JP4161609B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート）等が汚染物質が含まれる。これらの汚染物質の中でもＮＯｘは、酸化触媒やガソリン自動車で実用化されている三元触媒では浄化が難しく、ＮＯｘを浄化することができる有望な触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）の開発が行われている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒はアンモニアなどの還元剤の存在下でＮＯｘを浄化する触媒である。ユリア（尿素）水タンクからＳＣＲ触媒の上流側の排気系に添加されたユリア水は、排気ガスの熱により加水分解されアンモニアを生成する。このアンモニアがＳＣＲ触媒の触媒表面に吸着し、排気ガス中のＮＯｘと反応することにより排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ここで、前述するようにＮＯｘがアンモニアと反応することによりＮＯｘ浄化が行われるため、ユリア水の供給が途絶えるとＳＣＲ触媒が浄化作用を発揮しなくなる。ユリア水の供給が途絶える場合としては、例えばタンクに貯蔵された還元剤がなくなってしまった場合があるが、このような事態のときには、タンクに設置されたレベルセンサによりドライバーに警告し、還元剤の補充を促すようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ユリア水の供給が途絶える場合としては前述のほかに、ユリア水がタンクから排気系に添加されるまでに通過する供給管において、ユリア水が目詰まりを起こしてしまう場合が挙げられる。これは水に溶解したユリアが温度や濃度の変化等により析出し、供給管を閉塞してしまうためである。更に、タンクに補充したユリア水の濃度が適切でなかったり、ユリア水と間違えて水をタンクに入れていた場合等も、適切な量のアンモニアがＳＣＲ触媒に添加されないため、最適なＮＯｘ浄化作用を得ることはできない。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ユリア水が供給されないことによる不具合を検出することができるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘ触媒の入口の排気ガス温度または前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を検出する温度センサとを備え、前記排気ガス温度または触媒温度が所定温度以上のとき、前記ＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定するようにし、前記所定温度は、前記ＮＯｘ触媒の第１浄化率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含み、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行うようにした。これにより、排気浄化システムの機械的な故障の場合だけでなく、ユリア水の濃度が不適切な場合等にも、排気浄化装置の不具合を精度よく検出し、乗員に異常を知らせることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定温度を前記ＮＯｘ触媒の所定浄化効率が得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の温度とした。
更に、前記所定温度を、前記ＮＯｘ触媒の第１浄化効率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含むようにし、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行うようにしてもよい。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、アクセルペダル位置を検出するアクセルセンサと、エンジン回転速度を検出する回転速度センサとを備え、アクセルセンサと回転速度センサにより設定された燃料噴射量とエンジン回転速度とがそれぞれ所定値以上のとき、前記ＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定するようにした。これにより、請求項１の発明と同様に、排気浄化装置の不具合を精度よく検出することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定値を前記ＮＯｘ触媒の所定浄化効率が得られるエンジンの運転状態となるような燃料噴射量とエンジン回転速度とした。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを備え、前記還元剤供給手段が作動状態から非作動状態、または非作動状態から作動状態に変化するとき、前記ＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定するようにした。これにより、請求項１の発明と同様に、排気浄化装置の不具合を精度よく検出することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記異常判定手段を、前記内燃機関の運転状態が前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態にあるとき、当該作動を一定時間停止し、当該作動の停止に対応して、前記ＮＯｘ濃度が高くなった場合、前記排気浄化システムに異常無しと判定するようにした。これにより、排気浄化装置の不具合を更に精度よく検出することができる。ここで、「内燃機関の運転状態が還元剤供給手段を作動すべき運転状態」とは、排気ガス温度又はＮＯｘ触媒温度が所定温度以上であり、かつＮＯｘ触媒へのアンモニア吸着量がアンモニアスリップ量以下のときをいう。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記異常判定手段を、前記内燃機関の運転状態が前記還元剤供給手段を停止すべき運転状態から作動すべき運転状態に変化するとき、当該作動状態の変化に対応して、前記ＮＯｘ濃度が低くなった場合、前記排気浄化システムに異常無しと判定するようにした。これにより、排気浄化装置の不具合を更に精度よく検出することができる。ここで、「内燃機関の運転状態が還元剤供給手段を停止すべき運転状態から作動すべき運転状態」とは、「内燃機関が冷機状態から暖機完了となった運転状態から、内燃機関が高負荷の状態となった運転状態」または、「排気ガス温度又はＮＯｘ触媒温度が所定温度未満の運転状態から、排気ガス温度又はＮＯｘ触媒温度が所定温度以上の運転状態」をいう。
