专利名称：内燃机的排气排放控制系统及排气排放控制方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的排气排放控制系统及其排气排放控制方法。
背景技术：
在其中发动机排气通路中配置有NOx选择性还原催化剂且存储在尿素水溶液箱中的尿素水溶液供给到NOx选择性还原催化剂以使得从尿素水溶液产生的氨选择性地还原排气中所含的NOx的内燃机排气排放控制系统中，如在例如日本专利申请特开 No. 2005-83223 (JP-A-2005-83223)中所公开的，现有技术中已知在尿素水溶液箱中设置尿素水溶液浓度传感器以用于检测尿素水溶液的异常。但是，尿素水溶液浓度传感器是昂贵的，希望使用其他廉价的方法来检测尿素水溶液的异常。
发明内容
本发明提供一种能够以低成本可靠地推定尿素水溶液浓度的排气排放控制系统， 并且还提供这样一种排气排放控制方法。根据本发明的一个方面，在其中在内燃机的排气通路中配置有NOx选择性还原催化剂且存储在尿素水溶液箱中的尿素水溶液经由尿素水溶液供给阀供给到NOx选择性还原催化剂以使得从尿素水溶液产生的氨选择性地还原排气中所含的NOx的内燃机的排气排放控制系统中，在所述NOx选择性还原催化剂下游的所述排气通路中配置有NOx传感器， 以便检测所述NOx选择性还原催化剂的NOx转化效率，以及从所述检测出的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的尿素水溶液的浓度。根据本发明的另一方面，提供了一种内燃机的排气排放控制方法，其中，在发动机的排气通路中配置有NOx选择性还原催化剂，且在所述NOx选择性还原催化剂下游的排气通路中配置有NOx传感器以便检测所述NOx选择性还原催化剂的NOx转化效率，其中，存储在尿素水溶液箱中的尿素水溶液经由尿素水溶液供给阀供给到所述NOx选择性还原催化剂，从而从尿素水溶液产生的氨选择性地还原排气中所含的NOx。该排气排放控制方法包括以下步骤获得NOx转化效率与尿素水溶液的浓度之间的关系；利用所述NOx传感器检测所述NOx选择性还原催化剂的所述NOx转化效率；以及从所述检测出的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度。在上述内燃机的排气排放控制系统和排气排放控制方法中，预先获得NOx转化效率与尿素水溶液的浓度之间的关系，检测NOx选择性还原催化剂的NOx转化效率，从而能够从检测出的NOx转化效率推定尿素水溶液箱中的尿素水溶液的浓度。因此可以推定尿素水溶液的浓度而无需特别设置尿素水溶液浓度传感器。从而，能够以低成本检测尿素水溶液的浓度。
在以下参考附图对本发明的示例实施例的详细说明中将描述本发明的特征、优点以及技术和工业重要性，其中相同的标号表示相同的元件，且其中图1是压燃式内燃机的总体视图，本发明的实施例应用于该压燃式内燃机；图2是表示NOx转化效率与尿素水溶液浓度之间的关系的视图；图3是示出用于确定从发动机排出的NOx的量NOXA的图谱的视图；图4是示出检测指令和检测执行指令的产生定时的视图；图5是示出在本发明的第一实施例中，当产生检测指令时执行的控制例程的流程图；图6是示出在本发明的第一实施例中，当产生检测执行指令时执行的控制例程的流程图；图7A和图7B是示出在本发明的第二实施例中，尿素水溶液的液位变化的时间图；图8是示出在本发明的第二实施例中，用于检测为了再填充而向尿素水溶液箱中供给尿素水溶液的控制例程的流程图；图9是示出在本发明的第二实施例中，当产生检测执行指令时执行的控制例程的流程图；图IOA和图IOB是示出在本发明的第三实施例中，尿素水溶液的液位变化和尿素水溶液的假想浓度的视图；图11是示出在本发明的第三实施例中，用于检测向尿素水溶液箱中供给尿素水溶液的控制例程的流程图；图12示出在本发明的第三实施例中，当产生检测执行指令时执行的控制例程的流程图；图13A、图1 和图13C是分别示出在本发明的第四实施例中，检测出的NOx转化效率的减小率RA、RB、RC的变化的视图；图14A是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率RA的方法的第一示例的视图；图14B是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率RA的方法的第二示例的视图；图15是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率 RA的方法的另一示例的视图；图16A和图16B是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率RB的方法的示例的视图；图17A和图17B是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率RC的方法的第一示例的视图；图18是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率 RC的方法的第二示例的视图；图19A和图19B是用于说明在本发明的第四实施例中，获得检测出的NOx转化效率的减小率RC的方法的第三示例的视图；图20是示出在本发明的第四实施例中，当产生检测执行指令时执行的控制例程的流程图。
