专利名称：发动机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在对排气中的氮氧化物(NOx)进行还原净化 的发动机的排气净化装置(下面称为"排气净化装置")中对液体 还原剂或其前体的供给系统进行综合故障诊断的技术。
背景技术：
目前，己经提出了多种排气净化装置的方案，这些排气净化装 置将液体还原剂或其前体喷射供给到配置在发动机排气系统中的 NOx还原催化剂的排气上游，使排气中的NOx和还原剂进行催化剂 还原反应，将NOx还原净化为无害成分。在排气净化装置中，当喷 射供给液体还原剂或其前体的喷嘴发生堵塞时，就无法对NOx还原 催化剂提供适量的还原剂，不能发挥排气净化装置的作用。因此， 如日本特开2006-132442号公报(专利文献l)所述，提出了根据各 种参数间接判断喷嘴堵塞的技术。
专利文献日本特开2006-132442号公报
发明内容
发明要解决的问题 然而，作为不对NOx还原催化剂提供适量还原剂的原因，除了 喷嘴堵塞之外，还可以假设例如配管堵塞、龟裂、电子控制系统故 障等各种情况。因此，不仅需要喷嘴堵塞判断技术，还需要能够进 行液体还原剂或其前体供给系统的综合故障诊断的技术。
因此，本发明鉴于以上的现有问题，着眼于液体还原剂或其前 体的消耗量与将控制值(添加流量)依次累加得到的累加量之间的 相关关系，目的在于提供能够进行液体还原剂或其前体的供给系统 的综合故障诊断的排气净化装置。
用于解决问题的方案
因此，本发明所涉及的排气净化装置包括还原催化剂，其使用还原剂对排气中的NOX进行还原净化；还原剂容器，其贮藏液体 还原剂或其前体；还原剂添加装置，其将贮藏在上述还原剂容器中 的液体还原剂或其前体添加到还原催化剂的排气上游；水位测量装
置，其测量贮藏在上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体的水 位；以及控制单元，其内置有计算机。并且，上述控制单元执行如
下处理添加流量运算处理，运算与发动机运转状态相应的液体还
原剂或其前体的添加流量；还原剂添加处理，根据通过上述添加流 量运算处理运算出的添加流量来控制上述还原剂添加装置；累加量 运算处理，运算将通过上述添加流量运算处理运算出的添加流量依 次累加得到的累加量；消耗量运算处理，根据通过上述水位测量装 置测量出的水位运算液体还原剂或其前体的消耗量；以及故障判断 处理，根据通过上述累加量运算处理运算出的累加量与通过上述消 耗量运算处理运算出的消耗量的比值判断液体还原剂或其前体的 供给系统是否发生了故障。 发明效果
根据本发明所涉及的排气净化装置，运算对与发动机运转状态 相应的液体还原剂或其前体的添加流量进行依次累加得到的累加 量，并且根据贮藏在还原剂容器中的液体还原剂或其前体的水位来 运算消耗量。然后，根据累加量与消耗量的比值来判断液体还原剂 或其前体的供给系统是否发生了故障。即，当实际消耗的消耗量远 远少于或多于在控制上认为应当消耗的累加量时，就能够判断出在 液体还原剂或其前体的供给系统中发生了某种故障。因此，不仅能 对喷嘴堵塞进行诊断，而且能对例如配管堵塞、龟裂、电子控制系 统故障等、液体还原剂或其前体的供给系统的综合故障进行诊断。
图l是表示本发明所涉及的排气净化装置的一例的整体结构图。
图2是测量尿素水溶液的水位和浓度的传感器的说明图。 图3是尿素水溶液浓度的测量原理说明图。
7图4是以发动机启动为契机执行的故障诊断程序的流程图。 图5是以发动机启动为契机执行的故障诊断程序的流程图。 图6是液面摇晃的特性说明图。
图7是下限水位的确定方法的说明图。
图8是以发动机启动为契机执行的诊断允许程序的流程图。 图9是以发动机启动为契机执行的信息写入程序的流程图。
附图标记说明