【００１５】
更に、請求項５又は請求項６における前記異常判定手段を、請求項５では前記還元剤供給手段の作動を停止、請求項６では前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態に変化した後に、両請求項とも設定期間にわたってＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、排気浄化システムの判定を行うようにしてもよい。これにより、判定の誤りを少なくすることができる。
【００１６】
更に、請求項５における前記異常判定手段を、前記還元剤供給手段の作動を停止した後に、設定期間にわたってＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度の最高濃度値に基づいて、排気浄化システムの判定を行うようにしてもよい。
【００１７】
更に、請求項６における前記異常判定手段を、前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態に変化した後に、設定期間にわたってＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度の最低濃度値に基づいて、排気浄化システムの判定を行うようにしてもよい。
【００１８】
なお、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載した、前記ＮＯｘセンサはＮＯｘ排出量を検出するものであってもよい。また、ＮＯｘ濃度又はＮＯｘ排出量を検出するほどの精度が良いものではなく、推定する程度のものであってもよい。また、前記還元剤供給手段の作動を故意に停止させる場合には、停止ではなく抑制してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示した構成図である。図に示すように、排気浄化装置１は、エンジン２の排気系に設けられたＮＯｘ触媒であるＳＣＲ触媒３、還元剤であるユリア水を貯蔵するユリアタンク４、前記ユリア水を排気系に供給するユリア添加インジェクタ５、ユリアタンク４内のユリア水を供給管１４に供給する還元剤供給手段としての制御弁１５、エンジン２を制御するエンジンＥＣＵ６、ＳＣＲ触媒３を通過する前の排気ガスＡの温度を検出する温度センサ７及び後の排気ガスＢの温度を検出する温度センサ８、ＳＣＲ触媒３を通過した後の排気ガスＢ中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ９及びこれらの装置を制御するコントロールユニット１０からなる。また、ユリアタンク４にはユリア水の残量を検出するレベルセンサ１１、ユリア水の車外温度等の影響による凍結を防止する電気ヒータ１２が設けられている。
【００２０】
ＳＣＲ触媒３は排気ガスＡの温度が所定値以上となってから急激にＮＯｘ浄化率が高くなる性質を有するため、ユリア添加インジェクタ５の作動を制御する制御手段であるコントロールユニット１０は、一定の条件の下でユリア水を添加するようになっている。図２は、ユリア水の供給動作を示したフローチャートである。同図に示すように、コントロールユニット１０は、ステップＳ２０１において温度センサ７又は８により検出される排気ガス温度Ｇｔ、エンジンＥＣＵに入力されるエンジン回転速度Ｎｅ（図１に図示していない回転速度センサにより検出）や燃料噴射量Ｑ（図１に図示していないアクセルセンサと回転速度センサとにより設定）の情報を読み込む。次にステップＳ２０２において、ＳＣＲ触媒３が浄化作用を有する最低温度である所定温度Ｔ０よりも排気ガス温度Ｇｔが高い場合、ステップＳ２０３、Ｓ２０４において、エンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑの情報（エンジン運転状態）に基づき判断されるエンジンから排出されるＮＯｘの量及びＮＯｘ触媒に蓄えられているアンモニアの量に応じて、ユリア水の添加量を設定し、排気系に添加する。
【００２１】
ユリアタンク４から供給されたユリア水は、ミキシングチャンバー１６にて圧縮エア１３と混合され、供給管１４を通過後、ユリア添加インジェクタ５からＳＣＲ触媒３の上流側の排気系に添加される。
【００２２】
ミキシングチャンバー１６内のユリア水の通路は径が細く、またユリア添加インジェクタ５の噴孔も小さいため、これらの箇所でユリア水中のユリアが析出し、目詰まりが起こるおそれがある。また、ユリア水と間違えて、例えば水などをユリアタンク４に補充している場合などもある。このように、ユリア水が適切に供給されなくなると、前述するように、ＳＣＲ触媒３はＮＯｘを浄化する機能が低下したり、浄化することができなくなってしまう。
【００２３】
そこで、排気系にＮＯｘセンサ９を設置し、以下に説明する三つの実施例により、ユリア水が適切に供給されているかどうかを判定している。
【００２４】
図３は、実施例１に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。以下、コントロールユニット１０による制御動作を図３に基づいて具体的に説明する。
【００２５】
図３に示すように、まず、ステップＳ３０１では、排気ガス温度Ｇｔ及びＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］からなるエンジン関連情報を読み込む。ステップＳ３０２では、排気ガス温度ＧｔとＳＣＲ触媒３が所定浄化効率を得ることのできる所定温度Ｔ１とを比較する。ここで、所定温度Ｔ１とは、前述したＳＣＲ触媒３が浄化作用を有する最低温度である所定温度Ｔ０（図２参照）よりも高い温度を示し、浄化効率が０％より大きく１００％以下に対応する温度であれば良い。
【００２６】
ステップＳ３０２において、排気ガス温度Ｇｔが所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ３０３〜Ｓ３０６の一連の制御を行う。すなわち、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５において所定時間ｔ０の経過を待ってから、ステップＳ３０６に進み、ＮＯｘセンサ９により検出されるＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］を読み込む。このように制御する理由は、ステップＳ３０６において安定なＮＯｘ濃度を読み込む必要があるためであり、前記所定時間ｔ０は、ユリア水がユリア添加インジェクタ５により排気系に添加されてからＳＣＲ触媒３においてＮＯｘ浄化に寄与するまでの時間を参考にして設定される。ここで、所定時間ｔ０が経過する前に排気ガス温度Ｇｔが低下し、ユリア水の供給がなくなった場合には、前述する安定なＮＯｘ濃度を読み込むことができない。このため、ステップＳ３０５において、ユリア水を供給中でないと判断し、ステップＳ３０７において、タイマをクリアした後、制御を「ＳＴＡＲＴ」に戻す。
