專利名稱：還原劑供給裝置的控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在排氣凈化裝置中使用的還原劑供給裝置及控制方法。特別涉及將尿 素溶液作為還原劑使用、并且使用來(lái)將內(nèi)燃機(jī)冷卻的冷卻水循環(huán)而進(jìn)行還原劑噴射閥的冷 卻的結(jié)構(gòu)的還原劑供給裝置及還原劑供給裝置的控制方法。
背景技術(shù)：
以往，在從柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)排出的排氣氣體之中，包含有可能對(duì)環(huán)境帶來(lái)影響的氮氧化物(以下稱作NOx)。作為為了將該NOx凈化而使用的排氣凈化裝置，已知有在配設(shè) 于排氣通路中的還原催化劑的上游側(cè)將尿素溶液等液體還原劑噴射供給到排氣氣體中、在 還原催化劑中將NOx有選擇地還原凈化的排氣凈化裝置(SCR系統(tǒng))。作為這樣的排氣凈化裝置的一種形態(tài)，有將液體還原劑朝向固定在排氣管上的還 原劑噴射閥壓送、通過(guò)開(kāi)閉控制還原劑噴射閥而將液體還原劑噴射供給到排氣管內(nèi)的方式 的排氣凈化裝置。在這樣的方式的排氣凈化裝置中，在使用尿素溶液作為液體還原劑的情 況下，如果尿素溶液變得過(guò)度高溫，則在尿素溶液被從還原劑噴射閥噴射之前尿素加水分 解而結(jié)晶化，液體還原劑的供給系統(tǒng)有可能部分地或完全地堵塞。著眼于這一點(diǎn)，為了將 尿素溶液的溫度維持得足夠低，提出了通過(guò)充分的尿素溶液的供給速度和熱交換流體的路 徑、在熱交換時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑等熱交換流體相對(duì)于管線或噴射器通過(guò)的削減NOx排出的 方法(參照專利文獻(xiàn)1)。此外，作為該還原劑噴射閥使用的電磁控制式閥盡管其控制部分及樹(shù)脂部分耐熱 性較差但直接安裝在排氣管上，所以容易因從排氣管傳遞的熱而受到熱損傷。所以，提出了雖然是使用燃料(HC)作為還原劑的結(jié)構(gòu)、但能夠提高向NOx催化劑 的還原劑添加用噴射器的耐久性的柴油機(jī)的排氣凈化裝置。更具體地講，公開(kāi)了一種排氣 凈化裝置，是具備夾裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路中的NOx催化劑、和設(shè)在比NO5JI化劑靠排氣通 路的上游側(cè)部分的NOx還原劑添加用的噴射器的柴油機(jī)的排氣凈化裝置，具備設(shè)在噴射器 中的冷卻水通路、將冷卻水通路與發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水通路連接的循環(huán)通路、和使冷卻水經(jīng)由 循環(huán)通路在冷卻水通路與發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水路徑之間循環(huán)的循環(huán)機(jī)構(gòu)(參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1特表2001-518830號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求11，第8頁(yè)第7行 第10行)專利文獻(xiàn)2特開(kāi)平9-96212號(hào)公報(bào)(全文，所有附圖)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水循環(huán)而將還原劑噴射閥冷卻的情況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的 冷卻水的循環(huán)量較大量，所以將還原劑噴射閥高效率地冷卻，另一方面，由于冷卻水的循環(huán) 量是大量的，所以有將還原劑噴射閥過(guò)度冷卻的情況。結(jié)果，除了在專利文獻(xiàn)1中著眼那樣 的、尿素溶液變?yōu)楦邷囟谶€原劑供給系統(tǒng)內(nèi)分解帶來(lái)的尿素的結(jié)晶化以外，還有可能在 還原劑噴射閥的噴孔附近發(fā)生溶劑自然蒸發(fā)帶來(lái)的尿素結(jié)晶化。S卩，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水被保持在例如70 80°C左右，所以如果對(duì)還原劑噴射閥循環(huán)的冷卻水的循環(huán)量為大量，則有還原劑噴射閥的溫度被冷卻到例如80 100°C左右的情況。另一方面，流入到還原劑供給閥中的尿素水溶液即使受到還原劑噴射閥的熱的影響， 也在被維持為不到100°C的溫度的狀態(tài)下被送往噴孔。因而，從還原劑噴射閥噴射的尿素水 溶液在較接近于大氣壓的狀態(tài)的排氣通路內(nèi)成為沸點(diǎn)以下，所以不迅速地氣化而容易附著 在噴孔附近。被維持為不到100°c的尿素水溶液在較接近于大氣壓的環(huán)境下成為容易產(chǎn)生 因作為溶劑的水分的自然蒸發(fā)帶來(lái)的析出的狀態(tài)，并且再加上在還原劑噴射閥的噴孔附近 產(chǎn)生排氣氣體的流動(dòng)，成為更容易發(fā)生尿素水溶液中的水分的自然蒸發(fā)的狀態(tài)，促進(jìn)了尿 素的析出。如果發(fā)生這樣的、還原劑噴射閥的噴孔附近的尿素的結(jié)晶化，則會(huì)給尿素水溶液 的噴霧帶來(lái)不良影響，并且還有可能發(fā)生噴孔的堵塞。