具体实施例方式下面参考附图更详细地描述本发明的示例实施例。图1是压燃式内燃机的总体视图。图1的发动机包括发动机本体1、各气缸的燃烧室2、用于将燃料喷射到各燃烧室2内的电子控制的燃料喷射阀3、进气歧管4以及排气歧管5。进气歧管4经由进气管6连接到排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口，且压缩机7a 的入口经由用于检测进气量的空气流量计8连接到空气滤清器9。在进气管6中设有适于由步进马达驱动的节气门10，且在进气管6周围设有用于冷却在进气管6中流动的进气的冷却装置11。在图1所示的实施例中，发动机冷却剂被供给到冷却装置11，从而进气被发动机冷却剂冷却。另一方面，排气歧管5连接到排气涡轮增压器7的排气涡轮机7b的入口，且排气涡轮机7b的出口连接到氧化催化剂12的入口。在氧化催化剂12的下游邻近氧化催化剂 12处配置有用于捕集排气中所含的颗粒物质的颗粒过滤器13，且颗粒过滤器13的出口经由排气管14连接到NOx选择性还原催化剂15的入口。氧化催化剂16连接到NOx选择性还原催化剂15的出口。在NOx选择性还原催化剂15上游的排气管14中配置有尿素水溶液供给阀17， 且尿素水溶液供给阀17经由供给管18和供给泵19连接到尿素水溶液箱20。存储在尿素水溶液箱20中的尿素水溶液(也称为“尿素水”)通过供给泵19从尿素水溶液供给阀17喷射到在排气管14内流动的排气中，且排气中所含的NOx通过从尿素产生的氨 ((NH2) 2C0+H20 — 2NH3+C02)在NOx选择性还原催化剂15处被还原。排气歧管5和进气歧管4经由排气再循环(称为“EGR”)通路21彼此相连，且在 EGR通路21中设有电子控制的EGR控制阀22。此外，在EGR通路21周围设有用于冷却在 EGR通路21中流动的EGR气体的冷却装置23。在如图1所示的实施例中，发动机冷却剂被供给到冷却装置23，从而EGR气体被发动机冷却剂冷却。同时，各个燃料喷射阀3经由燃料供给管M连接到共轨25，且共轨25经由燃料输送量可变的电子控制的燃料泵沈连接到燃料箱27。燃料箱27中存储的燃料通过燃料泵沈供给到共轨25中，且供给到共轨25中的燃料经由相应的燃料供给管M供给到燃料喷射阀3。如图1所示，尿素水溶液箱20具有盖观和排出龙头(drain cock) 29，该盖附装到接收用于再填充箱20的尿素水溶液的注入口，尿素水溶液箱20中残留的尿素水溶液通过该排出龙头排出。此外，在尿素水溶液箱20中设有能够检测尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的液位的液位传感器40。液位传感器40产生与尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的液位成比例的输出。同时，在氧化催化剂16下游的发动机排气通路中设有能够检测排气中的NOx浓度的NOx传感器41。NOx传感器41产生与排气中的NOx浓度成比例的输出。此外，在NOx选择性还原催化剂15中设有用于检测NOx选择性还原催化剂15的温度的温度传感器42。电子控制单元30由数字计算机组成，且具有ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU (微处理器)34、输入端口 35和输出端口 36，它们经由双向总线31彼此相连。输入端口 35经由相应的A/D转换器37接收液位传感器40、NOx传感器41、温度传感器42以及空气流量计8的输出信号。产生与加速踏板45的压下量L成比例的输出电压的负荷传感器46连接到加速踏板45，且输入端口 35经由相应的A/D转换器37接收负荷传感器46的输出电压。此外，曲柄角度传感器47连接到输入端口 35，每次曲轴旋转例如15° 时该曲柄角度传感器产生一输出脉冲。另一方面，输出端口 36经由相应的驱动回路38连接到燃料喷射阀3、用于驱动节气门10的步进马达、尿素水溶液供给阀17、供给泵19、EGR 控制阀22以及燃料泵26。氧化催化剂12载有诸如钼之类的贵金属催化剂，且具有将排气中所含的NO转化为NO2的功能和氧化排气中所含的HC的功能。即，将NO转化为氧化能力比NO更高的NO2促进了由颗粒过滤器捕集的颗粒物质的氧化，且促进了 NOx选择性还原催化剂处由氨对NOx 进行的还原。颗粒过滤器13可不载有催化剂，或可载有诸如钼之类的贵金属催化剂。NOx 选择性还原催化剂15可由在低温下具有高的NOx转化效率的、能够吸附氨的铁沸石形成， 或可由不能吸附氨的基于钛-钒的催化剂形成。氧化催化剂16载有诸如钼之类的贵金属催化剂，且具有氧化从NOx选择性还原催化剂15中漏出或滑过的氨的功能。在如上所述构造的内燃机中，预先确定待使用的额定尿素水溶液，即，额定尿素水溶液中的尿素浓度被设定为常数，例如32. 5%。另一方面，一旦确定发动机的运转条件，则从发动机排出的NOx的量就被确定，且用于还原从发动机排出的NOx所需的尿素水溶液的量被从尿素水溶液供给阀17供给到排气管14中。即，尿素水溶液以相对于从发动机排出的 NOx的量具有当量比1的量而被供给。在使用额定尿素水溶液且尿素水溶液以相对于NOx 量具有当量比1的量被供给的情况下，只要NOx选择性还原催化剂15没有劣化，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率就等于一常值，例如90%。另一方面，如果不使用额定尿素水溶液，而是使用浓度比额定尿素水溶液低的尿素水溶液，且供给量与使用额定尿素水溶液的情况相同，则NOx选择性还原催化剂15的NOx 转化效率减小。在这种情况下，如图2所示，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率与所使用的尿素水溶液的浓度成正比例。NOx转化效率与尿素水溶液浓度之间的关系可通过实验等预先获得。一旦确定了发动机的运转条件，则如上所述，从发动机排出的NOx的量，更精确地为每单位时间从发动机排出的NOx的量就被确定，且每单位时间进入NOx选择性还原催化剂15的NOx的量被确定。