(57)【要約】  エンジンのエンジン排気にある窒素酸化物を低減するための制御システムが、エンジンからの排気を受け入れるように適合された入口を備えた排出触媒を備える。還元剤タンクが還元剤を保管する。噴射器が、還元剤タンクと流体連通し、還元剤を触媒の排気上流に噴射するように作動可能である。還元剤ポンプが、還元剤を還元剤タンクから噴射器へと汲み上げる。制御器が、エンジン作動条件に基づいて還元剤の目標圧力を決定し、その目標圧力に基づいて還元剤ポンプを作動させる。
2014522945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのエンジン排気内の窒素酸化物を低減するための制御システムであって、
前記エンジンからの排気を受け入れるように適合された入口を備えた排出触媒と、
還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、
前記還元剤タンクと流体連通し、前記還元剤を前記触媒の排気上流に噴射するように作動可能な噴射器と、
前記還元剤を前記還元剤タンクから前記噴射器へと汲み上げる還元剤ポンプと、
エンジン作動条件に基づいて前記還元剤の目標圧力を決定し、前記目標圧力を供給するために前記還元剤ポンプを作動させる制御器と、
を備える制御システム。
【請求項２】
前記エンジン作動条件は前記エンジンの「オン」状態および「オフ」状態を含む、請求項1に記載の制御システム。
【請求項３】
前記目標圧力は、「オン」のエンジン作動条件のための第1の目標圧力と、「オフ」のエンジン作動条件のための第2の目標圧力とを含み、前記第2の目標圧力は前記第1の目標圧力よりも低い、請求項2に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第1の目標圧力は実質的に約5.5Barであり、前記第2の目標圧力は実質的に約2.0Barである、請求項3に記載の制御システム。
【請求項５】
前記エンジン作動条件はエンジン排気温度を含む、請求項1に記載の制御システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記排気温度に基づいて前記還元剤ポンプを作動させる、請求項5に記載の制御システム。 
【請求項７】
前記制御器は、前記排気温度に基づいて冷却時間を決定する、請求項6に記載の制御システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記エンジンが「オフ」となり、前記排気温度が閾よりも高くなった後に、前記冷却時間にわたって前記還元剤ポンプを作動させる、請求項7に記載の制御システム。
【請求項９】
前記冷却時間は、周囲温度、周囲湿度、および周囲圧力のうちの少なくとも1つに基づいて調整される、請求項8に記載の制御システム。
【請求項１０】
エンジンの排気流にある窒素酸化物を還元剤で低減するための方法であって、
「オフ」と「オン」との一方を含む前記エンジンの作動条件を決定するステップと、
前記エンジンの前記作動条件に基づいて、前記還元剤の目標圧力を、第1の圧力と前記第1の圧力よりも低い第2の圧力との一方に設定するステップと、
前記排気流の温度を決定するステップと、
冷却モードを、所定の閾温度よりも高い温度に基づいて設定するステップと、
前記エンジンの前記作動条件が「オフ」となり、前記冷却モードが設定されることに基づいて、前記第2の圧力を供給するように前記還元剤ポンプを作動させるステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記排気流の温度を決定する前記ステップは、前記排気流と流体連通するように配置された温度センサから温度信号を伝達することを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記温度に基づいて冷却時間を決定するステップと、
前記エンジンが「オフ」となり、前記温度信号が閾よりも高くなった後に、前記冷却時間にわたって前記還元剤ポンプを作動させるステップと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記冷却時間は周囲温度に基づいて調整される、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却時間は周囲湿度に基づいて調整される、請求項12に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却時間は周囲圧力に基づいて調整される、請求項12に記載の方法。
【請求項１６】
前記還元剤ポンプを作動させる前記ステップは、噴射器によって前記還元剤を再循環させることを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１７】
前記還元剤を前記噴射器からパージすることを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
