CN102482967A - 内燃机的排气净化装置及排气净化方法 - Google Patents

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Abstract

抑制由于排气中所添加的添加剂而使传感器的测定值产生误差。本发明的内燃机的排气净化装置具备：检测机构，设置在内燃机的排气通路中来检测排气的状态；添加机构，向排气通路内添加添加剂；催化剂，设置在与检测机构和所述添加机构相比更下游侧，并接受来自所述添加机构的添加剂的供给；判定机构，对检测机构的检测精密度是否因从添加机构添加的添加剂而降低进行判定；及停止机构，在由判定机构判定为检测机构的检测精密度降低的情况下，停止利用检测机构的排气的状态的检测。

Description

内燃机的排气净化装置及排气净化方法
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置及排气净化方法。
背景技术
已知有从内燃机的排气通路的上游侧依次设置NOx传感器、还原剂供给机构和选择还原型NOx催化剂的技术(例如，参考专利文献1)。
其中，即使将NOx传感器设置在与还原剂供给机构相比更上游侧，但由于排气的波动等，作为由还原剂供给机构供给的还原剂的尿素水也有可能逆流到NOx传感器附近。尿素来源的氨(NH3)附着于NOx传感器或存在于NOx传感器的附近时，有时所述氨与NOx同样地被NOx传感器检测到。另一方面，附着于NOx传感器的氨有时将NOx还原而使NOx浓度降低。这样，难以正确地检测排气中的NOx浓度。
另外，在具备温度传感器的情况下，液态的还原剂附着于温度传感器或存在于温度传感器的附近时，还原剂发生气化时会吸收温度传感器周围的热量，因此，难以正确地检测排气的温度。
并且，对于设置有使用HC作为还原剂的催化剂的情况而言，在从还原剂供给机构添加HC的情况下，由于所添加的HC而难以正确地检测排气的空燃比。
如上所述，排气中所添加的添加剂附着于传感器或存在于传感器附近时，该传感器的检测值可能会产生误差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-170383号公报
专利文献2：日本特开2009-121413号公报
专利文献3：日本特开2009-024628号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供抑制由于排气中所添加的添加剂而使传感器的检测值产生误差的技术。
用于解决问题的方法
为了完成上述课题，本发明的内燃机的排气净化装置采用以下的机构。即，本发明的内燃机的排气净化装置的特征在于，具备：
检测机构，设置在内燃机的排气通路中来检测排气的状态；
添加机构，向上述排气通路内添加添加剂；
催化剂，设置在与上述检测机构和上述添加机构相比更下游侧而接受来自上述添加机构的添加剂的供给；
判定机构，对上述检测机构的检测精密度是否因从上述添加机构添加的添加剂而降低进行判定；及
停止机构，在由上述判定机构判定为上述检测机构的检测精密度降低的情况下，停止利用上述检测机构的排气的状态的检测。
检测机构可以设定为对排气的状态进行检测的传感器，也可以设定为对排气中的特定成分的浓度进行检测的传感器。添加机构添加例如还原剂或氧化剂作为添加剂。而且，该添加剂在下游的催化剂中发生反应。对于催化剂而言，通过接受添加剂的供给，例如，对排气进行净化、使排气的温度升高、或恢复净化能力。
在此，由添加机构添加的添加剂附着于检测机构或存在于检测机构的附近时，检测机构受到添加剂的影响，因此，该检测机构的检测精密度可能会降低。这种情况下，停止机构使利用检测机构的排气的状态的检测停止。这样，能够抑制利用检测机构的检测值产生误差。另一方面，在检测机构不受添加剂的影响的情况下，利用检测机构的检测值不会产生误差。因此，由于检测机构的检测精密度未降低，允许利用检测机构的排气的状态的检测。
而且，上述判定机构能够判定：在正在由上述添加机构添加添加剂时，上述检测机构的检测精密度降低。这是判定为：与添加剂没有通过添加机构添加时相比，检测精密度降低。
在此，在添加剂正在由添加机构添加时，该添加剂可能会朝向检测机构流动。即使检测机构设置在与添加机构相比更上游侧，但由于排气的波动，添加剂有时也朝向检测机构流动。该添加剂附着于检测机构或存在于检测机构的附近时，检测机构的精密度可能会降低。此时，如果判定为检测机构的检测精密度降低并使排气的状态的检测停止，则能够抑制利用检测机构的检测值产生误差。
