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JP6561776B2 - Urea water injection device - Google Patents
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Description

本発明は、排気通路を流れる排気に含まれるNOxを還元する排気浄化装置において、排気通路内の排気に尿素水を噴射する尿素水噴射装置に関するものである。   The present invention relates to a urea water injection device that injects urea water into exhaust gas in an exhaust passage in an exhaust purification device that reduces NOx contained in exhaust flowing through the exhaust passage.

従来の尿素水噴射装置として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1の尿素水噴射装置(尿素水添加装置)では、尿素水を貯留する尿素水タンクを備え、内燃機関の排気管部に設けられたインジェクタによって、排気管部内の配置通路を流れる排気に、尿素水タンク内の尿素水を噴射(添加)するようになっている。   As a conventional urea water injection device, for example, one described in Patent Document 1 is known. In the urea water injection device (urea water addition device) of Patent Document 1, a urea water tank that stores urea water is provided, and an injector provided in the exhaust pipe portion of the internal combustion engine is used for exhaust flowing through the arrangement passage in the exhaust pipe portion. The urea water in the urea water tank is injected (added).

尿素水は、外気の温度環境によっては、凍結してしまう場合がある。よって、特許文献1では、尿素水タンクとインジェクタとを接続する尿素水管部の外側表面に、ヒータ等の加熱部を設けることで、凍結した尿素水を解凍するようにしている。   The urea water may freeze depending on the temperature environment of the outside air. Therefore, in patent document 1, it is made to thaw the frozen urea water by providing heating parts, such as a heater, in the outer surface of the urea water pipe part which connects a urea water tank and an injector.

あるいは、内燃機関用のラジエータの冷却水(温水)の一部が流通する温水通路を増設して、この温水通路を尿素水タンク内に配設すると共に、尿素水管部の一部の外側表面に接触させるようにしている。そして、温水通路を流れるラジエータの温水によって、尿素水の保温を行い尿素水の凍結を抑制する、あるいは、凍結した場合の解凍を行うようにしている。   Alternatively, a hot water passage through which a part of the cooling water (hot water) of the radiator for the internal combustion engine flows is added, and this hot water passage is disposed in the urea water tank, and on the outer surface of a part of the urea water pipe portion. I try to contact them. Then, the warm water of the radiator flowing through the warm water passage is used to keep the urea water warm so as to suppress the freezing of the urea water, or to perform thawing when frozen.

特開2010−84694号公報JP 2010-84694 A

しかしながら、上記特許文献1の尿素水噴射装置では、加熱部や温水通路等の増設を伴い、部品点数が増加し、構成が複雑となる。また、温水通路を用いたものでは、内燃機関の始動直後では、ラジエータの冷却水温度も低い状態にあり、尿素水の保温、あるいは解凍を行うには即効性が得られない。また、ラジエータの冷却水は、内燃機関の温度上昇に伴う成り行きの温度となるので、保温や解凍のための温度管理が難しい。   However, in the urea water injection device disclosed in Patent Document 1, the number of components increases and the configuration becomes complicated with the addition of a heating unit and a hot water passage. Further, in the case of using the hot water passage, immediately after the internal combustion engine is started, the temperature of the cooling water of the radiator is low, and an immediate effect cannot be obtained for keeping the temperature of the urea water or performing thawing. Moreover, since the cooling water of a radiator becomes the expected temperature accompanying the temperature rise of an internal combustion engine, the temperature control for heat retention or defrosting is difficult.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、簡単な構成で、効果的な尿素水の解凍を可能とする尿素水噴射装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a urea water injection device that enables effective thawing of urea water with a simple configuration.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

本発明では、先端部に設けられた噴孔(121a)を開閉する弁体(122)、および直流電源部(131)からの通電により磁気吸引力を発生させて弁体を駆動するコイル(123a)を有し、噴孔が内燃機関の排気管部(11)内に配置されたインジェクタ(120)と、
直流電源部からコイルへの通電状態を制御することで、弁体による噴孔の開閉を行い、尿素水を排気管部内の排気に噴射する制御部(150)と、を備える尿素水噴射装置において、
コイルに交流用の電力を供給する交流電源部(132)と、
尿素水の温度を検出する温度検出部(140)と、を備え、
制御部は、温度検出部から得られる温度が、尿素水の凍結を判定するための凍結判定温度より低い場合に、交流電源部からコイルに通電することでコイルを加熱器として作動させると共に、
温度検出部から得られる温度が、凍結判定温度以上となる場合に、直流電源部からコイルに通電して噴孔の開閉を行うようになっており、
温度検出部から得られる温度が、凍結判定温度より低い場合に、温度が低いほど、交流用の電力の周期を大きくすることを特徴としている。
In the present invention, the valve body (122) that opens and closes the nozzle hole (121a) provided at the tip and the coil (123a) that drives the valve body by generating a magnetic attractive force by energization from the DC power supply (131) And an injector (120) having a nozzle hole disposed in the exhaust pipe (11) of the internal combustion engine,
In a urea water injection device comprising: a control unit (150) that opens and closes an injection hole by a valve body and injects urea water into exhaust gas in an exhaust pipe unit by controlling a state of energization from a DC power supply unit to a coil ,
An AC power supply (132) for supplying AC power to the coil;
A temperature detector (140) for detecting the temperature of the urea water,
When the temperature obtained from the temperature detection unit is lower than the freezing determination temperature for determining freezing of urea water, the control unit operates the coil as a heater by energizing the coil from the AC power supply unit,
When the temperature obtained from the temperature detection unit is equal to or higher than the freezing judgment temperature, the coil is opened and closed by energizing the coil from the DC power supply unit ,
When the temperature obtained from the temperature detection unit is lower than the freezing determination temperature, the cycle of the AC power is increased as the temperature is lower .

