JP2016114018A

JP2016114018A - 尿素水解凍制御装置

Info

Publication number: JP2016114018A
Application number: JP2014255175A
Authority: JP
Inventors: 正信嶺澤; Masanobu Minesawa; 祐介渋谷; Yusuke Shibuya
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23

Abstract

【課題】尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置による排気浄化を適切に実施することができる場合は、尿素水貯留槽や尿素水供給ポンプに低温の尿素水が通常よりも多量に流入しても、尿素水貯留槽における尿素水温度や尿素水供給ポンプにおける尿素水温度が通常よりも大きく低下して尿素水貯留槽における尿素水温度や尿素水供給ポンプにおける尿素水温度が解凍制御開始閾値未満となり、再度、尿素水解凍制御装置による解凍制御が開始される事態を防止し、自動車の全体における排気浄化率が低下することを回避することが可能な尿素水解凍制御装置を提供する。【解決手段】解凍制御完了後に尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定する保温出力決定部２０３を備えている尿素水解凍制御装置２００である。【選択図】図１

Description

本発明は、尿素水貯留槽と尿素水噴射器と尿素水供給ポンプと尿素水配管とで構成されている尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍する尿素水解凍制御装置に関する。

ディーゼル機関等の内燃機関を搭載している自動車においては、排気管に設置されていると共に排気中に含まれている窒素酸化物を浄化する選択触媒還元（ＳＣＲ）装置が採用されている。選択触媒還元装置は、窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器と、尿素水が貯留されている尿素水貯留槽と、尿素水配管を通じて尿素水貯留槽から尿素水噴射器に尿素水を供給する尿素水供給ポンプと、を備えており、尿素水を高温の排気中で加水分解させてアンモニアを生成し、そのアンモニアで窒素酸化物を還元する（例えば、特許文献１を参照）。

選択触媒還元装置においては、寒冷時は尿素水の凍結に伴い尿素水の供給が停止するため、尿素水貯留槽と尿素水噴射器と尿素水供給ポンプと尿素水配管とで構成されている尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流して尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍する尿素水解凍制御装置が実装されている。尿素水解凍制御装置は、尿素水貯留槽における尿素水温度と尿素水供給ポンプにおける温度(例えば、温度センサが尿素水供給ポンプにおける配管の内部に設置されている場合、解凍制御中は尿素水が尿素水供給ポンプに届いていないため、尿素水供給ポンプにおける配管の内部の空気温度、解凍制御完了後は尿素水が尿素水供給ポンプに届いているため、尿素水供給ポンプにおける配管の内部に流れている尿素水温度となる。温度センサが尿素水供給ポンプにおける配管の外部に設置されている場合は配管の外側温度や周囲の空気温度）と外気温度とにより決まる条件（尿素水配管における尿素水温度と仮定、例えば、外気温度による解凍完了までのタイマや外気温度に応じた解凍完了と判断する尿素水貯槽の尿素水温度や尿素水供給ポンプにおける温度）の何れか一つが解凍制御開始閾値未満である場合に解凍制御を開始し、尿素水貯留槽における尿素水温度と尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とに基づいて、尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍するために必要となる解凍出力を決定し、その解凍出力に基づいて規定時間内における解凍出力調整弁の開弁時間を調整して尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御し、しかる後、尿素水貯留槽における尿素水温度と尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから解凍出力調整弁を閉弁して解凍制御を完了している（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０００−３０３８２６号公報特開２０１１−２４１７３５号公報

ところで、尿素水解凍制御装置においては、自動車の製造コスト削減等の観点から、尿素水供給経路の全体に亘って尿素水温度検出器が設置されている訳では無く、尿素水供給経路の全体に亘って尿素水温度を把握することは不可能であるため、尿素水貯留槽における尿素水温度と尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達していても、尿素水供給経路の全体に亘って尿素水温度が解凍制御完了閾値に到達しているとは限らない。

尿素水貯留槽における尿素水温度と尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達している場合は、たとえ尿素水供給経路の全体に亘って尿素水温度が解凍制御完了閾値に到達していない場合であっても、尿素水の供給ができる程度に尿素水の解凍が進行しているため、尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置による排気浄化を適切に実施することができる。

