JP2006132442A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 噴射ノズルの詰まりの誤検出を抑制しようとする排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 エンジン１の排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を尿素水により還元浄化する還元触媒４と、前記尿素水を貯蔵した尿素水タンク６と、高圧エアと混合して該尿素水タンク６から尿素水を吸い上げて高圧エアと混合して送出する尿素水供給手段７と、高圧エアと混合された前記尿素水を前記排気系の排気管３内にて前記還元触媒４の排気上流側に噴射する噴射ノズル５とを備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記尿素水供給手段７に導入されるエアの圧力及び前記噴射ノズル５の温度の各検出出力に基づいて前記噴射ノズルの詰まりを検出する詰まり検出手段８を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を、高圧エアと混合された還元剤を噴射ノズルで還元触媒の排気上流側に噴射して還元除去するエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、上記高圧エアの圧力及び上記噴射ノズルの温度に基づいて噴射ノズルの詰まりを検出することによって、詰まりの誤検出を抑制しようとする排気浄化装置に係るものである。

エンジンから排出される排気中の有害物質のうち、特にＮＯｘを除去して排気を浄化するシステムとして、いくつかの排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通路に高圧エアと混合された還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は還元剤タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、ＮＯｘとの反応性のよいアンモニアを用いるもので、還元剤としては、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

この種の排気浄化装置においては、噴射時に還元剤、例えば尿素が析出して噴射ノズルが詰まり、還元剤を排気通路に十分に噴射供給することができなくなることがあった。このような問題に対しては、上記高圧エアの圧力変化を検出して噴射ノズルの詰まりを判断することが考えられる。
特開２０００−２７６２７号公報

しかし、上記高圧エアの圧力変化を検出して噴射ノズルの詰まりを判断する場合においては、還元剤の噴射供給には大きな弊害とならない微小な詰まり、例えば析出した還元剤が噴射ノズルの温度上昇により容易に融けて消失するような詰まりによって発生する高圧エアの圧力変化をも敏感に検知し、噴射ノズルの詰まりと誤検出してしまう虞があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、噴射ノズルの詰まりの誤検出を抑制しようとする排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記還元剤を貯蔵した還元剤タンクと、該還元剤タンクから還元剤を吸い上げて高圧エアと混合して送出する還元剤供給手段と、高圧エアと混合された前記還元剤を前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルとを備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力及び前記噴射ノズルの温度の各検出出力に基づいて前記噴射ノズルの詰まりを検出する詰まり検出手段を備えたものである。

このような構成により、還元剤タンクから還元剤を吸い上げて高圧エアと混合して送出する還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力、及び上記還元剤を排気通路内にて還元触媒の排気上流側に噴射供給する噴射ノズルの温度に基づいて詰まり検出手段で噴射ノズルの詰まりを検出する。

また、前記詰まり検出手段は、前記還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力を所定の閾値と比較する第１の比較器と、前記噴射ノズルの温度を所定の閾値と比較する第２の比較器と、前記各比較器の出力の論理積をとる論理演算回路と、前記高圧エアの圧力及び前記噴射ノズルの温度が共に閾値を超えているときの前記論理演算回路の出力に基づいて噴射ノズルの詰まりを判定し、詰まりの発生を示す信号を出力する判定部とを備えたものである。これにより、第１の比較器で還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力を所定の閾値と比較し、第２の比較器で噴射ノズルの温度を所定の閾値と比較し、論理演算回路で上記第１及び第２の比較器の出力の論理積をとり、判定部で高圧エアの圧力及び噴射ノズルの温度が共に閾値を超えているときの論理演算回路の出力に基づいて噴射ノズルの詰まりを判定し、詰まりの発生を示す信号を出力する。

