JP2016160908A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度が非常に低い環境でエンジンをアイドリング状態で長時間放置した場合において、高温に加熱されたＮＯｘセンサの検出部に凝縮水が付着して、ＮＯｘセンサを破損させることを防止可能なエンジンを提供する。【解決手段】エンジンは、尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、エンジン回転数検出センサと、ＮＯｘセンサと、制御部と、を備える。ＮＯｘセンサは、排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部、及び、窒素酸化物を検出可能な温度まで検出部を加熱する加熱処理を行うヒータ部を有する。制御部は、エンジン回転数が回転数閾値以下であるアイドリング状態で連続して経過した時間が判定時間を超えた場合に、ヒータ部による加熱処理を禁止する。【選択図】図６

Description

本発明は、尿素水を噴射して排気ガスに含まれる窒素酸化物を低減するエンジンに関する。

従来から、選択触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、ＳＣＲ）を用いて排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するエンジンが知られている。この種のエンジンは、尿素水を噴射する尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、を備える。尿素水噴射部は、排気ガスが通る経路に尿素水を噴射する。尿素水に含まれる尿素は、高温の排気ガスに触れることで、加水分解してアンモニアとなる。ＳＣＲ触媒は、アンモニアを吸着するゼオライト及びセラミック等の素材で構成されている。排気ガスに含まれるＮＯｘは、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒に触れることで還元され、窒素と水に変化する。これにより、ＮＯｘの排出量を抑えることができる。

特許文献１のＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒の上流と下流にＮＯｘセンサが配置されており、これらのＮＯｘセンサの検出量に基づいて尿素水の噴射量を制御する。ここで、ＮＯｘセンサは、検出部（センシング部）を高温（例えば８００度）に保った状態で窒素酸化物濃度の検出を行う必要がある。しかし、この検出部にはセラミック等が用いられているため、検出部を高温に保った状態で当該検出部に水滴が付着すると、検出部が破損することがある。そのため、特許文献１では、エンジンの始動直後においては、ＮＯｘセンサの周囲の水分が蒸発するまで検出部の温度を抑え、検出部に水滴が付着する可能性が無くなった段階で検出部を高温に加熱する。

特開２０１３−７２３９１号公報

ところで、ＳＣＲシステムを備えたエンジンは、例えば建設機械等の作業機械に搭載される。この種の作業機械は、外気温度が非常に低い環境（例えば０度以下又は−３０度以下）で使用されることがある。このような環境ではエンジンの始動が困難になるため、温度が高い室内（納屋等）でエンジンを前もって始動しておき、エンジンをアイドリング状態のまま作業機械をトラック等に搭載して作業現場まで運ぶことがある。また、作業現場において作業を一時的に中断する場合においても、エンジンをアイドリング状態のまま作業機械を放置することがある。

このように外気温度が非常に低い環境において、エンジンをアイドリング状態で長時間放置した場合、エンジンの排気管及びＳＣＲケース等の温度が低下する。排気管等の温度が低下すると、排気ガスに含まれる水分が凝縮することで凝縮水が発生する。上述したように、凝縮水がＮＯｘセンサの検出部に付着した場合、検出部の破損を引き起こすことがある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、外気温度が非常に低い環境でエンジンをアイドリング状態で長時間放置した場合において、高温に加熱されたＮＯｘセンサの検出部に凝縮水が付着して、ＮＯｘセンサを破損させることを防止可能なエンジンを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、尿素水噴射部と、ＳＣＲ触媒と、エンジン回転数検出センサと、ＮＯｘセンサと、制御部と、を備える。前記尿素水噴射部は、排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する。前記ＳＣＲ触媒は、排気ガスが通過する経路に配置され、前記尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。前記エンジン回転数検出センサは、所定時間あたりのクランクシャフトの回転数であるエンジン回転数を検出する。前記ＮＯｘセンサは、排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部、及び、窒素酸化物を検出可能な温度まで前記検出部を加熱する加熱処理を行うヒータ部を有する。前記制御部は、前記エンジン回転数が回転数閾値以下であるアイドリング状態で連続して経過した時間が判定時間を超えた場合に、前記ヒータ部による前記加熱処理を禁止する。

これにより、外気温度が非常に低い環境でエンジンがアイドリング状態で長時間放置された場合は大量の凝縮水が発生するので、ヒータ部による加熱処理を禁止することで、高温の検出部に凝縮水が付着することを確実に防止することができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、外気温度又は外気温度に連動する温度を検出する外気温度センサを備える。前記制御部は、前記外気温度センサが検出した温度が低くなるに従って、短い前記判定時間を用いる。

これにより、外気温度が低くなるに従って凝縮水が発生し易くなるため、上記のように判定時間を短くすることにより、高温の検出部に凝縮水が付着することを確実に防止することができる。

