WO2013076814A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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reducing agent
pressure
internal combustion
combustion engine
tank
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佳久 塚本
中山　茂樹
寛真 西岡
寛 大月
潤一 松尾
大地 今井
伊藤　和浩
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 describes that a solid reducing agent is stored, and the solid reducing agent is vaporized by the heat of exhaust gas and then supplied to the selective reduction type NOx catalyst.
  • Patent Document 2 describes that after a solid reducing agent is heated and vaporized, this gaseous reducing agent is supplied to the selective reduction type NOx catalyst. Furthermore, it describes that the remaining amount of the reducing agent is detected based on the pressure of the reducing agent. Then, it is determined that the higher the pressure, the larger the remaining amount of the reducing agent, and the lower the pressure, the smaller the remaining amount of the reducing agent.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to more accurately detect leakage of a reducing agent.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprises: A selective reduction type NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and selectively reduces NOx by supplying a reducing agent; A tank for storing the reducing agent; A reducing agent passage connecting the exhaust passage of the internal combustion engine and the tank; An injection device that opens when supplying the reducing agent from the reducing agent passage to the exhaust passage and closes when stopping the supply of the reducing agent;
  • a pressure detecting device provided between the tank and the injection device for detecting the pressure of the reducing agent;
  • a temperature detection device provided between the tank and the injection device for detecting the temperature of the reducing agent; The saturated vapor pressure corresponding to the temperature of the reducing agent detected by the temperature detection device when the injection device is closed, and the pressure of the reducing agent detected by the pressure detection device when the injection device is closed
  • a pressure detecting device provided between the tank and the injection device for detecting the temperature of the reducing agent
  • the reducing agent stored in the tank may be in a solid or liquid state. Further, the reducing agent may be in a state of being adsorbed or occluded by another substance (for example, a reducing agent storage alloy, an adsorbent, or an occlusion material).
  • a reducing agent storage alloy for example, a reducing agent storage alloy, an adsorbent, or an occlusion material.
  • the reducing agent is stored in a solid or liquid state
  • the reducing agent is vaporized before the reducing agent is supplied from the injection device to the exhaust passage.
  • the reducing agent is adsorbed or occluded by another substance
  • the reducing agent is released from the other substance before the reducing agent is supplied from the injection device to the exhaust passage.
  • the pressure detection device or the temperature detection device can detect the pressure or temperature in any of the tank, the reducing agent passage, and the injection device.
  • the injection device when the injection device is closed, if there is no leakage of the reducing agent and the temperature does not change, it will be in an equilibrium state after a sufficient amount of time has elapsed, and in the reducing agent passage between the tank and the injection device.
  • the pressure is constant.
  • the pressure at this time is a saturated vapor pressure.
  • the saturated vapor pressure of the reducing agent is determined according to the temperature. That is, if the temperature of the reducing agent is detected, the saturated vapor pressure of the reducing agent is known, and therefore the pressure between the tank and the injection device when there is no leakage of the reducing agent is known.
  • the pressure from the tank to the injection device decreases, so the pressure detected by the pressure detection device is saturated steam. Lower than pressure. Therefore, it can be determined whether or not the reducing agent is leaking according to the difference between the saturated vapor pressure and the detected pressure. For example, when the difference between the saturated vapor pressure and the detected pressure value is equal to or greater than a threshold value, it may be determined that the reducing agent is leaking. Further, whether or not the reducing agent is leaking may be determined based on the ratio between the saturated vapor pressure and the detected pressure value.
  • a correction unit may be provided that corrects the saturated vapor pressure to be lower as the amount of the reducing agent in the tank is smaller.
  • the pressure between the tank and the injection device decreases even if there is no leakage of the reducing agent. Become. That is, the pressure in the equilibrium state is lowered. Therefore, in accordance with the decrease in pressure, the pressure that serves as a criterion for determination is decreased. Thereby, even if the amount of the reducing agent decreases, it can be more accurately determined whether or not the reducing agent is leaking.
  • a heating device for heating the reducing agent stored in the tank When determining whether or not the reducing agent is leaking by the determination device, the heating device can increase the temperature of the reducing agent when the amount of the reducing agent in the tank is small than when it is large. .
  • the temperature of the reducing agent rises and the pressure of the reducing agent also rises.
  • the pressure of the reducing agent decreases, so that even if there is a leak, the difference in pressure detected by the detection device is small. If it does so, there exists a possibility that the determination precision by a determination apparatus may become low.
  • the pressure of a reducing agent can be made high by heating a reducing agent. Thereby, the pressure used as the reference
  • the temperature of the reducing agent may be increased as the amount of the reducing agent is smaller. Further, the temperature of the reducing agent may be increased stepwise as the amount of the reducing agent decreases.
  • the determination device can perform the determination when the amount of change in the pressure of the reducing agent stored in the tank is equal to or less than a threshold value.
  • Threshold here refers to the range where the pressure can be said to be substantially constant. That is, the determination by the determination device is performed when there is no change in pressure or it can be said that there is no change in pressure.
  • the pressure in the reducing agent passage decreases or pressure pulsation occurs. If the leakage of the reducing agent is determined based on the pressure detected at such time, the accuracy may be lowered. On the other hand, the determination accuracy can be improved by performing the determination when the pressure change amount is equal to or less than the threshold value.
