JP6019754B2

JP6019754B2 - 尿素水解凍装置

Info

Publication number: JP6019754B2
Application number: JP2012121961A
Authority: JP
Inventors: 俊貴民部; 進作山口
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP2013245652A

Description

本発明は、尿素水解凍装置に関し、特に、尿素水から生成されるアンモニアで排気中の窒素化合物（以下、ＮＯｘという）を選択的に浄化する選択的還元触媒を有する排気浄化システムの尿素水解凍装置に関する。

排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒として、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲという）が知られている。このようなＳＣＲを備えた排気浄化システムは、例えば特許文献１に記載されている。

尿素水は−１０℃程度で凍結するため、特に寒冷時に尿素水をＳＣＲに供給できなくなることがある。そのため、特許文献１記載のシステムでは、エンジンの冷却水回路の一部を尿素水タンク内に導入させて、エンジンで加熱される冷却水で凍結した尿素水を解凍している。

特開２００６−１２５３３１号公報

ところで、エンジン始動時に暖機を促進するためには、冷却水温を早期に上昇させる必要がある。そのため、一般的なエンジンにおいては、暖機運転時は冷却水の循環流路をラジエータから迂回させることで、冷却水温を効果的に上昇させている。しかしながら、上述の従来技術のように、エンジンで加熱された冷却水を凍結した尿素水の解凍に用いると、冷却水温の上昇に時間が掛かり、結果としてエンジンの暖機性能を低下させる可能性がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンの暖機性能低下を防止しつつ、凍結した尿素水の解凍を効率よく行える尿素水解凍装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の尿素水解凍装置は、尿素水タンクに貯留された尿素水をインジェクタによりエンジンの排気通路内に噴射し、噴射された尿素水から生成されるアンモニアで排気中の窒素化合物を選択的に浄化する選択的還元触媒を前記インジェクタよりも排気下流側の排気通路に設けた排気浄化システムの尿素水解凍装置であって、前記選択的還元触媒よりも排気下流側の排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気と流通させる流体との間で熱交換を行う第１の熱交換流路と、前記尿素水タンクの少なくとも一部に設けられ、該尿素水タンク内に貯留された尿素水と流通させる流体との間で熱交換を行う第２の熱交換流路と、前記第１の熱交換流路の流体出口部と前記第２の熱交換流路の流体入口部とを接続する第１の流体流路と、前記第２の熱交換流路の流体出口部と前記第１の熱交換流路の流体入口部とを接続する第２の流体流路と、前記第１の流体流路もしくは第２の流体流路に設けられて流体を圧送するポンプとを備えることを特徴とする。

また、前記選択的還元触媒と前記第１の熱交換流路との間の排気通路から分岐して形成された分岐排気通路と、前記排気通路と前記分岐排気通路との分岐部に設けられて排気の流路を切り替える流路切替バルブとをさらに備え、前記流路切替バルブは、前記第１の熱交換流路で昇温された流体の温度が流体の沸騰を防ぐ第１の上限閾値以下の時は、排気の流路を前記第１の熱交換流路が設けられた排気通路にする一方、前記第１の熱交換流路で昇温された流体の温度が前記第１の上限閾値よりも高くなると、排気の流路を前記分岐排気通路に切り替えるものであってもよい。

また、前記ポンプは、前記第２の熱交換流路に流入する流体の温度、もしくは前記尿素水タンク内の尿素水の温度が、尿素水の劣化を防ぐ第２の上限閾値よりも高くなると停止されてもよい。

また、前記流体は前記エンジンの冷却水であって、前記第２の流体流路の少なくとも一部が前記エンジンのシリンダブロック内に形成されるものであってもよい。

また、前記第１の流体流路と前記シリンダブロックよりも流体上流側に位置する前記第２の流体流路とを接続して、冷却水の流路を前記第２の熱交換流路から迂回させるバイパス流路と、冷却水の流路を前記第２の熱交換流路もしくは前記バイパス流路に切り替えるバイパスバルブとをさらに備え、前記バイパスバルブは、前記第２の熱交換流路に流入する冷却水の温度、もしくは前記尿素水タンク内の尿素水の温度が、前記第２の上限閾値よりも高くなると、冷却水の流路を前記バイパス流路に切り替えるものであってもよい。