前記のエンジンにおいては、前記制御部は、前記アイドリング状態の後に前記エンジン回転数を上昇させた場合、前記アイドリング状態で連続して経過した時間及び外気温度に基づいて遅延時間を算出し、当該遅延時間の経過後に前記加熱処理を開始することが好ましい。

これにより、エンジンがアイドリング状態で長時間放置されたことで発生した大量の凝縮水を蒸発させた後に、ＮＯｘセンサの検出部を動作温度（高温）まで加熱することができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、外気温度又は外気温度に連動する温度を検出する外気温度センサを備える。前記制御部は、前記外気温度センサが検出した温度が低くなるに従って、長い前記遅延時間を算出する。

これにより、外気温度が低くなるに従って凝縮水が発生し易くなるため、上記のように判定時間を短くすることにより、凝縮水が蒸発した後に加熱処理を開始することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの斜視図。 エンジンの吸気及び排気の流れを模式的に示す説明図。 エンジン制御に係るブロック図。 外気温度及び排気温度に基づいて加熱処理の開始を許可するか否かを決定する処理を示すフローチャート。 外気温度、排気温度、及び熱流束に基づいて加熱処理の開始を許可するか否かを決定する処理を示すフローチャート。 アイドリング状態で長時間放置されたことを検出して加熱処理を禁止する処理を示すフローチャート。 アイドリング状態で長時間放置された後に加熱処理を開始するタイミングを決定する処理を示すフローチャート。 本実施形態のエンジンをトラクタに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをトラクタに適用した様子を示す平面図。 本実施形態のエンジンをスキッドステアローダに適用した様子を示す側面図。 本実施形態のエンジンをスキッドステアローダに適用した様子を示す平面図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに図１から図３を参照して、本実施形態のエンジン１００の基本的な構成について説明する。エンジン１００は、ディーゼルエンジンであり、トラクタ等の農業機械及びスキッドステアローダ等の建設機械等に搭載される。

図３に示すように、エンジン１００は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）８０を備える。ＥＣＵ８０は、ＣＰＵ等から構成される演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される記憶部と、を備える。演算部は、センサ群の様々なセンサからの情報に基づいて、アクチュエータ群の様々なアクチュエータに制御指令を送り、エンジン１００の動作に関する値（例えば、燃料噴射量や、空気吸入量や、排気ガス還元量等）を制御する。記憶部は、各種プログラムを記憶するとともに、エンジン１００の制御に関して予め設定された複数の制御情報を記憶している。

図１及び図２に示すように、エンジン１００は、吸気系の部材として、吸入部１１と、過給機１２と、吸気スロットル（吸気絞り装置）１４と、吸気マニホールド１５と、を備える。吸入部１１から吸入された気体は、過給機１２にて圧縮された後に、吸気スロットル１４を介して、吸気マニホールド１５へ供給される。吸気マニホールド１５には、図２に示すように、吸気マニホールド温度センサ８４が取り付けられている。吸気マニホールド温度センサ８４は、吸気マニホールド１５内の気体の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。

なお、図３に示すように、エンジン１００は、図略の吸気管に配置され外気温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する外気温度センサ８１と、大気圧を検出してＥＣＵ８０へ出力する大気圧センサ８２と、を備える。

吸気マニホールド１５の下方には図略のコモンレールが配置されている。コモンレールは、燃料を高圧で蓄え、シリンダヘッドに配置されたインジェクタ２３（燃料噴射装置、図２を参照）へ供給する。

インジェクタ２３は、インジェクタ電磁弁２４（図３を参照）を備える。インジェクタ電磁弁２４は、ＥＣＵ８０の指示に応じたタイミングで開閉することにより、燃焼室に燃料を噴射する。

なお、エンジン１００は、エンジン回転数（回転速度、所定時間あたりのクランクシャフトの回転数）を検出するエンジン回転数検出センサ８３を備える。エンジン回転数検出センサ８３は、検出したエンジン回転数をＥＣＵ８０へ出力する。

また、図１及び図２に示すように、エンジン１００は、排気マニホールド３１と、ＥＧＲ装置３２と、排気ガス浄化装置４０と、を備える。

排気マニホールド３１には、排気マニホールド温度センサ８５が取り付けられている。排気マニホールド温度センサ８５は、排気マニホールド３１内の気体の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。排気マニホールド３１を通過した気体は、一部がＥＧＲ装置３２へ供給されるとともに、残りが排気ガス浄化装置４０へ供給される。

ＥＧＲ装置３２は、ＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ管３４と、ＥＧＲバルブ３５と、を備えている。ＥＧＲバルブ３５のバルブ開度は、ＥＣＵ８０によって制御される。

