JP2021162005A

JP2021162005A - 排ガス処理装置の制御方法

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Publication number: JP2021162005A
Application number: JP2020067649A
Authority: JP
Inventors: 司君谷; Tsukasa Kimitani; 宗馬松本; Soma Matsumoto
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: JP7331763B2

Abstract

【課題】本発明は、装置コストを必要とせず、尿素水濃度の気泡による誤検出を確度良く抑止できる排ガス処理装置の制御方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、尿素水タンクを有する尿素ＳＣＲシステムを搭載した排ガス処理装置の制御方法であって、尿素ＳＣＲシステムの起動後に尿素水タンク内の尿素水の平均尿素濃度を測定する工程と、濃度測定工程での尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下である場合に尿素水の温度を測定する工程と、温度測定工程での温度の前回の温度測定工程での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上である場合、濃度測定工程での平均尿素濃度の前回の濃度測定工程での平均尿素濃度に対する差異を算出する工程と、濃度差異算出工程で、濃度測定工程での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上である場合に、気泡付着の警告信号を発信する工程とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理装置の制御方法に関する。

排ガスの規制に伴い、ディーゼルエンジンを備える建設機械等の大型車の排ガス処理装置として尿素ＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムを搭載したものが、広く用いられている。

尿素ＳＣＲシステムは、尿素水タンクを有し、この尿素水タンク内の尿素水を用いてディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を選択的触媒還元により浄化するシステムである。この尿素ＳＣＲシステムが正常に作動するためには、尿素水濃度が適切であることが必要である。このため、尿素ＳＣＲシステムを搭載した排ガス処理装置では、尿素水の濃度を測定し、適切な濃度から外れている場合には、例えばディーゼルエンジンの出力を制限するといった排ガスを抑止する対応が行われる。

ところが、この尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水濃度のセンシング部に気泡が存在すると、正しい濃度が測定できず、適切な濃度から外れていると誤判断する場合がある。このような誤判断が発生した場合には、不必要にディーゼルエンジンの出力が制限され、ついには建設機械等の稼働が停止してしまうおそれがある。

このような気泡による尿素水濃度の誤判断を防止する方法として、気泡を除去するための超音波振動子を備えた尿素水濃度測定装置が提案されている（特開２０１６−１５１４８９号公報参照）。

特開２０１６−１５１４８９号公報

上記従来の尿素水濃度測定装置では、尿素水濃度が予め規定された許容範囲を逸脱した際に超音波振動子を振動させ、気泡を除去する。しかし、尿素水濃度が規定された許容範囲を逸脱する理由は、気泡によるものとは限定されず、気泡によらない理由、例えば尿素水タンクに誤って水を補給したような場合も想定される。上記従来の尿素水濃度測定装置では、尿素水濃度が規定された許容範囲を逸脱する理由を気泡によるものか否か切り分けることができない。このため、本来ディーゼルエンジンを停止し、処置が必要な場合であっても、気泡によるものと判断され、気泡の除去が継続されてしまうおそれがある。

また、上記従来の尿素濃度測定装置では、超音波振動子を備えている必要があるため、既存の尿素濃度測定装置をそのまま使用することはできず、装置の追加や交換が必要となる。このため、上記従来の尿素濃度測定装置を用いるためには、装置コストがかかってしまう。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、装置コストを必要とせず、尿素水濃度の気泡による誤検出を確度良く抑止できる排ガス処理装置の制御方法の提供を目的とする。

本発明の一態様に係る排ガス処理装置の制御方法は、尿素水タンクを有し、この尿素水タンク内の尿素水を用いてディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を選択的触媒還元により浄化する尿素ＳＣＲシステムを搭載した排ガス処理装置に対して、少なくとも上記ディーゼルエンジンを起動するごとに実行される排ガス処理装置の制御方法であって、上記尿素ＳＣＲシステムの起動後に上記尿素水タンク内の尿素水の平均尿素濃度を測定する濃度測定工程と、上記濃度測定工程での上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下である場合に上記尿素水の温度を測定する温度測定工程と、上記温度測定工程での上記温度の前回の温度測定工程での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上である場合、上記濃度測定工程での平均尿素濃度の前回の濃度測定工程での平均尿素濃度に対する差異を算出する濃度差異算出工程と、上記濃度差異算出工程で、上記濃度測定工程での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上である場合に、気泡付着の警告信号を発信する警告信号発信工程とを備える。

