JP6748023B2

JP6748023B2 - エンジンシステム

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Publication number: JP6748023B2
Application number: JP2017085839A
Authority: JP
Inventors: 健工藤
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2020-08-26
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Description

本発明は、エンジンから排出された排ガスが通流する排気路における選択還元触媒部の上流側に還元剤を添加する還元剤添加部と、前記還元剤添加部に供給される還元剤を貯留する還元剤貯留部と、前記還元剤添加部に設けられ、前記エンジン側との間でエンジン冷却水が循環供給されて当該エンジン冷却水と前記還元剤添加部との間で熱交換を行う添加部熱交換部と、前記還元剤貯留部に設けられ、前記エンジン側との間でエンジン冷却水が循環供給されて当該エンジン冷却水と前記還元剤貯留部の還元剤との間で熱交換を行う貯留部熱交換部とを備えたエンジンシステムに関する。

従来のエンジンシステムとして、ディーゼルエンジン等から排出される排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元させて当該排ガスを浄化する選択還元触媒システム（以下「ＳＣＲシステム」と呼ぶ場合がある。）を備えたものが知られている（特許文献１を参照）。
かかるＳＣＲシステムは、尿素水などを還元剤として利用し、還元剤貯留部に貯留されている還元剤を、エンジンから排出された排ガスが通流する排気路における選択還元触媒部の上流側に、還元剤添加部から添加する。すると、選択還元触媒部において、還元剤の還元作用により、排気ガス中のＮＯｘが選択的に水と窒素に還元され、結果、排ガスが浄化されることになる。

このようなＳＣＲシステムは、高温の排ガスに晒された還元剤添加部の過剰昇温による作動不良や損傷を防止する目的で、還元剤添加部に設けられた添加部熱交換部にエンジン冷却水を循環供給して、当該還元剤添加部をエンジン冷却水との熱交換により冷却するように構成されている。また、寒冷地での始動運転時等において、還元剤貯留部で還元剤が凍結している場合には、当該凍結した還元剤を解凍する目的で、還元剤貯留部に設けられた貯留部熱交換部にエンジン冷却水を循環供給して、当該還元剤貯留部で凍結している還元剤をエンジン冷却水との熱交換により加熱し解凍するように構成されている。
また、従来のＳＲＣシステムにおいて、貯留部熱交換部へのエンジン冷却水の循環供給は、通常運転時等に実行される添加部熱交換部へのエンジン冷却水の循環供給とは異なって、還元剤貯留部で還元剤が凍結している始動運転時等に一時的に実行されることから、これらのエンジン冷却水の循環回路は並列状態で各別に設けられている。

特開２０１１−２４７１３５号公報

従来のＳＣＲシステムでは、始動運転時等において、還元剤貯留部で凍結している還元剤をエンジン冷却水との熱交換により加熱し解凍するにあたり、エンジン側でエンジン冷却水が十分に昇温されていないなどの理由で、還元剤の解凍が完了して還元剤添加部において還元剤を添加可能となるまでに要する時間が長期化するという問題がある。
また、従来のＳＣＲシステムでは、貯留部熱交換部へのエンジン冷却水の循環供給を行うための循環回路と、添加部熱交換部へのエンジン冷却水の循環供給を行うための循環回路とが、並列状態で各別に設けられているので、構造が煩雑となり、レイアウトの自由度が制限されるという問題がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、還元剤添加部及び還元剤貯留部等からなる選択還元触媒システムを備えたエンジンシステムにおいて、合理的且つ簡単な構成を採用しながら、還元剤添加部を適切に冷却可能とすると共に、還元剤貯留部で凍結している還元剤を短時間で解凍可能とする技術を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、エンジンから排出された排ガスが通流する排気路における選択還元触媒部の上流側に還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記還元剤添加部に供給される還元剤を貯留する還元剤貯留部と、
前記還元剤添加部に設けられ、前記エンジン側との間でエンジン冷却水が循環供給されて当該エンジン冷却水と前記還元剤添加部との間で熱交換を行う添加部熱交換部と、
前記還元剤貯留部に設けられ、前記エンジン側との間でエンジン冷却水が循環供給されて当該エンジン冷却水と前記還元剤貯留部の還元剤との間で熱交換を行う貯留部熱交換部とを備えたエンジンシステムであって、
前記添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水の供給状態を、前記貯留部熱交換部への往きエンジン冷却水として供給する貯留部供給状態と前記貯留部熱交換部をバイパスして前記エンジン側に戻す貯留部非供給状態とで切換可能な供給状態切換手段を備えた点にある。

本構成によれば、上記供給状態切換手段を備えることで、添加部熱交換部及び貯留部熱交換部の夫々に対するエンジン冷却水の循環回路の一部を共通化して合理的且つ簡単な構成を採用しながら、添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水の供給状態を、上記貯留部供給状態と上記貯留部非供給状態とで切り換えることができる。
そして、始動運転時等において還元剤貯留部で凍結している還元剤の解凍を行う場合には、上記供給状態切換手段を上記貯留部供給状態に切り換えることで、還元剤添加部との熱交換により昇温した添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水を、貯留部熱交換部への往きエンジン冷却水として供給することができる。よって、貯留部熱交換部には、エンジン側から直接エンジン冷却水が循環供給される場合と比べて、比較的高温のエンジン冷却水が通流することになり、その比較的高温のエンジン冷却水との熱交換により還元剤貯留部で凍結している還元剤を短時間で解凍することができる。