另一方面，通过将由NOx传感器41检测出的NOx浓度乘以每单位时间排出的排气的量即每单位时间的进气量获得的乘积，表示每单位时间从NOx选择性还原催化剂15排出而没有被转化的NOx的量。随后可由NOx传感器41检测或确定NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率。如上所述，如图2所示，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率与所使用的尿素水溶液的浓度成正比例。另一方面，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率能够由NOx 传感器41检测出。从而，能够从由NOx传感器41检测出的NOx转化效率推定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度。下面描述本发明的用于推定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液浓度的一个实施例。在此实施例中，作为发动机输出转矩TQ和发动机转速N的函数，每单位时间从发动机排出的NOx的量NOXA以图3所示的图谱的形式预先存储在ROM 32中，且每单位时间进入 NOx选择性还原催化剂15中的NOx的量NOXA从图3的图谱计算出。
在本发明的此实施例中，如图4所示，间歇式地产生用于检测NOx转化效率的检测指令。检测指令可在发动机运转期间以给定的时间间隔产生，或可在从发动机开始运转的时刻至发动机停止运转的时刻的时间段期间仅产生一次。如果产生了检测指令，则执行如图5所示的指令处理例程。当执行指令处理例程时，在步骤50中判定发动机的当前运转状态是否是适于检测NOx转化效率的预定运转状态。适于检测的运转状态是从发动机排出的NOx的量已经稳定且NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率已经稳定的发动机运转状态。适于检测的运转状态基于发动机的输出转矩、发动机转速、NOx选择性还原催化剂15的温度等预先确定。如果在步骤50中判定为发动机运转状态是适于检测的运转状态，则控制前进至步骤51 以产生检测执行指令。即，当在产生检测指令后发动机第一次进入适于检测的运转状态时， 产生检测执行指令。当产生检测执行指令时，执行如图6所示的检测执行例程。首先，在步骤60中由 NOx传感器41检测排气中的NOx浓度。在步骤61中，基于从图3的图谱计算出的进入NOx 选择性还原催化剂15中的NOx的量，和从由NOx传感器41检测出的NOx浓度以及进气量计算出的流出NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，计算NOx选择性还原催化剂15的NOx
转化效率。随后，在步骤62中，基于图2所示的关系，从在步骤61中获得的NOx转化效率计算尿素水溶液的浓度D。在此实施例中，以这种方式推定尿素水溶液的浓度。如果将浓度低于额定尿素水溶液的浓度的尿素水溶液不合适地用作尿素水，或者不合适地使用不同于尿素水溶液的液体例如水，则NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率急剧减小，导致严重问题。因此，在本发明的此实施例中，当由NOx传感器41检测出的 NOx转化效率减小时，这被视作表示尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度异常减小的异常状态，并发出警告。结合图6的流程图更具体地描述，在步骤63中判定尿素水溶液的浓度D是否低于预定的阈值浓度DX，并且如果尿素水溶液的浓度D低于阈值浓度DX，则控制前进至步骤64
以开启警告灯。如上所述，当NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率减小时，认为尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度减小。但是，当NOx选择性还原催化剂15劣化时，或者当尿素水溶液供给阀17中发生诸如堵塞之类的故障时，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率也会减小。 当在尿素水溶液箱20再填充尿素水(即，尿素水被添加或供给到尿素水溶液箱20 中)后NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率减小时，很大的可能性在于错误地使用了浓度低于额定尿素水溶液的浓度的尿素水溶液作为添加的尿素水，或者错误地使用了不同于尿素水的液体。因此，在这种情况下，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率的减小可以认为是由于尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度减小所导致的。
因而，在下述本发明的第二实施例中，使用液位传感器40判定补充液体是否被供给到尿素水溶液箱20以用于再填充。如果判定为补充液体已被供给到尿素水溶液箱20 中，且在补充液体的供给后检测出的NOx转化效率变得低于预定的容许水平，则从检测出的NOx转化效率推定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度。
