УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
EXHAUST GAS CONTROL APPARATUS

1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к устройству для регулирования состава выхлопных газов, с помощью которого к выхлопным газам добавляют водный раствор мочевины, за счет чего снижают содержание и выполняют удаление оксидов азота, содержащихся в выхлопных газах, с помощью селективного каталитического восстановления, при котором аммиак, полученный из водного раствора мочевины, применяют в качестве восстановителя.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] В известном из уровня техники устройстве для регулирования состава выхлопных газов операцию по возвратному отсосу водного раствора мочевины обратно в бак водного раствора мочевины из трубопровода, по которому водный раствор мочевины поступает в клапан подачи мочевины, выполняют после выключения двигателя, что предотвращает замерзание водного раствора мочевины в трубопроводе, а управление операцией по наполнению трубопровода водным раствором мочевины выполняют после запуска двигателя. Управление операцией по наполнению проводят с помощью подающего насоса, который приводят в действие таким образом, чтобы водный раствор мочевины поступал в бак водного раствора мочевины через клапан подачи мочевины в количестве, достаточном для наполнения трубопровода, в состоянии, когда клапан подачи мочевины открыт. Однако когда работу двигателя прерывают на короткий промежуток времени, уже после запуска, до подачи водного раствора мочевины, управление операцией по наполнению становится бесполезным и насос работает вхолостую. В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, известном из предшествующего уровня техники и описанном в опубликованной японской патентной заявке №2010-101262, управление операцией по наполнению выполняют уже после запуска двигателя, когда температура слоя катализатора в блоке катализатора селективного восстановления поднимется до значения, близкого к температуре активного катализатора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с описанным выше предшествующим уровнем техники, управление операцией по наполнению выполняют после того, как температура слоя катализатора в блоке катализатора селективного восстановления повысится и станет необходимой подача водного раствора мочевины, вместо выполнения управления операцией по наполнению сразу после запуска двигателя. Соответственно, это позволяет избежать ненужной работы насоса, связанной с ненужным управлением операции по наполнению. В этом случае, управление операцией по наполнению начнется после того, как двигатель заработает на полную мощность, при этом давление выхлопных газов в выхлопном канале во время операции по наполнению будет повышаться в зависимости от режима работы двигателя. Во время операции по наполнению давление выхлопных газов поступает в трубопровод через открытый клапан подачи мочевины, при этом воздух в трубопроводе может не выходить наружу из-за недостаточной производительности подающего насоса, если давление выхлопных газов будет высоким. Кроме того, в этом случае подающий насос будет работать вхолостую, без всасывания водного раствора мочевины, при этом температура подающего насоса будет повышаться. Соответственно, время работы подающего насоса во время операции по наполнению необходимо ограничивать с учетом повышения его температуры во время работы вхолостую, с тем, чтобы избежать заклинивания подающего насоса. Соответственно, наполнение трубопровода происходит неправильно, подача водного раствора мочевины не происходит сразу, в результате чего может иметь место задержка начала подачи водного раствора мочевины.
[0004] Данное изобретение обеспечивает устройство для регулирования состава выхлопных газов, которое позволяет уменьшить неполноценное наполнение и исключить работу насоса, связанную с ненужной операцией по наполнению.
[0005] Устройство для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с одним из объектов изобретения, включает в себя выхлопной канал, бак водного раствора мочевины, клапан подачи мочевины, подающий насос, трубопровод и электронный блок управления. Бак водного раствора мочевины выполнен с возможностью хранения водного раствора мочевины. Клапан подачи мочевины выполнен с возможностью подачи водного раствора мочевины в выхлопные газы, проходящие через выхлопной канал. Подающий насос выполнен с возможностью подачи водного раствора мочевины из бака водного раствора мочевины в клапан подачи мочевины. Трубопровод соединяет друг с другом подающий насос и клапан подачи мочевины. Блок катализатора селективного восстановления выполнен с возможностью снижения оксидов азота в выхлопных газах за счет селективного каталитического восстановления, при котором аммиак, получаемый из водного раствора мочевины, подаваемый через клапан подачи мочевины, применяют в качестве восстановителя. Электронный блок управления выполнен с возможностью приведения в действие подающего насоса для управления операцией по наполнению, когда удовлетворено условие, требующее выполнения подачи водного раствора мочевины через клапан подачи мочевины таким образом, что трубопровод наполняется водным раствором мочевины. Электронный блок управления выполнен с возможностью управления операцией по наполнению, когда давление выхлопных газов в выхлопном канале не превышает заданного значения. Электронный блок управления выполнен с возможностью остановки управления операцией по наполнению, когда давление выхлопных газов в выхлопном канале превышает заданное значение во время исполнения операции по наполнению.
[0006] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с описанным выше объектом изобретения, управление операцией по наполнению выполняют, когда удовлетворено условие, требующее подачу водного раствора мочевины. Соответственно, становится возможным избежать напрасного управления операцией по наполнению, которое связано с остановкой работы двигателя без подачи водного раствора мочевины, выполняемой, несмотря на исполнение операции по наполнению. Кроме того, поскольку управление операцией по наполнению выполняют при условии, что давление выхлопных газов не превышает заданной величины, также можно избежать неправильного наполнения, которое связано с управлением операцией по наполнению, проводимой в ситуации, при которой давление выхлопных газов является высоким. Соответственно, можно избежать работы насоса, которая связана с неправильной операцией по наполнению, а также неправильным наполнением во время операции по наполнению.
[0007] Неправильное наполнение может иметь место в том случае, когда давление выхлопных газов повышается во время управления операцией по наполнению, даже, несмотря на то, что давление выхлопных газов является низким, когда началась операция по наполнению. При этом управление операцией по наполнению останавливают, когда давление выхлопных газов в выхлопном канале превышает заданное значение во время операции по наполнению, и, таким образом, в данном случае также можно успешно избежать неправильного наполнения.
