JP2021046815A

JP2021046815A - 排気浄化システム及び車両

Info

Publication number: JP2021046815A
Application number: JP2019169263A
Authority: JP
Inventors: 一実山口; Kazumi Yamaguchi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-03-25

Abstract

【課題】開閉部材の状態に応じて還元剤を適切に噴射する。【解決手段】排気浄化システムは、エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、排気ガスを浄化するために、排気通路内に尿素水を噴射する噴射部４１と、開位置と閉位置の間で移動して、外気がエンジンの周囲へ流入するグリル開口部を開閉可能なグリルシャッター７５と、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する状態判定部１２２と、グリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合には、噴射部４１による尿素水の噴射を禁止させる噴射制御部１２３とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、排気浄化システム及び車両に関する。

車両には、エンジンの排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するために、排気ガスが流れる排気通路に還元剤を噴射する排気浄化システムが搭載されている。還元剤は、収容部に収容されており、供給管を介して噴射部に供給される。還元剤が所望の温度範囲にあることで、噴射部は還元剤を適切に噴射できる。
また、近年、グリルからエンジンルームへ導く走行風の風量を調整する開閉可能な開閉部材（具体的には、グリルシャッター）を設けることが提案されている。

特開２０１８−３０４２９号公報

ところで、開閉部材が故障して、開状態のまま閉じないことが想定されうる。この場合、エンジンルームへ導かれる走行風によって、還元剤の温度管理が困難となる。例えば、走行風によって還元剤の温度が下がることで、還元剤が凍結するおそれがある。

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、開閉部材の状態に応じて還元剤を適切に噴射することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、前記排気ガスを浄化するために、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射部と、開位置と閉位置の間で移動して、外気が前記内燃機関の周囲へ流入する開口部を開閉可能な開閉部材と、前記開閉部材が前記開位置から前記閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する状態判定部と、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記噴射部による前記還元剤の噴射を禁止させる噴射制御部と、を備える、排気浄化システムを提供する。

また、前記排気浄化システムは、収容部から流路を介して前記噴射部へ前記還元剤を供給する供給部材を更に備え、前記噴射制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記供給部材による前記還元剤の供給を中止して、前記噴射部に前記還元剤を噴射させないこととしてもよい。

また、前記排気浄化システムは、前記還元剤に関する診断を行う診断制御部を更に備え、前記診断制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記還元剤に関する診断を停止させることとしてもよい。

また、前記診断制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記噴射部に供給される前記還元剤が収容された収容部内の前記還元剤の水位を診断する水位診断を停止させることとしてもよい。

また、前記診断制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記噴射部に前記還元剤を供給する供給部材の状態を診断する状態診断を停止させることとしてもよい。

本発明の第２の態様においては、内燃機関と、前記排気浄化システムとを有する車両を提供する。

本発明によれば、開閉部材の状態に応じて還元剤を適切に噴射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。グリル７０及びグリルシャッター７５の構成を説明するための模式図である。制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。制御装置１００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、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置５０と、ＮＯｘセンサ６０、６５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５０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５０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。

尿素水噴射装置４０は、図１に示すように、噴射部４１と、タンク４２と、供給管４３と、ポンプ４４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。タンク４２は、尿素水を収容する収容部である。供給管４３は、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。ポンプ４４は、タンク４２から噴射部４１へ向けて尿素水を供給する供給部材である。ポンプ４４は、供給管４３の途中に設けられている。なお、タンク４２内には、尿素水の温度や品質（濃度等）を検出するセンサが設けられている。

ＳＣＲ装置５０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５０は、アンモニアとＮＯｘの還元反応を促進させる還元触媒５２を有する。還元触媒５２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５２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。

ＮＯｘセンサ６０、６５は、排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出する。ＮＯｘセンサ６０は、排気通路２０においてＳＣＲ装置５０の上流側に設けられ、ＮＯｘセンサ６５は、ＳＣＲ装置５０の下流側に設けられている。

制御装置１００は、排気浄化システムＳの動作を制御する。例えば、制御装置１００は、尿素水噴射装置４０の動作を制御する。

図１には説明の便宜上示していないが、エンジン１０の前方（すなわち、車両の前面）には、外気が流入可能となるようにグリルが設けられている。また、グリルには、外気の流入を調整できるようにグリルシャッターが設けられている。

