WO2011033620A1 - 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device and an exhaust purification method for an internal combustion engine.
  • urea water as the reducing agent supplied from the reducing agent supply device may flow back to the vicinity of the NOx sensor due to exhaust pulsation or the like.
  • ammonia derived from urea (NH 3 ) adheres to the NOx sensor or exists in the vicinity of the NOx sensor, the ammonia may be detected by the NOx sensor in the same manner as NOx.
  • ammonia attached to the NOx sensor may reduce NOx and reduce the NOx concentration. As a result, it becomes difficult to accurately detect the NOx concentration in the exhaust gas.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing an error in a detection value of a sensor due to an additive added to exhaust gas.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is Detecting means provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for detecting the state of exhaust; An adding means for adding an additive into the exhaust passage; A catalyst provided downstream of the detecting means and the adding means and receiving supply of the additive from the adding means; A determination unit for determining whether or not the detection accuracy of the detection unit is reduced by the additive added from the addition unit; Stop means for stopping detection of the exhaust state by the detection means when the determination means determines that the detection accuracy of the detection means is reduced; It is characterized by providing.
  • the detection means may be a sensor that detects the state of the exhaust, or may be a sensor that detects the concentration of a specific component in the exhaust.
  • the adding means adds, for example, a reducing agent or an oxidizing agent as an additive. This additive then reacts with the downstream catalyst. When the catalyst is supplied with the additive, for example, the exhaust gas is purified, the temperature of the exhaust gas is increased, or the purification ability is restored.
  • the stop means stops detection of the exhaust state by the detection means. If it does so, it can suppress that an error arises in the detection value by a detecting means.
  • the detection means is not affected by the additive, no error occurs in the detection value by the detection means. For this reason, since the detection accuracy of the detection means does not decrease, the detection of the exhaust state by the detection means is permitted.
  • the said determination means can determine with the detection accuracy of the said detection means falling, when the additive is added by the said addition means. This determines that the detection accuracy is lower than when no additive is added by the adding means.
  • the additive may flow toward the detecting means. Even if the detection means is provided upstream of the addition means, the additive may flow toward the detection means due to the pulsation of the exhaust gas. If this additive adheres to the detection means or exists in the vicinity of the detection means, the accuracy of the detection means may be reduced. In such a case, if it is determined that the detection accuracy of the detection means is lowered and detection of the exhaust state is stopped, it is possible to suppress the occurrence of an error in the detection value by the detection means.
  • the timing for stopping the detection of the exhaust state may be determined according to the time from when the additive is added until the detection means is reached. This time is influenced by, for example, the distance between the adding means and the detecting means and the flow velocity of the exhaust gas. Based on these, the timing for stopping the detection of the exhaust gas state may be determined. In this case, the determination unit determines that the detection accuracy of the detection unit is reduced in a period after the time during which the additive moves from the addition unit to the detection unit with respect to the period during which the additive is added from the addition unit.
  • the timing for stopping the detection of the exhaust state may be determined according to the time from when the additive adheres to the detection means until it completely evaporates. This time is affected by, for example, the supply timing and supply amount of the additive, and therefore the timing for stopping detection of the exhaust state may be determined based on these.
  • the determination unit determines that the detection accuracy of the detection unit is reduced in a period in which the time until all of the additive evaporates is added to the period in which the additive is added from the addition unit. Moreover, you may consider the said time gap.
  • an estimation means for estimating an exhaust state of the internal combustion engine based on an operation state of the internal combustion engine When the detection of the exhaust state by the detection unit is stopped by the stop unit, the exhaust state can be estimated by the estimation unit instead of the detection of the exhaust state by the detection unit.
  • the exhaust state can be acquired by providing the estimation unit.
  • the additive amount can be determined according to the estimated value even while the additive is being added.
  • the exhaust state changes depending on, for example, the operating state of the internal combustion engine, so that the exhaust state can be estimated based on the operating state of the internal combustion engine.
  • the catalyst includes a selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces exhaust gas, the detection unit includes a NOx sensor that detects NOx concentration in the exhaust gas, and the addition unit is derived from ammonia.
  • a reducing agent may be added.
  • the reducing agent can include urea.
  • the detection means may include a temperature sensor that detects the temperature of the exhaust.
  • the additive takes heat from the exhaust gas or the temperature sensor, so that there is a risk of an error in the detected value.
  • the detection accuracy of the temperature sensor is lowered, if the detection of the exhaust gas temperature by the temperature sensor is stopped, the occurrence of an error in the detection value can be suppressed.
  • an exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention includes: A first step of determining whether or not the presence of an additive to be added to the catalyst reduces the detection accuracy of the exhaust state when detecting the exhaust state of the internal combustion engine; A second step of stopping detection of the exhaust state when it is determined that the detection accuracy of the exhaust state is reduced; It is characterized by including.
