JP5195283B2 - Engine exhaust purification system - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒に、貯留タンク内に貯留された液状の還元剤を供給して還元反応を促進させるようにしたエンジンの排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust purification system in which a liquid reducing agent stored in a storage tank is supplied to a selective reduction type NOx purification catalyst provided on an exhaust passage of the engine to promote a reduction reaction. About.
従来、例えば下記特許文献1に示されるように、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒(SCR触媒)と、液状の還元剤を貯える還元剤溶液タンクと、該タンク内の還元剤を圧送するポンプと、上記NOx浄化触媒よりも上流側の排気通路に設けられたノズルとを備え、上記ポンプから所定の配管を通じて圧送される還元剤を上記ノズルから排気通路内に添加供給することで、上記NOx浄化触媒での特定の排気浄化反応を促進させるようにした排気浄化装置が知られている。 Conventionally, as shown, for example, in Patent Document 1 below, a selective reduction type NOx purification catalyst (SCR catalyst) provided on an exhaust passage of an engine, a reducing agent solution tank for storing a liquid reducing agent, And a nozzle provided in the exhaust passage upstream of the NOx purification catalyst, and the reducing agent pumped from the pump through a predetermined pipe is added from the nozzle into the exhaust passage. There is known an exhaust gas purification device that promotes a specific exhaust gas purification reaction in the NOx purification catalyst by supplying the same.
特に、この特許文献1の技術では、還元剤の濃度を検出する濃度センサを還元剤溶液タンクに設け、この濃度センサにより検出された還元剤の濃度が規定値を外れている場合には、警報機を作動させて運転者に異常を知らせるとともに、エンジンの出力を低下させる制御を行うようにしている。
上記特許文献1の構成によれば、濃度センサを用いて還元剤の濃度を監視することにより、規定濃度を外れた非正規の還元剤が使用された場合のNOx浄化率の悪化を防止できるという利点がある。しかしながら、還元剤(例えば尿素水)の濃度を検出する濃度センサはかなり高価であるため、上記特許文献1の構成では、排気浄化装置のイニシャルコストが大幅に増大してしまうという問題があった。 According to the configuration of Patent Document 1 described above, the concentration of the reducing agent is monitored using the concentration sensor, thereby preventing the NOx purification rate from deteriorating when an irregular reducing agent outside the specified concentration is used. There are advantages. However, since the concentration sensor for detecting the concentration of the reducing agent (for example, urea water) is quite expensive, there is a problem that the initial cost of the exhaust gas purification device is greatly increased in the configuration of Patent Document 1 described above.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、選択還元型のNOx浄化触媒に供給される還元剤の濃度異常をより低コストな構成で検出することが可能なエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an engine exhaust capable of detecting an abnormal concentration of a reducing agent supplied to a selective reduction type NOx purification catalyst with a lower cost configuration. An object is to provide a purification device.
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒に、貯留タンク内に貯留された液状の還元剤を供給して還元反応を促進させるようにしたエンジンの排気浄化装置であって、上記NOx浄化触媒で浄化されるNOxの浄化率に関連するパラメータ値を検出する第1パラメータ値検出手段と、上記NOx浄化触媒の温度に関連するパラメータ値を検出する第2パラメータ値検出手段と、これら両検出手段の検出値に基づき上記排気浄化装置の各部を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記第1パラメータ値検出手段の検出値に基づいて実NOx浄化率を算出する浄化率算出部と、上記第2パラメータ値検出手段の検出値に基づいて上記NOx浄化触媒の温度に応じた目標NOx浄化率を設定する目標設定部と、これら目標設定部および浄化率算出部により求められた上記目標NOx浄化率と実NOx浄化率との比率からなる目標達成率を記憶する記憶部と、上記貯留タンク内の還元剤の液位に基づいて貯留タンク内に還元剤が補給されたことを検出する補給検出部とを有し、かつ、上記制御手段は、上記補給検出部により還元剤の補給が検出されたときに、その補給の前後で上記記憶部にそれぞれ記憶された目標達成率を比較することにより、上記還元剤の濃度異常を検出し、さらに、上記制御手段は、上記記憶部に記憶された上記目標達成率に基づいて上記NOx浄化触媒の劣化を検出するとともに、劣化が検出され場合には上記還元剤の濃度異常の検出を禁止することを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention provides a selective reduction type NOx purification catalyst provided on the exhaust passage of an engine by supplying a liquid reducing agent stored in a storage tank to perform a reduction reaction. An engine exhaust gas purification apparatus that is promoted, the first parameter value detection means for detecting a parameter value related to the NOx purification rate purified by the NOx purification catalyst, and the temperature of the NOx purification catalyst Second parameter value detection means for detecting the parameter value to be performed, and control means for controlling each part of the exhaust purification device based on the detection values of both of the detection means, wherein the control means comprises the first parameter value detection means A purification rate calculation unit for calculating an actual NOx purification rate based on the detected value of the NOx, and a temperature of the NOx purification catalyst based on the detected value of the second parameter value detecting means A target setting unit for setting a target NOx purification rate, and a storage unit for storing a target achievement rate comprising a ratio of the target NOx purification rate and the actual NOx purification rate obtained by the target setting unit and the purification rate calculation unit; A replenishment detection unit for detecting that the reductant has been replenished in the storage tank based on a liquid level of the reductant in the storage tank, and the control means uses the replenishment detection unit to reduce the reductant. When replenishment is detected, the target achievement rate stored in the storage unit before and after the replenishment is compared to detect a concentration abnormality of the reducing agent , and the control means further includes the storage unit. The deterioration of the NOx purification catalyst is detected on the basis of the target achievement rate stored in the table, and when the deterioration is detected, the detection of the abnormal concentration of the reducing agent is prohibited (claim). Term ).