  • the leakage of the reducing agent can be detected more accurately.
  • 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment. It is a figure which shows the relationship between the temperature and pressure of a reducing agent between a storage tank and an injection valve.
  • 3 is a flowchart illustrating a flow for determining leakage of a reducing agent according to the first embodiment. It is a figure which shows the relationship between the temperature and pressure of a reducing agent between a storage tank and an injection valve at the time of an equilibrium state. It is the flowchart which showed the flow which judges the leakage of a reducing agent when the residual amount of a reducing agent is small. It is a figure which shows the relationship between the temperature and pressure of a reducing agent between a storage tank and an injection valve.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 may be a diesel engine or a gasoline engine.
  • the exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • An injection valve 3 and a catalyst 4 are provided in the exhaust passage 2 in order from the upstream side in the exhaust flow direction.
  • the injection valve 3 is opened when the reducing agent is injected, and is closed when the injection of the reducing agent is stopped.
  • gaseous ammonia is used as the reducing agent. What is used as the reducing agent depends on the type of the catalyst 4. Then, the reducing agent reacts with the catalyst 4.
  • the injection valve 3 corresponds to the injection device in the present invention.
  • the catalyst 4 examples include an occlusion reduction type NOx catalyst, a selective reduction type NOx catalyst, an oxidation catalyst, and a three-way catalyst. Further, the catalyst 4 may be carried on a particulate filter. Further, a particulate filter may be provided upstream or downstream of the catalyst 4.
  • a reducing agent passage 31 is connected to the injection valve 3.
  • the other end of the reducing agent passage 31 is connected to a storage tank 32 that stores the reducing agent in a solid or liquid state.
  • the storage tank 32 may be provided with a substance that adsorbs or occludes the reducing agent (NH 3 occlusion alloy, occlusion agent, absorbent, etc.), and may be stored in the state where the reducing agent is adsorbed or occluded.
  • the storage tank 32 is provided with a heater 33. By raising the temperature in the storage tank 32 by the heater 33, the solid or liquid reducing agent is changed to gas.
  • the heater 33 can also release the reducing agent from the substance that adsorbs or occludes the reducing agent.
  • the gaseous reducing agent flows out into the reducing agent passage 31.
  • the temperature in the storage tank 32 may be increased by cooling water of the internal combustion engine 1 or exhaust of the internal combustion engine 1.
  • the storage tank 32 corresponds to the tank in the present invention.
  • the heater 33 corresponds to the heating device in the present invention.
  • the reducing agent passage 31 is provided with a pressure sensor 11 for detecting pressure and a temperature sensor 12 for detecting temperature.
  • the pressure sensor 11 and the temperature sensor 12 detect the pressure and temperature of the reducing agent between the storage tank 32 and the injection valve 3.
  • the pressure sensor 11 corresponds to the pressure detection device in the present invention.
  • the temperature sensor 12 corresponds to the temperature detection device in the present invention.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 10 controls the internal combustion engine 1 in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's request.
  • the ECU 10 is connected to the above-described sensors via electric wiring, and the output signals of these sensors are input to the ECU 10.
  • the injection valve 3 is connected to the ECU 10 via electric wiring, and the injection valve 3 is controlled by the ECU 10.
  • ammonia is used as the reducing agent, and the catalyst 4 is a selective reduction type NOx catalyst. Then, the ammonia injected from the injection valve 3 is adsorbed on the catalyst 4. This ammonia selectively reduces NOx. Then, ammonia is supplied to the catalyst 4 or adsorbed in advance, and the NOx is reduced when NOx passes through the catalyst 4.
  • the ECU 10 determines whether or not the reducing agent is leaking to the outside between the storage tank 32 and the injection valve 3. That is, it is determined whether or not the reducing agent is leaking in any of the injection valve 3, the reducing agent passage 31 and the storage tank 32.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the temperature and pressure of the reducing agent between the storage tank 32 and the injection valve 3.
  • the solid line indicates the saturated vapor pressure of the reducing agent.
  • This saturated vapor pressure may be a pressure when a liquid or solid reducing agent and a gaseous reducing agent are present simultaneously and in an equilibrium state.
  • the pressure of the reducing agent in the equilibrium state is determined according to the temperature of the reducing agent. Therefore, when there is no leakage of the reducing agent when the temperature of the reducing agent is a value indicated by A, the pressure of the reducing agent becomes a value indicated by B. On the other hand, when there is leakage of the reducing agent, the pressure is reduced by the amount of leakage of the reducing agent. For this reason, the pressure of a reducing agent becomes a value shown by C lower than the value shown by B, for example.
  • the detected pressure of the reducing agent is lower than the saturated vapor pressure determined according to the temperature of the reducing agent, it can be determined that the reducing agent has a leak.
  • the reducing agent has a leak when the difference (BC) between the saturated vapor pressure and the detected pressure value is equal to or greater than a threshold value.
  • the threshold value is a lower limit value that can be regarded as a leakage of the reducing agent.
  • the relationship between the temperature and the saturated vapor pressure is stored in the ECU 10 in advance.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow for determining leakage of the reducing agent according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the ECU 10 every predetermined time.