所以，本發(fā)明的發(fā)明者們進(jìn)行了專心努力，發(fā)現(xiàn)通過(guò)在使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水循環(huán)而 進(jìn)行尿素溶液的冷卻的結(jié)構(gòu)的還原劑供給裝置中裝備控制冷卻水的循環(huán)量的機(jī)構(gòu)、能夠解 決這樣的問(wèn)題，完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的目的是提供通過(guò)根據(jù)還原劑噴射閥的溫度調(diào)節(jié) 冷卻水的循環(huán)量、能夠防止還原劑噴射閥的熱損傷、并且能夠防止液體還原劑被過(guò)度冷卻 帶來(lái)的尿素溶液的結(jié)晶化的還原劑供給裝置及其控制方法。根據(jù)本發(fā)明，提供一種還原劑供給裝置，在將尿素溶液作為還原劑噴射供給到配 設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的還原催化劑的排氣上游側(cè)、在還原催化劑中將排氣氣體中的氮 氧化物還原凈化的排氣凈化裝置中使用，具備在還原催化劑的排氣上游側(cè)固定在排氣管上 的還原劑噴射閥，其特征在于，具備冷卻水循環(huán)通路，用來(lái)為了將還原劑噴射閥冷卻而使 內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)；流量控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)在冷卻水循環(huán)通路中流動(dòng)的 冷卻水的流量；溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，用來(lái)檢測(cè)還原劑噴射閥的溫度；控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)基于還原劑 噴射閥的溫度控制流量控制機(jī)構(gòu)；能夠解決上述問(wèn)題。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的還原劑供給裝置時(shí)，優(yōu)選的是，控制機(jī)構(gòu)控制流量控制機(jī) 構(gòu)，以將還原劑噴射閥的溫度維持為不到還原劑噴射閥的耐熱溫度。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的還原劑供給裝置時(shí)，優(yōu)選的是，控制機(jī)構(gòu)控制流量控制機(jī) 構(gòu)，以將還原劑噴射閥的溫度維持為尿素溶液的沸點(diǎn)以上。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的還原劑供給裝置時(shí)，優(yōu)選的是，溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)基于排氣氣體 的溫度、排氣氣體的流量、液體還原劑的溫度、冷卻水的溫度、外界氣體溫度、以及從還原劑 噴射閥的噴射供給量中的至少一個(gè)運(yùn)算還原劑噴射閥的前端溫度。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的還原劑供給裝置時(shí)，優(yōu)選的是，在設(shè)冷卻水循環(huán)通路、流量 控制機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)分別為第1冷卻水循環(huán)通路、第1流量控制機(jī)構(gòu)、以及第1控制機(jī)構(gòu) 時(shí)，具備第2冷卻水循環(huán)通路，為了調(diào)節(jié)儲(chǔ)存尿素溶液的儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素溶液的溫度而使 內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)；第2流量控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)在第2冷卻水循環(huán)通路中 流動(dòng)的冷卻水的流量；第2控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)基于儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素溶液的溫度控制第2流量控 制機(jī)構(gòu)。此外，本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種還原劑供給裝置的控制方法，所述還原劑供 給裝置在將液體還原劑噴射供給到配設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的還原催化劑的排氣上游 側(cè)、在還原催化劑中將排氣中的氮氧化物還原凈化的排氣凈化裝置中使用，具備在還原催 化劑的排氣上游側(cè)固定在排氣管上的還原劑噴射閥，所述還原劑供給裝置的控制方法的特 征在于，通過(guò)使內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)而將還原劑噴射閥冷卻；檢測(cè)還原劑噴射閥的溫度，并控制冷卻水的流量，以將燃料控制閥的溫度維持在規(guī)定范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的還原劑供給裝置，利用內(nèi)燃機(jī)的冷卻水，高效率地冷卻還原劑噴射 閥，并且一邊檢測(cè)還原劑噴射閥的前端溫度，一邊根據(jù)其溫度調(diào)節(jié)冷卻水的流量，所以防止 還原劑噴射閥過(guò)度冷卻。