JP6564393B2 - 還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法 - Google Patents
還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6564393B2 JP6564393B2 JP2016563349A JP2016563349A JP6564393B2 JP 6564393 B2 JP6564393 B2 JP 6564393B2 JP 2016563349 A JP2016563349 A JP 2016563349A JP 2016563349 A JP2016563349 A JP 2016563349A JP 6564393 B2 JP6564393 B2 JP 6564393B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reducing agent
- injection nozzle
- agent supply
- supply passage
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 title claims description 315
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 114
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 268
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 268
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 101
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 139
- WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N urea;hydrate Chemical compound O.NC(N)=O WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 139
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 31
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 102220313179 rs1553259785 Human genes 0.000 description 5
- 102220536494 THAP domain-containing protein 1_S55A_mutation Human genes 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102220560626 ATP-binding cassette sub-family C member 8_S40A_mutation Human genes 0.000 description 3
- 102220576448 Alpha-(1,3)-fucosyltransferase 7_S56A_mutation Human genes 0.000 description 3
- 102220491781 High mobility group protein B1_S35A_mutation Human genes 0.000 description 3
- 102220536512 THAP domain-containing protein 1_S52A_mutation Human genes 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 102220560627 ATP-binding cassette sub-family C member 8_S38A_mutation Human genes 0.000 description 2
- 102220491789 High mobility group protein B1_S53A_mutation Human genes 0.000 description 2
- 102220534424 Pseudouridylate synthase 7 homolog-like protein_S34A_mutation Human genes 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 102220198146 rs1057519886 Human genes 0.000 description 2
- 102200044883 rs121913228 Human genes 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 102220560887 Aldehyde dehydrogenase family 16 member A1_S36A_mutation Human genes 0.000 description 1
- 102220491804 High mobility group protein B1_S39A_mutation Human genes 0.000 description 1
- 102220522291 THAP domain-containing protein 1_S31A_mutation Human genes 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
- F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
- F01N11/005—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus the temperature or pressure being estimated, e.g. by means of a theoretical model
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0821—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with particulate filters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
- F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
- F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
- F02D41/0275—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
- F02D41/042—Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
- F01N2550/05—Systems for adding substances into exhaust
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
- F01N2610/1433—Pumps
- F01N2610/144—Control thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
