專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的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(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，具體地說(shuō)，涉及在發(fā)動(dòng)機(jī)
的排氣通路中，設(shè)置以氨為還原劑而選擇還原排氣中含有的NOx的 選擇還原型NOx催化劑的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路中而選擇還原排氣中含有的NOx的 NOx催化劑，已作為用于凈化發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的設(shè)備而被周知。在使 用這種選擇還原型NOx催化劑的情況下，從配置于排氣通路的NOx 催化劑上游側(cè)的噴射嘴噴射尿素水。噴射出的尿素水，利用排氣的熱 量及排氣中的水蒸汽而加水分解，生成氨(NH3)。通過利用這樣生 成的氨(NH3)作為還原劑，在NOx催化劑中選擇還原排氣中的NOx。
為了使選擇還原型NOx催化劑良好地發(fā)揮通過對(duì)NOx進(jìn)行選擇 還原而帶來(lái)的排氣凈化性能，則必須將選擇還原型NOx催化劑的溫 度維持為大于或等于活性溫度(例如大于或等于20(TC)。但是，根 據(jù)例如在市區(qū)等的交通堵塞等的車輛行駛條件、或外部氣溫較低的寒 冷地區(qū)等的環(huán)境條件，有時(shí)NOx催化劑的溫度會(huì)低于活性溫度。在 這種低溫區(qū)域中，存在NOx催化劑對(duì)于NOx的排氣凈化率急劇降低， 向大氣中的NOx排出量增加的問題。
著眼于上述問題，根據(jù)例如日本國(guó)特開2004 — 239109號(hào)公報(bào)(以 下稱為專利文獻(xiàn)1)，提出一種在NOx催化劑的溫度降低時(shí)也良好 地保持通過對(duì)NOx進(jìn)行選擇還原而帶來(lái)的排氣凈化性能的對(duì)策。
根據(jù)專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的各氣缸的排氣口 內(nèi)設(shè)置預(yù)氧化催化劑。在與各排氣口連接的排氣通路中，從上游側(cè)開 始依次配置尿素水的噴射嘴、預(yù)選擇還原型NOx催化劑、主選擇還 原型NOx催化劑、主氧化催化劑。預(yù)氧化催化劑起到將排氣中的NO的一部分氧化為N02的功能，該NO的氧化反應(yīng)，即使排氣溫度較 低也可以發(fā)生。這樣生成的N02，與由尿素水生成的氨一起，向預(yù)選
擇還原型NOx催化劑及主選擇還原型NOx催化劑供給，通過在兩種 NOx催化劑中使用該N02，獲得選擇還原NOx這一排氣凈化作用。
在專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)中，通過利用由預(yù)氧化催化劑生成的 N02，與現(xiàn)有情況相比，可以獲得從更低的溫度區(qū)域開始選擇還原 NOx的排氣凈化的作用。但是，在這種情況下，預(yù)選擇還原型NOx 催化劑及主選擇還原型NOx催化劑為低溫的情況并未改變。因此， 如專利文獻(xiàn)1記載的情況所示，只能將獲得選擇還原NOx這一排氣 凈化作用的溫度區(qū)域的下限擴(kuò)大至18(TC左右，在低溫區(qū)域中，并不 能大幅度地提高這種排氣凈化功能。
另外，在專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)中，為了生成N02，必須在發(fā) 動(dòng)機(jī)的各氣缸的排氣口內(nèi)分別配置預(yù)氧化催化劑。因此，專利文獻(xiàn)l 記載的技術(shù)存在使得排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)大大復(fù)雜化，必然產(chǎn)生使制 造成本增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題點(diǎn)而提出的，其目的在于提供一種 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其可以事先防止因裝置復(fù)雜化導(dǎo)致的制造成 本的增加，并且，在低溫區(qū)域中，也可以良好地實(shí)現(xiàn)對(duì)于NOx的排 氣凈化性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其具有
選擇還原型NOx催化劑，其配置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路中，以氨作為 還原劑，選擇還原在上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中含有的NOx;以及EGR單 元，其使上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣回流至上述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣側(cè)，其特征在于，
還具有排氣凈化率推定單元，其推定上述NOx催化劑對(duì)于NOx的 排氣凈化率；目標(biāo)排氣凈化率計(jì)算單元，其根據(jù)上述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)，計(jì)算對(duì)于NOx的目標(biāo)排氣凈化率；以及控制單元，其控制上述 EGR單元，以補(bǔ)償上述推定排氣凈化率相對(duì)于上述目標(biāo)排氣凈化率 的減小量。
