JP4687709B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

機関排気通路内にＮＯ_x選択還元触媒を配置し、尿素水タンク内に貯留された尿素水をＮＯ_x選択還元触媒に供給して尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯ_xを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、尿素水の異常を検出するために尿素水タンク内に尿素水濃度センサを配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００５−８３２２３号公報

しかしながらこの尿素水濃度センサは高価であり、より廉価な他の方法を使用したいのが現状である。
本発明は、廉価でかつ確実に尿素水の異常を検出することのできる排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、機関排気通路内にＮＯ_x選択還元触媒を配置し、尿素水タンク内に貯留された尿素水をＮＯ_x選択還元触媒に供給して尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯ_xを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、尿素水タンク内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断手段と、ＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かを判断するＮＯ_x浄化率判断手段とを具備しており、尿素水タンク内に尿素水が補充された直後の機関運転時にＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したと判断されたときには補充された尿素水が異常であると判定される。

尿素水の異常、即ち尿素水の濃度低下は、例えば規格外の尿素水が補充されたり、或いは尿素水以外の液体が補充されたときに主に生ずる。一方、尿素水の濃度低下は機関運転時におけるＮＯ_x浄化率の低下となって表れる。従って尿素水が補充された直後の機関運転時におけるＮＯ_x浄化率の低下から尿素水の異常を検出することができ、従って廉価な方法で尿素水の異常を検出できることになる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は酸化触媒１２の入口に連結される。この酸化触媒１２の下流には酸化触媒１２に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１３が配置され、このパティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯ_x選択還元触媒１５の入口に連結される。このＮＯ_x選択還元触媒１５の出口には酸化触媒１６が連結される。

ＮＯ_x選択還元触媒１５上流の排気管１４内には尿素水供給弁１７が配置され、この尿素水供給弁１７は供給管１８、供給ポンプ１９を介して尿素水タンク２０に連結される。尿素水タンク２０内に貯蔵されている尿素水は供給ポンプ１９によって尿素水供給弁１７から排気管１４内を流れる排気ガス中に噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂）によって排気ガス中に含まれるＮＯ_xがＮＯ_x選択還元触媒１５において還元される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２１内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。また、ＥＧＲ通路２１周りにはＥＧＲ通路２１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２３が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２３内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２４を介してコモンレール２５に連結され、このコモンレール２５は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２６を介して燃料タンク２７に連結される。燃料タンク２７内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２６によってコモンレール２５内に供給され、コモンレール２５内に供給された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。本発明では尿素水タンク２０内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断手段が設けられており、図１に示される実施例ではこの尿素水補充判断手段は、燃料タンク２０の尿素水補充口４０に取付けられたキャップ４１が取りはずされたときにオンとなるスイッチ４２からなる。このスイッチ４２のオン・オフ信号は入力ポート３５に入力される。

更に本発明ではＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かを判断するＮＯ_x浄化率判断手段が設けられており、図１に示される実施例ではこのＮＯ_x浄化率判断手段は酸化触媒１６の下流に配置されたＮＯ_x濃度センサ４３からなる。このＮＯ_x濃度センサ４３は排気ガス中のＮＯ_x濃度に比例した出力を発生し、このＮＯ_x濃度センサ４３の出力は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

一方、吸入空気量検出器８の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４５にはアクセルペダル４５の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４６が接続され、負荷センサ４６の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４７が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁１７、供給ポンプ１９、ＥＧＲ制御弁２２および燃料ポンプ２６に接続される。

酸化触媒１２は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１２は排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ₂に転換する作用と排気ガス中に含まれるＨＣを酸化させる作用をなす。即ち、ＮＯ₂はＮＯよりも酸化性が強く、従ってＮＯがＮＯ₂に転換されるとパティキュレートフィルタ１３上に捕獲された粒子状物質の酸化反応が促進され、またＮＯ_x選択還元触媒１５でのアンモニアによる還元作用が促進される。パティキュレートフィルタ１３としては触媒を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできるし、例えば白金のような貴金属触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いることもできる。一方、ＮＯ_x選択還元触媒１５は低温で高いＮＯ_x浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから構成することもできるし、アンモニアの吸着機能がないチタニア・バナジウム系の触媒から構成することもできる。酸化触媒１６は例えば白金からなる貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１６はＮＯ_x選択還元触媒１５から漏出したアンモニアを酸化する作用をなす。

