JPWO2010119711A1 - 車両用の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

頻繁に内燃機関の運転及び停止が繰り返されるような形態の車両であっても、浄化処理が不十分なままで排気ガスが車両外部に排出されることが防止されるとともに、バッテリーの過剰な能力低下が防止される車両用の排気浄化装置を提供する。内燃機関の停止後に還元剤供給部内に残留する還元剤を回収するパージ処理を実行するためのパージ制御手段を備えた車両用の排気浄化装置において、パージ制御手段は、内燃機関の停止時に、内燃機関が所定時間以上再始動されないと判定された場合、又は、内燃機関の停止が所定のアイドリングストップ条件が成立したときに内燃機関を自動停止させる制御によるものでないと判定された場合のうちの少なくとも一方に該当する場合にパージ処理を実行する。

Description

本発明は、車両に搭載される排気浄化装置であって、内燃機関の排気通路内に還元触媒が配置され、還元剤供給部から供給される還元剤を排気ガスとともに還元触媒に導入することで、排気ガスの浄化処理を行う排気浄化装置に関するものである。特に、内燃機関の停止時に還元剤供給部内に残留する還元剤のパージ処理が行われる排気浄化装置に関するものである。
従来、車両の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置として、排気通路内に選択還元触媒等の還元触媒を配置し、還元剤タンクに貯蔵された尿素水溶液等の還元剤を還元剤供給部によって還元触媒よりも上流側の排気通路内に供給するように構成された排気浄化装置が多数知られている。
このような排気浄化装置では、内燃機関の停止後に、還元剤供給部内に還元剤が残留すると、溶媒の蒸発等により還元剤が濃縮されたり結晶化したりして還元剤供給部内に詰まりを生じるなどの不具合が生じる。そのため、内燃機関の停止後において、還元剤供給部内に存在する還元剤を還元剤タンクに回収するパージ処理が行われる（例えば、下記特許文献１参照）。パージ処理は、例えば、還元剤供給部のポンプを利用して還元剤を回収したり、還元剤供給部内に加圧空気を供給することで還元剤を回収したりすることによって行われることが一般的である。
特願２００３−２８２３５９号公報
しかしながら、宅配用途等に使用される業務用車両などのように、頻繁に走行及び停車を繰り返す車両の場合、短い期間で頻繁に内燃機関の運転及び停止が繰り返される。このような業務用車両において、内燃機関の停止時に必ず還元剤供給部のパージ処理が実行されるように設定されていると、内燃機関が停止する毎に頻繁にパージ処理が行われることになる。
また、近年においては、燃費の向上や排気ガス量及び騒音の低減等を目的として、車両の一時停止中に内燃機関を停止させるアイドリングストップ制御が実用化され始めている。アイドリングストップ制御では、所定のアイドリングストップ条件が成立すると燃料噴射が停止させられて内燃機関が自動停止する一方、所定の再始動条件が成立すると燃料噴射が再開させられて内燃機関が再始動する。
このように、頻繁に内燃機関が停止させられるアイドリングストップ制御を実行可能な車両においても、内燃機関の停止時に必ず還元剤供給部のパージ処理が実行されるように設定されていると、内燃機関が停止する毎に頻繁にパージ処理が行われることになる。
パージ処理後の内燃機関の再始動時には、還元剤供給部内に還元剤を再充填するなど、還元剤が供給可能な状態にまで復帰されなければ、還元触媒に還元剤を供給することができない。そのため、業務用車両やアイドリングストップ制御を実行可能な車両において、走行開始時に直ちに内燃機関を始動すると、再始動直後には排気ガスの浄化処理が不十分なままで排気ガスが車両外部に排出されることになる。一方、再始動時に還元剤が供給可能な状態にまで還元剤供給部を確実に復帰させてから内燃機関を始動するとすれば、走行可能な状態になるまでに時間を要し、実用的でない。
また、内燃機関の停止時にパージ処理を行う際には、バッテリーに蓄えられた電力が消費される。特に、寒冷地においては内燃機関の始動時の還元剤の解凍や還元剤の凍結防止のためにヒータを使用することもあり、電力消費量が著しく多い。しかしながら、業務用車両やアイドリングストップ制御を実行可能な車両は、内燃機関が始動されてから停止されるまでの１回あたりの走行距離や運転時間が短いため、走行時にバッテリーに蓄えられる電力量が少なくなりやすい。したがって、パージ処理を頻繁に実施すると、バッテリー電力の不足を生じやすい。さらに、内燃機関の始動及び停止が繰り返される業務用車両やアイドリングストップ制御を実行可能な車両において、内燃機関が停止されるごとにパージ処理が行われると、バッテリーの使用頻度が高まるためにバッテリーの急激な劣化が生じやすい。
そこで、本発明では、頻繁に内燃機関の運転及び停止が繰り返される業務用車両やアイドリングストップ制御を実行可能な車両であっても、浄化処理が不十分なままで排気ガスが車両外部に排出されることが防止されるとともに、バッテリーの過剰な能力低下が防止される車両用の排気浄化装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、車両に搭載された内燃機関の排気通路内に配置された還元触媒と、還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、還元剤タンクに貯蔵された還元剤を還元触媒に供給する還元剤供給部と、還元剤供給部を制御する制御装置と、を備えるとともに、制御装置が、内燃機関の停止後に還元剤供給部内に残留する還元剤を回収するパージ処理を実行するためのパージ制御手段を備えた車両用の排気浄化装置において、パージ制御手段は、内燃機関の停止時に、内燃機関が所定時間以上再始動されないと判定された場合、又は、内燃機関の停止が所定のアイドリングストップ条件が成立したときに内燃機関を自動停止させる制御によるものでないと判定された場合のうちの少なくとも一方に該当する場合にパージ処理を実行することを特徴とする車両用の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、制御装置は、内燃機関の停止時に内燃機関が所定時間以上再始動されないことを判別する再始動状態判定手段を備え、パージ制御手段は再始動状態判定手段によって内燃機関が所定時間以上再始動されないと判定された場合にパージ処理を実行することが好ましい。