WO2006046339A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Masakazu Yano
Takayuki Adachi
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Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for detecting deterioration of a reduction catalyst in an exhaust gas purification apparatus that uses ammonia or a precursor thereof as a reducing agent to reduce and purify nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas.
  • Patent Document 1 An exhaust purification device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-27627 (Patent Document 1) has been proposed as a catalyst purification system for removing NOx in engine exhaust.
  • the exhaust purification system is designed to inject NOx and liquid reducing agent in the exhaust gas by injecting and supplying a liquid reducing agent according to the engine operating condition upstream of the reduction catalyst disposed in the engine exhaust system. NOx is purified to harmless components by catalytic reduction reaction.
  • the liquid reducing agent an aqueous urea solution that generates ammonia by hydrolysis using exhaust heat and water vapor in the exhaust is used.
  • Patent Document 1 JP 2000-27627 A
  • the NOx purification efficiency by the reduction catalyst gradually decreases due to deterioration over time which is not semi-permanently constant.
  • the reduction catalyst is deteriorated, if a liquid reducing agent is injected and supplied according to the engine operating condition, the ammonia consumed in the catalytic reduction reaction is reduced, and thus ammonia may be discharged into the atmosphere. .
  • the reduction catalyst deteriorates, the required NOx purification efficiency cannot be achieved, and unpurified exhaust may be discharged into the atmosphere as it is.
  • the present invention detects ammonia or unpurified exhaust gas by detecting deterioration of the ammonia concentration power reduction catalyst downstream of the reduction catalyst exhaust.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification device that prevents air from being discharged into the atmosphere. Means for solving the problem
  • the exhaust gas purification apparatus is disposed in the engine exhaust passage, and reduces and purifies nitrogen oxides in the exhaust gas using an ammonia or a precursor thereof as a reducing agent.
  • the control unit controls the ammonia concentration downstream of the reduction catalyst exhaust. It is estimated that when the difference between the ammonia concentration detected by the first concentration sensor and the estimated ammonia concentration is greater than the first predetermined value, it is determined that the reduction catalyst has deteriorated. And The invention's effect
  • the exhaust purification apparatus of the present invention it is possible to detect the ammonia concentration force and its deterioration downstream of the reduction catalyst.
  • the reduction catalyst has deteriorated due to deterioration over time, etc.
  • the ammonia consumed in the catalytic reduction reaction will decrease.
  • the ammonia concentration in the exhaust downstream increases.
  • the reduction catalyst is not deteriorated, the ammonia concentration downstream of the exhaust gas can be estimated with a certain amount of error because it is necessary to inject and supply the reducing agent according to the engine operating condition. Therefore, when the reduction catalyst is deteriorated, the deterioration of the reduction catalyst can be detected by utilizing the fact that the difference between the actual ammonia concentration and the estimated ammonia concentration downstream of the exhaust gas is larger than a predetermined value.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an exhaust purification apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the deterioration determination process of the above.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a map for estimating and calculating ammonia concentration.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of the exhaust purification apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the deterioration determination process of the above.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an exhaust purification device that purifies NOx in engine exhaust by a catalytic reduction reaction using an aqueous urea solution as an ammonia precursor.
  • An exhaust pipe 14 connected to the exhaust manifold 12 of the engine 10 includes a nitrogen oxidation catalyst 16 that oxidizes monoxide-nitrogen (NO) to diacid-nitrogen (NO) along the exhaust flow direction.
  • a nitrogen oxidation catalyst 16 that oxidizes monoxide-nitrogen (NO) to diacid-nitrogen (NO) along the exhaust flow direction.
  • a soot ammonia acid catalyst 22 is provided.
  • the aqueous urea solution stored in the reducing agent container 24 is supplied to the reducing agent adding device 28 through a supply pipe 26 having a suction opening at the bottom thereof.
  • the reducing agent addition device 28 is controlled by a reducing agent addition control unit (hereinafter referred to as “reducing agent addition ECU”) 30 with a built-in computer, while mixing an aqueous urea solution corresponding to the engine operating state with air.
  • reference numeral 32 in the figure denotes a concentration sensor that detects the concentration of the urea aqueous solution stored in the reducing agent container 24 that ensures the function as an exhaust gas purification device.
