尿素水喷射系统以及尿素水喷射装置的防止结晶化方法与流程

技术实现要素：

本发明涉及在内燃机的尿素水喷射系统中，能够防止在尿素水喷射装置内尿素水结晶化而附着的尿素水喷射系统以及尿素水喷射装置的防止结晶化方法。

背景技术：

一般，在搭载有柴油引擎等内燃机的车辆中，为了除去在从内燃机排放的排气气体中包含的nox(氮氧化物)，设有组合了尿素水喷射系统和选择还原型催化剂(scr催化剂)装置的排气气体净化系统。在该排气气体净化系统中，从设置在选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道中的尿素水喷射装置(计量阀：dv)对通过排气通道内部的排气气体中喷射尿素水，从尿素水发生氨(nh3)，使用该氨通过选择还原型催化剂装置将排气气体中包含的nox还原而进行净化处理。

在该选择还原型催化剂装置中使用的尿素水喷射装置中，若将引擎启动键断开而停止引擎，则会实施将尿素水管道内的尿素水返回到罐中的排空。在该排空时，由于将尿素水喷射装置全开，因此排气管内的高温气体会通过尿素水喷射装置内，从而尿素水喷射装置内临时成为高温。但是，然后，由于引擎停止，因此尿素水喷射装置内的温度逐渐降低，在该温度降低的过程中，尿素水喷射装置内仅存的尿素水结晶化。因该尿素水的结晶化，尿素水喷射装置的针会附着而不能动，因此在引擎再启动时，无法喷射尿素水。

与该尿素水供应线路的堵塞相关，例如在日本申请的特开2014-145276号公报中记载的，为了切实地检测从尿素水的供给泵到喷射尿素水的计量阀(尿素水喷射装置)的管道部分是否堵塞，提出了一种尿素scr用尿素水管道堵塞检测装置的方案，包括堵塞判定部件，在引擎的键开关被接通时，在实施了驱动供给泵而使管道部分升压的启动控制之后，在设置在scr装置上游侧的排气管中的排气温度传感器的检测值为设定温度以下、且用于检测尿素水罐内的尿素水温度的尿素水传感器的检测值为冻结温度以上时，实施将管道部分内的尿素水返回到尿素水罐的排空控制，并根据用于检测排空控制时的压送线路的压力的压力传感器的检测值来检测管道部分的阻塞。

在该装置中，公开了在由尿素水传感器检测的尿素水温度为冻结温度(也根据尿素水浓度而不同，通常在浓度32.5％时为-11℃)以下时，为了在尿素水罐和计量阀中流过引擎冷却水来解冻而驱动解冻部件，但在引擎冷却水的温度下，存在止步于尿素水的解冻而不会使在计量阀内部结晶化的尿素溶解的问题。

此外，例如日本申请的特开2013-221425号公报所记载的，为了促进尿素水解冻的同时避免在规定外的时期添加尿素水，提出了一种排气净化装置的喷射器控制装置的方案，在被供应给以上限电流值以上的电流供应喷射尿素水的喷射器(尿素水喷射装置)的尿素水的温度低于预先设定的下限温度时，在将小于上限电流值的电流供应给喷射器的电磁驱动部从而不进行尿素水喷射的状态下使电磁驱动部发热，将喷射器整体加热来促进尿素水解冻。

即使在该装置中，也是以促进尿素水解冻为目的，存在在喷射器不开阀的状态的小于上限电流值的电流下，止步于尿素水的解冻而不会使在喷射器内部结晶化的尿素溶解的问题。

进而，例如日本申请的特开2011-247135号公报所记载的，提出了一种scr系统的方案，包括防止附着系统，在排气温度不满scr催化剂活性化的温度时，在排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止计量阀内附着尿素水而实施排空，即将计量阀开放，并且控制供给模块而将计量阀内的尿素水返回到尿素罐，而将排气管内的排气气体吸入到计量阀内，从而在尿素水结晶化之前将其除去而防止尿素水结晶化后附着。

