JP2015504996A - 試薬注入器制御装置 - Google Patents

Abstract

試薬注入器制御装置はパルス幅変調(PWM)制御モジュールおよび注入器ドライバモジュールを含む。PWM制御モジュールは、注入制御サイクル中に試薬注入器を通る電流を監視し、注入制御サイクル中に注入されるべき試薬の量に基づいてPWM信号を生成し、前記電流に基づいて注入制御サイクル中にPWM信号のデューティサイクルを選択的に増加させるか選択的に減少させるかの少なくとも１つをおこなう。注入器ドライバモジュールは、PWM信号に基づいて電流を選択的に流したり流さなかったりする。試薬注入器は、電流に基づいて開いて排気装置内に試薬を注入する。排気装置は、エンジンから排出される排気を受け取る。試薬は窒素酸化物（NOx）と反応する。

Description

本発明は、排気処理装置に係り、とくに試薬注入器制御装置及び方法に関する。

ここに記載された背景技術は本願の開示の前後関係の文脈を一般的に示すことを目的とするものである。本願発明者らの仕事は、この背景技術の欄に記載された範囲ばかりでなく、本願の出願時において従来技術として資格を得ていない何か他の記載の面に及び、また本願の開示に対する従来技術として明確でないか又は暗示していると認められないもののいずれかにも及ぶ。

内燃機関の運転稼働中に大気中に放出される望ましくない微粒子物質とNOxの量を低減するために、これまでに多数の排気ガス後処理システムが開発されてきている。排気ガス後処理装置の必要性は、ディーゼル燃焼プロセスが実施されるときに特に上昇する。

内燃機関から放出されるNOxを低減するために用いられる方法の１つとして選択接触還元（SCR）が公知である。SCRは、反応器を通過した後に引き続き試薬と排気ガスの混合物を形成するためにエンジン排気流中への試薬の注入を含むものである。反応器には試薬の存在下で窒素酸化物（NOx）濃度を減少させ得る触媒が収容されている。但し例えば、触媒は、活性炭であるか、または白金、バナジウム又はタングステンのような金属を含むものとすることができる。

ディーゼルエンジン用のSCR装置に効果的な試薬として尿素水溶液が公知である。しかし、この水溶液と他の試薬との組合せ使用は種々の不利益がある。尿素は、高い腐食性を有し、SCR装置の機械部品を攻撃して損傷を与えるものである。また、尿素は、ディーゼル排気システムのような高温に長時間曝されていると凝固する傾向もある。このように凝固して堆積を引き起こす試薬であるという関係から、尿素水溶液はNOxの低減に利用されていない。

ディーゼルエンジン排気処理のための尿素注入装置は、異なる相手先ブランド製造会社（ＯＥＭｓ）では異なる注入流量の範囲をもつ試薬注入器が示されることになり、実質的に変わるものである。多くの異なるＯＥＭ仕様を互いによく調べてみると、提供されるべき試薬注入流量の全体の範囲を拡張してもよい。このように試薬注入器の製造メーカーは、各々が類似のトータル流量範囲をもつ多くの異なる注入器を現在提供しているが、しかし一方では注入器を流量の最大値と最小値とが互いに離れるような大きさにしている。

試薬注入器は、試薬注入器を開閉するために注入器内において軸上に作動されるピントルを含んでいる。試薬注入器のソレノイドコイルは、ソレノイドコイルを流れる電流に基づいて磁界を発生させる。ピントルは、試薬注入器を開けるために磁界に基づいて戻りばねを圧縮する。磁界が衰えると、戻りばねがピントルを付勢し、試薬注入器が閉じる。

しかし、時間が超過するとピントルが磁化されるようになる。ピントルが磁化されてくると、試薬注入器が以前よりも遅い速度で閉じるようになる。さらに、ソレノイドコイルを流れる電流は熱を発生させる。上述のように、試薬は熱に対してネガティブに反応する。そのような試薬であるので、試薬注入器を開けるために発生する熱を最小限にする必要がある。また、ピントルが永久磁化される確率を最小にする必要がある。

本欄は開示の一般的な要旨を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の包括的な開示ではない。

試薬注入器制御装置は、パルス幅変調(PWM)制御モジュールと注入器ドライバモジュールを含むものである。PWM制御モジュールは、注入制御サイクル中に試薬注入器を通る電流を監視し、前記注入制御サイクル中に注入されるべき試薬の量に基づいてパルス幅変調(PWM)信号を生成し、前記電流に基づいて前記注入制御サイクル中に前記パルス幅変調(PWM)信号のデューティサイクルを選択的に増加させるか選択的に減少させるかの少なくとも１つを実行する。注入器ドライバモジュールは、PWM信号に基づいて電流を選択的に流したり流さなかったりする。試薬注入器は、電流に基づいて開いて排気装置内に試薬を注入する。排気装置は、エンジンから排出される排気を受け取る。試薬は窒素酸化物（NOx）と反応する。

