JP2003222019A - 還元剤供給装置 - Google Patents

還元剤供給装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】還元剤供給装置において、噴射孔等の詰まりを
抑制する。 【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存
在下で窒素酸化物を還元するNOx触媒と、NOx触媒に
還元剤を供給する還元剤供給装置と、還元剤供給装置の
噴射孔の詰まる時期を推定する詰まり推定手段と、詰ま
り推定手段により推定された詰まり時期よりも前に噴射
孔の詰まりを抑制するための還元剤を少量噴射させる詰
まり抑制手段と、を備え、還元剤が固化すると推定され
た時期以前に還元剤を噴射させて還元剤供給装置の詰ま
りを抑制した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、NOx触媒へ還元
剤を供給するための還元剤供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年では、希薄燃焼可能な内燃機関の排
気に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する手段の一
つとして、選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒
などのリーンNOx触媒が知られている。
【0003】選択還元型NOx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で還元剤が存在するときに窒素酸化物(NOx)を還
元または分解する触媒であり、このような触媒として
は、ゼオライトを担体としてCu等の遷移金属をイオン
交換して担持したものやチタニヤ/バナジウムを担持し
た触媒、ゼオライト又はアルミナを担体として貴金属を
担持した触媒等が含まれる。
【0004】この選択還元型NOx触媒を利用して窒素
酸化物(NOx)を浄化するには適量の還元剤が必要と
なる。この還元剤として炭化水素(HC)やアンモニア
由来の化合物等を用いる技術が開発されている。
【0005】一方、吸蔵還元型NOx触媒は、流入する
排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NO
x)を吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還
元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物(NO
x)を窒素(N2)に還元する触媒である。
【0006】このように選択還元型NOx触媒や吸蔵還
元型NOx触媒などのリーンNOx触媒は、一様にして還
元剤の存在下で排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化可
能となるため、リーンNOx触媒を利用して排気中の窒
素酸化物(NOx)を浄化する場合には、リーンNOx触
媒に対して適量の還元剤を供給する必要がある。
【0007】このように排気中に還元剤を供給する方法
の一つに排気中への還元剤添加がある。還元剤添加は、
還元剤噴射ノズルにより排気中へ還元剤を噴射されて行
われる。しかし、還元剤噴射ノズルは常時排気に曝され
ているため、排気の熱により噴射ノズルに残留した還元
剤が固化して、該還元剤噴射ノズルに詰まりを生じさせ
ることがある。
【0008】このような問題に対し、例えば特開平9−
150038号公報記載の発明では、尿素水噴射前又は
噴射後に所定時間水を噴射させている。この水の噴射に
より還元剤噴射ノズルで固化した尿素を洗い流し、以て
還元剤噴射ノズルの詰まりを抑制している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、還元剤噴射ノ
ズルから水を噴射させるためには、還元剤供給供給系の
他に別途水供給係を設ける必要があり、装置が複雑化大
型化してしまう。また、バナジウムを担持したNOx触
媒を備えている場合には、還元剤噴射ノズルの詰まりを
抑制するために噴射された水によりバナジウムが溶出
し、触媒性能を低下させてしまう虞がある。
【0010】本発明は以上の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明が解決しようとする課題は、還
元剤供給装置において、還元剤供給ノズルの詰まりを抑
制することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の還元剤供給装置は、次の手段を採用した。
【0012】即ち、第1の発明に係る還元剤供給装置
は、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で窒
素酸化物を還元するNOx触媒と、前記NOx触媒に還元
剤を供給する還元剤供給装置と、前記還元剤供給装置の
噴射孔の詰まる時期を推定する詰まり推定手段と、前記
詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも前に
噴射孔の詰まりを抑制するための還元剤を少量噴射させ
る詰まり抑制手段と、を備えたことを特徴とする。
【0013】本発明の最大の特徴は、噴射孔に付着した
還元剤により詰まりが発生する時期を詰まり推定手段に
より推定し、詰まりが発生する前に還元剤供給装置に還
元剤を少量噴射させて、噴射孔に付着している還元剤を
洗い流すことにより詰まりを抑制することにある。
【0014】このように構成された還元剤供給装置で
