JP2022011309A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の停止後の空気の無駄な消費を抑制する。【解決手段】排気浄化システムＳは、還元剤を排気管に噴射する噴射部４１と、噴射部４１へ還元剤を供給する供給管と、供給管に空気を供給する空気供給部と、内燃機関の停止時に、内燃機関の停止前の空気供給部による空気の供給度合いを取得する供給度合い取得部１２２と、取得した供給度合いが大きい程、内燃機関の停止後の供給管への空気の供給量を少なくさせる供給制御部１２３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスが流れる排気管に還元剤を噴射して、排気ガスを浄化する排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気管に、排気ガスを浄化する還元剤を噴射する還元剤噴射装置が設けられている。還元剤噴射装置においては、タンクの還元剤が供給管を介して噴射部へ供給され、噴射部が排気管に還元剤を噴射する。
還元剤噴射装置の中には、内燃機関の停止後に、供給管内に空気を所定時間供給して、供給管内に残った還元剤を掃き出すことで除去するものがある。

特開２０１６－１２８６７８号公報

ところで、内燃機関の停止前の動作状況によっては、供給管内の還元剤が除去されたにもかかわらず、供給管内に空気を供給し続ける場合がある。この場合、空気を無駄に消費してしまうおそれがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の停止後の空気の無駄な消費を抑制することを目的とする。

本発明の一の態様においては、内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管に、前記排気ガスを浄化するための還元剤を噴射する排気浄化システムであって、前記還元剤を前記排気管に噴射する噴射部と、前記噴射部へ前記還元剤を供給する供給管と、前記供給管に空気を供給する空気供給部と、前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関の停止前の前記空気供給部による前記空気の供給度合いを取得する供給度合い取得部と、前記供給度合い取得部が取得した前記供給度合いが大きい程、前記内燃機関の停止後の前記供給管への前記空気の供給量を少なくさせる供給制御部と、を備える、排気浄化システムを提供する。

また、前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止以前の前記噴射部による前記還元剤の噴射停止中の前記空気の供給度合いを取得することとしてもよい。

また、前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関の停止以前の所定時間内の前記供給度合いを取得することとしてもよい。

また、前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止前の前記供給度合いとして、前記空気の供給量を取得し、前記供給制御部は、前記供給度合い取得部が取得した前記供給量が多い程、前記内燃機関の停止後の前記供給管への前記空気の供給量を少なくさせることとしてもよい。

また、前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止前の前記供給度合いとして、前記空気の供給時間を取得し、前記供給制御部は、前記供給度合い取得部が取得した前記供給時間が長い程、前記内燃機関の停止後の前記供給管への前記空気の供給量を少なくさせることとしてもよい。

また、前記排気浄化システムは、前記供給管に設けられ、前記還元剤と前記空気を混合させる混合部と、前記混合部への前記還元剤の流れを制御する第１弁と、前記混合部への前記空気の流れを制御する第２弁と、を更に備え、前記供給制御部は、前記内燃機関の停止後に、前記第１弁を閉状態にし、かつ前記第２弁を開状態にして、前記空気供給部に前記混合部へ前記空気を供給させることとしてもよい。

本発明によれば、内燃機関の停止後の空気の無駄な消費を抑制できるという効果を奏する。

一の実施形態に係る排気浄化システムＳの構成を示す模式図である。 制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。 供給度合いに応じた空気の供給量を説明するための模式図である。 尿素水噴射装置４０の動作例を説明するためのフローチャートである。

＜排気浄化システムの構成＞
図１を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る排気浄化システムＳの構成について説明する。

図１は、一の実施形態に係る排気浄化システムＳの構成を示す模式図である。図１に示すように、排気浄化システムＳは、エンジン１０と、排気通路２０と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３０と、尿素水噴射装置４０と、空気供給部５０と、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置６０と、センサ群７０と、制御装置１００とを有する。排気浄化システムＳは、トラック等の車両に搭載されており、エンジン１０の排気ガスを浄化する。ここでは、排気浄化システムＳは、排気通路２０を流れる排気ガスを還元剤である尿素水で浄化させる。

