JP4684150B2

JP4684150B2 - エア回路の制御装置

Info

Publication number: JP4684150B2
Application number: JP2006094073A
Authority: JP
Inventors: 仁紀金谷
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007270634A

Description

本発明は、高圧エアにより作動可能な装置における制御装置に関する。

近年、環境意識の高まりにより、トラック等の車両の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の人体、環境への影響が懸念されている。

これに対し、従来はエンジンの改良等によって排気ガス中のＮＯｘ量を減少させる試みがなされてきたが、近年では、車両の排気管にＮＯｘの浄化装置を設け、ＮＯｘを分解することによって排気ガス中のＮＯｘ量を減少させている。

浄化装置には種々の方式があるが、ＳＣＲ（Selective Catalytic
Reduction）と呼ばれる方式が広く用いられている。

ＳＣＲは、尿素水等の還元剤を用いてＮＯｘを水と窒素に分解する方式であり、尿素水をエアと混合して霧状にしたものを排気管内に導入し、ＮＯｘを分解している。

ここで、尿素水と混合するエアは、エンジンの動力を利用したコンプレッサによって供給されるため、エンジンが停止するとエアの供給も停止されることになる。

しかし、ＳＣＲではエンジン運転中は尿素水を供給しており、エンジン停止後、供給通路や尿素水供給装置内に、尿素水が残留する場合がある。これにより残留尿素水が凍結する場合があり、次回の作動に悪影響を及ぼしかねない。そこで、エンジン停止後に残留尿素水を除去すべく、コンプレッサと配管の間にエアタンクを含むエア回路を設け、エンジン停止後はエアタンク等に貯蔵されたエアを配管内に導入している。

図６は従来の浄化装置のエア回路８１を示す図である。
図６に示すように、エア回路８１はコンプレッサに連通する流路８３にエアタンク８５が設けられ、エアタンク８５には尿素水供給装置に連通する流路８７が設けられている。

また、流路８３にはエアの逆流を防止するためのチェックバルブ８９が設けられている。
このような構造としては、以下のようなものが知られている（特許文献１）。
特開２００３-２９３７３５号公報

しかしながら、エアタンク内のエアは尿素水供給装置のみならず、ブレーキなどの他の装置にも使用しているため、その他の装置のエア利用状況および、エンジンの始動状況によって異なるため、エンジン停止時に、十分な量のエアがエアタンク内に貯蔵されていないことがある。

このような状況でエンジン停止後に浄化装置がエアを消費すると、エンジン再始動時に車両がエア不足となるおそれがある。

従って、エア不足とならないようにするためには、エアタンクをコンプレッサの下限圧に合わせて設計する必要があり、エアタンクが大型化して設置場所やコストが必要になるという問題があった。
また、尿素水供給装置以外で、エアを使用する装置、例えば清掃装置等は、エア不足が生じると、エンジン停止後に十分な清掃を行えず、次回の作動に悪影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的はエア不足が生じないＳＣＲ用のエア回路を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、内燃機関の回転により高圧エアを発生させるエア圧源と、前記エアにより作動可能な作動手段と、前記エア圧源から前記作動手段へのエアの流れを可能にすべく連通された第１供給通路および第２供給通路と、前記第２供給通路に設けられ、前記エア圧源から流れたエアを貯留可能な貯留手段と、前記第２供給通路の前記貯留手段よりも下流側に設けられ、前記貯留手段に貯留されたエアの前記作動手段への流れを選択的に許容する制御弁と、前記制御弁の切り替えを制御する制御手段と、前記内燃機関が回転しているか否かを検知する内燃機関回転検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記内燃機関回転検知手段により前記内燃機関が回転していることが検知されたときは、前記貯留手段から前記作動手段へのエアの流れを禁止し、前記内燃機関が回転していないと検知されたときは、前記貯留手段から前記作動手段へのエアの流れを許容すべく前記制御弁を切り替え制御し、前記制御弁からのエアが前記第１供給通路を介して前記作動手段に流れるべく前記第１供給通路と前記第２供給通路が合流し、前記第１供給通路は、前記第１供給通路と前記第２供給通路との合流点から前記エア圧源へのエアの流れを禁止するチェックバルブを有することを特徴とするエア回路の制御装置である。

前記貯留手段は、前記エア圧源からのエアを貯留可能なエアタンクと、前記第２供給通路の前記エアタンクよりも前記エア圧源よりに設けられ、前記エアタンクから前記エア圧源へのエアの流れを禁止するチェックバルブと、を有する。