- F01N2610/1493—Purging the reducing agent out of the conduits or nozzle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
- F01N2900/08—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
- F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
- F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
- F01N2900/1808—Pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
- F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
- F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
- F01N2900/1818—Concentration of the reducing agent
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
- F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
- F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
- F01N2900/1822—Pump parameters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Description
この尿素SCRシステムは、還元剤としての尿素水を貯蔵するタンクと、タンク内から汲み上げた還元剤を圧送する圧送ポンプと、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤を還元剤供給通路から排気管内に供給する還元剤噴射ノズルとを備えて構成される。
ここで、尿素SCRシステムにおいて、尿素水を噴射する装置には、圧縮空気を利用するエアアシスト方式と、圧縮空気を利用しないエアレス方式とがある。エアレス方式は尿素水を昇圧させるため、ノズルの開口を開閉する弁を設けている。このため、弁の開閉時間や回数を制御することで、尿素水の噴射量を高精度に制御できる。
このため、エンジンの停止後に、圧送ポンプが、還元剤供給通路および還元剤噴射ノズルに対して、さらに尿素水溶水を充填した後、吸引して回収することで還元剤噴射ノズルの熱を回収し、噴射ノズル内に残留した尿素水が高温になるのを避けることで尿素水の固化を未然に防止する還元剤供給装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
そして、尿素水が残留した状態で放置すると、前述のとおり、水分が蒸発して尿素が析出し、噴射ノズル内の流路を閉塞したり、弁の動きに支障が生じ、エンジンの運転を再開した時に、尿素水噴射不能状態になるという問題がある。
次に、噴射ノズルを開弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入する。その後、噴射ノズルを閉弁して圧送手段で還元剤供給通路内に還元剤を供給する。このため、還元剤供給通路内に導入された前記ガスは、還元剤供給通路に供給された還元剤と噴射ノズル間に閉じ込められ、還元剤が圧送されるに従って圧縮される。
その後、噴射ノズルを開弁すると、前記圧縮されたガスが噴射ノズルを通して前記排気管に放出される。この圧縮ガスによって噴射ノズルに加わる圧力は、前記吸い戻し手段で噴射ノズル内の還元剤を吸い戻す場合に比べて容易に高くできる。したがって、吸い戻し時に前記噴射ノズル内に還元剤が残留していても、前記圧縮ガスの放出によって残留した還元剤を吹き飛ばして除去することができる。
このため、噴射ノズル内に還元剤が残留することを抑制でき、残留した還元剤が結晶化することも防止できる。したがって、噴射ノズル内の流路を結晶が閉塞したり、結晶によって弁の動きに支障が生じることも防止でき、エンジンの運転を再開した時に、還元剤を排気管内に確実に噴射できる。
さらに、圧縮ガスを放出した後、制御装置は、還元剤供給通路内の還元剤が噴射ノズルに到達する前に噴射ノズルを閉弁しているので、還元剤が再度噴射ノズルに到達することも防止できる。したがって、噴射ノズル内に残留する還元剤が増えることはなく、仮に1回目の圧縮ガス放出処理では残留した還元剤を除去できない場合でも、圧縮ガス放出処理を複数回繰り返すことで、噴射ノズル内の還元剤を確実に除去できる。
本発明においても、前記還元剤供給装置と同じ作用効果を奏することができる。
[第1実施形態]
[排気ガス後処理装置の全体構成]
図1は第1実施形態の還元剤供給装置4を含む排気ガス後処理装置1の全体構成を示す。排気ガス後処理装置1は、ディーゼルエンジン(以下「エンジン」と記す)10の排気管11内を流れる排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter;以下「PM」と記す)や窒素酸化物(NOx)等の残留物質の捕集や還元などの処理を行って排気ガスを浄化する装置であり、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ(Diesel particulate filter;以下「DPF」と記す)装置2と、選択的触媒還元(Selective Catalytic Reduction;以下「SCR」と記す)装置3と、還元剤供給装置4と、制御装置5とを備える。
DPF装置2は、ディーゼル酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst;以下「DOC」と記す)21と、触媒化スートフィルタ(Catalyzed Soot Filter;以下「CSF」と記す)22とを備えている。
DOC21は、排気ガス中に必要に応じて供給されるドージング燃料を酸化、発熱させて、排気ガス温度を所定の高温域まで上昇させる触媒である。この上昇した排気ガスを利用することで、後述するCSF22に堆積したPMを自己燃焼させて焼却除去し、CSF22を再生させる。
ドージング燃料は、内燃機関がディーゼルエンジンの場合では、例えばエンジン燃料と同じ軽油であり、排気管11に設けられたドージング用の燃料噴射装置(図示略)により排気ガス中に供給され、排気ガスと共にDPF装置2内に流入する。また、ドージング用の燃料をエンジンシリンダ内に供給する場合では、エンジンシリンダ内噴射用の燃料噴射装置によりドージング用の燃料を供給することになる。
SCR装置3は、SCR31と、アンモニア酸化触媒32とを備える。
SCR31は、還元剤供給装置4から排気ガス中に噴射される尿素水の分解で得られるアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元浄化するものである。
SCR31の下流側に配置されるアンモニア酸化触媒32は、SCR31で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガス中の有害成分をより低減する。
なお、SCR装置3には、SCR装置3の入口温度を測定する温度センサ、出口温度を測定する温度センサ、アンモニア濃度を測定するアンモニアセンサ等の図示略の各種センサが設けられる。
これらの各センサの測定データは、制御装置5に出力され、制御装置5は、前記測定データに基づいて還元剤供給装置4を制御して尿素水の噴出制御などを行う。
