專利名稱：發(fā)動機排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機排氣凈化裝置(以下稱作"排氣凈化裝置")、特別涉及使用還原劑對排氣中的氮氧化物(NOx)進行 還原凈化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為用于除去包含于發(fā)動機排氣中的NOx的催化劑凈化 系統(tǒng)，提出了這樣一種排氣凈化裝置如日本特開2005-147118 號公報(專利文獻l)所述，通過向配設(shè)于發(fā)動機排氣管中的 還原催化劑的排氣上游添加與發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)相應(yīng)的還原劑或 其前體，而使排氣中的NOx與還原劑發(fā)生還原反應(yīng)，從而將 NOx凈化處理成無害成分。在該排氣凈化裝置中，為了促使使 用正規(guī)還原劑，采用了這樣的結(jié)構(gòu)在檢測出使用異質(zhì)水溶液 或還原劑不足之后， 一旦通過點火開關(guān)停止發(fā)動機，則禁止重 新啟動發(fā)動才幾。專利文獻l:曰本才爭開2005—147118號7^^艮 但是，若由于還原劑不足而禁止重新啟動發(fā)動機，則例如 在即將到達目的地之前還原劑不足時，必須在使發(fā)動機動作的狀態(tài)下減小發(fā)動〗:幾負荷等而行駛到可補充還原劑的地點。在附 近沒有可補充還原劑的地點的情況下，不僅會帶給車輛駕駛者 過大的負擔，并且會因車輛的與物流無關(guān)的行駛而導(dǎo)致消耗多 余的燃料等。另外，在還原劑不足的狀態(tài)下，即使車輛駕駛者 想休息，也不能停止發(fā)動機，從地球環(huán)境方面考慮也不好。因此，本發(fā)明是鑒于以上那樣的以往的問題點而作成的，其目的在于，提供這樣一種排氣凈化裝置即使檢測出使用異質(zhì)水溶液或還原劑不足，在檢測之后直到行駛規(guī)定距離之前仍 允許重新啟動發(fā)動機，從而防止增大車輛駕駛者的負擔、消耗多余的燃料等。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的排氣凈化裝置的特征在于，其包括還原 催化劑，其配設(shè)于發(fā)動機排氣管中，利用由還原劑容器供給的 還原劑對排氣中的氮氧化物進行還原凈化；濃度傳感器，其用 于檢測貯存于上述還原劑容器中的還原劑濃度；余量傳感器， 其用于檢測貯存于上述還原劑容器中的還原劑余量已變?yōu)橐?guī)定 量以下；控制單元，其內(nèi)置有計算機；上述控制單元執(zhí)行還原 劑判斷處理和發(fā)動機控制處理，上述還原劑判斷處理在由上述 濃度傳感器檢測出的濃度超出規(guī)定范圍時、或由上述余量傳感 器檢測出余量已變?yōu)橐?guī)定量以下時，判斷為上述還原劑為異質(zhì) 水溶液或還原劑不足；在進行重新啟動發(fā)動機的操作時，若上 述還原劑判斷處理判斷為還原劑為異質(zhì)水溶液或還原劑不足、 且該判斷后的行駛距離達到規(guī)定距離以上，上述發(fā)動機控制處 理則禁止重新啟動發(fā)動機，另一方面，若為上述以外的情況， 則允許重新啟動發(fā)動機。采用本發(fā)明的排氣凈化裝置，在貯存于還原劑容器中的還 原劑濃度超出規(guī)定范圍時，或貯存于還原劑容器中的還原劑余 量已變?yōu)橐?guī)定量以下時，判斷為還原劑為異質(zhì)水溶液或還原劑 不足。并且，在進行重新啟動發(fā)動機的操作時，若判斷為還原 劑為異質(zhì)水溶液或還原劑不足、且該判斷后的行駛距離達到規(guī) 定距離以上，則禁止重新啟動發(fā)動機，另一方面，若為上述以 外的情況，則允許重新啟動發(fā)動機。因此，即使檢測出還原劑 為異質(zhì)水溶液或還原劑不足時，在檢測后直到行駛規(guī)定距離之前的期間內(nèi)，延li禁止重新啟動發(fā)動機。因此，例如，即4吏在即將到達目的地之前還原劑不足，也不會強行要求車輛駕駛者 在到達目的地之后駕-駛至可補充尿素水溶液的地點，從而可以 防止增加車輛駕馬史者的負擔。另外，由于防止了為了補充還原 劑的車輛運行或空轉(zhuǎn)，因此，也可以謀求防止消耗多余的燃料 及保護地球環(huán)境。