  • step S101 the temperature of the reducing agent is detected. This temperature is detected by the temperature sensor 12. In this step, the temperature of the reducing agent is detected as a value correlated with the saturated vapor pressure of the reducing agent.
  • step S102 the pressure of the reducing agent is detected. This pressure is detected by the pressure sensor 11. In this step, the pressure of the reducing agent is detected as a value correlated with the leakage of the reducing agent.
  • step S103 the saturated vapor pressure of the reducing agent is acquired based on the temperature of the reducing agent acquired in step S101.
  • the relationship between the temperature of the reducing agent and the saturated vapor pressure is stored in the ECU 10.
  • step S104 it is determined whether or not the difference between the saturated vapor pressure acquired in step S103 and the reducing agent pressure detected in step S102 is greater than or equal to a threshold value.
  • This threshold value is obtained in advance by experiments or the like as a boundary value indicating whether or not the reducing agent has a leak, and is stored in the ECU 10.
  • step S104 If an affirmative determination is made in step S104, the process proceeds to step S105, where it is determined that there is a leak in the reducing agent. On the other hand, if a negative determination is made in step S104, the process proceeds to step S106, and it is determined that there is no leakage in the reducing agent.
  • the ECU 10 that processes step S104 corresponds to the determination device according to the present invention.
  • the pressure in the equilibrium state decreases as the remaining amount of the reducing agent decreases. Therefore, when it is determined whether or not there is a leakage in the reducing agent, as shown in FIG. 4, the pressure that serves as a reference for determination (hereinafter referred to as a reference pressure) is decreased as the remaining amount of the reducing agent decreases. That is, the saturated vapor pressure is corrected.
  • a reference pressure the pressure that serves as a reference for determination
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the temperature and pressure of the reducing agent between the storage tank 32 and the injection valve 3 in the equilibrium state.
  • a solid line indicates a case where the amount of reducing agent stored in the storage tank 32 is sufficiently large, and a one-dot chain line indicates a case where the amount of reducing agent stored in the storage tank 32 decreases.
  • the reference pressure decreases in the direction of the arrow.
  • the remaining amount of the reducing agent is obtained, for example, by subtracting the amount of reducing agent supplied in the past from the amount of reducing agent stored in the storage tank 32 before supplying the reducing agent.
  • the supply amount of the reducing agent is obtained, for example, by integrating the reducing agent supply amount per unit time obtained from the pressure of the reducing agent and the valve opening time of the injection valve 5.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow for determining leakage of the reducing agent when the remaining amount of the reducing agent is small. This routine is repeatedly executed by the ECU 10 every predetermined time. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • step S201 the remaining amount of the reducing agent is detected.
  • the remaining amount of the reducing agent may be detected by attaching a sensor. Alternatively, the calculation may be performed based on the supply history of the reducing agent.
  • step S202 the reference pressure is acquired based on the remaining amount of the reducing agent detected in step S201.
  • the relationship between the remaining amount of the reducing agent and the reference pressure is obtained in advance through experiments or the like and stored in the ECU 10.
  • the ECU 10 that processes step S202 corresponds to the correction unit in the present invention.
  • step S203 it is determined whether or not the difference between the reference pressure acquired in step S202 and the reducing agent pressure acquired in step S102 is greater than or equal to a threshold value.
  • This threshold value is obtained in advance by experiments or the like as a boundary value indicating whether or not the reducing agent has a leak, and is stored in the ECU 10.
  • step S203 If an affirmative determination is made in step S203, the process proceeds to step S105, where it is determined that there is a leak in the reducing agent. On the other hand, if a negative determination is made in step S203, the process proceeds to step S106, where it is determined that there is no leakage of the reducing agent.
  • the pressure in the equilibrium state decreases.
  • the pressure of the reducing agent may be increased by increasing the temperature of the reducing agent.
  • the temperature of the reducing agent is increased by the heater 33.
  • the pressure of the reducing agent may be increased to a preset pressure.
  • the heater 33 may be energized for a preset time.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature and pressure of the reducing agent between the storage tank 32 and the injection valve 3.
  • a solid line indicates a case where the storage amount of the reducing agent in the storage tank 32 is sufficiently large, and a one-dot chain line indicates a case where the storage amount of the reducing agent in the storage tank 32 is small.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a flow of determining leakage of the reducing agent after increasing the reference pressure when the remaining amount of the reducing agent is low. This routine is repeatedly executed by the ECU 10 every predetermined time. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • step S301 it is determined whether or not the reference pressure is greater than or equal to a threshold value.
  • the threshold value here is obtained in advance by experiments or the like as a value at which the determination accuracy of whether or not there is a leakage in the reducing agent is equal to or greater than an allowable range.
  • step S301 If an affirmative determination is made in step S301, the process proceeds to step S203. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S302.
  • step S302 the reference pressure is increased.
  • the pressure of the reducing agent is actually increased by increasing the temperature of the reducing agent.
  • the reference pressure is increased.
  • the heater 33 is operated for a predetermined period. Thereafter, the process returns to step S101.
