WO2005040569A1

WO2005040569A1 - エンジンの制御装置及びエンジンの運転方法

Info

Publication number: WO2005040569A1
Application number: PCT/JP2004/013307
Authority: WO
Inventors: Kiminobu Hirata; Takehiro Esaka
Original assignee: Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2005-05-06
Also published as: JP2005147118A; EP1688599A4; US7685810B2; EP1688599B1; EP1688599A1; US20070079601A1; JP4326976B2

Abstract

　　【課題】ＳＣＲ装置に異常が発生したときに、ＳＣＲ装置の修理を促し、ＳＣＲ装置の適正な管理が図られるようにする。　　【解決手段】ＳＣＲ装置に発生した異常を検出したときは、エンジンの出力を制限する。このため、一実施形態では、異常発生時において、燃料噴射量の演算に際して採用するマップを、通常時のものから切り換える（Ｓ４０７）。また、検出すべき異常として、噴射ノズルの詰りや、タンクに貯蔵されている尿素水の希釈等を採用する。

Description

明細書

エンジンの制御装置及びエンジンの運転方法

技術分野

[0001] 本発明は、エンジンの制御装置及びエンジンの運転方法に関し、詳細には、自動車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ィ匕する技術に関する。

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 (又はその前駆体力ゝら得られるァンモユア）が還元剤として機能して、触媒上で排気中の NOxと反応し、 NOxを還元及び浄化する。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、次のものが記載されている。この SCR装置は、アンモニア前駆体としての尿素を水溶液の状態で貯蔵したタンクを備え、実際の運転に際し、このタンク力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)。

特許文献 1：特開 2000-027627号公報

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。エンジンの運転に関する設定として、パティキュレート排出量を特に減少させるためのものを採用する場合がある。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の排出が許容される設定のもと、 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）が変化した場合を想定する。この場合は、排気へのアンモニァ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力ずれ、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。特にアンモニア添加量が減少した場合は、 NOxが未浄ィ匕のまま大気中に放出されることとなる。また、タンクに尿素水ではなぐ水又は尿素水以外の異種水溶液が貯蔵されている場合や、タンクが空である場合も、同様のことがいえる。 SCR装置にこのような異常が発生したときは、 NOxの放出を抑制するため、速やかに修理を行うことが必要である。しかしながら、 SCR装置の異常は、自動車の挙動に現れるものではないので、運転者にとって気付き得ないものである。また、力りに警告灯又は警報を作動させるなどの措置を採ったとしても、運転者が速や力な修理を怠ることが考えられる。

[0004] 本発明は、 SCR装置に異常が発生したときに、運転者に対し、 SCR装置の早期の修理を促し、 SCR装置の適正な管理が図られるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] このため、本発明では、排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を備えるェンジンにおいて、この添加装置に発生した異常を検出した異常発生時には、エンジンの出力を制限することとする。好ましくは、異常発生時において、運転者のアクセル操作に対するエンジンの出力特性を、異常発生時以外の通常時のものとは異ならせる力ある、はエンジンを停止させた後の再始動を禁止する。

発明の効果

[0006] 本発明によれば、添加装置に異常が発生し、排気に対して的確な量の還元剤を添加し得なくなったときに、エンジンの出力を制限し、例えば、運転者のアクセル操作に対するエンジンの出力特性を変化させ、同じアクセル操作量のもとで設定される燃料噴射量を通常時のものよりも減少させることで、 NOxが充分に浄ィ匕されな、状態での走行を制限し、運転者に対して添加装置の修理を促すことができる。また、出力特性の変更による制限に加え、あるいはこれに代え、エンジンを停止させた後の再始動を禁止することで、走行を制限し、添加装置の修理を促すこともできる。

[0007] 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。 [0008] 優先権主張の基礎となる日本国特許出願 (特願 2003— 362411号、及び特願 200 4 026056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

[0009] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係るエンジンの構成

[図 2]尿素センサの構成

[図 3]同上尿素センサによる濃度の検出原理

[図 4]異常検出ルーチンのフローチャート

[図 5]濃度検出ルーチンのフローチャート

[図 6]尿素水噴射制御ルーチンのフローチャート

[図 7]燃料噴射量設定ルーチンのフローチャート

[図 8]燃料カットルーチンのフローチャート

[図 9]本発明の第 2の実施形態に係る燃料噴射量設定ルーチンのフローチャート [図 10]本発明の第 3の実施形態に係る始動制御ルーチンのフローチャート

[図 11]本発明の第 4の実施形態に係る燃料噴射量設定ルーチンのフローチャート [図 12]同上実施形態に係る変化量設定テーブル

[図 13]同上実施形態に係る出力制限の概念

符号の説明

[0010] 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···空気圧力センサ、 76···尿素水圧力センサ、 77···素子部電圧センサ。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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、このェァク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、可変ノズル型ターボチャージャ 12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、マ二ホールド部で各気筒に分配される。