  • the detection accuracy of the exhaust state is lowered when the additive is added.
  • a third step of estimating the exhaust state may be included instead of the detection of the exhaust state.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to Embodiments 1 and 2.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a control flow according to the first embodiment.
  • 6 is a flowchart illustrating a control flow according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders.
  • the following embodiments can be similarly applied even to a gasoline engine.
  • the exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • a sensor 4, an addition valve 5, and a catalyst 3 are provided in the exhaust passage 2 in order from the upstream side in the exhaust flow direction.
  • the senor 4 detects the state of the exhaust, for example, detects the concentration of a specific component in the exhaust.
  • the sensor 4 include an air-fuel ratio sensor, an oxygen concentration sensor, an HC sensor, and a NOx sensor.
  • a temperature sensor that detects the temperature of exhaust gas may be used.
  • the sensor 4 corresponds to the detection means in the present invention.
  • the addition valve 5 injects an additive such as a reducing agent or an oxidizing agent.
  • an additive such as a reducing agent or an oxidizing agent.
  • a reducing agent derived from ammonia such as fuel (HC) or urea water can be used. What is used as the additive depends on the type of the catalyst 3.
  • the additive reacts with the catalyst 3.
  • the addition valve 5 corresponds to the addition means in the present invention.
  • the catalyst 3 examples include an NOx storage reduction catalyst, a selective reduction NOx catalyst, an oxidation catalyst, or a three-way catalyst. Moreover, you may provide the particulate filter which carries these catalysts or equips them upstream.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 10 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1.
  • the ECU 10 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver.
  • the ECU 10 outputs an electric signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal 11 by the driver to detect the engine load, and the crank position sensor 13 that detects the engine speed. Are connected via electric wiring, and output signals of these various sensors are input to the ECU 10.
  • the addition valve 5 is connected to the ECU 10 via electric wiring, and the addition valve 5 is controlled by the ECU 10.
  • the sensor 4 is a NOx sensor
  • the addition valve 5 is added with urea water
  • the catalyst 3 is a selective reduction type NOx catalyst.
  • the urea water added from the addition valve 5 is hydrolyzed by the heat of the exhaust to become ammonia (NH 3 ), and part or all of the urea water is adsorbed on the catalyst 3.
  • This ammonia selectively reduces NOx.
  • ammonia is supplied to the catalyst 3 or adsorbed in advance, and the NOx is reduced when NOx passes through the catalyst 3.
  • urea water is intermittently added from the addition valve 5 in order to adsorb ammonia to the catalyst 3 in advance.
  • the NOx concentration is detected by the sensor 4, and the NOx amount is calculated from the NOx concentration and the intake air amount. Since the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 3 decreases in accordance with the amount of NOx, urea water is added from the addition valve 5 when the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 3 falls below a specified amount.
  • the interval at which urea water is added from the addition valve 5 may be constant, and the amount of urea water added from the addition valve 5 may be determined according to the NOx concentration obtained by the sensor 4. Thus, urea water is added intermittently.
  • the urea water added into the exhaust from the addition valve 5 may flow back to the vicinity of the sensor 4 due to the pulsation of the exhaust.
  • ammonia may be detected in the same manner as NOx by the catalyst applied to the NOx sensor. Therefore, if ammonia exists in the vicinity of the NOx sensor, the NOx concentration may be detected higher than actual. is there. Further, when urea water adheres to the sensor 4, NOx in the exhaust gas may be reduced by the catalyst applied to the sensor 4, so that the NOx concentration may be detected lower than actual. Thus, an error may occur in the detection value of the sensor 4 due to the addition of urea water. In contrast, in this embodiment, when urea water is added into the exhaust gas from the addition valve 5, the detection of the NOx concentration by the sensor 4 is stopped.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the ECU 10 every predetermined time.
  • step S101 it is determined whether urea water is added from the addition valve 5. That is, it is determined whether or not there is a possibility that an error may occur in the detection value of the sensor 4. If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102, and if a negative determination is made, the process proceeds to step S103.
  • the ECU 10 that processes step S101 corresponds to the determination means in the present invention. In this embodiment, step S101 corresponds to the first step in the present invention.
  • step S102 the detection of the NOx concentration by the sensor 4 is stopped.
  • step S103 the sensor 4 is allowed to detect the NOx concentration.
  • the ECU 10 that processes step S102 corresponds to the stopping means in the present invention.
  • step S102 corresponds to the second step in the present invention.
  • the detection of the NOx concentration by the sensor 4 is stopped during the period in which the urea water is added from the addition valve 5. Instead, the urea water actually adheres to the sensor 4.
