(57)【要約】【課題】尿素水添加装置に複数のインジェクタを備え、バイパス通路に噴射する尿素水を加熱することでＮＯｘ浄化率を向上することを目的とする。バイパス通路を加熱するヒーターの電力制限と温度条件から、バイパス通路の噴射量に上限を設ける。【解決手段】排気ガス温度またはＳＣＲ触媒温度に応じて、バイパス通路の噴射量を制御する。エンジンの排気管に取り付けた触媒と、エンジンと触媒の間の排気管内に尿素水を噴射する手段を有し、前記尿素水を排気ガスと混合し、前記触媒によって排気ガス中の特定成分と反応させると共に尿素水を排気ガスと混合する尿素水噴射手段を複数箇所に設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2007327377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に取り付けた触媒と、エンジンと触媒の間の排気管内に尿素水を噴射する手段を有し、前記尿素水を排気ガスと混合し、前記触媒によって排気ガス中の特定成分と反応させると共に尿素水を排気ガスと混合する尿素水噴射手段を複数箇所に設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記尿素水噴射手段の複数箇所に対応する噴射点別に排気ガスの通路を備え、各排気ガス通路内毎に尿素水を噴射する手段を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の排気ガス浄化装置において、排気ガス中に噴射された尿素水を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載の排気ガス浄化装置において、排気ガス温度または触媒の温度を測定またはエンジン運転状態から排気ガス温度又は触媒温度を推定する手段を設けて、前記測定又は推定された排気ガス温度または触媒温度に基づいて、加熱手段の発熱量を制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載の排気ガス浄化装置において、発熱量に基づいて尿素水噴射量を制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記請求項３から５のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、加熱手段は前記各通路の通過する排気ガス量に基づいて異なる発熱量とすることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記請求項６に記載の排気ガス浄化装置おいて、通路断面積の小さい排気ガス通路に加熱装置を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項８】
前記請求項３から７のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、排気ガス中に含まれる特定成分と反応させるために必要な尿素水を演算する尿素水量演算装置を備え、通路断面積に基づいて尿素水噴射量を演算することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項９】
前記請求項８に記載の排気ガス浄化装置において、尿素水を加圧するポンプと尿素水を送水する尿素水配管と尿素水配管内の圧力を調整する尿素水圧力調整手段を備え、尿素水噴射量演算装置から演算される単位時間あたりの尿素水噴射量に応じて、ポンプの吐出圧力または尿素水圧力を調整することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記請求項１から９のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、尿素水噴射量演算装置から演算される単位時間あたりの尿素水噴射量に基づいて、尿素水の噴射する時間間隔を調整することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の排気ガス浄化装置において、前記尿素水噴射量の演算は、前記演算により求められ、尿素水噴射量に対応した非線形の噴射時間幅テーブル値を使って、尿素水噴射量を制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の排気ガス浄化装置において、前記尿素水を噴射する時間間隔の調整は、尿素水噴射として、所定の単位時間あたりの尿素水噴射量を必要とするとき、一定の噴射間隔で所定の尿素水噴射時間幅以上の尿素水噴射を行い、
