专利名称：Scr系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种SCR系统，使用尿素水来还原发动机的废气中的NOx。
背景技术：
作为用于对柴油机的废气中的NOx进行净化的废气净化系统，开发有使用SCR(Selective Catalytic Reduction :选择性催化还原)装置的 SCR 系统。该SCR系统为，向SCR装置的废气上游供给尿素水，利用废气的热量来生成氨，通过该氨在SCR催化剂上将NOx还原净化(例如参照专利文献I)。如图4所示，当尿素水成为沸点以上的温度时，其水分开始蒸发，经由熔融物而生成气体。当使温度上升时，所生成的气体结晶化，而生成固态物。当所生成的固态物升华时生成氨。此外，所生成的熔融物、气体的一部分与水蒸气一起水解，而生成氨和二氧化碳。 然而，从设置在SCR装置上游侧的定量阀(尿素喷射装置、定量模块)喷射尿素水。如图5(a)所示，定量阀104成为在充满了高压尿素水L的缸51上设置有喷口 52、堵塞该喷口 52的阀芯53安装在柱塞54上的构造，通过对线圈(未图示)通电来拉起柱塞54，由此使阀芯53从喷口 52离开而喷射尿素水L。当停止向线圈通电时，通过内部的弹力来拉下柱塞54而使阀芯53堵塞喷口 52，因此尿素水L的喷射停止。定量阀104设置在流动高温废气的发动机排气管上。当定量阀104成为高温时，定量阀104内的尿素水L也成为高温，如图5(b)所示，定量阀104内的尿素水L会结晶化而柱塞粘着，或者如图5(c)所示，尿素水L结晶化后的固体夹在阀芯53和缸51 (阀座)之间而不能够停止尿素水L的喷射，从而产生定量阀104变得动作不良、不能够进行适当的尿素水喷射控制的不良情况。此外，在从尿素水生成氨的过程中产生腐蚀性的中间生成物(氨基甲酸铵)，还会发生将定量阀的内部腐蚀的不良情况。并且，当定量阀内的尿素水成为高温时,还会发生定量阀所使用的橡胶、树脂制的部件破损的不良情况。在本说明书中，将这种不良情况统称为热损害。为了防止这种热损害，而使冷却发动机的冷却水通到定量阀，通过冷却水来冷却
定量阀。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2000-303826号公报
发明内容
发明要解决的课题但是，即使在如上述那样通过冷却水来冷却了定量阀的情况下，如图6所示，当减少尿素水的喷射量(横轴)、或停止尿素水的喷射时，定量阀内的尿素水的温度(纵轴)也会变高，还是存在会发生定量阀的动作不良、腐蚀等热损害的问题。其原因可以认为是，当尿素水的喷射量变低时，向定量阀供给的尿素水变少，不能够充分得到所供给的尿素水的冷却效果。因此，本发明的目的在于，提供一种SCR系统，能够解决上述课题，抑制尿素水的结晶化导致的定量阀的动作不良、定量阀的腐蚀等热损害，能够进行适当的尿素水喷射控制。用于解决课题的手段本发明是为了实现上述目的而完成的，本发明为一种SCR系统，具备SCR(选择还原催化剂)装置，设置在发动机的排气管上；定量阀，在上述SCR装置的上游侧喷射尿素水；以及尿素水喷射控制部，根据从上述发动机排出的NOx量来控制尿素水的喷射量，在该SCR系统中，还具备最低喷射量设定部，该最低喷射量设定部在上述定量阀的温度为规定温度以上时，设定与上述定量阀的温度相对应的最低喷射量，上述尿素水喷射控制部构成为，在与从上述发动机排出的NOx量相对应的尿素水的喷射量、比上述最低喷射量设定部设定的最低喷射量小时，将尿素水的喷射量控制为最低喷射量。·上述最低喷射量设定部还可以具备负荷状态判断部，判断上述发动机的运转状态是高负荷运转状态还是低负荷运转状态；以及高负荷时最低喷射量设定部，在上述负荷状态判断部判断为是高负荷运转状态时，将高负荷时用的最低喷射量设定为满足下式(I)X4 ^ (yg-ax^bxa-cxg-e) /d ... (I)其中，x1:废气流量&:废气温度X3 :冷却水温度yQ :不发生不良情况的尿素水温度a e:系数。