WO2005033483A1

WO2005033483A1 - エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法

Info

Publication number: WO2005033483A1
Application number: PCT/JP2004/013306
Authority: WO
Inventors: Mitsuhiro Nishina; Hiroyuki Kurita; Toshikazu Katou
Original assignee: Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2005-04-14
Also published as: ES2577144T3; US20070113544A1; JP2005113708A; EP1676984A1; ES2393487T3; EP2476875B1; EP1676984B1; EP1676984A4; CN1863988A; CN1863988B; JP3718209B2; US7617672B2; EP2476875A1

Abstract

　　【課題】エンジン又はＳＣＲ装置に異常が発生したときに、大気中へのＮＯｘの放出を抑制する。　　【解決手段】エンジンＣ／Ｕ５１は、エンジンに発生した異常を検出し、この異常の発生を示す信号をＳＣＲ−Ｃ／Ｕ６１に出力する。ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ６１は、発生した異常に応じ、尿素水噴射量を増減させる。一方、ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ６１は、ＳＣＲ装置に発生した異常を検出し、この異常の発生を示す信号をエンジンＣ／Ｕ５１に出力する。エンジンＣ／Ｕ５１は、ＥＧＲ弁等のエンジン部品を制御して、ＮＯｘ排出量を減少させる。

Description

明細書

エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法

技術分野

[0001] 本発明は、エンジンの排気浄ィ匕装置及び排気浄ィ匕方法に関し、詳細には、車両用エンジン力も排出される窒素酸ィ匕物を、アンモニアを還元剤に使用して浄化する技術に関する。

背景技術

[0002] エンジン力排出される大気汚染物質、特に排気中の窒素酸ィ匕物（以下「NOx」という。）を後処理により浄化するものに、次の SCR (Selective

Catalytic Reduction)装置が知られている。この SCR装置は、エンジンの排気通路に設置され、アンモニア又はその前駆体の水溶液を噴射する噴射ノズルを含んで構成される。この噴射ノズルにより噴射されたアンモニアが還元剤として機能して、触媒上で NOxと反応し、 NOxを還元及び浄化する。また、車上でのアンモニアの貯蔵容易性が考慮された SCR装置として、次のものが知られている。この SCR装置は、アンモユア前駆体としての尿素水を貯蔵したタンクを備え、実際の運転に際し、このタンクから供給される尿素水を排気通路内に噴射し、排気熱を利用した尿素の加水分解によりアンモニアを発生させるものである（特許文献 1)。回転数及び負荷等のエンジンの運転状態を検出し、排気に対し、検出した運転状態に応じた量の尿素水を噴射するのが一般的である (特許文献 2)。

特許文献 1 :特開 2000 - 027627号公報 (段落番号 0013)

特許文献 2：特開 2001 - 020724号公報 (段落番号 0004)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力しながら、上記の SCR装置には、次のような問題がある。エンジンに関する設定として、燃料噴射弁等のエンジン部品の作動特性を、パティキュレート排出量を特に減少させるためのものに設定する場合がある。このような設定では、一般的に NOx 排出量が多くなる。 SCR装置が正常に作動しているのであれば、排出された NOxをアンモニアとの還元反応により浄ィ匕することができる。このようなある程度の NOxの排出を許容する設定のもと、エンジン部品に異常が発生し、排気の組成が変化した場合を想定する。この場合において、 NOx排出量が増加したにも拘わらず、尿素水噴射量を正常時のまま維持したとすれば、 NOxに対してアンモニアが不足し、未浄ィ匕の NOxが大気中に放出されることとなる。他方、 NOx排出量が減少したにも拘わらず、尿素水噴射量を正常時のまま維持したとすれば、尿素水が無駄に消費されるば力りでなぐアンモニアが過剰に発生し、余剰のアンモニアが大気中に放出されることとなる。また、 SCR装置に異常が発生して、尿素水噴射量が変化するか又は尿素水のアンモニア含有量 (すなわち、尿素の濃度）が変化したとする。この場合は、排気へのアンモニア添カ卩量が変化することとなるので、 NOxとアンモニアとの比率が適正値からずれ、還元反応が良好に進行せず、 NOx除去率が要求を満たさなくなる。 SCR 装置の異常によりアンモニアが過剰に添加されたときは、余剰のアンモニアが大気中に放出される。

[0004] 本発明は、エンジン部品又は SCR装置に異常が発生したときに、大気中への NOx 及びアンモニアの放出を抑制することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明は、エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法を提供する。

[0006] 本発明に係る装置及び方法は、排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を設け

、この添加装置により添加された還元剤により排気中の NOxの還元を促すものである。本発明は、車両用エンジンに好適に適用することができ、 NOxの還元剤には、ァンモユアを採用することができる。

