JP7320194B2 - 車両の還元剤解凍装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両の還元剤解凍装置に関する。

特許文献１には、還元剤噴射装置の制御装置が記載されている。還元剤噴射装置は、エンジンの冷却水が循環可能に構成された第１の冷却水通路及び第２の冷却水通路を備える。第１の冷却水通路及び第２の冷却水通路は、エンジンに設けられたエンジン冷却装置の冷却通路から分岐して、再び冷却通路に合流する。第１の冷却水通路は貯蔵タンク及びポンプモジュールを通って配設される。第２の冷却水通路は噴射弁の周囲を通って配設される。第１の冷却水通路における、第２の冷却水通路の分岐箇所と貯蔵タンクとの間には開閉弁が設けられている。エンジンの始動後、第２の冷却水通路には常時冷却水が流れる。したがって、エンジンの運転中、高温の排気熱等により噴射弁が加熱される状態において、第２の冷却水通路に冷却水が流れ、噴射弁を冷却することができる。また、貯蔵タンク及びポンプモジュールに設けられた温度センサ、あるいは外気温度を検出する温度センサ等のセンサ値に基づいて尿素水溶液が凍結していると推定される場合には、開閉弁が開かれ、尿素水溶液の解凍制御が行われる。

特再公表２０１６－６３６９７号公報

しかし、冷却水を圧送する冷却水ポンプの能力等によっては、開閉弁を開いて冷却水を貯蔵タンク（還元剤タンク）側へ流した際に、還元剤タンク側への冷却水の流量を十分に確保できない場合がある。還元剤タンク側への冷却水の流量を十分に確保するために冷却水用ポンプの能力を上げると、噴射弁側への冷却水の流量が多くなり過ぎてしまい噴射弁内冷却水流路を損傷させてしまう可能性がある。

そこで、本開示は、簡単な構造で噴射弁側への冷却水の流量を抑えつつ、還元剤タンク側への冷却水の流量を十分に確保することが可能な還元剤解凍装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、内燃機関からの排気ガス中の窒素酸化物を還元するための還元剤を貯留する還元剤タンクと、前記内燃機関の排気管に対して取り付けられて前記還元剤タンクからの還元剤を前記排気管内の排気ガス中に噴射する噴射弁とを有する車両の還元剤解凍装置であって、冷却水の第１冷却水流路と冷却水の第２冷却水流路と開閉弁とオリフィスとを備える。第１冷却水流路は、内燃機関の冷却水が循環する冷却水循環流路から分岐して、噴射弁を通って冷却水循環流路へ戻る。第２冷却水流路は、第１冷却水流路のうち噴射弁よりも上流側に設けられる分岐部から分岐して還元剤タンクを通って冷却水循環流路側へ戻る。開閉弁は、第２冷却水流路に設けられる。オリフィスは、第１冷却水流路のうち分岐部よりも下流側に設けられて、第１冷却水流路を部分的に縮径させる。オリフィスは、第１冷却水流路を部分的に縮径させる内径を有する筒状に形成され、第１冷却水流路のうち分岐部と噴射弁との間の領域を区画する管、または第１冷却水流路のうち噴射弁よりも下流側を区画する管の内部に挿入される。オリフィスが挿入される上記管は、ゴム製のホースであり、オリフィスは、ホースの内径よりも大きな外径を有する円筒状である。

上記構成では、還元剤タンク内の還元剤が凍結している場合に開閉弁を開放すると、冷却水循環流路側からの冷却水が分岐部を介して第２冷却水流路を流通する。第２冷却水流路は、還元剤タンクを通っているので、内燃機関の冷却水を利用して還元剤タンク内の還元剤を解凍することができる。

また、第１冷却水流路のうち分岐部よりも下流側には、第１冷却水流路を部分的に縮径させるオリフィスが設けられる。このため、第１冷却水流路のうち分岐部よりも下流側の全域を縮径する場合とは異なり、第１冷却水流路を部分的に縮径させるオリフィスを設けるという簡単な構造で、噴射弁側への冷却水の流量を抑えることができ、還元剤タンク側への冷却水の流量を十分に確保することができる。

また、オリフィスは、筒状に形成され、第１冷却水流路を区画する管の内部に挿入される。このように、筒状のオリフィスを第１冷却水流路の管の内部に挿入するという簡易な構造で、噴射弁側への冷却水の流量を抑えて、還元剤タンク側への冷却水の流量を十分に確保することができる。

