(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
選択還元触媒装置の尿素水が凍結した際に、該尿素水を解凍し、解凍後にサプライモジュールのサプライモジュールポンプを作動させてドージングバルブから噴射するようにしたSCR解凍制御システムにおいて、サプライモジュールポンプを作動させたときに、サプライモジュール内における圧力を検出し、その圧力が所定値を維持しないとき、サプライモジュールポンプの作動を停止すると共に尿素水の解凍を継続し、一定時間解凍を継続した後に再度サプライモジュール内における圧力を検出し、その圧力が所定値を維持しないときに故障と判定する解凍制御部を備えたことを特徴とするSCR解凍制御システム。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンの排気ガス中のNO
xを浄化するための排ガス浄化システムとして、SCR(Selective Catalytic Reduction;選択還元触媒)装置を用いたSCRシステムが開発されている。
【0003】
このSCRシステムは、尿素水をSCRの排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、SCR触媒上でNO
xを還元して浄化するものである(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
ところが、尿素水は−10℃程度で凍結してしまうので、寒冷時には尿素水の供給ができなくなると言う問題がある。そのため、SCRシステムには、寒冷時にエンジン冷却水を尿素水の供給系に供給し、凍結した尿素水を解凍する解凍制御を行うためのSCR解凍制御システムが実装されている。
【0005】
従来のSCR解凍制御システムは、尿素水を貯留する尿素タンク内のタンク温度、尿素タンクと尿素水をSCR装置の上流側で噴射するドージングバルブとの間の尿素配管内の温度、尿素配管に接続されたサプライモジュール内のSM温度のいずれかが予め設定した閾値未満のときに尿素水が凍結したと判断して解凍制御を行う。なお、通常は尿素配管内の温度を検出するセンサはないため、外気温を尿素配管内の温度と見なす。
【0006】
そして、タンク温度、SM温度が閾値以上、且つ、外気温に応じた設定時間を経過したら解凍が完了したと判断し、サプライモジュールのSMポンプを作動させて尿素水を尿素配管内に充填すると共にその圧力を一定値に維持し、ドージングバルブから尿素水を噴射するように(ドージングバルブから尿素水を噴射可能なように準備)している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、タンク温度やSM温度は、それぞれタンク内部及びサプライモジュール内部に設けられた温度センサにより検出しているため、その検出値が閾値以上になっても、温度センサから離れている部分(サプライモジュールと尿素配管との接続部など)では解凍が十分でなく、その部分の尿素水が凍結したままとなっている場合がある。
【0009】
例えば、SMポンプの吸込側の尿素配管との接続部で尿素水が凍結したままとなっていると、凍結物で圧力が上昇しない、又は圧力が高圧となる。
【0010】
圧力が上昇しない場合、ポンプは最大出力で運転する(空運転)。このとき、氷粒や解凍できない尿素水がポンプに流れ込みポンプの負荷となる。また、高圧となる場合、ポンプ故障の可能性がある(異常高圧による故障)。
【0011】
このように、従来のSCR解凍制御システムでは、解凍の失敗を検出することができず、故障と判断するまでの時間を短くすると、解凍が十分でないだけで異常信号により故障を警告してしまう(システム停止)問題があった。また、故障と判断するまでの時間を長くすると、ポンプ故障してしまう。故障にならないまでも寿命が短くなってしまう。
【0012】
そこで、本発明の目的は、解凍の失敗と故障とを区別でき、SMポンプの故障をも防止することができるSCR解凍制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
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、選択還元触媒装置の尿素水が凍結した際に、該尿素水を解凍し、解凍後にサプライモジュールのサプライモジュールポンプを作動させてドージングバルブから噴射するようにしたSCR解凍制御システムにおいて、サプライモジュールポンプを作動させたときに、サプライモジュール内における圧力を検出し、その圧力が
所定値
を維持しないとき、サプライモジュールポンプの作動を停止する
と共に尿素水の解凍を継続し、一定時間解凍を継続した後に再度サプライモジュール内における圧力を検出し、その圧力が所定値を維持しないときに故障と判定する解凍制御部を備えたことを特徴とするSCR解凍制御システムである。
【0014】
請求項2の発明は、前記解凍制御部は、
