WO2011145568A1 - 排ガス浄化システム - Google Patents

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WO2011145568A1
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貴夫 小野寺
真未 發田
正信 嶺澤
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system that collects PM (Particulate Matter) in exhaust gas of a diesel engine and purifies NO x and exhausts it.
  • PM Porate Matter
  • An exhaust gas purification system in which a DPF (Diesel Particulate Filter) and an SCR (Selective Catalytic Reduction) device are connected to an exhaust pipe has been developed as an exhaust gas purification system for purifying exhaust gas from a diesel engine.
  • This exhaust gas purification system collects PM in exhaust gas with a DPF, and supplies urea water stored in a urea tank upstream of the exhaust gas of the SCR with an SCR system equipped with an SCR device. NH 3 is produced by this, and NO x is reduced and purified by the NH 3 on the SCR catalyst (see, for example, Patent Document 1).
  • This clogging is detected when the exhaust pressure sensor detects the differential pressure before and after the DPF, and when the differential pressure reaches the upper limit, the ECM (Engine Control Module) is automatically or manually performed.
  • the DPF warning lamp provided in the cabin is turned on and the driver presses the regeneration execution switch, the DPF regeneration is started.
  • the exhaust temperature is raised to about 600 ° C., and PM collected in the DPF is burned, removed, and regenerated by this high-temperature exhaust gas. That is, when the DPF is regenerated, high-temperature exhaust gas flows into the exhaust pipe, so that the DPF and the SCR device connected to the exhaust pipe are exposed to the high-temperature exhaust gas.
  • the amount of NH 3 that can be stored decreases as the temperature of the SCR catalyst increases due to its properties. Therefore, when DPF regeneration is started in a state where a large amount of NH 3 is stored in the SCR catalyst, the SCR catalyst is heated by the high-temperature exhaust gas, and NH 3 slip that releases NH 3 stored in the SCR catalyst and The so-called phenomenon occurs.
  • the urea water supply is stopped before DPF regeneration, the exhaust gas is purified only with NH 3 stored in the SCR catalyst, and the amount of NH 3 stored in the SCR catalyst is reduced. In addition, DPF regeneration is performed.
  • urea water is accumulated in a dosing valve (urea injector, dosing module) for injecting urea water during DPF regeneration. Since the dosing valve is provided facing the exhaust pipe, it is exposed to high-temperature exhaust gas during DPF regeneration. At this time, the urea water accumulated in the dosing valve also becomes high temperature.
  • a dosing valve urea injector, dosing module
  • the urea water in the dosing valve is heated by the high-temperature exhaust gas during DPF regeneration, the urea water in the dosing valve is crystallized and the valve body 129 is fixed as shown in FIG. Or, as shown in FIG. 6B, the urea 134 crystallized solid 134 is sandwiched between the valve body 129 and the valve seat of the cylinder 127, and the urea water injection cannot be stopped. As a result, the dosing valve malfunctions, and there is a risk that a proper urea water injection control cannot be performed.
  • an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system capable of preventing urea water from adhering in a dosing valve during DPF regeneration.
  • the invention of claim 1 includes a DPF connected to an exhaust pipe, an SCR device connected to a downstream side of the DPF, and an upstream side of the SCR device.
  • a dosing valve for injecting urea water a supply module that sucks up urea water in the urea tank and supplies the urea water to the dosing valve, and returns the urea water in the dosing valve to the urea tank, and NH that can be stored in the SCR catalyst
  • the DCU that controls the dosing valve and the supply module, and the PM accumulation amount in the DPF are detected, and the DPF ECM that controls the DPF regeneration by flowing hot exhaust gas through the DPF to regenerate the DPF, and the ECM permits the DCU to regenerate the DPF before the DPF regeneration A request is sent, and when the DCU that controls the dosing valve and the supply module, and the PM accumulation amount in the DPF are detected, and the DPF ECM that controls the DPF regeneration by flowing hot exhaust gas through the DPF to
  • the DCU when the DCU receives a DPF regeneration permission request from the ECM, the DCU controls the supply module to inject or return the urea water in the dosing valve to the urea tank in order to remove the urea water accumulated in the dosing valve. Then, after confirming that the NH 3 amount of the SCR catalyst has become equal to or less than the specified value, the exhaust gas purification system is configured to transmit the DPF regeneration permission to the ECM.
  • the DCU when the exhaust temperature is lower than a temperature at which the SCR catalyst is activated, and the exhaust temperature is equal to or higher than the temperature at which the urea water is crystallized, the DCU further includes the urea water in the dosing valve.
  • the DCU when the exhaust temperature is lower than a temperature at which the SCR catalyst is activated, and the exhaust temperature is equal to or higher than the temperature at which the urea water is crystallized, the DCU further includes the urea water in the dosing valve.
  • the invention of claim 4 is the exhaust gas purification system according to claim 2 or 3, wherein the temperature at which the SCR catalyst is activated is 190 ° C or higher, and the temperature at which the urea water is crystallized is 104 ° C or higher.
  • the supply module is provided between a urea tank and a dosing valve, and includes an SM pump that pumps urea water and a reverting valve that switches a liquid feed flow path by the SM pump.
  • the exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 4.
  • urea water can be prevented from sticking in the dosing valve during DPF regeneration.
  • an exhaust gas purification system 100 includes an SCR device 103 provided in an exhaust pipe 102 of an engine E, and urea on the upstream side (upstream side of exhaust gas) of the SCR device 103 provided facing the exhaust pipe.
  • Dosing valve (urea injector, dosing module) 104 for injecting water, urea tank 105 for storing urea water, supply module 106 for supplying urea water stored in urea tank 105 to dosing valve 104, and dosing valve And a DCU (Dosing Control Unit) 126 for controlling the 104, the supply module 106, and the like.