因而，防止還原劑噴射閥的熱損傷，并且防止還原劑噴射閥的噴孔 附近處的尿素的結(jié)晶化而實(shí)現(xiàn)還原劑的穩(wěn)定的噴霧。此外，在本發(fā)明的還原劑供給裝置中，控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以使還原劑噴射閥的溫 度維持為不到耐熱溫度，由此可靠地防止還原劑噴射閥的熱損傷。此外，在本發(fā)明的還原劑供給裝置中，控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制以使還原劑噴射閥的溫 度維持在尿素溶液的沸點(diǎn)以上，由此，暴露在排氣管內(nèi)的尿素溶液與排氣熱相互結(jié)合迅速 氣化，可靠地防止在噴孔附近處的尿素的結(jié)晶化。此外，在本發(fā)明的還原劑供給裝置中，溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)是運(yùn)算還原劑噴射閥的前端 溫度的機(jī)構(gòu)，由此不新使用溫度傳感器，能夠利用以往的裝置結(jié)構(gòu)推定還原劑噴射閥的前 端溫度O
此外，在本發(fā)明的還原劑供給裝置中，利用內(nèi)燃機(jī)的冷卻水調(diào)節(jié)儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素 溶液的溫度，由此防止尿素溶液的溫度為沸點(diǎn)以下的狀態(tài)下從還原劑噴射閥噴射，更可靠 地防止在噴孔附近處的尿素的結(jié)晶化。此外，根據(jù)本發(fā)明的還原劑供給裝置的控制方法，在使內(nèi)燃機(jī)的冷卻水循環(huán)而冷 卻還原劑噴射閥時(shí)，基于還原劑噴射閥的溫度調(diào)節(jié)冷卻水的循環(huán)量，由此防止還原劑噴射 閥的熱損傷，并且防止還原劑噴射閥過(guò)度冷卻帶來(lái)的尿素的結(jié)晶化。因而，實(shí)現(xiàn)還原劑的穩(wěn) 定的噴霧。


圖1是表示排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2是表示裝備在排氣凈化裝置中的還原劑供給裝置控制裝置(DCU)的結(jié)構(gòu)例的 框圖。圖3是表示使用內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的還原劑噴射閥的溫度控制的一例的流程圖。圖4是表示使用內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的尿素水溶液的溫度控制的一例的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對(duì)有關(guān)本發(fā)明的還原劑供給裝置及還原劑供給裝置的控制方法 的實(shí)施方式具體地說(shuō)明。但是，該實(shí)施方式表示本發(fā)明的一種形態(tài)，并不限定本發(fā)明，在本 發(fā)明的范圍內(nèi)能夠任意地變更。另外，在各個(gè)圖中，關(guān)于賦予相同附圖標(biāo)記的部分表示相同的部件而適當(dāng)省略說(shuō) 明。1、排氣凈化裝置首先，參照?qǐng)D1對(duì)裝備有本實(shí)施方式的還原劑供給裝置的排氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)的 一例進(jìn)行說(shuō)明。圖1所示的排氣凈化裝置10是將作為液體還原劑的尿素水溶液噴射供給到配設(shè) 在排氣通路中的還原催化劑13的上游側(cè)、在還原催化劑13中將包含在排氣氣體之中的NOx有選擇地還原凈化的排氣凈化裝置10。該排氣凈化裝置10以配設(shè)在連接到內(nèi)燃機(jī)5的排 氣管11的中途、用來(lái)將包含在排氣氣體中的NOx有選擇地還原的還原催化劑13、和包括用 來(lái)在還原催化劑13的上游側(cè)將尿素水溶液噴射供給到排氣管11內(nèi)的還原劑噴射閥31的 還原劑供給裝置20為主要的要素而構(gòu)成。2、還原劑供給裝置本實(shí)施方式的裝備在排氣凈化裝置10中的還原劑供給裝置20具備在還原催化劑 13的上游側(cè)固定到排氣管11上的還原劑噴射閥31、儲(chǔ)存有尿素水溶液的儲(chǔ)存箱50、包括將 儲(chǔ)存箱50內(nèi)的尿素水溶液對(duì)還原劑噴射閥31壓送的泵41的泵模塊40、和為了控制向排 氣管11內(nèi)噴射供給的還原劑的噴射量而進(jìn)行還原劑噴射閥31及泵41的控制的控制裝置 (以下稱作“DCU =Dosing Control Unit")600此外，泵模塊40與還原劑噴射閥31通過(guò)第 1供給通路58連接，儲(chǔ)存箱50和泵模塊40通過(guò)第2供給通路57連接，進(jìn)而，泵模塊40和 儲(chǔ)存箱50通過(guò)循環(huán)通路59連接。作為還原劑噴射閥31，例如使用通過(guò)DUTY控制來(lái)控制開(kāi)閥的ON-OFF的ON-OFF 閥。從泵模塊40對(duì)還原劑噴射閥31壓送的尿素水溶液被以規(guī)定的壓力維持，當(dāng)通過(guò)從 DCU60傳送來(lái)的控制信號(hào)將還原劑噴射閥31打開(kāi)時(shí)，尿素水溶液被噴射到排氣通路中。
