特許第6024478号(P6024478)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6024478
(24)【登録日】2016年10月21日
(45)【発行日】2016年11月16日
(54)【発明の名称】尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置
(51)【国際特許分類】
   F01N 3/18 20060101AFI20161107BHJP
   F01N 3/08 20060101ALI20161107BHJP
【FI】
   F01N3/18 C
   F01N3/08 B
【請求項の数】5
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2013-13388(P2013-13388)
(22)【出願日】2013年1月28日
(65)【公開番号】特開2014-145276(P2014-145276A)
(43)【公開日】2014年8月14日
【審査請求日】2015年12月2日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100068021
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
(72)【発明者】
【氏名】二本木 茂
(72)【発明者】
【氏名】嶺澤 正信
【審査官】 今関 雅子
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−117440(JP,A)
【文献】 特開2008−248710(JP,A)
【文献】 特開2008−2425(JP,A)
【文献】 特開2011−247136(JP,A)
【文献】 特開2012−2062(JP,A)
【文献】 特開2011−117441(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01N 3/00−3/38、11/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
尿素水タンク内の尿素水を、サプライポンプにて吸い込み、これを圧送ラインとSCR装置の上流側に設けたドージングバルブから噴射する際に、サプライポンプからドージングバルブに至る配管部の閉塞を検出するための尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置において、
尿素水タンク内の尿素水温度を検出する尿素水センサと、
圧送ラインの圧力を検出する圧力センサと、
SCR装置の上流側の排気管に設けた排気温度センサと、
キースイッチがONされたとき、前記サプライポンプを駆動して前記配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサでの検出値が設定温度以下で、かつ、尿素水センサでの検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンクに戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の前記圧力センサの検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段と
を備えたことを特徴とする尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項2】
前記閉塞判定手段は、尿素水センサで検出した尿素水温度が凍結温度以下のときに尿素水タンクとドージングバルブにエンジン冷却水を流して解凍すべく、解凍手段を駆動する請求項1記載の尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項3】
前記閉塞判定手段は、圧力センサの検出値からスタートアップ制御が安定して行われ、配管部の閉塞判定が実施されていないときに、エンプティング制御を実施する請求項1記載の尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項4】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲であれば、詰まりなしとして、配管部の閉塞判定を終了する請求項1記載の尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置。
【請求項5】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲外の負圧で、その負圧が一定時間継続したときに閉塞判定のカウントをカウントアップし、その後所定時間経過後に再度スタートアップ制御とエンプティング制御を繰り返し、この閉塞判定のカウントが所定回数となったとき異物による詰まりと判定する請求項4記載の尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンの排ガス中のNOxを尿素水を用いて選択還元する尿素SCRシステムに係り、特に、尿素水を噴射するドージングバルブまでの配管に尿素水が閉塞したかどうかを検出できる尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンの排気ガス中のNOxを浄化するための排気ガス浄化システムとして、選択還元触媒を用いた選択触媒還元(Selective Catalytic Reduction)システム(SCRシステム)が開発されている。
【0003】