図２に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では尿素水タンク２０内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断手段が尿素水タンク２０内に配置されたレベルセンサ４４からなる。このレベルセンサ４４は尿素水タンク２０内の尿素水の液面レベルに応じた出力を発生する。また、この実施例ではパティキュレートフィルタ１３が酸化触媒１６の下流に配置されており、従ってこの実施例では酸化触媒１２の出口が排気管１４を介してＮＯ_x選択還元触媒１５の入口に連結される。

さて、前述したように尿素水の異常は、例えば規格外の尿素水が使用されたり、或いは尿素水以外の液体が不正使用されたときに主に生ずる。一方、機関運転時のＮＯ_x浄化率は廉価な方法で検出することができる。そこで本発明では、尿素水タンク２０内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断手段と、ＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かを判断するＮＯ_x浄化率判断手段とを具備しており、尿素水タンク２０内に尿素水が補充された直後の機関運転時にＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したと判断されたときには補充された尿素水が異常であると判定するようにしている。

この場合、図１に示す実施例では尿素水タンク２０の尿素水補充口４０の開閉が検出され、尿素水補充口４０の開閉が行われたときには尿素水が補充されたと判断される。これに対し、図２に示される実施例では尿素水タンク２０内の尿素水の液面レベルが検出され、尿素水の液面レベルが予め定められた低レベル以下から上昇して予め定められた補充完了レベルを越えたときに尿素水が補充されたと判断される。

次に尿素水を補充したか否かを判断するための尿素水補充判断ルーチンについて説明する。図３（Ａ）は図１に示す実施例において行われている尿素水補充判断ルーチンを示しており、図３（Ｂ）は図２に示す実施例において行われている尿素水補充判断ルーチンを示している。

図３（Ａ）に示される尿素水補充判断ルーチンを参照すると、まず初めにステップ５０においてスイッチ４２がオンになったか否か、即ち尿素水補充口４０が開放されたか否かが判別される。尿素水補充口４０が開放されているときにはステップ５１に進んでスイッチ４２がオンからオフになったか否か、即ち尿素水補充口４０が閉鎖されたか否かが判別される。尿素水補充口４０が閉鎖されたときにはステップ５２に進む。即ち、尿素水補充口２０が開放された後、閉鎖されたときにはその間に尿素水が補充されたと考えられるのでステップ５２に進み、尿素水が補充されたと判断される。

次に図３（Ｂ）に示される尿素水補充判断ルーチンについて説明すると、この例では尿素水タンク２０内の液面レベルが予め定められた低いレベルよりも低下したときにレベルセンサ４４の出力信号に基づいて低レベルフラグがセットされるように構成されておりステップ６０ではこの低レベルフラグがセットされているか否かが判別される。低レベルフラグがセットされているときにはステップ６１に進んでレベルセンサ４４により液面レベルが、補充が完了したと推定される補充完了レベルＳＸを越えたか否かが判別される。液面レベルが補充完了レベルＳＸを越えたときにはステップ６２に進む。即ち、低レベルであった液面レベルが補充完了レベルを越えるまで上昇したときにはその間に尿素水が補充されたと考えられるのでステップ６２に進み、尿素水が補充されたと判断される。

図４は機関の運転が開始されると実行される尿素水の異常判定ルーチンを示している。
図４を参照するとまず初めにステップ７０において図３（Ａ）又は図３（Ｂ）に示すルーチンによる判断結果に基づいて尿素水が補充されたか否かが判別される。尿素水が補充されたときにはステップ７１に進んでＮＯ_xセンサ４３により排気ガス中のＮＯ_x濃度が検出される。

