CN1875175A - 发动机的排气净化装置和排气净化方法 - Google Patents

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Abstract

在安装在车辆上的SCR装置中，准确检测还原剂或其前体的水溶液中所包含的该还原剂或该前体的浓度。在检测该浓度时，判断贮存在贮存罐中的尿素水是否处于静止状态。仅当其处于静止状态时，才检测该浓度。通过判断车辆是否停止(S207)和停止后已经过的时间TIM是否已达到预定静止时间TIM1(S211)，来优选地进行是否处于静止状态的判断。检测车辆停止前车辆的减速度DCL，并根据该减速度DCL改变静止时间TIM1(S206)。

Description

发动机的排气净化装置和排气净化方法
技术领域
本发明涉及一种用于发动机的排气净化装置和排气净化方法，尤其涉及一种使用氨作为还原剂来净化从汽车的发动机所排出的氮氧化物的技术。
背景技术
作为通过后处理来净化从发动机所排放的空气污染物、特别是排气中的氮氧化物(以下称之为“NOx”)的装置，已知以下SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)装置。该SCR装置被配置成包括喷嘴，该喷嘴被放置在发动机的排气通道中、并喷射氨或其前体的水溶液。从该喷嘴所喷射的氨(或从其前体所获得的氨)用作还原剂，并在催化剂上与排气中的NOx发生反应以还原并净化该NOx。作为考虑到在车辆上贮存氨的容易性的SCR装置，还已知以下装置。即，该SCR装置设有以水溶液状态贮存作为氨前体的尿素的罐，并且在发动机的实际运转中，将从该罐中提供的尿素水喷射到排气通道中，以通过使用排气的热量对尿素进行水解来生成氨(专利文献1)。
传统地，主要采用SCR装置作为固定式发动机的排气净化装置。
专利文献1：特开2000-027627号公报(JP-A-2000-027627)(段落编号0013)
发明内容
本发明要解决的问题
本发明者已考虑适当采用SCR装置作为安装在车辆上的发动机的排气净化装置。在该SCR装置中，提供适当量的尿素水以符合所排放的NOx的量，并在尿素水罐中放置尿素传感器以将尿素的实际浓度(以下，当简称为“浓度”时，是指尿素浓度)反映在发动机和该SCR装置的控制上，使得允许顺利进行NOx的还原反应，这在实际中是重要的。现在，作为尿素传感器，已开发了以下尿素传感器：以绝缘状态放置加热器和温度测量电阻体，并通过注意根据尿素浓度的尿素水的热传导特性，基于该温度测量电阻体的电阻值来检测尿素的实际浓度(参考日本特开2001-228004号公报)。
然而，当在车辆上使用该感温型尿素传感器时，不象在静止状态下使用它的情况，将会遇到以下问题。
首先，汽车行驶的路面不是完全平坦的，而是有起伏的。当汽车行驶在这些起伏路面上时，车体会发生振动，而且还会将该振动传导给尿素水罐，使得尿素水在罐中振动以被搅动。当试图在搅动状态下检测浓度时，检测到的是与实际浓度不同的浓度，因为该尿素水的热传导特性与静止状态下的尿素水的热传导特性不同。结果，将会喷射相对于所排放的NOx量的不适当的尿素水的量。
其次，汽车的行驶环境和行驶状态不总是不变的。汽车不仅可能行驶在平坦道路上，而且还可能行驶在上坡路或下坡路上。另外，汽车行驶的坡路的坡度未必是不变的，而可能有时会发生变化。另一方面，即使在平坦道路上行驶期间，也可能对汽车进行加速或减速，并且还可能适度进行或突然进行加速或减速。当通过这种行驶环境等的变化摇晃罐中的尿素水时，由于热传导特性的差异而检测到错误的浓度，从而尿素水的喷射将以类似方式进行不适当的喷射。
作为另一尿素传感器，还已知注意尿素水的折射率的尿素传感器(参考日本特开2001-020724号公报)。在采用这种尿素传感器的情况下，罐中的尿素水应当优选处于静止状态，以对浓度进行稳定检测。
因此，本发明的目的是当将S CR装置安装在车辆上时，使得可以将适量的还原剂添加给S CR装置中的排气。
解决该问题的方法
本发明提供一种用于发动机的排气净化装置和排气净化方法。本发明涉及一种通过向排气中添加NOx的还原剂来净化该排气中的NOx的技术，并可被完全用于车辆发动机。以水溶液状态将添加给排气的还原剂或其前体贮存在贮存罐中。检测贮存在该贮存罐中的还原剂或前体的水溶液中所包含的该还原剂或该前体的浓度，并将检测到的浓度反映在与排气的净化有关的预定控制对象的控制上，尤其是用于添加还原剂的装置的控制上。首先，判断还原剂或前体的水溶液在贮存罐中是否处于静止状态，并当做出该还原剂或前体处于静止状态的判断时，基于在静止时所检测的浓度对上述控制对象进行控制。
