CN101892891A - 尾气排放控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种尾气排放控制装置，包含：用于收集内燃机排放***中微粒的过滤器；设置在排放***中用于吸附和解除吸附碳氢化合物的HC吸附催化剂；用于对过滤器所收集的微粒的收集量进行计算的收集量计算装置；用于计算被吸附的碳氢化合物的量的吸附量计算装置；用于对碳氢化合物进行解除吸附处理的HC吸附催化剂再生控制装置；以及用于在微粒的收集量超过一定数量时执行过滤器强制再生的过滤器强制再生装置。当碳氢化合物的吸附量超过一定数量时，在过滤器再生控制装置执行过滤器强制再生之前，HC吸附催化剂再生控制装置对被吸附在HC吸附催化剂上的碳氢化合物进行解除吸附处理。

Description

尾气排放控制装置
技术领域
本发明涉及一种尾气排放控制装置，该尾气排放控制装置用于去除来自内燃机的排气中的有毒成分。
背景技术
在内燃机(以下简称为“发动机”)中，尾气排放控制装置设置在排放***中，用于使尾气无毒化。作为这种尾气排放控制装置，三效催化剂(three-way catalyst)或者氧化催化剂(oxidation catalyst)被采用作为控制排放碳氢化合物(HC)的手段。尽管这种三效催化剂或者氧化催化剂具有高的碳氢化合物(HC)净化效率，然而，构成氧化催化剂的贵金属在氧化活性温度或者更低的温度很少展现出催化剂性能。
因此，通过在尚未达到氧化活性温度的运行区域内使HC吸附在沸石(zeolite)等物质上，采用在贵金属被活化后的运行区域内具有相对较大的容量、调节后可使HC达到氧化活性温度的HC吸附催化剂，且吸附在沸石等物质上的HC在贵金属被激活后在运行区域内被解除吸附(解除吸附)和氧化，并将这种吸附催化剂添加到排放线路中，可以确保催化剂的净化性能。
其间，在采用柴油发动机的情况下，用于净化NOx(易于在贫运行区域中排出)的NOx催化剂或者用于去除排放的微粒的柴油微粒过滤器(以下简称为“过滤器”)被予以采用。
通常，在尾气排放控制装置中，氧化催化剂设置在发动机排放***的上游侧，过滤器设置在发动机排放***的下游侧，并且排气中的微粒由过滤器收集。在这样的运行中，当运行处于排放温度相对较高的状态时，排气中的NO在氧化催化剂的作用下生成NO2，该NO2被用作氧化剂来燃烧并且去除过滤器所收集的微粒，从而执行过滤器的连续再生。
在这样的柴油发动机中，因为排气温度相对较低，不能获得这种连续再生作用的运行状态可能持续，导致微粒的沉积量可能超过允许量。在这种情况下，因排放压力过度上升，所以有必要强制去除微粒。
作为去除微粒的一种手段，比方说，通过后喷射(post injection)在膨胀冲程或者排气冲程中喷射额外的燃料执行过滤器强制再生，燃烧该额外燃料中的HC，使得高温气体(约600℃或以上)流入过滤器，从而强制烧尽并且去除过滤器中的微粒。
其间，如图10所示，如果排气入口温度约为200℃，HC吸附催化剂吸附HC。如果运行区域超过250℃，则催化剂出口处流过的HC的浓度(显示在HC吸附催化剂的出口处)随着向高温侧趋进而增加，在350℃时达到峰值。在此期间，被吸附的HC的脱离(解除吸附)持续进行，排气中的流过的HC的浓度升高，解除吸附功能在运行区域超过400℃时变差。
而且，如图11所示，在HC吸附催化剂的HC吸附量接近吸附极限的情况下，当加速运行在时间点t1开始时，HC吸附催化剂的入口温度(细实线)急速增加，随后，HC吸附催化剂的前段温度(双点划线)上升，随后，HC吸附催化剂的后段温度(粗实线)开始上升。然后，加速在经过大约45秒钟以后在时间点t2处停止，空转运行开始。在这种情况下，入口温度(细实线)急剧下降，前段温度(双点划线)急速上升，然后下降，后段温度(粗实线)倾向于过度急速地上升。
这是因为，HC吸附催化剂上相对接近于吸附极限量的HC发生燃烧，前段温度(双点划线)在峰值后下降，后段温度(粗实线)因更接近于吸附极限量的HC过度燃烧而导致过度温升。从而使HC吸附催化剂可能发生熔化损失。
此外，在HC吸附催化剂的HC吸附量相对较小的情况下，加速运行在时间点t1开始，当运行在时间点t2转变为空转运行时，在前段温度(细虚线)或者后段温度(粗虚线)燃烧的被吸附的HC较少。因此，这些温度在经过相对较小的峰值以后一起下降，过度温升的出现被防止。
