JP2019027392A - 還元剤解凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤タンク内の還元剤温が高くてもヒータの近傍に配置した部品が過熱状態と成る事を抑制する事が出来る還元剤解凍装置を提供する。【解決手段】選択触媒還元システム１０１の還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３を解凍する際にヒータ１０５が利用される還元剤解凍装置１００に於いて、選択触媒還元システム１０１の還元剤タンク１０２内の還元剤温に応じヒータ出力を変更するヒータ出力変更部１１４を備える事によって課題を解決する事が出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤を解凍する還元剤解凍装置に関する。

選択触媒還元（ＳＣＲ）システムは、還元剤（例えば、尿素水）を貯留する還元剤タンクと、エンジンの排気中に還元剤を噴射する還元剤インジェクタと、還元剤タンク内の還元剤を還元剤インジェクタに供給する還元剤供給配管と、を備える。

還元剤が凍結した時は、還元剤タンク内の還元剤と還元剤供給配管内の還元剤とを解凍する必要が有る。還元剤タンク内の還元剤を解凍する際にエンジン冷却水が利用され、還元剤供給配管内の還元剤を解凍する際にヒータが利用される。

還元剤供給配管内の還元剤を解凍する際は、ヒータ出力を高出力（例えば、最大出力）とするが、還元剤供給配管内の還元剤の解凍が完了した後も、長時間に亘ってヒータ出力を高出力とし続けると、ヒータの近傍に配置した部品が過熱状態と成る虞が有る。

従って、還元剤供給配管内の還元剤の解凍が完了した時は、既に解凍が完了した還元剤供給配管内の還元剤が再凍結する事を抑制する事が出来る程度に外気温に応じヒータ出力を低出力とする。

特開２０１６−１０８９５０号公報 特開２００９−０９７３４８号公報 特開２００８−２４８７０９号公報 特開２０００−０２７６２７号公報

然し乍ら、還元剤タンク内の還元剤量は、還元剤供給配管内の還元剤量と比較し圧倒的に多い為、還元剤タンク内の還元剤温が高いと、外気温に応じヒータ出力を低出力としても、還元剤タンク内の還元剤を還元剤インジェクタに供給した時に還元剤供給配管内の還元剤温が急激に上昇し、ヒータの近傍に配置した部品が過熱状態と成る虞が有る。

以上の事情に鑑み、本発明は、還元剤タンク内の還元剤温が高くてもヒータの近傍に配置した部品が過熱状態と成る事を抑制する事が出来る還元剤解凍装置を提供する事を目的とする。

本発明は、選択触媒還元システムの還元剤供給配管内の還元剤を解凍する際にヒータが利用される還元剤解凍装置に於いて、前記選択触媒還元システムの還元剤タンク内の還元剤温に応じヒータ出力を変更するヒータ出力変更部を備える還元剤解凍装置を提供する。

前記ヒータ出力変更部は、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍中の前記還元剤タンク内の還元剤温が第一温度閾値未満の時は、ヒータ出力を第一ヒータ出力とし、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍中の前記還元剤タンク内の還元剤温が前記第一温度閾値以上の時は、ヒータ出力を前記第一ヒータ出力と比較し低出力の第二ヒータ出力とする事が望ましい。

前記ヒータ出力変更部は、バッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に前記第一温度閾値を決定する事が望ましい。

前記ヒータ出力変更部は、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍が完了した後の前記還元剤供給配管内の還元剤の保温中の前記還元剤タンク内の還元剤温が第二温度閾値未満の時は、ヒータ出力を第三ヒータ出力とし、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍が完了した後の前記還元剤供給配管内の還元剤の保温中の前記還元剤タンク内の還元剤温が前記第二温度閾値以上の時は、ヒータ出力を前記第三ヒータ出力と比較し低出力の第四ヒータ出力とする事が望ましい。

前記ヒータ出力変更部は、バッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に前記第二温度閾値を決定する事が望ましい。

本発明によって、還元剤タンク内の還元剤温が高くてもヒータの近傍に配置した部品が過熱状態と成る事を抑制する事が出来る還元剤解凍装置を提供する事が出来る。

本発明の実施の形態に係る還元剤解凍装置の構成を説明する構成図である。 本発明の実施の形態に係る還元剤解凍装置の動作を説明する流れ図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。

