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JP5461057B2 - 還元剤の異常検出方法 - Google Patents

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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２００７−２１８１４６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低濃度の還元剤や水等の別物質が誤って補給された場合には、ＮＯｘ浄化率が低下する一方で、低濃度の還元剤等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対して還元剤を先に添加した場合、選択還元型触媒に還元剤が吸着し、その後、吸着した還元剤が放出されて一定期間ＮＯｘ浄化率が正常になるため、ＮＯｘ浄化率の低下に基づき低濃度の還元剤等が誤って補給されたか否かを適切に判断することができないという問題があった。
また選択還元型触媒に劣化がある場合にもＮＯｘ浄化率が低下するため、低濃度の還元剤等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、還元剤タンクに低濃度の還元剤や別の物質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関し、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、前記還元剤タンクに還元剤の補給があったことを検出し、補給の検出時からＮＯｘ浄化率が安定化するまでの期間を浄化率安定期間として待機し、測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出し得るよう、実測の測定ＮＯｘ浄化率と基準ＮＯｘ浄化率とを比較して検出し、
浄化率安定期間後の判定期間に測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出した場合には、還元剤タンク内に低濃度の還元剤または／及び別の物質が補給されたと判断し、
浄化率安定期間後の判定期間に測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出できない場合には、判定期間後の通常運転期間に実測の測定ＮＯｘ浄化率を正常なＮＯｘ浄化率として基準ＮＯｘ浄化率に記録し、基準ＮＯｘ浄化率を最新のものに更新することを特徴とするものである。
本発明において、低濃度の還元剤は、還元剤タンク内の還元剤の濃度を低下させる濃度であり、別の物質は、還元剤タンク内の還元剤の濃度を低下させる他の溶液または／及び他の溶質であることが好ましい。
本発明の還元剤の異常検出方法によれば、還元剤タンクに低濃度の還元剤や別物質が誤って補給された場合には、判定期間に測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を生じるので、還元剤タンク内に低濃度の還元剤または／及び別の物質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。また浄化率安定期間に選択還元型触媒に吸着した還元剤を放出させ、判定期間に、選択還元型触媒に吸着した還元剤の影響を受けることなく、選択還元型触媒の作用に基づくＮＯｘ浄化率の変化を検出するので、低濃度の還元剤等が誤って補給された場合を適切に判断することができる。更に選択還元型触媒に劣化がある場合には還元剤の補給等にかかわらず常にＮＯｘ浄化率の異常低下を生じる一方、低濃度の還元剤等が誤って補給された場合には判定期間にＮＯｘ浄化率の異常低下を生じるので、低濃度の還元剤等が誤って補給された場合を適切に判断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例で処理を示すフロー図である。 ＮＯｘ浄化率の変化と尿素水タンクレベルとを示すグラフである。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例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り、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をアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
更に、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ＮＯｘセンサ２２，２３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に基づいて実測の測定ＮＯｘ浄化率を検出するようにしている。ここで実測の測定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が接続されている。更に制御装置２１には図２のフローに基づいて処理する関数が予め内蔵されている。
以下本発明を実施する形態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、尿素水タンク１４に尿素水１７が補給された際には、液面検出手段１８により尿素水タンク１４に補給があったことを検出し（ステップＳ１）、補給の検出時からＮＯｘ浄化率が安定化するまでの期間を浄化率安定期間Ｔ１として待機する（ステップＳ２）。ここで浄化率安定期間Ｔ１は、先の尿素水１７の添加により選択還元型触媒１０に吸着したアンモニアを放出して完全に消費するまでの時間で設定され、触媒の種類、大きさ、反応性等を考慮して適宜設定されている。
次に浄化率安定期間Ｔ１から判定期間Ｔ２へ移行し、判定期間Ｔ２では、検出信号２２ａ，２３ａやエンジン状態による計算値等に基づく実測の測定ＮＯｘ浄化率と、予め記録した基準ＮＯｘ浄化率とを比較し（ステップＳ３）、測定ＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率よりも低いか否かで測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出し（ステップＳ４）、測定ＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率よりも低い場合にはＮＯｘ浄化率に異常低下があると判定し（ステップＳ４のＹＥＳ）、測定ＮＯｘ浄化率が基準ＮＯｘ浄化率よりも低くない場合にはＮＯｘ浄化率に異常低下がないと判定する（ステップＳ４のＮＯ）。ここで判定期間Ｔ２は、選択還元型触媒１０に尿素水１７の吸着がなく、選択還元型触媒１０が適切に作用している期間で設定されている。またＮＯｘ浄化率の異常低下は、基準ＮＯｘ浄化率に変数を加えた値を閾値にして判断しても良いし、更に他のデータ値を閾値にして判断しても良い。
