УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ
DEVICE FOR EXHAUST GASES CONTROL

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к устройству для контроля за выхлопными газами, которое восстанавливает и удаляет оксид азота в выхлопных газах путем выборочной каталитической нейтрализации с использованием аммиака в качестве восстанавливающего агента.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] В предшествующем уровне техники известно устройство, описанное в публикации японской патентной заявки No. 2006-274844 (JP 2006-274844 А), в качестве устройства для контроля за выхлопными газами, как описано выше. Устройство для контроля за выхлопными газами, описанное в JP 2006-274844, оснащено клапаном добавления водного раствора мочевины, которое добавляет мочевину в выхлопные газы, блоком выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, которое восстанавливает оксид азота (NOx) в выхлопных газах путем выборочной каталитической нейтрализации с использованием аммиака, вырабатываемого из водного раствора мочевины в качестве восстанавливающего агента, и блок каталитического окисления, которое окисляет аммиак, вытекающий из блока выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа. Количество водного раствора мочевины, которое может быть адсорбировано в блоке выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, уменьшается, когда температура слоя в блоке выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа увеличивается. Соответственно, когда температура слоя в блоке выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа быстро возрастает, большой объем аммиака десорбируется из каталитического блока, что называют проскоком аммиака. В устройстве для контроля за выхлопными газами согласно предшествующему уровню техники, описанному выше, добавление водного раствора мочевины прекращается, опережение впрыска топлива не выполняется, и рециркуляция выхлопных газов прекращается, когда температура слоя в блоке выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа быстро возрастает. Далее, объем NOx в выхлопных газах, выпущенных из камеры сгорания, увеличивается, и десорбированный аммиак может вступать в реакцию с NOx и может быть использован.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Когда объем добавляемого водного раствора мочевины ограничен, как например, когда добавление мочевины прекращается для предотвращения проскока аммиака в устройстве для контроля за выхлопными газами, описанном в JP 2006-274844 А, объем NOx, вытекающего из блока выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, не может быть восстановлен в некоторых случаях в нужном объеме по отношению к объему NOx, поступающему в блок выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа.
[0004] Изобретением предложено устройство для контроля за выхлопными газами, которое способно предотвратить выброс оксида азота в окружающую атмосферу, даже когда объем оксида азота, вытекающего из блока выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, не может быть восстановлен в нужном объеме по отношению к объему оксида азота, поступающему в блок выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа.
[0005] Устройство для контроля за выхлопными газами для двигателя внутреннего сгорания согласно объекту изобретения содержит клапан добавления топлива, блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака, блок добавки топлива, и электронный блок управления. Двигатель внутреннего сгорания содержит камеру сгорания и выхлопной канал. Клапан добавления мочевины выполнен с возможностью добавления водного раствора мочевины в выхлопные газы, выпускаемые из камеры сгорания в выхлопной канал. Блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа выполнены с возможностью восстановления оксида азота в выхлопных газах путем выборочной каталитической нейтрализации, при которой аммиак, вырабатываемый из водного раствора мочевины, используется в качестве восстанавливающего агента. Блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака содержит катализатор окисления. Блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака расположен ниже по потоку от блоков выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа. Блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака выполнен с возможностью окисления аммиака, вытекающего из блоков выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа. Блок добавки топлива выполнен с возможностью добавления негоревшего топлива к отработанному газу, сгоревшему в камере сгорания. Электронный блок управления выполнен с возможностью управления блоком добавки топлива в процессе увеличения добавки, когда объем оксида азота, вытекающего из блоков выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа не восстанавливается в требуемом объеме по отношению к объему оксида азота, поступающего в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, и когда температура слоя катализатора в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака находится в области температуры, где оксид азота в выхлопных газах может быть восстановлен в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака путем выборочной каталитической нейтрализации, в которой углеводород используется в качестве восстанавливающего агента, так что объем углеводорода в выхлопных газах, поступающих в блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака, увеличивается.
[0006] В том случае, если температура слоя катализатора находится в соответствующей области температуры, блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака, содержащий катализатор окисления, может восстанавливать и удалять оксид азота в выхлопных газах путем выборочной каталитической нейтрализации, в которой углеводород в выхлопных газах используется в качестве восстанавливающего агента. Количество водного раствора мочевины, которое может добавляться, ограничено пределом, таким как предотвращение проскока аммиака, и объем оксида азота, вытекающего из блоков выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, не может быть восстановлен в некоторых случаях в нужном объеме по отношению к объему оксида азота, поступающего в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа.
[0007] Когда объем оксида азота, вытекающего из блоков каталитической нейтрализации восстановительного типа не восстанавливается в нужном объеме по отношению к объему оксида азота, поступающему в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, устройство для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, выполняет процесс увеличения добавки для увеличения объема углеводорода в выхлопных газах, поступающих в блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака через добавление негоревшего топлива, когда температура слоя катализатора в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака находится в области температуры, где допускается снижение оксида азота путем выборочной каталитической нейтрализации в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака с использованием углеводорода в качестве восстанавливающего агента. Когда этот процесс увеличения добавки выполняется, объем углеводорода в выхлопных газах, поступающих в блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака, увеличивается. Далее, в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака, оксид азота восстанавливается в большем объеме путем выборочной каталитической нейтрализации с использованием углеводорода в качестве восстанавливающего агента. Соответственно, выброс оксида азота в окружающую атмосферу может быть предотвращен, даже когда объем оксида азота, вытекающего из блоков каталитической нейтрализации восстановительного типа не может быть восстановлен в нужном объеме по отношению к объему оксида азота, поступающему в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа.
[0008] В устройстве для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, может быть определено, что объем оксида азота, вытекающего из блоков выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, не восстанавливается в нужном объеме по отношению к объему оксида азота, поступающего в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, когда объем оксида азота в выхлопных газах, проходящих через блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, превышает заданное значение, и когда количество водного раствора мочевины, допустимое для добавления, меньше, чем добавляемое количество водного раствора мочевины, требуемое для степени очистки от оксида азота, отношение объема оксида азота, восстановленного в блоках выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, к объему оксида азота, поступающего в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, превышает заданное значение.
[0009] Когда объем оксида азота в выхлопных газах, проходящих через блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, равен или меньше, чем заданная величина, и когда степень очистки от оксида азота, которая представляет собой отношение объема восстановления оксида азота в блоках выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа к объему поступления оксида азота в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, составляет, по меньшей мере, заданную величину, в то время как выполняется процесс увеличения добавки, предполагается, что недостаток способности к очистке от оксида азота блоками выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа устранен. В устройстве для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью прерывания процесса увеличения добавки, когда объем оксида азота в выхлопных газах, проходящих через блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, становится равным или меньше, чем заданное значение, в то время как выполняется процесс увеличения добавки. Кроме того, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью прерывания процесса увеличения добавки, когда степень очистки от оксида азота, отношение объема восстановления оксида азота в блоках выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа к объему поступления оксида азота в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, становится, по меньшей мере, заданным значением, в то время как выполняется процесс увеличения добавки. Согласно этому объекту процесс по увеличению добавки прекращается в случае, когда вышеописанные условия выполнены, в то время как выброс оксида азота предотвращен, и, таким образом, предотвращен расход топлива, вызванный добавлением негоревшего топлива.
