(57)【要約】【課題】還元触媒での不純物の蓄積を防止し、排気浄化効率を維持する。【解決手段】エンジン１の排気管間２に設置され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒３と、尿素水溶液を貯留するタンク７と、還元触媒３の上流に設置され、タンク７に貯留された尿素水溶液を還元触媒３に供給する供給装置と、タンク７に設置され、尿素水溶液に含まれるカルシウムの濃度を検出するカルシウムセンサー１１と、を含んでエンジンの排気浄化装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記窒素酸化物の還元剤またはその前駆体の水溶液を貯留するタンクと、
前記還元触媒の上流に設置され、前記タンクに貯留された前記水溶液を前記還元触媒に供給する供給装置と、
前記タンクに設置され、前記水溶液に含まれる前記還元剤またはその前駆体以外の不純物の濃度を検出する濃度検出手段と、
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記濃度検出手段により検出された前記不純物の濃度に基づいて異常信号を出力する異常判定手段を備えた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】
前記異常判定手段からの前記異常信号の出力に応答して運転者に対する警告作動を行う警告手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記濃度検出手段は、前記水溶液のカルシウム濃度を検出するカルシウムセンサーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ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、還元剤またはその前駆体の水溶液（以下、還元剤水溶液という。）を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置として、尿素水溶液等の還元剤水溶液を用いるものがある。（特許文献１）。このものでは、エンジンの排気通路に還元触媒を設置し、タンクに貯留された還元剤水溶液を、還元触媒の排気上流に噴射することによって、還元剤水溶液により排気中のＮＯｘを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。
【特許文献１】特開２００２−３７１８３１号公報（段落番号００１４）
【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、上記システムに用いられる還元剤水溶液には、カルシウム等の不純物が溶解している虞がある。この不純物は、還元剤水溶液の製造時にその溶媒にあらかじめ含まれているもの、還元剤水溶液を保存または貯留するタンクに付着しているもの、タンクへの還元剤水溶液の補給時に混入するもの等があり、運転者の不注意によりまたは意図的に用いられた低純度の還元剤水溶液に許容以上含まれる場合が多い。このように不純物が許容以上含まれる低純度の水溶液が上記システムに用いられると、還元触媒でこの不純物が析出して徐々に蓄積し、排気の浄化効率が低下してしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、適性純度の還元剤水溶液の使用を促し、還元触媒に不純物が蓄積することを抑制して還元触媒の浄化効率が維持されるエンジンの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記載の発明は、エンジンの排気通路に配設され、排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、窒素酸化物の還元剤またはその前駆体の水溶液を貯留するタンクと、還元触媒の上流に設置され、タンクに貯留された前記水溶液を還元触媒に供給する供給装置と、タンクに設置され、前記水溶液に含まれる還元剤またはその前駆体以外の不純物の濃度を検出する濃度検出手段と、を含んでエンジンの排気浄化装置を構成する。
【０００６】
請求項２記載の発明では、濃度検出手段により検出された不純物の濃度に基づいて異常信号を出力する異常判定手段を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、異常判定手段からの異常信号の出力に応答して運転者に対する警告作動を行う警告手段を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、濃度検出手段は、水溶液のカルシウム濃度を検出するカルシウムセンサーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、濃度検出手段によりタンク内に貯留された還元剤またはその前駆体の水溶液に含まれる不純物の濃度が検出されるので、この濃度に基づいてこの水溶液が適正純度であるか否かを判定でき、適性純度の還元剤またはその前駆体の水溶液の使用を促すことができる。これにより、還元触媒での不純物の蓄積が抑制され、還元触媒の浄化効率を維持することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、タンク内に貯留された還元剤またはその前駆体の水溶液における不純物の濃度に基づいて異常信号を出力するので、例えばこの異常信号によりエンジンの作動を制限することによって、純度が適性範囲外である還元剤またはその前駆体の水溶液の使用を制限できる。
請求項３記載の発明によれば、タンク内に貯留された還元剤またはその前駆体の水溶液に含まれる不純物の濃度に基づいて警告手段により警告作動が行われるので、使用されている還元剤またはその前駆体の水溶液が低純度であることを運転者に対して知らせることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、還元剤またはその前駆体の水溶液において、不純物として含まれる場合の多いカルシウムの濃度を検出することで、水溶液の不純物の濃度を検出する濃度検出手段を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の構成図である。
