JP2013170569A - 尿素ｓｃｒシステムの凍結防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アフターラン制御の実施時に経路内に過度の負圧を発生させることなく尿素水を吸い戻してアフターラン制御の終了後における尿素水の逆流を確実に防止し得るようにする。
【解決手段】排気系路１０の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒１５を備え且つ該選択還元型触媒１５より上流側の排気系路１０内に還元剤として尿素水２を添加するインジェクタ６を備えた尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法に関し、キーオフ後に尿素水２の適宜回数の噴射を実施してから経路内の尿素水２をポンプ３により尿素水タンク１に吸い戻すアフターラン制御を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、尿素水を還元剤として排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）を還元浄化し得るようにした尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気系路の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが提案されている。

即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約１７０℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。

このように尿素水を還元剤として使用する場合、尿素水を車両搭載の尿素水タンクから配管を介して選択還元型触媒の上流側へ送り出すことになるが、この種の尿素水は約−１１℃以下で凍ってしまうため、寒冷地での使用にあたっては、前記配管やポンプ、インジェクタ等が凍結圧力で破損してしまわないよう何らかの凍結対策を施す必要があり、従来においては、エンジンの停止時に尿素水を尿素水タンク側へ吸い戻すアフターラン制御を実施することが行われている。

尚、この種の尿素ＳＣＲシステムにおける凍結対策に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２００８−１３８５８３号公報

しかしながら、前述した如き従来の尿素ＳＣＲシステムでは、排気温度の高い運転状態からエンジンを急停止した場合等における特別な条件下でインジェクタの先端に尿素結晶が析出し、その析出した尿素結晶によりインジェクタの先端が詰まってしまうことがあり、このようなインジェクタの先端が詰まった状態でアフターラン制御が実施されると、尿素水タンク側へ向けた尿素水の吸い戻しにより経路内に過度の負圧が発生し、アフターラン制御の終了後に尿素水タンク内の尿素水が経路側へ逆流して該経路内で凍結し、その凍結圧力により配管やポンプ、インジェクタ等が破損する虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、アフターラン制御の実施時に経路内に過度の負圧を発生させることなく尿素水を吸い戻してアフターラン制御の終了後における尿素水の逆流を確実に防止し得るようにすることを目的とする。

本発明は、排気系路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え且つ該選択還元型触媒より上流側の排気系路内に還元剤として尿素水を添加するインジェクタを備えた尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法であって、キーオフ後に尿素水の適宜回数の噴射を実施してから経路内の尿素水をポンプにより尿素水タンクに吸い戻すアフターラン制御を実施することを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、排気温度の高い運転状態からエンジンを急停止した場合等にインジェクタの先端に尿素結晶が析出しても、キーオフ後に尿素水の適宜回数の噴射を実施することでインジェクタの先端に析出した尿素結晶が新たな尿素水に溶け出して除去されるので、その直後にアフターラン制御を実施して経路内の尿素水を尿素水タンクに吸い戻すようにすれば、インジェクタの先端の開通状態を維持させたまま前記経路内の尿素水を無理なく尿素水タンクに吸い戻すことが可能となる。

また、本発明の方法を具体的に実施するにあたっては、キーオフ後に排気温度が所定温度以下に下がるのを待ってポンプを駆動し、該ポンプにより尿素水を所定圧力まで昇圧した後にインジェクタを開弁して尿素水の適宜回数の噴射を実施することが好ましい。

このようにすれば、アフターラン制御の実施時に経路内に高温の排気ガスが吸い込まれる虞れや、インジェクタの先端の尿素結晶を溶かすために噴射した新たな尿素水が高温の排気ガスに晒される虞れが未然に回避され、しかも、所定以上の圧力で確実に尿素水の噴射が行われることになる。

