排氣淨化系統的製作方法

2023-05-07 00:35:42 2

本發明涉及排氣淨化系統，尤其涉及具有對排氣中的NOx進行還原淨化的選擇性還原催化劑(以下稱作SCR)的排氣淨化系統。

背景技術：

以往，已知一種具有SCR的排氣淨化系統，該SCR以從尿素水中加水分解而生成的氨(以下稱作NH3)為還原剤，對排氣中的NOx進行選擇性地還原淨化。作為這樣的排氣淨化系統，例如在專利文獻1、2中公開了一種根據SCR的NH3推定吸附量與目標吸附量的差來控制尿素水噴射量的技術，該SCR的NH3推定吸附量是基於各種傳感器的傳感器值等計算出的。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2003-293737號公報

專利文獻2:日本特開2012-067667號公報

技術實現要素：

〔發明所要解決的課題〕

可是，若暫時性缺陷多發或NOx淨化率較低的運轉狀態持續，則有時SCR實際吸附的NH3實際吸附量會比NH3推定吸附量多。若在這樣的狀態下執行基於NH3推定吸附量的尿素水噴射控制，則有可能尿素水噴射量相對於SCR的NH3吸附能力變得過大，引起剩餘的NH3被放出的所謂NH3漏失。

另外，若尿素水噴射量過大，則SCR沒處理完的尿素水的一部分會附著於排氣管或SCR，也有可能引起排氣管腐蝕或SCR的性能劣化等。

本發明的目的在於通過有效地抑制NH3推定吸附量與NH3實際吸附量的背離來防止過量的尿素水噴射導致的NH3漏失。

〔用於解決課題的部件〕

為達成上述目的，本發明的排氣淨化系統的特徵在於包括：選擇性還原催化劑，被設置在內燃機的排氣通道中，以從尿素水生成的氨作為還原劑對排氣中的NOx進行淨化；尿素水噴射部件，向比所述選擇性還原催化劑靠上遊側的排氣通道噴射尿素水；推定吸附量計算部件，計算出被吸附於所述選擇性還原催化劑的氨的推定吸附量；噴射控制部件，基於所述推定吸附量執行所述尿素水噴射部件的噴射控制；以及推定吸附量變更部件，在所述選擇性還原催化劑所吸附的氨的實際吸附量與所述推定吸附量可能發生背離的預定條件成立時，將被用於所述噴射控制的所述推定吸附量變更成增減了預定量後的值。

另外，優選還包括：淨化率降低判定部件，判斷所述選擇性還原催化劑的NOx淨化率是否因所述推定吸附量的増減而降低了；以及推定吸附量維持部件，當所述淨化率降低判定部件判定NOx淨化率沒有降低時，維持被所述推定吸附量變更部件變更後的值。

另外，優選還包括：推定吸附量修正部件，在所述淨化率降低判定部件判定NOx淨化率降低了時，使被所述推定吸附量變更部件變更後的值回到變更前的值。

另外，優選還包括：推定吸附量修正部件，當所述淨化率降低判定部件判定NOx淨化率降低了時，使被所述推定吸附量變更部件變更後的值修正成基於當前的NOx淨化率計算出的推定吸附量。

附圖說明

圖1是表示本實施方式的排氣淨化系統的示意性整體結構圖。

圖2是表示本實施方式的溫度吸附量圖的一例的圖。

圖3是表示本實施方式的排氣淨化系統的控制內容的一例的流程圖。

具體實施方式

以下，基於附圖說明本發明一實施方式的排氣淨化系統。對相同的部件標註了相同的附圖標記，它們的名稱及功能也相同。因此，不重複針對它們的詳細說明。

如圖1所示，在柴油引擎(以下簡稱引擎)10的吸氣岐管10a上連接有吸氣通道11，在排氣岐管10b上連接有排氣通道12。該排氣通道12中從排氣上遊側起依次設有前級後處理裝置30、後級後處理裝置40等。

此外，在圖1中，附圖標記20表示引擎轉速傳感器，附圖標記21表示油門開度傳感器，附圖標記22表示MAF傳感器，附圖標記23表示排氣溫度傳感器，附圖標記24表示NOx傳感器。這些各種傳感器20～24的傳感器值被發送給電連接的電子控制單元(以下稱作ECU)50。

前級後處理裝置30是在催化劑箱30a內從上遊側起依次配置氧化催化劑(以下，DOC)31、DPF32而構成的。另外，在比DOC31靠上遊側的排氣通道12，設有燃料噴射裝置(燃料添加閥)33。

