CN104662269A - 内燃机的排气净化*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化***，其课题在于，在具备颗粒过滤器和被配置于与颗粒过滤器相比靠下游的SCR的内燃机的排气净化***中，适当地使向大气中排出的NOX量减少。本发明在具备颗粒过滤器、被配置于与颗粒过滤器相比靠下游的SCR、还原剂供给装置和废气再循环装置的内燃机的排气净化***中，当颗粒过滤器的温度在颗粒物氧化开始温度以上且颗粒物捕集量在上限量以下时，使废气再循环气体量增加，当颗粒过滤器的温度属于对NO2和颗粒物的氧化还原反应进行促进的温度范围且SCR的温度属于NOX净化窗时，使排气中的NO2增加。

Description

内燃机的排气净化***
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化***，尤其涉及一种具备被配置于内燃机的排气通道上的颗粒过滤器和选择还原型催化剂(SCR：Selective CatalyticReduction)的排气净化***。
背景技术
一直以来，已知一种排气净化***，所述排气净化***具备被配置于内燃机的排气通道上的颗粒过滤器、被配置于与颗粒过滤器相比靠下游的排气通道上的SCR、向流入SCR的排气中添加还原剂的还原剂供给单元、和使排气的一部分从排气通道向进气通道回流的废气再循环机构。在这种排气净化***中，提出了一种当以被颗粒过滤器捕集的粒状物质(PM：Particulate Matter)的氧化为目的而使该颗粒过滤器升温时使废气再循环气体的回流量减少的技术(例如，参照专利文献1)。
在具备被配置于内燃机的排气通道上的颗粒过滤器、和使排气的一部分(废气再循环气体)从排气通道向进气通道回流的废气再循环装置的排气净化装置中，还提出了一种当内燃机处于中负载运行状态时通过增多废气再循环气体量而使内燃机的NOX排出量减少的技术(例如，参照专利文献2)。
在具备被配置于内燃机的排气通道上的颗粒过滤器、和使排气的一部分(废气再循环气体)从排气通道向进气通道回流的废气再循环装置的排气净化装置中，还提出了一种技术，所述技术为，当颗粒过滤器的温度较高且排气中的氧浓度较高时通过实施使废气再循环气体量增加等的处理，从而使从颗粒过滤器中通过的排气的量减少的技术(例如，参照专利文献3)。
在具备被配置于内燃机的排气通道上的NOX催化剂、和使排气的一部分(废气再循环气体)从排气通道向进气通道回流的废气再循环装置的排气净化装置中，还提出了一种当NOX催化剂的温度高于活化区域时通过增大废气再循环率从而实现排气温度的降低的技术(例如，参照专利文献4)。
在具备被配置于内燃机的排气通道上的颗粒过滤器、使排气的一部分(废气再循环气体)从与涡轮相比靠上游的排气通道向与压缩机相比靠下游的排气通道回流的第一废气再循环装置、使排气的一部分(废气再循环气体)从与涡轮相比靠下游的排气通道向与压缩机相比靠上游的排气通道回流的第二废气再循环装置的排气净化装置中，还提出了一种当排气温度高于颗粒过滤器的再生温度时利用第二废气再循环装置从而使废气再循环气体回流的技术(例如，参照专利文献5)。
在具备被配置于内燃机的排气通道上的颗粒过滤器、和被配置于与颗粒过滤器相比靠下游的排气通道上的NOX催化剂的排气净化装置中，还提出了一种通过对排气中的氧浓度进行调节从而实施颗粒过滤器的再生和NOX的脱硝的技术(例如，参照专利文献6)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-047081号公报
专利文献2：日本特开2007-002668号公报
专利文献3：日本特开2002-106326号公报
专利文献4：日本特开2010-007518号公报
专利文献5：日本特开2004-162674号公报
专利文献6：日本特开2005-133721号公报
发明内容
发明所要解决的课题
可是，在具备颗粒过滤器和SCR的排气净化***中，当废气再循环气体量被减量时，由于从内燃机排出的NOX的量增加，因此，未被SCR净化(还原)而排出至大气中的NOX的量有可能变多。
尤其，在SCR的温度高于NOX净化窗的上限值(大致400℃)时，由于被SCR吸附的还原剂(例如，氨(NH3))的量变少，因此，未被SCR净化(还原)而排出至大气中的NOX的量容易增加。
本发明是鉴于上述的实际情况而作出的发明，其主要目的在于，在具备颗粒过滤器和SCR的排气净化***中，提供一种能够适当地减少被排出至大气中的NOX量的技术。
用于解决问题的方法
为了解决上述的课题，本发明为一种内燃机的排气净化***，其具备：颗粒过滤器，其被配置在内燃机的排气通道上；选择还原型催化剂，其被配置在与颗粒过滤器相比靠下游的排气通道上；还原剂供给装置，其向与选择还原型催化剂相比靠上游的排气通道供给作为氨或氨的前驱体的还原剂；废气再循环机构，其将排气的一部分作为废气再循环气体而从内燃机的排气通道向进气通道供给，内燃机的排气净化***在颗粒过滤器的温度在粒状物质可能氧化的最低温度以上且颗粒过滤器的颗粒物捕集量较少时，使废气再循环气体的量增加，并在颗粒过滤器的温度属于与粒状物质可能氧化的最低温度相比而较低的温度范围且选择还原型催化剂的温度收敛于NOX净化窗内时，使排气中所包含的NOX的量增加。
详细而言，具备：
颗粒过滤器，其被配置在内燃机的排气通道上；
选择还原型催化剂，其被配置在与所述颗粒过滤器相比靠下游的排气通道上；
还原剂供给装置，其向与所述选择还原型催化剂相比靠上游的排气通道供给作为氨或氨的前驱体的还原剂；