在本发明的第二实施例中，如果判定为补充液体已经被供给到尿素水溶液箱20 中，且在补充液体的供给后检测出的NOx转化效率低于预定的容许水平，则认为尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度异常减小的异常状态成立。图7A和图7B示出检测执行指令的产生定时和尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的液位变化，用于说明第二实施例。图7A示出在两个检测执行指令之间的时间点处补充液体被添加或供给到尿素水溶液箱20中的情况，图7B示出在两个检测执行指令之间的时间点处残留在尿素水溶液箱20中的尿素水溶液通过排出龙头四排出到外部后补充液体被添加或供给到尿素水溶液箱20中的情况。图8示出用于检测供给到尿素水溶液箱20中以用于再填充的尿素水的供给的检测例程。图8的例程以短的时间间隔执行，该例程是中断例程。参考图8，例程以步骤70开始，在该步骤中由液位传感器40检测尿素水溶液箱20 中的尿素水溶液液位L。然后，在步骤71中判定检测出的尿素水溶液液位L是否比在中断例程的上一个循环中检测出的尿素水溶液液位Ltl高出给定值α或更多。如果L高于(Lc^a) (L>L0+a),则判定为补充液体已被添加或供给到尿素水溶液箱20中，且在步骤72中设定表示再填充操作已执行的再填充标志。然后，在步骤73中，将此循环中检测出的尿素水溶液液位L设定为k。在图8的步骤71中，判定补充液体的增加量(L-Ltl)(即，尿素水的液位差异)是否大于给定值a。在图7A的情况下，不考虑图8所示的检测例程在再填充操作期间停止执行还是保持执行，量(L-Ltl)都可被正确地检测。另一方面，在图7B所示的情况下，在排出剩余的尿素水和再填充期间需要保持执行图8所示的检测例程，以便正确地检测量(L-Ltl)。当产生如图7A或图7B所示的检测执行指令时，执行如图9所示的检测执行例程。 首先，在步骤80中判定再填充标志是否被设定。如果未设定再填充标志，则此例程的当前循环结束。另一方面，如果设定了再填充标志，即，如果补充液体已被添加或供给到尿素水溶液箱20中，则控制进行至步骤81。在步骤81中，由NOx传感器41检测排气中的NOx浓度。然后，在步骤82中，利用从图3所示的图谱计算出的进入NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，和从由NOx传感器 41检测出的NOx浓度以及进气量计算出的流出NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，计算 NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率R。接着，在步骤83中判定NOx转化效率R是否低于预定的容许水平R。。如果NOx转化效率R低于容许水平Rtl,则认为尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度由于补充液体供给到尿素水溶液箱20中而已减小，且基于图2所示的关系，从NOx转化效率R计算尿素水溶液的浓度D。然后，在步骤85中判定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度D是否低于预定的阈值浓度DX。如果尿素水溶液的浓度D低于阈值浓度DX，则控制进行至步骤86以开启表示尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的异常的警告灯。然后，在步骤87中再填充标志被复位。另一方面，如果在步骤S85中判定为D > DX(即尿素水溶液的浓度等于或高于阈值浓度DX)，则控制进行至步骤88，以判定为NOx选择性还原催化剂15已经劣化，或者尿素水溶液供给阀17中发生了故障等。从图9可以理解，仅在设定了再填充标志时进行NOx转化效率R是否已减小的判定，且在此判定完成之后再填充设定被复位。从而可理解，在补充液体的供给(尿素水溶液箱20的再填充)之后第一次产生检测执行指令时仅进行一次NOx 转化效率R是否减小的判定。下面描述本发明的第三实施例。尽管如上所示，在NOx转化效率减小时认为尿素水溶液的浓度减小，但即使尿素水溶液的浓度实际并未减小，也可能错误地认为尿素水溶液的浓度减小了。在第三实施例中，防止了这种错误的认识或假定。在第三实施例中，假设添加或供给到尿素水溶液箱20中的补充液体是氨浓度等于零的液体，基于上述假设计算在补充液体的供给后尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度。尿素水溶液的假想浓度用于防止即使尿素水溶液的浓度没有实际减小而错误地认为尿素水溶液的浓度减小。如图IOA所示，假设在尿素水溶液箱20中残留Qr量的尿素水溶液时Qa量的补充液体被供给到尿素水溶液箱20中，则如图IOB所示，尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的量从Qr增加至(Qr+Qa)。假设氨浓度等于零的补充液体用作供给到尿素水溶液箱20中的补充液体，这是一种最坏的情况，尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度从额定浓度Db减小至表示为DbXQr/(Qr+Qa)的假想尿素水溶液浓度。随着添加的补充液体的量Qa相对于剩余量Qr增加，此假想尿素水溶液浓度De ( = Db X Qr/ (Qr+Qa))减小。如果当补充液体的供给量Qa相对于剩余量Qr较小，即当假想尿素水溶液浓度没有如此减小时，NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率减小至低于容许水平，则很难说 NOx转化效率是由于尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度的减小而减小的。