WO2006067900A1

WO2006067900A1 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: WO2006067900A1
Application number: PCT/JP2005/017244
Authority: WO
Inventors: Mitsuhiro Nishina; Toshikazu Katou
Original assignee: Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-06-29
Also published as: CN101087936A; CN100529366C; US20070266697A1; US7842267B2; EP1830040A4; JP3686672B1; JP2006177317A; EP1830040B1; US20100236220A1; EP1830040A1

Abstract

　還元剤等の水溶液に関して複数の異常を判定する場合に、異常の検出と異常の判定との間の時間的なラグに起因する誤判定を回避する。第１の異常判定（Ｆｅｍｐ＝１：時刻ｔ２）後、状態パラメータとしての濃度Ｄｎが第１の領域Ａから第２の領域Ｃに直接移行することにより第２の異常を検出したとき（時刻ｔ３）は、この異常の検出から所定の期間ＰＲＤに亘り第１の異常判定を維持する。

Description

明細書

エンジンの排気浄ィ匕装置

技術分野

[0001] 本発明は、エンジンの排気浄ィ匕装置に関し、詳細には、エンジン力も排出される窒素酸化物を、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] エンジン力も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。すなわち、エンジンの排気通路にアンモニア又はその前駆体の水溶液を噴射する装置を設置し、噴射されたアンモニアを還元剤として、 NOxとこのアンモニアとを触媒上で反応させ、 NOxを還元及び浄ィ匕するものである。また、車上でのアンモニアの貯蔵容易性を考慮し、タンクにアンモニア前駆体である尿素を水溶液の状態で貯蔵しておき、実際の運転に際し、このタンク力も供給された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 SCR装置も知られてヽる（特許文献 1)。

特許文献 1：日本国出願公開第 2000— 027627号公報 (段落番号 0013) 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 本出願人は、 SCR装置を車載エンジンにおける排気浄ィ匕に適用することを検討している。エンジンからの NOx排出量に対して的確な量の尿素水を噴射し、 NOxの還元反応を良好に行わせるため、尿素水タンクに尿素センサを設置し、尿素の実際の濃度（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。）をエンジン及び SCR装置の制御に反映させることが実用上重要となる。現在、尿素センサとして、ヒ一タと測温抵抗体とを絶縁状態で配設し、尿素の濃度に応じた尿素水の伝熱特性に着目して、測温抵抗体の電気抵抗値に基づいて尿素の実際の濃度を検出するものが開発されて、る (日本国出願公開第 2001 - 228004号公報参照)。

[0004] ここで、本出願人は、尿素センサにこの感温型のものを採用したエンジンの排気浄化装置を、既に提出した日本国特許出願第 2003— 366737号に開示している。このものでは、尿素センサにより尿素の濃度を検出するとともに、正常領域を上回る高い濃度を検出したときに、尿素水の残量が不足しているとの判定を下す一方、この正常領域を下回る低い濃度を検出したときに、尿素水が水又はそれに近い希薄な状態にあるとして、濃度が異常であるとの判定を下し、これらの判定のいずれかを下したときに、尿素水の噴射を停止させる等の措置を講ずることとしている。また、このものでは、特に後者の低い濃度が検出された場合に、この低い濃度が所定の回数に渡り連続して検出されたときに、その濃度を確定値として採用することで、検出された濃度の信頼性を確保することとしている（前掲先願の図 7, 9)。

[0005] し力しながら、この排気浄ィ匕装置のように、正常領域よりも高、又は低、濃度の検出とこれに対応する異常の判定とが時期的に一致して行われず、前者の検出と後者の判定との間に時間的なラグが存在するものには、次のような問題がある。すなわち、尿素水の残量が不足しているとの判定が下された後、運転者が不注意により又は意図的に水又は希釈された尿素水を補給した場合において、残量が不足しているとの判定が解除される一方、濃度が異常であるとの判定は、この補給後、前記ラグに相当する時間だけ遅れて下されることになる。このため、その間濃度の異常に対する措置を講ずることができず、未浄ィ匕の NOxが大気中に放出されるおそれがある。