废气再循环装置，其将流过排气通道的排气的一部分作为废气再循环气体而供给至进气通道；
第一温度检测单元，其对与所述颗粒过滤器的温度相关的温度进行检测；
第二温度检测单元，其对与所述选择还原型催化剂的温度相关的温度进行检测；
检测单元，其对作为被所述颗粒过滤器捕集到的颗粒物的量的颗粒物捕集量进行检测；
控制单元，其在所述第一温度检测单元的检测值为粒状物质可能氧化的最低温度以上、且与成为颗粒物再生处理的执行条件的颗粒物捕集量相比由所述检测单元检测出的颗粒物捕集量少预定量以上时，以使废气再循环气体量增加的方式对所述废气再循环装置进行控制，而在所述第一温度检测单元的检测值属于与粒状物质可能氧化的最低温度相比而较低的温度范围、且属于对被颗粒过滤器捕集到的粒状物质和作为被包含在排气中的NOx的一部分的二氧化氮之间的氧化还原反应进行促进的温度范围，并且第二温度检测单元的检测值属于所述NOx净化窗时，实施作为使从内燃机排出的NOx增加的处理的NOx增加处理。
此处所说的“粒状物质可能氧化的最低温度”为，与执行作为对被颗粒过滤器捕集到的粒状物质(颗粒物)进行氧化及去除的处理的颗粒物再生处理时的颗粒过滤器的目标温度(例如，从500℃至600℃)相比而较低的温度，且为被颗粒过滤器捕集到的颗粒物的一部分开始氧化的温度(例如，450℃)。“使废气再循环气体的量增加”为，与颗粒过滤器的温度低于颗粒物可能氧化的最低温度时相比，使废气再循环气体量增多的处理。“对被颗粒过滤器捕集到的粒状物质和作为被包含在排气中的二氧化氮之间的氧化还原反应进行促进的温度范围”为，与“粒状物质可能氧化的最低温度”相比而较低的温度范围(例如，350℃前后的温度范围)。“NOX净化窗”为，选择还原型催化剂(以下，记为“SCR”)的NOX净化率(被SCR净化的NOX量相对于向SCR流入的NOX量的比率)成为被预先规定的最低的NOX净化率以上的温度范围，其预先通过实验而被求得。
从还原剂供给装置供给的还原剂(氨(NH3))被SCR吸附。被SCR吸附的氨(NH3)通过与排气中的NOX进行反应而被转化为N2或H2O等。可是，当向SCR流入的NOX的量变多时，在SCR中未被还原而向大气中排出的NOX的量有可能变多。另外，当向SCR流入的NOX的量变多时，在SCR中被NOX的净化所消耗的还原剂的量也有可能变多。因此，优选为，向SCR流入的NOX的量尽可能被减少。
对此，考虑到如下方法，即，通过使在内燃机的气缸内燃烧的混合气的燃烧正时延迟，从而使在混合气燃烧时产生的NOX的量(从内燃机排出的NOX的量)减少。详细而言，考虑到如下方法，即，在压缩点火式的内燃机中使燃料喷射正时延迟，或者在火花点火式的内燃机中使点火正时延迟。混合气的燃烧正时被延迟的情况与未被延迟的情况相比，混合气的燃烧温度降低。其结果为，混合气燃烧时所产生的NOX的量(从内燃机排出的NOX的量)减少。当从内燃机排出的NOX的量减少时，向SCR流入的NOX的量也减少。
但是，当燃料喷射正时或点火正时被延迟时，混合气的燃烧时所产生的热能中，有助于内燃机的输出的热能的量变少。因此，为了使内燃机的产生转矩与驾驶员的要求转矩相等，需要使燃料喷射量增量，从而燃料消耗量或二氧化碳(CO2)的产生量有可能增加。
因此，本发明的内燃机的排气净化***在颗粒过滤器的温度在颗粒物可能氧化的最低温度(以下，称为“颗粒物氧化开始温度”)以上时，使废气再循环气体量增量。当废气再循环气体量被增量时，由于混合气的燃烧温度变低，因此，从内燃机排出的NOX的量减少。其结果为，能够在将燃料喷射正时或点火正时的延迟量抑制得较少的同时，使从内燃机排出的NOX的量减少。因此，能够在抑制燃料消耗量或CO2产生量的增加的同时，减少向SCR流入的NOX的量。
并且，当废气再循环气体量被增加时，混合气的燃烧时产生的颗粒物的量(从内燃机排出的颗粒物的量)有可能增加。但是，由于从内燃机排出的颗粒物被颗粒过滤器捕集，因此，能够避免排出至大气中的颗粒物的量增加的状况。
但是，当从内燃机排出的颗粒物的量增加时，由于颗粒过滤器的颗粒物捕集量容易增加，因此，用于对被颗粒过滤器捕集到的颗粒物进行氧化以及去除的处理(颗粒物再生处理)的执行频率有可能变高。当颗粒物再生处理的执行频率变高时，还存在燃料消耗量增加的可能性。
对此，在本发明中，由于使废气再循环气体增量的处理在颗粒过滤器的温度在颗粒物氧化开始温度以上时被执行，因此，能够避免颗粒过滤器的颗粒物捕集量大幅增加的状况。其结果为，能够在避免颗粒物再生处理的执行频率变高的状况的同时，抑制排除至大气中的NOX以及颗粒物的增加。
可是，在颗粒过滤器的颗粒物捕集量较多时如果废气再循环气体量被增加，则有可能使颗粒过滤器的颗粒物捕集量变得过多或者使被颗粒过滤器氧化的颗粒物的量变得过多。其结果为，能够诱发因颗粒过滤器的压力损失的增加而造成的背压的上升、或者因颗粒物氧化量(颗粒物氧化速度)的增加而造成的颗粒过滤器的过度升温等。
对此，本发明的控制单元针对成为颗粒物再生处理的执行条件的颗粒物捕集量的阈值(以下，称为“颗粒物再生阈值”)，以被检测单元检测到的颗粒物捕集量少预定量以上为条件，使废气再循环气体量增加。根据这种方法，能够避免颗粒过滤器的颗粒物捕集量变得过多或者被颗粒过滤器氧化的颗粒物的量变得过多的状况。其结果为，能够抑制因颗粒过滤器的压力损失的增加而造成的背压的上升、或因颗粒物氧化量(颗粒物氧化速度)的增加而造成的颗粒过滤器的过度升温。此处所说的“预定量”为，考虑到即使在由于废气再循环气体量的增加而使向颗粒过滤器流入的颗粒物的量增加的情况下也能够避免背压的上升或颗粒过滤器的过度升温的量，且为预先通过利用了实验等的适当处理而被求得的量。
