JP2009133290A - Reducing agent pump control device and reducing agent discharging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元するための、還元剤ポンプ制御装置及び還元剤吐出システムに関するものである。 The present invention relates to a reducing agent pump control device and a reducing agent discharge system for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas of an internal combustion engine.
近年、自動車等に適用される内燃機関(特にディーゼルエンジン)において、排気中のNOx(窒素酸化物)を還元する選択還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)型の尿素SCRシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。 In recent years, selective catalytic reduction (SCR) type urea SCR systems that reduce NOx (nitrogen oxides) in exhaust gas are being developed in internal combustion engines (particularly diesel engines) applied to automobiles and the like. Some have been put to practical use.
この尿素SCRシステムでは、内燃機関の排気管に選択還元型のNOx浄化触媒(SCR触媒)が設けられるとともに、その上流側に、還元剤としての尿素水(尿素水溶液)を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。かかるシステムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、排気と共に尿素水がNOx浄化触媒に供給され、該NOx浄化触媒上でのNOxの還元反応によって排気が浄化される。NOxの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア(NH3)が生成され、NOx浄化触媒ではアンモニアにより、酸素濃度が高い環境でもNOxが選択的に還元されることで排気浄化が行われることとなる。 In this urea SCR system, a selective reduction type NOx purification catalyst (SCR catalyst) is provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine, and urea water (urea aqueous solution) as a reducing agent is added to the exhaust pipe upstream thereof. A water addition valve is provided. In such a system, urea water is added to the exhaust pipe by the urea water addition valve, whereby urea water is supplied to the NOx purification catalyst together with the exhaust gas, and the exhaust gas is purified by a NOx reduction reaction on the NOx purification catalyst. The At the time of NOx reduction, ammonia (NH3) is generated by hydrolyzing urea water with exhaust heat, and NOx is selectively reduced by NOx even in an environment with a high oxygen concentration by ammonia in the NOx purification catalyst. Purification will be performed.
また、このような尿素SCRシステムでは、タンクに貯蔵された尿素水を尿素水添加弁に圧送する尿素水ポンプを備えており、当該ポンプは、ポンプ室を内部に形成するポンプケースと、ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラとを備えて構成されるのが一般的である(特許文献1等参照)。
しかしながら、ポンプ室に尿素水(還元剤水溶液)が充満していない状態でポンプを稼動させずに長時間放置すると、ポンプケース内面やインペラ表面に付着した尿素水の水成分が蒸発することに伴い、その尿素水の尿素成分(還元剤成分)が析出する。すると、析出した尿素成分がインペラをポンプケース内面に固着させてしまい、インペラが回転不能となるインペラロックが生じ得る。特にインペラが樹脂製である場合には、インペラロックした状態で電動モータに駆動電流を流すとインペラの破損を招くおそれがある。 However, if the pump chamber is not filled for a long time without being filled with urea water (reducing agent aqueous solution), the water component of the urea water adhering to the inner surface of the pump case or the impeller surface evaporates. The urea component (reducing agent component) of the urea water is deposited. Then, the precipitated urea component fixes the impeller to the inner surface of the pump case, and an impeller lock that makes the impeller unable to rotate may occur. In particular, when the impeller is made of resin, if the drive current is supplied to the electric motor in a state where the impeller is locked, the impeller may be damaged.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インペラロックの抑制を図った還元剤ポンプ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a reducing agent pump control device in which impeller lock is suppressed.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
請求項1記載の発明では、
ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及び前記ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラを備え、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤水溶液を吐出する還元剤ポンプに適用され、
前記電動モータの作動を制御する制御手段と、前記還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、前記判定手段により前記長期停止状態と判定された場合に、前記インペラを一時的に回転駆動させるよう前記電動モータを作動させる固着防止制御を実行することを特徴とする。
In invention of
A reducing agent for discharging a reducing agent aqueous solution for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas of an internal combustion engine, including a pump case that forms a pump chamber therein, and an impeller that is disposed in the pump chamber and is driven to rotate by an electric motor. Applied to the pump,
Control means for controlling the operation of the electric motor, and determination means for determining whether or not the pump stop state that does not require reduction is a long-term stop state that continues for a predetermined time or more,
The control means performs sticking prevention control for operating the electric motor to temporarily rotate the impeller when the determination means determines that the long-term stop state has occurred.
これによれば、還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続すると、インペラが一時的に回転駆動するので、還元剤成分(例えば尿素成分)が析出したとしてもインペラを完全に固着させてしまう以前に前記回転駆動がなされるよう前記所定時間を設定すれば、インペラ表面に析出した還元剤成分を剥がすことができる。或いは、還元剤成分が析出する以前に前記回転駆動がなされるよう前記所定時間を設定すればインペラの固着を回避できる。よって、インペラロックの抑制を図ることができる。 According to this, when the pump stop state that does not require reduction continues for a predetermined time or more, the impeller is temporarily driven to rotate, so that even if the reducing agent component (for example, urea component) is deposited, the impeller is completely fixed. If the predetermined time is set so that the rotational drive is performed before the reduction, the reducing agent component deposited on the impeller surface can be peeled off. Alternatively, if the predetermined time is set so that the rotation drive is performed before the reducing agent component is deposited, the impeller can be prevented from sticking. Therefore, impeller lock can be suppressed.