この発明によれば、温度検出部から得られる温度が、凍結判定温度より低い場合であると、尿素水が凍結しているものと推定できる。この場合に、交流電源部からコイルに通電すると、コイルにおける電流の流れ方向が反転を繰り返すことになり、本来の直流電源部による磁気吸引力は発生しない形となる。そして、交流電流によりコイルは発熱し、加熱器として作動することになり、凍結した尿素水を解凍することが可能となる。   According to this invention, when the temperature obtained from the temperature detection unit is lower than the freezing determination temperature, it can be estimated that the urea water is frozen. In this case, when the coil is energized from the AC power supply unit, the current flow direction in the coil is repeatedly reversed, and the magnetic attraction force by the original DC power supply unit is not generated. Then, the coil generates heat by the alternating current, and operates as a heater, so that the frozen urea water can be thawed.

よって、専用の加熱器を増設することなく、コイルを加熱器として兼用することができ、簡単な構成で、効果的な尿素水の解凍を可能とする尿素水噴射装置とすることができる。   Therefore, the coil can be used as a heater without adding a dedicated heater, and a urea water injection device that enables effective thawing of urea water with a simple configuration can be provided.

尚、温度検出部から得られる温度が、凍結判定温度以上となる場合では、尿素水の凍結はないと推定でき、直流電源部からコイルへ通電することで、磁気吸引力を発生させて、通常の弁体の開閉制御を行うことができる。   When the temperature obtained from the temperature detection unit is equal to or higher than the freezing determination temperature, it can be estimated that the urea water will not freeze, and by energizing the coil from the DC power supply unit, a magnetic attraction force is generated, The valve body can be opened and closed.

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description mentioned later.

尿素水噴射装置(排気浄化システム)の全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of a urea water injection apparatus (exhaust gas purification system). 第1実施形態の直流電源部、および交流電源部に対する制御内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control content with respect to the DC power supply part of 1st Embodiment, and an AC power supply part. 第2実施形態の直流電源部、および交流電源部に対する制御内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control content with respect to the DC power supply part of 2nd Embodiment, and an AC power supply part.

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。   A plurality of modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each mode, the other modes described above can be applied to the other parts of the configuration. Not only combinations of parts that clearly indicate that the combination is possible in each embodiment, but also a combination of the embodiments even if they are not clearly specified unless there is a problem with the combination. It is also possible.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態における尿素水噴射装置100を図1、図2に示す。第1実施形態の尿素水噴射装置100は、車両の内燃機関(エンジン)の排気管部11に設けられて、排気浄化システム10を構成している。排気浄化システム10は、排気管部11内を流通する排気に含まれるNOxを分解する装置となっている。内燃機関は、例えば、ディーゼルエンジンである。
(First embodiment)
1 and 2 show a urea water injection device 100 according to a first embodiment of the present invention. A urea water injection device 100 according to the first embodiment is provided in an exhaust pipe portion 11 of an internal combustion engine (engine) of a vehicle to constitute an exhaust purification system 10. The exhaust purification system 10 is a device that decomposes NOx contained in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe section 11. The internal combustion engine is, for example, a diesel engine.

排気管部11は、筒状の管であり、内部に排気通路11aが形成されている。排気管部11の一方の端部は内燃機関に接続されており、また、他方の端部は大気に開放されている。排気通路11aには、内燃機関から排出される排気が流通するようになっている。排気通路11aには、内燃機関側から順にDPF(Diesel Particulate Filter)および酸化触媒、SCR触媒、アンモニアスリップ触媒等が設けられている。   The exhaust pipe portion 11 is a cylindrical pipe, and an exhaust passage 11a is formed therein. One end of the exhaust pipe portion 11 is connected to the internal combustion engine, and the other end is open to the atmosphere. Exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows through the exhaust passage 11a. In the exhaust passage 11a, a DPF (Diesel Particulate Filter), an oxidation catalyst, an SCR catalyst, an ammonia slip catalyst, and the like are provided in order from the internal combustion engine side.

DPFおよび酸化触媒は、一体的に形成されている。DPFは、排気に含まれる微小な炭素粒子を捕集するフィルタとなっている。酸化触媒は、排気に含まれるHCやCOの、水や二酸化炭素に対する酸化を促進する触媒となっている。SCR触媒は、尿素水によって排気に含まれるNOxの還元を促進する触媒となっている。また、アンモニアスリップ触媒は、SCR触媒を通過した排気に含まれる余剰のアンモニアの酸化を促進する触媒となっている。   The DPF and the oxidation catalyst are integrally formed. The DPF is a filter that collects minute carbon particles contained in the exhaust gas. The oxidation catalyst is a catalyst that promotes the oxidation of HC and CO contained in exhaust gas to water and carbon dioxide. The SCR catalyst is a catalyst that promotes reduction of NOx contained in the exhaust gas with urea water. The ammonia slip catalyst is a catalyst that promotes oxidation of excess ammonia contained in the exhaust gas that has passed through the SCR catalyst.