[0006] 本発明は、還元剤又はその前駆体の水溶液に関して複数の異常を判定するとともに、異常の検出と異常の判定との間に時間的なラグが存在する場合に、このラグに起因する誤判定を回避することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、エンジンの排気浄ィ匕装置を提供する。本発明に係る装置は、エンジンの排気に NOxの還元剤を添カ卩して、排気中の NOxを還元させるエンジンの排気浄化装置であって、排気に添加される NOxの還元剤又はその前駆体を水溶液の状態で貯蔵するタンクを含んで構成され、このタンクに貯蔵されてヽる水溶液の熱的特性に基づいてこの水溶液に関する所定の状態パラメータを検出し、検出した状態パラメータが正常領域として定められる所定の領域以外の異常領域にあるときに、前記水溶液に関する所定の異常を検出するとともに、異常が検出された後、所定の確定条件が成立したことにより異常判定を下す。また、検出した状態パラメータが異常領域中の第 1の領域にあるときに第 1の異常を検出する一方、検出した状態パラメータが異常領域中の、この第 1の領域とは異なる第 2の領域にあるときに第 2の異常を検出し、第 1の異常の検出と関連させて第 1の異常判定を下す一方、第 2の異常の検出と関連させて第 2の異常判定を下す。第 1の異常判定後、検出した状態パラメータが第 1の領域力第 2の領域に直接移行したことにより第 2の異常を検出したときは、この第 2の異常の検出から所定の期間に亘り第 1の異常判定を維持する。

発明の効果

[0008] 本発明では、異常領域にある状態パラメータの検出とこれに関連させて定められる異常判定との間に、所定の確定条件が成立するまでのラグが存在する。ここで、本発明では、第 1の異常判定後、検出した状態パラメータが第 1の領域力第 2の領域に直接移行したことにより第 2の異常を検出したときに、この第 2の異常の検出から所定の期間に亘り第 1の異常判定を維持することとしたので、このラグに起因する、正常であるとの誤判定を回避することができる。

[0009] 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。

優先権主張の基礎となる日本国特許出願第 2004— 373889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

[0010] [図 1]本発明の一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]検出許可ルーチンのフローチャート

[図 5]同上ルーチンの静止判定処理のサブルーチン

[図 6]濃度検出'異常判定ルーチンのフローチャート

[図 7]停止制御ルーチンのフローチャート

[図 8]尿素水噴射制御ルーチンのフローチャート

[図 9]SCR— CZUの動作を示すタイムチャート符号の説明

[0011] 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、 4 7· ··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。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 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。

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。） 1 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ェンジンを採用している。

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、可変ノズル型のターボチャージャ 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-ホールド部で各気筒に分配される。

[0013] 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。

[0014] 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の可動べーン 121は、ァクチユエータ 122と接続されており、ァクチユエータ 122により角度が制御される。

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ィ匕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、二酸化窒素 (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 NOと N02との比率を、後述する NOxの還元反応に適切なものに調整する作用を奏する。 NOx浄ィ匕触媒 33は、 NOxを還元して浄ィ匕する。 NOxの還元のため、本実施形態では、 NOx浄ィ匕触媒 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こととしている。

[0015] 本実施形態では、アンモニアの貯蔵容易性を考慮し、アンモニア前駆体である尿素を水溶液の状態で貯蔵することとしてヽる。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。

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、フイードポンプ 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。

[0016] 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、アシスト用の空気を供給するための空気供給管 48が接続されている。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、このエアタンク力もアシスト用の空気が供給される。ノズル部 432は、 NOx浄化触媒 33の上流において、 NOx浄化触媒 33及びアンモニア触媒 34の筐体を側面力も貫通させて設置されている。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。

[0017] 尿素水が噴射されると、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を還元させる。アンモニア触媒 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。アンモユアは、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、及びアンモニア触媒 34でのスリップアンモニアの酸ィ匕反応は、次の（1)〜（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、アンモニア触媒 34とを一体の筐体に内蔵させている力それぞれの筐体を別体のものとして構成してもよい。

