УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F01N3/20 F01N11/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству контроля выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания и, более конкретно, относится к устройству контроля выхлопных газов, включающему в себя катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известно устройство контроля выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, эксплуатируемое для осуществления езды на бедной смеси (см., например, публикацию заявки на патент Японии № 2002-047922). Устройство контроля выхлопных газов включает в себя катализатор СКВ, расположенный в выхлопном канале, дозатор, который вводит добавку NH₃ или прекурсора NH₃ в выхлопные газы, поступающие в катализатор СКВ, и нагреватель, который нагревает катализатор СКВ. Устройство контроля выхлопных газов выполнено с возможностью нагревания катализатора СКВ до активной температуры при помощи нагревателя непосредственно до запуска двигателя внутреннего сгорания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Активность катализатора СКВ по восстановлению NO_x проявляется за счет действия ионов переходного металла, нанесенного на носители катализатора в катализаторе СКВ. А именно, ионы переходного металла адсорбируют NH₃, подаваемый дозатором. Когда ионная валентность ионов переходного металла, содержащих адсорбированный NH₃, равна валентности, необходимой для восстановления NО_x (такое состояние далее именуется «стандартным состоянием»), ионы переходного металла вызывают реакцию между NH₃ и NO_x в выхлопных газах, в результате которой NO_x в выхлопных газах восстанавливается до N₂. В этом случае, поскольку ионная валентность ионов переходного металла становится меньшей, чем валентность, необходимая для восстановления NO_x, способность ионов переходного металла к восстановлению NO_x уменьшается (такое состояние далее именуется «ухудшенным состоянием»). Однако, во время реакции между NН₃ и NO_x на ионах переходного металла в ухудшенном состоянии адсорбируется Н⁺. Когда Н⁺, адсорбированный на ионах переходного металла в ухудшенном состоянии, реагирует с О₂ или NO₂ в выхлопных газах, ионы переходного металла повторно окисляются и, тем самым, ионная валентность ионов переходного металла возвращается к ионной валентности, необходимой для восстановления NO_x. Следовательно, для достижения непрерывного восстановления NO_x катализатором СКВ необходимо возвращать ионную валентность ионов переходного металла, которая переведена в ухудшенное состояние, к валентности, необходимой для восстановления NO_x.

[0004] Возврат ионной валентности (далее именуемый «возвратом валентности») ионов переходного металла, перешедших в ухудшенное состояние, проявляется в атмосфере, температура которой выше температуры (активной температуры), при которой начинает проявляться восстановление NO_x ионами переходного металла в стандартном состоянии, причем эта атмосфера содержит О₂ и NO₂. Следовательно, когда продолжается работа двигателя внутреннего сгорания с малой нагрузкой, или когда выхлопные газы, поступающие в катализатор СКВ, продолжают иметь меньшее или равное стехиометрическому соотношение воздух-топливо, количество ионов переходного металла в стандартном состоянии может непрерывно уменьшаться, тогда как количество ионов переходного металла в ухудшенном состоянии может непрерывно увеличиваться. В результате характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x могут ухудшиться, и непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ может стать затруднительным. Если двигатель внутреннего сгорания останавливают в состоянии, когда количество ионов переходного металла в ухудшенном состоянии относительно велико, возврат валентности большинства ионов переходного металла в ухудшенном состоянии может оказаться неудачным, даже когда катализатор СКВ временно нагревают перед следующим запуском двигателя, как в известном уровне техники. Причина этого в том, что по мере увеличения количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии время, необходимое для возврата валентности этих ионов переходного металла, становится более длительным.

[0005] Настоящее изобретение предлагает метод для устройства контроля выхлопных газов, включающего катализатор СКВ, при котором ионная валентность ионов переходного металла, содержащихся в катализаторе СКВ, может быть возвращена надлежащим образом.

[0006] В соответствии с настоящим изобретением нагревателем управляют так, что катализатор СКВ нагревается до первой температуры или выше нее и поддерживается в этом состоянии в течение предписанного периода времени, когда NO_x не поступает в катализатор СКВ, а температура катализатора СКВ ниже первой температуры.

[0007] А именно, устройство контроля выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания по настоящему изобретению включает в себя: катализатор СКВ, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, при этом катализатор СКВ включает ионы переходного металла для восстановления NO_x в выхлопных газах аммиаком (NH₃) в качестве восстановителя; средство регистрации для регистрации температуры катализатора СКВ; нагреватель, предназначенный для нагрева катализатора СКВ; и средство управления для выполнения возвратной обработки, когда NO_x не поступает в катализатор СКВ, а зарегистрированная средством регистрации температура ниже первой температуры, то есть температуры, вызывающей проявление возврата валентности ионов переходного металла, при этом возвратная обработка является обработкой с управлением нагревателем таким образом, что катализатор СКВ нагревается до первой температуры или выше нее и что катализатор СКВ поддерживается на уровне или выше первой температуры в течение предписанного периода времени.

[0008] Употребляемый здесь термин «возврат валентности» означает возврат ионной валентности ионов переходного металла к валентности, необходимой для восстановления NO_x, посредством повторного окисления ионов переходного металла, перешедших в ухудшенное состояние, как описано выше. Термин «первая температура» означает температуру, вызывающую проявление возврата валентности ионов переходного металла в ухудшенном состоянии. Первая температура выше температуры (активной температуры), при которой начинает проявляться восстановление NO_x ионами переходного металла в стандартном состоянии. Кроме того, термин «предписанный период времени» означает период времени, необходимый для возврата валентности практически всего количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии.

[0009] Когда температуру катализатора СКВ повышают до первой температуры или более в то время, как NO_x не поступает в катализатор СКВ, восстановление NO_x ионами переходного металла в стандартном состоянии не проявляется, но проявляется возврат валентности ионов переходного металла в ухудшенном состоянии. Следовательно, количество ионов переходного метала в ухудшенном состоянии может быть эффективно уменьшено. Когда температуру катализатора СКВ поддерживают на уровне или выше первой температуры в течение предписанного периода времени, может быть возвращена ионная валентность практически всего количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии. Следовательно, когда в катализатор СКВ поступает NO_x по окончании возвратной обработки, возможно подавить возникновение таких ситуаций, когда характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x ухудшены и когда непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ становится затруднительным.

[0010] При этом тем случаем, когда NO_x не поступает на катализатор СКВ, может быть случай, когда двигатель внутреннего сгорания остановлен. Однако, температура катализатора СКВ становится ниже по мере того, как увеличивается время, истекшее с момента остановки двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, когда пытаются нагреть катализатор СКВ до первой температуры или выше нее спустя относительно длительное время после остановки двигателя внутреннего сгорания, возможно увеличение количества расходуемой нагревателем энергии. Чтобы исключить подобные ситуации, возвратная обработка может проводиться немедленно после остановки двигателя внутреннего сгорания. То есть, средство управления в настоящем изобретении может осуществлять возвратную обработку с остановкой двигателя внутреннего сгорания в качестве пускового сигнала. В этом случае, поскольку возвратная обработка осуществляется, когда катализатор СКВ находится при относительно высокой температуре, энергия, затрачиваемая нагревателем на нагрев катализатора СКВ до первой температуры или выше нее, может оставаться низкой.

[0011] В зависимости от рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания перед остановкой, катализатор СКВ при остановке может иметь температуру, большую или равную первой температуре. В этом случае предполагается, что возврат валентности ионов переходного металла в ухудшенном состоянии достигается автоматически до остановки и сразу же после остановки двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя внутреннего сгорания больше или равна первой температуре, выполнение возвратной обработки может быть запрещено. Однако, в описанном выше случае ионная валентность практически всего количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии необязательно возвращается в автоматическом режиме. Следовательно, ввиду более надежного уменьшения количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии (более надежного увеличения количества ионов переходного металла в стандартном состоянии), возвратная обработка может быть осуществлена как тогда, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя внутреннего сгорания больше или равна первой температуре, так и когда температура катализатора СКВ меньше первой температуры. Однако, в период после остановки двигателя внутреннего сгорания и до тех пор, пока температура катализатора СКВ не снизится ниже первой температуры, возврат валентности ионов переходного металла в ухудшенном состоянии осуществляется автоматически без нагревания катализатора СКВ нагревателем (такой период далее именуется «периодом автоматического возврата»). Следовательно, возвратная обработка может быть осуществлена тогда, когда температура катализатора СКВ снижается до температуры меньшей, чем первая температура, после остановки двигателя внутреннего сгорания (когда истекает период автоматической остановки). Когда возвратную обработку осуществляют таким способом, период (предписанный период) времени выдержки катализатора СКВ на уровне или выше первой температуры с использованием нагревателя может быть определен как период, необходимый для возврата валентности количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии в конце периода автоматического возврата. Такая установка предписанного периода времени позволяет свести к минимуму энергопотребление нагревателя, минимизировав количество ионов переходного металла в ухудшенном состоянии.

[0012] В той конфигурации, в которой возвратная обработка осуществляется во время остановки двигателя внутреннего сгорания, как описано выше, средство управления может управлять нагревателем так, чтобы температура катализатора СКВ во время выполнения возвратной обработки была больше или равна первой температуре и меньше второй температуры, которая представляет собой температуру, вызывающую проявление окисления NH₃. При этом, когда двигатель внутреннего сгорания остановлен, имеется вероятность того, что на по меньшей мере некоторых из ионов переходного металла, входящих в состав катализатора СКВ, адсорбирован NH₃. В таком случае, когда температуру катализатора СКВ при выполнении возвратной обработки увеличивают до второй температуры или выше, NH₃, адсорбированный на ионах переходного металла, окисляется. Для предотвращения такой ситуации нагревателем управляют так, чтобы температура катализатора СКВ при выполнении возвратной обработки стала большей или равной первой температуре и меньшей второй температуры. Это позволяет добиться возврата валентности ионов переходного металла в ухудшенном состоянии без окисления NH₃, адсорбированного на ионах переходного металла. В результате, когда NO_x поступает в катализатор СКВ после следующего запуска двигателя внутреннего сгорания, становится возможным восстановление поступающего NO_x при помощи NH₃, адсорбированного на ионах переходного металла.

