JP5846490B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排ガス通路に還元触媒を配設し、還元剤として尿素水から生成されたアンモニアを供給することにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するための排ガス浄化装置として、内燃機関の排ガス通路に還元触媒を配設し、還元剤としてアンモニアを供給することにより、ＮＯｘを還元して排ガスを浄化する排ガス浄化装置が用いられている。
このような排ガス浄化装置では、尿素水を排ガス中に供給するのが一般的であり、尿素水インジェクタなどを用いて排ガス中に尿素水を噴射する。尿素水インジェクタから排ガス中に噴射された尿素水は排ガスの熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアが還元触媒に供給される。こうして還元触媒に供給されたアンモニアと排ガス中のＮＯｘとの間の脱硝反応が還元触媒によって促進されることによりＮＯｘが還元されて排ガスが浄化される。

ところで、排ガス浄化装置においては、ＮＯｘの浄化率が一定の範囲に保たれていることを常時監視する必要がある。このため、例えば、特許文献１では、内燃機関の直下流のＮＯｘ濃度と、還元触媒の直下流のＮＯｘ濃度とを比較してＮＯｘ浄化率を算出するとともに、ＮＯｘ浄化率の変化をモニタリングし、ＮＯｘ浄化率が閾値よりも低下した場合には、尿素水の品質、即ち尿素水の濃度に異常が発生したと判定している。この理由として、尿素水タンク内の尿素水の濃度が規定値よりも低い場合や、尿素水と間違えて水がタンクに供給された場合に、適切な量のアンモニアがＳＣＲ触媒に添加されないため、ＮＯｘ浄化率が低下してしまうからである。

特許第４１６１６０９号公報

しかしながら、ＮＯｘ浄化率が閾値よりも低下した場合に、尿素水の濃度に異常が発生したと判定する方法では、排ガスの温度が低い場合等に尿素水の供給を停止したこと等を考慮していないため、供給される尿素水の濃度は正常であるにもかかわらず、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう場合があった。また、内燃機関から排出された排ガス中に含まれるＮＯｘが還元触媒を通過するまでには時間がかかるため、内燃機関の直下流のＮＯｘ濃度と還元触媒の直下流のＮＯｘ濃度とを比較したＮＯｘ浄化率は、実際の浄化率とは異なった値であり、誤差を含んでいるため、尿素水の濃度の判定結果の信頼性が低いという問題点があった。

そこで、本発明は、このような問題を解決するものであって、尿素水の濃度を正確に算出し、且つ尿素水の濃度が規定値未満であることを検知可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関の排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、当該還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路内に尿素水を供給する尿素水供給手段と、を備えた内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記還元触媒で浄化されたＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出手段と、
前記ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量の浄化に必要な必要尿素水量を算出する必要尿素水量算出手段と、
前記尿素水供給手段から前記排ガス通路に供給された尿素水消費量を算出する尿素水消費量算出手段と、
前記必要尿素水量算出手段により算出された必要尿素水量、及び前記尿素水消費量算出手段により算出された尿素水消費量に基づいて、前記排ガス通路内に供給された尿素水の濃度を算出する尿素水濃度算出手段と、
尿素水濃度算出手段により算出された尿素水の濃度が、予め規定した規定値未満か否かを判定する尿素水濃度判定手段と、を備えることを特徴とする。

上記内燃機関の排ガス浄化装置によれば、浄化されたＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出手段と、当該ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量の浄化に必要な必要尿素水量を算出する必要尿素水量算出手段と、尿素水消費量を算出する尿素水消費量算出手段と、必要尿素水量及び尿素水消費量に基づいて、尿素水の濃度を算出する尿素水濃度算出手段と、を備えているため、排ガス通路に供給される尿素水の濃度を正確に算出することができる。また、尿素水濃度判定手段を備えているため、尿素水の濃度が規定値未満か否かを直ちに判定することができる。
また、高価な尿素水濃度センサを用いることなく、尿素水の濃度を算出することができるので、排ガス浄化装置の製作コストを低減することができる。

