排氣控制設備和用於排氣控制設備的控制方法
2024-03-21 09:47:05
專利名稱：排氣控制設備和用於排氣控制設備的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種排氣控制設備以及一種用於排氣控制設備的控制方法。
背景技術：
利用氨作為還原劑來還原包含在內燃發動機的排氣中的氮氧化物(NOx)的NOx還原催化劑被用作排氣控制構件。在具有NOx還原催化劑的排氣控制設備中，氨從NOx還原催化劑的上遊側供給至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。噴射到排氣中的尿素水在排氣中分解以產生氨。從尿素水產生的氨被吸附到NOx還原催化劑。吸附至NOx還原催化劑的氨與流入NOx還原催化劑的排氣中的NOx之間發生氧化還原反應，並因此，從排氣中除去了 N0X。NOx還原催化劑的NOx淨化率取決於吸附到NOx還原催化劑的氨量。隨著NOx還原催化劑吸附的氨量增大，獲得了穩步提高的NOx淨化率。然而，能夠吸附到NOx還原催化劑的氨量存在上限，並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。因此，在具有NOx還原催化劑的排氣控制設備中，難以在抑制氨逃逸的同時實現NOx淨化率的改善。針對該問題，日本專利申請公報N0.2003-293737 (JP-A-2003-293737)提出了一種發明:該發明通過基於由NOx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、以及基於所計算出的實際吸附量來控制氨添加量使得吸附到NOx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了 NOx淨化率的改善。即使當吸附到NOx還原催化劑的氨量保持恆定，NOj爭化率以及氨逃逸的可能性也會根據NOx還原催化劑上的氨吸附量的分布而不同。例如，在從NOx還原催化劑的上遊側添加尿素水之後的即刻，吸附到NOx還原催化劑的沿排氣流動方向的上遊側部分的氨量可能大於吸附到下遊側部分的氨量。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淨化率。另一方面，一旦在添加尿素水之後經過一定時間，則吸附到NOx還原催化劑的沿排氣流動方向的下遊側部分的氨量可能變得大於吸附到上遊側部分的氨量。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於發生氨逃逸。在JP-A-2003-293737描述的發明中，簡單地將NOx還原催化劑的全部氨吸附量控制到目標吸附量，並且沒有考慮由於NOx還原催化劑上的氨吸附量分布而引起的NOx淨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改善NOx淨化率的效果O
發明內容
考慮了上述幾點而設計了本發明，並且本發明提供了一種在具有NOx還原催化劑的排氣控制設備中使用的技術，該NOx還原催化劑設置在內燃發動機的排氣系統中，以利用從排氣流動方向的上遊側供給並吸附到NOx還原催化劑的氨來還原並除去排氣中所含的NOx,通過該技術能夠提高NOx淨化率並且能夠抑制氨逃逸。更具體地，本發明提供了一種在具有排氣控制構件的排氣控制設備中使用的技術，該排氣控制構件設置在內燃發動機的排氣系統中，以利用從排氣流動方向的上遊側供給並吸附到排氣控制構件的淨化劑來控制排氣，通過該技術能夠提高排氣淨化率並且能夠抑制淨化劑從排氣控制構件的流出。本發明的一個方面提供了一種排氣控制設備，該排氣控制設備包括:排氣控制構件，所述排氣控制構件設置在內燃發動機的排氣系統中以通過除去排氣中所含的預定成分來控制排氣；淨化劑供給裝置，所述淨化劑供給裝置將淨化劑供給到所述排氣系統中的所述排氣控制構件的上遊側，使得所述淨化劑吸附到所述排氣控制構件並使所述淨化劑與通過所述排氣控制構件的排氣中的所述預定成分反應；以及控制裝置，所述控制裝置獲得所述排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布並且基於所獲得的淨化劑吸附量分布來控制由所述淨化劑供給裝置供給的淨化劑供給。本發明的另一個方面提供了一種用於控制對排氣控制構件的排氣流動方向的上遊側的淨化劑供給的控制方法，所述排氣控制構件通過吸附與來自內燃發動機的排氣中的預定成分反應的淨化劑來淨化排氣，所述方法包括:獲得所述排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布；以及基於所獲得的淨化劑吸附量分布來控制所述淨化劑供給。根據上述排氣控制設備和控制方法，能夠在考慮到與排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布對應的排氣控制構件的預定成分淨化率的差異以及淨化劑流出排氣控制構件的逃逸可能性的差異的同時，控制由淨化劑供給裝置供給的淨化劑供給，並因此實現了能夠提高預定成分淨化率的吸附量分布以及能夠抑制淨化劑逃逸的吸附量分布。因此，能夠增大預定成分淨化率並且能夠抑制淨化劑逃逸。例如，即使當吸附到整個排氣控制構件的淨化劑量保持恆定，淨化劑逃逸的可能性仍會根據排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布而不同。能夠執行淨化劑供給控制的範圍根據淨化劑逃逸的可能性而不同。例如，當吸附到整個排氣控制構件的淨化劑量保持恆定而吸附量分布成使得易於發生淨化劑逃逸時，優選地停止或減少淨化劑供給，並且當吸附到整個排氣控制構件的淨化劑量保持恆定而吸附量分布成使得不易發生淨化劑逃逸時，能夠在抑制逃逸的同時增大淨化劑供給。根據上述排氣控制設備，基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布來控制淨化劑供給，並因此能夠在考慮根據排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布而不同的淨化劑逃逸可能性的情況下控制淨化劑供給。因此，淨化劑吸附量能夠增加到在能夠抑制淨化劑逃逸的範圍內的最大量。預定成分淨化率隨著吸附到排氣控制構件的淨化劑量的增大而穩定地增大，並因此，根據該排氣控制設備，能夠在抑制淨化劑逃逸的同時提高預定成分淨化率。當吸附到排氣控制構件的排氣流動方向上遊側部分的淨化劑解吸附時，所解吸附的淨化劑可能逃逸。然而，所解吸附的氨更有可能移動到排氣控制構件的下遊側部分並且在其中與預定成分反應而被消耗掉。換句話說，即使當排氣控制構件的上遊側部分中的淨化劑吸附量大時，其對逃逸可能性的影響仍小。另一方面，當吸附到排氣控制構件的下遊側部分的淨化劑解吸附時，所解吸附的淨化劑極有可能流出排氣控制構件而照原樣進入到排氣通道中。換句話說，與吸附到上遊側部分的淨化劑相比，吸附到排氣控制構件的下遊側部分的淨化劑對逃逸的可能性的影響更大。因此，可以判定，當排氣控制構件中的淨化劑吸附量分布成使得較大量的淨化劑吸附到排氣控制構件的下遊側部分時，逃逸可能性是高的。因此，在排氣控制設備中，可以基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布來判定排氣控制構件的預定的下遊側部分中的淨化劑吸附量，並且可以基於此來控制淨化劑供
5 口 O更具體地，在排氣控制設備中，當排氣控制構件的位於沿排氣流動方向的下遊側的預定部分中的淨化劑吸附量等於或超過預定的第一閾值時，控制裝置可以控制淨化劑供給裝置以停止淨化劑供給或減少淨化劑供給量。通過這樣做，在淨化劑吸附量在排氣控制構件上分布成使得逃逸易於發生時，或者換句話說，在所吸附的淨化劑分布成使得大量淨化劑吸附到排氣控制構件的預定的下遊側部分時，能夠停止或減少淨化劑供給。因此，能夠有利地抑制逃逸。相反地，當淨化劑吸附量在排氣控制構件上分布成使得逃逸不易發生時，或者換句話說，當所吸附的淨化劑分布成使得少量淨化劑吸附到排氣控制構件的預定的下遊側部分時，不停止或減少淨化劑供給。因此，無需不必要地停止或減少淨化劑供給，並因此能夠保持高淨化率。在這種情況下，能夠在能抑制逃逸的範圍內增大淨化劑供給，並且通過這樣做，能夠增大淨化率。在現有技術中，可以在排氣控制構件中的總淨化劑吸附量大時停止或減少淨化劑供給。然而，根據本發明，即使當排氣控制構件中的總淨化劑吸附量對於在現有技術中要被停止或減少淨化劑供給來說足夠大時，只要排氣控制構件的預定的下遊側部分中的淨化劑吸附量小於第一閾值，就不會停止或減少淨化劑供給。因此，能夠在抑制淨化劑逃逸的同時使比現有技術更大量的淨化劑吸附到排氣控制構件，並因此，與現有技術相比能夠提高淨化率。上述構型的「預定部分」為在淨化劑從排氣控制構件解吸附時極有可能發生逃逸的區域。例如，在將排氣控制構件沿排氣流動方向劃分成兩個部分的模型中，下遊側部分可以設定為上述構型的「預定部分」。在劃分成三個或更多個部分的模型中，位於定位在最上遊的部分的下遊側的部分或者定位在最下遊的部分可以設定為上述構型的「預定部分」。「第一閾值」應當根據設定為上述構型的「預定部分」的部分來適當地設定。「第一閾值」為「預定部分」中的淨化劑吸附量的參考值，並且可以例如基於在超過預定允許水平的量中沒有發生逃逸的吸附量的上限值來設定。在本發明中，逃逸的可能性可以基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布來判定，並且可以基於此來控制淨化劑供給。更具體地，在本發明中，控制裝置可以基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布來獲得逃逸判定值，逃逸判定值是用於判定淨化劑流出排氣控制構件的可能性的指標，並且當逃逸判定值等於或超過預定的第二閾值時，控制裝置可以控制淨化劑供給裝置以停止淨化劑供給或減少淨化劑供給量。通過這樣做，能夠更精確地判定能夠抑制逃逸的淨化劑供給控制的範圍。因此，能夠在更可靠地抑制逃逸的同時供給更大量的淨化劑。因此，能夠以較高程度實現逃逸的抑制以及預定成分淨化率的提高。吸附到排氣控制構件的淨化劑從排氣控制構件解吸附時所解吸附的淨化劑將流出排氣控制構件的可能性根據所解吸附的淨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件的下遊側部分的淨化劑比所解吸附的吸附到上遊側部分的淨化劑更有可能成為逃逸發生的因素。換句話說，當等量淨化劑吸附到排氣控制構件內的不同位置時，所吸附的淨化劑對逃逸可能性的貢獻(可能性增加效果的大小)根據淨化劑的位置而不同。因此，在計算逃逸判定值時應當不僅要考慮排氣控制構件上的吸附量分布，還要考慮排氣控制構件內的位置對逃逸可能性的貢獻的差異。更具體地，在上述構型中，控制裝置可以獲得排氣控制構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件的淨化劑從排氣控制構件解吸附時所解吸附的淨化齊IJ流出排氣控制構件的可能性的指標，並且控制裝置可以基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布以及逃逸概率而獲得逃逸判定值。