(57)【要約】【課題】ドージングバルブで尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止することができるＳＣＲシステムを提供する。【解決手段】排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときにはドージングバルブ１０４を閉としておくＳＣＲシステム１００であって、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ１０４内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブ１０４を開放すると共に、サプライモジュール１０６を制御してドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻す固着防止システムを備えるＳＣＲシステムである。【選択図】図１
2011247135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内に臨んで設けられＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、尿素タンク内の尿素水を吸い上げてドージングバルブに尿素水を供給すると共に、ドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻すサプライモジュールとを備え、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときにはドージングバルブを閉としておくＳＣＲシステムであって、
排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを開放すると共に、サプライモジュールを制御してドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻す固着防止システムを備えることを特徴とするＳＣＲシステム。
【請求項２】
排気管内に臨んで設けられＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、尿素タンク内の尿素水を吸い上げてドージングバルブに尿素水を供給すると共に、ドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻すサプライモジュールとを備え、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときにはドージングバルブを閉としておくＳＣＲシステムであって、
排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを所定の時間間隔を空けて開放する固着防止システムを備えることを特徴とするＳＣＲシステム。
【請求項３】
前記サプライモジュールは、尿素タンクとドージングバルブとの間に設けられており、尿素水を圧送するＳＭポンプと、ＳＭポンプによる送液流路を切り替えるリバーティングバルブとを備える請求項１又は２に記載のＳＣＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドージングバルブで尿素水が結晶化して、ドージングバルブのシリンダや弁体に固着することによる、ドージングバルブの作動不良を防止するための固着防止システムを備えたＳＣＲシステム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、尿素タンクに貯留された尿素水をＳＣＲ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）。
【０００４】
ここで、尿素水からアンモニアが生成される過程を図４を用いて説明する。
【０００５】
図４に示すように、尿素水は、沸点以上の温度になると、その水分が蒸発を開始し、融解物を経てガスが生成される。生成されたガスは、温度を上昇させると結晶化し、固形物が生成される。生成された固形物は昇華するとアンモニアが生成される。また、生成された融解物やガスの一部は水蒸気と共に加水分解して、アンモニアと炭酸ガスが生成される。
【０００６】
ところで、尿素水は、排気管内に臨んでＳＣＲ装置の上流側に設けられたドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）から噴射される。
【０００７】
図５に示すように、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１２７に噴口１２８が設けられ、その噴口１２８を塞ぐ弁体１２９がスリット１３３を有する筒状のプランジャ１３０に取り付けられた構造となっており、コイル１３１に通電することによりプランジャ１３０を引き上げることで弁体１２９を噴口１２８から離間させて尿素水を噴射するようになっている。また、ドージングバルブ１０４の内部には、プランジャ１３０を介して弁体１２９を常閉の状態に付勢するバネ１３２が設けられているため、コイル１３１への通電を止めると、そのバネ力によりプランジャ１３０が引き下げられて弁体１２９が噴口１２８を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
【０００８】
ドージングバルブ１０４は、高温の排気ガスが流れるエンジンの排気管に設けられるので、ドージングバルブ１０４が高温になると、ドージングバルブ１０４内の尿素水も高温となり、図６（ａ）に示すように、ドージングバルブ１０４内の尿素水が結晶化して弁体１２９が固着してしまったり、或いは、図６（ｂ）に示すように、尿素水が結晶化した固体１３４が弁体１２９とシリンダ１２７の弁座との間に挟まって、尿素水の噴射が停止できなくなったりして、ドージングバルブ１０４が作動不良となり適正な尿素水噴射制御が行えなくなるという不具合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