另一方面， 如果当供给量Qr相对于剩余量Qr较大时，NOx转化效率减小至低于容许水平，则NOx转化效率的减小极有可能是由于尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度减小而造成的。因而，在第三实施例中，由液位传感器40判定补充液体是否已经被供给到尿素水溶液箱20中，且在补充液体中的氨浓度等于零的假设下计算在补充液体的供给后尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的假想浓度。如果判定为补充液体已经供给到尿素水溶液箱20 中，且在补充液体的供给后检测出的NOx转化效率低于预定的容许水平，而尿素水溶液的假想浓度低于预定的容许浓度，则认为尿素水溶液箱中的尿素水溶液的浓度异常减小的异常状态成立。图11示出用于检测尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的供给(即尿素水溶液箱20 被再填充入尿素水溶液)的检测例程。图11的例程以短的时间隔执行，该例程是中断例程。参考图11，例程以步骤90开始，在该步骤中由液位传感器40检测尿素水溶液箱 20中的尿素水溶液的液位L。然后，在步骤91中判定检测出的尿素水溶液液位L是否比在中断例程的上一次循环期间检测出的尿素水溶液液位Ltl高出特定值α或更多。如果L> Ltl+α，则判定为补充液体已经被添加或供给到尿素水溶液箱20中，且在步骤92中设定表示再填充操作已执行的再填充标志。接着，在步骤93中，通过将在中断例程的上次循环中检测出的尿素水溶液液位Ltl 和尿素水溶液箱20的横截面积S相乘，计算剩余量Qr( = LtlXSh然后，在步骤94中，通过将尿素水溶液液位的增量(L-Ltl)和尿素水溶液箱20的横截面积S相乘，计算添加到尿素水溶液箱20中的补充液体的量Qa(= (L-Ltl) XQ。然后，在步骤95中计算假想尿素水溶液浓度De ( = Db X Qr/ (Qr+Qa))。然后，在步骤96中将尿素水溶液液位L (即尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的液位)设定为Lo。
如果产生如图IOA所示的检测执行指令，则执行如图12所示的检测执行例程。首先，在步骤100中判定再填充标志是否被设定。如果没有设定再填充标志，则图12的例程的当前循环结束。另一方面，如果设定了再填充标志，即，如果补充液体已被供给到尿素水溶液箱20中，则控制进行至步骤101。在步骤101中，由NOx传感器41检测排气中的NOx浓度。然后，利用从如图3所示的图谱计算出的进入NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，和从由NOx传感器41检测出的NOx浓度以及进气量计算出的流出NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，在步骤102 中计算NOx选择性还原催化剂15的NOx转化效率R。接着，在步骤103中判定NOx转化效率R是否低于预定的容许水平R。。如果NOx 转化效率R低于容许水平R。，则在步骤104中判定假想尿素水溶液浓度De是否低于预定的容许浓度DX。如果假想尿素水溶液浓度De低于容许浓度DX，则控制进行至步骤105，以开启表示尿素水溶液箱20中的尿素水异常的警告灯，且然后进行至步骤106以复位再填充标
ο另一方面，如果在步骤104中判定De ^ Dx (即，假想尿素水溶液浓度等于或高于容许浓度DX)，则在步骤107中判定为NOx选择性还原催化剂15已经劣化，或者尿素水溶液供给阀17中发生故障等。在第三实施例中，从图12可以理解，也仅在再填充标志被设定时进行NOx转化效率R是否减小的判定，且在此判定完成后再填充标志被复位。因而，在第三实施例中，当在补充液体供给到尿素水溶液箱20中后第一次产生检测执行指令时，也仅进行一次NOx转化效率是否减小的判定。随着尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度减小，由NOx传感器41检测出的NOx 转化效率减小。但是应当注意，在NOx传感器41劣化的情况下，或者在NOx选择性还原催化剂15劣化的情况下，或者在尿素水溶液供给阀17中发生诸如堵塞之类的故障的情况下， 由NOx传感器41检测出的NOx转化效率也减小。因此，为了从由NOx传感器41检测出的 NOx转化效率的减小来判定尿素水溶液箱20中尿素水溶液的浓度减小，需要消除NOx传感器41的劣化、NOx选择性还原催化剂15的劣化以及尿素水溶液供给阀17的故障对由NOx 传感器41检测出的NOx转化效率的影响。因此，在本发明的第四实施例中，从由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率获得不包含由于NOx传感器41的劣化引起的检测出的NOx转化效率的减小的、用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，并且从由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率获得不包含由于NOx选择性还原催化剂15的劣化引起的检测出的NOx转化效率的减小的、用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，同时从由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率获得不包含由于尿素水溶液供给阀17的故障引起的检测出的NOx转化效率的减小的、 用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。