CN102918245A - Scr系统 - Google Patents

Abstract

提供一宗能够与发动机的运转状态无关地高精度检测NOx浓度的SCR系统。该SCR系统具备：在发动机E的排气管（102）中设置的SCR装置（103）、在SCR装置（103）的上游侧喷射尿素水的定量阀（104）、设于排气管（102）的NOx传感器（110）、和根据由NOx传感器（110）检测出的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量的尿素水喷射控制部（127），还具备：压力推断部（131），推断设有NOx传感器（110）的位置处的排气管（102）内的压力即NOx传感器压力；和NOx浓度检测值修正部（136），根据压力推断部（131）推断出的NOx传感器压力，来修正NOx传感器（110）检测出的NOx浓度的检测值。

Description

SCR系统

技术领域

本发明涉及利用尿素水对发动机的排气中的NOx进行还原的SCR系统，尤其涉及能够与发动机的运转状态无关地高精度检测NOx浓度的SCR系统。

背景技术

作为用于对柴油发动机的废气中的NOx进行净化的排气净化系统，正在开发使用了SCR（Selective Catalytic Reduction：选择性催化还原）装置的SCR系统。

该SCR系统将尿素水向SCR装置的废气上游供给，利用废气的热量生成氨，通过该氨在SCR催化剂上对NOx进行还原将其净化（例如参照专利文献1）。

在SCR系统中，根据废气中的NOx浓度来控制尿素水的喷射。为了进行该控制，在排气管中设有NOx传感器。

在NOx传感器中，在将废气中的O2除去之后，使该除去了O2后的废气中的NOx分解成N2和O2，通过检测使该NOx分解成N2和O2后的废气中的O2浓度，来检测NOx浓度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2000－303826号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，NOx传感器具有NOx浓度的检测值基于压力而变动这一特性。一般情况下，由于NOx传感器被设计成以大气压（1atm）来检测NOx浓度，所以如果在与大气压大幅不同的压力下测定NOx浓度，则存在会导致NOx浓度的检测值的误差变大（压力越高，N导致Ox浓度的检测值越高）这一问题。

SCR系统中使用的NOx传感器被设于发动机的排气管，由于发动机的排气管中的压力、即废气的压力根据发动机的运转状态而大幅变动，所以存在不能通过NOx传感器高精度检测NOx浓度这一问题。

由NOx传感器检测出的NOx浓度被用于尿素水喷射量的控制、OBD（On-Board Diagnostics）诊断（自身故障诊断）。因此，如果不能高精度检测NOx浓度，则将产生尿素水喷射量的控制无法正常进行，会以过剩的喷射量进行尿素水的喷射，或者反过来，尿素水的喷射量降低，使得NOx净化率降低的问题。并且，还会产生无法正常进行自身故障诊断这一问题。

鉴于此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种能够与发动机的运转状态无关地高精度检测NOx浓度的SCR系统。

用于解决课题的手段

本发明为了实现上述目的而提出，所涉及的SCR系统具备：在发动机的排气管中设置的SCR（选择性催化还原）装置、在上述SCR装置的上游侧喷射尿素水的定量阀（dosing valve）、设于上述排气管的NOx传感器、和根据由上述NOx传感器检测出的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量的尿素水喷射控制部，其中，具备：压力推断部，推断设有上述NOx传感器的位置处的上述排气管内的压力即NOx传感器压力；和NOx浓度检测值修正部，根据上述压力推断部推断出的NOx传感器压力，对上述NOx传感器检测出的NOx浓度的检测值进行修正。

上述NOx传感器被设在上述SCR装置的上游侧，上述压力推断部具备：通过将上述发动机的吸气流量、与根据发动机转速和燃料喷射量而求出的燃料流量相加，来推断废气流量的废气流量推断部；基于上述SCR装置的入口处的废气温度即SCR入口温度、和大气压，推断废气的比容的废气比容推断部；基于上述废气流量推断部推断出的废气流量、上述废气比容推断部推断出的废气的比容、和SCR入口温度，推断上述SCR装置的入口处的压力与大气压的差压的SCR差压推断部；通过对SCR差压推断部推断出的差压加上大气压，来推断NOx传感器压力的NOx传感器压力推断部。

发明效果

根据本发明，可以提供一种能够与发动机的运转状态无关地高精度检测NOx浓度的SCR系统。

附图说明

图1（a）、（b）是本发明的一个实施方式涉及的SCR系统的概略结构图。

图2是图1的SCR系统中的输入输出构成图。

图3在本发明中，表示NOx传感器中的NOx浓度的检测值的误差相对NOx传感器压力的关系的曲线图。

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。

首先，对搭载于车辆的SCR系统进行说明。

如图1（a）所示，SCR系统100主要具备：设置于发动机E的排气管102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、存积尿素水的尿素容器105、将尿素容器105中存积的尿素水向定量阀104供给的供给模块106、和对定量阀104及供给模块106等进行控制的DCU（Dosing Control Unit）126。