  • the urea aqueous solution injected from the injection nozzle 18 through a powerful exhaust gas purification device It is hydrolyzed by exhaust heat and water vapor in the exhaust, and converted into ammonia. It is known that the converted ammonia reacts with NOx in the exhaust gas in the NOx reduction catalyst 20 and is purified into water and harmless gas. At this time, NO is reduced to NO by the nitrogen oxidation catalyst 16 that improves the NOx purification efficiency by the NOx reduction catalyst 20, and the exhaust gas is exhausted.
  • the ratio of NO to NO is improved to be suitable for catalytic reduction reaction.
  • ammonia that has passed through the original catalyst 20 is oxidized by the ammonia acid catalyst 22 disposed downstream of the exhaust gas, so that ammonia can be prevented from being released into the atmosphere as it is.
  • a reduction catalyst temperature sensor 34 that detects the catalyst temperature T of the NOx reduction catalyst 20, and a concentration that detects the ammonia concentration Y downstream of the exhaust of the NOx reduction catalyst 20
  • a sensor 36 first concentration sensor
  • the output signals from the reduction catalyst temperature sensor 34 and the concentration sensor 36 are input to the reducing agent addition ECU 30.
  • the reducing agent-added ECU 30 is connected to an engine control unit (hereinafter referred to as “engine ECU”) 38 via CAN (Controller Area Network), and appropriately reads the engine rotational speed Ne and load Q used for engine control. It is configured to be possible.
  • the reducing agent addition ECU 30 determines whether or not the NOx reduction catalyst 20 has deteriorated by the control program stored in the ROM (Read Only Memory).
  • the engine ECU 38 that outputs the engine rotation speed Ne and the load Q functions as a rotation speed sensor and a load sensor.
  • sensors for detecting the rotational speed Ne and the load Q of the engine 10 may be provided without using the signal from the engine ECU 38 (the same applies hereinafter).
  • FIG. 2 shows a deterioration determination process that is repeatedly executed every predetermined time after the engine 10 is started in the reducing agent addition ECU 30.
  • Step 1 (abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the engine rotational speed Ne and the load Q are read from the engine ECU 38 via CAN.
  • Step 2 the catalyst temperature T is read from the reduction catalyst temperature sensor 34.
  • step 3 the ammonia concentration X is estimated and calculated according to the engine operating condition downstream of the NOx reduction catalyst 20 exhaust. That is, using the engine speed Ne, load Q, and catalyst temperature T as parameters, the ammonia concentration X corresponding to the engine operating state is estimated and calculated with reference to a map as shown in FIG.
  • the ammonia concentration detected downstream of the exhaust when the NOx reduction catalyst 20 has not deteriorated is set in the map through experiments and the like.
  • the estimated ammonia concentration is referred to as “estimated ammonia concentration” if necessary.
  • step 4 the ammonia concentration Y is read from the concentration sensor 36.
  • the read ammonia concentration is called “actual ammonia concentration” as necessary.
  • step 5 it is determined whether or not the subtraction value (Y ⁇ X) obtained by subtracting the estimated ammonia concentration X from the actual ammonia concentration Y is greater than the first predetermined value.
  • the first predetermined value is a threshold value for determining whether or not the NO X reduction catalyst 20 is deteriorating, and is appropriately set in consideration of an estimation error of the estimated ammonia concentration X and the like. The If the subtraction value (Y—X) is greater than the first predetermined value, the process proceeds to step 6 (Yes), and it is determined that the NOx reduction catalyst 20 has deteriorated, and a reduction catalyst deterioration signal indicating that fact. Is output.
  • the reduction catalyst degradation signal it is desirable to record the reduction catalyst degradation signal in a memory such as RAM (Random Access Memory) or EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) that can be referenced at any time.
  • RAM Random Access Memory
  • EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory
  • the subtraction value (Y ⁇ X) is equal to or smaller than the first predetermined value, the deterioration determination process is terminated (No).
  • the ammonia concentration force downstream of the NOx reduction catalyst 20 can be detected.
