JP2014173460A - 還元剤供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサの故障時においても、供給圧力を推定することによってＮＯ_X浄化制御を継続することができる還元剤供給装置を提供する。
【解決手段】液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に備えられる還元剤供給装置であって、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送するポンプと、圧送される液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射するための電磁噴射弁と、目標噴射量に応じて前記電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段と、を備えた還元剤供給装置において、前記電磁噴射弁の開弁開始から開弁終了までの時間と前記電磁噴射弁への供給電流値とに基づいて前記液体還元剤の供給圧力を推定する圧力推定制御手段と、前記推定された供給圧力を用いて前記電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に液体還元剤を噴射するための還元剤供給装置に関するものである。

車両等に搭載されたディーゼルエンジン等の内燃機関の排気には窒素酸化物（ＮＯ_X）が含まれている。このＮＯ_Xを浄化する排気浄化装置の一つとして、内燃機関の排気通路中に配置される還元触媒と、還元触媒の上流側で尿素水溶液等の液体還元剤を噴射するための還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、還元触媒中で、排気中のＮＯ_Xとアンモニアとを効率的に還元反応させ、ＮＯ_Xを窒素や水等に分解するものとなっている。

このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置の一態様として、ポンプ及び電磁噴射弁を備え、貯蔵タンク内の液体還元剤をポンプによって圧送するとともに、排気管に固定された電磁噴射弁を介して液体還元剤を排気管内に供給する直接噴射式の還元剤供給装置がある。

このような還元剤供給装置では、液体還元剤を過不足なく噴射できるように、電磁噴射弁に供給される液体還元剤の供給圧力を圧力センサによって検出するとともに、この検出圧力が所定の値に維持されるようにポンプの出力を制御し、排気中のＮＯ_X量等に基づいて算出される目標噴射量に応じて電磁噴射弁の開弁時間を制御することが行われている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−００７６１７号公報（段落［００３７］、［００４７］等）

このような還元剤供給装置では、圧力センサが故障した場合に、液体還元剤の供給圧力を制御することができなくなり、その結果、適切な噴射量を維持することができないおそれがある。そのため、従来の還元剤供給装置においては、圧力センサの故障時には装置の作動を停止していた。したがって、圧力センサの故障時には、ＮＯ_Xの浄化制御ができないものとなっていた。

したがって、本発明は、圧力センサの故障時においても、供給圧力を推定することによってＮＯ_X浄化制御を継続することができる還元剤供給装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に備えられる還元剤供給装置であって、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送するポンプと、圧送される液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射するための電磁噴射弁と、目標噴射量に応じて前記電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段と、を備えた還元剤供給装置において、前記電磁噴射弁の開弁開始から開弁終了までの時間と前記電磁噴射弁への供給電流値とに基づいて前記液体還元剤の供給圧力を推定する圧力推定制御手段と、前記推定された供給圧力を用いて前記電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段と、を備えることを特徴とする還元剤供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

すなわち、本発明の還元剤供給装置によれば、供給圧力を推定する圧力推定制御手段と、推定された供給圧力に基づいて電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段とを備えることとしているために、圧力センサが利用できない場合であっても、液体還元剤の噴射量を許容範囲に制御することができるようになる。したがって、圧力センサが利用可能な状態に無い場合であってもＮＯ_X浄化制御を継続することができる。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記圧力推定制御手段は、前記電磁噴射弁への供給電流値と、通電開始から弁体が最大リフト位置に到達するまでの時間と、に基づいて前記供給圧力を推定することが好ましい。このように供給圧力を推定することにより、追加の部品等を用いることなく、供給圧力を推定することが可能になる。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記液体還元剤の供給圧力を検出するための圧力センサと、前記供給圧力が所定値に維持されるように前記ポンプの出力を制御するポンプ制御手段と、前記圧力センサのセンサ値の異常を検出するためのセンサ異常検出手段と、を備え、前記圧力推定制御手段は、前記圧力センサのセンサ値の異常時に前記供給圧力の推定を行うことが好ましい。このように、圧力センサのセンサ値の異常時に供給圧力の推定を行うことにより、センサ値の異常時のみに、推定した供給圧力によって液体還元剤の噴射量の制御が行われることになり、圧力センサのセンサ値を利用可能な状態においては液体還元剤の噴射量の精度を高く維持することができる一方、圧力センサのセンサ値の異常時においても、液体還元剤の噴射制御を適切に継続することができる。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記窒素酸化物の浄化率を推定する浄化率推定手段と、前記浄化率に応じて前記推定された供給圧力を補正する推定圧力補正手段と、を備えることが好ましい。このように窒素酸化物の浄化率に応じて推定された供給圧力を補正する手段を備えることにより、電磁噴射弁の制御量の計算に用いられる、推定される供給圧力の精度を高めることができ、適切な量の液体還元剤を噴射することができる。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記推定される供給圧力と、前記ポンプの出力と、に基づいて前記推定される供給圧力の信頼性を診断する圧力推定診断手段を備えることが好ましい。このように、推定された供給圧力の信頼性を診断することにより、圧力センサの故障以外に、ポンプ等からの還元剤の漏れや、ポンプ自体の故障などの異常の有無を診断することが可能となって、異常時に、装置を速やかに停止させることができる。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記電磁噴射弁制御手段は、前記供給圧力の推定時において、前記弁体が最大リフト位置に到達したときに速やかに通電を停止することが好ましい。このように、供給圧力の推定時に速やかに電磁噴射弁を閉じることにより、最小限の噴射量での供給圧力の推定が可能となって、液体還元剤の浪費や、漏れを防ぐことができる。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記ポンプ制御手段は、前記圧力センサの故障検出時に、前記ポンプの出力をその時点の出力、又は、あらかじめ定めた規定値に固定することが好ましい。このように、圧力センサの故障時にポンプの出力を固定することにより、その後に推定された供給圧力とポンプの出力との関係を把握しやすくなって、液体還元剤の噴射制御を容易にすることができる。

