(57)【要約】【課題】尿素水ヒーティングバルブの故障を的確に判断できる尿素水ヒーティングバルブの診断方法及びその装置を提供する。【解決手段】尿素タンク１６内で凍結した尿素水１４をエンジン冷却水で解凍すべく、エンジン冷却水を供給するための尿素水ヒーティングバルブ３０の診断方法において、尿素水ヒーティングバルブ３０の開動作後のエンジン冷却水の水温の経時変化から尿素水ヒーティングバルブ３０の故障の有無を診断するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素タンク内で凍結した尿素水をエンジン冷却水で解凍すべく、エンジン冷却水を供給するための尿素水ヒーティングバルブの診断方法において、尿素水ヒーティングバルブの開動作後のエンジン冷却水の水温の経時変化から尿素水ヒーティングバルブの故障の有無を診断することを特徴とする尿素水ヒーティングバルブの診断方法。
【請求項２】
エンジン回転数が規定範囲内であり、かつ燃料噴射量が規定範囲内であり、この状態の継続中にエンジン冷却水の水温が上昇してきたときに、前記尿素水ヒーティングバルブを閉から開にしてエンジン冷却水による尿素水の解凍を行い、その開動作後のエンジン冷却水に温度下降があったとき正常と診断する請求項１記載の尿素水ヒーティングバルブの診断方法。
【請求項３】
エンジン回転数が規定範囲内であり、かつ燃料噴射量が規定範囲内であり、この状態の継続中にエンジン水温が上昇してきたときに、前記尿素水ヒーティングバルブを閉から開にしてエンジン冷却水による尿素水の解凍を行い、その開動作後のエンジン冷却水に温度下降がないとき異常と判断する請求項１記載の尿素水ヒーティングバルブの診断方法。
【請求項４】
エンジン冷却水の水温の検出は、エンジンに予め設けられている水温センサを用いて行う請求項１〜３いずれかに記載の尿素水ヒーティングバルブの診断方法。
【請求項５】
尿素タンク内で凍結した尿素水をエンジン冷却水で解凍すべく、エンジン冷却水を供給するための尿素水ヒーティングバルブの診断装置において、
エンジン冷却水の温度を検出する水温センサと、
尿素水ヒーティングバルブを開閉するヒーティングバルブ制御部と、
エンジンの運転領域情報が入力されると共に水温センサからのエンジン冷却水の水温が入力され、前記運転領域情報と水温に基づいて、前記ヒーティングバルブ制御部に尿素水ヒーティングバルブの開指示を出力し、その後水温の変化から尿素水ヒーティングバルブの故障の有無を診断するヒーティングバルブ診断制御部と
を備えたことを特徴とする尿素水ヒーティングバルブの診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中のＮＯｘを除去するＳＣＲに尿素水を噴射する尿素ＳＣＲシステムに係り、特に車両に搭載された尿素タンク内の尿素水が凍結したときにエンジン冷却水を導入して解凍するための尿素水ヒーティングバルブの診断方法及びその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を除去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）システムが開発されている。
【０００３】
尿素ＳＣＲシステムは、排気管にＳＣＲを接続し、ＳＣＲの上流側の排気管に尿素水を噴射し、尿素水を排気ガスのもつ熱で加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアをＳＣＲ内でＮＯｘと反応させて脱硝するものである（特許文献１）。
【０００４】
尿素水は、通常３２．５％の濃度のものが尿素タンクに貯蔵され、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて噴射されるが、厳寒期に外気温度が、−１１℃以下となると尿素水が凍結してしまう。
【０００５】
この尿素ＳＣＲシステムにおいては、厳寒期に凍結した尿素水を、エンジン冷却水で解凍するために、尿素タンク内には、解凍管が設けられ、その解凍管がエンジンの冷却水供給配管に接続され、その冷却水供給配管に、解凍管内にエンジン冷却水を流すための尿素水ヒーティングバルブが接続されている（特許文献２、３）。このヒーティングバルブは、故障時には尿素水の変質や車室内のヒーター性能低下などの不具合現象の原因となるため、故障発生時はこれを検出し、運転者に警告することが望まれる。また、排ガス関連部品であることから、法規上も、ヒーティングバルブの故障診断が必要とされている。
【０００６】