請求項2記載の発明では、前記還元剤ポンプは、前記還元剤水溶液を貯蔵するタンク内に配置されており、前記固着防止制御は、前記タンク内の水位が予め設定された閾値以下になったことを条件として実行されることを特徴とする。このように還元剤ポンプをタンク内に配置したインタンク方式では、タンク内に十分な量の還元剤水溶液があれば、ポンプを稼動させていない時でもポンプ室に還元剤水溶液(例えば尿素水)が充満した状態となる。よって、長期停止状態であっても還元剤成分の析出は生じないため、インペラロックも生じない。
In the invention according to
したがって、タンク内の水位が予め設定された閾値以下になったことを条件として固着防止制御を実行する上記請求項2記載の発明によれば、長期停止状態となった場合において、不必要な電動モータの作動を禁止でき、電動モータによる無駄な電力消費を回避できる。
Therefore, according to the invention described in
請求項3記載の発明では、前記ポンプケースには、前記タンク内の還元剤水溶液を前記ポンプ室に導入する吸込口が形成されており前記閾値は、前記吸込口の高さに設定されていることを特徴とする。吸込口の水位まで還元剤水溶液があれば、吸込口にある還元剤水溶液はポンプケースとインペラとのクリアランス(ポンプ室)まで表面張力により吸い上げられることとなる。そのため、ポンプ室は還元剤水溶液が充満した状態となるので、長期停止状態であっても還元剤成分の析出は生じない。よって、不必要な電動モータの作動を禁止することを好適に実現できる。
In the invention according to
請求項4記載の発明では、前記還元を必要としないポンプ停止状態とは、前記内燃機関の運転を停止させた状態であることを特徴とする。ちなみに、還元を必要としないポンプ停止状態の他の例として、内燃機関のアイドル運転時等の低負荷運転の状態が挙げられる。 According to a fourth aspect of the present invention, the pump stop state that does not require reduction is a state in which the operation of the internal combustion engine is stopped. Incidentally, another example of the pump stop state that does not require reduction is a low-load operation state such as an idling operation of the internal combustion engine.
請求項5記載の発明では、前記ポンプケース及び前記インペラの固着度合いを推定する推定手段を備え、前記判定手段で用いる前記所定時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど短くするよう可変設定することを特徴とする。そのため、固着度合いが大きい場合にはインペラの回転駆動頻度が多くなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がす確実性を高めることができる。一方、固着度合いが小さい場合にはインペラの回転駆動頻度が少なくなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がしつつも、電動モータによる電力消費の低減を図ることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided estimation means for estimating the degree of adhesion of the pump case and the impeller, and the predetermined time used by the determination means is variably set so as to be shorter as the estimated degree of adhesion is larger. It is characterized by that. Therefore, when the degree of sticking is large, the impeller is driven more frequently, and thus the certainty of peeling the deposited reducing agent component from the impeller surface can be improved. On the other hand, when the degree of fixation is small, the impeller is driven less frequently, so that it is possible to reduce power consumption by the electric motor while peeling the deposited reducing agent component from the impeller surface.
請求項6記載の発明では、前記ポンプケース及び前記インペラの固着度合いを推定する推定手段を備え、前記固着防止制御における前記電動モータの作動時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど長くするよう可変設定することを特徴とする。そのため、固着度合いが大きい場合にはインペラの回転駆動時間が長くなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がす確実性を高めることができる。一方、固着度合いが小さい場合にはインペラの回転駆動時間が短くなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がしつつも、電動モータによる電力消費の低減を図ることができる。 According to a sixth aspect of the invention, there is provided estimation means for estimating the degree of adhesion of the pump case and the impeller, and the operation time of the electric motor in the adhesion prevention control is increased as the estimated degree of adhesion increases. It is characterized by variable setting. For this reason, when the degree of fixation is large, the impeller rotational drive time becomes long, so that the certainty of peeling the deposited reducing agent component from the impeller surface can be improved. On the other hand, when the degree of sticking is small, the impeller rotational drive time is shortened, so that it is possible to reduce power consumption by the electric motor while peeling off the deposited reducing agent component from the impeller surface.
請求項7記載の発明では、前記電動モータへの駆動電流を停止させた直後に前記インペラの慣性回転により発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段を備え、前記推定手段は、前記逆起電力検出手段により検出された逆起電力の大きさに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, there is provided back electromotive force detection means for detecting back electromotive force generated by inertial rotation of the impeller immediately after stopping the drive current to the electric motor, and the estimation means comprises the back electromotive force detection means. The sticking degree is estimated based on the magnitude of the counter electromotive force detected by the electromotive force detecting means.
本発明者は、逆起電力の大きさと固着度合いの大きさとは相関があることを見出した。すなわち、駆動電流を流している時のインペラの回転速度は固着度合いが大きいほど遅くなるので、駆動電流を停止させた直後の慣性回転速度は遅くなり、その結果、逆起電力は小さくなる。したがって、逆起電力の大きさに基づき固着度合いを推定する上記請求項7記載の発明によれば、固着度合いを精度良く推定することを容易に実現できる。 The inventor has found that there is a correlation between the magnitude of the back electromotive force and the degree of fixation. That is, since the rotation speed of the impeller when the drive current is flowing becomes slower as the degree of fixation increases, the inertial rotation speed immediately after the drive current is stopped becomes slower, and as a result, the counter electromotive force becomes smaller. Therefore, according to the seventh aspect of the present invention that estimates the sticking degree based on the magnitude of the back electromotive force, it is possible to easily estimate the sticking degree with high accuracy.