還元剤供給装置が備えられた排気浄化装置の一例を示す全体図である。 第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられた制御装置の構成例を示すブロック図である。 弁体の最大リフト位置を検出する方法を説明するための図である。 通電時間と供給電流値と推定供給圧力との関係を示す図である。 第１の実施の形態にかかる制御方法の一例を示すフローチャートである。 圧力センサのセンサ値の正常時における噴射制御のフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる圧力センサのセンサ値の異常時における噴射制御のフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられた制御装置の構成例を示すブロック図である。 ＮＯ_X浄化率と補正係数αとの関係を示す図である。 第２の実施の形態にかかる制御方法の一例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる圧力センサのセンサ値の異常時における噴射制御のフローチャートである。 第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられた制御装置の構成例を示すブロック図である。

以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤供給装置に関する実施の形態について具体的に説明する。
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、特に説明がない限り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．排気浄化装置の全体構成
図１は、第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０が備えられた排気浄化装置１０の一例全体構成の全体構成を説明するために示す図である。
この排気浄化装置１０は、排気中のＮＯ_Xを浄化するための装置であり、ディーゼルエンジン等の内燃機関１の排気通路１１に備えられている。排気浄化装置１０は、排気通路１１の途中に介装された還元触媒１３と、還元触媒１３よりも上流側の排気通路１１内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置２０とを備えている。

還元触媒１３は、排気中のＮＯ_Xの還元を促進する機能を有する触媒であり、液体還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、触媒に流れ込む排気中のＮＯ_Xを還元成分によって選択的に還元する触媒である。還元剤供給装置２０は、液体還元剤として尿素水溶液が用いられるものであり、尿素水溶液が排気通路１１中で分解されることにより還元成分としてのアンモニアが生成されるようになっている。また、還元触媒１３の上流側には、内燃機関１から排出される排気中のＮＯ_X濃度Ｎｕを検出するためのＮＯ_Xセンサ１５が設けられている。

２．還元剤供給装置
（１）基本的構成
図１において、還元剤供給装置２０は、液体還元剤が収容される貯蔵タンク２１と、液体還元剤を圧送するためのポンプユニット２２と、液体還元剤を排気通路１１内に噴射するための電磁噴射弁２５とを備えている。ポンプユニット２２は、ポンプ２３及び流路切換弁２４を備えている。電磁噴射弁２５、ポンプ２３、及び、流路切換弁２４は、電子制御装置（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０によって駆動制御が行われるものとなっている。

ポンプ２３と貯蔵タンク２１とは第１の供給通路３１によって接続され、ポンプ２３と電磁噴射弁２５とは第２の供給通路３３によって接続されている。このうち、第２の供給通路３３には、第２の供給通路３３内の圧力、すなわち、電磁噴射弁２５に供給される液体還元剤の圧力を検出（以下、単に「供給圧力Ｐｕ」と称する。）するための圧力センサ２７が設けられている。ポンプ２３と、第１の供給通路３１及び第２の供給通路３３とは、流路切換弁２４を介して接続されている。第１の供給通路３１の貯蔵タンク２１側の端部は、液体還元剤の吸い上げを可能にするために、貯蔵タンク２１の底面近傍に位置している。