ヒーティングバルブの故障診断としては、尿素タンク内に設けられた温度センサの検出値でヒーティングバルブが動作しているかどうかを判断したり、特許文献２に提案されるように尿素水のサプライモジュールの圧力から判断したり、或いは特許文献３に提案されるようにヒーティングバルブを開閉動作するコイルの温度上昇などで診断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−００２０６２号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ヒーティングバルブ開弁後の尿素水タンク内の温度上昇の有無を、尿素タンク内の温度センサで診断を行ったのでは、温度センサ周りの尿素水が凍結しており、その尿素水温度の上昇が極めて緩やかなため、指示通りに開弁しているのか、固着状態なのかの判別が難しく、診断完了までに長時間を有することから、診断実施の頻度が向上しない問題がある。
【０００９】
また、特許文献２のようにサプライモジュールの圧力で判断していたのでは、尿素水の噴射時期の判断はできるもののヒーティングバルブの故障は診断できない問題がある。
【００１０】
さらに、特許文献３のヒーティングバルブのコイルの温度上昇を検出では、ヒーティングバルブの閉固着状態（コイルに通電したのにもかかわらず、冷却水が通水されない故障状態）を検出できたとしても、開固着状態（常に冷却水を通水してしまう故障状態）を検出することができない問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素水ヒーティングバルブの故障を的確に判断できる尿素水ヒーティングバルブの診断方法及びその装置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請求項１の発明は、尿素タンク内で凍結した尿素水をエンジン冷却水で解凍すべく、エンジン冷却水を供給するための尿素水ヒーティングバルブの診断方法において、尿素水ヒーティングバルブの開動作後のエンジン冷却水の水温の経時変化から尿素水ヒーティングバルブの故障の有無を診断することを特徴とする尿素水ヒーティングバルブの診断方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、エンジン回転数が規定範囲内であり、かつ燃料噴射量が規定範囲内であり、この状態の継続中にエンジン冷却水の水温が上昇してきたときに、前記尿素水ヒーティングバルブを閉から開にしてエンジン冷却水による尿素水の解凍を行い、その開動作後のエンジン冷却水に温度下降があったとき正常と診断する請求項１記載の尿素水ヒーティングバルブの診断方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、エンジン回転数が規定範囲内であり、かつ燃料噴射量が規定範囲内であり、この状態の継続中にエンジン水温が上昇してきたときに、前記尿素水ヒーティングバルブを閉から開にしてエンジン冷却水による尿素水の解凍を行い、その開動作後のエンジン冷却水に温度下降がないとき異常と判断する請求項１記載の尿素水ヒーティングバルブの診断方法である。
【００１５】
請求項４の発明は、エンジン冷却水の水温の検出は、エンジンに予め設けられている水温センサを用いて行う請求項１〜３いずれかに記載の尿素水ヒーティングバルブの診断方法である。
【００１６】
請求項５の発明は、尿素タンク内で凍結した尿素水をエンジン冷却水で解凍すべく、エンジン冷却水を供給するための尿素水ヒーティングバルブの診断装置において、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサと、尿素水ヒーティングバルブを開閉するヒーティングバルブ制御部と、エンジンの運転領域情報が入力されると共に水温センサからのエンジン冷却水の水温が入力され、前記運転領域情報と水温に基づいて、前記ヒーティングバルブ制御部に尿素水ヒーティングバルブの開指示を出力し、その後水温の変化から尿素水ヒーティングバルブの故障の有無を診断するヒーティングバルブ診断制御部とを備えたことを特徴とする尿素水ヒーティングバルブの診断装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、尿素水ヒーティングバルブの故障の有無を診断する際に、尿素水ヒーティングバルブの作動状態の有無を、エンジン冷却水の水温の経時変化から判断することで的確な故障診断が行えるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の尿素水ヒーティングバルブを診断するための一実施の形態を示すシステム図である。
