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CN101194087B - 发动机的废气净化装置 - Google Patents

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CN101194087B CN2006800205043A CN200680020504A CN101194087B CN 101194087 B CN101194087 B CN 101194087B CN 2006800205043 A CN2006800205043 A CN 2006800205043A CN 200680020504 A CN200680020504 A CN 200680020504A CN 101194087 B CN101194087 B CN 101194087B
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Abstract

一种发动机的废气净化装置，采用感温式的尿素传感器(74)，以尿素传感器(74)所检测的温度信息为基础，判定储藏箱(41)内产生的尿素水的对流大小。对于异常的检测，采用在尿素水的温度变化率GRDt较小的场合等对流较弱、并判断为不影响异常的正确检测时所检测出的浓度(Dn)。

Description

发动机的废气净化装置
技术领域
本发明涉及发动机的废气净化装置，详细地说，涉及将氨用于还原剂对从发动机排出的氮氧化物进行净化的技术。
背景技术
对于通过后处理来净化发动机所排出的大气污染物质尤其是废气中的氮氧化物(下面称为“NOx”)的装置，已知有如下一种SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化减少)装置，即：在发动机的废气通路上设置喷射氨或其前体的水溶液的装置，将喷射后的氨作为还原剂，在催化剂上使NOx与该氨反应，将NOx还原、净化。另还有一种SCR装置：考虑到车子上的氨的储藏容易性，事先以水溶液的状态将氨的前体即尿素储藏在箱中，在发动机实际运转时，将来自该箱内的尿素水喷射到废气通路内，通过利用了废气热量的尿素的加水分解而产生氨(专利文献1)。
专利文献1：日本国专利申请公开第2000-027627号公报(段落0013)
本申请人对该SCR装置用于汽车发动机废气净化装置作了研究，并已实用化。为了相对于来自发动机的NOx排出量而喷射适量的尿素水，良好地对NOx进行还原反应，重要的是在尿素水的箱内设置尿素传感器，将尿素的实际浓度(下面在简称为“浓度”时是指尿素的浓度)反映为发动机及SCR装置的控制。目前，作为尿素传感器，开发了如下一种传感器：具有加热器和测温电阻器，着眼于对应于浓度的尿素水的传热特性，根据由加热器加热的测温电阻器的电气电阻值来检测实际的浓度(日本国专利申请公开第2005-030888号公报，段落0044)。本申请人在日本国专利申请第2003-366737号(日本国专利申请公开第2005-133541号公报)上揭示了一种将此感温式传感器用于尿素传感器的发动机的废气净化装置。在该装置中，当利用尿素传感器检测浓度、且检测出的浓度是低于正常区域的低浓度时，如果水或规定浓度的尿素水以外的不同种类水溶液储藏在尿素水的箱内，则检测出浓度异常，同时就采取停止喷射尿素水等措施。
这里，对于采用感温式尿素传感器的发动机的废气净化装置，有如下问题。在以水溶液状态储藏尿素的构件中，尤其在假定寒冷地区进行使用的场合，为防止尿素水在尿素水箱内冻结，或使暂时冻结的尿素水迅速解冻，设置了箱加热器(日本国专利申请公开第2004-194028号公报)。在将感温式传感器用作为尿素传感器的场合，尿素水在尿素水的箱内随着该箱加热器的加热而发生对流，给尿素传感器检测浓度带来不良影响。尿素水的温度因该对流而发生不均，尿素传感器所检测的浓度发生误差，浓度的检测精度下降，进而给以检测后浓度为基础信息的异常检测带来错误。
因此，在采用感温式的浓度传感器的装置中，希望避免储藏箱内因水溶液对流所引起的异常的误检测，防止废气净化装置发生在不需要添加还原剂时被停止等误动作。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作成的，作成了如下结构：主动采用当尿素水等水溶液的温度处于平衡状态时的浓度。
本发明的装置是在发动机的废气中添加NOx还原剂、使废气中的NOx还原的发动机的废气净化装置，包括：以水溶液的状态储藏添加在废气中的NOx还原剂或其前体用的储藏箱；对储藏于该储藏箱内的水溶液所包含的还原剂或前体的浓度进行检测的浓度检测装置；以及根据该浓度检测装置所检测出的浓度对所述水溶液的规定的异常进行检测的控制装置。浓度检测装置包括第1感温体和与该第1感温体热连接的加热器，所述第1感温体具有其电气特性值根据温度而变化的性质，以直接或间接地与所述水溶液接触的状态设置，在驱动加热器的同时，将由该加热器加热的第1感温体的电气特性值作为还原剂或前体的浓度输出。控制装置对所述水溶液的温度是否处于实质性的平衡状态进行判定，作为异常检测用的基础信息，采用当判定为所述水溶液的温度处于实质平衡状态的温度平衡时所检测出的浓度。