[0013] При этом NH₃, адсорбированный на ионах переходного металла катализатора СКВ, склонен десорбироваться в атмосферу при некоторой определенной температуре или выше нее (далее именуемой «третьей температурой»), которая больше первой температуры и меньше второй температуры. Следовательно, если температура катализатора СКВ в то время, когда двигатель внутреннего сгорания остановлен, больше третьей температуры, можно предположить, что количество NH₃, адсорбированного на ионах переходного металла, в это время практически равно нулю. Следовательно, в той конфигурации, в которой возвратную обработку проводят во время остановки двигателя внутреннего сгорания, если температура, зарегистрированная средством регистрации во время остановки двигателя внутреннего сгорания, больше или равна третьей температуре, средство управления может управлять нагревателем так, чтобы температура катализатора СКВ при выполнении возвратной обработки стала большей или равной второй температуре. Количество ионов переходного металла, ионная валентность которых возвращается за единицу времени, имеет тенденцию к увеличению по мере увеличения температуры катализатора СКВ. Следовательно, в том случае, когда температура катализатора СКВ во время возвратной обработки увеличивается до второй температуры или выше нее, период выполнения возвратной обработки может быть сокращен по сравнению со случаем, когда эта температура остается меньше второй температуры. В результате, даже когда период от остановки до повторного запуска двигателя внутреннего сгорания короток, становится легко полностью завершить возвратную обработку.

[0014] Другие случаи, когда NO_x не поступает в катализатор СКВ, могут включать случай, когда через катализатор СКВ протекает газ, который не содержит NO_x. Термин «газ, который не содержит NO_x» означает не только газ, который совсем не содержит NO_x, но и газ, содержащий незначительное количество NO_x (количество, рассматриваемое как достаточное для эффективного возврата валентности ионов переходного металла, которые переведены в ухудшенное состояние в катализаторе СКВ, далее именуется «приемлемым количеством NO_x»). Примеры случая, когда такой газ протекает через катализатор СКВ, включают случай, когда NO_x удален из выхлопных газов выше по потоку от катализатора СКВ во время работы двигателя внутреннего сгорания, и случай, когда выполняется отсечка топлива в двигателе внутреннего сгорания. Примеры случая, когда NO_x удален выше по потоку от катализатора СКВ во время работы двигателя внутреннего сгорания, могут включать, например, случай, когда в части выхлопного канала до катализатора СКВ расположен катализатор NSR, и соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих в катализатор NSR, соответствует бедной смеси и превышает стехиометрическое соотношение воздух-топливо. Используемый при этом катализатор NSR представляет собой катализатор накопления/восстановления NO_x, который накапливает NO_x из выхлопных газов, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах соответствует бедной смеси. Катализатор NSR также восстанавливает при выделении накопленные NO_x, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах соответствует богатой смеси и меньше стехиометрического соотношения воздух-топливо. Однако, когда количество накопленных в катализаторе NSR NO_x становится относительно большим, часть NO_x, поступающих в катализатор NSR, склонно проскакивать через катализатор NSR, даже если соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих на катализатор NSR, соответствует бедной смеси. Следовательно, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих на катализатор NSR, соответствует бедной смеси, а количество накопленных в катализаторе NSR NO_x равно установленному верхнему пределу или меньше него, может быть определено, что NO_x удален выше по потоку от катализатора СКВ. Употребляемый здесь термин «установленный верхний предел» означает величину, установленную исходя из предположения, что, если накопленное в катализаторе NSR количество NO_x превышает установленный верхний предел, то количество NO_x сверх вышеуказанного приемлемого количества NO_x может проскакивать сквозь катализатор NSR.

[0015] Как описано выше, NH₃, адсорбированный на ионах переходного метала катализатора СКВ, имеет тенденцию к десорбции в атмосферу при температуре, большей или равной третьей температуре. Когда возвратную обработку проводят во время остановки двигателя внутреннего сгорания, поток газа в катализаторе СКВ отсутствует. Следовательно, даже когда NH₃ десорбируется с ионов переходного металла в ходе возвратной обработки, десорбированный NH₃ остается внутри катализатора СКВ. Имеется высокая вероятность того, что NH₃, оставшийся внутри катализатора СКВ, снова адсорбируется на ионах переходного металла, когда температура катализатора СКВ по окончании возвратной обработки снизится ниже третьей температуры. Следовательно, как описано выше, когда возвратную обработку проводят во время остановки двигателя внутреннего сгорания, можно сказать, что нет необходимости в ограничении температуры катализатора СКВ величиной ниже третьей температуры. Если возвратную обработку выполняют, пока через катализатор СКВ протекает газ, который не содержит NO_x, десорбировавшийся с ионов переходного металла NH₃ склонен выходить из катализатора СКВ вместе с этим газом. Следовательно, когда в катализаторе СКВ имеется поток газа и NH₃ десорбируется с ионов переходного металла в этом состоянии, десорбированный NH₃ с меньшей вероятностью снова адсорбируется на ионах переходного металла. Следовательно, в той конфигурации, где возвратную обработку осуществляют, пока через катализатор СКВ протекает газ, не содержащий NO_x, температура катализатора СКВ может быть ограничена величиной ниже третьей температуры. То есть, если возвратную обработку проводят, пока через катализатор СКВ протекает не содержащий NO_x газ, средство управления может управлять нагревателем так, чтобы температура катализатора СКВ стала большей или равной первой температуре и меньшей третьей температуры. В соответствии с такой конфигурацией, когда содержащий NO_x газ затекает в катализатор СКВ по окончании возвратной обработки, поступающий NO_x может быть восстановлен при помощи NH₃, адсорбированного на ионах переходного металла.

[0016] В конфигурации, где возвратную обработку выполняют, пока через катализатор СКВ протекает газ, не содержащий NO_x, можно предполагать, что количество NH₃, адсорбированного на ионах переходного металла, практически равно нулю, когда температура катализатора СКВ при начале возвратной обработки больше или равна третьей температуре. Следовательно, если температура, зарегистрированная средством регистрации при начале возвратной обработки, больше или равна третьей температуре, средство управления может управлять нагревателем так, чтобы температура катализатора СКВ во время выполнения возвратной обработки стала большей или равной второй температуре. В соответствии с такой конфигурацией становится легко полностью совершить возвратную обработку даже тогда, когда через катализатор СКВ короткое время протекает газ, не содержащий NO_x.

[0017] Когда возвратную обработку выполняют, пока через катализатор СКВ протекает не содержащий NO_x газ, средство управления может управлять нагревателем так, чтобы количество подводимого к катализатору СКВ тепла уменьшалось в том случае, когда количество протекающего через катализатор СКВ газа невелико, по сравнению со случаем, когда такое количество газа велико. В том случае, когда количество протекающего через катализатор СКВ газа невелико, количество тепла, передаваемого от катализатора СКВ газу, уменьшается по сравнению со случаем, когда это количество газа велико. Следовательно, когда количество протекающего через катализатор СКВ газа невелико, температура катализатора СКВ может поддерживаться на уровне или выше первой температуры при меньшем подводе тепла по сравнению со случаем, когда количество газа велико. В результате энергопотребление нагревателя может быть уменьшено.

[0018] Кроме того, устройство контроля выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания по настоящему изобретению может дополнительно включать в себя средство оценки для выполнения оценки требующего возврата количества, то есть количества ионов переходного металла, нуждающихся в возврате валентности (количества ионов переходного металла в ухудшенном состоянии), среди ионов переходного металла, нанесенных в катализаторе СКВ. В этом случае средство оценки может выполнять возвратную обработку так, чтобы в том случае, когда требующее возврата количество мало, предписанный период сокращался по сравнению со случаем, когда требующее возврата количество велико. В соответствии с такой конфигурацией период нагрева катализатора СКВ нагревателем может быть отрегулирован так, чтобы он был как можно более коротким. В результате энергопотребление нагревателя может быть доведено до минимально возможного.

[0019] Средство управления может не выполнять возвратную обработку, когда требующее возврата количество, оцененное средством оценки, ниже установленного порогового значения. Употребляемый здесь термин «установленное пороговое значение» - это значение, считающееся достаточно малым, чтобы позволять катализатору СКВ демонстрировать желаемые характеристики восстановления NO_x, если требующее возврата количество меньше установленного порогового значения, или значение, считающееся достаточно малым, чтобы обеспечивать возможность непрерывного восстановления NO_x катализатором СКВ. В соответствии с такой конфигурацией становится возможным подавить повышение энергопотребления, относящегося к работе нагревателя, при этом сохраняя восстановительную функцию катализатора СКВ.

[0020] В соответствии с настоящим изобретением устройство контроля выхлопных газов, включающее в себя катализатор СКВ, может надлежащим образом возвращать («восстанавливать») ионную валентность ионов переходного металла, входящих в состав катализатора СКВ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0021] Признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы и среди которых:

фиг. 1 иллюстрирует схематичное строение двигателя внутреннего сгорания, в котором применен вариант осуществления настоящего изобретения, и системы впуска и выпуска двигателя внутреннего сгорания;

фиг. 2 схематично иллюстрирует реакцию восстановления NO_x в катализаторе СКВ;

фиг. 3 иллюстрирует количество поступающих NO_x, температуру катализатора СКВ, рабочее состояние нагревателя и изменение во времени показаний счетчика, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя внутреннего сгорания меньше первой температуры;

фиг. 4 иллюстрирует количество поступающих NO_x, температуру катализатора СКВ, рабочее состояние нагревателя и изменение во времени показаний счетчика, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя внутреннего сгорания больше или равна первой температуре;

фиг. 5 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру обработки, реализуемую электронным блоком управления (ЭБУ) при выполнении возвратной обработки в первом варианте осуществления;

фиг. 6 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру обработки, реализуемую ЭБУ при вычислении количества ионов меди в ухудшенном состоянии;

фиг. 7 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру обработки, реализуемую ЭБУ при выполнении возвратной обработки в модификации первого варианта осуществления;

фиг. 8 иллюстрирует соотношение между температурой катализатора СКВ, скоростью возврата валентности ионов меди в ухудшенном состоянии, скоростью десорбции NH₃ и скоростью окисления NH₃;

фиг. 9 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру обработки, реализуемую ЭБУ при выполнении возвратной обработки во втором варианте осуществления; и

фиг. 10 – блок-схема, иллюстрирующая процедуру обработки, реализуемую ЭБУ при выполнении возвратной обработки в модификации второго варианта осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Далее конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Отметим, что размеры, материалы, формы и относительные расположения конструктивных элементов, раскрытые в вариантах осуществления изобретения, не подразумевают ограничения ими технического объема настоящего изобретения, если не указано иное.

