УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
EXHAUST GAS CLEANING DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] Известно устройство очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее катализатор, который снижает содержание оксидов азота (NOx) в выхлопных газах за счет использования водного раствора мочевины, добавляемого в выхлопные газы (например, публикация японского патента №2013-142309).
[0003] Такое устройство очистки выхлопных газов имеет клапан подачи добавки, который впрыскивает водный раствор мочевины в выхлопной канал. Впрыснутый водный раствор мочевины гидролизуется за счет тепла от выхлопных газов и преобразуется в аммиак. Аммиак, в свою очередь, адсорбируется катализатором снижения содержания оксидов азота, и содержание NOx в выхлопных газах понижается за счет адсорбированного аммиака для очистки выхлопных газов.
[0004] В выхлопном канале, в котором выполнено такое устройство очистки выхлопных газов, размещена диффузионная пластина, в которую направлена ударная струя водного раствора мочевины, впрыскиваемая клапаном подачи добавки. Напор струи водного раствора мочевины в диффузионную пластину способствует парообразованию и распылению водного раствора мочевины, что приводит к образованию аммиака за счет гидролиза водного раствора мочевины.
[0005] При равномерной работе двигателя внутреннего сгорания, направление потока выхлопных газов в выхлопном канале существенно не меняется. Таким образом, водный раствор мочевины, впрыскиваемый клапаном подачи добавки, скорее всего, будет постоянно попадать в одну и ту же точку диффузионной пластины. Такое непрерывное давление струи водного раствора мочевины в одну и ту же точку диффузионной пластины понижает температуру в этой точке. В результате, водный раствор мочевины не превращается в пар, а накапливается в этой точке. Впоследствии это может привести к образованию нагара в упомянутой точке.
[0006] СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Одной из целей настоящего изобретения является создание устройства очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, которое задает предел падению температуры в точке диффузионной пластины, в которую направлен водный раствор мочевины.
[0008] Для достижения вышеуказанной цели и в соответствии с одним объектом настоящего изобретения предлагается устройство очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания, содержащее клапан подачи добавки, который впрыскивает водный раствор мочевины в выхлопной канал двигателя внутреннего сгорания, трубку подачи водного раствора мочевины, соединенную с клапаном подачи добавки, диффузионную пластину, расположенную в выхлопном канале, катализатор и контроллер. Водный раствор мочевины впрыскивается через клапан подачи добавки, который направляет ударную струю в упомянутую диффузионную пластину. Катализатор удаляет NOx из выхлопных газов с использованием в качестве восстанавливающего агента аммиака, образующегося из водного раствора мочевины, который впрыскивается через упомянутый клапан подачи добавки. Контроллер выполнен с возможностью задания момента впрыска водного раствора мочевины таким образом, что водный раствор мочевина периодически впрыскивается через клапана подачи добавки по заданному циклу впрыска, тем самым заставляя клапан подачи добавки выполнять впрыск водного раствора мочевины. Контроллер включает в себя секцию вычисления температуры, которая выполнена с возможностью вычисления температуры диффузионной пластины, секцию памяти, которая выполнена с возможностью запоминании информации о давлении впрыска водного раствора мочевины при впрыске водного раствора мочевины, секцию получения давления первого впрыска, которая выполнена с возможностью получения, в качестве давления первого впрыска, давления впрыска при предыдущем впрыске водного раствора мочевины, сохраненного в секции памяти, секцию вычисления давления второго впрыска, и секцию вычисления давления третьего впрыска. Секция вычисления давления второго впрыска выполнена с возможностью вычисления давления второго впрыска. Давление второго впрыска представляет собой давление впрыска водного раствора мочевины, полученное в случае, когда водный раствор мочевины впрыскивается в момент времени, соответствующий циклу впрыска, истекшему после предыдущего впрыска водного раствора мочевины. Секция вычисления давления третьего впрыска выполнена с возможностью вычисления давления третьего впрыска. Давление третьего впрыска представляет собой давление впрыска водного раствора мочевины, полученное в случае, когда водный раствор мочевины впрыскивается во второй момент времени, который отличается от первого момента времени, представляющего собой момент впрыска, полученный по циклу впрыска. Контроллер выполнен с возможностью выполнения процесса по увеличению перепада давления, когда температура диффузионной пластины, вычисленная секцией вычисления температуры, меньше, чем заданное пороговое значение температуры, первый перепад давления, который представляет собой абсолютное значение разницы между давлением первого впрыска и давлением второго впрыска, меньше, чем пороговое значение разности давления, и впрыск водного раствора мочевины во второй момент времени, который вызовет второй перепад давления, который представляет собой абсолютное значение разницы между давлением третьего впрыска и давлением первого впрыска, и который больше, чем первый перепад давления. Во время процесса по увеличению перепада давления, контроллер устанавливает, в качестве момента впрыска водного раствора мочевины, второй момент времени, который представляет собой момент времени, при котором второй перепад давления превышает первый перепад давления.
[0009] Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания, приведенного вместе с сопроводительными чертежами, иллюстрирующими на примерах основные варианты настоящего изобретения.
[0010] КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Настоящее изобретение вместе с объектами и их преимуществами можно лучше понять со ссылкой на последующее описание предпочтительных вариантов осуществления вместе со ссылками на сопроводительные чертежи, где:
[0012] На фиг. 1 представлена принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания, в котором применено устройство очистки выхлопных газов согласно первому варианту осуществления, а также окружающая конструкция;
[0013] На фиг. 2 представлена временная диаграмма, показывающая работу клапана подачи добавки мочевины;
[0014] На фиг. 3 представлена диаграмма, показывающая направление впрыска водного раствора мочевины через клапан подачи добавки мочевины;
[0015] На фиг. 4 представлена временная диаграмма, показывающая способ определения момента впрыска водного раствора мочевины;
[0016] На фиг. 5 представлена временная диаграмма, показывающая затухание пульсаций давления водного раствора мочевины;
[0017] На фиг. 6 представлена блок-схема операции впрыска водного раствора мочевины в первом варианте осуществления;
[0018] На фиг. 7 представлен график расчета эффективности теплопередачи диффузионной пластины;
[0019] На фиг. 8 представлен график расчета величины сброса тепла выхлопных газов;
[0020] На фиг. 9 представлена временная диаграмма, показывающая способы впрыска водного раствора мочевины в устройство очистки выхлопных газов в соответствии со вторым вариантом осуществления, где в разделе (А) показан способ впрыска водного раствора мочевины через клапан подачи добавки мочевины в каждом цикле впрыска PR, а в разделе (Б) показан способ впрыска водного раствора мочевины через клапан подачи добавки мочевины, когда процесс по увеличению перепада давления выполняется с задержкой момента впрыска ТТ водного раствора мочевины при текущем впрыске от заданного момента впрыска ТТН;
[0021] На фиг. 10 представлена блок-схема процесса впрыска водного раствора мочевины по второму варианту осуществления;
[0022] На фиг. 11 представлена временная диаграмма, показывающая способ впрыска водного раствора мочевины по третьему варианту осуществления;
[0023] На фиг. 12 представлена блок-схема процесса впрыска водного раствора мочевины по третьему варианту осуществления; а также
[0024] На фиг. 13 представлена временная диаграмма, показывающая способ, при котором момент впрыска водного раствора мочевины определяется в соответствии с модификацией.
[0025] ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0026] Первый вариант осуществления
[0027] Устройство очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления будет описано ниже со ссылкой на фигуры от 1 до 8.
[0028] На фиг. 1 представлен дизельный двигатель 1 (здесь и далее называемый просто как двигатель 1), в котором применяется устройство очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим вариантом осуществления, а также окружающая конструкция.
[0029] Двигатель 1 включает в себя цилиндры #1 - #4. Головка блока цилиндров 2 имеет клапаны впрыска топлива 4а-4d. Каждый из клапанов впрыска топлива 4а-4d впрыскивает топливо в камеру сгорания соответствующую одному из цилиндров от #1 - #4. Головка блока цилиндров 2 также имеет впускные окна (не показаны) для введения свежего воздуха в цилиндры, а также выпускные окна 6а-6d для отвода газообразных продуктов сгорания из цилиндров. Впускные и выпускные окна 6а-6d соответствуют цилиндрам #1 - #4.
[0030] Клапаны впрыска топлива 4а-4d соединены с системой непосредственного впрыска топлива 9, которая накапливает топливо под высоким давлением. Система непосредственного впрыска топлива 9 соединена с топливным насосом 10. Топливный насос 10 забирает топливо из топливного бака (не показан) и под высоким давлением нагнетает его в систему непосредственного впрыска топлива 9. Топливо под высоким давлением, подаваемое в систему непосредственного впрыска топлива 9, впрыскивается в соответствующие цилиндры #1 - #4 из клапанов впрыска топлива 4а-4d, когда клапаны впрыска топливо 4а-4d открыты.
[0031] Впускной коллектор 7 соединен с упомянутыми впускными окнами. Впускной канал 3 соединен с впускным коллектором 7. Во впускном канале 3 предусмотрена впускная дроссельная заслонка 16 для регулирования количества всасываемого воздуха. Впускной коллектор 7 входит в состав впускного канала 3.
