(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管内に噴射するための尿素水を貯留する尿素水タンクと、
前記尿素水タンク内の液面高さを検出するレベルセンサと、
前記レベルセンサの出力信号に対し、時定数がアイドル回転数以上では、クランキング回転数からアイドル回転数にかけてに比べて緩やかに増大する信号応答特性を有するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで処理された前記レベルセンサの出力信号に基づく尿素水残量を表示する残量表示器とを備えたことを特徴とするＳＣＲシステム。
【請求項２】
尿素水残量が下限値未満になった場合にエンジンの始動を禁止する尿素水欠乏時始動禁止部をさらに備え、
前記時定数は、エンジン回転数が０からクランキング回転数までは０であり、クランキング回転数以上ではエンジン回転数の増大に随伴して増大することを特徴とする請求項１記載のＳＣＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル車両の排気ガスに尿素水を噴射することで排ガス浄化を行うＳＣＲシステムに係り、尿素水タンクでの液面変動による尿素水欠乏の誤表示及び望まぬエンジン始動禁止を防止すると共に、尿素水補充後におけるエンジン始動禁止の解除を迅速にできるＳＣＲシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排ガス浄化システムとして、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置を用いたＳＣＲシステムが開発されている。
【０００３】
このＳＣＲシステムは、尿素水をＳＣＲ装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化するものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両が排ガス浄化を継続しながら走行するには、十分な量の尿素水を貯留しておく必要があり、そのために尿素水タンクが設けられる。尿素水タンクには尿素水の残量を検出するレベルセンサが設けられ、残量がメータ表示される。残量が下限値未満になった場合、尿素水欠乏を表示して運転者に対して警告を行うと共に、エンジンの始動を禁止することにより、排ガス浄化ができない状態での走行を防止するようになっている。
【０００６】
ところで、レベルセンサは、尿素水の液面に浮かぶフロートの位置を液面高さとして検出するセンサである。このため、車両に振動が生じているときは、液面が振動することにより、検出された残量が変動する。このような車両振動に起因する液面変動によって警告が出たり、エンジン始動ができなくなってしまうのは問題である。
【０００７】
これを解決するために、例えば、レベルセンサの出力信号をローパスフィルタを介して取り込むようにすることが考えられる。しかし、レベルセンサの出力信号から液面の振動成分を除去するには、ローパスフィルタの時定数が数秒にもなる。このため、実際の液面に対して残量表示は遅延して追従することになる。このため、例えば、残量表示が尿素水欠乏を表しているのを見た運転者が尿素水を尿素水タンクに補充した後、すぐエンジン始動を試みると、残量表示上ではまだ尿素水欠乏となっているために、始動がかからないことがある。尿素水を補充したにもかかわらず、尿素水欠乏の表示が出たり始動がかからないのは、運転者にとって違和感がある。また、尿素水を補充しているときに、残量表示が追従して増えないと、レベルセンサが故障していると誤解されるおそれがある。
【０００８】
また、実際の尿素水タンクの残量をレベルセンサによって検出することの他に、尿素水噴射量を積算することにより、残量を推定することも並行して行われることがある。このとき、レベルセンサによる残量表示が上昇すると、尿素水が補充されたとの誤判定により積算が初期化されてしまう。また、レベルセンサによって検出された残量が変動するのに対し、尿素水噴射量の積算に基づく推定残量は一方的に減少していくので、両者に乖離が生じ、残量管理が不確実となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素水タンクでの液面変動による尿素水欠乏の誤表示及び望まぬエンジン始動禁止を防止すると共に、尿素水補充後におけるエンジン始動禁止の解除を迅速にできるＳＣＲシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管内に噴射するための尿素水を貯留する尿素水タンクと、前記尿素水タンク内の液面高さを検出するレベルセンサと、前記レベルセンサの出力信号に対し、時定数がアイドル回転数以上では、クランキング回転数からアイドル回転数にかけてに比べて緩やかに増大する信号応答特性を有するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで処理された前記レベルセンサの出力信号に基づく尿素水残量を表示する残量表示器とを備えたものである。
【００１１】