サプライモジュール内における圧力が所定値を維持しないとき、サプライモジュールポンプの作動を停止すると共に尿素水の解凍を継続し、サプライモジュール内における圧力を検出することなく一定時間解凍を継続した後に再度サプライモジュール内における圧力を検出し、その圧力が所定値を維持しないときに故障と判定する請求項1に記載のSCR解凍制御システムである。
【0015】
請求項3の発明は、前記解凍制御部は、
サプライモジュール内における圧力が所定値を維持しないとき、必ずサプライモジュールポンプの作動を停止する請求項1又は2に記載のSCR解凍制御システムである。
【0016】
請求項4の発明は、前記解凍制御部は、
サプライモジュール内における圧力が所定値を維持しないとき、外気温を検出し、検出した外気温が所定温度よりも低いときに、サプライモジュールポンプの作動を停止すると共に、サプライモジュール内
における圧力が
所定値
を維持しないことを規定回数検知したときに故障
と判定する
請求項1から3の何れか一項に記載のSCR解凍制御システムである。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、解凍の失敗と故障とを区別でき、SMポンプの故障をも防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
【0020】
まず、車両に搭載されるSCRシステムについて説明する。
【0021】
図1に示すように、SCR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、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。
【0022】
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;酸化触媒)107、DPF(Diesel Particulate Filter)108、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NO
2とし、排気ガス中のNOとNO
2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(Particulate Matter)を捕集するためのものである。
【0023】
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に噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間さ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が引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。
【0024】
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NO
x濃度を検出する上流側NO
x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NO
x濃度を検出する下流側NO
xセンサ111が設けられる。
【0025】
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、ある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115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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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(エンジン冷却水)を循環する冷却水ライン123が接続される。冷却水ライン123は、尿素タンク105内を通り、冷却水ライン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、冷却水ライン123は、サプライモジュール106内を通り、冷却水ライン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。
【0029】
冷却水ライン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にも冷却水ライン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、冷却水ライン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。
【0030】
図2に、DCU126の入出力構成図を示す。
【0031】
図2に示すように、DCU126には、上流側NO
xセンサ110、下流側NO
x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、およびエンジンEを制御するECM(Engine Control Module)125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。
