發動機的排氣凈化裝置和排氣凈化方法

專利名稱：發動機的排氣凈化裝置和排氣凈化方法
技術領域：
本發明涉及一種用于發動機的排氣凈化裝置和排氣凈化方法，尤其涉及一種使用氨作為還原劑來凈化從汽車的發動機所排出的氮氧化物的技術。
背景技術：
作為通過后處理來凈化從發動機所排放的空氣污染物、特別是排氣中的氮氧化物(以下稱之為“NOx”)的裝置，已知以下SCR(Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原)裝置。該SCR裝置被配置成包括噴嘴，該噴嘴被放置在發動機的排氣通道中、并噴射氨或其前體的水溶液。從該噴嘴所噴射的氨(或從其前體所獲得的氨)用作還原劑，并在催化劑上與排氣中的NOx發生反應以還原并凈化該NOx。作為考慮到在車輛上貯存氨的容易性的SCR裝置，還已知以下裝置。即，該SCR裝置設有以水溶液狀態貯存作為氨前體的尿素的罐，并且在發動機的實際運轉中，將從該罐中提供的尿素水噴射到排氣通道中，以通過使用排氣的熱量對尿素進行水解來生成氨(專利文獻1)。
傳統地，主要采用SCR裝置作為固定式發動機的排氣凈化裝置。
專利文獻1特開2000-027627號公報(JP-A-2000-027627)(段落編號0013)發明內容本發明要解決的問題本發明者已考慮適當采用SCR裝置作為安裝在車輛上的發動機的排氣凈化裝置。在該SCR裝置中，提供適當量的尿素水以符合所排放的NOx的量，并在尿素水罐中放置尿素傳感器以將尿素的實際濃度(以下，當簡稱為“濃度”時，是指尿素濃度)反映在發動機和該SCR裝置的控制上，使得允許順利進行NOx的還原反應，這在實際中是重要的。現在，作為尿素傳感器，已開發了以下尿素傳感器以絕緣狀態放置加熱器和溫度測量電阻體，并通過注意根據尿素濃度的尿素水的熱傳導特性，基于該溫度測量電阻體的電阻值來檢測尿素的實際濃度(參考日本特開2001-228004號公報)。
然而，當在車輛上使用該感溫型尿素傳感器時，不象在靜止狀態下使用它的情況，將會遇到以下問題。
首先，汽車行駛的路面不是完全平坦的，而是有起伏的。當汽車行駛在這些起伏路面上時，車體會發生振動，而且還會將該振動傳導給尿素水罐，使得尿素水在罐中振動以被攪動。當試圖在攪動狀態下檢測濃度時，檢測到的是與實際濃度不同的濃度，因為該尿素水的熱傳導特性與靜止狀態下的尿素水的熱傳導特性不同。結果，將會噴射相對于所排放的NOx量的不適當的尿素水的量。
其次，汽車的行駛環境和行駛狀態不總是不變的。汽車不僅可能行駛在平坦道路上，而且還可能行駛在上坡路或下坡路上。另外，汽車行駛的坡路的坡度未必是不變的，而可能有時會發生變化。另一方面，即使在平坦道路上行駛期間，也可能對汽車進行加速或減速，并且還可能適度進行或突然進行加速或減速。當通過這種行駛環境等的變化搖晃罐中的尿素水時，由于熱傳導特性的差異而檢測到錯誤的濃度，從而尿素水的噴射將以類似方式進行不適當的噴射。
作為另一尿素傳感器，還已知注意尿素水的折射率的尿素傳感器(參考日本特開2001-020724號公報)。在采用這種尿素傳感器的情況下，罐中的尿素水應當優選處于靜止狀態，以對濃度進行穩定檢測。
因此，本發明的目的是當將S CR裝置安裝在車輛上時，使得可以將適量的還原劑添加給S CR裝置中的排氣。
解決該問題的方法本發明提供一種用于發動機的排氣凈化裝置和排氣凈化方法。本發明涉及一種通過向排氣中添加NOx的還原劑來凈化該排氣中的NOx的技術，并可被完全用于車輛發動機。以水溶液狀態將添加給排氣的還原劑或其前體貯存在貯存罐中。檢測貯存在該貯存罐中的還原劑或前體的水溶液中所包含的該還原劑或該前體的濃度，并將檢測到的濃度反映在與排氣的凈化有關的預定控制對象的控制上，尤其是用于添加還原劑的裝置的控制上。首先，判斷還原劑或前體的水溶液在貯存罐中是否處于靜止狀態，并當做出該還原劑或前體處于靜止狀態的判斷時，基于在靜止時所檢測的濃度對上述控制對象進行控制。
本發明的效果在本發明中，僅當還原劑或前體的水溶液在貯存罐中處于靜止狀態時(包括與此相近的實質靜止狀態)，例如，當車輛停止以及自停止以來已經過了預定的時間段時，才檢測該還原劑或該前體的濃度。由此，排除由于路面的起伏或行駛環境的改變等引起還原劑等的水溶液在貯存罐中搖晃的時間來檢測該濃度，使得在準確設置的檢測條件下可以檢測到正確且精確的濃度。
通過隨后參考附圖的說明，本發明的其它目的和特征將是顯而易見的。
在此包括形成用于主張優先權的基礎的日本專利申請2003-366737號的內容作為本申請參考的一部分。


