СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСА УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫПУСКА ВЫХЛОПНОГО ГАЗА Российский патент 2016 года по МПК F01N3/08 F01N3/20 F01N11/00 B01D53/94 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается системы для определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство регулирования выпуска выхлопного газа, содержащее катализатор селективного восстановления NO_x (далее обозначается просто как "катализатор NO_x"), чтобы удалять NO_x, содержащийся в выхлопном газе, выпускаемом из двигателя внутреннего сгорания, с использованием аммиака в качестве восстановителя. Подающий клапан или подобное устройство, которое подает аммиак или предшественник аммиака (например, мочевину) в выхлопной газ выше по потоку от катализатора NO_x, устанавливается в устройстве регулирования выпуска выхлопного газа так, что количество адсорбции аммиака катализатором NO_x является подходящим для удаления NO_x.

Даже если катализатор NO_x является нормальным, количество аммиака, которое может адсорбироваться катализатором NO_x, снижается из-за роста температуры катализатора NO_x, так что аммиак может вытекать из катализатора NO_x. С другой стороны, известна очистка от аммиака, вытекающего из катализатора NO_x, путем установки катализатора окисления ниже по потоку от катализатора NO_x. Известна технология определения ненормальных условий катализатора NO_x или катализатора окисления, основанная на значении датчика NO_x ниже по потоку от катализатора окисления, когда катализатор окисления располагают ниже по потоку от катализатора NO_x, и количество мочевины, подаваемой в катализатор NO_x, увеличивают (см., например, патентную литературу 1). Также известно превращение аммиака в NO на катализаторе проскока аммиака, обеспеченном ниже по потоку от катализатора NO_x (см., например, патентную литературу 2). Кроме того, известно превращение аммиака в NO на катализаторе проскока аммиака, обеспеченном ниже по потоку от катализатора NO_x, при 400°С или выше (см., например, патентную литературу 3). Кроме того, известно, что, когда превращение аммиака в NO происходит в камере датчика NO_x, выходной сигнал датчика увеличивается (см., например, патентную литературу 4).

Когда температура катализатора NO_x растет, аммиак может выделяться из катализатора NO_x. Такое выделение аммиака может происходить также на нормальном катализаторе NO_x, и само по себе выделение не является ненормальным условием для катализатора NO_x. Также, в зависимости от температуры катализатора NO_x, температуры катализатора окисления и скорости течения выхлопного газа, аммиак, вытекающий из катализатора NO_x, может не окисляться катализатором окисления, или аммиак, вытекающий из катализатора NO_x, может превращаться в NO_x, даже если катализатор окисления является нормальным. Поэтому, даже если катализатор NO_x и катализатор окисления являются нормальными, вниз по потоку от катализатора окисления может течь аммиак, или может течь NO_x, образовавшийся из аммиака.

При этом датчик NO_x также детектирует аммиак, и когда датчик NO_x установлен ниже по потоку от катализатора окисления, детектируются NO_x и аммиак, вытекающие из катализатора окисления. Таким образом, если степень удаления NO_x вычисляют на основании концентрации NO_x выше по потоку от катализатора NO_x и концентрации NO_x ниже по потоку от катализатора окисления, степень удаления NO_x получается более низкой из-за аммиака и NO_x, вытекающих из катализатора окисления с повышением температуры катализатора NO_x. Тогда, если износ устройства регулирования выпуска выхлопного газа определяется на основании степени удаления NO_x, существует возможность того, что устройство регулирования выпуска выхлопного газа определяется, как имеющее износ, даже если катализатор NO_x и катализатор окисления являются нормальными.

ССЫЛКИ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Патентная литература 1: японская публикация патентной заявки № 2009-156159.

Патентная литература 2: японская публикация патентной заявки № 2006-009608.

Патентная литература 3: японская публикация патентной заявки № 2011-196309.

Патентная литература 4: японская публикация патентной заявки № 2009-115032.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

Настоящее изобретение сделано ввиду вышеуказанной проблемы, и его целью является увеличить точность определения износа в системе определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, имеющего катализатор селективного восстановления NO_x, путем подавления ошибочных определений, когда производят определение износа.

СРЕДСТВО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Чтобы решить вышеуказанную проблему, настоящее изобретение предлагает систему определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, имеющую:

катализатор селективного восстановления NO_x, обеспеченный на пути выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания и использующий аммиак в качестве восстановителя;

блок подачи восстановителя, который подает аммиак или предшественник аммиака в выхлопной газ, текущий в катализатор селективного восстановления NO_x, выше по потоку от катализатора селективного восстановления NO_x;

катализатор, обеспеченный ниже по потоку от катализатора селективного восстановления NO_x и имеющий окислительную способность;

датчик NO_x, обеспеченный ниже по потоку от катализатора, имеющего окислительную способность, предназначенный для детектирования NO_x в выхлопном газе, вытекающем из катализатора, имеющего окислительную способность, а также детектирования аммиака в выхлопном газе в виде NO_x; и

блок определения износа, который позволяет определять износ катализатора селективного восстановления NO_x на основании измеряемой величины датчика NO_x,

где данная система определения износа включает в себя:

блок вычисления выходящего количества, который вычисляет, когда количество аммиака, адсорбированного катализатором селективного восстановления NO_x, больше, чем величина равновесной адсорбции, которая представляет собой величину адсорбции аммиака, когда адсорбция на катализаторе селективного восстановления NO_x и выделение аммиака из него находятся в состоянии равновесия, сверх количества аммиака, втекающего в катализатор, имеющий окислительную способность, по меньшей мере, одного из значений количества аммиака, вытекающего из катализатора, имеющего окислительную способность, и количества аммиака, превращенного в NO_x на катализаторе, имеющем окислительную способность, или суммарной величины обоих значений; и

блок ограничения определения износа, который, когда величина, вычисленная с помощью блока вычисления выходящего количества, превышает пороговое значение, ограничивает использование измеряемой датчиком NO_x величины при определении износа с помощью блока определения износа, или запрещает само определение износа с помощью блока определения износа.

Блок определения износа выполняет определение износа катализатора NO_x, обеспеченного на пути выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания. Катализатор NO_x адсорбирует аммиак в выхлопном газе и селективно восстанавливает NO_x, используя аммиак в качестве восстановителя. Аммиак, использованный катализатором NO_x, представляет собой аммиак, поданный в выхлопной газ с помощью блока подачи восстановителя, или предшественник аммиака (например, мочевину). Подаваемый аммиак может подаваться в выхлопной газ в виде водного раствора или в виде газа.

Датчик NO_x, предназначенный для детектирования NO_x в выхлопном газе, выходящем из катализатора NO_x, обеспечен ниже по потоку от катализатора NO_x. Датчик NO_x представляет собой тип датчика NO_x, подверженный, так называемому, влиянию аммиака, и поэтому, если аммиак содержится в выхлопном газе, аммиак также определяется как NO_x. Следовательно, величина измерения датчика NO_x зависит от NO_x и аммиака, содержащихся в выхлопном газе.

В системе определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа согласно настоящему изобретению определение износа катализатора NO_x выполняется с помощью блока определения износа с использованием детектируемой величины датчика NO_x. То есть, например, используя величину измерения датчика NO_x, а также количество NO_x в выхлопном газе, входящем в катализатор NO_x, и количество NO_x в выхлопном газе, вытекающем из катализатора NO_x, можно выполнять определение износа катализатора NO_x на основании степени удаления NO_x. В общем, когда степень удаления NO_x катализатора NO_x падает ниже заданной величины, катализатор может определяться как имеющий износ.

В катализаторе NO_x количество аммиака, адсорбированного носителем катализатора, и количество аммиака, высвобожденного носителем катализатора, могут постоянно изменяться соответственно окружению (например, температуре катализатора), в котором находится катализатор NO_x. Если окружение, в котором находится катализатор NO_x, является устойчивым, имеет место состояние, в котором количество аммиака, адсорбированного носителем катализатора, и количество аммиака, высвобожденного носителем катализатора, уравновешены, то есть достигается равновесное состояние. В настоящей заявке величина адсорбции аммиака катализатором NO_x в состоянии равновесия в отношении адсорбции аммиака будет называться величиной адсорбционного равновесия. Катализатор NO_x демонстрирует параметры (далее называются также "параметры адсорбции"), при которых величина адсорбционного равновесия уменьшается с ростом температуры. Даже если катализатор NO_x износился, параметры адсорбции могут быть проверены, хотя степень удаления NO_x катализатора NO_x является низкой.

