JP2010071270A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン停止始動制御機能と尿素水回収機能の両方を備える場合において、尿素水回収に係るポンプの無駄な駆動を抑制し、なおかつ、尿素水漏れを防止することのできる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 排気浄化装置は、所定の停止条件が成立するとエンジンを自動停止し、自動停止時に所定の再始動条件が成立するとエンジンを再始動する停止始動制御手段８を備えている。また、エンジン排気に含まれる窒素酸化物を還元するための尿素水の流路６と、この流路への尿素水の供給及び流路からの尿素水の回収をポンプ１０を駆動することで行う供給回収手段７を備える。停止始動制御手段は、イグニッションスイッチオフによりエンジンを強制停止したときは、供給回収手段７により尿素水を流路６から回収し、上記所定の停止条件が成立してエンジンを自動停止したときは、供給回収手段７による尿素水の流路６からの回収を禁止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関する。

エンジン排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、アンモニアをＮＯｘ選択還元型触媒の還元剤として使用する排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置においては、尿素水を排気通路に添加し、排気熱による加水分解によって発生するアンモニアを、排気下流に設けたＮＯｘ選択還元型触媒に供給して吸着させる。これにより排気中のＮＯｘとアンモニアとの間の脱硝反応が促進されてＮＯｘが浄化される。

その一方で、かかる排気浄化装置にはいくつか課題がある。

第１の課題は、いわゆるアンモニアスリップである。ＮＯｘの浄化率を高めるにはＮＯｘ選択還元型触媒でより多くのアンモニアを吸着させることが好ましいが、ＮＯｘ選択還元型触媒でのアンモニア吸着量には限界がある。過剰にアンモニアを供給するとＮＯｘ選択還元型触媒から離脱するアンモニアが発生し、これが大気中に排出されてしまうアンモニアスリップを招く。

第２の課題は、尿素水の温度領域である。通常、尿素水の尿素濃度は最も凍結温度が低くなる濃度にされている。とはいえ、その最も低いとされる凍結温度は−１１℃である。寒冷地域においてはこの温度を下回ることも多いので、尿素水が凍結してしまうことは十分に考えられる。尿素水供給路に残留した尿素水が凍結するとその体積膨張によって尿素水供給路が破裂するおそれがある。逆に、高温下においては、尿素水供給路内の尿素水の水分が蒸発し、尿素水の濃度が上昇する。そのために尿素水の凍結温度が上がってしまい、低温となったときに凍結しやすくなる。このように、尿素水の使用可能な温度領域が狭いために、この対策も必要である。

尿素水凍結の対策案としては、尿素水供給路にヒータを設置する、凍結温度を高める添加剤を使用するなども考えられるが、特許文献１は、エンジン停止後、尿素水供給路に残留した尿素水をポンプ駆動により吸い戻して尿素水タンクに回収することを提案している。これは、尿素水供給路の破損を未然に防止できる点で優れた発明である。

特開２００８−１０１５６４号公報

ところで、近年、信号待ちの停車時等にエンジンを自動停止し、発進動作検知時にエンジンを再始動する、いわゆるアイドリングストップ（エンジン停止始動制御）機能を搭載した自動車が増えている。

しかしながら、このアイドリングストップ機能と、特許文献１に記載されたような尿素水回収機能の両方を搭載した場合には、次のような問題が生じる。

すなわち、特許文献１に記載されたような尿素水の回収には通常、数十秒程度の時間が必要である。一方、当然のことであるが、アイドリングストップ機能によりエンジンが自動停止してから再始動するまでの期間は、不定である。そのため、エンジン自動停止後にポンプ駆動により尿素水の回収を開始したものの、短時間（例えば数秒）でエンジンが再始動した場合には、この回収のためのポンプ駆動は無駄である。

また、この場合には、尿素水を回収しきれず尿素水供給路に一部残留してしまう。エンジンが再始動すると、ポンプ駆動による尿素水のその供給路への充填供給が開始される。このとき、供給路中のエア抜きをしながら尿素水を充填する必要があるので、その充填供給開始時には尿素水添加弁を開放しておき、その後、予め定められた充填供給量（例えば、供給路中８０％充填）になってから添加弁を閉鎖するのが一般的である。そのため、上記の如く尿素水が供給路に残留していた場合には、尿素水漏れが起き、これが原因でアンモニアスリップが生じる可能性がある。

