JP2011242227A - Scrセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しないSCRセンサを提供する。
【解決手段】品質センサ122が尿素タンク105の最小残量液面Sと底部105bの間に設置され、滴下管131は、尿素タンク105の天井部から尿素タンク105内の空間上部までにわたり設置され、支柱174が尿素タンク105の底部から天井部までにわたり設置され、品質センサ122と滴下管131とが支柱174を介して一体化され、滴下管131からの尿素水滴下による泡沫拡散域Bが品質センサ122の感応域F外である。
【選択図】図1
【解決手段】品質センサ122が尿素タンク105の最小残量液面Sと底部105bの間に設置され、滴下管131は、尿素タンク105の天井部から尿素タンク105内の空間上部までにわたり設置され、支柱174が尿素タンク105の底部から天井部までにわたり設置され、品質センサ122と滴下管131とが支柱174を介して一体化され、滴下管131からの尿素水滴下による泡沫拡散域Bが品質センサ122の感応域F外である。
【選択図】図1
Description
本発明は、エンジンの排気ガス浄化用の尿素水を貯留する尿素タンクに取り付けられるSCRセンサに係り、尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しないSCRセンサに関する。
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。
このSCRシステムは、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)。
車両が排ガス浄化を継続しながら走行するには、十分な量の尿素水を貯留しておく必要があるため、車両には尿素タンクが搭載されると共に、尿素水の欠乏を事前に把握できるよう、尿素タンク内には尿素水残量を検出するレベルセンサが設置される。また、良好な浄化性能を安定に維持するには尿素水の品質を管理する必要があるため、尿素タンク内には、尿素水の品質を測定する品質センサが設置される。品質センサの信号を尿素タンク外に伝えるための配線も設けられる。
一方、車両には、尿素タンク内の尿素水を吸い上げで消費先へ送るためのサプライモジュールが搭載される。サプライモジュールは、必要なときに必要な量の尿素水が排気管に噴射できるように、尿素水の圧力を上げて循環し、循環し終えた尿素水を尿素タンクに回収させる。このため、尿素タンクには、尿素水を払い出すための払い出し管と、回収された尿素水を尿素タンク内に戻す滴下管とが設置される。
以上のように、尿素タンク内には、複数のセンサや複数の配線・配管が設置されるが、これらの部材を尿素タンク内に組み付ける作業を簡素化するために、および尿素タンクの側にセンサごとの台座や配管ごとの穴を形成したり配線を取り付けたりする必要をなくすために、全てのセンサや配線・配管を一体のアセンブリにしておくのが望ましい。このように尿素タンク内に設置する複数のセンサや複数の配管を一体化したアセンブリをSCRセンサと呼ぶ。
しかし、SCRセンサを構成するセンサや配管は、形状や望ましい設置位置がそれぞれの必要に応じて異なる。レベルセンサは、尿素水残量が満タンから欠乏(エンプティ)まで検出できるよう、液面検出用のフロートを案内する支柱が尿素タンクの底部から天井部までにわたり設置されてなる。品質センサは、尿素水の残量が少なくても測定が可能なように、尿素水が欠乏と判定される最小残量液面と尿素タンクの底部の間に設置される。払い出し管は、尿素水残量が満タンから欠乏まで払い出し可能なように、尿素タンクの底部から天井部までにわたり設置される。滴下管は、材料節減のために短く形成するのが望ましく、尿素タンクの天井部から上部空間までにわたり設置され、回収された尿素水を尿素タンク内に滴下するように構成される。
このように形状や望ましい設置位置が異なる複数の部材を一体化したSCRセンサを尿素タンク内に組み付ける作業をいっそう簡素化するためには、全ての部材を尿素タンクの上面視中央部に集約配置するのが望ましい。
そこで、SCRセンサ及び尿素タンクとして、図6、図7のものが考えられる。
図6に示されるように、尿素タンク105の天井部105aにSCRセンサを挿入して取り付けるための取り付け穴161が形成される。
図7に示されるように、SCRセンサ171には、尿素タンク105の取り付け穴161を覆う天パネル172が設けられる。天パネル172の下面には、尿素タンク105内に臨む上部台座173が形成され、上部台座173にはレベルセンサ120の支柱174が取り付けられると共に、払い出し管175と滴下管176が挿通される。滴下管176は、上部台座173から真下に短く突き出され、滴下口177が尿素タンク105内の上部に位置する。支柱174と払い出し管175は、尿素タンク105の底部105bに届く直前まで長く延ばされる。支柱174と払い出し管175の下端には、支柱174と払い出し管175を相互に固定すると共に、SCRセンサ171を浮力に対して安定化させるための扁平な安定板178が設けられる。安定板178は、払い出し管175の吸い込み口(図示せず)を保持する台座であって、品質センサ122の取り付け台座ともなる。
品質センサ122は、安定板178の一側面の一端部に、感応面122a(図8参照)を安定板178の外方に向けて取り付けられる。品質センサ122の感度や指向性にもよるが、品質センサ122が尿素水の品質を測定するための感応域F(図8参照)は、ほぼ感応面122aの周辺に拡がる。
レベルセンサ120のフロート179は、支柱174に対して軸方向のみに移動が許容されている。支柱174の内部には、フロート179の接近を検出する複数の近接センサ(図示せず)が軸方向に並べて配置される。支柱174は、SCRセンサ171の骨格部材をなしており、尿素タンク105の底部の品質センサ122と上部の滴下管176とが支柱174を介して一体化されていることになる。なお、SCRセンサ171にはこの他に温度センサも取り付けられるが、図示省略してある。また、品質センサ122や温度センサの配線は、図示しなかったが払い出し管175に結束具などにより固定される。
