CN101326348B - 内燃机排气净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有设于排气通路内的NOx催化剂的内燃机排气净化系统，其中，能够更精确地估计出NOx催化剂的劣化程度。在NOx催化剂的下游侧设有NOx传感器，该系统计算出在排气中的NOx未由NOx催化剂净化的状态下，NOx催化剂上游侧的排气通路内的排气中的NOx浓度的估计值与NOx传感器的检测值之间的差值。另外，为了估计NOx催化剂的劣化程度，基于该差值来修正NOx催化剂上游侧的排气通路内的排气中的NOx浓度的估计值，并基于该修正值与NOx传感器的检测值之间的差来估计NOx催化剂的劣化程度。

Description

内燃机排气净化系统

技术领域

本发明涉及一种在排气通路内设有NOx催化剂的内燃机排气净化系统。

背景技术

已有的内燃机排气净化系统具有诸如NOx储存还原型催化剂或NOx选择还原型催化剂之类的NOx催化剂。

日本专利特开平7-208151号公报记载了一种在这样的内燃机排气净化系统中设置位于NOx催化剂下游的NOx传感器来检测排气中的NOx浓度，并基于由NOx传感器测得的NOx浓度的时间变化来判定NOx催化剂是否劣化的技术。日本专利特开2001-32745号公报也记载了一种与NOx催化剂的劣化判定相关的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种技术，使得在具有设于排气通路内的NOx催化剂的内燃机排气净化系统中，能够更精确地确定所述NOx催化剂的劣化程度。

根据本发明，在排气通路内NOx催化剂的下游侧设有NOx传感器。另外，当未在NOx催化剂中进行排气中的NOx的净化(去除)时，计算出在NOx催化剂上游侧的排气通路内的排气中的NOx浓度的估计值与NOx传感器的检测值之间的差值。然后，基于该差值，执行NOx催化剂上游侧的排气通路内的排气中的NOx浓度的估计值的修正，所述估计值被用于估计NOx催化剂的劣化程度。

更具体地，根据本发明的内燃机排气净化系统包括：

NOx催化剂，所述NOx催化剂设置在内燃机的排气通路内，用以净化排气中的NOx；

NOx传感器，所述NOx传感器设置在所述NOx催化剂下游侧的所述排气通路内，用以检测排气中的NOx浓度；

NOx浓度估计装置，所述NOx浓度估计装置用于基于所述内燃机的工作状态估计所述NOx催化剂上游侧的所述排气通路内的排气中的NOx浓度；

劣化程度估计装置，当所述NOx催化剂处于活性状态并且排气流过所述NOx催化剂时，所述劣化程度估计装置基于所述NOx传感器的检测值与由所述NOx浓度估计装置得到的估计值之间的差，来估计所述NOx催化剂的劣化程度；以及

NOx未净化条件判定装置，所述NOx未净化条件判定装置用于判定NOx未净化条件是否成立，所述NOx未净化条件是在排气中的NOx未在所述NOx催化剂中净化的状态下排气到达所述NOx传感器的条件，

其中，当由所述NOx未净化条件判定装置判定为所述NOx未净化条件成立时，基于所述NOx传感器的检测值与由所述NOx浓度估计装置得到的估计值之间的差，来修正在由所述劣化程度估计装置估计所述NOx催化剂的劣化程度中由所述NOx浓度估计装置得到的NOx浓度的估计值。

当在排气中的NOx未在NOx催化剂中净化的状态下排气到达NOx传感器时，NOx催化剂上游侧的排气通路内的排气中的NOx浓度(以下称为上游侧NOx浓度)与NOx催化剂下游侧的排气通路内的排气中的NOx浓度(以下称为下游侧NOx浓度)具有实质上(基本)相等的值。

因此，当NOx未净化条件成立时，通过基于NOx传感器的检测值与由NOx浓度估计装置得到的上游侧NOx浓度的估计值之间的差，来修正在估计NOx催化剂的劣化程度中该上游侧NOx浓度的估计值，能够更精确地估计该上游侧NOx浓度。

另外，当NOx催化剂处于活性状态并且排气流过该NOx催化剂时，通过基于如上所述被修正的上游侧NOx浓度的估计值与由NOx传感器测得的下游侧NOx浓度的检测值之间的差来估计NOx催化剂的劣化程度，能够更精确地估计该NOx催化剂的劣化程度。