  • the reducing agent is heated by the heater 33 until the reference pressure becomes equal to or higher than the threshold value. Thereby, the determination precision of whether there is a leak in a reducing agent can be improved.
  • the determination accuracy can be improved by determining whether or not the reducing agent has a leak when the pressure of the reducing agent is stable. For example, the determination may be performed when the amount of change in the pressure of the reducing agent is equal to or less than a threshold value.
  • This threshold value is set as a value at which the influence of the change of the reducing agent pressure does not reach the determination of the leakage of the reducing agent. Further, the threshold value may be set as a value that can be assumed that there is no change in the pressure of the reducing agent.
  • the change in the reducing agent pressure when the reducing agent is supplied is small, so when the remaining amount of the reducing agent is equal to or greater than the threshold, the amount of change in the reducing agent pressure is less than the threshold. May be. Further, it is considered that the pressure of the reducing agent is stable when the internal combustion engine 1 is stopped or when it is not necessary to supply the reducing agent to the catalyst 4 or when the reducing agent is not supplied from the injection valve 3. be able to.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow for determining leakage of the reducing agent when there is no pressure change of the reducing agent. This routine is repeatedly executed by the ECU 10 every predetermined time. In addition, about the step where the same process as the said flow is made, the same code
  • step S401 the pressure change value of the reducing agent is detected.
  • This pressure change value is a pressure change value detected by the pressure sensor 11. For example, the amount of change or rate of change of the reducing agent pressure during a predetermined period is detected as the pressure change value.
  • step S402 it is determined whether or not the pressure change value detected in step S401 is equal to or less than a threshold value.
  • the threshold value here is obtained in advance by experiments or the like as a value at which the determination accuracy of whether or not there is a leakage in the reducing agent is equal to or greater than an allowable range.
  • step S401 If an affirmative determination is made in step S401, the process proceeds to step S101. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment. The points different from FIG. 1 will be mainly described.
  • an adjusting valve 34 for adjusting the pressure of the reducing agent is provided in the middle of the reducing agent passage 31.
  • the regulating valve 34 is provided on the storage tank 32 side (that is, upstream side) than the pressure sensor 11 and the temperature sensor 12.
  • the adjustment valve 34 is controlled by the ECU 10.
  • the storage tank 32 is provided with a pressure sensor 13 for detecting the pressure of the reducing agent and a temperature sensor 14 for detecting the temperature of the reducing agent.
