JP2010106671A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に供給される還元剤の濃度異常をより低コストな構成で検出する。
【解決手段】本発明のエンジンの排気装置は、排気通路１上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒３と、このＮＯｘ浄化触媒３に供給される尿素水が貯留される貯留タンク９と、制御手段（２１）とを備えている。制御手段（２１）は、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓに応じた目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔと、触媒上下流のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒに基づき算出された実ＮＯｘ浄化率Ｒａとの比率からなる目標達成率Ｘを記憶部２１ｃに逐次記憶させるとともに、上記貯留タンク９への尿素水の補給があったときに、その補給の前後で上記記憶部２１ｃに記憶された目標達成率Ｘを比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に、貯留タンク内に貯留された液状の還元剤を供給して還元反応を促進させるようにしたエンジンの排気浄化装置に関する。

従来、例えば下記特許文献１に示されるように、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒（ＳＣＲ触媒）と、液状の還元剤を貯える還元剤溶液タンクと、該タンク内の還元剤を圧送するポンプと、上記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気通路に設けられたノズルとを備え、上記ポンプから所定の配管を通じて圧送される還元剤を上記ノズルから排気通路内に添加供給することで、上記ＮＯｘ浄化触媒での特定の排気浄化反応を促進させるようにした排気浄化装置が知られている。

特に、この特許文献１の技術では、還元剤の濃度を検出する濃度センサを還元剤溶液タンクに設け、この濃度センサにより検出された還元剤の濃度が規定値を外れている場合には、警報機を作動させて運転者に異常を知らせるとともに、エンジンの出力を低下させる制御を行うようにしている。
特開２００２−３７１８３１号公報

上記特許文献１の構成によれば、濃度センサを用いて還元剤の濃度を監視することにより、規定濃度を外れた非正規の還元剤が使用された場合のＮＯｘ浄化率の悪化を防止できるという利点がある。しかしながら、還元剤（例えば尿素水）の濃度を検出する濃度センサはかなり高価であるため、上記特許文献１の構成では、排気浄化装置のイニシャルコストが大幅に増大してしまうという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に供給される還元剤の濃度異常をより低コストな構成で検出することが可能なエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に、貯留タンク内に貯留された液状の還元剤を供給して還元反応を促進させるようにしたエンジンの排気浄化装置であって、上記ＮＯｘ浄化触媒で浄化されるＮＯｘの浄化率に関連するパラメータ値を検出する第１パラメータ値検出手段と、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に関連するパラメータ値を検出する第２パラメータ値検出手段と、これら両検出手段の検出値に基づき上記排気浄化装置の各部を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記第１パラメータ値検出手段の検出値に基づいて実ＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部と、上記第２パラメータ値検出手段の検出値に基づいて上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に応じた目標ＮＯｘ浄化率を設定する目標設定部と、これら目標設定部および浄化率算出部により求められた上記目標ＮＯｘ浄化率と実ＮＯｘ浄化率との比率からなる目標達成率を記憶する記憶部と、上記貯留タンク内の還元剤の液位に基づいて貯留タンク内に還元剤が補給されたことを検出する補給検出部とを有し、かつ、上記制御手段は、上記補給検出部により還元剤の補給が検出されたときに、その補給の前後で上記記憶部にそれぞれ記憶された目標達成率を比較することにより、上記還元剤の濃度異常を検出することを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度に応じた目標ＮＯｘ浄化率と、触媒上下流のＮＯｘ濃度に基づき算出された実ＮＯｘ浄化率との比率からなる目標達成率を記憶部に逐次記憶させ、貯留タンクへの尿素水の補給があったときに、その補給の前後で上記記憶部に記憶された目標達成率を比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するようにしたため、従来のように尿素水の濃度を検出する濃度センサを設けなくても、尿素水の濃度異常を適正に検出することができ、この濃度異常に起因したＮＯｘ浄化触媒の性能の悪化等をより低コストな構成で効果的に防止できるという利点がある。

本発明の好ましい形態として、上記第１パラメータ値検出手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒より下流側のＮＯｘ濃度を検出するとともに、上記ＮＯｘ浄化触媒より上流側のＮＯｘ濃度を推定または検出するものであり、上記制御手段の浄化率算出部は、上記第１パラメータ値検出手段により推定または検出された触媒上下流の各ＮＯｘ濃度に基づいて上記実ＮＯｘ浄化率を算出する（請求項２）。