[0014] 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により燃焼室内に直接噴射される。

[0015] 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、ァクチユエータ 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。

[0016] 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浄化触媒 33は、 NOxを還元し、浄化する。この NOx浄化触媒 NOx33での還元を促すため、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。

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 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及びアンモニア浄ィ匕触媒 34の筐体を側方力も貫通させて設置されて、る。ノズル部 432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。

[0020] 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。酸ィ匕触媒 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とアンモニア浄ィ匕触媒 34とを一体の筐体に内蔵させているが、各触媒 33, 34を別体の筐体に内蔵させてもよい。

[0021] NO + 1/20 → NO · · · (1)

2 2

(NH ) CO + H O → 2NH +CO

2 2 2 3 2 …（2) NO + NO + 2NH → 2N + 3H O （3)

2 3 2 2 …

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、ァクチユエータ 361により開度が制御される。

[0022] 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。）Dnを検出するための尿素センサ 74が設置されている。なお、本実施形態では、尿素センサ 74が、タンク 41に残されて、る尿素水の量を判定する機能を兼ね備える。

[0023] 温度センサ 71, 72、 NOxセンサ 73及び尿素センサ 74の検出信号は、 SCR— CZ U61に出力される。 SCR— CZU61は、入力した信号をもとに、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〖こ出力する。また、 SCR— CZU61は、エンジン CZU51と双方向に通信可能に接続されている。 SCR— C/U61は、以上のセンサ 71— 74の検出信号のほ力、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 75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 42に設置された圧力センサ 76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 77により検出される。 SCR— CZU61は、アシストエア圧力 Pa、尿素水圧力 Pu、尿素センサ電圧 Vs及び濃度 Dn、並びに尿素水の残量の判定結果をもとに、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に対して異常の発生を示す信号を出力する。 [0024] エンジン 1には、イダ-ッシヨンスィッチ、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、これらの検出信号は、エンジン CZU5 1に入力される。エンジン CZU51は、クランク角センサ力も入力した信号をもとに、ェンジン回転数 Neを算出する。エンジン CZU51は、エンジン回転数 Ne等の運転状態に基づいて燃料噴射量 Qfを算出するとともに、算出した Qf等の尿素水の噴射制御に必要な情報を SCR— CZU61に出力する。

[0025] なお、本実施形態に関し、エンジン CZU51が「第 1のコントローラ」に、 SCR—CZ U61が「第 2のコントローラ」に相当する。

[0026] 図 2は、尿素センサ 74の構成を示している。

[0027] 尿素センサ 74は、特開 2001— 228004号公報に記載された流量計と同様な構成を持ち、 2つの感温体の電気特性値に基づいて尿素の濃度を検出する。

[0028] この公報記載の流量計は、ヒータ機能を持つ第 1のセンサ素子と、ヒータ機能を持たない第 2のセンサ素子とを含んで構成される。前者の第 1のセンサ素子は、ヒータ層と、ヒータ層上に絶縁状態で形成された、感温体としての測温抵抗層（以下「第 1の測温抵抗層」という。）とを含んで構成される。後者の第 2のセンサ素子は、感温体としての測温抵抗層（以下「第 2の測温抵抗層」という。）を含んで構成されるが、ヒータ層を持たない。各センサ素子は、榭脂製の筐体に内蔵されており、伝熱体としてのフィンプレートの一端に接続されて、る。

[0029] 本実施形態に係る尿素センサ 74では、前記第 1及び第 2のセンサ素子を含んでセンサ素子部 741が構成される。センサ素子部 741は、濃度の検出に際して尿素水に浸漬させて使用され、タンク 41内の底面近傍に設置される。また、各フィンプレート 7 414, 7415は、筐体 7413を貫通し、タンク 41内に露出している。

[0030] 回路部 742は、第 1のセンサ素子 7411のヒータ層及び測温抵抗層、並びに第 2のセンサ素子 7412の測温抵抗層と接続されている。ヒータ層に通電して第 1の測温抵抗層を加熱するとともに、加熱された第 1の測温抵抗層と、直接的には加熱されていない第 2の測温抵抗層との各抵抗値 Rnl, Rn2を検出する。測温抵抗層は、抵抗値が温度に比例して変化する特性を持つ。回路部 742は、検出した抵抗値 Rnl, Rn2 に基づ!/、て次のように濃度 Dnを演算するとともに、尿素水の残量を判定する。 [0031] 図 3は、濃度の検出及び残量の判定原理を示したものである。