[0018] 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 2 …（3)

2

4NH + 30 → 2N +6H O …（4)

3 2 2 2

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。 EGR管 35 には、 EGR弁 36が介装されている。 EGR弁 36は、ァクチユエータ 361に接続されており、ァクチユエータ 361により開度が制御される。

[0019] 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、尿素水に含まれる尿素の濃度（「状態パラメータ」に相当する。）を検出するための尿素センサ 74が設置されている。

[0020] 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おり、検出した尿素の濃度をエンジン CZU51に出力する。一方、エンジン 1 側には、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 CZU51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、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。

[0021] 図 2は、尿素センサ 74の構成を示している。

尿素センサ 74は、前掲第 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をもとに、尿素の濃度を検出する。

前掲公開公報 (段落番号 0015〜0017)に記載された流量計は、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」、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いる。

[0022] 本実施形態では、前記第 1及び第 2のセンサ素子を含んで尿素センサ 74のセンサ素子部 741が構成される。センサ素子部 741は、タンク 41内の底面近傍に設置され、濃度の検出に際して尿素水に浸漬させて使用される。また、各フィンプレート 7414 , 7415は、筐体 7413を貫通し、タンク 41内に露出している。

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 Rnl, Rn2をもとに、次のように濃度 Dnを演算する。なお、尿素センサ 74は、尿素の濃度を検出する機能と、尿素水の残量を判定する機能とを兼ね備えている。

[0023] 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。

ヒータ層による加熱は、所定の時間 Δ ΐ Ι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 tl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、その時点における測温抵抗層間の温度差 Δ Tmpl 2 (=Tnl Τη2)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応じて変化するものであり、この伝熱特性は、尿素の濃度に応じて変化するものである。このため、算出した ΔΤπιρ12を換算して、濃度 D ηを算出することができる。また、算出した ΔΤπιρ12をもとに、タンク 41に残された尿素水の量が不足している力否かを判定することができる。

[0024] 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。

[0025] 次に、 SCR— CZU61の動作をフローチャートにより説明する。

本実施形態に係る SCR— CZU61の動作は、概略次のようである。すなわち、 SC R— CZU61は、検出許可判定を行い（図 4 :検出許可ルーチン）、この判定により濃度の検出が許可されたときにのみ、実際に濃度 Dnの検出を行う。検出した濃度 Dn が正常領域として定められる所定の範囲内にあるときは、尿素水に関する所定の異常は発生していないと判定するとともに、その濃度 Dnを出力する。他方、検出した濃度 Dnがこの範囲内にないときは、その濃度 Dnを出力する力前記所定の異常としての尿素水の残量又は濃度に関する異常が発生したと判定する。本実施形態では、濃度 Dnがこの範囲を上回る領域にあるときに、尿素水の残量に関する異常判定 (以下「残量異常判定」という。）を下す一方、濃度 Dnがこの範囲を下回る領域にあるときに、尿素水の濃度に関する異常判定 (以下「濃度異常判定」という。）を下す。また、本実施形態では、各異常判定に際し、 SCR— CZU61は、「確定条件」として、各異常の検出毎にエラーカウンタ CNTc, CNTeを所定の値ずつ加算していき、このエラ一カウンタ CNTc, CNTeが所定の値 CNTclim, CNTelimに達したときに、実際に異常判定を下す（図 6：濃度検出'異常判定ルーチン)。これらの異常判定のうち!、ずれかが下されたときに、 SCR— CZU61は、噴射ノズル 43に対し、尿素水の噴射を停止させるための信号を出力する（図 8 :尿素水噴射制御ルーチン)。

[0026] 図 4は、検出許可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の検出が許可又は禁止される。 S101では、イダ-ッシヨンスィッチ信号 SWignを読み込み、 SWignが 1であるか否かを判定する。 1であるときは、イダ-ッシヨンスィッチがオンされているとして、 S102 へ進む。

