JP6016127B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には排気通路に設けられた触媒及びその触媒に供給された還元剤により排気中の有害成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies harmful components in the exhaust gas with a catalyst provided in an exhaust passage and a reducing agent supplied to the catalyst.
従来、内燃機関の排気浄化システムの一つに尿素SCRシステムが知られている。その尿素SCRシステムでは排気通路に排気中のNOxを選択的に還元浄化する触媒(SCR触媒、NOx選択還元触媒)が設けられる。その触媒より上流側には、排気中に還元剤としての尿素水を添加する添加弁が設けられる。触媒は、添加弁から添加された尿素水をアンモニアに変換して貯蔵し、貯蔵したアンモニアで排気中のNOxを窒素と水とに分解、つまり還元する。 Conventionally, a urea SCR system is known as one of exhaust gas purification systems for internal combustion engines. In the urea SCR system, a catalyst (SCR catalyst, NOx selective reduction catalyst) that selectively reduces and purifies NOx in the exhaust is provided in the exhaust passage. An addition valve for adding urea water as a reducing agent in the exhaust gas is provided upstream of the catalyst. The catalyst converts urea water added from the addition valve into ammonia and stores it, and decomposes NOx in the exhaust gas into nitrogen and water with the stored ammonia, that is, reduces it.
排気中に添加される尿素水は、−11℃で凍結する性質を持っている。尿素水が凍結すると、尿素水の体積が増加、つまり尿素水が膨張する。尿素水を排気通路に供給する供給手段(添加弁、ポンプ、配管等)内に残留した尿素水が凍結により膨張すると、その膨張により供給手段が破損するおそれがある。そこで、従来では、内燃機関の停止後に、供給手段のポンプを逆回転させることで、供給手段内に残留した尿素水を貯蔵部としての尿素水タンクに回収することが行われている(例えば特許文献1参照)。 The urea water added to the exhaust has a property of freezing at -11 ° C. When the urea water freezes, the volume of the urea water increases, that is, the urea water expands. If the urea water remaining in the supply means (addition valve, pump, pipe, etc.) for supplying urea water to the exhaust passage expands due to freezing, the supply means may be damaged due to the expansion. Thus, conventionally, after the internal combustion engine is stopped, the urea water remaining in the supply means is recovered in a urea water tank as a storage unit by rotating the pump of the supply means in reverse (for example, a patent) Reference 1).
しかしながら、供給手段内から還元剤を完全になくすということは物理的に不可能なため、貯蔵部への還元剤の回収を実行したとしても供給手段内に還元剤の水滴が残ってしまう。この残った還元剤は時間が経つと乾燥し(水分が蒸発し)、この乾燥により還元剤が固体化(析出)する。そして、この固体化した還元剤により配管が詰まったり、添加弁の摺動部が固着したりするという不具合が発生する。 However, since it is physically impossible to completely eliminate the reducing agent from the supply unit, water drops of the reducing agent remain in the supply unit even if the recovery of the reducing agent to the storage unit is executed. The remaining reducing agent dries over time (water evaporates), and the reducing agent solidifies (precipitates) by this drying. Then, the solidified reducing agent causes a problem that the piping is clogged or the sliding portion of the addition valve is fixed.
また、供給手段内の還元剤を貯蔵部に回収すると、次回の内燃機関の作動時に再び供給手段内に還元剤を充填する時間が必要になり、排気浄化システムの始動が遅れるという不具合も発生する。一方で、還元剤の回収を行わないとすると、上記のように還元剤の凍結により供給手段が破損するおそれがある。 Further, when the reducing agent in the supply unit is collected in the storage unit, it becomes necessary to refill the supply unit with the reducing agent again at the next operation of the internal combustion engine, which causes a problem that the start of the exhaust purification system is delayed. . On the other hand, if the reducing agent is not recovered, the supply means may be damaged due to the freezing of the reducing agent as described above.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、還元剤の凍結により供給手段が破損するのを抑制でき、かつ、供給手段内で還元剤が固体化してしまうのを抑制でき、かつ、排気浄化システムの始動の遅れを抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, can suppress the supply means from being damaged due to freezing of the reducing agent, can suppress the reducing agent from solidifying in the supply means, and exhaust the exhaust. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can suppress a delay in starting the purification system.
(第1の発明)
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の供給により排気中の有害成分を浄化する触媒と、
貯蔵部に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段と、
前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に回収する回収手段とを備え、
前記回収手段は、前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に吸い戻すポンプと、前記供給手段内に残留した前記還元剤を完全に前記貯蔵部に吸い戻す場合における前記ポンプの作動時間よりも短い作動時間、前記ポンプを作動させることで前記貯蔵部への回収後に所定量の前記還元剤を前記供給手段内に残留させる作動時間制御手段とを備えることを特徴とする。
(第2の発明)
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の供給により排気中の有害成分を浄化する触媒と、
貯蔵部に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段と、
前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した全ての前記還元剤を一旦前記貯蔵部に回収した後、所定量の前記還元剤を前記供給手段内に再充填する回収手段と、
を備えることを特徴とする。
(First invention)
In order to solve the above problems, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a catalyst that purifies harmful components in the exhaust gas by supplying a reducing agent;
Supply means for supplying the liquid reducing agent stored in the storage section upstream of the catalyst in the exhaust passage;
A recovery means for recovering the reducing agent remaining in the supply means after the internal combustion engine is stopped in the storage unit;
The recovery means includes a pump that sucks back the reducing agent remaining in the supply means to the storage unit, and an operation of the pump when the reducing agent remaining in the supply means is completely sucked back to the storage unit. short working time than, characterized in that it comprises an actuation time control means for remaining in the supply means a predetermined amount of the reducing agent after the recovery to the reservoir by operating the pump.