[0032] ヒータ層による加熱は、所定の時間 Δ tOlに亘りヒータ層にヒータ駆動電流 ihを通電することにより行う。回路部 742は、ヒータ層への通電を停止した時点における各測温抵抗層の抵抗値 Rnl, Rn2を検出するとともに、その停止時点における測温抵抗層間の温度差 ΔΤπιρ12 (=Tnl— Tn2)を演算する。測温抵抗層間の温度差は、尿素水を媒体とする伝熱特性に依存するものであり、この伝熱特性は、尿素の濃度に依存するものである。このため、算出した温度差 ΔΤπιρ12を、濃度 Dnに換算することができる。また、算出した温度差 ΔΤπιρ12をもとに、タンク 41が空であるか否かを半 U定することができる。

[0033] なお、本実施形態では、第 1のセンサ素子 7411において、フィンプレート 7414を介して第 1の測温抵抗層を尿素水と接触させるように構成しているが、センサ素子部 741にタンク 41内の尿素水を導入する測定室を形成し、第 1の測温抵抗層がこの測定室内の尿素水を介してヒータにより加熱されるように構成してもよい。この場合は、第 1の測温抵抗層と尿素水とが直接的に接触することとなる。

[0034] 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。

[0035] まず、 SCR— CZU61の動作について説明する。

[0036] 図 4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。

[0037] S101では、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を読み込む。

[0038] 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内で凝結した尿素により通路が塞がれた場合等に発生する。

[0039] 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。

[0040] 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、センサ素子部 741で断線が発生していると判断することができる。

[0041] S 105では、残量判定フラグ Fempを読み込み、読み込んだフラグ Fempが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S106へ進み、 0でないときは、 S108へ進む。残量判定フラグ Fepmは、通常は 0に設定されており、後述するようにタンク 41が空であると半 IJ定されたとき〖こ、 1に切り換えられる。

[0042] S 106では、希釈判定フラグ Fdilを読み込み、読み込んだフラグ Fdilが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S107へ進み、 0でないときは、 S108へ進む。希釈判定フラグ Fdilは、通常は 0に設定されており、後述するようにタンク 41内の尿素水が過度に希薄であると判定されたときに、 1に切り換えられる。

[0043] 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、異常判定フラグ Fscrを 0に設定する。なお、以上のようにして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、センサ素子部 741の断線、尿素水の残量の不足及び尿素水の希釈力本実施形態に関して検出すべき「異常」である。

[0044] 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、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、異常の発生を運転者に認識させる。

[0045] 図 5は、濃度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濃度 Dnが検出されるとともに、尿素水の残量が判定される。

[0046] S201では、スタートスィッチ信号 SWstrを読み込み、読み込んだ信号 SWstrが 1 を示すか否かを判定する。 1を示すときは、スタートスィッチがオンされているとして、 S204へ進み、後述するように濃度 Dnを演算する。

[0047] S202では、検出インターバノレカウンタ INTを 1だけカウントアップする（INT=INT

+ 1)。

[0048] S203では、カウントアップ後のカウンタ INTが所定の値 INT1に達したか否かを判定する。値 INT1に達したときは、濃度 Dnの検出に必要な検出インターバルが確保されているとして、 S204へ進み、値 INT1に達していないときは、そのような検出インターバルが確保されて!ヽな、として、このルーチンをリターンする。

[0049] S204では、検出インターバルカウンタ INTを 0に設定する。

[0050] S205では、尿素センサ 74のヒータ層に通電し、第 1の測温抵抗層を直接的に、かつ尿素水を媒体として第 2の測温抵抗層を間接的に加熱する。

[0051] S206では、濃度 Dnを演算する。濃度 Dnの演算は、各測温抵抗層の抵抗値 Rnl , Rn2の差に応じた測温抵抗層間の温度差 ΔΤπιρ12を演算し、算出した温度差 Δ Tmpl2を濃度 Dnに換算することにより行う。

[0052] S207では、算出した温度差 ΔΤπιρ12が所定の値 SL1以上である力否かを判定する。値 SL1以上であるときは、 S208へ進み、値 SL1よりも小さいときは、 S210へ進む。値 SL1は、尿素センサ 74が尿素水中にある状態で得られる温度差 ΔΤπιρ12と、尿素センサ 74が空気中にある状態で得られる温度差 Δ Tmpl 2との中間値に設定する。