尿素水噴射装置(以下、噴射装置)100は、尿素水供給部110、インジェクタ120、電源部130、温度センサ140、および制御部150等を備えている。   A urea water injection device (hereinafter referred to as an injection device) 100 includes a urea water supply unit 110, an injector 120, a power supply unit 130, a temperature sensor 140, a control unit 150, and the like.

尿素水供給部110は、尿素水タンク111、尿素水ポンプ112、圧力調整部113および尿素水管部114等を有している。尿素水タンク111は、尿素水すなわち尿素の水溶液を貯える容器となっている。尿素水ポンプ112は、尿素水タンク111に貯えられている尿素水をインジェクタ120へ供給するポンプとなっている。圧力調整部113は、尿素水ポンプ112によってインジェクタ120へ供給される尿素水の圧力を調整する装置となっている。尿素水ポンプ112および圧力調整部113は、後述する制御部150によって制御されるようになっている。   The urea water supply unit 110 includes a urea water tank 111, a urea water pump 112, a pressure adjustment unit 113, a urea water pipe unit 114, and the like. The urea water tank 111 is a container for storing urea water, that is, an aqueous solution of urea. The urea water pump 112 is a pump that supplies urea water stored in the urea water tank 111 to the injector 120. The pressure adjusting unit 113 is a device that adjusts the pressure of urea water supplied to the injector 120 by the urea water pump 112. The urea water pump 112 and the pressure adjustment unit 113 are controlled by a control unit 150 described later.

そして、尿素水管部114は、尿素水タンク111とインジェクタ120との間を接続する管となっている。尿素水管部114は、尿素水タンク111とインジェクタ120との間で、尿素水が流通する尿素水通路を形成している。   The urea water pipe portion 114 is a pipe that connects the urea water tank 111 and the injector 120. The urea water pipe portion 114 forms a urea water passage through which the urea water flows between the urea water tank 111 and the injector 120.

インジェクタ120は、尿素水タンク111における尿素水を、排気通路11aに噴射するものである。インジェクタ120は、ボディ121、ニードル弁122、および電磁駆動部123等を有している。   The injector 120 injects urea water in the urea water tank 111 into the exhaust passage 11a. The injector 120 includes a body 121, a needle valve 122, an electromagnetic drive unit 123, and the like.

ボディ121は、筒状を成す部材であり、内部にニードル弁122、および電磁駆動部123を収容している。ボディ121の噴射側となる先端部は、排気の下流側を向くようにして、排気管部11内に斜めに挿入されており、この先端部には、噴孔121aが開口形成されている。そして、噴孔121aの内周面には、ニードル弁122のシール部122bが着座する弁座121bが形成されている。   The body 121 is a cylindrical member, and accommodates a needle valve 122 and an electromagnetic drive unit 123 therein. The front end portion of the body 121 on the injection side is obliquely inserted into the exhaust pipe portion 11 so as to face the downstream side of the exhaust, and an injection hole 121a is formed at the front end portion. A valve seat 121b on which the seal portion 122b of the needle valve 122 is seated is formed on the inner peripheral surface of the nozzle hole 121a.

ニードル弁122は、ボディ121の内側で長手方向に移動可能に収容された針状の弁体である。ニードル弁122の先端側は、拡径された頭部122aとなっている。頭部122aの外周部には、ボディ121の弁座121bに着座可能なシール部122bが形成されている。また、ニードル弁122の内部(中心部)には、尿素水管部114と噴孔121aとの間を接続する尿素水通路122cが形成されている。更に、ニードル弁122の頭部122aとは反対側の端部には、平板状に拡がるフランジ部122dが形成されている。   The needle valve 122 is a needle-like valve body that is accommodated inside the body 121 so as to be movable in the longitudinal direction. The distal end side of the needle valve 122 is an enlarged head portion 122a. A seal portion 122b that can be seated on the valve seat 121b of the body 121 is formed on the outer periphery of the head portion 122a. In addition, a urea water passage 122c that connects between the urea water pipe portion 114 and the injection hole 121a is formed in the needle valve 122 (center portion). Furthermore, a flange 122d that expands in a flat plate shape is formed at the end of the needle valve 122 opposite to the head 122a.

シール部122bは、ボディ121の弁座121bに着座または弁座121bから離座することにより、噴孔121aを開閉するようになっている。ここでは、ニードル弁122が、噴孔121aとは反対側(尿素水管部114側)に移動することで、シール部122bは弁座121bに着座し、逆に、ニードル弁122が噴孔121a側に移動することで、シール部122bは弁座121bから離座するようになっている。   The seal part 122b is configured to open and close the nozzle hole 121a by being seated on or separated from the valve seat 121b of the body 121. Here, when the needle valve 122 moves to the side opposite to the nozzle hole 121a (the urea water pipe part 114 side), the seal part 122b is seated on the valve seat 121b, and conversely, the needle valve 122 moves to the nozzle hole 121a side. The seal portion 122b moves away from the valve seat 121b.

