(57)【要約】    【課題】  ＮＯｘ浄化作用を発揮しつつ走行可能な距離が所定値以下となったことを高精度に報知する。    【解決手段】  車速ＶをＮＯｘ還元触媒に供給される尿素水溶液の流量Ｆで除算することで、ＮＯｘ浄化作用を発揮しつつ単位体積の尿素水溶液で走行可能な距離を示す消費率Ｃrを演算する（Ｓ２〜Ｓ４）。また、還元剤容器に貯蔵されている尿素水溶液の残量Ｌを読み込み（Ｓ５）、残量Ｌに消費率Ｃrを乗算することで、その残量Ｌで走行可能な距離ＤN+1を演算する（Ｓ６）。そして、メモリに時系列で記憶された走行距離Ｄ1〜ＤN+1の平均値ＤAVEを演算し（Ｓ１，Ｓ７〜Ｓ９）、これを表示すると共に（Ｓ１０）、その平均値ＤAVEが所定値以下となったときにその旨を報知する（Ｓ１１，Ｓ１２）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気管に配設され、還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
エンジン運転状態に応じた流量で還元剤を還元触媒に供給する還元剤供給手段と、
前記還元触媒による窒素酸化物の還元浄化作用を発揮しつつ、単位体積の還元剤で走行可能な距離を示す還元剤の消費率を演算する消費率演算手段と、
還元剤の残量を検出する残量検出手段と、
前記消費率演算手段及び残量検出手段により夫々検出された還元剤の消費量及び残量に基づいて、還元剤の残量で走行可能な距離を演算する走行可能距離演算手段と、
該走行可能距離演算手段により演算された走行可能距離が所定値以下となったときに、その旨を報知する報知手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記消費率演算手段は、前記車速検出手段により検出された車速、及び、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の流量に基づいて、還元剤の消費率を演算することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
所定時間における車両の走行距離を測定する走行距離測定手段と、
所定時間における還元剤の消費量を測定する消費量測定手段と、
を備え、
前記消費率演算手段は、前記走行距離測定手段及び消費量測定手段により夫々測定された車両の走行距離及び還元剤の消費量に基づいて、還元剤の消費率を演算することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
車両が走行中であるか否かを判定する走行判定手段を備え、
前記走行距離測定手段及び消費量測定手段は、前記走行判定手段により車両が走行中であると判定されたときに、車両の走行距離及び還元剤の消費量を夫々測定することを特徴とする請求項３記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記走行距離測定手段は、前記車速検出手段により検出された車速を単位時間ごとに積算して、車両の走行距離を間接的に測定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記走行距離測定手段は、車両の距離計から読み込んだ累積走行距離の差から、車両の走行距離を間接的に測定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記消費量測定手段は、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の流量を単位時間ごとに積算して、還元剤の消費量を間接的に測定することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記消費量測定手段は、前記残量検出手段により検出された還元剤の残量の差から、還元剤の消費量を間接的に測定することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記走行可能距離演算手段により演算された走行可能距離を時系列で所定数記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された走行可能距離の平均値を演算する平均値演算手段と、
を備え、
前記報知手段は、前記平均値演算手段により演算された走行可能距離の平均値が所定値以下となったときに、その旨を報知することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記平均値演算手段により演算された走行可能距離の平均値を表示する走行可能距離表示手段を備えたことを特徴とする請求項９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、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）において、ＮＯｘ浄化作用を発揮しつつ走行可能な距離が所定値以下となったことを高精度に報知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジン排気管に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた流量の還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと還元剤とを還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、還元剤が欠乏すると、還元触媒による所要のＮＯｘ浄化効率が発揮されず、ＮＯｘ排出量が増加してしまうおそれがある。また、現状では、還元剤を補充できる場所が限られているため、そこに到達するまでに還元剤が欠乏してしまう、という事態も想定される。このような不具合を解消するため、還元剤の残量を表示することが考えられるが、その消費率が走行状態に応じて大幅に変化するので、その残量から走行可能距離を一概に把握することが困難である。