[0053] S208では、濃度 Dnが所定の値 D1以上である力否かを判定する。値 D1以上であるときは、 S209へ進み、値 D1よりも小さいときは、 S211へ進む。値 D1は、尿素水が水又はそれに近、希薄な状態にある力、あるいは水又は尿素水とは異なる異種水溶液がタンク 41に貯蔵されて、る場合に検出され得る濃度として、 0又はこれに近、小さな値に設定する。

[0054] S209では、濃度 Dnを濃度記憶値 Dとして記憶する。

[0055] S210では、タンク 41が空であるとの判定を下し、残量判定フラグ Fempを 1に設定する。

[0056] S211では、タンク 41に貯蔵されている尿素水が所要の NOx浄ィ匕率を達成し得ないほどに希薄であるとの判定を下し、希釈判定フラグ Fdilを 1に設定する。 [0057] 図 6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、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量 Quが設定される。

[0058] S301では、異常判定フラグ Fscrを読み込み、読み込んだフラグ Fscr力 ^であるか否かを判定する。 0であるときは、 S302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、 S305へ進む。

[0059] S302では、燃料噴射量 Qf、 NOx濃度 NOX(NOxセンサ 73の出力である。）及び濃度記憶値 Dを読み込む。

[0060] S303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記憶値 Dにより補正することにより行う。濃度記憶値 Dが大き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、濃度記憶値 Dが小さぐ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。

[0061] S304では、噴射ノズル 43に対し、算出した尿素水噴射量 Quに応じた作動信号を出力する。

[0062] S305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な、からである。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る。逆に尿素水噴射量が多いときは、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ニ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。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、尿素水ではなく水等がタンク 41に貯蔵されているときは、排気に対し、 NOxの浄ィ匕に必要な量のアンモニアを添加することができない。

[0063] 次に、エンジン CZU51の動作について説明する。

[0064] 図 7は、燃料噴射量設定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燃料噴射量 Qfが設定される。

[0065] S401では、エンジン回転数 Ne及びアクセル開度（「アクセル操作量」に相当する。

)APO等のエンジン 1の運転状態を読み込む。

[0066] S402では、異常判定フラグ Fscrを読み込み、読み込んだフラグ Fscr力 ^であるか否かを判定する。 0であるときは、 S403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、 S404へ進む。

[0067] S403では、通常運転用マップを選択するとともに、選択したマップを読み込んだ運転状態 Ne, APOにより検索して、燃料噴射量 Qfを設定する。

[0068] S404では、始動装置としてのスタータと、オルタネータ及びバッテリ等、このスタータの電源装置との間の接続を遮断し、次にエンジン 1を停止させた後の始動時にスタータが作動しな、ようにして、エンジン 1の再始動を禁止する。

[0069] S405では、車速 VSPを読み込む。車速 VSPは、トランスミッションの出力軸の回転数を検出することにより直接的に検出してもよいが、エンジン回転数 Neをトランスミツシヨンの変速比により換算することで、間接的に検出することもできる。

[0070] S406では、読み込んだ車速 VSPが所定の値 VSP1以上であるか否かを判定する

。値 VSP1以上であるときは、 S407へ進み、値 VSP1よりも小さいときは、 S403へ進む。

[0071] S407では、出力制限用マップを選択するとともに、選択したマップを読み込んだ運転状態 Ne, APOにより検索して、燃料噴射量 Qfを設定する。出力制限用マップにより設定される燃料噴射量 Qfは、同じ Ne, APOのもとで通常運転用マップにより設定されるものよりも少なく、エンジン 1の出力（すなわち、トルク）が制限される。本実施形態では、出力制限時に発生させるトルクを、所定の値 VSP1の速度で平坦路を定常走行するために必要な最小限のトルクとしており、発生した異常が解除されるまでの間、所定の値 VSP1を超える速度での走行が制限されるようにしている。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 (S305)、尿素水の不安定な噴射が回避されているので、燃料噴射量 Qfの設定を含む総合的なエンジン制御により、 NOxの発生自体を極力抑えるようにする。

[0072] S408では、燃料カットフラグ Fcutを読み込み、読み込んだフラグ Fcutが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S409へ進み、 0でないときは、 S410へ進む。燃料カットフラグ Fcutは、通常は 0に設定されており、次に述べるように燃料の供給を停止する時期にあると判定されたときに、 1に切り換えられる。

[0073] S409では、以上のようにして設定した燃料噴射量 Qfを出力噴射量 Qf setに設定するとともに、出力噴射量 Qfsetに応じた作動信号をインジヱクタ 21に出力する。