  • the urea aqueous solution that is uniformly determined according to the engine operating condition is injected and supplied, the ammonia consumed in the catalyst reduction reaction will decrease. Therefore, the ammonia concentration downstream of the exhaust gas becomes high.
  • the NOx reduction catalyst 20 is not deteriorated, the ammonia concentration downstream of the exhaust gas can be estimated with a certain amount of error because it is necessary to inject and supply the urea aqueous solution according to the engine operating state. . Therefore, when the NOx reduction catalyst 20 deteriorates, the fact that the difference between the actual ammonia concentration Y and the estimated ammonia concentration X downstream of the exhaust gas is larger than the first predetermined value is used. Degradation can be detected.
  • the ammonia concentration downstream of the exhaust gas is highly accurate. Can be estimated.
  • the ammonia concentration is estimated and calculated with reference to a map in which the ammonia concentration corresponding to the rotational speed Ne, load Q, and catalyst temperature T is set. For example, an appropriate value is set on the map through experiments. Then, it is possible to suppress an increase in the estimation calculation load while maintaining the accuracy high.
  • the NOx reduction catalyst 20 when the NOx reduction catalyst 20 is deteriorated, a notification to that effect is given to the driver or the like. For example, by replacing the NOx reduction catalyst 20, the function as an exhaust purification device is maintained. NOx emitted into the atmosphere can be reduced as much as possible.
  • a reduction catalyst temperature sensor 40 for detecting the catalyst temperature T of the NOx reduction catalyst 20, an ammonia acid
  • oxidation catalyst temperature sensor 42 for detecting the catalyst temperature T of the catalyst 22 and the NOx reduction catalyst 20
  • a first concentration sensor 44 that detects ammonia concentration Y downstream of the exhaust, and ammonia
  • Second concentration sensor 46 that detects ammonia concentration Y downstream of the exhaust catalyst 22
  • Output signals from the reduction catalyst temperature sensor 40, the oxidation catalyst temperature sensor 42, the first concentration sensor 44, and the second concentration sensor 46 are input to the reducing agent addition ECU 30. Then, the reducing agent addition ECU 30 determines whether or not the NOx reduction catalyst 20 and the ammonia oxidation catalyst 22 are deteriorated by the control program stored in the ROM.
  • FIG. 5 shows a deterioration determination process that is repeatedly executed every predetermined time after the engine 10 is started in the reducing agent addition ECU 30.
  • step 11 the engine speed Ne and the load Q are read from the engine ECU 38 via CAN.
  • step 12 the catalyst temperatures T and T are read from the reduction catalyst temperature sensor 40 and the oxidation catalyst temperature sensor 42, respectively.
  • step 13 the ammonia concentrations X and X corresponding to the engine operating conditions downstream of the NOx reduction catalyst 20 and the ammonia oxidation catalyst 22 are calculated.
  • ammonia concentrations X and X can be estimated and calculated in the same way as in the first embodiment.
  • step 14 the ammonia concentrations Y and Y are read from the first concentration sensor 44 and the second concentration sensor 46, respectively.
  • step 15 from the actual ammonia concentration Y downstream of the NOx reduction catalyst 20 exhaust,
  • step 16 judges whether the force is 1 greater than the first predetermined value. If the subtraction value (Y ⁇ X) is greater than the first predetermined value, step 16
  • step (Yes) determine that the NOx reduction catalyst 20 has deteriorated, and output a reduction catalyst deterioration signal indicating that.
  • the subtraction value (Y -X) is the first
  • step 17 the actual ammonia concentration Y in the downstream of the exhaust gas from the ammonia acid catalyst 22
  • the second predetermined value is a threshold value for determining whether or not the ammonia acid catalyst 22 has deteriorated, and is an estimated error in the estimated ammonia concentrations X and X.
  • the subtraction value (Y—X) is greater than the second predetermined value.