圖1示出根據本發明一實施例的發動機的大體結構；圖2示出尿素傳感器的結構；圖3概略示出利用圖2中所示的尿素傳感器檢測濃度的原理；圖4提供示出SCR-C/U的大體結構的框圖；圖5示出檢測允許程序的流程圖；圖6示出檢測允許程序中的靜止判斷處理的子程序；圖7示出濃度檢測程序的流程圖；圖8示出停止控制程序的流程圖；圖9示出尿素水噴射控制程序的流程圖。
附圖標記說明1柴油發動機；11進氣通道；12渦輪增壓器；13緩沖罐；21噴射器；22共軌；31排氣通道；32氧化催化劑；33NOx凈化催化劑；34氨凈化催化劑；35EGR管；36EGR閥；41罐；42尿素水供應管；43噴嘴；44進給泵；45濾清器；46尿素水回流管；47壓力控制閥；48空氣供應管；51發動機C/U；61SCR-C/U；71、72排氣溫度傳感器；73NOx傳感器；74尿素傳感器。
具體實施例方式
下面，將參考附圖對本發明的優選實施例進行說明。
圖1示出根據本發明一實施例的用于汽車的發動機(以下稱之為“發動機”)的結構。在本實施例中，采用直接噴射柴油發動機作為發動機1。
在進氣通道11的導入部分處，安裝有該附圖中未示出的空氣凈化器，并通過該空氣凈化器清除進氣中的粉塵。在進氣通道11中，設置有可變噴嘴型渦輪增壓器12的壓縮機12a，并且通過壓縮機12a壓縮并提供進氣。壓縮后的進氣流入緩沖罐(surge tank)13中，并通過歧管(manifold)部分將其分配到各氣缸。
在發動機主體中，在氣缸蓋處，為每一氣缸設置有噴射器21。噴射器21根據來自發動機控制單元(以下稱之為“發動機C/U”)51的信號工作。將由該附圖中未示出的燃料泵泵出的燃料經過共軌(common rail)22提供給噴射器21，并通過噴射器21將其直接噴射到燃燒室中。
在排氣通道31中，在歧管部分的下游設置有渦輪增壓器12的渦輪12b。通過由于排氣而引起的渦輪12b的驅動，使壓縮機12a轉動。渦輪12b的可動葉片121與致動器122連接，并且其角度受致動器122的控制。根據可動葉片121的角度，改變渦輪12b和壓縮機12a的轉數。
在渦輪12b的下游部分中，從上游側開始按順序設置有氧化催化劑32、NOx凈化催化劑33和氨凈化催化劑34。氧化催化劑32對排氣中的碳氫化合物和一氧化碳進行氧化，并將排氣中的一氧化氮(以下稱之為“NO”)轉化成主要包含二氧化氮(以下稱之為“NO2”)的NOx，從而進行將排氣中所包含的NO和NO2的比例調整為適于后述NOx的還原反應的比例的功能。NOx凈化催化劑33促進NOx的還原和凈化。在本實施例中，對于通過該NOx凈化催化劑33的NOx的還原，將用作還原劑的氨在NOx凈化催化劑33的上游位置添加到排氣中。
在本實施例中，考慮到貯存氨的方便性，以水溶液狀態貯存作為氨前體的尿素。通過將氨作為尿素來貯存，可以確保多方面的安全。
尿素水供應管42與貯存尿素水的貯存罐41連接，并在該尿素水供應管42的末端安裝有用于噴射尿素水的噴嘴43。在尿素水供應管42中，從上游側開始按順序插入進給泵44和濾清器(filter)45。由電動機441來驅動進給泵44。通過來自SCR控制單元(以下稱之為“SCR-C/U”)61的信號來控制電動機441的轉數，以調整進給泵44的排放量。另外，在濾清器45的下游側，尿素水回流管46與尿素水供應管42連接。在尿素水回流管46中，設置有壓力控制閥47，使得超過規定壓力的額外尿素水可被反流回罐41。
噴嘴43是空氣助推型噴嘴，并具有主體431和噴嘴部分432。尿素水供應管42被連接到主體431，并且提供用以助推的空氣的空氣供應管48也被連接到主體431。空氣供應管48與該附圖中未示出的貯氣罐連接，并從該貯氣罐提供用于助推的空氣。設置噴嘴部分432以在NOx凈化催化劑33的上游位置穿過NOx凈化催化劑33和氨催化劑34的罐體(housing)。將噴嘴部分432的噴射方向設置為朝向NOx凈化催化劑33的端面、與排氣的流動平行的方向。
當噴射尿素水時，通過排氣熱量將所噴射的尿素水中的尿素水解，從而生成氨。所生成的氨起NOx凈化催化劑33上的NOx的還原劑的作用，以還原該NOx。氨凈化催化劑34用于凈化不參與NOx的還原而經過了NOx凈化催化劑33的逃出的氨。由于氨具有刺激性氣味，因而在不經凈化的情況下將氨釋放到外面是不可取的。通過以下公式(1)到(4)來表示氧化催化劑32上的NO的氧化反應、尿素的水解反應、NOx凈化催化劑33上的NOx的還原反應、以及氨凈化催化劑34上的逃出的氨的氧化反應。這里，在本實施例中，將NOx凈化催化劑33和氨催化劑34裝入集成罐體中；然而，可以配置各自的罐體作為分體。