上述负荷状态判断部也可以为，在燃料喷射量为根据废气温度计算出的燃料喷射量阈值以上时，判断为是高负荷运转状态，在燃料喷射量低于上述燃料喷射量阈值时，判断为是低负荷运转状态。也可以为，进一步具备最低喷射量设定条件判断部，该最低喷射量设定条件判断部仅在规定的最低喷射量设定条件成立时，允许上述最低喷射量设定部的最低喷射量的设定，在最低喷射量的设定未被允许的情况下，上述最低喷射量设定部将最低喷射量设定为0(零)。发明的效果根据本发明，能够提供一种SCR系统，能够抑制尿素水的结晶化导致的定量阀的动作不良、定量阀的腐蚀等热损害，能够进行适当的尿素水喷射控制。
图I中(a)、(b)是本发明一个实施方式的SCR系统的概略构成图。图2是图I的SCR系统的D⑶的输入输出构成图。图3是表示图I的SCR系统的控制流程的流程图。图4是说明与温度和水分比例相对的尿素水的状态的图。
图5是定量阀的截面图，(a)是正常时的图，(b)、(C)是发生了不良情况时的图。图6是表示定量阀内的尿素水的温度相对于尿素水的喷射量之间的关系的曲线图。
具体实施例方式以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。首先，对在车辆上所搭载的SCR系统进行说明。如图I (a)所示，SCR系统100主要具备设置在发动机E的排气管102上的SCR装置103;在SCR装置103的上游侧(废气的上游侧)喷射尿素水的定量阀(尿素喷射装置、定量模块)104 ;存积尿素水的尿素箱105 ;将尿素箱105中所存积的尿素水向定量阀104 供给的供给模块106 ;以及对定量阀104、供给模块106等进行控制的D⑶(Dosing ControlUnit :定量控制单元)126。在发动机E的排气管102上，从废气的上游侧朝向下游侧依次配置有D0C(DieselOxidation Catalyst :柴油机氧化催化剂)107、DPF(Diesel Particulate Filter :柴油颗粒过滤器)108以及SCR装置103。D0C107用于将从发动机E排气的废气中的NO氧化成为NO2，并对废气中的NO和NO2的比率进行控制而提高SCR装置103的脱硝效率。此外，DPF108用于捕集废气中的PM (Particulate Matter :颗粒物质)。在SCR装置103上游侧的排气管102上设置有定量阀104。定量阀104成为在充满了高压尿素水的缸上设置有喷口、堵塞该喷口的阀芯安装在柱塞上的构造，通过对线圈通电来拉起柱塞，由此使阀芯从喷口离开而喷射尿素水。当停止向线圈通电时，通过内部的弹力来拉下柱塞而使阀芯堵塞喷口，因此尿素水的喷射停止。在定量阀104上游侧的排气管102上，设置有对SCR装置103的入口的废气温度(SCR入口温度)进行测定的排气温度传感器109。此外，在SCR装置103的上游侧(此处为排气温度传感器109的上游侧)设置有对SCR装置103上游侧的NOx浓度进行检测的上游侧NOx传感器110，在SCR装置103的下游侧设置有对SCR装置103下游侧的NOx浓度进行检测的下游侧NOx传感器111。供给模块106具备SM泵112，压送尿素水；SM温度传感器113，测定供给模块106的温度(在供给模块106中流动的尿素水的温度)；尿素水压力传感器114，测定供给模块106内的尿素水的压力(SM泵112的吐出侧的压力)；以及回流阀115，通过切换尿素水的流路，由此切换是将来自尿素箱105的尿素水向定量阀104供给、还是使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。此处,在回流阀115关闭时,将来自尿素箱105的尿素水向定量阀104供给，在回流阀115开启时，使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。在回流阀115被切换为将尿素水向定量阀104供给的情况下，供给模块106利用其SM泵112通过送液管线116来吸取尿素箱105内的尿素水，并通过压送管线117向定量阀104供给,通过回收管线118使剩余的尿素水返回到尿素箱105。