本发明的效果
在本发明中，仅当还原剂或前体的水溶液在贮存罐中处于静止状态时(包括与此相近的实质静止状态)，例如，当车辆停止以及自停止以来已经过了预定的时间段时，才检测该还原剂或该前体的浓度。由此，排除由于路面的起伏或行驶环境的改变等引起还原剂等的水溶液在贮存罐中摇晃的时间来检测该浓度，使得在准确设置的检测条件下可以检测到正确且精确的浓度。
通过随后参考附图的说明，本发明的其它目的和特征将是显而易见的。
在此包括形成用于主张优先权的基础的日本专利申请2003-366737号的内容作为本申请参考的一部分。
附图说明
图1示出根据本发明一实施例的发动机的大体结构；
图2示出尿素传感器的结构；
图3概略示出利用图2中所示的尿素传感器检测浓度的原理；
图4提供示出SCR-C/U的大体结构的框图；
图5示出检测允许程序的流程图；
图6示出检测允许程序中的静止判断处理的子程序；
图7示出浓度检测程序的流程图；
图8示出停止控制程序的流程图；
图9示出尿素水喷射控制程序的流程图。
附图标记说明
1：柴油发动机；11：进气通道；12：涡轮增压器；13：缓冲罐；21：喷射器；22：共轨；31：排气通道；32：氧化催化剂；33：NOx净化催化剂；34：氨净化催化剂；35：EGR管；36：EGR阀；41：罐；42：尿素水供应管；43：喷嘴；44：进给泵；45：滤清器；46：尿素水回流管；47：压力控制阀；48：空气供应管；51：发动机C/U；61：SCR-C/U；71、72：排气温度传感器；73：NOx传感器；74：尿素传感器。
具体实施方式
下面，将参考附图对本发明的优选实施例进行说明。
图1示出根据本发明一实施例的用于汽车的发动机(以下称之为“发动机”)的结构。在本实施例中，采用直接喷射柴油发动机作为发动机1。
在进气通道11的导入部分处，安装有该附图中未示出的空气净化器，并通过该空气净化器清除进气中的粉尘。在进气通道11中，设置有可变喷嘴型涡轮增压器12的压缩机12a，并且通过压缩机12a压缩并提供进气。压缩后的进气流入缓冲罐(surge tank)13中，并通过歧管(manifold)部分将其分配到各气缸。
在发动机主体中，在气缸盖处，为每一气缸设置有喷射器21。喷射器21根据来自发动机控制单元(以下称之为“发动机C/U”)51的信号工作。将由该附图中未示出的燃料泵泵出的燃料经过共轨(common rail)22提供给喷射器21，并通过喷射器21将其直接喷射到燃烧室中。
在排气通道31中，在歧管部分的下游设置有涡轮增压器12的涡轮12b。通过由于排气而引起的涡轮12b的驱动，使压缩机12a转动。涡轮12b的可动叶片121与致动器122连接，并且其角度受致动器122的控制。根据可动叶片121的角度，改变涡轮12b和压缩机12a的转数。
在涡轮12b的下游部分中，从上游侧开始按顺序设置有氧化催化剂32、NOx净化催化剂33和氨净化催化剂34。氧化催化剂32对排气中的碳氢化合物和一氧化碳进行氧化，并将排气中的一氧化氮(以下称之为“NO”)转化成主要包含二氧化氮(以下称之为“NO2”)的NOx，从而进行将排气中所包含的NO和NO2的比例调整为适于后述NOx的还原反应的比例的功能。NOx净化催化剂33促进NOx的还原和净化。在本实施例中，对于通过该NOx净化催化剂33的NOx的还原，将用作还原剂的氨在NOx净化催化剂33的上游位置添加到排气中。
在本实施例中，考虑到贮存氨的方便性，以水溶液状态贮存作为氨前体的尿素。通过将氨作为尿素来贮存，可以确保多方面的安全。
尿素水供应管42与贮存尿素水的贮存罐41连接，并在该尿素水供应管42的末端安装有用于喷射尿素水的喷嘴43。在尿素水供应管42中，从上游侧开始按顺序插入进给泵44和滤清器(filter)45。由电动机441来驱动进给泵44。通过来自SCR控制单元(以下称之为“SCR-C/U”)61的信号来控制电动机441的转数，以调整进给泵44的排放量。另外，在滤清器45的下游侧，尿素水回流管46与尿素水供应管42连接。在尿素水回流管46中，设置有压力控制阀47，使得超过规定压力的额外尿素水可被反流回罐41。