  • the regulating valve 34 reduces the pressure of the reducing agent to a pressure suitable for injecting from the injection valve 3. That is, the pressure of the reducing agent is in equilibrium with the saturated vapor pressure on the storage tank 32 side of the regulating valve 34, but the pressure of the reducing agent is adjusted by the regulating valve 34 on the injection valve 3 side of the regulating valve 34.
  • the pressure is adjusted.
  • the regulating valve 34 decreases the pressure by a predetermined value.
  • the regulating valve 34 may decrease the pressure by a predetermined rate.
  • the regulating valve 34 may decrease the pressure so that the pressure is within a predetermined value or a predetermined range.
  • the reference pressure at this time is a saturated vapor pressure.
  • the reference pressure is set lower than that of the adjustment tank 34 than on the storage tank 32 side. Note that the reference pressure is reduced from the saturated vapor pressure by the amount of pressure reduction when the reducing agent passes through the regulating valve 34.

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Abstract

　還元剤の漏れをより正確に検出する。還元剤通路から排気通路へ気体の還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、還元剤の温度を検出する温度検出装置と、温度検出装置により検出される還元剤の温度に対応する飽和蒸気圧と、圧力検出装置により検出される還元剤の圧力と、の差に応じて、還元剤が漏れているか否か判定する判定装置と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
　特許文献１には、固体の還元剤を貯蔵しておき、該固体の還元剤を排気の熱で気化させた後に選択還元型ＮＯx触媒へ供給することが記載されている。
　特許文献２には、固体の還元剤を加熱して気化させた後に、この気体の還元剤を選択還元型ＮＯx触媒へ供給することが記載されている。さらに、還元剤の残量を、還元剤の圧力に基づいて検出することが記載されている。そして、圧力が高いほど、還元剤の残存量が多く、圧力が低いほど、還元剤の残存量が少ないと判断している。
　ところで、還元剤として気体のＮＨ３を供給する場合には、供給管などにＮＨ３が滞留することにより、該供給管が腐蝕する虞がある。そして、供給管が腐蝕すると還元剤が漏れてしまうため、早期検出が望まれる。たとえば、供給管を加圧又は減圧することにより生じる還元剤の圧力変化に基づいて、還元剤の漏れを判断することが考えられる。しかし、ポンプ等により圧力を調整する必要があるため、コストアップする虞がある。また、ポンプ等を搭載できない場合も考えられる。
特開２０１０－１３８８８３号公報 特開２００２－１５５７３２号公報
　本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、還元剤の漏れをより正確に検出することを目的とする。
　上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
　内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の供給によりＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
　前記還元剤を貯蔵するタンクと、
　前記内燃機関の排気通路と前記タンクとを接続する還元剤通路と、
　前記還元剤通路から前記排気通路へ還元剤を供給するときに開き、還元剤の供給を停止させるときに閉じる噴射装置と、
を備え、
　前記還元剤通路から前記排気通路へ気体の還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、
　前記タンクから前記噴射装置までの間に設けられ、還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、
　前記タンクから前記噴射装置までの間に設けられ、還元剤の温度を検出する温度検出装置と、
　前記噴射装置が閉じているときの前記温度検出装置により検出される還元剤の温度に対応する飽和蒸気圧と、前記噴射装置が閉じているときの前記圧力検出装置により検出される還元剤の圧力と、の差に応じて、還元剤が漏れているか否か判定する判定装置と、
　を備える。
　タンクに貯蔵されている還元剤は、固体または液体の状態であってもよい。また、還元剤を他の物質（例えば、還元剤吸蔵合金、吸着材、吸蔵材）に吸着または吸蔵させた状態であってもよい。還元剤が固体または液体の状態で貯蔵されている場合には、噴射装置から排気通路へ還元剤を供給する前に、還元剤を気化させている。また、還元剤を他の物質に吸着または吸蔵させている場合には、噴射装置から排気通路へ還元剤を供給する前に、該他の物質から還元剤を放出させている。圧力検出装置または温度検出装置は、タンク、還元剤通路、噴射装置の何れかにおいて、圧力または温度を検出することができる。
　ここで、噴射装置が閉じられているときにおいて、還元剤の漏れがなく且つ温度が変化しなければ、十分に時間が経過した後に平衡状態となり、タンクから噴射装置の間の還元剤通路内の圧力は一定となる。このときの圧力は、飽和蒸気圧となる。そして、還元剤の飽和蒸気圧は、温度に応じて定まる。すなわち、還元剤の温度を検出すれば、還元剤の飽和蒸気圧が分かるため、還元剤に漏れがないときのタンクから噴射装置までの間の圧力が分かる。
　そして、タンク、還元剤通路、噴射装置の何れかにおいて還元剤が漏れている場合には、タンクから噴射装置までの間の圧力が低下するため、圧力検出装置により検出される圧力が、飽和蒸気圧よりも低くなる。したがって、飽和蒸気圧と、検出される圧力との差に応じて還元剤が漏れているか否か判定することができる。たとえば、飽和蒸気圧と、圧力の検出値との差が閾値以上のときに、還元剤が漏れていると判定してもよい。また、飽和蒸気圧と圧力の検出値との比に基づいて、還元剤が漏れているか否か判定してもよい。
　また、本発明においては、前記タンク内の還元剤の量が少なくなるほど、前記飽和蒸気圧が低くなるように補正する補正部を備えることができる。