  • the detection of the NOx concentration by the sensor 4 may be stopped during the period when the urea water is actually present around the sensor 4. That is, the time taken for the urea water added from the addition valve 5 to reach the sensor 4 may be considered, or the time taken for the urea water attached to the addition valve 5 to evaporate may be considered.
  • These periods correlate with, for example, the amount of urea water added, the timing of addition, the flow rate of exhaust gas, and the distance from the addition valve 5 to the sensor 4, and can be obtained based on these values. This relationship may be obtained in advance by experiments or the like, mapped, and stored in the ECU 10.
  • the detection of the NOx concentration by the sensor 4 may be stopped while the urea flow rate is being added from the addition valve 5 when the flow rate of the exhaust gas is not more than a specified value.
  • the detection of the NOx concentration by the sensor 4 is permitted even during the period in which the urea water is added from the addition valve 5.
  • the higher the exhaust gas flow rate the more difficult the urea water adheres to the sensor 4.
  • the higher the exhaust gas flow rate the more difficult the urea water flows backward. Then, depending on the flow rate of the exhaust, even if urea water is added, the detection value of the sensor 4 may not be affected.
  • the specified value is obtained in advance as a flow rate at which urea water does not adhere to the sensor 4 or does not exist in the vicinity of the sensor 4.
  • the exhaust flow rate or space velocity (SV) may be used.
  • the sensor 4 is a temperature sensor
  • the additive added from the addition valve 5 evaporates, the exhaust gas and the sensor 4 are deprived of heat, so that the exhaust gas temperature and the sensor 4 temperature are lowered. If the temperature is detected by the sensor 4 at this time, a temperature lower than the original exhaust temperature is detected. On the other hand, if the detection of the temperature by the sensor 4 is stopped while the additive is being added from the addition valve 5, it is possible to suppress the occurrence of an error in the detected value of the exhaust gas temperature.
  • HC added from the addition valve 5 affects the detection value of the air-fuel ratio sensor.
  • the detection of the air-fuel ratio by the air-fuel ratio sensor is stopped while adding HC from the addition valve 5, it is possible to suppress the occurrence of an error in the detected value of the air-fuel ratio.
  • the addition amount of HC can be optimized, it is possible to prevent the catalyst 3 from being poisoned by HC and overheating. Moreover, generation of hydrogen sulfide due to the air-fuel ratio becoming too low can be suppressed.
  • the addition valve 5 is attached downstream of the sensor 4 in the flow direction of the exhaust gas. Instead, the addition valve 5 is attached upstream of the sensor 4. However, the same can be applied. Further, the addition valve 5 may be attached at a position where there is no difference between the sensor 4 and the exhaust flow direction.
  • the detection of the exhaust state by the sensor 4 is stopped, so that an error occurs in the detection value by the sensor 4. Can be suppressed.
  • an appropriate amount of additive can be added, it is possible to suppress a decrease in exhaust purification performance due to a shortage of additive. Moreover, it can suppress that an additive slips through the catalyst 3 because an additive becomes excess.
  • the detection of the exhaust state by the sensor 4 is stopped, the exhaust state is estimated from the operating state of the internal combustion engine 1, and this estimated value is calculated. Instead of the detection value obtained by the sensor 4, it is used. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the detection of the exhaust state by the sensor 4 is stopped. Since this is performed in the same manner as in the first embodiment, description thereof is omitted. Then, the exhaust state is estimated as follows. Note that the estimation target at this time is the same as the detection target of the sensor 4.
  • the state of the exhaust is influenced by, for example, the engine speed, the accelerator opening, the fuel injection amount, the fuel injection timing, the throttle opening, the intake air temperature, the intake air amount, the atmospheric pressure, and the like.
  • an EGR device that supplies a part of the exhaust gas to the intake passage is provided, it is also affected by the opening degree of the EGR valve that adjusts the flow rate of the EGR gas and the temperature of the EGR cooler that cools the EGR gas. receive.
  • a turbocharger when a turbocharger is provided, it is affected by the supercharging pressure and the turbocharger speed.
  • a variable capacity turbocharger is provided, it is affected by the opening degree of the nozzle vane.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the ECU 10 every predetermined time. It is assumed that the sensor 4 is a NOx sensor, the addition valve 5 is added with urea water, and the catalyst 3 is a selective reduction type NOx catalyst. In addition, about the step in which the same process as the flow shown in FIG. 2 is made, the same code
  • the detection of the exhaust state by the sensor 4 is stopped, so that an error occurs in the detection value by the sensor 4. Can be suppressed.
  • the exhaust state can be acquired by estimation. Thereby, the addition amount of an additive and addition time can be optimized.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment. Differences from FIG. 1 will be mainly described.
