CN101548077A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

在内燃机中，在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂(15)，在NOx选择还原催化剂(15)上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀(17)。根据检测NOx选择还原催化剂(15)的NOx净化率的NOx净化率检测机构、检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构、和检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构的检测结果，判断NOx选择还原催化剂(15)、尿素水供给系统和尿素水的异常。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
已公知一种内燃机，在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂，在NOx选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀，通过由来自尿素水供给阀的供给尿素水产生的氨，选择性地还原排气中含有的NOx，其中，在NOx选择还原催化剂的入口和出口分别配置有NOx传感器，根据这些NOx传感器的输出值求出NOx选择还原催化剂的NOx降低率，在根据NOx传感器的输出值求出的NOx降低率比预定的NOx降低率范围低时，判断为NOx选择还原催化剂异常，在根据NOx传感器的输出值求出的NOx降低率超过了预定的NOx降低率范围时，判断为NOx传感器异常(例如参照日本特开2006-37770号公报)。
但是，在使用了尿素水的排气净化装置中有时会因尿素水供给阀的堵塞等不良情况、尿素水的浓度降低、不正确地使用了尿素水以外的液体等导致NOx的净化率降低，在这样的情况中，上述内燃机存在不能查明NOx净化率降低的原因的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够判断NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统和尿素水的异常的内燃机的排气净化装置。
根据本发明提供了一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂，在NOx选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀，通过由来自尿素水供给阀的供给尿素水产生的氨，选择性地还原排气中含有的NOx，其中，具有：检测NOx选择还原催化剂的NOx净化率的NOx净化率检测机构、检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构、和检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构，基于该NOx净化率检测机构、尿素水供给量检测机构、和尿素水浓度检测机构的检测结果，判断NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统和尿素水的异常。
附图说明
图1是压缩点火式内燃机的总体图；图2是表示压缩点火式内燃机的另一实施例的总体图；图3是表示用于检测异常的流程图；图4是用于判断尿素水供给系统的异常的流程图；图5是用于判断尿素水供给系统的异常的流程图；图6是用于判断尿素水的异常的流程图。
具体实施方式
图1表示压缩点火式内燃机的总体图。
参照图1，1表示内燃机主体，2表示各汽缸的燃烧室，3表示用于向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气岐管，5表示排气岐管。进气岐管4通过进气导管6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连接，压缩机7a的入口通过吸入空气量检测器8与空气滤清器9连接。在进气导管6内配置有由步进马达驱动的节气门10，而且绕进气导管6，配置有用于将在进气导管6内流动的吸入空气冷却的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置11内，吸入空气被内燃机冷却水冷却。
另一方面，排气岐管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连接，排气涡轮7b的出口与氧化催化剂12的入口连接。在该氧化催化剂12的下游，与氧化催化剂12相邻地配置有用于捕集排气中所含有的粒状(粒子状、颗粒状)物质的微粒过滤器13，该微粒过滤器13的出口通过排气管14与NOx选择还原催化剂15的入口连接。在该NOx选择还原催化剂15的出口连接有氧化催化剂16。
在NOx选择还原催化剂15上游的排气管14内配置有尿素水供给阀17，该尿素水供给阀17通过供给管18、供给泵19与尿素水罐20连接。在供给管18内配置有检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构例如流量计21，在尿素水罐20内配置有检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构例如尿素浓度传感器22。贮藏在尿素水罐20内的尿素水，由供给泵19从尿素水供给阀17喷射到在排气管14内流动的排气中，排气中含有的NOx在NOx选择还原催化剂15中被从尿素水产生的氨((NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2)还原。
排气岐管5和进气岐管4，通过排气再循环(以下称为EGR)通路23相互连接，在EGR通路23内配置有电子控制式EGR控制阀24。并且，绕EGR通路23配置有用于将在EGR通路23内流动的EGR气体冷却的冷却装置25。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置25内，EGR气体被内燃机冷却水冷却。另一方面，各燃料喷射阀3通过燃料供给管26与共轨(common-rail)27连接，该共轨27通过电子控制式的喷出量可变的燃料泵28与燃料罐29连接。燃料罐29内所贮藏的燃料，由燃料泵28向共轨27内供给，供给到共轨27内的燃料经由各燃料供给管26供给到燃料喷射阀3。
