(57)【要約】【課題】尿素水を原料とした白色生成物による排気通路の閉塞を防ぐことができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】排気通路１１に、風向風速調節装置２６、尿素水噴射弁２３、及び選択的還元触媒２４が、排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されていて、尿素水噴射弁２３と選択的還元触媒２４との間に介在する排気通路１１の一部の壁面に、尿素水噴射弁２３から噴射された尿素水Ｕ１が付着する付着部位３９が形成されていて、尿素水噴射弁２３からの尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態では、制御装置２９により、風向風速調節装置２６に、排気ガスＧ１で付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばす調節を行わせる構成にした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に、風向風速調節装置、尿素水噴射弁、及び選択的還元触媒が、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されている排気ガス浄化システムにおいて、
前記風向風速調節装置、及び前記尿素水噴射弁のそれぞれに接続された制御装置を備えていて、
前記尿素水噴射弁と前記選択的還元触媒との間に介在する前記排気通路の一部の壁面に、前記尿素水噴射弁から噴射された尿素水が付着する付着部位が形成されていて、
前記制御装置による前記尿素水噴射弁からの尿素水の噴射が停止している状態では、前記制御装置により、前記風向風速調節装置に、排気ガスで前記付着部位に付着した尿素水を吹き飛ばす調節を行わせる構成にしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記制御装置に接続されて前記排気通路を流れる排気ガスの流量を取得する流量取得装置を備えていて、
前記流量取得装置が取得した排気ガスの流量が予め設定した閾値以下のときは、前記吹き飛ばす調節が、前記付着部位に向かって流れる排気ガスの速度を速める調節である請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記速める調節が、前記風向風速調節装置における排気ガスの流路を、排気ガスの流れに関して上流側で広げると共に、下流側で狭める調節である請求項２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記排気通路が中途位置で屈曲してなり、排気ガスの流れに関して、前記風向風速調節装置が前記中途位置よりも上流側に、前記尿素水噴射弁が前記中途位置に、及び前記選択的還元触媒が前記中途位置よりも下流側にそれぞれ配置されていると共に、前記尿素水噴射弁が前記排気通路の外側から内側に向かって挿通した状態で、尿素水の噴射方向が前記中途位置から前記選択的還元触媒に向かう方向に向けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
尿素水噴射弁から噴射された尿素水を還元剤として、排気通路に配置された選択的還元触媒により排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する排気ガス浄化システムにおいて、
前記尿素水噴射弁からの尿素水の噴射が停止しているか否かを判定し、
前記尿素水噴射弁からの尿素水の噴射が停止していると判定した場合は、
前記尿素水噴射弁よりも排気ガスの流れに関して上流側に配置された風向風速調節装置により、前記尿素水噴射弁と前記選択的還元触媒との間に介在する前記排気通路の一部の壁面に形成された付着部位に付着した前記尿素水噴射弁から噴射された尿素水を排気ガスで吹き飛ばす調節を行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化システム及びその制御方法に関し、より詳細には、尿素水を原料とした白色生成物の析出を防止可能な排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路に、風向板、尿素水噴射弁、及び選択的還元触媒が、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されている排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排気ガス浄化システムは、風向板により、排気ガスの流れる方向を尿素水噴射弁の噴射方向に向けることで、尿素水が噴射口側に戻ることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、尿素水噴射弁から噴射された尿素水の一部が拡散されずに、尿素水噴射弁と選択的還元触媒との間の排気通路の壁面に付着して、尿素、メラミン、シアヌル酸、ビウレットなどが固体化した白色生成物が析出する場合がある。