專利名稱：發(fā)動機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)動機的排氣凈化裝置，具體地說，涉及在發(fā)動機
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)動機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)動機的排氣的設(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NOx進行選擇 還原而帶來的排氣凈化性能，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NOx催化劑的溫度會低于活性溫度。在 這種低溫區(qū)域中，存在NOx催化劑對于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)例如日本國特開2004 — 239109號公報(以 下稱為專利文獻1)，提出一種在NOx催化劑的溫度降低時也良好 地保持通過對NOx進行選擇還原而帶來的排氣凈化性能的對策。
根據(jù)專利文獻1記載的技術(shù)，在柴油發(fā)動機的各氣缸的排氣口 內(nèi)設(shè)置預氧化催化劑。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，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1記載的技術(shù)中，通過利用由預氧化催化劑生成的 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1記載的技術(shù)中，為了生成N02，必須在發(fā) 動機的各氣缸的排氣口內(nèi)分別配置預氧化催化劑。因此，專利文獻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而提出的，其目的在于提供一種 發(fā)動機的排氣凈化裝置，其可以事先防止因裝置復雜化導致的制造成 本的增加，并且，在低溫區(qū)域中，也可以良好地實現(xiàn)對于NOx的排 氣凈化性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)動機的排氣凈化裝置，其具有
選擇還原型NOx催化劑，其配置在發(fā)動機的排氣通路中，以氨作為 還原劑，選擇還原在上述發(fā)動機的排氣中含有的NOx;以及EGR單 元，其使上述發(fā)動機的排氣回流至上述發(fā)動機的進氣側(cè)，其特征在于，
還具有排氣凈化率推定單元，其推定上述NOx催化劑對于NOx的 排氣凈化率；目標排氣凈化率計算單元，其根據(jù)上述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀 態(tài)，計算對于NOx的目標排氣凈化率；以及控制單元，其控制上述 EGR單元，以補償上述推定排氣凈化率相對于上述目標排氣凈化率 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于NOx 的凈化率也降低。因此，對于NOx的推定排氣凈化率，成為低于與 發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相對應而設(shè)定為最優(yōu)值的目標排氣凈化率?？刂茊?元對EGR單元進行控制，以補償相對于該目標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)動機的進氣側(cè)的EGR 氣體量的增加，抑制發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃燒溫度。其結(jié)果，可以減少來 自氣缸的NOx排出量，在低溫區(qū)域也可以實現(xiàn)對于NOx的充分的凈 化性能。另外，因為利用己有的EGR單元，補償NOx催化劑對于 NOx的排氣凈化率的降低，所以可以事先防止裝置的復雜化。
在上述發(fā)動機的排氣凈化裝置中，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)動機的排氣的量，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)動機排出的煙霧的空氣 過剩率。
當與NOx催化劑對于NOx的排氣凈化率的降低相對應，使EGR 氣體量增加時，氣缸內(nèi)的空氣過剩率過量地降低，可能成為從發(fā)動機 排出的煙霧增加的主要原因。但是，在這樣構(gòu)成發(fā)動機的排氣凈化裝 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，上述發(fā)動機的排氣凈化裝置還具有氧氣濃度檢測單 元，其檢測向所述發(fā)動機的氣缸內(nèi)供給的進氣的氧氣濃度，上述控制 單元具有NOx減少系數(shù)計算單元，其根據(jù)相對于上述進氣的氧氣 濃度的上述發(fā)動機的氣缸內(nèi)的NOx生成特性，計算減少系數(shù)，作為 表示在利用上述氧氣濃度檢測單元檢測到的氧氣濃度下上述發(fā)動機 的氣缸內(nèi)的NOx生成率的減少狀態(tài)的指數(shù)；目標氧氣濃度計算單元， 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 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， 計算與校正后的上述NOx減少系數(shù)相對應的氧氣濃度，作為目標氧 氣濃度；以及EGR控制單元，其根據(jù)由上述目標氧氣濃度計算單元計算出的目標氧氣濃度，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)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相 對應而被設(shè)定為最優(yōu)值的目標排氣凈化率的值。因此，推定排氣凈化 率與目標排氣凈化率的比，可以視為表示應將NOx催化劑對于NOx