此外，在還原劑噴射閥31中設(shè)有冷卻水通路37，利用內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水進(jìn)行還原 劑噴射閥31的冷卻。在本實(shí)施方式的還原劑供給裝置20的例子中，具備包括還原劑噴射 閥31的冷卻水通路37的第1冷卻水循環(huán)通路85，內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水在冷卻水循環(huán)泵73的 作用下在內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水通路75中循環(huán)，并且從冷卻水通路75分支，也流入到第1冷卻 水循環(huán)通路85中。使流入到第1冷卻水循環(huán)通路85中的冷卻水在中途通過(guò)設(shè)在還原劑噴 射閥31中的冷卻水通路37再次回到內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水通路75中，進(jìn)行還原劑噴射閥31 的冷卻。在該第1冷卻水循環(huán)通路85的比還原劑噴射閥31靠上游側(cè)，具備用來(lái)調(diào)節(jié)在第 1冷卻水循環(huán)通路85中流動(dòng)的冷卻水的流量的第1冷卻水流量控制閥81。作為第1冷卻 水流量控制閥81，例如使用電磁控制式的ON-OFF閥、電磁比例流量控制閥，由后述的DCU60 控制。該第1冷卻水流量控制閥81通常被設(shè)為開(kāi)閥，通過(guò)冷卻水將還原劑噴射閥31冷卻。 另一方面，在還原劑噴射閥31有可能被過(guò)度冷卻的情況下，將第1冷卻水流量控制閥81閉 閥而切斷冷卻水的循環(huán)，或者使第1冷卻水流量控制閥81的開(kāi)度減少而使冷卻水的流量減 少，進(jìn)行調(diào)節(jié)以使還原劑噴射閥31不被過(guò)度冷卻。此外，在連接在還原劑噴射閥31上的第1供給通路58中的、還原劑噴射閥31的入 口部分處，具備用來(lái)檢測(cè)流入到還原劑噴射閥31中的尿素水溶液的溫度的溫度傳感器33。 進(jìn)而，在第1冷卻水循環(huán)通路85中的、還原劑噴射閥31的上游側(cè)的入口部分處，具備用來(lái) 檢測(cè)流入到還原劑噴射閥31中的冷卻水的溫度的溫度傳感器35。由這些溫度傳感器33、 35檢測(cè)到的溫度信息被傳送給D⑶60。此外，在本實(shí)施方式的還原劑供給裝置20中，由從內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水通路75分支 的第1冷卻水循環(huán)通路85中的比第1冷卻水流量控制閥81靠上游側(cè)，還分支設(shè)有第2冷 卻水循環(huán)通路87。該第2冷卻水循環(huán)通路87配設(shè)為，使其通過(guò)儲(chǔ)存箱50內(nèi)，再次合流到第 1冷卻水循環(huán)通路85中。此外，在第2冷卻水循環(huán)通路87中的比儲(chǔ)存箱50靠上游側(cè)，具備 用來(lái)調(diào)節(jié)在第2冷卻水循環(huán)通路87中流動(dòng)的冷卻水的流量的第2冷卻水流量控制閥83。
在該第2冷卻水循環(huán)通路87中循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水是被作為儲(chǔ)存箱50內(nèi)的尿素水溶液的加熱機(jī)構(gòu)使用的。由于內(nèi)燃機(jī)5的冷卻水被維持在例如70 80°C左右，所以 當(dāng)儲(chǔ)存箱50內(nèi)的尿素水溶液的溫度下降時(shí)將第2冷卻水流量控制閥83開(kāi)閥而使冷卻水循 環(huán)到儲(chǔ)存箱50內(nèi)，進(jìn)行控制以使尿素水溶液的溫度不過(guò)度下降、或尿素水溶液不凍結(jié)等。關(guān)于第2冷卻水流量控制閥83，也與第1冷卻水流量控制閥81同樣，使用電磁控 制式的ON-OFF閥或電磁比例流量控制閥，由DCU60控制。即，在儲(chǔ)存有尿素水溶液的儲(chǔ)存 箱50中，具備用來(lái)檢測(cè)箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度的溫度傳感器51，將由溫度傳感器51檢測(cè) 到的值作為信號(hào)對(duì)DCU60輸出，基于該溫度信息控制第2冷卻水流量控制閥83。此外，在泵模塊40中具備泵41，經(jīng)由第2供給通路57將儲(chǔ)存箱50內(nèi)的尿素水溶 液汲上，并且經(jīng)由第1供給通路58向還原劑噴射閥31壓送。該泵41例如由電動(dòng)齒輪泵構(gòu) 成，能夠通過(guò)從DCU60傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行DUTY控制。此外，在第1供給通路58中具備壓力 傳感器43，將由壓力傳感器43檢測(cè)到的值作為信號(hào)輸出給DCU60，控制泵41的驅(qū)動(dòng)DUTY， 以將第1供給通路58內(nèi)的壓力值維持為規(guī)定值。即，在第1供給通路58內(nèi)的壓力比規(guī)定 值下降那樣的狀態(tài)下，進(jìn)行控制以使泵41的驅(qū)動(dòng)DUTY變大，在第1供給通路58內(nèi)的壓力 比規(guī)定值上升那樣的狀態(tài)下，進(jìn)行控制以使泵41的驅(qū)動(dòng)DUTY變小。另外，所謂“泵的驅(qū)動(dòng)DUTY”，是指在PWM(pulse widthmodulation)控制中、每1 周期中泵的驅(qū)動(dòng)時(shí)間所占的比例。此外，在第1供給通路58中具備主過(guò)濾器47，捕集對(duì)還原劑噴射閥31壓送的尿素 水溶液中的異物。