本発明の排ガス処理装置の制御方法を用いることで、装置コストを必要とせず、尿素水濃度の気泡による誤検出を確度良く抑止できる。

図１は、本発明の一態様に係る排ガス処理装置の制御方法を示すフロー図である。図２は、排ガス処理装置の尿素ＳＣＲシステムが有する尿素水タンクを示す模式的断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る排ガス処理装置の制御方法は、尿素水タンクを有し、この尿素水タンク内の尿素水を用いてディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を選択的触媒還元により浄化する尿素ＳＣＲシステムを搭載した排ガス処理装置に対して、少なくとも上記ディーゼルエンジンを起動するごとに実行される排ガス処理装置の制御方法であって、上記尿素ＳＣＲシステムの起動後に上記尿素水タンク内の尿素水の平均尿素濃度を測定する濃度測定工程と、上記濃度測定工程での上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下である場合に上記尿素水の温度を測定する温度測定工程と、上記温度測定工程での上記温度の前回の温度測定工程での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上である場合、上記濃度測定工程での平均尿素濃度の前回の濃度測定工程での平均尿素濃度に対する差異を算出する濃度差異算出工程と、上記濃度差異算出工程で、上記濃度測定工程での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上である場合に、気泡付着の警告信号を発信する警告信号発信工程とを備える。

当該排ガス処理装置の制御方法では、濃度測定工程で平均尿素濃度が所定濃度以下であることから、気泡付着の可能性があることを判断する。そして、気泡の付着の可能性があると判断された場合、尿素水の温度を測定し、前回の測定時からの温度変化が小さいにも関わらず平均尿素濃度が所定値以上低下している場合に気泡付着の警告信号を発信する。このように当該排ガス処理装置の制御方法では、所定の条件を満たした場合にのみ気泡付着の警告信号を発信するので、気泡の付着を判断できるとともに、気泡が付着していない場合に気泡が付着していると誤判断することを抑止できる。従って、当該排ガス処理装置の制御方法は、尿素水濃度の気泡による誤検出を確度良く抑止できる。また、尿素水タンク中の尿素水の濃度測定機能及び温度測定機能は、尿素ＳＣＲシステムに一般的に搭載されている機能である。従って、当該排ガス処理装置の制御方法を用いるにあたって、装置の追加や交換が不要である場合が一般的であり、原則として装置コストを必要としない。

上記尿素ＳＣＲシステムの起動後、所定時間以上経過し、かつ上記尿素水タンク内の尿素水の温度が所定温度以上となるまで待機する待機工程をさらに備えるとよい。特に低温環境化では、尿素水タンク内の尿素水が凍結している場合があり、このような場合にあっては、尿素ＳＣＲシステムの起動後に尿素水の解凍を必要とする。上述の待機工程をさらに備えることで、尿素水の解凍を待って、濃度測定工程以降の工程を行うことで、さらに確度良く気泡の有無を判定できる。

上記尿素水タンク内に尿素水が補給されたことを判定する判定工程をさらに備え、上記判定工程で尿素水が補給されたと判定された場合にも、上記濃度測定工程を実行するとよい。尿素水タンクに誤った濃度の尿素水の補給を行うことで、尿素水が適切な濃度から外れる場合がある。尿素水が補給されたことを判定し、濃度測定工程を実行することで、尿素水の補給時に発生し得る不都合を抑止することができる。

上記尿素水タンク内の尿素水の水量を測定する水量測定工程と、上記水量測定工程での上記尿素水の水量が前回の水量測定工程での水量に対し所定量以上増加している場合に所定時間処理を中断する中断工程とを上記判定工程と上記濃度測定工程との間にさらに備えるとよい。尿素水タンクに尿素水を一定量以上補給すると、尿素水タンク内の尿素水が大きくかき混ぜられ、気泡が一時的に発生する場合がある。尿素水の水量を測定し、水量が所定量以上増加している場合に所定時間処理を中断することで、一時的に発生する気泡を低減し、不必要に気泡付着の警告信号を発信することを抑止することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置の制御方法について、適宜図面を参照しつつ説明する。