然后从这些用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率推定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度。更具体地，随着NOx传感器41的劣化程度增加，由NOx传感器41检测的检测出的 NOx转化效率减小。因此，如图13A所示，由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率的减小率RA随着NOx传感器41的劣化程度的增加而逐渐减小。下文将详细说明获得NOx转化效率的减小率RA的具体方法。在本发明的此实施例中，基于NOx传感器41的劣化程度获得由于NOx传感器41的劣化引起的检测出的NOx转化效率的减小率RA，且从由NOx传感器41检测的检测出的NOx 转化效率和NOx转化效率的减小率RA获得当NOx传感器41没有劣化时用于推定尿素水溶液的浓度的NOx转化效率。即，通过将由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率除以 NOx转化效率的减小率RA，来获得用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。然后，从如此获得的用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，来推定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度。此外，随着NOx选择性还原催化剂15的劣化程度增加，由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率减小。因此，如图1 所示，由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率的减小率RB随着NOx选择性还原催化剂15的劣化程度的增加而逐渐减小。下文也将说明获得NOx转化效率的减小率RB的具体方法。在本发明的此实施例中，基于NOx选择性还原催化剂15的劣化程度获得由于NOx 选择性还原催化剂15的劣化引起的NOx转化效率的减小率RB，且从由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率和NOx转化效率的减小率RB获得当NOx选择性还原催化剂15没有劣化时用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。S卩，通过将由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率除以NOx转化效率的减小率RB，来获得用于推定尿素水溶液浓度的 NOx转化效率。然后，从如此获得的用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，来推定尿素水溶液箱20中的尿素水溶液的浓度。此外，随着尿素水溶液供给阀17的故障程度增加，由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率减小。因此，如图13C所示，由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率的减小率RC随着尿素水溶液供给阀17的故障程度的增加而逐渐减小。下文也将说明获得NOx转化效率的减小率RC的具体方法。在本发明的此实施例中，基于尿素水溶液供给阀17的故障程度获得由于尿素水溶液供给阀17的故障引起的NOx转化效率的减小率RC，且从由NOx传感器41检测的检测出的NOx转化效率和NOx转化效率的减小率RC获得当尿素水溶液供给阀17处于正常状态时用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。即，通过将由NOx传感器41检测的检测出的 NOx转化效率除以NOx转化效率的减小率RC，来获得用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。然后，从用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，来推定尿素水溶液箱中的尿素水溶液的浓度。接下来，将依次说明获得检测出的NOx转化效率的各个减小率RA、RB、RC的具体方法。首先将说明检测出的NOx转化效率的减小率RA。随着结合在NOx传感器41中的用于加热NOx传感器的加热器的通电时间增加，即，随着电流施加在NOx传感器41的加热器上的时间段增加，NOx传感器41劣化。因此，检测出的NOx转化效率随着用于加热NOx传感器的加热器的总通电时间的增加而减小。如图14A所示，预先通过实验获得总的加热器通电时间与检测出的NOx转化效率的减小率RA之间的关系。因此，在第一示例中，可从如图 14A所示的关系获得检测出的NOx转化效率的减小率RA。在第二示例中，预先通过实验获得作为车辆行驶距离的函数的检测出的NOx转化效率的减小率RA，且从如图14B所示的关系获得NOx转化效率的减小率RA。在另一示例中， 提供一种用于推定从发动机排出的NOx的量的模型，且通过比较从该模型计算出的NOx的量与NOx传感器41的输出来确定NOx传感器41的劣化程度。在此情况下，基于图13A所述的关系，从如此确定的劣化程度获得检测出的NOx转化效率的减小率RA。在又一示例中，如图15所示，在NOx选择性还原催化剂15的上游配置另一 NOx传感器43，且通过在NOx选择性还原催化剂15不处在NOx转化操作中时，例如NOx选择性还原催化剂15的温度低时，将NOx传感器41、43的输出相互比较，来判定NOx传感器41的劣化程度。