[0032] Выхлопной коллектор 8 подсоединен к выхлопным окнам 6а и 6d. Выхлопной канал 26 соединен с выхлопным коллектором 8.
[0033] В середине выхлопного канала 26 предусмотрен турбокомпрессор 11. Турбокомпрессор 11 нагнетает всасываемый воздух, предназначенный для подачи в цилиндры, за счет давления выхлопных газов. Промежуточный охладитель 18 предусмотрен во впускном канале 3 между боковым компрессором турбокомпрессора 11 и впускной дроссельной заслонкой 16. Промежуточный охладитель 18 охлаждает всасываемый воздух, температура которого повысилась из-за нагнетания турбокомпрессором 11.
[0034] Кроме того, элемент первой очистки 30, который очищает выхлопные газы, выполнен в середине выхлопного канала 26 по потоку ниже выхлопной турбины турбокомпрессора 11. Окислительный катализатор 31 и фильтр 32 расположены последовательно по направлению потока выхлопных газов внутри элемента первой очистки 30.
[0035] Окислительный катализатор 31 активирует процесс окисления углеводородов в выхлопных газах. А фильтр 32, выполненный из пористого керамического материала, представляет собой ловушку для твердых частиц (ТЧ) в выхлопных газах, и дополнительно ускоряет процесс окисления ТЧ. ТЧ в выхлопных газах отфильтровываются при прохождении через пористую стенку фильтра 32.
[0036] Клапан 5 подачи добавки топлива, который добавляет топливо в выхлопные газы, выполнен в непосредственной близости от участка сведения выхлопного коллектора 8. Клапан 5 подачи добавки топлива соединен с топливным насосом 10 через подающий трубопровод 27 подачи топлива. Расположение клапана 5 подачи добавки топлива может быть изменено в случае необходимости, с тем условием, чтобы оно находилось в выхлопной системе и по потоку выше элемента первой очистки 30. Топливо может быть добавлено в выхлопные газы путем выполнения кратковременного впрыска через управление моментом впрыска топлива.
[0037] Когда количество ТЧ, задержанных фильтром 32, превышает заданное значение, запускается процесс регенерации фильтра 32, при котором клапан 5 подачи добавки топлива впрыскивает топливо в выхлопные газы в выхлопном коллекторе 8. Топливо, добавляемое в выхлопные газы через клапан 5 подачи добавки топлива, окисляется при достижении окислительного катализатора 31, при этом температура выхлопных газов повышается. Когда выхлопные газы, температура которых была повышена окислительным катализатором 31, поступают в фильтр 32, температура фильтра 32 повышается. Это приводит к тому, что накопленные ТЧ в фильтре 32 затем окисляются с целью регенерации фильтра 32.
[0038] Кроме того, элемент 40 второй очистки, который очищает выхлопные газы, выполнен в середине выхлопного канала 26 по потоку ниже элемента 30 первой очистки. Катализатор 41 избирательной каталитической нейтрализации NOx (далее именуемый как катализатор SCR) предусмотрен внутри элемента 40 второй очистки. Катализатор SCR 41 действует как катализатор для выведения NOx, понижающий содержание NOx в выхлопных газах, с использованием в качестве восстанавливающего агента аммиака, получаемого из водного раствора мочевины для очистки выхлопных газов.
[0039] Более того, имеется элемент 50 третьей очистки, очищающий выхлопные газы, который размещен в середине выхлопного канала 26 по потоку ниже элемента 40 второй очистки. Катализатор 51 окисления аммиака, который окисляет и удаляет аммиак из выхлопных газов, выполнен внутри элемента 50 третьей очистки.
[0040] Двигатель 1 имеет механизм 200 подачи водного раствора мочевины, который функционирует как механизм добавления водного раствора мочевины в выхлопные газы. Механизм 200 подачи водного раствора мочевины включает в себя бак 210 для хранения водного раствора мочевины, клапан 230 подачи добавки мочевины, который впрыскивает водный раствор мочевины в выхлопной канал 26, трубку 240 подачи водного раствора мочевины, которая соединяет клапан 230 подачи добавки мочевины с баком 210, а также насос 220, размещенный в середине трубки 240 подачи водного раствора мочевины.
[0041] Клапан 230 подачи добавки мочевины размещен в выхлопном канале 26 между элементом 30 первой очистки и элементом 40 второй очистки. В частности, клапан 230 подачи добавки мочевины размещен в месте сгиба выхлопного канала 26, как показано на фиг. 1 и фиг. 3. Клапан 230 подачи добавки мочевины имеет отверстие для впрыска, направленное по ходу потока вниз. Когда клапан 230 подачи добавки мочевины открывается, водный раствор мочевины впрыскивается в выхлопной канал 26 через трубку 240 подачи водного раствора мочевины.
[0042] Насос 220 представляет собой электрический насос и его скорость вращения регулируется таким образом, что давление Р впрыска водного раствора мочевины согласуется с предварительно заданным целевым давлением. При вращении вперед насос 220 подает водный раствор мочевины из бака 210 в клапан 230 подачи добавки мочевины. При вращении назад насос 220 подает водный раствор мочевины из клапана 230 подачи добавки в бак 210. То есть, когда насос 220 вращается в обратном направлении, водный раствор мочевины забирается из клапана 230 подачи добавки мочевины и канала 240 подачи и возвращается в бак 210.
[0043] Диффузионная пластина 60 размещена в выхлопном канале 26 между клапаном 230 подачи добавки мочевины и катализатором SCR 41. Струя водного раствора мочевины, впрыскиваемая через клапан 230 подачи добавки, бьет в диффузионную пластину 60.
[0044] Водный раствор мочевины, подаваемый в выхлопные газы через клапан 230 подачи добавки мочевины, гидролизуется от тепла выхлопных газов и превращается в аммиак. Удар струи водного раствора мочевины в диффузионную пластину 60 приводит к превращению в пар и распылению водного раствора мочевины, что способствует образованию аммиака через гидролиз водного раствора мочевины. При достижении катализатора SCR 41, аммиак, образованный из мочевины, адсорбируется катализатором SCR 41. Содержание NOx в выхлопных газах снижается за счет использовании аммиака, адсорбированного катализатором SCR 41, при этом выхлопные газы очищаются.
[0045] Кроме того, двигатель 1 оснащен устройством рециркуляции выхлопных газов (далее именуемое как устройство РВГ). В частности, устройство РВГ возвращает некоторую часть выхлопных газов во впускной канал, чтобы понизить температуру сгорания в цилиндрах, и таким образом снизить объем NOx, образующихся в двигателе 1. Устройство РВГ включает в себя канал 13 РВГ, который соединяет впускной коллектор 7 с выхлопным коллектором 8, клапан 15 РВГ, который предусмотрен в канале 13 РВГ, и охладитель 14 РВГ, расположенный в канале 13 РВГ. Регулировка степени открытия клапана 15 РВГ в соответствии с режимом работы двигателя происходит от объема выхлопных газов, возвращаемых из выхлопного канала 26 во впускной канал 3, то есть, от объема РВГ. Охладитель 14 РВГ понижает температуру выхлопных газов, поступающих в канал 13 РВГ.
[0046] Для определения рабочего состояния в двигателе 1 установлены различные типы датчиков. Например, анемометр 19 определяет объем всасываемого во впускной канал 3 воздуха GA. Датчик 20 степени открытия дроссельной заслонки определяет степень открытия впускной дроссельный заслонки 16. Датчик 21 угла поворота коленвала определяет обороты двигателя NE, которые представляют собой скорость вращения коленчатого вала. Датчик 22 количества операций акселератора определяет величину работы акселератора АССР, которая является усилием нажатия на педаль акселератора. Датчик 24 скорости автомобиля определяет скорость транспортного средства SPD, на котором установлен двигатель 1. Датчик 25 температуры наружного воздуха определяет температуру наружного воздуха THout. Датчик давления 260 предусмотрен в непосредственной близости от стыка клапана 230 подачи добавки мочевины с трубкой 240 подачи водного раствора мочевины. Датчик давления 260 определяет давление водного раствора мочевины NP, которое представляет собой давление водного раствора вблизи клапана 230 подачи добавки мочевины. Давление водного раствора мочевины NP при открытом клапане 230 подачи добавки мочевины равно давлению впрыска Р водного раствора мочевины. Датчик температуры 270 предусмотрен в канале 240 подачи водного раствора мочевины для определения температуры водного раствора мочевины ТН, которая представляет собой температуру водного раствора мочевины.
[0047] Кроме того, датчик 100 температуры выхлопных газов после первой очистки, расположенный по потоку выше окислительного катализатора 31, определяет температуру выхлопных газов ТН1 после первой очистки, которая является температурой выхлопных газов перед тем, как попасть в окислительный катализатор 31. Датчик 110 перепада давления определяет перепад давления ΔР между давлением выхлопных газов по потоку выше фильтра 32 и давлением выхлопных газов по потоку ниже фильтра 32.