在发动机E的排气管102中，从废气的上游侧朝向下游侧依次配置有DOC（Diesel Oxidation Catalyst：柴油车氧化催化剂）107、DPF（DieselParticulate Filter：柴油机微粒捕集器）108、SCR装置103。DOC107用于对从发动机E排出的废气中的NO进行氧化而使其成为NO2，并控制废气中的NO与NO2的比率，来提高SCR装置103中的脱硝效率。另外，DPF108用于捕集废气中的PM（Particulate Matter：微粒物）。

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成为在装满高压尿素水的缸体上设有喷口，且堵塞该喷口的阀体被安装于柱塞的构造，通过对线圈通电而使柱塞提升，来使阀体从喷口分离而喷射尿素水。若停止对线圈的通电，则由于柱塞被内部的弹簧力下拉，阀体将喷口堵塞，所以尿素水的喷射停止。

在定量阀104的上游侧的排气管102中，设有对SCR装置103的入口处的废气的温度（SCR入口温度）进行测定的排气温度传感器109。另外，在SCR装置103的上游侧（这里为排气温度传感器109的上游侧）设有对SCR装置103的上游侧处的NOx浓度进行检测的上游侧NOx传感器110，在SCR装置103的下游侧设有对SCR装置103的下游侧处的NOx浓度进行检测的下游侧NOx传感器111。

供给模块106具备：对尿素水进行压送的SM泵112；测定供给模块106的温度（供给模块106中流过的尿素水的温度）的SM温度传感器113；对供给模块106内的尿素水的压力（SM泵112的排出侧的压力）进行测定的尿素水压力传感器114；以及通过切换尿素水的流路，来切换是将来自尿素容器105的尿素水向定量阀104供给，还是使定量阀104内的尿素水返回到尿素容器105的换向阀（日文：リバーテリングバルブ）115。这里，当换向阀115为OFF时，将来自尿素容器105的尿素水向定量阀104供给，当换向阀115为ON时，使定量阀104内的尿素水返回到尿素容器105。

在换向阀115被切换成将尿素水向定量阀104供给的情况下，供给模块106利用该SM泵112通过送液线路116来汲取尿素容器105内的尿素水，通过压送线路117向定量阀104供给，多余的尿素水通过回收线路118返回到尿素容器105。

对尿素容器105设有SCR传感器119。SCR传感器119具备：对尿素容器105内的尿素水的液面高度（水平面）进行测定的水平面传感器120、对尿素容器105内的尿素水的温度进行测定的温度传感器121、和对尿素容器105内的尿素水的品质进行测定的品质传感器122。品质传感器122例如通过根据超声波的传播速度、电传导度来检测尿素水的浓度、尿素水中是否混合了不同种类的混合物，来检测尿素容器105内的尿素水的品质。

将用于冷却发动机E的冷却水循环的冷却线路123与尿素容器105和供给模块106连接。冷却线路123在尿素容器105内通过，使冷却线路123中流动的冷却水与尿素容器105内的尿素水之间进行热交换。同样，冷却线路123在供给模块106内通过，使冷却线路123中流动的冷却水与供给模块106内的尿素水之间进行热交换。

冷却线路123中设有对是否向尿素容器105和供给模块106供给冷却水进行切换的容器加热器阀（冷却阀）124。需要说明的是，虽然冷却线路123也与定量阀104连接，但构成为与容器加热器阀124的开闭无关地向定量阀104供给冷却水。此外，在图1（a）中简化了图示，冷却线路123沿着尿素水通过的送液线路116、压送线路117、回收线路118配设。

图2中表示了DCU126的输入输出构成图。

如图2所示，DCU126上连接着上游侧NOx传感器110、下游侧NOx传感器111、SCR传感器119（水平面传感器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、以及来自对发动机E进行控制的ECM（EngineControl Module）125的输入信号线。被从ECM125输入发动机参数（发动机转速等）的信号。

另外，DCU126上连接着向容器加热器阀124、供给模块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、下游侧NOx传感器111的加热器的输出信号线。其中，关于DCU126与各构件的信号的输入输出，可以是借助独立的信号线的输入输出，也可以是借助CAN（Controller Area Network）的输入输出。

另外，DCU126经由CAN的传送路与ECU（电子控制单元）128连接。从DCU126向ECU128发送由排气温度传感器109检测出的SCR入口温度的信号。另外，从ECU128向DCU126发送后述的NOx传感器压力的信号。