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤の消費率及び残量に基づいて走行可能距離を演算し、これが所定値以下となったときにその旨を報知することで、還元剤が欠乏したまま車両を走行させる事態を事前に回避可能とした排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、請求項１記載の発明では、エンジン排気管に配設され、還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、エンジン運転状態に応じた流量で還元剤を還元触媒に供給する還元剤供給手段と、前記還元触媒による窒素酸化物の還元浄化作用を発揮しつつ、単位体積の還元剤で走行可能な距離を示す還元剤の消費率を演算する消費率演算手段と、還元剤の残量を検出する残量検出手段と、前記消費率演算手段及び残量検出手段により夫々検出された還元剤の消費量及び残量に基づいて、還元剤の残量で走行可能な距離を演算する走行可能距離演算手段と、該走行可能距離演算手段により演算された走行可能距離が所定値以下となったときに、その旨を報知する報知手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、車速を検出する車速検出手段を備え、前記消費率演算手段は、前記車速検出手段により検出された車速、及び、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の流量に基づいて、還元剤の消費率を演算することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、所定時間における車両の走行距離を測定する走行距離測定手段と、所定時間における還元剤の消費量を測定する消費量測定手段と、を備え、前記消費率演算手段は、前記走行距離測定手段及び消費量測定手段により夫々測定された車両の走行距離及び還元剤の消費量に基づいて、還元剤の消費率を演算することを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明では、車両が走行中であるか否かを判定する走行判定手段を備え、前記走行距離測定手段及び消費量測定手段は、前記走行判定手段により車両が走行中であると判定されたときに、車両の走行距離及び還元剤の消費量を夫々測定することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、車速を検出する車速検出手段を備え、前記走行距離測定手段は、前記車速検出手段により検出された車速を単位時間ごとに積算して、車両の走行距離を間接的に測定することを特徴とする。
【０００８】
請求項６記載の発明では、前記走行距離測定手段は、車両の距離計から読み込んだ累積走行距離の差から、車両の走行距離を間接的に測定することを特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記消費量測定手段は、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の流量を単位時間ごとに積算して、還元剤の消費量を間接的に測定することを特徴とする。
【０００９】
請求項８記載の発明では、前記消費量測定手段は、前記残量検出手段により検出された還元剤の残量の差から、還元剤の消費量を間接的に測定することを特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記走行可能距離演算手段により演算された走行可能距離を時系列で所定数記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された走行可能距離の平均値を演算する平均値演算手段と、を備え、前記報知手段は、前記平均値演算手段により演算された走行可能距離の平均値が所定値以下となったときに、その旨を報知することを特徴とする。
【００１０】
請求項１０記載の発明では、前記平均値演算手段により演算された走行可能距離の平均値を表示する走行可能距離表示手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、還元触媒による窒素酸化物の還元浄化作用を発揮しつつ、単位体積の還元剤で走行可能な距離を示す還元剤の消費率が演算されると共に、還元剤の残量が検出される。そして、還元剤の消費率及び残量に基づいて、還元剤の残量で走行可能な距離が演算され、この走行可能距離が所定値以下となると、その旨が報知される。このため、運転者などに還元剤を補充すべきことを促すことが可能となり、還元剤が完全に欠乏する前にこれを補充することで、窒素酸化物の浄化作用が不十分のまま走行する事態を事前に回避することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、車速及び還元触媒に供給される還元剤の流量に基づいて、還元剤の消費率を演算することができる。
請求項３記載の発明によれば、所定時間における車両の走行距離及び還元剤の消費量に基づいて、還元剤の消費率を演算することができる。
請求項４記載の発明によれば、車両が走行中であるときのみ走行距離及び還元剤の消費量が夫々測定されるため、走行可能距離の演算に不必要なデータ取得、具体的には、走行距離及び／又は還元剤の消費量が０であるデータ取得を回避することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、車速を単位時間ごとに積算することで、所定時間における車両の走行距離を間接的に測定することができる。
請求項６記載の発明によれば、公道を走行する車両に装備されている距離計を用いて、所定時間における車両の走行距離を間接的に測定することができるので、新たなセンサなどを設置する必要がなく、コスト上昇を抑制することができる。
【００１４】
請求項７記載の発明によれば、還元触媒に供給される還元剤の流量を単位時間ごとに積算することで、所定時間における還元剤の消費量を間接的に測定することができる。
請求項８記載の発明によれば、還元剤の残量の差から、所定時間における還元剤の消費量を間接的に測定することができる。
請求項９記載の発明によれば、還元剤の消費率が走行状態に応じて時々刻々と変化しても、これから演算される走行可能距離の移動平均に基づいて、走行可能距離が所定値以下となったことが報知される。このため、瞬間的な特別状況下での不必要な報知を回避することができる。
