CN100416054C - 发动机控制装置和发动机运转方法 - Google Patents

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CN100416054C CNB2004800314215A CN200480031421A CN100416054C CN 100416054 C CN100416054 C CN 100416054C CN B2004800314215 A CNB2004800314215 A CN B2004800314215A CN 200480031421 A CN200480031421 A CN 200480031421A CN 100416054 C CN100416054 C CN 100416054C
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Abstract

本发明要解决的问题是：当SCR设备中发生异常时，为了促使对SCR设备进行修理，从而实现对SCR设备的适当维护。解决该问题的方法是：当检测到在SCR设备中发生的异常时，限制发动机的输出。为此目的，在一个实施例中，当异常发生时，将用于计算燃料喷射量的映射表从正常时间的映射表进行切换(S407)。此外，采用喷嘴的堵塞、贮存在贮存罐中的尿素水的稀释等作为将被检测到的异常。

Description

发动机控制装置和发动机运转方法
技术领域
本发明涉及一种发动机控制装置和发动机运转方法，尤其涉及一种使用氨作为还原剂来净化从汽车发动机所排放的氮氧化物的技术。
背景技术
作为使用二级处理(secondary treatment)来净化从发动机所排放的空气污染物、特另是排气(exhaust gas)中的氮氧化物(以下简称为NOX)的设备，已知以下SCR(Selective CatalyticReduction，选择性催化还原)设备。这种SCR设备被安装在发动机的排气通道中，并且设有喷射氨或其前体(precursor)的水溶液的喷嘴。从喷嘴喷射的氨(或从该前体获得的氨)用作还原剂，其在催化剂的作用下与排气中的NOX发生反应以还原净化该NOX。作为考虑容易在车上贮存氨的SCR设备，已知一种如下所述的SCR设备。这种SCR设备设有贮存作为处于水溶液状态的氨的前体的尿素的贮存罐(tank)，并且在实际操作中，将从该贮存罐提供的尿素水喷射到排气通道中，以便使用排气热量从尿素的水解来生成氨(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-027627号公报
发明内容
本发明要解决的问题
然而，如上所述的这种SCR设备具有以下问题。作为与发动机运转有关的设置，有采用特别减少颗粒物排放量的设置的情况。在这种设置中，通常NOX排放量会增加。如果SCR设备正常运转，则可以通过使用氨进行还原反应来净化所排放的NOX。在这种允许一定量的NOX排放的设置下，假定以下情况：在SCR设备中发生异常，使得尿素水的喷射量被改变或尿素水中的氨含量(即，尿素浓度)被改变。在这种情况下，由于排气中的氨添加量发生了改变，因此NOX和氨之间的比例偏离了适当的值，以致还原反应不能顺利进行，并且NOX的去除率达不到要求。尤其在氨添加量下降的情况下，NOX没有经过净化就被排放到大气中。此外，在除尿素水以外的水或不同类型的水溶液被贮存在贮存罐中的情况下，或者在贮存罐为空的情况下，导致与上述一样的结果。当在SCR设备中发生这种异常时，为了限制NOX排放，需要对SCR设备进行及时修理。然而，在SCR设备中发生的异常不会表现在汽车的动作中，因此，驾驶者注意不到这种异常。此外，即使采用使警告灯或警报器工作等措施，也可认为驾驶者不能及时进行修理。
本发明的目的在于促使驾驶者在早期阶段就对SCR设备进行修理，以便能够得到对SCR设备的适当维护。
解决该问题的方法
因此，根据本发明，在设有将NOX还原剂添加到排气中的添加设备的发动机中，在当检测到在该添加设备中发生的异常时的该异常发生时间，限制该发动机的输出。优选地，在异常发生时，相对于驾驶者的加速器操作的发动机的输出特性与除该异常发生时间以外的正常时间的输出特性不同，或者禁止在发动机运转停止后重新起动该发动机运转。
本发明的效果
根据本发明，当添加设备发生异常使得不能将准确数量的NOX还原剂添加到发动机的排气中时，限制发动机的输出，例如，相对于驾驶者的加速器操作的发动机的输出特性发生变化，并且在相同的加速器操作量下，燃料喷射量与正常时间的燃料喷射量相比减少了。因此，可以在NOX没有被有效净化的状态下限制汽车的运动，还可以促使驾驶者修理该添加设备。此外，除了由于输出特性的改变而产生的限制以外或代替该限制，可以限制运动，并且还可以通过在发动机运转停止之后禁止重新起动来促使对添加设备进行修理。
下面通过参考附图对实施例进行的说明，本发明的其他目的、特征和优点是显而易见的。
这里包括作为优先权利要求基础的日本特开2003-362411号和2004-026056号公报的全部内容作为参考。
附图说明
图1示出根据本发明第一实施例的发动机的整体结构；
图2示出尿素传感器的结构；
图3示出通过图2的尿素传感器进行浓度检测的原理；
图4示出异常检测程序的流程图；
图5示出浓度检测程序的流程图；
