發動機的廢氣淨化裝置的製作方法

2023-05-21 05:02:36 3

專利名稱：發動機的廢氣淨化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機的廢氣淨化裝置，詳細地說，涉及將氨用於還原劑對從發動機排出的 氮氧化物進行淨化的技術。
背景技術：
對於通過後處理來淨化發動機所排出的大氣汙染物質尤其是廢氣中的氮氧化物(下面稱為 "NOx")的裝置，已知有如下一種SCR(Selective Catalytic Reduction選擇性催化減少)裝置， 即在發動機的廢氣通路上設置噴射氨或其前體的水溶液的裝置，將噴射後的氨作為還原劑， 在催化劑上使NOx與該氨反應，將NOx還原、淨化。另還有一種SCR裝置考慮到車子上 的氨的儲藏容易性，事先以水溶液的狀態將氨的前體即尿素儲藏在箱中，在發動機實際運轉 時，將來自該箱內的尿素水噴射到廢氣通路內，通過利用了廢氣熱量的尿素的加水分解而產 生氨(專利文獻1)。
專利文獻1:日本國專利申請公開第2000—027627號公報(段落0013) 本申請人對該SCR裝置用於汽車發動機廢氣淨化裝置作了研究，並已實用化。為了相對 於來自發動機的NOx排出量而噴射適量的尿素水，良好地對NOx進行還原反應，重要的是在 尿素水的箱內設置尿素傳感器，將尿素的實際濃度(下面在簡稱為"濃度"時是指尿素的濃度) 反映為發動機及SCR裝置的控制。目前，作為尿素傳感器，開發了如下一種傳感器具有加 熱器和測溫電阻器，著眼於對應於濃度的尿素水的傳熱特性，根據由加熱器加熱的測溫電阻 器的電氣電阻值來檢測實際的濃度(日本國專利申請公開第2005—030888號公報，段落0044)。 本申請人在日本國專利申請第2003 — 366737號(日本國專利申請公開第2005 —133541號公報) 上揭示了一種將此感溫式傳感器用於尿素傳感器的發動機的廢氣淨化裝置。在該裝置中，當 利用尿素傳感器檢測濃度、且檢測出的濃度是低於正常區域的低濃度時，如果水或規定濃度 的尿素水以外的不同種類水溶液儲藏在尿素水的箱內，則檢測出濃度異常，同時就採取停止 噴射尿素水等措施。
這裡，對於採用感溫式尿素傳感器的發動機的廢氣淨化裝置，有如下問題。在以水溶液 狀態儲藏尿素的構件中，尤其在假定寒冷地區進行使用的場合，為防止尿素水在尿素水箱內
凍結，或使暫時凍結的尿素水迅速解凍，設置了箱加熱器(日本國專利申請公開第2004 — 194028號公報)。在將感溫式傳感器用作為尿素傳感器的場合，尿素水在尿素水的箱內隨著該 箱加熱器的加熱而發生對流，給尿素傳感器檢測濃度帶來不良影響。尿素水的溫度因該對流 而發生不均，尿素傳感器所檢測的濃度發生誤差，濃度的檢測精度下降，進而給以檢測後濃 度為基礎信息的異常檢測帶來錯誤。
因此，在採用感溫式的濃度傳感器的裝置中，希望避免儲藏箱內因水溶液對流所引起的 異常的誤檢測，防止廢氣淨化裝置發生在不需要添加還原劑時被停止等誤動作。

發明內容
本發明是鑑於上述問題而作成的，作成了如下結構主動採用當尿素水等水溶液的溫度 處於平衡狀態時的濃度。
本發明的裝置是在發動機的廢氣中添加NOx還原劑、使廢氣中的NOx還原的發動機的廢
氣淨化裝置，包括以水溶液的狀態儲藏添加在廢氣中的NO、還原劑或其前體用的儲藏箱； 對儲藏於該儲藏箱內的水溶液所包含的還原劑或前體的濃度進行檢測的濃度檢測裝置；以及 根據該濃度檢測裝置所檢測出的濃度對所述水溶液的規定的異常進行檢測的控制裝置。濃度 檢測裝置包括第1感溫體和與該第1感溫體熱連接的加熱器，所述第1感溫體具有其電氣特 性值根據溫度而變化的性質，以直接或間接地與所述水溶液接觸的狀態設置，在驅動加熱器 的同時，將由該加熱器加熱的第1感溫體的電氣特性值作為還原劑或前體的濃度輸出。控制 裝置對所述水溶液的溫度是否處於實質性的平衡狀態進行判定，作為異常檢測用的基礎信息， 採用當判定為所述水溶液的溫度處於實質平衡狀態的溫度平衡時所檢測出的濃度。
採用本發明，由於其結構做成了對尿素水等的水溶液溫度是否處於平衡狀態進行判定， 作為異常檢測用的基礎信息，並採用判定為處於平衡狀態時的濃度，因此，可避免因對流所 引起的異常的誤檢測，將正確的異常檢測結果反映為廢氣淨化裝置的動作。
本發明的其它目的和特徵，可通過參照附圖的以下說明來理解。
主張優先權基礎的日本國專利申請第2005 — 171147號的內容作為本申請一部分而被引
入、參照。


圖1是本發明一實施例的發動機的結構。
圖2是尿素傳感器的結構。
圖3是該尿素傳感器的濃度檢測原理。 圖4是檢測允許程序的流程圖。
圖5是濃度檢測、異常判定程序的流程圖。
圖6是該程序的濃度異常妥當性判定處理的子程序。
圖7是車輛狀態判定程序的流程圖。
圖8是尿素水噴射控制程序的流程圖。
圖9是表示SCR_C/U動作的時間圖。
符號說明