[0007] 本発明の 1つの形態では、添加装置に発生する異常を第 1の異常として検出する。

筒内から排出される時点での排気の組成に影響を与えるエンジン制御因子（以下、単に「エンジン制御因子」という。）を操作して、第 1の異常の発生が検出されたときとそれ以外のときとで、同じ運転条件下でのエンジンの NOx排出量を異ならせる。

[0008] 本発明の他の形態では、エンジン制御因子を実現するためのエンジン部品に発生する異常を第 2の異常として検出する。第 2の異常の発生が検出されたときとそれ以外のときとで、添加装置による還元剤添加量を異ならせる。 [0009] 本発明の更に別の形態では、第 1の異常の発生を検出するとともに、第 2の異常の発生を検出する。第 1及び第 2の異常のうち、少なくとも一方の異常の発生が検出されたとき以外のときを通常時として、第 1の異常の発生が検出された第 1の異常発生時において、エンジン制御因子を操作して、通常時とは同じ運転条件下でのェンジンの NOx排出量を異ならせる。また、第 2の異常の発生が検出された第 2の異常発生時において、通常時とは添加装置による還元剤添加量を異ならせる。

発明の効果

[0010] 本発明によれば、エンジン部品に異常が発生し、エンジンの NOx排出量が変化したときに、添加装置の還元剤添加量を制御して、実際の NOx排出量に見合ったものとすることができる。このため、還元剤の不足による NOxの放出や、過剰供給による還元剤の放出を防止することができる。また、添加装置に異常が発生し、的確な量の還元剤を添加し得なくなったときに、エンジン制御因子を操作して、 NOxの発生自体を抑制することができる。このため、 NOxの放出を抑制することができる。

[0011] 本発明に関する他の目的及び特徴は、添付の図面を参照した以下の説明により理解することができる。

[0012] 優先権主張の基礎となる日本国特許出願 (特願 2003— 345723号)の内容は、本願の一部として組み込まれ、参照される。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の一実施形態に係るエンジンの構成

[図 2]同上エンジン及びその排気浄ィ匕装置の制御系の構成

[図 3]SCR— CZUが行う異常検出ルーチンのフローチャート

[図 4]尿素水噴射制御ルーチンのフローチャート

[図 5]エンジン CZUが行う異常検出ルーチンのフローチャート

[図 6]エンジン制御ルーチンのフローチャート

符号の説明

[0014] 1…エンジン、 11…吸気通路、 12· ··ターボチャージャ、 13· ··サージタンク、 21· ··ィンジェクタ、 22· ··コモンレール、 31· ··排気通路、 32· ··酸ィ匕触媒、 33· ··ΝΟχ浄化触媒、 34…アンモニア浄ィ匕触媒、 35- EGR管、 36- EGR弁、 41…タンク、 42· "尿素水供給管、 43· ··噴射ノズル、 44· ··フィードポンプ、 45· "フィルタ、 46· ··尿素水戻り管、 47· ··圧力制御弁、 48· ··空気供給管、 51· ··エンジン CZU、 61- --SCR-C/U, 71, 72· ··排気温度センサ、 73· ··ΝΟχセンサ、 74· ··尿素センサ、 75· ··残量センサ、 76· ··空気圧力センサ、 77· ··尿素水圧力センサ、 78· ··素子部

電圧センサ。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

[0016] 図 1は、本発明の一実施形態に係る自動車用エンジン (以下「エンジン」という。）の構成を示している。本実施形態では、エンジン 1として直噴型のディーゼルエンジンを採用している。

[0017] 吸気通路 11の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、エアタリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路 11には、可変ノズル型のターボチャージャ 12 (「過給装置」を構成する。）のコンプレッサ 12aが設置されており、コンプレッサ 12aにより吸入空気が圧縮されて送り出される。圧縮された吸入空気は、サージタンク 13に流入し、マ-ホールド部で各気筒に分配される。

[0018] エンジン本体において、シリンダヘッドには、インジェクタ 21が気筒毎に設置されている。インジェクタ 21は、エンジンコントロールユニット（以下「エンジン C/U」という。 ) 51からの信号に応じて作動する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール 22を介してインジェクタ 21に供給され、インジェクタ 21により燃焼室内に噴射される。

[0019] 排気通路 31には、マ-ホールド部の下流にターボチャージャ 12のタービン 12bが設置されている。排気によりタービン 12bが駆動されることで、コンプレッサ 12aが回転する。タービン 12bは、 VNTコントロールユニット 122により可動べーン 121の角度が制御される。可動べーン 121の角度に応じ、タービン 12b及びコンプレッサ 12aの回転数が変化する。