前記所定の単位時間当たりの尿素水噴射量以下では、
所定の尿素水噴射時間幅を保ったまま、前記噴射制御状態の噴射間隔をさらに間隔を長くして、単位時間あたりの尿素水噴射量を制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の排気ガス浄化装置において、エンジンの運転状態に対応した排気管内圧力を推定する手段を設けて、
排気管内圧力と尿素水配管の圧力との差分を演算する手段を設けて、
圧力差分に応じて尿素水噴射の時間幅を補正することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記排気通路の一部に、尿素水を加熱する手段と、前記排気通路下流にＮＯｘセンサを有し、排気ガス温度が予め定める所定の温度より低い温度となる運転状態にて、前記加熱手段を有する排気通路に設けられた噴射手段により尿素水を噴射すると共に、排気ガス温度が予め定める所定の温度より高い運転状態にて前記加熱手段を有しない排気通路に設けられた噴射手段から尿素水を噴射し、前記予め定める所定の温度よりも低い運転状態と高い運転状態でのＮＯｘセンサ出力の比較により、前記燃料噴射手段の異常を検出することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の排気ガス浄化装置において、前記異常の検出は、前記排気ガス温度が、低い又は低いと推定される運転状態での尿素水噴射前後のＮＯｘ低減量が尿素水噴射量と比例関係がなく、前記排気温度が高い又は高いと推定される運転状態での尿素水噴射前後のＮＯｘ低減量が尿素水噴射量と比例関係があるときに前記排気ガスの低い又は低いと予想される噴射手段の異常と判定することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素を還元剤として用い、燃焼に起因して発生する窒素酸化物を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排気される窒素酸化物に関して、取扱が容易な尿素を添加する尿素添加装置を備え、排気ガス熱利用で加水分解し、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを低減する排気ガス浄化装置において、尿素添加量をエンジンのＮＯｘ排出量に合わせて尿素を噴射してエンジンの排気レベル低減を図る排気ガス浄化装置が知られている。
【０００３】
特開２００５−３４４５９７号公報に示されている排気ガス浄化装置は、ヒーターを使って尿素水を加熱して加水分解触媒を通すことによりアンモニアを発生させて、ＮＯｘ浄化率を向上する装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４４５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年高効率化によりエンジンが排出する排気温度が低くなる傾向にあるが、排気温度が低い領域では排気ガス熱による尿素の加水分解効率が低下する傾向にあり、更に尿素が熱分解するときの中間物質として、シアヌル酸等の尿素熱分解生成物・固形物が析出して、後流側の排気ガス配管内が閉塞する場合や、あるいは脱硝触媒が劣化する問題も発生する。また、一般に排気温度が低い領域では尿素の析出及び脱硝触媒劣化の可能性があるため、尿素が添加できず、エンジン全領域での脱硝効率向上が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、エンジンの排気管に取り付けた触媒と、エンジンと触媒の間の排気管内に尿素水を噴射する手段を有し、前記尿素水を排気ガスと混合し、前記触媒によって排気ガス中の特定成分と反応させると共に尿素水を排気ガスと混合する尿素水噴射手段を複数箇所に設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置によって解決される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アイドル状態等での排気ガス量が少ない運転領域から、最大出力に相当する最大の排気ガス量にまで適切な排気処理が可能になり、排気レベルの低減を図る効果が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明での尿素水添加装置の構成を図１に示す。