還元剤供給装置4は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水7を噴出する装置であり、尿素水7を圧送するポンプユニット40と、尿素水7が貯蔵されるタンク50と、尿素水7を排気管11内に噴射する噴射ノズル60と、ポンプユニット40によってタンク50から噴射ノズル60に供給される尿素水7が流れる還元剤供給通路70とを備える。
ポンプユニット40は、尿素水7を圧送するポンプ41と、切換弁42と、圧力計43と、逆止弁44と、オリフィス45とを備える。さらに、ポンプユニット40は,3つのポート451、452、453を備える。
ポート451は、ポンプユニット40の入口ポートであり、ポート451および切換弁42間は第1通路471で接続されている。ポート452は、ポンプユニット40の出口ポートであり、切換弁42およびポート452間は第2通路472で接続されている。ポート453は、尿素水7をタンク50に還流するためのリターンポートであり、ポート453は第2通路472から分岐された第3通路473に接続されている。
ポート451には、ポンプ入口用のスクリーンフィルター461が設けられ、ポンプ41に異物が侵入することを防止している。第2通路472の途中には、フィルター462が設けられ、異物が流出することを防止している。
ポート453には、スクリーンフィルター463と、逆止弁44と、オリフィス45とが設けられている。第3通路473には圧力計43が配置されている。第3通路473は第2通路472に連通しているので、圧力計43は、第2通路472、第2の還元剤供給通路72の系内圧力Pを検出する。
タンク50およびポート451間は、第1の還元剤供給通路71で接続されている。ポート452および噴射ノズル60間は、第2の還元剤供給通路72で接続されている。したがって、第1の還元剤供給通路71および第2の還元剤供給通路72で、タンク50から噴射ノズル60に還元剤である尿素水7を供給する還元剤供給通路70が構成される。
また、ポート453およびタンク50間はバイパス通路73で接続されている。
そして、第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72、バイパス通路73は、具体的にはホースで構成されている。
バイパス通路73のタンク50側の端部は、タンク50内の尿素水7の液面よりも高い位置に配置されている。
さらに、タンク50には、内部の圧力を大気圧に維持するためのブリーザー等が設けられている。
ポンプ41は、代表的には電動式ポンプが用いられ、制御装置5によって駆動が制御される。このポンプ41の入口側通路411および出口側通路412は、切換弁42に接続されている。
切換弁42は、制御装置5からの制御信号によって、ポンプ41によって圧送される尿素水7が流れる方向を、タンク50から噴射ノズル60に向かう順流方向と、噴射ノズル60からタンク50に向かう逆流方向とに切り換える電磁切換弁である。
切換弁42は、制御装置5から制御信号が出力されておらず、ソレノイドに通電されていない場合は、第1通路471を入口側通路411に連通し、第2通路472を出口側通路412に連通して、尿素水7が流れる方向を順流方向に設定する。この場合、ポンプ41が作動すると、第1の還元剤供給通路71から第1通路471を介して入口側通路411に尿素水7が吸い込まれ、出口側通路412から第2通路472を介して第2の還元剤供給通路72に尿素水7が吐出される。したがって、ポンプ41および順流方向に設定された切換弁42によって、本発明の圧送手段が構成される。
一方、切換弁42は、制御装置5から制御信号が出力されてソレノイドに通電されていると、第1通路471を出口側通路412に連通し、第2通路472を入口側通路411に連通して、尿素水7が流れる方向を逆流方向に切り換える。この場合、ポンプ41が作動すると、第2の還元剤供給通路72から第2通路472を介して入口側通路411に尿素水7が吸い込まれ、出口側通路412から第1通路471および第1の還元剤供給通路71を介してタンク50側に尿素水7が戻される。したがって、ポンプ41および逆流方向に設定された切換弁42によって、本発明の吸い戻し手段が構成される。
なお、尿素水7が流れる方向を切り換える構成としては、本実施形態のような切換弁42を用いるものに限定されない。例えば、2つのポンプを設け、吐出と吸い戻しとを分担させてもよい。この場合、吐出用ポンプを作動し、吸い戻し用ポンプを停止して尿素水7を順流方向に吐出し、吐出用ポンプを停止し、吸い戻し用ポンプを作動して尿素水7を逆流方向に吸い戻せばよい。
噴射ノズル60は、図2に示すように、ケース61内に軸方向に移動可能に配置された針弁62を、噴射孔63に連通する弁座64に対して、電磁石65およびバネ66を用いて進退させて開弁状態および閉弁状態を制御するものである。すなわち、制御装置5から制御信号が出力されて電磁石65に通電されると、電磁石65で発生する磁力によって針弁62が弁座64から離れ、噴射ノズル60は噴射孔63から尿素水7を噴射可能な開弁状態となる。一方、制御装置5から制御信号が出力されずに電磁石65に通電されていない場合は、バネ66および尿素水7の圧力によって針弁62が弁座64に当接し、噴射ノズル60は噴射孔63から尿素水を噴射できない閉弁状態となる。
そして、噴射ノズル60が開弁状態となって噴射孔63から排気管11内に噴射された尿素水7は、排気ガスの熱によって熱分解されてアンモニアとなり、SCR31で窒素酸化物を還元浄化する。
なお、噴射ノズル60と第2の還元剤供給通路72との間には、図1に示すように、スクリーンフィルター67が設けられている。
制御装置5は、マイクロコンピュータで構成され、圧力計43の検出信号が読み込まれる他、DPF装置2やSCR装置3に設けられた各圧力センサや各温度センサのセンサ信号が読み込み可能に構成されている。
さらに、エンジン10の回転数を検出する回転数センサ、車両の車速を検出する車速センサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ等の各種センサ信号も読込み可能に構成されている。
また、制御装置5には、各部での演算結果や検出結果を記憶するための図示しないRAM(Random Access Memory)が備えられている。
さらに、制御装置5には、時間を計測するタイマー6が内蔵されている。
すなわち、制御装置5は、エンジン10の運転中、圧力計43で検出される圧力値に基づいてポンプ41をフィードバック制御することで、第2通路472や第2の還元剤供給通路72内の圧力を所定値に維持する。具体的には、制御装置5は、ポンプ41で尿素水7を圧送している際に圧力計43で検出される圧力値が予め設定した所定値よりも高くなった場合は、ポンプ41の吐出量を減らし、前記圧力値が前記所定値よりも低くなった場合は、ポンプ41の吐出量を増やすことで、第2通路472や第2の還元剤供給通路72の圧力を所定値に維持する。
また、制御装置5は、エンジン10の回転数やSCR31の排気下流側に設けられたNOXセンサのセンサ値等に基づいて、噴射ノズル60の駆動を制御する。
さらに、制御装置5は、エンジン10の停止時に、尿素水7を噴射ノズル60から除去する処理の実行を指示する。この場合、制御装置5は、後述するように、ポンプ41、切換弁42、噴射ノズル60を所定のタイミングで作動して尿素水7を噴射ノズル60から除去する。
次に、制御装置5による還元剤供給装置4の制御方法について、図3〜図5のフローチャート、図6〜図10の動作説明図に基づいて説明する。
制御装置5は、図3に示すように、エンジン10の動作中は、エンジンスタータキーがオフされたかを判定する(ステップS1)。制御装置5は、ステップS1でNOと判定した場合、エンジン10が動作中であるため、還元剤供給装置4を作動させて排気管11内に尿素水7を噴射する制御を継続する。