[0010] Когда температура слоя блока каталитического нейтрализатора проскока аммиака отклоняется от указанной области температуры, в то время как выполняется процесс увеличения добавки, удаление оксида азота путем выборочной каталитической нейтрализации в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака, в котором углеводород используется в качестве восстанавливающего агента, не может продолжаться необходимым образом, несмотря на продолжение добавления негоревшего топлива. В устройстве для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью прерывания процесса увеличения добавки, когда температура слоя блока каталитического нейтрализатора проскока аммиака отклоняется от указанной области температуры, в то время как выполняется процесс увеличения добавки.
[0011] В устройстве для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью управления блоком добавки топлива в процессе увеличения добавки, так что объем добавки негоревшего топлива увеличивается, когда объем оксида азота, поступающего в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа, возрастает. Кроме того, в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью управления блоком добавки топлива в качестве процесса увеличения объема, таким образом, что объем добавки негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки увеличивается, когда уменьшается степень очистки от оксида азота, отношение объема оксида азота, восстановленного блоками выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа к объему оксида азота, поступающего в блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа. Таким образом, способность к очистке от оксида азота блока каталитического нейтрализатора проскока аммиака может увеличиться в соответствии с объемом оксида азота.
[0012] Устройство для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, может дополнительно содержать блок предварительного каталитического окисления, содержащий катализатор окисления, расположенный дополнительно в выпускном канале выше по потоку, чем блоки выборочной каталитической нейтрализации восстановительного типа. Согласно этому объекту восстановление оксида азота на основе реакции выборочной каталитической нейтрализации, в которой углеводород используется в качестве восстанавливающего агента, выполняется еще и в этом дополнительном каталитическом блоке в том случае, если негоревшее топливо присутствует в выхлопных газах. Соответственно, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью управления блоком добавки топлива в процессе увеличения добавки, при этом объем негоревшего топлива, добавляемый блоком добавки топлива, является объемом, превышающим объем негоревшего топлива, требуемый для подачи в выхлопные газы углеводорода в объеме, потребляемом при реакции восстановления оксида азота на основе выборочной каталитической нейтрализации в блоке предварительного каталитического окисления, в котором углеводород используется в качестве восстанавливающего агента. Согласно этому объекту углеводород в выхлопных газах, поступающих в блок каталитического нейтрализатора проскока аммиака, может быть надежно повышен также и в случае, когда размещен блок предварительного каталитического окисления. Кроме того, электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления суммарного объема негоревшего топлива, требуемого для подачи углеводорода в выхлопные газы в объеме, потребляемом при реакции восстановления оксида азота на основе выборочной каталитической нейтрализации в блоке предварительного каталитического окисления, в котором углеводород используется в качестве восстанавливающего агента, и объема негоревшего топлива, требуемого для подачи углеводорода в выхлопные газы в объеме, потребляемом при реакции восстановления оксида азота на основе выборочной каталитической нейтрализации в блоке каталитического нейтрализатора проскока аммиака, в котором углеводород используется в качестве восстанавливающего агента. Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью выполнения добавки негоревшего топлива путем управления устройством добавки негоревшего топлива в процессе увеличения добавки, при этом объем негоревшего топлива, добавляемый блоком добавки топлива, равен этому вычисленному суммарному объему негоревшего топлива. Согласно этому объекту увеличение объема углеводорода в выхлопных газах, поступающих в блок каталитической нейтрализации проскока аммиака, дополнительно обеспечивается также и в случае, когда установлен блок предварительного каталитического окисления.
[0013] В устройстве для контроля за выхлопными газами согласно объекту, описанному выше, добавка негоревшего топлива может также выполняться путем добавки топлива в выхлопные газы клапаном добавления топлива с помощью клапана добавления топлива, установленного в выхлопном канале, используемом в качестве средства добавления. Кроме того, добавка негоревшего топлива может также выполняться инжектором, впрыскивающим топливо в камеру сгорания, используемую в качестве средства добавления и на основе впрыска топлива в камеру сгорания на такте выхлопа инжектором.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Признаки, преимущества, а также техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых идентичными ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конфигурации впускной системы и выхлопной системы дизельного двигателя, на котором применено устройство для контроля за выхлопными газами согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 2 представляет собой блок-схему процедуры процесса увеличения добавки, который выполняется в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь установленного значения для выполнения процесса увеличения добавки, которое используется для установления выполнения процесса увеличения добавки в процедуре процесса увеличения добавки, с оборотами двигателя и количеством впрыскиваемого топлива;
Фиг. 4 представляет собой блок-схему процедуры процесса увеличения добавки, который выполняется в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь установленного значения для выполнения процесса увеличения добавки, которое используется для установления выполнения процесса увеличения добавки в процедуре процесса увеличения добавки, с объемным расходом выхлопных газов и температурой слоя SCR;
Фиг. 6 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между объемом поступления оксида азота SCR и вычисленным значением суммарного объема негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки, относящийся к случаю, когда суммарный объем негоревшего топлива во время процесса по увеличению добавки вычисляется на основе объема поступления оксида азота SCR; и
Фиг. 7 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между объемом поступления оксида азота SCR и вычисленным значением суммарного объема негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки, относящийся к случаю, когда суммарный объем негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки вычисляется на основе показателя очистки от оксида азота устройства SCR.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0015] Далее, первый вариант осуществления устройства для контроля за выхлопными газами будет описан подробно со ссылкой на фиг.1-3. Во впускном канале 10 двигателя внутреннего сгорания (дизельного двигателя), на котором применено устройство для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления, очиститель 11 воздуха, датчик 12 расхода воздуха, компрессор 13, интеркулер 14, датчик 15 температуры вытекающих из интеркулера газов, дроссельный клапан 16, и датчик 27 входного давления расположены в указанном порядке со стороны поступающего потока, как показано на фиг. 1. Очиститель 11 воздуха фильтрует примеси во всасываемом воздухе, датчик 12 расхода воздуха определяет скорость потока всасываемого воздуха, проходящего через впускной канал 10 (объем всасываемого воздуха). Компрессор 13 повышает давление всасываемого воздуха при приведении его в действие, и интеркулер 14 охлаждает всасываемый воздух после того, как всасываемый воздух пройдет через компрессор 13. Датчик 15 температуры вытекающих из интеркулера газов определяет температуру всасываемого воздуха, после того, как всасываемый воздух пройдет через интеркулер 14. Дроссельная заслонка 16 регулирует объем всасываемого воздуха в соответствии с изменением степени открывания дроссельной заслонки 16. Датчик 27 входного давления определяет давление всасываемого воздуха на части впускного канала 10 ниже по потоку от дроссельной заслонки 16.
[0016] Впускной канал 10 соединен с камерой 17 сгорания соответствующих цилиндров дизельного двигателя ниже по потоку от дроссельной заслонки 16. Инжекторы 18, которые впрыскивают топливо, расположены в соответствующих камерах 17 сгорания дизельного двигателя. В каждой из камер 17 сгорания выполняется сгорание воздушно-топливной смеси всасываемого воздуха, введенного через впускной канал 10, и топлива, впрыскиваемого инжектором 18.
