WO2014171261A1 - 排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法 - Google Patents

排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法 Download PDF

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匡教 渡辺
宮本　武司
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification system and an exhaust purification system control method.
  • the present invention relates to an exhaust purification system and an exhaust purification system control method capable of avoiding clogging or breakage of a reducing agent injection valve and a reducing agent supply path due to solidification of an aqueous urea solution.
  • exhaust gas of an internal combustion engine mounted on a vehicle includes nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) and particulate matter (hereinafter also referred to as “PM”).
  • NOx nitrogen oxides
  • PM particulate matter
  • a urea SCR system as a device for purifying exhaust gas by reducing NOx.
  • the urea SCR system is a kind of a reducing agent supply device for supplying a urea aqueous solution as a reducing agent pumped up from a storage tank by a pressure pump into an exhaust pipe and an exhaust purification catalyst capable of adsorbing ammonia. And a certain SCR catalyst.
  • ammonia generated by decomposition of an aqueous urea solution is adsorbed on the SCR catalyst, and NOx in the exhaust gas is reacted with ammonia in the SCR catalyst to purify the exhaust gas.
  • DPF diesel particulate filter
  • the DPF is disposed in the exhaust pipe of the internal combustion engine, and collects PM in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the DPF.
  • forced regeneration control is performed in a timely manner in which the temperature of the DPF is raised to about 500 ° C. to 600 ° C. and the PM deposited on the DPF is forcibly burned. Done.
  • the urea SCR system is generally configured to recover the urea aqueous solution remaining in the reducing agent supply path when the internal combustion engine is stopped (see, for example, Patent Document 1). As a result, the urea aqueous solution is frozen while remaining in the reducing agent supply path, and it is intended to avoid clogging or breakage of the reducing agent supply path.
  • the reducing agent that is, the urea aqueous solution cannot be completely recovered due to its structure.
  • the urea aqueous solution remaining in the reducing agent supply path is heated and concentrated after the internal combustion engine is stopped, so that the solidification temperature rises and the urea aqueous solution is solidified in the process of cooling thereafter.
  • the exhaust purification system described in Patent Document 1 has a problem in that the supply of urea aqueous solution is hindered when the internal combustion engine is started, and the exhaust purification efficiency decreases.
  • a purge process is generally performed in which the urea aqueous solution filled in the reducing agent supply path of the reducing agent supply device is collected in the storage tank. Due to the structure of the reducing agent passage connecting the reducing agent injection valve or the like, the urea aqueous solution filled in the reducing agent supply path cannot normally be completely recovered in the storage tank.
  • the circulation of the cooling water which is the heat radiation function of the reducing agent injection valve, is stopped. If it does so, the water
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the concentration of the urea aqueous solution and the solidification temperature T0.
  • the concentration of the urea aqueous solution as the reducing agent used in the reducing agent supply apparatus is normally adjusted to about 32.5%, which is about ⁇ 11 ° C., which has the lowest solidification temperature.
  • the solidification temperature of the urea aqueous solution is about ⁇ 11 ° C. when the concentration of the urea aqueous solution is about 32.5%, and the concentration of the urea aqueous solution is about 32.5%.
  • the solidification temperature of the urea aqueous solution has a characteristic that it rises regardless of whether it becomes higher or lower.
  • the remaining urea aqueous solution in the reducing agent injector whose concentration has increased due to evaporation of moisture due to high temperature is likely to solidify when the temperature subsequently decreases, and injection of the reducing agent injector is performed when the internal combustion engine is restarted. In the worst case, the reducing agent injection valve may be damaged.
  • the present invention has been made in view of such a problem. Even when the urea aqueous solution once heated is solidified in the cooling process after the internal combustion engine is stopped, the solidified urea aqueous solution is dissolved.
  • the above-mentioned problem is solved by operating the reducing agent supply device after waiting.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification system and an exhaust purification system control method.
  • An exhaust purification system includes a diesel particulate filter that collects exhaust particulates in exhaust gas of an internal combustion engine, and a urea aqueous solution as a reducing agent supplied from a storage tank to a reducing agent injection valve.
  • the reducing agent supply device that recovers the urea aqueous solution in the supply path to the storage tank, and the urea aqueous solution is used to supply the urea aqueous solution to the storage tank.
  • An exhaust gas purification system comprising an SCR catalyst for purifying NOx of the exhaust gas sequentially from the exhaust upstream side, After detecting that the ignition switch for stopping the internal combustion engine is turned off, the maximum reached temperature of the reducing agent injection valve is identified, and then the dissolution temperature of the urea aqueous solution remaining in the reducing agent injection valve is reached.
  • a melting temperature calculation part for calculating based on the temperature;
  • An injection valve operation permission unit for permitting the operation of the reducing agent injection valve after the injection valve temperature of the reducing agent injection valve reaches the melting temperature after detection of turning on of an ignition switch for starting the internal combustion engine; , It is characterized by providing the control apparatus which has, and the said subject can be solved by providing the said structure.
  • an exhaust purification system control method includes: A diesel particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas of an internal combustion engine and a urea aqueous solution as a reducing agent are supplied from the storage tank to the reducing agent injection valve by being injected and supplied into the exhaust gas.
  • a reducing agent supply device that recovers the urea aqueous solution in the supply path to the storage tank and an SCR catalyst that purifies NOx in the exhaust gas using the urea aqueous solution are exhausted upstream.
  • the exhaust gas purification system and the control method thereof are provided with the above-described configurations, so that the reducing agent injection valve and the reducing agent supply path are clogged or damaged due to solidification of the urea aqueous solution. As a result, it is possible to prevent a decrease in exhaust purification efficiency.
  • the calculation of the melting temperature may be performed after detecting the ignition switch being turned on. Alternatively, the melting temperature may be calculated after detecting the ignition switch OFF and before detecting the ON.
  • the detection of the injection valve temperature of the reducing agent injection valve for specifying the maximum temperature reached may be performed in parallel with the recovery of the urea aqueous solution to the storage tank.
  • the identification of the maximum temperature is preferably performed after the recovery of the urea aqueous solution into the storage tank.
  • the calculation of the melting temperature may be performed based on the highest temperature reached, one or both of the temperature gradient of the reducing agent injection valve and the outside air temperature.
  • 1 is an overall configuration diagram of an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram of a control device provided in an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention. It is a graph which shows an example of changes, such as a reducing agent injection valve temperature and a reducing agent solidification temperature, in an exhaust gas purification system concerning one embodiment of the present invention.
  • It is a flowchart for demonstrating the exhaust gas purification system which concerns on one Embodiment of this invention, and its control method.
  • It is a flowchart for demonstrating the exhaust gas purification system which concerns on one Embodiment of this invention, and its control method.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust purification system 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust purification system 10 performs an exhaust purification unit 20 having a DPF 22 and an SCR catalyst 24, a reducing agent supply device 40 including a reducing agent injection valve 43, a forced regeneration control of the DPF 22, and an operation control of the reducing agent supply device 40.
  • a control device 60 is provided as a main component.
  • Such an exhaust purification system 10 collects particulate matter (PM) in the exhaust gas by the DPF 22 and selectively uses the aqueous urea solution as the reducing agent to selectively remove NOx in the exhaust gas in the SCR catalyst 24. It is comprised as an apparatus for purifying.
  • the exhaust purification unit 20 includes an oxidation catalyst 21, a DPF 22, and an SCR catalyst 24 sequentially from the exhaust upstream side.
  • the oxidation catalyst 21 oxidizes unburned fuel supplied into the exhaust pipe 11 by post-injection or the like in the internal combustion engine 5 to generate oxidation heat. Thereby, the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 22 can be raised to heat the DPF 22.
  • the oxidation catalyst 21 may be a known catalyst, for example, a catalyst in which platinum is supported on alumina and a predetermined amount of rare earth element such as cerium is added.
  • the DPF 22 collects PM in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the DPF 22.