  • an oxidation catalyst 21 and a particulate filter 22 are provided in the exhaust passage 2 upstream of the sensor 4 and the addition valve 5 in order from the upstream side.
  • the filter 22 collects PM contained in the exhaust gas. Then, when oxidizing the PM collected by the filter 22, for example, HC is supplied to the oxidation catalyst 21, thereby increasing the temperature of the filter 22.
  • the oxidation catalyst 21 may be another catalyst having an oxidation function, such as a three-way catalyst or an NOx storage reduction catalyst. Further, the oxidation catalyst 21 or the like may be carried on the filter 22.
  • the addition valve 5 and the sensor 4 are attached to the exhaust passage 2 immediately downstream of the filter 22.
  • the addition valve 5 is attached downstream of the sensor 4 in the exhaust flow direction or at a position where there is no difference between the sensor 4 and the exhaust flow direction. That is, the sensor 4 is attached so as not to be downstream in the flow direction of the exhaust gas from the addition valve 5. Further, the addition valve 5 and the sensor 4 are attached to a location where the passage cross-sectional area is relatively large in order to reduce the pressure loss in the filter 22.
  • the distance from the addition valve 5 to the catalyst 3 can be increased, and the passage area is reduced and enlarged, so that the additive is dispersed in a wide range, so that the concentration of the additive is made uniform. Can do. Thereby, purification of exhaust gas in the catalyst 3 can be promoted.
  • the sensor 4 stops detecting the exhaust state.
  • the detection of the exhaust state by the sensor 4 may be stopped and the exhaust state may be estimated from the operating state of the internal combustion engine 1. In this way, it is possible to suppress the occurrence of an error in the detection value of the sensor 4 while improving the exhaust purification performance.

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Abstract

　排気中に添加される添加剤により、センサの測定値に誤差が生じることを抑制する。内燃機関の排気通路に設けられ排気の状態を検出する検出手段と、排気通路内に添加剤を添加する添加手段と、検出手段及び前記添加手段よりも下流側に設けられ該添加手段から添加剤の供給を受ける触媒と、添加手段から添加される添加剤により検出手段の検出精度が低下するか否かを判定する判定手段と、判定手段により検出手段の検出精度が低下すると判定される場合に、検出手段による排気の状態の検出を停止させる停止手段と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
　内燃機関の排気通路の上流側から順に、ＮＯxセンサと、還元剤供給装置と、選択還元型ＮＯx触媒と、を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　ここで、還元剤供給装置よりも上流側にＮＯxセンサを設けていても、排気の脈動等により、還元剤供給装置から供給された還元剤としての尿素水がＮＯxセンサ付近まで逆流する虞がある。尿素由来のアンモニア（ＮＨ３）がＮＯxセンサに付着したり又はＮＯxセンサの近傍に存在したりしていると、該アンモニアがＮＯxと同様にしてＮＯxセンサに検出されることがある。一方、ＮＯxセンサに付着したアンモニアがＮＯxを還元してＮＯx濃度を低下させることがある。そうすると、排気中のＮＯx濃度を正確に検出することが困難となる。
　また、温度センサを備えている場合には、液状の還元剤が温度センサに付着したり又は温度センサの近傍に存在したりしていると、還元剤が気化するときに温度センサ周辺の熱を奪うため、排気の温度を正確に検出することが困難となる。