【００２７】
次に、ステップＳ３０８〜Ｓ３１０では、異常判定手段であるコントロールユニット１０により、ステップＳ３０６において読み込んだＤ［ＮＯｘ］と所定濃度Ｄ０との比較及びこの結果に基づいた判定を行う。ここで、所定濃度Ｄ０とは、前記所定浄化率（前記所定温度Ｔ１に対応する浄化率）に閾値を設けた浄化率に対応するＮＯｘ濃度である。ステップＳ３０８での比較において、Ｄ［ＮＯｘ］が所定濃度Ｄ０以下の場合には、ほぼ予想される浄化率が得られていると判断し、ステップＳ３０９において、正常判定を行う。一方、Ｄ［ＮＯｘ］が所定濃度Ｄ０より大きい場合には、ユリア水が何らかの原因で適切に供給されていないと判断し、異常判定を行い、乗員に警告を行う。
【００２８】
また、前記ステップＳ３０８における所定濃度Ｄ０は、エンジン２の回転速度及び燃料噴射量等から判断される運転状態に基づいて予想される排気ガスＢ中のＮＯｘ濃度（すなわち、前記運転状態から予想されるＳＣＲ触媒３の浄化効率に対応するＮＯｘ濃度）またはこのＮＯｘ濃度に閾値を設けた値であってもよい。
【００２９】
更に、前記所定温度Ｔ１を、ＳＣＲ触媒３の第１浄化効率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含むようにし、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行うようにしてもよい。
【００３０】
図４は、実施例２に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。以下、コントロールユニット１０による制御動作を図４に基づいて具体的に説明する。
【００３１】
図４に示すように、まず、ステップＳ４０１では、排気ガス温度Ｇｔ及びＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］からなるエンジン関連情報を読み込む。ステップＳ４０２では、排気ガス温度ＧｔとＳＣＲ触媒３が所定浄化効率を得ることのできる所定温度Ｔ１とを比較する。ここで、所定温度Ｔ１については実施例１において説明したとおりである。
【００３２】
ステップＳ４０２において、排気ガス温度Ｇｔが所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ４０３〜Ｓ４０６の一連の制御を行う。すなわち、ステップＳ４０３〜Ｓ４０５において所定時間ｔ０の経過を待ってから、ステップＳ４０６に進み、ＮＯｘセンサ９により検出されるＮＯｘ濃度Ｄ１［ＮＯｘ］を読み込む。このように制御する理由は、ステップＳ４０６において安定なＮＯｘ濃度を読み込む必要があるためであり、前記所定時間ｔ０は、ユリア水がユリア添加インジェクタ５により排気系に添加されてからＳＣＲ触媒３においてＮＯｘ浄化に寄与するまでの時間を参考にして設定される。このＤ１［ＮＯｘ］はコントロールユニット１０に記録される。ここで、所定時間ｔ０が経過する前に排気ガス温度Ｇｔが低下しユリア水の供給がなくなった場合には、前述する安定なＮＯｘ濃度を読み込むことができない。このため、ステップＳ４０５において、ユリア水を供給中でないと判断し、ステップＳ４０７において、タイマをクリアした後、制御を「ＳＴＡＲＴ」に戻す。
【００３３】
次に、ステップＳ４０８では、供給しているユリア水を一定時間停止する。その後、ステップＳ４０９及びＳ４１０において所定時間ｔ１の経過を待ってから、ステップＳ４１１においてＮＯｘ濃度Ｄ２［ＮＯｘ］を読み込む。この制御は、ＳＣＲ触媒３に吸着されているアンモニアが消費されて、ＮＯｘ浄化性能が低下する所定時間ｔ１を考慮したものであり、ユリア水の供給を停止した状態のＮＯｘ濃度を安定に検出するために行う。
【００３４】
次に、ステップＳ４１２〜Ｓ４１４では、異常判定手段であるコントロールユニット１０により、ステップＳ４０６において読み込んだＤ１［ＮＯｘ］に閾値αを加算した判定値Ｄ３（Ｄ３＝Ｄ１＋α）とステップＳ４１１において読み込んだＤ２［ＮＯｘ］との比較及びこの結果に基づいた判定を行う。ステップＳ４１２での比較において、Ｄ２［ＮＯｘ］がＤ３［ＮＯｘ］より大きい場合には、ステップＳ４０８におけるユリア水供給の停止テストに応答し、ＳＣＲ触媒３の浄化効率が所定量低下したということであり、逆に説明すれば、停止テストの前は適切にユリア水が添加されていたということになる。この場合には、ステップＳ４１３において、正常判定を行う。一方、Ｄ２［ＮＯｘ］がＤ３［ＮＯｘ］以下の場合には、ユリア水を添加すべきときにユリア水が何らかの原因で適切に供給されていないと判断し、異常判定を行い、乗員に警告を行う。
【００３５】
図５は、実施例３に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。以下、コントロールユニット１０による制御動作を図５に基づいて具体的に説明する。
【００３６】
図５に示すように、まず、ステップＳ５０１では、排気ガス温度Ｇｔ及びＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］からなるエンジン関連情報を読み込む。ステップＳ５０２では、排気ガス温度ＧｔとＳＣＲ触媒３が所定浄化効率を得ることのできる所定温度Ｔ１とを比較する。ここで、所定温度Ｔ１については実施例１において説明したとおりである。
【００３７】
ステップＳ５０２において、排気ガス温度Ｇｔの方が所定温度Ｔ１よりも低い場合には、ステップＳ５０８において、ＮＯｘセンサ９により検出される排気ガスＢ中のＮＯｘ濃度Ｄ２［ＮＯｘ］を読み込み、コントロールユニット１０に記録する。この記録は一度行えばよく、例えばエンジン２の運転を開始してから暖機操作が完了するまでの間において検出したＮＯｘ濃度を一度記録すればよい。ここで検出されるＤ２［ＮＯｘ］は、エンジン２の運転状態が低負荷の状態でありＳＣＲ触媒３にユリア水が供給されていないため、排気ガスＡ中のＮＯｘ濃度とほぼ同じ検出値が得られる。
【００３８】