另外，ECU128经由CAN的传送路与ECM125连接，从ECM125接收发动机参数（发动机转速、燃料喷射量等）的信号。并且，ECU128与来自在发动机E的吸气管中设置的吸气流量传感器（MAF传感器）129、以及大气压传感器130的输入信号线连接。

DCU126中搭载有根据由上游侧NOx传感器110检测出的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量的尿素水喷射控制部127。尿素水喷射控制部127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，推断废气中的NOx的量，并且，基于推断出的废气中的NOx的量来决定从定量阀104喷射的尿素水量，进而，在利用定量阀104以所决定的尿素水量进行喷射时，基于上游侧NOx传感器110的检测值来控制定量阀104，对从定量阀104喷射的尿素水量进行调整。

本实施方式涉及的SCR系统100具备：对设有上游侧NOx传感器110的位置处的排气管102内的压力、即NOx传感器压力进行推断的压力推断部131；和根据压力推断部131推断出的NOx传感器压力，对上游侧NOx传感器110检测出的NOx浓度的检测值进行修正的NOx浓度检测值修正部136。

压力推断部131被搭载于ECU128，NOx浓度检测值修正部136被搭载于DCU126。此外，也可以两者都搭载于DCU126。

压力推断部131具备：废气流量推断部132、废气比容推断部133、SCR差压推断部134、NOx传感器压力推断部135。

废气流量推断部132通过将发动机E的吸气流量（吸入空气的质量流量）、和根据发动机转速和燃料喷射量求出的燃料流量相加，来推断废气流量（废气的质量流量）。

更详细而言，废气流量推断部132对由MAF传感器129检测出的吸气流量以规定时间进行平均，求出吸入空气的平均质量流量，使求出的吸入空气的平均质量流量经过根据发动机转速设定时间常数的低通滤波器，来求出发动机E的吸气流量。通过使用低通滤波器，能够抑制发动机E的吸气流量的值急剧变动的情况。

另外，废气流量推断部132通过对根据由ECM125接收到的发动机转速和燃料喷射量而求出的燃料容积乘以燃料密度，来求出燃料流量。作为燃料喷射量，可使用将指示喷射量、后喷射量、排气管喷射量（仅进行排气管喷射的车辆）相加而得到的值。

并且，在废气流量推断部132中，通过使吸气流量与燃料流量相加而求出的废气流量经过根据发动机转速设定时间常数的低通滤波器，来抑制废气流量的值急剧变动的情况。

废气比容推断部133基于从DCU126接收到的SCR入口温度、从大气压传感器130接收到大气压（外部空气压力），来推断废气的比容。更详细而言，在废气比容推断部133中，通过对SCR入口温度乘以预先按每个车辆（车种类、车型）设定的废气的气体常数，并将得到的值进一步除以大气压，来计算出废气的比容。

SCR差压推断部134基于废气流量推断部132推断出的废气流量、废气比容推断部133推断出的废气的比容、和从DCU126接收到的SCR入口温度，来推断SCR装置103的入口处的压力与大气压（外部空气压力）的差压（以下简称为SCR差压）。其中，SCR装置103的入口处的压力与设有上游侧NOx传感器110的位置处的排气管102内的压力即NOx传感器压力相等。

更详细而言，SCR差压推断部134以废气流量和废气的比容参照基数差压映射（未图示），来决定成为SCR差压的基数的值（以下称为SCR基数差压）。其中，基数差压映射是按每个车辆（车种类、车型）预先设定的映射，是按废气流量和废气的比容设定了基数差压的映射。

另外，SCR差压推断部134根据SCR入口温度求出SCR装置103的入口处的废气的粘性系数，通过将求出的粘性系数的倒数与废气流量相乘，来计算出SCR装置103的入口处的雷诺数。并且，SCR差压推断部134以所得到的雷诺数和SCR入口温度参照流量系数映射（未图示），来决定SCR装置103的入口处的废气的流量系数。其中，流量系数映射是按每个车辆（车种类、车型）预先设定的映射，是按雷诺数和SCR入口温度设定了废气的流量系数（与压力损失－流量相关的形状系数）的映射。

SCR差压推断部134通过将求出的基数差压与流量系数相乘，来计算出SCR差压。

NOx传感器压力推断部135通过对SCR差压推断部134推断出的SCR差压加上从大气压传感器130接收到的大气压（外部空气压力），来推断SCR装置103的上游侧的压力、即设有上游侧NOx传感器110的位置处的排气管102内的压力（即NOx传感器压力）。NOx传感器压力推断部135将推断出的NOx传感器压力的信号发送给DCU126。

