JP2015526636A - エア駆動還元剤輸送システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、還元剤を内燃機関の排気ガス処理システムへ輸送するように、エア駆動油圧ポンプにより還元剤の圧力に対して閉ループ制御を行う定量供給システム、及び定量供給率を制御するための２段ＰＷＭ制御方法を開示する。【解決手段】前記定量供給システム中の還元剤残留物は、定量供給工程が完了した後に圧縮空気を使用することにより排除され、前記エア駆動油圧ポンプが還元剤タンク内に配置される場合、これらのポンプ専用の加熱手段を必要としない。前記エア駆動油圧ポンプは、さらに低圧の圧縮空気を使用することもでき、前記閉ループ圧力制御と前記２段ＰＷＭ制御とが共に、圧縮空気の圧力変化による影響を受けにくい定量供給の正確性を達成させる。このような新規の特徴は、前記定量供給システムがエンジンターボを含む多種な圧縮空気源を使用することを可能にしている。【選択図】図１

Description

本出願は、本発明と同様の名称で２０１１年８月２２日に出願済みである米国仮出願番号６１／５７５，４６９の優先権を享受するものである。

本発明は、排気ガス中の規制物質を除去するように、還元剤を内燃機関の排気ガス処理システムへ輸送するための装置と方法に関し、より具体的には、エア駆動油圧ポンプを使用して液体還元剤を内燃機関の排気ガス処理システムへ輸送する装置と方法に関する。

内燃機関から排出された排気ガス中の環境的に有害な物質、例えば炭化水素化合物（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、粒子状物質（ＰＭ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）などは、排気ガスから除去する必要がある規制物質である。希薄燃焼エンジンにおいては、過剰酸素が大量に存在するため、過剰な添加剤を用いない受動装置（例えば、三元触媒を使用した装置）はほとんどの火花点火式エンジンのように酸化性物質ＮＯｘを効果的に除去することができない。希薄燃焼エンジン中のＮＯｘを減少させるために、排気ガス中に還元剤が定量添加される多種の能動的装置が開発されている。これらの技術において、通常、還元剤に対して計量を行い排気ガスへ注入することによって得られた混合物が、選択的な触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、ＳＣＲ）触媒へ流入して、その中で還元剤がＮＯｘと選択的に反応し、例えば窒素、二酸化炭素及び水など無毒な物質を生成させる。

ＳＣＲシステムにおいて、多種の還元剤を使用することができ、例えば、アンモニア（ＮＨ３）、ＨＣと水素（Ｈ２）である。その中では、アンモニアＳＣＲが比較的に高い転換率と広い温度範囲によりもっとも広く使用されている。アンモニアを直接定量で添加することができる。しかしながら、純粋アンモニア処理での安全性問題と困難により、通常、アンモニアＳＣＲシステムでは尿素溶液が使用される。尿素は排気ガス中で加熱分解と加水分解されてアンモニアになる。

代表的には、ＳＣＲシステムにおいて、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）は必要とされるアンモニア定量供給率を計算する。そして、尿素とアンモニアの比率に基づいて、必要とされる尿素流量を計算し、定量供給率指令を定量供給システムへ送信する。当該システムにおいて、尿素溶液に対して計量を行い、排気ガス中に注入させる。一般的に言うと、燃料制御と類似して還元剤の計量も２種類の方法がある。１種類の方法は、計量ポンプを使用してポンピング速度を制御することで正確に還元剤の流量を制御することである。もう１種類の方法はコモンレール燃料制御システムで使用される方法とよく似ている。このような方法では、還元剤レールあるいは緩衝器で一定の圧力を積み上げて維持させ、しかも、緩衝器と流体的に連結されるインジェクタの繰り返し制御サイクル中の開時間を調整することにより還元剤流量に対して制御を行う。

還元剤の霧化はＳＣＲ転換率に対しては非常に重要であり、特に、尿素ＳＣＲシステムにおいて、当該システム中に定量的に添加された尿素が加熱分解と加水分解してアンモニアになれる必要があり、排気ガスが提供する熱エネルギーが有限である。第１種類の還元剤計量方法では、制御が簡単であるが、還元剤の圧力に対して制御してない。したがって、良好な霧化効果を得られるために、良好に設計されるノズルにより霧化を促進される以外、連続空気流を提供するように、通常、還元剤定量供給と余分の空気供給と混合する必要がある。連続空気流と正確制御される計量ポンプの要求が当該方法の応用を制限されている。第２種類の還元剤計量方法が余分の空気供給により霧化を促進される必要がない。それは高圧では、良好に設計されるノズルにより還元剤を噴射すると良好な霧化効果があるからだ。したがって、当該方法では、圧力制御の要件により、代表的には、モータにより駆動される液体ポンプ（例えば、膜ポンプ）によりレール圧を積み上げて維持させる必要があり、同時に複雑なモータ制御システムも必要がある。

それ以外、還元剤が低環境温度で凍結することを回避するために、定量供給システムが遮断される前に、当該定量供給システム内の還元剤残留物を排除する必要がある。当該第１種類の還元剤計量方法を用いたシステムにおいて、空気供給を使用して還元剤残留物をタンクへ押し戻すことができるが、当該第２種類の方法を用いたシステムにおいて、余分な還元剤の流れ制御により還元剤残留物を戻す必要がある。接続配線に還元剤残留物がある定量供給システムにおいて、また、配線加熱装置が必要である。還元剤タンクの加熱制御と異なり、配線加熱は１種類の分布式加熱であり、閉ループ制御には比較的に難しく、しかも値段が高い。特殊な正温度係数（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、ＰＴＣ）ヒーターを用いる以外、局所的なオーバーヒートにより損害を防ぐように加熱電力と配線耐用性に対して慎重にパランスを取る必要がある。

還元剤定量供給システムの複雑性を低下させるとともに良好な性能を得られるために、本発明の重要な目的は、エア駆動油圧ポンプを利用して、簡単な圧力制御により高いレール圧を積み上げて維持させる還元剤定量供給装置を提供することである。当該エア駆動油圧ポンプ内部にはモータを備えず、それにより、電気エネルギーと複雑なモータ制御により駆動される必要がない。当該エア駆動油圧ポンプは連続的な空気供給も必要ではない。

本発明のもう１つの目的は、還元剤圧力変化による影響を受けにくい定量供給率を制御する方法を提供することであり、それにより、変化する還元剤圧力下で、正確な定量供給率を得られる。

本発明のさらに１つの目的は、エンジンターボにより発生される圧縮空気を利用するエア駆動油圧ポンプを備える定量供給装置を提供することであり、それにより、余分な加熱装置を必要としない。

本発明のまた１つの目的は、圧縮空気を利用して定量供給過程が完成した時に還元剤残留物をタンクへ戻す制御装置を提供することである。

本発明のさらに１つの目的は、還元剤タンク内にエア駆動油圧ポンプが配置される定量供給装置を提供することであり、それにより、当該ポンプはタンク本体加熱以外の余分な加熱装置を必要としない。