　さらに、還元剤としてＨＣを用いる触媒を設けている場合において、還元剤供給装置からＨＣを添加する場合には、添加されるＨＣにより排気の空燃比を正確に検出することが困難となる。
　このように、排気中に添加される添加剤がセンサに付着したり、センサ近傍に存在したりしていると、該センサの検出値に誤差が生じる虞がある。
特開２００７－１７０３８３号公報 特開２００９－１２１４１３号公報 特開２００９－０２４６２８号公報
　本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、排気中に添加される添加剤により、センサの検出値に誤差が生じることを抑制する技術の提供を目的とする。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
　内燃機関の排気通路に設けられ排気の状態を検出する検出手段と、
　前記排気通路内に添加剤を添加する添加手段と、
　前記検出手段及び前記添加手段よりも下流側に設けられ該添加手段から添加剤の供給を受ける触媒と、
　前記添加手段から添加される添加剤により前記検出手段の検出精度が低下するか否かを判定する判定手段と、
　前記判定手段により前記検出手段の検出精度が低下すると判定される場合に、前記検出手段による排気の状態の検出を停止させる停止手段と、
　を備えることを特徴とする。
　検出手段は、排気の状態を検出するセンサとしても良く、排気中の特定の成分の濃度を検出するセンサとしても良い。添加手段は、添加剤として例えば還元剤または酸化剤を添加する。そして、この添加剤は、下流の触媒で反応する。触媒は、添加剤の供給を受けることにより、例えば排気を浄化したり、排気の温度を上昇させたり、または浄化能力が回復したりする。
　ここで、添加手段から添加される添加剤が検出手段に付着したり検出手段の近傍に存在していたりすると、検出手段が添加剤の影響を受けるため、該検出手段の検出精度が低下する虞がある。このような場合に停止手段は、検出手段による排気の状態の検出を停止させる。そうすると、検出手段による検出値に誤差が生じることを抑制できる。一方、検出手段が添加剤の影響を受けない場合には、検出手段による検出値に誤差が生じない。このため、検出手段の検出精度は低下しないので、検出手段による排気の状態の検出を許可する。
　そして、前記判定手段は、前記添加手段により添加剤が添加されているときに、前記検出手段の検出精度が低下すると判定することができる。これは、添加手段により添加剤が添加されていないときと比較して検出精度が低下していると判定している。
　ここで、添加手段により添加剤が添加されていると、該添加剤が検出手段に向かって流れる虞がある。たとえ添加手段よりも上流側に検出手段が設けられていても、排気の脈動により添加剤が検出手段に向かって流れることがある。この添加剤が検出手段に付着したり、検出手段の近傍に存在したりすると、検出手段の精度が低下する虞がある。このようなときに、検出手段の検出精度が低下すると判定して排気の状態の検出を停止させれば、検出手段による検出値に誤差が生じることを抑制できる。
　なお、添加手段と検出手段との距離が長いほど、添加手段から添加される添加剤が検出手段に到達するまでの時間が長くなる。そうすると、この時間の分、検出手段の検出精度が低下する時期がずれる。そこで、添加剤が添加されてから検出手段に到達するまでの時間に応じて、排気の状態の検出を停止させる時期を決定しても良い。この時間は、例えば、添加手段と検出手段との距離及び排気の流速の影響を受けるため、これらに基づいて排気の状態の検出を停止させる時期を決定しても良い。この場合、判定手段は、添加手段から添加剤が添加される期間に対し、添加手段から検出手段まで添加剤が移動するまでの時間だけ後の期間において検出手段の検出精度が低下すると判定する。
　また、検出手段に付着する添加剤の量が多いほど、該添加剤が全て蒸発するまでの時間が長くなる。そうすると、この時間の分、検出手段の検出精度が低下する時期がずれる。そこで、添加剤が検出手段に付着してから、全て蒸発するまでの時間に応じて、排気の状態の検出を停止させる時期を決定しても良い。この時間は、例えば、添加剤の供給時期及び供給量の影響を受けるため、これらに基づいて排気の状態の検出を停止させる時期を決定しても良い。この場合、判定手段は、添加手段から添加剤が添加される期間に対し、添加剤が全て蒸発するまでの時間を加えた期間において検出手段の検出精度が低下すると判定する。また、上記時間のずれを考慮しても良い。
　また、内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関の排気の状態を推定する推定手段を備え、
　前記停止手段により前記検出手段による排気の状態の検出が停止されている場合には、前記検出手段による排気の状態の検出に代えて、前記推定手段による排気の状態の推定を行なうことができる。
　そうすると、検出手段による排気の状態の検出を停止させているときであっても、推定手段を備えることにより排気の状態を取得することができる。例えば、排気の状態に応じて添加剤の添加量を決定する場合には、添加剤を添加している最中であっても推定値に応じて添加剤の添加量を決定することができる。なお、排気の状態は、例えば内燃機関の運転状態に応じて変化するため、該内燃機関の運転状態に基づいて排気の状態を推定することができる。
　また、前記触媒は排気を選択的に還元する選択還元型ＮＯx触媒を含んで構成され、前記検出手段は排気中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサを含んで構成され、前記添加手段はアンモニア由来の還元剤を添加しても良い。
　検出手段としてＮＯxセンサを採用する場合には、アンモニアが検出されることにより検出値に誤差が生じる虞がある。これに対し、ＮＯxセンサの検出精度が低下すると判定される場合に、該ＮＯxセンサによるＮＯx濃度の検出を停止させれば、検出値に誤差が生じることを抑制できる。還元剤には、尿素を含むことができる。
　また、前記検出手段は、排気の温度を検出する温度センサを含んで構成されても良い。
　検出手段として温度センサを採用する場合には、添加剤が排気や温度センサから熱を奪うため、検出値に誤差を生じる虞がある。これに対し、温度センサの検出精度が低下すると判定される場合に、該温度センサによる排気の温度の検出を停止させれば、検出値に誤差が生じることを抑制できる。
