JP5617342B2 - Ｓｃｒシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排ガス中のＮＯｘを尿素水を用いて還元するＳＣＲシステムに関するものである。

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ガス浄化システムとして、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置を用いたＳＣＲシステムが開発されている。

このＳＣＲシステムは、尿素水をＳＣＲ装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化するものである（例えば、特許文献１参照）。

ＳＣＲシステムは、尿素水の噴射量を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）を備えている。ＤＣＵは、エンジンを制御するＥＣＭ（Engine Control Module）とＣＡＮ（Controller Area Network）により接続されており、ＥＣＭからのエンジンパラメータ（エンジン回転数など）に基づき尿素水の噴射量を決定するようにされている。

また、ＤＣＵとＥＣＭには、イグニションスイッチ（キースイッチ）からの入力信号線が接続されており、イグニションスイッチからキーオンの信号を受信するようになっている。

特開２０００−３０３８２６号公報

ところで、従来のＳＣＲシステムでは、ＤＣＵは、イグニションスイッチからキーオンの信号を受信しているときのみ尿素水を噴射し、イグニションスイッチからキーオンの信号を受信しないとき（すなわちキーオフの状態）には、尿素水を噴射しないよう制御を行う。

しかしながら、例えば、一旦キーオンの信号を受信した後、信号線の断線やいたずら等でイグニションスイッチとＤＣＵとの接続が電気的に遮断された場合、ＤＣＵがキーオフの状態になったと判断し、一方、ＥＣＭはキーオンの信号を受信しておりエンジン回転制御を続行するため、エンジンが回転しているにも拘わらず、尿素水が噴射されないこととなってしまう。

このような状態で車両を走行させると、ＮＯｘを多量に含んだ排気ガスがそのまま大気中に放出されてしまうことになり、問題である。よって、ドライバーに異常を知らせる必要があるが、従来のＳＣＲシステムでは、ＤＣＵは単にキーオフの状態と判断しているのみであるから異常を検出せず、また、ＥＣＭはＤＣＵが異常を検出していないため異常を検出せず、ＤＣＵやＥＣＭで異常そのものが検出されないため、ドライバーに異常を知らせることはできなかった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、一旦キーオンした後、イグニションスイッチとＤＣＵとの接続が断線等により電気的に遮断された場合であっても、異常を検出することが可能なＳＣＲシステムを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、尿素水の噴射量を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）と、エンジンが回転しており、かつ前記ＤＣＵの電源がオフであるとき、ドライバーに警告を行う警告手段と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、前記ＤＣＵは、イグニションスイッチからキーオンの信号を受信しないとき、前記ＤＣＵの電源をオフするＤＣＵ電源制御部を備えたＳＣＲシステムである。

前記ＤＣＵ電源制御部は、前記イグニションスイッチからキーオンの信号を受信した後に、前記イグニションスイッチからキーオンの信号を受信しなくなったとき、所定時間後に前記ＤＣＵの電源をオフするようにされてもよい。

本発明によれば、一旦キーオンした後、イグニションスイッチとＤＣＵとの接続が断線等により電気的に遮断された場合であっても、異常を検出することが可能なＳＣＲシステムを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るＳＣＲシステムの概略構成図である。 図１のＳＣＲシステムにおけるＤＣＵの入出力構成図である。 本発明において、ＤＣＵ電源制御部の制御フローを示すフローチャートである。 本発明において、警告手段の制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

まず、車両に搭載されるＳＣＲシステムについて説明する。

図１に示すように、ＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側（排気ガスの上流側）で尿素水を噴射するドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）１０４と、尿素水を貯留する尿素タンク１０５と、尿素タンク１０５に貯留された尿素水をドージングバルブ１０４に供給するサプライモジュール１０６と、ドージングバルブ１０４やサプライモジュール１０６等を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）１２６とを主に備える。

エンジンＥの排気管１０２には、排気ガスの上流側から下流側にかけて、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst；酸化触媒）１０７、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０８、ＳＣＲ装置１０３が順次配置される。ＤＯＣ１０７は、エンジンＥから排気される排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ₂とし、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比率を制御してＳＣＲ装置１０３における脱硝効率を高めるためのものである。また、ＤＰＦ１０８は、排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集するためのものである。