ステップＳ５０２において、排気ガス温度Ｇｔが所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ５０３〜Ｓ５０６の一連の制御を行う。すなわち、ステップＳ５０３〜Ｓ５０５において所定時間ｔ０の経過を待ってから、ステップＳ５０６に進み、ＮＯｘセンサ９により検出されるＮＯｘ濃度Ｄ１［ＮＯｘ］を読み込む。このように制御する理由は、ステップＳ５０６において安定なＮＯｘ濃度を読み込む必要があるためであり、前記所定時間ｔ０は、ユリア水がユリア添加インジェクタ５により排気系に添加されてからＳＣＲ触媒３においてＮＯｘ浄化に寄与するまでの時間を参考にして設定される。ここで、所定時間ｔ０が経過する前に排気ガス温度Ｇｔが低下し、ユリア水の供給がなくなった場合には、前述する安定なＮＯｘ濃度を読み込むことができない。このため、ステップＳ５０５において、ユリア水を供給中でないと判断し、ステップＳ５０７において、タイマをクリアした後、制御を「ＳＴＡＲＴ」に戻す。
【００３９】
次に、ステップＳ５０９〜Ｓ５１１では、異常判定手段であるコントロールユニット１０により、ステップＳ５０６において読み込んだＤ１［ＮＯｘ］とステップＳ５０８において読み込んだＤ２［ＮＯｘ］から閾値βを減算した判定値Ｄ４（Ｄ４＝Ｄ２−β）との比較及びこの結果に基づいた判定を行う。ステップＳ５０９での比較において、Ｄ１［ＮＯｘ］がＤ４［ＮＯｘ］より小さい場合には、ユリア水の添加動作に応答して検出されたＤ１［ＮＯｘ］が、ＮＯｘの浄化が明らかに行われていないＤ２［ＮＯｘ］に閾値βを考慮した値よりも十分に小さいということであり、ユリア水が適切に添加され、ＳＣＲ触媒３が所定の浄化性能を発揮していると判断し、ステップＳ５１０において、正常判定を行う。一方、前記比較結果が逆の場合には、ユリア水が何らかの原因で適切に供給されていないと判断し、異常判定を行い、乗員に警告を行う。
【００４０】
なお、図４または図５に示した制御において行われる判定制御（ステップＳ４１２、ステップＳ５０９）は、エンジンから排出されるＮＯｘがほぼ一定であるという条件下において行われる必要がある。このため、図４におけるステップＳ４０３からＳ４１２または図５におけるステップＳ５０３からＳ５０９の制御中は、常にエンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑの情報に基づき判断されるエンジンの運転状態を監視し、定常運転が行われていると判断される場合に判定制御を行う。
【００４１】
なお、本発明において使用するＮＯｘセンサは、従来から使用されているものであればどのようなものでもよく、例えば、特開平８−４３３４９号公報、特開平１０−６２３８４号公報、特開平９−２８８０８４号公報等に記載されているＮＯｘセンサを使用することができる。
【００４２】
また、異常判定手段により得られた判定結果をエンジンＥＣＵ等のメモリに記録しておくことにより、車両の定期検査等の際にＯＢＤ検知が可能となり、排気浄化システムの故障及び間違った使用方法を、適切に把握することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１から３の発明によれば、排気ガス温度又は触媒温度が所定温度以上のとき、または燃料噴射量とエンジン回転速度とがそれぞれ所定値以上のとき、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき排気浄化システムの異常有無を判定するようにしたため、排気浄化システムの機械的な故障に限らず、ユリア水中のユリア濃度が不適切な場合のような異常をも精度良く検出して、乗員に警告することができる。
【００４４】
また、請求項４の発明によれば、還元剤供給手段が作動状態から非作動状態または非作動状態から作動状態に変化するとき、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき排気浄化システムの異常有無を判定するようにしたため、排気浄化システムの機械的な故障に限らず、ユリア水中のユリア濃度が不適切な場合のような異常をも更に精度良く検出して、乗員に異常を知らせることができる。
【００４５】
また、請求項５又は６の発明によれば、還元剤供給手段の作動中に作動を一定時間停止し、この停止に対応してＮＯｘ濃度が高くなった場合、または、還元剤供給手段が停止場態から作動状態に変化する際に、この変化に対応してＮＯｘ濃度が低くなった場合、排気浄化システムに異常無しと判定するようにしたため、更に精度良く排気浄化システムの異常を検出することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示した構成図である。
【図２】ユリア水の供給動作を示したフローチャートである。
【図３】実施例１に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。
【図５】実施例３に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 排気浄化装置
３ ＳＣＲ触媒
９ ＮＯｘセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート）等が汚染物質が含まれる。これらの汚染物質の中でもＮＯｘは、酸化触媒やガソリン自動車で実用化されている三元触媒では浄化が難しく、ＮＯｘを浄化することができる有望な触媒として選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）の開発が行われている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒はアンモニアなどの還元剤の存在下でＮＯｘを浄化する触媒である。ユリア（尿素）水タンクからＳＣＲ触媒の上流側の排気系に添加されたユリア水は、排気ガスの熱により加水分解されアンモニアを生成する。このアンモニアがＳＣＲ触媒の触媒表面に吸着し、排気ガス中のＮＯｘと反応することにより排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ここで、前述するようにＮＯｘがアンモニアと反応することによりＮＯｘ浄化が行われるため、ユリア水の供給が途絶えるとＳＣＲ触媒が浄化作用を発揮しなくなる。ユリア水の供給が途絶える場合としては、例えばタンクに貯蔵された還元剤がなくなってしまった場合があるが、このような事態のときには、タンクに設置されたレベルセンサによりドライバーに警告し、還元剤の補充を促すようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ユリア水の供給が途絶える場合としては前述のほかに、ユリア水がタンクから排気系に添加されるまでに通過する供給管において、ユリア水が目詰まりを起こしてしまう場合が挙げられる。これは水に溶解したユリアが温度や濃度の変化等により析出し、供給管を閉塞してしまうためである。更に、タンクに補充したユリア水の濃度が適切でなかったり、ユリア水と間違えて水をタンクに入れていた場合等も、適切な量のアンモニアがＳＣＲ触媒に添加されないため、最適なＮＯｘ浄化作用を得ることはできない。