  • a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 107 In the exhaust pipe 102 of the engine E, a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 107, a DPF 108, and an SCR device 103 are sequentially arranged from the upstream side to the downstream side of the exhaust gas.
  • the DOC 107 is for oxidizing NO in the exhaust gas exhausted from the engine E into NO 2 and controlling the ratio of NO and NO 2 in the exhaust gas to increase the denitration efficiency in the SCR device 103.
  • the DPF 108 is for collecting PM in the exhaust gas.
  • the ECM 125 that controls the engine E detects the amount of PM accumulated in the DPF 108, and controls the DPF regeneration by flowing hot exhaust gas through the DPF 108 in order to regenerate the DPF 108.
  • the exhaust pipe 102 on the upstream side of the dosing valve 104 is provided with an exhaust temperature sensor 109 that measures the temperature of the exhaust gas at the inlet of the SCR device 103 (SCR inlet temperature).
  • An upstream NO x sensor 110 that detects the NO x concentration on the upstream side of the SCR device 103 is provided upstream of the SCR device 103 (here, upstream of the exhaust temperature sensor 109).
  • a downstream side NO x sensor 111 that detects the NO x concentration on the downstream side of the SCR device 103 is provided on the downstream side.
  • the supply module 106 includes an SM pump 112 that pumps urea water, an SM temperature sensor 113 that measures the temperature of the supply module 106 (the temperature of urea water flowing through the supply module 106), and the pressure of urea water in the supply module 106 (
  • the urea water pressure sensor 114 for measuring the pressure on the discharge side of the SM pump 112 and the urea water flow path are switched to supply urea water from the urea tank 105 to the dosing valve 104 or within the dosing valve 104.
  • a reverting valve 115 for switching whether to return the urea water to the urea tank 105.
  • the reverting valve 115 when the reverting valve 115 is OFF, the urea water from the urea tank 105 is supplied to the dosing valve 104, and when the reverting valve 15 is ON, the urea water in the dosing valve 104 is supplied to the urea tank 105. I tried to return it.
  • the supply module 106 uses the SM pump 112 to supply the urea water in the urea tank 105 to a liquid supply line (suction line) 116. And the excess urea water is returned to the urea tank 105 through a recovery line (back line) 118.
  • the reverting valve 115 When the key is OFF (ignition OFF, vehicle stop), the reverting valve 115 is switched so that the urea water in the dosing valve 104 is returned to the urea tank 105, and the dosing valve 104 is crystallized by urea water crystallization. The occurrence of malfunctions is prevented. As described above, control for returning the urea water in the dosing valve 104 to the urea tank 105 is referred to as “empting” in this specification.
  • the dosing valve 104 When performing the opening, the dosing valve 104 is opened in advance, and the urea water in the dosing valve 104 is returned to the urea tank 105 so that the exhaust gas (air) in the exhaust pipe 102 is discharged from the dosing valve 104 to the urea tank. I try to suck up to 105.
  • the liquid feeding line 116 from the urea tank 105 is connected to the suction side of the SM pump 112 via the reverting valve 115. Further, the SM pump 112 is connected to the dosing valve 104 via an outlet line 143 and a reverting valve 115 connected to the discharge side.
  • the reverting valve 115 can be switched between a line indicated by a solid line in the figure and a line indicated by a broken line in the figure.
  • the urea water can be supplied from the urea tank 105 to the dosing valve 104 and the urea water can be recovered from the dosing valve 104 to the urea tank 105.
  • the recovery line 118 is connected to a pressure feed line 117 connected to the dosing valve 104, and is configured to return urea water to the urea tank 105.
  • the urea tank 105 is provided with an SCR sensor 119.
  • the SCR sensor 119 includes a level sensor 120 that measures the level (level) of urea water in the urea tank 105, a temperature sensor 121 that measures the temperature of urea water in the urea tank 105, and a sensor in the urea tank 105. And a quality sensor 122 for measuring the quality of the urea water.
  • the quality sensor 122 detects the quality of the urea water in the urea tank 105 by detecting, for example, the concentration of urea water and whether or not a different mixture is mixed in the urea water from the propagation speed and electrical conductivity of the ultrasonic waves. To do.
  • a cooling line 123 for circulating cooling water for cooling the engine E is connected to the urea tank 105 and the supply module 106.
  • the cooling line 123 is configured to exchange heat between the cooling water passing through the urea tank 105 and flowing through the cooling line 123 and the urea water in the urea tank 105.
  • the cooling line 123 passes through the supply module 106 and exchanges heat between the cooling water flowing through the cooling line 123 and the urea water in the supply module 106.
  • the cooling line 123 is provided with a tank heater valve (coolant valve) 124 for switching whether or not to supply cooling water to the urea tank 105 and the supply module 106. Although the cooling line 123 is also connected to the dosing valve 104, the dosing valve 104 is configured to be supplied with cooling water regardless of whether the tank heater valve 124 is opened or closed. 1, the cooling line 123 is disposed along the liquid feeding line 116, the pressure feeding line 117, and the recovery line 118 through which the urea water passes.
  • FIG. 3 shows an input / output configuration diagram of the DCU 126.
  • the SM temperature sensor 113, the urea water pressure sensor 114, and an input signal line from the ECM 125 that controls the engine E are connected. From the ECM 125, signals of outside air temperature and engine parameters (engine speed, etc.) are input.
  • the lines are connected.
  • the input / output of signals between the DCU 126 and each member may be either input / output via individual signal lines or input / output via a CAN (Controller Area Network).