需要说明的是，添加机构与检测机构的距离越远，由添加机构添加的添加剂到达检测机构为止的时间越长。这样，这段时间与检测机构的检测精密度降低的时期错开。因此，可以根据添加剂从被添加开始至到达检测机构为止的时间来确定使排气的状态的检测停止的时期。上述时间受到例如添加机构与检测机构的距离以及排气的流速的影响，因此，可以据此来确定使排气的状态的检测停止的时期。这种情况下，对于添加剂从添加机构被添加的期间，仅在添加剂从添加机构移动到检测机构为止的时间之后的期间内，判定机构判定为检测机构的检测精密度降低。
另外，附着于检测机构的添加剂的量越多，至该添加剂全部蒸发为止的时间越长。这样，这段时间与检测机构的检测精密度降低的时期错开。因此，可以根据从添加剂附着于检测机构开始至全部蒸发为止的时间来确定使排气的状态的检测停止的时期。上述时间受到例如添加剂的供给时期和供给量的影响，因此，也可以据此来确定使排气的状态的检测停止的时期。这种情况下，对于添加剂从添加机构添加的期间，在包括至添加剂全部蒸发为止的时间的期间内，判定机构判定为检测机构的检测精密度降低。此外，也可以考虑上述时间的偏差。
另外，具备基于内燃机的运转状态来推定该内燃机的排气的状态的推定机构，并且在由上述停止机构停止利用上述检测机构的排气的状态的检测时，进行利用上述推定机构的排气的状态的推定来代替利用上述检测机构的排气的状态的检测。
这样，即使在使利用检测机构的排气的状态的检测处于停止的情况下，也能够通过具备推定机构来获取排气的状态。例如，在根据排气的状态来确定添加剂的添加量的情况下，即使是在正在添加添加剂的过程中，也能够根据推定值来确定添加剂的添加量。需要说明的是，排气的状态会随着例如内燃机的运转状态发生变化，因此，能够基于该内燃机的运转状态来推定排气的状态。
此外，上述催化剂可以含有选择性地还原排气的选择还原型NOx催化剂而构成，上述检测机构可以包括对排气中的NOx浓度进行检测的NOx传感器而构成，上述添加机构可以添加氨来源的还原剂。
在采用NOx传感器作为检测机构的情况下，由于氨能被检测到而检测值可能会产生误差。对此，在判定为NOx传感器的检测精密度降低的情况下，如果使利用该NOx传感器的NOx浓度的检测停止，则能够抑制检测值产生误差。还原剂可包括尿素。
另外，上述检测机构可以包括对排气的温度进行检测的温度传感器而构成。
在采用温度传感器作为检测机构的情况下，添加剂从排气和温度传感器吸收热量，因此，检测值可能会产生误差。对此，在判定为温度传感器的检测精密度降低的情况下，如果使利用该温度传感器的排气的温度的检测停止，则能够抑制检测值产生误差。
为了完成上述课题，本发明的内燃机的排气净化方法采用以下的方法。即，本发明的内燃机的排气净化方法的特征在于，包括下述工序而构成：
第一工序，在对内燃机的排气的状态进行检测时，通过向催化剂添加的添加剂是否存在来对排气的状态的检测精密度是否降低进行判定；及
第二工序，在判定为排气的状态的检测精密度降低的情况下，停止排气的状态的检测。
需要说明的是，在上述第一工序中，能够判定：在添加剂正被添加时，排气的状态的检测精密度降低。
另外，可以包括下述第三工序而构成：在上述第二工序中停止排气的状态的检测的情况下，进行排气的状态的推定来代替排气的状态的检测。
发明效果
根据本发明，能够抑制由于排气中所添加的添加剂而使传感器的测定值产生误差。
附图说明
图1是表示实施例1、2的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。
图2是表示实施例1的控制流程的流程图。
图3是表示实施例2的控制流程的流程图。
图4是表示实施例3的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。
具体实施方式
下面基于附图对本发明的内燃机的排气净化装置及排气净化方法的具体实施方式进行说明。
实施例1
图1是表示本实施例的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。图1所示的内燃机1是具有4个气缸的水冷式的四冲程柴油发动机。需要说明的是，对于以下的实施例而言，即使是汽油发动机，也能够同样地适用。