本発明の一態様に係る排ガス処理装置の制御方法は、尿素ＳＣＲシステムを搭載した排ガス処理装置に対して、少なくとも上記ディーゼルエンジンを起動するごとに実行される排ガス処理装置の制御方法である。当該排ガス処理装置の制御方法は、図１に示すように、判定工程Ｓ１と、待機工程Ｓ２と、水量測定工程Ｓ３と、第１分岐工程Ｓ４と、中断工程Ｓ５と、濃度測定工程Ｓ６と、第２分岐工程Ｓ７と、正常判定工程Ｓ８と、温度測定工程Ｓ９と、第３分岐工程Ｓ１０と、異常判定工程Ｓ１１と、濃度差異算出工程Ｓ１２と、第４分岐工程Ｓ１３と、警告信号発信工程Ｓ１４とを備える。

＜尿素水ＳＣＲシステム＞
尿素水ＳＣＲシステムは、図２に示すような尿素水タンク１を有し、この尿素水タンク１内の尿素水を用いてディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を選択的触媒還元により浄化する。

尿素水ＳＣＲシステムでは、尿素水タンク１から尿素水を吸い上げて、ディーゼルエンジンの排気通路内に配置されているＳＣＲ触媒（酸化触媒）より上流側に噴射する。この噴射により排ガス中に尿素水が添加され、排ガスの熱により加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアにより排ガス中の窒素酸化物が無害な窒素に還元される。一方、余剰のアンモニアは上記ＳＣＲ触媒により酸化されて無害な窒素と水になる。

尿素水タンク１は、図２に示すように、解凍モジュール２と、品質センサ３と、尿素水吸引部４と、フロート計５と、補給口６とを備える。

解凍モジュール２は、不凍液を循環させる配管により構成されており、尿素水タンク１内の尿素水を解凍する熱交換器である。

解凍モジュール２は、ディーゼルエンジンが起動された際、尿素水タンク１内の尿素水が凍結していた場合には、この解凍モジュール２により解凍する。また、ディーゼルエンジンの動作中にあっては、尿素水が凍結するおそれがある温度となれば、解凍モジュール２により凍結防止を図ってもよい。

品質センサ３は、尿素水タンク１内の尿素水の濃度や温度等を測定するためのセンサである。

尿素水濃度の測定には、超音波式のセンサを用いるとよい。超音波式センサを用いることで、尿素水濃度を容易に測定することができる。超音波式センサは、例えば超音波を発信及び受信できる超音波ユニットと、この超音波ユニットから一定の距離を置いて配置される超音波反射板と、尿素水の温度を測定する温度計とにより構成することができる。以下に、超音波式センサの測定原理を説明する。上記超音波ユニットから発信された超音波は、上記超音波反射板で反射され、上記超音波ユニットに戻ってくる。この往復に要する時間から、尿素水内での超音波の速度を算出することができる。この超音波の速度は、尿素水の温度と濃度とにより決まるから、超音波の速度と、尿素水の温度（上記温度計の温度）とが分かれば、尿素水の濃度を特定することができる。

超音波式センサは、上述のようにして尿素水濃度を測定するので、超音波が往復する径路付近に気泡が存在すると、超音波の往復時間に影響が生じ、結果として尿素水濃度が正しく検出できない場合がある。当該排ガス処理装置の制御方法を用いることで、この気泡による濃度誤検出を防止することができる。

気泡は、解凍モジュール２やディーゼルエンジンの動作により尿素水の温度が上昇した場合に溶けきれなくなった空気が気化した場合や、尿素水タンク１に尿素水を補給した際に尿素水タンク１内の尿素水が攪拌される場合に発生し易い。特に、油圧ショベル等の建設機械では、ディーゼルエンジンを起動させ作業を行っている際に走行することが少なく、尿素水タンク１に走行風が当たらないため、尿素水の温度が上昇し易い。従って、当該排ガス処理装置の制御方法は、油圧ショベル等の建設機械において効果が高い。

尿素水吸引部４は、尿素水タンク１内の尿素水を吸引するための部材である。尿素水吸引部４は、先端部にフィルタを備えて構成される。

フロート計５は、尿素水タンク１内の尿素水の液面を測定する機器である。このフロート計５による液面の位置から尿素水タンク１内の尿素水の水量を測定することができる。

補給口６は、尿素水タンク１に尿素水を補給するための開口である。上述のように尿素水ＳＣＲシステムでは、尿素水を噴出して排ガス中の窒素酸化物を還元するので、尿素水の補給が必要となる。補給口６は、補給した尿素水が逆流して噴出することがないように尿素水タンク１の上部に設けられるとよい。一方、尿素水を上部から落下させて供給することとなるため、尿素水の補給時には気泡が発生し易い。

