尿素水的温度管理系统以及尿素水的温度管理方法

摘要

在尿素水罐(21)的尿素水(U)的温度(Tu)为第1温度(Tu1)以下时，将流量控制阀(33)设为常开，在第2温度(Tu2)时，将开阀的时间比例(ra)设为设定比例(rac)，在第3温度(Tu3)以上时，将流量控制阀(33)设为常闭，在第1温度(Tu1)和第2温度(Tu2)之间，将开阀的时间比例(ra)设为100％和设定比例(rac)之间的线性插值的时间比例，在第2温度(Tu2)和第3温度(Tu3)之间，将开阀的时间比例(ra)设为设定比例(rac)和0％之间的线性插值的时间比例。由此，提供一种在确保存储在尿素水罐中的用于NOx的净化处理的尿素水的解冻性的同时，抑制尿素水的温度上升引起的尿素水内的气泡的发生，从而准确地判定尿素水中包含的尿素的浓度，并且高精度地实现NOx降低的尿素水的温度管理系统以及尿素水的温度管理方法。

说明书

技术领域

本发明涉及用于将存储在尿素水罐中的、在对内燃机的排气气体中的NOx进行净化处理时作为还原剂使用的尿素水进行解冻或保温的尿素水的温度管理系统以及尿素水的温度管理方法。

背景技术

一般，在搭载了柴油引擎等内燃机的车辆中，为了除去在从内燃机排出的排气气体中包含的PM(微粒子状物质)和NOx(氮氧化物)、HC(碳氢化合物)等，而设有组合包括了氧化催化剂装置、微粒子捕获装置、稀燃NOx捕集催化剂装置以及选择还原型催化剂(SCR催化剂)装置等的排气气体净化装置。

在该选择还原型催化剂装置中，从设置在该选择还原型催化剂装置的上游侧的尿素水喷射装置对排气气体喷射尿素水，在排气气体内，从尿素水产生NH₃(氨)，通过该NH₃将排气气体中包含的NOx还原从而进行净化处理。

该尿素水的融点根据尿素的浓度而不同，但约为-11℃～0℃(尿素0％)，在寒冷地方等，尿素水罐中存储的尿素水若在该融点以下、则会凝固、冻结，这样就难以对尿素水喷射装置供应尿素水，因此，例如在日本专利申请的特开2013-217233号公报中记载的这样，使用引擎冷却水等进行对存储的尿素水的解冻以及温度维持。

由于在开始对排气气体中的Nox进行处理时需要与之对应地迅速地将该尿素水提供给选择还原型催化剂装置，所以尿素水在开始供应时需要处于解冻了的状态。此外，由于需要按与排气气体中的NOx量对应的量供应给选择还原型催化剂装置，因此要判定尿素水中的尿素量的浓度。

在现有技术中，通过引擎冷却水线路的开闭阀的开闭控制来控制用于对尿素水进行加温的引擎冷却水的流动，但是存在以下问题：若该开闭阀的开阀的定时(timing)延迟、或该开闭阀的闭阀的定时提早，则尿素水的解冻或延迟或不充分，在需要进行NOx处理时无法供应尿素水，而且若该开闭阀的闭阀的定时延迟则由于尿素水的温度上升而在溶液中产生气泡，无法准确地判定尿素水中的尿素的浓度，无法供应适当的尿素水的量，会给排气气体净化装置进行的排气气体内的NOx的净化处理带来障碍。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本申请特开2013-217233号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种尿素水的温度管理系统以及尿素水的温度管理方法，能够确保存储在尿素水罐中的、在对内燃机的排气气体中的NOx进行净化处理时作为还原剂使用的尿素水的解冻性，并且抑制尿素水的温度上升引起的尿素水内的气泡的产生，从而准确地判定尿素水中包含的尿素的浓度，能够高精度地实现Nox的降低。