排気ガス浄化装置４０は、ＤＰＦ装置５０と、ＳＣＲ装置６０と、を備える。エンジン１００は、排気ガス浄化装置４０の支持及び固定を行う部材として、支持台４１と、ケース固定体４２と、ケース締結バンド４３と、を備える。

支持台４１は、シリンダヘッドの上部に配置され、縁が下方に折り曲げられた矩形状の部材である。ケース固定体４２は、支持台４１の上部に配置され、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の下方に接触する部材である。ケース締結バンド４３は、ケース固定体４２に取り付け可能に構成された可撓性を有する部材である。ケース固定体４２及びケース締結バンド４３でＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０を挟み込むことで、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０が固定される。

ＤＰＦ装置５０は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）を除去する。ＤＰＦ装置５０は、ＤＰＦケース５１と、酸化触媒５２と、フィルタ５３と、を備える。

ＤＰＦケース５１は、略円筒状の中空の部材であり、内部に酸化触媒５２及びフィルタ５３が配置される。酸化触媒５２は、白金等で構成されており、排気ガスに含まれる未燃燃料、一酸化炭素、一酸化窒素等を酸化（燃焼）するための触媒である。フィルタ５３は、例えばウォールフロー型のフィルタとして構成されており、酸化触媒５２で処理された排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する。

また、ＤＰＦケース５１には、酸化触媒温度センサ８６と、フィルタ温度センサ８７と、差圧センサ８８と、が取り付けられている。酸化触媒温度センサ８６は、ＤＰＦケース５１の入口近傍（酸化触媒５２の排気上流側）の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。フィルタ温度センサ８７は、酸化触媒５２及びフィルタ５３の間（フィルタ５３の上流側）の温度を検出してＥＣＵ８０へ出力する。差圧センサ８８は、フィルタ５３の上流側（酸化触媒５２の下流側）と、フィルタ５３の下流側の圧力差を検出してＥＣＵ８０へ出力する。

ＤＰＦ装置５０を通過した排気ガスは、ＤＰＦ出口管４４、尿素混合管４５、及びＳＣＲ入口管４６を経由して、ＳＣＲ装置６０へ送られる。ＤＰＦ出口管４４は、ＤＰＦ装置５０の下流側の端部と接続されている。ＤＰＦ出口管４４には、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する上流ＮＯｘセンサ８９が取り付けられている。上流ＮＯｘセンサ８９は、図３に示すように、検出部８９ａとヒータ部８９ｂとを備える。検出部８９ａは、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出することができる。検出部８９ａが排気ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出するためには、検出部８９ａを高温（例えば８００度程度）にする必要がある。以下では、検出部８９ａがＮＯｘ濃度を検出可能な程度まで当該検出部８９ａを加熱する処理を「加熱処理」と称する。ヒータ部８９ｂは、検出部８９ａを例えば１００度程度に予熱しておき、加熱処理を行う指示を受けた場合に、検出部８９ａを高温に加熱する。上流ＮＯｘセンサ８９は、検出したＮＯｘ濃度をＥＣＵ８０へ出力する。

尿素混合管４５は、ＤＰＦ出口管４４と略直角をなすように接続されている。尿素混合管４５の長手方向は、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の長手方向と平行である。尿素混合管４５の上流側の端部近傍には、尿素水噴射部４７が取り付けられている。尿素水噴射部４７は、尿素水を噴射する尿素水噴射ノズル４７ａと、尿素水噴射管４７ｂと、尿素水ポンプ４７ｃと、を備える。尿素水ポンプ４７ｃは、後述の尿素水タンクから尿素水を吸い上げ、尿素水噴射管４７ｂを介して尿素水噴射ノズル４７ａへ送り出す。なお、尿素水ポンプ４７ｃと尿素水タンクとは、尿素水を供給するホース及び尿素水を戻すホースの２本のホースで接続されている。尿素混合管４５に尿素水を噴射することで、尿素が加水分解してアンモニアが発生する。

なお、尿素水噴射部４７は、ＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９５によって、尿素水の噴射の有無及び噴射量が制御されている。ＤＣＵ９５は、例えば排気ガスの温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度を経過したときに、尿素水の噴射を開始する。

ＳＣＲ装置６０は、ＳＣＲ入口管４６を介して導入された排気ガスに含まれるＮＯｘを除去する。ＳＣＲ装置６０は、ＳＣＲケース６１と、ＳＣＲ触媒６２と、アンモニア酸化触媒６３と、を備える。

ＳＣＲケース６１は、略円筒状の中空の部材であり、内部にＳＣＲ触媒６２及びアンモニア酸化触媒６３が配置される。ＳＣＲ触媒６２は、アンモニアを吸着するゼオライト及びセラミック等の素材で構成されている。尿素水噴射部４７が尿素水を噴射することで生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒６２に吸着する。排気ガスに含まれるＮＯｘは、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒６２に触れることで還元され、窒素と水に変化する。

