CN101413418B - 发动机用排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机用排气净化装置，其具有：氨选择还原型NOx催化剂(40)，其以氨作为还原剂，选择还原排气中的NOx；以及尿素水喷射器(44)，其向氨选择还原型NOx催化剂(40)的上游侧的排气中供给尿素水。当为了向氨选择还原型NOx催化剂(40)供给氨，从尿素水喷射器(44)供给尿素水时，ECU(50)控制尿素水喷射器(44)，以按照规定的供给持续时间及供给中止之间间歇地供给尿素水。

Description

发动机用排气净化装置
技术领域
本发明涉及用于净化发动机的排气的排气净化装置，特别地，涉及具有氨选择还原型NOx催化剂的排气净化装置，前述氨选择还原型NOx催化剂以由向排气中供给的尿素水生成的氨作为还原剂，还原排气中的NOx。
背景技术
目前已知一种排气净化装置，其用于去除发动机排气中含有的污染物质之一即NOx(氮氧化物)而净化排气。在这种排气净化装置中，在发动机的排气通路中配置氨选择还原型NOx催化剂(以下简称SCR催化剂)。向SCR催化剂供给氨作为还原剂，通过使用这种氨还原NOx，排气被净化。
在这种排气净化装置中，为了将氨向SCR催化剂供给，通常向排气中供给与氨相比处理更容易的尿素水，使用尿素水喷射器等，向排气中喷射尿素水。由尿素水喷射器向排气中供给的雾状的尿素水，利用排气的热量加水分解，其结果，将生成的氨向SCR催化剂供给。向SCR催化剂供给的氨被SCR催化剂吸附，通过由SCR催化剂促进氨与排气中的NOx间的脱硝反应而将NOx还原，净化排气。
此时，由尿素水喷射器喷射的雾状的尿素水的一部分，通过与排气通路的内壁面等碰撞而液化，会附着在排气通路或尿素水喷射器等上。这样附着的尿素水，会因其水份气化而成为尿素结晶等固态物(以下统称为尿素固态物)，堆积在排气通路的内壁面或尿素水喷射器上。另外，因附着的尿素水的水分气化时的气化潜热，在附着尿素水的部分上会出现冷点。因此，附着尿素水的部分及其周围，成为雾状的尿素水成为更加容易液化并附着的状态，其结果，促进尿素固态物的生成。
如果这样持续尿素固态物的堆积，则不仅排气通路中的排气流动阻力增大或排气通路闭塞，还可能出现导致尿素水喷射器的动作不良的问题。为了解决这些问题，根据日本国特开2005-273503号公报(以下简称专利文献1)提出一种排气净化装置，其由尿素水喷射器间歇地进行尿素水喷射，去除堆积在尿素水喷射器上的尿素水固态物。在专利文献1的排气净化装置中，通过由尿素水喷射器间歇地进行尿素水的喷射，可以使堆积在尿素水喷射器上的尿素固态物熔融或将其吹散，将其从尿素水喷射器上去除。
但是，在专利文献1的排气净化装置中，在SCR催化剂的温度低于活化温度的情况下，即不需要向SCR催化剂进行氨的供给的情况下，由上述间歇喷射进行尿素固态物的去除。因此，在尿素固态物的去除中使用的尿素水，对于由SCR催化剂进行的排气的净化不起作用，存在过量消耗尿素水的问题。
另外，在专利文献1的排气净化装置中，可以通过尿素水的喷射去除堆积在尿素水喷射器上的尿素固态物，但无法去除堆积在排气通路内的尿素固态物。而且，还会产生为了去除尿素固态物而喷射的尿素水液化并附着在排气通路内的壁面上，促进排气通路内的壁面上的尿素固态物的堆积的问题。
发明内容
本发明是为了解决这些问题而提出的，其目的在于提供一种排气净化装置，其可以高效地向排气中供给尿素水，同时良好地抑制排气通路内或尿素水喷射器上的尿素结晶等固态物的堆积。
为了实现上述目的，本发明的发动机用排气净化装置具有：氨选择还原型NOx催化剂，其配置在发动机的排气通路中，以氨作为还原剂选择还原排气中的NOx；尿素水供给单元，其向上述氨选择还原型NOx催化剂的上游侧的排气中供给尿素水；以及控制单元，其在为了向上述氨选择还原型NOx催化剂供给氨而由上述尿素水供给单元供给尿素水时，控制上述尿素水供给单元，以按照规定的供给持续时间及供给中止时间间歇地供给尿素水，其中，在由上述尿素水供给单元供给尿素水时，上述控制单元以规定的下限值作为初始值，在每个规定的周期，加上与由尿素水生成固态物的生成量对应的增加值，同时，减去与上述固态物的消失量对应的减小值，从而计算第1判定值，如果上述第1判定值增大而达到规定的上限值，则判断已经过了上述供给持续时间，可以停止由上述尿素水供给单元进行的尿素水的供给，当暂时停止由上述尿素水供给单元进行的尿素水供给时，上述控制单元通过以上述上限值作为初始值，在每个上述规定周期减去上述减小值，从而计算第2判定值，如果上述第2判定值减小而达到上述下限值，则判断已经过了上述供给中止时间，可以开始由上述尿素水供给单元进行的尿素水的供给。
根据这样构成的排气净化装置，当为了向氨选择还原型NOx催化剂供给氨而由尿素水供给单元供给尿素水时，以规定的供给持续时间及供给中止时间，间歇地由尿素水供给单元向氨选择还原型NOx催化剂的上游侧的排气中供给尿素水。
因此，即使在供给持续时间内由向排气中供给的尿素水生成尿素结晶等固态物，也可以在供给中止时间内使生成的固态物转化为氨而使之消失。因此，可以抑制尿素结晶等固态物向排气通路内或尿素水供给单元等的堆积。其结果，可以良好地防止由尿素结晶等固态物的堆积引起的排气流动阻力的增大或排气通路的闭塞、以及尿素水供给单元的动作不良。