此外，在JP-A-2004-36543中，总的HC吸附量HCadsorb基于催化剂温度T的信息、HC浓度HCpost等信息在每一个控制周期中被获得，并且当总的HC吸附量HCadsorb超过允许量HCmax时，后喷射被阻止，以防大量HC突然燃烧所引起的氧化催化剂的过度升温，并且防止由于过度温升引起的氧化催化剂的熔化损失。
其间，在这种柴油发动机的排放***中同时设置有上述过滤器和HC吸附催化剂的情况下，会有以下问题出现。
与汽油发动机相比，柴油发动机的排气温度较低，发动机在氧化活性温度或者更低温度下的运行容易持续。因此，在HC吸附催化剂中，HC的吸附倾向于过度进行。假设在过度HC吸附状态的运行期间，到达过滤器强制再生时刻。在此情况下，当过滤器的强制再生被执行时，高温气体(600℃或以上)流入过滤器，超过氧化活性温度的高温气体流入HC吸附催化剂。于是，吸附在HC吸附催化剂上的大量HC被加速，从而引发急速的过度温升。结果，可能导致HC吸附催化剂的退化，在最坏的情况下，还可能造成HC吸附催化剂的熔损。
此外，在与JP-A-2004-36543有关的技术中，当总的HC吸附量HCadsorb超过允许量HCmax时，后喷射能够被阻止，从而预先防止由过度温升所导致的氧化催化剂的损毁。然而，当柴油发动机的过滤器强制再生控制在总的HC吸附量达到允许量HCadsorb的运行区域内被执行时，高温气体(大约600℃或以上)流入过滤器，也同时流入HC吸附催化剂。这种情况下，在过滤器的强制再生期间，HC吸附催化剂的过度温升就容易发生。这都无法防止，并且可能导致HC吸附催化剂的退化和催化剂熔损。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种能够防止HC吸附催化剂在过滤器强制再生期间发生过度温升并能执行过滤器的强制再生的尾气排放控制装置。
为实现上述目的，本发明提供一种尾气排放控制装置，该装置包含：
过滤器，该过滤器收集内燃机的排放***中微粒；
设置在所述排放***中用于吸附和解除吸附碳氢化合物的HC吸附催化剂；
用于对过滤器所收集的微粒的收集量进行计算的收集量计算装置；
用于计算被吸附在HC吸附催化剂上的碳氢化合物的吸附量的吸附量计算装置；
用于对被吸附在HC吸附催化剂上的碳氢化合物进行解除吸附处理的HC吸附催化剂再生控制装置；以及
用于在微粒的收集量超过一定数量时执行过滤器强制再生的过滤器强制再生装置，
其中，当碳氢化合物的吸附量超过一定数量时，在过滤器再生控制装置执行过滤器强制再生之前，HC吸附催化剂再生控制装置对被吸附在HC吸附催化剂上的碳氢化合物进行解除吸附处理。
该尾气排放控制装置可以进一步包含用于提高HC吸附催化剂的温度的温升装置。HC吸附催化剂再生控制装置可以控制该温升装置，使得HC吸附催化剂保持在氧化活性温度或者以上，并且低于过滤器的强制再生温度，从而执行解除吸附处理。
所述温升装置可通过内燃机的膨胀冲程喷射来执行碳氢化合物的供给。
HC吸附催化剂升温的时间可根据HC吸附催化剂的催化剂容量来设定。
过滤器和HC吸附催化剂可从排放***的上游以此顺序依次布置。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的尾气排放控制装置的总体结构图。
图2为尾气排放控制装置中所采用的排放***的透视图。
图3(a)和3(b)是说明图1所示尾气排放控制装置中所使用的HC吸附催化剂的催化剂表面上的吸附和解除吸附的示意图，图3(a)是说明在氧化活性温度或者氧化活性温度以下的温度时HC举动的说明图，图3(b)为在氧化活性温度或者高于氧化活性温度时HC举动的说明图。
图4(a)和(b)是图1中尾气排放控制装置所使用的HC供给装置在以正常喷射模式驱动喷射器的情况的说明图，图4(a)显示的是驱动信号，图4(b)显示的是喷射量。
图5(a)和5(b)是在尾气排放控制装置中所使用的NOx还原操作控制装置、过滤器强制再生操作控制装置以及HC吸附催化剂强制再生控制装置在HC添加喷射模式中选择性地驱动所述喷射器的情况的说明图，图5(a)显示的是驱动信号，图5(b)显示的是喷射量。
图6是在由图1所示尾气排放控制装置执行的HC吸附催化剂再生控制中流过的HC尾气量的常规变化特性曲线图。
图7是在由图1所示尾气排放控制装置执行的HC吸附催化剂再生控制中，HC吸附催化剂的HC吸附量随时间变化趋于零时的特性曲线图。
图8是由图1所示尾气排放控制装置执行的再生控制程序的流程图。
图9是HC吸附催化剂的HC吸附运算处理的方块说明图，该吸附运算处理由根据本发明的一个改进实施例的内燃机的尾气排放控制装置执行。
图10是HC吸附催化剂升温时流过的HC浓度的变化特性曲线图。