エンジン１０は、燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。エンジン１０は、ここでは４気筒のディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、４気筒以外のエンジンであってもよい。

排気通路２０は、エンジン１０と接続された排気管であり、エンジン１０の排気ガスを車両の外部へ排出させる。排気ガスが流れる排気通路２０には、ＤＰＦ３０、尿素水噴射装置４０及びＳＣＲ装置６０が設けられている。

ＤＰＦ３０は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタである。ＤＰＦ３０は、例えば、金属やセラミックス製のハニカム体で構成されている。

尿素水噴射装置４０は、ＤＰＦ３０とＳＣＲ装置６０の間に設けられており、排気通路２０内に尿素水を噴射する。尿素水噴射装置４０が噴射した尿素水は、排気通路２０を流れる排気ガスの熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。アンモニアは、排気ガス中のＮＯｘの還元反応を起こすために用いられる。このように、尿素水は、アンモニアを生成する前駆体でもある。

尿素水噴射装置４０は、本実施形態では、尿素水と空気を混合して、排気通路２０内に噴射する。これにより、尿素水の粒径がより細かくなるので、効率良く排気ガスを浄化することができる。尿素水噴射装置４０は、図１に示すように、噴射部４１と、尿素水タンク４２と、尿素水供給管４３と、尿素水側ポンプ４４と、尿素水側弁４５と、混合部４６とを有する。

噴射部４１は、尿素水を排気通路２０内に噴射する。噴射部４１は、排気通路２０内において、ＳＣＲ装置６０の上流側に尿素水を噴射する。尿素水タンク４２は、尿素水を収容する収容部である。尿素水供給管４３は、噴射部４１へ尿素水を供給する。尿素水供給管４３は、尿素水タンク４２と噴射部４１を繋いでいる管であり、尿素水が流れる流路となっている。

尿素水側ポンプ４４は、尿素水供給管４３に設けられ、尿素水タンク４２から噴射部４１へ向けて尿素水を送り出す。尿素水側弁４５は、尿素水供給管４３に設けられた開閉可能な弁であり、開状態の際に尿素水が混合部４６を通過して噴射部４１へ流れる。すなわち、尿素水側弁４５は、混合部４６への尿素水の流れを制御する。

混合部４６は、尿素水供給管４３に設けられており、尿素水と空気を混合させる。混合部４６は、ここでは、尿素水供給管４３と空気供給管５２の接続部分に設けられたチャンバー（空間）である。混合部４６内で混合した尿素水及び空気は、噴射部４１へ流れて噴射部４１から噴射される。

空気供給部５０は、尿素水供給管４３に空気を供給する。空気供給部５０は、例えば加圧空気を尿素水供給管４３に供給して、尿素水と混合させている。また、空気供給部５０は、エンジン１０の停止時に、尿素水供給管４３に残留する尿素水を掃き出すために、尿素水供給管４３に空気を供給する。例えば、車両がアイドリングストップした場合に、尿素水供給管４３に尿素水が残留するため、アイドリングストップ等のエンジン１０の停止時に、尿素水供給管４３に空気を供給する。なお、エンジン１０が動作中であっても、センサ群７０が検出した排気ガスの温度が所定温度以下である場合には、噴射部４１は尿素水を噴射しないが、空気供給部５０が空気を尿素水供給管４３に供給することで、尿素水を除去しうる。

空気供給部５０は、図１に示すように、エアタンク５１と、空気供給管５２と、空気側ポンプ５３と、空気側弁５４とを有する。
エアタンク５１は、空気を収容する収容部である。空気側ポンプ５３は、エンジン１０から動力を得て、エアタンク５１に空気を充填する。空気供給管５２は、エアタンク５１と混合部４６を繋いでいる管であり、空気が流れる流路となっている。