また、前記排気浄化システムは、前記尿素水タンクから前記インジェクタに尿素水を圧送する尿素水用ポンプを備え、前記第２の熱交換流路は、前記尿素水タンクと前記尿素水用ポンプとに導入されてもよい。

また、前記ポンプは、電動式のポンプであってもよい。

本発明の尿素水解凍装置によれば、エンジンの暖機性能低下を防止しつつ、凍結した尿素水の解凍を効率よく行うことができる。

本発明の第一実施形態に係る尿素水解凍装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の第一実施形態において、（ａ）は排気流路切替バルブがＯＮにされた時の排気流路を説明する図、（ｂ）は排気流路切替バルブがＯＦＦにされた時の排気流路を説明する図である。本発明の第一実施形態に係る制御内容を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態に係る尿素水解凍装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の第二実施形態において、（ａ）はバイパスバルブが閉弁された時の冷却水流路を説明する図、（ｂ）はバイパスバルブが開弁された時の冷却水流路を説明する図、（ｃ）はサーモスタットが開弁された時の冷却水流路を説明する図である。本発明の第二実施形態に係る制御内容を示すフローチャートである。

以下、図面により、本発明に係る尿素水解凍装置の各実施形態について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［第一実施形態］
まず、図１に基づいて、第一実施形態の尿素水解凍装置２０Ａが適用される排気浄化システムの全体構成から説明する。

本実施形態の排気浄化システムは、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気通路１１に設けられた酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣという）１２と、ＤＯＣ１２よりも排気下流側の排気通路１１に設けられたディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦという）１３と、ＤＰＦ１３よりも排気下流側の排気通路１１に設けられたＳＣＲ１４と、排気通路１１内に尿素水を噴射する尿素水インジェクタ１５と、尿素水を貯留する尿素水タンク１６と、尿素水タンク１６内の尿素水を尿素水インジェクタ１５に供給する供給モジュール１７とを備えている。

ＤＯＣ１２は、排気中のＮＯを酸化してＮＯ₂を生成して、排気中のＮＯに対するＮＯ₂の比率を増加させることで、ＳＣＲ１４による脱硝効率を高めるように機能する。

ＤＰＦ１３は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集すると共に、ＰＭの捕集量が所定量を超えると、蓄積したＰＭを焼却除去する再生が行われる。このＤＰＦ１３の再生は、排気上流側のＤＯＣ１２にポスト噴射により未燃燃料を供給し、酸化による熱で排気温度を上昇することで行われる。

ＳＣＲ１４は、尿素水インジェクタ１５により排気通路１１内に噴霧された尿素水から生成されるアンモニアを吸着するとともに、吸着したアンモニアで通過する排気中からＮＯｘを還元浄化する。

尿素水インジェクタ１５は、ＤＰＦ１３とＳＣＲ１４との間に位置する排気通路１１に設けられている。この尿素水インジェクタ１５は、供給ライン１９を介して尿素水タンク１６と接続されている。

供給モジュール１７は、尿素水を圧送する尿素水ポンプ１７ａと、供給モジュール１７の温度（供給ライン１９内の尿素水温度）を検出する尿素水温センサ１８とを備えている。この尿素水温センサ１８で検出される尿素水温度Ｔ_URは、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０に出力される。

次に、本実施形態の尿素水解凍システム２０Ａの詳細構成について説明する。尿素水解凍システム２０Ａは、熱交換用排気通路１１ａと、分岐排気通路１１ｂと、排気流路切替バルブ２１と、廃熱回収用熱交換流路２２と、尿素水解凍用熱交換流路２３と、上流側流体流路２４と、下流側流体流路２５と、電動ポンプ２６と、流体温度センサ２７と、ＥＣＵ４０とを備えている。