は、NOx触媒へ還元剤を供給すると噴射孔に還元剤が
残留することがある。残留した還元剤は排気の熱により
水分等が蒸発され噴射孔で固化してしまう。このように
して固化した還元剤により噴射孔の詰まりが発生する虞
がある。ところで、噴射孔に付着した還元剤は、固化す
る前であれば該噴射孔から還元剤を噴射させることによ
り除去することができる。従って、詰まり推定手段が推
定した時期よりも前に還元剤を少量噴射させることによ
り前記噴射孔の詰まりを抑制することが可能となる。
【0015】尚、還元剤としては、炭化水素、尿素、カ
ルバミン酸アンモニウム等を例示できる。
【0016】上記課題を達成するために本発明の還元剤
供給装置は、次の手段を採用した。
【0017】即ち、第2の発明に係る還元剤供給装置
は、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で窒
素酸化物を還元するNOx触媒と、前記NOx触媒に還元
剤を供給する還元剤供給装置と、前記還元剤供給装置の
噴射孔の詰まる時期を推定する詰まり推定手段と、前記
詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも後に
還元剤の供給を行う場合には還元剤の噴射量を通常より
も増量させて噴射する詰まり解消手段と、を備えたこと
を特徴とする。
【0018】本発明の最大の特徴は、噴射孔に付着した
還元剤により詰まりが発生する時期を詰まり推定手段に
より推定し、詰まりが発生すると推定された時期よりも
後に還元剤を噴射させる場合には、還元剤を通常よりも
増量して噴射し、噴射孔で固化している還元剤を洗い流
すことにより詰まりを解消することにある。
【0019】このように構成された還元剤供給装置で
は、NOx触媒へ還元剤を供給すると噴射孔に還元剤が
残留することがある。残留した還元剤は排気の熱により
水分等が蒸発され噴射孔で固化してしまう。このように
して固化した還元剤により噴射孔の詰まりが発生する虞
がある。ところで、噴射孔に付着した還元剤は、固化し
た後であっても該噴射孔から還元剤を長期間噴射させる
ことにより除去することができる。従って、固化推定手
段が推定した時期よりも後に還元剤を通常よりも増量し
て噴射させることにより固化した還元剤を除去すること
が可能となる。
【0020】上記課題を達成するために本発明の還元剤
供給装置は、次の手段を採用した。
【0021】即ち、第3の発明に係る還元剤供給装置
は、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で窒
素酸化物を還元するNOx触媒と、前記NOx触媒に還元
剤を供給する還元剤供給装置と、前記還元剤供給装置の
噴射孔の詰まる時期を推定する詰まり推定手段と、前記
詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも後に
還元剤の供給を行う場合には還元剤の噴射圧を通常より
も増圧させて噴射する詰まり解消手段と、を備えたこと
を特徴とする。
【0022】本発明の最大の特徴は、噴射孔に付着した
還元剤により詰まりが発生する時期を詰まり推定手段に
より推定し、詰まりが発生すると推定された時期よりも
後に還元剤を噴射させる場合には、通常よりも還元剤の
圧力を上昇させて還元剤を噴射させ該噴射孔で固化して
いる還元剤を洗い流すことにより詰まりを抑制すること
にある。
【0023】このように構成された還元剤供給装置で
は、NOx触媒へ還元剤を供給すると噴射孔に還元剤が
残留することがある。残留した還元剤は排気の熱により
水分等が蒸発され噴射孔で固化してしまう。このように
して固化した還元剤により噴射孔の詰まりが発生する虞
がある。ところで、噴射孔に付着した還元剤は、固化し
た後であっても還元剤の圧力を上昇させて該噴射孔から
還元剤を噴射させることにより固化後の還元剤を洗い流
すことができる。従って、詰まり推定手段が推定した時
期よりも後に還元剤の圧力を上昇させて還元剤を噴射さ
せることにより固化した還元剤を除去することが可能と
なる。
【0024】第1乃至第3の発明においては、前記詰ま
り推定手段は、前記還元剤供給装置から最後に還元剤が
噴射されてからの経過時間が所定時間以上となった場合
に噴射孔が詰まると推定することができる。ここで、時
間と共に還元剤の水分等が蒸発して還元剤が固化するた
め、噴射孔から最後に還元剤が噴射されてからの経過時
間に基づいて噴射孔の詰まり時期を推定することが可能
となる。
【0025】第1乃至第3の発明においては、排気の温
度を計測する排気温度計測手段と、前記排気温度計測手
段により計測された排気温度を積算する排気温度積算手
段と、をさらに備え、前記詰まり推定手段は、前記還元
剤供給装置から最後に還元剤が噴射されてからの排気温
度の積算値が所定値以上となった場合に噴射孔が詰まる
と推定することができる。ここで、還元剤は曝されてい
る排気の温度と時間により固化するまでの時間が異な
り、高温である程、また、曝されている時間が長くなる
程還元剤は固化し易くなる。従って、最後に還元剤が噴
射されてからの排気温度の積算値に基づいて噴射孔の詰
まり時期を推定することが可能となる。
【0026】第1乃至第3の発明においては、前記還元
剤供給装置は、還元剤の供給時に開弁して還元剤を流通
させる弁と、還元剤が前記弁を通過した後に一時貯留さ
れるサックと、前記サックに残留した還元剤が受けた熱
量の積算値を算出する受熱量算出手段と、をさらに備
え、前記詰まり推定手段は、前記還元剤供給装置から最
後に還元剤が噴射されてからのサックに残留した還元剤
が受けた受熱量の積算値が所定値以上となった場合に噴
射孔が詰まると推定することができる。
