(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、
前記尿素水タンクに設けられ尿素水の温度を検出する温度センサと、
前記尿素水タンクに挿通されたタンクヒータラインと、
エンジンの冷却水を前記タンクヒータラインに分岐配給するタンクヒータバルブと、
エンジン始動時に前記タンクヒータバルブを開放し、前記温度センサが検出する尿素水の温度があらかじめ設定された解凍完了判定値に達したとき前記タンクヒータバルブを遮断する解凍制御部と、
冷却水温があらかじめ設定された解凍許可値未満のとき、前記解凍制御部による前記タンクヒータバルブの開放を禁止し、冷却水温が解凍許可値以上になったとき、前記解凍制御部による前記タンクヒータバルブの開放を許可する暖気優先制御部とを備えたことを特徴とするＳＣＲシステム。
【請求項２】
外気温が高いほど解凍許可値が低くなるように外気温ごとに解凍許可値が与えられた解凍許可値マップを備え、
前記暖気優先制御部は、前記解凍許可マップを外気温で参照して解凍許可値を設定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、エンジンの暖気や車室の暖房に支障なく尿素水を解凍できる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】
尿素水は、−１０℃で凍る。冬期や寒冷地では外気温が低いため、エンジンのコールドスタート時に、尿素水が凍結していることがある。尿素水はドージングバルブと呼ばれる噴射機にて排気管内に噴射されるが、尿素水タンク内や尿素水タンクからドージングバルブまでの間の一箇所でも尿素水が凍結していたりシャーベット状であると噴射はできない。
【０００６】
その対策として、エンジンの冷却水を循環する冷却ラインが尿素タンク内に挿通されてタンクヒータが構成される。タンクヒータでは、冷却水と尿素水との間での熱交換により尿素水を解凍することができる。冷却ラインには、タンクヒータ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が設けられる。必要に応じてタンクヒーターバルブを開くことで、タンクヒータを稼動させて尿素水を解凍し、尿素水タンク内の尿素水を目標温度まで昇温させることができる。これを解凍制御と呼ぶ。尿素水タンク内の尿素水が目標温度に達すれば、尿素水タンクからドージングバルブまで、尿素水が全て解凍された状態と判断できるので、解凍制御が終了する。解凍制御が終了したことによって、排気管内への尿素水噴射が可能となり、排気ガスの浄化効果が得られるようになる。
【０００７】
ところが、コールドスタートでは、エンジンの冷却水も周囲温度と同じ低い温度となっている。エンジン始動時に解凍制御を開始すると、タンクヒータに冷却水が流れるため、冷却水の熱が凍結している尿素水に奪われ、冷却水温が上がりにくくなる。
【０００８】
加えて、尿素水が凍結するような外気温が低いときには、エンジン始動時から空気調和器による暖房が行われていることが多い。車両にあっては空気調和器においても冷却水の熱を使って暖房を行っているため、冷却水温が上がりにくいと、空気調和器の吹き出口から車室内へ吹き出される温風の温度が上がりにくい。つまり、暖房が利かない状態が長く続き、運転者にとって不快である。
【０００９】
また、冷却水温が低い状態が続くと、尿素水の解凍が進まず、全て解凍するまでに長い時間がかかる。解凍制御を長時間続けても尿素水タンク内の尿素水が所望する温度まで昇温されないと、故障診断において、タンクヒーターバルブが不良であるという誤診断がなされてしまうことがある。
【００１０】
一方、夏期や温暖地においては外気温が高いため、コールドスタート時であっても、冷却水温はすぐに上昇するので、エンジン始動時に解凍制御を開始しても問題ない。なお、この場合、尿素水の温度が解凍制御開始時すでに目標温度に達しているので、解凍制御は即時終了し、尿素水噴射が可能となる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンの暖気や車室の暖房に支障なく尿素水を解凍できる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】
【００１２】
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、前記尿素水タンクに設けられ尿素水の温度を検出する温度センサと、前記尿素水タンクに挿通されたタンクヒータラインと、エンジンの冷却水を前記タンクヒータラインに分岐配給するタンクヒータバルブと、エンジン始動時に前記タンクヒータバルブを開放し、前記温度センサが検出する尿素水の温度があらかじめ設定された解凍完了判定値に達したとき前記タンクヒータバルブを遮断する解凍制御部と、冷却水温があらかじめ設定された解凍許可値未満のとき、前記解凍制御部による前記タンクヒータバルブの開放を禁止し、冷却水温が解凍許可値以上になったとき、前記解凍制御部による前記タンクヒータバルブの開放を許可する暖気優先制御部とを備えたものである。
【００１３】
外気温が高いほど解凍許可値が低くなるように外気温ごとに解凍許可値が与えられた解凍許可値マップを備え、前記暖気優先制御部は、前記解凍許可マップを外気温で参照して解凍許可値を設定してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１５】
（１）エンジンの暖気や車室の暖房に支障なく尿素水を解凍できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】本発明における暖気優先処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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に設けられ尿素水の温度を検出する温度センサ１２１と、尿素水タンク１０５に挿通されたタンクヒータライン１３１と、エンジンの冷却水をタンクヒータライン１３１に分岐配給するタンクヒータバルブ１２４と、エンジン始動時にタンクヒータバルブ１２４を開放し、温度センサ１２１が検出する尿素水の温度があらかじめ設定された解凍完了判定値に達したときタンクヒータバルブ１２４を遮断する解凍制御部１と、冷却水温があらかじめ設定された解凍許可値未満のとき、解凍制御部１によるタンクヒータバルブ１２４の開放を禁止し、冷却水温が解凍許可値以上になったとき、解凍制御部１によるタンクヒータバルブ１２４の開放を許可する暖気優先制御部２とを備えたものである。
【００１９】
さらに、本実施形態では、ＳＣＲシステム１００は、外気温が高いほど解凍許可値が低くなるように外気温ごとに解凍許可値が与えられた解凍許可値マップ３を備える。暖気優先制御部２は、解凍許可マップ３を外気温で参照して解凍許可値を設定することになる。
