内燃机的排气净化装置的制作方法

专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术：
已公知一种内燃机，在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂， 在NOx选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀，通过 由来自尿素水供给阀的供给尿素水产生的氨，选择性地还原排气中含有的 NOx，其中，在NOx选择还原催化剂的入口和出口分别配置有NOx传感器， 根据这些N(^传感器的输出值求出NOx选择还原催化剂的NOx降低率， 在根据NOx传感器的输出值求出的NOx降低率比预定的NOx降低率范围 低时，判断为NOx选择还原催化剂异常，在根据NOx传感器的输出值求出 的NOx降低率超过了预定的NOx降低率范围时，判断为NOx传感器异常(例 如参照日本特开2006-37770号公报)。
但是，在使用了尿素水的排气净化装置中有时会因尿素水供给阀的堵 塞等不良情况、尿素水的浓度降低、不正确地使用了尿素水以外的液体等 导致NOx的净化率降低，在这样的情况中，上述内燃机存在不能查明NOx 净化率降低的原因的问题。

发明内容
本发明的目的在于，提供能够判断NOx选择还原催化剂、尿素水供给 系统和尿素水的异常的内燃机的排气净化装置。
根据本发明提供了 一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内 配置NOx选择还原催化剂，在NOx选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀，通过由来自尿素水供给阀的供给尿素水产生的氨，
选择性地还原排气中含有的NOx，其中，具有检测NOx选择还原催化剂 的NOx净化率的NOx净化率检测机构、检测尿素水的供给量的尿素水供给 量检测机构、和检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构，基于该NOx净 化率检测机构、尿素水供给量检测机构、和尿素水浓度检测机构的检测结 果，判断NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统和尿素水的异常。


图1是压缩点火式内燃机的总体图；图2是表示压缩点火式内燃机的 另一实施例的总体图；图3是表示用于检测异常的流程图；图4是用于判 断尿素水供给系统的异常的流程图；图5是用于判断尿素水供给系统的异 常的流程图；图6是用于判断尿素水的异常的流程图。
具体实施例方式
图l表示压缩点火式内燃机的总体图。
参照图1, l表示内燃机主体，2表示各汽缸的燃烧室，3表示用于向 各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气岐管，5 表示排气岐管。进气岐管4通过进气导管6与排气涡轮增压器7的压缩机 7a的出口连接，压缩机7a的入口通过吸入空气量检测器8与空气滤清器9 连接。在进气导管6内配置有由步进马达驱动的节气门10，而且绕进气导 管6，配置有用于将在进气导管6内流动的吸入空气冷却的冷却装置11。 在图l所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置ll内，吸入空气 被内燃机冷却水冷却。
另 一方面，排气岐管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连接， 排气涡轮7b的出口与氧化催化剂12的入口连接。在该氧化催化剂l2的下 游，与氧化催化剂12相邻地配置有用于捕集排气中所含有的粒状(粒子状、 颗粒状)物质的微粒过滤器13，该微粒过滤器13的出口通过排气管14与 NOx选择还原催化剂15的入口连接。在该NOx选择还原催化剂15的出口连接有氧化催化剂16。
在NOx选择还原催化剂15上游的排气管14内配置有尿素水供给阀 17，该尿素水供给阀17通过供给管18、供给泵19与尿素7JC罐20连接。 在供给管18内配置有检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构例如 流量计21，在尿素水罐20内配置有检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测 机构例如尿素浓度传感器22。贮藏在尿素水罐20内的尿素水，由供给泵 19从尿素水供给阀17喷射到在排气管14内流动的排气中，排气中含有的 NOx在NOx选择还原催化剂15中被从尿素水产生的氨 ((NH2)2CO+H20—2NH3+C02)还原。