【0027】このように構成された還元剤供給装置で
は、噴射孔に備わる弁が開弁されると還元剤がサックに
一旦貯留さる。サック内に還元剤が満たされると該サッ
クに貯留された還元剤の圧力が高まり噴射孔から噴射さ
れる。その後、前記弁が閉弁されるとサックに貯留され
た還元剤の圧力は徐々に低下して排気と略等しい圧力と
なり還元剤の噴射が終了する。ここで、サック及び噴射
孔に還元剤が残存することがあり、残存した還元剤は排
気の温度により水分等が蒸発してサック若しくは噴射孔
で固化して詰まりを発生させる。このように固化するま
での時間は、前記噴射孔から最後に還元剤が噴射されて
からのサックに残留した還元剤が受けた熱量と相関があ
る。受熱量算出手段は、サック内に残留する還元剤が受
けた熱量を算出し、詰まり推定手段はサック内に残留す
る還元剤が受けた熱量に基づいて噴射孔の詰まり時期を
推定することが可能となる。
【0028】第1乃至第3の発明においては、排気の温
度を計測する排気温度計測手段と、排気の流量を計測す
る排気流量計測手段と、前記排気温度計測手段により計
測された排気温度を積算する排気温度積算手段と、をさ
らに備え、前記詰まり推定手段は、前記還元剤供給装置
から最後に還元剤が噴射されてからの排気温度の積算値
及び排気流量に基づいて噴射孔の詰まりを推定すること
ができる。
【0029】ここで、噴射孔に付着した還元剤は、排気
の温度により水分等が蒸発して噴射孔の詰まりを発生さ
せる。また、噴射孔に付着した還元剤は、排気の温度が
高い状態が継続する程又は排気の流量が多い程該還元剤
に含まれる水分等の蒸発が促進されるため早期に固化し
て詰まりが発生する。このように、排気の温度の積算値
及び排気流量と噴射孔の詰まり時期とには相関があるた
め、排気の温度及び排気の流量に基づいて噴射孔の詰ま
り時期を推定することが可能となる。
【0030】第1乃至第3の発明においては、前記還元
剤供給装置は、還元剤の供給時に開弁して還元剤を流通
させる弁と、前記弁上流の還元剤の圧力を計測する還元
剤圧力計測手段と、前記還元剤圧力計測手段により計測
された圧力を積算する還元剤圧力積算手段とをさらに備
え、前記詰まり推定手段は前記還元剤供給装置から最後
に還元剤が噴射されてからの圧力の積算値が所定値以上
となった場合に噴射孔が詰まると推定することができ
る。
【0031】このように構成された還元剤供給装置で
は、弁が閉弁しているにもかかわらず還元剤が漏出する
ことがある。漏出した還元剤は、噴射された還元剤と同
様にして噴射孔の詰まりを発生させる。ここで、漏出量
は還元剤の圧力の積算値と相関がある。従って、還元剤
の圧力の積算値を求めることにより還元剤の漏出量を推
定し、この漏出量に基づいて噴射孔の詰まり時期を推定
することが可能となる。
【0032】
【発明の実施の形態】<第1の実施の形態>以下、本発
明に係る還元剤供給装置の具体的な実施態様について図
面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る還元剤
供給装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合
を例に挙げて説明する。
【0033】図1は、本発明に係る還元剤供給装置を適
用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図であ
る。
【0034】図1に示す内燃機関1は、4サイクル・デ
ィーゼル機関である。
【0035】内燃機関1には、排気管2が接続されてい
る。前記排気管2は、下流にて図示しないマフラーに接
続されている。前記排気管2の途中には、尿素を還元剤
とする選択還元型NOx触媒3が配置されている。選択
還元型NOx触媒3より上流の排気管2には、該選択還
元型NOx触媒3に還元剤たる尿素を添加するための還
元剤噴射弁4が設置されている。選択還元型NOx触媒
3の上流には、該排気管2内を流通する排気の温度に対
応した電気信号を出力する排気温度センサ9が取り付け
られている。
【0036】このように構成された排気系では、内燃機
関1の各気筒で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポ
ートを介して排気管2へ排出され、選択還元型NOx触
媒3へ流入し、排気中に含まれる有害ガス成分が浄化さ
れる。選択還元型NOx触媒3で有害ガス成分を浄化さ
れた排気は、マフラーを介して大気中に放出される。
【0037】選択還元型NOx触媒3は、触媒に還元剤
たる尿素を添加して選択還元を行うものである。
【0038】選択還元型NOx触媒としては、ゼオライ
トを担体としてCu等の遷移金属をイオン交換して担持
したものやチタニヤ/バナジウムを担持した触媒、ゼオ
ライト又はアルミナを担体として貴金属を担持した触媒
等が例示できる。
【0039】次に、本実施の形態による還元剤供給装置
について説明する。
【0040】還元剤噴射弁4は、ECU10と電気的に
接続され該ECU10からの信号に基づいて還元剤の噴
射を行う。還元剤たる尿素は、水溶液の状態で還元剤貯
蔵タンク5に貯蔵されている。還元剤貯蔵タンク5には
還元剤吸引通路11を介して還元剤吐出ポンプ6に接続
されている。更に、還元剤吐出ポンプ6は、還元剤供給
通路7を介して還元剤噴射弁4に接続されている。ま
た、還元剤噴射弁4と還元剤吐出ポンプ6の間の還元剤
供給通路7には、還元剤が所定圧力となると自動的に開
弁するプレッシャレギュレータ12及び該還元剤供給通
路7内の還元剤の圧力に応じた信号を出力する還元剤圧
力センサ8が設けられている。プレッシャレギュレータ
12は、リターンパイプ13を介して還元剤貯蔵タンク