[0017] Выхлопные газы (отработанный газ), образующиеся при сгорании воздушно-топливной смеси в каждой из камер 17 сгорания, выбрасываются в наружную атмосферу через выхлопной канал 19. В выхлопном канале 19 установлена турбина 20. Турбина 20 является составной частью выпускного турбонагнетателя турбинного типа с компрессором 13, который расположен во впускном канале 10 и приводит в действие компрессор 13, вращаясь под воздействием силы потока выхлопных газов, текущих через выхлопной канал 19. В выхлопном канале 19, выше по потоку от турбины 20 установлено регулируемое сопло 21. Регулируемое сопло 21 обеспечивает изменение площади сечения отверстия, подающего выхлопные газы на турбину 20. Обороты турбины 20 регулируются через управление степенью открывания регулируемого сопла 21.
[0018] Кроме того, в дизельном двигателе размещена система рециркуляции выхлопных газов (EGR - exhaust gas recirculation). Система EGR позволяет некоторой части выхлопных газов рециркулировать во всасываемый воздух. Система EGR оснащена каналом 22 системы EGR, охладителем 23 системы EGR, и клапаном 24 системы EGR. Канал 22 системы EGR позволяет части выхлопного канала 19 выше по потоку от турбины 20 и части впускного канала 10 ниже по потоку от дроссельной заслонки 16 сообщаться друг с другом. Охладитель 23 системы EGR охлаждает выхлопные газы, которые пропускаются для рециркуляции во всасываемый воздух через канал 22 рециркуляции (рециркулирующий газ). Клапан 24 системы EGR регулирует скорость потока рециркулирующего газа. Система EGR также оснащена обходным каналом 25 и обходным клапаном 26. Обходной канал 25 позволяет рециркулирующему газу протекать, обходя охладитель 23 системы EGR, а обходной клапан 26 регулирует скорость потока рециркулирующего газа, который обходит охладитель 23 системы EGR через обходной канал 25.
[0019] Конфигурация устройства для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления, которое применено на дизельном двигателе, имеющем вышеописанную конфигурацию, будет охарактеризована ниже. Система дизельного сажевого фильтра (DPF - diesel particulate filter), который собирает твердые частицы (РМ - particulate matter) в выхлопных газах и система выборочной каталитической нейтрализации (SCR -selective catalytic reduction) мочевиной, которая очищает выхлопные газы от NOx с помощью выборочной нейтрализации, в которой аммиак, образующийся из водного раствора мочевины, используется в качестве восстановительного агента, размещены в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления.
[0020] Система дизельного сажевого фильтра (DPF) оснащена клапаном 30 добавки топлива, блоком 31 предварительного каталитического окисления, и фильтром 32 сбора твердых частиц (РМ). Клапан 30 добавки топлива установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от турбины 20. В этом варианте осуществления, клапан 30 добавки топлива является средством добавки для добавки топлива (негоревшего топлива) в выхлопные газы (отработавший газ), проходящие через выхлопной канал 19. Блок 31 предварительного каталитического окисления представляет собой каталитический блок, в котором содержится катализатор окисления. Блок 31 предварительного каталитического окисления установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от турбины 20 и выше по потоку от фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ). Фильтр 32 сбора твердых частиц (РМ) представляет собой фильтр, который улавливает твердые частицы (РМ) в выхлопных газах. Блок 31 предварительного каталитического окисления окисляет компоненты растворимой органической фракции (SOF - soluble organic fraction) твердых частиц и окисляет закись азота (NO) в выхлопных газах для образования диоксида азота (N02), требуемого для постоянной регенерации фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ). Во время принудительной регенерации фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ), блок 31 предварительного каталитического окисления повышает температуру фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ) до температуры, требуемой для сгорания твердых частиц (РМ) путем окисления углеводорода (НС - hydrocarbon) в топливе, добавляемом клапаном 30 добавки топлива, и повышает температуру выхлопных газов путем регенерации тепла, образующегося в результате реакции окисления. Катализатор окисления также содержится в фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ), и этот катализатор окисления способствует сгоранию твердых частиц (РМ).
[0021] Кроме того, система дизельного сажевого фильтра (DPF) оснащена следующими датчиками для определения состояний выхлопных газов на соответствующих участках системы. На части выхлопного канала 19 ниже по потоку от блока 31 предварительного каталитического окисления, датчик 33 температуры входящих газов установлен для определения температуры выхлопных газов, поступающих в блок 31 предварительного каталитического окисления (температура поступающих газов DOC - oxidation catalyst device). Кроме того, датчик 34 промежуточной температуры газов, который определяет температуру выхлопных газов, поступающих в фильтр 32 сбора твердых частиц (РМ) (промежуточная температура газов SCR), установлен на части выхлопного канала 19 между блоком 31 предварительного каталитического окисления и фильтром 32 сбора твердых частиц (РМ). Кроме того, датчик 35 температуры вытекающих газов, который определяет температуру выхлопных газов, вытекающих из фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ) (температуру вытекающих газов SCR) установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ). Кроме того, датчик 36 перепада давления, который определяет перепад давления выхлопных газов между входом и выходом фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ), установлен на части выхлопного канала 19, где размещен фильтр 32 сбора твердых частиц (РМ).
[0022] Система выборочной каталитической нейтрализации (SCR) мочевиной оснащена клапаном 40 добавления мочевины, двумя, передним и задним, блоками SCR, то есть, передним блоком 41 SCR и задним блоком 42 SCR, а также блоком 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC). Клапан 40 добавления мочевины установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ) и добавляет водный раствор мочевины в выхлопные газы. Передний блок 41 SCR и задний блок 42 SCR представляют собой блоки выборочной каталитической нейтрализации, которые уменьшают содержание оксидов азота в выхлопных газах с использованием, в качестве восстановительного агента, аммиака, образующегося из мочевины в процессе гидролиза за счет тепла выхлопных газов. Передний блок 41 SCR установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от клапана 40 добавления мочевины, а задний блок 42 SCR установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от переднего блока 41 SCR. Блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC) установлен на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от заднего блока 42 SCR. Катализатор окисления содержится в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC). Действие этого катализатора окисления заставляет блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC) окислять аммиак, пропускаемый через и вытекающий из переднего и заднего блоков (41, 42) SCR. Дисперсионная пластина 44 установлена на части выхлопного канала 19 между клапаном 40 добавления мочевины и передним блоком 41 SCR, чтобы разбрызгивать водный раствор мочевины, добавляемый через клапан 40 добавления мочевины в выхлопные газы.
[0023] Водный раствор мочевины, добавляемый в выхлопные газы через клапан 40 добавления мочевины, хранится в бачке 45 для водного раствора мочевины. Бачок 45 для водного раствора мочевины соединен с клапаном 40 добавления мочевины посредством трубопровода 46 с подсоединенным нагревателем. В бачке 45 для водного раствора мочевины установлен насос 47 для мочевины. Водный раствор мочевины в бачке 45 для мочевины нагнетается насосом 47 для мочевины, и далее водный раствор мочевины поступает на клапан 40 добавления мочевины через трубопровод 46. В бачке 45 для водного раствора мочевины размещен датчик 48 уровня водного раствора мочевины для определения остающегося количества водного раствора мочевины в бачке 45 для мочевины. Кроме того, датчик 49 температуры мочевины, который определяет температуру водного раствора мочевины, подаваемого на клапан 40 добавления мочевины, установлен на трубопроводе 46.