内燃机1连接有排气通路2。在排气通路2中，沿排气的流动方向从上游侧开始依次设置有传感器4、添加阀5、催化剂3。
另外，传感器4对排气的状态进行检测，例如，对排气中的特定成分的浓度进行检测。传感器4可列举例如：空燃比传感器、氧浓度传感器、HC传感器或NOx传感器。另外，也可以是例如对排气的温度进行检测的温度传感器。需要说明的是，在本实施例中，传感器4相当于本发明中的检测机构。
添加阀5喷射还原剂或氧化剂等添加剂。添加剂可使用例如燃料(HC)或尿素水等氨来源的还原剂。使用何种添加剂根据催化剂3的种类来确定。然后，添加剂在催化剂3中发生反応。需要说明的是，在本实施例中，添加阀5相当于本发明中的添加机构。
催化剂3可列举例如：吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂、氧化催化剂或三元催化剂。另外，可以具备负载这些催化剂或将这些催化剂设置在上游的颗粒过滤器。
如上述构成的内燃机1同时设置有用于控制该内燃机1的电子控制单元即ECU10。该ECU10是根据内燃机1的运转条件和驾驶员的要求来控制内燃机1的运转状态的单元。
对于ECU10而言，除了上述传感器之外，还通过布线连接有输出根据驾驶员踩加速踏板11的量的电信号而能够检测发动机负荷的加速器开度传感器12、及检测发动机转速的曲轴位置传感器13，这些各种传感器的输出信号被输入到ECU10中。另一方面，ECU10通过布线连接有添加阀5，并且添加阀5由该ECU10控制。
需要说明的是，本实施例中，将传感器4设定为NOx传感器、将添加阀5设定为添加尿素水的添加阀、将催化剂3设定为选择还原型NOx催化剂来进行说明。这样，由添加阀5添加的尿素水利用排气的热量而水解成氨(NH3)，其一部分或全部吸附于催化剂3。上述氨将NOx选择性地还原。这样，向催化剂3供给氨，或使催化剂3预先吸附氨，从而在NOx通过催化剂3时，使该NOx还原。
而且，为了使催化剂3预先吸附氨，由添加阀5间歇性地添加尿素水。例如，利用传感器4检测NOx浓度，由该NOx浓度和吸入空气量算出NOx量。根据该NOx量，催化剂3所吸附的氨量相应减少，因此，在催化剂3所吸附的氨量变为预定量以下时由添加阀5添加尿素水。需要说明的是，可以将由添加阀5添加尿素水的间隔固定，根据通过传感器4而得到的NOx浓度来确定由添加阀5添加的尿素水的量。这样，尿素水间歇性地被添加。
在此，由添加阀5添加到排气中的尿素水，由于排气的波动，可能会逆流到传感器4附近。对于NOx传感器而言，由于该NOx传感器上所涂布的催化剂，有时氨也与NOx同样地被检测到，因此，在NOx传感器的周围存在氨时，可能NOx浓度会检测得比实际高。另外，尿素水附着于传感器4时，由于该传感器4上所涂布的催化剂，排气中的NOx有时被还原，因此，可能NOx浓度会检测得比实际低。这样，由于尿素水的添加，传感器4的检测值有时产生误差。对此，本实施例中，在正在由添加阀5向排气中添加尿素水时，停止利用传感器4的NOx浓度的检测。
图2是表示本实施例的控制流程的流程图。本流程通过ECU10每隔预定的时间反复执行。
在步骤S101中，对是否正在由添加阀5添加尿素水进行判定。即，对传感器4的检测值是否处于可能会产生误差的状态进行判定。在步骤S101中，在作出肯定判定的情况下，进入步骤S102，在作出否定判定的情况下，进入步骤S103。需要说明的是，本实施例中，处理步骤S101的ECU10相当于本发明中的判定机构。另外，本实施例中，步骤S101相当于本发明中的第一工序。
在步骤S102中，停止利用传感器4的NOx浓度的检测。另外，在步骤S103中，允许利用传感器4的NOx浓度的检测。需要说明的是，本实施例中，处理步骤S102的ECU10相当于本发明中的停止机构。另外，本实施例中，步骤S102相当于本发明中的第二工序。
如上操作，在尿素水正在由添加阀5进行添加时，停止利用传感器4的NOx浓度的检测，而在尿素水没有进行添加时，则允许利用传感器4的NOx浓度的检测。
另外，本实施例中，在由添加阀5添加尿素水的期间内，使利用传感器4的NOx浓度的检测停止，但是，也可以取而代之，在尿素水实际上附着于传感器4的期间内或尿素水实际上存在于传感器4周围的期间内，使利用传感器4的NOx浓度的检测停止。即，可以考虑由添加阀5添加的尿素水到达传感器4为止所花费的时间，或者考虑至附着于添加阀5的尿素水蒸发为止所花费的时间。上述期间与例如尿素水的添加量、添加时期、排气的流量、从添加阀5至传感器4的距离存在相关性，因此，能够基于上述值来求出。上述关系可以预先通过实验等求出，并进行映射化而事先存储于ECU10。