图6示出尿素水喷射控制程序的流程图；
图7示出燃料喷射量设置程序的流程图；
图8示出燃料切断程序的流程图；
图9示出根据本发明第二实施例的燃料喷射量设置程序的流程图；
图10示出根据本发明第三实施例的起动控制程序的流程图；
图11示出根据本发明第四实施例的燃料喷射量设置程序的流程图；
图12示出用于设置根据第四实施例的变化率的表；
图13示出根据第四实施例的输出限制的概念。
附图标记说明
1：发动机；11：进气通道；12：涡轮增压器；13：缓冲罐；21：喷射器；22：共轨；31：排气通道；32：氧化催化剂；33：NOX净化催化剂；34：氨净化催化剂；35：EGR管；36：EGR阀；41：贮存罐；42：尿素水供应管；43：喷嘴；44：进给泵；45：过滤器；46：尿素水回流管；47：压力控制阀；48：空气供应管；51：发动机C/U；61：SCR-C/U；71、72：排气温度传感器；73：NOX传感器；74：尿素传感器；75：空气压力传感器；76：尿素水压力传感器；77：元件部分电压传感器。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行说明。
图1示出根据本发明第一实施例的汽车发动机(以下简称为发动机)的整体结构。在本实施例中，作为发动机1，采用直接喷射型柴油发动机。
在进气通道11的入口部分安装了空气滤清器(图中未示出)，并通过该空气滤清器除去进入空气中的灰尘。在进气通道11中，设置有可变喷嘴型涡轮增压器12的压缩机12a，以便通过压缩机12a对进入空气进行压缩并将其送出。经压缩后的进入空气流入缓冲罐(surge tank)13中，并通过歧管(manifold)部分将其分配给各汽缸。
在发动机体中，在每一气缸的气缸盖上设置有喷射器21。喷射器21根据来自发动机控制单元(以下简称为发动机C/U)51的信号进行工作。将由燃料泵(图中未示出)送出的燃料通过共轨(common rail)22提供给喷射器21，并由喷射器21将其直接喷入燃烧室中。
在排气通道31中，涡轮增压器12的涡轮12b被设置在歧管部分的下游。涡轮12b由排气驱动，使得压缩机12a被转动。涡轮12b的可移动叶片121的角度是由致动器122控制的。涡轮12b和压缩机12a的转动速度根据可移动叶片121的角度而改变。
在涡轮12b的下游，从上游侧起按顺序设置氧化催化剂32、NOX净化催化剂33和氨净化催化剂34。氧化催化剂32对排气中的碳氢化合物和一氧化碳进行氧化，并且还将排气中的一氧化氮(下面简称为NO)转化为主要包含有二氧化氮(下面简称为NO2)的NOX，从而进行将包含在排气中的NO和NO2的比例调整为对NOX还原反应(稍后进行说明)最优的比例的操作。NOX净化催化剂33还原净化NOX。在本实施例中，为了促进NOX净化催化剂33的还原作用，在NOX净化催化剂33的上游，向排气中添加起NOX的还原剂作用的氨。
在本实施例中，考虑到容易在车上贮存氨，以水溶液状态贮存作为氨的前体的尿素。通过将氨作为尿素来贮存，能够确保安全。
尿素水供应管42被连接到贮存尿素水的贮存罐41，并将尿素水的喷嘴43安装于尿素水供应管42的前端。从上游侧起将进给泵44和过滤器45按顺序设置在尿素水供应管42上。进给泵44由电动机441驱动。电动机441对来自进给泵44的排放量进行调整，其中基于来自SCR控制单元(以下简称为SCR-C/U)61的信号来控制电动机441的转动速度。此外，在过滤器45的下游，尿素水回流管46被连接到尿素水供应管42。在尿素水回流管46中，安装了压力控制阀47，以便将超出指定压力的量的剩余尿素水回流到贮存罐41。
喷嘴43是空气助推型喷嘴，并包括主体431和喷嘴部分432。尿素水供应管42被连接到主体431，并且提供用于助推的空气(以下简称为助推空气)的空气供应管48也被连接到主体431。空气供应管48被连接到贮气罐(图中未示出)，并从该贮气罐提供该助推空气。喷嘴部分432被设置在NOX净化催化剂33的上游，以便从侧面经过NOX净化催化剂33和氨净化催化剂34的罐体(housing)。喷嘴部分432的喷射方向被设置成朝向NOX净化催化剂33的端面、与排气的流动相平行的方向。
当喷射尿素水时，在所喷射的尿素水中的尿素由于排气热量而发生水解，从而生成氨。所生成的氨在NOX净化催化剂33上起NOX的还原剂的作用，从而加速NOX还原。氨净化催化剂34是用于净化经过NOX净化催化剂33的滑过去的氨(slip-ammonia)、而不对NOX还原起作用的催化剂。由于氨具有刺激性气味，因此优选不经过净化最好不排放氨。氧化催化剂32上的NO的氧化反应、尿素的水解反应、NOX净化催化剂33上的NOX的还原反应、以及氨净化催化剂34上的滑过去的氨的氧化反应分别通过下式(1)至(4)来表示。在本实施例中，NOX净化催化剂33和氨净化催化剂34被集装在单个罐体中。然而，可将各催化剂33和34分开集装在单独的罐体中。
NO+1/2O2→NO2            (1)
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2   (2)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O    (3)
4NH3+3O2→2N2+6H2O       (4)