此外，從泵41與主過(guò)濾器47之間的第1供給通路58分支設(shè)置有循環(huán)通 路59，連接在儲(chǔ)存箱50上。在該循環(huán)通路59的中途具備節(jié)流孔45，并且在比節(jié)流孔45靠 儲(chǔ)存箱50側(cè)具備壓力控制閥49。通過(guò)具備這樣的循環(huán)通路59，在通過(guò)被基于壓力傳感器 43的檢測(cè)值反饋控制的泵41壓送尿素水溶液的狀態(tài)下，在第1供給通路58內(nèi)的壓力值超 過(guò)了規(guī)定值的情況下，壓力控制閥49開(kāi)閥，使尿素水溶液的一部分回流到儲(chǔ)存箱50內(nèi)。壓 力控制閥49例如使用公知的止回閥等。此外，在泵模塊40中具備換向閥(reverting valve) 71，在還原劑供給裝置20不 進(jìn)行尿素水溶液的噴射控制等的情況下，將包括泵模塊40及還原劑噴射閥31、第1供給通 路58、第2供給通路57等的還原劑供給系統(tǒng)的尿素水溶液回收到儲(chǔ)存箱50中。因而，在 寒冷時(shí)等尿素水溶液不容易凍結(jié)的溫度條件下，在使內(nèi)燃機(jī)5停止、不進(jìn)行還原劑供給裝 置20的控制那樣的情況下，防止還原劑供給系統(tǒng)內(nèi)的尿素水溶液的凍結(jié)，在然后再開(kāi)始內(nèi) 燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使得不會(huì)有堵塞帶來(lái)的噴射不良。該換向閥71例如是具有將尿素水溶液的流路由從儲(chǔ)存箱50朝向泵模塊40的順 方向向從泵模塊40朝向儲(chǔ)存箱50的反方向切換的功能的切換閥，當(dāng)將內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 關(guān)閉時(shí)，通過(guò)將流路切換到反方向而將尿素水溶液回收到儲(chǔ)存箱50內(nèi)。此外，在還原劑供給裝置20的還原劑供給系統(tǒng)的各部位分別具備加熱器92 97。 這些加熱器92 97是為了在寒冷時(shí)等尿素水溶液存在于還原劑供給系統(tǒng)內(nèi)的情況下、防 止尿素水溶液凍結(jié)而部分或完全地將還原劑供給系統(tǒng)堵塞、不能正確地進(jìn)行利用還原劑噴 射閥31的還原劑的噴射控制而裝備的。此外，這些加熱器92 97受DCU60控制通電。例 如，在基于尿素水溶液的溫度及外界氣體溫度等而判斷為處于在還原劑供給系統(tǒng)中尿素水 溶液發(fā)生凍結(jié)那樣的溫度條件下時(shí)，從電池供給電壓而加熱。
關(guān)于這些加熱器92 97也沒(méi)有特別限制，例如使用電熱絲等。3、還原劑供給裝置的控制裝置(D⑶)圖2表示用來(lái)控制本實(shí)施方式的還原劑供給裝置的D⑶60的結(jié)構(gòu)。該D⑶60以由公知的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)為中心構(gòu)成，對(duì)于有關(guān)圖1的第1冷卻水流量控制閥81及第 2冷卻水流量控制閥83的動(dòng)作控制的部分，表示功能性的塊所表示的結(jié)構(gòu)例。本實(shí)施方式的DCU60以檢測(cè)還原劑噴射閥的溫度的噴射閥溫度檢測(cè)部(標(biāo) 記為“Injector-Temp檢測(cè)”)、控制第1冷卻水流量控制閥的第1控制部(標(biāo)記為 “ Injector-Cooling控制”)、和控制第2冷卻水流量控制閥的第2控制部(標(biāo)記為 “Tank-Heating控制”)等為主要的要素而構(gòu)成。這些各部具體而言通過(guò)利用微型計(jì)算機(jī) (未圖示)的程序執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，噴射閥溫度檢測(cè)部檢測(cè)還原劑噴射閥的溫度，將溫度信息傳送給第1控制 部。關(guān)于還原劑噴射閥的溫度的檢測(cè)方法沒(méi)有特別限制，既可以將溫度傳感器裝備在還原 劑噴射閥上而直接檢測(cè)，或者也可以通過(guò)運(yùn)算來(lái)推定。在本實(shí)施方式的DCU60中，噴射閥溫度檢測(cè)部基于根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)推定的 排氣氣體溫度Tg及排氣氣體流量Ve、儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度Tul、流入到還原劑噴 射閥中的尿素水溶液的溫度Tu2、流入到還原劑噴射閥中的冷卻水的溫度Tr、外界氣體溫 度To、從D⑶60向還原劑噴射閥傳送的噴射指示值Qu、以及車輛速度S的各信息，推定還原 劑噴射閥的前端溫度Ti。通過(guò)噴射閥溫度檢測(cè)部推定還原劑噴射閥的前端溫度Ti是因?yàn)?，能夠基于容?發(fā)生尿素水溶液中的水分的蒸發(fā)帶來(lái)的尿素的結(jié)晶化的噴孔附近的溫度控制冷卻水的流 量。此外是因?yàn)?，將還原劑噴射閥加熱是通過(guò)經(jīng)由排氣管傳遞的排氣熱進(jìn)行的，只要將作為 最高溫的還原劑噴射閥的前端部分的溫度維持為耐熱溫度以下，就能夠使還原劑噴射閥整 體成為耐熱溫度以下。另外，在推定還原劑噴射閥的前端溫度Ti時(shí)，不需要參照上述所有的信息，只要 基于它們的一部分信息進(jìn)行推定就可以。此外，在進(jìn)行第1冷卻水流量控制閥的控制的第1控制部中，基于從噴射閥溫度檢 測(cè)部傳送來(lái)的還原劑噴射閥的前端溫度Ti輸出第1冷卻水流量控制閥的開(kāi)閉的控制信號(hào)。