  • Step 18 the process proceeds to Step 18 (Yes), and it is determined that the ammonia-acid catalyst 22 has deteriorated, and an oxidation catalyst deterioration signal indicating that fact is output. Also, when it is determined that the ammonia oxidation catalyst 22 has deteriorated, an alarm device or the like as a second alarm device is activated to that effect. It is desirable to notify the driver. On the other hand, if the subtraction value (Y—X) is less than or equal to the second predetermined value,
  • the exhaust gas purification device that is powerful, it is possible to determine which of the NOx reduction catalyst 20 and the ammonia acid catalyst 22 is degraded based on the same principle as in the first embodiment. Therefore, in addition to the operation and effect of the first embodiment, when the deterioration of the ammonia oxidation catalyst 22 is notified, for example, the function of the ammonia oxidation catalyst 22 can be easily maintained by appropriately replacing it. Therefore, it is possible to suppress the exhaust gas having insufficient ammonia acidity from being discharged into the atmosphere.
  • the present invention is not limited to an exhaust gas purification apparatus using an aqueous urea solution as a reducing agent, but can be applied to an apparatus using an aqueous ammonia solution as a reducing agent.

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Abstract

　排気浄化装置は、エンジン排気通路に配設され、アンモニア又はその前駆体を還元剤として用いて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒と、ＮＯｘ還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃度Ｙを検出する第１の濃度センサと、コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、を含んで構成される。そして、コントロールユニットは、ＮＯｘ還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃度Ｘを推定演算し、第１の濃度センサにより検出されたアンモニア濃度Ｙと推定演算したアンモニア濃度Ｘとの差が第１の所定値より大となったときに、ＮＯｘ還元触媒が劣化したと判定する。

Description

排気浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、アンモニア又はその前駆体を還元剤として用い、排気中の窒素酸化物（ NOx)を還元浄化する排気浄化装置において、還元触媒の劣化を検知する技術に 関する。
背景技術
[0002] エンジン排気中の NOxを除去する触媒浄化システムとして、特開 2000— 27627 号公報 (特許文献 1)に開示された排気浄ィ匕装置が提案されている。カゝかる排気浄ィ匕 装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に 応じた液体還元剤を噴射供給することで、排気中の NOxと液体還元剤とを触媒還元 反応させて、 NOxを無害成分に浄化処理するものである。ここで、液体還元剤として は、排気熱及び排気中の水蒸気を利用した加水分解によりアンモニアを発生する尿 素水溶液が用いられる。