5に接続されている。
【0041】このように構成された還元剤供給装置で
は、還元剤貯蔵タンク5から還元剤吸引通路11を介し
て還元剤吐出ポンプ6が還元剤を吸引する。還元剤吐出
ポンプ6に流入した還元剤は、還元剤供給通路7へ吐出
される。還元剤供給通路7の圧力が所定圧力まで上昇す
ると、プレッシャレギュレータ12が開弁して還元剤が
リターンパイプ13に流入し、還元剤は還元剤貯蔵タン
ク5に戻される。このようにして還元剤供給通路7内の
還元剤の圧力は一定に保たれる。そしてECU10から
の信号により還元剤噴射弁4が開弁すると、還元剤が排
気中へ噴射される。排気中へ噴射された還元剤は、排気
と共に選択還元型NOx触媒3へと流入する。
【0042】以上述べたように構成された内燃機関1に
は、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット
(ECU:Electronic Control Unit)10が併設され
ている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユ
ニットである。
【0043】ECU10には、還元剤圧力センサ8、排
気温度センサ9等の各種センサが電気配線を介して接続
され、上記した各種センサの出力信号がECU10に入
力されるようになっている。
【0044】一方、ECU10には、還元剤噴射弁4等
が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU1
0が制御することが可能になっている。
【0045】選択還元NOx浄化制御では、ECU10
は、選択還元型NOx触媒3に流入する排気中に還元剤
たる尿素を添加する尿素添加制御を実行する。
【0046】尿素添加制御では、ECU10は、所定の
周期毎に尿素添加制御実行条件が成立しているか否かを
判別する。この尿素添加制御実行条件としては、例え
ば、排気温度センサ9の出力信号値(排気温度)から求
まる選択還元型NOx触媒3の温度が活性温度に達して
いるか等の条件を例示することができる。
【0047】上記したような尿素添加制御実行条件が成
立していると判定された場合は、ECU10は、還元剤
噴射弁4から還元剤を噴射させるべく該還元剤噴射弁4
を制御することにより、選択還元型NOx触媒3に流入
する排気中に尿素を添加する。
【0048】具体的には、ECU10は、記憶されてい
る機関回転数、アクセル開度、エアフローメータ(図示
省略)の出力信号値(吸入空気量)等を読み出す。更
に、ECU10は、前記した機関回転数とアクセル開度
と吸入空気量とをパラメータとしてECU10の尿素添
加量制御マップへアクセスし、必要となる尿素の添加量
(目標尿素添加量)を算出する。
【0049】続いて、ECU10は、前記目標尿素添加
量をパラメータとしてECU10のマップへアクセス
し、還元剤噴射弁4から目標尿素添加量の尿素を噴射さ
せる上で必要となる還元剤噴射弁4の開弁時間(目標開
弁時間)を算出する。
【0050】還元剤噴射弁4の目標開弁時間が算出され
ると、ECU10は、還元剤噴射弁4を開弁させる。
【0051】ECU10は、還元剤噴射弁4を開弁させ
た時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射
弁4を閉弁させる。
【0052】このように還元剤噴射弁4が目標開弁時間
だけ開弁されると、目標尿素添加量の尿素が還元剤噴射
弁4から排気管2内へ噴射されることになる。そして、
還元剤噴射弁4から噴射された尿素は、排気管2の上流
から流れてきた排気と混ざり合って選択還元型NOx触
媒3に流入しNOxの選択還元が行われる。
【0053】ここで、図2は、還元剤噴射弁4の先端部
の概略構成の一例を示した断面図である。還元剤噴射弁
4は、ケース42、及びケース42に格納されECU1
0からの信号により往復運動をするニードル41、ニー
ドル41が開いたときに流出する還元剤を一旦貯留する
袋状のサック43、サック43の一部を貫通する噴射孔
44を備えて構成されている。このように構成された還
元剤噴射弁4は、還元剤を供給しないときにはニードル
41の先端部41aがサック43の開口部42aと接触
し、接触面45により還元剤の流通が停止される。一
方、還元剤を供給するときには、ECU10からの信号
によりニードル41がサック43と反対方向へ移動し、
サック43へ還元剤が流入する。サック43内の還元剤
の圧力がサック43外部の圧力よりも高くなると、噴射
孔44に還元剤が流入し、サック43外部へ還元剤の噴
射が開始される。
【0054】また、図3は、還元剤噴射弁4の先端部の
概略構成の他の例を示した断面図である。このような還
元剤噴射弁4は、ケース42、及びケース42に格納さ
れたECU10からの信号により往復運動をするニード
ル41、ニードル41が開いたときに貫通する噴射孔4
6、噴射孔46から噴射された還元剤を広範囲に拡散さ
せるための拡散孔48を有するキャップ47を備えて構
成されている。このように構成された還元剤噴射弁4
は、還元剤を供給しないときにはニードル41先端部が
噴射孔46を覆い還元剤の流通が停止される。一方、還
元剤を供給するときには、ECU10からの信号により
ニードル41が噴射孔と反対方向へ移動し、噴射孔46
へ還元剤が流入する。噴射孔46から流出した還元剤が
キャップ47へ到達するとキャップに設けられた2つの
拡散孔48へ還元剤が流入し、2つの拡散孔48から夫
々異なる方向へ還元剤が噴射される。
【0055】ところで、前記したサック43、噴射孔4
4、噴射孔46、キャップ47、拡散孔48等には、還
元剤噴射後にも還元剤が残留することがある。このよう