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、制御装置は、内燃機関の停止時からの経過時間をカウントするタイマを備え、再始動状態判定手段は、経過時間が予め設定された基準時間に到達した場合に、内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することが好ましい。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、制御装置は、車両の位置を検知可能な位置検知手段を備え、再始動状態判定手段は、車両が予め設定された所定位置に帰還し、かつ、内燃機関が停止された場合に、内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することが好ましい。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、車両は、パージ制御手段にパージ処理を強制実行させるためのパージスイッチを備え、再始動状態判定手段は、内燃機関の停止後、パージスイッチがオンにされた場合に内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することが好ましい。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、制御装置は、還元剤供給手段の冷却処理を実行させるための冷却処理手段を備え、パージ制御手段は、冷却処理が終了した後、パージ処理を実行可能とすることが好ましい。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、パージ制御手段は、内燃機関の停止が自動停止によるものであると判定された場合であっても、内燃機関の停止中に内燃機関のキースイッチがオフにされた場合には、内燃機関が停止してから又はキースイッチがオフにされてから所定時間以上内燃機関が再始動されないと判定されたときにパージ処理を実行することが好ましい。
また、本発明の車両用の排気浄化装置を構成するにあたり、排気浄化装置は、宅配業務に用いられる業務用車両、又は内燃機関の自動停止及び再始動を行うアイドリングストップ制御を実行可能な車両に備えられるものであることが好ましい。
本発明の車両用の排気浄化装置によれば、内燃機関の停止後に還元剤供給部内に残留する還元剤のパージ処理を実行するためのパージ制御手段が、内燃機関が所定時間以上再始動されないと判定された場合、又は、内燃機関の停止が所定のアイドリングストップ条件が成立したときに内燃機関を自動停止させる制御によるものでないと判定された場合のうちの少なくとも一方に該当する場合にパージ処理を実行するように構成されているので、内燃機関の停止後、比較的短い間に内燃機関が再始動される場合にはパージ処理が実行されないようになる。そのため、内燃機関の運転及び停止が頻繁に繰り返される場合において、内燃機関の再始動時に、還元剤が供給可能な状態に還元剤供給部を復帰させるまでの時間が不要になり、内燃機関の再始動後に短時間で還元剤供給部から還元剤が還元触媒に供給され、速やかに排気ガスの浄化処理が開始される。そのため、頻繁に内燃機関の運転及び停止が繰り返される車両において、再始動時に浄化処理が不十分な排気ガスが車両外部に排出されることが防止される。
また、本発明の車両用の排気浄化装置はパージ処理の実行回数が少なく抑えられるため、内燃機関の運転及び停止が繰り返されバッテリーの消費電力が大きい車両において、パージ処理のために消費される電力が少なく抑えられ、バッテリーの過剰な能力低下が防止される。特に、寒冷地では、外気温度が低いと還元剤タンクの加熱のためにバッテリーの電力消費が多くなるが、パージ処理の実行回数が少なくされればパージ処理による消費電力が少なく抑えられるため、バッテリーの電力不足や急激な劣化が防止されるとともに、バッテリーの容量を小さくすることもできる。
また、本発明の車両用の排気浄化装置において、内燃機関の停止時に内燃機関が所定時間以上再始動されないことを判別する再始動状態判定手段を備えることにより、内燃機関が所定時間以上再始動されない状態が容易にかつ確実に検出される。
また、本発明の車両用の排気浄化装置において、再始動状態判定手段が、内燃機関の停止時からの経過時間が予め設定された基準時間に到達した場合に内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することにより、内燃機関の停止時間に基づいて直接的に内燃機関が再始動されないことを認識でき、内燃機関の停止後に短時間で再始動される場合にパージ処理の実行が確実に防止される。
また、本発明の車両用の排気浄化装置において、再始動状態判定手段が、車両が予め設定された所定位置に帰還した場合に内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することにより、車両が営業所等に帰還して内燃機関を停止したことに基づいて内燃機関が再始動されないことを認識でき、運行途中でのパージ処理の実行が確実に防止される。
また、本発明の車両の排気浄化装置において、再始動状態判定手段が、パージスイッチがオンにされた場合に内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することにより、内燃機関が再始動されないことを車両の運転者等によって知らされたときに、速やかにパージ処理を実行させることができる。
