JP5118460B2

JP5118460B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP5118460B2
Application number: JP2007318644A
Authority: JP
Inventors: 智平沼; 峰啓村田; 吾郎飯島
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: JP2009138705A

Description

本発明はエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関し、特にアンモニア選択還元型ＮＯx触媒にアンモニアを供給するための尿素水を貯留する尿素水タンクを備えた排気浄化装置に関する。

エンジンの排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯx（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯx触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯx触媒に供給することにより、ＮＯxを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
このような排気浄化装置では、アンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯx触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的である。例えば特許文献１に記載された排気浄化装置では、尿素タンク内に貯留した尿素水を尿素水インジェクタによりアンモニア選択還元型ＮＯx触媒の上流側の排気中に噴射するように構成している。

ところで、尿素水インジェクタには、尿素水を圧縮空気と共に噴射する、いわゆるエアアシスト方式と、圧縮空気を用いずに尿素水のみを噴射する、いわゆるエアレス方式とがある。後者のエアレス方式の場合、排気中への尿素水の供給量を調整するためのソレノイドバルブと、実際に尿素水が噴射されるノズルとの間の距離が長いと、ソレノイドバルブを閉じた後にソレノイドバルブとノズルとの間に残留する尿素水が固化して目詰まりを生じる可能性があるため、ソレノイドバルブとノズルとを一体化した尿素水インジェクタが用いられる。従って、ソレノイドバルブとノズルとを一体化した尿素水インジェクタにおいては、ソレノイドバルブ用の駆動ソレノイドが尿素水インジェクタに組み込まれている。

尿素水インジェクタは尿素水を排気中に噴射するために、排気の熱によって高温となる排気通路に装着されるが、駆動ソレノイドの温度が過度に上昇した場合、絶縁不良や焼き付きなどの問題が生じるおそれがある。そこで、駆動ソレノイドの温度が過剰に上昇するのを防止するため、尿素水インジェクタに供給された尿素水の一部を排気中に噴射すると共に、供給された尿素水の残部で尿素水インジェクタを冷却するようにした冷却機構付尿素水インジェクタが開発されている。このような冷却機構付尿素水インジェクタを用いた排気浄化装置においては、尿素水インジェクタの冷却に使用された尿素水が、尿素水を貯留するための尿素水タンクに戻されるようになっている。
特開２００５−３３７１１２号公報

ところが、上述した冷却機構付尿素水インジェクタを用いて、尿素水タンクから供給された尿素水を排気中に噴射するようにした場合、尿素水インジェクタの冷却に使用されて温度の上昇した尿素水が尿素水タンクに戻されるため、尿素水タンク内の尿素水の温度は徐々に上昇していくことになる。一方、尿素水の消費が進むことにより、尿素水タンク内に残留する尿素水の量が減少していく。従って、尿素水タンク内に少量の尿素水しか残っていない状態で、上述のように温度の上昇した尿素水が尿素水タンクに戻されると、尿素水タンク内の尿素水が過度に上昇する可能性がある。

特に、アンモニア選択還元型ＮＯx触媒の上流側に、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを配設している排気浄化装置の場合、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合にアンモニア選択還元型ＮＯx触媒に流入する排気の温度が６００℃前後まで上昇するため、高温の排気の熱を受けた尿素水が尿素水タンクに戻されることによって尿素水タンク内の尿素水が過度に上昇しやすくなる。

このようにして尿素水タンク内の尿素水の温度が過度に上昇すると、特許文献１の技術では、尿素水インジェクタを効果的に冷却できなくなるという問題が生じるだけでなく、尿素水タンク内の尿素水からアンモニアが生成されてタンク内圧調整機構から大気中に漏れ出してしまうという問題が生じてしまう。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、尿素水タンク内の尿素水の過度な温度上昇を防止することが可能な排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯx触媒と、尿素水を貯留する尿素水タンクと、駆動用ソレノイドが組み込まれて上記排気通路に設けられ、尿素水タンクから供給された尿素水の一部を、アンモニア選択還元型ＮＯx触媒の上流側の排気中に噴射すると共に、尿素水の残部を尿素水タンクに戻す尿素水インジェクタと、尿素水タンク内の尿素水の温度を検出する温度検出手段と、尿素水インジェクタを駆動制御する制御手段とを備え、制御手段が、温度検出手段により検出された尿素水の温度が、尿素水タンク内でのアンモニアの生成を抑制可能な温度として予め設定された補充要求温度を越えたときに、運転者に対して尿素水タンクへの尿素水の補充を要求するものである。