【0032】
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NO
xセンサ110のヒータ、下流側NO
x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よい。
【0033】
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NO
xの量を推定すると共に、推定した排気ガス中のNO
xの量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、さらに、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NO
xセンサ110の検出値に基づいてドージングバルブ104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。
【0034】
SCRシステム100は、尿素水が凍結した際に、その尿素水を解凍し、解凍後にサプライモジュール106のSMポンプ112を作動させてドージングバルブ104から噴射(ドージングバルブ104から噴射可能なように準備)するようにしたSCR解凍制御システム127を備える。
【0035】
SCR解凍制御システム127は、SCRセンサ119の温度センサ121で検出された尿素タンク105内の尿素水の温度(タンク温度)、送液・圧送・回収ライン116,117,118内の温度(ECM125から送られる外気温を送液・圧送・回収ライン116,117,118内の温度と見なす)、SM温度センサ113で検出されたサプライモジュール106の温度(SM温度)を参照し、これら温度のいずれかが閾値(例えば、尿素水の融点)未満のときに尿素水が凍結したと判断し、タンクヒーターバルブ124をON(開)にし、エンジンEからの冷却水を冷却水ライン123を通じて尿素タンク105、送液・圧送・回収ライン116,117,118、サプライモジュール106に供給し、凍結した尿素水を解凍する解凍制御を開始する。
【0036】
そして、SCR解凍制御システム127は、タンク温度、SM温度が閾値以上、且つ、外気温に応じた設定時間を経過したら解凍が完了したと判断し、サプライモジュール106のSMポンプ112を作動させて尿素水を圧送ライン117(尿素配管)内に充填すると共に尿素水圧力センサ114で検出される圧力を
所定値に維持し、その圧力が
所定値に維持されたら解凍制御を終了する。これにより、SCR解凍制御システム127は、ドージングバルブ104から尿素水を噴射するように(ドージングバルブから尿素水を噴射可能なように準備)する。
【0037】
さて、本発明のSCR解凍制御システム127は、SMポンプ112を作動させたときに、サプライモジュール内における圧力(尿素水圧力センサ114で検出される圧力)を検出し、その圧力
が所定値を維持しないと
き、SMポンプ112の作動を停止する解凍制御部128を備えたことを特徴とする。この解凍制御部128は、DCU126に実装されている。
【0038】
なお、尿素水圧力センサ114で検出される圧力が
所定値を維持しない場合としては、高圧異常と低圧異常がある。尿素水の充填開始から所定時間が経過しても圧力が
所定値まで上昇しない場合が低圧異常であり、充填開始後に圧力が急上昇して所
定値を超えてしまった場合が高圧異常である。つまり、高圧異常は尿素水の充填を開始して比較的早い段階で検出され、低圧異常は所定時間経過後に検出される。
【0039】
高圧異常の例としては、回収ライン118とサプライモジュール106との接続部で尿素水が凍結し、尿素水圧力センサ114で検出される圧力が高圧となる場合が考えられる。また、低圧異常の例としては、送液ライン116とサプライモジュール106との接続部で尿素水が凍結し、尿素水圧力センサ114で検出される圧力が上昇しない場合が考えられる。
【0040】
解凍制御部128は、尿素水圧力センサ114で検出される圧力が
所定値を維持しないとき、外気温を検出し、検出した外気温が低いとき(閾値(例えば、尿素水の融点)未満のとき)に、SMポンプ112の作動を停止するように構成される。
【0041】
また、解凍制御部128は、SMポンプ112の作動を停止すると共に尿素水の解凍を継続し、一定時間解凍を継続した際に再度サプライモジュール106内における圧力を検出し、その圧力が
所定値
を維持しないときに故障を警告するように構成される。
【0042】
さらに、解凍制御部128は、サプライモジュール106内の圧力が
所定値
を維持しないことを規定回数検知したときに故障を警告するように構成される。
【0043】
この解凍制御部128の詳細な動作をSCR解凍制御システム127の動作と共に
図3を用いて説明する。
【0044】