例えば規格外の濃度の低い尿素水が補充されたり、或いは尿素水以外の還元力の弱い液体が補充されるとＮＯ_x選択還元触媒１５におけるＮＯ_x浄化率が低下するためにＮＯ_xセンサ４３に導びかれる排気ガス中のＮＯ_x濃度が高くなる。従って、ＮＯ_xセンサ４３により検出されたＮＯ_x濃度からＮＯ_x浄化率が予め定められた許容レベル以下になったか否かが判別される。具体的に言うと、ＮＯ_Xセンサ４３により検出されたＮＯ_X濃度と排気ガス量、即ち吸入空気量から求まるＮＯ_X量と、機関の運転状態から定まる排出ＮＯ_X量とからＮＯ_X浄化率が算出され、図４のステップ７２ではこのＮＯ_x浄化率が許容レベルＲＸ以下になったか否かが判別される。このときＮＯ_x浄化率≧ＲＸであればステップ７３に進んで尿素水は正常であると判断され、ＮＯ_x浄化率＜ＲＸである場合にはステップ７４に進んで尿素水が異常であると判断される。このようにして尿素水が異常であるか否かが検出される。

次に図５から図７を参照しつつ尿素水補充判断手段の別の実施例について説明する。
まず初めに図５を参照すると、図５にはイグニッションスイッチのオン・オフ状態と、図２に示されるレベルセンサ４４により尿素水タンク２０内の尿素水の液面レベルを検出すべきであることを示しているレベル検出指令と、レベルセンサ４４による液面レベルの検出に適した機関の運転状態であることを示しているレベル検出運転状態と、レベルセンサ４４による液面レベルの検出を実行するために発せられるレベル検出実行命令と、尿素水タンク２０内における液面レベル、即ち尿素水レベルとが示されている。

図５に示される例ではイグニッションスイッチがオフからオンに切換えられるとレベル検出指令が発せられ、その後イグニッションスイッチがオンにされている間、一定時間毎にレベル検出指令が発せられる。このレベル検出指令が発せられると図６に示される指令処理ルーチンが実行される。

この指令処理ルーチンが実行されるとレベルセンサ４４により液面レベルを正確に検出しうるように、ステップ８０において尿素水タンク２０内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であるか否か、即ち尿素水の液面レベルが安定している運転状態であるか否かが判別され、尿素水の液面レベルが安定している運転状態でないときには再びステップ８０に戻る。即ち、ステップ８０では尿素水の液面レベルが安定するまで待っている。尿素水の液面レベルが安定したときにはステップ８１に進んでレベル検出実行命令が発せられる。即ち、図５に示されるようにレベル検出指令が発生された後に機関の運転状態が最初に尿素水の液面レベルの安定するレベル検出運転状態になったときにレベル検出実行命令が発せられる。

検出実行命令が発生されると図７に示される検出実行処理ルーチンが実行される。即ち、まず初めにステップ９０においてレベルセンサ４４により尿素水タンク２０内の尿素水のレベルＬが検出される。次いでステップ９１では検出された尿素水レベルＬが前回の割込み時に検出された尿素水レベルＬｏに対して一定値α以上高くなったか否かが判別される。Ｌ＞Ｌｏ＋αとなったときには尿素水タンク２０内に補充液が補充されたと判断され、ステップ９２に進んで補充作用が行われたことを示す補充フラグがセットされる。次いでステップ９３では尿素水レベルＬがＬｏとされる。

このように本発明では、尿素水タンク２０内の尿素水の液面の状態を判断する液面状態判断手段、例えば尿素水タンク２０内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であるか否かを判断する判断手段を具備しており、この液面状態判断手段による判断に応じて、例えば尿素水タンク２０内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であると判断されたときにレベルセンサ４４により尿素水タンク２０内の液面レベルが検出される。