また、前記尿素水濃度判定手段によって前記尿素水の濃度が前記規定値未満であると判定された際に、運転者に対して警報を発する警告手段を更に備えていてもよい。

このように、警告手段を備えているため、運転者は、点検等の作業をすることなく、排ガス通路に供給される尿素水の濃度が規定値未満であることを検知することができる。

また、前記ＮＯｘ量算出手段は、
前記還元触媒よりも上流側の排ガスに含まれるＮＯｘ量を所定期間にわたって積算した第１ＮＯｘ量から、前記還元触媒よりも下流側の排ガスに含まれるＮＯｘ量を前記所定期間にわたって積算した第２ＮＯｘ量を減算して、前記還元触媒で浄化されたＮＯｘ量としてもよい。

このように、ＮＯｘ量算出手段は、所定期間にわたって積算した第１ＮＯｘ量から、所定期間にわたって積算した第２ＮＯｘ量を減算することにより、浄化されたＮＯｘ量を算出するため、正確なＮＯｘ量を算出することができる。
なお、本明細書において、所定期間とは、予め設定された所定時間、車両の走行距離、仕事量等を含むものとする。

また、前記必要尿素水量算出手段は、
前記ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量の還元に必要なアンモニア量を還元反応のモル比に応じて算出し、当該アンモニア量の発生に必要な前記規定値の濃度の尿素水量を算出して、前記必要尿素水量としてもよい。

このように、必要尿素水量算出手段は、ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量の浄化に必要なアンモニア量を算出するとともに、当該アンモニア量の発生に必要な尿素水量を算出するため、正確な尿素水量を短時間で算出することができる。

また、前記尿素水濃度算出手段は、
前記必要尿素水量算出手段により算出された必要尿素水量を、前記尿素水消費量算出手段により算出された尿素水消費量で除算して尿素水比を算出し、当該尿素水比に尿素水の濃度の規定値を乗算して、尿素水の濃度としてもよい。

このように、尿素水濃度算出手段は、必要尿素水量算出手段により算出された必要尿素水量を尿素水消費量算出手段により計測された尿水消費量で除算して算出された尿素水比に、尿素水の濃度の規定値を乗算することにより、尿素水の濃度を算出するため、正確な尿素水の濃度を短時間で算出することができる。

本発明によれば、尿素水の濃度を正確に算出し、且つ尿素水の濃度が規定値未満であることを検知可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略全体構成図である。 コントロールユニットの各部にて算出される算出結果及びその出力先を示す図である。 尿素水の濃度を算出するフローを示す図である。

以下、本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置及び堆積検出方法について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略全体構成図である。また、図２は、コントロールユニットの各部にて算出される算出結果及びその出力先を示す図である。
図１及び図２に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）の排ガス浄化装置２は、前段酸化触媒４と、パティキュレートフィルタ（以下フィルタ６という）と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒８と、を備えている。

エンジン１は、燃料の噴射時期及び噴射量がＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２によって電子制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁３から燃焼室５内に燃料が噴射される。ＥＣＵ１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成されるマイクロコンピューターを備えている。また、ＥＣＵ１２は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御する。

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９を介して排ガス通路１６に接続されている。
排ガス通路１６は、ターボチャージャ７のタービン７ａを経由して排ガス浄化装置２に接続されている。また、タービン７ａはコンプレッサ７ｂと機械的に連結されており、タービン７ａが排ガス通路１６内を流動する排気を受けてコンプレッサ７ｂを駆動する。

排ガス浄化装置２は、排ガス通路１６に設けられた筒状の上流側ケーシング１４と、上流側ケーシング１４の下流側に連通路３２を介して接続された筒状の下流側ケーシング１８と、を備えている。

上流側ケーシング１４内には、前段酸化触媒４が収容されると共に、この前段酸化触媒４の下流側にはフィルタ６が収容されている。
フィルタ６は、排ガス中のＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集する。このフィルタ６はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、この通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排ガスが内部を流通することによって排ガス中のＰＭが捕集される。