[0024] Система выборочной каталитической нейтрализации (SCR) мочевиной оснащена следующими датчиками для определения состояний выхлопных газов на соответствующих участках системы. Датчик 50 поступления оксида азота и датчик 51 воздушно-топливного отношения установлены на части выхлопного канала 19 между фильтром 32 сбора твердых частиц (РМ) и клапаном 40 добавления мочевины. Датчик 50 поступления оксида азота определяет объем NOx в выхлопных газах, поступающих в передний блок 41 SCR (объем поступления оксида азота SCR). Датчик 51 воздушно-топливного отношения выдает выходной сигнал, в зависимости от концентрации кислород/несгоревший компонент в выхлопных газах, и этот выходной сигнал используется, чтобы определить воздушно-топливное отношение в воздушно-топливной смеси, сжигаемой в камере сгорания 17. Датчик 53 выхода оксида азота, датчик 54 температуры газа после блока каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), и датчик 55 твердых частиц (РМ) установлены на части выхлопного канала 19 ниже по потоку от блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC). Датчик 53 выхода оксида азота определяет объем NOx в выхлопных газах, вытекающих из блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака и выбрасываемых в окружающую атмосферу (объем выхода оксида азота ASC). Датчик 54 температуры газа после блока каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASС) определяет температуру выхлопных газов, выходящих из блока каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC) (температуру выходящих газов ASC). Датчик 55 твердых частиц (РМ) определяет объем твердых частиц, выходящих из блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC) и выбрасываемых в окружающую атмосферу.
[0025] В этом устройстве для контроля за выхлопными газами, добавка топлива клапаном 30 добавки топлива и добавка водного раствора мочевины клапаном 40 добавления мочевины управляются электронным блоком 56 управления. Электронный блок 56 управления снабжен центральным вычислительным обрабатывающим устройством, которое выполняет вычислительную обработку для управления, постоянным запоминающим устройством, которое хранит программу и данные для управления, считываемым и записывающим запоминающим устройством, которое временно сохраняет результат вычисления центральным вычислительным обрабатывающим устройством и результат измерения каждого датчика, входной порт для приемки внешнего сигнала, и выходной порт для передачи сигнала наружу. Каждый из датчиков, описанных выше, соединен с входным портом электронного блока 56 управления. Клапан 30 добавки топлива и клапан 40 добавления мочевины соединены с выходным портом электронного блока 56 управления. Электронный блок 56 управления регулирует добавку топлива и водного раствора мочевины в выхлопные газы путем управления приводом клапана 30 добавки топлива и клапана 40 добавления мочевины.
[0026] В этом устройстве для контроля за выхлопными газами, блок 31 предварительного каталитического окисления и фильтр 32 сбора твердых частиц (РМ) соответствуют дополнительным каталитическим блокам, содержащим катализатор окисления, которые расположены на части выхлопного канала 19 выше по потоку от блоков выборочной каталитической нейтрализации (переднего блока 41 SCR и заднего блока 42 SCR). Кроме того, в этом устройстве для контроля за выхлопными газами, электронный блок 56 управления, который управляет добавкой топлива (негоревшего топлива) в выхлопные газы (отработавший газ) с клапаном 30 добавки топлива, представляет собой блок управления объемом добавки.
[0027] Электронный блок 56 управления управляет объемом добавки топлива, добавляемого клапаном 30 добавки топлива в соответствии с составом выхлопных газов, температурными режимами блока 31 предварительного каталитического окисления и фильтра 32 сбора твердых частиц (РМ), и т.п. при этом негоревшее топливо в объеме, требуемом для сгорания твердых частиц (РМ), захваченных фильтром 32 сбора твердых частиц (РМ), подается на блок 31 предварительного каталитического окисления и фильтр 32 сбора твердых частиц (РМ). Кроме того, электронный блок 56 управления управляет объемом добавки водного раствора мочевины, добавляемой клапаном 40 добавления мочевины в соответствии с составом выхлопных газов, температурными режимами блоков (41, 42) SCR и блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), и т.п., при этом аммиак подается на блоки (41, 42) SCR в объеме, требуемом для NOx, выбрасываемого из камер 17 сгорания, чтобы быть удаленным блоками (41, 42) SCR.
[0028] Кроме того, электронный блок 56 управления выполняет процесс увеличения добавки для увеличения объема углеводородов (НС) в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), когда количество NOx, выходящего из блоков (41, 42) SCR, не может быть уменьшено до нужного количества по отношению к количеству NOx, поступающему в блоки (41, 42) SCR. Далее, процесс увеличения добавки в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления будет описана подробно.
[0029] На фиг. 2 показана блок-схема процедуры процесса увеличения добавки, который выполняется электронным блоком 56 управления для выполнения процесса увеличения добавки. Электронный блок 56 управления циклически выполняет процесс в соответствии с этой процедурой на заданном цикле управления в процессе работы дизельного двигателя.
[0030] На этапе S100, который является первым этапом, следующим за инициализацией процесса согласно этой процедуре, температуру слоя катализатора в блоках (41, 42) SCR (TSCR - температура слоя катализатора SCR) получают на основе оценки, исходя из значения температуры вытекающих газов SCR, определенного датчиком 35 температуры вытекающих газов. Далее, на этапе S101, показатель очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR вычисляют на основе оценки температуры TSCR слоя катализатора SCR. Показатель очистки от оксида азота представляет собой отношение объема восстановления NOx передним и задним блоками (41, 42) SCR к объему поступления оксида азота в SCR. Далее, на этапе S102, объем NOx в выхлопных газах, вытекающих из заднего блока 42 SCR и поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (объем поступления оксида азота ASC) вычисляют, исходя из значения объема поступления оксида азота SCR, определенного датчиком 50 поступления оксида азота, умноженного на вычисленное значение показателя очистки от оксида азота. По существу, объем поступления оксида азота ASC, вычисляемый таким образом, равен объему NOx, вытекающему из блоков (41, 42) SCR (объем отвода оксида азота SCR).
[0031] В последующем, на этапе S103, установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки вычисляют исходя из оборотов двигателя и количества впрыснутого топлива. Установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки вычисляют, чтобы установить максимальное значение в диапазоне значений, которое может быть взято за объем поступления оксида азота ASC в каждой рабочей точке дизельного двигателя, заданной оборотами двигателя и количеством впрыскиваемого топлива в случае, когда подается требуемый объем мочевины. Соответственно, при условии, что фактический объем поступления оксида азота ASC превышает установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки, объем больше ожидаемого поступления NOx в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, не удаленного блоками (41, 42) SCR, то есть, объем поступления оксида азота ASC (объем отвода оксида азота в SCR), не уменьшается до нужного объема по отношению к объему поступления оксида азота SCR. В этом варианте осуществления, установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки, которое вычисляют, исходя из оборотов двигателя и количества впрыскиваемого топлива, является требуемым объемом.