本発明によれば、エンジン停止直後の浄化装置に用いるエア圧不足を防止することができ、これにより、エンジン停止後に、確実に尿素水供給装置内の残留尿素水を除去することができる。
よってエンジン停止後に残留尿素水が凍結して次回の尿素水供給装置の作動に悪影響を及ぼすことがなくなるという効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るエア回路１を備えた浄化システム３の構成を示す図であって、図２はエア回路１の詳細図である。

図１に示すように、浄化システム３はエンジン５を有し、エンジン５には、排気管２９が設けられている。
排気管２９の、エンジン５との接続部近傍にはＮＯｘセンサ３５が設けられている。

排気管２９には触媒コンバータ３１が設けられており、触媒コンバータ３１内には触媒３３が設けられている。
触媒３３には触媒温度センサ３９が設けられている。
触媒コンバータ３１の下流側にはＮＯｘセンサ３７が設けられている。

エンジン５の出力軸７にはコンプレッサクラッチ９が設けられており、コンプレッサクラッチ９にはコンプレッサ１１が設けられている。
コンプレッサ１１には電磁バルブ１０が設けられており、電磁バルブ１０にはエア回路１が設けられている。

エア回路１には流路２１が設けられている。
流路２１の端部には添加ノズル２７が設けられており、添加ノズル２７は排気管２９の内部に設けられている。

また、流路２１には電磁バルブ２５が設けられており、電磁バルブ２３には尿素水タンク２３が設けられている。

エンジン５はトラック等の車両を運転するための駆動装置であるが、浄化システム３においては、コンプレッサ１１を始動させ、エアを供給するための動力源として機能する。

排気管２９は、エンジンの燃焼によって生じた排気ガスを車外に排出する管である。
触媒コンバータ３１は排気ガス中のＮＯｘを分解する部分であり、触媒３３がＮＯｘを分解する。

ＮＯｘセンサ３５、３７は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定するセンサである。
触媒温度センサ３９は触媒３３の温度を測定するセンサである。

コンプレッサクラッチ９はエンジン５の動力のコンプレッサ１１への伝達を行う。
コンプレッサ１１はエンジン５からの動力を利用してエアを供給する。
電磁バルブ１０、電磁バルブ２３は電気信号によって開閉するバルブである。

尿素水タンク２３は尿素を貯蔵するタンクである。
添加ノズル２７は尿素とエアを混合し、霧状にして触媒３３に吹き付ける装置である。

一方、浄化システム３は浄化装置ＥＣＵ４１を有している。
浄化装置ＥＣＵ４１には、ＮＯｘセンサ３５、３７が測定したＮＯｘ濃度を示す信号であるＮＯｘ濃度信号１０１、１０３および、触媒温度センサ３９が測定した、触媒３３の温度を示す信号である触媒温度信号１０５が入力されるようになっている。

また、浄化装置ＥＣＵ４１にはＯＮ／ＯＦＦ信号１１１が、後述するエンジンＣＵ４３を介して入力されるようになっている。

一方、浄化装置ＣＰＵ４１はバルブの開閉を示す信号であるバルブ開閉信号１０７、１０９を電磁バルブ１０、２５に出力する。

電磁バルブ１０、２５はバルブ開閉信号１０７、１０９が入力されるとバルブの開閉を行う。

浄化装置ＥＣＵ４１は、浄化システム３を動作させるためのコンピュータであり、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random
Access Memory）等を備えている。

浄化装置ＥＣＵ４１は、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、ＮＯｘ濃度信号１０１、１０３および触媒温度信号１０５を基に触媒コンバータ３３に供給するエア量および尿素量を決定する。

そして、必要な量のエアおよび尿素を供給するために、バルブ開閉信号１０７、１０９を電磁バルブ１０、２５に出力し、電磁バルブ１０、２５を開閉させる。

例えば、電磁バルブ１０、２５が開くと、電磁バルブ１０からはコンプレッサ１１から供給されたエアがエア回路１を介して流路２１に流入する。
一方、電磁バルブ２５からは、尿素水タンク２３から供給された尿素が流路２１に流入する。

そして、添加ノズル２７でエアと尿素は混合されて霧状となり、触媒３３に吹き付けられる。
触媒３３に吹き付けられた尿素はＮＯｘを水と窒素に分解する。

また、浄化システム３はエンジンＥＣＵ４３を有している。
エンジンＥＣＵ４３はエンジン５を制御するコンピュータであり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。

