JP2010261328A

JP2010261328A - 還元剤の異常検出方法

Info

Publication number: JP2010261328A
Application number: JP2009110845A
Authority: JP
Inventors: Hironori Narita; 洋紀成田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】還元剤タンクに燃料が誤って補給された場合を検出する還元剤の異常検出方法を提供する。
【解決手段】排気管９途中の選択還元型触媒１０に還元剤タンク１４から還元剤１７を添加してＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置に対し、還元剤タンク１４内に補給された還元剤１７の異常を検出するための還元剤の異常検出方法であって、選択還元型触媒１０の下流側に位置するＮＯｘセンサ２３で酸素濃度を検出し、酸素濃度が低下した際には還元剤タンク１４内に燃料が補給されたと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に用いる還元剤の異常検出方法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還元剤タンクから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している。

尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。

特開２００３−３１４２５８号公報

しかしながら、斯かる排気浄化装置においては、還元剤を貯留する還元剤タンクに、軽油、重油、灯油等の燃料が誤って補給された場合には、燃料が誤って補給された旨を運転者等に容易に知らせることができないという問題があった。

具体的には選択還元型触媒に劣化がある場合にはＮＯｘ浄化率が低下するため、燃料が誤って補給された場合と、選択還元型触媒に劣化がある場合とを区別することができないという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、還元剤タンクに燃料が誤って補給された場合を容易且つ好適に検出する還元剤の異常検出方法を提供することを目的としている。

本発明は、排気管途中の選択還元型触媒に還元剤タンクから還元剤を添加してＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置に対し、前記還元剤タンク内に補給された還元剤の異常を検出するための還元剤の異常検出方法であって、前記選択還元型触媒の下流側に位置するＮＯｘセンサで酸素濃度を検出し、該酸素濃度の低下を検出した際には還元剤タンク内に燃料が補給されたと判定することを特徴とするものである。

本発明において、ＮＯｘ浄化率の低下を検出し且つ酸素濃度の低下を検出しない場合には選択還元型触媒が劣化したと判定することが好ましい。

本発明において、選択還元型触媒の上流側に位置するＮＯｘセンサで比較用の酸素濃度を検出し、該比較用の酸素濃度と、選択還元型触媒の下流側に位置するＮＯｘセンサで検出した酸素濃度とを比較して酸素濃度の低下を判断することが好ましい。

本発明において、選択還元型触媒が炭化水素で被毒され該選択還元型触媒の回復制御を実施している場合には、ＮＯｘセンサによる酸素濃度の検出を停止することが好ましい。

本発明において、選択還元型触媒の上流側にパティキュレートフィルタを備え、パティキュレートフィルタの再生中の場合には、ＮＯｘセンサによる酸素濃度の検出を停止することが好ましい。

本発明の還元剤の異常検出方法によれば、還元剤タンクに燃料が誤って補給された場合には、ＮＯｘ浄化率の低下を生じると共に、燃料の酸化に伴って排出ガス中の酸素濃度が低下するので、下流側のＮＯｘセンサで酸素濃度の低下を検出することにより、還元剤タンクに燃料が誤って補給されたと判断し、運転者等に知らせることができる。また選択還元型触媒に劣化がある場合には、ＮＯｘ浄化率の低下を生じる一方で、酸素の濃度低下を生じないので、下流側のＮＯｘセンサで酸素濃度の低下を検出せず、よって選択還元型触媒に劣化の可能性があると判断し、運転者等に知らせることができる。更に酸素濃度の低下を判断要件とするので、燃料が誤って補給された場合と、選択還元型触媒に劣化がある場合とを明確に区別し、還元剤タンクに燃料が誤って補給された場合を容易且つ好適に検出することができるという種々の優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態例を示す概略図である。本発明の実施の形態の一例で下流側のＮＯｘセンサの位置を示す概念図である。本発明の実施の形態の他例で下流側のＮＯｘセンサの位置を示す概念図である。パティキュレートフィルタを備えた場合を示す概念図である。燃料を混入した際の酸素濃度の低下を示すグラフである。

以下本発明の実施の形態例を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すものであって排気浄化装置及び還元剤の異常検出方法を示すものである。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、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（ＮＨ_３）と反応させ得るような性質を有している。ここで前記ケーシング１１内で選択還元型触媒１０の直後には、図２、図３に示す如く選択還元型触媒１０からスリップしたアンモニアを酸化するアンモニア低減触媒１０ａが装備されても良い。

また、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（還元剤タンク）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（還元剤）１７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る。また尿素水タンク１４には、内部の尿素水１７の液面レベルを検出する液面センサ等の液面検出手段１８が備えられている。ここで液面検出手段１８は、フロート、超音波等を用いても良く、内部の尿素水１７の液面レベルを検出し得るならば他の構成でも良い。また尿素水タンク１４の構成は、噴射ノズル１２、尿素水噴射弁１３、尿素水供給ライン１５、供給ポンプ１６の構成に限定されるものではなく、尿素水１７を選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るならば他の構成でも良い。