すなわち、エンジン10の動作中は、図6にも示すように、制御装置5はポンプユニット40内のポンプ41を圧力計43で検出される圧力値に基づいて制御して、タンク50内の尿素水7を噴射ノズル60側に圧送する。一部の尿素水7はバイパス通路73を介してタンク50内に戻り、第2の還元剤供給通路72内の圧力は所定値に維持される。
また、制御装置5は、SCR装置3に設けられた温度センサやアンモニアセンサなどの測定値に基づいて、噴射ノズル60の開弁時間や回数を制御して排気管11内への尿素水7の噴射を制御する。
なお、エンジン10が停止されるタイミングはオペレータの操作によるため、エンジン10の停止直前に噴射ノズル60が開弁されて尿素水7が噴射されている場合と、噴射ノズル60が閉弁されて尿素水7が噴射されていない場合の両方がある。
次に、制御装置5は、後述する尿素水吸い戻し処理(ステップS3)を実行する。次に、制御装置5は、変数Nが予め設定された設定値N0より大きいかを判定する(ステップS4)。設定値N0は、後述するように、圧縮ガス放出処理S5の実行回数の設定値である。
制御装置5は、ステップS4でNOと判定すると、後述する圧縮ガス放出処理(ステップS5)を実行し、変数Nに「1」を加算する(ステップS6)。
制御装置5は、ステップS4でYESと判定されると、すなわち、圧縮ガス放出処理S5を設定値N0の回数だけ実行すると、エンジン停止時の還元剤供給装置4の制御を終了する。なお、ステップS3〜S6を繰り返して制御を終了する際に、尿素水吸い戻し処理S3は、最初と最後に実行されるため、圧縮ガス放出処理S5よりも1回多く実行される。
次に、尿素水吸い戻し処理S3の詳細について、図4のフローチャート、図6〜図10の動作説明図、図11の圧力変化を示すグラフに基づいて説明する。
ステップS1でYESと判定されるまでは、前述のとおり、圧力計43で検出される系内圧力Pに基づいて制御装置5がポンプ41を制御することで、圧力計43で検出される第2通路472および第2の還元剤供給通路72の系内圧力Pは所定の正圧(所定値)で維持される。
そして、前述のとおり、尿素水吸い戻し処理S3が実行されると、制御装置5は、噴射ノズル60の弁を閉じる(ステップS31)。
なお、前述したように、エンジンスタータキーのオフ操作タイミングによっては、噴射ノズル60が弁閉状態の場合もあるが、その場合は、弁閉状態を維持する。すなわち、制御装置5は、噴射ノズル60の電磁石65に通電している弁開状態であれば、ステップS31で電磁石65への通電を切断し、弁を閉じる。また、制御装置5は、噴射ノズル60の電磁石65に通電していない弁閉状態であれば、ステップS31でもそのまま電磁石65に通電しない状態つまり弁閉状態を維持する。なお、ステップS31を実行する前に、噴射ノズル60の開閉状態を判定し、噴射ノズル60が開弁状態の場合のみ噴射ノズル60の弁を閉じる処理を実行してもよい。
切換弁42を逆流側に切り換えると、図7に示すように、吸い戻し手段として機能するポンプ41の作動によって、噴射ノズル60および第2の還元剤供給通路72内の尿素水7が、第1の還元剤供給通路71を介してタンク50側に逆流して吸い戻される。このため、図11の時間T0から時間T1の間で示すように、第2の還元剤供給通路72内の系内圧力Pは徐々に低下する。また、尿素水7が逆流している間、バイパス通路73は逆止弁44によって塞がれているので、バイパス通路73における尿素水7の流れは停止する。
この状態でポンプ41の作動を継続すると、ある程度、尿素水7の逆流が継続するが、噴射ノズル60が閉弁状態であるため、ポンプ41の吸込能力限界の負圧になると、第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72内における尿素水7の逆流も止まる。
ここで、第1設定時間T1は、ステップS33で切換弁42を逆流側に切り替えて第2の還元剤供給通路72内の尿素水7がタンク50側に逆流し始めてから、第2の還元剤供給通路72内の圧力が規定の負圧(第1圧力値P1)になるまでの時間である。この第1設定時間T1は、予め実験することで求めることもできるし、逆流状態で噴射ノズル60からポンプ41まで尿素水7が逆流される第2の還元剤供給通路72、第2通路472、入口側通路411の容積と、ポンプ41の容積とに基づいて設定することもできる。
制御装置5は、前記計測時間tが第1設定時間T1未満の場合(ステップS34でNOの場合)は、噴射ノズル60を閉弁したまま、逆流状態でポンプ41を作動し続けて、尿素水7の吸い戻し動作を継続する。
図11に示すように、第2の還元剤供給通路72内の圧力は所定の負圧P1になっているので、噴射ノズル60の弁を開くと、図8に示すように、第2の還元剤供給通路72内の尿素水7がタンク50側に吸い戻され、排気管11内を流れるガスが噴射ノズル60の噴射孔63から第2の還元剤供給通路72内に流れ込む。このため、図11に示すように、第2の還元剤供給通路72の系内圧力Pは徐々に上昇する。
また、ステップS33、S34で第2の還元剤供給通路72内の圧力を負圧にしてから、ステップS35で噴射ノズル60の弁を開くため、噴射ノズル60の弁を開いた際に第2の還元剤供給通路72内の尿素水7が排気管11に噴射されることを防止でき、排気管11内のガスを噴射ノズル60および第2の還元剤供給通路72に確実に導入できる。
ここで、第2設定時間T2は、図9に示すように、還元剤供給通路70(第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72)およびポンプユニット40内(第2通路472、第1通路471、入口側通路411、出口側通路412)が、噴射ノズル60から流入したガスで置換されるまでの、時間T0からの経過時間である。
この第2設定時間T2も、予め実験することで求めることもできるし、還元剤供給通路70およびポンプユニット40の各容積に基づいて設定できる。例えば、実験によって求める場合には、還元剤供給通路70の第1の還元剤供給通路71までガスで置換されるとタンク50の尿素水7内にガスによる気泡が発生するため、計測を開始してからガスによる気泡の発生を確認するまでの経過時間tを、第2設定時間T2に設定すればよい。
ここで、様々な建設機械などに設置される還元剤供給装置4では、第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72として用いるホースの長さも異なる場合がある。この場合、ホースの直径が同じであり、ポンプユニット40も同一であれば、第2設定時間T2は、第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72のホースの長さに応じて容易に設定できる。すなわち、各還元剤供給通路71、72のホースの長さが長くなれば、第2設定時間T2も長く設定すればよい。
制御装置5は、前記計測時間tが第2設定時間T2未満の場合(ステップS36でNO)は、噴射ノズル60を開弁した状態でポンプ41の吸い込み動作を継続する。
さらに、制御装置5は、切換弁42を順流側に切り替える(ステップS38)。これにより、第2の還元剤供給通路72内の系内圧力Pは、徐々に大気圧に近づく。
制御装置5は、前記経過時間tが、予め設定された第3設定時間T3以上になったか否かを判定する(ステップS39)。
ここで、第3設定時間T3は、ステップS32で時間計測を開始してから第2の還元剤供給通路72の系内圧力Pが第3圧力値P3になるまでの時間である。第3圧力値P3はほぼ大気圧である。
第3設定時間T3も、予め実験することで求めることもできるし、噴射ノズル60の噴射孔の総面積と、還元剤供給通路70(第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72)およびポンプユニット40の総容積とに基づいて設定できる。
