CN102892987B - 选择催化还原系统 - Google Patents

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Abstract

一种SCR系统，能够防止由尿素水箱的液面变动引起的尿素水缺乏的误显示及不期望的发动机起动禁止，并且在尿素水补充后迅速将发动机起动禁止解除。具备：尿素水箱（105），贮存用于向发动机（E）的排气管（102）内喷射的尿素水；液高传感器（120），检测尿素水箱（105）内的液面高度；低通滤波器（1），具有以下的信号响应特性：对于液高传感器（120）的输出信号，在发动机转速较低时时间常数较小，在发动机转速较高时时间常数较大；余量显示器（2），基于由低通滤波器（1）处理后的液高传感器（120）的输出信号，显示尿素水余量；以及尿素水缺乏时起动禁止部（3），在尿素水余量低于下限值的情况下，禁止发动机的起动。

Description

选择催化还原系统
技术领域
本发明涉及通过将尿素水喷射至柴油车辆的排出气体而进行排气净化的SCR系统，涉及如下的SCR系统：防止由尿素水箱的液面变动引起的尿素水缺乏的误显示及不希望的发动机起动禁止，并且在尿素水补充后迅速将发动机起动禁止解除。
背景技术
作为用于净化柴油发动机的排出气体中的NOx的排气净化系统，开发了使用SCR（Selective Catalytic Reduction：选择催化还原）装置的SCR系统。
该SCR系统将尿素水供给至SCR装置的排出气体上游，通过排出气体的热生成氨，通过该氨在SCR催化剂上将NOx还原而净化（例如参照专利文献1）。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－303826号公报
发明要解决的问题
在车辆一边继续排气净化一边行驶时，需要事先贮存足量的尿素水，因此设有尿素水箱。在尿素水箱中设有检测尿素水的余量的液高（level）传感器，在定量仪上显示余量。在余量低于下限值的情况下，显示尿素水缺乏并对驾驶者进行警告，并且禁止发动机的起动，由此防止在无法进行排气净化的状态下的行驶。
另外，液高传感器是将浮在尿素水的液面上的浮标的位置作为液面高度来检测的传感器。因此，在车辆发生振动时，液面振动，所以检测到的余量变动。因此存在如下问题：由于这样的车辆振动导致的液面变动而发出警告，或发动机无法起动。
为了解决该问题，例如可以想到经由低通滤波器取得液高传感器的输出信号。但是，为了从液高传感器的输出信号将液面的振动成分除去，低通滤波器的时间常数为数秒。因此，相对于实际的液面，余量显示随之延迟。因此，例如驾驶者在见到余量显示为尿素水缺乏，并向尿素水箱补充尿素水之后，如果立即尝试发动机起动，则有时在余量显示上仍然为尿素水缺乏而不会起动。虽然补充了尿素水，但显示尿素水缺乏而无法起动，这对驾驶者而言有不适感。另外，如果在补充尿素水时余量显示不随之增加，则有可能误认为液高传感器发生故障。
另外，除了由液高传感器检测实际的尿素水箱的余量之外，有时也通过将尿素水喷射量累计，来并行地推定余量。此时，如果液高传感器的余量显示上升，则误判断为尿素水已补充，从而累计被初始化。另外，相对于由液高传感器检测的余量的变动，另一方面，基于尿素水喷射量的累计的推定余量一直减少，因此两者产生偏离，余量管理变得不确切。
发明内容
在此，本发明的目的在于，解决上述问题，提供一种SCR系统，防止由尿素水箱的液面变动引起的尿素水缺乏的误显示及不期望的发动机起动禁止，并且在尿素水补充后迅速将发动机起动禁止解除。
用于解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明具备：尿素水箱，贮存用于向发动机的排气管内喷射的尿素水；液高传感器，检测所述尿素水箱内的液面高度；低通滤波器，具有以下的信号响应特性：对于所述液高传感器的输出信号，在发动机转速较低时时间常数较小，在发动机转速较高时时间常数较大；余量显示器，基于由所述低通滤波器处理后的所述液高传感器的输出信号，显示尿素水余量；以及尿素水缺乏时起动禁止部，在尿素水余量低于下限值的情况下，禁止发动机的起动。