電磁駆動部123は、コイル123aおよび弾性部材123bを有している。コイル123aは、導線が巻き形成されたものであり、ボディ121の尿素水管部114側でニードル弁122を囲むように配置されている。コイル123aは、電源部130を介して制御部150に接続されている。制御部150によって、コイル123aへの通電が制御されるようになっている。コイル123aは、電源部130における直流電源部131から電力供給されると磁界(磁気吸引力)を発生するようになっており、また、交流電源部132から電力供給されると発熱するようになっている。   The electromagnetic drive unit 123 includes a coil 123a and an elastic member 123b. The coil 123 a is formed by winding a conductive wire, and is disposed so as to surround the needle valve 122 on the urea water pipe portion 114 side of the body 121. The coil 123 a is connected to the control unit 150 via the power supply unit 130. The controller 150 controls the energization of the coil 123a. The coil 123a generates a magnetic field (magnetic attractive force) when supplied with power from the DC power supply unit 131 in the power supply unit 130, and generates heat when supplied with power from the AC power supply unit 132. ing.

そして、コイル123aの芯線は、カーボンナノチューブ(CNT)から形成されている。カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)が単層あるいは多層の同軸管状になったものである。また、コイル123aの被覆材は、フッ素樹脂から形成されている。フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであり、テフロンの商標名で知られている。   The core wire of the coil 123a is formed from carbon nanotubes (CNT). A carbon nanotube is a six-membered ring network (graphene sheet) made of carbon in a single-layer or multilayer coaxial tube. Moreover, the coating material of the coil 123a is made of a fluororesin. The fluororesin is polytetrafluoroethylene and is known by the Teflon trade name.

弾性部材123bは、例えば、コイルばね等で構成され、軸方向の一方の端部がボディ121の長手方向の中間位置に接し、他方の端部がニードル弁122のフランジ部122dに接している。弾性部材123bは、全長が伸びる方向へ力を有している。したがって、ニードル弁122は、弾性部材123bによって、シール部122bが弁座121bへ着座する方向の付勢力を受けるようになっている。   The elastic member 123b is configured by, for example, a coil spring or the like, and one end portion in the axial direction is in contact with the intermediate position in the longitudinal direction of the body 121, and the other end portion is in contact with the flange portion 122d of the needle valve 122. The elastic member 123b has a force in the direction in which the entire length extends. Therefore, the needle valve 122 receives an urging force in the direction in which the seal portion 122b is seated on the valve seat 121b by the elastic member 123b.

つまり、コイル123aへの通電が行われていないとき、上記のように、ニードル弁122は弾性部材123bから力を受け、シール部122bは弁座121bに着座している。一方、直流電源部131からコイル123aへの通電が行われると、ニードル弁122にはコイル123aから発生する磁気吸引力が加わる。磁気吸引力の方向は、弾性部材123bによる付勢力の方向と逆方向となっている。よって、ニードル弁122に加わる磁気吸引力が弾性部材123bから受ける付勢力よりも大きくなると、ニードル弁122は、噴孔121aを開く側へ移動するようになっている。   That is, when the coil 123a is not energized, the needle valve 122 receives a force from the elastic member 123b and the seal portion 122b is seated on the valve seat 121b as described above. On the other hand, when energization from the DC power source 131 to the coil 123a is performed, a magnetic attractive force generated from the coil 123a is applied to the needle valve 122. The direction of the magnetic attractive force is opposite to the direction of the urging force by the elastic member 123b. Therefore, when the magnetic attractive force applied to the needle valve 122 becomes larger than the biasing force received from the elastic member 123b, the needle valve 122 moves to the side that opens the nozzle hole 121a.

電源部130は、コイル123aに電力を供給するものであり、直流用の直流電源部131と、交流用の交流電源部132とを有している。各電源部131、132は、後述する制御部150によって選択制御され、凍結した尿素水の解凍、あるいは通常の噴孔121aの開閉を行うために、コイル123aに電力供給するようになっている。   The power supply unit 130 supplies power to the coil 123a, and includes a DC power supply unit 131 for DC and an AC power supply unit 132 for AC. Each of the power supply units 131 and 132 is selectively controlled by a control unit 150 to be described later, and supplies power to the coil 123a in order to thaw frozen urea water or to open / close the normal nozzle hole 121a.

温度センサ140は、尿素水の温度を直接的、あるいは間接的に検出する温度検出部である。温度センサ140は、ここでは、コイル123aの位置に対応するように、ボディ121の外周部に設けられ、ボディ121を介して、インジェクタ120内の尿素水の温度を間接的に検出するようになっている。温度センサ140によって検出された温度信号(尿素水温度)は、後述する制御部150に出力されるようになっている。   The temperature sensor 140 is a temperature detection unit that directly or indirectly detects the temperature of the urea water. Here, the temperature sensor 140 is provided on the outer peripheral portion of the body 121 so as to correspond to the position of the coil 123a, and indirectly detects the temperature of the urea water in the injector 120 via the body 121. ing. The temperature signal (urea water temperature) detected by the temperature sensor 140 is output to the control unit 150 described later.

