JP2010096126A

JP2010096126A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2010096126A
Application number: JP2008268918A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nishimura; 博幸西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-30
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: JP5071341B2

Abstract

【課題】エンジンの排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、排気中のＮＯｘを除去するべく排気中にＮＯｘ還元剤として尿素水を噴射する還元剤噴射弁と、該噴射弁に尿素水を供給する還元剤供給装置と、該噴射弁及び供給装置並びにエンジンを作動制御するＥＣＵとを備え、ＥＣＵによりインジェクタの燃料噴射制御を行うことでフィルタを再生可能に構成された排気浄化装置において、還元剤噴射弁に冷却作用を有する尿素水が十分に供給されない状態になった場合に、還元剤噴射弁を排気熱から確実に保護する。
【解決手段】ＥＣＵにおいて、還元剤噴射弁への尿素水供給圧Ｐｒが所定圧以下であると判定（ステップＳＡ２でＹＥＳと判定）した場合、及び所定圧を上回ると判定しても尿素水の残量Ｍｒが所定量未満であると判定（ステップＳＡ３でＹＥＳと判定）した場合には、フィルタ再生時にける目標フィルタ温度を低く設定するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気中に液状のＮＯｘ還元剤を噴射することで該排気中に含まれるＮＯｘを還元除去するエンジンの排気浄化装置に関する技術分野に属する。

一般に、この種のエンジンの排気浄化装置では、排気中に噴射するＮＯｘ還元剤として尿素水を使用し、該尿素水が排気熱により加水分解されることで生じるアンモニアを選択還元型触媒上でＮＯｘと還元反応させることで、ＮＯｘを還元除去するようになっている。尿素水は通常、尿素水タンク内に貯留されていて、タンク内に配設された供給ポンプにより噴射ノズルや噴射弁等の噴射アクチュエータに供給される。

例えば、特許文献１に示す排気浄化装置では、噴射アクチュエータとして噴射ノズルを採用していて、噴射ノズルより噴射される尿素水の量を、排気中のＮＯｘ量に応じた適切な量に制御するべく、供給ポンプの駆動圧や噴射エア圧を制御するようにしている。そして、この排気浄化装置では、ポンプやエアアシスト装置等を含む尿素水噴射系に異常が生じた場合には、尿素水の噴射を停止して尿素水が無駄に消費されるのを防止している。

また、特許文献２に示す排気浄化装置では、噴射アクチュエータとして電磁式の噴射弁を採用している。この排気浄化装置では、噴射ノズルに比べて劣る噴射弁の耐熱性を向上させるべく、噴射弁の周囲に冷却媒体を循環させる冷却室を設けるようにしている。

また、上述の排気中のＮＯｘを除去するための排気浄化装置の他に、ディーゼルエンジン等の排気中に含まれる排気微粒子を除去する排気浄化装置も知られており、例えば、特許文献３に示すものでは、エンジンの排気通路内に配設したフィルタにより排気中の排気微粒子を捕集するとともに、捕集された排気微粒子が閾量を超えたときにはフィルタの目詰まりを防止するために、排気微粒子を除去してフィルタ再生を行うようになっている。具体的には、この排気浄化装置では、フィルタ再生時に膨張行程にあるシリンダー内に未燃燃料を追加噴射することで、未燃燃料をフィルタ上流側に配設された酸化触媒に供給して酸化反応させ、この反応熱によってフィルタ温度を排気微粒子の着火温度まで上昇させることで排気微粒子を燃焼除去する。
特開２００５−１１３７０８号公報特開２００７−３２１６４７号公報特開２００６−２１４３１１号公報

ところで、エンジンの排気中のＮＯｘ除去性能を向上させるためには、噴射ノズル方式（上記特許文献１に示す方式）に比べて尿素水（ＮＯｘ還元剤）の噴射量を高精度で制御可能な噴射弁方式（上記特許文献２に示す方式）を採用することが好ましい。そして、この噴射弁方式を採用したＮＯｘ浄化装置に、上記特許文献３に示す排気微粒子除去技術を適用すれば、排気中のＮＯｘに加えて排気微粒子も除去することができて、装置の排気浄化性能を向上させることができる。

しかしながら、この場合には、以下のような噴射弁（還元剤噴射弁）の熱害問題が生じる。すなわち、噴射弁に供給される尿素水は、噴射弁を冷却して排気熱から保護する作用を有しているが、噴射弁に尿素水を供給する供給ポンプに異常が生じたり、尿素水タンク内の尿素水が不足したりして噴射弁に尿素水が十分に供給されなくなると、噴射弁が熱的に厳しい状態に晒されることとなる。そして、この状態で、フィルタ再生が実行されると、フィルタ温度の上昇に伴い排気温度が上昇する結果、噴射弁の温度がその耐熱限界を上回ってしまうという問題がある。