[0008] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с описанным выше объектом изобретения, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью расчета температуры слоя катализатора в блоке катализатора селективного восстановления. Условие, требующее подачу водного раствора мочевины, может включать температуру слоя катализатора, которая должна быть не ниже заранее заданной температуры слоя катализатора.
[0009] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с описанным выше объектом изобретения, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью расчета температуры распылителя у клапана подачи мочевины. Условие, требующее подачу водного раствора мочевины, может включать температуру распылителя, которая должна быть не ниже заранее заданной температуры распылителя клапана.
[0010] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с описанным выше объектом изобретения, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью расчета количества аммиака, которое добавляют в блок катализатора селективного восстановления. Условие, требующее подачу водного раствора мочевины, может включать количество аммиака, которое должно быть меньше заранее заданного количества аммиака.
[0011] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с описанным выше объектом изобретения, выхлопной канал может быть соединен с двигателем. Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью управления работой подающего насоса после выключения двигателя таким образом, чтобы водный раствор мочевины в трубопроводе возвращался в бак водного раствора мочевины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Свойства, преимущества, а также техническое и промышленное значение примеров осуществления изобретения будут описаны со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы, и где:
Фиг. 1 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий конфигурацию системы впуска и выхлопной системы дизельного двигателя, в которой применяется один из вариантов осуществления устройства для регулирования состава выхлопных газов.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую последовательность этапов управления операцией по наполнению, выполняемую устройством для регулирования состава выхлопных газов в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0013] Далее будет подробно описан один из вариантов осуществления устройства для регулирования состава выхлопных газов со ссылкой на фиг. 1 и 2. Как показано на фиг. 1, воздухоочиститель 11, воздушный расходомер 12, компрессор 13, промежуточный охладитель 14, датчик температуры 15 газов за промежуточным охладителем, дроссельная заслонка 16 и датчик давления 27 всасываемого воздуха расположены в указанном порядке со стороны входа во входной канал 10 дизельного двигателя, в котором применено устройство для регулирования состава выхлопных газов в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения. Воздухоочиститель 11 фильтрует примеси, содержащиеся во всасываемом воздухе. Воздушный расходомер 12 определяет скорость потока всасываемого воздуха, проходящего через входной канал 10 (количество всасываемого воздуха). Компрессор 13 при работе сжимает всасываемый воздух. Промежуточный охладитель 14 охлаждает воздух, прошедший через компрессор 13. Датчик температуры 15 газов за промежуточным охладителем двигателя внутреннего сгорания определяет температуру всасываемого воздуха, прошедшего через промежуточный охладитель 14. Степень открытия дроссельной заслонки 16 изменяется, чтобы регулировать объем всасываемого воздуха. Датчик давления 27 всасываемого воздуха определяет давление всасываемого воздуха на участке входного канала 10 за дроссельной заслонкой 16.
[0014] Входной канал 10 за дроссельной заслонкой 16 соединен с каждым из цилиндров 17 дизельного двигателя. Инжекторы 18 для впрыска топлива установлены в соответствующих цилиндрах 17 дизельного двигателя. Сгорание воздушно-топливной смеси, которая на впуске состоит из воздуха, поступающего через входной канал 10, и топлива, впрыскиваемого через инжекторы 18, происходит в каждом из цилиндров 17.
[0015] Выхлопные газы, образующиеся в результате сгорания воздушно-топливной смеси в каждом из цилиндров 17, выводятся в атмосферу через выхлопной канал 19. В выхлопном канале 19 установлена турбина 20. Турбина 20 и компрессор 13, который установлен во входном канале 10, формируют турбонагнетатель с приводом от выхлопной системы двигателя. Турбина 20, приводимая в движение потоком выхлопных газов, которые проходят через выхлопной канал 19, в свою очередь приводит в движение компрессор 13. В выхлопном канале 19 установлено регулируемое сопло 21 на участке, расположенном перед турбиной 20. Регулируемое сопло 21 задает для струи выхлопных газов различную площадь выходного отверстия по отношению к турбине 20. Скорость вращения турбины 20 регулируется степенью открытия регулируемого сопла 21.
[0016] Дизельный двигатель включает в себя систему рециркуляции выхлопных газов (РВГ), которая возвращает часть выхлопных газов во всасываемый воздух. Система РВГ включает в себя канал 22 РВГ, охладитель 23 РВГ и клапан 24 РВГ. Участок выхлопного канала 19, расположенный перед турбиной 20, и участок входного канала 10, расположенный за дроссельной заслонкой 16, сообщаются через канал 22 РВГ. Охладитель 23 РВГ охлаждает выхлопные газы (газы РВГ), которые возвращаются во всасываемый воздух через канал 22 РВГ. Клапан 24 РВГ регулирует расход газов РВГ. Кроме того, система РВГ включает в себя перепускной канал 25 и перепускной клапан 26. Перепускной канал 25 перенаправляет поток газов РВГ вокруг охладителя 23 РВГ, а перепускной клапан 26 регулирует расход газов РВГ, которые проходят через перепускной канал 25 вокруг охладителя 23 РВГ.
[0017] Далее будет описана конструкция устройства для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, которую применяют в дизельном двигателе, имеющем вышеописанную конфигурацию. Устройство для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, включает в себя систему дизельного сажевого фильтра (ДСФ), которая улавливает твердые частицы (ТЧ), содержащиеся в выхлопных газах, и систему избирательной каталитической нейтрализации (ИКН), которая очищает выхлопные газы от оксидов азота за счет избирательной нейтрализации, и в котором аммиак, получаемый из водного раствора мочевины, применяют в качестве восстановителя.
