(57)【要約】【課題】尿素水を噴射するドージングバルブまでの配管に尿素水が閉塞したかどうかを的確に検出できる尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置を提供する。【解決手段】サプライポンプ１８からドージングバルブ１２に至る配管部の閉塞を検出するにおいて、尿素水タンク１５内の尿素水温度を検出する尿素水センサ２２と、圧送ライン２０の圧力を検出する圧力センサ２７と、ＳＣＲ装置１１の上流側の排気管１０に設けた排気温度センサ２６と、キースイッチがＯＮされたとき、サプライポンプ１８を駆動して配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサ２６での検出値が設定温度以下で、かつ、尿素水センサでの検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンク１５に戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の前記圧力センサの検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段３３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素水タンク内の尿素水を、サプライポンプにて吸い込み、これを圧送ラインとＳＣＲ装置の上流側に設けたドージングバルブから噴射する際に、サプライポンプからドージングバルブに至る配管部の閉塞を検出するための尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置において、
尿素水タンク内の尿素水温度を検出する尿素水センサと、
圧送ラインの圧力を検出する圧力センサと、
ＳＣＲ装置の上流側の排気管に設けた排気温度センサと、
キースイッチがＯＮされたとき、前記サプライポンプを駆動して前記配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサでの検出値が設定温度以下で、かつ、尿素水センサでの検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンクに戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の前記圧力センサの検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段と
を備えたことを特徴とする尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項２】
前記閉塞判定手段は、尿素水センサで検出した尿素水温度が凍結温度以下のときに尿素水タンクとドージングバルブにエンジン冷却水を流して解凍すべく、解凍手段を駆動する請求項１記載の尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項３】
前記閉塞判定手段は、圧力センサの検出値からスタートアップ制御が安定して行われ、配管部の閉塞判定が実施されていないときに、エンプティング制御を実施する請求項１記載の尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項４】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲であれば、詰まりなしとして、配管部の閉塞判定を終了する請求項１記載の尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項５】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲外の負圧で、その負圧が一定時間継続したときに閉塞判定のカウントをカウントアップし、その後所定時間経過後に再度スタートアップ制御とエンプティング制御を繰り返し、この閉塞判定のカウントが所定回数となったとき異物による詰まりと判定する請求項４記載の尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガス中のＮＯｘを尿素水を用いて選択還元する尿素ＳＣＲシステムに係り、特に、尿素水を噴射するドージングバルブまでの配管に尿素水が閉塞したかどうかを検出できる尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出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の排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排気ガス浄化システムとして、選択還元触媒を用いた選択触媒還元（Selective Catalytic Reduction）システム（ＳＣＲシステム）が開発されている。