此外，排气通道31经由EGR管35连接到进气通道11。排气经由EGR管35被再循环到进气通道11。在EGR管35中，安装有EGR阀36，并且再循环的排气的流速由EGR阀36来控制。EGR阀36的开口由致动器361来控制。
在排气通道31中，用于检测添加尿素水之前的排气温度的温度传感器71被设置在氧化催化剂32和NOX净化催化剂33之间。在氨净化催化剂34的下游，设置有用于检测还原后的排气温度的温度传感器72、以及用于检测还原后的包含在排气中的NOX的浓度的NOX传感器73。此外，在贮存罐41中，设置有用于检测包含在所贮存的尿素水中的尿素的浓度(下面当只使用“浓度”一词时，该词意指“尿素浓度”)Dn的尿素传感器74。在本实施例中，尿素传感器74还具有判断留在贮存罐41中的尿素水的量的功能。
来自温度传感器71和72、NOX传感器73和尿素传感器74的检测信号被输出到SCR-C/U 61。SCR-C/U 61基于所输入的信号来计算并设置最优尿素水喷射量，以将根据所设置的尿素水喷射量的命令信号输出到喷嘴43。此外，SCR-C/U 61被连接到发动机C/U 51，以便能够进行双向通信。除了来自上述传感器71～74的检测信号以外，SCR-C/U 61还接收助推空气压力Pa、尿素水压力Pu和尿素传感器电压Vs。助推空气压力Pa是空气供应管48内的压力，并由设置在空气供应管48中的压力传感器75对其进行检测。尿素水压力Pu是尿素水供应管42内的压力，并由设置在进给泵44下游的尿素水供应管42中的压力传感器76对其进行检测。尿素传感器电压Vs是根据由尿素传感器74检测到的浓度而输出的电压，并由电压传感器77对其检测。SCR-C/U 61基于助推空气压力Pa、尿素水压力Pu、尿素传感器电压Vs和浓度Dn、以及尿素水的剩余量的判断结果来检测发生在如后面所述的尿素水喷射***中的异常，并且将表示异常发生的信号输出到发动机C/U 51。
在发动机1中，安装了点火开关、起动开关、曲柄角传感器、车辆速度传感器、加速器传感器等，并将其检测信号输入到发动机C/U 51。发动机C/U 51基于从曲柄角传感器输入的信号来计算发动机转动速度Ne。发动机C/U 51基于如发动机转动速度Ne等运转状态来计算燃料喷射量Qf，并且还将如计算出的Qf等尿素水的喷射控制所需的信息输出到SCR-C/U 61。
在本实施例中，发动机C/U 51对应于第一控制单元，SCR-C/U 61对应于第二控制单元。
图2示出尿素传感器74的结构。
尿素传感器74的结构与在日本特开2001-228004号公报中所公开的流量计(flow meter)的结构相同，并且基于两个温度传感元件的电特性值来检测尿素浓度。
在上述公报中所公开的流量计设有具有加热器功能的第一传感器元件、以及不具有加热器功能的第二传感器元件。前者第一传感器元件包括加热器层、以及在处于绝缘状态的该加热器层上形成的用作温度传感元件的电阻温度传感层(简称为第一电阻温度传感层)。后者第二传感器元件包括作为温度传感元件的电阻温度传感层(简称为第二电阻温度传感层)，但是不包括加热器层。各传感器元件被集成到树脂罐体中，并且被连接到用作传热体的鳍状板的一端。
在根据本实施例的尿素传感器74中，传感器元件部分741被配置成包括第一和第二传感器元件。当检测浓度时，传感器元件部分741被浸入到使用的尿素水中，并将其设置在贮存罐41的底部附近。此外，各鳍状板7414和7415经过罐体7413，以暴露在贮存罐41的内部。
电路部分742被连接到第一传感器元件7411的加热层和电阻温度传感层，并且还被连接到第二传感器元件7412的电阻温度传感层。电路部分742向加热层通电，以加热第一电阻温度传感层，并检测经加热后的第一电阻温度传感层和未经直接加热的第二电阻温度传感层的电阻值Rn1和Rn2。电阻温度传感层具有其电阻值与温度成比例改变的特性。电路部分742基于检测到的电阻值Rn1和Rn2如下来计算浓度Dn，并且还判断尿素水的剩余量。
图3示出浓度检测和剩余量判断的原理。
通过向加热器层提供预定时间段Δt01的加热器驱动电流ih，进行加热器层的加热。在停止向加热器层提供电流时，电路部分742检测各电阻温度传感层的电阻值Rn1和Rn2，并且还计算电阻温度传感层之间的温度差ΔTmp12(＝Tn1-Tn2)。电阻温度传感层之间的温度差依赖于以尿素水为媒介的传热特性，并且该传热特性依赖于尿素浓度。因此，可以将计算出的温度差ΔTmp12转换成浓度Dn。此外，可以基于所计算出的温度差ΔTmp12来判断贮存罐41是否是空的。
在本实施例中，传感器元件部分741被配置成使得在第一传感器元件7411中，第一电阻温度传感层通过鳍状板7414与尿素水相接触。然而，可以将传感器元件部分741配置成具有测量室，该测量室用于导入传感器元件部分741内的贮存罐41中的尿素水，以使通过该测量室中的尿素水由加热器来加热第一电阻温度传感层。在这种情况下，第一电阻温度传感层和尿素水相互直接接触。
接下来，参考流程图来说明发动机C/U 51和SCR-C/U 61的运转。
首先，说明SCR-C/U 61的运转。
图4示出异常检测程序的流程图。当接通点火开关时起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。根据该程序，检测在尿素水喷射***中发生的异常。