従って、排気浄化装置の作動中において、尿素水タンクから尿素水インジェクタに尿素水が供給され、この尿素水はアンモニア選択還元型ＮＯx触媒の上流側の排気中に噴射されて排気熱により加水分解されてアンモニアを生成し、生成されたアンモニアが還元剤としてアンモニア選択還元型ＮＯx触媒によるＮＯx還元に使用される。尿素インジェクタから噴射される尿素水は尿素タンクから供給される全量の一部であり、尿素インジェクタで消費されなかった残部の尿素水は尿素水インジェクタを冷却した後に尿素タンクに戻される。

一方、尿素水タンク内の尿素水の温度は、尿素水インジェクタを冷却後の温度上昇した尿素水が戻されることにより次第に上昇する。例えば、尿素水の温度が所定のフェイル判定温度を越えたときには、排気浄化装置のシステム異常と見なして作動停止等の対処が行われるが、それ以降は排気浄化装置によるＮＯx浄化作用が得られなくなる。
本発明においては、排気浄化装置がシステム異常に陥る以前の段階、即ち、尿素水の温度が尿素水タンク内でのアンモニアの生成を抑制可能な補充要求温度を越えたと判定した時点で、制御手段により運転者に対して尿素水の補充が要求される。従って、この尿素水の補充要求に呼応して運転者により尿素水タンクに尿素水が補充されることから、尿素水タンク内の尿素水の過度な温度上昇が未然に防止され、システム異常による排気浄化装置の作動停止に伴う不具合、例えば排ガス特性の悪化や運転者に対する走行制限等を回避可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、尿素水タンク内の尿素水の貯留量を検出する貯留量検出手段をさらに備え、制御手段が、尿素水の温度が補充要求温度を越えたときに、貯留量検出手段により検出された尿素水の貯留量と、最も温度上昇し易い運転条件において尿素水の温度を補充要求温度以下に抑制可能な貯留量として予め設定されたフェイル判定貯留量とを比較し、検出された貯留量がフェイル判定貯留量以下のときに運転者に対して尿素水タンクへの尿素水の補充を要求し、検出された貯留量がフェイル判定貯留量を越えているときにはシステム異常の判定を下すものである。

尿素水タンク内の尿素水の温度上昇状況は、エンジン負荷に応じた尿素水インジェクタでの尿素水の受熱量、或いは外気温等の影響を受け、例えば、エンジン負荷増大に伴って尿素水インジェクタでの尿素水の受熱量が増加したり、外気温が上昇したりした場合には、尿素タンク内の尿素水が温度上昇し易く、逆の場合には、尿素水が温度上昇し難い。このような一般的な温度上昇要因を考慮して、最も温度上昇し易い運転条件でも尿素水タンク内の尿素水が補充要求温度以下に抑制される貯留量としてフェイル判定貯留量が設定されている。

従って、尿素水の温度が上記補充要求温度を越えたときに、検出された尿素水の貯留量がフェイル判定貯留量以下であれば、尿素水の温度上昇が尿素水の不足に起因するものと推測でき、尿素水の補充要求に呼応して運転者が尿素水を補充することにより、尿素水タンク内の尿素水の過度な温度上昇が未然に防止される。
一方、尿素水の温度が上記補充要求温度を越えたときに、検出された尿素水の貯留量がフェイル判定貯留量を越えていれば、尿素水の温度上昇が尿素水タンクでの尿素水の不足以外の要因、即ち、排気浄化装置のシステム異常に起因するものと推測できる。よって、請求項１において述べた尿素水温度がフェイル判定温度を越えて排気浄化装置が作動停止される以前の段階でシステム異常の判定が下され、より早期に運転者へのシステム異常の警告や排気浄化装置の作動停止等の対処が行われる。

