排氣控制設(shè)備和用于控制凈化劑供給的控制方法
【專利說明】排氣控制設(shè)備和用于控制凈化劑供給的控制方法
[0001]本申請是申請日為2011年9月21日(于2013年3月20日進入中國國家階段)、國家申請?zhí)枮?01180045270.9(國際申請?zhí)枮镻CT/IB2011/002188)、發(fā)明名稱為“排氣控制設(shè)備和用于排氣控制設(shè)備的控制方法”的申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種排氣控制設(shè)備以及一種用于排氣控制設(shè)備的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]利用氨作為還原劑來還原包含在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣中的氮氧化物(NOx)的呢還原催化劑被用作排氣控制構(gòu)件。在具有^,還原催化劑的排氣控制設(shè)備中，氨從NOx還原催化劑的上游側(cè)供給至NOx還原催化劑。通常使用將尿素水噴射到排氣中的方法作為氨供給方法。
[0004]噴射到排氣中的尿素水在排氣中分解以產(chǎn)生氨。從尿素水產(chǎn)生的氨被吸附到NOx還原催化劑。吸附至N0X?原催化劑的氨與流入NO ,還原催化劑的排氣中的NO ,之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并因此，從排氣中除去了 N0X。
[0005]NOx還原催化劑的NO ^爭化率取決于吸附到NO x還原催化劑的氨量。隨著NO x還原催化劑吸附的氨量增大，獲得了穩(wěn)步提高的呢凈化率。然而，能夠吸附到NO x還原催化劑的氨量存在上限，并且當超過該上限的過量氨被供給到NOx還原催化劑時，變得更易發(fā)生氨逃逸，從而未能吸附到NOx還原催化劑的氨流出NOx還原催化劑。
[0006]因此，在具有N0x還原催化劑的排氣控制設(shè)備中，難以在抑制氨逃逸的同時實現(xiàn)NOx,化率的改善。
[0007]針對該問題，日本專利申請公報N0.2003-293737 (JP-A-2003-293737)提出了一種發(fā)明:該發(fā)明通過基于由N0x還原催化劑消耗的氨消耗量以及由還原劑供給裝置添加的氨添加量來計算由NOx還原催化劑吸附的實際氨吸附量、以及基于所計算出的實際吸附量來控制氨添加量使得吸附到N0x還原催化劑的氨量達到目標吸附量而在抑制氨逃逸的同時實現(xiàn)了 NOx,化率的改善。
[0008]即使當吸附到呢還原催化劑的氨量保持恒定，NO^化率以及氨逃逸的可能性也會根據(jù)NOx還原催化劑上的氨吸附量的分布而不同。
[0009]例如，在從NOx還原催化劑的上游側(cè)添加尿素水之后的即刻，吸附到NO ,還原催化劑的沿排氣流動方向的上游側(cè)部分的氨量可能大于吸附到下游側(cè)部分的氨量。與所吸附的氨在整個NOx還原催化劑上一致地(均勻地)分布時相比，在氨吸附量以此方式分布時獲得了更大的NOx,化率。
[0010]另一方面，一旦在添加尿素水之后經(jīng)過一定時間，則吸附到NOx還原催化劑的沿排氣流動方向的下游側(cè)部分的氨量可能變得大于吸附到上游側(cè)部分的氨量。與所吸附的氨在整個NOx還原催化劑上一致地分布時相比，在氨吸附量以此方式分布時更易于發(fā)生氨逃逸。
[0011]在JP-A-2003-293737描述的發(fā)明中，簡單地將^,還原催化劑的全部氨吸附量控制到目標吸附量，并且沒有考慮由于NOx還原催化劑上的氨吸附量分布而引起的NOx凈化率和氨逃逸可能性的差異。因此，不可能在抑制氨逃逸的同時充分實現(xiàn)改善NOx凈化率的效果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]考慮了上述幾點而設(shè)計了本發(fā)明，并且本發(fā)明提供了一種在具有NOx還原催化劑的排氣控制設(shè)備中使用的技術(shù)，該N0x還原催化劑設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中，以利用從排氣流動方向的上游側(cè)供給并吸附到N0x還原催化劑的氨來還原并除去排氣中所含的NOx,通過該技術(shù)能夠提高NOJt化率并且能夠抑制氨逃逸。
[0013]更具體地，本發(fā)明提供了一種在具有排氣控制構(gòu)件的排氣控制設(shè)備中使用的技術(shù)，該排氣控制構(gòu)件設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中，以利用從排氣流動方向的上游側(cè)供給并吸附到排氣控制構(gòu)件的凈化劑來控制排氣，通過該技術(shù)能夠提高排氣凈化率并且能夠抑制凈化劑從排氣控制構(gòu)件的流出。