アンモニア酸化触媒６３は、ＳＣＲ触媒６２から脱離したりＳＣＲ触媒６２に吸着されなかったアンモニアが外部に放出されることを防止する触媒である。アンモニア酸化触媒６３は、アンモニアを酸化させる白金等の酸化触媒であり、アンモニアを酸化させて窒素、一酸化酸素、水等に変化させる。排気ガスは、アンモニア酸化触媒６３を通過した後に所定の排気管を通った後に外部へ放出される。以上のように尿素水噴射部４７及びＳＣＲ触媒６２を備えることで、排気ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。

また、ＳＣＲ触媒６２の上流側には、ＳＣＲ触媒入口温度センサ（排気温度センサ）９０が取り付けられている。ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０は、ＳＣＲ触媒６２の直ぐ上流の排気ガスの温度（以下、ＳＣＲ触媒入口温度）を検出してＤＣＵ９５へ出力する。ＳＣＲ触媒入口温度は、ＳＣＲ触媒６２へ供給される排気ガスの温度を検出するため等に用いられている。

また、アンモニア酸化触媒６３の下流側には、下流ＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ）９１が取り付けられている。下流ＮＯｘセンサ９１は、上流ＮＯｘセンサ８９と同様に、検出部９１ａとヒータ部９１ｂとを備える。下流ＮＯｘセンサ９１は、検出したＮＯｘ濃度をＤＣＵ９５へ出力する。なお、上流ＮＯｘセンサ８９が検出したＮＯｘ濃度は、主として尿素水の噴射量を決定するために用いられる。また、下流ＮＯｘセンサ９１が検出したＮＯｘ濃度は、主として、演算で求めたＮＯｘ浄化率の補正又はシステムの故障や不正改造の検知に用いられる。

上述したように、外気温度が非常に低い環境（０度以下又は−３０度以下）で使用される作業機械等に本実施形態のエンジン１００が搭載される場合、外気温度の影響を受けて排気経路を構成する部材が冷却される。これにより、排気ガスに含まれる水分が凝縮し、凝縮水が発生する。加熱処理により高温となった検出部８９ａ，９１ａに水滴が付着すると、検出部８９ａ，９１ａはセラミックを含んでいるため破損する可能性がある。

以上を考慮して、本実施形態のエンジン１００では、高温となった検出部８９ａ，９１ａに凝縮水が付着しないように様々な制御を行っている。初めに、図４のフローチャートを参照して、排気ガスの温度に基づいて下流ＮＯｘセンサ９１の加熱処理の開始を許可するか否かを決定する処理について説明する。なお、図４及びその他のフローチャートは一例であり、処理の追加、処理の順序の変更、処理の省略等を適宜行うことができる。また、下流ＮＯｘセンサ９１ではなく上流ＮＯｘセンサ８９についても同様の制御を行うことができる。

初めに、ＤＣＵ９５は、外気温度センサ８１から外気温度を取得する（Ｓ１０１）。なお、外気温度の取得方法は任意であり、吸気マニホールド温度センサ８４が検出した温度を用いても良いし、別の位置（例えば吸気経路以外）に配置された温度センサを用いても良い。

次に、ＤＣＵ９５は、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０が検出した温度（以下、排気温度）を取得する（Ｓ１０２）。ここで、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０はＳＣＲケース６１の上流側の端部近傍に配置され、下流ＮＯｘセンサ９１は下流側の端部近傍に配置される。従って、外気温度が非常に低い環境では、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０を通過してから下流ＮＯｘセンサ９１に到達する前に排気ガスが冷却されることで排気ガスの温度が低下する。そのため、取得した排気温度に基づいて、下流ＮＯｘセンサ９１の周囲の凝縮水の有無を正確に判定することは困難である。

次に、ＤＣＵ９５は、温度閾値算出マップを用いて温度閾値を算出する（Ｓ１０３）。温度閾値とは、加熱処理の開始を許可するか否か（即ち検出部９１ａの８００度程度までの加熱を許可するか否か）を決定するための閾値である。本実施形態では、ＤＣＵ９５は、Ｓ１０１で検出した外気温度に基づいて、温度閾値を算出する。具体的には、エンジン１００は、外気温度と温度閾値を対応付けた温度閾値算出マップ（温度閾値算出テーブル）を記憶しており、外気温度が入力されることで、この外気温度に対応付けられた温度閾値が出力される。

外気温度が低い場合、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０が検出した温度は、下流ＮＯｘセンサ９１の周囲の温度よりも高い。従って、外気温度が通常の場合よりも温度閾値を上げることで、両者の温度差を考慮して凝縮水の有無を判定できる。従って、ＤＣＵ９５は、外気温度が低くなるほど、より高い温度閾値を算出する。