10:发动机；14:排气管；18:喷嘴；20: NOx还原催化剂； 24:还原剂容器；26:抽吸软管(suction hose); 28:泵组件；30:
压力软管(pressure hose); 32:添加组件；34:添加软管；36:传 感器；38:排气温度传感器；40:还原剂添加ECU; 42:发动机ECU; 44:警报器。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明。 图l表示使用尿素水溶液作为液体还原剂的前体来对发动机排
气中的NOx进行还原净化的排气净化装置的整体结构。
在连接到发动机10的排气歧管12的排气管14上，沿着排气流通 方向分别配置氮氧化催化剂16，其将一氧化氮(NO)氧化为二 氧化氮(N02);喷嘴18，其喷射供给尿素水溶液；NOx还原催化剂 20，其使用将尿素水溶液水解得到的氨(ammonia)对NOx进行还 原净化；以及氨氧化催化剂22，其使通过了NOx还原催化剂20的氨 氧化。
贮藏尿素水溶液的还原剂容器24通过在底部开有吸入口的抽 吸软管26连通到吸入并压送尿素水溶液的泵组件28。泵组件28通过 压力软管30连通到控制尿素水溶液的添加流量的添加组件32。添加 组件32通过添加软管34连通到喷嘴18。在此，至少通过喷嘴18、抽 吸软管26、泵组件28、压力软管30、添加组件32以及添加软管34 来构成还原剂添加装置。此外，还原剂添加装置不限定为这种结构， 也可以是不使用压縮空气的装置、将添加组件32直接安装到排气管14上的装置、没有喷嘴18的装置等。
在还原剂容器24中安装有测量尿素水溶液的水位L和浓度C的 传感器36 (水位测量装置)。如图2所示，传感器36从还原剂容器24 的顶壁垂向底壁，横截面呈圆环状的内侧电极36A和外侧电极36B 同心，根据两电极间的静电电容变化来间接测量水位L。另外，传 感器36在内侧电极36A和外侧电极36B的顶端部固定有兼作温度传 感器的陶瓷加热器(ceramics heater) 36C，如图3所示，根据使陶 瓷加热器36C工作规定时间At时的温度上升特性(T「T。)，即根据 尿素水溶液作为导热介质的散热特性来间接测量浓度C。而且，传 感器36通过该温度传感器来测量尿素水溶液的温度Tu。此外，图中 的标记36D是固定陶瓷加热器36C并且使内侧电极36A与外侧电极 36B之间保持大致固定间隔的支撑物。
在位于氮氧化催化剂16与喷嘴18之间的排气管14上安装有测 量排气温度Te的排气温度传感器38。传感器36和排气温度传感器38
的各输出信号被输入到内置有计算机的还原剂添加控制单元(下面 称为"还原剂添加ECU") 40。另外，从进行发动机10的各种控制 的发动机控制单元(下面称为"发动机ECU")42经过CAN( Controller AreaNetwork:控制器局域网)等网络将发动机转动速度、点火开 关信号等发动机运转状态输入还原剂添加ECU 40。然后，在还原 剂添加ECU40中，执行存储在其ROM (Read Only Memory:只读 存储器)等中的控制程序，由此对泵组件28和添加组件32分别进行 电子控制，并且对尿素水溶液的供给系统进行综合故障诊断，根据 其诊断结果来适当控制警告灯、蜂鸣器等警报器44。此时，还原剂 添加ECU 40根据从至少包括排气温度Te的发动机运转状态运算得 到的控制值(添加流量)来分别控制泵组件28和添加组件32。
在此，还原剂添加ECU 40通过执行控制程序来分别执行添加 流量运算处理、还原剂添加处理、累加量运算处理、消耗量运算处 理、故障判断处理、校正量运算处理、消耗量校正处理、初始水位 设定处理、第1 第3复位处理、空判断处理、告知处理、写入处理 以及读入处理。此外，只要能够输入表示尿素水溶液的添加流量的控制值即可，不限于通过还原剂添加ECU 40，也可以通过发动机 ECU 42、其它ECU来执行控制程序。