　例えば、還元剤を他の物質に吸着または吸蔵させている場合には、タンク内の還元剤の量が少なくなると、還元剤の漏れがなくても、タンクから噴射装置までの間の圧力が低くなる。すなわち、平衡状態のときの圧力が低くなる。したがって、この圧力の低下に合わせて、判定の基準となる圧力を低下させる。これにより、還元剤の量が少なくなっても、還元剤が漏れているか否かをより正確に判定することができる。
　また、本発明においては、前記タンク内に貯蔵されている還元剤を加熱する加熱装置を備え、
　前記判定装置により還元剤が漏れているか否か判定する場合に、前記加熱装置は、前記タンク内の還元剤の量が少ないときは、多いときよりも、還元剤の温度を高くすることができる。
　加熱装置により還元剤を加熱することにより、還元剤の温度が上昇すると共に、還元剤の圧力も上昇する。ここで、タンク内に貯蔵されている還元剤の量が少なくなると、還元剤の圧力が低下するため、漏れがあったとしても、検出装置により検出される圧力の差は小さい。そうすると、判定装置による判定精度が低くなる虞がある。これに対して、還元剤を加熱することにより、還元剤の圧力を高くすることができる。これにより、還元剤の漏れを判定するときの基準となる圧力を高くすることができる。そして、還元剤の漏れがあるときと、還元剤の漏れがないときとの圧力の差が大きくなるので、判定装置による判定精度を高くすることができる。なお、還元剤の温度は、還元剤の量が少ないほど、高くしてもよい。また、還元剤の温度は、還元剤の量が少なくなるにしたがって、段階的に高くしてもよい。
　また、本発明においては、前記判定装置は、前記タンク内に貯蔵されている還元剤の圧力の変化量が閾値以下のときに、前記判定を実施することができる。
　ここでいう閾値は、圧力が略一定であるといえる範囲をいう。すなわち、判定装置による判定を、圧力の変化がないか、又は、圧力の変化がないに等しいといえるときに実施する。ここで、噴射装置を開いて還元剤を供給すると、還元剤通路内の圧力が低下したり、圧力の脈動が起きたりする。このようなときに検出された圧力に基づいて、還元剤の漏れを判定すると、精度が低くなる虞がある。これに対して、圧力の変化量が閾値以下のときに判定を実施することで、判定精度を高めることができる。
　本発明によれば、還元剤の漏れをより正確に検出することができる。
実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 貯蔵タンクから噴射弁までの間の還元剤の温度と圧力との関係を示す図である。 実施例１に係る還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。 平衡状態のときの貯蔵タンクから噴射弁までの間の還元剤の温度と圧力との関係を示す図である。 還元剤の残量が少ないときに還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。 貯蔵タンクから噴射弁までの間の還元剤の温度と圧力との関係を示す図である。 還元剤の残量が少ないときに基準圧を上昇させてから還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。 還元剤の圧力変化がないときに還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
　以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
＜実施例１＞
　図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼルエンジンであっても、また、ガソリンエンジンであってもよい。
　内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気の流れ方向で上流側から順に、噴射弁３及び触媒４が設けられている。
　噴射弁３は、還元剤を噴射するときに開き、還元剤の噴射を停止するときに閉じる。還元剤には、例えば、気体のアンモニアが用いられる。還元剤に何を用いるのかは、触媒４の種類に応じて決まる。そして、還元剤は、触媒４にて反応する。なお、本実施例においては噴射弁３が、本発明における噴射装置に相当する。
　触媒４には、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、酸化触媒、または三元触媒を挙げることができる。また、触媒４はパティキュレートフィルタに担持されていてもよい。また、触媒４よりも上流側または下流側にパティキュレートフィルタを備えていても良い。
　噴射弁３には、還元剤通路３１の一端が接続されている。還元剤通路３１の他端は、固体または液体の状態で還元剤を貯蔵する貯蔵タンク３２に接続されている。なお、貯蔵タンク３２内に、還元剤を吸着または吸蔵する物質（ＮＨ３吸蔵合金、吸蔵剤、吸収剤等）を備えておき、還元剤を吸着または吸蔵した状態で貯蔵してもよい。この貯蔵タンク３２には、ヒータ３３が備わる。このヒータ３３により貯蔵タンク３２内の温度を上昇させることにより、固体または液体の還元剤が気体へ変化する。また、ヒータ３３により、還元剤を吸着または吸蔵している物質から還元剤を放出させることもできる。そして、気体の還元剤が還元剤通路３１に流出する。なお、ヒータ３３により貯蔵タンク３２内の温度を上昇させる代わりに、内燃機関１の冷却水または内燃機関１の排気により貯蔵タンク３２内の温度を上昇させてもよい。そして、本実施例においては貯蔵タンク３２が、本発明におけるタンクに相当する。また、本実施例においてはヒータ３３が、本発明における加熱装置に相当する。
　還元剤通路３１には、圧力を検出するための圧力センサ１１と、温度を検出するための温度センサ１２と、が設けられている。圧力センサ１１および温度センサ１２は、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の圧力および温度を検出している。なお、本実施例においては圧力センサ１１が、本発明における圧力検出装置に相当する。また、本実施例においては温度センサ１２が、本発明における温度検出装置に相当する。
　以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
　また、ＥＣＵ１０には、上記センサが電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁３が制御される。
　なお、本実施例では、還元剤としてアンモニアを用い、触媒４は選択還元型ＮＯx触媒とする。そうすると、噴射弁３から噴射されたアンモニアは、触媒４に吸着する。このアンモニアがＮＯxを選択的に還元させる。そして、触媒４にアンモニアを供給し、又は予め吸着させておき、触媒４をＮＯxが通過するときに該ＮＯxを還元させる。
　そして、ＥＣＵ１０は、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間において、還元剤が外部に漏れているか否か判定する。すなわち、噴射弁３、還元剤通路３１、貯蔵タンク３２の何れかにおいて、還元剤が漏れているか否か判定する。
　ここで、図２は、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の温度と圧力との関係を示す図である。実線は還元剤の飽和蒸気圧を示す。この飽和蒸気圧は、液体または固体の還元剤と、気体の還元剤と、が同時に存在し、平衡状態となっているときの圧力としてもよい。また、ＮＨ３吸蔵合金、吸蔵剤、または吸収剤から還元剤の出入がない状態、すなわち平衡状態となっているときの圧力としてもよい。