なお、本実施形態では外気温度に温度閾値が対応付けられているが、以下のようにして温度閾値を求めても良い。即ち、温度閾値は、外気温度に依存しない固定値と、外気温度に依存する変動値と、を足し合わせることで求められる。この場合、外気温度と変動値とを対応付けたマップ又はテーブルが用いられる。何れの場合においても、外気温度に応じて、温度閾値を算出する点では同じである。

次に、ＤＣＵ９５は、Ｓ１０２で取得した排気温度と、Ｓ１０３で求めた温度閾値と、を比較する（Ｓ１０４）。ＤＣＵ９５は、排気温度が温度閾値未満である場合、下流ＮＯｘセンサ９１のヒータ部９１ｂによる加熱処理の開始を許可しない（Ｓ１０５）。一方、ＤＣＵ９５は、排気温度が温度閾値以上となった場合、下流ＮＯｘセンサ９１のヒータ部９１ｂによる加熱処理の開始を許可する（Ｓ１０６）。

以上のように外気温度に基づいて温度閾値を算出することで、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０から下流ＮＯｘセンサ９１へ排気ガスが流れる際の温度低下を考慮して、凝縮水の有無を判定することができる。従って、凝縮水が残存した状態で加熱処理が行われないので、下流ＮＯｘセンサ９１の破損を防止できる。

本実施形態では、外気温度に基づいて温度閾値を算出するが、代わりに排気温度を補正しても良い。具体的には、外気温度及びＳＣＲ触媒入口温度センサ９０から下流ＮＯｘセンサ９１までの距離等に基づいて排気温度の低下量を算出する。ＤＣＵ９５は、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０が検出した排気温度から低下量を減算することで、下流ＮＯｘセンサ９１の周囲の温度を推測する。そして、推測した温度と、温度閾値と、を比較して加熱処理を許可するか否かを判定する。なお、排気温度を補正する場合は、温度閾値は一定の値を用いることができる。

また、本実施形態では、外気温度のみに基づいて温度閾値を算出（補正）したが、図５のフローチャートに示すように、外気温度に加えて排気ガスの熱流束を用いて温度閾値を算出しても良い。

この場合、ＤＣＵ９５は、上記と同様に外気温度センサ８１から外気温度を取得するとともに、排気ガスの熱流束を算出する（Ｓ２０１）。熱流束は、排気ガスの質量流量及び排気温度から算出される。排気ガスの質量流量は、エンジン１００の運転状態等に基づいて算出される。

次に、ＤＣＵ９５は、外気温度と熱流束に基づいて温度閾値を算出する（Ｓ２０３）。熱流束を用いることにより、外気温度が排気ガスの温度に与える影響を考慮することができるので、より的確な温度閾値を算出することができる。例えば、排気ガスの熱流束が小さいほど（単位時間あたりに通過する熱量が小さいほど）、排気ガスは外気温度に影響され易くなる。従って、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０から下流ＮＯｘセンサ９１を流れる排気ガスの温度が一層低下するため、それを考慮して、より大きな温度閾値が算出される。Ｓ２０４以降の処理は、Ｓ１０４以降の処理と同等なので説明を省略する。

本実施形態では、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０が検出した温度に基づいて下流ＮＯｘセンサ９１を制御したが、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０ではなく他の排気温度センサに基づいて下流ＮＯｘセンサ９１を制御しても良い。ただし、排気温度センサと下流ＮＯｘセンサ９１の距離が遠くなるほど、排気ガスの温度の低下量が大きくなるため、凝縮水の有無についての判定精度が落ちることがある。

また、本実施形態では、ＳＣＲ触媒入口温度センサ９０の（排気ガスの流れる方向の）下流側に下流ＮＯｘセンサ９１が配置されている。しかし、排気温度センサの上流側にＮＯｘセンサが配置されていても良い。この場合、排気温度センサが検出する温度はＮＯｘセンサの周囲の温度よりも低くなる。従って、上記で説明した場合と異なり、外気温度が低くなるほど、低い温度閾値が算出される。なお、図４及び図５のフローチャートは、加熱処理の開始を許可するか否かを判断するものであるが、同様のフローチャート（温度閾値は異なる）を用いて、加熱処理の停止を許可するか否かを判断することもできる。

次に、図６のフローチャートに基づいてＤＣＵ９５が行う処理について説明する。外気温度が非常に低い環境において、エンジンをアイドリング状態で長時間放置した場合、エンジンの排気管の温度が低下するため、排気温度が低下して凝縮水が大量に発生する。従って、この状況で加熱処理を開始すると、高温となった検出部８９ａ，９１ａに凝縮水が付着して破損してしまうことがある。