排气岐管5和进气岐管4，通过排气再循环(以下称为EGR)通路23相 互连接，在EGR通路23内配置有电子控制式EGR控制阀24。并且，绕 EGR通路23配置有用于将在EGR通路23内流动的EGR气体冷却的冷 却装置25。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置25 内，EGR气体被内燃机冷却水冷却。另一方面，各燃料喷射阀3通过燃料 供给管26与共轨(common-rail) 27连接，该共轨27通过电子控制式的 喷出量可变的燃料泵28与燃料罐29连接。燃,29内所贮藏的燃料，由 燃料泵28向共轨27内供给，供给到共轨27内的燃料经由各燃料供给管 26供给到燃料喷射阀3。
电子控制单元30由数字计算机构成，具有由双向性总线31相互连接 的ROM(只读存储器)32、 RAM(随机存取存储器)33、 CPU(微处理器)34、 输入端口 35和输出端口 36。在氧化催化剂16的下游配置有检测NOx选择 还原催化剂15的NOx净化率的NOx净化率检测机构，例如用于检测排气 中的NOx浓度的NOx传感器39，流量计21、尿素浓度传感器22、 NOx传 感器29和吸入空气量检测器8的输出信号通过各自相对应的AD转换器 37输入到输入端口35。并且，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40 的踩踏量L成比例的输出电压的负荷传感器41,负荷传感器41的输出电 压通过相对应的AD转换器37输入到输入端口 35。而且，在输入端口 35 上连接有每当曲轴旋转例如15°就产生输出脉冲的曲轴转角传感器42 。另一方面，输出端口 36通过相对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节气门 10的驱动用步进马达、尿素水供给阀17、供给泵19、 EGR控制阀24以 及燃料泵28连接。
氧化催化剂12担载有例如铂之类的贵金属催化剂，该氧化催化剂12 发挥将排气中含有的NO转化成N02的作用和使排气中含有的HC氧化的 作用。即，N02比NO的氧化性强，因此，当NO转化成N02时，促进微 粒过滤器13上捕获到的粒状物质的氧化反应，另外还促进NOx选择还原 催化剂15处的氨的还原作用。作为微粒过滤器13，可以使用未担栽催化 剂的微粒过滤器，也可以使用担载了例如铂之类的贵金属催化剂的微粒过 滤器。另一方面，NOx选择还原催化剂15可以由在低温下具有较高的NOx 净化率的氨吸附型的Fe沸石构成，也可以由不具有氨的吸附功能的二氧化 钛瓶系的催化剂构成。氧化催化剂16担载有例如包含铂的贵金属催化剂， 该氧化催化剂16发挥将从NOx选择还原催化剂15漏出的氨氧化的作用。
图2表示压缩点火式内燃机的另一实施例。在该实施例中，作为检测 尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构，设置有用于检测尿素水罐20 内的尿素水的液面水平面的水平面传感器43。另外，在该实施例中，微粒 过滤器13配置在在氧化催化剂16的下游，因此在该实施例中，氧化催化 剂12的出口通过排气管14与NOx选择还原催化剂15的入口连接。
在图1和图2所示的排气净化装置中，NOx净化率降低的代表性情况 是NO、选择还原催化剂15劣化的情况。NOx选择还原催化剂15劣化时， 从NOx选择还原催化剂15流出的排气中的NOx浓度变高，结果NOx传感 器39的输出程度(电平)变高。因此，从NOx传感器39的输出程度可以 判断NOx选择还原催化剂15是否劣化。
但有时即使NOx选择还原催化剂15没有劣化，由于其它原因NOx净 化率也会降低，此时NOx传感器39的输出程度也变高。因此，虽然NOx 传感器39的输出程度变高，但不能立即判断为NOx选择还原催化剂15已 经劣化。
作为除了 NOx选择还原催化剂15的劣化以外的NOx净化率降低的原因，认为有两个原因。 一个原因是例如尿素水供给阀17堵塞、供给管18 堵塞、破损、或供给泵19的劣化、故障等，即尿素水供给系统的情况不良 导致尿素水的供给量相对于标准量减少的情况。尿素水的供给量减少时， 未将NOx充分净化完，所以NOx净化率降低。
