WO2008133122A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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water supply
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Shunsuke Toshioka
Tomihisa Oda
Takekazu Itoh
Yutaka Tanai
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
  • a NO x selective reduction catalyst is placed in the engine exhaust passage, a urea water supply valve is placed in the engine exhaust passage upstream of the N0 x selective reduction catalyst, and ammonia generated from the urea water supplied from the urea water supply valve by the exhaust of an internal combustion engine which is adapted to selectively reduce that Ru NO x that contained in the gas, ⁇ 0) (selection selective reduction of the original catalyst inlet and outlet respectively NO x by placing sensors in these N_ ⁇ x sensor seeking N_ ⁇ x reduction rate by N_ ⁇ x selective reduction catalyst from the output value, N_ ⁇ when the drops than NO x reduction rate range in which the output value from the obtained NO x reduction ratio predetermined for N_ ⁇ x sensor determines that there is an abnormality in the x selective reduction catalyst, abnormal N_ ⁇ x sensor when it exceeds N_ ⁇ x reduction ratio range N_ ⁇ x reduction ratio predetermined determined from the output value of the N_ ⁇ x sensor
  • An internal combustion engine in which it is determined that there is an engine is
  • An object of the present invention is Rukoto to provide an exhaust gas purification system of an internal combustion engine that can determine Nyu_ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst, an abnormality of the urea water supply system and the urea water.
  • Nyu_ ⁇ chi selective reduction catalyst in the engine exhaust passage disposed urea water supply valve to the New Omicron chi selective reduction catalyst in the engine exhaust passage upstream of the supply urea from the urea water supply valve in the exhaust purification system of an internal combustion institution which is adapted to selectively reduce Nyu_ ⁇ ⁇ of the ammonia generated from the water contained in the exhaust gas, Nyu_ ⁇ ⁇ for detecting the Nyu_ ⁇ ⁇ purification rate by Nyu_ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst and purification rate detecting means, and urine Motomi supply amount detecting means for detecting a supply amount of urea water, which comprises a urea aqueous concentration detection means to detect the concentration of the urea water, these Nyu_ ⁇ ⁇ purification rate detecting means , urea water supply amount detection means and the urea water concentration detection means according to the detection result to Nyu_ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst based on an exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine which is adapted to determine an
  • FIG. 1 is an overall view of a compression ignition internal combustion engine
  • Fig. 2 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition internal combustion engine
  • Fig. 3 is a flow chart for detecting an abnormality
  • Fig. 4 is a diagram of the urea water supply system.
  • FIG. 5 is a flowchart for determining an abnormality in the urea water supply system
  • FIG. 6 is a flowchart for determining an abnormality in the urea water.
  • Figure 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is an exhaust manifold. Respectively.
  • the inlet 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 9 via the intake air amount detector 8.
  • a throttle valve 10 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 1 for cooling intake air flowing in the intake duct 6 around the intake duct 6. 1 is placed.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust evening bin 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust evening bin 7 b is connected to the inlet of the oxidation catalyst 12.
  • a particulate fill 1 3 is arranged adjacent to the oxidation catalyst 1 2 to collect particulate matter contained in the exhaust gas.
  • the outlet of this particulate filter 1 3 Is connected to the inlet of the NO x selective reduction catalyst 15 via the exhaust pipe 14.
  • An oxidation catalyst 16 is connected to the outlet of the NO x selective reduction catalyst 15.
  • Urea water supply valve 1 7 is arranged in the upstream exhaust pipe 1 4. This urea water supply valve 1 7 is connected to the urea water tank through the supply pipe 1 8 and the supply pump 1 9. 2 Connected to 0.
  • urea water supply amount detection means for detecting the supply amount of urea water for example, a flow meter 21 is disposed, and in the urea water tank 20, urea water concentration detection for detecting the concentration of urea water Means, for example, a urea concentration sensor 22 is arranged.
  • the urea water stored in the urea water tank 20 is injected into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14 from the urea water supply valve 17 by the supply pump 19 and ammonia generated from the urea water ((NH 2 ) 2 C ⁇ + H 2 ⁇ ⁇ 2 NH 3 + C ⁇ 2 ), NO x contained in the exhaust gas is reduced in the NO x selective reduction catalyst 15.
  • the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 23, and an electronically controlled EGR control valve 24 is disposed in the EGR passage 23. Further, a cooling device 25 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 23 is disposed around the EGR passage 23.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 27 via a fuel supply pipe 26, and this common rail 27 is connected to a fuel tank 29 via an electronically controlled variable discharge fuel pump 28. Is done.
  • the fuel stored in the fuel tank 29 is supplied to the common rail 27 by the fuel pump 28, and the fuel supplied to the common rail 27 is connected to the fuel injection valve 26 via each fuel supply pipe 26. Supplied to 3.
