JP2008202469A

JP2008202469A - 還元剤経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法

Info

Publication number: JP2008202469A
Application number: JP2007038319A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kitazawa; 英一北澤
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: EP2131021A4; KR20090081420A; KR101035487B1; US20100071349A1; EP2131021A1; WO2008102719A1; CN101617105A; EP2131021B1; US8161735B2; JP4165896B2; ATE553289T1; CN101617105B

Abstract

【課題】供給ライン及び戻しラインのいずれかの箇所で詰まりを生じている場合に、適確に詰まりを検出するとともに詰まり箇所を推定することができる還元剤経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法を提供する。
【解決手段】圧力値が所定の値に維持されるようにポンプをＤＵＴＹ制御するポンプ駆動制御手段と、ポンプの駆動ＤＵＴＹが還元剤噴射弁の開度に応じた所定のしきい値未満となっているか否かを判別する駆動ＤＵＴＹ判定手段と、ポンプの駆動ＤＵＴＹがしきい値未満と判別された場合に、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開した後、圧力センサによって検出される圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出するための圧力低下量演算手段と、圧力低下量演算手段によって算出された圧力低下量をもとに、第１還元剤経路又は第２還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する詰まり判定手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法に関する。特に、還元剤を低温に保つための戻し経路を備えた排気浄化システムにおける経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境に影響を与えるおそれのある窒素酸化物（以下、ＮＯ_Xと称する）が含まれている。このＮＯ_Xを浄化するために用いられる排気浄化システムとして、尿素水溶液を還元剤として排気ガス中に噴射混合し、ＮＯ_Xを触媒で選択的に還元浄化する排気浄化システム（ＳＣＲシステム）が知られている。

ここで、尿素水溶液を還元剤として用いる場合、尿素水溶液が高温になると加水分解を生じて結晶化し、還元剤供給経路や噴射ノズルで目詰まりを生じるおそれがある。そこで、図６に示すように、排気通路４２０中に尿素水溶液を供給する手段としてインジェクタ４３２を用い、尿素水溶液を貯蔵タンク４３０からライン４３１経由でインジェクタ４３２に供給する手段と、尿素水溶液をインジェクタ４３２から貯蔵タンク４３０に戻す手段とを備え、尿素水溶液の温度を十分低く維持するために十分な供給速度及び戻し速度によって、尿素水溶液をインジェクタ４３２から貯蔵タンク４３０に戻すことを行うＮＯ_X排出を削減する装置及び方法が開示されている（特許文献１参照）。

特表２００１−５１８８３０号公報（全文全図）

ところで、近年、排気ガスの清浄度に対する規制が厳しくなっており、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xの量を従来よりも低減することが求められている。上記のような排気浄化システムでは、還元剤供給装置内で目詰まりを生じると排気ガス中のＮＯ_Xが還元されずにそのまま大気中に放出されるおそれがあることから、還元剤供給装置内で目詰まりを生じていないかを適確に判定する方法が必要とされている。
特許文献１に開示されたＮＯ_X排出を削減する装置では、尿素水溶液の加水分解による目詰まりが生じにくくなってはいるものの、目詰まりを生じるおそれは皆無ではなく、また、尿素水溶液の加水分解でなくとも、排気ガス中のすす等による目詰まりを生じるおそれもある。したがって、還元剤供給装置内で目詰まりを生じた場合に、適確に目詰まりを検出する方法が必要とされている。

また、還元剤の供給ライン又は戻しラインで詰まりが発生している場合に、いずれのラインで詰まりが発生しているかが不明であると、結局のところ、それぞれのラインを検査したり、修理交換したりする必要があり、効率が悪くなるおそれがある。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、供給ライン及び戻しラインを備えた排気浄化システムにおいて、ポンプの駆動ＤＵＴＹの異常を検知し、所定状態での供給ライン内の圧力変化を観察することにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、供給ライン及び戻しラインのいずれかの箇所で詰まりを生じている場合に、適確に詰まりを検出するとともに詰まり箇所を推定し、修理交換作業を効率化することができる還元剤経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法を提供することである。

