內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其同時(shí)實(shí)現(xiàn)NOX催化劑的低溫時(shí)與高溫時(shí)的NOX還原的效率化，尤其是實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)的NOX催化劑的NOX還原的效率的提升。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置具備選擇還原型NOX催化劑，其至少具有在高溫下NOX還原性較高的高溫催化劑層和與高溫催化劑層相比在低溫下NOX還原性較高且被配置于與高溫催化劑層相比靠該催化劑基材側(cè)的低溫催化劑層，以該選擇還原型NOX催化劑的溫度屬于預(yù)定的低溫區(qū)域的情況與該選擇還原型NOX催化劑的溫度屬于與該預(yù)定的低溫區(qū)域相比較高的預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，在向選擇還原型NOX催化劑流入的排氣中所形成的還原劑氣氛的還原劑濃度變高的方式對由添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制。
【專利說明】
內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中，有時(shí)會具備用于對排氣中的NOx進(jìn)行還原的選擇還原型NOx催化劑(以下，僅稱為“ΝΟχ催化劑”)。一般而言，NOx催化劑通過如下方式而形成，S卩，F(xiàn)e或Cu等顯現(xiàn)出對NOx的選擇還原性的至少一種活性成分通過離子交換而被負(fù)載在沸石的細(xì)孔內(nèi)部。
[0003]雖然在該NOx催化劑中，通過供給氨等還原劑從而選擇性地還原排氣中的ΝΟχ，但在NOx催化劑中，尤其是在其催化劑溫度為低溫的情況下，難以獲得充分的NOx的凈化效率。因此，例如，在專利文獻(xiàn)I所示的技術(shù)中，公開了如下結(jié)構(gòu)，即，將NOx催化劑設(shè)為下層催化劑與上層催化劑的雙層結(jié)構(gòu)，并對其下層催化劑賦予由貴金屬實(shí)現(xiàn)的氧化功能，對其上層催化劑則不賦予氧化功能而僅賦予還原功能。而且，提到了如下內(nèi)容，即，通過下層催化劑而將NO氧化為NO2，并將該NO2利用到上層催化劑中的氨的NOx還原中。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I:日本特開2008-279334號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的課題
[0008]根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，將NOx催化劑設(shè)為下層催化劑與上層催化劑的雙層結(jié)構(gòu)，并且通過被賦予給下層催化劑的氧化能力而使排氣中的NO氧化為NO2,并將該NO2利用到上層催化劑中的NOx還原中。在這種具有雙層結(jié)構(gòu)的NOx催化劑中，由于對NOx進(jìn)行選擇還原的部分最終僅為上層催化劑，因此作為NOx催化劑整體，NOx的還原凈化能力未必較高。
[0009]此外，作為具有雙層結(jié)構(gòu)的NOx催化劑的其他方法，也可以采用如下方式，S卩，對下層催化劑也賦予NOx的還原功能，且以使其還原特性與上層催化劑的還原特性相比在低溫側(cè)發(fā)揮較高的NOx還原能力的方式而形成。將更靠低溫側(cè)的NOx還原能力賦予給下層催化劑的原因在于，倘若低溫側(cè)的NOx還原能力被賦予給了上層催化劑，則在NOx催化劑成為高溫時(shí)，通過排氣易于流入的上層催化劑而使作為用于NOx還原的還原劑的氨被氧化并成為ΝΟχ，其結(jié)果為，由NOx催化劑實(shí)現(xiàn)的NOx凈化率將會降低。因此，在采用這種方式的NOx催化劑中，雖然在從內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)起尚未經(jīng)過足夠的時(shí)間的情況等NOx催化劑的溫度較低的情況下，可以期待由下層催化劑實(shí)現(xiàn)的NOx的選擇還原，但在NOx催化劑的溫度較低的情況下，存在該上層催化劑對還原劑的吸附能力變高的趨勢。因此，即使還原劑經(jīng)由排氣而被供給至NOx催化劑，還原劑也會被上層催化劑吸附從而難以到達(dá)下層催化劑，進(jìn)而有可能難以效率地實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)的由NOx催化劑實(shí)施的NOx還原。
[0010]本申請發(fā)明為鑒于上述的問題點(diǎn)而完成的發(fā)明，其目的在于，提供一種使NOx催化劑的低溫時(shí)與高溫時(shí)的NOx還原的效率化同時(shí)實(shí)現(xiàn)，特別是實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)的NOx催化劑的NOx還原的效率的提高的技術(shù)。
[0011]用于解決課題的方法
[0012]為了解決上述課題，本
【申請人】采用了如下結(jié)構(gòu)，S卩，在向流入選擇還原型NOx催化劑的排氣中添加還原劑時(shí)，根據(jù)選擇還原型NOx催化劑的溫度而對該還原劑添加期間內(nèi)的還原劑氣氛的還原劑濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，其中，所述選擇還原型NOx催化劑具有NOx還原性相對于溫度而有所不同的低溫催化劑層和高溫催化劑層。該還原劑氣氛的還原劑濃度被定義為，單位時(shí)間內(nèi)的、在向排氣中添加還原劑而形成的還原劑氣氛(即，包括還原劑在內(nèi)的排氣)中該被添加的還原劑所占的比例。例如，該還原劑濃度能夠作為如下的值而被計(jì)算出，S卩，每單位時(shí)間所添加的還原劑量除以每單位時(shí)間的排氣流量而得到的值。而且，通過對還原劑添加期間內(nèi)的還原劑氣氛的還原劑濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使所添加的還原劑的在選擇還原型NOx催化劑中的擴(kuò)散程度發(fā)生變化。如此，通過對還原劑濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠在低溫時(shí)使還原劑恰當(dāng)?shù)氐竭_(dá)低溫催化劑層，因此能夠恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮由低溫催化劑層實(shí)現(xiàn)的NOx還原ο
[0013]更詳細(xì)而言，本申請發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置具備:選擇還原型NOx催化劑，其為將由通過來源于氨的還原劑而具有對于NOx的選擇還原性的催化劑粒子所形成的多個(gè)催化劑層配置于催化劑基材上而得到的催化劑，且至少具有在高溫下NOx還原性較高的高溫催化劑層和低溫催化劑層，其中，所述低溫催化劑層為與所述高溫催化劑層相比在低溫下NOx還原性較高的催化劑層，且被配置于與該高溫催化劑層相比靠該催化劑基材偵L添加單元，其向流入所述選擇還原型NOx催化劑的排氣中添加預(yù)定添加量的用于NOx的還原的還原劑;控制單元，其以如下方式對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，在所述預(yù)定添加量為等量的條件下，所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于預(yù)定的低溫區(qū)域的情況與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，在從由所述添加單元進(jìn)行的所述預(yù)定添加量的還原劑添加被實(shí)施起到下一次的由該添加單元進(jìn)行的該預(yù)定添加量的還原劑添加被實(shí)施為止的還原劑添加期間內(nèi)，在向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣中所形成的還原劑氣氛的還原劑濃度變高的方式，其中，所述預(yù)定的低溫區(qū)域?yàn)?，所述低溫催化劑層的NOx還原性與所述高溫催化劑層相比變高的溫度區(qū)域，所述預(yù)定的高溫區(qū)域?yàn)椋c該預(yù)定的低溫區(qū)域相比較高的溫度區(qū)域，且為該高溫催化劑層的NOx還原性與該低溫催化劑層相比變高的溫度區(qū)域。
[0014]本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置所具有的選擇還原型NOx催化劑(NOx催化劑)以將多個(gè)催化劑層配置于催化劑基材上的方式而被形成，并且在該多個(gè)催化劑層中，至少包括上述低溫催化劑層和高溫催化劑層。在上述NOx催化劑中，也可以包含低溫催化劑層與高溫催化劑層以外的催化劑層。在此，由于低溫催化劑層位于與高溫催化劑層相比靠催化劑基材側(cè)，因此作為通過NOx催化劑而被還原的對象的NOx的大部分首先從催化劑外流入高溫催化劑層，之后流入低溫催化劑層。在該情況下，當(dāng)從催化劑基材進(jìn)行觀察時(shí)，低溫催化劑層位于高溫催化劑層的下側(cè)，因此在本申請中，有時(shí)也會將低溫催化劑層相對于高溫催化劑層的相對位置稱為下側(cè)，相反地，將高溫催化劑層相對于低溫催化劑層的相對位置稱為上側(cè)。
[0015]雖然低溫催化劑層在催化劑溫度屬于預(yù)定的低溫區(qū)域時(shí)(以下，也稱為“ΝΟχ催化劑的低溫時(shí)”)與高溫催化劑層相比會顯現(xiàn)出更恰當(dāng)?shù)腘Ox還原性，但是當(dāng)該催化劑溫度升高而變成屬于預(yù)定的高溫區(qū)域時(shí)，其氧化能力存在變強(qiáng)的趨勢，從而存在由于對還原劑進(jìn)行氧化反而增加了NOx量的情況(以下，將催化劑溫度屬于預(yù)定的高溫區(qū)域時(shí)也稱為“ΝΟχ催化劑的高溫時(shí)”)。因此，如上文所述，通過將低溫催化劑層配置于與高溫催化劑層相比靠下側(cè)處，從而能夠使還原劑在NOx催化劑的高溫時(shí)不易到達(dá)低溫催化劑層，因此能夠恰當(dāng)?shù)鼐S持高溫時(shí)的NOx催化劑的NOx還原效率。
[0016]另一方面，當(dāng)以此方式將低溫催化劑層配置于高溫催化劑層的下側(cè)時(shí)，可能變得難以令用于在低溫時(shí)促進(jìn)低溫催化劑層的NOx還原反應(yīng)的還原劑到達(dá)低溫催化劑層。其原因在于，在還原劑到達(dá)低溫催化劑層之前，還存在有高溫催化劑層，而且在低溫時(shí)高溫催化劑層對還原劑的吸附能力也并不小。這意味著，對于還原劑向低溫催化劑層的到達(dá)，高溫催化劑層成為障礙物。但是，即使在低溫時(shí)為了使還原劑到達(dá)低溫催化劑層而增加向排氣添加的還原劑的添加量，還原劑也未必會到達(dá)低溫催化劑層，反而會使還原劑從NOx催化劑泄漏(slip)至其下游的可能性增大。
[0017]因此，在本發(fā)明所涉及的排氣凈化裝置中，控制單元以如下方式對由添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，在還原劑添加期間的期間內(nèi)被添加的預(yù)定添加量為等量的條件下，NOx催化劑的溫度較低的情況下的還原劑氣氛的還原劑濃度與該溫度較高的情況下的還原劑氣氛的還原劑濃度相比變高的方式。通過添加單元而被添加的預(yù)定添加量為，與在排氣持續(xù)地流入NOx催化劑的期間相比足夠短的某個(gè)固定的期間內(nèi)流入到該NOx催化劑中的NOx量相對應(yīng)的還原劑的添加量，例如，根據(jù)吸附于NOx催化劑上的氨量或排氣中的NOx濃度等NOx催化劑的NOx還原的條件而被決定。因此，雖然該還原劑添加期間被定義為，從由添加單元進(jìn)行的預(yù)定添加量的還原劑添加被實(shí)施起到下一次的預(yù)定添加量的還原劑添加被實(shí)施為止的期間，但在排氣持續(xù)地流入到NOx催化劑中的情況下，還原劑添加期間依次反復(fù)，以在該各個(gè)還原劑添加期間內(nèi)，添加量的總量成為預(yù)定添加量的方式，而至少實(shí)施一次還原劑向排氣的添加。以此方式構(gòu)成的控制單元以如下方式對還原劑添加進(jìn)行控制，即，在NOx催化劑的低溫時(shí)，在還原劑添加期間內(nèi)不增加向排氣添加的還原劑添加量的條件下，在向NOx催化劑流入的排氣中形成與高溫時(shí)相比較濃的還原劑氣氛。