  • the electronic control unit 30 consists of a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 3 1 RM (read only memory) 3 2, RAM (random access memory) 3 3, CPU (microphone port) Processor) 3 4, Input port 3 5 and Output port 3 6 N_ ⁇ for detecting N_ ⁇ x purification rate detecting means downstream of the oxidation catalyst 1 6 for detecting the NO x purification rate by the the NO x selective reduction catalyst 1 5, for example, the NO x concentration in the exhaust gas x sensor 3 9
  • the output signals of the flow meter 21, urea concentration sensor 2 2, NO x sensor 2 9 and intake air amount detector 8 are input ports 3 5 through corresponding AD converters 3 7, respectively. Is input.
  • the accelerator pedal 40 is connected to a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is connected to the corresponding AD converter 37.
  • a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35.
  • output port 3 6 is supported Connected to the fuel injection valve 3 and throttle valve 10 0 through the drive circuit 3 8 to drive, the urea water supply valve 1 7, the supply pump 1 9, the EGR control valve 2 4 and the fuel pump 2 8 Is done.
  • the oxidation catalyst 1 2 carries a example a noble metal catalyst such as platinum, the oxidation catalyst 1 2 oxidizes the HC contained in the exhaust gas and the working to convert NO contained in the exhaust gas N_ ⁇ 2 It works. That is, N_ ⁇ 2 has a strong oxidizing than N_ ⁇ , therefore NO oxidation reaction of the captured particulate matter is promoted on the Patikyure Tofiru evening 1 3 when converted to N_ ⁇ 2, also N_ ⁇ x The reduction action by ammonia on the selective reduction catalyst 15 is promoted.
  • a particulate fill that does not carry a catalyst can be used, or a particulate fill that carries a precious metal catalyst such as platinum can be used.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 can be composed of an ammonia adsorption type Fe zeolite that has a high NO x purification rate at low temperatures, or a titania / vanadium catalyst that does not have an ammonia adsorption function. It can also be configured.
  • the oxidation catalyst 1 6 carries a precious metal catalyst, such as of platinum, the oxidation catalyst 1 6 an action for oxidation of ammonia leaked from N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5.
  • Fig. 2 shows another embodiment of a compression ignition type internal combustion engine.
  • a level sensor 43 for detecting the level of the urea water level in the urea water tank 20 is provided as a urea water supply amount detecting means for detecting the supply amount of the urea water.
  • the particulate filter 13 is arranged downstream of the oxidation catalyst 16, and therefore, in this embodiment, the outlet of the oxidation catalyst 1 2 is connected to the NO x selective reduction catalyst 1 5 via the exhaust pipe 14. It is connected to the entrance.
  • N0 x purification rate Typical be degraded is a case where N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 is deteriorated.
  • NO x N_ ⁇ x concentration in the exhaust gas flowing out selective reduction catalyst 1 5 deteriorates from N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 increases, as a result ⁇ ⁇ !! sensor 3 9 output level becomes higher. Therefore NO x sensor 3 9 N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 from the output level can and child determines whether degraded.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 is not deteriorated, the NO x purification rate may decrease due to other causes. In this case as well, the output level of the NO x sensor 39 increases. Therefore, it cannot be immediately judged that the NO x selective reduction catalyst 15 has deteriorated just because the output level of the N0 x sensor 3 9 has become high.
  • N0 x purification rate There are two possible causes for the decrease in N0 x purification rate other than the deterioration of N0 x selective reduction catalyst 15.
  • One cause is, for example, clogging of the urea water supply valve 17, clogging or damage of the supply pipe 18, or deterioration or failure of the supply pump 19, that is, urea water supply due to a malfunction of the urea water supply system. This is a case where the supply amount is reduced with respect to the regular amount. If the supply amount of urea water decreases, N0 x cannot be fully purified, and 1 ⁇ 0 ! (The purification rate decreases.
  • Another cause is a decrease in the concentration of urea water due to unauthorized use of liquids other than urea water or for any other reason.
  • concentration of urea water decreases, NO x purification rate decreases because NO x cannot be fully purified.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 deteriorates, that is, becomes abnormal
  • the supply amount of urea water decreases, that is, even if the supply system of urea water becomes abnormal
  • the urea water also decreases the concentration, i.e., the urea water is reduced even the NO x purification rate abnormally summer.
  • N0 x purification rate in order to find out the cause of the decrease in N0 x purification rate, First, it is determined whether or not the NO x purification rate has decreased, that is, whether or not the N0 x purification rate is abnormal. This is because when N0 x purification rate is not abnormal, N0 x selective reduction catalyst, urea water supply system and urea water are all considered to be normal, and therefore the cause of the abnormality needs to be determined at this time. Because there is no.