この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒の上流側および下流側で検出または推定されたＮＯｘ濃度に基づいて上記実ＮＯｘ浄化率を精度よく算出できるという利点がある。

本発明の好ましい形態として、上記制御手段は、上記還元剤の濃度異常が検出されると、所定の警報装置を作動させて異常を報知する（請求項３）。

この構成によれば、尿素水の濃度が異常であることを乗員もしくはメンテナンス作業者に確実に知らせることができ、これら乗員等に対し、例えば適正濃度の尿素水を補給し直す等の必要な措置を採るように適正に促すことができる。

本発明の好ましい形態として、上記制御手段は、上記記憶部に記憶された上記目標達成率に基づいて上記ＮＯｘ浄化触媒の劣化を検出する（請求項４）。

この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒の劣化度合に応じて変化する上記目標達成率に基づいて、このＮＯｘ浄化触媒の劣化を精度よく検出できるという利点がある。

この場合、より好ましい形態として、上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の劣化が検出されると上記還元剤の濃度異常の検出を禁止する（請求項５）。

この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒の劣化に起因して上記目標達成率が急低下したとき等に、これを尿素水の濃度異常として誤って判定してしまうのを効果的に防止でき、尿素水の濃度異常に関する検出精度を適正に確保できるという利点がある。

以上説明したように、本発明によれば、選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に供給される還元剤の濃度異常をより低コストな構成で検出することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す概略図である。本図に示される排気浄化装置は、例えばディーゼルエンジン等の図外のエンジンから排出された排気ガスを浄化するものであり、その基本的な構成要素として、上記排気ガスが流通する排気通路１の途中部に設けられたＮＯｘ浄化触媒３と、上記排気通路１のうちこのＮＯｘ浄化触媒３よりも上流側の配管１ａ内に、還元剤としての尿素水を添加する添加弁５とを備えている。すなわち、この図１に示される排気浄化装置は、運転状態に応じて上記添加弁５から排気通路１内に尿素水を添加（噴射）し、その下流側のＮＯｘ浄化触媒３での還元反応を上記尿素水の作用により促進させることで、排気ガス中のＮＯｘを高い浄化率で浄化し得るようにしたいわゆる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システム用の浄化装置として設けられている。

具体的に、上記添加弁５から排気ガス中に尿素水が添加されると、排気ガスの熱により加水分解が行われ、アンモニアが生成される。すると、この生成されたアンモニアが下流側のＮＯｘ浄化触媒３に吸着し、この吸着したアンモニアと、排気ガス中のＮＯｘとの間で脱硝反応が起きることにより、ＮＯｘの還元が促進されるようになっている。

上記添加弁５は、既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構造を有しており、例えば電磁開閉式のニードル弁によって構成されている。そして、後述するＥＣＵ２１からの制御信号に基づき上記添加弁５が開弁または閉弁されることにより、その先端のノズルを通じて上記排気通路１内に尿素水が噴射され、またはその噴射が停止されるようになっている。

次に、上記添加弁５に尿素水を供給する尿素水供給系について説明する。すなわち、添加弁５には、貯留タンク９から供給管１３を通じて尿素水が逐次供給されるようになっており、上記供給管１３の途中部には、上記貯留タンク９内に貯留された尿素水を汲み上げて上記添加弁５に圧送するための電動ポンプ７が配設されている。この電動ポンプ７は、例えば３相交流モータからなり、後述するＥＣＵ２１からの制御信号に応じてその駆動が制御されるようになっている。

上記貯留タンク９は、内部に所定濃度の尿素水が収容された密閉容器からなり、その所定部位に設けられた給液キャップ（図示省略）から必要に応じて尿素水を補給できるようになっている。なお、寒冷時に貯留タンク９内の尿素水が凍結するのを防止するための措置として、上記貯留タンク９には、ヒータや断熱材等が必要に応じて付設される。