...(1)...(2)...(3)...(4)
另外，排氣通道31通過EGR管35與進氣通道11流動連接。在EGR管35中，插入EGR閥36。EGR閥36與致動器361連接，并由致動器361來控制EGR閥36的開放程度。
在排氣通道31中，在氧化催化劑32與NOx凈化催化劑33之間，設置有用于檢測添加尿素水前的排氣溫度的溫度傳感器71。在氨凈化催化劑34的下游側，設置有用于檢測還原后的排氣溫度的溫度傳感器72、和用于檢測還原后的排氣中所包含的NOx的濃度的NOx傳感器73。另外，在貯存罐41中，設置有用于檢測尿素水中包含的尿素的濃度的尿素傳感器74。
將溫度傳感器71和72、NOx傳感器73、和尿素傳感器74的檢測信號輸出給SCR-C/U 61。基于所輸入的信號，SCR-C/U 61計算并設置尿素水的最佳噴射量，并將根據所設置的尿素水噴射量的命令信號輸出給噴嘴43。另外，連接SCR-C/U 61以便能夠與發動機C/U 51進行雙向通信，并將檢測到的尿素濃度輸出給發動機C/U 51。另一方面，在發動機1側，設置有點火開關、起動開關、曲柄角(crank angle)傳感器、車輛速度傳感器、以及節氣門(throttle)位置傳感器等，并且將這些傳感器的檢測信號作為輸入傳遞給發動機C/U 51。基于來自曲柄角傳感器的輸入信號，發動機C/U 51計算發動機轉數Ne。發動機C/U 51將燃料噴射量等的控制噴射尿素水所需的信息輸出給SCR-C/U 61。
圖2示出尿素傳感器74的結構。
尿素傳感器74具有與上述日本特2001-228004號公報中所述流量計類似的結構，并基于兩個溫體的電特性值來檢測尿素濃度。
上述日本特開2001-228004號公報(段落編號0015～0017)中所述的流量計被配置成包括具有加熱器功能的第一傳感器元件和不具有加熱器功能的第二傳感器元件。前者第一傳感器元件被配置成包括加熱器層和以絕緣狀態在該加熱器層上形成的用作感溫體的溫度測量電阻層(以下稱之為“第一溫度測量電阻層”)。后者第二傳感器元件被配置成包括用作感溫體的溫度測量電阻層(以下稱之為“第二溫度測量電阻層”)；但是不具有加熱器層。將各傳感器元件組合并封裝在由樹脂制成的罐體中，并與作為熱傳導體的鰭狀板(fin plate)的一端連接。
在本實施例中，尿素傳感器74的傳感器元件部分741被配置成包括上述第一和第二傳感器元件。將傳感器元件部分741設置在貯存罐41的底面附近，并通過將其浸入尿素水中用以檢測濃度。另外，各鰭狀板7414、7415穿過罐體7413，并暴露于貯存罐41內部。
電路部分742被連接到第一傳感器元件7411的加熱器層和溫度測量電阻層、以及第二傳感器元件7412的溫度測量電阻層。通過對加熱器層通電，加熱第一溫度測量電阻層，同時檢測被加熱的第一溫度測量電阻層和未被直接加熱的第二溫度測量電阻層的電阻值Rn1、Rn2。溫度測量電阻層具有電阻值與溫度成比例改變的特性。基于檢測到的電阻值Rn1、Rn2，電路部分742以以下方式計算尿素濃度Dn。
圖3示出檢測濃度(和判斷剩余量)的原理。在本實施例中，SCR-C/U 61基于由電路部分742檢測到的電阻值Rn1、Rn2進行剩余量的判斷。
通過使加熱器驅動電流ih在預定時間段Δt01流經加熱器層對加熱器層進行加熱。在停止通過電流向加熱器層通電的時間點，電路部分742檢測各溫度測量電阻層的電阻值Rn1、Rn2，并計算在停止該電流的時間點，溫度測量電阻層之間的溫度差ΔTmp12(＝Tn1-Tn2)。溫度測量電阻層之間的溫度差依賴于能夠用作熱傳導媒介的尿素水的熱傳導特性，這些熱傳導特性依賴于尿素濃度。由此，可以將所計算出的溫度差ΔTmp12轉化成濃度Dn。另外，基于所計算出的溫度差ΔTmp12，可以判斷貯存罐41是否是空的。
這里，在本實施例中，第一傳感器元件7411被配置成使得第一溫度測量電阻層可通過鰭狀板7414與尿素水接觸。然而，也可以以這樣的方式來配置在傳感器元件部分741中形成用于導入貯存罐41中的尿素水的測量室，并經過該測量室中的尿素水通過加熱器來加熱第一溫度測量電阻層。在這種情況下，第一溫度測量電阻層和尿素水將相互直接接觸。
接著，將詳細說明SCR-C/U 61的結構。
圖4通過功能模塊示出SCR-C/U 61的結構。
