JP2006002663A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯx浄化のシステムに異常が生じている条件下でもＮＯx排出量を極力増加させないようにする。
【解決手段】排気管９の途中に選択還元型触媒１０を装備し且つ該選択還元型触媒１０の上流側に尿素水添加手段１８（還元剤添加手段）により尿素水１７（還元剤）を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置に関し、選択還元型触媒１０の入口側と出口側の夫々に配設されてＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ２４，２５と、両ＮＯxセンサ２４，２５からの検出信号２４ａ，２５ａに基づき所定のＮＯx低減率が達成されていない時に異常判定を下し且つその異常判定が下されている条件下で燃料噴射量の制限を指令するＮＯx浄化制御装置２３（制御装置）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排出ガス中のＮＯxを還元浄化する排気浄化装置に関するものである。

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（窒素酸化物）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。

他方、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（ＮＨ₃）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安全確保が困難であるため、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（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６１７３２号公報

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、約１７０〜１８０℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、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。

しかしながら、この種の選択還元型触媒においては、尿素水が欠水したまま放置されてしまったり、適正な濃度の尿素水が補充されなかったりする虞れがあり、そのような場合に制御系で尿素水の適切な添加を指示しても目標のＮＯx低減率を達成できないシステム異常が起こり、このシステム異常が解消されない間にＮＯx排出量が増えてしまうことが懸念されている。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＮＯx浄化のシステムに異常が生じている条件下でもＮＯx排出量を極力増加させないようにすることを目的としている。

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添加手段により還元剤を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、選択還元型触媒の入口側と出口側の夫々に配設されてＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサと、両ＮＯxセンサからの検出信号に基づき所定のＮＯx低減率が達成されていない時に異常判定を下し且つその異常判定が下されている条件下で燃料噴射量の制限を指令する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、両ＮＯxセンサからの検出信号に基づき選択還元型触媒の入口側と出口側のＮＯx濃度が制御装置により監視され、選択還元型触媒の入口側と出口側とでＮＯx濃度に顕著な差が確認できない時に所定のＮＯx低減率が達成されていないとして異常判定が下され、この異常判定時に制御装置からの指令により燃料噴射量が制限される結果、エンジン側でのＮＯxの発生量が低減されてＮＯx排出量の増加が抑制されることになる。

また、本発明をより具体的に実施するに際しては、還元剤を尿素水として、選択還元型触媒を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性質を有するものにすると良い。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、ＮＯx浄化のシステムに異常が生じている条件下でも、燃料噴射量を制限することでエンジン側でのＮＯxの発生量を低減することができるので、ＮＯx排出量を極力増加しないように抑制することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン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が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７が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。

そして、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、この選択還元型触媒１０は、図２に示す如き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。

更に、ケーシング１１の上流側に噴射ノズル１２付き尿素水噴射弁１３が設置され、該尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっていて、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加手段１８（還元剤添加手段）が構成されている。

また、前記エンジン１には、その機関回転数を検出する回転センサ１９が装備されており、該回転センサ１９からの回転数信号１９ａと、アクセルセンサ２０（アクセルペダルの踏み込み角度を検出するセンサ）からの負荷信号２０ａとがエンジン制御装置２１（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に入力されるようになっている。

このエンジン制御装置２１においては、エンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置２２に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号２２ａが出力されるようになっており、前述した回転センサ１９からの回転数信号１９ａと、アクセルセンサ２０からの負荷信号２０ａとから判断される現在の運転状態に基づき適切な燃料噴射制御が実行されるようになっている。

即ち、前記燃料噴射装置２２は、各気筒毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が燃料噴射信号２２ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量が適切に制御されるようになっている。

他方、前記エンジン制御装置２１とは別に設けられたＮＯx浄化制御装置２３（制御装置）からは、前記尿素水噴射弁１３に対し開弁指令信号１３ａが出力され、また、供給ポンプ１６に対しては駆動指令信号１６ａが出力されるようになっており、前記尿素水噴射弁１３の開弁作動により尿素水１７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１６の駆動により適宜に得られるようになっている。

ここで、このＮＯx浄化制御装置２３とエンジン制御装置２１との間では、回転センサ１９からの回転数信号１９ａと、アクセルセンサ２０からの負荷信号２０ａが遣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運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定され、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水１７の添加量が算出されて必要量の尿素水１７の添加が実行されるようになっている。