[0048] Датчик 120 температуры выхлопных газов второй очистки и датчик 130 NOx первой очистки предусмотрены в выхлопном канале 26 между элементом 30 первой очистки и элементом 40 второй очистки по ходу потока выше клапана 230 подачи добавки мочевины. Датчик 120 температуры выхлопных газов второй очистки определяет температуру выхлопных газов ТН2 после второй очистки, которая является температурой выхлопных газов перед тем, как попасть в катализатор 41SCR. Датчик 130 NOx первой очистки определяет концентрацию оксидов азота N1 после первой очистки, которая представляет собой концентрацию оксидов азота в выхлопных газах перед тем, как попасть в катализатор 41SCR. Вместо определения датчиком 130 NOx первой очистки, концентрация NOx первой очистки N1 может быть вычислена, например, на основании рабочего состояния двигателя или температуры выхлопных газов.
[0049] Датчик 140 NOx второй очистки предусмотрен в выхлопном канале 26 по потоку ниже элемента 50 третьей очистки. Датчик 140 NOx второй очистки определяет концентрацию оксидов азота N2 после второй очистки, которая представляет собой концентрацию оксидов азота в выхлопных газах, которые были очищены в катализаторе 41SCR. Вместо определения датчиком 140 NOx второй очистки, концентрация NOx после второй очистки N2 может быть вычислена, например, на основании рабочего состояния двигателя или температуры выхлопных газов.
[0050] Выходные сигналы от различных типов датчиков поступают в устройство 80 управления, которое функционирует как контроллер. Устройство 80 управления представляет собой схему регулирования или процессор, который выполнен как электронный блок управления (ЭБУ) или микрокомпьютер. Устройство 80 управления включает в себя, например, центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором хранятся различные типы программ и карт, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), которое временно хранит результаты вычислений ЦП, энергонезависимое ЗУ 80а, в котором хранятся значения, доступные для записи в электронном виде (например, ЭСППЗУ), а также различные типы интерфейсов. Энергонезависимое ЗУ 80а действует как секция памяти.
[0051] Устройство 80 управления выполняет различные типы операций управления для двигателя 1, такие как управление объемом впрыскиваемого топлива и управление моментом впрыска топлива клапанами 4а-4d впрыска топлива и клапаном 5 подачи добавки топлива, управление давлением нагнетания подающего насоса 10, управление величиной приводного усилия привода 17, который открывает и закрывает впускную дроссельную заслонку 16, а также управление степенью открытия клапана 15 РВГ.
[0052] Устройство 80 управления выполняет различные процедуры по управлению очисткой выхлопных газов, как, например, описанный выше процесс регенерации, при котором сжигают ТЧ, задержанные фильтром 32.
[0053] Устройство 80 управления также выполняет, в качестве одной из процедур по управлению очисткой выхлопных газов, управление подачей добавки водного раствора мочевина через клапан 230 подачи добавки мочевины. В результате управления добавкой требуемое количество добавки мочевины QE, которое необходимо для снижения NOx, исходящих из двигателя 1, вычисляется на основании, например, рабочего состояния двигателя. Состоянием открытия клапана 230 подачи добавки мочевины управляют таким образом, чтобы объем водного раствора мочевины соответствовал вычисленному требуемому количеству добавки мочевины QE, впрыскиваемому через клапан 230 подачи добавки мочевины.
[0054] Когда есть команда на добавку водного раствора мочевины, устройство 80 управления устанавливает момент впрыска водного раствора мочевины, как показано на фиг. 2, таким образом, чтобы клапан 230 подачи добавки мочевины периодически впрыскивал водный раствор мочевины по заданном циклу впрыска PR, выполняя, таким образом, впрыск водного раствора мочевины через клапан 230 подачи добавки мочевины.
[0055] Такое периодическое добавление, при котором повторно вводят водный раствор мочевины, сейчас будет описано.
[0056] Частоту возбуждения KS (единица измерения: Гц) определяют на основе, например, температуры катализатора 41 SCR. Частота возбуждения KS является частотой напряжения, прикладываемой к клапану 230 подачи добавки мочевины. Величина частоты возбуждения KS равна числу впрысков в секунду через клапан 230 подачи добавки мочевины. На основе частоты возбуждения KS, цикл впрыска PR (единица измерения: миллисекунды) вычисляется с использованием следующего выражения (1).
[0057]
[0058] Например, в случае, когда частота возбуждения KS составляет 3 Гц, как показано на фиг. 2, операция открыть-закрыть клапан 230 подачи добавки мочевины выполняется три раза в секунду, а цикл впрыска PR составляет около 333 мс. Операция открыть-закрыть относится к операции с момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины открывается, до момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрывается.
[0059] Далее, единицу количества QET добавления мочевины вычисляют на основе следующего выражения (2). Единица количества QET добавления мочевины представляет собой количество добавки мочевины за один цикл впрыска PR.
[0060]
[0061] QET: Единица количества добавки мочевины (г)
[0062] QE: Требуемое количество добавки мочевины (г/ч)
[0063] KS: Частота возбуждения (Гц)
[0064] Значение QE / 3600 в упомянутом выражении (2) представляет собой количество добавки мочевины, которое должно быть добавлено за одну секунду. Значение QE / 3600 делится на частоту возбуждения KS для получения единицы количества добавки мочевины QET, которая является единицей количества добавки мочевины, запрашиваемой, когда клапан 230 подачи добавки мочевины открывается один раз.
[0065] Количество водного раствора мочевины, добавляемое, когда клапан 230 подачи добавки мочевины открыт, варьируется в соответствии с давлением мочевины NP. Таким образом, время одноразового открытия КТ клапана 230 подачи добавки мочевины рассчитывается на основе давления мочевины NP и единицы количества добавки мочевины QET.
[0066] Время открытия клапана KT рассчитывается по описанной выше процедуре, поэтому клапан 230 подачи добавки мочевины впрыскивает водный раствор мочевины, количество которого соответствует единице количества добавки мочевины QET в каждом цикле впрыска PR. Открытие и закрытие клапана 230 подачи добавки мочевины повторяется при каждом цикле впрыска PR, так что водный раствор мочевины поступает периодически в импульсном режиме.
[0067] При равномерной работе двигателя, направление потока выхлопных газов в выхлопном канале 26 существенно не меняется. Таким образом, водный раствор мочевины, впрыскиваемый клапаном 230 подачи добавки мочевины, вероятно, будет непрерывно попадать в одну и ту же точку диффузионной пластины 60. Такое непрерывное давление струи водного раствора мочевины в одну и ту же точку диффузионной пластины понижает температуру в этой точке. В результате, водный раствор мочевины не превращается в пар, а накапливается в этой точке. Это может превратить накопленный в этой точке водный раствор мочевины в отложение нагара.
[0068] В связи с этим, устройство 80 управления, согласно настоящему варианту осуществления, выполняет процесс по увеличению перепада давления, описанный ниже, чтобы предотвратить непрерывный напор струи водного раствора мочевины, впрыскиваемого через клапан 230 подачи добавки мочевины, в одну и ту же точку диффузионной пластины 60.
[0069] Теперь будет описан процесс по увеличению перепада давления.
[0070] Как правило, выхлопные газы завихряются или неравномерно поступают в выхлопной канал 26, и такой поток выхлопных газов оказывает влияние на направление впрыска водного раствора мочевины, подаваемого через клапан 230 подачи добавки мочевины. Например, если давление впрыска Р водного раствора мочевины, поступающего через клапан 230 подачи добавки мочевины, является низким, направление впрыска водного раствора мочевины сильно меняется от направления впрыска водного раствора мочевины сразу после впрыска через клапан 230 подачи добавки мочевины относительно потока выхлопных газов. В противоположность этому, если давление впрыска Р является высоким, направление впрыска водного раствора мочевины существенно не меняется от направления впрыска водного раствора мочевины сразу после впрыска через клапан 230 подачи добавки мочевины относительно потока выхлопных газов. Так как направление впрыска водного раствора мочевины меняется в зависимости от изменения давления впрыска Р водного раствора мочевины, участок диффузионной пластины 60, на который воздействует напор водного раствора мочевины, видоизменяется.
[0071] В настоящем варианте осуществления клапан 230 подачи добавки мочевины размещен в месте, где выхлопной канал 26 изогнут, как показано на фиг. 2. В этом месте, где выхлопной канал 26 имеет изогнутую форму, направление потока выхлопных газов сильно меняется. Соответственно, направление впрыска водного раствора мочевины сильно меняется из-за потока выхлопных газов. Таким образом, в настоящем варианте осуществления, по сравнению со случаем, когда клапан 230 подачи добавки мочевины размещен в прямой секции выхлопного канала 26, направление впрыска водного раствора мочевины меняется существенно, когда изменяется давление впрыска Р водного раствора мочевины, при этом, на участке диффузионной пластины 60, на которую направлен напор водный раствор мочевину, происходит существенное изменение.
[0072] Такое изменение в точке напора струи водного раствора мочевины уменьшается, как только уменьшается абсолютное значение перепада между давлением впрыска Р водного раствора мочевины предыдущего цикла впрыска PR и давлением впрыска Р водного раствора мочевины текущего цикла впрыска PR. В противоположность этому, изменение в точке напора струи увеличивается, как только увеличивается абсолютное значение упомянутого перепада давления.