2
[0018] Система ДСФ включает в себя клапан 30 подачи топлива, головной окислительный нейтрализатор 31 и фильтр 32 улавливания ТЧ. Клапан 30 подачи топлива размещен на участке выхлопного канала 19 перед турбиной 20. Головной окислительный нейтрализатор 31 установлен на участке выхлопного канала 19 за турбиной 20 и перед фильтром 32 улавливания ТЧ. Клапан 30 подачи топлива добавляет топливо в выхлопные газы, а фильтр 32 улавливает ТЧ, содержащиеся в выхлопных газах. Головной окислительный нейтрализатор 31 вырабатывает диоксид азота (NO), необходимый для непрерывного восстановления фильтра 32 улавливания ТЧ за счет окисления растворимой органической фракции (РОФ) в составе ТЧ и окисления оксидов азота (NO), содержащихся в выхлопных газах. Кроме того, головной окислительный нейтрализатор 31 служит для повышения температуры фильтра 32 улавливания ТЧ до температуры, требуемой для сжигания ТЧ за счет окисления углеводорода (УВ) в составе топлива, которое поступает через клапан 30 подачи топлива, и повышения температуры выхлопных газов за счет тепла, которое образуется в результате реакции окисления во время принудительного восстановления фильтра 32 улавливания ТЧ.
[0019] Система ДСФ также включает в себя следующие датчики для определения состояния выхлопных газов на соответствующих участках системы. Датчик температуры 33 входящих газов, который определяет температуру выхлопных газов, поступающих в головной окислительный нейтрализатор 31, размещен на участке выхлопного канала 19 перед головным окислительным нейтрализатором 31. Датчик температуры 34 промежуточных газов, который определяет температуру выхлопных газов, поступающих в фильтр 32 улавливания ТЧ, размещен на участке выхлопного канала 19 между головным окислительным нейтрализатором 31 и фильтром 32 улавливания ТЧ. Датчик температуры 35 исходящих газов, который определяет температуру выхлопных газов, выходящих наружу через фильтр 32 улавливания ТЧ, размещен на участке выхлопного канала 19 за фильтром 32 улавливания ТЧ. Датчик 36 перепада давления, который определяет перепад давления выхлопных газов до и после фильтра 32 улавливания ТЧ, размещен на участке выхлопного канала 19 там, где установлен фильтр 32 улавливания ТЧ.
[0020] Система избирательной каталитической нейтрализации (ИКН) включает в себя клапан 40 подачи мочевины, два (передний и задний) блока селективной каталитической нейтрализации (СКН), а именно передний блок 41 СКН и задний блок 42 СКН, а также каталитический нейтрализатор 43 проскока аммиака (КНПА). Клапан 40 подачи мочевины расположен на участке в выхлопном канале 19 за фильтром 32 улавливания ТЧ и подает водный раствор мочевины в выхлопные газы. Передний блок 41 СКН и задний блок 42 СКН представляют собой блоки избирательной каталитической нейтрализации, которые снижают содержание оксидов азота в выхлопных газах при помощи аммиака, получаемого из мочевины посредством гидролиза, использующего тепло выхлопных газов, и служащего в качестве восстановителя. Передний блок 41 СКН установлен на участке в выхлопном канале 19 за клапаном 40 подачи мочевины. Задний блок 42 СКН установлен на участке в выхлопном канале 19 за передним блоком 41 СКН. Блок 43 КНПА представляет собой окислительный каталитический нейтрализатор, который окисляет аммиак, выходящий наружу в результате проскока через передний блок 41 СКН и через задний блок 42 СКН. Блок 43 КНПА установлен в выхлопном канале 19 за задним блоком 42 СКН. В выхлопном канале 19 на участке между клапаном 40 подачи мочевины и передним блоком 41 СКН установлена диффузионная пластина 44 для рассеивания водного раствора мочевины, подаваемого в выхлопные газы.
[0021] Водный раствор мочевины, который добавляют в выхлопные газы через клапан 40 подачи мочевины, хранится в баке 45 водного раствора мочевины. Бак 45 водного раствора мочевины соединен с клапаном 40 подачи мочевины через трубопровод 46, в состав которого входит нагреватель. В баке 45 водного раствора мочевины предусмотрен подающий насос 47. Водный раствор мочевины нагнетается в бак 45 водного раствора мочевины при помощи подающего насоса 47 и затем направляется в клапан 40 подачи мочевины через трубопровод 46. В состав бака 45 водного раствора мочевины входит датчик 48 уровня водного раствора мочевины, который определяет, сколько водного раствора осталось в баке 45 водного раствора мочевины. Датчик температуры 49 водного раствора мочевины установлен на трубопроводе 46. Датчик температуры 49 водного раствора мочевины определяет температуру водного раствора, направляемого в клапан 40 подачи мочевины.
[0022] Система избирательной каталитической нейтрализации (ИКН) также включает в себя следующие датчики для определения состояния выхлопных газов в различных частях системы. Датчик 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации и датчик 51 контроля состава воздушно-топливной смеси установлены в выхлопном канале 19 между фильтром 32 улавливания ТЧ и клапаном 40 подачи мочевины. Датчик 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации определяет количество оксидов азота в выхлопных газах, которые поступают в передний блок 41 СКН. Датчик 51 контроля состава воздушно-топливной смеси выдает сигнал, который соответствует разнице парциального давления кислорода между выхлопными газами и исходным газом, например, атмосферой. Выходной сигнал используется для определения соотношения воздуха и топлива в составе воздушно-топливной смеси в цилиндрах 17. Датчик 53 оксидов NOx на выходе блока нейтрализации, датчик температуры 54 газов после КНПА и датчик 55 ТЧ установлены в выхлопном канале 19 за блоком 43 КНПА. Датчик 53 оксидов NOx на выходе блока нейтрализации определяет количество оксидов азота в выхлопных газах, которые выходят из блока 43 КНПА 43. Датчик температуры 54 газов после КНПА определяет температуру выхлопных газов, которые выходят из блока 43 КНПА. Датчик 55 ТЧ определяет количество ТЧ, которые выходят из блока 43 КНПА и выбрасываются в атмосферу.
