УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ОТВОДОМ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОТВОДОМ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DEVICE FOR REMOVING EXHAUST GASES AND METHOD TO CONTROL REMOVAL OF EXHAUST GAS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к системе управления отводом выхлопных газов и устройству управления отводом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002] В заявке на патент Японии 2014-88800 (JP 2014-88800 А) описан двигатель внутреннего сгорания, который снабжен катализатором, который удаляет оксиды азота (NOx), содержащиеся в выхлопных газах. Механизм добавления, который добавляет водный раствор мочевины в выхлопные газы, расположен в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, и аммиак, образующийся в результате из водного раствора мочевины, адсорбируется катализатором для удаления NOx. Содержание NOx снижается, и NOx удаляется с использованием аммиака, который адсорбируется катализатором.
[0003] Когда количество аммиака, адсорбированного катализатором, является недостаточным, то соответствующий процесс удаления NOx не может быть выполнен. Когда количество адсорбированного аммиака является чрезмерным, то с большой вероятностью возможен проскок аммиака. Соответственно, желательно осуществлять управление количеством адсорбированного аммиака, которое должно быть установлено равным целевому количеству аммиака, адсорбированного катализатором, и осуществлять управление добавляемым количеством водного раствора мочевины на основании целевого количества адсорбированного аммиака.
[0004] Подавление расхождения между целевым количеством адсорбированного аммиака и фактическим количеством адсорбированного аммиака играет важную роль в выполнении процесса управления количеством адсорбированного аммиака. Когда период времени, в течение которого поддерживается высокая температура катализатора, является длительным периодом времени, количество аммиака, который десорбируется из катализатора, увеличивается и, таким образом, фактическое количеством адсорбированного аммиака отклоняется от целевого количества адсорбированного аммиака, что приводит к ошибке определения накопленного количества.
[0005] В устройстве, которое раскрыто в JP 2014-88800 А, например, температура катализатора повышается посредством выполнения процесса обработки для повышения температуры выхлопных газов, когда значение расхождения между целевым количеством адсорбированного аммиака и фактическим количеством адсорбированного аммиака становится равно или больше, чем заранее заданное значение. Это позволяет выполнять процесс установки в начальное состояние, с помощью которого аммиак полностью десорбируется из катализатора. Когда выполняется этот процесс установки в начальное состояние, накопленная ошибка устраняется и, таким образом, расхождение между целевым количеством адсорбированного аммиака и фактическим количеством адсорбированного аммиака, может быть устранено в течение последующего процесса управления количеством адсорбированного аммиака.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В устройстве, которое раскрыто в JP 2014-88800 А, ошибка оценочного значения количества адсорбированного аммиака сама по себе может привести к неточному расчету расхождения, описанного выше. В этом случае вычисляется неправильное значение расхождения. Поскольку в результате этого сохраняется состояние, в котором значение расхождения становится меньше, чем заранее заданное значение, и процесс установки в начальное состояние не выполняется, то это может увеличить ошибку.
[0007] Настоящее изобретение относится к системе управления отводом выхлопных газов и способу управления отводом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, позволяющим подавить увеличение расхождения между целевым количеством адсорбированного аммиака и фактическим количеством адсорбированного аммиака, что влияет на продолжение состояния, где процесс установки в начальное состояние не выполняется.
[0008] Один объект настоящего изобретения представляет собой систему управления отводом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит устройство управления отводом выхлопных газов. Устройство управления отводом выхлопных газов включает в себя механизм добавления и катализатор. Механизм добавления сконфигурирован для добавления водного раствора мочевины в выхлопные газы. Катализатор сконфигурирован с возможностью адсорбировать аммиак, получающийся из водного раствора мочевины, и удалять NOx с использованием адсорбированного аммиака. Система управления отводом выхлопных газов содержит электронный блок управления, сконфигурированный с возможностью: устанавливать целевое количество для аммиака, адсорбированного катализатором; управлять добавляемым количеством водного раствора мочевины на основании целевого количества адсорбированного аммиака; получать значение температуры катализатора; выполнять процесс интегрирования для получения значения температуры катализатора в заранее заданном цикле и для интегрирования температуры катализатора, когда она равна или выше, чем пороговое значение, определенное заранее; и выполнять процесс установки в начальное состояние для уменьшения количества аммиака, адсорбированного катализатором, при условии, что интегрированное значение температуры катализатора, вычисленное в процессе интегрирования, стало равно или выше, чем заранее заданное значение.
[0009] Как описано выше, когда высокотемпературное состояние катализатора сохраняется в течение длительного периода времени, расхождение между целевым количеством адсорбированного аммиака и фактическим количеством адсорбированного аммиака накапливается и возрастает. В связи с этим в соответствии с конфигурацией, описанной выше, значение температуры катализатора при условии, что оно равно или выше, чем пороговое значение, определенное заранее, интегрируется в качестве параметра для определения, продолжается или нет высокотемпературное состояние катализатора в течение длительного периода времени. Затем выполняется процесс установки в начальное состояние в случае, когда может быть определено, что накопленное расхождение между целевым количеством адсорбированного аммиака и фактическим количеством адсорбированного аммиака было увеличено в результате того, что интегрированное значение температуры катализатора равно или выше, чем заранее заданное значение, и, таким образом, процесс установки в начальное состояние надежно выполняется на основании интегрированного значения температуры катализатора. Соответственно, может быть предотвращено увеличение отклонения фактического количества адсорбированного аммиака от целевого количества адсорбированного аммиака, что обусловливает продолжение состояния, в котором процесс установки в начальное состояние не выполняется.