5因此，如果由于NOx催化劑的溫度降低而使對(duì)于NOx的排氣凈 化率降低，則反映該情況而由排氣凈化率推定單元推定的對(duì)于NOx 的凈化率也降低。因此，對(duì)于NOx的推定排氣凈化率，成為低于與 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)而設(shè)定為最優(yōu)值的目標(biāo)排氣凈化率?？刂茊?元對(duì)EGR單元進(jìn)行控制，以補(bǔ)償相對(duì)于該目標(biāo)排氣凈化率的推定排 氣凈化率降低的值。因此，可以通過回流至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣側(cè)的EGR 氣體量的增加，抑制發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒溫度。其結(jié)果，可以減少來(lái) 自氣缸的NOx排出量，在低溫區(qū)域也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于NOx的充分的凈 化性能。另外，因?yàn)槔眉河械腅GR單元，補(bǔ)償NOx催化劑對(duì)于 NOx的排氣凈化率的降低，所以可以事先防止裝置的復(fù)雜化。
在上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，也可以優(yōu)選上述控制單元， 將利用上述EGR單元回流的上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的量，限制為小于或 等于規(guī)定的上限量，以成為可以抑制從上述發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙霧的空氣 過剩率。
當(dāng)與NOx催化劑對(duì)于NOx的排氣凈化率的降低相對(duì)應(yīng)，使EGR 氣體量增加時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣過剩率過量地降低，可能成為從發(fā)動(dòng)機(jī) 排出的煙霧增加的主要原因。但是，在這樣構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝 置的情況下，為了可以抑制煙霧，控制單元將EGR氣體量限制為規(guī) 定的上限量以下。其結(jié)果，可以事先防止伴隨氣缸內(nèi)的空氣過剩率的 過度降低而煙霧增加。
具體地說(shuō)，上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置還具有氧氣濃度檢測(cè)單 元，其檢測(cè)向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)供給的進(jìn)氣的氧氣濃度，上述控制 單元具有NOx減少系數(shù)計(jì)算單元，其根據(jù)相對(duì)于上述進(jìn)氣的氧氣 濃度的上述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)的NOx生成特性，計(jì)算減少系數(shù)，作為 表示在利用上述氧氣濃度檢測(cè)單元檢測(cè)到的氧氣濃度下上述發(fā)動(dòng)機(jī) 的氣缸內(nèi)的NOx生成率的減少狀態(tài)的指數(shù)；目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元， 其根據(jù)由上述排氣凈化率推定單元推定出的排氣凈化率與上述目標(biāo) 排氣凈化率的比，校正上述NOx減少系數(shù)，根據(jù)上述NOx生成特性， 計(jì)算與校正后的上述NOx減少系數(shù)相對(duì)應(yīng)的氧氣濃度，作為目標(biāo)氧 氣濃度；以及EGR控制單元，其根據(jù)由上述目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元計(jì)算出的目標(biāo)氧氣濃度，控制上述EGR單元。
如上所述，如果因NOx催化劑溫度的降低而使對(duì)于NOx的排氣 凈化率降低，則反映這一情況而由排氣凈化率推定單元推定的排氣凈
化率也降低。因此，推定排氣凈化率成為低于與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相 對(duì)應(yīng)而被設(shè)定為最優(yōu)值的目標(biāo)排氣凈化率的值。因此，推定排氣凈化 率與目標(biāo)排氣凈化率的比，可以視為表示應(yīng)將NOx催化劑對(duì)于NOx
的排氣凈化率提高多少的指標(biāo)。另一方面，與向發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)的進(jìn) 氣氧氣濃度相對(duì)應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的NOx生成率按照規(guī)定的NOx生 成特性而變化。根據(jù)這種NOx生成特性，NOx減少系數(shù)計(jì)算單元計(jì) 算減少系數(shù)，作為表示在進(jìn)氣的氧氣濃度下發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)的NOx 生成率的減少狀態(tài)的指數(shù)。目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元根據(jù)推定排氣凈化 率與目標(biāo)排氣凈化率的比，校正按照上述方式計(jì)算出的NOx減少系
數(shù)。此外，目標(biāo)氧氣濃度算出單元根據(jù)上述NOx生成特性，計(jì)算與 校正后的NOx減少系數(shù)相對(duì)應(yīng)的氧氣濃度作為目標(biāo)氧氣濃度，EGR 控制單元根據(jù)該目標(biāo)氧氣濃度控制EGR單元。因此，可以通過回流 至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣側(cè)的EGR氣體量的增加，抑制氣缸內(nèi)的燃燒溫度。 其結(jié)果，可以減少來(lái)自氣缸的NOx排出量，在低溫區(qū)域也可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)于NOx的充分的凈化性能。
上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，優(yōu)選還具有惡化判定單元，其判 定上述NOx催化劑的惡化狀態(tài)，上述目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元，根據(jù) 由上述惡化判定單元判定出的上述NOx催化劑的惡化狀態(tài)，校正由 上述排氣凈化率推定單元推定出的排氣凈化率，將校正后的推定排氣 凈化率用于上述NOx減少系數(shù)的校正。