他の特徴において、試薬注入器制御装置は、パルス幅変調(PWM)制御モジュールと注入器ドライバモジュールを含むものである。PWM制御モジュールは、注入制御サイクル中の所定期間にPWM信号のデューティサイクルを100パーセントに設定し、注入制御サイクル中の前記所定期間後において前記電流に基づいてPWM信号のデューティサイクルを100パーセント未満に選択的に減少させる。注入器ドライバモジュールは、PWM信号のデューティサイクルに基づいて試薬注入器に電流を出力する。試薬注入器は、電流に基づいて開き排気装置内に試薬を注入する。排気装置は、エンジンから排出される排気を受け取る。試薬は窒素酸化物（NOx）と反応する。

また、さらに他の特徴において、試薬注入器は、試薬入口、コイル及びピントルを含むものである。試薬入口は、排気装置内に注入するための試薬を受けるためのものである。排気装置は、エンジンから排出される排気を受け取る。試薬は窒素酸化物（NOx）と反応する。コイルは、該コイルを流れる電流に基づいて磁界を生成する。ピントルは、磁界に基づいて軸上に移動する。ピントルはピントルヘッド及びピントルシャフトを含む。ピントルヘッドは、単位重量当たり少なくとも１パーセントの珪素を含むソレノイドグレード材料を含む。ピントルシャフトはピントルヘッドに接続されている。

本願開示の適応性の更なる広がりは後述する詳細な説明の記載から明らかになるはずである。詳細な記載と具体的な例は、図示の目的のためのみに示されたものであり、本願の開示の範囲を何ら限定するものではない。

本願の開示は、詳細な記載と添付の図面から更に十分に理解されるものである。

図１は、試薬添加装置が取付けられた排気制御装置を有する内燃機関の一例を示す概略構成図である。 図２は、試薬注入器の一例を示す縦断面図である。 図３は、本願開示に従う注入器制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 図４は、本願開示に従う試薬注入器の状態とパルス幅変調（PWM）信号の一例を模式的に示すグラフ図である。 図５は、本願開示に従う注入器制御装置の一例を示す回路図である。 図６は、本願開示に従う注入器制御装置の一例を示す回路図である。

本願は、ディーゼルエンジン及びNOx排気を低減することについて記載されており、またこれらのみに限定されないがディーゼル、ガソリン、タービン、燃料電池、ジェット又は放出流を出力するいずれか他の動力源から排出される多くの排気流のうちのいずれか１つに用いることができる点について教示するものであると理解される。また、本願は、多くの望ましくない排気物のうちのいずれか１つを低減するのに用いられることを教示するものである。例えば、ディーゼル排気微粒子フィルタ用の炭化水素の注入は、本願の開示の範囲内に入るものである。追加的な記載として、「アトマイズ流体注入方法及び装置」の名称で2008年11月21日に出願され、一般譲渡された米国出願公開番号2009/0179087A1号公報に教示されていることに注意を喚起し、それを参照することによりそれが本願に包含されるものである。

図１に、ディーゼルエンジン21により排出される排気ガス中のNOxを低減するための排気制御装置8を示す。図１において、装置8の構成要素間の実線は試薬の流路を示し、破線は電気的接続を示す。

装置8は、試薬を保持するための試薬タンク10およびタンク10から試薬を送るための送液モジュール12を含むものである。試薬は、尿素溶液、炭化水素、アルキルエステル、アルコール、有機化合物、水、またはその類似物からなり、これらのうちの２つ以上を混合するか又は組合せたものとすることができる。１つ又はそれ以上の試薬を装置8内に利用でき、単体で又は組合せたもので用いることができるということも認められる。

タンク10及び送液モジュール12は、一体化した試薬タンク/送液モジュールに形成するようにしてもよい。装置8は、電子注入コントローラ14、試薬注入器16及び排気装置19も含んでいる。排気装置19は、ディーゼルエンジン21から触媒17に出力される排気ガスを提供する排気管18を含むものである。触媒17は選択接触還元（SCR）触媒を含んでいてもよい。排気装置19は、酸化触媒のような触媒を１つ又はそれ以上含んでいてもよい。