また、本発明の車両用の排気浄化装置において、パージ制御手段が、還元剤供給部の冷却処理の終了後にパージ処理を実行することで、排気通路に接続されている還元剤供給部、特に、噴射弁に代表される還元剤吐出部等、耐熱温度が比較的低い部材の熱破損が確実に回避される。
また、本発明の車両用の排気浄化装置において、内燃機関の停止がアイドリングストップ制御による自動停止であると判定された場合であっても、内燃機関の停止中に内燃キースイッチがオフにされた場合には、内燃機関が所定時間以上再始動されないことを判定してパージ処理を実行することにより、運転者等の意思によって内燃機関が停止させられたときには所定時間経過後にパージ処理が実行されるようになる。
また、本発明の車両用の排気浄化装置において、排気浄化装置が、特定の車両に備えられるものであることにより、内燃機関の停止及び運転が頻繁に繰り返されるような車両において、内燃機関を速やかに再始動させつつ、浄化が不十分なままで排気ガスが車両外部に排出されることが防止され、さらには、バッテリーの過剰な能力低下が防止される。
本発明の実施の形態１に係る車両用の排気浄化装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用の排気浄化装置に用いる還元剤タンクを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用の排気浄化装置に用いる還元剤タンクの概略断面図である。 本発明の実施の形態１の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の制御装置の制御工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の制御装置の制御工程を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら、本発明の車両用の排気浄化装置にかかる実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
［第１の実施の形態］
１．車両用の排気浄化装置の全体構成
図１は排気浄化装置１０の全体構成を表す概略図を示している。この排気浄化装置１０は、内燃機関の運転及び停止が頻繁に繰り返される宅配車両や営業車両等の業務用車両に搭載されたディーゼルエンジンなどの内燃機関１１から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）を浄化する装置である。
排気浄化装置１０は、内燃機関１１の排気ガスが流れる排気通路１３内に還元触媒１６が配置された還元触媒部１５と、還元触媒部１５の下流に配置されて排気ガス中の排気微粒子を捕集可能なパティキュレートフィルタ１８が配置されたフィルタ部１７と、還元触媒部１５に供給される還元剤が貯蔵された還元剤タンク１９と、還元剤タンク１９に貯蔵された還元剤を還元触媒部１５より上流側の排気通路１３内に噴射する還元剤供給部２１と、還元剤供給部２１を制御する制御装置２３とを備える。この排気浄化装置１０に用いられる還元剤は、水中に尿素等の還元成分が溶解された水溶液、分散液、混合液などの水性液である。
還元触媒部１５は、還元剤とともに排気ガスを接触させることで、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元して無害化するための選択還元触媒などの還元触媒１６を備える。本実施形態では、この還元触媒部１５は排気マニホールド直下に配置されているため、パティキュレートフィルタ１８等の熱容量の大きい部材が上流側に存在せず、内燃機関１１の始動後に還元触媒１６を素早く活性温度に昇温することが可能となっている。
還元触媒１６の上流側及び下流側には各種のセンサ等が配置されており、還元触媒１６の温度、排気ガス中のＮＯX濃度、排気ガスの圧力などが検出され、制御装置２３へ伝達されるようになっている。ＮＯX濃度を検出するセンサが還元触媒１６の上流側と下流側とに設けられることで、還元剤噴射量の精密な制御が可能となるが、還元触媒１６の下流側に設けられるだけでもよい。
還元触媒部１５には、還元触媒１６の直下にアンモニアスリップ触媒２５が配置され、アンモニアの放出が防止されている。アンモニアスリップ触媒２５の活性温度は還元触媒１６の活性温度よりも低いため、還元触媒１６が活性状態ならば、アンモニアスリップ触媒２５も活性状態と判断できるため、アンモニアスリップ触媒２５には温度センサが不要である。
フィルタ部１７は、排気ガス中の排気微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ１８を備えている。ここでは、フィルタ部１７を排気通路１３のテールパイプ直前に配置することでマフラーが省略されている。このフィルタ部１７では、捕集された微粒子の積算量を、例えばフィルタ部１７の上流側と下流側との差圧等に基づいて検出し、所定の時期にパティキュレートフィルタ１８の加熱再生が行われるようになっている。
本実施形態の業務用車両用の排気浄化装置１０では、一日の業務中、即ち、業務用車両の運行期間中には頻繁に内燃機関１１の運転及び停止が繰り返されるものの、全体の走行距離は多くならないために、業務中の運行期間中には加熱再生が行われずに、営業所等に戻ったときなどの業務用車両の運行終了時に強制的に加熱再生が行われるように設定されている。また、この強制的な加熱再生は、加熱再生用の電気ヒータがフィルタ部１７に内蔵され、外部電源により加熱されるように構成されており、加熱再生のための複雑な制御が簡略化されるとともに、部品点数が少なくなって、排気浄化装置が安価に構成される。また、パティキュレートフィルタ１８の加熱再生に燃料が使用されないため、燃料消費が抑えられて好適である。
