JP4137838B2 - 排気ガス後処理装置用液体供給装置 - Google Patents
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Description
本発明は、排気ガス後処理装置用液体供給装置に関するものである。
ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するため、排気ガス中に尿素水溶液をノズルを介して噴霧し、これを触媒作用を利用して浄化するようにした排気ガス後処理システムが公知である（特許文献１）。この技術は主として選択接触還元法に基づくものであり、アンモニアの代わりに酸化窒素の触媒変換のための還元剤として尿素水溶液が使用されている。
排気ガスの処理のために用いられるこの種の液体はタンクうち等に貯蔵されるが、寒冷地にあっては外気温が氷点以下となるため、タンク内の液体が凍結し、液体の供給が不可能になる虞がある。このため、貯蔵タンクに加熱装置を設ける等して、貯蔵タンク内の液体の凍結を防止する構成が採用されている。
特許第３０２２６０１号公報
ところで、この種の液体供給装置にあっては、貯蔵タンク内の液体は液体供給パイプを通ってポンプモジュールに送られ、ここで液体が加圧されて排気パイプ内に噴射される構成となっている。しかし、液体供給パイプもまた車外の外気温と同じ温度になるため、液体供給パイプ内においても液体の凍結が生じる虞がある。しかし、この液体供給パイプは車体の組立ラインでその車種に見合った状態で取り付けられる別仕様となるため、温度センサが取り付けられることはないので、貯蔵タンク内の液体の温度を検出するための温度センサからの情報を利用してこの液体供給パイプの加熱制御を行い、これによりパイプ内で液体が凍結することがないよう保温制御が行われるようにしている。
しかし、液体供給パイプの熱容量は貯蔵タンクのそれに比べ小さいので液体はパイプ内で凍結しやすく、従来の構成では液体供給パイプ内の液体の解凍状態を保証することができない。そこで、貯蔵タンク内の液体の温度が所定値以上となった場合に加圧ポンプを作動させ、加圧ポンプの出力側での圧力上昇が確認された場合に解凍が完了したことと判断し、以後、保温モードに入る構成が採用されている。
解凍完了後の液体供給パイプを加熱するための加熱器の動作は、貯蔵タンク内の温度が閾値を上回ったらヒータＯＦＦモード、下回ったら保温モードを繰り返すようになっており、各モードにおける加熱器はパイプ電流により駆動され、その駆動デューティ比の算出方法は、以下の二つのオプションを持っていてデータセットで選択できる構成となっている。
１．周囲温度の値から、駆動デューティ比を求める。
２．貯蔵タンクと加圧ポンプ内の液体温度から、駆動デューティ比を求める。
１．周囲温度の値から、駆動デューティ比を求める。
２．貯蔵タンクと加圧ポンプ内の液体温度から、駆動デューティ比を求める。
しかし、この従来のオプションについてはそれぞれ以下の問題を有している。第１に、周囲温度の値から駆動デューティ比を求める場合、冷却水でヒーティングされた貯蔵タンクの液体の循環で液体供給パイプ内の液体の温度が上がっても、駆動デューティ比は固定しているので、オーバーヒートとなる虞がある。第２に、貯蔵タンクと加圧ポンプ内の液体の温度から駆動デューティ比を求める場合、液体供給パイプ内で液体の循環が無い場合、貯蔵タンクに対してパイプは容量が小さいので温度低下が早く、液体供給パイプ内の液体が周囲温度で冷やされ、算出された温度より低くなっているにかかわらず、低いデューティ比で駆動されヒーティングが不足する虞がある。
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる排気ガス後処理装置用液体供給装置を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明の特徴は、タンク内に貯蔵されている液体を配管を介して排気ガス浄化装置へ供給するための装置であって、前記タンク内の液体の解凍後に前記配管を保温装置によって保温できるようにした排気ガス後処理装置用液体供給装置において、前記保温装置が、前記タンク内の温度を検出するためのタンク温度センサと、前記液体供給装置の周囲温度を検出するための周囲温度センサと、前記配管を加熱するための加熱器と、前記配管内での液体の流れ状態に基づき前記配管内で液体が凍結していると判断された場合には前記周囲温度センサの出力を選択出力し、前記配管内で液体が流れていると判断された場合にはタンク温度センサの出力を選択出力する選択部と、該選択部からの出力に応答して保温のために必要な保温用電流を前記加熱器に供給するための駆動部とを備えて成る点にある。
本発明によれば、タンク内の液体が解凍された後、配管内に液体が流れる状態か否かに応じてタンク温度センサ又は周囲温度センサのうちの所要のセンサの出力を用いて加熱器に流す電流を制御するので、配管の保温を適切に行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
図１は、本発明による排気ガス後処理装置用液体供給装置の一実施形態を示す構成図である。液体供給装置１は、排気ガス後処理に尿素水溶液を供給するための装置であり、尿素水溶液Ｕを貯蔵しておくためのタンク２と、タンク２内の尿素水溶液Ｕを排気ガス後処理装置１００へ導くための配管３とを備えている。本実施の形態では、排気ガス後処理装置１００は排気管１０１に設けられており、配管３の先端部に設けられた噴射ノズル４から尿素水溶液Ｕが排気管１０１内であって排気ガス後処理装置１００の上流側に噴射供給される構成となっている。
配管３の途中には、尿素水溶液Ｕを加圧するためのポンプ５及びドージングバルブ６が設けられている。ドージングバルブ６はエアリザーバ７とパイプ８を介して接続されており、パイプ８に設けられたシャットオフバルブ９を開閉制御することによりドージングバルブ６への圧縮空気の供給を制御することができる構成となっている。符号１０は逃し弁である。タンク２とドージングバルブ６との間には、さらに、逃し弁１１を備えたリターンパイプ１２が設けられており、ドージングバルブ６に送られた尿素水溶液Ｕのうち余剰分が逃し弁１１を介してタンク２に戻される構成となっている。なお、ポンプ５近傍の配管には圧力を測定する圧力センサ２０が配設されて噴射圧力の確認等に利用されている。そして、ドージングバルブ６及びシャットオフバルブ９は、それぞれ図示しない制御ユニットからの制御信号Ｃ１、Ｃ２に応答して所要の動作を行う構成となっている。
タンク２内の尿素水溶液Ｕが凍結した時にこれを解凍すると共に、凍結防止のための保温を図るため、解凍・保温装置３０が設けられている。解凍・保温装置３０は、図示しないエンジンの冷却水をタンク２内で循環させるための冷却水パイプ１３と、冷却水パイプ１３に設けられたシャットオフバルブ１４と、冷却水パイプ１３における冷却水の循環を制御するためシャットオフバルブ１４のオン、オフ制御を行うための第１制御ユニット１５とを備え、第１制御ユニット１５にはタンク２内の尿素水溶液Ｕの温度を検出するためのタンク温度センサ１６からのタンク温度信号Ｓ１が入力されている。
第１制御ユニット１５はタンク温度信号Ｓ１に応答し、タンク２内の尿素水溶液Ｕが凍結しているか否かの判別を行い、その判別結果に従って第１制御ユニット１５から解凍・保温制御のための解凍・保温制御信号Ｍ１が出力され、シャットオフバルブ１４に入力されている。この結果、解凍・保温制御信号Ｍ１に応答してシャットオフバルブ１４のオン、オフが制御され、冷却水パイプ１３への冷却水の供給が調整され、タンク２内の尿素水溶液Ｕの解凍及び保温が行われる構成となっている。
液体供給装置１は、さらに、タンク２内の尿素水溶液Ｕが解凍され、配管３内において尿素水溶液Ｕが流れるようになった後、配管３内の尿素水溶液Ｕが再び凍結するのを防止するための保温動作を行わせるための保温装置４０を備えている。
保温装置４０は、配管３を加熱するための加熱器１７Ａとリターンパイプ１２を加熱するための加熱器１７Ｂとを備えている。ここでは、加熱器１７Ａ、１７Ｂは電熱ヒータとして構成されている。保温装置４０は、タンク温度センサ１６からのタンク温度信号Ｓ１と、液体供給装置１の周囲温度を検出するための周囲温度センサ１８から出力され周囲温度を示す周囲温度信号Ｓ２と、解凍・保温制御信号Ｍ１とが入力されている第２制御ユニット１９を含み、第２制御ユニット１９から加熱器１７Ａ、１７Ｂに対して所要の加熱のための駆動電流Ｙが供給される構成となっている。
図２には、保温装置４０の詳細構成図が示されている。保温装置４０は、タンク温度信号Ｓ１及び周囲温度信号Ｓ２が入力されており、配管３内での尿素水溶液Ｕの量を制御する目標噴射量信号に応じていずれか一方の信号を選択して出力する選択部５０と、選択部５０からの出力信号Ｓ３に応答して配管３の保温のために必要な駆動電流Ｙを加熱器１７Ａ、１７Ｂに供給するための駆動部６０とを備えている。駆動電流Ｙは、後述するようにしてデューティ比が定められるパルス電流の形態となっている。なお、選択部５０と駆動部６０とが図１の第２制御ユニット１９を構成している。
選択部５０は、配管３内で尿素水溶液Ｕが凍結しているか否かを目標噴射量信号と経過時間から検出するための検出部５１と、検出部５１からの検出出力信号ＳＫに応答してタンク温度信号Ｓ１又は周囲温度信号Ｓ２のいずれか一方を選択し、選択された信号を出力信号Ｓ３として出力するための第１スイッチ部５２とを備えて成っている。ここでは、検出部５１において配管３内で尿素水溶液Ｕが凍結しているという検出結果が得られた場合には周囲温度信号Ｓ２が選択され、検出部５１において配管３内で尿素水溶液Ｕが凍結していないという検出結果が得られた場合にはタンク温度信号Ｓ１が選択される。
駆動部６０は、出力信号Ｓ３に応答し出力信号Ｓ３によって示される温度に従って駆動電流Ｙのデューティ比をマップ演算するためのマップ演算部６１を備え、マップ演算部６１からはその演算結果を示すデューティ比データＤ１が出力され、デューティ比データＤ１は第２スイッチ部６２に入力される。６３はデューティ比１を示す固定データＤ２を出力するデータ出力部であり、固定データＤ２もまた第２スイッチ部６２に入力される。
第２スイッチ部６２には第１制御ユニット１５からの解凍・保温制御信号Ｍ１がスイッチング制御信号として入力されており、解凍・保温制御信号Ｍ１が入力された場合、すなわち、第１制御ユニット１５において解凍のためにシャットオフバルブ１４がオンとされる制御が実行されている場合には、第２スイッチ部６２において固定データＤ２が選択され、それ以外の場合にはデューティ比データＤ１が選択される。
第２スイッチ部６２からは、上述の如くして選択されたいずれかのデータが出力データＤ３として駆動電流出力部６４に与えられる。６５は、加熱器１７によって配管３内の尿素水溶液Ｕを解凍又は保温する必要があるか否かを判別するための判別部であって、タンク温度信号Ｓ１、周囲温度信号Ｓ２のうちいずれか一方の信号が尿素水凍結温度以下になったか否かで判別する構成となっている。判別部６５の判別結果を示す判別データＤ４は駆動電流出力部６４に送られ、駆動電流出力部６４では判別部６５において配管３内の尿素水溶液Ｕを解凍又は保温する必要があると判別された場合にのみ、出力データＤ３に従うデューティ比の駆動電流Ｙを出力する構成となっている。
保温装置４０は以上のように構成されているので、解凍・保温制御信号Ｍ１によって第２スイッチ部６２が固定データＤ２を選択している場合には駆動電流出力部６４からデューティ比１の駆動電流Ｙが出力され、加熱器１７により配管３がその中の尿素水溶液Ｕを解凍するために加熱される。この時ポンプ５を作動させると共に余剰逃がし弁１１を作動させて尿素水溶液の圧力変化を圧力センサ２０によって観測されたか否かで解凍の状態を検出できる。
このようにして、解凍・保温装置３０によるタンク２内の尿素水溶液Ｕの解凍と配管３内の尿素水溶液Ｕの解凍とが終了すると、第２スイッチ部６２はデューティ比データＤ１を選択する。そして、判別部６５において配管３に対する解凍又は保温が必要と判別されている場合にのみデューティ比データＤ１に従うデューティ比の駆動電流Ｙを加熱器１７に保温用電流として供給する。