本発明によれば、NOx浄化触媒の温度に応じた目標NOx浄化率と、触媒上下流のNOx濃度に基づき算出された実NOx浄化率との比率からなる目標達成率を記憶部に逐次記憶させ、貯留タンクへの尿素水の補給があったときに、その補給の前後で上記記憶部に記憶された目標達成率を比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するようにしたため、従来のように尿素水の濃度を検出する濃度センサを設けなくても、尿素水の濃度異常を適正に検出することができ、この濃度異常に起因したNOx浄化触媒の性能の悪化等をより低コストな構成で効果的に防止できるという利点がある。 According to the present invention, the storage unit sequentially stores a target achievement rate that is a ratio of the target NOx purification rate according to the temperature of the NOx purification catalyst and the actual NOx purification rate calculated based on the NOx concentration upstream and downstream of the catalyst. Since the urea water concentration abnormality is detected by comparing the target achievement rates stored in the storage unit before and after the replenishment of urea water to the storage tank, Thus, even if a concentration sensor for detecting the concentration of urea water is not provided, it is possible to properly detect the concentration of urea water, and to lower the performance of the NOx purification catalyst due to the concentration abnormality at a lower cost. There is an advantage that it can be effectively prevented with a simple configuration.
また、本発明では、上記目標達成率に基づいてNOx浄化触媒の劣化が検出されるため、NOx浄化触媒の劣化度合に応じて変化する上記目標達成率に基づいて、このNOx浄化触媒の劣化を精度よく検出できるという利点がある。In the present invention, since the deterioration of the NOx purification catalyst is detected based on the target achievement rate, the deterioration of the NOx purification catalyst is determined based on the target achievement rate that changes according to the degree of deterioration of the NOx purification catalyst. There is an advantage that it can be detected accurately.
さらに、本発明では、NOx浄化触媒の劣化が検出されると上記還元剤の濃度異常の検出が禁止されるので、NOx浄化触媒の劣化に起因して上記目標達成率が急低下したとき等に、これを尿素水の濃度異常として誤って判定してしまうのを効果的に防止でき、尿素水の濃度異常に関する検出精度を適正に確保できるという利点がある。Further, in the present invention, when the deterioration of the NOx purification catalyst is detected, the detection of the abnormal concentration of the reducing agent is prohibited. Therefore, when the target achievement rate rapidly decreases due to the deterioration of the NOx purification catalyst, etc. It is possible to effectively prevent this from being erroneously determined as an abnormal concentration of urea water, and there is an advantage that it is possible to appropriately ensure the detection accuracy regarding the abnormal concentration of urea water.
本発明の好ましい形態として、上記第1パラメータ値検出手段は、上記NOx浄化触媒より下流側のNOx濃度を検出するとともに、上記NOx浄化触媒より上流側のNOx濃度を推定または検出するものであり、上記制御手段の浄化率算出部は、上記第1パラメータ値検出手段により推定または検出された触媒上下流の各NOx濃度に基づいて上記実NOx浄化率を算出する(請求項2)。 As a preferred embodiment of the present invention, the first parameter value detecting means detects the NOx concentration downstream of the NOx purification catalyst and estimates or detects the NOx concentration upstream of the NOx purification catalyst, The purification rate calculation unit of the control means calculates the actual NOx purification rate based on the NOx concentrations upstream and downstream of the catalyst estimated or detected by the first parameter value detection means (claim 2).
この構成によれば、NOx浄化触媒の上流側および下流側で検出または推定されたNOx濃度に基づいて上記実NOx浄化率を精度よく算出できるという利点がある。 According to this configuration, there is an advantage that the actual NOx purification rate can be accurately calculated based on the NOx concentration detected or estimated on the upstream side and the downstream side of the NOx purification catalyst.
本発明の好ましい形態として、上記制御手段は、上記還元剤の濃度異常が検出されると、所定の警報装置を作動させて異常を報知する(請求項3)。 As a preferred embodiment of the present invention, when the concentration abnormality of the reducing agent is detected, the control means activates a predetermined alarm device to notify the abnormality (Claim 3).
この構成によれば、尿素水の濃度が異常であることを乗員もしくはメンテナンス作業者に確実に知らせることができ、これら乗員等に対し、例えば適正濃度の尿素水を補給し直す等の必要な措置を採るように適正に促すことができる。 According to this configuration, it is possible to reliably notify the occupant or maintenance worker that the concentration of urea water is abnormal, and necessary measures such as replenishing the occupant with appropriate concentration of urea water, for example. Can be properly encouraged to adopt.