パージすることは、前記還元剤ポンプを逆方向に作動させることを含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
エンジンの排気流にある窒素酸化物を還元剤で低減するための方法であって、
前記排気流の第1の温度を決定するステップと、
前記第1の温度と所定の噴射器が可能とする閾温度との比較に基づいて、前記還元剤の目標圧力を、第1の圧力とより低い第2の圧力との一方に設定するステップと、
「オフ」と「オン」との一方を含む前記エンジンの作動条件を決定するステップと、
前記作動条件が「オン」であるとき、前記第1の圧力と前記第2の圧力との一方を噴射器に供給するために還元剤ポンプを作動させるステップと、
前記エンジンの前記作動条件が「オフ」であるとき、前記還元剤の前記目標圧力を前記第2の圧力に設定するステップと、
排気システムの第2の温度を決定するステップと、
前記第2の温度に基づいて冷却時間を決定するステップと、
前記第2の温度が閾よりも高くなり、前記エンジンが「オフ」となることに基づいて、前記冷却時間にわたって前記還元剤ポンプを作動させるステップと
を含む方法。
【請求項２０】
前記冷却時間を、周囲温度、周囲湿度、および周囲圧力のうちの少なくとも1つに基づいて調整するステップをさらに含む、請求項19に記載の制御システム。
【請求項２１】
前記第1の温度が、前記噴射器が可能とする閾温度を超えないとき、より低い第2の目標圧力が設定される、請求項19に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して排気処理システムに関し、より詳細には、排気処理システムの制御システムと、排気処理システムの還元剤ポンプを制御するための関連する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
選択的触媒還元技術が、内燃機関の排気に存在する窒素酸化物を低減することに関連して用いられてきた。原動機として内燃機関を利用する多くの車両には、窒素酸化物排出を低減するための排気後処理装置も備えられている。これらのシステムには、還元剤を保管するために車両に備え付けられた別体の容器と、還元剤噴射器と、選択的触媒還元触媒とを用いて構築されているものもある。これらのシステムは、典型的には、還元剤を容器から噴射器に送出する還元剤ポンプを組み込んでいる。これらのシステムはこれまで良好に機能してきたかもしれないが、還元剤ポンプをより効率よく制御して、ポンプ騒音を最小限に抑えるとともに排気ガス温度に対する作動装置の冷却を管理する選択的触媒還元システムを提供することが、望ましいと考えられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本節は、開示の大まかな概要を示すが、開示の範囲のすべてまたは開示の特徴のすべてを包括した開示ではない。
【０００４】
エンジンのエンジン排気内の窒素酸化物を低減するための制御システムが、エンジンからの排気を受け入れるように適合された入口を備えた排出触媒を備える。還元剤タンクが還元剤を貯蔵する。噴射器が、還元剤タンクと流体連通し、還元剤を触媒の排気上流に噴射するように作動可能である。還元剤ポンプが、還元剤を還元剤タンクから噴射器へと汲み上げる。制御器が、エンジン作動条件に基づいて還元剤の目標圧力を決定し、その目標圧力に基づいて還元剤ポンプを作動させる。
【０００５】
他の特徴によれば、エンジン作動条件は、エンジンの「オン」状態および「オフ」状態を含む。目標圧力は、「オン」のエンジン作動条件のための第1の目標圧力と、「オフ」のエンジン作動条件のための第2の目標圧力とを含む。その第2の目標圧力は第1の目標圧力よりも低い。第1の目標圧力は5.5Barであり得る。第2の目標圧力は2.0Barであり得る。目標圧力は、必要により調整されてもよい。したがって、説明した目標圧力は単なる例示である。制御システムは、エンジン排気と流体連通していて温度信号を制御器に伝達する温度センサをさらに備えてもよい。制御器は、温度信号に基づいて目標圧力を決定する。制御器は、温度信号に基づいて還元剤ポンプを作動させる。
【０００６】
他の特徴によれば、制御器は、エンジンが「オフ」となり、温度信号が閾よりも高くなった後に、所定の時間にわたって還元剤ポンプを作動させる。所定の時間は、周囲温度、周囲湿度、および周囲圧力のうちの少なくとも1つに基づいて調整されてもよい。
【０００７】
エンジンの排気流にある窒素酸化物を還元剤で低減するための方法が、「オフ」と「オン」との一方を含むエンジンの作動条件を決定するステップを含む。目標の還元剤の圧力が、エンジンの作動条件に基づいて、第1の圧力と、第1の圧力よりも低い第2の圧力との一方に設定される。冷却モードが、所定の閾温度よりも高い排気流の温度に基づいて設定される。還元剤ポンプは、エンジンの作動条件が「オフ」となり、冷却モードが設定されることに基づいて、第2の圧力を供給するように作動される。