ところが、例えば、内燃機関の運転状態が高負荷高回転である場合は、排気中に通常よりも多量の窒素酸化物が含まれるため、選択触媒還元装置における尿素水噴射量が通常よりも多量となり、尿素水供給経路で通常よりも多量の尿素水が循環されることとなる。

この場合、尿素水貯留槽に低温の尿素水が通常よりも多量に流入するため、尿素水貯留槽における尿素水温度が通常よりも大きく低下して尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満となり、再度、尿素水解凍制御装置による解凍制御が開始されることとなる。

尿素水解凍制御装置による解凍制御中は、選択触媒還元装置における尿素水の供給が停止するため、たとえ尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置による排気浄化を適切に実施することができる場合であっても、選択触媒還元装置による排気浄化が実施できず、自動車の全体における排気浄化率が低下する虞がある。

そこで、本発明の目的は、尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置による排気浄化を適切に実施することができる場合は、尿素水貯留槽に低温の尿素水が通常よりも多量に流入しても、尿素水貯留槽における尿素水温度が通常よりも大きく低下して尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満となり、再度、尿素水解凍制御装置による解凍制御が開始される事態を防止し、自動車の全体における排気浄化率が低下することを回避することが可能な尿素水解凍制御装置を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、排気管に設置されていると共に排気中に含まれている窒素酸化物を浄化する選択触媒還元装置であって、窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒と、前記ＳＣＲ触媒の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器と、尿素水が貯留されている尿素水貯留槽と、尿素水配管を通じて前記尿素水貯留槽から前記尿素水噴射器に尿素水を供給する尿素水供給ポンプと、を備えている前記選択触媒還元装置で、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件の何れか一つが解凍制御開始閾値未満である場合に前記尿素水貯留槽と前記尿素水噴射器と前記尿素水供給ポンプと前記尿素水配管とで構成されている尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流して前記尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍する解凍制御を開始し、しかる後、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから解凍制御を完了する尿素水解凍制御装置において、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件との中で最も低い条件又は温度に基づいて、前記尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍するために必要となる解凍出力を決定する解凍出力決定部と、前記解凍出力決定部で決定された解凍出力に基づいて、前記尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流すか否かを切り替える解凍出力調整弁を開閉して前記尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御する内燃機関冷却水流量制御部と、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから、前記選択触媒還元装置における尿素水噴射量に基づいて、前記尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定する保温出力決定部と、を備えており、前記内燃機関冷却水流量制御部は、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してからも、前記保温出力決定部で決定された保温出力に基づいて、前記解凍出力調整弁を開閉して前記尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御する尿素水解凍制御装置である。

前記保温出力決定部は、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから、前記尿素水貯留槽における尿素水温度の低下率に基づいて、前記尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定することが好ましい。

本発明によれば、尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置による排気浄化を適切に実施することができる場合は、尿素水貯留槽に低温の尿素水が通常よりも多量に流入しても、尿素水貯留槽における尿素水温度が通常よりも大きく低下して尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満となり、再度、尿素水解凍制御装置による解凍制御が開始される事態を防止し、自動車の全体における排気浄化率が低下することを回避することが可能な尿素水解凍制御装置を提供することができる。

本発明に係る尿素水解凍制御装置を示す概略図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に順って説明する。

図１に示すように、選択触媒還元装置１００は、排気中に含まれている有害物質等を除去して大気中に排出される排気を浄化する排気浄化装置の一種であり、ディーゼル機関等の内燃機関１０１の排気管１０２に設置されていると共に排気中に含まれている窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒１０３と、ＳＣＲ触媒１０３の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器１０４と、尿素水が貯留されている尿素水貯留槽１０５と、尿素水配管１０６を通じて尿素水貯留槽１０５から尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する尿素水供給ポンプ１０７を有している尿素水供給モジュール１０８と、尿素水噴射器１０４と尿素水供給ポンプ１０７とを主に制御する尿素水噴射制御装置１０９と、を備えている。

排気中に含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化すると共に排気中に含まれている一酸化窒素と二酸化窒素との比率を調整することでＳＣＲ触媒１０３における脱硝効率を高める酸化触媒（ＤＯＣ）１１０と、排気中に含まれている粒子状物質（ＰＭ）を捕集することで大気中に排出される粒子状物質排出量を低減するディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）１１１と、排気中に含まれている窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒１０３と、が排気管１０２の排気上流側から排気下流側に架けて設置されている。

更に、ＳＣＲ触媒１０３の入口における排気温度を検出する排気温度検出器１１２と、ＳＣＲ触媒１０３の入口における窒素酸化物濃度を検出する第１の窒素酸化物濃度検出器１１３と、がＳＣＲ触媒１０３の排気上流側に設置されており、ＳＣＲ触媒１０３の出口における窒素酸化物濃度を検出する第２の窒素酸化物濃度検出器１１４がＳＣＲ触媒１０３の排気下流側に設置されている。

尿素水貯留槽１０５における尿素水残量を検出する尿素水残量検出器１１５と、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度を検出する尿素水温度検出器１１６と、尿素水貯留槽１０５における尿素水品質（例えば、尿素水濃度や異物混入有無）を検出する尿素水品質検出器１１７と、を有しているＳＣＲセンサ１１８が尿素水貯留槽１０５に設置されている。

尿素水配管１０６は、尿素水貯留槽１０５と尿素水供給ポンプ１０７の吸込口とを接続する吸込流路１１９と、尿素水供給ポンプ１０７の吐出口と尿素水噴射器１０４とを接続する供給流路１２０と、尿素水供給ポンプ１０７の吐出口と尿素水貯留槽１０５とを接続する回収流路１２１と、を有している。

尿素水供給モジュール１０８は、吸込流路１１９を通じて尿素水貯留槽１０５から尿素水を吸い込むと共に供給流路１２０を通じて尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する尿素水供給ポンプ１０７と、尿素水供給ポンプ１０７における温度を検出する温度検出器１２２と、尿素水供給ポンプ１０７の吐出口における尿素水圧力を検出する尿素水圧力検出器１２３と、供給流路１２０を通じて尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する流路と回収流路１２１を通じて尿素水貯留槽１０５に尿素水を回収する流路とを切り替える切替弁１２４と、を有している。

図１は簡略化して描いているが、尿素水貯留槽１０５と尿素水噴射器１０４と尿素水供給ポンプ１０７と尿素水配管１０６とで構成されている尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を循環させる循環流路１２５が配策されており、尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流すか否かを切り替える解凍出力調整弁１２６が循環流路１２５に設置されている。

なお、循環流路１２５は、解凍出力調整弁１２６の開閉に拘わらず、常時、尿素水噴射器１０４に内燃機関冷却水を供給しており、尿素水噴射器１０４に充填されている尿素水の変質固着等を防止している。

さて、選択触媒還元装置１００においては、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件（尿素水配管１０６における尿素水温度と仮定）の何れか一つが解凍制御開始閾値未満である場合に尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流して尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍する解凍制御を開始し、しかる後、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから解凍制御を完了する尿素水解凍制御装置２００が実装されている。

尿素水解凍制御装置２００は、プログラムやハードウェアとして尿素水噴射制御装置１０９に実装されており、解凍出力決定部２０１と、内燃機関冷却水流量制御部２０２と、保温出力決定部２０３と、を備えている。

解凍出力決定部２０１は、尿素水供給経路で凍結している尿素水を完全に解凍するため、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件との中で最も低い条件又は温度に基づいて、尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍するために必要となる解凍出力を決定する。

なお、外気温度は、外気温度検出器１２７で検出されると共に内燃機関１０１の制御を総合的に司る内燃機関制御装置１２８に送信されており、内燃機関制御装置１２８により把握されている。

内燃機関冷却水流量制御部２０２は、解凍出力決定部２０１で決定された解凍出力に基づいて、例えば、５分程度の規定時間内における解凍出力調整弁１２６の開弁時間や解凍出力調整弁１２６の開度を調整して尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御すると共に、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してからも、即ち、尿素水解凍制御装置２００による解凍制御が完了しても、保温出力決定部２０３で決定された保温出力に基づいて、解凍出力調整弁１２６を開閉して尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御する。

保温出力決定部２０３は、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから、即ち、尿素水解凍制御装置２００による解凍制御が完了してから、選択触媒還元装置１００における尿素水噴射量（尿素水噴射制御装置１０９から尿素水噴射器１０４に送信される指示尿素水噴射量）に基づいて、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定する。

なお、保温出力決定部２０３は、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度の低下率に基づいて、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定しても構わない。

従来においては、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達して解凍制御が完了してからも、尿素水貯留槽１０５に低温の尿素水が流入することにより、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が低下して尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満となるため、再度、尿素水解凍制御装置による解凍制御が開始されることとなる。