在尿素箱105中设置有SCR传感器119。SCR传感器119具备测定尿素箱105内的尿素水的液面高度(液位)的液位传感器120 ;测定尿素箱105内的尿素水的温度的温度传感器121 ;以及测定尿素箱105内的尿素水的品质的品质传感器122。品质传感器122为，例如根据超声波的传播速度、电导率，来检测尿素水的浓度、尿素水中是否混合有异种混合物,而检测尿素箱105内的尿素水品质。在尿素箱105和供给模块106上连接有循环用于冷却发动机E的冷却水的冷却管线123。冷却管线123通过尿素箱105内，使冷却管线123中流动的冷却水和尿素箱105内的尿素水之间进行热交换。同样，冷却管线123通过供给模块106内，使冷却管线123中流动的冷却水和供给模块106内的尿素水之间进行热交换。在冷却管线123上设置有切换是否向尿素箱105和供给模块106供给冷却水的箱加热阀(冷却介质阀)124。另外，在定量阀104上也连接有冷却管线123，但是构成为，与箱加热阀124的开闭无关地向定量阀104供给冷却水。另外，在图1(a)中虽然将图简化地表示，但是冷却管线123沿着尿素水通过的送液管线116、压送管线117以及回收管线118而配设。图2表不D⑶126的输入输出构成图。如图2所示，在D⑶126上连接有来自以下部件的输入信号线上游侧NOx传感器·110、下游侧NOx传感器IlUSCR传感器119 (液位传感器120、温度传感器121、品质传感器122)、排气温度传感器109、供给模块106的SM温度传感器113和尿素水压力传感器114、以及控制发动机E的ECM (Engine Control Module :发动机控制模块)125。从ECM125输入外界气温、发动机参数(发动机转速、燃料喷射量、废气流量、冷却水温度等)的信号。此外，在ECU126上连接有向以下部件的输出信号线箱加热阀124、供给模块106的SM泵112和回流阀115、定量阀104、上游侧NOx传感器110的加热器、以及下游侧NOx传感器111的加热器。另外，关于D⑶126和各部件之间的信号的输入输出，也可以是经由个别的信号线的输入输出以及经由CAN(ControllerArea Network :控制器局域网)的输入输出中的某一种。如图I (b)所示，在D⑶126上搭载有根据从发动机E排出的NOx量来控制尿素水的喷射量的尿素水喷射控制部127。尿素水喷射控制部127基于来自ECM125的发动机参数的信号和来自排气温度传感器109的废气温度，来推断废气中的NOx量(从发动机E排出的NOx量)，并且基于推断的废气中的NOx量来决定从定量阀104喷射的尿素水量，并且，在由定量阀104按照决定的尿素水量进行了喷射时，根据上游侧NOx传感器110的检测值来控制定量阀104，而调整从定量阀104喷射的尿素水量。另外，本实施方式的SCR系统100进一步具备最低喷射量设定部128，该最低喷射量设定部128为，在定量阀104的温度为规定温度以上(例如SCR催化剂的活化温度以上)时，设定与定量阀104的温度相对应的最低喷射量。在本实施方式中，由于对定量阀104设置专用的温度传感器并不经济，因此将以往所使用的排气温度传感器109的检测值(废气温度、SCR入口温度)用作为定量阀104的温度。此外，在SCR系统100中，尿素水喷射控制部127构成为，在与从发动机E排出的NOx量相对应的尿素水的喷射量、比最低喷射量设定部128设定的最低喷射量小时，将尿素水的喷射量控制为最低喷射量。此时，尿素水喷射控制部127进行控制，以便连续地喷射最低喷射量的尿素水。最低喷射量设定部128具备负荷状态判断部129，判断发动机E的运转状态是高负荷运转状态还是低负荷运转状态；高负荷时最低喷射量设定部130，设定高负荷时用的最低喷射量；以及低负荷时最低喷射量设定部131，设定低负荷时用的最低喷射量。