エンジンＥＣＵ４３には、エンジン５の始動を示す信号であるＯＮ／ＯＦＦ信号１１１がイグニッションスイッチ４５から入力されるようになっている。

イグニッションスイッチ４５はエンジン５の始動スイッチであり、通常は始動用の鍵を錠に挿入して回転することにより、ＯＮ／ＯＦＦ信号１１１をエンジンＥＣＵ４３に出力する。

図２に示すように、エア回路１は、電磁バルブ１０側に入力部としての流路５４が設けられ、流路５４には第２の流路としての流路５７が設けられている。
流路５７にはチェックバルブ６３が設けられている。

流路５７にはエアを保持するエアタンク５３が設けられており、エアタンク５３には電磁バルブ５１が設けられている。
電磁バルブ５１には流路５９が設けられており、流路５９には出力部としての流路２１が設けられている。

また、流路５４を流路２１とを連結するように流路５５が設けられている。
流路５５にはチェックバルブ６１が設けられている。

チェックバルブ６１はエアの逆流防止用のバルブであり、図２のＢ１方向にはエアを流すが、Ｂ２方向にはエアを流さない。
同様に、チェックバルブ６３はエアの逆流防止用のバルブであり、図２のＣ１方向にはエアを流すが、Ｃ２方向にはエアを流さない。

電磁バルブ５１は電気信号で開閉するバルブであり、浄化装置ＥＣＵ４１から入力されるバルブ開閉信号１１０によって開閉する。

浄化装置ＥＣＵ４１は、エンジンＥＣＵ４３を介してイグニッションスイッチ４５から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号１１１に基づいて、バルブ開閉信号１１０を電磁バルブ５１に出力する。

次に、浄化システム３の動作およびその際のエア回路１の動作について説明する。
図３は浄化システム３の動作を示すフローチャートであって、図４及び図５は浄化システム３の動作時のエア回路１内のエアの流れを示す図である。

まず、エンジンＥＣＵ４３は、イグニッションスイッチ４５からＯＮ／ＯＦＦ信号１１１が入力されたか否かを判断し、入力された場合は次のステップに進む（ステップ２０１）。

エンジンＥＣＵ４３は、ＯＮ／ＯＦＦ信号１１１を浄化装置ＥＣＵ４１に出力する（ステップ２０２）。

ＯＮ／ＯＦＦ信号１１１が入力されると、浄化装置ＥＣＵ４１は、ＯＮ／ＯＦＦ信号１１１がエンジン５の「ＯＮ」を示す信号であるか、「ＯＦＦ」を示す信号であるかを判断し、「ＯＮ」を示す信号の場合はステップ２０４に進み、「ＯＦＦ」を示す信号である場合はステップ２０６に進む（ステップ２０３）。

「ＯＮ」を示す信号の場合は、浄化装置ＥＣＵ４１は、電磁バルブ５１に対してバルブ開閉信号１１０を送信する（ステップ２０４）。
この場合のバルブ開閉信号１１０は、電磁バルブ５１を閉じる信号である。

電磁バルブ５１は、バルブ開閉信号１１０が入力されると、バルブを閉じる（ステップ２０５）。

この状態は図４に示す状態である。
図４に示すように、この状態ではエンジン５が動作しているため、電磁バルブ１０を介してコンプレッサ１１より供給されたエアの一部は、流路５４、流路５７を介してＣ１方向に流入し、エアタンク５３に保持される。

ここで、電磁バルブ５１は閉じられているため、エアはＤ１方向には流れない。またチェックバルブ６３の存在により、Ｃ２方向にも流れない。
従って、エアタンク５３には常に最大圧力（最大容量）でエアが保持されていることになる。

一方、エアの一部は流路５４、流路５５を介してＢ１方向に流れて流路２１へと供給され、添加ノズル２７で尿素と混合されて触媒３３に吹き付けられる。
なお、チェックバルブ６１の存在により、エアがＢ２方向に流れることはない。

従って、エンジン始動時、即ち排気ガス中のＮＯｘを浄化する必要がある場合は、エア回路１は、エアを供給すると同時にエアタンク５３に常にエアタンク５３の最大圧力（最大容量）でエアを保持することができる。

一方、ステップ２０３において、「ＯＦＦ」を示す信号が入力された場合は、浄化装置ＥＣＵ４１は、電磁バルブ５１に対してバルブ開閉信号１１０を出力する（ステップ２０６）。この場合のバルブ開閉信号１１０は電磁バルブ５１を閉じる信号である。