以上説明したように、本発明によれば、選択還元型のNOx浄化触媒に供給される還元剤の濃度異常をより低コストな構成で検出することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect an abnormal concentration of the reducing agent supplied to the selective reduction type NOx purification catalyst with a lower cost configuration.
図1は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す概略図である。本図に示される排気浄化装置は、例えばディーゼルエンジン等の図外のエンジンから排出された排気ガスを浄化するものであり、その基本的な構成要素として、上記排気ガスが流通する排気通路1の途中部に設けられたNOx浄化触媒3と、上記排気通路1のうちこのNOx浄化触媒3よりも上流側の配管1a内に、還元剤としての尿素水を添加する添加弁5とを備えている。すなわち、この図1に示される排気浄化装置は、運転状態に応じて上記添加弁5から排気通路1内に尿素水を添加(噴射)し、その下流側のNOx浄化触媒3での還元反応を上記尿素水の作用により促進させることで、排気ガス中のNOxを高い浄化率で浄化し得るようにしたいわゆる尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システム用の浄化装置として設けられている。
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust emission control device for an engine according to an embodiment of the present invention. The exhaust gas purification apparatus shown in this figure purifies exhaust gas discharged from an engine other than the figure such as a diesel engine, for example, and, as its basic component, the exhaust passage 1 through which the exhaust gas flows is provided. A
具体的に、上記添加弁5から排気ガス中に尿素水が添加されると、排気ガスの熱により加水分解が行われ、アンモニアが生成される。すると、この生成されたアンモニアが下流側のNOx浄化触媒3に吸着し、この吸着したアンモニアと、排気ガス中のNOxとの間で脱硝反応が起きることにより、NOxの還元が促進されるようになっている。
Specifically, when urea water is added to the exhaust gas from the addition valve 5, hydrolysis is performed by the heat of the exhaust gas to generate ammonia. Then, the produced ammonia is adsorbed to the downstream side
上記添加弁5は、既存の燃料噴射弁(インジェクタ)とほぼ同様の構造を有しており、例えば電磁開閉式のニードル弁によって構成されている。そして、後述するECU21からの制御信号に基づき上記添加弁5が開弁または閉弁されることにより、その先端のノズルを通じて上記排気通路1内に尿素水が噴射され、またはその噴射が停止されるようになっている。
The addition valve 5 has substantially the same structure as an existing fuel injection valve (injector), and is constituted by, for example, an electromagnetic open / close needle valve. Then, when the addition valve 5 is opened or closed based on a control signal from the
次に、上記添加弁5に尿素水を供給する尿素水供給系について説明する。すなわち、添加弁5には、貯留タンク9から供給管13を通じて尿素水が逐次供給されるようになっており、上記供給管13の途中部には、上記貯留タンク9内に貯留された尿素水を汲み上げて上記添加弁5に圧送するための電動ポンプ7が配設されている。この電動ポンプ7は、例えば3相交流モータからなり、後述するECU21からの制御信号に応じてその駆動が制御されるようになっている。
Next, a urea water supply system that supplies urea water to the addition valve 5 will be described. That is, urea water is sequentially supplied from the
上記貯留タンク9は、内部に所定濃度の尿素水が収容された密閉容器からなり、その所定部位に設けられた給液キャップ(図示省略)から必要に応じて尿素水を補給できるようになっている。なお、寒冷時に貯留タンク9内の尿素水が凍結するのを防止するための措置として、上記貯留タンク9には、ヒータや断熱材等が必要に応じて付設される。
The
上記貯留タンク9の内部には、尿素水を濾過するためのフィルタ11が尿素水に浸漬された状態で設けられており、このフィルタ11には、上記供給管13の一端部が接続されている。一方、供給管13の他端部は上記添加弁5に接続されており、上記電動ポンプ7が駆動されるのに応じて、上記フィルタ11で濾過された尿素水が上記供給管13を通じて添加弁5に供給されるようになっている。
A
上記供給管13の途中部には、その内部の尿素水の圧力を調節するための圧力制御弁17が設けられている。具体的に、この圧力制御弁17は、余剰となった尿素水を上記貯留タンク9に戻して上記供給管13内の圧力を所定圧に維持するものである。すなわち、上記圧力制御弁17には、上記貯留タンク9から延びるリターン配管15が接続されており、上記供給管13内の尿素水の圧力が所定圧を超えると、上記圧力制御弁17が開弁して余剰となった尿素水が上記リターン配管15から貯留タンク9に戻されるとともに、上記供給管13内の圧力が所定圧を下回ると、上記圧力制御弁17が閉弁して上記リターン配管15から貯留タンク9への流れが停止されることにより、上記供給管13内の尿素水の圧力が所定圧に維持されるようになっている。
A
次に、排気浄化装置の制御系について説明する。当実施形態の排気浄化装置は、従来周知のCPUや各種メモリ等からなるECU21(本発明にかかる制御手段に相当)を有しており、このECU21により、上記添加弁5や電動ポンプ7等の各部の動作が統括的に制御されるようになっている。 Next, the control system of the exhaust emission control device will be described. The exhaust purification apparatus of the present embodiment has an ECU 21 (corresponding to the control means according to the present invention) comprising a conventionally known CPU, various memories, and the like. The operation of each part is controlled centrally.