但是，在该scr系统中，若排气气体的温度不在适当的范围内则不能进行排空，在长时间的引擎停止后再启动时，由于排气气体温度低，因此存在无法应对在引擎停止中发生的尿素水结晶化的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本申请特开2014-145276号公报

专利文献2:日本申请特开2013-221425号公报

专利文献3:日本申请特开2011-247135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在内燃机启动时能够将结晶化的尿素溶解，以防止尿素水喷射装置的附着，从而能够防止尿素水喷射装置的故障的尿素水喷射系统以及尿素水喷射装置的防止结晶化方法。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喷射系统包括尿素水喷射装置，对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水，以降低内燃机的排气气体中的nox，并且上述尿素水喷射系统使引擎冷却水在该尿素水喷射装置中循环以防止尿素水冻结，控制该尿素水喷射系统的控制装置被构成为：包括结晶溶解控制部件，在停止了对上述尿素水喷射装置供应尿素水的尿素水供应泵的状态下，对上述尿素水喷射装置进行以预先设定的通电量通电的结晶溶解控制；并且在引擎启动后、尿素水供应开始前，在预先计算的结晶溶解用通电时间期间，由上述结晶溶解控制部件进行结晶溶解控制。

根据该结构，在内燃机启动后且尿素水供应开始前，在尿素水喷射装置中，除了在内部流动的引擎冷却水所带来的加热之外，还能够施加对用于使尿素水喷射装置的针(柱塞(プランジャ))移动的线圈的通电所带来的发热，因此通过相乘效应，不仅能够进行尿素水的解冻，而且能够溶解在内部结晶化了的尿素。因此，能够防止结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着。

在上述尿素水喷射系统中，上述控制装置被构成为：包括附着状态判定部件，其在停止了上述尿素水供应泵的状态下，对上述尿素水喷射装置进行通电，从而判定上述尿素水喷射装置是否为附着状态，并在引擎启动后、尿素水供应开始前，在预先计算的结晶溶解用通电时间期间，由上述结晶溶解控制部件进行结晶溶解控制，然后，在经过预先设定的停止时间后，由附着状态判定部件判定上述尿素水喷射装置是否是附着状态，在判定为不是附着状态的情况下，使用上述尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求来对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水，若采用上述结构则起到如下的效果。

换言之，由于构成为在内燃机启动后且尿素水供应开始前，在由附着状态判定部件判定为尿素水喷射装置不是附着状态之后，进行尿素水的喷射控制，因此能够在尿素水供应开始前判定尿素水喷射装置是否故障，能够防止在nox的净化不充分的状态下内燃机被运转。另外，是否是该附着状态的判定，通过根据尿素水喷射装置(dv)的驱动电流的变化率判断来进行。

此外，在上述尿素水喷射系统中，上述控制装置包括通电时间计算部件，其基于引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度的一个或几个的组合，计算上述结晶溶解用通电时间，若采用上述结构，则能够通过尿素水的结晶溶解所需的最小限度的时间和热量来高效率地将结晶化了的尿素水溶解，并且能够以必要最小限度的电能防止结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着。

另外，结晶溶解用通电时间预先通过实验等，以引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度作为基础来设定，并通过数据图等而存储在控制装置中，在控制时，参照该数据图来计算结晶溶解用通电时间。

此外，在上述尿素水喷射系统中，上述控制装置被构成为：在通过在引擎启动后、尿素水供应开始前进行的由上述附着状态判定部件进行的判定而判定为是附着状态的情况下，在尿素水喷射开始前，而且在新计算的结晶溶解用通电时间期间，由上述结晶溶解用控制部件进行结晶溶解用控制，然后，通过上述附着状态判定部件进行判定，在通过该判定而判定为不是附着状态之前，重复由上述结晶溶解用控制部件进行的结晶溶解用控制、和其后的由上述附着状态判定部件进行的判定，并且在该重复的次数超过了预先设定的判定次数时，判定为上述尿素水喷射装置故障，在该重复的次数为上述判定次数以下的期间内判定为不是附着状态的情况下，使用上述尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求向选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水，若采用上述结构则能够起到如下的效果。