電磁バルブ５１は、バルブ開閉信号１１０が入力されると、バルブを開く（ステップ２０７）。

この状態は図５に示す状態である。
この状態では、エンジン５は停止しており、コンプレッサ１１からエアは供給されず、また電磁バルブ５１が開いているため、エアタンク５３内のエアが、電磁バルブ５１を介してＤ１方向に流れ、流路２１にエアが供給される。

ここで、エンジン５が動作しているときは、常にエアタンク５３に常にエアタンク５３の最大圧力（最大容量）でエアが保持されているため、エンジン停止直後のエアタンク５３内のエア圧（エア量）は常にエアタンクの最大圧力（最大容量）である。

従って、エア不足が生ずる恐れはない。
また、エンジン５が動作しているときは、常にエアタンク５３に常にエアタンク５３の最大圧力（最大容量）でエアが保持されているため、エアタンク５３の最大圧力は、コンプレッサ１１の最大圧力に合わせて設計することができ、エアタンクを小型化することができる。

一方、チェックバルブ６１、６３の存在により、エアはＢ２、Ｃ２方向に流れることはない。
従って、エアタンク５３内のエアが逆流して損失することはない。

このように、本実施の形態によれば、浄化システム３のエア回路１は流路５４、５５、５７、エアタンク５３および電磁バルブ５１を有し、電磁バルブ５１はエンジン５の動作に応じて開閉する。

従って、エンジン５が動作しているときは、常にエアタンク５３にエアタンク５３の最大圧力（最大容量）でエアが保持でき、エア不足が生ずるのを防ぐことができる。

また、本実施の形態によれば、エンジン５が動作しているときは、常にエアタンク５３にエアタンク５３の最大圧力（最大容量）でエアが保持できるため、エアタンク５３の最大圧力は、コンプレッサ１１の最大圧力に合わせて設計することができ、エアタンクを小型化することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

浄化システム３の構成を示す図エア回路１の詳細図浄化システム３の動作を示すフローチャート浄化システム３の動作時のエア回路１内のエアの流れを示す図浄化システム３の動作時のエア回路１内のエアの流れを示す図従来の浄化装置のエア回路８１を示す図

符号の説明

１…………エア回路
３…………浄化システム
５…………エンジン
１０………電磁バルブ
１１………コンプレッサ
２１………流路
２３………尿素水タンク
２５………電磁バルブ
２７………添加ノズル
２９………排気管
３１………触媒コンバータ
３３………触媒
４１………浄化装置ＥＣＵ
４３………エンジンＥＣＵ
４５………イグニッションスイッチ
５１………電磁バルブ
５３………エアタンク
５４………流路
５５………流路
５７………流路
６１………チェックバルブ
６３………チェックバルブ

Claims

内燃機関の回転により高圧エアを発生させるエア圧源と、
前記エアにより作動可能な作動手段と、
前記エア圧源から前記作動手段へのエアの流れを可能にすべく連通された第１供給通路および第２供給通路と、
前記第２供給通路に設けられ、前記エア圧源から流れたエアを貯留可能な貯留手段と、
前記第２供給通路の前記貯留手段よりも下流側に設けられ、前記貯留手段に貯留されたエアの前記作動手段への流れを選択的に許容する制御弁と、
前記制御弁の切り替えを制御する制御手段と、
前記内燃機関が回転しているか否かを検知する内燃機関回転検知手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記内燃機関回転検知手段により前記内燃機関が回転していることが検知されたときは、前記貯留手段から前記作動手段へのエアの流れを禁止し、前記内燃機関が回転していないと検知されたときは、前記貯留手段から前記作動手段へのエアの流れを許容すべく前記制御弁を切り替え制御し、
前記制御弁からのエアが前記第１供給通路を介して前記作動手段に流れるべく前記第１供給通路と前記第２供給通路が合流し、
前記第１供給通路は、
前記第１供給通路と前記第２供給通路との合流点から前記エア圧源へのエアの流れを禁止するチェックバルブを有することを特徴とするエア回路の制御装置。
前記貯留手段は、
前記エア圧源からのエアを貯留可能なエアタンクと、
前記第２供給通路の前記エアタンクよりも前記エア圧源よりに設けられ、前記エアタンクから前記エア圧源へのエアの流れを禁止するチェックバルブと、
を有することを特徴とする請求項１記載のエア回路の制御装置。