本発明は、還元剤を内燃機関の排気ガス処理システムへ輸送するための装置と方法を提供する。より具体的には、当該装置はエア駆動油圧ポンプと油圧緩衝器とを備える還元剤供給モジュールと、圧力センサーと、還元剤タンクと、定量供給制御ユニット（ｄｏｓｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，ＤＣＵ）及びインジェクタとを含む。本発明のの実施形態では、圧力センサーが油圧緩衝器中に配置され、エア駆動油圧ポンプより供給される還元剤の圧力を計測するのに用いられる。当該エア駆動油圧ポンプは吸入ポートと排出ポートを備え、当該吸入ポートが電磁弁を介して圧縮空気源と流体的に連結されるとともに、当該排出ポートが他の電磁弁及び任意のマフラーを介して周囲環境と流体的に連結される。当該エア駆動油圧ポンプは加圧行程と吸液行程とを備える。当該エア駆動油圧ポンプにおける行程と圧力はＤＣＵにより電磁弁を操作して空気を供給と放出することで制御される。当該加圧行程においては、圧力センサーより取得されたセンシング値を利用して、当該ＤＣＵでのフィードバックコントローラーによって当該油圧緩衝器中の還元剤の圧力を制御するが、当該吸液行程においては、当該圧力フィードバックコントローラーが停止されるとともに、当該油圧緩衝器によって還元剤の圧力を維持する。当該油圧緩衝器が還元剤の定量供給に使用されるインジェクタと流体的に連結されとともに、当該インジェクタの吸入口が遮断弁を介して当該還元剤タンクに連結される。定量供給した後、当該遮断弁が開けられる。当該エア駆動油圧ポンプ及び当該油圧緩衝器中の還元剤残留物は当該ポンプの圧力下で排出されるとともに、当該インジェクタ中の還元剤残留物が排除される。還元剤の定量供給率はＰＷＭコントローラーにより制御されており、当該ＰＷＭコントローラーは定量供給指令に基づいてＰＷＭ信号を生成させて当該インジェクタを駆動させる。当該ＰＷＭコントローラーは２段である。第１段のコントローラーは第２段のコントローラーの制御パラメーターを周期的に設定することで第１段のＰＷＭ信号を生成させるが、第２段のコントローラーが第２段のＰＷＭ信号を生成させる。これらの制御パラメーターの値は、第１段のコントローラーが油圧緩衝器中に配置される圧力センサーより取得されたセンシング値に基づいて計算されている。この方式によると、ＰＷＭコントローラーにより圧力変化が補正されるので、定量供給率の正確さが圧力変化による影響を受けにくい。低環境温度下で定量供給を実現するために、当該定量供給システムでの還元剤の温度がその氷点より高く維持する必要がある。本発明の実施形態では、還元剤残留物が定量供給の後に圧縮空気によって排除されるので、当該エア駆動油圧ポンプが当該還元剤タンク中に配置されてもよく、それにより、当該ポンプを加熱するための装置が省略される。

当該エア駆動油圧ポンプは、圧力が当該油圧緩衝器中の還元剤の圧力より小さい圧縮空気源の存在下で動作することができる。本発明のもう１つの実施形態では、エア駆動油圧ポンプは、内部にピストンを備える。当該ピストンは、２つの表面を備えて、しかも、当該ポンプの内部空間が上部空気チャンバーと下部還元剤チャンバーとに分割される。当該上部空気チャンバーへ向いている表面の面積が当該下部還元剤チャンバーへ向いている表面より大きいので、さらに高い還元剤の圧力を得ることができる。定量供給の後には、当該ピストンが還元剤を排出するための位置まで移動した場合、流体流路により当該上部空気チャンバーが当該下部還元剤チャンバーと流体的に連結される。

吸液行程に圧力低下が存在する可能性を防ぐために、本発明のもう１つの実施形態では、２つのエア駆動油圧ポンプを利用して連続的な圧力フィードバック制御を提供している。前記２つのポンプは交互に制御動作する。即ち、第１のポンプが圧力フィードバック制御の下で加圧行程にある場合、第２のポンプの吸液行程がトリガーされて、また、第１のポンプが吸液行程によって再充填を行う必要があるとき、当該第２のポンプが加圧行程へ移行する。この方式によると、どの場合でも１つのポンプが圧力フィードバック制御の下で加圧行程に設置されるので、当該油圧緩衝器中の還元剤の圧力が常に一定に制御されることになる。

当該閉ループ圧力制御及び当該２段ＰＷＭ制御は、還元剤の圧力が圧縮空気供給中の圧力変化による影響を受けにくいようにし、また、圧縮空気の圧力が還元剤の圧力より小さい場合にも、当該エア駆動油圧ポンプが動作することができる。それ以外に、エア駆動ポンプの特徴により、消耗空気と還元剤の定量供給量が同じであり、連続的な空気流が必要ではなくなる。これらの新規の特徴によれば、本発明における定量供給システムは、エンジンターボを含む多種の圧縮空気源に使用することが可能になるように実施されている。

排気ガス処理システムを備える内燃機関の概略図である。

油圧緩衝器と電磁弁制御を備えるエア駆動油圧ポンプシステムを表す。

制御図２ａのエア駆動油圧ポンプシステムの行程制御アルゴリズムに用いられるフローチャートである。

制御図２ａのエア駆動油圧ポンプの圧力制御アルゴリズムに用いられるフローチャートである。

正常定量供給工程における、内部にピストンが設置されたエア駆動油圧ポンプシステムの断面図である。

還元剤排除工程における、内部にピストンが設置されたエア駆動油圧ポンプシステムの断面図である。

還元剤タンク中に配置されたエア駆動油圧ポンプを表す。

ＰＷＭコントローラーの信号のフローチャートを含むブロック図であり、当該ＰＷＭコントローラーが還元剤の定量供給率を制御するためのものである。

図５ａのＰＷＭコントローラー中のＰＷＭ制御ブロックの信号のフローチャートを含むブロック図である。

ＰＷＭ信号生成回路の信号のフローチャートを含むブロック図である。

図５ｂのオン時間と周期決定制御に用いられる割り込みサービスルーチンのフローチャートである。

ＰＷＭ信号生成時の信号タイムチャートであり、当該ＰＷＭ信号が図５ｄの割り込みサービスルーチンを使用して生成される。

２つのエア駆動油圧ポンプを有する還元剤ポンピングシステムを示す。

還元剤輸送制御の状態のフローチャートである。

起動制御に用いられる割り込みサービスルーチンのフローチャートである。

排除制御に用いられる割り込みサービスルーチンのフローチャートである。

エンジンターボにより提供される圧縮空気を使用した油圧ポンプを示す。

（還元剤輸送システム）
図１を参照すると、エンジンの後処理システムにおいて、エンジン１００より発生した排気ガスがマニホールド１０１を通って流路１６６に侵入する。当該流路１６６には還元剤インジェクタ１３０が取り付けられている。インジェクタ１３０の電磁弁は定量供給制御ユニット（ＤＣＵ）１４０がポート１３６に接続される信号線１４５により制御を行う。しかも、圧力配線１３１がポート１３３の還元剤供給モジュール１１０と流体的に連結することにより還元剤を提供する。高温排気ガスによる損害を防ぐために、エンジン冷却材を吸入ポート１３４と排出ポート１３５との間に循環させる。インジェクタ１３０より噴出される還元剤が排気ガスと混合され、しかも、それで得られた気体が混合器１６１によって触媒１６３へ入り、その中にＳＣＲ反応を行って排気ガス中のＮＯｘを還元させる。

還元剤供給モジュール１１０は、ポート１１５を備え、当該ポートが配線１３１を介してインジェクタ１３０のポート１３３と流体的に連結されることにより加圧された還元剤供給をインジェクタに提供する。圧力センサー（図１では、図示せず）は、還元剤供給モジュール内の圧力値をポート１１４に接続される線路１４３によりＤＣＵへ送信する。還元剤供給モジュールはポート１１７と、供給配線１２３と、還元剤タンク１２０のポート１２２とによって還元剤タンクから還元剤を取り出す。しかも、圧縮空気が吸入ポート１１１から還元剤供給モジュールに侵入することにより内部の還元剤に対して加圧することができる。且つ、還元剤の圧力は、ポート１１６に接続される線路１４６を介してＤＣＵにより制御される。圧縮空気が排出ポート１１２より放出される。

タンク本体液面センサーと温度センサーは、それぞれ線路１４１と線路１４２を介して還元剤タンク１２０内の還元剤の液面位置と温度をＤＣＵへ送信する。これらの線路は全てポート１２６に接続される。しかも、吸入ポート１２７と排出ポート１２８により循環されるエンジン冷却剤が還元剤タンクに対して加熱を行う。ＤＣＵは線路１４７を介して電磁遮断弁１７１を指令することによりエンジン冷却剤の流動を制御する。エンジンが停止した時に、圧力配線１３１内の還元剤残留物が低温で凍結することを回避するために、還元剤が排除工程にタンクへ還流させるように戻り配線１２５及びポート１２１を流路として使用される。ＤＣＵは配線１４８を介して遮断弁１３７に指令することにより戻り配線１２５内の還元剤の流動を制御する。電気ヒーター１３２，１２９、１２４及び１１３は、例えば、ＤＣＵが線路１４４を介して指令して圧力配線１３１、戻り配線１２５、供給配線１２３及び還元剤供給モジュール１１０中に凍結された還元剤に対して解凍を実行するために使用され、しかも、温度を還元剤の氷点より高く維持される。