本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、ポンプから圧送された還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁の間に配設された第１還元剤経路と、第１還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、還元剤噴射弁に接続され還元剤を循環させるための第２還元剤経路と、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定装置であって、圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるようにポンプをＤＵＴＹ制御するポンプ駆動制御手段と、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する駆動ＤＵＴＹ判定手段と、ポンプの駆動ＤＵＴＹがしきい値未満と判別された場合に、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開した後、圧力センサによって検出される圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出するための圧力低下量演算手段と、圧力低下量演算手段によって算出された圧力低下量をもとに、第１還元剤経路又は第２還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する詰まり判定手段と、を備えることを特徴とする還元剤経路の詰まり判定装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置を構成するにあたり、ポンプ駆動検知手段は、還元剤噴射弁が所定の開度以上に開かれた状態のときに、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値以上となっているか否かを判別することが好ましい。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置を構成するにあたり、詰まり判定手段は、圧力低下量演算手段によって算出された圧力低下量が所定の基準値未満のときに、第１還元剤経路に詰まりが生じていると判定することが好ましい。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置を構成するにあたり、ポンプ駆動検知手段は、還元剤噴射弁が閉じられる一方、第２還元剤経路を介して還元剤が循環可能な状態のときに、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値以上となっているか否かを判別することが好ましい。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置を構成するにあたり、詰まり判定手段は、圧力低下量演算手段によって算出された圧力低下量が所定の基準値以上の場合に第２還元剤経路が詰まっていると判定し、基準値未満の場合に第１還元剤経路が詰まっていると判定することが好ましい。

また、本発明の別の態様は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、ポンプから圧送された還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁の間に配設された第１還元剤経路と、第１還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、還元剤噴射弁に接続され還元剤を循環させるための第２還元剤経路と、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定方法であって、圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるようにポンプの駆動をＤＵＴＹ制御し、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する工程と、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっていると判別された場合に、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開し、圧力センサによって検出される第１還元剤経路内の圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出する工程と、算出された圧力低下量をもとに、第１還元剤経路又は第２還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する工程と、を含むことを特徴とする還元剤経路の詰まり判定方法である。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定方法を実施するにあたり、排気通路に配設されたＮＯ_X触媒の温度が所定の基準値以上のときに詰まり判定を行うことが好ましい。

本発明の還元剤経路の詰まり判定装置によれば、ポンプが所望の駆動ＤＵＴＹを示していないときにテストモードに移行させ、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開したときのポンプから還元剤噴射弁に通じる第１還元剤経路内の圧力変化を検知することにより、第１還元剤経路又は第２還元剤経路のいずれかの箇所で詰まりを生じているか否かを推定することができる。したがって、詰まり箇所の特定作業を省略したり、修理交換する部品点数を少なくしたりして、保守作業の効率化を図ることができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置において、還元剤噴射弁が所定の開度以上に開かれているときのポンプの駆動ＤＵＴＹの異常を検知することにより、第１還元剤経路の詰まりのおそれを判別することができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置において、所定の状態で第１還元剤経路内の圧力低下量が所定の基準値以上となっているかを判別することにより、第１還元剤経路での詰まりをより正確に推定することができる。したがって、詰まりのおそれのある第１還元剤経路を選択して修理、交換を適確に行うことができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置において、還元剤噴射弁が閉じられ、かつ、還元剤が循環可能な状態でのポンプの駆動ＤＵＴＹの異常を検知することにより、第１還元剤経路及び第２還元剤経路のいずれかの箇所における詰まりのおそれを判別することができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置において、所定の状態で第１還元剤経路内の圧力低下量が所定の基準値以上となっているか否かを判別することにより、第１還元剤経路又は第２還元剤経路の詰まりをより正確に推定することができる。したがって、詰まりのおそれのある第１還元剤経路又は第２還元剤経路を選択して修理、交換を適確に行うことができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定方法によれば、ポンプが所望の駆動ＤＵＴＹを示していないときにテストモードに移行させ、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開したときのポンプから還元剤噴射弁に通じる第１還元剤経路内の圧力変化を検知することにより、第１還元剤経路又は第２還元剤経路のいずれかの箇所で詰まりを生じているか否かを推定することができる。したがって、詰まり箇所の特定作業を省略したり、修理交換する部品点数を少なくしたりして、保守作業の効率化を図ることができる。

また、本発明の還元剤経路の詰まり判定方法において、ＮＯ_X触媒温度が所定範囲の温度にある状態で詰まり判定を行うことにより、テスト時に還元剤の噴射量を増加した場合であっても、還元剤が還元反応に用いられず、大気中に放出されるアンモニアの量を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の還元剤経路の詰まり判定装置及び詰まり判定方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．還元剤経路の詰まり判定装置
（１）排気浄化システムの全体構成
まず、本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置を備えた排気浄化システム（以下、単に「システム」と称する場合がある。）の構成例について図１を参照しつつ説明する。
図１に示す排気浄化システム１０は、尿素水溶液を還元剤として用い、排気ガスを還元剤とともにＮＯ_X触媒１３を通過させてＮＯ_Xを選択的に還元する排気浄化システム１０である。この排気浄化システム１０は、内燃機関に接続された排気通路１１の途中に配設され、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元するためのＮＯ_X触媒１３と、ＮＯ_X触媒１３の上流側で排気通路１１中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁３１を含む還元剤供給装置２０とが備えられている。また、排気通路１１のＮＯ_X触媒１３の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ１５、１６が配置されるとともに、ＮＯ_X触媒１３の下流側にはＮＯ_Xセンサ１７が配置されている。このうち、ＮＯ_X触媒１３や温度センサ１５、１６、ＮＯ_Xセンサ１７の構成は特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。

