JP5195277B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒と、このＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気通路内に液状の還元剤を添加する添加弁と、上記還元剤を貯留する貯留タンクから所定の供給管を通じて上記添加弁に還元剤を供給する電動ポンプと、上記添加弁および電動ポンプの作動を制御する制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置に関する。

従来、例えば下記特許文献１に示されるように、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒（ＳＣＲ触媒）と、液状の還元剤としての尿素水を貯える尿素水タンクと、該タンク内の尿素水を圧送する電動ポンプ（尿素水ポンプ）と、上記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気通路に設けられた尿素水添加弁とを備え、上記電動ポンプから尿素水供給管を通じて圧送される尿素水を上記尿素水添加弁により排気通路内に添加供給することで、上記ＮＯｘ浄化触媒での特定の排気浄化反応を促進させるようにした排気浄化装置が知られている。

特に、この特許文献１の技術では、エンジンが停止すると、上記電動ポンプを逆回転駆動することにより、上記尿素水供給管に残留している尿素水を吸い戻して上記尿素水タンク内に回収するようにしている。このようにすることで、エンジン停止後、尿素水供給管や尿素水添加弁に残留した尿素水が凍結することに起因した上記尿素水供給管等の破損を防止できるという利点が得られる。
特開２００８−１０１５６４号公報

ところで、上記特許文献１に開示された排気浄化装置において、エンジンが停止して尿素水の吸い戻しが行われた後、再びエンジンが始動した場合には、上記添加弁からＮＯｘ浄化触媒に尿素水を添加するための準備として、上記電動ポンプを正回転駆動して尿素水タンクから尿素水を汲み上げることにより、あらかじめ尿素水供給管および尿素水添加弁に尿素水を充填しておく必要がある。しかしながら、上記尿素水の添加は排気温度がある程度高まってから実行されるため、この添加開始時期に対して上記電動ポンプの駆動開始タイミングがあまりにも早いと、上記電動ポンプが長い間無駄に駆動されることになり、エネルギー効率が悪化してしまうという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に添加される還元剤を供給する電動ポンプの駆動を適正に制御することにより、無駄な消費電力を抑えてエネルギー効率をより向上させることを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒と、このＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気通路内に液状の還元剤を添加する添加弁と、上記還元剤を貯留する貯留タンクから所定の供給管を通じて上記添加弁に還元剤を供給する電動ポンプと、上記添加弁および電動ポンプの作動を制御する制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置であって、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段を備え、上記添加弁は、上記パラメータ値検出手段の検出値から求まる上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が所定温度以上のときに上記還元剤を添加するように制御され、上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定温度よりも低いときに上記ＮＯｘ浄化触媒の温度上昇率を求め、この温度上昇率が小さいときには大きいときに比べて上記電動ポンプの駆動開始タイミングを遅らせることを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、添加弁に還元剤を供給する電動ポンプの駆動開始タイミングをＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいて決定するようにしたため、エンジン始動後に触媒温度がある程度高まってから電動ポンプの駆動を開始することにより、触媒温度が低く還元剤を添加する必要がないときに上記電動ポンプが無駄に駆動されるのを防止でき、電動ポンプの消費電力を効果的に削減してエネルギー効率をより向上させることができるという利点がある。

より具体的に、本発明では、ＮＯｘ浄化触媒の温度上昇率が小さいときには大きいときに比べて上記電動ポンプの駆動開始タイミングが遅くされるので、ＮＯｘ浄化触媒の温度が所定温度に達するタイミングと連動して上記電動ポンプの駆動開始タイミングが決定されることになる。これにより、上記触媒温度が所定温度に達する時点に応じた適正なタイミングで還元剤の圧力を所定圧まで高めることができ、電動ポンプの消費電力を効果的に削減しつつ添加弁からの還元剤の添加を適正時期に開始できるという利点がある。

本発明の好ましい形態として、上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定温度まで上昇するタイミングと、上記供給管内の還元剤の圧力が所定圧まで達して上記添加弁からの還元剤の添加が可能になるタイミングとが一致するように、上記電動ポンプの駆動開始タイミングを決定する（請求項２）。