在S101，读入助推空气压力Pa、尿素水压力Pu和尿素传感器电压Vs。
在S102，判断助推空气压力Pa是否在以预定值Pa2为上限和以预定值Pa1(＜Pa2)为下限的预定范围内。当助推空气压力Pa在该范围内时，程序进入S103，而当助推空气压力Pa不在该范围内时，程序进入S108。当检测到小于值Pa1的助推空气压力时，可以判断出在空气供应管42中发生了助推空气的泄漏。当检测到大于值Pa2的助推空气压力时，可以判断出在喷嘴43中发生了堵塞。在通道被喷嘴部分432中凝结的尿素等堵塞的情况下，喷嘴43发生堵塞。
在S103，判断尿素水压力Pu是否等于或大于预定值Pu1。当尿素水压力Pu等于或大于值Pu1时，程序进入S104，而当尿素水压力Pu小于值Pu1时，程序进入S108。当检测到小于值Pu1的尿素水压时，可以判断出进给泵44发生故障，从而不能向尿素水提供足够的压力。
在S104，判断尿素传感器电压Vs是否等于或小于预定值Vs1。当尿素传感器电压Vs等于或小于值Vs1时，程序进入S105，而当尿素传感器电压Vs大于值Vs1时，程序进入S108。当检测到大于值Vs1的尿素传感器电压时，可以判断出在传感器元件部分741中发生了断开。
在S105，读入剩余量判断标志Femp，并且判断所读取的标志Femp是否为0。当标志Femp为0时，程序进入S106，而当标志Femp不为0时，程序进入S108。剩余量判断标志Femp通常被设置为0，并且当如下所述判断出贮存罐41为空时，将其切换为1。
在S106，读入稀释判断标志Fdil，并且判断所读取的标志Fdil是否为0。当标志Fdil为0时，程序进入S107，而当标志Fdil不为0时，程序进入S108。稀释判断标志Fdil通常被设置为0，并且当如下所述判断出贮存罐41中的尿素水被过度稀释时，将其切换为1。
在S107，判断出在尿素水喷射***中没有发生所假定的异常，并将异常判断标志Fscr设置为0。这里，如以上述方式所检测的助推空气的泄漏、喷嘴43的堵塞、进给泵44的故障、传感器元件部分741的断开、尿素水剩余量的缺乏以及尿素水的稀释，都是与本实施例有关的检测到的异常。
在S108，判断出在尿素水喷射***中发生了任何异常，并将异常判断标志Fscr设置为1，并且还使警告灯工作，从而通知驾驶者有异常发生。
图5示出浓度检测程序的流程图。当接通点火开关时起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。根据该程序，检测浓度Dn，并且还判断尿素水的剩余量。
在S201，读入起动开关信号SWstr，并且判断所读取的信号SWstr是否指示1。当信号SWstr指示1时，判断出接通了起动开关，并且程序进入S204，在S204，如下所述来计算浓度Dn。
在S202，检测间隔计数器INT加1(INT＝INT+1)。
在S203，判断递增计数之后的计数器INT的值是否达到预定值INT1。当计数器INT的值达到值INT 1时，判断出确保了检测浓度Dn所需的检测间隔，并且程序进入S204，而当计数器INT的值没有达到值INT1时，判断出没有确保该检测间隔，并且返回程序。
在S204，将检测间隔计数器INT设置为0。
在S205，为尿素传感器74的加热器层通电，以直接加热第一电阻温度传感层，并且还以尿素水作为媒介间接加热第二电阻温度传感层。
在S206，计算浓度Dn。通过根据各电阻温度传感层的电阻值Rn1和Rn2之间的差计算电阻温度传感层之间的温度差ΔTmp12、并将计算出的温度差ΔTmp12转换成浓度Dn来进行浓度Dn的计算。
在S207，判断计算出的温度差ΔTmp12是否等于或大于预定值SL1。当温度差ΔTmp12等于或大于值SL1时，程序进入S208，而当温度差ΔTmp12小于值SL1时，程序进入S210。值SL1被设置为在尿素传感器74处于尿素水中的状态下获得的温度差ΔTmp12和在尿素传感器74处于空气中的状态下获得的温度差ΔTmp12之间的中间值。
在S208，判断浓度Dn是否等于或大于预定值D1。当浓度Dn等于或大于值D1时，程序进入S209，而当浓度Dn小于值D1时，程序进入S211。作为在尿素水处于水状态或者接近于水状态的稀释状态的情况下、或者在将除水或尿素水以外的不同类型的水溶液贮存在贮存罐41中的情况下能够被检测到的浓度，值D1被设置为0或近乎为0的小值。
在S209，浓度Dn被作为浓度存储值D进行存储。
在S210，判断出贮存罐41是空的，并将剩余量判断标志Femp设置为1。
在S211，判断出贮存在贮存罐41中的尿素水太稀而不能达到所要求的NOX净化效率，并将稀释判断标志Fdil设置为1。
图6示出尿素水喷射控制程序的流程图。当接通点火开关时起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。根据该程序，设置尿素水喷射量Qu。
在S301，读入异常判断标志Fscr，并且判断所读取的标志Fscr是否为0。当标志Fscr为0时，程序进入S302，而当标志Fscr不为0时，判断出在尿素水喷射***中发生了异常，并且程序进入S305。
在S302，读入燃料喷射量Qf、NOX浓度NOX(或来自NOX传感器73的输出)以及浓度存储值D。