用于解决课题的手段

用于达到上述目的的本发明的尿素水的温度管理系统是如下的尿素水的温度管理系统：通过使加热介质从存储尿素水的尿素水罐通过，来使存储的尿素水解冻或保温，所述尿素水在对内燃机的排气气体中的NOx进行净化处理时作为还原剂使用，所述温度管理系统的特征在于，用于控制对供应给所述尿素水罐的所述加热介质的流量进行调整的流量控制阀的控制装置被构成为进行如下控制：在所述尿素水罐的尿素水的温度为预先设定的第1温度以下时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为100％从而设为常开，在所述尿素水罐的尿素水的温度为预先设定的第2温度时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为预先设定的设定比例，在所述尿素水罐的尿素水的温度为预先设定的第3温度以上时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为0％从而设为常闭，在所述尿素水罐的尿素水的温度在所述第1温度和所述第2温度之间时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为100％和所述设定比例之间的线性插值的时间比例，在所述尿素水罐的尿素水的温度在所述第2温度和所述第3温度之间时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为所述设定比例和0％之间的线性插值的时间比例。

根据该结构，通过该引擎冷却水等加热介质的流量调整，能够确保尿素水罐的尿素水的解冻性，并且抑制尿素水的温度上升引起的尿素水内的气泡的发生，并且能够准确地判定尿素水中包含的尿素的浓度(质量)。

此外，在上述尿素水的温度管理系统中，若所述加热介质为引擎冷却水，所述第1温度被设定在负11℃以上0℃以下的范围内，所述第2温度被设定在1℃以上2.5℃以下的温度范围内，所述第3温度被设定在15℃以上20℃以下的温度范围内，并且所述设定比例被设定在40％以上60％以下的范围内，则能够更有效地将尿素水的温度状态管理为尿素水为解冻状态且能够高精度地进行尿素浓度的判定的状态。

而且，用于达到上述目的的本发明的尿素水的温度管理方法是如下的尿素水的温度管理方法：通过使加热介质从存储尿素水的尿素水罐通过，来使存储的尿素水解冻或保温，并且通过流量控制阀调整对所述尿素水罐供应的所述加热介质的流量，所述尿素水在对内燃机的排气气体中的NOx进行净化处理时作为还原剂使用，所述温度管理方法的特征在于进行以下控制：在所述尿素水罐的尿素水的温度为预先设定的第1温度以下时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为100％从而设为常开，在所述尿素水罐的尿素水的温度为预先设定的第2温度时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为预先设定的设定比例，在所述尿素水罐的尿素水的温度为预先设定的第3温度以上时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为0％从而设为常闭，在所述尿素水罐的尿素水的温度在所述第1温度和所述第2温度之间时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为100％和所述设定比例之间的线性插值的时间比例，在所述尿素水罐的尿素水的温度在所述第2温度和所述第3温度之间时，将所述流量控制阀的开阀的时间比例设为所述设定比例和0％之间的线性插值的时间比例。

此外，在上述的尿素水的温度管理方法中，所述加热介质为引擎冷却水，所述第1温度被设定在负11℃以上0℃以下的范围内，所述第2温度被设定在1℃以上2.5℃以下的温度范围内，所述第3温度被设定在15℃以上20℃以下的温度范围内，并且所述设定比例被设定在40％以上60％以下的范围内。

根据这些方法，能够起到与上述尿素水的温度管理系统同样的作用效果。

发明的效果

根据本发明的尿素水的温度管理系统以及尿素水的温度管理方法，通过比较简单的开闭阀的开闭控制进行该引擎冷却水等加热介质的流量调整，从而能够确保存储在尿素水罐中的、在对内燃机的排气气体中的NOx进行净化处理时作为还原剂使用的尿素水的解冻性，并且抑制尿素水的温度上升引起的尿素水内的气泡的产生，能够准确地判定尿素水中包含的尿素的浓度(质量)，并且能够高精度地供应适量的尿素水从而实现Nox的降低。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的尿素水的温度管理系统的结构的一例的图。

图2是表示本发明的实施方式的尿素水的温度管理方法中的、储藏的尿素水的温度和流量控制阀的开度的时间比例的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的尿素水的温度管理系统以及尿素水的温度管理方法。

