JP2015090109A - 還元剤供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】添加弁周りに堆積した還元剤による析出物を除去するための除去制御を必要なときに実行する。
【解決手段】添加弁７周りに尿素等の析出物が堆積すると、その析出物によって添加弁７から尿素水が添加されにくくなるため、その添加時の尿素水の流量が正常時よりも少なくなる。このため、ポンプ９の回転速度をあまり上昇させずとも添加弁７に供給される尿素水の圧力が目標値に調整されるようになり、ポンプ９の回転速度が添加弁７の正常時よりも低くなる傾向がある。また、このときのポンプ９の回転速度は、添加弁７に供給される尿素水に混入した気体が膨張と収縮を短時間のうちに繰り返したとしても、その影響を受けにくい。従って、添加弁７からの尿素水の添加中におけるポンプ９の回転速度が判定値未満であることに基づき上記析出物を除去するための除去制御を行うことにより、その除去制御を必要なときに実行することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤供給装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置として、排気通路に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒の上流に還元剤を添加することにより、排気中のＮＯｘを上記ＮＯｘ浄化触媒にて還元して浄化するものが知られている。こうした排気浄化装置には、排気通路におけるＮＯｘ浄化触媒の上流への還元剤の添加を実現するための還元剤供給装置が設けられる。この還元剤供給装置は、還元剤を溜めておくためのタンクと、内燃機関の排気通路におけるＮＯｘ浄化触媒の上流に還元剤を添加するための添加弁と、上記タンク内の還元剤を上記添加弁に供給すべく駆動されるポンプと、を備えている。そして、還元剤供給装置は、ポンプの駆動を通じて還元剤を添加弁に供給した状態のもとで同添加弁を定められた期間だけ開弁させることにより、その添加弁から排気通路に還元剤を添加する。

ところで、排気温度によっては、添加弁からの還元剤の添加により同添加弁周りに還元剤による析出物が堆積する可能性があることから、特許文献１では上記析出物の堆積に起因する添加弁の添加異常の検出について記載されている。すなわち、特許文献１では、タンクから添加弁までの還元剤の供給経路に圧力センサを設け、その圧力センサの検出信号に基づき求められる圧力が高くなったことに基づき、すなわち添加弁周りでの上記析出物の堆積に起因して上記供給経路の圧力が高くなったことに基づき、上記析出物の堆積に起因する添加弁での添加異常の発生を検出している。そして、このように添加弁での添加異常の発生を検出したことに基づき、添加弁周りに堆積した上記析出物を除去するための除去制御を行うことが考えられる。

特開２０１１−１１７４４０公報

ところで、タンク内の還元剤をポンプの駆動により供給経路を介して添加弁に供給する際には、その供給経路を流れる還元剤に空気や水蒸気といった気体が混入する可能性があり、その気体がポンプの駆動や添加弁の開閉等を契機に膨張と収縮を繰り返す結果、圧力センサの検出信号に変動が生じるようになる。圧力センサの検出信号には、こうした変動により生じた過渡的な成分が含まれるため、特許文献１のように圧力センサの検出信号（供給経路内の圧力に対応）に基づく添加弁の添加異常の発生の検出では、その信頼性が低くなることは避けられない。従って、添加弁での添加異常の発生の検出に基づいて行われる除去制御を、添加弁周りに堆積した上記析出物を除去する必要があるときに実行できない可能性がある。

本発明の目的は、添加弁周りに堆積した還元剤による析出物を除去するための除去制御を必要なときに実行することができる還元剤供給装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する還元剤供給装置は、内燃機関の排気通路に対する添加弁からの還元剤の添加を次のように行う。すなわち、ポンプの駆動を通じて還元剤を添加弁に供給した状態のもとで同添加弁を定められた期間だけ開弁させることにより、その添加弁から内燃機関の排気通路に還元剤を添加する。更に、還元剤供給装置の制御部は、添加弁からの還元剤の添加中におけるポンプの回転速度が判定値未満であることに基づき、添加弁周りに堆積した還元剤による析出物を除去するための除去制御を行う。

添加弁周りに上記析出物が堆積すると、その析出物によって添加弁から還元剤が添加されにくくなるため、添加弁から還元剤を添加するときの同還元剤の流量が正常時よりも少なくなるという添加弁での添加異常が発生する。添加弁から還元剤を添加するときの同還元剤の流量が正常時よりも少ないときには、そのときのポンプの吐出流量が少なくなり、同ポンプの回転速度が低くなる傾向がある。また、このときのポンプの回転速度は、添加弁に供給される還元剤に混入した気体が膨張と収縮を短時間のうちに繰り返したとしても、その影響を受けにくい。従って、添加弁からの還元剤の添加中におけるポンプの回転速度が判定値未満であることに基づき上記除去制御を行うことにより、その除去制御を必要なとき、すなわち添加弁周りに上記析出物が堆積したときに実行し、同析出物を除去することができる。