采用本发明，由于其结构做成了：对尿素水等的水溶液温度是否处于平衡状态进行判定作为异常检测用的基础信息，并采用判定为处于平衡状态时的浓度，因此，可避免因对流所引起的异常的误检测，将正确的异常检测结果反映为废气净化装置的动作。
本发明的其它目的和特征，可通过参照附图的以下说明来理解。
主张优先权基础的日本国专利申请第2005-171147号的内容作为本申请一部分而被引入、参照。
附图说明
图1是本发明一实施例的发动机的结构。
图2是尿素传感器的结构。
图3是该尿素传感器的浓度检测原理。
图4是检测允许程序的流程图。
图5是浓度检测、异常判定程序的流程图。
图6是该程序的浓度异常妥当性判定处理的子程序。
图7是车辆状态判定程序的流程图。
图8是尿素水喷射控制程序的流程图。
图9是表示SCR-C/U动作的时间图。
符号说明
1是发动机，11是进气通路，12是涡轮增压器，13是稳压箱，21是喷射器，22是共用轨，31是废气通路，32是氧化催化剂，33是NOx净化催化剂，34是氨催化剂，35是EGR管，36是EGR阀，41是储藏箱，42是尿素水供给管，43是喷嘴，44是输送泵，45是过滤器，46是尿素水返回管，47是压力控制阀，48是空气供给管，51是发动机C/U，61是SCR-C/U，71、72是废气温度传感器，73是NOx传感器，74是尿素传感器。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施例。
图1表示本发明的一实施例的汽车用发动机(下面称为“发动机”)1的结构。在本实施例中，采用直喷式的柴油发动机作为发动机1。
进气通路11的导入部安装有未图示的空气滤清器，利用该空气滤清器除去吸入空气中的粉尘。在进气通路11设置有可变喷嘴式的涡轮增压器12的压缩机12a，吸入空气被压缩机12a压缩后送出。压缩后的吸入空气流入稳压箱13，由歧管部分配到各气缸。
在发动机本体中，在气缸头上每气缸设置有喷射器21。喷射器21根据来自发动机控制单元(下面称为发动机C/U)51的信号而动作。由未图示的燃料泵送出的燃料通过共用轨22供给到喷射器21，由喷射器21喷射到燃烧室内。
废气通路31的歧管部的下游设置有涡轮增压器12的涡轮机12b。涡轮机12b由废气驱动，使压缩机12a旋转。涡轮机12b的可动叶片121与作动器122连接，由作动器122控制可动叶片121的角度。
在涡轮机2b的下游，从上游侧按顺序设置有氧化催化剂32、NOx净化催化剂33及氨催化剂34。氧化催化剂32对废气中的碳氢化合物及一氧化碳进行氧化，同时将废气中的一氧化氮(以下称为“NO”)转换为以二氧化氮(以下称为“NO2”)为主的NOx，起到将废气中所含的NO与NO2的比例调整为适于后述NOx还原反应的作用。NOx净化催化剂33将NOx还原净化。为了NOx还原，在本实施例中，在NOx净化催化剂33的上游将作为还原剂的氨添加到废气中。另外，在本实施例中，考虑到氨的储藏容易性，以水溶液的状态储藏氨的前体即尿素。通过将氨作为尿素储藏，可确保安全性。
尿素水供给管42与储藏尿素水的储藏箱41连接，在该尿素水供给管42的顶端安装有尿素水的喷嘴43。在尿素水供给管42上，从上游侧按顺序夹装有加料泵44及过滤器45。加料泵44由电动机441驱动。电动机441的转速由来自SCR控制单元(下面称为“SCR-C/U”)61的信号控制，调整加料泵44的排出量。另外，在过滤器45的下游，尿素水返回管46与尿素水供给管42连接。在尿素水返回管46上设置有压力控制阀47，超过规定压力部分的剩余尿素水返回到储藏箱41内。
喷嘴43是空气辅助式的喷嘴，由本体431和喷嘴部432构成。本体431上连接有尿素水供给管42，还连接有用于供给辅助用空气的空气供给管48。空气供给管48与未图示的气罐连接，从该气罐供给辅助用空气。喷嘴部432在NOx净化催化剂33的上游设置成，从侧面贯通NOx净化催化剂33及氨催化剂34的筐体。喷嘴部432的喷射方向被设定为，沿与废气的流向平行的方向朝向NOx净化催化剂33的端面。
若喷射尿素水，所喷射的尿素水中的尿素就因废气热量而进行加水分解，发生氨。所发生的氨在NOx净化催化剂33上用作为NOx还原剂，使NOx还原。氨催化剂34的用途是，对不利于NOx还原而通过NOx净化催化剂33的泄漏氨进行净化。由于氨具有刺激性气味，故不希望以未净化的状态放出。下式(1)～(4)分别表示用氧化催化剂32的NO的氧化反应、尿素的加水分解反应、用NOx净化催化剂33的NOx的还原反应以及用氨催化剂34的泄漏氨的氧化反应。在本实施例中，将NOx净化催化剂33和氨催化剂34内置在一体的筐体中，但也可以分体的结构构成各自的筐体。