(Second invention)
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a catalyst that purifies harmful components in exhaust gas by supplying a reducing agent;
Supply means for supplying the liquid reducing agent stored in the storage section upstream of the catalyst in the exhaust passage;
A recovery unit that once collects all the reducing agent remaining in the supply unit after the internal combustion engine is stopped in the storage unit, and then refills the supply unit with a predetermined amount of the reducing agent;
It is characterized by providing.
本発明では、供給手段内に残留した還元剤を完全に貯蔵部に回収するのではなく、所定量の還元剤が供給手段内に残留するようにその回収を行う。よって、回収後の供給手段内には、還元剤を完全に回収した場合に比べて、水分を多く含んだ形で還元剤が残留するので、その還元剤が供給手段内で固体化するのを抑制できる。また、次回の内燃機関の作動時には、既に所定量の還元剤が供給手段内に充填された状態となっているので、供給手段内に還元剤を完全に充填するまでの時間を早くできる。よって、排気浄化システムの始動の遅れを抑制できる。また、還元剤の回収を行うので、全く行わない場合に比べて、還元剤の凍結により供給手段が破損するのを抑制できる。 In the present invention, the reducing agent remaining in the supply means is not completely recovered in the storage unit, but is recovered so that a predetermined amount of the reducing agent remains in the supply means. Thus, since the reducing agent remains in the supply means after collection in a form containing more water than when the reducing agent is completely recovered, the reducing agent is solidified in the supply means. Can be suppressed. Further, when the internal combustion engine is operated next time, the supply means is already filled with the predetermined amount of the reducing agent, so that the time until the supply means is completely filled with the reducing agent can be shortened. Therefore, it is possible to suppress a delay in starting the exhaust purification system. Further, since the reducing agent is collected, it is possible to suppress the supply means from being damaged due to the freezing of the reducing agent, compared to the case where no reducing agent is used.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、車両に搭載された排気浄化システム100の構成図である。排気浄化システム100は、本発明の「内燃機関の排気浄化装置」に相当し、内燃機関としてのディーゼルエンジン50(以下、単にエンジンという)から排出される排気中のNOxを浄化する尿素SCRシステムとして構築されている。排気浄化システム100では、エンジン50に排気通路12が接続されており、エンジン50からの排気はその排気通路12を通って車両外に排出されるようになっている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an
排気通路12には、排気中のNOxを選択的に還元するSCR触媒1(NOx選択還元触媒)が設けられている。そのSCR触媒1は、後述する尿素水添加弁2から添加された尿素水(還元剤)を加水分解によりアンモニア(NH3)に変換してそのアンモニアを貯蔵する。そして、SCR触媒1は、貯蔵したアンモニア(NH3)と排気中のNOxとを例えば下記式1、式2の反応を行わせることで、NOxを水や窒素に分解(浄化)する。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O ・・・(式1)
6NO2+8NH3→7N2+3H2O ・・・(式2)
The
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (Formula 1)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 3H2O (Formula 2)
なお、SCR触媒1は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、SCR触媒1に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、SCR触媒1の温度(触媒温度)によって変化する。触媒温度が急激に下がった場合などには、SCR触媒1からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。そのため、排気通路12のSCR触媒1より下流には、アンモニアスリップによってSCR触媒1から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒3が設けられている。その酸化触媒3は、酸化機能を有し、アンモニアを水や窒素に分解する。
The
排気浄化システム100には、SCR触媒1に尿素水を供給するために、排気通路12のSCR触媒1より上流に尿素水を供給する尿素水供給系が設けられている。具体的には、排気通路12のSCR触媒1より上流には尿素水を排気通路12に添加(供給)する尿素水添加弁2が設けられている。その尿素水添加弁2は、エンジン50の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と同様の構造を有している。具体的には、尿素水添加弁2は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路や先端噴出口を開閉するためのニードル(摺動部)を有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ECU11からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴い先端噴出口から尿素水が添加(噴射)される。以下では、尿素水添加弁2をインジェクタという。