儘管逃逸概率同樣取決於排氣控制構件的結構、材料等，但逃逸概率被認為表現出朝向排氣控制構件的下遊端增大的基本趨勢。通過在考慮了逃逸概率以及排氣控制構件上的淨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後更精確地控制淨化劑供給。注意，在根據排氣控制構件的預定的下遊側部分中的吸附量是否等於或超過第一閾值來控制淨化劑供給的上述構型中使用的逃逸概率可以在預定部分中設定為I而在其他部分中設定為O。能夠吸附到排氣控制構件的淨化劑的上限量可以取決於排氣控制構件的溫度。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於穩定地減小。在流入排氣控制構件的排氣的溫度上升的情況下，例如，當內燃發動機的運轉狀態由於迅速減速而極大地轉變到高載荷側或者執行處理以氧化和去除設置在排氣控制構件的上遊側的顆粒過濾器中的顆粒物質時，排氣控制構件的溫度會升高，並因此，能夠吸附到排氣控制構件的淨化劑量可能變化。在選擇性還原型NOx催化劑中，可吸附的氨量減小。當可吸附淨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行控制以停止或減少淨化劑供給，並因此，可能會供給過量的淨化劑，從而導致發生逃逸。流入排氣控制構件的排氣的溫度的增大或內燃發動機的運轉狀態的變化與這些變化的影響隨著排氣控制構件的溫度的增大而實際變得明顯時所處的點之間會出現延遲。因此，通過對流入排氣控制構件的排氣的溫度的變化或者內燃發動機的運轉狀態的變化進行檢測，可以對在不久的將來的排氣控制構件的溫度的迅速增大進行預測。通過在做出這種預測之後執行控制以停止或減少淨化劑供給，能夠避免在排氣控制構件的溫度實際增大使得可吸附的淨化劑量減小時供給過量的淨化劑的情況。這裡，在本發明中，控制裝置可以基於流入排氣控制構件的排氣的溫度的變化以及內燃發動機的運轉狀態的變化中的至少一者來校正逃逸判定值。在上述構型中，在基於流入到排氣控制構件的排氣的溫度的變化以及內燃發動機的運轉狀態的變化中的至少一者來預測在不久的將來排氣控制構件的溫度會迅速增大時，可以沿增大方向校正逃逸判定值。通過這樣做，逃逸判定值更有可能被判定成等於或超過第二閾值，並因此，更有可能執行用於停止或減少淨化劑供給的控制。因此，在運轉狀態根據排氣控制構件的溫度的增大而變化時能夠有利地抑制逃逸。即使當排氣控制構件中的總的淨化劑吸附量保持恆定，預定成分淨化率仍會根據排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布而不同。根據本發明，基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布來控制淨化劑供給，並因此，能夠在考慮了與排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布對應的預定成分淨化率的差異的情況下控制淨化劑供給。因此，預定成分淨化率能夠增加到能夠抑制淨化劑逃逸的範圍內的最大量。預定成分從排氣流動方向的上遊端流入排氣控制構件，並因此，淨化率在大量淨化劑吸附到排氣控制構件的上遊側部分的分布的情況下比在淨化劑在整個排氣控制構件上均勻地(一致地)吸附的分布的情況下更高。同時，至於逃逸可能性，逃逸在大量淨化劑吸附到排氣控制構件的下遊側部分的分布的情況下比在淨化劑在整個排氣控制構件上均勻地吸附的分布的情況下更有可能發生。在本發明中，考慮到這幾點，通過基於排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布來控制淨化劑供給使得接近於飽和量的淨化劑量吸附到排氣控制構件的上遊側部分並且使得較小量的淨化劑吸附到下遊側部分，可以在抑制逃逸的同時增大淨化率。更具體地，在本發明中，控制裝置可以執行第一控制和第二控制，其中，第一控制用於控制由淨化劑供給裝置供給的淨化劑供給使得排氣控制構件的預定的第一部分中的淨化劑吸附量達到或超過預定的閾值，並且第二控制用於控制由淨化劑供給裝置供給的淨化劑供給使得排氣控制構件的沿排氣流動方向位於第一部分下遊側的預定的第二部分中的淨化劑吸附量達到等於或小於閾值的預定的目標值。在上述構型中，「預定的閾值」為第一部分中的吸附量，在該吸附量下，促進了淨化劑與預定成分之間的反應使得排氣被有效地淨化，並且「預定閾值」可以設定在能夠吸附到第一部分的淨化劑的上限量(飽和量)或該上限量附近的值處。同時，「預定的目標值」為能夠有利地抑制導致逃逸的淨化劑從第二部分的解吸附的吸附量，並且可以設定在能夠吸附到第二部分的淨化劑的上限量或相對於該上限量具有餘量的較小的值。通過執行第一控制，接近於飽和量的淨化劑量吸附到位於排氣控制構件的上遊側的第一部分，並因此，存在足夠量的淨化劑以與流入的預定成分反應。因此，能夠促進流入到排氣控制構件的預定成分與淨化劑之間的反應，並因此，能夠以高的淨化率從排氣中除去預定成分。通過執行第二控制，第二部分中的淨化劑吸附量被控制到預定目標值，該預定目標值遠小於飽和量，並因此，能夠抑制淨化劑從第二部分向下遊側的流出。因此，能夠抑制逃逸。在上述構造中，控制裝置可以優先於第二控制執行第一控制。短語「優先於第二控制執行第一控制」意味著僅在達到第一控制一即，「第一部分中的淨化劑吸附量等於或超過閾值」——的目的時才執行第二控制以實現「第二部分中的淨化劑吸附量達到目標值」的目的。通過優先執行第一控制，能夠更可靠地增大預定成分淨化率。在本發明中，控制裝置可以使用以下方法作為用於獲得排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布的方法。例如，本發明還可以包括:流入成分量獲取裝置，流入成分量獲取裝置獲得流入排氣控制構件的排氣中的預定成分的量；流出成分量獲取裝置，流出成分量獲取裝置獲得流出排氣控制構件的排氣中的預定成分的量；以及溫度獲取裝置，溫度獲取裝置獲得排氣控制構件的溫度，其中，控制裝置可以基於由流入成分量獲取裝置獲得的預定成分的量、由流出成分量獲取裝置獲得的預定成分的量以及由溫度獲取裝置獲得的溫度來獲得排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布。在排氣控制構件中消耗的預定成分的量以及相應地在排氣控制構件中消耗的淨化劑的量能夠根據流入排氣控制構件的預定成分的量以及流出排氣控制構件的預定成分的量來估算。能夠吸附到排氣控制構件的淨化劑量能夠基於排氣控制構件的溫度來估算。能夠基於這些估算值以及從由控制裝置等產生的控制信號獲得的表明淨化劑供給裝置供給的淨化劑量的信息和與內燃發動機的運轉狀態有關的信息來估算排氣控制構件中的淨化劑吸附量。在通過將排氣控制構件沿排氣流動方向劃分成多個單元而獲得的模型中，排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布可以基於每個單元中的淨化劑吸附量的檢測值和/或估算值來獲得。例如，可以基於流入或流出排氣控制構件和每個單元的預定成分量、流入或流出排氣控制構件和每個單元的淨化劑量、排氣控制構件和每個單元的溫度、從各種傳感器獲得的與內燃發動機的運轉控制有關的輸出值、由淨化劑供給裝置等執行的淨化劑供給控制、以及基於此通過模型計算、映射參照等獲得的各種信息來檢測或估算每個單元中的淨化劑吸附量。通過在與排氣控制構件中設置的多個單元中的每個單元的上遊端和下遊端對應的位置中附接用於檢測預定成分濃度和淨化劑濃度的傳感器，流入每個單元的預定成分量和淨化劑量以及流出每個單元的預定成分量和淨化劑量能夠根據與經過排氣控制構件的排氣的流量有關的信息來檢測或估算。與內燃發動機的運轉控制有關的信息例如由檢測進氣量的傳感器的輸出值、表明與燃料噴射控制有關的控制目標值的信息、表明在內燃發動機具有EGR裝置的情況下排氣循環(EGR)閥開度的控制目標值的信息等構成。
例如，在淨化劑供給被控制成使得排氣控制構件的第一部分中的淨化劑吸附量達到或超過與飽和吸附量接近的預定閾值並且使得位於第一部分的下遊側的第二部分中的淨化劑吸附量達到小於閾值的預定目標值的上述構型中，在通過將排氣控制構件沿排氣流動方向劃分成三個或更多個單元而獲得的模型中，控制裝置可以將定位在最上遊的第一單元設定為第一部分，並且將與第一單元相鄰地定位在下遊側的第二單元設定為第二部分。為了獲得第一單元中或者由包括第一單元的多個相鄰單元的組構成的區域中的淨化劑吸附量，本發明還可以包括成分量傳感器，成分量傳感器檢測流出排氣控制構件中的預定單元的預定成分的濃度，其中，控制裝置可以基於由淨化劑供給裝置供給的淨化劑的量、前次估算出的由從排氣控制構件內的定位在最上遊的第一單元延伸到預定單元的單元組構成的預定區域中的淨化劑吸附量以及能夠新吸附到預定區域的淨化劑量來估算預定區域中的淨化劑吸附量，控制裝置可以基於根據內燃發動機的運轉狀態估算出的流入排氣控制構件的預定成分量以及根據由成分量傳感器獲得的檢測值估算出的流出預定單元的預定成分量來估算預定區域中的淨化劑消耗量，並且控制裝置可以基於所估算出的預定區域中的淨化劑吸附量和消耗量來估算預定區域中的實際淨化劑吸附量。由淨化劑供給裝置供給的淨化劑量能夠從與控制裝置對淨化劑供給裝置執行的控制有關的信息獲得。前次估算出的預定區域中的淨化劑吸附量為最初存在於預定區域中的淨化劑量。能夠新吸附到預定區域的淨化劑量可以基於表明與排氣控制構件的溫度等相對應的飽和吸附量的信息、以及表明最初存在的淨化劑量的信息來估算。換句話說，當最初存在的淨化劑量達到飽和吸附量時，由淨化劑供給裝置新供給的淨化劑不能被額外地吸附到預定區域。另一方面，當最初存在的淨化劑量小於飽和吸附量時，由淨化劑供給裝置新供給的淨化劑能夠額外地吸附到預定區域。流入排氣控制構件的預定成分量為流入預定區域的預定成分量，並且能夠基於流入排氣控制構件的排氣的流量以及與內燃發動機中的燃燒有關的信息(與燃料噴射量、進氣量的檢測值等有關的控制信息)來估算。流入預定區域的預定成分量與流出預定區域的預定成分量之間的差對應於從預定區域除去的預定成分量，並且基於所除去的預定成分量，能夠估算出在預定區域中消耗的淨化劑量。因此，利用傳感器的檢測值，能夠以高精確度估算預定區域中的淨化劑吸附量。為了獲得每個單元中的淨化劑吸附量，本發明還可以包括:淨化劑量傳感器，淨化劑量傳感器檢測排氣控制構件中的預定單元兩側的淨化劑的濃度；以及成分量傳感器，成分量傳感器檢測預定單元兩側的預定成分的濃度，其中，控制裝置可以基於根據內燃發動機的運轉狀態估算出的通過排氣控制構件的排氣的流量以及由淨化劑量傳感器獲得的檢測值來估算預定單元兩側的淨化劑量之間的差，控制裝置可以基於根據內燃發動機的運轉狀態估算出的通過排氣控制構件的排氣的流量以及由成分量傳感器獲得的檢測值來估算預定單元兩側的預定成分量之間的差，控制裝置可以基於預定單元兩側的所估算出的淨化劑量之間的差以及所估算出的預定成分量之間的差來估算在預定單元中消耗的淨化劑量以及新吸附到預定單元的淨化劑量，並且控制裝置可以基於所估算出的預定單元中的淨化劑消耗量和新的吸附量以及前次估算出的預定單元中的淨化劑吸附量來估算預定單元中的實際淨化劑吸附量。