Ввиду вышеуказанного, настоящий заявитель обнаружил возможность того, что катализатор NO_x, который должен определяться как нормальный, ошибочно определяется как изношенный (ненормальный), когда производят определение износа, используя величину измерения датчика NO_x, соответствующую данному катализатору NO_x.

Когда температура катализатора NO_x возрастает и изменение температуры является относительно быстрым, существует возможность потери равновесного состояния на катализаторе NO_x в отношении адсорбции аммиака. Согласно вышеуказанным параметрам адсорбции катализатора NO_x, если температура катализатора NO_x растет, выделение аммиака из катализатора NO_x не остается прежним, и возникает состояние, в котором действительная величина адсорбции аммиака становится больше, чем величина равновесной адсорбции, соответствующая температуре катализатора NO_x.

Таким образом, если величина адсорбции аммиака становится избыточной из-за роста температуры катализатора NO_x, происходит увеличение количества аммиака, выходящего из катализатора NO_x. Этот аммиак может окисляться катализатором, имеющим окислительную способность, но в определенных условиях аммиак может проходить сквозь катализатор, имеющий окислительную способность, без окисления. Кроме того, аммиак может превращаться в NO_x с помощью катализатора, имеющего окислительную способность, вытекая из катализатора, имеющего окислительную способность, в виде NO_x.

Датчик NO_x, расположенный ниже по потоку от катализатора, имеющего окислительную способность, детектирует аммиак и NO_x, и, таким образом, детектируемая величина становится больше в зависимости, как описано выше, от аммиака, проходящего через катализатор, имеющий окислительную способность (далее называется "проскок аммиака"), и аммиака, превращенного в NO_x на катализаторе, имеющем окислительную способность (далее упоминается как "аммиак, превращенный в NO_x").

Тогда, если величина проскока аммиака или количество аммиака, превращенного в NO_x, увеличивается, степень удаления NO_x на катализаторе NO_x, вычисленная на основании величины измерения датчика NO_x, очевидно падает. Следовательно, даже если катализатор NO_x находится в состоянии, которое должно определяться как нормальное, катализатор NO_x может ошибочно определяться как изношенный (ненормальный) из-за видимого падения степени удаления NO_x.

Напротив, блок ограничения определения износа ограничивает использование величины измерения датчика NO_x или запрещает само определение износа, чтобы подавить ошибочные определения, когда по меньшей мере одна из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, или их суммарная величина равна или превышает некоторый порог. Ограничение использования величины измерения датчика NO_x включает в себя выполнение определения износа без использования величины измерения датчика NO_x и снижение степени влияния данной величины измерения на определение износа, даже если величина измерения датчика NO_x используется. Данный порог может быть величиной, при которой точность определения износа становится желаемой точностью, или точность определения износа находится в разрешенном интервале. Пороговая величина может также определяться согласно законам и постановлениям.

Величина проскока аммиака или количество превращенного в NO_x аммиака связана с количеством аммиака, выходящего из катализатора NO_x и, таким образом, может определяться на основании количества аммиака, выходящего из катализатора NO_x. Количество аммиака, выходящего из катализатора NO_x, может быть количеством аммиака, выделяющимся из катализатора NO_x, когда температура катализатора NO_x растет.

Таким образом, путем ограничения использования величины измерения датчика NO_x, когда определение износа выполняют с помощью блока определения износа, или путем запрета самого определения износа с помощью блока определения износа, можно предотвращать определение катализатора NO_x как изношенного, несмотря на его нормальную работу. Следовательно, точность определения износа катализатора аммиак может быть улучшена.

Также в настоящем изобретении блок вычисления вытекающего количества может вычислять из количества аммиака, поступающего на катализатор, имеющий окислительную способность, по меньшей мере одно из количества аммиака, выходящего из катализатора, имеющего окислительную способность, и количества аммиака, превращенного в NO_x на катализаторе, имеющем окислительную способность, или их суммарную величину, на основании температуры катализатора, имеющего окислительную способность, и количества поступающего воздуха для двигателя внутреннего сгорания.

Степень окисления аммиака связана с температурой катализатора, имеющего окислительную способность, и скоростью потока выхлопного газа, проходящего через катализатор, имеющий окислительную способность. Таким образом, отношение величины проскока аммиака к количеству аммиака, поступающему на катализатор, имеющий окислительную способность, и отношение количества превращенного в NO_x аммиака к количеству аммиака, поступающему на катализатор, имеющий окислительную способность, связаны с температурой катализатора, имеющего окислительную способность, и количеством поступающего воздуха для двигателя внутреннего сгорания. При этом количество поступающего воздуха для двигателя внутреннего сгорания связано со скоростью потока выхлопного газа, проходящего через катализатор, имеющий окислительную способность. То есть величина проскока аммиака и количество превращенного в NO_x аммиака могут быть вычислены на основании температуры катализатора, имеющего окислительную способность, и количества поступающего воздуха для двигателя внутреннего сгорания.

В настоящем изобретении блок определения износа:

может выполнять определение износа путем сравнения степени удаления NO_x катализатора селективного восстановления NO_x, вычисленной на основании величины измерения датчика NO_x, и количества NO_x в выхлопном газе, поступающем на катализатор селективного восстановления NO_x, с порогом определения, служащим в качестве пороговой величины для определения износа катализатора селективного восстановления NO_x; и

может изменять порог определения на основании вычисленной величины с помощью блока вычисления выходящего количества, когда величина, вычисленная с помощью блока вычисления выходящего количества, равняется или меньше некоторой пороговой величины.

Когда величина, вычисленная с помощью блока вычисления выходящего количества, равняется или меньше некоторой пороговой величины, точность определения износа считается высокой, и, таким образом, использование величины измерения датчика NO_x не ограничивается при определении износа с помощью блока определения износа, и само определение износа с помощью блока определения износа не запрещается. Даже в таком случае, однако, проскочивший аммиак или превращенный в NO_x аммиак может вытекать из катализатора, имеющего окислительную способность, детектируясь датчиком NO_x. Хотя количественное изменение величины измерения датчика NO_x в этом случае невелико, если порог определения изменяется согласно данному количественному изменению, точность определения износа может быть дополнительно улучшена. То есть величина измерения датчика NO_x изменяется соответственно величине проскока аммиака или количеству превращенного в NO_x аммиака, и, таким образом, влияние величины проскока аммиака или количества превращенного в NO_x аммиака может быть снижено путем изменения порога определения на основании величины, вычисленной с помощью блока вычисления выходящего количества.

В настоящем изобретении система определения износа может дополнительно включать в себя блок вычисления входящего количества, который, когда величина равновесной адсорбции снижается с ростом температуры катализатора селективного восстановления NO_x, вычисляет количество аммиака, поступающего на катализатор, имеющий окислительную способность, на основании, по меньшей мере, величины избыточной адсорбции, которая является разницей между величиной действительной адсорбции аммиака катализатором селективного восстановления NO_x и величиной равновесной адсорбции.

Величина избыточной адсорбции и количество NO_x, выделяющегося из катализатора NO_x, коррелируют. Если количество NO_x, выделяющегося из катализатора NO_x, прямо поступает в катализатор, имеющий окислительную способность, величина избыточной адсорбции и количество NO_x, поступающего в катализатор, имеющий окислительную способность, также коррелируют. Из этих корреляций блок вычисления входящего количества может вычислять количество аммиака, поступающего на катализатор, имеющий окислительную способность, на основании величины избыточной адсорбции.

В настоящем изобретении блок вычисления входящего количества может дополнительно вычислять величину избыточной адсорбции на основании по меньшей мере одного из:

количества аммиака, избыточно адсорбированного катализатором селективного восстановления NO_x, вызванного избытком восстановителя, подаваемого из блока подачи восстановителя;

количества аммиака, израсходованного больше чем в равновесном состоянии для восстановления NO_x катализатором селективного восстановления NO_x, происходящего из адсорбции аммиака в большем количестве, чем величина равновесной адсорбции катализатором селективного восстановления NO_x; и

величины, вычисленной блоком вычисления входящего количества.

Аммиак, избыточно адсорбированный катализатором NO_x, является избыточным аммиаком для аммиака, необходимого для восстановления NO_x. Например, больше аммиака, чем количество аммиака, необходимое для восстановления NO_x, может подаваться с целью охлаждения блока подачи восстановителя. Даже в таком случае катализатором NO_x может адсорбироваться больше аммиака, чем в равновесном состоянии. Тогда количество аммиака, избыточно адсорбированное катализатором NO_x, действует в направлении увеличения величины избыточной адсорбции.