[0018]如此，在NOx催化劑的低溫時(shí)，通過控制單元而在還原劑添加期間內(nèi)形成較濃的還原劑氣氛，從而當(dāng)該還原劑氣氛相對于NOx催化劑而從高溫催化劑層進(jìn)入時(shí)，還原劑氣氛的一部分將易于到達(dá)位于催化劑基材側(cè)(下側(cè))的低溫催化劑層。其結(jié)果為，由于還原劑被更有效地供給至低溫催化劑層，因此能夠在NOx催化劑的低溫時(shí)有效地發(fā)揮由低溫催化劑層實(shí)現(xiàn)的NOx還原。此外，由于在該高濃度的還原劑氣氛的形成時(shí)未實(shí)施還原劑量的增量，因此能夠充分地避免還原劑向NOx催化劑下游側(cè)的泄漏。
[0019]根據(jù)上文所述，在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，由于即使在NOx催化劑的低溫時(shí)也能夠使還原劑經(jīng)過高溫催化劑層而切實(shí)地到達(dá)低溫催化劑層，因此能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)NOx催化劑的低溫時(shí)與高溫時(shí)的NOx還原的效率化，尤其是實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)的NOx催化劑的NOx還原的效率化。
[0020]在此，在上述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，當(dāng)通過所述添加單元而向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述還原劑氣氛的還原劑濃度隨時(shí)間而發(fā)生變動(dòng)，在該情況下，所述控制單元以如下方式對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，使所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下的所述還原劑添加期間內(nèi)的所述還原劑氣氛的還原劑濃度的高低差，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況下的該還原劑氣氛的還原劑濃度的高低差相比變大的方式。如此，通過在NOx催化劑的低溫時(shí)使還原劑氣氛的還原劑濃度的高低差擴(kuò)大，從而在排氣中形成更高濃度的還原劑氣氛。其結(jié)果為，如上文所述，能夠在NOx催化劑的低溫時(shí)有效地向低溫催化劑層供給還原劑。
[0021]此外，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，當(dāng)通過所述添加單元而向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，在所述還原劑氣氛的還原劑濃度隨時(shí)間發(fā)生變動(dòng)的情況下，所述控制單元以如下方式對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，使所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下的所述還原劑添加期間內(nèi)的所述還原劑氣氛的還原劑濃度的峰值，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況下的該還原劑氣氛的還原劑濃度的峰值相比變高的方式。如此，通過在NOx催化劑的低溫時(shí)進(jìn)一步提高還原劑氣氛的還原劑濃度的峰值從而在排氣中形成更高濃度的還原劑氣氛，因此能夠有效地向低溫催化劑層供給還原劑。
[0022]此外，在到上述為止的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，當(dāng)所述添加單元以在所述還原劑添加期間內(nèi)交替地反復(fù)進(jìn)行添加與休止的形式向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述控制單元在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，通過縮短相鄰的還原劑的添加間隔，從而提高向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣的還原劑濃度。即，在采用通過于還原劑添加期間內(nèi)進(jìn)行多次添加從而在該期間內(nèi)進(jìn)行總量為預(yù)定添加量的還原劑的添加的形式(例如，尖峰(spike)形式)的情況下，具有越縮短作為與該尖峰形式相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的添加間隔(以下，也稱為“尖峰間隔”)，則在還原劑添加期間內(nèi)所形成的還原劑濃度越升高的趨勢。因此，只需利用該趨勢，而形成用于使還原劑到達(dá)NOx催化劑的低溫催化劑層的還原劑濃度即可。
[0023]此外，作為還原劑濃度的控制所涉及的其他方法，在到上述為止的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，還可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，所述添加單元為向排氣中添加所述還原劑的供給閥，在通過所述添加單元而向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述控制單元在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，通過提高所述供給閥中的還原劑的射出壓力，從而提高向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣的還原劑濃度。即，在采用通過對供給閥的射出壓力進(jìn)行控制而改變向排氣中添加的每單位時(shí)間的還原劑的添加量，從而使排氣中的還原劑濃度變化的結(jié)構(gòu)的情況下，具有越提高其射出壓力，則在還原劑添加期間內(nèi)所形成的還原劑濃度越升高的趨勢。因此，只需利用該趨勢，而形成使還原劑到達(dá)NOx催化劑的低溫催化劑層的還原劑濃度即可。
[0024]此外，還可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，上述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置還具備判斷單元和濃度增加計(jì)算單元，所述判斷單元對在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下還原劑是否會到達(dá)所述低溫催化劑層進(jìn)行判斷，所述濃度增加計(jì)算單元在通過所述判斷單元而判斷為還原劑不會到達(dá)所述低溫催化劑層的情況下，對為了使還原劑到達(dá)所述低溫催化劑層而應(yīng)該通過所述控制單元增加的、向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣的還原劑濃度的增加量進(jìn)行計(jì)算。在該情況下，所述控制單元根據(jù)通過所述濃度增加算出單元而計(jì)算出的所述還原劑濃度的增加量，而對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制。
[0025]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由控制單元進(jìn)行的上述的高濃度的還原劑氣氛的形成在如下情況下被實(shí)施，即，在NOx催化劑的低溫時(shí)通過判斷單元而判斷為還原劑不會到達(dá)低溫催化劑層的情況。換言之，即使在NOx催化劑為低溫時(shí)，在判斷為還原劑會到達(dá)低溫催化劑層的情況下，也不會實(shí)施上述的高濃度的還原劑氣氛的形成。由判斷單元實(shí)施的判斷能夠基于與成為還原劑到達(dá)位于下側(cè)的低溫催化劑層的情況下的障礙物的高溫催化劑層的還原劑的吸附能力相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，例如NOx催化劑的溫度等來執(zhí)行。此外，由于由控制單元進(jìn)行的高濃度的還原劑氣氛的形成根據(jù)通過濃度增加算出單元而計(jì)算出的還原劑濃度的增加量被執(zhí)行，因此能夠形成為了使還原劑更切實(shí)地到達(dá)低溫催化劑層的高濃度的還原劑氣氛。另外，該還原劑濃度的增加量能夠考慮在由判斷單元實(shí)施的判斷中所利用的與還原劑的吸附能力相關(guān)聯(lián)的參數(shù)等而進(jìn)行計(jì)算。
[0026]在此，在上述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，低溫催化劑層可以被形成為包含利用Cu元素而使沸石結(jié)晶進(jìn)行離子交換所形成的催化劑粒子，另一方面，高溫催化劑層也可以被形成為包含利用Fe元素而使沸石結(jié)晶進(jìn)行離子交換所形成的催化劑粒子。此外，作為其他的方式，低溫催化劑層也可以被形成為包含由作為Mn氧化物的SnMnCeOx所形成的催化劑粒子，另一方面，高溫催化劑層也可以同樣被形成為利用Fe元素而使沸石結(jié)晶進(jìn)行離子交換所形成的催化劑粒子。另外，Sn以及Ce為，為了提高NOx催化劑的耐久性而被添加的成分。因此，為了提高耐久性或者為了其他的目的而添加了Sn、Ce以外的成分的Mn氧化物，或者未添加該其他成分的Mn氧化物也屬于本申請發(fā)明中的Mn氧化物的范疇。此外，本發(fā)明并不排除通過這些方式以外的方式的催化劑粒子而形成低溫催化劑層以及高溫催化劑層的情況。
[0027]發(fā)明效果
[0028]根據(jù)本申請發(fā)明，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)NOx催化劑的低溫時(shí)與高溫時(shí)的NOx還原的效率化，尤其是實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)的NOx催化劑的NOx還原的效率的提升。
【附圖說明】
[0029]圖1A為表示使用了具有雙層的催化劑層的選擇還原型NOx催化劑的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]圖1B為表示圖1A所示的排氣凈化裝置所使用的選擇還原型NOx催化劑的概要結(jié)構(gòu)的圖。
[0031]圖2為表示作為選擇還原型NOx催化劑中的活性成分的Cu及Fe的、催化劑溫度與對于NOx的選擇還原能力之間的相關(guān)關(guān)系的圖。
[0032]圖3A為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第一方式的概要的圖。
[0033]圖3B為表示圖3A所示的尿素水添加被實(shí)施時(shí)的選擇還原型NOx催化劑中的作為還原劑的氨的擴(kuò)散的狀況的圖。
[0034]圖4為表示圖3A所示的尿素水添加時(shí)的添加開閥時(shí)間與選擇還原型NOx催化劑的溫度之間的相關(guān)關(guān)系等的圖。
[0035]圖5為表示在圖3A所示的尿素水添加被實(shí)施時(shí)，在向選擇還原型NOx催化劑流入的排氣中所形成的還原劑氣氛中的還原劑濃度的推移的圖。
[0036]圖6為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第二方式的概要的圖。
[0037]圖7為表示圖6所示的尿素水添加時(shí)的尖峰間隔與選擇還原型NOx催化劑的溫度的相關(guān)關(guān)系等的圖。
[0038]圖8為表示在圖6所示的尿素水添加被實(shí)施時(shí)，在向選擇還原型NOx催化劑流入的排氣中所形成的還原劑氣氛中的還原劑濃度的推移的圖。