NO+1/2O2→NO2……(1)
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2……(2)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O……(3)
4NH3+3O2→2N2+6H2O……(4)
废气通路31通过EGR管35而与进气通路11连接。EGR管35上夹装有EGR阀36。EGR阀36与作动器361连接，EGR阀36的开度由作动器361控制。
在废气通路31中，氧化催化剂32与NOx净化催化剂33之间设置有温度传感器71，用于检测尿素水添加前的废气温度。在氨催化剂34的下游设置有用于检测还原后的废气温度的温度传感器72、以及用于检测还原后的废气所含的NOx浓度的NOx传感器73。并且，在储藏箱41内设置有用于检测尿素水所含的尿素浓度的尿素传感器74、以及用于检测尿素水温度的温度传感器75。尿素传感器74构成本实施例的“浓度检测装置”。
温度传感器71、72、NOx传感器73、尿素传感器74以及温度传感器75的检测信号被输出到SCR-C/U61。SCR-C/U61以所输入的信号为基础对最佳的尿素水喷射量进行运算、设定，并将与设定的尿素水喷射量对应的指令信号输出到喷嘴43。SCR-C/U61将动作信号输出到设在驾驶室控制板上的浓度警告灯91及余量警告灯92。SCR-C/U61可双向通信地与发动机C/U51连接，将检测后的尿素浓度输出到发动机C/U51。另一方面，在发动机1侧，设
置有点火开关52、起动开关53、曲柄角度传感器54、车速传感器55及油门传感器56等，这些检测信号被输入到发动机C/U51。发动机C/U51根据曲柄角度传感器54所输入的信号而算出发动机转速Ne。发动机C/U51将燃料喷射量等尿素水的喷射控制所需的信息输出到SCR-C/U61。SCR-C/U61构成本实施例的“控制装置”。
图2表示尿素传感器74的结构以及该尿素传感器74与箱加热器之间的关系。
在本实施例中，含有使发动机1的冷却水流通的冷却水流通管81而构成箱加热器。冷却水流通管81弯曲呈U字状，入口部81a及出口部81b贯通储藏箱41的顶盖部。冷却水流通管81中导入温热后的发动机1的冷却水，以该冷却水为热介质加热尿素水。尿素传感器74设置在该U字状部分的底边附近，从下及左、右(或前、后)的三方由冷却水流通管81包围。
尿素传感器74具有与前述日本国专利申请公开第2005-030888号公报所记载的流量液种计相同的结构，是以二个感温体的电气特性值为基础对尿素的浓度进行检测。
前述公开公报(段落编号0104～0107)所记载的流量液种计包括：具有加热器功能的第1传感器元件；无加热器功能的第2传感器元件。前者的第1传感器元件包括：加热层；以绝缘状态形成在加热层上的作为感温体的测温电阻层(下面称为“第1测温电阻层”)。后者的第2传感器元件包括作为感温体的测温电阻层(下面称为“第2测温电阻层”)，而无加热层。各传感器元件内置在树脂制的筐体内，并与作为传热体的翅片的一端连接。
在本实施例中，包含所述第1及第2传感器元件而构成尿素传感器74的传感器元件部741。传感器元件部741，在浓度检测时浸渍在尿素水中，且按前述那样设置在冷却水流通管81的U字状的底边附近。另外，各翅片7414、7415贯通筐体7413，露出在储藏箱41内。
回路部742与第1传感器元件7411的加热层及测温电阻层(相当于“第1感温体”)和第2传感器元件7412的测温电阻层(相当于“第2感温体”)连接。在向加热层通电来对第1测温电阻层加热的同时，对加热后的第1测温电阻层、和处于与加热层热绝缘的状态的第2测温电阻层的各电阻值Rn1、Rn2进行检测。测温电阻层具有电阻值与温度成正比变化的特性。回路部742以所检测的Rn1、Rn2为基础如下那样演算浓度Dn。尿素传感器74兼有检测尿素浓度的作为“浓度检测装置”的功能、和判定尿素水余量的功能。
图3表示浓度检测原理。
加热层的加热，通过在规定时间Δt01将加热驱动电流ih向加热层通电来进行。回路部742对停止向加热层通电的时刻t1的各测温电阻层的电阻值Rn1、Rn2进行检测，并对在该时刻的测温电阻层间的温度差ΔTmp12(＝Tn1-Tn2)进行演算。该ΔTmp12是根据以尿素水为介质的传热特性而变化的，该传热特性是根据尿素的浓度而变化的。因此，对算出的ΔTmp12进行换算可算出浓度Dn。另外，能以算出的ΔTmp12为基础，对残留在储藏箱41内的尿素水的量是否不足进行判定。
在本实施例中，在第1传感器元件7411中，通过翅片7414使第1测温电阻层与尿素水接触，但也可在传感器元件部741形成将储藏箱41内的尿素水导入的测定室，第1测温电阻层通过该测定室内的尿素水由加热器加热。在该场合，第1测温电阻层就与尿素水直接接触。