另外，当为了向氨选择还原型NOx催化剂供给氨而由尿素水供给单元供给尿素水时，因为可以这样间歇地进行尿素水的供给，所以供给的尿素水可以在氨选择还原型NOx催化剂的NOx的选择还原中使用。因此，不需要为了抑制尿素结晶等固态物的堆积而将过量的尿素水向排气中供给，可以高效地使用尿素水。
在这种情况下，为了确定由尿素水供给单元间歇地供给尿素水时的尿素水的供给持续时间而使用的第1判定值，通过每隔规定周期加上与来自尿素水的固态物的生成量对应的增加值，同时，每隔规定周期减去与上述固态物的消失量对应的减小值而求得。因此，第1判定值对应于来自尿素水的尿素结晶等固态物的生成及消失而变化。也就是说，在上述固态物的生成量大于消失量的情况下，两者之差越大，则第1判定值越快增大到上限值，尿素水的供给持续时间越短。
其结果，可以适当地调整在由尿素水供给单元供给尿素水的期间生成的尿素结晶等固态物的量，高精度且可靠地抑制尿素结晶等固态物的堆积。
另一方面，为了确定由尿素水供给单元间歇地供给尿素水时的尿素水的供给中止时间而使用第2判定值，通过每隔规定周期减去与来自尿素水的固态物的消失量对应的减小值而求得。因此，第2判定值对应于来自尿素水的尿素结晶等固态物的消失状况而变化。也就是说，上述固态物的消失量越大，则第2判定值越快减少至下限值，尿素水的供给中止时间越短。
其结果，当中止由尿素水供给单元的尿素水供给时，可以在排气中的尿素结晶等固态物减少到适当的量时重新开始尿素水的供给。因此，可以防止过度地持续中止尿素水的供给，可以抑制伴随尿素水的供给停止的排气净化效率的降低。
在按照这种方式使用第1判定值及第2判定值由尿素水供给单元间歇地供给尿素水的情况下，具体地说，排气净化装置还具有排气温度检测单元，其检测由上述尿素水供给单元供给尿素水的排气的温度，上述增加值可以按照对应于由上述排气温度检测单元检测到的排气温度、上述发动机的排气排出量和来自上述尿素水供给单元的尿素水供给量而变化的方式设定。在这种情况下，上述减小值也可以按照对应于上述排气温度和上述排气排出量而变化的方式设定。
如前所述，尿素结晶等固态物的生成，受到排气温度、来自尿素水供给单元的尿素水供给量、以及来自发动机的排气排出量的影响。另外，尿素结晶等固态物的消失，受到排气温度以及来自发动机的排气排出量的影响。因此，通过按照上述方式设定增加值及减小值，可以对应于尿素结晶等固态物实际生成及消失而高精度地设定增加值及减小值。其结果，即使是这些排气温度、尿素水供给量、和/或排气排出量变化的情况，也可以良好地抑制伴随尿素水供给中止的排气净化效率的降低，并高精度且可靠地抑制尿素结晶等固态物的堆积。
更具体地说，上述增加值被设定为，在上述排气排出量和上述尿素水供给量恒定的情况下，其随着上述排气温度的上升而减少，在上述排气温度和上述尿素水供给量恒定的情况下，其伴随上述排气排出量的增大而减少，在上述排气温度和上述排气排出量恒定的情况下，其伴随上述尿素水供给量的减少而减少。此时，上述减小值被设定为，在上述排气排出量恒定的情况下，其伴随上述排气温度的上升而增大，在上述排气温度恒定的情况下，其伴随上述排气排出量的增大而增大。
通过这样设定增加值及减小值，可以对应于排气温度、尿素水供给量、及排气排出量对于尿素结晶等固态物的生成及消失的实际影响，高精度地设定增加值及减小值。其结果，在这些排气温度、尿素水供给量、和/或排气排出量变化的情况下，也可以良好地抑制伴随尿素水的供给中止的排气净化效率的降低，并且更高精度且可靠地抑制尿素结晶等固态物的堆积。
或者，在按照上述方式使用第1判定值及第2判定值，由尿素水供给单元间歇地供给尿素水的情况下，具体地说，排气净化装置还具有排气温度检测单元，其检测由上述尿素水供给单元供给尿素水的排气的温度，上述增加值可以按照对应于由上述排气温度检测单元检测到的排气温度和排气中的尿素水的密度而变化的方式设定。此时，上述减小值可以按照对应于上述排气温度和上述发动机的排气排出量而变化的方式设定。
如前所述，尿素结晶等固态物的生成受到排气温度及排气中的尿素水的密度的影响。另外，尿素结晶等固态物的消失受到排气温度及来自发动机的排气排出量的影响。因此，通过按照上述方式设定增加值及减小值，可以对应于尿素结晶等固态物的实际的生成及消失，高精度地设定增加值及减小值。其结果，即使是这些排气温度和/或排气中的尿素水的密度变化的情况，也可以良好地抑制伴随尿素水的供给中止的排气净化效率的降低，高精度且可靠地抑制尿素结晶等固态物的堆积。
更具体地说，上述增加值被设定为，在上述尿素水的密度恒定的情况下，其伴随上述排气温度的上升而减，在上述排气温度恒定的情况下，其伴随上述尿素水的密度的减少而减少。此时，上述减小值被设定为，在上述排气排出量恒定的情况下，其伴随上述排气温度的上升而增大，在上述排气温度恒定的情况下，其伴随上述排气排出量增大而增大。
通过这样设定增加值及减小值，可以对应于排气温度、排气中的尿素水的密度、及排气排出量对于尿素结晶等固态物的生成及消失的实际影响，高精度地设定增加值及减小值。其结果，即使是这些排气温度、排气中的尿素水的密度、和/或排气排出量变化的情况，也可以良好地抑制伴随尿素水的供给中止的排气净化效率的降低，更高精度且可靠地抑制尿素结晶等固态物的堆积。