次に図６に示されるレベル検出実行命令を発生するための指令処理のいくつかの具体例、即ち尿素水タンク２０内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であるか否かを判断するいくつかの具体例について説明する。

例えば車両においてイグニッションスイッチがオンにされたときからスタータが作動せしめられるまでの間は車両は振動せず、尿素水タンク２０も振動しない。従って第１の例においてはイグニッションスイッチがオンにされたときからスタータが作動せしめられるまでの間は、尿素水タンク２０内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であると判断される。

図８はこの第１の例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまず初めにステップ１００においてイグニッションスイッチがオフからオンに切換えられたか否かが判断される。イグニッションスイッチがオフからオンに切換えられたときにはステップ１０１に進んでスタータが作動せしめられたか否かが判別される。スタータが作動せしめられていないときにはステップ１０２に進んでレベル検出実行命令が発せられ、再びステップ１０１に戻る。スタータが作動せしめられるとステップ１０１からステップ１０３に進んで実行命令が解除される。

一方、車両が停止しているときにも、即ち車速が零のときにも車両はさほど振動せず、尿素水タンク２０もさほど振動しない。従って第２の例では車速が零のとき、即ち車両が停止しているときは、尿素水タンク２０内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であると判断される。

図９はこの第２の例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまず初めにステップ１１０において車速が零か否かが判別される。車速が零のときにはステップ１１１に進んでレベル検出実行命令が発せられる。これに対し、ステップ１１０において車速が零でないと判別されたときにはステップ１１２に進んで実行命令が解除される。

また、車両が停止しているときでも停止した直後では尿素水タンク２０内の尿素水は上下に激しく変動している可能性がある。従って第３の例では車両が停止してから一定時間が経過した後に車速が依然として零である場合に限り、レベル検出実行命令を発するようにしている。

図１０はこの第３の例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまず初めにステップ１２０において車速が零であるか否かが判別される。車速が零のときにはステップ１２１に進んで一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したときにはステップ１２２に進んで車速が零でなくなったか否かが判別される。車速が依然として零のときにはステップ１２３に進んでレベル検出実行命令が発せられ、再びステップ１２２に戻る。車速が零でなくなるとステップ１２２からステップ１２４に進んで実行命令か解除される。

一方、車両の加速度或いは減速度が大きくなると尿素水タンク２０内の尿素水の液面レベルが変動する。従って第４の例では加速度および減速度が予め定められた許容値以下の場合のみレベル検出実行命令を発するようにしている。なお、この場合、車両の加速度および減速度は車両に取付けた加速度センサおよび減速度センサによって検出される。

図１１はこの第４の例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまずは初めにステップ１３０において車両の加速度が許容値ＧＸ以下であるか否かが判別される。車両の加速度が許容値ＧＸ以下であるときにはステップ１３１に進んで車両の減速度が許容値ＧＹ以下であるか否かが判別される。車両の減速度が許容値ＧＹ以下であるときにはステップ１３２に進んでレベル検出実行命令が発せられる。これに対し、車両の加速度が許容値ＧＸよりも大きいとき、或いは車両の減速度が許容値ＧＹよりも大きいときにはステップ１３３に進んで実行命令が解除される。

一方、車両が一定の車速で一定時間以上走行しているときは尿素水タンク２０内の尿素水の液面はあまり上下動せず安定していると考えられる。従って第５の例では車両が一定の速度で一定時間以上走行しているときにはレベル検出実行命令を発するようにしている。

図１２はこの第５の例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまず初めにステップ１４０において車速が一定になったか否かが判別される。車速が一定になったときにはステップ１４１に進んで一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したときにはステップ１４２に進んで車速が変化したか否かが判別される。車速が変化していないときにはステップ１４３に進んでレベル検出実行命令が発せられ、再びステップ１４２に戻る。車速が変化するとステップ１４２からステップ１４４に進んで実行命令が解除される。