前段酸化触媒４は排ガス中の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、前段酸化触媒４の下流にフィルタ６を配置することにより、フィルタ６に捕集され堆積しているＰＭは、前段酸化触媒４から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、これによってフィルタ６の連続再生が行われる。

また、下流側ケーシング１８内には、アンモニアを還元剤として、排ガス中のＮＯｘを選択還元して排ガスを浄化するＳＣＲ触媒８が収容されている。下流側ケーシング１８の下流側端部には、ＳＣＲ触媒８を通過した排ガスを大気中に放出するためのテールパイプ３４が接続されている。

また、排ガス浄化装置２は、テールパイプ３４に設けられ、排ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を計測するＮＯｘ濃度センサ４６と、ＳＣＲ触媒８の直上流に設けられ、ＳＣＲ触媒８に流入する排ガスの温度を検出する温度センサ２８と、連通路３２に尿素水を噴射する噴射装置２０と、噴射装置２０等を制御するコントロールユニット１３と、を備えている。コントロールユニット１３は、後述するＮＯｘ量算出部１５及び尿素水制御部２２を備えている。

ＮＯｘ濃度センサ４６は、計測結果を電気信号としてコントロールユニット１３へ出力する。コントロールユニット１３のＮＯｘ量算出部１５は、ＮＯｘ濃度センサ４６により計測されたＮＯｘ濃度及びエンジン１から排出される排ガスに含まれる第１ＮＯｘ量（後述する）に基づいて、ＳＣＲ触媒８にて浄化されたＮＯｘ量を算出する。浄化されたＮＯｘ量を算出する算出方法について以下に説明する。

まず、エンジン１から排出される単位時間当たりの第１ＮＯｘ量を決定する。エンジン１から排出されるＮＯｘ量は、エンジン１の回転速度や燃料噴射量、即ちエンジン１の運転状態から決定することができる。具体的には、エンジン１の運転状態とＮＯｘ量との関係が記されたマップ等に基づいて第１ＮＯｘ量を決定する。エンジン１の運転状態とＮＯｘ量との関係が記されたマップ等はコントロールユニット１３内に格納されている。
なお、本実施形態では、エンジン１の運転状態から第１ＮＯｘ量を定める場合について説明したが、この方法に限定されるものではなく、例えば、タービン７ａの直上流の排ガス通路１６にＮＯｘ濃度センサを設け、当該ＮＯｘ濃度センサにより計測された計測値に、単位時間当たりの排ガス流量を乗算して、エンジン１から排出される単位時間当たりの第１ＮＯｘ量を算出してもよい。

また、ＮＯｘ濃度センサ４６により計測された計測値に、単位時間当たりの排ガス流量を乗算して、ＳＣＲ触媒８を通過した排ガス中に含まれる単位時間当りの第２ＮＯｘ量を算出する。

エンジン１から排出された排ガスがＳＣＲ触媒８にて浄化されるまでには、時間がかかるため、予め設計等により決定された所定時間にわたって第１ＮＯｘ量及び第２ＮＯｘ量をそれぞれ積算する。以下の説明では、所定時間にわたって積算された第１ＮＯｘ量、第２ＮＯｘ量をそれぞれ第１ＮＯｘ積算量、第２ＮＯｘ積算量という。

次に、実際に浄化された所定時間当たりの浄化ＮＯｘ量を次式（１）より算出する。
浄化ＮＯｘ量＝第１ＮＯｘ積算量−第２ＮＯｘ積算量・・・式（１）
算出された浄化ＮＯｘ量は、ＮＯｘ量算出部１５により、後述する必要尿素水量算出部１７に出力される。

次に、排ガス浄化装置２の温度センサ２８について説明する。
温度センサ２８は、計測結果を電気信号としてコントロールユニット１３へ出力する。コントロールユニット１３の尿素水制御部２２は、温度センサ２８により計測された排ガスの温度に基づいて、噴射装置２０から尿素水を供給するか否かを決定する。

