废气净化装置、车辆以及废气净化控制装置
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置、车辆以及废气净化控制装置。
背景技术
以往，已知有一种废气净化装置，其中具有对内燃机产生的废气中包含的氮氧化物(以下称为“NOx”)进行净化处理的NOx储存还原型催化剂和对该NOx进行还原处理的NOx选择还原型催化剂(例如，参考专利文献1)。NOx选择还原型催化剂吸附由供给至排气管内的前体(例如，尿素水)产生的还原剂(例如，氨)，用被吸附的氨还原废气中包含的NOx。
NOx储存还原型催化剂具有在使NOx选择还原型催化剂处于非活化区域的低温状态下储存NOx的性质。因此，即便在该低温状态下，NOx也可被NOx储存还原型催化剂储存，然后被还原。这样，在废气净化装置同时使用NOx选择还原型催化剂和NOx储存还原型催化剂的情况下，该废气净化装置能够有效地进行废气净化处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-125390号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，有时废气净化装置中设有捕集颗粒物的捕集部，一旦通过使流入该捕集部的废气升温从而使被捕集的颗粒物燃烧以进行再生处理，废气净化装置内的升温就会引起氨从NOx选择还原型催化剂脱离的问题。为了解决该问题，在捕集部开始再生处理之前，需要在一定程度上减少NOx选择还原型催化剂中的氨的吸附量。结果，就会产生从捕集部需要进行再生处理时起到开始该再生处理为止需要耗费时间的问题。
此外，在如上所述的废气净化装置中，伴随着捕集部的再生处理，废气净化装置内升温，从而导致NOx储存还原型催化剂所储存的NOx被排出。因此，如果为了捕集部的再生处理而减少NOx选择还原型催化剂的氨的吸附量，就会产生从NOx储存还原型催化剂中排出的NOx不被NOx选择还原型催化剂还原而被直接排出至外部的问题。
本发明的目的是提供一种废气净化装置、车辆以及废气净化控制装置，其能够及时执行捕集部的再生处理，并且能够抑制再生处理时，由NOx储存还原型催化剂引起的、NOx被排出至外部的情况。
解决问题的方案
本发明的废气净化装置是对捕集颗粒物的捕集部执行再生处理的废气净化装置，所述废气净化装置具备：
NOx选择还原型催化剂，设置在排气管内，通过吸附还原剂对废气中的氮氧化物进行净化处理;
NOx储存还原型催化剂，设置于所述排气管中的、在所述废气流动的排气方向上比所述NOx选择还原型催化剂更靠上游侧的位置，储存所述废气中的氮氧化物;
决定部，在所述废气净化装置执行所述再生处理时，该决定部根据所述氮氧化物的储存量，决定所述NOx选择还原型催化剂的所述还原剂的目标吸附量;以及
再生控制部，根据所述目标吸附量，决定所述再生处理的开始时间。
本发明的车辆具备上述废气净化装置。
本发明的废气净化控制装置是对捕集颗粒物的捕集部执行再生处理的废气净化装置的废气净化控制装置，所述废气净化装置具备：NOx选择还原型催化剂，设置在排气管内，通过吸附还原剂对废气中的氮氧化物进行净化处理;以及NOx储存还原型催化剂，设置于所述排气管中的、在所述废气流动的排气方向上比所述NOx选择还原型催化剂更靠上游侧的位置，储存所述废气中的氮氧化物，
所述废气净化控制装置具备：
决定部，在所述废气净化装置执行所述再生处理时，该决定部根据所述氮氧化物的储存量，决定所述NOx选择还原型催化剂的所述还原剂的目标吸附量;以及
再生控制部，根据所述目标吸附量，决定所述再生处理的开始时间。
发明效果
根据本发明，能够及时执行捕集部的再生处理，并且能够抑制再生处理时，由NOx储存还原型催化剂引起的、NOx被排出至外部的情况。
附图说明
图1是表示应用了本发明的实施方式的废气净化装置的内燃机的排气系统的概略结构图。
图2是表示NOx选择还原型催化剂的氨的目标吸附量随温度变化的示意图。