  • N_ ⁇ x purification rate to have abnormally summer is the NO x selective reduction catalyst 1 5 when it is determined that the urea water supply system is also abnormal when N_ ⁇ x purification rate is determined to be abnormal do has become abnormal, walk do not know what N_ ⁇ x purification rate is such one abnormal to the urea water supply system is in an abnormal. Therefore, in this case, the urea water supply amount is increased or decreased so that the urea water supply amount becomes a normal supply amount. At this time, if the NO x purification rate is no longer abnormal, the urea water supply system is abnormal. It is determined that there is.
  • the urea water is also N_ ⁇ x purification rate for the NO x selective reduction catalyst 1 5 is a One abnormal when it is determined that the abnormal when N_ ⁇ x purification rate is determined to be abnormal I don't know if it is abnormal, or whether the N0 x purification rate is abnormal due to abnormal urea water. Therefore, in this case, the urea water supply amount is increased or decreased so that the urea supply amount becomes a normal supply amount, and if the NO x purification rate is no longer abnormal at this time, it is determined that the urea water is abnormal. I try to do it.
  • This abnormality detection routine is executed at least once during vehicle operation. It is.
  • N_ ⁇ x whether the sensor 3 9 N_ ⁇ x purification rate from the output value of the drops below a predetermined level, i.e. either N_ ⁇ x purification rate is abnormal not Is determined.
  • the processing cycle is ended when N_ ⁇ x purification rate is not abnormal.
  • N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 at this time, all of the urea water supply system and the urea water is determined to Ru normal der.
  • step 51 it is determined whether there is an abnormality in the urea water supply system.
  • a first embodiment of this urea water supply system abnormality determination routine is shown in FIG. 4, and a second embodiment is shown in FIG.
  • step 70 the normal flow rate W fl of urea water is calculated from the supply amount of urea water determined according to the operating state of the engine.
  • step 71 the actual urea water flow rate W is detected from the output signal of the flow meter 21 shown in FIG.
  • step 72 the actual urea water flow rate W is W o _ ( ⁇ is a small constant value) and W. It is determined whether it is between + ⁇ , that is, whether it is within an acceptable range that is considered normal.
  • W 0-a ⁇ W ⁇ W Q + ⁇ the routine proceeds to step 73 and is determined to be normal.
  • step 72 W fl -a ⁇ W or W ⁇ W.
  • the routine proceeds to step 74 and it is judged that there is an abnormality in the urea water supply system.
  • step 75 the urea water flow rate is set to the normal flow rate W.
  • the abnormality determination routine of the urea water supply system shown in Fig. 5 is executed by interruption at regular intervals.
  • step 80 it is judged if the initial value of the urea amount in the urea water tank 20 has been detected.
  • the routine proceeds to step 81 and the urea water amount W in the urea water tank 20 is detected by the level sensor 43 shown in FIG.
  • step 82 the integrated value ⁇ Q of the urea water supply amount Q determined according to the operating state of the engine is calculated.
  • step 83 it is determined whether or not the integrated value ⁇ Q of the urea water supply amount has exceeded the set value QX.
  • the routine proceeds to step 84, where the urea water amount W2 in the urea water tank 20 is detected.
  • step 85 the actual consumption of urea water — W 2 is between ⁇ Q—; 8 (i8 is a small constant value) and ⁇ Q + j8, that is, it is normal. It is determined whether it is within a possible tolerance range.
  • ⁇ Q — jS W, — When W 2 ⁇ Q +) 8 proceed to Step 86 and judge that it is normal.
  • Step 8 7 when when it is determined that 8 is abnormal urea water supply system proceeds to Step 8 7 To be judged.
  • the increase rate of urea water necessary for setting the supply amount of urea water to a normal supply amount, and in some cases the decrease rate ( ⁇ Q / (W,-W 2 )) are calculated.
  • step 51 it is determined by the routine shown in FIG. 4 or 5 whether or not there is an abnormality in the urea water supply system.
  • the routine proceeds to step 57 where it is determined whether there is an abnormality in the urea water. This urea water abnormality determination routine is shown in FIG.
  • step 90 it is first determined in advance in step 90.
  • the normal concentration D Q of urea water is read.
  • the actual urea water concentration D is detected from the output signal of the urea concentration sensor 22.
  • step 92 the actual urea water concentration D is D. It is determined whether or not it is between 1a (a is a small constant value) and D Q + a, that is, whether it is within the allowable range considered normal. D.
  • key ⁇ D ⁇ D Q + key it proceeds to step 93 and is determined to be normal.
  • step 9 D in step 9 2. 1 ⁇ D or D ⁇ D.
  • the routine proceeds to step 94 and it is determined that there is an abnormality in the urea water.