[0027] S 102では、スタートスィッチ信号 SWstrを読み込み、 SWstrが 1であるか否かを判定する。 1であるときは、スタートスィッチがオンされており、エンジン 1の始動時であるとして、許可判定を下すために S103へ進む。エンジン 1の始動時は、前回の停止時力も相当の時間が経過しており、タンク 41内で尿素水が静止して、る蓋然性が高!ヽためである。 1でないときは、 S105へ進む。

[0028] S103では、検出インターバル INTを 0にリセットする。

S104では、許可判定フラグ Fdtcを 1に設定し、許可判定を下す。

S105では、検出インターバル INTを 1だけカウントアップする（INT=INT+ 1)。 S 106では、カウントアップ後の INTが所定の値 INT1に達したか否かを判定する。 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、 S103へ進み、 INT1に達していないときは、必要な検出インターバルが確保されてヽな、として、禁止判定を下すために S 107へ進む。

[0029] S107では、許可判定フラグ Fdtcを 0に設定し、禁止判定を下す。

図 5は、静止判定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、所定の時間毎に繰り返される。このルーチンによりタンク 41内で尿素水が静止して!/、るか否かが判定され、判定結果に応じた静止判定フラグ Fstbが設定される。設定された Fstbは、濃度検出'異常判定ルーチン（図 6)に反映される。

[0030] S201では、エンジン回転数 NEを読み込む。

S202では、読み込んだ NEが所定のアイドル判定回転数 NEidle以下に減少したか否かを判定する。 NEidle以下に減少したときは、 S203へ進み、減少していないときは、 S206へ進む。

S203では、車速 VSPを読み込む。

[0031] S204では、読み込んだ VSPが所定の値 VSP1 (たとえば、 0)以下に減少したか否かを判定する。 VSP1以下に減少したときは、 S207へ進み、減少していないときは、 S205へ進む。所定の値 VSP1は、 0に限らず、実質的に停車していると判断することのできる車速の最大値として、大きさを持たせて設定することもできる。完全には停車していなくとも、車速がある程度低ぐ大きな減速度が発生しないことが保証されるときは、タンク 41内で尿素水の揺れが減衰し、静止状態への移行が進む力もである。

[0032] S205では、経過時間 TIMを 0にリセットする。

S206では、尿素水が静止していないものとして、静止判定フラグ Fstbを 0に設定する。

S207では、経過時間 TIMを 1だけカウントアップする（TIM=TIM+ 1)。 S208では、カウントアップ後の TIMが静止時間 TIM1に達したか否かを判定する。 TIM1に達したときは、 S209へ進み、達していないときは、 S206へ進む。なお、静止時間 TIM1は、停車時の減速度に応じて変更することとし、この減速度が大きいときほど、大きな値に設定するとよい。急停車時は、停車直後における尿素水の揺れが大きぐその分静止までに長い時間を要するからである。

[0033] S209では、静止判定フラグ Fstbを 1に設定し、尿素水が静止して、るとの判定を下す。

図 6は、濃度検出'異常判定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、許可判定フラグ Fdtcが 1に設定されたときに、 SCR— CZU61及び回路部 742により実行される。 S302, 303が回路部 742の行う処理である。このルーチンにより濃度 D nが検出されるとともに、尿素水に関する所定の異常が検出及び判定される。

[0034] S301では、許可判定フラグ Fdtcを読み込み、読み込んだ Fdtcが 1であるか否かを判定する。 1であるときにのみ、 S302へ進む。

S302では、濃度 Dnの検出のため、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。

S303では、濃度 Dnを検出する。濃度 Dnの検出は、加熱された各測温抵抗層の抵抗値 Rnl, Rn2を検出するとともに、検出した Rnl, Rn2の差に応じた測温抵抗層間の温度差 Δ Tmp 12を演算し、算出した Δ Tmp 12を濃度 Dnに換算することにより行う。