車輛停止判斷部分B101從發動機C/U 51接收車輛速度VSP的輸入，并基于所輸入的車輛速度VSP來判斷該車輛是否已停止。
停止時間測量部分B102接收車輛停止判斷部分B101的判斷結果，并測量該車輛停止后已過去的經過時間TIM。
檢測允許部分B103從后面所述的減速度計算部分B104接收停止前車輛的減速度DCL的輸入，并根據所輸入的減速度DCL來設置預定的靜止時間TIM1。該靜止時間TIM1被設置為在車輛停止后到貯存罐41中貯存的尿素水的搖晃停止且尿素水達到靜止所需的時間段。比較經過時間TIM和所設置的靜止時間TIM1，并發出禁止判斷直到經過時間TIM達到靜止時間TIM1為止，并當經過時間TIM達到靜止時間TIM1時發出允許判斷。另外，檢測允許部分B103接收后述的起動判斷部分B105的判斷結果，并在起動發動機1時發出允許判斷。這是因為，在起動發動機1時，可以判斷在車輛上次停止后已過去了相當長的時間，從而很有可能尿素水處于靜止狀態。將該判斷結果輸出給尿素傳感器74。在尿素傳感器74中，通過接收檢測允許部分B103的允許判斷，電路部分742工作以檢測濃度Dn。
基于從發動機C/U 51輸入的車輛速度VSP，減速度計算部分B104計算停止前車輛的減速度DCL。更具體地，當通過發動機轉數Ne檢測到車輛已進入減速狀態時，減速度計算部分B104計算每單位時間車輛速度VSP的變化量，并將所計算的變化量設置為減速度DCL。
起動判斷部分B105從發動機C/U 51接收輸入的起動開關信號SWstr，并通過所輸入的信號SWstr來判斷是否是起動發動機1的時間。
濃度檢測部分B106讀取由尿素傳感器74檢測到的濃度Dn。如前所述，如下檢測濃度Dn通過向加熱器層通電，檢測經加熱后的第一溫度測量電阻層的電阻值Rn1和未被直接加熱的第二溫度測量電阻層的電阻值Rn2，并根據檢測到的電阻值Rn1、Rn2檢測溫度測量電阻層之間的溫度差ΔTmp12。僅當檢測允許部分B103發出允許判斷時，才通過尿素傳感器74來檢測濃度Dn。
濃度更新部分B107從濃度檢測部分B106讀取濃度Dn，并用所讀取的濃度Dn更新所存儲的濃度(以下稱之為“濃度存儲值”)D。首先，當所讀取的濃度Dn在表示正常的預定范圍內時，濃度更新部分B107用該濃度Dn更新濃度存儲值D(D＝Dn)。即使當所讀取的濃度Dn在該預定范圍外時，濃度更新部分B107也用該濃度Dn來更新濃度存儲值D；然而，在這種情況下，在判斷已被檢測為在預定范圍外的濃度Dn是正確的濃度之后，以下面的方式進行更新。
每次檢測到在預定范圍外的濃度Dn時，異常次數計算部分B108將計數值CNT加1。另一方面，檢測到在預定范圍內的正常濃度Dn，異常次數計算部分B108將計數值CNT復位為零。然后，當計數值CNT小于預定值CNT1時，異常次數計算部分B108將當前所存儲的濃度Dn-1輸出給濃度更新部分B107，當計數值CNT已達到值CNT1時，假定新檢測到的濃度Dn是正確的濃度，將該新檢測到的濃度Dn輸出給濃度更新部分B107。即使當關閉點火開關時，仍保留濃度存儲值D和計數值CNT。
將濃度存儲值D從濃度更新部分B107輸出給發動機C/U 51，以通過發動機1和排氣凈化裝置的合作，進行用于將NOx的釋放抑制到最小的控制。另外，當濃度存儲值D過低時，使設置在駕駛室的控制面板上的警告燈B110工作，以通知駕駛者不能達到適當的NOx凈化功能。
剩余量判斷部分B109通過注意當使用尿素水(包括濃度D為零的尿素水)作為媒介時的熱傳導特性與當在貯存罐41為空的時間使用空氣作為熱傳導媒介時的熱傳導特性之間的差異，來判斷尿素水的剩余量。即，當通過尿素傳感器74檢測到過大的溫度差ΔTmp12時，剩余量判斷部分B109判斷貯存罐41是空的，將表示貯存罐41為空的信號輸出給發動機C/U 51，并使警告燈B110工作。
警告燈B110被設置在駕駛室的控制面板上。
接著，將通過流程圖來說明SCR-C/U 61的動作。
圖5和6是示出檢測允許程序的流程圖。當起動點火開關時啟動該程序，每當經過預定時間段時重復該程序。該程序允許或禁止檢測濃度Dn。
在S101，讀取點火開關信號SWign，并判斷該信號SWign是否為1。當信號SWign為1時，假定點火開關是打開的，流程進入S102。
在S102，讀取起動開關信號SWstr，并判斷該信號SWstr是否為1。當信號SWstr為1時，假定起動開關是打開的并且是發動機1的起動時間，流程進入S103以發出允許判斷。當信號SWstr不為1時，流程進入S104。