圖l是本發(fā)明的排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是濃度傳感器的檢測部的詳圖。圖3是濃度傳感器的濃度檢測原理的說明圖。圖4是表示還原劑判斷處理的流程圖。圖5是表示停止時刻存儲處理的流程圖。圖6是表示重新啟動允許/禁止處理的流程圖。附圖標記說明10 發(fā)動機14 排氣管20 NOx還原催化劑24 還原劑容器32 還原劑添加ECU34 濃度傳感器36 發(fā)動機ECU具體實施方式
下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明。圖l表示使用作為還原劑前體的尿素水溶液、通過催化還 原反應(yīng)對包含于發(fā)動機排氣中的NOx進行凈化的排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)。在與發(fā)動機10的排氣歧管12相連接的排氣管14上，沿排氣 流通方向分別配設(shè)有將 一 氧化氮(NO )氧化成二氧化氮(N02) 的氮氧化催化劑16、噴射供給尿素水溶液的噴射噴嘴18、用水 解尿素水溶液后得到的氨對NOx進行還原凈化的NOx還原催 化劑2 0 、對從N O x還原催化劑2 0中通過后的氨進行氧化的氨氧 化催化劑22。另夕卜，貯存于還原劑容器24中的尿素水溶液通過 在還原劑容器24的底部開設(shè)有吸入口的供給配管26而供給到 還原劑添加裝置28中。另一方面，供給到還原劑添加裝置28中 的尿素水溶液中的對噴射無用的過剩部分通過在還原劑容器 24上部開設(shè)有返回口的返回配管30而返回到還原劑容器24中。 并且，還原劑添加裝置28由內(nèi)置了計算機的還原劑添加控制單 元(以下稱作"還原劑添加ECU") 32進行電子控制，將與發(fā) 動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)相應(yīng)的流量的尿素水溶液，以與壓縮空氣相混合 后的噴霧狀態(tài)供給到噴射噴嘴18。在該排氣凈化裝置中，由噴射噴嘴18噴射供給的尿素水溶 液利用排氣熱及排氣中的水蒸氣水解而轉(zhuǎn)化成氨。眾所周知， 轉(zhuǎn)化成的氨在NOx還原催化劑20中與排氣中的NOx發(fā)生還原 反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成水(H20)及氮氣(N2)。此時，為了提高在NOx 還原催化劑20中的NOx凈化效率，要用氮氧化催化劑16將NO 氧化成N02,從而改善排氣中的NO和N02的比例，以適于催化 劑還原反應(yīng)。另一方面，從NOx還原催化劑20中通過的氨被配 設(shè)于NOx還原催化劑20排氣下游的氨氧化催化劑22氧化，因 此，可以防止氨直接排出。另外，在還原劑容器24中安裝有用于輸出與尿素水溶液濃 度相關(guān)聯(lián)的信號的濃度傳感器34。即，內(nèi)置有電路板的基部34A 固定于還原劑容器24的頂板上，另一方面，；險測部34B從基板34A向還原劑容器24底部垂下。在此，如圖2所示，；險測部34B在分開的2處分別配設(shè)有加 熱器A及溫度傳感器B。然后，根據(jù)在使加熱器A動作時、其熱 量會被傳遞至溫度傳感器B的這種熱特性，而從內(nèi)置于基部34A 中的電路基板輸出與尿素水溶液濃度相關(guān)聯(lián)的信號。具體地講， 如圖3所示，若使加熱器A動作規(guī)定時間th則溫度傳感器B的后，根據(jù)使加熱器A停止時的溫度上升特性，即溫度傳感器B 的初始溫度與最高溫度之差，可以間接地;險測出尿素水溶液的 濃度。另一方面，在使加熱器A停止后，溫度傳感器B的溫度逐漸降低，經(jīng)時間t2返回到加熱器動作前的溫度。因此，每規(guī)定時間(tl+t2)可以才全測一次尿素水溶液的濃度。另外，作為 濃度傳感器34,公知有三井金屬礦業(yè)(林)制造出售的濃度傳感器。在此，濃度傳感器34是根據(jù)分開的兩點間的熱傳導(dǎo)特性而 間接地檢測尿素水溶液濃度的，因此，可以同時才全測出尿素水 溶液不足、即尿素水溶液用完或余量較少。因此，在本實施方 式中，濃度傳感器34兼具作為余量傳感器的功能，可以減少需 要的傳感器的個數(shù)，從而能抑制成本上升等。