专利名称：发动机排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对排气中的氮氧化物(N0x)进行还原净化的发动机排气净化装置(下面 称为"排气净化装置")中尤其是液体还原剂或者其前躯体的供给系统是否发生堵塞进行 高精度判定的技术。
背景技术：
作为对发动机排气所含的N0x进行净化的催化剂净化系统提出的方案有日本特开 2000-27627号公报(专利文献l)记载的排气净化装置。这种排气净化装置，通过在发动 机排气系统所配置的NOx还原催化剂的排气上游，喷射供给对应发动机运转状态的液体还 原剂或者其前躯体(下面称为"液体还原剂")，来使排气中的NOx和还原剂两者发生还原 反应，将NOx净化处理为无害成分。
而这样的排气净化装置，因还原剂成分析出、有异物混入等原因而造成液体还原剂的 供给系统(下面称为"还原剂供给系统")堵塞的话，便无法对NOx还原催化剂供给适量 的还原剂，从而无法发挥所需要的NOx净化能力。因此，如日本特开2006-77765号公报 (专利文献2)所记载的那样，提出了在压送液体还原剂的泵停止的状态下根据还原剂供 给系统留存的液体还原剂其在规定时间内的压力降低幅度对是否发生堵塞进行判定的技 术方案。
专利文献1:日本特开2000-27627号公报
专利文献2:日本特开2006-77765号公报 但NOx在高温和高压条件下生成，因而由于发动机运转状态的不同而存在排气中的 N0x浓度较低、不需要排气净化处理的状态。因此，使用还原剂的排气净化装置，出于防 止该不必要消耗的考虑，采用断续喷射供给液体还原剂这种构成。而且，对于排气净化装 置来说，排气中的NOx浓度随着发动机运转状态而变化，因而液体还原剂的喷射量动态地 增减。所以，规定时间内的压力降低幅度便极为细微，就专利文献2中记载的技术而言， 即便是还原剂供给系统没有堵塞发生，也会有可能误判为有堵塞发生。
发明内容
4因此，本发明鉴于如上所述现有问题点，其目的在于提供一种排气净化装置，该装置 利用在压送液体还原剂的泵停止的状态下，喷射供给还原剂供给系统所留存的液体还原剂 时，压力随其累积喷射量而有规律地变化的特性，即便是液体还原剂的喷射供给暂时停止 或者动态变化，也能针对还原剂供给系统是否发生堵塞进行高精度判定。
因此，排气净化装置包括配置于发动机排气系统的、对排气中的NOx进行还原净化 的还原催化剂；储存液体还原剂的还原剂箱；吸入所述还原剂箱所储存的液体还原剂将其 压送的泵；对所述泵压送的液体还原剂的流量进行控制的流量控制阀；对还原催化剂的排 气上游喷射供给其流量由所述流量控制阀控制的液体还原剂的喷嘴；以及内置计算机的控 制单元，该排气净化装置中，所述控制单元根据发动机运转状态实时运算所述喷嘴喷射供 给的液体还原剂的喷射量，并且，使所述泵暂时停止至累积喷射量达到规定量这一期间内， 所述泵下游且流量控制阀上游所留存的液体还原剂其压力未降低第一规定压力以上时，判 定该泵下游的还原剂供给系统发生堵塞，该累积喷射量由被实时运算的喷射量逐次累加所 得到。其中，所谓"液体还原剂"其含义不限于将还原剂成分(溶质)溶解于溶剂中所得 到的物质，还包含可按化学反应生成还原剂的液体还原剂的前躯体。
按照本发明的排气净化装置，吸入还原剂箱所储存的液体还原剂而进行压送的泵暂时 停止至累积喷射量达到规定量这一期间内，泵下游且流量控制阀上游所留存的液体还原剂 其压力未降低第一规定压力以上时，判定泵下游的还原剂供给系统发生堵塞，该累积喷射 量由根据发动机运转状态被实时运算的液体还原剂的喷射量逐次累加所得到。也就是说， 对于通常的排气净化处理而言，对应发动机运转状态适当控制泵，其下游的液体还原剂其 压力保持大致一定，以便可通过流量控制阀控制液体还原剂的喷射量。而泵暂时停止的话， 便仅仅是其下游且流量控制阀上游所留存的液体还原剂用于喷射供给。此时，还原剂供给 系统没有堵塞发生的话，液体还原剂其压力随着累积喷射量的增加而有规律地降低。而还 原剂供给系统有堵塞发生的话，喷嘴实际喷射供给的液体还原剂极为细微或者完全没有， 因而液体还原剂的压力即便是累积喷射量有所增加也只是极为细微的降低。因此，即便是 液体还原剂的喷射供给对应发动机运转状态而暂时停止或者动态变化，也可以根据泵暂时 停止至累积喷射量达到规定量这一期间内液体还原剂是否降低了规定压力以上，来对还原 剂供给系统是否发生堵塞进行高精度的判定。