制御装置5は、ステップS39でNOと判定されている間、つまり前記計測時間tが第3設定時間T3未満の場合は、噴射ノズル60を開弁した状態およびポンプ41を停止した状態を継続する。
尿素水吸い戻し処理S3が完了した時点では、図10に示すように、還元剤供給通路70(第1の還元剤供給通路71、第2の還元剤供給通路72)のほぼ全長、ポンプユニット40のほぼ全容積、噴射ノズル60のほぼ全容積がガスで置換されており、バイパス通路73は尿素水でほぼ満たされている。また、噴射ノズル60はステップS40で閉じられた状態に維持されている。
図3に示すように、尿素水吸い戻し処理S3が完了すると、制御装置5は、圧縮ガス放出処理S5の実施回数を示す変数Nが予め設定された設定値N0より大きくなったかを判定する(ステップS4)。制御装置5は、ステップS4でNOと判定すると、圧縮ガス放出処理S5を実施する。一方、制御装置5は、ステップS4でYESと判定すると、図3の制御を終了する。このため、例えば、設定値N0が「2」であれば、制御装置5は、圧縮ガス放出処理S5を2回実施して変数Nが3となった場合に制御を終了する。
ここで、設定値N0は、第2の還元剤供給通路72の容積などによって設定すればよい。すなわち、第2の還元剤供給通路72の容積により、圧縮ガス放出処理S5での一回のガス放出量が相違し、第2の還元剤供給通路72の容積が大きいほどガスの放出量が増大する。
圧縮ガス放出処理S5は、噴射ノズル60内に残留する少量尿素水を噴射ノズル60の外に放出することが目的であるため、ある程度の量のガスの放出が必要となる。このため、第2の還元剤供給通路72の容積が小さく、ガスの放出量が少ない場合には、圧縮ガス放出処理S5を数回繰り返す必要があり、この実行回数を設定値N0で設定している。
図3に示すように、制御装置5は、ステップS4でNOと判定すると、圧縮ガス放出処理S5を実行する。この圧縮ガス放出処理S5の詳細について、図5のフローチャート、図12〜図16の動作説明図、図17のグラフを用いて説明する。
圧縮ガス放出処理S5の開始時は、尿素水吸い戻し処理S3が完了した状態であるため、図12に示すように、第1の還元剤供給通路71のタンク50側の端部は、タンク50内の尿素水7内に配置され、第1の還元剤供給通路71の尿素水7の液面は大気圧とバランスする高さ位置とされている。そして、第1の還元剤供給通路71の残りの容積部分と、ポンプユニット40のほぼ全容積、第2の還元剤供給通路72および噴射ノズル60のほぼ全容積が、ガスで置換されている。一方、バイパス通路73は、逆止弁44のシール性能に影響されるが、ほぼ尿素水7で満たされている。
そして、制御装置5は、図5に示すように、前記タイマー6を用いて再度時間計測を開始する(ステップS51)。すなわち、前記計測時間tを0にリセットし、タイマー6による時間計測を再開する。
さらに、ポンプ41の作動が継続すると、図14に示すように、タンク50から第1の還元剤供給通路71に吸い込まれた尿素水7が、バイパス通路73および第2の還元剤供給通路72内に流れ込む。噴射ノズル60は閉弁状態であるため、第2の還元剤供給通路72に尿素水7が流れ込むと、第2の還元剤供給通路72および噴射ノズル60内のガスが圧縮され、系内圧力Pがさらに上昇する。系内圧力Pは、最大で90×104Pa(9bar)程度まで高まり、ガスの体積は約1/9に縮小する。
ここで、第4設定時間T4は、ステップS51で時間計測を開始してから第2の還元剤供給通路72内の系内圧力Pが第4圧力値P4(例えば、90×104Pa)になるまでの時間である。
制御装置5は、ステップS53でNOと判定されている間、つまり前記計測時間tが第4設定時間T4未満の場合は、噴射ノズル60を閉弁した状態でポンプ41の作動を継続する。
ステップS54で噴射ノズル60の弁を開くと、図17に示すように、第2の還元剤供給通路72内の系内圧力Pは低下する。さらに、第2の還元剤供給通路72および噴射ノズル60部分に圧縮されていたガスの一部が、噴射孔63から放出されるため、図16に示すように、第2の還元剤供給通路72内の尿素水は噴射ノズル60側に移動する。
ここで、第5設定時間T5は、ステップS51で計測時間tを0にリセットして計測を開始してからの経過時間であり、ステップS54で噴射ノズル60の弁を開くことで、噴射ノズル60側に移動した第2の還元剤供給通路72内の尿素水7が、噴射ノズル60に到達する時間未満に設定されている。つまり、ステップS51で時間計測を開始してから尿素水7が噴射ノズル60に到達する時間をTmaxとすれば、前記第5設定時間T5はTmax未満である。
この第5設定時間T5は、予め実験することで求めることもできるし、第2の還元剤供給通路72の容積および噴射ノズル60の噴射孔63の総面積に基づいて設定できる。このように、本実施形態では、ステップS34、S36、S39、S53、S55において経過時間tが予め設定した設定時間T1〜T5を経過したか否かを判定して制御している。このため、噴射ノズル60の開閉タイミングやポンプ41の停止タイミング等をフィードフォワード制御で設定でき、制御装置5は各種センサなどの検出値に基づいて制御する場合に比べて、センサの種類や数を少なくでき、経過時間tを設定時間T1〜T5と比較するだけでよく容易に制御できる。
そして、制御装置5は、計測時間tが第5設定時間T5以上になると、ステップS55でYESと判定する。
制御装置5は、ステップS55でYESと判定すると、噴射ノズル60の弁を閉じる(ステップS56)。すると、図16に示すように、少なくとも噴射ノズル60にはガスが残っているので、第2の還元剤供給通路72内の尿素水7の噴射ノズル60側への移動が停止する。したがって、圧縮ガス放出処理S5において、噴射ノズル60内に再度尿素水7が供給されることはない。以上により、圧縮ガス放出処理S5が終了する。
なお、第5設定時間T5の値をTmax以上と誤って設定していた場合でも、制御装置5は、計測時間tがTmax以上となれば、ステップS57でNOと判定し、ステップS56で噴射ノズル60の弁を閉じて圧縮ガス放出処理S5を終了する。このため、噴射ノズル60内に尿素水7が移動してしまった場合に、噴射ノズル60の開弁状態を継続して、排気管11内に尿素水7を噴射してしまうことを防止できる。
なお、図17のT5〜T6の期間、系内圧力Pが上昇しているのは、ステップS56で噴射ノズル60の弁を閉じた後、ステップS33で切換弁42を逆流側に切り換えるまで、噴射ノズル60の弁が閉じられた状態でポンプ41の作動が継続するためである。
制御装置5は、図17のT6で図3に示す圧縮ガス放出処理S5を終了し、尿素水吸い戻し処理S3が開始してステップS32で計測時間tを0にリセットする。このため、制御装置5は、時間T6のタイミングを時間T0として、時間tの計測を再度開始する。
以上の本実施形態によれば、制御装置5は、ポンプ41、切換弁42、噴射ノズル60の駆動を制御することで、圧縮ガス放出処理S5を実行し、第2の還元剤供給通路72および噴射ノズル60に閉じ込めたガスを圧縮して圧力を高め、噴射ノズル60を開いて圧縮ガスを放出することで、噴射ノズル60部分に残留した尿素水7を排気管11内に排出することができる。この圧縮ガスの放出は、尿素水吸い戻し処理S3によって噴射ノズル60内に残留した尿素水7を吸引する場合に比べて、より高い圧力で尿素水7を排出でき、より効果的に尿素水7を噴射ノズル60から除去できる。このため、尿素水7が噴射ノズル60に残留して結晶化することも防止でき、結晶化した尿素によって針弁62が動かなくなったり、噴射孔63が詰まって尿素水7を噴射できなくなることも防止できる。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態における尿素水吸い戻し処理S3の代わりに、図18に示す尿素水吸い戻し処理S3Aを行い、圧縮ガス放出処理S5の代わりに、図19に示す圧縮ガス放出処理S5Aを行うものである。それ以外は、前記第1実施形態と同一であるため、説明を省略する。