　上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化方法は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化方法は、 
　内燃機関の排気の状態を検出するときに、触媒へ添加する添加剤が存在することで排気の状態の検出精度が低下するか否かを判定する第１の工程と、
　排気の状態の検出精度が低下すると判定される場合には排気の状態の検出を停止させる第２の工程と、
　を含んで構成されることを特徴とする。
　なお、前記第１の工程では、添加剤が添加されているときに、排気の状態の検出精度が低下すると判定することができる。
　また、前記第２の工程において排気の状態の検出が停止されている場合には、排気の状態の検出に代えて、排気の状態の推定を行なう第３の工程を含んで構成されても良い。
　本発明によれば、排気中に添加される添加剤により、センサの測定値に誤差が生じることを抑制できる。
実施例１，２に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 実施例１に係る制御フローを示したフローチャートである。 実施例２に係る制御フローを示したフローチャートである。 実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
　以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
　図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。なお、以下の実施例は、ガソリンエンジンであっても同様に適用することができる。
　内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気の流れ方向で上流側から順に、センサ４、添加弁５、触媒３が設けられている。
　また、センサ４は、排気の状態を検出するものであり、例えば排気中の特定の成分の濃度を検出する。センサ４には、例えば空燃比センサ、酸素濃度センサ、ＨＣセンサ、またはＮＯxセンサを挙げることができる。また、例えば、排気の温度を検出する温度センサであっても良い。なお、本実施例においてはセンサ４が、本発明における検出手段に相当する。
　添加弁５は、還元剤または酸化剤等の添加剤を噴射する。添加剤には、例えば、燃料（ＨＣ）または尿素水等のアンモニア由来の還元剤を用いることができる。添加剤に何を用いるのかは、触媒３の種類に応じて決まる。そして、添加剤は、触媒３にて反応する。なお、本実施例においては添加弁５が、本発明における添加手段に相当する。
　触媒３には、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、酸化触媒、または三元触媒を挙げることができる。また、これらの触媒を担持するか上流に備えるパティキュレートフィルタを備えていても良い。
　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であるＥＣＵ１０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。
　ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１２、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら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。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁５が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により添加弁５が制御される。
　なお、本実施例では、センサ４はＮＯxセンサとし、添加弁５は尿素水を添加するものとし、触媒３は選択還元型ＮＯx触媒として説明する。そうすると、添加弁５から添加された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ３）となり、その一部又は全部が触媒３に吸着する。このアンモニアがＮＯxを選択的に還元させる。そして、触媒３にアンモニアを供給し、又は予め吸着させておき、触媒３をＮＯxが通過するときに該ＮＯxを還元させる。
　そして、触媒３にアンモニアを予め吸着させておくために、添加弁５から尿素水を間欠的に添加している。例えばセンサ４によりＮＯx濃度を検出し、該ＮＯx濃度と吸入空気量とからＮＯx量を算出する。このＮＯx量に応じて触媒３に吸着しているアンモニア量が減少するため、触媒３に吸着しているアンモニア量が規定量以下となったときに添加弁５から尿素水を添加する。なお、添加弁５から尿素水を添加する間隔を一定とし、センサ４により得られるＮＯx濃度に応じて添加弁５から添加する尿素水の量を決定しても良い。このように、尿素水は間欠的に添加される。
　ここで、添加弁５から排気中へ添加される尿素水は、排気の脈動によりセンサ４付近まで逆流する虞がある。ＮＯxセンサでは該ＮＯxセンサに塗布された触媒により、アンモニアもＮＯxと同じように検出されることもあるので、ＮＯxセンサの周辺にアンモニアが存在すると、ＮＯx濃度が実際よりも高く検出される虞がある。また、センサ４に尿素水が付着すると、該センサ４に塗布された触媒により排気中のＮＯxが還元されることがあるため、ＮＯx濃度が実際よりも低く検出される虞がある。このように、尿素水の添加により、センサ４の検出値に誤差が生じることがある。これに対し本実施例では、添加弁５から排気中へ尿素水を添加しているときには、センサ４でのＮＯx濃度の検出を停止する。
　図２は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。
　ステップＳ１０１では、添加弁５から尿素水が添加されているか否か判定される。すなわち、センサ４の検出値に誤差が生じる虞のある状態であるか否か判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ１０１を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０１が、本発明における第１の工程に相当する。