還元剤供給装置全体を示す略図。 （ａ）及び（ｂ）は、尿素水添加時の添加弁の開閉態様、及び、その添加弁の開閉時におけるポンプの回転速度の変化態様を示すタイムチャート。

以下、還元剤供給装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１の排気通路２には排気中の酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒３が設けられており、排気通路２における酸化触媒３の下流には排気中の微粒子（Particulate Matter）を捕集するフィルタ４が設けられている。更に、排気通路２におけるフィルタ４の下流には、還元剤を用いて排気中のＮＯｘを還元して浄化する選択還元型のＮＯｘ浄化触媒５が設けられている。このＮＯｘ浄化触媒５の上流に尿素水等の還元剤が添加されると、同尿素水が排気の熱を受けて加水分解してアンモニア（ＮＨ3 ）が生成され、その生成されたアンモニアがＮＯｘ浄化触媒５に吸着して同触媒５でのＮＯｘの還元が行われる。こうした還元により排気中のＮＯｘが浄化される。

内燃機関１には、排気通路２におけるＮＯｘ浄化触媒５の上流に対する上記還元剤（尿素水）の添加を実現するための還元剤供給装置が設けられている。この還元剤供給装置は、尿素水を溜めておくためのタンク６と、排気通路２におけるフィルタ４とＮＯｘ浄化触媒５との間の部分に尿素水を添加するための添加弁７と、タンク６内の尿素水を供給経路８を介して添加弁７に供給すべく駆動されるポンプ９と、を備えている。上記供給経路８には、同経路８内の圧力を所定値未満に抑えるべく、その圧力が所定値以上のときに開弁して同経路８内の尿素水をタンク６に戻すリリーフ弁１０が設けられている。更に、供給経路８におけるリリーフ弁１０の下流には、同経路８内の圧力を検出する圧力センサ１１が設けられている。

還元剤供給装置は、内燃機関１の運転を制御する一方で添加弁７及びポンプ９を駆動制御する電子制御装置１２も備えている。この電子制御装置１２には、上記圧力センサ１１が接続されるとともに、ポンプ９の回転速度を検出する回転速度センサ１３も接続されている。電子制御装置１２は、圧力センサ１１によって検出される供給経路８内の圧力が目標値となるようポンプ９の回転速度のフィードバック制御を行い、こうしたポンプ９の回転速度制御により供給経路８を介して添加弁７に供給される尿素水の圧力を目標値に調整する。更に、電子制御装置１２は、このように添加弁７に供給される尿素水の圧力を目標値に調整した状態のもとで、添加弁７を定められた期間だけ開弁させることにより、同添加弁から排気通路２に尿素水を添加する。

ところで、内燃機関１の排気温度によっては添加弁７から尿素水が添加されると、排気通路２における添加弁７周りに尿素等の析出物が堆積する可能性がある。そして、上記析出物の堆積に起因して添加弁７から尿素水が添加されにくくなるため、添加弁７から尿素水を添加するときの同尿素水の流量が正常時よりも少なくなるという添加弁７での添加異常が発生する。こうした添加弁７での添加異常の発生により、添加弁７から添加された尿素水の排気熱による加水分解が進みにくくなり、その加水分解によって生じるアンモニアを用いたＮＯｘ浄化触媒５でのＮＯｘの還元が効率よく行われなくなる。その結果、ＮＯｘ浄化触媒５での排気中のＮＯｘの浄化率が低下するおそれがある。

こうしたことに対処するため、電子制御装置１２は、次のように、上記析出物の堆積に起因する添加弁７での添加異常が発生したとき、添加弁７周りに堆積した上記析出物を除去するための除去制御を行う。すなわち、添加弁７周りに上記析出物が堆積して上述した添加弁７での添加異常が発生するときには、添加弁７から尿素水を添加するときの同尿素水の流量が正常時よりも少なくなる関係から、ポンプ９の回転速度をあまり上昇させずとも（ポンプ９の吐出流量が少なくても）添加弁７に供給される尿素水の圧力が目標値に調整されるようになる。その結果、添加弁７に供給される尿素水の圧力を目標値に調整する際のポンプ９の回転速度が添加弁７の正常時よりも低くなる（ポンプ９の吐出流量が少なくなる）傾向がある。