【０００９】
排気ガス経路１６は、排気ガスを主に通す主通路と、煙道の上流から排気ガスを通すバイパス通路２０を持つ。バイパス通路２０は、排気ガスの主通路にバイパス導入口１９を設け、出口は主通路の断面積を絞った排気絞り部２２に配置する。絞りにより上流から下流側への圧損が発生し、確実に排気ガスをバイパス通路に誘導できるとともに、排気流速の早い場所にアンモニアが導出されるため、アンモニアを拡散しやすく脱硝特性を向上できる。
【００１０】
尿素水添加手段１８は複数備える方が異常発生時の脱硝性能確保が容易であり、説明は代表して２個のケースで行う。尿素水添加手段１８に含まれる２個のうち、１個は排気温度が高い領域で高流量を排気ガスの主通路内に直接添加するメイン添加装置（メイン噴射弁）１８Ａと、残りの１個は排気温度が高くない領域で少ない流量をバイパス通路内に添加するサブ添加装置（サブ噴射弁）１８Ｂである。バイパス通路２０において、サブ添加装置１８Ｂの後流側には加水分解触媒が設けられ、尿素の加水分解処理を促進する。バイパス通路２０は排気ガス通過量及び尿素水噴射量が少ないので、加熱熱量も少なくて済む。よって電気ヒーターで加熱する場合は、消費電力が低減できるとともに、排気温度が高くない場合にも安定してアンモニアを発生できる。
【００１１】
尿素水は、尿素水溶液の入ったタンク１と、圧力センサ４により計測された吐出圧をフィードバックして、ポンプ３により加圧・調圧され、三方弁５を介して各々の尿素水添加装置（１８Ａ，１８Ｂ）に供給される。
【００１２】
吐出圧はポンプの回転数でも調整できるので、回転数制御のためにポンプへの供給電圧、またはパルス数を変化させてもよい。または、レギュレータのバネ圧等の調整によって行われる。
【００１３】
三方弁５は尿素水供給側とメイン添加装置１８Ａとサブ添加装置１８Ｂを接続する構成とした事により、メイン添加装置１８Ａあるいはサブ添加装置１８Ｂに異常が生じた場合に、尿素添加・加熱コントローラ２４により各々の尿素水供給を停止することが可能となり、アンモニアスリップ等の不具合を防止できる。
【００１４】
尿素添加装置２５は、例えばメイン添加装置１８Ａまたはサブ添加装置１８Ｂとこれを排気経路に保持するブロックとから成る。また、排気ガスあるいはヒーター８の熱によって、戻り配管用バルブ６，サブブロック７が加熱されるため、メイン添加装置１８Ａまたはサブ添加装置１８Ｂ内部で尿素水が析出し、閉塞してしまう可能性がある。そこで尿素水を戻り配管用バルブ６内・サブブロック７内に通過させて冷却を行い、析出・閉塞を防止できる構成とした。また、同時に冷却水を循環させる構成としているので、尿素水を析出させない程度に加熱することもできるため、気化性能を向上できる。
【００１５】
尿素水添加装置（噴射弁）の構成を図２に示す。
【００１６】
噴射弁のオリフィス形状は、噴射弁の噴射口にスワラ５０を付けたものとして、噴口部５１から尿素水が噴射される。
【００１７】
このため１穴構造であるにもかかわらず噴霧に旋回をかけられ微粒化できる。微粒化することで、すぐさま尿素水を気化が容易になり、尿素水噴霧を加熱する装置が小型化でき、加熱に使用する電力も低減でき、アンモニアも確実に生成できる。１穴は多穴オリフィスに対して穴径が大きく取れるので、尿素のつまりやＰＭ成分（すす等）を含んだデポジットに対しても有利であり、穴精度も出しやすいので噴射量の制御精度も高くなる。
【００１８】
噴射弁のコイル冷却を行うための構造として、以下の構成をとる。メイン添加装置18Ａまたはサブ添加装置１８Ｂに関しては、噴口部先端が高温の排気ガスにさらされるため、噴射弁全体も高温になる。戻り配管用バルブ６やサブブロック７に冷却水をまわして冷却を行うが、メイン添加装置１８Ａまたはサブ添加装置１８Ｂの通電時にはコイル５４も発熱するので、高温に弱い樹脂で成形されたコイル５４のボビン５５はなるべく噴口部先端の熱を伝えにくくするため、噴口部周辺の小径部５２の小径部長さ５３を２０mm以上とって高温にさらされないような内部構造を備えたものとする。
【００１９】
噴射弁を複数設ける場合、以下の配置とする。
【００２０】
メイン添加装置１８Ａは、サブ添加装置１８Ｂに対して排気流れ上流側に位置しており、ＳＣＲ触媒２３との距離が大きく取れるため、排気ガスの熱を受けやすく蒸発距離を稼げるメリットがあるので、サブ添加装置１８Ｂ異常時にはメイン添加装置１８Ａで代替することが可能である。また、その逆も可能である。
【００２１】
