JP6539175B2

JP6539175B2 - ディーゼルエンジン

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Publication number: JP6539175B2
Application number: JP2015192469A
Authority: JP
Inventors: 雅登岸裏; 淳史植田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2017066951A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関する。詳細には、尿素ＳＣＲ（選択還元触媒）システム付のディーゼルエンジンにおいて、排気ガス経路に設置したＮＯｘ（窒素酸化物）濃度センサの信号に基づいて制御を行う構成に関する。

従来から、排気ガス経路中におけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。特許文献１は、この種の内燃機関の排気浄化装置を開示する。この特許文献１の排気浄化装置は、ＮＯｘセンサが選択還元触媒（ＳＣＲ）装置の上流側と下流側に設けられ、上流側のＮＯｘセンサの検出値等に基づいて排気経路中のＮＯｘ濃度が目標濃度となるようにＮＯｘ排出量を制御するＮＯｘ排出量調整手段が備えられ、下流側のＮＯｘセンサによって大気に放出されるＮＯｘ濃度が測定される構成となっている。

特開２０１５−８６７１４号公報

上記特許文献１では上流側のＮＯｘセンサと下流側のＮＯｘセンサの詳細な構成は開示されていないが、一般的には、上流側と下流側とで同一の構成のセンサを用いると、コスト及び部品管理等の観点から好ましい。しかしながら、同一の２つのセンサを用いた場合は、制御部に対して２つのセンサが本来と逆に（上流側と下流側とを取り違えて）接続される可能性が高くなってしまい、この点を解決できる構成が望まれていた。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、排気ガス経路の上流側と下流側とに設置したＮＯｘセンサを取り違えて制御部に接続した場合でも、故障等を防止しつつエンジンの稼動を適切に継続できるディーゼルエンジンを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のディーゼルエンジンが提供される。即ち、このディーゼルエンジンは、選択還元触媒と、尿素水噴射体と、上流側センサと、下流側センサと、制御部と、を備える。前記選択還元触媒は、排気ガス流路に設置されて排気ガス中の窒素酸化物を還元する。前記尿素水噴射体は、前記選択還元触媒より上流に設置されて排気ガスに尿素水を噴射する。前記上流側センサは、前記選択還元触媒より上流に設置されて排気ガス流路内の排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出する。前記下流側センサは、前記選択還元触媒より下流に設置されて排気ガス流路内の排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出する。前記制御部は、前記上流側センサ及び前記下流側センサで検出された窒素酸化物濃度に基づいて、前記尿素水噴射体からの尿素水の噴射に関する制御である噴射制御を行う。前記制御部は、第１接続部と、第２接続部と、を備える。前記第１接続部には、前記上流側センサを電気的に接続可能である。前記第２接続部には、前記下流側センサを電気的に接続可能である。前記制御部は、前記第２接続部から入力された検出値の変化量が実質的にゼロに等しく、かつ前記第１接続部から入力された検出値の変化量が負となった場合に、前記第１接続部及び前記第２接続部に対して前記上流側センサ及び前記下流側センサが取り違えて接続されていると判定し、前記第１接続部から入力された信号と、前記第２接続部から入力された信号と、を互いに入れ替えて取り扱う処理である信号入替処理を行うとともに、通常運転を継続する。

これにより、前記上流側センサ及び前記下流側センサとを第１接続部及び第２接続部に対して取り違えて接続した場合でも、そのような誤接続を自動的に検出して適切に対処しつつディーゼルエンジンの運転を継続することができる。即ち、選択還元触媒の下流側のＮＯｘ濃度は選択還元触媒の上流側のＮＯｘ濃度の影響を受けるが、選択還元触媒において還元反応速度が不足している状態から十分な状態になると、ＮＯｘが十分に分解されるようになるため、当該選択還元触媒の下流側でＮＯｘ濃度が低下する。このことから、第２接続部から入力された検出値がほぼ一定であり、かつ、第１接続部から入力された検出値が減少しつつある場合は、上流側センサと下流側センサが誤接続された状態で、選択還元触媒において生じた上記の現象がセンサ値に反映されたと考えることができる。従って、上記の条件を用いることで、上流側センサ及び下流側センサの誤接続を精度良く判定することができる。そして、前記上流側センサ及び前記下流側センサを第１接続部及び第２接続部に対して取り違えて接続した場合でも、前記第１接続部から入力された信号と、前記第２接続部から入力された信号と、を互いに入れ替えて取り扱う処理である信号入替処理を行う。その結果、ディーゼルエンジンの性能を大きく制限することなく運転を継続することができる。