[0020] タービン 12bの下流には、上流側から順に酸化触媒 32、 NOx浄化触媒 33及びァンモニァ浄化触媒 34が設置されている。酸化触媒 32は、排気中の炭化水素及び一酸化炭素を酸化するとともに、排気中の一酸化窒素（以下「NO」という。）を、二酸ィ匕窒素（以下「N02」という。）を主とする NOxに転換するものであり、排気に含まれる N Oと N02との比率を、後述する NOxの還元反応に最適なものに調整する作用を奏する。 NOx浄ィ匕触媒 33は、排気中の NOxを還元し、浄化する。 NOx浄化触媒 33での NOxの還元を促すため、本実施形態では、 NOx浄化触媒 33の上流で排気に還元剤としてのアンモニアを添加する。

[0021] 本実施形態では、アンモニアの貯蔵容易性を考慮し、アンモニア前駆体としての尿素を水溶液の状態で貯蔵する。アンモニアを尿素として貯蔵することで、安全性を確保することができる。

[0022] 尿素水を貯蔵するタンク 41には、尿素水供給管 42が接続されており、この尿素水供給管 42の先端に尿素水の噴射ノズル 43が取り付けられて、る。尿素水供給管 42 には、上流側力も順にフィードポンプ 44及びフィルタ 45が介装されている。フィードポンプ 44は、電動モータ 441により駆動される。電動モータ 441は、 SCRコントロールユニット（以下「SCR— CZU」という。）61からの信号により回転数が制御され、フィードポンプ 44の吐出し量を調整する。また、フィルタ 45の下流において、尿素水供給管 42に尿素水戻り管 46が接続されている。尿素水戻り管 46には、圧力制御弁 47 が設置されており、規定圧力を超える分の余剰尿素水がタンク 41に戻されるように構成されている。

[0023] 噴射ノズル 43は、エアアシスト式の噴射ノズルであり、本体 431と、ノズル部 432とで構成される。本体 431には、尿素水供給管 42が接続される一方、アシスト用の空気 (以下「アシストエア」、う。）を供給するための空気供給管 48が接続されて、る。空気供給管 48は、図示しないエアタンクと接続されており、このエアタンクからアシストエアが供給される。ノズル部 432は、 NOx浄ィ匕触媒 33の上流において、 NOx浄ィ匕触媒 33及びアンモニア浄化触媒 34の筐体を貫通させて設置されてヽる。ノズル部 4 32の噴射方向は、排気の流れと平行な方向に、 NOx浄ィ匕触媒 33の端面に向けて設定されている。

[0024] 尿層水が噴射されると、噴射された尿素水中の尿素が排気熱により加水分解し、ァンモユアが発生する。発生したアンモニアは、 NOx浄化触媒 33上で NOxの還元剤として作用し、 NOxの還元を促進させる。アンモニア浄ィ匕触媒 34は、 NOxの還元に寄与せずに NOx浄ィ匕触媒 33を通過したスリップアンモニアを浄ィ匕するためのものである。アンモニアは、刺激臭があるため、未浄ィ匕のまま放出するのは好ましくない。酸化触媒 32での NOの酸化反応、尿素の加水分解反応、 NOx浄化触媒 33での NOx の還元反応、及びアンモニア浄ィ匕触媒 34でのスリップアンモニアの酸ィ匕反応は、次の（1)一（4)式により表される。なお、本実施形態では、 NOx浄ィ匕触媒 33と、アンモユア浄ィ匕触媒 34とを一体の筐体に内蔵させているが、それぞれの筐体を別体のものとして構成してちょい。

[0025] NO + 1/20 → NO · · · (!)

(NH ) CO + H O → 2NH +CO

2 2 2 3 2 …（2)

NO + NO + 2NH → 2N + 3H O

2 3 2 2 …（3)

4NH + 30 → 2N +6H O

3 2 2 2 …（4)

また、排気通路 31は、 EGR管 35により吸気通路 11と接続されている。この EGR管 35を介して排気が吸気通路 11に還流される。 EGR管 35には、 EGR弁 36が介装されており、この EGR弁 36により還流される排気の流量が制御される。 EGR弁 36は、 EGRコントロールユニット 361により開度が制御される。 EGR管 35と、 EGR弁 36とで排気還流装置が構成される。

[0026] 排気通路 31において、酸ィ匕触媒 32と NOx浄ィ匕触媒 33との間には、尿素水添カロ前の排気の温度を検出するための温度センサ 71が設置されている。アンモニア浄ィ匕触媒 34の下流には、還元後の排気の温度を検出するための温度センサ 72、及び還元後の排気に含まれる NOxの濃度を検出するための NOxセンサ 73が設置されている。また、タンク 41内には、貯蔵されている尿素水に含まれる尿素の濃度（以下、単に「濃度」というときは、尿素の濃度をいうものとする。）Duを検出するための尿素センサ 74と、貯蔵されている尿素水の量 Ruを検出するための残量センサ 75とが設置されている。