また、還元剤供給装置２０は、還元剤噴射弁３１を含む噴射モジュール３０と、還元剤が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤噴射弁３１に対して圧送するポンプ４１を含むポンプモジュール４０と、還元剤噴射弁３１から噴射する還元剤の噴射量を制御するために、噴射モジュール３０やポンプモジュール４０の制御を行うコントロールユニット（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０を備えている。また、ポンプモジュール４０と噴射モジュール３０とは第１の供給経路（第１還元剤経路）５８によって接続され、貯蔵タンク５０とポンプモジュール４０とは第２の供給経路５７によって接続され、さらに、噴射モジュール３０と貯蔵タンク５０とは循環経路（第２還元剤経路）５９によって接続されている。

また、図１に示す排気浄化システム１０の例では、ＤＣＵ６０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）６５に接続されている。このＣＡＮ６５には、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ：Engine Control Unit」と称する場合がある。）７０が接続されており、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関の運転状態に関する情報が書き込まれるようになっているだけでなく、排気浄化システム１０に備えられたあらゆるセンサ等の情報も書き込まれるようになっている。また、ＣＡＮ６５では入力される信号値がＣＡＮ６５の規格範囲内にあるか否かを判別できるようになっている。そして、ＣＡＮ６５に接続されたＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５上の情報を読み込み、また、ＣＡＮ６５上に情報を出力できるようになっている。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが別のコントロールユニットからなり、ＣＡＮ６５を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とを一つのコントロールユニットとして構成しても構わない。

貯蔵タンク５０には、タンク内の還元剤の温度を検知するための温度センサ５１や還元剤の残量を検知するためのレベルセンサ５５、還元剤の粘度や濃度等の品質を検知するための品質センサ５３が備えられており、これらのセンサによって検知された値は信号として出力されＣＡＮ６０上に書き込まれるようになっている。これらのセンサについては、公知のものを適宜使用することができる。
なお、本発明の排気浄化システムは、還元剤として尿素水溶液が用いられる。

また、ポンプモジュール４０は、還元剤噴射弁３１に還元剤を供給する経路に、ポンプ４１と、ポンプ４１の下流側の第１の供給経路５８内の圧力（以下、「還元剤の圧力」と称する場合がある。）を検知するための圧力センサ４３と、圧送される還元剤の温度を検知するための温度センサ４５と、ポンプ４１の下流側の第１の供給経路５８の途中に配置された異物捕集フィルタ４７と、ポンプ４１の下流側の還元剤の圧力が所定値を越えたときに、還元剤の一部をポンプ４１の下流側から上流側に戻して圧力を低下させるための圧力制御弁４９とを備えている。

このうち、ポンプ４１は電動ギアポンプからなり、ＤＣＵ６０から送られてくる信号によってＤＵＴＹ制御されるようになっている。このポンプ４１の駆動ＤＵＴＹは、圧力センサ４３によって検出される第１の供給経路５８内の圧力値が所定の値に維持されるようにフィードバック制御されるようになっている。すなわち、第１の供給経路５８内の圧力が低下するような状態においては、ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが大きくなるように制御され、第１の供給経路５８内の圧力が上昇するような状態においては、ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが小さくなるように制御される。
なお、「ポンプの駆動ＤＵＴＹ」とは、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御において、１周期当たりに占めるポンプの駆動時間の割合を意味している。

また、圧力センサ４３や温度センサ４５については公知のものを適宜使用することができる。これらのセンサによって検出された値についても信号として出力され、ＣＡＮ６０上に書き込まれるようになっている。さらに、圧力制御弁４９についても制限されるものではなく、例えば、公知のチェック弁等を用いることができる。

また、ポンプモジュール４０の還元剤を還元剤噴射弁３１から貯蔵タンク５０に戻す循環経路５９の途中には、貯蔵タンク５０に戻される還元剤の流量に応じて開度を調整可能なリターンバルブ７１が配置されている。このリターンバルブ７１は、還元剤噴射弁３１による噴射量が多いときには噴射前の還元剤が高温に晒される可能性が低いために、その開度は小さくされる。したがって、ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが低く保たれ、エネルギのロスを低減することができる。一方、還元剤噴射弁３１による噴射量が少ないときには噴射前の還元剤が滞留して高温に晒される可能性が高くなるために、リターンバルブ７１の開度は大きくされる。
使用可能なリターンバルブ７１としては、例えば電磁弁が挙げられる。