负荷状态判断部129为，在燃料喷射量为根据废气温度计算出的燃料喷射量阈值以上时，判断为是高负荷运转状态，在燃料喷射量低于燃料喷射量阈值时，判断为是低负荷运转状态。另外，在本实施方式中，由负荷状态判断部129根据燃料喷射量来判断发动机E的负荷状态，但是不限于此，例如也可以根据废气流量来判断发动机E的负荷状态。在该情况下，负荷状态判断部129为，在废气流量为规定的阈值以上时，判断为是高负荷运转状态，在废气流量低于规定的阈值时，判断为是低负荷运转状态。另外，关于废气流量，也可以使用由设置在发动机的进气管上的流量传感器(MAF传感器)测定的进气流量。高负荷时最低喷射量设定部130为，在负荷状态判断部129判断为是高负荷运转状态时，将高负荷时用的最低喷射量设定为满足下式(1)， x4 ^ (y0-ax1-bx2-cx3_e) /d ... (I)其中，x1:废气流量X2 :废气温度X3 :冷却水温度yQ :不发生不良情况的尿素水温度a e:系数。式(I)中的系数a'以及不发生不良情况的尿素水温度％通过实验等来适当地决定。不发生不良情况的尿素水温度％例如设定为尿素水的沸点温度以下的值即可。在本实施方式中，通过下式(2)来求出高负荷时用的最低喷射量，X4= (yo-axfbxfcxg-e)/d ...(2)但是，高负荷时用的最低喷射量为(ycrax^bxfCX^eVd以上即可,且适当设定为最低喷射量不会变得过大而发生氨逃逸(ammonia slip)即可。另外，所谓氨逃逸是指，从尿素水生成的氨不能够被SCR催化剂完全吸藏，而氨向SCR装置103下游侧流出的现象。此处，说明式(I)的根据。定量阀104内的尿素水温度I受到废气流量X1、废气温度X2、冷却水温度X3、尿素水喷射量X4这四个参数的影响。因此，尿素水温度I能够使用这四个参数X1I4而通过由下式(3)表示的回归式来表示。y=ax1+bx2+cx3+dx4+e ... (3)此处，当在尿素水温度y中代入不发生不良情况的尿素水温度ytl、并将式(3)变形时，能够得到上述式(2)。通过式(2)得到的尿素水喷射量X4，表示为了不发生不良情况(定量阀104的动作不良、腐蚀等热损害)而应最低限度确保的尿素水喷射量。因此，通过使最低喷射量成为通过式(2)得到的尿素水喷射量X4以上(即将最低喷射量设定为满足式(I)的条件)，由此能够防止不良情况的发生。另一方面，低负荷时最低喷射量设定部131为，在负荷状态判断部129判断为是低负荷运转状态时，参照按照废气流量和废气温度赋予了低负荷时用的最低喷射量的低负荷时用最低喷射量映射132，来设定低负荷时用的最低喷射量。另外，在无负荷时，由于不排出NOx，因此通常尿素水的喷射停止，但是在本实施方式中，如果废气温度(定量阀104的温度)为规定温度以上，则以低负荷时最低喷射量设定部131设定的低负荷时用的最低喷射量，来喷射尿素水。
此处，低负荷时用的最低喷射量被设定为比高负荷时用的最低喷射量小的值。这是因为，在低负荷时(或无负荷时)废气流量降低，因此当喷射大量的尿素水时，尿素水不分解为氨而附着在排气管102上，有可能发生腐蚀排气管102等的不良情况。为了防止这种不良情况，在本实施方式中，在高负荷时和低负荷时设定不同的最低喷射量。此外，在本实施方式中，将低负荷时用最低喷射量映射132设定为，在低于规定温度的区域中最低喷射量成为0(零)。这是因为，在低负荷时(或无负荷时)废气流量降低，因此当废气温度不足够高时，不能够将尿素水分解为氨，有可能发生腐蚀排气管102等的不良情况。 并且，本实施方式的SCR系统100进一步具备最低喷射量设定条件判断部133，该最低喷射量设定条件判断部133为，仅在以下所示的(1Γ(4)的最低喷射量设定条件中的某一个成立时，才允许最低喷射量设定部128的最低喷射量的设定。在最低喷射量的设定未被允许的情况下，最低喷射量设定部128将最低喷射量设定为0(零)(即不设定最低喷身寸量)。