JP2019052573A

JP2019052573A - 尿素噴射システムの制御方法

Info

Publication number: JP2019052573A
Application number: JP2017176467A
Authority: JP
Inventors: 稔小和田; Minoru Kowada
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-04-04

Abstract

【課題】排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタが不使用時に残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥ることへの予防や速やかな回復を実現する。【解決手段】排気ガス１中に尿素水１２を添加するインジェクタ８が不使用時における残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥ることへの予防や回復を行う制御方法に関し、継続的な尿素水１２の噴射が可能となる解凍判定に先立ち、経路内の残留尿素水の凍結による閉塞が解消し且つインジェクタ８までの経路内を満たし得る量の尿素水１２が尿素水タンク１１内で解凍して予防・回復動作許可判定が成された段階でポンプ１３により尿素水１２の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を実施する。【選択図】図１

Description

本発明は、尿素噴射システムの制御方法に関するものである。

従来、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側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、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図るようにしたものがある。

このようにする場合、選択還元型触媒への尿素水の添加がパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれるという不具合がある。

そこで、図２に示す如く、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側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性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようにした排気浄化装置が創案されている。

ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出すミキシングパイプ７Ｂと、該ミキシングパイプ７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８が前記ミキシングパイプ７Ｂの出側端部側へ向けて装備されている。

尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。

そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ７Ｂの途中でインジェクタ８から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。

この際、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。

しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。

斯かる排気浄化装置を寒冷地で使用する場合、尿素水タンクや配管途中で尿素水が凍結して流路が閉塞する虞れがあるため、エンジンの冷却水や電熱ヒータにより暖めて系内の尿素水を解凍できるようにしてあるが、系内の尿素水の凍結による閉塞が解消しても尿素水を直ぐにインジェクタ８から噴射できるわけではなく、継続して噴射することが可能な量の尿素水が解凍し且つ選択還元型触媒４が活性温度となる排気温度に上昇するまで尿素水の噴射が留保されるようになっている。

このため、凍結環境下でエンジンを始動して短時間に停止するといった短いスパンで繰り返し運行されるような使用条件では、インジェクタ８から尿素水を噴射できない時間帯が長くなり易く、インジェクタ８内に残留する尿素水が排気熱により乾燥して結晶化することで固着が起こり、インジェクタ８による尿素水の噴射が不可能となる一時的な作動不良の状態となる場合がある。

即ち、前述の如き排気浄化装置を備えたエンジンの停止時には、キーオフと同時に尿素水が尿素水タンク側へパージされ、エンジン停止中の尿素水の凍結による装置破損を防止する措置が採られるようになっているため（例えば下記の特許文献１等を参照）、次にエンジンを始動する際には、インジェクタ８を空打ちして経路内の空気を抜きながら尿素水を送り込んでいくことになる。

この際、インジェクタ８が固着状態となってしまっていると、空打ちによる空気抜きが行われないため、ポンプにより送り込まれる尿素水が空気を圧縮しながら進むもののインジェクタ８までは到らず、該インジェクタ８のノズルまで尿素水を送り込んで尿素結晶を溶かすことができないという事態に陥ることがある。

このような事態に陥った場合、従来においては、尿素水を送り出すポンプを一旦停止して尿素水の経路を減圧し、所定時間経過後にポンプを再度駆動して減圧と加圧を交互に繰り返すことや、試験噴射及び減圧と加圧を交互に繰り返すことで尿素結晶の詰まりを解消してインジェクタ８の回復を図るようにしている。

特開２００８−１０１５６４号公報

しかしながら、インジェクタ８のノズル内における尿素結晶の固着の程度が強い場合、ポンプを間欠的に運転して減圧と加圧を繰り返すだけでは十分な回復が図れないことがあり、本来ならば尿素水に触れることで簡単に尿素結晶が溶けてインジェクタ８を正常な作動状態に戻せるはずの一時的な不具合であるのに、インジェクタ８を正常な作動状態に戻すことが難しくなる虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタが不使用時に残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥ることへの予防や速やかな回復を実現することを目的とする。

本発明は、排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタが不使用時における残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥ることへの予防や回復を行う制御方法であって、継続的な尿素水の噴射が可能となる解凍判定に先立ち、経路内の残留尿素水の凍結による閉塞が解消し且つインジェクタまでの経路内を満たし得る量の尿素水が尿素水タンク内で解凍して予防・回復動作許可判定が成された段階でポンプにより尿素水の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を実施することを特徴とするものである。

而して、排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタが不使用時における残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥っていても、解凍判定に先立ち予防・回復動作許可判定が成された段階でポンプにより尿素水の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を実施すると、この圧力充填と吸い戻しとの繰り返しにより経路内で空気と尿素水との入れ替わりが促されて該尿素水がインジェクタのノズルまで送り込まれ、該ノズル内まで到達した尿素水により尿素結晶が溶かされてインジェクタの一時的な固着状態が解消されることになり、また、インジェクタが一時的な固着状態に陥っていなかったとしても、圧力充填の際に素水がインジェクタのノズルまで到達し、該ノズル内が尿素水により潤されて湿潤環境となることで結晶化が起こり難くなり、尿素結晶による固着の予防が図られることになる。

更に、本発明においては、尿素水タンク内の尿素水の温度と、ポンプ内の尿素水の温度と、外気温と、解凍開始からの経過時間とを計測し、その計測値に基づいて解凍判定及び予防・回復動作許可判定を行うことが可能である。

上記した本発明の尿素噴射システムの制御方法によれば、ポンプにより尿素水の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を介在させることにより、経路内で空気と尿素水との入れ替わりを促して該尿素水をインジェクタのノズルまで送り込み、該ノズル内に到達した尿素水により尿素結晶を溶かし、該尿素結晶の固着による一時的なインジェクタの作動不良を速やかに回復することができ、しかも、インジェクタが一時的な固着状態に陥っていなかったとしても、圧力充填の際に尿素水をインジェクタのノズルまで到達させて該ノズル内を潤し、残留尿素水の結晶化を抑制して尿素結晶による固着の予防を図ることもできる等種々の優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す系統図である。従来の排気浄化装置の一例を示す概略図である。

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は本発明を実施する形態の一例である尿素噴射システムについて図示したもので、図１中における符号の１１は尿素水１２を貯留している尿素水タンク、１３は該尿素水タンク１１からサクションライン１４を介し尿素水１２を吸い上げ且つその尿素水１２をプレッシャーライン１５を介しインジェクタ８へ送り出すポンプを示しているが、このポンプ１３においては、内部流路の切り替えによりプレッシャーライン１５の尿素水１２をポンプ１３で吸い戻すこともできるようにしてある。

更に、前記プレッシャーライン１５の途中には、該プレッシャーライン１５を流れる尿素水１２の圧力が規定圧力以上となった時に開弁するオーバーフローバルブ１６を備えて尿素水１２を尿素水タンク１１に戻すリターンライン１７が接続されており、該リターンライン１７を介し余剰の尿素水１２を尿素水タンク１１に戻すことで系内の圧力が一定に保たれるようになっている。

また、前記尿素水タンク１１及び前記ポンプ１３には、解凍モードとなった時にエンジンの冷却水が冷却水配管１８，１９を介して循環されるようになっており、サクションライン１４とプレッシャーライン１５とリターンライン１７には、解凍モードとなった時に通電されて発熱する電熱ヒータ２０，２１，２２が装備されている（説明の便宜上から外周に巻き掛けた図示としてあるが管肉部分に埋設するようにしても良い）。

即ち、エンジンが始動されて解凍モードとなった際に、エンジンを経由して暖まった冷却水が冷却水配管１８，１９に循環されると共に、電熱ヒータ２０，２１，２２が通電により発熱して、尿素水タンク１１、ポンプ１３、サクションライン１４、プレッシャーライン１５、リターンライン１７で凍結した尿素水１２が解凍されるようになっている。

ここで、前記ポンプ１３の作動を制御する制御装置２６には、前記尿素水タンク１１内の尿素水１２の温度を計測する温度センサ２３からの検出信号２３ａと、前記ポンプ１３内の尿素水１２の温度を計測する温度センサ２４からの検出信号２４ａと、外気温を計測する温度センサ２５からの検出信号２５ａとが入力されるようになっており、これらの検出信号２３ａ，２４ａ，２５ａから判る夫々の検出温度と、自身に内蔵されたタイマ２７により計測される解凍開始からの経過時間とに基づき、経路内の残留尿素水の凍結による閉塞が解消し且つ尿素水タンク１１内で十分な量の尿素水１２が解凍して継続的な噴射が可能となる解凍判定と、この解凍判定に先立ち経路内の残留尿素水の凍結による閉塞が解消し且つインジェクタ８までの経路内を満たし得る量の尿素水１２が尿素水タンク１１内で解凍したものと看なし得る予防・回復動作許可判定とが行われるようになっている。

即ち、尿素水タンク１１内の尿素水１２の温度と、ポンプ１３内の尿素水１２の温度と、外気温の夫々が規定温度以上となっていて、解凍開始からの経過時間が第一規定時間を超えた段階で解凍判定が前記制御装置２６にて成され、前記第一規定時間より短い第二規定時間を超えた段階で予防・回復動作許可判定が前記解凍判定より前に前記制御装置２６にて成されるようになっている。

そして、本形態例にあっては、前記制御装置２６により前記ポンプ１３及び前記インジェクタ８を制御信号１３ａ，８ａを介し制御することによって、継続的な尿素水１２の噴射が可能となる解凍判定に先立ち、経路内の残留尿素水の凍結による閉塞が解消し且つインジェクタ８までの経路内を満たし得る量の尿素水１２が尿素水タンク１１内で解凍して予防・回復動作許可判定が成された段階でポンプ１３により尿素水１２の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を実施するようにしている。

ただし、ポンプ１３による圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作は、条件が整った時に必要に応じて実施するようにしても良く、例えば、尿素水１２を噴射していない運転時間を前記制御装置２６でカウントして規定の時間以上となった場合や、排気温度情報から熱量を計算してインジェクタ８の内部が固着の虞れがあるほど乾燥していると判定されたような場合に行えば良いものである。

尚、実際にインジェクタ８による尿素水１２の噴射を開始するにあたっては、解凍判定が成されている条件下で排気温度（図１中における温度センサ２８からの検出信号２８ａに基づき制御装置２６で把握）が規定温度まで上昇するのを待って行い、経路内での無用な尿素結晶の析出が生じないようにすることは勿論である。

而して、排気ガス１中に尿素水１２を添加するインジェクタ８が不使用時における残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥っていても、解凍判定に先立ち尿素水１２の経路内の凍結による閉塞が解消して予防・回復動作許可判定が成された段階でポンプ１３により尿素水１２の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を実施すると、この圧力充填と吸い戻しとの繰り返しにより経路内で空気と尿素水１２との入れ替わりが促されて該尿素水１２がインジェクタ８のノズルまで送り込まれ、該ノズル内まで到達した尿素水１２により尿素結晶が溶かされてインジェクタ８の一時的な固着状態が解消されることになり、また、インジェクタ８が一時的な固着状態に陥っていなかったとしても、圧力充填の際に尿素水１２がインジェクタ８のノズルまで到達し、該ノズル内が尿素水１２により潤されて湿潤環境となることで結晶化が起こり難くなり、尿素結晶による固着の予防が図られることになる。

従って、上記形態例によれば、ポンプ１３により尿素水１２の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を介在させることにより、経路内で空気と尿素水１２との入れ替わりを促して該尿素水１２をインジェクタ８のノズルまで送り込み、該ノズル内に到達した尿素水１２により尿素結晶を溶かし、該尿素結晶の固着による一時的なインジェクタ８の作動不良を速やかに回復することができ、しかも、インジェクタ８が一時的な固着状態に陥っていなかったとしても、圧力充填の際に尿素水１２をインジェクタ８のノズルまで到達させて該ノズル内を潤し、残留尿素水の結晶化を抑制して尿素結晶による固着の予防を図ることもできる。

尚、本発明の尿素噴射システムの制御方法は、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排気ガス
８インジェクタ
１１尿素水タンク
１２尿素水
１３ポンプ
２３温度センサ
２３ａ検出信号
２４温度センサ
２４ａ検出信号
２５温度センサ
２５ａ検出信号
２６制御装置
２７タイマ
２８温度センサ
２８ａ検出信号

Claims

排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタが不使用時における残留尿素水の結晶化により一時的な固着状態に陥ることへの予防や回復を行う制御方法であって、継続的な尿素水の噴射が可能となる解凍判定に先立ち、経路内の残留尿素水の凍結による閉塞が解消し且つインジェクタまでの経路内を満たし得る量の尿素水が尿素水タンク内で解凍して予防・回復動作許可判定が成された段階でポンプにより尿素水の経路内への圧力充填と吸い戻しとを繰り返す予防・回復動作を実施することを特徴とする尿素噴射システムの制御方法。
尿素水タンク内の尿素水の温度と、ポンプ内の尿素水の温度と、外気温と、解凍開始からの経過時間とを計測し、その計測値に基づいて解凍判定及び予防・回復動作許可判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の尿素噴射システムの制御方法。