ＤＣＵに伝送される還元剤定量供給率の指令は、ＥＣＵではセンサー１６２が線路１５５より送信した触媒吸入口の排気ガス温度、センサー１６４が線路１５４により送信した触媒排出口の温度、通信線路１５３よりセンサー１６５から得られた触媒排出口のＮＯｘ濃度、および線路１５２よりエンジン１００中のセンサーから得られる、もしくはこれらのセンサーから得られたセンシング値を利用して計算されたエンジン情報（エンジン状態、冷却剤温度とオイル温度、エンジンスピード、燃料添加速度、排気ガス流量、ＮＯｘ濃度及びＮＯ２／ＮＯｘ比率）によって生成される。

（エア駆動油圧ポンプ）
図１中の還元剤供給モジュール１１０の実施形態は図２ａ中に示すエア駆動ポンピングシステムである。当該ポンピングシステムにおいて、ポンプ本体２００が還元剤タンク１２０からポート１１７と逆止弁２０５によって提供される還元剤を保持し、当該逆止弁により還元剤が当該タンク本体へ還流することを防止する。ポンプ本体２００のトップに、Ｔ型コネクター２２０に接続されるポート２０２は圧縮空気の出入りに使用される。当該Ｔ型コネクター２２０の一側が、配線２０９によって常開型電磁弁２０１の排出口に接続されており、当該電磁弁の吸入口が圧縮空気源のポート１１１（図１）に接続されている。当該Ｔ型コネクターの他側が配線２１１によって常閉型電磁弁２０３の吸入口に接続されており、しかも、マフラー２０４が当該電磁弁２０３の排出口に取り付けられて、気体放出のノイズを減少させる。当該マフラーの排出口はポート１１２（図１）である。還元剤は、ポンプ本体内部の圧力下で、ポート２０８、配線２０７、ポート２１８、および還元剤がポンプ本体へ還流することを回避する逆止弁２１７によって油圧緩衝器本体２１０中に圧入される。油圧緩衝器本体２１０にキャップ２１２が締められており、しかも、キャップ２１２中の溝とピストン２１４中の溝との間にバネ２１３が配置されており、当該バネの最低位置がｒｅｓｔｒａｉｎｅｒ２１６により制限される。ピストン２１４と油圧緩衝器本体２１０は高圧チャンバー２３０を封止させ、しかも、ピストン２１４の溝２２３におけるＯリング２１５が還元剤を当該高圧チャンバー２３０に密封して、漏れを防ぐ。インジェクタ１３０に通電した後、高圧チャンバー２３０内の還元剤がポート１１５により流れ出すと同時に、圧力センサー２１９が高圧チャンバー２３０中の圧力を検測し、しかも、圧力センシング値がポート１１４よりＤＣＵへ伝送される。

ポンプ本体２００内の還元剤は定期的に再充填する必要があり、しかも、再充填が行った後、ポンプ圧が一定に制御される。通常、ポンピングシステムの再充填操作を吸液行程と称し、ポンピング操作を加圧行程と称する。ポンピングシステムの行程制御と圧力制御は、全て電磁弁２０１、２０３に対する組み合わせ制御によって完成される。この２種類の弁に対する制御は４つのモードがあり、下の表に示す通りである。

モード０では、電磁弁２０１、２０３は全て通電してなく、しかも、ポンプが空気を周囲環境中に放出させる。モード１では、電磁弁２０１が通電されているので、ポンプが周囲環境から遮断される。しかも、電磁弁２０３が通電されていないので、このモードでは、空気がポンプ中に保留される。モード２は特殊なモードである。このモードでは、圧縮空気が周囲環境へ放出される。モード２は、吸液行程中の再充填を容易にするために、ベンチュリＴ型コネクター（Ｖｅｎｔｕｒｉ Ｔ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）２２０を使用してポンプ本体中に低圧を発生させてもよい。しかし、加圧行程においてモード２を回避するべきである。モード３は吸入モードである。このモードでは、電磁弁２０１がポンプを周囲環境から遮断させるが、電磁弁２０３がポンプを圧縮空気供給に接続させる。

ポンプ制御では、吸液行程と加圧行程とが交互にトリガーされ、しかも、当該ポンプ制御が周期的に動作するタイマー割り込みサービスルーチンを使用して実現できる。図２ｂを参照すると、代表的なポンプ制御ルーチンでは、まず、吸液行程のトリガー状態を検査する。吸液行程がトリガーされると、ポンプ制御がモード０に移行し、当該モードでは、ポンプが空気を周囲環境中に放出されて、ポンプ本体内の空気圧力が低下した後、重力あるいは還元剤タンクとポンプ本体と間の圧力差の作用で流体がポンプ中に流入する。吸液行程においては、流体がポンプより流れ出ることがなく、還元剤の駆動圧力が油圧緩衝器により維持される。ポンプ制御がモード０に設定された後、ステップ２３６では、吸液行程の動作状況について検査を行う。吸液行程が完了した場合、当該ルーチンを終了させる前に、ポンプは、吸液行程のトリガーをリセットするとともに、加圧行程のトリガーをセットして、次のサイクルの加圧行程をスタートさせるように制御する。それ以外では、ステップ２３１では、吸液行程時間について検査し、時間が長すぎる場合、ステップ２３２で故障を報告し、当該ルーチンを終了させる。差し戻して吸液行程のトリガー状態を検査し、吸液行程がトリガーされてない場合、加圧行程のトリガー状態を検査する。加圧行程がトリガーされていない場合、吸液行程のトリガーについてセットを実行し、当該ルーチンが終了する前に圧力制御を停止させる。それ以外の場合、ステップ２３５では、圧力制御を起動させて、油圧緩衝器の圧力をＤＣＵの指令レベルで安定的に保持される。ステップ２３５の後、ステップ２３７では加圧行程の動作状態について検査する。加圧行程が完成していない場合、当該ルーチンを終了させる。それ以外の場合、加圧行程のトリガーをリセットし、吸液行程のトリガーをセットする。その後、圧力制御を停止させて、ステップ２３３ではポンプ制御がモード１における時間を検査する。モード１の時間が短すぎる場合、ステップ２３４で故障を報告する。

理想気体の法則によると、所定の温度と体積では、油圧緩衝器の圧力はポンプ本体中に閉じ込められた圧縮空気の量により決定される。したがって、電磁弁２０１、２０３を利用して閉じ込められた圧縮空気の量を調整することでこの圧力を制御することができる。図２ｃに示すように、図２ｂのステップ２３５で言及した圧力制御の実施形態は周期的に動作するタイマー割り込みサービスルーチンである。このルーチンでは、まず、圧力制御状態を検査する。圧力制御が起動していない場合、Ｔｉｍｅｒ＿Ｍｏｄｅ０、Ｔｉｍｅｒ＿Ｍｏｄｅ１、及びＴｉｍｅｒ＿Ｍｏｄｅ３の３つのモードのタイマーをともにクリアして、当該ルーチンを終了させる。それ以外の場合、センサー２１９（図２ａ）より得られる圧力センシング値を検査する。圧力値が閾値Ｔｈ１より大きく且つ閾値Ｔｈ２より小さい場合、コントローラーがモード１へ切り替える。当該モードでは、圧縮空気がポンプ本体内に保持され、タイマーＴｉｍｅｒ＿Ｍｏｄｅ１が増加される。圧力が閾値Ｔｈ２より大きくなる場合、コントローラーがモード０に移行し、空気を放出して、タイマーＴｉｍｅｒ＿Ｍｏｄｅ０を増加させるが、圧力が閾値Ｔｈ１より小さくなる場合、コントローラーがモード３へ切り替えて、空気をポンプ中へ充填することで空気圧力を増加させ、モード３タイマーＴｉｍｅｒ＿Ｍｏｄｅ３を増加させる。上述したように、圧力制御においては、モード２は許容されるべきではない。ポンプ制御が瞬間的にモード２へ移行しないようにするために、モード３からモード１へ切り替える時に、コントローラーが先に電磁弁２０１を非通電するべきであるが、モード０からモード３へ変更する時に、コントローラーは先に電磁弁２０３に対して通電するべきである。