С увеличенным количеством аммиака, адсорбированного катализатором NO_x, становится легче восстанавливать NO_x, и, таким образом, потребление аммиака увеличивается. Это также применимо, когда адсорбируется больше аммиака, чем в равновесном состоянии. Таким образом, когда адсорбируется больше аммиака, чем в равновесном состоянии, потребление аммиака увеличивается по сравнению с равновесным состоянием. Тогда количество аммиака, израсходованного больше, чем в равновесном состоянии, действует в направлении снижения величины избыточной адсорбции.

Величина, вычисленная блоком вычисления входящего количества, может рассматриваться как количество аммиака, выходящего из катализатора NO_x. Тогда количество выделения аммиака из катализатора NO_x меняется соответственно количеству аммиака, адсорбированного катализатором NO_x. То есть с увеличением количества аммиака, адсорбированного катализатором NO_x, аммиаку легче выделяться, и, таким образом, количество выделения аммиака увеличивается. С другой стороны, количество аммиака, адсорбированного катализатором NO_x, также меняется соответственно количеству выделения аммиака из катализатора NO_x. То есть с увеличением количества выделения аммиака из катализатора NO_x количество аммиака, адсорбированного катализатором NO_x, уменьшается, и, таким образом, величина избыточной адсорбции уменьшается. Следовательно, количество аммиака, адсорбированного катализатором NO_x, и количество аммиака, выделившегося из катализатора NO_x, влияют друг на друга. Тогда величина, вычисленная блоком вычисления входящего количества, то есть количество аммиака, выделившегося из катализатора NO_x, действует в направлении снижения величины избыточной адсорбции.

Как описано выше, количество аммиака, выходящего из катализатора NO_x, меняется в зависимости от количества аммиака, избыточно адсорбированного катализатором NO_x, большего расхода аммиака, чем в равновесном состоянии, и величина, вычисленная блоком вычисления входящего количества, и, таким образом, величина проскока аммиака и количество превращенного в NO_x аммиака также могут меняться. Следовательно, точность определения износа может быть улучшена путем вычисления величины избыточной адсорбции при рассмотрении количества аммиака, избыточно адсорбированного катализатором NO_x, большего расхода аммиака, чем в равновесном состоянии, и величины, вычисленной блоком вычисления входящего количества.

При этом большее потребление аммиака, чем в равновесном состоянии, может быть установлено на 0. Когда катализатор NO_x является нормальным, степень удаления NO_x в равновесном состоянии в отношении адсорбции аммиака составляет, по существу, 100%. Таким образом, степень удаления NO_x составляет 100% и мало меняется даже в состоянии, в котором адсорбируется больше аммиака, чем в равновесном состоянии. Поэтому потребление аммиака мало меняется. Следовательно, потребление аммиака, увеличенное от равновесного состояния, может считаться равным 0.

ДЕЙСТВИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению точность определения износа в системе определения износа, имеющей катализатор селективного восстановления NO_x, может быть увеличена путем подавления ошибочных определений, когда выполняют определение износа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой изображение, показывающее схематическую конфигурацию впускной системы и выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания согласно одному примеру.

Фиг.2 представляет собой изображение, показывающее соотношение между величиной адсорбции аммиака катализатором NO_x и количеством аммиака, поступающим на ASC катализатор.

Фиг.3 представляет собой изображение, показывающее соотношение между температурой катализатора NO_x и величиной адсорбции аммиака катализатором NO_x.

Фиг.4 представляет собой изображение, показывающее величину адсорбции аммиака катализатором NO_x, адсорбционное состояние которого достигает точки Р3 из точки Р1 вследствие быстрого роста температуры катализатора.

Фиг.5 представляет собой изображение, показывающее соотношение между температурой катализатора NO_x и количеством выделения аммиака.

Фиг.6 представляет собой изображение, схематично показывающее величину адсорбции аммиака катализатором NO_x между временем (t), когда температура катализатора быстро растет, и временем (t+1) последующего цикла рабочего периода.

Фиг.7 представляет собой изображение, показывающее величину адсорбции аммиака, когда температура катализатора быстро растет.

Фиг.8 представляет собой изображение, показывающее соотношение между температурой ASC катализатора и величиной конверсии NO_x.

Фиг.9 представляет собой изображение, показывающее соотношение между температурой ASC катализатора и степенью проскока аммиака.

Фиг.10 представляет собой блок-схему, показывающую прохождение определения износа в устройстве регулирования выпуска выхлопного газа согласно примеру 1.

Фиг.11 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения (экспериментальный пример) каждого параметра, касающегося двигателя внутреннего сгорания, когда осуществляют регулирование, показанное на фиг.10.

Фиг.12 представляет собой блок-схему, показывающую прохождение определения износа в устройстве регулирования выпуска выхлопного газа согласно примеру 2.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут показательно подробно описаны на основании примеров со ссылкой на чертежи. Однако, если не указано особо, размеры, материалы, формы и относительные расположения компонентов, описанные в данных примерах, не предназначены ограничивать объем настоящего изобретения такими примерами.

(Пример 1)

Фиг.1 представляет собой изображение, показывающее схематическую конфигурацию впускной системы и выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему примеру. Двигатель 1 внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель для движения транспортных средств. Путь 2 выхлопа присоединен к двигателю внутреннего сгорания 1. На пути 2 выхлопа обеспечен катализатор 3 селективного восстановления NO_x (далее называется "катализатор 3 NO_x"), который селективно восстанавливает NO_x в выхлопном газе, используя аммиак в качестве восстановителя, и далее катализатор 4 окисления (далее называется "ASC катализатор 4"), чтобы окислять аммиак, выходящий из катализатора 3 NO_x, ниже по потоку от катализатора 3 NO_x. В настоящем примере ASC катализатор 4 соответствует катализатору, имеющему окислительную способность в настоящем изобретении. ASC катализатор 4 должен только иметь окислительную способность и может быть другим катализатором, таким как трехмаршрутный катализатор.

Чтобы генерировать аммиак, действующий как восстановитель на катализаторе 3 NO_x, водный раствор мочевины, сохраняемый в баке 6 мочевины, добавляют в выхлопной газ через клапан 5 подачи. Подающий клапан 5 в настоящем примере соответствует блоку подачи восстановителя в настоящем изобретении. Кроме того, фильтр мелких частиц для захвата РМ в выхлопном газе может быть обеспечен выше по потоку от катализатора 3 NO_x и, дополнительно, катализатор окисления, чтобы окислять заданный компонент (несгоревшее топливо, СО и подобное) в выхлопном газе, может быть обеспечен выше по потоку от него.

Дополнительно, датчик 7 NO_x, предназначенный для детектирования NO_x в выхлопном газе, поступающем на катализатор 3 NO_x, обеспечен выше по потоку от катализатора 3 NO_x, и датчик 8 NO_x, предназначенный для детектирования NO_x в выхлопном газе, выходящем из катализатора 3 NO_x, и датчик 9 температуры, чтобы измерять температуру выхлопного газа, обеспечены ниже по потоку от катализатора 3 NO_x.

С другой стороны, впускной путь 15 присоединен к двигателю 1 внутреннего сгорания. Измеритель 16 потока воздуха, чтобы измерять скорость впускного потока, обеспечен во впускном пути 15.

Затем двигатель 1 внутреннего сгорания оборудован электронным контрольным блоком (ЭКБ) 20. ЭКБ 20 представляет собой блок, который контролирует состояние работы двигателя 1 внутреннего сгорания, устройство регулирования выпуска выхлопного газа и подобное. В добавление к датчику 7 NO_x, датчику 8 NO_x, датчику 9 температуры и измерителю 16 потока воздуха, датчик 11 положения коленчатого вала и датчик 12 открытия акселератора электрически присоединены к ЭКБ 20, и величины измерения каждого датчика поступают в ЭКБ 20.

Следовательно, ЭКБ 20 может получать скорость двигателя на основании измерения датчика 11 положения коленчатого вала и рабочего состояния двигателя 1 внутреннего сгорания, такого как нагрузка двигателя, на основании измерения датчика 12 открытия акселератора. В настоящем примере, хотя NO_x в выхлопном газе, поступающем на катализатор 3 NO_x, может измеряться датчиком 7 NO_x, NO_x, содержащийся в выхлопном газе, выпускаемом из двигателя 1 внутреннего сгорания (выхлопной газ перед очисткой катализатором 3 NO_x и выхлопной газ, поступающий на катализатор 3 NO_x), связан с рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания и, таким образом, может также определяться на основании рабочего состояния двигателя 1 внутреннего сгорания. ЭКБ 20 может определять температуры катализатора 3 NO_x и ASC катализатора 4 на основании температуры выхлопного газа, измеряемой датчиком 9 температуры или датчиком температуры, обеспеченным выше по потоку от катализатора 3 NO_x. Кроме того, ЭКБ 20 может определять скорость потока выхлопного газа на основании количества поступающего воздуха, измеряемого измерителем 16 потока воздуха.