附图说明
图1是使用了本发明的一个实施方式涉及的排气净化装置的发动机系统的整体结构图。
图2是ECU执行的尿素水供给控制的流程图。
图3是在尿素水供给控制中使用的增加值对应图中的增加值、排气温度及尿素水供给量/排气排出量的关系的曲线图。
图4是在尿素水供给控制中使用的减小值对应图中的减小值、排气温度及尿素水供给量/排气排出量的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的一个实施方式。
图1是具有4气缸柴油发动机(以下简称发动机)1并使用了本发明的实施方式涉及的排气净化装置的发动机系统的整体结构图。首先，参照图1详细地说明发动机系统的结构。
发动机1具有对各气缸共用地设置的高压蓄压室(以下简称公用油轨)2。由未图示的燃料喷射泵供给并蓄积在公用油轨2中的高压燃料，在向设置在各个气缸上的燃料喷射器4供给之后，从各个燃料喷射器4喷射到各自的气缸内。
在进气通路6中安装涡轮增压器8。从未图示的空气净化器侧吸入的进气，从进气通路6流入涡轮增压器8的压缩机8a。在压缩机8a中通过的进气，经由中间空气冷却器10及进气控制阀12被导入进气歧管14。在压缩机8a的上游侧的进气通路6中，设置用于检测向发动机1的吸入空气流量的进气量传感器16。
另一方面，从发动机1的各个气缸排出排气的排气端口(未图示)，经由排气歧管18与排气管20连接。在排气歧管18与进气歧管14之间，设置经由EGR阀22将排气歧管18与进气歧管14连通的EGR通路24。
在排气管20中安装有涡轮增压器8的涡轮8b，该排气管20经由配置在涡轮8b的下游侧的排气节流阀26，与排气后处理装置28连接。涡轮8b的旋转轴与压缩机8a的旋转轴机械连结，承受在排气管20内流动的排气的涡轮8b驱动压缩机8a。
排气后处理装置28具有上游侧壳体30和利用通路32与上游侧壳体30的下游侧连通的下游侧壳体34。上游侧壳体30、通路32及下游侧壳体34与排气管20一起构成本发明的排气通路。
在上游侧壳体30内收容前段氧化催化剂36，同时，在该前段氧化催化剂36的下游侧收容微粒过滤器(以下简称过滤器)38。过滤器38通过收集排气中的微粒而净化发动机1的排气。
前段氧化催化剂36使排气中的NO(一氧化氮)氧化而生成NO2(二氧化氮)。通过将前段氧化催化剂36配置在过滤器38的上游侧，使由前段氧化催化剂36生成的NO2流入过滤器38。被过滤器38收集而堆积的微粒与由前段氧化催化剂36供给的NO2反应而氧化，从而进行过滤器38的连续再生。
另一方面，在下游侧壳体34内收容氨选择还原型NOx催化剂(以下简称SCR催化剂)40，其吸附排气中的氨，以氨作为还原剂，选择还原排气中的NOx(氮氧化物)，净化排气。在SCR催化剂40的下游侧，收容用于从排气中去除从SCR催化剂40流出的氨的后段氧化催化剂42。该后段氧化催化剂42还具有下述功能，即，将由过滤器38强制再生而微粒被烧却时所产生的CO(一氧化碳)氧化，作为CO2(二氧化碳)排出到大气中。
另外，在通路32中设置尿素喷射器(尿素水供给单元)44，其向通路32内的排气中喷射尿素水。尿素水喷射器44从蓄积尿素水的尿素水储存罐46，经由未图示的尿素水供给泵供给尿素水。供给的尿素水伴随尿素水喷射器44的开闭，由尿素水喷射器44喷射到通路32内的排气中。
由尿素水喷射器44喷射的雾状的尿素水，利用排气的热量加水分解，生成氨。生成的氨与排气一起向SCR催化剂40供给。SCR催化剂40吸附供给的氨，促进氨与排气中的NOx的脱硝反应。由此，排气中的NOx被还原而转换为无害的N2。此外，在氨未与NOx反应，而是从SCR催化剂40流出的情况下，该氨利用后段氧化催化剂42被从排气中去除。
在下游侧壳体34内的SCR催化剂40的上游侧，设置用于检测排气温度的排气温度传感器(排气温度检测单元)48。该排气温度传感器48检测流入SCR催化剂40中的排气的温度。
ECU(控制单元)50是进行用于包括发动机1的运行控制在内的综合控制的控制装置。ECU 50由CPU、存储器、计数器等构成，在进行各种控制量的运算的同时，根据其控制量进行各种设备的控制。
在ECU 50的输入侧，为了收集各种控制所需的信息，除了上述进气量传感器1及排气温度传感器48之外，还连接检测发动机1的转速的转速传感器52、及检测未图示的踏板的踏入量的加速器开度传感器54等各种传感器。
另一方面，在ECU 50的输出侧，连接根据运算出的控制量进行控制的各个气缸的燃料喷射器4、进气控制阀12、EGR阀22、排气节流阀26及尿素水喷射器44等的各种设备。
ECU 50还进行燃料供给控制，其运算向发动机1的各个气缸的燃料供给量，并进行用于根据运算出的燃料供给量控制燃料喷射器4的燃料供给控制。发动机1的运行所需的燃料供给量(主喷射量)，根据由转速传感器52检测到的发动机1的转速和由开度传感器54检测到的加速器开度，从预先存储的对应图读取而确定。向各个气缸供给的燃料的量，利用燃料喷射器4的开阀时间调整。ECU 50每当与确定的燃料量相对应的驱动时间，将各个燃料喷射器4开阀，由此向各个气缸进行燃料的主喷射。其结果，可以供给发动机1运行所需的量的燃料。