  • DCU126 includes a signal of the engine parameters from ECM125, based on the exhaust gas temperature from the exhaust temperature sensor 109, thereby estimating the amount of the NO x in the exhaust gas, the amount of the NO x in the exhaust gas estimated the SCR catalyst based on the Tamekomeru NH 3 amount is adapted to determine the urea water injected from the dosing valve 104, furthermore, when injected with urea water was determined by dosing valve 104, the upstream-side NO x sensor 110 Based on the detected value, the dosing valve 104 and the supply module 106 are controlled to adjust the amount of urea water injected from the dosing valve 104.
  • the NH 3 amount of the SCR catalyst may be estimated from measured values of the upstream NO x sensor 110 and the downstream NO x sensor 111, for example.
  • the exhaust gas purifying system 100 ECM125 transmits a DPF regeneration authorization request to DCU126 prior to DPF regeneration, the ECM125 when DCU126 its NH 3 amount is judged NH 3 amount of the SCR catalyst is less than a specified value A DPF regeneration permission is transmitted, and in response to this, the ECM 125 performs the DPF regeneration.
  • the DCU 126 when the DCU 126 receives the DPF regeneration permission request from the ECM 125, the DCU 126 stops the urea water injection by the dosing valve 104 in order to keep the NH 3 amount of the SCR catalyst below a specified value. As a result, the exhaust gas is purified only with NH 3 stored in the SCR catalyst, and the amount of NH 3 in the SCR catalyst decreases. When the amount of NH 3 in the SCR catalyst decreases below a specified value, the DCU 126 sends a DPF regeneration permission to the ECM 125. When the ECM 125 receives the DPF regeneration permission from the DCU 126, the ECM 125 starts the DPF regeneration.
  • the injection of urea water by the dosing valve 104 is stopped, and the NH 3 amount of the SCR catalyst is set to a specified value or less before the DPF regeneration, so that the high-temperature exhaust gas at the time of DPF regeneration Thus, the generation of NH 3 slip due to the release of NH 3 stored in the SCR catalyst is prevented.
  • the dosing valve 104 when the DPF regeneration permission request is received from the ECM 125, the dosing valve 104 is injected so as to inject the urea water in the dosing valve 104 in order to remove the urea water accumulated in the dosing valve 104.
  • the DCU 126 is configured to control the supply module 106, and then confirm that the NH 3 amount of the SCR catalyst has become equal to or less than the specified value and transmit the DPF regeneration permission to the ECM 125.
  • the urea water in the dosing valve 104 can be replaced with a non-high temperature urea water from the urea tank 105.
  • the injection of urea water from the dosing valve 104 may be stopped other than during the DPF regeneration.
  • the dosing valve 104 is normally closed when the SCR catalyst temperature (exhaust temperature) is less than the temperature at which the SCR catalyst is activated (in this embodiment, 190 ° C. as an example). Is sufficiently heated above the temperature at which the SCR catalyst is activated, the urea water injection from the dosing valve 104 is permitted.
  • the measured value of the exhaust temperature sensor 109 is regarded as the SCR catalyst temperature. That is, the exhaust temperature and the SCR catalyst temperature are the same.
  • the urea water injection from the dosing valve 104 is stopped. Since urea water crystallizes at about 104 ° C. to 160 ° C., for example, when the exhaust temperature is in the temperature range of 104 ° C. or higher and lower than 190 ° C., the dosing valve 104 that receives the heat of the exhaust gas in that temperature range is filled. The urea water may crystallize and cause the dosing valve 104 to malfunction.
  • the dosing valve The DCU 126 is configured to open the dosing valve 104 intermittently (for example, every 3 minutes) and to discharge a small amount of urea water intermittently from the dosing valve 104 in order to prevent the urea water from sticking in the 104. did.
  • the DCU 126 monitors the measured value of the exhaust temperature sensor 109.
  • the dosing valve 104 is intermittently opened, The urea water is configured to be intermittently discharged from the dosing valve 104.
  • the DCU 126 determines whether or not the exhaust gas temperature is equal to or higher than the temperature at which the urea water is crystallized and lower than the temperature at which the urea water is injected by monitoring the measured value of the exhaust gas temperature sensor 109.
  • a small amount of urea water is intermittently discharged from the dosing valve 104 when the temperature is above the temperature at which the urea water crystallizes and below the temperature at which the urea water is injected.
  • the DCU 126 repeats the following operation.
  • the DCU 126 determines whether or not a DPF regeneration permission request has been received from the ECM 125 (step 400).
  • step 400 When it is determined in step 400 that a DPF regeneration permission request has been received from the ECM 125, the DCU 126 determines whether or not the amount of NH 3 accumulated in the SCR catalyst is equal to or less than a specified value (step 401).
  • the DCU 126 transmits a DPF regeneration permission to the ECM 125 (step 402).
  • the SCR catalyst contains a NH 3 amount exceeding a specified value so that the exhaust gas can be sufficiently purified when the NO x amount in the exhaust gas changes suddenly. In the loop, it is determined that the specified value is exceeded.
  • step 401 When it is determined in step 401 that the NH 3 amount exceeds the specified value, the DCU 126 determines whether or not the urea water injection from the dosing valve 104 has been performed (step 403).
  • step 403 When it is determined in step 403 that urea water injection is not performed, the DCU 126 controls the dosing valve 104 and the supply module 106 to inject a small amount of urea water from the dosing valve 104 (step 404).
  • step 403 when it is determined in step 403 that the urea water injection has been performed, the DCU 126 stops the urea water injection from the dosing valve 104 (step 405).
  • step 403 the urea water injection from the dosing valve 104 is performed a plurality of times before one DPF regeneration, so that the decrease in the NH 3 amount of the SCR catalyst is delayed and the start of DPF regeneration is delayed. This is a step for preventing this.
