JP2011127442A - 還元剤噴射弁の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子のON/OFFの制御を行い電磁ソレノイドへの通電制御を行うことにより還元剤噴射弁の制御を行う還元剤噴射弁の制御装置において、還元剤の目標噴射量を演算する目標噴射量演算部と、噴射開始時に電磁ソレノイドに対して供給される第1電流を生成するための第1電流出力信号の供給時間及びDUTY比を演算する第1電流出力信号演算部と、第1電流が供給された後に供給される第2電流を生成するための第2電流出力信号の供給時間を表すDUTY比を演算する第2電流出力信号演算部と、還元剤噴射弁内での所定の温度を推定する温度演算部と、推定された所定の温度に基づいて、第1電流出力信号及び第2電流出力信号のうちの少なくとも一方を補正する出力信号補正部と、を備える。
【選択図】図3
Description
図1は排気浄化装置10の構成例を示す全体図である。この排気浄化装置10は、内燃機関5の排気管11内に備えられた還元触媒13と、還元剤噴射弁21によって還元触媒13よりも上流側の排気管11内に還元剤を供給する還元剤供給装置20とを備えている。また、還元触媒13よりも上流側の排気管11には、温度センサ15が備えられている。
図2は、本実施形態の排気浄化装置10に用いられている還元剤噴射弁21の構成を示す断面図である。この還元剤噴射弁21は、円筒状のケーシング30と、ケーシング30に圧入されたコア筒33と、コア筒33内に設けられた弁体36と、コア筒33の一端側に設けられたバルブボディ34と、ケーシング30及びコア筒33の間に配設された電磁ソレノイド40とを主たる要素として備えている。
また、ケーシング30にはコネクタが設けられている。このコネクタを介して、電磁ソレノイド40に電流が通電される。
(1)全体的構成
図3は、本実施形態の制御装置60の構成例を示す回路図である。この制御装置60は、上流側スイッチング素子43と、下流側スイッチング素子44と、演算処理部70と、各種の情報が記憶される図示しないRAM(Random Access Memory)等によって構成されている。
制御装置60の演算処理部70は、公知のマイクロコンピュータによって構成されている。図3に示す制御装置60の演算処理部70には、ポンプ駆動制御部71及び還元剤噴射弁駆動制御部72が設けられている。この演算処理部70は、内燃機関5の運転状態に関する情報や、排気ガス流量Vgas、車速Sp、外気温度Tair等の情報が読み込み可能になっている。演算処理部70のポンプ駆動制御部71は、第2の供給経路25に設けられた圧力センサ23によって検出される圧力値を継続的に読み込み、この圧力値があらかじめ設定された所定値に維持されるようにポンプ22のフィードバック制御を行う。
温度演算部73は、還元剤噴射弁21内における種々の温度を推定するための演算を行う部分である。本実施形態の制御装置60において、温度演算部73は、還元剤噴射弁21の先端温度Tinj、弁体36の摺動部分の温度Tvlv、電磁ソレノイド40の温度Tsr、還元剤の温度Tureaを推定する。
また、弁体36の摺動部分の温度Tvlvは、例えば、算出された還元剤噴射弁21の先端温度Tinjに基づいて、還元剤噴射弁21内での熱伝達効率や外気温度Tair、車速Vve等による冷却効率を考慮して算出される。
さらに、還元剤の温度Tureaは、例えば、還元剤温度センサ28によって検出される貯蔵タンク24内の還元剤の温度Turea’と、算出された弁体36の摺動部分の温度Tvlvとに基づき算出される。ただし、還元剤の温度Tureaの推定の仕方は適宜変更が可能である。
なお、上記の各温度の算出方法は例示したものに制限されない。
目標噴射量演算部74は、内燃機関5の回転数Neや排気ガス流量Vgas等によって推定されるNOX流量Vnoxと、還元触媒温度Tcatに対応して推定される触媒効率η等に基づき、排気ガス中のNOXを還元するために必要なアンモニア量Daを算出するとともに、このアンモニア量Daが生成され得る還元剤の目標噴射量Qutgtを算出する。