在S103，將允許判斷標志Fdtc設置為1，并發出允許判斷。
在S104，將檢測間隔INT加1(INT＝INT+1)。
在S105，判斷遞增計數后的檢測間隔INT是否已達到預定值INT1。當已達到該值INT1時，假定保證了用于檢測濃度Dn所需的檢測間隔，流程進入S106。當仍未達到該值INT1時，假定仍未保證所需的檢測間隔，流程進入S109以發出禁止判斷。
在S106，進行貯存在貯存罐41中的尿素水是否處于靜止狀態的判斷(以下稱之為“靜止判斷”)，并響應于該判斷結果來設置靜止判斷標志Fstb。將在后面參考圖6詳細說明靜止判斷的內容。
在S107，判斷靜止判斷標志Fstb是否為1。當通過靜止判斷判斷出尿素水處于靜止狀態(即，“靜止時間”)時，將靜止判斷標志Fstb設置為1，而將其它情況下(即，“搖晃時間”)的靜止判斷標志Fstb設置為0。當靜止判斷標志Fstb為1時，在執行接著的S108的處理后，流程進入S103。當靜止判斷標志Fstb不為1時，流程進入S109。
在S108，檢測間隔INT被設置為0。
在S109，將允許判斷標志Fdtc設置為0，并發出禁止判斷。
在圖6所示的流程圖中，在S201，判斷當上次執行該程序時所讀取的靜止判斷標志Fstb(n-1)是否為1。當Fstb(n-1)為1時，流程進入S209，并將靜止判斷標志Fstb設置為0。另一方面，當Fstb(n-1)不為1時，流程進入S202。
在步驟S202，讀取發動機轉數Ne。
在S203，判斷所讀取的發動機轉數Ne是否未超過預定值Ne1。值Ne1對應于表示減速狀態的轉數區域的上限值。在本實施例中，值Ne1被設置為與分隔空轉域和有負荷域的負荷相對應的空轉判斷轉數。
在S204，讀取車輛速度VSP。
在S205，基于所讀取的車輛速度VSP，計算減速度DCL為車輛速度VSP每單位時間的變化量。
在S206，執行靜止時間TIM1的設置。這里，將靜止時間TIM1設置為與減速度DCL相對應的長度。例如，指定在車輛進入減速狀態后直到車輛停止所計算出的減速度DCL中的最大的一個。當該最大減速度DCLmax越大時，認為在車輛停止時尿素水的搖晃越大，從而延長靜止時間TIM1。
在S207，判斷車輛速度VSP是否等于或小于預定值VSP1。當車輛速度VSP等于或小于值VSP1時，流程進入S210。當車輛速度VSP大于值VSP1時，流程進入S208。預定值VSP1不局限于0，可以將其設置為具有作為可判斷車輛實質上停止的車輛速度的最大值的大小。這是因為當車輛速度低到某一程度時，貯存罐41中的尿素水的搖晃減弱，且進入向靜止狀態的過渡，并且即使車輛未完全停止，也可以保證不會有大的減速量。
在S208，將經過時間TIM設置為0。
在S209，將靜止判斷標志Fstb設置為0。
在S210，將經過時間TIM加1。
在S211，判斷遞增計數后的經過時間TIM是否達到了靜止時間TIM1。當經過時間TIM達到了靜止時間TIM1時，流程進入S212。當其還未達到時，流程進入S209。
在S212，將靜止判斷標志Fstb設置為1，并發出判斷尿素水達到靜止的判斷。
圖7是濃度檢測程序的流程圖。當通過SCR-C/U 61和電路部分742將靜止判斷標志Fstb設置為1時執行該程序。S302和S303是通過電路部分742執行的處理。通過該程序，檢測濃度Dn，并更新濃度存儲值D。
在S301，讀入靜止判斷標志Fstb，并判斷所讀取的標志Fstb是否為1。僅當標志Fstb為1時，流程才進入S302。
在S302，為了檢測濃度Dn，對尿素傳感器74的加熱器層通電，以便對第一溫度測量電阻層進行直接加熱，并使用尿素水作為媒介對第二溫度測量電阻層進行間接加熱。
在S303，檢測濃度Dn。如下執行濃度Dn的檢測檢測各加熱后的溫度測量電阻層的電阻值Rn1、Rn2，根據檢測到的電阻值Rn1、Rn2的差來計算溫度測量電阻器之間的溫度差ΔTmp12，并將所計算出的溫度差ΔTmp12轉化成濃度Dn。
在S304，判斷檢測到的濃度Dn是否處于預定范圍內，其中，該預定范圍以第一值D1作為下限并以大于該第一值的第二值D2作為上限。當濃度Dn在該預定范圍內時，流程進入S310。當濃度Dn不在該預定范圍內時，流程進入S305。
在S305，讀入該溫度差ΔTmp12，并判斷所讀取的溫度差ΔTmp12是否等于或大于預定值SL1。當其等于或大于值SL1時，流程進入S311。當其小于值SL1時，流程進入S306。值SL1被設置為尿素傳感器74處于尿素水中的狀態下所獲得的溫度差ΔTmp12與尿素傳感器74處于空氣中的狀態下所獲得的溫度差ΔTmp12之間的中間值。