送液モジュール12は、供給ライン9を介してタンク10から試薬を供給するポンプを有することができる。タンク10は、ポリプロピレン、エポキシ被覆炭素鋼、ＰＶＣ、又はステンレス鋼を材料とし、その応用に応じた大きさ（例えば、車両サイズ、意図された車両の用途）とすることができる。圧力調整器（図示せず）は、所定の圧力設定点（例えば、凡そ60〜80 psiの相対的な低圧力、又はいくつかの実施の形態における60〜150 psiの圧力）で試薬注入器16に供給した試薬の圧力を維持するように設けられている。この圧力調整器は、試薬注入器16からタンク10への戻りライン35のなかに配置するようにしてもよい。圧力センサは試薬注入器16に導かれる供給ライン9のなかに設けるようにしてもよい。また、この装置は凍結した試薬を溶かすため又は試薬を凍結から防ぐために種々の凍結防止方策をも含んでいてもよい。

装置の運転中において、試薬注入器16が排気流中に試薬を注入しているか否かに拘わらず、試薬注入器16を冷却するとともに試薬注入器16内での試薬の滞留時間を最小にするために、タンク10と試薬注入器16との間で試薬を連続的に循環させることができ、これにより試薬が冷たいままの状態におかれる。エンジン排気装置内で経験される300℃〜650℃の温度に曝されると凝固する尿素水溶液のように温度に敏感な温度感受性試薬のために試薬を連続的に循環させることが必要である。

さらにまた、試薬混合物を140℃より低い温度に維持することが望ましく、また試薬の凝固を確実に防ぐのを保証するためには試薬混合物を5℃〜95℃の低い運転温度範囲に維持することが好ましい。仮に試薬が凝固した場合に、凝固した試薬は、試薬注入器16の可動部分や開口に付着して詰りを生じさせる。

注入すべき試薬の量は、エンジン負荷、エンジン速度、排気ガス温度、排気ガス流、エンジン燃料噴射タイミング、所望NOx削減、気圧、相対湿度、EGR（排気ガス再循環）流量、及び／又はエンジン冷媒温度に基づいて種々変わりうるものである。NOxセンサ又はメーター25が触媒17よりも下流に配置されている。NOxセンサ25は、エンジン制御ユニット27に排気中NOx量を表示する信号を出力するように操作されうるものである。

排気ガス温度、排気ガス流、および排気背圧、並びにこれら以外の他の運転操作パラメータが種々のセンサにより測定されるようになっている。これらの運転操作パラメータの全部又はいくつかがエンジン／車両データバスを介してエンジン制御ユニット27から電子注入コントローラ14に供給されるようになっている。電子注入コントローラ14をエンジン制御ユニット27の一部として含ませることもできる。

ここで試薬注入器16の一例として縦断面図である図２を参照しながら試薬注入器について説明する。試薬注入器16は、固定ナット100のような保持器により排気導管18に取り付けられている。試薬注入器16は、試薬注入器16が注入のための試薬を受け取るところに入口導管104を有する。試薬注入器16の下部本体112に試薬流路108が形成されている。

試薬は、試薬流路108を通って流れ、オリフィス板118のオリフィス116を介して排気導管18内に注入されるようになっている。試薬注入器16のピントルシャフト120が開放位置にあるときに試薬が注入される。ピントルシャフト120が閉止位置にあるときに、オリフィス116が遮断され、これにより試薬は注入されない。ピントルシャフト120は、例えば、CPM S90V型ステンレス鋼でつくられている。

ピントルシャフト120はピントルヘッド124に機械的に接続されている。ソレノイドコイル128に通電してチャンバ132内でピントルヘッド124が軸に沿って移動されるようにソレノイドコイル128により磁界を発生させるようになっている。ピントルヘッド124とピントルシャフト120とが機械的に接続されているので、ピントルヘッド124の動きに起因してピントルシャフト120が軸上に動かされる。

戻りばね136が機能してオリフィス116のほうに向けてピントルヘッド124に力が加えられるようになっている。ソレノイドコイル128に通電しないときは、試薬の注入が阻止される閉止位置にピントルシャフト120が戻りばね136により付勢されている。ソレノイドコイル128に通電し、戻りばね136の付勢力を超えることができる磁界を生成し、戻りばね136を圧縮する。ピントルシャフト120が開放位置となるポイントまで、すなわちピントルヘッド124が柱部品140の底面に当接するまで戻りばね136を圧縮する。ソレノイドコイル128に流していた電流を取り除くと、戻りばね136が作用して試薬注入器16を閉じる閉止位置までピントルシャフト120が戻される。

ピントルヘッド124はF430型ステンレス鋼またはFR430型ステンレス鋼でつくることができる。これら以外の他の適合型のソレノイドグレードステンレス鋼または少なくとも１パーセントの珪素を含む他の適合型のステンレス鋼を用いてピントルヘッド124をつくることもできる。このような材料でピントルヘッド124を作製することが、ピントルヘッド124を永久磁化から防ぐ助けとなる。ピントルヘッド124の永久磁化は、ピントルシャフト120を開放位置から閉止位置に作動させる際に、戻りばね136のために必要な時間を増加させる（遅らせる）。ピントルシャフト120を開放位置から閉止位置に作動させる時間が増加するに従って、試薬注入器16の閉止中において試薬注入器16により注入される試薬の量も増加する。ピントルシャフト120及びピントルヘッド124はピントルとして選択的に適用されるものである。