一方、始動運転時や通常運転時等において還元剤貯留部で還元剤が凍結していない場合には、上記供給状態切換手段を上記貯留部非供給状態に切り換えることで、上記還元剤添加部との熱交換により昇温した添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水を、貯留部熱交換部をバイパスさせてエンジン側に戻すことができる。よって、貯留部熱交換部へのエンジン冷却水の循環供給を停止しながら、添加部熱交換部へのエンジン冷却水の循環供給を継続して、比較的低温のエンジン冷却水との熱交換により還元剤添加部を適切に冷却して当該還元剤添加部の過剰昇温による作動不良や損傷を防止することができる。
従って、本発明により、還元剤添加部及び還元剤貯留部等からなる選択還元触媒システムを備えるにあたり、合理的且つ簡単な構成を採用しながら、還元剤添加部を適切に冷却可能とすると共に、還元剤貯留部で凍結している還元剤を短時間で解凍可能とするエンジンシステムを提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記還元剤貯留部において還元剤が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、
前記供給状態切換手段の作動を制御する切換制御手段とを備え、
前記切換制御手段が、前記凍結判定手段により還元剤が凍結していると判定された場合には、前記供給状態切換手段を前記貯留部供給状態に切り換えて、前記添加部熱交換部及び前記貯留部熱交換部の両方にエンジン冷却水を循環供給して、前記還元剤添加部の冷却と前記還元剤貯留部での還元剤の解凍を行う還元剤解凍運転を実行し、一方、前記凍結判定手段により還元剤が凍結していないと判定された場合には、前記供給状態切換手段を前記貯留部非供給状態に切り換えて、前記添加部熱交換部にエンジン冷却水を循環供給して、前記還元剤添加部の冷却を行う還元剤非解凍運転を実行する点にある。

本構成によれば、上記凍結判定手段及び上記切換制御手段を備えることで、上記切り換え手段による添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水の供給状態の切り換え操作を自動的に実行することができる。
即ち、始動運転時等において上記凍結判定手段により還元剤が凍結していると判定された場合には、上記切換制御手段により自動的に上記供給状態切換手段が上記貯留部供給状態に切り換えられて上記還元剤解凍運転が実行されるので、添加部熱交換部を通流した後の比較的高温のエンジン冷却水との熱交換により、還元剤貯留部で凍結している還元剤を短時間で解凍することができる。
一方、始動運転時や通常運転時等において凍結判定手段により還元剤が凍結していないと判定された場合には、上記切換制御手段により自動的に上記供給状態切換手段が上記貯留部非供給状態に切り換えられて上記還元剤非解凍運転が実行されるので、エンジン側から供給された比較的低温のエンジン冷却水との熱交換により、比較的低温のエンジン冷却水との熱交換により還元剤添加部を適切に冷却して当該還元剤添加部の過剰昇温による作動不良や損傷を防止することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記エンジン側に、当該エンジン側からエンジン冷却水が取り出されるエンジン側取出部と、当該エンジン側へエンジン冷却水が戻されるエンジン側戻り部とが設けられ、
前記添加部熱交換部側に、当該添加部熱交換部へエンジン冷却水が供給される添加部側供給部と、当該添加部熱交換部からエンジン冷却水が排出される添加部側排出部とが設けられ、
前記貯留部熱交換部側に、当該貯留部熱交換部へエンジン冷却水が供給される貯留部側供給部と、当該貯留部熱交換部からエンジン冷却水が排出される貯留部側排出部とが設けられ、
前記エンジン側取出部と前記添加部側供給部とを接続する供給路を備え、
前記供給状態切換手段が、前記貯留部供給状態において、前記添加部側排出部を前記貯留部側供給部に接続すると共に前記貯留部側排出部を前記エンジン側戻り部に接続する状態となり、一方、前記貯留部非供給状態において、前記添加部側排出部を前記エンジン側戻り部に接続すると共に前記貯留部側供給部及び前記貯留部側排出部を閉鎖する状態となる方向切換弁で構成されている点にある。

本構成によれば、上記供給路を備えると共に前述の供給状態切換手段として上記方向切換弁を備えることで、上記供給状態切換手段による添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水の供給状態の切り換え操作に必要な配管等の構成を簡略化しつつ、上記供給路及び上記方向切換弁を一体的にモジュール化された冷却水分配モジュールとして構成することができる。よって、この冷却水分配モジュールをエンジンシステムに設置する形態で、本発明の特徴構成を備えたエンジンシステムを簡単に実現することができる。

本発明の第４特徴構成は、前記供給状態切換手段を前記貯留部供給状態に切り換えたときの前記添加部熱交換部を通流するエンジン冷却水の流量を、前記供給状態切換手段を前記貯留部非供給状態に切り換えたときのエンジン冷却水の流量よりも大きく設定する流量制御手段を備えた点にある。

本構成によれば、始動運転時等において還元剤貯留部で凍結している還元剤の解凍を行う場合には、上記供給状態切換手段による上記貯留部供給状態への切り換えに伴って、上記流量制御手段により、添加部熱交換部を通流した後に貯留部熱交換部に供給されるエンジン冷却水の流量が、上記貯留部非供給状態に切り換えられたときの流量よりも大きく設定される。このことで、尿素水貯留部において、添加部熱交換部を通流した後の比較的高温で比較的大流量のエンジン冷却水との熱交換により、還元剤貯留部で凍結している還元剤をより一層短時間に解凍することができる。
一方、始動運転時や通常運転時等において還元剤貯留部で凍結している還元剤の解凍を行わない場合には、上記供給状態切換手段による上記貯留部非供給状態への切り換えに伴って、添加部熱交換部を通流した後にエンジン側に戻されるエンジン冷却水の流量が、上記貯留部供給状態に切り換えられたときの流量よりも小さく設定される。このことで、尿素水添加部において、大流量のエンジン冷却水が長時間に亘って通流することによる磨耗や損傷等を抑制することができる。

