CN102906385B - Scr系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种SCR系统，能够减轻加热器通电对电池的负担，且能够减少NOx浓度的不能够检测时间。其具备：SCR装置(103)；定量阀(104)；NOx传感器(110、111)；尿素水喷射控制部(1)；用于将NOx传感器(110、111)升温到传感器动作温度的电热式的加热器(2、3)；以及通电许可部(4)，在发动机起动时禁止向加热器(2、3)通电，在发动机转速成为预先设定的通电许可阈值(v1)以上、且该状态经过了预先设定的稳定化等待时间(t1)以上时，许可向加热器(2、3)通电。

Description

SCR系统
技术领域
本发明涉及一种进行柴油车辆的废气净化的SCR系统，尤其涉及一种减轻加热器通电对电池的负担、且能够减少NOx浓度的不能够检测时间的SCR系统。
背景技术
作为用于对柴油机的废气中的NOx进行净化的废气净化系统，开发有使用SCR(SelectiveCatalyticReduction：选择性催化还原)装置的SCR系统。
该SCR系统为，向SCR装置的废气上游供给尿素水，利用废气的热量来生成氨，通过该氨在SCR催化剂上将NOx还原净化(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-303826号公报
专利文献2：日本特开2009-288082号公报
发明内容
发明要解决的课题
尿素水的喷射根据废气中的NOx浓度来控制。为了进行该控制，而在排气管上设置有NOx传感器。
NOx传感器在检测元件活化的传感器动作温度下发挥检测功能。因此，在检测NOx浓度时，需要在NOx传感器所附带的电热式的加热器中流动电流，而预先将NOx传感器升温到传感器动作温度(例如参照专利文献2)。
如图8所示，在NOx传感器的温度较低时，当在加热器中开始流动电流时，大约1分钟左右NOx传感器的温度达到传感器动作温度，当停止电流时，NOx传感器的温度逐渐降低。
为了将NOx传感器在短时间内升温到传感器动作温度，而使用发热量较大的加热器。因此，加热器显著地消耗电力。加热器电流例如成为数百mA的大电流。有时根据需要在车辆上搭载两个NOx传感器，在该情况下，当将两个NOx传感器的加热器合在一起时，会流动2倍的大电流。
在发动机被充分预热而运转时，能够得到来自ACG(ACGenerator：AC发电机；交流发电机)的电力，并且电池也被充分充电，因此即使在加热器中流动大电流，也没有特别的问题。但是，在发动机起动前、发动机旋转接近停止时，不能够得到来自ACG的电力，因此当在加热器中流动大电流时，电池有可能陷入充电不足。
此外，在发动机起动时的基于起动电动机的曲轴转动时，当在加热器中流动大电流时，在电池的充电量不充分的情况下，电池电压有时会低于发动机的控制电路的动作保证电压，有可能由于控制电路停止而使发动机起动失败。
另一方面，当停止(OFF：关闭)向加热器通电时，NOx传感器的温度逐渐降低而低于传感器动作温度，变得不能够检测NOx浓度。另外，在加热器关闭中不进行NOx浓度的检测。
在再次将NOx传感器升温时，如图8所示，在NOx传感器的温度达到传感器动作温度之后，必须等待数分钟才能够检测NOx浓度。因此，当停止向加热器通电的频度较高时，不能够检测NOx浓度的时间变长，变得不能够期望理想的废气净化。
因此，本发明的目的在于，提供一种SCR系统，能够解决上述课题，减轻加热器通电对电池的负担，且能够减少NOx浓度的不能够检测时间。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明具备：选择还原催化剂装置，设置在发动机的排气管中；定量阀，在上述选择还原催化剂装置的上游侧喷射尿素水；NOx传感器，检测废气中的NOx浓度；尿素水喷射控制部，根据由上述NOx传感器检测出的NOx浓度来控制尿素水喷射；电热式的加热器，用于将上述NOx传感器升温到传感器动作温度；以及通电许可部，在发动机起动时禁止向上述加热器通电，在发动机转速成为预先设定的通电许可阈值以上、且该状态经过了预先设定的稳定化等待时间以上时，许可向上述加热器通电。
上述通电许可部也可以为，在发动机运转中，在发动机转速成为预先设定的通电禁止阈值以下、且该状态经过了预先设定的恢复等待时间以上时，禁止向上述加热器通电。