l是發動機，ll是進氣通路，12是渦輪增壓器，13是穩壓箱，21是噴射器，22是共用 軌，31是廢氣通路，32是氧化催化劑，33是NOx淨化催化劑，34是氨催化劑，35是EGR 管，36是EGR閥，41是儲藏箱，42是尿素水供給管，43是噴嘴，44是輸送泵，45是過濾 器，46是尿素水返回管，47是壓力控制閥，48是空氣供給管，51是發動機/U， 61是SCR— C/U， 71、 72是廢氣溫度傳感器，73是NCU專感器，74是尿素傳感器。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明本發明的實施例。
圖1表示本發明的一實施例的汽車用發動機(下面稱為"發動機")1的結構。在本實施例 中，採用直噴式的柴油發動機作為發動機l。
進氣通路11的導入部安裝有未圖示的空氣濾清器，利用該空氣濾清器除去吸入空氣中的 粉塵。在進氣通路11設置有可變噴嘴式的渦輪增壓器12的壓縮機12a，吸入空氣被壓縮機 12a壓縮後送出。壓縮後的吸入空氣流入穩壓箱13，由歧管部分配到各氣缸。
在發動機本體中，在氣缸頭上每氣缸設置有噴射器21。噴射器21根據來自發動機控制單 元(下面稱為發動機C/U)51的信號而動作。由未圖示的燃料泵送出的燃料通過共用軌22供給 到噴射器21，由噴射器21噴射到燃燒室內。
廢氣通路31的歧管部的下遊設置有渦輪增壓器12的渦輪機12b。渦輪機12b由廢氣驅動， 使壓縮機12a旋轉。渦輪機12b的可動葉片121與作動器122連接，由作動器122控制可動 葉片121的角度。
在渦輪機12b的下遊，從上遊側按順序設置有氧化催化劑32、 NOx淨化催化劑33及氨催 化劑34。氧化催化劑32對廢氣中的碳氫化合物及一氧化碳進行氧化，同時將廢氣中的一氧 化氮(以下稱為"NO")轉換為以二氧化氮(以下稱為"N02")為主的NOx，起到將廢氣中所含 的NO與N02的比例調整為適於後述NOx還原反應的作用。NOx淨化催化劑33將N(X還原
淨化。為了NOx還原，在本實施例中，在NOx淨化催化劑33的上遊將作為還原劑的氨添加 到廢氣中。另外，在本實施例中，考慮到氨的儲藏容易性，以水溶液的狀態儲藏氨的前體即 尿素。通過將氨作為尿素儲藏，可確保安全性。
尿素水供給管42與儲藏尿素水的儲藏箱41連接，在該尿素水供給管42的頂端安裝有尿 素水的噴嘴43。在尿素水供給管42上，從上遊側按順序夾裝有加料泵44及過濾器45。加料 泵44由電動機441驅動。電動機441的轉速由來自SCR控制單元(下面稱為"SCR—C/U")61 的信號控制，調整加料泵44的排出量。另外，在過濾器45的下遊，尿素水返回管46與尿素 水供給管42連接。在尿素水返回管46上設置有壓力控制閥47，超過規定壓力部分的剩餘尿 素水返回到儲藏箱41內。
噴嘴43是空氣輔助式的噴嘴，由本體431和噴嘴部432構成。本體431上連接有尿素水 供給管42，還連接有用於供給輔助用空氣的空氣供給管48。空氣供給管48與未圖示的氣罐 連接，從該氣罐供給輔助用空氣。噴嘴部432在NC^淨化催化劑33的上遊設置成，從側面 貫通NOx淨化催化劑33及氨催化劑34的筐體。噴嘴部432的噴射方向被設定為，沿與廢氣 的流向平行的方向朝向NOx淨化催化劑33的端面。
若噴射尿素水，所噴射的尿素水中的尿素就因廢氣熱量而進行加水分解，發生氨。所發 生的氨在NOx淨化催化劑33上用作為NOx還原劑，使NOx還原。氨催化劑34的用途是，對 不利於NOx還原而通過NOx淨化催化劑33的洩漏氨進行淨化。由於氨具有刺激性氣味，故 不希望以未淨化的狀態放出。下式(1) (4)分別表示用氧化催化劑32的NO的氧化反應、尿 素的加水分解反應、用NOx淨化催化劑33的NOx的還原反應以及用氨催化劑34的洩漏氨的 氧化反應。在本實施例中，將NOx淨化催化劑33和氨催化劑34內置在一體的筐體中，但也 可以分體的結構構成各自的筐體。
NO+l/2024N02......(1)
(NH2)2CO+H20—2 NH3+C02......(2)
NO+ N02 +2NH3—2N2+3H20......(3)
4NH3 +302—2N2+6H20......(4)
廢氣通路31通過EGR管35而與進氣通路11連接。EGR管35上夾裝有EGR閥36。EGR 閥36與作動器361連接，EGR閥36的開度由作動器361控制。
在廢氣通路31中，氧化催化劑32與NOx淨化催化劑33之間設置有溫度傳感器71，用 於檢測尿素水添加前的廢氣溫度。在氨催化劑34的下遊設置有用於檢測還原後的廢氣溫度的 溫度傳感器72、以及用於檢測還原後的廢氣所含的NOx濃度的NOx傳感器73。並且，在儲
藏箱41內設置有用於檢測尿素水所含的尿素濃度的尿素傳感器74、以及用於檢測尿素水溫 度的溫度傳感器75。尿素傳感器74構成本實施例的"濃度檢測裝置"。