請求項8記載の発明では、前記推定手段は、前記還元剤水溶液の温度、外気温度及び前記内燃機関の運転時間の少なくとも1つに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする。
The invention according to
さらに本発明者は、還元剤水溶液の温度、外気温度及び内燃機関の運転時間と固着度合いの大きさとは相関があることを見出した。すなわち、還元剤水溶液の温度及び外気温度が高ければ、還元剤水溶液中の水成分の蒸発が促進されるため、還元剤成分の析出が促進され、その結果、固着度合いは大きくなる。また、内燃機関の運転時間が長ければ、内燃機関の排気及び排気管の温度が高くなるため、還元剤水溶液を吐出する部分(例えば還元剤水溶液添加弁)の温度が高くなる。よって、還元剤水溶液の温度も高くなり前述の如く固着度合いは大きくなる。したがって、還元剤水溶液の温度、外気温度及び内燃機関の運転時間の少なくとも1つに基づき固着度合いを推定する上記請求項8記載の発明によれば、固着度合いを精度良く推定することを容易に実現できる。
Furthermore, the present inventor has found that the temperature of the reducing agent aqueous solution, the outside air temperature, the operation time of the internal combustion engine, and the degree of fixation are correlated. That is, if the temperature of the reducing agent aqueous solution and the outside air temperature are high, evaporation of the water component in the reducing agent aqueous solution is promoted, so that precipitation of the reducing agent component is promoted, and as a result, the degree of fixation increases. Further, if the operating time of the internal combustion engine is long, the temperature of the exhaust gas and the exhaust pipe of the internal combustion engine becomes high, so that the temperature of the portion that discharges the reducing agent aqueous solution (for example, the reducing agent aqueous solution addition valve) becomes high. Therefore, the temperature of the reducing agent aqueous solution also increases and the degree of fixation increases as described above. Therefore, according to the invention of
請求項9記載の発明では、前記判定手段は、前記固着防止制御を実行した後も、前記ポンプ停止状態が所定時間以上継続しているか否かの前記判定を繰り返し実行することを特徴とする。これによれば、ポンプ停止状態が続く限り還元剤ポンプは間欠作動することとなるので、インペラ固着回避の確実性を高めることができる。
The invention according to
請求項10記載の発明は、ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及び前記ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラを備え、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤水溶液を吐出する還元剤ポンプと、上記還元剤ポンプ制御装置と、を備えることを特徴とする還元剤吐出システムである。この還元剤吐出システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。 A tenth aspect of the present invention includes a pump case that forms a pump chamber therein, and an impeller that is disposed in the pump chamber and is driven to rotate by an electric motor, and reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. A reducing agent discharge system comprising: a reducing agent pump that discharges a reducing agent aqueous solution; and the reducing agent pump control device. According to this reducing agent discharge system, the above-described various effects can be similarly exhibited.
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本実施形態にかかる還元剤ポンプ制御装置は、還元剤として尿素を用いた尿素水溶液(以下、単に尿素水と呼ぶ)を吐出する尿素水ポンプに適用されており、当該尿素水ポンプから吐出された尿素水は噴射弁に加圧圧送される。噴射弁は、内燃機関としてディーゼルエンジン(以降、エンジンと呼称する)の排気通路内における排気流れ中に、尿素水を噴射するように配設される。
(First embodiment)
The reducing agent pump control device according to the present embodiment is applied to a urea water pump that discharges a urea aqueous solution (hereinafter simply referred to as urea water) using urea as a reducing agent, and is discharged from the urea water pump. Urea water is pressurized and sent to the injection valve. The injection valve is arranged to inject urea water into the exhaust flow in the exhaust passage of a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) as an internal combustion engine.
図1は、本実施形態における尿素SCRシステムの全体構成を示す全体構成図である。この全体構成図には、自動車(図示略)のエンジンにより排出される排気を浄化対象とした排気浄化装置が示される。排気浄化装置の構成を大別すると、排気系の構成部、尿素水供給系の構成部、および、制御系の構成部に分類される。 FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the urea SCR system in the present embodiment. This overall configuration diagram shows an exhaust emission control device for purifying exhaust gas discharged from an engine of an automobile (not shown). The configuration of the exhaust purification device is roughly classified into an exhaust system component, a urea water supply system component, and a control system component.
