WO2008133341A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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internal combustion
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Shunsuke Toshioka
Tomihisa Oda
Takekazu Itoh
Yutaka Tanai
Satoshi Watanabe
Yoshitaka Nakamura
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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 arranged in the engine exhaust passage, and the urea water stored in the urea water tank is supplied to the NO x selective reduction catalyst, and the NO x contained in the exhaust gas by ammonia generated from the urea water
  • An internal combustion engine in which a urea water concentration sensor is arranged in a urea water tank in order to detect abnormalities in urea water is known in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that selectively reduces the amount of water (e.g. 2 0 0 5—8 3 2 2 3)).
  • this urea water concentration sensor is expensive, and it is currently desirable to use another less expensive method.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can detect an abnormality of urea water reliably and inexpensively.
  • the exhaust gas by ammonia and the NO x selective reduction catalyst arranged in the engine exhaust passage generated by supplying urea water stored in the urea water tank N_ ⁇ x selective reduction catalyst from the aqueous urea
  • a urea water replenishment judging means for judging whether or not the urea water tank is replenished in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that selectively reduces N x contained therein; xWhether the purification rate has fallen below the allowable level Or which comprises a the NO x purification rate judging means for judging, when the NO x purification rate is determined to be reduced to below acceptable levels during engine operation right after the urea water in the urea water tank is replenished
  • Abnormality of urea water that is, decrease in urea water concentration, mainly occurs when, for example, non-standard urea water is replenished or liquid other than urea water is replenished.
  • a decrease in urea water concentration appears as a decrease in the NO x purification rate during engine operation. Therefore it is possible to detect an abnormality from reduction of the NO x purification rate of the urea water at the time of engine OPERATION immediately after urea water is replenished, so that the problem can be detected in the aqueous urea
  • 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 flowchart for determining whether or not urea water is replenished.
  • 4 is a flowchart for determining whether or not the urea water is abnormal
  • FIG. 5 is a diagram showing the generation timing of a level detection execution command
  • FIG. 6 is a flowchart for executing level detection command processing
  • Fig. 8 is a flowchart for executing level detection command processing
  • Fig. 9 is a flow chart for executing level detection command processing
  • Fig. 10 is level.
  • FIG. 11 is a flowchart for executing the level detection command processing.
  • Fig. 12 is a flowchart for executing the level detection command processing.
  • Fig. 1 is a flowchart for executing the level detection command processing.
  • 3 is a flowchart for executing level detection command processing,
  • FIG. 14 is a flowchart for executing level detection command processing, etc.
  • FIG. 15 is a flowchart for determining abnormality of urea water
  • Figure 16 is a flow chart for determining abnormalities in urea water
  • Fig. 17 is a flow chart for determining abnormalities in 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.
  • the intake manifold 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 Is done.
  • a throttle valve 10 driven by a stepper motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 1 for cooling the intake air flowing in the intake duct 6 around the intake duct 6 1 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 turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine b is connected to the inlet of the oxidation catalyst 12.
  • a particulate filter 1 3 is arranged adjacent to the oxidation catalyst 1 2 to collect particulate matter contained in the exhaust gas.
  • This particulate filter 1 3 the outlet is connected to the inlet of N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 through the exhaust pipe 1 4.
  • An oxidation catalyst 16 is connected to the outlet of the NO x selective reduction catalyst 15.
  • NO x selective reduction catalyst 1 5 Exhaust pipe 1 5 upstream
  • the urea water supply valve 1 7 is arranged in the 4, and this urea water supply valve 1 7 is connected to the urea water tank 2 via the supply pipe 1 8 and the supply pump 1 9. Concatenated to 0.
  • urea water tank 20 The stored urea water is injected by the supply pump 1 9 from the urea water supply valve 1 7 into the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 14, and ammonia generated from urea ((NH 2 ) 2 CO + H 2 0 ⁇ 2 NH 3 + C 0 2 ) Niyotsu NO x contained in the exhaust gas Te is based instead in N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5.
  • 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 2 1.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • An electronically controlled E GR control valve 2 is provided in the E GR passage 21. 2 is arranged.
  • a cooling device 23 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 21 is disposed around the EGR passage 21.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 23, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 25 via a fuel supply pipe 24. This common rail 25 is connected to a fuel tank 27 via an electronically controlled variable discharge pump 26. Is done.
  • the fuel stored in the fuel tank 27 is supplied into the common rail 25 by the fuel pump 26, and the fuel supplied into the common rail 25 is supplied to the fuel injection valve through each fuel supply pipe 24. Supplied to 3.
  • the electronic control unit 30 consists of a digital computer and is connected to each other via a bidirectional bus 3 1, ROM (read only memory) 3 2, RAM (random access memory) 3 3, CPU (microphone processor) 3 4 Input port 3 5 and output port 3 6 are provided.
  • urea water replenishment determining means for determining whether or not urea water is replenished in the urea water tank 20 is provided. In the embodiment shown in FIG. 1, this urea water replenishment determining means is a fuel tank.
  • N0 x purification rate judgment means for judging whether or not the N0 x purification rate has fallen below the allowable level.
  • this N0 x purification rate judgment is provided.
  • means consists N_ ⁇ x concentration sensor 4 3 disposed downstream of the oxidation catalyst 1 6. This NO x concentration sensor 4 3 generates an output proportional to the NO x concentration in the exhaust gas, and the output of this N0 x concentration sensor 4 3 is sent to the input port 3 5 via the corresponding AD converter 3 7. Entered.
  • the output signal of the intake air amount detector 8 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 3 7.
  • a load sensor 46 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 45 is connected to the accelerator pedal 45, and the output voltage of the load sensor 46 is connected to the corresponding AD converter 37.
  • a crank angle sensor 47 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35.
  • the output port 3 6 is connected to the fuel injection valve 3 through the corresponding drive circuit 3 8, the step motor for driving the throttle valve 10, the urea water supply valve 1 7, the supply pump 1 9, £ 0 Control valve 2 2 and fuel pump 2 6 connected.
  • the oxidation catalyst 1 2 carries a noble metal catalyst such as platinum.
  • This oxidation catalyst 1 2 converts NO contained in the exhaust gas into N 0 2 and oxidizes HC contained in the exhaust gas. It works. That is, N_ ⁇ 2 has a strong oxidizing than N_ ⁇ , therefore NO oxidation reaction of the captured particulate matter is promoted when it is converted to N 0 2 on the particulate filter 1 3, also N_ ⁇ x
  • the reduction action by ammonia on the selective reduction catalyst 15 is promoted.
  • the particulate filter 13 it is possible to use a particulate filter that does not carry a catalyst, or a particulate filter that carries a precious metal catalyst such as platinum, for example.
  • NO x selective reduction catalyst 1 5 Can be composed of ammonia adsorption type Fe zeolite having a high NO x purification rate at low temperature, or can be composed of a titania / vanadium catalyst without an ammonia adsorption function.