图3是表示废气净化装置中的净化控制的动作例的流程图。
具体实施方式
以下，根据附图来详细说明本发明的实施方式。图1是表示应用了本发明的实施方式的废气净化装置100的内燃机的排气系统的概略结构图。
如图1所示，内燃机1搭载在车辆V上，例如为柴油发动机，设置有用于将内燃机1中产生的废气导向大气的废气净化装置100。废气净化装置100包括废气在其中流动的排气管110、第一温度检测部120、第二温度检测部130、尿素水喷射部140和控制部300。控制部300对应于本发明的“废气净化控制装置”。
排气管110中，从废气流动的方向(图示中从左向右的方向，以下称为“排气方向”)的上游侧开始，依次设有NOx储存还原型催化剂210、作为捕集部的一个例子的DPF(DieselParticulate Filter，柴油微粒过滤器)220、NOx选择还原型催化剂230等。
NOx储存还原型催化剂210设置于排气管110中的、在排气方向上比DPF220及NOx选择还原型催化剂230更靠上游侧的位置，储存废气中的氮氧化物(以下称为NOx)。
具体而言，NOx储存还原型催化剂210在废气温度为储存温度且废气空燃比为稀(lean)状态时，储存废气中的NOx。储存温度的范围包含使NOx选择还原型催化剂230处于非活化区域的温度。
通过在控制部300的控制下使废气空燃比成为浓(rich)状态，从而NOx储存还原型催化剂210所储存的NOx与废气中的碳氢化合物及一氧化碳起反应而被还原。
DPF220对从自身通过的废气中所含的颗粒物进行捕集。DPF220中，通过在控制部300的控制下执行燃烧被捕集的颗粒物的再生处理，来除去该颗粒物。具体而言，通过控制部300的控制，向内燃机1的汽缸内进行后喷(post injection)或向排气管110内提供燃料，由此，例如碳氢化合物被提供至未图示的氧化催化剂，使该氧化催化剂发生氧化反应，排气管110的废气温度上升。从而，温度上升了的废气流入DPF220，使颗粒物燃烧起来。
NOx选择还原型催化剂230在排气管110中设置于DPF220的下游侧，吸附由尿素水喷射部140喷射的尿素水生成的作为还原剂的一个例子的氨。NOx选择还原型催化剂230通过使所吸附的氨与从自身通过的废气中所含的NOx发生反应，来还原该NOx。
第一温度检测部120设置于在排气方向上比NOx储存还原型催化剂210更靠上游侧的位置，检测排气管110中NOx储存还原型催化剂210的近前部分的温度。
第二温度检测部130设置于在排气方向上比NOx选择还原型催化剂230更靠上游侧的位置，检测排气管110中NOx选择还原型催化剂230的近前部分的温度。
尿素水喷射部140设置于排气管110中比NOx选择还原型催化剂230更靠上游侧的位置。一旦由尿素水喷射部140向排气管110内供给尿素水，排气管110内的温度就会使尿素水水解，从而产生氨。然后氨吸附在NOx选择还原型催化剂230上。
控制部300例如是电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)，包括未图示的CPU(Central Processing Unit，中央控制器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)以及输入输出电路。控制部300根据预先设定的程序，执行DPF220所捕集的颗粒物的再生处理、以及使排气管110内的废气空燃比成为浓状态的浓化处理等。
控制部300在执行DPF220的颗粒物的再生处理时，对NOx储存还原型催化剂210所储存的NOx的储存量进行估计，并根据估计出的NOx的估计储存量，决定NOx选择还原型催化剂230对氨的目标吸附量。然后，控制部300根据该目标吸附量，决定再生处理的开始时间。控制部300对应于本发明的“估计部”、“决定部”和“再生控制部”。