解凍モジュール２の作動、品質センサ３による測定、尿素水吸引部４からの尿素水の吸引、及びフロート計５による測定は、制御部（不図示）により制御する構成とすることができる。

上記制御部は、例えば車載されているコンピュータやマイクロコントローラを用いて構成し、プログラムにより制御することができる。当該排ガス処理装置の制御方法は、この制御部を用いて、プログラムにより実行することができる。以下に、当該排ガス処理装置の制御方法について、図１に従ってステップごとに説明する。

＜判定工程＞
判定工程Ｓ１では、尿素ＳＣＲシステムが起動されたこと及び尿素水タンク１内に尿素水が補給されたことを判定する。

当該排ガス処理装置の制御方法は、ディーゼルエンジンを起動するごとに実行される。また、当該排ガス処理装置の制御方法は、尿素水タンク１内に尿素水が補給された場合にも実行するとよい。具体的には、ディーゼルエンジンが起動されたと判定された場合に加え、尿素水が補給されたと判定された場合にも、後述する濃度測定工程Ｓ６を実行するように制御フローが組まれている。

尿素水タンク１内に尿素水が補給された場合に、誤った濃度の尿素水（あるいは水等の尿素水以外の液体）を補給すると、尿素水が適切な濃度から外れる場合がある。このように尿素水が補給されたことを判定し、濃度測定工程Ｓ６を実行することで、尿素水の補給時に発生し得る不都合を抑止することができる。

なお、ディーゼルエンジンの起動は、エンジンキーの挿入やエンジンスタートの動作を検出することで判定することができる。

また、尿素水タンク１内に尿素水が補給されたことは、フロート計５により尿素水タンク１内の尿素水の液面が上昇したことを検出することで判定することができる。

尿素ＳＣＲシステムが起動されたこと、又は尿素水タンク１内に尿素水が補給されたことが判定された場合、次に待機工程Ｓ２を実行する。一方、いずれも判定されない場合は、判定されるまで判定工程Ｓ１に留まる。

＜待機工程＞
待機工程Ｓ２では、尿素ＳＣＲシステムの起動後、所定時間以上経過し、かつ尿素水タンク１内の尿素水の温度が所定温度以上となるまで待機する。

尿素ＳＣＲシステムの起動後の一定時間は、測定機器等が安定せず、測定誤差等が大きい場合がある。このため、尿素ＳＣＲシステムの起動後、所定時間以上経過してから、以降のフローを行うことが好ましい。

上記所定時間の下限としては、３秒が好ましく、５秒がより好ましい。一方、上記所定時間の上限としては、３０秒が好ましく、２０秒がより好ましい。上記所定時間が上記下限未満であると、測定機器等が十分に安定していないおそれがある。逆に、上記所定時間が上記上限を超えると、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなるおそれがある。

また、特に低温環境化では、尿素水タンク１内の尿素水が凍結している場合があり、このような場合にあっては、尿素ＳＣＲシステムの起動後に尿素水の解凍を必要とする。上述の待機工程Ｓ２をさらに備えることで、尿素水の解凍を待って、濃度測定工程Ｓ６以降の工程を行うことで、さらに確度良く気泡の有無を判定できる。

上記所定温度の下限としては、−１０℃が好ましく、−５℃がより好ましい。一方、上記所定温度の上限としては、５℃が好ましく、０℃がより好ましい。上記所定温度が上記下限未満であると、尿素水タンク１内の尿素水が凍結しているおそれがある。逆に、上記所定温度が上記上限を超えると、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなるおそれがある。

尿素ＳＣＲシステムの起動後、所定時間以上経過し、かつ尿素水タンク１内の尿素水の温度が所定温度以上となった場合、次に水量測定工程Ｓ３を実行する。一方、上述の条件を満たさない場合は、条件を満たすまで待機工程Ｓ２に留まる。

＜水量測定工程＞
水量測定工程Ｓ３では、尿素水タンク１内の尿素水の水量を測定する。

具体的には、フロート計５による尿素水タンク１内の尿素水の液面位置から尿素水の水量を算出する。なお、測定された水量は、次回の尿素ＳＣＲシステムの起動時に利用できるように例えば制御部の記憶装置に記憶される。