另外，例如，在排气的流速在规定值以下时、且正在由添加阀5添加尿素水的期间内，可以停止利用传感器4的NOx浓度的检测。这种情况下，在排气的流速超过规定值时，即使是处于正在由添加阀5添加尿素水的期间，也允许利用传感器4的NOx浓度的检测。在此，排气的流速越高，尿素水越难以附着于传感器4。另外，排气的流速越高，尿素水越难以发生逆流。这样，根据排气的流速，即使添加尿素水，也有时不会对传感器4的检测值产生影响。此时，即使是正在添加尿素水，也能够允许NOx浓度的检测。由此，能够抑制NOx浓度的检测在不需要停止的期间内停止。将规定值设定为尿素水不附着于传感器4或不存在于传感器4附近的流速而预先求出。另外，可以使用排气的流量或空间速度(SV)来代替排气的流速。
另外，在传感器4为温度传感器的情况下，由添加阀5添加的添加剂在蒸发时从排气和传感器4吸收热量，因此，使排气的温度和传感器4的温度降低。此时，如果正在利用传感器4检测温度，则会检测出比本来的排气的温度低的温度。对此，在正在由添加阀5添加添加剂时，如果使利用传感器4的温度的检测停止，则能够抑制排气的温度的检测值产生误差。
另外，在传感器4为空燃比传感器且添加剂为HC的情况下，由添加阀5添加的HC对空燃比传感器的检测值产生影响。对此，在正在由添加阀5添加HC时，如果使利用空燃比传感器的空燃比的检测停止，则能够抑制空燃比的检测值产生误差。这样，能够优化HC的添加量，因此，能够抑制催化剂3由于HC而发生中毒和过热。另外，能够抑制因空燃比变得过低而导致的硫化氢的产生。
需要说明的是，本实施例中，添加阀5安装在排气的流动方向上与传感器4相比更下游侧，但是，即使是取而代之将添加阀5安装在传感器4的上游侧的情况，也能够同样地适用。另外，添加阀5可以安装在排气的流动方向上与传感器4没有差距的位置。
如以上说明的那样，根据本实施例，在添加剂正在由添加阀5添加时，使利用传感器4的排气的状态的检测停止，因此，能够抑制利用该传感器4的检测值产生误差。由此，能够添加适量的添加剂，因此，能够抑制由于添加剂不足而引起的排气净化性能的降低。另外，能够抑制由于添加剂过量而导致该添加剂穿过催化剂3。
实施例2
本实施例中，在添加剂正在由添加阀5添加时，使利用传感器4的排气的状态的检测停止，同时由内燃机1的运转状态来推定排气的状态，使用该推定值来代替通过传感器4而得到的检测值。对于其他机构，与实施例1相同，因此省略说明。
在添加剂正在由添加阀5添加时，停止利用传感器4的排气的状态的检测。其与实施例1同样地执行，因此省略说明。然后，如下操作对排气的状态进行推定。需要说明的是，此时的推定对象与传感器4的检测对象相同。
在此，排气的状态受到例如发动机转速、加速器开度、燃料喷射量、燃料喷射时期、节气门开度、吸气温度、吸入空气量、大气压等的影响。另外，在具备将排气的一部分供给到吸气通路的EGR装置的情况下，也受到调节EGR气体的流量的EGR阀的开度、和进行EGR气体的冷却的EGR冷却器的温度的影响。而且，在具备涡轮增压器的情况下，受到增压压力、涡轮增压器的转速的影响。在具备可变容量型涡轮增压器的情况下，受到喷嘴叶片的开度的影响。另外，也有不受推定对象的影响的情况。
即，基于上述值中与推定对象具有相关性的数值，能够推定排气的状态。上述关系可以预先通过实验等求出，并事先进行映射化。
图3是表示本实施例的控制流程的流程图。本流程通过ECU10每隔预定的时间反复执行。需要说明的是，将传感器4设定为NOx传感器、将添加阀5设定为添加尿素水的添加阀、将催化剂3设定为选择还原型NOx催化剂来进行说明。另外，对于进行与图2所示的流程相同的处理的步骤，标注相同标号并且省略说明。而且，对于图3所示的流程而言，在步骤S201中对NOx浓度进行推定。如果基于如上所推定的NOx浓度来确定尿素水的添加量和添加时期，则能够将适当量的添加剂在适当的时期进行添加。需要说明的是，本实施例中，处理步骤S201的ECU10相当于本发明中的推定机构。另外，本实施例中，步骤S201相当于本发明中的第三工序。
如以上说明的那样，根据本实施例，在添加剂正在由添加阀5添加时，使利用传感器4的排气的状态的检测停止，因此，能够抑制利用该传感器4的检测值产生误差。另外，此时能够通过推定来获得排气的状态。由此，能够实现添加剂的添加量和添加时期的优化。