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ユリア水が供給されないことによる不具合を検出することができるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘ触媒の入口の排気ガス温度または前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を検出する温度センサとを備え、前記排気ガス温度または触媒温度が所定温度以上のとき、前記ＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定するようにし、前記所定温度は、前記ＮＯｘ触媒の第１浄化率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含み、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行うようにした。これにより、排気浄化システムの機械的な故障の場合だけでなく、ユリア水の濃度が不適切な場合等にも、排気浄化装置の不具合を精度よく検出し、乗員に異常を知らせることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定温度を前記ＮＯｘ触媒の所定浄化効率が得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の温度とした。
更に、前記所定温度を、前記ＮＯｘ触媒の第１浄化効率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含むようにし、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行うようにしてもよい。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、アクセルペダル位置を検出するアクセルセンサと、エンジン回転速度を検出する回転速度センサとを備え、アクセルセンサと回転速度センサにより設定された燃料噴射量とエンジン回転速度とがそれぞれ所定値以上のとき、前記ＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定するようにした。これにより、請求項１の発明と同様に、排気浄化装置の不具合を精度よく検出することができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記所定値を前記ＮＯｘ触媒の所定浄化効率が得られるエンジンの運転状態となるような燃料噴射量とエンジン回転速度とした。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、当該還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを備え、前記還元剤供給手段が作動状態から非作動状態、または非作動状態から作動状態に変化するとき、前記ＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定するようにした。これにより、請求項１の発明と同様に、排気浄化装置の不具合を精度よく検出することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記異常判定手段を、前記内燃機関の運転状態が前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態にあるとき、当該作動を一定時間停止し、当該作動の停止に対応して、前記ＮＯｘ濃度が高くなった場合、前記排気浄化システムに異常無しと判定するようにした。これにより、排気浄化装置の不具合を更に精度よく検出することができる。ここで、「内燃機関の運転状態が還元剤供給手段を作動すべき運転状態」とは、排気ガス温度又はＮＯｘ触媒温度が所定温度以上であり、かつＮＯｘ触媒へのアンモニア吸着量がアンモニアスリップ量以下のときをいう。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記異常判定手段を、前記内燃機関の運転状態が前記還元剤供給手段を停止すべき運転状態から作動すべき運転状態に変化するとき、当該作動状態の変化に対応して、前記ＮＯｘ濃度が低くなった場合、前記排気浄化システムに異常無しと判定するようにした。これにより、排気浄化装置の不具合を更に精度よく検出することができる。ここで、「内燃機関の運転状態が還元剤供給手段を停止すべき運転状態から作動すべき運転状態」とは、「内燃機関が冷機状態から暖機完了となった運転状態から、内燃機関が高負荷の状態となった運転状態」または、「排気ガス温度又はＮＯｘ触媒温度が所定温度未満の運転状態から、排気ガス温度又はＮＯｘ触媒温度が所定温度以上の運転状態」をいう。
【００１５】
更に、請求項５又は請求項６における前記異常判定手段を、請求項５では前記還元剤供給手段の作動を停止、請求項６では前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態に変化した後に、両請求項とも設定期間にわたってＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、排気浄化システムの判定を行うようにしてもよい。これにより、判定の誤りを少なくすることができる。
【００１６】
更に、請求項５における前記異常判定手段を、前記還元剤供給手段の作動を停止した後に、設定期間にわたってＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度の最高濃度値に基づいて、排気浄化システムの判定を行うようにしてもよい。
【００１７】
更に、請求項６における前記異常判定手段を、前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態に変化した後に、設定期間にわたってＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度の最低濃度値に基づいて、排気浄化システムの判定を行うようにしてもよい。
【００１８】