白色生成物が析出すると、排気通路が閉塞するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、尿素水を原料とした白色生成物の析出を防止することができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムは、排気通路に、風向風速調節装置、尿素水噴射弁、及び選択的還元触媒が、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されている排気ガス浄化システムにおいて、前記風向風速調節装置、及び前記尿素水噴射弁のそれぞれに接続された制御装置を備えていて、前記尿素水噴射弁と前記選択的還元触媒との間に介在する前記排気通路の一部の壁面に、前記尿素水噴射弁から噴射された尿素水が付着する付着部位が形成されていて、前記尿素水噴射弁からの尿素水の噴射が停止している状態では、前記制御装置により、前記風向風速調節装置に、排気ガスで前記付着部位に付着した尿素水を吹き飛ばす調節を行わせる構成にしたことを特徴とするものである。
【０００７】
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、尿素水噴射弁から噴射された尿素水を還元剤として、排気通路に配置された選択的還元触媒により排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する排気ガス浄化システムにおいて、前記尿素水噴射弁からの尿素水の噴射が停止しているか否かを判定し、前記尿素水噴射弁からの尿素水の噴射が停止していると判定した場合は、前記尿素水噴射弁よりも排気ガスの流れに関して上流側に配置された風向風速調節装置により、前記尿素水噴射弁と前記選択的還元触媒との間に介在する前記排気通路の一部の壁面に形成された付着部位に付着した前記尿素水噴射弁から噴射された尿素水を排気ガスで吹き飛ばす調節を行うことを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、尿素水の噴射が停止した状態で、風向風速調節装置により、付着部位に付着した尿素水を排気ガスで吹き飛ばす調節を行うことで、付着した尿素水を吹き飛ばして、排気通路に拡散することができる。これにより、尿素水を原料とした白色生成物の析出を抑制するには有利になり、排気通路の閉塞を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の排気ガス浄化システムの第一実施形態を例示する車両の構成図である。
【図２】図１の噴射部に配置された風向風速調節装置を例示する斜視図である。
【図３】図１の噴射部における排気ガスの流れを例示する縦断面図である。
【図４】図１の噴射部における風向風速調節装置の動きを例示する横断面図である。
【図５】本発明の排気ガス浄化システムの制御方法を例示するフロー図である。
【図６】本発明の排気ガス浄化システムの第二実施形態における噴射部に配置された風向風速調節装置を例示する斜視図である。
【図７】図６の噴射部における風向風速調節装置の動きを例示する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、ｘを車両の進行方向（前後方向）とし、ｙを車両の側方（左右方向）とし、ｚを鉛直方向（上下方向）とする。
【００１１】
図１に例示するように、実施形態の排気ガス浄化システム２０は、エンジン１０から排出された排気ガスＧ１が通過する排気通路１１の中途位置に配置された複数の浄化装置（２１〜２５）により、排気ガスＧ１を浄化する装置である。また、排気ガス浄化システム２０は、排気通路１１に、風向風速調節装置２６、尿素水噴射弁２３、及び選択的還元触媒２４が、排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されていて、風向風速調節装置２６により選択的還元触媒２４に向かう排気ガスＧ１の流れを調節している。
【００１２】
エンジン１０は、複数の直列に配置された気筒１２と、気筒１２のそれぞれに配置された燃料噴射弁１３とを有したエンジン本体１４と、このエンジン本体１４から気筒１２で燃料が燃焼して生じた排気ガスＧ１がエキゾーストマニホールド１５を経由して流れ込む排気通路１１とを備えている。燃料噴射弁１３は、信号線を介してエンジン用制御装置（以下、ＥＣＵという）１６に接続されている。
【００１３】
ＥＣＵ１６は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されているハードウェアである。ＥＣＵ１６は各種センサに電気的に接続されていて、燃料噴射弁１３から噴射される燃料噴射量Ｑｅを調節している。
【００１４】
