(57)【要約】【課題】運転状態検出機器が異常となっても、噴射弁による還元剤の供給量精度を維持すると共に、熱害による噴射弁の故障の誘発を防止できるエンジンの浄化装置を提供する。【解決手段】触媒温度センサ８の異常が検出されたとき、触媒温度に近似できる排気温度センサ５で検出した排気温度Ｔｅ１に応じて尿素水の噴射量を制御するため、触媒温度センサ８が異常となっても、噴射弁１２による尿素水の供給量精度を維持できると共に、噴射弁１２の作動を停止することなく継続できるため、噴射弁１２の尿素水による冷却が可能となり、熱害による故障の誘発を回避できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた選択還元型ＮＯＸ触媒と、この触媒上流の排気中に還元剤を噴射する噴射弁と、前記触媒の温度に応じて還元剤の噴射量を制御する噴射量制御手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
この触媒温度検出手段の異常を検出する第１異常検出手段と、
前記触媒温度検出手段よりも排気通路上流側に設けられた排気温度検出手段とを有し、
前記触媒温度検出手段の異常が検出されたとき、前記排気温度検出手段で検出した排気温度に応じて前記還元剤の噴射量を制御することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１異常検出手段は、前記排気温度検出手段で検出された排気温度に基づき異常検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
排気通路に設けられた選択還元型ＮＯＸ触媒と、この触媒上流の排気中に還元剤を噴射する噴射弁と、排気中のＮＯＸ濃度に応じて還元剤の噴射量を制御する噴射量制御手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、
前記触媒より上流側の排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸ濃度検出手段と、
このＮＯＸ濃度検出手段の異常を検出する第２異常検出手段と、
エンジンから排出される排気中のＮＯＸ濃度を推定するＮＯＸ濃度推定手段とを有し、
前記ＮＯＸ濃度検出手段の異常が検出されたとき、前記ＮＯＸ濃度推定手段で推定したＮＯＸ濃度に応じて前記還元剤の噴射量を制御することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
エンジンの負荷を検出する負荷検出手段とを有し、
前記ＮＯＸ濃度推定手段は、エンジンの回転数と負荷に基づいてＮＯＸ濃度を推定することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記還元剤を噴射弁に供給する還元剤供給手段と、
この還元剤供給手段の異常を検出する第３異常検出手段とを有し、
前記還元剤供給手段の異常が検出されたとき、前記還元剤の供給を禁止することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、排気中に供給した還元剤を選択還元型触媒上で排気中の窒素酸化物と還元反応させて窒素酸化物を除去する排気浄化装置に関する。
【０００２】
従来、排気中に含まれるＮＯＸを除去するために、例えば、（１）Ｂａ等のＮＯＸ吸蔵材にＮＯＸを吸蔵させ、その後、ＮＯＸ吸蔵材からＮＯＸを放出させると共に、排気中のＨＣ成分でＮＯＸを還元浄化する方法、（２）ＮＯＸをセリア材等に吸着させておき、上流から尿素水を排気通路に供給してセリア材に吸着しているＮＯＸを選択還元する方法、（３）２層構造をもつ触媒層を備え、下層に含有されるセリア系ＮＯＸ吸着材にＮＯＸを吸着させ、その後、排気中のＣＯ，Ｈ２Ｏ，Ｈ２等と吸着しているＮＯＸとを反応させてＮＨ３に転化し、そのＮＨ３を上層のＮＨ３吸着材、例えば、ゼオライト等に吸着させ、更に、ＮＯＸとＮＨ３とを反応させることによりＮ２に還元浄化する方法等、種々の方法が知られている。
【０００３】
前記（２）の方法は、選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction）を使用することからＳＣＲ法とも言われ、還元剤としては、一般に、アンモニアが用いられている。具体的には、前記のように、尿素水を排気の熱で加水分解させてアンモニアを生成し、このアンモニアを還元剤として働かせる。以下、アンモニアの前駆体である尿素水を含めて還元剤と示す。