喷嘴43是空气助推型喷嘴，并具有主体431和喷嘴部分432。尿素水供应管42被连接到主体431，并且提供用以助推的空气的空气供应管48也被连接到主体431。空气供应管48与该附图中未示出的贮气罐连接，并从该贮气罐提供用于助推的空气。设置喷嘴部分432以在NOx净化催化剂33的上游位置穿过NOx净化催化剂33和氨催化剂34的罐体(housing)。将喷嘴部分432的喷射方向设置为朝向NOx净化催化剂33的端面、与排气的流动平行的方向。
当喷射尿素水时，通过排气热量将所喷射的尿素水中的尿素水解，从而生成氨。所生成的氨起NOx净化催化剂33上的NOx的还原剂的作用，以还原该NOx。氨净化催化剂34用于净化不参与NOx的还原而经过了NOx净化催化剂33的逃出的氨。由于氨具有刺激性气味，因而在不经净化的情况下将氨释放到外面是不可取的。通过以下公式(1)到(4)来表示氧化催化剂32上的NO的氧化反应、尿素的水解反应、NOx净化催化剂33上的NOx的还原反应、以及氨净化催化剂34上的逃出的氨的氧化反应。这里，在本实施例中，将NOx净化催化剂33和氨催化剂34装入集成罐体中；然而，可以配置各自的罐体作为分体。
...(1)
...(2)
...(3)
...(4)
另外，排气通道31通过EGR管35与进气通道11流动连接。在EGR管35中，插入EGR阀36。EGR阀36与致动器361连接，并由致动器361来控制EGR阀36的开放程度。
在排气通道31中，在氧化催化剂32与NOx净化催化剂33之间，设置有用于检测添加尿素水前的排气温度的温度传感器71。在氨净化催化剂34的下游侧，设置有用于检测还原后的排气温度的温度传感器72、和用于检测还原后的排气中所包含的NOx的浓度的NOx传感器73。另外，在贮存罐41中，设置有用于检测尿素水中包含的尿素的浓度的尿素传感器74。
将温度传感器71和72、NOx传感器73、和尿素传感器74的检测信号输出给SCR-C/U 61。基于所输入的信号，SCR-C/U 61计算并设置尿素水的最佳喷射量，并将根据所设置的尿素水喷射量的命令信号输出给喷嘴43。另外，连接SCR-C/U 61以便能够与发动机C/U 51进行双向通信，并将检测到的尿素浓度输出给发动机C/U 51。另一方面，在发动机1侧，设置有点火开关、起动开关、曲柄角(crank angle)传感器、车辆速度传感器、以及节气门(throttle)位置传感器等，并且将这些传感器的检测信号作为输入传递给发动机C/U 51。基于来自曲柄角传感器的输入信号，发动机C/U 51计算发动机转数Ne。发动机C/U 51将燃料喷射量等的控制喷射尿素水所需的信息输出给SCR-C/U 61。
图2示出尿素传感器74的结构。
尿素传感器74具有与上述日本特2001-228004号公报中所述流量计类似的结构，并基于两个温体的电特性值来检测尿素浓度。
上述日本特开2001-228004号公报(段落编号0015～0017)中所述的流量计被配置成包括具有加热器功能的第一传感器元件和不具有加热器功能的第二传感器元件。前者第一传感器元件被配置成包括加热器层和以绝缘状态在该加热器层上形成的用作感温体的温度测量电阻层(以下称之为“第一温度测量电阻层”)。后者第二传感器元件被配置成包括用作感温体的温度测量电阻层(以下称之为“第二温度测量电阻层”)；但是不具有加热器层。将各传感器元件组合并封装在由树脂制成的罐体中，并与作为热传导体的鳍状板(fin plate)的一端连接。
在本实施例中，尿素传感器74的传感器元件部分741被配置成包括上述第一和第二传感器元件。将传感器元件部分741设置在贮存罐41的底面附近，并通过将其浸入尿素水中用以检测浓度。另外，各鳍状板7414、7415穿过罐体7413，并暴露于贮存罐41内部。
电路部分742被连接到第一传感器元件7411的加热器层和温度测量电阻层、以及第二传感器元件7412的温度测量电阻层。通过对加热器层通电，加热第一温度测量电阻层，同时检测被加热的第一温度测量电阻层和未被直接加热的第二温度测量电阻层的电阻值Rn1、Rn2。温度测量电阻层具有电阻值与温度成比例改变的特性。基于检测到的电阻值Rn1、Rn2，电路部分742以以下方式计算尿素浓度Dn。
图3示出检测浓度(和判断剩余量)的原理。在本实施例中，SCR-C/U 61基于由电路部分742检测到的电阻值Rn1、Rn2进行剩余量的判断。
通过使加热器驱动电流ih在预定时间段Δt01流经加热器层对加热器层进行加热。在停止通过电流向加热器层通电的时间点，电路部分742检测各温度测量电阻层的电阻值Rn1、Rn2，并计算在停止该电流的时间点，温度测量电阻层之间的温度差ΔTmp12(＝Tn1-Tn2)。温度测量电阻层之间的温度差依赖于能够用作热传导媒介的尿素水的热传导特性，这些热传导特性依赖于尿素浓度。由此，可以将所计算出的温度差ΔTmp12转化成浓度Dn。另外，基于所计算出的温度差ΔTmp12，可以判断贮存罐41是否是空的。
