WO2006132364A1

WO2006132364A1 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: WO2006132364A1
Application number: PCT/JP2006/311626
Authority: WO
Inventors: Mitsuhiro Nishina; Hideki Matsunaga
Original assignee: Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2006-12-14
Also published as: US8033096B2; EP1908931A1; US20080087009A1; EP1908931A4; ES2384984T3; CN101194087A; JP2006342771A; CN101194087B; JP4444165B2; EP1908931B1

Abstract

　感温型の尿素センサ７４を採用する。尿素センサ７４により検出される温度情報をもとに、貯蔵タンク４１内で生じる尿素水の対流の大きさを判断する。異常の検出には、尿素水の温度変化率ＧＲＤｔが小さい場合等、対流が弱く、異常の正確な検出に影響しないと判断されるときに検出された濃度Ｄｎを採用する。

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の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 :日本国特許出願公開第 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、この SCR装置を自動車のエンジンの排気浄化装置に採用することを検討し、既に実用化している。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重要である。現在、尿素センサとして、ヒータと測温抵抗体とを備え、濃度に応じた尿素水の伝熱特性に着目して、ヒータにより加熱された測温抵抗体の電気抵抗値に基づヽて実際の濃度を検出するものが開発されている（日本国特許出願公開第 2005— 030888号公報 (段落番号 0044) )。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日本国特許出願第 2003— 366737号（日本国特許出願公開第 20 05— 133541号公報）に開示している。このものでは、尿素センサにより濃度を検出するとともに、検出した濃度が正常領域を下回る低い濃度であるときは、尿素水タンクに水又は規定濃度の尿素水以外の異種水溶液が貯蔵されて、るとして、濃度に関する異常を検出するとともに、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。

[0004] ここで、感温型の尿素センサを採用したエンジンの排気浄ィ匕装置に関し、次のことが問題となる。尿素を水溶液の状態で貯蔵するものでは、特に寒冷地における使用を想定した場合において、尿素水タンク内で尿素水が凍結するのを防止するため、又はー且凍結した尿素水を速やかに解凍させるため、タンクヒータを設置する（日本国特許出願公開第 2004— 194028号公報)。尿素センサとして感温型のものを採用した場合は、このタンクヒータによる加熱に伴い尿素水タンク内で尿素水に対流が生じ、尿素センサによる濃度の検出に悪影響を来す。この対流により尿素水の温度にムラが生じることで、尿素センサにより検出する濃度にバラツキが生じ、濃度の検出精度が低下し、延いては検出した濃度を基礎情報とする異常の検出に誤りを来すのである。

[0005] 従って、感温型の濃度センサを採用したものにおいて、貯蔵タンク内における水溶液の対流に起因する異常の誤検出を回避し、還元剤の添加が不要に停止される等の排気浄化装置の誤動作を防止することが望まれる。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明は、上記の問題を考慮してなされたものであり、尿素水等の水溶液の温度が平衡状態にあるときの濃度が積極的に採用される構成とするものである。

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 NO X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ための貯蔵タンクと、この貯蔵タンク〖こ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装置と、この濃度検出装置により検出された濃度に基づいて前記水溶液に関する所定の異常を検出する制御装置と、を含んで構成される。濃度検出装置は、温度に応じて電気特性値が変化する性質を有し、前記水溶液に対して直接的又は間接的に接触させた状態で設置された第 1の感温体と、この第 1の感温体に対して熱的に接続されたヒータと、を含んで構成され、ヒータを駆動するとともに、このヒータにより加熱された第 1の感温体の電気特性値を還元剤又は前駆体の濃度として出力する。制御装置は、前記水溶液の温度が実質的な平衡状態にあるか否かを判定するとともに、異常検出のための基礎情報として、前記水溶液の温度が実質的な平衡状態にあると判定された温度平衡時に検出された濃度を採用する。

発明の効果

[0007] 本発明によれば、尿素水等の水溶液の温度が平衡状態にあるか否かを判定し、異常検出のための基礎情報として、平衡状態にあると判定されたときの濃度を採用する構成としたので、対流に起因する異常の誤検出を回避し、排気浄化装置の動作に対して正確な異常の検出結果を反映させることができる。