Первый вариант осуществления

[0023] Сначала будет описан первый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 1-5. На фиг. 1 представлено схематичное строение двигателя внутреннего сгорания, в котором применено устройство контроля выхлопных газов согласно данному варианту осуществления, и системы впуска и выпуска двигателя внутреннего сгорания. Показанный на фиг. 1 двигатель 1 внутреннего сгорания представляет собой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (дизельный двигатель), в котором в качестве топлива используется дизельное топливо. Двигатель 1 внутреннего сгорания может представлять собой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновый двигатель), способный выполнять работу на бедной смеси.

[0024] Двигатель 1 внутреннего сгорания соединен с выхлопным каналом 2 для обеспечения циркуляции отработавшего газа (выхлопных газов), отводимого изнутри цилиндра. В некоторой средней точке выхлопного канала 2 расположена первая каталитическая камера 3. В части выхлопного канала 2, находящейся ниже по потоку от первой каталитической камеры 3, расположена вторая каталитическая камера 4.

[0025] В первой каталитической камере 3 заключен носитель катализатора, на который нанесен катализатор NSR, и сажевый фильтр в цилиндрическом кожухе. Катализатор NSR накапливает NO_x из выхлопных газов, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах соответствует бедной смеси. Когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах соответствует богатой смеси, катализатор NSR выделяет накопленные NО_х, вызывая вступление накопленных NО_х в реакцию с восстанавливающими компонентами (такими как НС и СО) выхлопных газов, в результате чего накопленные NО_х восстанавливаются до N₂. В сажевом фильтре собираются твердые частицы (РМ), содержащиеся в выхлопных газах.

[0026] Во второй каталитической камере 4 заключен носитель катализатора, на который нанесен катализатор СКВ, в цилиндрическом кожухе. Носитель катализатора образован путем нанесения, например, на монолитный основной материал покрытия из носителя катализатора на основе оксида алюминия или на основе цеолита, при этом основной материал имеет в поперечном сечении сотовую структуру. На носитель катализатора путем ионного обмена нанесены элементы-переходные металлы, такие как Cu и Fe. Имеющий такое строение катализатор СКВ адсорбирует NH₃, содержащийся в выхлопных газах, и восстанавливает NO_x из выхлопных газов до N₂ при использовании адсорбированного NH₃ в качестве восстановителя. В данном варианте осуществления в качестве ионов переходного металла, нанесенных на носитель катализатора СКВ, использованы ионы меди.

[0027] Вторая каталитическая камера 4 дополнена нагревателем 40, предназначенным для нагревания катализатора СКВ. Нагреватель 40 представляет собой электрический нагреватель, который нагревает катализатор СКВ посредством превращения электрической энергии в тепловую энергию. Нагреватель 40 может быть индукционным нагревателем, который нагревает катализатор СКВ при помощи электромагнитных волн, генерируемых при подаче питания. Нагреватель 40 может быть реализован путем формирования катализатора СКВ как катализатора с электрообогревом. Нагреватель 40 может быть горелкой, которая нагревает катализатор СКВ племенем.

[0028] В части выхлопного канала 2 между первой каталитической камерой 3 и второй каталитической камерой 4 расположен клапан 5 введения, предназначенный для введения (впрыскивания) добавки, то есть NH₃ или прекурсора NH₃, в выхлопные газы. Клапан 5 введения соединен с бачком 51 добавки через насос 50. Насос 50 всасывает добавку, хранящуюся в бачке 51 добавки, и нагнетает засасываемую добавку в клапан 5 введения. Клапан 5 введения впрыскивает закаченную насосом 50 добавку в выхлопной канал 2. В качестве добавки, хранящейся в бачке 51 добавки, может быть использован газообразный NН₃ или водный раствор мочевины, карбамата аммония или т.п. В данном варианте осуществления использован раствор мочевины в воде.

[0029] Когда раствор мочевины в воде впрыскивается из клапана 5 введения, этот водный раствор мочевины поступает во вторую каталитическую камеру 4 вместе с выхлопными газами. В этом случае водный раствор мочевины подвергается пиролизу при приеме тепла выхлопных газов или подвергается гидролизу на катализаторе СКВ. При пиролизе или гидролизе водного раствора мочевины образуется NH₃. Образовавшийся таким образом NH₃ адсорбируется на катализаторе СКВ. Адсорбированный на катализаторе СКВ NH₃ реагирует с NO_x, содержащимися в выхлопных газах, в результате чего образуется N₂ и Н₂О.

[0030] Имеющий такое строение двигатель 1 внутреннего сгорания дополнен ЭБУ 10. ЭБУ 10 представляет собой электронный блок управления, включающий в себя такие компоненты, как центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и резервное ОЗУ. ЭБУ электрически соединен с различными датчиками, такими как первый датчик 6 NО_х, второй датчик 7 NО_х, датчик 8 температуры выхлопных газов, датчик 9 температуры кожуха, датчик 11 положения коленвала, датчик 12 положения педали акселератора и расходомер 13 воздуха.

[0031] Первый датчик 6 NО_х расположен в части выхлопного канала 2 между первой каталитической камерой 3 и второй каталитической камерой 4 с целью выдачи электрического сигнала, коррелирующего с концентрацией NО_х в выхлопных газах, поступающих во вторую каталитическую камеру 4. Второй датчик 7 NО_х расположен в части выхлопного канала 2 ниже по потоку от второй каталитической камеры 4 с целью выдачи электрического сигнала, коррелирующего с концентрацией NО_х в выхлопных газах, выходящих из второй каталитической камеры 4. Датчик 8 температуры выхлопных газов расположен в части выхлопного канала 2 ниже по потоку от второй каталитической камеры 4 с целью выдачи электрического сигнала, коррелирующего с температурой выхлопных газов, выходящих из второй каталитической камеры 4. Датчик 9 температуры кожуха прикреплен ко второй каталитической камере 4 с целью выдачи электрического сигнала, коррелирующего с температурой кожуха, в котором заключен катализатор СКВ.

[0032] Датчик 11 положения коленвала выдает электрический сигнал, коррелирующий с угловым положением выходного вала (коленчатого вала) двигателя 1 внутреннего сгорания. Датчик 12 положения педали акселератора выдает электрический сигнал, коррелирующий со степенью нажатия педали акселератора (степенью нажатия акселератора). Расходомер 13 воздуха выдает электрический сигнал, коррелирующий с количеством (массой) воздуха, засасываемого в двигатель 1 внутреннего сгорания.

[0033] ЭБУ 10 электрически соединен не только с различными приборами (например, клапаном впрыска топлива и т.д.), закрепленными на двигателе 1 внутреннего сгорания, но и с вышеуказанными конструктивными элементами, такими как клапан 5 введения, нагреватель 40 и насос 50. ЭБУ 10 электрически управляет различными приборами двигателя 1 внутреннего сгорания и конструктивными элементами, такими как клапан 5 введения, нагреватель 40 и насос 50, на основании выходных сигналов описанных ранее различных датчиков. Например, ЭБУ 10 осуществляет установленное управление, такое как, например, управление впрыском топлива, при котором регулируются впрыскиваемое количество и время впрыска топлива клапаном впрыска топлива в соответствии с нагрузкой двигателя и числом оборотов двигателя 1 внутреннего сгорания, и управление введением, которое вызывает периодическое впрыскивание добавки из клапана 5 введения. Кроме того, ЭБУ 10 выполняет возвратную обработку катализатора СКВ. Указанная здесь возвратная обработка представляет собой обработку, предназначенную для возврата ионной валентности ионов меди, входящих в состав катализатора СКВ, к валентности, необходимой для восстановления NО_х. Далее будет описана возвратная обработка в данном варианте осуществления.

[0034] Сначала со ссылкой на фиг. 2 будет описана реакция восстановления NО_х в катализаторе СКВ. На фиг. 2 схематично представлена реакция восстановления NO_x с целью ее описания. Реакция восстановления NО_х в катализаторе СКВ происходит на ионах меди, нанесенных на носитель катализатора. Реакцию восстановления NО_х можно схематично считать подразделяемой на четыре стадии (а)-(d). Сначала, на стадии (а), NH₃ адсорбируется на ионе меди (Cu²⁺), ионная валентность которого, равная величине (2+), необходима для восстановления NO_x. Затем, на стадии (b), NO_x (NO) адсорбируется на ионе меди. В результате, на стадии (с), вызывается реакция между NH₃ и NO с образованием N₂ и H₂O и уменьшением ионной валентности иона меди до 1+. Когда ионная валентность иона меди снижается до 1+, способность иона меди к восстановлению NO_x ухудшается (ухудшенное состояние). Однако, на ионе меди Cu⁺ в ухудшенном состоянии адсорбирован ион водорода Н⁺, образовавшийся на стадии (с). Когда на стадии (d) к иону меди Cu⁺ в этом состоянии подаются кислород (1/4О₂) и NO₂, ион меди Cu⁺ повторно окисляется. При повторном окислении иона меди ионная валентность иона меди возвращается к 2+, то есть к величине, необходимой для восстановления NО_х (стандартному состоянию). Следовательно, реакция, начинающаяся со стадии (а), может последовательно продолжаться опять, так что может быть достигнуто непрерывное восстановление NО_х катализатором СКВ.

[0035] Считается, что для реализации непрерывного восстановления NО_х в катализаторе СКВ таким образом валентность иона меди Cu⁺ должна возвращаться (Cu⁺ → Cu²⁺) на стадии (d). Однако, возврат валентности иона меди, перешедшего в ухудшенное состояние, проявляется в атмосфере, температура которой больше или равна температуре (активной температуре), при которой начинает проявляться восстановление NО_х ионом меди в стандартном состоянии, т.е. атмосфере, содержащей NO₂ и О₂. Следовательно, в зависимости от рабочего состояния двигателя 1 внутреннего сгорания, может продолжать существовать состояние, в котором проявляется восстановление NO_x на ионе меди в стандартном состоянии, но не проявляется возврат валентности иона меди в ухудшенном состоянии. Например, если двигатель 1 внутреннего сгорания продолжает работать с малой нагрузкой, или выхлопные газы, поступающие в катализатор СКВ, продолжают иметь меньшее или равное стехиометрическому соотношение воздух-топливо, велика вероятность того, что будет продолжаться состояние, в котором проявляется восстановление NO_x на ионе меди в стандартном состоянии, но не проявляется возврат валентности иона меди в ухудшенном состоянии. Когда двигатель 1 внутреннего сгорания останавливают сразу после того, как продолжалось такое состояние, следующий запуск в работу двигателя 1 внутреннего сгорания происходит в состоянии, в котором количество ионов меди в стандартном состоянии невелико. В результате, сразу после запуска двигателя 1 внутреннего сгорания характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x могут быть ухудшены, и непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ может быть затруднено.