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とがエンジン制御コンピュータを成す（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）制御装置２１に入力されるようになっている。

他方、この制御装置２１においては、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と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おり、より具体的には、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（図示せず）が出力されるようになっていて、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。更に制御装置２１においては、液面検出手段１８からの液面信号１８ａにより尿素水タンク１４内の尿素水１７の量を推定し、尿素水１７の残量や尿素水１７の補給時期を判定するようにしている。

更にまた、選択還元型触媒１０を抱持しているケーシング１１の入口側と出口側には、ＮＯｘ濃度を検出する上流側のＮＯｘセンサ２２及び下流側のＮＯｘセンサ２３と、排気温度を検出する温度センサ２４，２５とが夫々配設されており、これらの検出信号２２ａ，２３ａ及び検出信号２４ａ，２５ａも前記制御装置２１に入力されるようになっており、これらの検出信号２２ａ，２３ａ及び検出信号２４ａ，２５ａに基づいてＮＯｘ浄化率を検出するようにしている。ここでＮＯｘ浄化率は、検出信号２２ａ，２３ａ及び検出信号２４ａ，２５ａのいずれかに基づいて検出しても良いし、他の信号を用いても良く、実測の測定ＮＯｘ浄化率を検出し得るならば手段、方法は特に制限されるものではない。また図２、図３に示すごとく選択還元型触媒１０の下流側にアンモニア低減触媒１０ａを備えている場合には、アンモニア低減触媒１０ａの下流側に下流側のＮＯｘセンサ２３を配設しても良いし、選択還元型触媒１０とアンモニア低減触媒１０ａとの間に下流側のＮＯｘセンサ２３（図３参照）を配設しても良い。更に選択還元型触媒１０の上流側には図４に示すごとくケーシング２８によりパティキュレートフィルタ２９が装備されても良い。

また制御装置２１には、所定の条件で表示信号２６ａにより異常を示す表示モニタや表示ランプ等の表示手段２６と、他の条件で表示信号２７ａにより異常を示す表示モニタや表示ランプ等の表示手段２７とが接続されている。更に制御装置２１には所定の関数が予め内蔵されている。

以下本発明を実施する形態の一例の作用を説明する。

排気浄化装置により排ガス中のＮＯｘの排出濃度を低減する際には、選択還元型触媒１０の上流側に尿素水１７を尿素水タンク１４から添加し、尿素水１７を選択還元型触媒１０上で排出ガス７中のＮＯｘと還元反応させ、ＮＯｘの排出濃度を低減する。その後、尿素水１７の添加により尿素水タンク１４内の尿素水１７が減少した際には、尿素水タンク１４に尿素水１７が適宜補給される。

また尿素水タンク１４に、軽油、重油、灯油等の燃料が誤って補給された場合には、酸化機能を持つアンモニア低減触媒１０ａで燃料が酸化されて排出ガス７中の酸素を消費することにより、下流側のＮＯｘセンサ２３で図５に示す如く酸素濃度の低下を検出する。また酸素濃度の低下を検出する際には、上流側のＮＯｘセンサ２２で比較用の酸素濃度を検出し、当該比較用の酸素濃度と、下流側のＮＯｘセンサ２３で検出した酸素濃度とを比較して酸素濃度の低下を適切に判断するようにしても良い。

同時にＮＯｘセンサ２２，２３や温度センサ２４，３５でＮＯｘ浄化率低下を検出する。この時ＮＯｘ浄化率の低下は、予め記録した基準ＮＯｘ浄化率（閾値）とを比較し、ＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率よりも低いか否かでＮＯｘ浄化率の低下を検出し、ＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率よりも低い場合にはＮＯｘ浄化率の低下があると判定し、ＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率よりも低くない場合にはＮＯｘ浄化率の低下がないと判定する。

その後、制御装置２１は表示手段２６に表示信号２６ａを送り、表示手段２６で尿素水タンク１４に燃料が誤って補給された旨の警告を発して運転者に知らせる。

ここで選択還元型触媒１０は炭化水素（ＨＣ）で被毒される場合があり、選択還元型触媒１０が炭化水素（ＨＣ）で被毒された際には選択還元型触媒１０の温度を上げ還元性能の回復を図る必要があり、回復時には、吸着された炭化水素（ＨＣ）が放出され、後流のアンモニア低減触媒１０ａで酸化されるため、その回復制御中は下流側のＮＯｘセンサ２３による酸素濃度の検出を停止する。ここで炭化水素（ＨＣ）の被毒は種々の条件で積算して判断しても良いし、他の条件を基準に判断しても良い。