在S303，计算尿素水喷射量Qu。通过根据燃料喷射量Qf和N0X浓度NOX计算基本喷射量、并且还利用浓度存储值D校正所计算出的基本喷射量，来进行尿素水喷射量Qu的计算。当浓度存储值D较大并且每单位喷射量中的尿素含量较高时，基本喷射量经过校正后减少。另一方面，当浓度存储值D较小并且每单位喷射量中的尿素含量较低时，基本喷射量经过校正后增加。
在S304，根据所计算出的尿素水喷射量Qu的运转信号被输出到喷嘴43。
在S305，由于在尿素水喷射***中发生异常的状态下不可能以相对于N0X排放量的准确的量来喷射尿素水，因此尿素水的喷射被停止。当尿素水喷射量小于适当的值时，有可能NOX没有经过净化就被排放到大气中。相反，当尿素水喷射量大于该适当的值时，有可能不仅不必要地消耗了尿素水，而且过量生成的氨没有被氨净化催化剂34完全分解而被排放到大气中。此外，不仅当贮存罐41为空时，而且当尿素水被过度稀释时或当不是尿素水而是水等被贮存在贮存罐41中时，不可能添加NOX净化所需的量的氨。
接下来，说明发动机C/U 51的运转。
图7示出燃料喷射量设置程序的流程图。当接通点火开关时起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。根据该程序，设置燃料喷射量Qf。
在S401，读入如发动机转动速度Ne和加速器开口、或本实施例中的加速器操作量、APO等发动机1的运转状态。
在S402，读入异常判断标志Fscr，并且判断所读取的标志Fscr是否为0。当标志Fscr为0时，程序进入S403，而当标志Fscr不为0时，判断出在尿素水喷射***中发生了异常，并且程序进入S404。
在S403，选择正常运转的映射表(map)，并且还基于所读取的运转状态Ne和APO来检索所选择的映射表，从而设置燃料喷射量Qf。
在S404，断开起动器和该起动器的如交流发电机、电池等电源单元之间的连接，以便起动器在发动机1的运转停止之后的下一起动时间不工作，以禁止发动机运转的重新起动。
在S405，读入车辆速度VSP。可以通过检测传输输出轴的转动速度来直接检测车辆速度VSP。然而，也可以通过以传输的齿轮传动比(gear ratio)转换发动机转动速度Ne来间接地检测车辆速度VSP。
在S406，判断所读取的车辆速度VSP是否等于或大于预定值VSP1。当车辆速度VSP等于或大于值VSP1时，程序进入S407，而当车辆速度VSP小于值VSP1时，程序进入S403。
在S407，选择用于输出限制运转的映射表，并且还基于所读取的运转状态Ne和APO来检索所选择的映射表，从而设置燃料喷射量Qf。在相同的Ne和APO下，使用该映射表所设置的燃料喷射量Qf小于使用正常运转的映射表所设置的燃料喷射量Qf，因此，限制了发动机1的输出(即，输出扭矩)。在本实施例中，使在输出限制运转时生成的扭矩为以预定值VSP1的速度在平路上稳定运动所需的最小扭矩，使得在直到消除所发生的异常为止的时间段内限制以超过预定值VSP1的速度运动。当在尿素水喷射***中发生异常时，由于如上所述停止尿素水的喷射(S305)，从而避免了尿素水的不稳定喷射，因此通过包括燃料喷射量Qf的设置的综合发动机控制来尽可能地抑制NOX生成本身。
在S408，读入燃料切断标志Fcut，并且判断所读取的标志Fcut是否为0。当标志Fcut为0时，程序进入S409，而当标志Fcut不为0时，程序进入S410。燃料切断标志Fcut通常被设置为0，如下所述，当判断出要停止燃料供应时，标志Fcut被切换为1。
在S409，以上述方式设置的燃料喷射量Qf被设置为输出喷射量Qfset，并将根据输出喷射量Qfset的运转信号输出到喷射器21。
在S410中，将燃料喷射量Qf设置为0，从而停止燃料喷射。
图8示出燃料切断程序的流程图。当接通点火开关时起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。根据该程序，设置燃料切断标志Fcut。
在S501，读入加速器开口APO。
在S502，判断所读取的加速器开口APO是否等于或小于预定值APO1。当加速器开口APO等于或小于值APO1时，程序进入S503，而当加速器开口APO大于值APO1时，程序进入S504。
在S503，将燃料切断标志Fcut设置为1，以停止燃料喷射。
在S504，读入异常判断标志Fscr，并且判断所读取的Fscr是否为0。当标志Fscr为0时，程序进入S505，而当标志Fscr不为0时，程序进入S507。
在S505，计数器CNT加1(CNT＝CNT+1)。该计数器CNT对应于从尿素水喷射***中发生异常时的时间开始的逝去时间。
在S506，判断递增计数后的计数器CNT是否达到预定值CNT1。当计数器CNT达到预定值CNT1时，程序进入S503，而当计数器CNT没有达到值CNT1时，程序进入S508。
在S507，将计数器CNT设置为0。
在S508，将燃料切断标志Fcut设置为0，从而执行燃料喷射。
在本实施例中，贮存罐41、尿素水供应管42、喷嘴43、进给泵44和空气供应管48构成了还原剂的添加设备。尿素传感器74具有两个功能：作为用于检测尿素浓度的第一传感器和作为用于判断尿素水的剩余量的第二传感器。此外，在SCR-C/U 61的功能之外，图4所示的整个流程图的功能对应于本实施例中的异常检测部件，并且图7所示的整个流程图和图8所示的流程图中的S504～S507的功能对应于本实施例中的控制部件。