发明的效果
本发明发挥如下那样的优良效果。
(1)减轻加热器通电对电池的负担。
(2)能够减少NOx浓度的不能够检测时间。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的SCR系统的主要部分构成图。
图2是对表示本发明一个实施方式的SCR系统进行详细表示的构成图。
图3是图1的SCR系统的输入输出构成图。
图4是表示在图1的通电许可部中许可向加热器通电的程序的流程图。
图5是表示发动机起动时的加热器通电许可的定时的时间图。
图6是表示在图1的通电许可部中禁止向加热器通电的程序的流程图。
图7是表示发动机运转中的加热器通电禁止的定时的时间图，图7(a)是不禁止的情况，图7(b)是禁止的情况。
图8是表示向加热器通电和NOx传感器的温度变化的时间图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。
如图1及图2所示，本发明的SCR系统100具备：设置在发动机E的排气管102上的SCR装置103；在SCR装置的上游侧喷射尿素水的定量阀104；检测废气中的NOx浓度的NOx传感器110、111；根据由NOx传感器110、111检测的NOx浓度来控制尿素水喷射的尿素水喷射控制部1；用于将NOx传感器110、111升温到传感器动作温度的电热式的加热器2、3；以及通电许可部4，在发动机起动时禁止向加热器2、3通电，在发动机转速成为预先设定的通电许可阈值v1以上、且该状态经过了预先设定的稳定化等待时间t1以上时，许可向加热器2、3通电。
并且，通电许可部4构成为，在发动机运转中，在发动机转速成为预先设定的通电禁止阈值v2以下、且该状态经过了预先设定的恢复等待时间t2以上时，禁止向加热器2、3通电。
尿素水喷射控制部1构成为，在从NOx传感器110、111的信号线读取NOx浓度之前，对加热器2、3通电而将NOx传感器110、111升温到传感器动作温度，但是在通电许可部4禁止通电时停止向加热器2、3通电，仅在通电许可部4许可通电时向加热器2、3进行通电。
详细地说，如图2所示，SCR系统100主要具备：设置在发动机E的排气管102上的SCR装置103；在SCR装置103的上游侧(废气的上游侧)喷射尿素水的定量阀(尿素喷射装置、定量模块)104；存积尿素水的尿素箱105；将尿素箱105中所存积的尿素水向定量阀104供给的供给模块106；以及对定量阀104、供给模块106等进行控制的DCU(DosingControlUnit：定量控制单元)126。
在发动机E的排气管102上，从废气的上游侧朝向下游侧依次配置有DOC(DieselOxidationCatalyst：柴油机氧化催化剂；氧化催化剂)107、DPF(DieselParticulateFilter：柴油颗粒过滤器)108以及SCR装置103。DOC107用于将从发动机E排气的废气中的NO氧化成为NO2，并对废气中的NO和NO2的比率进行控制而提高SCR装置103的脱硝效率。此外，DPF108用于捕集废气中的PM(ParticulateMatter：颗粒物质)。
在SCR装置103上游侧的排气管102上设置有定量阀104。定量阀104成为在充满了高压尿素水的缸上设置有喷口、堵塞该喷口的阀芯安装在柱塞上的构造，通过对线圈通电来拉起柱塞，由此使阀芯从喷口离开而喷射尿素水。当停止向线圈通电时，通过内部的弹力来拉下柱塞而使阀芯堵塞喷口，因此尿素水的喷射停止。
在定量阀104上游侧的排气管102上，设置有对SCR装置103的入口的废气温度(SCR入口温度)进行测定的排气温度传感器109。此外，在SCR装置103的上游侧(此处为排气温度传感器109的上游侧)设置有对SCR装置103上游侧的NOx浓度进行检测的上游侧NOx传感器110，在SCR装置103的下游侧设置有对SCR装置103下游侧的NOx浓度进行检测的下游侧NOx传感器111。