此外，根据本发明，无需在NOx催化剂上游侧的排气通路内附加地设置NOx传感器，就能够更精确地估计该NOx催化剂的劣化程度。

在本发明中，当所述NOx催化剂处于非活性状态时，排气中的NOx将从所述NOx催化剂中溜过(slip through)。因此，如果所述NOx催化剂的温度低于活性温度，则可以判定为所述NOx未净化条件成立。

在本发明中，还可以设置旁通通路以及排气流路控制装置，所述旁通通路的一端与所述NOx催化剂上游侧的排气通路相连接，而另一端与位于所述NOx催化剂下游侧并且位于所述NOx传感器上游侧的排气通路相连接，所述排气流路控制装置用于执行使排气流过所述旁通通路或者流过所述NOx催化剂的控制。

在这种情况下，当令排气流过所述旁通通路时，排气中的NOx未在所述NOx催化剂中净化。因此，如果所述排气流路控制装置使排气流过所述旁通通路，则可以判定为所述NOx未净化条件成立。

附图说明

图1是示出根据实施例1的内燃机的进排气系统的概略结构的图。

图2示出了在内燃机冷起动时上游侧NOx浓度和下游侧NOx浓度的变化。

图3是根据实施例1的修正系数计算例程的流程图。

图4是根据实施例1的劣化程度计算例程的流程图。

图5是示出根据实施例2的内燃机的进排气系统的概略结构的图。

图6是根据实施例2的修正系数计算例程的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图说明根据本发明的内燃机排气净化系统的具体实施例。

(实施例1)

<内燃机的进排气系统的概略结构>

这里，将举例说明本发明应用于驱动车辆的柴油机的情况。图1是示出根据本实施例的内燃机的进排气系统的概略结构的图。

内燃机1是用于驱动车辆的柴油机。该内燃机1与进气通路3和排气通路2相连接。排气通路2设有NOx储存还原型催化剂4(以下简称为NOx催化剂)。NOx催化剂4是当周围氛围为氧化氛围时储存排气中的NOx，而当周围氛围为还原氛围时放出并还原所储存的NOx的催化剂。在本实施例中，NOx催化剂4可以由NOx选择还原型催化剂代替。

在NOx催化剂4下游侧的排气通路2内设有检测排气温度的温度传感器11和检测排气中的NOx浓度的NOx传感器12。

具有上述结构的内燃机1配设有用于控制内燃机1的电子控制单元(ECU)10。ECU 10与温度传感器11、NOx传感器12、曲柄位置传感器13以及加速器开度传感器14电连接。曲柄位置传感器13输出表示内燃机1的曲轴转角的电信号，加速器开度传感器14输出表示安装有内燃机1的车辆的加速器开度的信号。传感器的输出信号被输入至ECU 10。

ECU 10基于温度传感器11的检测值估计NOx催化剂4的温度。ECU10基于曲柄位置传感器13的检测值计算内燃机1的转速，并基于加速器开度传感器14的检测值计算内燃机1的负荷。

<NOx催化剂劣化程度的估计方法>

这里，将说明根据本实施例的NOx催化剂劣化程度的估计方法。NOx催化剂4的劣化程度越高，其NOx净化能力就越低，即处于活性状态的NOx储存能力越低。因此，NOx催化剂4的劣化程度越高，定义为NOx催化剂4上游侧的排气通路2内的排气中的NOx浓度的上游侧NOx浓度与定义为NOx催化剂4下游侧的排气通路2内的排气中的NOx浓度的下游侧NOx浓度之间的差(以下称为NOx浓度差)就越小。由此可知，能够基于NOx浓度差来估计出NOx催化剂4的劣化程度。

在本实施例中，由于NOx传感器12设于排气通路2内NOx催化剂4的下游，所以能够由NOx传感器12检测出下游侧NOx浓度。

另外，在本实施例中，已经通过例如实验等预先获得了内燃机1的负荷和转速与上游侧NOx浓度之间的关系，并且该关系已作为脉谱图存储于ECU 10中。因此，基于该脉谱图来估计上游侧NOx浓度。以下，该脉谱图将被称为上游侧NOx浓度估计图。在本实施例中，如后面将说明的通过将内燃机1的负荷和转速代入该上游侧NOx浓度估计图中来执行上游侧NOx浓度估计的ECU 10构成了根据本发明的NOx浓度估计装置。

然而，在内燃机1中，有时会发生进气量、进气温度、燃料喷射量、燃料喷射正时、气缸内的孔壁面温度等变化的情况。另外，存在这些因数的变化导致实际的上游侧NOx浓度发生变化的可能性。为了以高精度基于NOx浓度差来估计NOx催化剂4的劣化程度，高精度地估计上游侧NOx浓度是很重要的。