に残留した還元剤は、排気の熱により水分等が蒸発して
固化してしまう。固化した還元剤を除去するのは困難で
あるばかりか、固化が繰り返し発生することにより詰ま
りを生じ、還元剤の供給が困難となってしまう。
【0056】ここで、従来の還元剤供給装置では、詰ま
りを防止するために還元剤供給前若しくは供給後に還元
剤供給弁から水を噴射させて残留した還元剤を除去して
いた。しかし、水を噴射させるための装置を設けると装
置が複雑化、大型化し、また水を噴射させると触媒にバ
ナジウムが担持されている場合には、該バナジウムが溶
出し触媒性能を低下させる虞があった。
【0057】そこで、本実施の形態では、前記したサッ
ク43、噴射孔44、噴射孔46、キャップ47、拡散
孔48等に付着した還元剤が固化して詰まりが発生する
以前に新たに還元剤を噴射させて還元剤を除去すること
により上記問題を解決する。
【0058】次に本実施の形態による還元剤噴射弁4の
詰まり時期推定方法について説明する。
【0059】図4は、還元剤噴射弁4への添加信号の時
間推移を示したタイムチャート図である。図2に示した
形状の還元剤噴射弁の場合には、添加信号がONになる
と、ニードル41がサック43と反対方向へ移動し、還
元剤が噴射される。一方、添加信号がOFFになると、
ニードル41の先端部41aがサック43の開口部42
aを覆い還元剤の噴射が停止される。本実施の形態で
は、選択還元型NOx触媒3へ還元剤を供給するための
噴射(図4中)が行われ、所定時間(図4中)経過
後に還元剤噴射弁4に付着した還元剤を除去するための
噴射(図4中)が行われる。ここで、所定時間(図4
中)は還元剤噴射弁4に還元剤が固化する前の時間で
あり、実験等により予め求めECU10に記憶させてお
く。また、還元剤を除去するための噴射(図4中)
は、選択還元型NOx触媒3へ還元剤を供給するための
噴射(図4中)よりも短時間で行われる。この噴射時
間は、実験等により予め求めておいても良い。
【0060】ここで、固化前の還元剤を除去するために
噴射した還元剤が還元剤噴射弁4に付着するため、所定
時間毎に還元剤を少量噴射して還元剤の固化を抑制す
る。
【0061】このように、還元剤が固化する以前に還元
剤を少量噴射することにより還元剤噴射弁への還元剤の
固化を抑制し、還元剤噴射弁の詰まりを抑制することが
できる。
【0062】尚、本実施の形態では、選択還元型NOx
触媒へ尿素を添加する場合について説明したが、尿素以
外の還元剤であっても良く、また、吸蔵還元型NOx触
媒に炭化水素(例えば軽油)を添加する場合であっても
良い。 <第2の実施の形態>本実施の形態では、還元剤を最後
に噴射してからの排気の温度の積算値が所定値以上とな
ったときに還元剤を少量噴射して還元剤の固化による詰
まりを抑制する。
【0063】尚、本実施の形態においては、適用対象と
なる内燃機関1やその他ハードウェアの基本構成につい
ては、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0064】ここで、還元剤噴射弁4に付着した還元剤
が固化するまでの時間は、排気の温度が高くなる程早く
なる。また、還元剤が高温の排気に曝されている時間が
長くなるほど固化するまでの時間が早くなる。しかし、
排気の温度は運転条件により変動するため、ある時点で
の排気の温度のみから還元剤が固化し詰まりが発生する
時期を推定することは困難である。そこで、本実施の形
態では、排気の温度を積算し、その積算値が所定値以上
となった場合には還元剤が固化して詰まりが発生すると
推定し、それよりも前に還元剤を少量噴射させて還元剤
噴射弁4の詰まりを抑制する。
【0065】図5は、還元剤噴射弁4への添加信号及び
排気の温度の時間推移を示したタイムチャート図であ
る。本実施の形態では、還元剤噴射弁4近傍に設けられ
た排気温度センサ9の出力信号に基づいて、排気の温度
の積算値を求めている。
【0066】本実施の形態では、選択還元型NOx触媒
3へ還元剤を供給するための噴射(図5中)が行わ
れ、排気の温度の積算値が所定値となった場合(図5中
)に還元剤噴射弁4に付着した還元剤を除去するため
の噴射(図5中)が行われる。ここで、排気の温度の
積算値とは、排気の温度にその温度が持続した時間を乗
じたものを積算した値である。また、所定値とは、還元
剤噴射弁4に還元剤が固化する前の値であり実験等によ
り予め求めECU10に記憶させておく。
【0067】また、還元剤を除去するための噴射(図5
中)は、選択還元型NOx触媒3へ還元剤を供給する
ための噴射(図5中)よりも短時間で行われる。この
噴射時間は、実験等により予め求めておいても良い。
【0068】ここで、固化する前の還元剤を除去するた
めに噴射した還元剤が還元剤噴射弁4に付着するため、
排気の温度の積算値が所定値となった場合にはその都度
還元剤を少量噴射して還元剤の固化を抑制する。
【0069】このように、還元剤が固化する以前に還元
剤を少量噴射することにより還元剤噴射弁への還元剤の
固化を抑制し、還元剤噴射弁の詰まりを抑制することが
できる。 <第3の実施の形態>本実施の形態では、還元剤を最後
に噴射してからの排気温度の積算値及び排気流量に基づ
いて還元剤を噴射する時期を決定し、その時期に還元剤
を少量噴射して還元剤の固化による詰まりを抑制する。
【0070】尚、本実施の形態においては、適用対象と
なる内燃機関1やその他ハードウェアの基本構成につい
ては、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0071】ここで、還元剤噴射弁から還元剤が噴射さ
れてからの排気温度の積算値及び排気流量により、前記