供给模块106具备：SM泵112，压送尿素水；SM温度传感器113，测定供给模块106的温度(在供给模块106中流动的尿素水的温度)；尿素水压力传感器114，测定供给模块106内的尿素水的压力(SM泵112的吐出侧的压力)；以及回流阀115，通过切换尿素水的流路，由此切换是将来自尿素箱105的尿素水向定量阀104供给、还是使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。此处，在回流阀115开启时，将来自尿素箱105的尿素水向定量阀104供给，在回流阀115关闭时，使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。
在回流阀115被切换为将尿素水向定量阀104供给的情况下，供给模块106利用其SM泵112通过送液管线(吸入管线)116来吸取尿素箱105内的尿素水，并通过压送管线(压力管线)117向定量阀104供给，通过回收管线(返回管线)118使剩余的尿素水返回到尿素箱105。
在尿素箱105中设置有SCR传感器119。SCR传感器119具备：测定尿素箱105内的尿素水的液面高度(液位)的液位传感器120；测定尿素箱105内的尿素水的温度的温度传感器121；以及测定尿素箱105内的尿素水的品质的品质传感器122。品质传感器122为，例如根据超声波的传播速度、电导率，来检测尿素水的浓度、尿素水中是否混合有异种混合物，而检测尿素箱105内的尿素水的品质。
在尿素箱105和供给模块106上连接有循环用于冷却发动机E的冷却水的冷却管线123。冷却管线123通过尿素箱105内，使冷却管线123中流动的冷却水和尿素箱105内的尿素水之间进行热交换。同样，冷却管线123通过供给模块106内，使冷却管线123中流动的冷却水和供给模块106内的尿素水之间进行热交换。
在冷却管线123上设置有切换是否向尿素箱105和供给模块106供给冷却水的箱加热阀(冷却介质阀)124。另外，在定量阀104上也连接有冷却管线123，但是构成为，与箱加热阀124的开闭无关地向定量阀104供给冷却水。另外，在图2中虽然将图简化地表示，但是冷却管线123沿着尿素水通过的送液管线116、压送管线117以及回收管线118而配设。
图3表示DCU126的输入输出构成图。
如图3所示，在DCU126上连接有来自以下部件的输入信号线：上游侧NOx传感器110、下游侧NOx传感器111、SCR传感器119(液位传感器120、温度传感器121、品质传感器122)、排气温度传感器109、供给模块106的SM温度传感器113和尿素水压力传感器114、以及控制发动机E的ECM(EngineControlModule：发动机控制模块)125。从ECM125输入外界气温、发动机参数(发动机转速等)的信号。
此外，在DCU126上连接有向以下部件的输出信号线：箱加热阀124、供给模块106的SM泵112和回流阀115、定量阀104、上游侧NOx传感器110的加热器2以及下游侧NOx传感器111的加热器3。另外，关于DCU126和各部件之间的信号的输入输出，也可以是经由个别的信号线的输入输出以及经由CAN(ControllerAreaNetwork：控制器局域网)的输入输出中的某一种。
DCU126的尿素水喷射控制部1基于来自ECM125的发动机参数的信号和来自排气温度传感器109的废气温度，来推断废气中的NOx量，并且基于推断的废气中的NOx量来决定从定量阀104喷射的尿素水量，并且，在由定量阀104按照决定的尿素水量进行了喷射时，根据上游侧NOx传感器110的检测值来控制定量阀104，而调整从定量阀104喷射的尿素水量。
以下说明本发明的SCR系统100的动作。
在发动机起动时执行图4的程序。如图4所示，在步骤S41中，通电许可部4在发动机起动时，禁止向加热器2、3通电。接着，在步骤S42中，通电许可部4判断发动机转速为通电许可阈值v1以上的状态是否经过了稳定化等待时间t1以上。在判断为否的情况下，返回步骤S41。即，保持通电禁止的状态进行等待，直到发动机转速为通电许可阈值v1以上并经过稳定化等待时间t1以上。在判断为是的情况下，进入步骤S43。
在步骤S43中，通电许可部4许可向加热器2、3通电。
通过执行图4的程序，由此在图5的定时开始向加热器2、3通电。即，当发动机转速成为通电许可阈值v1以上、并且经过稳定化等待时间t1以上时，开始向加热器2、3通电。当在加热器2、3中开始流动电流时，如已经说明了的那样，大约1分钟左右NOx传感器110、111的温度达到传感器动作温度，因此尿素水喷射控制部1能够读取NOx浓度，并根据NOx浓度来控制尿素水喷射。