特許文献 1：特開 2000— 27627号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] ところで、還元触媒による NOx浄化効率は、半永久的に一定ではなぐ経時劣化な どにより徐々に低下してしまう。還元触媒が劣化しているときに、エンジン運転状態に 応じた液体還元剤を噴射供給すると、触媒還元反応で消費されるアンモニアが減少 することから、アンモニアが大気中に排出されてしまうおそれがある。また、還元触媒 が劣化すると、所要の NOx浄ィ匕効率を発揮することができず、未浄ィ匕の排気がその まま大気中に排出されてしまうおそれもある。
[0004] そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元触媒の排気下流におけ るアンモニア濃度力 還元触媒の劣化を検知することで、アンモニア、又は、未浄ィ匕 の排気が大気中に排出されな ヽようにした排気浄ィ匕装置を提供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、本発明に係る排気浄化装置は、エンジン排気通路に配設され、アンモ- ァ又はその前駆体を還元剤として用いて排気中の窒素酸ィ匕物を還元浄ィ匕する還元 触媒と、還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃度を検出する第 1の濃度センサ と、コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、を含んで構成され、コントロールュ ニットが、還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃度を推定演算し、第 1の濃度セ ンサにより検出されたアンモニア濃度と推定演算したアンモニア濃度との差が第 1の 所定値より大となったときに、還元触媒が劣化したと判定することを特徴とする。 発明の効果
[0006] 本発明に係る排気浄化装置によれば、還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃 度力 その劣化を検知することができる。即ち、経時劣化などにより還元触媒が劣化 したにもかかわらず、エンジン運転状態に応じて画一的に決定される還元剤を噴射 供給すると、触媒還元反応で消費されるアンモニアが減少することから、その排気下 流におけるアンモニア濃度が高くなる。一方、還元触媒が劣化していないときには、 その排気下流におけるアンモニア濃度は、エンジン運転状態に応じた還元剤を噴射 供給する必要上、ある程度の誤差をもって推定可能である。そこで、還元触媒が劣化 したときには、その排気下流における実アンモニア濃度と推定アンモニア濃度との差 が所定値より大となる事実を利用することで、還元触媒の劣化を検知することができ る。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]図 1は、本発明に係る排気浄ィ匕装置の第 1実施形態を示す構成図である。
[図 2]図 2は、同上の劣化判定処理を示すフローチャートである。
[図 3]図 3は、アンモニア濃度を推定演算するためのマップの説明図である。
[図 4]図 4は、本発明に係る排気浄ィ匕装置の第 2実施形態を示す構成図である。
[図 5]図 5は、同上の劣化判定処理を示すフローチャートである。
符号の説明
[0008] 10 エンジン 14 排気管
20 NOx還元触媒
22 アンモニア酸ィ匕触媒
30 還元剤添カ卩 ECU
34 還元触媒温度センサ
36 濃度センサ
38 エンジン ECU
40 還元触媒温度センサ
42 酸化触媒温度センサ
44 第 1の濃度センサ
46 第 2の濃度センサ
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図 1は、アンモニアの前駆体としての尿素水溶液を用いて、エンジン排気中の NOx を触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の第 1実施形態を示す。
エンジン 10の排気マ-フォールド 12に接続される排気管 14には、排気流通方向 に沿って、一酸ィ匕窒素 (NO)を二酸ィ匕窒素 (NO )へと酸化させる窒素酸化触媒 16
2
と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル 18と、尿素水溶液を加水分解して得られ るアンモニアにより NOxを還元浄ィ匕する NOx還元触媒 20と、 NOx還元触媒 20を通 過したアンモニアを酸ィ匕させるアンモニア酸ィ匕触媒 22と、が夫々配設される。また、 還元剤容器 24に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口する供給配管 26を通って還元剤添加装置 28に供給される。そして、還元剤添加装置 28は、コンビ ユータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加 ECU」という） 3 0により制御され、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液を、空気と混合しつつ噴射 ノズル 18に供給する。