[0032] На фиг. 3 показан пример того, как задается установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки. Когда дизельный двигатель работает в режиме высоких оборотов и при высокой нагрузке, скорость потока выхлопных газов увеличивается и объем NOx, содержащийся в выхлопных газах, также увеличивается, и, таким образом, объем поступления оксида азота ASC увеличивается, даже если способность к очистке от оксида азота блоками (41, 42) SCR достаточно гарантирована. В примере на данном чертеже, напротив, установленное значение α для выполнения процесса увеличения добавки задается на увеличение, когда обороты двигателя увеличиваются или возрастает количество впрыскиваемого топлива.
[0033] Далее, на этапе S104, определяется, превышает или нет вычисленное значение объема поступления оксида азота ASC установленное значение α для выполнения процесса увеличения добавки. Процесс переходит на этап S105, когда определено, что вычисленное значение объема поступления оксида азота ASC превышает установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки, и объем отвода оксида азота в SCR (объем поступления оксида азота ASC) не уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR, как описано выше (ДА). Когда определено, что вычисленное значение объема поступления оксида азота ASC не превышает установленное значение α для выполнения процесса увеличения добавки, и объем отвода оксида азота в SCR (объем поступления оксида азота ASC) уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR (НЕТ), значение объема конечной добавки QADFTRG устанавливается на «0» на этапе S109, и далее текущая сессия процесса по этой процедуре заканчивается.
[0034] После завершения выполнения этой процедуры, электронный блок 56 управления направляет команду на клапан 30 добавки топлива для выполнения подачи добавки топлива, эквивалентной объему конечной добавки QADFTRG, установленному при выполнении этой процедуры. Соответственно, когда значение объема конечной добавки QADFTRG устанавливается на «0», добавка топлива клапаном 30 добавки топлива не выполняется.
[0035] После того, как процесс переходит на этап S105, определяется на этапе S105, находится или нет температура слоя катализатора блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (TASC - температура слоя катализатора ASC) в HC-SCR-допустимой области температуры. HC-SCR - допустимая область температуры представляет собой область температуры, где блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака может уменьшать NOx в выхлопных газах путем избирательной каталитической нейтрализации, в котором углеводород (НС) используется в качестве восстанавливающего агента. Процесс переходит на этап S106 в том случае, если температура TASC слоя ASC находится в HC-SCR - допустимой области температуры (ДА). В том случае, если температура TASC слоя ASC не находится в HC-SCR - допустимой области температуры (НЕТ), величина объема конечной добавки QADFTRG устанавливается на «0» на этапе S109, описанном выше, и далее текущая сессия процесса по этой процедуре заканчивается. В этом варианте осуществления, значение температуры вытекающих газов ASC, определенное датчиком 54 температуры газа после ASC, используется как температура TASC слоя ASC.
[0036] После того, как процесс переходит на этап S106, значение объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI вычисляется на этапе S106 из значения температуры поступающих газов ODC, определенной датчиком 33 температуры входящих газов, и значения объема поступления оксида азота SCR, определенного датчиком 50 поступления оксида азота. Значение объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI показывает объем топливной добавки, требуемый для углеводоров (НС) в объеме, который используется для добавления в выхлопные газы при НС выборочной каталитической нейтрализации оксида азота в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ). Катализатор (например, платина), способный удалять оксид азота на основе НС выборочной каталитической нейтрализации, содержится также в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ), и реакция НС выборочной каталитической нейтрализации в отношении NOx, возникает в том случае, если достаточный объем углеводородов (НС) присутствует в выхлопных газах, поступающих внутрь. Вычисленное значение объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI увеличивается, когда объем поступления оксида азота SCR увеличивается или температура поступающих газов DOC приближается к температуре, при которой реакция НС выборочной каталитической нейтрализации в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ) активирована в наибольшей степени.
[0037] Часть негоревшего топлива, добавляемого в выхлопные газы клапаном 30 добавки топлива, которая эквивалентна объему добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI, расходуется блоком 31 предварительного каталитического окисления и фильтром 32 сбора твердых частиц (РМ). Соответственно, негоревшее топливо требуется для добавления к негоревшему топливу в объеме, который превышает объем добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI, чтобы иметь возможность достижения блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака. Объем негоревшего топлива, который достигает блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, в это время представляет собой объем, полученный путем вычитания объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI из объема негоревшего топлива, добавляемого клапаном 30 добавки топлива.
[0038] В последующем, на этапе S107, значение объема добавки для ASC QADASC вычисляют, исходя из температуры TASC слоя ASC и объема поступления оксида азота ASC. Это вычисление выполняется таким образом, что объем углеводорода (НС), содержащийся в негоревшем топливе, эквивалентный значению объема добавки для ASC QADASC, является меньшим из двух объемов, один из которых является объемом углеводорода (НС), требуемым для выборочной каталитической нейтрализации оксида азота, эквивалентного объему поступления оксида азота ASC, а другой является объемом углеводорода (НС), требуемым для выборочной каталитической нейтрализации максимального объема NOx, который может быть удален блоком 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака при текущей температуре TASC слоя ASC.
[0039] Далее, на этапе S108, значение, которое получают путем сложения объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI и объема добавки для ASC QADASC, устанавливается на значение объема конечной добавки QADFTRG. Далее текущая сессия процесса по этой процедуре заканчивается.
[0040] Как описано выше, вычисленное значение объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI увеличивается, когда объем поступления оксида азота SCR увеличивается. Кроме того, при одинаковом показателе очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR, объем поступления оксида азота ASC возрастает, когда объем поступления оксида азота SCR увеличивается, и вычисленное значение объема добавки для ASC QADASC увеличивается, когда увеличивается объем поступления оксида азота ASC, и объем углеводородов (НС), требуемый для выборочной каталитической нейтрализации увеличивается. Соответственно, значение объема конечной добавки QADFTRG в это время устанавливается на увеличение, когда объем поступления оксида азота SCR возрастает.
[0041] При таком же объеме поступления оксида азота SCR, объем поступления оксида азота ASC увеличивается, когда показатель очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR уменьшается, и вычисленное значение объема добавки для ASC QADASC увеличивается, когда возрастает объем поступления оксида азота ASC, и объем НС, требуемый для выборочной каталитической нейтрализации, увеличивается. Соответственно, значение объема конечной добавки QADFTRG в это время устанавливается на увеличение, когда показатель очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR уменьшается.
[0042] В это время, значение, которое превышает «0», устанавливается для значения объема конечной добавки QADFTRG, и, таким образом, добавка топлива клапаном 30 добавки топлива, эквивалентного значению объема конечной добавки QADFTRG, выполняется после завершения процесса в соответствии с этой процедурой. Другими словами, в этой процедуре процесса увеличения, этапы с S105 по S108 представляют собой процесс, соответствующий процессу увеличения.
[0043] Как описано выше, процесс в соответствии с этой процедурой, описанной выше, циклически выполняется на заданном цикле управления. Во время циклического выполнения этой процедуры, процесс увеличения добавки продолжается до тех пор, пока процесс на этапах с S105 по S108 продолжает выполняться, как результат этой процедуры. Во время продолжения процесса увеличения добавки, процесс увеличения добавки прерывается, когда выполняется процесс для установления значения объема конечной добавки QADFTRG на «0» на этапе S109, как результат этой процедуры. Другими словами, процесс увеличения добавки прекращается, когда объем поступления оксида азота ASC (объем отвода оксида азота в SCR) становится равным или большим, чем установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки (S104: НЕТ), или когда температура TASC слоя ASC отклоняется от HC-SCR - допустимой области температуры (S105: НЕТ) во время продолжения процесса увеличения добавки.