[0039]圖9為在本申請發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被執(zhí)行的第一NOx凈化控制的流程圖。
[0040]圖10為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第三方式的圖。
[0041]圖11為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第四方式的圖。
[0042]圖12為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第五方式的圖。
[0043]圖13為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第六方式的圖。
[0044]圖14為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第七方式的圖。
[0045]圖15為表示在本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被實(shí)施的尿素水添加的第八方式的圖。
[0046]圖16為在本申請發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中被執(zhí)行的第二NOx凈化控制的流程圖。
[0047]圖17A為表示在圖16所示的NOx凈化控制中所使用的用于對氨可否到達(dá)低溫催化劑層進(jìn)行判斷的控制映射圖的圖。
[0048]圖17B為表示用于決定圖16所示的NOx凈化控制中的用于高濃度添加處理的添加開閥時(shí)間以及射出壓力的控制映射圖的圖。
[0049]圖17C為表示用于決定圖16所示的NOx凈化控制中的用于高濃度添加處理的尖峰間隔的控制映射圖的圖。
[0050]圖18為表示能夠應(yīng)用于本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中的具有三層催化劑層的選擇還原型NOx催化劑的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]以下，基于附圖，對本申請發(fā)明的具體的實(shí)施方式進(jìn)行說明。只要未特別進(jìn)行記載，則在本實(shí)施例中所記載的結(jié)構(gòu)部件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等并不旨在將發(fā)明的技術(shù)范圍僅限定于這些內(nèi)容。
[0052]實(shí)施例1
[0053]根據(jù)本申請說明書所附的附圖，對本申請發(fā)明所涉及的選擇還原型NOx催化劑(以下，僅稱為“ΝΟχ催化劑”)的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1A圖示了搭載有NOx催化劑3的內(nèi)燃機(jī)I的排氣凈化裝置。圖1A所示的內(nèi)燃機(jī)I為車輛驅(qū)動(dòng)用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，作為內(nèi)燃機(jī)I并不限定于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等。另外，在圖1A中，省略了使在排氣通道2中流通的排氣的一部分再循環(huán)至進(jìn)氣系統(tǒng)中的EGR(Exhaust Gas Recirculat1n:廢氣再循環(huán))裝置等的記載。
[0054]在內(nèi)燃機(jī)I的排氣通道2中配置有將氨作為還原劑而對排氣中的NOx進(jìn)行選擇還原的NOx催化劑3。而且，為了生成在NOx催化劑3中作為還原劑而發(fā)揮作用的氨，通過位于NOx催化劑3的上游側(cè)的供給閥5而向排氣中添加被貯留在尿素罐4中的作為氨的前驅(qū)體的尿素水。從供給閥5被添加的尿素水利用排氣的熱量而被水解從而生成氨，該氨依次流入到NOx催化劑3中并被吸附在NOx催化劑3中，所吸附的氨與排氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，從而實(shí)施NOx的還原凈化。另外，雖然在本實(shí)施例中，如上文所述那樣從供給閥5添加尿素水，但也可以取而代之，而直接向排氣供給氨或氨水。而且，也可以在NOx催化劑3的下游側(cè)設(shè)置用于對從NOx催化劑3泄漏出來的氨進(jìn)行氧化的氧化催化劑。
[0055]NOx催化劑3通過在催化劑基材33上涂布含有催化劑粒子的漿液，并經(jīng)過之后的干燥、燒結(jié)工序而被形成。具體而言，如圖1B所示，NOx催化劑3具有第一催化劑層31和第二催化劑層32，該第二催化劑層32被配置于催化劑基材33側(cè)，該第一催化劑層31被配置于排氣通道2中的靠近排氣的氣流的位置處。因此，第二催化劑層32以被夾在第一催化劑層31與催化劑基材33之間的方式而被配置，排氣中的NOx進(jìn)入第一催化劑層31并在第一催化劑層31中擴(kuò)散從而到達(dá)第二催化劑層32。另外，由于如上述那樣多個(gè)催化劑層被涂覆在催化劑基材上而形成的多層涂覆型的NOx催化劑的結(jié)構(gòu)本身為現(xiàn)有已知的結(jié)構(gòu)，因此在本申請中省略其制造工序的詳細(xì)內(nèi)容。
[0056]在此，對形成第一催化劑層31的催化劑粒子進(jìn)行說明。該催化劑粒子為，沸石結(jié)晶的一部分通過作為對于排氣中的NOx顯現(xiàn)出選擇還原性的活性成分的Fe(鐵)元素而被離子交換所形成的催化劑粒子，該催化劑粒子通過粘結(jié)劑而結(jié)合在一起，從而形成了第一催化劑層31。通過使排氣流入至以此方式被構(gòu)成的第一催化劑層31中，從而排氣中的NOx與作為還原劑的氨一起向第一催化劑層31的沸石細(xì)孔內(nèi)擴(kuò)散，由此發(fā)生NOx還原反應(yīng)。
[0057]在此，作為在NOx催化劑3中所使用的第一催化劑層31中的顯現(xiàn)出對于NOx的選擇還原性的活性成分，如上文所述，使用了 Fe。而且，像這樣通過利用Fe對沸石結(jié)晶進(jìn)行離子交換所形成的NOx催化劑(以下，稱為“Fe交換型NOx催化劑”)，如圖2的LI所示那樣，具有相對高溫時(shí)(例如，高于400°C的溫度區(qū)域時(shí))的NOx凈化能力變高的趨勢。另一方面，作為在NOx催化劑3中所使用的第二催化劑層32中的顯現(xiàn)出對于NOx的選擇還原性的活性成分，并且作為顯現(xiàn)出對于NOx的選擇還原性的其他的活性成分，使用了 Cu。像這樣通過利用Cu對沸石結(jié)晶進(jìn)行離子交換所形成的NOx催化劑(以下，稱為“Cu交換型NOx催化劑”)，如圖2的L2所示那樣，具有相對低溫時(shí)(例如，230 0C?400 0C的溫度區(qū)域時(shí))的NOx凈化能力變高的趨勢。這是因?yàn)?，由于該Cu交換型NOx催化劑被設(shè)為與Fe交換型NOx催化劑相比氧化能力較強(qiáng)，因此在高溫時(shí)，對于氧和還原劑的反應(yīng)顯現(xiàn)出較強(qiáng)的選擇性，因此對作為用于NOx還原的還原劑的氨進(jìn)行氧化從而生成NOx的趨勢增強(qiáng)，致使NOx凈化率降低。
[0058]根據(jù)以上內(nèi)容，第一催化劑層31相當(dāng)于本發(fā)明的高溫催化劑層，第二催化劑層32相當(dāng)于本發(fā)明的低溫催化劑層。而且，由于NOx催化劑3如圖1B所示那樣具有第一催化劑層31和第二催化劑層32且以催化劑層被層疊的狀態(tài)而被形成，因此能夠在較寬的NOx催化劑3的溫度幅度中對NOx進(jìn)行還原凈化。即，被期待的是，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)的凈化區(qū)域T2(該區(qū)域相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的預(yù)定的低溫區(qū)域)的情況下，主要利用第二催化劑層32的NOx還原性能而對NOx進(jìn)行凈化，在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)的凈化區(qū)域Τ3(該區(qū)域相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的預(yù)定的高溫區(qū)域)的情況下，主要利用第一催化劑層31的NOx還原性能而對NOx進(jìn)行凈化。另外，由于相當(dāng)于高溫催化劑層的第一催化劑層31被配置于第二催化劑層32的上側(cè)，因此在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域Τ3的情況下，由第一催化劑層31消耗排氣中的氨，從而能夠使氨不易到達(dá)第二催化劑層32。其結(jié)果為，能夠阻止氨向NOx的轉(zhuǎn)換，從而能夠有效地抑制高溫時(shí)的NOx催化劑3的NOx凈化率的降低。
[0059]此外，關(guān)于NOx催化劑3的溫度，與低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2相比靠低溫側(cè)的區(qū)域Tl為，NOx催化劑3未充分活化而無法期望NOx的還原凈化的溫度區(qū)域。因此，將該區(qū)域Tl稱為“未活化區(qū)域”。另外，與高溫側(cè)凈化區(qū)域Τ3相比靠高溫側(cè)的區(qū)域Τ4為，由于高溫化而使第一催化劑層31中的NOx凈化率也降低的區(qū)域。因此，將該區(qū)域Τ4稱為“過升溫區(qū)域”。在上述未活化區(qū)域Tl以及過升溫區(qū)域Τ4中，由于無法期望由NOx催化劑3實(shí)現(xiàn)的NOx的還原凈化，因此原則上不實(shí)施來自供給閥5的尿素水添加。
[0060]此外，在NOx催化劑3的上游側(cè)處，設(shè)置有對向NOx催化劑3流入的排氣中的NOx濃度進(jìn)行檢測的NOx傳感器10，在NOx催化劑3的下游側(cè)處，設(shè)置有對從NOx催化劑3流出的排氣中的NOx濃度進(jìn)行檢測的NOx傳感器11 ο而且，在NOx催化劑3的下游側(cè)處，設(shè)置有對從NOx催化劑3流出的排氣溫度進(jìn)行檢測的溫度傳感器14。而且，在內(nèi)燃機(jī)I上同時(shí)設(shè)置有電子控制單元(ECU) 20，該ECU20為對內(nèi)燃機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和排氣凈化裝置等進(jìn)行控制的單元。在E⑶20上，除了電連接有上述的NOx傳感器10、11、溫度傳感器14以外，還電連接有曲軸位置傳感器21以及加速器開度傳感器22、設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)I的進(jìn)氣通道25上的空氣流量計(jì)26等，并且各個(gè)傳感器的檢測值被送至ECU20。因此，E⑶20能夠掌握如下參數(shù)，S卩，基于空氣流量計(jì)26的檢測值而得到的進(jìn)氣量或基于此而被計(jì)算出的排氣流量、基于曲軸位置傳感器21的檢測而得到的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、基于加速器開度傳感器22的檢測而得到的內(nèi)燃機(jī)負(fù)載等與內(nèi)燃機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)。
[0061 ]另外，雖然在本實(shí)施例中，向NOx催化劑3流入的排氣中的NOx濃度能夠通過NOx傳感器10而檢測出，但由于從內(nèi)燃機(jī)I被排出的排氣(被NOx催化劑3凈化前的排氣，即流入NOx催化劑3的排氣)的NOx濃度與內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)具有關(guān)聯(lián)性，因此向NOx催化劑3流入的排氣中的NOx濃度也能夠基于上述內(nèi)燃機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而推斷出。