[0010] なお、図中の符号 32は、排気浄ィ匕装置としての機能を確保すベぐ還元剤容器 24 に貯蔵される尿素水溶液の濃度を検出する濃度センサである。
力かる排気浄ィ匕装置にぉ ヽて、噴射ノズル 18から噴射供給された尿素水溶液は、 排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化さ れたアンモニアは、 NOx還元触媒 20において排気中の NOxと反応し、水及び無害 なガスに浄化されることは知られたことである。このとき、 NOx還元触媒 20による NO X浄化効率を向上させるベぐ窒素酸化触媒 16により NOが NOへと酸化され、排気
2
中の NOと NOとの割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、 NOx還
2
元触媒 20を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸ィ匕触媒 22により酸ィ匕されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止でき る。
[0011] NOx還元触媒 20の劣化を判定する制御系として、 NOx還元触媒 20の触媒温度 T を検出する還元触媒温度センサ 34と、 NOx還元触媒 20の排気下流におけるアンモ ユア濃度 Yを検出する濃度センサ 36 (第 1の濃度センサ）と、が夫々設けられる。還 元触媒温度センサ 34及び濃度センサ 36からの出力信号は、還元剤添加 ECU30〖こ 入力される。また、還元剤添カ卩 ECU30は、 CAN (Controller Area Network)を介し てエンジンコントロールユニット（以下「エンジン ECU」という） 38と接続され、エンジン 制御に用いられるエンジン回転速度 Ne及び負荷 Qを適宜読み込み可能に構成され る。ここで、エンジン負荷 Qとしては、燃料噴射量，吸気流量，吸気負圧，スロットル開 度などが利用可能である。そして、還元剤添加 ECU30は、その ROM (Read Only M emory)に記憶された制御プログラムによって、 NOx還元触媒 20が劣化している力否 かを判定する。
[0012] なお、エンジン回転速度 Ne及び負荷 Qを出力するエンジン ECU38が、回転速度 センサ及び負荷センサとして機能する。但し、エンジン ECU38からの信号を利用せ ずに、エンジン 10の回転速度 Ne及び負荷 Qを夫々検出するセンサを設けるようにし てもよい (以下同様)。
図 2は、還元剤添加 ECU30において、エンジン 10の始動後所定時間ごとに繰り返 し実行される劣化判定処理を示す。
[0013] ステップ 1 (図では「S1」と略記する。以下同様）では、 CANを介して、エンジン EC U38からエンジン回転速度 Ne及び負荷 Qを夫々読み込む。
ステップ 2では、還元触媒温度センサ 34から触媒温度 Tを読み込む。 ステップ 3では、 NOx還元触媒 20の排気下流におけるエンジン運転状態に応じた アンモニア濃度 Xを推定演算する。即ち、エンジン回転速度 Ne,負荷 Q及び触媒温 度 Tをパラメータとして、図 3に示すようなマップを参照し、エンジン運転状態に応じた アンモニア濃度 Xを推定演算する。ここで、マップには、実験などを通して、 NOx還 元触媒 20が劣化していないときに、その排気下流で検出されるアンモニア濃度が設 定される。なお、以下の説明では、説明の必要に応じて、推定演算されたアンモニア 濃度を「推定アンモニア濃度」と呼ぶ。
[0014] ステップ 4では、濃度センサ 36からアンモニア濃度 Yを読み込む。なお、以下の説 明では、説明の必要に応じて、読み込んだアンモニア濃度を「実アンモニア濃度」と 呼ぶ。
ステップ 5では、実アンモニア濃度 Yから推定アンモニア濃度 Xを減算した減算値（ Y—X)が第 1の所定値より大である力否かを判定する。ここで、第 1の所定値は、 NO X還元触媒 20が劣化している力否かを判定するための閾値であって、推定アンモ- ァ濃度 Xの推定誤差などを考慮して適宜設定される。そして、減算値 (Y— X)が第 1 の所定値より大であればステップ 6へと進み (Yes)、 NOx還元触媒 20が劣化してい ると判定し、その旨を示す還元触媒劣化信号を出力する。還元触媒劣化信号は、任 意の時点で参照可能とすべぐ RAM (Random Access Memory) , EEPROM (Electr ically Erasable Programmable Read Only Memory)などのメモリに 録すること力 S望ま しい。また、 NOx還元触媒 20が劣化していると判定されたときには、第 1の報知装置 としての警報器などを作動させて、その旨を運転者に報知することが望ましい。一方 、減算値 (Y— X)が第 1の所定値以下であれば劣化判定処理を終了する (No)。
