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)明涉及凈化發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
作為凈化發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣凈化裝置，捕集/除去顆粒狀物質(zhì)(PM;Particulate Matter)的柴油微粒過濾器(DPF ;Diesel Particulate Filter)、同時(shí)凈化一氧化碳(CO)、烴(HC)以及氮氧化物(NOx)的三元催化轉(zhuǎn)化器、使用還原劑凈化NOx的選擇性催化還原(SCR !Selective Catalytic Reduction)轉(zhuǎn)化器等被實(shí)用化。在這樣的排氣凈化裝置中，當(dāng)在配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管的DPF等排氣凈化元件蓄積有例如排氣所包含的硫磺成分時(shí)，產(chǎn)生催化劑的劣化、排壓上升等不良情況。因此，如日本特開2005-76495號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)所記載的那樣，提出如下技術(shù)基于燃料消耗量和燃料的硫磺含有率，推定蓄 積于排氣凈化元件的硫磺成分的蓄積量，當(dāng)該蓄積量為規(guī)定值以上時(shí)，執(zhí)行硫磺成分的強(qiáng)制脫離處理?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)_4] 專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特開2005-76495號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
_6] 發(fā)明要解決的問題但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有考慮到在排氣溫度比硫磺成分的脫離溫度高的區(qū)域蓄積于排氣凈化元件的硫磺成分減少，因此硫磺成分的蓄積量的推定精度不高。因此，有可能即使允許值以上的硫磺成分蓄積于排氣凈化元件也不執(zhí)行強(qiáng)制脫離處理等，不能維持作為排氣凈化裝置的功能。此外，這樣的問題不限于作為燃料成分的一例的硫磺成分，即使例如以HC作為主成分的未燃燃料等也同樣可引起。因此，本發(fā)明鑒于現(xiàn)有技術(shù)的問題，著眼于燃料成分根據(jù)排氣溫度而脫離的特性，目的在于提供使蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量的推定精度提高的排氣凈化裝置。
_9] 用于解決問題的方案因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置具有排氣凈化元件，其配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管；溫度傳感器，其檢測(cè)流入到排氣凈化元件的排氣的溫度；以及控制單元，其內(nèi)置有計(jì)算機(jī)。并且，控制單元推定排氣所包含的規(guī)定的燃料成分的每單位時(shí)間的排出量，基于由溫度傳感器檢測(cè)到的排氣的溫度推定從排氣凈化元件脫離的燃料成分的每單位時(shí)間的脫離量，基于燃料成分的每單位時(shí)間的排出量和脫離量推定蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。發(fā)明效果能高精度地推定排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。


圖I是示出排氣凈化裝置的一例的整體構(gòu)成圖。圖2是示出控制程序的一例的流程圖。圖3是推定與排氣溫度相應(yīng)的燃料成分的脫離量的映射的說明圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I示出排氣凈化裝置的一例。在連接到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的進(jìn)氣歧管12的進(jìn)氣管14中沿著進(jìn)氣流通方向按順序 配設(shè)有過濾空氣中的塵埃等的空氣濾清器16、使進(jìn)氣增壓的渦輪增壓器18的壓縮機(jī)18A、冷卻通過渦輪增壓器18而成為高溫的進(jìn)氣的中冷器20。另一方面，在連接到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣歧管22的排氣管24中沿著排氣流通方向按順序配設(shè)有渦輪增壓器18的渦輪18B、連續(xù)再生式DPF裝置26、具有噴射供應(yīng)作為還原劑前體的尿素水溶液的噴嘴的還原劑噴射裝置28、使用由尿素水溶液生成的氨(還原劑)對(duì)NOx進(jìn)行選擇還原凈化的SCR轉(zhuǎn)化器30、以及使通過SCR轉(zhuǎn)化器30的氨氧化的氧化催化轉(zhuǎn)化器32。連續(xù)再生式DPF裝置26具有至少使一氧化氮(NO)向二氧化氮(NO2)氧化的柴油氧化催化器(DOC ；Diesel Oxidation Catalyst)轉(zhuǎn)化器26A和捕集/除去排氣中的PM的DPF26B。此外，也能取代DPF26B而使用在其表面載有催化劑(活性成分和添加成分)的CSF (Catalyzed Soot Filter :催化煙塵過濾器)。