  • the oxidation catalyst 16 carries a noble metal catalyst made of, for example, platinum, and this oxidation catalyst 16 acts to oxidize ammonia leaked from the NO x selective reduction catalyst 15.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
  • urea water replenishment determining means for determining whether or not urea water is replenished in the urea water tank 20 comprises a level sensor 4 4 disposed in the urea water tank 20. This level sensor 44 generates an output corresponding to the level of urea water in the urea water tank 20.
  • the particulate filter 13 is disposed downstream of the oxidation catalyst 16. Therefore, in this embodiment, the outlet of the oxidation catalyst 1 2 is connected to the N 0 x selective reduction catalyst via the exhaust pipe 14. 1 Connected to 5 inlets.
  • N_ ⁇ x purification rate at the time of engine operation can it to detect in an inexpensive way.
  • NO x purification for determining whether the urea water replenishing judgment unit urea water in the urea water tank 2 in the 0 to determine whether or not supplemented, NO x purification rate has fallen to an acceptable level or less urea water supplemented when the the NO x purification rate is determined to be reduced to below acceptable levels during engine operation immediately has and a rate decisions means that the urea water in the urea water tank 2 within 0 supplemented Is determined to be abnormal.
  • the opening / closing of the urea water replenishing port 40 of the urea water tank 20 is detected, and it is determined that the urea water has been replenished when the urea water replenishing port 40 is opened / closed. Is done.
  • Figure 2 the level of the urea water in the urea water tank 20 is detected, and when the level of the urea water rises from a predetermined low level or less and exceeds a predetermined replenishment completion level It is judged that urea water was replenished.
  • FIG. 3 (A) shows the urea water replenishment determination routine performed in the embodiment shown in FIG. 1
  • FIG. 3 (B) shows the urea water replenishment determination routine performed in the embodiment shown in FIG. Show.
  • step 50 whether or not switch 42 is turned on, that is, whether or not urea water replenishment port 40 is opened. Determined.
  • step 51 it is determined whether or not the switch 4 2 has been turned off from on, that is, whether the urea water replenishment port 40 has been closed.
  • step 52 it is determined that urea water has been replenished during that time, so the routine proceeds to step 52 and it is determined that the urea water has been replenished.
  • the urea water replenishment determination routine shown in FIG. 3 (B) will be described.
  • the level sensor 4 4 The low level flag is set on the basis of the output signal, and in step 60, it is determined whether or not the low level flag is set.
  • the routine proceeds to step 61, where it is determined by the level sensor 44 whether or not the liquid level has exceeded the replenishment completion level SX that is estimated to be complete.
  • the replenishment completion level SX go to step 62.
  • Fig. 4 shows the abnormality judgment routine for urea water that is executed when the engine is started.
  • step 70 it is determined whether or not urea water has been replenished based on the determination result by the routine shown in FIG. 3 (A) or FIG. 3 (B).
  • urea water is replenished is the concentration of NO x in the exhaust gas is detected by N_ ⁇ x sensor 4 3 proceeds to Sutetsu flop 71.
  • the NO x purification rate in the NO x selective reduction catalyst 15 decreases, so the NO x sensor 4 3 N_ ⁇ x concentration in Shirubebi Charles exhaust gas to increases. Therefore, it is determined whether or not the NO x purification rate is below a predetermined allowable level from the N 0 x concentration detected by the ⁇ [ ⁇ )! Sensor 43.
  • N0 x purification rate ⁇ RX the process proceeds to step 73 and it is determined that the urea water is normal. If N0 x purification rate ⁇ RX, the process proceeds to step 7 4 and the urea water is added. Judged to be abnormal. In this way, it is detected whether or not the urea water is abnormal.
  • Fig. 5 shows an idance switch.
  • Level detection command indicating that the level of urea water in the urea water tank 20 should be detected by the level sensor 4 4 shown in Fig. 2 and the level sensor 4
  • Level detection operation status indicating that the engine is in an operating state suitable for detecting the liquid level by level 4
  • the liquid level in the urea water tank 20, that is, the urea water level is shown.
  • the level detection command is issued when the ignition switch is switched from OFF to ON, and then the level detection command is issued at regular intervals while the ignition switch is ON.
  • the command processing routine shown in Fig. 6 is executed.
  • the vertical fluctuation amount of the urea water level in the urea water tank 20 is determined in advance in step 80 so that the level level can be accurately detected by the level sensor 44. It is determined whether or not the operating state is smaller than the permissible fluctuation amount, that is, whether or not the urea water level is stable, and the urea water level is stabilized. If it is not in the operating state, return to step 80 again. That is, in step 80, the process waits until the liquid level of urea water is stabilized. When the urea water level is stabilized, the process proceeds to step 8 1 to issue a level detection execution command. That is, as shown in FIG. 5, after the level detection command is generated, the level detection execution command is issued when the engine operation state first becomes a level detection operation state in which the liquid level of urea water is stable.
  • the detection execution processing routine shown in Fig. 7 is executed. That is, first, in step 90, the level sensor 44 detects the level L of the urea water in the urea water tank 20. The Next, at step 91, it is determined whether or not the detected urea water level L has become higher than a certain value ⁇ over the urea water level Lo detected at the previous interruption. When L> Lo + a, it is determined that the replenisher solution has been replenished in the urea water bundle 20, and the process proceeds to step 92 to set a replenishment flag indicating that replenishment has been performed. Next, in step 93, the urea water level L is set to Lo.
  • the liquid surface state determining means for determining the state of the urea water level in the urea water tank 20, for example, the amount of fluctuation in the vertical direction of the urea water level in the urea water tank 20.
  • a judging means for judging whether or not the operating state is smaller than a predetermined allowable fluctuation amount.
  • the level sensor 44 detects the liquid level in the urea water tank 20 when it is determined that the amount of fluctuation in the upper and lower liquid levels of the urea water is smaller than a predetermined allowable fluctuation amount. Is done.
  • the command processing for generating the level detection execution command shown in FIG. 6, that is, the amount of fluctuation in the upper and lower levels of the urea water level in the urea water tank 20 is determined in advance.
  • the vehicle does not vibrate and the urea water tank 20 does not vibrate from the time when the idle switch is turned on until the switch is activated overnight. Therefore, in the first example, the vertical fluctuation amount of the urea water level in the urea water tank 20 is determined in advance from when the idle switch is turned on until the star evening is activated. It is judged that the operating state is smaller than the allowable fluctuation amount.
  • FIG. 8 shows a command process for executing the first example.
  • this command processing first, in step 1 0 0 It is determined whether the switch is switched from off to on. When the ignition switch is switched from off to on, the routine proceeds to step 1 0 1 where it is determined whether the star evening has been activated. When the star evening is not activated, the process proceeds to step 1002, a level detection execution command is issued, and the process returns to step 1001 again. When the star evening is activated, the process proceeds from step 1 0 1 to step 1 0 3 to cancel the execution command.