この点、本実施形態では、アイドリング状態で長時間放置されたことを検出して、検出内容に応じて加熱処理を禁止する。初めに、ＤＣＵ９５は、外気温度センサ８１から外気温度を取得する（Ｓ３０１）。

次に、ＤＣＵ９５は、取得した外気温度に基づいて判定時間を算出する（Ｓ３０２）。判定時間とは、アイドリング状態がどの程度継続した場合に加熱処理を禁止するかを定める値である。ここで、外気温度が低いほど、排気ガスの温度が低下し易く凝縮水が発生し易い。従って、ＤＣＵ９５は、外気温度が低いほど判定時間が短くなるように、判定時間を算出する。判定時間の算出は、予め作成されたマップを用いても良いし、数式等を用いて算出しても良い。また、外気温度に基づいて判定時間を算出しても良いし、外気温度に基づいて変動値を算出し、この変動値に固定値を足し合わせて判定時間を算出しても良い。

次に、ＤＣＵ９５は、エンジン１００がアイドリング状態か否かを判定する（Ｓ３０３）。本実施形態においてアイドリング状態とは、エンジン回転数が所定の回転数閾値以下の状態である。なお、回転数閾値としては、例えば１２００ｒｐｍを用いることができるが、１２００ｒｐｍ以下の回転数を用いても良い。

ＤＣＵ９５は、エンジン１００がアイドリング状態であった場合（Ｓ３０３でＹｅｓの場合）アイドリング状態が連続して続いた時間と判定時間とを比較する（Ｓ３０４）。ＤＣＵ９５は、アイドリング状態が連続して続いた時間が判定時間よりも長い場合、上流ＮＯｘセンサ８９及び下流ＮＯｘセンサ９１のヒータ部８９ｂ，９１ｂによる加熱処理を禁止する（Ｓ３０５）。

以上により、アイドリング状態で長時間放置された状況（凝縮水が大量に存在する状況）を検出して、これらの状況に合致する場合に加熱処理を禁止することができる。従って、凝縮水が存在する状況で加熱処理が行われて検出部８９ａ，９１ａに水が付着することを防止できる。

次に、エンジン１００がアイドリング状態で長時間放置された後に、作業機械が作業を開始する際にＤＣＵ９５が行う処理について図７のフローチャートを参照して説明する。

上述したようにエンジン１００がアイドリング状態で長時間放置された場合は大量の凝縮水が存在しているため、通常と同じタイミングで加熱処理を行った場合、蒸発しきれなかった凝縮水が上流ＮＯｘセンサ８９、下流ＮＯｘセンサ９１に付着する可能性がある。

これを考慮して、ＤＣＵ９５は、作業を開始する指示（エンジン回転数を上昇させる指示）を受けた場合（Ｓ３０６）、外気温度センサ８１から外気温度を取得するとともに（Ｓ３０７）、アイドリング状態で連続して経過した時間を取得する（Ｓ３０８）。

次に、ＤＣＵ９５は、取得した外気温度と、アイドリング状態で連続して経過した時間と、に基づいて遅れ量を算出する（Ｓ３０９）。ここで、遅れ量とは、加熱処理を開始するタイミングをどれだけ遅らせるかを示す値である。そのため、凝縮水の量が多いほど、大きな遅れ量が算出される。従って、外気温度が低いほど又は経過した時間が長いほど、大きな遅れ量が算出される。遅れ量の算出は、例えばマップ又はテーブル処理によって行うことができるが、算出方法は任意である。

ＤＣＵ９５は、遅れ量の算出後、算出した遅れ量が経過した後に、上流ＮＯｘセンサ８９及び下流ＮＯｘセンサ９１の加熱処理の開始を許可する（Ｓ３１０）。

以上の処理を行うことで、凝縮水が完全に蒸発した後に加熱処理を開始することができるので、上流ＮＯｘセンサ８９及び下流ＮＯｘセンサ９１の破損を防止することができる。また、アイドリング状態で連続して経過した時間に基づいて加熱処理を遅らせる制御は、ドライビングサイクルを跨いで使用することもできる。具体的に説明すると、エンジン１００は、ステップＳ３０９で算出した遅れ量をＤＣＵ９５等に記憶しておく。そして、次のドライビングサイクル時（即ち次にエンジンが始動した後）に図４の処理を行う際に、記憶した遅れ量を更に考慮して、ＮＯｘセンサの加熱処理を開始するか決定する。

次に、上記で説明したエンジン１００を農業機械及び建設機械に適用した例について説明する。なお、以下の説明では、単に「左側」「右側」等というときは、車両が前進する方向に向かって左側及び右側を意味するものとする。