  • This operation allows the urea water in the dosing valve 104 to be discharged before the DPF regeneration, so that the urea water can be prevented from sticking in the dosing valve 104 during the DPF regeneration.
  • the DCU 126 determines whether or not the exhaust temperature is equal to or higher than the temperature at which the SCR catalyst is activated (step 406).
  • step 406 When it is determined in step 406 that the exhaust temperature is equal to or higher than the temperature at which the SCR catalyst is activated, the DCU 126 starts injection of urea water according to the amount of NO x in the exhaust gas (step 407).
  • step 406 when it is determined in step 406 that the exhaust temperature is not equal to or higher than the temperature at which the SCR catalyst is activated, the DCU 126 is outside the range where the exhaust temperature is higher than the temperature at which the urea water is crystallized and less than the temperature at which the urea water is injected. It is determined whether or not (step 408).
  • step 408 When it is determined in step 408 that the exhaust temperature is not less than the temperature at which the urea water is crystallized and less than the temperature at which the urea water is injected, the DCU 126 stops the urea water injection (step 409).
  • step 408 when it is determined in step 408 that the exhaust temperature is in a range that is equal to or higher than the temperature at which the urea water is crystallized and less than the temperature at which the urea water is injected, Implement urea water injection.
  • the urea water in the dosing valve 104 can be discharged before it crystallizes. Therefore, when the urea water is not injected by the dosing valve 104, the urea water in the dosing valve 104 is discharged. Sticking can be prevented.
  • the urea water can be prevented from sticking in the dosing valve 104 during the regeneration of the DPF, and the urea water is not injected by the dosing valve 104.
  • the urea water can be prevented from sticking in the dosing valve 104.
  • the DCU 126 is configured to inject the urea water from the dosing valve 104 before the DPF regeneration. Instead, the urea water in the dosing valve 104 is returned to the urea tank 105 ( It may be configured to forcibly enter). Thereby, since the urea water in the dosing valve 104 can be removed, the urea water can be prevented from sticking in the dosing valve 104 during the DPF regeneration. Either intermittent injection or emptying is preferable depending on the exhaust gas temperature and the amount of NH 3 accumulated in the SCR catalyst.
  • the dosing valve 104 when the exhaust temperature is equal to or higher than the temperature at which urea water is crystallized and lower than the temperature at which the SCR catalyst is activated, the dosing valve 104 is intermittently opened, and a small amount of urea water is discharged.
  • the DCU 126 is configured to discharge intermittently from the inside. Instead, the dosing valve 104 is opened, the reverting valve 115 of the supply module 106 is switched, and the SM pump 112 is operated to forcibly empty. (Forced emptying) may be implemented.
  • the urea water in the dosing valve 104 can be removed before it is crystallized, so that the urea water is fixed in the dosing valve 104 when the dosing valve 104 is not sprayed with urea water. Can be prevented.