[0035] S304では、検出した Dnが第 1の値 D1と、この第 1の値よりも大きな第 2の値 D2とを上下限とする所定の範囲（「正常領域」に相当する。）内にあるか否かを判定する。この範囲内にあるときは、 S316へ進み、この範囲内にないときは、 S305へ進む。

S305では、濃度 Dnが所定の第 3の値 D3よりも大きいか否かを判定する。 D3よりも大きいときは、 S311へ進み、 D3以下であるときは、 S306へ進む。所定の値 D3は、尿素センサ 74が尿素水中にある状態で得られる出力 Dnと、尿素センサ 74が空気中にある状態で得られる出力 Dnとの中間値に設定する。なお、本実施形態では、所定の値 D3を D2とは異なる（すなわち、 D2よりも大きな)値に設定している力 D2と等しい値に設定してもよい。

[0036] S306では、濃度エラーカウンタ CNTcに、静止判定フラグ Fstbに応じた値のポィント a, bを加算する。すなわち、 Fstbが 1であり、タンク 41内で尿素水が静止していると判定したときは、比較的に大きな値のポイント aを加算する一方 (CNTc = CNTc + a)、 Fstbが 0であり、尿素水が静止していないと判定したときは、 aよりも小さな値のポィント1)を加算する（じ?^[^ =じ?^[^+1) :1)< &)。尿素水が静止しているときに得られる濃度 Dnは、尿素水の攪拌による伝熱特性のばらつきが小さいことから、その信頼性の高さを異常判定に反映させるためである。

[0037] S307では、カウントアップ後の CNTcが所定の値 CNTclimに達したか否かを判定する。 CNTclimに達したときは、 S308へ進み、達していないときは、このルーチンをリターンする。

S308では、残量異常判定フラグ Fempを 0に設定する。

S309では、残量エラーカウンタ CNTeを 0にリセットする。

[0038] S310では、尿素水が水又はそれに近い希薄な状態にある力、あるい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、るとの濃度異常判定を下し、濃度異常判定フラグ Fcncを 1に設定する。なお、本実施形態では、第 1の値 D1よりも低い濃度を検出したときに、単に 1つの濃度異常判定を下すこととしている。し力しながら、タンク 41に水が充填された場合と、尿素水が希釈された場合とについて異なる濃度異常判定フラグを設定し、濃度 Dnと、 D1よりも小さな第 4の値 D4 (たとえば、 0)とを比較することで、各場合にっ、て異常を区別するようにしてもよ!、。

[0039] S311では、残量エラーカウンタ CNTeに、静止判定フラグ Fstbに応じた値のポィント c, dを加算する。すなわち、 Fstbが 1であり、タンク 41内で尿素水が静止していると判定したときは、比較的に大きな値のポイント cを加算する一方 (CNTe = CNTe + c)、 Fstbが 0であり、尿素水が静止していないと判定したときは、 cよりも小さな値のポイント dを加算する（CNTe = CNTe + d： d< c)。濃度エラーカウンタ CNTcの場合と同様に、尿素水が静止しているときに得られる濃度 Dnの信頼性の高さを反映させるためである。

[0040] S312では、カウントアップ後の CNTeが所定の値 CNTelimに達したか否かを判定する。 CNTelimに達したときは、 S313へ進み、達していないときは、このルーチンをリターンする。

S313では、濃度異常判定フラグ Fcncを 0に設定する。

S314では、濃度エラーカウンタ CNTeを 0にリセットする。

[0041] S315では、タンク 41に残された尿素水の量が所定の量に満たない（たとえば、タンク 41が空である。）との残量異常判定を下し、残量異常判定フラグ Fempを 1に設定する。

S316では、正常判定を下し、各異常判定フラグ Fcnc, Fempを 0に設定する。

[0042] S317では、各エラーカウンタ CNTe, CNTeを 0にリセットする。

図 7は、停止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フされることにより実行される。

S401では、イダ-ッシヨンスィッチ信号 SWignを読み込み、 SWign力 ^であるか否かを判定する。 0であるときは、イダ-ッシヨンスィッチがオフされたとして、 S402へ進む。