在此,配設(shè)于排氣管24的DOC轉(zhuǎn)化器26A、DPF26B、SCR轉(zhuǎn)化器30以及氧化催化轉(zhuǎn)化器32中的至少一方相當(dāng)于構(gòu)成排氣凈化裝置的一部分的排氣凈化元件。另外，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10中安裝有排氣再循環(huán)(EGR ;Exhaust Gas Recirculation)裝置34，排氣再循環(huán)裝置34通過將排氣的一部分導(dǎo)入到進(jìn)氣使其再循環(huán)，由此利用燃燒溫度的降低使NOx減少。EGR裝置34具有EGR管34A，其用于將流過排氣管24的排氣的一部分向進(jìn)氣管14導(dǎo)入；EGR冷卻器34B，其冷卻流過EGR管34A的排氣；以及EGR控制閥34C，其用于控制向進(jìn)氣管14導(dǎo)入的排氣的EGR率。作為排氣凈化裝置的控制系統(tǒng)，在連續(xù)再生式DPF裝置26的DOC轉(zhuǎn)化器26A的排氣上游安裝有溫度傳感器36，溫度傳感器36檢測(cè)流入到DOC轉(zhuǎn)化器26A的排氣的溫度(排氣溫度)T1。在連續(xù)再生式DPF裝置26的DOC轉(zhuǎn)化器26A與DPF26B之間安裝有溫度傳感器38，溫度傳感器38檢測(cè)流入到DPF26B的排氣的溫度(排氣溫度)T2。在連續(xù)再生式DPF裝置26與還原劑噴射裝置28之間安裝有溫度傳感器40，溫度傳感器40檢測(cè)流入到SCR轉(zhuǎn)化器30和氧化催化轉(zhuǎn)化器32的排氣的溫度(排氣溫度)T3。此外，為了檢測(cè)流入到氧化催化轉(zhuǎn)化器32的排氣溫度，可以在SCR轉(zhuǎn)化器30與氧化催化轉(zhuǎn)化器32之間還安裝溫度傳感器。溫度傳感器36、38以及40的各輸出信號(hào)被輸入到內(nèi)置有計(jì)算機(jī)的控制單元42。另夕卜，作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的一例，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)速度Ne的旋轉(zhuǎn)速度傳感器44和檢測(cè)負(fù)荷Q的負(fù)荷傳感器46的輸出信號(hào)也被輸入到控制單元42。在此，作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的負(fù)荷Q，能應(yīng)用例如進(jìn)氣流量、進(jìn)氣壓力、增壓壓力、油門開度、節(jié)流閥開度等與扭矩密切關(guān)聯(lián)的狀態(tài)量。此外，可以使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的旋轉(zhuǎn)速度Ne和負(fù)荷Q通過CAN(ControIIerArea Network :控制器局域網(wǎng))等從對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)行電子控制的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(未圖示)讀入。并且,控制單元42執(zhí)行存儲(chǔ)于ROM (Read Only Memory :只讀存儲(chǔ)器)等非易失性存儲(chǔ)器的控制程序，由此基于來自各種傳感器的信號(hào)判定在排氣凈化元件是否蓄積超出允許值的燃料成分(硫磺成分、HC成分等)。另外，控制單元42當(dāng)判定為在排氣凈化元件蓄積了超出允許值的燃料成分時(shí)，為了使排氣溫度升溫來使燃料成分強(qiáng)制脫離，對(duì)安裝于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃料噴射裝置輸出燃料增量指令，并且使附設(shè)于組合儀表的警告燈48 (通知裝置)點(diǎn)亮。圖2示出以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10起動(dòng)為契機(jī)，控制單元42按單位時(shí)間(例如I秒)反復(fù)執(zhí)行的控制程序的內(nèi)容。此外，控制單元42按照與圖2所示的控制程序不同的控制程序， 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等分別對(duì)還原劑噴射裝置28和EGR控制閥34C進(jìn)行電子控制。在步驟I (在圖中省略記載為“SI”。以下同樣。)中，控制單元42運(yùn)算與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相應(yīng)的每單位時(shí)間的燃料供應(yīng)量。即，控制單元42例如從負(fù)荷傳感器46讀取負(fù)荷Q，參照設(shè)定有與負(fù)荷對(duì)應(yīng)的燃料供應(yīng)量的映射，運(yùn)算與負(fù)荷Q相應(yīng)的燃料供應(yīng)量。此外，燃料供應(yīng)量也可以從未圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元讀入。在步驟2中，控制單元42例如使每單位時(shí)間的燃料供應(yīng)量乘以構(gòu)成燃料的規(guī)定的燃料成分的含有率，由此推定每單位時(shí)間的燃料成分的排出量。在此，燃料成分的含有率例如只要取與燃料特性相應(yīng)的固定值即可。在步驟3中，控制單元42例如利用“蓄積量=蓄積量+每單位時(shí)間的排出量”的公式，推定成為蓄積于監(jiān)視對(duì)象的排氣凈化元件、即DOC轉(zhuǎn)化器26A、DPF26B、SCR轉(zhuǎn)化器30或者氧化催化轉(zhuǎn)化器32的燃料成分的蓄積量。