这里，将参照图2说明内燃机1冷起动时上游侧NOx浓度和下游侧NOx浓度的变化。在图2中，纵轴表示排气中的NOx浓度，横轴表示内燃机1冷起动后经过的时间。虚线L1表示上游侧NOx浓度，实线L2表示下游侧NOx浓度。

在图2中，当从起动开始经过了时间ta时，NOx催化剂4的温度达到活性温度。在起动后经过时间ta前，也就是说，当NOx催化剂4的温度低于活性温度时，排气中的NOx未被储存于NOx催化剂4中，而是溜过NOx催化剂4。因此，在这种情况下，在排气中的NOx未被NOx催化剂4净化的状态下，排气到达NOx传感器12。当NOx催化剂4的温度达到活性温度时，排气中的NOx被储存于NOx催化剂4中，从而排气被净化。

因此，如图2所示，在从起动开始直至经过了时间ta的时段期间，上游侧NOx浓度和下游侧NOx浓度具有实质上相等的值。

因此，在本实施例中，当NOx催化剂4处于非活性状态时，由NOx传感器12来检测排气中的NOx浓度。另外，基于当时NOx传感器12的检测值与由上游侧NOx浓度估计图估计出的上游侧NOx浓度的估计值之间的差(以下称为估计误差)，来计算出用于修正由上游侧NOx浓度估计图估计出的估计值的修正系数。

当NOx催化剂4处于活性状态时，执行NOx催化剂4的劣化程度的估计。这时，通过将由上游侧NOx浓度估计图估计出的估计值与上述修正系数相乘来执行修正。然后，计算出修正后的上游侧NOx浓度的估计值与NOx传感器12的检测值之间的差作为NOx浓度差，并基于该NOx浓度差来估计NOx催化剂4的劣化程度。

根据本实施例，能够更精确地估计出上游侧NOx浓度，从而能够更精确地估计出NOx催化剂4的劣化程度。

而且，根据本实施例，无需在NOx催化剂4上游侧的排气通路2内附加地设置NOx传感器，就能够更精确地估计出NOx催化剂4的劣化程度。

<修正系数计算例程>

这里，将参照图3中示出的流程图来说明根据本实施例计算前述修正系数时的修正系数计算例程。该例程预先存储于ECU 10中，并以预定间隔重复执行。

在该例程中，首先在S101中，ECU 10判定NOx催化剂4的温度Tc是否低于活性温度的下限值Tca。如果S101中的判定为肯定的，则ECU 10进行至步骤S102，如果该判定为否定的，则ECU 10终止本例程的执行。与此相关的，在本实施例中，NOx催化剂4的温度Tc低于活性温度下限值Tca的条件相当于根据本发明的NOx未净化条件。另外，执行步骤S101的ECU 10构成了根据本发明的NOx未净化条件判定装置。

在S102中，ECU 10基于上游侧NOx浓度估计图导出当前的上游侧NOx浓度Cnup。

然后，ECU 10进行至S103，在该步骤中计算出通过从在S102中导出的上游侧NOx浓度Cnup中减去NOx传感器12的检测值Cns而得到值作为估计误差ΔCn。

然后，ECU 10进行至S104，在该步骤中判定估计误差ΔCn的绝对值是否大于预定误差ΔCn0。这里，预定误差ΔCn0是能够判定为估计误差ΔCn在允许范围内的阈值。如果S104中的判定为肯定的，则ECU 10进行至步骤S105，如果该判定为否定的，则ECU 10终止本例程的执行。

在S105中，ECU 10基于估计误差ΔCn计算用于修正上游侧NOx浓度的估计值的修正系数c。这里，修正系数c的值使得通过从基于上游侧NOx浓度估计图计算出的上游侧NOx浓度Cnup与修正系数c相乘所得到的值中减去NOx传感器12的检测值Cns而得到的值的绝对值等于或小于预定误差ΔCn0。在本实施例中，估计误差ΔCn与修正系数c值之间的关系可以作为脉谱图预先存储于ECU 10中。然后，ECU 10进行至S106，在该步骤中存储修正系数c。然后，ECU 10终止本例程的执行。

根据上述例程，在当NOx催化剂4处于非活性状态时估计误差ΔCn大于预定误差ΔCn0的情况下，计算出修正系数c，并将修正系数c存储于ECU 20中。

<劣化程度计算例程>

下面，将参照图4中所示的流程图来说明计算NOx催化剂4的劣化程度的劣化程度计算例程。该例程预先存储于ECU 10中，并以预定间隔重复执行。

在该例程中，首先在S201中，判定NOx催化剂4的温度Tc是否等于或高于活性温度的下限值Tca。如果S201中的判定为肯定的，则ECU 10进行至步骤S202，如果该判定为否定的，则ECU 10终止本例程的执行。

在S202中，ECU 10基于上游侧NOx浓度估计图导出当前的上游侧NOx浓度Cnup。

然后，ECU 10进行至S203，在该步骤中判定是否存储有修正系数c。如果存储有修正系数c，则可以判定为当NOx催化剂4处于非活性状态时的估计误差ΔCn大于预定误差ΔCn0。另一方面，如果未存储修正系数c，则可以判定为当NOx催化剂4处于非活性状态时的估计误差ΔCn等于或小于预定误差ΔCn0。如果S203中的判定为肯定的，则ECU 10进行至S204，如果该判定为否定的，则ECU 10进行至S207。

在S204中，ECU 10通过将在S202中导出的上游侧NOx浓度Cnup与修正系数c相乘，计算出上游侧NOx浓度的修正值Cnupa。

然后，ECU 10进行至S205，在该步骤中，通过从上游侧NOx浓度的修正值Cnupa中减去NOx传感器12的检测值Cns(即下游侧NOx浓度)，计算出NOx浓度差ΔCud。

然后，ECU 10进行至S206，在该步骤中，基于NOx浓度差ΔCud计算出NOx催化剂4的劣化程度Lde。这里，NOx浓度差ΔCud与NOx催化剂4的劣化程度Lde之间的关系可以作为脉谱图预先存储于ECU 10中。然后，ECU 10终止本例程的执行。

另一方面，在S207中，ECU 10通过从在S202中导出的上游侧NOx浓度Cnup中减去NOx传感器12的检测值Cns，计算出NOx浓度差ΔCud。然后，ECU 10进行至S206。

根据上述例程，如果当NOx催化剂4处于非活性状态时的估计误差ΔCn大于预定误差ΔCn0，则利用上游侧NOx浓度的修正值Cnupa来计算NOx浓度差ΔCud。然后，基于该NOx浓度差ΔCud来估计NOx催化剂4的劣化程度Lde。因此，能够更精确地估计NOx催化剂4的劣化程度。

(实施例2)

<内燃机的进排气系统的概略结构>

图5是示出根据本实施例的内燃机的进排气系统的概略结构的图。在本实施例中，设有旁通通路15，该旁通通路15的一端与NOx催化剂4上游侧的排气通路2相连接，而另一端与位于NOx催化剂4下游侧并且位于温度传感器11和NOx传感器12上游侧的排气通路2相连接。

另外，排气通路2的在NOx催化剂4上游侧与旁通通路15相连接的连接部设有流路切换阀16。流路切换阀16使排气流在流过旁通通路15与流过NOx催化剂4之间进行切换。流路切换阀16与ECU 10电连接并受ECU 10控制。除旁通通路15和流路切换阀16之外的结构与根据实施例1的内燃机的进排气系统的概略结构相同，相同的结构用相同的参考符号标记，并省略其说明。与此相关的，在本实施例中，流路切换阀16构成了根据本发明的排气流路控制装置。

<旁通控制>

在本实施例中，当预定条件成立时，ECU 10执行旁通控制来关闭NOx催化剂4侧的排气通路2并开通旁通通路15。在执行旁通控制的状态下，排气绕过NOx催化剂4流动。

这里，预定条件的示例可以是从内燃机1中排出的排气的温度低于NOx催化剂4的活性温度下限值的条件。在这种情况下，通过执行旁通控制，能够期望NOx催化剂4早期暖机或控制温度降低。

<修正系数的计算>

在本实施例中，当旁通控制正在进行时，排气中的NOx未在NOx催化剂4中净化。这意味着与在实施例1中NOx催化剂4处于非活性状态的情况下同样，在NOx未在NOx催化剂4中净化的状态下，排气中的NOx到达NOx传感器12。因此，上游侧NOx浓度和下游侧NOx浓度具有实质上相等的值。

因此，在本实施例中，当旁通控制正在进行时，由NOx传感器12检测排气中的NOx浓度。另外，计算出当时NOx传感器12的检测值与由上游侧NOx浓度估计图估计出的上游侧NOx浓度的估计值之间的差作为估计误差，并基于该估计误差计算出用于修正由上游侧NOx浓度估计图估计出的估计值的修正系数。此外，利用该修正系数，采用与实施例1中的方法类似的方法来估计出NOx催化剂4的劣化程度。

根据本实施例，与实施例1同样，能够更精确地估计出上游侧NOx浓度，从而能够更精确地估计出NOx催化剂4的劣化程度。而且根据本实施例，无需在NOx催化剂4上游侧的排气通路2内附加地设置NOx传感器，就能够更精确地估计出NOx催化剂4的劣化程度。

<修正系数计算例程>

这里，将参照图6中所示的流程图说明根据本实施例的修正系数计算例程。该例程与图3中所示的修正系数计算例程的不同之处仅在于S101被S301所代替，其他步骤均相同。该例程预先存储于ECU 10中，并以预定间隔重复执行。

在该例程中，首先在S301中，判定旁通控制是否正在进行。如果S301中的判定为肯定的，则ECU 10进行至S102，如果该判定为否定的，则ECU终止本例程的执行。在本实施例中，旁通控制正在进行的条件构成了根据本发明的NOx未净化条件。另外，执行该步骤S301的ECU 10构成了根据本发明的NOx未净化条件判定装置。

根据本例程，在当排气绕过NOx催化剂4流动时估计误差ΔCn大于预定误差ΔCn0的情况下，计算出修正系数c。

此外，在本实施例中，在当排气绕过NOx催化剂4流动时的估计误差ΔCn大于预定误差ΔCn0的情况下，通过将上游侧NOx浓度Cnup与修正系数c相乘，计算出上游侧NOx浓度的修正值Cnupa。上游侧NOx浓度的修正值Cnupa被用于估计NOx催化剂4的劣化程度。利用上游侧NOx浓度的修正值Cnupa来计算出NOx浓度差ΔCud。此外，基于NOx浓度差ΔCud估计出NOx催化剂4的劣化程度Lde。因此，能够更精确地估计出NOx催化剂4的劣化程度。

工业实用性

根据本发明，在具有设于排气通路内的NOx催化剂的内燃机排气净化系统中，能够更精确地估计出NOx催化剂的劣化程度。

Claims (3)

1.一种内燃机排气净化系统，包括：

NOx催化剂，所述NOx催化剂设置在内燃机的排气通路内，用以净化排气中的NOx；

NOx传感器，所述NOx传感器设置在所述NOx催化剂下游侧的所述排气通路内，用以检测排气中的NOx浓度；

NOx浓度估计装置，所述NOx浓度估计装置用于基于所述内燃机的工作状态估计所述NOx催化剂上游侧的所述排气通路内的排气中的NOx浓度；以及

劣化程度估计装置，当所述NOx催化剂处于活性状态并且排气流过所述NOx催化剂时，所述劣化程度估计装置基于所述NOx传感器的检测值与由所述NOx浓度估计装置得到的估计值之间的差，来估计所述NOx催化剂的劣化程度，

其特征在于还包括NOx未净化条件判定装置，所述NOx未净化条件判定装置用于判定NOx未净化条件是否成立，所述NOx未净化条件是在排气中的NOx未在所述NOx催化剂中净化的状态下排气到达所述NOx传感器的条件，

其中，当由所述NOx未净化条件判定装置判定为所述NOx未净化条件成立时，基于所述NOx传感器的检测值与由所述NOx浓度估计装置得到的估计值之间的差，来修正在由所述劣化程度估计装置估计所述NOx催化剂的劣化程度中由所述NOx浓度估计装置得到的NOx浓度的估计值。

2.根据权利要求1所述的内燃机排气净化系统，其中，如果所述NOx催化剂的温度低于活性温度，则所述NOx未净化条件判定装置判定为所述NOx未净化条件成立。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机排气净化系统，还包括：

旁通通路，所述旁通通路的一端与所述NOx催化剂上游侧的所述排气通路相连接，而另一端与位于所述NOx催化剂下游侧并且位于所述NOx传感器上游侧的所述排气通路相连接；以及

排气流路控制装置，所述排气流路控制装置用于执行使排气流过所述旁通通路或者流过所述NOx催化剂的控制；

其中，如果所述排气流路控制装置使排气流过所述旁通通路，则所述NOx未净化条件判定装置判定为所述NOx未净化条件成立。

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