  • the DPF 22 is disposed on the exhaust upstream side of the SCR catalyst 24, and there is no possibility that PM adheres to the SCR catalyst 24.
  • a known filter for example, a honeycomb structure filter made of a ceramic material can be used.
  • the SCR catalyst 24 adsorbs ammonia generated by the decomposition of the urea aqueous solution injected into the exhaust gas by the reducing agent injection valve 43, and reduces NOx in the inflowing exhaust gas.
  • a zeolite-based reduction catalyst having an ammonia adsorption function and capable of selectively reducing NOx can be used.
  • the exhaust purification unit 20 described above includes pressure sensors 51 and 52 before and after the DPF 22, respectively, and temperature sensors 53 and 54 before and after the SCR catalyst 24, respectively. Further, a NOx sensor 55 is provided on the exhaust downstream side of the SCR catalyst 24. Further, an outside air temperature sensor for detecting the outside air temperature is disposed around the exhaust purification unit.
  • the sensor values of these sensors are sent to the control device 60, and the pressure, temperature, and NOx concentration at each position are detected.
  • these sensors can be omitted if they can be estimated by calculation.
  • the exhaust purification unit 20 described above includes a connecting pipe 12 that branches from the first bent portion 23a of the exhaust pipe 11 and fixes the reducing agent injection valve 43. Via this connecting pipe 12, urea aqueous solution as a reducing agent is injected from the reducing agent injection valve 43 in a direction substantially coinciding with the flow direction of the exhaust gas.
  • the exhaust purification system 10 of this embodiment includes forced regeneration means for performing forced regeneration control of the DPF 22. This is because the DPF 22 is heated to about 500 ° C. to 600 ° C., and forced regeneration is performed in which the PM deposited on the DPF 22 is forcibly burned.
  • a fuel injection valve (not shown) that supplies unburned fuel into the exhaust pipe 11 by post-injection or the like in the internal combustion engine 5, fuel injection amount from the fuel injection valve, fuel injection timing, etc.
  • the control part of the control device 60 for instructing the control of the valve and the oxidation catalyst 21 that oxidizes unburned fuel and generates heat of oxidation constitute a forced regeneration means.
  • the forced regeneration means is not limited to the above configuration example, and any means that can raise the temperature of the exhaust gas to about 500 ° C. to 600 ° C. may be used.
  • the forced regeneration means may be configured using an apparatus that supplies unburned fuel to the oxidation catalyst 21 without relying on post injection.
  • a heating device such as a burner or a heating wire may be provided to heat the DPF 22 directly.
  • the reducing agent supply device 40 includes a storage tank 41 that stores an aqueous urea solution, a pressure pump 42, and a reducing agent injection valve 43 as main components.
  • the storage tank 41 and the pressure feed pump 42 are connected by the first supply passage 44, and the pressure feed pump 42 and the reducing agent injection valve 43 are connected by the second supply passage 45.
  • a pressure sensor 56 is provided in the second supply passage 45, the sensor value is transmitted to the control device 60, and the pressure in the second supply passage 45 is detected.
  • the second supply passage 45 and the storage tank 41 are connected by the third supply passage 46, whereby the excess urea aqueous solution supplied to the second supply passage 45 is returned to the storage tank 41. Can do.
  • the reducing agent supply device 40 has a function of switching the flow path of the urea aqueous solution from the forward direction from the storage tank 41 to the reducing agent injection valve 43 to the reverse direction from the reducing agent injection valve 43 to the storage tank 41.
  • a reverting valve 47 is provided. That is, the exhaust purification system 10 of this embodiment has a configuration in which the urea aqueous solution filled in the reducing agent supply device 40 can be collected in the storage tank 41 when the internal combustion engine 5 is stopped.
  • the pumping pump 42 pumps up the urea aqueous solution in the storage tank 41 so that the pressure in the second supply path 45 is maintained at a predetermined value, and the reducing agent injection valve. 43 is pumped.
  • the pressure pump 42 an electric pump is typically used.
  • the reducing agent injection valve 43 injects an aqueous urea solution into the exhaust pipe 11 when the reducing agent injection valve 43 is opened by a control signal output from the control device 60.
  • the reducing agent injection valve 43 for example, an ON-OFF valve whose ON / OFF is controlled by DUTY control is used.
  • the electronic part, the resin part, and the like constituting the reducing agent injection valve 43 are relatively weak against heat, and the heat-resistant temperature T lim is about 140 ° C. to 150 ° C., while the exhaust gas temperature during normal operation is 200 ° C. It is about 300 to 300 ° C.
  • the reducing agent supply device 40 includes a cooling water passage 35 provided in the housing of the reducing agent injection valve 43 and a cooling water circulation passage 33 that branches from the cooling water passage 33 of the internal combustion engine 5 and communicates with the cooling water passage 35. 34, and cooling water flow rate control valves 31 and 32 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water circulation passages 33 and 34 are provided.
  • the cooling water of the internal combustion engine 5 is circulated through the cooling water passage 35 of the reducing agent injection valve 43, the temperature of the reducing agent injection valve 43 is maintained at about 70 ° C. to 80 ° C., and thermal damage to the reducing agent injection valve 43 is prevented. Can be prevented.
  • the relatively low temperature urea aqueous solution in the storage tank 41 is pumped to the reducing agent injection valve 43, so that the urea from the reducing agent injection valve 43 is reduced.
  • the heat transfer to the aqueous solution also promotes heat dissipation of the reducing agent injection valve 43.
  • the circulation of the engine cooling water and the heat dissipation of the reducing agent injection valve 43 by heat transfer to the urea aqueous solution are performed particularly during the operation of the internal combustion engine 5.
  • the control device 60 provided in the exhaust purification system 10 includes a temperature detection unit 62, a forced regeneration control unit 63, and the control device 60.
  • the melting temperature calculation unit 64 and the injection valve operation permission unit 65 will be described in detail. Each of these units is typically realized by executing a program by a microcomputer.
  • FIG. 2 shows, in a functional block, a part related to control for eliminating clogging of the reducing agent injection valve 43 caused by solidification of the urea aqueous solution in the control device 60 provided in the exhaust purification system 10.
  • This is a configuration example.
  • the control device 60 includes a signal of the ignition switch 57, each pressure sensor and each temperature sensor, a rotational speed sensor that detects the engine rotational speed Ne, a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed V of the vehicle, and an accelerator pedal operation amount Acc.
  • Various sensor signals such as an accelerator sensor to detect and a brake sensor to detect an operation amount Brk of the brake pedal can be read.
  • the control device 60 is provided with a RAM (Random Access Memory) (not shown) for storing calculation results and detection results at each unit. Further, the control device 60 detects an on / off signal from the ignition switch 57 for starting and stopping the internal combustion engine.
  • control device 60 When the control device 60 detects the off signal, the control device 60 specifies the maximum temperature T udvmax of the reducing agent injection valve 43. When the ON signal is detected, the operation of the reducing agent injection valve 43 is permitted after the temperature of the reducing agent injection valve 43 reaches the melting temperature T str of the remaining reducing agent calculated from the maximum attained temperature T udmax. It is configured as follows.
  • control device 60 controls the driving of the pumping pump 42 so that the pressure in the second supply path 45 is maintained at a predetermined value, and the engine speed Ne. Further, the driving of the reducing agent injection valve 43 is controlled based on the sensor value of the NOx sensor 55 provided on the exhaust downstream side of the SCR catalyst.
  • control device 60 performs a purge process when the internal combustion engine 5 is stopped. That is, a signal for switching the flow path of the urea aqueous solution from the forward direction to the reverse direction is output to the reverting valve 47, and the signal for opening the reducing agent injection valve 43 and driving the pressure feed pump 42. Is output to the pressure feed pump 42 and the reducing agent injection valve 43 to recover the reducing agent present in the reducing agent injection valve 43 and the reducing agent supply path in the storage tank 41.
  • Temperature detection part The temperature detection part 62 is for detecting the reducing agent injection valve temperature T udv using the temperature sensor 53, but when it cannot be directly detected, the temperature T downstream of the DPF 22 in the vicinity thereof is detected.