【０００８】
エンジンの排気流にある窒素酸化物を還元剤で低減するための別の方法は、排気流の第1の温度を決定するステップを含む。目標の還元剤の圧力が、第1の温度と所定の噴射器が可能とする閾温度との比較に基づいて、第1の圧力とより低い第2の圧力との一方に設定される。「オフ」と「オン」との一方を含むエンジンの作動条件が、決定される。作動条件が「オン」であるとき、第1の圧力と第2の圧力との一方を噴射器に供給するために還元剤ポンプが作動される。目標の還元剤の圧力は、エンジンの作動条件が「オフ」であるとき、第2の圧力に設定される。排気システムの第2の温度が決定され、冷却時間は第2の温度に基づかれる。還元剤ポンプは、第2の温度が閾よりも高くなり、エンジンが「オフ」となることに基づいて、冷却時間にわたって作動される。
【０００９】
適用範囲のさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかとなろう。この概要における説明および具体的な例は、例示の目的だけのために意図されており、本開示の範囲を限定することは意図されていない。
【００１０】
ここで説明される図面は、選択された実施形態であってすべてが可能ではない実施の例示の目的だけのためのものであり、本開示の範囲を限定することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車両のエンジン排気にある窒素酸化物を低減するための排気システムの概略図である。
【図２】複数の還元剤を取り入れる追加の特徴に従い、2つの個別の還元剤送出管路を備える排気システムの概略図である。
【図３】本開示の排気システムのポンプを制御する制御システムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一致している参照符号は、複数の図面を通じて対応する部品を指し示している。
【００１３】
ここで、例示の実施形態を、添付の図面を参照しつつ、より十分に説明する。
【００１４】
図1は、例示の車両12と関連付けられた排気制御システム10を示す。車両12は、原動機として配置されるとともに、排気管18と流体連通している排気口16を備えるエンジン14を備える。エンジン排気流20は、エンジン14から排気管18を通って流れる。噴射器22が、排気管18を通って流れる排気流20へと還元剤を噴射するように位置付けられている。入口26と出口28とを有する排出触媒24が、噴射器22の下流に位置付けられており、排気管18を通って流れている排気流20を受け入れている。
【００１５】
燃料タンク30が、燃料を保管するために車両12に搭載されている。燃料タンク30は、燃料をエンジン14の燃焼室へと選択的に供給できるように、燃料供給管路32を介してエンジン14と流体連通している。エンジン14は、ガソリンを燃料とする火花点火エンジンであってもよいし、または、ディーゼルを燃料とする圧縮エンジンであってもよい。ガソリンエンジン用の燃料には、ガソリン、E85、E95、または他の同様の燃料が含まれ得る。ディーゼルエンジン用の燃料には、ディーゼル燃料、バイオ燃料B5、B10、B20、または他の同様の燃料が含まれ得る。追加の還元剤タンク40も車両12に搭載されている。タンク40は、DEF(尿素水)、E85、E95、B5、B10、B20などの容易に利用可能な還元剤を保管できる。ある例では、使用者は、充填タンク40と流体連結する給油口(具体的に示していない)を通じて還元剤を投入することによってなど、従来の方法によって、タンク40を満たすことができる。還元剤レベルセンサ42が、還元剤タンク40に設けられており、還元剤量信号44を制御器50に伝達する。制御器50は、還元剤ポンプ信号51を還元剤ポンプ54に伝達する。還元剤ポンプ54は、還元剤を、還元剤管路56を通じて噴射器22へと送出する。この点において、還元剤管路56は、本明細書で説明されるように、還元剤を還元剤タンク40から噴射器22へと流して伝達するように構成されている。冷却事象の間などに還元剤を再循環させるために、再循環管路58が使用され得る。再循環管路58は、高い噴射圧力を可能とすること、および/または、還元剤の流れを位置することもできる。
【００１６】
制御器50は、1つまたは複数のソフトウェアまたはファームウェアプログラムを実行する特定用途向け集積回路(ASIC)、電気回路、プロセッサ(共有、専用、または群)、および記憶装置を備える任意のモジュールおよび/または装置、組み合せ論理回路、あるいは、説明した機能を提供する他の適切な構成品であり得る。制御器50は、所望の還元剤投入速度に基づく投入速度信号60を噴射器22に伝達できる。
【００１７】