上記ECU21には、各種センサ類が電気的に接続されている。具体的に、上記ECU21には、NOx浄化触媒3に設けられた温度センサ25と、排気通路1のうちNOx浄化触媒3の上流側の配管1aに設けられた第1NOx濃度センサ26と、NOx浄化触媒3の下流側の配管1bに設けられた第2NOx濃度センサ27と、貯留タンク9の内部に設けられた液位センサ28とが電気的に接続されている。なお、当実施形態では、上記NOx浄化触媒3に設けられた温度センサ25が、本発明にかかる第1パラメータ値検出手段に相当し、上記NOx浄化触媒の上流側および下流側に設けられた第1および第2のNOx濃度センサ26,27が、本発明にかかる第2パラメータ値検出手段に相当する。
Various sensors are electrically connected to the
そして、上記温度センサ25により検出されたNOx浄化触媒3の温度と、上記第1および第2のNOx濃度センサ26,27により検出された排気ガス中のNOx濃度と、上記液位センサ28により検出された尿素水の液位とが、電気信号としてそれぞれECU21に入力され、その入力値を利用して上記ECU21が制御用の各種演算処理を実行するように構成されている。なお、以下では、上記温度センサ25に検出されるNOx浄化触媒3の温度をTs、上記第1NOx濃度センサ26により検出される触媒上流側のNOx濃度をDnf、上記第2NOx濃度センサ27により検出される触媒下流側のNOx濃度をDnr、上記液位センサ28により検出される貯留タンク9内の尿素水の液位をLで表す。
The temperature of the
また、上記ECU21には、NOx浄化触媒3の劣化や尿素水の濃度異常が検出されたときに、その旨を乗員もしくはメンテナンス作業者に報知するための警告ランプ等からなる警報装置31が電気的に接続されている。なお、NOx浄化触媒3の劣化や尿素水の濃度異常をどのように検出するかについては、後述するフローチャートの中で詳しく説明する。
Further, the
以上のように構成されたECU21は、上記各種センサ25〜28から入力された検出値(Dnf,Dnr,Ts,L)に基づいて種々の演算を実行することにより、上記排気浄化装置の各部の動作を統括的に制御する。例えば、ECU21は、温度センサ25により検出された触媒温度Tsや、第1NOx濃度センサ26により検出された触媒上流側のNOx濃度Dnf等の値に基づいて、添加弁5から添加すべき尿素水の量を演算し、この演算された量の尿素水が実際に排気通路1内に添加されるように、上記添加弁5の開閉動作を制御する。そして、このように添加弁5から尿素水が添加されることにより、その下流側のNOx浄化触媒3に所定量の尿素水が供給され、この尿素水の作用により、NOx浄化触媒での還元反応が促進されるようになっている。
The
上記ECU21の機能についてさらに詳しく説明すると、ECU21は、その機能要素として、浄化率算出部21a、目標設定部21b、記憶部21c、補給検出部21dとを有している。
The function of the
上記浄化率算出部21aは、上記第1および第2のNOx濃度センサ26,27により検出された触媒上下流のNOx濃度Dnf,Dnrに基づいて、NOx浄化触媒3で実際に浄化されたNOxの割合(以下、このことを実NOx浄化率Raという)を算出するものである。
The purification
上記目標設定部21bは、上記温度センサ25により検出されたNOx浄化触媒3の温度Tsに基づいて、このNOx浄化触媒3で理想的に浄化可能なNOxの割合を、目標とすべきNOx浄化率(以下、このことを目標NOx浄化率Rtという)として設定するものである。
Based on the temperature Ts of the
目標NOx浄化率Rtについてより詳しく説明すると、上記添加弁5から尿素水を添加することによる還元反応の促進効果は、NOx浄化触媒3の温度Tsによって変動し、また、触媒の活性状態もその温度Tsによって変動する。このため、NOx浄化率の理想値である上記目標NOx浄化率Rtは、図2に示すように、触媒温度Tsに応じて変化する。そこで、目標設定部21bは、このように触媒温度Tsに応じて変化する目標NOx浄化率Rtを適正に設定すべく、上記温度センサ25から入力される現時点の触媒温度Tsと、図2に示した特性データとに基づいて、現時点で目標とすべき目標NOx浄化率Rtを逐次設定するように構成されている。なお、図2における温度Tsqは、添加弁5からの尿素水の添加を行うことが可能な触媒温度Tsの下限値を表わしている。すなわち、この下限温度Tsqよりも触媒温度Tsが低い場合には、尿素水が十分に加水分解されない(つまり還元反応を促進させるアンモニアが十分に生成されない)ため、上記添加弁5からの尿素水の添加は行われない。
The target NOx purification rate Rt will be described in more detail. The effect of promoting the reduction reaction by adding urea water from the addition valve 5 varies depending on the temperature Ts of the
上記記憶部21cは、上記目標NOx浄化率Rtに対する実NOx浄化率Raの比率(以下、このことを目標達成率Xという)を順次更新しつつ記憶するものである。すなわち、上記浄化率算出部21aにより算出された実NOx浄化率Raを、上記目標設定部21bにより設定された目標NOx浄化率Rtで割る演算がECU21によって実行され、その結果得られる比率Ra/Rtが、上記目標達成率Xとして上記記憶部21cに順次記憶されるようになっている。また、記憶部21cには、その他の各種制御用データとして、例えば、上記触媒温度Tsと目標NOx浄化率Raとの関係(図2)に対応するマップ形式のデータ等が記憶されている。
The
上記補給検出部21dは、上記液位センサ28により検出された貯留タンク9内の尿素水の液位Lに基づいて、貯留タンク9内に尿素水が補給されたことを検出するものである。
The
次に、図3のフローチャートおよび図4のタイムチャートを用いて、上記ECU21により行われる制御動作の具体的手順について説明する。エンジンが始動して図3のフローチャートがスタートすると、ECU21は、温度センサ25、第1NOx濃度センサ26、第2NOx濃度センサ27、および液位センサ28から、NOx浄化触媒3の温度Ts、触媒上流側のNOx濃度Dnf、浄化下流側のNOx濃度Dnr、および貯留タンク9内の尿素水の液位Lをそれぞれ取得する制御を実行する(ステップS1)。
Next, a specific procedure of the control operation performed by the