  • the vehicle speed is zero, that is, when the vehicle is stopped, the amount of fluctuation in the upper and lower levels of the urea water in the urea water tank 20 is larger than the predetermined allowable fluctuation amount. It is determined that the operating state becomes smaller.
  • FIG. 9 shows the command processing for executing this second example.
  • this command processing first, at step 110, it is judged if the vehicle speed is zero. When the vehicle speed is zero, the routine proceeds to step 1 1 1 and a level detection execution command is issued. On the other hand, when it is determined at step 110 that the vehicle speed is not zero, the routine proceeds to step 112 and the execution command is canceled.
  • the level detection execution command is issued only when the vehicle speed is still zero after a certain time has elapsed since the vehicle stopped.
  • FIG. 10 shows a command process for executing the third example.
  • this command processing first, at step 120, it is judged if the vehicle speed is zero.
  • the routine proceeds to step 1 2 1 to determine whether or not a certain time has passed. In this case, the process proceeds to steps 1 and 2 to determine whether or not the vehicle speed has become zero.
  • the process proceeds to step 1 2 3 to issue a level detection execution command, and returns to step 1 2 2 again.
  • the procedure proceeds from step 1 2 2 to step 1 2 4 to cancel the execution command.
  • the level detection execution command is issued only when the acceleration and deceleration are less than the predetermined allowable values.
  • the acceleration and deceleration of the vehicle are detected by an acceleration sensor and a deceleration sensor attached to the vehicle.
  • FIG 11 shows the command process for executing this fourth example.
  • this command processing first, at step 130, it is determined whether or not the acceleration of the vehicle is equal to or less than an allowable value GX.
  • the routine proceeds to step 1 3 1 where it is determined whether or not the deceleration of the vehicle is less than or equal to the allowable value G Y. If the vehicle deceleration is less than or equal to the allowable value G Y, proceed to step 1 3 2 and issue a level detection execution command.
  • the routine proceeds to step 133 and the execution command is canceled.
  • FIG. 12 shows a command process for executing the fifth example.
  • the vehicle speed is constant at step 140. It is determined whether or not When the vehicle speed becomes constant, the routine proceeds to step 1 4 1 to determine whether or not a certain time has elapsed, and when the certain time has elapsed, the routine proceeds to step 1 4 2 to determine whether or not the vehicle speed has changed. The When the vehicle speed has not changed, the routine proceeds to step 1 4 3 to issue a level detection execution command and returns to step 1 4 2 again. When the vehicle speed changes, the process proceeds from step 1 4 2 to step 1 4 4 to cancel the execution command.
  • the level detection execution command is issued only when the vehicle is maintained in a horizontal state for a certain time or more. In this case, whether or not the vehicle is in a horizontal state is determined by a horizontal detection sensor attached to the vehicle.
  • FIG. 13 shows the command processing for executing this embodiment.
  • this command processing first, at step 150, it is determined whether or not the vehicle is in a horizontal state, that is, whether or not the inclination angle of the vehicle with respect to the horizontal plane is smaller than a predetermined allowable inclination angle.
  • the routine proceeds to step 151, where it is determined whether or not a certain period of time has elapsed, and when the certain period of time has elapsed, the routine proceeds to step 1552 and the inclination angle of the vehicle with respect to the horizontal plane is predetermined. It is determined whether the vehicle is larger than the allowable inclination angle, that is, whether the vehicle is inclined.
  • step 1 5 3 When the vehicle is not tilted, the process proceeds to step 1 5 3 to issue a level detection execution command and returns to step 1 5 2 again.
  • step 1 5 4 it proceeds from step 1 5 2 to step 1 5 4 to cancel the execution command. That is, in this embodiment, it is determined whether or not the operation state is such that the inclination angle of the urea water level in the urea water tank 20 with respect to the horizontal plane is smaller than a predetermined allowable inclination angle.
  • Urea water in tank 20 The liquid level in the urea water tank 20 is detected by the level sensor when the operation state is such that the inclination angle of the liquid surface with respect to the horizontal plane is smaller than a predetermined allowable inclination angle.
  • the level sensor 44 detects that the urea water has been replenished. However, immediately after the urea water replenishment is completed, the urea water level in the urea water tank is not stable. Therefore, in this embodiment, the urea water replenishment is completed as shown in Fig. 14 (A). After that, a level detection execution command is issued when a certain time has passed.
  • Fig. 14 (B) shows the command processing for executing this embodiment.
  • step 160 it is first determined in step 160 whether or not the urea water supplement has been completed.
  • the routine proceeds to step 161, where it is determined whether or not a certain period of time has elapsed, and when the certain period of time has elapsed, the routine proceeds to step 161, where a level detection execution command is issued. .
  • the urea water abnormality judgment routine shown in FIG. 4 is detected that the NO x purification rate of the exhaust gas by N_ ⁇ x sensor 4 3 replenishment of the urea water is carried out, this N_ ⁇ x ⁇ rate allowed
  • the level falls below RX
  • the urine water is judged to be abnormal.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 is not activated, the NO x purification rate detected by the NO x sensor 43 decreases even if the urea water concentration is normal. Therefore, in this case, if the NO x purification rate falls below the permissible level RX, it will be erroneously determined that the urine water is abnormal.
  • the N ⁇ x selective reduction catalyst 15 is activated. whether it has or not.
  • N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 is to be determined whether decreased to the NO x purification rate is lower than the allowable level RX when it is determined that the activation.
  • the amount of change in the NO x amount discharged from the engine is small and the amount of ammonia adsorbed on the NO x selective reduction catalyst 15 is stabilized.
  • a steady operation is preferable.
  • the embodiment according accordance connection present invention is to detect the the NO x purification rate by the NO x sensor 4 3 during normal operation.
  • Fig. 15 shows a urea water abnormality determination routine for executing this embodiment.
  • step 170 it is judged if the replenishment flag indicating that the urea water has been replenished is set.
  • the routine proceeds to step 171, where it is determined whether or not the temperature TC of the N0 x selective reduction catalyst 15 is equal to or higher than the activation temperature TX.
  • T C> TX a that is, when the N0 x selective reduction catalyst 15 is activated
  • the routine proceeds to step 1 72 where it is determined whether or not it is in steady operation. If it is in steady operation, go to step 1 7 3.
  • Step 1 7 3 the NO x concentration in the exhaust gas is detected by the N o x sensor 4 3, and the N o x purification rate is calculated from this NO x concentration.
  • step 1 74 it is determined whether the N0 x hatching rate has fallen below the allowable level RX. If NO x purification rate ⁇ RX at this time, the routine proceeds to step 1 75, where it is determined that the urea water is normal, and the replenishment flag is reset. On the other hand, at this time, when N ⁇ x purification rate is RX If this is the case, the routine proceeds to step 1 76, where it is determined that the urea water is abnormal, and the refill flag is reset.