Тогда ЭКБ 20 дает инструкции подающему клапану 5 соответственно концентрации NO_x (или количеству NO_x), измеренной или вычисленной в выхлопном газе, так что водный раствор мочевины в количестве, необходимом для восстановительного удаления NO_x, подается в выхлопной газ. Когда катализатор 3 NO_x не находится в активном состоянии, удаление NO_x не может эффективно выполняться с использованием водного раствора мочевины, и поэтому водный раствор мочевины подается из подающего клапана 5, только когда определенная температура катализатора 3 NO_x равняется или выше, чем заданная температура, при которой данный катализатор является активным.

Далее будет описано определение износа катализатора 3 NO_x. При определении износа катализатора 3 NO_x, когда степень удаления NO_x катализатором 3 NO_x падает ниже заданного порога (порог определения), катализатор 3 NO_x определяется, как имеющий недостаточную восстановительную способность и, следовательно, находящийся в изношенном состоянии. В настоящем примере ЭКБ 20, который выполняет определение износа катализатора 3 NO_x, соответствует блоку определения износа в настоящем изобретении. Степень удаления NO_x с помощью катализатора 3 NO_x представляет собой отношение количества NO_x, удаляемого катализатором 3 NO_x, к количеству NO_x, поступающему на катализатор 3 NO_x, и может выражаться следующей формулой:

Степень удаления NO _x = 1-(величина измерения датчика 8 NO _x )/(величина измерения датчика 7 NO _x ) (формула 1)

Датчик 7 NO_x и датчик 8 NO_x подвергаются мешающему воздействию аммиака. Таким образом, если выхлопной газ, поступающий в блок измерения каждого из датчиков NO_x 7, 8, содержит молекулы аммиака, блок измерения определяет эти молекулы аммиака как NO_x. В свете вышеизложенных обстоятельств, датчик 7 NO_x расположен выше по потоку от подающего клапана 5, удаленный от него так, чтобы не повергаться воздействию водного раствора мочевины, подаваемого в выхлопной газ из подающего клапана 5.

С другой стороны, датчик 8 NO_x подвергается воздействию аммиака, выделенного водным раствором мочевины, поданным из подающего клапана 5, и не удаленного путем окисления на ASC катализаторе 4, не подвергшегося реакции селективного восстановления на катализаторе 3 NO_x (далее называется "проскок аммиака"). Датчик 8 NO_x также подвергается воздействию аммиака (далее называется "превращенный в NO_x аммиак"), выделенного водным раствором мочевины, поданным из подающего клапана 5, и превратившегося в NO_x после окисления ASC катализатором 4, не подвергшегося реакции селективного восстановления на катализаторе 3 NO_x.

Ввиду вышесказанного, видимая степень удаления NO_x, вычисленная на основании измеренных величин датчика 7 NO_x и датчика 8 NO_x, меньше, чем действительная величина удаления NO_x на катализаторе 3 NO_x на величину проскока аммиака и величину превращенного в NO_x аммиака. То есть видимая степень удаления NO_x меньше на следующую долю:

Доля снижения видимой степени удаления NO _x = (величина проскока аммиака и количество превращенного в NO _x аммиака)/(количество NO _x , определенное из измеренной величины датчика 7 NO _x ). (Формула 2)

В формуле 2 каждое "количество" может быть "концентрацией".

Таким образом, если проскок аммиака или превращенный в NO_x аммиак растет, это влияет на датчик 8 NO_x, давая меньшую видимую степень удаления NO_x.

Настоящий заявитель обнаружил явление, при котором величина проскока аммиака или количество превращенного в NO_x аммиака временно увеличивается в системе определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, имеющего вышеуказанные параметры в отношении степени удаления NO_x в особом переходном состоянии, в котором меняется рабочее состояние двигателя 1 внутреннего сгорания. Степень удаления NO_x, вычисленная на основании измеренной величины датчика 8 NO_x, зависит от проскока аммиака или превращенного в NO_x аммиака и, таким образом, если величина проскока аммиака или превращенного в NO_x аммиака временно увеличивается, видимая степень удаления NO_x падает в особом переходном состоянии. В результате, даже если катализатор 3 NO_x является нормальным, вычисленная степень удаления NO_x может падать ниже порога определения. Следовательно, катализатор 3 NO_x, который должен определяться как нормальный, может определяться как находящийся в изношенном состоянии.

Далее особое переходное состояние, которое может вызывать ошибочное определение износа (неверное определение износа), будет описано на основании фиг.2-4. Фиг.2 представляет собой график, показывающий соотношение между величиной адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x и количеством аммиака, поступающим на ASC катализатор 4. На фиг.2 "величина равновесной адсорбции" означает величину адсорбции аммиака в равновесном состоянии в отношении адсорбции аммиака. Равновесное состояние здесь означает состояние, в котором количество аммиака, адсорбированного носителем катализатора NO_x, и количество адсорбированного аммиака, выделившееся из носителя, уравновешены и, очевидно, количество аммиака, адсорбированного носителем, является постоянным. Адсорбция аммиака преобладает в катализаторе 3 NO_x, когда величина адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x меньше, чем величина равновесной адсорбции, а выделение аммиака преобладает в катализаторе 3 NO_x, когда величина адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x больше, чем величина равновесной адсорбции. Если выделение аммиака преобладает в катализаторе 3 NO_x, количество аммиака, выходящего из катализатора 3 NO_x, увеличивается, и, таким образом, количество аммиака, поступающего на ASC катализатор 4, увеличивается. Это явление становится более интенсивным, когда величина адсорбции аммиака увеличивается. Величина равновесной адсорбции сильно зависит от температуры катализатора 3 NO_x.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий соотношение между температурой катализатора 3 NO_x и величиной адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x. На фиг.3 сплошная линия L1 показывает величину равновесной адсорбции. Когда катализатор 3 NO_x является нормальным, количество аммиака, адсорбированного катализатором 3 NO_x, может уменьшаться с ростом температуры катализатора NO_x.

Далее будет рассмотрена величина адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x в равновесном состоянии относительно адсорбции аммиака, когда температура катализатора 3 NO_x растет. Предполагается, что катализатор 3 NO_x находится в равновесном состоянии (температура катализатора: 250°С, величина адсорбции аммиака Х1), когда температура катализатора равна 250°С. Если в этом случае температура катализатора постепенно меняется от 250°С до 350°С, адсорбционное состояние катализатора 3 NO_x задается температурой катализатора 3 NO_x, и величина адсорбции аммиака приходит к равновесному состоянию, когда температура катализатора равна 350°С (то есть состояние, обозначенное точкой Р2 (температура катализатора: 350°С, величина адсорбции аммиака Х2)), проходя по траектории, соответствующей равновесному состоянию, заданной сплошной линией L1. В этом случае катализатор 3 NO_x всегда находится в равновесном состоянии.

Если, однако, температура катализатора быстро растет от 250°С до 350°С, выделение аммиака из катализатора 3 NO_x не соблюдается, и адсорбционное состояние катализатора 3 NO_x приходит к состоянию, существенно отклоняющемуся от равновесного состояния, заданного сплошной линией L1, то есть к состоянию, обозначенному точкой Р3 (температура катализатора: 350°С, величина адсорбции аммиака Х1). Состояние, обозначенное этой точкой Р3, может быть названо состоянием (далее называется также "состояние избыточной адсорбции"), в котором аммиак избыточно адсорбирован из-за быстрого роста температуры катализатора 3 NO_x.

Если в катализаторе 3 NO_х возникает состояние избыточной адсорбции, аммиак выделяется из катализатора 3 NO_x соответственно адсорбционной способности, и, в результате, аммиак в выхлопном газе, выходящем из катализатора 3 NO_x, временно увеличивается. Из-за этого временного увеличения аммиака возникает возможность падения степени удаления NO_x ниже порога определения, и катализатор 3 NO_x, который должен определяться как нормальный, может ошибочно определяться как изношенный (неверное определение износа). В таком случае предпочтительно воздержаться от вычисления степени удаления NO_x (вычисление по формуле 1) с использованием измеренной величины датчика 8 NO_x.