电子控制单元30由数字计算机构成，具有由双向性总线31相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35和输出端口36。在氧化催化剂16的下游配置有检测NOx选择还原催化剂15的NOx净化率的NOx净化率检测机构，例如用于检测排气中的NOx浓度的NOx传感器39，流量计21、尿素浓度传感器22、NOx传感器29和吸入空气量检测器8的输出信号通过各自相对应的AD转换器37输入到输入端口35。并且，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踩踏量L成比例的输出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压通过相对应的AD转换器37输入到输入端口35。而且，在输入端口35上连接有每当曲轴旋转例如15°就产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。另一方面，输出端口36通过相对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节气门10的驱动用步进马达、尿素水供给阀17、供给泵19、EGR控制阀24以及燃料泵28连接。
氧化催化剂12担载有例如铂之类的贵金属催化剂，该氧化催化剂12发挥将排气中含有的NO转化成NO2的作用和使排气中含有的HC氧化的作用。即，NO2比NO的氧化性强，因此，当NO转化成NO2时，促进微粒过滤器13上捕获到的粒状物质的氧化反应，另外还促进NOx选择还原催化剂15处的氨的还原作用。作为微粒过滤器13，可以使用未担载催化剂的微粒过滤器，也可以使用担载了例如铂之类的贵金属催化剂的微粒过滤器。另一方面，NOx选择还原催化剂15可以由在低温下具有较高的NOx净化率的氨吸附型的Fe沸石构成，也可以由不具有氨的吸附功能的二氧化钛·钒系的催化剂构成。氧化催化剂16担载有例如包含铂的贵金属催化剂，该氧化催化剂16发挥将从NOx选择还原催化剂15漏出的氨氧化的作用。
图2表示压缩点火式内燃机的另一实施例。在该实施例中，作为检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构，设置有用于检测尿素水罐20内的尿素水的液面水平面的水平面传感器43。另外，在该实施例中，微粒过滤器13配置在在氧化催化剂16的下游，因此在该实施例中，氧化催化剂12的出口通过排气管14与NOx选择还原催化剂15的入口连接。
在图1和图2所示的排气净化装置中，NOx净化率降低的代表性情况是NOx选择还原催化剂15劣化的情况。NOx选择还原催化剂15劣化时，从NOx选择还原催化剂15流出的排气中的NOx浓度变高，结果NOx传感器39的输出程度(电平)变高。因此，从NOx传感器39的输出程度可以判断NOx选择还原催化剂15是否劣化。
但有时即使NOx选择还原催化剂15没有劣化，由于其它原因NOx净化率也会降低，此时NOx传感器39的输出程度也变高。因此，虽然NOx传感器39的输出程度变高，但不能立即判断为NOx选择还原催化剂15已经劣化。
作为除了NOx选择还原催化剂15的劣化以外的NOx净化率降低的原因，认为有两个原因。一个原因是例如尿素水供给阀17堵塞、供给管18堵塞、破损、或供给泵19的劣化、故障等，即尿素水供给系统的情况不良导致尿素水的供给量相对于标准量减少的情况。尿素水的供给量减少时，未将NOx充分净化完，所以NOx净化率降低。
另一个原因是，不正确地使用了尿素水以外的液体以及其它一些原因，导致尿素水的浓度降低的情况。尿素水的浓度降低时，未将NOx充分净化完，所以NOx净化率降低。
像这样，如果NOx选择还原催化剂15劣化即异常，如果尿素水的供给量减少即尿素水的供给系统异常，如果尿素水的浓度降低即尿素水异常，NOx净化率均降低。
于是，在本发明中，为了查明NOx净化率降低的原因，首先要判断NOx净化率是否降低，即NOx净化率是否异常。这样说是由于：在NOx净化率没有出现异常时，可以认为NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统和尿素水全部正常，因此此时没有必要查明异常的原因的缘故。
另一方面，在判断出NOx净化率异常时，判断尿素水供给系统和尿素水是否异常。此时，在判断为尿素水供给系统和尿素水没有出现异常时，则判断为NOx选择还原催化剂15出现异常。
另一方面，在判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水供给系统异常的情况下，不清楚是由于NOx选择还原催化剂15异常导致NOx净化率异常，还是由于尿素水供给系统异常导致NOx净化率异常。于是，在这种情况下，增大或减少尿素水供给量，以使尿素水供给量变成正常供给量，若此时NOx净化率变为没有异常则判断为尿素水供给系统异常。
另外，在判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水也异常的情况下，不清楚是由于NOx选择还原催化剂15异常导致NOx净化率异常，还是由于尿素水异常导致NOx净化率异常。于是，在这种情况下，增大或减少尿素水供给量，以使尿素的供给量变成正常供给量，若此时NOx净化率变为没有异常则判断为尿素水异常。
下面，参照图3来对用于检测异常的程序予以说明。该异常检测程序在车辆运行中至少执行一次。
参照图3，首先在步骤50中，根据NOx传感器39的输出值判断NOx净化率是否降低到一定水平以下，即NOx净化率是否异常。在NOx净化率没有异常时结束处理循环。此时判断为NOx选择还原催化剂15、尿素水供给系统和尿素水全部正常。
另一方面，在判断为NOx净化率异常时，进入步骤51，判断尿素水供给系统是否异常。图4示出了该尿素水供给系统的异常判断程序的第1实施例，图5示出了第2实施例。