如上所述，通电许可部4为，在发动机起动时禁止向加热器2、3通电，在发动机转速成为通电许可阈值v1以上、且该状态经过了稳定化等待时间t1以上时，许可向加热器2、3通电。因此，在能够得到来自ACG的电力之后，在加热器2、3中流动电流，电池不会陷入充电不足。在能够得到来自ACG的电力之前，禁止向加热器2、3通电，因此电池电压不会低于发动机的控制电路的动作保证电压而使发动机起动失败。
通电许可阈值v1优选设定为怠速转速或比其稍低的转速。这是因为，如果在发动机转速成为怠速转速之后经过一段时间，则ACG充分地上升的情况是可靠的。
稳定化等待时间t1根据车种而不同，因此优选通过实验来弄清并决定ACG稳定化的时间。例如，在如果在发动机转速成为怠速转速之后经过2~3秒则ACG稳定化的情况下，将稳定化等待时间t1设定为2~3秒。稳定化等待时间t1越设定为短时间，则越能够提早开始NOx浓度的检测，因此较优选。
接着，在发动机运转中，执行图6的程序。如图6所示，在步骤S51中，由于是发动机运转中，因此通电许可部4许可向加热器2、3通电。接着，在步骤S52中，通电许可部4判断发动机转速为通电禁止阈值v2以下的状态是否经过了恢复等待时间t2以上。在判断为否的情况下，返回步骤S51。即，只要不是发动机转速为通电禁止阈值v2以下、且经过恢复等待时间t2以上，则继续许可通电。在判断为是的情况下，进入步骤S53。
在步骤S53中，通电许可部4禁止向加热器2、3通电。
通过执行图6的程序，由此在图7(a)、图7(b)的定时继续或停止向加热器2、3通电。即，如图7(a)所示，在发动机转速降低而成为通电禁止阈值v2以下之后，在经过恢复等待时间t2之前、发动机转速上升而超过通电禁止阈值v2。在这种情况下，保持许可向加热器2、3通电的状态，因此继续进行通电。另一方面，如图7(b)所示，在发动机转速降低而成为通电禁止阈值v2以下之后，当在该状态下经过恢复等待时间t2时，禁止向加热器2、3通电，因此通电停止。
如上所述，通电许可部4为，在发动机运转中，在发动机转速成为通电禁止阈值v2以下、且该状态经过了恢复等待时间t2以上时，禁止向加热器2、3通电。因此，在经过恢复等待时间t2之前，许可向加热器2、3的通电，并维持上游侧NOx传感器110、下游侧NOx传感器111能够检测NOx浓度的状态。这是因为，即使几乎得不到来自ACG的电力，通过到紧前为止的发动机运转，电池也被充分充电，如果是经过恢复等待时间t2之前，则能够对应于大电流的需要。
当在经过恢复等待时间t2之前发动机转速超过了通电禁止阈值v2时，能够再次得到来自ACG的电力，因此保持许可向加热器2、3通电的状态。
因此，停止向加热器2、3通电的频度降低。结果，不能够检测NOx浓度的时间缩短，在尿素水喷射控制部1中能够适当地控制尿素水喷射，因此能够期待理想的废气净化。
通电禁止阈值v2优选设定在发动机停止、即发动机转速=0附近。恢复等待时间t2根据车种而不同，因此优选通过实验来弄清并决定相对于大电流而电池产生充电不足的时间。
符号的说明
1尿素水喷射控制部
2加热器
3加热器
4通电许可部
100SCR系统

Claims (1)

1.一种SCR系统，其特征在于，具备：
选择还原催化剂，设置在发动机的排气管上；
定量阀，在上述选择还原催化剂的上游侧喷射尿素水；
NOx传感器，检测废气中的NOx浓度；
电热式的加热器，用于将上述NOx传感器升温到传感器动作温度；以及
DCU，在发动机起动时禁止向上述加热器通电，在发动机转速成为预先设定的通电许可阈值以上、且该状态经过了预先设定的稳定化等待时间以上时，许可向上述加热器通电，在发动机运转中，在发动机转速成为预先设定的通电禁止阈值以下、且该状态经过了预先设定的恢复等待时间以上时，禁止向上述加热器通电，并且在发动机运转中，在发动机转速成为通电禁止阈值以下、且该状态经过了恢复等待时间以上之前，发动机转速上升而超过通电禁止阈值时，继续向上述加热器通电，上述通电禁止阈值大于零，
上述稳定化等待时间是指从发动机转速成为通电许可阈值以上时起到在ACG稳定地得到电力为止的等待时间，
上述恢复等待时间是指从发动机转速成为通电禁止阈值以下时起到在电池不能够稳定地得到电力为止的等待时间。
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