实施例3
图4是表示本实施例的内燃机的排气净化装置的概略构成的图。主要对与图1不同的方面进行说明。
本实施例中，在与传感器4及添加阀5相比更上游侧的排气通路2中，从上游侧开始依次设置有氧化催化剂21和颗粒过滤器22(以下仅称为过滤器22)。过滤器22捕集排气中所含的PM。然后，对由过滤器22捕集的PM进行氧化时，通过向氧化催化剂21供给例如HC来提高过滤器22的温度。需要说明的是，氧化催化剂21可以是三元催化剂或吸藏还原型NOx催化剂等具有氧化功能的其他催化剂。另外，可以将氧化催化剂21等负载在过滤器22上。
添加阀5和传感器4安装在紧邻过滤器22的下游的排气通路2中。添加阀5安装在排气的流动方向上与传感器4相比更下游侧、或安装在排气的流动方向上与传感器4没有差距的位置。即，传感器4以不在排气的流动方向上与添加阀5相比更下游侧的方式进行安装。另外，为了降低过滤器22的压力损失，添加阀5和传感器4安装在通路截面积较大的部位。
这样，能够延长从添加阀5至催化剂3的距离，并且使通路面积缩小和扩大，因此，添加剂能够在宽范围内分散，从而能够使添加剂的浓度均匀。由此，能够促进催化剂3中的排气的净化。
但是，由于添加阀5与传感器4的距离变短，因此，传感器4容易受到由添加阀5添加的添加剂的影响。
对此，与实施例1同样地，在由添加阀5添加添加剂时，停止利用传感器4对排气的状态进行检测。另外，与实施例2同样地，可以在由添加阀5添加添加剂时，使利用传感器4的排气的状态的检测停止，同时由内燃机1的运转状态来推定排气的状态。这样，能够在提高排气的净化性能的同时、抑制传感器4的检测值产生误差。
标号说明
1内燃机
2排气通路
3催化剂
4传感器
5添加阀
10ECU
11加速踏板
12加速器开度传感器
13曲轴位置传感器
21氧化催化剂
22颗粒过滤器

Claims (8)

1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：
检测机构，设置在内燃机的排气通路中来检测排气的状态；
添加机构，向所述排气通路内添加添加剂；
催化剂，设置在与所述检测机构和所述添加机构相比更下游侧，并接受来自所述添加机构的添加剂的供给；
判定机构，对所述检测机构的检测精密度是否因从所述添加机构添加的添加剂而降低进行判定；及
停止机构，在由所述判定机构判定为所述检测机构的检测精密度降低的情况下，停止利用所述检测机构的排气的状态的检测。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述判定机构判定：在正在由所述添加机构添加添加剂时，所述检测机构的检测精密度降低。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备推定机构，其基于内燃机的运转状态来推定所述内燃机的排气的状态，
由所述停止机构停止利用所述检测机构的排气的状态的检测时，进行利用所述推定机构的排气的状态的推定来代替利用所述检测机构的排气的状态的检测。
4.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述催化剂含有选择性地还原排气的选择还原型NOx催化剂而构成，所述检测机构包括对排气中的NOx浓度进行检测的NOx传感器而构成，所述添加机构添加氨来源的还原剂。
5.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，所述检测机构包括对排气的温度进行检测的温度传感器而构成。
6.一种内燃机的排气净化方法，其特征在于，包括如下工序而构成：
第一工序，在对内燃机的排气的状态进行检测时，通过向催化剂添加的添加剂是否存在来对排气的状态的检测精密度是否降低进行判定；及
第二工序，在判定为排气的状态的检测精密度降低的情况下，停止排气的状态的检测。
7.如权利要求6所述的内燃机的排气净化方法，其特征在于，在所述第一工序中，判定：在添加剂正在被添加时，排气的状态的检测精密度降低。
8.如权利要求6或7所述的内燃机的排气净化方法，其特征在于，包括如下第三工序而构成：在所述第二工序中停止排气的状态的检测的情况下，进行排气的状态的推定来代替排气的状态的检测。
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