(57)【要約】【課題】車種毎のフィードバックアルゴリズムの開発や評価に多大な時間と費用とを掛けること無く、既存システムに後付導入することが可能なアンモニア濃度検出器を提供する。【解決手段】尿素水を高温の排気中で加水分解させてアンモニアを生成すると共にアンモニアで窒素酸化物を還元する選択触媒還元装置１００に搭載されるアンモニア濃度検出器２００において、自動車における内燃機関１０１の排気管１０２に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出素子２０１と、アンモニア濃度検出素子２０１で検出されたアンモニア濃度と内燃機関１０１の運転状態とに基づいて尿素水噴射量の過大度合を検出し、尿素水噴射量の過大度合に基づいて尿素水噴射量の低減量を算出し、尿素水噴射量の低減量を選択触媒還元装置１００にフィードバックする中央演算装置２０２と、を備えているアンモニア濃度検出器２００である。【選択図】図１
2018131937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素水を高温の排気中で加水分解させてアンモニアを生成すると共にアンモニアで窒素酸化物を還元する選択触媒還元装置に搭載されるアンモニア濃度検出器において、
自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出素子と、
前記アンモニア濃度検出素子で検出されたアンモニア濃度と前記内燃機関の運転状態とに基づいて尿素水噴射量の過大度合を検出し、尿素水噴射量の過大度合に基づいて尿素水噴射量の低減量を算出し、尿素水噴射量の低減量を選択触媒還元装置にフィードバックする中央演算装置と、
を備えていることを特徴とするアンモニア濃度検出器。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態は、内燃機関回転数、排気流量、排気温度、及び排気中の窒素酸化物濃度に基づいて判断される請求項１に記載のアンモニア濃度検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択触媒還元（ＳＣＲ）装置は、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器と、を備えており、尿素水を高温の排気中で加水分解させてアンモニアを生成すると共にアンモニアで窒素酸化物を還元している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
選択触媒還元装置においては、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出器が搭載されており、選択触媒還元装置における尿素水噴射量を調整してアンモニアスリップを防止するフィードバック制御に利用されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＣＲ触媒下流に設置したアンモニア濃度検出器で検出されたアンモニア濃度に基づいて選択触媒還元装置における尿素水噴射量を調整してアンモニアスリップを防止するフィードバック制御を実施しようとすると、車種毎のフィードバックアルゴリズムの開発や評価に多大な時間と費用とが掛かるため、既存システムに後付導入することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、車種毎のフィードバックアルゴリズムの開発や評価に多大な時間と費用とを掛けること無く、既存システムに後付導入することが可能なアンモニア濃度検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために創案された本発明は、尿素水を高温の排気中で加水分解させてアンモニアを生成すると共にアンモニアで窒素酸化物を還元する選択触媒還元装置に搭載されるアンモニア濃度検出器において、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出素子と、前記アンモニア濃度検出素子で検出されたアンモニア濃度と前記内燃機関の運転状態とに基づいて尿素水噴射量の過大度合を検出し、尿素水噴射量の過大度合に基づいて尿素水噴射量の低減量を算出し、尿素水噴射量の低減量を選択触媒還元装置にフィードバックする中央演算装置と、を備えているアンモニア濃度検出器である。