图11是在HC吸附催化剂的HC吸附量接近吸附极限或者未接近吸附极限的情况下，催化剂分别在其前段、后段及其入口处的温升变化的特性曲线图。
具体实施方式
以下将参照图1描述装配有作为本发明的一个具体实施方式的尾气排放控制装置的内燃机——柴油发动机(下文简称“发动机”)1。
在发动机1中，四个燃烧室3连续地排列。各燃烧室3均设置有燃料喷射阀8，用于直接喷射燃料，各燃料喷射阀8都与共用管线(common rail)15(蓄压室)相连，燃料箱14中的燃料(柴油)在高压燃油喷射泵13的压力作用下被供应至共用管线15。这些构成了燃料供给装置MF。这里，燃料喷射阀8的燃料喷射量(图4(b)中的Qp+Qm)和喷射时间(图4(a)和4(b)中的tp和tm)是根据从作为控制装置的发动机控制单元(engine control unit，以下缩写为“ECU”)12输出的燃料控制信号来控制的。
从各燃烧室3的一侧延伸的进气口(未示出)与进气集管901连通，并且进气集管901与形成进气通道I的进气管9相连。在来自空气净化器11的进气量被进气节流阀33调节以后，进气管9被引入进气集管901。此外，进气节流阀33的致动器331的驱动由ECU12来控制，这一点将在后文描述。从各燃烧室3另外一侧延伸的排放口(未示出)与排放集管4连通，排放通道R与排放集管4相连。排放通道R包含与排放集管4直接相连的前段氧化催化剂2、排放管5、以及NOx吸储还原催化剂21、微粒去除过滤器22、构成后段氧化催化剂的HC吸附催化剂19、及其下游的消音器(未显示)。
在ECU12中的燃料压力控制装置121控制的燃料压力调节装置141使得燃料的压力成为恒定之后，燃料供给装置MF将发动机驱动的高压燃油喷射泵13中的高压燃料引导向共用管线15，并通过从共用管线15分支并延伸的喷射管16将高压燃料供给至各喷射器8。此外，在本发明中，燃料供给装置MF还具有作为升温装置的功能。
喷射器8的电磁阀17通过喷射器驱动器10与喷射控制单元122相连。喷射控制单元122根据计算出的燃料喷射量和喷射时间向电磁阀17输出输出信号Dj，从而控制喷射器8的喷射。
这里，喷射控制单元122根据发动机回转数Ne和加速踏板的下压量θa来获得燃料喷射量Uf。而且，喷射时间是根据运行条件通过对公知的基本进角值(basic advance anglevalue)进行修正得来的。此外，如图5(a)和5(b)所示，与计算出的喷射时间和燃油喷射量Uf相当的输出信号(正常喷射M1和HC添加喷射M2)在喷射器驱动器10中被设定，并被输出到燃油喷射单元11的电磁阀17，从而执行作为喷射器8的燃油喷射的预喷射(pilotinjection)Qfp(时间幅值为Tp)、主喷射(main injection)Qfm(时间幅值为Tm)和次喷射(after injection)Qfa(时间幅值为Ta：膨胀冲程中的喷射)，以及在适当时间的后喷射(post injection)Qfd(时间幅值为Td：在排气冲程中的喷射)。
其次，前段氧化催化剂2与排放集管4相连，并形成为具有相对小的容量，以便能被发动机排出的气体有效地早期活化。前段氧化催化剂2使用氧O2对从发动机1排出的尾气中的一氧化氮(NO)氧化，以产生高活性的二氧化氮(NO2)，即促进反应“2NO+O2→2NO2”。这里采用的是铂基氧化催化剂。
当流入的排气中空气-燃料比较贫(lean)时，设置在尾气排放管5下游的氮氧化物(NOx)吸储还原催化剂21吸收尾气中的NOx(NO2和NO)，并且在流入的排气变成富(rich)时，执行NOx的释放动作，释放吸收的NOx。
也就是说，当排气具有贫的空气燃料比时，NOx吸储还原催化剂21使得尾气中的氧与尾气中的氮氧化物NOx(NO为主要成分)在铂Pt上发生氧化反应，从而生成NO2。此外，流入的尾气中的NO2在铂Pt上被进一步氧化的同时也扩散到吸收剂中，并且与作为吸收剂的氧化钡BaO结合。出于这一原因，尾气中的NOx在贫的气体氛围下被吸入NOx吸储还原催化剂21中。此外，当流入的尾气中氧浓度降低时，即当尾气中的空气-燃料比向贫的一侧转变时，铂Pt上NO2的生成量减少，反应沿着逆向进行，吸附剂中的氮氧化物NOx则从NOx吸储还原催化剂21以NOx的形式被释放。在这种情况下，当尾气中有诸如HC和CO之类的成分存在时，NO2被铂Pt上的这些成分还原为N2。