さらに、前記還元剤供給手段に導入される高圧エアは、流量が一定に調整されたものである。これにより、流量が一定に調整された高圧エアを還元剤供給手段に導入する。

そして、前記第２の比較器の閾値は、前記還元剤の融点以上である。これにより、還元剤の融点以上の温度を閾値として第２の比較器で噴射ノズルの温度と比較する。

請求項１に係る発明によれば、還元剤タンクから還元剤を吸い上げて高圧エアと混合して送出する還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力と、上記還元剤を排気通路内にて還元触媒の排気上流側に噴射供給する噴射ノズルの温度とに基づいて詰まり検出手段で噴射ノズルの詰まりを検出するものとしたことにより、噴射ノズルの詰まりの誤検出を抑制することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、第１の比較器で還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力を所定の閾値と比較し、第２の比較器で噴射ノズルの温度を所定の閾値と比較し、論理演算回路で上記第１及び第２の比較器の出力の論理積をとり、判定部で高圧エアの圧力及び噴射ノズルの温度が共に閾値を超えているときの論理演算回路の出力に基づいて噴射ノズルの詰まりを判定し、詰まりの発生を示す信号を出力するものとしたことにより、噴射ノズルの詰まりの判定を容易に行うことができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、流量が一定に調整された高圧エアを還元剤供給手段に導入するものとしてことにより、噴射ノズルの詰まりを還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力変化で検出することができる。

そして、請求項４に係る発明によれば、第２の比較器の閾値を還元剤の融点以上としたことにより、第１の比較器の出力と相まって、噴射ノズルの温度が還元剤の融点より大でありながら析出した還元剤が溶けない噴射ノズルの大きな詰まり又は異物による噴射ノズルの詰まりを検出することができる。したがって、噴射ノズルの温度が還元剤の融点を超えて上昇した場合に析出した還元剤が容易に融けて消失するような微小な詰まりは、噴射ノズルの詰まりの判定から排除して、還元剤の噴射供給に弊害となる大きな詰まりのみを選択的に検出することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。この排気浄化装置は、移動車両に搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、還元剤を用いて還元除去するものであり、ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン１の排気を排気マニフォールド２から大気中に排出させる排気通路としての排気管３にＮＯｘの還元触媒４と、噴射ノズル５とを備え、この噴射ノズル５に連結された尿素水タンク６と、尿素水供給手段７とを備え、上記噴射ノズル５と尿素水供給手段７とに接続して噴射ノズル５の詰まりを検出する詰まり検出手段８を備えてなる。

上記排気管３の排気口３ａ近傍には、ＮＯｘの還元触媒４が設けられている。このＮＯｘの還元触媒４は、排気管３内を通る排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。

上記還元触媒４の排気上流側には、噴射ノズル５が設けられている。この噴射ノズル５は、後述の尿素水タンク６から供給される還元剤としての例えば尿素水を上記排気管３内にて上記還元触媒４の排気上流側に噴射するものであり、ノズル先端５ａを排気下流側に折り曲げて尿素水を還元触媒４に向けて噴射供給するようになっている。また、上記噴射ノズル５の排気上流側には、該噴射ノズル５の温度を検出する温度センサー９が設けられている。

上記噴射ノズル５には、尿素水供給配管１０を介して尿素水タンク６が連結されている。この尿素水タンク６は、尿素水を貯蔵する還元剤タンクとなるものである。

上記噴射ノズル５と尿素水タンク６との間には、上記尿素水供給配管１０の途中に尿素水供給手段７が設けられている。この尿素水供給手段７は、上記尿素水タンク６から尿素水を吸い上げて高圧エアと混合して噴射ノズル５に送出する還元剤供給手段となるものであり、図２に示すように尿素水タンク６に接続した尿素水供給配管１０により尿素水を矢印Ａ方向に吸引し、尿素水タンク６に接続した尿素水戻し配管１１により上記吸引した過剰な尿素水の一部を矢印Ｂ方向に尿素水タンク６に戻すポンプ部１２と、該ポンプ部１２と上記噴射ノズル５とを接続する尿素水供給配管１０の途中に、該尿素水供給配管１０を矢印Ｄ方向に供給される尿素水に高圧エアを混合して噴射ノズル５に送出する混合部１３とを備えている。