在如此设置了两个NOx传感器41、43的情况下，其中一个NOx传感器被认为是正常工作，且如果NOx传感器41的输出低于NOx传感器43的输出，则判定为NOx传感器41 劣化。在此情况下，基于图13A所示的关系，从劣化程度获得检测出的NOx转化效率的减小率RA。下面说明检测出的NOx转化效率的减小率RB。NOx选择性还原催化剂15暴露于高温的时间段越长，NOx选择性还原催化剂15的劣化程度越大。在此情况下，NOx选择性还原催化剂15所处的温度越高，NOx选择性还原催化剂15的劣化程度越大。因此，NOx选择性还原催化剂15的劣化程度随催化剂温度与催化剂15被置于该温度的时间段的乘积之和的增加而增加。此外，排气中所含的硫会使NOx选择性还原催化剂15中毒，且NOx选择性还原催化剂15的劣化程度随硫中毒量的增加而增加。在本发明的此实施例中，如图16A所示，预先通过实验获得作为催化剂温度与 NOx选择性还原催化剂15被置于该温度的时间段的乘积之和的函数的检测出的NOx转化效率的减小率RB1，且预先通过实验获得作为硫中毒量的函数的检测出的NOx转化效率的减小率RB2。通过计算RBl和RB2的乘积，获得检测出的NOx转化效率的减小率RB(= RB1XRB2)。下面说明检测出的NOx转化效率的减小率RC。在第一示例中，如图17A所示，在尿素水溶液供给阀17上安装有用于检测尿素水溶液被喷射至排气管14的喷射压力的压力传感器44。如图17B所示，当尿素水溶液被从尿素水溶液供给阀17喷射时，由压力传感器 44检测出的尿素水溶液的喷射压力临时降低ΔΡ。在这种情况下，如果喷射量、即被喷射的尿素水溶液的量由于尿素水溶液供给阀17的诸如堵塞之类的故障而减小，则ΔΡ减小。因此，在第一示例中，从△ P的值确定尿素水溶液供给阀17的故障程度，且基于图13C所示的关系，可从该故障程度获得检测出的NOx转化效率的减小率RC。在如图18所示的第二示例中，在供给管18中配置有用于检测供给到尿素水溶液供给阀17的尿素水溶液的流率或流量的流量计48。在此情况下，如果喷射量由于尿素水溶液供给阀17的诸如堵塞之类的故障而减小，则尿素水溶液的流率减小。因此，在第二示例中，从尿素水溶液流率的减小量确定尿素水溶液供给阀17的故障程度，且基于图13C所示的关系，从该故障程度获得检测出的NOx转化效率的减小率RC。在如图19A所示的第三示例中，尿素水溶液F从尿素水溶液供给阀17向着温度传感器49的检测部分喷射。当尿素水溶液从尿素水溶液供给阀17喷射时，如图19B所示，由温度传感器49检测出的排气温度T临时减小ΔΤ。在此情况下，如果喷射量由于尿素水溶液供给阀17的诸如堵塞之类的故障而减小，则ΔΤ减小。因此，在第三示例中，从ΔΤ的值确定尿素水溶液供给阀17的故障程度，且基于图13C所示的关系，从该故障程度获得检测出的NOx转化效率的减小率RC。图20示出当在图5所示例程中产生执行指令时执行的执行例程。参考图20，首先在步骤110中以上述任何方法计算检测出的NOx转化效率的减小率RA，然后在步骤111中以上述任何方法计算检测出的NOx转化效率的减小率RB。然后在步骤112中以上述任何方法计算检测出的NOx转化效率的减小率RC。随后，由NOx传感器41检测排气中的NOx浓度，且在步骤114中，使用从图3的图谱计算出的进入NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，和从由NOx传感器41检测出的NOx 浓度和进气量计算出的流出NOx选择性还原催化剂15的NOx的量，计算NOx选择性还原催化剂15的实际NOx转化效率Wi。随后，在步骤115中，通过将实际NOx转化效率Wi除以检测出的NOx转化效率的减小率RA、RB、RC，计算目标NOx转化效率Wo( = Wi/(RAXRBXRC))。然后，在步骤116中， 基于图2中所示的关系，从NOx转化效率Wo计算尿素水溶液的浓度D。然后在步骤117中判定尿素水溶液的浓度D是否低于预定的阈值浓度DX。如果尿素水溶液的浓度D低于阈值浓度DX，则控制前进至步骤118以开启警告灯。
权利要求
1.一种内燃机的排气排放控制系统，其中，在所述内燃机的排气通路中配置有NOx选择性还原催化剂，且存储在尿素水溶液箱中的尿素水溶液经由尿素水溶液供给阀供给到所述NOx选择性还原催化剂，从而从所述尿素水溶液产生的氨选择性地还原排气中所含的 NOx，所述排气排放控制系统的特征在于在所述NOx选择性还原催化剂下游的所述排气通路中配置有NOx传感器，以便检测所述NOx选择性还原催化剂的NOx转化效率；以及从所述检测出的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的尿素水溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，其特征在于当所述检测出的NOx转化效率减小时，认为所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度异常减小的异常状态成立。
3.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，其特征在于设置有液位传感器以用于检测所述尿素水溶液箱中的尿素水溶液的液位，且由所述液位传感器判定补充液体是否已被供给到所述尿素水溶液箱内；以及当判定出所述补充液体已被供给到所述尿素水溶液箱内，且在所述补充液体的供给后检测出的所述NOx转化效率低于预定的容许水平时，从所述检测出的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度。