この構成によれば、電動ポンプが無駄に駆動される期間を無くして消費電力をより効果的に削減できるとともに、触媒温度が所定温度に達するのと同時に還元剤の添加を開始できるため、エネルギー効率とＮＯｘ浄化性能との向上を高次元で両立できるという利点がある。

さらに好ましい形態として、上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定温度に達するまでの時間を上記温度上昇率に基づいて予測するとともに、この予測時間と、上記電動ポンプが駆動されてから上記供給管内の還元剤の圧力が上記所定圧に達するまでの所要時間とに基づいて、上記電動ポンプの駆動開始タイミングを決定する（請求項３）。

この構成によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度上昇率を用いた予測等に基づく適正なタイミングで上記電動ポンプを駆動することにより、その消費電力をより効果的に削減できるという利点がある。

本発明の好ましい形態として、上記制御手段は、エンジン停止後に、上記供給管に設けられた切替弁を作動させることにより、上記供給管内に残留する還元剤が上記電動ポンプの吸引力で上記貯留タンク内に戻されるように還元剤の流れを切り替える（請求項４）。

この構成によれば、エンジン始動後に供給管内に残留した還元剤が凍結することによる供給管の破損等を効果的に防止できるという利点がある。

以上説明したように、本発明によれば、選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に添加される還元剤を供給する電動ポンプの駆動を適正に制御することにより、無駄な消費電力を抑えてエネルギー効率をより向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す概略図である。本図に示される排気浄化装置は、例えばディーゼルエンジン等の図外のエンジンから排出された排気ガスを浄化するものであり、その基本的な構成要素として、上記排気ガスが流通する排気通路１の途中部に設けられたＮＯｘ浄化触媒３と、上記排気通路１のうちこのＮＯｘ浄化触媒３よりも上流側の配管１ａ内に、還元剤としての尿素水を添加する添加弁５とを備えている。すなわち、この図１に示される排気浄化装置は、運転状態に応じて上記添加弁５から排気通路１内に尿素水を添加（噴射）し、その下流側のＮＯｘ浄化触媒３での還元反応を上記尿素水の作用により促進させることで、排気ガス中のＮＯｘを高い浄化率で浄化し得るようにしたいわゆる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システム用の浄化装置として設けられている。

具体的に、上記添加弁５から排気ガス中に尿素水が添加されると、排気ガスの熱により加水分解が行われ、アンモニアが生成される。すると、この生成されたアンモニアが下流側のＮＯｘ浄化触媒３に吸着し、この吸着したアンモニアと、排気ガス中のＮＯｘとの間で脱硝反応が起きることにより、ＮＯｘの還元が促進されるようになっている。

上記添加弁５は、既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構造を有しており、例えば電磁開閉式のニードル弁によって構成されている。そして、後述するＥＣＵ２１からの制御信号に基づき上記添加弁５が開弁または閉弁されることにより、その先端のノズルを通じて上記排気通路１内に尿素水が噴射され、またはその噴射が停止されるようになっている。

次に、上記添加弁５に尿素水を供給する尿素水供給系について説明する。すなわち、添加弁５には、貯留タンク９から供給管１３を通じて尿素水が逐次供給されるようになっており、上記供給管１３の途中部には、上記貯留タンク９内に貯留された尿素水を汲み上げて上記添加弁５に圧送するための電動ポンプ７が配設されている。この電動ポンプ７は、例えば３相交流モータからなり、後述するＥＣＵ２１からの制御信号に応じてその駆動が制御されるようになっている。

上記貯留タンク９は、内部に所定濃度の尿素水が収容された密閉容器からなり、その所定部位に設けられた給液キャップ（図示省略）から必要に応じて尿素水を補給できるようになっている。なお、寒冷時に貯留タンク９内の尿素水が凍結するのを防止するための措置として、上記貯留タンク９には、ヒータや断熱材等が必要に応じて付設される。