本開示によれば、簡単な構造で噴射弁側への冷却水の流量を抑えつつ、還元剤タンク側への冷却水の流量を十分に確保することができる。

本発明の一実施形態に係る車両の還元剤解凍装置の概略構成図である。 冷却水ホースとオリフィスの断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る還元剤解凍装置１０は、ディーゼルエンジン（内燃機関）２（以下、「エンジン２」という。）から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化するＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムを備える車両１に適用される。ＳＣＲシステムでは、液体還元剤（本実施形態では、尿素水）が加水分解されて生成されるアンモニアを用いて、排気ガス中のＮＯｘを還元している。エンジン２に接続された排気管３には、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲ触媒４が配設される。排気管３のうちＳＣＲ触媒４よりも排気上流側には、尿素水を排気管３の内部の排気流路５へ噴射するドージングバルブ（噴射弁）６が接続される。尿素水は、還元剤タンク７に貯留され、排気管３の内部の排気流路５へ尿素水を噴射する際に、サプライモジュール８によって吸引されてドージングバルブ６へ圧送され、エンジン２が停止してドージングバルブ６からの尿素水の噴射が停止した後、還元剤タンク７へ戻される。なお、図１中の破線は、尿素水の流路を示す。

車両１には、エンジン２の冷却水（以下、単に「冷却水」という。）を冷却するためのラジエータ（熱交換器）９が設けられ、エンジン２とラジエータ９との間には、冷却水を循環させる冷却水循環流路１１が設けられる。冷却水は、冷却水循環流路１１に設けられる冷却水ポンプ１８によって圧送されて、冷却水循環流路１１を循環する。

還元剤解凍装置１０は、エンジン２の冷却水をドージングバルブ６へ循環させるための第１冷却水流路１２と、エンジン２の冷却水を還元剤タンク７へ循環させるための第２冷却水流路１３と、第２冷却水流路１３に設けられる開閉弁１４と、第１冷却水流路１２に設けられるオリフィス１５とを備える。

第１冷却水流路１２は、エンジン２の冷却水を利用してドージングバルブ６を冷却するための冷却水の流路であって、冷却水循環流路１１から分岐してドージングバルブ６を通って冷却水循環流路１１へ戻るように配設される。第１冷却水流路１２のうちドージングバルブ６よりも冷却水の流通方向の上流側（以下、単に「上流側」という。）には、分岐部１６が設けられ、ドージングバルブ６よりも冷却水の流通方向の下流側（以下、単に「下流側」という。）には、合流部１９が設けられる。第１冷却水流路１２のうちドージングバルブ６よりも上流側及び下流側には、第１冷却水流路１２を区画するゴム製のホース（管）１７（図２参照）が設けられる。

第２冷却水流路１３は、外気の低温時等に凍結した還元剤タンク７内の尿素水をエンジン２の冷却水を利用して解凍するための冷却水の流路であって、第１冷却水流路１２の分岐部１６から分岐して還元剤タンク７を通り、次にサプライモジュール８を通って冷却水循環流路１１側（本実施形態では、第１冷却水流路１２のうちドージングバルブ６よりも下流側の合流部１９）へ戻るように配設される。第２冷却水流路１３のうち、分岐部１６と還元剤タンク７との間（還元剤タンク７よりも上流側）には、開閉弁１４が設けられる。開閉弁１４は、図示しない制御装置によって制御され、還元剤タンク７の尿素水の温度に応じて開弁及び閉弁が切り換えられる。開閉弁１４は、還元剤タンク７の尿素水の温度に応じ、還元剤タンク７内の還元剤が凍結しない通常時には閉弁され、還元剤タンク７内の還元剤（尿素水）が凍結して還元剤を解凍する必要がある要解凍時には開弁される。冷却水は、開閉弁１４が閉弁されているときには、第２冷却水流路１３を流通せず、開閉弁１４が開弁されているときには、第２冷却水流路１３を流通する。

図１及び図２に示すように、オリフィス１５は、第１冷却水流路１２のうち分岐部１６よりも下流側且つ合流部１９よりも上流側（本実施形態では、第１冷却水流路１２のうちドージングバルブ６よりも下流側且つ合流部１９よりも上流側）の領域に配置され、第１冷却水流路１２を部分的に縮径させる。オリフィス１５は、第１冷却水流路１２を区画するゴム製のホース１７の内径Ｒ１よりも僅かに大きな外径Ｒ２を有する円筒状に形成され、ホース１７内に挿入される。オリフィス１５の内径Ｒ３は、ホース１７の内径Ｒ１よりも小さい。

上記のように構成された還元剤解凍装置１０では、還元剤タンク７内の尿素水が凍結して尿素水を解凍する必要がある要解凍時に開閉弁１４が開弁されると、冷却水循環流路１１からの冷却水が第１冷却水流路１２の分岐部１６から還元剤タンク７側へ流れてくる。このため、エンジン２の冷却水を利用して還元剤タンク７内の尿素水を解凍することができる。

また、第１冷却水流路１２のうち分岐部１６よりも下流側には、第１冷却水流路１２を部分的に縮径させるオリフィス１５が設けられる。このため、第１冷却水流路１２のうち分岐部１６よりも下流側の全域（前記領域のホース１７自体）を縮径する場合とは異なり、第１冷却水流路１２を部分的に縮径させるオリフィス１５を設けるという簡単な構造で、ドージングバルブ６側への冷却水の流量を抑えることができ、還元剤タンク７側への冷却水の流量を十分に確保することができる。このように、第１冷却水流路１２にオリフィス１５を設けない場合に比べ、還元剤タンク７側への冷却水の流量を十分に確保することができるので、還元剤タンク７内の尿素水の要解凍時に、還元剤タンク７内の尿素水を早期に解凍することができる。