流路切換弁２４は、ポンプ２３によって圧送される液体還元剤が流れる方向を、貯蔵タンク２１側から電磁噴射弁２５側に流れる方向（以下「正方向」という。）と、電磁噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側に流れる方向（以下「逆方向」という。）とに切換える機能を有している。すなわち、液体還元剤の噴射制御を行う際には、液体還元剤を電磁噴射弁２５側に供給するために、流路切換弁２４への通電は行われない。このとき、液体還元剤は正方向に流れる。一方、内燃機関１の停止時において、還元剤供給装置２０内の液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収する場合には、流路切換弁２４に対して通電される。このとき、液体還元剤は逆方向に流れる。

なお、液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収可能とする構成は、流路切換弁２４を設ける例に限られない。例えば、逆回転可能なポンプ２３を用いることによって液体還元剤を回収可能に構成することもできる。

また、第２の供給通路３３の途中には、他端が貯蔵タンク２１に接続されたリターン通路３５が分岐して設けられている。リターン通路３５の貯蔵タンク２１側の端部は、液体還元剤の逆流を防ぐために、貯蔵タンク２１内の気相部分に接続されている。リターン通路３５が分岐する位置は、第２の供給通路３３の途中ではなく、ポンプ２３の出口側２３ｂとなっていてもよい。

リターン通路３５の途中には、流路面積が小さくされた絞り部３８が設けられ、第２の供給通路３３内の圧力を保持できるようになっている。また、絞り部３８よりも貯蔵タンク２１側のリターン通路３５には、液体還元剤が貯蔵タンク２１側から第２の供給通路３３側に流れないようにするための一方向弁３７が設けられている。一方向弁３７は省略されていても構わない。

なお、図１に示す還元剤供給装置２０においてはポンプユニット２２内に圧力センサ２７が設けられているが、第２の供給通路３３内の圧力を検出できる位置であれば、どの位置に設けられていても構わない。

ポンプ２３は、ＥＣＵ４０による通電制御によって流量（出力）が制御されて、液体還元剤を圧送する。図１の還元剤供給装置２０において、ポンプ２３は電磁式ポンプが用いられており、駆動デューティ比が大きいほどポンプ２３の出力が大きくなるものとなっている。ＥＣＵ４０は、圧力センサ２７によって検出される圧力Ｐｕ＿ｄｅｔが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるようにポンプ２３の出力をフィードバック制御する。つまり、圧力センサ２７の故障等によってセンサ値の信頼性が失われた場合には、基本的には、電磁噴射弁２５への供給圧力Ｐｕを制御することが困難となる。また、このポンプ２３が、液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収するための手段としての機能も有する。

電磁噴射弁２５は、内燃機関１の運転状態において、ＥＣＵ４０による通電制御によって開閉制御が行われ、所定量の液体還元剤を排気通路１１内に噴射する。電磁噴射弁２５は、非通電状態で閉弁し、通電状態で開弁する、電磁式のオンオフ弁が用いられている。ＥＣＵ４０は、所定の演算式に基づいて目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔを求めるとともに、圧力センサ２７のセンサ値が正常である場合においては、電磁噴射弁２５への供給圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていることを前提として、あらかじめ定められた噴射サイクルごとに、目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔに応じた駆動デューティ比を決定して、電磁噴射弁２５の通電制御を行う。電磁噴射弁２５の駆動デューティ比とは、一噴射サイクル中の通電時間の割合を意味する。

一方、電磁噴射弁２５は、内燃機関１の停止時において、液体還元剤を回収する際には、電磁噴射弁２５を開弁した状態で保持される。これにより、電磁噴射弁２５の噴孔を介して空気（排ガス）が第２の供給通路３３に導入され、液体還元剤が貯蔵タンク２１内に回収されやすくなる。

３．電子制御装置（ＥＣＵ）
（１）電子制御装置の構成
図２は、ＥＣＵ４０のうち、圧力センサ２７のセンサ値が異常となった場合における液体還元剤の噴射制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。
このＥＣＵ４０は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、ポンプ制御手段４１と、電磁噴射弁制御手段４３と、目標噴射量演算手段４５と、センサ異常検出手段４７と、圧力推定制御手段４９とにより構成されている。具体的に、これらの各手段はマイクロコンピュータによるプラグラムの実行によって実現されるものとなっている。