制御部150は、CPU、ROMおよびRAM等から構成されるマイクロコンピュータを有している。制御部150は、例えば、車両に設けられるアクセル開度センサや回転数センサなどに接続され、これらのアクセル開度センサや回転数センサなどから出力された信号に基づいて内燃機関の運転状態を検出するようになっている。そして、制御部150は、検出した内燃機関の運転状態に基づいて、尿素水ポンプ112、圧力調整部113、および直流電源部131を制御するようになっている。加えて、制御部150は、温度センサ140から得られる温度信号から、尿素水が凍結しているか否かを判定して、凍結していると判定したときに、交流電源部132を選択して制御するようになっている(詳細後述)。   The control unit 150 includes a microcomputer that includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The control unit 150 is connected to, for example, an accelerator opening sensor or a rotational speed sensor provided in the vehicle, and detects an operating state of the internal combustion engine based on signals output from the accelerator opening sensor or the rotational speed sensor. It is supposed to be. The control unit 150 controls the urea water pump 112, the pressure adjustment unit 113, and the DC power supply unit 131 based on the detected operating state of the internal combustion engine. In addition, the control unit 150 determines whether the urea water is frozen from the temperature signal obtained from the temperature sensor 140, and selects the AC power source unit 132 when determining that the urea water is frozen. It is to be controlled (details will be described later).

次に、上記構成に基づく噴射装置100の作動について、図2を加えて説明する。   Next, the operation of the injection device 100 based on the above configuration will be described with reference to FIG.

内燃機関(エンジン)が始動されると制御部150は、図2のフローチャートに基づき噴射装置100の制御を開始する。   When the internal combustion engine (engine) is started, the control unit 150 starts control of the injection device 100 based on the flowchart of FIG.

まず、ステップS100で、制御部150は、温度センサ140による温度検出を実施する。つまり、予め定めた所定時間ごとに、温度センサ140から温度信号を取得する。温度センサ140から得られる温度信号は、上記で説明したように、インジェクタ120の内部における尿素水の温度に対応するものであり、以下、尿素水温度と呼ぶ。   First, in step S <b> 100, the control unit 150 performs temperature detection by the temperature sensor 140. That is, a temperature signal is acquired from the temperature sensor 140 at predetermined time intervals. As described above, the temperature signal obtained from the temperature sensor 140 corresponds to the temperature of the urea water in the injector 120, and is hereinafter referred to as the urea water temperature.

そして、ステップS110で、制御部150は尿素水温度の判定を行う。即ち、制御部150には、尿素水が凍結しているか否かを判定するための閾値としての凍結判定温度が予め設けられており、温度センサ140から得られる尿素水温度が、凍結判定温度以上であるか否かを判定するのである。凍結判定温度は、例えば、尿素水が凍結に至るマイナス11〜14℃程度の温度である。   In step S110, the control unit 150 determines the urea water temperature. That is, the control unit 150 is provided with a freezing determination temperature as a threshold for determining whether or not the urea water is frozen, and the urea water temperature obtained from the temperature sensor 140 is equal to or higher than the freezing determination temperature. It is determined whether or not. The freezing judgment temperature is, for example, a temperature of about minus 11 to 14 ° C. at which urea water reaches freezing.

ステップS110で否、即ち、尿素水温度が、凍結判定温度よりも低いと判定すると、尿素水が凍結しているものと推定でき、制御部150は、ステップS120で、交流電源部132から交流電力をコイル123aに供給する。   If NO in step S110, that is, if it is determined that the urea water temperature is lower than the freezing determination temperature, it can be estimated that the urea water is frozen, and the control unit 150 receives AC power from the AC power supply unit 132 in step S120. Is supplied to the coil 123a.

ここで、尿素水の凍結によりニードル弁122は、ボディ121に対してロックされた状態となっていると推測される。このような状態で、通常のように直流電源部131からコイル123aに通電すると、ニードル弁122は凍結によりロックされているにもかかわらず、噴孔121aを開く側に磁気吸引力が作用し、インジェクタ120の作動に支障をきたすおそれがある。   Here, it is presumed that the needle valve 122 is locked with respect to the body 121 due to the freezing of urea water. In such a state, when the coil 123a is energized from the DC power source 131 as usual, a magnetic attraction force acts on the side that opens the nozzle hole 121a, even though the needle valve 122 is locked by freezing. There is a possibility that the operation of the injector 120 may be hindered.

そこで、上記のように、交流電源部132から交流電力をコイル123aに供給すると、コイル123aにおいては、電流の流れ方向が反転を繰り返すことになり、本来の直流電源部131による磁気吸引力は発生しない形となる。そして、交流電流によりコイル123aは、発熱し、加熱器として作動することになり、凍結した尿素水を解凍することが可能となる。ステップS120の後は、ステップS100、ステップS110が繰り返される。   Therefore, as described above, when AC power is supplied from the AC power supply unit 132 to the coil 123a, the current flow direction is repeatedly reversed in the coil 123a, and the magnetic attraction force by the original DC power supply unit 131 is generated. It becomes a form that does not. The coil 123a generates heat due to the alternating current, and operates as a heater, so that the frozen urea water can be thawed. After step S120, step S100 and step S110 are repeated.