尿素水吸い戻し処理S3Aは、図18に示すステップS31A〜S40Aを実行する。これらのステップのうち、ステップS33A、S35A、S37A、S38A、S40Aは、前記第1実施形態の尿素水吸い戻し処理S3のステップS33、S35、S37、S38、S40と同じ処理であるため、説明を省略する。また、尿素水吸い戻し処理S3Aでは、時間tを計測しないので、尿素水吸い戻し処理S3のステップS32の時間計測開始処理は実行しない。
圧縮ガス放出処理S5Aは、図19に示すステップS52A〜S56Aを実行する。これらのステップのうち、ステップS52A、S54A、S56Aは、前記第1実施形態の圧縮ガス放出処理S5のステップS52、S54、S56と同じ処理であるため、説明を省略する。また、圧縮ガス放出処理S5においても、時間tを計測しないので、圧縮ガス放出処理S5のステップS51の時間計測開始処理は実行しない。
この際、前記第1実施形態の図13,図14と同様に、タンク50から第1の還元剤供給通路71内に尿素水7が流れ込み、第1の還元剤供給通路71およびポンプユニット40内のガスがバイパス通路73、および、第2の還元剤供給通路72、噴射ノズル60に圧送される。
また、ステップS54Aで噴射ノズル60の弁を開くことで、第1実施形態の図17に示すように、系内圧力Pは低下する。さらに、第2の還元剤供給通路72および噴射ノズル60部分に圧縮されていたガスの一部が、噴射孔63から放出されるため、第1実施形態の図16に示すように、第2の還元剤供給通路72内の尿素水7は噴射ノズル60側に移動する。
したがって、制御装置5は、ステップS55AでYESと判定されている間は、噴射ノズル60の弁を開いてガスの放出を継続する。
一方、制御装置5は、ステップS55AでNOと判定すると、噴射ノズル60の弁を閉じる(ステップS56A)。これにより、第1実施形態の図16と同様に、第2の還元剤供給通路72内の尿素水7の噴射ノズル60側への移動が停止する。また、噴射ノズル60の弁が閉じられた状態で、ポンプ41の作動が継続しているので、第1実施形態の図17に示すように、第2の還元剤供給通路72内の系内圧力Pは上昇する。以上により、圧縮ガス放出処理S5Aが終了する。
次に、噴射ノズル60の開閉タイミング等を、圧力計43で測定する系内圧力Pで制御できる理由について、ステップS55Aでの第5圧力値P5の設定方法を例に説明する。
まず、図20に示すように、ポンプ41の時間当たりの吐出量をQP、ポンプ41から吐出される量のうちで第2の還元剤供給通路72に流れ込む量をQINJ、ポンプ41から吐出される量のうちでバイパス通路73に流れ込む量をQBP、ポンプユニット40内の空間体積をVF、噴射ノズル60とポンプ41間の第2の還元剤供給通路72の長さをL、第2の還元剤供給通路72の内径をd、噴射ノズル60の内部空間体積をVINJとする。なお、ポンプユニット40内の空間体積VFは、主にフィルター462の取り付け空間体積である。
このため、第2の還元剤供給通路72および噴射ノズル60において、ガスで占められた空間の体積をVとし、ガスで占められた空間の圧力をPとすると、次の式(1)が成立する。なお、式(1)において、Paは、尿素水吸い戻し処理S3の完了後の第2の還元剤供給通路72内の圧力でほぼ大気圧である。
そして、式(9)を式(8)に代入すると、式(10)が求められる。
したがって、式(10)の右辺が正になるのは、例えば、噴射孔63の総面積が0.1mm2程度であれば、ポンプ41の吐出量は約78kg/h以上にする必要がある。一方、現存のポンプ41の吐出量は約1/4であるため、QINJはもっと少ないことになり、さらに一部はバイパス通路73にも流れるので、式(10)の右辺は系内圧力が1.9×105Pa=1.9bar程度以上であると、負になる。このため、系内圧力Pは降下し続ける。このことを示すシミュレーション計算結果を図21のグラフに示す。図21の点線は、第2の還元剤供給通路72内の尿素水7が噴射ノズル60側に圧送された際の残存空間を、系内圧力Pが第4圧力値P4となってステップS54Aで噴射ノズル60の弁が開かれる時点での初期空間の大きさで規格化した割合である。また、図21の一点鎖線で示す値(約0.24)は、残存空間が噴射ノズル60内のみになった状態を示す。したがって、残存空間比が一点鎖線のレベルまで低下した際の系内圧力Pの初期値(第4圧力値P4)に対する比を把握できる。このため、図21の場合であれば、系内圧力Pの初期値に対する比率が約0.13程度まで低下する前に噴射ノズル60の弁を閉じれば、尿素水7が噴射ノズル60に到達することを防止できる。したがって、第5圧力値P5を、第5圧力値P5/第4圧力値P4が0.13以上になる値に設定することで、尿素水7が噴射ノズル60に到達するまえに噴射ノズル60の弁を閉じることができる。
なお、ポンプ41の吐出能力が大きい場合は、この行程時にポンプ吐出量を式(10)の右辺が負になる値に固定する制御を行うことで、同じことを実現できる。
噴射ノズル60の開弁後、ポンプ41の圧送により、第2の還元剤供給通路72内の空間が少なくなり、かつ、系内圧力Pが降下する。噴射ノズル60に尿素水7が浸入する直前の系内圧力Pは第2の還元剤供給通路72の長さ(ホース長さ)、内径、ポンプ41のムダ容積、噴射ノズル60の容積、系内温度によって変化するが、ある程度の余裕分を見込んだ閾値圧力として第5圧力値P5を設定することができる。したがって、系内圧力Pを測定し、第5圧力値P5と比較すれば、尿素水7が噴射ノズル60に浸入する前に噴射ノズル60の弁を閉じ、尿素水7の浸入を回避する制御を行うことができる。
このような第2実施形態によれば、圧力計43で測定した系内圧力Pに基づいて、噴射ノズル60の開閉タイミング等を制御できる。また、系内圧力Pと比較する閾値である第1圧力値P1〜第5圧力値P5は、前述したようなシミュレーションによって求めることができる。したがって、予め実験等を行って噴射ノズル60の開閉タイミングを設定する場合に比べて、準備作業が容易になる。特に、第1の還元剤供給通路71や第2の還元剤供給通路72を構成するホースの長さが異なる場合でも、個別に実験する必要が無いため、準備作業が容易になる。
例えば、還元剤供給通路70において、複数箇所に尿素水7の有無を検出するセンサを設け、制御装置5は、前記センサによって検出される尿素水7の移動位置に応じて噴射ノズル60やポンプ41、切換弁42の制御を行ってもよい。
また、前記各実施形態では、尿素水吸い戻し処理S3、S3Aを実行してから制御を終了していたが、圧縮ガス放出処理S5、S5Aが完了した時点で制御を終了してもよい。
Claims (6)
- エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、還元剤吸い戻し処理と圧縮ガス放出処理とを実行し、
前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第1設定時間経過時に、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第2設定時間経過時に、前記吸い戻し手段を停止し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第3設定時間経過時に、前記噴射ノズルを閉弁し、
前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
前記圧送手段を作動してから予め設定された第4設定時間経過時に前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