そして、このＮＯx浄化制御装置２３には、選択還元型触媒１０の入口側と出口側の夫々に配設されてＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ２４，２５からの検出信号２４ａ，２５ａと、選択還元型触媒１０の入口側に配設された温度センサ２６からの検出信号２６ａとが入力されており、これらの検出信号２４ａ，２５ａ及び検出信号２６ａに基づき所定温度以上で且つ所定のＮＯx低減率が達成されていない時に異常判定を下し、その異常判定が下されている条件下で燃料噴射量の制限を指令する制御信号２１ａをエンジン制御装置２１に向け出力するようになっている。

即ち、図３に前記ＮＯx浄化制御装置２３における具体的な制御手順を示す通り、ステップＳ１にて回転センサ１９からの回転数信号１９ａが、ステップＳ２で温度センサ２６からの検出信号２６ａが、ステップＳ３で両ＮＯxセンサ２４，２５からの検出信号２４ａ，２５ａが夫々確認され、ＮＯx浄化のシステムに異常がなれば確実に５０％以上のＮＯx低減率が得られる運転条件下でステップＳ４へと進み、このステップＳ４にて入口側のＮＯx濃度に対する出口側のＮＯx濃度の割合が０．５以下であるか否かが判定され、「ＹＥＳ」の場合にステップＳ５へ進んで燃料噴射量の制限が制御信号２１ａとしてエンジン制御装置２１に向け指令され、「ＮＯ」の場合にはステップＳ１に戻されて同じ制御手順が繰り返されるようになっている。

ここで、ステップＳ２における温度条件の確認は、必ずしも選択還元型触媒１０の入口側に温度センサ２６を装備して実測で確認しなくても良く、例えば、エンジンの回転数や負荷に基づく運転状態から排気温度を推定することも可能である。

尚、ＮＯx浄化制御装置２３から制御信号２１ａを受けたエンジン制御装置２１にあっては、燃料噴射量を通常より絞り込んだ燃料噴射制御のマップが選択され、このマップに基づく通常より絞り込んだ燃料噴射量が燃料噴射信号２２ａとして燃料噴射装置２２に向け出力されることになる。

この際、燃料噴射量を通常より絞り込むことに伴い噴射タイミングや噴射圧力等も適正な値（燃料噴射量の変更に対応した適正値）に補正する必要があるので、これらについても併せて補正が行われるようにしておく。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、両ＮＯxセンサ２４，２５からの検出信号２４ａ，２５ａに基づき選択還元型触媒１０の入口側と出口側のＮＯx濃度がＮＯx浄化制御装置２３により監視され、選択還元型触媒１０の入口側と出口側とでＮＯx濃度に顕著な差が確認できない時に所定のＮＯx低減率が達成されていないとして異常判定が下され、この異常判定時にＮＯx浄化制御装置２３からエンジン制御装置２１に向け制御信号２１ａが出力されて燃料噴射量が制限される結果、エンジン１側でのＮＯxの発生量が低減されてＮＯx排出量の増加が抑制されることになる。

従って、上記形態例によれば、ＮＯx浄化のシステムに異常が生じている条件下でも、燃料噴射量を制限することでエンジン１側でのＮＯxの発生量を低減することができるので、ＮＯx排出量を極力増加しないように抑制することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、選択還元型触媒に添加される還元剤には、軽油等の尿素水以外のものを採用しても良いこと、その他、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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の選択還元型触媒を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 図１のＮＯx浄化制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
７ 排出ガス
９ 排気管
１０ 選択還元型触媒
１７ 尿素水（還元剤）
１８ 尿素水添加手段（還元剤添加手段）
２１ エンジン制御装置
２１ａ 制御信号
２２ 燃料噴射装置
２３ ＮＯx浄化制御装置（制御装置）
２４ ＮＯxセンサ
２４ａ 検出信号
２５ ＮＯxセンサ
２５ａ 検出信号

Claims (2)

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添加手段により還元剤を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、選択還元型触媒の入口側と出口側の夫々に配設されてＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサと、両ＮＯxセンサからの検出信号に基づき所定のＮＯx低減率が達成されていない時に異常判定を下し且つその異常判定が下されている条件下で燃料噴射量の制限を指令する制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 還元剤が尿素水であり、選択還元型触媒が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性質を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

Images