ECU 50除了这种燃料供给控制之外，还进行过滤器38的强制再生及用于向SCR催化剂40供给氨的尿素水供给控制。对于过滤器38的强制再生已众所周知，在这里省略详细的说明。下面，对于利用ECU 50进行的尿素水供给控制详细地进行说明。
ECU 50根据由喷射器4进行的主喷射得到的燃料供给量、由转速传感器52检测到的发动机1的转速、及由进气量传感器16检测到的向发动机1的吸入空气流量等，计算发动机1的每单位时间内的排气排出量及NOx排出量。此外，ECU 50根据相对于求出的NOx排出量而由SCR催化剂40进行NOx选择还原所需的氨的量，求出尿素水的目标供给量。ECU 50根据目标供给量，控制尿素水喷射器44，使尿素水喷射器44进行尿素水向SCR催化剂40的上游侧的排气中的供给。
由尿素水喷射器44喷射的雾状的尿素水，如前所述，利用排气的热量加水分解，生成氨。生成的氨与排气一起向SCR催化剂40供给。SCR催化剂40吸附供给的氨，促进氨与排气中的NOx的脱硝反应。由此，NOx被还原而转换为无害的N2等。
为了适当地进行这种使用了尿素水喷射器44的尿素水的供给，ECU 50按照图2所示的流程图，以规定的控制周期进行尿素水供给控制。此外，该尿素水供给控制伴随发动机1的起动而开始，伴随发动机1的停止而结束。
如果控制开始，则在步骤S1中，ECU 50根据可进行尿素水供给的条件是否成立的判定，判定是否需要向SCR催化剂40进行氨的供给。具体地说，ECU 50根据排气温度传感器48检测到的发动机1的排气温度，判定SCR催化剂40是否活化。并且，当发动机1的排气温度大于或等于基于SCR催化剂40的活化温度的规定的基准温度时，ECU 50判定SCR催化剂40已活化，由此，ECU 50判定可进行尿素水供给的条件成立。因此，ECU 50根据SCR催化剂40已活化的情况，判定需要向SCR催化剂40进行氨的供给。
在步骤S1中判定可进行尿素水供给的条件成立的情况下，ECU50使处理进入步骤S2。另一方面，在步骤S 1中判定可以进行尿素水供给的条件不成立的情况下，ECU 50结束本次的控制周期，在下一个控制周期的步骤S1中，再次判断可以进行尿素水供给的条件是否成立。因此，仅在步骤S1中ECU 50判定可进行尿素水供给的条件成立，必须向SCR催化剂40进行氨供给的情况下，ECU 50使处理进入步骤S2。也就是说，尿素供给控制与用于向SCR催化剂40供给氨的尿素水的供给相关地进行。以下，对可供给尿素水的条件成立，ECU 50使处理从步骤S1进入步骤S2的情况进行说明。
在步骤S2中，ECU 50判断标记F的值是否为1。该标记F表示是否中止由尿素水喷射器4进行的尿素水的供给。具体地说，通过使其值为0，标记F表示允许尿素水的供给，通过其值为1，表示尿素水的供给中止。标记F的初始值为0，在尿素水供给控制开始的初期，在可进行尿素水供给的条件成立的情况下，允许尿素水的供给。
因此，如果在步骤S2中判断标记F的值不是1而使处理进入步骤S3，则ECU 50根据预先存储的增加值对应图及减小值对应图，分别读取在此时的控制周期内使用的增加值An及减小值Dn。此外，下标n表示与此时的控制周期相对应，下标n-1表示与上一个控制周期相对应。
在为了读取增加值An而使用的增加值对应图中，确定增加值An，其大小对应于由尿素喷射器4供给的尿素水的每单位时间的供给量相对于发动机1的每单位时间的排气排出量的比、即尿素水供给量/排气排出量，以及供给尿素水的排气温度而变化。
该增加值An与由向排气供给中的尿素水生成的尿素结晶等固态物(以下统称尿素固态物)的每单位时间的生成量相对应。尿素固态物不仅是向排气供给中的尿素水越多而越容易生成，而且来自发动机1的排气排出量越少也越容易生成，另外，排气温度越低越容易生成。每单位时间的尿素水供给量相对于每单位时间的排气排出量的比，与排气中的尿素水的密度相对应。因此，排气中的尿素水的密度越高，尿素固态物越容易生成。
因此，在增加值对应图中，如图3所示，增加值An被设定为，尿素水供给量/排气排出量越大则增加值An越大，另外，排气温度越低则增加值An越大。此外，在本实施方式中，增加值对应图是根据尿素水供给量/排气排出量及排气温度确定增加值An的3维对应图，但也可以是根据尿素水供给量、排气排出量及排气温度而确定增加值An的4维对应图。在这种情况下，各个参数与增加值An的关系与本实施方式的增加值对应图相同。
另外，在为了读取减小值Dn而使用的减小值对应图中，确定减小值Dn，其大小与发动机1的每单位时间的排气排出量和供给尿素水的排气的温度对应而变化。
该减小值Dn与由在排气中生成的尿素固态物转化为氨而引起的尿素固态物的每单位时间的消失量相对应。来自发动机1的排气排出量越多，尿素固态物越容易转化为氨而消失，另外，排气温度越高，其越容易转化为氨而消失。因此，在减小值对应图中，如图4所示，减小值Dn被设定为，排气排出量越多则减小值Dn越大，排气温度越高则减小值Dn越大。