[0074] S410では、燃料噴射量 Qfを 0に設定し、燃料の噴射を停止させる。

[0075] 図 8は、燃料カット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燃料カットフラグ Fcutが設定される。

[0076] S501では、アクセル開度 APOを読み込む。

[0077] S502では、読み込んだアクセル開度 APOが所定の値 APOl以下であるか否かを判定する。値 APOl以下であるときは、 S503へ進み、値 APOlよりも大きいときは、 S 504へ進む。

[0078] S503では、燃料の噴射を停止させるため、燃料カットフラグ Fcutを 1に設定する。

[0079] S504では、異常判定フラグ Fscrを読み込み、読み込んだフラグ Fscr力 ^であるか否かを判定する。 0であるときは、 S505へ進み、 0でないときは、 S507へ進む。

[0080] S505では、カウンタ CNTを 1だけカウントアップする（CNT=CNT+ 1)。このカウンタ CNTは、尿素水噴射系に異常が発生した時点からの経過時間を表すものである。

[0081] S506では、カウントアップ後のカウンタ CNTが所定の値 CNT1に達したか否かを判定する。達したときは、 S503へ進み、達していないときは、 S508へ進む。

[0082] S507では、カウンタ CNTを 0に設定する。

[0083] S508では、燃料カットフラグ Fcutを 0に設定し、燃料の噴射を実行させる。

[0084] 本実施形態に関し、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、尿素の濃度を検出する「第 1のセンサ」としての機能と、尿素水の残量を判定する「第 2のセンサ」としての機能とを兼ね備える。また、 SCR— CZU61が備える機能のうち、図 4 に示すフローチャート全体の機能が「異常検出手段」に、図 ₇に示すフローチャート全体及び図 8に示すフローチャートの S504— 507の機能が「制御手段」に相当する [0085] 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。

[0086] 第 1に、尿素水噴射系に異常が発生したときに、燃料噴射量設定マップを切り換え、同じアクセル開度 APOのもとで設定される燃料噴射量 Qfを通常時のものよりも減少させ、エンジン 1の出力が制限されるようにした。このため、異常発生時において、走行を制限し、運転者に対して尿素水噴射系の修理を促すことができ、尿素水噴射系の適正な管理が図られるようにすることができる。

[0087] 第 2に、車速 VSPが所定の値 VSP1を超えるときにのみエンジン 1の出力を制限することとして、自動車としての最低限の機能が保証されるようにしたので、出力が過剰に制限されることによる交通の混乱等を回避しつつ、修理を効果的に促すことができる。

[0088] 第 3に、尿素水噴射系に異常が発生したときに、エンジン 1の再始動を禁止するとともに、所定の時間が経過した後に燃料の噴射を停止させ、エンジン 1を停止させるようにした。このため、運転者が速やかにサービスステーションに向力い、修理を行うように働きかけることができる。本実施形態では、異常の発生を検出した時点で警告灯を作動させるようにしたので、運転者は、異常の発生を速やかに認識し、サービスステーシヨンに向力うことができる。なお、本実施形態では、異常の発生が検出された後、所定の時間が経過した時点で直ちに燃料の供給が停止されるようにしたが（S41 0)、燃料噴射量 Qfを漸減させ、燃料の供給が徐々に停止に向カゝうようにしてもよい。

[0089] 第 4に、尿素水噴射系の異常として、尿素水の残量の不足や、尿素水の希釈を検知するようにしたので、尿素水の適正な管理を促すことができる。特に後者の希釈を検知するようにしたことで、過度に希薄な尿素水や、尿素水以外の異種水溶液等が不正に又は誤って使用されることを防止することができる。

[0090] 以下に、本発明の他の実施形態について説明する。

[0091] 図 9は、第 2の実施形態に係る燃料噴射量設定ルーチンのフローチャートである。

このルーチンも、イダニ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。図 7に示すフローチャートと同様の処理が行われるステツプには、同じ符号を付している。

[0092] このルーチンにお、て、アクセル開度 APO等の各種の運転状態を読み込んだ後（ S401)、 S601では、読み込んだ運転状態をもとに、燃料噴射量 Qfを設定する。異常判定フラグ Fscrが 1であり、尿素水噴射系に異常が発生していると判定すると（S4 02)、スタータと電源装置との間の接続を遮断する（S404)。車速 VSPを読み込んだ後（S405)、読み込んだ車速 VSPが所定の値 VSP1以上であると判定したときは、 S 602へ進み、先に設定した Qfに係数 xlを乗算し、得た値（ = Qf X xl)で燃料噴射量 Qfを置き換える。この係数 xlは、エンジン 1の出力を制限するためのものであり、 0 よりも大きぐかつ 1よりも小さい値に設定する。燃料カットフラグ Fcutが 0でないと判定したときは（S408)、燃料噴射量 Qfを 0に設定し (S410)、燃料の噴射を停止させる。以上のようにして設定した燃料噴射量 Qfを出力噴射量 Qfsetに設定し (S409)、インジヱクタ 21を作動させる。