[0014]本發(fā)明的一個方面提供了一種排氣控制設(shè)備，該排氣控制設(shè)備包括:排氣控制構(gòu)件，所述排氣控制構(gòu)件設(shè)置在內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中以通過除去排氣中所含的預定成分來控制排氣；凈化劑供給裝置，所述凈化劑供給裝置將凈化劑供給到所述排氣系統(tǒng)中的所述排氣控制構(gòu)件的上游側(cè)，使得所述凈化劑吸附到所述排氣控制構(gòu)件并使所述凈化劑與通過所述排氣控制構(gòu)件的排氣中的所述預定成分反應(yīng)；以及控制裝置，所述控制裝置獲得所述排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布并且基于所獲得的凈化劑吸附量分布來控制由所述凈化劑供給裝置供給的凈化劑供給。
[0015]本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于控制對排氣控制構(gòu)件的排氣流動方向的上游側(cè)的凈化劑供給的控制方法，所述排氣控制構(gòu)件通過吸附與來自內(nèi)燃發(fā)動機的排氣中的預定成分反應(yīng)的凈化劑來凈化排氣，所述方法包括:獲得所述排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布；以及基于所獲得的凈化劑吸附量分布來控制所述凈化劑供給。
[0016]根據(jù)上述排氣控制設(shè)備和控制方法，能夠在考慮到與排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布對應(yīng)的排氣控制構(gòu)件的預定成分凈化率的差異以及凈化劑流出排氣控制構(gòu)件的逃逸可能性的差異的同時，控制由凈化劑供給裝置供給的凈化劑供給，并因此實現(xiàn)了能夠提高預定成分凈化率的吸附量分布以及能夠抑制凈化劑逃逸的吸附量分布。因此，能夠增大預定成分凈化率并且能夠抑制凈化劑逃逸。
[0017]例如，即使當吸附到整個排氣控制構(gòu)件的凈化劑量保持恒定，凈化劑逃逸的可能性仍會根據(jù)排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布而不同。能夠執(zhí)行凈化劑供給控制的范圍根據(jù)凈化劑逃逸的可能性而不同。
[0018]例如，當吸附到整個排氣控制構(gòu)件的凈化劑量保持恒定而吸附量分布成使得易于發(fā)生凈化劑逃逸時，優(yōu)選地停止或減少凈化劑供給，并且當吸附到整個排氣控制構(gòu)件的凈化劑量保持恒定而吸附量分布成使得不易發(fā)生凈化劑逃逸時，能夠在抑制逃逸的同時增大凈化劑供給。
[0019]根據(jù)上述排氣控制設(shè)備，基于排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布來控制凈化劑供給，并因此能夠在考慮根據(jù)排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布而不同的凈化劑逃逸可能性的情況下控制凈化劑供給。因此，凈化劑吸附量能夠增加到在能夠抑制凈化劑逃逸的范圍內(nèi)的最大量。
[0020]預定成分凈化率隨著吸附到排氣控制構(gòu)件的凈化劑量的增大而穩(wěn)定地增大，并因此，根據(jù)該排氣控制設(shè)備，能夠在抑制凈化劑逃逸的同時提高預定成分凈化率。
[0021]當吸附到排氣控制構(gòu)件的排氣流動方向上游側(cè)部分的凈化劑解吸附時，所解吸附的凈化劑可能逃逸。然而，所解吸附的氨更有可能移動到排氣控制構(gòu)件的下游側(cè)部分并且在其中與預定成分反應(yīng)而被消耗掉。換句話說，即使當排氣控制構(gòu)件的上游側(cè)部分中的凈化劑吸附量大時，其對逃逸可能性的影響仍小。
[0022]另一方面，當吸附到排氣控制構(gòu)件的下游側(cè)部分的凈化劑解吸附時，所解吸附的凈化劑極有可能流出排氣控制構(gòu)件而照原樣進入到排氣通道中。換句話說，與吸附到上游側(cè)部分的凈化劑相比，吸附到排氣控制構(gòu)件的下游側(cè)部分的凈化劑對逃逸的可能性的影響更大。
[0023]因此，可以判定，當排氣控制構(gòu)件中的凈化劑吸附量分布成使得較大量的凈化劑吸附到排氣控制構(gòu)件的下游側(cè)部分時，逃逸可能性是高的。
[0024]因此，在排氣控制設(shè)備中，可以基于排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布來判定排氣控制構(gòu)件的預定的下游側(cè)部分中的凈化劑吸附量，并且可以基于此來控制凈化劑供