[0010] В системе управления отводом выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован с возможностью получать значение температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор, при этом электронный блок управления может быть сконфигурирован с возможностью получать значение расхода потока выхлопных газов, втекающих в катализатор, и электронный блок управления может быть сконфигурирован с возможностью корректировать полученное значение температуры выхлопных газов в сторону уменьшения по мере уменьшения полученного значения расхода потока выхлопных газов, и использовать скорректированное значение температуры в качестве значения температуры катализатора.
[0011] Температура катализатора повышается путем передачи тепла от выхлопных газов. Количество тепла, которое передается от выхлопных газов на катализатор, уменьшается по мере уменьшения расхода потока выхлопных газов, втекающих в катализатор. Соответственно, когда значение температуры катализатора рассчитывается с учетом влияния расхода потока выхлопных газов, температура катализатора может быть точно вычислена. В результате интегрированное значение температуры катализатора может также быть точно рассчитано.
[0012] В соответствии с описанной выше конфигурацией получаются значения температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор, и расхода потока выхлопных газов, втекающих в катализатор. Затем полученное значение температуры выхлопных газов корректируется в сторону уменьшения по мере уменьшения полученного расхода потока выхлопных газов и скорректированное значение температуры используется в качестве температуры катализатора. Соответственно, температура катализатора, которая получается с помощью электронного блока управления, уменьшается при снижении расхода потока выхлопных газов. В результате интегрированное значение температуры катализатора, вычисляемое во время процесса установки в начальное состояние, уменьшается по мере уменьшения расхода потока выхлопных газов. При расчете интегрированного значения температуры катализатора, как описано выше, необходимо учитывать влияние значения расхода потока выхлопного газа на количество тепла, передаваемого выхлопными газами к катализатору, и, таким образом, интегрированное значение температуры катализатора может быть точно рассчитано.
[0013] В системе управления отводом выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован с возможностью выполнять в качестве процесса установки в начальное состояние процесс повышения температуры для повышения температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор, до значения температуры, при которой аммиак десорбируется из катализатора.
[0014] В соответствии с описанной выше конфигурацией предлагается десорбция аммиака из катализатора при повышении температуры катализатора посредством выполнения процесса повышения температуры. Соответственно, количество аммиака, адсорбированного катализатором, может быть уменьшено.
[0015] В системе управления отводом выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован с возможностью выполнять в качестве процесса установки в начальное состояние процесс прекращения добавления водного раствора мочевины из механизма добавления. В соответствии с конфигурацией, описанной выше, добавление водного раствора мочевины прекращается и, таким образом, снижение уровня NOx, втекающего в катализатор, осуществляется с использованием аммиака, адсорбированного катализатором до прекращения добавления водного раствора мочевины. Соответственно, аммиак, адсорбированный катализатором, расходуется за счет реакции восстановления NOx, и количество аммиака, адсорбированного катализатором, постепенно уменьшается. Соответственно, в конечном итоге количество аммиака, адсорбированного катализатором, может быть уменьшено.
[0016] В системе управления отводом выхлопных газов электронный блок управления может быть сконфигурирован с возможностью измерять время выполнения процесса установки в начальное состояние и выполнять процесс установки в начальное состояние до тех пор, когда измеренное время выполнения достигнет порогового значения, определенного заранее.
[0017] В соответствии с описанной выше конфигурацией процесс установки в начальное состояние может быть прекращен на этапе, на котором количество аммиака, адсорбированного катализатором, становится равным «0», посредством устанавливания надлежащим образом порогового значения времени исполнения.
[0018] Другой объект изобретения представляет собой способ управления отводом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя устройство управления отводом выхлопных газов. Устройство управления отводом выхлопных газов включает в себя механизм добавления и катализатор. Механизм добавления сконфигурирован с возможностью добавлять водный раствор мочевины в выхлопные газы, и катализатор сконфигурирован с возможностью адсорбировать аммиак, полученный из водного раствора мочевины, и удалять NOx с использованием адсорбированного аммиака. Способ управления отводом выхлопных газов включает в себя: устанавливание целевого количества адсорбированного аммиака, адсорбированного катализатором, и управление добавляемым количеством водного раствора мочевины на основании целевого количества адсорбированного аммиака; получение значения температуры катализатора; выполнение процесса интегрирования для получения значение температуры катализатора на заранее заданном цикле и для интегрирования температуры катализатора при условии, что она равна или выше, чем пороговое значение, определенное заранее; и выполнение процесса установки в начальное состояние для уменьшения величины аммиака, адсорбированного катализатором, при условии, что интегрированное значение температуры катализатора, вычисленное в процессе интегрирования, стало равно или выше, чем заранее заданное значение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] Признаки, преимущества, а также техническое и промышленное значение примеров осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 показывает схему, иллюстрирующую двигатель внутреннего сгорания, в котором применен пример осуществления устройства управления отводом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, и его периферийную конфигурацию;
Фиг. 2 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость максимального количества адсорбированного аммиака и величины десорбции аммиака от значения температуры катализатора;
Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между температурой катализатора и целевым количеством адсорбированного аммиака;
Фиг. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру процесса интегрирования в соответствии с примером осуществления изобретения;
Фиг. 5 показывает блок-схему, иллюстрирующую последовательность выполнения операций во время выполнения процесса установки в начальное состояние в соответствии с примером осуществления;
Фиг. 6 показывает временную диаграмму, иллюстрирующую эффект процесса установки в начальное состояние согласно примеру осуществления изобретения; и
Фиг. 7 показывает временную диаграмму, иллюстрирующую эффект процесса установки в начальное состояние согласно модификации примера осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Ниже описан конкретный пример осуществления устройства управления отводом выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания со ссылками на фиг. 1-6. На фиг. 1 показан дизельный двигатель (далее именуемый просто «двигателем»), в котором применяется устройство управления отвода выхлопных газов в соответствии с этим примером осуществления изобретения, и конфигурация его внешнего оборудования.