溫度傳感器71、 72、 NOx傳感器73、尿素傳感器74以及溫度傳感器75的檢測信號被輸 出到SCR—C/U61。 SCR—C/U61以所輸入的信號為基礎對最佳的尿素水噴射量進行運算、設 定，並將與設定的尿素水噴射量對應的指令信號輸出到噴嘴43。 SCR—C/U61將動作信號輸 出到設在駕駛室控制板上的濃度警告燈91及餘量警告燈92。SCR—C/U61可雙向通信地與發 動機C/U51連接，將檢測後的尿素濃度輸出到發動機C/U51。另一方面，在發動機1頂U，設 置有點火開關52、起動開關53、曲柄角度傳感器54、車速傳感器55及油門傳感器56等， 這些檢測信號被輸入到發動機C/U51。發動機C/U51根據曲柄角度傳感器54所輸入的信號而 算出發動機轉速Ne。發動機C/U51將燃料噴射量等尿素水的噴射控制所需的信息輸出到SCR _C/U61。 SCR—C/U61構成本實施例的"控制裝置"。
圖2表示尿素傳感器74的結構以及該尿素傳感器74與箱加熱器之間的關係。
在本實施例中，含有使發動機1的冷卻水流通的冷卻水流通管81而構成箱加熱器。冷卻 水流通管81彎曲呈U字狀，入口部81a及出口部81b貫通儲藏箱41的頂蓋部。冷卻水流通 管81中導入溫熱後的發動機1的冷卻水，以該冷卻水為熱介質加熱尿素水。尿素傳感器74 設置在該U字狀部分的底邊附近，從下及左、右(或前、後)的三方由冷卻水流通管81包圍。
尿素傳感器74具有與前述日本國專利申請公開第2005 — 030888號公報所記載的流量液 種計相同的結構，是以二個感溫體的電氣特性值為基礎對尿素的濃度進行檢測。
前述公開公報(段落編號0104 0107)所記載的流量，液種計包括具有加熱器功能的第1 傳感器元件；無加熱器功能的第2傳感器元件。前者的第1傳感器元件包括加熱層；以絕 緣狀態形成在加熱層上的作為感溫體的測溫電阻層(下面稱為"第1測溫電阻層")。後者的 第2傳感器元件包括作為感溫體的測溫電阻層(下面稱為"第2測溫電阻層")，而無加熱層。 各傳感器元件內置在樹脂制的筐體內，並與作為傳熱體的翅片的一端連接。
在本實施例中，包含所述第1及第2傳感器元件而構成尿素傳感器74的傳感器元件部 741。傳感器元件部741，在濃度檢測時浸漬在尿素水中，且按前述那樣設置在冷卻水流通管 81的U字狀的底邊附近。另外，各翅片7414、 7415貫通筐體7413,露出在儲藏箱41內。
迴路部742與第1傳感器元件7411的加熱層及測溫電阻層(相當於"第1感溫體")和第2 傳感器元件7412的測溫電阻層(相當於"第2感溫體")連接。在向加熱層通電來對第1測溫 電阻層加熱的同時，對加熱後的第1測溫電阻層、和處於與加熱層熱絕緣的狀態的第2測溫 電阻層的各電阻值Rnl、 Rn2進行檢測。測溫電阻層具有電阻值與溫度成正比變化的特性。
迴路部742以所檢測的Rnl、 Rn2為基礎如下那樣演算濃度Dn。尿素傳感器74兼有檢測尿 素濃度的作為"濃度檢測裝置"的功能、和判定尿素水餘量的功能。 圖3表示濃度檢測原理。
加熱層的加熱，通過在規定時間AtOl將加熱驅動電流ih向加熱層通電來進行。迴路部742 對停止向加熱層通電的時刻tl的各測溫電阻層的電阻值Rnl、 Rn2進行檢測，並對在該時刻 的測溫電阻層間的溫度差ATmpl2(二Tn1-Tn)進行演算。該ATmpl2是根據以尿素水為介質的 傳熱特性而變化的，該傳熱特性是根據尿素的濃度而變化的。因此，對算出的ATmp12進行 換算可算出濃度Dn。另外，能以算出的ATmp12為基礎，對殘留在儲藏箱41內的尿素水的 量是否不足進行判定。
在本實施例中，在第1傳感器元件7411中，通過翅片7414使第1測溫電阻層與尿素水 接觸，但也可在傳感器元件部741形成將儲藏箱41內的尿素水導入的測定室，第1測溫電阻 層通過該測定室內的尿素水由加熱器加熱。在該場合，第1測溫電阻層就與尿素水直接接觸。
下面根據流程圖說明SCR—C/U61的動作。
本實施例的SCR—C/U61的動作大致如下。即，SCR—C/U61進行檢測許可判定(圖4是 檢測許可程序)，僅在根據該判定而許可濃度檢測時，進行濃度Dn的檢測。當檢測出的Dn 處於被定為正常區域的規定範圍內時，判定為尿素水未發生規定的異常，並輸出該濃度Dn。 另一方面，當檢測出的Dn不在該範圍時，就輸出該濃度Dn，並對所述規定的異常的尿素水 餘量或濃度的異常進行檢測。在本實施例中，當Dn處於超過該範圍的區域時，對尿素水餘 量的異常(下面稱為"餘量異常")進行檢測，而當Dn處於低於該範圍的區域時，對尿素水濃 度的異常(下面稱為"濃度異常")進行檢測。在本實施例中，對該濃度異常的檢測，從儲藏箱 41內的尿素水的溫度平衡觀點判定其妥當性(圖6是濃度異常妥當性判定程序)，只在判定為 妥當時，才將該檢測結果作為已確定的結果來處理。另外，在本實施例中，對各異常的檢測， 在每次異常檢測時將誤差計數器CNTc、 CNTe加上規定值，當該誤差計數器CNTc、 CNTe達 到規定值CNTclim、 CNTelim時，執行實際性的異常判定(圖5是濃度檢測、異常判定程序)。 當這些異常判定都執行後時，SCR—C/U61就對噴嘴43輸出用於停止噴射尿素水的信號(圖8 是尿素水噴射控制程序)。下面，說明每個程序。