この他、ＥＣＵ４０には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子やタイマカウンタ、さらにポンプ２３又は電磁噴射弁２５への通電制御を行うための駆動回路等が備えられている。また、ＥＣＵ４０には、圧力センサ２７やＮＯ_Xセンサ１５のセンサ信号が入力されるようになっている。

このうち、ポンプ制御手段４１は、基本的に、内燃機関１の運転中において、圧力センサ２７のセンサ値が正常である場合に、圧力センサ２７による検出圧力Ｐｕ＿ｄｅｔが所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなるように、ポンプ２３の出力をフィードバック制御する。

目標噴射量演算手段４５は、内燃機関１の運転中において、還元触媒１３におけるアンモニアの吸着可能量や、排気中のＮＯ_X濃度Ｎｕなどに基づいて、液体還元剤の目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔを算出する。本実施の形態の還元剤供給装置２０の場合、排気中のＮＯ_X濃度Ｎｕ及び排気流量に基づいて算出されるアンモニア量（正の値）と、そのときの還元触媒１３のアンモニアの最大吸着量に対する実際の吸着量の割合を目標吸着割合にするために必要なアンモニア量（正又は負の値）とを加算したアンモニア量を生成可能な液体還元剤の量が算出されるようになっている。

電磁噴射弁制御手段４７は、基本的に、内燃機関１の運転中において、液体還元剤の目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔに応じて電磁噴射弁２５の通電時間を制御する。具体的には、目標噴射量に応じて電磁噴射弁２５の駆動デューティ比を求めて、電磁噴射弁２５の通電制御を行う。

センサ異常検出手段４７は、圧力センサ２７のセンサ値の異常を検出する。例えば、圧力センサ２７の故障を示す信号を検出したり、圧力センサ２７のセンサ値が継続的に過度に高いあるいは低い状態となっていたりする場合などに、圧力センサ２７のセンサ値の異常を検出するように構成することができる。ただし、センサ異常検出手段４７による具体的な検出方法は特に限定されるものではない。

センサ異常検出手段４７によって圧力センサ２７のセンサ値の異常が検出されると、圧力推定制御手段４９による電磁噴射弁２５への供給圧力Ｐｕの推定を行いつつ、ポンプ制御手段４１及び電磁噴射弁４３は、推定される供給圧力（以下、この圧力を「推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔ」と称する。）に応じた制御に切り換えられる。

圧力推定制御手段４９は、圧力センサ２７のセンサ値の異常が検出されると、ポンプ制御手段４１に対してポンプ２３の出力の固定を指示する。このときのポンプ２３の出力は、直前の駆動デューティ比としてもよいし、あらかじめ定められた規定値としてもよい。
また、圧力推定制御手段４９は、電磁噴射弁制御手段４３に対して電磁噴射弁２５の開弁を指示し、電磁噴射弁２５を一回開弁させる。

また、圧力推定制御手段４９は、バッテリ等の電源から電磁噴射弁２５へ供給される電流値（以下、この電流値を「供給電流値Ｉｂ」と称する。）のモニタリングが可能となっている。さらに、圧力推定制御手段４９は、実際に電磁噴射弁２５に流れる電流値（以下、この電流値を「通電電流値Ｉｃ」と称する。）をモニタリングし、その波形から、電磁噴射弁２５の弁体が磁極に当接する最大リフト位置に到達したことを検出したときに、電磁噴射弁２５の通電停止を指示する。

図３は、電磁噴射弁２５を開弁させたときの電流波形を示している。電磁噴射弁２５への通電を開始した後、弁体が移動し始めるＰ１の時点で通電電流値Ｉｃが一旦小さく低下し、さらに弁体が磁極に当接したＰ２の時点で通電電流値Ｉｃが大きく低下している。したがって、圧力推定制御手段４９は、電流波形をモニタリングし、通電電流値Ｉｃが大きく低下したときに電磁噴射弁２５の通電停止を指示するようになっている。点線で示す電流波形が、通電電流値Ｉｃが大きく低下したときに通電を停止した場合の波形を示している。

そして、圧力推定制御手段４９は、電磁噴射弁２５の通電を開始したときから通電を停止したときまでの時間と、バッテリ等から電磁噴射弁２５に供給される供給電流値Ｉｂとに基づいて、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求める。この推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔは、例えば、通電開始から通電停止までの時間ΔＴ＿ｏｐｅｎと供給電流値Ｉｂと供給圧力Ｐｕの関係を示すマップをあらかじめ格納しておき、このマップを参照することによって求めることができる。