【０００８】
前記内燃機関の運転状態は、内燃機関回転数、排気流量、排気温度、及び排気中の窒素酸化物濃度に基づいて判断されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車種毎のフィードバックアルゴリズムの開発や評価に多大な時間と費用とを掛けること無く、既存システムに後付導入することが可能なアンモニア濃度検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るアンモニア濃度検出器の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係るアンモニア濃度検出器の動作を示す流れ図である。
【図３】本発明に係るアンモニア濃度検出器、尿素水噴射制御装置、及び内燃機関制御装置の間の通信関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１２】
図１に示すように、選択触媒還元装置１００は、排気中に含まれている有害物質等を除去して大気中に排出される排気を浄化する排気浄化装置の一種であり、ディーゼル機関等の内燃機関１０１の排気管１０２に設置されていると共に排気中に含まれている窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒１０３と、ＳＣＲ触媒１０３の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器１０４と、尿素水が貯留されている尿素水貯留槽１０５と、尿素水配管１０６を通じて尿素水貯留槽１０５から尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する尿素水供給ポンプ１０７を有している尿素水供給モジュール１０８と、尿素水噴射器１０４と尿素水供給ポンプ１０７とを主に制御する尿素水噴射制御装置１０９と、を備えている。
【００１３】
排気中に含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化すると共に排気中に含まれている一酸化窒素と二酸化窒素との比率を調整することでＳＣＲ触媒１０３における脱硝効率を高める酸化触媒（ＤＯＣ）１１０と、排気中に含まれている粒子状物質（ＰＭ）を捕集することで大気中に排出される粒子状物質排出量を低減するディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）１１１と、排気中に含まれている窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒１０３と、が排気管１０２の排気上流側から排気下流側に架けて設置されている。
【００１４】
更に、ＳＣＲ触媒１０３の入口における排気温度を検出する排気温度検出器１１２と、ＳＣＲ触媒１０３の入口における窒素酸化物濃度を検出する第１の窒素酸化物濃度検出器１１３と、がＳＣＲ触媒１０３の排気上流側に設置されており、ＳＣＲ触媒１０３の出口における窒素酸化物濃度を検出する第２の窒素酸化物濃度検出器１１４がＳＣＲ触媒１０３の排気下流側に設置されている。
【００１５】
尿素水貯留槽１０５における尿素水残量を検出する尿素水残量検出器１１５と、尿素水貯留槽１０５における温度を検出する第１の温度検出器１１６と、尿素水貯留槽１０５における尿素水品質（例えば、尿素水濃度や異物混入有無）を検出する尿素水品質検出器１１７と、を有しているＳＣＲセンサ１１８が尿素水貯留槽１０５に設置されている。
【００１６】
尿素水配管１０６は、尿素水貯留槽１０５と尿素水供給ポンプ１０７の吸込口とを接続する吸込流路１１９と、尿素水供給ポンプ１０７の吐出口と尿素水噴射器１０４とを接続する供給流路１２０と、尿素水供給ポンプ１０７の吐出口と尿素水貯留槽１０５とを接続する回収流路１２１と、を有している。
【００１７】