したサック43、噴射孔44、噴射孔46、キャップ4
7、拡散孔48等から還元剤が吸い出される量が変動
し、従って、還元剤の残留量が変動する。また、付着し
た還元剤の残留量が多くなるほど、水分等が蒸発するま
での時間等が長くなる。即ち、還元剤噴射弁4から還元
剤が噴射されてからの排気温度の積算値及び排気流量と
還元剤噴射弁4が詰まる時期とには相関関係がある。
【0072】そこで、本実施の形態では、最後に還元剤
が噴射されてからの排気温度の積算値及び排気流量に基
づいて還元剤が固化して詰まりが発生する時期を算出
し、その時期以前に還元剤を少量噴射させて詰まりを抑
制する。ここで、排気の温度は、排気温度センサ9の出
力信号から求まり、また、排気温度の積算値は、排気の
温度にその温度が持続した時間を乗じたものを積算した
値である。排気の流量は、吸入空気量を計測するエアフ
ローメータ(図示省略)の出力信号から算出される。ま
た、排気温度の積算値と排気流量と還元剤詰まり時期と
の関係を予め実験等により求めてマップ化し、排気温度
の積算値及び排気流量から詰まりが発生する時期を算出
する。
【0073】ここで、図6は、還元剤噴射弁4への添加
信号及び詰まり指数の時間推移を示したタイムチャート
図である。詰まり指数とは、還元剤が固化している度合
いを示す値であり、上記のマップにより算出される。
【0074】本実施の形態では、選択還元型NOx触媒
3へ還元剤を供給するための噴射(図6中)が行われ
た後、詰まり指数が上昇する前(図6中)に還元剤噴
射弁4に付着した還元剤を除去するための噴射(図6中
)を行う詰まり抑制制御が行われる。
【0075】また、還元剤を除去するための噴射(図6
中)は、選択還元型NOx触媒3へ還元剤を供給する
ための噴射(図6中)よりも短時間で行われる。この
噴射時間は、実験等により予め求めておいても良い。
【0076】ここで、還元剤噴射弁4に付着した還元剤
を除去するために噴射した還元剤が還元剤噴射弁4に付
着するため、そのときの排気の温度及び排気の流量から
還元剤の固化時期を新たに算出し、その都度還元剤を少
量噴射して還元剤の固化を抑制する。
【0077】このように、還元剤が固化する以前に還元
剤を少量噴射することにより還元剤噴射弁への還元剤の
固化を抑制し、還元剤噴射弁の詰まりを抑制することが
できる。 <第4の実施の形態>本実施の形態では、還元剤が最後
に噴射されてからのサック43に残留した還元剤が受け
た熱量の積算値により還元剤噴射弁4が詰まる時期を推
定し、その時期以前に還元剤を少量噴射して還元噴射弁
4の詰まりを抑制する。
【0078】尚、本実施の形態においては、適用対象と
なる内燃機関1やその他ハードウェアの基本構成につい
ては、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0079】ここで、還元剤噴射停止時のサック43の
容積(以下、デッドボリュームという。)が大きいほど
還元剤噴射後に多くの還元剤が残留する。また、還元剤
の残留量が多い程、還元剤に含有される水分等の蒸発に
時間がかかるため固化までの時間が長くなる。
【0080】一方、サック43に残留した還元剤が固化
するまでの時間は、還元剤が受けた熱量が多くなる程短
くなる。従って、サック43内の還元剤が受けた熱量と
還元剤噴射弁4に詰まりが発生する時期とには相関関係
がある。しかし、排気の温度は運転条件により変動する
ため、ある時点での排気の温度のみから詰まり時期を推
定することは困難である。そこで、本実施の形態では、
排気の温度、デッドボリューム、還元剤及びサック43
の比熱等によりサック43内の還元剤が受けた熱量を推
定する。その熱量が所定値以上となった場合には還元剤
が固化して詰まりが発生すると推定し、それよりも前に
還元剤を少量噴射させて還元剤噴射弁4の詰まりを抑制
する。本実施の形態では、排気の温度の履歴及びデッド
ボリュームをパラメータとして予め実験等により還元剤
が受ける熱量を求めてマップ化しておいても良い。ここ
で、デッドボリュームは一定であるため予め求めてお
き、また、排気温度の履歴は排気温度センサ9の出力信
号により求まる。
【0081】そして、還元剤噴射停止後から受けた熱量
が所定値となった場合に還元剤を少量噴射させる。ここ
で、所定値とは、還元剤が固化するよりも前の値であり
実験等により予め求めECU10に記憶させておく。
【0082】ここで、サック43内の還元剤を除去する
ために噴射した還元剤がサック43内に残留するため、
この還元剤が受けた熱量が所定値となった場合に、その
都度還元剤を少量噴射して還元剤噴射弁4の詰まりを抑
制する。
【0083】このように、還元剤が固化する以前に還元
剤を少量噴射することにより還元剤噴射弁への還元剤の
固化を抑制し、還元剤噴射弁の詰まりを抑制することが
できる。 <第5の実施の形態>本実施の形態では、還元剤圧力セ
ンサ8からの出力信号に基づいて還元剤の漏出量を推定
し、この還元剤の漏出量から求まる還元剤噴射弁詰まり
時期以前に還元剤を少量噴射して還元剤噴射弁4の詰ま
りを抑制する。
【0084】尚、本実施の形態においては、適用対象と
なる内燃機関1やその他ハードウェアの基本構成につい
ては、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0085】ここで、ニードル41には還元剤供給通路
7内の還元剤の圧力がかかっており、この圧力が大きい
ほどサック43の開口部42aへニードル41の先端部
41aが押し付けられる力が大きくなるため、接触面4
5から漏出する還元剤の量が少なくなる。また、還元剤
が固化して詰まりが発生するまでの時間は、還元剤の量
により変動する。従って、還元剤の圧力の積算値と還元