[0027] 尿素センサ（「第 1のセンサ」に相当する。） 74には、公知のいかなる形態のものが採用されてもよい。本実施形態では、尿素の濃度に応じた尿素水の熱伝達率をもとに、濃度 Duを検出するものが採用されている。また、残量センサ（「第 2のセンサ」に相当する。） 75は、フロートと、このフロートの位置 (すなわち、高さ）を検出する可変抵抗体とを含んで構成され、検出されたフロートの高さをもとに、尿素水の残量 Ruを検出する。なお、尿素水の熱伝達率に基づいて濃度 Duを検出する感温型尿素センサ 74によれば、尿素水と空気との間で熱伝達率に大きな違いがあることから、尿素センサ 74が空気中にあるときの尿素センサ 74の出力特性を予め把握しておくことで、残量 Ruに代え、タンク 41が空である力否かを判定することができ、第 1及び第 2のセンサを 1つの尿素センサ 74で実現することができる。

[0028] なお、本実施形態に関し、 SCR— CZU61が「第 1のコントローラ」に、エンジン CZ U51が「第 2のコントローラ」に相当する。また、タンク 41、尿素水供給管 42、噴射ノズル 43、フィードポンプ 44及び空気供給管 48が還元剤の添加装置を構成する。尿素センサ 74は、濃度を検出する第 1のセンサとしての機能と、残量を判定する第 2のセンサとしての機能とを兼ね備えることができる。

[0029] 図 2は、エンジン 1の制御系の構成を示している。

[0030] エンジン CZU51と、 SCR— CZU61とは、双方向に通信可能に接続されている。

[0031] エンジン C/U51は、 EGRコントロールユニット 361及び VNTコントロールユニット 122とも双方向に通信可能に接続されている。 EGRコントロールユニット 361は、 EG R系に発生した異常を検出する機能を有しており、この異常の発生を示す信号をェンジン C/U51に出力する。 VNTコントロールユニット 122は、 VNT系に発生した異常を検出する機能を有しており、この異常の発生を示す信号をエンジン CZU51に出力する。エンジン C/U51は、 EGRコントロールユニット 361及び VNTコントロールユニット 122に対し、エンジン 1の運転状態に応じた指令信号を出力する一方、これらのコントロールユニット 361, 122から異常の発生を示す信号を入力したときは、 SCR-C/U61に対し、エンジン 1における異常の発生を示すエンジン側異常信号（「添加装置制御信号」に相当する。）を出力する。また、エンジン 1には、イダ二ッションスィッチ、スタートスィッチ、クランク角センサ、車速センサ及びアクセルセンサ等が設置されており、これらのセンサの検出信号は、エンジン CZU51に出力される。ェンジン CZU51は、クランク角センサ力も入力した信号をもとに、エンジン回転数 Ne を算出する。エンジン CZU51は、燃料噴射量等の尿素水の噴射制御に必要な情報を SCR— CZU61に出力する。 [0032] SCR— CZU61は、温度センサ 71, 72、 NOxセンサ 73、尿素センサ 74及び残量センサ 75の検出信号、並びに燃料噴射量等の演算情報を入力するとともに、アシストエア圧力 Pa、尿素水圧力 Pu及び尿素センサ電圧 Vsを入力する。アシストエア圧力 Paは、空気供給管 48内の圧力であり、空気供給管 48に設置された圧力センサ 76により検出される。尿素水圧力 Puは、尿素水供給管 42内の圧力であり、フィードポンプ 44の下流の尿素水供給管 43に設置された圧力センサ 77により検出される。尿素センサ電圧 Vsは、尿素センサ 74の検知濃度に応じて出力される電圧であり、電圧センサ 78により検出される。 SCR-C/U61は、入力した信号及び情報をもとに、最適な尿素水噴射量を演算及び設定し、設定した尿素水噴射量に応じた指令信号を噴射ノズル 43に出力する。また、アシストエア圧力 Pa、尿素水圧力 Pu、尿素センサ電圧 Vs、濃度 Dn及び残量 Ruをもとに、後述するように尿素水噴射系に発生した異常を検出し、エンジン CZU51に対し、この異常の発生を示す SCR側異常信号（「ェンジン制御信号」に相当する。）を出力する。

[0033] 次に、エンジン CZU51及び SCR— CZU61の動作をフローチャートにより説明する。

[0034] まず、 SCR— CZU61の動作について説明する。

[0035] 図 3は、異常検出ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、イダ-ッシヨンスィッチがオンされることにより起動され、その後所定の時間毎に繰り返される。このルーチンにより尿素水噴射系に発生した異常が検出される。

