CN103842629B - 尿素喷射scr控制系统 - Google Patents

Abstract

提供一种尿素喷射SCR控制系统，在进行预备加热控制期间，能够根据发动机输出NOx排出量来控制合适的尿素喷射量。尿素喷射SCR控制系统具备设于发动机（10）的排气管（14）上的SCR催化剂（23）、在SCR催化剂（23）的上游侧喷射尿素水的定量阀（41）、以及测定排出气体中的NOx量的NOx传感器（46、47），控制尿素水从定量阀（41）的喷射，该尿素喷射SCR控制系统具备与大气压条件、外部气温、发动机水温对应的多个NOx模型图（60），基于大气压传感器、外部气温传感器、发动机水温传感器的检测值从各NOx模型图（60）确定NOx量，并且基于该确定的NOx量来控制尿素水从定量阀（41）的喷射量。

Description

尿素喷射SCR控制系统

技术领域

本发明涉及将SCR装置连接至发动机的排气管并与发动机排出气体中的NOx量相应地喷射尿素的尿素喷射SCR控制系统，特别是涉及在NOx传感器能够感知的状态之前能够正确地控制尿素喷射的尿素喷射SCR控制系统。

背景技术

尿素喷射SCR（SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原）控制以如下方式进行控制：根据由NOx传感器检测的发动机输出NOx排出量，喷射合适的尿素喷射量（专利文献1）。如果该尿素喷射量过多，则排出有毒物质氨，如果过少，则NOx净化率下降，影响排出气体性能。

发动机输出NOx量一般由NOx传感器检测，精度也较高，但是NOx传感器从传感器启动直到能够感知NOx量的状态为止，需要一定程度的时间。NOx传感器在构造上必须将感知部（以下称为元件部）保持为高温（例如800℃）区域，因此进行加热控制。另外，由于元件部使用陶瓷，如果在加热状态下水滴等附着于元件，则会引起损坏。所以，在使用NOx传感器的情况下，在发动机刚起动后（供暖前）进行预备加热，直到含在排出气体中的水分、以及排气管内或NOx传感器自身由于凝结等产生的水滴消失。该预备加热在即使水滴附着于元件也不损坏的温度（例如100度）下加热元件，从而使由于凝结在传感器内产生的水滴蒸发。通过这样预备加热，消除了水滴附着的可能性之后（以下，将该控制称为预备加热控制），转移至高温区域的加热控制，然后感知NOx量（专利文献2、3）。

由于进行预备加热控制的期间无法进行NOx量的检测，因而该期间的尿素喷射控制，代替传感器而使用NOx模型图（各发动机转速和指示喷射量的NOx量图）来确定喷射量。

专利文献：

专利文献1：日本特开2000-303826号公报

专利文献2：日本特开2004-360526号公报

专利文献3：日本特开2010-174657号公报

发明内容

发明要解决的问题

可是，目前的NOx模型图是EGR（排出气体再循环系统）有无工作下的两个NOx图构造。在此，在实际的发动机控制中，按每个环境修正各控制参数，因而发动机输出NOx排出量也因使用环境而不同。所以，在目前的NOx模型图构成中，由于使用环境的差异，产生与实际NOx量的偏差，不能进行合适的尿素喷射控制，导致氨泄漏或NOx净化率下降。

再者，该尿素喷射量的偏差存在着导致故障诊断（NOx传感器的确定性诊断、NOx净化率诊断）的误检测的问题。

于是，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种尿素喷射SCR控制系统，在进行预备加热控制的期间，该系统能够与发动机输出NOx排出量相应地控制合适的尿素喷射量。

用于解决问题的技术方案

为了达成上述目的，技术方案1的发明是一种尿素喷射SCR控制系统，具备设于发动机的排气管的SCR催化剂、以及在SCR催化剂的上游侧喷射尿素水的定量阀，控制尿素水从定量阀的喷射，该尿素喷射SCR控制系统的特征在于，具备与大气压条件、外部气温、发动机水温对应的多个NOx模型图，基于大气压检测机构、外部气温检测机构、发动机水温检测机构的检测值，从各NOx模型图确定NOx量，并且基于该确定出的NOx量来控制尿素水从定量阀的喷射量。

