發動機排氣凈化裝置的制作方法

專利名稱：發動機排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對排氣中的氮氧化物(N0x)進行還原凈化的發動機排氣凈化裝置(下面 稱為"排氣凈化裝置")中尤其是液體還原劑或者其前軀體的供給系統是否發生堵塞進行 高精度判定的技術。
背景技術：
作為對發動機排氣所含的N0x進行凈化的催化劑凈化系統提出的方案有日本特開 2000-27627號公報(專利文獻l)記載的排氣凈化裝置。這種排氣凈化裝置，通過在發動 機排氣系統所配置的NOx還原催化劑的排氣上游，噴射供給對應發動機運轉狀態的液體還 原劑或者其前軀體(下面稱為"液體還原劑")，來使排氣中的NOx和還原劑兩者發生還原 反應，將NOx凈化處理為無害成分。
而這樣的排氣凈化裝置，因還原劑成分析出、有異物混入等原因而造成液體還原劑的 供給系統(下面稱為"還原劑供給系統")堵塞的話，便無法對NOx還原催化劑供給適量 的還原劑，從而無法發揮所需要的NOx凈化能力。因此，如日本特開2006-77765號公報 (專利文獻2)所記載的那樣，提出了在壓送液體還原劑的泵停止的狀態下根據還原劑供 給系統留存的液體還原劑其在規定時間內的壓力降低幅度對是否發生堵塞進行判定的技 術方案。
專利文獻1:日本特開2000-27627號公報
專利文獻2:日本特開2006-77765號公報 但NOx在高溫和高壓條件下生成，因而由于發動機運轉狀態的不同而存在排氣中的 N0x濃度較低、不需要排氣凈化處理的狀態。因此，使用還原劑的排氣凈化裝置，出于防 止該不必要消耗的考慮，采用斷續噴射供給液體還原劑這種構成。而且，對于排氣凈化裝 置來說，排氣中的NOx濃度隨著發動機運轉狀態而變化，因而液體還原劑的噴射量動態地 增減。所以，規定時間內的壓力降低幅度便極為細微，就專利文獻2中記載的技術而言， 即便是還原劑供給系統沒有堵塞發生，也會有可能誤判為有堵塞發生。

發明內容
4因此，本發明鑒于如上所述現有問題點，其目的在于提供一種排氣凈化裝置，該裝置 利用在壓送液體還原劑的泵停止的狀態下，噴射供給還原劑供給系統所留存的液體還原劑 時，壓力隨其累積噴射量而有規律地變化的特性，即便是液體還原劑的噴射供給暫時停止 或者動態變化，也能針對還原劑供給系統是否發生堵塞進行高精度判定。
因此，排氣凈化裝置包括配置于發動機排氣系統的、對排氣中的NOx進行還原凈化 的還原催化劑；儲存液體還原劑的還原劑箱；吸入所述還原劑箱所儲存的液體還原劑將其 壓送的泵；對所述泵壓送的液體還原劑的流量進行控制的流量控制閥；對還原催化劑的排 氣上游噴射供給其流量由所述流量控制閥控制的液體還原劑的噴嘴；以及內置計算機的控 制單元，該排氣凈化裝置中，所述控制單元根據發動機運轉狀態實時運算所述噴嘴噴射供 給的液體還原劑的噴射量，并且，使所述泵暫時停止至累積噴射量達到規定量這一期間內， 所述泵下游且流量控制閥上游所留存的液體還原劑其壓力未降低第一規定壓力以上時，判 定該泵下游的還原劑供給系統發生堵塞，該累積噴射量由被實時運算的噴射量逐次累加所 得到。其中，所謂"液體還原劑"其含義不限于將還原劑成分(溶質)溶解于溶劑中所得 到的物質，還包含可按化學反應生成還原劑的液體還原劑的前軀體。