そして、尿素水解凍制御装置による解凍制御中は、選択触媒還元装置１００における尿素水の供給が停止するため、たとえ尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置１００による排気浄化を適切に実施することができる場合であっても、選択触媒還元装置１００による排気浄化が実施できず、自動車の全体における排気浄化率が低下する虞がある。

これに対して、尿素水解凍制御装置２００では、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度と尿素水供給ポンプ１０７における温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達して解凍制御が完了してからも、選択触媒還元装置１００における尿素水噴射量や尿素水貯留槽１０５における尿素水温度の低下率に基づいて、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定し、その保温出力に基づいて、解凍出力調整弁１２６を開閉して尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御する保温制御を実施している。

そのため、尿素水解凍制御装置２００では、尿素水供給経路を通じて尿素水を供給して選択触媒還元装置１００による排気浄化を適切に実施することができる場合は、尿素水貯留槽１０５に低温の尿素水が通常よりも多量に流入しても、尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が通常よりも大きく低下して尿素水貯留槽１０５における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満となり、再度、尿素水解凍制御装置２００による解凍制御が開始される事態を防止し、自動車の全体における排気浄化率が低下することを回避することが可能となる。

１００選択触媒還元装置
１０１内燃機関
１０２排気管
１０３ＳＣＲ触媒
１０４尿素水噴射器
１０５尿素水貯留槽
１０６尿素水配管
１０７尿素水供給ポンプ
１０８尿素水供給モジュール
１０９尿素水噴射制御装置
１１０酸化触媒
１１１ディーゼル微粒子捕集フィルタ
１１２排気温度検出器
１１３第１の窒素酸化物濃度検出器
１１４第２の窒素酸化物濃度検出器
１１５尿素水残量検出器
１１６尿素水温度検出器
１１７尿素水品質検出器
１１８ＳＣＲセンサ
１１９吸込流路
１２０供給流路
１２１回収流路
１２２温度検出器
１２３尿素水圧力検出器
１２４切替弁
１２５循環流路
１２６解凍出力調整弁
１２７外気温度検出器
１２８内燃機関制御装置
２００尿素水解凍制御装置
２０１解凍出力決定部
２０２内燃機関冷却水流量制御部
２０３保温出力決定部

Claims

排気管に設置されていると共に排気中に含まれている窒素酸化物を浄化する選択触媒還元装置であって、窒素酸化物を浄化するＳＣＲ触媒と、前記ＳＣＲ触媒の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器と、尿素水が貯留されている尿素水貯留槽と、尿素水配管を通じて前記尿素水貯留槽から前記尿素水噴射器に尿素水を供給する尿素水供給ポンプと、を備えている前記選択触媒還元装置で、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件の何れか一つが解凍制御開始閾値未満である場合に前記尿素水貯留槽と前記尿素水噴射器と前記尿素水供給ポンプと前記尿素水配管とで構成されている尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流して前記尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍する解凍制御を開始し、しかる後、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから解凍制御を完了する尿素水解凍制御装置において、
前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件との中で最も低い条件又は温度に基づいて、前記尿素水供給経路で凍結している尿素水を解凍するために必要となる解凍出力を決定する解凍出力決定部と、
前記解凍出力決定部で決定された解凍出力に基づいて、前記尿素水供給経路に沿って内燃機関冷却水を流すか否かを切り替える解凍出力調整弁を開閉して前記尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御する内燃機関冷却水流量制御部と、
前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから、前記選択触媒還元装置における尿素水噴射量に基づいて、前記尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定する保温出力決定部と、
を備えており、
前記内燃機関冷却水流量制御部は、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してからも、前記保温出力決定部で決定された保温出力に基づいて、前記解凍出力調整弁を開閉して前記尿素水供給経路に沿って流す内燃機関冷却水の流量を制御することを特徴とする尿素水解凍制御装置。
前記保温出力決定部は、前記尿素水貯留槽における尿素水温度と前記尿素水供給ポンプにおける温度と外気温度とにより決まる条件が解凍制御完了閾値に到達してから、前記尿素水貯留槽における尿素水温度の低下率に基づいて、前記尿素水貯留槽における尿素水温度が解凍制御開始閾値未満とならないために必要となる保温出力を決定する請求項１に記載の尿素水解凍制御装置。