[0023] В данном устройстве для регулирования состава выхлопных газов электронный блок управления 56 регулирует подачу топлива через клапан 30 подачи топлива и подачу водного раствора мочевины через клапан 40 подачи мочевины. Электронный блок управления 56 включает в себя центральное расчетно-процессорное устройство, которое выполняет расчеты, необходимые для реализации управления, ПЗУ, в котором хранятся программы и данные для управления, машиночитаемое ЗУ, которое временно хранит результаты расчетов, выполненных центральным расчетно-процессорным устройством, и результаты измерений, выполненных соответствующими датчиками, входные порты для приема сигналов от внешних устройств и выходные порты для передачи сигналов на внешние устройства. Соответствующие датчики, описанные выше, соединены с входными портами электронного блока управления 56. Клапан 30 подачи топлива и клапан 40 подачи мочевины соединены с выходными портами электронного блока управления 56. Электронный блок управления 56 контролирует количество топлива и аммиака, добавляемого в выхлопные газы, управляя работой клапана 30 подачи топлива и клапана 40 подачи мочевины.
[0024] Подающий насос 47 соединен с выходным портом электронного блока управления 56. Электронный блок управления 56, управляя работой подающего насоса 47, регулирует подачу водного раствора мочевины в клапан 40 подачи мочевины и обратное всасывание водного раствора мочевины из трубопровода 46. В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, электронный блок управления 56 имеет конфигурацию, которая соответствует блоку управления насосом.
[0025] Во время работы дизельного двигателя электронный блок управления 56 регулирует подачу водного раствора мочевины, используемого для удаления оксидов азота, охлаждения клапана 40 подачи мочевины, а также восстановления количества добавляемого аммиака в переднем блоке 41 СКН и в заднем блоке 42 СКН.
[0026] Подачу водного раствора мочевины для удаления оксидов азота (далее именуемое подача для удаления оксидов азота) выполняют таким образом, чтобы передний блок 41 СКН и задний блок 42 СКН были обеспечены таким количеством мочевины, которое необходимо для удаления оксидов азота из выхлопных газов. Во время подачи для удаления оксидов азота, электронный блок управления 56 рассчитывает количество добавляемого водного раствора мочевины, необходимого для обеспечения переднего блока 41 СКН и заднего блока 42 СКН постоянно поддерживаемым количеством добавляемого аммиака, и дает команду на клапан 40 подачи мочевины для подачи водного раствора мочевины в рассчитанном количестве. Такую подачу для удаления оксидов азота выполняют тогда, когда удовлетворены разные условия, включая расчетное значение температуры слоя катализатора в переднем блоке 41 СКН и в заднем блоке 42 СКН (далее именуемое расчетной температурой слоя СКН ТСКН), которая должна быть не ниже температуры активного катализатора α, а также, если удовлетворено условие завершения управления операцией по наполнению.
[0027] Расчетная температура слоя СКН ТСКН представляет собой значение, полученное путем умножения значения температуры выхлопных газов, измеренного датчиком температуры 35 газов на выходе, на коэффициент перепада температур. Коэффициент перепада температур представляет собой корректирующий коэффициент для поправки с учетом понижения температуры выхлопных газов между передним 41 и задним 42 блоками СКН и точкой установки датчика температуры 35 газов на выходе. Коэффициент перепада температур представляет собой значение, которое меньше «1». В данном варианте осуществления изобретения значение коэффициента перепада температур задано как переменное в зависимости от наружной температуры. Говоря более конкретно, значение коэффициента поправки на перепад температур уменьшается со снижением наружной температуры, а также при более интенсивном охлаждении стенки выхлопного канала 19.
[0028] Вычисление такой расчетной температуры слоя СКН ТСКН выполняет электронный блок управления 56. Соответственно, в данном варианте осуществления изобретения электронный блок управления 56 соответствует средству для расчета температуры слоя катализатора, применяемому для расчета температуры слоя катализатора в блоке катализатора селективного восстановления.
[0029] Подачу водного раствора мочевины для охлаждения клапана 40 подачи мочевины (далее именуемое подачей для охлаждения) выполняют таким образом, чтобы клапан 40 подачи мочевины охлаждался, если он находится в перегретом состоянии. Подачу для охлаждения выполняют, когда удовлетворены различные условия, включая расчетное значение температуры распылителя клапана 40 подачи мочевины (далее именуемое расчетной температурой распылителя TINJ), которая должна быть не ниже заданного значения β, а также, если удовлетворено условие завершения управления операцией по наполнению. Когда условие подачи для охлаждения удовлетворено, электронный блок управления 56 добавляет водный раствор мочевины в количестве, необходимом для снижения температуры распылителя клапана 40 подачи мочевины до температуры, которая ниже заданного значения β, и затем прекращает подачу для охлаждения. Электронный блок управления 56 получает расчетное значение расхода выхлопных газов (далее именуемое расходом выхлопных газов GAEX) в виде суммарного значения количества всасываемого воздуха (масса), измеренного воздушным расходомером 12, и количества впрыскиваемого топлива (масса) через инжекторы 18.
[0030] Расчетную температуру распылителя TINJ получают на основе значения температуры выхлопных газов, измеренного датчиком температуры 35 газов на выходе, расчетного значения расхода выхлопных газов и ситуации, при которой выполняют подачу водного раствора мочевины через клапан 40 подачи мочевины. В частности, значение, получаемое на основе коррекции значения температуры выхлопных газов, измеренного датчиком температуры 35 газов на выходе, с учетом снижения температуры выхлопных газов между точкой установки клапана 40 подачи мочевины и точкой установки датчика температуры 35 газов на выходе, вычисляют первоначально как базовое значение расчетной температуры распылителя TINJ. Затем значение расчетной температуры распылителя TINJ рассчитывают умножением базового значения на поправочный коэффициент на основе температуры выхлопных газов, на поправочный коэффициент на основе расхода выхлопных газов и на поправочный коэффициент на основе количества добавляемого водного раствора мочевины. Поправочный коэффициент на основе температуры выхлопных газов задают равным значению, которое повышается с повышением значения температуры выхлопных газов, измеренного датчиком температуры 35 газов на выходе, с учетом температуры распылителя, которая повышается с повышением температуры выхлопных газов, обтекающих распылитель клапана 40 подачи мочевины. Поправочный коэффициент на основе расхода выхлопных газов задают равным значению, которое повышается с повышением расчетного значения расхода выхлопных газов, с учетом температуры распылителя, которая повышается с повышением расхода выхлопных газов, обтекающих распылитель клапана 40 подачи мочевины. Поправочный коэффициент на основе количества добавляемого водного раствора мочевины задают равным значению, которое снижается с повышением количества добавляемого водного раствора мочевины ввиду охлаждения клапана 40 подачи мочевины водным раствором мочевины в процессе добавления.