的排氣凈化率提高多少的指標。另一方面，與向發(fā)動機的氣缸內(nèi)的進 氣氧氣濃度相對應，發(fā)動機氣缸內(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)計算單元計 算減少系數(shù)，作為表示在進氣的氧氣濃度下發(fā)動機的氣缸內(nèi)的NOx 生成率的減少狀態(tài)的指數(shù)。目標氧氣濃度計算單元根據(jù)推定排氣凈化 率與目標排氣凈化率的比，校正按照上述方式計算出的NOx減少系
數(shù)。此外，目標氧氣濃度算出單元根據(jù)上述NOx生成特性，計算與 校正后的NOx減少系數(shù)相對應的氧氣濃度作為目標氧氣濃度，EGR 控制單元根據(jù)該目標氧氣濃度控制EGR單元。因此，可以通過回流 至發(fā)動機的進氣側(cè)的EGR氣體量的增加，抑制氣缸內(nèi)的燃燒溫度。 其結(jié)果，可以減少來自氣缸的NOx排出量，在低溫區(qū)域也可以實現(xiàn) 對于NOx的充分的凈化性能。
上述發(fā)動機的排氣凈化裝置，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)，上述目標氧氣濃度計算單元，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)動機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)相對應的目 標氧氣濃度，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?shù)腅GR控制，良好地補償NOx催化劑對于NOx的 排氣凈化率的降低。
在上述發(fā)動機排氣凈化裝置上，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)動機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)動機排出的煙霧的空氣過剩 率。
如前所述，當與NOx催化劑對于NOx的排氣凈化率的降低相對 應，使EGR氣體量增加時，氣缸內(nèi)的空氣過剩率過度降低，可能成 為從發(fā)動機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)動機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)動機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償控制的ECU的處理順序的框圖。 圖3是表示進氣02濃度與NOx減少系數(shù)的關(guān)系的特性圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖，對于本發(fā)明的一個實施方式涉及的發(fā)動機的 排氣凈化裝置詳細地進行說明。
圖1是表示本實施方式的發(fā)動機排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。 發(fā)動機1構(gòu)成為搭載在車輛上的直列6缸柴油發(fā)動機。在發(fā)動機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)動機1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相對應的定時開閥，向各氣缸的缸 內(nèi)噴射燃料。
在發(fā)動機1的進氣側(cè)安裝進氣歧管4。在與進氣歧管4連接的進 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7a、中間冷卻器8、利用致動器9被開閉驅(qū)動的進氣節(jié)流閥9。 另外，在發(fā)動機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7a機械連結(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)置利用致動器12a被開閉驅(qū)動的排氣節(jié)流 閥12。在發(fā)動機1的運轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)由空氣濾清器6而被導入進氣通 路5中的進氣，利用渦輪增壓器7的壓縮機7a加壓。加壓后的進氣 經(jīng)由中間冷卻器8、進氣節(jié)流閥9、進氣歧管4而分配至各氣缸，并 在各氣缸的進氣行程中，被導入氣缸內(nèi)。燃料在規(guī)定的定時從燃料噴 射閥2向氣缸內(nèi)噴射，并在壓縮上死點附近點火、燃燒。燃燒后的排 氣，在經(jīng)由排氣歧管10旋轉(zhuǎn)驅(qū)動渦輪機7b之后，經(jīng)由排氣通路ll 而向外部排出。