在这种实施方式中，因柴油机作为发动机1使用，所以发动机尾气通常具有贫的空气-燃料比，从而NOx吸储还原催化剂21吸收尾气中的NOx。然而，当随着富的运行区域变小，NOx吸储还原催化剂21中吸收的NOx量增加时，尾气中的NOx无法再被吸收的极限吸附状态就会随之产生。因此，在被吸收的NOx量达到饱和之前，有必要提早强制执行富运行，以从NOx吸储还原催化剂21中放出NOx，从而还原并净化NOx。
设置于NOx吸储还原催化剂21下游的微粒去除过滤器22布置在排放通道R中，从而使得包含在柴油机的尾气排放中诸如碳之类的的尾气微粒(微粒)不被释放到大气中。过滤器22由陶瓷的构成，例如，包含Mg、Al和Si作为主要成分的堇青石，并通过沿尾气排放通道R方向平行堆叠多个尾气排放通路r2从而形成蜂窝状结构。这里，彼此相邻的尾气排放通路r2形成为使得尾气排放通道R的上游侧和下游侧中的任一侧交替被边缘部23闭合。采用这种方式，流入上游侧的排气透过各排气通路r2-1的通路面向壁b，抵达出口形成在尾气排放通道R下游的尾气排放通路r2-2，从而被排出。在这种情况下，排气中的微粒被通路面向壁b过滤，并且在超过预定温度(500至600℃)的高温排气流入时被烧尽去除。
与前段氧化催化剂2相比，作为后段氧化催化剂设置在过滤器22下游的HC吸附催化剂19包含有足够大的容量，足以确保氧化功能。如图3(a)所示，NOx吸储还原催化剂21包含作为主要成分的沸石，在温度低于氧化温度(比如，250℃)时吸附排气中的HC，如图3(b)所示，并且在氧化活性温度或者更高温度下，NOx吸储还原催化剂21释放所吸附的HC，并氧化被吸附或者被释放的HC，使HCs无害化为CO2+H2，然后排入大气。
此处，如图6和10所示，当在正常运行期间，温度变成HC吸附催化剂19周围环境温度的排气入口温度slip HCin大致为200℃时，在HC吸附催化剂入口处和出口处的流过的HC浓度几乎没有差别或者仅有微小差异d1(参见图10)。另一方面，当升温运行开始时，即，在排气入口温度slip HCin升高到250至400℃时，如图10所示，在大约350℃时，流过的HC浓度在HC吸附催化剂的入口处和出口处具有较大的差异d2(HC的释放突然增加)。也就是说，在这种情况下，显然接触吸附的HC被氧化、燃烧且被排出，且HC吸附催化剂19超过250℃，并且被保持在400℃或者更低的温度，从而可以推断HC释放量能够可靠地增加，并且被吸附的HC能在这一温度区域间内被烧尽去除。
另一方面，尾气排放控制装置中所使用的ECU12在其输入/输出电路具有多个接口，与这些接口相连的用于检测吸入空气量Qa的气流传感器7、用于检测发动机1的加速器踏板开启度θa的加速器踏板开启度传感器24、用于检测曲柄角度信息Δθ的曲柄角传感器25、用于检测直接设置在过滤器22的下游的排气温度(以下简称为“排气温度gt”)的作为排气温度检测装置的排气温度传感器26、用于检测水温wt的水温感传器27、用于输出大气压Pa的大气压传感器28、以及用于输出过滤器22纵向压差dp的压差传感器29。此外，曲柄角信息Δθ被用于在ECU12中导出发动机回转数Ne，并被用于控制燃油喷射时间(tp、tm、ta：参见图4(a)和4(b)以及图5(a)和5(b))。
ECU12分别从传感器24、25、26、27、28、29采集检测信号，并作为捕集量计算装置122-3a、吸附量计算装置122-4a、过滤器强制再生控制装置122-3以及HC吸附催化剂再生控制装置122-4发挥功能。也就是说，除了公知的发动机控制处理功能以外，ECU12还包含作为燃料压力控制单元121和喷射控制单元122的功能。
尤其是，作为燃料供给装置MF的喷射控制装置122-1，喷射控制单元122根据将于后文描述的从ECU12发出的控制信号以正常喷射模式M1控制喷射器8。而且，喷射控制单元122还作为NOx还原操作控制装置122-2发挥功用，使得下游的NOx吸储还原催化剂21随着排气温度的上升而富含可燃成分，从而进行NOx的释放和还原净化。
此处，ECU12根据发动机的回转数Ne和作为发动机载荷的燃料供给量Q，通过未示出的计算量图表来设定与NOx吸储还原催化剂21在单位时间内吸收的NOx量相对应的计算量qn。而且，当计算的数值在运行过程中依次累加，以致累加的数值超过预定的阈值时，富操作指令S被发出，并且NOx还原操作控制装置122-2则被驱动到后喷射Qfd的模式(时间幅值Td：在排放冲程中喷射)执行NOx的释放和还原净化，从而进行NOx的还原净化操作。
而且，喷射控制单元122还具有过滤器强制再生控制装置122-3的功能。过滤器强制再生控制装置122-3内置有捕集量计算装置122-3a的功能，用于计算过滤器22的沉积量(过滤器所收集的微粒的数量)Ms。