[0015] 力かる排気浄ィ匕装置によれば、 NOx還元触媒 20の排気下流におけるアンモニア 濃度力 その劣化を検知することができる。即ち、経時劣化などにより NOx還元触媒 20が劣化したにもかかわらず、エンジン運転状態に応じて画一的に決定される尿素 水溶液を噴射供給すると、触媒還元反応で消費されるアンモニアが減少することから 、その排気下流におけるアンモニア濃度が高くなる。一方、 NOx還元触媒 20が劣化 していないときには、その排気下流におけるアンモニア濃度は、エンジン運転状態に 応じた尿素水溶液を噴射供給する必要上、ある程度の誤差をもって推定可能である 。そこで、 NOx還元触媒 20が劣化したときには、その排気下流における実アンモ- ァ濃度 Yと推定アンモニア濃度 Xとの差が第 1の所定値より大となる事実を利用し、 N Ox還元触媒 20の劣化を検知することができる。
[0016] また、エンジン運転状態として、 NOx還元触媒 20における NOx浄化効率と密接な 関連がある回転速度 Ne,負荷 Q及び触媒温度 Tを用いることで、その排気下流にお けるアンモニア濃度を高精度に推定演算することができる。このとき、アンモニア濃度 は、回転速度 Ne,負荷 Q及び触媒温度 Tに対応したアンモニア濃度が設定されたマ ップを参照して推定演算されるので、例えば、実験を通してマップに適切な値を設定 すれば、その精度を高く維持したまま、推定演算負荷の増大を抑制することができる
[0017] さらに、 NOx還元触媒 20が劣化したときには、その旨が運転者などに報知される ので、例えば、 NOx還元触媒 20を交換することで、排気浄ィ匕装置としての機能を維 持することができ、大気中に排出される NOxを極力低減することができる。
次に、図 4を参照して、排気浄ィ匕装置の第 2実施形態について説明する。本実施形 態は、 NOx還元触媒 20の劣化判定のみならず、その排気下流に配設されたアンモ ユア酸ィ匕触媒 22の劣化判定を行い得るようにしたものである。なお、排気浄化装置と しての基本構成は、第 1実施形態と同様であるので、制御系についてのみ説明する
[0018] NOx還元触媒 20及びアンモニア酸化触媒 22の劣化を判定する制御系として、 N Ox還元触媒 20の触媒温度 Tを検出する還元触媒温度センサ 40と、アンモニア酸
1
化触媒 22の触媒温度 Tを検出する酸化触媒温度センサ 42と、 NOx還元触媒 20の
2
排気下流におけるアンモニア濃度 Yを検出する第 1の濃度センサ 44と、アンモニア
1
酸ィ匕触媒 22の排気下流におけるアンモニア濃度 Yを検出する第 2の濃度センサ 46
2
と、が夫々設けられる。還元触媒温度センサ 40,酸化触媒温度センサ 42,第 1の濃 度センサ 44及び第 2の濃度センサ 46からの出力信号は、還元剤添加 ECU30に入 力される。そして、還元剤添加 ECU30は、 ROMに記憶された制御プログラムによつ て、 NOx還元触媒 20及びアンモニア酸化触媒 22が劣化して ヽるか否かを判定する [0019] 図 5は、還元剤添加 ECU30において、エンジン 10の始動後所定時間ごとに繰り返 し実行される劣化判定処理を示す。
ステップ 11では、 CANを介して、エンジン ECU38からエンジン回転速度 Ne及び 負荷 Qを夫々読み込む。
ステップ 12では、還元触媒温度センサ 40及び酸化触媒温度センサ 42から触媒温 度 T及び Tを夫々読み込む
1 2
ステップ 13では、 NOx還元触媒 20及びアンモニア酸化触媒 22の排気下流におけ るエンジン運転状態に応じたアンモニア濃度 X及び Xを夫々推定演算する。なお、
1 2
アンモニア濃度 X及び Xは、第 1実施形態と同様な方法で推定演算することができ
1 2
る。
[0020] ステップ 14では、第 1の濃度センサ 44及び第 2の濃度センサ 46からアンモニア濃 度 Y及び Yを夫々読み込む。
1 2
ステップ 15では、 NOx還元触媒 20の排気下流における実アンモニア濃度 Yから
1 推定アンモニア濃度 X
1を減算した減算値 (Y -X )
1 1 が第 1の所定値より大である力否 かを判定する。そして、減算値 (Y—X )が第 1の所定値より大であればステップ 16
1 1
へと進み (Yes)、 NOx還元触媒 20が劣化していると判定し、その旨を示す還元触媒 劣化信号を出力する。一方、減算値 (Y -X )が第 1の
1 1 所定値以下であればステップ
17へと進む (No)。なお、第 1実施形態と同様に、還元触媒劣化信号をメモリに記憶 すると共に、 NOx還元触媒 20が劣化していると判定されたときには、その旨を運転 者に報知することが望まし ヽ (以下同様)。
[0021] ステップ 17では、アンモニア酸ィ匕触媒 22の排気下流における実アンモニア濃度 Y
2 力 推定アンモニア濃度 Xを減算した減算値 (Y -X )が第 2の所定値より大である
2 2 2
か否かを判定する。ここで、第 2の所定値は、アンモニア酸ィ匕触媒 22が劣化している か否かを判定するための閾値であって、推定アンモニア濃度 X及び Xの推定誤差