在按照這種方式構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的情況下，根據(jù)反 映NOx催化劑的惡化狀態(tài)的推定排氣凈化率校正NOx減少系數(shù)。 EGR控制單元根據(jù)與按照這種方式校正的NOx減少系數(shù)相對(duì)應(yīng)的目 標(biāo)氧氣濃度，控制EGR單元。其結(jié)果，在NOx催化劑惡化的狀態(tài)下， 也可以執(zhí)行適當(dāng)?shù)腅GR控制，良好地補(bǔ)償NOx催化劑對(duì)于NOx的 排氣凈化率的降低。
在上述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置上，優(yōu)選上述EGR控制單元，將利用上述EGR單元回流的上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的量限制為小于或等于規(guī) 定的上限量，以成為可以抑制從上述發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙霧的空氣過剩 率。
如前所述，當(dāng)與NOx催化劑對(duì)于NOx的排氣凈化率的降低相對(duì) 應(yīng)，使EGR氣體量增加時(shí)，氣缸內(nèi)的空氣過剩率過度降低，可能成 為從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙霧增加的主要原因。但是，在按照這種方式構(gòu)成 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的情況下，EGR控制單元為了可以抑制煙霧， 將EGR氣體量控制為規(guī)定的上限量以下。其結(jié)果，可以事先防止隨 氣缸內(nèi)的空氣過剩率的降低而煙霧增加。


圖l是表示本發(fā)明涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示用于凈化率補(bǔ)償控制的ECU的處理順序的框圖。 圖3是表示進(jìn)氣02濃度與NOx減少系數(shù)的關(guān)系的特性圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖，對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)的 排氣凈化裝置詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。 發(fā)動(dòng)機(jī)1構(gòu)成為搭載在車輛上的直列6缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)1 的各氣缸上設(shè)置燃料噴射閥2，各燃料噴射閥2從公共油軌3供給加 壓燃料，在與發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的定時(shí)開閥，向各氣缸的缸 內(nèi)噴射燃料。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的進(jìn)氣側(cè)安裝進(jìn)氣歧管4。在與進(jìn)氣歧管4連接的進(jìn) 氣通路5中，從上游側(cè)開始，設(shè)置空氣濾清器6、渦輪增壓器7的壓 縮機(jī)7a、中間冷卻器8、利用致動(dòng)器9被開閉驅(qū)動(dòng)的進(jìn)氣節(jié)流閥9。 另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣側(cè)安裝排氣歧管10。排氣歧管IO經(jīng)由與上 述壓縮機(jī)7a機(jī)械連結(jié)的渦輪增壓器7的渦輪7b而與排氣通路11連 接。在排氣通路ll中，設(shè)置利用致動(dòng)器12a被開閉驅(qū)動(dòng)的排氣節(jié)流 閥12。在發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)由空氣濾清器6而被導(dǎo)入進(jìn)氣通 路5中的進(jìn)氣，利用渦輪增壓器7的壓縮機(jī)7a加壓。加壓后的進(jìn)氣 經(jīng)由中間冷卻器8、進(jìn)氣節(jié)流閥9、進(jìn)氣歧管4而分配至各氣缸，并 在各氣缸的進(jìn)氣行程中，被導(dǎo)入氣缸內(nèi)。燃料在規(guī)定的定時(shí)從燃料噴 射閥2向氣缸內(nèi)噴射，并在壓縮上死點(diǎn)附近點(diǎn)火、燃燒。燃燒后的排 氣，在經(jīng)由排氣歧管10旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)7b之后，經(jīng)由排氣通路ll 而向外部排出。
進(jìn)氣歧管4與排氣歧管10利用EGR通路(EGR單元)17連接。 在EGR通路17中，設(shè)置利用致動(dòng)器18a被開閉驅(qū)動(dòng)的EGR閥(EGR 單元)及EGR冷卻器19。在發(fā)動(dòng)機(jī)l的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，與EGR閥18 的開度相對(duì)應(yīng)，排氣中的一部分從排氣歧管IO側(cè)作為EGR氣體回流 至進(jìn)氣歧管4側(cè)。
在上述排氣通路11中設(shè)置本發(fā)明的排氣凈化裝置，排氣凈化裝 置被收容在上游側(cè)殼體31及下游側(cè)殼體32內(nèi)?；旧?，兩個(gè)殼體 31、 32及未圖示的消音器，經(jīng)由管道33a 33c而相互連接，由這些 部件構(gòu)成排氣通路11。如果從排氣通路11的上游側(cè)開始依次說(shuō)明， 則設(shè)置在渦輪增壓器7的渦輪機(jī)7b的下游側(cè)的排氣節(jié)流閥12，經(jīng)由 第1管道33a與上游側(cè)殼體31連接。上游側(cè)殼體31經(jīng)由第2管道 33b與下游側(cè)殼體32連接。下游側(cè)殼體32經(jīng)由第3管道33c與消音 器連接，消音器的后端向大氣開放。