[0021] Множество цилиндров №1-№4 установлено на двигателе 1. Множество клапанов 4a-4d впрыска топлива расположены на головке 2 блока цилиндров, что соответствуют соответствующим цилиндрам №1-№4. Эти клапаны 4a-4d впрыска топлива впрыскивают топливо в камеры сгорания цилиндров №1-№4. Впускное отверстие для ввода свежего воздуха в цилиндры и выпускные отверстия 6a-6d для отвода газообразных продуктов сгорания из цилиндров расположены на головке 2 цилиндра так, чтобы соответствовать соответствующим цилиндрам №1-№4.
[0022] Клапаны 4a-4d впрыска топлива соединены с системой 9 непосредственного впрыска топлива, которая аккумулирует топливо под высоким давлением. Система 9 непосредственного впрыска топлива соединена с топливным насосом 10. Топливный насос 10 всасывает топливо, находящееся в топливном баке, и подает топливо под высоким давлением в систему 9 непосредственного впрыска топлива. Когда клапаны 4a-4d впрыска топлива открыты, поставленное в систему 9 непосредственного впрыска топлива топливо под высоким давлением впрыскивается в цилиндры из соответствующих клапанов 4a-4d впрыска топлива.
[0023] Впускной коллектор 7 соединен с впускным отверстием. Впускной коллектор 7 соединен с впускным каналом 3. Впускной клапан 16 дроссельной заслонки для регулировки объема всасываемого воздуха расположен во впускном канале 3.
[0024] Выпускной коллектор 8 подключен к выпускным отверстиям 6а-6d. Выпускной коллектор 8 подключен к выпускному каналу 26. Турбонагнетатель 11, который нагнетает всасываемый воздух, подаваемый в цилиндры, используя давление выхлопных газов, расположен в середине выпускного канала 26. Во впускном канале 3 промежуточный охладитель 18 расположен между стороной впуска компрессора турбонагнетателя 11 и впускным клапаном 16 дроссельной заслонки. Промежуточный охладитель 18 охлаждает всасываемый воздух с температурой, повышенной наддувом турбонагнетателя 11.
[0025] Первый очищающий элемент 30, который очищает выхлопные газы, расположен на выпускной стороне турбины турбонагнетателя 11 и в середине выпускного канала 26. В первом очищающем элементе 30 окислительный катализатор 31 и фильтр 32 расположены последовательно по отношению к направлению, в котором течет выхлопной газ.
[0026] Катализатор, который окисляет НС в выхлопных газах, представляет собой окислительный катализатор 31. Фильтр 32 является элементом, который собирает твердые частицы (ТЧ), содержащиеся в выхлопном газе, и сконфигурирован для использования пористой керамики. Катализатор, который обеспечивает окисление твердых частиц, поддерживается фильтром 32. ТЧ, содержащиеся в выхлопном газе, собираются, когда выхлопные газы проходят через пористую стенку фильтра 32.
[0027] Клапан 5 добавления топлива для добавления топлива в выхлопные газы расположен в непосредственной близости от соединительной части выпускного коллектора 8. Клапан 5 добавления топлива соединен с топливным насосом 10 через подающий топливопровод 27. Местоположение, в котором установлен клапан 5 добавления топлива, может быть соответствующим образом изменено, поскольку это местоположение находится на верхней стороне первого очищающего элемента 30 в выхлопной системе. Топливо может быть добавлено в выхлопные газы посредством дожигающего впрыска, выполняемого с регулируемым моментом впрыска топлива.
[0028] Когда количество ТЧ, собранное с помощью фильтра 32, превышает заранее заданное значение, инициируется процесс регенерационной обработки для фильтра 32. Во время регенерационной обработки фильтра 32 топливо впрыскивается в выпускной коллектор 8 из клапана 5 добавления топлива. Топливо, которое впрыскивается из клапана 5 добавления топлива, окисляется по достижении окисляющего катализатора 31. Затем температура выхлопных газов поднимается. Затем температура фильтра 32 повышается за счет выхлопных газов, нагретых в окисляющем катализаторе 31, втекающих в фильтр 32. Таким образом, фильтр 32 восстанавливается от накопленных на фильтре 32 ТЧ при окислительной обработке.
[0029] Второй очищающий элемент 40, который очищает выхлопные газы, расположен с выпускной стороны первого очищающего элемента 30 и в середине выпускного канала 26. Катализатор 41 селективного восстановления NOx (далее упоминаемый как катализатор КСВ), который уменьшает и удаляет NOx в выхлопных газах с помощью аммиака, расположен во втором очищающем элементе 40.
[0030] Третий очищающий элемент 50, который очищает выхлопной газ, расположен с выпускной стороны второго очищающего элемента 40 и в середине выпускного канала 26. Катализатор 51 окисления аммиака, который удаляет аммиак в выхлопных газах, установлен в третьем очищающем элементе 50.
[0031] Механизм 200 подачи водного раствора мочевины как механизм добавления, который добавляет водный раствор мочевины в выхлопной газ, расположен в двигателе 1. Механизм 200 подачи водного раствора мочевины сконфигурирован так, что содержит бачок 210, который хранит водный раствор мочевины, клапан 230 добавления мочевины, который подает водный раствор мочевины в выпускной канал 26 посредством впрыска, подающий канал 240, который соединяет клапан 230 добавления мочевины и бачок 210 друг с другом, и насос 220, который расположен в середине подающего канала 240.