【０００４】
ＳＣＲ法では、供給量の制御を精度良く行えることから、各種センサの検出値に基づき、排気中への還元剤の供給を噴射弁で行う手法が一般的に行われている。特許文献１は、エンジン部品等に異常が発生した場合、還元剤の供給を禁止する技術が提案されている。特許文献１では、排気中のＮＯＸに対して還元剤が過剰に供給された結果、未反応のアンモニアが大気中に放出されることを防止している。
【０００５】
また、特許文献２は、噴射弁方式が、還元剤の供給量制御を精度良く行える反面、その機構上、耐熱性の問題を有することに着目し、噴射弁周りに冷却室を設置する技術を提案している。特許文献２では、噴射弁を構成する電磁駆動機構等の熱害を防止でき、還元剤の供給量制御がより効果的に担保できる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１３７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−３２１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＳＣＲ法における噴射弁方式では、噴射される還元剤を利用して噴射弁及びその電磁駆動機構等を冷却しており、頻繁に還元剤を噴射するほど、冷却性の面では有利である。特許文献１では、アシストエア圧センサやＮＯＸ濃度センサ等が異常判定された場合、還元剤の供給を禁止するため、噴射弁への還元剤の供給量が減少し、結果的に熱害による噴射弁の故障を誘発する可能性がある。
【０００８】
特許文献２では、噴射弁周りに冷却室を設置して冷却水を循環しているため、効果的な温度管理が可能である。しかしながら、新たに冷却室や冷却水通路等を装備する必要があり、更に、配置スペースの確保、重量増加、コストアップ等解決すべき新たな課題が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、運転状態検出機器が異常となっても、噴射弁による還元剤の供給量精度を維持すると共に、熱害による噴射弁の故障の誘発を防止できるエンジンの浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、排気通路に設けられた選択還元型ＮＯＸ触媒と、この触媒上流の排気中に還元剤を噴射する噴射弁と、前記触媒の温度に応じて還元剤の噴射量を制御する噴射量制御手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、この触媒温度検出手段の異常を検出する第１異常検出手段と、前記触媒温度検出手段よりも排気通路上流側に設けられた排気温度検出手段とを有し、前記触媒温度検出手段の異常が検出されたとき、前記排気温度検出手段で検出した排気温度に応じて前記還元剤の噴射量を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、触媒温度検出手段よりも排気通路上流側に設けられた排気温度検出手段から触媒温度に近似できる検出値を得ることにより、触媒温度検出手段の異常検出時、上流側の排気温度に応じて還元剤の噴射量を制御している。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１異常検出手段は、前記排気温度検出手段で検出された排気温度に基づき異常検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、排気通路に設けられた選択還元型ＮＯＸ触媒と、この触媒上流の排気中に還元剤を噴射する噴射弁と、排気中のＮＯＸ濃度に応じて還元剤の噴射量を制御する噴射量制御手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、前記触媒より上流側の排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸ濃度検出手段と、このＮＯＸ濃度検出手段の異常を検出する第２異常検出手段と、エンジンから排出される排気中のＮＯＸ濃度を推定するＮＯＸ濃度推定手段とを有し、前記ＮＯＸ濃度検出手段の異常が検出されたとき、前記ＮＯＸ濃度推定手段で推定したＮＯＸ濃度に応じて前記還元剤の噴射量を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、ＮＯＸ濃度推定手段からエンジンから排出される排気中のＮＯＸ濃度に近似できるＮＯＸ濃度推定値を得ることにより、ＮＯＸ濃度検出手段の異常検出時、推定されたＮＯＸ濃度に応じて還元剤の噴射量を制御している。