JP4725744B2

JP4725744B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP4725744B2
Application number: JP2007087854A
Authority: JP
Inventors: 英樹松永
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008248712A

Description

本発明は、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）において、還元剤タンクに異種液体が入れられた場合にこれを判別する技術に関する。

エンジン排気系に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する排気浄化装置が提案されている。このような排気浄化装置において、発熱体の温度上昇特性から液体還元剤又はその前駆体の濃度を測定する濃度センサを利用することにより、液体還元剤又はその前駆体を溜めておく還元剤タンクに異種の液体が入れられていることを判別する技術が、特開２００６−３４２７８２号公報（特許文献１）に記載されている。
特開２００６−３４２７８２号公報

上記特許文献１に開示された濃度センサを利用する異種判別の技術では、誤って還元剤タンクに軽油等が給油された場合、還元剤タンク内に残っている液体還元剤又はその前駆体を消費しきるまで異種判別できないという改善点がある。軽油を誤給油した場合、その比重の違いにより、還元剤タンク内で液体還元剤又はその前駆体と軽油とは、軽油を上層として上下に二層化してしまう。そして、濃度センサは還元剤タンクの底の方に配置されるため、下層の液体還元剤又はその前駆体が消費されて軽油が濃度センサのレベルまで下がらない限り、異種判別ができない。

そこで、本発明はこのような技術背景に鑑み、還元剤タンクに軽油等、異種液体の誤入があった場合、即座に異種判別できるような排気浄化装置を提案することを目的とする。

この目的のため、請求項１記載の発明では、排気浄化装置は、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、前記還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体を使用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記還元剤タンク内に互いに平行に垂下した二つの電極間の静電容量から前記還元剤タンク内液体の水位を測定する静電容量式水位測定手段と、前記還元剤タンク内の液体に浮かぶフロートを利用して前記還元剤タンク内液体の水位を測定するフロート式水位測定手段と、前記静電容量式水位測定手段により測定された第１の水位と前記フロート式水位測定手段により測定された第２の水位との差に基づいて、前記還元剤タンク内液体の異種判別を行う異種判別手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記異種判別手段は、前記第２の水位から前記第１の水位を引いた差値が第１の閾値を超える場合に、前記還元剤タンク内液体を異種液体と判別することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記異種判別手段が異種液体であると判別したときに、異種液体が前記還元剤タンクに入れられたことを報知する第１の報知手段をさらに含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明では、前記第１の水位から前記第２の水位を引いた差値が第２の閾値を超える場合に、前記還元剤タンクにおいて異常が発生していると判断する異常判断手段をさらに含むことを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記異常判断手段が異常発生を判断したときに、前記還元剤タンクに異常が発生していることを報知する第２の報知手段をさらに含むことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、測定方式の異なる２種類の水位測定手段を利用し、その水位測定値の違いを基にして異種判別を行うようにしている。すなわち、一方の静電容量式水位測定手段は、液体還元剤又はその前駆体以外の異種液体に関しては水位測定に適合しない方式であり、他方のフロート式水位測定手段は、各種液体に浮くフロートにより水位を測定可能な方式であるので、両者の測定値に差が生じたときには、液体還元剤又はその前駆体ではない、異種液体が入れられていると判別することができる。したがって、軽油など、液体還元剤又はその前駆体と混ざらずに二層化してしまうような異種液体が入れられた場合でも、即座にこれを判別することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、フロート式水位測定手段による第２の水位から静電容量式水位測定手段による第１の水位を引いた差値が、測定誤差範囲を除くための第１の閾値を超える条件のときに、異種液体であると判別するようにしている。すなわち、フロート式水位測定手段は各種液体に浮くフロートにより水位測定できる一方、静電容量式水位測定手段は異種液体の水位測定に適合していないので、フロート式水位測定手段の測定値が増加しているにも関わらず静電容量式水位測定手段の測定値が変わらないとき、つまり、第２の水位から第１の水位を引いた差値が誤差範囲を超えて大きくなるときには、異種液体が還元剤タンクに入れられていると、精度良く判別することができる。