此处，过滤器22的沉积量Ms与过滤器的纵向压差dp和尾气流量有关。因此，捕集量计算装置122-3a获得预定尾气流量下的纵向压差dp，并从该纵向压差dp计算出过滤器的沉积量Ms。
尤其是，当在尾气排放流量具有预定值的运行区域中的压差dp超过某一阈值时，过滤器强制再生控制装置122-3判断过滤器22中的微粒是否已达到极限沉积量。在这种情况下，在过滤器强制再生指令Sdpf发出之前，过滤器强制再生控制装置122-3先在预定经过时间Tdri期间输出HC吸附催化剂驱动指令Swait，以便在该预定经过时间Tdri内将HC吸附催化剂19的温度升高到氧化活性温度或者更高，然后再发出过滤器强制再生指令Sdpf。
然后，当过滤器强制再生指令Sdpf被输出时，过滤器强制再生控制装置122-3以后喷射Qfd(时间幅值Td：排放冲程中喷射)的M2d模式(参见图5(a)和5(b))迫使超过烧尽温度(500至600℃)的高温排气流入过滤器22，从而执行微粒的烧尽去除。
此外，喷射控制单元122还起到HC吸附催化剂再生控制装置122-4的功能。此处，HC吸附催化剂19位于排放***的最下游侧，并且具有吸附、氧化和解除吸附尾气中HC的功能。然而，当尾气排放温度较低的运行区域持续时，被吸附的HC持续增加，当处于上游的过滤器的强制再生运行被执行时，会导致产生过高的温升超过耐热温度的吸附状态。如果该吸附进一步继续，就会导致尾气中的HC无法被吸收的极限吸附状态。因此，如果在微粒捕集量达到极限捕集量，被吸附的HC量超过了过滤器强制再生过程中引起过度温升的一个预定量时，则有必要在过滤器强制再生之前对被吸附的HC施行强制烧尽，使HC吸附催化剂19上的HC氧化并脱离。此外，在达到HC吸附催化剂的极限吸附量时，可在饱和之前强制执行将被吸附HC烧尽，而不必考虑过滤器强制再生，从而可使HC从HC吸附催化剂19上被氧化和脱离。
这里，HC吸附催化剂再生控制装置122-4具有作为吸附量计算装置122-4a计算HC吸附量的功能。然后，在显示微粒捕集量已达到极限沉积量的信息被收到时，HC吸附催化剂再生控制装置122-4判断此时的最新HC吸附量是否达到了HC吸附催化剂的极限吸附量，并且如果判断HC吸附量已达到了极限吸附量，该控制装置则发出HC吸附催化剂再生指令Str。
此处，作为HC吸附催化剂再生控制装置122-4的一个功能单元的吸附量计算装置122-4a计算HC吸附量。
此处，在HC吸附催化剂19入口处的HC浓度Mhcin事先由入口HC浓度传感器36检测，出口处的HC浓度Mhcout事先由出口HC浓度传感器37检测，且两个数据均被获取。而且，进气质量流量Qair(n)被气流传感器7获取。此外，当前HC吸附量Mmon(n)通过以下表达式(1)、采用排气的摩尔变换系数Kmol以及前一次的HC吸附量Mmon(n-1)计算得出的。
Mmon(n)＝Mmon(n-1)+[{Mhcin-Mhcout}xQair(n)xKmol]xdt  (1)
此处，当前的HC吸附量Mmon(n)是在每一个控制周期dt中利用表达式(1)基于入口HC浓度传感器36的入口HC浓度Mhcin实测值和出口HC浓度传感器37的出口HC浓度Mhcout实测值计算出来的。
在HC吸附量Mmon(n)被计算出来以后，HC吸附催化剂再生控制装置122-4则进一步执行以下功能。
如图7所示，在HC吸附催化剂中，出口HC浓度Mhcout相对小于入口HC浓度Mhcin，这种差别dHC在开始时较大。当被吸附的HC沉积量增加时，所容许的吸附量则减少，即，因无吸附，出口HC浓度Mhcout接近入口HC浓度Mhcin，当吸附量为零时，入口HC浓度Mhcin与出口HC浓度Mhcout相互一致。因此，通过获取差值dHC，可以确定HC吸附催化剂所容许的吸附量。即，如图7所示，达到预定量或者极限吸附量的时间tf可以被确定。
而且，HC吸附催化剂再生控制装置122-4可以基于达到极限吸附量的时间tf发出HC吸附催化剂再生指令Str。在这种情况下，HC吸附催化剂再生控制装置122-4具有控制作为升温装置的燃料供给装置MF的喷射的功能。即，喷射器8在次喷射Qfa(时间幅值Ta：膨胀冲程中喷射)中被驱动。从而，温度被提升，使得从内燃机燃烧室排出的气体的温度超过250℃。在这种情况下，尤其是温度已升高的排气穿过NOx吸储还原催化剂21和过滤器22，抵达HC吸附催化剂19.此处，喷射被控制，使得吸附在HC吸附催化剂19上的HC保持在250℃或更高的氧化活性温度、但低于500至600℃的强制再生温度(此处低于400℃)。