水量測定工程Ｓ３の次には、第１分岐工程Ｓ４を実行する。

＜第１分岐工程＞
第１分岐工程Ｓ４では、水量測定工程Ｓ３での上記尿素水の水量が前回の水量測定工程Ｓ３での水量に対し所定量以上増加しているか否かを判定し、処理を分岐する。

ここで、「前回の水量測定工程」とは、前回にディーゼルエンジンが起動された時に実行された水量測定工程を指す。当該排ガス処理装置の制御方法では、少なくとも上記ディーゼルエンジンを起動するごとに実行されるので、前回のディーゼルエンジンを起動した際にも水量測定工程Ｓ３が実行されている。なお、ディーゼルエンジンの起動が初回である場合のみ前回の水量測定工程Ｓ３が存在しないが、このような場合にあっては、例えば水量０として処理を行えばよい。

また、図１に示す当該排ガス処理装置の制御方法では、ディーゼルエンジンが起動された直後に水量測定工程Ｓ３が実行されるほか、その後に尿素水が補給されても水量測定工程Ｓ３が再度実行されることとなる。このような場合にあっては、前回の水量測定工程Ｓ３として、前回にディーゼルエンジンが起動された時に実行された水量測定工程Ｓ３を採用してもよいし、今回のディーゼルエンジンが起動された直後の水量測定工程Ｓ３を採用してもよい。

上記所定量の下限としては、尿素水タンク１の満水量の２０体積％が好ましく、２５体積％がより好ましい。一方、上記所定量の上限としては、３５体積％が好ましく、３０体積％がより好ましい。上記所定量が上記下限未満であると、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなるおそれがある。逆に、上記所定量が上記上限を超えると、尿素水の補給により一時的に発生した気泡のため、不必要に気泡付着の警告信号を発信してしまうおそれがある。

また、尿素水の水量が前回の水量測定工程Ｓ３での水量に対し所定量以上増加しているか否かに加えて、尿素水タンク１内の尿素水の液面位置を考慮するとよい。

例えば、前回の水量測定工程Ｓ３での尿素水の液面位置が満水時の４０％未満であり、かつ尿素水の水量が前回の水量測定工程Ｓ３での水量に対し所定量以上増加している場合を分岐の条件とすることができる。液面位置が低位である場合、補給口６から液面までの尿素水の落下距離が大きくなるため、気泡が発生し易くなる。逆に、液面位置が高位である場合は、尿素水の落下距離が小さいため、気泡は発生し難い。このように尿素水の液面位置を条件に加えることで、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなることを効果的に抑止できる。

また、上記所定量を尿素水の液面位置の関数としてもよい。尿素水の液面位置が低位である場合に上記所定量が小さく、尿素水の液面位置が高位となるほど上記所定量が大きくなるような関数により判定することで、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなることをさらに効果的に抑止できる。

水量測定工程Ｓ３での上記尿素水の水量が前回の水量測定工程Ｓ３での水量に対し所定量以上増加していると判定された場合、次に中断工程Ｓ５を実行する。一方、上述の条件を満たさない場合は、次に濃度測定工程Ｓ６を実行する。

＜中断工程＞
中断工程Ｓ５では、水量測定工程Ｓ３での上記尿素水の水量が前回の水量測定工程Ｓ３での水量に対し所定量以上増加している場合に所定時間処理を中断する。この中断工程Ｓ５は、尿素水の補給により一時的に発生する気泡の低減を図り、濃度測定工程Ｓ６での誤測定を抑止することが目的であるため、判定工程Ｓ１と濃度測定工程Ｓ６との間で行われる。

上記所定時間の下限としては、１８０秒が好ましく、３００秒がより好ましい。一方、上記所定時間の上限としては、１０００秒が好ましく、９００秒がより好ましい。上記所定時間が上記下限未満であると、尿素水の補給により一時的に発生する気泡が十分に低減できず、濃度測定工程Ｓ６の測定誤差が増大するおそれがある。逆に、上記所定時間が上記上限を超えると、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなるおそれがある。

尿素水タンク１に尿素水を一定量以上補給すると、尿素水タンク１内の尿素水が大きくかき混ぜられ、気泡が一時的に発生する場合がある。尿素水の水量を測定し（水量測定工程Ｓ３）、水量が所定量以上増加している場合に所定時間処理を中断する（中断工程Ｓ５）ことで、一時的に発生する気泡を低減し、不必要に気泡付着の警告信号を発信することを抑止することができる。