第１スイッチ部５２は、配管３内で尿素水溶液Ｕが流れている場合にはタンク温度信号Ｓ１を選択するので、解凍動作後にあってはタンク２内の尿素水溶液Ｕの温度に応じたデューティ比の駆動電流Ｙが出力される。したがって、解凍後で配管３で尿素水溶液Ｕが流れている場合には、タンク２内の尿素水溶液Ｕと配管３内の尿素水溶液Ｕとは略同一温度となるので、極めて適切な保温動作が保証される。
解凍後、アイドリング、低負荷運転で低ＮＯＸの排気ガス状態となり尿素水溶液噴射の停止状態に入ってから時間が経過し、タンク２内の尿素水溶液Ｕは凍結していないのに熱容量の小さい配管３内で尿素水溶液Ｕが凍結してしまう状態に入ると、検出部５１で配管３内の尿素水溶液Ｕの流れが止まったことが目標噴射量信号から直ちに検出され、周囲温度信号Ｓ２を出力信号Ｓ３として駆動部６０に送るように第１スイッチ部５２の切り換えがなされる。そして、周囲温度信号Ｓ２により検出された周囲温度に応じたデューティ比の駆動電流Ｙが加熱器１７に与えられるようになる。
マップ演算部６１からのデューティ比データＤ１の値は、入力される温度が低いほど大きい値となるようにマップデータ特性が設定されている。一般に、タンク２内の温度よりも周囲温度の方が低いので、配管３内で尿素水溶液Ｕの流れが止まった場合には、よりデューティ比の大きい駆動電流Ｙが加熱器１７に供給されることにより、配管３の加熱が促進される。これにより、配管３の保温を状況に応じて適切に行うことができ、配管３のオーバーヒート及び再凍結を有効に防止できる。このように、液体供給装置１の作動期間中において尿素水溶液Ｕの噴射が不可能な状態に陥るのを有効に防止することができる、優れた保温動作が可能となる。
なお、図２では、解凍・保温制御信号Ｍ１に応じてデューティ比データＤ１又は固定データＤ２のいずれかを選択する構成としたが、配管３の解凍動作を他の装置において行うように構成する場合にあっては、デューティ比データＤ１を直接駆動電流出力部６４に与える構成とすることができる。
１ 液体供給装置
２ タンク
３ 配管
１３ 冷却水パイプ
１４ シャットオフバルブ
１５ 第１制御ユニット
１６ タンク温度センサ
１７ 加熱器
１８ 周囲温度センサ
１９ 第２制御ユニット
３０ 解凍・保温装置
４０ 保温装置
５０ 選択部
５１ 検出部
５２ 第１スイッチ部
６０ 駆動部
Ｄ１ デューティ比データ
Ｄ２ 固定データ
Ｄ３ 出力データ
Ｄ４ 判別データ
Ｍ１ 解凍・保温制御信号
Ｓ１ タンク温度信号
Ｓ２ 周囲温度信号
Ｓ３ 出力信号
ＳＫ 検出出力信号
Ｙ 駆動電流
２ タンク
３ 配管
１３ 冷却水パイプ
１４ シャットオフバルブ
１５ 第１制御ユニット
１６ タンク温度センサ
１７ 加熱器
１８ 周囲温度センサ
１９ 第２制御ユニット
３０ 解凍・保温装置
４０ 保温装置
５０ 選択部
５１ 検出部
５２ 第１スイッチ部
６０ 駆動部
Ｄ１ デューティ比データ
Ｄ２ 固定データ
Ｄ３ 出力データ
Ｄ４ 判別データ
Ｍ１ 解凍・保温制御信号
Ｓ１ タンク温度信号
Ｓ２ 周囲温度信号
Ｓ３ 出力信号
ＳＫ 検出出力信号
Ｙ 駆動電流
Claims (1)
- タンク内に貯蔵されている液体を配管を介して排気ガス浄化装置へ供給するための装置であって、前記タンク内の液体の解凍後に前記配管を保温装置によって保温できるようにした排気ガス後処理装置用液体供給装置において、
前記保温装置が、
前記タンク内の温度を検出するためのタンク温度センサと、
前記液体供給装置の周囲温度を検出するための周囲温度センサと、
前記配管を加熱するための加熱器と、
前記配管内での液体の流れ状態に基づき前記配管内で液体が凍結していると判断された場合には前記周囲温度センサの出力を選択出力し、前記配管内で液体が流れていると判断された場合にはタンク温度センサの出力を選択出力する選択部と、
該選択部からの出力に応答して保温のために必要な保温用電流を前記加熱器に供給するための駆動部と
を備えて成ることを特徴とする排気ガス後処理装置用液体供給装置。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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