図２は、グリル７０及びグリルシャッター７５の構成を説明するための模式図である。
グリル７０は、空気が流入する開口部７２を有する。例えば、車両が走行している際には、走行風が開口部７２からエンジンルーム１２（エンジン１０の周囲）に流入する。なお、エンジンルーム１２に流入した走行風は、尿素水噴射装置４０の周囲を通過する。この際、例えば、タンク４２や供給管４３内の尿素水の温度は、走行風によって低下する。

グリルシャッター７５は、開口部７２を開閉する開閉部材である。グリルシャッター７５は、図２（ａ）に示す開位置と、図２（ｂ）には閉位置の間で移動する。グリルシャッター７５が開位置に位置する際には、外気が、図２（ａ）の矢印で示すように開口部７２を通過してエンジンルーム１２に流入する。これにより、例えば、エンジンルーム１２内のインタークーラ１４による冷却効率を高められる。一方で、グリルシャッター７５が閉位置に位置する際には、開口部７２の開口が塞がり外気がエンジンルーム１２に流入しないので、車両の走行時の空気抵抗を減らすことができる。

ところで、グリルシャッター７５が故障して、開位置のまま閉じないことが想定されうる。この場合、エンジンルーム１２へ走行風が継続して導かれることによって、尿素水噴射装置４０の尿素水の温度が下がり、尿素水の温度を所望範囲に管理できない。尿素水の温度が低すぎると凍結するおそれがある。また、尿素水の温度によっては、タンク４２内に泡が発生するおそれがある。
そこで、本実施形態では、詳細は後述するが、グリルシャッター７５が開位置のまま閉じない故障状態である場合には、尿素水噴射装置４０による尿素水の噴射を禁止させる。これにより、尿素水が適切に噴射されないことを抑制できる。

＜制御装置の詳細構成＞
図３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３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。

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、シャッター制御部１２１と、状態判定部１２２と、噴射制御部１２３と、診断制御部１２４として機能する。

シャッター制御部１２１は、グリルシャッター７５の回動を制御する。具体的には、シャッター制御部１２１は、グリルシャッター７５を回動させる駆動部を制御して、グリルシャッター７５を開位置と閉位置の間で回動させる。

状態判定部１２２は、グリルシャッター７５の動作状態を判定する。例えば、状態判定部１２２は、グリルシャッター７５の回動位置を検出するシャッター検出部７７の検出結果から、実際のグリルシャッター７５の位置を特定する。なお、シャッター検出部７７は、グリルシャッター７５の回動位置を直接検出する代わりに、例えばエンジンルーム１２内の温度に基づいてグリルシャッター７５の位置を推定してもよい。例えば、シャッター検出部７７は、エンジンルーム１２内の温度が高い場合にはグリルシャッター７５が閉位置に位置し、温度が低い場合にはグリルシャッター７５が開位置に位置すると推定する。

状態判定部１２２は、シャッター制御部１２１がグリルシャッター７５を回動させた際に、グリルシャッター７５が実際に適切に回動しているかを判定する。例えば、状態判定部１２２は、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する。故障状態は、グリルシャッター７５を開位置から閉位置へ回動させようと制御したにもかかわらず、実際にはグリルシャッター７５が閉位置へ回動しない状態である。

噴射制御部１２３は、噴射部４１による尿素水の噴射を制御する。本実施形態では、噴射制御部１２３は、グリルシャッター７５が開位置から閉じない故障状態である場合には、噴射部４１による尿素水の噴射を禁止させる。すなわち、噴射制御部１２３は、状態判定部１２２によってグリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合には、噴射部４１に尿素水を噴射させない。噴射制御部１２３は、例えば、凍結した尿素水を解凍する解凍制御が行われるまで、尿素水を噴射させない。これにより、凍結した可能性がある尿素水を噴射することを防止できる。

噴射制御部１２３は、ポンプ４４の動作を制御することで、尿素水の噴射を制御してもよい。例えば、噴射制御部１２３は、グリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合には、ポンプ４４による噴射部４１への尿素水の供給を中止して、噴射部４１に尿素水を噴射させない。これにより、凍結した可能性がある尿素水の噴射部４１による供給を防止できる。