また、噴射モジュール３０は、ポンプモジュール４０側から圧送されてくる還元剤が貯留される貯留室３３と、貯留室３３に接続された還元剤噴射弁３１と、貯留室３３の下流側に配置された温度センサ３７とを備えている。
還元剤噴射弁３１は、例えば、ＤＵＴＹ制御により開弁のＯＮ−ＯＦＦを制御するＯＮ−ＯＦＦ弁からなるものである。また、貯留室３３ではポンプモジュール４０から圧送されてきた還元剤が所定の圧力で蓄えられるようになっており、ＤＣＵ６０から送られてくる制御信号によって還元剤噴射弁３１が開かれたときに還元剤が排気通路１１中に噴射されるようになっている。
なお、噴射モジュール３０に備えられた温度センサ３７を省略することもできる。

また、噴射モジュール３０と貯蔵タンク５０との間に配設された循環経路５９は、ポンプモジュール４０によって圧送される還元剤のうち噴射モジュール３０の還元剤噴射弁３１から噴射される還元剤以外の還元剤が排気熱等の影響を受けて高温に晒されることがないように、貯蔵タンク５０に還流させるために備えられている。この循環経路５９を介して貯蔵タンク５０に戻される還元剤の量を制御するために、循環経路５９の途中に、上述したリターンバルブ７１が配置されている。

また、ＤＣＵ６０は、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射されるように、ＣＡＮ６５上に存在する様々な情報をもとに還元剤噴射弁３１の動作制御を行うことができるようになっている。また、本発明の実施の形態におけるＤＣＵ６０は、さらに還元剤経路の詰まり判定装置（以下、単に「詰まり判定装置」と称する場合がある。）としての機能を備えている。

このＤＣＵ６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、図１では、還元剤噴射弁３１の動作制御及びポンプ４１の駆動制御、さらに、還元剤経路の詰まり判定に関する部分について、機能的なブロックに表された構成例が示されている。
すなわち、本発明の実施の形態におけるＤＣＵ６０は、ＣＡＮ情報取出生成部（図１では「CAN情報取出生成」と表記）と、還元剤経路詰まり判定部（図１では「Udp詰まり判定」と表記）と、ポンプ駆動制御部（図１では「ポンプ駆動制御」と表記）と、還元剤噴射弁動作制御部（図１では「Udv動作制御」と表記）と、リターンバルブ駆動制御部（図１では「Rtv動作制御」と表記）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を主要な構成要素として構成されている。そして、これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプログラムの実行によって実現されるものである。

ＣＡＮ情報取出生成部は、第１の供給経路５８内の還元剤の圧力に関する情報をはじめとして、ＣＡＮ６５上に存在する情報を読み込み、各部に対して出力するようになっている。
また、ポンプ駆動制御部は、ＣＡＮ情報生成部から出力される第１の供給経路５８内の還元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込み、この圧力情報をもとにポンプ４１をフィードバック制御し、第１の供給経路５８、循環経路５９及び貯留室３３内の還元剤の圧力がほぼ一定の状態に維持されるようになっている。本実施形態の排気浄化システムのポンプ４１は電動ポンプであるため、出力される圧力値が目標値よりも低い場合には、圧力を上昇させるべく電動ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが大きくなるように制御され、逆に、出力される圧力値が目標値を超える場合には、圧力を低下させるべく電動ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが小さくなるように制御される。

還元剤噴射弁動作制御部は、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、貯蔵タンク５０内の還元剤に関する情報や排気ガス温度、ＮＯ_X触媒温度、ＮＯ_X触媒下流側でのＮＯ_X濃度に関する情報、さらには内燃機関の運転状態に関する情報等を読み込み、排気ガス中のＮＯ_Xを還元するために必要な量の還元剤を還元剤噴射弁３１から噴射させるための制御信号を生成し、還元剤噴射弁３１を操作するための還元剤噴射弁操作装置（図１では「Udv操作装置」と表記）６７やリターンバルブ駆動制御部、還元剤経路詰まり判定部に対して出力するように構成されている。また、この還元剤噴射弁動作制御部では、還元剤噴射弁操作装置６７に指示した還元剤の噴射指示量（以下、単に「還元剤噴射指示量」と称する場合がある。）の積算が行われるように構成されている。
なお、還元剤噴射弁動作制御部は、還元剤噴射弁３１の通常の噴射モードの他に、全閉モードにも切り替えられるようになっているが、全閉モードで、還元剤が実際に噴射されない状態になっている場合においても、上述の還元剤噴射指示量の積算は行われるようになっている。

また、リターンバルブ駆動制御部は、第１の供給経路５８及び循環経路５９内の還元剤の温度や還元剤噴射弁３１から噴射させる噴射指示値に応じてリターンバルブ７１の制御信号を生成し、リターンバルブ７１を操作するためのリターンバルブ操作装置（図１では「Rtv操作装置」と表記）６９や還元剤経路詰まり判定部に対して出力するように構成されている。例えば、還元剤噴射弁動作制御部から出力される還元剤噴射指示値が少ない場合や、ポンプモジュール４０及び噴射モジュール３０に備えられた温度センサによって測定される還元剤の温度が高い値を示している場合などに、噴射される前の還元剤が高温になって加水分解を生じないようにリターンバルブ７１を所定程度開弁し、還元剤を循環させるようになっている。