基於內燃發動機的運轉狀態對經過排氣控制構件的排氣的流量的估算可以基於與內燃發動機中的燃燒有關的信息(與燃料噴射量、進氣量的檢測值等有關的控制信息)來執行。隨後，可以基於所估算出的流量和目標單元兩側的淨化劑濃度來估算經過目標單元的淨化劑量的差。類似地，目標單元中的預定成分量的減小可以基於經過排氣控制構件的排氣的流量以及目標單元兩側的預定成分濃度來估算。根據經過目標單元的淨化劑量的差以及預定成分量的減小，能夠估算出淨化劑與目標單元中的預定成分之間的反應所消耗的淨化劑量以及吸附到目標單元的淨化劑量。基於這些量以及最初存在於目標單元中的淨化劑量，能夠估算出目標單元中的當前淨化劑吸附量。通過以此方式在目標單元的兩側附接用於估算淨化劑濃度的傳感器以及用於估算預定成分濃度的傳感器，能夠估算出目標單元中的淨化劑吸附量。利用該方法，在通過將排氣控制構件劃分成多個單元而獲得的模型中，能夠估算出每個單元中的淨化劑吸附量。通過將估算由具有多個單元的組構成的區域中的淨化劑吸附量的方法與估算每個單元中的淨化劑吸附量的方法結合，能夠獲得表明每個單元中所需的淨化劑吸附量以控制淨化劑供給的信息。為了獲得定位在最上遊的第一單元以及與第一單元相鄰的第二單元中的淨化劑吸附量，例如，可以利用估算區域中的淨化劑吸附量的方法來估算由第一單元和第二單元構成的區域中的淨化劑吸附量，並且可以利用估算單元中的淨化劑吸附量的方法來估算第一單元中的淨化劑吸附量。上面描述的本發明可以應用於具有NOx還原催化劑的排氣控制設備，其中NOx還原催化劑吸附作為還原劑的氨並且選擇性地還原並除去排氣中所含的N0X。在這種情況下，上述各個構型的排氣控制構件為NOx還原催化劑，並且淨化劑為還原劑(氨)，該還原劑吸附到NOx還原催化劑並且與通過NOx還原催化劑的排氣中的NOx執行氧化還原反應。另外，淨化劑供給裝置為供應氨或者在排氣中分解以產生氨的尿素水的裝置。本發明還可以被認為是一種用於根據上述各方面來控制對排氣控制構件的排氣流動方向的上遊側的淨化劑供給的方法發明，其中排氣控制構件通過吸附淨化劑使得淨化劑與排氣中的預定成分反應來淨化排氣。本發明還可以被認為是一種用於實現排氣控制設備的該控制方法的程序、記錄該程序的介質以及用於執行該程序的計算機或系統。根據本發明，在如下的排氣控制設備中能夠提高NOx淨化率並且能夠抑制氨逃逸:該排氣控制設備具有NOx還原催化劑，NOx還原催化劑設置在內燃發動機的排氣系統中，以利用從沿排氣流動方向的上遊側供給並吸附到NOx還原催化劑的氨來還原並除去排氣中所含的NOx。更廣泛地，在如下具有排氣控制構件的排氣控制設備中能夠提高排氣淨化率並且能夠抑制淨化劑從排氣控制構件流出:其中排氣控制構件設置在內燃發動機的排氣系統中，以利用從排氣流動方向的上遊側供給並吸附到排氣控制構件的淨化劑來控制排氣。
將在以下參照附圖對本發明的示例性實施方式的詳細描述中對本發明的特徵、優點以及技術及工業意義進行描述，在附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，並且其中:圖1的視圖示出了根據第一實施方式的用於內燃發動機的排氣控制設備的示意性構造；圖2的視圖示出了排氣控制設備中的NOx還原催化劑的氨吸附量與NOx淨化率之間的關係；圖3的視圖示出了排氣控制設備中的NOx還原催化劑的溫度與吸附到的NOx還原催化劑的氨量之間的關係；圖4的視圖示出了 NOx還原催化劑的預定區域，在該預定區域中基於根據第一實施方式的尿素添加控制來執行氨吸附量判定；圖5的示意圖示出了在執行根據第一實施方式的尿素添加控制時NOx還原催化劑中的氨吸附過程的示例；圖6的流程圖示出了根據第一實施方式的尿素添加控制；圖7A、圖7B和圖7C的視圖示出了基於根據第二實施方式的尿素添加控制來判定氨逃逸的可能性的方法，其中，圖7A的視圖示出了 NOx還原催化劑上的氨吸附量分布，圖7B的視圖示出了逃逸概率，逃逸概率為當吸附到NOx還原催化劑的氨從NOx還原催化劑解吸附時所吸附的氨將流出NOx還原催化劑而進入下遊側排氣通道中的可能性的指標，以及圖7C的視圖示出了根據吸附量分布與逃逸概率的乘積計算出的有效吸附量分布；圖8的流程圖示出了根據第二實施方式的尿素添加控制；圖9A、圖9B、圖9C和圖9D的視圖示出了基於根據第三實施方式的尿素添加控制來判定氨逃逸的可能性的方法，其中，圖9A示出了從催化劑進口至催化劑出口的氨吸附量，圖9B示出了從催化劑進口至催化劑出口的逃逸概率，圖9C示出了從催化劑進口至催化劑出口的有效吸附率，以及圖9D示出了校正過的從催化劑進口至催化劑出口的有效吸附量;圖10的流程圖示出了根據第三實施方式的尿素添加控制；圖11的視圖示出了根據第三實施方式的用於對NOx還原催化劑上的氨吸附量分布進行估算的系統的構成示例；圖12的視圖示出了根據第四實施方式的用於內燃發動機的排氣控制設備的示意性構造；圖13A、圖13B和圖13C的視圖以相對於位置的氨吸附率的方式示出了根據第四實施方式的NOx還原催化劑上的氨吸附量分布的示例，其中，圖13A示出了排氣流的上遊側部分中的氨吸附率，圖13B示出了氨在排氣流動方向上均勻吸附的吸附量分布，以及圖13C示出了排氣流的下遊側部分中的氨吸附率；圖14的控制框圖示出了根據第四實施方式的尿素添加控制；圖15的流程圖示出了根據第四實施方式的尿素添加控制；圖16A和圖16B的視圖示出了當執行根據第四實施方式的尿素添加控制時NOx還原催化劑的第一單元和第二單元中的氨吸附率以及由尿素添加閥添加的尿素添加量的時間轉變的示例，其中，圖16A示出了氨吸附率的時間轉變，以及圖16B示出了尿素添加量的時間轉變；圖17的視圖示出了利用不同於上述實施方式的方法來估算NOx還原催化劑上的氨吸附量分布的系統的構成示例；以及圖18的視圖示出了利用不同於上述那些實施方式並且稍微不同於圖17所示方法的方法來估算NOx還原催化劑上的氨吸附量分布的系統的構成示例。
具體實施例方式下面將詳細描述本發明的實施方式。除非另有說明，否則本發明的技術範圍不限於實施方式中所描述的構成部件的尺寸、材料、形狀、相對布置等。圖1的視圖示出了根據實施方式的用於內燃發動機的排氣控制設備的示意性構造。在圖1中，內燃發動機I為柴油機。內燃發動機I中燃燒的氣體排到排氣集管2中。排氣通道3連接到排氣集管2。氧化催化劑4、捕獲排氣中所含的顆粒物質的過濾器5、以及吸附氨並選擇性地還原排氣中所含的NOx (預定成分)的NOx還原催化劑7 (排氣控制構件)沿排氣流動方向從上遊側依次設置在排氣通道3中。將尿素水添加到排氣的尿素添加閥6 (淨化劑供給裝置)設置在排氣通道3中並位於NOx還原催化劑7的上遊側。對排氣的溫度進行檢測的排氣溫度傳感器9以及對排氣的NOx濃度進行檢測的NOx傳感器10 (流入成分量獲取裝置)設置在排氣通道3中並位於NOx還原催化劑7的上遊側。另外，對NOx還原催化劑7的溫度進行檢測的催化劑溫度傳感器11 (溫度獲取裝置)設置在NOx還原催化劑7中。對排氣的NOx濃度進行檢測的NOx傳感器12 (流出成分量獲取裝置)設置在排氣通道3中並位於NOx還原催化劑7的下遊側。電子控制單元(ECU) 8為對內燃發動機I的運轉狀態進行控制的計算機。來自排氣溫度傳感器9、NOx傳感器10、催化劑溫度傳感器11、NOx傳感器12以及附圖中未示出的各種其他傳感器的檢測值輸入到ECU8中。ECU8基於從各種傳感器輸入的檢測值來獲取內燃發動機I的運轉狀態以及駕駛員的請求，並且基於所獲取的運轉狀態和請求來控制尿素添加閥6以及附圖中未示出的各種其他裝置的操作。通過尿素添加閥6添加到排氣的尿素水在排氣中熱解並/或水解，使得產生氨。此氨被吸附到NOx還原催化劑7並且用作與通過NOx還原催化劑7的排氣中所含的NOx進行氧化還原反應的還原劑。結果，從排氣中除去了 NOx，從而使排氣得到淨化。NOx還原催化劑的NOx淨化率取決於吸附到NOx還原催化劑的氨量。圖2的視圖示出了吸附到NOx還原催化劑的氨量與NOx淨化率之間的關係。圖2中的橫坐標示出了吸附到NOx還原催化劑的氨量，而圖2中的縱坐標示出了 NOx淨化率。圖2中的實線A示出了在NOx還原催化劑的溫度相對較高的情況下氨吸附量與NOx淨化率之間的關係。圖2中的實線B示出了在NOx還原催化劑的溫度相對較低的情況下氨吸附量與NOx淨化率之間的關係。當^,還原催化劑的溫度低時，催化活性低，並因此NOx還原催化劑中的氨與N0x2間的氧化還原反應的速度低。 另外，當NOx還原催化劑7的溫度降低時，沿排氣流動方向設置在NOx還原催化劑7的上遊側的氧化催化劑4的溫度也可能降低，並因此氧化催化劑的活性也低。因此，在氧化催化劑中不大可能產生NO2，從而導致流入到NOx還原催化劑中的NOx的NO2比率降低，並因此，NOx還原催化劑中的NOx還原反應的反應概率降低。因此，通過在NOx還原催化劑的溫度低並因此NOx淨化率也低時增大NOx還原催化劑中的氨吸附量，能夠增大催化劑中的氨的密度。因此，即使NOx還原催化劑的溫度低，也仍能夠提高NOx還原反應的反應概率。更具體地，當NOx還原催化劑的溫度低時，NOx淨化率趨於隨著NOx還原催化劑中的氨吸附量的增大而增大。換句話說，NOx淨化率取決於吸附到NOx還原催化劑的氨量。因此，能夠通過增大吸附到NOx還原催化劑的氨量來提高NOx淨化率。然而，能夠由NOx還原催化劑吸附的氨量存在上限，並且當超過該上限的過量氨供給到NOx還原催化劑時，氨逃逸變得更易於發生，從而，未能吸附到NOx還原催化劑的氨流出NOx還原催化劑。能夠由NOx還原催化劑吸附的氨的上限量(飽和量)取決於NOx還原催化劑的溫度。圖3的視圖示出了 NOx還原催化劑的溫度與吸附到NOx還原催化劑的氨量之間的關係。圖3中的橫坐標示出了 NOx還原催化劑的溫度，而圖3中的縱坐標示出了吸附到NOx還原催化劑的氨量。圖3中的實線A示出了能夠吸附到NOx還原催化劑的氨的上限量與NOx還原催化劑的溫度之間的關係。如由圖3中的實線A所示，可吸附的氨的上限量趨於隨著NOx還原催化劑的溫度的上升而下降。鑑於這種趨勢，可以執行尿素添加控制，以在NOx還原催化劑的溫度低時增大氨吸附量的目標值，並在NOx還原催化劑的溫度高時減小氨吸附量的目標值。然而，車輛以不規律的方式反覆加速及減速，並因此，在用於車輛的內燃發動機的排氣控制設備中，必須將催化劑溫度的不規則的變化考慮在內。例如，當車輛在從低速行駛迅速加速後停止時，NOx還原催化劑的溫度從低溫迅速變化到高溫，從而導致可吸附的氨的上限量相應地迅速減小，並因此，氨逃逸變得更易於發生。為了在各種行駛狀況下將氨逃逸抑制到允許的水平，通常將NOx還原催化劑中的氨吸附量的目標值限制到從車輛的行駛模式設想出的最大催化劑溫度處的上限氨吸附量。圖3中的實線B示出了以上述方式設定的N0x還原催化劑中的氨吸附量的目標值。由實線B表示的目標值被限制到遠小於可吸附的氨的上限量的量，特別是在催化劑溫度低的情況下，使得氨吸附量極大地影響了 NOx淨化率，並因此出現了不能獲得高NOx淨化率的問題。