[0043] S402では、各種の演算情報をバックアップメモリーに書き込む。このメモリーに書き込まれた演算情報は、イダ-ッシヨンスィッチがオフされ、電源が落とされた後も保持され、次回の運転において、濃度検出'異常判定ルーチン及び次に述べる尿素水噴射制御ルーチン (S306, 503等)で読み込まれる。本実施形態では、この演算情報として、各エラーカウンタ CNTe, CNTe及び各異常判定フラグ Fcnc, Fempを書き込む。

[0044] 次に、濃度 Dnを採用した尿素水噴射制御の一例を、図 8に示すフローチャートにより説明する。このルーチンは、所定の時間毎に実行される。

S501では、濃度 Dnを読み込む。

S502では、残量異常判定フラグ Fempが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S503へ進み、 0でないときは、残量異常判定が下されているとして、 S506へ進む。

[0045] S503では、濃度異常判定フラグ Fconが 0であるか否かを判定する。 0であるときは、 S504へ進み、 0でないときは、濃度異常判定が下されているとして、 S507へ進む

S504では、尿素水噴射量を設定する。尿素水噴射量の設定は、エンジン 1の燃料噴射量及び NOxセンサ 73の出力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 Dnにより補正することにより行う。濃度 Dnが大きぐ単位噴射量当たりの尿素含有量が多いときは、基本噴射量に減量補正を施し、他方、濃度 Dn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、基本噴射量に増量補正を施す。

[0046] S505では、噴射ノズル 43に対し、設定した尿素水噴射量に応じた作動信号を出力する。

S506では、運転席のコントロールパネルに設置されている残量警告灯を作動させ、尿素水の残量が不足していることを運転者に認識させる。

S507では、前記コントロールパネルに設置されている濃度警告灯を作動させ、濃度が過度に低、ことを運転者に認識させる。

[0047] S508では、尿素水の噴射を停止させる。尿素水の残量が不足して、るときは勿論、尿素の濃度が過度に低いときや、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、アンモニアの添カ卩に必要な量の尿素水を噴射することができないからである。なお、本実施形態では、各異常判定が下されたときに尿素水の噴射を停止させることとしたが、この制御に併せ又はこれに代え、エンジン CZU51に対し、エンジン 1からの NOx排出量自体を低減させたり、あるいはエンジン 1の出力を制限させるための信号を出力するようにしてもよい。前者の制御として、たとえば、 EGR管 35を介して還流される排気の量を異常判定時以外の通常時よりも大きな値に変更し、また、後者の制御として、アクセル操作に対するエンジン 1の出力特性を通常時とは異ならせ、たとえば、アクセル開度に対する燃料噴射量を通常時よりも小さな値に変更する

[0048] 本実施形態に関し、尿素センサ 74が「検出装置」を、 SCR— CZU61が「演算装置」を構成する。また、本実施形態に係る「演算装置」に関し、図 6に示すフローチヤートの S304, 305の処理が「異常検出部」としての機能を、同フローチャートの S306 , 307, 311及び 312の処理、ならび【こ図 5【こ示すフローチャートの S201〜205, 20 7, 208の処理が「異常判定部」としての機能を、図 8に示すフローチャートの S504の処理が「添加制御部」としての機能を実現する。

[0049] 本発明によれば、次のような効果を得ることができる。

図 9は、 SCR— CZU61の動作を示すタイムチャートであり、残量異常判定（「第 1 の異常判定」に相当する。 )が下された後（時刻 t2)、不注意により又は意図的に水等が補給されることで、濃度 Dnが所定の範囲 Bを上回る領域 Aからこの範囲 Bを下回る領域 Cに直接移行した場合の（時刻 t3)、各エラーカウンタ CNTc, CNTe及び各異常判定フラグ Fcnc, Fempの動きを示している。