上游側(cè)殼體31及下游側(cè)殼體32，均形成大致圓筒形狀，在車輛 的前后方向上延伸。在上游側(cè)殼體31內(nèi)，在內(nèi)部的上游側(cè)收容前段 氧化催化劑34，同時(shí)，在下游側(cè)收容壁流式的DPF (柴油機(jī)微粒過 濾器)35。 DPF35具有捕獲排氣中的微粒的功能。上游側(cè)殼體31從 DPF35的收容位置開始，維持相同的截面形狀而延伸至后方。其結(jié) 果，在上游側(cè)殼體31內(nèi)的DPF35的下游側(cè)形成空間，以下將該空間 稱為噴霧擴(kuò)散室36。
在噴霧擴(kuò)散室36內(nèi)設(shè)置用于使排氣產(chǎn)生渦流的葉片裝置37。本 實(shí)施方式的葉片裝置37由在上游側(cè)殼體31的內(nèi)周壁上直立設(shè)置的多 個(gè)葉片37a構(gòu)成。葉片裝置37的各個(gè)葉片37a，相對(duì)于排氣的流動(dòng)方向改變規(guī)定角度方向而配置，由此，產(chǎn)生以上游側(cè)殼體31的中心 軸線為中心的渦流。
在上游側(cè)殼體31的外周壁上，以位于葉片裝置37的下游側(cè)的 方式，設(shè)置噴射嘴38。噴射嘴38構(gòu)成為，可以將從未圖示的儲(chǔ)存罐 加壓輸送的尿素水噴射到噴霧擴(kuò)散室36內(nèi)。噴射嘴38的噴射方向設(shè) 定為，相對(duì)于排氣的流動(dòng)方向正交，同時(shí)，設(shè)定為指向上游側(cè)殼體 31的中心部。另外，在葉片裝置37與噴射嘴38之間設(shè)置溫度傳感 器39，溫度傳感器39檢測(cè)噴霧擴(kuò)散室36內(nèi)的排氣溫度Tnzl。
在下游側(cè)殼體32內(nèi)，在內(nèi)部的上游側(cè)收容SCR催化劑(選擇 還原型NOx催化劑)40，同時(shí)，在下游側(cè)收容后段氧化催化劑41。 如后所述，SCR催化劑40具有選擇還原排氣中的NOx而凈化排氣的 功能。
在車室內(nèi)設(shè)置ECU (電子控制單元)51，其具有未圖示的輸入 輸出裝置、用于存儲(chǔ)控制程序或控制對(duì)應(yīng)圖等的存儲(chǔ)裝置(ROM、 RAM)、中央處理裝置(CPU)、計(jì)時(shí)器等。在ECU 51的輸入側(cè)連 接溫度傳感器39、旋轉(zhuǎn)速度傳感器52、進(jìn)氣02傳感器(氧氣濃度檢 測(cè)單元)53、催化劑溫度傳感器54、加速器傳感器55、 NOx傳感器 56等各種傳感器。
旋轉(zhuǎn)速度傳感器52檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度Ne。進(jìn)氣02傳感 器53配置在進(jìn)氣歧管4中，檢測(cè)向各氣缸內(nèi)供給的進(jìn)氣的02濃度。 催化劑溫度傳感器54檢測(cè)SCR催化劑40的溫度即SCR溫度Tcat。 加速器傳感器55檢測(cè)加速器踏板的操作量Acc。NOx傳感器56檢測(cè) 來(lái)自SCR催化劑40的NOx的排出量。
另外，在ECU51的輸出側(cè)，連接上述進(jìn)氣節(jié)流閥9、排氣節(jié)流 閥12、 EGR閥18的各個(gè)致動(dòng)器9a、 12a、 18a、燃料噴射閥2、噴射 嘴38等各種設(shè)備。
例如，ECU 51根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度Ne或加速器操作量Acc， 按照規(guī)定的對(duì)應(yīng)圖設(shè)定燃料噴射量Q，同時(shí)，根據(jù)該燃料噴射量Q 及發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度Ne，按照規(guī)定的對(duì)應(yīng)圖設(shè)定燃料噴射定時(shí)IT。ECU 51根據(jù)這些燃料噴射量Q及燃料噴射定時(shí)IT，控制燃料噴射閥2的驅(qū)動(dòng)，使燃料向各氣缸內(nèi)噴射，使發(fā)動(dòng)機(jī)l運(yùn)轉(zhuǎn)。
另外，ECU 51根據(jù)燃料噴射量Q及發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度Ne，按照 規(guī)定的對(duì)應(yīng)圖，判別EGR執(zhí)行區(qū)域與非執(zhí)行區(qū)域。在EGR執(zhí)行區(qū)域， 根據(jù)按照對(duì)應(yīng)圖設(shè)定的目標(biāo)EGR量，ECU51控制EGR閥18及進(jìn)氣 節(jié)流閥9的致動(dòng)器18a、 9a。通過該EGR控制，在EGR執(zhí)行區(qū)域， 通過打開EGR閥18的控制，使排氣歧管10內(nèi)的排氣經(jīng)由EGR通路 17，作為EGR氣體向進(jìn)氣歧管4內(nèi)回流，同時(shí)，通過關(guān)閉進(jìn)氣節(jié)流 閥9的控制而提高進(jìn)氣歧管4內(nèi)的負(fù)壓，促進(jìn)EGR氣體的回流。其 結(jié)果，通過與上述目標(biāo)EGR量相對(duì)應(yīng)的EGR氣體的回流，抑制氣缸 內(nèi)的燃燒溫度，減少發(fā)動(dòng)機(jī)1的NOx排出量。
另外，ECU 51根據(jù)由溫度傳感器39檢測(cè)到的排氣溫度Tnzl等， 控制來(lái)自嘖射嘴38的尿素水的噴射量。噴射的尿素水利用排氣熱量 及排氣中的水蒸氣而加水分解，生成氨(NH3)。在SCR催化劑40 中，通過使用這種氨作為還原劑，可以將排氣中的NOx還原為無(wú)害 的N^進(jìn)行排氣凈化。此時(shí)，剩余的氨利用后段氧化催化劑41從排 氣中去除。