この図１に示す構成の排気浄化システム１０による排気ガスの浄化は以下のとおり行われる。
内燃機関の運転時において、貯蔵タンク５０内の還元剤は、ポンプ４１によって汲み上げられ、噴射モジュール３０側に圧送される。このとき、ポンプモジュール４０に備えられたポンプ４１の下流側の圧力センサ４３による検出値をフィードバックし、検出値が所定値未満の場合にはポンプ４１の出力を高める一方、圧力値が所定値を超える場合には圧力制御弁４９によって減圧される。これによって、噴射モジュール３０側に圧送される還元剤の圧力がほぼ一定の値に維持されるように制御される。

また、ポンプモジュール４０から噴射モジュール３０に圧送された還元剤は、還元剤の貯留室３３に流入してほぼ一定の圧力に維持され、還元剤噴射弁３１が開いたときに常に排気通路１１内に噴射されるようになっている。一方、還元剤は、リターンバルブ７１によって流量を制御されながら、循環経路５９を介して貯蔵タンク５０に還流しているため、排気通路１１中に噴射されない還元剤が貯留室３３に滞留し、排気熱によって高温に晒されることがないようになっている。

還元剤が、ほぼ一定の圧力値で貯留室３３中に貯留している状態で、ＤＣＵ６０は、内燃機関の運転状態や排気温度、ＮＯ_X触媒１３の温度、さらにはＮＯ_X触媒１３の下流側で測定される、還元されずにＮＯ_X触媒１３を通過したＮＯ_X量等の情報をもとに噴射すべき還元剤量を決定し、それに応じた制御信号を生成して還元剤噴射弁操作装置６７に対して出力する。そして、還元剤噴射弁操作装置６７によって還元剤噴射弁３１のＤＵＴＹ制御が行われ、適切な量の還元剤が排気通路１１中に噴射される。排気通路１１中に噴射された還元剤は、排気ガスに混合された状態でＮＯ_X触媒１３に流入し、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xの還元反応に用いられる。このようにして、排気ガスの浄化が行われるものである。

（２）詰まり判定装置
ここで、本発明の実施の形態のＤＣＵ６０では、還元剤経路詰まり判定部（以下、単に「詰まり判定部」と称する。）が備えられている。この詰まり判定部は、ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値（「判定基準値D」と称する場合がある。）を下回っているときに、ポンプ４１の駆動を停止するとともに還元剤噴射弁３１を全開にした状態で、ＣＡＮ情報生成部から出力される還元剤の圧力情報をもとに後述する所定の演算を行い、第１の供給経路（第１還元剤経路）５８及び循環経路（第２還元剤経路）５９のいずれかの箇所で詰まりが発生しているか否かを判定するように構成されている。この還元剤経路詰まり判定部は、図２に示すように、駆動ＤＵＴＹ判定手段（図２では「ＤＵＴＹ判定」と表記）と、圧力低下量演算手段（図２では「圧力低下量演算」と表記）と、詰まり判定手段（図２では「詰まり判定」と表記）と、タイマカウンタ部（図２では「タイマカウンタ」と表記）とを含むものである。

駆動ＤＵＴＹ判定手段は、ポンプの駆動ＤＵＴＹを所定のしきい値と比較して、ポンプが適切に駆動されているかを判別するためのものである。本実施形態の排気浄化システムは、ポンプの駆動ＤＵＴＹに影響を与える要素として、還元剤噴射弁と還元剤の戻し量を調整するためのリターンバルブとを備えていることから、本実施形態の駆動ＤＵＴＹ判定手段は、還元剤噴射弁の開度が規定値以上にあるか、又はリターンバルブの開度が規定値以上にあるときに、ポンプの駆動ＤＵＴＹがしきい値以上となっているか否かを判別するようになっている。
すなわち、還元剤噴射弁又はリターンバルブを介して高流量の燃料が流れていると想定される状態で、還元剤を圧送すべきポンプ４１の駆動ＤＵＴＹがそれほど高くない場合、すなわち、圧力センサによって検出される圧力値が噴射制御可能な最低圧力以上に維持されている場合には、制御状態に矛盾が生じていることから、還元剤経路に詰まりが発生していると判定するようになっている。

また、圧力低下量演算手段は、上述の駆動ＤＵＴＹの異常検知後、還元剤噴射弁が噴射モードにある状態でポンプを停止させ、還元剤噴射弁を全開にするとともにリターンバルブを全閉した後、後述する所定の条件を満たしたときにおける圧力の開始値（以下、「lbint」と称する場合がある。）と所定時間経過後に検出される圧力値Pとの差（圧力低下量：以下、「UPD」と称する場合がある。）の演算を行うものである。
また、本実施形態のＤＣＵにおける、詰まり判定部に備えられた詰まり判定手段は、UPDの値が所定の詰まり判定基準値D以下であるか否かを判別して、第１の供給経路及び循環経路のいずれかの箇所で詰まりが発生しているか否かを判定するものである。