続いてＮＯｘ浄化率に異常低下があると判定した場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、尿素水タンク１４内へ低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給されたと判断する（ステップＳ５）。ここで低濃度の尿素水１７は、尿素水タンク１４内の通常の尿素水１７の濃度を低下させる濃度であれば特定の濃度に制限されるものではない。また別の物質は、尿素水タンク１４内の還元剤の濃度を低下させる水、燃料等の他の溶液または／及び他の溶質であれば特に制限されるものではない。
そして低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給されたと判断した後、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に低濃度の尿素水１７等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（ステップＳ６）。
ここで選択還元型触媒１０に劣化を生じている場合には、先に浄化率安定期間Ｔ１の開始時点で実測の測定ＮＯｘ浄化率が低下することから、この時点で選択還元型触媒１０に劣化があると判断し、判定期間Ｔ２の段階（ステップＳ３）へ移行することなく処理を停止し、選択還元型触媒１０に劣化がある旨の警告表示等を行う。また選択還元型触媒１０の劣化を他の処理で判断する場合には、選択還元型触媒１０の劣化の有無を判定した後、低濃度の尿素水１７等が誤って補給されたか否かの判断を行うようにしても良い。
一方、ＮＯｘ浄化率に異常低下がないと判定した場合（ステップＳ４のＮＯ）には、判定期間Ｔ２から通常運転期間Ｔ３へ移行し、実測の測定ＮＯｘ浄化率を正常なＮＯｘ浄化率として基準ＮＯｘ浄化率に記録または従来の基準ＮＯｘ浄化率を更新し（ステップＳ７）、そして最初の段階へ戻り、同じ処理を繰り返す。ここで通常運転期間Ｔ３は、判定期間Ｔ２の終了時から再度尿素水１７を補給するまでの時間で設定されている。
而して、このように実施の形態例によれば、尿素水１７を貯留する尿素水タンク１４に低濃度の尿素水１７や別物質が誤って補給された場合には、判定期間Ｔ２に測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を生じるので、尿素水タンク１４内に低濃度の尿素水１７または／及び別の物質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。また浄化率安定期間Ｔ１に選択還元型触媒１０に吸着した還元剤を放出させ、判定期間Ｔ２に、選択還元型触媒１０に吸着した尿素水１７の影響を受けることなく、選択還元型触媒１０の作用に基づくＮＯｘ浄化率の変化のみを検出するので、低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給された場合を適切に判断することができる。選択還元型触媒１０に劣化がある場合には、還元剤の補給等にかかわらず常にＮＯｘ浄化率の異常低下を生じる一方、低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給された場合には、判定期間Ｔ２でＮＯｘ浄化率の異常低下を生じるので、選択還元型触媒１０に劣化がある場合と、低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給された場合とを明確に区別し、低濃度の尿素水１７等が誤って補給された場合を適切に判断することができる。
また本形態例においては、測定ＮＯｘ浄化率の異常低下の検出を、実測の測定ＮＯｘ浄化率と基準ＮＯｘ浄化率とを比較して検出すると、測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を容易に検出し得るので、低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給された場合を好適に判断することができる。
また本形態例においては、測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出できない場合には、判定期間Ｔ２後の通常運転期間Ｔ３に実測の測定ＮＯｘ浄化率を正常なＮＯｘ浄化率として基準ＮＯｘ浄化率に記録すると、基準ＮＯｘ浄化率を最新のものに更新し得るので、低濃度の尿素水１７または／及び別の物質が誤って補給された場合を好適に判断することができる。
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、選択還元型触媒に添加される還元剤には、軽油等の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）
Ｔ１ 浄化率安定期間
Ｔ２ 判定期間
Ｔ３ 通常運転期間

Claims (2)

  1. 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関し、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、前記還元剤タンクに還元剤の補給があったことを検出し、補給の検出時からＮＯｘ浄化率が安定化するまでの期間を浄化率安定期間として待機し、測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出し得るよう、実測の測定ＮＯｘ浄化率と基準ＮＯｘ浄化率とを比較して検出し、
    浄化率安定期間後の判定期間に測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出した場合には、還元剤タンク内に低濃度の還元剤または／及び別の物質が補給されたと判断し、
    浄化率安定期間後の判定期間に測定ＮＯｘ浄化率の異常低下を検出できない場合には、判定期間後の通常運転期間に実測の測定ＮＯｘ浄化率を正常なＮＯｘ浄化率として基準ＮＯｘ浄化率に記録し、基準ＮＯｘ浄化率を最新のものに更新することを特徴とする還元剤の異常検出方法。
  2. 低濃度の還元剤は、還元剤タンク内の還元剤の濃度を低下させる濃度であり、別の物質は、還元剤タンク内の還元剤の濃度を低下させる他の溶液または／及び他の溶質であ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。
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