按照本發明的排氣凈化裝置，吸入還原劑箱所儲存的液體還原劑而進行壓送的泵暫時 停止至累積噴射量達到規定量這一期間內，泵下游且流量控制閥上游所留存的液體還原劑 其壓力未降低第一規定壓力以上時，判定泵下游的還原劑供給系統發生堵塞，該累積噴射 量由根據發動機運轉狀態被實時運算的液體還原劑的噴射量逐次累加所得到。也就是說， 對于通常的排氣凈化處理而言，對應發動機運轉狀態適當控制泵，其下游的液體還原劑其 壓力保持大致一定，以便可通過流量控制閥控制液體還原劑的噴射量。而泵暫時停止的話， 便僅僅是其下游且流量控制閥上游所留存的液體還原劑用于噴射供給。此時，還原劑供給 系統沒有堵塞發生的話，液體還原劑其壓力隨著累積噴射量的增加而有規律地降低。而還 原劑供給系統有堵塞發生的話，噴嘴實際噴射供給的液體還原劑極為細微或者完全沒有， 因而液體還原劑的壓力即便是累積噴射量有所增加也只是極為細微的降低。因此，即便是 液體還原劑的噴射供給對應發動機運轉狀態而暫時停止或者動態變化，也可以根據泵暫時 停止至累積噴射量達到規定量這一期間內液體還原劑是否降低了規定壓力以上，來對還原 劑供給系統是否發生堵塞進行高精度的判定。


圖1為實施本發明的排氣凈化裝置的總體構成圖。 圖2為泵模塊和添加模塊的具體構成圖。圖3為針對還原劑供給系統是否有堵塞發生進行判定的原理的說明圖。 圖4為表示控制程序其處理內容的流程圖。 (標號說明)
10發動機14排氣管18噴嘴
20N0x還原催化劑24還原劑箱26吸取軟管
28泵模塊28A電動泵28E壓力傳感器
30加壓軟管32添加模塊32A流量控制閥
34添加軟管36還原劑添加ECU 38排氣溫度傳感器
具體實施例方式
下面參照附圖具體說明本發明。
圖1表示使用作為液體還原劑的前軀體的尿素水溶液、通過還原反應對發動機排氣中
的N0x進行凈化的排氣凈化裝置的總體構成。
沿排氣流通方向在與發動機10的排氣歧管12連接的排氣管14分別配置有將一氧 化氮(NO)氧化為二氧化氮(N02)的氮氧化催化劑16;噴射供給尿素水溶液的噴嘴18; 使用通過水解尿素水溶液得到的氨對N0x進行還原凈化的NOx還原催化劑20;以及使通 過N0x還原催化劑20的氨氧化的氨氧化催化劑22。
另一方面，貯存尿素水溶液的還原劑箱24，通過其底部開口形成有吸入口的吸取軟管 26與吸入尿素水溶液進行壓送的泵模塊28連通連接。泵模塊28如圖2所示至少內置電 動泵28A、安全閥28B、緩沖器28C、過濾器28D、以及檢測尿素水溶液壓力p的壓力傳感 器28E。而泵模塊28通過加壓軟管30與至少內置有可遠距離操作的流量控制闊32A(參照 圖2)的添加模塊32連通連接，而添加模塊32通過添加軟管34與噴嘴18連通連接。而 且，泵模塊28和添加模塊32可分別由內置計算機的還原劑添加控制單元(下面稱為"還 原劑添加ECU") 36電子控制，由噴嘴18噴射供給適合發動機運轉狀態的尿素水溶液。
這種排氣凈化裝置中，噴嘴18噴射供給的尿素水溶液利用排氣熱量和排氣中的水蒸 氣水解，轉化為起到還原劑作用的氨。經過轉化的氨在NOx還原催化劑20處與排氣中的 NOx發生還原反應，并轉化為水(H20)和氮(N2)，這是已知的。此時，NO由氮氧化催化 劑16氧化為N02，排氣中N0和N02兩者的比例改善為適合還原反應，以便使NOx還原催 化劑20的N0x凈化能力提高。另一方面，通過N0x還原催化劑20后的氨利用配置在其排 氣下游的氨氧化催化劑22氧化，因而避免氨原樣排出到大氣中。
作為本發明特征，排氣管14裝配有對導入到N0x還原催化劑20的排氣溫度T進行檢測的排氣溫度傳感器38。而且，泵模塊28中內置的壓力傳感器28E和排氣溫度傳感器38 的各輸出信號輸入給還原劑添加ECU36，利用其R0M (只讀存儲器)等存儲的控制程序判 定泵模塊28中內置的電動泵28A下游位置的還原劑供給系統是否發生堵塞等。