追加の複数のセンサ62は制御器50と通信できる。それらセンサ62は、エンジン回転数、周囲空気温度、エンジン作動温度、空気質量流量、タンク30内のディーゼル燃料の量、NOx濃度、HC濃度、O2濃度、H2濃度、アンモニア濃度、および、車両12に搭載されたCANバスまたは専用のセンサから利用可能とされ得る他のデータを示すがそれらに限定されることのない信号を、提供することができる。排気ガス温度センサ64および66が、排気管18に位置付けられてもよく、排気ガス温度(EGT)を制御器50に伝達するように構成されてもよい。提示した例では、センサ64および66のEGTは平均化されてもよい。他の例では、1つだけの排気ガス温度センサが設けられてもよい。
【００１８】
制御器50は、還元剤ポンプ信号51を還元剤ポンプ54へと伝達し、噴射器22を選択的に作動させるために投入速度信号60を伝達する。また、制御器50は、噴射器22および還元剤ポンプ54と通信して、再循環管路58を通じた還元剤の再循環を開始および停止できる。噴射器22は、センサ62、64、および66から送られる入力に基づいて、還元剤管路56および再循環管路58を通って流れる還元剤を供給する。制御器50は、状態信号68を運転者案内表示器70に伝達する。状態信号68は、排気制御システム10の異常、還元剤冷却事象の表示、噴射器22の投入速度、および、還元剤タンク40の還元剤の高さ、または、排気制御システム10に関する他の情報などであるがそれらに限定されることなく、制御器50によって決定される様々な情報に対応することができる。また、状態信号68は、制御器50によって無効とされている排気制御システムとも通信させることができることも考慮されている。
【００１９】
図2は、別の排気制御システム200を示す。排気制御システム200は排気制御システム10と同様である。したがって、同様の要素は、以前に示した参照符号のままとなっている。図2に示した構成では、燃料供給管路202が燃料タンク30および燃料噴射器204と接続している。燃料噴射器204は、還元剤としての燃料を、排気管18におけるエンジン排気流20に選択的に供給するように作動可能である。燃料の排気流20への供給は、制御器50によって伝達される燃料信号206を介して制御される。ディーゼル酸化触媒(DOC)208およびディーゼル微粒子除去装置(DPF)209は、燃料噴射器204の下流で排気管18を通って流れる排気を受け入れるように位置付けられている。
【００２０】
別の供給管路210が、還元剤タンク40を噴射器22に連結している。噴射器22は、還元剤タンク40内に入れられている還元剤(例えば、DEF)を、制御システム10に関連して説明したように、排気管18を通過する排気流20へと噴射するように選択的に作動可能である。制御システム10および200は単なる例であり、以下に説明する方法は他の制御システムに適用可能であることは理解されよう。
【００２１】
ここで図3を参照すると、エンジンの排気流にある窒素酸化物を還元剤で低減するための方法が示されており、大まかに符号300で識別されている。エンジン14はステップ302で始動する。ステップ304では、制御は、排気ガス温度(EGT)が可能な閾より大きいかどうかを判定する。また、EGTは、温度信号を制御器50に伝達する温度センサ64および66によるなどして判定することができる。ある例によれば、可能な閾は、限定されることはないが摂氏200度など、摂氏温度の修正された値であってもよい。EGTが可能な閾よりも高くない場合、制御は、ステップ306において噴射なしのための修正設定値に相当する目標圧力を設定する。ある例では、目標圧力は、閉ループ圧力制御のための設定値であってもよい。
【００２２】
ポンプ54は、制御器50によって、還元剤管路56および/または58などにおける還元剤の圧力に基づいた速度に制御されてもよい。圧力値は、センサ62の圧力センサによってもたらされてもよい。ある例による噴射なしのための修正設定値は、2.0Barであってもよい。他の値が用いられてもよい。ステップ308では、制御は、使用者がエンジン14を「オフ」にしたかどうかを判定する。「オフ」にしていない場合は、制御はステップ304へと戻る。使用者がステップ308でエンジンを「オフ」にした場合は、制御はステップ320へと進む。用語「オフ」および「オン」は、本明細書では、エンジン14の作動条件を表すために用いられることは理解されよう。換言すれば、用語「オフ」は、点火していない、または、作動していないエンジン14を表すために用いられる。同様に、用語「オン」は、点火している、または、作動しているエンジン14を表すために用いられる。
【００２３】
ここでステップ304に戻ると、EGTが可能な閾よりも大きい場合、制御は、噴射器22がステップ310において可能とされているかどうかを決定する。噴射器22がステップ310で可能とされていない場合、制御はステップ306へと進む。噴射器22がステップ310で可能とされている場合、制御はステップ312へと進む。ステップ312では、制御は、噴射のための修正設定値に相当する目標圧力を設定する。ある例では、修正設定値は5.5Barであり得る。また、この値は、噴射なしのための設定値のおよそ3倍であるが、この値は単なる例である。しかしながら、噴射のための目標圧力は、噴射なしのための目標圧力よりも高いことは理解されよう(ステップ306)。次に、制御はステップ308へと進む。