在这种排气净化装置中，根据发动机运转状态而从喷嘴18喷射
供给的尿素水溶液通过排气热和排气中的水蒸气进行水解，转化为 发挥还原剂的功能的氨。已知在NOx还原催化剂20中使转化后的氨 与排气中的NOx发生还原反应，转化为水(H20)和氮气(N2)。此 时，为了提高NOx还原催化剂20中的NOx净化能力，可以通过氮氧 化催化剂16将NO氧化为N02，将排气中的NO与N02的比例改善为 适合于还原反应的比例。另一方面，通过了NOx还原催化剂20的氨 通过配置在其排气下游的氨氧化催化剂22进行氧化，防止将氨原样 排放到大气中。
接着，说明对尿素水溶液供给系统进行故障诊断的控制程序。 图4和图5表示以发动机启动为契机在还原剂添加ECU 40中执
行的故障诊断程序。
在步骤l (在图中简记为"S1"，以下相同)中，对各种变量进
行初始化。具体地说，分别将依次累加表示尿素水溶液的添加流量 的控制值而得到的累加量Sum和对从传感器36读入的水位L应用规
定时间常数的过滤器得到的输出值(下面称为"过滤器值")FLTt
(t:时间常数)复位。
在步骤2中，从EEPROM (Electrically Erasable Programmable Readonly Memory:电可擦可编程只读存储器)等非易失性存储器 分别读出在上次故障诊断中写入的初始水位L1N1 、初始累加量 SumINI、计数器CNTs、计数器CNTY以及下限水位LLow。在此，初 始水位Ln^是尿素水溶液在故障诊断开始时的水位，初始累加量 Sum面是在上次故障诊断中累加得到的最终的累加量，计数器CNTs 和计数器CNTL是用于对将尿素水溶液的消耗连续判断为"小"或
"大"的次数进行计数的计数器。鉴于尿素水溶液的液面如图6所 示在上侧较大、下侧较小地摇晃的现象，如图7的实线所示，下限
水位LLow保持应用了规定时间常数的过滤器得到的过滤器值的最
小值。具体地说，下限水位Lu)w是将测量水位L时的过滤器值与最
10小值进行比较、当过滤器值小于最小值时用过滤器值依次更新最小
值而得到的。此外，当未设定初始水位Ln^时，该值设定为0。
在步骤3中，判断是否已设定初始水位Ln^， g卩，判断是否将 初始水位L^w设定为0以外的值。然后，如果已设定初始水位Ln^则 进入步骤4 (是)，另一方面，如果未设定初始水位Ln^则进入用于 设定初始水位Ln^的步骤24 (否)。
在步骤4中，算出对于从传感器36读入的水位L、分别应用时间 常数不同的过滤器的各种过滤器值FLTt，并且根据需要更新下限水 位Llow。在此，随着水位L的采样间隔不同，可以采用几秒、几十 秒、几百秒等作为时间常数。此外，下面为了便于说明，将应用了 时间常数为几秒、几十秒、几百秒的过滤器得到的过滤器值FLTt 分别表示为FLTs、 FLTM、 FLTl。
在步骤5中，根据下式依次累加表示尿素水溶液的喷射流量的 控制值。
累加量Sum-累加量Sum+控制值
在步骤6中，根据下式分别算出实际消耗的尿素水溶液的消耗 量Corii和Cori2。此外，下式中的S是用于将水位变换为体积而由还 原剂容器24的横截面积等唯一决定的变换常数。
消耗量Con产(初始水位Ln^-过滤器值FLTL) x变换常数S 消耗量Conf (初始水位L^r下限水位Lu)w) x变换常数S 在步骤7中，考虑到由于通过过滤器值FLTY抑制了消耗量Com 的时间性变化，因此相对于伴随着尿素水溶液的消耗的实际的水位 变化可能存在响应延迟的误差的情况，算出用于对其进行校正的校 正量Cor。具体地说，为了根据累加量Sum的时间序列变化特性(倾 向)校正响应延迟，通过对规定数量的控制值的移动平均应用与算 出消耗量CorM寸使用的时间常数相同的过滤器来算出校正量Cor。