1 2
などを考慮して適宜設定される。そして、減算値 (Y—X )が第 2の所定値より大であ
2 2
ればステップ 18へと進み (Yes)、アンモニア酸ィ匕触媒 22が劣化していると判定し、そ の旨を示す酸化触媒劣化信号を出力する。また、アンモニア酸化触媒 22が劣化して いると判定されたときには、第 2の報知装置としての警報器などを作動させて、その旨 を運転者に報知することが望ましい。一方、減算値 (Y—X )が第 2の所定値以下で
2 2
あれば、 NOx還元触媒 20及びアンモニア酸ィ匕触媒 22が共に劣化して 、な 、と判定 し、劣化判定処理を終了する（No)。
[0022] 力かる排気浄ィ匕装置によれば、第 1実施形態と同様な原理により、 NOx還元触媒 2 0及びアンモニア酸ィ匕触媒 22のどちらが劣化している力判定することができる。この ため、第 1実施形態の作用及び効果に加え、アンモニア酸化触媒 22の劣化が報知 されたときには、例えば、これを適宜交換することで、アンモニア酸化触媒 22の機能 を容易に維持することが可能となり、アンモニアの酸ィ匕が不十分な排気が大気中に 排出されることを抑制することができる。
[0023] なお、本発明は、尿素水溶液を還元剤として用いる排気浄化装置に限らず、アンモ ニァ水溶液を還元剤として用いるものにも適用可能であることは 、うまでもな 、。

Claims

請求の範囲
[1] エンジン排気通路に配設され、アンモニア又はその前駆体を還元剤として用いて 排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃度を検出する第 1の濃度センサと コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
を含んで構成され、
前記コントロールユニットは、前記還元触媒の排気下流におけるアンモニア濃度を 推定演算し、前記第 1の濃度センサにより検出されたアンモニア濃度と推定演算した アンモニア濃度との差が第 1の所定値より大となったときに、前記還元触媒が劣化し たと判定することを特徴とする排気浄化装置。
[2] エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、
エンジンの負荷を検出する負荷センサと、
前記還元触媒の還元触媒温度を検出する還元触媒温度センサと、
を備え、
前記コントロールユニットは、前記回転速度センサにより検出された回転速度，前記 負荷センサにより検出された負荷及び前記還元触媒温度センサにより検出された還 元触媒温度に基づ!/、て、前記還元触媒の排気下流におけるエンジン運転状態に応 じたアンモニア濃度を推定演算することを特徴とする請求項 1記載の排気浄ィ匕装置。
[3] 前記コントロールユニットは、エンジンの回転速度，負荷及び還元触媒温度に対応 したアンモニア濃度が設定されたマップを参照して、前記還元触媒の排気下流にお けるエンジン運転状態に応じたアンモニア濃度を推定演算することを特徴とする請求 項 2記載の排気浄化装置。
[4] 前記コントロールユニットにより還元触媒が劣化したと判定されたときに、その旨を 報知する第 1の報知装置が備えられたことを特徴とする請求項 1記載の排気浄ィ匕装 置。
[5] 前記還元触媒の排気下流に配設され、排気中のアンモニアを酸化する酸化触媒と 前記酸ィヒ触媒の排気下流におけるアンモニア濃度を検出する第 2の濃度センサと
を備え、
前記コントロールユニットは、更に、前記酸ィ匕触媒の排気下流におけるアンモニア 濃度を推定演算し、前記第 2の濃度センサにより検出されたアンモニア濃度と推定演 算したアンモニア濃度との差が第 2の所定値より大となったときに、前記酸ィ匕触媒が 劣化したと判定することを特徴とする請求項 1記載の排気浄化装置。
[6] エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、
エンジンの負荷を検出する負荷センサと、
前記酸化触媒の酸化触媒温度を検出する酸化触媒温度センサと、
を備え、
前記コントロールユニットは、前記回転速度センサにより検出された回転速度，前記 負荷センサにより検出された負荷及び前記酸ィヒ触媒温度センサにより検出された酸 化触媒温度に基づいて、前記酸化触媒の排気下流におけるエンジン運転状態に応 じたアンモニア濃度を推定演算することを特徴とする請求項 5記載の排気浄ィ匕装置。
[7] 前記コントロールユニットは、エンジンの回転速度，負荷及び酸化触媒温度に対応 したアンモニア濃度が設定されたマップを参照して、前記酸化触媒の排気下流にお けるエンジン運転状態に応じたアンモニア濃度を推定演算することを特徴とする請求 項 6記載の排気浄化装置。
[8] 前記コントロールユニットにより酸ィ匕触媒が劣化したと判定されたときに、その旨を 報知する第 2の報知装置が備えられたことを特徴とする請求項 6記載の排気浄ィ匕装 置。
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