排気系の構成部は、排気上流側から順に配設される、DPF1(Diesel Particulate Filter)、排気管2(触媒の上流側排気通路)、触媒3、および、排気管4(触媒の下流側排気通路)を備えている。DPF1は、排気中のPM(Particulate Matter、粒子状物質)を捕集する連続再生式のPM除去用フィルタであり、例えばメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集PMを繰り返し燃焼除去する(PM除去用フィルタの再生処理に相当)ことにより継続的に使用することができる。また、DPF1は、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、PM成分の1つである可溶性有機成分(SOF)と共に、HCやCOを除去することができる。
The constituent parts of the exhaust system are arranged in order from the exhaust upstream side, DPF1 (Diesel Particulate Filter), exhaust pipe 2 (upstream exhaust passage of the catalyst),
触媒3は、NOxの還元反応を促進し排気を浄化する部位であり、例えば、
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O …(式1)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O …(式2)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O …(式3)
このような反応を促進して排気中のNOxを還元する。そして、これらの反応においてNOxの還元剤となるアンモニア(NH3)を含む水溶液(以降、尿素水と呼称する)は、排気と混合されて触媒3に供給される。具体的には、尿素水は、触媒3の上流側の排気管2を流通する排気に向けて、後述する噴射弁により噴射供給される。
The
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (Formula 1)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (Formula 2)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (Formula 3)
Such a reaction is promoted to reduce NOx in the exhaust. In these reactions, an aqueous solution (hereinafter referred to as urea water) containing ammonia (NH 3) serving as a NOx reducing agent is mixed with exhaust gas and supplied to the
尿素水供給系の構成部は、尿素水供給部5、噴射弁6、及び配送管7等を備え、尿素水供給部5は、尿素水タンク8及び尿素水ポンプ9(還元剤ポンプ)等を備えている。なお、図1に示す尿素水タンク8は車両に搭載した状態を示しており、尿素水タンク8及び尿素水ポンプ9の上下方向は、車両に搭載された状態において図1に示す向きとなっている。
The components of the urea water supply system include a urea
尿素水タンク8内の尿素水は、フィルタ9aを通じて尿素水ポンプ9に吸入されて加圧圧送される。その後、レギュレータ9bによりその吐出圧力が調整された後、配送管7を通じて噴射弁6に供給される。噴射弁6の先端に形成される噴射口は、1つの噴射口、あるいは、多数の微噴孔の集合体(群噴孔)によって構成される。そして、噴射口を開閉させるニードル弁を電磁アクチュエータにより開弁操作すると、噴射弁6に供給された尿素水は、霧状化して排気管2中に噴射される。なお、尿素水ポンプ9からの供給圧力がレギュレータ9bの設定値を超えた場合には、同レギュレータ9bにより、配送管7内の尿素水が尿素水タンク8へ戻される。
The urea water in the
尿素水タンク8は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク8内には、尿素水に浸漬した状態として配設した尿素水ポンプ9が設けられており、尿素水ポンプ9は、インタンク式の圧送ポンプを構成するとともに、ECU10(制御手段)からの駆動信号により回転駆動する電動式ポンプである。なお、尿素水ポンプ9の詳細構成については、図2等を用いて後に詳述する。
The
制御系の構成部は、ECU10(電子制御ユニット)、クランク角センサ11、アクセル操作量センサ12、排気センサ13、水位センサ14、圧力センサ15などによって構成される。ECU10は、周知のマイクロコンピュータを備え、各種センサ11,12,13,14,15からの検出値が入力されるとともに、これらの検出値に基づいて、尿素水ポンプ9及び噴射弁6などの各種アクチュエータの駆動量等を制御する。
The components of the control system include an ECU 10 (electronic control unit), a
クランク角センサ11は、クランク軸(出力軸)の回転角度を検出することで、クランク軸の回転速度(エンジン回転速度)を検出する。アクセル操作量センサ12は、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出することで、要求されるエンジン負荷を検出する。排気センサ13は、触媒3の下流側の排気管4に設けられており、NOxセンサと排気温センサとが共に内蔵され、排気中のNOx量(ひいては触媒3によるNOxの浄化率)、及び排気温度を検出する。水位センサ14は、尿素水タンク8に設けられ、尿素水タンク8内の尿素水の水位を検出する。圧力センサ15は、配送管7の途中に設けられ、噴射弁6に対する尿素水の供給圧力を検出するように構成される。
The
具体的には、ECU10は、クランク角センサ11にて検出されたエンジン回転速度、及びアクセル操作量センサ12により検出されたアクセル操作量に基づき、噴射弁6からの尿素水噴射量を算出する。そして、算出した噴射量となるよう、噴射弁6を開弁作動させる電磁弁に駆動電流を出力するよう制御する。また、排気センサ13にて検出されたNOx量が所望の量となるよう、上述の如く算出した噴射量をフィードバック補正する。さらにECU10は、水位センサ14及び圧力センサ15の検出値に基づき尿素水ポンプ9の駆動を制御する(詳細は後述)。
Specifically, the
本実施形態に係る上記した構成の尿素SCRシステムは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ9の駆動により尿素水タンク8の尿素水が配送管7を通じて噴射弁6に圧送され、この噴射弁6により排気管2内に尿素水が添加供給される。すると、排気管2内において排気と共に尿素水がSCR触媒3に供給され、SCR触媒3においてNOxの還元反応が行われることによってその排気が浄化されるように構成される。
In the urea SCR system having the above-described configuration according to the present embodiment, the urea water in the
NOxの還元に際しては、例えば、
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2 …(式4)
このような反応により、尿素水が排気熱で加水分解される。これにより、アンモニア(NH3)が生成され、SCR触媒3にて選択的に吸着された排気中のNOxに対し、このアンモニアが添加される。そして、触媒3上で、そのアンモニアに基づく還元反応(上記反応式(式1)〜(式3))が行われることによって、NOxが還元、浄化されることになる。
When reducing NOx, for example,
(NH2) 2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (Formula 4)