圖4是檢測許可程序的流程圖。該程序通過打開點火開關而起動，然後每規定時間被反 復進行。由該程序許可或禁止濃度Dn的檢測。
在S101，讀入點火開關信號SWign，判定SWign是否為l。當為1時，認為打開了點火 開關，則進入S102。
在S102，讀入起動開關信號SWs仏判定SWstr是否是l。當為1時，認為起動開關己打 開的，發動機l的起動時刻，為了執行許可判定而進入S103;當不為1時，進入S105。 在S103，將檢測間隔INT重置為0。 在S104，將許可判定標誌Fdtc設定為1，執行許可判定。 在S105,將檢測間隔INT與1相加(INT二INT+1)。 在S106，判定相加後的INT是否達到規定值INT1 。
當達到INT1時，認為濃度Dn檢測所需的檢測間隔被確保，則進入S103，當未達到時， 認為所需的檢測間隔未被確保，則為了執行禁止判定而進入S107。 在S107，將許可判定標誌Fdtc設定為0，執行禁止判定。
圖5是濃度檢測、異常判定程序的流程圖。該程序利用先前的檢測許可程序將許可判定
標誌Fdtc設定為1來執行。由該程序檢測濃度Dn，並檢測尿素水的規定的異常。
在S201，讀入許可判定標誌Fdtc，判定所讀入的Fdtc是否為1，只在為1時，進入S202。 在S202,為了檢測濃度Dn，向尿素傳感器74的加熱層通電，對第1測溫電阻層加熱。 在S203，檢測濃度Dn。濃度Dn的檢測如下進行檢測加熱後的各測溫電阻層的電阻值
Rnl、 Rn2，同時對與檢測後的之差對應的測溫電阻層間的溫度差ATmp12進行演算，將算出
後的ATmpl2換算成濃度Dn。
在S204，判定檢測出的Dn是否處於將第1值Dl和大於該第1值的第2值D2設為下限
及上限的規定範圍(相當於"正常區域")內。當處於該範圍內時，進入S218，不在該範圍內
時，進入S205。
在S205，判定濃度Dn是否是規定的第2值D2以上。當是D2以上時，進入S214，小於 D2時，進入S206。該D2設定為尿素傳感器74處於尿素水中的狀態下所得到的輸出Dn與 尿素傳感器74處於空氣中的狀態下所得到的輸出Dn之間的中間值。S卩，當濃度Dn是D2 以上時，認為該Dn超過正常區域，則檢測餘量不足(或儲藏箱41處於空的狀態)時的餘量異 常，另一方面當濃度Dn小於D2時，認為該Dn低於正常區域，則對規定濃度的尿素水以外 的異種水溶液(這裡為含水的概念)儲藏在儲藏箱41內時的濃度異常進行檢測。
在S206，判定濃度異常檢測的妥當性。如已描述那樣，從尿素水的溫度平衡的觀點出發， 利用圖6所示的濃度異常妥當性判定程序進行該判定。當利用該程序判定為濃度異常的檢測 是妥當時，妥當性判別標誌Fjdg被設定為1，當判定為不妥當時，妥當性判別標誌Fjdg被設 定為0。
在S207，判定妥當性判別標誌Fjdg是否為1。為1時，認為濃度異常的檢測是妥當的，
則進入S208，不為1時，進入S209。
在S208，濃度誤差計數器CNTc(相當於"第1計數器")加上與車輛狀態標誌Fstb對應的 值的點數al、 a2。車輛狀態標誌Fstb由圖7所示的車輛狀態判定程序設定為0或l。在該程 序中，從發動機1振動所給予影響的觀點出發，判別儲藏箱41內的尿素水晃動的大小。當 Fstb是1時，CNTc加上較大的值al(例如3)，當Fstb是0時，CNTc加上比al小的值a2(例 如1)。發動機1的振動較小、尿素水的晃動較小時所得到的濃度Dn，是因為攪拌尿素水所產 生的熱傳導特性的誤差小、從而將其高可靠性反映在異常判定上的緣故。
在S209，將備用誤差計數器BCKc(相當於"第2計數器")加上1 。備用誤差計數器BCKc 與濃度誤差計數器CNTc不同，與妥當性判別標誌Fjdg無關，對每個低於正常區域的濃度的 檢測加上1。
在S210，判定相加後的CNTc是否達到規定值CNTclim(例如10)。當達到CNTclim時， 進入S212，未達到時，進入S211。
在S211，判定相加後的BCKc是否達到規定值BCKclim(大於CNTclim，例如100)。當達 到BCKclim時，進入S212，未達到時，返回該程序。
在S212，執行異種水溶液儲藏在儲藏箱41內的濃度異常判定，將濃度異常判定標誌Fcnc 設定為1。在本實施例中，當檢測出低於第1值D1時(S204、 205)，認為只執行一個濃度異 常判定。但是，對於異種水溶液充填在儲藏箱41的場合、和尿素水被過分稀釋的場合，也可 設定不同的濃度異常判定標誌，通過對濃度Dn與大於Dl的第3值D3進行比較，對各場合 區別異常。