注入器制御装置の一例としての機能ブロック図である図３を参照して説明する。電子注入コントローラ14は、パルス幅変調（PWM）制御モジュール204および注入器ドライバモジュール208を含むものである。

PWM制御モジュール204はPWM信号216を生成するようになっている。PWM制御モジュール204は、注入制御サイクルのために決められた目標試薬注入量220に応じて与えられたPWM制御サイクルのためにPWM信号216を生成することができる。試薬注入器16にほぼ一定の圧力で試薬が供給される場合に、注入制御サイクル中の所定の時間に試薬注入器16が開いているときに目標試薬注入量220を注入することができる。

目標試薬注入量220は注入制御サイクルごとに決定／更新される。注入制御サイクルは、２つ連続して試薬注入を開始する時間の間の前記所定の時間を指し示すものである。PWM制御サイクルは、PWM制御モジュール204がPWM信号216を生成／更新する２つの連続する時間の間の前記所定の時間を指し示すものである。PWM制御サイクルは注入制御サイクルより短い。換言すれば、PWM制御モジュール204は、目標試薬注入量220を決定／更新する頻度よりもPWM信号216を生成／更新する頻度のほうが多い。目標試薬注入量220を決定／更新する頻度は、例えば1ヘルツ(Hz)から10 Hzまでの範囲または他の適当な頻度とすることができる。例えば5 Hzの頻度が200ミリ秒の試薬制御サイクルに対応する。これに対して、PWM制御モジュール204がPWM信号216を生成／更新する頻度は、例えば（ 10ミリ秒のPWM制御サイクルに対応して）100 Hzの頻度とするか又はそれ以上の頻度とする。所与の注入制御を行うための目標試薬注入量220は、例えば、触媒17の温度、エンジン負荷、排気中のNOx量、及び／又は他の運転パラメータのような１つ又はそれ以上の運転パラメータに基づいて設定される。

注入ドライバモジュール208は、PWM信号216の状態に基づいて切り替えられる１つ又はそれ以上のスイッチを含むものである（例えば図５と図６を参照）。注入ドライバモジュール208は、バッテリー224のような１つ又はそれ以上の電源から電力の供給を受けるようになっている。注入ドライバモジュール208は、試薬注入器16の端子に掛かる電圧228を調整するようになっている。掛かった電圧228に応じて試薬注入器16に電流が流れる。試薬注入器16に流れる電流に応じて試薬注入器16が開閉する。

図４は時間236の関数としてPWM信号216および試薬注入器16の状態232の例をそれぞれ示すグラフを含む図である。図４の例グラフは５Ｈｚの注入制御頻度に基づいたものであるが、これ以外の他の適当な注入制御頻度とすることもできる。

上図において注入制御サイクル（200ミリ秒）の１サイクルは時間T1とT2の間に起こる。注入制御の１サイクル中において、試薬注入器16は、時間T1とT3の間に開いて注入制御サイクルのための目標試薬注入量220を達成する。

図３と図４を参照して、PWM制御モジュール204が所与の時間に活性状態（例えば５ボルト）と不活性状態（例えば０ボルト）のうちの１つにPWM信号216に設定する。PWM制御モジュール204は、電圧228を制御するPWM信号216のデューティサイクルを制御し、それにより試薬注入器16に電流を流す。PWM信号216のデューティサイクルは、PWM制御の１サイクル中にPWM信号216が活性状態にある時間に対するPWM制御サイクルの長さ（時間）の比率を指し示すものである。

各注入制御サイクルは、試薬注入器が開いている時間（開放時間；オープニング時間）と試薬注入器が閉じている時間（閉止時間；クロージング時間）を含む。図３の上図では、時間T1〜T2の間の注入制御サイクルは、時間T1〜T3の間の開放時間および時間T3〜T2の間の閉止時間を含んでいる。注入制御サイクルの目標試薬注入量220が増加するに従って、注入制御サイクルの開放時間も増加する。

注入制御サイクルの開放時間（オープニング時間）は、開放時間および保持時間（ホールディング時間）を含む。試薬注入器16は開放時間中に閉じる（クローズド）から開く（オープン）に移行する。試薬注入器16は保持時間中において開く（オープン）を保持する。保持時間が終了するときに、閉止時間（クロージング時間）が開始する。試薬注入器16は、閉止時間中に開く（オープン）から閉じる（クローズド）に移行する。試薬注入器16が閉じるときに閉止時間が開始する。試薬注入器16が閉じままでいるまでの間に、最も早く、次の注入制御サイクルを開始する。