这里，在本实施例中，第一传感器元件7411被配置成使得第一温度测量电阻层可通过鳍状板7414与尿素水接触。然而，也可以以这样的方式来配置：在传感器元件部分741中形成用于导入贮存罐41中的尿素水的测量室，并经过该测量室中的尿素水通过加热器来加热第一温度测量电阻层。在这种情况下，第一温度测量电阻层和尿素水将相互直接接触。
接着，将详细说明SCR-C/U 61的结构。
图4通过功能模块示出SCR-C/U 61的结构。
车辆停止判断部分B101从发动机C/U 51接收车辆速度VSP的输入，并基于所输入的车辆速度VSP来判断该车辆是否已停止。
停止时间测量部分B102接收车辆停止判断部分B101的判断结果，并测量该车辆停止后已过去的经过时间TIM。
检测允许部分B103从后面所述的减速度计算部分B104接收停止前车辆的减速度DCL的输入，并根据所输入的减速度DCL来设置预定的静止时间TIM1。该静止时间TIM1被设置为在车辆停止后到贮存罐41中贮存的尿素水的摇晃停止且尿素水达到静止所需的时间段。比较经过时间TIM和所设置的静止时间TIM1，并发出禁止判断直到经过时间TIM达到静止时间TIM1为止，并当经过时间TIM达到静止时间TIM1时发出允许判断。另外，检测允许部分B103接收后述的起动判断部分B105的判断结果，并在起动发动机1时发出允许判断。这是因为，在起动发动机1时，可以判断在车辆上次停止后已过去了相当长的时间，从而很有可能尿素水处于静止状态。将该判断结果输出给尿素传感器74。在尿素传感器74中，通过接收检测允许部分B103的允许判断，电路部分742工作以检测浓度Dn。
基于从发动机C/U 51输入的车辆速度VSP，减速度计算部分B104计算停止前车辆的减速度DCL。更具体地，当通过发动机转数Ne检测到车辆已进入减速状态时，减速度计算部分B104计算每单位时间车辆速度VSP的变化量，并将所计算的变化量设置为减速度DCL。
起动判断部分B105从发动机C/U 51接收输入的起动开关信号SWstr，并通过所输入的信号SWstr来判断是否是起动发动机1的时间。
浓度检测部分B106读取由尿素传感器74检测到的浓度Dn。如前所述，如下检测浓度Dn：通过向加热器层通电，检测经加热后的第一温度测量电阻层的电阻值Rn1和未被直接加热的第二温度测量电阻层的电阻值Rn2，并根据检测到的电阻值Rn1、Rn2检测温度测量电阻层之间的温度差ΔTmp12。仅当检测允许部分B103发出允许判断时，才通过尿素传感器74来检测浓度Dn。
浓度更新部分B107从浓度检测部分B106读取浓度Dn，并用所读取的浓度Dn更新所存储的浓度(以下称之为“浓度存储值”)D。首先，当所读取的浓度Dn在表示正常的预定范围内时，浓度更新部分B107用该浓度Dn更新浓度存储值D(D＝Dn)。即使当所读取的浓度Dn在该预定范围外时，浓度更新部分B107也用该浓度Dn来更新浓度存储值D；然而，在这种情况下，在判断已被检测为在预定范围外的浓度Dn是正确的浓度之后，以下面的方式进行更新。
每次检测到在预定范围外的浓度Dn时，异常次数计算部分B108将计数值CNT加1。另一方面，检测到在预定范围内的正常浓度Dn，异常次数计算部分B108将计数值CNT复位为零。然后，当计数值CNT小于预定值CNT1时，异常次数计算部分B108将当前所存储的浓度Dn-1输出给浓度更新部分B107，当计数值CNT已达到值CNT1时，假定新检测到的浓度Dn是正确的浓度，将该新检测到的浓度Dn输出给浓度更新部分B107。即使当关闭点火开关时，仍保留浓度存储值D和计数值CNT。
将浓度存储值D从浓度更新部分B107输出给发动机C/U 51，以通过发动机1和排气净化装置的合作，进行用于将NOx的释放抑制到最小的控制。另外，当浓度存储值D过低时，使设置在驾驶室的控制面板上的警告灯B110工作，以通知驾驶者不能达到适当的NOx净化功能。
剩余量判断部分B109通过注意当使用尿素水(包括浓度D为零的尿素水)作为媒介时的热传导特性与当在贮存罐41为空的时间使用空气作为热传导媒介时的热传导特性之间的差异，来判断尿素水的剩余量。即，当通过尿素传感器74检测到过大的温度差ΔTmp12时，剩余量判断部分B109判断贮存罐41是空的，将表示贮存罐41为空的信号输出给发动机C/U 51，并使警告灯B110工作。
