JP5146547B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ触媒が知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを連続的に還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒が公知である。還元剤としては尿素水又はアンモニアが知られている。通常は、所定の割合で水に混合した尿素水を触媒上流側の排気ガス中に噴射供給し、この尿素水溶液に含まれる尿素を排気ガス等の熱により加水分解してアンモニアを発生させる。そして、このアンモニアのＮＯｘ触媒上でＮＯｘから酸素を取り除き窒素に戻す還元作用より、排気ガス中のＮＯｘが浄化される。
特許文献１は、高く安定したＮＯｘ浄化率を維持するために、選択還元型ＮＯｘ触媒へ添加する尿素水あるいはアンモニアの量を調整する技術を開示している。具体的には、特許文献１は、選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側と下流側とにＮＯｘセンサをそれぞれ設け、これらのＮＯｘセンサの出力に基づいて、実際のＮＯｘ浄化率を算出し、この実際の浄化率と目標浄化率との比較に基づいて、還元剤の添加量を調整する。
特開２００３−２９３７４３号公報
ところで、今後の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス規制に適合する排気浄化装置により浄化された排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、例えば、数ｐｐｍ程度と、非常に低くなると予想される。一方、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの測定誤差は、現状では、プラスマイナス１０ｐｐｍ程度である。このため、ＮＯｘセンサの出力における測定誤差の占める割合が大きいと、上記した選択還元触媒への還元剤の添加量の調整を適切に実行できない可能性がある。
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの測定誤差の影響を抑制しつつ、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を最適に維持できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスに含まれる窒素酸化物を選択的に還元する選択還元触媒と、前記選択還元触媒に還元剤として尿素水又はアンモニアを添加する還元剤添加手段と、前記排気通路の前記選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元剤添加手段の添加量を調整する添加量調整手段とを有し、前記添加量調整手段は、内燃機関において発生するＮＯｘ量が通常運転時よりも増加する条件下において実行され、内燃機関において発生するＮＯｘ量が所定量よりも少ない場合には、実行が禁止され、かつ実行が禁止された時間が所定時間を超える毎に、実行されることを特徴とする。
上記構成において、内燃機関において発生するＮＯｘ量が増加する条件には、内燃機関において発生するＮＯｘ量を増加させることが含まれる構成を採用できる。
上記構成において、前記添加量調整手段は、内燃機関において発生するＮＯｘ量が所定量よりも多い場合に、実行が許可される、構成を採用できる。
上記構成において、好適には、前記添加量調整手段が実行される際に、内燃機関において発生するＮＯｘ量を一時的に増加させる構成を採用できる。
上記構成において、前記ＮＯｘ量が増加する条件には、測定誤差を含む前記ＮＯｘセンサの出力から得られるＮＯｘ濃度が、前記選択還元触媒へ添加されるアンモニア添加量の過不足を判別可能なＮＯｘ濃度となる条件が含まれる、構成を採用できる。
上記構成において、内燃機関の発生するＮＯｘ量が増加する条件を判断するためのＮＯｘ量は、前記ＮＯｘセンサの検出するＮＯｘ濃度と、当該ＮＯｘ濃度において前記ＮＯｘセンサの出力が有する測定誤差との相対的な割合に基づいて規定される、構成を採用できる。
本発明によれば、ＮＯｘ濃度が比較的高い、すなわち、ＮＯｘセンサの測定誤差の割合が小さい範囲において還元剤の添加量を調整するので、ＮＯｘセンサの測定誤差の影響を抑制しつつ、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を最適に維持できる。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図である。 図２は、選択還元触媒コンバータの出口付近のＮＯｘ濃度が相対的に高い場合のアンモニア添加量とＮＯｘセンサの出力との関係の一例を示す図である。 図３は、選択還元触媒コンバータの出口付近のＮＯｘ濃度が相対的に低い場合のアンモニア添加量とＮＯｘセンサの出力との関係の一例を示す図である。 図４は、ＥＣＵによる尿素水添加量調整処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。
内燃機関１は、例えば、ディーゼルエンジンであり、この内燃機関１は、各気筒からの排気ガスＥＧを外部へ排出するための排気通路１０、各気筒へ吸気を導入するための吸気通路２０、排気ガスＥＧの一部を吸気通路２０へ環流させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３０、及び、このＥＧＲ通路３０をバイパスするためのバイパス通路３５を有する。