附帶地，NOx還原催化劑中的氨吸附量根據NOx還原催化劑內的位置顯示出偏差並且不總是一致的。例如，在尿素添加之後的即刻，NOx還原催化劑的沿排氣流動方向的上遊側部分中的氨吸附量可能大於下遊側部分中的氨吸附量。與當所吸附的氨在整個NOx還原催化劑上一致地分布時相比，當氨吸附量以此方式分布時獲得了更大的NOx淨化率。另一方面，一旦在尿素添加之後經過了一定時間，則吸附到NOx還原催化劑的沿排氣流動方向的下遊側部分的氨量就可能變得大於吸附到上遊側部分的氨量。與當所吸附的氨在整個NOx還原催化劑上一致地分布時相比，當氨吸附量以此方式分布時更易於發生氨逃逸。因此，即使當吸附到整個NOx還原催化劑的氨量保持恆定時，NOx淨化率和氨逃逸的可能性仍會根據NOx還原催化劑上的氨吸附量分布而不同。在該實施方式中，獲得了 NOx還原催化劑7中的氨吸附量的分布，藉此，基於該氨吸附量分布通過尿素添加閥6來執行尿素水添加控制(淨化劑供給控制)，使得在抑制氨逃逸的同時獲得最大的NOx淨化率。通過這種尿素添加控制，在使得能夠抑制氨逃逸的範圍內，更大量的氨能夠吸附到NOx還原催化劑7，並且氨吸附量分布能夠設定成使得能夠抑制氨逃逸並且能夠獲得高NOjt化率。首先，將描述根據本發明的第一實施方式的尿素添加控制的示例，在該示例中，NOx還原催化劑7的預定區域中的氨吸附量通過NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布來判定，並且基於此執行尿素添加控制。在第一實施方式中，如圖4中所示，NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布利用將NOx還原催化劑7劃分成兩個單元的模型來獲得。此後，排氣流動方向上的上遊側部分71將被稱為第一單元，而排氣流動方向上的下遊側部分72將被稱為第二單元。在第一實施方式中，基於第二單元72中的氨吸附量來執行尿素添加控制。當吸附到第一單元71的氨從NOx還原催化劑7解吸附時，所解吸附氨可能流出NOx還原催化劑7，從而導致氨逃逸。然而，所解吸附的氨更有可能移動通過NOx還原催化劑7的內部進入第二單元72中並且與第二單元72中的NOx反應而消耗掉。因此，吸附到第一單元71的氨的解吸附不大可能導致氨逃逸。另一方面，當吸附到第二單元72的氨從NOx還原催化劑7解吸附時，所解吸附的氨極有可能照原樣流出到排氣通道3中，因此，吸附到第二單元72的氨的解吸附有可能導致氨逃逸。因此，在所吸附的氨解吸附時發生氨逃逸的可能性在第一單元71與第二單元72間是不同的。因此可以判定，當NOx還原催化劑7中的氨吸附量被分布成使得較大量的氨存在於第二單元72中時，氨逃逸的可能性較高。因此，在第一實施方式中，獲得吸附到NOx還原催化劑7的第二單元72的氨量，並且當第二單元72中的氨吸附量等於或超過預定的第一閾值時，控制尿素添加閥6以停止尿素水添加或減小尿素水添加量。因此，當NOx還原催化劑7中的氨吸附量被分布成使得較大量的氨吸附到第二單元72時，判斷有可能發生氨逃逸。隨後，停止或減少尿素添加，並且通過這樣做，能夠抑制氨逃逸。相反地，當NOx還原催化劑7中的氨吸附量被分布成使得較小量的氨吸附到第二單元72時(S卩，當第二單元72中的吸附量小於第一閾值時)，不管NOx還原催化劑7中的總吸附量或第一單元71中的吸附量如何，都斷定氨逃逸的可能性較小。此時，沒有停止或減少尿素添加，並因此NOx淨化率能夠保持在高水平。在這種情況下，能夠增大所添加的尿素量。通過這樣做，能夠增大氨吸附量，並因此，能夠增大NOx淨化率。在現有技術中，當NOx還原催化劑中的總的氨吸附量大時，可以斷定要停止或減少尿素添加。然而，根據第一實施方式，即使當NOx還原催化劑7中的總的氨吸附量對於在現有技術中要停止或減少尿素添加而言足夠大時，只要第二單元72中的氨吸附量小於第一閾值，就不會停止或減少尿素添加。因此，比現有技術更大量的氨能夠吸附到NOx還原催化劑7同時抑制氨逃逸，並因此，能夠提高NOjt化率。圖5的示意圖示出了執行根據第一實施方式的尿素添加控制時NOx還原催化劑7中的氨吸附過程的示例。這裡，當NOx還原催化劑7處於比預定溫度更低的溫度時，執行尿素添加(此後被稱為「吸附量固定控制」)以使NOx還原催化劑7中的氨吸附量與預定的目標
吸附量一致。另外，當NOx還原催化劑7的溫度等於或超過預定溫度時，執行尿素添加(此後被稱為「等量添加控制」)，使得與流入到NOx還原催化劑7中的NOx量相稱的氨量供給到NOx還原催化劑7。預定溫度設定在大約200° C與300° C之間的固定值處。在圖5中，NOx還原催化劑7的陰影部分表示氨被吸附到的部分。在圖5中，狀態LI表示低溫穩定狀態。在狀態LI中，執行吸附量固定控制。因此，固定量的氨主要吸附到NOx還原催化劑7的第一單元71。在吸附量固定控制中，通過根據流入到NOx還原催化劑7中的NOx量和流出NOx還原催化劑7的NOx量來計算由NOx還原催化劑7消耗的氨量並且利用流入到NOx還原催化劑7中的氨量和流出NOx還原催化劑7的氨量來計算新吸附到NOx還原催化劑7的氨量，從而估算出吸附到NOx還原催化劑7的氨量。由尿素添加閥6添加的尿素添加量隨後受到反饋控制，使得所估算出的氨量達到預定的目標吸附量。替代性地，可以添加與由NOx還原催化劑7消耗的氨量對應的尿素量。狀態Hl表示高溫穩定狀態。在狀態Hl中，執行等量添加控制。如上所述，當NOx還原催化劑7的溫度較高時，吸附到NOx還原催化劑7的氨量較小。然而，NOx還原催化劑7顯示了高活性度。狀態H2表示由於加速轉變而由低溫狀態LI到達的高溫狀態。在狀態H2中，NOx還原催化劑7的溫度根據伴隨加速而來的排氣溫度的增大而升高。因此，吸附到第一單元71的氨移動到第二單元72中。因此，第二單元72中的氨吸附量增大。當第二單元72中的氨吸附量達到或超過第一閾值時，停止尿素添加。因此，抑制了自低溫狀態開始的加速期間的氨逃逸。注意，代替執行停止尿素添加的控制，還可以執行在使得能夠抑制氨逃逸的範圍內減少所添加的尿素量的控制。狀態L2表示在車輛從高溫狀態H2減速到穩定狀態運轉時建立的低溫狀態。NOx還原催化劑7的溫度根據伴隨減速和穩定狀態運轉而來的排氣溫度的減小而降低。吸附到第二單元72的氨在與NOx的反應中消耗掉，並因此第二單元72中的氨吸附量減小。當第二單元72中的氨吸附量降到第一閾值以下時，尿素添加(吸附量固定控制)恢復。因此，能夠在自高溫狀態開始的減速期間提高NOx淨化率。當從低溫狀態L2發生加速轉變時，建立了上述高溫狀態H2。狀態H3表示從狀態H2連續建立高溫狀態持續一定時間段的穩定狀態。在狀態H3中，吸附到第二單元72的氨在與NOx的反應中消耗掉，並因此第二單元72中的氨吸附量減小。當第二單元72中的氨吸附量降到第一閾值以下時，尿素添加(等量添加控制)恢復。因此，能夠在加速轉變之後高載荷運轉持續一定時間段的情況下提高NOx淨化率。
圖6的流程圖示出了根據第一實施方式的尿素添加控制。該流程圖中所示的過程由E⑶8周期性地執行。首先，在步驟SlOl中，E⑶8獲得NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布。E⑶8基於由排氣溫度傳感器9檢測到的流入到NOx還原催化劑7中的排氣的溫度、由NOx傳感器10檢測到的流入到NOx還原催化劑7中的排氣的NOx濃度、由NOx傳感器12檢測到的流出NOx還原催化劑7的排氣的NOx濃度、由催化劑溫度傳感器11檢測到的NOx還原催化劑7的溫度、由尿素添加閥6添加的尿素量以及表示內燃發動機I的運轉條件的各種量，例如由未在附圖中示出的空氣流量計、曲柄角傳感器等檢測到的諸如內燃發動機I的空氣量、轉速以及燃料噴射量等，來估算NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布。在第一實施方式中，估算NOx還原催化劑7的第二單元72中的氨吸附量與獲得NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布對應。在步驟S102中，E⑶8判斷在步驟SlOl中獲得的第二單元72中的氨吸附量是否等於或大於預定的第一閾值。第一閾值是第二單元72中的氨吸附量的參考值，並且例如可以基於由於氨逃逸而流出NOx還原催化劑7到達下遊側的氨量不超過預定的允許水平時的氨吸附量的上限值來判定。當在步驟S102中判定第二單元72中的氨吸附量等於或大於第一閾值時，E⑶8前進到步驟S103，在步驟S103中，控制尿素添加閥6以停止尿素添加或減少所添加的尿素量。當NOx還原催化劑7處於低溫狀態時，停止吸附量固定控制或者減少所添加的尿素量，使得NOx還原催化劑7中的氨吸附量降到前述目標吸附量以下。當NOx還原催化劑7處於高溫狀態時，停止等量添加控制或者減少所添加的尿素量，使得流入到NOx還原催化劑7中的氨量降到與由NOx傳感器10檢測到的流入到NOx還原催化劑7中的NOx量相當的量以下。另一方面，當在步驟S102中判定第二單元72中的氨吸附量小於第一閾值時，E⑶8前進到步驟S104,在步驟S104中，尿素添加閥6執行正常的尿素添加。當NOx還原催化劑7處於低溫狀態時，執行吸附量固定控制，以使NOx還原催化劑7中的氨吸附量與目標吸附量一致。當NOx還原催化劑7處於高溫狀態時，執行等量添加控制，以使流入到NOx還原催化劑7中的氨量與由NOx傳感器10檢測到的流入NOx還原催化劑7中的NOx量相當的量一致。執行從步驟SlOl到步驟S104的過程的E⑶8是「控制裝置」的示例。接下來，將描述根據本發明的第二實施方式的尿素添加控制的示例，在該示例中，通過NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布來判定氨逃逸的可能性，並且尿素添加控制基於此來執行。圖7A和圖7B的視圖示出了判定氨逃逸的可能性的方法。圖7A的視圖示出了 NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布。圖7A的橫坐標示出了 NOx還原催化劑7內的排氣流動方向上的位置(坐標)，而縱坐標示出了氨吸附量。在圖7中，曲線a (X)表示NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布。圖7A中示出的吸附量分布a (x)是一種分布的示例:在該分布中，鄰近NOx還原催化劑7的進口的氨吸附量大，中央部分的氨吸附量小，並且鄰近出口的氨吸附量稍大。出現在NOx還原催化劑7中的氨吸附量分布不限於圖7A中所示的分布。