首先，参照图4所示的第1实施例来说明，在步骤70中，根据相应于内燃机的运行状态设定的尿素水的供给量，计算出正常时的尿素水的流量W0。接着，在步骤71中，根据图1所示的流量计21的输出信号，检测出实际的尿素水的流量W。接着，在步骤72中，判断实际的尿素水的流量W是否在W0-α(α是小的固定值)和W0+α之间，即是否在被认为是正常的允许范围内。在W0-α<W<W0+α时进入步骤73，判断为正常。
与此相对，当在步骤72中判断为W0-α≥W或W≥W0+α时，进入步骤74，判断为尿素水供给系统异常。此时，在步骤75中计算出使尿素水的流量成为正常流量W0所需的尿素水的增大率、有时是减少率K1(＝W0/W)。
另一方面，图5所示的尿素水供给系统的异常判断程序，由每一定时间的中断执行。
参照图5，首先在步骤80中判断是否检测出了尿素水罐20内的尿素量的初始值。在未检测出初始值时进入步骤81，借助图2所示的水平面传感器43检测尿素水罐20内的尿素水量W1。在初始值的检测完成时进入步骤82，计算出根据内燃机的运行状态所设定的尿素水的供给量Q的累积值(积分值)∑Q。
接着，在步骤83中判断尿素水供给量的累积值∑Q是否超过了设定值QX。在∑Q>QX时进入步骤84，检测尿素水罐20内的尿素水量W2。接着，在步骤85中，判断实际的尿素水的消耗量W1-W2是否在∑Q-β(β是小的固定值)和∑Q+β之间，即是否在被认为是正常的允许范围内。在∑Q-β<W1-W2<∑Q+β时进入步骤86，判断为正常。
与此相对，当在步骤85中判断为∑Q-β≥W1-W2或W1-W2≥∑Q+β时，进入步骤87，判断为尿素水供给系统异常。此时，在步骤88中计算出使尿素水的供给量成为正常供给量所需的尿素水的增大率、有时是减少率K1(∑Q/(W1-W2))。
再次返回到图3中，在步骤51中根据图4或图5所示的程序判断尿素水供给系统是否异常。当在步骤51中判断为尿素水供给系统没有异常时进入到步骤57，判断尿素水是否异常。图6示出了该尿素水的异常判断程序。
参照图6，首先在步骤90中读取预定的尿素水的正常浓度D0。接着，在步骤91中根据尿素浓度传感器22的输出信号检测实际的尿素水的浓度D。接着，在步骤92中判断实际的尿素水的浓度D是否在D0-γ(γ是小的固定值)和D0+γ之间，即是否在被认为是正常的允许范围内。在D0-γ<D<D0+γ时进入步骤93，判断为正常。
与此相对，当在步骤92中判断为D0-γ≥D或D≥D0+γ时，进入步骤94，判断为尿素水异常。此时，在步骤95中计算出使尿素的供给量成为正常供给量所需的尿素水的增大率、有时是减少率K2(＝D0/D)。
在图3的步骤57中，在通过图6所示的程序判断为尿素水没有异常时进入步骤62，判断为NOx选择还原催化剂15异常。
另一方面，当在步骤51中判断为尿素水供给系统异常时进入步骤52，通过图6所示的程序判断尿素水是否异常。在尿素水异常时结束处理循环。与此相对，当在步骤52中判断为尿素水没有异常时进入步骤53，例如使间歇喷射的尿素水供给阀17的开阀期间变成图4或图5中计算出的K1倍，以使尿素水的供给量成为正常的供给量。
接着，在步骤54中根据NOx传感器39的输出值判断NOx净化率是否已恢复到允许范围内。在NOx净化率已恢复时进入步骤55，判断为尿素水供给系统异常。与此相对，当在步骤54中判断为NOx净化率没有恢复时进入步骤56，判断为尿素水供给系统和NOx选择还原催化剂15两方均异常。
另一方面，当在步骤57中判断为尿素水异常时进入步骤58，例如使间歇喷射的尿素水供给阀17的开阀期间变成图6中计算出的K2倍，以使尿素的供给量成为正常的供给量。
接着，在步骤59中根据NOx传感器39的输出值判断NOx净化率是否已恢复到允许范围内。当NOx净化率已恢复时进入步骤60判断为尿素水异常。与此相对，当在步骤59中判断为NOx净化率没有恢复时进入步骤61，判断为尿素水和NOx选择还原催化剂15两方均异常。

Claims (5)

1、一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂，在该NOx选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀，通过由来自尿素水供给阀的供给尿素水产生的氨，选择性地还原排气中含有的NOx，其中，具有：检测NOx选择还原催化剂的NOx净化率的NOx净化率检测机构、检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构、和检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构，基于该NOx净化率检测机构、尿素水供给量检测机构、和尿素水浓度检测机构的检测结果，判断NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统和尿素水的异常。
2、根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，首先判断NOx净化率是否异常，在判断为NOx净化率异常时，判断尿素水供给系统和尿素水是否异常。
3、根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，在判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水供给系统和尿素水没有异常的情况下，则判断为NOx选择还原催化剂异常。
4、根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，在判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水供给系统也异常的情况下，增大或减少尿素水供给量使得尿素水供给量变成正常的供给量，若此时NOx净化率变为没有异常，则判断为尿素水供给系统异常。
5、根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，当判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水也异常的情况下，增大或减少尿素水供给量使得尿素的供给量变成正常的供给量，若此时NOx净化率变为没有异常，则判断为尿素水异常。
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