JP5589552B2 - Ｓｃｒシステム - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル車両の排気ガスに尿素水を噴射することで排ガス浄化を行うＳＣＲシステムに係り、ＳＣＲ制御に好適なバッテリ診断が可能なＳＣＲシステムに関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排ガス浄化システムとして、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置を用いたＳＣＲシステムが開発されている。

このＳＣＲシステムは、尿素水をＳＣＲ装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３０３８２６号公報

ＳＣＲシステムでは、尿素水をＳＣＲ装置に供給する制御及びそれに関連した制御（以下、ＳＣＲ制御という）を行うために、エンジンパラメータや各種センサの信号を参照し、バルブ等の部材に駆動用の信号を出力している。ＳＣＲシステムでは、ＳＣＲ制御が正しく行われるよう、センサやバルブが失陥してないか診断を行っている。このような診断の一環としてバッテリ診断がある。

バッテリ電圧がセンサやバルブにとって望ましい電圧より高くなると、バルブを駆動するソレノイドやセンサに過電流が流れたり、センサの出力が歪んだりしてＳＣＲシステムが正常に作動しない。

したがって、ＳＣＲシステムにおいて行うバッテリ診断としては、センサやバルブにとって望ましい電圧であることを保証する上限電圧を設定しておき、バッテリ電圧が上限電圧以下であれば、バッテリを健全と判定し、バッテリ電圧が上限電圧を超えていれば、バッテリを故障と判定することが考えられる。もし、バッテリが故障であるのなら、ＳＣＲ制御が正しくできず、排ガス浄化が達成できないのであるから、車両を走行させるのは好ましくない。よって、ＳＣＲシステムは、異常警告を行うことによって運転者に修理を促すことになる。

ところが、エンジン始動時に、バッテリ電圧が低電圧になって始動できないとき、車両に搭載されているバッテリに予備のバッテリを直列接続してエンジン始動するジャンパスタートを行うことがある。ジャンパスタートでは、バッテリが直列接続されるため、負荷（電装品）から見るとバッテリ電圧が高くなる。このように、エンジン始動時にバッテリ電圧が低電圧であったためにバッテリを直列接続した場合、上述の診断論理では、エンジン始動時にバッテリ電圧が上限電圧を超えたことにより、バッテリが故障と判定され、異常警告となってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＳＣＲ制御に好適なバッテリ診断が可能なＳＣＲシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に設けられた選択還元触媒装置と、前記選択還元触媒装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘ濃度に応じて尿素水噴射を制御する尿素水噴射制御部と、エンジン回転数があらかじめ設定された下限値を超えており、かつ、車速があらかじめ設定された下限値を超えているときに、ジャンパスタート中でないとしてバッテリ電圧を診断し、バッテリ電圧が上限電圧以下であれば、適正電圧であると判定し、バッテリ電圧が前記上限電圧を超えていれば、適正電圧でないと判定するバッテリ電圧診断部と、を備えるＳＣＲシステムであって、前記上限電圧は、前記ＳＣＲシステムが正常に作動できる電圧に設定されているＳＣＲシステムである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）ＳＣＲ制御に好適なバッテリ診断が可能となる。

本発明の一実施形態を示すＳＣＲシステムの要部構成図である。 本発明の一実施形態を示すＳＣＲシステムを詳しく示した構成図である。 図１のＳＣＲシステムの入出力構成図である。 本発明におけるバッテリ診断のフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１及び図２に示されるように、本発明に係るＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブ１０４と、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１１０，１１１と、ＮＯｘセンサ１１０，１１１で検出されたＮＯｘ濃度に応じて尿素水噴射を制御する尿素水噴射制御部１と、エンジン回転数Ｒｅがあらかじめ設定された下限値Ｒ１を超えており、かつ、車速Ｖｅがあらかじめ設定された下限値Ｖ１を超えているときに、バッテリ電圧Ｂａを診断し、バッテリ電圧Ｂａがあらかじめ設定された上限電圧Ｂ１以下であれば、適正電圧であると判定し、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えていれば、適正電圧でないと判定するバッテリ電圧診断部２とを備える。

詳しくは、図２に示すように、ＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側（排気ガスの上流側）で尿素水を噴射するドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）１０４と、尿素水を貯留する尿素タンク１０５と、尿素タンク１０５に貯留された尿素水をドージングバルブ１０４に供給するサプライモジュール１０６と、ドージングバルブ１０４やサプライモジュール１０６等を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）１２６とを主に備える。

エンジンＥの排気管１０２には、排気ガスの上流側から下流側にかけて、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst；酸化触媒）１０７、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０８、ＳＣＲ装置１０３が順次配置される。ＤＯＣ１０７は、エンジンＥから排気される排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ₂とし、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比率を制御してＳＣＲ装置１０３における脱硝効率を高めるためのものである。また、ＤＰＦ１０８は、排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集するためのものである。

ＳＣＲ装置１０３の上流側の排気管１０２には、ドージングバルブ１０４が設けられる。ドージングバルブ１０４は、高圧の尿素水が満たされたシリンダに噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャが引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。