図２ｂのポンプ制御では、再充填イベントとポンプフルイベントを利用して、それぞれステップ２３６、２３７で吸液行程と加圧行程をスタートさせる。再充填イベントはポンプ本体中の還元剤の液面を検出すること、もしくは噴射時間を利用して還元剤の液面を計算することによってトリガーされる。ポンプ中の還元剤の液面を検出するために、ポンプ内には液面センサー（図２ａに図示せず）を取り付ける必要があり、しかも、噴射時間と圧力あるいは質量流量率を利用して計算される積算流量がポンプ本体内の還元剤の液面の確定に使用することもできる。再充填イベントと類似して、ポンプフルイベントも還元剤の液面を検出すること、もしくは再充填時間を計算することでトリガーされることができるが、再充填時間は、タンク本体中の還元剤の液面およびポンプ本体中の還元剤と還元剤タンク内の還元剤との間の圧力差に従って変化される。吸液行程において還元剤の駆動圧力はただ油圧緩衝器より提供されており、制御が加えられてないので、吸液行程時間をなるべく短くし、著しく圧力低下を招くことを回避する。液面センサーを利用して再充填イベントとポンプフルイベントをトリガーする場合、還元剤タンクが空であると、ポンプフルイベントが長時間内トリガーされないので、長時間の吸液行程をトリガーすることになる。したがって、失敗したポンプフルイベントを検出することにより空の液タンクを検出することができる。図２ｂ中のステップ２３１とステップ２３２はこのような検出を表す。加圧行程がトリガーされた後、駆動圧力を確立されることが難しい場合、ポンプの問題（例えば、漏れ）、もしくは圧縮空気の問題である可能性がある。したがって、加圧行程において、長すぎるモード１時間がこれらの故障を検出するために使用することができる。図２ｂ中のステップ２３３とステップ２３４はこのような検出を表す。

エンジンがキーオフされた場合、漏れと凍結を回避するために、ポンプ本体、油圧緩衝器と各配線中の還元剤を排出しなければならない。図１と図２ａに示す定量供給システムにおいては、還元剤の排出が圧力制御のモード１において遮断弁１３７を用いることで実現され、即ち、遮断弁１３７を開くと、ポンプ本体内の圧縮空気が配線１３１と配線１２５によりポンプ本体、油圧緩衝器と各配線内の還元剤を還元剤タンクへ押し戻す。排除後には、モード１において、ポンプ本体内に閉じ込められた圧縮空気が還元剤タンクへ放出される。排除工程は、インジェクタ１３０中に閉じ込められた全ての残留物を排出することができない虞がある。インジェクタを更に洗浄するために、遮断弁１３７が閉鎖されると同時に、モード３をトリガーして、しかも、インジェクタノズルに通電して、インジェクタ１３０中の残留物を吹き飛ばしてもよい。

図２ａに示すエア駆動油圧ポンピングシステム中の駆動圧力は、ただ圧縮空気が供給する圧力以下に制御されてもよい。しかしながら、還元剤輸送システムにおいては、良好な霧化効果を得るために、高い駆動圧力が必要であり、これは高い転換率を得ること、液滴衝突や堆積を回避するのに極めた重要である。図３ａに表すように、駆動圧力を増大させて、低圧の圧縮空気を使用して供給を行うことを可能にするために、ピストン搭載のポンプを使用してもよい。図３ａを参照すると、ポンプ筐体３００内のピストン３０２は圧縮空気に接触される大径表面３０３を備えている。ピストン３０２の他側には、還元剤と接触される小径表面３０４を備えている。ポンプ筐体３００は、ピストン３０２により圧縮空気空間３４０、空気チャンバーを形成する中間空間３１０および還元剤チャンバー３３０と３つの空間に分割される。圧縮空気空間３４０はピストン３０２のＯリング３０１によって中間空間３１０から気密的に区切られ、還元剤チャンバー３３０は孔３２０のシール３２１によって中間空間３１０から気密的に区切られる。バネ３０５はピストンを３０２を支えるように使用される。ピストン３０２から伝送された力を利用して圧縮空気空間３４０へ圧力Ｐｃを付与すると、還元剤チャンバー３３０において得られる駆動圧力がＰ１になり、しかも、
Ｐｌ ＝ （Ｐｃ ＊ Ａ３０３ − ｋｓ ＊ ｘ − ｆ０）／Ａ３０４ （１）
を満足している。
ただし、Ａ３０３は大径表面３０３の面積であり、ｋｓはバネ３０５のバネ定数であり、ｘはピストン３０２の最高位置から現在の位置までの距離であり、ｆ０は摩擦力と静的バネ力との合計であり、Ａ３０４は小径表面３０４の面積である。式（１）によれば、バネ定数ｋｓと摩擦力が小さければ、面積３０４に対する面積３０３の比率Ａ３０３／Ａ３０４により駆動圧力を決定することになる。

加圧行程では、空間３４０に圧縮空気により圧力が発生されると、ピストンが圧力の作用で下方へ下降されてバネを圧縮し、還元剤チャンバー３３０中に駆動圧力が生じる。吸液行程では、圧縮空気が放出される場合、ピストンがバネ３０５により提供される力の作用で上方へ上昇される。それで、還元剤がタンク本体から還元剤チャンバー３３０へ引き込まれる。図２ａ中に示すポンプと比べると、図３ａのポンプにおいては、吸液行程は強制的な吸液工程を備える。

図３ａのポンプの制御と図２ａのポンプの制御は同じであるが、駆動圧力の制御範囲が異なる。図２ａのポンプについては、駆動圧力は逆止弁２０５の起動圧力ｐｂ２０５から圧縮空気の圧力Ｐｃまでの制御範囲を有するが、図３ａのポンプについては、式（１）によれば、駆動圧力範囲はＰｂ２０５からＰ１（０）であり、しかも、
Ｐｌ（０） ＝ （Ｐｃ ＊ Ａ３０３ − ｆ０） ／ Ａ３０４
を満足している。

図３ａでのポンプは還元剤をポンピングするだけでなく、定量供給工程が完成した後還元剤残留物を排除することができる。図３ａを参照すると、当該ポンプにおいて、空気チャンバーはポート３１１を備えており、当該ポートが配線３１２により還元剤チャンバーのポート３１３と流体的に接続され、逆止弁３１４が空気チャンバーへの還元剤の還流を防止する。当該空気チャンバーは、閉じ込められた圧縮空気を周囲環境へ放出するのに使用される他のポート３１５を備える。ピストン３０２がその最低位置まで移動された場合（図３ｂ）以外、ポート３１１とポート３１５が空間３１０と流体的に接続される。最低位置では、ポート３１１が空間３４０と流体的に接続される。正常操作期間では、還元剤チャンバー３３０内の圧力は常時、空間３１０の圧力より高い。したがって、逆止弁３１４が切断され、配線３１２中に流動しない。定量供給が完了した場合、遮断弁１３７（図１）が開き、ＤＣＵが吸液行程トリガーを停止させ当該ポンプを再充填する。一旦ポンプ中の還元剤が使い切れると、ピストン３０２がその最低位置へ移動して、ポート３１１と配線３１２によって圧縮空気をポート３１３に接続させる。油圧緩衝器中の還元剤が使い切れた場合、圧縮空気の圧力下で、ポンプと油圧緩衝器中の還元剤残留物が配線１２５（図１）によりタンク本体へ押し戻される。排除工程後に、遮断弁１３７（図１）が閉鎖されると同時に、モード３がトリガーされ、インジェクタノズルに通電してインジェクタ１３０（図１）中の残留物を吹き飛ばしてもよい。