還元剤タンク１９は、図２及び図３に示すように、車両に固定して設けられたタンク収容部２７内に着脱可能に装着されている。この還元剤タンク１９は、使用者が手に持って運べる程度に容量が小さく形成されており、例えば業務用車両用の排気浄化装置で一日に使用される分量程度の容積に形成されている。タンク本体２９は、二重構造で断熱性が高くなっており、例えば、還元剤が収容される内部容器３１が断熱ガラスで形成され、内部容器３１と外部容器３３との間が気密性を保つ構造としたり、内部容器３１及び外部容器３３が金属材料により形成されて、その間に断熱材が充填された構造としたりすることができる。
蓋体３５は、タンク本体２９と同様の二重構造に形成されるとともに、一部に蓋体３５を貫通する大気導入部３７が設けられている。大気導入部３７は、例えば貫通孔に多孔質部材を配置して形成され、還元剤が使用されて液面が低下した際、外部から大気を導入可能に構成されている。この大気導入部３７では多孔質部材が配置されることで、大気導入部３７からの還元剤の漏洩が防止されている。
還元剤タンク１９の底部には、還元剤を加熱するためのヒータ３９が設けられるとともに、温度センサ４１、残量センサ４３等が配設されている。ヒータ３９は図示しない車両のバッテリーからの電力により通電可能であるとともに外部電源投入部４４により外部電源からの電力により通電可能に構成され、車載時にはバッテリーからの電力を利用し、車両から離脱させたときに外部電源からの電力を利用して通電されるようになっている。
この還元剤タンク１９では、収容された還元剤が凍結しない状態で所定の温度に保たれることが好ましく、温度センサ４１、残量センサ４３等の検出結果に基づいてヒータ３９の熱量を調整するための加熱制御部４５が還元剤タンク１９の下部に設けられている。
また、この還元剤タンク１９では、車載時に各センサやヒータなどの電気回路を車両と接続するためのコネクタ４７が設けられており、更に、還元剤の取り出し路や返送路を車両側の流路に接続するためのコネクタ４８、４９が設けられている。これらの各コネクタ４７〜４９は何れもワンタッチコネクタとされ、還元剤タンク１９の着脱時の作業性の向上が図られている。ワンタッチコネクタは、車両側の流路に接続された状態で内部に連通路が形成され、車両側の流路から離脱させたときにコネクタ４７〜４９内の流路が閉塞されるように構成されている。
一方、車両に固定されたタンク収容部２７は、還元剤タンク１９を安定的に固定して収容可能な構造を有し、施錠可能な開閉扉５１が設けられている。このタンク収容部２７では、還元剤を使用中に還元剤タンク１９が離脱されることは好ましくないため、開閉扉５１が制御装置２３により施錠及び開錠可能に構成されており、制御装置２３において、例えば、内燃機関１１の運転中の還元剤が消費される間や、後述するパージ処理の間には、開閉扉５１の開閉ができないようにされる。
なお、開閉扉５１の施錠時又は開錠時を認識しやすくするために、タンク収容部の外表面にパイロットランプ５２等を設けるようにしてもよい。このパイロットランプ５２は、例えば、開閉扉５１の施錠時に点灯され、開閉扉５１の開錠時に消灯される。
このような構成の還元剤タンク１９は着脱可能とされていることで、寒冷地等において、車両の運行停止時に、還元剤タンク１９を車両から離脱させて保温や加熱することが可能であり、還元剤の凍結が防止されやすい。還元剤が凍結している場合には、還元剤タンク１９を取り外して室内などで外部電源を用いて解凍すれば比較的短時間で解凍されやすい。また、車載時には、同じヒータ３９によりバッテリーからの電力で還元剤タンク１９内の還元剤が所定の温度に維持可能となっている。
図１に戻り、還元剤供給部２１は、還元剤を排気通路１３内の還元触媒部１５の上流側に吐出又は噴出可能な還元剤吐出部５５と、還元剤を還元剤タンク１９から還元剤吐出部５５まで送液するための還元剤送液路５３と、還元剤吐出部５５側に送液された還元剤の一部を還元剤タンク１９に排出するための還元剤排出路５７と、還元剤送液路５３の途中に設けられた送液作動部５９とを備える。
還元剤送液路５３は、還元剤タンク１９と還元剤吐出部５５との間に形成された配管経路である。還元剤排出路５７には、送液される還元剤に背圧を負荷することで、還元剤送液路５３内の還元剤を所定圧に維持するためのオリフィスやプレッシャレギュレータなどの背圧部が設けられている。
送液作動部５９は、詳細な図示は省略されているが、還元剤を圧送するためのポンプ、還元剤中の異物を除去する異物フィルタ、ポンプの駆動による還元剤の流れ方向を正方向と逆方向に切換える流路切換弁等を備えている。
したがって、還元剤を排気通路１３に供給する際には還元剤の流れ方向が還元剤タンク１９から還元剤吐出部５５に向かう正方向にされ、ポンプの駆動によって還元剤吐出部５５に還元剤を圧送可能になっている。また、還元剤を還元剤タンク１９に回収するパージ処理が実施される際には、還元剤の流れ方向が還元剤吐出部５５から還元剤タンク１９に向かう逆方向にされ、ポンプの駆動によって還元剤供給部２１内に残留する還元剤が還元剤タンク１９に回収される。
本実施形態では、還元剤吐出部５５は電磁制御式の還元剤噴射弁が用いられている。この還元剤噴射弁は、コイルへの通電によって可動子を進退動させる電磁ソレノイドを備えており、この電磁ソレノイドや、還元剤噴射弁のハウジングを構成する樹脂部分は、耐熱温度が比較的低くなっている。そのため、還元剤吐出部５５の周りには、還元剤吐出部５５の冷却手段として、内燃機関１１の冷却に用いられる冷却水が流通する冷却水通路５が形成されている。
冷却水通路５は、内燃機関１１の冷却水循環通路から分岐して、再び冷却水循環通路に合流するように構成されており、冷却水通路５の途中には冷却水流量調節弁７が備えられている。この冷却水流量調節弁７は、制御装置２３によって開閉制御が行われ、還元剤吐出部５５の温度が所定温度以下に保持されるように制御が行われる。
ただし、還元剤供給部２１の構成やパージ処理を実行する手段、還元剤吐出部５５の冷却手段の構成については上述した例に限られるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、還元剤吐出部５５の冷却手段は、内燃機関１１の冷却水を循環させる構成以外に、還元剤が還元剤吐出部５５を経由して還元剤タンク１９に戻されるように還元剤を循環させる構成とすることができる。