ＳＣＲ装置１０３の上流側の排気管１０２には、ドージングバルブ１０４が設けられる。ドージングバルブ１０４は、高圧の尿素水が満たされたシリンダに噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャが引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。

ドージングバルブ１０４の上流側の排気管１０２には、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの温度（ＳＣＲ入口温度）を測定する排気温度センサ１０９が設けられる。また、ＳＣＲ装置１０３の上流側（ここでは排気温度センサ１０９の上流側）には、ＳＣＲ装置１０３の上流側でのＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１１０が設けられ、ＳＣＲ装置１０３の下流側には、ＳＣＲ装置１０３の下流側でのＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１１１が設けられる。

サプライモジュール１０６は、尿素水を圧送するＳＭポンプ１１２と、サプライモジュール１０６の温度（サプライモジュール１０６を流れる尿素水の温度）を測定するＳＭ温度センサ１１３と、サプライモジュール１０６内における尿素水の圧力（ＳＭポンプ１１２の吐出側の圧力）を測定する尿素水圧力センサ１１４と、尿素水の流路を切り替えることにより、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するか、あるいはドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すかを切り替えるリバーティングバルブ１１５とを備えている。ここでは、リバーティングバルブ１５がＯＦＦのとき、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するようにし、リバーティングバルブ１５がＯＮのとき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すようにした。

リバーティングバルブ１１５が尿素水をドージングバルブ１０４に供給するように切り替えられている場合、サプライモジュール１０６は、そのＳＭポンプ１１２にて、尿素タンク１０５内の尿素水を送液ライン（サクションライン）１１６を通して吸い上げ、圧送ライン（プレッシャーライン）１１７を通してドージングバルブ１０４に供給するようにされ、余剰の尿素水を、回収ライン（バックライン）１１８を通して尿素タンク１０５に戻すようにされる。

尿素タンク１０５には、ＳＣＲセンサ１１９が設けられる。ＳＣＲセンサ１１９は、尿素タンク１０５内の尿素水の液面高さ（レベル）を測定するレベルセンサ１２０と、尿素タンク１０５内の尿素水の温度を測定する温度センサ１２１と、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を測定する品質センサ１２２とを備えている。品質センサ１２２は、例えば、超音波の伝播速度や電気伝導度から、尿素水の濃度や尿素水に異種混合物が混合されているか否かを検出し、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を検出するものである。

尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６には、エンジンＥを冷却するための冷却水を循環する冷却ライン１２３が接続される。冷却ライン１２３は、尿素タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水と尿素タンク１０５内の尿素水との間で熱交換するようにされる。同様に、冷却ライン１２３は、サプライモジュール１０６内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水とサプライモジュール１０６内の尿素水との間で熱交換するようにされる。

冷却ライン１２３には、尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６に冷却水を供給するか否かを切り替えるタンクヒーターバルブ（クーラントバルブ）１２４が設けられる。なお、ドージングバルブ１０４にも冷却ライン１２３が接続されるが、ドージングバルブ１０４には、タンクヒーターバルブ１２４の開閉に拘わらず、冷却水が供給されるように構成されている。なお、図１では図を簡略化しており示されていないが、冷却ライン１２３は、尿素水が通る送液ライン１１６、圧送ライン１１７、回収ライン１１８に沿って配設される。

図２に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。

図２に示すように、ＤＣＵ１２６には、上流側ＮＯｘセンサ１１０、下流側ＮＯｘセンサ１１１、ＳＣＲセンサ１１９（レベルセンサ１２０、温度センサ１２１、品質センサ１２２）、排気温度センサ１０９、サプライモジュール１０６のＳＭ温度センサ１１３と尿素水圧力センサ１１４、イグニションスイッチ１２７、およびエンジンＥを制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１２５からの入力信号線が接続されている。ＥＣＭ１２５からは、外気温、エンジンパラメータ（エンジン回転数など）の信号が入力される。なお、ＥＣＭ１２５にも、イグニションスイッチ１２７からの入力信号線が接続されている。