図１に示す様に、本発明の実施の形態に係る還元剤解凍装置１００に於いては、選択触媒還元システム１０１の還元剤タンク１０２内の還元剤（例えば、尿素水）１０３を解凍する際にエンジン冷却水が利用され、選択触媒還元システム１０１の還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３を解凍する際にヒータ１０５が利用される。

具体的に言えば、還元剤タンク１０２内の還元剤１０３を解凍する際は、コントローラ１０６を通じ不図示のバルブを開放しエンジン冷却水を還元剤タンク１０２に供給する事によって還元剤タンク１０２内の還元剤１０３に熱量を与える。

また、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３を解凍する際は、コントローラ１０６を通じヒータ１０５を駆動する事によって還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３に熱量を与える。

選択触媒還元システム１０１は、還元剤１０３を貯留する還元剤タンク１０２と、エンジン１０７の排気中に還元剤１０３を噴射する還元剤インジェクタ１０８と、還元剤タンク１０２内の還元剤１０３を還元剤インジェクタ１０８に供給する還元剤供給配管１０４と、を備える。

還元剤タンク１０２は、還元剤タンク１０２内の還元剤温を検出する第一還元剤温センサ１０９を搭載する。

還元剤インジェクタ１０８は、エンジン１０７の排気管１１０の途中であって選択触媒還元触媒１１１の排気上流側に設置される。

還元剤供給配管１０４は、還元剤タンク１０２と還元剤インジェクタ１０８との間に接続される。

ヒータ１０５は、還元剤供給配管１０４の途中に設置したサプライモジュール１１２に搭載される。然し乍ら、ヒータ１０５は、サプライモジュール１１２に搭載される以外に還元剤供給配管１０４の任意の箇所に設置されても構わない。

サプライモジュール１１２は、還元剤供給配管１０４の内の還元剤温を検出する第二還元剤温センサ１１３を搭載する。然し乍ら、第二還元剤温センサ１１３は、サプライモジュール１１２に搭載される以外に還元剤供給配管１０４の任意の箇所に設置されても構わない。また、第二還元剤温センサ１１３を設置せず、第一還元剤温センサ１０９のみを設置しても構わない。

還元剤解凍装置１００は、ヒータ出力変更部１１４を備える。ヒータ出力変更部１１４は、コントローラ１０６に実装される。

ヒータ出力変更部１１４は、還元剤タンク１０２内の還元剤温に応じヒータ出力を変更する。

具体的に言えば、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍中の還元剤タンク１０２内の還元剤温が第一温度閾値未満の時は、ヒータ出力を第一ヒータ出力（例えば、最大出力）とし、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍中の還元剤タンク１０２内の還元剤温が第一温度閾値以上の時は、ヒータ出力を第一ヒータ出力と比較し低出力の第二ヒータ出力とする。

尚、ヒータ出力変更部１１４は、バッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に第一温度閾値を決定する。

例えば、バッテリ電圧が高く、還元剤温又は外気温が高く、還元剤残量が多い時は、ヒータ１０５の近傍に配置した部品に与えられる総熱量が大きく成り、ヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る可能性が高い為、第一温度閾値を小さい値に設定する事によってヒータ出力を出来る限り低出力とする。

第二ヒータ出力は、ヒータ１０５の近傍に配置した部品に与えられる総熱量がヒータ１０５の近傍に配置した部品を過熱状態に至らせる虞の有る熱量以上と成らない様に十分に低出力に設定される。

エンジン冷却水温は、エンジン運転状態に応じ変化する為、エンジン冷却水によって与えられる熱量を調整する事は困難であるが、ヒータ出力は、任意に調整する事が出来る為、ヒータ１０５によって与えられる熱量を調整する事は容易である。

従って、還元剤解凍装置１００に於いては、第一温度閾値と第二ヒータ出力とを適切に設定する事によって、ヒータ１０５の近傍に配置した部品に与えられる総熱量がヒータ１０５の近傍に配置した部品を過熱状態に至らせる虞の有る熱量以上と成る事を抑制する事が出来る。

また、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了した後の還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温中の還元剤タンク１０２内の還元剤温が第二温度閾値未満の時は、ヒータ出力を第三ヒータ出力とし、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了した後の還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温中の還元剤タンク１０２内の還元剤温が第二温度閾値以上の時は、ヒータ出力を第三ヒータ出力と比較し低出力の第四ヒータ出力とする。