図４にマップの一例を示す。通電時間ΔＴ＿ｏｐｅｎが同じであれば、供給電流値Ｉｂが大きいほど供給圧力Ｐｕはより高いと推定され、また、供給電流値Ｉｂが同じであれば、通電時間ΔＴ＿ｏｐｅｎが長いほど供給圧力Ｐｕはより高いと推定される。あらかじめシミュレーション等によってこのようなマップを作成しておき、検出された通電開始から通電停止までの時間ΔＴ＿ｏｐｅｎと供給電流値Ｉｂとに基づいて、このマップを用いて現在の推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求めることができる。

圧力推定制御手段４９によって推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔが求められると、電磁噴射弁制御手段４３は、目標噴射量演算手段４５で求められた目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔと推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔとに基づいて電磁噴射弁２５の開弁時間を求め、電磁噴射弁２５の通電制御を実行する。これにより、圧力センサ２７のセンサ値に異常が生じた場合であっても、適切な量の液体還元剤を噴射することが可能となる。

以降、ポンプ制御手段４１は、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの増減に応じて、ポンプ２３の駆動デューティ比をフィードバック制御する。ポンプ２３の駆動デューティ比は、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔに基づいてマップを参照して求めることができる。

（２）フローチャート
次に、ＥＣＵ４０によって実行される本実施の形態の還元剤供給装置２０の制御方法の具体例について、図５〜図７のフローチャート図に基づいて説明する。以下のフローチャートに示される還元剤供給装置の制御方法は、内燃機関１の運転状態において常時実行されるものとなっている。

まず、図５のステップＳ１１において、ＥＣＵ４０は圧力センサ２７のセンサ値の異常があるか否かを判別する。センサ値が正常であれば（Ｎｏ判定）、図６に示す液体還元剤の噴射制御を実行する。この場合は、圧力センサ２７のセンサ値に基づいて電磁噴射弁２５への供給圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなるようにポンプ２３のフィードバック制御がされているため、供給圧力Ｐｕ＝目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていることを前提とした液体還元剤の噴射制御が実行される。すなわち、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１において、排気中のＮＯ_X流量や、還元触媒１３中のアンモニアの吸着可能量等に基づいて液体還元剤の目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔを求めた後、ステップＳ３２において、目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔと目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとに基づき、基本噴射マップを参照して、電磁噴射弁２５の駆動デューティ比を求め、ステップＳ３３において、電磁噴射弁２５への通電制御を実行した後にスタートに戻る。

一方、図５のステップＳ１１において、圧力センサ２７の故障や、継続的に異常なセンサ値を示している等、センサ値が異常である場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ１２に進み、ＥＣＵ４０はポンプ２３の出力を固定する。具体的には、ポンプ２３の駆動デューティ比を、直前の値、又は、あらかじめ設定した値に固定する。

次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１３に進み、バッテリ等の電源から電磁噴射弁２５に供給されている供給電流値Ｉｂを検出した後、ステップＳ１４に進み、電磁噴射弁２５に通電を開始する。次いで、ＥＣＵ４０は、電磁噴射弁２５への通電電流値Ｉｃをモニタリングし、ステップＳ１５において、通電電流値Ｉｃの波形に基づいて、弁体が最大リフト位置に到達したことを検出する。このとき、電磁噴射弁２５への通電を開始してから、弁体が最大リフト位置に到達するまでの時間ΔＴ＿ｏｐｅｎを、タイマなどを用いて計測する。

その後、弁体が最大リフト位置に到達したことが検出された後、速やかに、電磁噴射弁２５への通電を停止することが好ましい。このように電磁噴射弁２５への通電を停止することにより、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求めるために、液体還元剤が浪費されることを抑えることができる。

次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１６に進み、電磁噴射弁２５への通電開始から弁体が最大リフト位置に到達するまでの時間ΔＴ＿ｏｐｅｎと、電磁噴射弁２５への供給電流値Ｉｂとに基づき、マップを参照して、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求める。現在の推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔが求められると、ＥＣＵ４０は、図７に示す推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを用いた液体還元剤の噴射制御に進む。この場合、電磁噴射弁２５への供給圧力Ｐｕは必ずしも目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっているわけではないので、ＥＣＵ４０は、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを用いた液体還元剤の噴射制御を実行する。