燃料噴射裝置33根據從ECU50輸入的指示信號向排氣通道12內噴射未燃燃料(主要是HC)。另外，在採用引擎10的多段噴射的遠後噴射(Post Injection)的情況下，也可以省略該燃料噴射裝置33。

DOC31例如是在堇青石蜂窩結構體等陶瓷製載體表面承載催化劑成分而形成的。DOC31在被燃料噴射裝置33或遠後噴射(Post Injection)供給HC後，將其氧化而使排氣溫度上升。

DPF32例如是沿排氣的流動方向配置被多孔質地的隔牆劃分開的多個單元，並將這些單元的上遊側和下遊側交替進行孔封閉而形成的。DPF32將排氣中的PM捕獲在隔牆的細孔或表面，並且在PM堆積量達到預定量時，執行將其燃燒除去的所謂的強制再生。強制再生是通過燃料噴射裝置33或遠後噴射(Post Injection)對DOC31供給未燃燃料(HC)，將流入DPF32的排氣溫度升溫到PM燃燒溫度而進行的。

後級後處理裝置40是具有容納在箱40a內的SCR41而構成的。另外，在比SCR41靠上遊側的排氣通道12中，設有尿素水噴射裝置60。

尿素水噴射裝置60根據從ECU50輸入的指示信號使尿素添加閥61進行開閉動作，從而向比SCR41靠上遊側的排氣通道12內噴射從尿素水缸62內由尿素水泵63壓送的尿素水。噴射出的尿素水通過排氣熱而被加水分解，生成NH3，作為還原劑供給到下遊側的SCR41。

SCR41例如是在蜂窩結構體等的陶瓷製載體表面承載沸石等而形成的，包括具有被多孔質地的隔牆劃分出的多個單元而構成。SCR41吸附被作為還原劑供給的NH3，並利用所吸附的NH3從通過的排氣中選擇性地還原淨化NOx。

ECU50是進行引擎10、燃料噴射裝置33、尿素水噴射裝置60等的各種控制的部件，被構成為具有公知的CPU、ROM、RAM、輸入埠、輸出埠等。

另外，ECU50中作為一部分功能要素，具有推定吸附量計算部51、尿素水噴射控制部52、推定吸附量變更部53、淨化率降低判定部54、推定吸附量維持部55、推定吸附量修正部56。這些各功能要素在本實施方式中是以被包含在作為一體硬體的ECU50中的形式進行說明的，但也可以將其中任一部分設置成單獨的硬體。

推定吸附量計算部51計算出當前被吸附於SCR41的NH3量(以下稱作推定吸附量NH3EST)。更詳細來說，基於各種傳感器20～23所檢測出的引擎10的運轉狀態計算出從引擎10排出的排氣中的NOx值(以下稱作SCR入口NOx值)。進而，基於SCR入口NOx值和NOx傳感器24所檢測出的SCR出口NOx值，計算出SCR41的NOx淨化率，並根據該NOx淨化率計算出被SCR41消耗的NH3總消耗量。然後，用供給SCR41的NH3總供給量減去NH3總消耗量，計算出當前的推定吸附量NH3EST。另外，也可以採用其它公知的計算方法作為推定吸附量NH3EST的計算方法。

尿素水噴射控制部52基於由推定吸附量計算部51計算出的推定吸附量NH3EST控制尿素水噴射裝置60的尿素水噴射。更詳細來說，ECU50中存儲有預先生成的表示SCR41的內部溫度與NH3目標吸附量的關係的溫度-吸附量圖(參照圖2)。尿素水噴射控制部52從該溫度-吸附量圖讀取出與排氣溫度傳感器23的傳感器值TSCRIN對應的目標吸附量NH3TAG與推定吸附量NH3EST的偏差ΔNH3，並將相當於偏差ΔNH3的尿素水量的噴射指示信號發送給尿素水噴射裝置60。另外，圖2所示的溫度-吸附量圖也可以採用表示SCR41的內部溫度與NH3目標吸附量、排氣流量的關係的三維圖。

推定吸附量變更部53在推定吸附量NH3EST與SCR41所實際吸附的NH3實際吸附量可能發生背離的預定條件成立時，執行使被用於尿素水的噴射控制的推定吸附量NH3EST增加預定量α的變更控制(以下將増加後的值記作吸附量變更值NH3EST+α)。執行這樣的變更控制後，從溫度吸附量圖(圖2)讀取出的偏差ΔNH3會變小，尿素水噴射裝置60的尿素水噴射量也會減少。

另外，作為預定條件，例如是在實施DPF32的強制再生後、引擎10的運轉時間經過了預定的長時間時，或SCR41的NOx淨化率降低已持續了預定時間時，或暫時性缺陷多次發生到預定次數以上時等。另外，作為用於變更控制的預定量α，優選增加預先設定的特定倍率(例如約0.1％)或偏置量(例如約0.1g)。