（還元剤タンク）
排除の後、ポンプと油圧緩衝器中の圧縮空気が放出されて、油圧緩衝器が空になる。しかし、タンク本体中の還元剤が重力差と圧力差の作用でポンプ本体中に侵入するが、油圧緩衝器と還元剤配線は空のままである。したがって、図１に示すように、当該ポンプは、加熱装置（１１３）により還元剤を解凍するとともに、寒い周囲環境条件でその温度を氷点より高く維持する必要がある。ポンプが還元剤タンク中に配置される場合、図４に示すように、加熱装置を省略してもよい。図４を参照すると、タンク本体２００が還元剤タンク４００中に密封され、また、還元剤出力配線２０７がポート４０１により油圧緩衝器に接続され、圧縮空気ポート２０２がポート４０２によりＴ型コネクター２２０に接続される。吸入口１２７と排出口１２８とを有する冷却剤ヒーター４０５は、周囲環境温度が低い場合、還元剤を加熱するのに使用される。当該冷却剤ヒーターと共に、液面センサー４０３はタンク本体内の還元剤の体積を検出するのに使用され、しかも、温度センサー４０４を利用して還元剤の温度をモニタし制御する。還元剤液面センサー４０３と温度センサー４０４はそれぞれ線路１４１と線路１４２によりＤＣＵ１４０に接続される。

上述したように、図２ａと図３ａのポンピングシステムにおいて、排除した後、ポンプ、油圧緩衝器及び各配線中の還元剤残留物がタンク本体へ戻され、また、インジェクタ中の残留物が吹き飛ばされるので、配線１３１中の凍結還元剤の解凍は必要なくなり、ヒーター１２９も必要なくなる（図１）。図４のシステムにおいて、ポンプがタンク本体内に配置されているので、配線１２３、ヒーター１２４、およびヒーター１１３が省略される。このように、このシステムにおいて、唯一必要である加熱制御は還元剤タンクの加熱制御と配線メンテナンス加熱制御であり、当該配線メンテナンス加熱制御は配線１３１が定量供給期間に凍結防止に使用される。それで、加熱制御が大きく簡略化された。

（２段ＰＷＭ定量供給制御）
図１のシステムにおいて、還元剤の定量供給率は、ＰＷＭ信号を利用してＰＷＭサイクルでのインジェクター１３０の開時間を制御することにより制御される。該当ＰＷＭ制御を使用する場合、還元剤の質量流量率が以下の方程式により決定される。

ただし、ｔ_０はＰＷＭのオン時間であり、Ｐ_ｒは油圧緩衝器中の圧力であり、Ｐ_ｃは排気ガス流路１６６中の圧力であり、Ｓ_０はＰＷＭ周期であり、Ｃ_Ｄは放出係数であり、Ａ_ｎはノズルの最小面積であり、ρ は作動流体の密度である。圧力Ｐ_ｃは排気ガスの体積流量と周囲環境の圧力変化につれて変化される。しかし、エンジンバック圧力の要求により、通常圧力Ｐ_ｒが４バー（ｂａｒ）より高く、これに対して、圧力Ｐ_ｃが比較的に小さい値に制限されている。その結果、所定のＰＷＭ制御信号の下で、還元剤の質量流量率が主に油圧緩衝器中の圧力Ｐ_ｒによる影響を受け、当該圧力が圧力センサー２１９（図２ａ）より検出される。したがって、還元剤の定量供給を正確にするために、ＰＷＭ制御での油圧緩衝器の圧力変化を補正することや、圧力変化を除くことが必要になる。

図５ａに示す２段ＰＷＭ制御は圧力変化の補正に用いられる。このような制御において、圧力センサー（例えば、図２でのセンサー２１９）から得られた信号は線路１４３によりＤＣＵ１４０中のセンサー信号処理ユニット５０２へ送信されて、当該センサー信号処理ユニットでは、アナログ圧力センシング信号がフィルタリングされ、デジタル信号に変換される。得られた信号が還元剤質量流量率指令と共にＰＷＭ信号コントローラー５０１中のＰＷＭ制御モジュール５１０へ送られる。そして、ＰＷＭ制御モジュールがＰＷＭ信号発生器５２０の制御パラメーターを算出する。ＰＷＭ信号発生器５２０がＰＷＭ信号を生成し、当該信号が電源スイッチ回路５０３に提供され、当該電源スイッチ回路では、ＰＷＭ信号がスイッチ信号に変換されて、制御路線１４５によりインジェクタ１３０（図１）の電磁弁が駆動される。

ＰＷＭ信号コントローラー５０１中のＰＷＭ信号の生成は２段である。第１段では、ＰＷＭ信号発生器５２０の制御パラメーターが第１段ＰＷＭ信号を生成するように設定しており、当該第１段ＰＷＭ信号はＰＷＭ信号発生器５２０から第２段信号生成工程中に生成された第２段ＰＷＭ信号より構成されている。第１段ＰＷＭ信号の生成は圧力センサーの応答速度とマッチングしている実行速度を備えており、第２段ＰＷＭ信号と第１段ＰＷＭ信号の周波数が互いに独立してあり、したがって、それを高い値に設定して制御精度を向上させることができる。

ＰＷＭ制御モジュール５１０のある実施形態を図５ｂに示す。このモジュールでは、質量流量率の指令を受信した時、ブロック５１１とブロック５１２にて第１段ＰＷＭ信号のデューティサイクルと周期を計算してブロック５１４に提供して、当該ブロックにて目標値を決定する。そして、当該目標値を、ブロック５１３にてセンサー信号処理ユニット５０２（図５ａ）から提供される圧力フィードバック値によって計算された現在値と比較する。得られた誤差値は、ブロック５１５のオン時間設定値への計算に用いられ、第２段ＰＷＭ信号の周期設定値が質量流量率指令によりブロック５１６にて決定される。

ＰＷＭ信号発生器５２０中ＰＷＭ信号生成に使用される回路は多い。図５ｃでは代表的な回路のブロック図と信号のフローチャートを示す。この回路では、ＰＷＭ信号の周期とオン時間値が周期レジスタ５２１とオン時間レジスタ５２２にそれぞれ設定されている。ＬＤ信号に立ち下りエッジが発現された場合、周期レジスタ５２１とオン時間レジスタ５２２中の値が更に期間カウンタ５２３とオン時間カウンタ５２４中にロードされる。期間カウンタ５２３とオン時間カウンタ５２４は、ともにカウントダウンカウンタであり、クロック信号によりそれらのカウント動作が同期される。周期カウント５２３が０までカウントされた場合、負荷制御ロジック５２５では、クロック信号の作用でＬＤパルスが発生され、当該ＬＤパルスの立ち下りエッジで新たなサイクルが開始される。周期カウンタの値ＤＡ、ＬＤ信号、周期レジスタの値ＤＢ、クロック信号、オン時間レジスタの値ＤＣおよびオン時間カウンタの値ＤＤが信号制御ロジック５２６においてＰＷＭ信号を生成するために使用される。信号制御ロジック５２６において、ＤＣがＤＢと等しいもしくはＤＢより大きい場合、即ち、オン時間レジスタの設定値が周期レジスタの設定値と等しいもしくはそれより大きい場合、ＬＤ信号の立ち下りエッジでハイレベル信号あるいはデューティー１００％の信号が生成される。ＤＣが０に設定されると、ＬＤ信号の立ち下りエッジでローレベル信号、即ち、デューティー比０％のＰＷＭ信号が生成される。ＤＣが０とＤＢの間にある場合、クロック信号の立ち上がりエッジにおいて、ＰＷＭ信号は周期カウンタの値ＤＡとオン時間カウンタの値ＤＢによって決定される。ＤＡとＤＢがともに０より大きい場合のみ、ＰＷＭ信号がハイレベルになる。