上記貯留タンク９の内部には、尿素水を濾過するためのフィルタ１１が尿素水に浸漬された状態で設けられており、このフィルタ１１には、上記供給管１３の一端部が接続されている。一方、供給管１３の他端部は上記添加弁５に接続されており、上記電動ポンプ７が駆動されるのに応じて、上記フィルタ１１で濾過された尿素水が上記供給管１３を通じて添加弁５に供給されるようになっている。

上記供給管１３の途中部には、その内部の尿素水の圧力を調節するための圧力制御弁１７が設けられている。具体的に、この圧力制御弁１７は、余剰となった尿素水を上記貯留タンク９に戻して上記供給管１３内の圧力を所定圧に維持するものである。すなわち、上記圧力制御弁１７には、上記貯留タンク９から延びるリターン配管１５が接続されており、上記供給管１３内の尿素水の圧力が所定圧を超えると、上記圧力制御弁１７が開弁して余剰となった尿素水が上記リターン配管１５から貯留タンク９に戻されるとともに、上記供給管１３内の圧力が所定圧を下回ると、上記圧力制御弁１７が閉弁して上記リターン配管１５から貯留タンク９への流れが停止されることにより、上記供給管１３内の尿素水の圧力が所定圧に維持されるようになっている。

次に、排気浄化装置の制御系について説明する。当実施形態の排気浄化装置は、従来周知のＣＰＵや各種メモリ等からなるＥＣＵ２１（本発明にかかる制御手段に相当）を有しており、このＥＣＵ２１により、上記添加弁５や電動ポンプ７等の各部の動作が統括的に制御されるようになっている。

上記ＥＣＵ２１には、各種センサ類が電気的に接続されている。具体的に、上記ＥＣＵ２１には、ＮＯｘ浄化触媒３に設けられた温度センサ２５と、排気通路１のうちＮＯｘ浄化触媒３の上流側の配管１ａに設けられた第１ＮＯｘ濃度センサ２６と、ＮＯｘ浄化触媒３の下流側の配管１ｂに設けられた第２ＮＯｘ濃度センサ２７と、貯留タンク９の内部に設けられた液位センサ２８とが電気的に接続されている。なお、当実施形態では、上記ＮＯｘ浄化触媒３に設けられた温度センサ２５が、本発明にかかる第１パラメータ値検出手段に相当し、上記ＮＯｘ浄化触媒の上流側および下流側に設けられた第１および第２のＮＯｘ濃度センサ２６，２７が、本発明にかかる第２パラメータ値検出手段に相当する。

そして、上記温度センサ２５により検出されたＮＯｘ浄化触媒３の温度と、上記第１および第２のＮＯｘ濃度センサ２６，２７により検出された排気ガス中のＮＯｘ濃度と、上記液位センサ２８により検出された尿素水の液位とが、電気信号としてそれぞれＥＣＵ２１に入力され、その入力値を利用して上記ＥＣＵ２１が制御用の各種演算処理を実行するように構成されている。なお、以下では、上記温度センサ２５に検出されるＮＯｘ浄化触媒３の温度をＴｓ、上記第１ＮＯｘ濃度センサ２６により検出される触媒上流側のＮＯｘ濃度をＤｎｆ、上記第２ＮＯｘ濃度センサ２７により検出される触媒下流側のＮＯｘ濃度をＤｎｒ、上記液位センサ２８により検出される貯留タンク９内の尿素水の液位をＬで表す。

また、上記ＥＣＵ２１には、ＮＯｘ浄化触媒３の劣化や尿素水の濃度異常が検出されたときに、その旨を乗員もしくはメンテナンス作業者に報知するための警告ランプ等からなる警報装置３１が電気的に接続されている。なお、ＮＯｘ浄化触媒３の劣化や尿素水の濃度異常をどのように検出するかについては、後述するフローチャートの中で詳しく説明する。

以上のように構成されたＥＣＵ２１は、上記各種センサ２５〜２８から入力された検出値（Ｄｎｆ，Ｄｎｒ，Ｔｓ，Ｌ）に基づいて種々の演算を実行することにより、上記排気浄化装置の各部の動作を統括的に制御する。例えば、ＥＣＵ２１は、温度センサ２５により検出された触媒温度Ｔｓや、第１ＮＯｘ濃度センサ２６により検出された触媒上流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ等の値に基づいて、添加弁５から添加すべき尿素水の量を演算し、この演算された量の尿素水が実際に排気通路１内に添加されるように、上記添加弁５の開閉動作を制御する。そして、このように添加弁５から尿素水が添加されることにより、その下流側のＮＯｘ浄化触媒３に所定量の尿素水が供給され、この尿素水の作用により、ＮＯｘ浄化触媒での還元反応が促進されるようになっている。