図４の下図において、一例として開放時間は図３の上図のように時間T1〜T3の間に起こる。同下図において、一例として開放時間は時間T1〜T4の間に起こり、保持時間は時間T4〜T3の間に起こる。開放時間は所定の時間である。本例のみのためではあるが、この所定の時間は試薬注入器16の特性（例えば、戻りばね136）に基づいて設定でき、例えば2ミリ秒から10ミリ秒までの間の時間又は他の適当な時間とすることができる。

注入器の開放時間中において、PWM制御モジュール204はPWM信号216のデューティサイクルを100パーセントに設定する。このように、PWM信号216は開放時間を通して終始一貫して活性状態に維持される。PWM信号216を活性状態に維持することで、試薬注入器16に流れる電流が所定の保持電流よりも大きくなる。とくに、PWM信号216のデューティサイクルは、電圧228を制御し、この電圧228に基づいて試薬注入器16に流れる電流を制御する。この所定の保持電流は、試薬注入器16がすでに開いているときに、試薬注入器16を開いたままに維持するために必要な電流を指し示すものである。試薬注入器16を流れる所定の保持電流は、試薬注入器16が開いているときに（逆方向に）戻りばね136により印加される力よりも僅かに大きい力をピントル押し付け力として課するものである。

保持時間中において、PWM制御モジュール204は、試薬注入器16に流れる電流がほぼ所定の保持電流に維持されるようにPWM信号216のデューティサイクルを調整する。試薬注入器16に流れる電流を測定するためにセンスレジスタ240及び電流センサなどを用いることができる。PWM制御モジュール204は、ほぼ所定の保持電流に維持される測定電流に基づいて保持時間中においてPWM信号216のデューティサイクルを変えることができる。PWM制御モジュール204は、保持時間中に20パーセントから80パーセントまでの間または他の適当な範囲にPWM信号216のデューティサイクルを限定する。

保持時間中に試薬注入器16を流れる電流は、開放時間中に試薬注入器16を流れる電流よりも少ない。これは、ピントルヘッド124が永久磁化する可能性を最小化することの助けとなる。さらに、通電時には試薬注入器16に抵抗（I²R）熱が生じるため、低い電流を流すことで試薬注入器16の温度を最小化している。

フライバックダイオード244が試薬注入器16に並列に接続されている。PWM信号216が不活性状態にあるときは、注入ドライバモジュール208が試薬注入器16に流れる電流を遮断し、フライバックダイオード244が放電する（そして磁界が崩壊する）。本例のみに限られるが、フライバックダイオード244はツェナーダイオード、低電圧ダイオード又は他の適合型ダイオードを含むことができる。フライバックダイオード244としてツェナーダイオードを用いると、他の型のダイオードよりも早く磁界が崩壊し、早く放電する。

図５を参照して、本例の注入器制御装置300の概要を説明する。注入器ドライバモジュール208は、第１のスイッチング装置304、第２のスイッチング装置308、ダイオード312、及びコンデンサ316を含むものである。

直流電源電圧320は第１のスイッチング装置304の第１の端子に印加されるものであり、第１のスイッチング装置304の第２の端子はノード324に接続されている。PWM信号216は第１のスイッチング装置304のコントロール端子に接続されている。本例のみに限られるが、第１のスイッチング装置304は、図５の例に示すPNPトランジスタまたは他の適合型のスイッチング装置を含むことができる。直流電源電圧320はバッテリー224（例えば電圧調整器）又は他の適当な電源からの電力から生成される。直流電源電圧320は24ボルトDC又は他の適当な電圧とすることができる。

直流保持電圧328はダイオード312のアノードに印加されるものであり、ダイオード312のカソード端子はノード324に接続されている。直流保持電圧328は直流電源電圧320より小さい。直流保持電圧328はバッテリー224（例えば電圧調整器）又は他の適当な電源からの電力から生成される。本例のみに限られるが、直流保持電圧328は１３．５ボルトＤＣ又は他の適当な電圧とすることができる。コンデンサ316の第１の端子はノード324に接続され、コンデンサ316の第２の端子は接地電位332に接続されている。

第２のスイッチング装置308の第１の端子はノード324に接続され、第２のスイッチング装置308の第２の端子は第２のノード336に接続されている。また、PWM信号216は第２のスイッチング装置308のコントロール端子に接続されている。本例のみに限られるが、第２のスイッチング装置308は、図５の例に示すNPNトランジスタ又は他の適合型のスイッチング装置を含む。