如在背景技術(shù)涉及的說(shuō)明中已述，由于市區(qū)等的交通堵塞等的 車輛行駛條件、或外部氣溫較低的寒冷地區(qū)等的環(huán)境條件，出現(xiàn)SCR 催化劑40的溫度低于活性溫度，對(duì)于NOx的排氣凈化率急劇降低的 問題。因此，在本實(shí)施方式中，提出下述對(duì)策當(dāng)因?yàn)闇囟冉档投?SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率降低時(shí)，通過與該降低量相對(duì) 應(yīng)而控制EGR量，補(bǔ)償SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率的降 低。下面，根據(jù)圖2對(duì)為了該對(duì)策而由ECU51執(zhí)行的凈化率補(bǔ)償控 制進(jìn)行說(shuō)明。圖2是表示用于凈化率補(bǔ)償控制的ECU51的處理順序 的框圖。
作為用于執(zhí)行凈化率補(bǔ)償控制的結(jié)構(gòu)，ECU 51具有目標(biāo)值計(jì)算 部61和EGR/進(jìn)氣節(jié)流控制部(EGR控制單元)62。目標(biāo)值計(jì)算部 61起到以下作用計(jì)算與為補(bǔ)償SCR催化劑40的排氣凈化率降低 而所需的EGR量相關(guān)的進(jìn)氣02濃度的目標(biāo)值。另外，EGR/進(jìn)氣節(jié) 流控制部62起到以下作用控制進(jìn)氣節(jié)流閥9及EGR閥18的各致
11動(dòng)器9a、 18a的驅(qū)動(dòng)，將實(shí)際的進(jìn)氣02濃度調(diào)整為目標(biāo)進(jìn)氣02濃度。 另外，EGR/進(jìn)氣控制部62，也進(jìn)行基于上述EGR的執(zhí)行區(qū)域和非執(zhí) 行區(qū)域的EGR控制。
首先，對(duì)于目標(biāo)值計(jì)算部61進(jìn)行說(shuō)明。NOx排出量計(jì)算部71 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度Ne及燃料噴射量Q，按照規(guī)定的對(duì)應(yīng)圖，計(jì)算 從發(fā)動(dòng)機(jī)1的氣缸排出的NOx的量、即所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的NOx排 出量。該對(duì)應(yīng)圖以不執(zhí)行EGR時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)1的NOx排出特性為前提 設(shè)定，在這里，求出不因EGR氣體回流而使燃燒速度受到抑制時(shí)的 NOx排出量。
另外，NOx減少系數(shù)計(jì)算部(NOx減少系數(shù)計(jì)算單元)72，根 據(jù)向各氣缸內(nèi)供給的進(jìn)氣02濃度(進(jìn)氣02濃度)，按照規(guī)定的對(duì)應(yīng) 圖計(jì)算NOx減少系數(shù)K。所謂NOx減少系數(shù)K，是表示因EGR氣 體回流而使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的NOx排出量減少的狀態(tài)的指標(biāo).。在圖3中 表示對(duì)應(yīng)圖的特性。如圖3所示，橫軸所示的進(jìn)氣02濃度，對(duì)應(yīng)于 從排氣側(cè)回流至進(jìn)氣側(cè)的EGR氣體的量(EGR量)而變化。也就是 說(shuō)，在EGR未執(zhí)行時(shí)(EGR量二0)，進(jìn)氣02的濃度為與普通的大 氣組成相當(dāng)?shù)?1%， NOx減少系數(shù)為最大值1.0。從該狀態(tài)開始，隨 著EGR量的增加而進(jìn)氣02的濃度減少，與之相對(duì)應(yīng)地，由于抑制了 燃燒速度而氣缸內(nèi)的NOx的生成率降低。其結(jié)果，NOx減少系數(shù)成 為較小的值。
此外，進(jìn)氣02濃度除了利用傳感器檢測(cè)之外，也可以根據(jù)發(fā)動(dòng) 機(jī)l的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)計(jì)算。對(duì)于該方法，因?yàn)橐压圆辉敿?xì)說(shuō)明， 但例如可以按照下述方法求出。即，首先由根據(jù)未圖示的氣流傳感器 的輸出求出的新氣量等計(jì)算向各氣缸供給的EGR氣體的量。然后， 根據(jù)燃料噴射量推定該EGR氣體中殘留的02的濃度。根據(jù)這樣求出 的殘余02濃度和新氣體中的02濃度，可以推定向氣缸內(nèi)供給的進(jìn)氣 的02濃度。
由NOx排出量計(jì)算部71求得的NOx排出量、及由NOx減少系 數(shù)計(jì)算部72求得的NOx減少系數(shù)K，被輸入至乘法部73而相乘。 將由NOx排出量計(jì)算部71求得的NOx排出量乘以NOx減少系數(shù)K而得到的NOx排出量，表示反映了 EGR執(zhí)行狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的 NOx排出量。
推定凈化率計(jì)算部(排氣凈化率推定單元)74，根據(jù)SCR溫度 Teat及SV比，按照規(guī)定的對(duì)應(yīng)圖，求出SCR催化劑40對(duì)于NOx 的推定排氣凈化率"。SCR溫度Teat及SV比，均為對(duì)SCR催化劑 40對(duì)于NOx的排氣凈化率產(chǎn)生影響的重要條件。也就是說(shuō)，SCR溫 度Tcat越低，SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率越低。另外， 所謂SV比，是發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣流量與SCR催化劑40的容量的比。 因?yàn)榕艢馊萘肯鄬?duì)于催化劑容量越多，則在SCR催化劑40中每單位 容量處理的排氣量越增加，所以，SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈 化率越降低。催化劑容量雖然預(yù)先已知，但排氣流量對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)l 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化。因此，將利用例如氣流傳感器等求出的新氣體量與 燃料噴射量相加而計(jì)算排氣流量，根據(jù)該排氣流量和催化劑容量求出 SV比。