氨的目标吸附量是基于规定吸附量与氨消耗量的关系的、使得氨逃逸浓度小于等于目标值的氨的量。规定吸附量是在NOx储存还原型催化剂210的储存量为0时的、使得氨逃逸浓度小于等于目标值的氨的量。氨消耗量是从NOx储存还原型催化剂210中释放出的NOx的净化反应所消耗的氨的量。
根据下式(1)来估计NOx的储存量。
NOx的储存量=A+B×C-D-E···(1)
A：NOx的已储存量
B:NOx储存还原型催化剂210的上游侧的NOx浓度
C:NOx储存还原型催化剂210的NOx储存效率
D:从NOx储存还原型催化剂210排出的NOx的量
E:从NOx储存还原型催化剂210被还原的NOx的量
NOx的已储存量是NOx储存还原型催化剂210中已储存的NOx的量，例如，可以使用上次估计出的NOx储存量的估计值。
NOx储存还原型催化剂210的上游侧的NOx浓度是排气管110内的NOx储存还原型催化剂210的上游侧的废气中的NOx浓度，作为该浓度，例如可以使用由未图示的传感器检测出的NOx浓度。
NOx储存还原型催化剂210的NOx储存效率基于第一温度检测部120的温度检测结果、废气流量、NOx储存还原型催化剂210上游侧的NOx浓度以及NOx的已储存量等计算得出。废气的流量是流入排气管110内的废气的量，由未图示的传感器等检测得出。
从NOx储存还原型催化剂210排出的NOx的量基于第一温度检测部120的温度检测结果以及NOx的已储存量等计算得出。
从NOx储存还原型催化剂210被还原的NOx的量基于第一温度检测部120的温度检测结果、废气流量、NOx储存还原型催化剂210的已储存量以及废气空燃比等计算得出。废气空燃比基于排气管110内的燃料喷射量等计算得出。
控制部300基于NOx的估计储存量和第二温度检测部130的检测结果(NOx选择还原型催化剂230的温度)，决定氨的目标吸附量。
氨的目标吸附量例如使用图2所示的关系来决定。图2是表示NOx选择还原型催化剂230的温度与氨的目标吸附量的关系的示意图。
图2的实线L1表示所设定的氨的目标吸附量随温度的变化，该所设定的氨的目标吸附量是NOx储存还原型催化剂210的NOx储存量为最大状态即最大储存量时的氨的目标吸附量。图2的实线L2表示所设定的氨的目标吸附量随温度的变化，该所设定的氨的目标吸附量是NOx储存还原型催化剂210的NOx储存量为0时的氨的目标吸附量。
控制部300根据估计储存量相对于NOx储存还原型催化剂210的NOx的最大储存量的比例，改变氨的目标吸附量。具体而言，NOx的估计储存量越大，控制部300越对应地增大氨的目标吸附量。
例如，当在小于温度T的温度T1的状态下，NOx的储存量为最大储存量一半的量时，根据图2中的关系，将氨的目标吸附量决定为N1与N2的中间值N3。如此，能够容易地调整NOx选择还原型催化剂230中氨的目标吸附量。
决定氨的目标吸附量后，控制部300对当前吸附在NOx选择还原型催化剂230上的氨的当前吸附量进行估计。
根据下式(2)来估计氨的当前吸附量。
氨的当前吸附量=氨的上次吸附量+供给氨量-消耗氨量-脱离氨量···(2)
供给氨量是提供给NOx选择还原型催化剂230的氨量，该供给氨量基于尿素水喷射部140喷射的尿素水的量计算得出。
消耗氨量是NOx的净化反应所消耗的氨量，基于从NOx选择还原型催化剂230通过的NOx的量、第二温度检测部130的温度检测结果、废气的流量、NOx中NO2的比率以及氨的吸附量计算得出。
从NOx选择还原型催化剂230通过的NOx的量由未图示的传感器等检测得出。NOx中NO2的比率通过以如下方式进行估计而得出，即，根据NOx储存还原型催化剂210的NOx储存量和温度，在基于发动机转速和燃料喷射量的映射的基础上进行修正而得出。氨的上次吸附量是上一次通过式(2)计算时得出的氨的当前吸附量。
脱离氨量是脱离NOx选择还原型催化剂230的氨的量，该脱离氨量基于氨的吸附量、第二温度检测部130的温度检测结果、废气的流量计算得出。