根据该结构，在内燃机启动后且尿素水供应开始前，在判定为尿素水喷射装置不是附着状态之前，将包含结晶溶解用控制的一系列控制重复进行预先设定的判定次数为止，因此能够更可靠地溶解在内部结晶化了的尿素，并且能够防止结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着。

此外，由于在该结晶溶解用控制的实施次数超过判定次数时，判定为尿素水喷射装置故障，因此能够检测并非结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着的故障，并且能够进一步提高故障检测的精度。

此外，在上述尿素水喷射系统中，上述结晶溶解用控制部件基于上述重复的次数来校正上述结晶溶解用时间，若采用上述结构则能够根据结晶溶解用控制的重复引起的尿素水喷射装置的内部温度的变化，进行新的结晶溶解用控制，因此能够避免尿素水喷射装置的高温化，并且高效率地将结晶化了的尿素溶解。

而且，用于达到上述目的的本发明的尿素水喷射装置的防止结晶化方法是尿素水喷射系统的尿素水喷射装置的防止结晶化方法，该尿素水喷射系统包括尿素水喷射装置，对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水，以降低内燃机的排气气体中的nox，并且所述尿素水喷射系统使引擎冷却水在该尿素水喷射装置中循环以防止尿素水冻结，其特征在于，在引擎启动后、尿素水供应开始前，在基于引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度的一个或几个的组合而计算出的结晶溶解用通电时间期间，在停止了对上述尿素水喷射装置供应尿素水的尿素水供应泵的状态下，对上述尿素水喷射装置进行以预先设定的通电量溶解结晶的控制，然后，在经过了预先设定的停止时间后，在停止了上述尿素水供应泵的状态下，对上述尿素水喷射装置进行通电，从而判定上述尿素水喷射装置是否是附着状态，在判定为是附着状态的情况下，进一步基于引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度的一个或几个的组合，计算新的结晶溶解用通电时间，在该新的结晶溶解用通电时间期间，在停止了上述尿素水供应泵的状态下，对上述尿素水喷射装置进行以上述通电量或预先设定的新的通电量溶解结晶的控制，然后，在经过上述停止时间或预先设定的新的停止时间之后，在停止了上述尿素水供应泵的状态下，对上述尿素水喷射装置进行通电，从而判定上述尿素水喷射装置是否是附着状态，在通过该判定而判定为不是附着状态之前，重复结晶溶解用通电时间的计算、溶解结晶的控制和是否是附着状态的判定，在该重复的次数超过了预先设定的判定次数时，判定为上述尿素水喷射装置故障，在该重复的次数为上述判定次数以下的期间内判定为不是附着状态的情况下，使用上述尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。根据该方法，能够起到与上述尿素水喷射系统同样的效果。

发明效果

根据本发明的尿素水喷射系统以及尿素水喷射装置的防止结晶化方法，能够在内燃机启动后开始供应尿素水之前，将结晶化了的尿素溶解，以防止尿素水喷射装置的附着，从而能够防止尿素水喷射装置故障。

从而，由于能够消除因尿素水结晶化使尿素水喷射装置的针无法移动而无法喷射尿素水的不良的情况，因此能够将由该结晶化引起的不良而导致一眼看上去被视为故障的情况从故障中排除，所以能够防止实际上并未故障、只要结晶溶解就能恢复正常的尿素水喷射装置被回收。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的尿素水喷射系统的控制装置的结构的图。

图2是表示本发明的实施方式的尿素水喷射装置的防止结晶化方法的控制流程的一例的图。

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喷射系统以及尿素水喷射装置的防止结晶化方法。

本发明的实施方式的尿素水喷射系统为了降低内燃机的排气气体中的nox，而构成为包括尿素水喷射装置，对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。此外，构成为使引擎冷却水在该尿素水喷射装置中循环以防止尿素水冻结。