By such a reaction, urea water is hydrolyzed by exhaust heat. As a result, ammonia (NH3) is generated, and this ammonia is added to the NOx in the exhaust gas selectively adsorbed by the
次に、尿素水ポンプ9の単体構造について、図2〜図4を用いて詳細に説明する。
Next, the single-piece | unit structure of the
図2に示すように、尿素水ポンプ9は、尿素水を圧送する機構部を有するポンプ部18と、機構部が尿素水を圧送するように駆動する駆動力を発生させる電動モータ部19とを備えている。ポンプ部18は、ポンプケース及びインペラ22からなる渦流ポンプである。ポンプケースは、アッパケース20とロアケース21との2部材を接合させ、その接合される合わせ面の内側に、その室を区画する区画面が臨むように配されるポンプ室としての空間を形成する。この空間との相対位置が規定される回転部材としてのインペラ22を回転自在に収容する。
As shown in FIG. 2, the
図3はインペラ22単体を示す斜視図であり、円板状に形成されたインペラ22には、回転方向に複数の羽根溝22aが設けられ、それら羽根溝22aの回転径方向外側に環状の外周部22bが形成されている。また、図4は図2の拡大図であり、アッパケース20及びロアケース21のうち羽根溝22aに対向する部分には、それぞれC字状のポンプ通路23が形成されている。図4中の矢印Yは、インペラ22を回転させた時の尿素水の流れを示しており、ポンプ室内の尿素水は、回転方向前方の羽根溝22aの回転径方向外側からポンプ通路23に流出する。そして、このように流出した尿素水は回転方向後方の羽根溝22aの回転径方向内側に流入する。
FIG. 3 is a perspective view showing the
このような尿素水の流出及び流入を羽根溝22a同士で多数繰り返すことにより、ポンプ室内の尿素水は旋回流となって両ポンプ通路23で昇圧される。ロアケース21に設けられた吸入口24から吸入された尿素水は、インペラ22の回転動作によりポンプ通路23で昇圧され、後述する電動モータ部19に圧送される。
By repeating such outflow and inflow of urea water a number of times between the
尿素水が流通されて尿素水に晒されるポンプ部18、および、電動モータ部19の各部位は、尿素水に対する耐腐食性、耐酸化性を有する耐尿素構成材(耐食構成材)にて形成されている。耐尿素構成材(耐食構成材)は、尿素水に晒される表面部位において、尿素水に晒されて不働態皮膜を形成し、その内部層に含まれる酸化金属と尿素水とが結合し不働態皮膜を再生する不働態皮膜再生材にて形成されている。アッパケース20及びロアケース21は金属製であり、例えば、不働態皮膜再生材としてのオーステナイト系のステンレス鋼であり、JIS分類されるSUS304を用いて形成されている。また、インペラ22は樹脂(例えばフェノール樹脂)にて形成されている。
Each part of the
電動モータ部19は、ステータコア25、回転子26、回転軸27、ボビン28及びコイル29等を備えたブラシレスモータであり、通電されて尿素水を圧送する駆動力を発生するよう機能する。ステータコア25は6個のコアを周方向に配置して構成される。ECU10は、回転子26の回転位置に応じてコイル29への通電を制御することにより、回転子26と向き合う各コアの内周面に形成される磁極を切り換える。なお、コイル29には、コネクタ接続されるターミナル43から電力供給される。
The
回転子26は、回転軸27および永久磁石31を有し、ステータコア25の内周に回転自在に設置されている。回転軸27の一端部は軸受部32により、他端部は軸受部33により回転自在に支持されている。なお、回転軸27の一端部側をピン部35に押接することで、回転軸27は軸方向に位置決めされる。
The
永久磁石31は、PPS等の熱可塑性樹脂材に磁性粉を練り込んで円筒状に形成されたプラスティックマグネットであり、回転軸27の外周に射出成形等により直接形成されている。永久磁石31は、回転方向に8個の磁極部を形成している。これらの磁極部は、ステータコア30と向き合う外周面側に回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されている。
The
ハウジング36は、ポンプ部18および電動モータ部19の両方のハウジングを兼ねている。ハウジング36は金属製であり、軸方向の両端で、ロアケース21およびエンドカバー37をそれぞれかしめて形成される。アッパケース20は、ハウジング36の段部36aに軸方向に突き当てられている。これにより、アッパケース20の軸方向の位置決めがなされている。アッパケース20の中央部には、先述した軸受部32が圧入により固定されている。ロアケース21は、ハウジング36の一端側でかしめ固定されており、このかしめにより生じる軸力により、アッパケース20と段部36a、ならびにロアケース21とアッパケース20とが互いに軸方向に押し付けられる面圧を確保し、尿素水をシールしている。
The
電動モータ部19側に圧送された尿素水は、ステータコア25と回転子26との間の流通路38、吐出通路39の順に送出され、吐出口40から噴射弁6側に供給される。エンドカバー37から外部に開口する吐出通路39の吐出口40は、軸受部33に対して偏心して形成されている。
The urea water pressure-fed to the
前述したコイル29は絶縁樹脂材45により樹脂モールドされており、絶縁樹脂材45は、ステータコア25に対してポンプ部18と反対側の端部を覆うエンドカバー37を一体成形している。エンドカバー37は、回転軸27を軸受けする軸受部33と、ターミナル43の支持部と、吐出口40とを、絶縁樹脂材45により一体に成形して構成されている。
The
エンドカバー37が形成する吐出口40内には、逆止弁47及びスプリング48が収容されている。ポンプ部18で昇圧された尿素水が所定圧以上になると、逆止弁47はスプリング48の荷重に抗してリフトし、吐出口40から尿素水が噴射弁6側に吐出される。また、逆止弁47は、尿素水ポンプ9から吐出される尿素水の逆流を防止するように設けられる。
A
ところで、尿素水タンク8に貯蔵されている尿素水の水位が、ロアケース21に設けられた吸入口24の下端位置(図1及び図2中の一点鎖線Wに示す高さ)より低い場合には、吐出通路39、流通路38及びポンプ室等のポンプ内の尿素水は、インペラ22の回転を停止させると同時に、吸入口24から尿素水タンク8に流出することとなる。そして、このようにポンプ室に尿素水が充満していない状態で尿素水ポンプ9を稼動させずに長時間放置すると、インペラ22の上下面22c及び外周面22d(図3参照)やポンプケース20,21の内面に付着した尿素水の水成分が蒸発することに伴い、その尿素水の尿素成分が析出する。
By the way, when the water level of the urea water stored in the
そして、ポンプケース20,21とインペラ22とのクリアランスCL1,CL2(図4参照)にて、上述の如く尿素成分が析出すると、その析出尿素成分がインペラ22をポンプケース20,21内面に固着させてしまい、インペラ22が回転不能となるインペラロックが懸念される。特に本実施形態の如くインペラ22が樹脂製である場合には、インペラロックした状態で電動モータ部19のコイル29に電力供給すると、インペラ22の破損が懸念される。このようなインペラロックの懸念を解消すべく、本実施形態では以下に説明する固着防止制御を行っている。
When the urea component is deposited as described above at the clearances CL1, CL2 (see FIG. 4) between the
図5は、ECU10のマイコンが実行する前記固着防止制御の処理内容を示すフローチャートであり、図5に示す一連の処理は、イグニッションスイッチがオフ操作されてエンジンが停止したことをトリガとして、所定周期(例えば先述のCPUが行う演算周期)毎にECU10のマイコンが繰り返し実行され、イグニッションスイッチがオン操作された時点又はエンジンを始動した時点で図5の処理は強制終了する。
FIG. 5 is a flowchart showing the processing contents of the sticking prevention control executed by the microcomputer of the