В настоящем примере, напротив, количество аммиака, выделившегося из катализатора 3 NO_x, определяют, и на основании данной определенной величины далее оценивают величину проскока аммиака и количество превращенного в NO_x аммиака. Затем, если по меньшей мере одно из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака или их сумма превышает пороговое значение, вычисление степени удаления NO_x с использованием измеренной величины датчика 8 NO_x запрещают, или запрещают определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа.

Далее будет подробно обсуждено вышеупомянутое состояние избыточной адсорбции катализатора 3 NO_x. Фиг.4 представляет собой изображение, схематично показывающее величину адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x, адсорбционное состояние которого достигает точки Р3 от точки Р1 из-за быстрого роста температуры катализатора. На фиг.4 смещение, показанное направленной вверх стрелкой, действует в направлении, в котором избыточная величина в отношении адсорбции аммиака увеличивается, и, наоборот, смещение, показанное направленной вниз стрелкой, действует в направлении, в котором избыточная величина в отношении адсорбции аммиака уменьшается. Далее величина адсорбции аммиака в избытке от величины равновесной адсорбции будет называться "величина избыточной адсорбции".

Стрелка Х11 означает величину избыточной адсорбции (Х1 - Х2), возникающую из-за быстрого роста температуры катализатора 3 NO_x. Соотношение между температурой катализатора 3 NO_x и величиной равновесной адсорбции определяют заранее путем эксперимента или моделирования и сохраняют в ЭКБ 20. Затем, согласно данному соотношению, может быть вычислена величина равновесной адсорбции, соответствующая температуре катализатора 3 NO_x.

Величина адсорбции аммиака может меняться в зависимости от количества NO_x, поступающего на катализатор 3 NO_x. Таким образом, величина избыточной адсорбции может быть вычислена с учетом температуры катализатора 3 NO_x и количества NO_x, поступающего на катализатор 3 NO_x.

Затем в отношении величины избыточной адсорбции на катализаторе 3 NO_x предпочтительно рассмотреть, в добавление к стрелке Х11, следующие три фактора. Путем рассмотрения этих факторов величина избыточной адсорбции может быть определена более точно.

(1) Величина адсорбции аммиака, получаемого от подачи водного раствора мочевины с помощью подающего клапана 5.

Количество водного раствора мочевины, подаваемого из подающего клапана 5, может увеличиваться или уменьшаться независимо от состояния катализатора 3 NO_x. Например, если считается, что в рабочем состоянии подающий клапан 5 имеет слишком высокую температуру, из подающего клапана 5 подают больше водного раствора мочевины, чем количество водного раствора мочевины, требуемое для удаления NO_x, чтобы снизить температуру подающего клапана 5. То есть заставляя подающий клапан 5 передавать больше водного раствора мочевины, делают попытку снизить температуру подающего клапана 5. В таком случае количество аммиака, поступающего на катализатор 3 NO_x, увеличивается.

Затем избыток аммиака действует в направлении увеличения величины избыточной адсорбции, адсорбируясь на носителе катализатора 3 NO_x. Таким образом, величина адсорбции аммиака ΔN1 из-за подачи водного раствора мочевины подающим клапаном 5 отображается стрелкой Х12 на фиг.4, и ее размер выражается представленной ниже формулой:

ΔN1 = величина генерации аммиака путем подачи водного раствора мочевины - стандартная величина генерации аммиака (формула 3)

Что касается "величины генерации аммиака путем подачи водного раствора мочевины", данные о соотношении между количеством подаваемого водного раствора мочевины и температурой выхлопного газа получают заранее путем эксперимента или подобного, и эти данные сохраняют в памяти ЭКБ 20 в виде контрольной таблицы. Затем, путем доступа к данной контрольной таблице, когда возникает необходимость, может быть вычислено количество аммиака, поданное на катализатор 3 NO_x, на основании количества водного раствора мочевины, поданного подающим клапаном 5, и температуры выхлопного газа. "Стандартная величина генерации аммиака" означает количество аммиака, которое может использоваться для реакции восстановления и может быть определено заранее путем эксперимента или подобного.

Также может быть рассмотрен случай, когда количество подачи водного раствора мочевины уменьшается по некоторым причинам. В этом случае стрелка Х12 на фиг.4 указывает вниз, что действует в направлении снижения избыточного количества в отношении адсорбции аммиака.

(2) Величина увеличения расхода аммиака в неравновесном состоянии

Как обсуждается выше, адсорбционное состояние катализатора NO_x, показанное в точке Р3, можно назвать состоянием, отклоняющимся от равновесного состояния, то есть неравновесным состоянием. Если адсорбционное состояние катализатора 3 NO_x приводит к неравновесному состоянию из-за роста температуры катализатора 3 NO_x, количество аммиака, адсорбированного катализатором 3 NO_x, увеличивается, и поэтому, по сравнению со случаем равновесного состояния при такой же температуре катализатора, реакция NO_x и аммиака ускоряется, приводя к увеличенному потреблению аммиака. Увеличенное потребление аммиака действует в направлении снижения величины избыточной адсорбции. Увеличенное потребление аммиака ΔN2 отображается стрелкой Х13 на фиг.4.

Что касается увеличенного потребления аммиака ΔN2, величина адсорбции аммиака, температура катализатора 3 NO_x и скорость потока выхлопного газа (также может быть количество поступающего воздуха) используются в качестве параметров, эти параметры и увеличенную степень удаления NO_x объединяют, чтобы заранее построить контрольную таблицу путем эксперимента или подобного, и контрольную таблицу сохраняют в памяти ЭКБ 20. Затем, путем доступа к данной контрольной таблице, когда возникает необходимость, увеличенное потребление аммиака ΔN2 может быть вычислено из увеличенной степени удаления NO_x на катализаторе 3 NO_x в неравновесном состоянии в этот момент времени и количества NO_x в выхлопном газе, поступающем на катализатор 3 NO_x.

Когда катализатор 3 NO_x является нормальным, степень удаления NO_x в равновесном состоянии, по существу, равна 100%. В состоянии избыточной адсорбции, в котором степень удаления NO_x может стать выше, степень удаления NO_x естественно, по существу, составляет 100%. То есть независимо от равновесного состояния и неравновесного состояния, степень удаления NO_x мало меняется и, таким образом, увеличенное потребление NO_x ΔN2 считается очень малым. Следовательно, величина увеличенного потребления аммиака ΔN2 может быть установлена равной 0.

(3) Количество выделения аммиака из катализатора 3 NO_x

В состоянии избыточной адсорбции катализатора 3 NO_x аммиак может выделяться из катализатора 3 NO_x. Однако даже в состоянии избыточной адсорбции, весь избыточно адсорбированный аммиак не будет выделяться немедленно. То есть величина избыточной адсорбции уменьшается постепенно. Тогда количество выделения аммиака действует в направлении снижения величины избыточной адсорбции. Количество выделения аммиака ΔN3 отображается стрелкой Х14 на фиг.4.

Количество выделения аммиака ΔN3 может быть вычислено с помощью, например, следующей формулы, использующей величину избыточной адсорбции и температуру катализатора 3 NO_x в качестве параметров:

ΔN3 = k × величина избыточной адсорбции × ехр (-Еа/температура катализатора NO _x ) (формула 4),

где k и Еа представляют собой константы, полученные заранее из эксперимента или моделирования.

Фиг.5 представляет собой график, показывающий соотношение между температурой катализатора 3 NO_x и количеством выделения аммиака ΔN3. Таким образом, количество выделения аммиака ΔN3 зависит от температуры катализатора 3 NO_x, и количество выделения аммиака ΔN3 увеличивается с ростом температуры катализатора 3 NO_x, но увеличение количества выделения аммиака ΔN3 из-за роста температуры катализатора 3 NO_x уменьшается с повышением температуры катализатора 3 NO_x.

Тогда величина избыточной адсорбции на катализаторе 3 NO_x может быть точно определена путем рассмотрения (1)-(3), описанных выше для величины избыточной адсорбции (Х1-Х2), возникающей от роста температуры. В примере на фиг.4 величина адсорбции аммиака ΔХ, полученная вычитанием размера стрелки Х13 и стрелки Х14 из размера стрелки Х11 и стрелки Х12 соответствует конечной величине избыточной адсорбции катализатора 3 NO_x. Конечная величина избыточной адсорбции катализатора 3 NO_x ΔХ представляет собой величину, определенную путем рассмотрения увеличения или уменьшения величины адсорбции аммиака в одном цикле рабочего периода.