上記貯留タンク９の内部には、尿素水を濾過するためのフィルタ１１が尿素水に浸漬された状態で設けられており、このフィルタ１１には、上記供給管１３の一端部が接続されている。一方、供給管１３の他端部は上記添加弁５に接続されており、上記電動ポンプ７が駆動されるのに応じて、上記フィルタ１１で濾過された尿素水が上記供給管１３を通じて添加弁５に供給されるようになっている。

上記供給管１３の途中部には、その内部の尿素水の圧力を調節するための圧力制御弁１７と、供給管１３内の尿素水の流れを切り替えるための切替弁１９とがそれぞれ配設されている。

上記圧力制御弁１７は、余剰となった尿素水を上記貯留タンク９に戻して上記供給管１３内の圧力を所定圧に維持するものである。すなわち、上記圧力制御弁１７には、上記貯留タンク９から延びるリターン配管１５が接続されており、上記供給管１３内の尿素水の圧力が所定圧を超えると、上記圧力制御弁１７が開弁して余剰となった尿素水が上記リターン配管１５から貯留タンク９に戻されるとともに、上記供給管１３内の圧力が所定圧を下回ると、上記圧力制御弁１７が閉弁して上記リターン配管１５から貯留タンク９への流れが停止されることにより、上記供給管１３内の尿素水の圧力が所定圧に維持されるようになっている。

上記切替弁１９は、後述するＥＣＵ２１からの制御信号に応じて作動する電磁開閉式の方向制御弁からなり、上記供給管１３を構成する第１〜第４の配管１３ａ〜１３ｄ（詳細は後述する）が接続される４つのポートの連通状態を変化させることにより、上記貯留タンク９から添加弁５に向かって尿素水が流れる図１の状態と、これとは逆に添加弁５から貯留タンク９に向かって尿素水が流れる状態（図４参照）との間で流れ方向を切り替え可能に構成されている。

上記供給管１３は、上記フィルタ１１と切替弁１９との間に配置された第１配管１３ａと、上記切替弁１９と圧力制御弁１７との間に配置され、上記電動ポンプ７が途中部に設けられた第２配管１３ｂと、上記圧力制御弁１７と切替弁１９との間に配置された第３配管１３ｃと、上記切替弁１９と添加弁５との間に配置された第４配管１３ｄとを有している。

そして、上記切替弁１９が図１の状態にあるときには、上記第１配管１３ａと第２配管１３ｂとが連通されるとともに、第３配管１３ｃと第４配管１３ｄとが連通されることにより、図１の矢印に示すように、上記電動ポンプ７の吸引力により貯留タンク９から汲み上げられた尿素水が、上記第１配管１３ａ、第２配管１３ｂ、第３配管１３ｃ、第４配管１３ｄの順に流通して上記添加弁５に供給されるようになっている。一方、この状態から上記切替弁１９が作動して図４の状態に変位した場合には、上記第１配管１３ａと第３配管１３ｃとが連通されるとともに、第２配管１３ｂと第４配管１３ｄとが連通されることにより、図４の矢印に示すように、上記電動ポンプ７の吸引力が逆方向に作用し、上記各配管１３ａ〜１３ｄ内に残留した尿素水が貯留タンク９に戻されるようになっている。

次に、当実施形態の排気浄化装置の制御系について説明する。上記添加弁５、電動ポンプ７、および切替弁１９等の各部の動作は、制御手段としてのＥＣＵ２１により統括的に制御される。このＥＣＵ２１は、従来周知のＣＰＵや各種メモリ等からなり、上記添加弁５、電動ポンプ７、および切替弁１９と電気的に接続されている。