  • urea water before replenishment is contained in the urea water supply valve 17 for supplying urea water and in the urea water supply pipe 18 connected to the urea water supply valve 17. If it remains, an abnormal determination of urea water before replenishment will be performed.
  • the urea water supply valve 17 for supplying the urea water can be determined so that the abnormality of the urea water after replenishment can be determined.
  • the integrated value Q of the urea water supply amount from the urea water supply valve 17 after replenishment is obtained, and this integrated value Q is obtained in the urea water supply valve 17 and the urea water supply pipe 1
  • the maximum residual urea water amount Q c that can remain in 8 is exceeded, it is judged that there is no urea water before replenishment in the urea water supply valve 17 and in the urea water supply pipe 18 .
  • Fig. 16 shows the abnormality determination routine for urea water to execute the first example.
  • step 180 it is determined whether or not a replenishment flag indicating that urea water has been replenished is set.
  • the routine proceeds to step 1 81 where the integrated value Q of the urea water supply amount supplied after replenishment is calculated.
  • step 1 8 2 it is judged if the integrated value Q is larger than the maximum residual urea amount Q fl . Q> Q. Step 1 when 8297
  • Step 1 8 3 the NO x concentration in the exhaust gas is detected by the N o x sensor 4 3, and the N o x purification rate is calculated from this N o x concentration.
  • step 1 8 4 it is determined whether or not the N0 x purification rate is below the allowable level RX. At this time, if N0 x purification rate ⁇ RX, the routine proceeds to step 1 85 where it is determined that the urea water is normal, and the replenishment flag is reset. In contrast, this time in case it is the NO x purification rate rather RX is determined that the urea water is abnormal proceeds to step 1 8 6, replenishment flag is Bok reset.
  • the supply pump 19 is reversed, and the urea water before replenishment remaining in the urea water supply valve 17 and the urea water supply pipe 18 is urea. Sucked into water tank 20 Since the amount of urea sucked out is small compared to the amount of urea water supplemented, the concentration of the urea water supplemented is not affected.
  • the urea water abnormality determination is performed based on the detection value of the NOx sensor 4 3.
  • Fig. 17 shows the abnormality determination routine for urea water to execute this second example.
  • step 190 it is determined whether or not a replenishment flag indicating that urea water has been replenished is set.
  • the routine proceeds to step 191, where the urea water before replenishment remaining in the urea water supply valve 17 and the urea water supply pipe 18 is sucked out. Then step 1
  • step 9 2 it is determined whether or not the urea water suction action has already been completed. If the urea water suction action has already been completed, the process proceeds to step 1 93.
  • Step 1 9 NO x conc in the exhaust gas by 3, NO x sensor 4 3
  • the degree of NO x purification is calculated from this NO x concentration.
  • step 1 94 it is determined whether or not the NO x purification rate has fallen below the allowable level RX. If NO x purification rate ⁇ RX at this time, the routine proceeds to step 195, where it is determined that the urea water is normal, and the replenishment flag is reset. On the other hand, if NO x purification rate ⁇ RX at this time, the routine proceeds to step 196, where it is determined that the urea water is abnormal, and the replenishment flag is reset.

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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、尿素水タンク（２０）内に貯留された尿素水がＮＯx選択還元触媒（１５）に供給されてＮＯxが選択的に還元される。尿素水タンク（２０）の尿素水補充口（４０）が開閉されたことを検出して尿素水タンク（２０）内に尿素水が補充されたか否かが判断され、尿素水タンク（２０）内に尿素水が補充された直後の機関運転時にＮＯx浄化率が許容レベル以下まで低下したと判断されたときには補充された尿素水が異常であると判定される。

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。 明
背景技術
細