在步骤8中，判断尿素水溶液供给系统发生故障的可能性是否 较高。具体地说，判断条件"(消耗量Corh+校正量Cor^阈值Thj、 或者消耗量Con2》阈值Th。，并且(初始累加量Sumn^+累加量Sun^ 阈值Th2)"是否成立。在此，将阈值Tl^和Th2分别设定为只要尿素
ii水溶液供给系统正常就能获得的消耗量相对于累加量的比值的值。 然后，如果故障发生的可能性较高则进入步骤9 (是)，另一方面， 如果故障发生的可能性较低则进入步骤19 (否)。
在步骤9中，判断累加量Sum是否大于等于阈值Th3 (第二规定 值)。在此，阈值Th3是规定进行故障诊断的条件的值，考虑到当累 加量Sum较少时，相对误差较大而有可能不能进行正确的故障诊断 的情况，例如将阈值Th3设定为几百ml。然后，如果累加量Sum大 于等于阈值Th3则进入步骤10 (是)，另一方面，如果累加量Sum小 于阈值Th3则返回步骤4 (否)。
在步骤10中，根据累加量与消耗量的比值，判断是否成为在尿 素水溶液供给系统中发生某种故障而造成消耗量异常地多于累加 量的"消耗大"。具体来说，判断条件"(初始累加量Sumw!+累加 量Sum《阈值Th4)并且(消耗量Cor^^阈值Ths)并且(消耗量Con2 》阈值Ths)"是否成立，g卩，判断虽然累加量小于等于阈值Th4、 但消耗量却大于等于阈值Ths的条件是否成立。在此，阈值Th4和Ths 是判断消耗量是否异常地多于累加量的阈值，分别被设为规定累加 量与消耗量的比值的值。然后，如果是"消耗大"则进入步骤ll (是)，另一方面，如果不是"消耗大"则进入步骤13 (否)。
在步骤11中，计数器CNTY递增。
在步骤12中，由于判断为"消耗大"，因此判断为是"消耗小"
的可能性极低，出于提高诊断精度的观点，将计数器CNTs复位。
在步骤13中，根据累加量与消耗量的比值来判断是否成为尿素
水溶液供给系统发生了某种故障而使消耗量异常地少于累加量的 "消耗小"。具体地说，判断条件"(初始累加量Sum!w+累加量Sum
》阈值Th6)并且(消耗量Con!+校正量Cor〈阈值Th7)并且(消耗 量Con^阈值Th7)"是否成立，即，判断虽然累加量大于等于阈值 Th6，但消耗量却小于阈值Th7的条件是否成立。在此，阈值Th6和
Th7是用于判断消耗量是否异常地少于累加量的阈值，分别被设定
为规定累加量与消耗量的比值的值。然后，如果是"消耗小"则进 入步骤14 (是)，如果不是"消耗小"则返回步骤4 (否)。在步骤14中，将计数器CNTs复位。
在步骤15中，由于判断为"消耗小"，因此判断为是"消耗大" 的可能性极低，从提高诊断精度的观点出发，将计数器CNTL复位。
在步骤16中，判断计数器CNTs是否大于等于阈值Ths。在此， 阈值Th8是用于通过虽然由于噪声叠加等而误判断为"消耗小"但 如果该误判断没有连续规定次数就不确定该判断来提高故障诊断 精度的值，例如设定为几次左右。然后，如果计数器CNTs大于等 于阈值Ths，则进入步骤18 (是)，另一方面，如果计数器CNTs小 于阈值Ths，则进入步骤17 (否)。
在步骤17中判断计数器CNTL是否大于等于阈值Th9。在此，阈
值Th9是用于通过虽然由于噪声叠加等而误判断为"消耗大"但如
果该误判断没有连续规定次数就不确定该判断来提高故障诊断精 度的值，例如设定为几次左右。此外，阈值Th9可以设为与阈值Ths 相同的值或不同的值。然后，如果计数器CNTL大于等于阈值Th9， 则进入步骤18 (是)，另一方面，如果计数器CNTY小于阈值Th9， 则进入步骤20 (否)。
在步骤18中，在为了报告尿素水溶液供给系统发生故障而使警 报器44工作之后，结束处理。
在步骤19中，将计数器CNTs和CNTL分别复位。
在步骤20中，将初始水位I^a复位。
在步骤21中，将累加量Sum复位。
在步骤22中，将过滤器值FLTs、 FLTM和FL1Y分别复位。
在步骤23中，将下限水位Uow复位之后，返回步骤3.