而且，如图1所示，控制该尿素水喷射系统的控制装置10构成为包括通电时间计算部件11、结晶溶解控制部件12和附着状态判定部件13。

该通电时间计算部件11是如下的部件，其基于引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度的其中一个或多个的组合，来计算为了将在尿素水喷射装置内部结晶化了的尿素溶解而进行尿素水喷射装置内部线圈的通电的时间，即结晶溶解用通电时间。

通过该通电时间计算部件11，能够通过尿素水结晶的溶解所需的最小限度的时间和热量高效率地溶解结晶化了的尿素水，并且能够通过必要最小限度的电能防止结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着。

另外，该结晶溶解用通电时间预先通过实验等，以引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度作为基础来设定，并通过数据图等而存储在控制装置中，在控制时，参照该数据图来计算结晶溶解用通电时间。该结晶溶解用通电时间通常为300s左右以下范围内的数值。另外，在特别的情况下，在这些温度高、达到结晶化了的尿素不必通电而自然溶解的条件的情况下，将尿素结晶溶解用通电时间设为零。

此外，结晶溶解控制部件12是在停止了将尿素水供应给上述尿素水喷射装置的尿素水供应泵的状态下，进行以预先设定的通电量对尿素水喷射装置进行通电的结晶溶解控制的部件。通过该结晶溶解控制部件12，除了在尿素水喷射装置内部流动的70℃左右的引擎冷却水进行的加热之外，还能够施加用于使尿素水喷射装置的针(柱塞)移动的对线圈的通电所导致的发热，通过该乘数效应，不仅能够将尿素水解冻，而且能够将在内部结晶化的尿素溶解。

此外，对该线圈的通电量(每单位时间的通电量)可以采用全开的最大通电量，但为了防止线圈过热，优选预先通过实验等求出最佳通电量并设定为该通电量。另外，该通电量也与结晶溶解用通电时间有关，因此可以通过与结晶溶解用通电时间的关系来改变通电量。该通电量通常设为全开时的100％～5％左右的通电量。

此外，附着状态判定部件13是在停止了尿素水供应泵的状态下，对尿素水喷射装置通电，从而判定尿素水喷射装置是否为附着状态的部件。通过该附着状态判定部件13还能够选择重复结晶溶解控制，或判定为并非结晶化了的尿素所引起的附着。另外，该附着判定作为一例可以根据尿素水喷射装置(dv)的驱动电流的变化率来判断。

而且，控制该尿素水喷射系统的控制装置10被构成为，在引擎启动后、尿素水供应开始前，在由通电时间计算部件11预先计算的结晶溶解用通电时间期间，由结晶溶解控制部件12进行结晶溶解控制。由此，在内燃机启动后到尿素水供应开始前，在尿素水喷射装置中，除了在内部流过的引擎冷却水进行的加热之外，还施加由用于使尿素水喷射装置的针(柱塞)移动的向线圈的通电引起的发热，通过乘法效应，不仅将尿素水解冻，还将在内部结晶化的尿素溶解。

另外，在该内燃机启动时，由于排气气体温度低、用于降低nox的选择还原型催化剂没有活性化，因此尿素水的供应尚未开始，尿素水供应泵为停止状态。

进而，构成为在该结晶溶解控制后，在经过预先设定的停止时间后，由附着状态判定部件13判定尿素水喷射装置是否为附着状态，在判定为不是附着状态的情况下，使用尿素水喷射装置按照尿素水供应要求向选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。

该停止时间可以设为零，但由于能够利用对线圈的通电的余热效应，因此优选避免设为尿素水喷射装置被冷却而通电引起的加热效应消失这样的长时间，通过实验等预先设定。通常，设为10s以下左右的范围内的数值。