來自濃度傳感器34的輸出信號被輸入到還原劑添加 ECU32中。并且，還原劑添加ECU32通過CAN ( Controller Area Network)等與發(fā)動機控制單元(以下稱作"發(fā)動機 ECU") 36相連接，從而能適當?shù)刈x取點火開關(guān)信號及行駛距 離信號等。并且，還原劑添加ECU32通過存儲于其ROM( Read Only Memory)中的控制程序，分別執(zhí)行還原劑判斷處理、發(fā) 動機控制處理、停止意圖判斷處理及規(guī)定溫度設(shè)定處理，從而 將發(fā)動機重新啟動的禁止信號及允許信號適當?shù)剌敵龅桨l(fā)動機ECU36中。另外，點火開關(guān)信號及行駛距離信號等也可以不由 發(fā)動機E C U 3 6間接地讀取，而從開關(guān)及傳感器等直接讀取。圖4表示在還原劑添加ECU32中，啟動發(fā)動機后每規(guī)定時 間(h + t2)反復(fù)執(zhí)行的還原劑判斷處理。在步驟l(在圖中筒記為"S1"，以下相同)中，從濃度傳 感器34讀取濃度信號。即，使?jié)舛葌鞲衅?4的加熱器A僅動作 規(guī)定時間t:，讀取與溫度傳感器B的溫度上升特性相應(yīng)的濃度信在步驟2中，判斷濃度信號是否在規(guī)定范圍內(nèi)。在此，規(guī) 定范圍是指尿素水溶液為正規(guī)水溶液時可^f又的范圍，例如，根 據(jù)尿素水溶液的特性等適當設(shè)定。然后，若濃度信號在規(guī)定范 圍內(nèi)則前進到步驟3 (是)，另一方面，若濃度信號超出規(guī)定范 圍則前進到步驟4 (否)。在步驟3中，判斷(正常判斷)為尿素水溶液為正規(guī)水溶液。在步驟4中，判斷(異常判斷)為尿素水溶液為異質(zhì)水溶 液或尿素水溶液不足。在此，異質(zhì)水溶液可假定為是將尿素水 溶液用水等過度稀釋而成的水溶液、或是代替尿素水溶液而使 用了自來水的水溶液等。并且，在進行了異常判斷時，為了促 使車輛駕駛者補充尿素水溶液或更換正規(guī)尿素水溶液等，優(yōu)選 是，通過使蜂鳴器、警告燈等動作來報告該信息。另外，報告 異常判斷的處理相當于報告處理。在步驟5中，為了可隨時參照尿素水溶液的判斷結(jié)果，將 步驟3或步驟4的判斷結(jié)果存儲于存儲器等存儲介質(zhì)中。采用這樣的還原劑判斷處理，以與濃度傳感器3 4的檢測原 理相應(yīng)的時間間隔，依次判斷貯存于還原劑容器24中的尿素水 溶液的狀態(tài)，并將該判斷結(jié)果存儲于存儲介質(zhì)中。因此，可根據(jù)需要隨時參照尿素水溶液的狀態(tài)，并且也可以在車輛行駛中 檢測出尿素水溶液不足。圖5表示在還原劑添加ECU32中，在發(fā)動機10停止時執(zhí)行 的停止時刻存儲處理。在此，所謂發(fā)動機停止并不僅代表通過 點火鑰匙停止發(fā)動機IO，也包含例如由于離合器的不適當操作 而意外地停止了發(fā)動機IO的情況。在步驟ll中，將發(fā)動機10停止的時刻存儲于存儲介質(zhì)中。 在此，發(fā)動^L停止時刻可以利用例如內(nèi)置于還原劑添加ECU32 或發(fā)動機ECU36中的時鐘計時器輸出。采用這樣的停止時刻存儲處理，便可將發(fā)動機10停止的時 刻存儲于存儲介質(zhì)中。另外，存儲介質(zhì)優(yōu)選是使用即使切斷對 還原劑添加ECU32的電力供給，也可保持其存儲內(nèi)容的非揮發(fā) 性存儲器。圖6表示在還原劑添加ECU32中，在打開點火開關(guān)、即進 行重新啟動發(fā)動機的操作時，在發(fā)動機ECU36進行重新啟動發(fā) 動機的處理之前一丸行的重新啟動允許/禁止處理(發(fā)動機控制 處理)。在步驟21中，判斷存儲于存儲介質(zhì)中的尿素水溶液的判斷 結(jié)果是否為異常判斷。然后，若判斷結(jié)果為異常判斷則前進到 步驟22(是)，另一方面，若判斷結(jié)果為正常判斷則前進到步 驟26 (否)。時刻起，車輛是否行駛了規(guī)定距離以上。在此，可以例如將進 行異常判斷時的行駛距離存儲于存儲介質(zhì)中，根據(jù)該進行異常 判斷時的行駛距離與異常判斷后依次讀取的行駛距離之差來判 斷車輛的行駛距離。然后，若行駛了規(guī)定距離以上則進前進到 步驟23(是)，另一方面，若未行駛規(guī)定距離以上則前進到步驟26 (否)。