[0093] 本実施形態に関し、図 9に示すフローチャート全体 (及び図 8に示すフローチャートの S504— 507)の機能が「制御手段」に相当する。

[0094] 本実施形態によれば、上記の第 1一 4の効果が得られることに加え、通常時と異常発生時とで燃料噴射量設定マップを別々〖こ備える必要がないので、エンジン CZU5 1の記憶容量を削減することができる。

[0095] 図 10は、第 3の実施形態に係る始動制御ルーチンのフローチャートである。このル一チンは、スタートスィッチがオンされることにより起動される。本実施形態は、第 1の実施形態に対し、異常発生時にエンジン 1の再始動を禁止するための制御の変更例を提供するものである。燃料噴射量設定ルーチンは、第 1の実施形態のもの（図 7)において、 S404の処理の省略したものとして与えられる。

[0096] S701では、スタートスィッチ信号 SWstrを読み込み、読み込んだ信号 SWstrが 1 であるか否かを判定する。 1であるときは、 S702へ進み、以下に述べる始動制御を行う。

[0097] S702では、異常判定フラグ Fscrを読み込み、読み込んだフラグ Fscr力 ^であるか否かを判定する。 0であるときは、 S703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、 S704へ進む。 [0098] S703では、始動制御のための通常の燃料噴射量 (以下「始動時噴射量」 t 、う。） Qfstrを設定する。始動時噴射量 Qfstrは、理論空燃比相当の燃料噴射量よりも大きな値として、冷却水温度 Tw等に応じて設定される。

[0099] S704では、エンジン 1の始動を禁止するため、始動時噴射量 Qfstrを 0に設定する

[0100] S705では、完爆判定を行い、エンジン 1の始動が完了したときは、このルーチンを終了し、燃料噴射量設定ルーチンに移行する。なお、完爆判定は、エンジン回転数 Neに基づいて行い、単位時間当たりのエンジン回転数 Neの変化量が所定の値に達したときに、エンジン 1が始動したものと判断する。

[0101] 本実施形態に関し、図 10に示すフローチャートの S702, 704 (及び図 7に示すフロ一チャート全体（S404を除く。）及び図 8に示すフローチャートの S504— 507)の機能が「制御手段」に相当する。

[0102] 本実施形態によれば、異常発生時において、燃料の供給を停止させることによりェンジン 1の再始動を禁止することとし、スタータによるクランキング自体は行い得るようにした。このため、踏切の間でエンジン 1が停止した場合等の非常時に、その場所からの脱出を図ることができる。

[0103] 図 11は、第 4の実施形態に係る燃料噴射量設定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。

[0104] このルーチンにおいて、アクセル開度 APO及び車速 VSP等の各種の運転状態を読み込み (S401)、読み込んだ運転状態をもとに、燃料噴射量（「第 2の燃料供給量」に相当する。）Qfを設定する（S601)。異常判定フラグ Fscrが 1であり、尿素水噴射系に異常が発生していると判定すると（S402)、スタータと電源装置との間の接続を遮断するとともに（S404)、 S801において、制限噴射量（「第 1の燃料供給量」に相当する。）Qflmtを設定する。制限噴射量 Qflmtは、異常発生時にエンジン 1の出力を制限するためのものとして設定され、本実施形態では、実際の車速 VSPをもとに、下式により算出する。なお、下式において、 Qfvspは、異常の発生を検出した時点における車速 VSPで平坦路を定常走行するために必要な燃料噴射量として設定され、エンジン CZU51に予め記憶された車速毎のテーブルを検索して算出される。また、 Qfdltは、車速 VSPと所定の値 VSP1との差 DLT(=VSP— VSP1)に応じた補正量であり、このルーチンの実行周期毎の変化量を DQとして、変化量 DQを積算して算出される。変化量 DQは、速度差 DLTが大きいときほど大きな値として算出され（図 1 2)、車速 VSPが所定の値 VSP1よりも低いときは、負の値として算出される。

[0105] Qflmt =Qfvsp— Qfdlt · · · (5a)

Qfdlt = Qfdlt +DQ …（5b)