ところで、レベルセンサ４４を用いた場合には車両が水平面に対して傾斜すると尿素水タンク２０内の正しい液面レベルを検出しえなくなる。従って本発明による実施例では車両が一定時間以上水平な状態に維持されている場合に限り、レベル検出実行命令を発するようにしている。なお、この場合、車両が水平な状態にあるか否かは車両に取付けた水平検出センサによって判定される。

図１３はこの実施例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまず初めにステップ１５０において車両が水平な状態にあるか否か、即ち水平面に対する車両の傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小さいか否かが判別される。車両が水平な状態にあるときにはステップ１５１に進んで一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したときにはステップ１５２に進んで水平面に対する車両の傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも大きいか否か、即ち車両が傾斜したか否かが判別される。車両が傾斜していないときにはステップ１５３に進んでレベル検出実行命令が発せられ、再びステップ１５２に戻る。車両が傾斜するとステップ１５２からステップ１５４に進んで実行命令が解除される。

即ち、この実施例では、尿素水タンク２０内の尿素水の液面の水平面に対する傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小さくなる運転状態であるか否かが判断され、尿素水タンク２０内の尿素水の液面の水平面に対する傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小さくなる運転状態であるときにレベルセンサにより尿素水タンク２０内の液面レベルが検出される。

次に尿素水の補充中、たとえイグニッションスイッチがオフにされていても電子制御ユニット３０が作動状態に保持される場合に適用しうる実施例について説明する。この実施例においてはレベルセンサ４４により尿素水の補充が完了したことが検出される。ところで尿素水の補充が完了した直後は尿素水タンク内の尿素水の液面は安定しておらず、従ってこの実施例では図１４（Ａ）に示されるように尿素水の補充が完了した後、一定時間を経過したときにレベル検出実行命令を発するようにしている。

図１４（Ｂ）はこの実施例を実行するための指令処理を示している。
この指令処理ではまず初めにステップ１６０において尿素水の補充が完了したか否かが判別される。尿素水の補充が完了したときにはステップ１６１に進んで一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したときにはステップ１６１に進んでレベル検出実行命令が発せられる。

さて、図４に示される尿素水異常判定ルーチンでは尿素水の補充が行われるとＮＯ_Xセンサ４３により排気ガス中のＮＯ_X浄化率が検出され、このＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下になったときに尿素水が異常であると判断される。しかしながらこのときＮＯ_X選択還元触媒１５が活性化していないと尿素水濃度が正常であったとしてもＮＯ_Xセンサ４３により検出されるＮＯ_X浄化率が低下する。従ってこの場合、ＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下になったから尿素水が異常であると判断すると誤判断することになる。

そこで本発明による実施例ではこのような誤判断を防止するために、図７に示すレベル検出実行ルーチンにおいて補充フラグがセットされたときには、即ち尿素水タンク２０内に尿素水が補充されたと判断されたときにはＮＯ_X選択還元触媒１５が活性化しているか否かが判断され、ＮＯ_X選択還元触媒１５が活性化していると判断されたときにＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下まで低下したか否かを判断するようにしている。

なお、ＮＯ_Xセンサ４３によりＮＯ_X浄化率を正確に検出するには機関から排出されるＮＯ_X量の変化量が少なくかつＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が安定する定常運転時が好ましい。従って本発明による実施例では定常運転時にＮＯ_Xセンサ４３によりＮＯ_X浄化率を検出するようにしている。

図１５はこの実施例を実行するための尿素水の異常判定ルーチンを示している。
図１５を参照するとまず初めにステップ１７０において尿素水の補充が行われたことを示す補充フラグがセットされているか否かが判別される。補充フラグがセットされているときにはステップ１７１に進んでＮＯ_X選択還元触媒１５の温度ＴＣが活性温度ＴＸ以上になったか否かが判別される。ＴＣ＞ＴＸａのとき、即ちＮＯ_X選択還元触媒１５が活性化しているときにはステップ１７２に進んで定常運転時であるか否かが判別される。定常運転時であるときにはステップ１７３に進む。