請求項３の発明は、請求項１において、記補充要求温度を６０〜７０℃の間の温度に設定したものである。
従って、尿素水タンク内の尿素水は常に６０〜７０℃の間に設定された温度以下に抑制されて、アンモニアの生成が防止される。

以上説明したように請求項１の発明の排気浄化装置によれば、尿素水の温度が尿素水タンク内でのアンモニアの生成を抑制可能な補充要求温度を越えたと判定した時点で運転者に対して尿素水の補充を要求するため、この補充要求に呼応して運転者により尿素水が補充されることにより尿素水タンク内の尿素水の過度な温度上昇を未然に防止でき、もって過度な温度上昇により排気浄化装置が作動停止したときの種々の不具合を回避することができる。

請求項２の発明の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、尿素水の温度が補充要求温度を越え、且つ、検出された尿素水の貯留量がフェイル判定貯留量を越えているときにシステム異常の判定を下すことから、より早期にシステム異常への対処を行うことができる。
請求項３の発明の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、尿素水タンク内の尿素水を常に６０〜７０℃の間に設定された温度以下に抑制でき、もってアンモニアの生成を確実に防止することができる。

［第１実施形態］
以下、図面に基づき本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。

エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気絞り弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０（排気管）に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。

排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３０（排気通路）と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された下流側ケーシング３４（排気通路）とで構成されている。上流側ケーシング３０内には、前段酸化触媒３６が収容されると共に、この前段酸化触媒３６の下流側にはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３８が収容されている。ＤＰＦ３８は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。また前段酸化触媒３６は、排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ_２（二酸化窒素）を生成するので、このように前段酸化触媒３６とＤＰＦ３８とを配置することにより、ＤＰＦ３８に捕集されて堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒３６から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、ＤＰＦ３８の連続再生が行われるようになっている。

一方、下流側ケーシング３４内には、アンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯx（窒素酸化物）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯx触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４０が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４０の下流側にはＳＣＲ触媒４０から流出したアンモニアを除去するための後段酸化触媒４２が収容されている。この後段酸化触媒４２は、ＤＰＦ３８の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ_２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。

また、連通路３２には、連通路３２内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ４４が設けられている。この尿素水インジェクタ４４は、バルブ機構（図示せず）の開閉によって尿素水の噴射を行うものであり、このバルブ機構の開閉を行うための駆動用ソレノイド（図示せず）が組み込まれている。尿素水インジェクタ４４は、供給された尿素水の一部をバルブ機構の開閉によって排気中に噴射すると共に残部を冷却に用い、尿素水インジェクタ４４の駆動用ソレノイドなどの温度が排気の熱を受けて過剰に上昇しないようにしている。なお、このような尿素水インジェクタ４４は既に知られており、ここではその詳細な構成についての説明は省略する。

尿素水インジェクタ４４は、尿素水供給パイプ４６及び尿素水供給ポンプ５２を介して尿素水タンク５０の底面に接続され、尿素水タンク５０内に貯留された尿素水が尿素水供給ポンプ５２により尿素水インジェクタ４４を介して尿素水インジェクタ４４に所定圧力で供給される。また、尿素水タンク５０の側壁上部は尿素水リターンパイプ４８を介して尿素水インジェクタ４４に接続され、尿素水インジェクタ４４から噴射されずに冷却に使用された尿素水が尿素水リターンパイプ４８を介して尿素水タンク５０内に流入する。

尿素水インジェクタ４４から噴射された霧状の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯxとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯxを浄化して無害なＮ_２とする。なお、このとき、アンモニアがＮＯxと反応せずにＳＣＲ触媒４０から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４２によって除去されるようになっている。

尿素水タンク５０内には上面より尿素水レベルセンサ６８が挿入配置され、尿素水レベルセンサ６８の下端は尿素水タンク５０の底面近傍に位置している。尿素水レベルセンサ６８は尿素水タンク５０内の尿素水の液面レベルＨを検出するように構成され、具体的には、液面レベルＨに応じた静電容量の変化を利用した静電容量式、或いはフロートの沈降を利用したフロート式等の原理を利用したレベルセンサ等が用いられている。尿素水タンク５０は上下方向の各部位の閉断面積が略等しい形状をなしていることから、尿素水レベルセンサ６８により検出される液面レベルＨは、尿素水タンク５０内の尿素水の貯留量と相関すると見なすことができる。