下面根据流程图说明SCR-C/U61的动作。
本实施例的SCR-C/U61的动作大致如下。即，SCR-C/U61进行检测许可判定(图4是检测许可程序)，仅在根据该判定而许可浓度检测时，进行浓度Dn的检测。当检测出的Dn处于被定为正常区域的规定范围内时，判定为尿素水未发生规定的异常，并输出该浓度Dn。另一方面，当检测出的Dn不在该范围时，就输出该浓度Dn，并对所述规定的异常的尿素水余量或浓度的异常进行检测。在本实施例中，当Dn处于超过该范围的区域时，对尿素水余量的异常(下面称为“余量异常”)进行检测，而当Dn处于低于该范围的区域时，对尿素水浓度的异常(下面称为“浓度异常”)进行检测。在本实施例中，对该浓度异常的检测，从储藏箱41内的尿素水的温度平衡观点判定其妥当性(图6是浓度异常妥当性判定程序)，只在判定为妥当时，才将该检测结果作为已确定的结果来处理。另外，在本实施例中，对各异常的检测，在每次异常检测时将误差计数器CNTc、CNTe加上规定值，当该误差计数器CNTc、CNTe达到规定值CNTclim、CNTelim时，执行实际性的异常判定(图5是浓度检测、异常判定程序)。当这些异常判定都执行后时，SCR-C/U61就对喷嘴43输出用于停止喷射尿素水的信号(图8是尿素水喷射控制程序)。下面，说明每个程序。
图4是检测许可程序的流程图。该程序通过打开点火开关而起动，然后每规定时间被反复进行。由该程序许可或禁止浓度Dn的检测。
在S101，读入点火开关信号SWign，判定SWign是否为1。当为1时，认为打开了点火开关，则进入S102。
在S102，读入起动开关信号SWstr，判定SWstr是否是1。当为1时，认为起动开关已打开的，发动机1的起动时刻，为了执行许可判定而进入S103；当不为1时，进入S105。
在S103，将检测间隔INT重置为0。
在S104，将许可判定标志Fdtc设定为1，执行许可判定。
在S105，将检测间隔INT与1相加(INT＝INT+1)。
在S106，判定相加后的INT是否达到规定值INT1。
当达到INT1时，认为浓度Dn检测所需的检测间隔被确保，则进入S103，当未达到时，认为所需的检测间隔未被确保，则为了执行禁止判定而进入S107。
在S107，将许可判定标志Fdtc设定为0，执行禁止判定。
图5是浓度检测、异常判定程序的流程图。该程序利用先前的检测许可程序将许可判定标志Fdtc设定为1来执行。由该程序检测浓度Dn，并检测尿素水的规定的异常。
在S201，读入许可判定标志Fdtc，判定所读入的Fdtc是否为1，只在为1时，进入S202。
在S202，为了检测浓度Dn，向尿素传感器74的加热层通电，对第1测温电阻层加热。
在S203，检测浓度Dn。浓度Dn的检测如下进行：检测加热后的各测温电阻层的电阻值Rn1、Rn2，同时对与检测后的之差对应的测温电阻层间的温度差ΔTmp12进行演算，将算出后的ΔTmp12换算成浓度Dn。
在S204，判定检测出的Dn是否处于将第1值D1和大于该第1值的第2值D2设为下限及上限的规定范围(相当于“正常区域”)内。当处于该范围内时，进入S218，不在该范围内时，进入S205。
在S205，判定浓度Dn是否是规定的第2值D2以上。当是D2以上时，进入S214，小于D2时，进入S206。该D2设定为尿素传感器74处于尿素水中的状态下所得到的输出Dn与尿素传感器74处于空气中的状态下所得到的输出Dn之间的中间值。即，当浓度Dn是D2以上时，认为该Dn超过正常区域，则检测余量不足(或储藏箱41处于空的状态)时的余量异常，另一方面当浓度Dn小于D2时，认为该Dn低于正常区域，则对规定浓度的尿素水以外的异种水溶液(这里为含水的概念)储藏在储藏箱41内时的浓度异常进行检测。
在S206，判定浓度异常检测的妥当性。如已描述那样，从尿素水的温度平衡的观点出发，利用图6所示的浓度异常妥当性判定程序进行该判定。当利用该程序判定为浓度异常的检测是妥当时，妥当性判别标志Fjdg被设定为1，当判定为不妥当时，妥当性判别标志Fjdg被设定为0。
在S207，判定妥当性判别标志Fjdg是否为1。为1时，认为浓度异常的检测是妥当的，则进入S208，不为1时，进入S209。
在S208，浓度误差计数器CNTc(相当于“第1计数器”)加上与车辆状态标志Fstb对应的值的点数a1、a2。车辆状态标志Fstb由图7所示的车辆状态判定程序设定为0或1。在该程序中，从发动机1振动所给予影响的观点出发，判别储藏箱41内的尿素水晃动的大小。当Fstb是1时，CNTc加上较大的值a1(例如3)，当Fstb是0时，CNTc加上比a1小的值a2(例如1)。发动机1的振动较小、尿素水的晃动较小时所得到的浓度Dn，是因为搅拌尿素水所产生的热传导特性的误差小、从而将其高可靠性反映在异常判定上的缘故。
在S209，将备用误差计数器BCKc(相当于“第2计数器”)加上1。备用误差计数器BCKc与浓度误差计数器CNTc不同，与妥当性判别标志Fjdg无关，对每个低于正常区域的浓度的检测加上1。