  • the forced regeneration control unit 63 estimates the PM deposition amount Vpm based on the differential pressure obtained from the pressure sensors 51 and 52 provided before and after the DPF 22. When the estimated PM accumulation amount Vpm exceeds a predetermined threshold value Vpm0, it is determined that the forced regeneration of the DPF 22 is necessary, and a signal for executing the forced regeneration is transmitted to the forced regeneration means.
  • the forced regeneration control unit 63 stops the signal for executing the forced regeneration, which has been transmitted to the forced regeneration means, triggered by the estimated PM accumulation amount Vpm being reduced to a predetermined amount.
  • the melting temperature calculation unit 64 detects that the ignition switch 57 is turned off in order to stop the internal combustion engine, the melting temperature calculation unit 64 starts detecting the injection valve temperature Tudv of the reducing agent injection valve 43 through the temperature detection unit 62.
  • the maximum temperature T udvmax of the injection valve 43 is specified.
  • the injection valve temperature T UDV is to some extent It rises over time and then falls.
  • the melting temperature calculation unit 64 updates the injection valve maximum temperature T max that is the maximum value of the injection valve temperature T udv as the injection valve temperature T udv increases, and the injection valve temperature T udv stops increasing.
  • the injection valve maximum temperature T max is identified as the highest temperature T Udvmax of the reducing agent injection valve 43.
  • This maximum temperature T udmax is used to calculate the solidification temperature (freezing point) T0, that is, the dissolution temperature (melting point) T str , of the urea aqueous solution that is the reducing agent remaining in the reducing agent injection valve 43. 60 is stored in a predetermined storage means.
  • the injection valve temperature T udv rises, so the temperature of the urea aqueous solution remaining in the reducing agent injection valve 43 also rises, and the water content of the urea aqueous solution is vaporized to a concentration.
  • the solidification temperature T0 of the residual urea aqueous solution that is, the dissolution temperature Tstr also increases.
  • the volume of the urea aqueous solution remaining in the reducing agent injection valve 43 after the reducing agent recovery processing (purge processing) is substantially constant according to the structure of the reducing agent injection valve 43, If the maximum temperature T udmaxmax can be specified, the concentration of the concentrated residual aqueous urea solution can be calculated. Therefore, the solidification temperature T0, that is, the dissolution temperature T str of the residual aqueous urea solution can also be calculated.
  • the concentration of the remaining urea aqueous solution in addition to the maximum temperature T udvmax of the reducing agent injection valve 43, various conditions unique to the actual machine to be implemented may affect the actual machine in advance. It is desirable that the concentration of the remaining urea aqueous solution can be calculated with sufficient accuracy simply by performing a test and specifying the maximum temperature T udvmax .
  • the highest temperature T the temperature gradient of the reducing agent injection valve 43 upon reaching the udvmax ⁇ T udv, outside air temperature T It is preferable to calculate the concentration of the remaining urea aqueous solution and the solidification temperature T0, that is, the dissolution temperature Tstr by appropriately combining out and other conditions as necessary. That is, when the temperature gradient ⁇ T udv is steep or the outside air temperature T out is high, the concentration of the residual urea aqueous solution becomes higher, and the solidification temperature T0 of the residual urea aqueous solution, that is, the dissolution temperature T str tends to be higher. Because there is.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of changes in the reducing agent injection valve temperature, the reducing agent solidification temperature, and the like in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
  • the solidification temperature T0 of the remaining urea aqueous solution rises so as to follow the rise of the injection valve temperature T uv with a slight delay. As described above, this is due to the increase in the concentration of the remaining urea aqueous solution due to the increase in the injection valve temperature Tudv .
  • the residual urea aqueous solution of the reducing agent injection valve 43 is solidified, that is, solidified.
  • FIG. 7 is a graph showing another example of changes in the reducing agent injection valve temperature, the reducing agent solidification temperature, and the like in an exhaust purification system according to another embodiment of the present invention.
  • the forced regeneration control of the DPF 22 is started at a time t0 before the time t1 when the ignition switch 57 is turned off, and the accompanying increase in the injection valve temperature T udv and the downstream temperature T dpf of the DPF 22
  • the other points are almost the same as in the example of FIG.
  • the calculation of the solidification temperature T0 of the residual urea aqueous solution may be performed after the ignition switch 57 for stopping the internal combustion engine is turned off until the power supply to the control device 60 is cut off. Alternatively, it may be performed when it is detected that the ignition switch 57 for starting the internal combustion engine is turned on after detecting that the ignition switch 57 is turned off.
  • (5) Injection valve operation permission unit When it is detected that the ignition switch 57 is turned on, the injection valve operation permission unit 65 starts detecting the injection valve temperature T udv of the reducing agent injection valve 43 through the temperature detection unit 62. To do.
  • the "detection of the injection valve temperature T UDV" in addition to measuring the injection valve temperature T UDV directly, for example, also be calculated or inferred from DPF22 downstream temperature T dpf etc. injector 43 near Including.
  • the injection valve operation permission unit 65 determines whether to permit the operation of the reducing agent injection valve 43 based on the current injection valve temperature T udv and the calculated dissolution temperature T str of the remaining urea aqueous solution. To do. That is, depending on whether or not the current injection valve temperature T udv has reached the dissolution temperature T str of the remaining urea aqueous solution (T udv ⁇ T str ), the injection valve operation permission unit 65 operates the reducing agent injection valve 43. It is determined whether or not to allow. When the operation permission determination by the injection valve operation permission unit 65 is made, the operation of the reducing agent injection valve 43 is started.
  • the reducing agent injection valve 43 does not inject the reducing agent until the operation permission determination by the injection valve operation permission unit 65 is made, but the SCR catalyst 24 of the exhaust purification unit 20 has The ammonia adsorbed during the previous operation remains, and the time until the start of the operation of the reducing agent injection valve 43 is relatively short. Usually, there is a problem that the environmental standard is not satisfied. Does not occur. 3. Control Method Hereinafter, a specific example of an exhaust purification system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described using a flowchart.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an exhaust purification system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention, and in particular, a flowchart schematically showing the entire operation procedure of the control method of the exhaust purification system. .
  • the melting temperature calculation unit 64 sets the injection valve temperature T udv of the reducing agent injection valve 43 through the temperature detection unit 62. Detection is started, and the maximum temperature T udvmax is specified (step S2).
  • the injection valve operation permission unit 65 calculates the reducing agent from the maximum temperature T udvmax of the reducing agent injection valve 43. reducing agent remaining in the injection valve 43, in particular one to calculate the melting temperature T str of the urea aqueous solution starts detecting the injection valve temperature T UDV of the reducing agent injection valve 43 through the temperature detector 62 (step S4).
  • the injection valve operation permission unit 65 continuously compares the current injection valve temperature T udv with the dissolution temperature T str of the residual urea aqueous solution, and the injection valve temperature T udv reaches the dissolution temperature T str of the residual urea aqueous solution. (T udv ⁇ T str ) or not (step S5).
  • the injection valve operation permission unit 65 determines that the current injection valve temperature T udv has reached the dissolution temperature T str of the remaining urea aqueous solution. Accordingly, the operation of the reducing agent injection valve 43 is started.
  • the urea aqueous solution once heated is solidified in the process of being cooled after the internal combustion engine is stopped, it is solidified by the operation procedure of the exhaust purification system and the control method thereof according to the embodiment of the present invention.
  • the reducing agent supply device By operating the reducing agent supply device after waiting for the urea aqueous solution to dissolve, it is possible to avoid clogging or breakage of the reducing agent injection valve or reducing agent supply path due to solidification of the urea aqueous solution. As a result, it is possible to prevent the exhaust purification efficiency from being lowered.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining an exhaust purification system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention, and in particular, the highest temperature reached by the reducing agent injection valve 43 in response to detection of the ignition switch 57 being turned off. It is a flowchart which shows more specifically the operation
  • Step S11 when the control device 60 including the melting temperature calculation unit 64 detects that the ignition switch 57 is turned off (step S11), the control device 60 starts a reducing agent recovery process in the reducing agent supply device 40 provided in the exhaust purification system. (Step S12).