初めに、図８及び図９を参照して、上記のエンジン１００を備えるトラクタ１１０について説明する。トラクタ１１０は、アタッチメントを装着して除雪等の作業を行う作業車両である。

トラクタ１１０は、車体１１１と、左右一対の前輪１１２と、左右一対の後輪１１３と、を備える。車体１１１の前部にはボンネット１１４が配置されており、当該ボンネット１１４の内部にはエンジン１００が配置されている。

ボンネット１１４の内部であって、冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、ボンネット１１４の内部には、エアクリーナ１２２が配置されている。エアクリーナ１２２は、吸入された外気に含まれる塵等を除去する。

左右一対の後輪１１３の間には、ミッションケース１１５が配置されている。エンジン１００の出力は、このミッションケース１１５内の変速装置によって変速されて、後輪１１３及び作業機へ伝達される。

ミッションケース１１５の後部には、ロワーリンク１１６、トップリンク１１７、及びＰＴＯ軸１１８が配置されている。また、ミッションケース１１５の上部には、作業機は、ロワーリンク１１６及びトップリンク１１７に連結され、ＰＴＯ軸１１８によって駆動される。

ミッションケース１１５の上方であってボンネット１１４の後方には、オペレータが搭乗するためのキャビン１１９が配置されている。キャビン１１９の内部には、運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

キャビン１１９の下方には、尿素水タンク１２０及び燃料タンク１２１が配置されている。尿素水タンク１２０は、尿素水噴射管４７ｂによって尿素水噴射ノズル４７ａに接続されている。

次に、図１０及び図１１を参照して、上記のエンジン１００を備えるスキッドステアローダ１５０について説明する。スキッドステアローダ１５０は、後述するローダ装置１５１を装着し、ローダ作業を行うように構成されている。スキッドステアローダ１５０には、左右一対のクローラ部１５２が装着されている。クローラ部１５２の上方には、ボンネット１５３が配置されている。

ボンネット１５３の内部には、エンジン１００が配置されている。また、ボンネット１５３の内部であって、エンジン１００の冷却ファン４の向かいにはラジエータ５が配置されている。また、ボンネット１５３の内部であってエンジン１００の前方には、尿素水タンク１５４が配置されている。

エンジン１００の前方には、油圧ポンプ１５５と、トランスミッション装置１５６と、が配置されている。エンジン１００の動力は、トランスミッション装置１５６を介して、クローラ部１５２に伝達される。

ボンネット１５３の前方には、オペレータが搭乗するキャビン１５７が配置されている。キャビン１５７の内部には運転座席が設けられており、運転座席の近傍にはオペレータが操作するための多数の操作具が設けられている。

また、ローダ装置１５１は、左右両側に配置されたローダポスト１５８と、各ローダポスト１５８の上部に回動可能に連結された左右一対のリフトアーム１５９と、リフトアーム１５９の先端部に回動可能に連結されたバケット１６０とを有している。

各ローダポスト１５８とリフトアーム１５９との間には、リフトアーム１５９を上下に回動させるためのリフトシリンダ１６１がそれぞれ設けられている。リフトアーム１５９とバケット１６０との間には、バケット１６０を上下に回動させるためのバケットシリンダ１６２が設けられている。オペレータが図略の操作具を操作することにより、油圧ポンプ１５５の油圧力が制御される。これにより、リフトシリンダ１６１又はバケットシリンダ１６２が伸縮して、リフトアーム１５９又はバケット１６０が回動する。オペレータは、このようにして土砂等の運搬作業を行うことができる。

以上に説明したように、エンジン１００は、尿素水噴射部４７と、ＳＣＲ触媒６２と、エンジン回転数検出センサ８３と、ＮＯｘセンサ８９，９１と、ＤＣＵ９５と、を備える。尿素水噴射部４７は、排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する。ＳＣＲ触媒６２は、排気ガスが通過する経路に配置され、尿素水噴射部４７が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する。エンジン回転数検出センサ８３は、所定時間あたりのクランクシャフトの回転数であるエンジン回転数を検出する。ＮＯｘセンサ８９，９１は、排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部８９ａ，９１ａ、及び、窒素酸化物を検出可能な温度（窒素酸化物を精度良く検出可能な温度）まで検出部８９ａ，９１ａを加熱する加熱処理を行うヒータ部８９ｂ，９１ｂを有する。ＤＣＵ９５は、エンジン回転数が回転数閾値以下であるアイドリング状態で連続して経過した時間が判定時間を超えた場合に、ヒータ部８９ｂ，９１ｂによる加熱処理を禁止する。

これにより、外気温度が非常に低い環境でエンジン１００がアイドリング状態で長時間放置された場合は大量の凝縮水が発生するので、ヒータ部８９ｂ，９１ｂによる加熱処理を禁止することで、高温の検出部８９ａ，９１ａに凝縮水が付着することを確実に防止することができる。