[0044] Полезный эффект устройства для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления будет описан ниже. Объем добавки водного раствора мочевины необходимо увеличивать для увеличения способности к очистке от оксида азота блоками (41, 42) SCR. Однако блоки (41, 42) SCR ограничены в объеме связываемого аммиака, и избыточное увеличение объема добавки водного раствора мочевины является причиной выделения из блоков (41, 42) SCR объема аммиака, превышающего пропускную способность блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, что приводит к выбросу аммиака в окружающую атмосферу, то есть, к проскоку аммиака. Соответственно, объем добавки водного раствора мочевины нужно ограничивать уровнем, не вызывающим выделение аммиака. Когда выбрасывается большой объем NOx, нельзя добавлять водный раствор мочевины в объеме, при котором выпущенный NOx может быть полностью удален.
[0045] Когда дизельный двигатель подвергается быстрому ускорению из холостого режима или режима малых оборотов, и объем выброса оксида азота из камер 17 сгорания быстро увеличивается, удаление NOx с помощью реакции выборочной каталитической нейтрализации в блоках (41, 42) SCR может быть недостаточным, не наблюдающимся даже в случае увеличения объема добавки водного раствора мочевины в соответствии с возрастанием выброса оксида азота из камер 17 сгорания. В это время, кроме того, избыток аммиака выделяется из блоков (41, 42) SCR. Возрастание температуры выхлопных газов задерживается по отношению к увеличению NOx в это время, и, таким образом, проскок аммиака может возникнуть в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, не способном в полной мере функционировать на окисление аммиака. Соответственно, в этом случае объем добавки мочевины для предотвращения проскока аммиака не может увеличиваться в соответствии с увеличением NOx.
[0046] В случае, когда достаточный объем водного раствора мочевины не может быть добавлен относительно объема NOx, выбрасываемого из камер 17 сгорания, как и в этих случаях, объем отвода оксида азота в SCR (объем поступления оксида азота ASC) не может быть уменьшен до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота SCR. В этом случае, объем NOx в выхлопных газах, проходящих через блоки (41, 42) SCR и поступающего в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака без очистки (объем поступления оксида азота ASC), увеличивается.
[0047] В это время, в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления процесс увеличения добавки выполняется при условии, что температура TASC слоя ASC находится в HC-SCR - допустимой области температуры, при объеме поступления оксида азота ASC, увеличивающемся и превышающем установленное значение α для выполнения процесса увеличения добавки. Далее негоревшее топливо добавляется в выхлопные газы (отработанный газ) клапаном 30 добавки топлива, который установлен в выхлопном канале 19. Эта добавка негоревшего топлива в выхлопные газы заставляет объем углеводорода (НС) в выхлопных газах увеличиваться на объем углеводорода (НС), содержащийся в негоревшем топливе, и объем углеводорода (НС) в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, увеличивается. В том случае, если температура TASC слоя ASC в это время находится в HC-SCR - допустимой области температуры, реакция выборочной каталитической нейтрализации оксида азота возникает в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака с углеводородом (НС) в поступающих выхлопных газах, используемого в качестве восстанавливающего агента, и, таким образом, объем NOx, удаленный в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, увеличивается в том случае, если объем углеводорода (НС) в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, увеличивается. Соответственно, выполнение процесса увеличения добавки заставляет объем NOx, удаленный в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, увеличиваться даже в состоянии, когда объем поступления оксида азота ASC большой, и, таким образом, предотвращается выброс оксида азота в окружающую атмосферу.
[0048] Катализатор окисления также содержится в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ), расположенных на части выхлопного канала 19 выше по потоку от блоков (41, 42) SCR, и реакция выборочной каталитической нейтрализации оксида азота с использованием углеводорода (НС) в выхлопных газах в качестве восстанавливающего агента также возникает в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ). В процессе увеличения добавки, объем негоревшего топлива, содержащего углеводород (НС), эквивалентный расходу во время реакции выборочной каталитической нейтрализации в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ), вычисляется как объем добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI. Кроме того, объем негоревшего топлива, содержащего углеводород (НС) в объеме, подаваемом в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, вычисляется как объем добавки для ASC QADASC. Далее, добавляют негоревшее топливо, которое эквивалентно суммарному объему объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI и объема добавки для ASC QADASC (объему конечной добавки QADFTRG). Соответственно, во время реакции выборочной каталитической нейтрализации в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ), объем углеводорода (НС), содержащийся в негоревшем топливе, эквивалентный объему добавки для ASC QADASC, становится избыточным, и этот избыток углеводорода (НС) поступает в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака.
[0049] Процесс увеличения добавки прекращается, когда объем поступления оксида азота ASC становится равным или меньше, чем установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки, и блоки (41, 42) SCR становятся способными самостоятельно удалять NOx в достаточной степени. Подобным образом, процесс увеличения добавки прекращается, когда температура TASC слоя ASC отклоняется от HC-SCR области температуры, и блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака становится неспособным в достаточной степени удалять NOx, несмотря на продолжение процесса увеличения добавки.
[0050] Устройство для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления, описанному выше, может достигать следующих полезных эффектов. (1) Когда объем поступления оксида азота ASC не уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота SCR, процесс увеличения добавки для увеличения объема углеводорода (НС) в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, выполняется через выполнение добавки негоревшего топлива в выхлопные газы клапаном 30 добавки топлива, при условии, что температура TASC слоя ASC находится в HC-SCR - допустимой области температуры. Соответственно, когда блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака имеет температурную характеристику, которая позволяет удалять NOx путем НС выборочной нейтрализации, выброс оксида азота в окружающую атмосферу может быть предотвращен, даже когда объем отвода оксида азота в SCR не может быть уменьшен до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR.
[0051] (2) Процесс увеличения добавки прекращается, когда поступление оксида азота ASC становится равным или меньше, чем установленное значение а для выполнения процесса увеличения добавки во время выполнения процесса увеличения добавки. Соответственно, ненужное продолжение процесса увеличения добавки не происходит в состоянии, когда NOx может быть удален в достаточной степени даже без выполнения процесса увеличения добавки. Соответственно, устраняется расход топлива, вызванный ненужным процессом увеличения добавки.
[0052] (3) Процесс увеличения добавки прекращается, когда температура TASC слоя ASC отклоняется от HC-SCR области температуры во время выполнения процесса увеличения добавки. Соответственно, ненужное продолжение процесса увеличения добавки не происходит в состоянии, когда удаление NOx путем НС выборочной каталитической нейтрализации в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака не выполняется, несмотря на выполнение процесса увеличения добавки. Соответственно, устраняется расход топлива, вызванный ненужным процессом увеличения добавки.
[0053] (4) Когда объем NOx, поступающего в передний блок 41 SCR, увеличивается, объем добавки топлива, возрастающий в процессе увеличения добавки, может возрасти, и объем NOx, удаляемый путем НС выборочной каталитической нейтрализации в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака, может увеличиться. Соответственно, объем выброса оксида азота в окружающую атмосферу может соответствующим образом быть сокращен, даже после увеличения объема NOx, поступающего в передний блок 41 SCR.