なお、本実施形態において、廃熱回収用熱交換流路２２は本発明の第１の熱交換流路に相当し、尿素水解凍用熱交換流路２３は本発明の第２の熱交換流路に相当する。また、上流側流体流路２４は本発明の第１の流体流路に相当し、下流側流体流路２５は本発明の第２の流体流路に相当する。

熱交換用排気通路１１ａは、ＳＣＲ１４や図示しない消音器よりも排気下流側の排気通路１１に形成されている。この熱交換用排気通路１１ａ内には、詳細を後述する廃熱回収用熱交換流路２２が介装されている。

分岐排気通路１１ｂは、ＳＣＲ１４と廃熱回収用熱交換流路２２との間に位置する排気通路１１から分岐して形成されている。本実施形態において、この分岐排気通路１１ｂと熱交換用排気通路１１ａとは、排気を外部に放出するテールパイプとしても機能する。

排気流路切替バルブ２１は、例えば公知のバタフライバルブであって、熱交換用排気通路１１ａと分岐排気通路１１ｂとの分岐部に設けられている。この排気流路切替バルブ２１は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じてＯＮにされると、分岐排気通路１１ｂの上流端を閉鎖する。すなわち、ＳＣＲ１４からの排気は熱交換用排気通路１１ａに流入して外気に放出される（図２（ａ）参照）。一方、排気流路切替バルブ２１は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じてＯＦＦにされると、熱交換用排気通路１１ａの上流端を閉鎖する。すなわち、ＳＣＲ１４からの排気は分岐排気通路１１ｂに流入して外気に放出される（図２（ｂ）参照）。

廃熱回収用熱交換流路２２は、その流路内を流通させる流体と熱交換用排気通路１１ａ内を流れる排気との間で熱交換を行うもので、熱交換用排気通路１１ａ内に蛇行して形成されている。本実施形態において、この廃熱回収用熱交換流路２２は、ＳＣＲ１４よりも排気下流側に設けられているので、廃熱回収による排気温度の低下によりＳＣＲ１４が触媒活性温度よりも低くなることを防止することができる。

尿素水解凍用熱交換流路２３は、凍結した尿素水を解凍するために、その流路内を流通させる流体と尿素水タンク１６内および供給モジュール１７内の尿素水との間で熱交換を行う。このため、尿素水解凍用熱交換流路２３は、尿素水タンク１６内に導入されると共に、供給ライン１９に沿って供給モジュール１７内に導入されている。

上流側流体流路２４は、廃熱回収用熱交換流路２２で排気との熱交換により昇温された流体を尿素水解凍用熱交換流路２３に流入させる。このため、上流側流体流路２４は、その上流端部を廃熱回収用熱交換流路２２の流体出口部に接続されると共に、下流端部を尿素水解凍用熱交換流路２３の流体入口部に接続されている。

下流側流体流路２５は、尿素水解凍用熱交換流路２３で尿素水との熱交換により冷却された流体を廃熱回収用熱交換流路２２に流入させる。このため、下流側流体流路２５は、その上流端部を尿素水解凍用熱交換流路２３の流体出口部に接続されると共に、下流端部を廃熱回収用熱交換流路２２の流体入口部に接続されている。

電動ポンプ２６は、流体を圧送するもので、上流側流体流路２４に設けられている。この電動ポンプ２６の駆動は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて制御される。電動ポンプ２６が駆動すると、圧送される流体は廃熱回収用熱交換流路２２〜上流側流体流路２４〜尿素水解凍用熱交換流路２３〜下流側流体流路２５で構成される流体回路を循環する。なお、電動ポンプ２６は、下流側流体流路２５に設けられてもよい。

流体温度センサ２７は、排気との熱交換により昇温された流体の温度を検出するもので、廃熱回収用熱交換流路２２の流体出口部と隣接する上流側流体流路２４に設けられている。この流体温度センサ２７で検出される流体温度Ｔ_WAは、電気的に接続されたＥＣＵ４０に入力される。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃料噴射や尿素水インジェクタ１５による尿素水の噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ４０には各種センサ類の出力信号が入力される。