　前記平衡状態のときの還元剤の圧力は、該還元剤の温度に応じて定まる。したがって、還元剤の温度がＡで示される値のときにおいて、還元剤の漏れがない場合には、還元剤の圧力はＢで示される値となる。これに対して、還元剤の漏れがある場合には、還元剤が漏れた分だけ圧力が低下する。このため、還元剤の圧力はＢで示される値よりも低い例えばＣで示される値となる。
　したがって、検出される還元剤の圧力が、還元剤の温度に応じて定まる飽和蒸気圧よりも低い場合には、還元剤に漏れがあると判定することができる。なお、誤差の影響等を考慮して、飽和蒸気圧と、圧力の検出値との差（Ｂ－Ｃ）が閾値以上のときに、還元剤に漏れがあると判定してもよい。ここで、閾値は、還元剤が漏れているとすることのできる値の下限値である。また、温度と飽和蒸気圧との関係は、予めＥＣＵ１０に記憶しておく。
　図３は、本実施例に係る還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に繰り返し実行される。
　ステップＳ１０１では、還元剤の温度が検出される。この温度は、温度センサ１２により検出される。本ステップは、還元剤の飽和蒸気圧と相関関係のある値として還元剤の温度が検出される。
　ステップＳ１０２では、還元剤の圧力が検出される。この圧力は、圧力センサ１１により検出される。本ステップでは、還元剤の漏れと相関関係のある値として還元剤の圧力が検出される。
　ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１で取得される還元剤の温度に基づいて、還元剤の飽和蒸気圧が取得される。還元剤の温度と、飽和蒸気圧と、の関係は、ＥＣＵ１０に記憶されている。
　ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で取得される飽和蒸気圧と、ステップＳ１０２で検出される還元剤の圧力と、の差が、閾値以上であるか否か判定される。この閾値は、還元剤に漏れがあるか否かの境の値として予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておく。
　ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、還元剤に漏れがあると判定される。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、還元剤に漏れはないと判定される。なお、本実施例においてはステップＳ１０４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定装置に相当する。
　このように、飽和蒸気圧と、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の圧力と、の差に基づいて、還元剤に漏れがあるか否か判定することができる。
　ここで、貯蔵タンク３２内における還元剤の貯蔵方法によっては、還元剤の残量の減少に応じて、前記平衡状態のときの圧力が低くなる。したがって、還元剤に漏れがあるか否か判定するときには、図４に示すように、還元剤の残量の減少と共に、判定の基準となる圧力（以下、基準圧という。）を減少させる。すなわち、飽和蒸気圧を補正する。
　ここで、図４は、平衡状態のときの貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の温度と圧力との関係を示す図である。実線は、貯蔵タンク３２内の還元剤の貯蔵量が十分に多い場合を示し、一点鎖線は、貯蔵タンク３２内の還元剤の貯蔵量が減少した場合を示している。貯蔵タンク３２内の還元剤の貯蔵量が減少するにしたがって、矢印の方向に基準圧を減少させる。
　還元剤の残量は、例えば、還元剤を供給する前に貯蔵タンク３２内に貯蔵されている還元剤量から、過去に供給した還元剤量を減算することにより得る。還元剤の供給量は、例えば、還元剤の圧力と噴射弁５の開弁時間とから求まる単位時間当たりの還元剤供給量を積算することにより得る。
　図５は、還元剤の残量が少ないときに還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
　ステップＳ２０１では、還元剤の残量が検出される。還元剤の残量は、センサを取り付けて、該センサにより検出してもよい。また、還元剤の供給履歴に基づいて算出してもよい。
　ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検出される還元剤の残量に基づいて、基準圧が取得される。還元剤の残量と、基準圧と、の関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ２０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における補正部に相当する。
　ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で取得される基準圧と、ステップＳ１０２で取得される還元剤の圧力と、の差が、閾値以上であるか否か判定される。この閾値は、還元剤に漏れがあるか否かの境の値として予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておく。
　ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、還元剤に漏れがあると判定される。一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、還元剤に漏れはないと判定される。
　このように、基準圧と、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の圧力と、の差に基づいて、還元剤に漏れがあるか否か判定することができる。
　前記したように、還元剤の残量が少なくなると、平衡状態のときの圧力が低下する。ここで、本実施例では、基準圧の低下の度合いが大きい場合には、還元剤の温度を上昇させることで、該還元剤の圧力を上昇させてもよい。還元剤の温度の上昇は、ヒータ３３により行われる。還元剤の圧力は、例えば、予め設定された圧力まで上昇させてもよい。また、予め設定された時間だけヒータ３３に通電してもよい。
　図６は、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の温度と圧力との関係を示す図である。実線は、貯蔵タンク３２内の還元剤の貯蔵量が十分に多い場合を示し、一点鎖線は、貯蔵タンク３２内の還元剤の貯蔵量が少ない場合を示している。
　図６の一点鎖線の場合において、Ｄで示される温度のときには、Ｆで示される圧力となり、このときの圧力は非常に低い。このため、還元剤に漏れがあっても、圧力の低下量が小さいので、圧力の低下が分かり難い。そうすると、このときの圧力に応じて還元剤に漏れがあるか否か判定しても、精度が低い。これに対して、還元剤の温度をＥで示される温度まで上昇させている。これに応じて、還元剤の圧力は、ＦからＧに上昇する。すなわち、還元剤の圧力が高くなるので、還元剤の漏れがあったときの圧力の低下が分かり易くなる。これにより、還元剤に漏れがあるか否かの判定の精度を高めることができる。
