(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体タンクの最小残量液面と底部の間で液体の品質を測定する品質センサと前記液体タンクの空間上部に滴下口を有する滴下管とが前記液体タンクに挿入されて取り付けられるアセンブリとして支柱を介して一体化され、
前記滴下管からの液体滴下による泡沫拡散域が前記品質センサの感応域外であることを特徴とするＳＣＲセンサ。
【請求項２】
前記液体タンクから液体を払い出すための払い出し管が前記支柱に沿わせて設置され、  前記品質センサは、前記払い出し管の片側に配置され、
前記滴下管の滴下口は、前記払い出し管の前記品質センサとは反対側に配置されたことを特徴とする請求項１記載のＳＣＲセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化用の尿素水を貯留する尿素タンクに取り付けられるＳＣＲセンサに係り、尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しないＳＣＲセンサに関する。
【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るため、車両には尿素タンクが搭載されると共に、尿素水の欠乏を事前に把握できるよう、尿素タンク内には尿素水残量を検出するレベルセンサが設置される。また、良好な浄化性能を安定に維持するには尿素水の品質を管理する必要があるため、尿素タンク内には、尿素水の品質を測定する品質センサが設置される。品質センサの信号を尿素タンク外に伝えるための配線も設けられる。
【０００６】
一方、車両には、尿素タンク内の尿素水を吸い上げて消費先へ送るためのサプライモジュールが搭載される。サプライモジュールは、必要なときに必要な量の尿素水が排気管に噴射できるように、尿素水の圧力を上げて循環し、循環し終えた尿素水を尿素タンクに回収させる。このため、尿素タンクには、尿素水を払い出すための払い出し管と、回収された尿素水を尿素タンク内に戻す滴下管とが設置される。
【０００７】
以上のように、尿素タンク内には、複数のセンサや複数の配線・配管が設置されるが、これらの部材を尿素タンク内に組み付ける作業を簡素化するために、および尿素タンクの側にセンサごとの台座や配管ごとの穴を形成したり配線を取り付けたりする必要をなくすために、全てのセンサや配線・配管を一体のアセンブリにしておくのが望ましい。このように尿素タンク内に設置する複数のセンサや複数の配管を一体化したアセンブリをＳＣＲセンサと呼ぶ。
【０００８】
しかし、ＳＣＲセンサを構成するセンサや配管は、形状や望ましい設置位置がそれぞれの必要に応じて異なる。レベルセンサは、尿素水残量が満タンから欠乏（エンプティ）まで検出できるよう、液面検出用のフロートを案内する支柱が尿素タンクの底部から天井部までにわたり設置されてなる。品質センサは、尿素水の残量が少なくても測定が可能なように、尿素水が欠乏と判定される最小残量液面と尿素タンクの底部の間に設置される。払い出し管は、尿素水残量が満タンから欠乏まで払い出し可能なように、尿素タンクの底部から天井部までにわたり設置される。滴下管は、材料節減のために短く形成するのが望ましく、尿素タンクの天井部から上部空間までにわたり設置され、回収された尿素水を尿素タンク内に滴下するように構成される。
【０００９】
このように形状や望ましい設置位置が異なる複数の部材を一体化したＳＣＲセンサを尿素タンク内に組み付ける作業をいっそう簡素化するためには、全ての部材を尿素タンクの上面視中央部に集約配置するのが望ましい。
【００１０】
そこで、ＳＣＲセンサ及び尿素タンクとして、図６、図７のものが考えられる。
【００１１】
図６に示されるように、尿素タンク１０５の天井部１０５ａにＳＣＲセンサを挿入して取り付けるための取り付け穴１６１が形成される。
【００１２】
図７に示されるように、ＳＣＲセンサ１７１には、尿素タンク１０５の取り付け穴１６１を覆う天パネル１７２が設けられる。天パネル１７２の下面には、尿素タンク１０５内に臨む上部台座１７３が形成され、上部台座１７３にはレベルセンサ１２０の支柱１７４が取り付けられると共に、払い出し管１７５と滴下管１７６が挿通される。滴下管１７６は、上部台座１７３から真下に短く突き出され、滴下口１７７が尿素タンク１０５内の上部に位置する。支柱１７４と払い出し管１７５は、尿素タンク１０５の底部１０５ｂに届く直前まで長く延ばされる。支柱１７４と払い出し管１７５の下端には、支柱１７４と払い出し管１７５を相互に固定すると共に、ＳＣＲセンサ１７１を浮力に対して安定化させるための扁平な安定板１７８が設けられる。安定板１７８は、払い出し管１７５の吸い込み口（図示せず）を保持する台座であって、品質センサ１２２の取り付け台座ともなる。
【００１３】
品質センサ１２２は、安定板１７８の一側面の一端部に、感応面１２２ａ（図８参照）を安定板１７８の外方に向けて取り付けられる。品質センサ１２２の感度や指向性にもよるが、品質センサ１２２が尿素水の品質を測定するための感応域Ｆ（図８参照）は、ほぼ感応面１２２ａの周辺に拡がる。
【００１４】
レベルセンサ１２０のフロート１７９は、支柱１７４に対して軸方向のみに移動が許容されている。支柱１７４の内部には、フロート１７９の接近を検出する複数の近接センサ（図示せず）が軸方向に並べて配置される。支柱１７４は、ＳＣＲセンサ１７１の骨格部材をなしており、尿素タンク１０５の底部の品質センサ１２２と上部の滴下管１７６とが支柱１７４を介して一体化されていることになる。なお、ＳＣＲセンサ１７１にはこの他に温度センサも取り付けられるが、図示省略してある。また、品質センサ１２２や温度センサの配線は、図示しなかったが払い出し管１７５に結束具などにより固定される。