診断制御部１２４は、尿素水噴射装置４０の尿素水に関する診断を行う。例えば、診断制御部１２４は、タンク４２内の尿素水の水位が適切か否かの水位診断を行う。また、診断制御部１２４は、ポンプ４４が適切に動作するか否かの状態を診断する状態診断を行う。診断制御部１２４は、例えば水位診断や状態診断を定期的に行って、尿素水噴射装置４０の状態を診断する。

診断制御部１２４は、グリルシャッター７５が開位置から閉じない故障状態である場合には、尿素水に関する診断を停止させる。すなわち、診断制御部１２４は、状態判定部１２２によってグリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合には、実行中であった尿素水に関する診断を停止させる。例えば、診断制御部１２４は、タンク４２内の尿素水の水位診断や、ポンプ４４の状態診断を停止させる。尿素水が凍結した状態で診断を行うと誤診断になるおそれがあるが、尿素水が凍結する可能性がある場合に診断を停止させることで、誤診断の発生を防止できる。

＜制御装置の動作例＞
グリルシャッター７５が故障した際の制御装置１００の動作例について、図４を参照しながら説明する。

図４は、制御装置１００の動作例を説明するためのフローチャートである。図４のフローチャートは、グリルシャッター７５が開位置（図２（ａ））に位置した状態で車両が走行しているところから開始される。また、噴射部４１が尿素水を排気通路２０に噴射しているものとする。

まず、シャッター制御部１２１は、グリルシャッター７５を開位置から閉位置へ回動させる（ステップＳ１０２）。グリルシャッター７５が故障している場合には、グリルシャッター７５は開位置から閉位置へ回動しない。

次に、状態判定部１２２は、グリルシャッター７５が実際に閉位置へ回動したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０４でグリルシャッター７５が開位置へ回動していないと判定された場合には（Ｎｏ）、すなわちグリルシャッター７５が故障状態である場合には、噴射制御部１２３は、噴射部４１による尿素水の噴射を禁止させる（ステップＳ１０６）。また、診断制御部１２４は、推移診断や状態診断等の診断を停止させる（ステップＳ１０８）。

一方で、ステップＳ１０４でグリルシャッター７５が開位置へ回動したと判定された場合には（Ｙｅｓ）、噴射制御部１２３は尿素水の噴射を行う。また、診断制御部１２４は、推移診断や状態診断等の診断を行う。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の排気浄化システムＳは、グリルシャッター７５が開位置から閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する。そして、排気浄化システムＳは、グリルシャッター７５が故障状態であると判定された場合には、噴射部４１による尿素水の噴射を禁止させる。
これにより、グリルシャッター７５が故障して尿素水を所望の温度範囲に管理できない場合には、強制的に尿素水の噴射を禁止させることで、尿素水が適切に噴射されないことを抑制できる。例えば、尿素水が凍結した際に、尿素水を噴射することを防止できる。

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
４４ポンプ
７２開口部
７５グリルシャッター
１２２状態判定部
１２３噴射制御部
１２４診断制御部
Ｓ排気浄化システム

Claims

内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、
前記排気ガスを浄化するために、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射部と、
開位置と閉位置の間で移動して、外気が前記内燃機関の周囲へ流入する開口部を開閉可能な開閉部材と、
前記開閉部材が前記開位置から前記閉位置へ移動しない故障状態か否かを判定する状態判定部と、
前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記噴射部による前記還元剤の噴射を禁止させる噴射制御部と、
を備える、排気浄化システム。
収容部から流路を介して前記噴射部へ前記還元剤を供給する供給部材を更に備え、
前記噴射制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記供給部材による前記還元剤の供給を中止して、前記噴射部に前記還元剤を噴射させない、
請求項１に記載の排気浄化システム。
前記還元剤に関する診断を行う診断制御部を更に備え、
前記診断制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記還元剤に関する診断を停止させる、
請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
前記診断制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記噴射部に供給される前記還元剤が収容された収容部内の前記還元剤の水位を診断する水位診断を停止させる、
請求項３に記載の排気浄化システム。
前記診断制御部は、前記開閉部材が前記故障状態であると判定された場合には、前記噴射部に前記還元剤を供給する供給部材の状態を診断する状態診断を停止させる、
請求項３に記載の排気浄化システム。
内燃機関と、
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と、
を有する、車両。