据(如图7所示)、或者函数值A4＝f4(Tlnt，λ)。即，根据催化剂温度Tlnt和空气过剩率λ，参照图谱数据、或者进行函数运算，计算出NOx生成量A4。
此外，通过在步骤S16以前的氨吸附量A1中加上氨生成量A4，从而由从NOx生成量A4计算出步骤S19结束后的氨吸附量A1(A1＝A1+A4)。进而，为了判断氨生成控制的停止时期，计算出氨生成累积量A3。在该计算中，在步骤S16以前的氨生成累积量A3中加上氨生成量A4来进行计算(A3＝A3+A4)。另外，也可以考虑选择还原型催化剂33中的氨的吸附效率而对生成累积量A3进行修正，但考虑该氨的吸附効率来计算氨吸附目标量At，可以将控制简略化。
另外，将氨生成累积量A3重置，经过步骤S17后，贫NOx催化剂32的温度降低至低于规定的温度，再次进行步骤S16的催化剂升温控制，此时，预先减去该期间的氨消耗量A2(A3＝A3-A2)。
在步骤S19中，检查氨生成累积量A3，并判断氨生成累积量A3是否为氨吸附目标量At以下。根据该判定，判断是否可以停止氨生成控制。即，为氨吸附目标量At以上时，由于已经没有必要使氨吸附于选择还原型催化剂33中，因此进入步骤S20，停止氨生成控制。即，停止用于生成氨的第1催化剂升温控制和使排放气体变为浓厚的富状态的排放气体空燃比控制，回到步骤S12。不为氨吸附目标量At以上时，回到步骤S16，继续氨生成控制以生成氨，使氨进一步吸附于选择还原型催化剂33中。
并且，重复进行步骤S12～步骤S20，在通常的发动机控制运转(步骤S11～S14、S15：不进行氨生成控制)和第1催化剂升温控制(步骤S16)中，排放气体G变为贫状态。排放气体中的NOx大部分被贫NOx催化剂32吸收。从贫NOx催化剂32流出的剩余的NOx，在选择还原型催化剂33中通过该选择还原型催化剂33中吸附的氨而还原成氮。由此，排放气体变为经净化的气体Gc并排放到大气中。
此外，当选择还原型催化剂33中吸附的氨的吸附量A1变少时，由于氨不足，流出的NOx不被还原，而产生排放到大气中的可能性。为了防止这种情况，在氨吸附量A1达到氨生成开始量As时，从通常的发动机控制运转进入到氨生成控制。
在该氨生成控制中，根据需要进行第1催化剂升温控制，然后在氨生成用的排放气体空燃比控制(步骤S17～S19)中，使排放气体变为浓厚的富状态。由此，在排放出贫NOx催化剂32中吸留的NOx的同时，利用低氧状态将该排放的NOx还原而生成氨。该生成的氨吸附到选择还原型催化剂33中，选择还原型催化剂33中吸附的氨量A1增加，恢复至氨吸附上限量Au。并且，一旦氨吸附量A1恢复成氨吸附上限量Au，则停止氨生成控制，再次回到通常的运转。
在重复实施该步骤S12～S20的期间，如果关闭发动机开关键，或者进行结束发动机运转的操作，则对此进行检测，使在实施中的步骤的途中产生中断，并进入步骤S21的中断。通过该中断，进行结束该控制流程的操作(未图示)。作为该结束操作，例如有将氨吸附量A1作为下次氨吸附量A1的初期值A0并存储到NOx净化控制装置30的规定的存储器中、或者停止各种控制的操作。
通过上述构成的NOx净化***的控制方法及NOx净化***1，在进行氨生成控制时，计算出选择还原型催化剂33中吸附的氨的目标值即氨吸附目标量At，仅在通过氨生成控制由第1催化剂32生成的氨生成量A4的累积值A3低于氨吸附目标量At时实施氨生成控制。由此，可以防止氨从选择还原型催化剂33中流出。
此外，在不实施氨生成控制时，计算出选择还原型催化剂33中吸附的氨吸附量A1，当该氨吸附量A1达到规定的氨生成开始量As以下时开始氨生成控制。由此，可以防止因选择还原型催化剂33中吸附的氨不足所致的、NOx从选择还原型催化剂33中的流出。
此外，根据选择还原型催化剂33中能够吸附的氨吸附上限量Au、和氨生成控制开始时的选择还原型催化剂33中吸附的氨吸附量A1，通过At＝Au-A1算出氨吸附目标量At。由此，可以比较简单地算出恰当的氨吸附目标量。
此外，在计算氨吸附目标量At时，使用从第1催化剂32流出的NOx流出量的图谱数据、和选择还原型催化剂33中能够吸附的氨吸附上限量Au的图谱数据这两者。由此，容易算出氨吸附目标量At。
此外，在氨生成控制中，当第1催化剂32的温度Tlnt达到规定的温度以上时，仅在通过第1催化剂温度上升控制使得第1催化剂32的温度Tlnt达到规定的温度以上时，进行使排放气体的空燃比变为浓厚的富状态的排放气体空燃比控制。由此，可以有效地生成氨。
此外，在进行氨生成控制时，根据以第1催化剂32的温度Tlnt和排放气体的空燃比作为参数的氨生成量A4的图谱数据来控制排放气体的空燃比。由此，可以适当地调整氨的生成量。
此外，根据情况，在氨生成控制中，可以实施排气管内燃料喷射，并进行催化剂温度上升、或者氨生成、或者这两者。由此，可以避免柴油发动机10所产生的扭矩的变动。
因此，通过上述构成的NOx净化***的控制方法及NOx净化***1，在不实施氨生成控制时，能防止用于将流出到第1催化剂下游的NOx还原的由选择还原型催化剂吸附的氨变为不足，从而防止NOx流出到选择还原型催化剂下游侧。此外，与此同时，可以避免在氨生成时相对于选择还原型催化剂33过剩地供给氨，可以防止氨流出到选择还原型催化剂33的下游侧。
另外，在上述实施方式的NOx净化***1中，虽然使用了贫NOx催化剂(LNT)32作为第1催化剂，但也可以使用三元催化剂代替贫NOx催化剂。使用该三元催化剂的情况下，并非被NOx吸留还原型催化剂吸留后排放的NOx转变成氨，而是排放气体中的NOx转变成氨。
此外，虽然使用了NOx吸留还原型催化剂作为贫NOx催化剂32，但也可以使用直接还原型NOx催化剂代替该NOx吸留还原型催化剂。使用该直接还原型NOx催化剂的情况下，也并非被NOx吸留还原型催化剂吸留后排放的NOx转变成氨，而是排放气体中的NOx转变成氨。