也可以是，从发动机转速为0起到起动转速为止，所述低通滤波器的时间常数为0，发动机转速为起动转速以上时，所述低通滤波器的时间常数随着发动机转速的增大而增大。
发明的效果
本发明发挥如下的优异效果。
（1）防止由尿素水箱的液面变动引起的尿素水缺乏的误显示及不期望的发动机起动禁止。
（2）能够在尿素水补充后迅速将发动机起动禁止解除。
附图说明
图1为显示本发明的一个实施方式的SCR系统的主要部分构成图。
图2为详细地示出显示本发明的一个实施方式的SCR系统的构成图。
图3为图1的SCR系统的输入输出构成图。
图4为显示本发明的过滤处理的顺序的流程图。
图5为用于本发明的低通滤波器的过滤特性图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施方式。
如图1和图2所示，本发明的SCR系统100具备尿素水箱105，贮存用于向发动机E的排气管102内喷射的尿素水；液高传感器120，检测尿素水箱105内的液面高度；低通滤波器1，具有以下的信号响应特性：相对于液高传感器120的输出信号，在发动机转速较低时时间常数较小，在发动机转速较高时时间常数较大；余量显示器2，基于由低通滤波器1处理后的液高传感器120的输出信号，显示尿素水余量；以及尿素水缺乏时起动禁止部3，在尿素水余量低于下限值的情况下，禁止发动机的起动。
余量显示器2由液晶或发光二极管构成，设置在车厢内的例如控制台面板上。余量显示器2的显示内容由余量显示控制部4编辑。余量显示控制部4对余量显示器2输出指针、条形图等的余量和尿素水不足的警告。
低通滤波器1由数字滤波器构成。发动机转速从0到起动转速为止，低通滤波器1的时间常数设定为0，发动机转速为起动转速以上时，低通滤波器1的时间常数随着发动机转速的增大而增大。具体地说，在以发动机转速为参照的时间常数映射5中，设定有对每个发动机转速赋予的时间常数的滤波器系数。通过将该滤波器系数编入数字滤波器，决定低通滤波器1的信号响应特性。
液高传感器120具备：刻度尺6，在尿素水箱105中立起；多个近距离传感器（未图示），在刻度尺6内上下并列；以及浮标7，浮在尿素水的液面S上，沿着刻度尺6移动自如；将检测到浮标7的近距离传感器的位置作为液面S的高度来检测。
详细地说，如图2所示，SCR系统100主要具备：SCR装置103，设置于发动机E的排气管102；定量阀（尿素喷射装置、定量模块）104，在SCR装置103的上游侧（排出气体的上游侧）喷射尿素水；尿素水箱105，贮存尿素水；供应模块106，将贮存在尿素水箱105中的尿素水供给至定量阀104；以及DCU（Dosing Control Unit：定量控制单元）126，对控制定量阀104和供应模块106等进行控制。
低通滤波器1、尿素水缺乏时起动禁止部3、余量显示控制部4以及时间常数映射表5设置在DCU126内即可。
在发动机E的排气管102中，从排出气体的上游侧到下游侧，依次配置有DOC（Diesel Oxidation Catalyst：柴油氧化催化剂）107、DPF（DieselParticulate Filter：柴油颗粒过滤器）108、SCR装置103。DOC107用于将从发动机E排出的排出气体中的NO氧化为NO2，控制排出气体中的NO与NO2的比率，从而提高SCR装置103中的脱硝效率。另外，DPF108用于捕集排出气体中的PM（Particulate Matter：颗粒物质）。
在SCR装置103的上游侧的排气管102中设有定量阀104。定量阀104构成为，在充满高压尿素水的缸体设有喷口，将该喷口堵塞的阀体安装在柱塞上。通过对线圈通电而将柱塞抬起，从而使阀体从喷口离开而喷射尿素水。如果停止向线圈通电，则通过内部的弹簧力，柱塞下降而阀体堵塞喷口，从而尿素水的喷射停止。