第１実施形態のエンジンシステムの概略構成並びに尿素水解凍運転時でのエンジン冷却水の通流状態を示す図第１実施形態のエンジンシステムの概略構成並びに冷却運転時でのエンジン冷却水の通流状態を示す図第２実施形態のエンジンシステムの概略構成並びに尿素水解凍運転時でのエンジン冷却水の通流状態を示す図第２実施形態のエンジンシステムの概略構成並びに冷却運転時でのエンジン冷却水の通流状態を示す図

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図１及び図２に基づいて説明する。本図において、流体が通流している通路を太線で示し、流体が通流していない通路を細線で示している。

〔エンジンシステムの基本構成〕
先ず、本実施形態のエンジンシステムの基本構成について説明する。
図１及び図２に示すエンジンシステムには、レシプロ式のディーゼルエンジン１（以下単に「エンジン１」と呼ぶ。）から排気路７に排出される排ガスＥＧ中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元させて当該排ガスＥＧを浄化するＳＣＲシステム（選択還元触媒システム）を備える。
即ち、エンジン１から排ガスＥＧが排出される排気路７には、ＤＯＣ部１１及びＤＰＦ部１２が上流側から順に配置されており、その下流側に、上記ＳＣＲシステムを構成するＳＣＲ部１３（選択還元触媒部の一例）が配置されている。

尚、ＤＯＣ部１１は、排ガスＥＧ中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて浄化するＤＯＣ（酸化触媒：ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）が配置された排ガス処理部として構成されている。また、ＤＰＦ部１２は、排ガスＥＧ中のＰＭ（粒子状物質）を捕集して浄化するＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルター：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）が配置された排ガス処理部として構成されている。

ＳＣＲ部１３は、排ガスＥＧ中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に還元させて浄化するＳＣＲ（選択還元触媒：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）が配置された排ガス処理部として構成されている。
また、排気路７におけるＳＣＲ部１３の上流側には、尿素水ＵＷ（還元剤の一例）を噴射する形態で排気路７に添加するドージングモジュール２０（還元剤添加部の一例）が設けられている。
即ち、図２に示すように、ドージングモジュール２０から排気路７に尿素水ＵＷを噴射すると、当該噴射された尿素水ＵＷが排ガスＥＧの熱により加水分解されることで、アンモニアが生成される。そして、ＳＣＲ部１３において、その生成されたアンモニアの還元作用により、排ガスＥＧ中のＮＯｘが選択的に水と窒素に還元されて、結果、排ガスＥＧが浄化されることになる。

また、このようなＳＣＲシステムには、ドージングモジュール２０に供給される尿素水ＵＷを貯留するタンクモジュール３１（還元剤貯留部の一例）が設けられている。また、タンクモジュール３１に貯留されている尿素水ＵＷは、サプライモジュール３２により取り出された後に、ドージングモジュール２０に供給される。
タンクモジュール３１には、貯留されている尿素水ＵＷの温度を測定する温度センサ３５が設けられている。この温度センサ３５の測定結果は、エンジン１の作動を制御するＥＣＵ７０（エンジンコントロールユニット）に入力される。

エンジン１側には、エンジン１及びオイルクーラ２を冷却するために、エンジン１に設けられた冷却水路１ａ及びオイルクーラ２に設けられた冷却水路２ａの夫々に対して、ポンプ５の作動を伴って、ラジエータ３との間でエンジン冷却水ＣＷを循環供給する冷却水回路４が設けられている。
エンジン１側の冷却水回路４には、当該冷却水回路４からエンジン冷却水ＣＷが取り出されるエンジン側取出配管４１（エンジン側取出部の一例）と、当該冷却水回路４へエンジン冷却水ＣＷが戻されるエンジン側戻り配管４２（エンジン側戻り部の一例）とが接続されている。

エンジン側取出配管４１は、例えば、冷却水回路４におけるポンプ５の二次側（吐出側）、詳しくはオイルクーラ２の冷却水路２ａの一次側（流入側）に接続され、その接続部から比較的低温のエンジン冷却水ＣＷがエンジン側取出配管４１に取り出される。
一方、エンジン側戻り配管４２は、例えば、冷却水回路４におけるポンプ５の一次側（流入側）に接続されており、その接続部に対して戻されたエンジン冷却水ＣＷは冷却水回路４を循環してラジエータ３を通流し適宜冷却されることになる。尚、冷却水回路４の具体的構成や、冷却水回路４におけるエンジン側取出配管４１及びエンジン側戻り配管４２の接続箇所等については、適宜変更可能である。

ドージングモジュール２０には、エンジン１側の冷却水回路４との間でエンジン冷却水ＣＷが循環供給されて、当該エンジン冷却水ＣＷとドージングモジュール２０との間で熱交換を行う冷却水路２０ａ（添加部熱交換部の一例）が設けられている。
そして、排ガスＥＧが排気路７に排出されるエンジン１の作動時において、冷却水路２０ａにエンジン冷却水ＣＷが通流することで、ドージングモジュール２０がエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により冷却される。このことで、ドージングモジュール２０の過剰昇温による作動不良や損傷が防止されることになる。