在S213，將餘量異常判定標誌Femp設定為0，同時將餘量誤差計數器CNTe重置為0。 在S214，餘量誤差計數器CNTe加上規定的點b(例如1)。
在S215，判定相加後的CNTe是否達到規定值CNTelim。當達到CNTelim時，進入S216,
未達到時，返回該程序。
在S216，執行殘留在儲藏箱41內的尿素水的量不到規定量(例如儲藏箱41是空的)的餘
量異常判定，將餘量異常判定標誌Femp設定為1。
在S217，將濃度異常判定標誌Fcnc設定為O，同時將濃度誤差計數器CNTc及備用誤差
計數器BCKc重置為O。
在S218，執行正常判定，將各異常判定標誌Fcnc、 Femp設定為O。
在S219，將各誤差計數器CNTc、 CNTe(及備用計數器BCKc)重置為0。
圖6是濃度異常妥當性判定程序的流程圖。該程序構作為在先前的濃度檢測、異常判定 程序的S206中執行的子程序。由該程序判定濃度異常檢測的妥當性。
在S301，判定箱加熱器是否動作，即判定冷卻水是否流過冷卻水流通管81。當動作時， 進入S302，停止時進入S308。該判定根據對冷卻水向冷卻水流通管81的流入進行控制的流 量控制閥的開度而進行。當箱加熱器停止動作時，在儲藏箱41中，不發生影響到濃度檢測那 種問題的尿素水的強對流，判定為尿素水的溫度處於實質性的平衡狀態。
在S302，作為妥當性判定的基礎信息，讀入尿素水的溫度Turea及各傳感器元件7411、 7412的測溫電阻層的電阻值Rnl、 Rn2。
在S303，判定讀入的Turea是否為規定值Tl以上。當為Tl以上時，進入S304，不到 Tl時，進入S310。該T1設定為將尿素水凍結的溫度(這裡為-5°)。當尿素水凍結時能判斷為 根據傳熱特性的濃度的檢測自身缺少正確度，濃度異常的檢測也明顯缺乏妥當性。
在S304，判定尿素水的溫度變化率GRDt是否為規定值Gl以下。當為Gl以下時，進入 S305，大於G1時，，進入S309。當GRDt較小時可判斷為作為熱介質的冷卻水與尿素水的 溫度差小，不產生成為問題那樣的強對流。在本實施例中，GRDt作為該次計測時與上次計測 時的溫度Turea、 Turean—,之差—Turea—Turean—,)，根據每次測量所讀入的Turea算出。
在S305，判定濃度Dn的誤差量VRId是否為規定值Vl以下。當為V1以下時，進入S306， 大於V1時，進入S309。 VRId較小時可判斷為穩定地進行濃度Dn的檢測，檢測出的Dn 的可靠性高。在本實施例中，VRId作為該次計測時與上次計測時的濃度Dn、 Dn^之差的絕 對值(=1 Dn—Dnn—")，根據每次測量所讀入的Dn算出。
在S306，判定濃度Dn是否為規定值D4以上。當為D4以上時，進入S307，不到D4時， 進入S309。該D4作為濃度Dn能決定的範圍下限，例如設定為不到0的值。
在S307，判定各測溫電阻層的初始溫度差DLTt是否為規定值SL以下。當為SL以下時， 進入S308，大於SL時，進入S309。當DLTt較小時可判斷為在各傳感器元件7411、 7412 之間溫度不均就小，不發生強對流。DLTt作為剛驅動加熱層之前的各測溫電阻層的溫度差 DLTtC圖3)而算出。
在S308，將妥當性判別標誌Fjdg設定為表示濃度異常的檢測是妥當的1。 在S309，從濃度誤差計數器CNTc減去規定值d。該d也可在S304 S307的每個判定中 進行設定，從CNTc減去與得到否定結果的判定相對應的值dl d4。 在S310，將妥當性判別標誌Fjdg設定為0。
圖7是車輛狀態判定程序的流程圖。該程序每規定時間被反覆進行。 在S401，讀入發動機轉速NE。
在S402，讀入車速VSP。
在S403，判定讀入的NE是否為小於空轉轉速^400 600rpm是在空轉轉速區域存在共 振點)的規定值NE1以下。當為NE1以下時，進入S404，大於NE1時，進入S405。
在S404，判定讀入的VSP是否為表示停車狀態的規定值VSP1以下。當為VSP1以下時， 進入S407，大於VSP1時，進入S405。
在S405，判定讀入的NE是否是大於空轉轉速的規定值NE2以上。當為NE2以上時，進 入S406，小於NE2時，進入S408。
在S406，判定讀入的VSP是否為大於VSP1的規定值VSP2以下。當為VSP2以下時， 進入S407，大於VSP2時，進入S408。
在S407，認為以發動機l的振動為幹擾的尿素水的晃動較小，將車輛狀態標誌Fstb設定 為1。
在S408，將車輛狀態標誌Fstb設定為0。
下面，利用圖8所示的流程圖來說明採用了濃度Dn後的尿素水噴射控制的一例子。該程 序每規定時間被執行。
在S501，讀入濃度Dn。
在S502，判定餘量異常判定標誌Femp是否為0。當為0時，進入S503，不是0時，認 為執行了餘量異常判定則進入S506。