また、メイン添加装置１８Ａによる尿素水噴霧の噴射方向を排気上流側に向けることにより、排気ガス内での滞留時間を稼いで排気ガスの熱を受けやすくできるとともに、排気ガス流れとの相対速度増加により噴霧の微粒化が図れ、熱伝達率も向上するため、気化促進の効果による効率的なアンモニア発生も期待できる。
【００２２】
バイパス通路２０には、排気ガス温度が高くない領域で、尿素が析出する等問題が発生しないように加熱・気化するヒーター８を備える。そのヒーター８は単線または複数のヒーター線からなり、本ケースは２本のヒーター線として説明する。ヒーター８は複数備えることにより、１本に異常が発生した場合でも、残りのヒーター８の設定温度を上げる等加熱を補うことができるので、異常発生時もフェールセーフが可能となる。車両搭載を考慮すると、ヒーター８に供給できるバッテリ電圧は一般的に４２Ｖ，２４Ｖ，１２Ｖ等が考えられる。加熱量を大きくしようとした場合、バッテリ電圧が低いほど抵抗値を下げる必要がある。シースヒーター等の電気ヒーターであれば、抵抗値を下げるために外径が大きくなり巻く時の作業性が悪化する傾向にある。このため電気的に並列に２本接続して、各々のヒーターの抵抗値を大きく取れるような構成にすることにより、ヒーター外径を細くできるため、巻きの作業性が向上する。また、２本同時に並列巻き等も可能となり作業性が良くなる図３（ａ）に構造を示す。
【００２３】
更に巻き作業を容易にするため、図３（ｂ）に示すように分割して設置することもできる。
【００２４】
巻き方に関しては、尿素水噴霧が直接当たる周辺が最も温度が低くなるので、噴霧が直接当たる周辺を密に、噴霧から離れた位置では疎に巻く構成にするのが、消費電力低減もでき、効率が良い。
【００２５】
ヒーター８は、片端から２端子出る構造のものを用い、例えばヒーター温度センサ９と共通のヒーター通電用コネクタ３６で一括して尿素添加・加熱コントローラ２４に接続できるようにすることで、作業性が向上する。
【００２６】
ヒーター端子の片側を尿素添加装置に接続してグランド線を省略することも可能である。
【００２７】
尿素水の安定気化のためにはヒーターの温度をある一定温度範囲に設定する必要がある。例えば噴霧角度θ３４で噴霧が直接当たる付近の温度を熱電対等のヒーター温度センサ９を設けて計測する方法がある。この構成としてヒーター温度を制御した場合、温度低下による尿素析出・つまりを防止でき、更にヒーター８の過加熱を防止できるためヒーター寿命を延ばすことができるとともに、アンモニアの再ＮＯｘ化を防止できる。また、噴霧が当たる付近から離れた位置にヒーター温度センサ９を設けて計測する構成としてヒーター温度を制御した場合も、噴霧が当たる周辺の温度は推定できるので同等の効果が期待でき、比較的ヒーターの温度を低めに制御できるので、ヒーター寿命を更に延ばすことができる。他にヒーター温度検出手段として、あらかじめヒーターの温度に対する抵抗変化分の関係を把握しておけば、ヒーターの抵抗変化分を検出することにより、ヒーターの平均温度がわかる。このため温度計測用のセンサが不要になり、搭載性が良くなる。
【００２８】
また、ヒーターが巻かれるヒーターパイプは、排気下流側に向けて水平からある傾斜角θ３５を持たせることにより、液流になってしまった場合の尿素水を析出させず処理できる。
【００２９】
ヒーターパイプは尿素水噴霧を加熱気化させるためにある程度の長さを確保する必要があり、更に噴霧の部分集中による析出を避けるために噴霧の中心軸とヒーターパイプの中心軸は概ね合わせた方が良い。すなわち、ヒーターパイプと噴射弁は直列に接続する必要がある。更に後流のＳＣＲ触媒に向けて排気経路の広範囲にアンモニアを拡散する必要があるためヒーターパイプの出口部は排気管の中央付近に位置させる。よって、噴射弁から装置の大型化が避けられないが、ヒーターパイプに曲げを追加することにより、車両搭載を考慮した尿素添加・加熱装置の小型化に対応できるメリットがある。
【００３０】
図４に尿素の添加・加熱を制御するコントローラの機能ブロック図を示す。
【００３１】
尿素添加量演算部は、ＮＯｘセンサ，温度センサの信号を入力とし、尿素水添加量を演算する。あるいは、ＥＣＵから得られたエンジン回転数およびエンジンの燃料噴射量等を入力とし、尿素水添加量を演算する。尿素添加量決定部は、添加量演算部と異常信号，ヒーター電力・尿素水添加限界量から定めた限界量、等から実際の尿素添加量を決定し、噴射弁駆動部に渡す。噴射弁駆動部は、決定部で決定された尿素添加量に基づき、あらかじめ記憶しておいた噴射弁の特性に合わせて開弁パルスを送る。