控制部300在氨的当前吸附量小于等于氨的目标吸附量的情况下开始再生处理。
执行DPF220的再生处理时，为使被DPF220捕集的颗粒物燃烧，排气管110内会升温，这会导致发生被NOx选择还原型催化剂230吸附的氨脱离NOx选择还原型催化剂230的问题。因此，优选在进行DPF220的再生处理时，在尽量减少了NOx选择还原型催化剂230的氨吸附量的状态下进行该处理。
此外，伴随着DPF220的再生处理，排气管110内升温，从而会导致被NOx储存还原型催化剂210储存的NOx从NOx储存还原型催化剂210中排出。本实施方式中，用NOx选择还原型催化剂230所吸附的氨，对因伴随再生处理的排气管110内的升温而从NOx储存还原型催化剂210中排出的NOx进行还原。
此时，例如若要等到NOx选择还原型催化剂230所吸附的氨充分减少后，再开始再生处理，则需要通过使该氨与废气中所含的NOx发生反应来减少该氨。结果，会产生在开始该再生处理前需要等待一段时间的问题。
此外，若是具有NOx储存还原型催化剂210的结构，则由于伴随再生处理的升温，NOx会从NOx储存还原型催化剂210中被排出。因此，若为了开始进行再生处理而减少NOx选择还原型催化剂230中的氨，则从NOx储存还原型催化剂210中排出的NOx将不被NOx选择还原型催化剂230还原就被排出至外部。
然而，在本实施例中，用被NOx储存还原型催化剂210储存的NOx，来减少NOx选择还原型催化剂230所吸附的氨。结果，不必等待NOx选择还原型催化剂230中吸附的氨充分减少，且可高效地减少NOx选择还原型催化剂230所吸附的氨的量。即，本实施方式中，由于能缩短从需要进行再生处理时起到开始再生处理为止的时间，所以能够及时执行DPF220的再生处理。
此外，由于氨的目标吸附量根据NOx的储存量来设定，因而NOx选择还原型催化剂230会将从NOx储存还原型催化剂210排出的NOx还原。结果，能够抑制再生处理时由NOx储存还原型催化剂210引起的、NOx未被NOx选择还原型催化剂230还原就排出至外部的情况。
此外，利用被NOx储存还原型催化剂210排出的NOx，来减少NOx选择还原型催化剂230所吸附的氨。结果，能够抑制由伴随再生处理的升温引起的、氨从NOx选择还原型催化剂230脱离的情况。
控制部300在氨的当前吸附量大于氨的目标吸附量的情况下，不开始再生处理。即，用流经排气管110的废气中的NOx，来减少NOx选择还原型催化剂230上吸附的氨。在此期间，随时计算氨的当前吸附量和氨的目标吸附量。
然后，控制部300在氨的当前吸附量下降至达到氨的目标吸附量以下时，开始再生处理。这样，虽然达到氨的目标吸附量需要一段时间，但由于没有必要一直等到氨充分减少了的状态，因而能够缩短到开始再生处理为止的时间，并在成为最佳目标吸附量后进行再生处理。
此外，控制部300在执行再生处理时，禁止浓化处理。
若进行浓化处理，则由于NOx储存还原型催化剂210中储存的NOx被还原，存在基于NOx的储存量设定了目标吸附量的NOx选择还原型催化剂230中的氨不能按预期减少的可能性。
然而，在本实施例中，当执行再生处理时，由于禁止浓化处理，因而能使NOx选择还原型催化剂230中的氨按预期减少。结果，能够高效地减少NOx选择还原型催化剂230中的氨。此外，通过禁止浓化处理，能使NOx储存还原型催化剂210中NOx的储存量容易增大。即，由于能使NOx选择还原型催化剂230的氨的目标吸附量容易增大，故能迅速执行再生处理。
对以上述方式构成的废气净化装置100中净化控制的动作例进行说明。图3是表示废气净化装置100中净化控制的动作例的流程图。例如可在车辆V行驶时适当地执行图3中的处理。
如图3所示，控制部300判断是否需要执行再生处理(步骤S101)。步骤S101中的对是否需要执行再生处理的判断，例如是以DPF220中颗粒物的捕集量等为基准进行的。具体而言，当DPF220中颗粒物的捕集量达到应使其燃烧的量时，控制部300判断为需要执行再生处理。