また、ＥＣＵ４０は、電動ポンプ駆動制御部４１と、切替バルブ制御部４２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

電動ポンプ駆動制御部４１は、流体温度センサ２７で検出される流体温度Ｔ_WA（又は、尿素水温度センサ１８で検出される尿素水温度Ｔ_UR）に応じて電動ポンプ２６の駆動を制御する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、尿素水の劣化を防止する温度（尿素水は約６０℃で性能劣化するので、例えば３０℃）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1として記憶されている。

電動ポンプ駆動制御部４１は、流体温度センサ２７から入力される流体温度Ｔ_WA（又は、尿素水温センサ１８から入力される尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1以下の時は、電動ポンプ２６に駆動指示信号を入力する。一方、流体温度センサ２７から入力される流体温度Ｔ_WA（又は、尿素水温センサ１８から入力される尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1を超えると、電動ポンプ駆動制御部４１は電動ポンプ２６に停止指示信号を入力する。

切替バルブ制御部４２は、流体温度センサ２７で検出される流体温度Ｔ_WAに応じて、排気流路切替バルブ２１を制御する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、流体の沸騰を防ぐ温度（例えば、８０℃）が流体温度上限閾値Ｔ_LIM2として記憶されている。切替バルブ制御部４２は、流体温度センサ２７から入力される流体温度Ｔ_WAがこの流体温度上限閾値Ｔ_LIM2以下の時は、排気流路切替バルブ２１をＯＮにする指示信号を入力する。すなわち、分岐排気通路１１ｂの上流端が閉鎖されて、排気は熱交換用排気通路１１ａに流入する（図２（ａ）参照）。

一方、流体温度センサ２７から入力される流体温度Ｔ_WAが流体温度上限閾値Ｔ_LIM2を超えると、切替バルブ制御部４２は排気流路切替バルブ２１をＯＦＦにする指示信号を入力する。すなわち、熱交換用排気通路１１ａの上流端が閉鎖されて、排気は分岐排気通路１１ｂに流入する（図２（ｂ）参照）。

次に、図３に基づいて、本実施形態の尿素水解凍システム２０Ａによる制御フローを説明する。なお、本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、電動ポンプ駆動制御部４１から電動ポンプ２６に駆動指示信号が入力されると同時に、切替バルブ制御部４２から排気流路切替バルブ２１をＯＮにする指示信号が入力される。すなわち、廃熱回収用熱交換流路２２で流体が排気との熱交換により昇温されると共に、昇温された流体が上流側流体流路２４を介して尿素水解凍用熱交換流路２３に流入して、尿素水の解凍が開始される。

その後、尿素水が解凍されると、Ｓ１１０では、流体温度センサ２７から入力される流体温度Ｔ_WA（又は、尿素水温センサ１８から入力される尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1に達したか否かが判定される。流体温度Ｔ_WA（又は、尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1以下の場合はＳ１００に戻される一方、流体温度Ｔ_WA（又は、尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1を超えた場合はＳ１２０に進む。

Ｓ１２０では、流体温度Ｔ_WAが尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1に達したことを受けて、電動ポンプ駆動制御部４１から電動ポンプ２６に停止指示信号が入力される。

Ｓ１３０では、流体温度センサ２７から入力される流体温度Ｔ_WAが流体温度上限閾値Ｔ_LIM2に達したか否かが判定される。流体温度Ｔ_WAが流体温度上限閾値Ｔ_LIM2を超えた場合は、Ｓ１４０で切替バルブ制御部４２から排気流路切替バルブ２１をＯＦＦにする指示信号が入力されて本制御はリターンされる。

次に、本実施形態に係る尿素水解凍装置２０Ａによる作用効果を説明する。

寒冷地等においては、エンジン１０を所定期間停止させると、尿素水タンク１６内や供給モジュール１７内の尿素水が凍結することがある。そのため、従来の尿素水解凍装置は、エンジンで加熱される冷却水を用いて凍結した尿素水を解凍していたが、この解凍に冷却水の熱が奪われて、エンジンの暖機性能を低下させる虞があった。