【００２０】
ＳＣＲシステム１００は、排気管１０２内に尿素水を噴射するドージングバルブ１０４と尿素タンク１０５との間に設けられて、尿素水をドージングバルブ１０４に供給したり回収したりするサプライモジュール１０６を備える。タンクヒータライン１３１がサプライモジュール１０６に挿通されており、タンクヒータバルブ１２４が開放されると、尿素水タンク１０５だけでなくサプライモジュール１０６にも冷却水が循環されるようになっている。
【００２１】
解凍制御部１は、暖気優先制御部２によってタンクヒータバルブ１２４の開放が許可されている状態において、温度センサ１２１が検出する尿素水タンク１０５の尿素水温度があらかじめ設定された目標値未満であるとき、または、ＳＭ温度センサ１１３が検出するサプライモジュール１０６の温度（ＳＭ温度）があらかじめ設定された目標値未満であるとき、または、外気温があらかじめ設定された解凍必要外気温値未満であるときは、いずれも解凍制御を実行するようになっている。尿素水温度が目標値以上、かつ、ＳＭ温度が目標値以上であって、かつ、解凍制御を実行開始してからあらかじめ設定された所定時間が経過したら、解凍制御は終了となる。
【００２２】
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。
【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ＯＦＦ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ＯＮ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。
【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。
【００２８】
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。
【００２９】
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から分岐されたタンクヒータライン１３１が接続される。タンクヒータライン１３１は、尿素タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３から流れてきた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。タンクヒータライン１３１は、サプライモジュール１０６内を通り、冷却ライン１２３から流れてきた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とタンクヒータライン１３１の接続箇所には、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２では図を簡略化しており示されていないが、タンクヒータライン１３１、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、冷却水温、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。
【００３４】
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。
【００３５】
以下、本発明のＳＣＲシステム１００の動作を説明する。
【００３６】
図４に示されるように、ステップＳ４１にて、あらかじめ（例えば、イグニションスイッチがキーオンされたとき）暖気優先制御部２は、タンクヒータバルブ１２４の開放を禁止する。
【００３７】
次に、暖気優先制御部２は、ステップＳ４２にて、冷却水温が解凍許可値以上かどうか判定する。ＮＯの場合、ステップＳ４２に戻る。すなわち、冷却水温が解凍許可値未満では、タンクヒータバルブ１２４の開放を禁止したまま待機することになる。
【００３８】
ステップＳ４２の判定がＹＥＳの場合、冷却水温が解凍許可値以上であるので、ステップＳ４３にて、暖気優先制御部２は、タンクヒータバルブ１２４の開放を許可する。
【００３９】
一方、解凍制御部１は、エンジン始動時にタンクヒータバルブ１２４を開放しようとする。しかし、暖気優先制御部２によってタンクヒータバルブ１２４の開放が禁止されているときは、タンクヒータバルブ１２４を開放しない。暖気優先制御部２によってタンクヒータバルブ１２４の開放が許可されると、解凍制御部１は、タンクヒータバルブ１２４を開放して解凍制御を開始する。
【００４０】
解凍制御部１は、温度センサ１２１が検出する尿素水温度が解凍完了判定値以上であり、ＳＭ温度センサ１１３が検出するサプライモジュール１０６の温度（ＳＭ温度）が目標値以上であって、解凍制御を実行開始してから、あらかじめ外気温ごとに設定された所定時間が経過したら、尿素水タンク１０５からドージングバルブ１０４まで、尿素水が全て解凍された状態と判断できるので、タンクヒータバルブ１２４を遮断して解凍制御を終了する。
【００４１】
以上説明したように。本発明のＳＣＲシステム１００によれば、冷却水温があらかじめ設定された解凍許可値未満のとき、解凍制御部１によるタンクヒータバルブ１２４の開放を禁止し、冷却水温が解凍許可値以上になったとき、解凍制御部１によるタンクヒータバルブ１２４の開放を許可するようにしたので、冬期や寒冷地でのコールドスタート時には、尿素水の解凍制御が実行されず、優先的にエンジンの暖気、空気調和器による暖房が行われることになり、エンジンが迅速に暖気されると共に、暖房が早く利くようになり、運転者は快適となる。また、エンジンが迅速に暖気されるので、その後、解凍制御が開始されると、尿素水が迅速に解凍、昇温されることになり、タンクヒータバルブ１２４の故障診断における誤診断がなくなる。
【００４２】
また、本発明のＳＣＲシステム１００によれば、外気温が高いほど解凍許可値が低くなるように外気温ごとに解凍許可値が与えられた解凍許可値マップ３を備え、暖気優先制御部２は、解凍許可マップ３を外気温で参照して解凍許可値を設定するようにしたので、夏期や温暖地のようにコールドスタート時であっても冷却水温がすぐに上昇するような条件下では、エンジン始動時に同時に解凍制御が開始されるよう解凍許可値を設定することができる。この場合、解凍制御は即時終了し、エンジン始動と実質的に同時に尿素水噴射が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１  解凍制御部
２  暖気優先制御部
３  解凍許可値マップ
１００  ＳＣＲシステム
１０５  尿素水タンク
１２１  温度センサ
１２４  タンクヒータバルブ
１３１  タンクヒータライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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