まず、ステップS10において水位センサ14の検出値を取得し、取得した検出値(水位)が予め設定された閾値より小さいか否かを判定する。当該閾値は、尿素水ポンプ9の吸入口24の下端位置Wに設定されている。尿素水タンク8に貯蔵された尿素水の水位が閾値W以上と判定されれば(S20:NO)、ステップS30に進み、尿素水ポンプ9の停止状態を維持させて図5の処理を一旦終了する。なお、図5の処理を開始した時点では尿素水ポンプ9の作動は停止している。
First, in step S10, the detection value of the
尿素水の水位が閾値Wより低いと判定された場合には(S20:YES)、ステップS40(判定手段)にてカウントを開始して計時処理を実行する。続くステップS50(判定手段)では、カウント値が閾値より大きいか否かを判定する。つまり、尿素水ポンプ9の作動停止状態が所定時間C以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する。カウント値が閾値を超えていないと判定された場合(S50:NO)には、処理はステップS40に戻り、ステップS40にてカウント値を増加させるインクリメント処理がなされることとなる。
When it is determined that the water level of the urea water is lower than the threshold value W (S20: YES), counting is started in step S40 (determination means) and the time measurement process is executed. In a subsequent step S50 (determination means), it is determined whether or not the count value is larger than a threshold value. That is, it is determined whether or not the operation stop state of the
カウント値が閾値を超えた長期停止状態であると判定された場合(S50:YES)には、インペラ22を一時的に回転駆動させるよう、ECU10からターミナル43へ駆動電流を供給して電動モータ部19を作動させる。この時のインペラ22の回転数は1回転未満でよく、例えば数ラジアン回転させるだけでよい。
If it is determined that the count value exceeds the threshold value for a long-term stop state (S50: YES), a drive current is supplied from the
図6は、図5の処理による固着防止制御の一態様を例示したものであり、電動モータ部19に印加される駆動電圧の変化を示している。尿素水の水位が閾値Wより低い状態でイグニッションスイッチをオフ操作してエンジンを停止させると、その時点でカウントを開始する。所定時間C0が経過すると、モータ作動時間Δt0のパルス幅の駆動電圧を印加して1回目のインペラ回転駆動を実施する。その後さらに所定時間C1が経過すると、モータ作動時間Δt1の幅のパルス駆動電圧を印加して2回目のインペラ回転駆動を実施する。
FIG. 6 exemplifies one aspect of the sticking prevention control by the process of FIG. 5, and shows a change in the drive voltage applied to the
そして、尿素水タンク8に尿素水を補給して水位がW以上となるか、或いはエンジンを始動させない限り、ステップS60によるインペラ回転駆動が繰り返し実施されることとなる。但し、電動モータ部19への電力供給源となる車載バッテリBAT(図1参照)の電圧が予め設定された設定値を下回っている場合には、バッテリBATが充電不足の状態であるとみなし、ステップS60によるインペラ回転駆動を禁止するようにしてもよい。
Then, unless the
前記カウント値(所定時間C)は数時間のオーダーで設定され、駆動電流の供給時間(モータ作動時間Δt)は1秒未満に設定されている。したがって、数時間毎にコンマ数秒だけインペラ22は間欠作動することとなる。なお、本実施形態では、各回の所定時間C及びモータ作動時間Δtはそれぞれ同じ値に設定されている。
The count value (predetermined time C) is set on the order of several hours, and the drive current supply time (motor operating time Δt) is set to less than 1 second. Therefore, the
以上により、本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)尿素水の水位が閾値Wより低い状態においては、エンジン停止後所定時間C0,C2,C3が経過する毎に、固着防止制御によりインペラ22を間欠作動させるので、ポンプケース20,21とインペラ22とのクリアランスCL1,CL2に尿素成分が析出したとしても、析出早期段階で還元剤成分を剥がすことができる。また、固着防止制御に係るインペラ22の作動により、尿素水タンク8内の残り僅かの尿素水がクリアランスCL1,CL2に流入することとなるので、次回のインペラ作動までの所定時間Cの間に尿素成分が析出する析出量を低減できる。よって、析出した尿素成分がインペラ22をポンプケース20,21内面に固着させてしまうことによるインペラロックを回避できる。
(1) In a state where the water level of the urea water is lower than the threshold value W, the
(2)本実施形態では、前記閾値Wを、尿素水ポンプ9の吸入口24の下端位置に設定している。そして、この下端位置W以上の水位であれば、尿素水タンク8の尿素水はインペラ22のクリアランスCL1,CL2まで表面張力により吸い上げられることとなり、ポンプ室は尿素水溶液が充満した状態となるので、長期停止状態であっても尿素成分の析出は生じない。よって、不必要な電動モータ部19の作動を禁止してバッテリBATの無駄な電力消費を回避できる。
(2) In the present embodiment, the threshold value W is set at the lower end position of the
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、所定時間C及びモータ作動時間Δtを固定して設定しているのに対し、本実施形態では、ポンプケース20,21とインペラ22との固着度合いを推定し、推定した固着度合いに応じて所定時間C及びモータ作動時間Δtを可変設定している。以下、前記固着度合いの推定及び可変設定の処理手順を、図7を用いて説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the predetermined time C and the motor operating time Δt are fixed and set. In the present embodiment, the degree of adhesion between the
図7中の処理ステップのうちステップS10〜S60までの処理は、図5中の処理ステップS10〜S60と同一の処理である。そして、ステップS60にてインペラ22を回転駆動させた後、ステップS70(推定手段)において、尿素水ポンプ9のへの電力供給ラインに流れる電流値Iを取得する。当該電流値Iは、図10に示す電流計10aにより検出されたものであり、電動モータ部19への駆動電流を停止させた直後にインペラ22の慣性回転により発生する逆起電力のピーク値である。具体的には、ステップS70にて取得される電流値Iは、電動モータ部19に印加されるパルス駆動電圧をオフした後、電流値が一旦ゼロとなった直後の所定時間内におけるピーク値である(図8の下段参照)。
Of the processing steps in FIG. 7, the processing from step S10 to S60 is the same as the processing steps S10 to S60 in FIG. Then, after rotating the