【００３２】
まず、エンジン始動後、尿素水ポンプを起動して尿素水を配管内に充填する。
【００３３】
ＳＣＲ触媒内のアンモニア蓄積量の初期値をゼロとし、ＳＣＲ触媒の温度または排気ガス温度が所定温度以上のとき、噴射許可フラグをセットする。
【００３４】
あらかじめ、所定のエンジン回転数と負荷に基づいて、排気ガス中のＮＯｘ濃度と吸入空気量を測定して、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量ＱＮＯｘを算出しておき、マップ値としてＲＯＭデータに格納しておく。または、尿素添加装置の上流側にＮＯｘセンサを設けておき、ＮＯｘセンサ出力信号からＮＯｘ濃度を測定して、同時に吸入空気量を乗ずることによってＮＯｘ量ＱＮＯｘを算出してもよい。
【００３５】
さらに、エンジン運転状態の過渡的なＮＯｘ量の変化を補正するために、吸入空気量や燃料噴射量またはスロットル，ＥＧＲ弁開度に基づく過渡補正係数ＱＡＣＣを求める。
【００３６】
同時に、排気ガス温度とＳＣＲ触媒温度のマップから求められるモル係数ηを算出する。
【００３７】
排気ガス温度やＳＣＲ触媒温度は、サーミスタや白金等の温度センサから実測した値を用いるか、エンジン回転数と燃料噴射量からあらかじめ測定した値から推定した値でもよい。ＳＣＲ触媒温度は排気ガス温度によって時間的な変化が緩慢なので、排気ガス温度から求めたフィルター係数を用いて、排気ガス温度の１次遅れフィルター出力からＳＣＲ触媒温度を推定することも可能である。
【００３８】
さらに、吸入空気量と排気ガス温度によって求められる排気ガス量に応じて、モル係数ηの補正項ηＳＶを算出する。
【００３９】
上記、算出したパラメータを使って、尿素水基本噴射量ＱＳＣＲを求める。
【００４０】
ＱＳＣＲ＝ＱＮＯｘ×ＱＡＣＣ×η×ηＳＶ
さらに、排気ガス温度とＳＣＲ触媒温度のマップから求められるＳＣＲ触媒内のＳＣＲ内最大規定残量ＱＳＣＲＭＡＸを算出する。ＳＣＲ触媒内最大規定残量は触媒の形状や触媒材料によって変化するので、エンジンであらかじめ測定した値から推定した値をマップの形で設定する。
【００４１】
基本尿素水噴射量ＱＳＣＲと、所定時間前にＳＣＲ触媒内に残存する尿素水量QSCRRMとから
ＱＳＣＲ＋ＱＳＣＲＲＭとＱＳＣＲＭＡＸを比較し、
ＱＳＣＲ＋ＱＳＣＲＲＭ＜ＱＳＣＲＭＡＸであれば、尿素水濃度補正係数QSCRDEN を用いて
実尿素水噴射量ＱＳＣＲＩＮＪ＝ＱＳＣＲ×ＱＳＣＲＤＥＮ
を噴射することになる。
【００４２】
ＱＳＣＲ＋ＱＳＣＲＲＭ≧ＱＳＣＲＭＡＸであれば、尿素水濃度補正係数QSCRDEN を用いて
実尿素水噴射量ＱＳＣＲＩＮＪ＝(ＱＳＣＲＭＡＸ−ＱＳＣＲＲＭ)×ＱＳＣＲＤＥＮ、ただし、（ＱＳＣＲＡＭＸ−ＱＳＣＲＲＭ）＜０の場合は、
ＱＳＣＲＩＮＪ＝０
として、噴射することになる。
【００４３】
同時にＳＣＲ触媒内に残存する新たな尿素水量ＱＳＣＲＲＭを求める。
【００４４】
ＱＳＣＲＲＭ＝ＱＳＣＲＲＭ＋ＱＳＣＲＩＮＪ
ＳＣＲ触媒温度に応じた反応係数ηＳＣＲから噴射間隔Ｔｉｎｊあたりの反応量QREACTを求める。
【００４５】
ＱＲＥＡＣＴ＝ＱＳＣＲＲＭ×ηＳＣＲ×Ｔｉｎｊ
よって、最終的なＳＣＲ触媒内に残存する尿素水量は
ＱＳＣＲＲＭ＝ＱＳＣＲＲＭ−ＱＲＥＡＣＴ＝ＱＳＣＲＲＭ×（１−ηＳＣＲ
×Ｔｉｎｊ）
という値に更新される。
【００４６】
排気ガス温度が所定値以下の時はヒーターによって、サブインジェクタから尿素水を噴射してヒーターで加熱して気化させる。
【００４７】
ヒーター温度またはＳＣＲ触媒温度に応じて、サブインジェクタ噴射量の上限値
ＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸを求める。
【００４８】
実尿素水噴射量ＱＳＣＲＩＮＪとサブインジェクタ噴射量の上限値ＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸとを比較して、ＱＳＣＲＩＮＪ＜ＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸであれば、サブインジェクタ噴射量ＱＳＣＲｓｕｂ＝ＱＳＣＲＩＮＪとし、メインインジェクタ噴射量ＱＳＣＲｍａｉｎ＝０とする。
【００４９】
ＱＳＣＲＩＮＪ≧ＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸであれば、インジェクタの最小噴射量Ｑｍｉｎを用いて、