[0036] Следовательно, в соответствии с данным вариантом осуществления, выполняют возвратную обработку таким способом управления нагревателем 40, что температура катализатора СКВ увеличивается до первой температуры или выше нее, и эта температура поддерживается в течение предписанного периода времени, когда NO_x не поступает в катализатор СКВ и во второй каталитической камере 4 присутствует О₂. Как описано выше, указанная здесь первая температура представляет собой температуру, которая вызывает проявление возврата валентности ионов меди в ухудшенном состоянии, причем эта температура (например, 200°С или более) выше температуры (например, 150°С или более), при которой начинает проявляться восстановление NО_х ионами меди в стандартном состоянии. Предписанный период времени представляет собой период времени, необходимый для выполнения возврата валентности практически всех ионов меди в ухудшенном состоянии. Способ установления предписанного периода времени будет описан далее.

[0037] При этом случай, когда NО_х не поступает в катализатор СКВ, может быть случаем, когда двигатель внутреннего сгорания находится в остановленном состоянии. Однако, при попытке выполнения возвратной обработки после истечения относительного долгого времени с момента остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, может увеличиваться энергопотребление нагревателя 40. Причина этого в том, что температура катализатора СКВ снижается с течением времени после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, что вызывает увеличение количества тепла, необходимого для повышения температуры катализатора СКВ до первой температуры или выше нее. Следовательно, в данном варианте осуществления возвратную обработку выполняют непосредственно после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, то есть, когда катализатор СКВ еще находится при относительно высокой температуре, используя остановку двигателя 1 внутреннего сгорания в качестве пускового сигнала.

[0038] Ниже способ выполнения возвратной обработки будет описан со ссылкой на фиг. 3. Фиг. 3 иллюстрирует количество поступающих в катализатор СКВ NO_x (приток NO_x), температуру катализатора СКВ, рабочее состояние нагревателя 40 и изменение во времени показаний счетчика при остановке двигателя внутреннего сгорания. Термин «счетчик» на фиг. 3 означат счетчик для интегрирования количества ионов меди, ионная валентность которых оценивается как подлежащая возврату за единицу времени после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания. Термин «предусмотренная величина» означает величину, соответствующую количеству ионов меди, оцененных как перешедшие в ухудшенное состояние, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен. В данном варианте осуществления предусмотренную величину устанавливают, предполагая тот случай, когда максимальное количество ионов меди переведено в ухудшенное состояние при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания. Такую предусмотренную величину получают статистически из результатов эксперимента, моделирования или т.п.

[0039] Как показано на фиг. 3, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен (t1 на фиг. 3), количество NO_x (приток NO_x), поступающих в катализатор СКВ, установлено равным нулю. Следовательно, ЭБУ 10 приводит в действие (включает) нагреватель 40 для нагревания катализатора СКВ. В это время, поскольку температура катализатора СКВ относительно высокая, катализатор СКВ может быть нагрет до первой температуры или выше меньшим количеством тепла, чем в случае, когда катализатор СКВ находится в холодном состоянии. Когда температура катализатора СКВ достигает первой температуры (t2 на фиг. 3), начинает проявляться возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии. В этом случае, поскольку приток NO_x равен нулю, снижения ионной валентности, относящегося к восстановлению NO_x ионами меди в стандартном состоянии, не проявляется. В результате может быть эффективным образом уменьшено количество ионов меди, перешедших в ухудшенное состояние. Когда температура катализатора СКВ достигает первой температуры и, тем самым, начинает проявляться возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии, ЭБУ 10 начинает интегрировать количество ионов меди при помощи счетчика. При этом количество ионов меди, ионная валентность которых возвращается в единицу времени, становится большим по мере того, как становится выше температура катализатора СКВ. Следовательно, обновляемое счетчиком количество в единицу времени увеличивается быстрее с ростом температуры катализатора СКВ.

[0040] Когда нагреватель 40 нагревает катализатор СКВ и за счет этого температура катализатора СКВ достигает целевой температуры T_цель, которая больше или равна первой температуре (t3 на фиг. 3), ЭБУ 10 управляет нагревателем 40 с тем, чтобы температура катализатора СКВ поддерживалась равной целевой температуре T_цель. Указанная здесь целевая температура T_цель представляет собой температуру, определенную с учетом баланса между энергопотреблением и скоростью возврата валентности, или т.п. Когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен, имеется вероятность того, что NH₃ адсорбируется на по меньшей мере некоторых из ионов меди, содержащихся в катализаторе СКВ. Следовательно, когда температура катализатора СКВ в ходе выполнения возвратной обработки слишком увеличивается, адсорбировавшийся на ионах меди NH₃ может десорбироваться или окисляться. Однако, когда поток газа через катализатор СКВ отсутствует, как в случае после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, адсорбировавшийся на ионах меди NH₃ остается в катализаторе СКВ, даже если он десорбировался с ионов меди. Следовательно, когда температура катализатора СКВ снижается, существует большая вероятность того, что десорбировавшийся NH₃ снова адсорбируется на ионах меди. Поэтому можно сказать, что нет необходимости ограничивать целевую температуру T_цель меньшей величиной, чем температура, при которой начинает десорбироваться NH₃. Однако, когда температуру катализатора СКВ увеличивают до температуры, превышающей температуру, при которой начинает десорбироваться NH₃, адсорбировавшийся на ионах меди NH₃ может окисляться. Следовательно, целевая температура T_цель ограничена такими температурами, которые меньше температуры (второй температуры), при которой начинает проявляться окисление NH₃. Когда целевую температуру T_цель устанавливают таким образом, может быть достигнут возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии без окисления адсорбированного на ионах меди NH₃. В результате, когда NО_х поступает в катализатор СКВ после следующего запуска двигателя 1 внутреннего сгорания, становится возможным восстановление поступающего NО_х при помощи NH₃, адсорбированного на ионах меди.

[0041] Со ссылкой опять на фиг. 3, когда значение счетчика достигает предусмотренной величины (t4 на фиг. 3), ЭБУ 10 останавливает (выключает) нагреватель 40, сбрасывая значение счетчика на «ноль». Предписанный период в этом случае – это период от t2 до t4 на фиг. 3. То есть, предписанный период в этом случае представляет собой период, необходимый для возврата ионной валентности практически всего количества ионов меди, предположительно переведенных в ухудшенное состояние, в момент остановки двигателя 1 внутреннего сгорания.

[0042] Выше было со ссылкой на фиг. 3 приведено описание способа выполнения возвратной обработки в том случае, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания меньше первой температуры. Однако температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания может быть равной первой температуре или большей нее. В таком случае предполагается, что возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии достигается автоматически перед остановкой и непосредственно после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания. Следовательно, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания больше или равна первой температуре, выполнение возвратной обработки может быть запрещено. В соответствии с таким способом становится возможным сдерживание роста энергопотребления нагревателя 40, связанного с выполнением возвратной обработки. Однако, даже в описанном выше случае, возврат валентности практически всего количества ионов меди, перешедших в ухудшенное состояние, не обязательно выполняется автоматически. В результате, характеристики катализатора СКВ по восстановлению NО_х после следующего запуска двигателя 1 внутреннего сгорания могут не соответствовать желаемым характеристикам. Следовательно, ввиду более надежного достижения желаемых характеристик катализатора СКВ по восстановлению NО_х после того, как двигатель 1 внутреннего сгорания запускается следующей раз, возвратная обработка может выполняться в предположении, что в ухудшенное состояние переведено количество ионов меди, соответствующее предусмотренной величине, даже в том случае, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя внутреннего сгорания равна первой температуре или больше нее, как и в случае, когда температура катализатора СКВ меньше первой температуры при остановке двигателя внутреннего сгорания. В таком случае возвратная обработка может быть выполнена, когда температура катализатора СКВ снижается до величины ниже первой температуры после остановки двигателя внутреннего сгорания.

[0043] Далее со ссылкой на фиг. 4 будет описан способ выполнения возвратной обработки в случае, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания больше или равна первой температуре. Как показано на фиг. 4, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания больше или равна первой температуре, возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии осуществляется автоматически без нагрева катализатора СКВ нагревателем 40 в течение периода (периода автоматического возврата) от момента времени (t1 на фиг. 4), когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен, до момента времени (t2' на фиг. 4), когда температура катализатора СКВ снижается до величины менее первой температуры. Следовательно, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен, ЭБУ 10 начинает интегрировать количество ионов меди при помощи счетчика без приведения в действие нагревателя 40. Затем, когда температура катализатора СКВ становится меньшей первой температуры (t'2 на фиг. 4), ЭБУ 10 приводит в действие (включает) нагреватель 40. Когда нагреватель 40 нагревает катализатор СКВ и за счет этого температура катализатора СКВ достигает целевой температуры T_цель (t3 на фиг. 4), ЭБУ 10 управляет нагревателем 40 так, чтобы температура катализатора СКВ поддерживалась на целевой температуре T_цель. Когда значение счетчика достигает предусмотренной величины (t4 на фиг. 4), ЭБУ 10 останавливает (выключает) нагреватель 40, сбрасывая значение счетчика на «ноль». Предписанный период в этом случае – это период от t2' до t4 на фиг. 4. То есть, предписанный период в этом случае представляет собой период, необходимый для возврата ионной валентности того количества ионов меди, которое предполагается перешедшим в ухудшенное состояние, в конце периода автоматического возврата (количество, получаемое вычитанием количества ионов меди, ионная валентность которых возвращена в период автоматического возврата, из того количества ионов меди, которое предполагается перешедшим в ухудшенное состояние, в момент остановки двигателя 1 внутреннего сгорания).