在S210，判定相加后的CNTc是否达到规定值CNTclim(例如10)。当达到CNTclim时，进入S212，未达到时，进入S211。
在S211，判定相加后的BCKc是否达到规定值BCKclim(大于CNTclim，例如100)。当达到BCKclim时，进入S212，未达到时，返回该程序。
在S212，执行异种水溶液储藏在储藏箱41内的浓度异常判定，将浓度异常判定标志Fcnc设定为1。在本实施例中，当检测出低于第1值D1时(S204、205)，认为只执行一个浓度异常判定。但是，对于异种水溶液充填在储藏箱41的场合、和尿素水被过分稀释的场合，也可设定不同的浓度异常判定标志，通过对浓度Dn与大于D1的第3值D3进行比较，对各场合区别异常。
在S213，将余量异常判定标志Femp设定为0，同时将余量误差计数器CNTe重置为0。
在S214，余量误差计数器CNTe加上规定的点b(例如1)。
在S215，判定相加后的CNTe是否达到规定值CNTelim。当达到CNTelim时，进入S216，未达到时，返回该程序。
在S216，执行残留在储藏箱41内的尿素水的量不到规定量(例如储藏箱41是空的)的余量异常判定，将余量异常判定标志Femp设定为1。
在S217，将浓度异常判定标志Fcnc设定为0，同时将浓度误差计数器CNTc及备用误差计数器BCKc重置为0。
在S218，执行正常判定，将各异常判定标志Fcnc、Femp设定为0。
在S219，将各误差计数器CNTc、CNTe(及备用计数器BCKc)重置为0。
图6是浓度异常妥当性判定程序的流程图。该程序构作为在先前的浓度检测、异常判定程序的S206中执行的子程序。由该程序判定浓度异常检测的妥当性。
在S301，判定箱加热器是否动作，即判定冷却水是否流过冷却水流通管81。当动作时，进入S302，停止时进入S308。该判定根据对冷却水向冷却水流通管81的流入进行控制的流量控制阀的开度而进行。当箱加热器停止动作时，在储藏箱41中，不发生影响到浓度检测那种问题的尿素水的强对流，判定为尿素水的温度处于实质性的平衡状态。
在S302，作为妥当性判定的基础信息，读入尿素水的温度Turea及各传感器元件7411、7412的测温电阻层的电阻值Rn1、Rn2。
在S303，判定读入的Turea是否为规定值T1以上。当为T1以上时，进入S304，不到T1时，进入S310。该T1设定为将尿素水冻结的温度(这里为-5°)。当尿素水冻结时能判断为：根据传热特性的浓度的检测自身缺少正确度，浓度异常的检测也明显缺乏妥当性。
在S304，判定尿素水的温度变化率GRDt是否为规定值G1以下。当为G1以下时，进入S305，大于G1时，进入S309。当GRDt较小时可判断为：作为热介质的冷却水与尿素水的温度差小，不产生成为问题那样的强对流。在本实施例中，GRDt作为该次计测时与上次计测时的温度Turea、Turean-1之差(＝Turea-Turean-1)，根据每次测量所读入的Turea算出。
在S305，判定浓度Dn的误差量VRId是否为规定值V1以下。当为V1以下时，进入S306，大于V1时，进入S309。VRId较小时可判断为：稳定地进行浓度Dn的检测，检测出的Dn的可靠性高。在本实施例中，VRId作为该次计测时与上次计测时的浓度Dn、Dnn-1之差的绝对值(＝|Dn-Dnn-1|)，根据每次测量所读入的Dn算出。
在S306，判定浓度Dn是否为规定值D4以上。当为D4以上时，进入S307，不到D4时，进入S309。该D4作为浓度Dn能决定的范围下限，例如设定为不到0的值。
在S307，判定各测温电阻层的初始温度差DLTt是否为规定值SL以下。当为SL以下时，进入S308，大于SL时，进入S309。当DLTt较小时可判断为：在各传感器元件7411、7412之间温度不均就小，不发生强对流。DLTt作为刚驱动加热层之前的各测温电阻层的温度差DLTt(图3)而算出。
在S308，将妥当性判别标志Fjdg设定为表示浓度异常的检测是妥当的1。
在S309，从浓度误差计数器CNTc减去规定值d。该d也可在S304～S307的每个判定中进行设定，从CNTc减去与得到否定结果的判定相对应的值d1～d4。
在S310，将妥当性判别标志Fjdg设定为0。
图7是车辆状态判定程序的流程图。该程序每规定时间被反复进行。
在S401，读入发动机转速NE。
在S402，读入车速VSP。
在S403，判定读入的NE是否为小于空转转速(＝400～600rpm是在空转转速区域存在共振点)的规定值NE1以下。当为NE1以下时，进入S404，大于NE1时，进入S405。
在S404，判定读入的VSP是否为表示停车状态的规定值VSP1以下。当为VSP1以下时，进入S407，大于VSP1时，进入S405。