在S306，將計數值CNT加1。
在S307，判斷遞增計數后的計數值CNT是否已達到了預定值CNT1。當計數值CNT已達到值CNT1時，流程進入S308，而當其未達到值CNT1時，流程進入S309。
在S308，判斷出連續檢測到預定CNT1次由該第一和第二值D1、D2所限定的預定范圍之外的濃度Dn，并且新檢測到的濃度Dn盡管其處于預定范圍外，仍具有足夠的可靠性，從而用該新檢測到的濃度Dn來更新濃度存儲值D。
在S309，判斷出新檢測到的處于預定范圍之外的濃度Dn不具有足夠的可靠性，并且存在偶爾錯誤檢測的可能性，從而繼續維持當前所存儲的濃度D(＝Dn-1)作為濃度存儲值D。
在S310，假定檢測到的濃度Dn在預定范圍內，因此為正常濃度，從而用該濃度Dn來更新濃度存儲值D。
在S311，發出貯存罐41為空的判斷，將表示該判斷結果的信號作為輸出傳遞給發動機C/U 51，并使警告燈工作。
在S312，將計數值CNT設置為0。
圖8是停止控制程序的流程圖。當斷開點火開關時執行該程序。
在S401，讀入點火開關信號SWign，并判斷該信號SWign是否為0。當其為0時，假定已經斷開了點火開關，流程進入S402。
在S402，將運算的各種信息寫入備份存儲器中。即使在斷開點火開關和切斷電源之后，仍保持被寫入該存儲器中的運算信息。在接著的運轉中，濃度檢測程序(S306)和后述尿素水噴射控制程序(S501)讀取該運算信息。在本實施例中，濃度存儲值D和計數值CNT被作為該運算信息寫入。
接著，將通過圖9所示的流程圖來說明使用濃度存儲值D的尿素水噴射控制的一個例子。每當經過預定時間段時執行該程序。
在S501，讀入濃度存儲值D。
在S502，讀入剩余量判斷結果。當貯存罐41為空時，流程進入S507，而當其不為空時，流程進入S503。
在S503，判斷濃度存儲值D是否大于預定值D3。當濃度存儲值D大于值D3時，流程進入S504，而當濃度存儲值D不大于值D3時，流程進入S506。將預定值D3設置為小于該第一值D1的值，作為當尿素水為水或處于接近于水的稀釋狀態時、或者在將除水或尿素水以外的不同種類的水溶液貯存在貯存罐41中的情況下可檢測到的濃度。這里，可將值D3設置為等于該第一值D1的值。
在S504，設置尿素水的噴射量。通過計算燃料噴射量和根據NOx傳感器73的輸出的基本噴射量、并通過用濃度存儲值D校正所計算出的基本噴射量，進行尿素水的噴射量的設置。當濃度存儲值D大且每單位噴射量的尿素含量高時，通過降低基本噴射量進行校正。另一方面，當濃度存儲值D小且每單位噴射量的尿素含量低時，通過增加基本噴射量進行校正。
在S505，將符合所設置的尿素水噴射量的動作信號作為運算輸出傳遞給噴嘴43。
在S506，使警告燈工作以將尿素水的異常狀態通知給車輛駕駛者。
在507，停止尿素水的噴射。這是因為，不僅當罐41為空時，而且當尿素濃度過低或者當罐41中貯存的是水等而不是尿素水時，不可能噴出添加氨所需的尿素水的必需量。
關于本實施例，尿素水供應管42、噴嘴43、進給泵44以及空氣供應管48構成還原劑的“添加裝置”；尿素傳感器74構成“濃度傳感器”；以及SCR-C/U 61構成“控制器”。另外，SCR-C/U 61的減速度計算部分B104構成“減速度傳感器”。
另外，關于本實施例，尿素水供應管42、噴嘴43、進給泵44和空氣供應管48構成“添加部件”；貯存罐41構成“貯存部件”；尿素傳感器74構成“濃度檢測部件”；以及SCR-C/U 61構成“命令生成部件”、“狀態判斷部件”和“檢測允許部件”。在SCR-C/U 61的功能中，圖9所示的S504的處理對應于作為“命令生成部件”的功能；圖6所示的S207、210和211的處理對應于作為“狀態判斷部件”的功能；以及圖6所示的S209和212的處理對應于“檢測允許部件”。
根據本實施例，可以獲得如下效果。
首先，在利用感溫型尿素傳感器74檢測濃度時，僅在車輛停止并且還在停止后已經過了預定的靜止時間TIM1的情況下才檢測濃度。由此，僅當尿素水在貯存罐41中是靜止的可能性很高時才檢測濃度，而在其它情況下不檢測濃度。因此，消除了由路面的起伏或行駛環境的改變而引起的熱傳導特性的波動，并且可以檢測到正確的濃度。