空気側弁５４は、空気供給管５２に設けられた開閉可能な弁であり、開状態の際にエアタンク５１の空気が混合部４６へ流れる。すなわち、空気側弁５４は、混合部４６への空気の流れを制御する。なお、本実施形態では、空気側弁５４が第２弁に該当し、尿素水側弁４５が第１弁に該当する。

ＳＣＲ装置６０は、排気ガス中のＮＯｘを還元反応によって無害な窒素に変換する装置である。ＳＣＲ装置６０は、アンモニアとＮＯｘの還元反応を促進させる還元触媒６２を有する。還元触媒６２には、尿素水から生成されたアンモニアが吸着される。還元触媒６２は、吸着したアンモニアによってＮＯｘを窒素と水に還元し、ＮＯｘの排出を低減させる。

センサ群７０は、排気浄化システムＳの状態等を検出する。例えば、センサ群７０は、エンジン１０の動作の有無を検出するセンサを含む。また、センサ群７０は、外気の温度を検出する温度検出センサ（例えば、図２に示す温度検出センサ７２）を含む。センサ群７０は、検出結果を、制御装置１００に出力する。

制御装置１００は、排気浄化システムＳの動作を制御する。制御装置１００は、センサ群７０の検出結果に基づいて、尿素水噴射装置４０の動作を制御する。例えば、制御装置１００は、エンジン１０の停止時には、尿素水供給管４３に空気を供給して尿素水供給管４３に残存する尿素水を除去する。そして、制御装置１００は、詳細は後述するが、エンジン１０の停止前の空気の供給度合いに応じて、エンジン１０の停止後に尿素水を除去するための空気の供給量を制御する。これにより、例えばエンジン１０の停止前の空気の供給量が多い場合には、エンジン１０の停止後の空気の供給量を少なくさせることで、空気の無駄な消費を抑制できる。

＜制御装置の詳細構成＞
図２を参照しながら、制御装置１００の詳細構成の一例について説明する。
図２は、制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。制御装置１００は、記憶部１１０と、制御部１２０とを有する。

記憶部１１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部１１０は、エンジン１０の停止後の空気の供給処理に用いられる各種情報を記憶している。

制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、排気浄化システムＳの動作を制御する。本実施形態では、制御部１２０は、噴射制御部１２１、供給度合い取得部１２２及び供給制御部１２３として機能する。

噴射制御部１２１は、噴射部４１による尿素水の噴射を制御する。例えば、噴射制御部１２１は、エンジン１０の動作中に、噴射部４１に尿素水を噴射させる。噴射制御部１２１は、尿素水の噴射量や噴射時間を制御する。

供給制御部１２３は、噴射部４１が噴射する尿素水及び空気の供給を制御する。例えば、供給制御部１２３は、エンジン１０の動作中は、尿素水側ポンプ４４を動作させて尿素水を供給させ、空気側ポンプ５３を動作させて空気を供給させる。また、供給制御部１２３は、尿素水側弁４５を開閉することで、尿素水の供給量や供給時間を制御する。同様に、供給制御部１２３は、空気側弁５４を開閉することで、空気の供給量や供給時間を制御する。

供給制御部１２３は、エンジン１０の停止後は、尿素水を供給させない状態で、空気を供給させる。具体的には、供給制御部１２３は、エンジン１０の停止後に、尿素水側弁４５を閉状態にし、かつ空気側弁５４を開状態にして、空気供給部５０に混合部４６へ空気を供給させる。これにより、エンジン１０の停止時（例えば、アイドリングストップ時）に尿素水供給管４３に残留する尿素水を、エンジン１０の停止後に供給する空気によって除去できる。