前記圧送手段を作動してから前記還元剤供給通路内の前記還元剤が前記噴射ノズルに到達する時間未満に予め設定された第5設定時間経過時に前記圧送手段が作動している状態で前記噴射ノズルを閉弁する
ことを特徴とする還元剤供給装置。 - エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置と、
前記還元剤供給通路内の圧力を測定する圧力計とを備え、
前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、還元剤吸い戻し処理と圧縮ガス放出処理とを実行し、
前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから前記圧力計の測定値が予め設定された第1圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
前記圧力計の測定値が前記第1圧力値よりも高い予め設定された第2圧力値になると、前記吸い戻し手段を停止し、
前記圧力計の測定値が前記第2圧力値よりも高い予め設定された第3圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁し、
前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
前記圧力計の測定値が前記第3圧力値よりも高い予め設定された第4圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
前記圧力計の測定値が前記前記第3圧力値よりも高くかつ前記第4圧力値よりも低い予め設定された第5圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁する
ことを特徴とする還元剤供給装置。 - 請求項2に記載の還元剤供給装置において、
前記第1圧力値と、前記第2圧力値と、前記第3圧力値と、前記第4圧力値と、前記第5圧力値とは、前記還元剤供給通路の内径および長さと、前記圧送手段および吸い戻し手段の容積と、前記噴射ノズルの容積とに基づいて算出された値である
ことを特徴とする還元剤供給装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の還元剤供給装置において、
前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、
前記還元剤吸い戻し処理および前記圧縮ガス放出処理を複数回繰り返した後、前記還元剤吸い戻し処理を実行する
ことを特徴とする還元剤供給装置。 - エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、を備えた還元剤供給装置の制御方法であって、
前記エンジンの停止後に、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第1設定時間経過時に、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第2設定時間経過時に、前記吸い戻し手段を停止し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第3設定時間経過時に、前記噴射ノズルを閉弁し、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
前記圧送手段を作動してから予め設定された第4設定時間経過時に前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
前記圧送手段を作動してから前記還元剤供給通路内の前記還元剤が前記噴射ノズルに到達する時間未満に予め設定された第5設定時間経過時に前記圧送手段が作動している状態で前記噴射ノズルを閉弁する
ことを特徴とする還元剤供給装置の制御方法。 - エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
前記還元剤供給通路内の圧力を測定する圧力計とを備えた還元剤供給装置の制御方法であって、
前記エンジンの停止後に、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
前記吸い戻し手段の作動を開始してから前記圧力計の測定値が予め設定された第1圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
前記圧力計の測定値が前記第1圧力値よりも高い予め設定された第2圧力値になると、前記吸い戻し手段を停止し、
前記圧力計の測定値が前記第2圧力値よりも高い予め設定された第3圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁し、
前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
前記圧力計の測定値が前記第3圧力値よりも高い予め設定された第4圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
前記圧力計の測定値が前記前記第3圧力値よりも高くかつ前記第4圧力値よりも低い予め設定された第5圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁する
ことを特徴とする還元剤供給装置の制御方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2014/082821 WO2016092665A1 (ja) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | 還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2016092665A1 JPWO2016092665A1 (ja) | 2017-09-21 |
JP6564393B2 true JP6564393B2 (ja) | 2019-08-21 |
Family
ID=56106913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016563349A Active JP6564393B2 (ja) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | 還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10309282B2 (ja) |
JP (1) | JP6564393B2 (ja) |
WO (1) | WO2016092665A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6615724B2 (ja) * | 2016-09-16 | 2019-12-04 | 株式会社豊田自動織機 | 排気処理装置 |
DE102018210622A1 (de) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | Dr Pley Engineering & Consulting (Bucharest) Srl | Reaktor zur thermohydrolyse von harnstoff |
US11040308B2 (en) * | 2018-07-05 | 2021-06-22 | Cummins Emission Solutions Inc. | Systems and methods for purging reductant from a reductant injector |