S802では、燃料噴射量 Qfが制限噴射量 Qflm りも大きいか否かを判定する。燃料噴射量 Qfの方が大きい大きいときは、燃料噴射量 Qfを制限噴射量 Qflmtで置き換えることにより燃料噴射量を制限したうえで S408へ進み、それ以外のときは、直接に S408へ進む。以降の処理は、既述のものと同様である。燃料カットフラグ Fcutが 0 でないと判定したときは（S408)、燃料噴射量 Qfを 0に設定し (S410)、燃料の噴射を停止させる。以上のようにして設定した燃料噴射量 Qfを出力噴射量 Qfsetに設定し（S409)、インジェクタ 21を作動させる。

[0106] 本実施形態に関し、図 11に示すフローチャート全体 (及び図 8に示すフローチヤ一トの S 504— 507)の機能が「制御手段」に相当する。

[0107] 本実施形態では、制限噴射量 Qflmtの設定に際し、車速 VSPをフィードバックし、車速 VSPにより制限噴射量 Qflmtの調整が図られるようにした。このため、異常発生時において、車速 VSPを所定の値 VSP1に正確に制御し、尿素水噴射系の修理が行われるまでの NOxの排出を抑えることができる。また、補正量 Qfdlt (すなわち、制限噴射量 Qflmt)の変化量 DQを、速度差 DLTが大きいときほど大きな値として算出することとした。このため、車速 VSPを所定の値 VSP1に向けて速や力に、かつ滑らかに収束させることができる。

[0108] 図 13は、異常発生前後におけるアクセル開度 APO、車速 VSP及び燃料噴射量（すなわち、出力噴射量 Qfset) Qfのタイムチャートである。時刻 tlにおいて、アクセルペダルが踏み込まれ、アクセル開度 APO等に応じた燃料噴射量 Qfが設定されるとともに、車速 VSPが増大している。時刻 t2において、尿素水噴射系に異常が発生すると、速度差 DLTに応じた速さ（すなわち、変化量 DLT)で出力噴射量 Qfsetが減少されるとともに、車速 VSPが所定の値 VSP1に制限される。時刻 t3において、アクセルペダルが戻され、燃料噴射量 Qfが制限噴射量 Qflmtを下回ると、燃料噴射量 Qfが出力噴射量 Qfsetに設定され、減速が図られる。その後、時刻 t4において、再びァクセルペダルが踏み込まれたときは、尿素水噴射系の異常が解消されていない限り制限噴射量 Qflmtが出力噴射量 Qfsetに設定され、エンジン 1の出力が制限される。

[0109] 本実施形態では、制限噴射量 Qflmtの演算に車速 VSPをフィードバックし、車速 V SPを所定の値 VSP1に一致させることとした力制限噴射量 Qflmtを次のように設定することで、所定の値 VSP1を超える速度での走行を禁止することもできる。すなわち、エンジン CZU51に対し、所定の値 VSP1の速度で平坦路を走行するために必要な燃料噴射量を制限噴射量 Qflmtとして予め記憶させておき、異常発生時には、ァクセル開度 APO等に基づいて算出された燃料噴射量 Qfと、記憶されている制限噴射量 Qflmtとのうち小さい方を、出力噴射量 Qfsetに設定するのである。高速走行中にトルクを急激に減少させることは安全上好ましくな、ので、異常発生後所定の時間が経過するまでは無条件に燃料噴射量 Qfが選択されるようにして、制限噴射量 Qfl mtへの切換えを所定の時間だけ遅らせたり、ある、は記憶されて、る制限噴射量を目標値として、この目標値に向けた変化に所定の遅れを持たせたものとして制限噴射量 Qflmtを設定することとしてもよ、。

[0110] 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浄化触媒 33の上流に加水分解触媒を設置してもよい。

[0111] また、以上では、 NOxの還元剤にアンモニアを採用した場合を例に説明した力ァンモユアに代え、炭化水素を採用することもできる。

[0112] 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。

[0113] 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] 排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を備えるエンジンに設けられ、

このエンジンを制御するコントローラを含んで構成され、

このコントローラは、前記添加装置に発生した異常を検出し、この異常を検出した異常発生時において、エンジンの出力を制限するエンジンの制御装置。

[2] 前記コントローラは、異常発生時にぉ、て、運転者のアクセル操作に対するェンジンの出力特性を、異常発生時以外の通常時のものとは異ならせる請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[3] 前記コントローラは、異常発生時と通常時とで、同じアクセル操作量のもとで設定されるエンジンへの燃料供給量を変化させて、エンジンの出力特性を異ならせる請求項 2に記載のエンジンの制御装置。

[4] 前記コントローラは、同じアクセル操作量のもと、異常発生時に設定される燃料供給量を、通常時に設定される燃料供給量よりも減少させる請求項 3に記載のエンジンの制御装置。