在步骤24中，通过与步骤4相同的处理，根据从传感器36读入 的水位L分别算出过滤器值FLTs、 FLTm和FLTY。
在步骤25中，判断lt藏在还原剂容器24中的尿素水溶液的水位 是否稳定。具体地说，判断条件"(l过滤器值FLTs+过滤器值FLTYI 《阈值Thio)并且(l过滤器值FLTM-过滤器值FLTYI《阈值ThK))"是 否在规定时间(第一规定时间)以上持续成立。在此，阈值Th!q(第 一规定值)是用于判断尿素水溶液水位是否稳定的阈值，即，用于
13判断其液面的摇晃的大小的阈值，例如设为几mm左右。然后，如 果尿素水溶液的水位稳定，则进入步骤26 (是)，另一方面，如果 尿素水溶液的水位不稳定，则进入步骤24(否)。
在步骤26中，在将过滤器值FLTL设定为初始水位Ln^之后，进 入步骤5。
通过这种故障诊断处理，将与发动机运转状态相应的控制值 (尿素水溶液的添加流量)依次累加，由此运算在控制上认为应该 消耗的累加量Sum。另外，从还原剂容器24中的尿素水溶液的初始 水位I^w减去对从传感器36读入的水位L应用了时间常数为几百秒 的过滤器的过滤器值FLTL，由此，运算抑制了由尿素水溶液的液面 摇晃发生的变化的消耗量Com。而且，从初始水位"w减去对水位L 应用时间常数为几十秒的过滤器的过滤器值FLTM，由此，运算抑 制了由尿素水溶液的液面摇晃发生的变化并且考虑了该液面摇晃 特性的消耗量Con2。在此，例如仅在移动车辆处于行驶振动等较少 的停车过程中等水位较稳定的条件下设定初始水位L^"能够尽可 能地排除尿素水溶液的液面摇晃。
然后，根据将累加量Sum与初始累加量Sum皿相加得到的累加 量(下面称为"总累加量")与消耗量Coi^和Cori2的比值，判断尿 素水溶液供给系统是否发生了故障。具体地说，当消耗量Com和
C0Il2相对于总累加量的比值在由判断尿素水溶液的消耗异常地多
的上限阈值和判断该消耗异常地少的下限阈值所界定的规定范围 之外时，判断为尿素水溶液供给系统发生了故障。此时，也一并判 断出尿素水溶液的消耗是异常地多或者该消耗异常地少，因此，不 会止步于尿素水溶液供给系统发生了故障，还能够诊断发生了何种 故障。
因此，不仅能对喷嘴18的堵塞进行诊断，而且能对配管堵塞、 龟裂、电子控制系统故障、内置于添加组件32中的流量控制阀的固 定等、尿素水溶液供给系统的综合故障进行诊断。
此时，考虑到响应延迟，通过与累加量Sum在时间序列上的变 化特性相应的校正量Cor来对消耗量CoiM进行校正，因此能够抑制
14由响应延迟造成的消耗量的运算精度下降，能够提高故障诊断精 度。在此，通过对规定数量的控制值的移动平均应用时间常数为几 百秒的过滤器来运算校正量Cor，因此不需要复杂的运算，能够抑 制控制负载的增加。另外，仅在累加量Sum大于等于规定值(阈值 Th3)时判断尿素水溶液供给系统是否发生了故障，因此在与消耗 量之差较小、相对误差容易变大的状态下禁止进行故障判断，能够 抑制误诊断。而且，在故障发生的可能性较低时从头开始重新执行 故障诊断，因此能够提高其可靠度。
另一方面，虽然判断为尿素水溶液供给系统发生了故障但如果 没有连续规定次数就不对该判定进行确定，因此能够抑制由噪声叠 加等引起的误诊断。而且，在确定了尿素水溶液供给系统的故障判 断时，使警报器44工作，因此能够识别故障发生，通过检修/修理 等适当的处理，能够发挥排气净化装置的功能。
图8表示以发动机启动为契机、与图4和图5示出的处理并行执 行的、在还原剂添加ECU 40中每隔规定时间就重复执行的诊断允 许程序。