２．制御装置
図４は、本実施形態の業務用車両用の排気浄化装置１０に備えられた制御装置２３の構成を機能的なブロックで表したものである。この制御装置２３は、内燃機関１１の運転時に還元剤供給部２１の動作を制御する還元剤噴射制御手段６３と、内燃機関１１の稼働停止時に還元剤供給部２１の動作を制御する停止時制御手段６５と、還元剤供給部２１の還元剤送液路５３の冷却処理を実施するための冷却処理手段７３と、パティキュレートフィルタの強制加熱再生を実施するためのフィルタ再生手段７５とを有する。これらの各手段は、具体的にはマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。
還元剤噴射制御手段６３は、内燃機関１１の運転中に、内燃機関１１から排出される排気ガスを浄化するための還元剤の噴射制御を行うように構成され、内燃機関１１の運転状態や排気通路１３中に設けられたＮＯXセンサのセンサ値Snox等に基づいて送液作動部５９、還元剤吐出部５５等の動作制御を行うことで、排気ガス中のＮＯX量に応じた還元剤を還元剤供給部２１から排気通路１３内に供給させることが可能となっている。
冷却処理手段７３は、冷却水通路５に備えられた冷却水流量調節弁７の開閉制御を行うことで、還元剤吐出部５５の冷却処理を実施するように構成されている。内燃機関１１の運転中だけでなく内燃機関１１の停止後においても、排気通路１３内に残存する熱量によって還元剤吐出部５５の温度が上昇する場合があるため、冷却処理手段７３は、内燃機関１１の停止後にも還元剤供給部２１の冷却処理を実行するように構成されている。そして、冷却処理手段７３は、冷却処理の完了後にパージ制御手段６７に対して冷却処理完了信号を出力する。
停止時制御手段６５は、内燃機関１１の停止時に、還元剤供給部２１を所定の状態に維持するための制御を行うように構成され、還元剤供給部２１内の還元剤のパージ処理を実施するためのパージ制御手段６７と、内燃機関１１の停止時に内燃機関１１が所定時間以上再始動されないことを判別する再始動状態判定手段６９と、後述する各種の情報を検知して検知結果を再始動状態判定手段６９に伝達する状態検知手段７１と、内燃機関１１が所定時間以上再始動されないことを判別するための基準となる情報が記憶された記憶手段７８とを備えている。
状態検知手段７１は、内燃機関１１の運転状態を検知する運転状態検知手段７７と、内燃機関１１が停止した時点からの経過時間を検知するタイマ部７９とを備え、タイマ部７９で検知された経過時間が再始動状態判定手段６９に伝達されるように構成されている。運転状態検知手段７７は、少なくとも内燃機関１１が停止したことを検出できるように構成されている。内燃機関１１の停止は、例えば、機関回転数Neがゼロあるいは所定値以下になったとき、あるいは、内燃機関１１のキースイッチのオフ信号が検出されたときに検出されるように構成することができる。また、車両の運転席等にはパージ処理を実行させるためのパージスイッチ８１が設けられており、このパージスイッチ８１からの入力が再始動状態判定手段６９へ伝達されるように構成されている。
パージ制御手段６７は、内燃機関１１の停止後に、還元剤吐出部５５を閉じるとともに流路切換弁によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り替え、ポンプを作動することで、還元剤供給部２１内に残留する還元剤が還元剤タンク１９に戻されるパージ処理を実行するように構成されている。
記憶手段７８は、内燃機関１１が停止してからの経過時間によって内燃機関１１が以後所定時間以上再始動されないと判定するための基準時間が予め記憶されている。予め記憶される停止時からの基準時間は特に制限されるものではなく、所望の時間に設定されるが、例えば、頻繁に内燃機関１１の運転及び停止が繰り返される業務用車両の場合には５分〜２０分に設定することが好ましい。
再始動状態判定手段６９は、タイマ部７９及びパージスイッチ８１から伝達される信号に基づき、内燃機関１１が所定時間以上再始動されないことを判別し、内燃機関１１が再始動されないと判定されたときにはその直後、或いは、適宜な時間経過後に、パージ処理の実行を開始するためのパージ処理開始信号をパージ制御手段６７に出力するように構成されている。
ここで、内燃機関が再始動されない所定時間とは、業務用車両が運行を終了したり運転者が長時間の休憩に入ったりすることで長時間業務用車両の走行が行われないと判断し得る時間である。
本実施形態では、再始動状態判定手段６９は、内燃機関１１の停止時からの経過時間が記憶手段７８に予め記憶された基準時間に到達したとき、又は内燃機関１１の停止時にパージスイッチがオンにされたときに、内燃機関１１が以後所定時間以上再始動されないと判別される。
また、本実施形態では、再始動状態判定手段６９による判定とは別に、冷却処理手段７３による還元剤供給部２１の冷却処理が完了するまでは、パージ制御手段６７によってパージ処理が開始されないようになっている。したがって、この冷却処理完了時以降に再始動状態判定手段６９で内燃機関１１が所定時間以上再始動されないと判定されているときにパージ処理の実行が開始される。
フィルタ再生手段７５は、パージ制御手段６７と同様に、内燃機関１１が所定時間以上再始動されないことが判別されたときに、フィルタ部１７に備えられた電気ヒータに通電し、パティキュレートフィルタ１８の加熱再生を行うように構成されている。
３．還元剤供給時の排気浄化装置の動作
これまで説明した構成の排気浄化装置１０は、内燃機関１１の通常の運転時においては、内燃機関１１の運転状態や各センサ等の情報に基づいて、還元剤供給部２１が制御装置２３の還元剤噴射制御手段６３により動作制御されて、排気浄化処理が行われる。
この内燃機関１１の運転時には、還元剤タンク１９に貯蔵された還元剤が所定圧力で還元剤吐出部５５に供給されており、この状態で、還元剤吐出部５５が開閉制御されることで還元剤が吐出され、排気通路１３内の還元触媒部１５の上流側に還元剤が供給される。この還元剤が内燃機関１１からの排気ガスとともに還元触媒１６に接触し、排気ガス中のＮＯXが還元されて無害化する処理が行われる。