  • the melting temperature calculation unit 64 starts detecting the injection valve temperature T udv of the reducing agent injection valve 43 through the temperature detection unit 62 in response to detection of the ignition switch 57 being turned off (step S13).
  • injection valve maximum temperature T max injection valve temperature T udv ” is set, the injection valve temperature T udv is continuously detected, and the current injection valve temperature T udv and the injection valve maximum until then are detected. The temperature T max is compared to determine whether or not the current injector valve temperature T udv exceeds the injector injector maximum temperature T max (T udv > T max ) (step S14).
  • injection valve temperature T max injection valve temperature T udv at the time ”.
  • T max is specified as the maximum temperature T udvmax reached by the reducing agent injection valve 43 and stored in a predetermined storage means in the control device 60 (step S15).
  • control device 60 determines whether or not the reducing agent recovery process in the reducing agent supply device 40 provided in the exhaust gas purification system has been completed. A blocking process is performed, and the operation procedure is terminated (step S16).
  • the reducing agent recovery process is a normal that the injection valve temperature T UDV of the reducing agent injection valve 43 is before reaching the injector maximum temperature T max, it is terminated during the detection of the injection valve temperature T UDV Therefore, the determination here is performed in order to confirm that the reducing agent recovery process has been reliably completed when the process of shutting off the power supply to the control device 60 is performed.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the exhaust purification system and the control method thereof according to the embodiment of the present invention.
  • the operation of the reducing agent injection valve 43 is permitted in response to detection of the ignition switch 57 being turned on. It is a flowchart which shows more specifically the operation
  • the melting temperature calculation unit 64 is stored in a predetermined storage unit in the control device 60.
  • the concentration C of the urea aqueous solution remaining and concentrated in the reducing agent injection valve 43 is calculated from the maximum reached temperature T udmax of the reducing agent injection valve 43, and the solidification temperature T0 of the residual urea aqueous solution, that is, the dissolution temperature, is calculated from the concentration C.
  • T str is calculated (step S22).
  • the injection valve operation permission unit 65 starts detecting the injection valve temperature T udv of the reducing agent injection valve 43 through the temperature detection unit 62 in response to the detection of the ignition switch 57 being turned on (step S22).
  • the injection valve operation permission unit 65 determines whether or not to permit the operation of the reducing agent injection valve 43 based on the current injection valve temperature T udv and the calculated dissolution temperature T str of the remaining urea aqueous solution. That is, depending on whether or not the current injection valve temperature T udv has reached the dissolution temperature T str of the remaining urea aqueous solution (T udv ⁇ T str ), the injection valve operation permission unit 65 operates the reducing agent injection valve 43. It is determined whether or not to permit (step S23).
  • step S24 When the operation permission is determined by the injection valve operation permission unit 65, the operation of the reducing agent injection valve 43 is started (step S24).
  • the calculation of the solidification temperature T0 of the residual urea aqueous solution may be performed when the ignition switch 57 is first detected after detecting the ignition switch 57 being turned off, or The process may be performed after detecting that the ignition switch 57 is turned off until the power supply to the control device 60 is interrupted, that is, between step S15 and step S16 in the flowchart of FIG.

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Abstract

　還元剤の固化に起因した還元剤噴射弁の詰まりや破損等の発生を回避し、排気浄化効率の低下を防止し得る排気浄化システム及びその制御方法を提供する。　本発明の一態様に係る排気浄化システム及びその制御方法は、イグニッションスイッチのオフの検出後に、還元剤噴射弁の最高到達温度を特定し、その後、還元剤噴射弁内に残存する尿素水溶液の溶解温度を最高到達温度に基づいて算定し、イグニッションスイッチのオンの検出後に、還元剤噴射弁の噴射弁温度が溶解温度に到達してから還元剤噴射弁の動作を許可する構成を備える。

Description

排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法
　本発明は、排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法に関する。特に、尿素水溶液の固化に起因した還元剤噴射弁や還元剤供給経路の詰まりや破損等の発生を回避し得る排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法に関する。
　従来、車両に搭載される内燃機関の排気ガス中には、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する。）や微粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称することがある。）が含まれている。このうち、ＮＯｘを還元して排気ガスを浄化するための装置として尿素ＳＣＲシステムがある。尿素ＳＣＲシステムは、圧送ポンプによって貯蔵タンク内から汲み上げた還元剤としての尿素水溶液を還元剤噴射弁から排気管内に供給するための還元剤供給装置と、アンモニアを吸着可能な排気浄化触媒の一種であるＳＣＲ触媒とを備えて構成される。斯かる尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水溶液の分解により生成されるアンモニアをＳＣＲ触媒に吸着させ、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒中でアンモニアと反応させて、排気ガスを浄化する。
　一方、ＰＭを捕集して排気ガスを浄化するための装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」と称する。）がある。ＤＰＦは、内燃機関の排気管に配設され、排気ガスが当該ＤＰＦを通過する際に排気ガス中のＰＭを捕集する。ＤＰＦを備えた排気浄化システムでは、ＤＰＦの目詰まりを防止するために、ＤＰＦの温度を５００℃乃至６００℃程度に上昇させてＤＰＦに堆積したＰＭを強制的に燃焼させる強制再生制御が適時に行われる。
　近年、排気ガスの浄化基準が高められていることに伴い、ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒の両方を備えた排気浄化システムが増えてきている。
　尿素ＳＣＲシステムにおいては、通常、内燃機関が停止した際に還元剤供給経路に残存する尿素水溶液を回収するように構成されている（例えば、特許文献１を参照）。これにより、尿素水溶液が還元剤供給経路に残存したまま凍結し、還元剤供給経路に詰まりや破損等が発生するのを回避しようとするものである。
特開２００８－１０１５６４号公報
　しかしながら、還元剤供給装置においては、その構造上、還元剤即ち尿素水溶液を完全には回収できないのが通常である。
　そのため、還元剤供給経路、特に還元剤噴射弁内に残存した尿素水溶液が内燃機関の停止後に加熱されて濃縮されることにより固化温度が上昇し、その後に冷却される過程で尿素水溶液が固化してしまい、その結果、例えば、特許文献１に記載された排気浄化システムでは、内燃機関の始動時に、尿素水溶液の供給が阻害され、排気浄化効率が低下してしまうという問題があった。
　具体的に説明すると、排気浄化システムでは、内燃機関の停止時に、還元剤供給装置の
還元剤供給経路に充填されていた尿素水溶液を貯蔵タンクに回収するパージ処理が一般に行われるものの、貯蔵タンク及び還元剤噴射弁を接続する還元剤通路等の構造上、還元剤供給経路内に充填された尿素水溶液を、通常は、完全には貯蔵タンクに回収し切ることができない。
　一方、内燃機関の停止とともに還元剤噴射弁の放熱機能である冷却水の循環等は停止するため、特に還元剤噴射弁の温度は上昇する。そうすると、上述の還元剤噴射弁内に残存した尿素水溶液中の水分が気化により蒸発し、その濃度は上昇する。その後、排気管や周囲の温度が低下するにつれて、尿素水溶液の温度は低下するが、通常の濃度に比べ高い濃度となっているため、固化する温度は上昇しており、残存尿素水溶液が固化して還元剤噴射弁に詰まりが発生してしまう虞がある。
　図８は、尿素水溶液の濃度と固化温度Ｔ０との関係を表したグラフである。
　還元剤供給装置において使用される還元剤としての尿素水溶液の濃度は、通常、固化温度が最も低い約－１１℃となる約３２．５％に調整されている。
　図８のグラフに示されるように、尿素水溶液の固化温度は、尿素水溶液の濃度が約３２．５％のときに最低の約－１１℃であり、尿素水溶液の濃度が約３２．５％より高くなっても低くなっても、尿素水溶液の固化温度は上昇する特性を有している。
　従って、高温により水分が蒸発して濃度が高くなった還元剤噴射弁内の残存尿素水溶液は、その後に温度が低下した時に固化し易く、内燃機関の再始動時において還元剤噴射弁の噴射が阻害され、最悪の場合、還元剤噴射弁の破損等が発生する可能性がある。
　本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、一旦加熱された尿素水溶液が内燃機関停止後の冷却される過程で固化した場合であっても、固化した尿素水溶液が溶解するのを待ってから還元剤供給装置を動作させることにより、上記問題を解決するものである。
　即ち、本発明は、尿素水溶液の固化に起因した還元剤噴射弁や還元剤供給経路の詰まりや破損等の発生を回避することが可能であり、その結果として排気浄化効率の低下を防止し得る排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る排気浄化システムは、内燃機関の排気ガス中の排気微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、還元剤としての尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射して供給すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置と、前記尿素水溶液を用いて前記排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、を排気上流側から順次に備えた排気浄化システムにおいて、
　前記内燃機関を停止するためのイグニッションスイッチのオフの検出後に、前記還元剤噴射弁の最高到達温度を特定し、その後、前記還元剤噴射弁内に残存する前記尿素水溶液の溶解温度を前記最高到達温度に基づいて算定する溶解温度算定部と、
　前記内燃機関を始動するためのイグニッションスイッチのオンの検出後に、前記還元剤噴射弁の噴射弁温度が前記溶解温度に到達してから前記還元剤噴射弁の動作を許可する噴射弁動作許可部と、
を有する制御装置を備えることを特徴とし、当該構成を備えることにより、上記課題を解決することができる。
　また、本発明の一態様に係る排気浄化システムの制御方法は、
　内燃機関の排気ガス中の排気微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、還元剤としての尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射して供給すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置と、前記尿素水溶液を用いて前記排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、を排気上流側から順次に備えた排気浄化システムの制御方法において、
　前記内燃機関を停止するためのイグニッションスイッチのオフの検出後に、前記還元剤噴射弁の最高到達温度を特定する過程と、
　前記還元剤噴射弁内に残存する前記尿素水溶液の溶解温度を前記最高到達温度に基づいて算定する過程と、
　前記内燃機関を始動するためのイグニッションスイッチのオンの検出後に、前記還元剤噴射弁の噴射弁温度が前記溶解温度に到達してから前記還元剤噴射弁の動作を許可する過程と、
を有することを特徴とし、当該構成を備えることにより、上記課題を解決することができる。
　即ち、本発明の一態様に係る排気浄化システム及びその制御方法は、上記各構成を備えることにより、尿素水溶液の固化に起因した還元剤噴射弁や還元剤供給経路の詰まりや破損等の発生を回避することができ、その結果として排気浄化効率の低下を防止することができる。
　前記溶解温度の算定は、イグニッションスイッチのオンの検出後に行うものとするとよい。又は、前記溶解温度の算定は、イグニッションスイッチのオフの検出後、オンの検出前に行うものとしてもよい。
　前記最高到達温度を特定するための前記還元剤噴射弁の噴射弁温度の検出は、前記尿素水溶液の前記貯蔵タンクへの回収と並行して行うものとするとよい。
　前記最高到達温度の特定は、前記尿素水溶液の前記貯蔵タンクへの回収終了後に行うものとするとよい。
　前記溶解温度の算定は、前記最高到達温度と、前記還元剤噴射弁の温度勾配及び外気温度のうちの一方又は両方とに基づいて行うものとするとよい。
本発明の実施の一形態に係る排気浄化システムの全体構成図である。 本発明の実施の一形態に係る排気浄化システムに備えられる制御装置のブロック図である。 本発明の実施の一形態に係る排気浄化システムにおける還元剤噴射弁温度及び還元剤固化温度等の変化の一例を示すグラフである。 本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る排気浄化システムにおける還元剤噴射弁温度及び還元剤固化温度等の変化の他の例を示すグラフである。 尿素水溶液の濃度と固化温度Ｔ０との関係を表したグラフである。
　以下、図面を参照して、本発明に係る排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法の実施の形態について、具体的に説明する。
　但し、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本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できる。
　尚、各図において同符号を付してあるものは同一の部材乃至部分を示しており、適宜説明が省略されている。
１．排気浄化システム
（１）全体構成
　図１は、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム１０の全体構成図である。
　この排気浄化システム１０は、ＤＰＦ２２及びＳＣＲ触媒２４を有する排気浄化ユニット２０と、還元剤噴射弁４３を含む還元剤供給装置４０と、ＤＰＦ２２の強制再生制御や還元剤供給装置４０の動作制御を行う制御装置６０とを主たる構成要素として備えている。
　斯かる排気浄化システム１０は、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）をＤＰＦ２２によって捕集し、かつ、還元剤としての尿素水溶液を用いて排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒２４中で選択的に浄化するための装置として構成されたものである。
（２）排気浄化ユニット
　排気浄化ユニット２０は、酸化触媒２１と、ＤＰＦ２２と、ＳＣＲ触媒２４とを排気上流側から順次に備えている。