【００１５】
請求項１０記載の発明によれば、時系列で所定数記憶された走行可能距離の平均値が表示されるので、これが目まぐるしく変動することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、尿素水溶液を還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口する供給配管２６を通って還元剤添加装置２８に供給される。そして、還元剤添加装置２８は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）３０により制御され、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液を、空気と混合しつつ噴射ノズル１８に供給する。ここで、噴射ノズル１８，還元剤容器２４，供給配管２６，還元剤添加装置２８及び還元剤添加ＥＣＵ３０を含んで、還元剤供給手段が構成される。
【００１７】
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
【００１８】
一方、尿素水溶液の残量により走行可能な距離を推測演算する制御系として、還元剤容器２４における尿素水溶液の残量Ｌを検出する水位計３２（残量検出手段）と、供給配管２６を流通する尿素水溶液の流量Ｆを検出する流量計３４と、が夫々設けられる。水位計３２及び流量計３４からの出力信号は、還元剤添加ＥＣＵ３０に入力される。また、還元剤添加ＥＣＵ３０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介してエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）３６と接続され、エンジン制御に用いられる車速Ｖを適宜読み込み可能に構成される。そして、還元剤添加ＥＣＵ３０は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムによって走行可能な距離を演算し、その演算結果を表示装置３８に表示すると共に、走行可能距離が所定値以下となったときに警報器４０を作動させる。なお、車速Ｖは、エンジンＥＣＵ３６から読み込まず、公知の車速センサを用いて検出するようにしてもよい。ここで、エンジンＥＣＵ３６又は車速センサが車速検出手段として機能する。
【００１９】
図２は、還元剤添加ＥＣＵ３０において、エンジン始動後所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの処理内容を示す。ここで、制御プログラムを実行する還元剤添加ＥＣＵ３０により、消費率演算手段，走行可能距離演算手段，走行距離測定手段，消費量測定手段，走行判定手段，記憶手段及び平均値演算手段が夫々実現される。また、還元剤添加ＥＣＵ３０と表示装置３８及び警報器４０との協働により、走行可能距離表示手段及び報知手段が夫々実現される。
【００２０】
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、還元剤添加ＥＣＵ３０を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリから、時系列で記憶された走行可能距離Ｄ1〜ＤNを読み込む。
ステップ２では、エンジンＥＣＵ３６から車速Ｖを読み込む。
ステップ３では、流量計３４から尿素水溶液の流量Ｆを読み込む。
【００２１】
ステップ４では、車速Ｖを尿素水溶液の流量Ｆで除算することにより、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化作用を発揮しつつ、単位体積の尿素水溶液で走行可能な距離を示す尿素水溶液の消費率Ｃrを演算する。
ステップ５では、水位計３２から尿素水溶液の残量Ｌを読み込む。
ステップ６では、尿素水溶液の残量Ｌに消費率Ｃrを乗算することにより、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液で走行可能な走行可能距離ＤN+1を演算する。
【００２２】
ステップ７では、走行可能距離ＤN+1をメモリに記憶させる。
ステップ８では、走行可能距離Ｄ1〜ＤN+1の平均値ＤAVEを演算する。
ステップ９では、メモリにおいて、最古の走行可能距離Ｄ1を削除し、それ以降の走行可能距離Ｄ2〜ＤN+1を順次繰り上げてＤ1〜ＤNとする。
ステップ１０では、表示装置３８に走行可能距離の平均値ＤAVEを表示させる。
【００２３】
ステップ１１では、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値（例えば、300km）以下であるか否かを判定する。そして、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値以下であればステップ１２へと進み（Ｙｅｓ）、その旨を報知すべく警報器４０を作動させる。一方、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値より大きければステップ１へと戻る（Ｎｏ）。
かかる制御プログラムによれば、車速Ｖ及び尿素水溶液の流量Ｆに基づいて、ＮＯｘ浄化作用を発揮しつつ、単位体積の尿素水溶液で走行可能な距離を示す消費率Ｃrが演算される。そして、尿素水溶液の残量Ｌに消費率Ｃrを乗算することで、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液で走行可能な走行可能距離ＤN+1が演算される。
【００２４】