尿素水レベルセンサ６８の下端近傍には尿素水温度センサ７０が装着され、この尿素水温度センサ７０は尿素水タンク５０内に貯留された尿素水の温度Ｔを検出するようになっている。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）７２が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、エンジン１の各気筒のインジェクタ４、吸気絞り弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６、尿素水インジェクタ４４、尿素水供給ポンプ５２等のデバイス類が接続され、ＥＣＵ７２の出力側には、尿素水レベルセンサ６８、尿素水温度センサ７０、運転席に設けられた尿素水の補充要求のための補充要求警告灯７４、同じく運転席に設けられた排気浄化装置のシステム異常を警告するための異常警告灯７６等のセンサ類が接続されている。

例えば、ＥＣＵ７２は、機関回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態に基づき、インジェクタ４の噴射量、噴射圧、噴射時期を制御してエンジン１を運転する。また、ＥＣＵ７２は、尿素水インジェクタ４４の近傍に配設された図示しない温度センサにより検出される排ガス温度に基づき、尿素水インジェクタ４４からの尿素水の噴射状態を制御し、これによりＳＣＲ触媒４０に浄化作用を発揮させる。また、ＥＣＵ７２は、尿素水レベルセンサ６８により検出された液面レベルＨを常時監視し、液面レベルＨが予め設定された所定値未満まで低下して、尿素水タンク５０内の尿素水が残り少なくなったと推測されるときには、補充要求ランプ７４を点灯させて運転者に尿素水の補充を促す。

一方、尿素水インジェクタ４４の冷却に用いられた尿素水は、尿素水インジェクタ４４から奪った熱によって温度が上昇しており、この尿素水が尿素水タンク５０に戻されることにより、尿素水タンク５０内の尿素水の温度も徐々に上昇していく。特に、ＤＰＦ３８に堆積したパティキュレートを除去するためにＤＰＦ３８の強制再生を行う際には、ＤＰＦ３８から流出してＳＣＲ触媒４０に流入する排気の温度が６００℃前後まで上昇するため、尿素水タンク５０内の尿素水の温度も、ＤＰＦ３８の強制再生が行われない場合に比べ、大きく上昇する。

尿素水タンク５０内の尿素水の温度が過度に上昇すると、尿素水インジェクタ４４を効果的に冷却できなくなるだけでなく、尿素水からアンモニアが生成され易くなって尿素水タンク５０の外に漏れ出す虞がある。そこで本実施形態では、尿素水タンク５０内の尿素水がアンモニアを生成し始める以前の段階で運転者に尿素水の補充を促す対策を講じており、以下、この対策のためのＥＣＵ７２の処理ついて説明する。

ＥＣＵ７２はエンジン１の運転中に図２に示す尿素水温度監視ルーチンを所定の制御インターバルで実行している。
まず、ステップＳ２で尿素水温度センサ７０により検出された尿素水の温度Ｔが予め設定されたフェイル判定温度Ｔfを越えているか否かを判定し、判定がＮo（否定）のときにはステップＳ４に移行する。ステップＳ４では尿素水温度センサ７０により検出された尿素水の温度Ｔが予め設定された補充要求温度Ｔ0を越えているか否かを判定し、判定がＮoのときには一旦ルーチンを終了する。

フェイル判定温度Ｔ0は、尿素水タンク５０内での尿素水からのアンモニアの生成等により、排気浄化装置の正常な作動を継続不能なときの尿素水温度として設定された閾値である。このフェイル判定温度Ｔfに対して、補充要求温度Ｔ0はより低温域に設定された閾値であり、具体的には、尿素水タンク５０内で尿素水が温度上昇に伴ってアンモニアを生成し始める温度より若干低温側に設定されている。このような趣旨を鑑みて、例えば補充要求温度Ｔ0は６０〜７０℃の間の温度に設定される。