また、上記ＥＣＵ２１には、排気通路１のうちＮＯｘ浄化触媒３の直上流部にあたる上流側配管１ａの末端部に設けられた温度センサ２３（本発明にかかるパラメータ値検出手段に相当）と、この温度センサ２３よりも上流側に設けられたＮＯｘセンサ２５と、供給管１３の途中部（図例ではその第４配管１３ｄ）に設けられた液圧センサ２７とが電気的に接続されている。そして、上記温度センサ２３により検出されたＮＯｘ浄化触媒３の直上流部の排気ガス温度（つまりＮＯｘ浄化触媒３の温度に同じ）と、上記ＮＯｘセンサ２５により検出された排気ガス中のＮＯｘ濃度と、上記液圧センサ２７により検出された供給管１３内の尿素水の圧力とが、電気信号としてそれぞれＥＣＵ２１に入力されるようになっている。なお、以下では、上記温度センサ２３に検出されるＮＯｘ浄化触媒３の温度をＴｓ、上記ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度をＤｎ、上記液圧センサ２７により検出される供給管１３内の尿素水の圧力をＰｒで表す。

以上のように構成されたＥＣＵ２１により、当実施形態の排気浄化装置は、例えば以下のように制御される。

まず、エンジンが始動した後の制御動作について簡単に説明する。エンジンが始動すると、その後しばらくの間は電動ポンプ７が停止状態に維持される。すなわち、エンジン始動後の初期段階では、排気ガスの温度が低く、尿素水の加水分解によるアンモニアの生成が十分に行われる環境にないので、上記添加弁５から排気通路１内に尿素水を添加することができない。このため、エンジン始動直後に電動ポンプ７を駆動する必要はなく、電動ポンプ７はしばらくの間停止状態に維持される。

上記電動ポンプ７の駆動を開始するタイミングは、上記温度センサ２３により検出されるＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓに基づいて決定される。具体的には、上記触媒温度Ｔｓの変化率に基づいて、尿素水の加水分解が十分に行われる温度（つまりアンモニアが十分な割合で生成される温度）まで上記触媒温度Ｔｓが上昇するタイミングが予想され、これよりもいくぶん早いタイミングで上記電動ポンプ７の駆動が開始される。なお、以下では、上記のように尿素水の加水分解が十分に行われるような温度を所定温度Ｔｓｑと称する（図３（ｅ）参照）。

このように、触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するよりも前に電動ポンプ７を駆動するのは、電動ポンプ７を駆動してから、上記供給管１３に尿素水が十分に充填されて添加弁５からの尿素水の添加が可能になるまでの間に、ある程度の時間を要するからである。すなわち、当実施形態では、後述するように、エンジンが停止すると供給管１３から尿素水が吸い出されて貯留タンク９に戻される（つまり供給管１３が空になる）ため、再びエンジンが始動して上記電動ポンプ７が駆動されると、その時点から、上記供給管１３内に尿素水が十分に充填されてその圧力Ｐｒが上記圧力制御弁１７のリリーフ圧まで上昇し、上記添加弁５からの尿素水の添加が可能になるまでの間には、ある程度の時間を要する。そこで、このような時間を見越して、上記電動ポンプ７を早めに駆動するようにしている。なお、以下では、上記のように尿素水が供給管１３に十分に充填されて尿素水の添加が可能になる圧力（圧力制御弁１７のリリーフ圧に同じ）を、所定圧Ｐｒｑと称する（図３（ｄ）参照）。

上記のようにして電動ポンプ７の駆動が開始され、供給管１３内に尿素水が十分に充填されると、その後は、必要に応じて添加弁５から排気通路１内に尿素水が添加される。このときの尿素水の添加量は、上記温度センサ２３により検出されるＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓや、ＮＯｘセンサ２５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｄｎ等に基づいて設定される。

次に、エンジンが停止した後の制御動作について説明する。エンジンが停止した場合には、切替弁１９が作動して図４の状態に変位するとともに、電動ポンプ７の駆動がしばらく維持されることにより、上記尿素水の流れ方向が逆転し、上記供給管１３に残留している尿素水は、上記電動ポンプ７の吸引力によって貯留タンク９内に戻される。これは、供給管１３に残留した尿素水が凍結することによる供給管１３の破損等を防止するための措置である。すなわち、寒冷時に気温が尿素水の氷点（約−１１℃）を下回った場合に、供給管１３に尿素水が残留していると、この尿素水が凍結することにより上記供給管１３や添加弁５が破損するおそれがあるが、上記のようにエンジン停止後に供給管１３内の尿素水を貯留タンク９に回収するようにすれば、上記のような事態を回避して上記供給管１３や添加弁５が破損するのを効果的に防止することができる。