排気通路１０には、上流側から順に、酸化触媒コンバータ５０、尿素水添加弁６０及び選択還元触媒コンバータ７０が設けられている。
酸化触媒コンバータ５０は、排気ガスＥＧ中の未燃燃料等を酸化する触媒金属等からなる酸化触媒を担持している。酸化触媒コンバータ５０における酸化反応により、排気ガスＥＧの温度は昇温される。
尿素水添加弁６０は、所定濃度の尿素水が収容された尿素水タンク６２と管路により接続されている。尿素水タンク６２の尿素水は、図示しないポンプにより供給される尿素水添加弁６０に供給され、尿素水添加弁６０は、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００からの制御指令に応じた量の尿素水６４を選択還元触媒コンバータ７０に向けて排気通路１０へ供給する。排気通路１０に添加された尿素水は、排気ガスＥＧの熱により、加水分解されてアンモニアが生成される。
選択還元触媒コンバータ７０は、ゼオライトやバナジウムなどの触媒種を用い、いわゆる尿素選択還元法により窒素酸化物を還元する周知の選択還元型触媒（ＳＣＲ: Selective Catalytic Reduction）を担持している。尿素水添加弁６０から添加される尿素水は、排気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。このアンモニアが選択還元触媒に吸着される。選択還元触媒は、アンモニアを還元剤として、排気ガスＥＧに含まれるＮＯｘを選択的に還元して窒素ガスと水にする。この選択還元触媒コンバータ７０は、周知の構造であり、例えば、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されたものや、例えば、酸化アルミニウムアルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５）などの触媒金属を担持させたものなどを用いることができるが、特に、これらに限定されるわけではない。
選択還元触媒コンバータ７０に、そのアンモニア吸着能力を超えて過剰なアンモニアが供給されると、アンモニアが選択還元触媒をスリップして選択還元触媒コンバータ７０の下流に排出されてしまう。このため、選択還元触媒コンバータ７０に供給するアンモニア量（尿素水量）は、ＮＯｘの還元が最も効率的に実行され、かつ、アンモニアのスリップが発生しない量に調整されていることが好ましい。
吸気通路２０には、上流側から順に、スロットルバルブ２４、ＥＧＲバルブ２６、サージタンク２２が設けられている。
スロットルバルブ２４は、ＥＣＵ１００からの制御指令に応じて、内燃機関１に供給される空気量を調整する。
ＥＧＲバルブ２６は、ＥＣＵ１００からの制御指令に応じて、ＥＧＲ通路３０又はバイパス通路３５を通じて吸気通路２０へ環流される排気ガスであるＥＧＲガスの量を調整する。
ＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲクーラ３２と、その下流側に開閉バルブ３３が設けられている。
ＥＧＲクーラ３２は、ＥＧＲ通路３０を通過するＥＧＲガスを冷却する。
開閉バルブ３３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に応じて、ＥＧＲ通路３０を開閉する。
バイパス通路３５は、ＥＧＲ通路３０のＥＧＲクーラ３２をバイパスするように、ＥＧＲ通路３０に対して設けられている。バイパス通路３５には、ＥＣＵ１００からの制御指令に応じて、バイパス通路３５を開閉する開閉バルブ３６が設けられている。開閉バルブ３６を開き、開閉バルブ３３を閉じることにより、ＥＧＲガスがバイパス通路３５を流通する。
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等のバックアップ用メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含むハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。このＥＣＵ１００には、選択還元触媒コンバータ７０の下流側に設けられたＮＯｘセンサ８０、選択還元触媒コンバータ７０に流入する排気ガスＥＧの温度を検出する温度センサ８２、及び、吸気通路２０に設けられたエアーフローメータ８４の検出信号が入力される。また、ＥＣＵ１００は、内燃機関の図示しない点火プラグ、燃料噴射弁等を制御すると共に、スロットルバルブ２４、ＥＧＲバルブ２６、及び、開閉バルブ３３，３６を制御する。
また、ＥＣＵ１００は、選択還元触媒コンバータ７０の下流側（出口付近）に設けられたＮＯｘセンサ８０の出力に基づいて、還元剤添加手段としての尿素水添加弁６０の添加量を調整する添加量調整手段を構成している。
ここで、ＥＣＵ１００による尿素水添加量の調整方法の一例について説明する。なお、尿素水添加量の調整方法は、これに限定されるわけではない。
図２は、選択還元触媒コンバータ７０への尿素水（アンモニア）添加量に対するＮＯｘセンサ８０の出力の一例を示している。
図２において、符号ＳＡＨはＮＯｘセンサ８０の出力、符号ＥｒｒはＮＯｘセンサ８０の出力の誤差を示している。ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨは、点線で示すように、誤差Ｅｒｒを有する。この誤差Ｅｒｒの大きさは、例えば、１００ｐｐｍの出力に対してプラスマイナス１０ｐｐｍ程度である。