進氣歧管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)置利用致動器18a被開閉驅(qū)動的EGR閥(EGR 單元)及EGR冷卻器19。在發(fā)動機l的運轉(zhuǎn)過程中，與EGR閥18 的開度相對應，排氣中的一部分從排氣歧管IO側(cè)作為EGR氣體回流 至進氣歧管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)。基本上，兩個殼體 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)開始依次說明， 則設(shè)置在渦輪增壓器7的渦輪機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，在下游側(cè)收容壁流式的DPF (柴油機微粒過 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 稱為噴霧擴散室36。
在噴霧擴散室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 個葉片37a構(gòu)成。葉片裝置37的各個葉片37a，相對于排氣的流動方向改變規(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存罐 加壓輸送的尿素水噴射到噴霧擴散室36內(nèi)。噴射嘴38的噴射方向設(shè) 定為，相對于排氣的流動方向正交，同時，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檢測噴霧擴散室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，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、用于存儲控制程序或控制對應圖等的存儲裝置(ROM、 RAM)、中央處理裝置(CPU)、計時器等。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、進氣02傳感器(氧氣濃度檢 測單元)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檢測發(fā)動機1的旋轉(zhuǎn)速度Ne。進氣02傳感 器53配置在進氣歧管4中，檢測向各氣缸內(nèi)供給的進氣的02濃度。 催化劑溫度傳感器54檢測SCR催化劑40的溫度即SCR溫度Tcat。 加速器傳感器55檢測加速器踏板的操作量Acc。NOx傳感器56檢測 來自SCR催化劑40的NOx的排出量。
另外，在ECU51的輸出側(cè)，連接上述進氣節(jié)流閥9、排氣節(jié)流 閥12、 EGR閥18的各個致動器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)動機旋轉(zhuǎn)速度Ne或加速器操作量Acc， 按照規(guī)定的對應圖設(shè)定燃料噴射量Q，同時，根據(jù)該燃料噴射量Q 及發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度Ne，按照規(guī)定的對應圖設(shè)定燃料噴射定時IT。ECU 51根據(jù)這些燃料噴射量Q及燃料噴射定時IT，控制燃料噴射閥2的驅(qū)動，使燃料向各氣缸內(nèi)噴射，使發(fā)動機l運轉(zhuǎn)。
另外，ECU 51根據(jù)燃料噴射量Q及發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度Ne，按照 規(guī)定的對應圖，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)按照對應圖設(shè)定的目標EGR量，ECU51控制EGR閥18及進氣 節(jié)流閥9的致動器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氣體向進氣歧管4內(nèi)回流，同時，通過關(guān)閉進氣節(jié)流 閥9的控制而提高進氣歧管4內(nèi)的負壓，促進EGR氣體的回流。其 結(jié)果，通過與上述目標EGR量相對應的EGR氣體的回流，抑制氣缸 內(nèi)的燃燒溫度，減少發(fā)動機1的NOx排出量。
另外，ECU 51根據(jù)由溫度傳感器39檢測到的排氣溫度Tnzl等， 控制來自嘖射嘴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還原為無害 的N^進行排氣凈化。此時，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，對于NOx的排氣凈化率急劇降低的 問題。因此，在本實施方式中，提出下述對策當因為溫度降低而 SCR催化劑40對于NOx的排氣凈化率降低時，通過與該降低量相對 應而控制EGR量，補償SCR催化劑40對于NOx的排氣凈化率的降 低。下面，根據(jù)圖2對為了該對策而由ECU51執(zhí)行的凈化率補償控 制進行說明。圖2是表示用于凈化率補償控制的ECU51的處理順序 的框圖。