剤の漏出量と還元剤噴射弁4の詰まりが発生する時期と
には相関関係がある。そこで、本実施の形態では、ニー
ドル41上流に設けられた還元剤圧力センサの出力信号
に基づいて還元噴射弁4に詰まりが発生する時期を判定
する。
【0086】ここで、還元剤の圧力は、還元剤圧力セン
サ8の出力信号から求まり、還元剤圧力の積算値は、還
元剤の圧力にその圧力が持続した時間を乗じたものを積
算した値として求められる。その還元剤圧力の積算値が
所定値以上となった場合には還元剤が固化して詰まりが
発生すると推定し、それよりも前に還元剤を少量噴射さ
せて還元剤噴射弁4の詰まりを抑制する。ここで、所定
値とは、還元剤が固化しないときの値であり実験等によ
り予め求めECU10に記憶させておく。
【0087】このように、還元剤噴射弁4に詰まりが発
生する時期を推定することが可能となり、詰まり発生以
前に還元剤を少量噴射することにより還元剤噴射弁の詰
まりを抑制することができる。 <第6の実施の形態>本実施の形態では、還元剤噴射弁
4に残留した還元剤が固化して詰まりが発生したときに
次回還元剤供給時に通常よりも噴射量を増量させること
により固化した還元剤の除去を行う。
【0088】尚、本実施の形態においては、適用対象と
なる内燃機関1やその他ハードウェアの基本構成につい
ては、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0089】ここで、還元剤が固化して還元剤噴射弁4
に詰まりが発生した場合には、還元剤噴射弁4を詰まり
前と同時間開弁させても、固化した還元剤は除去され
ず、該還元剤噴射弁4の詰まりを解消することができな
い。ところが、通常よりも噴射時間を長くして還元剤の
噴射量を増量させると固化した還元剤が流出し除去する
ことが可能となる。従って、還元剤噴射弁4の詰まりが
確認された場合に、次回還元剤供給時に還元剤の噴射量
を増量させることにより、固化した還元剤の除去が可能
となり、還元剤噴射弁4の詰まりを解消することができ
る。
【0090】還元剤噴射弁4で詰まりが発生しているこ
とは、例えば、選択還元型NOx触媒3下流に排気中の
NOx濃度を計測可能なNOxセンサ(図示省略)を設け
ることによっても可能である。即ち、還元剤噴射弁4で
詰まりが発生している場合には、還元剤を噴射させて
も、還元剤の噴射量が少ないため、選択還元型NOx触
媒3において還元されるNOx量が減少し、該選択還元
型NOx触媒3下流に流出するNOxの量が増加する。従
って、還元剤噴射弁4で詰まりが発生していない場合の
還元剤供給時のNOx濃度よりも実際にNOxセンサから
得られたNOx濃度が所定量以上濃くなっていることに
より還元剤噴射弁4に詰まりが発生していると判定する
ことができる。
【0091】また、尿素は温度により分解され、その性
質が変化するため、還元剤の噴射量を排気温度の履歴に
基づいて変化させても良い。
【0092】ここで、図7は、温度とその温度により尿
素が変化する物質との関係を示した図である。このよう
に尿素は、熱により分解され、そのときの温度により分
解される物質が異なる。また、尿素の加熱速度によって
も分解される物質が異なる。このように、排気の温度に
より固化した物質が異なり、物質が異なることにより除
去の容易さが異なる。従って、排気温度センサ9の出力
信号に基づいてどの物質に分解されているか推定し、還
元剤の噴射時間を変更しても良い。同様に、排気の温度
に基づいて還元剤の噴射時間を変更しても良い。
【0093】同様に、還元剤に軽油が用いられた場合で
あっても、温度により詰まりが発生する度合いが異な
る。この場合、例えば150℃乃至350℃の範囲で
は、還元剤が固化して詰まりが発生し易くなる。従っ
て、還元剤噴射後に排気温度がこの温度領域内に入った
場合には、次回の還元剤噴射量を増量しても良い。
【0094】また、還元剤噴射弁4の詰まりが確認され
た場合に、還元剤の噴射量を増量させることに代えて、
還元剤を噴射させるときの還元剤圧力を上昇させても良
い。還元剤の圧力を上昇させることにより、還元剤噴射
弁4で固化した還元剤が除去され、還元剤噴射弁4の詰
まりを解消することができる。
【0095】還元剤の圧力は、プレッシャレギュレータ
12の設定圧力を可変とすることにより上昇させること
ができる。プレッシャレギュレータ12は、ECU10
からの信号により作動し、その開弁圧力変更し、還元剤
供給通路7内の圧力を上昇させる。
【0096】このように、還元剤噴射弁4の詰まりが発
生した場合であっても、還元剤の噴射量を増量し、若し
くは還元剤の圧力を増圧させることにより、固化した還
元剤を除去し、還元剤噴射弁4の詰まりを解消すること
ができる。
【0097】
【発明の効果】本発明に係る還元剤供給装置によれば、
還元剤供給装置の詰まりが発生する時期を推定すること
ができる。また、還元剤供給装置の詰まりが発生する前
に還元剤を噴射して詰まりを抑制することができる。
【0098】本発明に係る還元剤供給装置によれば、還
元剤供給装置で固化した還元剤を除去することができ、
ノズルの詰まりを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る還元剤供給装置を適用する内燃
機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図2】 還元剤噴射弁の先端部の概略構成の一例を示
した断面図である。
【図3】 還元剤噴射弁の先端部の概略構成の他の例を
示した断面図である。
【図4】 還元剤噴射弁への添加信号の時間推移を示し
たタイムチャート図である。
【図5】 還元剤噴射弁への添加信号及び排気の温度の