在S503，判定濃度異常判定標誌Fcon是否為0。當為0時，進入S504，不為0時，認 為執行了濃度異常判定則進入S507。
在S504，設定尿素水噴射量。尿素水噴射量的設定通過如下進行對發動機l的燃料噴 射量及與NOd專感器73的輸出對應的基本噴射量進行演算，同時根據濃度Dn修正所算出的 基本噴射量。當濃度Dn大、每單位噴射量的尿素含有量較多時，對基本噴射量實施減量修 正，另一方面，當濃度Dn小、每單位噴射量的尿素含有量較少時，對基本噴射量實施增量 修正。
在S505，向噴嘴43輸出與所設定的尿素水噴射量對應的動作信號。 在S506，使設置在駕駛席的控制板上的餘量警告燈92動作，使駕駛員意識到尿素水的餘 量不足。
在S507，使設置在所述控制板上的濃度警告燈91動作，使駕駛員意識到儲藏在儲藏箱 41內的是異種水溶液。
在S508，停止噴射尿素水。在尿素水的餘量不足時是理所當然的而在儲藏箱41內儲藏的不是尿素水而是水之類時是由於不能噴射添加氨所必需量的尿素水。在本實施例中，在執行 了各異常判定後停止噴射尿素水，但也可與該控制一起或代替該控制，而向發動機C/U51輸 出用於降低來自發動機l的NOx排出量自身或限制發動機l輸出的信號。作為前者的控制， 例如使通過EGR管35返流的廢氣量比異常判定時之外的通常時增大。另外，作為後者的控 制，使對於油門操作的發動機1的輸出功率特性不同於通常時，例如，使對於油門開度的燃 料噴射量比通常時減少。
採用本發明，可獲得如下那樣的效果。
圖9是表示SCR—C/U61動作的時間圖，表示在執行了餘量異常判定(相當於"第2異常 判定")後(時刻t2)、因不經意或通過有意識地補給水等而使濃度Dn從超過規定範圍B的區 域A直接轉移到低於該範圍B的區域C時的(時刻t3)各誤差計數器CNTc、 CNTe及各異常判 定標誌Fcnc、 Femp的動作。
在本實施例中，在這種場合，在檢測出處於區域C的異常濃度Dn後(時刻t3)，濃度誤差 計數器CNTc增大並達到規定值CNTdim，在整個直到執行了濃度異常判定(相當於"第1異 常判定")的期間PRD，維持餘量異常判定(CNTeK:NTelim、 Femp=l:圖5的S210)。因此， 雖然噴射水等，不能良好地進行NOx還原，但濃度誤差計數器CNTc未達到規定值CNTdim， 從而發動機1按通常運轉且噴射水等，可避免未淨化的NOx放出到大氣中。
尤其，在本實施例中，在檢測濃度異常時，根據圖6所示的流程圖，從溫度平衡的觀點 出發判定其妥當性，僅在判定為妥當時，就將濃度異常的檢測作為己確定的結果來處理(時刻 t3 t4)。因此，可避免對流影響所導致的濃度異常的誤檢測，防止因該誤檢測而發生不需要 尿素水的噴射時被停止等誤動作。在本實施例的妥當性的判定中，由箱加熱器進行加熱後、 尿素水的溫度達到平衡狀態後，因圖6所示的流程圖的S303 S307的條件原則上成立，從而 判定濃度異常的檢測是妥當的，同時，即使是達到平衡狀態之前，僅在這些條件成立時，對 流較弱，認為對檢測結果足夠的可靠性可被補償，就判定為濃度異常的檢測是妥當的。
在上面，採用了對每次濃度或餘量異常的檢測加上規定值al、 a2的誤差計數器CNTc、 CNTe，以確保異常判定的精度。也可僅採用次數代替誤差計數器，，檢測的濃度Dn從各區域 A、 C外轉移到該區域A、 C內後，在規定次數內所檢測出的濃度Dn中，規定比例的濃度 Dn處於該區域內的場合(例如在規定次數連續檢測出該區域內的濃度Dn場合)，執行異常判 定。
另外，雖然利用尿素的加水分解而產生氨，但圖1中未特別明示該加水分解用的催化劑。 為提高加水分解的效率，也可在NOx淨化催化劑33的上遊設置加水分解催化劑。
對於本發明的"水溶液"，除了以上所採用的作為前體的水溶液的尿素水以外，還可採用
氨水等還原劑的水溶液。
本發明還可應用於直噴式以外的柴油發動機(例如副室型柴油發動機)以及汽油發動機。 以上，根據較佳實施例說明了本發明，但本發明的範圍並不限制這種說明，而以權利要
求書的記載為基礎根據適用條文進行判斷。
權利要求
1.一種發動機的廢氣淨化裝置，在發動機的廢氣中添加NOx還原劑，使廢氣中的NOx還原，其特徵在於，包括以水溶液的狀態儲藏添加在廢氣中的NOx還原劑或其前體(日文前驅體)用的儲藏箱；對儲藏於所述儲藏箱內的水溶液所含有的還原劑或前體的濃度進行檢測的濃度檢測裝置；以及與所述濃度檢測裝置連接、根據所述濃度檢測裝置所檢測出的濃度而對所述水溶液的規定的異常進行檢測的控制裝置，其中所述濃度檢測裝置包括第1感溫體和與該第1感溫體熱連接的加熱器，所述第1感溫體具有其電氣特性值根據溫度而變化的性質，以直接或間接地與所述水溶液接觸的狀態設置，在驅動所述加熱器的同時，所述濃度檢測裝置將由所述加熱器加熱的所述第1感溫體的電氣特性值作為所述還原劑或前體的濃度輸出，而所述控制裝置包括判定所述水溶液的溫度是否處於實質性的平衡狀態的狀態判定部；以及異常檢測部，當所述檢測出的濃度處於被定為正常區域的規定區域之外的異常區域時，所述異常檢測部以在該狀態判定部判定所述水溶液的溫度處於所述平衡狀態的溫度平衡時所檢測出的濃度為基礎，對所述規定的異常進行檢測。