技术方案2的发明，在技术方案1中记载的尿素喷射SCR控制系统中，所述各NOx模型图存储于控制单元，包括基础图和修正图，所述基础图由多个按外部气温区分的NOx图和外部气温图选择因子构成，该多个按外部气温区分的NOx图对应于平地的大气压条件下的外部气温而根据发动机旋转和指示喷射量来设定NOx量，该外部气温图选择因子从该按外部气温区分的NOx图中，根据实际的外部气温选择按外部气温区分的NOx图，并且对该按外部气温区分的NOx图的NOx值进行插值；在所述修正图中，针对基础图，在高地的大气压条件下对来自基础图的NOx值进行修正；该尿素喷射SCR控制系统还具备发动机水温修正图，该发动机水温修正图根据发动机水温，对由大气压条件和外部气温条件确定出的NOx值进行修正。

技术方案3的发明，在技术方案2中记载的尿素喷射SCR控制系统中，其中，在所述控制单元中，存储有进行EGR控制时和不进行EGR控制时的各NOx模型图。

技术方案4的发明，在技术方案1至3中任一项记载的尿素喷射SCR控制系统中，该系统具备测定排出气体中的NOx量的NOx传感器，在该NOx传感器的预备加热控制时，基于大气压检测机构、外部气温检测机构、发动机水温检测机构的检测值从各NOx模型图确定NOx量，并且基于该确定的NOx量来控制尿素水从定量阀的喷射量。

发明的效果

在本发明中，在预备加热控制期间，使用与大气压或外部气温等的环境差异相对应的多个NOx模型图来确定发动机输出NOx量，从而减少与实际NOx量的偏差。因此，发挥以下的优异效果：能进行合适的尿素喷射控制，不会给排出气体性能带来影响，并且能够防止故障诊断的误诊断，进一步提高诊断精度（阈值）。

附图说明

图1是表示本发明的尿素喷射SCR控制系统中的NOx模型图的构成例的图。

图2是表示应用本发明的SCR系统的一例的概略图。

图3是表示DCU的输入输出构成的图。

具体实施方式

以下，基于附图详细描述本发明的一个优选实施方式。

首先，通过图2说明发动机的排出气体净化系统。

在图2中，吸气管12连接至柴油发动机10的吸气歧管11，排气管14连接至排气歧管13。在吸气管12上设有测定吸气量的空气流量传感器15，通过该空气流量传感器15来控制吸气节流阀16的开度而调整吸气量。

排气歧管13和吸气歧管11连接着用于使排出气体的一部分返回发动机10的吸气系统而降低NOx的EGR（ExhaustGasRecirculation，排气再循环）管17，EGR冷却器18和EGR阀19连接至该EGR管17。

排气制动阀20、排气节流阀21连接至排气管14，在排气管14的下游设有柴油颗粒过滤器22、SCR催化剂23。

各种检测机构即检测发动机的转速的旋转传感器31的检测值、车速传感器32的检测值、外部气温传感器33的检测值、大气压传感器34的检测值被输入ECU30。

ECU30在行驶中根据加速器开度来控制燃料喷射器35的燃料喷射量，或者适当地控制吸气节流阀16、排气制动阀20、排气节流阀21，并且开闭EGR阀19而控制EGR量。

接着，说明SCR系统40，该SCR系统40由用于处理来自发动机10的排出气体中的NOx的SCR催化剂23构成。

该SCR系统40具备：SCR催化剂23，设于发动机10的排气管14；定量阀（dosingvalve）41，在SCR催化剂23的上游侧（排出气体的上游侧）喷射尿素水；尿素箱42，贮存尿素水；供应模块43，具有将尿素箱42内的尿素水吸上并将尿素水供给至定量阀41的SM泵、以及使剩余的尿素水返回至尿素箱42内的可逆阀；以及定量控制单元（DCU；DosingControlUnit）44，控制定量阀41和供应模块43等。

ECU30根据发动机10的运转状况将发动机参数输出至定量控制单元44，由此，定量控制单元44基于后述各传感器的检测值来控制供应模块43和定量阀41。

在定量阀41上游侧的排气管14设有排气温度传感器45，该排气温度传感器45测定SCR催化剂23的入口处的排出气体的温度（SCR入口温度）。另外，在SCR催化剂23的上游侧，设有检测SCR催化剂23的上游侧的NOx浓度的上游侧NOx传感器46，在SCR催化剂23的下游侧，设有检测SCR催化剂23的下游侧的NOx浓度的下游侧NOx传感器47。

在尿素箱42中设有测定尿素水的水位或品质、温度等的SCR传感器48。

使用于冷却发动机10的冷却水循环的冷却管道49连接至尿素箱42和供应模块43。冷却管道49穿过尿素箱42内，在流经冷却管道49的冷却水与尿素箱42内的尿素水之间进行热交换。