例如，在內(nèi)燃機(jī)的通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將第1冷卻水流量控制閥打開(kāi)而使較大量的冷卻 水在第1冷卻水循環(huán)通路85中循環(huán)，以將還原劑噴射閥的前端溫度Ti維持為不到耐熱溫 度。用來(lái)使還原劑噴射閥的樹(shù)脂部分及電磁控制部為耐熱溫度以下的前端溫度Ti根據(jù)還 原劑噴射閥的種類而不同，例如使冷卻水循環(huán)以將前端溫度Ti維持為140 160°C不滿。另一方面，如果還原劑噴射閥被冷卻水過(guò)度冷卻，則在噴孔附近有可能發(fā)生尿素 的結(jié)晶化，所以將第1冷卻水流量控制閥關(guān)閉而將冷卻水切斷，或者使開(kāi)度變小而使冷卻 水的流量下降。例如，為了使通過(guò)噴孔噴射的尿素水溶液迅速地蒸發(fā)而氣化，調(diào)節(jié)冷卻水的 流量以將還原劑噴射閥的前端溫度Ti維持為尿素水溶液的沸點(diǎn)以上。雖然尿素水溶液的 沸點(diǎn)根據(jù)濃度而變動(dòng)，但例如調(diào)節(jié)冷卻水的流量以將前端溫度Ti維持為100 110°C以上。即，在本實(shí)施方式的D⑶60的第1控制部中，基于從噴射閥溫度檢測(cè)部傳送來(lái)的還 原劑噴射閥的前端溫度Ti的信息，反饋控制第1冷卻水流量控制閥的開(kāi)閉，以使還原劑噴 射閥的前端溫度Ti為排氣通路內(nèi)的尿素水溶液的沸點(diǎn)以上、不到還原劑噴射閥的耐熱溫度。結(jié)果，能夠防止還原劑噴射閥的熱損傷、提高耐久性，并且能夠防止還原劑噴射閥的噴 孔附近處的尿素的結(jié)晶化而進(jìn)行穩(wěn)定的尿素水溶液的噴霧。另外，在本實(shí)施方式的例子中，進(jìn)行控制以使還原劑噴射閥的前端溫度Ti成為尿 素水溶液的沸點(diǎn)以上，但只要使得在噴射后尿素水溶液受到排氣熱的影響而迅速地氣化， 前端溫度Ti也可以不到尿素水溶液的沸點(diǎn)。此外，第2控制部基于由裝備在儲(chǔ)存箱內(nèi)的溫度傳感器檢測(cè)到的尿素水溶液的溫 度輸出第2冷卻水流量控制閥的開(kāi)閉的控制信號(hào)。例如，如果儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度為冰點(diǎn)下，則尿素水溶液凍結(jié)而不再能 夠?qū)€原劑噴射閥供給。此外，在超過(guò)冰點(diǎn)下的情況下，例如如果為80°C以上，尿素水溶液 也有可能變質(zhì)。因此，在本實(shí)施方式的DCU60的第2控制部中，在儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度不 到60°C時(shí)，通過(guò)將第2冷卻水流量控制閥打開(kāi)，將儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液加熱，防止尿素水 溶液的凍結(jié)。另一方面，在儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度成為60°C以上時(shí)，通過(guò)將第2冷卻 水流量控制閥關(guān)閉，停止由內(nèi)燃機(jī)的冷卻水進(jìn)行的加熱，防止儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的變 質(zhì)。4、還原劑噴射控制接著，對(duì)通過(guò)裝備在圖1的排氣凈化裝置10中的還原劑供給裝置20進(jìn)行的還原 劑噴射控制進(jìn)行說(shuō)明。在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，儲(chǔ)存箱50內(nèi)的液體還原劑被泵41汲上，向還原劑噴射閥31 壓送。此時(shí)，反饋基于裝備在泵41的下游側(cè)的第1供給通路58中的壓力傳感器43的檢測(cè) 值，進(jìn)行控制以使其表示規(guī)定的壓力值。例如，在檢測(cè)值不到規(guī)定值的情況下提高泵41的 輸出，另一方面，在壓力值超過(guò)規(guī)定值的情況下使泵41的輸出降低并經(jīng)由壓力控制閥49使 液體還原劑回流到儲(chǔ)存箱50中而減壓。由此，將被壓送到還原劑噴射閥31側(cè)的還原劑的 壓力維持為大致一定的值。此外，被從泵模塊40對(duì)還原劑噴射閥31壓送的還原劑被維持為大致一定的壓力 值，當(dāng)還原劑噴射閥31打開(kāi)時(shí)被噴射到排氣通路內(nèi)。DCU60基于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或排氣 溫度、還原催化劑13的溫度、還有在還原催化劑13的下游側(cè)測(cè)量的、沒(méi)有被還原而通過(guò)了 還原催化劑13的NOx量等的信息決定應(yīng)噴射的還原劑的噴射供給量，生成對(duì)應(yīng)于它的控制 信號(hào)，對(duì)還原劑噴射閥31輸出。還原劑噴射閥31通過(guò)該控制信號(hào)進(jìn)行DUTY控制，將適當(dāng) 量的還原劑噴射供給到排氣通路中。被噴射到排氣通路中的還原劑流入到還原催化劑13 中，被用于包含在排氣氣體中的NOx的還原反應(yīng)。5、冷卻水循環(huán)控制接著，參照?qǐng)D3及圖4所示的控制流程對(duì)圖2所示的本實(shí)施方式的還原劑供給裝 置的控制裝置(DCU)60進(jìn)行的冷卻水的循環(huán)控制的程序的一例進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖3所示，在開(kāi)始后的步驟Sl中，檢測(cè)還原劑噴射閥的溫度。如上所述， 在本實(shí)施方式的DCU60中，基于排氣氣體溫度Tg、排氣氣體的流量Ve、儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶 液的溫度Tul、流入到還原劑噴射閥中的尿素水溶液的溫度Tu2、流入到還原劑噴射閥中的 冷卻水的溫度Tr、外界氣體溫度To、從D⑶60對(duì)還原劑噴射閥傳送的噴射指示值Qu、以及車 輛速度S的各信息，運(yùn)算還原劑噴射閥的前端溫度Ti。