排気ガス浄化システム２０は、複数の浄化装置として、酸化触媒２１、捕集フィルタ２２、尿素水噴射弁２３、選択的還元触媒２４、及びアンモニア吸着触媒２５を用いていて、それらが排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されている。風向風速調節装置２６は、排気ガスＧ１の流れに関して捕集フィルタ２２の下流側、且つ尿素水噴射弁２３の上流側に配置されている。尿素水噴射弁２３から噴射される尿素水Ｕ１は、サプライモジュール２７に設けた図示しないポンプにより、尿素水タンク２８から尿素水噴射弁２３に供給されている。
【００１５】
制御装置２９は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されているハードウェアである。制御装置２９は、尿素水噴射弁２３、風向風速調節装置２６、及びＥＣＵ１６に信号線を介して電気的に接続されている。また、制御装置２９は、各種センサに電気的に接続されていて、尿素水噴射弁２３から噴射される尿素水噴射量Ｑｎを調節すると共に、風向風速調節装置２６による風向を調節している。
【００１６】
酸化触媒２１及び捕集フィルタ２２は、管軸方向がｙ方向に向いた収納管３０に、選択的還元触媒２４及びアンモニア吸着触媒２５は、管軸方向がｙ方向に向いた収納管３１に、それぞれ収納されていて、互いに径方向に隣り合っている。それらの収納管３０、３１は、内部を流れる排気ガスＧ１がＳ字状に屈曲するＳ字流路３２で接続されている。Ｓ字流路３２は、噴射部３３及び排気管３４から構成されている。
【００１７】
図２に例示するように、噴射部３３は、Ｓ字流路３２の入口側の先端に形成されていて、収納管３０と排気管３４とを接続している。噴射部３３は、ｘ方向の一端に第一開口３５及び第二開口３６を、他端に底３７を、第一開口３５及び第二開口３６を連通する通路３８をそれぞれ有している。第一開口３５は、捕集フィルタ２２が収納されている収納管３０の出口に接続されている。第二開口３６は、排気管３４に接続されている。底３７は、ひょうたん形に形成されている。通路３８は、第一開口３５から第二開口３６に向かってｙ方向の幅が縮径している。
【００１８】
噴射部３３においては、捕集フィルタ２２を通過して第一開口３５から流入した排気ガスＧ１が、通路３８を経由して第二開口３６から流出しており、排気ガスＧ１の流れがＵ字状に屈曲している。底３７の第二開口３６に対向する部分には、外側から内側に向かって尿素水噴射弁２３が挿通していて、尿素水噴射弁２３から噴射される尿素水Ｕ１の噴射方向は、排気管３４の延在方向であるｘ方向に向けられている。
【００１９】
このように、収納管３０、３１を互いの径方向に隣接して配置して、それらをＳ字流路３２で接続することで、排気ガス浄化システム２０の重厚長大化の抑制には有利になる。また、尿素水Ｕ１の噴射方向を排気管３４の延在方向に向ける、つまり、排気ガスＧ１の流れる方向に向けることで、尿素水Ｕ１の拡散には有利になる。
【００２０】
風向風速調節装置２６は、噴射部３３の通路３８に配置されていて、排気ガスＧ１の流れに関して第一開口３５よりも下流側で、且つ第二開口３６よりも上流側に配置されている。
【００２１】
風向風速調節装置２６は、風向板２６ａ、回転軸２６ｂ、及びアクチュエータ２６ｃからなる二組の装置から構成されている。風向板２６ａは、通路３８の延在方向であるｚ方向に対して直交するｙ方向に並べられていて、隣り合う風向板２６ａどうしがｙ方向に対向している。この実施形態で、回転軸２６ｂの軸方向はｘ方向であり、複数の風向板２６ａは、底３７から立設されていてアクチュエータ２６ｃにより回転軸２６ｂを軸にｙ方向に回転可能に構成されている。
【００２２】
図３に例示するように、噴射部３３及び排気管３４のｚ方向下方側の壁面には、尿素水噴射弁２３から噴射された尿素水Ｕ１が付着する付着部位３９が存在している。尿素水噴射弁２３から噴射された大部分の尿素水Ｕ１は、排気ガスＧ１により排気管３４に拡散されて選択的還元触媒２４まで到達するが、一部の尿素水Ｕ１は、重力により下方側に降下して付着部位３９に付着する。
【００２３】
付着部位３９に、尿素、メラミン、シアヌル酸、ビウレットなどが固体化した白色生成物が析出すると、排気管３４や噴射部３３の第二開口３６が閉塞するおそれがある。
【００２４】
そこで、排気ガス浄化システム２０は、制御装置２９により、尿素水噴射弁２３からの尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態では、風向風速調節装置２６に、排気ガスＧ１で付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばす調節を行わせるように構成されている。
【００２５】
尿素水噴射弁２３からの尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態は、制御装置２９による指令により尿素水噴射弁２３から尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態である。制御装置２９は、各種状況に応じて尿素水噴射弁２３からの尿素水Ｕ１の噴射量の調節を行う。具体的に、ＥＣＵ１６からの信号によりエンジン１０が停止している場合は、尿素水Ｕ１の噴射を停止する。また、制御装置２９は、図示しない温度センサにより取得した選択的還元触媒２４に流入する排気ガスＧ１の温度が活性化する温度よりも低い場合、尿素水Ｕ１が凍結している場合も尿素水Ｕ１の噴射を停止する。また、図示しないＮＯｘセンサなどにより取得した選択的還元触媒２４のアンモニアの吸着量が多い場合も尿素水Ｕ１の噴射を停止する。