また、この詰まり判定部にはＲＡＭが接続されており、ＣＡＮ情報生成部から出力された還元剤の圧力情報が、所定の時期において書き込まれ、記憶されるようになっている。具体的には、ポンプの駆動を停止したときの圧力値が初期値（以下、「Init」と称する場合がある。）として記憶され、その後、Initと検出される圧力値Pとの差が所定値N以上になったときに検出された圧力値が開始値（lbint）として記憶されるものである。さらに、圧力低下量演算手段によって演算された圧力低下量UPDについても記憶されるようになっている。
また、タイマカウンタ部は、還元剤の圧力低下量を求める際の時間の計測に用いられ、本実施形態のＤＣＵの例では、タイマ１、タイマ２を作動させることができるようになっている。

２．詰まり判定方法
次に、本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置による還元剤経路の詰まり判定方法のルーチンの一例について、図３に示す制御フローを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。

まず、スタート後のステップＳ１００において、還元剤噴射弁の開度Udvopnが規定値Udvopn0以上か、又はリターンバルブの開度Rtvopnが規定値Rtvopn0以上となっているか否かを判別する。どちらの条件も満たしていない場合にはスタート位置に戻される一方、いずれかの条件を満たしている場合にはステップＳ１０１に進む。

ステップＳ１０１では、還元剤の圧力値Pが規定値P0以上となっているか否かが判別され、P＜P0の場合にはスタート位置に戻される一方、P≧P0の場合にはステップＳ１０２に進む。
次いで、ステップＳ１０２では、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値duty0未満となっているか否かを判別する。駆動ＤＵＴＹがしきい値duty0未満の場合には、制御状態に矛盾があり、還元剤経路の詰まりのおそれがあるために、ステップＳ１０３以降のテストモードに移行される。一方、駆動ＤＵＴＹがしきい値duty0以上となっている場合には、正常な制御状態にあるとされてスタート位置に戻される。

テストモードに移行したステップＳ１０３では、まず、タイマ１を作動させる。次いで、ステップＳ１０４ではタイマ１が終了したか否かを判別し、作動中である場合にはステップＳ１０５に進み、還元剤噴射弁の開度Udvopn及びリターンバルブRtvopnの開度が規定値Udvopn0及びRtvopn0よりも小さいか、又は、ポンプの駆動ＤＵＴＹがしきい値duty0以上か、又は、還元剤の圧力値Pが規定値P0未満となっているかが判別される。いずれかの条件に該当する場合には、ステップＳ１０６でタイマ１をリセットした後スタート位置に戻される。一方、いずれの条件にも該当しない場合にはステップＳ１０４に戻され、タイマ１が終了するまで判別が繰り返される。

タイマ１が終了すると、ステップＳ１０７では、ＮＯ_X触媒の温度Tが規定値T0以上であるか否かが判別される。触媒温度Tが規定値T0未満の場合には、還元剤の噴射量を増やすと、還元剤がＮＯ_Xの還元に用いられずそのまま触媒をスリップするおそれがあることから、テストモードを中断してスタート位置に戻される。一方、触媒温度Tが規定値T0以上の場合には、ステップＳ１０８でポンプを停止した後、ステップＳ１０９で還元剤噴射弁を全開にし、次いで、ステップＳ１１０でリターンバルブを全閉にする。

次いで、ステップＳ１１１で、このときの還元剤の圧力Pをlbintとして記録するとともに、ステップＳ１１２でタイマ２を作動させる。次いで、ステップＳ１１３でタイマ２が終了するまで判別を繰返し、タイマ２が終了した場合にはステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１４では、タイマ２が終了した時点での還元剤の圧力値Pとlbintとの差が、詰まり判定基準値D以上となっているか否かが判別される。そして、還元剤の圧力値Pとlbintとの差が詰まり判定基準値D以上となっている場合には、第１の供給経路内の還元剤が還元剤噴射弁から噴射された結果、還元剤の圧力が低下したものであり、ポンプから還元剤噴射弁までの第１の供給経路に詰まりは生じていないことから、循環経路が詰まっているものと推定する。一方、還元剤の圧力値Pとlbintとの差が詰まり判定基準値D未満となっている場合には、還元剤噴射弁を全開したにもかかわらず還元剤が噴射されていないことから、第１供給経路が詰まっているものと推定する。