在步骤31中，判断诊断允许条件是否成立。在此，考虑到存在 当贮藏在还原剂容器24中的尿素水溶液的温度Tu较低时、尿素水溶 液会冻结或成为凝胶(sherbet)状从而难以进行喷射供给的可能性 的情况，例如，可以采用尿素水溶液的温度Tu是否在冰点以上作为 诊断允许条件。此外，也可以使用传感器36的温度传感器功能来测 量尿素水溶液的温度Tu。然后，如果诊断允许条件成立就进入步骤 32(是)。另一方面，如果诊断允许条件不成立就进入步骤34 (否)， 将计数器CNTL复位。
在步骤32中，判断是否没有补充尿素水溶液。具体地说，判断 条件"过滤器值FLTM-下限水位LLow》阈值THn"是否成立连续规 定时间(第2规定时间)以上。在此，阈值Thu (第3规定值)是用
于判断是否通过补充尿素水溶液使水位上升了的阈值，例如设定为 10 20mm左右。然后，如果没有补充尿素水溶液就进入步骤33(是)， 另一方面，如果补充了尿素水溶液就进入步骤35 (否)。在步骤33中，根据从传感器36读入的水位L，判断尿素水溶液 的余量是否在阈值Thu (第4规定值)以上。在此，阈值Th^是用于 判断尿素水溶液是否是空或者余量较少的状态的阈值，例如可以根 据传感器36的水位测量能力而适当设定。然后，如果尿素水溶液的 余量在阈值Th,2以上则处理结束(是)，如果尿素水溶液的余量小 于阈值TlM2则进入步骤35 (否)。
在步骤35中，计数器CNTs复位。
在步骤36中，初始水位Lzw复位。
在步骤37中，累加量Sum复位。
在步骤38中，过滤器值FLTs、 FLTm和FLTl分別夏位。 在步骤38中，下限水位Uow复位。
通过这种诊断允许处理，当贮藏在还原剂容器24中的尿素水溶 液的温度Tu小于规定温度(冰点)时，分别使累加量Sum和作为运 算消耗量Con,和Con2的基准的初始水位L皿复位，从头起重新进行 故障诊断。因此，不会在尿素水溶液为冻结或凝胶状而导致喷射供 给困难的状态下进行故障诊断，能够抑制该供给系统没有发生故障 而被判断为发生故障的误诊断。
另外，当补充了尿素水溶液或尿素水溶液为空时，其消耗为异 常地少的"消耗小"的可能性极低，因此仅将对判断为"消耗大" 的次数进行计数的计数器CNTL保持原样，从头起重新进行故障诊 断。因此，能够减少误判断为"消耗小"的可能性，提高故障诊断 精度。
图9表示以发动机停止为契机在还原剂添加ECU40中执行的信 息写入程序。
在步骤41中，过滤器值FLTs、 FLTm和FLTl分別夏位。 在步骤42中，通过与步骤4相同的处理，根据从传感器36读出 的水位L分别算出过滤器值FLTS、 FLTm和FLTl。
在步骤43中，通过与步骤25相同的处理，判断贮藏在还原剂容 器24中的尿素水溶液的水位是否稳定。然后，如果尿素水溶液的水 位稳定则进入步骤44 (是)，另一方面，如果尿素水溶液的水位不
16稳定则返回步骤42 (否)。
在步骤44中，判断初始水位Ln^是否为未设定。然后，如果初 始水位"w未设定则进入步骤45 (是)，将初始水位Ln^设定为过滤 器值FLTY。另一方面，如果已设定初始水位l^w则进入步骤46(否)。
在步骤46中，将累加量Sum设定为初始累加量Sum皿之后，将 初始水位L，、初始累加量Sum面、计数器CNTs、计数器CNTY和下 限水位Llow分别写入EEPROM 。
通过这种信息写入处理，在发动机停止时贮藏在还原剂容器24 中的尿素水溶液的水位稳定的条件下，设定尿素水溶液的初始水位 L而和下限水位Llow。另外，将初始累加量Sum丽设定为累加量Sum 后将初始水位L，、初始累加量Sum而、计数器CNTs、计数器CNTY 和下限水位Llow分別写入EEPROM。因此，在以发动机启动为契机 而执行的故障诊断处理中，能够根据该初始水位Lzw和下限水位 LLow运算消耗量Coni和Con2，在发动机启动后立即开始故障诊断。 另外，继承了初始累加量Sumn^、计数器CNTs、计数器CNIY和下 限水位Llow，因此不需要每次发动机启动时都从头进行故障诊断， 能够在短时间内进行故障诊断。