一方、ステップS110で肯定判定、即ち、尿素水温度が、凍結判定温度以上と判定すると、尿素水が凍結しているおそれはないと推定でき、制御部150は、ステップS130で、直流電源部131を用いた、通常のニードル弁122の開閉制御を行う。   On the other hand, if the determination in step S110 is affirmative, that is, if the urea water temperature is determined to be equal to or higher than the freezing determination temperature, it can be estimated that the urea water is not frozen, and the control unit 150 in step S130, the DC power supply unit 131 is estimated. The normal opening / closing control of the needle valve 122 is performed using

つまり、制御部150は、アクセル開度センサ、および回転数センサから得られる内燃機関の運転状態に応じて、尿素水ポンプ112、および圧力調整部113を作動させる。加えて、制御部150は、直流電源部131からコイル123aに直流電力を供給することで、ニードル弁122に対する磁気吸引力を発生させて噴孔121aを開き、排気通路11aを流通する排気に対して尿素水を噴射する。あるいは、コイル123aへの通電を停止することで、噴孔121aを閉じて、尿素水の噴射を停止する。   That is, the control unit 150 operates the urea water pump 112 and the pressure adjustment unit 113 in accordance with the operation state of the internal combustion engine obtained from the accelerator opening sensor and the rotation speed sensor. In addition, the controller 150 supplies DC power to the coil 123a from the DC power source 131, thereby generating a magnetic attractive force for the needle valve 122 to open the nozzle hole 121a and to the exhaust flowing through the exhaust passage 11a. And inject urea water. Alternatively, by stopping energization of the coil 123a, the nozzle hole 121a is closed and the urea water injection is stopped.

以上のように、尿素水が凍結していると予想される場合に、交流電源部132からコイル123aに通電することで、コイル123aを加熱器として作動することができる。よって、専用の加熱器を増設することなく、コイル123aを加熱器として兼用することができ、簡単な構成で、効果的な尿素水の解凍を可能とする噴射装置100とすることができる。   As described above, when the urea water is expected to be frozen, the coil 123a can be operated as a heater by energizing the coil 123a from the AC power supply unit 132. Therefore, the coil 123a can also be used as a heater without adding a dedicated heater, and the injection device 100 that enables effective thawing of urea water with a simple configuration can be obtained.

また、本実施形態では、コイル123aの芯線は、カーボンナノチューブから形成されるようにしている。カーボンナノチューブは、例えば、通常の銅線と比べて、化学的に安定した材料であり、更に、アルカリ環境(尿素水環境)における耐腐食性が高いので、耐食性向上のための複雑な構造等を不要として、安価に耐食性を向上させることができる。   In the present embodiment, the core wire of the coil 123a is formed of carbon nanotubes. Carbon nanotubes are, for example, chemically stable materials compared to ordinary copper wires, and also have high corrosion resistance in an alkaline environment (urea aqueous environment), so a complex structure for improving corrosion resistance, etc. As unnecessary, corrosion resistance can be improved at low cost.

また、カーボンナノチューブは、例えば、通常の銅線と比べて、引張り強度が高く、コイル123aの巻線材としてより細いサイズの設定が可能となる。その結果、巻き数を増やして、発生する磁気吸引力を高めることができ、ニードル弁122の開閉動作における信頼性を高めることができる。   In addition, the carbon nanotube has a higher tensile strength than, for example, a normal copper wire, and a smaller size can be set as a winding material of the coil 123a. As a result, the number of turns can be increased to increase the generated magnetic attractive force, and the reliability in the opening / closing operation of the needle valve 122 can be increased.

また、コイル123aの被覆材は、フッ素樹脂から形成されるようにしている。フッ素樹脂は、耐熱性が高く、排気を扱うような高温環境においても熱劣化を抑制することができる。その結果、熱劣化した部分から内部の芯線への水分の浸入を抑制することができ、上記のカーボンナノチューブの採用と共に、コイル123aの耐食性を向上させることができる。   Further, the coating material of the coil 123a is made of a fluororesin. The fluororesin has high heat resistance and can suppress thermal deterioration even in a high temperature environment where exhaust is handled. As a result, it is possible to prevent moisture from entering from the thermally deteriorated portion into the internal core wire, and to improve the corrosion resistance of the coil 123a together with the use of the carbon nanotube.

(第2実施形態)
第2実施形態を図3に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態の噴射装置100の基本構成は同一とし、制御部150による制御内容を変更したものである。図3に示すフローチャートは、図2で説明したフローチャートに対して、ステップS110をステップS110Aに変更すると共に、ステップS120をステップS120AとステップS120Bとに変更したものである。
(Second Embodiment)
A second embodiment is shown in FIG. In the second embodiment, the basic configuration of the injection device 100 of the first embodiment is the same, and the control content by the control unit 150 is changed. The flowchart shown in FIG. 3 is obtained by changing step S110 to step S110A and changing step S120 to step S120A and step S120B with respect to the flowchart described in FIG.