また、ＤＣＵ１２６には、タンクヒーターバルブ１２４、サプライモジュール１０６のＳＭポンプ１１２とリバーティングバルブ１１５、ドージングバルブ１０４、上流側ＮＯｘセンサ１１０のヒータ、下流側ＮＯｘセンサ１１１のヒータ、への出力信号線が接続される。なお、ＤＣＵ１２６と各部材との信号の入出力に関しては、個別の信号線を介した入出力、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介した入出力のどちらであってもよい。

ＤＣＵ１２６は、ＥＣＭ１２５からのエンジンパラメータの信号と、排気温度センサ１０９からの排気ガス温度とを基に、排気ガス中のＮＯｘの量を推定すると共に、推定した排気ガス中のＮＯｘの量を基にドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を決定するようにされ、さらに、ドージングバルブ１０４にて決定した尿素水量で噴射したとき、上流側ＮＯｘセンサ１１０の検出値に基づいてドージングバルブ１０４を制御して、ドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を調整するようにされる。

また、ＤＣＵ１２６は、キーオンの状態からキーオフの状態に切り替わったとき（イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しなくなったとき）に、所定時間リバーティングバルブ１５をＯＮにし、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻す強制エンプティング制御を行うようにされる。これは、停車中にドージングバルブ１０４内に溜まった尿素が凍結してドージングバルブ１０４が破損したり、ドージングバルブ１０４内に溜まった尿素が変質してドージングバルブ１０４を腐食させたり、といった不具合を防止するためである。

さて、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００では、ＤＣＵ１２６は、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しないとき、ＤＣＵ１２６の電源をオフするＤＣＵ電源制御部１２８を備えている。

ＤＣＵ電源制御部１２８は、ＤＣＵ１２６の自己保持リレー（図示せず）をオフすることにより、ＤＣＵ１２６の電源をオフするようにされる。自己保持リレーとは、ＤＣＵ１２６の電源回路に設けられ、バッテリ（図示せず）からＤＣＵ１２６に電源供給するか否かを切り替えるリレースイッチであり、ＤＣＵ１２６がイグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信した際にＯＮになるものである。

本実施の形態では、ＤＣＵ電源制御部１２８は、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信した後に、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しなくなったとき（すなわちキーオンの状態からキーオフの状態となったとき）、所定時間後にＤＣＵ１２６の電源をオフするようにされる。これは、キーオフされたときに、上述の強制エンプティング制御を行った後にＤＣＵ１２６の電源をオフするためである。

また、ＳＣＲシステム１００は、ＤＣＵ１２６の電源がオフであるとき、ドライバーに警告を行う警告手段１２９を備えている。警告手段１２９は、ＥＣＭ１２５に搭載される。なお、この警告手段１２９は、ＥＣＭ１２５が従来備えているものであり、ＥＣＭ１２５とＤＣＵ１２６との間の通信が停止したときに、ＤＣＵ１２６の電源がオフになったと判断し、ＥＣＭ１２５に接続された図示しない警告ランプ（ＣＥＬ（Check Engine Lamp）やＭＩＬ（Mulfunction Indicator Lamp））を点灯することで、ドライバーに警告を行うものである。

ここで、ＤＣＵ電源制御部１２８の制御フローを図３を用いて説明する。ＤＣＵ電源制御部１２８は、ＤＣＵ１２６の電源がＯＮであるときに図３の制御フローを繰返し実行するようにされる。

図３に示すように、ＤＣＵ電源制御部１２８は、まず、イグニションスイッチ１２７がオフであるか（イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しないか）を判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１にてＮＯと判断された場合、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しており、キーオンの状態であるから、ＤＣＵ１２６の電源をオフせずにそのまま制御を終了する。

ステップＳ１にてＹＥＳと判断された場合、キーオンの状態からキーオフの状態になったため、ＤＣＵ電源制御部１２８は、エンジン回転数などのエンジンパラメータからエンジンが回転しているかを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２にてＮＯと判断された場合、制御を終了する。