すなわち、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２１で、排気中のＮＯ_X流量や還元触媒１３へのアンモニアの吸着可能量等に基づいて液体還元剤の目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔを求めた後、ステップＳ２２において、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔと目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔとに基づき、推定圧力噴射マップを参照して、電磁噴射弁２５の駆動デューティ比を求める。あるいは、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔと目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとの比や差分に応じて、基本噴射量マップにより得られる駆動デューティ比に対する補正係数を求めて、駆動デューティ比の補正をするようにしてもよい。駆動デューティ比を求めた後は、ステップＳ２３において、ＥＣＵ４０は、電磁噴射弁２５への通電制御を実行した後、スタートに戻る。

４．効果
以上説明した本発明の還元剤供給装置２０によれば、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求める圧力推定制御手段４９と、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔに基づいて電磁噴射弁２５を制御する電磁噴射弁制御手段４３とを備えることとしているために、圧力センサ２７が利用できない場合であっても、液体還元剤の噴射量を許容範囲に制御することができるようになる。したがって、圧力センサ２７が利用可能な状態に無い場合であってもＮＯ_X浄化制御を継続することができる。

また、本実施の形態の還元剤供給装置２０において、圧力推定制御手段４９が、電磁噴射弁２５への供給電流値Ｉｂと、通電開始から弁体が最大リフト位置に到達するまでの時間ΔＴ＿ｏｐｅｎとに基づいて推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求めることとしているために、追加の部品等を用いることなく、供給圧力Ｐｕを推定することが可能になる。

また、本実施の形態の還元剤供給装置２０において、圧力センサ２７によって検出される供給圧力Ｐｕ＿ｄｅｔが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔに維持されるようにポンプ２３の出力を制御するポンプ制御手段４１を備える一方、センサ異常検出手段４７によって圧力センサ２７のセンサ値の異常が検出された時に、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求めることとしている。したがって、圧力センサ２７のセンサ値を利用可能な状態においては液体還元剤の噴射量の精度を高く維持することができる一方、圧力センサ２７のセンサ値の異常時においても、液体還元剤の噴射制御を適切に継続することができる。

また、本実施の形態の還元剤供給装置２０において、電磁噴射弁制御手段４３が、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求める際に、弁体が最大リフト位置に到達したときに速やかに通電を停止することとしている。したがって、最小限の噴射量での供給圧力Ｐｕの推定が可能となって、液体還元剤の浪費や漏れを防ぐことができる。

また、本実施の形態の還元剤供給装置２０において、ポンプ制御手段４１は、圧力センサ２７のセンサ値の異常検出時に、ポンプ２３の出力をその時点の出力、又は、あらかじめ定めた規定値に固定することとしている。したがって、その後に推定された推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔとポンプ２３の出力との関係を把握しやすくなって、液体還元剤の噴射制御を容易にすることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０について説明する。
本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の全体的構成は第１の実施の形態の還元剤供給装置２０と同様のものとなっており、圧力センサ２７のセンサ値の異常時における制御が異なるものとなっている。以下、ＥＣＵ４０の構成及び制御方法について、第１の実施の形態の還元剤供給装置２０の場合と異なる点を中心に説明する。

１．電子制御装置（ＥＣＵ）
図８は、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０に備えられた電子制御装置４０のうち、圧力センサ２７のセンサ値が異常となった場合における液体還元剤の噴射制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。
本実施の形態のＥＣＵ４０においても、第１の実施の形態のＥＣＵ４０の場合と同様に、ポンプ制御手段４１、電磁噴射弁制御手段４３、目標噴射量演算手段４５、センサ異常検出手段４７、圧力推定制御手段４９が備えられている。さらに、本実施の形態にかかるＥＣＵ４０は、浄化率推定手段５１及び推定圧力補正手段５３を備えている。すなわち、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０では、第１の実施の形態の還元剤供給装置２０における制御方法を基本として、求められた推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの補正及び推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔに基づく噴射制御の適否の判定を実行可能になっている。

浄化率推定手段５１は、還元触媒１３中でのＮＯ_X浄化率ηを推定するものであり、典型的には、還元触媒１３の上流側のＮＯ_X濃度Ｎｕと下流側のＮＯ_X濃度Ｎｄに基づいてＮＯ_X浄化率ηを算出する。それぞれの位置でのＮＯ_X濃度は、ＮＯ_Xセンサによって直接検出することもできるし、あるいは、内燃機関１の運転状態等に基づいて演算によって推定することもできる。ＮＯ_X濃度の代わりに、ＮＯ_Xの質量流量等の値を用いてＮＯ_X浄化率ηを求めることもできる。