次に、図２のフローチャートおよび図３のタイムチャートを用いて、エンジン始動後にＥＣＵ２１により行われる制御動作のより具体的な内容について説明する。なお、この制御動作がスタートする前提として、図３の時点ｔ０より以前ではエンジンが停止しており、このエンジンが始動した時点ｔ０において、添加弁５は閉（ＯＦＦ）、電動ポンプ７は停止（ＯＦＦ）、供給管１３内の圧力Ｐｒは所定圧Ｐｒｑより低、触媒温度Ｔｓは所定温度Ｔｓｑより低であるものとする。

エンジンが始動して図２のフローチャートがスタートすると、ＥＣＵ２１は、まず、電動ポンプ７の駆動状態を表すポンプ駆動フラグＦに、電動ポンプが停止中であることを表す「０」を入力する制御を実行する（ステップＳ１）。

次いで、ＥＣＵ２１は、上記温度センサ２３により検出されたＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを取得するとともに（ステップＳ２）、この触媒温度Ｔｓが所定の閾値α以上であるか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ３）。なお、この閾値αは、図３（ｅ）に示すように、所定温度Ｔｓｑよりも低い温度に設定される。

上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されて触媒温度Ｔｓ≧閾値αであることが確認された場合、ＥＣＵ２１は、図３（ｅ）に示すように、触媒温度Ｔｓが閾値αに達した時点ｔ１から、所定時間が経過した時点ｔ２までの間における触媒温度Ｔｓの変化率ΔＴｓを算出する制御を実行する（ステップＳ４）。この変化率ΔＴｓは、例えば、時点ｔ２での触媒温度Ｔｓから時点ｔ１での触媒温度Ｔｓ（＝閾値α）を差し引き、得られた温度差を、上記両時点の間の時間差（ｔ２−ｔ１）で割ることにより、算出することができる。

次いで、ＥＣＵ２１は、上記ステップＳ４で算出された触媒温度の変化率ΔＴｓに基づいて、上記所定温度Ｔｓｑ（つまり尿素水が十分に加水分解されてアンモニアが生成される温度）まで触媒温度Ｔｓが上昇するのに要する時間ｔｔ１（図３（ｅ）参照）を予測する制御を実行する（ステップＳ５）。すなわち、現時点（時点ｔ２）での触媒温度Ｔｓと上記所定温度Ｔｓｑとの温度差を求めた上で、この温度差の分だけ上記触媒温度Ｔｓが上昇するのに要する時間を、上記触媒温度の変化率ΔＴｓに基づいて演算することにより、上記所要時間ｔｔ１を予測する。このとき、温度変化率ΔＴｓが大きいほど上記所定温度Ｔｓｑまで早く達するため、上記所要時間ｔｔ１は、温度変化率ΔＴｓが大きいほど短い時間として予測される。

このようにして所要時間ｔｔ１の予測が完了すると、ＥＣＵ２１は、上記電動ポンプ７が駆動された場合に、供給管１３内の尿素水の圧力Ｐｒが上記所定圧Ｐｒｑ（つまり圧力制御弁１７のリリーフ圧）まで上昇するのに要する時間ｔｔ２（図３（ｄ）参照）を取得するとともに（ステップＳ６）、内蔵されたタイマのカウントを開始する制御を実行する（ステップＳ７）。なお、上記尿素水の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達するまでの所要時間ｔｔ２は、例えば実験等によってあらかじめ求められ、ＥＣＵ２１の記憶部に格納されている。