電子制御装置１２は、添加弁７からの尿素水の添加中におけるポンプ９の回転速度が判定値未満という低い値であることに基づき、上記除去制御を行う制御部として機能する。詳しくは、内燃機関１の運転を制御して同機関１の燃料成分を排気通路２の酸化触媒３及びフィルタ４に流し、それらで酸化触媒３及びフィルタ４で燃料成分を利用した排気の温度上昇が行われる。そして、このように温度上昇した排気を排気通路２におけるフィルタ４下流の添加弁７周りに流すことにより、その添加弁７周りに堆積した上記析出物を溶解して除去する。このように添加弁７周りに堆積した上記析出物を除去することにより、その析出物の堆積に起因してＮＯｘ浄化触媒での排気中のＮＯｘの浄化率が低下することを抑制できる。なお、このときの電子制御装置１２は、除去制御を行うための制御部として機能する。

次に、還元剤供給装置の作用について説明する。
図２において、（ａ）は添加弁７から尿素水を添加するときの同添加弁７の開閉態様を示しており、（ｂ）は（ａ）に示すように添加弁７が開閉されたときのポンプ９の回転速度の変化態様を示している。ポンプ９の回転速度は、添加弁７での上記添加異常が発生していないときには尿素水の添加中に図２（ａ）に実線で示すように変化するのに対し、上記添加異常が発生しているときには尿素水の添加中に図２（ａ）に二点鎖線で示すように変化する。すなわち、添加弁７からの尿素水の添加中におけるポンプ９の回転速度は、添加弁７での上記添加異常の発生時（二点鎖線）には、上述した理由により正常時（実線）よりも低くなる。

ポンプ９の回転速度は、添加弁７に供給される尿素水に混入した気体が膨張と収縮を短時間のうちに繰り返したとしても、その影響を受けにくい。従って、添加弁７からの尿素水の添加中におけるポンプ９の回転速度が上記判定値未満という低い値であることに基づき、添加弁７周りでの上記析出物の堆積に起因して同添加弁７での添加異常が発生していることを適切に検出することができる。なお、ここで用いられる判定値としては、上述した添加弁７での添加異常が発生していることを判断するうえでの最適値となるよう、予め実験等によって定められた値を用いることが考えられる。そして、添加弁７からの尿素水の添加中におけるポンプ９の回転速度が上記判定値未満であることに基づき上記除去制御を実行することにより、その除去制御を必要なとき、すなわち添加弁７周りに上記析出物が堆積したときに実行し、同析出物を除去することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）添加弁７周りに堆積した尿素水による析出物（尿素）を除去するための除去制御を必要なときに実行し、その堆積した析出物を除去することができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・除去制御の開始から終了までの期間については、添加弁７からの尿素水の添加中におけるポンプ９の回転速度の判定値に対する低下量、言い換えれば添加弁７から尿素水を添加するときの同尿素水の流量の適正値からの低下量に基づき可変としてもよい。上記ポンプ９の回転速度の判定値に対する低下量（添加弁７での尿素水の流量の低下量に対応）が大きいということは、添加弁７周りの析出物の堆積量が多くなっていることを意味する。このため、上記低下量が大きいほど除去制御の開始から終了までの期間を長くすることが考えられる。このように、添加弁７周りの析出物の堆積量に応じて除去制御の開始から終了までの期間を可変とすることにより、除去制御の実行を通じて添加弁７周りに堆積した析出物を適切に除去することができ、且つ、同除去制御が無駄に長く実行されることを抑制できるようになる。

・ポンプ９は、回転速度制御されるものに限らず、常に一定のエネルギ（電力等）で駆動されるものであってもよい。この場合も、添加弁７での添加異常の発生により、その添加弁７から尿素水を添加するときの同尿素水の流量が正常時よりも少なくなったときには、そのときのポンプ９の吐出流量が少なくなり、同ポンプ９の回転速度が低くなる傾向があるため、上記実施形態と同様の効果が得られる。

・添加弁７から添加される還元剤として尿素水を例示したが、それ以外の還元剤を使用することも可能である。

１…内燃機関、２…排気通路、３…酸化触媒、４…フィルタ、５…ＮＯｘ浄化触媒、６…タンク、７…添加弁、８…供給経路、９…ポンプ、１０…リリーフ弁、１１…圧力センサ、１２…電子制御装置、１３…回転速度センサ。

Claims (1)

1. ポンプの駆動を通じて還元剤を添加弁に供給した状態のもとで同添加弁を定められた期間だけ開弁させることにより、前記添加弁から内燃機関の排気通路に還元剤を添加する還元剤供給装置において、
   前記添加弁からの還元剤の添加中における前記ポンプの回転速度が判定値未満であることに基づき、前記添加弁周りに堆積した前記還元剤による析出物を除去するための除去制御を行う制御部を備える
   ことを特徴とする還元剤供給装置。