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第 2005— 171147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]濃度検出'異常判定ルーチンのフローチャート

[図 6]同上ルーチンの濃度異常妥当性判定処理のサブルーチン

[図 7]車両状態判定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

[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…アンモニア触媒、 35. EGR管、 36 .EGR弁、 41…貯蔵タンク、 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。

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。

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。

[0012] 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。

[0013] 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。また、本実施形態では、アンモニアの貯蔵容易性を考慮し、アンモニアの前駆体である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、安全性が確保される。

[0014] 尿素水を貯蔵する貯蔵タンク 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コント口ールユニット（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貯蔵タンク 41に戻されるように構成されている。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] NO + 1/20 → NO · · · (1)

2 2

(NH ) CO + H O → 2NH +CO （2)

2 2 2 3 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。 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。

[0018] 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、貯蔵タンク 41内には、尿素水に含まれる尿素の濃度を検出するための尿素センサ 74、及び尿素水の温度を検出するための温度センサ 75が設置されている。なお、尿素センサ 74は、本実施形態に係る「濃度検出装置」を構成する。

[0019] 温度センサ 71, 72、 NOxセンサ 73、尿素センサ 74及び温度センサ 75の検出信号は、 SCR—CZU61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に出力する。 SCR—CZU61は、運転席のコントロールパネルに設けられた濃度警告灯 91及び残量警告灯 92に対して作動信号を出力する。また、 SC R— C/U61は、エンジン C/U51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 52、スタートスィッチ 53、クランク角センサ 54、車速センサ 55及びアクセルセンサ 56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 54力も入力した信号に基づいてエンジン回転数 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。なお、 SCR— CZU61は、本実施形態に係る「制御装置」を構成する。

[0020] 図 2は、尿素センサ 74の構成、及びこの尿素センサ 74とタンクヒータとの関係を示している。

本実施形態では、エンジン 1の冷却水を流通させる冷却水流通管 81を含んでタンクヒータが構成される。冷却水流通管 81は、 U字に屈曲させて形成され、入口部 81a 及び出口部 81bで貯蔵タンク 41の天蓋部を貫通している。冷却水流通管 81には、暖気後のエンジン 1の冷却水が導入され、この冷却水を熱媒体として尿素水が加熱される。尿素センサ 74は、この U字の部分の底辺近傍に設置され、下及び左、右 (又は前、後）の 3方から冷却水流通管 81により包囲されて、る。

[0021] 尿素センサ 74は、前掲日本国特許出願公開第 2005— 030888号公報に記載された流量'液種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ものである。

前掲公開公報 (段落番号 0104〜0107)に記載された流量'液種計は、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、濃度の検出に際して尿素水に浸漬させて使用されるものであり、前述の通り冷却水流通管 81の U字の底辺近傍に設置される。また、各フィンプレート 7414, 7415は、筐体 7413を貫通し、貯蔵タンク 41 内に露出している。

[0023] 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（「第 1の感温体」に相当する。 )、ならびに第 2のセンサ素子 7412の測温抵抗層（「第 2の感温体」に相当する。）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、ヒータ層から熱的に絶縁された状態にある第 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「濃度検出装置」としての機能と、尿素水の残量を判定する機能とを兼ね備えて!/、る。

[0024] 図 3は、濃度の検出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 ΔΤπιρ12 (=Τη1— Tn2)を演算する。この ΔΤπιρ12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、尿度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 Dnを算出することができる。また、算出した ΔΤπιρ12をもとに、貯蔵タンク 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。

[0025] 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に貯蔵タンク 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、。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。

[0026] 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、濃度 Dnの検出を行う。検出した 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 Dnがこの範囲内にないときは、その濃度 Dnを出力するとともに、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を検出する。本実施形態では、 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 (以下「残量異常」という。）を検出する一方、 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（以下「濃度異常」という。）を検出する。本実施形態では、この濃度異常の検出に対し、貯蔵タンク 41内の尿素水の温度平衡の観点力もその妥当性を判定し（図 6 :濃度異常妥当性判定ルーチン)、妥当であると判定したときに限り、その検出結果を確定したものとして扱う。また、本実施形態では、各異常の検出に対し、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、このエラーカウンタ CN Tc, 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 5：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— C/U61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)。以下、ルーチン毎に説明する。