機関排気通路内に N O x選択還元触媒を配置し、 尿素水タンク内 に貯留された尿素水を N O x選択還元触媒に供給して尿素水から発 生するアンモニアにより排気ガス中に含まれる N O 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、 尿素水の異常 を検出するために尿素水タンク内に尿素水濃度センサを配置した内 燃機関が公知である （例えば特開 2 0 0 5— 8 3 2 2 3号公報を参 照） 。
しかしながらこの尿素水濃度センサは高価であり、 より廉価な他 の方法を使用したいのが現状である。
発明の開示
本発明の目的は、 廉価でかつ確実に尿素水の異常を検出すること の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 N O x選択還元触媒を配置し 、 尿素水タンク内に貯留された尿素水を N〇x選択還元触媒に供給 して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、 尿素水タンク内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水 補充判断手段と、 N〇x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否 かを判断する N O x浄化率判断手段とを具備しており、 尿素水タン ク内に尿素水が補充された直後の機関運転時に N O x浄化率が許容 レベル以下まで低下したと判断されたときには補充された尿素水が 異常であると判定される内燃機関の排気浄化装置が提供される。 尿素水の異常、 即ち尿素水の濃度低下は、 例えば規格外の尿素水 が補充されたり、 或いは尿素水以外の液体が補充されたときに主に 生ずる。 一方、 尿素水の濃度低下は機関運転時における N O x浄化 率の低下となって表れる。 従って尿素水が補充された直後の機関運 転時における N O x浄化率の低下から尿素水の異常を検出すること ができ、 従って廉価な方法で尿素水の異常を検出できることになる
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は尿素水が補充されたか否かを判 断するためのフローチャート、 図 4は尿素水が異常であるか否かを 判定するためのフローチャート、 図 5はレベル検出実行命令等の発 生タイミングを示す図、 図 6はレベル検出指令処理を実行するため のフローチャート、 図 7はレベル検出実行処理を実行するためのフ ローチャート、 図 8はレベル検出指令処理を実行するためのフロー チャート、 図 9はレベル検出指令処理を実行するためのフローチヤ ート、 図 1 0はレベル検出指令処理を実行するためのフローチヤ一 ト、 図 1 1はレベル検出指令処理を実行するためのフローチャート 、 図 1 2はレベル検出指令処理を実行するためのフローチヤ一ト、 図 1 3はレベル検出指令処理を実行するためのフローチャート、 図 1 4はレベル検出指令処理を実行するためのフローチヤ一ト等を示 す図、 図 1 5は尿素水の異常判定を行うためのフローチャート、 図 1 6は尿素水の異常判定を行うためのフローチャー ト、 図 1 7は尿 素水の異常判定を行うためのフローチヤ一トである。 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ヤ一ジャ 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 ステツ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の排気タービ ン 7 bの入口に連結され、 排気タービンマ 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 キユレ一トフィル夕 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 N〇x選択還元触媒 1 5の入口 に連結される。 この N O x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 O 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。 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、 尿素から発生し たアンモニア （ （NH2) 2 C O + H20→ 2 NH3 + C 02) によつ て排気ガス中に含まれる NOxが N〇x選択還元触媒 1 5において還 元される。
排気マ二ホルド 5 と吸気マ二ホルド 4とは排気ガス再循環 （以下 、 E G Rと称す） 通路 2 1 を介して互いに連結され、 E GR通路 2 1内には電子制御式 E GR制御弁 2 2が配置される。 また、 E G R 通路 2 1周りには E G R通路 2 1内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 2 3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 3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 4を介してコ モンレール 2 5に連結され、 このコモンレール 2 5は電子制御式の 吐出量可変な燃料ポンプ 2 6 を介して燃料タンク 2 7に連結される 。 燃料タンク 2 7内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ 2 6によつ てコモンレール 2 5内に供給され、 コモンレール 2 5内に供給され た燃料は各燃料供給管 2 4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タからなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R OM (リードオンリメモリ ) 3 2、 RAM (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。 本発明では尿素水タンク 2 0内に尿素水が補充されたか否か を判断する尿素水補充判断手段が設けられており、 図 1 に示される 実施例ではこの尿素水補充判断手段は、 燃料タンク 2 0の尿素水補 充ロ 4 0に取付けられたキャップ 4 1が取りはずされたときにオン となるスィッチ 4 2からなる。 このスィッチ 4 2のオン · オフ信号 は入力ポート 3 5に入力される。 更に本発明では N〇x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否 かを判断する N〇x浄化率判断手段が設けられており、 図 1 に示さ れる実施例ではこの N〇x浄化率判断手段は酸化触媒 1 6の下流に 配置された N〇x濃度センサ 4 3からなる。 この N O x濃度センサ 4 3は排気ガス中の N O x濃度に比例した出力を発生し、 この N〇x濃 度センサ 4 3の出力は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に入力される。
一方、 吸入空気量検出器 8の出力信号は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポー卜 3 5に入力される。 また、 アクセルペダル 4 5 にはアクセルペダル 4 5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 6が接続され、 負荷センサ 4 6の出力電圧は対応す る A D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 7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タ、 尿素水供給弁 1 7、 供給ボン プ 1 9、 £ 0 制御弁 2 2および燃料ポンプ 2 6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 0 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 0 2に転換される とパティキュレートフィルタ 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タ 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タを用いることもで 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ュレー トフィルタ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 オライ 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 O 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 尿素水タンク 2 0内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水 補充判断手段が尿素水タンク 2 0内に配置されたレベルセンサ 4 4 からなる。 このレベルセンサ 4 4は尿素水タンク 2 0内の尿素水の 液面レベルに応じた出力を発生する。 また、 この実施例ではパティ キュレー卜フィルタ 1 3が酸化触媒 1 6の下流に配置されており、 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の入口に連結される。