警告灯B110被设置在驾驶室的控制面板上。
接着，将通过流程图来说明SCR-C/U 61的动作。
图5和6是示出检测允许程序的流程图。当起动点火开关时启动该程序，每当经过预定时间段时重复该程序。该程序允许或禁止检测浓度Dn。
在S101，读取点火开关信号SWign，并判断该信号SWign是否为1。当信号SWign为1时，假定点火开关是打开的，流程进入S102。
在S102，读取起动开关信号SWstr，并判断该信号SWstr是否为1。当信号SWstr为1时，假定起动开关是打开的并且是发动机1的起动时间，流程进入S103以发出允许判断。当信号SWstr不为1时，流程进入S104。
在S103，将允许判断标志Fdtc设置为1，并发出允许判断。
在S104，将检测间隔INT加1(INT＝INT+1)。
在S105，判断递增计数后的检测间隔INT是否已达到预定值INT1。当已达到该值INT1时，假定保证了用于检测浓度Dn所需的检测间隔，流程进入S106。当仍未达到该值INT1时，假定仍未保证所需的检测间隔，流程进入S109以发出禁止判断。
在S106，进行贮存在贮存罐41中的尿素水是否处于静止状态的判断(以下称之为“静止判断”)，并响应于该判断结果来设置静止判断标志Fstb。将在后面参考图6详细说明静止判断的内容。
在S107，判断静止判断标志Fstb是否为1。当通过静止判断判断出尿素水处于静止状态(即，“静止时间”)时，将静止判断标志Fstb设置为1，而将其它情况下(即，“摇晃时间”)的静止判断标志Fstb设置为0。当静止判断标志Fstb为1时，在执行接着的S108的处理后，流程进入S103。当静止判断标志Fstb不为1时，流程进入S109。
在S108，检测间隔INT被设置为0。
在S109，将允许判断标志Fdtc设置为0，并发出禁止判断。
在图6所示的流程图中，在S201，判断当上次执行该程序时所读取的静止判断标志Fstb(n-1)是否为1。当Fstb(n-1)为1时，流程进入S209，并将静止判断标志Fstb设置为0。另一方面，当Fstb(n-1)不为1时，流程进入S202。
在步骤S202，读取发动机转数Ne。
在S203，判断所读取的发动机转数Ne是否未超过预定值Ne1。值Ne1对应于表示减速状态的转数区域的上限值。在本实施例中，值Ne1被设置为与分隔空转域和有负荷域的负荷相对应的空转判断转数。
在S204，读取车辆速度VSP。
在S205，基于所读取的车辆速度VSP，计算减速度DCL为车辆速度VSP每单位时间的变化量。
在S206，执行静止时间TIM1的设置。这里，将静止时间TIM1设置为与减速度DCL相对应的长度。例如，指定在车辆进入减速状态后直到车辆停止所计算出的减速度DCL中的最大的一个。当该最大减速度DCLmax越大时，认为在车辆停止时尿素水的摇晃越大，从而延长静止时间TIM1。
在S207，判断车辆速度VSP是否等于或小于预定值VSP1。当车辆速度VSP等于或小于值VSP1时，流程进入S210。当车辆速度VSP大于值VSP1时，流程进入S208。预定值VSP1不局限于0，可以将其设置为具有作为可判断车辆实质上停止的车辆速度的最大值的大小。这是因为：当车辆速度低到某一程度时，贮存罐41中的尿素水的摇晃减弱，且进入向静止状态的过渡，并且即使车辆未完全停止，也可以保证不会有大的减速量。
在S208，将经过时间TIM设置为0。
在S209，将静止判断标志Fstb设置为0。
在S210，将经过时间TIM加1。
在S211，判断递增计数后的经过时间TIM是否达到了静止时间TIM1。当经过时间TIM达到了静止时间TIM1时，流程进入S212。当其还未达到时，流程进入S209。
在S212，将静止判断标志Fstb设置为1，并发出判断尿素水达到静止的判断。
图7是浓度检测程序的流程图。当通过SCR-C/U 61和电路部分742将静止判断标志Fstb设置为1时执行该程序。S302和S303是通过电路部分742执行的处理。通过该程序，检测浓度Dn，并更新浓度存储值D。
在S301，读入静止判断标志Fstb，并判断所读取的标志Fstb是否为1。仅当标志Fstb为1时，流程才进入S302。
在S302，为了检测浓度Dn，对尿素传感器74的加热器层通电，以便对第一温度测量电阻层进行直接加热，并使用尿素水作为媒介对第二温度测量电阻层进行间接加热。