制御部150は、ステップS100の後に、ステップS110Aで、尿素水温度が、凍結判定温度より低い度合いを「大」と「小」とに分けて判定する。ここでは、上記第1実施形態で説明した凍結判定温度を便宜上、第1凍結判定温度とし、更に、第1凍結判定温度よりも低い側に第2凍結判定温度を設定している。   After step S100, control unit 150 determines in step S110A that the urea water temperature is lower than the freezing determination temperature by dividing it into “large” and “small”. Here, for the sake of convenience, the freezing determination temperature described in the first embodiment is set as the first freezing determination temperature, and the second freezing determination temperature is set to a side lower than the first freezing determination temperature.

温度センサ140から得られる尿素水温度が、第2凍結判定温度よりも低い場合であると、凍結判定温度(第1凍結判定温度)より低い度合いを「大」とし、また、尿素水温度が、第2凍結判定温度と第1凍結判定温度との間にある場合に、凍結判定温度(第1凍結判定温度)より低い度合いを「小」としている。   When the urea water temperature obtained from the temperature sensor 140 is lower than the second freezing determination temperature, the degree lower than the freezing determination temperature (first freezing determination temperature) is set to “large”, and the urea water temperature is When the temperature is between the second freezing determination temperature and the first freezing determination temperature, the degree lower than the freezing determination temperature (first freezing determination temperature) is set to “small”.

よって、ステップS110Aで、凍結判定温度より低い度合いが「大」であると判定すると、制御部150は、ステップS120Aで、交流電源部132からコイル123aに供給する交流電力(交流電流)の周期を、予め定めた所定の長周期とする。   Therefore, if it is determined in step S110A that the degree lower than the freezing determination temperature is “large”, the control unit 150 determines the cycle of AC power (AC current) supplied from the AC power supply unit 132 to the coil 123a in step S120A. , And a predetermined long cycle.

長周期の交流電流がコイル123aに供給されることで、コイル123aにおいて連続的に加熱される時間が長くなる。よって、コイル123aに与えられる熱量が大きくなり、即ち、加熱速度が大きくなり、短時間での尿素水の解凍が可能となる。ステップS120Aの後は、ステップS100、ステップS110Aが繰り返される。   By supplying a long-period alternating current to the coil 123a, the time during which the coil 123a is continuously heated becomes longer. Therefore, the amount of heat given to the coil 123a is increased, that is, the heating rate is increased, and the urea water can be thawed in a short time. After step S120A, step S100 and step S110A are repeated.

一方、ステップS110Aで、凍結判定温度より低い度合いが「小」であると判定すると、制御部150は、ステップS120Bで、交流電源部132からコイル123aに供給する交流電力(交流電流)の周期を、予め定めた所定の短周期とする。所定の短周期は、上記で説明した所定の高周期よりも短い周期である。   On the other hand, when it is determined in step S110A that the degree lower than the freezing determination temperature is “small”, in step S120B, the control unit 150 sets the cycle of AC power (AC current) supplied from the AC power supply unit 132 to the coil 123a. , And a predetermined short cycle. The predetermined short period is a period shorter than the predetermined high period described above.

短周期の交流電流がコイル123aに供給されることで、コイル123aにおいて連続的に加熱される時間が、ステップS120Aの場合に比べて短くなる。また、コイル123aに与えられる熱量が小さくなり、加熱速度が小さくなる。よって、尿素水温度が凍結判定温度(第1凍結判定温度)に到達したときに、長周期の場合に比べて、速いタイミングで加熱制御を停止することが可能となり、尿素水を加熱し過ぎることなく、加熱から加熱停止への移行動作をスムースすることが可能となる。ステップS120Bの後は、ステップS100、ステップS110Aが繰り返される。   By supplying the short-period alternating current to the coil 123a, the time during which the coil 123a is continuously heated is shorter than in the case of step S120A. Further, the amount of heat given to the coil 123a is reduced, and the heating rate is reduced. Therefore, when the urea water temperature reaches the freezing determination temperature (first freezing determination temperature), it becomes possible to stop the heating control at a faster timing than in the case of the long cycle, and the urea water is heated too much. In addition, the transition operation from heating to heating stop can be performed smoothly. After step S120B, step S100 and step S110A are repeated.

尚、ステップS110Aで、尿素水温度が第1凍結判定温度以上であれば、制御部150は、第1実施形態と同様にステップS130を実行する。   In step S110A, if the urea water temperature is equal to or higher than the first freezing determination temperature, the control unit 150 executes step S130 as in the first embodiment.

以上のように、本実施形態では、制御部150は、温度センサ140から得られる尿素水温度が、凍結判定温度より低い場合に、尿素水温度が低いほど、交流電力の周期を大きくすることで、凍結状態に応じた解凍を可能としている。   As described above, in this embodiment, when the urea water temperature obtained from the temperature sensor 140 is lower than the freezing determination temperature, the control unit 150 increases the AC power cycle as the urea water temperature is lower. The thawing according to the frozen state is possible.

(その他の実施形態)
上記各実施形態では、温度センサ140は、インジェクタ120の外周部に設けるようにしたが、内部に設けるようにしてもよい。また、温度センサ140は、インジェクタ120に限らず、尿素水管部114等の他の部位に設けるようにしてもよい。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the temperature sensor 140 is provided on the outer periphery of the injector 120, but may be provided inside. Further, the temperature sensor 140 is not limited to the injector 120, and may be provided in other parts such as the urea water pipe portion 114.