Abstract

 DPF再生中の、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止することができる排ガス浄化システムを提供する。 DCU126は、ECM125からDPF再生許可要求を受信したとき、ドージングバルブ104内に溜まった尿素水を除去すべく、ドージングバルブ104内の尿素水を噴射或いは尿素タンク105に戻すようサプライモジュール106を制御し、その後、SCR触媒のNH3量が規定値以下になったことを確認してECM125にDPF再生許可を送信するようにされる排ガス浄化システム100である。

Description

排ガス浄化システム
 本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のPM(Particulate Matter)を捕集すると共にNOxを浄化して排気する排ガス浄化システムに関するものである。
 ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化して排気する排ガス浄化システムとして、排気管にDPF(Diesel Particulate Filter)及びSCR(Selective Catalytic Reduction)装置を接続した排ガス浄化システムが開発されている。
 この排ガス浄化システムは、DPFで、排気ガス中のPMを捕集し、SCR装置を備えたSCRシステムで、尿素タンクに貯留された尿素水をSCRの排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でNH3を生成し、このNH3によって、SCR触媒上でNOxを還元して浄化するものである(例えば、特許文献1参照)。
 DPFで捕集したPMは、フィルタの目詰まりの原因となるため、捕集堆積したPMを適宜酸化させ、除去して再生する必要がある。
 この目詰まりの検出は、排気圧センサがDPF前後の差圧を検知し、その差圧が上限値に達したときに、ECM(Engine Control Module)が自動的に、或いは手動で行う場合には、キャビン内に設けられたDPF警告灯を点灯し、ドライバーが再生実行スイッチを押すことで、DPF再生が開始される。
 DPF再生は、排気温度を600℃程度に上昇させ、この高温の排気ガスでDPFに捕集されたPMを燃焼させ、除去して再生するものである。つまり、DPF再生時には高温の排気ガスが排気管内に流されるので、排気管に接続されたDPF及びSCR装置は高温の排気ガスに曝される。
 ところで、SCR触媒は、その性質上、高温になるにつれてNH3を溜め込める量が減少する。そのため、SCR触媒にNH3が多量に溜め込まれた状態でDPF再生が開始されると、高温の排気ガスによってSCR触媒が加熱され、SCR触媒に溜め込まれたNH3が放出されるNH3スリップと言われる現象が生じる。
 このNH3スリップを回避すべく、DPF再生前に尿素水の供給を停止し、SCR触媒に溜め込まれたNH3のみで排気ガスの浄化を行い、SCR触媒に溜め込まれたNH3の量を減らした上で、DPF再生を行うようにしている。
特開2000-303826号公報
 このようにDPF再生時には尿素水の供給を停止しているので、DPF再生時には尿素水を噴射するためのドージングバルブ(尿素噴射装置、ドージングモジュール)内に尿素水が溜まった状態となっている。ドージングバルブは、排気管内に臨んで設けられるので、DPF再生時には高温の排気ガスに曝される。このとき、ドージングバルブ内に溜まった尿素水も高温となる。
 図5に示すように、尿素水は、沸点であるC℃以上の温度になると、その水分が蒸発を開始し、固形物wを経てガスαが生成される。ガスαは、D℃程度で結晶化し、固形物xが生成される。C℃~D℃の温度範囲では、固形物wとガスαと固形物xとが混在する状態となる。
 そのため、DPF再生時の高温の排気ガスによってドージングバルブ内の尿素水が加熱されると、図6(a)に示すように、ドージングバルブ内の尿素水が結晶化して弁体129が固着してしまったり、或いは、図6(b)に示すように、尿素水が結晶化した固体134が弁体129とシリンダ127の弁座との間に挟まって、尿素水の噴射が停止できなくなったりして、ドージングバルブが作動不良となり適正な尿素水噴射制御が行えなくなるという不具合が生じる虞がある。
 そこで、本発明の目的は、DPF再生中の、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止することができる排ガス浄化システムを提供することにある。
 本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、排気管に接続されたDPFと、DPFの下流側に接続されたSCR装置と、SCR装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、尿素タンク内の尿素水を吸い上げてドージングバルブに尿素水を供給すると共に、ドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻すサプライモジュールと、SCR触媒に溜め込めるNH3量と排気ガス中のNOx量に応じてドージングバルブから噴射する尿素水の噴射量を決定すべく、ドージングバルブとサプライモジュールを制御するDCUと、DPFでのPM堆積量を検出し、DPFを再生すべくDPFに高温の排気ガスを流してDPF再生の制御を行うECMとを備え、ECMがDPF再生前にDCUにDPF再生許可要求を送信し、DCUがSCR触媒のNH3量を判断してそのNH3量が規定値以下のときにECMにDPF再生許可を送信し、これを受けてECMがDPF再生を行うようにした排ガス浄化システムにおいて、DCUは、ECMからDPF再生許可要求を受信したとき、ドージングバルブ内に溜まった尿素水を除去すべく、ドージングバルブ内の尿素水を噴射或いは尿素タンクに戻すようサプライモジュールを制御し、その後、SCR触媒のNH3量が規定値以下になったことを確認してECMにDPF再生許可を送信するようにされる排ガス浄化システムである。
 請求項2の発明は、前記DCUは、更に、排気温度がSCR触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを間欠的に開放する請求項1に記載の排ガス浄化システムである。
 請求項3の発明は、前記DCUは、更に、排気温度がSCR触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを開放すると共に、サプライモジュールを制御してドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻す請求項1に記載の排ガス浄化システムである。
 請求項4の発明は、前記SCR触媒が活性化する温度が190℃以上であり、前記尿素水が結晶化する温度が104℃以上である請求項2又は3に記載の排ガス浄化システムである。
 請求項5の発明は、前記サプライモジュールは、尿素タンクとドージングバルブとの間に設けられており、尿素水を圧送するSMポンプと、SMポンプによる送液流路を切り替えるリバーティングバルブとを備える請求項1~4のいずれかに記載の排ガス浄化システムである。