サブインジェクタ噴射量ＱＳＣＲｓｕｂ＝ＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸ−Ｑｍｉｎとし、
メインインジェクタ噴射量ＱＳＣＲｍａｉｎ＝ＱＳＣＲＩＮＪ−ＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸ＋Ｑｍｉｎとする。
【００５０】
サブインジェクタ噴射量とメインインジェクタ噴射量の噴射分担として、あらかじめ回転数と燃料噴射量でマップ化した比率ＱＲＡＴＩＯを用いて、
ＱＳＣＲｓｕｂＩＮＪ＝ＱＳＣＲｉｎｊ×ＱＲＡＴＩＯ
ＱＳＣＲｍａｉｎＩＮＪ＝ＱＳＣＲｉｎｊ×（１−ＱＲＡＴＩＯ）
という演算で求めてもよい。
【００５１】
また、サブインジェクタによる噴射はバイパス通路を通過し、加水分解触媒を通して
ＳＣＲ触媒に達するので、エンジン運転の過渡的状態では反応が遅れることになる。
【００５２】
このため、図５に示すように、エンジン運転の過渡状態ではＱＳＣＲｓｕｂＭＡＸを一時的に減少させてサブインジェクタによる噴射量を下げて、メインインサブインジェクタ噴射量を増やす補正を加える必要がある。
【００５３】
メイン添加装置１８Ａまたはサブ添加装置１８Ｂは内蔵されたソレノイドコイル５４に電流を流すと弁が開くようになっているため、噴射弁駆動時間を変えて尿素添加量を変化させる。
【００５４】
通常、噴射弁駆動時間にほぼ比例して尿素水が噴射されるが、ＮＯｘ排出量がほぼゼロの運転領域では噴射弁駆動時間がゼロに近づくことになる。この場合、図６に示すように、比例関係が非線形となる時間幅があるため、必要とする噴射量に対応した噴射弁駆動時間の補正を行う。
【００５５】
例えば、図７に示すように、非線形の別テーブル値を使って必要とする噴射量から噴射弁駆動時間幅を検索する。
【００５６】
しかし、インジェクタ個々の最小噴射時間はインジェクタの個々の特性に依存するので、非線形テーブル値だけでは、噴射量が決まらない。
【００５７】
別な補正としては、噴射弁駆動時間を最小噴射時間幅以上に固定して、噴射量がほぼゼロに近づくにつれて、噴射間隔を延ばす手法がある。この場合、図８に示すように、単位時間あたりの噴射量がゼロから所定の噴射量までは、１回の弁駆動時間を噴射量の最小時間以上とし、噴射間隔Ｐｉｎｊを噴射量の逆数に設定する。
【００５８】
演算周期Ｔｍｉｎと最小噴射量Ｑｍｉｎ、および単位時間当たりの噴射量Ｑｉｎｊを用いて、
Ｐｉｎｊ＝Ｔｍｉｎ×Ｑｍｉｎ／Ｑｉｎｊ
で求めることができる。
【００５９】
さらに、別の手法としては、尿素水圧力を変化させることによって、最小時間幅以上に噴射弁駆動時間を設定することができる。この場合、噴射量は
ＱＴ＝Ｑｍｉｎ×平方根（尿素水圧）で求めることができ、尿素水圧Ｐｕを図９に示すように、所定の噴射量以下の領域では
Ｐｕ＝ (ＱＴ／Ｑｍｉｎ)＾２
で求められる圧力を、ポンプ吐出圧力調整機能またはリリーフ弁の圧力調整機能を使って設定する。
【００６０】
また、運転状態に応じて、尿素添加部内の排気圧力が変動するので、あらかじめそれぞれの運転状態に応じた尿素添加部内の排気圧力を測定しておき、運転状態に合わせて尿素水圧を調整することも必要である。
【００６１】
ポンプの吐出圧力または圧力調整の上限に達しているときは、運転状態に合わせた噴射パルス時間幅を調整する。例えば、尿素添加部内の排気圧力が上昇して、尿素水圧と排気圧力との差が小さくなれば、噴射パルス時間幅を延長する補正を加える。
【００６２】
次に、排気ガス温度またはＳＣＲ触媒温度に応じて、ヒーター駆動を制御する。例えば、排気ガス温度またはＳＣＲ触媒温度が３００℃以下であればヒーターをオンさせる。温度上昇によって３５０℃以上となったときにヒーターをオフする。この場合、ヒーターをリレーで制御することも可能である。
【００６３】
ヒーターが分割されている場合、オンする順序は加水分解触媒から近いヒーターから順番にオンして加熱し、オフの順序は加水分解触媒に遠いヒーターからオフすることで加水分解触媒の温度を先に昇温することが可能になる。この場合、ヒーターの突入電流をある程度抑えることができる。
【００６４】
または、ヒーター温度が常に規定値（たとえば２５０℃）以上となるようにヒーターの電力を調整する。温度検出方法は熱電対やサーミスタ，白金等の温度センサでも良いし、ヒーターの電気的抵抗を測定して、温度に換算してもよい。この場合、ヒーター制御はデューティ制御となる。
【００６５】