[0036] S101では、アシストエア圧力 Pa、尿素水圧力 Pu、尿素センサ電圧 Vs、濃度 D u及び残量 Ruを読み込む。

[0037] S102では、アシストエア圧力 Paが所定の値 Pa2を上限とし、かつ所定の値 Pal ( < Pa2)を下限とする所定の範囲内にあるか否かを判定する。この範囲内にあるときは、 S103へ進み、この範囲内にないときは、 S108へ進む。値 Palよりも小さいァシストエア圧力が検出されたときは、空気供給管 42でアシストエアの漏れが発生していると判断することができ、値 Pa2よりも大きいアシストエア圧力が検出されたときは、噴射ノズル 43に詰りが発生していると判断することができる。噴射ノズル 43の詰りは、ノズル部 432内で尿素が凝結し、通路が塞がれた場合等に発生する。 [0038] S103では、尿素水圧力 Puが所定の値 Pul以上であるか否かを判定する。値 Pul 以上であるときは、 S104へ進み、値 Pulよりも小さいときは、 S108へ進む。値 Pulよりも小さい尿素水圧力が検出されたときは、フィードポンプ 44が故障し、尿素水を充分な圧力で供給し得ない状態にあると判断することができる。

[0039] S104では、尿素センサ電圧 Vsが所定の値 Vsl以下であるか否かを判定する。値 Vsl以下であるときは、 S105へ進み、値 Vslよりも大きいときは、 S108へ進む。値 V siよりも大きい尿素センサ電圧が検出されたときは、尿素センサ 74に断線が発生していると判断することができる。

[0040] S105では、残量 Ruが所定の値 Rul以上であるか否かを判定する。値 Rul以上であるときは、 S106へ進み、値 Rulよりも小さいときは、タンク 41が空であり、残量が不足しているとして、 S108へ進む。値 Rulは、噴射に必要な最小限の残量に設定する

[0041] S106では、濃度 Duが所定の値 Dul以上であるか否かを判定する。値 Dul以上であるときは、 S107へ進み、値 Dulよりも小さいときは、尿素水が過剰に希釈されているとして、 S108へ進む。値 Dulは、アンモニアの添カ卩に必要な最低限の濃度に設定する。

[0042] S 107では、尿素水噴射系に想定した異常は発生していないとして、 SCR側異常判定フラグ Fscrを 0に設定する。なお、以上のように検出されるアシストエアの漏れ、噴射ノズル 43の詰り、フィードポンプ 44の故障、尿素センサ 74の断線、尿素水の残量の不足及び尿素水の希釈が「第 1の異常」に相当する。

[0043] S 108では、尿素水噴射系に何らかの異常が発生したとして、 SCR側異常判定フラグ Fscrを 1に設定するとともに、警告灯を作動させて、異常の発生を運転者に認識させる。

[0044] 図 4は、尿素水噴射制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、所定の時間毎に実行される。

[0045] S201では、 SCR側異常判定フラグ Fscrを読み込み、読み込んだフラグ Fscrが 0 であるか否かを判定する。 0であるときは、 S202へ進み、 0でないときは、尿素水噴射系に異常が発生しているとして、 S208へ進む。 [0046] S202では、燃料噴射量 Qf、 NOx濃度 NOX (NOxセンサ 73の出力である。）及び濃度 Duを読み込む。

[0047] S203では、尿素水噴射量 Quを演算する。尿素水噴射量 Quの演算は、燃料噴射量 Qf及び NOx濃度 NOXに応じた基本噴射量を演算するとともに、算出した基本噴射量を濃度 Duにより補正することにより行う。濃度 Duが高ぐ単位噴射量当たりの尿素含有量が多いときは、基本噴射量に対して減量補正を施す。他方、濃度 Duが低く、単位噴射量当たりの尿素含有量が少ないときは、基本噴射量に対して増量補正を施す。

[0048] S204では、エンジン側異常判定フラグ Fengを読み込み、読み込んだフラグ Feng 力 SOであるか否かを判定する。 0であるときは、 S205へ進み、 0でないときは、ェンジン 1に異常が発生しているとして、 S206へ進む。

[0049] S205では、 S203で算出した尿素水噴射量 Quを出力値 Quに設定する。

[0050] S206では、 S203で算出した尿素水噴射量 Quに対し、エンジン 1に発生した異常に応じた補正を施し、補正後の尿素水噴射量を出力値 Quに設定する。発生した異常の態様は、エンジン CZU51からその態様に応じた識別信号を入力することにより判断することができる。エンジン 1について想定した異常毎に NOx排出量の変化の傾向を予め実験等により解明しておき、実際の運転に際し、発生した異常による NO X排出量の増減に応じて尿素水噴射量を変化させる。例えば、異常により NOx排出量が増大したときは、その増大分に応じた量だけ尿素水噴射量を増大させる。なお、尿素水噴射量の補正に併せ、エンジン部品の制御量マップを通常時のものから切り換え、 NOxの発生自体を抑制する制御を行うとよ!/、。