【００１５】
図８は、ＳＣＲセンサ１７１を側面（図７とは反対側）から見た図である。品質センサ１２２の感応面１２２ａが紙面手前を向いており、滴下管１７６は払い出し管１７５の奥に位置する。図９は、ＳＣＲセンサ１７１を背面から見た図である。図１０は、ＳＣＲセンサ１７１を最小残量液面Ｓで切って見た上面図である。滴下管１７６の滴下口１７７を投影して仮想滴下口１７７ａを示してある。つまり、尿素タンク１０５内の尿素水の残量が最小残量液面Ｓ近傍のとき、滴下管１７６からの尿素水が仮想滴下口１７７ａに滴下される。
【００１６】
以上の構成により、ＳＣＲセンサ１７１は、全ての部材がそれぞれの機能を果たす上下の各位置に配置されると共に、水平方２向の広がりが最小限となって取り扱いが容易になり、尿素タンク１０５の取り付け穴１６１に差し込むだけのほぼワンタッチの最小作業工数で尿素タンク１０５に装着することが可能となる。
【００１７】
ところが、前述のように、全ての部材を尿素タンク１０５の上面視中央部に集約配置しているため、品質センサ１２２と滴下管１７６の上面視位置は接近している。このため、尿素水が最小残量液面Ｓの近くまで減った状態では、滴下管１７６から滴下された尿素水によって生じた泡沫が品質センサ１２２の感応域Ｆ内にまで拡散する。品質センサ１２２の感応域Ｆ内に泡沫が存在すると、品質センサ１２２が正常に機能できなくなり、測定精度が低下する。図８に泡沫が拡散する泡沫拡散域Ｂを示す。泡沫拡散域Ｂが感応域Ｆに重なっていることが分かる。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しないＳＣＲセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明は、液体タンクの最小残量液面と底部の間で液体の品質を測定する品質センサと前記液体タンクの空間上部に滴下口を有する滴下管とが前記液体タンクに挿入されて取り付けられるアセンブリとして支柱を介して一体化され、前記滴下管からの液体滴下による泡沫拡散域が前記品質センサの感応域外であることを特徴とするＳＣＲセンサである。
【００２０】
前記液体タンクから液体を払い出すための払い出し管が前記支柱に沿わせて設置され、前記品質センサは、前記払い出し管の片側に配置され、前記滴下管の滴下口は、前記払い出し管の前記品質センサとは反対側に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２２】
（１）尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＳＣＲセンサの使用用途であるＳＣＲシステムの構成図である。
【図２】図１のＳＣＲシステムの入出力構成図である。
【図３】本発明のＳＣＲセンサの側面要部拡大図である。
【図４】本発明のＳＣＲセンサの背面要部拡大図である。
【図５】本発明のＳＣＲセンサの上面視配置図である。
【図６】ＳＣＲセンサが取り付けられる尿素タンクの斜視透視図である。
【図７】本発明の基礎となるＳＣＲセンサの反対側面図である。
【図８】本発明の基礎となるのＳＣＲセンサの側面要部拡大図である。
【図９】本発明の基礎となるＳＣＲセンサの背面要部拡大図である。
【図１０】本発明の基礎となるＳＣＲセンサの上面視配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１に示されるように、本発明のＳＣＲセンサが用いられる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タンク１０５と、尿素タンク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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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ＯＮのとき、尿素タンク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ＯＦＦのとき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すようにした。
【００３１】
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を通して尿素タンク１０５に戻すようにされる。
【００３２】
既に述べたように、尿素タンク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、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を検出するものである。
【００３３】
尿素タンク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、尿素タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水と尿素タンク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。
【００３４】
冷却ライン１２３には、尿素タンク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１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。
【００３５】
図２に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。
【００３６】