　ステップＳ１０２では、センサ４によるＮＯx濃度の検出を停止する。また、ステップＳ１０３では、センサ４によるＮＯx濃度の検出を許可する。なお、本実施例においてはステップＳ１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における停止手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０２が、本発明における第２の工程に相当する。
　このようにして、添加弁５から尿素水が添加されているときにはセンサ４によるＮＯx濃度の検出を停止し、尿素水が添加されていないときにはセンサ４によるＮＯx濃度の検出が許可される。
　なお、本実施例では、添加弁５から尿素水を添加している期間にセンサ４によるＮＯx濃度の検出を停止させているが、これに代えて、尿素水がセンサ４に実際に付着している期間または尿素水がセンサ４周辺に実際に存在している期間にセンサ４によるＮＯx濃度の検出を停止させても良い。すなわち、添加弁５から添加される尿素水がセンサ４に到達するまでにかかる時間を考慮したり、添加弁５に付着した尿素水が蒸発するまでにかかる時間を考慮したりしても良い。これらの期間は、例えば尿素水の添加量、添加時期、排気の流量、添加弁５からセンサ４までの距離と相関関係にあるため、これらの値に基づいて求めることができる。この関係は予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ１０に記憶しておいても良い。
　また、例えば、排気の流速が規定値以下のときであって添加弁５から尿素水を添加している期間に、センサ４によるＮＯx濃度の検出を停止しても良い。この場合、排気の流速が規定値を超えているときには、添加弁５から尿素水を添加している期間であっても、センサ４によるＮＯx濃度の検出を許可する。ここで、排気の流速が高くなるほど、尿素水がセンサ４に付着し難くなる。また、排気の流速が高くなるほど、尿素水が逆流し難くなる。そうすると、排気の流速によっては、尿素水を添加してもセンサ４の検出値に影響を及ぼさないこともある。このようなときには、尿素水を添加しているときであっても、ＮＯx濃度の検出を許可することができる。これにより、必要の無いときまでＮＯx濃度の検出を停止させることを抑制できる。規定値は、尿素水がセンサ４に付着しないか又はセンサ４付近に存在しない流速として予め求めておく。なお、排気の流速に代えて、排気の流量又は空間速度（ＳＶ）を用いても良い。
　なお、センサ４が温度センサの場合には、添加弁５から添加される添加剤が蒸発するときに排気やセンサ４から熱を奪うため、排気の温度やセンサ４の温度を低下させる。このときにセンサ４により温度を検出していると、本来の排気の温度よりも低い温度が検出されてしまう。これに対し、添加弁５から添加剤を添加しているときにセンサ４による温度の検出を停止させれば、排気の温度の検出値に誤差が生じることを抑制できる。
　また、センサ４が空燃比センサで且つ添加剤がＨＣの場合には、添加弁５から添加されるＨＣが空燃比センサの検出値に影響を及ぼす。これに対し、添加弁５からＨＣを添加しているときに空燃比センサによる空燃比の検出を停止させれば、空燃比の検出値に誤差が生じることを抑制できる。そうすると、ＨＣの添加量を適正化できるため、触媒３がＨＣにより被毒することや過熱することを抑制できる。また、空燃比が低くなりすぎることによる硫化水素の発生を抑制することができる。
　なお、本実施例では、添加弁５がセンサ４よりも排気の流れ方向で下流側に取り付けられているが、これに代えて、センサ４の上流側に添加弁５を取り付けている場合であっても同様に適用することができる。また、添加弁５は、センサ４と排気の流れ方向で差の無い位置に取り付けても良い。
　以上説明したように本実施例によれば、添加弁５から添加剤が添加されているときに、センサ４による排気の状態の検出を停止させるため、該センサ４による検出値に誤差が生じることを抑制できる。これにより、適量の添加剤を添加することができるため、添加剤の不足による排気浄化性能の低下を抑制することができる。また、添加剤が過剰になることにより該添加剤が触媒３をすり抜けることを抑制できる。
　本実施例では、添加弁５から添加剤が添加されているときに、センサ４による排気の状態の検出を停止させると共に、内燃機関１の運転状態から排気の状態を推定し、この推定値をセンサ４により得られる検出値に代えて用いる。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。
　添加弁５から添加剤が添加されているときには、センサ４による排気の状態の検出を停止する。これは、実施例１と同様にして実行されるため説明を省略する。そして、排気の状態を以下のようにして推定する。なお、このときの推定対象は、センサ４の検出対象と同じである。
　ここで、排気の状態は、例えば、機関回転数、アクセル開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、吸気温度、吸入空気量、大気圧等から影響を受ける。また、排気の一部を吸気通路へ供給するＥＧＲ装置を備えている場合には、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁の開度や、ＥＧＲガスの冷却を行なうＥＧＲクーラの温度によっても影響を受ける。さらに、ターボチャージャを備えている場合には、過給圧、ターボチャージャの回転数の影響を受ける。可変容量型ターボチャージャを備えている場合には、ノズルベーンの開度の影響を受ける。なお、推定対象によっては影響を受けないものもある。
　すなわち、これらの値のなかで推定対象と相関関係があるものに基づいて、排気の状態を推定することができる。この関係は、予め実験等により求めてマップ化しておいても良い。