[0031] Вычисление расчетной температуры распылителя TINJ выполняет электронный блок управления 56. Соответственно, в данном варианте осуществления изобретения электронный блок управления 56 соответствует средству для расчета температуры распылителя, применяемому для расчета температуры распылителя клапана подачи мочевины.
[0032] Подачу водного раствора мочевины для восстановления количества добавляемого аммиака (далее именуемое подача для восстановления добавляемого аммиака) выполняют, когда количество аммиака, которое добавляют в передний блок 41 СКН и в задний блок 42 СКН, недостаточно, а добавляемое количество восстанавливают до достаточного количества. Подачу для восстановления добавляемого аммиака выполняют, когда удовлетворены различные условия, включая расчетное значение количества аммиака, добавляемого в передний блок 41 СКН и в задний блок 42 СКН (далее именуемое расчетным количеством добавляемого аммиака AMMO), которое должно быть не ниже заданного значения γ, а также, если удовлетворено условие завершения управления операцией по наполнению. Когда удовлетворено условие выполнения добавления для восстановления добавляемого аммиака, электронный блок 56 управления добавляет водный раствор мочевины в количестве, необходимом для того, чтобы расчетное количество добавляемого аммиака AMMO было не меньше заданного значения γ, и затем прекращает подачу для восстановления добавляемого аммиака.
[0033] Расчетное количество добавляемого аммиака AMMO определяют на основе значения количества оксидов азота, измеренного датчиком 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации, количества добавляемого водного раствора мочевины через клапан 40 подачи мочевины и измеренной температуры слоя СКН ТСКН. Более конкретно, количество аммиака, добавляемого в передний блок 41 СКН и в задний блок 42 СКН, определяют в первую очередь на основе количества добавляемого водного раствора мочевины, а базовое значение расчетного количества добавляемого аммиака AMMO определяют посредством их объединения в единое целое. Затем расчетное количество добавляемого аммиака AMMO определяют умножением базового значения на поправочный коэффициент на основе количества оксидов азота и на поправочный коэффициент на основе температуры слоя катализатора. Поправочный коэффициент на основе количества оксидов азота задают равным значению, которое повышается с повышением значения количества оксидов азота, измеренного датчиком 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации, с учетом количества добавленного водного раствора мочевины, которое увеличивается с увеличением количества оксидов азота. Поправочный коэффициент на основе температуры слоя катализатора задают равным значению, которое уменьшается со снижением измеренной температуры слоя СКН ТСКН, с учетом уменьшения количества аммиака и снижения его способности к присоединению по мере повышения температуры слоя катализатора переднего блока 41 СКН и заднего блока 42 СКН.
[0034] Вычисление расчетного количества добавляемого аммиака AMMO выполняет электронный блок управления 56. Соответственно, в данном варианте осуществления изобретения электронный блок управления 56 соответствует средству расчета количества аммиака, которое используется для расчета количества аммиака, добавляемого в блок катализатора селективного восстановления.
[0035] Электронный блок управления 56 также выполняет операцию обратного всасывания, чтобы не допустить замерзания водного раствора мочевины в трубопроводе 46, когда наступает состояние, при котором трубопровод 46 не содержит водного раствора мочевины после остановки двигателя. Операцию обратного всасывания выполняют при условии, что индикатор операции по наполнению (описано далее) установлен в исходное положение, когда работа дизельного двигателя остановлена. После начала операции обратного всасывания электронный блок управления 56 открывает клапан 40 подачи мочевины и приводит в действие подающий насос 47 таким образом, чтобы водный раствор мочевины всасывался обратно в бак 45 водного раствора мочевины из трубопровода 46. Электронный блок управления 56 закрывает клапан 40 подачи мочевины и завершает операцию обратного всасывания после того, как работа подающего насоса 47 выполнялась в течение заданного промежутка времени. Время работы подающего насоса 47 в этом случае задают таким образом, чтобы его длительность обеспечивала обратное всасывание такого количества водного раствора мочевины, которое соответствует объему трубопровода 46, в бак 45 водного раствора мочевины. Электронный блок управления 56 обнуляет индикатор завершения обратного всасывания после начала операции обратного всасывания и устанавливает индикатор завершения обратного всасывания в исходное положение после завершения операции обратного всасывания. Значение индикатора завершения обратного всасывания записывается в долговременную память и хранится даже после остановки двигателя. Соответственно, установка индикатора завершения обратного всасывания в исходное положение означает, что операция обратного всасывания выполнялась до последнего момента, пока дизельный двигатель не был выключен во время предыдущей поездки.
[0036] Кроме того, электронный блок управления 56 перед добавлением водного раствора мочевины выполняет операцию по наполнению трубопровода 46 водным раствором мочевины.
[0037] Фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую последовательность этапов управления операцией по наполнению, которое выполняет электронный блок управления 56. Он также определяет состояние исполнения операции по наполнению. Во время работы дизельного двигателя электронный блок управления 56 циклически выполняет данную процедуру через заданные контрольные промежутки времени.