これに対し、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ａでは、エンジン１０の冷却水回路とは別個の流体回路を設けて、エンジン１０から排出される排気熱を利用して尿素水タンク１６内や供給モジュール１７内の尿素水を解凍させている。

したがって、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ａによれば、エンジン１０の暖機性能を低下させることなく、凍結した尿素水を効果的に解凍することができる。

また、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ａでは、熱交換を行う流体の温度が、尿素水の劣化を防止する上限温度を超えると、電動ポンプ２６の駆動を停止させている。

したがって、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ａによれば、尿素水が必要以上に加熱されて劣化することを効果的に防止することができる。

また、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ａでは、排気と流体との熱交換を行う廃熱回収用熱交換流路２２は、ＳＣＲ１４よりも排気下流側に位置して設けられている。

したがって、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ａによれば、廃熱回収による排気温度の低下でＳＣＲ１４が触媒活性温度よりも低下することを回避して、排ガス（ＮＯｘ排出）の悪化を効果的に防止することができる。

［第二実施形態］
以下、図４〜６に基づいて、本発明の第二実施形態に係る尿素水解凍装置２０Ｂを説明する。本発明の第二実施形態は、尿素水を解凍する流体をエンジン１０の冷却水とし、さらに廃熱回収により昇温される冷却水でエンジン１０の暖機を促進させるものである。第一実施形態と同一の機能を有する構成要素については同一の符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

本実施形態の尿素水解凍装置２０Ｂは、図４に示すように、熱交換用排気通路１１ａと、分岐排気通路１１ｂと、排気流路切替バルブ２１と、廃熱回収用熱交換流路２２と、尿素水解凍用熱交換流路２３と、上流側冷却水流路３０と、接続用冷却水流路３１と、シリンダブロック内流路３２と、ウォータポンプ３３と、下流側冷却水流路３４と、バイパス流路３５と、バイパスバルブ３６と、ラジエータ用流路３７と、冷却水温センサ３８と、ＥＣＵ４０とを備えている。

上流側冷却水流路３０は、廃熱回収用熱交換流路２２で排気との熱交換により昇温された冷却水を尿素水解凍用熱交換流路２３に流入させる。このため、上流側冷却水流路３０は、その上流端部を廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水出口部に接続されると共に、下流端部を尿素水解凍用熱交換流路２３の冷却水入口部に接続されている。

接続用冷却水流路３１は、尿素水解凍用熱交換流路２３を流通した冷却水をシリンダブロック内流路３２に流入させる。このため、接続用冷却水流路３１は、その上流端部を尿素水解凍用熱交換流路２３の冷却水出口部に接続されると共に、下流端部をシリンダブロック内流路３２の冷却水入口部に接続されている。

シリンダブロック内流路３２は、接続用冷却水流路３１から流入する冷却水を図示しないウォータジャケットに流通させるもので、エンジン１０のシリンダブロック内に形成されている。

ウォータポンプ３３は、冷却水を圧送供給するもので、シリンダブロック内流路３２の冷却水入口部に隣接して設けられている。このウォータポンプ３３は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトから伝達される動力で駆動される。

下流側冷却水流路３４は、シリンダブロック内流路３２を流通した冷却水を廃熱回収用熱交換流路２２に流入させる。このため、下流側冷却水流路３４は、その上流端部をシリンダブロック内流路３２の冷却水出口部に接続されると共に、下流端部を廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水入口部に接続されている。

バイパス流路３５は、冷却水を尿素水解凍用熱交換流路２３から迂回させるもので、上流側冷却水流路３０と接続用冷却水流路３１とを接続する。

バイパスバルブ３６は、バイパス流路３５に設けられており、冷却水の流路を選択的に切り替える。このバイパスバルブ３６の開閉は、電気的に接続されたＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて制御される。このバイパスバルブ３６が閉弁すると、冷却水は尿素水解凍用熱交換流路２３に流入する一方（図５（ａ）参照）、バイパスバルブ３６が開弁すると、冷却水はバイパス流路３５に流入する（図５（ｂ）参照）。