Количество выделения аммиака ΔN3 использует величину избыточной адсорбции как параметр, а величина избыточной адсорбции использует количество выделения аммиака ΔN3 как параметр. Когда вычисляют величину избыточной адсорбции, величина избыточной адсорбции и количество выделения аммиака ΔN3 могут повторно вычисляться с использованием количества выделения аммиака ΔN3, вычисленного в предыдущем цикле рабочего периода. Затем новую величину избыточной адсорбции ΔХ вычисляют путем дальнейшего добавления размера величины избыточной адсорбции ΔХ, вычисленной в предыдущем цикле рабочего периода, к суммарному размеру стрелки Х11 и стрелки Х12 в следующем цикле и путем вычитания размера стрелки Х13 и стрелки Х14 из добавленной величины. Фиг.6 представляет собой изображение, схематично показывающее величину адсорбции аммиака катализатором 3 NO_x между временем (t), когда температура катализатора быстро растет, и временем (t+1) в следующем цикле рабочего периода. Фиг.7 представляет собой график, показывающий изменение величины адсорбции аммиака, когда температура катализатора быстро растет. На фиг.6 и 7 (t-1) показывает величину в предыдущем цикле рабочего периода, (t) показывает величину в текущем цикле рабочего периода, а (t+1) показывает величину в следующем цикле рабочего периода. На фиг.7 штрихпунктирная линия показывает величину равновесной адсорбции, а сплошная линия показывает величину действительной адсорбции. Величина избыточной адсорбции ΔХ (t) в момент времени (t) может быть вычислена на основании соотношения, показанного на фиг.4, а величина избыточной адсорбции ΔХ (t+1) в момент времени (t+1) может быть вычислена на основании соотношения, показанного на фиг.6. Величина избыточной адсорбции ΔХ после времени (t+1) аналогично может быть вычислена на основании соотношения, показанного на фиг.6. Таким образом, путем рассмотрения величины избыточной адсорбции ΔХ, вычисленной в предыдущем цикле, величина последующей избыточной адсорбции ΔХ может быть вычислена повторным образом.

В этой связи, когда ASC катализатор 4 обеспечен ниже по потоку от катализатора 3 NO_x, аммиак, выделяемый из катализатора 3 NO_x, может очищаться путем окисления на ASC катализаторе 4. С другой стороны, аммиак, который проходит без окисления на ASC катализаторе 4, или аммиак, превращенный в NO_x на ASC катализаторе 4, также могут присутствовать. Следующие реакции могут вызываться на ASC катализаторе 4 аммиаком, поступающим на ASC катализатор 4.

NH₃ + 3О₂ → 2N₂ + 6Н₂О (Формула 5) 4NH₃ + 5О₂ → 4NO + 6Н₂О (Формула 6) 4NH₃ + 4О₂ → 2N₂О + 6Н₂О (Формула 7) 4NH₃ → 4NH₃ (Формула 8)

Формула 5, показанная выше, представляет собой реакцию, в которой аммиак превращается в N₂. N₂ не детектируется датчиком 8 NO_x и не влияет на величину удаления NO_x. Формула 6, показанная выше, представляет собой реакцию, в которой аммиак превращается в NO. То есть формула 6 представляет собой реакцию, в которой NO образуется из превращенного в NO_x аммиака. NO детектируется датчиком 8 NO_x и, таким образом, если происходит реакция по формуле 6, степень удаления NO_x падает. Формула 7, показанная выше, представляет собой реакцию, в которой аммиак превращается в N₂О. N₂О не детектируется датчиком 8 NO_x и не влияет на степень удаления NO_x. Формула 8, показанная выше, указывает, что аммиак проходит через ASC катализатор 4 без реакции. Аммиак, проходящий через ASC катализатор 4, представляет собой проскок аммиака. В случае формулы 8, показанной выше, аммиак детектируется датчиком 8 NO_x, и, таким образом, когда аммиак проходит через ASC катализатор 4, степень удаления NO_x падает. Если степень удаления NO_x вычисляют на основании измеренной величины датчика 8 NO_x, может стать затруднительным правильное вычисление степени удаления NO_x на катализаторе 3 NO_x, когда присутствует проскок аммиака или превращенный в NO_x аммиак.

Таким образом, в настоящем примере оценивают количество аммиака, выделяющееся из катализатора 3 NO_x, и на основании данной оценки далее оценивают величину проскока аммиака или количество аммиака, превращенного в NO_x. Величину проскока аммиака или количество аммиака, превращенного в NO_x, вычисляют на основании количества выделения аммиака из катализатора 3 NO_x. Способ вычисления количества выделения аммиака описан выше в (3). Далее будет описан способ вычисления величины проскока аммиака и количества аммиака, превращенного в NO_x, на основании количества выделения аммиака.

Фиг.8 представляет собой график, показывающий соотношение между температурой ASC катализатора 4 и конверсией NO_x. Конверсия NO_x представляет собой отношение количества аммиака, превращенного в NO_x, к количеству аммиака, поступающему на ASC катализатор 4. Конверсия NO_x связана с температурой ASC катализатора 4 и количеством входящего воздуха Ga (также может быть скоростью потока выхлопного газа). Если температура ASC катализатора 4 и количество входящего воздуха Ga определены, конверсия NO_x может быть определена согласно соотношению на фиг.8. Соотношение на фиг.8 определяют и представляют в виде таблицы заранее с помощью эксперимента или подобного, и сохраняют в ЭКБ 20. Затем, путем доступа к таблице, может быть вычислена конверсия NO_x, соответствующая температуре ASC катализатора 4 и количеству входящего воздуха Ga. Далее, количество превращенного в NO_x аммиака может быть вычислено путем умножения количества аммиака, поступающего на ASC катализатор 4, то есть количества выделения аммиака из катализатора 3 NO_x, на конверсию NO_x.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий соотношение между температурой ASC катализатора 4 и степенью проскока аммиака. Степень проскока аммиака представляет собой отношение количества аммиака, проходящего через ASC катализатор 4, к количеству аммиака, поступающему на ASC катализатор 4. Степень проскока аммиака связана с температурой ASC катализатора 4 и количеством входящего воздуха Ga (также может быть скорость потока выхлопного газа). Если температура ASC катализатора 4 и количество входящего воздуха Ga определены, степень проскока аммиака может быть определена согласно соотношению на фиг.9. Соотношение на фиг.9 определяют и представляют в виде таблицы заранее путем эксперимента, моделирования или подобного, и сохраняют в памяти ЭКБ 20. Затем, путем доступа к таблице, может быть вычислена степень проскока аммиака, соответствующая температуре ASC катализатора 4 и количеству входящего воздуха Ga. Потом количество проскока аммиака может быть вычислено путем умножения количества аммиака, поступающего на ASC катализатор 4, то есть количества выделения аммиака из катализатора 3 NO_x, на степень проскока аммиака.

На основании вышесказанного, ЭКБ 20 выполняет определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. Фиг.10 представляет собой блок-схему, показывающую выполнение определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа согласно настоящему примеру. Регулирование осуществляется с помощью ЭКБ 20 с заданными интервалами.

На этапе S101 определяют, удовлетворяются ли условия для выполнения определения износа. Условия для выполнения определения износа представляют собой, например, превышают ли температуры катализатора 3 NO_x и ASC катализатора 4 температуру активации, или достигли ли температуры датчиков 7, 8 NO_x температуры, при которой может определяться NO_x. Температуры катализатора 3 NO_x и ASC катализатора 4 могут быть оценены на основании измеренной величины датчика 9 температуры, а температуры датчиков 7, 8 NO_x могут быть оценены на основании времени, прошедшего после запуска двигателя 1 внутреннего сгорания. Завершение разогрева двигателя 1 внутреннего сгорания может быть установлено в качестве одного из условий. Если на этапе S101 выполнено положительное определение, способ переходит к этапу S102. С другой стороны, если на этапе S101 выполнено отрицательное определение, способ переходит к этапу S107, запрещая определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа.

На этапе S102 начинается вычисление величины избыточной адсорбции.

На этапе S103 вычисляют количество аммиака, поступающего на ASC катализатор 4. Количество аммиака, поступающего на ASC катализатор 4, равно количеству аммиака, выделяющемуся из катализатора 3 NO_x. То есть, как описано выше, вычисляют количество выделения аммиака из катализатора 3 NO_x. В настоящем примере ЭКБ 20, выполняющий этап S103, соответствует блоку вычисления входящего количества в настоящем изобретении.