[0038] На этапе S100, который представляет собой первый этап после начала выполнения процедуры, принимается решение относительно удовлетворения предварительных условий для управления операцией по наполнению. Как правило, предварительные условия для операции по наполнению удовлетворены тогда, когда удовлетворены все условия, перечисленные ниже в пунктах с (i) по (iii).
(i) Описанный выше индикатор завершения обратного всасывания установлен в исходное положение.
(ii) Индикатор начала операции системы СКН установлен в исходное положение.
(iii) Индикатор завершения наполнения обнулен.
[0039] Индикатор начала операции системы СКН остается обнуленным после запуска дизельного двигателя и устанавливается в исходное положение в момент после завершения рабочей проверки системы (например, соответствующих датчиков, клапана 40 подачи мочевины и подающего насоса 47), а также после завершения прогрева трубопровода 46 с помощью теплообменника в течение заданного промежутка времени после запуска двигателя. Индикатор завершения наполнения остается обнуленным после запуска дизельного двигателя и устанавливается в исходное положение после завершения операции по наполнению. Как описано выше, индикатор завершения обратного всасывания остается установленным ввиду завершения операции обратного всасывания после прекращения работы дизельного двигателя во время предыдущей поездки.
[0040] Затем на этапе S101 принимается решение о необходимости выполнения каждой из перечисленных далее операций: подача водного раствора мочевины для удаления оксидов азота, охлаждение и восстановление добавленного аммиака, как описано выше. Говоря более конкретно, принимается решение, удовлетворено ли какое-либо из перечисленных далее условий с (iv) по (vi). Выполнение процедуры переходит к этапу S102, если удовлетворено любое из перечисленных далее условий с (iv) по (vi), и принято решение о необходимости добавления водного раствора мочевины (ДА). Выполнение процедуры переходит к этапу S103, если не удовлетворено ни одно из перечисленных далее условий с (iv) по (vi), и принято решение об отсутствии необходимости добавления водного раствора мочевины.
(iv) Измеренная температура слоя СКН ТСКН не ниже активной температуры α
(v) Расчетная температура распылителя TINJ не ниже заданного значения β
(vi) Расчетное количество добавляемого аммиака AMMO не меньше заданного значения γ
[0041] После того как выполнение процедуры перешло к этапу S102, на этапе S102 принимается решение относительно того, равно ли давление выхлопных газов заданному значению или ниже него. Это решение принимается на основе расхода выхлопных газов GAEX, который используется как показатель значения давления выхлопных газов на участке выхлопного канала 19, где установлен клапан 40 подачи мочевины. Когда расход выхлопных газов GAEX не превышает заданного значения δ, принимается решение о том, что давление выхлопных газов не превышает заданной величины. Расход выхлопных газов, который соответствует случаю, когда давление выхлопных газов на участке выхлопного канала 19, где установлен клапан 40 подачи мочевины, достигает верхнего предела значения давления выхлопных газов, при котором трубопровод 46 гарантированно наполняется водным раствором мочевины, устанавливают как заданное значение δ. Если принято решение о том, что давление выхлопных газов не превышает заданной величины (ДА), выполнение процедуры переходит к этапу S105. Если принято решение о том, что давление выхлопных газов превышает заданное значение (НЕТ), выполнение процедуры переходит к этапу S103.
[0042] После того, как выполнение процедуры перешло к этапу S105 на основе положительных решений, принятых как на этапе S101, так и на этапе S102, на этапе S105 устанавливают индикатор операции по наполнению в исходное положение. Индикатор операции по наполнению остается обнуленным, если двигатель запущен. После установки индикатора операции по наполнению он остается установленным в исходное положение до остановки двигателя.
[0043] На следующем этапе S106 клапан 40 подачи мочевины получает управляющий сигнал на открытие и подающий насос 47 получает управляющий сигнал начать работу, чтобы трубопровод 46 наполнился водным раствором мочевины. На следующем этапе S107 выполнение процедуры переходит к этапу S108 после начала отсчета счетчиком времени наполнения. Значение счетчика времени наполнения отражает время работы подающего насоса 47 после начала операции по наполнению. Значение счетчика времени наполнения устанавливают равным «0», если двигатель запущен.
[0044] После того, как выполнение процедуры перешло к этапу S108, на этапе S108 принимается решение, достигло ли значение счетчика времени наполнения заданного значения ε, которое позволяет принять решение о завершении наполнения. Количество времени после начала отсчета счетчиком времени наполнения, которое соответствует времени работы подающего насоса 47, обеспечивающему завершение наполнения трубопровода 46 водным раствором мочевины, устанавливают как значение ε, которое позволяет принять решение о завершении наполнения, с учетом объема трубопровода 46 и расхода водного раствора мочевины в подающем насосе 47. Выполнение процедуры переходит к этапу S109, при условии, что значение счетчика времени наполнения достигло значения ε, которое позволяет принять решение о завершении операции по наполнению (ДА). Выполнение текущей процедуры прекращается, если значение счетчика времени наполнения не достигло значения ε, которое позволяет принять решение о завершении операции по наполнению (НЕТ).
[0045] После того, как выполнение процедуры перешло на этап S109, индикатор завершения наполнения устанавливают в исходное положение. После того, как клапан 40 подачи мочевины получает управляющий сигнал о закрытии, а подающий насос 47 получает управляющий сигнал прекратить работу на этапе S104, как описано выше, выполнение данной процедуры завершается.
[0046] После того, как выполнение процедуры перешло к этапу S103 на основе отрицательного решения, принятого либо на этапе S101, либо на этапе S102, как описано выше, на этапе S103 значение счетчика времени наполнения снова устанавливается равным «0». Затем, на следующем этапе S104, клапан 40 подачи мочевины получает управляющий сигнал закрыться, а подающий насос 47 получает управляющий сигнал завершить работу, и затем выполнение процедуры прекращается. Иными словами, когда выполнение процедуры перешло на этап S103 и на этап S104 в состоянии, в котором не выполняется работа счетчика времени наполнения при выполнении этапа S107 и отсутствуют: управляющий сигнал на открытие клапана 40 подачи мочевины и управляющий сигнал для включения подающего насоса 47 при выполнении этапа S108, на этих этапах не выполняются какие-либо существенные действия.