以上が、アイドリングストップ機能と尿素水回収機能の両方を搭載した場合の問題である。

したがって、本発明は、エンジン停止始動制御機能と尿素水回収機能の両方を備える場合において、尿素水回収に係るポンプの無駄な駆動を抑制し、なおかつ、尿素水漏れを防止することのできる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、エンジンの排気浄化装置であって、所定の停止条件が成立するとエンジンを自動停止し、該自動停止時に所定の再始動条件が成立するとエンジンを再始動する停止始動制御手段と、エンジン排気に含まれる窒素酸化物を還元するための尿素水の流路と、前記流路への尿素水の供給及び前記流路からの尿素水の回収をポンプを駆動することで行う供給回収手段とを備え、前記停止始動制御手段は、イグニッションスイッチオフによりエンジンを強制停止したときは、前記供給回収手段により尿素水を前記流路から回収し、前記所定の停止条件が成立してエンジンを自動停止したときは、前記供給回収手段による尿素水の前記流路からの回収を禁止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置が供給される。

この構成によれば、ポンプの無駄な駆動や尿素水の再供給時の尿水漏れを抑制することができる。

本発明の好適な実施形態によれば、尿素水を排気中に添加する添加弁を制御する添加制御手段を更に備え、前記停止始動制御手段は、エンジンを自動停止する際には、前記添加制御手段により前記添加弁を閉弁した後にエンジンを自動停止させることが好ましい。

この構成によれば、効果的にアンモニアスリップを抑制することができる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記添加弁の温度に関連するパラメータ値を検出する検出手段を更に備え、前記停止始動制御手段は、前記検出手段により検出された前記パラメータ値が所定値を超えているときは、エンジンの自動停止を禁止することが好ましい。

この構成によれば、添加弁の高温時は、エンジン作動が継続され、これにより添加弁からの尿素水の噴射も継続されるので、添加弁の冷却効果が期待でき、添加弁の故障を抑制することができる。

本発明によれば、エンジン停止始動制御機能と尿素水回収機能の両方を備える場合において、尿素水回収に係るポンプの無駄な駆動を抑制し、なおかつ、尿素水漏れを防止することのできる排気浄化装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。

図１は、本実施形態におけるエンジンの排気浄化装置の構成を示す図である。

１は、不図示のエンジン（例えば、ディーゼルエンジン）に接続された排気管である。この排気管１には、上流側から、排気ガス温度を検出する排気温度センサ２、尿素水を排気管１に供給する添加弁３、ＮＯｘ選択還元型触媒４が設けられている。添加弁３から排気管１内に供給された尿素水は、排気熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。このアンモニアが下流のＮＯｘ選択還元型触媒４に添加され、排気中のＮＯｘがアンモニアによって還元除去される。

尿素水はタンク５内に貯蔵されており、このタンク５と添加弁３とは尿素水の流路６を介して接続されている。タンク５内における流路６の先端付近には尿素水を濾過するためのフィルタ９が取り付けられている。また、この流路６の中間部には、流路６への尿素水の供給及び流路６内の尿素水の回収を行う供給回収手段７が設けられている。

８は、エンジンの自動停止及び再始動の制御を行うとともに、添加弁３及び供給回収手段７の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ８は、不図示の車速センサ、アクセル開度センサ、ブレーキスイッチ、イグニッションスイッチ、及び、上記排気ガスセンサ２と接続され、それぞれから、車速Ｓ、アクセル開度θ、ブレーキスイッチＢｓ、イグニッションスイッチＩＧｓ、排気ガス温度Ｔｅを取得するように構成されている。

供給回収手段７は、ＥＣＵ８からの駆動信号に応じて駆動するポンプ１０と、ＥＣＵ８からの切替信号に応じて流路６内の尿素水の流れ方向を切り替える方向切替弁１１とを備える。図示の方向切替弁１１はＯＦＦの状態であり、この場合、尿素水の流れ方向は添加弁３への供給方向となる。すなわち、方向切替弁１１がＯＦＦの状態でポンプ１０が駆動されると、タンク５内の尿素水が汲み上げられてフィルタ９で濾過されて、ポンプ１０から吐出される。ポンプ１０から吐出された尿素水は圧力制御弁１２により所定の供給圧力に制御される。この圧力制御によって余剰となった尿素水は排水管１２ａを介してタンク５内に戻される。そして、圧力制御弁１２によって所定の供給圧力にて吐出された尿素水は、流路６を通じ、方向切替弁１１を介して、添加弁３へと供給される。添加弁３はＥＣＵ８からの制御信号に応じて開弁（ＯＮ）し、供給された尿素水を噴射する。方向切替弁１１がＯＮのときは弁が切り替わり、尿素水の流れ方向は尿素水の回収方向となる。

もっとも、方向切替弁１１を設けずに、ポンプ１０に正逆回転駆動が可能なものを使用し、尿素水供給時は正回転駆動、尿素水回収時は逆回転駆動とするようにしてもよい。

図２は、本実施形態におけるエンジン停止制御及び排気浄化制御の内容を示すフローチャートである。この制御処理はＥＣＵ８により所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１で、車速Ｓ、アクセル開度θ、ブレーキスイッチＢｓ、イグニッションスイッチＩＧｓ、排気ガス温度Ｔｅを取得する。