[0032] Клапан 230 добавления мочевины расположен между первым очищающим элементом 30 и вторым очищающим элементом 40 в выпускном канале 26. Когда клапан 230 добавления мочевины открыт, водный раствор мочевины подается посредством впрыска в выпускной канал 26 через подающий канал 240.
[0033] Насос 220 представляет собой электрический насос. При положительном вращении насоса 220 водный раствор мочевины подается из бачка 210 по направлению к клапану 230 добавления мочевины. При обратном вращении насоса 220 водный раствор мочевины подается из клапана 230 добавления мочевины в бачок 210. Другими словами, во время обратного вращения насоса 220 водный раствор мочевины извлекается из клапана 230 добавления мочевины и подающего канала 240 и возвращается в бачок 210.
[0034] Диспергирующая пластина 60 расположена между клапаном 230 добавления мочевины и катализатором 41 КСВ в выпускном канале 26. Диспергирующая пластина 60 способствует распылению водного раствора мочевины путем диспергирования водного раствора мочевины, впрыскиваемого из клапана 230 добавления мочевины.
[0035] Водный раствор мочевины, впрыскиваемый из клапана 230 добавления мочевины, становится аммиаком после реакции гидролиза посредством тепла выхлопных газов. Этот аммиак адсорбируется катализатором 41 КСВ при достижении катализатора 41 КСВ. Затем концентрация NOx снижается и удаляется с использованием аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ.
[0036] Как показано на фиг. 2, максимальное количество аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, уменьшается при увеличении температуры ST подложки КСВ, которая является температурой катализатора 41 КСВ, и катализатор 41 КСВ становится неспособным адсорбировать аммиак, как только температура ST подложки КСВ превышает предельную температуру UT адсорбции. После того как значение температуры ST подложки КСВ превышает значение температуры DT начала десорбции, аммиак начинает десорбироваться из катализатора 41 КСВ. Значение температуры DT начала десорбции представляет собой значение температуры, которое ниже, чем предельная температура UT адсорбции. Количество аммиака, который выделяется из катализатора 41 КСВ, увеличивается при увеличении температуры ST подложки КСВ. Соответственно, как только температура ST подложки КСВ возрастает с повышением температуры выхлопных газов, максимальное количество адсорбированного аммиака уменьшается и увеличивается величина десорбции аммиака.
[0037] Двигатель 1 также снабжен устройством рециркуляции выхлопных газов (далее упоминается как устройство РВГ). Устройство РВГ содержит трубопровод 13 РВГ, клапан 15 РВГ, охладитель 14 РВГ и тому подобное. Трубопровод 13 РВГ обеспечивает взаимодействие впускного коллектора 7 и выпускного коллектора 8. Клапан 15 РВГ расположен в трубопроводе 13 РВГ. Охладитель 14 РВГ расположен в середине трубопровода 13 РВГ. Величина РВГ, которая представляет собой количество выхлопного газа, возвращаемого во впускной канал из выпускного канала 26, регулируется посредством степени открытия клапана 15 РВГ, управляемым в соответствии с рабочими состояниями двигателя. Температура выхлопных газов, которые протекает через трубопровод 13 РВГ, снижается посредством охладителя 14 РВГ.
[0038] Различные датчики для определения рабочего состояния двигателя присоединены к двигателю 1. Например, измеритель 19 потока воздуха определяет количество GA всасываемого воздуха. Датчик 20 степени открытия клапана дроссельной заслонки определяет степень открытия впускного клапана 16 дроссельной заслонки. Датчик 21 угла поворота коленчатого вала определяет число оборотов NE двигателя. Датчик 22 акселератора регистрирует величину нажатия педали акселератора, то есть величину АССР акселератора. Датчик 23 температуры наружного воздуха определяет температуру THout наружного воздуха. Датчик 24 скорости транспортного средства определяет скорость SPD транспортного средства, на котором установлен двигатель 1.
[0039] Первый датчик 100 температуры выхлопных газов, который расположен с входной стороны окисляющего катализатора 31, определяет первую температуру ТН1 выхлопных газов, которая является температурой выхлопных газов, втекающих в окисляющий катализатор 31. Датчик 110 перепада давления определяет величину ΔР разности давлений между давлением выхлопных газов на входной стороне фильтра 32.
[0040] На выпускном канале 26 установлены второй датчик 120 температуры выхлопных газов и первый датчик 130 NOx с входной стороны клапана 230 добавления мочевины и между первым очищающим элементом 30 и вторым очищающим элементом 40. Второй датчик 120 температуры выхлопных газов определяет вторую температуру ТН2 выхлопных газов, которая является температурой выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ. Эта вторая температура ТН2 выхлопных газов является более подходящей, чем первая температура ТН1 выхлопных газов, в качестве температуры, коррелируемой с температурой катализатора 41 КСВ. Первый датчик 130 NOx определяет первую концентрацию N1 NOx, которая представляет собой величину концентрации NOx в выхлопных газах, которые поступают на катализатор 41 КСВ.
[0041] На выпускном канале 26 второй датчик 140 NOx расположен с выпускной стороны третьего очищающего элемента 50. Второй датчик 140 NOx определяет вторую концентрацию N2 NOx, которая представляет собой величину концентрации NOx в выхлопных газах, очищенных посредством катализатора 41 КСВ.