[0050] 本実施形態では、このような場合において、領域 Cにある異常な濃度 Dnを検出した後（時刻 t3)、濃度エラーカウンタ CNTcが増大して所定の値 CNTclimに達し、濃度異常判定（「第 2の異常判定」に相当する。）が下されるまでの期間 PRDに亘り、残量異常判定を維持することとした（CNTe = CNTelim, Femp= 1：図 6の S307)。このため、濃度 Dnが過度に低ぐ NOxの還元が良好に行われないにも拘わらず、濃度エラーカウンタ CNTcが所定の値 CNTclimに達して!/ヽな、ことにより通常通りにェンジン 1が運転され、かつ噴射が行われることで、未浄ィ匕の NOxが大気中に放出されるのを回避することができる。

[0051] また、静止判定を行い、その判定結果に応じて各エラーカウンタ CNTc, CNTeに加算する所定の値 a〜dを異ならせることで、走行中の振動又は停車時の揺れにより尿素水が攪拌されて、ばらつきを含んで検出された濃度 Dnの異常判定への影響を緩禾口することができる。

更に、各異常判定が下されたときに尿素水の噴射を停止させるとともに、エンジン 1 力もの NOx排出量を低減させることで、適量な尿素水が噴射されな!、ことによる NO Xの放出を防止することができる。

[0052] 更に、各異常判定が下されたときにエンジン 1の出力を制限することで、運転者による尿素水の適切な補給を促すことができる。

更に、濃度 Dnに基づいて尿素水噴射量を設定することで、尿素水を過不足なく噴射することができる。

なお、以上では、濃度異常判定及び残量異常判定の双方についてエラーカウンタ CNTc, CNTeを採用することとした。し力しながら、いずれかの異常判定 (たとえば、誤判定が比較的に生じ易い濃度異常判定)のみについてエラーカウンタ CNTcを採用し、他方の異常判定 (すなわち、残量異常判定)は、所定の範囲 Bを上回る領域 A にある濃度 Dnが検出されたことにより直ちに下すこととしてもよい。

[0053] また、以上では、濃度又は残量の異常の検出毎に所定の値 a〜dずつ加算されるエラーカウンタ CNTc, CNTeを採用して、異常判定の精度を確保することとした。ェラーカウンタに代えて単に回数を採用し、検出された濃度 Dnが各領域 A, C外からその領域 A, Cに移行した後、所定の回数に渡り検出された濃度 Dnのうち所定の割合のものがこの領域内にある場合 (たとえば、所定の回数に渡り連続してその領域内の濃度 Dnが検出された場合）に、異常判定を下すようにしてもよい。

[0054] 更に、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。

以上では、本発明について好ましい実施の形態により説明したが、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の還元剤を添カ卩して、排気中の NOxを還元させるエンジンの排気浄ィ匕装置であって、

排気に添加される NOxの還元剤又はその前駆体を水溶液の状態で貯蔵するタンクと、

このタンクに貯蔵されている水溶液の熱的特性に基づいてこの水溶液に関する所定の状態パラメータを検出する検出装置と、

検出された状態パラメータに基づいて前記水溶液の異常に関する所定の演算を行う演算装置と、を含んで構成され、

前記演算装置は、検出された状態パラメータが正常領域として定められる所定の領域以外の異常領域にあるときに、前記水溶液に関する所定の異常を検出する異常検出部と、前記異常が検出された後、所定の確定条件が成立したことにより異常判定を下す異常判定部と、を含んで構成され、

前記異常検出部は、検出された状態パラメータが前記異常領域中の第 1の領域にあるときに、第 1の異常を検出する一方、検出された状態パラメータが前記異常領域中の、この第 1の領域とは異なる第 2の領域にあるときに、第 2の異常を検出し、前記異常判定部は、前記第 1の異常の検出と関連させて第 1の異常判定を下す一方、前記第 2の異常の検出と関連させて第 2の異常判定を下し、第 1の異常判定後、検出された状態パラメータが前記第 1の領域力前記第 2の領域に直接移行したことにより前記第 2の異常が検出されたときは、この第 2の異常の検出力所定の期間に亘り第 1の異常判定を維持するエンジンの排気浄ィヒ装置。