ＰＷＭ制御モジュール５１０は、周期的動作するタイマー割り込みサービスルーチンにより実現される。この割り込みサービスルーチンのフローチャートは図５ｄに示す。当該フローチャートにおいて、ｔ_ｖとＴｈｄが定数値であり、Ｐ１が第１段ＰＷＭ信号の周期値であり、Ｐ３が当該割り込み周期値である。ＳｔａｔｕｓはＰＷＭパルス状態のフラグである。ｔ_ｖの一定のｏｎ＿ｔｉｍｅ値が第２段のＰＷＭ信号に設定されると、Ｓｔａｔｕｓの値がＯＮになり、それ以外の場合、ＯＦＦになる。変数ｔａｒｇｅｔ＿ｖａｌｕｅには第１段ＰＷＭ信号のｏｎ＿ｔｉｍｅ目標値を含むが、変数ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅには、現在時刻での第１段ＰＷＭ信号のｏｎ＿ｔｉｍｅ計算値が格納されている。Ｐ２とｏｎ＿ｔｉｍｅ２はそれぞれ第２段ＰＷＭ信号生成中の周期レジスタとオン時間レジスタの値であり、変数Ｔｉｍｅｒには、第１段ＰＷＭサイクル中の現在時間が格納されている。

割り込みルーチンがトリガーされると、Ｔｉｍｅｒの値と第１段ＰＷＭ信号の周期値Ｐ１とを比較する。現在サイクルがすでに完成されていると、即ち、Ｔｉｍｅｒ ＞＝ Ｐ１、第２段ＰＷＭ信号のｏｎ＿ｔｉｍｅ値を検査する。ｏｎ＿ｔｉｍｅ値がｔ_ｖより小さい場合、ＰＷＭサイクルの総誤差、即ち、ｐｒｅｖｉｏｉｕｓ＿ｅｒｒｏｒを計算する。Ｔｉｍｅｒ値がＰ３にリセットされるとともにステップ５３２でｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅが初期化された後、レジスタＰ２と変数ｔａｒｇｅｔ＿ｖａｌｕｅが新たなサイクルにて更新される。当該新たなサイクルは現在誤差を前のサイクル中の誤差に加算して現在サイクルの補正誤差を計算することにより開始される。補正誤差がｔ_ｖより大きくなると、第２段ＰＷＭ信号のｏｎ＿ｔｉｍｅ値ｏｎ＿ｔｉｍｅ２をｔ_ｖに設定し、Ｓｔａｔｕｓフラグをセットする。それ以外の場合、ｏｎ＿ｔｉｍｅ２を当該誤差値に設定し、Ｓｔａｔｕｓフラグをリセットする。その後当該ルーチンを終了させる。差し戻してｏｎ＿ｔｉｍｅ２値とｔ_ｖとを比較して見ると、ｏｎ＿ｔｉｍｅ２値がｔ_ｖより小さくない場合、このＰＷＭサイクル中の誤差が補正できないことを意味している。この場合、前のサイクルでの誤差を計算し、ＴｉｍｅｒをＰ３に設定してｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅを初期化した後、Ｓｔａｔｕｓフラグをセットする。誤差が補正されないため、積算される。積算誤差が閾値Ｔｈｄより高い場合、故障を報告してルーチンを終了させる。差し戻してＴｉｍｅｒ値とＰ１とを比較してみると、Ｔｉｍｅｒ値がＰ１より小さい場合、即ち、Ｔｉｍｅｒ値がＰ３により増加され、そして状態フラグが検査される。ＳｔａｔｕｓフラグがＯＦＦの場合、ｏｎ＿ｔｉｍｅ２を０にクリアされて、ルーチンを終了させる。それ以外の場合、ステップ５３１でｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅを計算して、その後誤差を更新する。ルーチンが終了する前に誤差値とｔ_ｖとを比較する。誤差値がｔ_ｖと等しいもしくはｔ_ｖより大きい場合、ｏｎ＿ｔｉｍｅ２をｔ_ｖに設定し、それ以外の場合、誤差値をｏｎ＿ｔｉｍｅ２に設定し、ＳｔａｔｕｓフラグをＯＦＦにリセットする。その後、当該ルーチンを終了させる。

割り込みルーチンでは、通常、選択されたｔ_ｖ値が補正誤差より大きい（例えば、ｔ_ｖがＰ２の値と等しい）。割り込み周期値（Ｐ３）が第２段ＰＷＭ信号の周期値（Ｐ２）と同じくなってもよい。図５ｄの割り込みルーチンを使用する場合、ｔ_ｖがＰ３とＰ２に等しい時、信号のフローチャートは図５ｅに示す。割り込みルーチンがモーメント５４６でトリガーされる。ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅ値と目標値５４７とを比較することによって計算された誤差がｔ_ｖより高いので、ｏｎ＿ｔｉｍｅ２がｔ_ｖに設定される。ＬＤ信号の立ち下りエッジが発現された場合、モーメント５４１でｏｎ＿ｔｉｍｅ２値をオン時間カウンタ（例えば、図５ｃ中の５２４）にロードして、ＰＷＭ信号をトリガーする。ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅが時間につれて積算される。モーメント５４２では、計算された誤差がｔ_ｖより小さい場合、誤差値をｏｎ＿ｔｉｍｅ２に割り当てられる。モーメント５４３でトリガーされた次の割り込みでは、ｏｎ＿ｔｉｍｅ２が０に設定され、変数ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅが値５４８にロックされる。その後、モーメント５４４でＬＤ信号のたち下りエッジでｏｎ＿ｔｉｍｅカウンタの値を更新させ、ＰＷＭパルスを完成させる。モーメント５４５では、現在のＰＷＭサイクルが終了し、ｐｒｅｖｉｏｉｕｓ＿ｅｒｒｏｒ（図５ｄ）がｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅの値５４８と目標値５４７との間の誤差を含んで更新されて次のサイクルに使用される。

図５ｄの割り込みルーチンでは、ｔａｒｇｅｔ＿ｖａｌｕｅが以下の式により還元剤流量指令で計算される。
ｔａｒｇｅｔ＿ｖａｌｕｅ （ｉ）＝ Ｍａｓｓ＿ｆｌｏｗ＿ｒａｔｅ＿ｃｍｄ ＊ Ｓ_０ （Ｆ１）
ただし、Ｍａｓｓ＿ｆｌｏｗ＿ｒａｔｅ＿ｃｍｄがＰＷＭ制御の質量流量率であり、Ｓ_０が第１段ＰＷＭ信号の周期値であり、ステップ５３１でのｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅの計算に用いられる式は、以下の式であってもよい。
ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅ（ｉ） ＝ Ｋ ＊ ｓｑｒｔ（Ｐｒ（ｉ） − Ｐｃ） ＊ Ｐ３ ＋ ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅ （ｉ−１） （Ｆ２）
ただし、 ｓｑｒｔが平方根の計算であり、Ｐｒ（ｉ）が第ｉ番目の割り込みサイクル計算中の圧力センシング値であり、Ｐｃ が排気ガス流路１６６中の圧力であり、ｋが式（２）での

項であり、ｉがＴｉｍｅｒのリセット後の割り込み数である。
ｉ＝ Ｔｉｍｅｒ／Ｐ３ （Ｆ３）；
ｃｕｒｒｅｎｔ＿ｖａｌｕｅ （０）がステップ５３２で０に設定される。