[0062]而且，E⑶20根據(jù)以此方式被檢測、推斷出的排氣中的NOx濃度，而對供給閥5發(fā)出指示，以向排氣中添加NOx的還原凈化所需的量的尿素水。例如，可以以如下方式來決定從供給閥5添加的尿素水的添加量，S卩，使利用以下的式I所決定的由NOx催化劑3實(shí)現(xiàn)的實(shí)際的NOx凈化率收斂于從排氣凈化的觀點(diǎn)出發(fā)為優(yōu)選的預(yù)定的范圍內(nèi)的方式，此外，作為其他方法，也可以根據(jù)所推斷出的被吸附在SCR催化劑中的氨量來決定從供給閥5添加的尿素水的添加量。
[0063 ] N0x凈化率=丨-(NOx傳感器11的檢測值)/ (NOx傳感器1的檢測值)...(式I)
[0064]在此，如上文所述，在NOx催化劑3中，相當(dāng)于低溫催化劑層的第二催化劑層32被配置于下側(cè)。因此，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，為了促進(jìn)第二催化劑層32中的NOx的還原反應(yīng)，需要使作為還原劑的氨穿過被配置于第二催化劑層32的上側(cè)的第一催化劑層31而到達(dá)第二催化劑層32。此時(shí)，當(dāng)氨被吸附在第一催化劑層31中時(shí)，能夠到達(dá)第二催化劑層32的氨量將減少。在現(xiàn)有技術(shù)中，并未對這種以第一催化劑層31的存在為前提的尿素水添加的方式進(jìn)行研究，其結(jié)果為，充分地促進(jìn)第二催化劑層32的NOx還原反應(yīng)并不容易。
[0065]立足于這一點(diǎn)，在本發(fā)明所涉及的排氣凈化裝置中，在期望NOx催化劑3的第二催化劑層32中的NOx還原反應(yīng)的情況下，即在NOx催化劑3的溫度屬于低溫偵辟化區(qū)域T2的情況下，與NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況相比，對由供給閥5實(shí)施的尿素水添加的方式進(jìn)行變更。以下，根據(jù)圖3A以及圖3B，對NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下的尿素水添加進(jìn)行概要說明。圖3A模式化地圖示了與NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下的第一尿素水添加方式有關(guān)的、供給閥5的添加開閥時(shí)間(S卩，供給閥5開閥并向排氣中射出尿素水的時(shí)間)與由此在排氣中所形成的還原劑氣氛(S卩，向NOx催化劑3流入的還原劑氣氛)的氨濃度之間的相關(guān)關(guān)系(以下，稱為“濃度相關(guān)關(guān)系”)。
[0066]在圖3A所示的添加方式中，在還原劑添加期間內(nèi)，實(shí)施一次尿素水的添加，此時(shí)的供給閥5的開閥時(shí)間成為上述添加開閥時(shí)間。在此，本發(fā)明所涉及的還原劑添加期間為，添加與流入到NOx催化劑3中的NOx量相對應(yīng)的預(yù)定添加量的尿素水的期間。而且，該期間為從本次的預(yù)定添加量的尿素水添加被實(shí)施起到下一次的預(yù)定添加量的尿素水添加被實(shí)施為止的期間。該預(yù)定添加量根據(jù)上述的式I或吸附于NOx催化劑中的氨量等而被計(jì)算出。在圖3A中，該還原劑添加期間以△ a來表示，例如該期間為2秒。由于還原劑添加期間△ a較短，因此如圖3A所示那樣，在排氣持續(xù)地向NOx催化劑3流入的情況下，還原劑添加期間Aa依次反復(fù)，并在各個(gè)期間內(nèi)實(shí)施一次還原劑添加。因此，供給閥5的添加開閥時(shí)間成為短于還原劑添加期間A a的時(shí)間。此外，圖3B模式化地圖示了圖3A所示的尿素水添加被實(shí)施時(shí)的NOx催化劑3中的氨的擴(kuò)散的狀況。此外，還原劑氣氛的氨濃度作為單位時(shí)間內(nèi)所生成的氨量除以單位時(shí)間的排氣流量而得到的值被計(jì)算出。
[0067]在此，圖3A所示的L3以及L4表示在還原劑添加期間Aa內(nèi)從供給閥5向排氣中添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水時(shí)的濃度相關(guān)關(guān)系，具體而言，L3表示依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的濃度相關(guān)關(guān)系，L4表示依據(jù)本發(fā)明的濃度相關(guān)關(guān)系。另外，LO例示了還原劑添加期間Aa的下一個(gè)還原劑添加期間內(nèi)的濃度相關(guān)關(guān)系。該標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型為，氨從NOx催化劑3的上層側(cè)擴(kuò)散開來并依次吸附的、標(biāo)準(zhǔn)的NOx催化劑3內(nèi)的氨的擴(kuò)散模型，在該情況下，如在圖3B中以Rl所示那樣，從NOx催化劑3的上層側(cè)起隨著以空白的箭頭標(biāo)記所表示的排氣的氣流而較廣地向下游側(cè)擴(kuò)散開。在L3的情形中，并未對以第一催化劑層31的存在為前提的尿素水添加的方式特別地進(jìn)行研究，以便在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)使氨到達(dá)第二催化劑層32。因此，L3的情形中的添加開閥時(shí)間Afl根據(jù)與NOx催化劑3的溫度無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型而被決定。
[0068]另一方面，在本發(fā)明中，為了在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)使氨到達(dá)第二催化劑層32，而執(zhí)行以第一催化劑層31的存在為前提的尿素水添加。具體而言，以如下方式執(zhí)行來自供給閥5的尿素水添加，S卩，使供給閥5的射出壓力上升，從而以與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型時(shí)的添加開閥時(shí)間A Π相比較短的添加開閥時(shí)間A f2而向排氣中添加等量的尿素水。其結(jié)果為，如圖3A中的L4所示，向NOx催化劑3流入的排氣中的還原劑氣氛中的氨濃度與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型時(shí)的氨濃度相比變高。即，在本發(fā)明中，通過在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相比而提高尿素水向排氣的添加速度，從而形成氨以高濃度分布于排氣中的還原劑氣氛。其結(jié)果為，如圖3B中的R2所示，被供給至NOx催化劑3的氨與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況(由Rl所示的情況)相比，不易向排氣的下游側(cè)擴(kuò)散并且在NOx催化劑3的深度方向(上下方向)上擴(kuò)散。由此，為了第二催化劑層32的NOx還原反應(yīng)，即使存在有第一催化劑層31也能夠使氨到達(dá)第二催化劑層32。另外，將如上述那樣通過高濃度的還原劑氣氛的形成而能夠到達(dá)第二催化劑層32的、本發(fā)明所涉及的NOx催化劑3內(nèi)的氨的擴(kuò)散模型稱為“高濃度擴(kuò)散模型”。
[0069]另外，根據(jù)圖4而對NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2和高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下的尿素水添加進(jìn)行概要說明。圖4在上層(a)、中層(b)、下層(C)中分別圖示了在以與圖3A相同的方式從供給閥5供給預(yù)定添加量的尿素水的情況下的NOx催化劑3的溫度與供給閥5的添加開閥時(shí)間、上述還原劑氣氛的氨濃度、氨向NOx催化劑3的供給速度(每單位時(shí)間的供給量)之間的相關(guān)關(guān)系。而且，在各個(gè)附圖中，L5表示依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的各個(gè)相關(guān)關(guān)系，L6表示依據(jù)本發(fā)明的各個(gè)相關(guān)關(guān)系。
[0070]在依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況下，如上文所述，在未考慮到NOx催化劑3的溫度的條件下實(shí)施尿素水添加。因此，在圖4所示的各個(gè)相關(guān)關(guān)系中，無論NOx催化劑3的溫度如何，添加開閥時(shí)間、氨濃度、氨供給速度均為固定。
[0071]另一方面，在依據(jù)本發(fā)明的情況下，NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的添加開閥時(shí)間如上文所述那樣，與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況下的添加開閥時(shí)間A fl相比被縮短為A f2(參照圖4(a))。由此，如圖4(b)所示，在排氣中所形成的還原劑氣氛中的氨濃度與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相比變高。因此，如圖4(c)所示，氨向NOx催化劑3的供給速度與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相比也變高。在此，在圖4(c)中，利用L7來表示第一催化劑層31對氨的吸附速度。雖然氨的吸附速度有時(shí)會根據(jù)催化劑的不同而不同，但一般情況下具有催化劑溫度越降低則氨的吸附速度越升高的趨勢。但是，如圖4(c)所示，由于通過在低溫時(shí)提高氨濃度從而使氨向NOx催化劑3的供給速度超過了第一催化劑層31的氨吸附速度，因此能夠理解如下情況，即，氨能夠如圖3B所示那樣到達(dá)第二催化劑層32。
[0072]接下來，將在依據(jù)本發(fā)明的情況下，NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3時(shí)的添加開閥時(shí)間設(shè)為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型而被決定的A H。其原因在于，當(dāng)在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下向第二催化劑層32供給氨時(shí)，第二催化劑層32的因高溫化而變得顯著的氧化能力會使氨氧化而成為NOx，從而使得NOx催化劑3的NOx凈化率降低。即，通過在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下將添加開閥時(shí)間設(shè)為△ fl，從而能夠盡可能地阻止氨到達(dá)第二催化劑層32的情況，由此能夠恰當(dāng)?shù)鼐S持NOx催化劑3的NOx凈化率。因此，在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下，氨濃度及氨供給速度也與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相同。