在定量阀104的上游侧的排气管102中设有排气温度传感器109，测定SCR装置103的入口中的排出气体的温度（SCR入口温度）。另外，在SCR装置103的上游侧（在此为排气温度传感器109的上游侧）设有上游侧NOx传感器110，检测SCR装置103的上游侧的NOx浓度，在SCR装置103的下游侧设有下游侧NOx传感器111，检测SCR装置103的下游侧的NOx浓度。
供应模块106具备：SM泵112，加压输送尿素水；SM温度传感器113，测定供应模块106的温度（流经供应模块106的尿素水的温度）；尿素水压力传感器114，测定供应模块106内的尿素水的压力（SM泵112的喷出侧的压力）；以及换向阀115，通过切换尿素水的流路，而切换是将来自尿素水箱105的尿素水供给至定量阀104，还是将定量阀104内的尿素水送回至尿素水箱105。在此，将换向阀115关闭时，将来自尿素水箱105的尿素水供给至定量阀104，将换向阀115打开时，将定量阀104内的尿素水送回至尿素水箱105。
在换向阀115被切换为将尿素水供给至定量阀104的情况下，供应模块106通过SM泵112，将尿素水箱105内的尿素水经由送液管线（吸入管线）116吸起，经由加压输送管线（压力管线）117供给至定量阀104，将剩余的尿素水经由回收管线（返回管线）118送回至尿素水箱105。
在尿素水箱105中设有SCR传感器119。SCR传感器119具备：液高传感器120，测定尿素水箱105内的尿素水的液面高度（液高）；温度传感器121，测定尿素水箱105内的尿素水的温度；以及品质传感器122，测定尿素水箱105内的尿素水的品质。品质传感器122例如根据超声波的传播速度或导电率，检测尿素水的浓度、以及在尿素水中是否混合有异种混合物，从而检测尿素水箱105内的尿素水的品质。
尿素水箱105和供应模块106与冷却管线123连接，该冷却管线123使用于冷却发动机E的冷却水循环。冷却管线123穿过尿素水箱105内，在流经冷却管线123的冷却水和尿素水箱105内的尿素水之间进行热交换。同样，冷却管线123穿过供应模块106内，在流经冷却管线123的冷却水和供应模块106内的尿素水之间进行热交换。
在冷却管线123中设有箱加热器阀（冷却剂阀）124，切换是否向尿素水箱105和供应模块106供给冷却水。此外，冷却管线123还与定量阀104连接，但是无论箱加热器阀124的开闭，都向定量阀104供给冷却水。此外，在图2中简化了图示，冷却管线123沿着尿素水所通过的送液管线116、加压输送管线117、回收管线118配设。
图3表示DCU126的输入输出构成图。
如图3所示，在DCU126上连接有上游侧NOx传感器110、下游侧NOx传感器111、SCR传感器119（液高传感器120、温度传感器121、品质传感器122）、排气温度传感器109、供应模块106的SM温度传感器113和尿素水压力传感器114、以及来自控制发动机E的ECM（Engine Control Module，发动机控制模块）125的输入信号线。从ECM125输入外部气温、发动机参数（发动机转速等）的信号。
另外，从DCU126向ECM125输出由尿素水缺乏时起动禁止部3判定的发动机起动禁止的指令、余量、警告。余量、警告的信息从ECM125发送给余量显示器2。
另外，在DCU126上连接有通往箱加热器阀124、供应模块106的SM泵112和换向阀115、定量阀104、上游侧NOx传感器110的加热器以及下游侧NOx传感器111的加热器的输出信号线。此外，关于DCU126和各个部件的信号的输入输出，可以经由个别信号线输入输出，也可以经由CAN（ControllerArea Network：控制器区域网络）输入输出。