图1为实施本发明的排气净化装置的总体构成图。 图2为泵模块和添加模块的具体构成图。图3为针对还原剂供给系统是否有堵塞发生进行判定的原理的说明图。 图4为表示控制程序其处理内容的流程图。 (标号说明)
10发动机14排气管18喷嘴
20N0x还原催化剂24还原剂箱26吸取软管
28泵模块28A电动泵28E压力传感器
30加压软管32添加模块32A流量控制阀
34添加软管36还原剂添加ECU 38排气温度传感器
具体实施例方式
下面参照附图具体说明本发明。
图1表示使用作为液体还原剂的前躯体的尿素水溶液、通过还原反应对发动机排气中
的N0x进行净化的排气净化装置的总体构成。
沿排气流通方向在与发动机10的排气歧管12连接的排气管14分别配置有将一氧 化氮(NO)氧化为二氧化氮(N02)的氮氧化催化剂16;喷射供给尿素水溶液的喷嘴18; 使用通过水解尿素水溶液得到的氨对N0x进行还原净化的NOx还原催化剂20;以及使通 过N0x还原催化剂20的氨氧化的氨氧化催化剂22。
另一方面，贮存尿素水溶液的还原剂箱24，通过其底部开口形成有吸入口的吸取软管 26与吸入尿素水溶液进行压送的泵模块28连通连接。泵模块28如图2所示至少内置电 动泵28A、安全阀28B、缓冲器28C、过滤器28D、以及检测尿素水溶液压力p的压力传感 器28E。而泵模块28通过加压软管30与至少内置有可远距离操作的流量控制阔32A(参照 图2)的添加模块32连通连接，而添加模块32通过添加软管34与喷嘴18连通连接。而 且，泵模块28和添加模块32可分别由内置计算机的还原剂添加控制单元(下面称为"还 原剂添加ECU") 36电子控制，由喷嘴18喷射供给适合发动机运转状态的尿素水溶液。
这种排气净化装置中，喷嘴18喷射供给的尿素水溶液利用排气热量和排气中的水蒸 气水解，转化为起到还原剂作用的氨。经过转化的氨在NOx还原催化剂20处与排气中的 NOx发生还原反应，并转化为水(H20)和氮(N2)，这是已知的。此时，NO由氮氧化催化 剂16氧化为N02，排气中N0和N02两者的比例改善为适合还原反应，以便使NOx还原催 化剂20的N0x净化能力提高。另一方面，通过N0x还原催化剂20后的氨利用配置在其排 气下游的氨氧化催化剂22氧化，因而避免氨原样排出到大气中。
作为本发明特征，排气管14装配有对导入到N0x还原催化剂20的排气温度T进行检测的排气温度传感器38。而且，泵模块28中内置的压力传感器28E和排气温度传感器38 的各输出信号输入给还原剂添加ECU36，利用其R0M (只读存储器)等存储的控制程序判 定泵模块28中内置的电动泵28A下游位置的还原剂供给系统是否发生堵塞等。
这里，详细说明控制程序之前说明针对还原剂供给系统是否发生堵塞进行判定的原理。
对于通常的排气净化处理来说，可随发动机运转状态适当控制电动泵28A，其下游的 尿素水溶液其压力保持大致一定，以便可通过流量控制阀32A控制尿素水溶液的喷射量。 而电动泵28A暂时停止的话，便仅仅其下游且流量控制阀32A上游所留存的尿素水溶液用 于喷射供给。此时，还原剂供给系统没有堵塞发生的话，如图3所示，尿素水溶液其压力 随着累积喷射量的增加而有规律地降低，该累积喷射量由逐次累加对应发动机运转状态的 喷射量(运算值)所得到。而还原剂供给系统有堵塞发生的话，喷嘴18实际喷射供给的 尿素水溶液极为细微或者完全没有，因而如同一图所示尿素水溶液的压力即便是累积喷射 量有所增加也只是极为细微地降低。因此，可以根据电动泵28A暂时停止至累积喷射量达 到规定量这一期间内尿素水溶液是否降低了规定压力以上，来针对还原剂供给系统是否发 生堵塞进行间接的高精度判定。
图4表示的是以处于发动机动作过程中的情形为条件、每隔规定时间(第一规定时间) 所执行的控制程序的处理内容。这里，针对还原剂供给系统是否发生堵塞进行判定时使电 动泵28A暂时停止，因而控制精度有可能会随喷嘴18喷射供给的尿素水溶液其压力的变 动而降低，因而最好将规定时间设定为10 30分钟左右。而且，可通过未图示的喷射量 运算处理来实时运算与发动机运转状态对应的尿素水溶液喷射量。