図１に示すように、エンジン１の排気通路である排気管２には、ＮＯｘを還元浄化する還元触媒３が配設されている。また、還元触媒３の排気上流には、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル４が配設されている。この尿素水溶液に含まれる尿素は、ＮＯｘの還元剤であるアンモニアの前駆体として用いられる。
【００１１】
噴射ノズル４は、還元剤添加配管５を介して還元剤供給装置６に接続されている。還元剤供給装置６は、尿素水溶液が貯留されたタンク７と還元剤供給配管８を介して接続されている。還元剤供給装置６は、タンク７から還元剤供給配管８を介して尿素水溶液が供給されるとともに、圧縮空気が供給され、この尿素水溶液を還元剤添加配管５を介して圧縮空気とともに噴射ノズル４に供給する。還元剤供給装置６は、コントロールユニット９によりエンジン１の運転状態等に応じて制御される。還元剤供給装置６と還元剤供給配管８との接続部にはフィルタ１０が設けられており、このフィルタ１０はごみ等の尿素水溶液に溶解していない不純物を除去する。なお、本実施形態の噴射ノズル４、還元剤添加配管５、還元剤供給装置６、還元剤供給配管８を含んで構成されるシステムは、本発明の供給装置に該当する。
【００１２】
タンク７には、尿素水溶液のカルシウム濃度を検出するカルシウムセンサー１１が設けられている。カルシウムセンサー１１は、例えばイオン電極法を測定方式とするものが知られており、これは、カルシウムイオンに感応する電極と比較電極とを備え、この電極と比較電極との間に発生する電位差に基づいて水溶液中のカルシウム濃度を検出する。
カルシウムセンサー１１によって検出された尿素水溶液のカルシウム濃度は、コントロールユニット９に入力される。また、コントロールユニット９は警告器１２と接続しており、この警告器１２はコントロールユニット９から異常信号を入力することによって警告作動を行う。警告器１２は、例えば、警報ブザー、警告灯等などを用いればよい。なお、コントロールユニット９は、本発明の異常判定手段に該当する。
【００１３】
図２は、コントロールユニット９における制御手順を示すフローチャートである。エンジン１のキースイッチがオンになることによって、コントロールユニット９が起動し、本制御を開始する。なお、本制御は、キースイッチがオンである状態で、所定時間毎に繰り返し行われる。
始めにステップ１（図ではＳ１と表記する、以下同様）では、カルシウムセンサー１１からカルシウム濃度Ｄａを入力する。
【００１４】
ステップ２では、ステップ１において入力したカルシウム濃度Ｄが所定濃度Ｄ１以上であるか否かを判定する。所定濃度Ｄ１以上であるときは、ステップ３に進む。所定濃度Ｄ１未満であるときは、このルーチンを終了する。なお、所定濃度Ｄ１は、このカルシウム濃度の尿素水溶液を使用しても還元触媒３にカルシウムが蓄積されない（蓄積されたとしても実用上問題のない蓄積量に抑えられる）許容濃度に設定すればよい。
【００１５】
ステップ３では、警告器１２に異常信号を出力する。そして、このルーチンを終了する。
以上のような構成によると、エンジン１のキースイッチがオンになると、カルシウムセンサー１１によってタンク７に貯留されている尿素水溶液のカルシウム濃度Ｄａが検出される。そして、このカルシウム濃度Ｄａが所定値Ｄ１以上であるときには、コントロールユニット９が警告器１２に異常信号を出力する。警告器１２は、この異常信号を入力することによって作動して、カルシウム濃度Ｄａが所定値Ｄ１以上である、即ち尿素水溶液の純度が適正範囲外であることを運転者に知らせるので、適性純度の尿素水溶液の使用を促すことができる。これにより、還元触媒３にカルシウムが蓄積することが防止され、還元触媒３における排気の浄化効率を維持することができる。
【００１６】
ここで、本実施形態において尿素水溶液中のカルシウム濃度を検出する理由を以下に述べる。本実施形態では、専用に製造された高純度の尿素水溶液を用いることが望ましいが、運転者の不注意または意図的に、水道水と尿素粉末とを混合して製造された尿素水溶液、または工業用尿素水が用いられる虞がある。これらの尿素水溶液には、不純物として、カルシウムが溶解している場合が多い。また、尿素水溶液を保存または貯留するタンクに付着している不純物、タンク７への尿素水溶液の補給時に混入する不純物についても、カルシウムが含まれる場合が多い。したがって、カルシウム濃度を検出することにより、尿素水溶液に含まれる不純物の濃度を容易に検出できる。なお、ナトリウム、カリウム等のカルシウム以外の不純物の濃度についても、カルシウムの濃度に関連している場合が多いので、カルシウム濃度より他の不純物の濃度も把握でき、カルシウム以外の不純物を検出するセンサーを設ける必要がない。
【００１７】
なお、本実施形態では、カルシウム濃度Ｄａが所定濃度Ｄ１以上であるときには、警告器１２により警告作動を行うようにしているが、警告作動の代わりにまたは警告作動と同時にエンジン１の作動を制限してもよい。この場合、例えば、エンジン１の出力を低下させたり、エンジン１の始動を規制したりすればよい。このようにすれば、低純度の尿素水溶液を使用した状態でのエンジンの作動を制限することができる。これにより、適正範囲外の純度である尿素水溶液の使用を抑制できる。
【００１８】
また、本発明の水溶液は、尿素水溶液に限定されるものではなく、アンモニア水溶液等の還元剤またはその前駆体の水溶液であればよい。
更に、この水溶液に溶解している不純物が、カルシウム以外の物質が多いことが判明しているならば、この物質の濃度を検出する濃度検出手段（例えば、カリウム濃度を検出するカリウムセンサー等のイオンセンサー）を採用し、この濃度検出手段により検出された不純物の濃度に基づいて異常信号を出力させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成図
【図２】コントロールユニットにおける制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２０】
１  エンジン
２  排気管
３  還元触媒
６  還元剤供給装置
７  タンク
９  コントロールユニット
１１  カルシウムセンサー
１２  警告器
【図１】
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【図２】
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