図２に示すように、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨは、選択還元触媒コンバータ７０へ添加するアンモニア添加量、すなわち、還元剤の量が増加するにしたがって、徐々に低下していき、ある最適なアンモニア添加量において最小値をとる。
また、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量を増加させていくと、選択還元触媒コンバータ７０からスリップするアンモニア量も増加する。ＮＯｘセンサ８０はアンモニアにも反応するので、スリップするアンモニア量にしたがってＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨも増加する。
図２において、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨがＤ１である場合には、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量が不足しているためＮＯｘが十分に還元されていない状態Ｐ１、あるいは、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量が過剰でありＮＯｘは十分に還元されているが選択還元触媒コンバータ７０からアンモニアがスリップしている状態Ｐ２である。
ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨがＤ１である状態から、アンモニア添加量を調整してＮＯｘ濃度が最も低い最適状態Ｐ３にするためには、現在の状態がＰ１及びＰ２のいずれの状態か、すなわち、アンモニアが不足しているのかあるいは過剰であるのかを検出する必要がある。現在の状態を検出するためには、例えば、アンモニア添加量を減少又は増加させる。
例えば、Ｐ１の状態において、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量を減少させると、還元されるＮＯｘ量がさらに減り、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨはＤ１よりも高くなる。一方、Ｐ２の状態において、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量を減少させると、選択還元触媒コンバータ７０をスリップするアンモニア量が減るため、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨはＤ１よりも低くなる。したがって、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量を減少させたときに、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨが上昇する場合には、Ｐ１の状態にあり、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨが低下する場合には、Ｐ２の状態にあることを検出できる。
したがって、現在の状態がＰ１およびＰ２のいずれの状態にあるのか分かれば、それに応じて、アンモニア添加量、すなわち、尿素水添加弁６０からの尿素水添加量を調整することにより、アンモニア添加量を最適な量にする、すなわち、Ｐ３の状態に変えることができる。
図２に示したように、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨの大きさに対して誤差Ｅｒｒの割合が比較的小さい場合、すなわち、選択還元触媒コンバータ７０の出口のＮＯｘ濃度が相対的に高い場合には、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＨに基づいて、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量を最適な量に調整できる。
図３は、選択還元触媒コンバータの出口付近のＮＯｘ濃度が相対的に低い場合のアンモニア添加量とＮＯｘセンサの出力との関係の一例を示す図である。図３において、符号ＳＡＬはＮＯｘセンサ８０の出力、符号ＥｒｒはＮＯｘセンサ８０の出力の誤差を示している。
図３に示すように、選択還元触媒コンバータ７０の出口のＮＯｘ濃度が相対的低い場合には、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＬの大きさに対して誤差Ｅｒｒの割合が相対的に大きくなる。このため、例えば、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＬの値がＤ２である状態は、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量が不足しているためＮＯｘが十分に還元されていないＰ１’の状態、あるいは、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量が過剰でありＮＯｘは十分に還元されているが選択還元触媒コンバータ７０からアンモニアがスリップしているＰ２’の状態である。
選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量を調整して、Ｐ１’またはＰ２’の状態をＮＯｘセンサ８０の出力が最低値をとる最適なＰ３’の状態に変えようとする場合、現在の状態がＰ１’及びＰ２’のいずれの状態にあるか特定する必要がある。しかしながら、図３に示すように、ＮＯｘセンサ８０の出力ＳＡＬの大きさに対して誤差Ｅｒｒの割合が大きいと、Ｐ１およびＰ２のいずれの状態にあるのか、すなわち、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量が不足しているのか過剰であるのかを特定するのはアンモニア添加量を大きく増減させないと困難である。