步骤l (图中简单标记为"S1"。下同)中，使泵模块28中内置的电动泵28A停止。 此时，加压软管30内留存的尿素水溶液通过通常的排气净化处理保持为规定压力p。。
步骤2中，从泵模块28中内置的压力传感器28E读取压力p，对使电动泵28A停止的 时刻起尿素水溶液的压力降低(P。-P)是否不足规定压力A,(第一规定压力)进行判定。 于是，压力降低不足规定压力A,的话便进入到步骤3 (为"是"的情形)，而压力降低为 规定压力A,以上的话则判定还原剂供给系统没有堵塞发生，从而进入到步骤14 (为"否" 的情形)。
步骤3中，对尿素水溶液的喷射量(运算值)逐次累加得到的累积喷射量是否为规定 量B以上进行判定。于是，累积喷射量为规定量B以上时进入到步骤4(为"是"的情形)， 而累积喷射量不足规定量B时则返回至步骤2 (为"否"的情形)。
步骤4中，通过使泵模块28中内置的电动泵28A暂时动作，并对还原剂箱24储存的尿素水溶液进行压送，使加压软管30内的尿素水溶液的压力升高至规定压力p。。
步骤5中，从排气温度传感器38读取排气温度T，对其排气温度T是否为规定温度C 以上进行判定。这里，规定温度C设定为即便是从喷嘴18喷射供给尿素水溶液也不会析 出尿素这种温度(例如13(TC)。于是，排气温度T为规定温度C以上的话便进入至步骤6 (为"是"的情形)，而排气温度T不足规定温度C的话则进入至步骤12 (为"否"的情 形)。
步骤6中，不论发动机运转状态如何，总可使添加模块32中内置的流量控制阀32A 强制开启阀门规定开度(例如为90%)。
步骤7中，从泵模块28中内置的压力传感器28E读取压力p，对使尿素水溶液升压至 规定压力p。的时刻起尿素水溶液的压力降低(p。-p)是否不足规定压力&(第二规定压力) 进行判定。于是，压力降低不足规定压力A2的话便进入到步骤8 (为"是"的情形)，而 压力降低为规定压力A2以上的话则判定还原剂供给系统所发生的堵塞消除，从而进入到 步骤13 (为"否"的情形)。
步骤8中，对流量控制阀32A强制开启阀门的累积开启阀门时间是否为规定时间D(第 二规定时间)以上进行判定。其中，规定时间D为对流量控制阀32A强制开启阀门的累积 时间进行规定的阈值，考虑到加压软管30的容量等，设定为即便是电动泵28A不动作也 可喷射供给尿素水溶液的时间。于是，累积开启阀门时间为规定时间D以上的话便进入至 步骤9 (为"是"的情形)，而累积开启阀门时间不足规定时间D的话则返回至步骤5 (为 "否"的情形)。
步骤9中，使对步骤4 8处理被执行的次数进行计数的计数器递增1。
步骤10中，对计数值是否为规定次数N以上进行判定。于是，计数值为规定次数N
以上的话进入至步骤ll (为"是"的情形)，而计数值不足规定次数N的话则返回至步骤
4 (为"否"的情形)。
步骤11中，为了通报还原剂供给系统发生堵塞使警告灯、蜂鸣器等报警装置动作之
后，返回至步骤4。
步骤12中，排气温度T不足规定温度C，因而，为了抑制排气系统有尿素析出使添加 模块32中内置的流量控制阀32A强制关闭阀门之后，进入至步骤8。
步骤13中，判定还原剂供给系统有尿素水溶液流过而堵塞己消除，根据需要使报警 装置停止。
步骤14中，还原剂供给系统没有堵塞发生，或者还原剂供给系统所发生的堵塞已消 除，因而使泵模块28中内置的电动泵28A动作以便回归至通常的排气净化处理。按照这种排气净化装置，在发动机发动之后每隔规定时间，使泵模块28中内置的电 动泵28A暂时停止，并判定从此时刻起至累积喷射量达到规定量B为止这一期间加压软管 30内所留存的尿素水溶液其压力是否降低规定压力A,以上，该累积喷射量由对应发动机 运转状态被实时运算的尿素水溶液的喷射量逐次累加所得到。于是，尿素水溶液其压力未 降低规定压力A,以上的话便判定还原剂供给系统有堵塞发生，而尿素水溶液其压力降低 规定压力A,以上的话则判定还原剂供给系统没有堵塞发生。因此，即便是尿素水溶液的 喷射供给随发动机运转状态而暂时停止或者动态变化，也可以针对还原剂供给系统是否发 生堵塞进行高精度的判定。
而且，当判定为还原剂供给系统有堵塞发生时，考虑到起因于尿素析出这种可能性， 可执行使尿素水溶液流通来消除此堵塞这种堵塞消除处理。具体来说，在使加压软管28 中内置的电动泵28A暂时动作，并使加压软管30内的尿素水溶液的压力升高至规定压力 P。这种状态下，使得添加模块32中内置的流量控制阀32A强制开启阀门规定时间。而且， 通过使尿素水溶液流经还原剂供给系统，并使所析出的尿素溶解，来消除还原剂供给系统 所发生的堵塞。