さて、 前述したように尿素水の異常は、 例えば規格外の尿素水が 使用されたり、 或いは尿素水以外の液体が不正使用されたときに主 に生ずる。 一方、 機関運転時の N〇x浄化率は廉価な方法で検出す ることができる。 そこで本発明では、 尿素水タンク 2 0内に尿素水 が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断手段と、 N O x浄化 率が許容レベル以下まで低下したか否かを判断する N O x浄化率判 断手段とを具備しており、 尿素水タンク 2 0内に尿素水が補充され た直後の機関運転時に N O x浄化率が許容レベル以下まで低下した と判断されたときには補充された尿素水が異常であると判定するよ うにしている。
この場合、 図 1に示す実施例では尿素水タンク 2 0の尿素水補充 口 4 0の開閉が検出され、 尿素水補充口 4 0 の開閉が行われたとき には尿素水が補充されたと判断される。 これに対し、 図 2に示され る実施例では尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面レベルが検出され 、 尿素水の液面レベルが予め定められた低レベル以下から上昇して 予め定められた補充完了レベルを越えたときに尿素水が補充された と判断される。
次に尿素水を補充したか否かを判断するための尿素水補充判断ル 一チンについて説明する。 図 3 ( A ) は図 1 に示す実施例において 行われている尿素水補充判断ルーチンを示しており、 図 3 ( B ) は 図 2に示す実施例において行われている尿素水補充判断ルーチンを 示している。
図 3 ( A ) に示される尿素水補充判断ルーチンを参照すると、 ま ず初めにステップ 5 0においてスィッチ 4 2がオンになったか否か 、 即ち尿素水補充口 4 0が開放されたか否かが判別される。 尿素水 補充口 4 0が開放されているときにはステップ 5 1 に進んでスイツ チ 4 2がオンからオフになったか否か、 即ち尿素水補充口 4 0が閉 鎖されたか否かが判別される。 尿素水補充口 4 0が閉鎖されたとき にはステップ 5 2に進む。 即ち、 尿素水補充口 2 0が開放された後 、 閉鎖されたときにはその間に尿素水が補充されたと考えられるの でステップ 5 2に進み、 尿素水が補充されたと判断される。
次に図 3 ( B ) に示される尿素水補充判断ルーチンについて説明 すると、 この例では尿素水タンク 2 0内の液面レベルが予め定めら れた低いレベルよりも低下したときにレベルセンサ 4 4の出力信号 に基づいて低レベルフラグがセッ 卜されるように構成されておりス テツプ 6 0ではこの低レベルフラグがセッ 卜されているか否かが判 別される。 低レベルフラグがセッ トされているときにはステップ 6 1 に進んでレベルセンサ 4 4により液面レベルが、 補充が完了した と推定される補充完了レベル S Xを越えたか否かが判別される。 液 面レベルが補充完了レベル S Xを越えたときにはステップ 6 2に進 む。 即ち、 低レベルであった液面レベルが補充完了レベルを越える まで上昇したときにはその間に尿素水が補充されたと考えられるの でステップ 6 2に進み、 尿素水が補充されたと判断される。
図 4は機関の運転が開始されると実行される尿素水の異常判定ル 一チンを示している。
図 4を参照するとまず初めにステップ 7 0において図 3 ( A) 又 は図 3 (B) に示すルーチンによる判断結果に基づいて尿素水が補 充されたか否かが判別される。 尿素水が補充されたときにはステツ プ 7 1 に進んで N〇xセンサ 4 3により排気ガス中の NOx濃度が検 出される。
例えば規格外の濃度の低い尿素水が補充されたり、 或いは尿素水 以外の還元力の弱い液体が補充されると NOx選択還元触媒 1 5に おける NOx浄化率が低下するために NOxセンサ 4 3に導びかれる 排気ガス中の N〇x濃度が高くなる。 従って、 ^[〇)!センサ4 3にょ り検出された N〇x濃度から NOx浄化率が予め定められた許容レべ ル以下になったか否かが判別される。 具体的に言うと、 NOxセン サ 4' 3により検出された NOx濃度と排気ガス量、 即ち吸入空気量 から求まる N〇x量と、 機関の運転状態から定まる排出 N〇x量とか ら N〇x浄化率が算出され、 図 4のステップ 7 2ではこの NOx浄化 率が許容レベル R X以下になったか否かが判別される。 このとき N 〇x浄化率≥R Xであればステップ 7 3に進んで尿素水は正常であ ると判断され、 N〇x浄化率 <R Xである場合にはステップ 7 4に 進んで尿素水が異常であると判断される。 このようにして尿素水が 異常であるか否かが検出される。
次に図 5から図 7 を参照しつつ尿素水補充判断手段の別の実施例 について説明する。
まず初めに図 5を参照すると、 図 5にはイダニッシヨンスィッチ のオン · オフ状態と、 図 2に示されるレベルセンサ 4 4により尿素 水タンク 2 0内の尿素水の液面レベルを検出すべきであることを示 しているレベル検出指令と、 レベルセンサ 4 4による液面レベルの 検出に適した機関の運転状態であることを示しているレベル検出運 転状態と、 レベルセンサ 4 4による液面レベルの検出を実行するた めに発せられるレベル検出実行命令と、 尿素水タンク 2 0内におけ る液面レベル、 即ち尿素水レベルとが示されている。
図 5に示される例ではイダニッシヨ ンスィッチがオフからオンに 切換えられるとレベル検出指令が発せられ、 その後ィグニッシヨン スィツチがオンにされている間、 一定時間毎にレベル検出指令が発 せられる。 このレベル検出指令が発せられると図 6に示される指令 処理ルーチンが実行される。
この指令処理ルーチンが実行されるとレベルセンサ 4 4により液 面レベルを正確に検出しうるように、 ステップ 8 0において尿素水 タンク 2 0内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容 変動量よりも小さくなる運転状態であるか否か、 即ち尿素水の液面 レベルが安定している運転状態であるか否かが判別され、 尿素水の 液面レベルが安定している運転状態でないときには再びステップ 8 0に戻る。 即ち、 ステップ 8 0では尿素水の液面レベルが安定する まで待っている。 尿素水の液面レベルが安定したときにはステツプ 8 1 に進んでレベル検出実行命令が発せられる。 即ち、 図 5に示さ れるようにレベル検出指令が発生された後に機関の運転状態が最初 に尿素水の液面レベルの安定するレベル検出運転状態になったとき にレベル検出実行命令が発せられる。
検出実行命令が発生されると図 7 に示される検出実行処理ルーチ ンが実行される。 即ち、 まず初めにステップ 9 0 においてレベルセ ンサ 4 4により尿素水タンク 2 0内の尿素水のレベル Lが検出され る。 次いでステップ 9 1では検出された尿素水レベル Lが前回の割 込み時に検出された尿素水レベル L oに対して一定値 α以上高くな つたか否かが判別される。 L > L o + aとなったときには尿素水夕 ンク 2 0内に補充液が補充されたと判断され、 ステップ 9 2に進ん で補充作用が行われたことを示す補充フラグがセッ トされる。 次い でステップ 9 3では尿素水レベル Lが L oとされる。
このように本発明では、 尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面の状 態を判断する液面状態判断手段、 例えば尿素水夕ンク 2 0内の尿素 水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さく なる運転状態であるか否かを判断する判断手段を具備しており、 こ の液面状態判断手段による判断に応じて、 例えば尿素水タンク 2 0 内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量より も小さくなる運転状態であると判断されたときにレベルセンサ 4 4 により尿素水タンク 2 0内の液面レベルが検出される。
次に図 6に示されるレベル検出実行命令を発生するための指令処 理のいくつかの具体例、 即ち尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面の 上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状 態であるか否かを判断するいくつかの具体例について説明する。 例えば車両においてイダ二ッシヨ ンスィッチがオンにされたとき からス夕一夕が作動せしめられるまでの間は車両は振動せず、 尿素 水タンク 2 0 も振動しない。 従って第 1の例においてはィダニッシ ヨ ンスィッチがオンにされたときからスター夕が作動せしめられる までの間は、 尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面の上下の変動量が 予め定められた許容変動量よりも.小さくなる運転状態であると判断 される。