另一方面，本发明的控制单元在第一温度检测单元的检测值属于对被颗粒过滤器捕集到的颗粒物和作为NOX的一部分的二氧化氮(NO2)之间的氧化还原反应进行促进的温度范围，并且第二温度检测单元的检测值属于NOX净化窗时，实施作为使从内燃机排出的NOX增加的处理的NOX增加处理。
即使在颗粒过滤器的温度与颗粒物氧化开始温度相比而较低的情况下，当该颗粒过滤器的温度属于特定的温度范围(例如，350℃前后的温度范围)时，与被颗粒过滤器捕集到的颗粒物和排气中的NO2之间氧化还原反应也会被促进(活化)。
因此，在第一温度检测单元的检测值属于对被颗粒过滤器捕集到的颗粒物和排气中的NO2之间的氧化还原反应进行促进的温度范围(以下，称为“NO2还原窗”)、并且第二温度检测单元的检测值属于NOX净化窗时，如果执行NOX增加处理，则随着排气中所包含的NOX的增加，NO2的量也将增加。当排气中所包含的NO2的量增加时，在被颗粒过滤器捕集到的颗粒物中，被排气中的NO2氧化的颗粒物的量增加。其结果为，颗粒过滤器的颗粒物捕集量减少。
当通过上述的方法而使颗粒过滤器的颗粒物捕集量减少时，在第一温度检测单元的检测值上升至颗粒物氧化开始温度以上的时间点处的颗粒物捕集量变得少于颗粒物再生阈值的概率(频率)变高。其结果为，当第一温度检测单元的检测值上升至颗粒物氧化开始温度以上时，使废气再循环气体量增加的处理被执行的概率(频率)也变高。
并且认为，NOX增加处理被执行的情况与未被执行的情况相比，向SCR流入的NOX的量变多。但是，作为NOX的一部分的NO2通过与颗粒物进行反应而被还原。另外，由于SCR的温度属于NOX净化窗，因此，剩余的NOX(例如，一氧化氮(NO))将通过SCR而被还原。因此，在执行了NOX增加处理的情况下，向大气中排出的NOX量的增加被抑制。
在此，作为NOX增加处理的执行方法，能够使用使废气再循环气体量减少的方法。作为NOX增加处理的其他的执行方法，还能够使用在压缩点火式的内燃机中使燃料喷射正时提前的方法、或在火花点火式的内燃机中使点火正时提前的方法等。另外，也可以同时使用使废气再循环气体量减少的方法、和使燃料喷射正时或点火正时提前的方法。
在本发明的内燃机的排气净化***中，可以采用如下的方式，即，控制单元在SCR的温度超过NOX净化窗的上限值时实施使废气再循环气体量增加的处理。详细而言可以采用如下方式，即，控制单元在第二温度检测单元的检测值与NOX净化窗的上限值相比而较高时，如果第一温度检测单元的检测值在颗粒物氧化开始温度以上且颗粒物捕集量与再生阈值相比少预定量以上，则以使废气再循环气体量增加的方式对废气再循环装置进行控制。
此处所说的“NOX净化窗的上限值”可以认为是，SCR变得无法将对排气中的NOX进行净化时所需的量的氨(NH3)全部吸附掉的最低温度。
在内燃机的高负载运行被持续进行等的情况下，SCR的温度有可能变得高于NOX净化窗的上限值。当SCR的温度高于所述上限值时，由于被该SCR吸附的NH3的量减少，因此，SCR的NOX净化率降低。其结果为，未被SCR净化而向大气中排出的NOX的量有可能变多。
对此，当SCR的温度高于NOX净化窗的上限值时，如果以第一温度检测单元的检测值在颗粒物氧化开始温度以上且颗粒物捕集量与再生阈值相比而少预定量以上为条件，使废气再循环气体量被增加，则能够将排出至大气中的NOX的量抑制得较少。
在本发明的内燃机的排气净化***中，可以采用如下的方式，即，控制单元在第二温度检测单元的检测值超过NOX净化窗的上限值的期间内，使从所述还原剂供给装置供给的还原剂的量减少。
在SCR的温度高于NOX净化窗的上限值的期间内，SCR的能够吸附的NH3量变少。因此，当SCR的温度与所述上限值相比而较高时，如果从还原剂供给装置供给了与较低时(属于NOX净化窗时)为等量的还原剂，则未被SCR吸附的NH3有可能增加。
相对于此，在第二温度检测单元的检测值超过NOX净化窗的上限值的期间内，如果从还原剂供给装置供给的还原剂的量被减少，则能够将未被SCR吸附的NH3的量(NH3滑移量)抑制为较少，并且，能够抑制NH3的不必要的消耗。并且，当从还原剂供给装置供给的还原剂的量被减少时，还设想到SCR的NOX净化率降低的情况。但是，由于通过废气再循环气体量的增加而使从内燃机排出的NOX的量变少，因此，抑制了未被SCR净化而向大气中排出的NOX量的增加。因此，能够在抑制向大气中排出的NOX量的增加的同时，还抑制NH3泄漏量的增加。
并且，使从还原剂供给装置供给的还原剂的减量开始的正时无需与使废气再循环气体量的增加开始的正时为同时，可以早于使废气再循环气体量的增加开始的正时。也就是说，可以在SCR的温度超过NOX净化窗的上限值之前开始实施还原剂的减量。如果在SCR的温度超过所述上限值之前开始实施还原剂的减量，则能够将SCR的温度超过所述上限值时从该SCR脱离的NH3的量抑制得较少。
在SCR的温度超过所述上限值之前开始实施还原剂的减量的情况下，例如，当第二温度检测单元的检测值达到低于所述上限值的预定温度时，可以以第一温度检测单元的检测值处于上升趋势为条件，开始实施还原剂的减量。此处所说的“预定温度”是指，考虑到随着颗粒过滤器的温度上升而SCR的温度从该预定温度上升至高于所述上限值的温度为止的最低温度，其能够预先通过利用实验等的适当处理而求得。
发明效果
根据本发明，在具备颗粒过滤器和SCR的内燃机的排气净化***中，能够适当地减少向大气中排出的NOX量。
附图说明
图1为表示应用了本发明的内燃机和其进气排气***的概要结构的图。
图2为表示SCR的温度和NOX净化率之间的关系的图。