噴射装置２０は、連通路３２に設けられた尿素水インジェクタ２４と、尿素水インジェクタ２４に尿素水を供給する尿素水供給用ポンプ２５と、尿素水供給用ポンプ２５から供給される尿素水の流量を調整する制御弁２１と、尿素水供給用ポンプ２５から供給される尿素水の流量を計測する尿素水流量計２３と、尿素水を貯留する尿素水タンク２６と、を備えている。

尿素水制御部２２は、温度センサ２８の計測結果に基づいて、排ガスの温度が尿素水を加水分解可能な温度以上か否かを判定する。そして、排ガスの温度が加水分解可能な温度以上であると判定した場合に、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水を算出するとともに、尿素水供給用ポンプ２５を稼働させて尿素水を排ガス中に供給する。このとき、尿素水供給用ポンプ２５から供給される尿素水量を制御弁２１により制御することにより、ＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水を供給する。この制御弁２１は、尿素水制御部２２により制御される。
そして、尿素水流量計２３は、計測結果を電気信号としてコントロールユニット１３へ出力する。なお、本実施形態では、尿素水供給用ポンプ２５から供給される尿素水の流量を計測する尿素水流量計２３を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、尿素水の供給量を計測可能なメータリングユニットを備えた尿素水供給用ポンプを用いてもよい。要は、尿素水供給用ポンプから供給される尿素水の流量を計測できる機能を備えていればよい。

尿素水供給用ポンプ２５から供給された尿素水は、ミキシングチャンバー２９にて圧縮エア３０と混合され、供給管３１を通過後、尿素水インジェクタ２４からＳＣＲ触媒８の上流側の排ガス通路１６内に供給される。
使用すべき正規の尿素水の濃度は、予め定められており、本実施形態では、尿素の飽和状態である３２．５％とした。以下、濃度３２．５％を規定濃度という。なお、本実施形態では、規定濃度を３２．５％としたが、この値に限定されるものではなく、３２．５％未満としてもよいが、尿素水の消費量が増加するため、３２．５％に近い値であることが望ましい。

排ガス浄化装置２のコントロールユニット１３は、必要尿素水量算出部１７と、尿素水消費量算出部３６と、尿素水濃度算出部３３と、尿素水濃度判定部３５と、を更に備えている。

必要尿素水量算出部１７は、上記式（１）により算出された浄化ＮＯｘ量を還元するのに必要なアンモニア量を算出するとともに、当該アンモニア量の発生に必要な必要尿素水量Ｕｎを算出する。
具体的にＮＯ_２は、１／２モル等量のアンモニア（（ＮＨ_２）_２ＣＯ）と反応して浄化されるため、浄化ＮＯｘ量を還元するのに必要なアンモニア量Ａｎを、次式（２）により算出する。なお、ＮＯ_２の分子量を４６ｇ／ｍｏｌ、アンモニアの分子量を６０ｇ／ｍｏｌとした。
Ａｎ＝（浄化ＮＯｘ量／（４６×２））×６０ ・・・式（２）
ここで、Ａｎはアンモニア量（ｇ）であり、浄化ＮＯｘ量は上記式（１）から算出される値（ｇ）である。また、値４６はＮＯ_２の分子量（ｇ）、値２はモル数、値６０はアンモニアの分子量（ｇ）である。

そして、上記式（２）により算出されたアンモニア量Ａｎに基づいて、当該アンモニア量Ａｎの発生に必要な規定濃度の必要尿素水量Ｕｎを次式（３）により算出する。
Ｕｎ＝Ａｎ×（１／０．３２５）×α ・・・式（３）
ここで、Ｕｎは、必要尿素水量（ｇ）であり、値０．３２５は、尿素水の規定濃度である。また、αは、実験等から求められる係数（例えば、１．００〜１．１０）である。係数αの値は予め決定されている。
算出した必要尿素水量は、必要尿素水量算出部１７により尿素水制御部２２及び尿素水濃度算出部３３に出力される。
なお、本実施形態においては、浄化ＮＯｘ量に基づいて必要尿素水量Ｕｎを算出する過程において、式（２）及び式（３）を別々に計算した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、式（２）及び式（３）をまとめた次式（４）にて、必要尿素水量Ｕｎを算出してもよい。
Ｕｎ＝（浄化ＮＯｘ量／（４６×２））×６０×（１／０．３２５）×α ・・・式（４）