5口 O
[0025]更具體地，在排氣控制設(shè)備中，當排氣控制構(gòu)件的位于沿排氣流動方向的下游側(cè)的預定部分中的凈化劑吸附量等于或超過預定的第一閾值時，控制裝置可以控制凈化劑供給裝置以停止凈化劑供給或減少凈化劑供給量。
[0026]通過這樣做，在凈化劑吸附量在排氣控制構(gòu)件上分布成使得逃逸易于發(fā)生時，或者換句話說，在所吸附的凈化劑分布成使得大量凈化劑吸附到排氣控制構(gòu)件的預定的下游側(cè)部分時，能夠停止或減少凈化劑供給。因此，能夠有利地抑制逃逸。
[0027]相反地，當凈化劑吸附量在排氣控制構(gòu)件上分布成使得逃逸不易發(fā)生時，或者換句話說，當所吸附的凈化劑分布成使得少量凈化劑吸附到排氣控制構(gòu)件的預定的下游側(cè)部分時，不停止或減少凈化劑供給。
[0028]因此，無需不必要地停止或減少凈化劑供給，并因此能夠保持高凈化率。在這種情況下，能夠在能抑制逃逸的范圍內(nèi)增大凈化劑供給，并且通過這樣做，能夠增大凈化率。
[0029]在現(xiàn)有技術(shù)中，可以在排氣控制構(gòu)件中的總凈化劑吸附量大時停止或減少凈化劑供給。
[0030]然而，根據(jù)本發(fā)明，即使當排氣控制構(gòu)件中的總凈化劑吸附量對于在現(xiàn)有技術(shù)中要被停止或減少凈化劑供給來說足夠大時，只要排氣控制構(gòu)件的預定的下游側(cè)部分中的凈化劑吸附量小于第一閾值，就不會停止或減少凈化劑供給。
[0031]因此，能夠在抑制凈化劑逃逸的同時使比現(xiàn)有技術(shù)更大量的凈化劑吸附到排氣控制構(gòu)件，并因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠提高凈化率。
[0032]上述構(gòu)型的“預定部分”為在凈化劑從排氣控制構(gòu)件解吸附時極有可能發(fā)生逃逸的區(qū)域。例如，在將排氣控制構(gòu)件沿排氣流動方向劃分成兩個部分的模型中，下游側(cè)部分可以設(shè)定為上述構(gòu)型的“預定部分”。
[0033]在劃分成三個或更多個部分的模型中，位于定位在最上游的部分的下游側(cè)的部分或者定位在最下游的部分可以設(shè)定為上述構(gòu)型的“預定部分”。“第一閾值”應(yīng)當根據(jù)設(shè)定為上述構(gòu)型的“預定部分”的部分來適當?shù)卦O(shè)定。
[0034]“第一閾值”為“預定部分”中的凈化劑吸附量的參考值，并且可以例如基于在超過預定允許水平的量中沒有發(fā)生逃逸的吸附量的上限值來設(shè)定。
[0035]在本發(fā)明中，逃逸的可能性可以基于排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布來判定，并且可以基于此來控制凈化劑供給。
[0036]更具體地，在本發(fā)明中，控制裝置可以基于排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布來獲得逃逸判定值，逃逸判定值是用于判定凈化劑流出排氣控制構(gòu)件的可能性的指標，并且當逃逸判定值等于或超過預定的第二閾值時，控制裝置可以控制凈化劑供給裝置以停止凈化劑供給或減少凈化劑供給量。
[0037]通過這樣做，能夠更精確地判定能夠抑制逃逸的凈化劑供給控制的范圍。因此，能夠在更可靠地抑制逃逸的同時供給更大量的凈化劑。因此，能夠以較高程度實現(xiàn)逃逸的抑制以及預定成分凈化率的提高。
[0038]吸附到排氣控制構(gòu)件的凈化劑從排氣控制構(gòu)件解吸附時所解吸附的凈化劑將流出排氣控制構(gòu)件的可能性根據(jù)所解吸附的凈化劑被吸附的位置而不同。如上所述，所解吸附的吸附到排氣控制構(gòu)件的下游側(cè)部分的凈化劑比所解吸附的吸附到上游側(cè)部分的凈化劑更有可能成為逃逸發(fā)生的因素。
[0039]換句話說，當?shù)攘績艋瘎┪降脚艢饪刂茦?gòu)件內(nèi)的不同位置時，所吸附的凈化劑對逃逸可能性的貢獻(可能性增加效果的大小)根據(jù)凈化劑的位置而不同。因此，在計算逃逸判定值時應(yīng)當不僅要考慮排氣控制構(gòu)件上的吸附量分布，還要考慮排氣控制構(gòu)件內(nèi)的位置對逃逸可能性的貢獻的差異。
[0040]更具體地，在上述構(gòu)型中，控制裝置可以獲得排氣控制構(gòu)件的各個位置的逃逸概率，逃逸概率是當吸附到排氣控制構(gòu)件的凈化劑從排氣控制構(gòu)件解吸附時所解吸附的凈化齊U流出排氣控制構(gòu)件的可能性的指標，并且控制裝置可以基于排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布以及逃逸概率而獲得逃逸判定值。