ラジエータ用流路３７は、冷却水と外気との熱交換を行うラジエータ３９に冷却水を流入させるもので、接続用冷却水流路３１の下流側と下流側冷却水流路３４の上流側とを接続する。また、ラジエータ用流路３７と下流側冷却水流路３４との分岐部には、公知のサーモスタット５０が設けられている。このサーモスタット５０は、冷却水温が８７℃を超えると冷却水をラジエータ用流路３７に流通させる。すなわち、冷却水はシリンダブロック内流路３２とラジエータ用流路３７とで構成される冷却水回路を循環する（図５（ｃ）参照）。

冷却水温センサ３８は、排気との熱交換により昇温された冷却水の温度を検出するもので、廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水出口部と隣接する上流側冷却水流路３０に設けられている。この冷却水温センサ３８で検出される冷却水温度Ｔ_COは、電気的に接続されたＥＣＵ４０に入力される。

ＥＣＵ４０は、バイパスバルブ制御部４３と、切替バルブ制御部４２とを一部の機能要素として備えている。

バイパスバルブ制御部４３は、冷却水温センサ３８で検出される冷却水温度Ｔ_CO（又は、尿素水温度センサ１８で検出される尿素水温度Ｔ_UR）に応じて、バイパスバルブ３６を制御する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、尿素水の劣化を防止する温度（例えば３０℃）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1として記憶されている。

バイパスバルブ制御部４３は、冷却水温センサ３８から入力される冷却水温度Ｔ_CO（又は、尿素水温センサ１８から入力される尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1以下の時は、バイパスバルブ３６に閉弁指示信号を入力する。すなわち、廃熱回収用熱交換流路２２で昇温された冷却水は尿素水解凍用熱交換流路２３に流入する（図５（ａ）参照）。

一方、冷却水温センサ３８から入力される冷却水温度Ｔ_CO（又は、尿素水温センサ１８から入力される尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1を超えると、バイパスバルブ制御部４３はバイパスバルブ３６に開弁指示信号を入力する。すなわち、廃熱回収用熱交換流路２２で昇温された冷却水はバイパス流路３５に流入して、尿素水解凍用熱交換流路２３を迂回する（図５（ｂ）参照）。

切替バルブ制御部４２は、冷却水温センサ３８で検出される冷却水温度Ｔ_COに応じて、排気流路切替バルブ２１を制御する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、冷却水の沸騰を防ぐ温度（例えば、８０℃）が冷却水温度上限閾値Ｔ_LIM3として記憶されている。切替バルブ制御部４２は、冷却水温センサ３８から入力される冷却水温度Ｔ_COがこの冷却水温度上限閾値Ｔ_LIM3以下の時は、排気流路切替バルブ２１をＯＮにする指示信号を入力する。一方、冷却水温センサ３８から入力される冷却水温度Ｔ_COが冷却水温度上限閾値Ｔ_LIM3を超えると、切替バルブ制御部４２は排気流路切替バルブ２１をＯＦＦにする指示信号を入力する。

次に、図６に基づいて、本実施形態の尿素水解凍システム２０Ｂによる制御フローを説明する。本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。

Ｓ２００では、エンジン１０の始動によりウォータポンプ３３が駆動すると共に、切替バルブ制御部４２から排気流路切替バルブ２１をＯＮにする指示信号が入力される。すなわち、冷却水が廃熱回収用熱交換流路２２で排気との熱交換により昇温されると共に、昇温された冷却水は上流側冷却水流路３０を介して尿素水解凍用熱交換流路２３に流入されて、尿素水の解凍が開始される。