图3为表示燃料喷射正时、废气再循环气体量、NOX产生量和颗粒物产生量之间的关系的图。
图4为表示燃料喷射正时、废气再循环气体量、NOX产生量和燃料消耗量之间的关系的图。
图5为表示颗粒过滤器的温度和颗粒物氧化速度之间的关系的图。
图6为表示颗粒过滤器的温度和由NO2实现的颗粒物的氧化速度之间的关系的图。
图7为表示在第一实施例中在NOX减少处理的执行时由ECU执行的控制程序的流程图。
图8为表示第二实施例中的内燃机和其进排气***的概要结构的图。
图9为表示在第二实施例中NOX减少处理的执行时由ECU执行的控制程序的流程图。
具体实施方式
以下，根据附图，对本发明的具体的实施方式进行说明。本实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、相对配置等只要没有特别记载，则并不表示仅将发明的技术范围限定于这些方式的含义。
＜实施例1＞
首先，根据图1至图7，对本发明的第一实施例进行说明。图1为表示用用了本发明的内燃机和其进气排气***的概要结构的图。图1所示的内燃机1为具有多个气缸的压缩点火式的内燃机(柴油发动机)。并且，应用了本发明的内燃机并不限定于压缩点火式的内燃机，也可以为被稀薄燃烧运行的火花点火式的内燃机(汽油发动机)。
内燃机1具备向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀1a。另外，在内燃机1上连接有进气通道2和排气通道3。进气通道2为将从大气中获得的新鲜空气(空气)向内燃机1的气缸进行引导的通道。排气通道3为，用于使从内燃机1的气缸内排出的已燃气体(排气)流通的通道。
在进气通道2的中途配置有进气节流阀(节气门)4。节气门4为，通过对进气通道2的通道截面积进行变更，从而对被吸入内燃机1的气缸内的空气量进行调节的阀机构。并且，节气门4具备阀体和用于对该阀体进行开闭驱动的电动机，电动机被后文所述的ECU10控制。
在排气通道3的中途，从上游侧直列地配置有第一催化剂外壳5和第二催化剂外壳6。第一催化剂外壳5在筒状的外壳内内置有氧化催化剂和颗粒过滤器。此时，氧化催化剂既可以被负载在配置于颗粒过滤器的上游的催化剂载体上、或者也可以被负载在颗粒过滤器上。
第二催化剂外壳6为，在筒状的外壳内收纳了负载有选择还原型催化剂(SCR)的催化剂载体的部件。催化剂载体为，在例如具有由堇青石和Fe-Cr-Al类的耐热钢形成的蜂窝形状的横截面的整体类型的基体材料上，涂敷了氧化铝类或沸石类的活化成分(载体)的物质。而且，在催化剂载体上负载有具有氧化能力的贵金属催化剂(例如，铂(Pt)或钯(Pd)等)。
并且也可以设定为，在第二催化剂外壳6的内部，于与SCR相比靠下游处配置有负载了氧化催化剂的催化剂载体。这种情况下的氧化催化剂为，用于对从后文所述的还原剂添加阀7向SCR供给的还原剂中的、穿过了SCR的还原剂进行氧化的催化剂。
在第一催化剂外壳5与第二催化剂外壳6之间的排气通道3上安装有向排气中添加(喷射)NH3或作为NH3的前驱体的还原剂的还原剂添加阀7。还原剂添加阀7为，具有通过针阀的移动而被开闭的喷孔的阀装置。还原剂添加阀7经由泵70而被连接于还原剂罐71。泵70对还原剂罐71中所储存的还原剂进行抽吸，并且，将被抽吸出的还原剂向还原剂添加阀7加压输送。还原剂添加阀7将从泵70被加压输送来的还原剂向排气通道3内喷射。并且，还原剂添加阀7和泵70为本发明所涉及的还原剂供给装置的一个实施方式。
在此，作为还原剂罐71所储存的还原剂，能够使用尿素或氨基甲酸铵等的水溶液、或者氨气。在本实施例中，对作为还原剂而使用了尿素水溶液的示例进行叙述。
当从还原剂添加阀7喷射尿素水溶液时，尿素水溶液将与排气一起向第二催化剂外壳6流入。此时，尿素水溶液接受排气和第二催化剂外壳6的热量而被热分解或加水分解。当尿素水溶液被热分解或加水分解时，将生成氨(NH3)。以这种方式生成的NH3被SCR吸附(或吸留)。SCR所吸附的NH3与排气中所包含的氮氧化物(NOX)反应并生成氮(N2)和水(H2O)。也就是说，NH3作为NOX的还原剂而发挥功能。
另外，内燃机1具备废气再循环装置，废气再循环装置包含使进气通道2和排气通道3连通的废气再循环通道100、以及对该废气再循环通道100的通道截面积进行变更的废气再循环阀101。废气再循环通道100为，通过进气通道2的节气门4而将流过排气通道3的排气的一部分作为废气再循环气体而向下游引导的通道。废气再循环阀101为，通过对所述废气再循环通道100的通道截面积进行变更从而对从排气通道3向进气通道2供给的废气再循环气体量进行调节的阀机构。并且，废气再循环阀101具备阀体和用于对该阀体进行开闭驱动的电动机，电动机被后文所述的ECU10控制。
在以这种方式构成的内燃机1中同时设置有ECU10。ECU10为具备CPU、ROM、RAM、后备RAM等的电子控制单元。ECU10与第一排气温度传感器8、第二排气温度传感器9、曲轴位置传感器11、加速器位置传感器12、空气流量计13、以及A/F传感器14等的各种传感器电连接。
第一排气温度传感器8被配置于与第一催化剂外壳5相比靠下游、且与第二催化剂外壳6相比靠上游的排气通道3上，并输出与从第一催化剂外壳5流出的排气的温度相关的电信号，换言之，输出与被收纳于第一催化剂外壳5中的颗粒过滤器的温度相关的电信号。第二排气温度传感器9被配置于与第二催化剂外壳6相比靠下游的排气通道3上，并输出与从第二催化剂外壳6流出的排气的温度相关的电信号，换言之，输出与被收纳于第二催化剂外壳6中的SCR的温度相关的电信号。并且，第一排气温度传感器8相当于本发明所涉及的第一温度检测单元。第二排气温度传感器9相当于本发明所涉及的第二温度检测单元。