時間推移を示したタイムチャート図である。
【図6】 還元剤噴射弁への添加信号及び詰まり指数の
時間推移を示したタイムチャート図である。
【図7】 温度とその温度により尿素が変化する物質と
の関係を示した図である。
【符号の説明】
1・・・・内燃機関 2・・・・排気管 3・・・・選択還元型NOx触媒 4・・・・還元剤噴射弁 5・・・・還元剤貯蔵タンク 6・・・・還元剤吐出ポンプ 7・・・・還元剤供給通路 8・・・・還元剤圧力センサ 9・・・・排気温度センサ 10・・・ECU 11・・・還元剤吸引通路 12・・・プレッシャレギュレータ 13・・・リターンパイプ 41・・・ニードル 42・・・ケース 43・・・サック 44・・・噴射孔 45・・・接触面 46・・・噴射孔 47・・・キャップ 48・・・拡散孔

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存
    在下で窒素酸化物を還元するNOx触媒と、 前記NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置と、 前記還元剤供給装置の噴射孔の詰まる時期を推定する詰
    まり推定手段と、 前記詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも
    前に噴射孔の詰まりを抑制するための還元剤を少量噴射
    させる詰まり抑制手段と、を備えたことを特徴とする還
    元剤供給装置。
  2. 【請求項2】内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存
    在下で窒素酸化物を還元するNOx触媒と、 前記NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置と、 前記還元剤供給装置の噴射孔の詰まる時期を推定する詰
    まり推定手段と、 前記詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも
    後に還元剤の供給を行う場合には還元剤の噴射量を通常
    よりも増量させて噴射する詰まり解消手段と、を備えた
    ことを特徴とする還元剤供給装置。
  3. 【請求項3】内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存
    在下で窒素酸化物を還元するNOx触媒と、 前記NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置と、 前記還元剤供給装置の噴射孔の詰まる時期を推定する詰
    まり推定手段と、 前記詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも
    後に還元剤の供給を行う場合には還元剤の噴射圧を通常
    よりも増圧させて噴射する詰まり解消手段と、を備えた
    ことを特徴とする還元剤供給装置。
  4. 【請求項4】前記詰まり推定手段は、前記還元剤供給装
    置から最後に還元剤が噴射されてからの経過時間が所定
    時間以上となった場合に噴射孔が詰まると推定すること
    を特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の還元剤供
    給装置。
  5. 【請求項5】排気の温度を計測する排気温度計測手段
    と、 前記排気温度計測手段により計測された排気温度を積算
    する排気温度積算手段と、をさらに備え、 前記詰まり推定手段は、前記還元剤供給装置から最後に
    還元剤が噴射されてからの排気温度の積算値が所定値以
    上となった場合に噴射孔が詰まると推定することを特徴
    とする請求項1乃至3の何れかに記載の還元剤供給装
    置。
  6. 【請求項6】前記還元剤供給装置は、還元剤の供給時に
    開弁して還元剤を流通させる弁と、 還元剤が前記弁を通過した後に一時貯留されるサック
    と、 前記サックに残留した還元剤が受けた熱量の積算値を算
    出する受熱量算出手段と、をさらに備え、 前記詰まり推定手段は、前記還元剤供給装置から最後に
    還元剤が噴射されてからのサックに残留した還元剤が受
    けた受熱量の積算値が所定値以上となった場合に噴射孔
    が詰まると推定することを特徴とする請求項1乃至3の
    何れかに記載の還元剤供給装置。
  7. 【請求項7】排気の温度を計測する排気温度計測手段
    と、 排気の流量を計測する排気流量計測手段と、 前記排気温度計測手段により計測された排気温度を積算
    する排気温度積算手段と、をさらに備え、 前記詰まり推定手段は、前記還元剤供給装置から最後に
    還元剤が噴射されてからの排気温度の積算値及び排気流
    量に基づいて噴射孔の詰まりを推定することを特徴とす
    る請求項1乃至3の何れかに記載の還元剤供給装置。
  8. 【請求項8】前記還元剤供給装置は、還元剤の供給時に
    開弁して還元剤を流通させる弁と、 前記弁上流の還元剤の圧力を計測する還元剤圧力計測手
    段と、 前記還元剤圧力計測手段により計測された圧力を積算す
    る還元剤圧力積算手段とをさらに備え、 前記詰まり推定手段は前記還元剤供給装置から最後に還
    元剤が噴射されてからの圧力の積算値が所定値以上とな
    った場合に噴射孔が詰まると推定することを特徴とする
    請求項1乃至3の何れかに記載の還元剤供給装置。
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