[5] 車両に搭載されたエンジンに設けられ、

前記コントローラは、異常発生時において、車速を所定の値に制御するための第 1 の燃料供給量を算出するとともに、アクセル操作量に応じた第 2の燃料供給量を算出し、第 1及び第 2の燃料供給量のうち小さい方を、最終的な燃料供給量に設定する請求項 3に記載のエンジンの制御装置。

[6] 車両に搭載されたエンジンに設けられ、

前記コントローラは、車速を所定の値に維持するためのものとして予め設定された第 1の燃料供給量を保持し、異常発生時において、アクセル操作量に応じた第 2の燃料供給量を算出するとともに、第 1及び第 2の燃料供給量のうち小さい方を、最終的な燃料供給量に設定する請求項 3に記載のエンジンの制御装置。

[7] 車両に搭載されたエンジンに設けられ、

前記コントローラは、車速を検出し、検出した車速が所定の値よりも高いときにのみ、燃料供給量を変化させる請求項 3に記載のエンジンの制御装置。

[8] 前記コントローラは、エンジンの停止後において、その再始動を禁止して出力を制限する請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[9] 前記コントローラは、エンジンのクランキングを行う始動装置と、その電源との間の接続を遮断して、エンジンの再始動を禁止する請求項 8に記載のエンジンの制御装置

[10] 前記コントローラは、エンジンへの燃料の供給を禁止して、エンジンの再始動を禁止する請求項 8に記載のエンジンの制御装置。

[11] 前記コントローラは、異常を検出してから、所定の期間が経過した後にエンジンを停止させる請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[12] 前記添加装置により排気に添加される還元剤又はその前駆体の水溶液を貯蔵するタンクを含んで構成されるエンジンに設けられ、

前記コントローラは、前記タンクに貯蔵されてい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のセンサを含んで構成され、この第 1 のセンサにより検出した濃度の値が所定の範囲外にあるときに、前記添加装置の異常を検出する請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[13] 前記第 1のセンサは、前記タンク内に配置されるセンサ素子部と、このセンサ素子部と接続された回路部とを含んで構成され、

前記センサ素子部は、ヒータと、温度に応じて電気特性値が変化する性質を有し、前記タンク内の還元剤又は前駆体水溶液に直接的又は間接的に接触するとともに、このヒータにより加熱される感温体とを含んで構成され、

前記回路部は、前記ヒータを駆動するとともに、加熱された前記感温体の電気特性値を検出し、検出した電気特性値に基づいて還元剤又は前駆体の濃度を検出する請求項 12に記載のエンジンの制御装置。

[14] 前記添加装置により排気に添加される還元剤又はその前駆体の水溶液を貯蔵するタンクを含んで構成されるエンジンに設けられ、

前記コントローラは、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のセンサを含んで構成され、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ときに、前記添加装置の異常を検出する請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[15] 前記 NOxの還元剤がアンモニアである請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[16] 前記添加装置は、アンモニア前駆体である尿素を排気に添加して、 NOxの還元剤を添加する請求項 15に記載のエンジンの制御装置。

[17] 前記コントローラは、異常発生時において、異常の発生を運転者に認識させるための警告装置を作動させる請求項 1に記載のエンジンの制御装置。

[18] 前記コントローラは、エンジンを制御する第 1のコントローラと、前記添加装置を制御する第 2のコントローラとを含んで構成され、この第 2のコントローラは、異常発生時及びこれ以外の通常時の双方で前記添加装置を制御し、通常時では、前記添加装置に対してエンジンの運転状態に応じた量の還元剤を添加させる一方、異常発生時では、前記添加装置による添加剤の添加を停止させる請求項 1に記載のエンジンの制

[19] 排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を備えるエンジンに設けられ、

前記添加装置に発生した異常を検出する異常検出手段と、

この手段により異常が検出された異常発生時において、このエンジンの出力を制限する制御手段と、を含んで構成されるエンジンの制御装置。

[20] 排気に NOxの還元剤を添加する添加装置を備えるエンジンを、この添加装置に異常が発生した異常発生時及びこれ以外の通常時の双方で運転させる方法であって通常時には、運転者のアクセル操作量に応じた出力が与えられる第 1の特性でェンジンを運転させるとともに、エンジンの運転状態を検出し、前記添加装置に対して検出した運転状態に応じた量の還元剤を添加させる一方、

異常発生時には、エンジンの運転を禁止する力、あるいはアクセル操作量に対する出力を前記第 1の特性による場合よりも減少させる第 2の特性でエンジンを運転させるエンジンの運転方法。