[0073] В последующем описании участок диффузионной пластины 60, на который направлен напор водного раствора мочевины, будет упоминаться как точка напора водного раствора мочевины. Впрыск водного раствора мочевины при предыдущем цикле впрыска PR будет упоминаться как предыдущий впрыск, а впрыск водного раствора мочевины при текущем цикле впрыска PR будет упоминаться как текущий впрыск.
[0074] В трубке 240 подачи водного раствора мочевины, которая соединена с клапаном 230 подачи добавки мочевины, периодическое изменение давления или пульсация давления, происходит каждый раз, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрывается. Из-за пульсации давления, давление впрыска Р водного раствора мочевины варьируется в зависимости от момента времени, в который выполняется впрыск водного раствора мочевины.
[0075] Например, если водный раствор мочевины впрыскивается в тот момент времени, когда давление мочевины NP, которое является давлением водного раствора мочевины в непосредственной близости от клапана 230 подачи добавки мочевины, повышается, повышается и давление впрыска Р водного раствора мочевины. Соответственно, устройство 80 управления устанавливает моменты впрыска водного раствора мочевины в соответствии с изменениями давления мочевины NP из-за пульсации давления, тем самым выполняя процесс по увеличению перепада давления для увеличения абсолютного значения перепада между давлением впрыска Р водного раствора мочевины при предыдущем впрыске и давлением впрыска Р водного раствора мочевины при текущем впрыске.
[0076] На фиг. 4 приведен один пример выполнения процесса по увеличению перепада давления.
[0077] Как показано на фиг. 4, когда в определенный момент времени t0 открывается клапан 230 подачи добавки мочевины, наблюдается пульсация давления, при этом давление мочевины NP начинает периодически изменяться.
[0078] Устройство 80 управления добавляет цикл впрыска PR к предыдущему моменту впрыска водного раствора мочевины для вычисления заданного момента впрыска ТТН, который является моментом впрыска водного раствора мочевина при текущем цикле впрыска PR (первый момент времени). Затем устройство 80 управления вычисляет давление второго впрыска Р2, которое представляет собой оценочное значение давления впрыска Р, когда водный раствор мочевины впрыскивается в заданный момент впрыска ТТН. То есть, давление второго впрыска Р2 представляет собой расчетное значение давления впрыска Р водного раствора мочевины в случае впрыска водного раствора мочевины, когда цикл впрыска PR закончился после предыдущего впрыска водного раствора мочевины. Давление второго впрыска Р2 равно давлению мочевины NP в заданный момент впрыска ТТН.
[0079] Первый перепад давления ΔP1 рассчитывается как абсолютное значение разницы между давлением первого впрыска Р1, которое является давлением предыдущего впрыска Р, и давлением второго впрыска Р2. Если первый перепад давления ΔP1 меньше, чем заданное пороговое значение α (пороговое значение перепада давления), смещение точки напора водного раствора мочевины при текущем впрыске относительно точки напора при предыдущем впрыске водного раствора мочевины незначительное. Таким образом, установлено, что температуру можно понизить в точке удара струи водного раствора мочевины на диффузионной пластине 60 за счет выполнения процесса по увеличению перепада давления.
[0080] Во время процесса по увеличению перепада давления вычисляется давление третьего впрыска Р3, которое представляет собой значение давления впрыска Р водного раствора мочевины в случае, когда впрыск водного раствора мочевины происходит в момент времени, отличающийся от заданного момента впрыска ТТН, который вычисляется на основе цикла впрыска PR. Упомянутый момент впрыска ТТ водного раствора мочевины при текущем впрыске определяется как момент впрыска, отличающийся от заданного момента впрыска ТТН, и при котором второй перепад давления ΔР2, как абсолютное значение разности между давлением третьего впрыска P3 и давлением первого впрыска Р1, превышает первый перепад давления ΔP1.
[0081] В частности, рассчитывается момент впрыска, при котором второй перепад давления ΔР2 максимальный, и найденный момент впрыска устанавливается в качестве момента впрыска ТТ водного раствора мочевины для текущего впрыска. Момент впрыска ТТ является вторым моментом времени, который отличается от заданного момента впрыска ТТН, вычисляемого на основе цикла впрыска PR, и соответствует моменту впрыска, при котором второй перепад давления ΔР2 превышает первый перепад давления ΔР1.
[0082] При расчете момента впрыска ТТ, вычисляются первое оценочное значение SP1 и второе оценочное значение SP2. Первое оценочное значение SP1 представляет собой расчетное значение давления впрыска Р в случае, когда впрыск выполняется в первой точке перегиба давления мочевины NP после заданного момента впрыска ТТН. Второе оценочное значение SP2 представляет собой расчетное значение давления впрыска Р в случае, когда впрыск выполняется во второй точке перегиба давления мочевины NP. Первое оценочное значение SP1 равно давлению мочевины NP в первой точке перегиба, а второе оценочное значение SP2 равно давлению мочевины NP во второй точке перегиба. Первое оценочное значение SP1 и второе оценочное значение SP2 соответствуют третьему давлению впрыска Р3, которое является давление впрыска Р водного раствора мочевины в случае, когда водный раствор мочевины впрыскивается во второй момент времени, который отличается от заданного момента впрыска ТТН, рассчитанного на основе цикла впрыска PR.
[0083] Вычисляют первый оценочный перепад давления ΔРР1 и второй оценочный перепад давления ΔРР2. Первый оценочный перепад давления ΔРР1 представляет собой абсолютное значение перепада между давлением первого впрыска Р1 и первым оценочным значением SP1, а второй оценочный перепад давления ΔРР2 представляет собой абсолютное значение перепада между давлением первого впрыска Р1 и вторым оценочным значением SP2. Первый оценочный перепад давления ΔРР1 в первой точке перегиба и второй оценочный перепад давления ΔРР2 во второй точке перегиба сопоставляются, а момент времени ТМ, который соответствует точке перегиба наибольшей разницы оценочного давления, устанавливается в качестве момента впрыска ТТ, при котором второй перепад давления ΔР2 максимальный. При установке момента впрыска ТТ, период времени рассчитывается так, чтобы между заданным моментом впрыска ТТН и моментом времени ТМ, соответствующим точке перегиба давления мочевины NP, было наибольшее значение первого оценочного перепада давления ΔРР1 и второго оценочного перепада давления ΔРР2. Вычисленный период времени устанавливается в качестве времени задержки RT, которое добавляется к заданному моменту впрыска ТТН. Результат устанавливается в качестве момента впрыска ТТ при текущем впрыске.
[0084] Давление мочевины NP в первой точке перегиба и давление мочевины NP во второй точке перегиба, оба представляют собой давление мочевины, когда изменение давления является максимальным при однократном изменении цикла давления мочевины NP. Чем больше один из первого оценочного перепада давления ΔРР1 и второго оценочного перепада давления ΔРР2, каждый из которых представляет собой абсолютное значение перепада между давлением первого впрыска Р1 и давлением мочевины NP в точке перегиба, больше, чем первый перепад давления ΔР1, который был рассчитан, тем меньше пороговое значение α.
[0085] Выполнение процесса по увеличению перепада давления заставляет абсолютное значение перепада давления впрыска Р при текущем впрыске быть больше, чем в случае, когда водный раствор мочевины впрыскивается в заданный момент впрыска ТТН, сдвигая точку напора водного раствора мочевины.
[0086] Для выполнения процесса по увеличению перепада давления, давление впрыска Р, когда открывается клапан 230 подачи добавки мочевины, необходимо рассчитать путем оценки давления мочевины NP, которое меняется из-за пульсирующего давления. Устройство 80 управления, таким образом, рассчитывает давление мочевины NP на основе принципа, приведенного ниже.
[0087] На фиг. 5 представлены изменения в давлении мочевины NP из-за пульсирующего давления, то есть изменения в давлении водного раствора мочевины в непосредственной близости от клапана 230 подачи добавки мочевины.
[0088] Как показано на фиг. 5, когда в момент времени t0 клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт, в трубке 240 подачи водного раствора мочевины создают волну давления, которая быстро увеличивает давление мочевины NP. Волна давления многократно отражается от противоположных стенок трубки 240 подачи водного раствора мочевины, то есть, на стыке между клапаном 230 подачи добавки мочевины и баком 210, таким образом, что давление мочевины NP многократно и периодически повышается и понижается. Такое пульсирующее давление мочевины NP постепенно затухает, по мере окончания формирования волны давления. Длина трубки 240 подачи водного раствора мочевины и волны давления, отраженной от противоположных стенок трубки 240 подачи водного раствора мочевины, являются фиксированными значениями для каждого устройства очистки выхлопных газов. Таким образом, давление впрыска Р водного раствора мочевины, которое меняется из-за воздействия пульсирующего давления, может быть рассчитано на основе истекшего времени РТ с момента закрытия клапана 230 подачи добавки мочевины, то есть времени РТ, истекшего с момента окончания впрыска водного раствора мочевины, во время цикла впрыска PR. Поскольку время открытия КТ клапана 230 подачи добавки мочевины очень короткое, степень понижения давления мочевины при открытом клапане является относительно небольшой. Таким образом, давление мочевины NP в момент времени t0, по существу, равно давлению мочевины NP непосредственно перед открытием клапана 230 подачи добавки мочевины, что является целевым значение давления мочевины NP. Степень понижения давления мочевины NP, когда клапан открыт, может быть рассчитана на основе давления мочевины NP и времени открытия КТ клапана до его открытия. Такой расчет, если он проводится, позволяет повысить точность расчета давления мочевины NP в момент времени t0.