また、上記各実施形態では、コイル123aの芯材としてカーボンナノチューブを使用したが、これに限定されるものではなく、他の銅線、鉄線等としてもよい。   Moreover, in each said embodiment, although the carbon nanotube was used as a core material of the coil 123a, it is not limited to this, It is good also as another copper wire, an iron wire, etc.

また、上記各実施形態では、コイル123aの被覆材としてフッ素樹脂を使用したが、これに限定されるものではなく、他のポリアセタール樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂等としてもよい。コイル123aの芯材と、被覆材との材質の組合せは、任意とすることができる。   Moreover, in each said embodiment, although the fluororesin was used as a coating | coated material of the coil 123a, it is not limited to this, It is good also as another polyacetal resin, polyphenylene sulfide resin, etc. The combination of the material of the core material of the coil 123a and the covering material may be arbitrary.

また、上記第2実施形態において、尿素水温度に対して、凍結判定温度よりも低い度合いを判定するために、第1凍結判定温度、および第2凍結判定温度を用いたが、これに限定されることなく、更に、多くの凍結判定温度を設け、3つ以上となる温度領域に対してそれぞれ対応する交流電流の周期で、加熱制御するようにしてもよい。   Further, in the second embodiment, the first freezing determination temperature and the second freezing determination temperature are used to determine the degree to which the urea water temperature is lower than the freezing determination temperature. However, the present invention is not limited to this. In addition, more freezing determination temperatures may be provided, and heating control may be performed at a period of alternating current corresponding to each of three or more temperature regions.

また、上記各実施形態の尿素水噴射装置100は、ディーゼルエンジンにおける排気浄化システム10に適用されるものとして説明したが、ガソリンエンジンやタービンエンジン等における排気浄化システムに適用されるものとしてもよい。   Moreover, although the urea water injection device 100 of each said embodiment was demonstrated as what is applied to the exhaust gas purification system 10 in a diesel engine, it is good also as what is applied to the exhaust gas purification system in a gasoline engine, a turbine engine, etc.

10 排気浄化システム
11 排気管部
100 尿素水噴射装置
120 インジェクタ
121a 噴孔
122 ニードル弁(弁体)
123a コイル
131 直流電源部
132 交流電源部
140 温度センサ(温度検出部)
150 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhaust purification system 11 Exhaust pipe part 100 Urea water injection apparatus 120 Injector 121a Injection hole 122 Needle valve (valve body)
123a Coil 131 DC power supply unit 132 AC power supply unit 140 Temperature sensor (temperature detection unit)
150 Control unit

Claims (3)

先端部に設けられた噴孔(121a)を開閉する弁体(122)、および直流電源部(131)からの通電により磁気吸引力を発生させて前記弁体を駆動するコイル(123a)を有し、前記噴孔が内燃機関の排気管部(11)内に配置されたインジェクタ(120)と、
前記直流電源部から前記コイルへの通電状態を制御することで、前記弁体による前記噴孔の開閉を行い、尿素水を前記排気管部内の排気に噴射する制御部(150)と、を備える尿素水噴射装置において、
前記コイルに交流用の電力を供給する交流電源部(132)と、
前記尿素水の温度を検出する温度検出部(140)と、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部から得られる温度が、前記尿素水の凍結を判定するための凍結判定温度より低い場合に、前記交流電源部から前記コイルに通電することで前記コイルを加熱器として作動させると共に、
前記温度検出部から得られる温度が、前記凍結判定温度以上となる場合に、前記直流電源部から前記コイルに通電して前記噴孔の開閉を行うようになっており、
前記温度検出部から得られる温度が、前記凍結判定温度より低い場合に、前記温度が低いほど、前記交流用の電力の周期を大きくする尿素水噴射装置。
There is a valve body (122) for opening and closing the nozzle hole (121a) provided at the tip, and a coil (123a) for driving the valve body by generating a magnetic attractive force by energization from the DC power supply section (131). An injector (120) in which the nozzle hole is disposed in the exhaust pipe (11) of the internal combustion engine;
A control unit (150) for controlling the energization state of the coil from the DC power supply unit to open and close the nozzle hole by the valve body and injecting urea water into the exhaust gas in the exhaust pipe unit. In the urea water injection device,
An AC power supply unit (132) for supplying AC power to the coil;
A temperature detector (140) for detecting the temperature of the urea water,
When the temperature obtained from the temperature detection unit is lower than the freezing determination temperature for determining freezing of the urea water, the control unit heats the coil by energizing the coil from the AC power supply unit. And act as
When the temperature obtained from the temperature detection unit is equal to or higher than the freezing determination temperature, the coil is opened and closed by energizing the coil from the DC power supply unit ,
When the temperature obtained from the temperature detection unit is lower than the freezing determination temperature, the urea water injection device increases the period of the AC power as the temperature is lower .
前記コイルの芯線は、カーボンナノチューブから形成されている請求項1に記載の尿素水噴射装置。 The urea water injection device according to claim 1 , wherein the core wire of the coil is formed of carbon nanotubes. 前記コイルの被覆材は、フッ素樹脂から形成されている請求項1または請求項2に記載の尿素水噴射装置。 The urea water injection device according to claim 1 or 2 , wherein the coating material of the coil is formed of a fluororesin.
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