作為用于執(zhí)行凈化率補償控制的結(jié)構(gòu)，ECU 51具有目標值計算 部61和EGR/進氣節(jié)流控制部(EGR控制單元)62。目標值計算部 61起到以下作用計算與為補償SCR催化劑40的排氣凈化率降低 而所需的EGR量相關(guān)的進氣02濃度的目標值。另外，EGR/進氣節(jié) 流控制部62起到以下作用控制進氣節(jié)流閥9及EGR閥18的各致
11動器9a、 18a的驅(qū)動，將實際的進氣02濃度調(diào)整為目標進氣02濃度。 另外，EGR/進氣控制部62，也進行基于上述EGR的執(zhí)行區(qū)域和非執(zhí) 行區(qū)域的EGR控制。
首先，對于目標值計算部61進行說明。NOx排出量計算部71 根據(jù)發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度Ne及燃料噴射量Q，按照規(guī)定的對應圖，計算 從發(fā)動機1的氣缸排出的NOx的量、即所謂的發(fā)動機輸出的NOx排 出量。該對應圖以不執(zhí)行EGR時的發(fā)動機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的 NOx排出量。
另外，NOx減少系數(shù)計算部(NOx減少系數(shù)計算單元)72，根 據(jù)向各氣缸內(nèi)供給的進氣02濃度(進氣02濃度)，按照規(guī)定的對應 圖計算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)動機輸出的NOx排出量減少的狀態(tài)的指標.。在圖3中 表示對應圖的特性。如圖3所示，橫軸所示的進氣02濃度，對應于 從排氣側(cè)回流至進氣側(cè)的EGR氣體的量(EGR量)而變化。也就是 說，在EGR未執(zhí)行時(EGR量二0)，進氣02的濃度為與普通的大 氣組成相當?shù)?1%， NOx減少系數(shù)為最大值1.0。從該狀態(tài)開始，隨 著EGR量的增加而進氣02的濃度減少，與之相對應地，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，進氣02濃度除了利用傳感器檢測之外，也可以根據(jù)發(fā)動 機l的運轉(zhuǎn)狀態(tài)計算。對于該方法，因為已公知，所以不詳細說明， 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)供給的進氣 的02濃度。
由NOx排出量計算部71求得的NOx排出量、及由NOx減少系 數(shù)計算部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)動機輸出的 NOx排出量。
推定凈化率計算部(排氣凈化率推定單元)74，根據(jù)SCR溫度 Teat及SV比，按照規(guī)定的對應圖，求出SCR催化劑40對于NOx 的推定排氣凈化率"。SCR溫度Teat及SV比，均為對SCR催化劑 40對于NOx的排氣凈化率產(chǎn)生影響的重要條件。也就是說，SCR溫 度Tcat越低，SCR催化劑40對于NOx的排氣凈化率越低。另外， 所謂SV比，是發(fā)動機1的排氣流量與SCR催化劑40的容量的比。 因為排氣容量相對于催化劑容量越多，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對于NOx的排氣凈 化率越降低。催化劑容量雖然預先已知，但排氣流量對應于發(fā)動機l 的運轉(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)動機輸出的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)動機輸出的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，以下簡稱推定NOx排出量。
推定NOx排出量與利用NOx傳感器5檢測出的實際NOx排出 量一起，被輸入惡化系數(shù)計算部(惡化判定單元)76。惡化系數(shù)計算 部76根據(jù)這些NOx排出量，計算SCR催化劑40的惡化系數(shù)Kcat。 在上述一系列的計算處理中，以無惡化的SCR催化劑40為前提，計 算推定NOx排出量。另一方面，NOx傳感器56反映當前的SCR催 化劑40的惡化狀態(tài)，檢測具有大于或等于推定NOx排出量的值的實 際NOx排出量。由此，惡化系數(shù)計算部76，通過在某個期間內(nèi)比較 這兩個值的變化，而導出惡化系數(shù)Kcat，作為反映當前的SCR催化 劑40的惡化狀態(tài)的指標。惡化系數(shù)Kcat在SCR催化劑40未惡化時 為1.0，隨著惡化狀態(tài)的發(fā)展而減少。
利用惡化系數(shù)計算部76計算出的惡化系數(shù)Kcat被輸入乘法部 77，與來自推定凈化率計算部74的推定排氣凈化率T]相乘。相乘后的值，可以視為反映當前的SCR催化劑的惡化狀態(tài)的、SCR催化劑 40對于NOx的排氣凈化率的推定值。