また選択還元型触媒１０の上流側にパティキュレートフィルタ２９を備えた場合には、パティキュレートフィルタ２９に煤が堆積することに伴ってパティキュレートフィルタ２９を再生する必要があることから、パティキュレートフィルタ２９の再生中には、下流側のＮＯｘセンサ２３による酸素濃度の検出を停止する。ここではパティキュレートフィルタ２９の再生中は加熱手段の作動等により判断しても良いし、他の条件で判断しても良い。

一方、選択還元型触媒１０に劣化がある場合には、酸素濃度の低下を検出することなく、ＮＯｘ浄化率の低下を検出し、制御装置２１は表示手段２７に表示信号２７ａを送り、表示手段２７で選択還元型触媒１０に劣化がある警告を発して運転者等に知らせる。

而して、このように実施の形態の一例によれば、尿素水タンク１４に燃料が誤って補給された場合には、ＮＯｘ浄化率の低下を生じると共に、燃料の酸化に伴って排出ガス中の酸素濃度が低下するので、下流側のＮＯｘセンサ２３で酸素濃度の低下を検出することにより、尿素水タンク１４に燃料が誤って補給されたと判断し、運転者等に知らせることができる。また選択還元型触媒１０に劣化がある場合には、ＮＯｘ浄化率の低下を生じる一方で、酸素の濃度低下を生じないので、下流側のＮＯｘセンサ２３で酸素濃度の低下を検出せず、よって選択還元型触媒１０に劣化の可能性があると判断し、運転者等に知らせることができる。

また酸素濃度の低下を判断要件とするので、燃料が誤って補給された場合と、選択還元型触媒１０に劣化がある場合とを明確に区別し、尿素水タンク１４に燃料が誤って補給された場合を容易且つ好適に検出することができる。

また本形態の一例においては、選択還元型触媒１０の上流側に位置するＮＯｘセンサ２２で比較用の酸素濃度を検出し、該比較用の酸素濃度と、選択還元型触媒１０の下流側に位置するＮＯｘセンサ２３で検出した酸素濃度とを比較して酸素濃度の低下を判断すると、尿素水タンク１４に燃料が誤って補給された場合を容易且つ好適に検出することができる。

また本形態の一例においては、選択還元型触媒１０が炭化水素（ＨＣ）で被毒され該選択還元型触媒１０の回復制御を実施している場合には、下流側のＮＯｘセンサ２３による酸素濃度の検出を停止すると、酸素濃度の低下を適切な条件下で判断するので、尿素水タンク１４に燃料が誤って補給された場合を容易且つ好適に検出することができる。

また本形態の一例においては、選択還元型触媒１０の上流側にパティキュレートフィルタ２９を備え、パティキュレートフィルタ２９再生中の場合には、下流側のＮＯｘセンサ２３による酸素濃度の検出を停止すると、酸素濃度の低下を適切な条件下で判断するので、尿素水タンク１４に燃料が誤って補給された場合を容易且つ好適に検出することができる。

尚、本発明の還元剤の異常検出方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、誤って補給される燃料は軽油、重油、灯油以外のものでも良いこと、還元剤には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。

９排気管
１０選択還元型触媒
１４尿素水タンク（還元剤タンク）
１７尿素水（還元剤）
２２上流側のＮＯｘセンサ
２３下流側のＮＯｘセンサ
２９パティキュレートフィルタ

Claims

排気管途中の選択還元型触媒に還元剤タンクから還元剤を添加してＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置に対し、前記還元剤タンク内に補給された還元剤の異常を検出するための還元剤の異常検出方法であって、前記選択還元型触媒の下流側に位置するＮＯｘセンサで酸素濃度を検出し、該酸素濃度の低下を検出した際には還元剤タンク内に燃料が補給されたと判定することを特徴とする還元剤の異常検出方法。
ＮＯｘ浄化率の低下を検出し且つ酸素濃度の低下を検出しない場合には選択還元型触媒が劣化したと判定することを特徴とする請求項１に記載の還元剤の異常検出方法。
選択還元型触媒の上流側に位置するＮＯｘセンサで比較用の酸素濃度を検出し、該比較用の酸素濃度と、選択還元型触媒の下流側に位置するＮＯｘセンサで検出した酸素濃度とを比較して酸素濃度の低下を判断することを特徴とする請求項１に記載の還元剤の異常検出方法。
選択還元型触媒が炭化水素で被毒され該選択還元型触媒の回復制御を実施している場合には、ＮＯｘセンサによる酸素濃度の検出を停止することを特徴とする請求項１に記載の還元剤の異常検出方法。
選択還元型触媒の上流側にパティキュレートフィルタを備え、パティキュレートフィルタの再生中の場合には、ＮＯｘセンサによる酸素濃度の検出を停止することを特徴とする請求項１に記載の還元剤の異常検出方法。