[0027] 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。

[0028] 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。 1でないときは、 S105へ進む。

S103では、検出インターバル INTを 0にリセットする。

[0029] S 104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、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いないとして、禁止判定を下すために S 107へ進む。

[0030] 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、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、先の検出許可ルーチンにより、許可判定フラグ Fdtcが 1に設定されることにより実行される。このルーチンにより濃度 Dnが検出されるとともに、尿素水に関する所定の異常が検出される。

[0031] S201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、 S202へ進む。

S202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の測温抵抗層を加熱する。

S203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。

[0032] S204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とを下限及び上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、 S218へ進み、この範囲内にないときは、 S205へ進む。

S205では、濃度 Dnが所定の第 2の値 D2以上である力否かを判定する。 D2以上であるときは、 S214へ進み、 D2よりも小さいときは、 S206へ進む。この D2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。すなわち、濃度 Dnが D2以上であるときは、この Dnが正常領域を上回るものとして、残量が不足している（又は貯蔵タンク 41が空の状態にある）との残量異常を検出し、他方、濃度 Dnが D2よりも小さいときは、この Dnが正常領域を下回るものとして、貯蔵タンク 41に規定濃度の尿素水以外の異種水溶液 (ここでは、水を含む概念とする。）が貯蔵されているとの濃度異常を検出するのである。

[0033] S206では、濃度異常の検出の妥当性を判定する。この判定は、既述の通り尿素水の温度平衡の観点から、図 6に示す濃度異常妥当性判定ルーチンにより行われる。このルーチンにより、濃度異常の検出が妥当であると判定したときは、妥当性判別フラグ Fjdgが 1に設定され、妥当でないと判定したときは、妥当性判別フラグ Fjdgが 0 に設定される。

[0034] S207では、妥当性判別フラグ Fjdgが 1であるか否かを判定する。 1であるときは、濃度異常の検出が妥当であるとして、 S208へ進み、 1でないときは、 S209へ進む。

S208では、濃度エラーカウンタ CNTc (「第 1のカウンタ」に相当する。）に、車両状態フラグ Fstbに応じた値のポイント a 1, a2を加算する。車両状態フラグ Fstbは、図 7 に示す車両状態判定ルーチンにより 0又は 1に設定される。このルーチンでは、ェンジン 1の振動が与える影響の観点力貯蔵タンク 41内における尿素水の揺れの大きさが判別される。 Fstbが 1であるときは、 CNTcに比較的に大きな値 al (たとえば、 3) を加算する。 Fstbが 0であるときは、 CNTcに alよりも小さな値 a2 (たとえば、 1)をカロ算する。エンジン 1の振動が小さぐ尿素水の揺れが小さい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ぐその信頼性の高さを異常判定に反映させるためである。

[0035] S209では、バックアップエラーカウンタ BCKc (「第 2のカウンタ」に相当する。 )に 1 を加算する。ノックアップエラーカウンタ BCKcは、濃度エラーカウンタ CNTcとは異なり、妥当性判別フラグ Fjdgに拘わらず正常領域を下回る濃度の検出毎に 1ずつ加算される。

S210では、カウントアップ後の CNTcが所定の値 CNTclim (たとえば、 10)に達したか否かを判定する。 CNTclimに達したときは、 S212へ進み、達していないときは、 S211へ進む。

[0036] S211では、カウントアップ後の BCKcが所定の値 BCKclim (CNTclimよりも大きく、たとえば、 100)に達したか否かを判定する。 BCKclimに達したときは、 S212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。

S212では、貯蔵タンク 41に異種水溶液が貯蔵されてい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（S204, 205)、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、貯蔵タンク 41に異種水溶液が充填された場合と、尿素水が過剰に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、 Dlよりも大きな第 3の値 D3とを比較することで、各場合について異常を区別するようにしてもよい。

[0037] S213では、残量異常判定フラグ Fempを 0に設定するとともに、残量エラーカウンタ CNTeを 0にリセットする。

S214では、残量エラーカウンタ CNTeに所定のポイント b (たとえば、 1)を加算する

S215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、 S216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。