【０００３】
このＳＣＲシステムは、尿素水タンクに貯留された尿素水をＳＣＲ装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱で尿素水を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアによってＳＣＲ装置内の触媒でＮＯｘを還元して浄化するものである。尿素水は、ＳＣＲ装置の上流側に設けられたドージングバルブから噴射されることで、ＳＣＲの排気ガス上流に供給される。
【０００４】
ドージングバルブへの尿素水の供給は、サプライモジュールポンプ（ＳＭポンプ）や尿素水圧力センサなどを備えたサプライモジュールによってなされる。サプライモジュールは、吸込ラインを介して尿素水タンクと接続されており、尿素水タンクから吸込ラインを通じて吸い上げた尿素水を、サプライモジュールとドージングバルブとを接続する圧送ラインを通じてドージングバルブに供給する。ドージングバルブは、ＤＣＵ（ドージングコントロールユニット）により制御され、ＳＣＲ装置の下流に設けたＮＯｘセンサの検出値に応じてドージングバルブが開閉制御されて尿素噴射量が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４７１３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、尿素水をＮＯｘ触媒内に噴射するドージングバルブ内、およびそこに至る圧送ライン内が異物により詰まりが生じた場合は、尿素水噴射が行われないため、ＳＣＲ装置の下流に設けたＮＯｘセンサにより、ＳＣＲ浄化率が異常であるかを検出することで、詰まりの検出は可能である。
【０００７】
しかし、浄化率での異常判定は、ＳＣＲ装置内の触媒の異常なのか、尿素水噴射系の異常なのかを区別することは不可能である。また尿素水の低温凍結時により配管部に詰まりが発生した場合には、すぐには異常と判定せず、解凍を待ってドージングを行う必要があるが現状では、異物による詰まりか、凍結によるものかの判断ができない問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素水を噴射するドージングバルブまでの配管に尿素水が閉塞したかどうかを的確に検出できる尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、尿素水タンク内の尿素水を、サプライポンプにて吸い込み、これを圧送ラインとＳＣＲ装置の上流側に設けたドージングバルブから噴射する際に、サプライポンプからドージングバルブに至る配管部の閉塞を検出するための尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置において、尿素水タンク内の尿素水温度を検出する尿素水センサと、圧送ラインの圧力を検出する圧力センサと、ＳＣＲ装置の上流側の排気管に設けた排気温度センサと、キースイッチがＯＮされたとき、前記サプライポンプを駆動して前記配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサでの検出値が設定温度以下で、尿素水センサでの検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンクに戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の前記圧力センサの検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段とを備えたことを特徴とする尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置である。
【００１０】
前記閉塞判定手段は、尿素水センサで検出した尿素水温度が凍結温度以下のときに尿素水タンクとドージングバルブにエンジン冷却水を流して解凍すべく、解凍手段を駆動するのが好ましい。
【００１１】
前記閉塞判定手段は、圧力センサの検出値からスタートアップ制御が安定して行われ、かつ、配管部の閉塞判定が実施されていないときに、エンプティング制御を実施するのが好ましい。
【００１２】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲であれば、詰まりなしとして、配管部の閉塞判定を終了するのが好ましい。