次いで、ECU21は、上記ステップS1で取得されたNOx浄化触媒3の温度Tsが、図2に示した触媒温度の下限値Tsq以上であるか否かを判定する制御を実行する(ステップS2)。そして、ここでYESと判定されて添加弁5からの尿素水の添加が可能な温度Tsqまで触媒温度Tsが上昇したことが確認されてから、次のステップS3の処理に移行する。
Next, the
ステップS3に移行すると、ECU21は、その目標設定部21bによる演算処理の下、上記ステップS1で取得された触媒温度Tsに基づいて、現時点での目標NOx浄化率Rtを設定する制御を実行する(ステップS3)。すなわち、目標設定部21bは、上記温度センサ25により検出された現時点での触媒温度Tsを、あらかじめ記憶部21cに記憶されている特性データ(図2参照)と照らし合わせることにより、上記触媒温度Tsに対応する目標NOx浄化率Rtを特定し、その値を、現時点で目標とすべき目標NOx浄化率Rtとして設定する。
When the process proceeds to step S3, the
次いで、ECU21は、その浄化率算出部21aによる演算処理の下、上記ステップS1で取得された触媒上下流のNOx濃度Dnf,Dnrに基づいて、現時点での実NOx浄化率Raを算出する制御を実行する(ステップS4)。すなわち、浄化率算出部21aは、NOx浄化触媒3の上流側および下流側のNOx濃度Dnf,Dnrの差を、上流側のNOx濃度Dnfで割る演算を行い、得られた比率(Dnf−Dnr)/Dnfを、上記NOx浄化触媒3で実際に浄化されたNOxの割合である実NOx浄化率Raとして取得する。
Next, the
以上のようにして現時点での目標NOx浄化率Rtおよび実NOx浄化率Raが算出されると、ECU21は、両者の比率Ra/Rtからなる目標達成率Xを算出し、これを記憶部21cに記憶させる制御を実行する(ステップS5)。例えば、目標NOx浄化率Rtが80%で、実NOx浄化率Raが70%であった場合、両者の比率Ra/Rt=0.875になるので、目標達成率Xは87.5%ということになる。
When the current target NOx purification rate Rt and the actual NOx purification rate Ra are calculated as described above, the
図5は、上記ステップS5の処理が繰り返されることで上記記憶部21cに蓄積されるデータ群を示している。本図に示すように、記憶部21cには、目標達成率Xが所定期間にわたって蓄積されたデータ群が複数記憶されており、新たなデータ群が得られるのに応じて、記憶部21c内の記憶が順次更新されていく。例えば、図示のように、2つの期間内の目標達成率Xのデータからなるデータ群1,2が記憶部21cに記憶されている場合、3つ目のデータ群3が得られた時点で、先に記憶されたデータ群1が消去されることにより、常に新しいデータ群が更新されつつ記憶部21cに記憶されるようになっている。
FIG. 5 shows a data group accumulated in the
このようにして目標達成率Xを記憶させる処理が終了すると、ECU21は、記憶された目標達成率Xが、所定の閾値α以下であるか否かを判定する制御を実行する(ステップS6)。ここでの閾値αは、図4(b)に示すように、1より小さい所定値に設定され、上記NOx浄化触媒3が劣化しているか否かを判定するために利用される。すなわち、NOx浄化触媒3の経年的な劣化に起因して、その浄化性能は徐々に低下するため、上記目標達成率Xも、時間経過とともに徐々に低下する。そこで、NOx浄化触媒3の劣化具合の指標となる上記目標達成率Xが低下し、その値が上記閾値α以下になったときに、NOx浄化触媒3が劣化したものと判定する。
When the process for storing the target achievement rate X is completed in this way, the
上記ステップS6でYESと判定されて目標達成率X≦αであることが確認された場合、ECU21は、NOx浄化触媒3が劣化していると判定し(ステップS7)、上記警報装置31を作動させてNOx浄化触媒3の劣化を乗員等に報知する制御を実行する(ステップS8)。
When it is determined YES in step S6 and it is confirmed that the target achievement rate X ≦ α, the
一方、上記ステップS6でNOと判定されてNOx浄化触媒3が劣化していないことが確認された場合、ECU21は、その補給検出部21dによる演算処理の下、貯留タンク9に対する尿素水の補給があったか否かを判定する制御を実行する(ステップS9)。すなわち、貯留タンク9内に尿素水が補給されると、例えば図4(a)の時点t1またはt2に示すように、尿素水の液位Lが一時的に上昇するため、上記補給検出部21dは、上記ステップS1で取得された液位センサ28の検出値に基づいて、尿素水の液位Lが所定量以上上昇したか否かを判定し、上昇したことが確認された場合に、尿素水の補給があったものと判定する。
On the other hand, when it is determined NO in step S6 and it is confirmed that the
上記ステップS9でYESと判定されて尿素水の補給が確認された場合、ECU21は、尿素水の補給前後における目標達成率Xの差の絶対値を、所定の閾値βと比較する制御を実行する(ステップS10)。具体的には、上記記憶部21cから目標達成率Xのデータ群(図5参照)を読み出して、そのデータ群を補給前と補給後とでそれぞれ平均化するとともに、これら各平均値(補給前後における目標達成率Xの平均値)どうしの差の絶対値を算出し、その値が所定の閾値β以上であるか否かを判定する。
When it is determined YES in step S9 and the supply of urea water is confirmed, the
このステップS10の判定でYESであれば、尿素水の濃度が異常であると判定することができる。例えば、補給された尿素水が規定通りの濃度であった場合には、NOx浄化触媒3の性能に影響はないため、図4(b)の時点t1に示すように、尿素水の補給の前後で目標達成率Xが変化することはない。これに対し、補給された尿素水が規格外のもので、例えばその濃度が異常に低かった場合には、尿素水の添加による還元反応の促進効果が低下してNOx浄化触媒3の性能に悪影響が及ぶため、図4(b)の時点t2に示すように、目標達成率Xが尿素水の補給の前後で大きく低下することになる。そこで、補給前後の目標達成率Xを比較して両者の差の絶対値が所定の閾値β以上か否かを判定することにより、尿素水の濃度異常を検出するようにしている。なお、ここでの演算で目標達成率Xの差の絶対値をとるのは、規定値を大きく超えた異常に高濃度の尿素水が補給されて目標達成率Xが急上昇したような場合にも、濃度異常として検出できるようにするためである。