中断工程Ｓ５の次には、濃度測定工程Ｓ６を実行する。

＜濃度測定工程＞
濃度測定工程Ｓ６では、尿素水タンク１内の尿素水の平均尿素濃度を測定する。この濃度測定工程Ｓ６は、尿素ＳＣＲシステムの起動後に、判定工程Ｓ１、待機工程Ｓ２、水量測定工程Ｓ３、第１分岐工程Ｓ４及び中断工程Ｓ５を経て実行される。

尿素水タンク１内の尿素水の平均尿素濃度は、品質センサ３を用いて測定することができる。なお、測定された平均尿素濃度は、次回の尿素ＳＣＲシステムの起動時に利用できるように例えば制御部の記憶装置に記憶される。

尿素濃度は一定時間の平均値として測定する。このように平均値を採用することで、例えばディーゼルエンジンを搭載している車の移動等の外乱により測定誤差が増大することを抑止できる。

平均値を取る上記一定時間の下限としては、１０秒が好ましく、２０秒がより好ましい。一方、上記一定時間の上限としては、５０秒が好ましく、４０秒がより好ましい。上記一定時間が上記下限未満であると、外乱による誤差が大きくなり過ぎるおそれがある。逆に、上記一定時間が上記上限を超えると、当該排ガス処理装置の制御方法の処理時間が不必要に長くなるおそれがある。

尿素水の平均尿素濃度は、連続的に積分平均を取ってもよいが、例えば０．２秒以上０．５秒以下の間隔でのサンプリング平均により求めてもよい。

濃度測定工程Ｓ６の次には、第２分岐工程Ｓ７を実行する。

＜第２分岐工程＞
第２分岐工程Ｓ７では、濃度測定工程Ｓ６での上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下であるか否かを判定し、処理を分岐する。

上記所定濃度は、尿素ＳＣＲシステムが必要とする尿素水濃度に応じて適宜決定されるが、例えば２５質量％とされる。

濃度測定工程Ｓ６での上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下である場合、次に温度測定工程Ｓ９を実行する。一方、上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度を超える場合は、次に正常判定工程Ｓ８を実行する。

＜正常判定工程＞
正常判定工程Ｓ８に至る場合、尿素水濃度は正常であるので、当該排ガス処理装置の制御方法を終了する。

＜温度測定工程＞
温度測定工程Ｓ９では、濃度測定工程Ｓ６で上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下である場合に上記尿素水の温度を測定する。

尿素水タンク１内の尿素水の温度は、品質センサ３を用いて測定することができる。なお、測定された尿素水の温度は、次回の尿素ＳＣＲシステムの起動時に利用できるように例えば制御部の記憶装置に記憶される。

温度測定工程Ｓ９の次には、第３分岐工程Ｓ１０を実行する。

＜第３分岐工程＞
第３分岐工程Ｓ１０では、温度測定工程Ｓ９での上記温度の前回の温度測定工程Ｓ９での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上であるか否かを判定し、処理を分岐する。

ここで、「前回の温度測定工程」とは、第１分岐工程Ｓ４で説明した「前回の水量測定工程」と同様に、前回にディーゼルエンジンが起動された時に実行された温度測定工程Ｓ９を指す。なお、ディーゼルエンジンの起動が初回である場合のみ前回の温度測定工程Ｓ９が存在しないが、このような場合にあっては、例えば温度差０として処理を行えばよい。また、尿素水が補給された場合は、今回のディーゼルエンジンが起動された直後の温度測定工程Ｓ９を採用してもよい。

気泡が発生するのは、一般に尿素水の温度が変化した場合が多い。逆に言えば、温度変化が小さいにも関わらず、濃度測定工程Ｓ６で上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下となっている場合は、気泡の影響である可能性は低い。従って、第３分岐工程Ｓ１０では、この温度変化の大小により、尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下となっている原因が気泡であるか否かを推定する。

上記所定値の下限としては、５℃が好ましく、８℃がより好ましい。一方、上記所定値の上限としては、１５℃が好ましく、１２℃がより好ましい。上記所定値が上記下限値未満であると、平均尿素濃度が所定濃度以下となっている原因が気泡の影響ではないにも関わらず気泡の影響であると誤判定する可能性が無視できなくなる。逆に、上記所定値が上記上限を超えると、上記原因が気泡の影響であるにも関わらず気泡の影響でないと誤判定する可能性が無視できなくなる。