尿素水制御部２２は、必要尿素水量算出部１７からの必要尿素水量を受けると、尿送水供給用ポンプ２５及び制御弁２１を制御して、必要尿素水量の尿素水を連通路３２内の排ガス中に供給する。
排ガス中に供給された尿素水は霧化し、排ガスの熱により加水分解してアンモニアとなってＳＣＲ触媒８に供給される。ＳＣＲ触媒８は、アンモニアと排ガス中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ_２とする。

しかし、尿素水タンク２６内の尿素水の濃度が規定濃度よりも低い場合や、尿素水と間違って水等が補充されている場合、ＳＣＲ触媒８のＮＯｘ浄化率が低下してしまう。

そこで、排ガス浄化装置２は、排ガス中に供給される尿素水の濃度を適宜算出している。以下に、尿素水の濃度を算出する方法について説明する。

まず、コントロールユニット１３の尿素水消費量算出部３６は、尿素水流量計２３から出力された計測結果を所定時間にわたって積算し、実尿素水消費量Ｕｔを算出する。続いて、尿素水消費量算出部３６は、実尿素水消費量Ｕｔを尿素水濃度算出部３３に出力する。

次に、尿素水濃度算出部３３は、尿素水消費量算出部３６からの実尿素水消費量Ｕｔを受けると次式（５）にて連通路３２に供給される尿素水の濃度（以下、実尿素水濃度ＵＤという）を算出する。
ＵＤ ＝（Ｕｎ／Ｕｔ）×３２．５ ・・・式（５）
ここで、ＵＤは実尿素水濃度（％）である。また、Ｕｎは必要尿素水量算出部１７より算出された必要尿素水量（ｇ）であり、Ｕｔは実尿素水消費量（ｇ）である。そして、値３２．５は尿素水の規定濃度（％）である。
算出された実尿素水濃度ＵＤは、尿素水濃度算出部３３により尿素水濃度判定部３５に出力される。

次に、尿素水濃度判定部３５は、尿素水濃度算出部３３からの実尿素水濃度ＵＤを受けると、規定濃度未満か否かを判定する。即ち、実尿素水濃度ＵＤが３２．５％未満か否かを判定する。
そして、尿素水濃度判定部３５により、実尿素水濃度ＵＤが規定濃度未満であると判定された場合、尿素水濃度判定部３５は運転席付近に設置された警告ランプ３７を点滅させて、尿素水の濃度が規定濃度未満であることを運転手に警告する。

次に、上述した構成からなる排ガス浄化装置２を用いた尿素水の実尿素水濃度算出フローについて図３を用いて説明する。
図３に示すように、まず、第１ＮＯｘ量、第２ＮＯｘ量及び連通路３２に供給される尿素水量の積算を開始する（ステップＳ２）。

積算を開始した後、各時刻ごとに取得される第１ＮＯｘ量及び第２ＮＯｘ量は、ＮＯｘ量算出部１５に出力され、当該ＮＯｘ量算出部１５に格納される。また、各時刻ごとに取得される尿素水量は、尿素水消費量算出部３６に出力され、当該尿素水消費量算出部３６に格納される。

次に、コントロールユニット１３は、積算時間が所定時間を経過した否かを判定する（ステップＳ４）。
コントロールユニット１３は、ステップＳ４において、積算時間が所定時間を経過していないと判定したら、ステップＳ２を継続する。
一方、コントロールユニット１３は、ステップＳ４において、積算時間が所定時間を経過していると判定したら、ＮＯｘ量算出部１５は、格納している第１ＮＯｘ量及び第２ＮＯｘ量に基づいて、第１ＮＯｘ積算量及び第２ＮＯｘ積算量を算出する。続いて、算出した第１ＮＯｘ積算量及び第２ＮＯｘ積算量に基づいて、上記式（１）より浄化ＮＯｘ量を算出する（ステップＳ６）。
そして、ＮＯｘ量算出部１５は、算出した浄化ＮＯｘ量を必要尿素水量算出部１７に出力する。