次に、ステップＳ２で、イグニッションスイッチＩＧｓがＯＮかどうかを判定する。ＯＮであればステップＳ３に進み、ＯＦＦであればステップＳ１３に進む。

ステップＳ３〜Ｓ６では、エンジンの自動停止条件を満たすかどうかを判定している。具体的には、ステップＳ３で車速Ｓがゼロ、すなわち停車していると判定され、ステップＳ４でアクセル開度θが全閉であると判定され、ステップＳ５でブレーキスイッチＢｓがＯＮであると判定され、かつ、ステップＳ６で排気ガス温度Ｔｅが所定温度以下であると判定されたときは、エンジンの自動停止条件を満たし、ステップＳ７に進む。一方、ステップＳ３〜Ｓ６のうちいずれか１つでも条件を満たさない場合は、エンジンの自動停止条件を満たさないとしてステップＳ１０に進む。

ステップＳ７では、停止フラグを、上記自動停止条件を満たすことを表す値１に設定する。

これにより、上記自動停止条件を満たし、エンジンを自動停止させることになるが、前述したとおり、この場合、いつエンジンを再始動することになるか不明であり、短時間（例えば数秒）の内にエンジンが再始動した場合、尿素水を流路６から回収しきれず流路６内に尿素水が残留してしまう。この場合、ポンプ１０の駆動は無駄に終わることになるし、また、アンモニアスリップを生じる可能性も高くなる。そこで、ステップＳ８では、エンジン自動停止時における措置として尿素水の回収を禁止とする。具体的には、ポンプ１０、方向切替弁１１、及び添加弁３をそれぞれＯＦＦとする。

その後、ステップＳ９で、エンジンにおける燃料噴射及び点火をそれぞれＯＦＦとすることでエンジン自動停止を実行する。

なお、実際には、添加弁３を閉弁した際における多少の尿素水漏れは避けられない。したがって、かかる尿素水漏れの後、未だエンジンが作動していればＮＯｘ選択還元型触媒４にアンモニアを吸着させることができ、アンモニアスリップを防止することができる。この点で、ステップＳ８において添加弁３をＯＦＦ（閉弁）し、その後、ステップＳ９でエンジン自動停止を実行していることには意味がある。

また、ステップＳ６では、排気ガス温度Ｔｅが所定温度以下であるかどうかを判定している。これは、いわゆるアイドリングストップ機能によるエンジン自動停止のための必須の条件ではないが、本実施形態では、これをエンジン自動停止条件の１つとしている。これは次の理由による。

すなわち、添加弁３には、公知の燃料噴射弁（インジェクタ）と同様のものを使用することができる。しかし、このようなインジェクタは比較的熱に弱いという欠点がある。これに対し、添加弁３が尿素水を噴射すること自体が、添加弁３の冷却効果になっている。そのため、添加弁３の高温時に尿素水の噴射を止めてしまうと、添加弁３が熱損傷する可能性が高くなる。そこで、本実施形態では、排気ガス温度Ｔｅを、添加弁３の温度に関連するパラメータ値として、これが所定温度以内であることを、エンジン自動停止条件の１つとしているのである。

ステップＳ３〜Ｓ６のうちいずれか１つでも条件を満たさない場合は、エンジンの自動停止条件を満たさないとして、ステップＳ１０で、停止フラグを、上記自動停止条件を満たさないことを表す値０に設定する。この場合、エンジン作動は継続することになり、ステップＳ１１で、還元剤であるアンモニアを排気管１に供給すべく、ポンプ１０をＯＮ、方向切替弁１１は供給方向とするためＯＦＦ、添加弁をＯＮとする。また、ステップＳ１２では、エンジンの燃料噴射及び点火はそれぞれＯＮである。

ステップＳ２において、イグニッションスイッチＩＧｓがＯＦＦであった場合は、ステップＳ１３に進み、前回のイグニッションスイッチＩＧｓはＯＮであったかどうかを判定する。前回イグニッションスイッチＩＧｓがＯＮで今回（ステップＳ２）イグニッションスイッチＩＧｓがＯＦＦであるということは、エンジンが強制停止されたということである。エンジンが強制停止された場合（Ｓ１３、ＹＥＳ）は、ステップＳ１４に進み、回収フラグを、尿素水回収を実行することを表す値１に設定するとともに、ステップＳ１５で、タイマｔを開始する。

その後、ステップＳ１６で、ポンプ１０をＯＮとし、方向切替弁は回収方向とするためＯＮ、添加弁３をＯＮとする。これにより、流路６内に残留する尿素水のタンク５への回収が開始される。なお、ここで添加弁３をＯＮして開弁しているのは、回収時の流路６へのエア吸入のためである。