[0051] S207では、噴射ノズル 43に対し、設定した出力値 Quに応じた作動信号を出力する。

[0052] S208では、尿素水の噴射を停止させる。尿素水噴射系に異常が発生して、る状態では、 NOx排出量に対して的確な量の尿素水を噴射することができず、適正値に対して尿素水噴射量が少ないときは、 NOxが未浄ィ匕のまま大気中に放出されるおそれがあり、多いときは、尿素水が無駄に消費されるば力りでなぐ過剰に発生したアンモユアがアンモニア浄ィ匕触媒 34により完全には分解されず、大気中に放出されるおそれがあるからである。また、タンク 41が空であるときは勿論、尿素水が過度に希薄であるときや、尿素水ではなぐ水又は尿素水以外の異種水溶液がタンク 41に貯蔵されて!/、るときは、 NOxの浄化に必要な量のアンモニアを添加することができな!/、からである。

[0053] 次に、エンジン CZU51の動作について説明する。

[0054] 図 5は、異常検出ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、イダ-ッシヨンスィッチがオンされることにより起動され、その後所定の時間毎に繰り返される。このルーチンによりエンジン 1に発生した異常が検出される。

[0055] S301では、 EGR系異常判定フラグ Fegrが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S302へ進み、 1であるときは、 EGR系に異常が発生しているとして、 S304へ進む。 EGR系の異常は、 EGRコントロールユニット 361により検出される。 EGRコント口ールユニット 361は、 EGR弁 36に出力した指令信号の電圧を検出し、検出した電圧が所定の値よりも大きいときに、 EGR系の制御線に断線が発生していると判断して、 EGR系異常判定フラグ Fegrを 1に設定する。

[0056] S302では、 VNT系異常判定フラグ Fvntが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S303へ進み、 1であるときは、 VNT系に異常が発生しているとして、 S304へ進む。 VNT系の異常は、 VNTコントロールユニット 122により検出される。 VNTコントロールユニット 122は、ブーストセンサにより検出される吸気圧力をもとに、この吸気圧力が正常を示す所定の範囲内にな、ときに、 VNT系に異常が発生して、ると判断する。なお、ブーストセンサは、サージタンク 13に設置され、サージタンク 13内の圧力を検出する。以上のように検出される EGR系及び VNT系の異常が「第 2の異常」に相当する。

[0057] S303では、エンジン側異常判定フラグ Fengを 0に設定する。

[0058] S304では、エンジン側異常判定フラグ Fengを 1に設定する。

[0059] 図 6は、エンジン制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、所定の時間毎に実行される。

[0060] S401では、エンジン側異常判定フラグ Fengを読み込み、読み込んだフラグ Feng 力 SOであるか否かを判定する。 0であるときは、 S402へ進み、 0でないときは、ェンジン 1に異常が発生しているとして、 S407へ進む。

[0061] S402では、エンジン回転数 Neや、アクセル開度 APOなど、エンジン部品の制御に用いられる各種の運転状態を読み込む。

[0062] S403では、 SCR側異常判定フラグ Fscrを読み込み、読み込んだフラグ Fscrが 0 であるか否かを判定する。 0であるときは、 S404へ進み、 0でないときは、尿素水噴射系に異常が発生しているとして、 S405へ進む。

[0063] S404では、通常運転用マップを選択するとともに、読み込んだ運転状態により選択したマップを検索して、エンジン部品の制御量を演算する。なお、このエンジン部品には、 EGR弁 36及びターボチャージャ 12が含まれ、演算される制御量 (すなわち

、エンジン制御因子）には、 EGR弁 36の開度及び（タービン 12bの）可動べーン 121 の角度が含まれる。

[0064] S405では、低 NOx運転用マップを選択するとともに、読み込んだ運転状態により選択したマップ検索して、エンジン部品の制御量を演算する。尿素水噴射系に異常が発生しているときは、前述のように尿素水の噴射が停止される力低 NOx運転用マップを選択することにより NOxの発生自体を抑制し、大気中への NOxの放出を抑制する。 NOxの発生を抑制するため、例えば、 EGR率を増大させる（これに伴い、 E GR弁 36の開度及び可動べーン 121の角度が変更される。）とともに、燃料の噴射条件を変更する。例えば、噴射時期をクランク角に関して遅らせるとともに、噴射圧力を低下させる。噴射条件の変更によるエンジントルクの変動は、噴射量を調整して抑制する。