ここで、エンジン１の高負荷運転の継続等により尿素水タンク５０内の尿素水の温度が低温域から次第に上昇した状況を想定して説明を続ける。図３はこのときの尿素水の温度Ｔの変化状況と各閾値Ｔf,Ｔ0との関係を示すタイムチャートである。尿素水タンク５０内の尿素水の温度Ｔは、尿素水インジェクタ４４を冷却後の温度上昇した尿素水が戻されることにより次第に上昇し、まず補充要求温度Ｔ0を越える。このときの尿素水の温度上昇の要因としては、エンジン負荷の増大の他に外気温の上昇等も考えられるが、何れの要因にしても、尿素水タンク５０内に十分な量の尿素水が貯留されているときには補充要求温度Ｔ0を越えることはなく、尿素水インジェクタ４４からの噴射により尿素水タンク５０内の尿素水がかなり減少したことと重なって発生するものである。尿素水の温度上昇を受けて、ＥＣＵ７２はステップＳ４でＹes（肯定）の判定を下してステップＳ６に移行し、このステップＳ６で補充要求ランプ７４を点灯させた後にルーチンを終了する。

従って、補充要求ランプ７４の点灯に基づき運転者は尿素水の補充の必要性を認識し、その後、自車の走行ルート上の尿素水ステーションに立ち寄ったとき等に、尿素水タンク５０に尿素水を補充する。尿素水ステーション等では常温の尿素水が供給されるため、図３に示すように、この尿素水の補充により尿素水タンク５０内の尿素水の温度Ｔは急激に低下する。

一方、このように尿素水の温度Ｔが補充要求温度Ｔ0を越えても、運転者により適切な尿素水の補充が実行されれば、尿素水の温度Ｔがさらに上昇してフェイル判定温度Ｔ0を越えることはない。しかしながら、運転者が補充要求ランプ７４を見逃したり、或いは適切な尿素水ステーションが見つからずに尿素水を補充できなかったりした場合には、尿素水の温度Ｔがさらに上昇してフェイル判定温度Ｔ0を越えてしまうことも起こり得る。このような状況では、ＥＣＵ７２はステップＳ２でＹesの判定を下し、ステップＳ８に移行して尿素水インジェクタ４４の噴射を停止し、続くステップＳ１０で異常警告ランプ７６を点灯させた後、ルーチンを終了する。異常警告ランプ７６の点灯に基づき運転者は排気浄化装置のシステム異常を認識し、例えば走行中には比較的ＮＯx排出量が少ないエンジン運転域を保つような走行を心がけると共に、可能な限り早期に整備工場に車両を持込む。

以上のように本実施形態の排気浄化装置では、尿素水タンク５０内に貯留された尿素水の温度Ｔが補充要求温度Ｔ0を越えた時点で補充要求ランプ７４の点灯により運転者に尿素水の補充を促すようにしたため、尿素水の温度Ｔがさらに上昇したときのステップＳ８の処理に基づく排気浄化装置の作動停止を未然に防止できる。よって、排気浄化装置の作動停止に伴う不具合、例えば排ガス特性の悪化や上記した運転者に対する車両の走行制限等を未然に回避することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は上記第１実施形態に対してＥＣＵ７２の処理内容を変更したものであり、その他の図１に示す全体構成等は共通している。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。

本実施形態は、尿素水タンク５０内の尿素水の減少以外の要因により、尿素水の温度上昇が生じた場合を想定した対策を講じたものである。このような状況は、排気浄化装置に何らかの異常が生じた場合に発生する。例えば尿素水タンク５０内には、尿素水の凍結防止のために内部にエンジン冷却水を循環させるヒータが内蔵されているが、冷却水の循環を制御するバルブが開固着してヒータ内で高温の冷却水が循環し続けたときには、たとえ尿素水タンク５０内に十分な量の尿素水が貯留されていても、ヒータの加熱により尿素水の温度Ｔは補充要求温度Ｔ0を越えてしまう可能性がある。

ＥＣＵ７２は、図４に示す尿素水温度監視ルーチンを所定の制御インターバルで実行している。尿素水の温度Ｔが補充要求温度Ｔ0を越えてステップＳ４の判定がＹesになると、ステップＳ１２に移行して尿素水レベルセンサ６８により検出された液面レベルＨが予め設定されたフェイル判定貯留量Ｈ0を越えているか否かを判定する。フェイル判定貯留量Ｈ0は、最も温度上昇し易い運転条件において尿素水タンク５０内の尿素水の温度Ｔを補充要求温度Ｔ0以下に抑制可能な貯留量として設定された閾値である。