図8は、SCRセンサ171を側面(図7とは反対側)から見た図である。品質センサ122の感応面122aが紙面手前を向いており、滴下管176は払い出し管175の奥に位置する。図9は、SCRセンサ171を背面から見た図である。図10は、SCRセンサ171を最小残量液面Sで切って見た上面図である。滴下管176の滴下口177を投影して仮想滴下口177aを示してある。つまり、尿素タンク105内の尿素水の残量が最小残量液面S近傍のとき、滴下管176からの尿素水が仮想滴下口177aに滴下される。
以上の構成により、SCRセンサ171は、全ての部材がそれぞれの機能を果たす上下の各位置に配置されると共に、水平方2向の広がりが最小限となって取り扱いが容易になり、尿素タンク105の取り付け穴161に差し込むだけのほぼワンタッチの最小作業工数で尿素タンク105に装着することが可能となる。
ところが、前述のように、全ての部材を尿素タンク105の上面視中央部に集約配置しているため、品質センサ122と滴下管176の上面視位置は接近している。このため、尿素水が最小残量液面Sの近くまで減った状態では、滴下管176から滴下された尿素水によって生じた泡沫が品質センサ122の感応域F内にまで拡散する。品質センサ122の感応域F内に泡沫が存在すると、品質センサ122が正常に機能できなくなり、測定精度が低下する。図8に泡沫が拡散する泡沫拡散域Bを示す。泡沫拡散域Bが感応域Fに重なっていることが分かる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しないSCRセンサを提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気ガス浄化用の尿素水を貯留する尿素タンクに取り付けられるSCRセンサにおいて、前記尿素タンク内の尿素水の品質を測定する品質センサが前記尿素タンクの最小残量液面と底部の間に設置され、前記尿素タンクから払い出されて前記尿素タンク外に一時貯留された後、回収された尿素水を前記尿素タンク内に滴下する滴下管が前記尿素タンクの天井部から空間上部までにわたり設置され、液面検出用のフロートを案内する支柱が前記尿素タンクの底部から天井部までにわたり設置され、前記品質センサと前記滴下管とが前記支柱を介して一体化され、前記滴下管からの尿素水滴下による泡沫拡散域が前記品質センサの感応域外であるものである。
前記尿素タンクから尿素水を払い出すための払い出し管が前記支柱に沿わせて設置され、前記品質センサは、前記払い出し管の片側に配置され、前記滴下管の滴下口は、前記払い出し管の前記品質センサとは反対側に配置されてもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)尿素タンクの残量が少なくなっても品質センサの測定精度が低下しない。
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。
図1に示されるように、本発明のSCRセンサが用いられる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、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。
ローパスフィルタ1、尿素水欠乏時始動禁止部3、残量表示制御部4時定数マップ5は、DCU126内に設けるとよい。
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。
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、高圧の尿素水が満たされたシリンダに噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャが引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
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。
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ON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OFF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。
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。
既に述べたように、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。
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。
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。
図2に、DCU126の入出力構成図を示す。
図2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、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。
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、残量表示器2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。
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。