目標凈化率計算部(目標排氣凈化率計算單元)78，根據(jù)發(fā)動 機旋轉(zhuǎn)速度Ne及燃料噴射量Q，按照規(guī)定的對應圖，計算SCR催化 劑40對于NOx的目標排氣凈化率T]tgt。該目標排氣凈化率ntgt是發(fā) 動機1的每個運轉(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，求得作為在各運轉(zhuǎn)區(qū)域中 對于NOx的最佳的排氣凈化率的目標值，其中，煙霧排出量的排出 特性與NOx的相反，并且在考慮時，使它們處于折衷的關(guān)系。
目標排氣凈化率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"，被輸入偏差比計算部79。偏差比計算部79作為 兩個值的比而計算凈化率偏差比R (=Vntgt)。從乘法部77輸出的 推定NOx凈化率Ti，如上所述，是反映了當前的SCR催化劑40的 溫度降低或惡化等的對于NOx的實際排氣凈化率。因此，必然具有 低于最優(yōu)值即目標排氣凈化率iltgt的值。其結(jié)果，目標排氣凈化率 Tltgt與推定排氣凈化率T]的比即凈化率偏差比R，可以視為表示應該 使SCR催化劑40對于NOx的排氣凈化率提高多大程度的指標。
計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) 計算部7 2計算出的N O x減少系數(shù)K上乘以凈化率偏差比R ，計算目 標NOx減少系數(shù)Ktgt。也就是說，目標NOx減少系數(shù)Ktgt，以當前 的NOx減少系數(shù)K為基礎(chǔ)，與對于NOx的必要的排氣凈化率的提高 量相對應，作為校正后的值而計算出。根據(jù)該目標NOx減少系數(shù) Ktgt，目標進氣02濃度計算部(目標氧氣濃度計算單元)81，按照 圖3所示的對應圖，以與上述NOx減少系數(shù)計算部72相反的順序， 根據(jù)目標NOx減少系數(shù)Ktgt求出目標進氣02濃度。
以上是由ECU 51的目標值計算單部61執(zhí)行的處理。計算出的 目標進氣02濃度，與由進氣02傳感器53檢測到的實際進氣02濃度 一起，被輸入EGR/進氣節(jié)流控制部62。 EGR/進氣節(jié)流控制部62通 過控制進氣節(jié)流閥9及EGR閥18的各致動器9a、 18a的驅(qū)動，執(zhí)行 基于目標進氣02濃度的進氣02濃度的反饋控制。
14如上所述，ECU 51的目標值計算部61及EGR/進氣節(jié)流控制部 62執(zhí)行凈化率補償控制。由此，當由于例如市區(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，或由于長期工作 引起的SCR催化劑40的惡化等，而使SCR催化劑40對于NOx的 排氣凈化率降低時，通過經(jīng)由以下過程而進行的EGR量的控制，補 償對于NOx的排氣凈化率的降低。
當SCR催化劑40的溫度降低時，由推定凈化率計算部74對應 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SCR催化劑40惡化時，隨著由惡化系數(shù)計算部76計算 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， 乘以與當前的進氣02濃度相對應的NOx減少系數(shù)K，計算更小值的 目標NOx減少系數(shù)Ktgt。然后，目標進氣02濃度計算部81求出與 目標NOx減少系數(shù)Ktgt相對應的目標進氣02濃度。EGR/進氣節(jié)流 控制部62，通過根據(jù)該目標進氣02濃度執(zhí)行EGR量的控制，將實 際的進氣02濃度控制為目標02濃度。
例如，如圖3所示，在當前的進氣02濃度被控制為A時，如果 對應于SCR催化劑40對于NOx的排氣凈化率的降低而執(zhí)行凈化率 補償控制，則此時的NOx減少系數(shù)K根據(jù)凈化率偏差比R而被校正 為目標NOx減少系數(shù)Ktgt。與該目標NOx減少系數(shù)Ktgt相對應， 目標進氣02濃度被設(shè)定為B，用于EGR量的控制。其結(jié)果，對應于 SCR催化劑40對于NOx的排氣凈化率的降低量，回流至發(fā)動機1 的進氣側(cè)的EGR氣體量增加。因此，通過氣缸內(nèi)的燃燒溫度的抑制， 可以減少從氣缸的NOx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 以實現(xiàn)對于NOx的充分的排氣凈化性能。
另外，因為利用己有的EGR通路17及EGR閥18，補償SCR 催化劑40對于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)并無不同。因此，不必使得排氣凈化裝置的結(jié) 構(gòu)復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，也有因為運轉(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，例如也可以對于 發(fā)動機1的每個運轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定進氣02濃度的下限值，并根據(jù)該下限 值限制EGR氣體量的上限。在將這種進氣02濃度的下限值應用于上 述實施方式的情況下，EGR/進氣節(jié)流控制部62根據(jù)進氣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，進氣02濃度的限制，因為進一步與發(fā)動機1的空氣 過剩率的限制相關(guān)，所以在根據(jù)與運轉(zhuǎn)狀態(tài)相對應而設(shè)定的目標空氣