この問題を解決するべく、上記特許文献２に示すように噴射弁の周囲に冷却室を設けることも考えられるが、この場合、冷却室を形成するための部品や、冷却室に冷媒を供給するための冷媒供給装置が別途必要となり、この結果、装置構成が複雑化するとともにコスト増加を招くという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気微粒子を捕集するためのフィルタと、フィルタを昇温してその再生を行うフィルタ再生手段と、排気中のＮＯｘを除去するべく排気中に液状のＮＯｘ還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、該噴射弁にＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置とを備えたエンジンの排気浄化装置において、還元剤噴射弁に冷却作用を有するＮＯｘ還元剤が十分に供給されない状態になった場合に、還元剤噴射弁を排気熱から確実に保護しようとすることにあり、特に、フィルタ再生手段によるフィルタ再生時の排気温度の上昇に起因して、還元剤噴射弁の温度がその耐熱温度を上回るのを確実に防止しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、還元剤供給装置の異常や尿素水の不足により還元剤噴射弁にＮＯｘ還元剤が十分に供給されない状態にある場合には、フィルタ再生手段によるフィルタ再生を非実行とするか又はフィルタ再生を実行したとしてもその後の排気温度の上昇を極力抑えるようにした。

具体的には、請求項１の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該還元剤噴射弁に該ＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置と、該還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、該排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置を対象とする。

そして、上記還元剤供給装置の異常を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段と、上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、該異常が検出されない場合に比べて、上記フィルタ再生手段による上記フィルタ再生時の目標フィルタ温度を低下させる目標フィルタ温度変更手段と、をさらに備えているものとする。

この構成によれば、異常検出手段により還元剤供給装置の異常が検出された場合には、
噴射禁止手段によって、還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射が禁止されるとともに、目標フィルタ温度変更手段によって、目標フィルタ温度設定が変更され、異常検出手段により還元剤供給装置の異常が検出されない場合に比べて目標フィルタ温度が低く設定される。

したがって、還元剤供給装置に異常が生じることにより冷却作用を有するＮＯｘ還元剤の還元剤噴射弁への供給が不足する状況下（つまり還元剤噴射弁の冷却が不足する状況下）では、還元剤供給装置に異常が生じていない場合に比べてフィルタ再生時のフィルタ温度を低くすることができて、フィルタの温度上昇に起因する排気温度上昇を極力抑制することができる。よって、還元剤による還元剤噴射弁の冷却が不足する状況下において、還元剤噴射弁を排気熱から確実に保護することができる（つまり還元剤噴射弁の温度がその耐熱温度を上回るのを確実に防止することができる）。

また、還元剤供給装置に異常が生じた場合には、噴射弁による還元剤の噴射を禁止するようにしたことで、還元剤噴射弁の異常作動や噴射口からの還元剤の漏れを確実に防止することができる。

請求項２の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該還元剤噴射弁に該ＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置と、該還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、該排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置を対象とする。

そして、上記還元剤供給装置の異常を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段と、上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、該異常が検出されない場合に比べて、上記所定閾量を低下させる所定閾量変更手段と、をさらに備えているものとする。

この構成によれば、異常検出手段により還元剤供給装置の異常が検出された場合には、
噴射禁止手段によって、還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射が禁止されるとともに、所定閾量変更手段によって、閾量設定が変更され、異常検出手段により還元剤供給装置の異常が検出されない場合に比べて上記所定閾量が低く設定される。

したがって、還元剤供給装置に異常が生じることにより冷却作用を有するＮＯｘ還元剤の還元剤噴射弁への供給が不足する状況下では、還元剤供給装置に異常が生じていない場合に比べて、フィルタ再生時に燃焼除去される排気微粒子量（所定閾量）を低減することができ、排気温度の上昇を極力抑制することができる。よって、還元剤による還元剤噴射弁の冷却が不足する状況下において、還元剤噴射弁を排気熱から確実に保護することができる。また、還元剤噴射弁による還元剤の噴射も禁止されるので、還元剤噴射弁の異常作動や還元剤漏れも防止することができる。こうして、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

請求項３の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該還元剤噴射弁に該ＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置と、該還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、該排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置を対象とする。

そして、上記還元剤供給装置の異常を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段と、上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記フィルタ再生手段による上記フィルタの再生を禁止するフィルタ再生禁止手段と、をさらに備えているものとする。

この構成によれば、異常検出手段により還元剤供給装置の異常が検出された場合には、
噴射禁止手段によって、還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射が禁止されるとともに、フィルタ再生禁止手段によって、フィルタ再生手段によるフィルタ再生が禁止される。