上記した本発明の尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、アフターラン制御の実施時に経路内に過度の負圧を発生させることなく尿素水を吸い戻すことができ、アフターラン制御の終了後における尿素水の逆流を確実に防止して該尿素水の経路内での凍結を回避することができるので、その凍結圧力により配管やポンプ、インジェクタ等が破損してしまう事態を未然に防ぐことができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、高温の排気ガスが経路内に吸い込まれることによる配管やポンプ、インジェクタ等の焼損や腐食を未然に回避することができると共に、インジェクタの先端の尿素結晶を溶かすために噴射した新たな尿素水までもが結晶化してしまう事態を確実に回避することができ、しかも、所定以上の圧力での確実な尿素水の噴射により尿素結晶をより効果的に除去することもできる。

本発明を実施する形態の一例を示す系統図である。 図１のポンプにより尿素水を吸い戻す操作を説明する系統図である。 図１の制御装置における具体的な制御手順を示すフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１は尿素水２を貯留している尿素水タンク、３は該尿素水タンク１からサクションライン４を介し尿素水２を吸い上げ且つその尿素水２をプレッシャーライン５を介しインジェクタ６へ送り出すポンプを示している。

ここで、尿素水２をインジェクタ６へ供給するポンプ３は、正逆二つのポジションを切り替え可能に備えた流路切替バルブ７と、尿素水２の吸排を実質的に担うポンプ本体８とを備えており、前記流路切替バルブ７のポジションを図１の状態から図２の状態に切り替えることにより、プレッシャーライン５の尿素水２をポンプ本体８で吸い戻すこともできるようになっている。

即ち、エンジンの停止時には、キーオフ後に流路切替バルブ７が逆向きのポジション（図２のポジション）に切り替えられ、尿素水２がポンプ本体８の駆動により尿素水タンク１側へ吸い戻され、寒冷地等におけるエンジン停止中の尿素水２の凍結を防止する措置が採られるようになっている。

更に、前記ポンプ３内に、プレッシャーライン５の尿素水２の圧力を検出する圧力センサ９が装備されていると共に、前記インジェクタ６が配設されている排気系路１０の適宜位置には、排気ガス１１の温度を検出する温度センサ１２が装備されており、これら圧力センサ９及び温度センサ１２の検出信号９ａ，１２ａが、インジェクタ６、流路切替バルブ７、ポンプ本体８の操作を制御信号６ａ，７ａ，８ａにより制御している制御装置１３に入力されるようになっている。

この制御装置１３は、キースイッチ１４からのオン・オフ信号１４ａも入力するようになっていて、このオン・オフ信号１４ａでキーオフが確認された後も停止（シャットダウン）しないまま作動状態に保持され、キーオフ後に尿素水２の噴射（本形態例では１回）を実施してから経路内の尿素水２を尿素水タンク１に吸い戻すアフターラン制御を実施し得るようになっている。

即ち、前記制御装置１３における具体的な制御手順のフローチャートは図３に示す通りであり、先ずステップＳ１でキースイッチ１４からのオン・オフ信号１４ａに基づきキーオフが確認されると、次のステップＳ２で温度センサ１２の検出信号１２ａに基づき排気温度が所定温度Ｔ以下に下がるまで判定が繰り返され、排気温度が所定温度Ｔ以下に下がったところで次のステップＳ３に進んでポンプ３（ポンプ本体８）を駆動する制御信号８ａが出力され、これによりポンプ３（ポンプ本体８）が駆動することになる。

このようにしてポンプ３が駆動されたら、次のステップＳ４で圧力センサ９の検出信号９ａに基づきプレッシャーライン５の尿素水２の圧力が所定圧力Ｐ以上になるまで判定が繰り返され、尿素水２の圧力が所定圧力Ｐ以上となったところで次のステップＳ５へと進んでインジェクタ６を開弁する制御信号６ａが出力され、これによりインジェクタ６が尿素水２の噴射を実施することになる。

次いで、ステップＳ６にて流路切替バルブ７のポジションを図１の状態から図２の状態に切り替える制御信号７ａが出力され、これにより流路切替バルブ７のポジションが図１の状態から図２の状態に切り替えられると、経路内の尿素水２が尿素水タンク１に吸い戻されてアフターラン制御が実施されることになる。