上述發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的NOx排出量及推定排氣凈化率"，被輸入乘 法部75而彼此相乘。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的NOx排出量乘以推定排氣凈化率 ri之后的NOx排出量，表示流過SCR催化劑40而從排氣尾管排放 到大氣中的NOx排出量，以下簡(jiǎn)稱推定NOx排出量。
推定NOx排出量與利用NOx傳感器5檢測(cè)出的實(shí)際NOx排出 量一起，被輸入惡化系數(shù)計(jì)算部(惡化判定單元)76。惡化系數(shù)計(jì)算 部76根據(jù)這些NOx排出量，計(jì)算SCR催化劑40的惡化系數(shù)Kcat。 在上述一系列的計(jì)算處理中，以無(wú)惡化的SCR催化劑40為前提，計(jì) 算推定NOx排出量。另一方面，NOx傳感器56反映當(dāng)前的SCR催 化劑40的惡化狀態(tài)，檢測(cè)具有大于或等于推定NOx排出量的值的實(shí) 際NOx排出量。由此，惡化系數(shù)計(jì)算部76，通過在某個(gè)期間內(nèi)比較 這兩個(gè)值的變化，而導(dǎo)出惡化系數(shù)Kcat，作為反映當(dāng)前的SCR催化 劑40的惡化狀態(tài)的指標(biāo)。惡化系數(shù)Kcat在SCR催化劑40未惡化時(shí) 為1.0，隨著惡化狀態(tài)的發(fā)展而減少。
利用惡化系數(shù)計(jì)算部76計(jì)算出的惡化系數(shù)Kcat被輸入乘法部 77，與來(lái)自推定凈化率計(jì)算部74的推定排氣凈化率T]相乘。相乘后的值，可以視為反映當(dāng)前的SCR催化劑的惡化狀態(tài)的、SCR催化劑 40對(duì)于NOx的排氣凈化率的推定值。
目標(biāo)凈化率計(jì)算部(目標(biāo)排氣凈化率計(jì)算單元)78，根據(jù)發(fā)動(dòng) 機(jī)旋轉(zhuǎn)速度Ne及燃料噴射量Q，按照規(guī)定的對(duì)應(yīng)圖，計(jì)算SCR催化 劑40對(duì)于NOx的目標(biāo)排氣凈化率T]tgt。該目標(biāo)排氣凈化率ntgt是發(fā) 動(dòng)機(jī)1的每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的最佳的SCR催化劑40的排氣凈化率，例如， 在考慮煙霧排出量等的各種要件的基礎(chǔ)上，求得作為在各運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中 對(duì)于NOx的最佳的排氣凈化率的目標(biāo)值，其中，煙霧排出量的排出 特性與NOx的相反，并且在考慮時(shí)，使它們處于折衷的關(guān)系。
目標(biāo)排氣凈化率r| t g t 、和在乘法部7 7中乘以惡化系數(shù)K c a t后的 推定排氣凈化率"，被輸入偏差比計(jì)算部79。偏差比計(jì)算部79作為 兩個(gè)值的比而計(jì)算凈化率偏差比R (=Vntgt)。從乘法部77輸出的 推定NOx凈化率Ti，如上所述，是反映了當(dāng)前的SCR催化劑40的 溫度降低或惡化等的對(duì)于NOx的實(shí)際排氣凈化率。因此，必然具有 低于最優(yōu)值即目標(biāo)排氣凈化率iltgt的值。其結(jié)果，目標(biāo)排氣凈化率 Tltgt與推定排氣凈化率T]的比即凈化率偏差比R，可以視為表示應(yīng)該 使SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率提高多大程度的指標(biāo)。
計(jì)算出的凈化率偏差比R被輸入乘法部8 0 ，在由N O x減少系數(shù) 計(jì)算部7 2計(jì)算出的N O x減少系數(shù)K上乘以凈化率偏差比R ，計(jì)算目 標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt。也就是說(shuō)，目標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt，以當(dāng)前 的NOx減少系數(shù)K為基礎(chǔ)，與對(duì)于NOx的必要的排氣凈化率的提高 量相對(duì)應(yīng)，作為校正后的值而計(jì)算出。根據(jù)該目標(biāo)NOx減少系數(shù) Ktgt，目標(biāo)進(jìn)氣02濃度計(jì)算部(目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元)81，按照 圖3所示的對(duì)應(yīng)圖，以與上述NOx減少系數(shù)計(jì)算部72相反的順序， 根據(jù)目標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt求出目標(biāo)進(jìn)氣02濃度。
以上是由ECU 51的目標(biāo)值計(jì)算單部61執(zhí)行的處理。計(jì)算出的 目標(biāo)進(jìn)氣02濃度，與由進(jìn)氣02傳感器53檢測(cè)到的實(shí)際進(jìn)氣02濃度 一起，被輸入EGR/進(jìn)氣節(jié)流控制部62。 EGR/進(jìn)氣節(jié)流控制部62通 過控制進(jìn)氣節(jié)流閥9及EGR閥18的各致動(dòng)器9a、 18a的驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行 基于目標(biāo)進(jìn)氣02濃度的進(jìn)氣02濃度的反饋控制。
14如上所述，ECU 51的目標(biāo)值計(jì)算部61及EGR/進(jìn)氣節(jié)流控制部 62執(zhí)行凈化率補(bǔ)償控制。由此，當(dāng)由于例如市區(qū)的交通堵塞、或因 外部氣溫降低等產(chǎn)生的SCR催化劑40的溫度降低，或由于長(zhǎng)期工作 引起的SCR催化劑40的惡化等，而使SCR催化劑40對(duì)于NOx的 排氣凈化率降低時(shí)，通過經(jīng)由以下過程而進(jìn)行的EGR量的控制，補(bǔ) 償對(duì)于NOx的排氣凈化率的降低。