而且，HC吸附催化剂再生控制装置122-4在预先设定的经过时间范围内根据HC吸附催化剂的容量执行在氧化活性温度或者更高的温升控制。比如，喷射器8在次喷射Qfa中被驱动10秒，10秒一过即告停止，视为对被吸附的HC的清除已经结束。
紧随其后，过滤器强制再生指令S被输出，过滤器强制再生控制装置122-3在后喷射Qfd(时间幅值Td：排放冲程中喷射)驱动喷射器8。在这种情况下，超过烧尽温度(500至600℃)的高温排气强制流入过滤器22，执行对微粒的烧尽去除。此时，温度下降低于烧尽温度(500至600℃)的高温排气也流入下游的HC吸附催化剂。然而，因被吸附的HC事先已从HC吸附催化剂19上被除去，所以由HC吸附催化剂吸附的HC燃烧所导致的过度温升的不会发生，从而能够防止因过度温升所导致的HC吸附催化剂的熔损。
接下来，将沿着图8所示的再生控制程序描述在主程序(未示出)的某一预定时间点由ECU执行的过滤器强制再生处理和HC吸附催化剂再生控制处理。
在再生控制程序之前的主程序(未示出)中，各种运行信息数据被获取，并被存储在预定的存储区中。而且，当内燃机处于正常运行时，喷射控制单元122的燃料压力控制单元121或者HC供给装置122-1以正常喷射模式M1控制喷射器8。
当每一个控制周期dt中的控制处理进行到再生控制程序的步骤S1时，当前的HC吸附量Mmon(n)被获取。此外，当前的HC吸附量Mmon(n)在主程序(未示出)过程中由表达式(1)基于入口HC浓度传感器36检测到的入口HC浓度Mhcin和出口HC浓度传感器37检测到的出口HC浓度Mhcout计算出来。
当处理进行到步骤S2时，过滤器22在当前控制周期dt中的沉积量Ms被获取。基于这一数值，具有预定数值的尾气流量的运行区域中的压差dp事先在主程序(未示出)中被判断为是否超过阈值。在这种情况下，如果判断过滤器22的微粒已达到极限沉积量DPFf，处理则行进至步骤S3。如果微粒尚未达到所述极限沉积量，则当前再生控制程序的控制结束，处理行进至主程序。
当处理进行至步骤S3时，判断在步骤S1中获取的、作为监控量的HC吸附量Mmon(n)的数值是否超过根据HC吸附催化剂的(吸附)能力而设定的极限吸附量Mmon1。如果该数值未超过所述的极限吸附量，则处理直接行进至步骤s7；如果该数值超过了极限吸附量Mmon1，这一时间点t-a被视为所述数值已达极限吸附量的时间tf，(在该时间点，过滤器达到极限沉积量DPFf)，则发出HC吸附催化剂再生命令Str，处理行进至步骤s4。
在步骤s4中，用于在次喷射Qfa(时间幅值Ta：膨胀冲程中喷射)中驱动喷射器8的HC吸附催化剂再生控制装置122-4在膨胀冲程中向燃烧室供给HC来提高温度，使得从内燃机燃烧室中排放的排气的温度高于250℃，但保持低于400℃。升温后的排气经过Nox吸储还原催化剂21和过滤器22，抵达HC吸附催化剂19。此处，吸附在HC吸附催化剂19上的HC被加热至氧化活性温度或更高(250℃或者更高)，从而被烧尽。喷射被予以控制，以使得这种情况下的加热温度保持在氧化活性温度或更高，但低于过滤器的强制再生温度(500至600℃)，此处低于400℃。
通过这种对氧化活性温度或更高温度的温升控制，被吸附的HC从HC吸附催化剂中被释出、氧化并烧尽。在这种情况下，HC吸附催化剂19出口处的排气量从例如图6所示的时间点t-a增加。如果时间超过了被吸附的HC在入口与出口处的排气量变化为零的时间点t-b，就会导致被吸附的HC烧尽处理状态的中断。此处，从时间点t-a到时间点t-b所经历的时间，其数值与HC吸附催化剂19的容量相对应，比方说，大约10秒左右。
因此，通过在氧化活性温度或者更高的温度(250℃或者更高)、并且低于过滤器22强制再生温度对HC吸附催化剂19执行加热控制，比方说，经过根据HC吸附催化剂的容量设定的10秒的预定经过时间，HC吸附催化剂19的强制再生时间得以被最优化。这可以防止无用的强制再生驱动，并能防止随后的过滤器22强制再生控制被过度延迟。
在HC吸附催化剂19的强制再生过程中，因排气温度低于过滤器的强制再生温度，微粒的烧尽没有被执行，从而防止HC吸附催化剂19的温度从这一点过度上升。
在处理进行到步骤S5时，则判断预定的经过时间，比如，HC吸附催化剂再生命令Str之后的累计时间Tw，是否经过了等待时间Tw，喷射器在等待时间中在次喷射Qfa中被驱动，次喷射Qfa的驱动在经过10秒以后停止，于是处理行进至步骤S6。
假定处理从步骤S5或者S3抵达步骤S6.