[0042] Выходные сигналы этих различных датчиков и т.п. поступают на вход управляющего устройства 80 управления. Это управляющее устройство 80 сконфигурировано так, что имеет микрокомпьютер в качестве основного компонента. Микрокомпьютер снабжен центральным процессором (ЦП), постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), в котором сохранены различные программы, карты и т.п. заранее, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), которое временно хранит результат вычисления ЦП и т.п., таймером, интерфейсом ввода, интерфейсом вывода и тому подобное.
[0043] Управляющее устройство 80 выполняет различные типы операций управления двигателем 1, такие как операции определения количества впрыска топлива и синхронизации для клапанов 4a-4d впрыска топлива и клапана 5 добавления топлива, регулирование давление нагнетания топливного насоса 10, управления величиной привода исполнительного механизма 17, который открывает и закрывает впускной клапан 16 дроссельной заслонки и управление степенью открытия клапана 15 РВГ.
[0044] Различные операции управления процессом очистки выхлопных газов, такие как описанный выше процесс регенерации для сжигания твердых частиц, собранных с помощью фильтра 32, также выполняются управляющим устройством 80. Управляющее устройство 80 управляет процессом добавления водного раствора мочевины с помощью клапана 230 добавления мочевины в качестве примера управления процессом очистки выхлопных газов. Во время управления процессом добавления добавляемое количество QE мочевины, которое необходимо для выполнения процесса восстановления NOx в двигателе 1, вычисляется на основании рабочего состояния двигателя и тому подобное. Во время управления зажиганием состояние открытия клапана 230 добавления мочевины управляется таким образом, что количество водного раствора мочевины, эквивалентное соответствующему вычисленному добавляемому количеству QE мочевины, инжектируется из клапана 230 добавления мочевины. Управляющее устройство 80 также выполняет процесс управления количеством адсорбированного аммиака, т.е. управление количеством аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, в качестве примера такого процесса добавления.
[0045] Как показано на фиг. 3, в процессе управления количеством адсорбированного аммиака устанавливают целевое количество NHp адсорбированного аммиака, которое необходимо для восстановления оксидов азота, которое будет выполняться на катализаторе 41 КСВ. В этом примере осуществления изобретения постоянное фиксированное значение NH1 устанавливается в качестве целевого количества NHp адсорбированного аммиака в случае, когда температура ST подложки КСВ равна или ниже, чем заранее заданная температура ST1. В области, где температура ST подложки КСВ превышает температуру ST1, целевое количество NHp адсорбированного аммиака устанавливают равным значению, которое меньше, чем фиксированное значение NH1. Более конкретно, целевое количество NHp адсорбированного аммиака периодически устанавливают для уменьшения, как только температура ST подложки КСВ увеличивается. Затем количество адсорбированного аммиака регулируют таким образом, что фактическое количество аммиака, адсорбированное катализатором 41 КСВ (далее упоминаемое как фактическое количество адсорбированного аммиака), соответствует целевому количеству NHp адсорбированного аммиака, с помощью добавляемого количества QE мочевины, которое корректируют на основании целевого количества NHp адсорбированного аммиака.
[0046] Когда высокотемпературное состояние катализатора 41 КСВ продолжается в течение длительного периода времени, количество аммиака, который выделяется из катализатора 41 КСВ, возрастает. Соответственно, фактическое количество NHR адсорбированного аммиака отклоняется от целевого количества NHp адсорбированного аммиака, и отклонение фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака накапливается.
[0047] Управляющее устройство 80 выполняет следующие процесс интегрирования и процесс установки в начальное состояние, чтобы предотвратить увеличение значения отклонения. Управляющее устройство 80 сначала вычисляет интегрированное значение HS температуры в качестве параметра для определения, продолжается или нет состояние высокой температуры катализатора 41 КСВ в течение длительного периода времени. Интегрированное значение HS температуры представляет собой интегрированное значение температуры катализатора 41 КСВ в то время, когда температура катализатора 41 КСВ равна или выше, чем заранее определенное пороговое значение, более конкретно, когда температура катализатора 41 КСВ равна или выше, чем температура DT начала десорбции, при которой аммиак десорбируется из катализатора 41 КСВ.
[0048] Процедура процесса интегрирования для вычисления интегрированного значения HS температуры иллюстрируется фиг. 4. Этот процесс многократно выполняется в заранее определенном цикле. После того как процесс начинается, управляющее устройство 80 считывает вторую температуру ТН2 выхлопных газов, которая является определенным датчиком значением температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, и расход ЕА потока выхлопных газов, то есть расход потока выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ (S100). Расход ЕА потока выхлопных газов может быть получен из количества GA всасываемого воздуха, значения нагрузки двигателя, числа оборотов NE двигателя или тому подобное.
[0049] Затем управляющее устройство 80 устанавливает коэффициент КТ коррекции на основании расхода ЕА потока выхлопных газов (S110). Этот коэффициент КТ коррекции является значением для коррекции второй температуры ТН2 выпускных газов. Значение, которое превышает «0» и равно или меньше чем «1», периодически устанавливается для коэффициента КТ коррекции на основании расхода ЕА потока выхлопных газов. Более конкретно, коэффициент КТ коррекции уменьшается по мере уменьшения расхода ЕА потока выхлопных газов уменьшается.
[0050] Затем управляющее устройство 80 вычисляет значение температуры, соответствующей температуре ST подложки КСВ (S120), то есть значение температуры ТНЕН катализатора, которая является температурой катализатора 41 КСВ, путем коррекции второй температуры ТН2 выхлопных газов с помощью коэффициента КТ коррекции, на основании следующего уравнения (1).