　この排気浄化ユニット２０の構成要素のうち、酸化触媒２１は、内燃機関５でのポスト噴射等によって排気管１１内に供給された未燃燃料を酸化し、酸化熱を発生させる。これにより、ＤＰＦ２２に流入する排気ガスを昇温させてＤＰＦ２２を加熱することができる。酸化触媒２１は、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。
　また、ＤＰＦ２２は、排気ガスがＤＰＦ２２を通過する際に排気ガス中のＰＭを捕集する。図１に示す排気浄化システム１０では、ＤＰＦ２２がＳＣＲ触媒２４よりも排気上流側に配設されており、ＰＭがＳＣＲ触媒２４に付着するおそれがない。ＤＰＦ２２は、公知のもの、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタを用いることができる。
　また、ＳＣＲ触媒２４は、還元剤噴射弁４３によって排気ガス中に噴射される尿素水溶液の分解により生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯｘを還元する。ＳＣＲ触媒２４としては、例えば、アンモニアの吸着機能を有し、かつ、ＮＯｘを選択的に還元可能なゼオライト系の還元触媒を用いることができる。
　以上に説明した排気浄化ユニット２０は、ＤＰＦ２２の前後にそれぞれ圧力センサ５１、５２を備え、ＳＣＲ触媒２４の前後にそれぞれ温度センサ５３、５４を備えている。また、ＳＣＲ触媒２４の排気下流側にはＮＯｘセンサ５５を備えている。さらに、排気浄化ユニットの周囲には外気温度を検出する外気温度センサが配置されている。
　これらセンサのセンサ値は制御装置６０に送られて、それぞれの位置での圧力や温度、ＮＯｘ濃度が検出される。
　尚、演算によって推定可能であるならば、これらセンサは省略可能である。
　また、以上に説明した排気浄化ユニット２０は、排気管１１の第１屈曲部２３ａから分岐して、還元剤噴射弁４３を固定するための接続管１２を備えている。この接続管１２を介して、排気ガスの流れ方向と略一致する方向に、還元剤噴射弁４３から還元剤としての尿素水溶液が噴射される。
　従って、排気管１１に還元剤噴射弁４３を直接固定する場合と比較して、排気管１１や排気ガス等から還元剤噴射弁４３への熱を伝わり難くすることができる。
（３）強制再生手段
　本実施形態の排気浄化システム１０は、ＤＰＦ２２の強制再生制御を行うための強制再生手段を備える。ＤＰＦ２２を５００℃乃至６００℃程度に昇温させ、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを強制的に燃焼させる強制再生を行うためである。
　本実施形態では、内燃機関５でのポスト噴射等によって排気管１１内に未燃燃料を供給する燃料噴射弁（図示せず）と、燃料噴射弁からの燃料噴射量や噴射タイミング等、燃料噴射弁の制御を指示するための制御装置６０の制御部と、未燃燃料を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒２１とが、強制再生手段を構成する。
　尚、強制再生手段は上記構成例に限られず、排気ガスを５００℃乃至６００℃程度に昇温させることができるものであればよい。例えば、ポスト噴射に拠らずに酸化触媒２１に未燃燃料を供給する装置を利用して強制再生手段を構成してもよい。また、バーナや電熱線等の加熱装置を備え、直接ＤＰＦ２２を加熱するようにしてもよい。
（４）還元剤供給装置
　還元剤供給装置４０は、尿素水溶液を貯蔵する貯蔵タンク４１と、圧送ポンプ４２と、還元剤噴射弁４３とを主たる構成要素として備えている。
　このうち、貯蔵タンク４１及び圧送ポンプ４２が第１の供給通路４４によって接続され、圧送ポンプ４２及び還元剤噴射弁４３が第２の供給通路４５によって接続されている。この第２の供給通路４５には圧力センサ５６が設けられており、センサ値が制御装置６０に送信され、第２の供給通路４５内の圧力が検出される。
　また、第２の供給通路４５及び貯蔵タンク４１が第３の供給通路４６によって接続されており、これにより、第２の供給経路４５に供給された余剰の尿素水溶液を、貯蔵タンク４１に戻すことができる。
　また、還元剤供給装置４０は、尿素水溶液の流路を、貯蔵タンク４１から還元剤噴射弁４３へ向かう順方向から、還元剤噴射弁４３から貯蔵タンク４１へ向かう逆方向に切り換える機能を持ったリバーティングバルブ４７を備えている。即ち、本実施形態の排気浄化システム１０は、内燃機関５の停止時に、還元剤供給装置４０に充填されていた尿素水溶液を貯蔵タンク４１に回収可能な構成を有している。
　この還元剤供給装置４０の構成要素のうち、圧送ポンプ４２は、第２の供給経路４５内の圧力が所定値で維持されるように、貯蔵タンク４１内の尿素水溶液を汲み上げて還元剤噴射弁４３に圧送する。圧送ポンプ４２として、代表的には電動式ポンプが用いられる。
　また、還元剤噴射弁４３は、制御装置６０から出力される制御信号によって還元剤噴射弁４３が開かれたときに、尿素水溶液を排気管１１中に噴射する。還元剤噴射弁４３としては、例えばＤＵＴＹ制御によって開弁のＯＮ－ＯＦＦが制御されるＯＮ－ＯＦＦ弁が用いられる。
　このような還元剤噴射弁４３を構成する電子部分や樹脂部分等は比較的熱に弱く、その耐熱温度Ｔｌｉｍは１４０℃乃至１５０℃程度である一方、通常運転時における排気ガス温度は、２００℃乃至３００℃程度である。
　そのため、この還元剤供給装置４０は、還元剤噴射弁４３のハウジングに設けられた冷却水通路３５と、内燃機関５の冷却水通路３３から分岐して冷却水通路３５に連通する冷却水循環通路３３・３４と、冷却水循環通路３３・３４を流れる冷却水の流量を調節する冷却水流量制御弁３１・３２とを備えている。
　これにより、内燃機関５の冷却水を還元剤噴射弁４３の冷却水通路３５に循環させ、還元剤噴射弁４３の温度を７０℃乃至８０℃程度に保ち、還元剤噴射弁４３の熱損傷を防止することができる。
　また、還元剤噴射弁４３からの還元剤の噴射を行うために、貯蔵タンク４１内の相対的に低温である尿素水溶液が還元剤噴射弁４３に圧送されるので、還元剤噴射弁４３から尿素水溶液への熱移動によっても、還元剤噴射弁４３の放熱が促される。
　上述のエンジン冷却水の循環や、尿素水溶液への熱移動による還元剤噴射弁４３の放熱は、特に、内燃機関５の運転中において行われる。
　内燃機関５の運転中にエンジン冷却水が循環し、また、内燃機関５の運転中に還元剤噴射弁４３へ尿素水溶液が圧送されるためである。
２．制御装置
（１）全体構成
　次に、図２を参照して、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム１０に備えられる制御装置６０を、温度検出部６２と、強制再生制御部６３と、溶解温度算定部６４と、噴射弁動作許可部６５とに大別して、具体的に説明する。これらの各部は、典型的には、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。
　即ち、図２は、排気浄化システム１０に備えられた制御装置６０のうち、尿素水溶液の固化に起因した還元剤噴射弁４３の詰まりを解消するための制御に関する部分を、機能的なブロックで表した構成例である。
　制御装置６０は、イグニッションスイッチ５７の信号や各圧力センサや各温度センサをはじめとして、機関回転数Ｎｅを検出する回転数センサ、車両の車速Ｖを検出する車速センサ、アクセルペダルの操作量Ａｃｃを検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの操作量Ｂｒｋを検出するブレーキセンサ等の各種センサ信号が読込み可能に構成されている。また、制御装置６０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６０は、内燃機関を始動及び停止するためのイグニッションスイッチ５７によるオン及びオフの信号を検出し、オフの信号を検出したときには、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘを特定し、オンの信号を検出したときには、当該最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘから算定された残存還元剤の溶解温度Ｔｓｔｒに還元剤噴射弁４３の温度が到達してから還元剤噴射弁４３の動作を許可するように構成されている。
　尚、制御装置６０は、内燃機関５の運転中にあっては、第２の供給経路４５内の圧力が所定値で維持されるように圧送ポンプ４２の駆動を制御するとともに、機関回転数ＮｅやＳＣＲ触媒の排気下流側に設けられたＮＯｘセンサ５５のセンサ値等に基づいて、還元剤噴射弁４３の駆動を制御する。
　また、制御装置６０は、内燃機関５の停止時にパージ処理を実行する。即ち、尿素水溶液の流路を順方向から逆方向に切り換えるための信号を、リバーティングバルブ４７に対して出力するとともに、還元剤噴射弁４３を開弁させて圧送ポンプ４２を駆動させるための信号を、圧送ポンプ４２及び還元剤噴射弁４３に対して出力することにより、還元剤噴射弁４３及び還元剤供給経路の内部に存在する還元剤を貯蔵タンク４１に回収する。
（２）温度検出部
　温度検出部６２は、温度センサ５３を用いて還元剤噴射弁温度Ｔｕｄｖを検出するためのものであるが、直接検出できない場合には、その近傍のＤＰＦ２２下流側温度Ｔｄｐｆ等から算出乃至推測してもよい。
（３）強制再生制御部
　強制再生制御部６３は、ＤＰＦ２２の前後に設けられた圧力センサ５１、５２から求められる差圧に基づいて、ＰＭの堆積量Ｖｐｍを推定する。そして、推定ＰＭ堆積量Ｖｐｍが所定の閾値Ｖｐｍ０を超えたときに、ＤＰＦ２２の強制再生が必要であると判定し、強制再生手段に対して、強制再生を実行するための信号を送信する。
　また、強制再生制御部６３は、推定ＰＭ堆積量Ｖｐｍが所定量まで低下したことをきっかけとして、強制再生手段に対して送信していた、強制再生を実行するための信号を停止する。
（４）溶解温度算定部６４
　溶解温度算定部６４は、内燃機関を停止するためにイグニッションスイッチ５７がオフされたことを検知すると、温度検出部６２を通じて還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を開始し、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘを特定する。
　また、上述のように、「噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出」には、噴射弁温度Ｔｕｄｖを直接検出することの他、例えば噴射弁４３近傍のＤＰＦ２２下流側温度Ｔｄｐｆ等から算出乃至推測することも含む。
　イグニッションスイッチ５７がオフされた後、内燃機関５が停止すると、内燃機関５の冷却水の循環も停止して還元剤噴射弁４３の放熱効率が低下するために、噴射弁温度Ｔｕｄｖはある程度の時間に亘って上昇し、その後に低下する。