[0089] Чем выше коэффициент объемного сжатия водного раствора мочевины, тем заметнее фактор затухания пульсирующего давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины. Обычно, плотность водного раствора мочевины стремится к росту, по мере понижения температуры водного раствора мочевины, и коэффициент объемного сжатия водного раствора мочевины имеет тенденцию к повышению по мере роста плотности. Таким образом, как показано на фиг. 5, чем ниже температура водного раствора мочевины, тем заметнее становится фактор затухания пульсирующего давления. Кроме того, чем выше температура водного раствора мочевины, тем менее заметным становится фактор затухания пульсирующего давления. Поскольку температура водного раствора мочевины в трубке 240 подачи водного раствора мочевины не является постоянной, а меняется, фактор затухания меняется соответствующим образом.
[0090] Таким образом, устройство 80 управления вычисляет оценочные значения давления впрыска Р на основе истекшего времени РТ с момента закрытия клапана 230 подачи добавки мочевины и температуры водного раствора мочевины THn, которая влияет на фактор затухания пульсирующего давления. Оценочные значения давления впрыска Р могут быть вычислены путем получения функционального выражения, имеющего истекшее время РТ и температуру водного раствора мочевины THn в качестве переменных, или путем создания карты пульсирующего давления, имеющей в качестве параметров истекшее время РТ и температуру водного раствора мочевины THn.
[0091] Операция впрыска водного раствора мочевины, которая происходит при выполнении процесса по увеличению перепада давления, будет описана сейчас, как это показано на фиг. 6. Данная операция выполняется многократно устройством 80 управления в каждом заданном цикле, который короче, чем цикл впрыска PR. Различные параметры, относящиеся к процессу по увеличению перепада давления, такие как оценочные значения давления впрыска и перепадов давления, уже описаны. Описание этих параметров в последующем описании процесса повторяться не будет.
[0092] Когда процесс запускается, устройство 80 управления оценивает температуру диффузионной пластины THD, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт в момент цикла впрыска PR (S100). На этапе S100 оценочное значение температуры диффузионной пластины THD вычисляется с использованием последующего выражения (3) на основе температуры выхлопных газов второй очистки ТН2, которая представляет собой температуру выхлопных газов на участке по ходу потока выше диффузионной пластины 60, коэффициента передачи тепла TR, передаваемого от выхлопных газов диффузионной пластине 60, а также величины сброса тепла HR выхлопных газов на участке от местоположения, где измеряют температуру выхлопных газов второй очистки ТН2, до диффузионной пластины 60.
[0093]
[0094] Коэффициент теплопередачи TR определяется на основе скорости потока выхлопных газов и температуры выхлопных газов.
[0095] Как показано на фиг. 7, чем выше скорость потока выхлопных газов, тем выше должно быть установлено значение коэффициента теплопередачи ТР. Кроме того, чем выше температура выхлопных газов, тем выше значение коэффициента теплопередачи TR. Скорость потока выхлопных газов может быть получена исходя из рабочего состояния двигателя или объема всасываемого воздуха GA. Температура выхлопных газов второй очистки ТН2 предпочтительно используют в качестве температуры выхлопных газов.
[0096] Величина сброса тепла HR устанавливается на основе перепада между температурой наружного воздуха THout и температурой выхлопных газов второй очистки ТН2, скорости потока выхлопных газов, добавленного количества мочевины и скорости транспортного средства SPD.
[0097] Как показано на фиг. 8, чем больше перепад между температурой наружного воздуха THout и температурой выхлопных газов второй очистки ТН2, тем большая величина сброса тепла HR будет установлена. Кроме того, чем выше скорость потока выхлопных газов, тем большая величина сброса тепла HR будет установлена. Далее, чем больше добавленное количество мочевины, тем большая величина сброса тепла HR будет установлена. Кроме того, чем выше скорость транспортного средства SPD, тем большая величина сброса тепла HR будет установлена.
[0098] На следующем этапе устройство 80 управления определяет, является ли оценочная температура диффузионной пластины THD меньше, чем пороговое значение THD1 (S110). Пороговое значение THD1 устанавливается на величину, при которой может быть установлено, что температура диффузионной пластины 60 повысилась до некоторой величины, и что, вероятно, не должно произойти падение температуры диффузионной пластины 60 из-за напора струи водного раствора мочевины. Когда температура диффузионной пластины THD не превышает или равна пороговому значению THD1 (S110: НЕТ), устройство 80 управления устанавливает, в качестве момента впрыска при текущем впрыске, заданный момент впрыска ТТН, который получен по циклу впрыска PR, и впрыскивает водный раствор мочевины в установленный момент времени (S210). На этапе S220 устройство 80 управления сохраняет в энергонезависимом ЗУ 80а давление впрыска Р при текущем впрыске, то есть давление впрыска Р при впрыске водного раствора мочевины на этапе S210, и временно завершает процесс.
[0099] В отличие от этого, когда температура диффузионной пластины THD меньше, чем пороговое значение THD1 (S110: ДА), устройство 80 управления получает, в качестве давления первого впрыска Р1, давление впрыска Р при предыдущем впрыске, сохраненное в энергонезависимом ЗУ 80а (S120).
[0100] Затем устройство 80 управления вычисляет давление второго впрыска Р2 вышеописанным способом вычисления (S130). То есть, как показано на фиг. 4, устройство 80 управления вычисляет давление второго впрыска Р2, которое представляет собой давление впрыска Р в случае, когда водный раствор мочевины впрыскивается в заданный момент впрыска ТТН, который является моментом впрыска водного раствора мочевины в текущем цикле впрыска, на основе истекшего времени РТ с момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт, и температуры водного раствора мочевины Thn, которая влияет на фактор затухания пульсирующего давления.
[0101] Далее, устройство 80 управления вычисляет первый перепад давления AP1, который представляет собой абсолютное значение перепада между давлением первого впрыска Р1, полученным на этапе S120, и давлением второго впрыска Р2, полученным на этапе S130 (S140), и определяет, является ли вычисленный первый перепад давления ΔP1 большим или равным пороговому значению a (S150).
[0102] Когда первый перепад давления ΔP1 больше или равен пороговому значению a (S150: ДА), устройство 80 управления устанавливает в качестве момента впрыска при текущем впрыске, заданный момент впрыска ТТН, который получен по циклу впрыска PR, и впрыскивает водный раствор мочевины в установленный момент времени (S210). На этапе S220 устройство 80 управления сохраняет в энергонезависимом ЗУ 80а упомянутое давление впрыска Р при текущем впрыске, то есть давление впрыска Р при впрыске водного раствора мочевины на этапе S210, и временно завершает процесс.
[0103] Напротив, когда первый перепад давления ΔP1 меньше порогового значения α (S150: НЕТ), устройство 80 управления выполняет этап S160 и последующие этапы с целью выполнения процесса по увеличению перепада давления.
[0104] Во-первых, устройство 80 управления выполняет расчет момента впрыска ТТ, при котором перепад давления большой, вышеописанным способом (S160). То есть, как показано на фиг. 4, устройство 80 управления вычисляет первое оценочное значение SP1, которое представляет собой оценочное значение давления впрыска Р в случае, при котором впрыск выполняется в первой точке перегиба давления мочевины NP после заданного момента впрыска ТТН, на основе истекшего времени РТ с момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт, и температуры водного раствора мочевины Thn, которая влияет на фактор затухания пульсирующего давления. То есть устройство 80 управления вычисляет второе оценочное значение SP2, которое представляет собой оценочное значение давления впрыска Р в случае, при котором впрыск выполняется в точке перегиба давления мочевины NP после первой точки перегиба, на основе истекшего времени РТ с момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт, и температуры водного раствора мочевины Thn, которая влияет на фактор затухания пульсирующего давления.
[0105] Затем вычисляют первый оценочный перепад давления ΔРР1 и второй оценочный перепад давления ΔРР2. Первый оценочный перепад давления ΔРР1 представляет собой абсолютную величину перепада между давлением первого впрыска Р1 и первым оценочным значением SP1, а второй оценочный перепад давления ДРР2 представляет собой абсолютную величину перепада между давлением первого впрыска Р1 и вторым оценочным значением SP2. Первый оценочный перепад давления ΔРР1 в первой точке перегиба и второй оценочный перепад давления ΔРР2 во второй точке перегиба сравниваются, и момент впрыска ТМ, который соответствует точке перегиба большей величины, устанавливается в качестве момента времени, при котором перепад давления является наибольшим, то есть, момент впрыска ТТ, при котором второй перепад давления ΔР2 (абсолютная величина перепада между давлением первого впрыска Р1 и давлением третьего впрыска Р3) максимальный.