在步驟4中，例如，如圖3所示，控制單元42參照設(shè)定有與排氣溫度對(duì)應(yīng)的燃料成分的脫離量的映射，推定從溫度傳感器36、38或者40讀入的、流入到成為監(jiān)視對(duì)象的排氣凈化元件的與排氣溫度TiQ = I 3)相應(yīng)的燃料成分的脫離量。在圖3所示的映射中，在排氣溫度為燃料成分的脫離溫度Ttl以下的區(qū)域，設(shè)定為燃料成分不能脫離的“O”。此外，與排氣溫度對(duì)應(yīng)的燃料成分的脫離量按設(shè)為目標(biāo)的燃料成分通過例如模擬、實(shí)驗(yàn)等求出即可。在步驟5中，控制單元42基于燃料成分的脫離量，例如利用“蓄積量=蓄積量-脫離量”的公式，更新蓄積于成為監(jiān)視對(duì)象的排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。在步驟6中，控制單元42判定蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量是否為規(guī)定值以上。在此，規(guī)定值是用于判定是否應(yīng)執(zhí)行蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的強(qiáng)制脫離處理的閾值，例如，具有比排氣凈化元件所允許的燃料成分的允許蓄積量低一些的值。并且，控制單元42如果判定為燃料成分的蓄積量為規(guī)定值以上，則使處理向步驟7推進(jìn)(是)，而如果判定為燃料成分的蓄積量小于規(guī)定值，則使處理結(jié)束(否)。在步驟7中，控制單元42為了通知蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的強(qiáng)制脫離處理正在執(zhí)行，使附設(shè)于組合儀表的警告燈48點(diǎn)亮。在此，可以取代警告燈48，而使作為通知裝置的一例的蜂鳴器等工作。在步驟8中，控制單元42使得排氣溫度上升到比燃料成分的脫離溫度高，由此使蓄積于排氣凈化元件的燃料成分強(qiáng)制脫離，因此對(duì)安裝于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃料噴射裝置輸出燃料供應(yīng)量的增量指令。此外，為了使排氣溫度升高，也可以執(zhí)行進(jìn)氣閘門或者排氣閘門的開閉控制、可變渦輪增壓器的葉片開度控制、后噴射控制等公知的強(qiáng)制脫離處理。在這樣的排氣凈化裝置中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣經(jīng)由排氣歧管22、渦輪增壓器18的渦輪18B導(dǎo)入到連續(xù)再生式DPF裝置26的DOC轉(zhuǎn)化器26A。導(dǎo)入到DOC轉(zhuǎn)化器26A的排氣的一部分NO向NO2氧化并且流向DPF26B。在DPF26B中，排氣中的PM被捕集/除去，并且使用由DOC轉(zhuǎn)化器26A所生成的NO2氧化PM，由此同時(shí)進(jìn)行PM的捕集/除去和再生。另外，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從還原劑噴射裝置28噴射供應(yīng)的尿素水溶液使用排氣熱和排氣中的水蒸氣而水解，向作為還原劑而執(zhí)行功能的氨轉(zhuǎn)化。已知如下情況該氨在SCR轉(zhuǎn)化器30中與排氣中的NOx選擇性地還原反應(yīng)，向作為無害成分的水(H2O)和氮?dú)?N2)凈化。另一方面，利用配設(shè)于其排氣下游的氧化催化轉(zhuǎn)化器32使通過SCR轉(zhuǎn)化器30的氨氧化，所以能抑制氨原樣地被釋放到大氣中。在這樣的排氣凈化過程中，依次累計(jì)由燃料供應(yīng)量所推定的每單位時(shí)間的燃料成分的排出量，并且從該累計(jì)值依次減去與排氣溫度相應(yīng)的燃料成分的脫離量，由此推定蓄 積于成為監(jiān)視對(duì)象的排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。此時(shí)，著眼于累積于排氣凈化元件的燃料成分在排氣溫度比燃料成分的脫離溫度高的區(qū)域減少的特性，不僅考慮燃料成分的排出量，而且也考慮其脫離量，由此能高精度地推定排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。并且，當(dāng)燃料成分的蓄積量為規(guī)定值以上時(shí)，附設(shè)于組合儀表的警告燈48點(diǎn)亮，并且執(zhí)行燃料成分的強(qiáng)制脫離處理。在此，蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量也可以由控制單元42在發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)寫入非易失性存儲(chǔ)器，而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)從非易失性存儲(chǔ)器讀出。這樣的話，燃料成分的蓄積量不會(huì)由于發(fā)動(dòng)機(jī)停止而重置，所以能繼續(xù)使用在此之前所運(yùn)算的值，能抑制燃料成分的蓄積量的推定精度降低。另外，在修配廠等，考慮到進(jìn)行排氣凈化元件的清掃等，也可以設(shè)置如下功能響應(yīng)來自外部的指示，強(qiáng)制性地重置燃料成分的蓄積量。