　図３は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、センサ４はＮＯxセンサとし、添加弁５は尿素水を添加するものとし、触媒３は選択還元型ＮＯx触媒として説明する。なお、図２に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。そして、図３に示すフローでは、ステップＳ２０１において、ＮＯx濃度を推定している。このようにして推定されるＮＯx濃度に基づいて尿素水の添加量や添加時期を決定すれば、適正な量の添加剤を適正な時期に添加することができる。なお、本実施例においてはステップＳ２０１を処理するＥＣＵ１０が、本発明における推定手段に相当する。また、本実施例においてはステップＳ２０１が、本発明における第３の工程に相当する。
　以上説明したように本実施例によれば、添加弁５から添加剤が添加されているときには、センサ４による排気の状態の検出を停止させるため、該センサ４による検出値に誤差が生じることを抑制できる。また、このときには、推定により排気の状態を取得することができる。これにより、添加剤の添加量や添加時期の適正化を図ることができる。
　図４は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。主に、図１と異なる点について説明する。
　本実施例では、センサ４及び添加弁５よりも上流側の排気通路２に、上流側から順に酸化触媒２１及びパティキュレートフィルタ２２（以下、単にフィルタ２２という。）が設けられている。フィルタ２２は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。そして、フィルタ２２に捕集されているＰＭを酸化するときに、酸化触媒２１へ例えばＨＣを供給することで、フィルタ２２の温度が高められる。なお、酸化触媒２１は、三元触媒または吸蔵還元型ＮＯx触媒等の酸化機能を有する他の触媒であっても良い。また、フィルタ２２に酸化触媒２１等を担持しても良い。
　添加弁５及びセンサ４は、フィルタ２２のすぐ下流の排気通路２に取り付けられている。添加弁５は、センサ４よりも排気の流れ方向で下流側か、センサ４と排気の流れ方向で差の無い位置に取り付けられる。すなわち、添加弁５よりもセンサ４が排気の流れ方向で下流側とならないように取り付けられる。また、添加弁５及びセンサ４は、フィルタ２２における圧力損失を低減させるために通路断面積が比較的大きくされている箇所に取り付けられている。
　そうすると、添加弁５から触媒３までの距離を長くすることができ、且つ通路面積が縮小及び拡大するため、添加剤が広い範囲に分散するようになるので、添加剤の濃度を均一にすることができる。これにより、触媒３における排気の浄化を促進させることができる。
　しかし、添加弁５とセンサ４との距離が短くなるため、添加弁５から添加される添加剤の影響をセンサ４が受け易くなる。
　これに対し、実施例１と同様に、添加弁５から添加剤を添加するときには、センサ４にて排気の状態を検出することを停止する。また、実施例２と同様に、添加弁５から添加剤を添加するときには、センサ４による排気の状態の検出を停止させると共に、内燃機関１の運転状態から排気の状態を推定しても良い。このようにして、排気の浄化性能を高めつつ、センサ４の検出値に誤差が生じることを抑制できる。
１     内燃機関
２     排気通路
３     触媒
４     センサ
５     添加弁
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
１３   クランクポジションセンサ
２１   酸化触媒
２２   パティキュレートフィルタ

Claims (8)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ排気の状態を検出する検出手段と、
    　前記排気通路内に添加剤を添加する添加手段と、
    　前記検出手段及び前記添加手段よりも下流側に設けられ該添加手段から添加剤の供給を受ける触媒と、
    　前記添加手段から添加される添加剤により前記検出手段の検出精度が低下するか否かを判定する判定手段と、
    　前記判定手段により前記検出手段の検出精度が低下すると判定される場合に、前記検出手段による排気の状態の検出を停止させる停止手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記判定手段は、前記添加手段により添加剤が添加されているときに、前記検出手段の検出精度が低下すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関の排気の状態を推定する推定手段を備え、
    　前記停止手段により前記検出手段による排気の状態の検出が停止されている場合には、前記検出手段による排気の状態の検出に代えて、前記推定手段による排気の状態の推定を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記触媒は排気を選択的に還元する選択還元型ＮＯx触媒を含んで構成され、前記検出手段は排気中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサを含んで構成され、前記添加手段はアンモニア由来の還元剤を添加することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 　前記検出手段は、排気の温度を検出する温度センサを含んで構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 　内燃機関の排気の状態を検出するときに、触媒へ添加する添加剤が存在することで排気の状態の検出精度が低下するか否かを判定する第１の工程と、
    　排気の状態の検出精度が低下すると判定される場合には排気の状態の検出を停止させる第２の工程と、
    　を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
  7. 　前記第１の工程では、添加剤が添加されているときに、排気の状態の検出精度が低下すると判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化方法。
  8. 　前記第２の工程において排気の状態の検出が停止されている場合には、排気の状態の検出に代えて、排気の状態の推定を行なう第３の工程を含んで構成されることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の排気浄化方法。
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