  • step 51 when it is determined at step 51 that there is an abnormality in the urea water supply system, the routine proceeds to step 52 where it is determined whether there is an abnormality in the urea water by the routine shown in FIG. When the urea water is abnormal, complete the treatment cycle. On the other hand, when it is determined in step 52 that there is no abnormality in the urea water, the routine proceeds to step 53, where, for example, urea water that is intermittently injected is set so that the urea water supply amount becomes a normal supply amount.
  • the valve opening period of the supply valve 17 is K, doubled as calculated in Fig. 4 or Fig. 5.
  • N_ ⁇ x sensor 3 9 N_ ⁇ x purification rate from the output value of whether recovered to within a permissible range is judged.
  • the routine proceeds to step 55 where it is determined that there is an abnormality in the urea water supply system.
  • N_ ⁇ x purification rate in Step 5 4 When it is determined that the recovery has not occurred, the routine proceeds to step 56 where it is determined that both the urea water supply system and the NO x selective reduction catalyst 15 are abnormal.
  • step 57 if it is determined in step 57 that there is an abnormality in the urea water, the process proceeds to step 58, and the urea water supply, for example, is intermittently injected so that the urea supply amount becomes a normal supply amount.
  • opening period of the valve 1 7 is a K 2 times calculated in Fig.
  • step 59 it is determined from the output value of the ⁇ ⁇ ⁇ sensor 39 whether or not the ⁇ ⁇ ⁇ purification rate has recovered to within an allowable range.
  • the routine proceeds to step 60 where it is determined that there is an abnormality in the urea water.
  • the Nyu_ ⁇ ⁇ purification rate is determined to not recovered in step 5 9 there is an abnormality in both of the urea water and ⁇ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst 1 5 proceeds to Step 61 .

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Abstract

内燃機関において、機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒（１５）が配置され、ＮＯx選択還元触媒（１５）上流の機関排気通路内に尿素水供給弁（１７）が配置される。ＮＯx選択還元触媒（１５）によるＮＯx浄化率を検出するＮＯx浄化率検出手段と、尿素水の供給量を検出する尿素水供給量検出手段と、尿素水の濃度を検出する尿素水濃度検出手段による検出結果に基づいてＮＯx選択還元触媒（１５）、尿素水供給系および尿素水の異常が判定される。

Description

内燃機関の排気浄化装置 技術分野
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 背景技術