 本発明によれば、DPF再生中の、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止することができる。
本発明の排ガス浄化システムを示す概略図である。 サプライモジュール周りのライン図である。 DCUの入出力構成を示す図である。 本発明の排ガス浄化システムにおけるDCUの動作を説明するフローチャートである。 尿素水の温度変化による状態変化を示す図である。 (a),(b)はドージングバルブの不具合を説明する断面図である。
 以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
 先ず、車両に搭載される排ガス浄化システムについて説明する。
 図1に示すように、排ガス浄化システム100は、エンジンEの排気管102に設けられたSCR装置103と、排気管内に臨んで設けられSCR装置103の上流側(排気ガスの上流側)で尿素水を噴射するドージングバルブ(尿素噴射装置、ドージングモジュール)104と、尿素水を貯留する尿素タンク105と、尿素タンク105に貯留された尿素水をドージングバルブ104に供給するサプライモジュール106と、ドージングバルブ104やサプライモジュール106等を制御するDCU(Dosing Control Unit)126とを主に備える。
 エンジンEの排気管102には、排気ガスの上流側から下流側にかけて、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)107、DPF108、SCR装置103が順次配置される。DOC107は、エンジンEから排気される排気ガス中のNOを酸化してNO2とし、排気ガス中のNOとNO2の比率を制御してSCR装置103における脱硝効率を高めるためのものである。また、DPF108は、排気ガス中のPMを捕集するためのものである。
 このDPF108で捕集したPMは、フィルタの目詰まりの原因となるため、捕集堆積したPMを適宜酸化させ、除去して再生する必要がある。そのため、エンジンEを制御するECM125は、DPF108でのPM堆積量を検出し、DPF108を再生すべくDPF108に高温の排気ガスを流してDPF再生の制御を行うようにされる。
 SCR装置103の上流側の排気管102には、ドージングバルブ104が設けられる。ドージングバルブ104は、高圧の尿素水が満たされたシリンダ127に噴口128が設けられ、その噴口128を塞ぐ弁体129がプランジャ130に取り付けられた構造となっており(図6(a),(b)参照)、コイルに通電することによりプランジャ130を引き上げることで弁体129を噴口128から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャ130が引き下げられて弁体129が噴口128を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
 ドージングバルブ104の上流側の排気管102には、SCR装置103の入口における排気ガスの温度(SCR入口温度)を測定する排気温度センサ109が設けられる。また、SCR装置103の上流側(ここでは排気温度センサ109の上流側)には、SCR装置103の上流側でのNOx濃度を検出する上流側NOxセンサ110が設けられ、SCR装置103の下流側には、SCR装置103の下流側でのNOx濃度を検出する下流側NOxセンサ111が設けられる。
 サプライモジュール106は、尿素水を圧送するSMポンプ112と、サプライモジュール106の温度(サプライモジュール106を流れる尿素水の温度)を測定するSM温度センサ113と、サプライモジュール106内における尿素水の圧力(SMポンプ112の吐出側の圧力)を測定する尿素水圧力センサ114と、尿素水の流路を切り替えることにより、尿素タンク105からの尿素水をドージングバルブ104に供給するか、或いはドージングバルブ104内の尿素水を尿素タンク105に戻すかを切り替えるリバーティングバルブ115とを備えている。ここでは、リバーティングバルブ115がOFFのとき、尿素タンク105からの尿素水をドージングバルブ104に供給するようにし、リバーティングバルブ15がONのとき、ドージングバルブ104内の尿素水を尿素タンク105に戻すようにした。
 リバーティングバルブ115が尿素水をドージングバルブ104に供給するように切り替えられている場合、サプライモジュール106は、そのSMポンプ112にて、尿素タンク105内の尿素水を送液ライン(サクションライン)116を通して吸い上げ、圧送ライン(プレッシャーライン)117を通してドージングバルブ104に供給するようにされ、余剰の尿素水を、回収ライン(バックライン)118を通して尿素タンク105に戻すようにされる。
 なお、キーOFF(イグニッションOFF、車両停止)の際には、リバーティングバルブ115を切り替えてドージングバルブ104内の尿素水を尿素タンク105に戻すようにして、尿素水の結晶化によるドージングバルブ104の作動不良の発生を防止している。このように、ドージングバルブ104内の尿素水を尿素タンク105に戻す制御を本明細書ではエンプティングと呼称する。
 エンプティングを行う際には、予めドージングバルブ104を開放しておき、ドージングバルブ104内の尿素水を尿素タンク105に戻すことで、排気管102の排気ガス(空気)をドージングバルブ104から尿素タンク105まで吸い込むようにしている。
 ここで、サプライモジュール106周りのライン構成の一例を説明する。
 図2に示すように、尿素タンク105内からの送液ライン116は、リバーティングバルブ115を介してSMポンプ112の吸い込み側に接続される。更に、SMポンプ112は、その吐出側に接続された出口ライン143、リバーティングバルブ115を介してドージングバルブ104に接続される。
 ここで、リバーティングバルブ115は、図の実線で示したラインと、図の破線で示したラインとに切り替えることができる。これにより、尿素タンク105からドージングバルブ104への尿素水の供給と、ドージングバルブ104から尿素タンク105への尿素水の回収とが行えるようになっている。
 回収ライン118は、ドージングバルブ104に接続される圧送ライン117に接続されており、尿素タンク105に尿素水を戻すように構成されている。
 なお、このライン構成はあくまで一例であり、上述の構成に限定されるものではない。
 尿素タンク105には、SCRセンサ119が設けられる。SCRセンサ119は、尿素タンク105内の尿素水の液面高さ(レベル)を測定するレベルセンサ120と、尿素タンク105内の尿素水の温度を測定する温度センサ121と、尿素タンク105内の尿素水の品質を測定する品質センサ122とを備えている。品質センサ122は、例えば、超音波の伝播速度や電気伝導度から、尿素水の濃度や尿素水に異種混合物が混合されているか否かを検出し、尿素タンク105内の尿素水の品質を検出するものである。
 尿素タンク105とサプライモジュール106には、エンジンEを冷却するための冷却水を循環する冷却ライン123が接続される。冷却ライン123は、尿素タンク105内を通り、冷却ライン123を流れる冷却水と尿素タンク105内の尿素水との間で熱交換するようにされる。同様に、冷却ライン123は、サプライモジュール106内を通り、冷却ライン123を流れる冷却水とサプライモジュール106内の尿素水との間で熱交換するようにされる。