そして、次のステップＳ７において、制御装置１３に内蔵された図示しないタイマによりアフターラン制御の経過時間が計測され、この経過時間が所定時間ｔ以上となるまで判定が繰り返され、アフターラン制御の経過時間が所定時間ｔ以上となったところで次のステップＳ８へと進んでポンプ３（ポンプ本体８）を停止する制御信号８ａが出力され、これによりポンプ３（ポンプ本体８）が停止することになる。

このようにしてポンプ３が停止されたら、次のステップＳ９でインジェクタ６を閉弁する制御信号６ａが出力されて該インジェクタ６が閉弁し、次のステップＳ１０で制御装置１３が停止（シャットダウン）することになる。

尚、図１及び図２中における１５は、排気系路１０のインジェクタ６より下流側に配置されて排気ガス１１中のＮＯxを還元浄化する選択還元型触媒であり、前記インジェクタ６により排気ガス１１中に添加された尿素水２を還元剤として供給され、該尿素水２から生成されるアンモニアと排出ガス中のＮＯxとを酸素共存下でも選択的に反応させ得る触媒性能を備えている。

而して、このようにすれば、排気温度の高い運転状態からエンジンを急停止した場合等にインジェクタ６の先端に尿素結晶が析出しても、キーオフ後に尿素水２の噴射（本形態例では１回）を実施することでインジェクタ６の先端に析出した尿素結晶が新たな尿素水２に溶け出して除去されるので、その直後にアフターラン制御を実施して経路内の尿素水２を尿素水タンク１に吸い戻すようにすれば、インジェクタ６の先端の開通状態を維持させたまま前記経路内の尿素水２を無理なく尿素水タンク１に吸い戻すことが可能となる。

しかも、キーオフ後に排気温度が所定温度以下に下がるのを待ってポンプ３を駆動し、該ポンプ３により尿素水２を所定圧力まで昇圧した後にインジェクタ６を開弁して尿素水２の噴射（本形態例では１回）を実施するようにしているので、アフターラン制御の実施時に経路内に高温の排気ガス１１が吸い込まれる虞れや、インジェクタ６の先端の尿素結晶を溶かすために噴射した新たな尿素水２が高温の排気ガス１１に晒される虞れが未然に回避され、しかも、所定以上の圧力により確実に尿素水２の噴射が行われることになる。

従って、上記形態例によれば、アフターラン制御の実施時に経路内に過度の負圧を発生させることなく尿素水２を吸い戻すことができ、アフターラン制御の終了後における尿素水２の逆流を確実に防止して該尿素水２の経路内での凍結を回避することができるので、その凍結圧力によりサクションライン４やプレッシャーライン５等の配管やポンプ３、インジェクタ６等が破損してしまう事態を未然に防ぐことができる。

また、高温の排気ガス１１が経路内に吸い込まれることによるサクションライン４やプレッシャーライン５等の配管やポンプ３、インジェクタ６等の焼損や腐食を未然に回避することができると共に、インジェクタ６の先端の尿素結晶を溶かすために噴射した新たな尿素水２までもが結晶化してしまう事態を確実に回避することができ、しかも、所定以上の圧力での確実な尿素水２の噴射により尿素結晶をより効果的に除去することもできる。

尚、本発明の尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 尿素水タンク
２ 尿素水
３ ポンプ
４ サクションライン（経路）
５ プレッシャーライン（経路）
６ インジェクタ
１０ 排気系路
１１ 排気ガス
１３ 制御装置
１５ 選択還元型触媒

Claims (2)

1. 排気系路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え且つ該選択還元型触媒より上流側の排気系路内に還元剤として尿素水を添加するインジェクタを備えた尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法であって、キーオフ後に尿素水の適宜回数の噴射を実施してから経路内の尿素水をポンプにより尿素水タンクに吸い戻すアフターラン制御を実施することを特徴とする尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法。
2. キーオフ後に排気温度が所定温度以下に下がるのを待ってポンプを駆動し、該ポンプにより尿素水を所定圧力まで昇圧した後にインジェクタを開弁して尿素水の適宜回数の噴射を実施することを特徴とする請求項１に記載の尿素ＳＣＲシステムの凍結防止方法。

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