開弁時間演算部75は、目標噴射量演算部74で算出された目標噴射量Qutgtに基づき、還元剤噴射弁21の開弁時間Tiopnを算出する。本実施形態においては、還元剤噴射弁21に供給される還元剤は、ポンプ22のフィードバック制御によって一定の圧力に維持されているために、基本的には目標噴射量Qutgtに基づいて還元剤噴射弁21の開弁時間Tiopnが求められる。
下流側スイッチング素子制御部79は、下流側スイッチング素子44に対して下流側PWM信号SVlowを出力することで下流側スイッチング素子44のON/OFFの制御を行う。具体的に、下流側スイッチング素子制御部79は、下流側スイッチング素子44のON/OFFのDUTY比を変えながら、一定の周期で下流側スイッチング素子44のON/OFFを繰り返し実行させる。
上流側スイッチング素子制御部78は、上流側スイッチング素子43に対して上流側PWM信号SVhighを出力することで上流側スイッチング素子43のON/OFFの制御を行う。具体的に、上流側スイッチング素子制御部78は、還元剤の噴射期間中、すなわち、下流側スイッチング素子44がONにされている期間中、上流側スイッチング素子43のON/OFFを制御することで、電磁ソレノイド40への通電電流の値の制御を行う。
出力信号補正部80は、温度演算部73で推定された温度情報に基づき、第1電流出力信号及び第2電流出力信号のうちの少なくとも一方の補正を行う。本実施形態の出力信号補正部80は、弁体36の摺動部分の温度Tvlvに基づいて第1電流出力信号のうちの第1の期間Ti1の長さを補正し、電磁ソレノイド40の温度Tsrに基づいて第1電流出力信号のDUTY比及び第2電流出力信号のDUTY比のうちの少なくとも一方を補正し、還元剤の温度Tureaに基づいて第2電流出力信号の供給時間の終期を補正する。
還元剤の温度Tureaは、還元剤の粘度や濃度に影響を与える。具体的には、図7に示すように、還元剤は、温度Tureaが上昇すると粘度が急激に低下する一方、濃度がやや小さくなるようにシフトする特性を有している。そのため、還元触媒に到達するアンモニア量の観点からすると、還元剤の温度Tureaの上昇は、還元剤の噴射量が過剰になる結果をもたらしやすい。逆に、還元剤は、温度Tureaが低下すると粘度が急激に上昇する一方、濃度がやや大きくなるようにシフトする特性を有している。そのため、還元触媒に到達するアンモニア量の観点からすると、還元剤の温度Tureaの低下は、還元剤の噴射量が不足する結果をもたらしやすい。
弁体36の摺動部分の温度Tvlvは、弁体36の摺動性に影響を与える。具体的には、還元剤噴射弁21は、弁体36の摺動部分の温度Tvlvが上昇すると弁体36の摺動抵抗が低下する物理的特性を有している。そのため、弁体36の摺動部分の温度Tvlvが上昇すると弁体36が開弁するまでの時間が短くなり、開弁初期に供給する電流が過剰になるとともに還元剤の噴射量が過剰になる結果をもたらしやすい。逆に、還元剤噴射弁21は、弁体36の摺動部分の温度Tvlvが低下すると弁体36の摺動抵抗が上昇する物理的特性を有している。そのため、弁体36の摺動部分の温度Tvlvが低下すると弁体36が開弁するまでの時間が長くなり、開弁初期に供給する電流が不足するとともに還元剤の噴射量が不足する結果をもたらしやすい。
電磁ソレノイド40の温度Tsrは、電磁ソレノイド40のコイルの電気抵抗に影響を与える。具体的には、還元剤噴射弁21は、電磁ソレノイド40の温度Tsrが上昇するとコイルの電気抵抗が上昇する特性を有している。そのため、電磁ソレノイド40の温度Tsrが上昇すると、同じ時間通電した場合の電流値が小さくなって、弁体36の移動量が小さくなるとともに還元剤の噴射量が不足する結果をもたらしやすい。逆に、還元剤噴射弁21は、電磁ソレノイド40の温度Tsrが低下するとコイルの電気抵抗が低下する特性を有している。そのため、電磁ソレノイド40の温度Tsrが低下すると、同じ時間通電した場合の電流値が大きくなって、弁体36の移動量が大きくなるとともに還元剤の噴射量が過剰になる結果をもたらしやすい。
また、第1電流出力信号又は第2電流出力信号の補正において、DUTY比を小さくしたり、信号の出力時間を減少させたりする補正を行った場合には、還元剤の噴射量の適正化だけでなく、必要以上の電流の供給が避けられ、バッテリーの浪費の防止にもつながる。