此外，在本实施方式中，为了测量贮藏在还原剂容器24中的尿 素水溶液的水位L和温度Tu而使用了具备水位测量功能和温度测量 功能的传感器36，但是也可以使用公知的水位计和温度传感器来测 量水位L和温度Tu。
另外，本发明不限于使用尿素水溶液作为液体还原剂或其前 体，根据NOx还原催化剂中的NOx还原净化反应的不同，也能应用 于使用氨、以碳氢化物为主要成分的轻油、汽油、灯油等的情况。
权利要求
1.一种发动机的排气净化装置，其特征在于包括还原催化剂，其使用还原剂来对排气中的氮氧化物进行还原净化；还原剂容器，其贮藏液体还原剂或其前体；还原剂添加装置，其将贮藏在上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体添加到还原催化剂的排气上游；水位测量装置，其测量贮藏在上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体的水位；以及控制单元，其内置有计算机，上述控制单元执行如下处理添加流量运算处理，运算与发动机运转状态相应的液体还原剂或其前体的添加流量；还原剂添加处理，根据通过上述添加流量运算处理运算出的添加流量来控制上述还原剂添加装置；累加量运算处理，运算将通过上述添加流量运算处理运算出的添加流量依次累加得到的累加量；消耗量运算处理，根据通过上述水位测量装置测量出的水位来运算液体还原剂或其前体的消耗量；以及故障判断处理，根据通过上述累加量运算处理运算出的累加量与通过上述消耗量运算处理运算出的消耗量的比值来判断液体还原剂或其前体的供给系统是否发生了故障。
2. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于在上述故障判断处理中，当消耗量相对于上述累加量的比值在规定范围之外时，判断为液体还原剂或其前体的供给系统发生了故障。
3. 根据权利要求2所述的发动机的排气净化装置，其特征在于在上述故障判断处理中，当消耗量相对于上述累加量的比值在上限阈值以上时，判断为液体还原剂或其前体的消耗异常地多的故障，另一方面，当消耗量相对于上述累加量的比值在下限阈值以下时，判断为液体还原剂或其前体的消耗异常地少的故障。
4. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于 在上述消耗量运算处理中，从上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体的初始水位减去对通过上述水位测量装置测量出的水位 应用时间常数大于l秒的过滤器得到的过滤器值，由此运算液体还 原剂或其前体的消耗量。
5. 根据权利要求4所述的发动机的排气净化装置，其特征在于 上述控制单元还进行以下处理校正量运算处理，根据上述累加量按时间序列的变化特性运算 用于校正上述消耗量的响应延迟的校正量；以及消耗量校正处理，根据通过上述校正量运算处理运算出的校正 量来校正上述消耗量。
6. 根据权利要求5所述的发动机的排气净化装置，其特征在于 在上述校正量运算处理中，通过对上述添加流量的移动平均应用时间常数大于l秒的过滤器来运算上述校正量。
7. 根据权利要求1所述的发动机的排气净化装置，其特征在于 在上述消耗量运算处理中，从上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体的初始水位减去对通过上述水位测量装置测量出的水位 应用时间常数大于l秒的过滤器得到的过滤器值的最小值，由此运 算液体还原剂或其前体的消耗量。