　そこで、溶解温度算定部６４は、噴射弁温度Ｔｕｄｖの最高値である噴射弁最高温度Ｔｍａｘを噴射弁温度Ｔｕｄｖの上昇と共に更新していき、噴射弁温度Ｔｕｄｖが上昇しなくなったときの噴射弁最高温度Ｔｍａｘを、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘとして特定する。
　この最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘは、還元剤噴射弁４３内に残存する還元剤である尿素水溶液の固化温度（凝固点）Ｔ０即ち溶解温度（融点）Ｔｓｔｒを算定するために使用されるので、制御装置６０内の所定の記憶手段に記憶しておく。
　上述のように、イグニッションスイッチ５７がオフされた後、噴射弁温度Ｔｕｄｖは上昇するので、還元剤噴射弁４３内に残存する尿素水溶液の温度も上昇し、尿素水溶液の水分が気化して濃度が上昇し、その結果として、当該残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒも上昇する。
　ここで、還元剤の回収処理（パージ処理）後に還元剤噴射弁４３内に残存する尿素水溶液の体積は、還元剤噴射弁４３の構造に応じてほぼ一定であるので、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘを特定することができれば、濃縮された残存尿素水溶液の濃度を算定することができ、従って、当該残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒも算定することができる。
　尚、残存尿素水溶液の濃度の算定においては、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘの他に、実施の対象となる実機に固有の種々の条件が影響することがあり得るので、予め実機で試験を行い、最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘを特定するだけで残存尿素水溶液の濃度を十分な精度で算定できるようにしておくことが望ましい。
　より高精度な算定を行うためには、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘの他に、最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘに到達する際の還元剤噴射弁４３の温度勾配δＴｕｄｖ、外気温度Ｔｏｕｔ、及び、必要に応じた他の条件を適宜組み合わせて、残存尿素水溶液の濃度、及び、固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒの算定を行うようにするとよい。即ち、温度勾配δＴｕｄｖが急である場合や外気温度Ｔｏｕｔが高い場合は、残存尿素水溶液の濃度がより高くなり、当該残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒもより高くなる傾向があるからである。
　図３は、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システムにおける還元剤噴射弁温度及び還元剤固化温度等の変化の一例を示すグラフである。
　時刻ｔ１においてイグニッションスイッチ５７がオフされると、内燃機関５が停止して、内燃機関５の冷却水の循環も停止するので、その時点から噴射弁温度Ｔｕｄｖがある程度の時間に亘って上昇し、最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘに到達した後、低下していることが見て取れる。
　また、噴射弁温度Ｔｕｄｖの上昇に少し遅れて追従するようにして、残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０が上昇することも、図３に示される通りである。これは、上述のように、噴射弁温度Ｔｕｄｖの上昇による残存尿素水溶液の濃度の上昇に起因するものである。
　そして、噴射弁温度Ｔｕｄｖが低下してきて、時刻ｔ２において残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０である固化ポイントまで低下すると、還元剤噴射弁４３の残存尿素水溶液に固化即ち凝固が発生することとなる。
　図７は、本発明の実施の他の形態に係る排気浄化システムにおける還元剤噴射弁温度及び還元剤固化温度等の変化の他の例を示すグラフである。
　図７の例においては、イグニッションスイッチ５７がオフされる時刻ｔ１より前の時刻ｔ０において、ＤＰＦ２２の強制再生制御が開始されており、それに伴う噴射弁温度Ｔｕｄｖ及びＤＰＦ２２下流側温度Ｔｄｐｆの上昇が見て取れるが、その他の点については、上記図３の例とほぼ同様である。
　尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒの算定は、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘから尿素水溶液の濃度を算定し、尿素水溶液の濃度に対応する固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒを、図８のグラフと同様に尿素水溶液の濃度と固化温度Ｔ０との関係を表す特性マップに基づいて特定することにより行う。当該特性マップは、制御装置６０内の所定の記憶手段に記憶されているものとするとよい。
　残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒの算定は、内燃機関を停止するためのイグニッションスイッチ５７のオフを検出した後、制御装置６０への給電が遮断されるまでの間に行ってもよいし、又は、イグニッションスイッチ５７のオフを検出した後、内燃機関を始動するためのイグニッションスイッチ５７のオンを検出したときに行ってもよい。
（５）噴射弁動作許可部
　噴射弁動作許可部６５は、イグニッションスイッチ５７がオンされたことが検知されると、温度検出部６２を通じて還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を開始する。上述のように、「噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出」には、噴射弁温度Ｔｕｄｖを直接測定することの他、例えば噴射弁４３近傍のＤＰＦ２２下流側温度Ｔｄｐｆ等から算出乃至推測することも含む。
　そして、噴射弁動作許可部６５は、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖ、及び、残存尿素水溶液の算定された溶解温度Ｔｓｔｒに基づいて、還元剤噴射弁４３の動作を許可するか否かを判断する。即ち、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖが残存尿素水溶液の溶解温度Ｔｓｔｒに到達したか（Ｔｕｄｖ≧Ｔｓｔｒ）否かに応じて、噴射弁動作許可部６５は、還元剤噴射弁４３の動作を許可するか否かを判断する。噴射弁動作許可部６５による動作許可の判断がなされると、還元剤噴射弁４３の動作が開始される。
　尚、噴射弁動作許可部６５による動作許可の判断がなされるまでの間は、還元剤噴射弁４３による還元剤の噴射が行われないこととなるが、排気浄化ユニット２０のＳＣＲ触媒２４には、それ以前の動作時に吸着されたアンモニアが残存しており、また、還元剤噴射弁４３の動作開始までの時間は比較的短時間であるため、通常は、環境基準を満たさなくなる等の問題は生じない。
３．制御方法
　以下、フローチャートを用いて、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法の具体例について説明する。
　図４は、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法について説明するためのフローチャートであり、特に、当該排気浄化システムの制御方法の動作手順全体を概略的に示すフローチャートである。
　先ず、制御装置６０、特に溶解温度算定部６４がイグニッションスイッチ５７のオフを検出すると（ステップＳ１）、溶解温度算定部６４は、温度検出部６２を通じて還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を開始し、その最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘを特定する（ステップＳ２）。
　その後、制御装置６０、特に噴射弁動作許可部６５がイグニッションスイッチ５７のオンを検出すると（ステップＳ３）、噴射弁動作許可部６５は、還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘから、還元剤噴射弁４３内に残存する還元剤、特に尿素水溶液の溶解温度Ｔｓｔｒを算定する一方、温度検出部６２を通じて還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を開始する（ステップＳ４）。
　噴射弁動作許可部６５は、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖと残存尿素水溶液の溶解温度Ｔｓｔｒとを継続的に比較して、噴射弁温度Ｔｕｄｖが残存尿素水溶液の溶解温度Ｔｓｔｒに到達したか（Ｔｕｄｖ≧Ｔｓｔｒ）否かを判断する（ステップＳ５）。
　そして、噴射弁動作許可部６５は、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖが残存尿素水溶液の溶解温度Ｔｓｔｒに到達したと判断すると、還元剤噴射弁４３の動作を許可する判断を行い、当該判断に応じて還元剤噴射弁４３の動作が開始される。
　一旦加熱された尿素水溶液が内燃機関停止後の冷却される過程で固化した場合であっても、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法の斯かる動作手順によって、固化した尿素水溶液が溶解するのを待ってから還元剤供給装置を動作させることにより、尿素水溶液の固化に起因した還元剤噴射弁や還元剤供給経路の詰まりや破損等の発生を回避することが可能であり、その結果として排気浄化効率の低下を防止することができる。
　図５は、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法について説明するためのフローチャートであり、特に、イグニッションスイッチ５７のオフの検出に応じて還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘを特定する際の当該排気浄化システムの制御方法の動作手順をより具体的に示すフローチャートである。