供給度合い取得部１２２は、空気供給部５０による尿素水供給管４３（具体的には、混合部４６）への空気の供給度合いを取得する。供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止時に、エンジン１０の停止前の空気供給部５０による空気の供給度合いを取得する。供給度合い取得部１２２は、センサ群７０（図１）によってエンジン１０の停止を検出すると、エンジン１０の停止前の空気の供給度合いを取得する。エンジン１０が停止すると噴射部４１による尿素水の噴射も停止するので、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止以前の噴射部４１による尿素水の噴射停止中の空気の供給度合いを取得する。供給度合い取得部１２２は、例えば、エンジン１０の停止前に供給制御部１２３が制御した空気の供給量や時間時間に基づいて、供給度合いを取得する。供給度合い取得部１２２は、取得した供給度合いを供給制御部１２３に出力する。

供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止時に、エンジン１０の停止以前の所定時間内の空気の供給度合いを取得する。すなわち、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止直前の空気の供給度合いを取得する。

供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止前の供給度合いとして、空気の供給量を取得しうる。具体的には、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止以前の所定時間内の空気の供給量を取得する。また、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止前の供給度合いとして、空気の供給時間を取得しうる。具体的には、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止以前の所定時間内の空気の供給時間を取得する。なお、供給度合い取得部１２２は、空気の供給量及び供給時間の両方を取得してもよい。

供給制御部１２３は、エンジン１０の停止時に供給度合い取得部１２２が取得した供給度合いに基づいて、エンジン１０の停止後の空気の供給量を制御する。エンジン１０の停止前の供給度合いが多い程、尿素水供給管４３内に尿素水が残留する量が少なくなりやすい。例えば、エンジン１０の停止前に、排気ガスの温度が所定温度以下であるため、尿素水が噴射されない一方で、空気が供給されることで尿素水供給管４３に残留する尿素水の量が少ないことがある。そこで、供給制御部１２３は、尿素水供給管４３内に残留する尿素水を除去するための空気の供給量を、一定にするのではなく、停止前の空気の供給度合いに応じて調整する。

図３は、供給度合いに応じた空気の供給量を説明するための模式図である。供給制御部１２３は、図３に示すように、噴射度合い取得部１２２が取得した供給度合いが大きい程、エンジン１０の停止後の尿素水供給管４３への空気の供給量を少なくさせる。例えば、供給制御部１２３は、供給度合い取得部１２２が取得したエンジン１０の停止前の空気の供給量が多い程、エンジン１０の停止後の尿素水供給管４３への空気の供給量を少なくさせる。また、供給制御部１２３は、供給度合い取得部１２２が取得したエンジン１０の停止前の空気の供給時間が長い程、エンジン１０の停止後の尿素水供給管４３への空気の供給量を少なくさせる。これにより、エンジン１０の停止前の供給度合いに応じて、エンジン１０の停止後に尿素水供給管４３に供給する空気の供給量を調整することで、尿素水供給管４３内の尿素水を適切に除去できる。

＜尿素水噴射装置の動作例＞
尿素水噴射装置４０の動作例について、図４を参照しながら説明する。

図４は、尿素水噴射装置４０の動作例を説明するためのフローチャートである。本フローチャートは、エンジン１０が動作を行っているところから開始される。

まず、制御装置１００の噴射制御部１２１は、エンジン１０から生じた排気ガスが流れる排気通路２０に、尿素水を噴射させる（ステップＳ１０２）。この際、尿素水タンクから供給された尿素水と、エアタンクから供給された空気とが、混合部４６で混合した後に、噴射部４１から噴射される。

その後、制御装置１００は、エンジン１０が停止したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４でエンジン１０が停止したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、噴射制御部１２１は、尿素水の噴射を停止する（ステップＳ１０６）。

次に、噴射度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止前の空気の供給度合いを取得する（ステップＳ１０８）。例えば、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止以前の所定時間内の空気の供給量や供給時間を取得する。なお、供給度合い取得部１２２は、エンジン１０の停止前の供給制御部１２３による空気の供給制御から、供給度合いを取得しうる。