在冷却管道49上设有箱加热器阀（冷却剂阀）50，该加热阀器50切换是否向尿素箱42供给冷却水。另外，虽然在定量阀41上也连接有冷却管道49，但是对于定量阀41，构成为无论箱加热阀器50的开闭如何均供给冷却水。

此外，虽然在图2中将图简化而示出，但是冷却管道49设置成还冷却供应模块43。

接着，通过图3说明控制定量阀41和供应模块43的定量控制单元（DCU）44的输入输出构成。

如图3所示，向DCU44输入上游侧NOx传感器46、下游侧NOx传感器47、SCR传感器48（水位传感器、温度传感器及品质传感器）、排气温度传感器45、供应模块43的SM温度传感器51和尿素水压力传感器52的检测值，还输入来自ECU30的外部气温、大气压、发动机参数（发动机转速、燃料的指示喷射量、发动机水温等）的信号。

DCU44控制箱加热阀器50、供应模块43的SM泵53和可逆阀54、定量阀41、上游侧NOx传感器用加热器46H、以及下游侧NOx传感器用加热器47H。

说明该DCU44的基本控制。

首先，DCU44在发动机起动时等对上游侧NOx传感器46和下游侧NOx传感器47进行预备加热控制。即，通过上游侧NOx传感器用加热器46H和下游侧NOx传感器用加热器47H对上游侧NOx传感器46和下游侧NOx传感器47进行预备加热，此后，在消除了水分等的冷凝水的影响之后，将上游侧NOx传感器46和下游侧NOx传感器47保持为高温而进行NOx的检测。

接着，在预备加热控制后，DCU44基于上游侧NOx传感器46的值来确定基本的尿素水量，并且基于下游侧NOx传感器47的检测值或发动机参数信号等来修正该基本的尿素水量，确定从定量阀41向SCR催化剂23喷射的尿素水量。

在本发明中，在进行预备加热控制的期间，不进行上游侧NOx传感器46和下游侧NOx传感器47的NOx检测，因而DCU44根据来自ECU30的作为发动机运转条件的发动机参数和外部气温、大气压、发动机水温来控制尿素喷射量。

通过图1说明该尿素喷射SCR控制系统。

图1表示存储于图3说明的DCU44的NOx模型图的构成例。

图1是进行EGR控制时的NOx模型图的示例，构成为根据大气压条件而具备三个NOx模型图60-1、60-2、60-3，并且具备发动机水温修正图61。这三个NOx模型图60-1、60-2、60-3中，第一NOx模型图60-1是平地的大气压条件（1）下的基础图（basemap），第二NOx模型图60-2是与例如高度1000m相当的大气压条件（2）下的修正图1，第三NOx模型图60-3是与例如高度2000m相当的大气压条件（3）下的修正图2。

首先，第一NOx模型图60-1存储有：与外部气温（例如在-40℃～＋40℃的范围内任意设定）相应的多个“按外部气温区分的NOx图”62a1、62b1、62c1、62d1；以及外部气温图选择因子63-1，被输入外部气温，根据该外部气温从这些按外部气温区分的NOx图62a1、62b1、62c1、62d1中选择两个按外部气温区分的NOx图。

这些按外部气温区分的NOx图62a1、62b1、62c1、62d1存储每个发动机在设定的外部气温下运转时的各发动机旋转和燃料的指示喷射量下确定的NOx量，外部气温图选择因子63-1根据所检测的外部气温，在按外部气温区分的NOx图62a1、62b1、62c1、62d1之中选择相对于所检测的外部气温较高地设定的按外部气温区分的NOx图（例如62b1）和较低地设定的按外部气温区分的NOx图62c1，用外部气温插值由这些按外部气温区分的NOx图62b1、62c1确定的NOx值，将该NOx值输出至加法器66。

相对于第一NOx模型图60-1，第二、第三NOx模型图60-2、60-3具备通过设定的大气压条件（2）、（3）、设定的按外部气温区分的NOx图62a2、62a3、62b2、62b3、62c2、62c3、62d2、62d3、以及外部气温图选择因子63-2、63-3来修正NOx值的修正图1、2，并且还具备用于通过实际的大气压插值来自NOx模型图60-2、60-3的修正NOx值的大气压修正图64-2、64-3，来自NOx模型图60-2、60-3的修正NOx值和大气压修正图64-2、64-3的插值值被输入乘法器65-2、65-3，将修正NOx输入至加法器66。