ＳＣＲ触媒の交流に設けたＮＯｘセンサ出力信号で排気ガス中のＮＯｘ量をモニタする。
【００６６】
ＮＯｘセンサは排気ガス中の窒素酸化物だけでなく、尿素から発生する副生成物としての窒素を含む化合物に応じても反応するので、図１０に示すように、モル比が１.０ を中心にして、尿素水が多くても少なくても、ＮＯｘセンサ出力信号が現れる。
【００６７】
よって、エンジン運転状態が一定の下で尿素水噴射量を微増または微減して、ＮＯｘセンサ出力信号が変化するかどうかをモニタする。
【００６８】
尿素水噴射量の微増に対してＮＯｘセンサ出力信号が減少する場合は、基本ＮＯｘ量マップ値によるＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化が１００％以下であるので、噴射量補正値を増加する。噴射量補正値として、基本ＮＯｘ量マップ値を増やす、モル係数を増やす、最大規定残量値を増やすか、または、尿素水濃度補正係数を増やすなどの対応が可能である。
【００６９】
尿素水噴射量の微増に対してＮＯｘセンサ出力信号が増大する場合は、基本ＮＯｘ量マップ値によるＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化が１００％以下であるので、噴射量補正値を減少する。噴射量補正として、基本ＮＯｘ量マップ値を減らす、モル係数を減らす、最大規定残量値を減らす、尿素水濃度補正係数を減らすなどが可能である。
【００７０】
ポンプ駆動部は、エンジン始動後からポンプをオンし、所定の停止条件が成立した後オフする。
【００７１】
ポンプ停止条件は下記のいずれかが成立したとき。
【００７２】
・エンジン燃料残量が所定値以下
・エンジン冷却水温度が所定値以下
・尿素水温度が所定温度以下
・尿素水タンク内残量が所定値
・イグニッションキースイッチオフ後に排気ガス温度が所定値以下となったとき
尿素水温度が所定温度以下の場合、エンジン冷却水を尿素水タンク内に循環させる、または尿素水タンク内のヒーターをオンすることで尿素水を加温する。
【００７３】
尿素水タンク内残量が所定値以下の場合、運転者に尿素水補給を促すメッセージをパネル表示または音声等で伝達する。
【００７４】
また、ＧＰＳと組み合わせたＮＡＶＩ情報に基づき、走行地点の近隣に存在する尿素水補給地点をＮＡＶＩ情報端末に表示させる。
【００７５】
表示を継続している時間の積算値または表示を継続している走行距離の積算値が所定の限界値を超えた場合、その後、いったんエンジン停止後のエンジン再始動を禁止する。または、エンジン再始動を許可するが、再始動後の１回あたりの走行距離または走行時間を制限することや、走行時の最高速度を制限するなどのフェールセーフを実施する。
【００７６】
一連の動作を図１１に示す。
【００７７】
イグニッションキースイッチオフ後、排気ガス温度センサが所定の温度以下となるまでポンプを駆動して配管内に残っている尿素水をパージする。
【００７８】
排気ガス温度センサが所定の温度以下となったとき、戻り配管用バルブ１１６を開いて、三方バルブをパージ配管側に切り換える。その後、パージ用エアバルブ１１１を開いて、パージエアを導入して噴霧用配管と冷却用配管内の尿素水をパージする。所定の時間経過後、パージ用エアバルブ１１１を閉じる。その後戻り配管用バルブ１１６を閉じて、三方バルブをポンプ側に戻す。
【００７９】
上記パージ動作は、通常、エンジン停止後に行うが、エンジンがアイドル放置されている状態が継続することがわかれば、アイドル放置状態中にパージ制御を行って、パージ終了後にエンジン停止をしてもよい。
【００８０】
尿素添加・加熱装置のコントローラでの異常判断の方法として、下記の方法がある。
【００８１】
噴射弁が開固着状態で故障すると、ＮＯｘセンサの値が上流側に対してＳＣＲ触媒の後段側の方が過大な値を示すとともに、ポンプの圧送能力以上に尿素水が噴射されるため吐出圧が低下する。一方、閉固着状態で故障すると、ＮＯｘセンサの値が上流側と下流側で差が小さくなる。それによって故障モードを検出する。
【００８２】
ヒーターの断線もしくはショートに関しては、ヒーターの温度センサの値と電流値で判断する。
【００８３】
異常検出後の処理として、下記の処理を行う。
【００８４】
ポンプが所定回転数で回っているときに、尿素水圧が所定の範囲内にありながら、尿素水を噴射してもＳＣＲ触媒後流に設けたＮＯｘセンサ出力が低下しなければ、噴射弁の異常または尿素水の濃度異常が推定される。
【００８５】