CN117267006A (zh) | 2019-03-14 | 2023-12-22 | 康明斯有限公司 | 寒冷环境温度条件下使用气缸切断方法的柴油机排气流体剂量器保护 |
IT201900004639A1 (it) * | 2019-03-28 | 2020-09-28 | Magneti Marelli Spa | Metodo e sistema di iniezione per l'iniezione di acqua in un motore a combustione interna |
CN111828148B (zh) * | 2019-04-15 | 2021-10-26 | 康明斯排放处理公司 | 用于检测未完成清除事件的系统和方法 |
JP7383572B2 (ja) * | 2020-06-16 | 2023-11-20 | ボッシュ株式会社 | 還元剤供給装置 |
CN112594039B (zh) * | 2021-01-14 | 2021-11-30 | 河南柴油机重工有限责任公司 | 一种便于清洗、可旋转且防结晶的scr喷嘴 |
CN113262376B (zh) * | 2021-04-27 | 2022-11-08 | 中国人民解放军西部战区总医院 | 一种肾移植专用输尿管支架 |
JP2023102568A (ja) | 2022-01-12 | 2023-07-25 | 麓技研株式会社 | 操作バルブ |
DE102022213813A1 (de) * | 2022-12-16 | 2024-06-27 | Vitesco Technologies GmbH | Verfahren zur Spülung einer Druckleitung einer Fördervorrichtung |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5475243B2 (ja) | 2008-03-07 | 2014-04-16 | ボッシュ株式会社 | 還元剤供給装置の制御装置及び還元剤の回収方法並びに排気浄化装置 |
KR100974599B1 (ko) * | 2008-08-07 | 2010-08-06 | 현대자동차주식회사 | 차량의 요소 분사량 제어장치 및 방법 |
JP5653208B2 (ja) | 2010-12-27 | 2015-01-14 | ボッシュ株式会社 | 還元剤供給装置およびその制御方法 |
US9397579B2 (en) * | 2011-07-15 | 2016-07-19 | O2Micro Inc | Full-bridge switching DC/DC converters and controllers thereof |
JP5748026B2 (ja) | 2012-09-10 | 2015-07-15 | トヨタ自動車株式会社 | 添加剤供給システムの制御装置 |
JPWO2014061377A1 (ja) * | 2012-10-18 | 2016-09-05 | ボッシュ株式会社 | 還元剤回収制御方法及び還元剤供給装置並びに電子制御装置 |
JP2014218973A (ja) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2014
- 2014-12-11 US US15/526,562 patent/US10309282B2/en active Active
- 2014-12-11 JP JP2016563349A patent/JP6564393B2/ja active Active
- 2014-12-11 WO PCT/JP2014/082821 patent/WO2016092665A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10309282B2 (en) | 2019-06-04 |
US20170328253A1 (en) | 2017-11-16 |
WO2016092665A1 (ja) | 2016-06-16 |
JPWO2016092665A1 (ja) | 2017-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6564393B2 (ja) | 還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法 | |
JP5789925B2 (ja) | NOxセンサ診断装置及びSCRシステム | |
JP5547815B2 (ja) | 還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置 | |
JP4799289B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
CN105940197B (zh) | 柴油机排气流体过滤器渗透性检测策略以及使用这种策略的机器 | |
EP2955352B1 (en) | Urea water supply system | |
JP5471831B2 (ja) | Scrシステム | |
WO2011145567A1 (ja) | Scr解凍制御システム | |
JP4894827B2 (ja) | 還元剤供給システム | |
EP3469197B1 (en) | Method for detecting a leak in a feed line of liquid system in a motor vehicle | |
JP5906637B2 (ja) | 異物除去方法及び選択還元触媒システム | |
JP2010037979A (ja) | 排気浄化装置 | |
JP2012127214A (ja) | 還元剤供給装置及び内燃機関の排気浄化装置 | |
CN108350780A (zh) | 工程机械的废气净化装置 | |
JP2014218973A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
CN105189953A (zh) | 工程机械 | |
JP7013820B2 (ja) | 還元剤添加システム | |
JP2015148182A (ja) | 建設機械 | |
CN104870766A (zh) | 还原剂供给装置的控制方法及还原剂供给装置 | |
JP5948226B2 (ja) | 還元剤供給装置 | |
KR101583891B1 (ko) | 디젤차량용 scr 시스템의 우레아 역류 방지 장치 | |
WO2024053360A1 (ja) | 還元剤供給装置、還元剤供給装置の制御方法および制御装置 | |
CN109983206B (zh) | 用于排气后处理系统的设备和控制用于发动机排气后处理系统的设备中的还原剂流动的方法 | |
WO2019181151A1 (ja) | 排気ガス浄化装置 | |
KR101800982B1 (ko) | 내연 기관 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190604 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190709 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190723 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190726 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6564393 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |