CN104870766B - 还原剂供给装置的控制方法及还原剂供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在液体还原剂的吸回控制结束后、液体还原剂不易被再填充到泵侧的还原剂供给装置以及这样的还原剂供给装置的控制方法。还原剂供给装置构成为，在内燃机的运转中将储存罐内的液体还原剂通过泵压送并通过还原剂喷射阀将上述液体还原剂向内燃机的排气通路喷射，另一方面，在上述内燃机停止时将残留在还原剂供给路径内的上述液体还原剂向上述储存罐吸回，在该还原剂供给装置的控制方法中，在上述内燃机停止时开始上述吸回控制，在上述吸回控制结束时将连接上述泵和上述储存罐的还原剂通路向大气开放。

Description

还原剂供给装置的控制方法及还原剂供给装置
技术领域
本发明涉及还原剂供给装置以及该还原剂供给装置的控制方法，该还原剂供给装置是用来向内燃机的排气通路内供给液体还原剂的装置，在内燃机停止时被执行将残留在还原剂供给路径内的液体还原剂向储存罐内吸回的控制。
背景技术
在搭载在车辆等中的内燃机的排出气体中包含氮氧化物（NOX）。作为将该NOX净化的排气净化装置之一，已知有一种排气净化装置，其具备配置在内燃机的排气通路中的选择还原催化剂、和用来在选择还原催化剂的上游侧喷射尿素水溶液等由氨得到的液体还原剂的还原剂供给装置。该排气净化装置为下述装置：在选择还原催化剂中使排出气体中的NOX与从液体还原剂生成的氨进行还原反应，将NOX高效地分解为氮及水等。
作为在这样的排气净化装置中使用的还原剂供给装置的一种形态，有以下形式的还原剂供给装置：其具备泵及还原剂喷射阀，将储存罐内的液体还原剂通过泵压送，并且，经由固定在排气管中的还原剂喷射阀将液体还原剂向排气管内供给。
这里，在作为液体还原剂而使用尿素水溶液的情况下，使用冻结温度最低的浓度的尿素水溶液，以便尽可能不发生尿素水溶液的冻结。但是，尿素水溶液的冻结温度即使较低也在-11℃左右，在寒冷地等，在停止尿素水溶液供给的期间，尿素水溶液有可能冻结。此外，在尿素水溶液的供给被停止的期间，还有可能发生以下情况：尿素水溶液中的水分蒸发，浓度上升，尿素水溶液的融点上升，容易冻结。
如果尿素水溶液冻结，则有可能在下次启动时需要长时间的解冻时间，或其体积膨胀而导致还原剂供给装置的构成部件损坏。因此，在内燃机停止时，一般进行将残留在还原剂供给装置内的尿素水溶液向储存罐内吸回的控制。尿素水溶液的吸回控制通过下述方式进行：使压送尿素水溶液的泵反转，或切换尿素水溶液的流路的连接，由此将尿素水溶液的供给路径内减压。该尿素水溶液的吸回控制使还原剂喷射阀成为打开的状态并使泵驱动，实施既定期间（例如，参照专利文献1）。
专利文献1：日本特开2010―007617号公报（段落［0037］、［0047］等）。
这里，如果在还原剂喷射阀的喷孔或还原剂供给路径的中途，尿素水溶液中的尿素结晶化而发生部分性或全局性的堵塞，则在尿素水溶液的吸回动作中，在还原剂供给装置内产生过大的负压。如果在吸回控制的结束时存在过大的负压，则在将泵的驱动停止后会从储存罐内向泵侧再填充尿素水溶液，有可能产生尿素水溶液的冻结、或下次启动时的意外喷射。
发明内容
本发明是为了解决这样的课题而做出的，目的是提供一种在液体还原剂的吸回控制结束后、液体还原剂不易被再填充到泵侧的还原剂供给装置、以及这样的还原剂供给装置的控制方法。