[0054] (5) Объем добавки топлива (объем добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI), требуемый для НС в объеме, израсходованном при реакции выборочной каталитической нейтрализации оксида азота в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ) и добавляемом в выхлопные газы, вычисляется отдельно от объема добавки топлива (объем добавки для ASC QADASC), требуемого для НС в объеме, требуемом для подачи в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака и добавляемом в выхлопные газы. Далее, во время выполнения процесса увеличения добавки, выполняется добавка топлива в объеме эквивалентном к общему объему. Соответственно, НС выборочная каталитическая нейтрализация оксида азота в блоке 31 предварительного каталитического окисления и фильтре 32 сбора твердых частиц (РМ) наверняка приведет к избытку НС, и этот избыточный НС поступает в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака. Соответственно, нужный объем НС может более надежно подаваться в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака. В конечном итоге, удаление NOx способом НС выборочной каталитической нейтрализации в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака может выполняться более надежно.
[0055] Далее, второй вариант осуществления устройства для контроля за выхлопными газами будет описан подробно со ссылкой на фиг. 4 и фиг. 5. Идентичные ссылочные позиции будут использованы для обозначения конфигураций, общих для первого и второго вариантов осуществления, и их подробное описание здесь будет опущено.
[0056] В процедуре процесса увеличения добавки устройства для контроля за выхлопными газами согласно первому варианту осуществления определяется, находится ли объем отвода оксида азота в SCR в состоянии уменьшения до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR, на основе объема NOx в выхлопных газах, проходящих через блоки (41, 42) SCR, то есть, объема поступления оксида азота ASC. Во втором варианте осуществления, однако, это определение выполняется на основе показателя очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR.
[0057] На фиг.4 показана блок-схема процедуры процесса увеличения добавки, который выполняется электронным блоком 56 управления в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления. Электронный блок 56 управления циклически выполняет процесс согласно этой процедуре на заданном цикле управления во время выполнения добавления топлива в выхлопные газы. После завершения процесса в соответствии с этой процедурой, электронный блок 56 управления выдает команду на клапан 30 добавки топлива для выполнения добавления топлива, эквивалентного значению объема конечной добавки QADFTRG, установленной при этом процессе.
[0058] На этапе S200, который является первым этапом, следующим за инициализацией процесса согласно этой процедуре, TSCR - температуру слоя катализатора SCR получают путем оценки, на основе значения температуры вытекающих газов SCR, определенной датчиком 35 температуры вытекающих газов. Кроме того, на этапе S201, показатель очистки оксида азота блоками (41, 42) SCR получают путем оценки, на основе вычисленной температуры TSCR слоя SCR.
[0059] Далее, на этапе S202, вычисляют значение установленного значения β для выполнения процесса увеличения добавки, исходя из объемного расхода выхлопных газов и температуры TSCR слоя SCR. При этом, объемный расход выхлопных газов (массовый расход) получают вычислением, как сумму значения объема всасываемого воздуха, определенной анемометром 12 (массовый расход), и количества впрыскиваемого топлива из инжекторов 18 (совокупное значение массы топлива, впрыснутого за единицу времени).
[0060] В это время установленное значение β для выполнения процесса увеличения добавки вычисляют, чтобы установить минимальное значение в диапазоне значения, за которое можно принять показатель очистки от оксида азота в случае, когда поступает требуемый объем мочевины, и блоки (41, 42) SCR достигают расчетной способности к очистке от оксида азота в каждой рабочей точке, заданной объемным расходом выхлопных газов и температурой TSCR слоя SCR. Соответственно, в том случае, когда фактический показатель очистки от оксида азота меньше, чем установленное значение β для выполнения процесса увеличения добавки, показатель очистки от оксида азота в блоках (41, 42) SCR ниже ожидаемой. Система SCR служит для подавления выброса оксида азота в окружающую атмосферу в допустимом диапазоне при условии, если требуемый объем мочевины подается в блоки (41, 42) SCR. Соответственно, в том случае, когда фактический показатель очистки от оксида азота меньше, чем установленное значение β для выполнения процесса увеличения добавки, объем водного раствора мочевины, который может быть добавлен, меньше, чем объем добавки водного раствора мочевины, который требуется, чтобы позволить показателю очистки оксида азота стать, по меньшей мере, установленным значением β для выполнения процесса увеличения добавки, что означает, что отвод объема оксида азота в SCR не уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR. В этом варианте осуществления, значение, которое получают с помощью установленного значения β для выполнения процесса увеличения добавки, умноженного на объем поступления оксида азота SCR, представляет собой требуемый объем.
[0061] На фиг. 5 показан пример того, как устанавливается установленное значение β для выполнения процесса увеличения добавки. Способность к очистке от оксида азота блоками (41, 42) SCR после подачи требуемого объема мочевины меняется в зависимости от температуры TSCR слоя SCR. Увеличение объемного расхода выхлопных газов вызывает увеличение объема NOx, содержащегося в выхлопных газах. Показатель очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR меняется в зависимости от баланса между объемом NOx в поступающих выхлопных газах, и способностью к очистке от оксида азота блоками (41, 42) SCR. Область X на чертеже представляет собой область, где показатель очистки от оксида азота увеличивается в результате баланса в случае подачи требуемого объема мочевины. В примере, который проиллюстрирован на этом чертеже, установленное значение β для выполнения процесса увеличения добавки устанавливается на уменьшение в соответствии с тем, как значение установленного значения β для выполнения процесса увеличения добавки удаляется от области X.
[0062] На этапе S203, после вычисления значения установленного значения β для выполнения процесса увеличения добавки, определяют, достигает или нет текущий показатель очистки от оксида азота, который вычисляют на этапе S201, установленного значения β для выполнения процесса увеличения добавки. Процесс переходит на этап S204, когда определено, что показатель очистки от оксида азота достигает установленного значения β для выполнения процесса увеличения добавки, и объем отвода оксида азота SCR не уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR (ДА). Когда определено, что показатель очистки оксида азота равен, по меньшей мере, установленному значению Р для выполнения процесса увеличения добавки, и объем отвода оксида азота в SCR уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR (НЕТ), значение объема конечной добавки QADFTRG устанавливается на «0» на этапе S208, и далее текущая сессия процесса по этой процедуре заканчивается.
[0063] После того, как процесс переходит на этап S204, на этапе S204 определяют, находится или нет температура TSCR слоя SCR в HC-SCR -допустимой области температуры. Процесс переходит на этап S205 в том случае, если температура TSCR слоя SCR находится в HC-SCR - допустимой области температуры (ДА). В том случае, если температура TSCR слоя SCR не находится в HC-SCR - допустимой области температуры (НЕТ), значение объема конечной добавки QADFTRG устанавливается на «0» на этапе S208, описанном выше, и далее текущая сессия процесса по этой процедуре заканчивается.