その後、尿素水が解凍されると、Ｓ２１０では、冷却水温センサ３８から入力される冷却水温度Ｔ _WA（又は、尿素水温センサ１８から入力される尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1に達したか否かが判定される。冷却水温度Ｔ _WA（又は、尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1以下の場合はＳ２００に戻される一方、冷却水温度Ｔ _WA（又は、尿素水温度Ｔ_UR）が尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1を超えた場合はＳ２２０に進む。

Ｓ２２０では、冷却水温度Ｔ_COが尿素水温度上限閾値Ｔ_LIM1に達したことを受けて、バイパスバルブ制御部４３からバイパスバルブ３６に開弁指示信号が入力される。すなわち、冷却水は尿素水解凍用熱交換流路２３を迂回する。

Ｓ２３０では、冷却水温センサ３８から入力される冷却水温度Ｔ_COが冷却水温度上限閾値Ｔ_LIM3に達したか否かが判定される。冷却水温度Ｔ_COが冷却水温度上限閾値Ｔ_LIM3以下の場合は、エンジン１０の暖機を継続するためにＳ２２０に戻される。一方、冷却水温度Ｔ_COが冷却水温度上限閾値Ｔ_LIM3を超えた場合は、Ｓ２４０で切替バルブ制御部４２から排気流路切替バルブ２１をＯＦＦにする指示信号が入力される。

さらに、Ｓ２５０では、冷却水温が８７℃を超えたことを受けて、サーモスタット５０により冷却水の流路が下流側冷却水流路３４からラジエータ用流路３７に切り替えられる。すなわち、冷却水の流路がシリンダブロック内流路３２とラジエータ用流路３７とで構成される冷却水回路に切り替えられ、本制御はリターンされる。

次に、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ｂによる作用効果を説明する。なお、第一実施形態の尿素水解凍装置２０Ａと同様の作用効果を奏するものについては説明を省略する。

本実施形態の尿素水解凍装置２０Ｂでは、エンジン１０の始動後、廃熱回収用熱交換流路２２で排気との熱交換により昇温された冷却水は、尿素水解凍用熱交換流路２３とシリンダブロック内流路３２とに流入する。そして、尿素水の解凍が終了すると、冷却水はバイパス流路３６を流れて尿素水解凍用熱交換流路２３を迂回しつつ、エンジン１０の暖機が終了するまで、廃熱回収用熱交換流路２２で加熱されながらシリンダブロック内流路３２に流入する。すなわち、廃熱回収により加熱した冷却水で尿素水を解凍した後においても、この廃熱回収による冷却水の加熱は継続されて、エンジン１０の暖機が促進される。

したがって、本実施形態の尿素水解凍装置２０Ｂによれば、エンジン１０の暖機性能を向上させつつ、凍結した尿素水を効果的に解凍することができる。

なお、本発明は、上述の各実施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、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、熱交換用排気通路１１ａや分岐排気通路１１ｂは、消音器よりも排気下流側の排気通路１１に形成されるものとして説明したが、ＳＣＲ１４の直下流に形成されてもよく、触媒ヒータを備えていればＳＣＲ１４よりも排気上流側に形成されてもよい。

また、第二実施形態において、上流側冷却水流路３０に電動ポンプ２６をさらに備える構成としてもよい。この場合は、ウォータポンプ３３を電磁クラッチ式のウォータポンプにして、その駆動を必要に応じて停止させれば、暖機運転時のエンジン負荷を効果的に低減することが可能になる。

１０エンジン
１１排気通路
１１ａ熱交換用排気通路
１１ｂ分岐排気通路
１４ＳＣＲ（選択的還元触媒）
１５尿素水インジェクタ
１６尿素水タンク
２１排気流路切替バルブ
２２廃熱回収用熱交換流路（第１の熱交換流路）
２３尿素水解凍用熱交換流路（第２の熱交換流路）
２４上流側流体流路（第１の流体流路）
２５下流側流体流路（第２の流体流路）
２６電動ポンプ
４０ＥＣＵ