上記ＥＣＵ２１の機能についてさらに詳しく説明すると、ＥＣＵ２１は、その機能要素として、浄化率算出部２１ａ、目標設定部２１ｂ、記憶部２１ｃ、補給検出部２１ｄとを有している。

上記浄化率算出部２１ａは、上記第１および第２のＮＯｘ濃度センサ２６，２７により検出された触媒上下流のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒに基づいて、ＮＯｘ浄化触媒３で実際に浄化されたＮＯｘの割合（以下、このことを実ＮＯｘ浄化率Ｒａという）を算出するものである。

上記目標設定部２１ｂは、上記温度センサ２５により検出されたＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓに基づいて、このＮＯｘ浄化触媒３で理想的に浄化可能なＮＯｘの割合を、目標とすべきＮＯｘ浄化率（以下、このことを目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔという）として設定するものである。

目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔについてより詳しく説明すると、上記添加弁５から尿素水を添加することによる還元反応の促進効果は、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓによって変動し、また、触媒の活性状態もその温度Ｔｓによって変動する。このため、ＮＯｘ浄化率の理想値である上記目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔは、図２に示すように、触媒温度Ｔｓに応じて変化する。そこで、目標設定部２１ｂは、このように触媒温度Ｔｓに応じて変化する目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔを適正に設定すべく、上記温度センサ２５から入力される現時点の触媒温度Ｔｓと、図２に示した特性データとに基づいて、現時点で目標とすべき目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔを逐次設定するように構成されている。なお、図２における温度Ｔｓｑは、添加弁５からの尿素水の添加を行うことが可能な触媒温度Ｔｓの下限値を表わしている。すなわち、この下限温度Ｔｓｑよりも触媒温度Ｔｓが低い場合には、尿素水が十分に加水分解されない（つまり還元反応を促進させるアンモニアが十分に生成されない）ため、上記添加弁５からの尿素水の添加は行われない。

上記記憶部２１ｃは、上記目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔに対する実ＮＯｘ浄化率Ｒａの比率（以下、このことを目標達成率Ｘという）を順次更新しつつ記憶するものである。すなわち、上記浄化率算出部２１ａにより算出された実ＮＯｘ浄化率Ｒａを、上記目標設定部２１ｂにより設定された目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔで割る演算がＥＣＵ２１によって実行され、その結果得られる比率Ｒａ／Ｒｔが、上記目標達成率Ｘとして上記記憶部２１ｃに順次記憶されるようになっている。また、記憶部２１ｃには、その他の各種制御用データとして、例えば、上記触媒温度Ｔｓと目標ＮＯｘ浄化率Ｒａとの関係（図２）に対応するマップ形式のデータ等が記憶されている。

上記補給検出部２１ｄは、上記液位センサ２８により検出された貯留タンク９内の尿素水の液位Ｌに基づいて、貯留タンク９内に尿素水が補給されたことを検出するものである。

次に、図３のフローチャートおよび図４のタイムチャートを用いて、上記ＥＣＵ２１により行われる制御動作の具体的手順について説明する。エンジンが始動して図３のフローチャートがスタートすると、ＥＣＵ２１は、温度センサ２５、第１ＮＯｘ濃度センサ２６、第２ＮＯｘ濃度センサ２７、および液位センサ２８から、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓ、触媒上流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ、浄化下流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｒ、および貯留タンク９内の尿素水の液位Ｌをそれぞれ取得する制御を実行する（ステップＳ１）。

次いで、ＥＣＵ２１は、上記ステップＳ１で取得されたＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが、図２に示した触媒温度の下限値Ｔｓｑ以上であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ２）。そして、ここでＹＥＳと判定されて添加弁５からの尿素水の添加が可能な温度Ｔｓｑまで触媒温度Ｔｓが上昇したことが確認されてから、次のステップＳ３の処理に移行する。