4.根据权利要求3所述的排气排放控制系统，其特征在于当判定出所述补充液体已被供给到所述尿素水溶液箱内，且在所述补充液体的供给后检测出的所述NOx转化效率低于所述预定的容许水平时，认为所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度异常减小的异常状态成立。
5.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，其特征在于设置有液位传感器以用于检测所述尿素水溶液箱中的尿素水溶液的液位，且由所述液位传感器判定补充液体是否已被供给到所述尿素水溶液箱内；在所述补充液体包括氨浓度等于零的液体的假设下，计算在所述补充液体的供给后所述尿素水溶液箱中的尿素水溶液的假想浓度；以及当判定出所述补充液体已被供给到所述尿素水溶液箱内，且在所述补充液体的供给后检测出的所述NOx转化效率低于预定的容许水平，而所述尿素水溶液的假想浓度低于预定的容许浓度时，认为所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度异常减小的异常状态成立。
6.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，其特征在于从由所述NOx传感器检测出的所述检测出的NOx转化效率获得用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，以及从所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度，所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率不包含由于所述NOx传感器的劣化引起的所述NOx转化效率的减小。
7.根据权利要求6所述的排气排放控制系统，其特征在于获得由于所述NOx传感器的劣化引起的所述检测出的NOx转化效率的减小率，以及从由所述NOx传感器检测出的所述检测出的NOx转化效率和所述NOx转化效率的所述减小率获得当所述NOx传感器没有劣化时的所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。
8.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，其特征在于从由所述NOx传感器检测出的所述检测出的NOx转化效率获得用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，以及从所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度，所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率不包含由于所述NOx选择性还原催化剂的劣化引起的所述NOx转化效率的减小。
9.根据权利要求8所述的排气排放控制系统，其特征在于获得由于所述NOx选择性还原催化剂的劣化引起的所述检测出的NOx转化效率的减小率，以及从由所述NOx传感器检测出的所述检测出的NOx转化效率和所述NOx转化效率的所述减小率获得当所述NOx选择性还原催化剂没有劣化时的所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率。
10.根据权利要求1所述的排气排放控制系统，其特征在于从由所述NOx传感器检测出的所述检测出的NOx转化效率获得用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率，以及从所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度，所述用于推定尿素水溶液浓度的NOx转化效率不包含由于所述尿素水溶液供给阀的故障引起的所述NOx转化效率的减小。
11.根据权利要求10所述的排气排放控制系统，其特征在于获得由于所述尿素水溶液供给阀的故障引起的所述检测出的NOx转化效率的减小率， 以及从由所述NOx传感器检测出的所述检测出的NOx转化效率和所述NOx转化效率的所述减小率获得当所述尿素水溶液供给阀处于正常状态时的所述用于推定尿素水溶液浓度的 NOx转化效率。
12.一种内燃机的排气排放控制方法，其中，在所述内燃机的排气通路中配置有NOx选择性还原催化剂，且在所述NOx选择性还原催化剂下游的所述排气通路中配置有NOx传感器以便检测所述NOx选择性还原催化剂的NOx转化效率，其中，存储在尿素水溶液箱中的尿素水溶液经由尿素水溶液供给阀供给到所述NOx选择性还原催化剂，从而从所述尿素水溶液产生的氨选择性地还原排气中所含的NOx，所述排气排放控制方法的特征在于包括获得所述NOx转化效率与所述尿素水溶液的浓度之间的关系；利用所述NOx传感器检测所述NOx选择性还原催化剂的所述NOx转化效率；以及从所述检测出的NOx转化效率推定所述尿素水溶液箱中的所述尿素水溶液的浓度。
全文摘要
在内燃机的排气排放控制系统中，在发动机排气通路中配置有NOx选择性还原催化剂(15)，且存储在尿素水溶液箱(20)中的尿素水溶液被供给到NOx选择性还原催化剂(15)，从而选择性地还原NOx。在NOx选择性还原催化剂(15)下游的发动机排气通路中设置有NOx传感器(41)以用于检测NOx选择性还原催化剂(15)的NOx转化效率，且尿素水溶液箱(20)中的尿素水溶液的浓度被从检测出的NOx转化效率推定出。该排气排放控制系统和方法使得能够以低成本检测尿素水溶液的浓度。
文档编号F01N3/20GK102317587SQ200880105636
公开日2012年1月11日 申请日期2008年9月3日 优先权日2007年9月5日
发明者中村好孝, 利冈俊祐, 小田富久, 浅浦慎也, 田内丰 申请人:丰田自动车株式会社