【００１３】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲外の負圧で、その負圧が一定時間継続したときに閉塞判定のカウントをカウントアップし、その後所定時間経過後に再度スタートアップ制御とエンプティング制御を繰り返し、この閉塞判定のカウントが所定回数となったとき異物による詰まりと判定するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、従来車両停止のときに行われているエンプティング制御を、キースイッチＯＮのときに、所定の許可条件のもとで、強制的にエンプティング制御を行って、その際のサプライポンプの吸込圧力から配管部の詰まりを検出することで、凍結を除いた異物による詰まりを的確に検出できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明におけるＳＣＲシステムの概略図である。
【図２】本発明の尿素ＳＣＲ用尿素水配管閉塞検出装置のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、ＳＣＲシステムの概略を示したもので、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気管１０には、ＳＣＲ装置１１が接続され、そのＳＣＲ装置１１の上流側に尿素水を噴射するドージングバルブ１２が設けられ、ＳＣＲ装置１１の下流側には、ＮＯｘセンサ１３が設けられる。
【００１８】
ＮＯｘセンサ１３の検出値はＤＣＵ（ドージングコントロールユニット）１４に入力され、ＤＣＵ１４によりドージングバルブ１２が開閉制御される。
【００１９】
ドージングバルブ１２から噴射される尿素水Ｕは、尿素水タンク１５に溜められ、サクションライン１６からサプライモジュール１７のサプライポンプ１８に吸引され、サプライポンプ１８からフィルタ１９を通して異物が除去され、圧送ライン２０にてドージングバルブ１２に圧送される。また余剰の尿素水Ｕは、フィルタ１９の吐出側の圧送ライン２０から戻しライン２１にて尿素水タンク１５内に戻される。
【００２０】
サプライポンプ１８には、図には示されていないが、吸込側と吐出側を切り換える四方弁が接続され、また圧送ライン２０には、尿素水の圧力を検出する圧力センサ２７が設けられ、その検出値がＤＣＵ１４に入力される。
【００２１】
尿素水タンク１５内には、尿素水液面、尿素水温度、尿素水の濃度に基づく品質などを検出する尿素水センサ２２が設けられ、尿素水センサ２２が尿素水タンク１５内の尿素水温等を計測し、これをＤＣＵ１４へ送信する。
【００２２】
ＤＣＵ１４は、ＳＣＲ装置１１へ尿素水を噴射する量、タイミングを算出し、サプライポンプ１８を駆動させ尿素水を規定圧まで高め、ドージングバルブ１２の開閉を制御し、適切な量を適切なタイミングで噴射する。
【００２３】
ＮＯｘセンサ１３は、ドージングバルブ１２から尿素水が適切に噴射されていることにより、ＳＣＲ装置１１の下流の排ガス中のＮＯｘ値が定常となっていることをモニタするために、ＤＣＵ１４へ計測値を送信する。
【００２４】
ＤＣＵ１４には、主に燃料噴射制御を行うＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）２３と接続され、ＥＣＭ２３から車速信号などの運転情報、外気温などがＤＣＵ１４へ制御情報が送信される。
【００２５】
また、ＤＣＵ１４は、バッテリー２４が接続されると共にイグニッションキー２５のキースイッチのＯＮ、ＯＦＦ信号が入力される。
【００２６】
ＳＣＲ装置１１の上流側の排気管１０には、ＳＣＲ装置１１に流入する排ガス温度を検出する排気温度センサ２６が設けられ、その検出値がＤＣＵ１４に入力される。
【００２７】
尿素水タンク１５には、冬期など尿素水が凍結したとき、エンジン冷却水を流して解凍する解凍用配管２８が設けられ、またドージングバルブ１２にも解凍用配管２８が設けられ、その解凍用配管２８に解凍手段としての解凍用バルブ２９が設けられ、その解凍用バルブ２９がＤＣＵ１４により制御されるようになっている。
【００２８】
このＳＣＲシステムにおいて、ＤＣＵ１４は、ＥＣＭ２３の情報を基にＮＯｘセンサ１３の検出値が定常となるようドージングバルブ１２から噴射する尿素水の噴射指示量を決定し、その決定値に基づいてドージングバルブ１２を開閉制御し、排ガス中のＮＯｘに応じて尿素水を噴射する。これによりＳＣＲ装置１１にて尿素水が加水分解されてアンモニアとされ、そのアンモニアにてＳＣＲ装置１１内の触媒の存在下ＮＯｘを脱硝する。
【００２９】
通常のＳＣＲシステムにおいては、イグニッションキー２５によりキースイッチがＯＮされた後は、サプライポンプ１８のスタートアップ制御がなされる。このスタートアップ制御は、圧送ライン２０へ尿素水を流し込み、配管部内を尿素水で満たしてスタートアップ圧まで高めるものである。