次いで、ＥＣＵ２１は、上記タイマのカウント値Ｃが、上記ステップＳ５で予測された所要時間ｔｔ１と、上記ステップＳ６で取得された所要時間ｔｔ２との時間差（ｔｔ１−ｔｔ２）に等しくなったか否かを判定する制御を実行する（ステップＳ８）。そして、ここでＹＥＳと判定された場合、つまり、タイマのカウントが開始された時点ｔ２から上記時間差（ｔｔ１−ｔｔ２）の分だけ時間が経過したことが確認された場合に、その時点ｔ３で、電動ポンプ７の駆動を開始する。具体的には、上記タイマのカウント値Ｃをリセットするとともに（ステップＳ９）、上記ポンプ駆動フラグＦに、ポンプが駆動中であることを表す「１」を入力した上で（ステップＳ１０）、電動ポンプ７に所定の制御信号を出力して電動ポンプ７の駆動を開始する（ステップＳ１１）。

上記のようにして電動ポンプ７が駆動されると、その時点ｔ３で、図３（ｂ）に示すように、添加弁５が一時的に開弁（ＯＮ）され、上記供給管１３内に溜まっていたエアのエア抜きが行われる。そして、エア抜きが済むと再び添加弁５が閉弁（ＯＦＦ）され、その後、上記供給管１３内の尿素水の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達した時点ｔ４で、例えば図中の破線に示すように、所定のデューティ比で添加弁５のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す制御が実行されることにより、必要量の尿素水が排気通路１内に添加される。

上述したように、電動ポンプ７の駆動開始タイミングは、触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達すると予測される時点（時点ｔ２から所要時間ｔｔ１経過した時点）よりも、供給管１３内の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達するのに要する時間ｔｔ２だけ早い時点ｔ３に設定される。したがって、この時点ｔ３から上記所要時間ｔｔ２が経過することにより、上記圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達して添加弁５から尿素水が添加され始めるタイミングは、上記触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するタイミングと一致することになる（ともに時点ｔ４になる）。そして、このようなタイミングで添加弁５から排気通路１内に添加された尿素水は、上記所定温度Ｔｓｑ以上に上昇した排気ガスの温度により十分に加水分解され、その結果生成されたアンモニアが上記ＮＯｘ浄化触媒３での還元反応を促進することにより、排気ガス中のＮＯｘがより高い浄化率で浄化されることになる。

再び図２のフローチャートに戻って、上記ステップＳ３でＮＯと判定された場合の制御動作について説明する。このステップＳ３でＮＯと判定された場合、つまり、温度センサ２３により検出された触媒温度Ｔｓが閾値αよりも小さいことが確認された場合、ＥＵＣ２１は、上記ポンプ駆動フラグＦ＝１であるか、つまり電動ポンプ７が既に駆動されているか否かを判定し（ステップＳ１２）、ここでＹＥＳと判定されると、上記ステップＳ１１に移行して引き続き電動ポンプ７の駆動を維持する。すなわち、電動ポンプ７が一旦駆動された後、何らかの原因で触媒温度Ｔｓが一時的に低下し、上記閾値αを下回ることもあり得るが、このような場合は電動ポンプ７の駆動をいちいち中止せず、その駆動を維持する。

一方、上記ステップＳ１２でＮＯと判定されてポンプ駆動フラグＦ＝０であることが確認された場合、つまり、エンジンが始動してから未だに電動ポンプ７が駆動されていないことが確認された場合には、電動ポンプ７を停止状態のまま維持し（ステップＳ１３）、リターンする。

以上説明したように、当実施形態の排気浄化装置は、エンジンの排気通路１上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒３と、このＮＯｘ浄化触媒３よりも上流側の排気通路１（上流側配管１ａ）内に還元剤としての尿素水を添加する添加弁５と、上記尿素水を貯留する貯留タンク９から供給管１３を通じて上記添加弁５に尿素水を供給する電動ポンプ７と、上記添加弁５および電動ポンプ７の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ２１と、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを検出する温度センサ２３とを備えている。そして、エンジン始動後に上記電動ポンプ７が駆動される際には、尿素水が十分に加水分解される所定温度Ｔｓｑまで上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが上昇するタイミングと、上記供給管１３内の尿素水の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑまで達して上記添加弁５からの尿素水の添加が可能になるタイミングとが一致するように、上記電動ポンプ７の駆動開始タイミングが決定されるようになっている。このような構成によれば、電動ポンプ７の無駄な消費電力を抑えてエネルギー効率をより向上させることができるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するタイミング（図３の時点ｔ４）が温度センサ２３の検出値等に基づき割り出され、これと同じタイミングで、供給管１３内の尿素水の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達するように、電動ポンプ７の駆動開始タイミングが決定されるようになっているため、触媒温度Ｔｓが低く尿素水を添加する必要がないときに電動ポンプ７によって尿素水が無駄に加圧されるといったことが無く、上記電動ポンプ７で消費される電力を効果的に削減してエネルギー効率をより向上させることができるという利点がある。