温度測定工程Ｓ９での上記温度の前回の温度測定工程Ｓ９での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上であると判定された場合、次に濃度差異算出工程Ｓ１２を実行する。一方、上述の条件を満たさない場合は、次に異常判定工程Ｓ１１を実行する。

＜異常判定工程＞
異常判定工程Ｓ１１に至る場合は、尿素水濃度の測定結果が異常であり、その原因が気泡によるものではないと判断された場合である。つまり、尿素水濃度自体が規定値から外れていると考えられる。

このような場合、排ガスを抑止するため、例えばエンジンの出力を制限する等の処置を行う。また、作業者に知らせるため、例えば運転席等の表示部に警告メッセージを表示する等の処置を行う。

異常判定工程Ｓ１１の次は、待機工程Ｓ２に戻り、待機工程Ｓ２から当該排ガス処理装置の制御方法を再び実行する。

＜濃度差異算出工程＞
濃度差異算出工程Ｓ１２では、温度測定工程Ｓ９での上記温度の前回の温度測定工程Ｓ９での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上である場合、濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度の前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度に対する差異を算出する。

ここで、「前回の濃度測定工程」とは、第１分岐工程Ｓ４で説明した「前回の水量測定工程」と同様に、前回にディーゼルエンジンが起動された時に実行された濃度測定工程Ｓ６を指す。なお、ディーゼルエンジンの起動が初回である場合のみ前回の濃度測定工程Ｓ６が存在しないが、このような場合にあっては、例えば差異０として処理を行えばよい。また、尿素水が補給された場合は、今回のディーゼルエンジンが起動された直後の濃度測定工程Ｓ６を採用してもよい。

濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度、及び前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度は既知であるので、単に引き算を行えばよい。

濃度差異算出工程Ｓ１２の次には、第４分岐工程Ｓ１３を実行する。

＜第４分岐工程＞
第４分岐工程Ｓ１３では、濃度差異算出工程Ｓ１２で、濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上であるか否かを判定し、処理を分岐する。

第４分岐工程Ｓ１３は、第３分岐工程Ｓ１０で温度測定工程Ｓ９での上記温度の前回の温度測定工程Ｓ９での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上であると判定された場合に実行される。つまり、第４分岐工程Ｓ１３が実行されるのは、温度変化が生じ気泡が発生し易い条件となっている場合である。この条件で気泡が発生し、その気泡により濃度測定工程Ｓ６で上記尿素水の平均尿素濃度の測定結果に影響が生じているとすると、前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度より平均尿素濃度は低下し、一定の差異が生じると考えられる。つまり、この条件を満たす場合は、気泡の影響である可能性が高い。従って、第４分岐工程Ｓ１３では、前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度との差異により、尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下となっている原因が気泡であるか否かを推定する。

上記所定値の下限としては、３質量％が好ましく、４質量％がより好ましい。一方、上記所定値の上限としては、１０質量％が好ましく、８質量％がより好ましい。上記所定値が上記下限未満であると、平均尿素濃度が所定濃度以下となっている原因が気泡の影響ではないにも関わらず気泡の影響であると誤判定する可能性が無視できなくなる。逆に、上記所定値が上記上限を超えると、上記原因が気泡の影響であるにも関わらず気泡の影響でないと誤判定する可能性が無視できなくなる。

濃度差異算出工程Ｓ１２で濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上であると判定された場合、次に警告信号発信工程Ｓ１４を実行する。一方、上述の条件を満たさない場合は、次に異常判定工程Ｓ１１を実行する。

＜警告信号発信工程＞
警告信号発信工程Ｓ１４では、濃度差異算出工程Ｓ１２で濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程Ｓ６での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上である場合に、気泡付着の警告信号を発信する。

警告信号発信工程Ｓ１４に至る場合は、尿素水濃度の測定結果の異常は気泡に起因している可能性が高いと判断される。つまり、尿素水濃度自体には異常がない可能性が十分に考えられる。

このような場合、例えば運転席等の表示部に警告メッセージを表示する等の手段により、作業者に知らせる。具体的には、気泡の除去が必要である旨のメッセージを表示するとよい。