ここで、上記ポンプ部１２は、尿素水タンク６から尿素水を吸い上げて混合部１３に圧送するポンプ１４と、エア配管１５を介して高圧エアを上記混合部１３に供給するエアタンク１６を備えており、上記エア配管１５の途中に備えた絞り、例えばオリフィス１７で混合部１３に導入される高圧エアの流量を一定に調整するようになっている。そして、上記オリフィス１７と混合部１３との間のエア配管１５には、上記流量が一定に調整された高圧エアの圧力を検出する圧力センサー１８が設けられている。なお、高圧エアは、圧力検出時には、常時流されているものである。

図１に示すように、上記噴射ノズル５と尿素水供給手段７とには、詰まり検出手段８が接続されている。この詰まり検出手段８は、噴射ノズル５の詰まりを検出するものであり、図２に示すように上記エア配管１５の圧力センサー１８に接続して第１の比較器１９を備え、上記噴射ノズル５の温度センサー９に接続して第２の比較器２０を備え、この第１及び第２の比較器１９，２０の各出力に接続して論理演算回路２１を備え、さらに、該論理演算回路２１に接続して判定部２２を備えている。

上記第１の比較器１９は、上記圧力センサー１８により検出された上記混合部１３に導入される高圧エアの圧力Ｐを所定の閾値ｐと比較するものであり、Ｐ＞ｐのときに例えば“１”を出力し、Ｐ≦ｐのときに例えば“０”を出力するようになっている。

また、上記第２の比較器２０は、上記温度センサー９により検出された噴射ノズル５の温度Ｔを所定の閾値ｔ、例えば尿素の融点（約132℃）以上であって適宜設定した例えば135℃と比較するものであり、Ｔ≧ｔのときに例えば“１”を出力し、Ｔ＜ｔのときに例えば“０”を出力するようになっている。

さらに、上記論理演算回路２１は、上記第１及び第２の比較器１９，２０の出力を論理積するものであり、両比較器の出力が共に“１”のとき “１”を出力し、両比較器の出力が共に“０”又はいずれか一方が“１”のとき、“０”を出力するものである。

そして、上記判定部２２は、論理演算回路２１の出力に基づいて噴射ノズル５の詰まりを判定するものであり、論理演算回路２１の出力が“１”のとき、噴射ノズル５の詰まりの発生を示す信号を出力するようになっており、例えばＣＰＵである。

次に、このように構成された排気浄化装置の詰まり検出手段８の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップＳ１においては、詰まり検出手段８は、上記圧力センサー１８によって検出されて出力する混合部１３に導入される高圧エアの圧力Ｐ値を読み込む。

ステップＳ２においては、第１の比較器１９は、上記圧力センサー１８によって検出されて出力する混合部１３に導入される高圧エアの圧力Ｐの信号を入力し、これを予め設定した所定の閾値ｐと比較する。ここで、Ｐ＞ｐの場合には、尿素の析出等により噴射ノズル５に詰まりが発生し、高圧エアの通りが悪くなって圧力が上昇したものであり、噴射ノズル５の詰まりを示す出力、例えば“１”を出力する。なお、この場合に検出される噴射ノズル５の詰まりには、従来技術と同様に、析出した還元剤が噴射ノズル５の温度上昇により容易に融けて消失するような微小な詰まりも含まれる。そして、この場合には、“ＹＥＳ”判定となって、ステップＳ３に進む。

一方、ステップＳ２において、Ｐ≦ｐの場合には、噴射ノズル５に詰まりがなく高圧エアが正常に流れていることを示すものであり、このとき、第１の比較器１９は、詰まりの無いことを示す出力、例えば“０”を出力する。そして、このときは、“ＮＯ”判定となって上記ステップＳ１とＳ２の動作が繰り返される。

ステップＳ３おいては、第２の比較器２０は、上記噴射ノズル５の排気上流側に設けられた温度センサー９によって検出されて出力する噴射ノズル５の温度Ｔの信号を入力し、これを予め設定した所定の閾値ｔ、例えば尿素の融点（約132℃）以上であって適宜設定した例えば135℃と比較する。ここで、Ｔ≧ｔの場合には、噴射ノズル５の加熱によって、噴射ノズル５に析出する尿素が融けて消失する可能性を示すものであり、析出した尿素の溶融可能状態を示す出力、例えば“１”を出力する。そして、この場合には、“ＹＥＳ”判定となって、ステップＳ４に進む。