［第２の実施の形態］
１．還元剤経路の詰まり判定装置
本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置を備えた排気浄化システム（以下、単に「システム」と称する場合がある。）の構成例を図４に示す。
この図４に示す排気浄化システム１００は、図１に示す第１の実施の形態の排気浄化システム１０が循環経路５９にリターンバルブ７１を備えている代わりに、オリフィス３５を備えて構成されたものである。

すなわち、本実施形態の排気浄化システム１００における噴射モジュール３０は、ポンプモジュール４０側から圧送されてくる還元剤が貯留される貯留室３３と、貯留室３３に接続された還元剤噴射弁３１と、貯留室３３から循環経路５９に通じる経路の途中に配設されたオリフィス３５と、オリフィス３５の直前に配置された温度センサ３７とを備えている。貯留室３３の下流側の経路にオリフィス３５が配設されていることにより、還元剤噴射弁３１からの噴射量が少ないとき、すなわち、ポンプ４１の駆動ＤＵＴＹが低いときには、還元剤が貯留して高温に晒されやすい状態ではあるものの、オリフィス３５の絞り効果が発現せずに還元剤を貯蔵タンク５０に戻すことができるため、還元剤が著しく高温になることを防ぐことができる。また、還元剤噴射弁３１からの噴射量が多いときには、循環経路５９のオリフィス３５よりも上流側の貯留室３３、第１の供給経路５８の内圧の低下が低減されるため、ポンプモジュール４０の出力を低く抑えることができるようにされている。
また、リターンバルブの代わりにオリフィス３５を備えていることに伴い、ＤＣＵ６０のリターンバルブ駆動制御部が省略されている。
なお、第１の実施の形態と同様に、噴射モジュール３０に備えられた温度センサ３７を省略することもできる。

２．詰まり判定方法
次に、本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置による還元剤経路の詰まり判定方法のルーチンの一例について、図５に示す制御フローを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。

まず、スタート後のステップＳ１５０において、還元剤噴射弁の開度Udvopnが規定値Udvopn0以上となっているか否かを判別する。Udvopnが規定値Udvopn0未満の場合にはスタート位置に戻される一方、Udvopnが規定値Udvopn0以上の場合にはステップＳ１５１に進む。

ステップＳ１５１では、還元剤の圧力値Pが規定値P0以上となっているか否かが判別され、P＜P0の場合にはスタート位置に戻される一方、P≧P0の場合にはステップＳ１５２に進む。
次いで、ステップＳ１５２では、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値duty0未満となっているか否かを判別する。駆動ＤＵＴＹがしきい値duty0未満の場合には、制御状態に矛盾があり、還元剤経路の詰まりのおそれがあるために、ステップＳ１５３以降のテストモードに移行される。一方、駆動ＤＵＴＹがしきい値duty0以上となっている場合には、正常な制御状態にあるとされてスタート位置に戻される。

テストモードに移行したステップＳ１５３では、まず、タイマ１を作動させる。次いで、ステップＳ１５４ではタイマ１が終了したか否かを判別し、作動中である場合にはステップＳ１５５に進み、還元剤噴射弁の開度Udvopnが規定値Udvopn0よりも小さいか、又は、ポンプの駆動ＤＵＴＹがしきい値duty0以上か、又は、還元剤の圧力値Pが規定値P0未満となっているかが判別される。いずれかの条件に該当する場合には、ステップＳ１５６でタイマ１をリセットした後スタート位置に戻される。一方、いずれの条件にも該当しない場合にはステップＳ１５４に戻され、タイマ１が終了するまで判別が繰り返される。

タイマ１が終了すると、ステップＳ１５７では、ＮＯ_X触媒の温度Tが規定値T0以上であるか否かが判別される。触媒温度Tが規定値T0未満の場合には、還元剤の噴射量を増やすと、還元剤がＮＯ_Xの還元に用いられずそのまま触媒をスリップするおそれがあることから、テストモードを中断してスタート位置に戻される。一方、触媒温度Tが規定値T0以上の場合には、ステップＳ１５８でポンプを停止した後、ステップＳ１５９で還元剤噴射弁を全開にする。

次いで、ステップＳ１６０で、このときの還元剤の圧力Pをlbintとして記録するとともに、ステップＳ１６１でタイマ２を作動させる。次いで、ステップＳ１６２でタイマ２が終了するまで判別を繰返し、タイマ２が終了した場合にはステップＳ１６３に進む。

ステップＳ１６３では、タイマ２が終了した時点での還元剤の圧力値Pとlbintとの差が、詰まり判定基準値D以上となっているか否かが判別される。そして、還元剤の圧力値Pとlbintとの差が詰まり判定基準値D以上となっている場合には、第１の供給経路内の還元剤が還元剤噴射弁から噴射された結果、還元剤の圧力が低下したものであり、ポンプから還元剤噴射弁までの第１の供給経路に詰まりは生じていないことから、循環経路が詰まっているものと推定する。一方、還元剤の圧力値Pとlbintとの差が詰まり判定基準値D未満となっている場合には、還元剤噴射弁を全開したにもかかわらず還元剤が噴射されていないことから、第１供給経路が詰まっているものと推定する。