尚、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａには、当該冷却水路２０ａへエンジン冷却水ＣＷが供給されるドージングモジュール側供給配管４５（添加部側供給部の一例）と、当該冷却水路２０ａからエンジン冷却水ＣＷが排出されるドージングモジュール側排出配管４４（添加部側排出部の一例）とが接続されている。

タンクモジュール３１には、エンジン１側の冷却水回路４とのとの間でエンジン冷却水ＣＷが循環供給されて、当該エンジン冷却水ＣＷとタンクモジュール３１の尿素水ＵＷとの間で熱交換を行う冷却水路３１ａ（貯留部熱交換部の一例）が設けられている。
一方、サプライモジュール３２にも、エンジン１側の冷却水回路４とのとの間でエンジン冷却水ＣＷが循環供給されて、当該エンジン冷却水ＣＷとサプライモジュール３２に存在する尿素水ＵＷとの間で熱交換を行う冷却水路３２ａが設けられている。
これらタンクモジュール３１の冷却水路３１ａとサプライモジュール３２の冷却水路３２ａとは、前者を上流側として直列状態で接続されている。

そして、始動運転時等においてタンクモジュール３１及びサプライモジュール３２（以下「タンクモジュール３１等」と呼ぶ場合がある。）に残留する尿素水ＵＷが凍結している場合において、これらの冷却水路３１ａ，３２ａにエンジン冷却水ＣＷが通流することで、タンクモジュール３１等で凍結している尿素水ＵＷがエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により加熱されて解凍されることになる。

尚、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａには、当該冷却水路３１ａ，３２ａへエンジン冷却水ＣＷが供給される貯留部側供給配管４８（貯留部側供給部の一例）と、当該冷却水路３１ａ，３２ａからエンジン冷却水ＣＷが排出される貯留部側排出配管４７（貯留部側排出部の一例）とが接続されている。

以上がＳＣＲシステムを備えた本実施形態のエンジンシステムの基本構成である。そして、本実施形態のエンジンシステムには、一体的にモジュール化された冷却水分配モジュール５０が、当該冷却水分配モジュール５０に設けられた各接続部５１ｉ，５１ｏ，５４ｉ，５５ｏ，５６ｉ，５７ｏに対してエンジン冷却水ＣＷが流入出する各配管４１，４２，４４，４５，４７，４８を公知の管継ぎ手等により接続する形態で、設置されている。
以下、冷却水分配モジュール５０の構成、及び、ＥＣＵ７０が機能する切換制御手段７２が冷却水分配モジュール５０の作動制御を伴って実行する各運転の詳細について説明する。

〔冷却水分配モジュール〕
図１及び図２に示す冷却水分配モジュール５０には、一端側の接続部５１ｉにエンジン側取出配管４１が接続され、他端側の接続部５０ｏにドージングモジュール側供給配管４５が接続される供給配管５１（供給路の一例）が設けられている。即ち、この供給配管５１は、エンジン側取出配管４１とドージングモジュール側供給配管４５とを接続するものとなる。よって、エンジン１側の冷却水回路４からエンジン側取出配管４１に取り出されたエンジン冷却水ＣＷが、この供給配管５１を介してドージングモジュール側供給配管４５に導入されて、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａに供給されることになる。

更に、供給配管５１には、後述する方向切換弁５９の作動不良の原因となる固形物を除去するフィルター５２が設けられている。また、供給配管５１におけるフィルター５２の下流側には、ＥＣＵ７０により作動制御されて、供給配管５１からエンジン冷却水ＣＷの冷却水路２０ａに供給されるエンジン冷却水ＣＷの流量、即ちドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流するエンジン冷却水ＣＷの流量調整可能な流量調整弁５３が設けられている。

冷却水分配モジュール５０には、上記供給配管５１とは別に、配管５４，５５，５６，５７が設けられている。
配管５４は、一端部側の接続部５４ｉにドージングモジュール側排出配管４４が接続され、他端側が後述する方向切換弁５９の供給ポートＰ１に接続される配管として構成されている。
配管５５は、一端側の接続部５５ｏに貯留部側供給配管４８が接続され、他端側が後述する方向切換弁５９の排出ポートＰ２に接続される配管として構成されている。
配管５６は、一端側の接続部５６ｉに貯留部側排出配管４７が接続され、他端側が後述する方向切換弁５９の供給ポートＰ３に接続される配管として構成されている。
配管５７は、一端側の接続部５７ｏにエンジン側戻り配管４２が接続され、他端側が後述する方向切換弁５９の排出ポートＰ４に接続される配管として構成されている。

冷却水分配モジュール５０には、エンジン冷却水ＣＷの通流方向を切換可能な方向切換弁５９が設けられており、詳細については後述するが、この方向切換弁５９が、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａからの戻りエンジン冷却水ＣＷの供給状態を、貯留部供給状態（図１参照）と、貯留部非供給状態（図２参照）とで切換可能な供給状態切換手段として機能する。尚、方向切換弁５９は、４つのポートＰ１〜Ｐ４を有し、ソレノイドの励磁時と消磁時との２位置で夫々のポートＰ１〜Ｐ４の接続状態を切り換える４ポート２位置式電磁切換弁で構成されている。