尿素水供給モジュール１０８は、吸込流路１１９を通じて尿素水貯留槽１０５から尿素水を吸い込むと共に供給流路１２０を通じて尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する尿素水供給ポンプ１０７と、尿素水供給ポンプ１０７における温度を検出する第２の温度検出器１２２と、尿素水供給ポンプ１０７の吐出口における尿素水圧力を検出する尿素水圧力検出器１２３と、供給流路１２０を通じて尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する流路と回収流路１２１を通じて尿素水貯留槽１０５に尿素水を回収する流路とを切り替える切替弁１２４と、を有している。
【００１８】
図１は簡略化して描いているが、尿素水貯留槽１０５と尿素水噴射器１０４と尿素水供給ポンプ１０７と尿素水配管１０６とで構成されている尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を循環させる循環流路１２５が配策されており、尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流すか否かを切り替える解凍出力調整弁１２６が循環流路１２５に設置されている。
【００１９】
なお、循環流路１２５は、解凍出力調整弁１２６の開閉に拘わらず、常時、尿素水噴射器１０４に内燃機関冷却水を供給しており、尿素水噴射器１０４に充填されている尿素水の変質固着等を防止している。
【００２０】
さて、選択触媒還元装置１００においては、自動車における内燃機関１０１の排気管１０２に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出器２００が搭載されている。
【００２１】
アンモニア濃度検出器２００は、自動車における内燃機関１０１の排気管１０２に設置されると共に排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出素子２０１と、アンモニア濃度検出素子２０１で検出されたアンモニア濃度と内燃機関１０１の運転状態とに基づいて尿素水噴射量の過大度合を検出し、尿素水噴射量の過大度合に基づいて尿素水噴射量の低減量を算出し、尿素水噴射量の低減量を選択触媒還元装置１００にフィードバックする中央演算装置（ＣＰＵ）２０２と、を備えている。
【００２２】
中央演算装置２０２は、内燃機関回転数、排気流量、排気温度、及び排気中の窒素酸化物濃度に基づいて内燃機関１０１の運転状態を判断すると共に現在における内燃機関１０１の運転状態で想定される排気中のアンモニア濃度を算出し、これをアンモニア濃度検出素子２０１で検出されたアンモニア濃度と比較して尿素水噴射量の過大度合を検出する。その後、中央演算装置２０２は、尿素水噴射量の低減量を選択触媒還元装置１００の尿素水噴射制御装置１０９に送信する。
【００２３】
ここで、内燃機関回転数と排気流量は内燃機関制御装置１２７により把握されており、排気温度は排気温度検出器１１２により把握され、ＳＣＲ触媒下流の窒素酸化物濃度は第２の窒素酸化物濃度検出器１１４により把握されている。またこれらの値はアンモニア濃度検出器２００の中央演算装置２０２にも送信されるものとする。
【００２４】
これにより、尿素水噴射制御装置１０９は、中央演算装置２０２で算出された尿素水噴射量の低減量を指示尿素噴射量から差し引くだけで尿素水噴射量を調整して過剰な尿素水添加によるアンモニアスリップを防止してシステムの安全性を向上させることが可能となると共に、既存の選択触媒還元装置１００の制御バラツキを低減し、その結果、排気浄化率を改善することができる。
【００２５】
ここで、選択触媒還元装置１００の機能を説明しておくと、選択触媒還元装置１００は、アンモニア濃度検出器２００を具備することにより、ＳＣＲ触媒１０３が不正に外される等のタンパリング異常検出機能、尿素水噴射制御装置１０９における浄化率診断判定における、排気中のＮＯｘ浄化率低下状態と、アンモニアスリップ状態の識別機能、尿素水噴射器１０４の経年劣化等による過剰尿素噴射に対する、噴射量の補正機能、ＳＣＲ触媒１０３の経年劣化等による、アンモニアストレージ能力低下時の、アンモニアストレージ量補正機能等を有している。
【００２６】
具体的には、アンモニア濃度検出器２００は、図２に示す通り、先ず、ステップＳ１０１で、ＳＣＲ触媒温度を所定の閾値（例えば、２００℃）と比較すると共にＳＣＲ触媒温度が所定の閾値を超えている場合のみにステップＳ１０２に進む。即ち、選択触媒還元装置１００が非作動である場合は何の判定も行わずに処理を終了する。
【００２７】