また、ホース１７を切断して切断部の両側にフランジを設け、係るフランジ間にオリフィス板を挟む場合とは異なり、筒状のオリフィス１５をホース１７内に挿入するという簡易な構造で、ドージングバルブ６側への冷却水の流量を抑えて、還元剤タンク７側への冷却水の流量を十分に確保することができる。

なお、本実施形態では、オリフィス１５を、第１冷却水流路１２のうちドージングバルブ６よりも下流側且つ合流部１９よりも上流側に設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、第１冷却水流路１２のうち分岐部１６よりも下流側且つドージングバルブ６よりも上流側に設けてもよい。

また、本実施形態では、筒状のオリフィス１５をホース１７内に挿入したが、これに限定されるものではなく、例えば、ホース１７を切断して切断部の両側にフランジを設け、係るフランジ間にオリフィス板（板状のオリフィス）を挟んでもよい。

また、本実施形態では、第１冷却水流路１２を、エンジン２とラジエータ９との間を循環させる冷却水循環流路１１から分岐させたが、これに限定されるものではなく、エンジン２の冷却水が循環する流路（冷却水循環流路）であれば、他の冷却水循環流路（例えば、ＥＧＲクーラまたは水冷式インタークーラ等に循環する流路）から分岐させてもよい。

また、本実施形態では、第１冷却水流路１２の下流側を、エンジン２とラジエータ９との間の冷却水循環流路１１に接続したが、これに限定されるものではなく、エンジン２の冷却水が循環する上記他の冷却水循環流路に接続してもよい。

また、本実施形態では、第２冷却水流路１３の下流側を、第１冷却水流路１２のうちドージングバルブ６よりも下流側の合流部１９に接続したが、これに限定されるものではなく、エンジン２とラジエータ９との間の冷却水循環流路１１に接続してもよいし、或いは、エンジン２の冷却水が循環する上記他の冷却水循環流路に接続してもよい。すなわち、第２冷却水流路１３の下流側は、エンジン２の冷却水が循環する冷却水循環流路側（エンジン２とラジエータ９との間の冷却水循環流路１１を含む）へ戻るように配設されていればよい。

また、本実施形態では、開閉弁１４を、第２冷却水流路１３のうち分岐部１６と還元剤タンク７との間に設けたが、これに限定されるものではなく、第２冷却水流路１３に設けていればよい。

また、本実施形態では、還元剤タンク７内の還元剤が凍結しない通常時に、開閉弁１４を閉弁し、還元剤を解凍する必要がある要解凍時に開弁したが、これに限定されるものではなく、要解凍時以外（例えば、通常時）に開弁することがあってもよい。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

本開示に係る還元剤解凍装置は、ＳＣＲシステムを有する車両に広く適用することができる。

１：車両
２：エンジン（内燃機関）
３：排気管
６：ドージングバルブ（噴射弁）
７：還元剤タンク
１０：還元剤解凍装置
１１：冷却水循環流路
１２：第１冷却水流路
１３：第２冷却水流路
１４：開閉弁
１５：オリフィス
１６：分岐部
１７：ホース（管）

Claims (1)

1. 内燃機関からの排気ガス中の窒素酸化物を還元するための還元剤を貯留する還元剤タンクと、前記内燃機関の排気管に対して取り付けられて前記還元剤タンクからの還元剤を前記排気管内の排気ガス中に噴射する噴射弁とを有する車両の還元剤解凍装置であって、
   前記内燃機関の冷却水が循環する冷却水循環流路から分岐して、前記噴射弁を通って前記冷却水循環流路へ戻る冷却水の第１冷却水流路と、
   前記第１冷却水流路のうち前記噴射弁よりも上流側に設けられる分岐部から分岐して前記還元剤タンクを通って前記冷却水循環流路側へ戻る冷却水の第２冷却水流路と、
   前記第２冷却水流路に設けられる開閉弁と、
   前記第１冷却水流路のうち前記分岐部よりも下流側に設けられて、前記第１冷却水流路を部分的に縮径させるオリフィスと、を備え、
   前記オリフィスは、前記第１冷却水流路を部分的に縮径させる内径を有する筒状に形成され、前記第１冷却水流路のうち前記分岐部と前記噴射弁との間の領域を区画する管、または前記第１冷却水流路のうち前記噴射弁よりも下流側を区画する管の内部に挿入され、
   前記オリフィスが挿入される前記管は、ゴム製のホースであり、
   前記オリフィスは、前記ホースの内径よりも大きな外径を有する円筒状である
   ことを特徴とする車両の還元剤解凍装置。

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