其次，檢測停止前車輛的減速度DCL，并根據檢測到的減速度DCL改變靜止時間TIM1。由此，可以當在停止后尿素水變得足夠穩定時對濃度進行檢測，從而可以提高檢測的精度。
第三，當檢測到的濃度Dn在表示正常的預定范圍內時，用濃度Dn更新濃度存儲值D，而當檢測到的濃度Dn在該預定范圍外時，用該濃度Dn更新濃度存儲值D的條件是已經連續檢測到預定CNT1次或更多次該異常濃度。由此，防止了用僅偶爾檢測到的錯誤濃度Dn對濃度存儲值D的更新，并可增強濃度存儲值D的可靠性。
第四，基于濃度存儲值D來控制尿素水的噴射量，使得可以確定地噴射使NOx的還原順利進行所需的尿素水的必需量。
這里，在以上說明中，通過尿素的水解來生成氨；然而，沒有明確示出該水解的催化劑。為了提高水解的效率，可以在NOx凈化催化劑33的上游設置水解催化轉化器。
另外，在以上說明中，在檢測到處于預定范圍外的濃度Dn的情況下，采用以下判斷作為更新濃度存儲值D的條件到此為止連續檢測到的預定次數的濃度Dn為該異常濃度。代替該判斷作為更新條件，可以對到此為止連續檢測到的預定次數的濃度Dn求和，并且可以采用求和后的值或其平均值不在預定范圍內的判斷，以便判斷異常濃度的可靠性。
另外，在以上說明中，采用濃度存儲值D和計數值CNT作為寫入備份存儲器的計算信息。例如，可以存儲在S305中執行的剩余量判斷或在S503中執行的異常判斷的結果作為識別標志，并將該識別標志與濃度存儲值D和其它信息一起寫入，使得即使在停止發動機時仍可以保留各判斷結果。
本發明還可應用于除直接噴射型發動機以外的柴油發動機和汽油發動機。
在以上說明中，通過幾個優選實施例對本發明進行了說明；然而，本發明的范圍決不局限于該說明，而應當根據以權利要求書的范圍的說明為基礎的應用條款進行判斷。
權利要求
1.一種用于發動機的排氣凈化裝置，其包括添加裝置，其將NOx的還原劑添加給來自該發動機的排氣；貯存罐，其以水溶液的狀態貯存由該添加裝置添加給該排氣的NOx的還原劑或其前體；濃度傳感器，其檢測貯存在該貯存罐中的該還原劑或該前體的水溶液中所包含的該還原劑或該前體的濃度；以及控制器，其基于該檢測到的濃度來生成對與排氣的凈化有關的預定控制對象的動作命令，其中該濃度是由該濃度傳感器檢測到的該還原劑或該前體的濃度，其中，該控制器判斷該貯存罐中的該還原劑或該前體的水溶液是否處于靜止狀態，并且在當判斷出處于靜止狀態時的靜止時間，允許該濃度傳感器檢測濃度，而在除該靜止時間以外的搖晃時間，禁止該濃度傳感器檢測濃度，其中，該濃度傳感器僅在該靜止時間檢測該還原劑或該前體的濃度。
2.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器判斷車輛是否停止，并測量停止后已經過的時間段，并且當判斷出該車輛停止且所測量的已經過的時間段為預定時間段或長于該預定時間段時，判斷出該還原劑或該前體的水溶液處于靜止狀態。
3.根據權利要求2所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器將該檢測到的濃度作為濃度存儲值進行存儲，并且僅當該檢測到的濃度在預定范圍內時，才用該檢測到的濃度更新該濃度存儲值。
4.根據權利要求2所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器將該檢測到的濃度作為濃度存儲值進行存儲，并且當該檢測到的濃度在預定范圍內時，用該檢測到的濃度更新該濃度存儲值，而當該檢測到的濃度在該預定范圍外時，用該檢測到的濃度更新該濃度存儲值的條件是在到此為止獲得的預定次數的檢測到的濃度中、該預定次數的預定比例的檢測到的濃度在該范圍外。
5.根據權利要求4所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該預定次數的檢測到的濃度包括上次發動機停止前所獲得的檢測到的濃度。
6.根據權利要求4所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，在用處于該預定范圍外的該檢測到的濃度來更新該濃度存儲值的情況下，該控制器生成通知駕駛者該還原劑或該前體的濃度出現異常的警告信號。
7.根據權利要求2所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，還包括減速度傳感器，該減速度傳感器檢測停止前該車輛的減速度，其中，該控制器根據由該減速度傳感器檢測到的該車輛的減速度，來更新該預定時間段。