Claims

尿素水タンクに貯留された尿素水をインジェクタによりエンジンの排気通路内に噴射し、噴射された尿素水から生成されるアンモニアで排気中の窒素化合物を選択的に浄化する選択的還元触媒を前記インジェクタよりも排気下流側の排気通路に設けた排気浄化システムの尿素水解凍装置であって、
前記選択的還元触媒よりも排気下流側の排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気と流通させる流体との間で熱交換を行う第１の熱交換流路と、
前記尿素水タンクの少なくとも一部に設けられ、該尿素水タンク内に貯留された尿素水と流通させる流体との間で熱交換を行う第２の熱交換流路と、
前記第１の熱交換流路の流体出口部と前記第２の熱交換流路の流体入口部とを接続する第１の流体流路と、
前記第２の熱交換流路の流体出口部と前記第１の熱交換流路の流体入口部とを接続する第２の流体流路と、
前記第２の流体流路に設けられて流体を圧送するポンプと、を備え、
前記流体は前記エンジンの冷却水であり、
前記第２の流体流路は、前記第２の熱交換流路の冷却水出口部に接続された接続用冷却水流路と、前記接続用冷却水流路の冷却水出口部に接続されエンジンのシリンダブロック内に形成されたシリンダブロック内流路と、前記シリンダブロック内流路の冷却水出口部に接続されると共に、前記第１の熱交換流路の冷却水入口部に接続された下流側冷却水流路とを備え、
前記ポンプは、吐出側が前記シリンダブロック内流路の冷却水入口部に設けられ、
前記接続用冷却水流路の下流側と前記下流側冷却水流路の上流側とを接続すると共にラジエータに冷却水を流入させるためのラジエータ用流路を有し、
前記ラジエータ用流路と前記下流側冷却水流路との分岐部には、サーモスタットが設けられると共に、前記サーモスタットは、エンジンの暖機が終了するまで前記冷却水が前記第１の熱交換流路で加熱されるように前記シリンダブロック内流路からの冷却水を前記サーモスタットより下流の第２の流体流路に流すことを特徴とする尿素水解凍装置。
前記選択的還元触媒と前記第１の熱交換流路との間の排気通路から分岐して形成された分岐排気通路と、
前記排気通路と前記分岐排気通路との分岐部に設けられて排気の流路を切り替える流路切替バルブと、をさらに備え、
前記流路切替バルブは、前記第１の熱交換流路で昇温された流体の温度が流体の沸騰を防ぐ第１の上限閾値以下の時は、排気の流路を前記第１の熱交換流路が設けられた排気通路にする一方、前記第１の熱交換流路で昇温された流体の温度が前記第１の上限閾値よりも高くなると、排気の流路を前記分岐排気通路に切り替える請求項１に記載の尿素水解凍装置。
前記ポンプは、前記第２の熱交換流路に流入する流体の温度、もしくは前記尿素水タンク内の尿素水の温度が、尿素水の劣化を防ぐ第２の上限閾値よりも高くなると停止される請求項１又は２に記載の尿素水解凍装置。
前記第１の流体流路と前記シリンダブロックよりも流体上流側に位置する前記第２の流体流路とを接続して、冷却水の流路を前記第２の熱交換流路から迂回させるバイパス流路と、
冷却水の流路を前記第２の熱交換流路もしくは前記バイパス流路に切り替えるバイパスバルブと、をさらに備え、
前記バイパスバルブは、前記第２の熱交換流路に流入する冷却水の温度、もしくは前記尿素水タンク内の尿素水の温度が、前記第２の上限閾値よりも高くなると、冷却水の流路を前記バイパス流路に切り替える請求項３に記載の尿素水解凍装置。
前記排気浄化システムは、前記尿素水タンクから前記インジェクタに尿素水を圧送する尿素水用ポンプを備え、
前記第２の熱交換流路は、前記尿素水タンクと前記尿素水用ポンプとに導入されている請求項１から４の何れかに記載の尿素水解凍装置。
前記ポンプは、電動式のポンプである請求項１から５の何れかに記載の尿素水解凍装置。