DCU126基于来自ECM125的发动机参数信号和来自排气温度传感器109的排出气体温度，推定排出气体中的NOx的量，并且基于所推定的排出气体中的NOx的量，确定从定量阀104喷射的尿素水量，此外，以由定量阀104决定的尿素水量喷射时，基于上游侧NOx传感器110的检测值来控制定量阀104，调整从定量阀104喷射的尿素水量。
以下，说明本发明的SCR系统100的动作。
如图4所示，在步骤S41中，低通滤波器1按照发动机转速参照时间常数映射表5，设定滤波器系数。接着，在步骤S42中，低通滤波器1对液高传感器120的输出信号进行过滤处理，并作为尿素水余量。
接着，在步骤S43中，尿素水缺乏时起动禁止部3判定尿素水余量是否低于下限值。在“是”的情况下，前往步骤S44。在“否”的情况下，前往步骤S45。在步骤S44中，由于尿素水余量低于下限值，尿素水缺乏时起动禁止部3禁止发动机E的起动。另一方面，在步骤S45中，由于尿素水余量超过下限值，尿素水缺乏时起动禁止部3允许发动机的起动。
根据以上顺序，液高传感器120的输出信号被进行过滤处理而成为尿素水余量，如果尿素水余量低于下限值，则发动机E的起动被禁止。此外，虽然在顺序中未示出，尿素水余量被显示在余量显示器2上，在尿素水余量低于下限值时，在余量显示器2显示尿素水不足的警告。
在此，通过图5说明由时间常数映射表5赋予的低通滤波器1的过滤特性及其效果。
从发动机转速为0起到起动转速为止，低通滤波器1的时间常数为0。这相当于不存在过滤器，液高传感器120的输出信号本身就是尿素水余量。因此，相对于实际的液面，余量显示没有延迟地追从。所以，在补充尿素水时，余量显示随之增加，因而不会误认为液高传感器120发生故障。另外，在余量显示为尿素水缺乏时，向尿素水箱105补充尿素水之后，尿素水缺乏立即被消除，因而能够起动发动机。
从起动转速到怠速转速，时间常数随着发动机转速的增大而增大。例如，在怠速转速时，时间常数为数秒。在怠速转速以上时，与从起动转速到怠速转速相比，时间常数缓慢增大。如在起动转速附近那样，在时间常数小的情况下，成为所谓的滤波器系数较轻的状态，截止频率较高。如果时间常数变大，则成为所谓的滤波器系数较重的状态，截止频率降低。这样，在起动转速以上，发挥了低通滤波器1的高频截止效果，因此防止了以下状况：由于车辆振动导致的液面变动而发出警告，或发动机不能起动。因此，例如在停止车辆行驶而进行空转时，除去了发动机振动的影响。另外，在车辆行驶中，也除去了由行驶引起的车体振动的影响。
如以上说明，根据本发明的SCR系统100，使用低通滤波器1对液高传感器120的输出信号进行处理并作为尿素水余量，因此，能够防止由尿素水箱105的液面变动引起的尿素水缺乏的误显示及不期望的发动机起动禁止，而且在尿素水补充后迅速将发动机起动禁止接触，所述低通滤波器1具有在发动机转速较低时时间常数较小、在发动机转速较高时时间常数较大的信号响应特性。另外，由于在补充尿素水时余量显示随之增加，因而不会误认为液高传感器120发生故障。
符号的说明
1低通滤波器
2余量显示器
3尿素水缺乏时起动禁止部
4余量显示控制部
5时间常数映射表
6刻度尺
7浮标
100 SCR系统

Claims (2)

1.一种选择催化还原系统，其特征在于，具备：
尿素水箱，贮存用于向发动机的排气管内喷射的尿素水；
液高传感器，检测所述尿素水箱内的液面高度；
低通滤波器，具有以下的信号响应特性：对于所述液高传感器的输出信号，时间常数为怠速转速以上时，与从起动转速到怠速转速相比，时间常数缓慢增大；以及
余量显示器，基于由所述低通滤波器处理后的所述液高传感器的输出信号，显示尿素水余量。
2.如权利要求1所述的选择催化还原系统，其特征在于，
还具备尿素水缺乏时起动禁止部，在尿素水余量低于下限值的情况下，禁止发动机的起动，
从发动机转速为0起到起动转速为止，所述时间常数为0，发动机转速为起动转速以上时，所述时间常数随着发动机转速的增大而增大。
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