このSCRシステムは、尿素水タンクに貯留された尿素水をSCR装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱で尿素水を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアによってSCR装置内の触媒でNOxを還元して浄化するものである。尿素水は、SCR装置の上流側に設けられたドージングバルブから噴射されることで、SCRの排気ガス上流に供給される。
【0004】
ドージングバルブへの尿素水の供給は、サプライモジュールポンプ(SMポンプ)や尿素水圧力センサなどを備えたサプライモジュールによってなされる。サプライモジュールは、吸込ラインを介して尿素水タンクと接続されており、尿素水タンクから吸込ラインを通じて吸い上げた尿素水を、サプライモジュールとドージングバルブとを接続する圧送ラインを通じてドージングバルブに供給する。ドージングバルブは、DCU(ドージングコントロールユニット)により制御され、SCR装置の下流に設けたNOxセンサの検出値に応じてドージングバルブが開閉制御されて尿素噴射量が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−247137号公報
【特許文献2】特開2012−2061号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、尿素水をNOx触媒内に噴射するドージングバルブ内、およびそこに至る圧送ライン内が異物により詰まりが生じた場合は、尿素水噴射が行われないため、SCR装置の下流に設けたNOxセンサにより、SCR浄化率が異常であるかを検出することで、詰まりの検出は可能である。
【0007】
しかし、浄化率での異常判定は、SCR装置内の触媒の異常なのか、尿素水噴射系の異常なのかを区別することは不可能である。また尿素水の低温凍結時により配管部に詰まりが発生した場合には、すぐには異常と判定せず、解凍を待ってドージングを行う必要があるが現状では、異物による詰まりか、凍結によるものかの判断ができない問題がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素水を噴射するドージングバルブまでの配管に尿素水が閉塞したかどうかを的確に検出できる尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために本発明は、尿素水タンク内の尿素水を、サプライポンプにて吸い込み、これを圧送ラインとSCR装置の上流側に設けたドージングバルブから噴射する際に、サプライポンプからドージングバルブに至る配管部の閉塞を検出するための尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置において、尿素水タンク内の尿素水温度を検出する尿素水センサと、圧送ラインの圧力を検出する圧力センサと、SCR装置の上流側の排気管に設けた排気温度センサと、キースイッチがONされたとき、前記サプライポンプを駆動して前記配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサでの検出値が設定温度以下で、尿素水センサでの検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンクに戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の前記圧力センサの検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段とを備えたことを特徴とする尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置である。
【0010】
前記閉塞判定手段は、尿素水センサで検出した尿素水温度が凍結温度以下のときに尿素水タンクとドージングバルブにエンジン冷却水を流して解凍すべく、解凍手段を駆動するのが好ましい。
【0011】
前記閉塞判定手段は、圧力センサの検出値からスタートアップ制御が安定して行われ、かつ、配管部の閉塞判定が実施されていないときに、エンプティング制御を実施するのが好ましい。
【0012】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲であれば、詰まりなしとして、配管部の閉塞判定を終了するのが好ましい。
【0013】
前記閉塞判定手段は、前記エンプティング制御時の前記圧力センサで検出される圧力が正常範囲外の負圧で、その負圧が一定時間継続したときに閉塞判定のカウントをカウントアップし、その後所定時間経過後に再度スタートアップ制御とエンプティング制御を繰り返し、この閉塞判定のカウントが所定回数となったとき異物による詰まりと判定するのが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明は、従来車両停止のときに行われているエンプティング制御を、キースイッチONのときに、所定の許可条件のもとで、強制的にエンプティング制御を行って、その際のサプライポンプの吸込圧力から配管部の詰まりを検出することで、凍結を除いた異物による詰まりを的確に検出できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明におけるSCRシステムの概略図である。
図2】本発明の尿素SCR用尿素水配管閉塞検出装置のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0017】
図1は、SCRシステムの概略を示したもので、ディーゼルエンジン(図示せず)の排気管10には、SCR装置11が接続され、そのSCR装置11の上流側に尿素水を噴射するドージングバルブ12が設けられ、SCR装置11の下流側には、NOxセンサ13が設けられる。
【0018】
