(57)【要約】【課題】還元剤としての尿素の添加を停止することなく、選択還元型触媒の下流側に設けられた触媒後ＮＯxセンサの異常を確実に検出し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】触媒後ＮＯxセンサ３１が作動し且つ選択還元型触媒１０の活性が低い温度領域で、触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａと、選択還元型触媒１０の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａ、若しくはディーゼルエンジン１の運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値とを互いに比較することにより、触媒後ＮＯxセンサ３１の異常を判定する異常判定手段としての制御装置２４を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化すると共に、前記選択還元型触媒の少なくとも下流側に触媒後ＮＯxセンサを設けるようにした排気浄化装置であって、
前記触媒後ＮＯxセンサが作動し且つ選択還元型触媒の活性が低い温度領域で、前記触媒後ＮＯxセンサで検出される触媒後ＮＯx濃度と、前記選択還元型触媒の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサで検出される触媒前ＮＯx濃度、若しくはエンジンの運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値とを互いに比較することにより、触媒後ＮＯxセンサの異常を判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記選択還元型触媒の温度を上昇させる暖機制御が行われる場合、前記異常判定手段による触媒後ＮＯxセンサの異常判定時には、前記暖機制御を一時的に停止させるようにした請求項１記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯx（窒素酸化物）を還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
一般に、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニアを用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し問題があるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該排出ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
【０００５】
ところで、前記選択還元型触媒の使用に当たっては、選択還元型触媒に添加する還元剤の量を適切な量に制御する必要があるため、選択還元型触媒の下流側にＮＯxセンサを設け、該ＮＯxセンサにより検出された排出ガス中のＮＯx濃度に応じて還元剤の量を制御することが行われている。
【０００６】
そして、前記選択還元型触媒の下流側に設けられたＮＯxセンサの異常検出に関しては、特に排出ガス規制が厳しくなっている現在、単に断線等の故障に止まらず、ＮＯxセンサ自体の劣化等に伴うセンサ出力の信頼性についても正しく検出することが求められているが、前記ＮＯxセンサに到達する排出ガスは選択還元型触媒を通過した後の排出ガスであることから、該排出ガスのＮＯxセンサで検出されるＮＯx濃度は、選択還元型触媒によりＮＯxが良好に浄化された状態でのものか、アンモニアが選択還元型触媒をスリップしている状態でのものか、或いはＮＯxセンサ自体が劣化等に伴って異常な値を示している状態でのものか判別することが困難となり、このように、前記ＮＯxセンサの出力値にはその上流側に位置する選択還元型触媒の影響が反映されてしまうことが、該ＮＯxセンサの異常診断の精度を低下させる原因となっていた。
【０００７】
こうした不具合を解消すべく、選択還元型触媒の上下流側に触媒前ＮＯxセンサと触媒後ＮＯxセンサとを配設し、異常診断時には還元剤としての尿素の添加を停止し、該停止中に、前記触媒後ＮＯxセンサにより触媒後ＮＯx濃度を検出すると共に、選択還元型触媒上流側における触媒前ＮＯx濃度を前記触媒前ＮＯxセンサにより検出し、前記触媒後ＮＯx濃度と触媒前ＮＯx濃度とを互いに比較して触媒後ＮＯxセンサの異常を判定することが提案されている。
【０００８】
因みに、前記還元剤としての尿素の添加を停止すると、前記選択還元型触媒においてＮＯxの還元が行われなくなり、該選択還元型触媒をＮＯxが素通りして下流に至り、選択還元型触媒上流のＮＯx濃度と、選択還元型触媒下流のＮＯx濃度とが概ね等しくなることから、触媒後ＮＯxセンサによって検出されたＮＯx濃度が、選択還元型触媒上流側のＮＯx濃度に対してずれていた場合に、触媒後ＮＯxセンサが異常であると判定することができる。
【０００９】
尚、前述のようなＮＯxセンサの異常診断に関する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１３３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述の如く、異常診断時に還元剤としての尿素の添加を停止するのでは、選択還元型触媒に還元剤としての尿素を添加するための添加弁が、状況によっては本来還元剤を噴射すべきところを強制的にその噴射が停止されることから、高温に晒される可能性があり、あまり好ましい対策とは言えなかった。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、還元剤としての尿素の添加を停止することなく、選択還元型触媒の下流側に設けられたＮＯxセンサの異常を確実に検出し得る排気浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化すると共に、前記選択還元型触媒の少なくとも下流側に触媒後ＮＯxセンサを設けるようにした排気浄化装置であって、