[0038] S216では、貯蔵タンク 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、貯蔵タンク 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。

S217では、濃度異常判定フラグ Fcncを 0に設定するとともに、濃度エラーカウンタ CNTe及びバックアップエラーカウンタ BCKcを 0にリセットする。

[0039] S218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。

S219では、各エラーカウンタ CNTe, CNTe (及びバックアップカウンタ BCKc)を 0 にリセットする。

図 6は、濃度異常妥当性判定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、先の濃度検出'異常判定ルーチンの S206で実行されるサブルーチンとして構成される。このルーチンにより濃度異常の検出の妥当性が判定される。

[0040] S301では、タンクヒータが作動しているか否力、すなわち、冷却水流通管 81に冷却水が流通している力否かを判定する。作動しているときは、 S302へ進み、停止しているときは、 S308へ進む。この判定は、冷却水流通管 81への冷却水の流入を制御する流量制御弁の開度に基づいて行われる。タンクヒータが停止しているときは、貯蔵タンク 41において、濃度の検出に対する影響が問題となるほどの尿素水の強い対流が生じておらず、尿素水の温度が実質的な平衡状態にあると判断するのである

[0041] S302では、妥当性判定の基礎情報として、尿素水の温度 Turea、及び各センサ素子 7411, 7412の測温抵抗層の抵抗値 Rnl, Rn2を読み込む。

S303では、読み込んだ Tureaが所定の値 T1以上であるか否かを判定する。 T1以上であるときは、 S304へ進み、 T1未満であるときは、 S310へ進む。この T1は、尿素水が凍結する温度 (ここでは、 5°C)として設定される。尿素水が凍結したときは、伝熱特性による濃度の検出自体に正確さを欠き、濃度異常の検出も明らかに妥当性を欠くと判断し得るからである。

[0042] S304では、尿素水の温度変化率 GRDtが所定の値 G1以下であるか否かを判定する。 G1以下であるときは、 S305へ進み、 G1よりも大きいときは、 S309へ進む。 G RDtが小さいときは、熱媒体としての冷却水と尿素水との温度差が小さぐ問題となるほどの強、対流が生じて、な、と判断することができるからである。本実施形態では、 GRDtは、今回の計測時と前回の計測時との温度 Turea, Turea _の差（=Ture a -Turea )として、計測毎に読み込まれる Tureaに基づいて算出する。

[0043] S305では、濃度 Dnのバラツキ量 VRIdが所定の値 VI以下であるか否かを判定する。 VI以下であるときは、 S306へ進み、 VIよりも大きいときは、 S309へ進む。 VRId が小さいときは、濃度 Dnの検出が安定して行われており、検出した Dnの信頼性が高いと判断することができるからである。本実施形態では、 VRIdは、今回の計測時と前回の計測時との濃度 Dn, Dn _の差の絶対値（= | Dn—Dn ^ | )として、計測毎に読み込まれる Dnに基づ、て算出する。

[0044] S306では、濃度 Dnが所定の値 D4以上であるか否かを判定する。 D4以上であるときは、 S307へ進み、 D4未満であるときは、 S309へ進む。この D4は、濃度 Dnが採り得る範囲の下限として、たとえば、 0未満の値に設定される。

S307では、各測温抵抗層の初期温度差 DLTtが所定の値 SL以下である力否かを判定する。 SL以下であるときは、 S308へ進み、 SLよりも大きいときは、 S309へ進む。 DLTtが小さいときは、各センサ素子 7411, 7412の間で温度のムラが小さぐ強い対流が生じていないと判断することができるからである。 DLTtは、ヒータ層を駆動する直前における各測温抵抗層の温度差 DLTt (図 3)として算出する。

[0045] S308では、妥当性判別フラグ Fjdgを、濃度異常の検出が妥当であることを示す 1 に設定する。 S309では、濃度エラーカウンタ CNTc力も所定の値 dを減算する。なお、この dは、 S304〜307の判定毎に設定し、否定の結果が得られた判定に応じた値 dl〜d4が CNTc力ら減算されるようにしてちょ!、。