ステップＳ１７では、タイマｔが回収完了に要する所定時間を超えていないかどうかを判定する。所定時間を超えていなければ、本処理をいったん抜ける。この場合、再度この処理が実行された場合、ステップＳ２及びステップＳ３で共にイグニッションスイッチＩＧｓはＯＦＦと判定され、処理はステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では回収フラグが１であるかが判定される。ここで、回収フラグが１である場合は、回収処理が継続中であると判断して、ステップＳ１４に進み、回収処理を継続する。

こうして回収処理が進み、ステップＳ１７でタイマｔが所定時間を経過したときは、ステップＳ１８に進む。また、ステップＳ２１で回収フラグが０である場合も、エンジン強制停止後の回収処理も終了したことを示しているので、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、回収フラグは０に設定される。次に、ステップＳ１８で、ポンプ１０、方向切替弁１１、及び添加弁３をそれぞれＯＦＦとすることで、回収処理を終える。その後、ステップＳ２０で、エンジンの燃料噴射及び点火をＯＦＦとしてエンジン停止を実行する。

図３は、本実施形態におけるエンジン再始動制御の内容を示すフローチャートである。この制御処理はＥＣＵ８により、上記のエンジン停止制御及び排気浄化制御と並行して、所定周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＡ１で、アクセル開度θ及びブレーキスイッチＢｓを取得する。次に、ステップＡ２で、停止フラグが１に設定されているかどうかを判定する。すなわちここでは、エンジンの自動停止条件を満たし、上述のステップＳ７以降の処理によってエンジンが自動停止されているかを判定している。停止フラグが０であればエンジンは作動中であるから、そのままこの処理を抜ける。停止フラグが１であれば、ステップＡ３に進む。

ステップＡ３及びステップＡ４では、エンジンの再始動条件が成立したかどうかを判定している。具体的には、ステップＡ３でブレーキスイッチＢｓがＯＦＦと判定され、かつ、ステップＡ４でアクセル開度θが全閉でないと判定された場合は、エンジンの再始動条件が成立する（ステップＡ５）。ステップＡ３でブレーキスイッチＢｓがＯＮ、あるいは、ステップＡ４でアクセル開度θが全閉であると判定された場合、エンジンの再始動条件は成立せず、そのままこの処理を抜ける。

エンジンの再始動条件が成立すれば（ステップＡ５）、ステップＡ６で、エンジンのスタータを駆動し、燃料噴射及び点火をＯＮすることで、エンジンの再始動を実行する。

以上説明した本実施形態の制御処理によれば、エンジンが強制停止された場合は、尿素水の回収処理が実行される一方（ステップＳ１６）、いわゆるアイドリングストップ機能によってエンジンが自動停止した場合には、尿素水の回収処理は禁止される（ステップＳ８）。これにより、ポンプ１０の無駄な駆動がなくなり、なおかつ、尿素水漏れによるアンモニアスリップを効果的に抑制することができる。

実施形態におけるエンジンの排気浄化装置の構成を示す図。 実施形態におけるエンジン制御及び排気浄化制御の内容を示すフローチャート。 実施形態におけるエンジン再始動制御の内容を示すフローチャート。

符号の説明

１：排気管
２：排気温度センサ
３：添加弁
４：ＮＯｘ選択還元型触媒
５：タンク
６：流路
７：供給回収手段
８：ＥＣＵ
９：フィルタ
１０：ポンプ
１１：方向切替弁
１２：圧力制御弁

Claims (3)

1. エンジンの排気浄化装置であって、
   所定の停止条件が成立するとエンジンを自動停止し、該自動停止時に所定の再始動条件が成立するとエンジンを再始動する停止始動制御手段と、
   エンジン排気に含まれる窒素酸化物を還元するための尿素水の流路と、
   前記流路への尿素水の供給及び前記流路からの尿素水の回収をポンプを駆動することで行う供給回収手段と、
   を備え、
   前記停止始動制御手段は、イグニッションスイッチオフによりエンジンを強制停止したときは、前記供給回収手段により尿素水を前記流路から回収し、前記所定の停止条件が成立してエンジンを自動停止したときは、前記供給回収手段による尿素水の前記流路からの回収を禁止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 尿素水を排気中に添加する添加弁を制御する添加制御手段を更に備え、
   前記停止始動制御手段は、エンジンを自動停止する際には、前記添加制御手段により前記添加弁を閉弁した後にエンジンを自動停止させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記添加弁の温度に関連するパラメータ値を検出する検出手段を更に備え、
   前記停止始動制御手段は、前記検出手段により検出された前記パラメータ値が所定値を超えているときは、エンジンの自動停止を禁止することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。

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