このため、本実施形態では、図３に示したような、選択還元触媒コンバータ７０の出口のＮＯｘ濃度が、ＮＯｘセンサの出力の誤差により、選択還元触媒コンバータ７０へのアンモニア添加量が不足しているのか過剰であるのか判断できないような領域では、選択還元触媒コンバータ７０への尿素水添加量の調整を実行しない。すなわち、本実施形態では、選択還元触媒コンバータ７０の出口付近に設けられたＮＯｘセンサ８０の出力から、現在の選択還元触媒コンバータ７０へ添加されるアンモニア添加量の状態を確実に判別できる条件においてのみ、尿素水添加弁６０の尿素水添加量の調整を実行する。
以下に、ＥＣＵ１００による尿素水の添加量調整処理の一例について図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図４に示す添加量調整ルーチンは、内燃機関の始動後、例えば、所定時間毎に実行される。
先ず、内燃機関１の運転条件を取得する（ステップＳ１）。この運転条件には、内燃機関１の冷却水温度、内燃機関１に加わる負荷、気圧、外気温など、内燃機関１のＮＯｘ発生量に関係する各種状態量が含まれる。
次いで、内燃機関１の運転条件に応じて規定されたＮＯｘ排出量マップから、推定される内燃機関１のＮＯｘ排出量を読み取る（ステップＳ２）。
次いで、ＮＯｘ排出量マップから推定したＮＯｘ排出量が、所定量よりも多いかを判断する（ステップＳ３）。ここでの所定量は、測定誤差を含むＮＯｘセンサ８０の出力から得られるＮＯｘ濃度が、選択還元触媒コンバータ７０へ添加されるアンモニア添加量の過不足を判別可能なＮＯｘ濃度となる条件かを判断するための値である。すなわち、選択還元触媒コンバータ７０の出口付近に設けられたＮＯｘセンサ８０の出力から、選択還元触媒コンバータ７０へ添加されるアンモニア添加量が最適量に対して不足しているか過剰であるかを判別できる観点から適宜決定される。具体的には、所定量は、例えば、ＮＯｘセンサ８０の検出するＮＯｘ濃度と、当該ＮＯｘ濃度においてＮＯｘセンサ８０の出力が有する測定誤差との相対的な割合に基づいて規定することができる。すなわち、選択還元触媒コンバータ７０の出口付近に設けられたＮＯｘセンサ８０の出力に対する測定誤差の割合が所定以下となる条件のＮＯｘ排出量である。ＮＯｘ排出量マップから推定したＮＯｘ排出量が、この所定量を越える場合には、内燃機関１は通常運転時と比べて発生するＮＯｘ量が増加する条件にあると判断できる。内燃機関１の発生するＮＯｘ量が増加するので、その結果、選択還元触媒コンバータ７０の出口付近のＮＯｘセンサ８０の出力も十分高くなり、測定誤差の相対的な割合が小さくなる。
内燃機関１の発生するＮＯｘ量が増加して所定量を越える場合としては、例えば、高負荷運転時や、高地を走行中の低気圧によりＮＯｘ排出量が増加する場合が挙げられる。また、内燃機関１の始動直後においては、冷却水温度が低いため、通常、上記したＥＧＲ通路３０からのＥＧＲガスの環流量を減らす制御が実行されるので、内燃機関１の発生するＮＯｘ量が増加する。また、吸気通路２０に導入される吸気の温度が低い場合にも、通常、上記したＥＧＲ通路３０からのＥＧＲガスの還流量を減らす制御が実行されるので、内燃機関１の発生するＮＯｘ量が増加する。
ステップＳ３において、内燃機関１の発生するＮＯｘ量が所定量よりも多い場合には、上記した尿素水添加量調整処理を実行する（ステップＳ４）。これにより、尿素水添加弁６０からの尿素水の添加量が不足又は過剰な場合に、尿素水の添加量は、ＮＯｘセンサ８０の出力に基づいて最適な添加量に補正される。
ステップＳ３において、内燃機関１の発生するＮＯｘ量が所定量よりも少ないと判断した場合には、処理禁止タイマが所定時間を経過したかを判断する（ステップＳ６）。ここで、処理禁止タイマとは、上記した尿素水添加量調整処理の実行が継続して禁止された累計時間である。例えば、内燃機関１が通常運転されている場合などには、ＮＯｘ発生量が少なく、上記したＮＯｘセンサ８０の出力に基づく尿素水添加量調整処理は実施されない。このため、ＮＯｘ発生量が少ない通常運転が長期間継続した場合には、尿素水添加弁６０からの尿素水添加量が変化し、最適な添加量でなくなる可能性がある。このため、尿素水添加量調整処理の実行が禁止されている時間を処理禁止タイマで管理しておき、尿素水添加量調整処理が実行されない時間が、例えば、１００時間を越えるような場合には、尿素水添加量調整処理を強制的に実行する。なお、尿素水添加量調整処理の実行を内燃機関１の運転時間で管理する以外に、例えば、１０００ｋｍ走行毎に尿素水添加量調整処理を実行するなど、内燃機関１を搭載した車両の走行距離で管理することも可能である。また、尿素水添加量調整処理の実行頻度は、適宜調整できる。
ステップＳ６において、処理禁止タイマの値が所定時間を超えていない場合には、上記したように、尿素水添加量調整処理を禁止し（ステップＳ７）、処理禁止タイマを更新する（ステップＳ８）。これにより、処理禁止タイマの値が増加する。
ステップＳ６において、処理禁止タイマの値が所定時間を超えた場合には、ＮＯｘ増量制御を実行する（ステップＳ９）。ＮＯｘ増量制御は、内燃機関１の発生するＮＯｘ量を尿素水添加量調整処理を実行する間増加させる。また、ＮＯｘ増量制御は、内燃機関１の発生するＮＯｘ量を、たとえば、ステップＳ３において説明した所定量を越える量に増加させる。