上述の不具合は、ドージングバルブ１０４から尿素水が噴射されている場合には尿素タンク内の高温となっていない尿素水が適宜ドージングバルブ１０４に供給されているため生じない。
【００１１】
しかしながら、ドージングバルブ１０４からの尿素水の噴射は、ＳＣＲ触媒が活性化する温度、即ちＳＣＲ触媒での浄化反応が行われる温度のときにしかなされない。このＳＣＲ触媒が活性化する温度はおおよそＣ℃程度以上であるので、尿素水が結晶化を開始するＡ℃程度以上でＳＣＲ触媒が活性化するＣ℃程度未満の温度帯では、ドージングバルブ１０４内に尿素水が留まることにより、尿素水の結晶化が起こり、ドージングバルブ１０４の作動不良が生じる問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ドージングバルブで尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止することができる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】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、排気管内に臨んで設けられＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、尿素タンク内の尿素水を吸い上げてドージングバルブに尿素水を供給すると共に、ドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻すサプライモジュールとを備え、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときにはドージングバルブを閉としておくＳＣＲシステムであって、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを開放すると共に、サプライモジュールを制御してドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻す固着防止システムを備えることを特徴とするＳＣＲシステムである。
【００１４】
請求項２の発明は、排気管内に臨んで設けられＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、尿素タンク内の尿素水を吸い上げてドージングバルブに尿素水を供給すると共に、ドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻すサプライモジュールとを備え、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときにはドージングバルブを閉としておくＳＣＲシステムであって、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを所定の時間間隔を空けて開放する固着防止システムを備えることを特徴とするＳＣＲシステムである。
【００１５】
請求項３の発明は、前記サプライモジュールは、尿素タンクとドージングバルブとの間に設けられており、尿素水を圧送するＳＭポンプと、ＳＭポンプによる送液流路を切り替えるリバーティングバルブとを備える請求項１又は２に記載のＳＣＲシステムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ドージングバルブで尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用するＳＣＲシステムを示す概略図である。
【図２】サプライモジュール周りのライン図である。
【図３】ＤＣＵの入出力構成を示す図である。
【図４】尿素水の温度変化による状態変化を示す図である。
【図５】ドージングバルブを示す断面斜視図である。
【図６】（ａ），（ｂ）はドージングバルブの不具合を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
まず、車両に搭載されるＳＣＲシステムについて説明する。
【００２０】
図１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、排気管内に臨んで設けられ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、図５で説明したように、高圧の尿素水が満たされたシリンダ１２７に噴口１２８が設けられ、その噴口１２８を塞ぐ弁体１２９がスリット１３３を有する筒状のプランジャ１３０に取り付けられた構造となっており、コイル１３１に通電することによりプランジャ１３０を引き上げることで弁体１２９を噴口１２８から離間させて尿素水を噴射するようになっている。また、ドージングバルブ１０４の内部には、プランジャ１３０を介して弁体１２９を常閉の状態に付勢するバネ１３２が設けられているため、コイル１３１への通電を止めると、そのバネ力によりプランジャ１３０が引き下げられて弁体１２９が噴口１２８を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、キーＯＦＦ（イグニッションＯＦＦ、車両停止）の際には、リバーティングバルブ１１５を切り替えてドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すようにして、尿素水の結晶化によるドージングバルブ１０４の作動不良の発生を防止している。このように、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻す制御を本明細書ではエンプティングと呼称する。
【００２７】
エンプティングを行う際には、予めドージングバルブ１０４を開放しておき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すことで、排気管１０２の排気ガス（空気）をドージングバルブ１０４から尿素タンク１０５まで吸い込むようにしている。
【００２８】
ここで、サプライモジュール１０６周りのライン構成の一例を説明する。
【００２９】