したがって、還元剤供給装置に異常が生じることにより冷却作用を有するＮＯｘ還元剤の還元剤噴射弁への供給が不足する状況下では、排気温度の上昇要因となるフィルタ再生が実行されることもない。また、還元剤噴射弁による還元剤の噴射も禁止されるので、還元剤噴射弁の異常作動や還元剤漏れも防止することができる。よって、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

請求項４の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該ＮＯｘ還元剤を貯留しておくタンクを有しかつ該タンク内のＮＯｘ還元剤を該還元剤噴射弁に供給する還元剤供給装置と、上記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、該排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置を対象とする。

そして、上記タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回った状態を検出する残量検出手段と、上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、該状態が検出されない場合に比べて上記目標フィルタ温度を低下させる目標フィルタ温度変更手段と、をさらに備えているものとする。

この構成によれば、残量検出手段によって、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回る状態が検出された場合には、目標フィルタ温度変更手段によって、目標フィルタ温度設定が変更され、残量検出手段により還元剤残量が所定レベルを下回ることが検出されない場合に比べて目標フィルタ温度が低く設定される。

したがって、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が不足しているために還元剤噴射弁に十分に還元剤を供給できない状況下（つまり還元剤による還元剤噴射弁の冷却が不足する状況下）においては、フィルタ再生時におけるフィルタ温度が上昇することによる排気温度の上昇を極力抑制することができる。よって、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

請求項５の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該ＮＯｘ還元剤を貯留しておくタンクを有しかつ該タンク内のＮＯｘ還元剤を該還元剤噴射弁に供給する還元剤供給装置と、上記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、該排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置を対象とする。

そして、上記タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回った状態を検出する残量検出手段と、上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、該状態が検出されない場合に比べて上記所定閾量を低下させる所定閾量変更手段と、をさらに備えているものとする。

この構成によれば、残量検出手段によって、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回る状態が検出された場合には、所定閾量変更手段により閾量設定が変更され、残量検出手段により還元剤残量が所定レベルを下回ることが検出されない場合に比べて、上記所定閾量が低く設定される。

したがって、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が不足しているために還元剤による還元剤噴射弁の冷却が不足する状況下では、フィルタ再生時に燃焼除去される排気微粒子量を低減して排気温度の上昇を極力抑制することができる。よって、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

請求項６の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該ＮＯｘ還元剤を貯留しておくタンクを有しかつ該タンク内のＮＯｘ還元剤を該還元剤噴射弁に供給する還元剤供給装置と、上記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、該排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置を対象とする。

そして、上記タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回った状態を検出する残量検出手段と、上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、上記フィルタ再生手段によるフィルタ再生を禁止するフィルタ再生禁止手段と、をさらに備えているものとする。

この構成によれば、残量検出手段によって、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能なレベルにないことが検出された場合には、フィルタ再生禁止手段によって、フィルタ再生手段によるフィルタ再生が禁止される。

したがって、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が不足しているために還元剤による還元剤噴射弁の冷却が不足する状況下では、排気温度の上昇要因となるフィルタ再生が実行されることもない。よって、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

請求項７の発明では、請求項４乃至６のいずれか一つの発明において、上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段をさらに備えているものとする。

この構成によれば、タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が不足している場合には、噴射禁止手段によって、還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射が禁止される。したがって、例えば還元剤噴射弁に接続された供給配管内に残る還元剤が、噴射弁の噴射口から漏れ出るのを確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの排気浄化装置によると、還元剤供給装置の異常や尿素水残量の不足により還元剤噴射弁にＮＯｘ還元剤が十分に供給されない状態にある場合には、フィルタ再生手段によるフィルタ再生を非実行とするか又はフィルタ再生を実行したとしてもその後の排気温度の上昇を極力抑えるようにしたことで、還元剤噴射弁を排気熱から確実に保護することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置１を示し、本実施形態では、この排気浄化装置１は、ディーゼルエンジン（図示省略）の排気浄化処理に適用される。
このエンジンは、直列４気筒エンジンとされ、符号２は、該エンジンの各気筒から排出された燃料ガス（排気）を大気中へと導く排気通路であり、排気通路２の上流側端部は、複数に分岐して各気筒の燃焼室に排気ポートを介して連通している。

排気浄化装置１は、エンジンの各気筒（燃焼室）より排出される燃焼ガス（排気）に含まれるＨＣ、ＣＯ等の有害物質を酸化して浄化する酸化触媒部３と、排気中に含まれる煤等の排気微粒子を捕集するフィルタ４と、排気中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒部５（SCR: Selective Catalytic Reduction）と、該エンジン及び排気浄化装置１の作動を制御するＥＣＵ６とを含んでおり、これら酸化触媒部３、フィルタ４、及びＮＯｘ触媒部５は、排気通路２の上流側から下流側に向かって順に配設されている。