[0073]在此，根據(jù)圖5，對實(shí)施了由圖4中的L6所示的尿素水添加(S卩，依據(jù)本發(fā)明的尿素水添加)時(shí)的氨濃度的推移進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖5中，圖示了實(shí)施了依據(jù)本發(fā)明的還原劑添加時(shí)的在排氣中所形成的還原劑氣氛的氨濃度的推移，具體而言，在上層中，圖示了NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)區(qū)域T2時(shí)(低溫時(shí))的氨濃度的時(shí)間推移，在下層中，圖示了NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)區(qū)域T3時(shí)(高溫時(shí))的氨濃度的時(shí)間推移。在低溫時(shí)通過將添加開閥時(shí)間△ f2設(shè)定為短于△ fl，從而還原劑氣氛中的氨濃度的變化中的高低差(S卩，濃度峰值dl與濃度最低值dO之差)與高溫時(shí)的氨濃度的變化中的高低差(S卩，濃度峰值d3與濃度最低值d2之差)相比而擴(kuò)大。此外，低溫時(shí)的濃度峰值dl成為與高溫時(shí)的濃度峰值d3相比較高的濃度。在以此方式添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水的情況下，在低溫時(shí)與高溫時(shí)排氣中的還原劑氣氛中的氨濃度的推移產(chǎn)生差異的原因在于，如上文所述，依據(jù)本發(fā)明的尿素水添加中的氨供給速度被提高。
[0074]當(dāng)如上述那樣依據(jù)本發(fā)明時(shí)，在添加相同的預(yù)定添加量的尿素水的條件下，NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的添加開閥時(shí)間與該溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3時(shí)的添加開閥時(shí)間相比被縮短，因此被供給至NOx催化劑3的還原劑氣氛中的氨被進(jìn)一步高濃度化。由此，能夠在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)，使氨切實(shí)地到達(dá)第二催化劑層32，從而能夠有效地促進(jìn)NOx催化劑3的在低溫側(cè)的NOx還原反應(yīng)。
[0075]接下來，根據(jù)圖6至圖8，對NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的第二尿素水添加方式進(jìn)行說明。圖6為模式化地圖示了與該第二尿素水添加所涉及的尖峰形式的尿素水添加相關(guān)的、還原劑添加期間Aa內(nèi)的尖峰間隔(即，相鄰的添加的間隔)與由此在排氣中所形成的還原劑氣氛的氨濃度之間的相關(guān)關(guān)系。而且，在圖6所示的尖峰形式的添加方式中，在還原劑添加期間內(nèi)實(shí)施了多次還原劑的添加，并且該添加的還原劑的總量成為上述預(yù)定添加量。另外，在圖6中，圖示了連續(xù)的還原劑添加期間Aa，并將一方的還原劑添加期間區(qū)分為A a(l)，將另一方的還原劑添加期間區(qū)分為△ a(2)。而且，各個(gè)還原劑添加期間內(nèi)的添加開閥時(shí)間被設(shè)為相同的A f3，即供給閥5的射出壓力保持固定。
[0076]在此，在圖6中，在還原劑添加期間Aa(I)和Aa(2)內(nèi)，分別從供給閥5向排氣中添加總量相同的預(yù)定添加量的尿素水，此時(shí)的濃度相關(guān)關(guān)系分別以D1、D2來表示。具體而言，D2表示依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的濃度相關(guān)關(guān)系，Dl表示依據(jù)本發(fā)明的濃度相關(guān)關(guān)系，Dl所表示的濃度高于D2所表示的濃度。另外，在還原劑添加期間Aa(I)內(nèi)，尖峰間隔Asl均相等，在還原劑添加期間A a(2)內(nèi)，尖峰間隔△ s2均相等。關(guān)于第二尿素水添加方式中的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型，其與第一尿素水添加方式中的該模式相同，為氨從NOx催化劑3的上層側(cè)起擴(kuò)散開來并依次吸附的、標(biāo)準(zhǔn)的NOx催化劑3內(nèi)的氨的擴(kuò)散模型，在該情況下，如在圖3B中以Rl所示那樣，從NOx催化劑3的上層側(cè)起隨著空白的箭頭標(biāo)記所示的排氣的氣流而較廣地向下游側(cè)擴(kuò)散開。此外，關(guān)于第二尿素水添加方式中的高濃度擴(kuò)散模式，也與第一尿素水添加方式中的該模型相同，為了使氨到達(dá)第二催化劑層32而實(shí)施以第一催化劑層31的存在為前提的尿素水添加，并如在圖3B中以R2所示那樣，被供給至NOx催化劑3的氨與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況(由Rl所示的情況)相比，不易向排氣的下游側(cè)擴(kuò)散并且在NOx催化劑3的深度方向上擴(kuò)散，為了實(shí)現(xiàn)第二催化劑層32的NOx還原反應(yīng)，即使存在有第一催化劑層31也能夠使氨到達(dá)第二催化劑層32。
[0077]另外，根據(jù)圖7，對NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2與高溫側(cè)凈化區(qū)域T3時(shí)的尿素水添加進(jìn)行概要說明。圖7與圖4相同，在上層(a)、中層(b)、下層(C)中分別圖示了預(yù)定添加量的尿素水從供給閥5被供給的情況下的NOx催化劑3的溫度與還原劑添加期間中的尖峰間隔、上述還原劑氣氛的氨濃度、氨向NOx催化劑3的供給速度(每單位時(shí)間的供給量)之間的相關(guān)關(guān)系。而且，在各附圖中，L15表示依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的各個(gè)相關(guān)關(guān)系，L16表示依據(jù)本發(fā)明的各個(gè)相關(guān)關(guān)系。
[0078]在依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況下，在圖7所示的各個(gè)相關(guān)關(guān)系中，無論NOx催化劑3的溫度如何，尖峰間隔、氨濃度、氨供給速度均為固定。另一方面，在依據(jù)本發(fā)明的情況下，NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的尖峰間隔如上文所述那樣，與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況下的尖峰間隔A s2相比被縮短為Asl(參照圖7(a))。由此，如圖7(b)所示，在排氣中所形成的還原劑氣氛中的氨濃度與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相比變高。因此，如圖7(c)所示，氨向NOx催化劑3的供給速度與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相比也變高。在此，在圖7(c)中，以L17來表示第一催化劑層31的氨的吸附速度。如圖7(c)所示，由于通過在低溫時(shí)提高氨濃度而使氨向NOx催化劑3的供給速度超過第一催化劑層31的氨吸附速度，因此能夠理解如下情況，即，氨能夠如圖3B所示那樣到達(dá)第二催化劑層32。
[0079]接下來，將在依據(jù)本發(fā)明的情況下，NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3時(shí)的尖峰間隔設(shè)為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型而被決定的A s2。其原因在于，當(dāng)在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下向第二催化劑層32供給氨時(shí)，第二催化劑層32的因高溫化而變得顯著的氧化能力會使氨氧化而成為NOx，從而使得NOx催化劑3的NOx凈化率降低。即，通過在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3時(shí)將尖峰間隔設(shè)為△ s2，從而能夠盡可能地阻止氨到達(dá)第二催化劑層32的情況，由此能夠恰當(dāng)?shù)鼐S持NOx催化劑3的NOx凈化率。因此，在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下，氨濃度及氨供給速度也與依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的情況相同。
[0080]在此，根據(jù)圖8，對實(shí)施了由圖7中的L16所示的尿素水添加(S卩，依據(jù)本發(fā)明的尿素水添加)時(shí)的氨濃度的推移進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖8中，圖示了實(shí)施了依據(jù)本發(fā)明的尿素水添加的情況下的、在排氣中所形成的還原劑氣氛的氨濃度的推移，具體而言，在上層中，圖示了NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)區(qū)域T2時(shí)(低溫時(shí))的氨濃度的時(shí)間推移，在下層中，圖示了 NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)區(qū)域T3時(shí)(高溫時(shí))的氨濃度的時(shí)間推移。在低溫時(shí)通過將尖峰間隔△ Si設(shè)定為短于△ s2，從而還原劑氣氛中的氨濃度的變化中的高低差(即，濃度峰值dll與濃度最低值dlO之差)與高溫時(shí)的氨濃度的變化中的高低差(S卩，濃度峰值dl3與濃度最低值dl2之差)相比而擴(kuò)大。此外，低溫時(shí)的濃度峰值dll成為與高溫時(shí)的濃度峰值dl3相比較高的濃度。在以此方式添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水的情況下，在低溫時(shí)與高溫時(shí)排氣中的還原劑氣氛中的氨濃度的推移產(chǎn)生差異的原因在于，如上文所述，依據(jù)本發(fā)明的還原劑添加中的氨供給速度被提高。
[0081]當(dāng)如上述那樣依據(jù)本發(fā)明時(shí)，在添加相同的預(yù)定添加量的尿素水的條件下，NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的尖峰間隔與該溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3時(shí)的尖峰間隔相比被縮短，因此被供給至NOx催化劑3的還原劑氣氛中的氨被進(jìn)一步高濃度化。由此，能夠在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)，使氨切實(shí)地到達(dá)第二催化劑層32，從而能夠有效地促進(jìn)NOx催化劑3的在低溫側(cè)的NOx還原反應(yīng)。
[0082]立足于以上內(nèi)容，根據(jù)圖9，對在圖1A所示的內(nèi)燃機(jī)I的排氣凈化裝置中被實(shí)施的用于NOx凈化的控制(NOx凈化控$ij)進(jìn)行說明。該NOx凈化控制通過存儲于ECU20中的控制程序而被反復(fù)執(zhí)行，由此對用于NOx凈化的還原劑添加期間內(nèi)的尿素水向排氣的添加進(jìn)行控制。首先，在SlOl中，取得NOx催化劑3的催化劑溫度Tc。具體而言，利用溫度傳感器14的檢測值而對NOx催化劑3的催化劑溫度Tc進(jìn)行推斷。如圖2所示，該催化劑溫度Tc能夠成為如下參數(shù)，即，用于對在NOx催化劑3中出現(xiàn)的NOx還原反應(yīng)主要是由哪個(gè)催化劑層引起的進(jìn)行判斷的參數(shù)。當(dāng)SlOl的處理結(jié)束時(shí)，進(jìn)入S102。
[0083]在S102中，對通過本控制而從供給閥5被添加的尿素水的添加量進(jìn)行計(jì)算。該尿素水添加量相當(dāng)于上述預(yù)定添加量，并根據(jù)在某個(gè)固定期間內(nèi)(例如，2秒)流入NOx催化劑3的排氣中所包含的NOx量而被決定，或者，以使相同的固定期間內(nèi)的、由上述式I所決定的NOx催化劑3的NOx凈化率收斂于預(yù)定的范圍內(nèi)的方式而被決定。之后，在S103中，對NOx催化劑3是否活化進(jìn)行判斷。具體而言，在NOx催化劑3的催化劑溫度Tc屬于未活化區(qū)域Tl的情況下作出否定判斷，而在這以外的情況下則作出肯定判斷。當(dāng)在S103中作出了肯定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S104，而當(dāng)作出了否定判斷時(shí)，將結(jié)束本控制。