因为在此判断过滤器22的微粒已达极限沉积量，过滤器强制再生控制装置122-3在后喷射Qfd(时间幅值Td：排放冲程中喷射)中驱动喷射器8，所以超过烧尽温度(500至600℃)的高温排气被强制流入过滤器22，从而执行微粒的烧尽去除。
接下来，当处理进行到步骤S7，判断基于过滤器22的容量设定的强制再生时间已经经过，且在尾气流量具有预定值的运行区域中的压差dp已达到了预定的再生结束压差dp0时，过滤器强制再生命令Sdpf被停止，喷射器8从后喷射Qfd(时间幅值Td：排放冲程中喷射)返回至正常喷射模式M1，处理返回至主程序(未示出)。
在过滤器强制再生和HC吸附催化剂再生控制沿着图8所示再生控制程序被执行的情况下，即使超过设定量的HC事先被HC吸附催化剂所吸收，也能在过滤器的强制再生控制之前被氧化、分离和去除。因此，即使此后过滤器22被以相对较高温度(500至600℃)进行强制再生处理，因过度吸附在HC吸附催化剂上的HC已被氧化，所以过高温升的出现得以被防止，HC吸附催化剂的变质或者熔损得以被避免。
而且，即使排气温度在过滤器22的强制再生过程中超过HC吸附催化剂19的耐热温度，因HC吸附催化剂19设置在过滤器22的下游侧，周围空气从排放***外壁构件的热辐射也会持续，直至周边空气到达HC吸附催化剂19，于是排气温度相对下降。因此，基于这一原因，下游处HC吸附催化剂19的熔损得以被防止。
在图1所示的内燃机的尾气排放控制装置中，当在步骤S1中采用表达式(1)所获得的HC吸附量Mmon(n)与之前的数值相比没有变化，即到达了新的HC吸附量为零的时间点tf时(参见图7)，HC吸附催化剂的HC吸附能力随即被消除，HC的排放就会发生。因此，可以正确判断，这一时间tf即为吸附在HC吸附催化剂上的被吸附的HC的烧尽时间。因此，当处理进行到步骤s4时，HC吸附催化剂再生控制装置122-4被用来在次喷射Qfa(时间幅值Ta：膨胀冲程中喷射)中驱动喷射器8，从而提高排气温度，使其保持在250℃以上且低于400℃的温度。因此，通过将HC吸附催化剂上接近吸附极限量的HC迅速烧尽并清除，从而不致引起过度的温升，HC吸附催化剂的熔损得被防止。
在以上描述中，在图1所示的内燃机尾气排放控制装置中，HC吸附量Mmon(n)是在入口HC浓度传感器36的入口HC浓度Mhcin和出口HC浓度传感器37的出口HC浓度Mhcout的基础上采用表达式(1)获得的。然而，作为替代方式，也可以读入使用估算值计算出的HC吸附量Mmon(n)。
在这种情况下，图1所示内燃机尾气排放控制装置中所采用的HC吸附催化剂强制再生控制装置122-4’通过图9所示的估算处理，以下述表达式(2)来计算HC吸附量Mmon(n)。
此处将描述表达式(2)中所使用的估算值。首先，流入HC吸附催化剂的HC流入量Min(n)由其中以发动机转数Ne和进气质量流量QFIN为变量的图表m-1给出，前段氧化催化剂2的HC净化效率ηoxi(n)由其中以空气燃料比传感器41(如图1中的双点划线所示)的空气燃料比平均值AFSAV和前段氧化催化剂2上游催化剂温度Tc(图1中以双点划线所示的上游催化剂温度传感器42)为变量的图表m-2给出。
此外，HC吸附催化剂的HC吸附效率ηad(n)由其中以空气燃料比传感器的空气燃料比平均值AFSAV和HC吸附催化剂19的催化剂温度slip HC为变量的图表m-3给出，HC氧化解除吸附量Mdesorp(n)由其中以空气燃料比传感器的空气燃料比平均值AFSAV和HC吸附催化剂19的催化剂温度slip HC为变量的图表m-4给出。
HC吸附量Mmon(n)＝HC吸附量Mmon(n-1)+Min(n)x{1-ηoxi(n)}xηad(n)-Mdesorp(n)
(2)
也就是说，在HC吸附催化剂强制再生控制装置122-4’中的表达式(2)中，发动机转数Ne、进气质量流量QFIN、前段氧化催化剂2的HC净化效率ηoxi(n)、空气燃料比平均值AFSAV、前段氧化催化剂2的上游催化剂温度Tc、HC吸附催化剂19的HC吸附效率ηad(n)、尾气排放的空气燃料比平均值AFSAV以及HC吸附催化剂19的催化剂温度slipHC被读入。