センスレジスタ240の第１の端子は第２のノード336に接続され、センスレジスタ240の第２の端子は試薬注入器16の第１の端子に接続されている。試薬注入器16を通る電流は、センスレジスタ240の端子間電圧とセンスレジスタ240の抵抗とに基づいて測定することができる。

試薬注入器16は、直列に接続されたインダクタ340と抵抗344とで対応することができる。試薬注入器16の第２の端子は接地電位332に接続されている。フライバックダイオード244のアノードは接地電位322に接続され、フライバックダイオード244のカソードは第２のノード336に接続されている。

PWM信号216が不活性状態にあるときに、第１のスイッチング装置304をオンし、第２のスイッチング装置308をオフにする。これによりコンデンサ316は、PWM信号216が不活性状態にある直流電源電圧320に向けて充電する。このように、PWM信号216が不活性状態から活性状態に移行するときに、電圧228は直流保持電圧328よりも大きくなる。

PWM信号216が活性状態にあるときに、第１のスイッチング装置304をオフし、第２のスイッチング装置308をオンにする。これによりコンデンサ316が放電し、試薬注入器16に電流が流れる。コンデンサ316が放電するので、電圧228が直流保持電圧328に向けて乱降下する。電圧228は最終的には直流保持電圧328とほぼ等しくなる。

図６を参照して他の例の注入器制御装置400の概要を説明する。注入器ドライバモジュール208は、第１のスイッチング装置404、第２のスイッチング装置408、第３のスイッチング装置412、ダイオード416、及びコンデンサ420を含むものである。

第２のスイッチング装置408の第１の端子は直流電源電圧424に接続され、第２のスイッチング装置408の第２の端子はノード428に接続されている。第３のスイッチング装置412の第１の端子はノード428に接続され、第３のスイッチング装置412の第２の端子は接地電位432に接続されている。ダイオード416のアノードは直流電源電圧424に接続され、ダイオード416のカソードはノード436に接続されている。コンデンサ420は、一方の端子がノード436に接続され、他方の端子がノード428に接続されている。

第１のスイッチング装置404の第１の端子はノード436に接続され、第１のスイッチング装置404の第２の端子は第２のノード336に接続されている。PWM信号216は、第１、第２及び第３のスイッチング装置404,408,412のコントロール端子にそれぞれ接続されている。本例のみに限られるが、図６に示すように、第１、第２及び第３のスイッチング装置404,408,412はそれぞれNPNスイッチ,NPNスイッチ,PNPスイッチであるか又は他の適合するスイッチング装置とすることができる。

PWM信号216が不活性状態にあるときに、第１のスイッチング装置404をオフし、試薬注入器16に流れる電流を遮断する。PWM信号216が不活性状態にあるときに、第２のスイッチング装置408もオフにする。しかし、PWM信号216が不活性状態にあるときでも、第３のスイッチング装置412はオンにする。これによりコンデンサ420は、PWM信号216が不活性状態にある直流電源電圧424に向けて充電する。

PWM信号216が活性状態にあるときに、第１のスイッチング装置404をオンし、第２のスイッチング装置408もオンし、第３のスイッチング装置412をオフにする。これにより、PWM信号216が活性状態にあるときに、電圧228が直流電源電圧424とコンデンサ420の電圧との合計にほぼ等しくなるように、コンデンサ420及び直流電源電圧424が試薬注入器16に直列の状態にある。PWM信号216が不活性状態にある間に、コンデンサ420が放電し、電圧228が直流電源電圧424のほうに減少する。

上述の記載は事実上図示したものだけであり、本願の開示やその応用又は用途を制限することを意図したものではない。本願の開示の広い教示は種々様々な形態を与えることができる。それゆえに、この開示が特別な例を含むものであるとは言っても、本願開示の真の範囲は他の変形例から制限を受けるものではなく、本願の図面、明細書、及び以下の請求項を研究することにより明らかにされるものである。明りょうの目的のために、同様の要素を識別するために図中において同一の参照符号を用いている。ここでの用法として、Ａ，Ｂ，及びＣの少なくとも１つのフレーズは非排除論理ＯＲを用いる論理（Ａ or Ｂ or Ｃ）を意味するものと解釈されるべきである。方法において１つ又はそれ以上のステップは、本願開示の原理原則を変えることなく、異なるオーダー（又は同時に）を実行することができる。

ここでの用法として、モジュールの用語は、アプリケーション・スペシフィック・インテグレーティッド・サーキット（ASIC）、電子回路、組合せ論理回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）、コードを実行する（分担化した、献身化した、又はグループ）プロセッサー、記載した機能を提供する他の適合しうるハードウェア部品、またはシステム-オン-チップのように上記したものの全部又はそのうちのいくつかの組合せの一部であるか、又はこれらを含むことを指し示している。モジュールの用語は、プロセッサーにより実行されるコードを保存する（分担化した、献身化した、又はグループ）メモリーを含むものである。