根据本发明，提供一种还原剂供给装置的控制方法，解决了上述课题，所述还原剂供给装置构成为，在内燃机的运转中，将储存罐内的液体还原剂通过泵压送，并且通过还原剂喷射阀将上述液体还原剂向内燃机的排气通路喷射，另一方面，在上述内燃机停止时，将残留在还原剂供给路径内的上述液体还原剂向上述储存罐吸回，所述控制方法的特征在于，在上述内燃机停止时开始上述吸回控制，在上述吸回控制结束时，将连接上述泵和上述储存罐的还原剂通路向大气开放。
即，根据本发明的还原剂供给装置的控制方法，当液体还原剂的吸回控制结束时，将泵与储存罐连接的还原剂通路被向大气开放，所以即使是在还原剂供给路径中残留有过大的负压的情况，也能够防止储存罐内的液体还原剂被再填充到泵侧。
此外，在实施本发明的还原剂供给装置的控制方法时，优选的是，在上述还原剂通路中具备三向切换阀，在执行上述吸回控制时使上述泵与上述储存罐连通，在上述吸回控制结束时，在将上述泵停止后将上述泵侧的还原剂通路向大气开放。这样，如果将三向切换阀切换，则液体还原剂不会向大气开放侧流动，大气开放侧的阀不会由于液体还原剂的冻结、凝固而粘滞。结果，能够减少通路的切换动作的不良状况。
此外，本发明的另一技术方案是一种还原剂供给装置，具备储存液体还原剂的储存罐、将上述储存罐内的液体还原剂压送的泵、和将被压送的上述液体还原剂向内燃机的排气通路内喷射的还原剂喷射阀，在上述内燃机停止时，能够执行将残留在还原剂供给路径内的上述液体还原剂向上述储存罐吸回的控制，其特征在于，在将上述泵与上述储存罐连接的还原剂通路中具备三向切换阀，上述三向切换阀能够切换为将上述泵与上述储存罐连通的第1状态、和将上述泵侧的还原剂通路向大气开放的第2状态；在执行上述吸回控制时设为上述第1状态，另一方面，在上述吸回控制结束时设为上述第2状态。
即，根据本发明的还原剂供给装置，具备当液体还原剂的吸回控制结束时将连接泵和储存罐的还原剂通路向大气开放的三向切换阀，所以即使是在还原剂供给路径中残留有过大的负压的情况下，也能够防止储存罐内的液体还原剂被向泵侧再填充。
此外，在构成本发明的还原剂供给装置时，优选的是，将上述三向切换阀设在比上述储存罐侧的上述还原剂通路的末端更接近于上述泵的位置的上述还原剂通路中。通过在这样的泵侧的位置设置三向切换阀，能够使三向切换阀与泵之间的还原剂通路的容量减小，能够使向泵侧的再填充量变得更少。
附图说明
图1是表示具备有关本发明实施方式的还原剂供给装置的排气净化装置的结构例的整体图。
图2是表示电子控制装置的结构例的框图。
图3是为了说明有关本发明实施方式的还原剂供给装置的控制方法的一例而表示的时序图。
图4是用来说明有关本发明实施方式的还原剂供给装置的控制方法的一例的流程图。
图5是表示有关本发明另一实施方式的还原剂供给装置的结构例的图。
具体实施方式
以下，适当参照附图，对关于本发明的还原剂供给装置及还原剂供给装置的控制方法的实施方式具体地说明。
另外，在各个图中，关于带有相同的附图标记者，只要没有特别说明就表示相同的部件，适当省略了说明。
［第1实施方式］
1.排气净化装置的整体结构
图1是为了说明具备有关本发明第1实施方式的还原剂供给装置20的排气净化装置10的整体结构的一例而表示的图。
排气净化装置10是用来将排出气体中的NOX净化的装置，设在未图示的柴油发动机等内燃机的排气通路11中。排气净化装置10具备夹装在排气通路11的中途的还原催化剂13、和用来向比还原催化剂13靠上游侧的排气通路11内供给液体还原剂的还原剂供给装置20。
还原催化剂13是具有促进排出气体中的NOX的还原的功能的催化剂，是将从液体还原剂生成的氨吸附并将向催化剂流入的排出气体中的NOX通过氨有选择地还原的催化剂。本实施方式的还原剂供给装置20是作为液体还原剂而使用尿素水溶液的装置，尿素水溶液在排气通路11中热分解或水解，由此来生成氨。
2.还原剂供给装置
（1）基本的结构
在图1中，还原剂供给装置20具备收容液体还原剂的储存罐21、将液体还原剂压送的泵单元30、和将液体还原剂向排气通路11内喷射的还原剂喷射阀25。泵单元30具备泵23及流路切换阀33。还原剂喷射阀25、泵23及流路切换阀33由ECU40进行驱动控制。
泵23和储存罐21通过第1还原剂通路27连接，泵23和还原剂喷射阀25通过第2还原剂通路28连接。其中，在第2还原剂通路28中，作为用来检测第2还原剂通路28内的压力、即向还原剂喷射阀25压送的液体还原剂的压力的压力检测机构而设有压力传感器31。泵23和第1还原剂通路27及第2还原剂通路28经由流路切换阀33连接。第1还原剂通路27的储存罐21侧的端部为了能够进行液体还原剂的吸起而位于储存罐21的底面附近。
流路切换阀33具有将由泵23压送的液体还原剂流动的方向切换为从储存罐21侧向还原剂喷射阀25侧流动的正方向、和从还原剂喷射阀25侧向储存罐21侧流动的反方向的功能。在有关本实施方式的还原剂供给装置20中，流路切换阀33构成为，在非通电状态下将第1还原剂通路27连通到泵23的入口侧23a并将第2还原剂通路28连通到泵23的出口侧23b，另一方面，在通电状态下将第1还原剂通路27连通到泵23的出口侧23b并将第2还原剂通路28连通到泵23的入口侧23a。
即，在内燃机的运转状态下，为了将液体还原剂向还原剂喷射阀25侧供给，不进行向流路切换阀33的通电。另一方面，在内燃机停止时，为了将还原剂供给装置20内的液体还原剂向储存罐21内吸回，对流路切换阀33进行通电。
另外，使得在内燃机停止时能够将液体还原剂向储存罐21吸回的结构并不限于设置流路切换阀33的例子。例如也可以构成为，通过使用可反转的泵而构成为，能够将液体还原剂吸回。
此外，在第2还原剂通路28的中途，分支设有另一端连接在储存罐21上的返回通路29。返回通路29的储存罐21侧的端部连接在储存罐21内的气相部分。
另外，在储存罐21上设有换气器等，构成为，将内部的压力保持在大气压。
在返回通路29的中途，设有使流路面积变小的节流部37，提高第2还原剂通路28内的压力。此外，在比节流部37靠储存罐21侧的返回通路29中，设有用来使得液体还原剂不从储存罐21侧向第2还原剂通路28侧流动的单向阀35。单向阀35也可以省略。
另外，在有关本实施方式的还原剂供给装置20中，在泵单元30内设有压力传感器31，但设在第2还原剂通路28的哪个位置都可以。
泵23通过ECU40的通电控制，将既定流量的液体还原剂压送。在本实施方式中，泵23使用电磁驱动泵，驱动占空比越大则泵23的输出（吐出流量）越大。
在液体还原剂的喷射控制时，泵23的输出被实施反馈控制，以将由压力传感器31检测的第2还原剂通路28内的压力值（以下，将该值称作“检测压力”）Pu维持在预先设定的既定的目标压力Pu_tgt。具体而言，一边使被压送到第2还原剂通路28中的液体还原剂经由返回通路29向储存罐21循环，ECU40一边基于由设在第2还原剂通路28中的压力传感器31检测的检测压力Pu与预先设定的既定的目标压力Pu_tgt的差ΔPu对泵23的输出进行PID控制。
此外，在将液体还原剂向储存罐21吸回的情况下，泵23的输出被固定为预先设定的一定的状态。但是，在液体还原剂的吸回控制时，也可以一边观察第2还原剂通路28内的负压的状态一边控制泵23的输出。
还原剂喷射阀25通过通电控制进行开闭控制，将既定量的液体还原剂向排气通路11内喷射。在本实施方式中，还原剂喷射阀25在非通电状态下闭阀，在通电状态下开阀，使用电磁式的开关阀。ECU40基于既定的运算式求出目标喷射量Qdv_tgt，并且以第2还原剂通路28内的检测压力Pu成为目标压力Pu_tgt为前提，按照预先设定的喷射周期，决定与目标喷射量Qdv_tgt对应的驱动占空比，进行还原剂喷射阀25的通电控制。还原剂喷射阀25的驱动占空比，是指一个喷射周期中的开阀时间的比例。
此外，在将泵23与储存罐21连接的第1还原剂通路27中设有三向切换阀39。该三向切换阀39能够在将泵23侧的通路连通到储存罐21侧的第1状态和将泵23侧的通路向大气开放的第2状态下切换。该三向切换阀39是通过ECU40通电控制的，在通电的状态下为第1状态，在将通电停止的状态下为第2状态。
有关本实施方式的还原剂供给装置20中具备的三向切换阀39在泵23侧的第1还原剂通路27被向大气开放的第2状态下，储存罐21侧的通路被切断。
3.电子控制装置（ECU）
图2表示关于本实施方式的ECU40中的与液体还原剂的吸回控制关联的部分用功能性的框表示的结构例。
该ECU40是以周知的微型计算机为中心构成的，由回收控制指示部41、流路切换阀控制部43、泵驱动控制部45、还原剂喷射阀驱动控制部47和三向切换阀驱动控制部49构成。具体而言，这各个部分是通过微型计算机执行程序来实现的。
此外，在ECU40中，具备RAM（随机存取存储器）及ROM（只读存储器）等未图示的存储元件及计时器、用来进行向泵23、流路切换阀33、还原剂喷射阀25、三向切换阀39的通电的驱动电路等。此外，在ECU40中，被输入内燃机的钥匙开关的开闭信号及压力传感器31的传感器值，将检测压力Pu等的值存储到存储元件中。
回收控制指示部41例如以内燃机的钥匙开关成为“闭”为契机，生成液体还原剂的回收控制的开始指令Sp1。此外，回收控制指示部41当经过了预先设定的既定时间时，生成回收控制的结束指令Sp2。
流路切换阀控制部43在内燃机停止时，在从生成回收控制的开始指令Sp1起到生成回收控制的结束指令Sp2为止的期间中，使流路切换阀33为通电状态，将用来使液体还原剂维持反方向流动的控制信号对流路切换阀的驱动电路输出。
泵驱动控制部45在内燃机停止时，在从生成回收控制的开始指令Sp1起到生成回收控制的结束指令Sp2为止的期间中，对泵的驱动电路输出控制信号，以便以预先设定的一定的输出将泵23驱动。
还原剂喷射阀驱动控制部47在内燃机停止时，在从生成回收控制的开始指令Sp1起到生成回收控制的结束指令Sp2为止的期间中，对还原剂喷射阀的驱动电路输出用来将还原剂喷射阀25在开阀状态下保持的控制信号。在本实施方式中，还原剂喷射阀驱动控制部47在向流路切换阀33的通电及泵23的驱动开始后，稍稍延迟而使还原剂喷射阀25成为开阀状态。
三向切换阀驱动控制部49在内燃机停止时，在从生成回收控制的开始指令Sp1起到生成回收控制的结束指令Sp2为止的期间中，向三向切换阀39通电，对三向切换阀的驱动电路输出用来使泵23与储存罐21连通的控制信号。另一方面，三向切换阀驱动控制部49在回收控制的结束时，使向三向切换阀39的通电停止，将泵23侧的第1还原剂通路27向大气开放。
4.还原剂供给装置的控制方法
（1）吸回控制的概要
以下，在有关本实施方式的还原剂供给装置20中，对由ECU40执行的液体还原剂的吸回控制的概要进行说明。
图3分别表示还原剂喷射阀25发生堵塞时及不发生堵塞时的各情况下的第2还原剂通路28内的检测压力Pu的随时间的变化、流路切换阀33的驱动状态、还原剂喷射阀25的驱动状态、泵23的驱动状态和三向切换阀39的驱动状态。在表示检测压力Pu的随时间的变化的曲线图中，实线A表示不发生堵塞时，虚线B表示发生堵塞时的检测压力Pu的推移。
在t0的时点，如果将内燃机的钥匙开关关闭，则还原剂喷射阀25被暂时关闭，并且泵23的输出被设定为预先设定的值（占空比=N）。接着，在t1的时点向流路切换阀33开始通电，使得液体还原剂从还原剂喷射阀25侧向储存罐21侧流动。从该t1的时点起，第2还原剂通路28内的检测压力Pu开始下降。
然后，在t2的时点，将还原剂喷射阀25开阀。此时，第2还原剂通路28内的检测压力Pu比大气压Pair低，成为负压状态。从开始向流路切换阀33的通电到将还原剂喷射阀25开阀隔开时间是因为，如果在第2还原剂通路28内为正压的状态下将还原剂喷射阀25开阀，则液体还原剂会漏出到排气通路11内。通过将还原剂喷射阀25开阀，经由还原剂喷射阀25的喷孔将排出气体（空气）向还原剂供给路径内导入，能够将液体还原剂高效地向储存罐21吸回。
然后，只要在还原剂喷射阀25中不发生堵塞，第2还原剂通路28内的检测压力Pu就仍然维持在比较小的负压状态下（参照实线A）。另一方面，如果在还原剂喷射阀25中发生堵塞，则第2还原剂通路28内成为过大的负压状态（参照虚线B）。
然后，在经过了预先设定的既定时间的t3的时点，将泵23的驱动停止（占空比=0）后，再在t4的时点，将向三向切换阀39的通电停止，将泵23侧的第1还原剂通路27向大气开放。由此，第2还原剂通路28内的检测压力Pu回到大气压Pair。此时，由于泵23侧的第1还原剂通路27不连通到储存罐21，所以即使是在还原剂喷射阀25中发生堵塞、第2还原剂通路28内成为过大的负压状态的情况，储存罐21内的液体还原剂也不会被再填充到泵23侧。
然后，在t5的时点，将向流路切换阀33的通电停止，并将还原剂喷射阀25闭阀，结束液体还原剂的吸回控制。
（2）流程图
接着，基于图4的流程图对由ECU40执行的液体还原剂的吸回控制的具体例进行说明。以下的流程图所示的液体还原剂的吸回控制在内燃机停止时执行。
首先，ECU40如果在图4的步骤S11中检测到内燃机的停止，则在步骤S12中生成回收控制的开始指令Sp1。接着，ECU40在步骤S13中，使流路切换阀33成为通电停止状态，使还原剂喷射阀25成为闭阀状态，使三向切换阀39成为通电状态。
接着，ECU40在步骤S14中，将泵23的输出设置为预先设定的既定的值（占空比=N），驱动泵23。接着，ECU40在步骤S15中，向流路切换阀33开始通电，将流路切换，以使液体还原剂从还原剂喷射阀25侧向储存罐21侧流动。由此，开始由泵23进行的液体还原剂的吸回。在执行吸回控制的期间中，将第2还原剂通路28内的检测压力Pu维持在负压状态。
然后，ECU40在步骤S16中，使还原剂喷射阀25成为通电状态而使其开阀。使还原剂喷射阀25的开阀延迟是因为，如果在第2还原剂通路28内为正压的状态下开阀，则液体还原剂有可能漏出到排气通路11内。但是，使开阀时机延迟在本发明中不是必须的事项。