必要尿素水量算出部１７は、ＮＯｘ量算出部１５からの浄化ＮＯｘ量を受けたら、上記式（２）より、当該浄化ＮＯｘ量を還元するのに必要なアンモニア量を算出する。続いて、上記式（３）より、そのアンモニア量の発生に必要な必要尿素水量を算出する（ステップＳ８）。
そして、必要尿素水量算出部１７は、必要尿素水量を算出した旨を尿素水消費量算出部３６に出力するとともに、算出した必要尿素水量を尿素水濃度算出部３３に出力する。

尿素水消費量算出部３６は、必要尿素水量算出部１７からの必要尿素水量を算出した旨を受けたら、格納されている尿素水流量を積算し、実尿素水消費量を算出する（ステップＳ１０）。
続いて、尿素水消費量算出部３６は、算出した実尿素水消費量を尿素水濃度算出部３３に出力する。

尿素水濃度算出部３３は、必要尿素水量算出部１７からの必要尿素水量、及び尿素水消費量算出部３６からの実尿素水消費量を受けたら、上記式（５）より、連通路３２に供給される実際の尿素水の実尿素水濃度ＵＤを算出する（ステップＳ１２）。
続いて、尿素水濃度算出部３３は、実尿素水濃度ＵＤを尿素水濃度判定部３５に出力する。

尿素水濃度判定部３５は、尿素水濃度算出部３３からの実尿素水濃度ＵＤを受けたら、尿素水の濃度が規定濃度未満か否かを判定する（ステップＳ１４）。即ち、実尿素水濃度ＵＤが３２．５％未満か否かを判定する。
そして、尿素水濃度判定部３５は、実尿素水濃度ＵＤが３２．５％未満であると判定した場合、運転席付近に設置された警告ランプ３７を点滅させて、尿素水の濃度が３２．５％未満であることを運転手に警告する（ステップＳ１６）。
一方、尿素水濃度判定部３５は、実尿素水濃度ＵＤが３２．５％以上であると判定した場合、再び、ステップＳ２を実施する。

なお、本実施形態では、浄化ＮＯｘ量等を算出（ステップＳ６）して必要尿素水量を算出（ステップＳ８）し、その後、実尿素水消費量を算出（ステップＳ１０）する順番で実施する場合について説明したが、この順番に限定されるものではない。例えば、尿素水消費量を算出した後、浄化ＮＯｘ量を算出して必要尿素水量Ｕｎを算出してもよい。また、浄化ＮＯｘ量を算出して必要尿素水量を算出する工程と並行して、尿素水消費量を算出してもよい。

上述したように、本実施形態に係る排ガス浄化装置２によれば、浄化されたＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出部１５と、当該ＮＯｘ量算出部１５により算出されたＮＯｘ量の浄化に必要な必要尿素水量を算出する必要尿素水量算出部１７と、実尿素水消費量を算出する尿素水消費量算出部３６と、算出された必要尿素水量及び実尿素水消費量に基づいて、実尿素水濃度を算出する尿素水濃度算出部３３と、を備えているため、連通路３２に供給される尿素水の濃度を正確に算出することができる。これにより、尿素水の濃度が規定濃度よりも低い場合等は、規定濃度の尿素水となるように調整することで、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
また、高価な尿素水濃度センサを用いることなく、尿素水の濃度を算出することができるので、排ガス浄化装置２の製作コストを低減することができる。

また、尿素水濃度判定部３５と、警告ランプ３７とを備えているため、連通路３２に供給される尿素水の濃度が規定濃度未満であることを直ちに検知することができる。

そして、ＮＯｘ量算出部１５は、第１ＮＯｘ積算量から第２ＮＯｘ積算量を減算することにより、浄化ＮＯｘ量を算出するため、浄化に必要なＮＯｘ量を正確に算出することができる。