加圧行程期間では、ポンピングシステムにおいて油圧緩衝器の圧力が一定値に制御されている。しかし、吸液行程では、閉ループ圧力制御が必ず無効にされるので、圧力が変化される。２段ＰＷＭ制御は圧力変化につれて還元剤の流量を正確に制御する１つの方法である。もう１つの方法は、図６に示すようなダブルポンプシステムである。図６を参照すると、２つのポンプ６１０、６２０と油圧緩衝器６３０とが共に作動して、圧力が制御される流体の流れを提供する。常閉型吸気電磁弁６０１の排出口がポンプ６１０と流体的に接続され、その吸入口が空気流路６０２によってＴ型コネクター６０３の一方の側面ポートと流体的に接続される。当該Ｔ型コネクターの他方の側面ポートが他の常閉型吸気電磁弁６０６の吸入口と流体的に接続され、当該常閉型吸気電磁弁の排出口がポンプ６２０と流体的に接続される。当該Ｔコネクター６０３の中央ポートが圧縮空気供給と流体的に接続される。同じ方式で、ポンプ６１０とポンプ６２０の常開型空気放出電磁弁６０５、６１１がＴ型コネクター６０８を介して共に流体的に接続され、当該Ｔ型コネクターの中央ポートがマフラー６０９と流体的に接続されて、空気放出ノイズを低下させることができる。還元剤輸送経路では、ポンプ６１０の還元剤供給ポートが流路６１３によりＴ型コネクター６１４の一方の側面ポートと流体的に接続されて、当該Ｔ型コネクターの他方の側面ポートが流路６１５によってポンプ６２０の還元剤供給ポートと流体的に接続される。当該Ｔ型コネクター６１４の中央ポートがポート１１７により還元剤供給と流体的に接続される。同じ方式で、ポンプ６１０とポンプ６２０の還元剤出力ポートがそれぞれポート６１６とポート６１７によって、Ｔ型コネクター６１８の２つの側面ポートと流体的に接続される。当該Ｔ型コネクター６１８の中央ポートが、油圧緩衝器６３０の還元剤供給ポートと流体的に接続される。油圧緩衝器６３０に設置される圧力センサー６１９がポート１１４と線路１４３によりＤＣＵ１４０と電気的に接続され、また、ＤＣＵ１４０が制御線路１４６により電磁弁６０１、６０５、６０６及び６１１に対して電気的制御を行う。２つのポンプ６１０、６２０は閉ループ圧力制御の時間を失うことを回避するために、交互に動作されてもよい。

（定量供給制御）
定量供給制御は還元剤を排気ガス処理システム中に輸送することである。図７を参照すると、図１のポンピングシステムにおいて、全体の定量供給制御は主にオフ状態７０１と、アイドル状態７０２と、起動状態７１０と、定量供給状態７２０及び排除状態７３０の５つの状態がある。オフ状態７０１では、ポンプ制御がモード０であり、インジェクタ１３０と戻り配線の遮断弁１３７が通電されないが、アイドル状態７０２では、インジェクタ１３０と遮断弁１３７が依然として閉鎖されている場合、ポンプ制御がモード１に移行し、当該モードでは、ポンプ本体内の空気が周囲環境から遮断される。

起動状態では、還元剤の圧力を積み上げるＰＲ１状態と、還元剤配線とインジェクタの中に閉じ込められた空気を放出するＰＲ２状態の２つのサブ状態がある。起動制御の１つの実施形態は割り込みサービスルーチンであり、そのフローチャートは図７ｂに示す。タイマー割り込みのために、このサービスルーチンが周期的に動作される。当該サービスルーチンが開始される場合、一旦起動制御を始まったら、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅを検査する。それがＰＲ１とＰＲ２とのどちらでもない場合、まず当該遮断弁とインジェクタを非通電して、そしてポンプ制御をモード３に設定する。当該モードでは、圧縮空気がポンプ本体へ流れる。続いて、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＲ１に設定されて、当該ルーチンが終了される。当該ルーチンが次回に呼び出される場合、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＲ１へ変更され、続いて当該ルーチンが油圧緩衝器中の圧力を検査し、当該圧力が閾値Ｐｒ＿Ｔｈｄと等しいあるいはそれより小さい場合、ルーチンを終了させ、それ以外の場合、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅをＰＲ２に設定し、ポンプの圧力を一定に保持するように、図２ｃに示すようなポンプ圧力制御を起動させる。当該ルーチンが終了する前に、閉じ込められた空気をタンク本体へ戻すように遮断弁１３７を通電させる。当該ルーチンを呼び出す場合、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅをＰＲ２に設定すると、タイマーＴｉｍｅｒ＿ＰＲ２を使用して遮断弁１３７の弁開時間を制御する。タイマーの値が閾値ＰＲ＿Ｔｈｄ２より高い場合、タイマーがリセットされて、遮断弁１３７が非通電され、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＲＩＭＥ＿ＣＯＭＰＬＥＴＥに設定される。その後、ルーチンが終了される。

図７ａに戻ると、定量供給状態７２０では、ポンプ制御以外に、吸液工程状態７２１と加圧行程状態７２２との２つの状態をさらに含み、また、もう１つの平行運行の制御、即ち、定量供給率制御７０３を備える。図２ｂに示す行程制御割り込みルーチンを利用してポンプ制御を行ってもよく、当該割り込みルーチンの圧力制御ルーチンが図２ｃに示す。また、図５ｄの２段ＰＷＭ定量供給制御ルーチンを利用して定量供給率を制御してもよい。

排除制御状態も、還元剤がポンプと、油圧緩衝器とタンク本体に接続される配線から排出されるＰＵ１状態７３１とインジェクタ内でＰＵ１状態中に排出されなかった還元剤残留物を吹き飛ばすＰＵ２状態７３２との２つのサブ状態を含む。図７ｃに示すような周期的に動作するタイマー割り込みサービスルーチンが排除制御に使用されてもよい。このルーチンでは、排除制御を起動させると、まずＤｏｓｅｒＳｔａｔｅが検査される。ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＵ１とＰＵ２とのどちらでもない場合、油圧の圧力と閾値ＰＵ＿Ｔｈｄ１とを比較する。圧力が閾値より高い場合、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅをＰＵ１に設定することで、ポンプ制御をモード１に設定し、当該モードでは、ポンプ中の空気が圧縮空気供給と周囲環境の空気から遮断されて、遮断弁１３７が通電される。それ以外の場合、ポンプ制御がモード３に設定され、遮断弁１３７が非通電されて、圧力が積み上げされる。インジェクタ１３０が非通電され、その後、当該ルーチンが終了される。ルーチンが開始されると、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＵ１に設定される場合、油圧緩衝器の圧力が検査される。当該圧力が閾値ＰＵ＿Ｔｈｄ２より高いあるいは等しい場合、ルーチンが終了される。それ以外の場合、タイマーＴｉｍｅｒ＿ＰＵ１を利用して遮断弁１３７の弁開時間を制御する。当該弁開時間が閾値ＰＵ＿Ｔｈｄ４より長い場合、タイマーをリセットすることによって、遮断弁１３７が非通電される。その後、ポンプ制御がモード３に設定され、還元剤残留物を吹き飛ばすようにインジェクタ１３０が通電される。ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＵ２に設定された後、ルーチンが終了される。当該ルーチンを呼び出す場合、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＵ２に設定されると、タイマーＴｉｍｅｒ＿ＰＵ２によってインジェクタの開時間を制御する。インジェクタの開時間が閾値ＰＵ＿Ｔｈｄ３より長い場合、インジェクタが非通電され、ポンプ制御がモード０に設定されて、当該モードではポンプ本体中の空気が放出される。その後、タイマーがリセットされ、ＤｏｓｅｒＳｔａｔｅがＰＵＲＧＥ＿ＣＯＭＰＬＥＴＥに設定されてからルーチンが終了される。

図７ａに戻ると、定量供給制御状態がエンジンキー状態や、上位液面コントローラーより受信した指令に従って変更されるが、これは定量供給制御戦略を決定する。キーオン信号では、定量供給制御がオフ状態からアイドル状態７０２へ移行する。起動指令ＣＭＤ−Ｐｒｉｍｉｎｇが受信された場合、定量供給制御が起動され、それ以外の場合、キーオフ信号では、定量供給制御がオフ状態に戻る。起動完成の後、ＣＭＤ−Ｎｏｒｍａｌ Ｄｏｓｉｎｇ指令が受信された場合、定量供給制御が定量供給状態７２０に移行し、当該状態では、圧力制御、行程制御、及び定量供給率の制御が起動される。起動状態７１０と定量供給状態７２０では、いつでもキーオフ信号あるいはＣＭＤ−ｉｄｌｅ指令が受信されると、ポンプ制御が排除状態７３０に移行し、ポンプ、油圧緩衝器、各配線とインジェクタ内の還元剤残留物を洗浄する。排除完成の後、ＣＭＤ−ｉｄｌｅ指令があれば、定量供給制御がアイドル状態に移行し、それ以外の場合、キーオフ信号では、定量供給制御がオフ状態へ移行する。