首先，参照图1说明包括本发明的尿素水的温度管理系统30的引擎(内燃机)10。在该引擎10的引擎主体11中，从吸气通道12进入吸气岐管11a的吸气A在气缸内(cylinder)11b的内部与燃料一同燃烧，燃烧后的排气气体G通过排气岐管11c而被排出到排气通道13，并通过配置在该排气通道13中的排气气体净化装置14被净化处理后，该被净化处理了的排气气体Gc经由消音器(未图示)而被排放到大气。

该排气气体净化装置14包括氧化催化剂14a、PM捕获用过滤器14b、尿素选择还原型催化剂(尿素SCR催化剂)装置14c而构成。在该排气气体净化装置14的上游侧设有尿素水喷射装置23。从该尿素水喷射装置23向排气气体G喷射尿素水U，在排气气体G内，从尿素水U产生NH₃(氨)，通过将该NH₃供应到排气气体净化装置14内的尿素选择还原型催化剂装置14c，从而用NH₃还原排气气体G中包含的NOx来进行净化处理。该尿素选择还原型催化剂装置14c一般在蜂窝结构体上承载白金、钒等贵金属催化剂、钒、銅这样的贱金属催化剂而形成。

在该排气气体G中从尿素水喷射装置23将尿素水U供应给排气通道13的尿素水供应系统20，包括存储尿素水U的尿素水罐21、将尿素水U加压到约9巴程度的高压后将该高压化的尿素水U供应给尿素水喷射装置23的尿素水供应装置(供应模块：S/M)、尿素水喷射装置23、以及将它们连接的尿素水配管24(由虚线表示)。该尿素水供应装置22在供应尿素水U时将其高压化后输送到尿素水喷射装置23，但也带有在尿素水U喷射后将未被喷射而滞留在尿素水喷射装置23内部的剩余的尿素水U吸回的功能。

此外，尿素水U的融点约为-11℃～0℃，在寒冷地方等，尿素水罐21中存储的尿素水U成为该融点以下，结果凝固、冻结，这样就难以对尿素水喷射装置23供应尿素水U，因此在该尿素水供应系统20中，设有使引擎冷却水W在尿素水罐21的加热管34和尿素水喷射装置23中循环从而将尿素水U解冻，或将尿素水U的温度维持在融点以上的尿素水温度管理系统30。

该尿素水的温度管理系统30具有从引擎主体11伸出的第1配管31、从该第1配管31分支的第2配管32、设在该第2配管32中的流量控制阀33、设于尿素水罐21的加热管34、将该加热管34与尿素水供应装置22之间连接的第3配管35、从尿素水供应装置22朝向引擎主体11的第4配管36、该第4配管36所合流的第5配管39，并且还具有从第1配管31分支并连接到尿素水喷射装置23从而将引擎冷却水W供应给尿素水喷射装置23的第6配管37、以及从尿素水喷射装置23连接到第5配管从而使引擎冷却水W从尿素水喷射装置23返回到引擎主体11的第7配管38。另外，这些第1配管31到第7配管在图1中通过粗线表示。

而且，通过该流量控制阀33的开闭控制来控制引擎冷却水W对加热管34的供应，从而管理尿素水罐21中储藏的尿素水U的温度Tu。为此而设有对该尿素水供应系统20和尿素水的温度管理系统30进行管理以及控制的尿素水喷射控制单元(DCU)(控制装置)41。

该尿素水喷射控制单元41通过与控制引擎10整体的被称作引擎控制模块的整体控制装置(ECM)之间的信号，来控制尿素水罐21、尿素水供应装置22、尿素水喷射装置23等，并且接受来自设置于尿素水罐21的用于检测尿素水罐21中储藏的尿素水U的温度Tu的温度传感器42的信号，从而控制流量控制阀33。

此外，尿素水喷射控制单元41被构成使得在尿素水罐21、尿素水供应装置22或尿素水喷射装置23的任何一个发生了异常(故障)的情况下，接收该异常信息并发送给整体控制装置40，整体控制装置40使配置在车辆的驾驶席等的表示异常信息用的灯点亮等，从而对驾驶员传达该异常信息。