If the determination in step S10 is YES, it can be determined that the concentration of urea water is abnormal. For example, when the replenished urea water has a prescribed concentration, there is no effect on the performance of the
ところで、上記貯留タンク9への尿素水の補給は、エンジンの運転中に行われるとは限らず、エンジンの停止中に行われることもある。このような場合、上記ステップS10では、例えば、エンジンが停止される直前に記憶されていた目標達成率Xの平均値と、エンジンが再始動されて最初に取得された目標達成率Xの平均値とを比較する処理が行われ、その結果に応じて尿素水の濃度異常が判定されることになる。
Incidentally, the supply of urea water to the
以上のようなステップS10でYESと判定されて|補給前のX−補給後のX|≧βであることが確認された場合、ECU21は、尿素水の濃度が以上であると判定し(ステップS11)、上記警報装置31を作動させて尿素水の濃度異常を乗員等に報知する制御を実行する(ステップS12)。このとき、例えば警報装置31が警告ランプからなる場合には、先のステップS8でNOx浄化触媒3の劣化を報知するときと区別するために、上記ステップS8とは異なる態様で警告ランプを作動させることが好ましい。具体的には、ステップS8で触媒の劣化を報知するときには警告ランプを点灯させ、ステップS12で尿素水の濃度異常を報知するときには警告ランプを点滅させることが考えられる。
If it is determined YES in step S10 as described above, and | X before replenishment-X after replenishment X | ≧ β is confirmed,
一方、上記ステップ10でNOと判定された場合、ECU21は、尿素水の濃度は正常であると判定し(ステップS13)、その後リターンする。
On the other hand, when it is determined NO in
以上説明したように、当実施形態のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路1上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒3と、このNOx浄化触媒3に供給される尿素水が貯留される貯留タンク9と、上記NOx浄化触媒3の上流側および下流側のNOx濃度Dnf,Dnrを検出する第1および第2のNOx濃度センサ26,27と、上記NOx浄化触媒3の温度Tsを検出する温度センサ25と、これら各種センサの検出値に基づき上記排気浄化装置の各部を制御する制御手段としてのECU21とを備えている。そして、ECU21は、その機能要素として、上記NOx濃度センサ26,27の検出値Dnf,Dnrに基づいて実NOx浄化率Raを算出する浄化率算出部21aと、上記温度センサ25の検出値に基づいて上記NOx浄化触媒3の温度Tsに応じた目標NOx浄化率Rtを設定する目標設定部21bと、これら目標設定部21bおよび浄化率算出部21aにより求められた上記目標NOx浄化率Rtと実NOx浄化率Raとの比率からなる目標達成率Xを記憶する記憶部21cと、上記貯留タンク9内の尿素水の液位Lに基づいて貯留タンク9内に尿素水が補給されたことを検出する補給検出部21dとを有しており、さらに、上記ECU21は、上記補給検出部21dにより尿素水の補給が検出されたときに、その補給の前後で上記記憶部21cにそれぞれ記憶された目標達成率Xを比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するように構成されている。このような構成によれば、NOx浄化触媒3に供給される尿素水の濃度異常をより低コストな構成で検出できるという利点がある。
As described above, the engine exhaust purification apparatus according to the present embodiment stores the selective reduction type
すなわち、上記実施形態では、NOx浄化触媒3の温度Tsに応じた目標NOx浄化率Rtと、触媒上下流のNOx濃度Dnf,Dnrに基づき算出された実NOx浄化率Raとの比率(Ra/Rt)からなる目標達成率Xを記憶部21cに逐次記憶させ(ステップS5)、貯留タンク9への尿素水の補給があったとき(ステップS9でYESのとき)に、その補給の前後で上記記憶部21cに記憶された目標達成率Xを比較することにより、上記尿素水の濃度異常を検出するようにしたため(ステップS10,S11)、従来のように尿素水の濃度を検出する濃度センサを設けなくても、尿素水の濃度異常を適正に検出することができ、この濃度異常に起因したNOx浄化触媒3の性能の悪化等をより低コストな構成で効果的に防止できるという利点がある。
That is, in the above embodiment, the ratio (Ra / Rt) between the target NOx purification rate Rt corresponding to the temperature Ts of the
もちろん、上記構成による場合、触媒温度Tsを検出する温度センサ25や、NOx濃度Dnf,Dnrを検出する濃度センサ26,27が必要になるが、これら各種センサは、尿素水の添加量を決定したり、NOx浄化触媒3の劣化等を判断したりするために元々必要なセンサであり、尿素水の濃度異常を検出するか否かにかかわらず、排気浄化装置に本来的に備わるセンサである。したがって、これら本来的に備わるセンサ類の検出値を利用して尿素水の濃度異常を検出するようにした上記構成によれば、無用なコストアップを招くことなく、上記NOx浄化触媒3の性能を適正に確保できるという利点がある。
Of course, in the case of the above configuration, the
また、上記実施形態では、上記尿素水の濃度異常が検出されると、例えば警告ランプ等からなる警報装置31を作動させて異常を報知するようにしたため(ステップS12)、尿素水の濃度が異常であることを乗員もしくはメンテナンス作業者に確実に知らせることができ、これら乗員等に対し、例えば適正濃度の尿素水を補給し直す等の必要な措置を採るように適正に促すことができる。
Further, in the above embodiment, when the urea water concentration abnormality is detected, the