在S405，判定读入的NE是否是大于空转转速的规定值NE2以上。当为NE2以上时，进入S406，小于NE2时，进入S408。
在S406，判定读入的VSP是否为大于VSP1的规定值VSP2以下。当为VSP2以下时，进入S407，大于VSP2时，进入S408。
在S407，认为以发动机1的振动为干扰的尿素水的晃动较小，将车辆状态标志Fstb设定为1。
在S408，将车辆状态标志Fstb设定为0。
下面，利用图8所示的流程图来说明采用了浓度Dn后的尿素水喷射控制的一例子。该程序每规定时间被执行。
在S501，读入浓度Dn。
在S502，判定余量异常判定标志Femp是否为0。当为0时，进入S503，不是0时，认为执行了余量异常判定则进入S506。
在S503，判定浓度异常判定标志Fcon是否为0。当为0时，进入S504，不为0时，认为执行了浓度异常判定则进入S507。
在S504，设定尿素水喷射量。尿素水喷射量的设定通过如下进行：对发动机1的燃料喷射量及与NOx传感器73的输出对应的基本喷射量进行演算，同时根据浓度Dn修正所算出的基本喷射量。当浓度Dn大、每单位喷射量的尿素含有量较多时，对基本喷射量实施减量修正，另一方面，当浓度Dn小、每单位喷射量的尿素含有量较少时，对基本喷射量实施增量修正。
在S505，向喷嘴43输出与所设定的尿素水喷射量对应的动作信号。
在S506，使设置在驾驶席的控制板上的余量警告灯92动作，使驾驶员意识到尿素水的余量不足。
在S507，使设置在所述控制板上的浓度警告灯91动作，使驾驶员意识到储藏在储藏箱41内的是异种水溶液。
在S508，停止喷射尿素水。在尿素水的余量不足时是理所当然的而在储藏箱41内储藏的不是尿素水而是水之类时是由于不能喷射添加氨所必需量的尿素水。在本实施例中，在执行了各异常判定后停止喷射尿素水，但也可与该控制一起或代替该控制，而向发动机C/U51输出用于降低来自发动机1的NOx排出量自身或限制发动机1输出的信号。作为前者的控制，例如使通过EGR管35返流的废气量比异常判定时之外的通常时增大。另外，作为后者的控制，使对于油门操作的发动机1的输出功率特性不同于通常时，例如，使对于油门开度的燃料喷射量比通常时减少。
采用本发明，可获得如下那样的效果。
图9是表示SCR-C/U61动作的时间图，表示在执行了余量异常判定(相当于“第2异常判定”)后(时刻t2)、因不经意或通过有意识地补给水等而使浓度Dn从超过规定范围B的区域A直接转移到低于该范围B的区域C时的(时刻t3)各误差计数器CNTc、CNTe及各异常判定标志Fcnc、Femp的动作。
在本实施例中，在这种场合，在检测出处于区域C的异常浓度Dn后(时刻t3)，浓度误差计数器CNTc增大并达到规定值CNTclim，在整个直到执行了浓度异常判定(相当于“第1异常判定”)的期间PRD，维持余量异常判定(CNTe＝CNTelim、Femp＝1：图5的S210)。因此，虽然喷射水等，不能良好地进行NOx还原，但浓度误差计数器CNTc未达到规定值CNTclim，从而发动机1按通常运转且喷射水等，可避免未净化的NOx放出到大气中。
尤其，在本实施例中，在检测浓度异常时，根据图6所示的流程图，从温度平衡的观点出发判定其妥当性，仅在判定为妥当时，就将浓度异常的检测作为已确定的结果来处理(时刻t3～t4)。因此，可避免对流影响所导致的浓度异常的误检测，防止因该误检测而发生不需要尿素水的喷射时被停止等误动作。在本实施例的妥当性的判定中，由箱加热器进行加热后、尿素水的温度达到平衡状态后，因图6所示的流程图的S303～S307的条件原则上成立，从而判定浓度异常的检测是妥当的，同时，即使是达到平衡状态之前，仅在这些条件成立时，对流较弱，认为对检测结果足够的可靠性可被补偿，就判定为浓度异常的检测是妥当的。
在上面，采用了对每次浓度或余量异常的检测加上规定值a1、a2的误差计数器CNTc、CNTe，以确保异常判定的精度。也可仅采用次数代替误差计数器，，检测的浓度Dn从各区域A、C外转移到该区域A、C内后，在规定次数内所检测出的浓度Dn中，规定比例的浓度Dn处于该区域内的场合(例如在规定次数连续检测出该区域内的浓度Dn场合)，执行异常判定。
另外，虽然利用尿素的加水分解而产生氨，但图1中未特别明示该加水分解用的催化剂。为提高加水分解的效率，也可在NOx净化催化剂33的上游设置加水分解催化剂。
对于本发明的“水溶液”，除了以上所采用的作为前体的水溶液的尿素水以外，还可采用氨水等还原剂的水溶液。
本发明还可应用于直喷式以外的柴油发动机(例如副室型柴油发动机)以及汽油发动机。
以上，根据较佳实施例说明了本发明，但本发明的范围并不限制这种说明，而以权利要求书的记载为基础根据适用条文进行判断。

Claims (20)

1.一种发动机的废气净化装置，在发动机的废气中添加NOx还原剂，使废气中的NOx还原，包括：
以水溶液的状态储藏添加在废气中的NOx还原剂或其前体用的储藏箱；