[0046] S310では、妥当性判別フラグ Fjdgを 0に設定する。

図 7は、車両状態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。

S401では、エンジン回転数 NEを読み込む。

S402では、車速 VSPを読み込む。

[0047] S403では、読み込んだ NEがアイドル回転数（=400〜600rpm:アイドル運転域に共振点が存在する。）よりも小さな所定の値 NE1以下であるか否かを判定する。 N E1以下であるときは、 S404へ進み、 NE1よりも大きいときは、 S405へ進む。

S404では、読み込んだ VSPが停車して、る状態を示す所定の値 VSP1以下であるか否かを判定する。 VSP1以下であるときは、 S407へ進み、 VSP1よりも大きいときは、 S405へ進む。

[0048] S405では、読み込んだ NEがアイドル回転数よりも大きな所定の値 NE2以上であるか否かを判定する。 NE2以上であるときは、 S406へ進み、 NE2よりも小さいときは、 S408へ進む。

S406では、読み込んだ VSPが VSP1よりも大きな所定の値 VSP2以下であるか否かを判定する。 VSP2以下であるときは、 S407へ進み、 VSP2よりも大きいときは、 S 408へ進む。

[0049] S407では、エンジン 1の振動を外乱とする尿素水の揺れが小さいとして、車両状態フラグ Fstbを 1に設定する。

S408では、車両状態フラグ Fstbを 0に設定する。

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。

[0050] 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。

S503では、濃度異常判定フラグ Fconが 0である力否かを判定する。 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

[0051] 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。

[0052] 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 92を作動させ、尿素水の残量が不足して、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 91を作動させ、貯蔵タンク 41に貯蔵されてヽるものが異種水溶液であることを運転者に認識させる。

[0053] 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、尿素水ではなく水等が貯蔵タンク 41に貯蔵されているときは、アンモニアの添加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力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増大させる。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減少させる。

[0054] 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 2 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。

[0055] 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 1の異常判定」に相当する。）が下されるまでの期間 PRDに亘り、残量異常判定が維持される（CNTe = CNTelim, Femp = 1：図 5の S210)。このため、水等が噴射され、 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エンジン 1が運転され、かつ水等が噴射されることで、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。

[0056] 特に、本実施形態では、濃度異常の検出に際し、図 6に示すフローチャートに従い温度平衡の観点からその妥当性を判定し、妥当であると判定したときに限り、濃度異常の検出を確定したものとして扱う（時刻 t3〜t4)。このため、対流の影響による濃度異常の誤検出を回避し、この誤検出に起因して尿素水の噴射が不要に停止される等の誤動作を防止することができる。本実施形態に係る妥当性の判定では、タンクヒータによる加熱後、尿素水の温度が平衡状態に達した後は、図 6に示すフローチャートの S303〜307の条件が原則として成立することにより濃度異常の検出が妥当であると判定されるとともに、平衡状態に達する前であっても、これらの条件が成立したときに限り、対流は弱ぐ検出結果に充分な信頼性が補償されるとして、濃度異常の検出が妥当であると判定される。

[0057] なお、以上では、濃度又は残量の異常の検出毎に所定の値 al, a2, b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。エラーカウンタに代えて単に回数を採用し、検出した濃度 Dnが各領域 A, C外から当該領域 A, Cに移行した後、所定の回数に渡り検出した濃度 Dnのうち所定の割合のものがそ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。 [0058] また、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図 1には、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、 NOx 浄化触媒 33の上流に加水分解触媒を設置してもよい。

本発明に係る「水溶液」には、以上で採用した前駆体の水溶液としての尿素水以外に、アンモニア水等の還元剤の水溶液を採用することもできる。

[0059] 本発明は、直噴型以外のディーゼルエンジン（たとえば、副室型のディーゼルェンジン）、及びガソリンエンジンに適用することもできる。

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ための貯蔵タンクと、

前記貯蔵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装置であって、温度に応じて電気特性値が変化する性質を有し、前記水溶液に対して直接的又は間接的に接触させた状態で設置された第 1の感温体と、この第 1の感温体に対して熱的に接続されたヒータとを含んで構成され、前記ヒータを駆動するとともに、前記ヒータにより加熱された前記第 1の感温体の電気特性値を前記還元剤又は前駆体の濃度として出力する濃度検出装置と、