2. 如權利要求1所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於， 還包括設置在所述儲藏箱內的箱加熱器，所述控制裝置，在所述箱加熱器進行加熱時根據所述狀態判定部的所述判定結果，利用 所述異常檢測部對所述規定的異常進行檢測。
3. 如權利要求2所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述箱加熱器包括使發動機的冷卻水作為熱介質流通的冷卻水流通管，利用與發動機冷 卻水的熱交換將所述水溶液加熱。
4. 如權利要求2所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，在所述水溶液的溫度上升率處於規定值以下時，所述狀態判定部判定為所述水溶液的溫 度處於所述平衡狀態。
5. 如權利要求2所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，由所述濃度檢測裝置檢測出的濃度的該次值與上次值之差的絕對值是規定值以下時，所 述狀態判定部判定為所述水溶液的溫度處於所述平衡狀態。
6. 如權利要求2所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，由所述濃度檢測裝置檢測出的濃度處於將決定所述正常及異常區域的邊界的第1值與不 同於該第1值的所述異常區域中的第2值作為上限及下限的規定範圍內時，所述狀態判定部 判定為所述水溶液的溫度處於所述平衡狀態。
7. 如權利要求2所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述濃度檢測裝置還包括相對於所述加熱器被熱絕緣、且設置成與所述水溶液接觸的狀 態的第2感溫體，在驅動所述加熱器前的所述第1及第2感溫體的各電氣特性值之差是規定值以下時，所 述狀態判定部判定為所述水溶液的溫度處於所述平衡狀態。
8. 如權利要求1所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述控制裝置還包括第1異常判定部，其設有在所述異常檢測部的每次所述異常的檢測 時被增大規定值的第1計數器，當該第1計數器達到第1異常判定值時執行實際的異常判定。
9. 如權利要求8所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於， 還包括對發動機轉速進行檢測的轉速傳感器，在檢測出的發動機轉速處於包含發動機共振點在內的規定轉速區域時、和除此以外時， 所述第1異常判定部使每次所述異常的檢測時增大的規定值不相同。
10. 如權利要求8所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述控制裝置還包括第2異常判定部，其設有在所述濃度檢測裝置進行的處於所述異常 區域的每次濃度的檢測時被增大規定值的第2計數器，當該第2計數器達到大於所述第1異 常判定值的第2異常判定值時，先於所述第1異常判定部而執行異常判定。
11. 如權利要求8所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述第1異常判定部在檢測出所述規定的異常的異常檢測時以外的非檢測時，使所述第1 計數器減小規定值。
12. 如權利要求8所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，當所述濃度檢測裝置所檢測出的濃度處於所述異常區域中的第1區域時，所述異常檢測 部對第1異常進行檢測，而當所述濃度檢測裝置所檢測出的濃度處於所述異常區域中的不同 於所述第1區域的第2區域時，所述異常檢測部對第2異常進行檢測，所述第1異常判定部與所述第1異常的檢測有關並根據所述第1計數器的值而執行第1 異常判定，另一方面所述第1異常判定部與所述第2異常的檢測有關而執行第2異常判定， 在第2異常判定後，當通過所述檢測出的濃度從所述第2區域直接轉移到所述第1區域而檢測出所述第1異常時，從該第1異常的檢測至規定期間維持第2異常判定。
13. 如權利要求12所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，還包括添加裝置，該添加裝置設置在發動機的廢氣通路上，將儲藏在所述儲藏箱內的水 溶液供給到所述廢氣通路內，在廢氣中添加所述還原劑，當執行了所述第1或第2異常判定時，所述控制裝置使所述添加裝置停止添加所述還原劑。