根据本实施例，可以实现以下效果。
首先，当在尿素水喷射***中发生异常时，切换用于设置燃料喷射量的映射表，使得在相同的加速器开口APO下，燃料喷射量Qf比在正常时间的燃料喷射量有所下降，并且限制发动机1的输出。因此，在异常发生时，可以限制汽车的运动，并促使驾驶者修理尿素水喷射***，从而可以实现对尿素水喷射***的适当维护。
第二，只有当车辆速度VSP超过预定值VSP1时，才限制发动机1的输出，从而可以确保作为汽车的最低功能。因此，可以在避免由于发动机输出的过度限制而引起的交通混乱等的同时，有效地促使该修理。
第三，当在尿素水喷射***中发生异常时，禁止重新起动发动机运转，另外，在过去了预定时间之后，停止燃料喷射，从而停止发动机运转。因此，可以促使驾驶者及时去服务站进行修理。在本实施例中，由于当检测到异常发生时使警告灯工作，因此驾驶者可以及时察觉异常的发生以便去服务站。顺便提一下，在本实施例中，当在检测到异常发生之后过去了预定时间时，立即停止燃料供应(S410)。然而，该结构也可以是使燃料喷射量Qf逐渐减小，从而使燃料供应逐渐停止。
第四，作为在尿素水喷射***中发生的异常，检测到尿素水的剩余量的缺乏或尿素水的稀释，从而可以促进尿素水的适当管理。特别地，检测到后者的稀释，因此，可以防止过度稀释尿素水、除了尿素水以外的不同类型的水溶液等的不适当使用或错误使用。
下面来说明本发明的其他实施例。
图9示出根据第二实施例的燃料喷射量设置程序的流程图。当接通点火开关时也起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。其中处理与图7所示的流程图中的处理相同的每一步骤用相同的附图标记来表示。
在该程序中，在读入如加速器开口APO等各种运转状态(S401)之后，在S601，基于所读取的运转状态设置燃料喷射量Qf。当判断出异常判断标志Fscr为1并相应地在尿素水喷射***中发生异常(S402)时，断开起动器和电源单元之间的连接(S404)。在读入车辆速度VSP(S405)之后，判断出所读取的车辆速度VSP等于或者大于预定值VSP1，程序进入S602，在S602，预先设置的Qf乘以系数x1，并用所得到的值(＝Qf×x1)代替燃料喷射量Qf。该系数x1是用于限制发动机1的输出的系数并被设置为大于0且小于1的值。当判断出燃料切断标志Fcut不为0(S408)时，将燃料喷射量Qf设置为0(S410)，从而停止燃料喷射。以上述方式设置的燃料喷射量Qf被设置为输出喷射量Qfset(S409)，从而使喷射器21工作。
在本实施例中，图9所示的整个流程图(以及图8所示的流程图中的S504～S507)的功能对应于控制部件。
根据本实施例，除了上述第一至第四个效果之外，由于不需要准备单独用于正常时间和异常发生时间的燃料喷射量设置映射表，因此可以减小发动机C/U 51的存储容量。
图10示出根据第三实施例的起动控制程序的流程图。当接通起动开关时起动该程序。相对于第一实施例，本实施例提供了用于在异常发生时禁止重新起动发动机运转的控制的修改例。给出燃料喷射量设置程序作为其中省略了第一实施例的程序(图7)中的S404处理的程序。
在S701，读入起动开关信号SWstr，并且判断所读取的信号SWstr是否为1。当信号SWstr为1时，程序进入S702，在S702，进行如下所述的起动控制。
在S702，读入异常判断标志Fscr，并且判断所读取的标志Fscr是否为0。当标志Fscr为0时，程序进入S703，而当标志Fscr不为0时，判断出在尿素水喷射***中发生了异常并且程序进入S704。
在S703，设置用于起动控制的正常燃料喷射量Qfstr(下面简称为起动时间喷射量)。根据冷却水温Tw等将起动时间喷射量Qfstr设置为大于与化学计量的空气-燃料比相当的燃料喷射量的值。
在S704，为了禁止起动发动机运转，将起动时间喷射量Qfstr设置为0。
在S705，判断燃烧是否完成，当判断出发动机运转的起动完成时，终止该程序，以转移到燃料喷射量设置程序。这里，基于发动机转动速度Ne执行燃烧完成判断，当每单位时间发动机转动速度Ne的变化率达到预定值时，判断出起动了发动机运转。
在本实施例中，图10所示的流程图中的S702和S704(以及图7所示的整个流程图(不包括S404)和图8所示的流程图中的S504～S507)的功能对应于控制部件。
根据本实施例，在异常发生时，通过使燃料供应停止来禁止发动机运转的重新起动，并且可以进行起动器的自起动。因此，在紧急时刻，例如当发动机运转在铁路路口等停止时，可以进行从该地方的撤离。
图11示出根据第四实施例的燃料喷射量设置程序的流程图。当接通点火开关时起动该程序，之后，在每一预定时间重复执行该程序。