這里，詳細說明控制程序之前說明針對還原劑供給系統是否發生堵塞進行判定的原理。
對于通常的排氣凈化處理來說，可隨發動機運轉狀態適當控制電動泵28A，其下游的 尿素水溶液其壓力保持大致一定，以便可通過流量控制閥32A控制尿素水溶液的噴射量。 而電動泵28A暫時停止的話，便僅僅其下游且流量控制閥32A上游所留存的尿素水溶液用 于噴射供給。此時，還原劑供給系統沒有堵塞發生的話，如圖3所示，尿素水溶液其壓力 隨著累積噴射量的增加而有規律地降低，該累積噴射量由逐次累加對應發動機運轉狀態的 噴射量(運算值)所得到。而還原劑供給系統有堵塞發生的話，噴嘴18實際噴射供給的 尿素水溶液極為細微或者完全沒有，因而如同一圖所示尿素水溶液的壓力即便是累積噴射 量有所增加也只是極為細微地降低。因此，可以根據電動泵28A暫時停止至累積噴射量達 到規定量這一期間內尿素水溶液是否降低了規定壓力以上，來針對還原劑供給系統是否發 生堵塞進行間接的高精度判定。
圖4表示的是以處于發動機動作過程中的情形為條件、每隔規定時間(第一規定時間) 所執行的控制程序的處理內容。這里，針對還原劑供給系統是否發生堵塞進行判定時使電 動泵28A暫時停止，因而控制精度有可能會隨噴嘴18噴射供給的尿素水溶液其壓力的變 動而降低，因而最好將規定時間設定為10 30分鐘左右。而且，可通過未圖示的噴射量 運算處理來實時運算與發動機運轉狀態對應的尿素水溶液噴射量。
步驟l (圖中簡單標記為"S1"。下同)中，使泵模塊28中內置的電動泵28A停止。 此時，加壓軟管30內留存的尿素水溶液通過通常的排氣凈化處理保持為規定壓力p。。
步驟2中，從泵模塊28中內置的壓力傳感器28E讀取壓力p，對使電動泵28A停止的 時刻起尿素水溶液的壓力降低(P。-P)是否不足規定壓力A,(第一規定壓力)進行判定。 于是，壓力降低不足規定壓力A,的話便進入到步驟3 (為"是"的情形)，而壓力降低為 規定壓力A,以上的話則判定還原劑供給系統沒有堵塞發生，從而進入到步驟14 (為"否" 的情形)。
步驟3中，對尿素水溶液的噴射量(運算值)逐次累加得到的累積噴射量是否為規定 量B以上進行判定。于是，累積噴射量為規定量B以上時進入到步驟4(為"是"的情形)， 而累積噴射量不足規定量B時則返回至步驟2 (為"否"的情形)。
步驟4中，通過使泵模塊28中內置的電動泵28A暫時動作，并對還原劑箱24儲存的尿素水溶液進行壓送，使加壓軟管30內的尿素水溶液的壓力升高至規定壓力p。。
步驟5中，從排氣溫度傳感器38讀取排氣溫度T，對其排氣溫度T是否為規定溫度C 以上進行判定。這里，規定溫度C設定為即便是從噴嘴18噴射供給尿素水溶液也不會析 出尿素這種溫度(例如13(TC)。于是，排氣溫度T為規定溫度C以上的話便進入至步驟6 (為"是"的情形)，而排氣溫度T不足規定溫度C的話則進入至步驟12 (為"否"的情 形)。
步驟6中，不論發動機運轉狀態如何，總可使添加模塊32中內置的流量控制閥32A 強制開啟閥門規定開度(例如為90%)。
步驟7中，從泵模塊28中內置的壓力傳感器28E讀取壓力p，對使尿素水溶液升壓至 規定壓力p。的時刻起尿素水溶液的壓力降低(p。-p)是否不足規定壓力&(第二規定壓力) 進行判定。于是，壓力降低不足規定壓力A2的話便進入到步驟8 (為"是"的情形)，而 壓力降低為規定壓力A2以上的話則判定還原劑供給系統所發生的堵塞消除，從而進入到 步驟13 (為"否"的情形)。