【図２】本発明の尿素水ヒーティングバルブの故障診断のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明においてエンジン冷却水の水温の経時変化を示す図である。
【図４】本発明における尿素ＳＣＲシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
先ず、図４により本発明における尿素ＳＣＲシステムの概略を説明する。
【００２１】
図４において、ディーゼルエンジン等のエンジン１０からの排気ガスを排気する排気管１１には、ＳＣＲ装置１２が接続され、そのＳＣＲ装置１２の上流側に尿素水を噴射する噴射ノズル１３が設けられてＳＣＲシステムが構成される。なお、図では省略しているがエンジン１０とＳＣＲ装置１２間の排気管１１にはターボチャージャ、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が接続されている。
【００２２】
ＳＣＲ装置１２は、ＳＣＲ触媒とアンモニアスリップ触媒が充填され、尿素水の熱分解で生じたアンモニアと排気ガス中のＮＯｘを反応させて脱硝すると共に余剰のアンモニアを吸着できるようになっている。
【００２３】
尿素水１４は、尿素タンク１６内に貯蔵され、ポンプからなるサプライモジュール１７にて、尿素タンク１６内の尿素水が送液ライン１８を通して吸い上げられ、噴射ノズル１３に供給されて噴射され、余剰の尿素水は、サプライモジュール１７から回収ライン１９を通して尿素タンク１６に戻されるようになっている。
【００２４】
噴射ノズル１３から噴射される尿素水量は、ＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ；噴射弁制御装置）２０により制御される。ＤＣＵ２０は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２１に接続され、ＥＣＵ２１からのエンジン回転数−負荷と、排気管１１の上流側に設けられた排気温度センサ２１、ＮＯｘセンサ２２の検出値に基づいて噴射する尿素水量を決定し、これに基づいてサプライモジュール１７及び噴射ノズル１３を制御する。
【００２５】
尿素タンク１６には、尿素水１４の濃度と水位と温度を検出する尿素センサ２３が設けられ、この尿素センサ２３の検出値（濃度、水位、温度）がＤＣＵ２０に入力され、その検出値に基づいてＥＣＵ２１が車室内に設けた警報器２４内の警告灯類の点灯、警報ブザーの警報、尿素水残量計の表示を行うようになっている。
【００２６】
次にエンジン１０の冷却水系統について説明する。
【００２７】
先ず、エンジン冷却水は、図示しないラジエータとポンプ２５とエンジン１０内のシリンダブロック及びシリンダヘッドに形成されたジャケットとが順次接続された冷却用循環路２６を循環し、ラジエータで空冷され、ポンプ２５にてエンジン１０内のジャケットを通ってエンジン１０を冷却し、ラジエータで再度空冷されてポンプ２５に吸い込まれて循環される。
【００２８】
冷却用循環路２６には、図には示していないがラジエータをバイパスしてポンプ２５の吸込側に戻すバイパスラインが接続され、そのバイパスラインにサーモスタット弁が設けられ、エンジン冷却水の水温に応じてサーモスタット弁が開いてバイパス量を制御するようになっている。また、エンジン冷却水は、図には示していないがＥＧＲクーラにも供給循環できるようになっている。
【００２９】
さて、冷却用循環路２６には、噴射ノズル１３、尿素タンク１６、サプライモジュール１７にエンジン冷却水を供給するための冷却水供給配管２７が接続される。冷却水供給配管２７は、二つに分岐され、一方の冷却水供給配管２７ａには、尿素水ヒーティングバルブ３０が接続されると共に尿素水ヒーティングバルブ３０の下流側の冷却水供給配管２７ａが、尿素タンク１６内に挿通されて、Ｕ字状の解凍用管３１と接続され、その解凍用管３１の下流側の冷却水供給配管２７ａがサプライモジュール１７に接続され、サプライモジュール１７からのエンジン冷却水が冷却水戻し配管２８ａにてポンプ２５の吸込側に戻される。
【００３０】
また、分岐した他方の冷却水供給配管２７ｂは、噴射ノズル１３に供給され、そのエンジン冷却水で、噴射ノズル１３を冷却し、その冷却後のエンジン冷却水が、冷却水戻し配管２８ｂにて冷却水戻し配管２８ａのエンジン冷却水と合流され、冷却水戻し配管２８を介してポンプ２５の吸込側に戻される。
【００３１】