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段とを有し、前記ＮＯＸ濃度推定手段は、エンジンの回転数と負荷に基づいてＮＯＸ濃度を推定することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記還元剤を噴射弁に供給する還元剤供給手段と、この還元剤供給手段の異常を検出する第３異常検出手段とを有し、前記還元剤供給手段の異常が検出されたとき、前記還元剤の供給を禁止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、この触媒温度検出手段の異常を検出する第１異常検出手段と、前記触媒温度検出手段よりも排気通路上流側に設けられた排気温度検出手段とを有し、前記触媒温度検出手段の異常が検出されたとき、前記排気温度検出手段で検出した排気温度に応じて前記還元剤の噴射量を制御するため、触媒温度検出手段が異常となっても、噴射弁の還元剤供給精度を維持すると共に、熱害による噴射弁の故障の誘発を防止できる。
【００１８】
つまり、触媒温度に近似できる触媒上流側の排気温度を用いて還元剤の噴射量を制御するため、触媒温度検出手段が異常となっても、噴射弁による還元剤の供給量精度を維持できる。しかも、噴射弁の作動を停止することなく継続できるため、噴射弁の還元剤による冷却が可能となり、熱害による故障の誘発を回避できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、前記第１異常検出手段は、前記排気温度検出手段で検出された排気温度に基づき異常検出するため、排気温度検出手段で検出された排気温度を異常検出と噴射弁制御とに兼用して使用することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、前記触媒より上流側の排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸ濃度検出手段と、このＮＯＸ濃度検出手段の異常を検出する第２異常検出手段と、エンジンから排出される排気中のＮＯＸ濃度を推定するＮＯＸ濃度推定手段とを有し、前記ＮＯＸ濃度検出手段の異常が検出されたとき、前記ＮＯＸ濃度推定手段で推定したＮＯＸ濃度に応じて前記還元剤の噴射量を制御するため、ＮＯＸ濃度検出手段が異常となっても、噴射弁の還元剤供給精度を維持すると共に、熱害による噴射弁の故障の誘発を防止できる。
【００２１】
つまり、排気中のＮＯＸ濃度に近似できるＮＯＸ濃度推定値を用いて還元剤の噴射量を制御するため、ＮＯＸ濃度検出手段が異常となっても、噴射弁による還元剤の供給量精度を維持できる。しかも、噴射弁の作動を停止することなく継続できるため、噴射弁の還元剤による冷却が可能となり、熱害による故障の誘発を回避できる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段とを有し、前記ＮＯＸ濃度推定手段は、エンジンの回転数と負荷に基づいてＮＯＸ濃度を推定するため、既存のエンジン制御用検出値を利用でき、別途検出手段を設けることなく、精度の良いＮＯＸ濃度が推定できる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、前記還元剤を噴射弁に供給する還元剤供給手段と、この還元剤供給手段の異常を検出する第３異常検出手段とを有し、前記還元剤供給手段の異常が検出されたとき、前記還元剤の供給を禁止するため、所定の制御信号を受けても還元剤供給手段が正確な量を供給できない、所謂噴射弁側機構の故障による還元剤の過剰供給を確実に禁止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施する為の最良の形態について説明する。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１は、エンジン用の排気浄化装置の構成を模式的に示す説明図である。本実施例の排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気浄化処理に適用する場合の例であり、ディーゼルエンジン１に接続される排気通路２に、パティキュレートマターを除去するためのディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）３、ＤＰＦ３の下流の排気通路２にはＮＯＸを浄化するためのセリア系酸化物からなる選択還元型ＮＯＸ触媒４が配置されている。尚、ＤＰＦ３の上流にＨＣ等を浄化するディーゼル酸化触媒を配置し、触媒４下流にアミノシリケート化合物からなるＮＨ３吸着材を配置することも可能である。