以上説明したフローチャートによる還元剤経路の詰まり判定方法であれば、尿素を利用した排気ガスの浄化システムにおいて還元剤経路のいずれかの箇所で詰まりを生じている場合に、詰まりの発生を検知するだけでなく、詰まり箇所を推定することができるために、詰まり箇所の特定作業を省略したり、修理交換する部品点数を少なくしたりして、保守作業の効率化を図ることができる。

なお、図１や図４に示す排気浄化システムの構成はあくまでも一例であり、本発明の還元剤噴射弁の詰まり判定方法を実施することができる排気浄化システムは、かかる構成の排気浄化システムに限られるものではない。例えば、ＣＡＮを省略したり、ＤＣＵをエンジンＥＣＵと一体化して構成したりすることができる。また、別の例として、還元剤の温度制御を目的として備えられた循環経路が省略された構成の排気浄化システムであっても構わない。
また、上述の実施の形態の例では、各センサからの出力はＣＡＮ通信用デジタル信号として出力されているが、これに制限されるものではなく、従来のアナログ信号を用いて、各センサからの情報を直接各制御装置に出力する構成とすることもできる。

本発明の第１の実施の形態にかかる排気浄化システムの構成例を示す図である。第１の実施の形態にかかる還元剤経路の詰まり判定装置の構成例を説明するためのブロック図である。第１の実施の形態にかかる還元剤経路の詰まり判定方法の一例を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態にかかる排気浄化システムの構成例を示す図である。第２の実施の形態にかかる還元剤経路の詰まり判定方法の一例を示すフローチャートである。従来の排気浄化システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０：排気浄化システム、１１：排気通路、１３：ＮＯ_X触媒、１５・１６：温度センサ、１７：ＮＯ_Xセンサ、２０：還元剤供給装置、３０：噴射モジュール、３１：還元剤噴射弁、３３：貯留室、４０：ポンプモジュール、４１：ポンプ、４３：圧力センサ、４５：温度センサ、４７：異物捕集フィルタ、４９：圧力制御弁、５０：貯蔵タンク、５１：温度センサ、５３：レベルセンサ、５５：品質センサ、５７：第２の供給経路、５８：第１の供給経路、５９：循環経路、６０：コントロールユニット（ＤＣＵ）、６５：ＣＡＮ、６７：還元剤噴射弁操作装置、６９：リターンバルブ操作装置、７０：エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、７１：リターンバルブ

Claims

内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプから圧送された前記還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の間に配設された第１還元剤経路と、前記第１還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、前記還元剤噴射弁に接続され前記還元剤を循環させるための第２還元剤経路と、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定装置であって、
前記圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるように前記ポンプをＤＵＴＹ制御するポンプ駆動制御手段と、
前記ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する駆動ＤＵＴＹ判定手段と、
前記ポンプの駆動ＤＵＴＹが前記しきい値未満と判別された場合に、前記ポンプを停止するとともに前記還元剤噴射弁を全開した後、前記圧力センサによって検出される圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出するための圧力低下量演算手段と、
前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量をもとに、前記第１還元剤経路又は前記第２還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする還元剤経路の詰まり判定装置。
前記ポンプ駆動検知手段は、前記還元剤噴射弁が所定の開度以上に開かれた状態のときに、前記ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
前記詰まり判定手段は、前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量が所定の基準値未満のときに、前記第１還元剤経路に詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項２に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
前記ポンプ駆動検知手段は、前記還元剤噴射弁が閉じられる一方、前記第２還元剤経路を介して前記還元剤が循環可能な状態のときに、前記ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
前記詰まり判定手段は、前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量が所定の基準値以上の場合に前記第２還元剤経路が詰まっていると判定し、前記基準値未満の場合に前記第１還元剤経路が詰まっていると判定することを特徴とする請求項４に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプから圧送された前記還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の間に配設された第１還元剤経路と、前記第１還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、前記還元剤噴射弁に接続され前記還元剤を循環させるための第２還元剤経路と、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定方法であって、
前記圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるように前記ポンプの駆動をＤＵＴＹ制御し、
前記ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する工程と、
前記ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっていると判別された場合に、前記ポンプを停止するとともに前記還元剤噴射弁を全開し、前記圧力センサによって検出される前記第１還元剤経路内の圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出する工程と、
算出された前記圧力低下量をもとに、前記第１還元剤経路又は前記第２還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する工程と、
を含むことを特徴とする還元剤経路の詰まり判定方法。
前記排気通路に配設されたＮＯ_X触媒の温度が所定の基準値以上のときに前記詰まり判定を行うことを特徴とする請求項７に記載の還元剤経路の詰まり判定方法。