この噴射ノズル１３のエンジン冷却水による冷却は、噴射ノズル１３が排気管１１内に臨んで高温にさらされているため、噴射ノズル１３内の尿素水が排気ガスで高温となるのを防止するために冷却するものである。
【００３２】
一方、尿素タンク１６の解凍用管３１へのエンジン冷却水の供給は、厳寒期に尿素タンク１６内の尿素水１４が凍結したときに、ＤＣＵ２０がこれを検知し、尿素水ヒーティングバルブ３０を開とし、エンジン冷却水を冷却水供給配管２７ａを通して解凍用管３１に供給し、凍結した尿素水をエンジン冷却水で加熱して解凍するものである。
【００３３】
この際、本発明では、尿素水ヒーティングバルブ３０が適正に開閉しているかの診断を、エンジン冷却水の温度（以下水温という）により診断を行うものである。
【００３４】
この尿素水ヒーティングバルブ３０の診断制御システムを図１により説明する。
【００３５】
図１において、制御ユニット４０は、図３で説明したＤＣＵ２０とＥＣＵ２１の機能を纏めて示したもので、またエンジン１０のエンジン冷却水を尿素タンク１６の解凍用管３１に供給する冷却水系統は、噴射ノズル１３とサプライモジュール１７への供給系路は省略して示している。
【００３６】
制御ユニット４０は、アクセルペダルポジションなどの情報部４１と燃料噴射量演算部４２とヒーティングバルブ診断許可条件判断部４３とヒーティングバルブ故障診断制御部４４とヒーティングバルブ制御部４５とを備える。
【００３７】
エンジン１０には、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転センサ３３、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ３４が設けられる。エンジン回転センサ３３のエンジン回転数は、ヒーティングバルブ診断許可条件判断部４３に入力され、水温センサ３４の水温は、ヒーティングバルブ故障診断制御部４４に入力され、尿素タンク１６の尿素センサ２３で検出した尿素水温度や水位がヒーティングバルブ制御部４５に入力される。
【００３８】
次に、この制御ユニット４０のヒーティングバルブ３０の制御とその故障診断を説明する。
【００３９】
先ず情報部４１からのアクセルペダルポジションなどの情報が燃料噴射量演算部４２に入力され、これに基づいて燃料噴射量演算部４２が燃料噴射量を決定し、その決定値に基づいてエンジン１０を駆動する。この燃料噴射量は、ヒーティングバルブ診断許可条件判断部４３に入力される。ヒーティングバルブ診断許可条件判断部４３は、燃料噴射量とエンジン回転数から運転領域情報を把握し、これをヒーティングバルブ故障診断制御部４４に出力する。
【００４０】
ヒーティングバルブ故障診断制御部４４は、ヒーティングバルブ制御部４５から入力されるヒーティングバルブ制御情報（ＯＮ／ＯＦＦ情報）と尿素水温度に基づいて尿素タンク１６内の尿素水１４が凍結しているかどうかを判断し、凍結していないときには、ヒーティングバルブ３０を閉じたままとし、凍結していると判断したときには、水温センサ３４からのエンジン冷却水の水温とヒーティングバルブ診断許可条件判断部４３からの運転領域情報を基に、ヒーティングバルブ３０を開く時期を判断し、エンジン冷却水の水温が、凍結した尿素水を解凍するに十分な温度まで上昇したと判断したとき、ヒーティングバルブ制御部４５を介してヒーティングバルブ３０を閉から開にする。
【００４１】
これにより、エンジン冷却水は、冷却水供給配管２７ａからヒーティングバルブ３０を通して尿素タンク１６内の解凍用管３１に供給され、解凍用管３１から冷却水戻り配管２８ａを介してポンプ２５に戻されて循環する。
【００４２】
このように解凍用管３１にエンジン冷却水が供給されると、循環後の冷却水の水温は循環前の水温より低下する。ヒーティングバルブ故障診断制御部４４は、この低下（下降）の有無を監視し、低下がない場合は、ヒーティングバルブ３０が故障しており、低下がある場合はヒーティングバルブ３０が正常であると判断する。
【００４３】
その後、ヒーティングバルブ故障診断制御部４４は、尿素タンク１６内の尿素水１４の解凍がなされ、尿素水１４の温度が上昇したとき、尿素センサ２３の温度検出値を基に、ヒーティングバルブ３０を閉じて故障診断を終了する。
【００４４】
このヒーティングバルブ３０の故障診断にエンジン冷却水の水温を用いて判断することで、ヒーティングバルブ３０の故障診断が的確に行える。この際、エンジン冷却水の水温は、エンジン１０の冷却用循環路２６を通ってその温度が経時的に変化するが、解凍する際のエンジン冷却水の水温は十分に低く、またエンジン１０の運転初期には、水温は、一定の上昇速度で上昇するため、ヒーティングバルブ３０を開くことで、その水温変化が確実に生じるため、エンジン１０に予め設けられている水温センサ３４の検出値で精度よく判断できる。