図 8はこの第 1の例を実行するための指令処理を示している。 この指令処理ではまず初めにステップ 1 0 0においてィダニッシ ョンスィツチがオフからオンに切換えられたか否かが判断される。 ィグニッシヨンスィッチがオフからオンに切換えられたときにはス テツプ 1 0 1に進んでスター夕が作動せしめられたか否かが判別さ れる。 スター夕が作動せしめられていないときにはステップ 1 0 2 に進んでレベル検出実行命令が発せられ、 再びステップ 1 0 1 に戻 る。 スター夕が作動せしめられるとステップ 1 0 1からステップ 1 0 3に進んで実行命令が解除される。
一方、 車両が停止しているときにも、 即ち車速が零のときにも車 両はさほど振動せず、 尿素水タンク 2 0 もさほど振動しない。 従つ て第 2の例では車速が零のとき、 即ち車両が停止しているときは、 尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められ た許容変動量よりも小さくなる運転状態であると判断される。
図 9はこの第 2の例を実行するための指令処理を示している。 この指令処理ではまず初めにステツプ 1 1 0において車速が零か 否かが判別される。 車速が零のときにはステップ 1 1 1 に進んでレ ベル検出実行命令が発せられる。 これに対し、 ステップ 1 1 0にお いて車速が零でないと判別されたときにはステップ 1 1 2に進んで 実行命令が解除される。
また、 車両が停止しているときでも停止した直後では尿素水タン ク 2 0内の尿素水は上下に激しく変動している可能性がある。 従つ て第 3の例では車両が停止してから一定時間が経過した後に車速が 依然として零である場合に限り、 レベル検出実行命令を発するよう にしている。
図 1 0はこの第 3の例を実行するための指令処理を示している。 この指令処理ではまず初めにステップ 1 2 0 において車速が零で あるか否かが判別される。 車速が零のときにはステップ 1 2 1 に進 んで一定時間が経過したか否かが判別され、 一定時間が経過したと きにはステップ 1 2 2に進んで車速が零でなくなつたか否かが判別 される。 車速が依然として零のときにはステップ 1 2 3に進んでレ ベル検出実行命令が発せられ、 再びステップ 1 2 2に戻る。 車速が 零でなくなるとステップ 1 2 2からステップ 1 2 4に進んで実行命 令か解除される。
一方、 車両の加速度或いは減速度が大きくなると尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面レベルが変動する。 従って第 4の例では加速度 および減速度が予め定められた許容値以下の場合のみレベル検出実 行命令を発するようにしている。 なお、 この場合、 車両の加速度お よび減速度は車両に取付けた加速度センサおよび減速度センサによ つて検出される。
図 1 1はこの第 4の例を実行するための指令処理を示している。 この指令処理ではまずは初めにステップ 1 3 0において車両の加 速度が許容値 G X以下であるか否かが判別される。 車両の加速度が 許容値 G X以下であるときにはステップ 1 3 1 に進んで車両の減速 度が許容値 G Y以下であるか否かが判別される。 車両の減速度が許 容値 G Y以下であるときにはステップ 1 3 2に進んでレベル検出実 行命令が発せられる。 これに対し、 車両の加速度が許容値 G より も大きいとき、 或いは車両の減速度が許容値 G Yよりも大きいとき にはステップ 1 3 3に進んで実行命令が解除される。
一方、 車両が一定の車速で一定時間以上走行しているときは尿素 水タンク 2 0内の尿素水の液面はあまり上下動せず安定していると 考えられる。 従って第 5の例では車両が一定の速度で一定時間以上 走行しているときにはレベル検出実行命令を発するようにしている 図 1 2はこの第 5の例を実行するための指令処理を示している。 この指令処理ではまず初めにステップ 1 4 0において車速が一定 になつたか否かが判別される。 車速が一定になったときにはステツ プ 1 4 1 に進んで一定時間が経過したか否かが判別され、 一定時間 が経過したときにはステップ 1 4 2に進んで車速が変化したか否か が判別される。 車速が変化していないときにはステップ 1 4 3に進 んでレベル検出実行命令が発せられ、 再びステツプ 1 4 2に戻る。 車速が変化するとステツプ 1 4 2からステップ 1 4 4に進んで実行 命令が解除される。
ところで、 レベルセンサ 4 4を用いた場合には車両が水平面に対 して傾斜すると尿素水タンク 2 0内の正しい液面レベルを検出しえ なくなる。 従って本発明による実施例では車両が一定時間以上水平 な状態に維持されている場合に限り、 レベル検出実行命令を発する ようにしている。 なお、 この場合、 車両が水平な状態にあるか否か は車両に取付けた水平検出センサによって判定される。
図 1 3はこの実施例を実行するための指令処理を示している。 この指令処理ではまず初めにステップ 1 5 0において車両が水平 な状態にあるか否か、 即ち水平面に対する車両の傾斜角が予め定め られた許容傾斜角よりも小さいか否かが判別される。 車両が水平な 状態にあるときにはステップ 1 5 1 に進んで一定時間が経過したか 否かが判別され、 一定時間が経過したときにはステップ 1 5 2に進 んで水平面に対する車両の傾斜角が予め定められた許容傾斜角より も大きいか否か、 即ち車両が傾斜したか否かが判別.される。 車両が 傾斜していないときにはステツプ 1 5 3に進んでレベル検出実行命 令が発せられ、 再びステップ 1 5 2に戻る。 車両が傾斜するとステ ップ 1 5 2からステップ 1 5 4に進んで実行命令が解除される。 即ち、 この実施例では、 尿素水タンク 2 0内の尿素水の液面の水 平面に対する傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小さくなる 運転状態であるか否かが判断され、 尿素水タンク 2 0内の尿素水の 液面の水平面に対する傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小 さくなる運転状態であるときにレベルセンサにより尿素水タンク 2 0内の液面レベルが検出される。
次に尿素水の補充中、 たとえィグニッシヨンスィツチがオフにさ れていても電子制御ュニッ ト 3 0が作動状態に保持される場合に適 用しうる実施例について説明する。 この実施例においてはレベルセ ンサ 4 4により尿素水の補充が完了したことが検出される。 ところ で尿素水の補充が完了した直後は尿素水タンク内の尿素水の液面は 安定しておらず、 従ってこの実施例では図 1 4 ( A ) に示されるよ うに尿素水の補充が完了した後、 一定時間を経過したときにレベル 検出実行命令を発するようにしている。
図 1 4 ( B ) はこの実施例を実行するための指令処理を示してい る。
この指令処理ではまず初めにステップ 1 6 0において尿素水の補 充が完了したか否かが判別される。 尿素水の補充が完了したときに はステップ 1 6 1 に進んで一定時間が経過したか否かが判別され、 一定時間が経過したときにはステップ 1 6 1 に進んでレベル検出実 行命令が発せられる。
さて、 図 4に示される尿素水異常判定ルーチンでは尿素水の補充 が行われると N〇xセンサ 4 3により排気ガス中の N O x浄化率が検 出され、 この N〇x狰化率が許容レベル R X以下になったときに尿 素水が異常であると判断される。 しかしながらこのとき N O x選択 還元触媒 1 5が活性化していないと尿素水濃度が正常であつたとし ても N O xセンサ 4 3により検出される N〇x浄化率が低下する。 従 つてこの場合、 N O x浄化率が許容レベル R X以下になったから尿 素水が異常であると判断すると誤判断することになる。
そこで本発明による実施例ではこのような誤判断を防止するため に、 図 7に示すレベル検出実行ルーチンにおいて補充フラグがセッ 卜されたときには、 即ち尿素水タンク 2 0内に尿素水が補充された と判断されたときには N〇x選択還元触媒 1 5が活性化しているか 否かが判断され、 N〇x選択還元触媒 1 5が活性化していると判断 されたときに NOx浄化率が許容レベル R X以下まで低下したか否 かを判断するようにしている。
なお、 NOxセンサ 4 3により N〇x浄化率を正確に検出するには 機関から排出される NOx量の変化量が少なくかつ NO x選択還元触 媒 1 5へのアンモニア吸着量が安定する定常運転時が好ましい。 従 つて本発明による実施例では定常運転時に NOxセンサ 4 3により NOx浄化率を検出するようにしている。
図 1 5はこの実施例を実行するための尿素水の異常判定ルーチン を示している。
図 1 5を参照するとまず初めにステップ 1 7 0において尿素水の 補充が行われたことを示す補充フラグがセッ トされているか否かが 判別される。 補充フラグがセッ トされているときにはステップ 1 7 1 に進んで N〇x選択還元触媒 1 5の温度 T Cが活性温度 T X以上 になったか否かが判別される。 T C>T X aのとき、 即ち N〇x選 択還元触媒 1 5が活性化しているときにはステップ 1 7 2に進んで 定常運転時であるか否かが判別される。 定常運転時であるときには ステップ 1 7 3に進む。