圖7A中所示的吸附量分布a (x)被描述為位置的連續函數。然而，圖7A為示意圖，並且本發明不限於ECU8獲得以位置的連續函數的形式表示的氨吸附量分布的情況。例如，吸附量分布可以由與所劃分成的單元的數量對應的吸附量數據構成，並且當僅僅NOx還原催化劑7的一部分中的氨吸附量用在尿素添加控制中時，吸附量分布可以由該局部區域中的氨吸附量數據構成。當吸附到NOx還原催化劑7的氨從NOx還原催化劑7解吸附時，所解吸附的氨將流出NOx還原催化劑7的可能性根據所解吸附的氨被吸附到的位置而不同。如上所述，與吸附到NOx還原催化劑的上遊側部分的所解吸附的淨化劑相比，吸附到NOx還原催化劑的下遊側部分的所解吸附的淨化劑更有可能成為發生氨逃逸的因素。換句話說，當等量的氨被吸附到NOx還原催化劑內的不同位置時，所吸附的氨對氨逃逸的可能性的貢獻(可能性增加效果的大小)根據位置而不同。因此，在第二實施方式中，執行尿素添加控制時不僅考慮到NOx還原催化劑上的氨吸附量分布，還考慮到NOx還原催化劑內的位置對氨逃逸的可能性的貢獻的差異。圖7B的視圖示出了逃逸概率，該逃逸概率為當吸附到NOx還原催化劑7的氨從NOx還原催化劑7解吸附時所解吸附的氨將流出NOx還原催化劑7而進入到下遊側排氣通道3中的可能性的指標。圖7B中的橫坐標示出了 NOx還原催化劑7中的排氣流動方向上的位置，而縱坐標示出了逃逸概率的大小。在氨被吸附到鄰近NOx還原催化劑7的出口的區域並且所吸附的氨解吸附時比在氨被吸附到鄰近NOx還原催化劑7的進口的區域時更有可能發生氨逃逸。因此，如由圖7B中的曲線b (X)所示，逃逸概率在靠近NOx還原催化劑7的出口的位置中取逐步更大的值，而在靠近NOx還原催化劑7的進口的位置中取逐步更小的值。NOx還原催化劑7的逃逸概率b (X)預先通過實驗等來檢查並且儲存在ECU8中。逃逸概率b (X)的形狀可以是固定的。替代性地，可以通過根據會影響由從NOx還原催化劑7解吸附的氨造成的氨逃逸的可能性的諸如排氣流量和排氣溫度之類的內燃發動機的運轉狀態對逃逸概率b (X)執行校正而使逃逸概率b (X)成為可變的。圖7C的視圖示出了有效吸附量分布。有效吸附量被計算為吸附量分布a (x)與逃逸概率b (X)的乘積。圖7C中的橫坐標示出了 NOx還原催化劑7中的排氣流動方向上的位置，而縱坐標示出了有效吸附量。在圖7A、圖7B和圖7C中示出的示例中，鄰近NOx還原催化劑7的出口的實際吸附量分布a (X)的值較小，如圖7A中所示。然而，如由圖7C中的曲線c (x)示出的，鄰近NOx還原催化劑7的出口的有效吸附量分布c (X)的值較大。換句話說，吸附到NOx還原催化劑7的出口附近的氨對氨逃逸的發生具有更大影響的這種性質反映在有效吸附量的值中。有效吸附量分布c (X)可以被認為是通過將吸附量分布a (x)轉變成就對氨逃逸的可能性的影響而言更真實的量而獲得的分布。圖7C中所示的有效吸附量分布c (X)被描述為位置的連續函數。然而，與上述吸附量分布a (X)類似，圖7C為示意圖，並且通過E⑶8獲得的有效氨吸附量分布c (x)不限於連續函數的形式。在第二實施方式中，確定對有效吸附量分布c (X)從NOx還原催化劑7的進口到出口求積分的逃逸判定值I以及對有效吸附量分布c (X)從催化劑內的預設位置到出口求積分的逃逸判定值2。隨後，將逃逸判定值I和逃逸判定值2分別與用作用於執行逃逸判定的預設基準的第一逃逸判定閾值和第二逃逸判定閾值相比較，並且當逃逸判定值I等於或超過第一逃逸判定閾值或者逃逸判定值2等於或超過第二逃逸判定閾值時，執行控制以停止尿素添加閥6的尿素水添加或減小由尿素添加閥6添加的尿素水量。在第二實施方式中，第一逃逸判定閾值和第二逃逸判定閾值可以設定為「第二閾值」的示例。逃逸判定值I和2可以被認為是整個NOx還原催化劑7上的有效氨吸附量。換句話說，逃逸判定值I和2是通過考慮氨所吸附到的NOx還原催化劑內的位置對氨逃逸的可能性的貢獻方面的差異而將NOx還原催化劑7中的總氨吸附量轉變成就對氨逃逸的影響而言更真實的量而獲得的值。當有效吸附量較大時，可以判定氨逃逸的可能性較高。根據第二實施方式，氨逃逸的可能性基於逃逸判定值I和2來判定，並因此能夠比僅基於NOx還原催化劑7中的總氨吸附量來判定氨逃逸的可能性的情況更精確地判定氨逃逸的可能性。此外，尿素添加控制基於這種判定來執行，並因此能夠在抑制尿素添加中不必要的停止和減少的同時更可靠地抑制氨逃逸。因此，氨吸附量能夠在抑制氨逃逸的同時增大到最大，從而使得能夠進一步提高NOx淨化率。圖8的流程圖示出了根據第二實施方式的尿素添加控制。該流程圖中所示的過程由E⑶8周期性地執行。首先，在步驟S201中，E⑶8獲得NOx還原催化劑上的氨吸附量分布。下面將描述獲得氨吸附量分布的方法。在步驟S202中，E⑶8計算逃逸判定值I和2。如上所述，逃逸判定值1、2通過對根據步驟S201中獲得的氨吸附量分布a (X)與逃逸概率b (X)的乘積而計算出的有效吸附量分布c (X)從NOx還原催化劑7的進口到出口或者從催化劑內的預設位置到出口求積分來計算。在步驟S203中，E⑶8判斷在步驟S202中獲得的逃逸判定值I是否等於或超過第一逃逸判定閾值，或者逃逸判定值2是否等於或超過第二逃逸判定閾值。第一逃逸判定閾值和第二逃逸判定閾值是逃逸判定值1、2的參考值，並且可以例如基於在由於氨逃逸而流出NOx還原催化劑7到達下遊側的氨量不超過預定的允許水平的吸附狀態下的逃逸判定值的上限值來確定。當在步驟S203中判定逃逸判定值I等於或超過第一逃逸判定閾值或者逃逸判定閾值2等於或超過第二逃逸判定閾值時，ECU8前進到步驟S204，在步驟S204中，尿素添加閥6停止尿素添加或者減少所添加的尿素量。該過程與圖6中的步驟S103類似。另一方面，當在步驟S203中判定逃逸判定值I小於第一逃逸判定閾值並且逃逸判定值2小於第二逃逸判定閾值時，E⑶8前進到步驟S205，在步驟S205中，尿素添加閥6正常地執行尿素添加。該過程與圖6中的步驟S104類似。執行從步驟S201到步驟S205的過程的E⑶8為「控制裝置」的示例。接下來，將描述根據本發明的第三實施方式的尿素添加控制的示例。在第三實施方式中，當根據由於內燃發動機I等的運轉狀態的變化而導致的NOx還原催化劑7的溫度的變化預測出能夠由NOx還原催化劑7吸附的氨量變化時，根據該預測來執行尿素添加控制。能夠由NOx還原催化劑7吸附的氨量取決於NOx還原催化劑7的溫度。能夠由NOx還原催化劑7吸附的氨量隨著NOx還原催化劑7的溫度的升高而逐步減小。在流入到NOx還原催化劑7中的排氣的溫度升高的情況中，例如當內燃發動機I的運轉狀態由於迅速加速而極大地轉變到高載荷側或者執行對捕獲於NOx還原催化劑7的上遊側設置的過濾器5中的顆粒物質進行氧化和移除的處理時，NOx還原催化劑7的溫度升高，並因此，能夠吸附到NOx還原催化劑7的氨的上限量減小。當發生迅速的溫度增大時，可能沒有足夠的時間來執行用於停止或減少尿素添加的控制，並因此，可能供給了過量的氨，從而導致氨逃逸。在流入NOx還原催化劑7的排氣的溫度的增大或內燃發動機I的運轉狀態的變化與該增大或變化的影響隨著NOx還原催化劑7的溫度的增大而實際變得明顯時所處的點之間出現時間延遲。因此，通過對流入NOx還原催化劑7的排氣的溫度的變化或者內燃發動機I的運轉狀態的變化進行檢測，可以對在不久的將來NOx還原催化劑7的溫度的迅速增大進行預測。通過在預測出NOx還原催化劑的溫度的增大之後執行停止或減少尿素添加的控制，能夠避免在NOx還原催化劑7的溫度實際增大使得可吸附的氨量減小時將過量的氨供給到NOx還原催化劑7。這裡，在第三實施方式中，當基於流入NOx還原催化劑7的排氣的溫度的變化或者內燃發動機I的運轉狀態的變化預測NOx還原催化劑7的溫度迅速增大時，即使在NOx還原催化劑7中尚未發生實際的溫度增大，也要預先停止或減少尿素添加。在第三實施方式中，當檢測到內燃發動機I的運轉狀態從低載荷變化到高載荷所處的暫時狀態時，並且當通過排氣溫度傳感器9檢測到流入NOx還原催化劑7的排氣的溫度增大時，逃逸判定值1、 2根據載荷的變化量以及排氣溫度的增大來校正。逃逸判定值1、2校正成隨著載荷的變化量以及排氣溫度的增大而逐步更大的值。這裡，當檢測到內燃發動機的載荷迅速增大或者排氣的溫度迅速增大時，逃逸判定值1、2被計算成比未檢測到這種變化時更大的值，即使NOx還原催化劑中的氨吸附量分布a (X)和逃逸概率b (X)保持不變，亦是如此。因此，當檢測到內燃發動機的載荷迅速增大或者排氣的溫度迅速增大時，在逃逸判定值1、2與圖8的步驟S203中的第一逃逸判定閾值和第二逃逸判定閾值之間進行比較期間更有可能出現如下判斷結果:「逃逸判定值I >第一逃逸判定閾值」或者「逃逸判定值2彡第二逃逸判定閾值」。換句話說，當檢測到內燃發動機的載荷迅速增大或者排氣的溫度迅速增大時，即使在NOx還原催化劑7中尚未發生實際的溫度增大，尿素添加仍然更有可能被停止或減少。因此，當預測出在不久的將來氨逃逸的可能性由於NOx還原催化劑7的溫度的增大而增大時，能夠預先執行停止或減少尿素添加的控制。因此，當NOx還原催化劑7的溫度實際上增大使得可吸附的氨的上限量減小時，氨供給已經被停止或減少，並因此能夠避免過量的氨供給。因此，能夠在運轉狀態變化使得NOx還原催化劑7的溫度增大時抑制氨逃逸。圖9A至圖9C的視圖示出了根據對NOx還原催化劑7的溫度增大的預測來校正氨逃逸的可能性的方法。圖9A至圖9C與第二實施方式中描述的圖7A至圖7C類似，並因此已經省去對圖9A至圖9C的描述。圖9D的視圖示出了通過對計算為圖9A中所示的NOx還原催化劑7中的氨吸附量分布a (X)與圖9B中所示的NOx還原催化劑7的逃逸概率b (x)的乘積的有效吸附量分布c (X)利用校正係數d沿漸增的方向進行校正而獲得的校正過的有效吸附量分布cl (X)0逃逸判定值I和逃逸判定值2通過對校正過的有效吸附量分布cl (X)分別從NOx還原催化劑7的進口到出口以及從催化劑內的預設位置到出口求積分來確定。注意到，校正過的逃逸判定值I和校正過的逃逸判定值2可以通過對由校正前的有效吸附量分布C(X)計算出的逃逸判定值I和逃逸判定值2利用校正係數d沿漸增的方向進行校正來計算。在第三實施方式中，將校正過的逃逸判定值I和校正過的逃逸判定值2分別與第二實施方式中描述的第一逃逸判定閾值和第二逃逸判定閾值相比較，並且當逃逸判定值I等於或超過第一逃逸判定閾值或者逃逸判定值2等於或超過第二逃逸判定閾值時，執行控制以使尿素添加閥6停止尿素水添加或者減少由尿素添加閥6添加的尿素水量。校正過的逃逸判定值I和逃逸判定值2可以被認為是在考慮到在不久的將來氨逃逸的可能性由於NOx還原催化劑7的溫度的增大而變化的情況下而進行校正的整個NOx還原催化劑7的有效氨吸附量。根據第三實施方式，能夠在運轉狀態變化使得NOx還原催化劑7的溫度增大時有利地抑制氨逃逸。圖10的流程圖示出了根據第三實施方式的尿素添加控制。該流程圖中所示的過程由E⑶8周期性地執行。在圖10中，處理內容與圖8相同的步驟已經被指定了與圖8中所使用相同的附圖標記，並因此省去對這些附圖標記的描述。在圖10的流程圖中，在步驟S202中計算逃逸判定值1、2，藉此在步驟5301中校正步驟S202中計算出的逃逸判定值1、2。這裡，當檢測到內燃發動機I的載荷朝向高載荷側變化至少預定量時或者當檢測到由排氣溫度傳感器9檢測到的排氣溫度增大至少預定量時，通過將步驟S202中計算出的逃逸判定值1、2乘以對應於載荷變化量或溫度增加的校正係數d來校正逃逸判定值1、2。注意到，僅當載荷變化量或溫度增加超過一定閾值時才校正逃逸判定值1、2。另外，校正係數d可以設定為固定值。