(I)低负荷时(2) DPF 再生时(3)为了抑制氨逃逸而使尿素水的喷射量比与从发动机E排出的NOx量相对应的喷射量减少时(4)尿素水的喷射量比根据排气温度计算的尿素水喷射量阈值小时上述(I广(4)的最低喷射量设定条件，均表示定量阀104内的尿素水成为高温、容易发生不良情况的条件，限定了应用最低喷射量设定部128的最低喷射量的设定的情况。例如，在(I)的低负荷时，尿素水的喷射量变低，向定量阀104供给的尿素水的量减少，因此向定量阀104供给的尿素水的冷却效果降低，在(2)的DPF再生时，废气温度变高而定量阀104内的尿素水容易成为高温。在符合(3)、(4)的最低喷射量设定条件的情况下，尿素水的喷射量较低，因此向定量阀104供给的尿素水的冷却效果降低。另外，尿素水喷射控制部127为，在冷却水的温度较高或较低时、大气压较低时、NOx量(NOx流量)较高时、EGR(Exhaust GasRecirculation :废气再循环)量降低时等，为了抑制氨逃逸而进行将尿素水的喷射量减少的控制，但在这种情况下，会符合(3)的最低喷射量设定条件。在不设定最低喷射量设定条件的情况下，如果废气温度(定量阀104的温度)为规定温度以上，则会一直喷射尿素水，根据运转条件、环境条件的不同而有可能会发生氨逃逸，但是，通过设定最低喷射量设定条件、而限定应用最低喷射量的设定的情况，由此能够抑制氨逃逸的发生。另外，关于最低喷射量设定条件，不限于上述(I广(4)，而能够适当设定。接着，使用图3对SCR系统100的动作进行说明。在SCR系统100中，反复执行图3的控制流程。如图3所示，首先，在步骤SI中，最低喷射量设定部128判断废气温度(定量阀104的温度)是否为规定温度以上。在步骤SI中判断为否的情况下，最低喷射量设定部128将最低喷射量设定为O (步骤S8)，并结束控制。在步骤SI中判断为是的情况下，在步骤S2中，最低喷射量设定条件判断部133判断上述(1Γ(4)的最低喷射量设定条件中的某个是否成立。在步骤S2中判断为否的情况下，最低喷射量设定部128将最低喷射量设定为O (步骤S8)，并结束控制。在步骤S2中判断为是的情况下，在步骤S3中，负荷状态判断部129判断发动机E的运转状态是否为高负荷运转状态。在步骤S3中判断为是的情况下，由于是高负荷运转状态，因此在步骤S4中，高负荷时最低喷射量设定部130使用上述式(2)来设定高负荷时用的最低喷射量。之后，进入步骤S6。在步骤S3中判断为否的情况下，由于是低负荷运转状态，因此在步骤S5中，低负荷时最低喷射量设定部131按照废气流量和废气温度来参照低负荷时用最低喷射量映射132，而设定低负荷时用的最低喷射量。之后，进入步骤S6。在步骤S6中，尿素水喷射控制部127判断与从发动机E排出的NOx量相对应的尿素水的喷射量是否小于在步骤S4或步骤S5中设定的最低喷射量。在步骤S6中判断为否·的情况下，由于能够确保足够的尿素水的喷射量，因此直接结束控制。在步骤S6中判断为是的情况下，在步骤S7中，尿素水喷射控制部127将尿素水的喷射量设定(变更)为在步骤S4或步骤S5中设定的最低喷射量。之后，结束控制。如以上所说明的那样，在本实施方式的SCR系统100中，具备最低喷射量设定部128，该最低喷射量设定部128为，在定量阀104的温度为规定温度以上时，设定与定量阀104的温度相对应的最低喷射量，尿素水喷射控制部127构成为，在与从发动机E排出的NOx量相对应的尿素水的喷射量小于最低喷射量设定部128设定的最低喷射量时，将尿素水的喷射量控制为最低喷射量。由此，能够确保与定量阀104的温度相对应的尿素水的最低喷射量，能够将定量阀104内的尿素水的温度维持得较低。因此，能够抑制定量阀104的动作不良、腐蚀等热损害，能够进行适当的尿素水喷射控制。此外，在SCR系统100中，在高负荷时和低负荷时使最低喷射量不同，因此在低负荷时尿素水的喷射量变多，而能够防止排气管102腐蚀等不良情况。并且，在SCR系统100中，仅在上述(1) (4)的最低喷射量设定条件中的某个成立时，允许最低喷射量设定部128的最低喷射量的设定，因此能够限定应用最低喷射量的设定的情况，能够抑制一直喷射尿素水所导致的氨逃逸的发生。