ステップＳ３に移行すると、ＥＣＵ２１は、その目標設定部２１ｂによる演算処理の下、上記ステップＳ１で取得された触媒温度Ｔｓに基づいて、現時点での目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔを設定する制御を実行する（ステップＳ３）。すなわち、目標設定部２１ｂは、上記温度センサ２５により検出された現時点での触媒温度Ｔｓを、あらかじめ記憶部２１ｃに記憶されている特性データ（図２参照）と照らし合わせることにより、上記触媒温度Ｔｓに対応する目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔを特定し、その値を、現時点で目標とすべき目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔとして設定する。

次いで、ＥＣＵ２１は、その浄化率算出部２１ａによる演算処理の下、上記ステップＳ１で取得された触媒上下流のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒに基づいて、現時点での実ＮＯｘ浄化率Ｒａを算出する制御を実行する（ステップＳ４）。すなわち、浄化率算出部２１ａは、ＮＯｘ浄化触媒３の上流側および下流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒの差を、上流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆで割る演算を行い、得られた比率（Ｄｎｆ−Ｄｎｒ）／Ｄｎｆを、上記ＮＯｘ浄化触媒３で実際に浄化されたＮＯｘの割合である実ＮＯｘ浄化率Ｒａとして取得する。

以上のようにして現時点での目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔおよび実ＮＯｘ浄化率Ｒａが算出されると、ＥＣＵ２１は、両者の比率Ｒａ／Ｒｔからなる目標達成率Ｘを算出し、これを記憶部２１ｃに記憶させる制御を実行する（ステップＳ５）。例えば、目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔが８０％で、実ＮＯｘ浄化率Ｒａが７０％であった場合、両者の比率Ｒａ／Ｒｔ＝０．８７５になるので、目標達成率Ｘは８７．５％ということになる。

図５は、上記ステップＳ５の処理が繰り返されることで上記記憶部２１ｃに蓄積されるデータ群を示している。本図に示すように、記憶部２１ｃには、目標達成率Ｘが所定期間にわたって蓄積されたデータ群が複数記憶されており、新たなデータ群が得られるのに応じて、記憶部２１ｃ内の記憶が順次更新されていく。例えば、図示のように、２つの期間内の目標達成率Ｘのデータからなるデータ群１，２が記憶部２１ｃに記憶されている場合、３つ目のデータ群３が得られた時点で、先に記憶されたデータ群１が消去されることにより、常に新しいデータ群が更新されつつ記憶部２１ｃに記憶されるようになっている。

このようにして目標達成率Ｘを記憶させる処理が終了すると、ＥＣＵ２１は、記憶された目標達成率Ｘが、所定の閾値α以下であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ６）。ここでの閾値αは、図４（ｂ）に示すように、１より小さい所定値に設定され、上記ＮＯｘ浄化触媒３が劣化しているか否かを判定するために利用される。すなわち、ＮＯｘ浄化触媒３の経年的な劣化に起因して、その浄化性能は徐々に低下するため、上記目標達成率Ｘも、時間経過とともに徐々に低下する。そこで、ＮＯｘ浄化触媒３の劣化具合の指標となる上記目標達成率Ｘが低下し、その値が上記閾値α以下になったときに、ＮＯｘ浄化触媒３が劣化したものと判定する。

上記ステップＳ６でＹＥＳと判定されて目標達成率Ｘ≦αであることが確認された場合、ＥＣＵ２１は、ＮＯｘ浄化触媒３が劣化していると判定し（ステップＳ７）、上記警報装置３１を作動させてＮＯｘ浄化触媒３の劣化を乗員等に報知する制御を実行する（ステップＳ８）。

一方、上記ステップＳ６でＮＯと判定されてＮＯｘ浄化触媒３が劣化していないことが確認された場合、ＥＣＵ２１は、その補給検出部２１ｄによる演算処理の下、貯留タンク９に対する尿素水の補給があったか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ９）。すなわち、貯留タンク９内に尿素水が補給されると、例えば図４（ａ）の時点ｔ１またはｔ２に示すように、尿素水の液位Ｌが一時的に上昇するため、上記補給検出部２１ｄは、上記ステップＳ１で取得された液位センサ２８の検出値に基づいて、尿素水の液位Ｌが所定量以上上昇したか否かを判定し、上昇したことが確認された場合に、尿素水の補給があったものと判定する。