しかも、尿素水が十分に加水分解される上記所定温度Ｔｓｑまで触媒温度Ｔｓが達するのと同時に、添加弁５からの尿素水の添加を開始できるため、上記のような電動ポンプ７の駆動制御によりその消費電力の削減を図りつつ、尿素水の添加を適切なタイミングで開始して上記ＮＯｘ浄化触媒３での還元反応を効果的に促進させることにより、エネルギー効率とＮＯｘ浄化性能との向上を高次元で両立できるという利点がある。

特に、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが上記所定温度Ｔｓｑよりも低いとき（図２および図３の例では触媒温度Ｔｓが閾値α以上になった後の所定期間）に算出された上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度上昇率ΔＴｓに基づいて、上記触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するまでの時間ｔｔ１を予測するとともに、この予測時間ｔｔ１と、上記電動ポンプ７が駆動されてから上記供給管１３内の尿素水の圧力Ｐｒが上記所定圧Ｐｒｑに達するまでの所要時間ｔｔ２とに基づいて、上記電動ポンプ７の駆動開始タイミングを決定するようにしたため、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度上昇率ΔＴｓを用いた予測等に基づく適正なタイミングで上記電動ポンプ７を駆動することにより、その消費電力をより効果的に削減できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するまでの予測時間ｔｔ１から、電動ポンプ７を駆動して尿素水の圧力Ｐｒを所定圧Ｐｒｑまで上昇させるのに必要な所要時間ｔｔ２を差し引いた時間をタイマでカウントし、そのカウントが終了した時点（図３の時点ｔ３）で電動ポンプ７を駆動するようにしたため、尿素水の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑまで高まるタイミングを、上記触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達する時点（同図の時点ｔ４）に正確に一致させることができ、電動ポンプ７が無駄に駆動される期間をよりゼロに近づけてその消費電力の削減をより効果的に図ることができる。

なお、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するタイミングと、供給管１３内の尿素水の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達するタイミングとが一致するように、上記電動ポンプ７の駆動開始タイミングを決定したが、上記所定温度Ｔｓｑへの到達タイミングと上記所定圧Ｐｒｑへの到達タイミングとを必ずしも正確に一致させる必要はなく、上記所定温度Ｔｓｑへの到達タイミングから若干前後した所定のタイミングで、上記供給管１３内の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達するように上記電動ポンプ７を駆動してもよい。いずれにせよ、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度上昇率ΔＴｓを求め、この上昇率ΔＴｓが小さいときには大きいときに比べて上記電動ポンプ７の駆動開始タイミングを遅らせる等により、触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するタイミングに連動させて上記電動ポンプ７の駆動開始タイミングを決定するようにすれば、上記触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達する時点に応じた適正なタイミングで尿素水の圧力Ｐｒを所定圧Ｐｒｑまで高めることができ、電動ポンプ７の消費電力を効果的に削減しつつ添加弁５からの尿素水の添加を適正時期に開始できるという利点がある。