[0065] S406では、算出した制御量をエンジン部品のコントロールユニット 361, 122に出力する。

[0066] S407では、エンジン 1に発生した異常の態様に応じた識別信号を SCR— CZU61 に出力する。例えば、発生した異常が EGR系に関するものであるときは、 EGR系の異常の発生を示す識別信号を出力する。 EGR系に異常が発生すると、排気の還流が停止されるため、 NOx排出量が増大する。 SCR— CZU61は、 NOx排出量の増大に対し、尿素水噴射量を増大させて、大気中への NOxの放出を防止する。

[0067] 本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。 [0068] 第 1に、エンジン 1に異常が発生し、 NOx排出量が変化したときに、この変化に応じて尿素水噴射量を変化させることとした。このため、尿素水噴射量を実際の NOx排出量に見合ったものとし、尿素水が不足することによる NOxの放出や、尿素水が過剰であることによるアンモニアの放出を防止することができる。

[0069] 第 2に、尿素水噴射系に異常が発生したときに、 EGR弁 36等のエンジン部品を制御し、 NOxの発生自体を抑制することとしたので、 NOxの放出を抑制することができる。本実施形態では、エンジン部品の制御に併せ、尿素水の噴射を停止することとしたので、不安定な動作により尿素水が過剰に噴射され、アンモニアが放出されることを防止することができる。

[0070] 第 3に、尿素水噴射系の異常として、噴射ノズル 43等の部品の異常に加え、残量の不足及び希釈といった尿素水の異常を採用し、この異常の発生を検出したときに警告灯を作動させることとした。このため、運転者に対し、尿素水の適正な保持及び管理を促すことができる。

[0071] なお、以上では、尿素の加水分解によりアンモニアを発生させることとした力この加水分解のための触媒は、特に明示していない。加水分解の効率を高めるため、 N Oxの還元触媒 (すなわち、 NOx浄化触媒 33)の上流に加水分解触媒を設置してもよい。

[0072] また、以上では、第 2の異常として、 EGR系及び VNT系に発生する異常を採用した力これらの異常に加え、燃料供給用のインジェクタや、このインジェクタに燃料を供給する燃料供給系に発生する異常を採用してもよい。インジェクタに発生する異常として、例えば、制御線の断線は、インジェクタに微弱な電流を通電し、そのときに流れる実際の電流が所定の値よりも小さいときに、発生していると判断することができる。また、燃料供給系に発生する異常として、例えば、燃料ポンプの故障は、コモンレール 22内の圧力を検出し、検出した圧力が所定の値よりも小さいときに、発生していると半 lj断することができる。

[0073] エンジンとして直噴型以外のディーゼルエンジンや、ガソリンエンジンを採用することちでさる。

[0074] 以上では、幾つかの好ましい実施の形態により本発明を説明したが、本発明の範囲は、この説明に何ら制限されるものではなぐ特許請求の範囲の記載をもとに、適用条文に従い判断される。

Claims

請求の範囲

[1] エンジンの排気に NOxの還元剤を添加する添加装置と、

この添加装置に関連させて設けられた第 1のコントローラと、

エンジンに関連させて設けられ、筒内から排出される時点での排気の組成に影響を与えるエンジン制御因子を設定する第 2のコントローラと、を含んで構成され、この第 1のコントローラは、前記添加装置に発生する異常を第 1の異常として検出するとともに、この第 1の異常の発生を検出した第 1の異常発生時において、前記第 2のコントローラに対し、この第 1の異常発生時以外の通常時とは同じ運転条件下でのェンジンの NOx排出量を異ならせるためのエンジン制御信号を出力するエンジンの排気浄化装置。

[2] 前記第 1のコントローラは、前記添加装置を制御するものであり、

前記第 2のコントローラは、前記エンジン制御因子を実現するためのエンジン部品に発生する異常を第 2の異常として検出するとともに、この第 2の異常の発生を検出した第 2の異常発生時において、前記第 1のコントローラに対し、この第 2の異常発生時及び前記第 1の異常発生時以外の通常時とは前記添加装置による還元剤添加量を異ならせるための添加装置制御信号を出力する請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。

[3] 前記第 1のコントローラは、前記添加装置制御信号を受け、前記第 2の異常による NOx排出量の減少に対して還元剤添加量を減少させる一方、前記第 2の異常による NOx排出量の増加に対して還元剤添加量を増加させる請求項 2に記載のェンジンの排気浄化装置。

[4] 排気を吸気通路に還流させる、前記エンジン部品としての排気還流装置を備えるエンジンに設けられ、

前記第 2のコントローラは、前記第 2の異常として、この排気還流装置に発生する異常を検出する請求項 2に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[5] 吸入空気を圧縮して送り出す、前記エンジン部品としての過給装置を備えるェンジンに設けられ、