４．パージ制御方法
また、上述の構成の排気浄化装置１０は、内燃機関１１の停止時においては、停止時制御手段６５によりパージ制御が行われる。
図５は、本実施形態の排気浄化装置１０の制御装置２３によって行われるパージ制御方法の制御フローの一例を示している。まず、ステップＳ１１で機関回転数やキースイッチのオフ信号に基づいて内燃機関１１の停止が検知されると、ステップＳ１２でタイマ部７９が作動を開始するとともに、ステップＳ１３で、還元剤供給部２１の冷却処理が開始される。
次いで、ステップＳ１４では、タイマ部７９でカウントされる経過時間が基準時間を経過したか否かが判別され、経過時間が基準時間を経過している場合にはステップＳ１８に進む一方、経過時間が基準時間を経過していない場合にはステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、パージスイッチ８１がオンにされているか否かが判定され、パージスイッチ８１がオンにされている場合にはステップＳ１８に進む一方、パージスイッチ８１がオフの場合にはステップＳ１６に進む。
そして、ステップＳ１６では、内燃機関１１が再始動されたか否かが判別され、内燃機関１１が再始動されていなければステップＳ１４に戻る一方、内燃機関１１が再始動されているときにはステップＳ１７でタイマ部７９のカウントがリセットされて本ルーチンを終了する。
ステップＳ１４で、タイマ部７９でカウントされる経過時間が基準時間を経過し、又はステップＳ１５で、パージスイッチ８１がオンにされているときに進んだステップＳ１８では、還元剤供給部２１の冷却処理が完了しているか否かが判別される。冷却処理が完了していなければステップＳ１６に進んで、内燃機関１１が再始動しているか否かが判別される一方、冷却処理が完了している場合にはステップＳ１９に進む。
ステップＳ１９では、パージ処理が実行開始され、次いで、ステップＳ２０でパージ処理が完了したか否かが判別される。パージ処理が完了していればステップＳ２１に進み、還元剤タンク１９が収容されるタンク収容部２７の施錠が解除され、パイロットランプ５３を消灯させた後、ステップＳ１７でタイマ部７９のカウントがリセットされて本ルーチンを終了する。一方、パージ処理が完了していなければ、ステップＳ２２に進み、内燃機関１１が再始動されたか否かが判別される。
内燃機関１１が再始動されていなければステップＳ２０に戻る一方、内燃機関１１が再始動されているときにはステップＳ２３でパージ処理を中止し、ステップＳ１７でタイマ部７９のカウントがリセットされて本ルーチンを終了する。
パージ処理が完了した状態でルーチンを終了した場合には、その後、例えば、翌日などの次の営業を開始するときに内燃機関１１が始動されるまでの間、還元剤タンク１９内の還元剤が凍結することを防止するために、運転者等が還元剤タンク１９をタンク収容部２７から離脱させて屋内などに保管することが可能になる。そして、次回の車両の運行時に、再び還元剤タンク１９がタンク収容部２７に装着されて利用に供される。
以上のようなパージ制御方法によれば、内燃機関１１の停止期間に還元剤供給部２１内に残留する還元剤のパージ処理を実行するためのパージ制御手段６７と、内燃機関１１の停止時に内燃機関１１が所定時間以上再始動されないことを判別する再始動状態判定手段６９とを備えているので、業務用車両のように内燃機関１１の運転及び停止の繰り返し頻度が高い場合に、内燃機関１１が停止する毎にパージ処理が実行されることが防止される。
そのため、内燃機関１１の停止後、短時間で再始動される時に、還元剤を供給可能な状態に復帰するまでの時間が不要になり、内燃機関１１の再始動後に速やかに還元剤供給部２１から還元剤が還元触媒部１５に供給され、短時間で排気ガスの浄化処理が開始される。したがって、頻繁に内燃機関１１の運転及び停止が繰り返される車両であっても、浄化処理が不十分な排気ガスが車両外部に排出されることが防止される。
また、パージ処理の実行回数が少なく抑えられるため、内燃機関１１の運転及び停止が繰り返されるバッテリーの消費電力が大きい車両において、パージ処理のために消費される電力が少なく抑えられ、バッテリーの過剰な能力低下が防止される。特に、寒冷地では、外気温度が低いときに、還元剤タンク１９の加熱のためにバッテリーの電力消費が多くなるが、パージ処理の実行回数が少なくされればパージ処理による消費電力が少なく抑えられ、寒冷地でのバッテリーの過剰な能力低下が防止される。
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる車両用の排気浄化装置は、制御装置２３の再始動状態判定手段１６９の判定要素として、第１の実施の形態と同様の内燃機関１１の停止時からの経過時間及びパージスイッチ８１のオンオフだけでなく、さらに、車両が予め設定された所定位置に帰還したことも加えられている。本実施形態においても、宅配車両や営業車両等の業務用車両に備えられている排気浄化装置を例に採って説明する。
１．制御装置
図６は、本実施形態の制御装置１２３の構成を機能的なブロックで表したものである。この制御装置１２３は、停止時制御手段１６５の状態検知手段１７１に、第１の実施の形態の制御装置２３と同様に運転状態検知手段７７を備えるとともに、さらに、時刻を検知する時刻検知手段８５と、車両の位置を検知する位置検知手段８７とを備えている。
位置検知手段８７は、業務用車両に搭載されたナビゲーションシステム８９等から車両の現在位置を示す位置情報を取得して再始動状態判定手段１６９に伝達するように構成されている。また、時刻検知手段８５は、業務用車両に備えられた時計、或いは時刻検知手段８５の構成に含まれる時計等から現在時刻を検知して再始動状態判定手段１６９に伝達するように構成されている。