前記のディーゼルエンジンにおいては、前記上流側センサと前記下流側センサとが同一の構成であることが好ましい。

これにより、前記上流側センサと前記下流側センサの構成を共通化できるので、コストを抑えることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの全体的な構成（主に吸気及び排気の流れ）を示す図。エンジンの制御に係るブロック図。排気ガス経路中の上流側と下流側とに設置されたＮＯｘ濃度センサの検出値の変化率に基づいてＮＯｘ濃度センサの誤接続を検出する処理を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。初めに図１及び図２を参照して、本実施形態のエンジン１の基本的な構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の全体的な構成（主に吸気及び排気の流れ）を示す図である。図２は、エンジン１の制御に係るブロック図である。

エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、トラクタ等の農業機械及びスキッドステアローダ等の建設機械等に搭載して用いられる。

エンジン１は、圧縮された空気に燃料を供給することによって燃焼させ、この燃焼による膨張エネルギーから回転動力を得るものである。エンジン１は、主としてシリンダブロックと、シリンダヘッド２と、制御部２４（図２）と、を備える。

シリンダブロックの内部には、ピストン及びクランクシャフト等が配置される。シリンダブロックの上側には、シリンダヘッド２が配置されている。シリンダヘッド２には、燃焼室へ燃料を噴射するインジェクタ４等が取り付けられる（図１を参照）。

図２に示す制御部２４は、主に燃料噴射及びＤＰＦ装置１３の制御を行うＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３と、ＳＣＲ装置１５の制御を行うＤＣＵ（ＤｏｓｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２５と、を備えており、ＥＣＵ３とＤＣＵ２５とは電気的に接続されている。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ等から構成される演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される記憶部と、を備えたコンピュータとして構成されている。演算部は、様々なセンサからの情報に基づいて各種のアクチュエータに制御指令を送り、エンジン１を動作させるための各種のパラメータ（例えば、燃料噴射量や、空気吸入量や、排気ガス還元量等）を制御する。記憶部は、上記の制御を行うためのプログラムを記憶するとともに、エンジン１の制御に関して予め設定された複数の制御情報を記憶している。

ＤＣＵ２５もＥＣＵ３と同様に、ＣＰＵ等から構成される演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成される記憶部と、を備えたコンピュータとして構成されている。演算部は、様々なセンサからの情報に基づいて、各種のアクチュエータに制御指令を送り、ＳＣＲ装置１５を動作させるための各種のパラメータ（例えば、後述の尿素水噴射ノズル１９からの尿素水の噴射）を制御する。記憶部は、上記の制御を行うためのプログラムを記憶するとともに、ＳＣＲ装置１５の制御に関して予め設定された複数の制御情報を記憶している。

図１に示すように、エンジン１は、吸気系の部材として、吸入部と、過給機５と、吸気スロットル（吸気絞り装置）６と、吸気マニホールド７と、を備える。

吸入部は、図示しないエアクリーナを介して外部から空気を吸入する。吸入部で吸入された空気は、過給機５のコンプレッサホイール５ｂ側に供給される。

過給機５は、タービンホイール５ａ及びコンプレッサホイール５ｂを備える。タービンホイール５ａは、排気ガスを利用して回転するように構成されている。コンプレッサホイール５ｂは、タービンホイール５ａと同じシャフト５ｃに接続されており、タービンホイール５ａの回転に伴って回転する。このようにコンプレッサホイール５ｂが回転することにより、空気を圧縮して強制的に吸気を行うことができる。過給機５によって吸入された空気は、吸気管及び吸気スロットル６等を介して、吸気マニホールド７に供給される。

吸気マニホールド７は、供給された気体をシリンダ数に応じた数（本実施形態では４つ）に分けて燃焼室へ供給する。吸気マニホールド７の下方にはコモンレールが配置されている。当該コモンレールは、燃料ポンプから供給された燃料を高圧で蓄え、シリンダヘッド２に配置されたインジェクタ４へ供給する。

インジェクタ４は、所定のタイミングで燃焼室に燃料を噴射する。インジェクタ４は、上死点（ＴＤＣ）の近傍でメイン噴射を行うように構成されている。また、このインジェクタ４は、メイン噴射の直後に粒子状物質（ＰＭ）の低減及び排気ガスの浄化促進及び温度上昇を目的としたアフタ噴射を行ったり、アフタ噴射の更に後のタイミングで排気ガスの温度上昇等を目的としたポスト噴射を行ったりすることができる。図２に示すように、インジェクタ４は、インジェクタ電磁弁８を備える。インジェクタ電磁弁８は、ＥＣＵ３の指示に応じたタイミングで開閉することにより、燃焼室に燃料を噴射する。

以上の構成で、燃焼室で噴射された燃料が燃焼することによりピストンが駆動され、当該ピストンに連結されたクランクシャフトが回転する。従って、クランクシャフトから動力を取り出すことができる。

クランクシャフトの近傍にはエンジン回転数センサ９が取り付けられている。このエンジン回転数センサ９により検出したエンジン回転数は、ＥＣＵ３へ出力される。

図１に示すように、エンジン１は、排気系の部材として、排気マニホールド１０、排気管１１、排気弁１２、ＤＰＦ装置１３、排気管１４、及びＳＣＲ装置１５等を備える。

排気マニホールド１０は、複数の燃焼室（本実施形態では４つ）で発生した排気ガスをまとめてタービンホイール５ａへ供給する。

排気管１１は、管状の部材であり、エンジン１からの排気ガスの通路をなすものである。排気管１１は、過給機５のタービンホイール５ａ側と、ＤＰＦ装置１３と、を接続している。排気管１１の中途部には、排気弁１２が設置されている。排気弁１２は、絞り弁として構成され、その開度を、無段階で（又は十分に多くの段階で）変更することができる。排気弁１２はＥＣＵ３に電気的に接続されており、ＥＣＵ３の指令に従って、ＤＰＦ装置１３に送られる排気ガスの量を調整する。これにより、ＤＰＦ装置１３に送られる排気ガスの温度を調整することができる。

ＤＰＦ装置１３は、略円筒状の中空のケースの内部に、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１６及びスートフィルタ（ＳＦ）１７を収容して構成される。本実施形態のスートフィルタ１７は、酸化触媒が塗布された触媒付きフィルタとして構成されているが、触媒なしのフィルタであっても良い。

スートフィルタ１７は、図１に示すように、内燃機関であるエンジン１からの排気通路に配置されている。スートフィルタ１７は、セラミック、金属製不織布等の耐熱性を有する多孔性の材料から形成されており、排気が流れる多数の細かい流路を有している。また、スートフィルタ１７は酸化触媒を有しており、酸化触媒はフィルタと一体的に設けられている。エンジン１の排気がスートフィルタ１７に流入すると、スートフィルタ１７は排気に含まれるカーボン粒子を主とする粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質はスートフィルタ１７に蓄積される。

ディーゼル酸化触媒１６は、図１に示すように、スートフィルタ１７より上流に配置される。ディーゼル酸化触媒１６は、白金等で構成されており、排気ガスに含まれる未燃燃料、一酸化炭素、一酸化窒素等の酸化を促進することができる。ディーゼル酸化触媒１６の作用によって、排気ガス中の一酸化窒素は、不安定な二酸化窒素に酸化される。そして、二酸化窒素が一酸化窒素に戻る時に放出される酸素は、下流のスートフィルタ１７で捕捉された粒子状物質の燃焼のために供給される。

ディーゼル酸化触媒１６には、当該ディーゼル酸化触媒１６の温度を検出するディーゼル酸化触媒温度センサ１８が設けられている。ディーゼル酸化触媒温度センサ１８は、検出したディーゼル酸化触媒１６の温度をＥＣＵ３へ出力する。

ＤＰＦ装置１３を通過した排気ガスは、排気管１４を経由して、ＳＣＲ装置１５へ送られる。排気管１４の中途部には、尿素水噴射体としての尿素水噴射ノズル１９が設けられる。即ち、尿素水噴射ノズル１９は、排気ガス通路において、スートフィルタ１７及び選択還元触媒２０の間に設置される。この尿素水噴射ノズル１９から、排気管１４を通過する排気ガスに、尿素水が噴射される。このとき排気ガスは、尿素水噴射ノズル１９が噴射した尿素から得られるＮＨ₃を取り込む。なお、尿素水噴射ノズル１９はＤＣＵ２５に接続されており、ＥＣＵ３及びＤＣＵ２５の指令に従って、尿素水噴射ノズル１９からの尿素水の噴射が制御される。

ＳＣＲ装置１５は、略円筒状の中空のケースの内部に、選択還元触媒（ＳＣＲ）２０と、アンモニアスリップ抑制触媒（ＡＳＣ）２１とを収容して構成される。

選択還元触媒２０は、ハニカム構造体にＳＣＲ触媒が担持された構成となっている。図１に示すように、選択還元触媒２０は、スートフィルタ１７より下流に設置されている。この選択還元触媒２０は、ＮＨ₃を還元剤とし、このＮＨ₃の存在する雰囲気下で、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、前述の尿素水噴射ノズル１９が噴射した尿素から排気ガスにＮＨ₃が取り込まれると、このＮＨ₃によって、下記の３つの反応式に従って、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。
４ＮＨ₃＋４ＮＯ＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
２ＮＨ₃＋ＮＯ＋ＮＯ₂→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ
８ＮＨ₃＋６ＮＯ₂→７Ｎ₂＋１２Ｈ₂Ｏ

また、この選択還元触媒２０は、ＮＨ₃で排気ガス中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、ＮＨ₃を所定の量だけ吸着（貯蔵）する機能も有する。以下の説明では、選択還元触媒２０に吸着されたＮＨ₃の量をＮＨ₃吸着量ということがある。選択還元触媒２０に吸着されたＮＨ₃は、尿素水噴射ノズル１９から供給されたＮＨ₃とともに、排気ガス中のＮＯｘを還元するために適宜消費される。

ただし、選択還元触媒２０がＮＨ₃を吸着できる量も上限がある（以下、この限界を最大ＮＨ₃吸着量ということがある）。最大ＮＨ₃吸着量は、例えば選択還元触媒２０の温度により変動する。選択還元触媒２０のＮＨ₃吸着量が最大ＮＨ₃吸着量を超えると、吸着しきれなくなったＮＨ₃が下流へ排出されることになる（ＮＨ₃のスリップ）。

図１に示すように、アンモニアスリップ抑制触媒２１は選択還元触媒２０より下流に設置される。アンモニアスリップ抑制触媒２１は、選択還元触媒２０から脱離したり選択還元触媒２０に吸着されなかったりして選択還元触媒２０を通過してきたＮＨ₃を酸化して、ＮＨ₃が外部に放出されることを防止するものである。アンモニアスリップ抑制触媒２１は、ＮＨ₃を酸化させる白金等の酸化触媒であり、下記の２つの反応式に従って、アンモニアを酸化させて窒素、一酸化窒素、水等に変化させる。
４ＮＨ₃＋３Ｏ₂→２Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
４ＮＨ₃＋５Ｏ₂→４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ

排気ガスは、アンモニアスリップ抑制触媒２１を通過した後、ＳＣＲ装置１５の下流に設けられた排気管２８等の所定の排気管を通って外部へ放出される。以上のように尿素水噴射ノズル１９及びＳＣＲ装置１５を備えることで、排気ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。

選択還元触媒２０には、当該選択還元触媒２０の温度を検出する選択還元触媒温度センサ２２が設けられている。選択還元触媒温度センサ２２は、検出した選択還元触媒２０の温度をＤＣＵ２５へ出力する。

同様に、アンモニアスリップ抑制触媒２１には、当該アンモニアスリップ抑制触媒２１の温度を検出するアンモニアスリップ抑制触媒温度センサ２３が設けられている。アンモニアスリップ抑制触媒温度センサ２３は、検出したアンモニアスリップ抑制触媒２１の温度をＤＣＵ２５へ出力する。

ＤＰＦ装置１３とＳＣＲ装置１５の間の排気管１４には上流側ＮＯｘセンサ２６が、ＳＣＲ装置１５の下流側の排気管２８には下流側ＮＯｘセンサ２７が設けられている。これらのＮＯｘセンサは排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

上流側ＮＯｘセンサ２６は、選択還元触媒２０の上流側のＮＯｘ濃度を検出する。上流側ＮＯｘセンサ２６の検出値に基づいて、選択還元触媒２０でＮＯｘを還元するために必要なＮＨ₃が推定される。これにより、尿素水噴射ノズル１９から噴射される尿素水の噴射量が決定される。

下流側ＮＯｘセンサ２７は、選択還元触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度を検出する。その検出値に基づいて、選択還元触媒２０で還元されたＮＯｘの割合が推定される。これにより、予め定めた目標とするＮＯｘの除去率を得られるように、上流側ＮＯｘセンサ２６の検出値から決定した尿素水噴射量に対してフィードバック補正が行われる。

本実施形態において、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７は同一の構成となっている。これにより、センサのコスト及び部品管理の手間を低減することができる。しかしながら、同一製品のセンサ同士はそのコネクタが同一形状となるため、上流側ＮＯｘセンサ２６のコネクタ２６ｃと下流側ＮＯｘセンサ２７のコネクタ２７ｃを、ＤＣＵ２５に対して本来とは逆に（取り違えて）接続するおそれがある。また、本実施形態では、ＤＣＵ２５に備えられた上流側ＮＯｘセンサ用のコネクタ（第１接続部）３１と、下流側ＮＯｘセンサ用のコネクタ（第２接続部）３２と、が隣接して配置されており、この点も、上記の誤接続のおそれを増大させている。

なお、コネクタ２６ｃ，２７ｃの接続は正確に行われているものの、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７のセンシング部の配置を取り違えることもあり得るが、この場合も一種の誤接続と考えられる。本発明において「誤接続」には、上記のようにセンサのセンシング部の配置を取り違える場合も含むものとする。

この点、本実施形態では、制御部２４が、２つのコネクタ３１，３２から入力される検出値に基づいてセンサの誤接続を判定し、誤接続と判定された場合には、制御部２４が２つのコネクタ３１，３２から入力された信号を互いに入れ替えて取り扱う処理が行われる。以下では、この制御部２４が行う制御について、図３のフローチャートを参照して詳細に説明する。

図３のフローが開始すると、制御部２４は、コネクタ３１から入力されたセンサ値ＳＶ１と、コネクタ３２から入力されたセンサ値ＳＶ２とが、実質的に等しいかどうか（２つのセンサ値の差が所定の範囲内であるかどうか）を判定する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１の判断で２つのセンサ値ＳＶ１，ＳＶ２が実質的に等しい場合は、選択還元触媒２０の上流側と下流側とでＮＯｘ濃度に差がないことを意味するから、選択還元触媒２０によるＮＯｘの還元が行われていない可能性が高い。そこで、上記の場合は、制御部２４は、選択還元触媒温度センサ２２により検出された選択還元触媒２０の温度Ｔ_scrが、触媒活性温度閾値ＴＣ_scrよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、触媒活性温度閾値ＴＣ_scrは、低温環境では活性度が低下するという選択還元触媒２０の性質を考慮して、選択還元触媒２０でＮＯｘの還元が十分に行われる温度として予め設定された温度である。

選択還元触媒２０の温度Ｔ_scrが触媒活性温度閾値ＴＣ_scrよりも高い場合は、選択還元触媒２０においてＮＯｘの還元が行われないのは還元剤の不足が原因であると考えられる。従って、この場合は、尿素水噴射ノズル１９から尿素水の噴射が行われる（ステップＳ１０３）。一方、選択還元触媒２０の温度Ｔ_scrが触媒活性温度閾値ＴＣ_scrよりも低い場合は、選択還元触媒２０においてＮＯｘの還元が行われないのは、低温であるために当該選択還元触媒の活性度が低いことが原因であると考えられる。従って、この場合は、選択還元触媒２０を昇温する制御を行い（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０１に戻る。

２つのセンサ値ＳＶ１，ＳＶ２の間に差がある場合、又は、尿素水の噴射を開始した場合は、コネクタ３１から入力されたセンサ値ＳＶ１の変化量ΔＳＶ１が実質的にゼロに等しいか否か（変化量ΔＳＶ１が所定の範囲内であるか否か）、及び、コネクタ３２から入力されたセンサ値ＳＶ２の変化量ΔＳＶ２が負であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。なお、２つのセンサ値の変化量ΔＳＶ１，ΔＳＶ２は、所定時間前の値に対する現在値の変化量を意味する。

ここで、選択還元触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度は、選択還元触媒２０の上流側のＮＯｘ濃度の影響を受ける。しかし、選択還元触媒２０において還元反応速度が不足している状態から十分な状態になると、ＮＯｘが十分に分解されるようになるため、当該選択還元触媒の下流側でＮＯｘ濃度が低下する。

本来、上流側ＮＯｘセンサ２６のコネクタ２６ｃはコネクタ３１に接続され、下流側ＮＯｘセンサ２７のコネクタ２７ｃはコネクタ３２に接続される。従って、コネクタ３１から入力されるセンサ値ＳＶ１が一定で、かつ、コネクタ３２から入力されるセンサ値ＳＶ２が減少しているならば、選択還元触媒２０において生じている上記の現象がセンサ値の挙動に問題なく反映されていると考えられる。

そこで、制御部２４は、コネクタ３１から入力されるセンサ値の変化量ΔＳＶ１が実質的にゼロに等しく、かつ、コネクタ３２から入力されるセンサ値の変化量ΔＳＶ２が負であるか否かを調べる（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の判断で、上記の条件を満たす場合は、制御部２４はセンサの接続等に関して異常はないと判断し、エンジン１の運転をそのまま継続する（ステップＳ１０６）。

一方、コネクタ３２から入力されるセンサ値ＳＶ２が一定で、かつ、コネクタ３１から入力されるセンサ値ＳＶ１が減少しているならば、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７が２つのコネクタ３１，３２に対して取り違えて接続された状態で、選択還元触媒２０において生じている上記の現象がセンサ値の挙動に反映されていると考えられる。

そこで、制御部２４は、ステップＳ１０５の判断で条件を満たさなかった場合には、コネクタ３２から入力されるセンサ値の変化量ΔＳＶ２が実質的にゼロに等しく、かつ、コネクタ３１から入力されるセンサ値の変化量ΔＳＶ１が負であるか否かを調べる（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の判断で、上記の条件を満たす場合は、２つのコネクタ３１，３２から入力された信号を互いに入れ替えて取り扱うようにし、エンジン１の運転を継続する（信号入替処理、ステップＳ１０８）。このとき、制御部２４は、センサの電気的接続が正常になされていない状況をオペレータに知らせるために、エラーを発生させる。エラーの発生方法としては、例えばエンジンチェックランプを点灯させたり、他の制御機器に対してエラー情報を送信したりすることが考えられるが、これに限定されない。

ステップＳ１０７の判断で、上記の条件を満たさない場合は、単なる誤接続とは異なる異常（例えば、センサの故障等）が疑われる。従って、この場合は、制御部２４は、エラーを発生させるとともに、フェイルセーフモードに移行する（ステップＳ１０９）。フェイルセーフモードは、エンジン回転数等の機能に制限が設けられた制限運転モードであり、エンジン１を保護して状況の悪化を防ぎつつ、エンジン１の稼動を継続するために設けられている。

ただし、センサが誤接続されていると判断した場合（ステップＳ１０８）は、ステップＳ１０９とは異なり、フェイルセーフモードへの移行は行わずに通常運転を継続する。これは、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７を取り違えて接続しただけならば上記の信号入替処理によって問題なく対処できるため、さほど深刻ではないと考えられるからである。この暫定的な通常運転により、エンジン１の性能を大きく制限することなく稼動させることができ、また、排出されるＮＯｘの増大を防止することができる。

以上のような制御により、本実施形態のエンジン１では、上流側のセンサ及び下流側のセンサが取り違えて接続されているかどうかの判定（センサの誤接続判定）をすることができる。そして、２つのＮＯｘセンサが誤接続されていると判定された場合は、制御部２４側においてコネクタ３１，３２から入力された信号を入れ替えて取り扱うことで、故障等を防止しつつ運転を適切に継続することができる。

以上に説明したように、本実施形態のエンジン１は、選択還元触媒２０と、尿素水噴射体としての尿素水噴射ノズル１９と、上流側ＮＯｘセンサ２６と、下流側ＮＯｘセンサ２７と、制御部２４と、を備える。選択還元触媒２０は、排気ガス流路に設置されて排気ガス中のＮＯｘを還元する。尿素水噴射ノズル１９は、選択還元触媒２０より上流に設置されて排気ガスに尿素水を噴射する。上流側ＮＯｘセンサ２６は、選択還元触媒２０より上流に設置されて排気ガス流路内の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。下流側ＮＯｘセンサ２７は、選択還元触媒２０より下流に設置されて排気ガス流路内の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。制御部２４は、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７で検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、尿素水噴射ノズル１９からの尿素水の噴射に関する制御である噴射制御を行う。制御部２４は、２つのコネクタ３１，３２を備える。コネクタ３１には、上流側ＮＯｘセンサ２６を電気的に接続可能である。コネクタ３２には、下流側ＮＯｘセンサ２７を電気的に接続可能である。制御部２４は、２つのコネクタ３１，３２から入力された検出値に基づいて、当該２つのコネクタ３１，３２に対して上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７が取り違えて接続されているかどうかを判定する誤接続判定を行う。制御部２４は、誤接続判定において上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７センサが誤接続されていると判定された場合に、コネクタ３１から入力された信号と、コネクタ３２から入力された信号と、を互いに入れ替えて取り扱う処理である信号入替処理を行う。

これにより、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７を２つのコネクタ３１，３２に対して取り違えて接続した場合でも、そのような誤接続を自動的に検出して適切に対処しつつエンジン１の運転を継続することができる。

また、本実施形態のエンジン１において、制御部２４は、誤接続判定において、コネクタ３２から入力された検出値の変化量が実質的にゼロに等しく、かつコネクタ３１から入力された検出値の変化量が負となった場合に、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７が誤接続されていると判定する。

即ち、選択還元触媒２０の下流側のＮＯｘ濃度は選択還元触媒２０の上流側のＮＯｘ濃度の影響を受けるが、選択還元触媒２０において還元反応速度が不足している状態から十分な状態になると、ＮＯｘが十分に分解されるようになるため、当該選択還元触媒２０の下流側でＮＯｘ濃度が低下する。このことから、コネクタ３２から入力された検出値がほぼ一定であり、かつ、コネクタ３１から入力された検出値が減少しつつある場合は、上流側ＮＯｘセンサ２６と下流側ＮＯｘセンサ２７が誤接続された状態で、選択還元触媒２０において生じた上記の現象がセンサ値に反映されたと考えることができる。従って、上記の条件を用いることで、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７の誤接続を精度良く判定することができる。

また、本実施形態のエンジン１においては、制御部２４は、通常運転と、エンジン回転数に制限が設けられたフェイルセーフ運転と、を実行可能である。通常運転時において上流側ＮＯｘセンサ２６と下流側ＮＯｘセンサ２７とが誤接続されていると判定された場合、前記信号入替処理が行われるとともに、通常運転が継続される。

これにより、上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７を２つのコネクタ３１，３２に対して取り違えて接続した場合でも、エンジン１の性能を大きく制限することなく運転を継続することができる。

また、本実施形態のエンジン１において、上流側ＮＯｘセンサ２６と、下流側ＮＯｘセンサ２７とが同一の構成である。

これにより、上流側ＮＯｘセンサ２６と下流側ＮＯｘセンサ２７の構成を共通化できるので、コストを抑えることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

２つのコネクタ３１，３２を、ＤＣＵ２５ではなくＥＣＵ３が備え、ＥＣＵ３に上流側ＮＯｘセンサ２６及び下流側ＮＯｘセンサ２７が接続されても良い。また、上記実施形態でＤＣＵ２５が行うと説明した処理の一部をＥＣＵ３が行っても良い。更には、ＥＣＵ３及びＤＣＵ２５を１つの制御装置で構成しても良い。

上記実施形態では、上流側ＮＯｘセンサ２６を排気管１４に、下流側ＮＯｘセンサ２７を排気管２８に配置したが、センサの配置はこれに限られない。例えば、上流側ＮＯｘセンサ２６は、尿素水噴射ノズル１９よりも下流に配置されているが、尿素水噴射ノズル１９より上流側に配置されても良い。また、下流側ＮＯｘセンサ２７は、選択還元触媒２０とアンモニアスリップ抑制触媒２１との間に配置することもできる。

上流側ＮＯｘセンサ２６と下流側ＮＯｘセンサ２７とが互いに異なる構成であっても良い。即ち、上流側ＮＯｘセンサ２６のコネクタ２６ｃがＤＣＵ２５側の何れのコネクタ３１，３２に対しても接続可能であり、下流側ＮＯｘセンサ２７のコネクタ２７ｃがＤＣＵ２５側の何れのコネクタ３１，３２に対しても接続可能な構成であれば、２つのセンサのセンシング部の構成が互いに異なったり、コネクタ３１，３２（コネクタ２６ｃ，２７ｃ）の形状が互いに異なったりしても良い。

１９尿素水噴射ノズル（尿素水噴射体）
２０選択還元触媒
２４制御部
２６上流側ＮＯｘセンサ（上流側センサ）
２７下流側ＮＯｘセンサ（下流側センサ）
３１コネクタ（第１接続部）
３２コネクタ（第２接続部）

Claims

排気ガス流路に設置されて排気ガス中の窒素酸化物を還元する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒より上流に設置されて排気ガスに尿素水を噴射する尿素水噴射体と、
前記選択還元触媒より上流に設置されて排気ガス流路内の排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出する上流側センサと、
前記選択還元触媒より下流に設置されて排気ガス流路内の排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出する下流側センサと、
前記上流側センサ及び前記下流側センサで検出された窒素酸化物濃度に基づいて、前記尿素水噴射体からの尿素水の噴射に関する制御である噴射制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記上流側センサを電気的に接続可能な第１接続部と、
前記下流側センサを電気的に接続可能な第２接続部と、
を備え、
前記制御部は、前記第２接続部から入力された検出値の変化量が実質的にゼロに等しく、かつ前記第１接続部から入力された検出値の変化量が負となった場合に、前記第１接続部及び前記第２接続部に対して前記上流側センサ及び前記下流側センサが取り違えて接続されていると判定し、前記第１接続部から入力された信号と、前記第２接続部から入力された信号と、を互いに入れ替えて取り扱う処理である信号入替処理を行うとともに、通常運転を継続することを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１に記載のディーゼルエンジンであって、
前記上流側センサと前記下流側センサとが同一の構成であることを特徴とするディーゼルエンジン。