因此，在步骤S3中，ECU 50根据在此时的控制周期中由排气温度传感器48检测到的排气温度、ECU 50运算出的尿素水的目标供给量、及发动机1的排气排出量，从增加值对应图读取对应的增加值An，同时，根据排气温度及排气排出量，从减小值对应图读取对应的减小值Dn。
在下面的步骤S4中，ECU 50使用在步骤S3中读取的增加值An及减小值Dn，对第1判定值Xn进行运算。具体地说，通过相对于ECU 50在前一个控制周期中计算出的第1判定值Xn-1，加上在步骤S3中读取的增加值An，同时，减去在步骤S3中读取的减小值Dn，从而ECU 50求出本次的第1判定值Xn。在这里，第1判定值Xn-1的初始值为预先设定的下限值，在本实施方式中，第1判定值Xn-1的初始值为0。因此，在步骤S1的判定从“否”变为“是”开始，或步骤S2的判定从“是”变为“否”开始，ECU 50使处理从步骤S2经由步骤S3进入步骤S4的情况下，从增加值An中减去减小值Dn的值成为本次的第1判定值。
如果这样求出本次的第1判定值Xn，使处理进入下面的步骤S5，则ECU 50判断在步骤S4中求出的本次的第1判定值Xn是否大于或等于规定的上限值L，即是否达到上限值L。然后，在判断本次的第1判定值Xn未达到上限值L的情况下，ECU 50使处理进入步骤S6，允许尿素水喷射。由此，继续执行由尿素水喷射器44进行的尿素水的喷射。
如果这样结束该控制周期，进入下一个周期，则ECU 50再次从步骤S1开始处理，使处理进入步骤S2。
因为标记F的值仍为0，所以ECU 50使处理从步骤S2经由步骤S3进入步骤S4。在步骤S4中，ECU 50使用如上述在步骤S3读取的增加值An及减小值Dn、和在前一个控制周期中计算出的第1判定值Xn-1，对本次的第1判定值Xn进行运算。这样在步骤S4中，通过使用增加值An及减小值Dn、和在前一个控制周期中计算出的第1判定值Xn-1，在每个控制周期由ECU 50对本次的第1判定值Xn进行运算，更新第1判定值Xn。
在这里，在尿素供给量/排气排出量较小的情况下，或供给尿素水的排气的温度较低的情况下，容易生成尿素固态物。因此，在这些情况下，与之相对应地，增加值An也具有较大的值。另外，在排气排出量较少的情况下，或供给尿素水的排气的温度较低的情况下，尿素固态物不易转化为氨，尿素固态物的消失量减少。因此，在这些情况下，与之相对应地，减小值Dn也具有较小的值。如果这样减小值Dn相对地小于增加值An，则在步骤S4中，在每个控制周期反复运算的第1判定值Xn将逐渐增大。
如果在步骤S4中运算出的第1判定值Xn增大，在步骤S5中判定其达到上限值L，则ECU 50使处理进入步骤S7，中止来自尿素水喷射器44的尿素水的喷射，然后使处理进入步骤S8。
ECU 50在步骤8中使标记F的值为1之后，使处理进入步骤S9。在步骤S9中，ECU 50将本次的第1判定值Xn重置为下限值0，结束该控制周期，该第1判定值Xn在下一个控制周期以后，在处理进入步骤S4的情况下，成为第1判定值Xn-1的初始值。
这样，如果增加值An及减小值Dn对应于尿素供给量、排气排出量及排气温度而增减，其结果第1判定值Xn达到上限值L，则ECU50中止在这之前持续的由尿素喷射器44进行的尿素水的喷射。因此，直到中止的尿素水的供给持续时间，除了上限值L外，由分别从增加值对应图及减小值对应图读取的增加值An及减小值Dn确定。
增加值对应图中的增加值An与各个参数的关系，及减小值对应图中的减小值Dn与各个参数的关系如前所述。此外，上限值L、增加值An及减小值Dn被设定为这样的值，即，当持续进行尿素水喷射时，在尿素固态物刚开始堆积之前，第1判定值Xn达到上限值L，终止中止尿素水的供给。对于上限值L、增加值An及减小值Dn的设定，考虑各种方法，而对于其一个例子如后所述。
如果在步骤S5中，ECU 50判定第1判定值Xn达到上限值L，如前所述，进行步骤S7至S9的处理而使该控制周期结束，则在下一个控制周期，ECU 50使处理从步骤S1进入步骤S2。此时，因为标记F的值变为1，所以ECU 50使处理进入步骤S10。
在步骤S10中，ECU 50从减小值对应图读取在此时的控制周期中使用的减小值Dn。在减小值对应图中，按照前述方式确定减小值Dn，其大小对应于发动机1的每单位时间的排气排出量、和向尿素水供给的排气的温度而变化。也就是说，如图4所示，减小值Dn被设定为，排气排出量越多则减小值Dn越大，排气温度越高则减小值Dn越大。ECU 50根据在此时的控制周期中由排气温度传感器48检测到的排气温度、和ECU 50运算出的发动机1的排气排出量，从减小值对应图读取对应的减小值Dn。
在下面的步骤S11中，ECU 50使用在步骤S10中读取的减小值Dn，对第2判定值Yn进行运算。具体地说，通过从ECU 50在前一个控制周期中计算出的第2判定值Yn-1中减去在步骤S10中读取的减小值Dn，ECU 50求出本次的第2判定值Yn。在这里，第2判定值Yn-1初始值为在前述的步骤S5中使用的上限值L。因此，在步骤S2的判定从“否”变为“是”之后，在使处理从步骤S2经由步骤S10进入步骤S11的情况下，使从上限值L中减去减小值Dn的值成为本次的第2判定值Yn。