[0047] Далее будут описаны полезные результаты, достигаемые при помощи устройства для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения. В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с данным примером осуществления изобретения, операция обратного всасывания выполняется после выключения двигателя, и, таким образом, трубопровод 46 не содержит водный раствор мочевины после запуска дизельного двигателя. Если принято решение о необходимости добавления водного раствора мочевины и о том, что давление выхлопных газов не превышает заданной величины после запуска двигателя, операция по наполнению выполняется таким образом, что трубопровод 46 наполняется водным раствором мочевины. После начала операции по наполнению клапан 40 подачи мочевины открывается и начитает работать подающий насос 47 по наполнению трубопровода 46 водным раствором мочевины. Затем подающий насос 47 приводится в действие на определенный промежуток времени, который необходим для наполнения трубопровода 46 водным раствором мочевины, затем клапан 40 подачи мочевины закрывается, а работа подающего насоса 47 прекращается. Таким образом, завершается управление операцией по наполнению.
[0048] В устройстве для регулирования состава выхлопных газов, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, управление операцией по наполнению не проводится в том случае, если дизельный двигатель не работал в течение короткого промежутка времени перед тем, как было принято решение о необходимости добавления водного раствора мочевины. Поскольку операция по наполнению проводится при условии, когда давление выхлопных газов не превышает заданной величины, это позволяет избежать неправильного наполнения, связанного с тем, что водный раствор мочевины, подаваемый в трубопровод 46 подающим насосом 47, выталкивается обратно под действием давления выхлопных газов.
[0049] Управление операцией по наполнению останавливается, когда давление выхлопных газов в выхлопном канале 19 превышает заданное значение во время исполнения операции по наполнению. Операция по наполнению в этом случае проводится повторно, если давление выхлопных газов, по прошествии некоторого времени, падает ниже заданного значения. Иными словами, в данном варианте осуществления изобретения значение счетчика времени наполнения обнуляется, когда давление выхлопных газов в выхлопном канале 19 превышает заданное значение во время проведения операции по наполнению, и, таким образом, работа подающего насоса 47 в течение заданного промежутка времени выполняется даже тогда, когда операция по наполнению проводится снова по прошествии некоторого времени. Иными словами, когда в данном варианте осуществления изобретения операция по наполнению остановлена, операция по наполнению проводится повторно с самого начала по прошествии некоторого времени. При этом значение счетчика времени наполнения может сохраняться даже тогда, когда давление выхлопных газов в выхлопном канале 19 превышает заданное значение во время проведения операции по наполнению и управление операцией по наполнению может быть возобновлено с середины, когда давление выхлопных газов по прошествии некоторого времени упадет ниже заданного значения.
[0050] В том случае, когда между пуском и остановкой дизельного двигателя не проводится никакая операция по наполнению, индикатор операции по наполнению остается обнуленным. Соответственно, в этом случае операция обратного всасывания во время остановки двигателя также не проводится. Иными словами, индикатор операции по наполнению установлен в исходное положение даже тогда, когда операция по наполнению может быть выполнена до середины. Соответственно, в этом случае, операция обратного всасывания проводится во время остановки двигателя.
[0051] Следующие полезные результаты могут быть достигнуты при помощи устройства для регулирования состава выхлопных газов в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, описанным выше. (1) Поскольку управление операцией по наполнению проводят, если принято решение, что необходимо добавить водный раствор мочевины через клапан 40 подачи мочевины, и что давление выхлопных газов в выхлопном канале 19 не превышает заданной величины, можно избежать работы насоса, связанной с ненужной операцией по наполнению, а также избежать неправильного наполнения во время операции по наполнению.
[0052] (2) Когда давление выхлопных газов превышает заданное значение во время управления операцией по наполнению, операция по наполнению останавливается. Соответственно, это также позволяет избежать неправильного наполнения во время операции по наполнению. (3) Управление операцией по наполнению не проводится при высоком давлении выхлопных газов, нет необходимости в каком-либо ограничении времени работы подающего насоса 47 во время операции по наполнению по причине повышения температуры в результате работы в режиме холостого хода. Соответственно, время работы подающего насоса 47 подачи мочевины может быть увеличено во время операции по наполнению, а трубопровод 46 может быть надлежащим образом наполнен водным раствором мочевины.
[0053] (4) Отсутствует потребность в высокой производительности, которая позволяет завершить наполнение даже при высоком давлении выхлопных газов, и, таким образом, подающий насос 47, предусмотренный в данном изобретении, может быть менее дорогостоящим и менее производительным. (5) Когда между пуском и остановкой дизельного двигателя не проводится никакая операция по наполнению, операция обратного всасывания в период остановки двигателя также не проводится. Соответственно, можно избежать работы насоса, связанной с ненужной операцией обратного всасывания.
[0054] Описанный выше вариант осуществления изобретения может быть реализован в следующих модификациях. В описанном выше варианте осуществления изобретения температура слоя катализатора (измеренная температура слоя СКН ТСКН) в блоке катализатора селективного восстановления (передний блок 41 СКН и задний блок 42 СКН), рассчитана как значение, которое получено на основании результатов измерений датчиком температуры 35 газов на выходе и т.п. Несмотря на это, температура слоя катализатора может быть рассчитана на основе показаний датчика, который непосредственно определяет температуру слоя катализатора переднего блока 41 СКН и заднего блока 42 СКН.