另一个原因是，不正确地使用了尿素水以外的液体以及其它一些原因， 导致尿素水的浓度降低的情况。尿素水的浓度降低时，未将NOx充分净化 完，所以NOx净化率降低。
像这样，如果NOx选择还原催化剂15劣化即异常，如果尿素水的供 给量减少即尿素水的供给系统异常，如果尿素水的浓度降低即尿素水异常， NOx净化率均降低。
于是，在本发明中，为了查明NOx净化率降低的原因，首先要判断 N(X净化率是否降低，即NOx净化率是否异常。这样说是由于在NOx 净化率没有出现异常时，可以认为NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统 和尿素水全部正常，因此此时没有必要查明异常的原因的缘故。
另一方面，在判断出NOx净化率异常时，判断尿素水供给系统和尿素 水是否异常。此时，在判断为尿素水供给系统和尿素水没有出现异常时， 则判断为NOx选择还原催化剂15出现异常。
另一方面，在判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水供给系统异 常的情况下，不清楚是由于NOx选择还原催化剂15异常导致NOx净化率 异常，还是由于尿素水供给系统异常导致NOx净化率异常。于是，在这种 情况下，增大或减少尿素水供给量，以使尿素水供给量变成正常供给量， 若此时NOx净化率变为没有异常则判断为尿素水供给系统异常。
另外，在判断为NOx净化率异常时，在判断为尿素水也异常的情况下， 不清楚是由于NOx选择还原催化剂15异常导致NOx净化率异常，还是由 于尿素水异常导致NOx净化率异常。于是，在这种情况下，增大或减少尿 素水供给量，以使尿素的供给量变成正常供给量，若此时NOx净化率变为 没有异常则判断为尿素水异常。
下面，参照图3来对用于检测异常的程序予以说明。该异常检测程序在车辆运行中至少执行一次。
参照图3，首先在步骤50中，根据NOx传感器39的输出值判断NO、 净化率是否降低到一定水平以下，即NOx净化率是否异常。在NOx净化率 没有异常时结束处理循环。此时判断为NOx选择还原催化剂15、尿素水供 给系统和尿素水全部正常。
另一方面，在判断为NOx净化率异常时，进入步骤51，判断尿素水供 给系统是否异常。图4示出了该尿素水供给系统的异常判断程序的第1实 施例，图5示出了第2实施例。
首先，参照图4所示的第1实施例来说明，在步骤70中，根据相应于 内燃机的运行状态设定的尿素水的供给量，计算出正常时的尿素水的流量 W0。接着，在步骤71中，根据图1所示的流量计21的输出信号，检测出 实际的尿素水的流量W。接着，在步骤72中，判断实际的尿素水的流量 W是否在Wo-a(a是小的固定值)和Wo+a之间，即是否在被认为是正常的 允许范围内。在Wo-oKW〈Wo+a时进入步骤73,判断为正常。
与此相对，当在步骤72中判断为Wo-a^W或W^Wo+a时，进入步 骤74，判断为尿素水供给系统异常。此时，在步骤75中计算出使尿素水 的流量成为正常流量W。所需的尿素水的增大率、有时是减少率 K，(-W()/W)。
另一方面，图5所示的尿素水供给系统的异常判断程序，由每一定时 间的中断执行。
参照图5，首先在步骤80中判断是否检测出了尿素水罐20内的尿素 量的初始值。在未检测出初始值时进入步骤81，借助图2所示的水平面传 感器43检测尿素7jc罐20内的尿素水量W,。在初始值的检测完成时进入步 骤82，计算出根据内燃机的运行状态所设定的尿素水的供给量Q的累积值 (积分值)EQ。
接着，在步骤83中判断尿素水供给量的累积值E Q是否超过了设定值 QX。在EQXJX时进入步骤84，检测尿素水罐20内的尿素水量W2。接 着，在步骤85中，判断实际的尿素水的消耗量WrW2是否在EQ-P(P是小的固定植)和i:q+P之间，即是否在被认为是正常的允许范围内。在i:
q-p〈W广W2〈5:q+I5时进入步骤86，判断为正常。
与此相对，当在步骤85中判断为i:Q-p^W广W2或\￥广\￥2> EQ+p 时，进入步骤87，判断为尿素水供给系统异常。此时，在步骤88中计算 出使尿素水的供给量成为正常供给量所需的尿素水的增大率、有时是减少 率K"EQ/(W广W2))。
再次返回到图3中，在步骤51中根据图4或图5所示的程序判断尿素 水供给系统是否异常。当在步骤51中判断为尿素水供给系统没有异常时进 入到步骤57，判断尿素水是否异常。图6示出了该尿素水的异常判断程序。
参照图6，首先在步骤卯中读取预定的尿素水的正常浓度Do。接着， 在步骤91中根据尿素浓度传感器22的输出信号检测实际的尿素水的浓度