DCU126中搭载的NOx浓度检测值修正部136从NOx传感器压力推断部135接收NOx传感器压力的信号，以NOx传感器压力参照修正用系数映射，来决定修正用系数。修正用系数映射是按每个车辆（车种类、车型）预先设定的映射，是按NOx传感器压力设定了修正用系数的映射。修正用系数通过预先进行试验来决定。

NOx浓度检测值修正部136通过将得到的修正用系数与上游侧NOx传感器110检测出的NOx浓度的检测值相乘，来进行NOx浓度的检测值的修正。尿素水喷射控制部127使用修正后的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量。

如以上说明那样，在本实施方式涉及的SCR系统100中，具备：对设有上游侧NOx传感器110的位置处的排气管102内的压力、即NOx传感器压力进行推断的压力推断部131；和根据压力推断部131推断出的NOx传感器压力，对上游侧NOx传感器110检测出的NOx浓度的检测值进行修正的NOx浓度检测值修正部136。

如图3所示，在不基于NOx传感器压力进行NOx浓度的检测值的修正的现有SCR系统（图示虚线）中，NOx传感器压力越大，上游侧NOx传感器110中的NOx浓度的检测值误差越大，无法高精度检测NOx浓度。与此相对，在本发明的SCR系统100（图示实线）中，由于根据推断出的NOx传感器压力对上游侧NOx传感器110的检测值进行修正，所以即使在NOx传感器压力变大的情况下，也能够将上游侧NOx传感器110中的NOx浓度的检测值的误差维持得小，从而高精度检测出NOx浓度。

即，根据本实施方式涉及的SCR系统100，能够与NOx传感器压力无关、即与发动机的运转状态无关地高精度检测出NOx浓度。因此，能够消除无法正常进行尿素水喷射量的控制而以过剩的喷射量进行尿素水的喷射，或者反过来尿素水的喷射量降低而导致NOx净化率降低这样的不良情况。另外，还能够消除无法正常进行OBD诊断（自身故障诊断）这一不良情况。

本发明并不限定于上述实施方式，显然能够在不脱离本发明主旨的范围进行各种变更。

例如，在上述实施方式中说明了对上游侧NOx传感器110处的NOx浓度的检测值进行修正的情况，但本发明也能够应用于下游侧NOx传感器111。在应用于下游侧NOx传感器111的情况下，由于如果从上述的上游侧NOx传感器110中的NOx传感器压力减去由SCR装置103产生的压力损失，则能够求出下游侧NOx传感器111中的NOx传感器压力，所以只要对应于得到的NOx传感器压力对下游侧NOx传感器111处的NOx浓度的检测值进行修正即可。

附图标记说明

100-SCR系统；102-排气管；103-SCR装置；104-定量阀；105-尿素容器；106-供给模块；110-上游侧NOx传感器（NOx传感器）；111-下游侧NOx传感器；125-ECM；126-DCU；127-尿素水喷射控制部；128-ECU；131-压力推断部；132-废气流量推断部；133-废气比容推断部；134-SCR差压推断部；135-NOx传感器压力推断部；136-NOx浓度检测值修正部；E-发动机。

Claims (2)

1.一种SCR系统，具备：

在发动机的排气管中设置的SCR（选择性催化还原）装置；

在上述SCR装置的上游侧喷射尿素水的定量阀；

设于上述排气管的NOx传感器；以及

根据由上述NOx传感器检测出的NOx浓度的检测值来控制尿素水喷射量的尿素水喷射控制部，

该SCR系统的特征在于，具备：

压力推断部，推断设有上述NOx传感器的位置处的上述排气管内的压力即NOx传感器压力；以及

NOx浓度检测值修正部，根据上述压力推断部推断出的NOx传感器压力，对上述NOx传感器检测出的NOx浓度的检测值进行修正。

2.根据权利要求1所述的SCR系统，其特征在于，

上述NOx传感器被设在上述SCR装置的上游侧，

上述压力推断部具备：

废气流量推断部，通过将上述发动机的吸气流量与根据发动机转速和燃料喷射量而求出的燃料流量相加，来推断废气流量；

废气比容推断部，基于上述SCR装置的入口处的废气温度即SCR入口温度和大气压，推断废气的比容；

SCR差压推断部，基于上述废气流量推断部推断出的废气流量、上述废气比容推断部推断出的废气的比容、和SCR入口温度，推断上述SCR装置的入口处的压力与大气压的差压；以及

NOx传感器压力推断部，通过对SCR差压推断部推断出的差压加上大气压，来推断NOx传感器压力。

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