在步驟23中，從存儲介質(zhì)中讀取發(fā)動機停止時刻。 在步驟24中，基于時鐘計時器的輸出，判斷自發(fā)動機停止 時刻起是否經(jīng)過了規(guī)定時間以上。然后，若自發(fā)動機停止時刻 起已經(jīng)經(jīng)過了規(guī)定時間以上則前進到步驟25 (是)，若自發(fā)動 機停止時刻起未經(jīng)過規(guī)定時間以上則前進到步驟26 (否)。另 外，步驟24的處理相當于停止意圖判斷處理。在步驟25中，將禁止重新啟動發(fā)動機的信號輸出到發(fā)動機 ECU36中。在步驟26中，將允許重新啟動發(fā)動機信號輸出到發(fā)動機 ECU36中。采用該重新啟動允許/禁止處理，即使尿素水溶液的判斷 結(jié)果為異常判斷、即被判斷為尿素水溶液為異質(zhì)水溶液或尿素 水溶液不足時，在該異常判斷后到行駛規(guī)定距離期間，仍允許重新啟動發(fā)動機IO。因此，即使貯存于還原劑容器24中的尿素 水溶液不足，也不會立即禁止重新啟動發(fā)動機，而延遲到行駛 規(guī)定距離后再禁止重新啟動發(fā)動機。因此，例如，即使在即將 到達目的地之前尿素水溶液不足，也不會強行要求車輛駕駛者 在到達目的地之后駕駛至可補充尿素水溶液的地點，從而可以 防止增加車輛駕駛者的負擔。另外，由于防止了為了補充尿素 水溶液的車輛運^亍或空轉(zhuǎn)，因此，也可以謀求防止消耗多余的 燃料及保護地球環(huán)境。另一方面，當在判斷出尿素水溶液為異質(zhì)水溶液或尿素水 溶液不足的狀態(tài)下行駛了規(guī)定距離以上時，若雖然可補充或更 換尿素水溶液，但車輛駕駛者卻不想進行補充或更換尿素水溶 液，那么，原則上禁止重新啟動發(fā)動才幾IO。因此，可促進車輛 駕駛者使用正規(guī)的尿素水溶液，從而能在發(fā)揮作為排氣凈化裝置的功能的狀態(tài)下進行車輛運行。另外，即使在判斷出尿素水溶液為異質(zhì)水溶液或尿素水溶液不足的狀態(tài)下行駛了規(guī)定距離以上時，當從發(fā)動機停止到進 行重新啟動操作時經(jīng)過的時間小于規(guī)定時間時，判斷為該發(fā)動 機停止為非意圖性停止，從而允許重新啟動發(fā)動機IO。因此， 例如，在由于不適當?shù)夭僮麟x合器而在道口內(nèi)使發(fā)動機10停止了時，允許重新啟動發(fā)動機，因此，能在緊急時快速采取措施。 另外，發(fā)動機是否為非意圖性停止，可以利用間接地檢測 發(fā)動機10的內(nèi)燃機溫度的冷卻水溫度，根據(jù)發(fā)動機停止時的冷 卻水溫度與進行重新啟動操作時的冷卻水溫度之差是否小于規(guī) 定溫度來判斷。這樣一來，利用水冷式發(fā)動機所具有的水溫傳 感器等間接地檢測了發(fā)動機溫度，因此，可以抑制成本上升。 此時，由于發(fā)動機停止后的冷卻水溫度隨著周圍的大氣溫度降 低的比例(速度)是變化的，因此，只要設(shè)置檢測大氣溫度的 大氣溫度傳感器，再根據(jù)檢測出的大氣溫度動態(tài)地設(shè)定規(guī)定溫 度，便可以提高該判斷精度。在此，動態(tài)地設(shè)定規(guī)定溫度的處 理相當于規(guī)定溫度設(shè)定處理。另外，雖然在本實施方式中，是用濃度傳感器34檢測尿素水溶液的濃度及余量的，但也可以使用^^艮據(jù)其他才全測原理檢測 尿素水溶液濃度的濃度傳感器、及檢測尿素水溶液余量的水位 傳感器。另外，排氣凈化裝置也可以不單獨受還原劑添加ECU32控制，而是由還原劑添加ECU32與發(fā)動機ECU36協(xié)作 進行控制。此時，在發(fā)動機ECU36中，例如，可通過切斷對發(fā) 動機10的燃料供給，或電氣性地切斷對發(fā)動機起動器的電力供 給來禁止重新啟動發(fā)動機。本發(fā)明并不限定于使用尿素水溶液作為還原劑前體的排氣 凈化裝置，也可適用于使用氨水溶液、及以碳化氫為主要成分的汽油、輕油等作為還原劑或其前體的排氣凈化裝置。