本发明的NOx净化***的控制方法和NOx净化***具有上述优异的效果，可以极其有效地用于设置在车辆内搭载的内燃机等中、并具备选择还原型催化剂的NOx气体净化***。

Claims (14)

1、一种NOx净化***的控制方法，其特征在于，在排放气体通路中从上游侧配置由贫NOx催化剂或三元催化剂形成的第1催化剂和选择还原型NOx催化剂，在实施氨生成控制时，由所述第1催化剂生成氨，并使产生的氨吸附于所述选择还原型催化剂中，并且在不实施所述氨生成控制时，利用所述选择还原型催化剂中吸附的氨将排放气体中的NOx还原，
在进行所述氨生成控制时，计算出由所述选择还原型催化剂吸附的氨的目标值即氨吸附目标量，并且仅在通过所述氨生成控制由所述第1催化剂生成的氨生成量的累积值低于所述氨吸附目标量时，实施所述氨生成控制。
2、根据权利要求1所述的NOx净化***的控制方法，其特征在于，在不实施所述氨生成控制时，计算出所述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量，当该氨吸附量达到规定的氨生成开始量以下时，开始所述氨生成控制。
3、根据权利要求1或2所述的NOx净化***的控制方法，其特征在于，由所述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量、和所述氨生成控制开始时的所述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量计算出所述氨吸附目标量。
4、根据权利要求1～3中任意一项所述的NOx净化***的控制方法，其特征在于，在计算所述氨吸附目标量时，使用从所述第1催化剂流出的NOx的流出量的图谱数据、所述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量的图谱数据中的至少一者。
5、根据权利要求1～4中任意一项所述的NOx净化***的控制方法，其特征在于，在所述氨生成控制中，仅在所述第1催化剂的温度为规定的温度以上时、和通过催化剂温度上升控制使得所述第1催化剂的温度达到所述规定的温度以上时，进行使排放气体的空燃比成为浓厚的富状态的排放气体空燃比控制。
6、根据权利要求1～5中任意一项所述的NOx净化***的控制方法，其特征在于，在所述氨生成控制时，根据以所述第1催化剂的温度和排放气体的空燃比作为参数的氨生成量的图谱数据来控制排放气体的空燃比。
7、根据权利要求1～6中任意一项所述的NOx净化***的控制方法，其特征在于，在所述氨生成控制中，实施排气管内燃料喷射，并进行催化剂温度上升、或者氨生成、或者这两者。
8、一种NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化***在排气通路中从上游侧开始配置由贫NOx催化剂或三元催化剂形成的第1催化剂和选择还原型NOx催化剂，在实施氨生成控制时，由所述第1催化剂生成氨，并使产生的氨吸附于所述选择还原型催化剂中，并且在不实施所述氨生成控制时，利用所述选择还原型催化剂中吸附的氨将排放气体中的NOx还原，
所述NOx净化***具备NOx净化控制装置机构，
所述NOx净化控制装置机构在进行所述氨生成控制时，计算出所述选择还原型催化剂中吸附的氨的目标值即氨吸附目标量，并且仅在通过所述氨生成控制由所述第1催化剂生成的氨生成量的累积值低于所述氨吸附目标量时，实施所述氨生成控制。
9、根据权利要求8所述的NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化控制机构具有氨生成开始判断机构，所述氨生成开始判断机构在不实施所述氨生成控制时，计算出所述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量，当该氨吸附量达到规定的氨生成开始量以下时，开始所述氨生成控制。
10、根据权利要求8或9所述的NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化控制机构由所述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量、和所述氨生成控制开始时的所述选择还原型催化剂中吸附的氨吸附量计算出所述氨吸附目标量。
11、根据权利要求8～10中任意一项所述的NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化控制机构在计算所述氨吸附目标量时，使用从所述第1催化剂流出的NOx的流出量的图谱数据、所述选择还原型催化剂中能够吸附的氨吸附上限量的图谱数据中的至少一者。
12、根据权利要求8～11中任意一项所述的NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化控制机构在所述氨生成控制中，仅在所述第1催化剂的温度为规定的温度以上时、和通过催化剂温度上升控制使得所述第1催化剂的温度达到所述规定的温度以上时，进行使排放气体的空燃比成为浓厚的富状态的排放气体空燃比控制。
13、根据权利要求8～12中任意一项所述的NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化控制机构在所述氨生成控制时，根据以所述第1催化剂的温度和排放气体的空燃比作为参数的氨生成量的图谱数据来控制排放气体的空燃比。
14、根据权利要求8～13中任意一项所述的NOx净化***，其特征在于，所述NOx净化控制机构在所述氨生成控制中，实施排气管内燃料喷射，并进行催化剂温度上升、或者氨生成、或者这两者。
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