【００３０】
このスタートアップ制御の後に、さらに尿素水圧がビルドアップ圧まで高められ噴射できる状態にされるビルドアップ制御がなされた後、ドージングバルブ１２から尿素水が噴射され、車両走行中のＮＯｘ除去が行われる。
【００３１】
その後イグニッションキー２５がＯＦＦとなり、車両が停止された後は、ドージングバルブ１２を開とした状態で、サプライポンプ１８の四方弁を切り換えて圧送ライン２０内に残存する尿素水を尿素水タンク１５に回収するエンプティング（Ｅｍｐｔｉｎｇ）制御が所定時間実施されたのちサプライポンプ１８が停止される。
【００３２】
ところで、サプライポンプ１８から圧送ライン２０とドージングバルブ１２に至る経路で凍結や異物等による詰まりが生じたときは、ドージングバルブ１２から適正に尿素水が噴射されているかどうかを、ＮＯｘセンサ１３の検出値だけでは、判定することができない。
【００３３】
尿素水の凍結に関しては、ＤＣＵ１４は、ＥＣＭ２３からの外気温情報と、尿素水センサ２２の尿素水温から、尿素水の凍結温度（尿素水濃度にもよるが通常濃度３２．５％で、−１１℃）近傍まで低下したときには、解凍手段である解凍用バルブ２９を開いてエンジン冷却水を解凍用配管２８に流してドージングバルブ１２や尿素水タンク１５を加熱して解凍制御を実施するが、圧送ライン２０などに凍結した尿素水が一部残存した場合には、異物と同様に詰まりを発生してしまう。
【００３４】
そこで、本発明においては、ＤＣＵ１４に、ＥＣＭ２３からの外気温と尿素水センサ２２からの検出値に基づいて尿素水の凍結の有無を検出する凍結検出手段３０と、圧力センサ２７の検出値が入力され、スタートアップ制御実施時の圧力（吐出圧）からスタートアップが安定して行われているか、またエンプティング制御実施時の圧力（吸込圧）が正常範囲内にあるかどうかを検出する圧力判定手段３１と、排気温度センサ２６の検出値が入力される排気温度検出手段３２と、イグニッションキー２５のキースイッチがＯＮされたとき、サプライポンプ１８を駆動して圧送ライン２０等の配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサ２６での検出値が設定温度以下で、かつ、尿素水センサで２２の検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンクに戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の圧力センサ２７の検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段３３とを備えて構成する。
【００３５】
この閉塞判定手段３３をさらに説明すると、先ず閉塞判定するタイミングは、スタートアップ制御がなされ、尿素水圧力が目標圧力（スタートアップ圧）に到達した直後に実施する。その際、排気温度が所定値（ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）温度Ｃ）より高くないこと、所定の許可条件を満たしていないことを確認する。
【００３６】
この所定の許可条件が満たされたとき、閉塞判定手段３３は、エンプティング制御を実施し、そのときの圧力を圧力判定手段３１がモニタした圧力が正常範囲内であれば、閉塞なしとし、正常範囲外で、圧力（負圧）が閾値を一定時間継続して下回った場合に閉塞と判定する。閉塞がない場合には、ドージングバルブ１２は閉じていないため、閉塞時よりは少ない負圧となり、閉塞した場合には、真空圧に近い圧となるため、閉塞の有無を容易に判定できる。
【００３７】
この閉塞判定手段３３で、閉塞なしと判定された場合は、通常の制御を行い、スタートアップ制御からＭｅｔｅｒｉｎｇ制御（圧送ライン２０内の尿素水をスタートアップ制御圧から所定圧（ビルドアップ圧）まで高め、噴射可能状態とする）を行う。
【００３８】
閉塞ありと判定された場合は、所定時間経過後にスタートアップ制御を行い、尿素水圧力が目標圧力に到達度、再度閉塞判定を実施する、この閉塞判定有り無しを一定回数（Ｎ回）連続して行い、その一定回数Ｎ以内に閉塞なしと判定された場合には、部分凍結した尿素水が解凍して正常に戻った状態であり、一定回数Ｎを超える場合は、凍結ではなく異物詰まりによるものと判断し、凍結による詰まりと区別して異物による詰まりと判定することができる。
【００３９】
次に本発明を図３のフローチャートより説明する。
【００４０】
ステップＳ１で制御が開始され、ステップＳ２でキースイッチＯＮされたとき、ステップＳ３で、尿素水の凍結の有無を判定し、凍結があるときは（Ｙｅｓ）、ステップＳ４で解凍制御を実施し、凍結がないとき（Ｎｏ）、ステップＳ５でスタートアップ制御を実施すると共にステップＳ６で排気温度がＤＰＦ温度の設定温度より高いかどうかを判断する。