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在于，該發(fā)動機排氣凈化裝置包括還原催化劑，其配設(shè)于發(fā)動機排氣管中，利用由還原劑容器供給的還原劑對排氣中的氮氧化物進行還原凈化；濃度傳感器，其用于檢測貯存于上述還原劑容器中的還原劑濃度；余量傳感器，其用于檢測貯存于上述還原劑容器中的還原劑余量已變?yōu)橐?guī)定量以下；控制單元，其內(nèi)置有計算機；上述控制單元執(zhí)行還原劑判斷處理和發(fā)動機控制處理，上述還原劑判斷處理在由上述濃度傳感器檢測出的濃度超出規(guī)定范圍時、或由上述余量傳感器檢測出余量已變?yōu)橐?guī)定量以下時，判斷為上述還原劑為異質(zhì)水溶液或還原劑不足；在進行了重新啟動發(fā)動機的操作時，若由上述還原劑判斷處理判斷為還原劑為異質(zhì)水溶液或還原劑不足、且該判斷后的行駛距離達到規(guī)定距離以上，上述發(fā)動機控制處理則禁止重新啟動發(fā)動機，另一方面，若為上述以外的情況，則允許重新啟動發(fā)動機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在 于，上述控制單元還執(zhí)行停止意圖判斷處理，該停止意圖判斷 處理用于判斷發(fā)動機停止是否為非意圖性停止；在由上述停止意圖判斷處理判斷為發(fā)動機停止為非意圖性 停止時，上述發(fā)動機控制處理允許重新啟動發(fā)動機。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在 于，在從發(fā)動機停止開始至進行重新啟動操作經(jīng)過的時間小于 規(guī)定時間時，上述停止意圖判斷處理判斷為發(fā)動機停止為非意 圖性停止。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在 于，當在發(fā)動機4f止時檢測出的發(fā)動機溫度與進行了重新啟動 發(fā)動機的操作時纟全測出的發(fā)動機溫度之差小于規(guī)定溫度時，上 述停止意圖判斷處理判斷為發(fā)動機停止為非意圖性停止。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在 于，根據(jù)發(fā)動機的冷卻水溫度間接地檢測上述發(fā)動機溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在于，該發(fā)動機排氣凈化裝置還包括用于檢測大氣溫度的大氣溫度傳感器；.上述控制單元還執(zhí)行規(guī)定溫度設(shè)定處理，該規(guī)定溫度設(shè)定 處理基于由上述大氣溫度傳感器檢測出的大氣溫度動態(tài)地設(shè)定 上述規(guī)定溫度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在 于，上述濃度傳感器及余量傳感器根據(jù)在上述還原劑容器底部 分開的兩點間的熱傳導(dǎo)特性而分別間接地檢測還原劑的濃度及 余量是否已變?yōu)橐?guī)定量以下。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)動機排氣凈化裝置，其特征在原劑不足時，上述控制單元還執(zhí)行報告該判斷結(jié)果的報告處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動機排氣凈化裝置，該裝置在貯存于還原劑容器中的還原劑濃度超出規(guī)定范圍時，或還原劑余量已變?yōu)橐?guī)定量以下時，判斷(異常判斷)為還原劑為異質(zhì)水溶液或還原劑不足。并且，在進行重新啟動發(fā)動機的操作時，若進行了異常判斷，且該判斷后已行駛規(guī)定距離以上，則禁止重新啟動發(fā)動機。此時，若從發(fā)動機停止到重新啟動經(jīng)過的時間小于規(guī)定時間，則判斷為發(fā)動機停止為非意圖性停止，為了能進行緊急時的應(yīng)對而允許重新啟動發(fā)動機。另一方面，即使進行了異常判斷時，若該判斷后未行駛規(guī)定距離以上，則為了能行駛到補充還原劑的地點而允許重新啟動發(fā)動機。
文檔編號B01D53/86GK101248264SQ20068003077
公開日2008年8月20日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者江坂武浩 申請人:日產(chǎn)柴油機車工業(yè)株式會社