接着，ECU40在步骤S17中，在从开始液体还原剂的吸回起经过了既定时间的时点生成回收控制的结束指令Sp2，随之，在步骤S18中，将泵23的驱动停止。进而，ECU40在步骤S19中，将向三向切换阀39的通电停止。由此，泵23侧的第1还原剂通路27被向大气开放，即使第2还原剂通路28内成为过大的负压状态，储存罐21内的液体还原剂也不会被再填充到泵23侧。
接着，ECU40在步骤S20中，将向流路切换阀33的通电停止，并且在步骤S21中，将向还原剂喷射阀25的通电停止，结束液体还原剂的吸回控制。
5.效果
如以上说明的那样，有关本实施方式的还原剂供给装置20及还原剂供给装置20的控制方法，在内燃机停止时执行液体还原剂的吸回控制时，在吸回控制的结束时使将泵23与储存罐21连接的第1还原剂通路27向大气开放。因而，即使是例如因还原剂喷射阀25的堵塞等而在第2还原剂通路28内产生了过大的负压的情况下，也能够防止储存罐21内的液体还原剂被再填充到泵23侧。
此外，在有关本实施方式的还原剂供给装置20的控制方法中，在液体还原剂的吸回控制结束时，在将泵23停止后，将向三向切换阀39的通电停止，将泵23侧的第1还原剂通路27向大气开放。因而，能可靠地防止液体还原剂向大气开放侧流动，能够降低因液体还原剂的冻结、凝固而使得大气开放侧的阀粘滞的可能性。
有关本实施方式的还原剂供给装置20及还原剂供给装置20的控制方法不过是例示本发明的一种形态，上述实施方式能够在本发明的主旨的范围内变更。
例如，在上述实施方式中，将三向切换阀39在储存罐21内设在第1还原剂通路27中，但也可以如图5所示，将三向切换阀39设在比储存罐21侧的第1还原剂通路27的端部更接近于泵23的位置的第1还原剂通路27中。如果这样配置三向切换阀39，则能够使三向切换阀39与泵23之间的第1还原剂通路27的容量变小，能够使向泵23侧的再填充量变得更少。

Claims (3)

1.一种还原剂供给装置的控制方法，所述还原剂供给装置构成为，在内燃机的运转中，将储存罐内的液体还原剂通过泵压送，并且通过还原剂喷射阀将上述液体还原剂向内燃机的排气通路喷射，另一方面，在上述内燃机停止时，将残留在还原剂供给路径内的上述液体还原剂向上述储存罐吸回，所述控制方法的特征在于，
在上述内燃机停止时开始上述吸回控制，在上述吸回控制结束时，将连接上述泵和上述储存罐的还原剂通路向大气开放，
在上述还原剂通路中具备三向切换阀，在执行上述吸回控制时使上述泵与上述储存罐连通，在上述吸回控制结束时，在将上述泵停止后将上述泵侧的还原剂通路向大气开放。
2.一种还原剂供给装置，具备储存液体还原剂的储存罐、将上述储存罐内的液体还原剂压送的泵、和将被压送的上述液体还原剂向内燃机的排气通路内喷射的还原剂喷射阀，在上述内燃机停止时，能够执行将残留在还原剂供给路径内的上述液体还原剂向上述储存罐吸回的控制，其特征在于，
在将上述泵与上述储存罐连接的还原剂通路中具备三向切换阀，上述三向切换阀能够切换为将上述泵与上述储存罐连通的第1状态、和将上述泵侧的还原剂通路向大气开放的第2状态；
在执行上述吸回控制时设为上述第1状态，另一方面，在上述吸回控制结束时设为上述第2状态。
3.如权利要求2所述的还原剂供给装置，其特征在于，
上述三向切换阀设置在比上述储存罐侧的上述还原剂通路的末端更接近于上述泵的位置的上述还原剂通路中。
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