方向切換弁５９の状態を図１に示す貯留部供給状態に切り換えると、供給ポートＰ１と排出ポートＰ２とが連通状態となり、且つ、供給ポートＰ３と排出ポートＰ４とが連通状態となる。すると、ドージングモジュール側排出配管４４が接続された配管５４と、貯留部側供給配管４８が接続された配管５５とが連通状態となり、且つ、貯留部側排出配管４７が接続された配管５６と、エンジン側戻り配管４２が接続された配管５７とが連通状態となる。

即ち、この図１に示す貯留部供給状態では、ドージングモジュール側排出配管４４を貯留部側供給配管４８に接続すると共に、貯留部側排出配管４７をエンジン側戻り配管４２に接続する状態となる。よって、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａからの戻りエンジン冷却水ＣＷの供給状態が、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａへの往きエンジン冷却水ＣＷとして供給する状態となる。

一方、方向切換弁５９の状態を図２に示す貯留部非供給状態に切り換えると、供給ポートＰ１と排出ポートＰ４とが連通状態となり、且つ、排出ポートＰ２及び供給ポートＰ３が閉鎖状態となる。すると、貯留部側供給配管４８が接続された配管５５と貯留部側排出配管４７が接続された配管５６が接続された配管５６は閉鎖された状態となり、且つ、ドージングモジュール側排出配管４４が接続された配管５４と、エンジン側戻り配管４２が接続された配管５７とが連通状態となる。

即ち、この図２に示す貯留部非供給状態では、ドージングモジュール側排出配管４４をエンジン側戻り配管４２に接続すると共に、貯留部側供給配管４８及び貯留部側排出配管４７を閉鎖する状態となる。よって、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａからの戻りエンジン冷却水ＣＷの供給状態が、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａをバイパスしてエンジン１側の冷却水回路４に戻す状態となる。
尚、この貯留部非供給状態では、上述した貯留部供給状態においてタンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａからエンジン１側の冷却回路４への戻りエンジン冷却水ＣＷが通流する配管５７が、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａからエンジン１側の冷却回路４への戻りエンジン冷却水ＣＷが通流する配管として利用されている。即ち、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａ及びタンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａの夫々に対するエンジン冷却水ＣＷの循環回路の一部が共通化されていると言える。

エンジン１の作動を制御するＥＣＵ７０は、所定のプログラムを実行することにより、凍結判定手段７１、切換制御手段７２、及び、流量制御手段７３として機能する。
凍結判定手段７１は、タンクモジュール３１において尿素水ＵＷが凍結しているか否かを判定する手段として構成されている。具体的に、凍結判定手段７１は、温度センサ３５により測定されたタンクモジュール３１に貯留されている尿素水ＵＷの温度（以下「測定貯留温度」と呼ぶ。）が、当該尿素水ＵＷが凍結していると考えられる設定温度以下である場合には、タンクモジュール３１で尿素水ＵＷが凍結していると判定し、一方、測定貯留温度が上記設定温度超である場合には、タンクモジュール３１で尿素水ＵＷが凍結していないと判定する。尚、上記尿素水ＵＷが凍結していると考えられる設定温度は、例えば尿素水ＵＷの凍結開始温度（約−１１℃）を基準に決定することができ、例えば当該凍結開始温度に数℃の余裕を加えた温度とすることができる。

切換制御手段７２は、供給状態切換手段である方向切換弁５９の作動を制御する手段として構成されている。具体的に、切換制御手段７２は、凍結判定手段７１により尿素水ＵＷが凍結していると判定された場合には、方向切換弁５９を貯留部供給状態（図１参照）に切り換えて尿素水解凍運転（還元剤解凍運転の一例）を実行し、一方、凍結判定手段７１により尿素水ＵＷが凍結していないと判定された場合には、方向切換弁５９を貯留部非供給状態（図２参照）に切り換えて冷却運転（還元剤非解凍運転の一例）を実行する。
更に、流量制御手段７３は、このような方向切換弁５９の状態切換に伴って、流量調整弁５３の開度制御を行うように構成されている。
以下、これら尿素水解凍運転と冷却運転の詳細について順に説明する。

（尿素水解凍運転）
尿素水解凍運転は、始動運転時等において、凍結判定手段７１によりタンクモジュール３１等にて尿素水ＵＷが凍結していると判定された場合に、高温の排ガスＥＧに晒されたドージングモジュール２０を冷却しながら、タンクモジュール３１等にて凍結している尿素水ＵＷを解凍する目的で実行される。

尿素水解凍運転では、図１に示すように、方向切換弁５９が貯留部供給状態に切り換えられる。すると、エンジン冷却水ＣＷは、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａ及びタンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａの両方に循環供給されることになる。
即ち、始動運転されたエンジン１側の冷却水回路４からエンジン側取出配管４１に取り出された比較的低温のエンジン冷却水ＣＷは、冷却水分配モジュール５０の供給配管５１及びドージングモジュール側供給配管４５を通じて、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａに供給される。
このように、比較的低温のエンジン冷却水ＣＷがドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流することで、高温の排ガスＥＧに晒されたドージングモジュール２０が当該比較的低温のエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により十分に冷却されることになる。このことにより、ドージングモジュール２０の過剰昇温による作動不良や損傷を防止することができる。
そして、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流して昇温した比較的高温のエンジン冷却水ＣＷは、戻りエンジン冷却水ＣＷとしてドージングモジュール側排出配管４４に排出される。