[0106] Так как второй перепад давления ΔР2, который был вычислен путем выполнения этапа S160, может быть равен первому перепаду давления ΔР1, устройство 80 управления определяет, является ли второй перепад давления ΔР2, который был вычислен путем выполнения этапа S160, равным первому перепаду давления (ΔР1 S170).
[0107] Когда второй перепад давления ΔР2 равен первому перепаду давления ΔР1 (S170: ДА), упомянутый перепад давления меняться не будет, если момент впрыска водного раствора мочевины установлен на заданный момент впрыска ТТН или на момент впрыска ТТ. Таким образом, устройство 80 управления выполняет этап S210 и последующие этапы, описанные выше.
[0108] Напротив, когда второй перепад давления ΔР2 отличается от первого перепада давления ΔP1 (SI70: НЕТ), то упомянутый перепад давления может быть увеличен за счет установки момента впрыска водного раствора мочевины в момент впрыска ТТ, который отличается от заданного момента впрыска ТТН.
[0109] Таким образом, устройство 80 управления вычисляет время задержки RT для получения момента впрыска ТТ (S180).
[0110] На этапе S180 время задержки RT рассчитывается как период времени между заданным моментом впрыска ТТН и моментом времени ТМ, который соответствует точке перегиба давления мочевины NP большей величины, чем первый оценочный перепад давления ΔРР1 и второй оценочный перепад давления ΔРР2.
[0111] Момент времени ТМ рассчитывается на основе истекшего времени РТ, с момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины был закрыт. Другими словами, момент времени ТМ устанавливается со ссылкой на момент закрытия клапана 230 подачи добавки мочевины. С другой стороны, заданный момент впрыска ТТН устанавливается со ссылкой на момент открытия клапана 230 подачи добавки мочевины (более конкретно, момент открытия предыдущего впрыска). Так как момент времени ТМ и заданный момент впрыска ТТН используют различные моменты отсылки, время задержки RT не может быть вычислено путем вычитания заданного момента впрыска ТТН из момента времени ТМ.
[0112] Соответственно, для вычисления времени задержки RT на этапе S180 устройство 80 управления вычисляет время ТА1 с момента закрытия клапана 230 подачи добавки мочевины в момент времени t0 до заданного момента впрыска ТТН и вычисляет время задержки RT путем вычитания расчетного времени ТА1 из истекшего времени РТ1, которое соответствует моменту времени ТМ.
[0113] Затем устройство 80 управления добавляет время задержки RT к заданному моменту впрыска ТТН, чтобы установить момент впрыска ТТ при текущем впрыске (S190).
[0114] Устройство 80 управления устанавливает, в качестве момента впрыска при текущем впрыске, момент впрыска ТТ, установленный на этапе S190, и впрыскивает водный раствор мочевины в установленный момент времени (S200). На этапе S220 устройство 80 управления сохраняет в энергонезависимом ЗУ 80а давление впрыска Р при текущем впрыске, то есть давление впрыска Р при впрыске водного раствора мочевины на этапе S200, и временно завершает процесс.
[0115] Устройство 80 управления, которое выполняет операцию впрыска, функционирует как секция вычисления температуры, которая вычисляет температуру диффузионной пластины 60, секция для получения давления первого впрыска, которая получает, в качестве давления первого впрыска Р1, давление впрыска Р при предыдущем впрыске водного раствора мочевины, секция для вычисления давления второго впрыска, которая вычисляет давление второго впрыска Р2, и секция для вычисления давления третьего впрыска, которая вычисляет давление третьего впрыска Р3.
[0116] Настоящий вариант осуществления изобретения, как описано выше, дает следующие преимущества.
[0117] (1) Когда температура диффузионной пластины THD меньше, чем пороговое значение THD1, первый перепад давления ΔP1 меньше, чем пороговое значение α, а впрыск водного раствора мочевины в момент впрыска ТТ, который отличается от заданного момента впрыска ТТН, будет вызывать второй перепад давления ΔР2, который больше, чем первый перепад давления ΔP1, процесс по увеличению перепада давления выполняется для установки момента впрыска ТТ в качестве момента впрыска водного раствора мочевины. Таким образом, когда первый перепад давления ΔP1 меньше, чем пороговое значение α, при этом будет определено, что смещение ударной струи водного раствора мочевины в текущем цикле впрыска от точки напора струи в предыдущем цикле впрыска будет небольшим, устанавливается момент впрыска ТТ, при котором создается перепад давления, позволяющий увеличить смещение точки напора струи за счет пульсирующего давления. Таким образом, когда температура диффузионной пластина 60 является низкой, предотвращается постоянный напор водного раствора мочевины в одну и ту же точку диффузионной пластины 60, что ограничивает падение температуры в точке диффузионной пластины 60, в которую бьет водный раствор мочевины.
[0118] (2) Процесс по увеличению перепада давления выполняется с целью задержки момента впрыска ТТ водного раствора мочевины относительно заданного момента впрыска ТТН, который получен по циклу впрыска PR. По сравнению со случаем, когда момент впрыска ТТ водного раствора мочевины выполняется с опережением относительно заданного момента впрыска ТТН, который получен по циклу впрыска PR, время вычисления момента впрыска ТТ увеличивается. Это уменьшает вычислительную нагрузку на устройство 80 управления при установке момента впрыска ТТ водного раствора мочевины.
[0119] (3) Вычисляется момент впрыска водного раствора мочевины, при котором второй перепад давления ΔР2 максимальный, а момент впрыска ТТ водного раствора мочевины задерживается относительно вычисленного момента впрыска. Таким образом, водный раствор мочевины впрыскивается в тот момент времени, при котором абсолютное значение перепада между давлением впрыска Р при предыдущем впрыске и давлением впрыска Р при текущем впрыске максимальное. Поэтому, когда точка напора струи водного раствора мочевины смещается за счет пульсирующего давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины, то точка попадания напора струи водного раствора мочевины в текущем впрыске максимально смещается от точки попадания напора струи водного раствора мочевины в предыдущем впрыске водного раствора мочевины.
[0120] (4) В цикле впрыска PR определяется, является ли температура диффузионной пластины THD, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт, меньше, чем пороговое значение THD1. Таким образом, определяют, является ли температура диффузионной пластины 60 ниже, чем пороговое значение THD1 перед резким понижением температуры диффузионной пластины 60 за счет впрыска водного раствора мочевины. Таким образом, процесс по увеличению перепада давления может быть выполнена до того, как температура диффузионной пластины 60 резко упадет за счет ударной струи водного раствора мочевины. Это гарантированно устанавливает предел падения температуры диффузионной пластины 60.
[0121] (5) Когда выполняется процесс по увеличению перепада давления, момент впрыска водного раствора мочевины изменяется, чтобы отличаться от заданного момента впрыска ТТН, который получен по циклу впрыска PR. Это может изменить характеристики очистки выхлопных газов. Например, если при выполнении процесса по увеличению перепада давления момент впрыска ТТ водного раствора мочевины при текущем впрыске устанавливается с задержкой от заданного момента впрыска ТТН, общее количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого через клапан 230 подачи добавки мочевины, вероятно, будет недостаточным относительно того количества, которое необходимо для удаления NOx, в период дольше, чем цикл впрыска PR. Это может изменить характеристики очистки выхлопных газов.
[0122] В связи с этим, в описанном выше варианте осуществления, когда температура диффузионной пластины THD выше или равна пороговому значению THD1 (S100: НЕТ), и эта температура диффузионной пластины 60 вряд ли понизится от напора струи водного раствора мочевины, момент впрыска водного раствора мочевины устанавливается на заданный момент впрыска ТТН, который получен по заранее определенному циклу впрыска PR. Соответственно, водный раствор мочевины впрыскивается по заданному циклу впрыска PR. Это ограничивает изменение характеристики очистки выхлопных газов из-за изменения момента впрыска.
[0123] (6) Когда первый перепад давления ΔP1 больше или равен пороговому значению a (S150: ДА) и точка напора водного раствора мочевины впрыскивается в текущем цикле впрыска PR будет смещаться, по меньшей мере, в некоторой степени от точки напора водного раствора мочевины в предыдущем впрыске, момент впрыска водного раствора мочевины устанавливается на заданный момент впрыска ТТН, который получают из заранее определенного цикла впрыска PR. В этом случае также, водный раствор мочевины впрыскивается по заданному циклу впрыска PR. Это ограничивает изменение характеристик очистки выхлопных газов из-за изменения угла опережения зажигания, описанного выше.
[0124] (7) Давление второго впрыска Р2 и давление третьего впрыска Р3 вычисляют на основе истекшего времени РТ с момента, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт, и температура водного раствора мочевины Thn в трубке 240 подачи водного раствора мочевины. Поэтому, давление впрыска Р, когда имеется пульсирующее давление, может быть реально вычислено, и точность расчета давления впрыска Р повышается.
[0125] (8) Температуру диффузионной пластины THD вычисляют на основе температуры выхлопных газов на участке выше по потоку от диффузионной пластины 60, коэффициента передачи тепла TR, передаваемого от выхлопных газов диффузионной пластине 60, а также величины сброса тепла HR на участке от местоположения, где измеряют температуру выхлопных газов, до диффузионной пластины 60. Поскольку температуру диффузионной пластины 60 вычисляют с учетом теплового баланса диффузионной пластины 60, температура диффузионной пластины 60 вычисляется с точностью.
[0126] (9) Клапан 230 подачи добавки мочевины расположен в месте сгиба выхлопного канала 26. Это увеличивает степень изменений в точке напора струи водного раствора мочевины во время выполнения процесс по увеличению перепада давления, и тем самым дополнительно ограничивает падение температуры диффузионной пластина 60 из-за ударной струи водного раствора мочевины.
[0127] Второй вариант осуществления
[0128] Устройство очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления будет описано ниже со ссылкой на фиг. 9 и фиг. 10.
[0129] В разделе (А) на фиг. 9 показан способ, при котором клапан 230 подачи добавки мочевины впрыскивает водный раствор мочевины, когда водный раствор мочевины добавляется в каждом цикле впрыска PR. В разделе (В) на фиг. 9 показан способ, при котором клапан 230 подачи добавки мочевины впрыскивает водный раствор мочевины, когда выполнение процесса по увеличению перепада давления задает момент впрыска ТТ водного раствора мочевины при текущем впрыске с задержкой от заданного момента впрыска ТТН.
[0130] Как показано на фиг. 9, водный раствор мочевины N изначально впрыскивается в определенный момент времени t2 согласно установке заданного момента впрыска ТТН. Впрыск водного раствора мочевины N задерживается до определенного момента времени t3 за счет установки момента впрыска ТТ при выполнении процесса по увеличению перепада давления. Это может вызвать следующие недостатки. То есть, общее количество водного раствора мочевины, впрыскиваемое через клапан 230 подачи добавки мочевины в период, который больше, чем цикл впрыска PR, вероятно, будет недостаточно относительно количества, необходимого для удаления NOx за этот же период. Это может понизить характеристики очистки выхлопных газов.
[0131] Соответственно, в настоящем варианте осуществления, когда задержка момента впрыска водного раствора мочевины будет уменьшать общее количество впрыскиваемого водного раствора мочевины за определенный период до уровня ниже, чем полное количество впрыска, необходимое за тот же период, выполняется следующий процесс. То есть, как показано в разделе (В) на фиг. 9, выполняется кратковременный впрыск NS, при котором количество водного раствора мочевины, которое меньше, чем количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого в каждом цикле впрыска PR, впрыскивается в момент времени, который раньше, чем момент впрыска ТТ, установленный при выполнении процесса по увеличению перепада давления.
[0132] Процесс впрыска водного раствора мочевины согласно настоящему варианту осуществления выполняется за счет изменения части процесса впрыска, представленного на фиг. 6. Ниже процесс впрыска по настоящему варианту осуществления, будет описан с обращением внимания на отличия от процесса впрыска на фиг. 6.
[0133] На фиг. 10 показана последовательность операций процесса впрыска по настоящему варианту осуществления.
[0134] В настоящем варианте осуществления, когда результат определения на этапе S170 на фиг. 6 является отрицательным, выполняется этап S180. На этапе S180 вычисляется время задержки RT для момента впрыска. Далее, на этапе S190 устанавливается момент впрыска ТТ при текущем впрыске. Затем устройство 80 управления определяет, является ли установленное время задержки RT большим или равным пороговому значению RT1 (S300). Пороговое значение RT1 определяется таким образом, что, когда время задержки RT больше или равно пороговому значению RT1, можно достоверно определить, что количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого через клапан 230 подачи добавки мочевины за определенный период, вероятно, будет недостаточным относительно количества, необходимого для удаления NOx за тот же период. Кроме метода определения с использованием времени задержки RT могут быть применены другие методы. Например, может определяться общее количество впрыскиваемого водного раствора мочевины за определенный период, когда момент впрыска при текущем впрыске выполняется с задержкой, при выполнении процесса по увеличению перепада давления, а также может определяться, является ли общее расчетное количество впрыска меньшей величиной, чем общее количество впрыска, необходимое за тот же период.
[0135] Когда время задержки RT меньше, чем пороговое значение RT1 (S300: НЕТ), устройство 80 управления устанавливает, в качестве момента впрыска при текущем впрыске, момент впрыска ТТ, установленный на этапе S190, и впрыскивает водный раствор мочевины в установленный момент времени (S200), таким же образом, как и в первом варианте осуществления. На этапе S220 устройство 80 управления запоминает в энергонезависимом ЗУ 80а давление впрыска Р для текущего впрыска, то есть давление впрыска Р при впрыске водного раствора мочевины на этапе S200, и временно завершает процесс.
[0136] Напротив, когда время задержки RT больше чем или равно пороговому значению RT1 (S300: ДА), устройство 80 управления выполняет кратковременный впрыск водного раствора мочевины в заданный момент впрыска ТТН (S310). После выполнения кратковременного впрыска устройство 80 управления устанавливает, в качестве момент впрыска при текущем впрыске, момент впрыска ТТ, установленный на этапе S190, и впрыскивает водный раствор мочевины в установленный момент времени (S200) таким же образом, как и в первом варианте осуществления. На этапе S220 устройство 80 управления запоминает в энергонезависимом ЗУ 80а давление впрыска Р при текущем впрыске, то есть давление впрыска Р при впрыске водного раствора мочевины на этапе S200, и временно завершает процесс.
[0137] Настоящий вариант осуществления изобретения, как описано выше, обеспечивает следующие преимущества.
[0138] (10) Когда определено, что выполнение процесса по увеличению перепада давления приводит к тому, что общее количество впрыска водного раствора мочевины за определенный период становится меньше требуемого общего количества впрыска (S300: ДА), выполняется кратковременный впрыск водного раствора мочевины. Это компенсирует недостаток количества впрыскиваемого водного раствора мочевины за тот же период.
[0139] Количество впрыскиваемого водного раствора мочевины для кратковременного впрыска устанавливается меньшим, чем количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого в каждом цикле впрыска PR. Таким образом, за счет кратковременного впрыска предотвращается избыточная подача водного раствора мочевины.
[0140] Третий вариант осуществления
[0141] Устройство очистки выхлопных газов для двигателя внутреннего сгорания согласно третьему варианту осуществления будет описано далее со ссылкой на фиг. 11 и фиг. 12.
[0142] Длинная штрихпунктирная линия L1 на фиг. 11 относится к случаю, при котором происходит затухание волны давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины. В этом случае, даже если момент впрыска водного раствора мочевины при текущем впрыске устанавливается отличным от заданного момента впрыска ТТН, второй перепад давления ΔР2 не может быть больше, чем первый перепад давления ΔP1.
[0143] Таким образом, в настоящем варианте осуществления, если затухание волны давления дошло до уровня, при котором второй перепад давления ΔР2 не может быть больше, чем первый перепад давления ΔP1, выполняется кратковременный впрыск NS, при котором впрыскиваемое количество водного раствора мочевины меньше, чем количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого в каждом цикле впрыска PR. Выполнение кратковременного впрыска NS вызывает волну давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины, как показано сплошной линией на фиг. 11. Это позволяет второму перепаду давления ΔР2 быть больше первого перепада давления ΔP1.
[0144] Момент впрыска, при котором давление мочевины NP переключается с повышения на понижение из-за волны давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины, то есть, момент, при котором форма волны давления образует вершину, такую же, как в момент, когда волна давления, образовавшаяся в трубке 240 подачи водного раствора мочевины, доходит до клапана 230 подачи добавки мочевины. Выполнение кратковременного впрыска в такой момент для открытия клапана 230 подачи добавки мочевины позволяет волне давления, которая дошла до клапана 230 подачи добавки мочевины, проходить через клапан 230 подачи добавки мочевины, избегая отражения клапаном 230 подачи добавки мочевины, и сброситься наружу из клапана 230 подачи добавки мочевины. Волна давления, таким образом, пропадает во внутренней части трубки 240 подачи водного раствора мочевины, и пульсация давления ослабевают. Это стабилизирует давление мочевины NP в трубке 240 подачи водного раствора мочевины, повышая точность оценки, когда оценивается давление впрыска водного раствора мочевины.
[0145] Таким образом, в настоящем варианте осуществления, кратковременный впрыск выполняется в момент времени, в котором давление мочевины NP переключается с повышения на понижение из-за пульсации давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины (момент t1 времени на фиг. 11) как показано на фиг. 11.
[0146] Как показано на фиг. 11, волна давления образуется от кратковременного впрыска в момент времени t1. После этого, когда впрыск мочевины выполняется в момент времени, при котором давление мочевины NP переключается с повышения на понижение (момент времени t2), волна давления исчезает по той же причине, что и в случае, когда кратковременный впрыск выполняется в момент времени t1. Таким образом, как показано двойной штрихпунктирной линией L2, волна давления ослабевает.