The
インジェクタ2に対しては、尿素水タンク8から尿素水が逐次供給される。その尿素水タンク8は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク8とインジェクタ2とは配管13により接続されており、配管13内に尿素水通路が形成されている。配管13のうち尿素水タンク8側の先端部には、尿素水を吸い込むための吸込口が形成されており、その吸込口が尿素水タンク8内に尿素水が貯留された状態において尿素水に浸漬した状態になっている。
The urea water is sequentially supplied from the
配管13の途中には、ポンプ7が設けられている。ポンプ7は、ECU11からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプ(例えば3相式交流モータ)であり、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。ポンプ7が正回転方向に回転駆動(以下、正転駆動という)されることにより、尿素水タンク8から尿素水か汲み上げられ配管13を通じてインジェクタ2側に吐出される。反対に、ポンプ7が逆回転方向に回転駆動(以下、逆転駆動という)されることにより、インジェクタ2や配管13に充填された尿素水を尿素水タンク8に吸い戻すこと(回収)ができるようになっている。なお、図1では、ポンプ7は尿素水タンク8内の尿素水に浸漬した状態で設けられているが、尿素水タンク8外に設けられたとしても良い。
A
配管13の途中には、尿素水を濾過する多孔質状の尿素水フィルタ4が設けられている。この尿素水フィルタ4によって尿素水内の異物が除去され、インジェクタ2や尿素水タンク8内に異物が入り込むのが抑制される。
In the middle of the
また、ポンプ7よりも下流側(インジェクタ2側)には、尿素水添加圧が所定の圧力となるように調整する尿素水圧レギュレータ6が設けられている。尿素水圧レギュレータ6にて圧力調整の結果、余剰となった尿素水は尿素水タンク8に戻される。また、配管13の途中には、配管13内の尿素水の圧力を検出する尿素水圧センサ5が設けられている。尿素水添加圧を尿素水圧レギュレータ6で機械的に制御する方法に代えて、尿素水圧センサ5の検出値に基づきECU11がポンプ7の駆動を制御することで、尿素水添加圧を調整する方法を採用しても良い。
A urea
以上に説明したインジェクタ2、配管13、ポンプ7、尿素水圧レギュレータ6、尿素水フィルタ4及び尿素水圧センサ5が、排気通路12(SCR触媒1)に尿素水を供給する尿素水供給系(本発明の「供給手段」に相当する)を構成する。
The urea water supply system in which the
排気通路12のSCR触媒1と酸化触媒3の間には、SCR触媒1を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOxセンサ9が設けられている。また、排気通路12のSCR触媒1より上流には排気温度を検出する排気温センサ10が設けられている。これらNOxセンサ9、排気温センサ10は、例えば、インジェクタ2により添加する尿素水の量や添加時期を制御するために用いられる。
Between the
排気浄化システム100はECU11を備えている。そのECU11は、周知のマイクロコンピュータを備え、エンジン50が作動(オン)している間、各種センサの検出値に基づいてインジェクタ2による排気通路12内への尿素水添加(尿素水の添加時期、添加量)を制御する。また、ECU11は、時間を計測するタイマー111を備えている。また、ECU11には、エンジン50のオンオフを行うイグニッションスイッチ(IGスイッチ)14が接続されている。
The
さらに、ECU11は、インジェクタ2、配管13等から構成される尿素水供給系に残留した尿素水の凍結により、その尿素水供給系が破損するのを防止するために、エンジン50の停止後に尿素水供給系に残留した尿素水を尿素水タンク8に回収する尿素水回収処理を実行する。以下、この尿素水回収処理の詳細を説明する。
Further, the
図2は、ECU11が実行する尿素水回収処理のフローチャートである。図3は、尿素水回収処理に関連する各部の作動状態を時間軸であらわしたタイミングチャートである。なお、図3において、上から、エンジン50のオンオフ(IGスイッチ14のオンオフ)のタイミングチャート、従来の手法(「完全吸い戻し」)によるタイミングチャート、本実施形態の手法(「一部吸い戻し」)によるタイミングチャート、後述の実施形態の手法(「再充填」)によるタイミングチャートを示している。また、図3の各手法(「完全吸い戻し」、「一部吸い戻し」、「再充填」)のタイミングチャートでは、上から、ポンプ7の作動状態(オンしているかオフしているか、オンの場合には回転方向)、インジェクタ2の作動状態(開弁か閉弁か)を示している。
FIG. 2 is a flowchart of urea water recovery processing executed by the
図2の処理は例えばエンジン50の始動(IGスイッチ14のオン)と同時に開始する。図2の処理を開始すると、ECU11は、先ず、IGスイッチ14(以下、単にIGという)がオフしたか否か、つまりエンジン50が停止したか否かを判断する(S11)。IGがオンの場合、つまりエンジン50が作動している場合には(S11:No)、以降の処理に進まないで待機する。なお、IGがオンの場合には、ECU11は、必要に応じて排気通路12に尿素水を供給する処理を行い、尿素水を供給する場合には図3に示すように、ポンプ7を正転駆動させるとともに、インジェクタ2を開弁する。
The processing in FIG. 2 starts, for example, simultaneously with the start of the engine 50 (
IGがオフの場合、つまりエンジン50が停止した場合には(S11:Yes)、ポンプ7を一旦オフしたうえで(S12)、S13以降の処理で尿素水供給系(インジェクタ2、配管13等)に充填された尿素水を尿素水タンク8に回収する。すなわち、インジェクタ2を開弁するとともに(S13)、ポンプ7を逆転駆動させる(S14)。これによって、尿素水供給系内に残留した尿素水が尿素水タンク8側に流れて、尿素水タンク8への吸い戻し(回収)が開始する。また、ECU11は、ポンプ7の逆転駆動(S14)と同時にタイマー111(図1参照)により時間の計測を開始する。
When the IG is off, that is, when the
次に、ポンプ7を逆転駆動させてから所定時間T2が経過したか否かを判断する(S15)。この所定時間T2は、図3に示すように、尿素水供給系内に残留した尿素水を完全に尿素水タンク8に吸い戻す(完全吸い戻し)場合におけるポンプ7を逆転駆動させる時間T1よりも短い時間に設定されている。つまり、ECU11は、尿素水を完全に尿素水タンク8に吸い戻すわけではなく、意図的に一部(所定量)の尿素水を尿素水供給系内に残留させる。
Next, it is determined whether or not a predetermined time T2 has elapsed since the
この尿素水の残留量は、吸い戻し後に尿素水供給系内に残留した尿素水(残留尿素水)が凍結により膨張したとしても尿素水供給系が破損しない量に設定されている。具体的には、例えば、残留尿素水が凍結により膨張したときにこの膨張分以上の未充填空間が吸い戻し後の尿素水供給系内に存在するように、残留尿素水の量を設定する。換言すると、例えば、尿素水は膨張すると約7%体積が増加するので(特許文献1参照)、残留尿素水が約7%膨張したとしても膨張後の残留尿素水の体積が、尿素水供給系内の総容積(尿素水供給系に尿素水を完全に充填したときの尿素水で占められる容積)未満となるように、残留尿素水の量を設定する。なお、尿素水供給系内の総容積を正確に把握できない場合には配管13の容積を、尿素水供給系内の総容積の代わりとしても良い。
This residual amount of urea water is set to an amount that does not damage the urea water supply system even if urea water (residual urea water) remaining in the urea water supply system after sucking back expands due to freezing. Specifically, for example, when the residual urea water expands due to freezing, the amount of residual urea water is set so that an unfilled space equal to or larger than the expansion amount exists in the urea water supply system after sucking back. In other words, for example, when urea water expands, the volume increases by about 7% (see Patent Document 1). Therefore, even if the residual urea water expands by about 7%, the volume of the residual urea water after the expansion is the urea water supply system The amount of residual urea water is set so as to be less than the total volume (volume occupied by urea water when urea water supply system is completely filled with urea water). When the total volume in the urea water supply system cannot be accurately grasped, the volume of the
また、残留尿素水の量は、乾燥により残留尿素水が固体化しない量に設定されている。具体的には、尿素水供給系内の飽和水蒸気量を考慮して、残留尿素水中の水分量が蒸発し切らないように、残留尿素水の量を設定する。より具体的には、尿素水供給系内の飽和水蒸気量と湿度とから、どの程度の水分量が蒸発し得るかがわかる。残留尿素水中の水分量が、この蒸発し得る水分量より多くなるように、残留尿素水の量を設定する。これによって、残留尿素水中の水分が蒸発してなくなってしまうのを抑制でき、その結果、残留尿素水が固体化するのを抑制できる。 The amount of residual urea water is set to an amount that does not cause solidification of the residual urea water by drying. Specifically, the amount of residual urea water is set so that the amount of water in the residual urea water does not evaporate in consideration of the amount of saturated water vapor in the urea water supply system. More specifically, it can be seen from the saturated water vapor amount and humidity in the urea water supply system how much water can be evaporated. The amount of residual urea water is set so that the amount of water in the residual urea water is larger than the amount of water that can be evaporated. Thereby, it can suppress that the water | moisture content in residual urea water evaporates, As a result, it can suppress that residual urea water solidifies.
なお、尿素水供給系内の飽和水蒸気量や湿度は、実際は温度等の条件に応じて変化するが、構成や処理が複雑になるのを防止するために、ここでは予め定めた固定値とする。ただし、正確な飽和水蒸気量を得るために、尿素水供給系内の温度を計測する温度センサを設け、この温度センサが計測した温度で、予め定めた飽和水蒸気量を補正し、補正後の飽和水蒸気量に基づいて、残留尿素水の量を設定しても良い。つまり、尿素水供給系の温度に応じて残留尿素水の量を変えるようにしても良い。 Note that the saturated water vapor amount and humidity in the urea water supply system actually vary depending on conditions such as temperature, but in order to prevent the configuration and processing from becoming complicated, they are set to predetermined fixed values here. . However, in order to obtain an accurate saturated water vapor amount, a temperature sensor for measuring the temperature in the urea water supply system is provided, and a predetermined saturated water vapor amount is corrected at the temperature measured by this temperature sensor, and the corrected saturation is obtained. The amount of residual urea water may be set based on the amount of water vapor. That is, the amount of residual urea water may be changed according to the temperature of the urea water supply system.
このように、残留尿素水の量は、残留尿素水中の水分量が蒸発し得る水分量より多くなるように、かつ、膨張後の残留尿素水の体積が尿素水供給系内の総容積未満となるように、設定される。このとき、次回のエンジン50の作動時に尿素水を尿素水供給系内にできるだけ早く再充填するためには、残留尿素水の凍結により尿素水供給系が破損せず、かつ残留尿素水が乾燥により固体化しないという条件を満たす残留尿素水の量であれば、残留尿素水の量はできるだけ多いほうが好ましい。
Thus, the amount of residual urea water is larger than the amount of water that can evaporate, and the volume of residual urea water after expansion is less than the total volume in the urea water supply system. To be set. At this time, in order to refill urea water into the urea water supply system as soon as possible when the
S15の所定時間T2は、残留尿素水の量が凍結による膨張と飽和水蒸気量とを考慮して定めた所定量となるように、ポンプ7の能力等を考慮して設定した時間である。この所定時間T2がまだ経過しない場合には(S15:No)、尿素水の吸い戻しを継続する。所定時間T2が経過した場合には(S15:Yes)、ポンプ7をオフするとともに(S16)、インジェクタ2を閉弁して(S17)(図3も参照)、図3のフローチャートの処理を終了する。なお、ECU11は、次回のエンジン50の作動時には、ポンプ7を正転駆動させて尿素水を尿素水供給系内に再充填したうえで、排気通路12への尿素水の供給を行う。
The predetermined time T2 in S15 is a time set in consideration of the capacity of the
以上説明したように、本実施形態では、エンジン停止後の尿素水の回収において、意図的に一部の尿素水を残留させているので、次回のエンジン作動時に早く尿素水を尿素水供給系に再充填できる。よって、排気浄化システムの遅れを抑制できる。また、凍結による尿素水の膨張分と飽和水蒸気量とを考慮して、残留尿素水の量を設定しているので、尿素水供給系(インジェクタ2等)が破損するのを抑制できるとともに、尿素水の固体化による配管13の詰まりやインジェクタ2の摺動部が固着したりするなどの不具合を抑制できる。
As described above, in the present embodiment, part of the urea water is intentionally left in the recovery of the urea water after the engine is stopped, so that the urea water is quickly supplied to the urea water supply system at the next engine operation. Can be refilled. Therefore, the delay of the exhaust purification system can be suppressed. In addition, since the amount of residual urea water is set in consideration of the amount of urea water expansion due to freezing and the amount of saturated water vapor, the urea water supply system (
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態では、図1のECU11が実行する尿素水回収処理が第1実施形態と異なっており、それ以外は第1実施形態と同じである。以下、本実施形態の尿素水回収処理の詳細を説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the above embodiment. In the present embodiment, the urea water recovery process executed by the
図4は、本実施形態の尿素水回収処理のフローチャートである。ECU11は、図2の処理に代えて、図4の処理を実行する。また、図3の下段(「再充填」)のタイミングチャートは、図4の処理によるタイミングチャートを示している。図4において、S21〜S24の処理は図2のS11〜S14の処理と同じである。すなわち、IGがオフして(S21:Yes)、ポンプ7を一旦オフした後(S22)、インジェクタ2を開弁し(S23)、ポンプ7を逆転駆動させて(S24)、尿素水の吸い戻しを開始する。
FIG. 4 is a flowchart of the urea water recovery process of this embodiment. The
次に、尿素水の吸い戻しを開始してから所定時間T1が経過したか否かを判断する(S25)。この所定時間T1は、図3の上段の「完全吸い戻し」における吸い戻し時間T1と同じである。つまり、本実施形態では、尿素水供給系内に残留した尿素水を一旦完全に尿素水タンク8に吸い戻す。所定時間T1がまだ経過していない場合には(S25:No)、尿素水の吸い戻しを継続する。所定時間T1が経過した場合、つまり、尿素水を一旦完全に吸い戻した場合には(S25:Yes)、ポンプ7を正転駆動させて、尿素水タンク8の尿素水を尿素水供給系に再充填する(S26)。この際、図3に示すように、再充填開始時からインジェクタ2を開弁する。また、タイマー111で再充填を開始してからの時間を計測する。
Next, it is determined whether or not a predetermined time T1 has elapsed since the start of sucking back urea water (S25). The predetermined time T1 is the same as the suck back time T1 in the “complete suck back” in the upper part of FIG. That is, in this embodiment, the urea water remaining in the urea water supply system is once sucked completely back into the
次に、再充填を開始してから所定時間T4が経過したか否かを判断する(S27)。この所定時間T4は、尿素水供給系内に尿素水を完全に充填する(完全充填)場合におけるポンプ7を正転駆動させる時間T3よりも短い時間に設定されている。具体的には、所定時間T4は、再充填により充填された尿素水の量が第1実施形態における残留尿素水の量と同じになるように、ポンプ7の能力等を考慮して設定された時間である。
Next, it is determined whether or not a predetermined time T4 has elapsed since the start of refilling (S27). The predetermined time T4 is set to a time shorter than the time T3 for driving the
所定時間T4がまだ経過しない場合には(S27:No)、尿素水の再充填を継続する。所定時間T4が経過した場合には(S27:Yes)、ポンプ7をオフするとともに(S28)、インジェクタ2を閉弁して(S29)、再充填を終了する。その後、図4のフローチャートの処理を終了する。
If the predetermined time T4 has not yet elapsed (S27: No), the urea water refilling is continued. When the predetermined time T4 has elapsed (S27: Yes), the
以上説明したように、本実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、S26の再充填時に配管13内の空気がインジェクタ2側に押し出されるので、この空気の押し出しによりインジェクタ2の摺動部に付着した尿素水を外に排出することができる。これにより、インジェクタ2の摺動部での尿素水の固体化(尿素析出)をより一層抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the above-described embodiment, the air in the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態では、図1のECU11が実行する尿素水回収処理が第1、第2実施形態と異なっており、それ以外は第1、第2実施形態と同じである。本実施形態は、第2実施形態を変形した実施形態であり、具体的には、尿素水を一旦完全に吸い戻した後の再充填時に、図5のタイミングチャートに示すようにインジェクタの開弁時期を再充填開始時期(ポンプの正転駆動開始時期)から遅らせている。なお、図5における時間T1、T4は、図3における時間T1、T4と同じ時間である。以下、本実施形態の尿素水回収処理の詳細を説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the above embodiment. In the present embodiment, the urea water recovery process executed by the
図6は、本実施形態のECU11(図1参照)が実行する尿素水回収処理のフローチャートである。ECU11は、図2、図4の処理に代えて、図6の処理を実行する。なお、図6において、図4の処理と同じ処理には同じ符号を付している。図6の処理では、S26とS27の処理の間に、S261〜S263の処理が追加されている点で図4の処理と異なっており、それ以外は図4の処理と同じである。 FIG. 6 is a flowchart of the urea water recovery process executed by the ECU 11 (see FIG. 1) of the present embodiment. ECU11 performs the process of FIG. 6 instead of the process of FIG. 2, FIG. In FIG. 6, the same processes as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. The process of FIG. 6 is different from the process of FIG. 4 in that the processes of S261 to S263 are added between the processes of S26 and S27, and the other processes are the same as those of FIG.