[0055] В описанном выше варианте осуществления изобретения температура распылителя (расчетная температура распылителя TINJ) клапана 40 подачи мочевины рассчитана как значение, полученное на основе значения температуры выхлопных газов, измеренного датчиком температуры 35 газов на выходе, расчетного значения расхода выхлопных газов, в ситуации, при которой выполняют добавление водного раствора мочевины через клапан 40 подачи мочевины и т.п. Несмотря на это, температура распылителя может быть рассчитана на основании показаний датчика, который установлен таким образом, чтобы непосредственно определять температуру распылителя клапана 40 подачи мочевины.
[0056] В описанном выше варианте осуществления изобретения количество аммиака, добавляемого в блок катализатора селективного восстановления (передний блок 41 СКН и задний блок 42 СКН), рассчитано как значение, которое получено на основе значения количества оксидов азота, измеренного датчиком 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации, количества водного раствора мочевины, добавленного через клапан 40 подачи мочевины, и измеренной температуры слоя СКН ТСКН. Несмотря на это, количество аммиака может быть рассчитано на основе показаний датчиков, которые размещены в переднем блоке 42 СКН и в заднем блоке 42 СКН и установлены для определения количества добавляемого аммиака внутри них.
[0057] Подачу водного раствора мочевины для восстановления количества добавляемого аммиака (далее именуемое подача для восстановления добавляемого аммиака) выполняют, когда количество аммиака, добавляемого в передний блок 41 СКН и в задний блок 42 СКН, недостаточно, и добавляемое количество восстанавливают до достаточного количества. Подачу для восстановления добавляемого аммиака выполняют, когда удовлетворены различные условия, включая установленное значение количества аммиака, добавляемого в передний блок 41 СКН и в задний блок 42 СКН (далее именуемое расчетным количеством добавляемого аммиака AMMO), которое должно быть не ниже заданного значения γ, и если операция по наполнению завершена. Когда удовлетворено условие выполнения подачи для восстановления добавляемого аммиака, электронный блок управления 56 добавляет водный раствор мочевины в количестве, необходимом для того, чтобы расчетное количество добавляемого аммиака AMMO стало не ниже заданного значения γ, и затем прекращает добавление для восстановления добавляемого аммиака.
[0058] Расчетное количество добавляемого аммиака AMMO определяют на основе значения количества оксидов азота, измеренного датчиком 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации, количества водного раствора мочевины, добавленного через клапан 40 подачи мочевины, и измеренной температуры слоя СКН ТСКН. Более конкретно, количество аммиака, вновь добавляемого в передний блок 41 СКН и в задний блок 42 СКН, рассчитывают на основе количества добавляемого водного раствора мочевины, а базовое значение расчетного количества добавляемого аммиака AMMO рассчитывают путем их объединения. Затем расчетное количество добавляемого аммиака AMMO получают умножением базового значения на поправочный коэффициент на основе количества оксидов азота и на поправочный коэффициент на основе температуры слоя катализатора. Поправочный коэффициент на основе количества оксидов азота задается равным значению, которое повышается с повышением значения количества оксидов азота, измеренного датчиком 50 оксидов NOx на входе блока нейтрализации, с учетом количества добавленного водного раствора мочевины, которое увеличивается с увеличением количества оксидов азота. Поправочный коэффициент на основе температуры слоя катализатора задается равным значению, которое уменьшается со снижением измеренной температуры слоя СКН ТСКН, с учетом уменьшения количества аммиака и снижения его способности к присоединению с повышением температуры слоя катализатора переднего блока 41 СКН и заднего блока 42 СКН.
[0059] Вычисление расчетного количества добавляемого аммиака AMMO выполняется электронным блоком управления 56. Соответственно, в данном варианте осуществления изобретения электронный блок управления 56 соответствует средству расчета количества аммиака, добавляемого в блок катализатора селективного восстановления.
[0060] В описанном выше варианте осуществления изобретения после прекращения работы дизельного двигателя с операцией по наполнению никакая операция обратного всасывания не выполняется. Несмотря на это, операция обратного всасывания может выполняться независимо от выполнения или невыполнения операции по наполнению. В этом случае можно избежать замерзания водного раствора мочевины, остающегося в трубопроводе 46 после прекращения работы двигателя.
[0061] В описанном выше варианте осуществления изобретения решение о необходимости добавления водного раствора мочевины принимается, если удовлетворено любое из вышеперечисленных условий с (iv) по (vi). Несмотря на это, условия, необходимые для принятия решения, могут быть соответствующим образом изменены. Например, в том случае, если любое из перечисленных далее действий: подача для удаления оксидов азота, подача для охлаждения и подача для восстановления добавляемого аммиака - не выполняется в устройстве для регулирования состава выхлопных газов, можно опустить условие, связанное с добавлением водного раствора мочевины, которое не выполнено. В том случае, если добавление водного раствора мочевины выполняется для целей, которые не входят в число трех целей, перечисленных выше, может быть добавлено условие, связанное с ним.
[0062] В описанном выше варианте осуществления изобретения расход выхлопных газов GAEX рассчитан и получен на основе измеренного значения количества всасываемого воздуха и количества впрыскиваемого топлива. Несмотря на это, расход выхлопных газов GAEX может быть получен на основе результатов измерений датчиком расхода, который установлен в выхлопном канале 19.
[0063] В описанном выше варианте осуществления изобретения решение о том, превышает ли давление выхлопных газов заданную величину, принимается на основе расхода выхлопных газов GAEX, которое используется как показатель значения давления выхлопных газов. Несмотря на это, решение может быть принято на основе измеренного значения или установленного значения давления выхлопных газов.
[0064] В описанном выше варианте осуществления изобретения операция по наполнению останавливается, когда давление выхлопных газов превышает заданное значение во время управления операцией по наполнению. Несмотря на это, операция по наполнению может продолжаться даже тогда, когда давление выхлопных газов превышает заданное значение. Операция по наполнению запускается и при низком давлении выхлопных газов, при этом можно избежать неправильного наполнения более успешно, чем в случае, когда операция по наполнению выполняется независимо от уровня давления выхлопных газов.