また、上記実施形態では、上記記憶部21cに記憶された目標達成率Xを所定の閾値αと比較することにより、上記NOx浄化触媒3の劣化を検出するようにしたため(ステップS6,S7)、NOx浄化触媒3の劣化度合に応じて変化する上記目標達成率Xに基づいて、このNOx浄化触媒3の劣化を精度よく検出できるという利点がある。
In the above embodiment, the deterioration of the
また、上記実施形態では、上記NOx浄化触媒3の劣化が検出されると(ステップS6でYESの場合)、警報装置31を作動させて直ちにリターンすることにより、上記尿素水の濃度異常を検出する等の制御(ステップS10〜S13)の実行を禁止するようにしたため、NOx浄化触媒3の劣化に起因して上記目標達成率Xが急低下したとき等に、これを尿素水の濃度異常として誤って判定してしまうのを効果的に防止でき、尿素水の濃度異常に関する検出精度を適正に確保できるという利点がある。
Further, in the above embodiment, when the deterioration of the
なお、上記実施形態では、NOx浄化触媒3に設けられた温度センサ25によって触媒温度Tsを直接的に検出するようにしたが、例えばNOx浄化触媒3から所定距離上流側を流れる排気ガスの温度を検出し、その検出温度に所定の補正係数を掛ける等によって上記NOx浄化触媒3の温度Tsを求めるようにしてもよい。また、エンジン負荷および回転数等から判別されるエンジンの運転状態や、その運転状態での継続時間等に基づいて、上記NOx浄化触媒3の温度Tsを推定するようにしてもよい。いずれにせよ、上記NOx浄化触媒3の温度Tsを調べるには、当該温度Tsに関連する何らかのパラメータ値を検出すればよく、具体的にどのような状態量を検出するかは特に問わない。
In the above embodiment, the catalyst temperature Ts is directly detected by the
また、同様に、上記実施形態では、NOx浄化触媒3の上流側および下流側のNOx濃度Dnf,Dnrを第1および第2のNOx濃度センサ26,27によって検出し、これら各センサにより検出されたNOx濃度Dnf,Dnrに基づいて、上記NOx浄化触媒3で実際に浄化されたNOxの割合である実NOx浄化率Raを算出するようにしたが、この実NOx浄化率Raを調べるには、NOx浄化率に関連する何らかのパラメータ値を検出すればよく、必ずしも触媒上下流のNOx濃度Dnf,Dnrを直接的に検出しなくてもよい。特に、上記NOx浄化触媒3の上流側のNOx濃度Dnfについては、例えばエンジンの運転状態等から比較的容易に推定することが可能であり、このようにNOx濃度Dnfを推定によって求めるようにした場合には、上記実施形態における第1NOx濃度センサ26を省略できるため、装置のさらなる低コスト化を図れるという利点がある。
Similarly, in the above embodiment, the NOx concentrations Dnf and Dnr on the upstream side and the downstream side of the
また、上記実施形態では、NOx浄化触媒3での還元反応を促進させるための還元剤として尿素水を用いたが、同様の効果が得られるものであればこれに限らず、例えばNOx浄化触媒3の種類に応じて、アンモニア水やアルコール類等を上記還元剤として用いてもよい。
In the above embodiment, urea water is used as the reducing agent for promoting the reduction reaction in the
1 排気通路
3 NOx浄化触媒
9 貯留タンク
21 ECU(制御手段)
21a 浄化率算出部
21b 目標設定部
21c 記憶部
21d 補給検出部
25 温度センサ(第2パラメータ値検出手段)
26,27 NOx濃度センサ(第1パラメータ値検出手段)
31 警報装置
Rt 目標NOx浄化率
Ra 実NOx浄化率
X 目標達成率
Dnf (触媒上流側の)NOx濃度
Dnr (触媒下流側の)NOx濃度
L (還元剤の)液位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
21a Purification
26, 27 NOx concentration sensor (first parameter value detecting means)
31 alarm device Rt target NOx purification rate Ra actual NOx purification rate X target achievement rate Dnf (upstream of catalyst) NOx concentration Dnr (downstream of catalyst) NOx concentration L (reducing agent) liquid level
Claims (3)
上記NOx浄化触媒で浄化されるNOxの浄化率に関連するパラメータ値を検出する第1パラメータ値検出手段と、
上記NOx浄化触媒の温度に関連するパラメータ値を検出する第2パラメータ値検出手段と、
これら両検出手段の検出値に基づき上記排気浄化装置の各部を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第1パラメータ値検出手段の検出値に基づいて実NOx浄化率を算出する浄化率算出部と、上記第2パラメータ値検出手段の検出値に基づいて上記NOx浄化触媒の温度に応じた目標NOx浄化率を設定する目標設定部と、これら目標設定部および浄化率算出部により求められた上記目標NOx浄化率と実NOx浄化率との比率からなる目標達成率を記憶する記憶部と、上記貯留タンク内の還元剤の液位に基づいて貯留タンク内に還元剤が補給されたことを検出する補給検出部とを有し、
かつ、上記制御手段は、上記補給検出部により還元剤の補給が検出されたときに、その補給の前後で上記記憶部にそれぞれ記憶された目標達成率を比較することにより、上記還元剤の濃度異常を検出し、
さらに、上記制御手段は、上記記憶部に記憶された上記目標達成率に基づいて上記NOx浄化触媒の劣化を検出するとともに、劣化が検出された場合には上記還元剤の濃度異常の検出を禁止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 An engine exhaust gas purification apparatus that promotes a reduction reaction by supplying a liquid reducing agent stored in a storage tank to a selective reduction type NOx purification catalyst provided on an exhaust passage of an engine,