通過使校正係數d可變使得校正係數d的值隨著內燃發動機的載荷的增大而增大或者隨著排氣溫度的增大而變得更大，當所預測到的在不久的將來NOx還原催化劑7的溫度的增大較大時在步驟S203的判定中，逃逸判定值I更有可能等於或超過第一逃逸判定閾值並且逃逸判定值2更有可能等於或超過第二逃逸判定閾值，並因此，能夠更可靠地抑制氨逃逸。在步驟S203中，做出判斷:步驟S203中計算出的校正過的逃逸判定閾值I是否等於或超過第一逃逸判定閾值，或者校正過的逃逸判定閾值2是否等於或超過第二逃逸判定閾值。當校正過的逃逸判定值I等於或超過第一逃逸判定閾值或校正過的逃逸判定值2等於或超過第二逃逸判定閾值時，程序前進到步驟S204，在步驟S204中，停止或減少尿素添力口。另一方面，當校正過的逃逸判定值I小於第一逃逸判定閾值並且校正過的逃逸判定值2小於第二逃逸判定閾值時，程序前進到步驟S205，在步驟S205中，正常執行尿素添加控制。現在將描述第二實施方式和第三實施方式中的獲得NOx還原催化劑上的氨吸附量分布的方法。在以下描述中將使用如圖11所示構成的用於內燃發動機的排氣控制系統作為示例。在圖11中，進氣通道14通過進氣歧管13與內燃發動機I連通，並且排氣通道3通過排氣歧管2與內燃發動機I連通。對進氣量進行檢測的空氣傳感器17設置在進氣通道14中。氧化催化劑4、過濾器5以及NOx還原催化劑7從排氣流動方向的上遊側依次設置在排氣通道3中以作為排氣控制設備。用於添加尿素水的尿素添加閥6設置在排氣通道3中並位於NOx還原催化劑7的上遊側。設置有EGR (排氣再循環)通道15以在過濾器5的下遊將排氣通道3連接到進氣通道14，並且排氣的一部分通過EGR通道15再循環到進氣通道14以作為EGR氣體。對EGR氣體的流量進行調節的EGR閥16設置在EGR通道15中。在NOx還原催化劑7中，利用沿排氣流動方向被劃分成多個單元的模型來估算NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布。這裡，將描述NOx還原催化劑7被劃分成五個單元的示例，如圖11中所示。定位在最上遊的單元71被設定為第一單元，朝向下遊側的隨後的單元分別被設定為第二單元72、第三單元73、第四單元74以及第五單元75。在NOx還原催化劑7中，設置有NOx傳感器81、82、83、84、85、86 (成分量傳感器)以檢測每個單元兩側的NOx濃度。NOx傳感器81可以被認為是對流入NOx還原催化劑7的排氣的NOx濃度進行檢測的傳感器,NOx傳感器86可以被認為是流出NOx還原催化劑7的排氣的NOx濃度進行檢測的傳感器。設置有氨傳感器91、92、93、94、95、96 (淨化劑量傳感器)以檢測每個單元兩側的氨濃度。氨傳感器91可以被認為是對流入NOx還原催化劑7的排氣的氨濃度進行檢測的傳感器，並且氨傳感器96可以被認為是對流出NOx還原催化劑7的排氣的氨濃度進行檢測的傳感器。來自上述各個傳感器的檢測值被輸入到ECU8中。基於從各個傳感器輸入的檢測值，ECU8控制EGR閥16的開度、在尿素添加閥16上執行尿素添加控制、以及在內燃發動機I上執行各種類型的運轉控制，例如燃料噴射控制等。例如，E⑶8如下估算第二單元72中的氨吸附量。(I)首先，將由空氣傳感器17檢測到的進氣量從質量流量轉變成摩爾流量。接著，對當從燃料噴射控制程序獲得的燃料噴射量被燃燒時H2O和CO2的摩爾量以及剩餘空氣和剩餘燃料的摩爾量進行計算。內燃發動機I為柴油機，並因此空氣通常剩餘。通過這些計算，獲得了從內燃發動機I排到排氣通道3中的排氣中的H2OXO2以及剩餘空氣或剩餘燃料的總摩爾流量，並且基於此來計算通過NOx還原催化劑7的氣體的摩爾流量。(2)通過將在(I)中獲得的通過NOx還原催化劑7的氣體的摩爾流量乘以由氨傳感器92檢測到的氨濃度來計算流入到第二單元72中的氨的摩爾流量。另外，通過將在(I)中獲得的通過NOx還原催化劑7的氣體的摩爾流量乘以由氨傳感器93檢測到的氨濃度來計算通過第二單元72的氨的摩爾流量。(3)計算通過將在(I)中獲得的通過NOx還原催化劑7的氣體的摩爾流量乘以由NOx傳感器82檢測到的NOx濃度得到的值與通過將在(I)中獲得的通過NOx還原催化劑7的氣體的摩爾流量乘以由NOx傳感器83檢測到的NOx濃度得到的值之間的差，從而算出第二單元72中的NOx的量的減少。
(4)從在(2)中獲得的流入到第二單元72中的氨的摩爾流量與流出第二單元72的氨的摩爾流量之間的差以及在(3 )中獲得的NOx量的減少來計算第二單元72中所消耗的氨量以及吸附到第二單元72的氨的摩爾量。隨後，基於這些量以及已經吸附到第二單元72的氨的摩爾量(前次估算的值)來計算第二單元72中的當前氨吸附量。能夠基於由設置在每個單元兩側的氨傳感器和NOx傳感器獲得的檢測值利用類似的計算方法來估算其他單元的氨吸附量。所劃分的單元的數量不限於五個，並且這些單元可以被均勻地或不均勻地劃分。另外，在圖11示出的示例中，氨傳感器和NOx傳感器設置在所有單元的兩側，但傳感器也可以設置在這些單元中的一部分單元的兩側，並且可以通過基於這些傳感器的檢測值等的估算而獲得其他單元兩側的氨濃度和NOx濃度。此外，當這些單元中的一部分單元中的氨吸附量是尿素添加控制所需的唯一信息時，可以將傳感器僅設置在對應的單元的兩側。現在將描述本發明的第四實施方式。圖12的視圖示出了根據第四實施方式的用於內燃發動機的排氣控制設備的示意性構型。在圖12中，排氣通道3通過排氣歧管2連接到內燃發動機1，使得來自內燃發動機I的排氣排到排氣通道3中。氧化催化劑4、捕獲排氣中所含顆粒物質的過濾器5、以及利用氨作為還原劑來從排氣中選擇性地還原並移除排氣中所含NOx的NOx還原催化劑7從排氣流動方向的上遊側依次設置在排氣通道3中。將尿素水添加到排氣的尿素添加閥6設置在排氣通道3中並位於NOx還原催化劑7的上遊側。由尿素添加閥6添加到排氣的尿素在排氣中分解以產生氨。此氨被吸附到NOx還原催化劑7並且在NOx還原催化劑7中與NOx產生氧化還原反應。 對NOx還原催化劑7的溫度進行檢測的催化劑溫度傳感器11設置在NOx還原催化劑7中。由催化劑溫度傳感器11產生的檢測值輸入到E⑶8中。來自催化劑溫度傳感器11和各種其他傳感器的檢測值輸入到E⑶8中，並且基於從各種傳感器輸入的檢測值，ECU8在尿素添加閥6上執行尿素添加控制並且在內燃發動機I上執行諸如燃料噴射控制之類的各種類型的運轉控制。即使當吸附到整個NOx還原催化劑的氨量保持恆定，NOx淨化率也會根據NOx還原催化劑內的氨吸附量的分布而不同。圖13A至圖13C的視圖示出了 NOx還原催化劑內的氨吸附量分布的示例。在圖13A至圖13C中的每個圖中，橫坐標示出了 NOx還原催化劑中的排氣流動方向上的位置，而縱坐標示出了氨吸附率。吸附率為吸附量與飽和吸附量的比率。圖13A示出了氨吸附率在沿排氣流動方向的NOx還原催化劑的上遊側部分中較高時的吸附量分布。圖13B示出了氨沿排氣流動方向在NOx還原催化劑上大致均勻地(一致地)吸附時的吸附量分布。圖13C示出了氨吸附率在沿排氣流動方向的NOx還原催化劑的下遊側部分中較高時的吸附量分布。當NOx還原催化劑的總的氨吸附量保持恆定時，NOx淨化率趨於在圖13A中所示的氨吸附量在上遊側更大的吸附量分布情況下比在圖13B中所示的氨在整個NOx還原催化劑上大致均勻地吸附的吸附量分布情況下更高。
同時，至於氨逃逸的可能性，氨逃逸在圖13C中所示的氨吸附量在下遊側更大的吸附量分布情況下比在圖13B中所示的氨在整個NOx還原催化劑上大致均勻地吸附的吸附量分布情況下更有可能發生。在第四實施方式中，通過將與NOx還原催化劑上的氨吸附量分布對應的NOx淨化率和氨逃逸可能性的差異考慮在內，控制尿素添加量以在抑制氨逃逸的同時實現高NOx淨化率。更具體地，如圖12中所示，E⑶8根據通過將NOx還原催化劑7沿排氣流動方向劃分成五個單元而獲得的模型來估算定位在最上遊的第一單元71中的氨吸附量以及與第一單元71相鄰地定位在下遊側的第二單元72中的氨吸附量。接下來，執行第一控制和第二控制，其中第一控制用於對由尿素添加閥6添加的尿素量進行反饋控制使得第一單元71中的氨吸附量達到或超過與飽和吸附量接近的預定閾值，而第二控制用於對由尿素添加閥6添加的尿素量進行反饋控制使得第二單元72中的氨吸附量達到遠小於飽和吸附量的預定目標值。「預定目標值」基於第二單元72中的如下氨吸附量來確定:在該氨吸附量下，由於氨逃逸而流出NOx還原催化劑7進入到下遊側排氣通道3的氨量不超過預定的允許水平。圖14的控制框圖示出了上述尿素添加控制。如圖14中所示，E⑶8利用由模型57和模型56構成的氨吸附量估算模型53來計算第一單元71中的估算氨吸附量Rl以及第二單元72中的估算氨吸附量R2，其中模型57用於基於尿素添加量以及從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度來估算第一單元71中的氨吸附量，而模型56用於基於尿素添加量以及從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度來估算第二單元72中的氨吸附量。注意，氨吸附量估算模型53可以是如下模型:即，該模型用於不僅基於由催化劑溫度傳感器11檢測到的NOx還原催化劑7的溫度還基於例如內燃發動機I的進氣量和燃料噴射量、流入及流出NOx還原催化劑7的NOx的量、以及流出NOx還原催化劑7的氨量的信息以及當設置有EGR裝置時表明EGR閥開度的信息來估算第一單元71和第二單元72中的氨吸附量。ECU8保存有映射54和映射55，其中映射54用於根據從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度來設定第一單元71中的氨吸附量的閾值，而映射55用於根據從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度來設定第二單元72中的氨吸附量的目標值。當利用氨吸附量估算模型53估算出的第一單元中的估算氨吸附量Rl小於映射54上設定的閾值時，ECU8通過反饋控制器52來計算要被施加到尿素添加量的校正量，以消除估算氨吸附量Rl與閾值之間的差。校正量輸入到尿素添加量計算單元51，藉此，計算要由尿素添加閥6添加的尿素量並且將控制信號輸出到尿素添加閥6。ECU8計算利用氨吸附量估算模型53估算出的第二單元中的估算氨吸附量R2與映射55上設定的目標值之間的差，並且通過反饋控制器52來計算要被施加到尿素添加量的校正量以消除該差。校正量輸入到尿素添加量計算單元51，藉此，計算要由尿素添加閥6添加的尿素量並且將控制信號輸出到尿素添加閥6。圖15的流程圖示出了上述尿素添加控制。該流程圖中所示的過程由E⑶8重複地執行。首先，在步驟S401中，E⑶8計算第一單元71中的估算氨吸附量Rl以及第二單元72中的估算氨吸附量R2。這裡，如圖14的框圖所示，估算氨吸附量Rl和R2基於用於根據從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度估算第一單元71和第二單元72中的氨吸附量的模型來計算。在步驟S402中，E⑶8判斷在步驟S401中計算出的第一單元71中的估算氨吸附量Rl是否等於或超過閾值。