14. 如權利要求12所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於， 還包括使駕駛員意識到所述異常的發生用的警告裝置，當執行了所述第1或第2異常判定時，所述控制裝置使所述警告裝置動作，使駕駛員意 識到該異常的發生。
15. 如權利要求1所述的發動機的廢氣淨化裝置，其特徵在於，還包括添加裝置，該添加裝置設置在發動機的廢氣通路上，將儲藏在所述儲藏箱內的水 溶液供給到所述廢氣通路內，在廢氣中添加所述還原劑，所述控制裝置根據所述濃度檢測裝置所檢測出的濃度對所述添加裝置進行的還原劑添加 量予以控制。
16. —種發動機，其特徵在於，包括 形成燃燒室的發動機本體；設在從所述燃燒室通過的發動機廢氣通路上的NOx還原催化劑； 如權利要求1所述的廢氣淨化裝置；以及添加裝置，該添加裝置在所述還原催化劑的上遊設置在所述廢氣通路上，將儲藏在所述 儲藏箱內的水溶液供給到所述廢氣通路內，在發動機的廢氣中添加所述還原劑。
17. 如權利要求16所述的發動機，其特徵在於，當利用所述異常檢測部檢測出所述規定的異常時，所述控制裝置使所述添加裝置停止添 加所述還原劑。
18. 如權利要求16所述的發動機，其特徵在於，所述控制裝置根據所述濃度檢測裝置所檢測出的濃度而對所述添加裝置進行的還原劑添 加量予以控制。
19. 一種發動機的廢氣淨化裝置，在發動機的廢氣中添加NOx還原劑，使廢氣中的NOx 還原，其特徵在於，包括以水溶液的狀態儲藏添加在廢氣中的NOx還原劑或其前體用的儲藏箱；對儲藏於所述儲藏箱內的水溶液所含有的還原劑或前體的濃度進行檢測的手段即濃度檢 測手段，該濃度檢測手段包括第1感溫體和加熱該第1感溫體用的加熱器，所述第1感溫體 具有電氣特性值根據溫度而變化的性質，以直接或間接地與所述水溶液接觸的狀態設置，在 驅動所述加熱器的同時，所述濃度檢測手段將由所述加熱器加熱的所述第1感溫體的電氣特 性值作為所述還原劑或前體的濃度輸出；異常檢測手段，當由所述濃度檢測手段檢測出的濃度處於被定為正常區域的規定區域以 外的異常區域時，對所述水溶液的規定的異常進行檢測；以及狀態判定手段，該狀態判定手段判定所述水溶液的溫度是否處於實質性的平衡狀態，所述異常檢測手段以在所述狀態判定手段判定為所述水溶液的溫度處於所述平衡狀態的 溫度平衡時所檢測出的濃度為基礎，對所述規定的異常進行檢測。
20.—種發動機的廢氣淨化裝置，在發動機的廢氣中添加NOx還原劑、使廢氣中的NOx 還原，其特徵在於，包括以水溶液的狀態儲藏添加在廢氣中的NOx還原劑或其前體用的儲藏箱；對儲藏於所述儲藏箱內的水溶液所含有的還原劑或前體的濃度進行檢測的手段即濃度檢 測手段，該濃度檢測手段包括第1感溫體、加熱該第1感溫體用的加熱器和第2感溫體，所 述第1感溫體具有其電氣特性值根據溫度而變化的性質，以直接或間接地與所述水溶液接觸 的狀態設置，所述第2感溫體相對於所述加熱器被熱絕緣、且設置成與所述水溶液接觸的狀 態，所述濃度檢測手段在驅動所述加熱器的同時，根據由所述加熱器加熱的所述第1感溫體 的電氣特性值和所述第2感溫體的電氣特性值而算出所述還原劑或前體的濃度；異常檢測手段，當由所述濃度檢測手段檢測出的濃度處於被定為正常區域的規定區域以 外的異常區域時，對所述水溶液的規定的異常進行檢測；異常判定手段，在由所述異常檢測手段檢測出所述規定的異常後，規定的確定條件成立 後執行實際的異常判定；以及許可判定手段，其以驅動所述加熱器前的所述第1及第2感溫體的各電氣特性值之差、 或者所述第1或第2感溫體的電氣特性值的每個濃度檢測周期的變化量為基礎，對所述異常 的檢測的許可條件成立與否進行判定，所述異常檢測手段，根據在所述許可判定手段許可所述異常的檢測的檢測許可時所檢測 出的濃度而對所述規定的異常進行檢測，當所述檢測出的濃度處於所述異常區域中的第1區 域時，對第1異常進行檢測，而當所述檢測出的濃度處於所述異常區域中的不同於所述第1 區域的第2區域時，對第2異常進行檢測，所述異常判定手段與所述第1異常的檢測有關並執行第1異常判定，另一方面與所述第2 異常的檢測有關而執行第2異常判定，在第2異常判定後，當通過檢測出的濃度從所述第2 區域直接轉移到所述第1區域而檢測出所述第1異常時，從該第1異常的檢測至規定期間維 持第2異常判定。
全文摘要
一種發動機的廢氣淨化裝置，採用感溫式的尿素傳感器(74)，以尿素傳感器(74)所檢測的溫度信息為基礎，判定儲藏箱(41)內產生的尿素水的對流大小。對於異常的檢測，採用在尿素水的溫度變化率GRDt較小的場合等對流較弱、並判斷為不影響異常的正確檢測時所檢測出的濃度(Dn)。
文檔編號F01N3/08GK101194087SQ20068002050
公開日2008年6月4日 申請日期2006年6月9日 優先權日2005年6月10日
發明者仁科充廣, 松永英樹 申請人:日產柴油機車工業株式會社