図２に示すように、尿素タンク１０５内からの送液ライン１１６は、リバーティングバルブ１１５を介してＳＭポンプ１１２の吸い込み側に接続される。更に、ＳＭポンプ１１２は、その吐出側に接続された出口ライン１４３、リバーティングバルブ１１５を介してドージングバルブ１０４に接続される。
【００３０】
ここで、リバーティングバルブ１１５は、図の実線で示したラインと、図の破線で示したラインとに切り替えることができる。これにより、尿素タンク１０５からドージングバルブ１０４への尿素水の供給と、ドージングバルブ１０４から尿素タンク１０５への尿素水の回収とが行えるようになっている。
【００３１】
回収ライン１１８は、ドージングバルブ１０４に接続される圧送ライン１１７に接続されており、尿素タンク１０５に尿素水を戻すように構成されている。
【００３２】
なお、このライン構成はあくまで一例であり、上述の構成に限定されるものではない。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図３に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
さて、ＳＣＲシステム１００では、通常、ＳＣＲ触媒温度（排気温度）がＳＣＲ触媒が活性化する温度（Ｃ℃）に満たないときにはドージングバルブ１０４を閉としておき、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度以上に十分に加熱されたとき、ドージングバルブ１０４からの尿素水の噴射を許可するようにしている。ここで、ＳＣＲ触媒温度は、これを直接測定するセンサは通常設けられていないため、排気温度センサ１０９の測定値をＳＣＲ触媒温度と見なすこととする。つまり、排気温度とＳＣＲ触媒温度は同じものである。
【００４１】
ドージングバルブ１０４からの尿素水の噴射が許可されている場合には、排気ガス中のＮＯxの量などに応じて適宜尿素水の噴射が行われる。このようにドージングバルブ１０４からの尿素水の噴射が行われている場合には、尿素タンク１０５内の高温でない尿素水が、サプライモジュール１０６によってドージングバルブ１０４に供給されているため、ドージングバルブ１０４内の尿素水が高温となり結晶化することはない。
【００４２】
これに対し、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときには、ドージングバルブ１０４からの尿素水の噴射が行われない。尿素水はＡ℃〜Ｂ℃程度で結晶化してしまうため、排気温度が、例えばＡ℃以上Ｃ℃未満の温度帯のときには、その温度帯の排気ガスの熱を受けるドージングバルブ１０４内に満たされた尿素水が結晶化し、ドージングバルブ１０４の作動不良を招く虞がある。
【００４３】
そこで、本発明のＳＣＲシステム１００は、排気温度がＳＣＲ触媒が活性化する温度に満たないときでも、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ１０４内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブ１０４を開放すると共に、サプライモジュール１０６を制御してドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻す固着防止システムを備える。固着防止システムは、ＤＣＵ１２６に実装されている。
【００４４】
固着防止システムは、排気温度センサ１０９の測定値を監視し、この測定値が尿素水が結晶化する温度以上でＳＣＲ触媒が活性化する温度未満のとき、ドージングバルブ１０４を開放すると共に、サプライモジュール１０６のリバーティングバルブ１１５を切り替えると共にＳＭポンプ１１２を作動させ、強制的にエンプティング（強制エンプティング）を実施するように構成される。
【００４５】
つまり、固着防止システムは、排気温度センサ１０９の測定値を監視することで、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満であるか否かを判定し、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満のとき、強制エンプティングを実施する。
【００４６】
この動作により、ドージングバルブ１０４内の尿素水を、結晶化してしまう前に取り除くことができるので、ドージングバルブ１０４内で尿素水が結晶化して固着するのを防止することができる。
【００４７】
以上要するに、固着防止システムを備えた本発明のＳＣＲシステムによれば、ドージングバルブ１０４で尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ１０４内での尿素水の固着を防止することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、固着防止システムを、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上でＳＣＲ触媒が活性化する温度未満のとき、強制エンプティングを実施するように構成したが、強制エンプティングに代えて、ドージングバルブ１０４を間欠的（例えば、３分毎）に開放し、少量の尿素水をドージングバルブ１０４内から所定の時間間隔を空けて排出するように構成しても良い。これによっても、ドージングバルブ１０４内の尿素水を、結晶化してしまう前に排出することができるので、ドージングバルブ１０４内で尿素水が結晶化して固着するのを防止することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０２  排気管
１０３  ＳＣＲ装置
１０４  ドージングバルブ
１０５  尿素タンク
１０６  サプライモジュール
【図１】
2011247135.tif 000003
【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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