一方、ステップＳ３おいて、Ｔ＜ｔの場合には、例えばエンジン始動前又はエンジン始動直後であって、噴射ノズル５が加熱されていない状態を示すものであり、このとき、第２の比較器２０は、析出した尿素が溶融可能状態にないことを示す出力、例えば“０”を出力する。そして、このときは、“ＮＯ”判定となって上記ステップＳ１〜Ｓ３の動作が繰り返される。

ステップＳ４においては、論理演算回路２１は、上記第１の比較器１９の出力と第２の比較器２０の出力とを論理積する。この場合、エア圧力Ｐが閾値ｐよりも大きく（第１の比較器１９の出力が“１”）、且つ噴射ノズル５の温度Ｔが閾値ｔ（=135℃）以上（第２の比較器２０の出力が“１”）の条件においては、論理演算回路２１は“１”を出力し、上記以外の条件においては“０”を出力する。

ここで、論理演算回路２１の出力に基づいて、判定部２２で噴射ノズル５の詰まりを判定する。この場合、論理演算回路２１の出力が“１”のとき、即ちＰ＞ｐ且つＴ≧ｔのときには、噴射ノズル５に析出した尿素が溶けて消失する条件であるにもかかわらず、噴射ノズル５に詰まりが発生したことを示すものである。即ち、この場合の噴射ノズル５の詰まりは、析出した尿素が容易に溶融しない大きなものであるか、又は異物によるもので除去できない詰まりと判断し、図示省略の計時手段で時間のカウントをスタートする。

ステップＳ５においては、上記時間のカウント値が予め設定した閾値ｄ以上となったか否かを判定部で判定する。ここで、“ＹＥＳ”判定となると、ステップＳ６に進む。一方、“ＮＯ”判定の場合には、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１〜Ｓ５を繰返し実行する。

ステップＳ６においては、所定の時間経過後もなお噴射ノズル５の詰まりの状態が解消されないために、判定部２２から噴射ノズル５の詰まりを示す信号を出力する。

なお、上記実施形態においては、温度センサー９を噴射ノズル５の排気上流側に配設した場合について説明したが、これに限られず、温度センサー９は、噴射ノズルの側面、または噴射ノズル近傍部に配設してもよい。
また、還元剤として尿素水を使用した場合について説明したが、これに限られず、排気を浄化するために好適な他の還元剤、例えばアンモニア水溶液を使用してもよい。

本発明による排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。 上記排気浄化装置の要部の構成を示す説明図である。 上記排気浄化装置の詰まり検出手段の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン
３…排気管
４…還元触媒
５…噴射ノズル
６…尿素水タンク（還元剤タンク）
７…尿素水供給手段（還元剤供給手段）
８…詰まり検出手段
１９…第１の比較器
２０…第２の比較器
２１…論理演算回路
２２…判定部

Claims (4)

1. エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記還元剤を貯蔵した還元剤タンクと、該還元剤タンクから還元剤を吸い上げて高圧エアと混合して送出する還元剤供給手段と、高圧エアと混合された前記還元剤を前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルとを備えたエンジンの排気浄化装置であって、
   前記還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力及び前記噴射ノズルの温度の各検出出力に基づいて前記噴射ノズルの詰まりを検出する詰まり検出手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記詰まり検出手段は、前記還元剤供給手段に導入される高圧エアの圧力を所定の閾値と比較する第１の比較器と、前記噴射ノズルの温度を所定の閾値と比較する第２の比較器と、前記各比較器の出力の論理積をとる論理演算回路と、前記高圧エアの圧力及び前記噴射ノズルの温度が共に閾値を超えているときの前記論理演算回路の出力に基づいて噴射ノズルの詰まりを判定し、詰まりの発生を示す信号を出力する判定部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記還元剤供給手段に導入される高圧エアは、流量が一定に調整されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の排気浄化装置。
4. 前記第２の比較器の閾値は、前記還元剤の融点以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。