JP2006144657A - 排気浄化装置の液体還元剤判別システム - Google Patents

Abstract

【課題】 車両が停止しているかどうかに関係なく適正な液体還元剤かどうかを判別することのできる液体還元剤判別システムを提供する。
【解決手段】 タンク１０に貯蔵された液体還元剤を移送する配管１１に、離間した２点間の熱伝達特性を計測するセンサ１２を設け、センサ１２の計測値と配管１１内の液体還元剤流速とから液体還元剤が適正かどうか判別することを特徴とする。配管内を流れている液体還元剤に対し計測を行って判別するようにしたことにより、走行、停止に関わらず誤判定が抑制された判別を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼルやガソリンエンジン等の排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置に係り、特に、選択還元触媒（ＳＣＲ）を採用した排気浄化装置における液体還元剤について適正なものかどうか判別するための技術に関する。

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置として、特許文献１に開示されたようなＳＣＲを採用した排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒の排気上流に還元剤を噴射し添加することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は、常温において液体状態で貯蔵用のタンクに貯蔵され、エンジン運転状態に対応した添加量が噴射ノズルから噴射される。その還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるものであり、このための還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液やアンモニア水溶液、又はＨＣ系などの液体還元剤が用いられる。

このような液体還元剤を使用する排気浄化装置では、適正な溶液濃度の液体還元剤が使用されていないと、触媒上での還元反応が不完全となり、ＮＯｘ排出量の増加といった事態が予想される。すなわち、タンク内の液体還元剤が水で薄めてあったり、水などの異種溶液がタンク内に入れてあったり、タンク内が空であったりすると、排気浄化装置本来の能力を発揮できない。

そこで、タンク内に貯蔵されている液体還元剤が適正なものであるかどうか判別するために、タンク内液体の濃度を測定し、その測定結果から適正かどうか判別して運転者への警告やシステム停止等の異常対応をとるようにしている。この濃度測定は、離間した２点間の熱伝達特性を計測するセンサを液体還元剤のタンク内に設置し、その計測値を溶液濃度に換算することにより行っている。
特開２０００−０２７６２７号公報

ところが、上記のような感熱式のセンサを使用する場合、その測定原理の故に、走行等による振動でタンク内の液体還元剤が揺れていると測定誤差が大きくなり、正常な判別が行えなくなるという課題がある。すなわち、揺れにより液体還元剤に対流が生じると、該還元剤を熱伝達媒体とした熱伝達特性が変化するので、熱伝達特性の変化に敏感な計測値の精度が低下する。そこで、タンク内の液体還元剤が揺れていない状態での判別を実現するか、もしくは、タンク内の液体還元剤の揺れに関係なく判別を行えるような仕組みを考える必要がある。

本発明はこのような背景に基づき案出されたものであって、タンク内の液体還元剤が揺れているかどうかに関係なく、適正な液体還元剤かどうかを判別することのできる液体還元剤判別システムを提供する。

本発明によれば、タンクに貯蔵された液体還元剤を移送する配管の所定箇所に、離間した２点間の熱伝達特性を計測するセンサを設け、該センサの計測値と配管内の液体還元剤流速とから液体還元剤が適正かどうか判別することを特徴とした排気浄化装置の液体還元剤判別システムを提案する。
具体的には、センサの計測値を配管内の液体還元剤流速に応じて溶液濃度に換算し、該溶液濃度から液体還元剤が適正かどうか判別する、あるいは、センサの計測値が、配管内の液体還元剤流速において適正な液体還元剤であることを示す計測値の範囲にあるかどうかを判断することにより、液体還元剤が適正かどうか判別する方式とすることができる。

この発明では、タンク内で計測する場合に比べてエンジン振動や走行振動による影響を受けにくい、配管中を流れる液体還元剤に対し感熱式のセンサによる計測を行うことを想起している。ただし、配管中を流れる液体還元剤の熱伝達特性を計測するため、上述のように感熱式のセンサの特性上、実測した計測値をそのままで判別したのでは誤判定を生じ得る。そこで、予め実験によりデータを収集するなどして、液体還元剤の流速に応じた補正を計測値に対し行って判別するという工夫を凝らしている。たとえば、データ収集により液体還元剤の流速に応じ補正した溶液濃度を予め取得し、該補正溶液濃度を流速毎に計測値に対応させてマッピングすることにより、実測に際しては、得られた計測値に対して流速に応じ補正済みの溶液濃度を読み出すようにする。あるいは、データ収集により、液体還元剤の流速毎に、適正な液体還元剤であることを示す計測値の範囲を予め取得し、実測された計測値が当該実測時の配管内の液体還元剤流速におけるその計測値範囲に入っているかどうかを判断するようにする。