这三个NOx模型图60-1、60-2、60-3首先用第一NOx模型图60-1基于发动机运转状态（发动机转速和指示喷射量）和外部气温来确定NOx值，该NOx值被输入加法器66，而且根据大气压条件（2）、（3）从第二、第三NOx模型图60-2、60-3的乘法器65-2、65-3中的某一个将修正NOx值输入至加法器66，第一NOx模型图60-1的NOx值通过大气压条件（2）、（3）被修正并被输出至乘法器67，通过乘法器67乘以来自发动机水温修正图61的基于发动机水温的修正值，输出基于大气压、外部气温、发动机水温的NOx值。

这三个NOx模型图60-1、60-2、60-3是进行EGR控制时的图构成例，由于不进行EGR控制时的发动机输出NOx值与进行EGR控制时的NOx值不同，所以在DCU44中另外存储考虑了没有EGR控制时的三个NOx模型图60。

DCU44基于NOx值来确定从定量阀41喷射的尿素量，该NOx值是对于发动机运转条件（发动机转速和指示喷射量），基于NOx模型图60-1、60-2、60-3、发动机水温修正图61而确定的。

由此，在预备加热控制期间，即使没有来自NOx传感器46、47的NOx检测，也能进行合适的尿素喷射量的控制。

在本发明中，为了消除NOx模型图与实际NOx量的偏差，通过将与环境的差异（大气压、外部气温、发动机水温等）相对应的NOx模型图存储于DCU44，并与这些环境的差异相对应地求得NOx量，能够消除实际NOx量的偏差。另外，虽然图数越多越能提高NOx量的精度，但是由于极端的多图化是不现实的，因而采用某种程度的多图化，使中间的NOx量与插值值对应。

这样，本发明能够通过与环境差异对应的NOx模型图化来减少与实际NOx量的偏差，因而能够通过合适的尿素喷射控制，不会给排出气体性能带来影响，并且防止故障诊断的误诊断，进一步提高诊断精度（阈值）。

在上述的实施方式中，示出了通过三个NOx模型图60和发动机水温修正图61来确定NOx值的示例，但是NOx模型图60也可以进一步细分大气压条件而为四个以上，虽然温度区别NOx图有四个，但是也可以是四个以上。再者，虽然说明了将三个NOx模型图60中的一个作为基础图、其它为修正图的示例，但是也可以由分别在大气压条件下独立的基础图构成。

另外，虽然说明了将NOx模型图60存储于DCU44的示例，但是也可存储于ECU30。

符号说明

10发动机

14排气管

23SCR催化剂

41定量阀

46上游侧NOx传感器

47下游侧NOx传感器

60-1～60-3NOx模型图

Claims (3)

1.一种尿素喷射SCR控制系统，具备设于发动机的排气管的SCR催化剂、以及在SCR催化剂的上游侧喷射尿素水的定量阀，控制尿素水从定量阀的喷射，该尿素喷射SCR控制系统的特征在于，

具备与大气压条件、外部气温、发动机水温对应的多个NOx模型图，基于大气压检测机构、外部气温检测机构、发动机水温检测机构的检测值，从各NOx模型图确定NOx量，并且基于该确定出的NOx量来控制尿素水从定量阀的喷射量，

所述各NOx模型图存储于控制单元，包括基础图和修正图，

所述基础图由多个按外部气温区分的NOx图和外部气温图选择因子构成，该多个按外部气温区分的NOx图对应于平地的大气压条件下的外部气温而根据发动机旋转和指示喷射量来设定NOx量，该外部气温图选择因子从该按外部气温区分的NOx图中，根据实际的外部气温选择按外部气温区分的NOx图，并且对该按外部气温区分的NOx图的NOx值进行插值，

所述修正图是针对所述基础图在高地的大气压条件下对来自基础图的NOx值进行修正的修正图，

该尿素喷射SCR控制系统还具备发动机水温修正图，该发动机水温修正图根据发动机水温，对由大气压条件和外部气温条件确定出的NOx值进行修正。

2.根据权利要求1所述的尿素喷射SCR控制系统，其特征在于，

在所述控制单元中，存储有进行EGR控制时和不进行EGR控制时的各NOx模型图。

3.根据权利要求1或2所述的尿素喷射SCR控制系统，其特征在于，

具备测定排出气体中的NOx量的NOx传感器，在该NOx传感器的预备加热控制时，基于大气压检测机构、外部气温检测机构、发动机水温检测机构的检测值从各NOx模型图确定NOx量，并且基于该确定出的NOx量来控制尿素水从定量阀的喷射量。