此时，还原剂供给系统有堵塞发生，因而即便是使流量控制阀32A强制开启阀门，但 立即由喷嘴18喷射供给尿素水溶液这种可能性极低。但消除该堵塞时，由喷嘴18喷射供 给尿素水溶液，因而最好仅当排气温度T为规定温度C以上时才对流量控制阀32A开启阔 门，以便抑制排气管14和NOx还原催化剂20等析出尿素。
而对流量控制阀32A强制开启阀门规定时间这一期间，当加压软管30内的尿素水溶 液其压力降低规定压力&以上时，可判定还原剂供给系统所发生的堵塞已消除。与此相 反，尿素水溶液其压力未降低规定压力A2以上的话，最好通过重复执行堵塞消除处理来 尽可能消除该堵塞。而且，即便是连续执行规定次数N以上的堵塞消除处理也无法消除还 原剂供给系统所发生的堵塞时，举例来说，这种堵塞有可能起因于异物，因而可使报警装 置动作以通知应进行清洗等处理。
另外，作为液体还原剂来说，不限于尿素水溶液，可考虑NOx还原催化剂20的特性 等而使用氨水溶液、或以碳化氢为主要成分的乙醇、或轻质油等。
权利要求
1. 一种发动机排气净化装置，包括配置于发动机排气系统的、对排气中的氮氧化物进行还原净化的还原催化剂；储存液体还原剂的还原剂箱；吸入所述还原剂箱所存储的液体还原剂将其压送的泵；对所述泵压送的液体还原剂的流量进行控制的流量控制阀；对还原催化剂的排气上游喷射供给其流量由所述流量控制阀控制的液体还原剂的喷嘴；以及内置计算机的控制单元，所述控制单元根据发动机运转状态实时运算所述喷嘴喷射供给的液体还原剂的喷射量，并且，使所述泵暂时停止至累积喷射量达到规定量这一期间内，所述泵下游且流量控制阀上游所留存的液体还原剂其压力未降低第一规定压力以上时，判定该泵下游的还原剂供给系统发生堵塞，所述累积喷射量由实时运算所得喷射量逐次累加所得到。
2. 如权利要求1所述的发动机排气净化装置，其特征在于，所述控制单元在发动机 发动之后每隔第一规定时间针对还原剂供给系统是否有堵塞发生进行判定。
3. 如权利要求1所述的发动机排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在判定 所述还原剂供给系统发生堵塞时，在所述泵暂时动作而使泵下游且流量控制阀上游的液体 还原剂升压的状态下，使所述流量控制阀强制开启第二规定时间。
4. 如权利要求3所述的发动机排气净化装置，其特征在于，所述控制单元仅当排气 温度为规定温度以上时，使所述流量控制阀强制开启第二规定时间。
5. 如权利要求3所述的发动机排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在使所 述流量控制阀强制开启第二规定时间这一期间内，所述泵下游且流量控制阀上游所留存的 液体还原剂其压力降低了第二规定压力以上时，判定所述还原剂供给系统所发生的堵塞消 除。
6. 如权利要求5所述的发动机排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，在所述泵暂时动作而使泵下游且流量控制阀上游的液体还原剂升压的状态下，重复执行使所述流 量控制阀强制开启第二规定时间的处理，直到判定所述还原剂供给系统所发生的堵塞消除 为止。
7.如权利要求6所述的发动机排气净化装置，其特征在于，所述控制单元，当对所 述流量控制阀连续执行了规定次数以上的强制开启处理时，使通报所述还原剂供给系统发 生堵塞的报警装置动作。
全文摘要
本发明的发动机排气净化装置，吸入还原剂箱所储存的液体还原剂而进行压送的泵暂时停止至根据发动机运转状态被实时运算的液体还原剂的喷射量逐次累加得到的累积喷射量达到规定量这一期间内，泵下游且流量控制阀上游的所留存的液体还原剂其压力未降低第一规定压力以上时，判定泵下游的还原剂供给系统发生堵塞。
文档编号F01N3/18GK101466924SQ200780022139
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月26日
发明者加藤寿一, 松永英树 申请人:日产柴油机车工业株式会社