このような液体還元剤判別システムは、センサの計測値と溶液濃度とを液体還元剤の流速毎にマッピングして記憶した記憶手段と、センサにより実測された計測値に対応する溶液濃度を、該実測時の配管内の液体還元剤流速に従って記憶手段から読み出す制御手段と、を備えた構成とすることができる。あるいは、液体還元剤の流速毎に、適正な液体還元剤であることを示すセンサの計測値範囲を記憶した記憶手段と、センサにより実測された計測値が記憶手段に記憶された計測値範囲かどうかを、該実測時の配管内の液体還元剤流速に従って判断する制御手段と、を備えた構成とすることができる。この計測値の範囲を判断する態様の場合、記憶手段にはその範囲かどうかのデータ、つまり、上下限の計測値あるいは当該範囲内の全計測値を流速毎に記憶すれば良いので、記憶容量を少なくすませることができる。

これら本発明の液体還元剤判別システムでは、実測時における配管内の液体還元剤流速について、エンジン運転状態に応じて決定される液体還元剤の添加量及び配管の断面積から得ることができる。すなわち、添加量＝流量なので、配管の断面積がわかっていればこの添加量から算出することができる。

本発明では、所定の流速で流れている、つまり流速がわかっている液体還元剤に対し、感熱式のセンサによる熱伝達特性の計測を行うようにしている。排気浄化装置における配管中の液体還元剤流量つまり流速は、ＥＣＵにより状況に応じて制御されており、したがって走行振動、エンジン振動から大きな影響を受けにくいと言える。すなわち、配管内を流れている液体還元剤に対し計測を行ってその流速に応じ判別するようにしたことにより、走行、停止に関わらず誤判定が抑制された判別を行うことができる。その結果、本来の排気浄化装置の性能を維持して、ＮＯｘ排出抑制に貢献する。

図１に、本発明に係る排気浄化装置の概略図を示している。図示の排気浄化装置は、排気系に上流側から順に介装された酸化触媒１、ＮＯｘ浄化触媒２及びＮＨ_３スリップ触媒３を備えている。そして、ＮＯｘ浄化触媒２よりも上流側の排気中にノズル４から液体還元剤を噴射して添加する構成をもち、ノズル４へ適量の液体還元剤を供給するための制御弁を備えた添加装置５と、排気温センサ６，７による排気温やエンジンのＥＣＵ８から得られるエンジン回転速度等に応じて添加装置５の供給制御を行うＥＣＵ９（制御手段）と、を備えている。

液体還元剤としてはたとえば尿素水を使用するものであるが、ノズル４から噴射された尿素水は排気管内の排気熱により加水分解してアンモニアを容易に発生し、得られたアンモニアがＮＯｘ浄化触媒２において排気中のＮＯｘと反応することで、水及び無害なガスに浄化される。尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液として貯蔵される。
このような尿素水あるいはアンモニア水溶液等の上述したような各種液体還元剤は、タンク１０に貯蔵されており、タンク１０から配管１１を介し添加装置５を経てノズル４へ移送される。その配管１１の途中に、離間した２点間の熱伝達特性を計測する感熱式のセンサ１２が介装されている。配管１１の所定箇所にセンサ１２を配置して、配管１１内を流れている液体還元剤の熱伝達特性を計測するので、タンク１０内で計測する場合に比べてエンジン振動や走行信号による影響を受けにくい。

ただし、流れている液体還元剤に対し計測を行うので、感熱式のセンサ１２の特性上、実測値をそのまま溶液濃度に換算して判別したのでは誤判定を生じ得る。そこで、液体還元剤判別システムの制御手段となるＥＣＵ９は、図２に示す処理フローを実行して、センサ１２による計測値から液体還元剤の適正判別を行う。
ＥＣＵ９は、ステップ２０でイグニッションキーによる始動等に伴い処理フローをスタートし、まず最初にステップ２１で、イグニッションスイッチがオンになっているかどうかを確認することにより、エンジンが運転状態にあり、液体還元剤の添加制御が行われていることを確認する。