Температура ТНЕН катализатора = Вторая температура ТН2 выхлопных газов × коэффициент КТ коррекции (1)
Как было описано выше, коэффициент КТ коррекции является значением, которое превышает «0» и равно или меньше чем «1», и уменьшается по мере уменьшения расхода ЕА потока выхлопных газов уменьшается. Соответственно, в процессе на этапе S120 вторая температура ТН2 выхлопных газов, которая является значением, определенным вторым датчиком 120 температуры выхлопных газов, корректируется в сторону уменьшения, как только расход ЕА потока выхлопных газов уменьшается, и температура ТНЕН катализатора устанавливается равной скорректированной второй температуре ТН2 выхлопных газов.
[0051] Затем, управляющее устройство 80 определяет, равна ли температура ТНЕН катализатора, вычисленная на этапе S120, или выше, чем температура DT начала десорбции, как описано ранее (S130). Когда температура ТНЕН катализатора не достигает температуры DT начала десорбции (S130: НЕТ), управляющее устройство 80 завершает этот процесс.
[0052] Когда температура ТНЕН катализатора равна или выше, чем температура DT начала десорбции (S130: ДА), управляющее устройство 80 завершает эту процедуру после выполнения процесса обновления интегрированного значения HS температуры (S140). На этапе S140 интегрированное значение HS температуры в текущий момент выполнения этой процедуры вычисляют путем добавления температуры ТНЕН катализатора, вычисленной на этапе S120, к интегрированному значению HS температуры, рассчитанному в момент предшествующего выполнения этой процедуры.
[0053] Посредством периодического выполнения этого процесса интегрирования интегрированное значение HS температуры увеличивается за счет температуры ТНЕН катализатора при каждом цикле выполнения процесса интегрирования в случае, когда температура ТНЕН катализатора равна или выше, чем температура DT начала десорбции, описанная выше. Интегрированное значение HS температуры сбрасывается до «0» в момент времени, когда завершается процесс установки в начальное состояние (описанный ниже), и в определенный момент времени, когда прекращается процесс регенерации фильтра 32, и затем процесс интегрирования начинается снова.
[0054] При выполнении процесса интегрирования достигаются следующие эффекты, как показано на фиг. 4. Температура катализатора 41 КСВ повышается путем передачи тепла от выхлопных газов. Количество тепла, которое передается от выхлопных газов на катализатор 41 КСВ, уменьшается по мере уменьшения расхода потока выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ. Соответственно, когда температура катализатора 41 КСВ рассчитывается с учетом расхода выхлопных газов, то температура катализатора 41 КСВ может быть точно рассчитана. В результате интегрированное значение HS температуры может быть точно рассчитано.
[0055] При выполнении процесса интегрирования в соответствии с этим примером осуществления изобретения, описанным выше, выполняется каждый этап из этапа S100, этапа S110 и этапа S120. Затем определенное датчиком значение температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, корректируется в сторону уменьшения по мере уменьшения расхода потока выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, и температура, вычисленная в результате этой коррекции, используется в качестве температуры ТНЕН катализатора. На этапе S140 интегрированное значение HS температуры вычисляется путем интегрирования температуры ТНЕН катализатора. Соответственно, температура ТНЕН катализатора уменьшается, как только расход ЕА потока выхлопного газа уменьшается. В результате интегрированное значение HS температуры, вычисленное на этапе S140, уменьшается по мере уменьшения расхода ЕА потока выхлопного газа. Во время вычисления интегрированного значения HS температуры, как описано выше, учитывается влияние расхода ЕА потока выхлопных газов на количество тепла, передаваемое выхлопными газами на катализатор 41 КСВ, и, таким образом, можно точно вычислить интегрированное значение HS температуры.
[0056] При условии, что интегрированное значение HS температуры, вычисленное, как описано выше, становится равно или больше, чем заранее заданное пороговое значение HS1, управляющее устройство 80 выполняет процесс установки в начальное состояние для уменьшения количества аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, до «0».
[0057] На фиг. 5 показана последовательность процедур для выполнения процесса установки в начальное состояние. Этот процесс также многократно выполняется в заранее определенном цикле. После того как этот процесс начинается, управляющее устройство 80 сначала считывает текущее интегрированное значение HS температуры (S200). Затем управляющее устройство 80 определяет, равно ли интегрированное значение HS температуры или больше, чем пороговое значение HS1 (S210). Когда состояние высокой температуры катализатора 41 КСВ продолжается в течение длительного периода времени, интегрированное значение HS температуры увеличивается. Соответственно, можно предположить, что количество аммиака, десорбируемого из катализатора 41 КСВ, вероятно, увеличится и накопленная величина отклонения фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака при увеличении интегрированного значения HS температуры. В связи с этим интегрированное значение HS температуры, которое позволяет определить, что накопленная величина отклонения фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака увеличилась до недопустимой степени, устанавливается равным пороговому значению HS1, определенному заранее эмпирически или тому подобным образом.
[0058] Когда интегрированное значение HS температуры меньше, чем пороговое значение HS1 (S210: НЕТ), то накопленная величина отклонения фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака незначительна. Таким образом, управляющее устройство 80 завершает этот процесс.
[0059] Когда интегрированное значение HS температуры равно или больше порогового значения HS1 (S210: ДА), то накопленная величина отклонения фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака превышает допустимое значение, и, таким образом, управляющее устройство 80 начинает процесс установки в начальное состояние (S220) для уменьшения до «0» количества аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ.