機関排気通路内に NOx選択還元触媒を配置し、 N〇x選択還元触 媒上流の機関排気通路内に尿素水供給弁を配置し、 尿素水供給弁か らの供給尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれ る NOxを選択的に還元するようにした内燃機関において、 ^ 0)(選 択還元触媒の入口および出口に夫々 NOxセンサを配置してこれら N〇xセンサの出力値から N〇x選択還元触媒による N〇x低減率を 求め、 N〇xセンサの出力値から求められた NOx低減率が予め定め られた NO x低減率範囲よりも低下したときには N〇x選択還元触媒 に異常があると判定し、 N〇xセンサの出力値から求められた N〇x 低減率が予め定められた N〇x低減率範囲を越えたときには N〇xセ ンサに異常があると判定するようにした内燃機関が公知である （例 えば特開 2 0 0 6— 3 7 7 7 0号公報を参照） 。
しかしながら尿素水を用いた排気浄化装置では尿素水供給弁の目 詰まり等の不具合や、 尿素水の濃度低下や、 尿素水以外の液体の不 正使用等により N Oxの浄化率が低下する場合があり、 この,ような 場合に上述の内燃機関では NOx浄化率低下の原因を突き止めるこ とができないという問題がある。 発明の開示 本発明の目的は、 Ν〇χ選択還元触媒、 尿素水供給系および尿素 水の異常を判定することができる内燃機関の排気浄化装置を提供す ることにある。
本発明によれば、 機関排気通路内に Ν〇χ選択還元触媒を配置し 、 Ν Ο χ選択還元触媒上流の機関排気通路内に尿素水供給弁を配置 し、 尿素水供給弁からの供給尿素水から発生するアンモニアにより 排気ガス中に含まれる Ν〇χを選択的に還元するようにした内燃機 関の排気浄化装置において、 Ν〇χ選択還元触媒による Ν〇χ浄化率 を検出する Ν〇χ浄化率検出手段と、 尿素水の供給量を検出する尿 素水供給量検出手段と、 尿素水の濃度を検出する尿素水濃度検出手 段を具備しており、 これら Ν〇χ浄化率検出手段、 尿素水供給量検 出手段および尿素水濃度検出手段による検出結果に基づいて Ν〇χ 選択還元触媒、 尿素水供給系および尿素水の異常を判定するように した内燃機関の排気浄化装置が提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は圧縮着火式内燃機関の全体図、 図 2は圧縮着火式内燃機関 の別の実施例を示す全体図、 図 3は異常を検出するためのフローチ ヤート、 図 4は尿素水供給系の異常を判定するためのフローチヤ一 ト、 図 5は尿素水供給系の異常を判定するためのフローチャート、 図 6は尿素水の異常を判定するためのフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
図 1 に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図 1 を参照すると、 1 は機関本体、 2は各気筒の燃焼室、 3は各 燃焼室 2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、 4 は吸気マニホルド、 5は排気マニホルドを夫々示す。 吸気マ二ホル ド 4は吸気ダク ト 6を介して排気ターボチャージャ 7のコンプレツ サ 7 aの出口に連結され、 コンプレッサ 7 aの入口は吸入空気量検 出器 8を介してエアク リーナ 9に連結される。 吸気ダク ト 6内には ステップモ一夕により駆動されるスロッ トル弁 1 0が配置され、 更 に吸気ダク ト 6周りには吸気ダク ト 6内を流れる吸入空気を冷却す るための冷却装置 1 1が配置される。 図 1 に示される実施例では機 関冷却水が冷却装置 1 1内に導かれ、 機関冷却水によって吸入空気 が冷却される。
一方、 排気マニホルド 5は排気ターボチャージャ 7の排気夕一ビ ン 7 bの入口に連結され、 排気夕一ビン 7 bの出口は酸化触媒 1 2 の入口に連結される。 この酸化触媒 1 2の下流には酸化触媒 1 2に 隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティ キュレートフィル夕 1 3が配置され、 このパティキュレー トフィル 夕 1 3の出口は排気管 1 4を介して NOx選択還元触媒 1 5の入口 に連結される。 この N Ox選択還元触媒 1 5の出口には酸化触媒 1 6が連結される。
N〇x選択還元触媒 1 5上流の排気管 1 4内には尿素水供給弁 1 7が配置され、 この尿素水供給弁 1 7は供給管 1 8、 供給ポンプ 1 9を介して尿素水タンク 2 0に連結される。 供給管 1 8内には尿素 水の供給量を検出する尿素水供給量検出手段、 例えば流量計 2 1が 配置され、 尿素水タンク 2 0内には尿素水の濃度を検出する尿素水 濃度検出手段、 例えば尿素濃度センサ 2 2が配置されている。 尿素 水タンク 2 0内に貯蔵されている尿素水は供給ポンプ 1 9によって 尿素水供給弁 1 7から排気管 1 4内を流れる排気ガス中に噴射され 、 尿素水から発生したアンモニア （ （NH2) 2 C〇 + H2〇→ 2 N H3 + C〇2) によって排気ガス中に含まれる NOxが NO x選択還元 触媒 1 5において還元される。 排気マニホルド 5 と吸気マニホルド 4とは排気ガス再循環 （以下 、 E G Rと称す） 通路 2 3を介して互いに連結され、 E G R通路 2 3内には電子制御式 E G R制御弁 2 4が配置される。 また、 E G R 通路 2 3周りには E G R通路 2 3内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 2 5が配置される。 図 1 に示される実施例では機関 冷却水が冷却装置 2 5内に導かれ、 機関冷却水によって E G Rガス が冷却される。 