コードの用語は、上記の用法として、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又はマイクロコードを含み、プログラム、ルーティン、クラス、及び／又はオブジェクトを指し示している。分担化した（shared）の用語は、上記の用法として、マルチプルモジュールからのいくつかのコード又は全部のコードが単一の（分担化した）プロセッサーを用いて実行されることを意味する。さらに、マルチプルモジュールからのいくつか又は全部のコードを単一の（分担化した）メモリーに保存してもよい。グループの用語は、上記の用法として、単一モジュールからのいくつか又は全部のコードをグループ化した一群のプロセッサーを用いて実行することを意味する。さらに、単一モジュールからのいくつか又は全部のコードをグループ化した一群のメモリーを用いて保存してもよい。

ここに記載した装置及び方法は、１つ又はそれ以上のコンピュータプログラムにより実施され、１つ又はそれ以上のプロセッサーにより実行される。コンピュータプログラムは保存されたデータも含むものである。非一過性タンジブルコンピュータで読み込み可能な媒体の非限定的な例は、不揮発メモリー、磁気記録媒体、及び光学記録媒体である。

10…試薬タンク、12…ポンプ、16…試薬注入器、17…選択接触還元触媒（SCR触媒）、18…排気管、21…エンジン、25…NOxメーター、27…エンジン制御ユニット、
108…試薬流路、116…オリフィス、118…オリフィス板、120…ピントルシャフト、
124…ピントルヘッド、128…ソレノイドコイル、132…チャンバ、136…戻りばね、
204…PWM制御モジュール、208…注入器ドライバモジュール、224…バッテリー、
240…センスレジスタ、244…フライバックダイオード。

Claims (22)