[0060] В этом примере осуществления изобретения выполняется процесс повышения температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, как процесс установки в начальное состояние. Таким образом, процесс повышения температуры может быть выполнен соответствующим образом. Например, температура выхлопных газов может быть повышена путем добавления топлива из клапана 5 добавления топлива или посредством выполнения дожигающего впрыска. Когда процесс для повышения температуры выполняется, то температура выхлопных газов повышается до температуры, при которой аммиак десорбируется из катализатора 41 КСВ. Более конкретно, температура выхлопных газов повышается, по меньшей мере, до температуры, при которой количество аммиака, десорбируемого из катализатора 41 КСВ, превышает количество аммиака, адсорбируемого катализатором 41 КСВ. Например, в данном примере осуществления изобретения температура выхлопных газов повышается до предельной температуры UT адсорбции, при которой катализатор 41 КСВ становится неспособным к адсорбции аммиака. Процесс регенерации фильтра 32 также может быть принудительно начат как процесс установки в начальное состояние.
[0061] После начала процесса установки в начальное состояние управляющее устройство 80 измеряет время ЕТ выполнения процесса установки в начальное состояние (S230). Это время ЕТ выполнения представляет собой период времени, прошедший с момента начала процесса установки в начальное состояние.
[0062] Затем управляющее устройство 80 определяет, равно ли время ЕТ выполнения или больше, чем пороговое значение ЕТ1 (S240). Время ЕТ выполнения, требуемое для полной десорбции аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, установлено заранее в соответствии с пороговым значением ЕТ1.
[0063] Когда время ЕТ выполнения меньше порогового значения ЕТ1 (S240: НЕТ), то управляющее устройство 80 многократно выполняет процесс на этапе S230 и процесс на этапе S240 до того момента, когда время ЕТ выполнения становится равно или больше, чем пороговое значение ЕТ1.
[0064] После того как время ЕТ выполнения становится равно или больше, чем пороговое значение ЕТ1, управляющее устройство 80 завершает процесс установки в начальное состояние. Другими словами, управляющее устройство 80 завершает процесс повышения температуры выхлопных газов (S250) и сбрасывает время ЕТ выполнения и интегрированное значение HS температуры до «0» (S260). Затем управляющее устройство 80 завершает данный процесс.
[0065] Далее влияние процесса установки в начальное состояние будет описано со ссылкой на фиг. 6. Температура ST подложки КСВ постепенно увеличивается в ходе процесса установки в начальное состояние, как только интегрированное значение HS температуры становится равно или больше, чем пороговое значение HS1 в момент времени t1. Это повышение температуры ST подложки КСВ вызывает десорбцию аммиака из катализатора 41 КСВ, и, таким образом, фактическое количество NHR адсорбированного аммиака, в конечном счете, становится равно «0» после постепенного снижения, как показано сплошной линией L1.
[0066] Кроме того, как показано штрихпунктирной линией L2 с двумя точками, целевое количество NHp адсорбированного аммиака постепенно уменьшается с повышением температуры ST подложки КСВ. После того как температура ST подложки КСВ достигает предельной температуры UT адсорбции в момент времени t2, адсорбция аммиака становится невозможной и, таким образом, целевое количество NHp адсорбированного аммиака устанавливается равным «0». Из-за этого уменьшения целевого количества NHp адсорбированного аммиака, ассоциированного с повышением температуры ST подложки КСВ, добавляемое количество мочевины также постепенно уменьшается. После того как целевое количество NHp адсорбированного аммиака установлено равным «0» в момент времени t2, количество добавляемой мочевины для адсорбции аммиака устанавливается равным «0».
[0067] После того как время ЕТ выполнения достигает порогового значения ЕТ1 в момент времени t3, процесс установки в начальное состояние завершается и температура ST подложки КСВ снижается. Кроме того, в момент времени t3 начинается процесс управления величиной адсорбции аммиака на основе добавляемого количества мочевины. Другими словами, выполняется установление целевого количества NHp адсорбированного аммиака на основании температуры ST подложки КСВ и инициируется добавление мочевины для адсорбции аммиака, что вызывает вновь увеличение фактического количества NHR адсорбированного аммиака.
[0068] Процесс установки в начальное состояние, описанный выше, осуществляется до начала выполнения процесса управления количеством адсорбированного аммиака в момент времени t3, и, таким образом, фактическое количество NHR адсорбированного аммиака временно сбрасывается до «0». Соответственно, накопленное отклонение ΔG фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака, предшествующее началу выполнения процесса установки в начальное состояние, устраняется. Соответственно, период после момента времени t3 представляет собой состояние, в котором отклонение фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака подавлено, в котором поддерживается фактическое количество NHR аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, равное соответствующему количеству в соответствии с целевым количеством NHp адсорбированного аммиака.
[0069] Сразу же после окончания процесса установки в начальное состояние фактическое количество NHR адсорбированного аммиака равно «0» и, таким образом, желательно, чтобы фактическое количество NHR адсорбированного аммиака быстро увеличилось. Соответственно, сразу после начала процесса управления количеством адсорбированного аммиака в момент времени t3 на ФИГ. 6, фактическое количество NHR адсорбированного аммиака может быть быстро увеличено не до целевого количества NHp адсорбированного аммиака, которое устанавливается в зависимости от температуры ST подложки КСВ, но до относительно высокого значения, заданного как целевое количество NHp адсорбированного аммиака.