判断的结果为不需要执行再生处理时(步骤S101为否)，结束本次控制。另一方面，在需要执行再生处理时(步骤S101为是)，控制部300禁止浓化处理(步骤S102)。接着，控制部300对NOx储存还原型催化剂210的NOx储存量进行估计(步骤S103)。
接着，控制部300基于估计出的NOx估计储存量，决定NOx选择还原型催化剂230的氨的目标吸附量(步骤S104)。接着，控制部300对NOx选择还原型催化剂230的当前吸附量进行估计(步骤S105)。
接着，控制部300判断当前吸附量是否小于等于目标吸附量(步骤S106)。在当前吸附量大于目标吸附量时(S106为否)，处理返回S103。
另一方面，在当前吸附量小于等于目标吸附量时(步骤S106为是)，控制部300判断再生处理条件是否成立(步骤S107)。再生处理条件例如包含NOx储存还原型催化剂210的温度条件等。
判断的结果为再生处理条件不成立时(S107为否)，处理返回步骤S103。此处，在步骤S106及步骤S107为否时处理返回到步骤S103的原因是，在进行从步骤S103到步骤S107的处理时，由于废气流经排气管110内，NOx的储存量、当前吸附量发生变化，因而每次都需要重新将目标吸附量设定为正确的值。
另一方面，再生处理条件成立时(步骤S107为是)，控制部300执行再生处理(步骤S108)。再生处理结束后，结束本次控制。而且，在车辆V的行驶过程中反复执行上述控制。
根据以如上方式构成的本实施方式，可以及时执行DPF220的再生处理，并且能够抑制再生处理时，由NOx储存还原型催化剂210引起的、NOx被排出至外部的情况。
此外，由于利用被NOx储存还原型催化剂210排出的NOx，来减少NOx选择还原型催化剂230中的氨，故可抑制再生处理时氨(还原剂)从NOx选择还原型催化剂230脱离的情况。
另外，上述实施方式中，使用上述式(1)来估计NOx的储存量，但本发明并不仅限于此，也可用其他方法来估计NOx的储存量。例如，也可以在NOx储存还原型催化剂210的上游侧和下游侧分别设置检测NOx的传感器，利用各传感器的检测量的差值来估计NOx的储存量。
此外，上述实施方式中，以将控制部300作为估计部、决定部以及再生控制部的情况为例进行了说明，但是本发明并不仅限于此，也可以分别设置估计部、决定部以及再生控制部。
此外，上述实施方式的废气净化装置100搭载在搭载有柴油发动机的车辆V上，但是本发明并不仅限于此，例如也可搭载在搭载有汽油发动机的车辆上。
此外，上述实施方式中，将DPF220作为捕集部的一个例子进行了举例说明，但是本发明并不仅限于此，只要是能够捕集颗粒物的过滤器，无论是哪种过滤器都可以。此外，废气净化装置100搭载在搭载有汽油发动机的车辆上时，捕集部也可以是GPF(GasolineParticulate Filter，汽油微粒过滤器)。
另外，上述实施方式均只是示出了实施本发明的具体的一例，并非是对本发明技术范围的限定性解释。即，在不脱离本发明的主旨或其主要特征的范围内，可以通过各种方式来实施本发明。
本申请基于2018年3月8日提交的日本专利申请(特愿2018-041864)，其全部内容在此作为参照而引入。
工业实用性
本发明的废气净化装置作为如下的废气净化装置及废气净化控制装置是有用的，即，能够及时执行捕集部的再生处理，并且能够抑制再生处理时，由NOx储存还原型催化剂引起的、NOx被排出至外部的情况的废气净化装置及废气净化控制装置。
附图标记说明
1 内燃机
100 废气净化装置
110 排气管
120 第一温度检测部
130 第二温度检测部
140 尿素水喷射部
210 NOx储存还原型催化剂
220 DPF(Diesel Particulate Filter，柴油微粒过滤器)
230 NOx储存还原型催化剂
300 控制部