前記触媒後ＮＯxセンサが作動し且つ選択還元型触媒の活性が低い温度領域で、前記触媒後ＮＯxセンサで検出される触媒後ＮＯx濃度と、前記選択還元型触媒の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサで検出される触媒前ＮＯx濃度、若しくはエンジンの運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値とを互いに比較することにより、触媒後ＮＯxセンサの異常を判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
前記異常判定手段において、触媒後ＮＯxセンサが作動し且つ選択還元型触媒の活性が低い温度領域であると認識されると、前記触媒後ＮＯxセンサで検出される触媒後ＮＯx濃度と、前記選択還元型触媒の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサで検出される触媒前ＮＯx濃度、若しくはエンジンの運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値とが互いに比較され、前記触媒後ＮＯxセンサで検出される触媒後ＮＯx濃度と、前記選択還元型触媒の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサで検出される触媒前ＮＯx濃度、若しくはエンジンの運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値とが概ね等しくなっていれば、触媒後ＮＯxセンサは正常であると判定される一方、前記触媒後ＮＯxセンサで検出される触媒後ＮＯx濃度が、前記選択還元型触媒の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサで検出される触媒前ＮＯx濃度、若しくはエンジンの運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値に対してずれている場合には、触媒後ＮＯxセンサが異常であると判定される。
【００１６】
前記排気浄化装置においては、前記選択還元型触媒の温度を上昇させる暖機制御が行われる場合、前記異常判定手段による触媒後ＮＯxセンサの異常判定時には、前記暖機制御を一時的に停止させるようにすることが、該暖機制御による選択還元型触媒の温度上昇を阻止し、前記触媒後ＮＯxセンサの異常を確実に検出する上で有効となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の排気浄化装置によれば、還元剤としての尿素の添加を停止することなく、選択還元型触媒の下流側に設けられた触媒後ＮＯxセンサの異常を確実に検出し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例を示す概要構成図である。
【図２】本発明の実施例における温度と選択還元型触媒によるアンモニア吸着量との関係、並びに温度と選択還元型触媒による浄化率との関係を示す線図である。
【図３】本発明の実施例における触媒後ＮＯxセンサの作動開始温度と選択還元型触媒の作用開始温度とを示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明の実施例であって、図示しているディーゼルエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００２１】
前記ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７はエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２２】
前記排出ガス７が流通する排気管９の途中には、選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、該選択還元型触媒１０は、例えば、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
【００２３】
又、尿素水１２が貯留される尿素水タンク２０から延ばした尿素水供給ライン１５の途中には、尿素水タンク２０の尿素水１２を圧送する供給ポンプ２１と、該供給ポンプ２１によって圧送される尿素水１２の圧力を調整するレギュレータ２２と、該レギュレータ２２によって圧力が調整された尿素水１２を添加ノズル１６から選択還元型触媒１０の上流側における排気管９内へ噴射させるインジェクタ２３とを設けるようにしてある。
【００２４】
一方、制御装置２４からは、前記供給ポンプ２１に対し駆動指令信号２１ａが出力され、前記レギュレータ２２に対し調圧指令信号２２ａが出力され、前記インジェクタ２３に対し開弁指令信号２３ａが出力されるようになっており、該インジェクタ２３の開弁作動により尿素水１２の添加量が適切に制御され、その添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ２１の駆動とレギュレータ２２の作動により適宜得られるようになっている。
【００２５】
そして、本実施例の場合、選択還元型触媒１０の上下流側に触媒前ＮＯxセンサ３０と触媒後ＮＯxセンサ３１とを配設し、該触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａと、前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａとを前記制御装置２４へ入力し、該制御装置２４において、前記触媒前ＮＯx濃度３０ａと触媒後ＮＯx濃度３１ａとに基づき尿素水１２の添加量を算出して必要量の尿素水１２の添加を実行すると共に、前記選択還元型触媒１０の温度３２ａを検出する温度センサ３２を設け、該温度センサ３２で検出される温度３２ａを前記制御装置２４へ入力するようにしてある。
【００２６】