对储藏于所述储藏箱内的水溶液所含有的还原剂或前体的浓度进行检测的浓度检测装置；以及
与所述浓度检测装置连接、根据所述浓度检测装置所检测出的浓度而对所述水溶液的规定的异常进行检测的控制装置，
其中所述浓度检测装置包括第1感温体和与该第1感温体热连接的加热器，所述第1感温体具有其电气特性值根据温度而变化的性质，以直接或间接地与所述水溶液接触的状态设置，在驱动所述加热器的同时，所述浓度检测装置将由所述加热器加热的所述第1感温体的电气特性值作为所述还原剂或前体的浓度输出，
其特征在于，所述控制装置包括：判定所述水溶液的温度是否处于实质性的平衡状态的状态判定部；以及异常检测部，当所述检测出的浓度处于被定为正常区域的规定区域之外的异常区域时，所述异常检测部以在该状态判定部判定所述水溶液的温度处于所述平衡状态的温度平衡时所检测出的浓度为基础，对所述规定的异常进行检测。
2.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括设置在所述储藏箱内的箱加热器，
所述控制装置，在所述箱加热器进行加热时根据所述状态判定部的所述判定结果，利用所述异常检测部对所述规定的异常进行检测。
3.如权利要求2所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述箱加热器包括使发动机的冷却水作为热介质流通的冷却水流通管，利用与发动机冷却水的热交换将所述水溶液加热。
4.如权利要求2所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
在所述水溶液的温度上升率处于规定值以下时，所述状态判定部判定为所述水溶液的温度处于所述平衡状态。
5.如权利要求2所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
由所述浓度检测装置检测出的浓度的该次值与上次值之差的绝对值是规定值以下时，所述状态判定部判定为所述水溶液的温度处于所述平衡状态。
6.如权利要求2所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
由所述浓度检测装置检测出的浓度处于将决定所述正常及异常区域的边界的第1值与不同于该第1值的所述异常区域中的第2值作为上限及下限的规定范围内时，所述状态判定部判定为所述水溶液的温度处于所述平衡状态。
7.如权利要求2所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述浓度检测装置还包括相对于所述加热器被热绝缘、且设置成与所述水溶液接触的状态的第2感温体，
在驱动所述加热器前的所述第1及第2感温体的各电气特性值之差是规定值以下时，所述状态判定部判定为所述水溶液的温度处于所述平衡状态。
8.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述控制装置还包括第1异常判定部，其设有在所述异常检测部的每次所述异常的检测时被增大规定值的第1计数器，当该第1计数器达到第1异常判定值时执行实际的异常判定。
9.如权利要求8所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括对发动机转速进行检测的转速传感器，
在检测出的发动机转速处于包含发动机共振点在内的规定转速区域时、和除此以外时，所述第1异常判定部使每次所述异常的检测时增大的规定值不相同。
10.如权利要求8所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述控制装置还包括第2异常判定部，其设有在所述浓度检测装置进行的处于所述异常区域的每次浓度的检测时被增大规定值的第2计数器，当该第2计数器达到大于所述第1异常判定值的第2异常判定值时，先于所述第1异常判定部而执行异常判定。
11.如权利要求8所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述第1异常判定部在检测出所述规定的异常的异常检测时以外的非检测时，使所述第1计数器减小规定值。
12.如权利要求8所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
当所述浓度检测装置所检测出的浓度处于所述异常区域中的第1区域时，所述异常检测部对第1异常进行检测，而当所述浓度检测装置所检测出的浓度处于所述异常区域中的不同于所述第1区域的第2区域时，所述异常检测部对第2异常进行检测，
所述第1异常判定部与所述第1异常的检测有关并根据所述第1计数器的值而执行第1异常判定，另一方面所述第1异常判定部与所述第2异常的检测有关而执行第2异常判定，在第2异常判定后，当通过所述检测出的浓度从所述第2区域直接转移到所述第1区域而检测出所述第1异常时，从该第1异常的检测至规定期间维持第2异常判定。