如果这样求出本次的第2判定值Yn，使处理进入下一个步骤S12，则ECU 50判定在步骤S11中求得的本次的第2判定值Yn是否小于或等于前述步骤S4中的第1判定值Xn-1的初始值、即规定的下限值0，即是否减少到下限值0。然后，在判定本次的第2判定值Yn未减少到0的情况下，ECU 50使处理进入步骤S13，将尿素水喷射设定为中止。由此，继续中止来自尿素水喷射器44的尿素水喷射。
如果这样结束该控制周期，进入下一个控制周期，则ECU 50再次从步骤S1开始处理，使处理进入步骤S2。
因为标记F的值保持为1，所以ECU 50使处理从步骤S2经由步骤S 10进入步骤S11。在步骤S11中，ECU 50使用上述在步骤S10中读取的减小值Dn和在前一个控制周期中计算出的第2判定值Yn-1，对本次的第2判定值Yn进行运算。由此，通过在步骤S11中使用减小值Dn和在前一个控制周期中计算出的第2判定值Yn-1，由ECU 50在每一个控制周期对本次的第2判定值Yn进行运算，从而更新第2判定值Yn。通过这样更新本次第2判定值Yn，第2判定值Yn逐渐减小。
如果在步骤S11中运算出的第2判定值Yn减少，在步骤S 12中达到下限值0，则ECU 50使处理进入步骤S14。在步骤S14中，ECU50允许来自尿素喷射器44的尿素水的喷射，然后使处理进入步骤S15。
ECU 50在步骤S15中使标记F的值为0之后，使处理进入步骤S16。在步骤S16中，ECU 50将本次的第2判定值Yn重置为上限值L，结束该控制周期，该本次的第2判定值Yn在下一个控制周期之后，在处理进入步骤S11的情况下，成为第2判定值Yn-1的初始值。
这样，如果第2判定值Yn达到下限值0，则ECU 50重新开始在此之前持续中止的来自尿素喷射器44的尿素水的喷射。因此，直到该重新开始的尿素水的供给中止时间，由上限值L及从减小值对应图中读取的减小值Dn确定。
如前所述，减小值对应图中的减小值Dn对应于来自发动机1的每单位时间的排气排出量、和供给尿素水的排气的温度而变化，上限值L及减小值Dn，对来自尿素水喷射器44的尿素水的供给持续时间产生影响。此外，上限值L及减小值Dn设定为下述的值，即，使得在持续供给尿素水的期间内生成的尿素固态物，在持续尿素水的供给中止的期间，转化为氨而完全消失时，第2判定值Yn达到下限值0，重新开始尿素水的供给。
除了这些上限值L及减小值Dn，对于前述第1判定值Xn的运算中使用的增加值An的设定，考虑各种方法，例如可以按照下述方式设定。
首先，预先在实验中使发动机1以规定的基准运行状态运行，此时，在由尿素水喷射器44连续地向排气中供给尿素水的情况下，求出直至由尿素水生成的尿素固态物开始堆积所需的时间，作为基准供给持续时间。然后，使发动机1在上述基准运行状态下运行，计算使在基准供给时间内连续地供给尿素水的情况下所生成的尿素固态物，在中止尿素水供给之后转化为氨而完全消失的时间，作为基准供给中止时间。然后，确定上限值L及基准运行状态的减小值Dn，以使得在按照前述方式运算第2判定值Yn时，使第2判定值Yn在上述基准供给中止时间达到下限值0。根据这样确定的上限值L及基准运行状态中的减小值Dn，确定基准运行状态的增加值An，以使得在按照前述方式运算第1判定值Xn时，使第1判定值Xn在上述基准供给持续时间达到上限值L。
然后，求出使发动机1的运行状态从基准运行状态开始进行各种变化的情况下的基准供给持续时间及基准供给中止时间。只要在各种运行状态下，根据上述基准运行状态的增加值An及减小值Dn，确定各种运行状态下的增加值An及减小值Dn，以使得当按照前述方式运算第2判定值Yn时，第2判定值Yn在各自对应的基准供给中止时间达到下限值0，同时，在按照上述方式计算第1判定值Xn时，第1判定值Xn在各个对应的基准供给持续时间达到上限值L即可。这样求得的各种运行状态下的增加值An及减小值Dn，对应于各种运行状态下的尿素水供给量、排气排出量、以及供给尿素水的排气的温度，在增加值对应图及减小值对应图中被设定。
如果在步骤S12中，ECU 50判定第2判定值Yn达到下限值0，如前所述进行步骤S14至步骤S16的处理而结束本周期控制，则在下一个控制周期，ECU 50使处理从步骤S 1进入步骤S2。此时，因为标记F的值为0，ECU 50使处理进入步骤S3。ECU 50分别从增加值对应图及减小值对应图中读取增加值An及减小值Dn。此外，ECU 50在步骤S4中如前所述进行第1判定值Xn的运算，并在步骤S5中判定第1判定值Xn达到上限值L之前的期间，继续允许来自尿素水喷射器44的尿素水的喷射。之后的控制如前面所述。
通过这样按照图2的流程图，由ECU 50进行尿素水供给控制，则在SCR催化剂40已活化而可进行尿素水供给的条件成立，必须向SCR催化剂40进行氨供给的情况下，由尿素水喷射器44间歇地向排气中喷射尿素水。在这种尿素水的间歇供给中，持续进行尿素水的供给，直至第1判定值Xn增加而达到上限值L，然后中止尿素水的供给，直到第2判定值Yn减少而达到下限值0。