ここで、先述した通り、逆起電力の大きさと固着度合いの大きさとは相関があり、固着度合いが大きいほど逆起電力は小さくなる。そこで、続くステップS80(推定手段)において、ステップS70にて取得した電流値Iが目標値Ith(閾値)を下回ったと判定された場合(S80:YES)には固着度合いが大きいと推定し、ステップS90において、ステップS50で用いる閾値を所定時間だけ短くするよう、当該閾値を設定変更する。これにより、固着防止制御によるインペラ22間欠作動のインターバルが短くなるので、析出した尿素成分をインペラ22表面から剥がす確実性を高めることができる。
Here, as described above, there is a correlation between the magnitude of the back electromotive force and the magnitude of the sticking degree, and the back electromotive force decreases as the sticking degree increases. Therefore, in the subsequent step S80 (estimating means), when it is determined that the current value I acquired in step S70 has fallen below the target value Ith (threshold value) (S80: YES), it is estimated that the degree of fixation is large. In S90, the threshold value is changed to shorten the threshold value used in step S50 by a predetermined time. Thereby, since the interval of the intermittent operation of the
一方、固着度合いが小さく、ステップS80にてI≧Ithと判定された場合(S80:NO)には、前記インターバルが長くなるので、析出した尿素成分をインペラ22表面から剥がしつつも、電動モータ部19による電力消費の低減を図ることができる。なお、本実施形態に係るステップS90では、ステップS50で用いる閾値を可変設定することによりインターバル(所定時間C)を可変としているが、ステップS90において、モータ作動時間Δtを可変設定するようにしてもよい。すなわち、ステップS80にてI<Ithと判定された場合(S80:YES)に、ステップS60にて電動モータ部19に印加される駆動電圧のパルス幅(モータ作動時間Δt)を所定時間だけ長くするよう、当該モータ作動時間Δtを設定変更する。
On the other hand, when the degree of adhesion is small and it is determined that I ≧ Ith in step S80 (S80: NO), the interval becomes longer, so that the electric motor portion is removed while peeling the precipitated urea component from the surface of the
図8は、図7の処理による固着防止制御の一態様を例示したものであり、電動モータ部19に印加される駆動電圧の変化を示している。尿素水の水位が閾値Wより低い状態でイグニッションスイッチがオフ操作してエンジンを停止させると、その時点でカウントを開始する。所定時間C0が経過すると、モータ作動時間Δt0のパルス幅の駆動電圧を印加して1回目のインペラ回転駆動をステップS60にて実施する。この時、次のステップS80にてI<Ithと判定された場合(S80:YES)には、固着度合いが大きいと推定し、次回の所定時間C1が前回の所定時間C0よりも短くなるよう、設定変更される。
FIG. 8 exemplifies one aspect of the sticking prevention control by the process of FIG. 7, and shows a change in the drive voltage applied to the
(第3実施形態)
インペラ22の固着度合いを推定するにあたり、上記第2実施形態では、電動モータ部19への駆動電流を停止させた直後にインペラ22の慣性回転により発生する逆起電力のピーク値に基づき推定している。これに対し本実施形態では、尿素水タンク8内の尿素水の温度TN、外気温度TA及びエンジンの運転時間の少なくとも1つに基づき前記固着度合いを推定する。なお、図10に示すように、尿素水温度TNは、尿素水タンク8に設置された尿素水温度センサ17により検出され、外気温度TAは外気温度センサ16により検出され、エンジンの運転時間はECU10により計測される。また、前記運転時間とは、IGオフ操作して図7の処理を実行する直前における、IGオン操作時点から当該IGオフ操作時点までのエンジン運転時間のことである。
(Third embodiment)
In estimating the degree of sticking of the
ここで、先述した通り、これらの尿素水温度TN、外気温度TA及びエンジン運転時間と固着度合いの大きさとは相関があり、尿素水温度TN及び外気温度TAが高ければ、尿素水の水成分の蒸発が促進されるため、尿素成分の析出速度が速くなる(図9参照)。また、エンジン運転時間が長ければ、排気管2の温度が高くなるため、排気管2に取り付けられた噴射弁6の温度が高くなる。また、噴射弁6を冷却するために噴射弁6内部を循環させているエンジン冷却水の温度も高くなる。よって、尿素水の温度も高くなるため、尿素成分の析出速度が速くなる(図9参照)。
Here, as described above, there is a correlation between the urea water temperature TN, the outside air temperature TA, the engine operation time, and the degree of fixation, and if the urea water temperature TN and the outside air temperature TA are high, the water component of the urea water Since evaporation is accelerated, the precipitation rate of the urea component is increased (see FIG. 9). Further, if the engine operating time is long, the temperature of the
そこで、本実施形態では、図7のステップS80の推定処理に替えて、尿素水温度TN及び外気温度TAの少なくとも一方が閾値を上回った場合に固着度合いが大きいと推定する。或いは、エンジン運転時間が閾値を上回った場合に固着度合いが大きいと推定する。そして、固着度合いが大きいと推定された場合には、図7のステップS90と同様の処理を実行する。これにより、上記第2実施形態と同様の効果が奏される。 Therefore, in this embodiment, instead of the estimation process in step S80 of FIG. 7, it is estimated that the degree of fixation is large when at least one of the urea water temperature TN and the outside air temperature TA exceeds the threshold value. Alternatively, it is estimated that the degree of sticking is large when the engine operating time exceeds a threshold value. If it is estimated that the degree of fixation is large, the same processing as step S90 in FIG. 7 is executed. Thereby, the effect similar to the said 2nd Embodiment is show | played.