[0044] Как показано на фиг. 3 и 4, когда возвратную обработку выполняют непосредственно после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, может быть выполнен возврат валентности практически всего количества ионов меди в ухудшенном состоянии, при сохранении энергопотребления нагревателя 40 как можно более низким. Поскольку возвратную обработку выполняют, когда NО_х не поступают в катализатор СКВ, возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии также может быть проведен эффективно. Кроме того, поскольку температура катализатора СКВ во время возвратной обработки ограничена уровнем ниже второй температуры, возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии может быть проведен без окисления NH₃, который адсорбировался на ионах меди. Поэтому возможно предотвратить ту ситуацию, когда характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x ухудшаются или когда непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ становится затруднительным, после следующего запуска двигателя 1 внутреннего сгорания.

[0045] Далее со ссылкой на фиг. 5 описаны процедуры выполнения возвратной обработки в настоящем варианте осуществления. Фиг. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру обработки, реализуемую ЭБУ 10 при выполнении возвратной обработки. Эта процедура обработки предварительно сохранена в запоминающем устройстве, таком как ПЗУ ЭБУ 10, и выполняется при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания в качестве пускового сигнала. Используемая здесь остановка двигателя 1 внутреннего сгорания определяется при условии, что замок зажигания, не показанный на фигурах, переведен из положения «включено» в положение «выключено». В конфигурации осуществления так называемого управления «старт-стоп», при котором двигатель 1 внутреннего сгорания автоматически отключается и снова запускается при остановке транспортного средства (автомобиля), двигатель 1 внутреннего сгорания может быть определен как остановленный, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен автоматически. В так называемых гибридных транспортных средствах, в которых в качестве двигателя транспортного средства имеется не только двигатель 1 внутреннего сгорания, но и электромотор или т.п., двигатель 1 внутреннего сгорания может быть определен как остановленный, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен автоматически с целью приведения транспортного средства в движение только электромотором.

[0046] В соответствии с процедурой обработки, показанной на фиг. 5, ЭБУ 10 сначала определяет на этапе S101, сгенерирован ли запрос на пуск двигателя 1 внутреннего сгорания. Если на этапе S101 сделано положительное определение, ЭБУ 10 переходит к этапу S102. На этапе S102 ЭБУ 10 регистрирует температуру T_СКВ катализатора СКВ. Если этап S102 выполняется первый раз после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, может быть считана температура T_СКВ катализатора СКВ непосредственно до остановки двигателя 1 внутреннего сгорания. Непосредственно до остановки двигателя 1 внутреннего сгорания через катализатор СКВ циркулируют выхлопные газы, и поэтому тепло катализатора СКВ имеет тенденцию излучательно передаваться выхлопным газам. Следовательно, температура T_СКВ катализатора СКВ считается коррелирующей с температурой выхлопных газов, вытекающих из катализатора СКВ. Поэтому температура T_СКВ катализатора СКВ, рассчитанная по величине, измеренной датчиком 8 температуры выхлопных газов, может быть сохранена в запоминающем устройстве, таком как резервное ОЗУ ЭБУ 10. Если этап S102 выполняется во второй или более раз после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, ЭБУ 10 рассчитывает температуру T_СКВ катализатора СКВ на основании величины, измеренной датчиком 9 температуры кожуха. Причина этого в том, что температура катализатора СКВ считается более коррелирующей с величиной, измеренной датчиком 9 температуры кожуха, чем с величиной, измеренной датчиком 8 температуры выхлопных газов, поскольку тепло катализатора СКВ имеет тенденцию излучательно передаваться кожуху, когда нет циркуляции выхлопных газов в катализаторе СКВ. В той конфигурации, где вторая каталитическая камера 4 оборудована датчиком, непосредственно измеряющим температуру катализатора СКВ, измеренная этим датчиком величина может быть использована в любом из описанных выше случаев.

[0047] На этапе S103 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет зарегистрированная на этапе S102 температура T_СКВ катализатора СКВ большей или равной первой температуре Т1. Первая температура Т1 представляет собой температуру, вызывающую проявление возврата валентности ионов меди в ухудшенном состоянии, как описано выше.

[0048] Если на этапе S103 сделано отрицательное определение, ЭБУ 10 переходит к выполнению этапа S108. Если этап S108 выполняется в первый раз после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания, ЭБУ 10 приводит в действие (включает) нагреватель 40, начиная подачу возбуждающего электропитания на нагреватель 40. Если этап S108 выполняется во второй или более раз, нагреватель 40 уже находится в работающем состоянии. Следовательно, ЭБУ 10 может поддерживать работающее состояние нагревателя 40 путем непрерывной подачи возбуждающего электропитания на нагреватель 40. После выполнения этапа S108 ЭБУ 10 возвращается к выполнению этапа S101. В этом случае, если генерируется запрос на повторный пуск двигателя 1 внутреннего сгорания, это указывает на то, что на этапе S101 сделано положительное определение. Следовательно, ЭБУ 10 переходит к выполнению этапа S106, на котором нагреватель 40 останавливается (выключается). Затем ЭБУ 10 сбрасывает на «ноль» значение счетчика С и заканчивает выполнение предустановленной процедуры обработки.

[0049] Когда температура T_СКВ катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания больше или равна первой температуре Т1 или когда температура T_СКВ катализатора СКВ повышена до первой температуры Т1 или более в результате работы нагревателя 40, на этапе S103 делается положительное определение. В этом случае в катализаторе СКВ проявляется возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии. Поэтому, когда на этапе S103 сделано положительное определение, ЭБУ 10 переходит к этапу S104 и обновляет значение С счетчика. Как указано в описании фиг. 3, счетчик предназначен для подсчета интегрированного количества ионов меди, ионная валентность которых возвращена вследствие того, что температура катализатора СКВ стала большей или равной первой температуре Т1 после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания. Обновленная величина значения счетчика С на этапе S104 становится больше по мере увеличения температуры T_СКВ катализатора СКВ, как описано выше.

[0050] На этапе S105 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет обновленное на этапе S104 значение счетчика С большим или равным предусмотренной величине Cs. Предусмотренная величина Cs представляет собой величину, соответствующую количеству перешедших в ухудшенное состояние ионов меди, к тому моменту, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен, как описано выше. Предусмотренная величина Cs заранее задана исходя из предположения, что в момент, когда остановлен двигатель 1 внутреннего сгорания, в ухудшенное состояние переведено максимальное количество ионов меди. Если на этапе S105 сделано отрицательное определение, возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии в катализаторе СКВ считается неполным. Следовательно, ЭБУ 10 переходит к этапу S109.

[0051] На этапе S109 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет зарегистрированная на этапе S102 температура T_СКВ катализатора СКВ большей или равной установленному верхнему пределу температуры T_макс. Установленный верхний предел температуры T_макс, используемый здесь, представляет собой температуру выше первой температуры Т1 и ниже второй температуры (температуры окисления NH₃). Например, установленный верхний предел температуры T_макс – это температура, полученная вычитанием установленного допуска из второй температуры.

[0052] Когда на этапе S109 сделано положительное определение, ЭБУ 10 переходит к выполнению этапа S110. В этом случае, если нагреватель 40 находится в работающем состоянии, ЭБУ 10 выключает нагреватель 40 с тем, чтобы предотвратить нагревание катализатора СКВ до второй температуры или выше нее. Если нагреватель 40 уже находится в выключенном состоянии, ЭБУ 10 оставляет нагреватель 40 в выключенном состоянии.

[0053] Если на этапе S109 сделано отрицательное определение, или после того, как выполнен этап S110, ЭБУ 10 возвращается к этапу S101.

[0054] Если при выполнении этапа S105 сделано положительное определение, возврат валентности практически всего количества находившихся в ухудшенном состоянии ионов меди в катализаторе СКВ может считаться завершенным. В результате, ЭБУ 10 переходит к этапу S106, на котором нагреватель 40 останавливается (выключается). Далее ЭБУ 10 переходит к выполнению этапа S107, на котором значение счетчика С сбрасывается на «ноль», и заканчивает выполнение данной процедуры обработки.

[0055] При этом, когда ЭБУ 10 выполняет этап S102, реализуется «средство регистрации» по настоящему изобретению. Когда ЭБУ 10 выполняет этапы S103 - S110, реализуется «средство управления» по настоящему изобретению.

[0056] Когда возвратную обработку выполняют по описанным выше процедурам, в катализаторе СКВ может быть проведен эффективный возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии, при этом может поддерживаться низким энергопотребление нагревателя 40. В результате становится возможным подавить возникновение такой ситуации, когда характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x ухудшаются или когда становится затруднительным непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ после запуска двигателя 1 внутреннего сгорания следующий раз.

[0057] В настоящем варианте осуществления нагревателем 40 управляют так, чтобы температура катализатора СКВ во время возвратной обработки не достигала второй температуры или не превышала ее. Однако, когда температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания больше или равна температуре (третьей температуре), при которой начинает десорбироваться NH₃, температура катализатора СКВ во время возвратной обработки может быть увеличена до второй температуры или выше. Причина этого в том, что если температура катализатора СКВ при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания больше третьей температуры, можно предположить, что количество NH₃, адсорбированного на ионах меди, является практически нулевым. Когда температуру катализатора СКВ во время возвратной обработки увеличивают до второй температуры или выше, период выполнения возвратной обработки может быть дополнительно сокращен. В результате, становится проще завершить возвратную обработку до того, как генерируется запрос на повторный пуск.

Модификация первого варианта осуществления

[0058] В описанном выше первом варианте осуществления приведено описание примера выполнения возвратной обработки при предположении, что количество ионов меди, перешедших в ухудшенное состояние на тот момент, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен, равно заданному фиксированному количеству (вышеуказанной предусмотренной величине). Однако, количество ионов меди, перешедших в ухудшенное состояние на тот момент (требующее возврата количество), когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен, может быть оценено, и возвратная обработка может быть выполнена на основании этого требующего возврата количества.