図3に示されるように、本発明に係るSCRセンサ119は、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が尿素タンク105の最小残量液面Sと底部105b(図7参照)の間に設置される。滴下管131は、尿素タンク105から払い出されて尿素タンク105外に一時貯留された後、回収された尿素水を尿素タンク105内に滴下するものである。滴下管131は、尿素タンク105の天井部105a(図7参照)から尿素タンク105内の空間上部までにわたり設置される。SCRセンサ119には、レベルセンサ120として、液面検出用のフロート177を案内する支柱174が尿素タンク105の底部から天井部までにわたり設置される。SCRセンサ119は、図7で説明したSCRセンサ171と同様、品質センサ122と滴下管131とが支柱174を介して一体化されたものであり、また、尿素タンク105から尿素水を払い出すための払い出し管175が支柱174に沿わせて設置される。
本発明に係るSCRセンサ119の顕著な特徴は、滴下管131からの尿素水滴下による泡沫拡散域Bが品質センサ122の感応域F外であることである。具体的には、図3のように側面図で見ると、滴下管131は、上部台座173に対して、図8に示したSCRセンサ119の滴下管176と同じ位置に挿通されているが、それより下の尿素タンク105内では支柱174のほうに曲げられている。また、図4のように背面から見ると、滴下管131は、上部台座173に対して、図9に示したSCRセンサ119の滴下管176と同じ位置に挿通されているが、それより下の尿素タンク105内では払い出し管175のほうに曲げられている。
図5のように上面視配置図に、滴下管131の滴下口132を投影して仮想滴下口132aを示す。品質センサ122が払い出し管175の片側に位置するのに対し、仮想滴下口132aは、払い出し管175の品質センサ122とは反対側に位置する。これより、品質センサ122は、払い出し管175の片側に配置され、滴下管131の滴下口132は、払い出し管175の品質センサ122とは反対側に配置されていることが分かる。
以上の構成により、本発明に係るSCRセンサ119は、次のような作用効果を発揮する。
図3に示されるように、尿素タンク105の尿素水が最小残量液面S近くまで減った状態において、滴下管176から滴下された尿素水によって生じた泡沫が泡沫拡散域Bに拡散する。しかし、滴下管131からの尿素水滴下による泡沫拡散域Bは、品質センサ122の感応域F外であり、泡沫が品質センサ122の感応域F内にまで拡散することがない。よって、品質センサ122は正常に機能し、測定精度が低下しない。
また、滴下管131の滴下口132が払い出し管175の品質センサ122とは反対側に配置されているため、滴下口132から滴下された尿素水は、図5に示されるように、仮想滴下口132aの位置で尿素水の液面に達する。このように、滴下された尿素水が液面に達する位置が払い出し管175を挟んで品質センサ122とは反対側になるので、液面下に生じた泡沫が払い出し管175に遮られ、品質センサ122の方向には拡散しにくい。このため、品質センサ122の感応域F内にまで拡散することがない。
以上説明したように、本発明のSCRセンサ119によれば、滴下管131からの尿素水滴下による泡沫拡散域Bを品質センサ122の感応域F外としたので、泡沫が品質センサ122の感応域F内にまで拡散することがない。よって、尿素タンク105の残量が少なくなっても品質センサ122は正常に機能し、測定精度が低下しない。
なお、本実施形態では、滴下管131を上部台座173に対して、SCRセンサ119の滴下管176と上面視同じ位置に配置し、それよりずれた位置に滴下口132がくるよう滴下管131を曲げた。しかし、これに限らず、滴下管131の上部台座173に対する上面視位置を変更することで、泡沫拡散域Bを品質センサ122の感応域F外としてもよい。
100 SCRシステム
105 尿素タンク
119 SCRセンサ
120 レベルセンサ
122 品質センサ
131 滴下管
132 滴下口
174 支柱
175 払い出し管
105 尿素タンク
119 SCRセンサ
120 レベルセンサ
122 品質センサ
131 滴下管
132 滴下口
174 支柱
175 払い出し管
一方、車両には、尿素タンク内の尿素水を吸い上げて消費先へ送るためのサプライモジュールが搭載される。サプライモジュールは、必要なときに必要な量の尿素水が排気管に噴射できるように、尿素水の圧力を上げて循環し、循環し終えた尿素水を尿素タンクに回収させる。このため、尿素タンクには、尿素水を払い出すための払い出し管と、回収された尿素水を尿素タンク内に戻す滴下管とが設置される。
上記目的を達成するために本発明は、液体タンクの最小残量液面と底部の間で液体の品質を測定する品質センサと前記液体タンクの空間上部に滴下口を有する滴下管とが前記液体タンクに挿入されて取り付けられるアセンブリとして支柱を介して一体化され、前記滴下管からの液体滴下による泡沫拡散域が前記品質センサの感応域外であることを特徴とするSCRセンサである。
前記液体タンクから液体を払い出すための払い出し管が前記支柱に沿わせて設置され、前記品質センサは、前記払い出し管の片側に配置され、前記滴下管の滴下口は、前記払い出し管の前記品質センサとは反対側に配置されてもよい。
Claims (2)
- エンジンの排気ガス浄化用の尿素水を貯留する尿素タンクに取り付けられるSCRセンサにおいて、
前記尿素タンク内の尿素水の品質を測定する品質センサが前記尿素タンクの最小残量液面と底部の間に設置され、
前記尿素タンクから払い出されて前記尿素タンク外に一時貯留された後、回収された尿素水を前記尿素タンク内に滴下する滴下管が前記尿素タンクの天井部から空間上部までにわたり設置され、
液面検出用のフロートを案内する支柱が前記尿素タンクの底部から天井部までにわたり設置され、
前記品質センサと前記滴下管とが前記支柱を介して一体化され、
前記滴下管からの尿素水滴下による泡沫拡散域が前記品質センサの感応域外であることを特徴とするSCRセンサ。 - 前記尿素タンクから尿素水を払い出すための払い出し管が前記支柱に沿わせて設置され、
前記品質センサは、前記払い出し管の片側に配置され、
前記滴下管の滴下口は、前記払い出し管の前記品質センサとは反対側に配置されたことを特徴とする請求項1記載のSCRセンサ。
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