[0084]在S104中，對NOx催化劑3的催化劑溫度Tc是否屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2進(jìn)行判斷。當(dāng)在S104中作出了肯定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S106，而當(dāng)作出了否定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S105。此外，在S105中，對NOx催化劑3的催化劑溫度Tc是否屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3進(jìn)行判斷。當(dāng)在S105中作出了肯定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S108，而當(dāng)作出了否定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S110。即，S104、S105中的各判斷處理為，用于對NOx催化劑3的催化劑溫度Tc屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2、高溫側(cè)凈化區(qū)域T3、過升溫區(qū)域T4中的哪一個(gè)區(qū)域進(jìn)行判斷的處理。
[0085]在此，對判斷為NOx催化劑3的催化劑溫度Tc屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的S106以后的處理進(jìn)行說明。在NOx催化劑3的催化劑溫度Tc屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，需要使由所添加的尿素水產(chǎn)生的氨到達(dá)第二催化劑層32，以使第二催化劑層32中的NOx還原效率化。因此，在S106中，為了使氨到達(dá)第二催化劑層32，而將由供給閥5實(shí)施的尿素水添加設(shè)為依據(jù)高濃度擴(kuò)散模型的添加。具體而言，根據(jù)與排氣中的氨氣氛的形成相關(guān)的排氣流量等來決定可形成能夠使氨到達(dá)第二催化劑層32的預(yù)定的氨濃度的添加開閥時(shí)間△ f2，并對能夠?qū)崿F(xiàn)該添加開閥時(shí)間的供給閥5的射出壓力進(jìn)行計(jì)算。在對添加開閥時(shí)間進(jìn)行決定時(shí)，考慮到如下相關(guān)關(guān)系，即，添加開閥時(shí)間越縮短則氨濃度越升高，排氣流量越增大則氨濃度越降低(參照后述的圖17B)。另外，預(yù)定的氨濃度即可以與低溫側(cè)凈化區(qū)域T2中的任一催化劑溫度無關(guān)而被設(shè)為固定，并且，也可以根據(jù)催化劑溫度而變化。當(dāng)S106的處理結(jié)束時(shí)，處理將進(jìn)入S107。
[0086]在S107中，執(zhí)行高濃度添加處理，所述高濃度添加處理實(shí)施依據(jù)在S106中所決定的添加開閥時(shí)間△ f 2的來自供給閥5的尿素水添加。由此，實(shí)施了圖3A中以L4所示的尿素水添加，從而實(shí)現(xiàn)了圖3B中以R2所示的NOx催化劑3中的氨的擴(kuò)散。其結(jié)果為，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，能夠切實(shí)地使氨到達(dá)第二催化劑層32，因此能夠恰當(dāng)?shù)鼐S持NOx催化劑3的NOx凈化率。
[0087]接下來，對在S105中作出了肯定判斷的情況下所實(shí)施的S108及S109的處理進(jìn)行說明。在該情況下，即使不實(shí)施上述的高濃度添加處理，通過在NOx催化劑3中依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型而使氨擴(kuò)散，也能夠在NOx催化劑3中實(shí)現(xiàn)氨的恰當(dāng)?shù)墓┙o。當(dāng)在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況(在S105中作出肯定判斷的情況)下氨到達(dá)第二催化劑層32時(shí)，有可能由于氨的氧化而導(dǎo)致NOx凈化率的降低。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，在S105中作出了肯定判斷的情況下，優(yōu)選為實(shí)施以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的氨的擴(kuò)散為前提的標(biāo)準(zhǔn)濃度添加處理(S109)，并且在S108中，作出為此的添加開閥時(shí)間△ fl的決定。該添加開閥時(shí)間的決定為依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型的決定。
[0088]此外，在S105中作出了否定判斷的情況下，禁止來自供給閥5的尿素水的添加處理(S110的處理)。這是因?yàn)椋捎贜Ox催化劑3的溫度屬于過升溫區(qū)域T4，因此有可能使由所添加的尿素水生成的氨NOx化。
[0089]如此，通過本控制，能夠根據(jù)NOx催化劑3的溫度而恰當(dāng)?shù)叵虻谝淮呋瘎?1、第二催化劑層32供給氨。由此，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)NOx催化劑3的低溫時(shí)與高溫時(shí)的NOx還原的效率化，尤其是恰當(dāng)?shù)靥岣叩蜏貢r(shí)的NOx催化劑3的NOx還原的效率。
[0090]雖然在上述NOx凈化控制中，為了高濃度添加處理而對添加開閥時(shí)間的長度進(jìn)行了調(diào)節(jié)，但如根據(jù)圖6至圖8所說明的那樣，在尖峰形式的尿素水添加被實(shí)施的情況下，也可以通過對該尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)高濃度添加處理。具體而言，代替上述的S106的處理，而根據(jù)與排氣中的氨氣氛的形成相關(guān)的排氣流量等來決定成為可形成能夠使氨到達(dá)第二催化劑層32的預(yù)定的氨濃度的尖峰間隔Asl。在對尖峰間隔進(jìn)行決定時(shí)，考慮到如下相關(guān)關(guān)系，即，尖峰間隔越縮短則氨濃度越升高，排氣流量越增大則氨濃度越減小(參照后述的圖17C)。另外，預(yù)定的氨濃度既可以與低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2中的任一催化劑溫度無關(guān)而設(shè)為固定，并且也可以根據(jù)催化劑溫度而變化。
[0091]改變例I
[0092]根據(jù)圖10，對作為高濃度添加處理的第一改變例的、NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2時(shí)的通過來自供給閥5的尿素水添加而形成的還原劑氣氛中的氨濃度所涉及的方式進(jìn)行說明。圖10以與上述圖4相同的方式圖示了本發(fā)明所涉及的NOx凈化控制被實(shí)施時(shí)的NOx催化劑3的溫度與氨濃度的相關(guān)關(guān)系。另外，圖10(a)的內(nèi)容與圖4(b)所示的內(nèi)容相同。也可以代替這種方式，而分別如圖10(b)至圖10(d)所示那樣，以如下方式來決定添加開閥時(shí)間或尖峰間隔，即，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2的情況下，與屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域Τ3的情況相比氨濃度變高，并且即使在該低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2內(nèi)，氨濃度也隨著NOx催化劑3的溫度降低而升高的方式。
[0093]具體而言，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2的情況下，在圖10(b)所示的方式中，以使氨濃度隨著NOx催化劑3的溫度降低而線性地升高的方式來決定添加開閥時(shí)間或尖峰間隔，或者，在圖10(c)所示的方式中，以使氨濃度隨著NOx催化劑3的溫度降低而以二次函數(shù)的形式升高的方式來決定添加開閥時(shí)間或尖峰間隔，或者，在圖10(d)所示的方式中，以使氨濃度隨著NOx催化劑3的溫度降低而以對數(shù)函數(shù)的形式升高的方式來決定添加開閥時(shí)間或尖峰間隔。無論采用哪一種用于決定添加開閥時(shí)間或尖峰間隔的方式，均可認(rèn)為是依賴于NOx催化劑3的內(nèi)部的氨的擴(kuò)散狀況或其吸附狀況等的方式，在本發(fā)明中，只要能夠在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域Τ2的情況下使氨恰當(dāng)?shù)氐竭_(dá)第二催化劑層32內(nèi)，便能夠采用任意的方式或未圖示的方式。
[0094]改變例2
[0095]根據(jù)圖11，對高濃度添加處理的第二改變例進(jìn)行說明。圖11的上層(a)表示依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)濃度添加處理的尿素水添加。具體而言，利用Pa?Pd而模式化地圖示了在還原劑添加期間A a內(nèi)實(shí)施一次尿素水添加的添加方式中，連續(xù)的四個(gè)還原劑添加期間的每一個(gè)期間內(nèi)的尿素水添加。另外，為了便于說明，而將各尿素水添加中的添加開閥期間Af設(shè)為相同，并將各個(gè)還原劑添加期間內(nèi)的預(yù)定添加量也設(shè)為相同。
[0096]而且，在圖11的下層(b)中，圖示了本改變例所涉及的高濃度添加處理中的尿素水添加。具體而言，將在每個(gè)還原劑添加期間A a內(nèi)實(shí)施一次的預(yù)定添加量的尿素水添加以下方式來進(jìn)行，即，不實(shí)施一個(gè)區(qū)間的還原劑添加期間內(nèi)的尿素水添加，而在下一個(gè)還原劑添加期間內(nèi)添加兩個(gè)區(qū)間的量的尿素水。換言之，將還原劑添加期間設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)濃度添加處理時(shí)的二倍的長度，并且將在該期間內(nèi)一次添加的尿素水量設(shè)為兩個(gè)區(qū)間的量。由此，雖然在時(shí)間平均上，標(biāo)準(zhǔn)濃度添加處理時(shí)和高濃度添加處理時(shí)均向排氣中添加了等量的尿素水，但在高濃度添加處理時(shí)，能夠在尿素水添加時(shí)將局部地向排氣中添加的尿素水量設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)濃度添加處理時(shí)的大致兩倍。因此，能夠效率地形成高濃度的氨氣氛。
[0097]另外，雖然在本改變例中，效率地形成了高濃度的氨濃度，但是由于尿素水添加的間隔較長，因此例如在排氣流量較大的情況等向NOx催化劑3流入的NOx量較多的情況下，維持NOx催化劑中的恰當(dāng)?shù)腘Ox凈化并不容易。因此，優(yōu)選為，在排氣流量較小的情況下，實(shí)施本改變例的高濃度添加處理，在排氣流量較大的情況下，實(shí)施根據(jù)圖3A至圖5所說明的基于第一尿素水添加方式的高濃度添加處理，或?qū)嵤└鶕?jù)圖6至圖8所說明的基于第二尿素水添加方式的高濃度添加處理。尤其在第二尿素水添加方式的情況下，由于在還原劑添加期間內(nèi)實(shí)施了多次的尿素水添加，因此易于不中斷地向NOx催化劑3供給氨，從而在排氣流量較大的情況下尤其有用。
[0098]改變例3