На этапе S104 вычисляют количество проскока аммиака и количество превращенного в NO_x аммиака. То есть количество превращенного в NO_x аммиака вычисляют путем определения конверсии NO_x согласно соотношению на фиг.8 и умножения количества аммиака, поступающего на ASC катализатор 4, вычисленного на этапе S103, на конверсию NO_x. Также количество проскока аммиака вычисляют путем определения степени проскока аммиака согласно соотношению на фиг.9 и умножения количества аммиака, поступающего на ASC катализатор 4, вычисленного на этапе S103, на степень проскока аммиака. В настоящем примере ЭКБ 20, выполняющий этап S104, соответствует блоку вычисления выходящего количества в настоящем изобретении.

На этапе S105 определяют, равна ли суммарная величина количества проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака пороговой величине или меньше нее. Пороговая величина определяется заранее как суммарная величина, позволяющая выполнять определение износа с желаемой точностью определения, путем эксперимента, моделирования или подобного, и сохраняется в ЭКБ 20. При этом одна из величин количества проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака может сравниваться с пороговой величиной. Альтернативно, каждая из величин количества проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака может сравниваться с соответствующей пороговой величиной.

Если на этапе S105 выполняется положительное определение, способ переходит к этапу S106, разрешая определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. С другой стороны, если на этапе S105 выполняется отрицательное определение, способ переходит к этапу S107, запрещая определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. В настоящем примере ЭКБ 20, выполняющий этап S105 и S107, соответствует блоку ограничения определения износа в настоящем изобретении. На этапе S107 вместо запрета определения износа может быть ограничено использование измеренной величины датчика 8 NO_x. Ограничение использования измеренной величины датчика 8 NO_x включает в себя выполнение определения износа без использования измеренной величины датчика 8 NO_x и снижение степени влияния данной измеренной величины на определение износа, даже если измеренная величина датчика 8 NO_x используется.

Затем, если на этапе S106 разрешают определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, выполняют определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. Определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа выполняют, например, путем определения, равна ли степень удаления NO_x, вычисленная из измеренных величин датчиков 7, 8 NO_x, пороговой величине определения или больше нее. То есть, если степень удаления NO_x равна или больше, чем порог определения, устройство регулирования выпуска выхлопного газа определяется как нормальное, а если степень удаления NO_x меньше, чем порог определения, устройство регулирования выпуска выхлопного газа определяется как изношенное. Пороговая величина определения задается как степень удаления NO_x, когда устройство регулирования выпуска выхлопного газа считается нормальным.

Фиг.11 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения (экспериментальный пример) каждого параметра, касающегося двигателя 1 внутреннего сгорания, когда осуществляют регулирование, показанное на фиг.10. В данном эксперименте использовали катализатор 3 NO_x и ASC катализатор 4 в нормальном состоянии. На фиг.11 "скорость транспортного средства" означает скорость транспортного средства, на котором установлен двигатель 1 внутреннего сгорания, "температура" представляет собой температуру (сплошная кривая) катализатора 3 NO_x и температуру (штрихпунктирная линия) ASC катализатора 4, " степень удаления NO_x" означает степень удаления NO_x, вычисленную с использованием измеренных величин датчиков 7, 8 NO_x, а "превращенный в NO_x NH₃ + проскок NH₃" представляет собой суммарную величину количества превращенного в NO_x аммиака и количества проскока аммиака. Пороговая величина "превращенный в NO_x NH₃ + проскок NH₃" является порогом на этапе S105 на фиг.10. Горизонтальной осью каждого графика на фиг.11 является время, и изменения каждого параметра изображены в общем временном интервале.

В период между Т1 и Т2 на фиг.11 температуры катализатора 3 NO_x и ASC катализатора 4 быстро растут с увеличением скорости транспортного средства. В период между Т1 и Т2 величина действительной адсорбции больше, чем величина равновесной адсорбции, приводя к состоянию избыточной адсорбции. Затем аммиак, выделяющийся из катализатора 3 NO_x, течет в ASC катализатор 4, и часть этого аммиака превращается в NO_x или вытекает из ASC катализатора 4 неизменной в виде аммиака. Соответственно, степень удаления NO_x падает в период между Т3 и Т4 и падает ниже порога определения в части данного периода.

С другой стороны, в период между Т5 и Т6, в котором количество проскока аммиака и количество превращенного в NO_x аммиака превышает пороговое значение, определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа запрещается. То есть определение износа запрещается в период, в котором степень удаления NO_x может падать ниже порога определения. Когда определение износа с использованием измеренных величин датчиков 7, 8 NO_x запрещено, вместо этого может выполняться определение износа другими средствами.

Согласно настоящему примеру, как описано выше, когда точность определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа уменьшается из-за проскока аммиака или превращенного в NO_x аммиака, определение износа запрещается или использование измеренных величин датчиков 7, 8 NO_x запрещается, и поэтому можно предотвращать определение катализатора 3 NO_x как изношенного, несмотря на его нормальную работу.

Кроме того, период, в котором точность определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа снижается, может быть точно предсказан, и, следовательно, период, в котором определение износа запрещено, или период, в котором использование измеренных величин датчиков 7, 8 NO_x запрещено, может быть минимизирован. Соответственно, частота определения износа может быть увеличена.

Далее, величина проскока аммиака может быть уменьшена путем использования вычисленной величины проскока аммиака для регулирования, такого как подача аммиака. Также, путем использования вычисленной величины проскока аммиака для регулирования, чтобы подавлять падение степени удаления NO_x, падение степени удаления NO_x может быть подавлено.

(Пример 2)

В настоящем примере пороговая величина определения меняется на основании величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака. Другие устройства и подобные являются такими же, как в примере 1, и их описание опущено.

Величина падения степени удаления NO_x из-за проскока аммиака и превращенного в NO_x аммиака может быть вычислена на основании формулы 2, показанной выше. Путем изменения порога определения на основании величины падения может быть улучшена точность определения износа.

Фиг.12 представляет собой блок-схему, показывающую прохождение определения износа в устройстве регулирования выпуска выхлопного газа согласно настоящему примеру. Регулирование выполняется с помощью ЭКБ 20 с заданными интервалами. Одинаковые символы относятся к этапам, в которых выполняется такой же способ, как в блок-схеме, показанной на фиг.10, и их описание опущено.

В схеме, показанной на фиг.12, если на этапе S105 выполнено положительное определение, способ переходит к этапу S201. Затем, на этапе S201, пороговую величину определения изменяют на основании величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, вычисленных на этапе S104. Величина изменения порога определения может быть установлена на величину падения степени удаления NO_x, полученную из формулы 2, показанной выше. Также, соотношение между величиной проскока аммиака и количеством превращенного в NO_x аммиака и величиной изменения порога определения может быть определено заранее с помощью эксперимента или подобного и сохранено в ЭКБ 20.

Таким образом, даже если степень удаления NO_x падает из-за проскока аммиака и превращенного в NO_x аммиака, можно предотвратить определение катализатора 3 NO_x как изношенного, несмотря на его нормальную работу, путем изменения пороговой величины определения на основании величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака.

(Пример 3)

В вышеописанных примерах выполняли определение на основании суммарной величины количества проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, но в настоящем примере выполняют определение износа на основании одного из количества проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака. Другие устройства и подобное являются такими же, как в примере 1, и их описание опущено.

Сначала будет рассмотрен случай, когда определение того, запрещать ли определение износа или запрещать ли использование измеренных величин датчиков 7, 8 NO_x, производят на основании только величины проскока аммиака. Когда определение износа выполняют только на основании количества превращенного в NO_x аммиака, проскок аммиака в описании ниже может быть заменен на превращенный в NO_x аммиак.

Если рассматривается только часть падения степени удаления NO_x, вызванная проскоком аммиака, степень удаления NO_x может также падать из-за превращенного в NO_x аммиака. Поэтому, если определение износа выполняют, считая, что нет превращенного в NO_x аммиака, точность определения износа может снижаться. Таким образом, в настоящем примере предполагается, что количество превращенного в NO_x аммиака принимает максимально возможную величину. То есть количество превращенного в NO_x аммиака, при котором степень удаления NO_x может падать больше всего.