接著，在步驟S2中，判斷檢測(cè)出的還原劑噴射閥的前端溫度Ti是否為不到下限值 Til。在本實(shí)施方式中，下限值Til被設(shè)定為尿素水溶液的沸點(diǎn)。并且，在還原劑噴射閥的前 端溫度Ti為不到下限值Til的情況下，前進(jìn)到步驟S3，在使第1冷卻水流量控制閥全閉或 減少開(kāi)度之后，返回到開(kāi)始。結(jié)果，使在設(shè)于還原劑噴射閥中的冷卻水通路中流動(dòng)的冷卻水 的流量減少，并且受到由排氣管傳遞的排氣熱的影響，還原劑噴射閥的前端溫度Ti上升。另一方面，在步驟S2中，在還原劑噴射閥的前端溫度Ti為下限值Til以上的情況 下，前進(jìn)到步驟S4，判斷還原劑噴射閥的前端溫度Ti是否為上限值Ti2以上。在本實(shí)施方 式中，上限值Ti2被設(shè)定為還原劑噴射閥的耐熱溫度。并且，在還原劑噴射閥的前端溫度Ti 為不到上限值Ti2的情況下，原樣返回到開(kāi)始，另一方面，在前端溫度Ti為上限值Ti2以 上的情況下，前進(jìn)到步驟S5，在使第1冷卻水流量控制閥全開(kāi)或使開(kāi)度增大之后，返回到開(kāi) 始。結(jié)果，在設(shè)于還原劑噴射閥中的冷卻水通路中流動(dòng)的冷卻水的流量增加，還原劑噴射閥 被冷卻，前端溫度Ti下降。在本實(shí)施方式的還原劑供給裝置的控制方法中，與由上述第1冷卻水流量控制閥 的開(kāi)閉控制進(jìn)行的還原劑噴射閥的溫度控制同時(shí)，進(jìn)行由第2冷卻水流量控制閥的開(kāi)閉控 制進(jìn)行的儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度控制。圖4表示儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度控制的流程，首先，在步驟Sll中，檢測(cè)儲(chǔ) 存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度Tul。在本實(shí)施方式的還原劑供給裝置的情況下，讀入由配置在 儲(chǔ)存箱內(nèi)的溫度傳感器檢測(cè)到的溫度信息。接著，在步驟S12中，判斷檢測(cè)到的尿素水溶液的溫度Tul是否為基準(zhǔn)值TuO以 下。此時(shí)的基準(zhǔn)值TuO例如以維持儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液不變質(zhì)的溫度為目標(biāo)而設(shè)定為 60 "C。并且，在尿素水溶液的溫度Tul為基準(zhǔn)值TuO以下的情況下，在前進(jìn)到步驟S13而 使第2冷卻水流量控制閥全開(kāi)或使開(kāi)度增大之后，返回到開(kāi)始。結(jié)果，通過(guò)被維持在70 80°C的內(nèi)燃機(jī)的冷卻水將儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液加熱。另一方面，在檢測(cè)到的尿素水溶液的溫度Tul超過(guò)了基準(zhǔn)值TuO的情況下，有可能 儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度過(guò)度上升而變質(zhì)，所以前進(jìn)到步驟S14，使第2冷卻水流量控 制閥全閉或減少開(kāi)度后，返回到開(kāi)始。這樣，通過(guò)進(jìn)行控制以將儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度維持在例如60 80°C的 范圍內(nèi)，防止尿素水溶液的凍結(jié)及變質(zhì)，并且在被從還原劑噴射閥噴射時(shí)被迅速地氣化，容 易均勻地分散到排氣氣體中。另外，在本實(shí)施方式的第2冷卻水流量控制閥的開(kāi)閉控制的例子中，僅判斷尿素 水溶液的溫度Tul超過(guò)還是沒(méi)超過(guò)基準(zhǔn)值TuO而進(jìn)行流量控制，但也可以再?zèng)Q定與基準(zhǔn)值 TuO不同的第2基準(zhǔn)值Tu2、將儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的溫度的范圍進(jìn)一步細(xì)分化，進(jìn)行由 內(nèi)燃機(jī)的冷卻水進(jìn)行的儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素水溶液的冷卻控制。
權(quán)利要求