如圖14的框圖中所示，該閾值基於映射54而設定在與從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度對應的值處。當第一單元71中的估算氨吸附量Rl等於或超過閾值時，E⑶8前進到步驟S403。另一方面，當第一單元71中的估算氨吸附量Rl小於閾值時，ECU8前進到步驟S406以計算估算氨吸附量Rl與閾值之間的差。在步驟S403中，E⑶8設定第二單元中的氨吸附量的目標值。如圖14的框圖中所示，目標值基於映射55而設定在與從催化劑溫度傳感器11輸入的NOx還原催化劑7的溫度對應的值處。接著，在步驟S404中，E⑶8計算在步驟S401中計算出的第二單元72中的估算氨吸附量R2與在步驟S403中設定的目標值之間的差。在步驟S405中，E⑶8基於在步驟S404或步驟S406中計算出的差來反饋控制尿素添加量以消除該差。例如，使用下面(等式I)中示出的比例積分(Pi)控制。f=Kp X e+Kj / e X dt (I)這裡，f為反饋控制量，並且e為閾值與在步驟S406中計算出的第一單元71中的估算氨吸附量Rl之間的差或者目標值與在步驟S404中計算出的第二單元72中的估算氨吸附量R2之間的差。Kp和Ki分別為PI控制的比例增益和積分增益。如該流程圖中所示，在第四實施方式中，用於將第一單元71中的氨吸附量設定在閾值處或閾值以上的第一控制優先於用於將第二單元72中的氨吸附量設定在目標值處的第二控制而執行。更具體地，在第一控制中，用於使第二單元72中的估算氨吸附量R2接近目標值的第二控制在滿足了第一單元71中的估算氨吸附量Rl等於或超過閾值時所依據的條件之後(在步驟S402的判斷變成肯定的之後)開始。通過這樣做，能夠快速地實現使得接近於飽和吸附量的氨量吸附到第一單元71的吸附量分布，並因此能夠獲得高NOx淨化率。圖16A和圖16B的視圖示出了在執行根據第四實施方式的尿素添加控制時NOx還原催化劑7的第一單元71和第二單元72中的氨吸附率以及由尿素添加閥6添加的尿素添加量的時間轉變的示例。圖16A示出了第一單元71和第二單元72中的氨吸附率的時間轉變，而圖16B示出了由尿素添加閥6添加的尿素添加量的時間轉變。圖16中示出的時間轉變為根據第四實施方式的尿素添加控制從第一單元71和第二單元72兩者的氨吸附率均為零的狀態開始時發生的時間轉變。
當控制開始時，第一單元71中的氨吸附量小於閾值，並因此根據第一控制來執行尿素添加。當第一單元71中的氨吸附量在時間tl處達到閾值時，第二單元72中的氨吸附量與目標值偏離，並因此根據第二控制來執行尿素添加。隨著第二單元72中的氨吸附量與目標值之間的差減小，所添加的尿素量減小，並且當第二單元72中的氨吸附量基本匹配目標值時，尿素添加量被控制到基本為零(時間t2)。當第一單元71中的氨吸附量減小到閾值以下時(時間t3)，恢復根據第一控制的尿素添加。通過如上所述的根據第四實施方式的尿素添加控制，尿素添加量能夠基於NOx還原催化劑上的氨吸附量分布(第一單元和第二單元中的氨吸附量)而被反饋控制。這裡，第一單元71中的氨吸附量能夠被控制到閾值或閾值以上，並且第二單元72中的氨吸附量能夠被控制到目標值，並因此，能夠獲得高NOx淨化率以及能夠有利地抑制氨逃逸。在本發明中，根據第四實施方式的尿素添加控制與控制裝置執行第一控制和第二控制的構型對應，其中第一控制用於控制由淨化劑供給裝置供給的淨化劑(氨)(即，通過尿素添加閥6進行的尿素添加)，使得排氣控制構件(NOx還原催化劑7)的預定第一部分(第一單元71)中的淨化劑吸附量達到或超過預定閾值，而第二控制用於控制由淨化劑供給裝置供給的淨化劑，使得排氣控制構件的沿排氣流動方向位於第一部分的下遊側的預定第二部分(第二單元72)中的淨化劑吸附量達到比閾值更小的預定目標值。現在將描述一種與上面在第四實施方式中所描述的方法不同的、用於估算NOx還原催化劑上的氨吸附量分布的方法。在以下描述中將使用如圖17所示構造的用於內燃發動機的排氣控制系統作為示例。在圖17所示的系統中，利用通過將NOx還原催化劑7劃分成五個單元而獲得的模型來估算NOx還原催化劑7上的氨吸附量分布。該單元劃分方法與圖11中所示系統的單元劃分方法類似。對第二單元72的後部的NOx濃度進行檢測的NOx傳感器83設置在NOx還原催化劑7中。E⑶8基於來自空氣傳感器17、轉速傳感器18以及催化劑溫度傳感器11的檢測值來控制尿素添加閥6的尿素添加。所有其他構型都與圖11所示的系統類似。 (I)首先，E⑶8計算流入到NOx還原催化劑7中的氨量。流入到NOx還原催化劑7中的氨量基於由尿素添加閥6添加到排氣通道3的尿素量來計算，該尿素量根據由ECU8執行的尿素添加控制程序而獲得。(2)接著，E⑶8計算流入到NOx還原催化劑7中的NOx量。流入到NOx還原催化劑7中的NOx量根據內燃發動機的運轉狀態(載荷、轉速)以及由空氣傳感器17檢測到的進氣量利用映射或關係表達式來計算。(3)接著，E⑶8計算在由具有兩個單元一即，第一單元71和第二單元72——的組構成的預定區域中消耗的NOx量(8卩，被淨化掉的NOx量)。ECU8基於由NOx傳感器83獲得的檢測值來判定流出第二單元72的NOx量，計算流出第二單元72的NOx量與在(2)中獲得的流入NOx還原催化劑7的NOx量之間的差，以及基於該差來計算預定區域中消耗的NOx量。(4)接著，E⑶8計算NOx還原催化劑7的預定區域中的當前氨吸附量。E⑶8基於NOx還原催化劑7的預定區域中的飽和氨吸附量、最初吸附到預定區域的氨量、以及在(I)中獲得的流入NOx還原催化劑7的氨量來計算預定區域中的當前氨吸附量。飽和氨吸附量由通過預先測量獲得並以映射或關係表達式的形式保存的數據構成。在前次執行此處所述的估算程序期間估算出的預定區域中的實際氨吸附量的值被用作最初吸附的氨量。當最初吸附的氨量小於飽和吸附量時，在(I)中獲得的新流入到預定區域中的氨量被加到吸附到預定區域的氨量。另一方面，當最初吸附的氨量已經達到飽和吸附量時或者當最初吸附的氨量與飽和吸附量之間的差小於在(I)中獲得的新流入的氨量時，或者新流入到預定區域中的氨沒有額外地吸附到預定區域，或者在(I)中獲得的新流入到預定區域中的氨量的僅一部分額外地吸附到預定區域。(5)接著，E⑶8計算吸附到NOx還原催化劑7的預定區域的氨的實際量。E⑶8通過從在(4)中獲得的NOx還原催化劑7的預定區域中的當前氨吸附量減去與在(3)中獲得的NOx還原催化劑7的預定區域中消耗掉的NOx量對應的氨量來計算吸附到預定區域的氨的實際量。因此，能夠利用由NOJ專感器83獲得的檢測值來估算由具有兩個單元——即，第一單元71和第二單元72——的組構成的預定區域中的氨吸附量。此外，當估算第一單元71中的氨吸附量以及第二單元72中的氨吸附量時，可以使用諸如圖18中所示的系統。圖18中所示的系統通過將對第一單元71兩側的NOx濃度進行檢測的NOx傳感器81、82以及對第一單元71兩側的氨濃度進行檢測的氨傳感器91、92添加到圖17中所示的系統而形成。在利用圖11所示的系統來估算氨吸附量分布的方法中，第二單元72中的氨吸附量基於由用於對第二單元72兩側的NOx濃度進行檢測的NOx傳感器82、83以及用於對第二單元72兩側的氨濃度進行檢測的氨傳感器92、93獲得的檢測值來估算，並且利用類似的估算方法，可以基於第一單元71兩側的NOx傳感器81、82以及第一單元71兩側的氨傳感器91、92來估算第一單元71中的氨吸附量。隨後能夠根據以上述方式估算的第一單元71中的氨吸附量以及利用圖17中所示的系統估算的由第一單元71和第二單元72構成的預定區域中的氨吸附量來估算第二單元72中的氨吸附量。在第四實施方式中，代替圖14中所示的氨吸附量估算模型53，第一單元71中的估算氨吸附量Rl和第二單元72中的估算氨吸附量R2可以利用圖17和圖18中示出的系統來計算。上述各個實施方式可以在本發明的範圍內進行修改和組合。例如，在第一實施方式中，描述了 NOx還原催化劑7被劃分成兩個區域一即，第一單元71和第二單元72—並根據第二單元72中的氨吸附量來控制尿素添加的示例，但NOx還原催化劑7也可以被劃分成三個或更多個區域。在這種情況下，考慮到最下遊區域中的氨吸附量對氨逃逸的發生具有最大影響的事實，優選地基於最下遊區域中的氨吸附量執行尿素添加控制。另外，第四實施方式中描述的氨吸附量分布估算模型中的NOx還原催化劑7的劃分數量不限於五個，此外，各個單元可以具有相等或不等的寬度。此外，NOx還原催化劑上的氨吸附量分布可以通過在可能的範圍內結合圖14的框圖中示出的氨吸附量估算模型以及在利用圖11、圖17和圖18描述的系統中使用的氨吸附量分布估算方法來進行估算。此外，在上述各個實施方式中，本發明應用到具有利用氨作為還原劑來選擇性地還原排氣中所含NOx的NOx還原催化劑的排氣控制設備。然而，本發明不單獨限於NOx還原催化劑，而是基本上可以應用於如下包括排氣控制構件和控制裝置的排氣控制設備:其中排氣控制構件具有用於通過吸附淨化劑並使淨化劑與排氣中的預定控制主體成分(去除主體成分)反應來控制排氣的功能，並且控制裝置控制淨化劑的供給。本發明也可以基本上應用於控制淨化劑向排氣控制構件的供給的方法，其中排氣控制構件具有用於通過吸附淨化劑並使淨化劑與排氣中的預定控制主體成分(去除主體成分)反應來控制排氣的功能。
權利要求
1.一種排氣控制設備，包括: 排氣控制構件，所述排氣控制構件設置在內燃發動機的排氣系統中以通過除去排氣中所含的預定成分來控制排氣； 淨化劑供給裝置，所述淨化劑供給裝置將淨化劑供給到所述排氣系統中的所述排氣控制構件的上遊側，使得所述淨化劑吸附到所述排氣控制構件並使所述淨化劑與通過所述排氣控制構件的排氣中的所述預定成分反應；以及 控制裝置，所述控制裝置 獲得所述排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布並且基於所獲得的淨化劑吸附量分布來控制由所述淨化劑供給裝置供給的淨化劑供給。
2.根據權利要求1所述的排氣控制設備，其特徵在於，當所述排氣控制構件的位於沿排氣流動方向的下遊側的預定部分中的淨化劑吸附量等於或超過預定的第一閾值時，所述控制裝置控制所述淨化劑供給裝置以停止所述淨化劑供給或減少淨化劑供給量。
3.根據權利要求1所述的排氣控制設備，其特徵在於，所述控制裝置基於所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布來獲得逃逸判定值，所述逃逸判定值是用於判定所述淨化劑流出所述排氣控制構件的可能性的指標，並且當所述逃逸判定值等於或超過預定的第二閾值時，所述控制裝置控制所述淨化劑供給裝置以停止所述淨化劑供給或減少淨化劑供給量。
4.根據權利要求3所述的排氣控制設備，其特徵在於，所述控制裝置獲得所述排氣控制構件的各個位置的逃逸概率，所述逃逸概率是當吸附到所述排氣控制構件的所述淨化劑從所述排氣控制構件解吸附時所解吸附的淨化劑流出所述排氣控制構件的可能性的指標，並且所述控制裝置基於所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布以及所述逃逸概率而獲得所述逃逸判定值。
5.根據權利要求3或4所述的排氣控制設備，其特徵在於，所述控制裝置基於流入所述排氣控制構件的排氣的溫度的變化以及所述內燃發動機的運轉狀態的變化中的至少一者來校正所述逃逸判定值。
6.根據權利要求1所述的排氣控制設備，其特徵在於，所述控制裝置執行第一控制和第二控制，其中，所述第一控制用於控制由所述淨化劑供給裝置供給的所述淨化劑供給使得所述排氣控制構件的預定的第一部分中的淨化劑吸附量達到或超過預定的閾值，並且所述第二控制用於控制由所述淨化劑供給裝置供給的所述淨化劑供給使得所述排氣控制構件的沿所述排氣流動方向位於所述第一部分下遊側的預定的第二部分中的淨化劑吸附量達到等於或小於所述閾值的預定的目標值。
7.根據權利要求6所述的排氣控制設備，其特徵在於，相對於執行所述第二控制，所述控制裝置優先地執行所述第一控制。
8.根據權利要求6或7所述的排氣控制設備，其特徵在於，在通過將所述排氣控制構件沿所述排氣流動方向劃分成三個或更多個單元而獲得的模型中，所述控制裝置將定位在最上遊的第一單元設定為所述第一部分並且將與所述第一單元相鄰地定位在下遊側的第二單元設定為所述第二部分。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的排氣控制設備，其特徵在於還包括: 流入成分量獲取裝置，所述流入成分量獲取裝置獲得流入所述排氣控制構件的排氣中的所述預定成分的量；流出成分量獲取裝置，所述流出成分量獲取裝置獲得流出所述排氣控制構件的排氣中的所述預定成分的量；以及 溫度獲取裝置，所述溫度獲取裝置獲得所述排氣控制構件的溫度， 其中，所述控制裝置基於由所述流入成分量獲取裝置獲得的所述預定成分的量、由所述流出成分量獲取裝置獲得的所述預定成分的量以及由所述溫度獲取裝置獲得的所述溫度來獲得所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布。
10.根據權利要求1至7中任一項 所述的排氣控制設備，其特徵在於，在通過將所述排氣控制構件沿排氣流動方向劃分成多個單元而獲得的模型中，所述控制裝置基於每個單元中的淨化劑吸附量的檢測值和/或估算值來獲得所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布。
11.根據權利要求8或10所述的排氣控制設備，其特徵在於還包括: 成分量傳感器，所述成分量傳感器檢測流出所述排氣控制構件中的預定單元的所述預定成分的濃度， 其中，所述控制裝置基於由所述淨化劑供給裝置供給的所述淨化劑的量、前次估算出的由從所述排氣控制構件內的定位在最上遊的所述第一單元延伸到所述預定單元的單元組構成的預定區域中的淨化劑吸附量以及能夠新吸附到所述預定區域的淨化劑量來估算所述預定區域中的淨化劑吸附量，所述控制裝置基於根據所述內燃發動機的運轉狀態估算出的流入所述排氣控制構件的預定成分量以及根據由所述成分量傳感器獲得的檢測值估算出的流出所述預定單元的預定成分量來估算所述預定區域中的淨化劑消耗量，並且所述控制裝置基於所估算出的所述預定區域中的淨化劑吸附量和消耗量來估算所述預定區域中的實際淨化劑吸附量。
12.根據權利要求8、10或11所述的排氣控制設備，其特徵在於，還包括: 淨化劑量傳感器，所述淨化劑量傳感器檢測所述排氣控制構件中的所述預定單元兩側的所述淨化劑的濃度；以及 成分量傳感器，所述成分量傳感器檢測所述預定單元兩側的所述預定成分的濃度， 其中，所述控制裝置基於根據所述內燃發動機的運轉狀態估算出的通過所述排氣控制構件的排氣的流量以及由所述淨化劑量傳感器獲得的檢測值來估算所述預定單元兩側的淨化劑量之間的差，所述控制裝置基於根據所述內燃發動機的運轉狀態估算出的通過所述排氣控制構件的排氣的流量以及由所述成分量傳感器獲得的檢測值來估算所述預定單元兩側的預定成分量之間的差，所述控制裝置基於所述預定單元兩側的所估算出的淨化劑量之間的差以及所估算出的預定成分量之間的差來估算在所述預定單元中消耗的淨化劑量以及新吸附到所述預定單元的淨化劑量，並且所述控制裝置基於所估算出的所述預定單元中的淨化劑消耗量和新的吸附量以及前次估算出的所述預定單元中的淨化劑吸附量來估算所述預定單元中的實際淨化劑吸附量。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的排氣控制設備，其特徵在於， 所述排氣控制構件為選擇性地還原並除去排氣中所含的NOx的NOx還原催化劑，以及 所述淨化劑為吸附到所述NOx還原催化劑並且與通過所述NOx還原催化劑的排氣中的NOx執行氧化還原反應的還原劑。
14.一種用於控制對排氣控制構件的排氣流動方向的上遊側的淨化劑供給的控制方法，所述排氣控制構件通過吸附與來自內燃發動機的排氣中的預定成分反應的淨化劑來淨化排氣， 所述方法的特徵在於包括: 獲得所述排氣控制構件上的淨化劑吸附量分布；以及 基於所獲得的淨化劑吸附量分布來控制所述淨化劑供給。
15.根據權利要求14所 述的控制方法，其特徵在於還包括: 當所述排氣控制構件的位於排氣流動方向下遊側的預定部分中的淨化劑吸附量等於或超過預定的第一閾值時，停止所述淨化劑供給或減少淨化劑供給量。
16.根據權利要求14所述的控制方法，其特徵在於還包括: 基於所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布來獲得逃逸判定值，所述逃逸判定值是用於判定所述淨化劑流出所述排氣控制構件的可能性的指標；以及 當所述逃逸判定值等於或超過預定的第二閾值時，停止所述淨化劑供給或減少淨化劑供給量。
17.根據權利要求16所述的控制方法，其特徵在於還包括: 獲得所述排氣控制構件的各個位置的逃逸概率，所述逃逸概率是當被吸附到所述排氣控制構件的所述淨化劑從所述排氣控制構件解吸附時解吸附的淨化劑流出所述排氣控制構件的可能性的指標；以及 基於所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布以及所述逃逸概率來獲得所述逃逸判定值。
18.根據權利要求16或17所述的控制方法，其特徵在於還包括: 基於流入所述排氣控制構件的排氣的溫度的變化以及所述內燃機的運轉狀態的變化中的至少一者來校正所述逃逸判定值。
19.根據權利要求14所述的控制方法，其特徵在於還包括: 控制所述淨化劑供給使得所述排氣控制構件的預定的第一部分中的淨化劑吸附量達到或超過預定閾值的第一步驟；以及 控制所述淨化劑供給使得所述排氣控制構件的位於所述第一部分的排氣流動方向的下遊側的預定的第二部分中的淨化劑吸附量達到等於或小於所述閾值的預定的目標值的第二步驟。
20.根據權利要求19所 述的控制方法，其特徵在於，相對於執行所述第二步驟，優先地執行所述第一步驟。
21.根據權利要求19或20所述的控制方法，其特徵在於還包括: 在通過將所述排氣控制構件沿所述排氣流動方向劃分成三個或更多個單元而獲得的模型中，將定位在最上遊的第一單元設定為所述第一部分，並且將與所述第一單元相鄰地定位在下遊側的第二單元設定為所述第二部分。
22.根據權利要求14至20中任一項所述的控制方法，其特徵在於還包括: 獲得流入所述排氣控制構件的排氣中的所述預定成分的量； 獲得流出所述排氣控制構件的排氣中的所述預定成分的量；以及 獲得所述排氣控制構件的溫度， 其中，基於在流入成分量獲得(步驟)中獲得的所述預定成分的量、在流出成分量獲得(步驟)中獲得的所述預定成分的量以及在溫度獲得(步驟)中獲得的溫度來獲得所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布。
23.根據權利要求14至20中任一項所述的控制方法，其特徵在於還包括: 在通過將所述排氣控制構件沿排氣流動方向劃分成多個單元而獲得的模型中，基於每個單元中的淨化劑吸附量的檢測值和/或估算值來獲得所述排氣控制構件上的所述淨化劑吸附量分布。
24.根據權利要求21或23所述的控制方法，其特徵在於還包括: 基於所述淨化劑供給量、前次估算出的由從所述排氣控制構件內的定位在最上遊的所述第一單元延伸到所述排氣控制構件中的預定單元的單元組構成的預定區域中的淨化劑吸附量以及能夠新吸附到所述預定區域的淨化劑量來估算所述預定區域中的淨化劑吸附量; 基於根據所述內燃發動機的運轉狀態估算出的流入所述排氣控制構件的預定成分量以及根據由成分量傳感器獲得的檢測值估算出的流出所述預定單元的預定成分量來估算所述預定區域中的淨化劑消耗量，其中所述成分量傳感器檢測流出所述預定單元的所述預定成分的濃度；以及 基於所估算出的所述預定區域中的淨化劑吸附量和消耗量來估算所述預定區域中的實際淨化劑吸附量。
25.根據權利要求21、23或24所述的控制方法，其特徵在於還包括: 基於根據所述內燃發動機的運轉狀態估算出的通過所述排氣控制構件的排氣的流量以及由淨化劑量傳感器獲得的檢測值來估算所述預定單元兩側的淨化劑量之間的差，其中所述淨化劑量傳感器檢測所述排氣控制構件中的所述預定單元兩側的所述淨化劑的濃度； 基於根據所述內燃發動機的運轉狀態估算出的通過所述排氣控制構件的排氣的流量以及由成分量傳感器獲得的 檢測值來估算所述預定單元兩側的預定成分量之間的差，其中所述成分量傳感器檢測所述預定單元兩側的所述預定成分的濃度； 基於所述預定單元兩側的所估算出的淨化劑量之間的差以及所估算出的預定成分量之間的差來估算在所述預定單元中消耗的淨化劑量以及新吸附到所述預定單元的淨化劑量；以及 基於所估算出的所述預定單元中的淨化劑消耗量和新的吸附量以及前次估算出的所述預定單元中的淨化劑吸附量來估算所述預定單元中的實際淨化劑吸附量。
26.根據權利要求14至25中任一項所述的控制方法，其特徵在於， 所述排氣控制構件為選擇性地還原並除去排氣中所含的NOx的NOx還原催化劑，以及 所述淨化劑為吸附到所述NOx還原催化劑並且與通過所述NOx還原催化劑的排氣中的NOx執行氧化還原反應的還原劑。
全文摘要
一種排氣控制設備包括對用於從NOx還原催化劑(7)的上遊側添加尿素的尿素添加閥進行控制的控制裝置(8)。控制裝置(6)獲得NOx還原催化劑(7)上的氨吸附量分布，並且當位於排氣流動方向下遊側的預定部分中的氨吸附量等於或超過預定閾值時，控制裝置(8)控制尿素添加閥(6)以停止尿素供給或減小尿素供給量。尿素添加閥(6)基於從將催化劑劃分成多個單元的模型獲得的吸附量分布來控制，使得定位在最上遊的第一單元(71)中的氨吸附量等於或超過接近於飽和吸附量的預定閾值，以及使得定位在第一單元(71)下遊的第二單元(72)中的氨吸附量達到比上述閾值更小的預定目標值。
文檔編號F01N3/20GK103119260SQ201180045270
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月21日 優先權日2010年9月22日
發明者廣田信也, 利岡俊祐, 見上晃, 福田光一朗, 星作太郎, 遠藤恭, 日比野良一, 上田松榮, 淺野明彥, 山內崇史, 志知明, 小池誠, 丸山昌利, 阪田正和 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社電裝, 株式會社豐田自動織機