[2] 前記異常検出部は、検出された状態パラメータをもとに、前記水溶液の残量不足、前記水溶液の希釈及び前記タンクにおける異種水溶液の混入を含むグループから選択された 1つを前記第 1の異常として検出するとともに、このグループ力選択された、前記第 1の異常とは異なる他の 1つを前記第 2の異常として検出する請求項 1に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[3] 前記異常判定部は、前記第 1又は第 2の異常の検出毎に所定の値ずつ増大されるカウンタが設定され、このカウンタの値に基づいて前記第 1又は第 2の異常判定を下す請求項 1に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[4] 前記異常判定部は、前記タンク内で前記水溶液が静止状態にある力否かを判定し

、前記水溶液が静止状態にあると判定したときと、それ以外のときとで、前記所定の値を異ならせる請求項 3に記載のエンジンの排気浄ィヒ装置。

[5] 前記異常判定部は、少なくとも前記第 2の異常判定に関して前記カウンタが設定され、このカウンタが所定の異常判定値に達したときに前記第 2の異常判定を下すものであり、

前記所定の期間が、前記第 2の異常の検出から前記カウンタが前記所定の異常判定値に達するまでの期間として定められる請求項 3に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[6] 前記異常判定部は、検出された状態パラメータが前記第 2の領域外からこの領域に移行した後、所定の回数に渡り検出された状態パラメータのうち所定の割合のもの力の領域内にある場合に、前記第 2の異常判定を下す請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。

[7] 前記演算装置は、前記第 1又は第 2の異常判定が下されたときに、排気に対する還元剤の添加を停止させるための信号を発生させる請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。

[8] 前記演算装置は、前記第 1又は第 2の異常判定が下されたときに、これ以外のときと比較してエンジンからの NOx排出量を低減させるための信号を発生させる請求項

7に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[9] 前記演算装置は、前記第 1又は第 2の異常判定が下されたときに、これ以外のときとはアクセル操作に対するエンジンの出力特性を異ならせて、エンジンの出力を制限するための信号を発生させる請求項 7に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[10] 前記演算装置は、検出された状態パラメータに基づいて排気に対する還元剤添カロ量を制御する添加制御部を更に含んで構成される請求項 7〜9のいずれかに記載のエンジンの排気浄化装置。

[11] 前記第 1又は第 2の異常判定が下されたときに、その異常の発生を運転者に認識させる警告装置を更に含んで構成される請求項 1に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[12] 前記状態パラメータが前記水溶液に含まれる還元剤又は前駆体の濃度である請求項 1に記載のエンジンの排気浄化装置。

[13] 前記濃度検出装置は、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、還元剤又は前駆体の濃度を算出するための所定の演算を実行する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算出する請求項 12に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[14] 前記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排気浄ィ匕装置。

[15] エンジンの排気に NOxの還元剤を添カ卩して、排気中の NOxを還元させるエンジンの排気浄ィ匕装置であって、

このタンクに貯蔵されている水溶液に含まれる還元剤又は前駆体の濃度を検出する濃度検出手段と、

検出された濃度が正常領域として定められる所定の領域以外の異常領域にあるときに、前記水溶液に関する所定の異常を検出する異常検出手段と、

異常が検出された後、所定の確定条件が成立したことにより異常判定を下す異常判定手段と、を含んで構成され、

前記異常検出手段は、検出された濃度が前記異常領域中の第 1の領域にあるときに、第 1の異常を検出する一方、検出された濃度が前記異常領域中の、この第 1の領域とは異なる第 2の領域にあるときに、第 2の異常を検出し、

前記異常判定手段は、前記第 1の異常の検出と関連させて第 1の異常判定を下す一方、前記第 2の異常の検出と関連させて第 2の異常判定を下し、第 1の異常判定後、検出された濃度が前記第 1の領域力前記第 2の領域に直接移行したことにより前記第 2の異常が検出されたときは、この第 2の異常の検出力所定の期間に亘り第 1の異常判定を維持するエンジンの排気浄ィ匕装置。