内燃機関１の発生するＮＯｘ量を増加させる方法としては、例えば、上記したＥＧＲバルブ２６を閉じて、吸気通路２０へのＥＧＲガスの供給を停止する方法が挙げられる。また、上記したＥＧＲ通路３０の開閉バルブ３３を閉じ、バイパス通路３５に設けられた開閉バルブ３６を開放し、ＥＧＲクーラ３２をバイパスしてＥＧＲガスを吸気系に循環させることにより、吸気の温度を高め、その結果、内燃機関１の発生するＮＯｘ量を増加させることができる。また、内燃機関１の各気筒内に設けられたインジェクタからの燃料噴射時期を進角させることにより、内燃機関１の発生するＮＯｘ量を増加させることができる。
ステップＳ９において、ＮＯｘ増量制御を実行した後には、上記の処理禁止タイマをクリアしてゼロにする（ステップＳ１０）。
上記実施形態では、還元剤として尿素水を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、還元剤としてアンモニアを用いることも可能である。
上記実施形態では、選択還元触媒コンバータ７０に供給される排気ガスのＮＯｘ濃度をマップを用いて推定する場合について説明したが、排気通路１０の選択還元触媒コンバータ７０の上流側にＮＯｘセンサを設けて、選択還元触媒コンバータ７０に供給される排気ガスのＮＯｘ濃度を直接的に検出することも可能である。

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気ガスに含まれる窒素酸化物を選択的に還元する選択還元触媒と、
    前記選択還元触媒に還元剤として尿素水又はアンモニアを添加する還元剤添加手段と、
    前記排気通路の前記選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサと、
    前記ＮＯｘセンサの出力に基づいて、前記還元剤添加手段の添加量を調整する添加量調整手段とを有し、
    前記添加量調整手段は、内燃機関において発生するＮＯｘ量が通常運転時よりも増加する条件下において実行され、内燃機関において発生するＮＯｘ量が所定量よりも少ない場合には、実行が禁止され、かつ実行が禁止された時間が所定時間を超える毎に、実行されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 内燃機関において発生するＮＯｘ量が増加する条件には、内燃機関において発生するＮＯｘ量を増加させることが含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記添加量調整手段は、内燃機関において発生するＮＯｘ量が所定量よりも多い場合に、実行が許可される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記添加量調整手段が実行される際に、内燃機関において発生するＮＯｘ量を一時的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 前記ＮＯｘ量が増加する条件には、測定誤差を含む前記ＮＯｘセンサの出力から得られるＮＯｘ濃度が、前記選択還元触媒へ添加されるアンモニア添加量の過不足を判別可能なＮＯｘ濃度となる条件が含まれることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 内燃機関の発生するＮＯｘ量が増加する条件を判断するためのＮＯｘ量は、前記ＮＯｘセンサの検出するＮＯｘ濃度と、当該ＮＯｘ濃度において前記ＮＯｘセンサの出力が有する測定誤差との相対的な割合に基づいて規定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8822887B2 (en) 2010-10-27 2014-09-02 Shaw Arrow Development, LLC Multi-mode heater for a diesel emission fluid tank
WO2013190698A1 (ja) * 2012-06-22 2013-12-27 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の劣化検出システム
US9212587B2 (en) * 2014-02-25 2015-12-15 Cummins Inc. Exhaust throttle control for aftertreatment system thermal management
USD729141S1 (en) 2014-05-28 2015-05-12 Shaw Development LLC Diesel emissions fluid tank
USD729722S1 (en) 2014-05-28 2015-05-19 Shaw Development LLC Diesel emissions fluid tank floor
JP6090257B2 (ja) 2014-08-07 2017-03-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP6398789B2 (ja) * 2015-02-27 2018-10-03 いすゞ自動車株式会社 診断装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1033948A (ja) * 1996-07-25 1998-02-10 Ngk Insulators Ltd 脱硝システム及び脱硝方法