上記酸化触媒部３は、多孔質のセラミックス製ハニカム担体のセル表面にＰｔ（白金）などの貴金属を担持して触媒層をコートした酸化触媒３ａを有していて、排気中のＣＯ、ＨＣを酸化してＣＯ_２及びＨ_２Ｏを生成する酸化反応を促進するものである。

上記フィルタ４は、多孔質のセラミックス製のディーゼル・パティキュレート・フィルタであって、そのセル表面にはＰｔなどの貴金属を担持した触媒層をコートさせている。この触媒金属の反応熱により後述のフィルタ再生時における昇温性能の向上を図っている。

上記排気通路２におけるフィルタ４の上流側及び下流側は、差圧検出流路７を介して連通しており、この差圧検出流路７には、フィルタ上流側及び下流側間の差圧ΔＰを検出するべく差圧検出センサ８が設けられている。上記フィルタ４には、フィルタ温度Ｔｆを検出するためのフィルタ温度検出センサ９が設けられており、各センサ８，９の検出信号は不図示の電気接続ラインを介してＥＣＵ６へと出力される。ＥＣＵ６は、差圧検出センサ８により検出された差圧ΔＰを基に、フィルタ４に捕集された（堆積した）排気微粒子の量を算出する。ここで、ＥＣＵ６は、該検出された差圧ΔＰと該排気微粒子量とが比例するものとして（差圧ΔＰが大きいほど排気微粒子量が多いものとして）排気微粒子量の算出を行う。そして、ＥＣＵ６は、該算出した排気微粒子量が所定閾量を超える場合には、排気微粒子を燃焼させるべく後述のフィルタ再生制御を実行する。尚、本実施形態では、フィルタ４の上流側及び下流側間の差圧ΔＰを検出するために差圧検出流路７を設けるようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、フィルタ４の上流側及び下流側にそれぞれ圧力センサを設けて、該両圧力センサの検出圧の差分値を差圧ΔＰとして算出するようにしてもよい。

上記ＮＯｘ触媒部５は、選択還元型ＮＯ触媒５ａを有しており、選択還元型ＮＯ触媒５ａは、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持させたもの等からなる。

上記ＮＯｘ触媒部５の上流側には、ＮＯｘ触媒５ａにＮＯｘ還元剤としての尿素水を噴射供給する還元剤噴射弁１５が設けられている。還元剤噴射弁１５は、ＥＣＵ６により作動制御される高性能の電磁弁からなるものであって、その先端の噴射口を排気通路２に臨ませて配設されている。還元剤噴射弁１５より尿素水（尿素の水溶液）が噴射されると、噴射された尿素水が排気熱により加水分解してアンモニアが発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ触媒５ａに吸着されてＮＯｘとの間で還元反応（脱硝反応）が促進されることで、ＮＯｘをＨ_２Ｏと無害な窒素Ｎ_２に分解する。この反応は、化学反応式で次式（１）〜（３）のように表される。

（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ・・・（１）
４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ・・・（２）
４ＮＨ_３＋２ＮＯ_２＋Ｏ_２→３Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ・・・（３）
上記ＮＯｘ触媒部５よりも下流側には、図示しないアンモニア浄化触媒が設けられており、このアンモニア浄化触媒は、上記ＮＯｘと反応することなくＮＯｘ触媒を通過したスリップアンモニアを浄化することで、刺激臭を有するアンモニアが未浄化のまま大気中に放出されるのを防止している。

上記ＮＯｘ触媒部５には、ＮＯｘ触媒５ａの温度Ｔｓを検出するためのＮＯｘ触媒温度センサ１１設けられており、ＮＯｘ触媒部５の上流側及び下流側にはそれぞれ、該ＮＯｘ触媒部５に供給される排気中のＮＯｘ濃度Ｄｎ１を検出する上流側ＮＯｘセンサ１２と、ＮＯｘ触媒部５を通過後の排気中のＮＯｘ濃度Ｄｎ２を検出する下流側ＮＯｘセンサ１３とが設けられており、各センサ１１乃至１３の検出信号は不図示の電気接続ラインを介してＥＣＵ６へと出力され、ＥＣＵ６は、後述するように、該各センサ１１乃至１３からの検出信号を基に、還元剤噴射弁１５の作動を制御する。

上記還元剤噴射弁１５には、該噴射弁１５に尿素水を供給するための還元剤供給装置２０が接続されている。還元剤供給装置２０は、尿素水を貯留する尿素水タンク２１と、尿素水タンク２１内から還元剤噴射弁１５へと延びる供給配管２２と、供給配管２２に設けられ、尿素水タンク２１内に貯留された尿素水を吸い込んで還元剤噴射弁１５へと供給する供給ポンプ２３と、を備えている。尚、図１中、符号２６は、供給ポンプ２３の上流側に配設されたろ過フィルタである。