なお、異常判定工程Ｓ１１とは異なり、排ガスを抑止するための処置、例えばエンジンの出力を制限する等の処置は行わない。

警告信号発信工程Ｓ１４の次は、判定工程Ｓ１に戻り、当該排ガス処理装置の制御方法を再び実行する。

＜利点＞
当該排ガス処理装置の制御方法では、濃度測定工程Ｓ６で平均尿素濃度が所定濃度以下であることから、気泡付着の可能性があることを判断する。そして、気泡の付着の可能性があると判断された場合、尿素水の温度を測定し、前回の測定時からの温度変化が小さいにも関わらず平均尿素濃度が所定値以上低下している場合に気泡付着の警告信号を発信する。このように当該排ガス処理装置の制御方法では、所定の条件を満たした場合にのみ気泡付着の警告信号を発信するので、気泡の付着を判断できるとともに、気泡が付着していない場合に気泡が付着していると誤判断することを抑止できる。従って、当該排ガス処理装置の制御方法は、尿素水濃度の気泡による誤検出を確度良く抑止できる。また、尿素水タンク１中の尿素水の濃度測定機能及び温度測定機能は、尿素ＳＣＲシステムに一般的に搭載されている機能である。従って、当該排ガス処理装置の制御方法を用いるにあたって、装置の追加や交換が不要である場合が一般的であり、原則として装置コストを必要としない。

［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

上記実施形態では、判定工程で尿素水タンク内に尿素水が補給されたことを判定する場合を説明したが、尿素水の補給の判定は必須の構成要件ではなく、省略可能である。この場合、判定工程では、尿素ＳＣＲシステムの起動のみが判定される。例えばディーゼルエンジン始動時に尿素水の補給ができない場合にあっては、補給後に尿素ＳＣＲシステムが起動されることなるため、尿素水の補給の判定をせずとも、必ず補給後の尿素水濃度が測定される。

上記実施形態では、待機工程を備える場合を説明したが、待機工程は必須の構成要素ではなく、省略可能である。

上記実施形態では、尿素水の水量測定にフロート計を用いた場合を説明したが、尿素水の水量を測定する手段は、フロート計に限定されるものではなく、他の機器を用いてもよい。

以上のように、本発明の排ガス処理装置の制御方法を用いることで、装置コストを必要とせず、尿素水濃度の気泡による誤検出を確度良く抑止できる。

１尿素水タンク
２解凍モジュール
３品質センサ
４尿素水吸引部
５フロート計
６補給口

Claims

尿素水タンクを有し、この尿素水タンク内の尿素水を用いてディーゼルエンジンの排気中の窒素酸化物を選択的触媒還元により浄化する尿素ＳＣＲシステムを搭載した排ガス処理装置に対して、少なくとも上記ディーゼルエンジンを起動するごとに実行される排ガス処理装置の制御方法であって、
上記尿素ＳＣＲシステムの起動後に上記尿素水タンク内の尿素水の平均尿素濃度を測定する濃度測定工程と、
上記濃度測定工程での上記尿素水の平均尿素濃度が所定濃度以下である場合に上記尿素水の温度を測定する温度測定工程と、
上記温度測定工程での上記温度の前回の温度測定工程での温度に対する温度差の絶対値が所定値以上である場合、上記濃度測定工程での平均尿素濃度の前回の濃度測定工程での平均尿素濃度に対する差異を算出する濃度差異算出工程と、
上記濃度差異算出工程で、上記濃度測定工程での平均尿素濃度が前回の濃度測定工程での平均尿素濃度より低く、その差異の絶対値が所定値以上である場合に、気泡付着の警告信号を発信する警告信号発信工程と
を備える排ガス処理装置の制御方法。
上記尿素ＳＣＲシステムの起動後、所定時間以上経過し、かつ上記尿素水タンク内の尿素水の温度が所定温度以上となるまで待機する待機工程をさらに備える請求項１に記載の排ガス処理装置の制御方法。
上記尿素水タンク内に尿素水が補給されたことを判定する判定工程をさらに備え、
上記判定工程で尿素水が補給されたと判定された場合にも、上記濃度測定工程を実行する請求項１又は請求項２に記載の排ガス処理装置の制御方法。
上記尿素水タンク内の尿素水の水量を測定する水量測定工程と、
上記水量測定工程での上記尿素水の水量が前回の水量測定工程での水量に対し所定量以上増加している場合に所定時間処理を中断する中断工程と
を上記判定工程と上記濃度測定工程との間にさらに備える請求項３に記載の排ガス処理装置の制御方法。