此外，通过从流入尾气排放***中的HC流入量Min(n)中减去前段氧化催化剂2的HC净化量可获得“Min(n)x{1-ηoxi(n)}”值。而且，通过将所述减去值乘以ηad(n)则获得HC吸附催化剂19中的吸附量。而且，通过从HC吸附催化剂19中的吸附量“Min(n)x{1-ηoxi(n)}ηad(n)”中减去HC氧化解除吸附量Mdesorp(n)可获得目前残留在HC吸附催化剂19中的吸附量。此外，该残留吸附量被加到前一次的HC吸附量Mnon(n-1)即获得了更新后的当前HC吸附量Mmon(n)。
即使在使用估算值的情况下，也可以获得近似于以表达式(1)基于实际测量值计算出HC吸附量Mmon(n)情形下的HC吸附量Mmon(n)，且过滤器强制再生和HC吸附催化剂再生控制也可以以类似的方式沿着图8所示的再生控制程序被执行。从而，HC的排放得以被防止，被吸附的HC的烧尽时间能够被适时检出，接近吸附极限量的被吸附的HC得以被从HC吸附催化剂中迅速除去，从而能够防止因过度温升的出现所引起的HC吸附催化剂的熔损。
根据本发明的一个方面，超过预定量的HC在过滤器强制再生之前事先被HC吸附催化剂所吸附，被吸附在HC吸附催化剂上的HC被氧化、解除吸附并被除去。因此，即使此后过滤器的强制再生处理是在相对高温下进行的，因过度吸附在HC吸附催化剂上的HC已经被氧化，所以过度的温升可被防止出现，HC吸附催化剂的变质和熔损得以被避免。
根据本发明的另一方面，HC吸附催化剂是在过滤器强制再生控制之前事先由温升装置将其保持在氧化催化剂温度以上且低于过滤器的强制再生温度而被烧净的。因此，当过滤器的强制再生控制在此后被执行时，因吸附在HC吸附催化剂上的HC已被解除吸附，所以HC吸附催化剂的过度温升得以被防止，催化剂的变质和熔损得以被避免。
根据本发明的一个方面，因HC吸附催化剂的温升是通过内燃机在膨胀冲程中喷射供给HC来执行的，所以供给的HC在内燃机的燃烧室内被烧尽，未燃烧的HC不会被供给至排放***，HC在排放***中的燃烧并非对每次HC解除吸附处理都是必需的。此，排放***的退化得以被防止。
根据本发明的一个方面，在根据HC吸附催化剂的容量设定的预定经过时间期间内，HC供给量受到控制，使得HC吸附催化剂的温度保持在低于强制再生温度。因此，使吸附在HC吸附催化剂上的HC被解除吸附、氧化和去除的驱动时间得以被优化，从而可防止过滤器的强制再生控制被过度延迟。
根据本发明的一个方面，即使排气温度在过滤器的强制再生期间超过HC吸附催化剂的耐热温度，因HC吸附催化剂设置在过滤器的下游侧，所以在抵达HC吸附催化剂时，排气温度会相对下降。因此，HC吸附催化剂的熔损能够被防止。

Claims (5)

1.一种尾气排放控制装置，其特征在于，包含：
过滤器，该过滤器收集内燃机的排放***中的微粒；
HC吸附催化剂，该HC吸附催化剂设置在所述排放***中用于吸附和解除吸附碳氢化合物；
收集量计算装置，该收集量计算装置用于对所述过滤器所收集的微粒的收集量进行计算；
吸附量计算装置，该吸附量计算装置用于计算被吸附在所述HC吸附催化剂上的碳氢化合物的吸附量；
HC吸附催化剂再生控制装置，该HC吸附催化剂再生控制装置用于对被吸附在所述HC吸附催化剂上的碳氢化合物进行解除吸附处理；以及
过滤器再生控制装置，该过滤器再生控制装置用于在微粒的收集量过量时执行所述过滤器强制再生，
其中，当碳氢化合物的吸附量过量时，在所述过滤器再生控制装置执行过滤器强制再生之前，所述HC吸附催化剂再生控制装置对被吸附在所述HC吸附催化剂上的碳氢化合物进行解除吸附处理。
2.如权利要求1所述的尾气排放控制装置，其特征在于，进一步包含：
用于提高所述HC吸附催化剂的温度的升温装置；
其中，所述HC吸附催化剂再生控制装置控制所述升温装置，使得HC吸附催化剂保持在氧化活性温度以上，并且低于过滤器的强制再生温度，从而执行所述解除吸附处理。
3.如权利要求2所述的尾气排放控制装置，其特征在于，所述升温装置通过所述内燃机的膨胀冲程喷射来执行碳氢化合物的供给。
4.如权利要求2所述的尾气排放控制装置，其特征在于，所述HC吸附催化剂升温的时间根据所述HC吸附催化剂的催化剂容量设定的。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的尾气排放控制装置，其特征在于，所述过滤器和所述HC吸附催化剂从所述排放***的上游以此顺序依次设置。
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