[0070] Следующие эффекты могут быть достигнуты с помощью данного примера осуществления изобретения, как описано выше. (1) В качестве параметра для определения, продолжается или нет состояние высокой температуры катализатора 41 КСВ в течение длительного периода времени, вычисляется интегрированное значение HS температуры, которое является интегрированным значением температуры катализатора 41 КСВ в момент времени, когда температура катализатора 41 КСВ равна или выше, чем пороговое значение, определенное заранее, более конкретно, когда температура катализатора 41 КСВ равна или выше, чем температура, при которой аммиак десорбируется. Тогда, при условии, что интегрированное значение HS температуры стало равно или больше, чем пороговое значение HS1, осуществляется процесс установки в начальное состояние для уменьшения объема аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ до «0». Соответственно, процесс установки в начальное состояние надежно выполняется на основании интегрированного значения HS температуры. Соответственно, увеличение отклонения фактическое количество NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака, которое вызвано продолжением состояния, в котором процесс установки в начальное состояние не выполняется, может быть подавлено.
[0071] (2) Определенное детектором значение температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, корректируется в сторону уменьшения по мере уменьшения расхода потока выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, и скорректированное после определения детектором значение используется в качестве температуры ТНЕН катализатора 41 КСВ. Затем интегрированное значение HS температуры получается путем интегрирования температуры ТНЕН катализатора. Во время вычисления интегрированного значения HS температуры, как описано выше, учитывается влияние расхода потока выхлопных газов на количество тепла, передаваемое выхлопными газами на катализатор 41 КСВ, и, таким образом, интегрированное значение HS температуры может быть точно вычислено.
[0072] (3) Процесс повышения температуры для повышения температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, до температуры, при которой аммиак десорбируются из катализатора 41 КСВ, выполняется как процесс установки в начальное состояние. Соответственно, количество аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, может быть уменьшено.
[0073] (4) Время ЕТ выполнения процесса установки в начальное состояние измеряется, и процесс установки в начальное состояние выполняется до момента, когда измеренное временя ЕТ выполнения достигает порогового значения ЕТ1, определенного заранее. Соответственно, посредством устанавливания порогового значения ЕТ1 процесс установки в начальное состояние может быть прерван на этапе, на котором количество аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, становится равным «0».
[0074] Описанный выше пример осуществления изобретения может быть реализован на практике после того, как модифицирован следующим образом. Как показано на фиг. 3, в этом описанном выше примере осуществления изобретения постоянное фиксированное значение NH1 устанавливается в качестве целевого количества NHp адсорбированного аммиака в случае, когда температура ST подложки КСВ равна или ниже температуры ST1. Однако метод, которым устанавливается целевое количество NHp адсорбированного аммиака, может быть соответствующим образом изменен. Например, целевое количество NHp адсорбированного аммиака может быть переменно установлено в соответствии с температурой ST подложки КСВ даже в случае, когда температура ST подложки КСВ равна или ниже температуры ST1. Кроме того, целевое количество NHp адсорбированного аммиака может переменно устанавливаться на основании количества NOx, втекающих в катализатор 41 КСВ в единицу времени.
[0075] Вторая температура ТН2 выхлопных газов корректируется на основании расхода ЕА потока выхлопных газов в процессе интегрирования для расчета интегрированного значения HS температуры. Тем не менее, интегрированное значение HS температуры также может быть вычислено путем интегрирования температуры ТНЕН катализатора без коррекции, и вторая температура ТН2 выхлопных газов используется в качестве температуры ТНЕН катализатора как она есть.
[0076] Вторая температура ТН2 выхлопных газов, которая является температурой выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, фактически определяется вторым датчиком 120 температуры выхлопных газов. Тем не менее, еще один метод также может быть использован для определения второй температуры ТН2 выхлопных газов, примеры которого включают в себя оценку температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, на основании рабочих состояний двигателя, таких как нагрузка на двигатель и обороты двигателя, и использование оценочного значения в качестве второй температуры ТН2 выхлопных газов.
[0077] Процесс повышения температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, выполняется в качестве процесса установки в начальное состояние. Тем не менее, как показано на фиг. 7, операция прекращения добавления водного раствора мочевины из механизма 200 подачи мочевины может быть выполнена, так же как процесс установки в начальное состояние. После того как добавление водного раствора мочевины прекращается, в результате этого снижение концентрации NOx, втекающего в катализатор 41 КСВ, происходит с помощью аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ до прекращения добавления водного раствора мочевины. Соответственно, как показано на фиг. 7, аммиак, адсорбируемый катализатором 41 КСВ, потребляется в результате реакции восстановления NOx после времени t1, при этом количество аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, постепенно уменьшается. Соответственно, количество аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, может быть уменьшено, в конечном итоге, до «0».
[0078] Процесс повышения температуры выхлопных газов, втекающих в катализатор 41 КСВ, и операция прекращения добавления водного раствора мочевины из механизма 200 подачи водного раствора мочевины также могут быть использованы в сочетании друг с другом в качестве процесса установки в начальное состояние. В примере осуществления изобретения, описанном выше, процесс установки в начальное состояние выполняется до тех пор, когда фактическое количество NHR адсорбированного аммиака становится равным «0». Тем не менее, фактическое количество NHR адсорбированного аммиака не обязательно должна быть уменьшено до «0», и фактическое количество NHR адсорбированного аммиака может немного превышать значение «0» при завершении процесса установки в начальное состояние. Другими словами, процесс установки в начальное состояние, описанный выше, может быть выполнен таким образом, что количество аммиака, адсорбированного катализатором 41 КСВ, подвергается уменьшению в любой степени, когда интегрированное значение HS температуры становится равно или больше, чем пороговое значение HS1. Даже в этом случае процесс установки в начальное состояние надежно выполняется на основании интегрированного значения HS температуры. Соответственно, увеличение отклонения фактического количества NHR адсорбированного аммиака от целевого количества NHp адсорбированного аммиака, которое вызвано продолжением состояния, в котором процесс установки в начальное состояние не выполняется, может быть предотвращено.