8. 根据权利要求4所述的发动机的排气净化装置，其特征在于 上述控制单元还执行如下初始水位设定处理当对通过上述水位测量装置测量出的水位应用时间常数大于l秒的过滤器得到的过 滤器值处于第l规定值以下的状态连续第l规定时间以上时，将该过 滤器值设定为初始水位。
9. 根据权利要求8所述的发动机的排气净化装置，其特征在于 上述初始水位设定处理在发动机启动时或发动机停止时设定初始水位。
10. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于在上述故障判断处理中，在发动机启动后，仅当通过上述累加量运算处理运算出的累加量大于等于第2规定值时，判断液体还原剂或其前体的供给系统是否发生了故障。
11. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于上述控制单元还执行如下第l复位处理当上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体的温度小于规定温度时，将上述累加量和消耗量复位。
12. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于上述控制单元还如下执行第2复位处理当从对通过上述水位测量装置测量出的水位应用时间常数大于l秒的过滤器得到的过滤器值减去该过滤器值的最小值而得到的值处于第3规定值以上的状态连续第2规定时间以上时，将上述累加量和消耗量复位。
13. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于上述控制单元还执行以下处理空判断处理，判断贮藏在上述还原剂容器中的液体还原剂或其前体是否为空；以及第3复位处理，当通过上述空判断处理判断为液体还原剂或其前体为空时，将上述累加量和消耗量复位。
14. 根据权利要求13所述的发动机的排气净化装置，其特征在于在上述空判断处理中，当通过上述水位测量装置测量测量出的水位小于第4规定值时，判断为液体还原剂或其前体为空。
15. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于上述控制单元还执行如下告知处理当根据上述故障判断处理判断为液体还原剂或其前体的供给系统发生了故障时，使警报器工作。
16. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于上述控制单元还执行以下处理写入处理，在发动机停止时，将上述累加量和消耗量写入非易 失性存储器；以及读入处理，在发动机启动时，从上述非易失性存储器读入累加 值和消耗量。
17. 根据权利要求l所述的发动机的排气净化装置，其特征在于在上述故障判断处理中，当连续规定次数判断出液体还原剂或 其前体的供给系统发生了故障时，确定该判断。
全文摘要
一种排气净化装置，使用液体还原剂或其前体(下面称为“液体还原剂”)来对排气中的NO<sub>x</sub>进行还原净化，其中，运算与发动机运转状态相应的液体还原剂的添加流量，根据该添加流量控制液体还原剂的添加，并且根据依次累加添加流量得到的累加量与液体还原剂的消耗量的比值判断液体还原剂的供给系统是否发生了故障。
文档编号F01N3/08GK101517208SQ200780035519
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月10日 优先权日2006年9月26日
发明者加藤寿一, 本村雅幸, 松永英树, 栗田弘之, 熊泽真治, 矢泽克则 申请人:日产柴油机车工业株式会社;日本特殊陶业株式会社