図５は、尿素水タンク５０内の尿素水の液面レベルＨ（上記のように貯留量と相関する）と尿素水の温度Ｔとの関係を示す特性図である。通常時に発生し得る液面レベルＨと温度Ｔとの関係は図中にハッチングで囲った領域内で成立し、全体として液面レベルＨが高いほど温度Ｔが低温側に抑制される傾向を示している。この特性にエンジン負荷や外気温等の影響を加味することによりハッチング領域の幅が形成されており、ハッチング領域内の右方ほど、エンジン負荷の増大や外気温の上昇等により尿素水が温度上昇し易い運転条件と見なすことができる。

また、エンジン負荷や外気温等以外の要因が重なったときには、図中に破線で示すように、液面レベルＨと温度Ｔとの関係がハッチング領域よりも高レベル・高温側で成立する。上記フェイル判定貯留量Ｈ0は、補充要求温度Ｔに対応する液面レベルＨにおいてハッチング領域内の最も高レベル側の位置に設定されており、このフェイル判定貯留量Ｈ0以上の液面Ｈを維持すれば、エンジン負荷や外気温が共に最も高い場合（最も温度上昇し易い運転条件）を含む全ての運転条件において、尿素水の温度Ｔを補充要求温度Ｔ0以下に保持できることを意味する。なお、フェイル判定貯留量Ｈ0はハッチング領域内の境界線に一致させることなく、それよりも若干高レベル側に設定してもよい。

ＥＣＵ７２はステップＳ１２の判定がＮoのときには、ステップＳ６に移行して補充要求ランプ７４を点灯させる。図６は尿素水の温度Ｔ及び液面レベルＨの変化状況と各閾値Ｔf,Ｔ0,Ｈ0との関係を示すタイムチャートであり、一点鎖線で示すように、このときの液面レベルＨはフェイル判定値Ｈ0以下であり、尿素水の温度上昇が尿素水タンク５０内の尿素水の不足に起因するものと推測できる。よって、補充要求ランプ７４の点灯に呼応して運転者が尿素水を補充することにより、尿素水タンク５０内の尿素水の過度な温度上昇を未然に防止することができる。

ステップＳ１２の判定がＹesのときにはシステム異常の判定を下し、ステップＳ１０に移行して異常警告ランプ７６を点灯させる。図６に実線で示すように、このときの液面レベルＨはフェイル判定値Ｈ0を越えていることから尿素水タンク５０内の尿素は十分に貯留されていると見なすことができる。よって、尿素水の温度上昇が尿素水の不足以外の要因にあり、上記した凍結防止用ヒータのバルブの開固着が要因として推測される。そして、尿素水の温度上昇の要因が排気浄化装置のシステム異常にあることから、尿素水の補充では温度上昇を抑制できず、結果としてステップＳ２でのフェイル判定温度Ｔ0に基づく判定と同じく、運転者への警告を行っているのである。

運転者は異常警告ランプ７６の点灯により排気浄化装置のシステム異常を認識し、車両を整備工場に持ち込む。また、このような対処が行われなかったときには、尿素水の温度Ｔがさらに上昇してフェイル判定温度Ｔ0を越えた時点で、ステップＳ８，１０の処理により排気浄化装置が作動停止されると共に、再度運転者への警告が実行される。
以上のように本実施形態の排気浄化装置では、尿素水の温度Ｔが補充要求温度Ｔ0を越え、且つ尿素水の液面レベルＨがフェイル判定貯留量Ｈ0を越えているときには、排気浄化装置のシステム異常の判定を下して運転者への警告を行っている。このようなシステム異常が発生すると、たとえ尿素水を補充したとしても尿素水の温度上昇は解消できず、何れかの時点でフェイル判定温度Ｔ0に基づき同様の判断が下されるのであるが、本実施形態では、より早期の時点でシステム異常の判定が下されて運転者への警告が行われる。そして、この時点では排気浄化装置の作動を停止させていないことからＳＣＲ触媒４０によるＮＯx浄化機能が支障なく発揮されており、良好な排ガス特性を維持したまま整備工場まで車両を走行させることができる。