継いでステップ２２へ進み、センサ１２により実測された計測値Ｘを取得する。計測値Ｘが得られるとＥＣＵ９は、ステップ２３で、当該実測時における液体還元剤の添加量を取得する。液体還元剤の添加量は、添加装置５に対する現在の添加量指示値から得ることができる。そしてステップ２４で、得られた添加量から配管１１内の液体還元剤流速Ｙを算出する。この演算では、添加量（ｍ^３／Ｓ）を配管１１の断面積（ｍ^２）で除算することにより、流速（ｍ／ｓ）を得る。

実測時の液体還元剤流速Ｙが算出されるとステップ２５へ進んで、ＲＯＭ等の不揮発性メモリからなる記憶手段へ予め記憶されている相関データＤを参照して、流速Ｙにおける計測値Ｘに該当する溶液濃度（％）を読み出す。相関データＤは、所定の流速で溶液濃度を変えた液体還元剤を流し、該流れている液体還元剤につきセンサ１２から得られる計測値を予め収集しておいたデータで、所定の流速毎に計測値と溶液濃度との関係を設定したマップである。したがって、計測値Ｘと流速Ｙをアドレスにしてマップを検索すると、補正された溶液濃度を読み出すことができる。

この相関データＤに基づいて、流速に従い計測値から溶液濃度を読み出せば、これは流速に応じて補正された溶液濃度である。したがってステップ２６で、当該溶液濃度から適正な液体還元剤かどうかを判別して判別結果を出力し、ステップ２７でＲＡＭ等のメモリへ記憶する。続くステップ２８ではリターンし、フローを繰り返す。
相関データＤについては、上記のようなマップの他に、適正な溶液濃度の液体還元剤を配管１１に設けたセンサ１２で計測したときに、センサ１２の誤差等も考慮に入れて得られる計測値の範囲を、予め流速毎に収集してそれぞれ記憶しておく手法も可能である。すなわち、上記のようにして収集されたデータから、流速毎に適正な溶液濃度に対し得られる計測値の範囲を抽出し、その上下限値、あるいは、当該範囲内の全計測値を流速毎にまとめてマップとし相関データＤとする。そしてステップ２５では、実測された計測値Ｘが、該当する流速Ｙにおいて適正な液体還元剤であることを示す計測値の範囲にあるかどうかを相関データＤに照らして判断し、範囲内であればＯＫ（適正な液体還元剤が使われている）、範囲外であればＮＧ（適正な還元剤が使われていない）をステップ２６で判別結果として出すようにしてもよい。この場合は、記憶手段における記憶容量をより少なくすることができる。

本発明に係る排気浄化装置の概略図。 本発明に係る液体還元剤判別過程の一例を説明するフローチャート。

符号の説明

９ ＥＣＵ（制御手段）
１０ タンク
１１ 配管
１２ 感熱式のセンサ

Claims (6)

1. タンクに貯蔵された液体還元剤を移送する配管の所定箇所に、離間した２点間の熱伝達特性を計測するセンサを設け、該センサの計測値と前記配管内の液体還元剤流速とから液体還元剤が適正かどうか判別するようにしたことを特徴とする排気浄化装置の液体還元剤判別システム。
2. 前記センサの計測値を前記配管内の液体還元剤流速に応じて溶液濃度に換算し、該溶液濃度から液体還元剤が適正かどうか判別することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置の液体還元剤判別システム。
3. 前記センサの計測値と溶液濃度とを液体還元剤の流速毎にマッピングして記憶した記憶手段と、前記センサにより実測された計測値に対応する溶液濃度を、該実測時の前記配管内の液体還元剤流速に従って前記記憶手段から読み出す制御手段と、を備えることを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置の液体還元剤判別システム。
4. 前記センサの計測値が、前記配管内の液体還元剤流速において適正な液体還元剤であることを示す計測値の範囲にあるかどうかを判断することにより、液体還元剤が適正かどうか判別することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置の液体還元剤判別システム。
5. 液体還元剤の流速毎に、適正な液体還元剤であることを示す前記センサの計測値範囲を記憶した記憶手段と、前記センサにより実測された計測値が前記記憶手段に記憶された計測値範囲かどうかを、該実測時の前記配管内の液体還元剤流速に従って判断する制御手段と、を備えることを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置の液体還元剤判別システム。
6. 前記配管内の液体還元剤流速を、液体還元剤の添加量及び前記配管の断面積から算出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置の液体還元剤判別システム。

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