ドージングバルブ１０４の上流側の排気管１０２には、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの温度（ＳＣＲ入口温度）を測定する排気温度センサ１０９が設けられる。また、ＳＣＲ装置１０３の上流側（ここでは排気温度センサ１０９の上流側）には、ＳＣＲ装置１０３の上流側でのＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１１０が設けられ、ＳＣＲ装置１０３の下流側には、ＳＣＲ装置１０３の下流側でのＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１１１が設けられる。

サプライモジュール１０６は、尿素水を圧送するＳＭポンプ１１２と、サプライモジュール１０６の温度（サプライモジュール１０６を流れる尿素水の温度）を測定するＳＭ温度センサ１１３と、サプライモジュール１０６内における尿素水の圧力（ＳＭポンプ１１２の吐出側の圧力）を測定する尿素水圧力センサ１１４と、尿素水の流路を切り替えることにより、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するか、あるいはドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すかを切り替えるリバーティングバルブ１１５とを備えている。ここでは、リバーティングバルブ１１５がＯＮのとき、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するようにし、リバーティングバルブ１１５がＯＦＦのとき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すようにした。

リバーティングバルブ１１５が尿素水をドージングバルブ１０４に供給するように切り替えられている場合、サプライモジュール１０６は、そのＳＭポンプ１１２にて、尿素タンク１０５内の尿素水を送液ライン（サクションライン）１１６を通して吸い上げ、圧送ライン（プレッシャーライン）１１７を通してドージングバルブ１０４に供給するようにされ、余剰の尿素水を、回収ライン（バックライン）１１８を通して尿素タンク１０５に戻すようにされる。

尿素タンク１０５には、ＳＣＲセンサ１１９が設けられる。ＳＣＲセンサ１１９は、尿素タンク１０５内の尿素水の液面高さ（レベル）を測定するレベルセンサ１２０と、尿素タンク１０５内の尿素水の温度を測定する温度センサ１２１と、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を測定する品質センサ１２２とを備えている。品質センサ１２２は、例えば、超音波の伝播速度や電気伝導度から、尿素水の濃度や尿素水に異種混合物が混合されているか否かを検出し、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を検出するものである。

尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６には、エンジンＥを冷却するための冷却水を循環する冷却ライン１２３が接続される。冷却ライン１２３は、尿素タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水と尿素タンク１０５内の尿素水との間で熱交換するようにされる。同様に、冷却ライン１２３は、サプライモジュール１０６内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水とサプライモジュール１０６内の尿素水との間で熱交換するようにされる。

冷却ライン１２３には、尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６に冷却水を供給するか否かを切り替えるタンクヒーターバルブ（クーラントバルブ）１２４が設けられる。なお、ドージングバルブ１０４にも冷却ライン１２３が接続されるが、ドージングバルブ１０４には、タンクヒーターバルブ１２４の開閉に拘わらず、冷却水が供給されるように構成されている。なお、図２では図を簡略化しており示されていないが、冷却ライン１２３は、尿素水が通る送液ライン１１６、圧送ライン１１７、回収ライン１１８に沿って配設される。

図３に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。

図３に示すように、ＤＣＵ１２６には、上流側ＮＯｘセンサ１１０、下流側ＮＯｘセンサ１１１、ＳＣＲセンサ１１９（レベルセンサ１２０、温度センサ１２１、品質センサ１２２）、排気温度センサ１０９、サプライモジュール１０６のＳＭ温度センサ１１３と尿素水圧力センサ１１４、およびエンジンＥを制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１２５からの入力信号線が接続されている。ＥＣＭ１２５からＤＣＵ１２６には、エンジン回転数、車速などのエンジンパラメータの信号が入力される。ＤＣＵ１２６には、図示しないバッテリの電源ラインから電圧モニタ用の信号が入力される。

また、ＤＣＵ１２６には、タンクヒーターバルブ１２４、サプライモジュール１０６のＳＭポンプ１１２とリバーティングバルブ１１５、ドージングバルブ１０４、上流側ＮＯｘセンサ１１０のヒータ、下流側ＮＯｘセンサ１１１のヒータ、への出力信号線が接続される。なお、ＤＣＵ１２６と各部材との信号の入出力に関しては、個別の信号線を介した入出力、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介した入出力のどちらであってもよい。

ＤＣＵ１２６は、ＥＣＭ１２５からのエンジンパラメータの信号と、排気温度センサ１０９からの排気ガス温度とを基に、排気ガス中のＮＯｘの量を推定すると共に、推定した排気ガス中のＮＯｘの量を基にドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を決定するようにされ、さらに、ドージングバルブ１０４にて決定した尿素水量で噴射したとき、上流側ＮＯｘセンサ１１０の検出値に基づいてドージングバルブ１０４を制御して、ドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を調整するようにされる。

以下、本発明のＳＣＲシステム１００の動作を説明する。

本発明のＳＣＲシステム１００では、キーオン時に、図４の手順が適宜な時間刻みで繰り返し実行される。

図４に示されるように、ステップＳ４１にて、バッテリ電圧診断部２は、エンジン回転数Ｒｅが下限値Ｒ１を超えているかどうか判定する。ＮＯの場合、終わりとなる。ＹＥＳの場合、エンジン回転数Ｒｅが下限値Ｒ１を超えていることになるので、ステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２にて、バッテリ電圧診断部２は、車速Ｖｅが下限値Ｖ１を超えているかどうか判定する。ＮＯの場合、終わりとなる。ＹＥＳの場合、車速Ｖｅが下限値Ｖ１を超えていることになるので、ステップＳ４３に進む。

ステップＳ４３にて、バッテリ電圧診断部２は、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１以下かどうか判定する。ＹＥＳの場合、ステップＳ４４に進む。ＮＯの場合、ステップＳ４５に進む。

ステップＳ４４では、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１以下であるから、適正電圧であると判定する。

ステップＳ４５では、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えているから、適正電圧でないと判定する。

このように、バッテリ電圧診断部２は、エンジン回転数Ｒｅが下限値Ｒ１以下のときは、バッテリ電圧Ｂａの高低について判定を行わない。これは、エンジン始動時にバッテリ電圧が低電圧であったためにバッテリを直列接続に繋ぎ替え、見かけ上、バッテリ電圧が高くなった場合を考慮し、エンジンが十分な回転数で回転するまで、判定を回避するものである。下限値Ｒ１は、実験により適宜な値を見いだして設定するのが好ましい。

また、バッテリ電圧診断部２は、車速Ｖｅが下限値Ｖ１以下のときは、バッテリ電圧Ｂａの高低について判定を行わない。これは、エンジンが十分な回転数で回転していてもバッテリが直列接続から並列接続に戻されていない場合を考慮し、車両が走行するようになるまで、判定を回避するものである。下限値Ｖ１は、実験により適宜な値を見いだして設定するのが好ましい。

バッテリ電圧診断部２は、エンジン回転数Ｒｅが下限値Ｒ１を超えており、かつ、車速Ｖｅが下限値Ｖ１を超えているときに、バッテリ電圧Ｂａを診断することになる。これは、エンジンが十分な回転数で回転しており、かつ、車両が走行しているので、直列接続は外されているはずであるからである。

このとき、バッテリ電圧診断部２は、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１以下であれば、適正電圧であると判定する。上限電圧Ｂ１は、ＳＣＲ制御に用いられるセンサやバルブに過電流が流れることがなく、センサやバルブが正常に作動してＳＣＲシステムが正常に作動できる電圧とする。このように、バッテリ電圧診断部２がバッテリ電圧Ｂａを適正電圧と判定した結果、尿素水噴射制御部１は、センサやバルブに故障を生じることなく、正しくＮＯｘ濃度を読み取り、正しく尿素水噴射を制御することが可能となる。

一方、バッテリ電圧診断部２は、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えていれば、適正電圧でないと判定する。すなわち、バッテリ電圧Ｂａが異常に高いことになる。この状態では、尿素水噴射制御部１が行うＳＣＲ制御に用いられるセンサやバルブに過電流が流れて故障が生じたり、センサやバルブが正常に作動せず、ＳＣＲシステム１００が正常に作動しなくなる。そこで、ＳＣＲシステム１００は、異常警告を行うことによって運転者に修理を促すことになる。

以上説明したように、本発明のＳＣＲシステム１００によれば、エンジン回転数Ｒｅがあらかじめ設定された下限値Ｒ１を超えており、かつ、車速Ｖｅがあらかじめ設定された下限値Ｖ１を超えているときに、バッテリ電圧Ｂａを診断し、バッテリ電圧Ｂａがあらかじめ設定された上限電圧Ｂ１以下であれば、適正電圧であると判定し、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えていれば、適正電圧でないと判定する。これにより、バッテリを直列接続にしてエンジン始動を行うときのバッテリ故障という判定がなくなる。

本実施形態では、バッテリ電圧診断部２は、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えていれば、ただちに適正電圧でないと判定したが、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えている時間Ｔｍがあらかじめ設定された待ち時間Ｔ１未満では、判定を保留し、バッテリ電圧Ｂａが上限電圧Ｂ１を超えている時間Ｔｍが待ち時間Ｔ１以上になると、適正電圧でないと判定するようにしてもよい。

１ 尿素水噴射制御部
２ バッテリ電圧診断部
１００ ＳＣＲシステム
１０４ ドージングバルブ
１１０，１１１ ＮＯｘセンサ

Claims (1)

1. エンジンの排気管に設けられた選択還元触媒装置と、
   前記選択還元触媒装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、
   排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、
   前記ＮＯｘセンサで検出されたＮＯｘ濃度に応じて尿素水噴射を制御する尿素水噴射制御部と、
   エンジン回転数があらかじめ設定された下限値を超えており、かつ、車速があらかじめ設定された下限値を超えているときに、ジャンパスタート中でないとしてバッテリ電圧を診断し、バッテリ電圧が上限電圧以下であれば、適正電圧であると判定し、バッテリ電圧が前記上限電圧を超えていれば、適正電圧でないと判定するバッテリ電圧診断部と、
   を備えるＳＣＲシステムであって、
   前記上限電圧は、前記ＳＣＲシステムが正常に作動できる電圧に設定されていることを特徴とするＳＣＲシステム。

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