而且，可以使得蓄積于排氣凈化元件的燃料成分的強(qiáng)制脫離不是自動(dòng)地，而是根據(jù)發(fā)現(xiàn)警告燈48點(diǎn)亮的司機(jī)等的指示而執(zhí)行。此外，本發(fā)明不限于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣凈化裝置，也能應(yīng)用于同時(shí)凈化汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣所包含的CO、HC以及NOx的三元催化轉(zhuǎn)化器。另外，本發(fā)明不限于DOC轉(zhuǎn)化器26A、DPF26B、SCR轉(zhuǎn)化器30、氧化催化轉(zhuǎn)化器32以及三元催化轉(zhuǎn)化器，也能應(yīng)用于配設(shè)于排氣管的各種排氣凈化元件。而且，本發(fā)明可以將多個(gè)排氣凈化元件設(shè)為監(jiān)視對(duì)象。附圖標(biāo)記說明10柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
24排氣管
26連續(xù)再生式DPF裝置
26ADOC轉(zhuǎn)化器
26BDPF
30SCR轉(zhuǎn)化器
32氧化催化轉(zhuǎn)化器
36溫度傳感器 38溫度傳感器
40溫度傳感器
42控制單元
48警告燈
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于， 具有: 排氣凈化元件，其配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管； 溫度傳感器，其檢測(cè)流入到上述排氣凈化元件的排氣的溫度；以及 控制單元，其內(nèi)置有計(jì)算機(jī)， 上述控制單元推定排氣所包含的規(guī)定的燃料成分的每單位時(shí)間的排出量， 上述控制單元基于由上述溫度傳感器檢測(cè)到的排氣的溫度推定從上述排氣凈化元件脫離的燃料成分的每單位時(shí)間的脫離量， 上述控制單元基于上述燃料成分的每單位時(shí)間的排出量和脫離量推定蓄積于上述排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元還在上述燃料成分的蓄積量為規(guī)定值以上時(shí)，判定為使蓄積于上述排氣凈化元件的燃料成分強(qiáng)制性地脫離的時(shí)期到來。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元還在判定為使上述燃料成分強(qiáng)制性地脫離的時(shí)期到來時(shí)使通知裝置進(jìn)行動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元還在判定為使上述燃料成分強(qiáng)制性地脫離的時(shí)期到來時(shí)執(zhí)行使得流入到上述排氣凈化元件的排氣的溫度上升到比燃料成分的脫離溫度高的強(qiáng)制脫離處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元還在發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)將上述燃料成分的蓄積量寫入非易失性存儲(chǔ)器，而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)從上述非易失性存儲(chǔ)器讀出燃料成分的蓄積量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元還響應(yīng)來自外部的指示，強(qiáng)制性地重置上述燃料成分的蓄積量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元基于每單位時(shí)間的燃料供應(yīng)量和燃料中的燃料成分的含有率推定上述燃料成分的每單位時(shí)間的排出量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元參照設(shè)定有與排氣的溫度對(duì)應(yīng)的燃料成分的脫離量的映射，推定與由上述溫度傳感器檢測(cè)到的排氣的溫度相應(yīng)的燃料成分的脫離量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述控制單元依次累計(jì)上述燃料成分的每單位時(shí)間的排出量，并且從該累計(jì)值依次減去燃料成分的每單位時(shí)間的脫離量，由此推定上述燃料成分的蓄積量。
全文摘要
由與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相應(yīng)的燃料供應(yīng)量推定排氣所包含的規(guī)定的燃料成分(硫磺成分、烴成分等)的每單位時(shí)間的排出量，并且累計(jì)DOC轉(zhuǎn)化器等排氣凈化元件的燃料成分的蓄積量。另外，根據(jù)流入到排氣凈化元件的排氣溫度推定每單位時(shí)間從排氣凈化元件脫離的燃料成分的脫離量，從燃料成分的蓄積量減去脫離量。并且，當(dāng)燃料成分的蓄積量為規(guī)定值以上時(shí)，判斷為使蓄積于排氣凈化元件的燃料成分強(qiáng)制性地脫離的時(shí)期到來，使警告燈點(diǎn)亮，并且執(zhí)行使得排氣的溫度上升到比燃料成分的脫離溫度高的強(qiáng)制脫離處理。
文檔編號(hào)F01N3/20GK102884290SQ20108006587
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者矢野雅一, 中島智史, 竹田知行, 天野貴文 申請(qǐng)人:優(yōu)迪卡汽車株式會(huì)社