【００４５】
ポンプ２５の冷却水循環量は、車両及びエンジン回転数によって相違するが、通常１００〜４００Ｌ／ｍｉｎであり、また尿素タンク１６の容量は、燃料タンクの容積（１００〜５００Ｌ）の５〜１５％に設定されており、解凍用管３１に流すエンジン冷却水量は全体のエンジン冷却水循環量に対して、尿素タンク１６の容量に応じて一定の分配比で流され、また尿素タンク１６内に残存する尿素水量も尿素センサ２３で把握できるため、尿素水を解凍するための熱量は算出できる。従って、所定の水温のエンジン冷却水を所定流量流したとき、解凍に要した温度低下分は容易に求めることができる。
【００４６】
次に、制御ユニット４０によるヒーティングバルブ３０の故障診断のフローチャートを図２により説明する。
【００４７】
ステップＳ１で、診断が開始されると、ステップＳ２の判断でエンジン回転数が規定範囲内かどうかを判断し、ステップＳ２の判断でエンジン回転数が規定範囲内にあるとき（Ｙｅｓ）、次にステップＳ３の判断で、燃料噴射量が規定値以内かどうかを判断し、規定値以内のとき（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の判断で、ステップＳ３、Ｓ４の規定値以内の状態が継続しているかどうかを判断し、継続しているとき（Ｙｅｓ）、ステップＳ５の判断で、ヒーティングバルブが閉状態を確認した上で、閉から開にする。次にステップＳ６の判断で、エンジン冷却水の水温の下降があるかどうかを判断し、水温の下降があるとき（Ｙｅｓ）には、ステップＳ７でヒーティングバルブ正常と判断し、水温の下降がないときには（Ｎｏ）、ステップＳ８でヒーティングバルブ異常と判断する。また各ステップＳ２〜Ｓ５の判断でＮｏのときには、ステップＳ１の開始に戻して再度診断を行う。
【００４８】
このようにステップＳ２の判断でエンジン回転数が規定範囲内にあるかどうか、次にステップＳ３の判断で、燃料噴射量が規定値以内かどうかを判断することで、規定の範囲内であれば、エンジン冷却水の水温は、設定範囲内の温度に達したことがわかり、またステップＳ４の判断で、この状態が継続しているかどうかを判断することで、水温が安定していることを確認でき、その後、ヒーティングバルブを閉から開にして、その後の水温変化を判断することで、正常と異常の判定が的確に行える。
【００４９】
図３は、ヒーティングバルブの故障診断時のエンジン冷却水温の経時変化を示したものである。
【００５０】
図３において、エンジンが始動されるとエンジン冷却水の水温は実線で示したように上昇し、例えば７４℃程度に上昇したときに、ヒーティングバルブを開とすると、凍結した尿素水の解凍で、水温が７０℃近くまで下がるため、この水温の下降で、ヒーティングバルブが正常に開となり、これによりエンジン冷却水で、尿素水の解凍をしていることが判る。また点線で示したように、エンジン冷却水温度が上昇し続けた場合には、尿素水の解凍が行われていないため、ヒーティングバルブが異常であると判断できる。このヒーティングバルブが異常のときは、凍結した尿素水の解凍に要する熱量がない分、ヒーティングバルブ開後の実線のエンジン冷却水温の温度上昇の上昇勾配より高くなるため、仮に尿素タンク１６内に残存する尿素水量が少なく、温度下降が僅かでも、実線と点線との相違を容易に判断できる。
【００５１】
なお、図３では、エンジン冷却水の水温が７４℃程度に上昇したときに、ヒーティングバルブを開とする例で説明したが、ヒーティングバルブの開の時期は、外気温によって、尿素水の凍結状態は違うため、水温を５０℃〜８０℃の範囲で適宜設定する。
【００５２】
このように、本発明は、エンジン冷却水の水温変化で尿素水ヒーティングバルブの故障診断を行うことができるため、ヒーティングバルブが閉から開になったかどうか、或いはヒーティングバルブが開状態を維持したままであることも的確に判断できる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  エンジン
１４  尿素水
１６  尿素タンク
２６  冷却用循環路
２７ａ  エンジン冷却水供給配管
３０  尿素水ヒーティングバルブ
３１  解凍用管
４０  制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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