また、本実施形態のエンジン１００は、外気温度又は外気温度に連動する温度を検出する外気温度センサを備える。ＤＣＵ９５は、外気温度センサが検出した温度が低くなるに従って、短い判定時間を用いる。

これにより、外気温度が低くなるに従って凝縮水が発生し易くなるため、上記のように判定時間を短くすることにより、高温の検出部８９ａ，９１ａに凝縮水が付着することを確実に防止することができる。

また、本実施形態のエンジン１００において、ＤＣＵ９５は、アイドリング状態の後にエンジン回転数を上昇させた場合、アイドリング状態で連続して経過した時間及び外気温度に基づいて遅延時間を算出し、当該遅延時間の経過後に加熱処理を開始することが好ましい。

これにより、エンジン１００がアイドリング状態で長時間放置されたことで発生した大量の凝縮水を蒸発させた後に、ＮＯｘセンサ８９，９１の検出部８９ａ，９１ａを動作温度（高温）まで加熱することができる。

また、本実施形態のエンジン１００は、外気温度を検出する外気温度センサ８１を備える。ＤＣＵ９５は、外気温度センサ８１が検出した温度が低くなるに従って、長い遅延時間を算出する。

これにより、外気温度が低くなるに従って凝縮水が発生し易くなるため、上記のように判定時間を短くすることにより、凝縮水が蒸発した後に加熱処理を開始することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、外気温度を直接取得して、外気温度に基づいて制御を行う構成であるが、外気温度を直接的に取得せずに、外気温度に連動する温度（例えば吸気温度）を取得しても良い。例えば吸気温度を取得した場合、吸気温度から外気温度を推測して上記と同様の処理を行っても良いし、吸気温度に対応付けられたマップ等を用いても良い。

上記実施形態では、温度センサが取得した温度に基づいて外気温度を取得したが、ユーザが周囲の温度を指示可能な構成であっても良い。例えば、複数の温度範囲を図略のディスプレイに表示し、該当する温度範囲をユーザが選択する。そして、ＤＣＵ９５は、指示された温度範囲内に応じて温度閾値又は判定時間等を算出し、それに応じて図４から図７に示す制御を行う。

上記実施形態では、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０がエンジン１００の上部に位置しているが、ＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０の配置は任意であり、例えばシリンダブロックから比較的離れた位置に配置されていても良い。また、本明細書では、仮にＤＰＦ装置５０及びＳＣＲ装置６０がシリンダブロックから離れていても、それらを含めて「エンジン」に該当するものとする。

上記では、過給機を備えるディーゼルエンジンに本発明を適用する例を示したが、本発明は、自然吸気式のディーゼルエンジンにも適用することができる。

４７ 尿素水噴射部
５０ ＤＰＦ装置
６０ ＳＣＲ装置
６１ ＳＣＲケース
６２ ＳＣＲ触媒
６３ アンモニア酸化触媒
８０ ＥＣＵ
８１ 外気温度センサ
８３ エンジン回転数検出センサ
８９ 上流ＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ）
９１ 下流ＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ）
９５ ＤＣＵ（制御部）
１００ エンジン

Claims (4)

1. 排気ガスが通過する経路に尿素水を噴射する尿素水噴射部と、
   排気ガスが通過する経路に配置され、前記尿素水噴射部が噴射した尿素から得られるアンモニアを取り込むことで、通過する排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去するＳＣＲ触媒と、
   所定時間あたりのクランクシャフトの回転数であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出センサと、
   排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部、及び、窒素酸化物を検出可能な温度まで前記検出部を加熱する加熱処理を行うヒータ部を有するＮＯｘセンサと、
   前記エンジン回転数が回転数閾値以下であるアイドリング状態で連続して経過した時間が判定時間を超えた場合に、前記ヒータ部による前記加熱処理を禁止する制御部と、
   を備えることを特徴とするエンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   外気温度又は外気温度に連動する温度を検出する外気温度センサを備え、
   前記制御部は、前記外気温度センサが検出した温度が低くなるに従って、短い前記判定時間を用いることを特徴とするエンジン。
3. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記制御部は、前記アイドリング状態の後に前記エンジン回転数を上昇させた場合、前記アイドリング状態で連続して経過した時間及び外気温度に基づいて遅延時間を算出し、当該遅延時間の経過後に前記加熱処理を開始することを特徴とするエンジン。
4. 請求項３に記載のエンジンであって、
   外気温度又は外気温度に連動する温度を検出する外気温度センサを備え、
   前記制御部は、前記外気温度センサが検出した温度が低くなるに従って、長い前記遅延時間を算出することを特徴とするエンジン。

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