尚、ヒータ出力変更部１１４は、バッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に第二温度閾値を決定する。

例えば、バッテリ電圧が高く、還元剤温又は外気温が高く、還元剤残量が多い時は、ヒータ１０５の近傍に配置した部品に与えられる総熱量が大きく成り、ヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る可能性が高い為、第二温度閾値を小さい値に設定する事によってヒータ出力を出来る限り低出力とする。

第三ヒータ出力は、外気温に応じ設定される。外気温が高い時は、第三ヒータ出力を高出力としなくても、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温する事が出来る為、第三ヒータ出力は、比較的低出力に設定されるが、外気温が低い時は、第三ヒータ出力を高出力としないと、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温する事が出来ない為、第三ヒータ出力は、比較的高出力に設定される。

第四ヒータ出力は、ヒータ１０５の近傍に配置した部品に与えられる総熱量がヒータ１０５の近傍に配置した部品を過熱状態に至らせる虞の有る熱量以上と成らない様に十分に低出力に設定される。

エンジン冷却水温は、エンジン運転状態に応じ変化する為、エンジン冷却水によって与えられる熱量を調整する事は困難であるが、ヒータ出力は、任意に調整する事が出来る為、ヒータ１０５によって与えられる熱量を調整する事は容易である。

従って、還元剤解凍装置１００に於いては、第二温度閾値と第四ヒータ出力とを適切に設定する事によって、ヒータ１０５の近傍に配置した部品に与えられる総熱量がヒータ１０５の近傍に配置した部品を過熱状態に至らせる虞の有る熱量以上と成る事を抑制する事が出来る。

また、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤温が所定温度以上と成った時は、還元剤１０３の解凍が完了したと判定する。然し乍ら、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤１０３の解凍を所定時間に亘って継続した時又は還元剤１０３に所定熱量を与えた時は、還元剤１０３の解凍が完了したと判定しても構わない。熱量は、ヒータ１０５の駆動時間とヒータ出力とを基に計算する事が出来る。

具体的に言えば、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤供給配管１０４内の還元剤温が所定温度以上（例えば、融点以上）と成った時は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了したと判定する。

また、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍を所定時間（例えば、数分乃至数十分）に亘って継続した時又は還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３に所定熱量（例えば、凍結した還元剤１０３が液体に至ると想定される熱量）を与えた時は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了したと判定しても構わない。

特に、第二還元剤温センサ１１３を設置せず、第一還元剤温センサ１０９のみを設置する場合は、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍を所定時間に亘って継続した時又は還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３に所定熱量を与えた時は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了したと判定する。

更に、ヒータ出力変更部１１４は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了した後の外気温又は還元剤温が低く、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３が再凍結する虞が有る時は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温が必要と判定し、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了した後の外気温又は還元剤温が高く、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３が再凍結する虞が無い時は、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温が不要と判定する。

次に、還元剤解凍装置１００を使用し還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３を解凍する手順と還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了した後に還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３を保温する手順とを説明する。

図２に示す様に、還元剤解凍装置１００は、イグニッションキーオンによって解凍保温制御Ｍ２００を開始し、イグニッションキーオフによって解凍保温制御Ｍ２００を終了する。

最初のステップＳ２０１に於いては、ヒータ出力変更部１１４によって還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了したか否かを判定し、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了していないと判定した時は、ステップＳ２０２に進み、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の解凍が完了したと判定した時は、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０２に於いては、ヒータ出力変更部１１４によって還元剤タンク１０２内の還元剤温が第一温度閾値以上か否かを判定し、還元剤タンク１０２内の還元剤温が第一温度閾値未満の時は、ステップＳ２０３を経てステップＳ２０１に戻り、還元剤タンク１０２内の還元剤温が第一温度閾値以上の時は、ステップＳ２０４を経てステップＳ２０１に戻る。

尚、第一温度閾値は、ステップＳ２０２を実行する時のバッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に決定される。