上記ステップＳ９でＹＥＳと判定されて尿素水の補給が確認された場合、ＥＣＵ２１は、尿素水の補給前後における目標達成率Ｘの差の絶対値を、所定の閾値βと比較する制御を実行する（ステップＳ１０）。具体的には、上記記憶部２１ｃから目標達成率Ｘのデータ群（図５参照）を読み出して、そのデータ群を補給前と補給後とでそれぞれ平均化するとともに、これら各平均値（補給前後における目標達成率Ｘの平均値）どうしの差の絶対値を算出し、その値が所定の閾値β以上であるか否かを判定する。

このステップＳ１０の判定でＹＥＳであれば、尿素水の濃度が異常であると判定することができる。例えば、補給された尿素水が規定通りの濃度であった場合には、ＮＯｘ浄化触媒３の性能に影響はないため、図４（ｂ）の時点ｔ１に示すように、尿素水の補給の前後で目標達成率Ｘが変化することはない。これに対し、補給された尿素水が規格外のもので、例えばその濃度が異常に低かった場合には、尿素水の添加による還元反応の促進効果が低下してＮＯｘ浄化触媒３の性能に悪影響が及ぶため、図４（ｂ）の時点ｔ２に示すように、目標達成率Ｘが尿素水の補給の前後で大きく低下することになる。そこで、補給前後の目標達成率Ｘを比較して両者の差の絶対値が所定の閾値β以上か否かを判定することにより、尿素水の濃度異常を検出するようにしている。なお、ここでの演算で目標達成率Ｘの差の絶対値をとるのは、規定値を大きく超えた異常に高濃度の尿素水が補給されて目標達成率Ｘが急上昇したような場合にも、濃度異常として検出できるようにするためである。

ところで、上記貯留タンク９への尿素水の補給は、エンジンの運転中に行われるとは限らず、エンジンの停止中に行われることもある。このような場合、上記ステップＳ１０では、例えば、エンジンが停止される直前に記憶されていた目標達成率Ｘの平均値と、エンジンが再始動されて最初に取得された目標達成率Ｘの平均値とを比較する処理が行われ、その結果に応じて尿素水の濃度異常が判定されることになる。

以上のようなステップＳ１０でＹＥＳと判定されて｜補給前のＸ−補給後のＸ｜≧βであることが確認された場合、ＥＣＵ２１は、尿素水の濃度が以上であると判定し（ステップＳ１１）、上記警報装置３１を作動させて尿素水の濃度異常を乗員等に報知する制御を実行する（ステップＳ１２）。このとき、例えば警報装置３１が警告ランプからなる場合には、先のステップＳ８でＮＯｘ浄化触媒３の劣化を報知するときと区別するために、上記ステップＳ８とは異なる態様で警告ランプを作動させることが好ましい。具体的には、ステップＳ８で触媒の劣化を報知するときには警告ランプを点灯させ、ステップＳ１２で尿素水の濃度異常を報知するときには警告ランプを点滅させることが考えられる。