【００２６】
図４に例示するように、風向風速調節装置２６による吹き飛ばす調節は、排気ガスＧ１を付着部位３９に向かわせる調節と、排気ガスＧ１の速度を速める調節とから構成されている。
【００２７】
具体的に、向かわせる調節は、風向風速調節装置２６により風向風速調節装置２６を通過後の排気ガスＧ１の流れを付着部位３９に向かわせる調節である。この実施形態で、向かわせる調節は、風向風速調節装置２６を通過後（二枚の風向板２６ａの間を通過後）の排気ガスＧ１の流れる方向が、付着部位３９に向くので、風向板２６ａにより通路３８を遮断しなければよい。また、向かわせる調節は、最終的に排気ガスＧ１が付着部位３９に向かえばよく、風向風速調節装置２６を通過後の排気ガスＧ１の流れる向きが直接、付着部位３９に向かなくてもよい。例えば、風向風速調節装置２６を通過後の排気ガスＧ１が通路３８の壁面に向くようにして、排気ガスＧ１が壁面に衝突することで生じる旋回流により、排気ガスＧ１を付着部位３９に向かわせてもよい。
【００２８】
速める調節は、風向風速調節装置２６により風向風速調節装置２６を通過後の排気ガスＧ１の速度を速める調節である。この実施形態で、速める調節は、風向風速調節装置２６における排気ガスＧ１の流路を、排気ガスＧ１の流れに関して上流側で広げると共に、下流側で狭める調節である。より具体的に、速める調節は、隣り合う風向板２６ａの間を排気ガスＧ１の流路として、風向板２６ａを逆ハの字状にして、隣り合う風向板２６ａどうしの間を上流側で広げると共に、下流側で狭める調節である。なお、速める調節は、一方の風向板２６ａ及び通路３８の壁面の間と、他方の風向板２６ａ及び通路３８の壁面の間とを排気ガスＧ１の流れとすると、風向板２６ａをハの字状にしてもよい。
【００２９】
図５に例示するように、排気ガス浄化システム２０の制御方法について以下に説明する。この制御方法は、エンジン１０の運転中に繰り返し行われていて、エンジン１０が停止した場合に終了する。なお、エンジン１０が停止する場合は、燃料の噴射が停止した場合である。
【００３０】
制御が開始すると、制御装置２９が、尿素水噴射弁２３からの尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態か否かを判定する（Ｓ１１０）。具体的に、尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態としては、エンジン１０が停止した状態、排気ガスＧ１の温度が低い状態、尿素水Ｕ１が凍結している状態、選択的還元触媒２４のアンモニアの吸着量が多い状態が例示で
きる。
【００３１】
尿素水Ｕ１の噴射が停止している状態と判定すると、次いで、制御装置２９が、風向風速調節装置２６に、向かわせる調節を行わせる指令を出す（Ｓ１１０）。この指令により、風向風速調節装置２６を通過後の排気ガスＧ１の流れを付着部位３９に向かわせる。
【００３２】
次いで、制御装置２９が、ＥＣＵ１６を介して排気ガスＧ１の流量Ｑｇを取得する（Ｓ１２０）。この実施形態で、排気ガスＧ１の流量Ｑｇは、ＥＣＵ１６によりモニタリングして得られる燃料噴射量Ｑｅと回転速度センサ１７を介して取得したエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて算出されている。つまり、この実施形態で、ＥＣＵ１６は、排気ガスＧ１の流量Ｑｇを取得する流量取得装置として機能している。なお、ＥＣＵ１６に代えて、排気ガスＧ１の流量Ｑｇを取得する流量センサなどを用いてもよい。
【００３３】
次いで、制御装置２９が、流量Ｑｇが予め設定した閾値Ｑａ以下か否かを判定する（Ｓ１３０）。閾値Ｑａは、向かわせる調節（Ｓ１１０）を行っても排気ガスＧ１を付着部位３９まで到達できない状態を判定可能な値に設定される。より具体的に、閾値Ｑａは、向かわせる調節（Ｓ１１０）では、付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を排気ガスＧ１により吹き飛ばすことが不可能な状態を判定可能な値に設定される。
【００３４】
判定した結果により、流量Ｑｇが閾値Ｑａを下回る場合は、制御装置２９が、風向風速調節装置２６に、排気ガスＧ１の速度を速める調節を行わせる指令を出す（Ｓ１４０）。この指令により、風向風速調節装置２６を通過後の排気ガスＧ１の速度を速める。以上の制御が繰り返される。
【００３５】