ここで、走行可能距離ＤN+1は、そのときの走行状態に応じた瞬間走行可能距離を示しているため、その変動幅が大きいという特性がある。このため、メモリに時系列で所定数記憶した走行可能距離Ｄ1〜ＤN+1の平均値ＤAVE、即ち、移動平均を演算し、これを表示装置３８に表示することで、走行可能距離が目まぐるしく変動することを抑制できる。また、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値以下となったときに警報器４０を作動させることで、瞬間的な特別状況下での不必要な報知を回避しつつ、還元剤容器２４に貯蔵された尿素水溶液が少なくなったことを高精度に報知せしめ、尿素水溶液の補充を促すことができる。そして、尿素水溶液が完全に欠乏する前にこれを補充することで、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化作用が不十分のまま走行する事態を事前に回避することができる。
【００２５】
なお、尿素水溶液の消費率Ｃrを演算するにあたって、流量計３４により検出される流量Ｆの代わりに、還元剤添加装置２８に出力される指示流量を用いるようにしてもよい（以下同様）。
図３及び図４は、還元剤添加ＥＣＵ３０において、エンジン始動後所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの他の処理内容を示す。
【００２６】
ステップ２１では、メモリから時系列で記憶された走行可能距離Ｄ1〜ＤNを読み込む。
ステップ２２では、所定時間における車両の走行距離ＤSUM及び尿素水溶液の消費量ＣSUMを夫々リセットする。
ステップ２３では、例えば、エンジンＥＣＵ３６から読み込んだ車速Ｖに基づいて、車両が走行中であるか否かを判定する。そして、車両が走行中であればステップ２４へと進む一方（Ｙｅｓ）、車両が走行中でなければステップ２１へと戻る（Ｎｏ）。
【００２７】
ステップ２４では、エンジンＥＣＵ３６から車速Ｖを読み込む。
ステップ２５では、車両の走行距離ＤSUMに、車速Ｖから算出した単位時間あたりの走行距離を積算する。
ステップ２６では、流量計３４から尿素水溶液の流量Ｆを読み込む。
ステップ２７では、尿素水溶液の消費量ＣSUMに、流量Ｆから算出した単位時間あたりの尿素水溶液の消費量を積算する。
【００２８】
ステップ２８では、車両の走行距離ＤSUM及び尿素水溶液の消費量ＣSUMの測定を開始してから所定時間経過したか否かを判定する。そして、測定を開始してから所定時間経過したならばステップ２９へと進む一方（Ｙｅｓ）、測定を開始してから所定時間経過していなければステップ２４へと戻る（Ｎｏ）。
ステップ２９では、車両の走行距離ＤSUMを尿素水溶液の消費量ＣSUMで除算することにより、尿素水溶液の消費量Ｃrを演算する。
【００２９】
ステップ３０では、水位計３２から尿素水溶液の残量Ｌを読み込む。
ステップ３１では、尿素水溶液の残量Ｌに消費率Ｃrを乗算することにより、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液で走行可能な走行可能距離ＤN+1を演算する。
ステップ３２では、走行可能距離ＤN+1をメモリに記憶させる。
ステップ３３では、走行可能距離Ｄ1〜ＤN+1の平均値ＤAVEを演算する。
【００３０】
ステップ３４では、メモリにおいて、最古の走行可能距離Ｄ1を削除し、それ以降の走行可能距離Ｄ2〜ＤN+1を順次繰り上げてＤ1〜ＤNとする。
ステップ３５では、表示装置３８に走行可能距離の平均値ＤAVEを表示させる。
ステップ３６では、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値以下であるか否かを判定する。そして、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値以下であればステップ３７へと進み（Ｙｅｓ）、その旨を報知すべく警報器４０を作動させる。一方、走行可能距離の平均値ＤAVEが所定値より大きければステップ２１へと戻る（Ｎｏ）。
【００３１】
かかる制御プログラムによれば、車速Ｖ及び尿素水溶液の流量Ｆを順次積算することで、所定時間における走行距離ＤSUM及び尿素水溶液の消費量ＣSUMが間接的に測定される。そして、走行距離ＤSUMを消費量ＣSUMで除算することで、尿素水溶液の消費率Ｃrが演算される。その後、図２に示す制御プログラムと同様な処理が順次実行されることで、走行可能距離ＤN+1の演算、走行可能距離Ｄ1〜ＤN+1の平均値ＤAVEの演算、平均値ＤAVEの表示及び警報器４０の制御が行われ、同様な作用及び効果が奏される。このとき、走行距離ＤSUM及び尿素水溶液の消費量ＣSUMは、車両が走行中であるときのみ測定されるので、走行可能距離ＤN+1の演算に不必要なデータ取得、具体的には、走行距離及び／又は還元剤の消費量が０であるデータ取得を回避することができる。
【００３２】
なお、車両の走行距離ＤSUMは、公道を走行する車両に搭載されている距離計から読み込んだ累積走行距離の差から間接的に測定するようにしてもよい。このようにすれば、新たなセンサなどを設置する必要がなく、コスト上昇を抑制することができる。また、尿素水溶液の消費量ＣSUMは、水位計３２から読み込んだ尿素水溶液の残量Ｌの差から間接的に測定するようにしてもよい。
【００３３】
さらに、本発明は、尿素水溶液を還元剤として用いる排気浄化装置に限らず、アンモニア水溶液、並びに、炭化水素を主成分とするガソリン，軽油などを還元剤として用いるものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の全体構成図
【図２】同上における制御プログラムの第１実施形態を示すフローチャート
【図３】同上における制御プログラムの第２実施形態を示すフローチャート
【図４】同上における制御プログラムの第２実施形態を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３５】
１０  エンジン
１４  排気管
１８  噴射ノズル
２０  ＮＯｘ還元触媒
２４  還元剤容器
２６  供給配管
２８  還元剤添加装置
３０  還元剤添加ＥＣＵ
３２  水位計
３４  流量計
３６  エンジンＥＣＵ
３８  表示装置
４０  警報器
【図１】
2006226204.tif 000003
【図２】
2006226204.tif 000004
【図３】
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【図４】
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