[0059] В данной модификацией, когда оценивают вышеуказанное требующее возврата количество, количество ионов меди в ухудшенном состоянии подходящим образом оценивают во время работы двигателя 1 внутреннего сгорания. Более конкретно, количество ионов меди в ухудшенном состоянии получают интегрированием разности количества ионов меди, которое переходит из стандартного состояния в ухудшенное состояние за единицу времени, и количества ионов меди, которое переходит из ухудшенного состояния в стандартное состояние за единицу времени. Далее со ссылкой на фиг. 6 приведено описание процедур расчета количества ионов меди в ухудшенном состоянии во время работы двигателя 1 внутреннего сгорания. Фиг. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру обработки, выполняемую ЭБУ 10 при расчете количества ионов меди в ухудшенном состоянии. Эта процедура обработки, предварительно сохраненная в запоминающем устройстве, таком как ПЗУ ЭБУ 10, периодически выполняется во время работы двигателя 1 внутреннего сгорания (например, когда замок зажигания находится в положении «включено»).

[0060] В соответствии с процедурой обработки, показанной на фиг. 6, сначала на первом этапе S201 ЭБУ 10 получает данные о температуре T_СКВ катализатора СКВ, количестве Ао2 кислорода О₂, поступающего в катализатор СКВ (притоке О₂) в единицу времени, количестве Аnox NO_x, поступающих в катализатор СКВ (притоке NO_x) в единицу времени, и количестве Аno2 NO₂, поступающего в катализатор СКВ (притоке NO₂) в единицу времени. При этом температура T_СКВ катализатора СКВ рассчитывается на основании величины, измеренной датчиком 8 температуры выхлопных газов, как описано выше. Количество Ао2 притока О₂ оценивается на основании температуры катализатора NSR, заключенного в первой каталитической камере 3, и рабочих условий (например, количества всасываемого воздуха, количества впрыскиваемого топлива, числа оборотов двигателя, температуры двигателя и т.д.) двигателя 1 внутреннего сгорания. К части выхлопного канала 2 между первой каталитической камерой 3 и второй каталитической камерой 4 может быть прикреплен датчик концентрации О₂ для расчета количества Ао2 притока О₂ на основании величины, измеренной датчиком концентрации О₂, и расхода выхлопных газов (например, суммы количества всасываемого воздуха и количества впрыскиваемого топлива). Количество Anox притока NO_x рассчитывается на основании измеренной первым датчиком 6 NO_x величины и расхода выхлопных газов. Количество Ano2 притока NO₂ рассчитывается на основании отношения NO₂/NO в NO_x, поступающих в катализатор СКВ, и количества Аnox притока NO_x. Например, отношение NO₂/NO в NO_x, поступающих в катализатор СКВ, оценивается с использованием температуры катализатора NSR и рабочих условий (числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя и т.д.) двигателя 1 внутреннего сгорания.

[0061] На этапе S202 ЭБУ 10 рассчитывает количество (количество возвращенных ионов) Acu²⁺ ионов меди, которое переходит из ухудшенного состояния в стандартное состояние за единицу времени. Как описано выше, когда температура катализатора СКВ больше или равна первой температуре, а О₂ или NO₂ присутствует в катализаторе СКВ, проявляется возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии. Поэтому можно сказать, что количество возвращенных ионов Acu²⁺ коррелируется с температурой T_СКВ, количеством Ао2 притока О₂ и количеством Ano2 притока NO₂ в катализаторе СКВ. В настоящей модификации данные о такой корреляции получают на основании результатов эксперимента или моделирования, а полученные данные о корреляции хранят в виде карты. На этапе S202 ЭБУ 10 выводит количество возвращенных ионов Acu²⁺ путем обращения к этой карте, используя в качестве аргумента температуру T_СКВ, количество Ао2 притока О₂ и количество Ano2 притока NO₂ в катализаторе СКВ, полученные при выполнении этапа S201.

[0062] На этапе S203 ЭБУ 10 рассчитывает количество (количество ухудшенных ионов) Acu⁺ ионов меди, которые переходят из стандартного состояния в ухудшенное состояние за единицу времени. Восстановление NO_x ионами меди Cu²⁺ в стандартном состоянии проявляется тогда, когда температура T_СКВ катализатора СКВ больше или равна активной температуре, а NO_x поступает в катализатор СКВ. Поэтому можно сказать, что количество ухудшенных ионов Acu⁺ коррелируется с температурой T_СКВ и количеством Anox притока NO_x в катализаторе СКВ. В настоящей модификации данные о такой корреляции получают на основании результатов эксперимента или моделирования, а полученные данные о корреляции хранят в виде карты. На этапе S203 ЭБУ 10 выводит количество ухудшенных ионов Acu⁺ путем обращения к этой карте, используя в качестве аргумента температуру T_СКВ и количество Anoх притока NO_х в катализаторе СКВ, полученные при выполнении этапа S201.

[0063] На этапе S204 ЭБУ 10 рассчитывает изменение ΔAcu⁺ (=Acu⁺ - Acu²⁺) количества ионов меди в ухудшенном состоянии за единицу времени путем вычитания количества возвращенных ионов Acu²⁺, рассчитанного на этапе S202, из количества ухудшенных ионов Acu⁺, рассчитанного на этапе S203. При этом, когда количество ухудшенных ионов Acu⁺ больше количества возвращенных ионов Acu²⁺, изменение ΔAcu⁺ становится положительной величиной. Когда количество возвращенных ионов Acu²⁺ больше количества ухудшенных ионов Acu⁺, изменение ΔAcu⁺ становится отрицательной величиной.

[0064] На этапе S205 рассчитывается количество ΣAcu⁺ переведенных в ухудшенное состояние ионов меди в данный момент времени. А именно, ЭБУ 10 рассчитывает количество ΣAcu⁺ переведенных в ухудшенное состояние ионов меди в данный момент времени путем сложения изменения ΔAcu⁺, рассчитанного на этапе S204, с предыдущим значением ΣAcu⁺_старое количества ионов меди, переведенных в ухудшенное состояние. Рассчитанное таким образом количество ΣAcu⁺ ионов меди хранится в резервном ОЗУ, которое способно хранить данные после остановки двигателя 1 внутреннего сгорания.

[0065] Далее со ссылкой на фиг. 7 будут описаны процедуры выполнения возвратной обработки в настоящей модификации. Фиг. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру обработки, выполняемую ЭБУ 10 при выполнении возвратной обработки. Пусковым сигналом для осуществления этой процедуры обработки служит остановка двигателя 1 внутреннего сгорания, как и в случае описанной выше процедуры обработки по фиг. 5. Этапам процедуры обработки на фиг. 7, аналогичным этапам процедуры обработки по фиг. 5, присвоены одинаковые ссылочные обозначения. В процедуре обработки по фиг. 7 этапы S301-S303 выполняют до этапа S101 в процедуре обработки по фиг. 5. В процедуре обработки по фиг. 7 этап S105 процедуры обработки по фиг. 5 заменен этапами S304-S305.

[0066] Сначала, на этапе S301 ЭБУ 10 считывает из резервного ОЗУ величину ΔAcu⁺, рассчитанную при выполнении процедуры по фиг. 6 непосредственно перед остановкой двигателя 1 внутреннего сгорания. Величина ΔAcu⁺ соответствует количеству переведенных в ухудшенное состояние ионов меди (требующему возврата количеству) при остановке двигателя 1 внутреннего сгорания.

[0067] На этапе S302 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет требующее возврата количество ΔAcu⁺, считанное на этапе S301, большим или равным установленному пороговому значению A_порог. Установленное пороговое значение A_порог, используемое здесь, - это количество, заданное в предположении, что когда повторный запуск двигателя 1 внутреннего сгорания происходит, пока в ухудшенное состояние переведено количество ионов меди, меньшее установленного порогового значения A_порог, катализатор СКВ способен обеспечить желаемые или более высокие характеристики по восстановлению NO_x, или же количество, заданное в предположении, что катализатором СКВ может осуществляться непрерывное восстановление NO_x. Когда на этапе S302 сделано отрицательное определение, ЭБУ 10 последовательно выполняет этапы S106 и S107 и заканчивает выполнение данной процедуры обработки. То есть, возвратная обработка не выполняется, если на этапе S302 сделано отрицательное определение. Когда на этапе S302 сделано положительное определение, ЭБУ 10 переходит к выполнению этапа S303.

[0068] На этапе S303 ЭБУ 10 устанавливает предусмотренную величину Cs', используемую на вышеописанном этапе S304, используя в качестве параметра требующее возврата количество ΔAcu⁺, считанное на этапе S301. А именно, ЭБУ 10 устанавливает предусмотренную величину Cs' на значение, идентичное требующему возврата количеству ΔAcu⁺. В качестве альтернативы, предусмотренная величина Cs' может быть установлена на значение, полученное вычитанием установленного порогового значения A_порог из требующего возврата количества ΔAcu⁺.

[0069] ЭБУ 10 последовательно выполняет этапы S101-S103 после выполнения этапа S303. В этом случае, если на этапе S103 сделано положительное определение, ЭБУ 10 последовательно выполняет этап S104 и этап S304. На этапе S304 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет значение счетчика С большим или равным предусмотренной величине Cs', установленной на этапе S303. Если на этапе S304 сделано положительное определение, ЭБУ 10 переходит к этапу S305. На этапе S305 ЭБУ 10 сбрасывает на «ноль» значение ΔAcu⁺, сохраненное в резервном ОЗУ. Затем ЭБУ 10 последовательно выполняет этап S106 и этап S107, так что возвратная обработка завершается.

[0070] Когда возвратная обработка выполняется по таким процедурам, период (предписанный период), в течение которого нагреватель 40 поддерживает катализатор СКВ на уровне или выше первой температуры Т1, изменяется в соответствии с количеством переведенных в ухудшенное состояние ионов меди (требующим возврата количеством) ΔAcu⁺ в момент остановки двигателя 1 внутреннего сгорания. То есть, в том случае, когда требующее возврата количество ΔAcu⁺ мало, предписанный период сокращается по сравнению со случаем, когда требующее возврата количество ΔAcu⁺ велико. В результате становится возможным добиться возврата валентности переведенных в ухудшенное состояние ионов меди, поддерживая энергопотребление нагревателя 40 на необходимом минимуме. Когда требующее возврата количество ΔAcu⁺ меньше установленного порогового значения A_порог, возвратная обработка не проводится. Следовательно, также может быть исключена ненужная работа нагревателя 40.