以上のように、尿素水Ｕ１の噴射が停止した状態で、風向風速調節装置２６により、付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を排気ガスＧ１で吹き飛ばす調節を行うことで、実際に付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばして、排気通路１１に拡散することができる。これにより、付着部位３９に尿素水Ｕ１を原料とした白色生成物が析出することを抑制するには有利になり、排気通路１１（噴射部３３及び排気管３４を含む）の閉塞を防ぐことができる。
【００３６】
吹き飛ばす調節により、付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばすことで、白色生成の析出を抑制することは、選択的還元触媒における窒素酸化物の還元率の低下を防ぐと共に、選択的還元触媒を通過するアンモニア量を低減することもできる。白色生成物が析出すると、その分、尿素水Ｕ１が加水分解されていないことになり、アンモニアの生成量が少なくなる。また、排気ガスＧ１の温度が上昇してその析出した白色生成物が熱分解するとアンモニアが生成される。つまり、この白色生成物が析出することで、選択的還元触媒２４に供給されるアンモニアの量が過少になったり、過多になったりする。そこで、上記の制御により、排気ガスＧ１により付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばして、白色生成物の析出を抑制することにより、窒素酸化物及びアンモニアの排出量を減少するには有利になる。
【００３７】
上記の制御は、尿素水Ｕ１の噴射が停止した状態、つまり、エンジン１０の始動直後、エンジン１０が低負荷、低回転の領域で運転しているとき、車両が惰性走行しているときのいずれかの状態で行われる。つまり、速める調節（Ｓ１４０）において、通路３８の中途位置が、風向風速調節装置２６により上流側から下流側に向かって絞られていても、過大な排気抵抗によって燃費が悪化するおそれがない状態で行われる。
【００３８】
また、排気ガスＧ１の流量Ｑｇが少ない状態の場合は、向かわせる調節（Ｓ１１０）に加えて、速める調節（Ｓ１４０）を行うことにより、排気ガスＧ１の速度を速めることで、排気ガスＧ１を確実に付着部位３９に到達させて、付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばすことができる。これにより、付着部位３９での白色生成物の析出の抑制には有利になる。
【００３９】
図６及び図７に例示する第二実施形態の排気ガス浄化システム２０は、第一実施形態に対して、風向板２６ａの向きが異なっている。
【００４０】
この実施形態で、風向板２６ａは、通路３８の延在方向であるｚ方向に対して直交するｘ方向に並べられていて、隣り合う風向板２６ａどうしがｘ方向に対向している。この実施形態で、複数の風向板２６ａは、通路３８をｙ方向に横断するように設けられていて、アクチュエータ２６ｃにより回転軸２６ｂを軸にｘ方向に回転可能に構成されている。
【００４１】
このように、風向板２６ａの向きが異なっていても、付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を排気ガスＧ１で吹き飛ばす調節を行うことで、尿素水Ｕ１を原料とした白色生成物の析出を抑制するには有利になり、排気通路１１（噴射部３３及び排気管３４を含む）の閉塞を防ぐことができる。
【００４２】
既述した実施形態の付着部位３９は、エンジン１０の性能や、排気ガス浄化システム２０の構造により、異なる位置や領域になる。そこで、付着部位３９は、実験や試験により求めた部位とすることが好ましい。
【００４３】
既述した実施形態の向かわせる調節や速める調節は、付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を排気ガスＧ１で吹き飛ばす調節ができればよく、複数の風向板２６ａの全てを動かす必要はなく、少なくとも一つを動かせばよい。
【００４４】
また、風向板２６ａの向きや角度は、エンジン１０の性能や排気ガス浄化システム２０の構造、並びに、排気ガスＧ１の流速により付着部位３９に付着した尿素水Ｕ１を吹き飛ばすには最適となるように設定することが望ましい。具体的に、風向板２６ａの調節には、予め実験や試験により、排気ガスＧ１の流量Ｑｇと風向板２６ａの向き、あるいは角度（例えば、図４では、通路３８のｙ方向の壁面に平行な位置を基準とした向き、図６では、通路３８のｘ方向の壁面に平行な位置を基準とした向き）とを設定したマップデータを用いるとよい。
【００４５】
上記の吹き飛ばす調節以外では、風向風速調節装置２６により、排気ガスＧ１の流れを尿素水噴射弁２３から噴射される尿素水Ｕ１の噴射方向に向ける調節を行うことが望ましい。このよう調節を行うことで、尿素水Ｕ１の拡散には有利になる。
【符号の説明】
【００４６】
１１  排気通路
２３  尿素水噴射弁
２４  選択的還元触媒
２６  風向風速調節装置
２９  制御装置
３９  付着部位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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