(他の実施形態)
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The above embodiments may be implemented with the following modifications. Further, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and the characteristic structures of the embodiments may be arbitrarily combined.
・上記各実施形態では、尿素水ポンプ9を尿素水タンク8内に配置したインタンク方式に本発明に係るポンプ制御装置を適用させているが、尿素水ポンプ9を配送管7に配置したインライン方式に本発明のポンプ制御装置を適用させてもよい。この場合、尿素水タンク8に貯蔵された尿素水の水位とは無関係に、尿素水ポンプ9の作動を停止させると尿素水ポンプ9内(特にポンプ室)の尿素水は尿素水タンク8に流出する。よって、図5のステップS20,S30の処理を廃止して、尿素水の水位に拘わらずエンジン停止後にインペラ22を間欠作動させることが望ましい。ちなみに、インタンク方式において、ステップS20,S30の処理を廃止するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the pump control device according to the present invention is applied to the in-tank system in which the
・上記第2及び第3実施形態では、固着度合いが大きいと判定された場合(S80:YES)に、ステップS50で用いる閾値を所定時間だけ短くするよう当該閾値を設定変更しているが、固着度合いの大きさ、つまりステップS70にて取得した電流値Iの大きさに応じて、前記閾値をリニアに可変設定してもよい。或いは、モータ作動時間Δtをリニアに可変設定してもよい。 In the second and third embodiments, when it is determined that the degree of fixation is large (S80: YES), the threshold value is changed to shorten the threshold value used in step S50 by a predetermined time. The threshold value may be variably set linearly in accordance with the magnitude of the degree, that is, the magnitude of the current value I acquired in step S70. Alternatively, the motor operation time Δt may be variably set linearly.
10…ECU(制御手段)、10a…逆起電力検出手段、8…尿素水タンク、9…尿素水ポンプ(還元剤ポンプ)、14…水位センサ、19…電動モータ部、20…アッパケース(ポンプケース)、21…ロアケース(ポンプケース)、22…インペラ、S40,S50…判定手段、S70,S80…推定手段。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電動モータの作動を制御する制御手段と、
前記還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記判定手段により前記長期停止状態と判定された場合に、前記インペラを一時的に回転駆動させるよう前記電動モータを作動させる固着防止制御を実行することを特徴とする還元剤ポンプ制御装置。 A reducing agent for discharging a reducing agent aqueous solution for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas of an internal combustion engine, including a pump case that forms a pump chamber therein, and an impeller that is disposed in the pump chamber and is driven to rotate by an electric motor. Applied to the pump,
Control means for controlling the operation of the electric motor;
Determination means for determining whether or not the pump stop state that does not require reduction is a long-term stop state that continues for a predetermined time or more;
With
The control means performs a sticking prevention control for operating the electric motor to temporarily rotate the impeller when the determination means determines that the long-term stop state has occurred. Control device.
前記固着防止制御は、前記タンク内の水位が予め設定された閾値以下になったことを条件として実行されることを特徴とする請求項1に記載の還元剤ポンプ制御装置。 The reducing agent pump is disposed in a tank that stores the reducing agent aqueous solution,
2. The reducing agent pump control device according to claim 1, wherein the sticking prevention control is executed on condition that a water level in the tank is equal to or lower than a preset threshold value.
前記閾値は、前記吸込口の高さに設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の還元剤ポンプ制御装置。 2. The suction opening for introducing the reducing agent aqueous solution in the tank into the pump chamber is formed in the pump case, and the threshold is set to a height of the suction opening. Or the reducing agent pump control apparatus of 2.
前記判定手段で用いる前記所定時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど短くするよう可変設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の還元剤ポンプ制御装置。 Comprising estimation means for estimating the degree of fixation of the pump case and the impeller;
5. The reducing agent pump control device according to claim 1, wherein the predetermined time used by the determination unit is variably set so as to be shorter as the estimated degree of sticking is larger.
前記固着防止制御における前記電動モータの作動時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど長くするよう可変設定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の還元剤ポンプ制御装置。 Comprising estimation means for estimating the degree of fixation of the pump case and the impeller;
6. The reducing agent pump control according to claim 1, wherein the operation time of the electric motor in the sticking prevention control is variably set so as to increase as the estimated degree of sticking increases. apparatus.
前記推定手段は、前記逆起電力検出手段により検出された逆起電力の大きさに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする請求項5又は6に記載の還元剤ポンプ制御装置。 Comprising back electromotive force detection means for detecting back electromotive force generated by inertia rotation of the impeller immediately after stopping the drive current to the electric motor;
The reducing agent pump control device according to claim 5 or 6, wherein the estimation means estimates the degree of sticking based on the magnitude of the back electromotive force detected by the back electromotive force detection means.
請求項1〜9のいずれか1つに記載の還元剤ポンプ制御装置と、
を備えることを特徴とする還元剤吐出システム。 A reducing agent for discharging a reducing agent aqueous solution for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas of an internal combustion engine, including a pump case that forms a pump chamber therein, and an impeller that is disposed in the pump chamber and is driven to rotate by an electric motor. A pump,
Reducing agent pump control device according to any one of claims 1 to 9,
A reducing agent discharge system comprising:
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