ステップＳ２０３に於いては、ヒータ出力変更部１１４によってヒータ出力を第一ヒータ出力（例えば、最大出力）とする。

ステップＳ２０４に於いては、ヒータ出力変更部１１４によってヒータ出力を第一ヒータ出力と比較し低出力の第二ヒータ出力とする。従って、還元剤タンク１０２内の還元剤温が高く、ヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る虞が有る時は、ヒータ出力を低出力とする事によって、ヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る事を抑制する事が出来る。

ステップＳ２０５に於いては、ヒータ出力変更部１１４によって還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温が不要か否かを判定し、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温が不要と判定した時は、ステップＳ２０６を経てステップＳ２０１に戻り、還元剤供給配管１０４内の還元剤１０３の保温が必要と判断した時は、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０６に於いては、ヒータ出力変更部１１４によってヒータ出力をゼロとする。

ステップＳ２０７に於いては、ヒータ出力変更部１１４によって還元剤タンク１０２内の還元剤温が第二温度閾値以上か否かを判定し、還元剤タンク１０２内の還元剤温が第二温度閾値未満の時は、ステップＳ２０８を経てステップＳ２０５に戻り、還元剤タンク１０２内の還元剤温が第二温度閾値以上の時は、ステップＳ２０９を経てステップＳ２０５に戻る。

尚、第二温度閾値は、ステップＳ２０７を実行する時のバッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に決定される。

ステップＳ２０８に於いては、ヒータ出力変更部１１４によってヒータ出力を第三ヒータ出力とする。

尚、第三ヒータ出力は、ステップＳ２０８を実行する時の外気温に応じ設定される。

ステップＳ２０９に於いては、ヒータ出力変更部１１４によってヒータ出力を第三ヒータ出力と比較し低出力の第四ヒータ出力とする。従って、還元剤タンク１０２内の還元剤温が高く、ヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る虞が有る時は、ヒータ出力を低出力とする事によって、ヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る事を抑制する事が出来る。

以上に説明した様に、還元剤解凍装置１００に於いては、還元剤タンク１０２内の還元剤温に応じヒータ出力を変更する為、還元剤タンク１０２内の還元剤温が高くてもヒータ１０５の近傍に配置した部品が過熱状態と成る事を抑制する事が出来る。

１００ 還元剤解凍装置
１０１ 選択触媒還元システム
１０２ 還元剤タンク
１０３ 還元剤
１０４ 還元剤供給配管
１０５ ヒータ
１０６ コントローラ
１０７ エンジン
１０８ 還元剤インジェクタ
１０９ 第一還元剤温センサ
１１０ 排気管
１１１ 選択触媒還元触媒
１１２ サプライモジュール
１１３ 第二還元剤温センサ
１１４ ヒータ出力変更部
１１５ 吸気管
１１６ 吸気温センサ

Claims (5)

1. 選択触媒還元システムの還元剤供給配管内の還元剤を解凍する際にヒータが利用される還元剤解凍装置に於いて、
   前記選択触媒還元システムの還元剤タンク内の還元剤温に応じヒータ出力を変更するヒータ出力変更部
   を備える
   事を特徴とする還元剤解凍装置。
2. 前記ヒータ出力変更部は、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍中の前記還元剤タンク内の還元剤温が第一温度閾値未満の時は、ヒータ出力を第一ヒータ出力とし、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍中の前記還元剤タンク内の還元剤温が前記第一温度閾値以上の時は、ヒータ出力を前記第一ヒータ出力と比較し低出力の第二ヒータ出力とする
   請求項１に記載の還元剤解凍装置。
3. 前記ヒータ出力変更部は、バッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に前記第一温度閾値を決定する
   請求項２に記載の還元剤解凍装置。
4. 前記ヒータ出力変更部は、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍が完了した後の前記還元剤供給配管内の還元剤の保温中の前記還元剤タンク内の還元剤温が第二温度閾値未満の時は、ヒータ出力を第三ヒータ出力とし、前記還元剤供給配管内の還元剤の解凍が完了した後の前記還元剤供給配管内の還元剤の保温中の前記還元剤タンク内の還元剤温が前記第二温度閾値以上の時は、ヒータ出力を前記第三ヒータ出力と比較し低出力の第四ヒータ出力とする
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の還元剤解凍装置。
5. 前記ヒータ出力変更部は、バッテリ電圧と還元剤温と外気温と還元剤残量と還元剤濃度とを基に前記第二温度閾値を決定する
   請求項４に記載の還元剤解凍装置。

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