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。加速器位置传感器12输出与加速踏板的操作量(加速器开度)相关的电信号。空气流量计13输出与被吸入内燃机1内的空气量(吸入空气量)相关的电信号。A/F传感器14被配置于与第一催化剂外壳5相比靠上游的排气通道3上，并输出与排气的空燃比相关的电信号。
ECU10与燃料喷射阀1a、节气门4、还原剂添加阀7、泵70、以及废气再循环阀101等的各种设备电连接。ECU10根据所述的各种传感器的输出信号而对所述各种设备进行电控制。例如，ECU10在执行内燃机1的燃料喷射控制、从还原剂添加阀7间歇地喷射还原剂的添加控制等已知控制之外，还在被收纳于第二催化剂外壳6中的SCR的NOX净化率降低时，执行减少从内燃机1排出的NOX的量的NOX减少处理。以下，对本实施例中的NOX减少处理的执行方法进行叙述。
首先，根据图2，对SCR的NOX净化能力活化的温度范围(NOX净化窗)进行说明。图2中的横轴表示SCR的温度，纵轴表示SCR的NOX净化率(相对于向SCR流入的NOX量的、由SCR净化的NOX量的比率)。当SCR的温度低于第一温度Te1时，由于该SCR的还原能力变低，因此，NOX净化率低于被预先决定的下限值。另一方面，当SCR的温度高于与第一温度Te1相比而较高的第二温度Te2时，由于该SCR的可吸附的NH3的量变少，因此，NOX净化率低于下限值。因此，SCR在从第一温度Te1至第二温度Te2的温度范围(NOX净化窗)内发挥了有效的NOX净化能力。并且，虽然所述第二温度Te2会根据SCR的负载量或容量等而发生变化，但大致为400℃程度。
另外，在内燃机1的高负载运行状态被持续保持等的情况下，SCR的温度有可能变得高于第二温度Te2。当SCR的温度变得高于所述第二温度Te2时，未被SCR净化而向大气中排出的NOX的量有可能会变多。
对此，在SCR的温度高于NOX净化温度窗的上限值(第二温度Te2)时，考虑到使内燃机的气缸内燃烧的混合气的燃烧正时的延迟的方法。燃料喷射阀1a的燃料喷射正时被延迟的情况与不被延迟的情况相比，混合气的燃烧温度降低。其结果为，混合气燃烧时产生的NOX的量(从内燃机1排出的NOX的量)减少。但是，由于当燃料喷射正时被延迟时，会导致内燃机输出的降低，因此，需要增加燃料喷射量，从而燃料消耗量或二氧化碳(CO2)的产生量有可能增加。
因此，在本实施例的NOX减少处理中，ECU10在SCR的温度高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)的情况下，当颗粒过滤器的温度在颗粒物可能氧化的最低温度(颗粒物氧化开始温度)以上时，使废气再循环气体量增量。
在废气再循环气体量较多时，由于与较少时相比混合气的燃烧温度变低，因此NOX产生量减少。其结果为，能够减少燃料喷射正时的延迟量。因此，能够在抑制了燃料消耗量或CO2产生量的增加的同时，减少从内燃机排出的NOX的量。即，当SCR的温度高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)时，能够在抑制了燃料消耗量或CO2产生量的增加的同时，抑制向大气中排出的NOX的增加。
图3为，表示燃料喷射正时、废气再循环气体量、NOX产生量(从内燃机1排出的NOX的量)和颗粒物产生量(从内燃机1排出的颗粒物的量)之间的关系的图。图3中的实线表示，在燃料喷射正时的延迟量较少的情况(例如，SCR的温度收敛于NOX净化窗内时的延迟量)下使废气再循环气体量变化时的颗粒物产生量和NOX产生量之间的关系。另一方面，图3中的虚线表示在燃料喷射正时的延迟量较多的情况下使废气再循环气体量变化时的颗粒物产生量和NOX产生量之间的关系。并且，在图3中的实线以及虚线上设定为，越向图中的左侧前进，废气再循环气体量越增多。
在图3中，SCR的温度收敛于NOX净化窗内时，如实线上的虚线空心圆所示，燃料喷射正时的延迟量较少，且废气再循环气体量变少。另外，在SCR的温度高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)时，如果如虚线上的实心圆所示燃料喷射正时被延迟，则能够在较少地抑制颗粒物产生量的增加的同时还较少地抑制NOX产生量的增加。另一方面，如实线上的实线空心圆所示，当在较少地抑制燃料喷射正时的延迟量的同时使废气再循环气体量被增加时，虽然能够较少地抑制NOX产生量，但是颗粒物产生量会变多。
接下来，图4中图示了燃料喷射正时、废气再循环气体量、NOX产生量和燃料消耗量之间的关系。图4中的实线表示在燃料喷射正时的延迟量较少的情况下使废气再循环气体量变化时的燃料消耗量与NOX产生量之间的关系。另一方面，图4中的虚线表示在燃料喷射正时的延迟量较多的情况下使废气再循环气体量变化时的燃料消耗量与NOX产生量之间的关系。并且，图4中的虚线空心圆、实线空心圆、以及实线实心圆各自的燃料喷射正时和废气再循环气体量与前文所述的图3中的虚线空心圆、实线空心圆以及实线实心圆相同。
在图4中，在通过虚线上的实线实心圆的燃料喷射正时以及废气再循环气体量而使内燃机1运行的情况下，与通过实线上的实线空心圆的燃料喷射正时以及废气再循环气体量而使内燃机1运行的情况相比，燃料消耗量恶化。