[0099]根據(jù)圖12至圖15，對作為高濃度添加處理的第三改變例的、NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2時(shí)的來自供給閥5的尿素水添加所涉及的方式進(jìn)行說明。在圖12至圖15的各個(gè)附圖中，圖示了在上述高濃度添加處理中從供給閥5添加預(yù)定添加量的尿素水時(shí)的、用于對還原劑氣氛中的氨濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)的尿素水添加的控制內(nèi)容。圖12至圖15的各個(gè)附圖所示的尿素水添加以圖6所示的尖峰形式被執(zhí)行，并通過多個(gè)尖峰的添加而在還原劑添加期間A a內(nèi)添加總計(jì)為預(yù)定添加量的尿素水。例如，在圖12的最下層所示的模式中，通過Pl?P8八次添加而添加了總計(jì)為預(yù)定添加量的尿素水，在圖12的最上層所示的模式中，通過P31?P34四次添加而添加了總計(jì)為相同的預(yù)定添加量的尿素水。
[0100]首先，對圖12所示的尿素水添加進(jìn)行說明。在圖12中，圖示了依據(jù)四種模式的尖峰形式的尿素水添加。在各個(gè)模式中，在還原劑添加期間A a內(nèi)從供給閥5向排氣中所添加的尿素水的總量全部為相同的預(yù)定添加量。在最下層的模式中，以八次尖峰的方式從供給閥5向排氣中添加尿素水，并且該尿素水的總量成為預(yù)定添加量。接下來，在從下方起第二個(gè)模式中，將利用最下層的模式中的第四個(gè)尖峰P4所添加的尿素水均等地分到第一個(gè)至第三個(gè)尖峰Pl?P3中并設(shè)為Pll?P13，且以相同的方式將利用最下層的模式中的第八個(gè)尖峰PSK添加的尿素水均等地分到第五個(gè)至第七個(gè)尖峰P5?P7中并設(shè)為尖峰P14?P16。另外，尖峰的定時(shí)與最下層的模式的情況相同。如采用這種方式，則雖然在還原劑添加期間Aa內(nèi)所添加的尿素水量同為預(yù)定添加量，但與最下層的模式的情況相比，能夠提高在排氣中所形成的還原劑氣氛中的氨濃度。
[0101]另外，在從下方起第三個(gè)模式中，與從下方起第二個(gè)模式相比，在各個(gè)尖峰中的尿素水的添加量被設(shè)為相同，但是分別縮短了第一個(gè)至第三個(gè)尖峰的間隔，而且還分別縮短了第四個(gè)至第六個(gè)尖峰的間隔。此時(shí)，第一個(gè)尖峰P21的定時(shí)和第四次尖峰的定時(shí)P24與從下方起第二個(gè)模式相同。如采用這種方式，則雖然在還原劑添加期間A a內(nèi)所添加的尿素水量同為預(yù)定添加量，但與從下方起第二個(gè)模式的情況相比，能夠進(jìn)一步提高在排氣中所形成的還原劑氣氛中的氨濃度。
[0102]另外，在最上層的模式中，與從下方起第三個(gè)模式相比，尖峰的定時(shí)被設(shè)為相同，但將利用從下方起第三個(gè)模式中的第三個(gè)尖峰P23所添加的尿素水均等地分到第一個(gè)尖峰P21和第二個(gè)尖峰P22中并設(shè)為P31、P32，且以相同的方式將利用從下方起第三個(gè)模式中的第六個(gè)尖峰P26所添加的尿素水均等地分到第四個(gè)尖峰P24和第五個(gè)尖峰P25中并設(shè)為P33、P34。如采用這種方式，則雖然在還原劑添加期間Aa內(nèi)所添加的尿素水量同為預(yù)定添加量，但與從下方起第三個(gè)模式的情況相比，能夠進(jìn)一步提高在排氣中所形成的還原劑氣氛中的氨濃度。
[0103]即使如上述那樣在還原劑添加期間Aa內(nèi)從供給閥5添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水的情況下，通過對各個(gè)尖峰中的尿素水添加量或尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，也能夠適當(dāng)?shù)貙υ谂艢庵兴纬傻倪€原劑氣氛中的氨濃度進(jìn)行控制。因此，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，在為了使氨到達(dá)第二催化劑層32而執(zhí)行的高濃度添加處理時(shí)，通過對各個(gè)尖峰中的尿素水添加量或尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠形成所需的氨濃度的還原劑氣氛。
[0104]接下來，對圖13所示的尿素水添加進(jìn)行說明。在圖13中，也圖示了依據(jù)四種模式的尖峰形式的尿素水添加。在圖13中，在為了形成從下方起第二個(gè)模式，而將最下層的模式中的第四個(gè)尖峰P4、第八個(gè)尖峰P8分別分到尖峰Pl?P3、尖峰P5?P7中時(shí)，并未進(jìn)行均等的分配，而是以各個(gè)尖峰中的尿素水添加量按照尖峰P11、P12、P13的順序依次減少的方式進(jìn)行分配，并且以按照尖峰P14、尖峰P15、尖峰P16的順序依次減少的方式進(jìn)行分配。而且，在最上層的模式的形成中，也同樣地以各個(gè)尖峰中的尿素水添加量按照尖峰P31、P32的順序依次減少的方式進(jìn)行分配，并且以按照尖峰P33、P34的順序依次減少的方式進(jìn)行分配。由于這以外的尖峰的形成與圖12的情況相同，因此省略詳細(xì)的說明。如圖13所示，即使在還原劑添加期間Aa內(nèi)從供給閥5添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水的情況下，通過對各個(gè)尖峰中的尿素水添加量或尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而也能夠適當(dāng)?shù)貙υ谂艢庵兴纬傻倪€原劑氣氛中的氨濃度進(jìn)行控制，因此能夠恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到上述高濃度添加處理中。
[0105]接下來，對圖14所示的尿素水添加進(jìn)行說明。在圖14中，也圖示了依據(jù)四種模式的尖峰形式的尿素水添加。圖14中的各個(gè)尖峰中的尿素水添加量與圖12中的各個(gè)尖峰中的尿素水添加量相同，與圖12所示的方式不同之處在于各個(gè)尖峰的定時(shí)。具體而言，圖14中的各個(gè)尖峰的定時(shí)被設(shè)為各個(gè)模式中的尖峰間隔全部相同。因此，在形成從下方起第二個(gè)模式以及最上層的模式時(shí)，被均等分配的尖峰以等間隔的方式排列，而且，在形成從下方起第三個(gè)模式時(shí)，尖峰間隔被縮短化了的尖峰也以等間隔的方式排列。如圖14所示，即使在還原劑添加期間A a內(nèi)從供給閥5添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水的情況下，通過對各個(gè)尖峰中的尿素水添加量或尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而也能夠適當(dāng)?shù)貙υ谂艢庵兴纬傻倪€原劑氣氛中的氨濃度進(jìn)行控制，因此能夠恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到上述高濃度添加處理中。
[0106]接下來，對圖15所示的尿素水添加進(jìn)行說明。在圖15中，也圖示了依據(jù)四種模式的尖峰形式的尿素水添加。圖15中的各個(gè)尖峰中的尿素水添加量與圖13中的各個(gè)尖峰中的尿素水添加量相同，與圖13所示的方式不同之處在于各個(gè)尖峰的定時(shí)。具體而言，圖15中的各個(gè)尖峰的定時(shí)被設(shè)為各個(gè)模式中的尖峰間隔全部相同。因此，在形成從下方起第二個(gè)模式以及最上層的模式時(shí)，不均等分配的尖峰以等間隔的方式排列，而且，在形成從下方起第三個(gè)模式時(shí)，尖峰間隔被縮短化了的尖峰也以等間隔的方式排列。如圖15所示，即使在還原劑添加期間A a內(nèi)從供給閥5添加了相同的預(yù)定添加量的尿素水的情況下，通過對各個(gè)尖峰中的尿素水添加量或尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而也能夠適當(dāng)?shù)貙υ谂艢庵兴纬傻倪€原劑氣氛中的氨濃度進(jìn)行控制，因此能夠恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到上述高濃度添加處理中。
[0107]實(shí)施例2
[0108]根據(jù)圖16，對在內(nèi)燃機(jī)I的排氣凈化裝置中被實(shí)施的NOx凈化控制的第二實(shí)施例進(jìn)行說明。圖16所示的NOx凈化控制通過存儲于ECU20中的控制程序而被反復(fù)執(zhí)行。此外，對于圖16所示的NOx凈化控制中所包含的處理之中的與圖9所示的NOx凈化控制中所包含的處理相同的部分，標(biāo)記相同的參照號碼并省略其詳細(xì)說明。
[0109]在該NOx凈化控制中，在S104中作出了肯定判斷的情況下，即，在判斷為NOx催化劑3的催化劑溫度Tc屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，代替S106而實(shí)施S20US202的處理。具體而言，在S201中，對通過從供給閥5向排氣中添加的尿素水而生成的氨能否到達(dá)作為NOx催化劑3的下層的第二催化劑層32進(jìn)行判斷。即使在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，當(dāng)來自供給閥5的尿素水的添加量從NOx凈化的觀點(diǎn)來看而比較多時(shí)，即便依據(jù)上述的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型實(shí)施尿素水添加也會形成較高濃度的還原劑氣氛，并且根據(jù)狀況也存在能夠使氨到達(dá)第二催化劑層32的情況。
[0110]因此，在S201中，對在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，是否需要依據(jù)高濃度擴(kuò)散模型而形成高濃度的還原劑氣氛進(jìn)行判斷。具體而言，根據(jù)圖17A所示的控制映射圖而實(shí)施S201的判斷。圖17A所示的控制映射圖為，根據(jù)NOx催化劑3的溫度與氨濃度之間的相關(guān)關(guān)系，而對氨是否會到達(dá)作為下層的第二催化劑層32進(jìn)行匹配而得到的圖，并被存儲于ECU20內(nèi)的存儲器中。在該控制映射圖中，反映出了如下情況，即，NOx催化劑3的溫度越降低則作為上層的第一催化劑層31的氨吸附能力越升高，從而氨越不容易到達(dá)第二催化劑層32，并且其結(jié)果為，為了使氨到達(dá)第二催化劑層32，第一催化劑層31的氨吸附能力越升高，則越需要提高向NOx催化劑3流入的還原劑氣氛的氨濃度。因此，在圖17A所示的控制映射圖中，在映射圖中的下方形成有“不會到達(dá)作為下層的第二催化劑層32的區(qū)域”，而在上方形成有“會到達(dá)作為下層的第二催化劑層32的區(qū)域”。
[0111]因此，例如，根據(jù)如下的控制點(diǎn)(圖17A所示的黑圓點(diǎn))屬于控制映射圖中的哪個(gè)區(qū)域，來實(shí)施S201的判斷，其中，所述控制點(diǎn)為，通過在SlOl中所取得的NOx催化劑3的催化劑溫度Tc，和根據(jù)在S102中被計(jì)算出的尿素水添加量以及在排氣通道2中流通的排氣流量等而被計(jì)算出的、在排氣中所形成的還原劑氣氛中的氨濃度而被特定的點(diǎn)。在該氨濃度的計(jì)算時(shí)，考慮以在NOx催化劑3中依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模型而使氨擴(kuò)散的情況為前提所決定的添加開閥時(shí)間(參照圖3A所示的添加開閥時(shí)間ΔΠ)或尖峰間隔(參照圖6所示的尖峰間隔As2)。當(dāng)在S201中作出了肯定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S108，當(dāng)作出了否定判斷時(shí)，處理將進(jìn)入S202。另外，在圖17A所示的示例中，由于控制點(diǎn)屬于“不會到達(dá)作為下層的第二催化劑層32的區(qū)±或”，因此作為S201的判斷處理，將作出否定判斷。