過剩率執(zhí)行EGR控制的形式的發(fā)動機中，也可以對目標空氣過剩率 設(shè)定下限值。在上述實施方式中，在應用這種進氣02濃度的下限值 的情況下，或應用目標空氣過剩率的下限值的情況下，EGR/進氣節(jié) 流控制部62根據(jù)進氣02濃度的下限值或目標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。
以上完成實施方式的說明，但本發(fā)明的方式不限于該實施方式。 例如，在上述實施方式中，將本發(fā)明應用于以柴油發(fā)動機1為對象的 排氣凈化裝置。但是，本發(fā)明的應用不限于此，例如，也可以將本發(fā) 明應用于汽油發(fā)動機。另外，在EGR/進氣節(jié)流控制部62中，通過進 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，通過EGR/進 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)動機的排氣凈化裝置，其具有選擇還原型NOx催化劑(40)，其配置在發(fā)動機(1)的排氣通路(11)中，以氨作為還原劑，選擇還原在上述發(fā)動機(1)的排氣中含有的NOx；以及EGR單元(17、18)，其使上述發(fā)動機(1)的排氣回流至上述發(fā)動機(1)的進氣側(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)對于NOx的排氣凈化率；目標排氣凈化率計算單元(78)，其根據(jù)上述發(fā)動機(1)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，計算對于NOx的目標排氣凈化率；以及控制單元(51)，其控制上述EGR單元(17、18)，以補償上述推定排氣凈化率相對于上述目標排氣凈化率的減小量。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置，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)動機(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)動機(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)動機的排氣凈化裝置，其特征在于， 還具有氧氣濃度檢測單元(53)，其檢測向所述發(fā)動機的氣缸內(nèi)供給的進氣的氧氣濃度，上述控制單元(51)具有NOx減少系數(shù)計算單元(72)，其根據(jù)相對于上述進氣的氧氣 濃度的上述發(fā)動機(1)的氣缸內(nèi)的NOx生成特性，計算減少系數(shù)， 作為表示在利用上述氧氣濃度檢測單元(53)檢測到的氧氣濃度下上 述發(fā)動機(1)的氣缸內(nèi)的NOx生成率的減少狀態(tài)的指數(shù)；目標氧氣濃度計算單元(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，計算與校正后的上述 NOx減少系數(shù)相對應的氧氣濃度，作為目標氧氣濃度；以及EGR控制單元(62)，其根據(jù)由上述目標氧氣濃度計算單元(81) 計算出的目標氧氣濃度，控制上述EGR單元(17、 18)。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機的排氣凈化裝置，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)，上述目標氧氣濃度計算單元(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)動機的排氣凈化裝置，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)動機(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)動機(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)動機的排氣凈化裝置，當SCR催化劑(40)的溫度降低時，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)動機(1)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)求出的目標排氣凈化率ηtgt，計算凈化率偏差比R。此外，ECU(51)通過對根據(jù)進氣O₂濃度求出的NOx減小系數(shù)K乘以凈化率偏差比R，計算可以補償因溫度降低引起的對于NOx的排氣凈化率降低的目標NOx減小系數(shù)Ktgt，根據(jù)與該目標NOx減小系數(shù)Ktgt相對應的進氣O₂濃度，執(zhí)行EGR控制。
文檔編號F02D45/00GK101463770SQ200810186478
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者鈴木享 申請人:三菱扶桑卡客車株式會社