還元剤噴射弁21の電磁ソレノイド40は比較的熱に弱く、また、この電磁ソレノイド40を被覆する絶縁性の樹脂も比較的熱に弱いことが知られている。還元剤噴射弁21は排気管11に直接、あるいは、導入管を介して取り付けられるために排気熱の影響を受けやすい。特に、本実施形態にかかる排気浄化装置10では、フィルタ18の強制再生が適時に行われるようになっており、還元剤噴射弁21が高温の排気熱に晒される機会が多くなっている。
Claims (7)
- スイッチング素子のON/OFFの制御を行い電磁ソレノイドへの通電制御を行うことにより、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁の制御を行う還元剤噴射弁の制御装置において、
前記還元剤の目標噴射量を演算する目標噴射量演算部と、
噴射開始時に前記電磁ソレノイドに対して供給される第1電流を生成するための第1電流出力信号の供給時間及びDUTY比を演算する第1電流出力信号演算部と、
前記第1電流が供給された後に供給される第2電流を生成するための第2電流出力信号の供給時間を表すDUTY比を演算する第2電流出力信号演算部と、
前記還元剤噴射弁内での所定の温度を推定する温度演算部と、
推定された前記所定の温度に基づいて、前記第1電流出力信号及び前記第2電流出力信号のうちの少なくとも一方を補正する出力信号補正部と、
を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の制御装置。 - 前記温度演算部は前記所定の温度として前記電磁ソレノイドの温度を推定し、前記出力信号補正部は、前記電磁ソレノイドの温度に基づいて、前記第1電流出力信号のDUTY比及び前記第2電流出力信号のDUTY比のうちの少なくとも一方を補正することを特徴とする請求項1に記載の還元剤噴射弁の制御装置。
- 前記温度演算部は前記所定の温度として前記還元剤噴射弁の弁体の摺動部分の温度を推定し、前記出力信号補正部は、前記摺動部分の温度に基づいて、前記第2電流出力信号の供給時間を補正することを特徴とする請求項1又は2に記載の還元剤噴射弁の制御装置。
- 前記温度演算部は前記所定の温度として前記還元剤の温度を推定し、前記出力信号補正部は、前記還元剤の温度に基づいて、前記第2電流出力信号の供給時間を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の制御装置。
- 前記スイッチング素子は、前記電磁ソレノイドの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた二つのスイッチング素子からなり、前記二つのスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子のON/OFFによって前記還元剤噴射弁の開弁時期及び閉弁時期が規定されるとともに、他方のスイッチング素子のON/OFFによって前記第1電流出力信号及び前記第2電流出力信号のDUTY制御が行われ、
前記出力信号補正部は、前記還元剤の温度に基づいて前記一方のスイッチング素子のON時間を補正し、前記還元剤噴射弁の閉弁時期を変更することを特徴とする請求項3又は4に記載の還元剤噴射弁の制御装置。 - 前記温度演算部は前記所定の温度として前記還元剤噴射弁の先端温度を推定し、
前記出力信号補正部は、前記先端温度が所定の閾値を越えるときに、前記還元剤噴射弁の開弁時間を延長することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の制御装置。 - スイッチング素子のON/OFFの制御を行い電磁ソレノイドへの通電制御を行うことにより、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁の制御を行う還元剤噴射弁の制御方法において、
前記還元剤噴射弁内での所定の温度を推定し、推定された前記所定の温度に基づいて、噴射開始時に前記電磁ソレノイドに対して供給される第1電流を生成するための第1電流出力信号、及び前記第1電流が供給された後に供給される第2電流を生成するための第2電流出力信号のうちの少なくとも一方を補正することを特徴とする還元剤噴射弁の制御方法。
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