次に、供給制御部１２３は、供給度合い取得部１２２が取得した供給度合いに基づいて、エンジン１０の停止後に尿素水供給管４３に残留する尿素水を除去するために、エンジン１０の停止後の尿素水供給管４３への空気の供給量を設定する（ステップＳ１１０）。供給制御部１２３は、エンジン１０の停止前の空気の供給度合い（例えば、空気の供給量や供給時間）が大きい程、エンジン１０の停止後の空気の供給量を少なく設定する。

次に、供給制御部１２３は、エンジン１０の停止後に、尿素水供給管４３にステップＳ１１０で設定した供給量だけ空気を供給する（ステップＳ１１２）。供給された空気は、尿素水供給管４３内に残留していた尿素水を押し出しながら、噴射部４１から吐出される。これにより、尿素水供給管４３内に残留していた尿素水が除去される。

＜本実施形態における効果＞
上述した本実施形態の排気浄化システムＳは、エンジン１０の停止時に、エンジン１０の停止前の空気供給部５０による尿素水供給管４３への空気の供給度合いを取得する。そして、排気浄化システムＳは、取得した空気の供給度合いが大きい程、エンジン１０の停止後の尿素水供給管４３への空気の供給量を少なくさせる。
エンジン１０の停止前に尿素水供給管４３へ空気の供給度合いが大きいほど、尿素水供給管４３に残留する尿素水の量が少なくなりやすい。このため、エンジン１０の停止前の空気の供給度合いが大きい程、エンジン１０の停止後に空気の供給量を少なくすることで、尿素水供給管４３に残留する尿素水を適切に除去しつつ、空気の無駄な消費を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ エンジン
２０ 排気通路
４１ 噴射部
４３ 尿素水供給管
４５ 尿素水側弁
４６ 混合部
５０ 空気供給部
５４ 空気側弁
１２２ 供給度合い取得部
１２３ 供給制御部
Ｓ 排気浄化システム

Claims (6)

1. 内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管に、前記排気ガスを浄化するための還元剤を噴射する排気浄化システムであって、
   前記還元剤を前記排気管に噴射する噴射部と、
   前記噴射部へ前記還元剤を供給する供給管と、
   前記供給管に空気を供給する空気供給部と、
   前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関の停止前の前記空気供給部による前記空気の供給度合いを取得する供給度合い取得部と、
   前記供給度合い取得部が取得した前記供給度合いが大きい程、前記内燃機関の停止後の前記供給管への前記空気の供給量を少なくさせる供給制御部と、
   を備える、排気浄化システム。
2. 前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止以前の前記噴射部による前記還元剤の噴射停止中の前記空気の供給度合いを取得する、
   請求項１に記載の排気浄化システム。
3. 前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関の停止以前の所定時間内の前記供給度合いを取得する、
   請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
4. 前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止前の前記供給度合いとして、前記空気の供給量を取得し、
   前記供給制御部は、前記供給度合い取得部が取得した前記供給量が多い程、前記内燃機関の停止後の前記供給管への前記空気の供給量を少なくさせる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
5. 前記供給度合い取得部は、前記内燃機関の停止前の前記供給度合いとして、前記空気の供給時間を取得し、
   前記供給制御部は、前記供給度合い取得部が取得した前記供給時間が長い程、前記内燃機関の停止後の前記供給管への前記空気の供給量を少なくさせる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
6. 前記供給管に設けられ、前記還元剤と前記空気を混合させる混合部と、
   前記混合部への前記還元剤の流れを制御する第１弁と、
   前記混合部への前記空気の流れを制御する第２弁と、を更に備え、
   前記供給制御部は、前記内燃機関の停止後に、前記第１弁を閉状態にし、かつ前記第２弁を開状態にして、前記空気供給部に前記混合部へ前記空気を供給させる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
   

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