1. 注入制御サイクル中に試薬注入器を通る電流を監視し、前記注入制御サイクル中に注入されるべき試薬の量に基づいてパルス幅変調(PWM)信号を生成し、前記電流に基づいて前記注入制御サイクル中に前記パルス幅変調(PWM)信号のデューティサイクルを選択的に増加させるか選択的に減少させるかの少なくとも１つをおこなうパルス幅変調(PWM)制御モジュールと、
   前記PWM信号に基づいて電流を選択的に流したり流さなかったりする注入器ドライバモジュールと、
   前記試薬注入器が開いて前記電流に基づいて排気装置に試薬を注入し、
   前記排気装置がエンジンから出てくる排気を受け、
   前記試薬が窒素酸化物(NOx)と反応する、ことを特徴とする車両用試薬注入器制御装置。
2. 前記注入器ドライバモジュールに接続された第１の端子および前記試薬注入器に接続された第２の端子を有するセンスレジスタをさらに有し、
   前記PWM制御モジュールは前記センスレジスタの端子間電圧に基づいて前記電流を決定することを特徴とする請求項１記載の試薬注入器制御装置。
3. 前記試薬注入器を有し、かつ前記センスレジスタの第２の端子と接地電位との間に前記試薬注入器に並列に接続されたフライバックダイオードをさらに有することを特徴とする請求項２記載の試薬注入器制御装置。
4. 前記フライバックダイオードがツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項３記載の試薬注入器制御装置。
5. 前記試薬注入器は、
   当該コイルを流れる電流に基づいて磁界を生成するコイルと、
   前記磁界に基づいて軸動するピントルと、
   を具備し、
   前記ピントルは、
   F430型ステンレス鋼からなるピントルヘッドと、
   前記ピントルヘッドに接続されたピントルシャフトと、
   を有することを特徴とする請求項３記載の試薬注入器制御装置。
6. 前記試薬注入器は、
   当該コイルを流れる電流に基づいて磁界を生成するコイルと、
   前記磁界に基づいて軸動するピントルと、
   を具備し、
   前記ピントルは、
   FR430型ステンレス鋼からなるピントルヘッドと、
   前記ピントルヘッドに接続されたピントルシャフトと、
   を有することを特徴とする請求項３記載の試薬注入器制御装置。
7. 前記試薬注入器は、
   当該コイルを流れる電流に基づいて磁界を生成するコイルと、
   前記磁界に基づいて軸動するピントルと、
   を具備し、
   前記ピントルは、
   単位重量当たり少なくとも１パーセントの珪素を含むソレノイドグレード材料を含むピントルヘッドと、
   前記ピントルヘッドに接続されたピントルシャフトと、
   を有することを特徴とする請求項３記載の試薬注入器制御装置。
8. 前記PWM制御モジュールは、前記注入制御サイクル中の所定期間に前記PWM信号のデューティサイクルを100パーセントに設定し、前記注入制御サイクル中の前記所定期間の後において前記電流に基づいて前記PWM信号のデューティサイクルを選択的に減少させることを特徴とする請求項１記載の試薬注入器制御装置。
9. 前記注入器ドライバモジュールは、前記PWM信号が不活性な状態にあるときにチャージし、前記PWM信号が活性な状態にあるときにディスチャージする少なくとも１つのコンデンサを含むことを特徴とする請求項１記載の試薬注入器制御装置。
10. 前記PWM信号が不活性な状態にあるときに前記試薬注入器にブロック電流を流し、前記PWM信号が活性な状態にあるときに前記試薬注入器にエネイブル電流を流す少なくとも１つのスイッチング装置と、
    前記PWM信号が不活性な状態にあるときに前記コンデンサの充電を許容する少なくとも１つの他のスイッチング装置と、
    を有することを特徴とする請求項９記載の試薬注入器制御装置。
11. 前記PWM制御モジュールは、前記電流と予め定めた所定の電流との比較に基づいて前記注入制御サイクル中に前記PWM信号のデューティサイクルを選択的に減少させることを特徴とする請求項１記載の試薬注入器制御装置。
12. 注入制御サイクル中に試薬注入器を開けるためのPWM信号のデューティサイクルを100パーセントに設定し、前記注入制御サイクル中に前記試薬注入器を開けた状態に保持するために前記PWM信号のデューティサイクルを100パーセント未満のうちから選択的に設定するパルス幅変調(PWM)制御モジュールと、
    前記PWM信号の前記デューティサイクルに基づいて前記試薬注入器に電流を出力する注入器ドライバモジュールと、
    を具備し、
    前記試薬注入器が開いて前記電流に基づいて排気装置中に試薬を注入し、
    前記排気装置がエンジンから出てくる排気を受け、
    前記試薬が窒素酸化物(NOx)と反応する、ことを特徴とする車両用試薬注入器制御装置。
13. 前記PWM制御モジュールは、前記電流と所定の電流との比較に基づく前記注入制御サイクル中において、前記試薬注入器を開けた状態に保持するために前記PWM信号のデューティサイクルを100パーセント未満に選択的に設定することを特徴とする請求項１２記載の試薬注入器制御装置。
14. 前記注入器ドライバモジュールに接続された第１の端子および前記試薬注入器に接続された第２の端子を有するセンスレジスタをさらに有し、
    前記PWM制御モジュールは前記センスレジスタの端子間電圧に基づいて前記電流を決定することを特徴とする請求項１３記載の試薬注入器制御装置。
15. 前記試薬注入器を有し、かつ前記センスレジスタの第２の端子と接地電位との間に前記試薬注入器に並列に接続されたフライバックダイオードをさらに有することを特徴とする請求項１４記載の試薬注入器制御装置。
16. 前記フライバックダイオードがツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項１５記載の試薬注入器制御装置。
17. 前記試薬注入器が開いている所定の時間に前記PWM信号のデューティサイクルを100パーセントに設定することを特徴とする請求項１２記載の試薬注入器制御装置。
18. 前記注入器ドライバモジュールは、前記PWM信号が不活性な状態にあるときに充電し、前記PWM信号が活性な状態にあるときに放電する少なくとも１つのコンデンサを含むことを特徴とする請求項１２記載の試薬注入器制御装置。
19. 前記注入器ドライバモジュールは、
    前記PWM信号が不活性な状態にあるときに前記試薬注入器にブロック電流を流し、前記PWM信号が活性な状態にあるときに前記試薬注入器にエネイブル電流を流す少なくとも１つのスイッチング装置と、
    前記PWM信号が不活性な状態にあるときに前記コンデンサの充電を許容する少なくとも１つの他のスイッチング装置と、を有することを特徴とする請求項１８記載の試薬注入器制御装置。
20. 排気装置に注入される試薬を受け取る試薬入口と、該排気装置はエンジンから排出される排気を受け取ること、該試薬は窒素酸化物（NOx）と反応するものであることと、
    当該コイルを流れる電流に基づいて磁界を生成するコイルと、
    前記磁界に基づいて軸動するピントルと、
    を具備し、
    前記ピントルは、
    単位重量当たり少なくとも１パーセントの珪素を含むソレノイドグレード材料を含むピントルヘッドと、
    前記ピントルヘッドに接続されたピントルシャフトと、
    を有することを特徴とする試薬注入器。
21. 前記ソレノイドグレード材料がFR430型ステンレス鋼であることを特徴とする請求項２０記載の試薬注入器。
22. 前記ソレノイドグレード材料がF430型ステンレス鋼であることを特徴とする請求項２０記載の試薬注入器。

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