此外，构成为在判定为附着状态的情况下，在开始喷射尿素水前，还在新计算的结晶溶解用通电时间期间，由结晶溶解用控制部件12进行结晶溶解用控制，然后，通过附着状态判定部件13进行判定，在通过该判定而判定为不是附着状态为止，重复通过结晶溶解用控制部件12进行的结晶溶解用控制以及之后的通过附着状态判定部件13进行的判定。

然后，构成为在该重复的次数超过预先设定的判定次数时，判定尿素水喷射装置故障，在该重复的次数为判定次数以下的期间内判定为不是附着状态的情况下，使用尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。该判定次数例如被设定为3次～6次左右。

另外，结晶溶解用控制部件12优选基于重复的次数来校正结晶溶解用时间，由此，能够根据结晶溶解用控制的重复引起的尿素水喷射装置内部的温度变化来进行新的结晶溶解用控制，因此能够避免尿素水喷射装置的高温化，同时高效率地溶解结晶化了的尿素。另外，该校正方法预先通过实验等设定。

说明本发明的下一实施方式的尿素水喷射装置的防止结晶化方法。该方法是尿素水喷射系统的尿素水喷射装置的防止结晶化方法，该尿素水喷射系统包括尿素水喷射装置，对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水，以降低内燃机的排气气体中的nox，通过在该尿素水喷射装置中循环引擎冷却水，从而防止尿素水冻结。

而且，在该方法中，在引擎启动后、尿素水供应开始前，在基于引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度的一个或多个的组合而计算出的结晶溶解用通电时间期间，在停止对尿素水喷射装置供应尿素水的尿素水供应泵的状态下，尿素水喷射装置进行以预先设定的通电量溶解尿素的结晶的控制。

然后，在经过了预先设定的停止时间之后，在停止了尿素水供应泵的状态下，对尿素水喷射装置通电，进行判定尿素水喷射装置是否为附着状态的第1一系列控制。关于该通电量，在将尿素水喷射装置全开的情况下，成为最大，发热量也增加，但优选预先通过实验等，求出将结晶溶解所需的足够的通电量，并设为该通电量。

然后，通过该判定，在判定为不是附着状态的情况下，使用尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。另一方面，在判定为是附着状态的情况下，进一步基于引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度的一个或几个的组合来计算新的结晶溶解用通电时间，在该新的结晶溶解用通电时间期间，在停止了尿素水供应泵的状态下，进行第2一系列控制，对尿素水喷射装置进行以前次的通电量或预先设定的新的通电量溶解结晶的控制。该通电量可设为与前次的通电量相同，但由于与前次通电相比，尿素水喷射装置的温度已经上升，因此为了不使得过热，优选设为比前次通电量少的新的通电量。

然后，在经过与前次相同的停止时间或预先设定的新的停止时间后，在驱动尿素水供应泵的状态下，对尿素水喷射装置通电，判定尿素水喷射装置是否为附着状态。通过考虑尿素水喷射装置的温度上升的历史来决定该停止时间，从而能够更高效地溶解结晶化了的尿素。

然后，在通过该判定而判定为不是附着状态为止，重复结晶溶解用通电时间的计算、溶解结晶的控制和是否为附着状态的判定，并在该重复次数超过预先设定的判定次数时，判定尿素水喷射装置为故障。

此外，在该重复的次数为上述判定次数以下的期间内判定为不是附着状态的情况下，使用尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求，对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。

本实施方式的尿素水喷射装置的防止结晶化方法可以按照如图2所示的控制流程而如下实施。若引擎被启动，则在尿素水供应泵被驱动之前，该图2的控制流程被从上位的控制流程调用并开始。

若该图2的控制流程开始，则在步骤s11中，输入引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度，并基于这些的一个或几个的组合来计算结晶溶解用通电时间。此外，将重复次数设为1次。