一方、上記ステップ１０でＮＯと判定された場合、ＥＣＵ２１は、尿素水の濃度は正常であると判定し（ステップＳ１３）、その後リターンする。

以上説明したように、当実施形態のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路１上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒３と、このＮＯｘ浄化触媒３に供給される尿素水が貯留される貯留タンク９と、上記ＮＯｘ浄化触媒３の上流側および下流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒを検出する第１および第２のＮＯｘ濃度センサ２６，２７と、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを検出する温度センサ２５と、これら各種センサの検出値に基づき上記排気浄化装置の各部を制御する制御手段としてのＥＣＵ２１とを備えている。そして、ＥＣＵ２１は、その機能要素として、上記ＮＯｘ濃度センサ２６，２７の検出値Ｄｎｆ，Ｄｎｒに基づいて実ＮＯｘ浄化率Ｒａを算出する浄化率算出部２１ａと、上記温度センサ２５の検出値に基づいて上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓに応じた目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔを設定する目標設定部２１ｂと、これら目標設定部２１ｂおよび浄化率算出部２１ａにより求められた上記目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔと実ＮＯｘ浄化率Ｒａとの比率からなる目標達成率Ｘを記憶する記憶部２１ｃと、上記貯留タンク９内の尿素水の液位Ｌに基づいて貯留タンク９内に尿素水が補給されたことを検出する補給検出部２１ｄとを有しており、さらに、上記ＥＣＵ２１は、上記補給検出部２１ｄにより尿素水の補給が検出されたときに、その補給の前後で上記記憶部２１ｃにそれぞれ記憶された目標達成率Ｘを比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するように構成されている。このような構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒３に供給される尿素水の濃度異常をより低コストな構成で検出できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓに応じた目標ＮＯｘ浄化率Ｒｔと、触媒上下流のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒに基づき算出された実ＮＯｘ浄化率Ｒａとの比率（Ｒａ／Ｒｔ）からなる目標達成率Ｘを記憶部２１ｃに逐次記憶させ（ステップＳ５）、貯留タンク９への尿素水の補給があったとき（ステップＳ９でＹＥＳのとき）に、その補給の前後で上記記憶部２１ｃに記憶された目標達成率Ｘを比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するようにしたため（ステップＳ１０，Ｓ１１）、従来のように尿素水の濃度を検出する濃度センサを設けなくても、尿素水の濃度異常を適正に検出することができ、この濃度異常に起因したＮＯｘ浄化触媒３の性能の悪化等をより低コストな構成で効果的に防止できるという利点がある。

もちろん、上記構成による場合、触媒温度Ｔｓを検出する温度センサ２５や、ＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒを検出する濃度センサ２６，２７が必要になるが、これら各種センサは、尿素水の添加量を決定したり、ＮＯｘ浄化触媒３の劣化等を判断したりするために元々必要なセンサであり、尿素水の濃度異常を検出するか否かにかかわらず、排気浄化装置に本来的に備わるセンサである。したがって、これら本来的に備わるセンサ類の検出値を利用して尿素水の濃度異常を検出するようにした上記構成によれば、無用なコストアップを招くことなく、上記ＮＯｘ浄化触媒３の性能を適正に確保できるという利点がある。

また、上記実施形態では、上記尿素水の濃度異常が検出されると、例えば警告ランプ等からなる警報装置３１を作動させて異常を報知するようにしたため（ステップＳ１２）、尿素水の濃度が異常であることを乗員もしくはメンテナンス作業者に確実に知らせることができ、これら乗員等に対し、例えば適正濃度の尿素水を補給し直す等の必要な措置を採るように適正に促すことができる。

また、上記実施形態では、上記記憶部２１ｃに記憶された目標達成率Ｘを所定の閾値αと比較することにより、上記ＮＯｘ浄化触媒３の劣化を検出するようにしたため（ステップＳ６，Ｓ７）、ＮＯｘ浄化触媒３の劣化度合に応じて変化する上記目標達成率Ｘに基づいて、このＮＯｘ浄化触媒３の劣化を精度よく検出できるという利点がある。

また、上記実施形態では、上記ＮＯｘ浄化触媒３の劣化が検出されると（ステップＳ６でＹＥＳの場合）、警報装置３１を作動させて直ちにリターンすることにより、上記尿素水の濃度異常を検出する等の制御（ステップＳ１０〜Ｓ１３）の実行を禁止するようにしたため、ＮＯｘ浄化触媒３の劣化に起因して上記目標達成率Ｘが急低下したとき等に、これを尿素水の濃度異常として誤って判定してしまうのを効果的に防止でき、尿素水の濃度異常に関する検出精度を適正に確保できるという利点がある。

なお、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３に設けられた温度センサ２５によって触媒温度Ｔｓを直接的に検出するようにしたが、例えばＮＯｘ浄化触媒３から所定距離上流側を流れる排気ガスの温度を検出し、その検出温度に所定の補正係数を掛ける等によって上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを求めるようにしてもよい。また、エンジン負荷および回転数等から判別されるエンジンの運転状態や、その運転状態での継続時間等に基づいて、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを推定するようにしてもよい。いずれにせよ、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを調べるには、当該温度Ｔｓに関連する何らかのパラメータ値を検出すればよく、具体的にどのような状態量を検出するかは特に問わない。