一種還原劑供給裝置，在將尿素溶液作為還原劑噴射供給到配設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的還原催化劑的排氣上游側(cè)、在上述還原催化劑中將排氣氣體中的氮氧化物還原凈化的排氣凈化裝置中使用，具備在上述還原催化劑的排氣上游側(cè)固定在排氣管上的還原劑噴射閥，其特征在于，具備冷卻水循環(huán)通路，用來(lái)為了將上述還原劑噴射閥冷卻而使上述內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)；流量控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)在上述冷卻水循環(huán)通路中流動(dòng)的上述冷卻水的流量；溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，用來(lái)檢測(cè)上述還原劑噴射閥的溫度；控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)基于上述還原劑噴射閥的溫度控制上述流量控制機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的還原劑供給裝置，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述流量控 制機(jī)構(gòu)，以將上述還原劑噴射閥的溫度維持為不到上述還原劑噴射閥的耐熱溫度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的還原劑供給裝置，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述流量 控制機(jī)構(gòu)，以將上述還原劑噴射閥的溫度維持為上述尿素溶液的沸點(diǎn)以上。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的還原劑供給裝置，其特征在于，上述溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu) 基于上述排氣氣體的溫度、上述排氣氣體的流量、上述液體還原劑的溫度、上述冷卻水的溫 度、外界氣體溫度、以及從上述還原劑噴射閥的噴射供給量中的至少一個(gè)運(yùn)算上述還原劑 噴射閥的前端溫度。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的還原劑供給裝置，其特征在于，在設(shè)上述冷卻水循環(huán)通路、上述流量控制機(jī)構(gòu)及上述控制機(jī)構(gòu)分別為第1冷卻水循環(huán) 通路、第1流量控制機(jī)構(gòu)、以及第1控制機(jī)構(gòu)時(shí)，第2冷卻水循環(huán)通路，為了調(diào)節(jié)儲(chǔ)存上述尿素溶液的儲(chǔ)存箱內(nèi)的上述尿素溶液的溫度 而使上述內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)；第2流量控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)在上述第2冷卻水循環(huán)通路中流動(dòng)的上述冷卻水的流量；第2控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)基于上述儲(chǔ)存箱內(nèi)的尿素溶液的溫度控制上述第2流量控制機(jī)構(gòu)。
6. 一種還原劑供給裝置的控制方法，所述還原劑供給裝置在將液體還原劑噴射供給到 配設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的還原催化劑的排氣上游側(cè)、在上述還原催化劑中將上述排氣 中的氮氧化物還原凈化的排氣凈化裝置中使用，具備在上述還原催化劑的排氣上游側(cè)固定 在排氣管上的還原劑噴射閥，所述還原劑供給裝置的控制方法的特征在于，通過(guò)使上述內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)而將上述還原劑噴射閥冷卻； 檢測(cè)上述還原劑噴射閥的溫度，并控制上述冷卻水的流量，以將上述燃料控制閥的溫 度維持在規(guī)定范圍內(nèi)。
全文摘要
提供能夠防止還原劑噴射閥的熱損傷、并且能夠防止液體還原劑被過(guò)度冷卻帶來(lái)的尿素溶液的結(jié)晶化的還原劑供給裝置及其控制方法。一種還原劑供給裝置，是在將尿素溶液作為還原劑噴射供給到配設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路中的還原催化劑的排氣上游側(cè)、在還原催化劑中將排氣氣體中的氮氧化物還原凈化的排氣凈化裝置中使用、具備在還原催化劑的排氣上游側(cè)固定在排氣管上的還原劑噴射閥的還原劑供給裝置，具備冷卻水循環(huán)通路，用來(lái)為了將還原劑噴射閥冷卻而使內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的至少一部分循環(huán)；流量控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)節(jié)在冷卻水循環(huán)通路中流動(dòng)的冷卻水的流量；溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，用來(lái)檢測(cè)還原劑噴射閥的溫度；控制機(jī)構(gòu)，用來(lái)基于還原劑噴射閥的溫度控制流量控制機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)F01P3/12GK101828011SQ20088011216
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者中尾英志, 五十嵐洋之, 土門涉 申請(qǐng)人:博世株式會(huì)社