【００２４】
エンジンが「オフ」の場合、制御はステップ320へと進む。ステップ320では、制御は、噴射なしのための修正設定値に相当する目標圧力を設定する。この点において、使用者がエンジン14を「オフ」とした場合、制御は、低くされた圧力に対応する減速された速度でポンプ54を作動させることができる。その結果、車両の乗員によって聞き取られるポンプ54からの騒音は、エンジン14が「オフ」であるときに低減される。
【００２５】
ステップ322では、制御は、EGTが冷却を可能とする閾温度よりも高いかどうかを判定する。ある例では、冷却は、流体管路56および58を通るように還元剤を再循環させて噴射器22の温度を下げることを含んでもよい。閾温度は、噴射器22が過熱しないように十分に低い温度に相当する決定された値であってもよい。ある例では、閾温度は、還元剤の(管路58を通してなどの)再循環が停止された後に到達されてもよい。EGTがステップ322における閾温度より高いと制御が判定する場合、制御は、ステップ324において、参照用テーブルに従って冷却時間を設定する。ステップ326では、冷却時間は1つまたは複数の参照用テーブルに基づいて変更されてもよい。1つまたは複数の参照用テーブルは、最初に決定された冷却時間と、周囲温度、周囲湿度、および周囲圧力のうちの少なくとも1つとに基づいて、調整された冷却時間を決定できる。最初に決定された冷却時間に対して時間が加算または減算されて、調整された冷却時間を得る。周囲温度、周囲湿度、および周囲圧力のこれらの値は、センサ62によって提供できる。ステップ328では、制御は、調整された冷却時間にわたって冷却を行う。
【００２６】
ステップ330では、制御は、冷却時間が経過したかどうかを判定する。わかるように、冷却時間は、例えば6分間といった任意の値に設定され得る。しかしながら、わかるように、冷却時間は、ステップ326で決定された値に基づいて変化することになる。ステップ330で冷却時間が経過していなかった場合、制御はステップ328へと戻る。ステップ330で冷却時間が経過していた場合、制御はステップ332へと進む。ステップ332では、制御は、EGTが閾温度よりも低いかどうか、および、冷却が終了したかどうかを判定する。EGTが閾温度よりも低くない場合、ステップ328へと戻る。EGTが閾温度よりも低い場合、ステップ340へと進む。ステップ340では、システムがパージされる。ある例では、システムは、ポンプ54を逆に作動させることでパージさせられ得る。ステップ342では、制御は、パージタイマが完了したかどうかを判定する。修正値は、120秒など、任意の値であり得る。ステップ342で、タイマが完了していなかった場合、制御はステップ340へと戻る。ステップ342で、タイマが完了していた場合、ポンプ54はステップ344で無効とされる。
【００２７】
本実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提供された。完全であること、または、開示を限定することは意図されていない。具体的な実施形態の個々の要素または特徴は、その具体的な実施形態に概して限定されることはなく、適用可能である場合、たとえ具体的に示されたり説明されたりしなくても、選択された実施形態で、互いに置き換え可能であり、用いることができる。同じことは、多くの方法で変形も可能である。このような変形態様は開示からの逸脱として解釈されず、このような改良のすべては、本開示の範囲内に含まれるように意図されている。
【符号の説明】
【００２８】
10  排気制御システム
12  車両
14  エンジン
16  排気口
18  排気管
20  エンジン排気流
22  噴射器
24  排出触媒
26  入口
28  出口
30  燃料タンク
32  燃料供給管路
40  還元剤タンク
42  還元剤レベルセンサ
44  還元剤量信号
50  制御器
51  還元剤ポンプ信号
54  還元剤ポンプ
56  還元剤管路
58  再循環管路
60  投入速度信号
62  センサ
64  排気ガス温度センサ
66  排気ガス温度センサ
68  状態信号
70  運転者案内表示器
200  排気制御システム
202  燃料供給管路
204  燃料噴射器
206  燃料信号
208  ディーゼル酸化触媒(DOC)
209  ディーゼル微粒子除去装置(DPF)
210  供給管路
【図１】
2014522945.tif 000003
【図２】
2014522945.tif 000004
【図３】
2014522945.tif 000005
【国際調査報告】
2014522945.tif 000006
2014522945.tif 000007