このとき、求められたＮＯ_X浄化率ηが著しく低い場合には、供給圧力Ｐｕを適切に推定できておらず、液体還元剤の噴射量が適切でない状態にあるおそれがあるために、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０のＥＣＵ４０の浄化率推定手段５１は、還元剤供給装置２０の作動を停止するよう指令を出すようになっている。例えば、ＮＯ_X浄化率ηの下限値（図９を参照。）を設けておき、求められたＮＯ_X浄化率ηが下限閾値を下回る場合には、還元剤供給装置２０の作動を停止するように構成することができる。

推定圧力補正手段５３は、ＮＯ_X浄化率ηに応じて、圧力推定制御手段４９で求められた推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを補正する。例えば、求められたＮＯ_X浄化率ηを複数段階に切り分け、それぞれの段階に応じた補正係数αを設定する。このとき、図９に示すように、ＮＯ_X浄化率ηが低いほど補正係数αが１未満の小さい値となるように設定する。これにより、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔが小さくなるように補正が行われるため、同量の液体還元剤を噴射するための駆動デューティ比が大きくされる。その結果として、液体還元剤の噴射量が増加するため、ＮＯ_X浄化率ηが高められる。

２．フローチャート
次に、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の制御方法の具体例について、図１０及び図１１のフローチャート図に基づいて説明する。第１の実施の形態の場合と同様、以下のフローチャートに示される還元剤供給装置２０の制御方法は、内燃機関１の運転状態において常時実行されるものとなっている。

まず、図１０に示すフローチャートにおいて、図５のステップＳ１１〜ステップＳ１６と同様の手順で、ステップＳ４１〜ステップＳ４６の各工程を実行する。本実施の形態においては、ステップＳ４６で推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを求めた後、ステップＳ４７において、現在設定されている補正係数αを用いて推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔを補正する。すなわち、前回以前のルーチンにおいて、後述するステップＳ５６で設定された補正係数αが存在する場合に、このステップＳ４７で推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの補正が実行される。

推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの補正がされた後、図１１のステップＳ５１に進み、図７のステップＳ３１〜ステップＳ３３と同様の手順により、ステップＳ５１〜ステップＳ５３を実行する。さらに、本実施の形態においては、液体還元剤の噴射を実行した後、ステップＳ５４に進み、ＥＣＵ４０は還元触媒１３の上流側及び下流側のＮＯ_X濃度等に基づき、ＮＯ_X浄化率ηを求めた後、ステップＳ５５に進み、ＮＯ_X浄化率ηに基づいて電磁噴射弁２５から噴射した液体還元剤の噴射量が適切であるか否かを判定する。噴射量が適切でないと判定された場合（Ｎｏ判定）には、供給圧力Ｐｕの推定が適切に行われていないことから、ステップＳ５７に進み、これ以上の噴射制御は継続せずに還元剤供給装置２０の作動を停止する。

一方で、ステップＳ５５において、噴射量が適切であると判断された場合（Ｙｅｓ判定）には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５６に進み、図９に示すマップ等に基づいて、ＮＯ_X浄化率ηに応じた補正係数αを設定し、次回の供給圧力Ｐｕの推定時に用いられるようにしてスタートに戻る。すなわち、ＮＯ_X浄化率ηが低い場合には、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔが実際の供給圧力Ｐｕよりも低く液体還元剤の噴射量が目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔに対して不足していると推定されることから、求められる推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔが小さくなるように補正係数αが設定される。

３．効果
以上説明したように、本実施の形態にかかる還元剤供給装置によれば、第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の場合と同様の効果が得られることと併せて、さらに、ＮＯ_X浄化率ηに基づいて求められる補正係数αによって推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの補正が行われるため、電磁噴射弁の制御量の計算に用いられる、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの精度を高めることができ、適切な量の液体還元剤を噴射することができる。

また、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０においては、ＮＯ_X浄化率ηが著しく低い場合に還元剤供給装置２０を速やかに停止させることとしている。すなわち、液体還元剤の不良や、電磁噴射弁２５やポンプ２３等の故障等に起因して、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔに基づく液体還元剤の噴射制御が適切でないと推定される場合に、還元剤供給装置２０の作動を停止させることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０について説明する。
本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の全体的構成は、第１及び第２の実施の形態の還元剤供給装置２０と同様のものとなっており、圧力センサ２７のセンサ値の異常時における制御において、供給圧力の推定が正しく行えているか否かを診断する工程を含んでいる点で、第１及び第２の実施の形態の制御と異なるものとなっている。以下、ＥＣＵ４０の構成及び制御方法について、第１及び第２の実施の形態の還元剤供給装置２０の場合と異なる点を中心に説明する。