[0064] После того, как процесс переходит на этап S205, объем добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI вычисляют на этапе S205 на основе значения температуры поступающих газов DOC, определяемой датчиком 33 температуры входящих газов, и значения объема поступления оксида азота SCR, определяемой датчиком 50 поступления оксида азота. Далее, на этапе S206, объем добавки для ASC QADASC вычисляют на основе температуры TSCR слоя ASC и объема поступления оксида азота ASC. Далее, на этапе S207, значение, которое получают путем суммирования объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI с объемом добавки для ASC QADASC, устанавливается на значении объема конечной добавки QADFTRG. Далее, текущая сессия процесса по этой процедуре заканчивается. В этой процедуре процесса увеличения добавки согласно этому варианту осуществления этапы S205-S207 представляют собой процесс, соответствующий процессу увеличения.
[0065] Как описано выше, процесс согласно этой процедуре циклически выполняется на заданном цикле управления. Соответственно, во время циклического выполнения этой процедуры, процесс увеличения добавки продолжается до тех пор, пока продолжает выполнение этапов S205-S207, как результат этой процедуры. Во время продолжения процесса увеличения добавки, процесс увеличения добавки прерывается, когда процесс для установления значения объема конечной добавки QADFTRG на «0» на этапе S208 выполняется, как результат этой процедуры. Другими словами, процесс увеличения добавки прерывается, когда показатель очистки от оксида азота становится, по меньшей мере, установленным значением β для выполнения процесса увеличения добавки (S203: NO) или когда температура TSCR слоя ASC отклоняется от HC-SCR - допустимой области температуры (S204: NO) во время продолжения процесса увеличения добавки.
[0066] Также в устройстве для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления процесс увеличения добавки выполняется при условии, что температура TSCR слоя ASC находится в HC-SCR области температуры, когда объем отвода SCR не уменьшается до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота SCR в связи с ограничением на добавку водного раствора мочевины для предотвращения проскока аммиака и т.п. Выполнение процесса увеличения добавки приводит к увеличению объема НС в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC) через добавление негоревшего топлива в выхлопные газы (отработавший газ). Как результат, реакция выборочной каталитической нейтрализации оксида азота в блоке 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC) становится более активной, и выброс оксида азота в окружающую атмосферу предотвращается. Соответственно, устройство для контроля за выхлопными газами согласно этому варианту осуществления может достигать результатов, сходных с таковыми для первого варианта осуществления.
.
[0067] Вышеописанные варианты осуществления могут быть модифицированы следующим образом. В вариантах осуществления, описанных выше, объем негоревшего топлива, который достигает блока 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), может строго регулироваться во время процесса увеличения добавки с помощью объема добавки негоревшего топлива (объема конечной добавки QADFTRG), получаемого, как сумма объема добавки для дизельного сажевого фильтра (DPF) QADMANI и объема добавки для ASC QADASC. Однако вычисление объема добавки негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки может быть выполнено другим способом. Например, объем добавки негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки (объем конечной добавки QADFTRG) можно вычислить проще на основе объема поступления оксида азота в SCR и показателя очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR. Объем поступления оксида азота ASC стремится к увеличению, когда объем поступления оксида азота в SCR увеличивается или когда показатель очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR уменьшается. Соответственно, в случае, когда объем добавки несгоревшего топлива во время процесса увеличения добавки вычисляют на основе объема поступления оксида азота в SCR, желательно, чтобы объем добавки несгоревшего топлива во время процесса увеличения добавки возрастал, когда объем поступления оксида азота в SCR увеличивается, как показано на фиг. 6. Кроме того, в случае, когда объем добавки несгоревшего топлива во время процесса увеличения добавки вычисляют на основе показателя очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR, желательно, чтобы объем добавки негоревшего топлива во время процесса увеличения добавки возрастал, когда показатель очистки от оксида азота уменьшается, как показано на фиг. 7. В этом случае, несмотря на большой объем отвода оксида азота в SCR, достаточно высокий показатель очистки от оксида азота может быть обеспечен всей системой SCR, включающей в себя блоки (41, 42) SCR и блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), и выброс оксида азота в окружающую атмосферу закономерно предотвращается.
[0068] В первом варианте осуществления, процесс увеличения добавки прерывается, когда объем поступления оксида азота ASC достигает установленного значения а для выполнения процесса увеличения добавки во время выполнения процесса увеличения добавки. Во втором варианте осуществления, процесс увеличения добавки прерывается, когда показатель очистки от оксида азота блоками (41, 42) SCR становится, по меньшей мере, установленным значением для выполнения процесса увеличения добавки во время выполнения процесса увеличения добавки. В первом и втором вариантах осуществления, процесс увеличения добавки также прерывается, когда температура TSCR слоя ASC отклоняется от HC-SCR - допустимой области температуры во время выполнения процесса увеличения добавки. Эти условия для прерывания процесса увеличения добавки могут быть соответствующим образом изменены. Например, процесс увеличения добавки может быть прерван в момент времени, когда исчерпан временной лимит после инициализации процесса увеличения добавки с временным лимитом, установленным на время выполнения процесса увеличения добавки, или процесс увеличения добавки может быть прерван в момент времени, когда общий объем негоревшего топлива, увеличившийся после инициализации процесса увеличения добавки, достигает предельного объема с помощью предела, установленного на общий объем негоревшего топлива, увеличившийся во время процесса увеличения добавки.
[0069] В вариантах осуществления, описанных выше, значение, определяемое датчиком 54 температуры газа после ASC, используется как температура TSCR слоя ASC. Однако значение, которое оценивается, исходя из температуры TSCR слоя ASC и т.п., также может быть использовано, как температура TSCR слоя ASC.
[0070] В вариантах осуществления, описанных выше, значения установленных значений α, β для выполнения процесса увеличения добавки устанавливаются переменным образом в соответствии с оборотами двигателя, количеством впрыскиваемого топлива, объемным расходом выхлопных газов, и температурой TSCR слоя ASC. Однако переменное установление значений установленных значений α, β для выполнения процесса увеличения добавки может также выполняться на основе другого параметра, коррелирующего со способностью к очистке от оксида азота блоками (41, 42) SCR. Кроме того, установленные значения α, β для выполнения процесса увеличения добавки также могут быть фиксированными значениями.
[0071] В вариантах осуществления, описанных выше, добавка негоревшего топлива в отработавший газ, сгоревший в камерах 17 сгорания, выполняется через добавку топлива в выхлопные газы клапаном 30 добавки топлива. Однако добавка негоревшего топлива в отработавший газ может также выполняться посредством впрыска топлива в камеру 17 сгорания инжектором 18 на такте выхлопа, то есть, через дополнительный впрыск. В этом случае, инжектор 18 представляет собой средство добавки для добавки негоревшего топлива в отработавший газ, который присутствует в камере 17 сгорания на такте выхлопа. Объем углеводорода НС в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), может увеличиваться даже в случае дополнительного впрыска на основе добавки негоревшего топлива в отработавший газ в камере 17 сгорания. Соответственно, выброс оксида азота в окружающую атмосферу может быть предотвращен, даже когда объем отвода в SCR не может быть уменьшен до требуемого объема по отношению к объему поступления оксида азота в SCR, пока процесс увеличения добавки для увеличения объема НС в выхлопных газах, поступающих в блок 43 каталитического нейтрализатора проскока аммиака (ASC), выполняется через дополнительный впрыск при условии, что температура TSCR слоя ASC находится в HC-SCR - допустимой области температуры.