NOxセンサ13の検出値はDCU(ドージングコントロールユニット)14に入力され、DCU14によりドージングバルブ12が開閉制御される。
【0019】
ドージングバルブ12から噴射される尿素水Uは、尿素水タンク15に溜められ、サクションライン16からサプライモジュール17のサプライポンプ18に吸引され、サプライポンプ18からフィルタ19を通して異物が除去され、圧送ライン20にてドージングバルブ12に圧送される。また余剰の尿素水Uは、フィルタ19の吐出側の圧送ライン20から戻しライン21にて尿素水タンク15内に戻される。
【0020】
サプライポンプ18には、図には示されていないが、吸込側と吐出側を切り換える四方弁が接続され、また圧送ライン20には、尿素水の圧力を検出する圧力センサ27が設けられ、その検出値がDCU14に入力される。
【0021】
尿素水タンク15内には、尿素水液面、尿素水温度、尿素水の濃度に基づく品質などを検出する尿素水センサ22が設けられ、尿素水センサ22が尿素水タンク15内の尿素水温等を計測し、これをDCU14へ送信する。
【0022】
DCU14は、SCR装置11へ尿素水を噴射する量、タイミングを算出し、サプライポンプ18を駆動させ尿素水を規定圧まで高め、ドージングバルブ12の開閉を制御し、適切な量を適切なタイミングで噴射する。
【0023】
NOxセンサ13は、ドージングバルブ12から尿素水が適切に噴射されていることにより、SCR装置11の下流の排ガス中のNOx値が定常となっていることをモニタするために、DCU14へ計測値を送信する。
【0024】
DCU14には、主に燃料噴射制御を行うECM(エンジンコントロールモジュール)23と接続され、ECM23から車速信号などの運転情報、外気温などがDCU14へ制御情報が送信される。
【0025】
また、DCU14は、バッテリー24が接続されると共にイグニッションキー25のキースイッチのON、OFF信号が入力される。
【0026】
SCR装置11の上流側の排気管10には、SCR装置11に流入する排ガス温度を検出する排気温度センサ26が設けられ、その検出値がDCU14に入力される。
【0027】
尿素水タンク15には、冬期など尿素水が凍結したとき、エンジン冷却水を流して解凍する解凍用配管28が設けられ、またドージングバルブ12にも解凍用配管28が設けられ、その解凍用配管28に解凍手段としての解凍用バルブ29が設けられ、その解凍用バルブ29がDCU14により制御されるようになっている。
【0028】
このSCRシステムにおいて、DCU14は、ECM23の情報を基にNOxセンサ13の検出値が定常となるようドージングバルブ12から噴射する尿素水の噴射指示量を決定し、その決定値に基づいてドージングバルブ12を開閉制御し、排ガス中のNOxに応じて尿素水を噴射する。これによりSCR装置11にて尿素水が加水分解されてアンモニアとされ、そのアンモニアにてSCR装置11内の触媒の存在下NOxを脱硝する。
【0029】
通常のSCRシステムにおいては、イグニッションキー25によりキースイッチがONされた後は、サプライポンプ18のスタートアップ制御がなされる。このスタートアップ制御は、圧送ライン20へ尿素水を流し込み、配管部内を尿素水で満たしてスタートアップ圧まで高めるものである。
【0030】
このスタートアップ制御の後に、さらに尿素水圧がビルドアップ圧まで高められ噴射できる状態にされるビルドアップ制御がなされた後、ドージングバルブ12から尿素水が噴射され、車両走行中のNOx除去が行われる。
【0031】
その後イグニッションキー25がOFFとなり、車両が停止された後は、ドージングバルブ12を開とした状態で、サプライポンプ18の四方弁を切り換えて圧送ライン20内に残存する尿素水を尿素水タンク15に回収するエンプティング(Empting)制御が所定時間実施されたのちサプライポンプ18が停止される。
【0032】
ところで、サプライポンプ18から圧送ライン20とドージングバルブ12に至る経路で凍結や異物等による詰まりが生じたときは、ドージングバルブ12から適正に尿素水が噴射されているかどうかを、NOxセンサ13の検出値だけでは、判定することができない。
【0033】
尿素水の凍結に関しては、DCU14は、ECM23からの外気温情報と、尿素水センサ22の尿素水温から、尿素水の凍結温度(尿素水濃度にもよるが通常濃度32.5%で、−11℃)近傍まで低下したときには、解凍手段である解凍用バルブ29を開いてエンジン冷却水を解凍用配管28に流してドージングバルブ12や尿素水タンク15を加熱して解凍制御を実施するが、圧送ライン20などに凍結した尿素水が一部残存した場合には、異物と同様に詰まりを発生してしまう。
【0034】
そこで、本発明においては、DCU14に、ECM23からの外気温と尿素水センサ22からの検出値に基づいて尿素水の凍結の有無を検出する凍結検出手段30と、圧力センサ27の検出値が入力され、スタートアップ制御実施時の圧力(吐出圧)からスタートアップが安定して行われているか、またエンプティング制御実施時の圧力(吸込圧)が正常範囲内にあるかどうかを検出する圧力判定手段31と、排気温度センサ26の検出値が入力される排気温度検出手段32と、イグニッションキー25のキースイッチがONされたとき、サプライポンプ18を駆動して圧送ライン20等の配管部を昇圧するスタートアップ制御を実施した後、排気温度センサ26での検出値が設定温度以下で、かつ、尿素水センサで22の検出値が凍結温度以上のとき、配管部内の尿素水を尿素水タンクに戻すエンプティング制御を実施し、そのエンプティング制御時の圧力センサ27の検出値から配管部の詰まりを検出する閉塞判定手段33とを備えて構成する。
【0035】