図１２は、本実施の形態にかかるＥＣＵ４０のうち、推定供給圧力Ｐｕ＿ｔｇｔの推定の診断を行う部分に関連する部分のみを機能的に表したブロック図である。これらの各機能部は、いずれもプログラムの実行により実現されるものとなっている。
圧力推定診断手段５５は、図２に示す第１の実施の形態のＥＣＵ４０や、図８に示す第２の実施の形態のＥＣＵ４０の圧力推定制御手段４９及びポンプ制御手段４１で求められる推定供給圧力Ｐｕ＿ｔｇｔ及びポンプ２３の出力（駆動デューティ比）を受け取り、これらに基づいて推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの推定が正しいか否かを診断する。

具体的には、ポンプ２３の出力と供給圧力Ｐｕとの関係は、あらかじめ求められるものであるため、これらをマップ化しておき、ＥＣＵ４０に格納しておく。そして、求められた推定供給圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとポンプ２３の出力との関係が、マップ化された関係から大きく離れていないかを判定することによって推定供給圧力Ｐｕ＿ｔｇｔの推定の適否を判定することができる。

推定供給圧力Ｐｕ＿ｔｇｔの推定が正しく行われていないと判断される場合には、ポンプ２３からの液体還元剤の漏れや、ポンプ２３自体の故障のおそれもあることから、例えば、還元剤供給装置２０の作動を停止するなどの処理を行う。

本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０によれば、圧力センサ２７のセンサ値に異常が発生し、推定供給圧力Ｐｕ＿ｅｓｔの演算を開始したものの当該演算が適切でない場合には、ポンプ２３等の他の異常が原因であることを把握することができる。したがって、還元剤供給装置２０の作動を停止することとすれば、液体還元剤の漏れや液体還元剤の噴射制御の誤動作を防ぐことができる。

［他の実施の形態］

なお、これまでに説明した実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本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。
特に、言うまでもなく、第１〜第３の実施の形態の還元剤供給装置２０の各構成を互いに組み合わせて実施することができる。

１：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：還元触媒、１５：ＮＯ_Xセンサ、２０：還元剤供給装置、２１：貯蔵タンク、２２：ポンプユニット、２３：ポンプ、２４：流路切換弁、２５：電磁噴射弁、２７：圧力センサ、３１：第１の供給通路、３３：第２の供給通路、３５：リターン通路、３７：一方向弁、３８：絞り部、４０：ＥＣＵ（電子制御装置）、４１：ポンプ制御手段、４３：電磁噴射弁制御手段、４５：目標噴射量演算手段、４７：センサ異常検出手段、４９：圧力推定制御手段、５１：浄化率推定手段、５３：推定圧力補正手段、５５：圧力推定診断手段

Claims (7)

1. 液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に備えられる還元剤供給装置であって、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送するポンプと、圧送される液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射するための電磁噴射弁と、目標噴射量に応じて前記電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段と、を備えた還元剤供給装置において、
   前記電磁噴射弁の開弁開始から開弁終了までの時間と前記電磁噴射弁への供給電流値とに基づいて前記液体還元剤の供給圧力を推定する圧力推定制御手段と、
   前記推定された供給圧力を用いて前記電磁噴射弁を制御する電磁噴射弁制御手段と、
   を備えることを特徴とする還元剤供給装置。
2. 前記圧力推定制御手段は、前記電磁噴射弁への供給電流値と、通電開始から弁体が最大リフト位置に到達するまでの時間と、に基づいて前記供給圧力を推定することを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
3. 前記液体還元剤の供給圧力を検出するための圧力センサと、前記供給圧力が所定値に維持されるように前記ポンプの出力を制御するポンプ制御手段と、前記圧力センサのセンサ値の異常を検出するためのセンサ異常検出手段と、を備え、前記圧力推定制御手段は、前記圧力センサのセンサ値の異常時に前記供給圧力の推定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤供給装置。
4. 前記窒素酸化物の浄化率を推定する浄化率推定手段と、前記浄化率に応じて前記推定された供給圧力を補正する推定圧力補正手段と、を備え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供給装置。
5. 前記推定される供給圧力と、前記ポンプの出力と、に基づいて前記推定される供給圧力の信頼性を診断する圧力推定診断手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。
6. 前記電磁噴射弁制御手段は、前記供給圧力の推定時において、前記弁体が最大リフト位置に到達したときに速やかに通電を停止することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。
7. 前記ポンプ制御手段は、前記圧力センサのセンサ値の異常検出時に、前記ポンプの出力をその時点の出力、又は、あらかじめ定めた規定値に固定することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。

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