Предполагается, что данное определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа выполняют, когда, например, температура ASC катализатора 4 составляет от 200°С до 400°С. Если определение износа катализатора 3 NO_x выполняют, когда температура ASC катализатора 4 составляет, например, от 200°С до 400°С, конверсия NO_x, показанная на фиг.8, является самой высокой, когда температура ASC катализатора 4 равна 400°С. Поэтому количество превращенного в NO_x аммиака можно вычислять, используя конверсию NO_x, когда температура ASC катализатора 4 равна 400°С. С другой стороны, величину проскока аммиака вычисляют, как в примере 1, на основании действительной температуры ASC катализатора 4 и количества входящего воздуха. Следовательно, способ определения износа катализатора 3 NO_x может быть упрощен путем определения количества превращенного в NO_x аммиака упрощенным образом.

Когда выполняют данное определение износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, количество превращенного в NO_x аммиака может быть вычислено, как описано выше на этапе S104 на фиг.10 и 12.

Также, используя ASC катализатор 4, который предотвращает одновременное повышение проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, можно вычислять только одно из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака. То есть, при использовании ASC катализатора 4, для которого температура и количество входящего воздуха ASC катализатора 4, при которых возникает проскок аммиака, и температура и количество входящего воздуха ASC катализатора 4, при которых возникает превращенный в NO_x аммиак, не перекрываются, проскок аммиака и превращенный в NO_x аммиак не появляются одновременно. Соответственно, только одно из проскока аммиака и превращенного в NO_x аммиака необходимо рассматривать соответственно температуре и количеству входящего воздуха ASC катализатора 4.

Также, при выполнении определения износа катализатора 3 NO_x при температуре, при которой возникает только одно из проскока аммиака и превращенного в NO_x аммиака, можно вычислять только одно из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака.

В этих случаях, вычисляют только одно из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, а другое можно считать равным 0 в примере 1 или 2. То есть одно из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, вычисляемое на этапе S104 на фиг.10 и 12, может быть установлено на 0.

Согласно настоящему примеру, как описано выше, определение износа катализатора 3 NO_x можно выполнять путем вычисления только одного из величины проскока аммиака и количества превращенного в NO_x аммиака, и поэтому данный способ может быть упрощен.

ОБЪЯСНЕНИЕ ЧИСЛЕННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СИМВОЛОВ

1 - Двигатель внутреннего сгорания

2 - Путь выхлопного газа

3 - Катализатор селективного восстановления NO_x

4 - Катализатор окисления

5 - Подающий клапан

6 - Бак для мочевины

7 - Датчик NO_x

8 - Датчик NO_x

9 - Датчик температуры

11 - Датчик положения коленчатого вала

12 - Датчик открытия акселератора

15 - Впускной путь

16 - Измеритель потока воздуха

20 - ЭКБ.

Изобретение относится к системе для определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, включающая в себя: катализатор селективного восстановления NO_x, обеспеченный на пути выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания и использующий аммиак в качестве восстановителя; блок подачи восстановителя, который подает аммиак или предшественник аммиака в выхлопной газ, текущий в катализатор селективного восстановления NO_x, выше по потоку от данного катализатора селективного восстановления NO_x; катализатор, обеспеченный ниже по потоку от катализатора селективного восстановления NO_x и имеющий окислительную способность; датчик NO_x, обеспеченный ниже по потоку от катализатора, имеющего окислительную способность, предназначенный для детектирования NO_x в выхлопном газе, вытекающем из катализатора, имеющего окислительную способность, а также детектирования аммиака в выхлопном газе в виде NO_x; блок определения износа, который выполняет определение износа катализатора селективного восстановления NO_x на основании измеряемой датчиком NO_x величины. Система определения износа содержит: блок вычисления выходящего количества, который вычисляет, когда количество аммиака, адсорбированного катализатором селективного восстановления NO_x, больше, чем величина равновесной адсорбции, которая представляет собой величину адсорбции аммиака, когда адсорбция аммиака на катализаторе селективного восстановления NO_x и выделение аммиака из него находятся в состоянии равновесия, сверх количества аммиака, втекающего в катализатор, имеющий окислительную способность, по меньшей мере одного из значений количества аммиака, вытекающего из катализатора, имеющего окислительную способность, и количества аммиака, превращенного в NO_x на катализаторе, имеющем окислительную способность, или суммарной величины обоих значений; блок ограничения определения износа, который, когда величина, вычисленная с помощью блока вычисления выходящего количества, превышает пороговое значение, ограничивает использование измеряемой датчиком NO_x величины при определении износа с помощью блока определения износа, или запрещает само определение износа с помощью блока определения износа. Техническим результатом изобретения является увеличение точность определения износа в системе определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, включающая в себя:
катализатор селективного восстановления NO_x, обеспеченный на пути выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания и использующий аммиак в качестве восстановителя;
блок подачи восстановителя, который подает аммиак или предшественник аммиака в выхлопной газ, текущий в катализатор селективного восстановления NO_x, выше по потоку от данного катализатора селективного восстановления NO_x;
катализатор, обеспеченный ниже по потоку от катализатора селективного восстановления NO_x и имеющий окислительную способность;
датчик NO_x, обеспеченный ниже по потоку от катализатора, имеющего окислительную способность, предназначенный для детектирования NO_x в выхлопном газе, вытекающем из катализатора, имеющего окислительную способность, а также детектирования аммиака в выхлопном газе в виде NO_x; и
блок определения износа, который выполняет определение износа катализатора селективного восстановления NO_x на основании измеряемой датчиком NO_x величины,
где данная система определения износа содержит:
блок вычисления выходящего количества, который вычисляет, когда количество аммиака, адсорбированного катализатором селективного восстановления NO_x, больше, чем величина равновесной адсорбции, которая представляет собой величину адсорбции аммиака, когда адсорбция аммиака на катализаторе селективного восстановления NO_x и выделение аммиака из него находятся в состоянии равновесия, сверх количества аммиака, втекающего в катализатор, имеющий окислительную способность, по меньшей мере одного из значений количества аммиака, вытекающего из катализатора, имеющего окислительную способность, и количества аммиака, превращенного в NO_x на катализаторе, имеющем окислительную способность, или суммарной величины обоих значений; и
блок ограничения определения износа, который, когда величина, вычисленная с помощью блока вычисления выходящего количества, превышает пороговое значение, ограничивает использование измеряемой датчиком NO_x величины при определении износа с помощью блока определения износа, или запрещает само определение износа с помощью блока определения износа.

2. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа по п. 1, в которой блок вычисления вытекающего количества вычисляет, из количества аммиака, поступающего на катализатор, имеющий окислительную способность, по меньшей мере одно значение из количества аммиака, выходящего из катализатора, имеющего окислительную способность, и количества аммиака, превращенного в NO_x на катализаторе, имеющем окислительную способность, или их суммарную величину, на основании температуры катализатора, имеющего окислительную способность, и количества поступающего воздуха для двигателя внутреннего сгорания.

3. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа по п. 1 или 2, в которой блок определения износа:
выполняет определение износа путем сравнения степени удаления NO_x для катализатора селективного восстановления NO_x, вычисленной на основании величины измерения датчика NO_x и количества NO_x в выхлопном газе, поступающем на катализатор селективного восстановления NO_x, при пороге определения, служащем в качестве пороговой величины для определения износа катализатора селективного восстановления NO_x; и
изменяет данный порог определения на основании величины, вычисленной с помощью блока вычисления выходящего количества, когда величина, вычисленная с помощью блока вычисления выходящего количества, равняется или меньше некоторой пороговой величины.

4. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа по п. 1 или 2, дополнительно содержащая блок вычисления входящего количества, который в случае, когда величина равновесной адсорбции снижается с ростом температуры
катализатора селективного восстановления NO_x, вычисляет количество аммиака, поступающего на катализатор, имеющий окислительную способность, на основании, по меньшей мере, величины избыточной адсорбции, которая является разницей между величиной действительной адсорбции аммиака катализатором селективного восстановления NO_x и величиной равновесной адсорбции.

5. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа по п. 4, в которой
блок вычисления входящего количества дополнительно вычисляет величину избыточной адсорбции на основании по меньшей мере одного значения из:
количества аммиака, избыточно адсорбированного катализатором селективного восстановления NO_x, вызванного избытком восстановителя, подаваемого из блока подачи восстановителя;
количества израсходованного аммиака, большего, чем в равновесном состоянии, для восстановления NO_x катализатором селективного восстановления NO_x, в результате адсорбции аммиака в большем количестве, чем величина равновесной адсорбции, катализатором селективного восстановления NO_x; и
величины, вычисленной блоком вычисления входящего количества.