　先ず、溶解温度算定部６４を含む制御装置６０がイグニッションスイッチ５７のオフを検出すると（ステップＳ１１）、制御装置６０は、排気浄化システムに備えられた還元剤供給装置４０における還元剤回収処理を開始する（ステップＳ１２）。
　また、溶解温度算定部６４は、イグニッションスイッチ５７のオフの検出に応じて、温度検出部６２を通じて還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を開始する（ステップＳ１３）。
　具体的には、「噴射弁最高温度Ｔｍａｘ＝噴射弁温度Ｔｕｄｖ」に設定して、噴射弁温度Ｔｕｄｖを継続的に検出し、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖとそれまでの噴射弁最高温度Ｔｍａｘを比較して、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖがそれまでの噴射弁最高温度Ｔｍａｘを超えているか（Ｔｕｄｖ＞Ｔｍａｘ）否かを判断する（ステップＳ１４）。
　現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖがそれまでの噴射弁最高温度Ｔｍａｘを超えているときは、「噴射弁最高温度Ｔｍａｘ＝当該時点の噴射弁温度Ｔｕｄｖ」に更新して、噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を継続する。
　一方、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖがそれまでの噴射弁最高温度Ｔｍａｘを超えなくなったときは、噴射弁温度Ｔｕｄｖはさらに上昇することはないと判断できるので、それまでの噴射弁最高温度Ｔｍａｘを還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘとして特定し、制御装置６０内の所定の記憶手段に記憶する（ステップＳ１５）。
　また、制御装置６０は、排気浄化システムに備えられた還元剤供給装置４０における還元剤回収処理が終了したか否かを判断し、終了したと判断したときは、制御装置６０自体への給電の遮断処理を行って、動作手順を終了する（ステップＳ１６）。
　尚、還元剤回収処理は、還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖが噴射弁最高温度Ｔｍａｘに到達する以前の、噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出中に終了しているのが通常であるので、ここでの判断は、制御装置６０への給電の遮断処理を行うに際して、還元剤回収処理が確実に終了していることを確認するために行っている。
　図６は、本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法について説明するためのフローチャートであり、特に、イグニッションスイッチ５７のオンの検出に応じて還元剤噴射弁４３の動作許可を判断する際の当該排気浄化システムの制御方法の動作手順をより具体的に示すフローチャートである。
　溶解温度算定部６４及び噴射弁動作許可部６５を含む制御装置６０がイグニッションスイッチ５７のオンを検出すると（ステップＳ２１）、溶解温度算定部６４は、制御装置６０内の所定の記憶手段に記憶された還元剤噴射弁４３の最高到達温度Ｔｕｄｖｍａｘから、還元剤噴射弁４３内に残存して濃縮された尿素水溶液の濃度Ｃを算定し、当該濃度Ｃから残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒを算定する（ステップＳ２２）。
　尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒの算定は、残存尿素水溶液の濃度Ｃに対応する固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒを、図８のグラフと同様に尿素水溶液の濃度と固化温度Ｔ０との関係を表す特性マップに基づいて特定することにより行う。当該特性マップは、制御装置６０内の所定の記憶手段から読み出す。
　一方、噴射弁動作許可部６５は、イグニッションスイッチ５７のオンの検出に応じて、温度検出部６２を通じて還元剤噴射弁４３の噴射弁温度Ｔｕｄｖの検出を開始する（ステップＳ２２）。
　噴射弁動作許可部６５は、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖと、残存尿素水溶液の算定された溶解温度Ｔｓｔｒとに基づいて、還元剤噴射弁４３の動作を許可するか否かを判断する。即ち、現在の噴射弁温度Ｔｕｄｖが残存尿素水溶液の溶解温度Ｔｓｔｒに到達したか（Ｔｕｄｖ≧Ｔｓｔｒ）否かに応じて、噴射弁動作許可部６５は、還元剤噴射弁４３の動作を許可するか否かを判断する（ステップＳ２３）。
　そして、噴射弁動作許可部６５による動作許可の判断がなされると、還元剤噴射弁４３の動作が開始される（ステップＳ２４）。
　上述のように、残存尿素水溶液の固化温度Ｔ０即ち溶解温度Ｔｓｔｒの算定は、イグニッションスイッチ５７のオフを検出した後、最初にイグニッションスイッチ５７のオンを検出したときに行ってもよいし、又は、イグニッションスイッチ５７のオフを検出した後、制御装置６０への給電が遮断されるまでの間、即ち、図５のフローチャートにおけるステップＳ１５とステップＳ１６との間に行ってもよい。
　一旦加熱された尿素水溶液が内燃機関停止後の冷却される過程で固化した場合であっても、以上の図５及び図６のフローチャートに示した本発明の実施の一形態に係る排気浄化システム及びその制御方法の斯かる動作手順によって、固化した尿素水溶液が溶解するのを待ってから還元剤供給装置を動作させることにより、尿素水溶液の固化に起因した還元剤噴射弁や還元剤供給経路の詰まりや破損等の発生を回避することが可能であり、その結果として排気浄化効率の低下を防止することができる。

Claims (11)

  1. 　内燃機関の排気ガス中の排気微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、還元剤としての尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射して供給すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置と、前記尿素水溶液を用いて前記排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、を排気上流側から順次に備えた排気浄化システムにおいて、
    　前記内燃機関を停止するためのイグニッションスイッチのオフの検出後に、前記還元剤噴射弁の最高到達温度を特定し、その後、前記還元剤噴射弁内に残存する前記尿素水溶液の溶解温度を前記最高到達温度に基づいて算定する溶解温度算定部と、
    　前記内燃機関を始動するためのイグニッションスイッチのオンの検出後に、前記還元剤噴射弁の噴射弁温度が前記溶解温度に到達してから前記還元剤噴射弁の動作を許可する噴射弁動作許可部と、
    を有する制御装置を備えることを特徴とする排気浄化システム。
  2. 　前記溶解温度算定部は、前記溶解温度の算定を、イグニッションスイッチのオンの検出後に行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 　前記溶解温度算定部は、前記溶解温度の算定を、イグニッションスイッチのオフの検出後、オンの検出前に行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
  4. 　前記溶解温度算定部は、前記最高到達温度の特定のための前記還元剤噴射弁の噴射弁温度の検出を、前記尿素水溶液の前記貯蔵タンクへの回収と並行して行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
  5. 　前記溶解温度算定部は、前記最高到達温度の特定を、前記尿素水溶液の前記貯蔵タンクへの回収終了後に行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
  6. 　前記溶解温度算定部は、前記溶解温度の算定を、前記最高到達温度と、前記還元剤噴射弁の温度勾配及び外気温度のうちの一方又は両方とに基づいて行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
  7. 　内燃機関の排気ガス中の排気微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、還元剤としての尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射して供給すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置と、前記尿素水溶液を用いて前記排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、を排気上流側から順次に備えた排気浄化システムの制御方法において、
    　前記内燃機関を停止するためのイグニッションスイッチのオフの検出後に、前記還元剤噴射弁の最高到達温度を特定する過程と、
    　前記還元剤噴射弁内に残存する前記尿素水溶液の溶解温度を前記最高到達温度に基づいて算定する過程と、
    　前記内燃機関を始動するためのイグニッションスイッチのオンの検出後に、前記還元剤噴射弁の噴射弁温度が前記溶解温度に到達してから前記還元剤噴射弁の動作を許可する過程と、
    を有することを特徴とする排気浄化システムの制御方法。
  8. 　前記溶解温度を算定する過程を、イグニッションスイッチのオンの検出後に行うことを特徴とする請求項７に記載の排気浄化システムの制御方法。
  9. 　前記溶解温度を算定する過程を、イグニッションスイッチのオフの検出後、オンの検出前に行うことを特徴とする請求項７に記載の排気浄化システムの制御方法。
  10. 　前記最高到達温度を特定するための前記還元剤噴射弁の噴射弁温度の検出を、前記尿素水溶液の前記貯蔵タンクへの回収と並行して行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御方法。
  11. 　前記最高到達温度の特定を、前記尿素水溶液の前記貯蔵タンクへの回収終了後に行うことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012090801A1 (ja) * 2010-12-27 2012-07-05 ボッシュ株式会社 排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法

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