ドージングモジュール側排出配管４４に排出された比較的高温の戻りエンジン冷却水ＣＷは、冷却水分配モジュール５０の配管５４、方向切換弁５９の供給ポートＰ１及び排出ポートＰ２、配管５５、並びに、貯留部側供給配管４８を通じて、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａに供給される。このように、比較的高温のエンジン冷却水ＣＷがタンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａを通流することで、タンクモジュール３１等で凍結している尿素水ＵＷは、当該比較的高温のエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により十分に加熱されることになる。このことにより、タンクモジュール３１等で凍結している尿素水ＵＷを短時間で解凍することができる。
そして、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａを通流した後に貯留部側排出配管４７に排出されたエンジン冷却水ＣＷは、配管５６、方向切換弁５９の供給ポートＰ３及び排出ポートＰ４、配管５７、並びに、エンジン側戻り配管４２を通じて、エンジン１側の冷却水回路４に戻されて、適宜ラジエータ３で冷却されることになる。

流量制御手段７３は、方向切換弁５９が上記貯留部供給状態（図１参照）に切り換えられる尿素水解凍運転において、流量調整弁５３の開度を後述する冷却運転時よりも大きい側（例えば全開状態）に設定する。すると、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流するエンジン冷却水ＣＷの流量が、後述する冷却運転時のエンジン冷却水ＣＷの流量よりも大きい流量に設定されて、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａには、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流した後の比較的高温のエンジン冷却水ＣＷが、比較的大流量で供給される。このことにより、タンクモジュール３１等で凍結している尿素水ＵＷをより一層短時間で解凍することができる。

（冷却運転）
冷却運転は、始動運転時や通常運転時等において、凍結判定手段７１によりタンクモジュール３１等にて尿素水ＵＷが凍結していない判定された場合に、高温の排ガスＥＧに晒されたドージングモジュール２０を冷却する目的で実行される。

冷却運転では、図２に示すように、方向切換弁５９が貯留部非供給状態に切り換えられる。すると、エンジン冷却水ＣＷは、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａに循環供給されることになる。
即ち、作動中のエンジン１側の冷却水回路４からエンジン側取出配管４１に取り出された比較的低温のエンジン冷却水ＣＷは、冷却水分配モジュール５０の供給配管５１及びドージングモジュール側供給配管４５を通じて、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａに供給される。
このように、比較的低温のエンジン冷却水ＣＷがドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流することで、高温の排ガスＥＧに晒されたドージングモジュール２０が当該比較的低温のエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により十分に冷却されることになる。このことにより、ドージングモジュール２０の過剰昇温による作動不良や損傷を防止することができる。
そして、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流して昇温した比較的高温のエンジン冷却水ＣＷは、戻りエンジン冷却水ＣＷとしてドージングモジュール側排出配管４４に排出される。

ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流した後にドージングモジュール側排出配管４４に排出された比較的高温の戻りエンジン冷却水ＣＷは、配管５４、方向切換弁５９の供給ポートＰ１及び排出ポートＰ４、配管５７、並びに、エンジン側戻り配管４２を通じて、エンジン１側の冷却水回路４に戻されて、適宜ラジエータ３で冷却されることになる。
尚、この冷却運転では、方向切換弁５９の排出ポートＰ２及び供給ポートＰ３が閉鎖状態となることから、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａでのエンジン冷却水ＣＷの通流は停止状態となる。

流量制御手段７３は、方向切換弁５９が上記貯留部非供給状態（図２参照）に切り換えられる冷却運転において、流量調整弁５３の開度を前述の尿素水解凍運転時よりも小さい側に設定する。すると、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流するエンジン冷却水ＣＷの流量が、前述の尿素水解凍運転時におけるエンジン冷却水ＣＷの流量よりも小さい流量に設定されて、ドージングモジュール２０において、上記尿素水解凍運転時のような大流量のエンジン冷却水ＣＷが長時間に亘って通流することがなくなる。このことにより、ドージングモジュール２０の構成部品の磨耗や損傷等を抑制することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図３及び図４に基づいて説明する。本図において、流体が通流している通路を太線で示し、流体が通流していない通路を細線で示している。
尚、本実施形態のエンジンシステムは、前述の第１実施形態のエンジンシステムに対して、冷却水分配モジュールの詳細構成のみ相違する。よって、以下の説明において、前述の第１実施形態と同様の構成については、図面にて同じ符号を付すと共に、詳細な説明を割愛する場合がある。

〔冷却水分配モジュール〕
図３及び図４に示す冷却水分配モジュール５０には、供給配管５１におけるフィルター５２の下流側且つ流量調整弁５３の上流側の箇所と配管５４とを接続するバイパス配管６１が設けられている。このバイパス配管６１には、ＥＣＵ７０により開閉制御されて、当該バイパス配管６１におけるエンジン冷却水ＣＷの通流を断続可能なバイパス弁６２が設けられている。
そして、切換制御手段７２は、尿素水解凍運転と冷却運転との運転切り換えに伴って、バイパス弁６２の開閉制御を行うように構成されている。以下、これら尿素水解凍運転と冷却運転の詳細について順に説明する。