この閉塞判定手段33をさらに説明すると、先ず閉塞判定するタイミングは、スタートアップ制御がなされ、尿素水圧力が目標圧力(スタートアップ圧)に到達した直後に実施する。その際、排気温度が所定値(DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)温度C)より高くないこと、所定の許可条件を満たしていないことを確認する。
【0036】
この所定の許可条件が満たされたとき、閉塞判定手段33は、エンプティング制御を実施し、そのときの圧力を圧力判定手段31がモニタした圧力が正常範囲内であれば、閉塞なしとし、正常範囲外で、圧力(負圧)が閾値を一定時間継続して下回った場合に閉塞と判定する。閉塞がない場合には、ドージングバルブ12は閉じていないため、閉塞時よりは少ない負圧となり、閉塞した場合には、真空圧に近い圧となるため、閉塞の有無を容易に判定できる。
【0037】
この閉塞判定手段33で、閉塞なしと判定された場合は、通常の制御を行い、スタートアップ制御からMetering制御(圧送ライン20内の尿素水をスタートアップ制御圧から所定圧(ビルドアップ圧)まで高め、噴射可能状態とする)を行う。
【0038】
閉塞ありと判定された場合は、所定時間経過後にスタートアップ制御を行い、尿素水圧力が目標圧力に到達度、再度閉塞判定を実施する、この閉塞判定有り無しを一定回数(N回)連続して行い、その一定回数N以内に閉塞なしと判定された場合には、部分凍結した尿素水が解凍して正常に戻った状態であり、一定回数Nを超える場合は、凍結ではなく異物詰まりによるものと判断し、凍結による詰まりと区別して異物による詰まりと判定することができる。
【0039】
次に本発明を図3のフローチャートより説明する。
【0040】
ステップS1で制御が開始され、ステップS2でキースイッチONされたとき、ステップS3で、尿素水の凍結の有無を判定し、凍結があるときは(Yes)、ステップS4で解凍制御を実施し、凍結がないとき(No)、ステップS5でスタートアップ制御を実施すると共にステップS6で排気温度がDPF温度の設定温度より高いかどうかを判断する。
【0041】
このステップS6の判断は、排気温度が高いとき、圧送ラインに尿素水を供給してスタートアップ制御直後に、ドージングバルブを開としてエンプティング制御を行うと、ドージングバルブ内の尿素水が排気温度の熱でシアヌル酸となって結晶化し、固着の原因となるため、排気温度が低下するまで閉塞検出を待機させるために行う。
【0042】
次に、ステップS6で、排気温度が低下したとき(No)、ステップS7で、エンプティング制御実施許可条件かを判断する。
【0043】
この許可条件の例としては、
・ドージング停止となる故障が発生していない。
・スタートアップ制御が安定して行われている。
・配管部(PL)閉塞判定がなされたことがない(P/L閉塞判定終了カウンターが0)。
・ステップS3の凍結判定時間が長い、又は解凍失敗時の再起動を実施した(凍結不完全の可能性有り)。
・外気温、尿素水温度が所定値以下。
・NOx浄化効率が低下した場合(異物により適正な尿素噴射ができていない)。
【0044】
これらの条件に該当する場合(Yes)には、ステップS8のエンプティング制御を実施し、該当しない場合(No)は、ステップS20に移行する。
【0045】
ステップS8で、エンプティング制御が実施された後は、ステップS9のエンプティング制御完了かどうかを判断する。ステップS10で排気温度がDPFactiv_Cより高いかどうかを再度判定し、高ければ(Yes)、ステップS16のStart Up制御(スタートアップ)に移行させる。
【0046】
このステップS10で排気温度が高くないときは(No)は、尿素圧力が正常範囲の上限値(High_C)より高いかどうかを判断し、高いときには(Yes)、ステップS22のStart Up(スタートアップ)制御に移行させる。
【0047】
ステップS11で、尿素水の尿素圧力が上限値以下(No)のとき、ステップS12で、尿素圧力が正常範囲の下限値(Low_C)かどうかを判断し、下限値より高いとき(No)は、ステップS9の判断に戻し、下限値より低いとき(Yes)、ステップS13で、その状態が、Tsec間維持しているかどうかを判断し、維持しない(No)ときは、ステップS9の判断に戻し、維持しているときには(Yes)、ステップS14でエンプティング制御を終了した後、ステップS15でP/L閉塞カウンタを+1にインクリメントし、その後ステップS16でスタートアップ制御を再開し、ステップS17でタイマ加算とステップS18でタイマのカウントアップを行い、時間がTcを超えたなら(Yes)、ステップS19でPLテストカウンタ(PLtest_ctr)に1を加算し、ステップS8のエンプティング制御を再度実施する。
【0048】
これにより、圧送ライン等の配管部が異物等で閉塞されている場合には、ステップS9〜S19を繰り返し、この繰り返しの一定回数Nを超えたとき、ステップS9でエンプティング制御の完了とされて、ステップS20に移行する。
【0049】
ステップS20では、P/L閉塞カウンタがN回以上かを判断し、N回を超えるのときには(Yes)、ステップS21で、P/L異常確定(異物による詰まり)として制御を終了(ステップS25)する。
【0050】
ステップS20では、P/L閉塞カウンタがN回以内であれば、ステップ22でスタートアップ制御を実行し、ステップS23で、Metering制御を実施し、ステップS24でドージング制御を実施して通常制御として制御を終了(ステップS25)する。この場合、P/L閉塞カウンタの回数から閉塞判定手段33が一部凍結により閉塞があり、その後解凍が終了したことも判定できる。
【符号の説明】
【0051】
10 排気管
11 SCR装置
12 ドージングバルブ
13 NOxセンサ
14 DCU
15 尿素水タンク
22 尿素水センサ
26 排気温度センサ
33 閉塞判定手段
図1
図2