また、同様に、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３の上流側および下流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒを第１および第２のＮＯｘ濃度センサ２６，２７によって検出し、これら各センサにより検出されたＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒに基づいて、上記ＮＯｘ浄化触媒３で実際に浄化されたＮＯｘの割合である実ＮＯｘ浄化率Ｒａを算出するようにしたが、この実ＮＯｘ浄化率Ｒａを調べるには、ＮＯｘ浄化率に関連する何らかのパラメータ値を検出すればよく、必ずしも触媒上下流のＮＯｘ濃度Ｄｎｆ，Ｄｎｒを直接的に検出しなくてもよい。特に、上記ＮＯｘ浄化触媒３の上流側のＮＯｘ濃度Ｄｎｆについては、例えばエンジンの運転状態等から比較的容易に推定することが可能であり、このようにＮＯｘ濃度Ｄｎｆを推定によって求めるようにした場合には、上記実施形態における第１ＮＯｘ濃度センサ２６を省略できるため、装置のさらなる低コスト化を図れるという利点がある。

また、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３での還元反応を促進させるための還元剤として尿素水を用いたが、同様の効果が得られるものであればこれに限らず、例えばＮＯｘ浄化触媒３の種類に応じて、アンモニア水やアルコール類等を上記還元剤として用いてもよい。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す概略図である。 触媒温度と目標ＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。 上記排気浄化装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。 上記排気浄化装置の制御動作を説明するためのタイムチャートである。 記憶部に実ＮＯｘ浄化率のデータを記憶させる際の具体的手順を説明するための図である。

符号の説明

１ 排気通路
３ ＮＯｘ浄化触媒
９ 貯留タンク
２１ ＥＣＵ（制御手段）
２１ａ 浄化率算出部
２１ｂ 目標設定部
２１ｃ 記憶部
２１ｄ 補給検出部
２５ 温度センサ（第２パラメータ値検出手段）
２６，２７ ＮＯｘ濃度センサ（第１パラメータ値検出手段）
３１ 警報装置
Ｒｔ 目標ＮＯｘ浄化率
Ｒａ 実ＮＯｘ浄化率
Ｘ 目標達成率
Ｄｎｆ （触媒上流側の）ＮＯｘ濃度
Ｄｎｒ （触媒下流側の）ＮＯｘ濃度
Ｌ （還元剤の）液位

Claims (5)

1. エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に、貯留タンク内に貯留された液状の還元剤を供給して還元反応を促進させるようにしたエンジンの排気浄化装置であって、
   上記ＮＯｘ浄化触媒で浄化されるＮＯｘの浄化率に関連するパラメータ値を検出する第１パラメータ値検出手段と、
   上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に関連するパラメータ値を検出する第２パラメータ値検出手段と、
   これら両検出手段の検出値に基づき上記排気浄化装置の各部を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記第１パラメータ値検出手段の検出値に基づいて実ＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出部と、上記第２パラメータ値検出手段の検出値に基づいて上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に応じた目標ＮＯｘ浄化率を設定する目標設定部と、これら目標設定部および浄化率算出部により求められた上記目標ＮＯｘ浄化率と実ＮＯｘ浄化率との比率からなる目標達成率を記憶する記憶部と、上記貯留タンク内の還元剤の液位に基づいて貯留タンク内に還元剤が補給されたことを検出する補給検出部とを有し、
   かつ、上記制御手段は、上記補給検出部により還元剤の補給が検出されたときに、その補給の前後で上記記憶部にそれぞれ記憶された目標達成率を比較することにより、上記還元剤の濃度異常を検出することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記第１パラメータ値検出手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒より下流側のＮＯｘ濃度を検出するとともに、上記ＮＯｘ浄化触媒より上流側のＮＯｘ濃度を推定または検出するものであり、
   上記制御手段の浄化率算出部は、上記第１パラメータ値検出手段により推定または検出された触媒上下流の各ＮＯｘ濃度に基づいて上記実ＮＯｘ浄化率を算出することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１または２記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記制御手段は、上記還元剤の濃度異常が検出されると、所定の警報装置を作動させて異常を報知することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記制御手段は、上記記憶部に記憶された上記目標達成率に基づいて上記ＮＯｘ浄化触媒の劣化を検出することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項４記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の劣化が検出されると上記還元剤の濃度異常の検出を禁止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。

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