當(dāng)SCR催化劑40的溫度降低時(shí)，由推定凈化率計(jì)算部74對(duì)應(yīng) 于SCR溫度Tcat的降低而將推定NOx凈化率ri設(shè)定在減少側(cè)。另 一方面，當(dāng)SCR催化劑40惡化時(shí)，隨著由惡化系數(shù)計(jì)算部76計(jì)算 出的惡化系數(shù)Kcat的降低，通過由乘法部77乘以惡化系數(shù)Kcat而 將排氣凈化率T]設(shè)定在減少側(cè)。其結(jié)果，在任一情況下，均利用偏差 比計(jì)算79蔣凈化率偏差比R設(shè)定在減少側(cè)。
在乘法部80中，通過如上述設(shè)定在減少側(cè)的凈化率偏差比R， 乘以與當(dāng)前的進(jìn)氣02濃度相對(duì)應(yīng)的NOx減少系數(shù)K，計(jì)算更小值的 目標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt。然后，目標(biāo)進(jìn)氣02濃度計(jì)算部81求出與 目標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)氣02濃度。EGR/進(jìn)氣節(jié)流 控制部62，通過根據(jù)該目標(biāo)進(jìn)氣02濃度執(zhí)行EGR量的控制，將實(shí) 際的進(jìn)氣02濃度控制為目標(biāo)02濃度。
例如，如圖3所示，在當(dāng)前的進(jìn)氣02濃度被控制為A時(shí)，如果 對(duì)應(yīng)于SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率的降低而執(zhí)行凈化率 補(bǔ)償控制，則此時(shí)的NOx減少系數(shù)K根據(jù)凈化率偏差比R而被校正 為目標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt。與該目標(biāo)NOx減少系數(shù)Ktgt相對(duì)應(yīng)， 目標(biāo)進(jìn)氣02濃度被設(shè)定為B，用于EGR量的控制。其結(jié)果，對(duì)應(yīng)于 SCR催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率的降低量，回流至發(fā)動(dòng)機(jī)1 的進(jìn)氣側(cè)的EGR氣體量增加。因此，通過氣缸內(nèi)的燃燒溫度的抑制， 可以減少?gòu)臍飧椎腘Ox排出量。從而，即使在SCR催化劑40的溫 度處于低溫區(qū)域的情況下，或在SCR40的惡化發(fā)展的狀況下，也可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)于NOx的充分的排氣凈化性能。
另外，因?yàn)槔眉河械腅GR通路17及EGR閥18，補(bǔ)償SCR 催化劑40對(duì)于NOx的排氣凈化率的降低，所以作為排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)，其與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)并無(wú)不同。因此，不必使得排氣凈化裝置的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜化即可獲得以上的作用效果。
在將因SCR催化劑40的溫度降低等引起的對(duì)于NOx的排氣凈 化率降低的量全部轉(zhuǎn)化為EGR量的情況下，也有因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域而由 EGR量的過度增加引起煙霧增多的可能性。因此，例如也可以對(duì)于 發(fā)動(dòng)機(jī)1的每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定進(jìn)氣02濃度的下限值，并根據(jù)該下限 值限制EGR氣體量的上限。在將這種進(jìn)氣02濃度的下限值應(yīng)用于上 述實(shí)施方式的情況下，EGR/進(jìn)氣節(jié)流控制部62根據(jù)進(jìn)氣02濃度的 下限值，限制EGR氣體量以使其不超過規(guī)定的上限量，執(zhí)行EGR量
的控制。另外，進(jìn)氣02濃度的限制，因?yàn)檫M(jìn)一步與發(fā)動(dòng)機(jī)1的空氣 過剩率的限制相關(guān)，所以在根據(jù)與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)而設(shè)定的目標(biāo)空氣
過剩率執(zhí)行EGR控制的形式的發(fā)動(dòng)機(jī)中，也可以對(duì)目標(biāo)空氣過剩率 設(shè)定下限值。在上述實(shí)施方式中，在應(yīng)用這種進(jìn)氣02濃度的下限值 的情況下，或應(yīng)用目標(biāo)空氣過剩率的下限值的情況下，EGR/進(jìn)氣節(jié) 流控制部62根據(jù)進(jìn)氣02濃度的下限值或目標(biāo)空氣過剩率的下限值， 執(zhí)行EGR量的控制，以使EGR氣體的回流量不超過規(guī)定的上限量。 根據(jù)這些控制，在上述實(shí)施方式的效果的基礎(chǔ)上，通過將EGR氣體
量限制為小于或等于規(guī)定的上限量，可以獲得事先防止因缸內(nèi)的空氣 過剩率的過度降低而引起的煙霧增加的效果。