ステップ１７３ではＮＯ_Xセンサ４３により排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出され、このＮＯ_X濃度からＮＯ_X浄化率が算出される。次いでステップ１７４ではＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下になったか否かが判別される。このときＮＯ_X浄化率≧ＲＸであればステップ１７５に進んで尿素水は正常であると判断され、補充フラグがリセットされる。これに対し、このときＮＯ_X浄化率＜ＲＸである場合にはステップ１７６に進んで尿素水が異常であると判断され、補充フラグがリセットされる。

また、尿素水の異常判定を行う際に尿素水供給用の尿素水供給弁１７内と尿素水供給弁１７に連結された尿素水の供給管１８内とに補充前の尿素水が残存していると、補充前の尿素水の異常判定を行ってしまうことになる。

そこで本発明による実施例では補充後の尿素水の異常判定を行いうるように、尿素水タンク２０内に尿素水が補充されたと判断されたときには尿素水供給用の尿素水供給弁１７内と尿素水供給弁１７に連結された尿素水の供給管１８内とに補充前の尿素水が残存しているか否かを判断し、尿素水供給弁１７内と尿素水の供給管１８内に補充前の尿素水が残存していないと判断されたときにＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下まで低下したか否かを判断するようにしている。

この場合、第１の例では、補充後における尿素水供給弁１７からの尿素水供給量の積算値Ｑを求めてこの積算値Ｑが尿素水供給弁１７内と尿素水の供給管１８内に残留しうる最大残留尿素水量Ｑ₀を越えたときには尿素水供給弁１７内と尿素水の供給管１８内に補充前の尿素水が残存していないと判断するようにしている。

図１６はこの第１の例を実行するための尿素水の異常判定ルーチンを示している。
図１６を参照するとまず初めにステップ１８０において尿素水の補充が行われたことを示す補充フラグがセットされているか否かが判別される。補充フラグがセットされているときにはステップ１８１に進んで補充後に供給された尿素水供給量の積算値Ｑが算出される。次いでステップ１８２では積算値Ｑが最大残留尿素量Ｑ₀よりも大きいか否かが判別される。Ｑ＞Ｑ₀であるときにはステップ１８３に進む。

ステップ１８３ではＮＯ_Xセンサ４３により排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出され、このＮＯ_X濃度からＮＯ_X浄化率が算出される。次いでステップ１８４ではＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下になったか否かが判別される。このときＮＯ_X浄化率≧ＲＸであればステップ１８５に進んで尿素水は正常であると判断され、補充フラグがリセットされる。これに対し、このときＮＯ_X浄化率＜ＲＸである場合にはステップ１８６に進んで尿素水が異常であると判断され、補充フラグがリセットされる。

一方、第２の例では尿素水の補充が完了すると供給ポンプ１９が逆転され、尿素水供給弁１７内と尿素水の供給管１８内に残留している補充前の尿素水が尿素水タンク２０内に吸い出される。この吸い出された尿素量は補充された尿素水量に比べれば少量であるので補充された尿素水の濃度に影響を与えない。この第２の例では残留している尿素水の吸い出し作用が完了していればＮＯ_Xセンサ４３の検出値に基づいて尿素水の異常判定が行われる。

図１７はこの第２の例を実行するための尿素水の異常判定ルーチンを示している。
図１７を参照するとまず初めにステップ１９０において尿素水の補充が行われたことを示す補充フラグがセットされているか否かが判別される。補充フラグがセットされているときにはステップ１９１に進んで尿素水供給弁１７内と尿素水の供給管１８内に残留している補充前の尿素水の吸い出し作用が行われる。次いでステップ１９２ではこの尿素水の吸い出し作用が既に完了しているか否かが判別され、尿素水の吸い出し作用が既に完了しているときはステップ１９３に進む。