（尿素水解凍運転）
尿素水解凍運転では、図３に示すように、バイパス弁６２は開弁状態に切り換えられる。すると、エンジン１側の冷却水回路４からエンジン側取出配管４１に取り出された比較的低温のエンジン冷却水ＣＷは、冷却水分配モジュール５０の供給配管５１に供給された後に、その一部が、ドージングモジュール側供給配管４５を通じてドージングモジュール２０の冷却水路２０ａに供給され、その残部が、バイパス配管６１を通流してドージングモジュール２０の冷却水路２０ａバイパスし、配管５４に供給される。
このように、上記一部のエンジン冷却水ＣＷがドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流することで、高温の排ガスＥＧに晒されたドージングモジュール２０が当該比較的低温のエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により十分に冷却されることになる。このことにより、ドージングモジュール２０の過剰昇温による作動不良や損傷を防止することができる。
そして、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流して昇温した比較的高温のエンジン冷却水ＣＷは、戻りエンジン冷却水ＣＷとしてドージングモジュール側排出配管４４に排出される。

ドージングモジュール側排出配管４４に排出された比較的高温の戻りエンジン冷却水ＣＷは、配管５４に供給されて、バイパス配管６１を通流して供給された上記残部のエンジン冷却水ＣＷと合流する。合流後のエンジン冷却水ＣＷは、ドージングモジュール側排出配管４４に排出されたエンジン冷却水ＣＷよりも若干低温となるものの、エンジン１側の冷却水回路４から取り出したエンジン冷却水ＣＷよりも高温となり、且つ、流量が増加した状態となる。
そして、その配管５４を通流する比較的高温で流量が増加したエンジン冷却水ＣＷは、方向切換弁５９の供給ポートＰ１及び排出ポートＰ２、配管５５、並びに、貯留部側供給配管４８を通じて、タンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａに供給される。
このように、比較的高温で流量が増加したエンジン冷却水ＣＷがタンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａを通流することで、タンクモジュール３１等で凍結している尿素水ＵＷは、当該比較的高温のエンジン冷却水ＣＷとの熱交換により十分に加熱されることになる。このことにより、タンクモジュール３１等で凍結している尿素水ＵＷを一層短時間で解凍することができる。

尚、尿素水解凍運転において、流量制御手段７３は、上記第１実施形態と同様に流量調整弁５３の開度を冷却運転時よりも大きい側に設定しても構わないが、本実施形態では、冷却運転時と同等の開度に設定する。すると、前述のようにタンクモジュール３１等の冷却水路３１ａ，３２ａに対して大流量のエンジン冷却水ＣＷを供給しながら、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流するエンジン冷却水ＣＷの流量を小さい流量に設定して、ドージングモジュール２０の構成部品の磨耗や損傷等を抑制することができる。

（冷却運転）
冷却運転では、図４に示すように、バイパス弁６２は閉弁状態に切り換えられる。
すると、作動中のエンジン１側の冷却水回路４からエンジン側取出配管４１に取り出された比較的低温のエンジン冷却水ＣＷは、上記第１実施形態と同様に、冷却水分配モジュール５０の供給配管５１及びドージングモジュール側供給配管４５を通じて、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａに供給され、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流して昇温した比較的高温のエンジン冷却水ＣＷは、戻りエンジン冷却水ＣＷとしてドージングモジュール側排出配管４４に排出される。このことにより、ドージングモジュール２０の過剰昇温による作動不良や損傷を防止することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、本発明をレシプロ式のディーゼルエンジン１に適用したが、本発明を他の種類のレシプロエンジンやガスタービンエンジン等に適用しても構わない。

（２）上記実施形態では、還元剤として尿素水ＵＷを利用したが、本発明では、アンモニア水などの他の還元剤を利用しても構わない。

（３）上記実施形態では、還元剤貯留部であるタンクモジュール３１の冷却水路３１ａに対して、サプライモジュール３２の冷却水路３２ａを直列状態で接続した。しかし、本発明では、これら冷却水路３１ａ，３２ａの接続順序については適宜変更可能であり、例えば、これら冷却水路３１ａ，３２ａを並列状態で接続しても構わない。
また、タンクモジュール３１の冷却水路３１ａを、サプライモジュール３２の冷却水路３２ａとは別に設けても構わない。この場合には、凍結状態の尿素水ＵＷが多く存在するタンクモジュール３１の冷却水路３１ａに対しては、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａを通流して高温となったエンジン冷却水ＣＷを供給し、一方、凍結状態の尿素水ＵＷが少ないサプライモジュール３２の冷却水路３２ａに対しては、エンジン１側の冷却水回路４から直接エンジン冷却水ＣＷを供給することができる。このことで、夫々のモジュール３１，３２における凍結状態の尿素水ＵＷの解凍を効率良く実施することもできる。
尚、上記構成以外にも、各冷却水路２０ａ，３１ａ，３２ａに対するエンジン冷却水ＣＷの通流状態に関する構成については、適宜改変可能である。

（４）上記実施形態では、一体的にモジュール化された冷却水分配モジュール５０を採用したが、本発明では、供給状態切換手段として機能する方向切換弁５９や各供給配管５１，５４，５５，５６，５７等を、モジュール化することなくエンジンシステムに設置しても構わない。

（５）上記実施形態では、ＥＣＵ７０が機能する形態で凍結判定手段７１や切換制御手段７２等を設けることで、供給状態切換手段として機能する方向切換弁５９の状態を自動的に切り換えて、尿素水解凍運転と冷却運転との運転切り換えを自動的に行うように構成した。しかし、本発明では、例えばエンジンシステムの利用者等が、タンクモジュール３１等の還元剤貯留部で尿素水ＵＷ等の還元剤が凍結しているか否かを自ら判断して、方向切換弁５９等の供給状態切換手段を手動で切り換えるように構成しても構わない。