Второй вариант осуществления

[0071] Далее со ссылкой на фиг. 8-10 будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. Здесь будут описаны только те аспекты конфигурации, которые отличаются от описанных в первом варианте осуществления, тогда как описание сходных аспектов конфигурации опущено. В вышеуказанном первом варианте осуществления в качестве примера случая, когда NO_x не поступает в катализатор СКВ, использован тот случай, когда двигатель 1 внутреннего сгорания остановлен. В настоящем варианте осуществления в качестве примера использован случай, когда в катализатор СКВ протекает газ, не содержащий NO_x. Используемый здесь газ, не содержащий NO_x, может включать не только тот газ, который совсем не содержит NO_x, но и газ, содержащий приемлемое количество NO_x (количество, считающееся достаточно небольшим, чтобы позволить проходить эффективному возврату валентности ионов переходного металла, переведенных в ухудшенное состояние в катализаторе СКВ).

[0072] Примеры случая, когда в катализатор СКВ течет газ, не содержащий NO_x, включают тот случай, когда практически все количество NО_х, выбрасываемого из двигателя 1 внутреннего сгорания в ходе его работы, накапливается в катализаторе NSR в первой каталитической камере 3, и тот случай, когда выполняется отсечка топлива. Случай, когда практически все количество NО_х, выбрасываемого из двигателя 1 внутреннего сгорания, накапливается в катализаторе NSR, может представлять собой случай, когда соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих в катализатор NSR, соответствует бедной смеси. Однако, даже когда поступающие в катализатор NSR выхлопные газы обладают бедным соотношением воздух-топливо, часть NO_x, поступающих в катализатор NSR, склонно проскакивать через катализатор NSR, если накопленное в катализаторе NSR количество NO_x относительно большое. Поэтому в настоящем варианте осуществления, когда накопленное в катализаторе NSR количество NO_x меньше или равно установленному верхнему пределу, а соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, поступающих на катализатор NSR, соответствует бедной смеси, определяется, что в катализатор NSR поступает газ, не содержащий NO_x. Используемый здесь термин «установленный верхний предел» означает величину, установленную в предположении, что если накопленное в катализаторе NSR количество NO_x превышает установленный верхний предел, то количество NO_x сверх вышеуказанного приемлемого количества NO_x может проскакивать через катализатор NSR. Величину установленного верхнего предела определяют заранее на основании результатов эксперимента или моделирования.

[0073] Теперь, когда возвратная обработка выполняется в то время, пока через катализатор SСR проходит газ, не содержащий NO_x, адсорбированный на ионах меди NH₃ может десорбироваться и покидать катализатор СКВ вместе с этим газом. При этом на фиг. 8 показано соотношение между температурой катализатора СКВ, количеством ионов меди, ионная валентность которых возвращается за единицу времени (скоростью возврата валентности), количеством NH₃, десорбировавшегося с ионов меди за единицу времени (скоростью десорбции), и количеством NH₃, окислившегося за единицу времени (скоростью окисления). Сплошная линия на фиг. 8 обозначает скорость возврата валентности ионов меди. Одноточечная штрихпунктирная линия на фиг. 8 обозначает скорость окисления NH₃. Двухточечная штрихпунктирная линия на фиг. 8 обозначает скорость десорбции NH₃.

[0074] Как показано на фиг. 8, когда температура катализатора СКВ становится большей или равной Т3 (третьей температуре), начинает проявляться десорбция NH₃, адсорбированного на ионах меди. Третья температура Т3 больше температуры (первой температуры) Т1, при которой начинает проявляться возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии, и меньше температуры (второй температуры) Т2, при которой NH₃ начинает окисляться. Следовательно, как и в вышеуказанном первом варианте осуществления, даже когда температура катализатора СКВ в ходе возвратной обработки ограничена величиной меньше второй температуры Т2, температура катализатора СКВ может становится большей или равной третьей температуре Т3. Когда температура катализатора СКВ становится большей или равной третьей температуре Т3, пока через катализатор СКВ протекает газ, не содержащий NО_х, десорбированный с ионов меди NH₃ склонен покидать катализатор СКВ вместе с этим газом. Следовательно, даже когда температура катализатора СКВ снижается до третьей температуры Т3 или ниже нее после завершения обработки по возврату валентности, маловероятно, что десорбированный NH₃ снова адсорбируется на ионах меди.

[0075] Соответственно, при возвратной обработке по настоящему варианту осуществления температура катализатора СКВ ограничена величиной ниже третьей температуры Т3. Когда температура катализатора СКВ в ходе возвратной обработки ограничена величиной ниже третьей температуры, возможно избежать ситуации, когда NH₃, адсорбированный на ионах меди в начале возвратной обработки, десорбируется и вытекает из катализатора СКВ. В результате, когда содержащий NO_x газ поступает в катализатор СКВ по окончании возвратной обработки, становится возможно восстановление NO_x в выхлопных газах при помощи адсорбированного NH₃.

[0076] Далее со ссылкой на фиг. 9 будут описаны процедуры выполнения возвратной обработки в настоящем варианте осуществления. Фиг. 9 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру обработки, выполняемую ЭБУ 10 при выполнении возвратной обработки. При этом возвратную обработку выполняют в предположении, что количество ионов меди, переведенных в ухудшенное состоянии на момент начала возвратной обработки, равно предусмотренной величине (величине, заданной в предположении, что в ухудшенное состояние переведено максимальное количество ионов меди), аналогично предусмотренной величине в первом варианте осуществления. Этапам обработки на фиг. 9, аналогичным этапам процедуры по фиг. 5, присвоены аналогичные ссылочные обозначения. В процедуре обработки по фиг. 9 этап S101 процедуры по фиг. 5 заменен этапом S401. Кроме этого, в процедуре обработки по фиг. 9 этап S109 процедуры по фиг. 5 заменен этапом S402.

[0077] Сначала, на этапе S401 ЭБУ 10 определяет, удовлетворяются ли или нет условия возврата. А именно, если накопленное в катализаторе NSR количество NO_x меньше установленного верхнего предела, а соотношение воздух-топливо поступающих в катализатор NSR выхлопных газов соответствует бедной смеси, ЭБУ 10 определяет, что условия возврата удовлетворяются. Когда выполняется отсечка топлива двигателя 1 внутреннего сгорания, ЭБУ 10 также определяет, что условия возврата удовлетворяются.

[0078] Если на этапе S401 сделано положительное определение, ЭБУ 10 выполняет этап S102 и далее. Если на этапе S103 сделано отрицательное определение, ЭБУ 10 выполняет этап S108. В настоящем варианте осуществления, когда нагреватель 40 приведен в действие на этапе S108, количество подаваемой на нагреватель 40 энергии может регулироваться в соответствии с количеством газа, протекающего через катализатор СКВ. То есть, в случае, если количество протекающего через катализатор СКВ газа мало, количество подаваемой на нагреватель 40 энергии может быть уменьшено по сравнению со случаем, когда количество протекающего через катализатор СКВ газа велико. Причина этого в том, что в случае, когда количество протекающего через катализатор СКВ газа мало, количество тепла, излучательно передаваемого от катализатора СКВ газу, уменьшается по сравнению со случаем, когда количество протекающего через катализатор СКВ газа велико, поэтому катализатор СКВ может быть нагрет меньшим количеством энергии. Когда выполнение этапа S108 закончено, ЭБУ 10 возвращается к выполнению этапа S401.

[0079] Если на этапе S105 сделано отрицательное определение, ЭБУ 10 переходит к этапу S402, на котором определяют, является ли или нет температура T_СКВ катализатора СКВ большей или равной установленному верхнему пределу температуры T_макс'. Установленный верхний предел температуры T_макс', используемый здесь, - это температура, получаемая вычитанием установленного допуска из третьей температуры Т3. Если на этапе S402 сделано положительное определение, ЭБУ 10 останавливает (выключает) нагреватель 40 на этапе S110, чтобы предотвратить увеличение температуры T_СКВ катализатора СКВ до третьей температуры Т3 или выше нее. Когда выполнение этапа S110 закончено, ЭБУ 10 возвращается к этапу S402. Если на этапе S402 сделано отрицательное определение, ЭБУ 10 пропускает этап S110 и возвращается к этапу S401.

[0080] Если возвратная обработка выполняется по такой процедуре, возврат валентности ионов меди в ухудшенном состоянии может быть осуществлен даже при протекании газа через катализатор СКВ. В соответствии с вышеописанными процедурами становится возможным выполнять возвратную обработку два или более раза за одну поездку. Вследствие этого можно легко поддерживать количество ионов меди в ухудшенном состоянии небольшим. В результате, становиться легко поддерживать характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x на желаемом уровне или выше и осуществлять непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ.

[0081] В настоящем варианте осуществления нагревателем 40 управляют так, чтобы температура катализатора СКВ во время возвратной обработки не достигала третьей температуре или выше. Однако, количество NH₃, адсорбированного на ионах переходного металла, может считаться практически нулевым, когда температура катализатора СКВ в момент начала выполнения возвратной обработки больше или равна третьей температуре. Следовательно, температура катализатора СКВ во время возвратной обработки может быть увеличена до второй температуры или выше, при этом вторая температура больше, чем третья температура. В этом случае период выполнения возвратной обработки может быть сокращен еще больше. В результате, количество ионов меди в ухудшенном состоянии может быть с большей уверенностью уменьшено даже за относительно короткий период, такой как, например, во время отсечки топлива.

[0082] Кроме того, непосредственно после того, как соотношение воздух-топливо в поступающий в катализатор NSR выхлопных газах переключается с богатой смеси на бедную смесь, например, сразу по окончании регенерации S, которая является обработкой, направленной на предотвращение отравления серой катализатора NSR, и сразу по окончании импульсной обработки богатой смесью, которая представляет собой обработку, направленную на восстановление и удаление NO_x, накопленных в катализаторе NSR, О₂ из выхлопных газов накапливается в катализаторе NSR из-за способности катализатора NSR накапливать кислород (oxygen storage capacity - OSC). В результате, соотношение воздух-топливо в поступающих в катализатор СКВ выхлопных газах может стать соотношением, приближающимся к стехиометрическому. Если возвратную обработку выполняют при таких обстоятельствах, О₂, необходимый для возврата валентности переведенных в ухудшенное состояние ионов меди, истощается, что может сделать затруднительным эффективный возврат ионной валентности ионов меди в ухудшенном состоянии. Поэтому, сразу после переключения соотношения воздух-топливо в поступающих в катализатор NSR выхлопных газах с соответствующего богатой смеси на соответствующее бедной смеси, например, сразу по окончании регенерации S и сразу по окончании импульсной обработки богатой смесью, выполнение возвратной обработки может быть запрещено.

Модификация второго варианта осуществления

[0083] В описанном выше втором варианте осуществления приведено описание примера выполнения возвратной обработки в предположении, что количество ионов меди в ухудшенном состоянии на тот момент времени, когда удовлетворяются условия возврата, равно заданному фиксированному количеству (предусмотренной величине). Однако, возвратная обработка может быть выполнена на основании количества переведенных в ухудшенное состояние ионов меди (требующего возврата количества) на тот момент времени, когда удовлетворяются условия возврата.

[0084] Далее со ссылкой на фиг. 10 будут описаны процедуры выполнения возвратной обработки в настоящей модификации. Фиг. 10 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру обработки, осуществляемую ЭБУ 10 при выполнении возвратной обработки. Этапам обработки по фиг. 10, аналогичным этапам процедуры по фиг. 9, присвоены аналогичные ссылочные обозначения. В процедуре обработки по фиг. 10 этапы S501-S503 выполняют до этапа S401 процедуры по фиг. 9. В процедуре обработки по фиг. 10 этап S105 процедуры по фиг. 9 заменен этапами S504-S505.

[0085] Сначала, на этапе S501, ЭБУ 10 считывает количество переведенных к этому моменту времени в ухудшенное состояние ионов меди (требующее возврата количество) ΣAcu⁺. Требующее возврата количество ΣAcu⁺ хранится в резервном ОЗУ, когда выполняется обработка, подобная описанной ранее процедуре обработки по фиг. 6.

[0086] На этапе S502 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет требующее возврата количество ΣAcu⁺, считанное на этапе S501, большим или равным установленному пороговому значению A_порог'. Установленное пороговое значение A_порог', используемое здесь, - это количество, предусмотренное в предположении, что характеристики катализатора СКВ по восстановлению NO_x становятся желательными или еще более высокими и достигается непрерывное восстановление NO_x катализатором СКВ, даже когда NO_x поступает в катализатор СКВ, пока в ухудшенное состояние переведено меньшее количество ионов меди, чем установленное пороговое значение A_порог'. Если на этапе S502 сделано отрицательное определение, ЭБУ 10 последовательно выполняет этапы S106 и S107 и заканчивает выполнение настоящей процедуры обработки. То есть, возвратная обработка не выполняется, если на этапе S502 сделано отрицательное определение. Если на этапе S502 сделано положительное определение, ЭБУ 10 переходит к этапу S503.

[0087] На этапе S503 ЭБУ 10 устанавливает предусмотренную величину Cs', используемую на описываемом далее этапе S504, используя в качестве параметра требующее возврата количество ΣAcu⁺, считанное на этапе S501. А именно, ЭБУ 10 устанавливает предусмотренную величину Cs' на значение, идентичное требующему возврата количеству ΣAcu⁺. В качестве альтернативы, предусмотренная величина Cs' может быть установлена на значение, полученное вычитанием установленного порогового значения A_порог' из требующего возврата количества ΣAcu⁺.

[0088] По окончании выполнения этапа S503 ЭБУ 10 последовательно выполняет этапы S401, S102, S103. В этом случае, если на этапе S103 сделано положительное определение, ЭБУ 10 последовательно выполняет этап S104 и этап S504. На этапе S504 ЭБУ 10 определяет, является ли или нет значение счетчика С большим или равным предусмотренной величине Cs', установленной на этапе S503. Если на этапе S504 выполнено положительное определение, ЭБУ 10 переходит к этапу S505, на котором сохраненное в резервном ОЗУ значение ΣAcu⁺ сбрасывается на «ноль». Затем ЭБУ 10 последовательно выполняет этап S106 и этап S107, так что возвратная обработка завершается.

[0089] Когда возвратная обработка выполняется по таким процедурам, период (предписанный период), на протяжении которого нагреватель 40 поддерживает катализатор СКВ на уровне или выше первой температуре Т1, изменяется в соответствии с переведенных в ухудшенное состояние количеством ионов меди (требующим возврата количеством) ΣAcu⁺ на тот момент времени, когда удовлетворяются условия возврата. В результате становится возможным достижение возврата валентности практически всего количества переведенных в ухудшенное состояние ионов меди, при сохранении энергопотребления нагревателя 40 на необходимом минимуме. Если требующее возврата количество ΣAcu⁺ меньше установленного порогового значения A_порог', возвратная обработка не выполняется. Следовательно, может быть также исключена ненужная работа нагревателя 40.

Другие варианты осуществления

[0090] В описанных выше первом и втором вариантах осуществления были описаны примеры использования ионов меди в качестве ионов переходного металла, нанесенных на катализатор СКВ. Однако, если на катализатор СКВ нанесены ионы железа, возвратная обработка может быть выполнена тем же способом. В катализаторе СКВ, включающем в себя ионы железа, NH₃, адсорбированный на ионах железа (Fe³⁺), обладающих необходимой для восстановления NO_x ионной валентностью (3+), вступает в реакцию с NO_x в выхлопных газах, в результате чего валентность ионов железа снижается с 3+ до 2+. Ионы железа (Fe²⁺), переведенные таким образом в ухудшенное состояние, снова окисляются, когда адсорбированные на ионах железа ионы водорода (Н⁺) вступают в реакцию с кислородом (1/4О₂), в результате чего ионная валентность ионов железа возвращается к необходимой для восстановления NO_x ионной валентности (3+). Поэтому, когда возвратную обработку выполняют в катализаторе СКВ, который несет на себе ионы меди, тогда как NO_x в катализатор СКВ не поступает и в катализаторе СКВ присутствует О₂, может быть достигнут возврат валентности практически всего количества переведенных в ухудшенное состояние ионов железа. Однако, поскольку температура, которая вызывает проявление возврата валентности ионов железа, выше той температуры, которая вызывает проявление возврата валентности ионов меди (например, примерно 300°С), целевая температура T_цель может быть задана соответствующим образом. Этот вариант осуществления настоящего изобретения может быть охарактеризован следующим образом. Устройство контроля выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, включающее в себя: катализатор селективного каталитического восстановления, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, при этом катализатор селективного каталитического восстановления включает ионы переходного металла для восстановления NO_x в выхлопных газах при помощи NH₃ в качестве восстановителя; нагреватель, выполненный с возможностью нагрева катализатора селективного каталитического восстановления; и электронный блок управления, выполненный с возможностью регистрации температуры катализатора селективного каталитического восстановления и выполнения возвратной обработки, когда NO_x не поступает в катализатор селективного каталитического восстановления и температура катализатора селективного каталитического восстановления ниже первой температуры, то есть температуры, вызывающей проявление возврата валентности ионов переходного металла, причем возвратная обработка является обработкой с управлением нагревателем так, чтобы нагреть катализатор селективного каталитического восстановления до первой температуры или выше нее и поддерживать катализатор селективного каталитического восстановления на уровне или выше первой температуры в течение предписанного периода времени.

Устройство контроля выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания в настоящем изобретении включает в себя: катализатор СКВ, включающий ионы переходного металла для восстановления NO_x в выхлопных газах при помощи NH₃ в качестве восстановителя, средство регистрации для определения температуры катализатора СКВ и нагреватель, предназначенный для нагрева катализатора СКВ. Когда NO_x не поступает в катализатор СКВ и зарегистрированная средством регистрации температура ниже первой температуры, то есть температуры, вызывающей проявление возврата валентности ионов переходного металла, нагревателем управляют так, что катализатор СКВ нагревается до первой температуры или выше нее и что катализатор СКВ поддерживается на уровне или выше первой температуры в течение предписанного периода времени с целью достижения возврата валентности ионов переходного металла, переведенных в ухудшенное состояние. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство контроля выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:

катализатор селективного каталитического восстановления, расположенный в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, причем катализатор селективного каталитического восстановления включает ионы переходного металла для восстановления NO_x в выхлопных газах при помощи NH₃ в качестве восстановителя;

нагреватель, выполненный с возможностью нагрева катализатора селективного каталитического восстановления; и

электронный блок управления, выполненный с возможностью

регистрации температуры катализатора селективного каталитического восстановления,

выполнения возвратной обработки, когда NO_x не поступает в катализатор селективного каталитического восстановления и температура катализатора селективного каталитического восстановления ниже первой температуры, то есть температуры, вызывающей проявление возврата валентности ионов переходного металла, при этом возвратная обработка является обработкой с управлением нагревателем так, чтобы нагреть катализатор селективного каталитического восстановления до первой температуры или выше нее и поддерживать катализатор селективного каталитического восстановления на уровне или выше первой температуры в течение предписанного периода времени, и

выполнения возвратной обработки при остановке двигателя внутреннего сгорания в качестве пускового сигнала.

2. Устройство контроля выхлопных газов по п. 1, в котором

электронный блок управления выполнен с возможностью управления нагревателем так, что температура катализатора селективного каталитического восстановления во время выполнения возвратной обработки становится большей или равной первой температуре и меньшей второй температуры, при этом вторая температура представляет собой температуру, которая вызывает проявление окисления NH₃.

3. Устройство контроля выхлопных газов по п. 2, в котором

электронный блок управления выполнен с возможностью

управления нагревателем так, что температура катализатора селективного каталитического восстановления во время выполнения возвратной обработки становится большей или равной первой температуре и меньшей второй температуры, когда температура катализатора селективного каталитического восстановления при остановке двигателя внутреннего сгорания меньше третьей температуры, и

управления нагревателем так, что температура катализатора селективного каталитического восстановления во время выполнения возвратной обработки становится большей или равной второй температуре, когда температура катализатора селективного каталитического восстановления при остановке двигателя внутреннего сгорания больше или равна третьей температуре, и при этом третья температура представляет собой температуру ниже второй температуры, вызывающую проявление десорбции NH₃.

4. Устройство контроля выхлопных газов по любому из пп. 1-3, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью

оценивать требующее возврата количество, то есть количество ионов переходного металла, нуждающихся в возврате валентности, среди ионов переходного металла, входящих в состав катализатора селективного каталитического восстановления, и

выполнять возвратную обработку так, что в случае, когда требующее возврата количество мало, предписанный период времени сокращается по сравнению со случаем, когда требующее возврата количество велико.

5. Устройство контроля выхлопных газов по п. 4, в котором

электронный блок управления выполнен с возможностью не выполнять возвратную обработку, когда оцененное требующее возврата количество меньше установленного порогового значения.