步驟8中，對流量控制閥32A強制開啟閥門的累積開啟閥門時間是否為規定時間D(第 二規定時間)以上進行判定。其中，規定時間D為對流量控制閥32A強制開啟閥門的累積 時間進行規定的閾值，考慮到加壓軟管30的容量等，設定為即便是電動泵28A不動作也 可噴射供給尿素水溶液的時間。于是，累積開啟閥門時間為規定時間D以上的話便進入至 步驟9 (為"是"的情形)，而累積開啟閥門時間不足規定時間D的話則返回至步驟5 (為 "否"的情形)。
步驟9中，使對步驟4 8處理被執行的次數進行計數的計數器遞增1。
步驟10中，對計數值是否為規定次數N以上進行判定。于是，計數值為規定次數N
以上的話進入至步驟ll (為"是"的情形)，而計數值不足規定次數N的話則返回至步驟
4 (為"否"的情形)。
步驟11中，為了通報還原劑供給系統發生堵塞使警告燈、蜂鳴器等報警裝置動作之
后，返回至步驟4。
步驟12中，排氣溫度T不足規定溫度C，因而，為了抑制排氣系統有尿素析出使添加 模塊32中內置的流量控制閥32A強制關閉閥門之后，進入至步驟8。
步驟13中，判定還原劑供給系統有尿素水溶液流過而堵塞己消除，根據需要使報警 裝置停止。
步驟14中，還原劑供給系統沒有堵塞發生，或者還原劑供給系統所發生的堵塞已消 除，因而使泵模塊28中內置的電動泵28A動作以便回歸至通常的排氣凈化處理。按照這種排氣凈化裝置，在發動機發動之后每隔規定時間，使泵模塊28中內置的電 動泵28A暫時停止，并判定從此時刻起至累積噴射量達到規定量B為止這一期間加壓軟管 30內所留存的尿素水溶液其壓力是否降低規定壓力A,以上，該累積噴射量由對應發動機 運轉狀態被實時運算的尿素水溶液的噴射量逐次累加所得到。于是，尿素水溶液其壓力未 降低規定壓力A,以上的話便判定還原劑供給系統有堵塞發生，而尿素水溶液其壓力降低 規定壓力A,以上的話則判定還原劑供給系統沒有堵塞發生。因此，即便是尿素水溶液的 噴射供給隨發動機運轉狀態而暫時停止或者動態變化，也可以針對還原劑供給系統是否發 生堵塞進行高精度的判定。
而且，當判定為還原劑供給系統有堵塞發生時，考慮到起因于尿素析出這種可能性， 可執行使尿素水溶液流通來消除此堵塞這種堵塞消除處理。具體來說，在使加壓軟管28 中內置的電動泵28A暫時動作，并使加壓軟管30內的尿素水溶液的壓力升高至規定壓力 P。這種狀態下，使得添加模塊32中內置的流量控制閥32A強制開啟閥門規定時間。而且， 通過使尿素水溶液流經還原劑供給系統，并使所析出的尿素溶解，來消除還原劑供給系統 所發生的堵塞。
此時，還原劑供給系統有堵塞發生，因而即便是使流量控制閥32A強制開啟閥門，但 立即由噴嘴18噴射供給尿素水溶液這種可能性極低。但消除該堵塞時，由噴嘴18噴射供 給尿素水溶液，因而最好僅當排氣溫度T為規定溫度C以上時才對流量控制閥32A開啟闊 門，以便抑制排氣管14和NOx還原催化劑20等析出尿素。
而對流量控制閥32A強制開啟閥門規定時間這一期間，當加壓軟管30內的尿素水溶 液其壓力降低規定壓力&以上時，可判定還原劑供給系統所發生的堵塞已消除。與此相 反，尿素水溶液其壓力未降低規定壓力A2以上的話，最好通過重復執行堵塞消除處理來 盡可能消除該堵塞。而且，即便是連續執行規定次數N以上的堵塞消除處理也無法消除還 原劑供給系統所發生的堵塞時，舉例來說，這種堵塞有可能起因于異物，因而可使報警裝 置動作以通知應進行清洗等處理。
另外，作為液體還原劑來說，不限于尿素水溶液，可考慮NOx還原催化劑20的特性 等而使用氨水溶液、或以碳化氫為主要成分的乙醇、或輕質油等。
權利要求
1. 一種發動機排氣凈化裝置，包括配置于發動機排氣系統的、對排氣中的氮氧化物進行還原凈化的還原催化劑；儲存液體還原劑的還原劑箱；吸入所述還原劑箱所存儲的液體還原劑將其壓送的泵；對所述泵壓送的液體還原劑的流量進行控制的流量控制閥；對還原催化劑的排氣上游噴射供給其流量由所述流量控制閥控制的液體還原劑的噴嘴；以及內置計算機的控制單元，所述控制單元根據發動機運轉狀態實時運算所述噴嘴噴射供給的液體還原劑的噴射量，并且，使所述泵暫時停止至累積噴射量達到規定量這一期間內，所述泵下游且流量控制閥上游所留存的液體還原劑其壓力未降低第一規定壓力以上時，判定該泵下游的還原劑供給系統發生堵塞，所述累積噴射量由實時運算所得噴射量逐次累加所得到。
2. 如權利要求1所述的發動機排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制單元在發動機 發動之后每隔第一規定時間針對還原劑供給系統是否有堵塞發生進行判定。
3. 如權利要求1所述的發動機排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制單元，在判定 所述還原劑供給系統發生堵塞時，在所述泵暫時動作而使泵下游且流量控制閥上游的液體 還原劑升壓的狀態下，使所述流量控制閥強制開啟第二規定時間。
4. 如權利要求3所述的發動機排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制單元僅當排氣 溫度為規定溫度以上時，使所述流量控制閥強制開啟第二規定時間。
5. 如權利要求3所述的發動機排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制單元，在使所 述流量控制閥強制開啟第二規定時間這一期間內，所述泵下游且流量控制閥上游所留存的 液體還原劑其壓力降低了第二規定壓力以上時，判定所述還原劑供給系統所發生的堵塞消 除。
6. 如權利要求5所述的發動機排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制單元，在所述泵暫時動作而使泵下游且流量控制閥上游的液體還原劑升壓的狀態下，重復執行使所述流 量控制閥強制開啟第二規定時間的處理，直到判定所述還原劑供給系統所發生的堵塞消除 為止。
7.如權利要求6所述的發動機排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制單元，當對所 述流量控制閥連續執行了規定次數以上的強制開啟處理時，使通報所述還原劑供給系統發 生堵塞的報警裝置動作。
全文摘要
本發明的發動機排氣凈化裝置，吸入還原劑箱所儲存的液體還原劑而進行壓送的泵暫時停止至根據發動機運轉狀態被實時運算的液體還原劑的噴射量逐次累加得到的累積噴射量達到規定量這一期間內，泵下游且流量控制閥上游的所留存的液體還原劑其壓力未降低第一規定壓力以上時，判定泵下游的還原劑供給系統發生堵塞。
文檔編號F01N3/18GK101466924SQ200780022139
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月8日 優先權日2006年6月26日
發明者加藤壽一, 松永英樹 申請人:日產柴油機車工業株式會社