[0147] Процесс впрыска водного раствора мочевины в настоящем варианте осуществления выполняется за счет изменения части процесса впрыска на фиг. 6. В дальнейшем процесс впрыска по настоящему варианту осуществления, будет описан с обращением внимания на отличия от процесса впрыска на фиг. 6.
[0148] На фиг. 12 представлена блок-схема последовательности операций для впрыска водного раствора мочевины по настоящему варианту осуществления.
[0149] В настоящем варианте осуществления, когда результат определения на этапе S170 на фиг. 6 является отрицательным, то устройство 80 управления определяет, является ли второй перепад давления ΔР2 меньшей величиной, чем первый перепад давления ΔP1 (S400). Если второй перепад давления ΔР2 больше или равен первому перепаду давления ΔP1 (S400: НЕТ), устройство 80 управления выполняет этап S180 и последующие этапы, как в первом варианте осуществления.
[0150] Напротив, если второй перепад давления ΔР2 меньше, чем первый перепад давления ΔP1 (S400: ДА), устройство 80 управления выполняет кратковременный впрыск водного раствора мочевины в момент образования вершины колебательного сигнала пульсации давления (S410). Затем, устройство 80 управления производит поиск момента впрыска ТТ, при котором перепад давления является таким же большим, как на этапе S160 (S420). Далее, устройство 80 управления устанавливает найденный момент впрыска ТТ, при котором второй перепад давления ΔР2 является максимальным, в качестве момента впрыска водного раствора мочевины и впрыскивает водный раствор мочевины в установленный момент времени (S430). На этапе S220 устройство 80 управления запоминает в энергонезависимом ЗУ 80а давление впрыска Р при текущем впрыске, то есть, давление впрыска Р при впрыске водного раствора мочевины на этапе S430, и временно завершает процесс.
[0151] Настоящий вариант осуществления изобретения, как описано выше, обеспечивает следующие преимущества.
[0152] (11) Когда второй перепад давления ΔР2 не может быть больше, чем первый перепад давления ΔP1 из-за затухания волны давления, выполняется кратковременный впрыск, при котором впрыскивается такое количество водного раствора мочевины, которое меньше, чем количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого при каждом цикле впрыска PR. Это создает пульсацию давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины, позволяя второму перепаду давления ΔР2 быть больше, чем первый перепад давления ΔP1.
[0153] Количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого за счет кратковременного впрыска, также устанавливается меньшим, чем количество водного раствора мочевины, впрыскиваемого при каждом цикле впрыска PR. Таким образом, предотвращается избыточная подача водного раствора мочевины за счет кратковременного впрыска.
[0154] (12) Кратковременный впрыск выполняется в момент времени, в котором давление мочевины NP, являющееся давлением водного раствора мочевины, подаваемым в клапан 230 подачи добавки мочевины, переключается с повышения на понижение из-за пульсации давления в трубке 240 подачи водного раствора мочевины. Таким образом, волна давления исчезает из внутренней части трубки 240 подачи водного раствора мочевины, и пульсация давления ослабевает, что стабилизирует давление водного раствора мочевины в трубке 240 подачи водного раствора мочевины. Это повышает точность оценки, когда оценивается давление впрыска Р водного раствора мочевины.
[0155] Варианты осуществления, описанные выше, могут быть модифицированы следующим образом.
[0156] Как показано на этапе S160 на фиг. 6, первый оценочный перепад давления ΔРР1 в первой точке перегиба и второй оценочный перепад давления ΔРР2 во второй точке перегиба сравниваются друг с другом, и момент времени ТМ, который соответствует точке перегиба наибольшего перепада давления, устанавливается в качестве момента впрыска ТТ в приведенных выше вариантах осуществления.
[0157] В качестве альтернативного варианта, когда как первый оценочный перепад давления ΔРР1 в первой точке перегиба, так и второй оценочный перепад давления ΔРР2 во второй точке перегиба больше, чем первый перепад давления ΔP1, при этом первый оценочный перепад давления ΔРР1 в первой точке перегиба и второй оценочный перепад давления ΔРР2 во второй точке перегиба можно сравнивать друг с другом. Момент времени, который соответствует точке перегиба меньшего перепада давления, может быть установлен в качестве момента впрыска ТТ. Даже в этом случае, по меньшей мере, перепад давления при впрыске водного раствора мочевины больше, чем первый перепад давления ΔP1. Таким образом, предотвращается от постоянного напора струи водного раствора мочевины в одну и ту же точку диффузионной пластины 60, что ограничивает падение температуры в упомянутой точке диффузионной пластины 60, в которую направлен удар струи водного раствора мочевины.
[0158] В приведенных выше вариантах осуществления момент впрыска водного раствора мочевины вычисляется когда второй перепад давления ΔР2 является максимальным, а момент впрыска ТТ водного раствора мочевины при текущем впрыске задерживается относительно оценочного момента впрыска. В качестве альтернативного варианта, как показано на фиг. 13, момент впрыска ТТ водного раствора мочевины при текущем впрыске может быть задержан до момента времени, при котором, по меньшей мере, второй перепад давления ΔР2 превышает первый перепад давления ΔP1. В этом случае обеспечиваются преимущества, за исключением преимущества (3). В данной модификации, поскольку необходимо только, чтобы, по меньшей мере, второй перепад давления ΔР2 превышал первый перепад давления ΔP1, увеличенный второй перепад давления ΔР2 может быть меньше, чем пороговое значение а. То есть, этап S150 может быть опущен. В этом случае, момент впрыска водного раствора мочевины устанавливается таким образом, чтобы, по меньшей мере, второй перепад давления ΔР2 превышал первый перепад давления ΔP1. Таким образом, по сравнению со случаем, при котором процесса по увеличению перепада давления не выполняется, смещение точки напора водного раствора мочевины при текущем впрыске относительно точки напора струи в предыдущем впрыске водного раствора мочевины может быть увеличено. Это ограничивает падение температуры упомянутой точке диффузионной пластины 60, в которую направлен удар струи водного раствора мочевины.
[0159] В приведенных выше вариантах осуществления, момент впрыска водного раствора мочевины может быть задержан так, чтобы выполняться позже, чем заданный момент впрыска ТТН, с тем, чтобы второй перепад давления ΔР2 превышал первый перепад давления ΔP1. В качестве альтернативного варианта, момент впрыска водного раствора мочевины может выполняться с опережением, раньше, чем заданный момент впрыска ТТН, с тем, чтобы второй перепад давления ΔР2 превышал первый перепад давления ΔP1. В этом случае обеспечиваются преимущества, за исключением преимущества (2).
[0160] В описанных выше вариантах осуществления, при вычислении второго давления впрыска Р2 и третьего давления впрыска Р3, температура водного раствора мочевины Thn может быть опущена. Даже в случае возникновения пульсации давления, давление впрыска Р может быть с точностью вычислено.
[0161] В описанных выше вариантах осуществления оценивается температура диффузионной пластины THD, когда клапан 230 подачи добавки мочевины закрыт в цикле впрыска PR. Однако температура диффузионной пластины THD может оцениваться и для других моментов времени. В этом случае обеспечиваются преимущества, за исключением преимущества (4).
[0162] В вышеописанных вариантах осуществления, температура диффузионной пластины THD оценивается на основе температуры выхлопных газов на участке выше по потоку от диффузионной пластины 60, коэффициента передачи тепла TR, передаваемого от выхлопных газов диффузионной пластине 60, а также величины сброса тепла HR на участке от местоположения, где измеряют температуру выхлопных газов, до диффузионной пластины 60. Тем не менее температура диффузионной пластины THD может быть оценена на основе других параметров. В качестве альтернативного варианта, температура диффузионной пластины 60 может быть с точностью измерена датчиком.
[0163] Во втором варианте осуществления, кратковременный впрыск выполняется в заданный момент впрыска ТТН. Тем не менее кратковременный впрыск может быть выполнен в другие моменты времени.
[0164] В третьем варианте осуществления, кратковременный впрыск выполняется в момент образования вершины колебательного сигнала пульсации давления. Тем не менее кратковременный впрыск может быть выполнен в другие моменты времени. В этом случае обеспечиваются преимущества, за исключением преимущества (12).
[0165] В приведенных выше вариантах осуществления, клапан 230 подачи добавки мочевины размещен в месте изгиба выхлопного канала 26. Тем не менее клапан 230 подачи добавки мочевины может быть размещен в других местах, например, в прямом участке выхлопного канала 26. Даже в таких участках выхлопного канала 26, которые не изогнуты, выхлопные газы завихряются или текут неравномерно, а поток выхлопных газов влияет на направление водного раствора мочевины, впрыскиваемого через клапан 230 подачи добавки мочевины. Поэтому, даже если клапан 230 подачи добавки мочевины размещен в выхлопном канале 26 в ином, а не в изогнутом месте, выполнение процесса по увеличению перепада давления достигает тех же преимуществ, что и в вышеописанных вариантах осуществления и их модификациях.
[0166] Поэтому представленные примеры и варианты осуществления должны рассматриваться как иллюстрации и неограничивающие настоящее изобретение, не должны быть ограничены параметрами, указанными в настоящих материалах, но могут быть модифицированы в пределах объема и эквивалентности прилагаемой формулы изобретения.