なお、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載した、前記ＮＯｘセンサはＮＯｘ排出量を検出するものであってもよい。また、ＮＯｘ濃度又はＮＯｘ排出量を検出するほどの精度が良いものではなく、推定する程度のものであってもよい。また、前記還元剤供給手段の作動を故意に停止させる場合には、停止ではなく抑制してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示した構成図である。図に示すように、排気浄化装置１は、エンジン２の排気系に設けられたＮＯｘ触媒であるＳＣＲ触媒３、還元剤であるユリア水を貯蔵するユリアタンク４、前記ユリア水を排気系に供給するユリア添加インジェクタ５、ユリアタンク４内のユリア水を供給管１４に供給する還元剤供給手段としての制御弁１５、エンジン２を制御するエンジンＥＣＵ６、ＳＣＲ触媒３を通過する前の排気ガスＡの温度を検出する温度センサ７及び後の排気ガスＢの温度を検出する温度センサ８、ＳＣＲ触媒３を通過した後の排気ガスＢ中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ９及びこれらの装置を制御するコントロールユニット１０からなる。また、ユリアタンク４にはユリア水の残量を検出するレベルセンサ１１、ユリア水の車外温度等の影響による凍結を防止する電気ヒータ１２が設けられている。
【００２０】
ＳＣＲ触媒３は排気ガスＡの温度が所定値以上となってから急激にＮＯｘ浄化率が高くなる性質を有するため、ユリア添加インジェクタ５の作動を制御する制御手段であるコントロールユニット１０は、一定の条件の下でユリア水を添加するようになっている。図２は、ユリア水の供給動作を示したフローチャートである。同図に示すように、コントロールユニット１０は、ステップＳ２０１において温度センサ７又は８により検出される排気ガス温度Ｇｔ、エンジンＥＣＵに入力されるエンジン回転速度Ｎｅ（図１に図示していない回転速度センサにより検出）や燃料噴射量Ｑ（図１に図示していないアクセルセンサと回転速度センサとにより設定）の情報を読み込む。次にステップＳ２０２において、ＳＣＲ触媒３が浄化作用を有する最低温度である所定温度Ｔ０よりも排気ガス温度Ｇｔが高い場合、ステップＳ２０３、Ｓ２０４において、エンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑの情報（エンジン運転状態）に基づき判断されるエンジンから排出されるＮＯｘの量及びＮＯｘ触媒に蓄えられているアンモニアの量に応じて、ユリア水の添加量を設定し、排気系に添加する。
【００２１】
ユリアタンク４から供給されたユリア水は、ミキシングチャンバー１６にて圧縮エア１３と混合され、供給管１４を通過後、ユリア添加インジェクタ５からＳＣＲ触媒３の上流側の排気系に添加される。
【００２２】
ミキシングチャンバー１６内のユリア水の通路は径が細く、またユリア添加インジェクタ５の噴孔も小さいため、これらの箇所でユリア水中のユリアが析出し、目詰まりが起こるおそれがある。また、ユリア水と間違えて、例えば水などをユリアタンク４に補充している場合などもある。このように、ユリア水が適切に供給されなくなると、前述するように、ＳＣＲ触媒３はＮＯｘを浄化する機能が低下したり、浄化することができなくなってしまう。
【００２３】
そこで、排気系にＮＯｘセンサ９を設置し、以下に説明する三つの実施例により、ユリア水が適切に供給されているかどうかを判定している。
【００２４】
図３は、実施例１に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。以下、コントロールユニット１０による制御動作を図３に基づいて具体的に説明する。
【００２５】
図３に示すように、まず、ステップＳ３０１では、排気ガス温度Ｇｔ及びＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］からなるエンジン関連情報を読み込む。ステップＳ３０２では、排気ガス温度ＧｔとＳＣＲ触媒３が所定浄化効率を得ることのできる所定温度Ｔ１とを比較する。ここで、所定温度Ｔ１とは、前述したＳＣＲ触媒３が浄化作用を有する最低温度である所定温度Ｔ０（図２参照）よりも高い温度を示し、浄化効率が０％より大きく１００％以下に対応する温度であれば良い。
【００２６】
ステップＳ３０２において、排気ガス温度Ｇｔが所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ３０３〜Ｓ３０６の一連の制御を行う。すなわち、ステップＳ３０３〜Ｓ３０５において所定時間ｔ０の経過を待ってから、ステップＳ３０６に進み、ＮＯｘセンサ９により検出されるＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］を読み込む。このように制御する理由は、ステップＳ３０６において安定なＮＯｘ濃度を読み込む必要があるためであり、前記所定時間ｔ０は、ユリア水がユリア添加インジェクタ５により排気系に添加されてからＳＣＲ触媒３においてＮＯｘ浄化に寄与するまでの時間を参考にして設定される。ここで、所定時間ｔ０が経過する前に排気ガス温度Ｇｔが低下し、ユリア水の供給がなくなった場合には、前述する安定なＮＯｘ濃度を読み込むことができない。このため、ステップＳ３０５において、ユリア水を供給中でないと判断し、ステップＳ３０７において、タイマをクリアした後、制御を「ＳＴＡＲＴ」に戻す。
【００２７】
次に、ステップＳ３０８〜Ｓ３１０では、異常判定手段であるコントロールユニット１０により、ステップＳ３０６において読み込んだＤ［ＮＯｘ］と所定濃度Ｄ０との比較及びこの結果に基づいた判定を行う。ここで、所定濃度Ｄ０とは、前記所定浄化率（前記所定温度Ｔ１に対応する浄化率）に閾値を設けた浄化率に対応するＮＯｘ濃度である。ステップＳ３０８での比較において、Ｄ［ＮＯｘ］が所定濃度Ｄ０以下の場合には、ほぼ予想される浄化率が得られていると判断し、ステップＳ３０９において、正常判定を行う。一方、Ｄ［ＮＯｘ］が所定濃度Ｄ０より大きい場合には、ユリア水が何らかの原因で適切に供給されていないと判断し、異常判定を行い、乗員に警告を行う。
【００２８】
また、前記ステップＳ３０８における所定濃度Ｄ０は、エンジン２の回転速度及び燃料噴射量等から判断される運転状態に基づいて予想される排気ガスＢ中のＮＯｘ濃度（すなわち、前記運転状態から予想されるＳＣＲ触媒３の浄化効率に対応するＮＯｘ濃度）またはこのＮＯｘ濃度に閾値を設けた値であってもよい。
【００２９】
更に、前記所定温度Ｔ１を、ＳＣＲ触媒３の第１浄化効率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含むようにし、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行うようにしてもよい。
【００３０】
図４は、実施例２に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。以下、コントロールユニット１０による制御動作を図４に基づいて具体的に説明する。
【００３１】