淨化率降低判定部54判斷在增加推定吸附量NH3EST後，SCR41的NOx淨化率是否降低了。關於増加前後的SCR41的NOx淨化率，通過將NOx傳感器24所檢測出的SCR出口NOx值除以根據引擎10的運轉狀態計算出的SCR入口NOx值來求得即可。

推定吸附量維持部55在淨化率降低判定部54判定為NOx淨化率沒有降低時，執行使被用於尿素水的噴射控制的變更後的吸附量變更值NH3EST+α維持到上述預定條件再次成立為止的維持控制。當即使增加推定吸附量NH3EST，NOx淨化率也不降低時，就認為増加後的吸附量變更值NH3EST+α接近實際的NH3吸附量。通過在這樣的情況下執行維持控制，能謀求尿素水噴射量的最優化，有效地防止NH3漏失。

推定吸附量修正部56在淨化率降低判定部54判定為NOx淨化率已降低的情況下，執行使被用於尿素水的噴射控制的變更後的吸附量變更值NH3EST+α回到變更前的推定吸附量NH3EST的修正控制。若NOx淨化率因推定吸附量NH3EST的増加而降低了，則認為増加前的推定吸附量NH3EST已接近實際的NH3吸附量。通過在這樣的情況下執行回到増加前的值的修正控制，能謀求噴射水噴射量的最優化，有效地防止NH3漏失。另外，也可以構成為將吸附量變更值NH3EST+α修正成根據當前的NOx淨化率計算出的新的吸附量更新值NH3REV的方式。

下面基於圖3說明本實施方式的排氣淨化系統的控制流程。另外，圖3的流程是與尿素水噴射控制部52的噴射控制並行執行的。

在步驟(以下將步驟簡記作S)100中，計算出SCR41所吸附的推定吸附量NH3EST。計算出的推定吸附量NH3EST被用於尿素水噴射控制部52的噴射控制。

在S110中，判斷S100中所計算出的推定吸附量NH3EST與SCR41實際吸附的NH3實際吸附量可能發生背離的預定條件是否成立。若預定條件成立(是)，則本控制進入S120。

在S120中，執行使被用於尿素水的噴射控制的推定吸附量NH3EST增加預定量α而成為吸附量變更值NH3EST+α的變更控制。

在S130中，判斷SCR41的NOx淨化率是否因變更控制而降低了。若NOx淨化率降低了(是)，則認為變更前的推定吸附量NH3EST已接近實際的NH3吸附量，故本控制進入S140，執行使吸附量變更值NH3EST+α返回到S110所計算出的推定吸附量NH3EST的修正，或者使吸附量變更值NH3EST+α更新為根據當前的NOx淨化率計算出的新的吸附量更新值NH3REV的修正，然後返回。

另一方面，若在上述S130中判定NOx淨化率沒有降低(否)，則認為變更後的吸附量變更值NH3EST+α接近實際的NH3吸附量，故本控制進入S150，執行維持被用於噴射控制的吸附量變更值NH3EST+α的控制並返回。

下面說明本實施方式的排氣淨化系統的作用效果。

當SCR41的NOx淨化率的降低已持續了預定時間時，或暫時性缺陷多發時，存在推定吸附量NH3EST與NH3實際吸附量發生背離的可能性。若在這樣的狀態下繼續進行尿素水噴射，則尿素水噴射量會過大，存在引起NH3漏失的問題。

在本實施方式的排氣淨化系統中，當推定吸附量NH3EST與NH3實際吸附量可能發生背離的預定條件成立時，執行使被用於尿素水的噴射控制的推定吸附量NH3EST增加預定量α的變更控制。並且，若NOx淨化率沒有降低，則維持變更後的吸附量變更值NH3EST+α，而若NOx淨化率降低了，則返回到變更前的推定吸附量NH3EST，由此實現使用了與實際的NH3吸附量背離少的值的噴射控制。因此，根據本實施方式的排氣淨化系統，能謀求尿素水噴射量的最優化，能有效地防止NH3漏失。另外，由於尿素水的過量噴射被抑制，故還能有效地防止因附著尿素水等而引起的排氣管腐蝕或SCR41的性能劣化等。

另外，本發明並非限定於上述的實施方式，在不脫離本發明思想的範圍內可以適當變形來實施。

例如，之前說明了推定吸附量變更部53使推定吸附量NH3EST增加預定量α的情況，也可以構成為使推定吸附量NH3EST減少預定量α的方式。此外，引擎10不限定於柴油引擎,也能廣泛適用於汽油引擎等其它內燃機。