請求項３記載の発明によれば、異種液体が入れられていることを報知する第１の報知手段を設けることにより、液補充作業中でも即座にユーザへ異種液体の誤入を知らせることが可能となり、異種液体の誤補充を防いで排気浄化装置の機能を維持させることができる。
請求項４記載の発明によれば、異種判別の条件とは逆に、静電容量式水位測定手段による第１の水位からフロート式水位測定手段による第２の水位を引いた差値が、測定誤差範囲を除くための第２の閾値を超える条件となったときには、当該条件は、両水位測定手段が正常に機能していれば起こり得ない条件なので、当該条件を判断する異常判断手段を設けることにより、還元剤タンクにおいて、いずれかの水位測定手段の故障など、何らかの異常が発生していると判断することができる。

請求項５記載の発明によれば、還元剤タンクにおいて異常が発生していることを報知する第２の報知手段を設けることにより、ユーザに対して整備や修理を促すことができ、排気浄化装置の機能を維持させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、エンジン排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアを使用してＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、がそれぞれ配設される。一方、還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、尿素水溶液を吸い込んで圧送するポンプモジュール２６及びその噴射流量を制御する添加モジュール２８を経由して、噴射ノズル１８に供給される。

かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気及び排気中の水蒸気を利用して加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応し、水（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）へと転化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ_２へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ_２との比率が還元反応に適したものに改善される。一方、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが防止される。

還元剤タンク２４には、尿素水溶液の水位（液面レベル）を測定すべく、水位測定手段として機能するセンサ３０が取り付けられる。センサ３０は、回路基盤を内蔵した基部３０Ａが還元剤タンク２４の天壁に固定され、該基部３０Ａから還元剤タンク２４の底壁へと電極部３０Ｂが垂下される。そして、この電極部３０Ｂを中心孔に通し、液体に浮かんで上下するドーナツ形のフロート３０Ｃが設けられている。

電極部３０Ｂは、横断面円形の内側電極と外側電極とを同心に、つまり互いに平行に配置した構成をなし、該両電極間の静電容量から水位を測定する静電容量式水位測定手段として機能する。また、フロート３０Ｃは、磁石が埋め込まれており、電極部３０Ｂの長手方向に沿って配設された多数のリードスイッチがフロート３０Ｃの上下で反応する構成とされ、フロート３０Ｃの位置から水位を測定するフロート式水位測定手段として機能する。なお、本実施形態では静電容量式水位測定手段とフロート式水位測定手段とを一体として構成したセンサ３０を例示しているが、両方式の水位測定手段は、別体としてあってもよい。

これら電極部３０Ｂ及びフロート３０Ｃによる２種類の水位測定には、図２に示すような特性の違いがある。すなわち、電極部３０Ｂによる静電容量式水位測定では、たとえば異種液体として軽油が還元剤タンク２４に入れられた場合、軽油の静電容量が空気と同等の値を示すため、水位上昇を測定することができない。したがって、タンク内に残っている尿素水溶液の上に軽油が継ぎ足されても、水位上昇を示すことがない（実線）。一方、フロート３０Ｃによるフロート式水位測定では、タンク内の液体に浮かぶフロート３０Ｃの位置により測定するため、軽油が継ぎ足されれば、これに応じて水位上昇が測定される（点線）。このような両者の特性差を利用すれば、液体の種類に応じて特性が変化する電極部３０Ｂの測定値と、ほとんど特性に変化がないフロート３０Ｃの測定値と、の差に基づいて、異種液体の誤入を判別することができる。以下、軽油の誤給油を代表例として説明する。

センサ３０の基部から出力される静電容量式及びフロート式の各水位信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２に入力される。また、コントロールユニット３２には、エンジン１０の各種制御を行うエンジンコントロールユニット３４から、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、イグニッションスイッチ信号などが入力される。そして、コントロールユニット３２では、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、図３に示すように、異種判別及び異常判断部３２Ａが具現化される。なお、この制御プログラムは、コントロールユニット３２に限らず、エンジンコントロールユニット３４などの既設のコントロールユニットで実行するようにしてもよい。

異種判別及び異常判断部３２Ａは、異種判別手段及び異常判断手段として機能し、たとえばエンジン始動後所定時間ごとに、センサ３０による水位信号に基づいて軽油の誤給油か否かを判別すると共に異常発生を判断し、その判別及び判断結果に応じて報知信号又はクリア信号を出力する。報知信号又はクリア信号は、第１の報知手段である誤給油報知手段３６又は第２の報知手段である異常報知手段３８へ入力され、ユーザに報知が行われる。