本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能够施加各种变更。例如，在上述实施方式中，说明了将高负荷时的最低喷射量设定为满足式(I)的情况，但不限于此，高负荷时的最低喷射量至少根据定量阀104的温度(废气温度)来设定即可。例如，也可以为，通过对根据废气温度和废气流量计算出的基本喷射量、进行根据发动机转速和燃料喷射量的修正，由此计算出高负荷时的最低喷射量。此外，在上述实施方式中，说明了连续喷射所设定的最低喷射量的尿素水的情况，但不限于此，也可以为，反复进行在喷射了规定时间(例如30秒)的尿素水之后、停止规定时间(例如60秒)的尿素水的喷射，而间歇地进行尿素水的喷射。由此，能够减少所喷射的尿素水的量，因此能够更可靠地抑制氨逃逸。符号的说明
100 SCR 系统102排气管103 SCR 装置104定量阀105尿素箱106供给模块110上游侧NOx传感器 111下游侧NOx传感器125 ECM126 DCU127尿素水喷射控制部128最低喷射量设定部129负荷状态判断部130高负荷时最低喷射量设定部131低负荷时最低喷射量设定部132低负荷时用最低喷射量映射133最低喷射量设定条件判断部E 发动机
权利要求
1.一种SCR系统,具备 SCR(选择还原催化剂)装置，设置在发动机的排气管上； 定量阀，在上述SCR装置的上游侧喷射尿素水；以及 尿素水喷射控制部，根据从上述发动机排出的NOx量来控制尿素水的喷射量， 该SCR系统的特征在于， 进一步具备最低喷射量设定部，该最低喷射量设定部为，在上述定量阀的温度为规定温度以上时，设定与上述定量阀的温度相对应的最低喷射量， 上述尿素水喷射控制部构成为，在与从上述发动机排出的NOx量相对应的尿素水的喷射量、比上述最低喷射量设定部设定的最低喷射量小时，将尿素水的喷射量控制为最低喷身寸量。
2.如权利要求I所述的SCR系统，其中， 上述最低喷射量设定部具备 负荷状态判断部，判断上述发动机的运转状态是高负荷运转状态还是低负荷运转状态；以及 高负荷时最低喷射量设定部，在上述负荷状态判断部判断为是高负荷运转状态时，将高负荷时用的最低喷射量设定为满足下式(1)，X4 ^ (yo-ax^bxa-cxg-e) /d ... (I) 其中，X1 :废气流量 X2:废气温度 X3 :冷却水温度 Y0 :不发生不良情况的尿素水温度 a e :系数。
3.如权利要求2所述的SCR系统，其中， 上述负荷状态判断部为，在燃料喷射量为根据废气温度计算出的燃料喷射量阈值以上时，判断为是高负荷运转状态，在燃料喷射量低于上述燃料喷射量阈值时，判断为是低负荷运转状态。
4.如权利要求1 3中任一项所述的SCR系统，其中， 进一步具备最低喷射量设定条件判断部，该最低喷射量设定条件判断部为，仅在规定的最低喷射量设定条件成立时，允许上述最低喷射量设定部的最低喷射量的设定， 在最低喷射量的设定未被允许的情况下，上述最低喷射量设定部将最低喷射量设定为0(零)。
全文摘要
提供一种SCR系统，能够抑制尿素水的结晶化导致的定量阀的动作不良、定量阀的腐蚀等热损害，能够进行适当的尿素水喷射控制。其具备SCR(选择还原催化剂)装置(103)，设置在发动机(E)的排气管(102)上；定量阀(104)，在SCR装置(103)的上游侧喷射尿素水；最低喷射量设定部(128)，在定量阀(104)的温度为规定温度以上时，设定与定量阀(104)的温度相对应的最低喷射量；以及尿素水喷射控制部(127)，在与从发动机(E)排出的NOx量相对应的尿素水的喷射量小于最低喷射量时，将尿素水的喷射量控制为最低喷射量。
文档编号F01N3/08GK102906386SQ20118002544
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年5月25日
发明者若松俊告, 川中德雄, 片冈宽, 小峰保 申请人:五十铃自动车株式会社