在S303，检测浓度Dn。如下执行浓度Dn的检测：检测各加热后的温度测量电阻层的电阻值Rn1、Rn2，根据检测到的电阻值Rn1、Rn2的差来计算温度测量电阻器之间的温度差ΔTmp12，并将所计算出的温度差ΔTmp12转化成浓度Dn。
在S304，判断检测到的浓度Dn是否处于预定范围内，其中，该预定范围以第一值D1作为下限并以大于该第一值的第二值D2作为上限。当浓度Dn在该预定范围内时，流程进入S310。当浓度Dn不在该预定范围内时，流程进入S305。
在S305，读入该温度差ΔTmp12，并判断所读取的温度差ΔTmp12是否等于或大于预定值SL1。当其等于或大于值SL1时，流程进入S311。当其小于值SL1时，流程进入S306。值SL1被设置为尿素传感器74处于尿素水中的状态下所获得的温度差ΔTmp12与尿素传感器74处于空气中的状态下所获得的温度差ΔTmp12之间的中间值。
在S306，将计数值CNT加1。
在S307，判断递增计数后的计数值CNT是否已达到了预定值CNT1。当计数值CNT已达到值CNT1时，流程进入S308，而当其未达到值CNT1时，流程进入S309。
在S308，判断出连续检测到预定CNT1次由该第一和第二值D1、D2所限定的预定范围之外的浓度Dn，并且新检测到的浓度Dn尽管其处于预定范围外，仍具有足够的可靠性，从而用该新检测到的浓度Dn来更新浓度存储值D。
在S309，判断出新检测到的处于预定范围之外的浓度Dn不具有足够的可靠性，并且存在偶尔错误检测的可能性，从而继续维持当前所存储的浓度D(＝Dn-1)作为浓度存储值D。
在S310，假定检测到的浓度Dn在预定范围内，因此为正常浓度，从而用该浓度Dn来更新浓度存储值D。
在S311，发出贮存罐41为空的判断，将表示该判断结果的信号作为输出传递给发动机C/U 51，并使警告灯工作。
在S312，将计数值CNT设置为0。
图8是停止控制程序的流程图。当断开点火开关时执行该程序。
在S401，读入点火开关信号SWign，并判断该信号SWign是否为0。当其为0时，假定已经断开了点火开关，流程进入S402。
在S402，将运算的各种信息写入备份存储器中。即使在断开点火开关和切断电源之后，仍保持被写入该存储器中的运算信息。在接着的运转中，浓度检测程序(S306)和后述尿素水喷射控制程序(S501)读取该运算信息。在本实施例中，浓度存储值D和计数值CNT被作为该运算信息写入。
接着，将通过图9所示的流程图来说明使用浓度存储值D的尿素水喷射控制的一个例子。每当经过预定时间段时执行该程序。
在S501，读入浓度存储值D。
在S502，读入剩余量判断结果。当贮存罐41为空时，流程进入S507，而当其不为空时，流程进入S503。
在S503，判断浓度存储值D是否大于预定值D3。当浓度存储值D大于值D3时，流程进入S504，而当浓度存储值D不大于值D3时，流程进入S506。将预定值D3设置为小于该第一值D1的值，作为当尿素水为水或处于接近于水的稀释状态时、或者在将除水或尿素水以外的不同种类的水溶液贮存在贮存罐41中的情况下可检测到的浓度。这里，可将值D3设置为等于该第一值D1的值。
在S504，设置尿素水的喷射量。通过计算燃料喷射量和根据NOx传感器73的输出的基本喷射量、并通过用浓度存储值D校正所计算出的基本喷射量，进行尿素水的喷射量的设置。当浓度存储值D大且每单位喷射量的尿素含量高时，通过降低基本喷射量进行校正。另一方面，当浓度存储值D小且每单位喷射量的尿素含量低时，通过增加基本喷射量进行校正。
在S505，将符合所设置的尿素水喷射量的动作信号作为运算输出传递给喷嘴43。
在S506，使警告灯工作以将尿素水的异常状态通知给车辆驾驶者。
在507，停止尿素水的喷射。这是因为，不仅当罐41为空时，而且当尿素浓度过低或者当罐41中贮存的是水等而不是尿素水时，不可能喷出添加氨所需的尿素水的必需量。
关于本实施例，尿素水供应管42、喷嘴43、进给泵44以及空气供应管48构成还原剂的“添加装置”；尿素传感器74构成“浓度传感器”；以及SCR-C/U 61构成“控制器”。另外，SCR-C/U 61的减速度计算部分B104构成“减速度传感器”。
另外，关于本实施例，尿素水供应管42、喷嘴43、进给泵44和空气供应管48构成“添加部件”；贮存罐41构成“贮存部件”；尿素传感器74构成“浓度检测部件”；以及SCR-C/U 61构成“命令生成部件”、“状态判断部件”和“检测允许部件”。在SCR-C/U 61的功能中，图9所示的S504的处理对应于作为“命令生成部件”的功能；图6所示的S207、210和211的处理对应于作为“状态判断部件”的功能；以及图6所示的S209和212的处理对应于“检测允许部件”。