一方、 各燃料噴射弁 3は燃料供給管 2 6 を介してコ モンレール 2 7に連結され、 このコモンレール 2 7は電子制御式の 吐出量可変な燃料ポンプ 2 8 を介して燃料タンク 2 9に連結される 。 燃料タンク 2 9内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ 2 8 によつ てコモンレール 2 7内に供給され、 コモンレール 2 7内に供給され た燃料は各燃料供給管 2 6を介して燃料噴射弁 3に供給される。 電子制御ュニッ ト 3 0はデジタルコンピュー夕からなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R〇 M (リードオンリメモリ ) 3 2、 R AM (ランダムアクセスメモリ） 3 3、 C P U (マイク 口プロセッサ） 3 4、 入力ポート 3 5および出力ポート 3 6を具備 する。 酸化触媒 1 6の下流には NOx選択還元触媒 1 5による NOx 浄化率を検出する N〇x浄化率検出手段、 例えば排気ガス中の NOx 濃度を検出するための N〇xセンサ 3 9が配置されており、 流量計 2 1、 尿素濃度センサ 2 2、 NOxセンサ 2 9および吸入空気量検 出器 8の出力信号は夫々対応する AD変換器 3 7 を介して入力ポー ト 3 5に入力される。 また、 アクセルペダル 4 0にはアクセルぺダ ル 4 0の踏込み量 Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ 4 1 が接続され、 負荷センサ 4 1 の出力電圧は対応する AD変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に入力される。 更に入力ポート 3 5にはク ランクシャフ トが例えば 1 5 ° 回転する毎に出力パルスを発生する クランク角センサ 4 2が接続される。 一方、 出力ポート 3 6は対応 する駆動回路 3 8 を介して燃料噴射弁 3、 スロッ トル弁 1 0の駆動 用ステップモー夕、 尿素水供給弁 1 7、 供給ポンプ 1 9 、 E G R制 御弁 2 4および燃料ポンプ 2 8 に接続される。
酸化触媒 1 2 は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、 この酸化触媒 1 2 は排気ガス中に含まれる N Oを N〇2に転換する 作用と排気ガス中に含まれる H Cを酸化させる作用をなす。 即ち、 N〇2は N〇より も酸化性が強く、 従って N Oが N〇2に転換される とパティキュレー トフィル夕 1 3上に捕獲された粒子状物質の酸化 反応が促進され、 また N〇x選択還元触媒 1 5でのアンモニアによ る還元作用が促進される。 パティキュレー トフィル夕 1 3 としては 触媒を担持していないパティキュレー トフィル夕を用いることもで きるし、 例えば白金のような貴金属触媒を担持したパティキユレ一 トフィル夕を用いることもできる。 一方、 N O x選択還元触媒 1 5 は低温で高い N O x浄化率を有するアンモニア吸着タイプの F eゼ ォライ トから構成することもできるし、 アンモニアの吸着機能がな ぃチタニア · バナジウム系の触媒から構成することもできる。 酸化 触媒 1 6は例えば白金からなる貴金属触媒を担持しており、 この酸 化触媒 1 6 は N〇x選択還元触媒 1 5から漏出したアンモニアを酸 化する作用をなす。
図 2 に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。 この実施例では 尿素水の供給量を検出する尿素水供給量検出手段として尿素水タン ク 2 0内の尿素水の液面のレベルを検出するためのレベルセンサ 4 3が設けられている。 また、 この実施例ではパティキュレー トフィ ル夕 1 3が酸化触媒 1 6の下流に配置され、 従ってこの実施例では 酸化触媒 1 2の出口が排気管 1 4を介して N〇x選択還元触媒 1 5 の入口に連結されている。
図 1 および図 2 に示される排気浄化装置において N〇x浄化率の 低下する代表的な場合は N〇x選択還元触媒 1 5が劣化した場合で ある。 N O x選択還元触媒 1 5が劣化すると N〇x選択還元触媒 1 5 から流出する排気ガス中の N〇x濃度が高くなり、 その結果 ^〇!!セ ンサ 3 9の出力レベルが高くなる。 従って N O xセンサ 3 9の出力 レベルから N〇x選択還元触媒 1 5が劣化したか否かを判断するこ とができる。
しかしながら N O x選択還元触媒 1 5が劣化していなくても他の 原因によって N O x浄化率が低下する場合があり、 この場合にも N O xセンサ 3 9の出力レベルが高くなる。 従って N〇xセンサ 3 9の 出力レベルが高くなつたからと言ってただちに N O x選択還元触媒 1 5が劣化したと判断することはできない。
N〇x選択還元触媒 1 5の劣化以外で N〇x浄化率が低下する原因 としては二つの原因が考えられる。 一つの原因は例えば尿素水供給 弁 1 7 の目詰まり、 供給管 1 8の目詰まりや破損、 或いは供給ボン プ 1 9の劣化や故障等により、 即ち尿素水供給系の不具合により尿 素水の供給量が正規の量に対して減少した場合である。 尿素水の供 給量が減少すると N〇xを十分に浄化しきれなくなるために 1^〇!(浄 化率が低下する。
もう一つの原因は尿素水以外の液体の不正使用その他の何らの理 由によって尿素水の濃度が低下した場合である。 尿素水の濃度が低 下すると N O xを十分に浄化しきれなくなるために N〇x浄化率が低 下する。