前記濃度検出装置に接続され、前記濃度検出装置により検出された濃度に基づいて前記水溶液に関する所定の異常を検出する制御装置であって、前記水溶液の温度が実質的な平衡状態にあるか否かを判定する状態判定部と、この状態判定部により前記水溶液の温度が前記平衡状態にあると判定された温度平衡時に検出された濃度をもとに、前記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、前記所定の異常を検出する異常検出部とを含んで構成される制御装置と、を含んで構成されるエンジンの排気浄ィ匕装置。

[2] 前記貯蔵タンクに設置されたタンクヒータを更に含んで構成され、

前記制御装置は、前記タンクヒータによる加熱時において、前記状態判定部による前記判定の結果に応じ、前記異常検出部により前記所定の異常を検出する請求項 1 に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[3] 前記タンクヒータは、エンジンの冷却水を熱媒体として流通させる冷却水流通管を含んで構成され、エンジンの冷却水との熱交換により前記水溶液を加熱する請求項

2に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[4] 前記状態判定部は、前記水溶液の温度上昇率が所定の値以下であるときに、前記水溶液の温度が前記平衡状態にあると判定する請求項 2に記載のエンジンの排気浄化装置。

[5] 前記状態判定部は、前記濃度検出装置により検出された濃度の今回値と前回値との差の絶対値が所定の値以下であるときに、前記水溶液の温度が前記平衡状態にあると判定する請求項 2に記載のエンジンの排気浄ィヒ装置。

[6] 前記状態判定部は、前記濃度検出装置により検出された濃度が前記正常及び異常領域の境界を定める第 1の値と、この第 1の値とは異なる前記異常領域中の第 2の値とを上限及び下限とする所定の範囲内にあるときに、前記水溶液の温度が前記平衡状態にあると判定する請求項 2に記載のエンジンの排気浄ィヒ装置。

[7] 前記濃度検出装置は、前記ヒータに対して熱的に絶縁させる一方、前記水溶液に接触させた状態で設置された第 2の感温体を更に含んで構成され、

前記状態判定部は、前記ヒータの駆動前における前記第 1及び第 2の感温体の各電気特性値の差が所定の値以下であるときに、前記水溶液の温度が前記平衡状態にあると判定する請求項 2に記載のエンジンの排気浄ィヒ装置。

[8] 前記制御装置は、前記異常検出部による前記異常の検出毎に所定の値ずつ増大される第 1のカウンタが設定され、この第 1のカウンタが第 1の異常判定値に達したときに、実際の異常判定を下す第 1の異常判定部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。

[9] エンジン回転数を検出する回転数センサを更に含んで構成され、

前記第 1の異常判定部は、検出されたエンジン回転数がエンジンの共振点を含む所定の回転数領域にあるときと、それ以外のときとで、前記異常の検出毎に増大させる所定の値を異ならせる請求項 8に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[10] 前記制御手段は、前記濃度検出装置による前記異常領域にある濃度の検出毎に所定の値ずつ増大される第 2のカウンタが設定され、この第 2のカウンタが前記第 1の異常判定値よりも大きい第 2の異常判定値に達したときに、前記第 1の異常判定部に優先して異常判定を下す第 2の異常判定部を更に含んで構成される請求項 8に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[11] 前記第 1の異常判定部は、前記所定の異常を検出した異常検出時以外の非検出時にお、て、前記第 1のカウンタを所定の値だけ減少させる請求項 8に記載のェンジンの排気浄化装置。

[12] 前記異常検出部は、前記濃度検出装置により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、前記濃度検出装置により検出された濃度が前記異常領域中の、前記第 1の領域とは異なる第 2の領域にあるときに、第 2の異常を検出するものであり、

前記第 1の異常判定部は、前記第 1の異常の検出と関連させて、前記第 1のカウンタの値に基づいて第 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の異常判定を下すものであり、第 2の異常判定後、前記検出された濃度が前記第 2の領域力前記第 1の領域に直接移行したことにより前記第 1の異常が検出されたときは、この第 1の異常の検出から所定の期間に亘り第 2の異常判定を維持する請求項 8に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置。