この場合、メイン噴射弁またはサブ噴射弁から尿素水を噴射しても、現象が変わらなければ、尿素添加装置全体の故障として、エンジン制御装置に異常信号を送信して、早期の修理を運転者に促す。
【００８６】
また、長時間運転しても尿素水タンク内の尿素水残量に変化がない場合も、尿素添加装置全体の故障が推定される。
【００８７】
排気ガス温度が高いときにメイン噴射弁から尿素水を噴射しているときＳＣＲ触媒後流のＮＯｘが減らない場合、サブ噴射弁から尿素水を噴射する。このとき、ＮＯｘが減れば、メイン噴射弁の異常が推定される。
【００８８】
排気ガス温度が低いときにサブ噴射弁から尿素水を噴射しているときに、ＳＣＲ触媒後流のＮＯｘが減らない場合は、排気ガス温度が高い運転領域に入ったときにメイン噴射弁から尿素水を噴射してＮＯｘが減れば、サブ噴射弁の異常が推定される。
【００８９】
エンジンの運転状態が減速に入ったとき、概ね、燃料カットされるのでＮＯｘは排出されないが、ＮＯｘセンサ出力でＮＯｘが検出される場合、ＳＣＲ触媒内に吸着されたアンモニアがＮＯｘとなって排出される可能性がある。
【００９０】
この場合、排気管をふさぐ排気ブレーキを併用して、排気ガス流量を減らしてアンモニアがＮＯｘに変換される量を低減するとよい。
【００９１】
上述のように本願発明によれば、排気温度が低い領域での脱硝効率低下防止のため、尿素を効率よく加熱分解できるように、排気ガス温度が低い領域では尿素添加手段により噴射した尿素を加熱する尿素加熱手段を用いる。このことにより熱分解生成物による閉塞・脱硝触媒劣化も防止できる。更に尿素添加手段・尿素加熱手段を各々複数設けることにより、故障時にもより細かく適切な制御・対応が可能となり、脱硝効率低下を防止できる。また、尿素添加・加熱装置の排気通路には、排気ガス主流の他にバイパス通路を設け、バイパス通路内に尿素を添加する尿素添加装置を備えるとともに、排気ガスの熱の他に、バイパス通路加熱を行うことによりバイパス通路内に噴射された尿素を加熱する尿素加熱手段を配置した構成としたので、更に安定した脱硝性能が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は内燃機関の排気制御に関連したものであり、自動車だけでなく船舶用エンジンや建設機用エンジンや半固定発電機用エンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明実施例の全体構成図。
【図２】ヒーター捲線外観図。
【図３】ヒーターの分割捲線外観図。
【図４】尿素水コントローラの機能ブロック図。
【図５】エンジン運転過渡時の対応の説明図。
【図６】噴射弁駆動時間の説明図。
【図７】噴射弁駆動時間のテーブル設定値の説明図。
【図８】噴射弁の駆動間隔の説明図。
【図９】尿素水圧の説明図。
【図１０】ＮＯｘセンサ出力の説明図。
【図１１】尿素水パージの説明図。
【符号の説明】
【００９４】
１…尿素水タンク、２…ブロック冷却通路、３…ポンプ、４…圧力センサ、５…三方弁、６，１１６…戻り配管用バルブ、７…サブブロック、８…加熱手段（ヒーター）、８Ａ…並列巻きヒーター（密巻き部）、８Ｂ…並列巻きヒーター（疎巻き部）、８Ｃ…分割巻きヒーター（密巻き部）、８Ｄ…分割巻きヒーター（疎巻き部）、９…ヒーター温度センサ、１０…出力信号、１１…エンジン制御装置と尿素添加・加熱コントローラ間の信号線、１２…エンジン制御装置、１３…入力信号、１４…ＤＰＦ触媒、１５Ａ…ＮＯｘセンサＡ、１５Ｂ…ＮＯｘセンサＢ、１６…排気ガス経路、１７…排気温度センサ、１８…尿素水添加手段（噴射弁）、１８Ａ…メイン添加装置（メイン噴射弁）、１８Ｂ…サブ添加装置（サブ噴射弁）、１９…バイパス導入口、２０…ヒーターパイプ（バイパス通路）、
２１…加水分解触媒、２２…排気絞り部、２３…ＳＣＲ触媒、２４…尿素添加・加熱コントローラ、２５…尿素添加装置、３０…尿素水配管コネクタ、３１…噴射弁通電用コネクタ、３２…サブブロック冷却通路、３３…バイパス入口、θ３４…噴射弁の噴霧角度、
θ３５…水平に対する傾斜角度、３６…ヒーター通電用コネクタ、３７…スペース、５０…スワラ、５１…噴口部（１穴）、５２…噴口周辺小径部、５３…小径部長さ、５４…コイル、５５…ボビン、１１１…パージ用エアバルブ、１１２，１１５…バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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