[0041]盡管逃逸概率同樣取決于排氣控制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、材料等，但逃逸概率被認為表現(xiàn)出朝向排氣控制構(gòu)件的下游端增大的基本趨勢。通過在考慮了逃逸概率以及排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布的情況下判定逃逸判定值，能夠在判定逃逸的可能性之后更精確地控制凈化劑供給。
[0042]注意，在根據(jù)排氣控制構(gòu)件的預定的下游側(cè)部分中的吸附量是否等于或超過第一閾值來控制凈化劑供給的上述構(gòu)型中使用的逃逸概率可以在預定部分中設(shè)定為I而在其他部分中設(shè)定為O。
[0043]能夠吸附到排氣控制構(gòu)件的凈化劑的上限量可以取決于排氣控制構(gòu)件的溫度。例如，能夠吸附到選擇性還原型NOx催化劑的氨的上限量隨著催化劑溫度增大而趨于穩(wěn)定地減小。
[0044]在流入排氣控制構(gòu)件的排氣的溫度上升的情況下，例如，當內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)由于迅速減速而極大地轉(zhuǎn)變到高載荷側(cè)或者執(zhí)行處理以氧化和去除設(shè)置在排氣控制構(gòu)件的上游側(cè)的顆粒過濾器中的顆粒物質(zhì)時，排氣控制構(gòu)件的溫度會升高，并因此，能夠吸附到排氣控制構(gòu)件的凈化劑量可能變化。在選擇性還原型NOJt化劑中，可吸附的氨量減小。
[0045]當可吸附凈化劑量隨著溫度的增大而減小時，如果溫度增加迅速，則可能沒有足夠的時間來執(zhí)行控制以停止或減少凈化劑供給，并因此，可能會供給過量的凈化劑，從而導致發(fā)生逃逸。
[0046]流入排氣控制構(gòu)件的排氣的溫度的增大或內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化與這些變化的影響隨著排氣控制構(gòu)件的溫度的增大而實際變得明顯時所處的點之間會出現(xiàn)延遲。因此，通過對流入排氣控制構(gòu)件的排氣的溫度的變化或者內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化進行檢測，可以對在不久的將來的排氣控制構(gòu)件的溫度的迅速增大進行預測。
[0047]通過在做出這種預測之后執(zhí)行控制以停止或減少凈化劑供給，能夠避免在排氣控制構(gòu)件的溫度實際增大使得可吸附的凈化劑量減小時供給過量的凈化劑的情況。
[0048]這里，在本發(fā)明中，控制裝置可以基于流入排氣控制構(gòu)件的排氣的溫度的變化以及內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化中的至少一者來校正逃逸判定值。
[0049]在上述構(gòu)型中，在基于流入到排氣控制構(gòu)件的排氣的溫度的變化以及內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化中的至少一者來預測在不久的將來排氣控制構(gòu)件的溫度會迅速增大時，可以沿增大方向校正逃逸判定值。
[0050]通過這樣做，逃逸判定值更有可能被判定成等于或超過第二閾值，并因此，更有可能執(zhí)行用于停止或減少凈化劑供給的控制。因此，在運轉(zhuǎn)狀態(tài)根據(jù)排氣控制構(gòu)件的溫度的增大而變化時能夠有利地抑制逃逸。
[0051]即使當排氣控制構(gòu)件中的總的凈化劑吸附量保持恒定，預定成分凈化率仍會根據(jù)排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布而不同。根據(jù)本發(fā)明，基于排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布來控制凈化劑供給，并因此，能夠在考慮了與排氣控制構(gòu)件上的凈化劑吸附量分布對應(yīng)的預定成分凈化率的差異的情況下控制凈化劑供給。因此，預定成分凈化率能夠增加到能夠抑制凈化劑逃逸的范圍內(nèi)的最大量。
[0052]預定成分從排氣流動方向的上游端流入排氣控制構(gòu)件，并因此，凈化率在大量凈化劑吸附到排氣控制構(gòu)件的上游側(cè)部分的分布的情況下比在凈化劑在整個排氣控制構(gòu)件上均勻地(一致地)吸附的分布的情況下更高。
[0053]同時，至于逃逸可能性，逃逸在大量凈化劑吸附到排氣控制構(gòu)件的下游側(cè)部分的分布的情況下比在凈化劑在整個排氣控制構(gòu)件上均勻地吸附的分布的情況下更有可能發(fā)生。