図４に示すように、まず、ステップＳ４０１では、排気ガス温度Ｇｔ及びＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］からなるエンジン関連情報を読み込む。ステップＳ４０２では、排気ガス温度ＧｔとＳＣＲ触媒３が所定浄化効率を得ることのできる所定温度Ｔ１とを比較する。ここで、所定温度Ｔ１については実施例１において説明したとおりである。
【００３２】
ステップＳ４０２において、排気ガス温度Ｇｔが所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ４０３〜Ｓ４０６の一連の制御を行う。すなわち、ステップＳ４０３〜Ｓ４０５において所定時間ｔ０の経過を待ってから、ステップＳ４０６に進み、ＮＯｘセンサ９により検出されるＮＯｘ濃度Ｄ１［ＮＯｘ］を読み込む。このように制御する理由は、ステップＳ４０６において安定なＮＯｘ濃度を読み込む必要があるためであり、前記所定時間ｔ０は、ユリア水がユリア添加インジェクタ５により排気系に添加されてからＳＣＲ触媒３においてＮＯｘ浄化に寄与するまでの時間を参考にして設定される。このＤ１［ＮＯｘ］はコントロールユニット１０に記録される。ここで、所定時間ｔ０が経過する前に排気ガス温度Ｇｔが低下しユリア水の供給がなくなった場合には、前述する安定なＮＯｘ濃度を読み込むことができない。このため、ステップＳ４０５において、ユリア水を供給中でないと判断し、ステップＳ４０７において、タイマをクリアした後、制御を「ＳＴＡＲＴ」に戻す。
【００３３】
次に、ステップＳ４０８では、供給しているユリア水を一定時間停止する。その後、ステップＳ４０９及びＳ４１０において所定時間ｔ１の経過を待ってから、ステップＳ４１１においてＮＯｘ濃度Ｄ２［ＮＯｘ］を読み込む。この制御は、ＳＣＲ触媒３に吸着されているアンモニアが消費されて、ＮＯｘ浄化性能が低下する所定時間ｔ１を考慮したものであり、ユリア水の供給を停止した状態のＮＯｘ濃度を安定に検出するために行う。
【００３４】
次に、ステップＳ４１２〜Ｓ４１４では、異常判定手段であるコントロールユニット１０により、ステップＳ４０６において読み込んだＤ１［ＮＯｘ］に閾値αを加算した判定値Ｄ３（Ｄ３＝Ｄ１＋α）とステップＳ４１１において読み込んだＤ２［ＮＯｘ］との比較及びこの結果に基づいた判定を行う。ステップＳ４１２での比較において、Ｄ２［ＮＯｘ］がＤ３［ＮＯｘ］より大きい場合には、ステップＳ４０８におけるユリア水供給の停止テストに応答し、ＳＣＲ触媒３の浄化効率が所定量低下したということであり、逆に説明すれば、停止テストの前は適切にユリア水が添加されていたということになる。この場合には、ステップＳ４１３において、正常判定を行う。一方、Ｄ２［ＮＯｘ］がＤ３［ＮＯｘ］以下の場合には、ユリア水を添加すべきときにユリア水が何らかの原因で適切に供給されていないと判断し、異常判定を行い、乗員に警告を行う。
【００３５】
図５は、実施例３に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。以下、コントロールユニット１０による制御動作を図５に基づいて具体的に説明する。
【００３６】
図５に示すように、まず、ステップＳ５０１では、排気ガス温度Ｇｔ及びＮＯｘ濃度Ｄ［ＮＯｘ］からなるエンジン関連情報を読み込む。ステップＳ５０２では、排気ガス温度ＧｔとＳＣＲ触媒３が所定浄化効率を得ることのできる所定温度Ｔ１とを比較する。ここで、所定温度Ｔ１については実施例１において説明したとおりである。
【００３７】
ステップＳ５０２において、排気ガス温度Ｇｔの方が所定温度Ｔ１よりも低い場合には、ステップＳ５０８において、ＮＯｘセンサ９により検出される排気ガスＢ中のＮＯｘ濃度Ｄ２［ＮＯｘ］を読み込み、コントロールユニット１０に記録する。この記録は一度行えばよく、例えばエンジン２の運転を開始してから暖機操作が完了するまでの間において検出したＮＯｘ濃度を一度記録すればよい。ここで検出されるＤ２［ＮＯｘ］は、エンジン２の運転状態が低負荷の状態でありＳＣＲ触媒３にユリア水が供給されていないため、排気ガスＡ中のＮＯｘ濃度とほぼ同じ検出値が得られる。
【００３８】
ステップＳ５０２において、排気ガス温度Ｇｔが所定温度Ｔ１以上の場合には、ステップＳ５０３〜Ｓ５０６の一連の制御を行う。すなわち、ステップＳ５０３〜Ｓ５０５において所定時間ｔ０の経過を待ってから、ステップＳ５０６に進み、ＮＯｘセンサ９により検出されるＮＯｘ濃度Ｄ１［ＮＯｘ］を読み込む。このように制御する理由は、ステップＳ５０６において安定なＮＯｘ濃度を読み込む必要があるためであり、前記所定時間ｔ０は、ユリア水がユリア添加インジェクタ５により排気系に添加されてからＳＣＲ触媒３においてＮＯｘ浄化に寄与するまでの時間を参考にして設定される。ここで、所定時間ｔ０が経過する前に排気ガス温度Ｇｔが低下し、ユリア水の供給がなくなった場合には、前述する安定なＮＯｘ濃度を読み込むことができない。このため、ステップＳ５０５において、ユリア水を供給中でないと判断し、ステップＳ５０７において、タイマをクリアした後、制御を「ＳＴＡＲＴ」に戻す。
【００３９】
次に、ステップＳ５０９〜Ｓ５１１では、異常判定手段であるコントロールユニット１０により、ステップＳ５０６において読み込んだＤ１［ＮＯｘ］とステップＳ５０８において読み込んだＤ２［ＮＯｘ］から閾値βを減算した判定値Ｄ４（Ｄ４＝Ｄ２−β）との比較及びこの結果に基づいた判定を行う。ステップＳ５０９での比較において、Ｄ１［ＮＯｘ］がＤ４［ＮＯｘ］より小さい場合には、ユリア水の添加動作に応答して検出されたＤ１［ＮＯｘ］が、ＮＯｘの浄化が明らかに行われていないＤ２［ＮＯｘ］に閾値βを考慮した値よりも十分に小さいということであり、ユリア水が適切に添加され、ＳＣＲ触媒３が所定の浄化性能を発揮していると判断し、ステップＳ５１０において、正常判定を行う。一方、前記比較結果が逆の場合には、ユリア水が何らかの原因で適切に供給されていないと判断し、異常判定を行い、乗員に警告を行う。
【００４０】
なお、図４または図５に示した制御において行われる判定制御（ステップＳ４１２、ステップＳ５０９）は、エンジンから排出されるＮＯｘがほぼ一定であるという条件下において行われる必要がある。このため、図４におけるステップＳ４０３からＳ４１２または図５におけるステップＳ５０３からＳ５０９の制御中は、常にエンジン回転速度Ｎｅや燃料噴射量Ｑの情報に基づき判断されるエンジンの運転状態を監視し、定常運転が行われていると判断される場合に判定制御を行う。
【００４１】
なお、本発明において使用するＮＯｘセンサは、従来から使用されているものであればどのようなものでもよく、例えば、特開平８−４３３４９号公報、特開平１０−６２３８４号公報、特開平９−２８８０８４号公報等に記載されているＮＯｘセンサを使用することができる。