D。接着，在步骤92中判断实际的尿素水的浓度D是否在Doi(y是小的 固定值)和Do+y之间，即是否在被认为是正常的允许范围内。在 D0-y<D<D0+y时进入步骤93，判断为正常。
与此相对，当在步骤92中判断为Do-y > D或D > Do+y时，进入步骤 94，判断为尿素水异常。此时，在步骤95中计算出使尿素的供给量成为正 常供给量所需的尿素水的增大率、有时是减少率K2(=Dft/D)。
在图3的步骤57中，在通过图6所示的程序判断为尿素水没有异常时 进入步骤62,判断为NOx选择还原催化剂15异常。
另一方面，当在步骤51中判断为尿素水供给系统异常时进入步骤52, 通过图6所示的程序判断尿素水是否异常。在尿素水异常时结束处理循环。 与此相对，当在步骤52中判断为尿素水没有异常时进入步骤53，例如使 间歇喷射的尿素水供给阀17的开阀期间变成图4或图5中计算出的K,倍，
以使尿素水的供给量成为正常的供给量。
接着，在步骤54中根据NOx传感器39的输出值判断NOx净化率是否 已恢复到允许范围内。在NOx净化率已恢复时进入步骤55,判断为尿素水 供给系统异常。与此相对，当在步骤54中判断为NOx净化率没有恢复时 进入步骤56，判断为尿素水供给系统和NOx选择还原催化剂15两方均异常。
另一方面，当在步骤57中判断为尿素水异常时进入步骤58，例如使 间歇喷射的尿素水供给阀17的开阀期间变成图6中计算出的K2倍，以使 尿素的供给量成为正常的供给量。
接着，在步骤59中根据NOx传感器39的输出值判断NOx净化率是否 已恢复到允许范围内。当NOx净化率已恢复时进入步骤60判断为尿素水 异常。与此相对，当在步骤59中判断为NOx净化率没有恢复时进入步骤 61，判断为尿素水和NOx选择还原催化剂15两方均异常。
权利要求
1、一种内燃机的排气净化装置，在内燃机排气通路内配置NOx选择还原催化剂，在该NOx选择还原催化剂上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀，通过由来自尿素水供给阀的供给尿素水产生的氨，选择性地还原排气中含有的NOx，其中，具有检测NOx选择还原催化剂的NOx净化率的NOx净化率检测机构、检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构、和检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构，基于该NOx净化率检测机构、尿素水供给量检测机构、和尿素水浓度检测机构的检测结果，判断NOx选择还原催化剂、尿素水供给系统和尿素水的异常。
2、 根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，首先判断 NO,净化率是否异常，在判断为NOx净化率异常时，判断尿素水供给系统 和尿素水是否异常。
3、 根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，在判断为 NOx净化率异常时，在判断为尿素水供给系统和尿素水没有异常的情况下， 则判断为NOx选择还原催化剂异常。
4、 根据权利要求2所迷的内燃机的排气净化装置，其中，在判断为 NOx净化率异常时，在判断为尿素水供给系统也异常的情况下，增大或减 少尿素水供给量使得尿素水供给量变成正常的供给量，若此时NOx净化率 变为没有异常，则判断为尿素水供给系统异常。
5、 根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，其中，当判断为 NOx净化率异常时，在判断为尿素水也异常的情况下，增大或减少尿素水 供给量使得尿素的供给量变成正常的供给量，若此时NOx净化率变为没有 异常，则判断为尿素水异常。
全文摘要
在内燃机中，在内燃机排气通路内配置NO_x选择还原催化剂(15)，在NO_x选择还原催化剂(15)上游的内燃机排气通路内配置尿素水供给阀(17)。根据检测NO_x选择还原催化剂(15)的NO_x净化率的NO_x净化率检测机构、检测尿素水的供给量的尿素水供给量检测机构、和检测尿素水的浓度的尿素水浓度检测机构的检测结果，判断NO_x选择还原催化剂(15)、尿素水供给系统和尿素水的异常。
文档编号F01N3/18GK101548077SQ20088000093
公开日2009年9月30日 申请日期2008年4月9日 优先权日2007年4月25日
发明者伊藤丈和, 利冈俊祐, 小田富久, 田内丰 申请人:丰田自动车株式会社