ステップ１９３ではＮＯ_Xセンサ４３により排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出され、このＮＯ_X濃度からＮＯ_X浄化率が算出される。次いでステップ１９４ではＮＯ_X浄化率が許容レベルＲＸ以下になったか否かが判別される。このときＮＯ_X浄化率≧ＲＸであればステップ１９５に進んで尿素水は正常であると判断され、補充フラグがリセットされる。これに対し、このときＮＯ_X浄化率＜ＲＸである場合にはステップ１９６に進んで尿素水が異常であると判断され、補充フラグがリセットされる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。 尿素水が補充されたか否かを判断するためのフローチャートである。 尿素水が異常であるか否かを判定するためのフローチャートである。 レベル検出実行命令等の発生タイミングを示す図である。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出実行処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャートである。 レベル検出指令処理を実行するためのフローチャート等を示す図である。 尿素水の異常判定を行うためのフローチャートである。 尿素水の異常判定を行うためのフローチャートである。 尿素水の異常判定を行うためのフローチャートである。

符号の説明

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
１２，１６ 酸化触媒
１３ パティキュレートフィルタ
１５ ＮＯ_x選択還元触媒
１７ 尿素水供給弁
２１ 流量計
２０ 尿素水タンク
４０ 尿素水補充口
４１ キャップ
４２ スイッチ
４３ ＮＯ_xセンサ
４４ レベルセンサ

Claims (10)

1. 機関排気通路内にＮＯ_x選択還元触媒を配置し、尿素水タンク内に貯留された尿素水を該ＮＯ_x選択還元触媒に供給して該尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯ_xを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、尿素水タンク内に尿素水が補充されたか否かを判断する尿素水補充判断手段と、ＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かを判断するＮＯ_x浄化率判断手段とを具備しており、尿素水タンク内に尿素水が補充された直後の機関運転時にＮＯ_x浄化率が許容レベル以下まで低下したと判断されたときには補充された尿素水が異常であると判定される内燃機関の排気浄化装置。
2. 尿素水タンクの尿素水補充口の開閉を検出し、尿素水補充口の開閉が行われたときには尿素水が補充されたと判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 尿素水タンク内の尿素水の液面レベルを検出し、尿素水の液面レベルが予め定められた低レベル以下から上昇して予め定められた補充完了レベルを越えたときに尿素水が補充されたと判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 尿素水タンク内の尿素水の液面の状態を判断する液面状態判断手段を具備しており、該液面状態判断手段による判断に応じてレベルセンサにより尿素水タンク内の液面レベルを検出するようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記液面状態判断手段は、尿素水タンク内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であるか否かを判断し、尿素水タンク内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であるときには上記レベルセンサにより尿素水タンク内の液面レベルが検出される請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. イグニッションスイッチがオンにされたときからスタータが作動せしめられるまでの間は、尿素水タンク内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であると判断される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 車両が停止しているときは、尿素水タンク内の尿素水の液面の上下の変動量が予め定められた許容変動量よりも小さくなる運転状態であると判断される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記液面状態判断手段は、水平面に対する車両の傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小さくなる運転状態であるか否かを判断し、水平面に対する車両の傾斜角が予め定められた許容傾斜角よりも小さくなる運転状態であるときには上記レベルセンサにより尿素水タンク内の液面レベルを検出するようにした請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 上記尿素水補充判断手段により尿素水タンク内に尿素水が補充されたと判断されたときにはＮＯ_X選択還元触媒が活性化しているか否かが判断され、ＮＯ_X選択還元触媒が活性化していると判断されたときに上記ＮＯ_X浄化率判断手段によりＮＯ_X浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かが判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 上記尿素水補充判断手段により尿素水タンク内に尿素水が補充されたと判断されたときには尿素水供給用の尿素水供給弁内と尿素水供給弁に連結された尿素水の供給管内とに補充前の尿素水が残存しているか否かが判断され、尿素水供給弁内と尿素水の供給管内に補充前の尿素水が残存していないと判断されたときに上記ＮＯ_X浄化率判断手段によりＮＯ_X浄化率が許容レベル以下まで低下したか否かが判断される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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