【００４１】
このステップＳ６の判断は、排気温度が高いとき、圧送ラインに尿素水を供給してスタートアップ制御直後に、ドージングバルブを開としてエンプティング制御を行うと、ドージングバルブ内の尿素水が排気温度の熱でシアヌル酸となって結晶化し、固着の原因となるため、排気温度が低下するまで閉塞検出を待機させるために行う。
【００４２】
次に、ステップＳ６で、排気温度が低下したとき（Ｎｏ）、ステップＳ７で、エンプティング制御実施許可条件かを判断する。
【００４３】
この許可条件の例としては、
・ドージング停止となる故障が発生していない。  
・スタートアップ制御が安定して行われている。  
・配管部（ＰＬ）閉塞判定がなされたことがない（Ｐ／Ｌ閉塞判定終了カウンターが０）。  
・ステップＳ３の凍結判定時間が長い、又は解凍失敗時の再起動を実施した（凍結不完全の可能性有り）。  
・外気温、尿素水温度が所定値以下。  
・ＮＯｘ浄化効率が低下した場合（異物により適正な尿素噴射ができていない）。
【００４４】
これらの条件に該当する場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ８のエンプティング制御を実施し、該当しない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２０に移行する。
【００４５】
ステップＳ８で、エンプティング制御が実施された後は、ステップＳ９のエンプティング制御完了かどうかを判断する。ステップＳ１０で排気温度がＤＰＦａｃｔｉｖ＿Ｃより高いかどうかを再度判定し、高ければ（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６のＳｔａｒｔ  Ｕｐ制御（スタートアップ）に移行させる。
【００４６】
このステップＳ１０で排気温度が高くないときは（Ｎｏ）は、尿素圧力が正常範囲の上限値（Ｈｉｇｈ＿Ｃ）より高いかどうかを判断し、高いときには（Ｙｅｓ）、ステップＳ２２のＳｔａｒｔ  Ｕｐ（スタートアップ）制御に移行させる。
【００４７】
ステップＳ１１で、尿素水の尿素圧力が上限値以下（Ｎｏ）のとき、ステップＳ１２で、尿素圧力が正常範囲の下限値（Ｌｏｗ＿Ｃ）かどうかを判断し、下限値より高いとき（Ｎｏ）は、ステップＳ９の判断に戻し、下限値より低いとき（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３で、その状態が、Ｔｓｅｃ間維持しているかどうかを判断し、維持しない（Ｎｏ）ときは、ステップＳ９の判断に戻し、維持しているときには（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４でエンプティング制御を終了した後、ステップＳ１５でＰ／Ｌ閉塞カウンタを＋１にインクリメントし、その後ステップＳ１６でスタートアップ制御を再開し、ステップＳ１７でタイマ加算とステップＳ１８でタイマのカウントアップを行い、時間がＴｃを超えたなら（Ｙｅｓ）、ステップＳ１９でＰＬテストカウンタ（ＰＬｔｅｓｔ＿ｃｔｒ）に１を加算し、ステップＳ８のエンプティング制御を再度実施する。
【００４８】
これにより、圧送ライン等の配管部が異物等で閉塞されている場合には、ステップＳ９〜Ｓ１９を繰り返し、この繰り返しの一定回数Ｎを超えたとき、ステップＳ９でエンプティング制御の完了とされて、ステップＳ２０に移行する。
【００４９】
ステップＳ２０では、Ｐ／Ｌ閉塞カウンタがＮ回以上かを判断し、Ｎ回を超えるのときには（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１で、Ｐ／Ｌ異常確定（異物による詰まり）として制御を終了（ステップＳ２５）する。
【００５０】
ステップＳ２０では、Ｐ／Ｌ閉塞カウンタがＮ回以内であれば、ステップ２２でスタートアップ制御を実行し、ステップＳ２３で、Ｍｅｔｅｒｉｎｇ制御を実施し、ステップＳ２４でドージング制御を実施して通常制御として制御を終了（ステップＳ２５）する。この場合、Ｐ／Ｌ閉塞カウンタの回数から閉塞判定手段３３が一部凍結により閉塞があり、その後解凍が終了したことも判定できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  排気管
１１  ＳＣＲ装置
１２  ドージングバルブ
１３  ＮＯｘセンサ
１４  ＤＣＵ
１５  尿素水タンク
２２  尿素水センサ
２６  排気温度センサ
３３  閉塞判定手段
【図１】
2014145276.tif 000003
【図２】
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