また、記憶手段７８には、業務用車両の運行停止予定位置が予め記録されているとともに、業務用車両を用いた運行停止予定時刻が予め記録されている。ここで、運行停止予定位置は、例えば、宅配用車両の場合、営業所や車両の保管場所など、適宜設定することが可能である。また、運行停止予定位置として複数の位置を記録しておくこともできる。また、運行停止予定時刻は、例えば宅配用車両の場合、営業所への帰還予定時刻や休憩開始時刻など、適宜設定することが可能である。また、運行停止予定時刻として複数の時刻を設定しておくこともできる。
そして、再始動状態判定手段１６９は、時刻検知手段８５、位置検知手段８７、パージスイッチ８１から伝達される信号に基づき、内燃機関１１が所定時間以上再始動されないことを判別し、内燃機関１１が再始動されないと判定されたときにはその直後、或いは、適宜な時間経過後に、パージ処理の実行を開始するためのパージ処理開始信号をパージ制御手段６７に出力するように構成されている。
パージスイッチ８１がオンになったときに内燃機関１１が以後所定時間以上再始動されないと判定されることは第１の実施の形態と同様である。本実施形態では、さらに、業務用車両が予め設定された運行停止予定時刻以降に、運行停止予定位置に帰還し、内燃機関１１が停止されたときに、内燃機関１１が所定時間以上再始動されないと判定されるようになっている。
ここで説明した以外の各手段の構成については、第１の実施の形態の制御装置２３と同様であるため、説明を省略する。
２．パージ制御方法
図７は、本実施形態の排気浄化装置１０の制御装置１２３によって行われるパージ制御方法の制御フローの一例を示している。まず、第１の実施の形態の制御フローと同様に、ステップＳ１１で内燃機関１１の停止が検知されると、ステップＳ１２でタイマ部７９が作動を開始するとともに、ステップＳ１３で、還元剤供給部２１の冷却処理が開始される。
次いで、本実施形態の制御フローでは、ステップＳ３１で現在時刻が運行停止予定時刻を経過しているか否かが判別され、現在時刻が運行停止予定時刻を経過していない場合にはステップＳ１４に進む一方、現在時刻が運行停止予定時刻を経過している場合にはステップＳ３２に進み、業務用車両の現在位置が運行停止予定位置にあるか否かが判別される。業務用車両の現在位置が運行停止予定位置にある場合にはステップＳ１８に進む一方、業務用車両の現在位置が運行停止予定位置にない場合にはステップＳ１４に進む。そして、ステップＳ１４及びステップＳ１８以降は、第１の実施の形態で説明した各ステップと同様に進行する。
すなわち、本実施形態の制御フローでは、内燃機関１１の停止から基準時間が経過したか否かを判別するステップＳ１４やパージスイッチがオンになっているか否かを判別するステップＳ１５だけでなく、ステップＳ３１及びＳ３２が新たに追加され、現在時刻が運行停止予定時刻を経過しており、かつ、業務用車両の現在位置が運行停止予定位置にあるときにおいても、内燃機関１１が所定時間以上再始動されないと判別されてパージ処理の実行が開始される。
以上のような本実施形態のパージ制御方法であっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。特に、本実施形態では、再始動状態判定手段１６９は、業務用車両が予め設定された運行停止予定位置に帰還したときに内燃機関１１が所定時間以上再始動されないと判定するので、パージ処理を行う位置が特定され、業務中でのパージ処理が確実に防止される。
更に、ここでは、時刻検知手段８５によって現在時刻が運行停止予定時刻を経過しているかも判定されるため、宅配用車両の場合等において、宅配業務の途中で営業所等の運行停止予定位置に荷物を取りに戻るような場合には、パージ処理が行われなくなる。
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態にかかる車両用の排気浄化装置は、内燃機関の自動停止及び再始動を行うアイドリングストップ制御を実行可能な車両に備えられる排気浄化装置である。本実施形態にかかる排気浄化装置は、制御装置の構成以外は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明したものと同様に構成することができるため、以下、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と異なる点である制御装置の構成を中心に説明する。
本実施形態の排気浄化装置を構成する制御装置は、第１の実施の形態の制御装置又は第２の実施の形態の制御装置の各手段と併せて、あるいは、第１の実施の形態の制御装置又は第２の実施の形態の制御装置を構成する再始動状態判定手段に変えて、アイドリングストップ条件成立検出手段と、再始動条件成立検出手段とを備えている。これらの各手段についても、具体的にはマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものである。
アイドリングストップ条件成立検出手段は所定のアイドリングストップ条件の成立を検出すると、内燃機関への燃料噴射を停止させて内燃機関を自動停止させる。このアイドリングストップ条件成立検出手段によってアイドリングストップ条件の成立が検出されると、停止時制御手段に対して停止条件成立信号が送られる。
アイドリングストップ条件は、例えばエンジンスイッチがオンの状態にあること、ギアセンサの検出位置がニュートラルであること、ブレーキペダルセンサの検出位置が踏まれた状態にあること、機関回転数が所定の閾値以下であること、車速が０である状態が所定時間以上継続したこと等のうちの少なくとも一つ以上の条件がそろうこととすることができるが、これに制限されるものではない。
また、再始動条件成立検出手段は、内燃機関が自動停止状態にある間に所定の再始動条件の成立を検出すると、内燃機関への燃料噴射を再開させて内燃機関を再始動させる。再始動条件成立検出手段によって再始動条件の成立が検出されると、停止時制御手段に対して始動条件成立信号が送られる。