[0112]接下來，在S202中，為了使氨到達(dá)作為下層的第二催化劑層32，而對依據(jù)高濃度擴(kuò)散模型而應(yīng)該以何種程度增加還原劑氣氛中的氨濃度進(jìn)行計(jì)算。具體而言，根據(jù)圖17A所示的控制映射圖而對該濃度的增加量進(jìn)行計(jì)算。例如，在上述控制點(diǎn)處于圖17A所示的黑圓點(diǎn)的位置的情況下，為了使該控制點(diǎn)向“會到達(dá)作為下層的第二催化劑層32的區(qū)域”(例如，圖17A所示的白圓點(diǎn)的位置)移動(dòng)，而需要使氨濃度上升相當(dāng)于圖中的空白的箭頭標(biāo)記的量△X，以將氨濃度形成為XI。該氨濃度的上升量相當(dāng)于在S202中被計(jì)算出的濃度增加量。
[0113]另外，在S202中，用于實(shí)現(xiàn)上述的氨濃度增加的、由供給閥5實(shí)施的尿素水的添加開閥時(shí)間也被決定。該決定根據(jù)圖17B的上層(a)所示的控制映射圖而被實(shí)施。圖17B (a)所示的控制映射圖為，劃定添加預(yù)定添加量的尿素水時(shí)的添加開閥時(shí)間與氨濃度之間的相關(guān)關(guān)系的圖，且被存儲于ECU20內(nèi)的存儲器中。另外，圖17B(a)中的黑圓點(diǎn)與圖17A中的控制點(diǎn)的黑圓點(diǎn)相對應(yīng)。在圖17B(a)所示的控制映射圖中，反映了添加開閥時(shí)間越縮短，則所形成的還原劑氣氛中的氨濃度越升高的趨勢。而且，與反應(yīng)了在上文中被計(jì)算出的濃度增加量A X的、能夠使氨到達(dá)第二催化劑層32的氨濃度Xl相對應(yīng)的添加開閥時(shí)間，根據(jù)控制映射圖而被決定為A f2。另外，在圖17B的下層(b)中，圖示了表示上述添加開閥時(shí)間與實(shí)現(xiàn)用于添加預(yù)定添加量的添加開閥時(shí)間的射出壓力之間的相關(guān)關(guān)系的控制映射圖。因此，在該控制映射圖中，反映了添加開閥時(shí)間越縮短，則射出壓力越升高的趨勢。而且，與上述被決定的添加開閥時(shí)間A f2相對應(yīng)的射出壓力Pl根據(jù)該圖17B(b)的控制映射圖而被決定。當(dāng)S202的處理結(jié)束時(shí)，處理將進(jìn)入S107。而且，在S107中，將執(zhí)行依據(jù)在S202中被決定的添加開閥時(shí)間Af2、射出壓力Pl而實(shí)施來自供給閥5的尿素水添加的高濃度添加處理。由此，能夠在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，使氨切實(shí)地到達(dá)第二催化劑層32。
[0114]此外，也可以采用與圖9所示的NOx凈化控制相同的方式，在高濃度添加處理中，利用圖17C所示的控制映射圖而對尖峰形式的尿素水添加中的尖峰間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，圖17C中的黑圓點(diǎn)與圖17A中的控制點(diǎn)的黑圓點(diǎn)相對應(yīng)。在該控制映射圖中，反映了尖峰間隔越縮短則氨濃度越升高的趨勢。而且，在該情況下，與反映了通過上述的S202的處理而被計(jì)算出的濃度增加量△ X的氨濃度Xl相對應(yīng)的尖峰間隔，根據(jù)控制映射圖而被決定為△ si。
[0115]實(shí)施例3
[0116]根據(jù)圖18，對能夠應(yīng)用于本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)I的排氣凈化裝置中的NOx催化劑3的其他的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖18所示的NOx催化劑3與上述的實(shí)施例相同，也具有最上層側(cè)的第一催化劑層31。另外，在第一催化劑層31的下側(cè)配置有氧化催化劑層35，在該氧化催化劑層35的下側(cè)且催化劑基材33上配置有第二催化劑層32。在以此方式構(gòu)成的NOx催化劑3中，在NOx催化劑3的溫度屬于高溫側(cè)凈化區(qū)域T3的情況下，通過利用氧化催化劑層35的氧化能力而使排氣中的NO氧化為NO2，從而能夠促進(jìn)第一催化劑層31中的NOx還原反應(yīng)。
[0117]另一方面，在NOx催化劑3的溫度屬于低溫側(cè)凈化區(qū)域T2的情況下，為了使氨到達(dá)第二催化劑層32，除了第一催化劑層31以外還需要穿過氧化催化劑層35。即使在這種情況下，通過實(shí)施上述的NOx凈化控制，S卩，通過執(zhí)行使氨到達(dá)下層的高濃度添加處理，從而也能夠有效地促進(jìn)第二催化劑層32的NOx還原反應(yīng)。另外，雖然在圖18所示的結(jié)構(gòu)中，由于為了到達(dá)第二催化劑層32而穿過氧化催化劑層35，從而有可能使所送入的氨的一部分被氧化而NOx化，但是如果由此生成的NOx進(jìn)一步被送入到第二催化劑層32中，則能夠通過第二催化劑層32的NOx還原能力而進(jìn)行還原凈化。
[0118]其他的實(shí)施例
[0119]雖然在到上述為止的實(shí)施例中，作為被包含在第二催化劑層32中的催化劑粒子而使用了Cu交換型NOx催化劑，但也可以取而代之，而采用作為Mn(錳)氧化物的SnMnCeOxd夕卜，由于SnMnCeOx為通過公知的沉淀法而生成的公知的材料，因此省略關(guān)于其詳細(xì)內(nèi)容的說明。
[0120]符號說明
[0121]1、內(nèi)燃機(jī)；
[0122]2、排氣通道；
[0123]3、N0x 催化劑;
[0124]5、供給閥；
[0125]20、ECU;
[0126]31、第一催化劑層；
[0127]32、第二催化劑層；
[0128]33、催化劑基材。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，具備: 選擇還原型NOx催化劑，其為將由通過來源于氨的還原劑而具有對于NOx的選擇還原性的催化劑粒子所形成的多個(gè)催化劑層配置于催化劑基材上而得到的催化劑，且至少具有在高溫下NOx還原性較高的高溫催化劑層和低溫催化劑層，其中，所述低溫催化劑層為與所述高溫催化劑層相比在低溫下NOx還原性較高的催化劑層，且被配置于與該高溫催化劑層相比靠該催化劑基材側(cè)； 添加單元，其向流入所述選擇還原型NOx催化劑的排氣中添加預(yù)定添加量的用于NOx的還原的還原劑； 控制單元，其以如下方式對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，在所述預(yù)定添加量為等量的條件下，所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于預(yù)定的低溫區(qū)域的情況與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，在從由所述添加單元進(jìn)行的所述預(yù)定添加量的還原劑添加被實(shí)施起到下一次的由該添加單元進(jìn)行的該預(yù)定添加量的還原劑添加被實(shí)施為止的還原劑添加期間內(nèi)，在向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣中所形成的還原劑氣氛的還原劑濃度變高的方式，其中，所述預(yù)定的低溫區(qū)域?yàn)?，所述低溫催化劑層的NOx還原性與所述高溫催化劑層相比變高的溫度區(qū)域，所述預(yù)定的高溫區(qū)域?yàn)椋c該預(yù)定的低溫區(qū)域相比較高的溫度區(qū)域，且為該高溫催化劑層的NOx還原性與該低溫催化劑層相比變高的溫度區(qū)域。2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 當(dāng)通過所述添加單元而向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述還原劑氣氛的還原劑濃度隨時(shí)間發(fā)生變動(dòng)， 所述控制單元以如下方式對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，使所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下的所述還原劑添加期間內(nèi)的所述還原劑氣氛的還原劑濃度的高低差，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況下的該還原劑氣氛的還原劑濃度的高低差相比變大的方式。3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 當(dāng)通過所述添加單元而向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述還原劑氣氛的還原劑濃度隨時(shí)間發(fā)生變動(dòng)， 所述控制單元以如下方式對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制，即，使所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下的所述還原劑添加期間內(nèi)的所述還原劑氣氛的還原劑濃度的峰值，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況下的該還原劑氣氛的還原劑濃度的峰值相比變高的方式。4.如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 當(dāng)所述添加單元以在所述還原劑添加期間內(nèi)交替地反復(fù)進(jìn)行添加與休止的形式向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述控制單元在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，通過縮短相鄰的還原劑的添加間隔，從而提高向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣的還原劑濃度。5.如權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 所述添加單元為向排氣中添加所述還原劑的供給閥， 在通過所述添加單元而向排氣中添加所述預(yù)定添加量的還原劑時(shí)，所述控制單元在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下，與該選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的高溫區(qū)域的情況相比，通過提高所述供給閥中的還原劑的射出壓力，從而提高向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣的還原劑濃度。6.如權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置，其中， 還具備判斷單元和濃度增加計(jì)算單元， 所述判斷單元對在所述選擇還原型NOx催化劑的溫度屬于所述預(yù)定的低溫區(qū)域的情況下還原劑是否會到達(dá)所述低溫催化劑層進(jìn)行判斷， 所述濃度增加計(jì)算單元在通過所述判斷單元而判斷為還原劑不會到達(dá)所述低溫催化劑層的情況下，對為了使還原劑到達(dá)所述低溫催化劑層而應(yīng)該通過所述控制單元增加的、向所述選擇還原型NOx催化劑流入的排氣的還原劑濃度的增加量進(jìn)行計(jì)算， 所述控制單元根據(jù)通過所述濃度增加計(jì)算單元而計(jì)算出的所述還原劑濃度的增加量，而對由所述添加單元實(shí)施的還原劑添加進(jìn)行控制。
【文檔編號】F01N9/00GK106050368SQ201610237421
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】伊藤和浩, 西岡寬真, 塚本佳久, 大月寬, 野竹康正
【申請人】豐田自動(dòng)車株式會社