次に、アンモニア濃度検出器２００は、ステップＳ１０２で、過去一定時間（例えば、１分間）の平均アンモニア濃度と平均窒素酸化物濃度とを計算する。トランジェント（過渡運転）時にアンモニアが一時的に排出されても正常である場合が多く、これは、単にアンモニア濃度と窒素酸化物濃度とを使用すると、トランジェント時のアンモニアの排出を異常と判定してしまうからである。
【００２８】
その後、アンモニア濃度検出器２００は、ステップＳ１０３で、平均アンモニア濃度と平均窒素酸化物濃度とに基づいて異常の切り分けを行う。具体的には、平均アンモニア濃度と平均窒素酸化物濃度とが共に正常範囲内である場合は正常であると判定し、平均アンモニア濃度と平均窒素酸化物濃度とが共に正常範囲外である場合はＳＣＲ触媒１０３が不正に外される等のタンパリング異常（異常１）と判定し、平均アンモニア濃度が正常範囲内であるが平均窒素酸化物濃度が正常範囲外である場合はＳＣＲ触媒１０３の劣化や尿素水の劣化（異常２）と判定し、平均窒素酸化物濃度が正常範囲内であるが平均アンモニア濃度が正常範囲外である場合はステップＳ１０４に進む。
【００２９】
ステップＳ１０４においては、ＳＣＲ触媒温度を使用して異常３と異常４の切り分けを行う。即ち、ＳＣＲ触媒温度が所定の閾値（例えば、２００℃）を超えているのにも拘わらず、過去一定時間（例えば、１分間）でＳＣＲ触媒温度の一定以上（例えば、５０℃／分以上）の上昇が認められる場合は、アンモニアストレージ過大（異常３）と判定し、それ以外の場合は、尿素水噴射量過大（異常４）と判定する。例えば、ＳＣＲ触媒温度の温度上昇中にのみアンモニアスリップが発生する場合は、アンモニアの脱離によるアンモニアスリップ（尿素水噴射器１０４の故障やＳＣＲ触媒１０３の劣化）の可能性が考えられ、ＳＣＲ触媒温度の温度上昇中でないときにもアンモニアスリップが発生する場合は、尿素水噴射器１０４の故障の可能性が考えられる。
【００３０】
最後に、アンモニア濃度検出器２００は、ステップＳ１０５で、過剰アンモニア濃度に基づいて過剰尿素水噴射量（排出されたアンモニアに相当する尿素水噴射量）を算出し、これを基にフィードバック制御を行う。
【００３１】
この動作の過程で、図３に示す通り、内燃機関制御装置１２７は、排気流量［ｍｇ／ｓ］、ＳＣＲ触媒温度［℃］、及びＳＣＲ触媒１０３の出口における窒素酸化物濃度［ｐｐｍ］を尿素水噴射制御装置１０９に送信する。これらを受信した尿素水噴射制御装置１０９は、排気流量［ｍｇ／ｓ］、ＳＣＲ触媒温度［℃］、及びＳＣＲ触媒１０３の出口における窒素酸化物濃度［ｐｐｍ］をアンモニア濃度検出器２００の中央演算装置２０２に送信する。また、アンモニア濃度検出器２００の中央演算装置２０２は、正常であるのか（正常フラグ）、異常１〜４であるのか（異常フラグ１〜４）、及び過剰尿素水噴射量［ｍｇ／ｓ］を尿素水噴射制御装置１０９に送信する。
【００３２】
以上の通り、本発明によれば、車種毎のフィードバックアルゴリズムの開発や評価に多大な時間と費用とを掛けること無く、既存システムに後付導入することが可能なアンモニア濃度検出器２００を提供することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００  選択触媒還元装置
１０１  内燃機関
１０２  排気管
１０３  ＳＣＲ触媒
１０４  尿素水噴射器
１０５  尿素水貯留槽
１０６  尿素水配管
１０７  尿素水供給ポンプ
１０８  尿素水供給モジュール
１０９  尿素水噴射制御装置
１１０  酸化触媒
１１１  ディーゼル微粒子捕集フィルタ
１１２  排気温度検出器
１１３  第１の窒素酸化物濃度検出器
１１４  第２の窒素酸化物濃度検出器
１１５  尿素水残量検出器
１１６  尿素水温度検出器
１１７  尿素水品質検出器
１１８  ＳＣＲセンサ
１１９  吸込流路
１２０  供給流路
１２１  回収流路
１２２  尿素水温度検出器
１２３  尿素水圧力検出器
１２４  切替弁
１２５  循環流路
１２６  解凍出力調整弁
１２７  内燃機関制御装置
２００  アンモニア濃度検出器
２０１  アンモニア濃度検出素子
２０２  中央演算装置
【図１】
2018131937.tif 000003
【図２】
2018131937.tif 000004
【図３】
2018131937.tif 000005