以上完成實(shí)施方式的說(shuō)明，但本發(fā)明的方式不限于該實(shí)施方式。 例如，在上述實(shí)施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用于以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1為對(duì)象的 排氣凈化裝置。但是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于此，例如，也可以將本發(fā) 明應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，在EGR/進(jìn)氣節(jié)流控制部62中，通過進(jìn) 氣節(jié)流閥9及EGR閥18的開度控制而控制EGR量。也可以在此基 礎(chǔ)上增加排氣節(jié)流閩12的開度控制，在EGR控制時(shí)，通過EGR/進(jìn) 氣節(jié)流控制部62控制排氣節(jié)流閥12，使排壓增大。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其具有選擇還原型NOx催化劑(40)，其配置在發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣通路(11)中，以氨作為還原劑，選擇還原在上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣中含有的NOx；以及EGR單元(17、18)，其使上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣回流至上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的進(jìn)氣側(cè)，其特征在于，還具有排氣凈化率推定單元(74)，其推定上述NOx催化劑(40)對(duì)于NOx的排氣凈化率；目標(biāo)排氣凈化率計(jì)算單元(78)，其根據(jù)上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，計(jì)算對(duì)于NOx的目標(biāo)排氣凈化率；以及控制單元(51)，其控制上述EGR單元(17、18)，以補(bǔ)償上述推定排氣凈化率相對(duì)于上述目標(biāo)排氣凈化率的減小量。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 上述控制單元(51)，將利用上述EGR單元(17、 18)回流的上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣的量，限制為小于或等于規(guī)定的上限量，以 成為可以抑制從上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)排出的煙霧的空氣過剩率。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 還具有氧氣濃度檢測(cè)單元(53)，其檢測(cè)向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)供給的進(jìn)氣的氧氣濃度，上述控制單元(51)具有NOx減少系數(shù)計(jì)算單元(72)，其根據(jù)相對(duì)于上述進(jìn)氣的氧氣 濃度的上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的氣缸內(nèi)的NOx生成特性，計(jì)算減少系數(shù)， 作為表示在利用上述氧氣濃度檢測(cè)單元(53)檢測(cè)到的氧氣濃度下上 述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的氣缸內(nèi)的NOx生成率的減少狀態(tài)的指數(shù)；目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元(81)，其根據(jù)由上述排氣凈化率推定 單元(74)推定出的排氣凈化率與上述目標(biāo)排氣凈化率的比，校正上述NOx減少系數(shù)，根據(jù)上述NOx生成特性，計(jì)算與校正后的上述 NOx減少系數(shù)相對(duì)應(yīng)的氧氣濃度，作為目標(biāo)氧氣濃度；以及EGR控制單元(62)，其根據(jù)由上述目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元(81) 計(jì)算出的目標(biāo)氧氣濃度，控制上述EGR單元(17、 18)。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 還具有惡化判定單元(76)，其判定上述NOx催化劑(40)的惡化狀態(tài)，上述目標(biāo)氧氣濃度計(jì)算單元(81)，根據(jù)由上述惡化判定單元 (76)判定出的上述NOx催化劑的惡化狀態(tài)，校正由上述排氣凈化 率推定單元(74)推定出的排氣凈化率，將校正后的推定排氣凈化率 用于上述NOx減少系數(shù)的校正。
5. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 上述EGR控制單元(62)，將利用上述EGR單元(17、 18)回流的上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣的量限制為小于或等于規(guī)定的上限量， 以成為可以抑制從上述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)排出的煙霧的空氣過剩率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，當(dāng)SCR催化劑(40)的溫度降低時(shí)，ECU(51)根據(jù)反映了催化劑溫度Tcat的推定排氣凈化率η和由發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)求出的目標(biāo)排氣凈化率ηtgt，計(jì)算凈化率偏差比R。此外，ECU(51)通過對(duì)根據(jù)進(jìn)氣O₂濃度求出的NOx減小系數(shù)K乘以凈化率偏差比R，計(jì)算可以補(bǔ)償因溫度降低引起的對(duì)于NOx的排氣凈化率降低的目標(biāo)NOx減小系數(shù)Ktgt，根據(jù)與該目標(biāo)NOx減小系數(shù)Ktgt相對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣O₂濃度，執(zhí)行EGR控制。
文檔編號(hào)F02D45/00GK101463770SQ200810186478
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
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