该尿素水喷射控制单元41，如图1所示，与整体控制装置40单独构成，并通过控制信号线连接而构成，但是也可以组装到整体控制装置40而构成为一个整体系统控制装置。

而且，该尿素水喷射控制单元41根据尿素水罐21中储藏的尿素水U的温度Tu，改变例如45分钟等预先设定的一定时间期间(单位控制时间)Rt内的流量控制阀33的开阀的时间比例ra，来调整对尿素水罐21的加热管34供应的引擎冷却水W的流量，从而控制以及管理储藏的尿素水U的温度Tu。另外，也可以由流量调整阀构成流量控制阀33，通过控制流量调整阀的开阀时的阀开度来调整引擎冷却水W的流量，但是通过开闭阀构成流量控制阀33并控制开阀时间和闭阀时间的方法比较容易调整流量。

而且，在本发明中，如图2所示，将第1温度Tu1设定为负11℃以上0℃以下的温度范围内的温度，优选为0℃(图2中为0℃)，将第2温度Tu2设定为1℃以上2.5℃以下的温度范围内的温度，优选为2℃(图2中为2℃)，将第3温度Tu3设定为15℃以上20℃以下的温度范围内的温度，优选为20℃(图2中为20℃)。此外，关于开阀的时间比例ra，使预设定的设定比例rac设定为40％以上60％以下的范围内的时间比例，优选为50％(图2中为50％)，该开阀的时间比例ra表示流量控制阀33的开阀时间Ra相对于预先设定的一定时间Rt的比例。

该第1温度Tu1以下的温度范围是优先进行尿素水的解冻的温度范围，由于尿素浓度为32.5％且融点为最低温度的负11℃，因此考虑该情况而将下限值设为负11℃。此外，由于尿素浓度为0％、即只有水的情况下的融点为0℃，因此将其上限值设为0℃。若超过该0℃，则温度传感器42周边的尿素水U将肯定融化，因此能够高精度地进行尿素浓度的判定。

在超过该第1温度Tu1起直到第2温度Tu2为止的温度范围中，尿素水U解冻的优先级降低，抑制尿素水U的温度上升引起的气泡发生的优先级升高。因此，随着尿素水U的温度Tu从第1温度Tu1上升到第2温度Tu2，需要将开阀的时间比例ra从100％转移到设定比例，但若考虑到流量控制阀33的控制，缓慢地减少流量而非一下子减少流量较好，因此将第2温度Tu2的下限值设为1℃，将上限值设为2.5℃。

在从第2温度Tu2到第3温度Tu3为止的温度范围中，确保尿素水罐21整体的解冻性，并且尽可能抑制气泡的发生。因此，缓慢地使开阀的时间比例ra变化。而且，若尿素水U的温度Tu成为20℃以上，则尿素浓度传感器(未图示)的检测值存在比实际的浓度低的倾向，因此作为使尿素水U的温度上升停止的温度，设置第3温度Tu3，将该第3温度的上限设为20℃。另外，下限值设为比这低的15℃。

在此，更详细地说明该流量控制阀33的开阀的时间比例ra，以预先设定的单位控制时间(1循环：例如，45分钟)Rt为分母，通过百分比来表示相对于该单位控制时间Rt，以流量控制阀33开阀的开阀时间Ra为分子而算出的值(校正系数，图2的纵轴所记载的校正系数也是同样)。换言之，开阀时间Ra＝(单位控制时间Rt×时间比例ra×0.01)。

例如，在流量控制阀33的开阀的时间比例ra为100％时，在单位控制时间Rt内的全部期间内流量控制阀33开阀，在开阀的时间比例ra为50％时，在单位控制时间Rt内的50％的时间R ₅₀内流量控制阀33开阀，在开阀的时间比例ra为0％时，在单位控制时间Rt内的全部期间内流量控制阀33闭阀。换言之，若将单位控制时间Rt设为45分钟，则时间R₅₀为22.5分钟(＝45分钟×50×0.01)。