JP2003293740A (ja) * 2002-04-05 2003-10-15 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関のＮＯｘ浄化装置
JP2005127256A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2006125247A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Hitachi Ltd エンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置
WO2007037730A1 (en) * 2005-09-29 2007-04-05 Volvo Lastvagnar Ab A diagnostic method for an exhaust aftertreatment system
JP2007327377A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Ltd 排気ガス浄化装置
JP2008215315A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Toyota Motor Corp ＮＯｘ触媒の劣化診断装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427439B1 (en) * 2000-07-13 2002-08-06 Ford Global Technologies, Inc. Method and system for NOx reduction
US6546720B2 (en) * 2001-09-04 2003-04-15 Ford Global Technologies, Inc. Method and apparatus for controlling the amount of reactant to be added to a substance using a sensor which is responsive to both the reactant and the substance
JP3979153B2 (ja) 2002-04-03 2007-09-19 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関のＮＯｘ浄化装置
DE10301602A1 (de) * 2003-01-17 2004-07-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Dosiereinheit eines Katalysators
US20050282285A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Eaton Corporation Strategy for controlling NOx emissions and ammonia slip in an SCR system using a nonselective NOx/NH3
DE102004046640B4 (de) * 2004-09-25 2013-07-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102004046639A1 (de) * 2004-09-25 2006-03-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP4407705B2 (ja) * 2007-02-26 2010-02-03 株式会社デンソー 排気浄化剤の添加量制御装置、及び排気浄化システム
JP4767218B2 (ja) * 2007-06-08 2011-09-07 本田技研工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1033948A (ja) * 1996-07-25 1998-02-10 Ngk Insulators Ltd 脱硝システム及び脱硝方法
JP2003293740A (ja) * 2002-04-05 2003-10-15 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関のＮＯｘ浄化装置
JP2005127256A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2006125247A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Hitachi Ltd エンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置
WO2007037730A1 (en) * 2005-09-29 2007-04-05 Volvo Lastvagnar Ab A diagnostic method for an exhaust aftertreatment system
JP2007327377A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Ltd 排気ガス浄化装置
JP2008215315A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Toyota Motor Corp ＮＯｘ触媒の劣化診断装置

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