誤給油報知手段３６は、たとえば警告ランプ及びブザーを備えた構成とされ、誤給油報知信号に応じて警告ランプを点灯させると共にブザーを鳴らしてユーザに誤給油を報知する。ブザーを鳴らすことで、たとえばガソリンスタンド等で還元剤タンク２４に間違って軽油が入れられたときに、即座にユーザに誤給油を知らせることができる。これにより、軽油の誤給油を防いで排気浄化装置の機能を維持させることができる。

異常報知手段３８は、たとえば警告ランプを備えた構成とされ、異常報知信号に応じて警告ランプを点灯させ、ユーザに異常発生を報知する。これにより、ユーザは、還元剤タンク２４において、何らかの異常が発生していることを認知することができる。
次に、異種判別及び異常判断に係る機能について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。

異種判別及び異常判断部３２Ａは、ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）でセンサ３０から静電容量式水位信号及びフロート式水位信号を読み込む。継いでステップ２へ進み、フロート式水位信号による水位Ｌｓから静電容量式水位信号による水位Ｌｃを引き算し、その差値が第１の閾値を超えているか否かを判定する。この第１の閾値は、センサ３０の測定値に生じ得る誤差範囲を異種判別から除外するための値である。

当該判定の結果、差値が第１の閾値を超えていれば、ステップ３へ進んで、還元剤タンク２４に軽油が入れられたものと判別し、該異種判別に従ってステップ４で、誤給油報知信号を出力して誤給油報知手段３６を作動させ、誤給油を報知する。
一方、ステップ２で差値が第１の閾値以下であれば、ステップ５へ進んで、今度は水位Ｌｃから水位Ｌｓを引き算し、その差値が第２の閾値を超えているか否か判定する。この第２の閾値は、センサ３０の測定値に生じ得る誤差範囲を異常判断から除外するための値である。

当該判定の結果、差値が第２の閾値を超えていれば、ステップ６へ進んで、ブリーザ詰まり等によるタンク内圧力上昇やセンサ３０の故障など、還元剤タンク２４において何らかの異常が発生していると判断し、該異常判断に従ってステップ７で、異常報知信号を出力して異常報知手段３８を作動させ、異常発生を報知する。
一方、ステップ５で差値が第２の閾値以下であれば、ステップ８へ進んで、尿素水溶液が還元剤タンク２４に入れられているものとする正常判別を行って、リターンする。正常判別した場合は、両報知手段３６，３８へクリア信号を出力して報知を停止させる。

本発明に係る排気浄化装置の一例を示す全体構成図。静電容量式水位測定手段とフロート式水位測定手段との特性の違いを説明するグラフ。異種判別及び異常判断を行うための機能のブロック図。異種判別及び異常判断処理を示すフローチャート。

符号の説明

１０エンジン
２０ＮＯｘ還元触媒
２４還元剤タンク
３０センサ
３０Ｂ電極部（静電容量式水位測定手段）
３０Ｃフロート（フロート式水位測定手段）
３２コントロールユニット
３２Ａ異種判別及び異常判断部

Claims

液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、
前記還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体を使用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元剤タンク内に互いに平行に垂下した二つの電極間の静電容量から前記還元剤タンク内液体の水位を測定する静電容量式水位測定手段と、
前記還元剤タンク内の液体に浮かぶフロートを利用して前記還元剤タンク内液体の水位を測定するフロート式水位測定手段と、
前記静電容量式水位測定手段により測定された第１の水位と前記フロート式水位測定手段により測定された第２の水位との差に基づいて、前記還元剤タンク内液体の異種判別を行う異種判別手段と、
を含んで構成されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
前記異種判別手段は、前記第２の水位から前記第１の水位を引いた差値が第１の閾値を超える場合に、前記還元剤タンク内液体を異種液体と判別することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
前記異種判別手段が異種液体であると判別したときに、異種液体が前記還元剤タンクに入れられたことを報知する第１の報知手段をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
前記第１の水位から前記第２の水位を引いた差値が第２の閾値を超える場合に、前記還元剤タンクにおいて異常が発生していると判断する異常判断手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記異常判断手段が異常発生を判断したときに、前記還元剤タンクに異常が発生していることを報知する第２の報知手段をさらに含むことを特徴とする請求項４記載のエンジンの排気浄化装置。