このように N O x選択還元触媒 1 5が劣化しても、 即ち異常にな つても、 尿素水の供給量が減少しても、 即ち尿素水の供給系が異常 になっても、 尿素水の濃度が低下しても、 即ち尿素水が異常になつ ても N O x浄化率が低下する。
そこで本発明では N〇x浄化率が低下した原因を突き止めるため にまず初めに N O x浄化率が低下したか否か、 即ち N〇 x浄化率が異 常であるか否かが判定される。 というのは N〇 x浄化率が異常でな いときには N〇x選択還元触媒、 尿素水供給系および尿素水の全て が正常であると考えられ、 従ってこのときには異常の原因を突き止 める必要がないからである。
一方、 N O x浄化率が異常であると判定されたときには尿素水供 給系および尿素水が異常であるか否かが判定される。 このとき、 尿 素水供給系および尿素水は異常でないと判定されたときには N O x 選択還元触媒 1 5が異常であると判定される。
一方、 N〇x浄化率が異常であると判定されたときに尿素水供給 系も異常であると判定されたときには N O x選択還元触媒 1 5が異 常になつているために N〇 x浄化率が異常になっているのか、 或い は尿素水供給系が異常になっているために N〇x浄化率が異常にな つているのかがわからない。 そこでこの場合には尿素水供給量が正 常な供給量となるように尿素水供給量を増大又は減少させ、 このと き N O x浄化率が異常でなくなった場合には尿素水供給系に異常が あると判定するようにしている。
また、 N〇x浄化率が異常であると判定されたときに尿素水も異 常であると判定されたときには N O x選択還元触媒 1 5が異常にな つているために N〇 x浄化率が異常になっているのか、 或いは尿素 水が異常になっているために N〇 x浄化率が異常になっているのか がわからない。 そこでこの場合には尿素の供給量が正常な供給量と なるように尿素水供給量を増大又は減少させ、 このとき N O x浄化 率が異常でなくなった場合には尿素水に異常があると判定するよう にしている。
次に図 3を参照しつつ異常を検出するためのルーチンについて説 明する。 この異常検出ルーチンは車両運転中に少く とも一回実行さ れる。
図 3 を参照するとまず初めにステップ 5 0において N〇xセンサ 3 9の出力値から N〇 x浄化率が一定レベル以下に低下したか否か 、 即ち N〇x浄化率が異常であるか否かが判別される。 N〇x浄化率 が異常でないときには処理サイクルを完了する。 このときには N〇 x選択還元触媒 1 5、 尿素水供給系および尿素水の全てが正常であ ると判断される。
一方、 N O x浄化率が異常であると判別されたときにはステップ 5 1 に進んで尿素水供給系に異常があるか否かが判定される。 この 尿素水供給系の異常判定ルーチンの第 1実施例が図 4に示されてお り、 第 2実施例が図 5に示されている。
まず初めに図 4に示される第 1実施例を参照するとステップ 7 0 では機関の運転状態に応じて定められている尿素水の供給量から正 常時の尿素水の流量 W flが算出される。 次いでステップ 7 1では図 1 に示される流量計 2 1 の出力信号から実際の尿素水の流量 Wが検 出される。 次いでステップ 7 2では実際の尿素水の流量 Wが W o _ ( αは小さな値の一定値） と W。 + αとの間にあるか否か、 即ち 正常であると考えられる許容範囲内にあるか否かが判別される。 W 0 - a < W < W Q + αのときにはステップ 7 3に進んで正常であると 判断される。
これに対し、 ステップ 7 2 において W fl― a≥W又は W≥W。 + であると判断されたときにはステップ 7 4に進んで尿素水供給系に 異常があると判定される。 このときにはステップ 7 5において尿素 水の流量を正常な流量 W。とするのに必要な尿素水の増大率、 場合 によっては減少率 K , ( = W 0 / W ) が算出される。
一方、 図 5に示される尿素水供給系の異常判断ルーチンは一定時 間毎の割込みによって実行され.る。 図 5を参照するとまず初めにステップ 8 0において尿素水タンク 2 0内の尿素量の初期値を検出したか否かが判別される。 初期値が 検出されていないときにはステップ 8 1 に進んで図 2に示されるレ ベルセンサ 4 3により尿素水タンク 2 0内の尿素水量 W,が検出さ れる。 初期値の検出が完了するとステップ 8 2に進み、 機関の運転 状態に応じて定められている尿素水の供給量 Qの積算値∑ Qが算出 される。
次いでステツプ 8 3では尿素水供給量の積算値∑ Qが設定値 Q X を越えたか否かが判別される。 ∑ Q > Q Xになったときにはステツ プ 8 4に進んで尿素水タンク 2 0内の尿素水量 W2が検出される。 次いでステップ 8 5では実際の尿素水の消費量 — W2が∑ Q—；8 ( i8は小さな値の一定値） と∑ Q + j8 との間にあるか否か、 即ち正 常であると考えられる許容範囲内にあるか否かが判別される。 ∑ Q — jS W,— W2<∑ Q + )8のときにはステップ 8 6に進んで正常で あると判断される。
これに対し、 ステップ 8 5において∑ Q—） 8≥\^— W2又は _W2≥∑ Q + )8であると判断されたときにはステップ 8 7に進ん で尿素水供給系に異常があると判断される。 このときにはステップ 8 8において尿素水の供給量を正常な供給量とするのに必要な尿素 水の増大率、 場合によっては減少率 (∑ Q/ (W, - W2) ) が 算出される。