 冷却ライン123には、尿素タンク105とサプライモジュール106に冷却水を供給するか否かを切り替えるタンクヒーターバルブ(クーラントバルブ)124が設けられる。なお、ドージングバルブ104にも冷却ライン123が接続されるが、ドージングバルブ104には、タンクヒーターバルブ124の開閉に拘わらず、冷却水が供給されるように構成されている。なお、図1では図を簡略化しており示されていないが、冷却ライン123は、尿素水が通る送液ライン116、圧送ライン117、回収ライン118に沿って配設される。
 図3に、DCU126の入出力構成図を示す。
 図3に示すように、DCU126には、上流側NOxセンサ110、下流側NOxセンサ111、SCRセンサ119(レベルセンサ120、温度センサ121、品質センサ122)、排気温度センサ109、サプライモジュール106のSM温度センサ113と尿素水圧力センサ114、及びエンジンEを制御するECM125からの入力信号線が接続されている。ECM125からは、外気温、エンジンパラメータ(エンジン回転数など)の信号が入力される。
 また、DCU126には、タンクヒーターバルブ124、サプライモジュール106のSMポンプ112とリバーティングバルブ115、ドージングバルブ104、上流側NOxセンサ110のヒータ、下流側NOxセンサ111のヒータ、への出力信号線が接続される。なお、DCU126と各部材との信号の入出力に関しては、個別の信号線を介した入出力、CAN(Controller Area Network)を介した入出力のどちらであっても良い。
 DCU126は、ECM125からのエンジンパラメータの信号と、排気温度センサ109からの排気ガス温度とを基に、排気ガス中のNOxの量を推定すると共に、推定した排気ガス中のNOxの量とSCR触媒に溜め込めるNH3量とを基にドージングバルブ104から噴射する尿素水量を決定するようにされ、更に、ドージングバルブ104にて決定した尿素水量で噴射したとき、上流側NOxセンサ110の検出値に基づいてドージングバルブ104とサプライモジュール106を制御して、ドージングバルブ104から噴射する尿素水量を調整するようにされる。なお、SCR触媒のNH3量は、例えば、上流側NOxセンサ110と下流側NOxセンサ111の測定値から推定すると良い。
 さて、排ガス浄化システム100は、ECM125がDPF再生に先立ってDCU126にDPF再生許可要求を送信し、DCU126がSCR触媒のNH3量を判断してそのNH3量が規定値以下のときにECM125にDPF再生許可を送信し、これを受けてECM125がDPF再生を行うようになっている。
 より具体的には、DCU126は、ECM125からDPF再生許可要求を受信したとき、SCR触媒のNH3量を規定値以下とするために、ドージングバルブ104による尿素水の噴射を停止する。これにより、SCR触媒に溜め込まれたNH3のみで排気ガスの浄化が行われることとなり、SCR触媒のNH3量は減少していく。SCR触媒のNH3量が規定値以下に減少したら、DCU126は、ECM125にDPF再生許可を送信する。そして、ECM125は、DCU126からDPF再生許可を受信したとき、DPF再生を開始する。
 このように、排ガス浄化システム100では、ドージングバルブ104による尿素水の噴射を停止して、DPF再生前にSCR触媒のNH3量を規定値以下とすることで、DPF再生時の高温の排気ガスでSCR触媒に溜め込まれたNH3が放出されることによるNH3スリップの発生を防止している。
 しかし、DPF再生時には、噴射が停止されたドージングバルブ104内に尿素水が溜まっているので、その尿素水がDPF再生時の高温の排気ガスで加熱されてドージングバルブ104内で固着し、ドージングバルブ104の作動不良が発生する可能性がある。
 そこで、本発明の排ガス浄化システム100では、ECM125からDPF再生許可要求を受信したとき、ドージングバルブ104内に溜まった尿素水を除去すべく、ドージングバルブ104内の尿素水を噴射するようドージングバルブ104とサプライモジュール106を制御し、その後、SCR触媒のNH3量が規定値以下になったことを確認してECM125にDPF再生許可を送信するようにDCU126を構成した。
 ドージングバルブ104内の尿素水を噴射することで、ドージングバルブ104内の尿素水を、尿素タンク105からの高温でない尿素水に置き換えることができる。
 ところで、DPF再生時以外にもドージングバルブ104からの尿素水の噴射が停止される場合がある。
 排ガス浄化システム100では、通常、SCR触媒温度(排気温度)がSCR触媒が活性化する温度(本実施の形態では一例として190℃とする)に満たないときにはドージングバルブ104を閉としておき、排気温度がSCR触媒が活性化する温度以上に十分に加熱されたとき、ドージングバルブ104からの尿素水の噴射を許可するようにしている。ここで、SCR触媒温度は、これを直接測定するセンサは通常設けられていないため、排気温度センサ109の測定値をSCR触媒温度と見なすこととする。つまり、排気温度とSCR触媒温度は同じものである。
 従って、排気温度がSCR触媒が活性化する温度に満たないときにはドージングバルブ104からの尿素水の噴射は停止されている。尿素水は104℃~160℃程度で結晶化してしまうため、排気温度が、例えば104℃以上190℃未満の温度帯のときには、その温度帯の排気ガスの熱を受けるドージングバルブ104内に満たされた尿素水が結晶化し、ドージングバルブ104の作動不良を招く虞がある。
 そこで、本発明の排ガス浄化システム100では、上述の構成に加えて、排気温度がSCR触媒が活性化する温度に満たないときでも、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブ104を間欠的(例えば、3分毎)に開放し、少量の尿素水をドージングバルブ104内から間欠的に排出するようにDCU126を構成した。
 DCU126は、排気温度センサ109の測定値を監視し、この測定値が尿素水が結晶化する温度以上でSCR触媒が活性化する温度未満のとき、ドージングバルブ104を間欠的に開放し、少量の尿素水をドージングバルブ104内から間欠的に排出するように構成される。
 つまり、DCU126は、排気温度センサ109の測定値を監視することで、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満であるか否かを判定し、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満のとき、少量の尿素水をドージングバルブ104内から間欠的に排出する。
 これまで説明したDCU126の動作をまとめたフローチャートを図4に示す。DCU126は、以下に示す動作を繰り返す。
 図4に示すように、先ず、DCU126は、ECM125からDPF再生許可要求を受信したか否かを判断する(ステップ400)。
 ステップ400にて、ECM125からDPF再生許可要求を受信したと判断したとき、DCU126は、SCR触媒に蓄積されたNH3量が規定値以下であるか否かを判断する(ステップ401)。
 ステップ401にて、NH3量が規定値以下であると判断したとき、DCU126は、ECM125にDPF再生許可を送信する(ステップ402)。なお、通常は、SCR触媒には排気ガス中のNOx量が急激に変化した場合に、排気ガスを十分に浄化できるように、規定値を超えるNH3量が溜め込まれているため、一回目のループでは規定値を超えていると判断される。
 ステップ401にて、NH3量が規定値を超えていると判断したとき、DCU126は、ドージングバルブ104からの尿素水の噴射を実施したか否かを判断する(ステップ403)。