如前所述，上限值L、在第1判定值Xn及第2判定值Yn的运算中使用的增加值An及减小值Dn按照下述方式设定，即，使得直至第1判定值Xn增加而达到上限值L的时间，为在连续供给尿素水的情况下，直至尿素固态物开始堆积的时间，同时，使得直至第2判定值Yn减少达到下限值0的时间，为在尿素水的供给中止的期间内，尿素固态物转化为氨而完全消失的时间。因此，即使由从尿素水喷射器44向排气中喷射的尿素水生成尿素固态物，也可以良好地防止尿素固态物向由上游侧壳体30、通路32及下游侧壳体34形成的排气通路内或尿素水喷射器44堆积。另外，可以使生成的尿素固态物转化为氨，将其向SCR催化剂供给40，用于NOx的选择还原。
其结果，可以可靠地防止由尿素固态物的堆积产生的上游侧壳体30、通路32及下游侧壳体34中的排气流动阻力的增大及尿素水喷射器44的动作不良。另外，因为尿素水的间歇供给时的供给中止时间，设定为在尿素水的供给中止期间内，使尿素固态物转化为氨而完全消失的时间，所以不会过度中断尿素水供给。因此，可以将由于尿素水的供给中止产生的对于向SCR催化剂40的氨供给的影响抑制为最低限度。此外，因为尿素水间歇供给在SCR催化剂40达到活化温度而必须向SCR催化剂40进行氨供给时进行，所以不需要为了防止尿素固态物的堆积而供给过量的尿素水，可以高效地使用尿素水。
另外，在第1判定值Xn的运算中使用的增加值An设定为，每单位时间的尿素水供给量相对于每单位时间的来自发动机1的排气排出量的比即尿素水供给量/排气排出量越大其越大，另外，供给尿素水的排气的温度越低其越大。因此，在假定减小值Dn恒定的情况下，第1判定值Xn的增大程度为，尿素水供给量/排气排出量越大其越大，另外，排气温度越低其越大，越快达到上限值L。也就是说，由尿素水喷射器44间歇地供给尿素水时的尿素水的供给持续时间，对应于尿素水供给量、来自发动机1的排气排出量及排气温度而被校正。通过该校正，上述供给持续时间为，尿素水供给量/排气排出量越大其越短，另外，排气温度越低其越短。因此，尿素水供给量、来自发动机1的排气排出量及排气温度对尿素固态物生成的影响程度，分别适当地反应在供给持续时间中。
此外，在第2判定值Yn的运算中使用的减小值Dn设定为，每单位时间的来自发动机1的排气排出量越大其越大，另外，供给尿素水的排气的温度越高其越大。因此，第2判定值Yn的减少程度为，排气排出量越大其越大，另外，排气温度越高其越大，越快减少到下限值0。也就是说，由尿素水喷射器44间歇地供给尿素水时的尿素水的供给中止时间，根据来自发动机1的排气排出量及排气温度而被校正。通过该校正，上述供给中止时间为，排气排出量越大其越短，另外，排气温度越高其越短。因此，来自发动机1的排气排出量及排气温度对尿素固态物消失的影响程度，分别适当地反应在供给中止时间中。
向排气中供给的尿素水，排气温度越低其越容易生成尿素固态物，来自发动机1的排气排出量越少其越容易生成尿素固态物，尿素供给量越多其越容易生成尿素固态物。另外，生成的尿素固态物为，排气温度越高其越容易转化为氨而消失，来自发动机1的排气排出量越多其越容易转化为氨而消失。
因此，在发动机1的运行状态变化而尿素水供给量、来自发动机1的排气排出量或排气温度变化的情况下，当尿素水间歇供给时，通过按照上述方式对应于尿素水供给量、来自发动机1的排气排出量及排气温度校正供给持续时间，同时，对应于来自发动机1的排气排出量及排气温度校正供给中止时间，可以高精度地抑制尿素固态物的堆积。其结果，可以可靠地防止排气流动阻力增大或尿素水喷射器44的动作不良的问题。
另外，在发动机1的运行状态变化的情况下，尿素水间歇供给时的尿素水的供给中止时间被校正为，如上所述，排气排出量越大其越短，另外排气温度越高其越短。由此，以可以使间歇地供给尿素水时的尿素供给的中断时间为所需的最小限度，将对向SCR催化剂40的氨供给的影响抑制为最小限度，同时，可靠地使尿素固态物转化为氨而使之消失。其结果，可以抑制排气净化效率的降低，同时良好地抑制尿素固态物的堆积。
以上，完成对本发明的一个实施方式涉及的排气净化装置的说明，但本发明不限于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，根据使用上限值L、下限值0、增加值An及减小值Dn运算出的第1判定值及第2判定值，确定尿素水的间歇供给中的供给持续时间及供给中止时间。但是，这些供给持续时间及供给中止时间的设定方法不限于此。即，也可以使尿素水间歇供给的供给持续时间及供给中止时间，与每单位时间的尿素水供给量、来自发动机1的排气排出量、及排气温度相对应，直接在对应图等中设定。在这种情况下，从对应图中读取与实际的尿素水供给量、排气排出量、及排气温度相对应的供给持续时间及供给中止时间而设定。
另外，在上述实施方式中，尿素水的间歇供给时的供给持续时间及供给中止时间，根据每单位时间的尿素水供给量、来自发动机1的排气排出量、及排气温度进行校正。这些供给持续时间及供给中止时间，也可以仅根据排气温度，或根据尿素水供给量、排气排出量及排气温度中的某2个进行校正。特别地，在根据尿素水供给量及排气排出量这2个要素校正供给持续时间的情况下，因为如前所述，尿素水供给量相对于排气排出量的比与排气中的尿素水的密度相对应，所以，根据排气中的尿素水的密度校正供给持续时间。