【００２６】
排気通路２には、ＤＰＦ３の上流側に排気温度センサ５、ＤＰＦ３と触媒４との間に第１ＮＯＸ濃度センサ６、触媒４の下流に第２ＮＯＸ濃度センサ７が夫々配置されると共に、触媒４には触媒温度センサ８が配置されている。
【００２７】
エンジン電装品、前記各センサ及びエンジン１周辺に設けられたエンジン回転数センサ９やエンジン負荷センサ１０等の構成と電気的に接続され、各構成から取得した信号に基づき、各種演算処理を実行し、エンジン１の運転における電気的な制御を総合的に行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１が設けられている。
【００２８】
更に、本排気浄化装置には、噴射弁１２と尿素水供給手段１３とが設置されている。噴射弁１２は、高性能な電磁弁で構成されており、触媒４の上流側排気通路２に、噴射方向が触媒４の端面に向かうように装着されている。
【００２９】
尿素水供給手段１３は、尿素水を貯留するタンク１４と、尿素水供給管１５と、尿素水戻り管１６と、フィードポンプ１７と、圧力制御弁１８とから構成する。ＥＣＵ１１から制御されるポンプ１７で吸引された尿素水は、フィルタ１９でろ過された後、圧力制御弁１８で調圧されて噴射弁１２に供給される。規定圧力を超える分の尿素水は尿素水戻り管１６によってタンク１４に戻される。また、尿素水供給管１５には、管内圧力を検出する尿素水圧センサ２０が設置されている。
【００３０】
ＥＣＵ１１は、噴射量制御部２１（噴射量制御手段）と、ＮＯＸ濃度推定部２２（ＮＯＸ濃度推定手段）と、第１異常検出部２３（第１異常検出手段）と、第２異常検出部２４（第２異常検出手段）と、第３異常検出部２５（第３異常検出手段）とから構成する。
【００３１】
噴射量制御部２１は、各種センサから入力した信号及び情報を基に、最適な尿素水噴射量を演算及び設定し、設定した尿素水噴射量に応じた指令信号を噴射弁１２に出力する。ＮＯＸ濃度推定部２２は、エンジン回転数と負荷との関係で決定されるＮＯＸ濃度のマップを予めＲＯＭに格納しており、このマップに基づき触媒４上流側のＮＯＸ濃度を推定する。
【００３２】
第１異常検出部２３は、排気温度センサ５の検出値と触媒温度センサ８の検出値とを比較し、センサ出力がなく、所定値以上の差異が存在する場合、触媒温度センサ８の異常を判定する。第２異常検出部２４は、ＮＯＸ濃度推定部２２で求めたＮＯＸ濃度推定値と第１ＮＯＸ濃度センサ６の検出値とを比較し、センサ出力がなく、所定値以上の差異が存在する場合、第１ＮＯＸ濃度センサ６の異常を判定する。第３異常検出部２５は、尿素水圧センサ２０の検出値と予め設定される基準値とを比較し、センサ出力がなく、基準値よりも低い場合、ポンプ１７の故障或いは尿素水漏れとして尿素水供給手段１３の異常を判定する。尚、前記各異常検出部の異常判定は、断線及びショートを重視し、センサ出力のみを判定条件とすることも可能である。
【００３３】
次に、図２のフローチャートに基づき、本排気浄化装置の制御処理について説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は各処理ステップを示す。
【００３４】
図２に示すように、まず、上流側ＮＯＸ濃度Ｄｎ１、下流側ＮＯＸ濃度Ｄｎ２、尿素水圧力Ｐ、排気温度Ｔｅ１、触媒温度Ｔｅ２等本制御に必要な各種信号の取り込みを行い（Ｓ１）、Ｓ２に移行する。Ｓ２の判定の結果、尿素水圧力Ｐが基準値よりも大きな場合、尿素水供給手段１３は正常なため、Ｓ３に移行する。
【００３５】
Ｓ３の判定の結果、第２ＮＯＸ濃度センサ７の検出値である下流側ＮＯＸ濃度Ｄｎ２が正常と判定された場合、Ｓ４に移行する。尚、第２ＮＯＸ濃度センサ７の異常判定は、センサ出力がなく、所定範囲内に検出信号が存在するか否かで判定している。Ｓ４の判定の結果、触媒温度Ｔｅ２が正常の場合、Ｓ５に移行する。Ｓ５の判定の結果、上流側ＮＯＸ濃度Ｄｎ１が正常の場合、Ｓ６に移行する。Ｓ６では、ＮＯＸ濃度Ｄｎ１とＮＯＸ濃度Ｄｎ２と触媒温度Ｔｅ２とに基づき尿素水の噴射量を設定し、噴射弁１２による噴射を実行（Ｓ７）してリターンする。