【００４２】
また、異常判定手段により得られた判定結果をエンジンＥＣＵ等のメモリに記録しておくことにより、車両の定期検査等の際にＯＢＤ検知が可能となり、排気浄化システムの故障及び間違った使用方法を、適切に把握することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１から３の発明によれば、排気ガス温度又は触媒温度が所定温度以上のとき、または燃料噴射量とエンジン回転速度とがそれぞれ所定値以上のとき、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき排気浄化システムの異常有無を判定するようにしたため、排気浄化システムの機械的な故障に限らず、ユリア水中のユリア濃度が不適切な場合のような異常をも精度良く検出して、乗員に警告することができる。
【００４４】
また、請求項４の発明によれば、還元剤供給手段が作動状態から非作動状態または非作動状態から作動状態に変化するとき、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき排気浄化システムの異常有無を判定するようにしたため、排気浄化システムの機械的な故障に限らず、ユリア水中のユリア濃度が不適切な場合のような異常をも更に精度良く検出して、乗員に異常を知らせることができる。
【００４５】
また、請求項５又は６の発明によれば、還元剤供給手段の作動中に作動を一定時間停止し、この停止に対応してＮＯｘ濃度が高くなった場合、または、還元剤供給手段が停止場態から作動状態に変化する際に、この変化に対応してＮＯｘ濃度が低くなった場合、排気浄化システムに異常無しと判定するようにしたため、更に精度良く排気浄化システムの異常を検出することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を示した構成図である。
【図２】ユリア水の供給動作を示したフローチャートである。
【図３】実施例１に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。
【図５】実施例３に係る排気浄化装置のコントロールユニットによる制御動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 排気浄化装置
３ ＳＣＲ触媒
９ ＮＯｘセンサ
Claims (6)
- 内燃機関の排気系に設けられアンモニアを吸着して排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムと、
前記ＮＯｘ触媒の下流側出口の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
前記ＮＯｘ触媒の上流側入口の排気ガス温度または前記ＮＯｘ触媒の触媒温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された排気ガス温度または触媒温度が所定温度以上のとき、前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定する異常判定手段とを備え、
前記所定温度は、前記ＮＯｘ触媒の第１浄化率、前記第１浄化率よりも浄化率の高い第２浄化率がそれぞれ得られる排気ガス温度又は触媒温度近傍の二つの温度値を含み、前記異常判定手段による前記第１浄化効率が得られる前記一つ目の温度値における判定の結果、異常判定が行われたときに、前記第２浄化率が得られる前記二つ目の温度値において再度異常判定を行う
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の排気系に設けられアンモニアを吸着して排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムと、前記ＮＯｘ触媒の下流側出口の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、アクセルペダルの位置を検出するアクセルセンサと、前記内燃機関のエンジン回転速度を検出する回転速度センサと、前記アクセルセンサと前記回転速度センサとにより設定された燃料噴射量とエンジン回転速度とがそれぞれ所定値以上のとき、前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記所定値は、前記ＮＯｘ触媒の所定浄化効率が得られるエンジンの運転状態となるような燃料噴射量とエンジン回転速度であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気系に設けられアンモニアを吸着して排気ガス中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒と、前記排気系のうち当該ＮＯｘ触媒よりも上流側に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記還元剤供給手段の作動を制御する制御手段とを有する排気浄化システムと、前記ＮＯｘ触媒の下流側出口の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、前記還元剤供給手段が作動状態から非作動状態、または非作動状態から作動状態に変化するとき、前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度に基づき前記排気浄化システムの異常の有無を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常判定手段は、前記内燃機関の運転状態が前記還元剤供給手段を作動すべき運転状態にあるとき、前記還元剤供給手段の作動を停止し、当該作動の停止に対応して、前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度が高くなった場合、前記排気浄化システムに異常無しと判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記異常判定手段は、前記内燃機関の運転状態が前記還元剤供給手段を停止すべき運転状態から作動すべき運転状態に変化するとき、前記還元剤供給手段の当該作動状態の変化に対応して、前記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度が低くなった場合、前記排気浄化システムに異常無しと判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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