在该程序中，读入如加速器开口APO和车辆速度VSP等各种运转状态(S401)，并基于所读取的运转状态，设置燃料喷射量(对应于第二燃料供应量)Qf(S601)。当判断出异常判断标志Fscr为1并且相应地在尿素水喷射***中发生异常(S402)时，断开起动器和电源单元之间的连接(S404)，另外，在S801，设置限制喷射量(对应于第一燃料供应量)Qflmt。限制喷射量Qflmt被设置为用于限制异常发生时的发动机1的输出的喷射量，并且在本实施例中，基于实际车辆速度VSP，根据以下公式来计算限制喷射量Qflmt。在以下公式中，Qfvsp被设置为用于当检测到异常发生时以车辆速度VSP在平路上稳定运动所需的燃料喷射量，并且通过检索预先存储在发动机C/U 51中的每一车辆速度的表来计算Qfvsp。此外，Qfdlt为根据车辆速度VSP和预定值VSP1之差DLT(＝VSP-VSP1)的校正量，并且假设该程序的每一执行周期的变化率为DQ，通过累计变化率DQ来计算Qfdlt。速度差DLT越大，变化率DQ被计算成越大的值(图12)，并且当车辆速度VSP小于预定值VSP1时，DQ被计算为负值。
Qflmt＝Qfvsp-Qfdlt    (5a)
Qfdlt＝Qfdlt+DQ       (5b)
在S802中，判断燃料喷射量Qf是否大于限制喷射量Qflmt。当燃料喷射量Qf较大时，用限制喷射量Qflmt代替燃料喷射量Qf，从而限制燃料喷射量，之后，程序进入S408。在除上述以外的时间，程序直接进入S408。随后的处理与上述处理相同。当判断出燃料切断标志Fcut不为0(S408)时，将燃料喷射量Qf设置为0(S410)，从而使燃料喷射停止。以上述方式设置的燃料喷射量Qf被设置为输出喷射量Qfset(S409)，从而使喷射器21工作。
在本实施例中，图11所示的整个流程图(以及图8所示的流程图中的S504～S507)的功能对应于控制部件。
在本实施例中，在限制喷射量Qflmt的设置中，反馈了车辆速度VSP，从而基于车辆速度VSP进行对限制喷射量Qflmt的调整。因此，在异常发生时，可以以预定值VSP1准确控制车辆速度VSP，以抑制NOX排放，直到尿素水喷射***得到修理为止。此外，速度差DLT越大，校正量Qfdlt(即限制喷射量Qflmt)的变化率DQ被计算为越大的值。因此，可以快速和平滑地使车辆速度VSP收敛到预定值VSP1。
图13示出异常发生前后的加速器开口APO、车辆速度VSP以及燃料喷射量(即，输出喷射量Qfset)Qf的时序图。在t1时刻，在押下加速器踏板时，设置根据加速器开口APO等的燃料喷射量Qf，并且车辆速度VSP增大。在时刻2，当在尿素水喷射***中发生异常时，以根据速度差DLT(即，变化率DQ)的速度使输出喷射量Qfset减小，并将车辆速度VSP限制为预定值VSP1。在时刻3，当加速器踏板被返回，并且燃料喷射量Qf低于限制喷射量Qflmt时，燃料喷射量Qf被设置为输出喷射量Qfset，从而实现减速。之后，在时刻4，当再次押下加速器踏板时，如果还没有消除在尿素水喷射***中发生的异常，则将限制喷射量Qflmt设置为输出喷射量Qfset，并且限制发动机1的输出。
在本实施例中，车辆速度VSP被反馈用来计算限制喷射量Qflmt，使得车辆速度VSP与预定值VSP1一致。然而，也可以通过对限制喷射量Qflmt进行如下设置来禁止以超过预定值VSP1的速度运动。也就是说，以预定值VSP1在平路上运动所需的燃料喷射量被预先作为限制喷射量Qflmt存储在发动机C/U 51中。在异常发生时，基于加速器开口APO等计算的燃料喷射量Qf和所存储的限制喷射量Qflmt中较小的一个被设置为输出喷射量Qfset。优选在高速行驶期间不会突然降低发动机扭矩。因此，通过无条件地选择燃料喷射量Qf，直到在异常发生之后过去了预定时间段为止，可以将从燃料喷射量Qf切换到限制喷射量Qflmt延迟该预定时间段，或者通过使用所存储的限制喷射量作为目标值，可以利用在朝向目标值的改变中的预定延迟来设置限制喷射量Qflmt。
在以上说明中，氨是通过尿素水解而产生的，但是并没有特别指定用于该水解的催化剂。为了提高水解效率，水解催化剂可被设置在NOX净化催化剂33的上游。
此外，在以上说明中，已经说明了用于其中采用氨作为NOX还原剂的情况的例子。然而，也可以采用碳氢化合物来代替氨。
作为发动机，可以采用除直接喷射型之外的柴油发电机或者汽油发电机。
尽管根据几个优选实施例说明了本发明，但是本发明的范围并不限于该说明，可以基于根据应用条款的权利要求书的范围内的公开内容来进行判断。

Claims (15)

1. 一种发动机控制装置，其被配置成与发动机协作，该发动机被安装在车辆上，并包括用于向该发动机的排气中添加NOx还原剂的添加设备，该发动机控制装置包括用于控制该发动机的控制单元，该发动机控制装置的特征在于：
该控制单元检测已发生在该添加设备中的异常，并在当检测到异常发生时的该异常发生时间，使在驾驶者的相同加速器操作量下给发动机的燃料供应量与除该异常发生时间以外的正常时间给发动机的燃料供应量不同，以限制该发动机的输出，以及
在异常发生时，该控制单元计算用于将车辆速度控制在预定值的第一燃料供应量，还根据加速器操作量来计算第二燃料供应量，并将该第一燃料供应量和该第二燃料供应量中较小的一个设置为最终燃料供应量。
2. 一种发动机控制装置，其被配置成与发动机协作，该发动机被安装在车辆上，并包括用于向该发动机的排气中添加NOx还原剂的添加设备，该发动机控制装置包括用于控制该发动机的控制单元，该发动机控制装置的特征在于：
该控制单元检测已发生在该添加设备中的异常，并在当检测到异常发生时的该异常发生时间，使在驾驶者的相同加速器操作量下给发动机的燃料供应量与除该异常发生时间以外的正常时间给发动机的燃料供应量不同，以限制该发动机的输出，以及