すなわち、尿素水の再充填開始時(S26の処理時)にはインジェクタ2を閉じておく(S261)。なお、インジェクタ2の閉弁時期は、尿素水の再充填開始と同時(S26の処理と同時)でも良いし、尿素水の再充填開始前(S26の処理前)でも良い。
That is, the
次に、再充填を開始してから所定時間T5が経過したか否かを判断する(S262)。この所定時間T5は、図5に示すように所定時間T4(再充填終了時間)より短い時間であっても良いし、所定時間T4と同じ時間であっても良い。ただし、その後のインジェクタ2の開弁時にインジェクタ2内の尿素水をより強く吹き飛ばすという点では所定時間T5は所定時間T4に近い方が好ましい。所定時間T5と所定時間T4とが同じ時間の場合には、S27の処理を省略すれば良い。
Next, it is determined whether or not a predetermined time T5 has elapsed since the start of refilling (S262). The predetermined time T5 may be shorter than the predetermined time T4 (refill end time) as shown in FIG. 5, or may be the same time as the predetermined time T4. However, the predetermined time T5 is preferably closer to the predetermined time T4 in that the urea water in the
所定時間T5がまだ経過していない場合には(S262:No)、インジェクタ2の閉弁を継続する。所定時間T5が経過した場合には(S262:Yes)、インジェクタ2を開弁する(S263)。その後、所定時間T4が経過した場合には(S27:Yes)、ポンプ7をオフするとともに(S28)、インジェクタ2を閉弁して(S29)、再充填を終了する。その後、図6のフローチャートの処理を終了する。
If the predetermined time T5 has not yet elapsed (S262: No), the valve closing of the
このように、本実施形態では、再充填開始からしばらくの間はインジェクタ2を閉じておくので、尿素水供給系(配管13、インジェクタ2等)内の圧力が上がり、その後のインジェクタ2の開弁時にこの圧力によってインジェクタ2内の尿素水を外に吹き飛ばすことができる。よって、本実施形態は、上記実施形態の効果に加え、インジェクタ2の摺動部での尿素水の固体化(尿素析出)をより一層抑制できる。
Thus, in this embodiment, since the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。図7は、本実施形態の排気浄化システム101の構成図である。なお、図7において、図1の排気浄化システム100と同じ構成には同じ符号を付している。図7の排気浄化システム101は、図1の回転式のポンプ7に代えてポンプ71及び流路切替弁72を備えている点で図1の構成と異なっており、それ以外は図1の構成と同じである。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the above embodiment. FIG. 7 is a configuration diagram of the
ポンプ71は、圧送式ポンプのように一方向P1(図7参照)のみに流体を圧送する機能を有するポンプである。すなわち、ポンプ71は、流体をポンプ71内に流入する流入口711と、ポンプ71内から流体を流出する流出口712とを備える。そして、ポンプ71は、流入口711から入った流体を方向P1に圧送し、流出口712から流出させる。このように、ポンプ71単独では、尿素水タンク8への尿素水の吸い戻しはできない。そのポンプ71は配管13の途中に設けられている。
The
流路切替弁72は配管13の途中に設けられている。具体的には、流路切替弁72は、ポンプ7の流入口711、流出口712、尿素水タンク8側の配管13の端部133(以下、タンク側配管という)及びインジェクタ2側の配管13の端部134(以下、インジェクタ側配管という)のそれぞれに接続される形で設けられている。
The flow
その流路切替弁72は、ECU11からの切替信号に基づき配管13内の尿素水が流れる流路を切り替える弁である。具体的には、流路切替弁72は、タンク側配管133と流入口711とを接続し、かつ、インジェクタ側配管134と流出口712とを接続した第1流路状態と、インジェクタ側配管134と流入口711とを接続し、かつ、タンク側配管133と流出口712とを接続した第2流路状態との間で、流路を切り替える弁である。図7では、流路切替弁72内において、第1流路状態を実線で、第2流路状態を点線で示している。
The flow
流路切替弁72が第1流路状態にあるときには、ポンプ71の作動によって尿素水は配管13内を尿素水タンク8からインジェクタ2の方向に流れる。他方、流路切替弁72が第2流路状態にあるときには、ポンプ71の作動によって尿素水は配管13内をインジェクタ2から尿素水タンク8の方向に流れる。
When the flow
ECU11は、流路切替弁72による流路切替を制御することで、エンジン50の作動時にはインジェクタ2から排気通路12に尿素水を供給し、エンジン50の停止時には尿素水タンク8への尿素水の回収(吸い戻し)を行う。ここで、図8は、本実施形態における尿素水回収に関連する各部の作動状態を時間軸であらわしたタイミングチャートを示している。この図8のタイミングチャートは、図3のタイミングチャートに対応しており、上から、エンジン50(IG)のオンオフ、従来の手法(「完全吸い戻し」)によるタイミングチャート、第1実施形態と同様の手法(「一部吸い戻し」)によるタイミングチャート、第2実施形態と同様の手法(「再充填」)によるタイミングチャートを示している。また、図8の各手法のタイミングチャートでは、上から、ポンプ71の作動状態(オンしているかオフしているか)、流路切替弁72の状態、インジェクタ2の作動状態(開弁か閉弁か)を示している。なお、図8の流路切替弁72のタイミングチャートでは、上記第1流路状態を「流路:正」、第2流路状態を「流路:逆」としている。また、図8において、時間T1、T2、T4は、それぞれ、図3の時間T1、T2、T4と同じである。
The
ECU11は、図8に示すように、IGがオンしている時には、ポンプ71をオンし、流路切替弁72の状態を第1流路状態(流路:正)にし、インジェクタ2を開弁することで、排気通路12への尿素水の供給を行う。
As shown in FIG. 8, when the IG is on, the
一方、ECU11は、IGがオフすると、上記実施形態と同様に、尿素水供給系(インジェクタ2、配管13等)に残留した尿素水を尿素水タンク8に回収し、この際、意図的に所定量の尿素水を尿素水供給系内に残留させる。具体的には、ECU11は、図8の「一部吸い戻し」の回収を行う場合には、ポンプ71を、完全吸い戻しによる時間T1よりも短い所定時間T2だけ駆動させ、かつ、その所定時間T2の間、流路切替弁72を第2流路状態(流路:逆)にする。なお、この場合、図2において、S14の処理に代えて、「流路切替弁を第2流路状態に切り替える」という処理を追加すれば良い。これによって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
On the other hand, when the IG is turned off, the
また、ECU11は、図8の「再充填」の回収を行う場合には、先ず、ポンプ71を所定時間T1駆動し、かつ、その所定時間T1の間、流路切替弁72の状態を第2流路状態にすることで、一旦尿素水を尿素水タンク8に完全に吸い戻す。その後、ECU11は、ポンプ71を所定時間T4駆動し、かつ、その所定時間T4の間、流路切替弁72の状態を第1流路状態にすることで、尿素水を所定量だけ尿素水供給系に再充填する。また、再充填の開始時からインジェクタ2を開弁しておく。なお、この場合、図4において、S24の処理に代えて、「流路切替弁を第2流路状態に切り替える」という処理を追加し、S26の処理に代えて、「流路切替弁を第1流路状態に切り替える」という処理を追加すれば良い。これによって、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, when performing the “refill” recovery of FIG. 8, the
さらに、図9は、第3実施形態と同様の手法(「再充填」)によるタイミングチャートを示している。ECU11は、この図9の「再充填」の回収を行う場合には、ポンプ71及び流路切替弁72に対しては図8の「再充填」のときと同様に制御するとともに、インジェクタ2に対しては、再充填の開始からしばらくの間(所定時間T5が経過するまで)は閉弁しておき、所定時間T5経過後に開弁する。なお、この場合、図6において、S24の処理に代えて、「流路切替弁を第2流路状態に切り替える」という処理を追加し、S26の処理に代えて、「流路切替弁を第1流路状態に切り替える」という処理を追加すれば良い。これによって、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, FIG. 9 shows a timing chart by the same method (“refilling”) as in the third embodiment. The
以上説明したように、一方向のみに流体を圧送する機能を有するポンプを用いた場合であっても、流路切替弁を用いることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, even when a pump having a function of pumping fluid in only one direction is used, the same effect as that of the above embodiment can be obtained by using the flow path switching valve.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、第3実施形態、第4実施形態では、再充填時に所定時間T5経過後にインジェクタ2を開弁していたが、尿素水圧センサ5が検出する圧力が所定圧力を超えたときにインジェクタ2を開弁するようにしても良い。これによっても、インジェクタ2の開弁時に高圧力によってインジェクタ2内の尿素水を外に吹き飛ばすことができる。また、例えば、ガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用の尿素SCRシステムに本発明を適用しても良い。また、尿素水以外の還元剤(例えば、アンモニア含有の水溶液)を用いる排気浄化システムに本発明を適用しても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible to the limit which does not deviate from description of a claim. For example, in the third embodiment and the fourth embodiment, the
1 SCR触媒
2 尿素水添加弁(インジェクタ)
8 尿素水タンク
7、71 ポンプ
72 流路切替弁
11 ECU
12 排気通路
13 配管
50 ディーゼルエンジン(内燃機関)
100、101 排気浄化システム
1
8
12
100, 101 Exhaust purification system
Claims (9)
貯蔵部(8)に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段(2、13、7、4、5、6)と、
前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に回収する回収手段(11、7、71、72)とを備え、
前記回収手段は、前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に吸い戻すポンプ(7、71)と、前記供給手段内に残留した前記還元剤を完全に前記貯蔵部に吸い戻す場合における前記ポンプの作動時間よりも短い作動時間、前記ポンプを作動させることで前記貯蔵部への回収後に所定量の前記還元剤を前記供給手段内に残留させる作動時間制御手段(S14〜S16、11)とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置(100、101)。 A catalyst (1) provided in the exhaust passage (12) of the internal combustion engine (50) and purifying harmful components in the exhaust gas by supplying a reducing agent;
Supply means (2, 13, 7, 4, 5, 6) for supplying the liquid reducing agent stored in the storage section (8) upstream of the catalyst in the exhaust passage;
Recovery means (11, 7, 71, 72) for recovering the reducing agent remaining in the supply means after the internal combustion engine is stopped in the storage unit;
The recovery means includes a pump (7, 71) for sucking the reducing agent remaining in the supply means back into the storage unit, and a case where the reducing agent remaining in the supply means is completely sucked back into the storage unit. Operating time control means (S14 to S16, 11) that causes a predetermined amount of the reducing agent to remain in the supply means after recovery to the storage unit by operating the pump for an operating time shorter than the operating time of the pump in ), An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine (100, 101).
貯蔵部(8)に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段(2、13、7、4、5、6)と、 Supply means (2, 13, 7, 4, 5, 6) for supplying the liquid reducing agent stored in the storage section (8) upstream of the catalyst in the exhaust passage;
前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した全ての前記還元剤を一旦前記貯蔵部に回収した後、所定量の前記還元剤を前記供給手段内に再充填する回収手段(11、7、71、72)と、 After all the reducing agent remaining in the supply unit after the internal combustion engine is stopped is once recovered in the storage unit, a recovery unit (11, 7) for refilling the supply unit with a predetermined amount of the reducing agent. 71, 72),
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置(100、101)。 An exhaust emission control device (100, 101) for an internal combustion engine, comprising:
前記回収手段は、前記再充填の際に前記添加弁を開弁するように制御する弁制御手段(11)を備え、その弁制御手段(S261、S262、S263)は、前記添加弁の開弁時期を前記再充填の開始時期から遅らせることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The supply means includes an addition valve (2) for supplying the reducing agent to the exhaust passage,
The recovery means includes valve control means (11) for controlling to open the addition valve at the time of refilling, and the valve control means (S261, S262, S263) is for opening the addition valve. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein the timing is delayed from the start timing of the recharging.
前記ポンプは、前記貯蔵部から前記添加弁の方向に前記還元剤を送り込む作動方向と、前記添加弁から前記貯蔵部の方向に前記還元剤を送り込む作動方向との間で切り替え可能に構成されており、
前記回収手段は、前記ポンプと、前記ポンプの作動方向を制御することで前記回収を行うポンプ制御手段(11)とを備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The supply means includes an addition valve (2) for supplying the reducing agent to the exhaust passage, a pipe (13) connecting between the storage unit and the addition valve, and the reducing agent stored in the storage unit. And a pump (7) for feeding through the pipe to the addition valve,
The pump is configured to be switchable between an operation direction in which the reducing agent is fed from the storage unit toward the addition valve and an operation direction in which the reducing agent is fed from the addition valve toward the storage unit. And
The said collection | recovery means is equipped with the said pump and the pump control means (11) which performs the said collection | recovery by controlling the operating direction of the said pump, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記ポンプの作動方向は一方向のみであり、
前記回収手段は、前記ポンプと、前記供給手段内における前記還元剤の流路を、前記貯蔵部から前記添加弁の方向に前記還元剤が流れる流路と前記添加弁から前記貯蔵部の方向に前記還元剤が流れる流路との間で切り替える切替手段(72)と、前記切替手段による流路の切り替えを制御することで前記回収を行う切替制御手段(11)とを備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The supply means includes an addition valve (2) for supplying the reducing agent to the exhaust passage, a pipe (13) connecting between the storage unit and the addition valve, and the reducing agent stored in the storage unit. A pump (71) for feeding the gas to the addition valve through the pipe,
The operating direction of the pump is only one direction,
The recovery means includes a flow path for the reducing agent in the pump and the supply means, and a flow path for the reducing agent to flow from the storage section toward the addition valve and from the addition valve to the storage section. A switching unit (72) for switching between the flow path through which the reducing agent flows, and a switching control unit (11) for performing the recovery by controlling the switching of the flow path by the switching unit. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6.
前記触媒は、前記供給手段から供給された尿素水から生成されたアンモニアで排気中のNOxを還元するNOx選択還元触媒であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The reducing agent is urea water;
9. The NOx selective reduction catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is a NOx selective reduction catalyst that reduces NOx in exhaust gas with ammonia generated from urea water supplied from the supply unit. 10. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
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