再び図 3に戻るとステップ 5 1では図 4又は図 5に示されるルー チンによって尿素水供給系に異常があるか否かが判別される。 ステ ップ 5 1 において尿素水供給系に異常がないと判断されたときには ステップ 5 7に進んで尿素水に異常があるか否かが判定される。 こ の尿素水の異常判定ルーチンが図 6に示されている。
図 6 を参照するとまず初めにステップ 9 0において予め定められ ている尿素水の正常濃度 D Qが読込まれる。 次いでステップ 9 1で は尿素濃度センサ 2 2の出力信号から実際の尿素水の濃度 Dが検出 される。 次いでステップ 9 2では実際の尿素水の濃度 Dが D。一ァ (ァは小さな値の一定値） と D Q +ァとの間にあるか否か、 即ち正 常であると考えられる許容範囲内にあるか否かが判別される。 D。 ーァ < D < D Q +ァのときにはステップ 9 3に進んで正常であると 判断される。
これに対し、 ステップ 9 2において D。一 ァ≥D又は D≥D。 + r であると判断されたときにはステップ 9 4に進んで尿素水に異常が あると判断される。 このときにはステップ 9 5において尿素の供給 量を正常な供給量とするのに必要な尿素水の増大率、 場合によって は減少率 K 2 ( = D。/ D ) が算出される。
図 3のステップ 5 7において図 6に示されるルーチンにより尿素 水に異常がないと判断されたときにはステップ 6 2に進んで N〇 x 選択還元触媒 1 5に異常があると判定される。
一方、 ステップ 5 1 において尿素水供給系に異常があると判定さ れたときにはステップ 5 2に進んで図 6に示すルーチンにより尿素 水に異常があるか否かが判定される。 尿素水に異常があるときには 処理サイクルを完了する。 これに対し、 ステップ 5 2において尿素 水に異常がないと判定されたときにはステップ 5 3に進んで尿素水 の供給量が正常な供給量となるように、 例えば間欠的に噴射してい る尿素水供給弁 1 7 の開弁期間が図 4又は図 5において算出された K ,倍とされる。
次いでステップ 5 4では N〇xセンサ 3 9の出力値から N〇x浄化 率が許容範囲内まで回復したか否かが判別される。 N O x浄化率が 回復したときにはステップ 5 5に進んで尿素水供給系に異常がある と判定される。 これに対し、 ステップ 5 4において N〇 x浄化率が 回復しなかったと判断されたときはステップ 5 6に進んで尿素水供 給系および N O x選択還元触媒 1 5の双方に異常があると判定され る。
一方、 ステップ 5 7において尿素水に異常があると判定されたと きにはステップ 5 8に進んで尿素の供給量が正常な供給量となるよ うに、 例えば間欠的に噴射している尿素水供給弁 1 7の開弁期間が 図 6において算出された K 2倍とされる。
次いでステップ 5 9では Ν Ο χセンサ 3 9の出力値から Ν Ο χ浄化 率が許容範囲内まで回復したか否かが判別される。 Ν〇χ浄化率が 回復したときにはステップ 6 0に進んで尿素水に異常があると判定 される。 これに対し、 ステップ 5 9において Ν〇χ浄化率が回復し なかったと判断されたときはステップ 6 1 に進んで尿素水および Ν 〇χ選択還元触媒 1 5の双方に異常があると判定される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 機関排気通路内に N〇x選択還元触媒を配置し、 該 N〇x選択 還元触媒上流の機関排気通路内に尿素水供給弁を配置し、 尿素水供 給弁からの供給尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に 含まれる N〇xを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化 装置において、 N〇x選択還元触媒による N〇x浄化率を検出する N 〇x浄化率検出手段と、 尿素水の供給量を検出する尿素水供給量検 出手段と、 尿素水の濃度を検出する尿素水濃度検出手段を具備して おり、 これら N〇x浄化率検出手段、 尿素水供給量検出手段および 尿素水濃度検出手段による検出結果に基づいて N O x選択還元触媒
、 尿素水供給系および尿素水の異常を判定するようにした内燃機関 の排気浄化装置。
2 . まず初めに N〇x浄化率が異常であるか否かが判定され、 N
〇x浄化率が異常であると判定されたときに尿素水供給系および尿 素水が異常であるか否かが判定される請求項 1 に記載の内燃機関の 排気浄化装置。
3 . N〇x浄化率が異常であると判定されたときに尿素水供給系 および尿素水は異常でないと判定されたときには N O x選択還元触 媒が異常であると判定される請求項 2 に記載の内燃機関の排気浄化 装置。
4 . N O x浄化率が異常であると判定されたときに尿素水供給系 も異常であると判定されたときには尿素水供給量が正常な供給量と なるように尿素水供給量を増大又は減少させ、 このとき N O x浄化 率が異常でなくなった場合には尿素水供給系に異常があると判定さ れる請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5 . N〇x浄化率が異常であると判定されたときに尿素水も異常 であると判定されたときには尿素の供給量が正常な供給量となるよ うに尿素水供給量を増大又は減少させ、 このとき N〇x浄化率が異 常でなくなった場合には尿素水に異常があると判定される請求項 2 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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