また、必要尿素水量算出部１７は、ＮＯｘ量算出部１５により算出された浄化ＮＯｘ量に基づいて、当該浄化ＮＯｘ量の浄化に必要なアンモニア量を算出するとともに、当該アンモニア量の発生に必要な必要尿素水量を算出するため、浄化に使用された尿素水量を正確に算出することができる。

さらに、尿素水濃度算出部３３は、必要尿素水量算出部１７により算出された必要尿素水量を、尿素水消費量算出部３６により算出された実尿素水消費量で除算して算出された値に、尿素水の規定濃度を乗算することにより、尿素水濃度を算出するため、短時間で実尿素水濃度を算出することができる。

なお、本実施形態では、第１ＮＯｘ量、第２ＮＯｘ量及び尿素水量をそれぞれ所定時間にわたって積算した場合について説明したが、時間に限定されるものではなく、例えば、車両が所定距離を走行するまで積算したり、所定仕事量を達成するまで積算したりしてもよい。

１ エンジン
２ 排ガス浄化装置
３ 燃料噴射弁
４ 前段酸化触媒
５ 燃焼室
６ フィルタ
７ ターボチャージャ
７ａ タービン
７ｂ コンプレッサ
８ ＳＣＲ触媒
９ 排気マニホールド
１２ ＥＣＵ
１３ コントロールユニット
１４ 上流側ケーシング
１５ ＮＯｘ量算出部
１６ 排ガス通路
１７ 必要尿素水量算出部
１８ 下流側ケーシング
２０ 噴射装置
２１ 制御弁
２２ 尿素水制御部
２３ 尿素水流量計
２４ 尿素水インジェクタ
２５ 尿素水供給用ポンプ
２６ 尿素水タンク
２８ 温度センサ
２９ ミキシングチャンバー
３０ 圧縮エア
３１ 供給管
３２ 連通路
３３ 尿素水濃度算出部
３４ テールパイプ
３５ 尿素水濃度判定部
３６ 尿素水消費量算出部
３７ 警告ランプ
４６ ＮＯｘ濃度センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、当該還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路内に尿素水を供給する尿素水供給手段と、を備えた内燃機関の排ガス浄化装置であって、
   前記還元触媒で浄化されたＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出手段と、
   前記ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量の浄化に必要な必要尿素水量を算出する必要尿素水量算出手段と、
   前記尿素水供給手段から前記排ガス通路に供給された尿素水消費量を算出する尿素水消費量算出手段と、
   前記必要尿素水量算出手段により算出された必要尿素水量、及び前記尿素水消費量算出手段により算出された尿素水消費量に基づいて、前記排ガス通路内に供給された尿素水の濃度を算出する尿素水濃度算出手段と、
   尿素水濃度算出手段により算出された尿素水の濃度が、予め規定した規定値未満か否かを判定する尿素水濃度判定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記尿素水濃度判定手段によって前記尿素水の濃度が前記規定値未満であると判定された際に、運転者に対して警報を発する警告手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 前記ＮＯｘ量算出手段は、
   前記還元触媒よりも上流側の排ガスに含まれるＮＯｘ量を所定期間にわたって積算した第１ＮＯｘ量から、前記還元触媒よりも下流側の排ガスに含まれるＮＯｘ量を前記所定期間にわたって積算した第２ＮＯｘ量を減算して、前記還元触媒で浄化されたＮＯｘ量とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排ガス浄化
   装置。
4. 前記必要尿素水量算出手段は、
   前記ＮＯｘ量算出手段により算出されたＮＯｘ量の還元に必要なアンモニア量を還元反応のモル比に応じて算出し、当該アンモニア量の発生に必要な前記規定値の濃度の尿素水量を算出して、前記必要尿素水量とすることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 前記尿素水濃度算出手段は、
   前記必要尿素水量算出手段により算出された必要尿素水量を、前記尿素水消費量算出手段により算出された尿素水消費量で除算して尿素水比を算出し、当該尿素水比に尿素水の濃度の前記規定値を乗算して、尿素水の濃度とすることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
   

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