ＮＯｘ浄化装置の制御方法及び装置
【課題】内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置において、排気通路に設けられるＮＯｘ、ＮＨ３、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることを目的とする。
【解決手段】ＮＯｘ触媒１１の下流側に配設されたＮＯｘセンサ２１と、ＮＯｘセンサ２１からの信号に基づいてＮＯｘ触媒１１によるＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３と、内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７と、第１と第２のＮＯｘ浄化性能算出とを比較してＮＯｘセンサ２１の異常を判定する判定手段３９を備えて、異常と判定したときに、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７により算出した浄化性能に基づいて還元剤の供給量を算出する。
【解決手段】ＮＯｘ触媒１１の下流側に配設されたＮＯｘセンサ２１と、ＮＯｘセンサ２１からの信号に基づいてＮＯｘ触媒１１によるＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３と、内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７と、第１と第２のＮＯｘ浄化性能算出とを比較してＮＯｘセンサ２１の異常を判定する判定手段３９を備えて、異常と判定したときに、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７により算出した浄化性能に基づいて還元剤の供給量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置の制御方法および装置に関し、特に、排気系に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、環境汚染を及ぼすおそれのあるＮＯｘ（ＮＯやＮＯ２等の窒素酸化物）が含まれている。ＮＯｘを還元して排気ガスを浄化するために用いられる排気浄化装置として、尿素水溶液等のアンモニア由来の液体還元剤を用いた排気浄化装置が知られている。
【０００３】
この排気浄化装置は、尿素水溶液等を還元触媒の上流側で排気通路内に噴射し、尿素が加水分解することによって生成されるアンモニアを還元触媒に吸着させ、還元触媒に流入してくるＮＯｘを、アンモニアによって窒素や水等に分解して放出するものである。
【０００４】
還元剤の要求噴射量は、内燃機関から排出されるＮＯｘ流量や、還元触媒の温度、還元触媒に吸着されているアンモニアの吸着量等を含む複数のパラメータ値に基づいて演算で求められる。
さらに高効率なＮＯｘ浄化性能を得るために、演算噴射量に加えてＮＯｘおよびアンモニアに感応するセンサを用いて還元剤の実噴射量を補正することも行われている。
【０００５】
また、特開２０１０−１３３３５４号公報（特許文献１）には、還元剤の噴射量の適正化を図るために、還元触媒の下流側にＮＯｘ及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサを設け、これらセンサによって検出されたセンサ値を所定の閾値と比較して還元剤の実噴射量の異常を判定して、異常が生じたときには、噴射量演算部での噴射量演算パラメータ値を補正するものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３３３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高効率なＮＯｘ浄化性能を得るために、演算噴射量に加えてＮＯｘおよびアンモニアに感応するセンサを用いて還元剤の実噴射量を補正するものや、前記特許文献１に示されるような、ＮＯｘ及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサによって検出されたセンサ値を基に還元剤の実噴射量の異常を判定して、噴射量演算部での噴射量演算パラメータ値を補正するものにおいては、ＮＯｘやアンモニアに感応するセンサ自体が正常に作動していることが前提であり、これらセンサ自体に異常がある場合には所望の作用効果は得られ難い。
【０００８】
また、還元触媒の前後流側、または後流側に設置したＮＯｘセンサ、ＮＨ３センサ、温度センサ等により還元剤の噴射量を決定する場合においては、センサの誤作動、信号にノイズ等が加わった場合には、還元剤噴射量を過大に設定することもあり、この場合には、次のような問題が生じる。
（１）還元剤からＮＨ３を生成する以外の副反応が生じ、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解によって固形析出物を形成し配管を閉塞するおそれがある。
（２）還元触媒も同様に閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損のおそれがある。
（３）還元剤を無駄に消費するばかりでなく多量のＮＨ３を還元触媒の後流に排出してしまう、所謂アンモニアスリップ量が増大するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明はこれら問題に鑑みてなされたもので、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置において、排気通路に設けられるＮＯｘセンサ、ＮＨ３センサ、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができるＮＯｘ浄化装置の制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、第１発明は、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御装置において、
排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサと、該ＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と、排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段と、前記第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定する判定手段を備え、該判定手段によって異常であると判定したとき、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御手段を備えたこと特徴とする。
【００１１】
かかる第１発明によれば、還元触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を、ＮＯｘセンサを用いずに排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にマップまたは演算式を用いて算出された還元触媒の浄化能力と、ＮＯｘセンサ信号に基づいて算出された還元触媒の浄化能力とを比較して判定する。例えば、これらの浄化能力の偏差または対比値が所定値より大きい場合にはＮＯｘセンサが異常と判定する。
【００１２】
そして、異常と判定したときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段、つまり排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出するので、ＮＯｘセンサの誤作動によって、過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。その結果、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解による固形析出物の生成を抑制でき、また、配管の閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損の防止、さらに、無駄な還元剤の噴霧の防止とともに還元触媒後流への排出を抑制できる。
【００１３】
また、第１発明において好ましくは、前記還元剤供給量制御手段は、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能から算出される前記排気ガス還元剤量に安全係数である補正係数を乗算するとよい。
【００１４】
このように、内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量および排ガス温度を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出した場合には、過剰噴霧にならないように、安全係数としての補正係数（０．５〜１未満の係数）を乗算して、過剰噴霧の抑制を確実にしている。
【００１５】
また、第１発明において好ましくは、排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、還元剤濃度の設定値と前記還元剤濃度センサの検出値とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記判定手段による判定を実行するとよい。
【００１６】
還元剤タンクに設置した還元剤濃度センサにより、還元剤濃度を検知して、還元剤タンクに貯留した還元剤が還元剤としての規格濃度から大きく外れた濃度でないときに、ＮＯｘセンサの異常の判定を行うことで、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を向上できる。
【００１７】
また、第１発明において好ましくは、前記還元触媒の温度を推定するために前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設置された温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定する温度センサ異常判定手段を備えるとよい。
【００１８】
還元触媒の温度を推定するための温度センサの異常を判定することで、内燃機関からのＮＯｘ排出量等のデータを基に還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段の精度を高めることができ、その結果、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を高めることができる。
【００１９】
また、前記温度センサ異常判定手段によって温度センサが異常であると判定したときに、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて還元触媒の温度を推定することによって、温度センサの異常時においても排ガス還元剤の適切な制御がなされて過剰な供給を抑制できる。
【００２０】
次に、第２発明は、ＮＯｘ浄化装置の制御方法に係る発明であり、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御方法において、排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出し、排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出し、前記ＮＯｘセンサから算出したＮＯｘ浄化性能と、前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定し、異常と判定したときに前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出することを特徴とする。
【００２１】
かかる第２発明によれば、第１発明と同様に、還元触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を、ＮＯｘセンサを用いずに排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にマップまたは演算式を用いて算出された還元触媒の浄化能力と、ＮＯｘセンサ信号に基づいて算出された還元触媒の浄化能力とを比較して判定する。例えば、これらの浄化能力の偏差または対比値が所定値より大きい場合にはＮＯｘセンサが異常と判定する。
【００２２】
そして、異常と判定したときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段、つまり排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出するので、ＮＯｘセンサの誤作動による過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。その結果、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解による固形析出物の生成を抑制でき、また、配管の閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損の防止、さらに、無駄な還元剤の噴霧の防止とともに還元触媒後流への排出を抑制できる。
【００２３】
また、第２発明のおいて好ましくは、排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサからの検出値と、予め設定された排ガス還元剤の濃度とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かの判定を実行するとよい。
【００２４】
このように、還元剤タンクに設置した還元剤濃度センサにより、還元剤濃度を検知して、還元剤タンクに貯留した還元剤が還元剤としての規格濃度から大きく外れた濃度でないときに、ＮＯｘセンサの異常の判定を行うことで、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を向上できる。
【００２５】
また、第２発明において好ましくは、前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設けられた温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒の温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定するとよい。
【００２６】
還元触媒の温度を推定するための温度センサの異常を判定することで、内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段の精度を高めることができ、その結果、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を高めることができる。
【００２７】
また、第２発明において好ましくは、前記ＮＯｘセンサが異常であると判定したときに、前記排気ガス還元剤の供給を停止するとよい。
このように、ＮＯｘセンサが異常時には、還元剤の供給を停止することで、還元剤の無駄な消費や、還元触媒の下流側への多量のアンモニアの排出を確実に防止できる。
【発明の効果】
【００２８】
第１発明によれば、還元触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を、ＮＯｘセンサを用いずに排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にマップまたは演算式を用いて算出された還元触媒の浄化能力と、ＮＯｘセンサ信号に基づいて算出された還元触媒の浄化能力とを比較して判定する。
そして、異常と判定したときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段、つまり排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出するので、ＮＯｘセンサの誤作動によって、過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。
その結果、排気通路に設けられるＮＯｘ、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができる。
【００２９】
また、第２発明によれば、前記第１発明と同様に、排気通路に設けられるＮＯｘ、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の全体構成図である。
【図２】ＮＯｘ浄化装置の制御装置の構成ブロック図である。
【図３−１】第１実施形態の制御装置の制御フローチャートである。
【図３−２】図３−１の続きのフローチャートである。
【図４】第２実施形態の制御装置の制御フローチャートである。
【図５】第３実施形態の制御装置の制御フローチャートである。
【図６】ＮＯｘ浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図７】ＮＯｘ浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒の触媒温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図８】ＮＯｘ浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒の触媒温度とアンモニア吸着量との関係を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３２】
図１を参照して、本発明に係るＮＯｘ浄化装置の全体構成について説明する。
図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジン１の排気通路３には、排気上流側から、酸化触媒（以下ＤＯＣと略す）５と、排ガス中に含まれるパティキュレートマター（粒子状物質、ＰＭと略す）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（以下ＤＰＦと略す）７と、尿素ＳＣＲシステム９とが設けられている。
尿素ＳＣＲシステム９は、還元触媒のＮＯｘ触媒１１と、ＮＯｘ触媒１１の上流側に還元剤である尿素水を排気通路３内に噴射する噴霧ノズル１２を有する尿素水噴射手段（還元剤噴射手段）１３と、尿素水噴射手段１３へ尿素水を供給する尿素水タンク１５によって構成されている。
【００３３】
このように排気通路３には、エンジン１から排出された排ガスを、ＤＯＣ５で排ガス中の燃料を酸化させて、排ガス温度を上昇させ、ＤＰＦ７に通して、該ＤＰＦ７に堆積されたＰＭを加熱された排ガスによって燃焼させ、尿素ＳＣＲシステム９によって、排ガス中の窒素酸化物の脱硝を行うように構成された排ガス後処理装置が備えられている。
【００３４】
尿素ＳＣＲシステム９は、尿素水噴射手段１３によって排気通路３内に尿素水を噴霧するが、この噴霧された尿素水は、排気通路３内の熱および水分によって、式（１）のように熱分解及び加水分解をして、ＮＨ３を放出する。
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２ （１）
その後、生成された、アンモニアは、排ガスとともに排気通路３内を流れて、ＮＯｘ触媒１１に到達する。なお、尿素水の一部は、アンモニアにならずに、尿素水のままＮＯｘ触媒１１に到達する。そのため、ＮＯｘ触媒１１内でも式（１）の反応により、尿素水からアンモニアが生成される。ＮＯｘ触媒１１に到達したアンモニアは、排ガス中に含まれる窒素酸化物が反応して、窒素酸化物から酸素を取り除き、窒素に還元する。具体的には、以下の式（２）〜（４）に示す反応により窒素酸化物が還元されてＮ２を生成する。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ （３）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ （４）
【００３５】
以上のように構成されたＮＯｘ浄化装置における制御装置２０について説明する。
制御装置２０には、ＮＯｘ触媒１１の下流側に設置されたＮＯｘセンサ２１からの信号、ＮＯｘ触媒１１の下流側に配置された下流側温度センサ２５からの信号、尿素水の噴霧ノズル１２の上流側で、且つＤＰＦ７の下流側の位置に配置された上流側温度センサ２７からの信号、さらに、ＤＰＦ７の入口側に配置されたＤＰＦ入口温度センサ２９からの信号、ＤＯＣの入口側に配置されたＤＯＣ入口温度センサ３１からの信号が入力されている。
更に、エンジン１から運転状態に関するエンジン回転数、エンジン負荷、燃料噴射量等の信号が入力されている。
【００３６】
（第１実施形態）
制御装置２０の第１実施形態を、図２の構成ブロック図および図３−１、図３−２のフローチャートを参照して説明する。
図２に示すように、ＮＯｘセンサ２１からの信号に基づいてＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３と、エンジン運転状態算出手段３５によってＮＯｘ排出量、排ガス温度を算出し、それに基づいてＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７とを備えている。
また、第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３と第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７とからのそれぞれの算出結果を比較して、ＮＯｘセンサ２１が異常か否かを判定する判定手段３９を備えている。
【００３７】
さらに、判定手段３９の結果に基づいて、第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３からの算出結果を用いるか、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７からの算出結果を用いるかを制御して尿素水噴射手段１３へ信尿素水供給量を制御する還元剤供給量制御手段４３を備えている。具体的には、判定手段３９によって異常であると判定されたときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７によって算出した浄化性能に基づいて排気ガス還元剤の供給量を算出した結果を尿素水噴射手段１３に出力する。
【００３８】
また、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７へは、ＮＯｘ触媒１１の下流側温度センサ２５および上流側温度センサ２７からの信号が入力されて、この上流側温度センサ２７と下流側温度センサ２５の異常を判定する温度センサ異常判定手段４５が接続されている。また、判定手段３９には、尿素水タンク１５に注入されている尿素水の濃度を検出する尿素水濃度センサ（還元剤濃度センサ）４７からの信号が入力されて、尿素水の濃度を判定している。
これらの、上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５からの信号処理については第３実施形態で、尿素水濃度センサ４７からの信号処理については第２実施形態で後述する。
【００３９】
次に、図３−１、図３−２のフローチャートを参照して、第１実施形態のＮＯｘセンサ２１の異常判定および異常時の対応の制御を説明する。
まず、ステップＳ１で、エンジン運転状態を入力する。エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン負荷（Ｌｅ）、燃料噴射量（Ｑｆ）等の信号をそれぞれ取り込む。
【００４０】
ステップＳ２では、それらエンジン運転状態の情報を基に、データマップを用いてエンジン１から排出される排ガス温度（ＴＥＸ）、エンジン１から排出されるＮＯｘ排出流量（ＮＯｘ触媒の入口ＮＯｘ流量）（ＦＮＯｘＩＮ）を算出する。ＮＯｘ触媒の上流に酸化触媒（ＤＯＣ）やディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等がある場合には、エンジン排出ＮＯｘ量に対して、ＤＯＣやＤＰＦでのＮＯｘ反応を考慮したＮＯｘ排出量をＦＮＯｘＩＮとしても良い。
【００４１】
ステップＳ３では、ステップＳ２で求めたエンジン１から排出される排ガス温度（ＴＥＸ）を基にＮＯｘ触媒１１の触媒温度（Ｔｃａｔ）を推定する。
推定にはエンジン１の出口からＮＯｘ触媒１１までの排気通路３の長さ、放熱等の要素を考慮した相関式を用いて算出する。考慮する要素としては、排気通路３での放熱量による温度低下、ＤＯＣ５での熱容量による応答遅れ、ＤＯＣ５での未燃燃料（ＣＯ、ＨＣ）の酸化反応による温度上昇、ＤＰＦ７での熱容量による応答遅れ、ＤＰＦ７での未燃燃料（ＣＯ、ＨＣ）の酸化反応による温度上昇、さらに、ＮＯｘ触媒１１での熱容量による応答遅れが考えられる。
【００４２】
また、ステップＳ３では、ＮＨ３吸着量（Ｚｃａｔ）を算出する。このＮＨ３吸着量は、図８に示すような触媒温度とアンモニア吸着量との予め設定された関係マップ（関係式）を用いて算出する。
図６に示すように、アンモニア吸着量が多いほど、ＮＯｘ浄化率が高く、しかも図７のように、触媒温度が高いほど高浄化率を確保できる。このため、アンモニア吸着量を高く制御することが好ましいが、ＮＯｘ触媒に吸着できるアンモニア吸着量には限界がある。 一定の温度、排ガス流量、排ガス濃度等の条件にて長時間運転した場合には、アンモニア吸着量は限界まで到達するが、運転状態に変化をともなう場合には触媒上でのアンモニア吸着反応及び脱着反応速度から触媒でのＮＨ３吸着量が推定される。
【００４３】
ステップＳ４では、目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）を設定する。この目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）は、ある運転状態点で得たいと考える浄化性能である。すなわち、ある運転状態点で最大ＮＨ３吸着量、触媒温度、触媒量、排ガス流量、還元剤供給量から決まる触媒の目標最大ＮＯｘ浄化性能を設定するものである。
図８のようなＮＨ３吸着量特性マップや、ステップＳ３で推定した触媒温度（Ｔｃａｔ）等に基づいて目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）を求めて、目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）を設定する。
【００４４】
ステップＳ５では、入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）を設定する。ステップＳ４で設定した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）から、該目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）に応じた入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）を算出して設定する。なお、ＮＨ３の供給量が決まれば、式（１）の反応式により尿素水供給量も決まる。
【００４５】
ステップＳ６では、推定触媒ＮＯｘ浄化性能（ηａ）を算出する。この推定触媒ＮＯｘ浄化性能（ηａ）は、その運転状態での触媒のＮＯｘ浄化性能を推定するものである。ステップＳ５で求めた入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）、ステップＳ３で求めたその運転状態における触媒温度（Ｔｃａｔ）、およびＮＨ３吸着量（Ｚｃａｔ）より、その運転状態での触媒ＮＯｘ浄化性能を推定する。
【００４６】
ステップＳ７では、ステップＳ６で算出した推定触媒ＮＯｘ浄化性能（ηａ）を用いて、ＮＯｘ触媒１１の出口側の出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）、および出口ＮＨ３濃度（ＣＮＨ３ｏｕｔ）をそれぞれ算出する。
【００４７】
ステップＳ８では、ステップＳ５で設定したアンモニア量になるように還元剤の噴霧を実行する。
ステップＳ９では、ＮＯｘ触媒１１の下流側に設置されたＮＯｘセンサ２１からの信号を基に、出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）を算出する。
【００４８】
ステップ１０では、ステップＳ９のＮＯｘセンサ２１からの信号に基づくＮＯｘ濃度から、触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｂ）を算出する。
そして、ステップＳ１１で、ステップＳ４で設定した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）とステップＳ１０で算出した触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｂ）とを比較し、実測値の浄化性能が、目標値の浄化性能より小さい時には、ＮＯとなりステップＳ１５に進んでアンモニア流量の増量補正を行う。
【００４９】
また、実測値の浄化性能が、目標値の浄化性能より大きい時には、ＹｅｓとなりステップＳ１２に進んで、ステップＳ７においてエンジンの運転状態のデータより算出した出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）と、ステップＳ９においてＮＯｘセンサ２１からの信号で算出した出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）とを比較して、濃度比のＳＮＯｘｏｕｔ／ＣＮＯｘｏｕｔが、所定の閾値α未満か否かが判定される。
なお、濃度比でなく濃度偏差の絶対値｜ＣＮＯｘｏｕｔ−ＳＮＯｘｏｕｔ｜が所定閾値α'未満か否かとして判定してもよい。
【００５０】
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、すなわち閾値α未満の場合には、ＮＯｘセンサ２１は正常と判定して、ステップＳ１３でアンモニア流量の減量補正を行う。
ステップＳ１４では、再度、ステップＳ４で設定した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）とステップＳ１０で算出した触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｂ）とが等しくなったかを判定して、等しくなった場合には終了し、等しくない場合には、ステップＳ１１にリターンして同様の手順を繰り返す。
【００５１】
また、ステップＳ１２でＮＯの場合、すなわち閾値α以上の場合には、ステップＳ１６でＮＯｘセンサ２１が異常であると判定し、ステップＳ１７で、入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）を、エンジン運転状態から算出したＮＯｘ排出流量（ＦＮＯｘＩＮ）に基づいて算出した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）に対してアンモニア流量設定を行い、さらに、安全係数である補正係数βを乗算する。
このように、安全係数としての補正係数β（０．５〜１未満の係数）を乗算して、過剰噴霧の抑制を確実にしている。
【００５２】
また、ステップＳ１６でＮＯｘセンサ２１が異常であると判定した場合に、前記のようにアンモニア流量設定値を減少させて尿素水噴霧を抑制するのではなく、尿素水噴霧自体を停止するようにしてもよい。このように、ＮＯｘセンサ２１が異常時には、尿素水の供給を停止することで、尿素水の無駄な消費や、ＮＯｘ触媒の下流側への多量のアンモニアの排出を確実に防止できる。
【００５３】
なお、ステップＳ１２の判定における閾値αは、一定値であっても、また変化させてもよく、例えば、エンジン回転数とトルクとから算出されるＮＯｘ排出量（ＮＯｘ触媒の入口ＮＯｘ流量）（ＦＮＯｘＩＮ）に応じてαを変化させて、ＮＯｘ排出量の増大（エンジン回転数と負荷の増大）に応じて閾値αを大きくしてもよい。
エンジンからのＮＯｘ排出量の増大にともなって、ＮＯｘ触媒出口のＮＯｘ排出量も増大することがあるため、αを変化させ推定精度を向上させることで有害物質であるＮＯｘを極力排出しないようにする。
また、ＮＯｘ排出量の増大にともなって、ＮＯｘ触媒出口のＮＯｘ排出量も増大することがあるため、過渡的な運転状態でＮＯｘセンサの検出がエンジン回転数とトルクから算出されるＮＯｘ排出量より大きくなるような場合に、ステップＳ１２でＮＯと判定してステップＳ１６でＮＯｘセンサの異常と誤判定してしまうことを防止して判定精度を向上する。
【００５４】
以上の第１実施形態によれば、ＮＯｘ触媒１１の下流側に設置されたＮＯｘセンサ２１の異常を、ＮＯｘセンサ２１を用いずに内燃機関からのＮＯｘ排出量や排ガス温度を基にマップまたは演算式を用いて算出されたＮＯｘ触媒１１の浄化能力である出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）と、ＮＯｘセンサ２１からの信号に基づいて算出されたＮＯｘ触媒１１の浄化能力である出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）とを比較して判定することによって、具体的には、対比値のＳＮＯｘｏｕｔ／ＣＮＯｘｏｕｔが、所定の閾値α未満か否かによって判定されるので、ＮＯｘセンサ２１の異常を確実に判定できる。
【００５５】
その結果、ＮＯｘセンサ２１誤作動による過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。そして、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解による固形析出物の生成を抑制でき、また、配管の閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損の防止、さらに、無駄な還元剤の噴霧の防止とともに還元触媒後流への排出を抑制できる。
【００５６】
なお、ステップＳ１２において判定したエンジン運転状態に基づく触媒浄化性能から算出した出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）とＮＯｘセンサ２１からの信号に基づく出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）との比較に代えて、エンジン運転状態に基づく触媒浄化性能から算出した出口ＮＨ３濃度とアンモニアセンサからの信号に基づいてアンモニアセンサの異常判定も可能である。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、制御装置２０の第２実施形態を、図２の構成ブロック図および図４のフローチャートを参照して説明する。
第２実施形態は、図２において尿素水濃度センサ４７を設けて、尿素水濃度を検出し、尿素水濃度の設定値と尿素水濃度センサ４７の検出値とを比較し、例えば、偏差または濃度比が所定値より小さいときには、尿素水濃度が適正であると判定して、判定手段３９での判定を実行する。図４において、第１実施形態に対してＰの部分が追加されている。その他の構成で第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図４において、ステップＳ１２の判定において、ＮＯの場合、すなわち閾値α以上の場合には、ステップＳ１６でＮＯｘセンサ２１が異常であると判定されるが、その判定の前に、ステップＳ２１で、還元剤である尿素水の濃度が規定の濃度にあるかを判定する。すなわち、還元剤設定濃度Ｕａと還元剤実測濃度Ｕｂとの偏差の絶対値が閾値δ以下か否かを判定する。または偏差でなく比率を算出して判定してもよい。
【００５９】
ステップＳ２１で閾値δ以上の場合には、ステップＳ２２に進んで、システム異常を出力して、警報または警報ランプを発する。さらに警報を発すると共に尿素水供給を停止し、エンジンを停止するようにしてもよい。その他の構成は第１実施形態と同様である。
第２実施形態によれば、尿素水タンク１５に設置した尿素水濃度センサ４７により、尿素水濃度を検知して、尿素水タンク１５に貯留した還元剤である尿素水が規格の濃度から外れた濃度でないときに、ＮＯｘセンサ２１の異常判定を実行するので、第１実施形態でのＮＯｘセンサ２１の異常判定の精度を向上できる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、制御装置２０の第３実施形態を、図２の構成ブロック図および図５のフローチャートを参照して説明する。
第３実施形態は、図２において、ＮＯｘ触媒１１の上下流側に設置された上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５が設けられ、これらの信号を基にＮＯｘ触媒１１の温度が推定されている。そして、これら温度センサからの信号を基に、温度センサに異常かあるかを判定する。この判定は温度センサ異常判定手段４５で行われ、その結果が第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７に入力される。
なお、図５において、第１実施形態に対してＲ１、Ｒ２の部分が追加されている。その他の構成で第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図５より、ステップＳ３１で、触媒入口ガス温度（ＴＩＮ）および触媒出口ガス温度（ＴＯＵＴ）の少なくとも一方の温度を、それぞれ上流側温度センサ２７、下流側温度センサ２５によって検出する。
そして、ステップＳ３２では、ステップＳ３１で検出した触媒入口ガス温度（ＴＩＮ）および触媒出口ガス温度（ＴＯＵＴ）の少なくとも一方の温度によって、触媒温度（Ｔｃａｔ）を算出する。この算出に際しては、所定の関係式または予め試験によって求められた触媒温度と触媒入口ガス温度（ＴＩＮ）および触媒出口ガス温度（ＴＯＵＴ）との相関関係によって算出される。その後、ステップＳ３ではそのステップＳ３２で算出された触媒温度を用いて以降の算出が進む。
【００６２】
ステップＳ３〜Ｓ１０までは、第１実施形態と同様である。
第３実施形態においては、ステップＳ３３で、上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５以外の温度センサ、例えば、ＤＰＦ７の入口側に配置したＤＰＦ入口温度センサ２９からの信号（ＴＤＰＦ）、ＤＯＣ５の入口側に配置したＤＯＣ入口温度センサ３１からの信号が入力（ＴＤＯＣ）、さらに、エンジン運転状態の情報を基に、データマップに用いてエンジン１から排出される排ガス温度（ＴＥＸ）を用いて触媒温度（Ｔ'ｃａｔ）を、それぞれ必要とする関係式を用いて算出する。この関係式は、例えば、排気通路３の長さ、放熱量等を考慮して設定される所定の関係式から算出する。
【００６３】
次に、ステップＳ３４では、ステップＳ３２で求めた触媒温度（Ｔｃａｔ）と、ステップＳ３３で求めた触媒温度（Ｔ'ｃａｔ）との偏差を基に該偏差が所定の閾値γ未満か否かを判定する。
Ｙｅｓの場合には、図３−２の［１］へ進み、ＮＯの場合には、該偏差が所定の閾値γ以上であるので上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５はセンサ異常と判定する。
そして、ステップＳ３６で、ステップＳ３３で求めた触媒温度（Ｔ'ｃａｔ）をステップＳ３２の触媒温度Ｔｃａｔとして、［３］に戻る。
【００６４】
以上の第３実施形態によれば、ＮＯｘ触媒１１の温度を推定するためのＮＯｘ触媒１１の上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５の異常を判定することで、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７の判断精度を高めることができる。すなわち、図５のステップＳ３における触媒温度の算出精度および信頼性を高めることができ、結果としてＮＯｘセンサ２１の異常判定の精度を高めることができる。
【００６５】
また、上流側温度センサ２７及び下流側温度センサ２５が異常であると判定した時には、当該上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定されたＮＯｘ触媒の温度を触媒温度とすることによって、上流側温度センサ２７及び下流側温度センサ２５の異常時においても、制御装置２０によって制御される尿素水の過剰な供給を抑制できる。
【００６６】
なお、第１実施形態に対して第２実施形態と第３時施形態をそれぞれ組み合わせて実施してもよいことは勿論であり、それぞれの実施形態で説明した作用効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置において、排気通路に設けられるＮＯｘ、ＮＨ３、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができるＮＯｘ浄化装置の制御方法及び装置への利用に適している。
【符号の説明】
【００６８】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気通路
５ ＤＯＣ（酸化触媒）
７ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
９ 尿素ＳＣＲシステム
１１ ＮＯｘ触媒（還元触媒）
１３ 尿素水噴射手段（還元剤噴射手段）
１５ 尿素水タンク
２０ ＮＯｘ浄化装置の制御装置
２１ ＮＯｘセンサ
２５ 下流側温度センサ
２７ 上流側温度センサ
２９ ＤＰＦ入口温度センサ
３１ ＤＯＣ入口温度センサ
３３ 第１のＮＯｘ浄化性能算出手段
３５ エンジン運転状態算出手段
３７ 第２のＮＯｘ浄化性能算出手段
３９ 判定手段
４３ 還元剤供給量制御手段
４５ 温度センサ異常判定手段
４７ 尿素水濃度センサ（還元剤濃度センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化装置の制御方法および装置に関し、特に、排気系に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、環境汚染を及ぼすおそれのあるＮＯｘ（ＮＯやＮＯ２等の窒素酸化物）が含まれている。ＮＯｘを還元して排気ガスを浄化するために用いられる排気浄化装置として、尿素水溶液等のアンモニア由来の液体還元剤を用いた排気浄化装置が知られている。
【０００３】
この排気浄化装置は、尿素水溶液等を還元触媒の上流側で排気通路内に噴射し、尿素が加水分解することによって生成されるアンモニアを還元触媒に吸着させ、還元触媒に流入してくるＮＯｘを、アンモニアによって窒素や水等に分解して放出するものである。
【０００４】
還元剤の要求噴射量は、内燃機関から排出されるＮＯｘ流量や、還元触媒の温度、還元触媒に吸着されているアンモニアの吸着量等を含む複数のパラメータ値に基づいて演算で求められる。
さらに高効率なＮＯｘ浄化性能を得るために、演算噴射量に加えてＮＯｘおよびアンモニアに感応するセンサを用いて還元剤の実噴射量を補正することも行われている。
【０００５】
また、特開２０１０−１３３３５４号公報（特許文献１）には、還元剤の噴射量の適正化を図るために、還元触媒の下流側にＮＯｘ及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサを設け、これらセンサによって検出されたセンサ値を所定の閾値と比較して還元剤の実噴射量の異常を判定して、異常が生じたときには、噴射量演算部での噴射量演算パラメータ値を補正するものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３３３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高効率なＮＯｘ浄化性能を得るために、演算噴射量に加えてＮＯｘおよびアンモニアに感応するセンサを用いて還元剤の実噴射量を補正するものや、前記特許文献１に示されるような、ＮＯｘ及びアンモニアに感応する特定ガス濃度センサによって検出されたセンサ値を基に還元剤の実噴射量の異常を判定して、噴射量演算部での噴射量演算パラメータ値を補正するものにおいては、ＮＯｘやアンモニアに感応するセンサ自体が正常に作動していることが前提であり、これらセンサ自体に異常がある場合には所望の作用効果は得られ難い。
【０００８】
また、還元触媒の前後流側、または後流側に設置したＮＯｘセンサ、ＮＨ３センサ、温度センサ等により還元剤の噴射量を決定する場合においては、センサの誤作動、信号にノイズ等が加わった場合には、還元剤噴射量を過大に設定することもあり、この場合には、次のような問題が生じる。
（１）還元剤からＮＨ３を生成する以外の副反応が生じ、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解によって固形析出物を形成し配管を閉塞するおそれがある。
（２）還元触媒も同様に閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損のおそれがある。
（３）還元剤を無駄に消費するばかりでなく多量のＮＨ３を還元触媒の後流に排出してしまう、所謂アンモニアスリップ量が増大するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明はこれら問題に鑑みてなされたもので、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置において、排気通路に設けられるＮＯｘセンサ、ＮＨ３センサ、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができるＮＯｘ浄化装置の制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、第１発明は、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御装置において、
排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサと、該ＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と、排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段と、前記第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定する判定手段を備え、該判定手段によって異常であると判定したとき、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御手段を備えたこと特徴とする。
【００１１】
かかる第１発明によれば、還元触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を、ＮＯｘセンサを用いずに排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にマップまたは演算式を用いて算出された還元触媒の浄化能力と、ＮＯｘセンサ信号に基づいて算出された還元触媒の浄化能力とを比較して判定する。例えば、これらの浄化能力の偏差または対比値が所定値より大きい場合にはＮＯｘセンサが異常と判定する。
【００１２】
そして、異常と判定したときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段、つまり排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出するので、ＮＯｘセンサの誤作動によって、過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。その結果、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解による固形析出物の生成を抑制でき、また、配管の閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損の防止、さらに、無駄な還元剤の噴霧の防止とともに還元触媒後流への排出を抑制できる。
【００１３】
また、第１発明において好ましくは、前記還元剤供給量制御手段は、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能から算出される前記排気ガス還元剤量に安全係数である補正係数を乗算するとよい。
【００１４】
このように、内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量および排ガス温度を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出した場合には、過剰噴霧にならないように、安全係数としての補正係数（０．５〜１未満の係数）を乗算して、過剰噴霧の抑制を確実にしている。
【００１５】
また、第１発明において好ましくは、排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、還元剤濃度の設定値と前記還元剤濃度センサの検出値とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記判定手段による判定を実行するとよい。
【００１６】
還元剤タンクに設置した還元剤濃度センサにより、還元剤濃度を検知して、還元剤タンクに貯留した還元剤が還元剤としての規格濃度から大きく外れた濃度でないときに、ＮＯｘセンサの異常の判定を行うことで、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を向上できる。
【００１７】
また、第１発明において好ましくは、前記還元触媒の温度を推定するために前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設置された温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定する温度センサ異常判定手段を備えるとよい。
【００１８】
還元触媒の温度を推定するための温度センサの異常を判定することで、内燃機関からのＮＯｘ排出量等のデータを基に還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段の精度を高めることができ、その結果、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を高めることができる。
【００１９】
また、前記温度センサ異常判定手段によって温度センサが異常であると判定したときに、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて還元触媒の温度を推定することによって、温度センサの異常時においても排ガス還元剤の適切な制御がなされて過剰な供給を抑制できる。
【００２０】
次に、第２発明は、ＮＯｘ浄化装置の制御方法に係る発明であり、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御方法において、排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出し、排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出し、前記ＮＯｘセンサから算出したＮＯｘ浄化性能と、前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定し、異常と判定したときに前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出することを特徴とする。
【００２１】
かかる第２発明によれば、第１発明と同様に、還元触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を、ＮＯｘセンサを用いずに排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にマップまたは演算式を用いて算出された還元触媒の浄化能力と、ＮＯｘセンサ信号に基づいて算出された還元触媒の浄化能力とを比較して判定する。例えば、これらの浄化能力の偏差または対比値が所定値より大きい場合にはＮＯｘセンサが異常と判定する。
【００２２】
そして、異常と判定したときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段、つまり排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出するので、ＮＯｘセンサの誤作動による過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。その結果、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解による固形析出物の生成を抑制でき、また、配管の閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損の防止、さらに、無駄な還元剤の噴霧の防止とともに還元触媒後流への排出を抑制できる。
【００２３】
また、第２発明のおいて好ましくは、排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサからの検出値と、予め設定された排ガス還元剤の濃度とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かの判定を実行するとよい。
【００２４】
このように、還元剤タンクに設置した還元剤濃度センサにより、還元剤濃度を検知して、還元剤タンクに貯留した還元剤が還元剤としての規格濃度から大きく外れた濃度でないときに、ＮＯｘセンサの異常の判定を行うことで、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を向上できる。
【００２５】
また、第２発明において好ましくは、前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設けられた温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒の温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定するとよい。
【００２６】
還元触媒の温度を推定するための温度センサの異常を判定することで、内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段の精度を高めることができ、その結果、ＮＯｘセンサの異常判定の精度を高めることができる。
【００２７】
また、第２発明において好ましくは、前記ＮＯｘセンサが異常であると判定したときに、前記排気ガス還元剤の供給を停止するとよい。
このように、ＮＯｘセンサが異常時には、還元剤の供給を停止することで、還元剤の無駄な消費や、還元触媒の下流側への多量のアンモニアの排出を確実に防止できる。
【発明の効果】
【００２８】
第１発明によれば、還元触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサの異常を、ＮＯｘセンサを用いずに排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基にマップまたは演算式を用いて算出された還元触媒の浄化能力と、ＮＯｘセンサ信号に基づいて算出された還元触媒の浄化能力とを比較して判定する。
そして、異常と判定したときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段、つまり排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出された還元触媒のＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出するので、ＮＯｘセンサの誤作動によって、過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。
その結果、排気通路に設けられるＮＯｘ、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができる。
【００２９】
また、第２発明によれば、前記第１発明と同様に、排気通路に設けられるＮＯｘ、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の全体構成図である。
【図２】ＮＯｘ浄化装置の制御装置の構成ブロック図である。
【図３−１】第１実施形態の制御装置の制御フローチャートである。
【図３−２】図３−１の続きのフローチャートである。
【図４】第２実施形態の制御装置の制御フローチャートである。
【図５】第３実施形態の制御装置の制御フローチャートである。
【図６】ＮＯｘ浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図７】ＮＯｘ浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒の触媒温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す特性線図である。
【図８】ＮＯｘ浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒の触媒温度とアンモニア吸着量との関係を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３２】
図１を参照して、本発明に係るＮＯｘ浄化装置の全体構成について説明する。
図示しない車両に搭載されたディーゼルエンジン１の排気通路３には、排気上流側から、酸化触媒（以下ＤＯＣと略す）５と、排ガス中に含まれるパティキュレートマター（粒子状物質、ＰＭと略す）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（以下ＤＰＦと略す）７と、尿素ＳＣＲシステム９とが設けられている。
尿素ＳＣＲシステム９は、還元触媒のＮＯｘ触媒１１と、ＮＯｘ触媒１１の上流側に還元剤である尿素水を排気通路３内に噴射する噴霧ノズル１２を有する尿素水噴射手段（還元剤噴射手段）１３と、尿素水噴射手段１３へ尿素水を供給する尿素水タンク１５によって構成されている。
【００３３】
このように排気通路３には、エンジン１から排出された排ガスを、ＤＯＣ５で排ガス中の燃料を酸化させて、排ガス温度を上昇させ、ＤＰＦ７に通して、該ＤＰＦ７に堆積されたＰＭを加熱された排ガスによって燃焼させ、尿素ＳＣＲシステム９によって、排ガス中の窒素酸化物の脱硝を行うように構成された排ガス後処理装置が備えられている。
【００３４】
尿素ＳＣＲシステム９は、尿素水噴射手段１３によって排気通路３内に尿素水を噴霧するが、この噴霧された尿素水は、排気通路３内の熱および水分によって、式（１）のように熱分解及び加水分解をして、ＮＨ３を放出する。
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２ （１）
その後、生成された、アンモニアは、排ガスとともに排気通路３内を流れて、ＮＯｘ触媒１１に到達する。なお、尿素水の一部は、アンモニアにならずに、尿素水のままＮＯｘ触媒１１に到達する。そのため、ＮＯｘ触媒１１内でも式（１）の反応により、尿素水からアンモニアが生成される。ＮＯｘ触媒１１に到達したアンモニアは、排ガス中に含まれる窒素酸化物が反応して、窒素酸化物から酸素を取り除き、窒素に還元する。具体的には、以下の式（２）〜（４）に示す反応により窒素酸化物が還元されてＮ２を生成する。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ （３）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ （４）
【００３５】
以上のように構成されたＮＯｘ浄化装置における制御装置２０について説明する。
制御装置２０には、ＮＯｘ触媒１１の下流側に設置されたＮＯｘセンサ２１からの信号、ＮＯｘ触媒１１の下流側に配置された下流側温度センサ２５からの信号、尿素水の噴霧ノズル１２の上流側で、且つＤＰＦ７の下流側の位置に配置された上流側温度センサ２７からの信号、さらに、ＤＰＦ７の入口側に配置されたＤＰＦ入口温度センサ２９からの信号、ＤＯＣの入口側に配置されたＤＯＣ入口温度センサ３１からの信号が入力されている。
更に、エンジン１から運転状態に関するエンジン回転数、エンジン負荷、燃料噴射量等の信号が入力されている。
【００３６】
（第１実施形態）
制御装置２０の第１実施形態を、図２の構成ブロック図および図３−１、図３−２のフローチャートを参照して説明する。
図２に示すように、ＮＯｘセンサ２１からの信号に基づいてＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３と、エンジン運転状態算出手段３５によってＮＯｘ排出量、排ガス温度を算出し、それに基づいてＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７とを備えている。
また、第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３と第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７とからのそれぞれの算出結果を比較して、ＮＯｘセンサ２１が異常か否かを判定する判定手段３９を備えている。
【００３７】
さらに、判定手段３９の結果に基づいて、第１のＮＯｘ浄化性能算出手段３３からの算出結果を用いるか、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７からの算出結果を用いるかを制御して尿素水噴射手段１３へ信尿素水供給量を制御する還元剤供給量制御手段４３を備えている。具体的には、判定手段３９によって異常であると判定されたときには、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７によって算出した浄化性能に基づいて排気ガス還元剤の供給量を算出した結果を尿素水噴射手段１３に出力する。
【００３８】
また、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７へは、ＮＯｘ触媒１１の下流側温度センサ２５および上流側温度センサ２７からの信号が入力されて、この上流側温度センサ２７と下流側温度センサ２５の異常を判定する温度センサ異常判定手段４５が接続されている。また、判定手段３９には、尿素水タンク１５に注入されている尿素水の濃度を検出する尿素水濃度センサ（還元剤濃度センサ）４７からの信号が入力されて、尿素水の濃度を判定している。
これらの、上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５からの信号処理については第３実施形態で、尿素水濃度センサ４７からの信号処理については第２実施形態で後述する。
【００３９】
次に、図３−１、図３−２のフローチャートを参照して、第１実施形態のＮＯｘセンサ２１の異常判定および異常時の対応の制御を説明する。
まず、ステップＳ１で、エンジン運転状態を入力する。エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン負荷（Ｌｅ）、燃料噴射量（Ｑｆ）等の信号をそれぞれ取り込む。
【００４０】
ステップＳ２では、それらエンジン運転状態の情報を基に、データマップを用いてエンジン１から排出される排ガス温度（ＴＥＸ）、エンジン１から排出されるＮＯｘ排出流量（ＮＯｘ触媒の入口ＮＯｘ流量）（ＦＮＯｘＩＮ）を算出する。ＮＯｘ触媒の上流に酸化触媒（ＤＯＣ）やディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等がある場合には、エンジン排出ＮＯｘ量に対して、ＤＯＣやＤＰＦでのＮＯｘ反応を考慮したＮＯｘ排出量をＦＮＯｘＩＮとしても良い。
【００４１】
ステップＳ３では、ステップＳ２で求めたエンジン１から排出される排ガス温度（ＴＥＸ）を基にＮＯｘ触媒１１の触媒温度（Ｔｃａｔ）を推定する。
推定にはエンジン１の出口からＮＯｘ触媒１１までの排気通路３の長さ、放熱等の要素を考慮した相関式を用いて算出する。考慮する要素としては、排気通路３での放熱量による温度低下、ＤＯＣ５での熱容量による応答遅れ、ＤＯＣ５での未燃燃料（ＣＯ、ＨＣ）の酸化反応による温度上昇、ＤＰＦ７での熱容量による応答遅れ、ＤＰＦ７での未燃燃料（ＣＯ、ＨＣ）の酸化反応による温度上昇、さらに、ＮＯｘ触媒１１での熱容量による応答遅れが考えられる。
【００４２】
また、ステップＳ３では、ＮＨ３吸着量（Ｚｃａｔ）を算出する。このＮＨ３吸着量は、図８に示すような触媒温度とアンモニア吸着量との予め設定された関係マップ（関係式）を用いて算出する。
図６に示すように、アンモニア吸着量が多いほど、ＮＯｘ浄化率が高く、しかも図７のように、触媒温度が高いほど高浄化率を確保できる。このため、アンモニア吸着量を高く制御することが好ましいが、ＮＯｘ触媒に吸着できるアンモニア吸着量には限界がある。 一定の温度、排ガス流量、排ガス濃度等の条件にて長時間運転した場合には、アンモニア吸着量は限界まで到達するが、運転状態に変化をともなう場合には触媒上でのアンモニア吸着反応及び脱着反応速度から触媒でのＮＨ３吸着量が推定される。
【００４３】
ステップＳ４では、目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）を設定する。この目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）は、ある運転状態点で得たいと考える浄化性能である。すなわち、ある運転状態点で最大ＮＨ３吸着量、触媒温度、触媒量、排ガス流量、還元剤供給量から決まる触媒の目標最大ＮＯｘ浄化性能を設定するものである。
図８のようなＮＨ３吸着量特性マップや、ステップＳ３で推定した触媒温度（Ｔｃａｔ）等に基づいて目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）を求めて、目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）を設定する。
【００４４】
ステップＳ５では、入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）を設定する。ステップＳ４で設定した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）から、該目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）に応じた入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）を算出して設定する。なお、ＮＨ３の供給量が決まれば、式（１）の反応式により尿素水供給量も決まる。
【００４５】
ステップＳ６では、推定触媒ＮＯｘ浄化性能（ηａ）を算出する。この推定触媒ＮＯｘ浄化性能（ηａ）は、その運転状態での触媒のＮＯｘ浄化性能を推定するものである。ステップＳ５で求めた入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）、ステップＳ３で求めたその運転状態における触媒温度（Ｔｃａｔ）、およびＮＨ３吸着量（Ｚｃａｔ）より、その運転状態での触媒ＮＯｘ浄化性能を推定する。
【００４６】
ステップＳ７では、ステップＳ６で算出した推定触媒ＮＯｘ浄化性能（ηａ）を用いて、ＮＯｘ触媒１１の出口側の出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）、および出口ＮＨ３濃度（ＣＮＨ３ｏｕｔ）をそれぞれ算出する。
【００４７】
ステップＳ８では、ステップＳ５で設定したアンモニア量になるように還元剤の噴霧を実行する。
ステップＳ９では、ＮＯｘ触媒１１の下流側に設置されたＮＯｘセンサ２１からの信号を基に、出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）を算出する。
【００４８】
ステップ１０では、ステップＳ９のＮＯｘセンサ２１からの信号に基づくＮＯｘ濃度から、触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｂ）を算出する。
そして、ステップＳ１１で、ステップＳ４で設定した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）とステップＳ１０で算出した触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｂ）とを比較し、実測値の浄化性能が、目標値の浄化性能より小さい時には、ＮＯとなりステップＳ１５に進んでアンモニア流量の増量補正を行う。
【００４９】
また、実測値の浄化性能が、目標値の浄化性能より大きい時には、ＹｅｓとなりステップＳ１２に進んで、ステップＳ７においてエンジンの運転状態のデータより算出した出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）と、ステップＳ９においてＮＯｘセンサ２１からの信号で算出した出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）とを比較して、濃度比のＳＮＯｘｏｕｔ／ＣＮＯｘｏｕｔが、所定の閾値α未満か否かが判定される。
なお、濃度比でなく濃度偏差の絶対値｜ＣＮＯｘｏｕｔ−ＳＮＯｘｏｕｔ｜が所定閾値α'未満か否かとして判定してもよい。
【００５０】
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、すなわち閾値α未満の場合には、ＮＯｘセンサ２１は正常と判定して、ステップＳ１３でアンモニア流量の減量補正を行う。
ステップＳ１４では、再度、ステップＳ４で設定した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）とステップＳ１０で算出した触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｂ）とが等しくなったかを判定して、等しくなった場合には終了し、等しくない場合には、ステップＳ１１にリターンして同様の手順を繰り返す。
【００５１】
また、ステップＳ１２でＮＯの場合、すなわち閾値α以上の場合には、ステップＳ１６でＮＯｘセンサ２１が異常であると判定し、ステップＳ１７で、入口ＮＨ３供給流量（ＦＮＨ３ＩＮ）を、エンジン運転状態から算出したＮＯｘ排出流量（ＦＮＯｘＩＮ）に基づいて算出した目標触媒ＮＯｘ浄化性能（ηｔｇ）に対してアンモニア流量設定を行い、さらに、安全係数である補正係数βを乗算する。
このように、安全係数としての補正係数β（０．５〜１未満の係数）を乗算して、過剰噴霧の抑制を確実にしている。
【００５２】
また、ステップＳ１６でＮＯｘセンサ２１が異常であると判定した場合に、前記のようにアンモニア流量設定値を減少させて尿素水噴霧を抑制するのではなく、尿素水噴霧自体を停止するようにしてもよい。このように、ＮＯｘセンサ２１が異常時には、尿素水の供給を停止することで、尿素水の無駄な消費や、ＮＯｘ触媒の下流側への多量のアンモニアの排出を確実に防止できる。
【００５３】
なお、ステップＳ１２の判定における閾値αは、一定値であっても、また変化させてもよく、例えば、エンジン回転数とトルクとから算出されるＮＯｘ排出量（ＮＯｘ触媒の入口ＮＯｘ流量）（ＦＮＯｘＩＮ）に応じてαを変化させて、ＮＯｘ排出量の増大（エンジン回転数と負荷の増大）に応じて閾値αを大きくしてもよい。
エンジンからのＮＯｘ排出量の増大にともなって、ＮＯｘ触媒出口のＮＯｘ排出量も増大することがあるため、αを変化させ推定精度を向上させることで有害物質であるＮＯｘを極力排出しないようにする。
また、ＮＯｘ排出量の増大にともなって、ＮＯｘ触媒出口のＮＯｘ排出量も増大することがあるため、過渡的な運転状態でＮＯｘセンサの検出がエンジン回転数とトルクから算出されるＮＯｘ排出量より大きくなるような場合に、ステップＳ１２でＮＯと判定してステップＳ１６でＮＯｘセンサの異常と誤判定してしまうことを防止して判定精度を向上する。
【００５４】
以上の第１実施形態によれば、ＮＯｘ触媒１１の下流側に設置されたＮＯｘセンサ２１の異常を、ＮＯｘセンサ２１を用いずに内燃機関からのＮＯｘ排出量や排ガス温度を基にマップまたは演算式を用いて算出されたＮＯｘ触媒１１の浄化能力である出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）と、ＮＯｘセンサ２１からの信号に基づいて算出されたＮＯｘ触媒１１の浄化能力である出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）とを比較して判定することによって、具体的には、対比値のＳＮＯｘｏｕｔ／ＣＮＯｘｏｕｔが、所定の閾値α未満か否かによって判定されるので、ＮＯｘセンサ２１の異常を確実に判定できる。
【００５５】
その結果、ＮＯｘセンサ２１誤作動による過剰な還元剤噴霧を抑制することができる。そして、還元剤噴射ノズル周辺に還元剤の分解による固形析出物の生成を抑制でき、また、配管の閉塞や、上流側で形成された固形析出物の飛来による触媒の破損の防止、さらに、無駄な還元剤の噴霧の防止とともに還元触媒後流への排出を抑制できる。
【００５６】
なお、ステップＳ１２において判定したエンジン運転状態に基づく触媒浄化性能から算出した出口ＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘｏｕｔ）とＮＯｘセンサ２１からの信号に基づく出口ＮＯｘ濃度（ＳＮＯｘｏｕｔ）との比較に代えて、エンジン運転状態に基づく触媒浄化性能から算出した出口ＮＨ３濃度とアンモニアセンサからの信号に基づいてアンモニアセンサの異常判定も可能である。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、制御装置２０の第２実施形態を、図２の構成ブロック図および図４のフローチャートを参照して説明する。
第２実施形態は、図２において尿素水濃度センサ４７を設けて、尿素水濃度を検出し、尿素水濃度の設定値と尿素水濃度センサ４７の検出値とを比較し、例えば、偏差または濃度比が所定値より小さいときには、尿素水濃度が適正であると判定して、判定手段３９での判定を実行する。図４において、第１実施形態に対してＰの部分が追加されている。その他の構成で第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図４において、ステップＳ１２の判定において、ＮＯの場合、すなわち閾値α以上の場合には、ステップＳ１６でＮＯｘセンサ２１が異常であると判定されるが、その判定の前に、ステップＳ２１で、還元剤である尿素水の濃度が規定の濃度にあるかを判定する。すなわち、還元剤設定濃度Ｕａと還元剤実測濃度Ｕｂとの偏差の絶対値が閾値δ以下か否かを判定する。または偏差でなく比率を算出して判定してもよい。
【００５９】
ステップＳ２１で閾値δ以上の場合には、ステップＳ２２に進んで、システム異常を出力して、警報または警報ランプを発する。さらに警報を発すると共に尿素水供給を停止し、エンジンを停止するようにしてもよい。その他の構成は第１実施形態と同様である。
第２実施形態によれば、尿素水タンク１５に設置した尿素水濃度センサ４７により、尿素水濃度を検知して、尿素水タンク１５に貯留した還元剤である尿素水が規格の濃度から外れた濃度でないときに、ＮＯｘセンサ２１の異常判定を実行するので、第１実施形態でのＮＯｘセンサ２１の異常判定の精度を向上できる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、制御装置２０の第３実施形態を、図２の構成ブロック図および図５のフローチャートを参照して説明する。
第３実施形態は、図２において、ＮＯｘ触媒１１の上下流側に設置された上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５が設けられ、これらの信号を基にＮＯｘ触媒１１の温度が推定されている。そして、これら温度センサからの信号を基に、温度センサに異常かあるかを判定する。この判定は温度センサ異常判定手段４５で行われ、その結果が第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７に入力される。
なお、図５において、第１実施形態に対してＲ１、Ｒ２の部分が追加されている。その他の構成で第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
図５より、ステップＳ３１で、触媒入口ガス温度（ＴＩＮ）および触媒出口ガス温度（ＴＯＵＴ）の少なくとも一方の温度を、それぞれ上流側温度センサ２７、下流側温度センサ２５によって検出する。
そして、ステップＳ３２では、ステップＳ３１で検出した触媒入口ガス温度（ＴＩＮ）および触媒出口ガス温度（ＴＯＵＴ）の少なくとも一方の温度によって、触媒温度（Ｔｃａｔ）を算出する。この算出に際しては、所定の関係式または予め試験によって求められた触媒温度と触媒入口ガス温度（ＴＩＮ）および触媒出口ガス温度（ＴＯＵＴ）との相関関係によって算出される。その後、ステップＳ３ではそのステップＳ３２で算出された触媒温度を用いて以降の算出が進む。
【００６２】
ステップＳ３〜Ｓ１０までは、第１実施形態と同様である。
第３実施形態においては、ステップＳ３３で、上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５以外の温度センサ、例えば、ＤＰＦ７の入口側に配置したＤＰＦ入口温度センサ２９からの信号（ＴＤＰＦ）、ＤＯＣ５の入口側に配置したＤＯＣ入口温度センサ３１からの信号が入力（ＴＤＯＣ）、さらに、エンジン運転状態の情報を基に、データマップに用いてエンジン１から排出される排ガス温度（ＴＥＸ）を用いて触媒温度（Ｔ'ｃａｔ）を、それぞれ必要とする関係式を用いて算出する。この関係式は、例えば、排気通路３の長さ、放熱量等を考慮して設定される所定の関係式から算出する。
【００６３】
次に、ステップＳ３４では、ステップＳ３２で求めた触媒温度（Ｔｃａｔ）と、ステップＳ３３で求めた触媒温度（Ｔ'ｃａｔ）との偏差を基に該偏差が所定の閾値γ未満か否かを判定する。
Ｙｅｓの場合には、図３−２の［１］へ進み、ＮＯの場合には、該偏差が所定の閾値γ以上であるので上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５はセンサ異常と判定する。
そして、ステップＳ３６で、ステップＳ３３で求めた触媒温度（Ｔ'ｃａｔ）をステップＳ３２の触媒温度Ｔｃａｔとして、［３］に戻る。
【００６４】
以上の第３実施形態によれば、ＮＯｘ触媒１１の温度を推定するためのＮＯｘ触媒１１の上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５の異常を判定することで、第２のＮＯｘ浄化性能算出手段３７の判断精度を高めることができる。すなわち、図５のステップＳ３における触媒温度の算出精度および信頼性を高めることができ、結果としてＮＯｘセンサ２１の異常判定の精度を高めることができる。
【００６５】
また、上流側温度センサ２７及び下流側温度センサ２５が異常であると判定した時には、当該上流側温度センサ２７および下流側温度センサ２５以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定されたＮＯｘ触媒の温度を触媒温度とすることによって、上流側温度センサ２７及び下流側温度センサ２５の異常時においても、制御装置２０によって制御される尿素水の過剰な供給を抑制できる。
【００６６】
なお、第１実施形態に対して第２実施形態と第３時施形態をそれぞれ組み合わせて実施してもよいことは勿論であり、それぞれの実施形態で説明した作用効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置において、排気通路に設けられるＮＯｘ、ＮＨ３、温度センサ等の異常を検知するとともに、センサの異常時においても還元剤供給量を適正化してＮＯｘ浄化装置の性能維持を図ることができるＮＯｘ浄化装置の制御方法及び装置への利用に適している。
【符号の説明】
【００６８】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気通路
５ ＤＯＣ（酸化触媒）
７ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
９ 尿素ＳＣＲシステム
１１ ＮＯｘ触媒（還元触媒）
１３ 尿素水噴射手段（還元剤噴射手段）
１５ 尿素水タンク
２０ ＮＯｘ浄化装置の制御装置
２１ ＮＯｘセンサ
２５ 下流側温度センサ
２７ 上流側温度センサ
２９ ＤＰＦ入口温度センサ
３１ ＤＯＣ入口温度センサ
３３ 第１のＮＯｘ浄化性能算出手段
３５ エンジン運転状態算出手段
３７ 第２のＮＯｘ浄化性能算出手段
３９ 判定手段
４３ 還元剤供給量制御手段
４５ 温度センサ異常判定手段
４７ 尿素水濃度センサ（還元剤濃度センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御装置において、
排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサと、
該ＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と、
排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段と、
前記第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定する判定手段を備え、
該判定手段によって異常であると判定したとき、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御手段を備えたこと特徴とするＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項２】
前記還元剤供給量制御手段は、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能から算出される前記排気ガス還元剤量に安全係数である補正係数を乗算することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項３】
排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、還元剤濃度の設定値と前記還元剤濃度センサの検出値とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記判定手段による判定を実行することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項４】
前記還元触媒の温度を推定するために前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設置された温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定する温度センサ異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項５】
前記温度センサ異常判定手段によって温度センサが異常であると判定したときに、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて還元触媒の温度を推定することを特徴とする請求項４記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御方法において、
排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出し、
排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出し、
前記ＮＯｘセンサから算出したＮＯｘ浄化性能と、前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定し、
異常と判定したときに前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出すること特徴とするＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項７】
排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサからの検出値と、予め設定された排ガス還元剤の濃度とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かの判定を実行することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項８】
前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設けられた温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒の温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項９】
前記ＮＯｘセンサが異常であると判定したときに、前記排気ガス還元剤の供給を停止することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御装置において、
排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサと、
該ＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出する第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と、
排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出する第２のＮＯｘ浄化性能算出手段と、
前記第１のＮＯｘ浄化性能算出手段と前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定する判定手段を備え、
該判定手段によって異常であると判定したとき、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出する還元剤供給量制御手段を備えたこと特徴とするＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項２】
前記還元剤供給量制御手段は、前記第２のＮＯｘ浄化性能算出手段によって算出した浄化性能から算出される前記排気ガス還元剤量に安全係数である補正係数を乗算することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項３】
排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、還元剤濃度の設定値と前記還元剤濃度センサの検出値とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記判定手段による判定を実行することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項４】
前記還元触媒の温度を推定するために前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設置された温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定する温度センサ異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項５】
前記温度センサ異常判定手段によって温度センサが異常であると判定したときに、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて還元触媒の温度を推定することを特徴とする請求項４記載のＮＯｘ浄化装置の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の供給装置を備えたＮＯｘ浄化装置の制御方法において、
排気通路の前記還元触媒の下流側に配設されたＮＯｘセンサからの信号に基づいて前記還元触媒によるＮＯｘ浄化性能を算出し、
排ガス温度および内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に前記還元触媒における触媒温度およびアンモニア吸着量を導出して還元触媒のＮＯｘ浄化性能を算出し、
前記ＮＯｘセンサから算出したＮＯｘ浄化性能と、前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能とを比較して前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かを判定し、
異常と判定したときに前記内燃機関からのＮＯｘ排出量を基に算出したＮＯｘ浄化性能に基づいて前記排気ガス還元剤の供給量を算出すること特徴とするＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項７】
排ガス還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサからの検出値と、予め設定された排ガス還元剤の濃度とを比較して排ガス還元剤濃度が適正であるときに前記ＮＯｘセンサが異常であるか否かの判定を実行することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項８】
前記還元触媒の少なくとも上流側または下流側の一方に設けられた温度センサによって検出された排ガス温度に基づいて算出された還元触媒の温度と、前記温度センサ以外の他の排ガス温度センサによって検出された排ガス温度または内燃機関の運転状態から算出した排ガス温度に基づいて推定される還元触媒の温度とを比較して前記温度センサが異常か否かを判定することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【請求項９】
前記ＮＯｘセンサが異常であると判定したときに、前記排気ガス還元剤の供給を停止することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１０７５３６（Ｐ２０１２−１０７５３６Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５４１５（Ｐ２０１０−２５５４１５）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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