SCR解凍制御システム127は、キーON後に解凍制御の条件を満たしているかを判断する。解凍制御の条件を満たしているか否かは、温度センサ121で検出された尿素タンク105内の尿素水の温度(タンク温度)、送液・圧送・回収ライン116,117,118内の温度、SM温度センサ113で検出されたサプライモジュール106の温度(SM温度)のいずれかが予め設定した閾値未満であるかどうかで判断する。なお、通常は送液・圧送・回収ライン116,117,118内の温度を検出するセンサはないため、ECM125から送られる外気温を送液・圧送・回収ライン116,117,118内の温度と見なす。
【0045】
SCR解凍制御システム127は、これら温度のいずれかが閾値未満のときに尿素水が凍結したと判断し、タンクヒーターバルブ124をONにし、エンジンEからの冷却水を冷却水ライン123を通じて尿素タンク105、送液・圧送・回収ライン116,117,118、サプライモジュール106に供給し、凍結した尿素水を解凍する解凍制御を開始する(ステップ301)。
【0046】
この解凍制御により尿素水の解凍が完了したとき(ステップ302)、SCR解凍制御システム127はSMポンプ112を作動(ON)させ、尿素タンク105内の尿素水を送液ライン116を通して吸い上げ、圧送ライン117を通してドージングバルブ104に供給するようにして圧送ライン117に尿素水を充填し(ステップ303)、尿素水圧力センサ114で検出される圧力を上昇させ、圧力が
所定値
を維持するようにSMポンプ112のフィードバック制御を行う(ステップ304)。ここで解凍の完了は、タンク温度、SM温度が閾値以上、且つ、外気温に応じた設定時間を経過したか否かで判断する。
【0047】
その後、SCR解凍制御システム127は尿素水圧力センサ114で検出される圧力が
所定値を維持した状態となったら(ステップ305)、タンクヒーターバルブ124をOFF(閉)にして解凍制御を終了する(ステップ306)。これにより、ドージングバルブ104から尿素水を噴射する準備が完了し、尿素水の噴射が可能になる(ステップ307)。
【0048】
これに対して、ステップ305にて、尿素水圧力センサ114で検出される圧力が
所定値を維持しないと判断したとき、解凍制御部128はこの処理が何回繰り返されたかを記憶し、その繰り返し回数が予め設定した規定回数未満かどうかを判断する(ステップ308)。
【0049】
ステップ308にて、解凍制御部128は繰り返し回数が規定回数未満であると判断したとき、外気温が閾値未満かどうかを判断し(ステップ309)、外気温が閾値未満のときに、解凍が失敗したと判断してSMポンプ112の作動を停止し、圧送ライン117内への尿素水の充填を停止する(ステップ310)と共に尿素水の解凍を継続する。逆に、外気温が閾値以上である場合には、尿素水の解凍は十分になされていると考えられ、何らかの異常が発生している可能性があるため、解凍制御部128は異常信号を出し、故障を警告する(ステップ311)。
【0050】
解凍を継続した場合には、解凍制御部128は解凍の完了を判断する(ステップ312)。このとき、ステップ302で用いた解凍完了の条件は、既に満たされているため、同じ条件で解凍の完了を判断することはできない。そこで、ステップ312の解凍完了の条件としては、SMポンプ112の作動を停止してから予め設定した時間(一定時間)が経過したかどうかで判断する。この設定時間は、繰り返し回数と検出した圧力に応じて可変するように予めマップを作製しておき、このマップを参照するようにしてもよい。例えば、十分に解凍が進捗するように、繰り返し回数の増加に従って設定時間が長くなるようにマップを作製する(高圧の場合はポンプ故障の確率が上がるため、低圧に比べて設定時間を長くする)。解凍完了後は、上述のステップ303,304,305,308,309,310を繰り返すことで、尿素水が十分に解凍される。
【0051】
ステップ308にて、繰り返し回数が規定回数以上であると判断したときには、何らかの異常が発生している可能性があるため、解凍制御部128は異常信号を出し、故障を警告する(ステップ313)。
【0052】
このように、本発明に係るSCR解凍制御システム127によれば、SMポンプ112を作動させたときに、サプライモジュール106内における圧力を検出し、その圧力が
所定値
を維持しないとき、SMポンプ112の作動を停止する解凍制御部128を備えるため、解凍の失敗と故障とを区別でき、異常が発生していないにもかかわらず異常信号を出力するようなことを避けることができる。また、圧力が
所定値
を維持しないとき、SMポンプ112の作動を停止するので、SMポンプ112の故障をも防止することができる。
【0053】
解凍制御部128は、一定時間尿素水の解凍を継続した後に、再度SMポンプ112を作動させ、サプライモジュール106内における圧力を検出し、その圧力が
所定値
を維持しないとき、これらを規定回数繰り返すため、解凍をリトライ(継続)して凍結した尿素水を確実に解凍することができる。
【0054】
さらに、解凍制御部128は、この繰り返し回数が規定回数以上となったとき、故障を警告するため、解凍の失敗と異常とを区別し、それに応じた制御を行うことができる。