 ステップ403にて、尿素水の噴射が実施されていないと判断したとき、DCU126は、ドージングバルブ104、サプライモジュール106を制御してドージングバルブ104から少量の尿素水を噴射する(ステップ404)。
 一方、ステップ403にて、尿素水の噴射が実施済みであると判断したとき、DCU126は、ドージングバルブ104からの尿素水の噴射を停止する(ステップ405)。このステップ403は、ドージングバルブ104からの尿素水の噴射が一度のDPF再生前に複数回実施されることにより、SCR触媒のNH3量の減少が遅れて、DPF再生の開始が遅れてしまうことを防止するためのステップである。
 その後は、SCR触媒に蓄積されたNH3量が規定値以下となるまで、ステップ401,403,405を繰り返し、NH3量が規定値以下となったとき、DCU126は、ステップ402でECM125にDPF再生許可を送信する。
 この動作により、ドージングバルブ104内の尿素水を、DPF再生前に排出することができるので、DPF再生中の、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止することができる。
 最初のステップ400にて、ECM125からDPF再生許可要求を受信していないと判断したとき、DCU126は、排気温度がSCR触媒が活性化する温度以上であるか否かを判定する(ステップ406)。
 ステップ406にて、排気温度がSCR触媒が活性化する温度以上であると判定したとき、DCU126は、排気ガス中のNOx量に応じて尿素水の噴射を開始する(ステップ407)。
 一方、ステップ406にて、排気温度がSCR触媒が活性化する温度以上でないと判断したとき、DCU126は、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満の範囲以外であるか否かを判断する(ステップ408)。
 ステップ408にて、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満の範囲以外であると判断したとき、DCU126は、尿素水の噴射を停止する(ステップ409)。
 一方、ステップ408にて、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上で尿素水が噴射される温度未満の範囲であると判断したとき、DCU126は、一定時間毎(例えば、3分毎)に尿素水の噴射を実施する。
 この動作により、ドージングバルブ104内の尿素水を、結晶化してしまう前に排出することができるので、ドージングバルブ104で尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止することができる。
 以上要するに、本発明の排ガス浄化システム100によれば、DPF再生中の、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止することができると共に、ドージングバルブ104で尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止することができる。
 なお、本実施の形態においては、DPF再生前にドージングバルブ104から尿素水の噴射を行うようにDCU126を構成したが、これに代えて、ドージングバルブ104内の尿素水を尿素タンク105へ戻す(強制的にエンプティングする)ように構成しても良い。これにより、ドージングバルブ104内の尿素水を、取り除くことができるので、DPF再生中の、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止することができる。排気温度やSCR触媒に蓄積されているNH3量により、間欠噴射又はエンプティングのどちらかが好ましい。
 また、本実施の形態においては、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上でSCR触媒が活性化する温度未満のとき、ドージングバルブ104を間欠的に開放し、少量の尿素水をドージングバルブ104内から間欠的に排出するようにDCU126を構成したが、これに代えて、ドージングバルブ104を開放すると共に、サプライモジュール106のリバーティングバルブ115を切り替えると共にSMポンプ112を作動させ、強制的にエンプティング(強制エンプティング)を実施するように構成しても良い。これにより、ドージングバルブ104内の尿素水を、結晶化してしまう前に取り除くことができるので、ドージングバルブ104で尿素水の噴射が行われないときの、ドージングバルブ104内での尿素水の固着を防止することができる。
100 排ガス浄化システム
102 排気管
103 SCR装置
104 ドージングバルブ
105 尿素タンク
106 サプライモジュール
125 ECM
126 DCU

Claims (5)

  1.  排気管に接続されたDPFと、DPFの下流側に接続されたSCR装置と、SCR装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、尿素タンク内の尿素水を吸い上げてドージングバルブに尿素水を供給すると共に、ドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻すサプライモジュールと、SCR触媒に溜め込めるNH3量と排気ガス中のNOx量に応じてドージングバルブから噴射する尿素水の噴射量を決定すべく、ドージングバルブとサプライモジュールを制御するDCUと、DPFでのPM堆積量を検出し、DPFを再生すべくDPFに高温の排気ガスを流してDPF再生の制御を行うECMとを備え、ECMがDPF再生前にDCUにDPF再生許可要求を送信し、DCUがSCR触媒のNH3量を判断してそのNH3量が規定値以下のときにECMにDPF再生許可を送信し、これを受けてECMがDPF再生を行うようにした排ガス浄化システムにおいて、
     DCUは、ECMからDPF再生許可要求を受信したとき、ドージングバルブ内に溜まった尿素水を除去すべく、ドージングバルブ内の尿素水を噴射或いは尿素タンクに戻すようサプライモジュールを制御し、その後、SCR触媒のNH3量が規定値以下になったことを確認してECMにDPF再生許可を送信するようにされることを特徴とする排ガス浄化システム。
  2.  前記DCUは、更に、排気温度がSCR触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを間欠的に開放する請求項1に記載の排ガス浄化システム。
  3.  前記DCUは、更に、排気温度がSCR触媒が活性化する温度に満たないとき、排気温度が尿素水が結晶化する温度以上のときには、ドージングバルブ内での尿素水の固着を防止すべく、ドージングバルブを開放すると共に、サプライモジュールを制御してドージングバルブ内の尿素水を尿素タンクに戻す請求項1に記載の排ガス浄化システム。
  4.  前記SCR触媒が活性化する温度が190℃以上であり、前記尿素水が結晶化する温度が104℃以上である請求項2又は3に記載の排ガス浄化システム。
  5.  前記サプライモジュールは、尿素タンクとドージングバルブとの間に設けられており、尿素水を圧送するSMポンプと、SMポンプによる送液流路を切り替えるリバーティングバルブとを備える請求項1~4のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
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