在此，当颗粒过滤器的温度高于颗粒物氧化开始温度时，在图3中以及图4中的实线空心圆的燃料喷射正时以及废气再循环气体量被选择时，从内燃机1排出的颗粒物量的增加量能够通过在颗粒过滤器中被氧化的颗粒物量而被抵消。也就是说，能够尽可能地将伴随于颗粒物产生量的增加的、颗粒过滤器的颗粒物捕集量的增加抑制为较少。因此，能够在抑制颗粒物再生处理的执行频率的增加的同时将NOX产生量以及燃料消耗量抑制为较少。
并且，如图5所示，在颗粒过滤器中每单位时间被氧化的颗粒物的量(颗粒物氧化速度)在预定的温度(颗粒物氧化开始温度)Tpm以上时开始增加。因此，在SCR的温度高于所述第二温度Te2且颗粒过滤器的温度在颗粒物氧化开始温度Tpm以上时，如果实施上述的NOX减少处理(在抑制燃料喷射正时的延迟的同时使废气再循环气体量增加的处理)，则能够在抑制燃料消耗量的增加(CO2产生量的增加)、颗粒物再生处理的执行频率的增加、以及被排出至大气中的颗粒物量的增加的同时，抑制被排出至大气中的NOX量的增加。所述的颗粒物氧化开始温度Tpm根据颗粒过滤器的材质以及颗粒过滤器的容量等而发生变化，大致为450℃程度。
另外，当颗粒过滤器的颗粒物捕集量在颗粒物再生阈值以上或近似于颗粒物再生阈值时，如果执行通过废气再循环气体量的增量而实施的NOX减少处理，则存在颗粒过滤器的颗粒物捕集量变得过多、或者被颗粒过滤器氧化的颗粒物的量变得过多的可能性。其结果为，有可能诱发因颗粒过滤器的压力损失的增加而造成的背压的上升、或因颗粒物氧化量(颗粒物氧化速度)的增加而造成的颗粒过滤器的过度升温等。
相对于此，如果在颗粒过滤器的颗粒物捕集量相对于颗粒物再生阈值而少预定量以上时执行通过废气再循环气体量的增量而实施的NOX减少处理，则能够避免颗粒过滤器的颗粒物捕集量变得过多、或被颗粒过滤器氧化的颗粒物的量变得过多的状况。其结果为，能够抑制因颗粒过滤器的压力损失的增加而造成的背压的上升、或因颗粒物氧化量(颗粒物氧化速度)的增加而造成的颗粒过滤器的过度升温。此处所述的“预定量”为，认为即使在由于废气再循环气体量的增加而使向颗粒过滤器流入的颗粒物的量增加了的情况下，也能够避免背压的上升或颗粒过滤器的过度升温的量，且为通过预先利用了实验等的适当处理而求得的量。
并且，当颗粒过滤器的温度Tflt处于与所述颗粒物氧化开始温度Tpm相比而较低的预定的温度范围内时，被颗粒过滤器捕集的颗粒物将与排气中的二氧化氮(NO2)反应并被氧化。
图6中图示了颗粒过滤器的温度与由NO2实现的颗粒物的氧化速度之间的关系。在图6中，当颗粒过滤器的温度属于在第一过滤器温度Tf1以上且在第二过滤器温度Tf2以下的温度范围(NO2还原窗)内时，与排气中的NO2反应并被氧化的颗粒物的量(颗粒物氧化速度)将增加。并且，通过第一过滤器温度Tf1和第二过滤器温度Tf2而被特定的温度范围为大致350℃前后的温度范围，其能够预先通过实验而求得。
因此，当颗粒过滤器的温度Tflt属于所述NO2还原窗时，如果从内燃机1排出的NO2的量增加，则能够使颗粒过滤器的颗粒物捕集量ΣPM减少。其结果为，当颗粒过滤器的温度Tflt成为颗粒物氧化开始温度Tpm以上时，颗粒过滤器的颗粒物捕集量ΣPM低于上限量A的概率变高。也就是说，在颗粒过滤器的温度Tflt成为颗粒物氧化开始温度TPM以上时，易于执行NOX减少处理。
作为使从内燃机1排出的NO2增量的方法，能够利用使废气再循环气体量减量的方法或使燃料喷射正时提前(使延迟量减少)的方法等。但是，如果执行使废气再循环气体量减量的处理或使料喷射正时提前的处理，则从内燃机1排出的一氧化氮(NO)的量也会增加。因此，用于使从内燃机1排出的NO2的增量的处理优选为，以SCR的温度Tscr收敛于NOX净化窗内为条件而被执行。
因此，ECU10通过以SCR的温度Tscr属于NOX净化窗为条件来执行使NO2增量的处理，从而能够在抑制向大气中排出的NOX量的增加的同时使颗粒过滤器的颗粒物捕集量ΣPM减少。
以下，沿着图7，对本实施例中的NOX减少处理的执行顺序进行说明。图7为表示在NOX减少处理被执行时ECU10所执行的控制程序的流程图。图7的控制程序为被存储于ECU10的ROM内的程序，且为通过ECU10而被周期性地执行的程序。
在图7的控制程序中，ECU10在S101的处理中读入颗粒过滤器的温度Tflt、SCR的温度Tscr、以及颗粒过滤器的颗粒物捕集量ΣPM。作为颗粒过滤器的温度Tflt，能够使用所述第一排气温度传感器8的输出信号。作为SCR的温度Tscr，能够使用所述第二排气温度传感器9的输出信号。并且，颗粒过滤器的温度Tfilt、或SCR的温度Tscr的温度可以将内燃机1的运行状态(燃料喷射量或吸入空气量等)作为参数来进行推断运算。颗粒过滤器的颗粒物捕集量能够通过已知的方法来求得。例如，可以将颗粒过滤器的前后差压(未图示的差压传感器的测定值)和排气流量(空气流量计13的测定值)等为参数来对颗粒物捕集量进行运算。另外，可以将颗粒过滤器的温度和内燃机1的内燃机运行状态(吸入空气量或燃料喷射量)等作为参数，而对颗粒物捕集量进行运算。
在S102的处理中，ECU10对在所述S101中读入的颗粒物捕集量ΣPM是否在上限量A以下进行辨别。上限量A为，从前文所述的颗粒物再生阈值中减去预定量而获得的量。在S102的处理中作出肯定判断的情况下(ΣPM≤A)，ECU10进入S103的处理。另一方面，在S102的处理中作出否定判断的情况下(ΣPM＞A)，ECU10暂时结束本程序的执行。此时，ECU10可以如前文所述的图3中以及图4中的实线实心圆所示，通过使燃料喷射正时延迟从而抑制颗粒物产生量和NOX产生量的增加。
在S103的处理中，ECU10对在所述S101中读入的SCR的温度Tscr是否高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)进行辨别。在S103的处理中作出肯定判断的情况下(Tscr＞Te2)，ECU10进入S104的处理。
在S104的处理中，ECU10对在所述S101中读入的颗粒过滤器的温度Tflt是否在颗粒物氧化开始温度Tpm以上进行辨别。在S104的处理中作出肯定判断的情况下(Tflt≥Tpm)，ECU10进入S105的处理。
在S105的处理中，ECU10通过使废气再循环气体量增加从而使从内燃机1排出的NOX的量减少。具体而言，ECU10以使燃料喷射正时以及废气再循环气体量与前文所述的图3中以及图4中的实线空心圆所示的燃料喷射正时以及废气再循环气体量一致的方式，对燃料喷射阀1a以及废气再循环阀101进行控制。在该情况下，能够在抑制燃料消耗量的增加的同时使NOX产生量减少。另外，虽然在废气再循环气体量增加的情况下，颗粒物产生量增加，但是，由于从内燃机1排出的颗粒物被颗粒过滤器捕集，因此，能够避免被排出至大气中的颗粒物的量增加的状况。而且，由于颗粒过滤器的温度Tflt在颗粒物氧化开始温度Tpm以上，因此，颗粒物产生量的增加量通过在颗粒过滤器中被氧化的颗粒物的量而被抵消。其结果为，能够在抑制颗粒物再生处理的执行频率的增加的同时抑制NOX产生量的增加。另外，由于以颗粒物捕集量ΣPM在上限量A以下为条件而使废气再循环气体量被增加，因此，能够在避免颗粒过滤器的颗粒物捕集量变得过多、或者被颗粒过器氧化的颗粒物的量变得过多的状况的同时，执行NOX减少处理。其结果为，还能够抑制因颗粒过滤器的压力损失的增加造成的背压的上升、或者因颗粒物氧化量(颗粒物氧化速度)的增加造成的颗粒过滤器的过度升温。
可是，当SCR的温度Tscr高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)时，该SCR的可吸附的NH3的量变少。因此，从还原剂添加阀7供给与SCR的温度Tscr属于NOX净化窗时(Te1≤TSCR≤Te2)为相同量的还原剂，则未被SCR吸附的NH3的量(NH3泄漏量)有可能变多。
因此，ECU10在所述S104的处理中使废气再循环气体量增加时，使从还原剂添加阀7被供给的还原剂的量减量。在该情况下，由于向SCR被供给的NH3的量减少，因此，能够避免未被SCR吸附的NH3的量增加的状况。可是还设想到，如果使从还原剂添加阀7被供给的还原剂的量减少，则SCR的NOX净化率会降低。但是，由于通过废气再循环气体量的增加而使从内燃机1排出的NOX的量变少，因此，抑制了未被SCR净化而被排出至大气中的NOX量的增加。因此，能够在抑制被排出至大气中的NOX量的增加的同时，抑制NH3泄漏量的增加。
并且，在所述S102的处理中作出否定判断的情况下(ΣPM＞A)、或在所述S103的处理中作出否定判断的情况下(TSCR≤Te2)，ECU10进入S106的处理。在S106的处理中，ECU10对于在所述S101中读入的SCR的温度Tscr是否属于NOX净化窗进行辨别。即，ECU10对SCR的温度Tscr是否属于所述第一温度Te1以上且所述第二温度Te2以下的范围内进行辨别。在S106的处理中作出否定判断的情况下(TSCR＜Te1、或TSCR＞Te2)，ECU10暂时结束本程序的执行。另一方面，在S106的处理中作出肯定判断的情况下(Te1≤TSCR≤Te2)，ECU10进入S107的处理。
在S107的处理中，ECU10对在所述S101的处理中读入的颗粒过滤器的温度Tflt是否属于第一过滤器温度Tf1以上且第二过滤器温度Tf2以下的温度范围(NO2还原窗)进行辨别。在S107的处理中作出否定判断的情况下(Tflt＜Tf1、或Tflt＞Tf2)，ECU10暂时结束本程序的执行。另一方面，在S107的处理中作出肯定判断的情况下(Tf1≤Tflt≤Tf2)，ECU10进入S108的处理。
在S108的处理中，ECU10执行使从内燃机1排出的NO2增量的处理(NO2增量处理)。详细而言，ECU10使废气再循环气体量减少、或使燃料喷射正时提前。如果以这种顺序来执行NO2增量处理，则能够在抑制被排出至大气中的NOX量的增加的同时，使颗粒过滤器的颗粒物捕集量ΣPM减少。其结果为，当颗粒过滤器的温度成为颗粒物氧化开始温度Tpm以上时，颗粒过滤器的颗粒物捕集量ΣPM成为上限量A以下的概率变高。因此，当颗粒过滤器的温度成为颗粒物氧化开始温度Tpm以上时，能够提高执行通过废气再循环气体量的增量而实施的NOX减少处理的概率(频率)。
另外，在所述S104的处理中作出否定判断的情况下(Tflt＜Tpm)，ECU10不执行通过废气再循环气体量的增量而实施的NOX减少处理，而结束本程序的执行。此时，ECU10可以如前文所述的图3中以及图4中的实线实心圆所示，通过使燃料喷射正时延迟从而使NOX产生量减少。
如上所述，ECU10通过执行图7的控制程序从而实现了本发明所涉及的控制单元。其结果为，当SCR的温度超过了NOX净化窗的上限值时，能够在将燃料消耗量(CO2)的增加或NH3滑移动量的增加抑制为较少的同时，抑制被排出至大气中的NOX以及颗粒物的增加。
＜实施例2＞
根据图8至图9，对本发明的第二实施例进行说明。图8为表示应用了本发明的内燃机以及该进排气***的其他结构例的图。在图8中，对与前文所述的实施例相同的结构要素标记了同样的符号。
在图8中，在第一催化剂外壳5与第二催化剂外壳6之间的排气通道3上设置有将空气(二次空气)向该排气通道3内供给的二次空气供给装置15。二次空气供给装置15被ECU10控制。详细而言，ECU10在SCR的温度高于NOX净化窗的上限值且颗粒过滤器的温度小于颗粒物氧化开始温度时，从二次空气供给装置15向排气通道3供给二次空气。在该情况下，向SCR流入的排气被低温的二次空气冷却，随之SCR也被冷却。其结果为，在尽管SCR的温度高于NOX净化窗的上限值，但无法执行通过废气再循环气体量的增加而实施的NOX减少处理的情况下，能够迅速地使SCR的温度向所述上限值以下降低。因此，当无法执行NOX减少处理时，能够尽可能地将被排出至大气中的NOX量的增加抑制为较少。
图9为表示NOX减少处理的执行时ECU10执行的控制程序的流程图。在图9中，对与前文所述的第一实施例的控制程序(参照图7)相同的处理标记相同符号。图9的控制程序与前文所述的图7的控制程序的不同点在于，在S104的处理中作出否定判断的情况下(Tflt＜Tpm)，执行S201的处理。在S201的处理中，ECU10从二次空气供给装置15向排气通道3供给二次空气。在该情况下，能够在无法执行NOX减少处理的条件下使SCR的温度Tscr高于所述上限值(第二温度Te2)的期间缩短。
并且，二次空气的供给也可以在SCR的温度Tscr近似于所述上限值(第二温度Te2)时被实施。在该情况下，SCR的温度Tscr将难以超过所述上限值(第二温度Te2)。
在前文所述的第一实施例以及第二实施例中，对以颗粒物捕集量ΣPM在上限量A以下、颗粒过滤器的温度Tflt在颗粒物氧化开始温度Tpm以上、且SCR的温度Tscr高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)为条件而增加废气再循环气体量的示例进行了叙述，但是，SCR的温度Tscr高于NOX净化窗的上限值(第二温度Te2)并不是必要条件。即，也可以以颗粒物捕集量ΣPM在上限量A以下且颗粒过滤器的温度Tflt在颗粒物氧化开始温度Tpm以上为条件，而使废气再循环气体量增加。
当以颗粒物捕集量ΣPM在上限量A以下且颗粒过滤器的温度Tflt在颗粒物氧化开始温度Tpm以上为条件而使废气再循环气体量增加时，向SCR流入的NOX的量将变少。其结果为，为了使SCR对NOX进行净化而所需的还原剂的量变少。因此，能够在将向SCR供给的还原剂的量抑制为较少的同时，抑制被排出至大气中的NOX量的增加。
符号说明
1 内燃机
1a 燃料喷射阀
2 进气通道
3 排气通道
4 节气门
5 第一催化剂外壳
6 第二催化剂外壳
7 还原剂添加阀
8 第一排气温度传感器
9 第二排气温度传感器
10 ECU
11 曲轴位置传感器
12 加速器位置传感器
13 空气流量计
14 A/F传感器
15 二次空气供给装置
70 泵
71 还原剂罐
100 废气再循环通道
101 废气再循环阀

Claims (5)

1.一种内燃机的排气净化***，具备：
颗粒过滤器，其被配置在内燃机的排气通道上；
选择还原型催化剂，其被配置在与所述颗粒过滤器相比靠下游的排气通道上；
还原剂供给装置，其向与所述选择还原型催化剂相比靠上游的排气通道供给作为氨或氨的前驱体的还原剂；
废气再循环装置，其将流过排气通道的排气的一部分作为废气再循环气体而供给至进气通道；
第一温度检测单元，其对与所述颗粒过滤器的温度相关的温度进行检测；
第二温度检测单元，其对与所述选择还原型催化剂的温度相关的温度进行检测；
检测单元，其对作为被所述颗粒过滤器捕集到的颗粒物的量的颗粒物捕集量进行检测；
控制单元，其在所述第一温度检测单元的检测值为粒状物质可能氧化的最低温度以上、且与成为颗粒物再生处理的执行条件的颗粒物捕集量相比由所述检测单元检测出的颗粒物捕集量少预定量以上时，以使废气再循环气体量增加的方式对所述废气再循环装置进行控制，而在所述第一温度检测单元的检测值属于与粒状物质可能氧化的最低温度相比而较低的温度范围、且属于对被颗粒过滤器捕集到的粒状物质和作为被包含在排气中的NOx的一部分的二氧化氮之间的氧化还原反应进行促进的温度范围，并且第二温度检测单元的检测值属于所述NOx净化窗时，实施作为使从内燃机排出的NOx增加的处理的NOx增加处理。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化***，其中，
在所述第一温度检测单元的检测值在粒状物质可能氧化的最低温度以上、且与成为颗粒物再生处理的执行条件的颗粒物捕集量相比由所述检测单元检测出的颗粒物捕集量少预定量以上时，所述控制单元以所述第二温度检测单元的检测值在所述NOx净化窗的上限值以上为条件，以使废气再循环气体量增加的方式对所述废气再循环装置进行控制。
3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化***，其中，
所述控制单元在以使废气再循环气体量增加的方式对所述废气再循环装置进行控制的期间内，使从所述还原剂供给装置供给的还原剂的量减少。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的内燃机的排气净化***，其中，
所述NOx增加处理为，以使废气再循环气体量减少的方式对所述废气再循环装置进行控制的处理。
5.如权利要求1至3中的任意一项所述的内燃机的排气净化***，其中，
所述内燃机为，具备向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀的压缩点火式的内燃机，
所述NOx增加处理为，使所述燃料喷射阀的燃料喷射正时提前的处理。
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