根据本实施例，可以获得如下效果。
首先，在利用感温型尿素传感器74检测浓度时，仅在车辆停止并且还在停止后已经过了预定的静止时间TIM1的情况下才检测浓度。由此，仅当尿素水在贮存罐41中是静止的可能性很高时才检测浓度，而在其它情况下不检测浓度。因此，消除了由路面的起伏或行驶环境的改变而引起的热传导特性的波动，并且可以检测到正确的浓度。
其次，检测停止前车辆的减速度DCL，并根据检测到的减速度DCL改变静止时间TIM1。由此，可以当在停止后尿素水变得足够稳定时对浓度进行检测，从而可以提高检测的精度。
第三，当检测到的浓度Dn在表示正常的预定范围内时，用浓度Dn更新浓度存储值D，而当检测到的浓度Dn在该预定范围外时，用该浓度Dn更新浓度存储值D的条件是已经连续检测到预定CNT1次或更多次该异常浓度。由此，防止了用仅偶尔检测到的错误浓度Dn对浓度存储值D的更新，并可增强浓度存储值D的可靠性。
第四，基于浓度存储值D来控制尿素水的喷射量，使得可以确定地喷射使NOx的还原顺利进行所需的尿素水的必需量。
这里，在以上说明中，通过尿素的水解来生成氨；然而，没有明确示出该水解的催化剂。为了提高水解的效率，可以在NOx净化催化剂33的上游设置水解催化转化器。
另外，在以上说明中，在检测到处于预定范围外的浓度Dn的情况下，采用以下判断作为更新浓度存储值D的条件：到此为止连续检测到的预定次数的浓度Dn为该异常浓度。代替该判断作为更新条件，可以对到此为止连续检测到的预定次数的浓度Dn求和，并且可以采用求和后的值或其平均值不在预定范围内的判断，以便判断异常浓度的可靠性。
另外，在以上说明中，采用浓度存储值D和计数值CNT作为写入备份存储器的计算信息。例如，可以存储在S305中执行的剩余量判断或在S503中执行的异常判断的结果作为识别标志，并将该识别标志与浓度存储值D和其它信息一起写入，使得即使在停止发动机时仍可以保留各判断结果。
本发明还可应用于除直接喷射型发动机以外的柴油发动机和汽油发动机。
在以上说明中，通过几个优选实施例对本发明进行了说明；然而，本发明的范围决不局限于该说明，而应当根据以权利要求书的范围的说明为基础的应用条款进行判断。

Claims (17)

1.一种用于发动机的排气净化装置，其包括：
添加装置，其将NOx的还原剂添加给来自该发动机的排气；
贮存罐，其以水溶液的状态贮存由该添加装置添加给该排气的NOx的还原剂或其前体；
浓度传感器，其检测贮存在该贮存罐中的该还原剂或该前体的水溶液中所包含的该还原剂或该前体的浓度；以及
控制器，其基于该检测到的浓度来生成对与排气的净化有关的预定控制对象的动作命令，其中该浓度是由该浓度传感器检测到的该还原剂或该前体的浓度，其中，
该控制器判断该贮存罐中的该还原剂或该前体的水溶液是否处于静止状态，并且在当判断出处于静止状态时的静止时间，允许该浓度传感器检测浓度，而在除该静止时间以外的摇晃时间，禁止该浓度传感器检测浓度，其中，
该浓度传感器仅在该静止时间检测该还原剂或该前体的浓度。
2.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器判断车辆是否停止，并测量停止后已经过的时间段，并且当判断出该车辆停止且所测量的已经过的时间段为预定时间段或长于该预定时间段时，判断出该还原剂或该前体的水溶液处于静止状态。
3.根据权利要求2所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器将该检测到的浓度作为浓度存储值进行存储，并且仅当该检测到的浓度在预定范围内时，才用该检测到的浓度更新该浓度存储值。
4.根据权利要求2所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器将该检测到的浓度作为浓度存储值进行存储，并且当该检测到的浓度在预定范围内时，用该检测到的浓度更新该浓度存储值，而当该检测到的浓度在该预定范围外时，用该检测到的浓度更新该浓度存储值的条件是在到此为止获得的预定次数的检测到的浓度中、该预定次数的预定比例的检测到的浓度在该范围外。
5.根据权利要求4所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该预定次数的检测到的浓度包括上次发动机停止前所获得的检测到的浓度。