【００３６】
Ｓ５の判定の結果、Ｙｅｓの場合、第１ＮＯＸ濃度センサ６が異常なため、ＮＯＸ濃度推定値Ｄｎ３を推定する（Ｓ８）。Ｓ９では、ＮＯＸ濃度推定値Ｄｎ３とＮＯＸ濃度Ｄｎ２と触媒温度Ｔｅ２とに基づき尿素水の噴射量を設定し、Ｓ７に移行する。
【００３７】
Ｓ４の判定の結果、Ｙｅｓの場合、排気温度Ｔｅ１から触媒温度Ｔｅ２の推定値Ｔｅ３を設定し（Ｓ１０）、Ｓ１１に移行する。Ｓ１１の判定の結果、上流側ＮＯＸ濃度Ｄｎ１が正常の場合、ＮＯＸ濃度Ｄｎ１とＮＯＸ濃度Ｄｎ２と推定値Ｄｎ３とに基づき尿素水の噴射量を設定し（Ｓ１２）、Ｓ７に移行する。尚、ＤＰＦ３の温度に基づき推定値Ｔｅ３を推定しても良く、また、エンジンの回転数や負荷を考慮して推定精度を高めることができる。また、制御処理速度を考慮し、予めマップとしてＥＣＵ１１内に格納しておくことが好ましい。
【００３８】
Ｓ１１の判定の結果、Ｙｅｓの場合、第１ＮＯＸ濃度センサ６が異常なため、ＮＯＸ濃度推定値Ｄｎ３を推定する（Ｓ１３）。Ｓ１４では、ＮＯＸ濃度推定値Ｄｎ３とＮＯＸ濃度Ｄｎ２と推定値Ｔｅ３とに基づき尿素水の噴射量を設定し、Ｓ７に移行する。
【００３９】
Ｓ３の判定の結果、Ｙｅｓの場合、第２ＮＯＸ濃度センサ７が異常であるため、ＮＯＸの浄化率が不明であり、アンモニアのスリップ率も検出できないことから、尿素水の噴射を禁止する（Ｓ１７）。Ｓ２の判定の結果、Ｙｅｓの場合、尿素水供給手段１３自体が故障のため、正確な供給が不可能である。従って、第２ＮＯＸ濃度センサ７が異常のときと同様に尿素水の噴射を禁止する（Ｓ１７）。
【００４０】
次に、本実施例に係る排気浄化装置の作用、効果を説明する。
触媒温度センサ８の異常が検出されたとき、触媒温度に近似できる排気温度センサ５で検出した排気温度Ｔｅ１に応じて尿素水の噴射量を制御するため、触媒温度センサ８が異常となっても、噴射弁１２による尿素水の供給量精度を維持できる。しかも、噴射弁１２の作動を停止することなく継続できるため、噴射弁１２の尿素水による冷却が可能となり、熱害による故障の誘発を回避できる。しかも、第１異常検出部２３は、排気温度センサ５で検出された排気温度Ｔｅ１に基づき異常検出するため、排気温度センサ５で検出された排気温度Ｔｅ１を異常検出と噴射量制御とに兼用して使用することができる。
【００４１】
さらに、ＮＯＸ濃度推定部２２で推定したＮＯＸ濃度Ｄｎ３に応じて尿素水の噴射量を制御するため、排気中のＮＯＸ濃度Ｄｎ１に近似できるＮＯＸ濃度推定値Ｄｎ３を用いて尿素水の噴射量を制御でき、供給量精度を維持できる。しかも、ＮＯＸ濃度推定部２２は、エンジンの回転数と負荷に基づいてＮＯＸ濃度を推定するため、既存のエンジン制御用検出値を利用でき、別途検出手段を設けることなく、精度の良いＮＯＸ濃度が推定できる。
【００４２】
尿素水供給手段１３の異常が検出されたとき、尿素水の供給を禁止するため、所定の制御信号を受けても尿素水供給手段１３が正確な量を供給できない場合の尿素水の過剰供給を確実に禁止できる。
【００４３】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を付加して実施可能である。２層構造をもつ触媒やＮＨ３吸着材を備えた排気浄化装置に適用することもかのうである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例に係るエンジンの排気浄化装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】実施例に係るエンジンの排気浄化装置の制御処理についてのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１        エンジン
２        排気通路
４        選択還元型触媒
５        排気温度センサ
６        第１ＮＯＸ濃度センサ
８        触媒温度センサ
９        回転数センサ
１０      負荷センサ
１１      ＥＣＵ
２１      噴射量制御部
２２      ＮＯＸ濃度推定部
２３      第１異常検出部
２４      第２異常検出部
２５      第３異常検出部
【図１】
2010071227.tif 000003
【図２】
2010071227.tif 000004