13.如权利要求12所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括添加装置，该添加装置设置在发动机的废气通路上，将储藏在所述储藏箱内的水溶液供给到所述废气通路内，在废气中添加所述还原剂，
当执行了所述第1或第2异常判定时，所述控制装置使所述添加装置停止添加所述还原剂。
14.如权利要求12所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括使驾驶员意识到所述异常的发生用的警告装置，
当执行了所述第1或第2异常判定时，所述控制装置使所述警告装置动作，使驾驶员意识到该异常的发生。
15.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括添加装置，该添加装置设置在发动机的废气通路上，将储藏在所述储藏箱内的水溶液供给到所述废气通路内，在废气中添加所述还原剂，
所述控制装置根据所述浓度检测装置所检测出的浓度对所述添加装置进行的还原剂添加量予以控制。
16.一种发动机，包括：
形成燃烧室的发动机本体；
设在从所述燃烧室通过的发动机废气通路上的NOx还原催化剂；以及
添加装置，该添加装置在所述还原催化剂的上游设置在所述废气通路上，将储藏在所述储藏箱内的水溶液供给到所述废气通路内，在发动机的废气中添加所述还原剂，
其特征在于，该发动机还包括：如权利要求1所述的废气净化装置。
17.如权利要求16所述的发动机，其特征在于，
当利用所述异常检测部检测出所述规定的异常时，所述控制装置使所述添加装置停止添加所述还原剂。
18.如权利要求16所述的发动机，其特征在于，
所述控制装置根据所述浓度检测装置所检测出的浓度而对所述添加装置进行的还原剂添加量予以控制。
19.一种发动机的废气净化装置，在发动机的废气中添加NOx还原剂，使废气中的NOx还原，包括：
以水溶液的状态储藏添加在废气中的NOx还原剂或其前体用的储藏箱；以及
对储藏于所述储藏箱内的水溶液所含有的还原剂或前体的浓度进行检测的手段即浓度检测手段，该浓度检测手段包括第1感温体和加热该第1感温体用的加热器，所述第1感温体具有电气特性值根据温度而变化的性质，以直接或间接地与所述水溶液接触的状态设置，在驱动所述加热器的同时，所述浓度检测手段将由所述加热器加热的所述第1感温体的电气特性值作为所述还原剂或前体的浓度输出，
其特征在于，该发动机的废气净化装置还包括：异常检测手段，当由所述浓度检测手段检测出的浓度处于被定为正常区域的规定区域以外的异常区域时，对所述水溶液的规定的异常进行检测；以及
状态判定手段，该状态判定手段判定所述水溶液的温度是否处于实质性的平衡状态，
所述异常检测手段以在所述状态判定手段判定为所述水溶液的温度处于所述平衡状态的温度平衡时所检测出的浓度为基础，对所述规定的异常进行检测。
20.一种发动机的废气净化装置，在发动机的废气中添加NOx还原剂、使废气中的NOx还原，包括：
以水溶液的状态储藏添加在废气中的NOx还原剂或其前体用的储藏箱；以及
对储藏于所述储藏箱内的水溶液所含有的还原剂或前体的浓度进行检测的手段即浓度检测手段，该浓度检测手段包括第1感温体、加热该第1感温体用的加热器和第2感温体，所述第1感温体具有其电气特性值根据温度而变化的性质，以直接或间接地与所述水溶液接触的状态设置，所述第2感温体相对于所述加热器被热绝缘、且设置成与所述水溶液接触的状态，所述浓度检测手段在驱动所述加热器的同时，根据由所述加热器加热的所述第1感温体的电气特性值和所述第2感温体的电气特性值而算出所述还原剂或前体的浓度，
其特征在于，该发动机的废气净化装置还包括：异常检测手段，当由所述浓度检测手段检测出的浓度处于被定为正常区域的规定区域以外的异常区域时，对所述水溶液的规定的异常进行检测；
异常判定手段，在由所述异常检测手段检测出所述规定的异常后，规定的确定条件成立后执行实际的异常判定；以及
许可判定手段，其以驱动所述加热器前的所述第1及第2感温体的各电气特性值之差、或者所述第1或第2感温体的电气特性值的每个浓度检测周期的变化量为基础，对所述异常的检测的许可条件成立与否进行判定，
所述异常检测手段，根据在所述许可判定手段许可所述异常的检测的检测许可时所检测出的浓度而对所述规定的异常进行检测，当所述检测出的浓度处于所述异常区域中的第1区域时，对第1异常进行检测，而当所述检测出的浓度处于所述异常区域中的不同于所述第1区域的第2区域时，对第2异常进行检测，
所述异常判定手段与所述第1异常的检测有关并执行第1异常判定，另一方面与所述第2异常的检测有关而执行第2异常判定，在第2异常判定后，当通过检测出的浓度从所述第2区域直接转移到所述第1区域而检测出所述第1异常时，从该第1异常的检测至规定期间维持第2异常判定。
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