前記第 2のコントローラは、前記第 2の異常として、この過給装置に発生する異常を検出する請求項 2に記載のエンジンの排気浄化装置。

[6] 前記第 1のコントローラは、前記第 1の異常発生時において、エンジンの NOx排出量を通常時よりも減少させるための前記エンジン制御信号を出力する請求項 1に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[7] 前記第 1のコントローラは、前記第 1の異常発生時において、前記エンジン制御信号の出力に併せ、前記添加装置による還元剤の添加を停止させる請求項 6に記載のエンジンの排気浄化装置。

[8] 前記添加装置は、 NOxの還元剤又はその前駆体の水溶液を貯蔵するタンクと、排気通路に設置され、タンクに貯蔵されて！ヽる還元剤又は前駆体水溶液を噴射する噴射ノズルとを含んで構成され、この噴射ノズルにより還元剤又は前駆体水溶液を噴射して、排気に NOxの還元剤を添加する請求項 1に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[9] 前記タンクに尿素水を貯蔵する請求項 8に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[10] 前記タンクに貯蔵されてヽる還元剤又は前駆体水溶液に含まれる還元剤又は前駆体の濃度を検出する第 1のセンサを更に含んで構成され、

前記第 1のコントローラは、前記第 1の異常として、この第 1のセンサにより検出された濃度の値が所定の範囲外にあることを検出する請求項 8に記載のエンジンの排気浄化装置。

[11] 前記タンクに貯蔵されている還元剤又は前駆体水溶液の残量を検出する第 2のセンサを更に含んで構成され、

前記第 1のコントローラは、前記第 1の異常として、この第 2のセンサにより検出された残量の値が所定の値よりも小さいことを検出する請求項 8に記載のエンジンの排気浄化装置。

[12] エンジンの排気に NOxの還元剤を添加する添加装置と、

この添加装置を制御する第 1のコントローラと、

エンジンに関連させて設けられた第 2のコントローラと、を含んで構成され、前記第 2のコントローラは、筒内から排出される時点での排気の組成に影響を与えるエンジン部品に発生する異常を検出し、この異常の発生を検出した異常発生時において、前記第 1のコントローラに対し、この異常発生時以外の通常時とは前記添カロ装置による還元剤添加量を異ならせるための添加装置制御信号を出力- の排気浄化装置。

[13] 前記第 1のコントローラは、前記添加装置制御信号を受け、前記異常による NOx排出量の減少に対して還元剤添加量を減少させる一方、前記異常による NOx排出量の増加に対して還元剤添加量を増加させる請求項 12に記載のエンジンの排気浄ィ匕

[14] 排気を吸気通路に還流させる、前記エンジン部品としての排気還流装置を備えるエンジンに設けられ、

前記第 2のコントローラは、前記異常として、この排気還流装置に発生する異常を検出する請求項 12に記載のエンジンの排気浄化装置。

[15] 吸入空気を圧縮して送り出す、前記エンジン部品としての過給装置を備えるェンジンに設けられ、

前記第 2のコントローラは、前記異常として、この過給装置に発生する異常を検出する請求項 12に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[16] NOxの還元剤がアンモニアである請求項 1又は 12に記載のエンジンの排気浄化

[17] エンジンの排気を浄ィ匕する方法であって、

排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を設置して、添カ卩した還元剤により NOx の還元を促す一方、

この添加装置に発生する異常を検出し、この異常の発生を検出した第 1の異常発生時において、筒内から排出される時点での排気の組成に影響を与えるエンジン制御因子を操作して、この第 1の異常発生時以外の通常時よりも同じ運転条件下でのエンジンの NOx排出量を減少させるエンジンの排気浄ィ匕方法。

[18] エンジンの排気を浄ィ匕する方法であって、

排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を設定して、添カ卩した還元剤により NOx の還元を促す一方、

筒内から排出される時点での排気の組成に影響を与えるエンジン部品に発生した異常を検出し、この異常の発生を検出した第 2の異常発生時において、発生した異常の形態に応じ、この第 2の異常発生時以外の通常時よりも前記添加装置による還元剤添加量を増加又は減少させるエンジンの排気浄ィ匕方法。

[19] エンジンの排気を浄ィ匕する方法であって、

排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を設置し、

通常時には、前記添加装置によりエンジンの運転状態に応じた量の還元剤を添カロする一方、

前記添加装置に異常が発生した第 1の異常発生時には、筒内から排出される時点での排気の組成に影響を与えるエンジン制御因子を操作して、通常時よりもエンジンの NOx排出量を減少させ、

前記エンジン制御因子を実現するためのエンジン部品に異常が発生した第 2の異常発生時には、発生した異常の形態に応じ、通常時よりも前記添加装置による還元剤添加量を増加又は減少させるエンジンの排気浄ィ匕方法。