该控制单元存储预先作为用于将车辆速度保持在预定值的燃料供应量而设置的第一燃料供应量，并且在异常发生时，根据加速器操作量来计算第二燃料供应量，并将该第一燃料供应量和该第二燃料供应量中较小的一个设置为最终燃料供应量。
3. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，该控制单元禁止在该发动机运转停止后重新起动该发动机运转。
4. 根据权利要求3所述的发动机控制装置，其特征在于，该控制单元断开用于起动该发动机的起动器和该起动器的电源单元之间的连接，从而禁止重新起动该发动机运转。
5. 根据权利要求3所述的发动机控制装置，其特征在于，该控制单元禁止向该发动机提供燃料，从而禁止重新起动该发动机运转。
6. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，该控制单元在从检测到异常发生开始经过了预定时间段之后停止该发动机运转。
7. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，
该发动机包括贮存罐，该贮存罐用于贮存通过该添加设备添加到该排气中的NOx还原剂或其前体的水溶液，以及
其中，该控制单元包括第一传感器，该第一传感器用于检测包含在该贮存罐中所贮存的水溶液中的该NOx还原剂或该前体的浓度，并且当由该第一传感器检测到的浓度值处于预定范围以外时，检测在该添加设备中发生的异常。
8. 根据权利要求7所述的发动机控制装置，其特征在于，该第一传感器包括设置在该贮存罐中的传感器元件部分，以及连接到该传感器元件部分的电路部分，其中
该传感器元件部分包括加热器和温度传感元件，该温度传感元件被设置成与该贮存罐中的水溶液直接或间接地接触，并通过该加热器对该温度传感元件进行加热，该温度传感元件具有其电特性值根据其温度而改变的属性，以及
该电路部分驱动该加热器并且还检测经加热后的该温度传感元件的电特性值，并基于所检测到的电特性值来检测该NOx还原剂或该前体的浓度。
9. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，
该发动机包括贮存罐，该贮存罐用于贮存通过该添加设备添加到该排气中的NOx还原剂或其前体的水溶液，以及
其中，该控制单元包括第二传感器，该第二传感器用于检测贮存在该贮存罐中的水溶液剩余量，并且当由该第二传感器检测到的剩余量的值小于预定值时，检测在该添加设备中发生的异常。
10. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，该NOx还原剂是氨。
11. 根据权利要求10所述的发动机控制装置，其特征在于，该添加设备将尿素作为氨的前体添加到该排气中，从而添加了NOx还原剂。
12. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，当异常发生时，该控制单元使用于通知驾驶者有异常发生的警告设备工作。
13. 根据权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，包括：第一控制单元，用于控制该发动机；以及第二控制单元，用于控制该添加设备，其中
该第二控制单元在异常发生时和除该异常发生时间之外的正常时间均控制该添加设备，以及
该第二控制单元在正常时间使该添加设备工作，以添加根据发动机运转状态的量的NOx还原剂，而在异常发生时，停止通过该添加设备添加NOx还原剂。
14. 一种用于在当添加设备中发生异常时的该异常发生时间和除该异常发生时间之外的正常时间使发动机运转的方法，该添加设备被设置在该发动机中，以将NOx还原剂添加到该发动机的排气中，该方法的特征在于包括以下步骤：
在正常时间，以第一特性使该发动机运转，在该第一特性中获得与驾驶者的加速器操作量相对应的该发动机的输出，其中，检测该发动机的运转状态，并通过该添加设备添加与所检测到的运转状态相对应的量的NOx还原剂；以及
在异常发生时间，以第二特性使该发动机运转，在该第二特性中，使在相同的加速器操作量下给发动机的燃料供应量与正常时间给发动机的燃料供应量不同，其中，计算用于将车辆速度控制在预定值的第一燃料供应量，还根据加速器操作量来计算第二燃料供应量，并将该第一燃料供应量和该第二燃料供应量中较小的一个设置为最终燃料供应量。
15. 一种用于在当添加设备中发生异常时的该异常发生时间和除该异常发生时间之外的正常时间使发动机运转的方法，该添加设备被设置在该发动机中，以将NOx还原剂添加到该发动机的排气中，该方法的特征在于包括以下步骤：
在正常时间，以第一特性使该发动机运转，在该第一特性中获得与驾驶者的加速器操作量相对应的该发动机的输出，其中，检测该发动机的运转状态，并通过该添加设备添加与所检测到的运转状态相对应的量的NOx还原剂；以及
在异常发生时间，以第二特性使该发动机运转，在该第二特性中，使在相同的加速器操作量下给发动机的燃料供应量与正常时间给发动机的燃料供应量不同，其中，将第一燃料供应量预先设置为用于将车辆速度保持在预定值的燃料供应量，根据加速器操作量来计算第二燃料供应量，并将该第一燃料供应量和该第二燃料供应量中较小的一个设置为最终燃料供应量。
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