First parameter value detecting means for detecting a parameter value related to the purification rate of NOx purified by the NOx purification catalyst;
Second parameter value detection means for detecting a parameter value related to the temperature of the NOx purification catalyst;
Control means for controlling each part of the exhaust gas purification device based on the detection values of both the detection means,
The control means includes a purification rate calculation unit that calculates an actual NOx purification rate based on the detection value of the first parameter value detection means, and a temperature of the NOx purification catalyst based on the detection value of the second parameter value detection means. A target setting unit that sets a target NOx purification rate according to the target, and a storage that stores a target achievement rate that is a ratio of the target NOx purification rate and the actual NOx purification rate obtained by the target setting unit and the purification rate calculation unit And a replenishment detection unit for detecting that the reductant is replenished in the storage tank based on the liquid level of the reductant in the storage tank,
In addition, when the replenishment detection unit detects the replenishment of the reducing agent, the control means compares the target achievement rates stored in the storage unit before and after the replenishment, thereby comparing the concentration of the reducing agent. Detect anomalies ,
Furthermore, the control means detects the deterioration of the NOx purification catalyst based on the target achievement rate stored in the storage unit, and prohibits the detection of the concentration abnormality of the reducing agent when the deterioration is detected. An exhaust emission control device for an engine characterized by comprising:
上記第1パラメータ値検出手段は、上記NOx浄化触媒より下流側のNOx濃度を検出するとともに、上記NOx浄化触媒より上流側のNOx濃度を推定または検出するものであり、
上記制御手段の浄化率算出部は、上記第1パラメータ値検出手段により推定または検出された触媒上下流の各NOx濃度に基づいて上記実NOx浄化率を算出することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an engine according to claim 1,
The first parameter value detecting means detects the NOx concentration downstream of the NOx purification catalyst and estimates or detects the NOx concentration upstream of the NOx purification catalyst,
A purification rate calculation unit of the control unit calculates the actual NOx purification rate based on each NOx concentration upstream or downstream of the catalyst estimated or detected by the first parameter value detection unit. apparatus.
上記制御手段は、上記還元剤の濃度異常が検出されると、所定の警報装置を作動させて異常を報知することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1 or 2,
The engine exhaust purification apparatus according to claim 1, wherein when the reducing agent concentration abnormality is detected, the control means activates a predetermined alarm device to notify the abnormality.
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