在接着的步骤s12中，确认将尿素水供应给尿素水喷射装置的尿素水供应泵的停止，若未停止则停止。然后，以预先设定的通电量，在步骤s11所计算的结晶溶解用通电时间期间进行通电，并进行将尿素的结晶溶解的控制。

然后，在步骤s13中，停止通电，并等待直到经过预先设定的停止时间为止。在该等待后，在步骤s14中，在停止尿素水供应泵的状态下对尿素水喷射装置通电，并判定尿素水喷射装置是否为附着状态。

通过该步骤s14的判定，在判定为不是附着状态的情况下，进入步骤s30，视为结晶化了的尿素的溶解结束，并发送该信号，然后进入返回，返回到上位的控制流程，为了降低nox，使用尿素水喷射装置，按照尿素水供应要求对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。

另一方面，在该步骤s14中，在判定为是附着状态的情况下，进入步骤s21。在该步骤s21中，输入引擎冷却水温度、外部空气温度、排气气体温度，并基于这些的一个或几个的组合计算新的结晶溶解用通电时间。此外，将重复次数比前次的次数增加1次。

在接着的步骤s22中，以预先设定的新的通电量，在步骤s21中计算出的结晶溶解用通电时间期间进行通电，并进行将尿素的结晶溶解的控制。

然后，在步骤s23中，停止通电，并等待直到经过预先设定的新的停止时间为止。在该等待后，在步骤s24中，在停止尿素水供应泵的状态下，在下一步骤s24中，对尿素水喷射装置进行通电，并判定尿素水喷射装置是否为附着状态。

在该步骤s24的判定中，在判定为不是附着状态的情况下，进入步骤s30，视作结晶化了的尿素的溶解结束，并发送该信号，然后进入返回，返回到上位的控制流程，为了降低nox，使用尿素水喷射装置按照尿素水供应要求，对选择还原型催化剂装置上游侧的排气通道喷射尿素水。

另一方面，在该步骤s24中，在判定为附着状态的情况下，进入步骤s27。在该步骤s25中，判定重复次数是否超过了预先设定的判定次数。

在该步骤s25的判定中，若重复次数没有超过判定次数，则返回到步骤s21。若重复次数超过判定次数，则进入步骤40，判定尿素水喷射装置为故障，并发送故障信号。然后进入返回，返回到上位的控制流程。进行用于降低nox的尿素水的供应。通过这些控制，能够实施上述尿素水喷射装置的防止结晶化方法。

根据本发明的尿素水喷射系统以及尿素水喷射装置的防止结晶化方法，在内燃机启动后、尿素水供应开始前，由于在判定为尿素水喷射装置不是附着状态之前，进行结晶溶解用控制，因此能够将在内部结晶化了的尿素进一步溶解，并且可以防止结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着。

而且，在内燃机启动后、尿素水供应开始前，在判定为尿素水喷射装置不是附着状态之前，重复进行包含结晶溶解用控制的一系列控制直至预先设定的判定次数为止，因此能够将在内部结晶化了的尿素进一步可靠地溶解，并且可以防止结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着。

此外，由于在该结晶溶解用控制的实施次数超过判定次数时，判定为尿素水喷射装置故障，因此可以检测并非结晶化了的尿素对尿素水喷射装置的附着的故障，能够进一步提高故障检测的精度。

其结果，在内燃机启动后、尿素水供应开始前，能够将结晶化了的尿素溶解，防止尿素水喷射装置的附着，从而防止尿素水喷射装置的故障。此外，由于能够消除因尿素水结晶化而使尿素水喷射装置的针不能移动而无法喷射尿素水的不良的情况，因此能够将由该结晶化引起的不良导致一眼看上去被视为故障的情况从故障中排除，从而能够防止实际上没有故障、若结晶溶解则恢复正常的尿素水喷射装置被回收。

附图标记说明

10控制装置(控制尿素水喷射系统的控制装置)

11通电时间计算部件

12结晶溶解控制部件

13附着状态判定部件