なお、ステップＳ１２の判定がＹesになったときに、直ちにステップＳ８，１０の処理を実行して排気浄化装置の作動停止と運転者への警告とを行ってもよい。システム異常を抱えている限り、何れかの時点で排気浄化装置を作動停止させる必要が生じ、一方、たとえ尿素水の温度Ｔがフェイル判定温度Ｔ0を越えていなくても、温度上昇に起因する尿素水インジェクタ４４の冷却不足や尿素水の適正範囲を越えた濃縮等は避けられない。よって、早期に排気浄化装置の作動を停止させることで、これらの好ましくない現象を未然に防止することができる。

以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、尿素水インジェクタ４４により尿素水のみを排気中に噴射するようにしたが、圧縮空気と共に尿素水を排気中に噴射するようにした尿素水インジェクタを用いる場合であっても、駆動用ソレノイドが尿素水インジェクタに組み込まれたタイプの尿素水インジェクタを用い、尿素水で尿素水インジェクタの冷却を行うようにする場合には、同様に本願発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、上流側ケーシング３０内に前段酸化触媒３６とＤＰＦ３８を収容すると共に、下流側ケーシング３４内にＳＣＲ触媒４０と後段酸化触媒４２を収容して排気後処理装置２８を構成するようにしたが、排気後処理装置２８の構成はこれに限定されるものではない。即ち、排気後処理装置２８としては、ＳＣＲ触媒４０と、このＳＣＲ触媒４０の上流側に設けられた尿素水インジェクタ４４とを備えていればよい。

更に、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数及び形式は、これに限定されるものではない。

本発明の排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジンの全体構成図である。第１実施形態のＥＣＵが実行する尿素水温度監視ルーチンを示すフローチャートである。第１実施形態における尿素水の温度の変化状況と各閾値との関係を示すタイムチャートである。第２実施形態のＥＣＵが実行する尿素水温度監視ルーチンを示すフローチャートである。尿素水タンク内の尿素水の液面レベルと尿素水の温度との関係を示す特性図である。第２実施形態における尿素水の温度及び液面レベルの変化状況と各閾値との関係を示すタイムチャートである。

符号の説明

１エンジン
３０上流側ケーシング（排気通路）
３４下流側ケーシング（排気通路）
４０ＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元型ＮＯx触媒）
４４尿素水インジェクタ
５０尿素水タンク
６８尿素水レベルセンサ（貯留量検出手段）
７０尿素水温度センサ（温度検出手段）
７２ＥＣＵ（制御手段）

Claims

エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯx触媒と、
尿素水を貯留する尿素水タンクと、
駆動用ソレノイドが組み込まれて上記排気通路に設けられ、上記尿素水タンクから供給された尿素水の一部を、上記アンモニア選択還元型ＮＯx触媒の上流側の排気中に噴射すると共に、上記尿素水の残部を上記尿素水タンクに戻す尿素水インジェクタと、
上記尿素水タンク内の尿素水の温度を検出する温度検出手段と、
上記尿素水インジェクタを駆動制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された尿素水の温度が、上記尿素水タンク内でのアンモニアの生成を抑制可能な温度として予め設定された補充要求温度を越えたときに、運転者に対して上記尿素水タンクへの尿素水の補充を要求することを特徴とする排気浄化装置。
上記尿素水タンク内の尿素水の貯留量を検出する貯留量検出手段をさらに備え、
上記制御手段は、上記尿素水の温度が上記補充要求温度を越えたときに、上記貯留量検出手段により検出された尿素水の貯留量と、最も温度上昇し易い運転条件において尿素水の温度を上記補充要求温度以下に抑制可能な貯留量として予め設定されたフェイル判定貯留量とを比較し、検出された貯留量が上記フェイル判定貯留量以下のときに運転者に対して上記尿素水タンクへの尿素水の補充を要求し、検出された貯留量が上記フェイル判定貯留量を越えているときにはシステム異常の判定を下すことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
上記補充要求温度は６０〜７０℃の間の温度に設定されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。