ステップＳ２にてＹＥＳと判断された場合、ＤＣＵ電源制御部１２８は、所定時間経過したかを判断する（ステップＳ３）。ステップＳ３にてＮＯと判断された場合、ステップＳ２に戻る。ステップＳ３で所定時間経過するのを待つ間に、上述の強制エンプティング制御が行われる。

ステップＳ３にてＹＥＳと判断された場合、所定時間が経過し強制エンプティング制御が終了したので、ＤＣＵ電源制御部１２８は、ＤＣＵ１２６の電源をオフし（ステップＳ４）、制御を終了する。

次に、警告手段１２９の制御フローを図４を用いて説明する。警告手段１２９は、ＥＣＭ１２５の電源がオンであるとき（すなわちキーオンの状態であるとき）に図４の制御フローを繰返し実行するようにされる。

図４に示すように、警告手段１２９は、まず、ＥＣＭ１２５とＤＣＵ１２６間の通信の有無からＤＣＵ１２６の電源がオフであるかを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＮＯと判断された場合、制御を終了する。

ステップＳ１１にてＹＥＳと判断された場合、警告手段１２９は、ＣＥＬやＭＩＬなどの警告ランプを点灯し（ステップＳ１２）、制御を終了する。

以上説明したように、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００では、ＤＣＵ１２６は、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しないとき、ＤＣＵ１２６の電源をオフするＤＣＵ電源制御部１２８を備えている。

これにより、一旦キーオンした後、イグニションスイッチ１２７とＤＣＵ１２６との接続が断線等により電気的に遮断された場合であっても、ＤＣＵ１２６の電源がオフになるので、ＥＣＭ１２５の警告手段１２９により異常を検出することが可能となる。

また、ＳＣＲシステム１００では、ＤＣＵ電源制御部１２８を、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信した後に、イグニションスイッチ１２７からキーオンの信号を受信しなくなったとき、所定時間後にＤＣＵ１２６の電源をオフするようにしているため、キーオフ後に強制エンプティング制御を行うことが可能となり、停車中にドージングバルブ１０４内に溜まった尿素が凍結してドージングバルブ１０４が破損したり、ドージングバルブ１０４内に溜まった尿素が変質してドージングバルブ１０４を腐食させたり、といった不具合を防止できる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、警告手段１２９をＥＣＭ１２５に搭載する場合を説明したが、これに限らず、警告手段をＤＣＵ１２６や他のユニットに搭載することも可能である。但し、この場合、ＤＣＵ１２６や他のユニットに搭載した警告手段にて、イグニションスイッチ１２７からのキーオンの信号とＥＣＭ１２５からのエンジンパラメータの信号との相関チェックを常に行う必要が生じるため、システムが複雑になる可能性がある。よって、簡易にシステムを構成するためには、ＥＣＭ１２５が従来有する機能で警告手段１２９を実現することが望ましい。

１００ ＳＣＲシステム
１０２ 排気管
１０３ ＳＣＲ装置
１０４ ドージングバルブ
１０５ 尿素タンク
１０６ サプライモジュール
１２５ ＥＣＭ
１２６ ＤＣＵ
１２７ イグニションスイッチ
１２８ ＤＣＵ電源制御部
１２９ 警告手段

Claims (2)

1. 尿素水の噴射量を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）と、
   エンジンが回転しており、かつ前記ＤＣＵの電源がオフであるとき、ドライバーに警告を行う警告手段と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、
   前記ＤＣＵは、イグニションスイッチからキーオンの信号を受信せず、かつエンジンが回転している状態が所定時間継続したとき、前記ＤＣＵの電源をオフするＤＣＵ電源制御部を備えたことを特徴とするＳＣＲシステム。
2. 前記ＤＣＵ電源制御部は、前記イグニションスイッチからキーオンの信号を受信した後に、前記イグニションスイッチからキーオンの信号を受信しなくなったとき、所定時間後に前記ＤＣＵの電源をオフするようにされ、
   前記警告手段は、前記エンジンを制御するエンジンコントロールモジュールに搭載され、前記エンジンコントロールモジュールと前記ＤＣＵとの間の通信が停止したときに、警告を行うように構成される請求項１記載のＳＣＲシステム。

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