供給ポンプ２３の下流側には圧力制御弁２４が設けられており、圧力制御弁２４は、該ポンプ２３から還元剤噴射弁１５へと供給される尿素水圧Ｐｒが既定値を超えないように、余剰分の尿素水を戻り管２５を介して尿素水タンク２１内へと戻すように構成されている。

供給配管２２における圧力制御弁２４と還元剤噴射弁１５との間には、該噴射弁１５に供給される尿素水の供給圧Ｐｒを検出するための圧力センサ１０が設けられている。尿素水タンク２１内には、尿素水残量Ｍｒが所定量（尿素水を供給ポンプ２３により還元剤噴射弁１５に供給可能な尿素水残量の下限値）を下回ったことを検出する残量センサ１４が設けられている。残量センサ１４としては、例えばフロート式センサやサーミスタ等を使用することができる。各センサ１０，１４の検出信号は不図示の電気接続ラインを介してＥＣＵ６へと出力される。ＥＣＵ６は、詳細は後述するように、圧力センサ１０及び残量センサ１４からの各検出情報を基に、還元剤噴射弁１５への尿素水の供給量が不足する尿素水供給不足状態（尿素水の供給が停止する状態を含む）にあるか否かを判定して、当該状態にあると判定したときには、噴射弁１５の温度がその耐熱温度を超えるのを防止するべく後述の排気温度抑制制御を実行する。

ＥＣＵ６は、ＣＰＵやＲＯＭ及びＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータで構成されていて、上記各センサ８乃至１４及びエンジンに取り付けられた各種センサ（図示省略）からの検出信号を基に、エンジン、還元剤噴射弁１５及び供給ポンプ２３の作動を制御する。

ＥＣＵ６におけるエンジンの作動制御は、エンジンの各気筒内（燃料室内）に燃料を噴射する不図示のインジェクタ（燃料噴射弁）や吸気通路に設けられた吸気絞り弁の作動を制御することで行われる。ＥＣＵ６によるインジェクタを用いた燃料噴射制御は、エンジン出力を発生させるために、各気筒の圧縮上死点付近で燃料を噴射するメイン噴射制御と、フィルタ再生のために、該メイン噴射制御に続いて各気筒の膨張行程にて燃料を噴射する追加噴射制御と、を含んでいる。

ＥＣＵ６にて追加噴射制御、つまりフィルタ再生制御が実行されると、以下のようにしてフィルタ再生が行われる。すなわち、追加噴射制御の実行により各気筒の燃焼室内に噴射された燃料は、未燃状態のまま排気通路２内を通って酸化触媒部３へと供給される。そして、酸化触媒３ａ上で燃料中の未燃ＨＣが酸化され、この酸化時の反応熱によって排気通路２を流れる排気が昇温される。こうして、昇温された排気がフィルタ４に流入してフィルタ４を加熱する。この結果、フィルタ４に捕集されている排気微粒子の温度が上昇して着火温度に達することで排気微粒子が燃焼してフィルタ４が再生される。

ＥＣＵ６は、フィルタ再生時に、排気微粒子が確実にその着火温度に達するように、フィルタ温度Ｔｆを予め設定した目標フィルタ温度に制御する。具体的には、ＥＣＵ６は、フィルタ温度検出センサ９の検出温度を基に、追加噴射制御実行時におけるインジェクタの燃料噴射量（追加噴射量）と燃料噴射時期とを制御することで、フィルタ温度Ｔｆを目標フィルタ温度に制御する。

また、ＥＣＵ６は、圧力センサ１０の検出圧力（つまり尿素水の還元剤噴射弁１５への供給圧Ｐｒ）が所定圧以下であるか否かを判定して、所定圧以下であると判定した場合には、還元剤供給装置２０に異常が生じて上記尿素水供給不足状態になっているものとして、排気温度抑制制御を実行する。より詳細には、ＥＣＵ６は、還元剤供給装置２０に異常が生じていると判定した場合には、異常が生じていないと判定した場合（圧力センサ１０の検出圧力が所定圧を超える場合）に比べて、フィルタ再生時における目標フィルタ温度を低く設定する。また、ＥＣＵ６は、還元剤供給装置２０に異常が生じていると判定した場合には、還元剤噴射弁１５及び供給ポンプ２３の作動を禁止する。ここで、還元剤供給装置２０の異常とは、供給ポンプ２３や圧力制御弁２４の故障、供給配管２２の接続不良、及び供給配管２２の詰まり等が考えられる。