再始動条件は、内燃機関が自動停止状態にある間に、ギアセンサの検出位置がニュートラル状態から解除されたこと、アクセルペダルが踏まれたこと等のうちのいくつかの条件がそろうこととすることができるが、これに制限されるものではない。
そして、停止時制御手段は、停止条件成立信号を受け取ったときにはパージ制御手段によるパージ処理を禁止するようになっている。したがって、このように構成された本実施形態の制御装置において、内燃機関の停止がアイドリングストップ制御による自動停止である場合には、その停止時間にかかわらずパージ処理が禁止されるようになっている。アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止中のパージ処理の禁止は、停止時制御手段が後再始動条件成立信号を受け取ったときに解除される。
また、本実施形態の制御装置は、アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止中、再始動条件が成立する前に内燃機関のキースイッチがオフにされたときにおいても、停止時制御手段によるパージ処理の禁止が解除されるようになっている。この場合、再始動状態判定手段が備えられていない場合には速やかにパージ処理が実行され、再始動状態判定手段が備えられている場合には、第１の実施の形態又は第２の実施の形態で説明したフローにしたがい、内燃機関の停止時又はキースイッチがオフにされたときのいずれかの時点から所定時間以上、内燃機関が再始動されないと判定されたときにパージ処理の実行が開始されるようになっている。
以上のように、本実施形態の制御装置では、アイドリングストップ制御によって内燃機関の自動停止及び再始動が実行される場合には、再始動条件の成立時まで還元剤供給部からの還元剤の供給が可能な状態で維持されるため、内燃機関を速やかに再始動させても浄化が不十分なままで排気ガスが車両外部に排出されることが防止される。また、アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止のたびにパージ処理が頻繁に実行されることがないために、バッテリーの過剰な能力低下が防止される。

Claims (8)

  1. 車両に搭載された内燃機関の排気通路内に配置された還元触媒と、還元剤を貯蔵する還元剤タンクと、前記還元剤タンクに貯蔵された前記還元剤を前記還元触媒に供給する還元剤供給部と、前記還元剤供給部を制御する制御装置と、を備えるとともに、前記制御装置が、前記内燃機関の停止後に前記還元剤供給部内に残留する前記還元剤を回収するパージ処理を実行するためのパージ制御手段を備えた車両用の排気浄化装置において、
    前記パージ制御手段は、前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関が所定時間以上再始動されないと判定された場合、又は、前記内燃機関の停止が所定のアイドリングストップ条件が成立したときに前記内燃機関を自動停止させる制御によるものでないと判定された場合のうちの少なくとも一方に該当する場合に前記パージ処理を実行することを特徴とする車両用の排気浄化装置。
  2. 前記制御装置は、前記内燃機関の停止時に前記内燃機関が所定時間以上再始動されないことを判別する再始動状態判定手段を備え、前記パージ制御手段は前記再始動状態判定手段によって前記内燃機関が所定時間以上再始動されないと判定された場合に前記パージ処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の車両用の排気浄化装置。
  3. 前記制御装置は、前記内燃機関の停止時からの経過時間をカウントするタイマを備え、
    前記再始動状態判定手段は、前記経過時間が予め設定された基準時間に到達した場合に、前記内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することを特徴とする請求項２に記載の車両用の排気浄化装置。
  4. 前記制御装置は、前記車両の位置を検知可能な位置検知手段を備え、
    前記再始動状態判定手段は、前記車両が予め設定された所定位置に帰還し、かつ、前記内燃機関が停止された場合に前記内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用の排気浄化装置。
  5. 前記車両は、前記パージ制御手段に前記パージ処理を強制実行させるためのパージスイッチを備え、
    前記再始動状態判定手段は、前記内燃機関の停止後、前記パージスイッチがオンにされた場合に、前記内燃機関が以後所定時間以上再始動されないと判定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の車両用の排気浄化装置。
  6. 前記制御装置は、前記還元剤供給部の冷却処理を実行させるための冷却処理部を備え、
    前記パージ制御手段は、前記冷却処理が終了した後、前記パージ処理を実行可能とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用の排気浄化装置。
  7. 前記パージ制御手段は、前記内燃機関の停止が前記自動停止によるものであると判定された場合であっても、前記内燃機関の停止中に前記内燃機関のキースイッチがオフにされた場合には、前記内燃機関が停止してから又は前記キースイッチがオフにされてから所定時間以上前記内燃機関が再始動されないと判定されたときに前記パージ処理を実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用の排気浄化装置。
  8. 前記排気浄化装置は、宅配業務に用いられる業務用車両、又は前記内燃機関の自動停止及び再始動を行うアイドリングストップ制御を実行可能な車両に備えられるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用の排気浄化装置。
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