図２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、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。
【００３７】
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、残量表示器２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。
【００３８】
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。
【００３９】
図３に示されるように、本発明に係るＳＣＲセンサ１１９は、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を測定する品質センサ１２２が尿素タンク１０５の最小残量液面Ｓと底部１０５ｂ（図７参照）の間に設置される。滴下管１３１は、尿素タンク１０５から払い出されて尿素タンク１０５外に一時貯留された後、回収された尿素水を尿素タンク１０５内に滴下するものである。滴下管１３１は、尿素タンク１０５の天井部１０５ａ（図７参照）から尿素タンク１０５内の空間上部までにわたり設置される。ＳＣＲセンサ１１９には、レベルセンサ１２０として、液面検出用のフロート１７７を案内する支柱１７４が尿素タンク１０５の底部から天井部までにわたり設置される。ＳＣＲセンサ１１９は、図７で説明したＳＣＲセンサ１７１と同様、品質センサ１２２と滴下管１３１とが支柱１７４を介して一体化されたものであり、また、尿素タンク１０５から尿素水を払い出すための払い出し管１７５が支柱１７４に沿わせて設置される。
【００４０】
本発明に係るＳＣＲセンサ１１９の顕著な特徴は、滴下管１３１からの尿素水滴下による泡沫拡散域Ｂが品質センサ１２２の感応域Ｆ外であることである。具体的には、図３のように側面図で見ると、滴下管１３１は、上部台座１７３に対して、図８に示したＳＣＲセンサ１１９の滴下管１７６と同じ位置に挿通されているが、それより下の尿素タンク１０５内では支柱１７４のほうに曲げられている。また、図４のように背面から見ると、滴下管１３１は、上部台座１７３に対して、図９に示したＳＣＲセンサ１１９の滴下管１７６と同じ位置に挿通されているが、それより下の尿素タンク１０５内では払い出し管１７５のほうに曲げられている。
【００４１】
図５のように上面視配置図に、滴下管１３１の滴下口１３２を投影して仮想滴下口１３２ａを示す。品質センサ１２２が払い出し管１７５の片側に位置するのに対し、仮想滴下口１３２ａは、払い出し管１７５の品質センサ１２２とは反対側に位置する。これより、品質センサ１２２は、払い出し管１７５の片側に配置され、滴下管１３１の滴下口１３２は、払い出し管１７５の品質センサ１２２とは反対側に配置されていることが分かる。
【００４２】
以上の構成により、本発明に係るＳＣＲセンサ１１９は、次のような作用効果を発揮する。
【００４３】
図３に示されるように、尿素タンク１０５の尿素水が最小残量液面Ｓ近くまで減った状態において、滴下管１７６から滴下された尿素水によって生じた泡沫が泡沫拡散域Ｂに拡散する。しかし、滴下管１３１からの尿素水滴下による泡沫拡散域Ｂは、品質センサ１２２の感応域Ｆ外であり、泡沫が品質センサ１２２の感応域Ｆ内にまで拡散することがない。よって、品質センサ１２２は正常に機能し、測定精度が低下しない。
【００４４】
また、滴下管１３１の滴下口１３２が払い出し管１７５の品質センサ１２２とは反対側に配置されているため、滴下口１３２から滴下された尿素水は、図５に示されるように、仮想滴下口１３２ａの位置で尿素水の液面に達する。このように、滴下された尿素水が液面に達する位置が払い出し管１７５を挟んで品質センサ１２２とは反対側になるので、液面下に生じた泡沫が払い出し管１７５に遮られ、品質センサ１２２の方向には拡散しにくい。このため、品質センサ１２２の感応域Ｆ内にまで拡散することがない。
【００４５】
以上説明したように、本発明のＳＣＲセンサ１１９によれば、滴下管１３１からの尿素水滴下による泡沫拡散域Ｂを品質センサ１２２の感応域Ｆ外としたので、泡沫が品質センサ１２２の感応域Ｆ内にまで拡散することがない。よって、尿素タンク１０５の残量が少なくなっても品質センサ１２２は正常に機能し、測定精度が低下しない。
【００４６】
なお、本実施形態では、滴下管１３１を上部台座１７３に対して、ＳＣＲセンサ１１９の滴下管１７６と上面視同じ位置に配置し、それよりずれた位置に滴下口１３２がくるよう滴下管１３１を曲げた。しかし、これに限らず、滴下管１３１の上部台座１７３に対する上面視位置を変更することで、泡沫拡散域Ｂを品質センサ１２２の感応域Ｆ外としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１００  ＳＣＲシステム
１０５  尿素タンク
１１９  ＳＣＲセンサ
１２０  レベルセンサ  
１２２  品質センサ
１３１  滴下管
１３２  滴下口
１７４  支柱
１７５  払い出し管
【図１】
0005585203.tif 000002
【図２】
0005585203.tif 000003
【図３】
0005585203.tif 000004
【図４】
0005585203.tif 000005
【図５】
0005585203.tif 000006
【図６】
0005585203.tif 000007
【図７】
0005585203.tif 000008
【図８】
0005585203.tif 000009
【図９】
0005585203.tif 000010
【図１０】
0005585203.tif 000011