また、ＥＣＵ６は、尿素水の供給圧Ｐｒが所定圧を超えると判定した場合、つまり還元剤供給装置２０に異常が生じていないと判定した場合であっても、残量センサ１４により尿素水タンク２１内の尿素水残量Ｍｒが上記所定量未満であることが検出されたときには、タンク２１内の尿素水不足により尿素水供給不足状態になっているものとして、上述の排気温度抑制制御を実行するとともに、還元剤噴射弁１５及び供給ポンプ２３の作動を禁止する。

次に、ＥＣＵ６における排気温度抑制制御及び還元剤噴射弁制御について、図２のフローチャートを基に説明する。

最初のステップＳＡ１では、上記各センサ８乃至１４からの検出信号を読み込んで、還元剤噴射弁１５に供給される尿素水の供給圧Ｐｒ、尿素水タンク２１内の尿素水残量Ｍｒ、ＮＯｘ触媒温度Ｔｓ、上流側ＮＯｘ濃度Ｄｎ１、下流側ＮＯｘ濃度Ｄｎ２に関する情報を取得する。

ステップＳＡ２では、ステップＳＡ１で算出した尿素水供給圧Ｐｒが所定圧以下であるか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳＡ７に進み、ＮＯであるときにはステップＳＡ３に進む。

ステップＳＡ３では、残量センサ１４により、尿素水タンク２１内の尿素水残量Ｍｒが所定量未満であることが検出されたか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳＡ７に進み、ＮＯであるときにはステップＳＡ４に進む。

ステップＳＡ４では、ステップＳＡ１で算出したＮＯｘ触媒温度Ｔｓ、上流側ＮＯｘ濃度Ｄｎ１、及び下流側ＮＯｘ濃度Ｄｎ２を基に、還元剤噴射弁１５による尿素水の目標噴射量Ｑを算出する。ここで、還元剤噴射弁１５による尿素水の噴射量が多過ぎると、尿素水の加水分解により生じるアンモニアが上記アンモニア浄化触媒によって完全に浄化されずに大気中に放出される一方、尿素水の噴射量が少な過ぎると排気中のＮＯｘを完全に還元除去することができない。このため、尿素水の目標噴射量Ｑは、排気中のＮＯｘを十分に除去できかつ加水分解時のアンモニアの発生量が過剰にならないような噴射量として算出される。

ステップＳＡ５では、還元剤噴射弁１５による尿素水の噴射量が、ステップＳＡ４で算出した目標噴射量Ｑになるように、該還元剤噴射弁１５に対して必要な制御信号を出力する。

ステップＳＡ６では、フィルタ再生時における目標フィルタ温度の設定値を第１設定温度Ｕ（例えば６５０℃）とし、しかる後にリターンする。

ステップＳＡ２又はＳＡ３の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳＡ７では、還元剤噴射弁１５の作動を停止（禁止）するべく、該噴射弁１５への駆動信号の出力を停止する。

ステップＳＡ８では、フィルタ再生時における目標フィルタ温度の設定値を、上記第１設定温度Ｕよりも低い第２設定温度Ｖ（＜Ｕ）とし、しかる後にリターンする。

以上の如く上記実施形態１では、ＥＣＵ６は、圧力センサ１０及び残量センサ１４からの各検出情報を基に、上記尿素水供給不足状態にあるか否かを判定して（ステップＳＡ２及びＳＡ３の判定を実行して）、当該状態にあると判定したときには（ステップＳＡ２又はＳＡ３の判定がＹＥＳであるときには）、当該状態にないと判定したとき（ステップＳＡ２及びＳＡ３の判定が共にＮＯであるとき）に比べて、フィルタ再生時における目標フィルタ温度を低く設定する（ステップＳＡ８の処理を実行する）。

これによれば、尿素水供給不足状態にあるために尿素水による還元剤噴射弁１５の冷却を十分に行うことができない状況下において、ＥＣＵ６によりフィルタ再生制御が実行された場合には、フィルタ温度Ｔｆは、第１設定温度Ｕよりも低い第２設定温度Ｖまでしか上昇せず、還元剤噴射弁１５に尿素水が十分に供給されている場合に比べて、フィルタ再生時におけるフィルタ温度Ｔｆを低くすることができて、排気温度の上昇を抑制することができる。よって、還元剤噴射弁１５が排気熱により加熱されて、該噴射弁温度が耐熱温度を上回るのを確実に防止することができる。

また、ＥＣＵ６は、上記尿素水供給不足状態にあると判定したときには（ステップＳＡ２又はＳＡ３の判定がＹＥＳであるときには）、還元剤噴射弁１５の作動を停止する（ステップＳＡ７の処理を実行する）ように構成されている。