尿素水残量が下限値未満になった場合にエンジンの始動を禁止する尿素水欠乏時始動禁止部をさらに備え、前記時定数は、エンジン回転数が０からクランキング回転数までは０であり、クランキング回転数以上ではエンジン回転数の増大に随伴して増大するものでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１３】
（１）尿素水タンクでの液面変動による尿素水欠乏の誤表示及び望まぬエンジン始動禁止が防止される。
【００１４】
（２）尿素水補充後におけるエンジン始動禁止の解除を迅速にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示すＳＣＲシステムの要部構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すＳＣＲシステムを詳しく示した構成図である。
【図３】図１のＳＣＲシステムの入出力構成図である。
【図４】本発明におけるフィルタ処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に用いるローパスフィルタのフィルタ特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
図１及び図２に示されるように、本発明に係るＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２内に噴射するための尿素水を貯留する尿素水タンク１０５と、尿素水タンク１０５内の液面高さを検出するレベルセンサ１２０と、レベルセンサ１２０の出力信号に対し、エンジン回転数が低いときには時定数が小さく、エンジン回転数が高いときには時定数が大きい信号応答特性を有するローパスフィルタ１と、ローパスフィルタ１で処理されたレベルセンサ１２０の出力信号に基づく尿素水残量を表示する残量表示器２と、尿素水残量が下限値未満になった場合にエンジンの始動を禁止する尿素水欠乏時始動禁止部３とを備えたものである。
【００１８】
残量表示器２は、液晶あるいは発光ダイオードで構成され、車室内の、例えば、コンソールパネルに設置される。残量表示器２の表示内容は、残量表示制御部４で編集される。残量表示制御部４は、残量表示器２に対し指針、バーグラフ等による残量と、尿素水不足の警告とを出力する。
【００１９】
ローパスフィルタ１は、デジタルフィルタで構成される。ローパスフィルタ１の時定数は、エンジン回転数が０からクランキング回転数までは０であり、クランキング回転数以上ではエンジン回転数の増大に随伴して増大するように設定される。具体的には、エンジン回転数で参照される時定数マップ５に、各エンジン回転数ごとの時定数を与えるフィルタ係数が設定される。このフィルタ係数をデジタルフィルタに組み込むことでローパスフィルタ１の信号応答特性が決まる。
【００２０】
レベルセンサ１２０は、尿素水タンク１０５に起立されたスケール６と、スケール６内に上下に並べられた複数の近接センサ（図示せず）と、尿素水の液面Ｓに浮かべられスケール６に沿って移動自在なフロート７とを備え、フロート７を検出した近接センサの位置を液面Ｓの高さとして検出するようになっている。
【００２１】
詳しくは、図２に示すように、ＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側（排気ガスの上流側）で尿素水を噴射するドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）１０４と、尿素水を貯留する尿素水タンク１０５と、尿素水タンク１０５に貯留された尿素水をドージングバルブ１０４に供給するサプライモジュール１０６と、ドージングバルブ１０４やサプライモジュール１０６等を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）１２６とを主に備える。
【００２２】
ローパスフィルタ１、尿素水欠乏時始動禁止部３、残量表示制御部４、時定数マップ５は、ＤＣＵ１２６内に設けるとよい。
【００２３】
エンジンＥの排気管１０２には、排気ガスの上流側から下流側にかけて、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst；酸化触媒）１０７、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０８、ＳＣＲ装置１０３が順次配置される。ＤＯＣ１０７は、エンジンＥから排気される排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ2とし、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比率を制御してＳＣＲ装置１０３における脱硝効率を高めるためのものである。また、ＤＰＦ１０８は、排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集するためのものである。
【００２４】
ＳＣＲ装置１０３の上流側の排気管１０２には、ドージングバルブ１０４が設けられる。ドージングバルブ１０４は、高圧の尿素水が満たされたシリンダに噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャが引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
【００２５】
ドージングバルブ１０４の上流側の排気管１０２には、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの温度（ＳＣＲ入口温度）を測定する排気温度センサ１０９が設けられる。また、ＳＣＲ装置１０３の上流側（ここでは排気温度センサ１０９の上流側）には、ＳＣＲ装置１０３の上流側でのＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１１０が設けられ、ＳＣＲ装置１０３の下流側には、ＳＣＲ装置１０３の下流側でのＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１１１が設けられる。
【００２６】
サプライモジュール１０６は、尿素水を圧送するＳＭポンプ１１２と、サプライモジュール１０６の温度（サプライモジュール１０６を流れる尿素水の温度）を測定するＳＭ温度センサ１１３と、サプライモジュール１０６内における尿素水の圧力（ＳＭポンプ１１２の吐出側の圧力）を測定する尿素水圧力センサ１１４と、尿素水の流路を切り替えることにより、尿素水タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するか、あるいはドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素水タンク１０５に戻すかを切り替えるリバーティングバルブ１１５とを備えている。ここでは、リバーティングバルブ１１５がＯＦＦのとき、尿素水タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するようにし、リバーティングバルブ１１５がＯＮのとき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素水タンク１０５に戻すようにした。
【００２７】
リバーティングバルブ１１５が尿素水をドージングバルブ１０４に供給するように切り替えられている場合、サプライモジュール１０６は、そのＳＭポンプ１１２にて、尿素水タンク１０５内の尿素水を送液ライン（サクションライン）１１６を通して吸い上げ、圧送ライン（プレッシャーライン）１１７を通してドージングバルブ１０４に供給するようにされ、余剰の尿素水を、回収ライン（バックライン）１１８を通して尿素水タンク１０５に戻すようにされる。
【００２８】
尿素水タンク１０５には、ＳＣＲセンサ１１９が設けられる。ＳＣＲセンサ１１９は、尿素水タンク１０５内の尿素水の液面高さ（レベル）を測定するレベルセンサ１２０と、尿素水タンク１０５内の尿素水の温度を測定する温度センサ１２１と、尿素水タンク１０５内の尿素水の品質を測定する品質センサ１２２とを備えている。品質センサ１２２は、例えば、超音波の伝播速度や電気伝導度から、尿素水の濃度や尿素水に異種混合物が混合されているか否かを検出し、尿素水タンク１０５内の尿素水の品質を検出するものである。
【００２９】
尿素水タンク１０５とサプライモジュール１０６には、エンジンＥを冷却するための冷却水を循環する冷却ライン１２３が接続される。冷却ライン１２３は、尿素水タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水と尿素水タンク１０５内の尿素水との間で熱交換するようにされる。同様に、冷却ライン１２３は、サプライモジュール１０６内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水とサプライモジュール１０６内の尿素水との間で熱交換するようにされる。
【００３０】
冷却ライン１２３には、尿素水タンク１０５とサプライモジュール１０６に冷却水を供給するか否かを切り替えるタンクヒーターバルブ（クーラントバルブ）１２４が設けられる。なお、ドージングバルブ１０４にも冷却ライン１２３が接続されるが、ドージングバルブ１０４には、タンクヒーターバルブ１２４の開閉に拘わらず、冷却水が供給されるように構成されている。なお、図２では図を簡略化しており示されていないが、冷却ライン１２３は、尿素水が通る送液ライン１１６、圧送ライン１１７、回収ライン１１８に沿って配設される。
【００３１】
図３に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。
【００３２】
図３に示すように、ＤＣＵ１２６には、上流側ＮＯｘセンサ１１０、下流側ＮＯｘセンサ１１１、ＳＣＲセンサ１１９（レベルセンサ１２０、温度センサ１２１、品質センサ１２２）、排気温度センサ１０９、サプライモジュール１０６のＳＭ温度センサ１１３と尿素水圧力センサ１１４、およびエンジンＥを制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１２５からの入力信号線が接続されている。ＥＣＭ１２５からは、外気温、エンジンパラメータ（エンジン回転数など）の信号が入力される。
【００３３】
また、ＤＣＵ１２６からＥＣＭ１２５に対し尿素水欠乏時始動禁止部３が判定したエンジン始動禁止の指令、残量、警告が出力される。残量、警告の情報は、ＥＣＭ１２５から残量表示器２に送られる。
【００３４】
また、ＤＣＵ１２６には、タンクヒーターバルブ１２４、サプライモジュール１０６のＳＭポンプ１１２とリバーティングバルブ１１５、ドージングバルブ１０４、上流側ＮＯｘセンサ１１０のヒータ、下流側ＮＯｘセンサ１１１のヒータ、への出力信号線が接続される。なお、ＤＣＵ１２６と各部材との信号の入出力に関しては、個別の信号線を介した入出力、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介した入出力のどちらであってもよい。
【００３５】
ＤＣＵ１２６は、ＥＣＭ１２５からのエンジンパラメータの信号と、排気温度センサ１０９からの排気ガス温度とを基に、排気ガス中のＮＯｘの量を推定すると共に、推定した排気ガス中のＮＯｘの量を基にドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を決定するようにされ、さらに、ドージングバルブ１０４にて決定した尿素水量で噴射したとき、上流側ＮＯｘセンサ１１０の検出値に基づいてドージングバルブ１０４を制御して、ドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を調整するようにされる。
【００３６】
以下、本発明のＳＣＲシステム１００の動作を説明する。
【００３７】
図４に示されるように、ステップＳ４１にて、ローパスフィルタ１は、エンジン回転数で時定数マップ５を参照し、フィルタ係数を設定する。次いで、ステップＳ４２にて、ローパスフィルタ１は、レベルセンサ１２０の出力信号をフィルタ処理して尿素水残量とする。
【００３８】
次いで、ステップＳ４３にて、尿素水欠乏時始動禁止部３は、尿素水残量が下限値未満かどうか判定する。ＹＥＳの場合、ステップＳ４４へ進む。ＮＯの場合、ステップＳ４５へ進む。ステップＳ４４にて、尿素水欠乏時始動禁止部３は、尿素水残量が下限値未満であるので、エンジンＥの始動を禁止する。一方、ステップＳ４５では、尿素水欠乏時始動禁止部３は、尿素水残量が下限値を超えているので、エンジンの始動を許可する。
【００３９】
以上の手順により、レベルセンサ１２０の出力信号がフィルタ処理されて尿素水残量とされ、尿素水残量が下限値未満であればエンジンＥの始動が禁止される。なお、手順には示さなかったが、尿素水残量は残量表示器２に表示され、尿素水残量が下限値未満のときは残量表示器２に尿素水不足の警告が表示される。
【００４０】
ここで、時定数マップ５により与えられるローパスフィルタ１のフィルタ特性とそれに伴う効果を図５により説明する。
【００４１】
ローパスフィルタ１の時定数は、エンジン回転数が０からクランキング回転数までは０である。これは、フィルタが存在しないのと等価であり、レベルセンサ１２０の出力信号がそのまま尿素水残量となる。よって、実際の液面に対して残量表示は遅延なく追従することになる。したがって、尿素水を補充しているときに、残量表示が追従して増えるので、レベルセンサ１２０が故障していると誤解されることがない。また、残量表示が尿素水欠乏のとき尿素水が尿素水タンク１０５に補充されると直ちに尿素水欠乏が解消されるので、エンジン始動が可能となる。
【００４２】
クランキング回転数からアイドル回転数にかけては、時定数は、エンジン回転数の増大に随伴して増大する。例えば、アイドル回転数において時定数は数秒である。アイドル回転数以上では、クランキング回転数からアイドル回転数にかけてに比べて緩やかに時定数が増大する。クランキング回転数近傍のように、時定数が小さい場合、いわゆるフィルタ係数が軽い状態であり、遮断周波数は高い。時定数が大きくなると、いわゆるフィルタ係数が重い状態となり、遮断周波数が低下する。このように、クランキング回転数以上では、ローパスフィルタ１による高周波遮断効果が発揮されるので、車両振動に起因する液面変動によって警告が出たり、エンジン始動ができなくなるといった事態が防止される。よって、例えば、車両の走行を停止してアイドル運転をしているとき、エンジン振動による影響が除去される。また、車両の走行中には、走行による車体振動の影響も除去される。
【００４３】
以上説明したように、本発明のＳＣＲシステム１００によれば、エンジン回転数が低いときには時定数が小さく、エンジン回転数が高いときには時定数が大きい信号応答特性を有するローパスフィルタ１を用いて、レベルセンサ１２０の出力信号を処理して尿素水残量としたので、尿素水タンク１０５での液面変動による尿素水欠乏の誤表示及び望まぬエンジン始動禁止が防止され、しかも、尿素水補充後におけるエンジン始動禁止の解除を迅速にすることが可能となる。また、尿素水を補充しているときに、残量表示が追従して増えるので、レベルセンサ１２０が故障していると誤解されることがない。
【符号の説明】
【００４４】
１  ローパスフィルタ
２  残量表示器
３  尿素水欠乏時始動禁止部
４  残量表示制御部
５  時定数マップ
６  スケール
７  フロート
１００  ＳＣＲシステム
【図１】
0005617348.tif 000002
【図２】
0005617348.tif 000003
【図３】
0005617348.tif 000004
【図４】
0005617348.tif 000005
【図５】
0005617348.tif 000006