（６）上記実施形態では、ドージングモジュール２０の冷却水路２０ａからの戻りエンジン冷却水ＣＷの供給状態を貯留部供給状態と貯留部非供給状態とで切換可能な供給状態切換手段を、４ポート２位置式電磁切換弁で構成された方向切換弁５９で構成した。しかし、本発明では、方向切換弁５９の代わりに、開閉弁や三方弁等を組み合わせて、供給状態切換手段を構成しても構わない。

（７）上記実施形態では、タンクモジュール３１に温度センサ３５を設け、凍結判定手段７１は、その温度センサ３５の測定結果に基づいてタンクモジュール３１において尿素水ＵＷが凍結しているか否かを判定するように構成した。しかし、本発明では、例えば外気や他の部位の温度から推定する形態で、尿素水ＵＷが凍結しているか否かを判定するように構成しても構わない。

１ディーゼルエンジン（エンジン）
７排気路
１３ＳＣＲ部（選択還元触媒部）
２０ドージングモジュール（還元剤添加部）
２０ａ冷却水路（添加部熱交換部）
３１タンクモジュール（還元剤貯留部）
３１ａ冷却水路（貯留部熱交換部）
４１エンジン側取出配管（エンジン側取出部）
４２エンジン側戻り配管（エンジン側戻り部）
４４ドージングモジュール側排出配管（添加部側排出部）
４５ドージングモジュール側供給配管（添加部側供給部）
４７貯留部側排出配管（貯留部側排出部）
４８貯留部側供給配管（貯留部側供給部）
５０冷却水分配モジュール
５１供給配管（供給路）
５３流量調整弁（流量制御手段）
５９方向切換弁（供給状態切換手段）
７１凍結判定手段
７２切換制御手段
７３流量制御手段
ＣＷエンジン冷却水
ＥＧ排ガス
ＵＷ尿素水（還元剤）

Claims

エンジンから排出された排ガスが通流する排気路における選択還元触媒部の上流側に還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記還元剤添加部に供給される還元剤を貯留する還元剤貯留部と、
前記還元剤添加部に設けられ、前記エンジン側との間でエンジン冷却水が循環供給されて当該エンジン冷却水と前記還元剤添加部との間で熱交換を行う添加部熱交換部と、
前記還元剤貯留部に設けられ、前記エンジン側との間でエンジン冷却水が循環供給されて当該エンジン冷却水と前記還元剤貯留部の還元剤との間で熱交換を行う貯留部熱交換部とを備えたエンジンシステムであって、
前記添加部熱交換部からの戻りエンジン冷却水の供給状態を、前記貯留部熱交換部への往きエンジン冷却水として供給する貯留部供給状態と前記貯留部熱交換部をバイパスして前記エンジン側に戻す貯留部非供給状態とで切換可能な供給状態切換手段を備えたエンジンシステム。
前記還元剤貯留部において還元剤が凍結しているか否かを判定する凍結判定手段と、
前記供給状態切換手段の作動を制御する切換制御手段とを備え、
前記切換制御手段が、前記凍結判定手段により還元剤が凍結していると判定された場合には、前記供給状態切換手段を前記貯留部供給状態に切り換えて、前記添加部熱交換部及び前記貯留部熱交換部の両方にエンジン冷却水を循環供給して、前記還元剤添加部の冷却と前記還元剤貯留部での還元剤の解凍を行う還元剤解凍運転を実行し、一方、前記凍結判定手段により還元剤が凍結していないと判定された場合には、前記供給状態切換手段を前記貯留部非供給状態に切り換えて、前記添加部熱交換部にエンジン冷却水を循環供給して、前記還元剤添加部の冷却を行う還元剤非解凍運転を実行する請求項１に記載のエンジンシステム。
前記エンジン側に、当該エンジン側からエンジン冷却水が取り出されるエンジン側取出部と、当該エンジン側へエンジン冷却水が戻されるエンジン側戻り部とが設けられ、
前記添加部熱交換部側に、当該添加部熱交換部へエンジン冷却水が供給される添加部側供給部と、当該添加部熱交換部からエンジン冷却水が排出される添加部側排出部とが設けられ、
前記貯留部熱交換部側に、当該貯留部熱交換部へエンジン冷却水が供給される貯留部側供給部と、当該貯留部熱交換部からエンジン冷却水が排出される貯留部側排出部とが設けられ、
前記エンジン側取出部と前記添加部側供給部とを接続する供給路を備え、
前記供給状態切換手段が、前記貯留部供給状態において、前記添加部側排出部を前記貯留部側供給部に接続すると共に前記貯留部側排出部を前記エンジン側戻り部に接続する状態となり、一方、前記貯留部非供給状態において、前記添加部側排出部を前記エンジン側戻り部に接続すると共に前記貯留部側供給部及び前記貯留部側排出部を閉鎖する状態となる方向切換弁で構成されている請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
前記供給状態切換手段を前記貯留部供給状態に切り換えたときの前記添加部熱交換部を通流するエンジン冷却水の流量を、前記供給状態切換手段を前記貯留部非供給状態に切り換えたときのエンジン冷却水の流量よりも大きく設定する流量制御手段を備えた請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンシステム。