JP2016176355A - 尿素水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】添加弁を冷却するために尿素水を余分に消費することなく、同添加弁内の尿素水の沸騰を抑制することができる尿素水供給装置を提供する。
【解決手段】尿素水添加装置は、内燃機関５の排気通路６におけるＮＯｘ浄化触媒７よりも上流側の部分に尿素水を噴射する添加弁８と、その添加弁８に尿素水を供給するポンプ１０と、を備える。そして、添加弁８内の尿素水の温度が判定値以上であるとき、添加弁８内の圧力が上昇するようポンプ１０が駆動される。このように添加弁８に供給される尿素水の圧力が上昇すると、添加弁８内の尿素水の沸点が上昇するため、その尿素水の沸騰を抑制することができる。また、こうした沸騰の抑制に際して尿素水が余分に消費されることもない。
【選択図】図１

Description

本発明は、尿素水供給装置に関する。

車両に搭載される内燃機関として、排気通路に選択還元型のＮＯｘ浄化触媒を設けたものが知られている。こうした内燃機関が搭載される車両には、同機関の排気通路に設けられた上記ＮＯｘ浄化触媒にて排気中のＮＯｘを還元して浄化すべく、排気通路におけるＮＯｘ浄化触媒よりも上流の部分に尿素水を供給する尿素水供給装置が設けられる。尿素水供給装置としては、特許文献１に示されるように、排気通路内におけるＮＯｘ浄化触媒よりも上流の部分に尿素水を噴射する添加弁と、その添加弁に尿素水を供給するポンプと、を備えたものが知られている。

特開２０１４−９６６０公報

ところで、内燃機関の排気通路内を流れる高温の排気に曝される添加弁では、内部に存在する尿素水が加熱されて沸騰すると、その沸騰に伴って添加弁を構成する部品の腐食や焼き付きといった悪影響を招くおそれがある。

なお、特許文献１には、添加弁を冷却するための尿素水の噴射である冷却噴射を実行するという技術が開示されているが、こうした技術を用いた場合には上記冷却噴射分の尿素水を余分に消費してしまうという問題がある。

本発明の目的は、添加弁を冷却するために尿素水を余分に消費することなく、同添加弁内の尿素水の沸騰を抑制することができる尿素水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尿素水供給装置は、内燃機関の排気通路に尿素水を噴射する添加弁と、その添加弁に尿素水を供給するポンプと、そのポンプを制御する制御部と、添加弁内の尿素水の温度を取得する温度取得手段と、を備える。そして、上記制御部は、添加弁内の尿素水の温度が判定値以上であるとき、添加弁内の圧力が上昇するようポンプを駆動する。なお、上記判定値としては、尿素水の沸点を採用したり、尿素水の沸点に近く且つ同沸点よりも低い値を採用したりすることが可能である。そして、上記制御部によるポンプの駆動を通じて、添加弁に供給される尿素水の圧力が上昇すると、添加弁内の尿素水の沸点が上昇するため、その尿素水の沸騰を抑制することができる。また、こうした沸騰の抑制に際して尿素水が余分に消費されることもない。

尿素水供給装置及び同装置が適用される内燃機関の排気系を示す略図。 ポンプの駆動制御手順を示すフローチャート。 添加弁内の尿素水の温度Ｔと目標圧力Ｐｔとの関係を示すグラフ。

以下、尿素水供給装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示されるように、車両に搭載される内燃機関５の排気通路６には上流から順に、酸化触媒２、フィルタ３、ＮＯｘ浄化触媒７が設けられている。上記酸化触媒２は排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化して浄化し、上記フィルタ３は排気中の微粒子（ＰＭ）を捕集する。また、上記ＮＯｘ浄化触媒７としては、尿素水供給装置からの尿素水の供給を受けて排気中のＮＯｘを還元して浄化する選択還元型のものが採用されている。

尿素水供給装置は、排気通路６におけるフィルタ３よりも下流側であって、且つ、ＮＯｘ浄化触媒７よりも上流側の部分に設けられた添加弁８を備えている。更に、尿素水供給装置は、タンク９内に溜められた尿素水を添加弁８に供給するポンプ１０も備えている。そして、尿素水供給装置は、上記添加弁８から排気通路６におけるフィルタ３とＮＯｘ浄化触媒７との間の部分を流れる排気に対し尿素水を添加（噴射）する。この尿素水は排気とともにＮＯｘ浄化触媒７に流される。

また、車両には、内燃機関５の各種制御を行うとともに添加弁８及びポンプ１０を駆動制御する電子制御装置１１が搭載されている。この電子制御装置１１には、添加弁８内の尿素水の温度を検出する温度センサ１２が接続されるほか、内燃機関５の運転状態、及びユーザーからの要求を把握するための各種センサが接続されている。電子制御装置１１は、各種センサからの検出信号に基づき、内燃機関５を制御するとともに、添加弁８及びポンプ１０の駆動制御を行う。

ちなみに、ポンプ１０を駆動制御するときの電子制御装置１１は、ポンプ１０を制御する制御部としての役割を担う。電子制御装置１１によるポンプ１０の駆動制御としては、例えば添加弁８に供給される尿素水の圧力を定められた基準値Ｐｄに調整する制御等があげられる。また、添加弁８内の尿素水の温度を検出する温度センサ１２の検出信号が電子制御装置１１に入力されるとき、それら電子制御装置１１及び温度センサ１２は添加弁８内の尿素水の温度を取得する温度取得手段として機能する。

なお、電子制御装置１１は、フィルタ３において捕集したＰＭによる目詰まりが生じないよう、定期的に上記捕集したＰＭを除去すべくフィルタ３の温度を上昇させるフィルタ再生処理を実行する。このフィルタ再生処理は、フィルタ３を通過する排気の温度を上昇させることによって実現される。詳しくは、内燃機関５における機関運転のための燃料噴射（主噴射）が行われた後の燃料噴射（ポスト噴射）を通じて酸化触媒２に未燃燃料成分を供給し、同酸化触媒２での燃料の酸化に伴う酸化熱を生じさせる。そして、この酸化触媒２で生じる酸化熱によって排気通路６を流れる排気の温度を上昇させ、高温となった排気をフィルタ３に流すことにより同フィルタ３の温度を上記ＰＭの燃焼に必要な値まで上昇させる。

ところで、尿素水供給装置の添加弁８においては、内部に存在する尿素水が沸騰すると、その沸騰に伴って添加弁８を構成する部品の腐食や焼き付きといった悪影響が生じるおそれがある。このため、車両の走行風によって添加弁８を冷却するための冷却フィンを同添加弁８に形成したり、そうした冷却を期待できない低速走行時には冷えた尿素水を添加弁８に導入するために同添加弁８から尿素水を噴射する冷却噴射を実行したりすることが考えられる。ただし、上記冷却噴射を実行したとすると、その実行分の尿素水を余分に消費してしまうという問題がある。

こうした問題を生じさせることなく添加弁８内の尿素水の沸騰を抑制するため、電子制御装置１１は、添加弁８内の尿素水の温度が判定値以上であるとき、添加弁８内の圧力が上昇するようポンプ１０を駆動する。なお、上記判定値としては、尿素水の沸点を採用したり、同沸点に対し温度センサ１２の温度検出ばらつきを考慮した所定値だけ低い値を採用したりすることが可能である。そして、上述した電子制御装置１１によるポンプ１０の駆動を通じて、添加弁８に供給される尿素水の圧力が上昇すると、添加弁８内の尿素水の沸点が上昇するため、その尿素水の沸騰を抑制することができる。また、こうした沸騰の抑制に際して尿素水が余分に消費されることもない。

次に、尿素水供給装置の動作について説明する。
図２は、ポンプ１０を駆動制御するためのポンプ駆動ルーチンを示すフローチャートである。このポンプ駆動ルーチンは、電子制御装置１１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

電子制御装置１１は、ポンプ駆動ルーチンのステップ１０１（Ｓ１０１）の処理として、フィルタ再生処理を実行する前になされるフィルタ再生要求があるか否かを判断する。このフィルタ再生要求は、一度なされると、フィルタ再生処理の実行によりフィルタ３に体積するＰＭの除去が完了してフィルタ再生処理が終了するまで維持される。そして、Ｓ１０１の処理で否定判断であればＳ１０２に進む。

電子制御装置１１は、Ｓ１０２の処理として温度センサ１２の検出信号に基づき添加弁８内の尿素水の温度Ｔを取得し、Ｓ１０３の処理として温度Ｔが上記判定値よりも大きいか否かを判断する。ここで温度Ｔが判定値以下であって否定判断がなされると、Ｓ１０４に進む。電子制御装置１１は、Ｓ１０４の処理として通常どおりポンプ１０を駆動し、その後にポンプ駆動ルーチンを一旦終了する。そして、Ｓ１０４における通常どおりのポンプ１０の駆動によって、添加弁８に供給される尿素水の圧力が上記基準値Ｐｄに調整される。

また、Ｓ１０３で温度Ｔが判定値よりも大きいことに基づいて肯定判断がなされると、Ｓ１０５に進む。電子制御装置１１は、Ｓ１０５の処理として温度Ｔに基づき目標圧力Ｐｔを算出した後、続くＳ１０６の処理として目標圧力Ｐｔに基づきポンプ１０を駆動する。このＳ１０６の処理では、添加弁８に供給される尿素水の圧力が目標圧力Ｐｔとなるようポンプ１０が駆動される。Ｓ１０６の処理の実行後、電子制御装置１１は、このポンプ駆動ルーチンを一旦終了する。

図３は、Ｓ１０５の処理を通じて算出された目標圧力Ｐｔと温度Ｔとの関係を示している。同図から分かるように、温度Ｔが高くなるほど上記目標圧力Ｐｔが高い値となるように算出される。なお、こうして算出された目標圧力Ｐｔは上記基準値Ｐｄよりも高い値とされる。このため、添加弁８に供給される尿素水の圧力が上記基準値Ｐｄに調整された状態のもとで、温度Ｔが判定値よりも高くなって添加弁８に供給される尿素水の圧力が目標圧力Ｐｔに調整されると、その尿素水の圧力が上昇して添加弁８内の同尿素水の沸点が上昇するようになる。これにより、添加弁８内の尿素水の沸騰が抑制される。

一方、図２に示すポンプ駆動ルーチンのＳ１０２において、フィルタ再生要求があると判断された場合にはＳ１０７に進む。電子制御装置１１は、Ｓ１０７の処理としてフィルタ再生時に対応した目標圧力ＰｔＦに基づきポンプ１０を駆動した後、ポンプ駆動ルーチンを一旦終了する。なお、上記目標圧力ＰｔＦとしては、フィルタ再生処理の実行に伴って排気の温度が高くなるとき、その排気に曝される添加弁８内の尿素水が沸騰しないよう沸点を高めることが可能な同尿素水の圧力であって、予め実験等によって最適に定められた固定値が採用される。

従って、フィルタ再生要求がなされたときには、添加弁８内の尿素水の温度Ｔに関係なく添加弁８に供給される尿素水の圧力が上記目標圧力ＰｔＦに調整されるようポンプ１０が駆動される。このため、フィルタ再生要求がなされたときには、添加弁８内の尿素水の温度Ｔが判定値未満であったとしても、添加弁８に供給される尿素水の圧力が上記ポンプ１０の駆動により上昇して目標圧力ＰｔＦに調整される。その結果、フィルタ再生要求がなされたときに添加弁８に供給される尿素水の圧力が上記目標圧力ＰｔＦに調整され、それによって同尿素水の沸点が高められた状態になることから、フィルタ再生処理が実行されたときに添加弁８内の尿素水が沸騰することは抑制される。

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８を冷却するために尿素水を余分に消費することなく、同添加弁８内の尿素水の沸騰を抑制することができる。

（２）フィルタ再生処理の実行時には排気の温度が急速に上昇することから、その排気に曝される添加弁８内の尿素水を沸騰させないようにするためには、添加弁８に供給される尿素水の圧力を速やかに高めることが必要になる。このことに対応するため、フィルタ再生要求がなされたとき、添加弁８内の尿素水の温度Ｔが判定値未満であったとしても、直ちに添加弁８に供給される尿素水の圧力が目標圧力ＰｔＦまで上昇して同尿素水の沸点が高められる。従って、フィルタ再生処理の実行時には添加弁８内の尿素水の沸点が高められた状態となっており、フィルタ再生処理の実行に伴い排気の温度が急速に上昇するとしても、その排気に曝される添加弁８内の尿素水が沸騰することは抑制されるようになる。

（３）添加弁８内の尿素水の温度Ｔが判定値よりも高くなったとき、添加弁８に供給される尿素水の圧力を上昇させる際に用いられる目標圧力Ｐｔは、上記温度Ｔが高くなるほど高い値となるように算出される。このため、添加弁８に供給される尿素水の圧力の上昇を、上記温度Ｔに合わせて尿素水の沸騰を抑制するために必要な上昇量だけ行うことが可能になる。このように上記圧力を上昇させることにより、その上昇の際に必要以上にポンプ１０が高負荷となることを抑制できる。

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。
・フィルタ再生要求がなされたとき、添加弁８に供給される尿素水の圧力を上昇させる処理（図２のＳ１０７）については、必ずしも実行する必要はない。

・添加弁８内の尿素水の温度Ｔについては、添加弁８の周りを通過する排気の温度等から推定して求めることも可能である。この場合には、上記判定値として、尿素水の沸点を採用したり、同沸点に対し上記温度Ｔの推定ばらつきを考慮した所定値だけ低い値を採用したりすることが可能である。

・上記目標圧力Ｐｔについては、必ずしも温度Ｔに応じた可変値とする必要はなく、いかなる温度Ｔであっても添加弁８内の尿素水の沸騰を抑制できる圧力として固定値を用いてもよい。

２…酸化触媒、３…フィルタ、５…内燃機関、６…排気通路、７…ＮＯｘ浄化触媒、８…添加弁、９…タンク、１０…ポンプ、１１…電子制御装置、１２…温度センサ。

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に尿素水を噴射する添加弁と、
   前記添加弁に尿素水を供給するポンプと、
   前記ポンプを制御する制御部と、
   を備える尿素水供給装置において、
   前記添加弁内の尿素水の温度を取得する温度取得手段を備えており、
   前記制御部は、前記添加弁内の尿素水の温度が判定値以上であるとき、前記添加弁内の圧力が上昇するよう前記ポンプを駆動する
   ことを特徴とする尿素水供給装置。