而且，尿素水喷射控制单元41被构成进行以下控制：对调整供应给尿素水罐21的引擎冷却水(加热介质)W的流量的流量控制阀33进行控制，在该控制中，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu为预先设定的第1温度Tu1以下时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为100％从而设为常开，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu为预先设定的第2温度Tu2时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为预先设定的设定比例rac，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu为预先设定的第3温度Tu3以上时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为0％从而设为常闭。

此外，还被构成进行以下控制：在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu在第1温度Tu1和第2温度Tu2之间时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为100％与设定比例rac之间的线性插值的时间比例，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu在第2温度Tu2和第3温度Tu3之间时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为设定比例rac与0％之间的线性插值的时间比例。

换言之，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu在第1温度Tu1和第2温度Tu2之间时，如图2所示，相对于横軸的尿素水的温度Tu，按纵轴的表示开阀的时间比例ra的第1线A的线上的值的开阀的时间比例ra对流量控制阀33进行开阀控制。此外，在尿素水U的温度Tu在第2温度Tu2和第3温度Tu3之间时，如图2所示，相对于横軸的尿素水的温度Tu，按纵轴的表示开阀的时间比例ra的第2线B的线上的值的开阀的时间比例ra对流量控制阀33进行开阀控制。

根据该结构，通过该引擎冷却水W的流量调整，在确保尿素水罐21的尿素水U的解冻性的同时，能够抑制尿素水U的温度上升引起的尿素水U内的气泡的发生，并且能够准确地判定尿素水U中包含的尿素的浓度(质量)。此外，通过将第1温度Tu1、第2温度Tu2、第3温度Tu3以及设定比例rac设定为上述值，从而能够更有效地将尿素水U的温度状态管理为尿素水为解冻状态且能够高精度地进行尿素浓度的判定的状态。

接着，说明本发明的实施方式的尿素水的温度管理方法。该尿素水的温度管理方法是如下的尿素水U的温度管理方法：使引擎冷却水(加热介质)W从存储尿素水U的尿素水罐21通过，，从而使存储的尿素水U进行解冻或保温，并且通过流量控制阀33来调整对尿素水罐21供应的引擎冷却水W的流量，其中尿素水U在对引擎10的排气气体G中的NOx进行净化处理时被作为还原剂使用。

而且，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu为预先设定的第1温度Tu1以下时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为100％从而设为常开，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu为预先设定的第2温度Tu2时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为预先设定的设定比例rac，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu为预先设定的第3温度Tu3以上时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为0％从而设为常闭。

此外，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu在第1温度Tu1和第2温度Tu2之间时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为100％与设定比例rac之间的线性插值的时间比例，在尿素水罐21的尿素水U的温度Tu在第2温度Tu2和第3温度Tu3之前时，将流量控制阀33的开阀的时间比例ra设为设定比例rac与0％之间的线性插值的时间比例。

从而，根据上述结构的尿素水的温度管理系统30以及尿素水的温度管理方法，通过以比较简单的开闭阀的流量控制阀33的开闭控制进行该引擎冷却水(加热介质)W的流量调整，从而能够在确保存储在尿素水罐21中的、在对引擎(内燃机)10的排气气体G中的NOx进行净化处理时作为还原剂使用的尿素水U的解冻性的同时，能够抑制尿素水U的温度上升引起的尿素水U内的气泡的发生，并且能够准确地判定尿素水U中包含的尿素的浓度(品质)，能够高精度地供应适量的尿素水U从而实现NOx降低。

附图标记的说明

10 引擎(内燃机)

11 引擎主体

12 吸气通道

13 排气通道

14 排气气体净化装置

14a 氧化催化剂

14b PM捕获用过滤器

14c 尿素选择还原型催化剂装置(尿素SCR装置)

20 尿素水供应系统

21 尿素水罐

22 尿素水供应装置

23 尿素水喷射装置

30 尿素水的温度管理系统

33 流量控制阀

34 加热管

40 整体控制装置(ECU)

41 尿素水喷射控制单元(控制装置)

42 温度传感器

Tu1 预先设定的第1温度

Tu2 预先设定的第2温度

Tu3 预先设定的第3温度

G 排气气体

Gc 被净化处理的排气气体

U 尿素水

W 引擎冷却水(加热介质)