　図７は、還元剤の残量が少ないときに基準圧を上昇させてから還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
　ステップＳ３０１では、基準圧が閾値以上であるか否か判定される。ここでいう閾値は、還元剤に漏れがあるか否かの判定精度が許容範囲以上となる値として予め実験等により求めておく。
　ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進む。
　ステップＳ３０２では、基準圧が上昇される。本ステップでは、還元剤の温度を上昇させることにより、還元剤の圧力を実際に上昇させる。これにより、基準圧を上昇させている。例えば、ヒータ３３を所定期間だけ作動させる。その後、ステップＳ１０１へ戻る。
　このようにして、基準圧が閾値以上となるまで、還元剤がヒータ３３により加熱される。これにより、還元剤に漏れがあるか否かの判定精度を高めることができる。
　なお、還元剤に漏れがあるか否かの判定を、還元剤の圧力が安定しているときに行うことで、判定精度を高めることができる。例えば、還元剤の圧力の変化量が閾値以下のときに判定を行ってもよい。この閾値は、還元剤の圧力の変化の影響が、還元剤の漏れの判定に及ぶことのない値として設定される。また、閾値は、還元剤の圧力に変化がないとすることのできる値として設定してもよい。例えば、還元剤の残量が多いときには、還元剤供給時の還元剤の圧力の変化は小さいため、還元剤の残量が閾値以上のときに還元剤の圧力の変化量が閾値以下になると考えてもよい。また、内燃機関１の停止時、または、触媒４に還元剤を供給する必要のないとき、さらには、噴射弁３から還元剤を供給していないときには還元剤の圧力が安定していると考えることができる。
　図８は、還元剤の圧力変化がないときに還元剤の漏れを判定するフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
　ステップＳ４０１では、還元剤の圧力変化値が検出される。この圧力変化値は、圧力センサ１１により検出される圧力の変化値である。例えば、所定期間における還元剤の圧力の変化量または変化率が圧力変化値として検出される。
　ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で検出される圧力変化値が閾値以下であるか否か判定される。ここでいう閾値は、還元剤に漏れがあるか否かの判定精度が許容範囲以上となる値として予め実験等により求めておく。
　ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
　以上説明したように本実施例によれば、貯蔵タンク３２から噴射弁３までの間の還元剤の圧力に応じて、還元剤に漏れがあるか否か判定することができる。
＜実施例２＞
　図９は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。主に、図１と異なる箇所について説明する。
　本実施例では、還元剤通路３１の途中に、還元剤の圧力を調整する調整弁３４が設けられている。この調整弁３４は、圧力センサ１１および温度センサ１２よりも貯蔵タンク３２側（すなわち、上流側）に設けられる。調整弁３４は、ＥＣＵ１０により制御される。
　また、貯蔵タンク３２には、還元剤の圧力を検出する圧力センサ１３及び還元剤の温度を検出する温度センサ１４が取り付けられている。
　ここで、調整弁３４は、還元剤の圧力を噴射弁３から噴射するのに適した圧力まで減少させる。すなわち、調整弁３４よりも貯蔵タンク３２側では、還元剤の圧力は、飽和蒸気圧で平衡状態となるが、調整弁３４よりも噴射弁３側では、還元剤の圧力は、調整弁３４により調整された圧力となる。例えば、調整弁３４は、圧力を所定値だけ減少させる。また、調整弁３４は、圧力を所定割合だけ減少させてもよい。さらに、調整弁３４は、圧力が所定値または所定範囲内となるように、圧力を減少させてもよい。
　そして、貯蔵タンク３２から調整弁３４までの間において還元剤に漏れがあるか否かは、圧力センサ１３及び温度センサ１４の検出値を用いて、実施例１と同様にして判定することができる。このときの基準圧は、飽和蒸気圧となる。
　一方、調整弁３４から噴射弁３までの間において還元剤に漏れがあるか否かは、圧力センサ１１及び温度センサ１４の検出値を用いて判定する。この場合、調整弁３４よりも貯蔵タンク３２側よりも、基準圧を低くする。なお、還元剤が調整弁３４を通過するときの圧力の低下分だけ、基準圧を飽和蒸気圧から低下させる。
　このように、調整弁３４よりも上流側及び下流側において、基準圧を変えることで、還元剤に漏れがあるか否かの判定の精度をより高めることができる。
１     内燃機関
２     排気通路
３     噴射弁
４     触媒
５     噴射弁
１０   ＥＣＵ
１１   圧力センサ
１２   温度センサ
１３   圧力センサ
１４   温度センサ
３１   還元剤通路
３２   貯蔵タンク
３３   ヒータ
３４   調整弁

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の供給によりＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
    　前記還元剤を貯蔵するタンクと、
    　前記内燃機関の排気通路と前記タンクとを接続する還元剤通路と、
    　前記還元剤通路から前記排気通路へ還元剤を供給するときに開き、還元剤の供給を停止させるときに閉じる噴射装置と、
    を備え、
    　前記還元剤通路から前記排気通路へ気体の還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、
    　前記タンクから前記噴射装置までの間に設けられ、還元剤の圧力を検出する圧力検出装置と、
    　前記タンクから前記噴射装置までの間に設けられ、還元剤の温度を検出する温度検出装置と、
    　前記噴射装置が閉じているときの前記温度検出装置により検出される還元剤の温度に対応する飽和蒸気圧と、前記噴射装置が閉じているときの前記圧力検出装置により検出される還元剤の圧力と、の差に応じて、還元剤が漏れているか否か判定する判定装置と、
    　を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記タンク内の還元剤の量が少なくなるほど、前記飽和蒸気圧が低くなるように補正する補正部を備える請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　前記タンク内に貯蔵されている還元剤を加熱する加熱装置を備え、
    　前記判定装置により還元剤が漏れているか否か判定する場合に、前記加熱装置は、前記タンク内の還元剤の量が少ないときは、多いときよりも、還元剤の温度を高くする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記判定装置は、前記タンク内に貯蔵されている還元剤の圧力の変化量が閾値以下のときに、前記判定を実施する請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
PCT/JP2011/076922 2011-11-22 2011-11-22 内燃機関の排気浄化装置 WO2013076814A1 (ja)

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