[13] エンジンの排気通路に設置され、前記貯蔵タンクに貯蔵されている水溶液を前記排気通路内に供給して、排気に前記還元剤を添加する添加装置を更に含んで構成され、

前記制御装置は、前記第 1又は第 2の異常判定が下されたときに、前記添加装置による前記還元剤の添加を停止させる請求項 12に記載のエンジンの排気浄ィ匕装置

[14] 前記異常の発生を運転者に認識させるための警告装置を更に含んで構成され、前記制御装置は、前記第 1又は第 2の異常判定が下されたときに、前記警告装置を作動させて、その異常の発生を運転者に認識させる請求項 12に記載のエンジンの排気浄化装置。

[15] エンジンの排気通路に設定され、前記貯蔵タンクに貯蔵されている水溶液を前記排気通路内に供給して、排気に前記還元剤を添加する添加装置を更に含んで構成され、

前記制御装置は、前記濃度検出装置により検出された濃度に基づいて前記添カロ装置による還元剤添加量を制御する請求項 1に記載のエンジンの排気浄ィヒ装置。

[16] 燃焼室を形成するエンジン本体と、

前記燃焼室力通じるエンジンの排気通路に設置された NOxの還元触媒と、請求項 1に記載の排気浄化装置と、前記還元触媒の上流で前記排気通路に設置され、前記貯蔵タンクに貯蔵されて、る水溶液を前記排気通路内に供給して、エンジンの排気に前記還元剤を添加する添加装置と、を含んで構成されるエンジン。

[17] 前記制御装置は、前記異常検出部により前記所定の異常を検出したときに、前記添加装置による前記還元剤の添加を停止させる請求項 16に記載のエンジン。

[18] 前記制御装置は、前記濃度検出装置により検出された濃度に基づいて前記添カロ装置による還元剤添加量を制御する請求項 16に記載のエンジン。

[19] 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、

前記貯蔵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手段であって、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させた状態で設置された第 1の感温体と、この第 1の感温体を加熱するためのヒータとを含んで構成され、前記ヒータを駆動するとともに、前記ヒータにより加熱された前記第 1の感温体の電気特性値を前記還元剤又は前駆体の濃度として出力する濃度検出手段と、

前記濃度検出手段により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、

前記水溶液の温度が実質的な平衡状態にあるか否かを判定する状態判定手段と、を含んで構成され、

前記異常検出手段は、前記状態判定手段により前記水溶液の温度が前記平衡状態にあると判定された温度平衡時に検出された濃度をもとに、前記所定の異常を検出するエンジンの排気浄化装置。

[20] 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、

前記貯蔵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手段であって、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させた状態で設置された第 1の感温体と、この第 1の感温体を加熱するためのヒータと、このヒータに対して熱的に絶縁させる一方、前記水溶液に接触させた状態で設置された第 2の感温体とを含んで構成され、前記ヒータを駆動するとともに、前記ヒータにより加熱された前記第 1の感温体の電気特性値と、前記第 2の感温体の電気特性値とに基づいて前記還元剤又は前駆体の濃度を算出する濃度検出手段と、

前記異常検出手段により前記所定の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実際の異常判定を下す異常判定手段と、

前記ヒータの駆動前における前記第 1及び第 2の感温体の各電気特性値の差、又は前記第 1若しくは第 2の感温体の電気特性値の濃度検出周期当たりの変化量をもとに、前記異常の検出に関する許可条件の成否を判定する許可判定手段と、を含んで構成され、

前記異常検出手段は、前記許可判定手段により前記異常の検出が許可された検出許可時に検出された濃度に基づいて前記所定の異常を検出し、前記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、前記検出された濃度が前記異常領域中の、前記第 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 2の異常判定後、検出された濃度が前記第 2の領域力前記第 1の領域に直接移行したことにより前記第 1の異常が検出されたときは、この第 1の異常の検出力所定の期間に亘り第 2の異常判定を維持するエンジンの排気浄ィ匕装置。