6.根据权利要求4所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，在用处于该预定范围外的该检测到的浓度来更新该浓度存储值的情况下，该控制器生成通知驾驶者该还原剂或该前体的浓度出现异常的警告信号。
7.根据权利要求2所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，还包括减速度传感器，该减速度传感器检测停止前该车辆的减速度，其中，该控制器根据由该减速度传感器检测到的该车辆的减速度，来更新该预定时间段。
8.根据权利要求7所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器当该检测到的车辆减速度越大时，越延长该预定时间段。
9.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器判断出在该发动机起动时该还原剂或该前体的水溶液处于静止状态。
10.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器基于该检测到的浓度来控制通过该添加装置的该还原剂的添加量。
11.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该浓度传感器包括设置在该贮存罐中的传感器元件部分和与该传感器元件部分连接的电路部分，
其中，该传感器元件部分被配置成包括加热器和具有根据温度改变电特性值的特性的感温体，所述感温体与该贮存罐中的该还原剂或该前体的水溶液直接或间接接触，并通过该加热器被加热；以及
其中，该电路部分驱动该加热器，检测经加热后的该感温体的电特性值，并基于该检测到的电特性值检测该还原剂或该前体的浓度。
12.根据权利要求11所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该控制器基于由该电路部分检测到的该电特性值，生成表示在该贮存罐中是否留有预定量或更多量的该还原剂或该前体的水溶液的判断信号。
13.根据权利要求1所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该NOx的还原剂为氨。
14.根据权利要求13所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该贮存罐贮存用作该前体的水溶液的尿素水。
15.一种用于发动机的排气净化装置，其包括：
添加部件，用于将NOx的还原剂添加给该发动机的排气；
贮存部件，用于以水溶液状态贮存由该添加部件添加给该排气的NOx的还原剂或其前体；
浓度检测部件，用于检测贮存在该贮存部件中的该还原剂或该前体的水溶液中所包含的该还原剂或该前体的浓度；
命令生成部件，用于基于该检测到的浓度生成对与排气的净化有关的预定控制对象的动作命令，其中该浓度是由该浓度检测部件检测到的该还原剂或该前体的浓度；
状态判断部件，用于判断该还原剂或该前体的水溶液在该贮存部件中是否处于静止状态；以及
检测允许部件，用于在当由该状态判断部件判断出该还原剂或该前体的水溶液处于该静止状态时的静止时间，允许通过该浓度检测部件检测浓度，而在除该静止时间以外的摇晃时间，禁止通过该浓度检测部件检测浓度，其中，
该浓度检测部件仅在该静止时间才检测该还原剂或该前体的浓度。
16.根据权利要求15所述的用于发动机的排气净化装置，其特征在于，该命令生成装置基于该检测到的浓度，对该添加部件生成动作命令，该动作命令用于增加或减少该还原剂的添加量。
17.一种通过提供以水溶液状态贮存NOx的还原剂或其前体的贮存罐、并将贮存在该贮存罐中的该还原剂或该前体的水溶液提供给来自发动机的排气，来净化其中包含NOx的排气的方法，该方法包括：
配置检测贮存在该贮存罐中的该还原剂或该前体的水溶液中所包含的该还原剂或该前体的浓度的浓度传感器；
判断该还原剂或该前体的水溶液在该贮存罐中是否处于静止状态；以及
基于该检测到的浓度使与排气的净化有关的预定控制对象工作，其中该浓度是该浓度传感器在当判断出处于静止状态时的静止时间检测到的该还原剂或该前体的浓度，而在除该静止时间以外的摇晃时间，禁止根据该检测到的浓度使该控制对象工作，并基于在该摇晃时间之前的该静止时间所获得的该检测到的浓度，使该控制对象工作。
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