これにより、還元剤噴射弁１５の噴射口から尿素水が漏れ出るのを確実に防止することができるとともに、還元剤噴射弁１５の駆動熱の発生を抑制して、該噴射弁１５の温度がその耐熱温度を上回るのをより一層確実に防止することが可能となる。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２を示し、ＥＣＵ６における排気温度抑制制御を上記実施形態１とは異ならせたものである。すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ６における排気温度抑制制御は、フィルタ再生を開始する際の閾値であるフィルタ４の排気微粒子堆積量（つまり所定閾量）を変更することで行われる。尚、フィルタ４、各触媒部３，５、及び還元剤供給装置２０等のハードウェア構成は、以下の実施形態において上記実施形態１と同様であるものとする。

本発明の実施形態３に係るＥＣＵ６における排気温度抑制制御及び還元剤噴射弁制御について、図３のフローチャートを基に説明する。

ステップＳＢ１乃至ＳＢ５ではそれぞれ、実施形態１におけるステップＳＡ１乃至ＳＡ５と同様の処理を行う。

ステップＳＢ６では、所定閾量を第１設定量Ｘとしてリターンする。

ステップＳＢ７では、実施形態１におけるステップＳＡ７と同様の処理を行う。

ステップＳＢ８では、所定閾量を第１設定閾量Ｘよりも少ない第２設定量Ｙ（＜Ｘ）としてリターンする。

以上の如く上記実施形態２では、ＥＣＵ６は、圧力センサ１０及び残量センサ１４からの各検出情報を基に、上記尿素水供給不足状態にあるか否かを判定して（ステップＳＢ２及びＳＢ３の判定を実行して）、当該状態にあると判定したときには（ステップＳＢ２又はＳＢ３の判定がＹＥＳであるときには）、当該状態にないと判定したとき（ステップＳＢ２及びＳＢ３の判定が共にＮＯであるとき）に比べて、上記所定閾量を低く設定する（ステップＳＢ８の処理を実行する）ように構成されている。

これによれば、尿素水供給不足状態にあるために尿素水による還元剤噴射弁１５の冷却を十分に行うことができない状況下においては、フィルタ４に堆積排気微粒子量が、第１設定量Ｘよりも少ない第２設定量Ｙに達したときに、ＥＣＵ６によるフィルタ再生制御が実行される。このため、還元剤噴射弁１５に尿素水が十分に供給されている場合に比べて、フィルタ再生時に燃焼するべき排気微粒子量を低減して単位時間あたりの燃焼量を低下させることができ、排気温度の上昇を確実に抑制することができる。こうして、上記実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３を示し、ＥＣＵ６における排気温度抑制制御を上記実施形態１及び２とは異ならせたものである。すなわち、本実施形態では、ＥＣＵ６における排気温度抑制制御は、フィルタ再生手段によりフィルタ再生を禁止することで行われる。

本発明の実施形態３に係るＥＣＵ６における排気温度抑制制御及び還元剤噴射弁制御について、図４のフローチャートを基に説明する。

ステップＳＣ１乃至ＳＣ５ではそれぞれ、実施形態１におけるステップＳＡ１乃至ＳＡ５と同様の処理を行う。

ステップＳＣ６では、フィルタ再生禁止フラグを０とする。

ステップＳＣ７では、実施形態１におけるステップＳＡ７と同様の処理を行う。

ステップＳＣ８では、フィルタ再生禁止フラグを１とする。

以上の如く上記実施形態３では、ＥＣＵ６は、圧力センサ１０及び残量センサ１４からの各検出情報を基に、上記尿素水供給不足状態にあるか否かを判定して（ステップＳＣ２及びＳＣ３の判定を実行して）、当該状態にあると判定したときには（ステップＳＣ２又はＳＣ３の判定がＹＥＳであるときには）、フィルタ再生禁止フラグを１として（ステップＳＣ８の処理を実行して）、その後にフィルタ再生条件が成立したとしても（フィルタ４に捕集された排気微粒子量が所定閾量以上になったとしても）フィルタ再生制御の実行を禁止する一方、当該状態にないと判定したとき（ステップＳＣ２及びＳＣ３の判定が共にＮＯであるとき）には、フィルタ再生禁止フラグを０として（ステップＳＣ６の処理を実行して）、その後にフィルタ再生条件が成立した場合にはフィルタ再生制御を実行可能にするよう構成されている。

これによれば、尿素水供給不足状態にあるために尿素水による還元剤噴射弁１５の冷却を十分に行うことができない状況下においては、排気温度の上昇要因であるフィルタ再生制御が実行されることもなく、排気温度の上昇を極力抑制することができる。よって、上記実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、排気浄化装置１をディーゼルエンジンに適用した例を示したが、これに限ったものではなく、例えば火花点火式のガソリンエンジンに適用するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、フィルタ再生時におけるフィルタ４の昇温を、エンジンの各気筒の膨張行程における燃料の追加噴射により行うようにしているが、これに限ったものではなく、例えばフィルタ４の近傍に電気ヒータを設けておき、該電気ヒータによりフィルタ４を加熱することで行うようにしてもよい。

上記各実施形態では、酸化触媒３ａをフィルタ４とは別にその上流側に設けるようにしているが、これに限ったものではなく、例えば酸化触媒３ａを設けずにフィルタ４に酸化触媒機能を持たせるようにしてもよい。また、酸化触媒３ａと、酸化触媒機能を有するフィルタ４とを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態１及び２における排気温度抑制制御を組み合わせるようにしてもよい。具体的には、ＥＣＵ６において、尿素水供給不足状態にあると判定した場合には、該状態にないと判定した場合に比べて、上記目標フィルタ温度及び所定閾量を共に低く設定するようにすればよい。こうすることで、上記実施形態１と同様の作用効果をより一層確実に得ることができる。

本発明は、エンジンの排気中に液状のＮＯｘ還元剤を噴射することで該排気中に含まれるＮＯｘを還元除去するエンジンの排気浄化装置に有用であり、特に、排気中の排気微粒子を捕集するためのフィルタと、該フィルタを昇温して再生させるフィルタ再生手段とを備えた排気浄化装置に有用である。

本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す概略構成図である。ＥＣＵにおける排気温度抑制制御及び還元剤噴射弁制御を示すフローチャートである。実施形態２を示す図２相当図である。実施形態３を示す図２相当図である。

符号の説明

１排気浄化装置
２排気通路
４フィルタ
６ＥＣＵ（フィルタ再生手段、異常検出手段、噴射禁止手段、目標フィルタ温度変更手段、所定閾量変更手段、フィルタ再生禁止手段、残量検出手段）
１４残量センサ（残量検出手段）
１５還元剤噴射弁
２０還元剤供給装置
２４圧力制御弁（異常検出手段）

Claims

エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該還元剤噴射弁に該ＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置と、該還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに、該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置の異常を検出する異常検出手段と、
上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段と、
上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、該異常が検出されない場合に比べて、上記目標フィルタ温度を低下させる目標フィルタ温度変更手段と、をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該還元剤噴射弁に該ＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置と、該還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに、該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置の異常を検出する異常検出手段と、
上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段と、
上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、該異常が検出されない場合に比べて、上記所定閾量を低下させる所定閾量変更手段と、をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該還元剤噴射弁に該ＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給装置と、該還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに、該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置の異常を検出する異常検出手段と、
上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段と、
上記異常検出手段により上記還元剤供給装置の異常が検出された場合に、上記フィルタ再生手段による上記フィルタの再生を禁止するフィルタ再生禁止手段と、をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該ＮＯｘ還元剤を貯留しておくタンクを有しかつ該タンク内のＮＯｘ還元剤を該還元剤噴射弁に供給する還元剤供給装置と、上記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに、該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回った状態を検出する残量検出手段と、
上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、該状態が検出されない場合に比べて上記目標フィルタ温度を低下させる目標フィルタ温度変更手段と、をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該ＮＯｘ還元剤を貯留しておくタンクを有しかつ該タンク内のＮＯｘ還元剤を該還元剤噴射弁に供給する還元剤供給装置と、上記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに、該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回った状態を検出する残量検出手段と、
上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、該状態が検出されない場合に比べて上記所定閾量を低下させる所定閾量変更手段と、をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気通路に設けられ、液状のＮＯｘ還元剤を排気中に噴射する還元剤噴射弁と、該ＮＯｘ還元剤を貯留しておくタンクを有しかつ該タンク内のＮＯｘ還元剤を該還元剤噴射弁に供給する還元剤供給装置と、上記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気中に含まれる排気微粒子を捕集するフィルタと、該フィルタに捕集された排気微粒子の量が所定閾量以上になったときに、該フィルタを目標フィルタ温度まで昇温して該排気微粒子を燃焼除去することで該フィルタの再生を行うフィルタ再生手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
上記タンク内のＮＯｘ還元剤の残量が、上記還元剤供給装置により該ＮＯｘ還元剤を上記還元剤噴射弁へ供給可能な所定レベルを下回った状態を検出する残量検出手段と、
上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、上記フィルタ再生手段によるフィルタ再生を禁止するフィルタ再生禁止手段と、をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
請求項４乃至６のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記残量検出手段により上記ＮＯｘ還元剤の残量が上記所定レベルを下回った状態が検出された場合には、上記還元剤噴射弁による排気中へのＮＯｘ還元剤の噴射を禁止する噴射禁止手段をさらに備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。