ここで、前記選択還元型触媒１０においては、図２に示す如く、温度が低いほど、アンモニア吸着量は高く、浄化率は低くなり、又、前記触媒後ＮＯxセンサ３１を作動させるには、その素子に水滴が付着していないこと、即ちある程度の高温（１００［℃］程度）が必要であり（図３参照）、そこから安定作動状態になるのに少し時間がかかるが、前記選択還元型触媒１０が作用する温度（図３に示す如く１８０〜２００［℃］程度）になってしまうと、排出ガス７の触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａは、選択還元型触媒によりＮＯxが良好に浄化された状態でのものか、アンモニアが選択還元型触媒をスリップしている状態でのものか、或いは触媒後ＮＯxセンサ３１自体が劣化等に伴って異常な値を示している状態でのものか判別することが困難となるため、前記制御装置２４において、前記触媒後ＮＯxセンサ３１が作動し且つ選択還元型触媒１０の活性が低い温度領域（例えば、１００〜２００［℃］の範囲）で、前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａと、前記選択還元型触媒１０の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａとを互いに比較することにより、触媒後ＮＯxセンサ３１の異常を判定し、前記制御装置２４を異常判定手段として用いるようにしてある。尚、前記選択還元型触媒１０の浄化率は、排出ガス７が低流量である場合の方が高流量である場合より高くなり（図２の仮想線参照）、このため、前記選択還元型触媒１０の活性が低い温度領域は、排出ガス７の流量に応じて変動する。
【００２７】
更に、図示していないヒータ等を用いて強制的に前記選択還元型触媒１０の温度を上昇させる暖機制御が行われる場合、前記異常判定手段としての制御装置２４による触媒後ＮＯxセンサ３１の異常判定時には、前記暖機制御を一時的に停止させるようにしてある。尚、前記暖機制御と触媒後ＮＯxセンサ３１の異常判定とが同時期にかちあって行われるような場合、その都度、暖機制御を一時的に停止させるのではなく、暖機制御を優先し、該暖機制御を数回（例えば、三回〜五回）に一回停止させ、前記触媒後ＮＯxセンサ３１の異常判定を行うようにしても良い。
【００２８】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００２９】
前記異常判定手段としての制御装置２４において、温度センサ３２で検出される温度３２ａに基づき、触媒後ＮＯxセンサ３１が作動し且つ選択還元型触媒１０の活性が低い温度領域（例えば、１００〜２００［℃］の範囲）であると認識されると、前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａと、前記選択還元型触媒１０の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａとが互いに比較される。
【００３０】
前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａと、前記選択還元型触媒１０の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａとが概ね等しくなっていれば、触媒後ＮＯxセンサ３１は正常であると判定される一方、前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａが、前記選択還元型触媒１０の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａに対してずれている場合には、触媒後ＮＯxセンサ３１が異常であると判定される。
【００３１】
尚、前記制御装置２４においては、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でディーゼルエンジン１の回転数及び負荷がやり取りされるようになっており、これらから判断される現在のディーゼルエンジン１の運転状態に基づきＮＯxの発生量がエンジン排出ＮＯx計算値として求められるようになっているため、前記触媒前ＮＯxセンサ３０を省略し、前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａと、前記ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいて求められるエンジン排出ＮＯx計算値とを互いに比較することにより、触媒後ＮＯxセンサ３１の異常を判定することも可能である。
【００３２】
又、図１に示す如く、選択還元型触媒１０の上下流側に触媒前ＮＯxセンサ３０と触媒後ＮＯxセンサ３１とが配設されている場合において、前記エンジン排出ＮＯx計算値を、前記触媒後ＮＯxセンサ３１で検出される触媒後ＮＯx濃度３１ａと、前記選択還元型触媒１０の上流側に設けられた触媒前ＮＯxセンサ３０で検出される触媒前ＮＯx濃度３０ａとに対し、それぞれの基準値として用いることも勿論可能となる。
【００３３】
更に、図示していないヒータ等を用いて強制的に前記選択還元型触媒１０の温度を上昇させる暖機制御が行われる場合、前記異常判定手段としての制御装置２４による触媒後ＮＯxセンサ３１の異常判定時には、前記暖機制御が一時的に停止されるため、該暖機制御による選択還元型触媒１０の温度上昇が阻止され、前記触媒後ＮＯxセンサ３１の異常を確実に検出することが可能となる。
【００３４】
こうして、還元剤としての尿素の添加を停止することなく、選択還元型触媒１０の下流側に設けられた触媒後ＮＯxセンサ３１の異常を確実に検出し得る。
【００３５】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ディーゼルエンジン（エンジン）
７    排出ガス
９    排気管
１０    選択還元型触媒
１２    尿素水
２４    制御装置（異常判定手段）
３０    触媒前ＮＯxセンサ
３０ａ  触媒前ＮＯx濃度
３１    触媒後ＮＯxセンサ
３１ａ  触媒後ＮＯx濃度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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