或者，也可以使用预先确定的固定值，作为供给持续时间及供给中止时间。在上述实施方式的情况下，可以最高精度地抑制尿素固态物的堆积，但要校正的参数的数量越少，ECU 50的运算负荷越低，同时，可以节约存储用于校正的数据的存储器的存储容量。因此，在使尿素水的间歇供给时的供给持续时间及供给中止时间为预先确定的固定值的情况下，可以最减轻ECU 50的运算负荷，同时，最节约存储用于校正的数据的存储器的存储容量。
此外，在上述实施方式中，使确定尿素水的供给持续时间及供给中止时间时使用的下限值为0，但下限值不限于此。即，可以对应于将尿素水间歇供给中的尿素固态物的生成或消失设定为怎样的程度，适当变更下限值。
另外，在实施方式的尿素水供给控制中，在尿素水的间歇供给时，持续供给尿素水，直至由于尿素水的供给而开始堆积尿素固态物。但是，也可以进行尿素水供给控制，以使得持续供给尿素水，直至尿素固态物堆积规定量。在这种情况下，尿素水的供给中止时间可以为，直至包括堆积的尿素固态物在内的由供给的尿素水生成的尿素固态物转化为氨而消失的时间。
另外，在上述实施方式中，ECU 50根据SCR催化剂40活化的情况判定可以进行尿素水供给的条件成立，判定必须向SCR催化剂40进行氨的供给。但是，必须向SCR催化剂40进行氨供给的条件不限于此。例如，也可以加入尿素水温度或发动机1的排气温度、排气流量、或负载等的运行状态，设定判定的条件。
此外，在上述实施方式中，ECU 50使用由配置在SCR催化剂40上游的排气温度传感器48检测到的排气温度，校正尿素水间歇供给时的尿素水供给的持续时间及尿素水供给中止时间的持续时间。但是，排气温度的检测位置不限于此，可以从可检测从发动机1排出的排气的温度的位置中选择认为适当的位置。
另外，在上述实施方式中，发动机1为4气缸的柴油发动机，但发动机的气缸数及形式不限于此。只要具有构成为为了向SCR催化剂40供给氨而向排气中供给尿素水的排气净化装置的发动机，均可以采用本发明。

Claims (5)

1.一种发动机用排气净化装置，其特征在于，具有：
氨选择还原型NOx催化剂(40)，其配置在发动机(1)的排气通路(20、30、32、34)中，以氨作为还原剂，选择还原排气中的NOx；
尿素水供给单元(44)，其向上述氨选择还原型NOx催化剂(40)的上游侧的排气中供给尿素水；以及
控制单元(50)，其在为了向上述氨选择还原型NOx催化剂(40)供给氨而从上述尿素水供给单元(44)供给尿素水时，控制上述尿素水供给单元(44)，以按照规定的供给持续时间及供各中止时间，间歇地供给尿素水，
上述控制单元(50)，在由上述尿素水供给单元(44)供给尿素水时，以规定的下限值作为初始值，在每个规定周期，增加与由尿素水生成固态物的生成量对应的增加值，同时，减去与上述固态物的消失量对应的减小值，从而对第1判定值进行运算，如果上述第1判定值增大而达到规定的上限值，则判断已经经过了上述供给持续时间，停止由上述尿素水供给单元(44)进行的尿素水供给，
当暂时停止由上述尿素水供给单元(44)进行的尿素水供给时，以上述上限值作为初始值，在每个上述规定周期，减去上述减小值而对第2判定值进行运算，如果上述第2判定值减小而达到上述下限值，则判断已经经过了上述供给中止时间，开始由上述尿素水供给单元(44)进行的尿素水供给。
2.如权利要求1所述的发动机用排气净化装置，其特征在于，
上述发动机用排气净化装置还具有排气温度检测单元(48)，其检测由上述尿素水供给单元(44)供给尿素水的排气的温度，
上述增加值设定为，对应于由上述排气温度检测单元(48)检测到的排气温度、上述发动机(1)的排气排出量、以及来自上述尿素水供给单元(44)的尿素水供给量而变化，
上述减小值设定为，对应于上述排气温度和上述排气排出量而变化。
3.如权利要求2所述的发动机用排气净化装置，其特征在于，
上述增加值设定为，在上述排气排出量和上述尿素水供给量恒定的情况下，其随着上述排气温度的上升而减少，在上述排气温度和上述尿素水供给量恒定的情况下，其随着上述排气排出量的增大而减少，在上述排气温度和上述排气排出量恒定的情况下，其随着上述尿素水供给量的减少而减少，
上述减小值设定为，在上述排气排出量恒定的情况下，其随着上述排气温度的上升而增大，在上述排气温度恒定的情况下，其随着上述排气排出量的增大而增大。
4.如权利要求1所述的发动机用排气净化装置，其特征在于，
上述发动机用排气净化装置还具有排气温度检测单元(48)，其检测由上述尿素水供给单元(44)供给尿素水的排气的温度，
上述增加值设定为，其对应于由上述排气温度检测单元(48)检测到的排气温度、和排气中的尿素水的密度而变化，
上述减小值设定为，其对应于上述排气温度、和上述发动机(1)的排气排出量而变化。
5.如权利要求4所述的发动机用排气净化装置，其特征在于，
上述增加值设定为，在上述尿素水的密度恒定的情况下，其随着上述排气温度的上升而减少，在上述排气温度恒定的情况下，其随着上述尿素水的密度的减少而减少，
上述减小值设定为，在上述排气排出量恒定的情况下，其随着上述排气温度的上升而增大，在上述排气温度恒定的情况下，其随着上述排气排出量的增大而增大。
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