8.根據權利要求7所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器當該檢測到的車輛減速度越大時，越延長該預定時間段。
9.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器判斷出在該發動機起動時該還原劑或該前體的水溶液處于靜止狀態。
10.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器基于該檢測到的濃度來控制通過該添加裝置的該還原劑的添加量。
11.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該濃度傳感器包括設置在該貯存罐中的傳感器元件部分和與該傳感器元件部分連接的電路部分，其中，該傳感器元件部分被配置成包括加熱器和具有根據溫度改變電特性值的特性的感溫體，所述感溫體與該貯存罐中的該還原劑或該前體的水溶液直接或間接接觸，并通過該加熱器被加熱；以及其中，該電路部分驅動該加熱器，檢測經加熱后的該感溫體的電特性值，并基于該檢測到的電特性值檢測該還原劑或該前體的濃度。
12.根據權利要求11所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該控制器基于由該電路部分檢測到的該電特性值，生成表示在該貯存罐中是否留有預定量或更多量的該還原劑或該前體的水溶液的判斷信號。
13.根據權利要求1所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該NOx的還原劑為氨。
14.根據權利要求13所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該貯存罐貯存用作該前體的水溶液的尿素水。
15.一種用于發動機的排氣凈化裝置，其包括添加部件，用于將NOx的還原劑添加給該發動機的排氣；貯存部件，用于以水溶液狀態貯存由該添加部件添加給該排氣的NOx的還原劑或其前體；濃度檢測部件，用于檢測貯存在該貯存部件中的該還原劑或該前體的水溶液中所包含的該還原劑或該前體的濃度；命令生成部件，用于基于該檢測到的濃度生成對與排氣的凈化有關的預定控制對象的動作命令，其中該濃度是由該濃度檢測部件檢測到的該還原劑或該前體的濃度；狀態判斷部件，用于判斷該還原劑或該前體的水溶液在該貯存部件中是否處于靜止狀態；以及檢測允許部件，用于在當由該狀態判斷部件判斷出該還原劑或該前體的水溶液處于該靜止狀態時的靜止時間，允許通過該濃度檢測部件檢測濃度，而在除該靜止時間以外的搖晃時間，禁止通過該濃度檢測部件檢測濃度，其中，該濃度檢測部件僅在該靜止時間才檢測該還原劑或該前體的濃度。
16.根據權利要求15所述的用于發動機的排氣凈化裝置，其特征在于，該命令生成裝置基于該檢測到的濃度，對該添加部件生成動作命令，該動作命令用于增加或減少該還原劑的添加量。
17.一種通過提供以水溶液狀態貯存NOx的還原劑或其前體的貯存罐、并將貯存在該貯存罐中的該還原劑或該前體的水溶液提供給來自發動機的排氣，來凈化其中包含NOx的排氣的方法，該方法包括配置檢測貯存在該貯存罐中的該還原劑或該前體的水溶液中所包含的該還原劑或該前體的濃度的濃度傳感器；判斷該還原劑或該前體的水溶液在該貯存罐中是否處于靜止狀態；以及基于該檢測到的濃度使與排氣的凈化有關的預定控制對象工作，其中該濃度是該濃度傳感器在當判斷出處于靜止狀態時的靜止時間檢測到的該還原劑或該前體的濃度，而在除該靜止時間以外的搖晃時間，禁止根據該檢測到的濃度使該控制對象工作，并基于在該搖晃時間之前的該靜止時間所獲得的該檢測到的濃度，使該控制對象工作。
全文摘要
在安裝在車輛上的SCR裝置中，準確檢測還原劑或其前體的水溶液中所包含的該還原劑或該前體的濃度。在檢測該濃度時，判斷貯存在貯存罐中的尿素水是否處于靜止狀態。僅當其處于靜止狀態時，才檢測該濃度。通過判斷車輛是否停止(S207)和停止后已經過的時間TIM是否已達到預定靜止時間TIM1(S211)，來優選地進行是否處于靜止狀態的判斷。檢測車輛停止前車輛的減速度DCL，并根據該減速度DCL改變靜止時間TIM1(S206)。
文檔編號F01N3/00GK1875175SQ200480032000
公開日2006年12月6日 申請日期2004年9月17日 優先權日2003年10月28日
發明者仁科充廣, 加藤壽一, 栗田弘之 申請人:日產柴油機車工業株式會社