また、さらに別の態様として、ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達したことを温度センサ２３の検出値に基づいて確認し、その時点で電動ポンプ７の駆動を開始した後、供給管１３内の圧力が所定圧Ｐｒｑまで達するのを待ってから、添加弁５からの尿素水の添加を開始するようにしてもよい。もちろん、このようにすると、触媒温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達してから所定のタイムラグ（図３の所要時間ｔｔ２）が経過した後でないと添加弁５からの尿素水の添加を開始できないため、ＮＯｘ浄化性能の面では多少不利になる。しかしながら、図３に示したように、電動ポンプ７が駆動されてから供給管１３内の圧力Ｐｒが所定圧Ｐｒｑに達するまでの所要時間ｔｔ２は、エンジンが始動してからＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓが所定温度Ｔｓｑに達するまでの時間に比べてかなり短いため、上記のようなタイムラグがあったとしても、それによるＮＯｘ浄化性能への影響は小さいものと考えられる。

また、上記実施形態では、排気通路１のうちＮＯｘ浄化触媒３の直上流部にあたる上流側配管１ａの末端部に温度センサ２３を設け、この温度センサ２３によってＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを直接的に検出するようにしたが、例えばＮＯｘ浄化触媒３から所定距離上流側を流れる排気ガスの温度を検出し、その検出温度に所定の補正係数を掛ける等によって上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを求めるようにしてもよい。また、エンジン負荷および回転数等から判別されるエンジンの運転状態や、その運転状態での継続時間等に基づいて、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを推定するようにしてもよい。いずれにせよ、上記ＮＯｘ浄化触媒３の温度Ｔｓを調べるには、当該温度Ｔｓに関連する何らかのパラメータ値を検出すればよく、具体的にどのような状態量を検出するかは特に問わない。

また、上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３での還元反応を促進させるための還元剤として尿素水を用いたが、同様の効果が得られるものであればこれに限らず、例えばＮＯｘ浄化触媒３の種類に応じて、アンモニア水やアルコール類等を上記還元剤として用いてもよい。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す概略図である。 上記排気浄化装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。 上記排気浄化装置の制御動作を説明するためのタイムチャートである。 エンジン停止後に尿素水を回収する際の状況を説明するための図１相当図である。

１ 排気通路
３ ＮＯｘ浄化触媒
５ 添加弁
７ 電動ポンプ
９ 貯留タンク
１３ 供給管
１９ 切替弁
２１ ＥＣＵ（制御手段）
２３ 温度センサ（パラメータ値検出手段）
Ｔｓ （ＮＯｘ浄化触媒の）温度
ΔＴｓ 温度上昇率
Ｔｓｑ 所定温度
Ｐｒ （還元剤の）圧力
Ｐｒｑ 所定圧
ｔｔ１ （所定温度に達するまでの）予測時間
ｔｔ２ （所定圧に達するまでの）所要時間

Claims (4)

1. エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒と、このＮＯｘ浄化触媒よりも上流側の排気通路内に液状の還元剤を添加する添加弁と、上記還元剤を貯留する貯留タンクから所定の供給管を通じて上記添加弁に還元剤を供給する電動ポンプと、上記添加弁および電動ポンプの作動を制御する制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置であって、
   上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段を備え、
   上記添加弁は、上記パラメータ値検出手段の検出値から求まる上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が所定温度以上のときに上記還元剤を添加するように制御され、
   上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定温度よりも低いときに上記ＮＯｘ浄化触媒の温度上昇率を求め、この温度上昇率が小さいときには大きいときに比べて上記電動ポンプの駆動開始タイミングを遅らせることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定温度まで上昇するタイミングと、上記供給管内の還元剤の圧力が所定圧まで達して上記添加弁からの還元剤の添加が可能になるタイミングとが一致するように、上記電動ポンプの駆動開始タイミングを決定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項２記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記制御手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記所定温度に達するまでの時間を上記温度上昇率に基づいて予測するとともに、この予測時間と、上記電動ポンプが駆動されてから上記供給管内の還元剤の圧力が上記所定圧に達するまでの所要時間とに基づいて、上記電動ポンプの駆動開始タイミングを決定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   上記制御手段は、エンジン停止後に、上記供給管に設けられた切替弁を作動させることにより、上記供給管内に残留する還元剤が上記電動ポンプの吸引力で上記貯留タンク内に戻されるように還元剤の流れを切り替えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
   

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