ステップ 1 7 3では N〇xセンサ 4 3により排気ガス中の N Ox濃 度が検出され、 この NOx濃度から N〇x浄化率が算出される。 次い でステップ 1 7 4では N〇 x狰化率が許容レベル R X以下になった か否かが判別される。 このとき N Ox浄化率≥ R Xであればステツ プ 1 7 5に進んで尿素水は正常であると判断され、 補充フラグがリ セッ トされる。 これに対し、 このとき N〇x浄化率ぐ R Xである場 合にはステップ 1 7 6に進んで尿素水が異常であると判断され、 補 充フラグがリセッ トされる。
また、 尿素水の異常判定を行う際に尿素水供給用の尿素水供給弁 1 7内と尿素水供給弁 1 7に連結された尿素水の供給管 1 8内とに 補充前の尿素水が残存していると、 補充前の尿素水の異常判定を行 つてしまうことになる。
そこで本発明による実施例では補充後の尿素水の異常判定を行い うるように、 尿素水タンク 2 0内に尿素水が補充されたと判断され たときには尿素水供給用の尿素水供給弁 1 7内と尿素水供給弁 1 7 に連結された尿素水の供給管 1 8内とに補充前の尿素水が残存して いるか否かを判断し、 尿素水供給弁 1 7内と尿素水の供給管 1 8内 に補充前の尿素水が残存していないと判断されたときに N O x浄化 率が許容レベル R X以下まで低下したか否かを判断するようにして いる。
この場合、 第 1の例では、 補充後における尿素水供給弁 1 7から の尿素水供給量の積算値 Qを求めてこの積算値 Qが尿素水供給弁 1 7内と尿素水の供給管 1 8内に残留しうる最大残留尿素水量 Q cを 越えたときには尿素水供給弁 1 7内と尿素水の供給管 1 8内に補充 前の尿素水が残存していないと判断するようにしている。
図 1 6はこの第 1の例を実行するための尿素水の異常判定ル一チ ンを示している。'
図 1 6 を参照するとまず初めにステップ 1 8 0において尿素水の 補充が行われたことを示す補充フラグがセッ トされているか否かが 判別される。 補充フラグがセッ トされているときにはステップ 1 8 1に進んで補充後に供給された尿素水供給量の積算値 Qが算出され る。 次いでステップ 1 8 2では積算値 Qが最大残留尿素量 Q flより も大きいか否かが判別される。 Q > Q。であるときにはステップ 1 8297
8 3 に進む。
ステップ 1 8 3では N〇xセンサ 4 3により排気ガス中の N O x濃 度が検出され、 この N〇x濃度から N〇x浄化率が算出される。 次い でステップ 1 8 4では N〇x浄化率が許容レベル R X以下になった か否かが判別される。 このとき N〇 x浄化率≥ R Xであればステツ プ 1 8 5に進んで尿素水は正常であると判断され、 補充フラグがリ セッ トされる。 これに対し、 このとき N O x浄化率く R Xである場 合にはステップ 1 8 6に進んで尿素水が異常であると判断され、 補 充フラグがリセッ 卜される。
一方、 第 2の例では尿素水の補充が完了すると供給ポンプ 1 9が 逆転され、 尿素水供給弁 1 7内と尿素水の供給管 1 8内に残留して いる補充前の尿素水が尿素水タンク 2 0内に吸い出される。 この吸 い出された尿素量は補充された尿素水量に比べれば少量であるので 補充された尿素水の濃度に影響を与えない。 この第 2の例では残留 している尿素水の吸い出し作用が完了していれば N O Xセンサ 4 3 の検出値に基づいて尿素水の異常判定が行われる。
図 1 7はこの第 2の例を実行するための尿素水の異常判定ルーチ ンを示している。
図 1 7 を参照するとまず初めにステップ 1 9 0において尿素水の 補充が行われたことを示す補充フラグがセッ トされているか否かが 判別される。 補充フラグがセッ トされているときにはステップ 1 9 1 に進んで尿素水供給弁 1 7内と尿素水の供給管 1 8内に残留して いる補充前の尿素水の吸い出し作用が行われる。 次いでステップ 1
9 2ではこの尿素水の吸い出し作用が既に完了しているか否かが判 別され、 尿素水の吸い出し作用が既に完了しているときはステップ 1 9 3に進む。
ステップ 1 9 3では N O xセンサ 4 3により排気ガス中の N O x濃 度が検出され、 この NOx濃度から N〇x浄化率が算出される。 次い でステップ 1 9 4では NOx浄化率が許容レベル R X以下になった か否かが判別される。 このとき N O x浄化率≥ R Xであればステツ プ 1 9 5に進んで尿素水は正常であると判断され、 補充フラグがリ セッ トされる。 これに対し、 このとき NOx浄化率 <R Xである場 合にはステップ 1 9 6に進んで尿素水が異常であると判断され、 補 充フラグがリセッ 卜される。

Claims

1 . 機関排気通路内に N 0 X選択還元触媒を配置し、 尿素水タン ク内に貯留された尿素水を該 N O x選択還元触媒に供給して該尿素 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 O 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、 尿素
一一青
水タンク内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断 手段と、 N〇x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かを判断 する N O x浄化率判断手段とを具備しており、 尿素水タンク内に尿 素水が補充された直後の機関運転時に範 N O x浄化率が許容レベル以 下まで低下したと判断されたときには補充 0.された尿素水が異常であ ると判定される内燃機関の排気浄化装置。
2 . 尿素水タンクの尿素水補充口の開閉を検出し、 尿素水補充口 の開閉が行われたときには尿素水が補充されたと判断される請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3 . 尿素水タンク内の尿素水の液面レベルを検出し、 尿素水の液 面レベルが予め定められた低レベル以下から上昇して予め定められ た補充完了レベルを越えたときに尿素水が補充されたと判断される 請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4 . 尿素水タンク内の尿素水の液面の状態を判断する液面状態判 断手段を具備しており、 該液面状態判断手段による判断に応じてレ ベルセンサにより尿素水タンク内の液面レベルを検出するようにし た請求項 3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5 . 上記液面状態判断手段は、 尿素水タンク内の尿素水の液面の 上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状 態であるか否かを判断し、 尿素水タンク内の尿素水の液面の上下の 変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であ るときには上記レベルセンサにより尿素水タンク内の液面レベルが 検出される請求項 4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6 . ィグニッショ ンスィツチがオンにされたときからス夕一夕が 作動せしめられるまでの間は、 尿素水タンク内の尿素水の液面の上 下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態 であると判断される請求項 5に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7 . 車両が停止しているときは、 尿素水タンク内の尿素水の液面 の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転 状態であると判断される請求項 5に記載の内燃機関の排気浄化装置
8 . 上記液面状態判断手段は、 水平面に対する車両の傾斜角が予 め定められた許容傾斜角よりも小さくなる運転状態であるか否かを 判断し、 水平面に対する車両の傾斜角が予め定められた許容傾斜角 よりも小さくなる運転状態であるときには上記レベルセンサにより 尿素水タンク内の液面レベルを検出するようにした請求項 4に記載 の内燃機関の排気浄化装置。
9 . 上記尿素水補充判断手段により尿素水タンク内に尿素水が補 充されたと判断されたときには N O x選択還元触媒が活性化してい るか否かが判断され、 N O x選択還元触媒が活性化していると判断 されたときに上記 N O x浄化率判断手段により N O x浄化率が許容レ ベル以下まで低下したか否かが判断される請求項 1 に記載の内燃機 関の排気浄化装置。
1 0 . 上記尿素水補充判断手段により尿素水タンク内に尿素水が 補充されたと判断されたときには尿素水供給用の尿素水供給弁内と 尿素水供給弁に連結された尿素水の供給管内とに補充前の尿素水が 残存しているか否かが判断され、 尿素水供給弁内と尿素水の供給管 内に補充前の尿素水が残存していないと判断されたときに上記 N O x浄化率判断手段により N〇x浄化率が許容レベル以下まで低下した か否かが判断される請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
PCT/JP2008/058297 2007-04-25 2008-04-23 内燃機関の排気浄化装置 WO2008133341A1 (ja)

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