定量供給制御以外に、低環境温度条件で、定量供給システムが更に、還元剤を加熱してその凍結を防ぐ必要がある。上述したと通りに、図４の定量供給システムにおいて、ポンプがタンク本体中に配置されると、当該システムが還元剤タンクと流路配線（例えば、図１での配線１３１）の温度が還元剤の氷点より低くならないようにすることのみを制御する必要がある。タンク本体の温度制御では、タンク本体中に温度センサー（例えば、図４での温度センサー器４０４）を有する場合、簡単なフィードバック制御（例えば、リレー制御）を使用して還元剤に対して加熱することができるが、流路配線加熱制御では、還元剤を解凍する必要がないので、ヒーター（例えば、図１中に示す線ヒーター１３２）に比較的に少ない電流を印加することだけで、定量供給期間内に、配線の温度を氷点より高く維持することができる。ポンプがタンク本体外部に配置された場合、タンク温度制御と流路配線加熱制御以外、更に、ポンプの温度（例えば、図１に示すヒーター１１３を使用してポンプの温度を制御する）と供給配線の温度（例えば、図１中のヒーター１２４によって供給配線１２３へ加熱する）を制御するのに用いられる余分な加熱制御が必要となる。通常、戻り配線（例えば、図１中の配線１２５）に加熱する必要がない。しかし、戻り配線が還元剤タンクより低く配置される場合、戻り配線内には還元剤残留物が存在する虞があり、余分なヒーター（例えば、図１中のヒーター１１７）によって戻り配線中の温度が低すぎることを防止する必要がある。

（圧縮空気供給）
油圧緩衝器圧力の閉ループ制御と２段ＰＷＭ定量供給制御は、定量供給率が圧縮空気供給中の圧力変化による影響を受けにくいようにし、図３ａと図３ｂに示す増圧ポンプの使用が低圧の圧縮空気の供給を許可する。したがって、本発明における定量供給システムが多種の圧縮空気源を使用することができる。ディーゼルエンジンにおいて、便利的な圧縮空気源はターボによって発生された圧縮吸気空気である。図８に示すように、エンジン１００により発生した排気ガスが排気ガスマニホールド１０１からターボ８４０に侵入する。ターボのコンプレッサでは、新鮮な空気が圧縮されて得られた気流が増圧冷却器（Ｃｈａｒｇｅ Ａｉｒ Ｃｏｏｌｅｒ 、ＣＡＣ）での冷却剤と熱交換して温度が低下される。排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ 、ＥＧＲ）装置がない実用では、圧縮された新鮮空気が直接エンジンの吸気マニホールドに侵入される。ＥＧＲ（高圧ＥＧＲ）を使用した実用では、排気ガスがターボ８４０に侵入する前にＥＧＲ装置８３０へ分流される。次に、ＥＧＲ装置８３０によって調整された排気ガスと圧縮された新鮮空気とが混合され、得られた増圧気流が吸気マニホールド８０１に侵入される。ＣＡＣからの低温圧縮空気（通常５０℃より低い）が定量供給システムの空気源として使用される。図８を参照すると、空気タンク８１０が緩衝器として使用され、圧縮空気がポート８１１によって定量供給システムへ提供される。吸入ポート８１２が逆止弁８１３を介して圧縮空気に接続され、ＤＣＵ１４０（図１）により制御線路８１５を介して電磁弁８１４が制御される。電磁弁８１４は、空気タンクに提供される空気流を制御するのに使用される。エンジン制御では増圧気流から新鮮空気を取得することを許可する場合、ＤＣＵが電磁弁８１４を通電させる。圧縮空気の圧力が逆止弁８１３に設定された圧力より高い場合、当該圧縮空気流が空気タンク８１０に流入される。圧縮空気の流量は、ＤＣＵが電磁弁８１４にＰＷＭ信号を印加することによって制御される。

本発明において、空気補助定量供給システムと同じように、圧縮空気と還元剤とを混合させて霧化を改善してもよいが、還元剤圧力制御が一定値であるため、その必要がない。エア駆動油圧ポンプの性質によれば、本発明の定量供給システムでは唯一の圧縮空気を消耗する部材はエア駆動油圧ポンプであるので、空気補助定量供給システムと比べると、空気の消耗が非常に小さい。それは還元剤の消耗と同様に、多くのアプリケーションでは通常７Ｌ／ｈｏｕｒ （１０ｂａｒ）より少ない。低空気消耗も、エンジンの新鮮圧縮吸気を空気源として使用するための１つの必要条件であり、それは、定量供給システムで必要な圧縮空気がエンジン吸気の小部分にすぎないからである。

限られた数の特定の好適な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者の見方のように、本発明の基本特性を逸脱しない限り、本発明の態様や機能に関して変更、修正や等価切り替えなどを加えてもよい。したがって、本発明の要旨は、請求の範囲に掲示された精神と範囲のみに限定され、しかも、全方面の等価内容を保護するものである。

Claims (20)

1. 還元剤を内燃機関の排気ガスシステムへ輸送させる装置であって、
   還元剤タンクと、
   圧縮空気源と、
   エア駆動油圧ポンプであって、逆止弁を介して前記還元剤タンクと流体的に連結される第１の吸入ポートと、前記圧縮空気源と流体的に連結される第２の吸入ポートと、圧縮空気を前記エア駆動油圧ポンプから放出させるための第１の排出ポートと、当該エア駆動油圧ポンプ内の還元剤の流出に用いられる第２の排出ポートと、を備えるエア駆動油圧ポンプと、
   前記排気ガスシステムの還元剤流量を制御するためのインジェクタと、
   前記圧縮空気源から前記第２の吸入ポートを介して前記エア駆動油圧ポンプに送られる空気流および第１の排出ポートを介して放出される空気流を制御することで還元剤の圧力を制御するように構成され、前記インジェクタの開時間を調整することで前記排気ガスシステムへの還元剤の定量供給量を制御するように構成されるコントローラーと、を含む装置。
2. 逆止弁を介して前記エア駆動油圧緩衝器の前記第２の排出ポートと流体的に連結される吸入ポートと、前記インジェクタと流体的に連結される排出ポートと、を備える油圧緩衝器を更に含む請求項１に記載の装置。
3. 体積変換装置が前記油圧緩衝器内に設置され、しかも前記体積変換装置は、体積が前記油圧緩衝器内の還元剤の圧力により変化される請求項２に記載の装置。
4. 前記インジェクタを前記還元剤タンクと流体的に連結する流体流路と、前記流体流路中の流体の流動を制御する制御弁と、をさらに含む請求項１に記載の装置。
5. 前記コントローラーが、さらに前記制御弁を開くことによって前記エア駆動油圧ポンプ中の還元剤を排出するように構成される請求項４に記載の装置。
6. 前記エア駆動油圧ポンプが前記還元剤タンク内に配置される請求項１に記載の装置。
7. 前記圧縮空気源が前記内燃機関のターボを含む請求項１に記載の装置。
8. 前記エア駆動油圧ポンプは、
   前記エア駆動油圧ポンプ内に上下移動され、その内部空間が前記第１の排出ポートと前記第２の吸入ポートとに流体的に連結する上部空間、及び前記第１の吸入ポートと前記第２の排出ポートとに流体的に連結する下部空間に分割されるピストンと、
   前記ピストンがある位置までに移動される場合、逆止弁を介して前記上部空間を前記下部空間と流体的に連結する流体流路と、を含む請求項１に記載の装置。
9. 前記ピストンは、さらに、前記エア駆動油圧ポンプの前記内部空間内に、周囲環境と流体的に連結される中間空間を形成させる請求項８に記載の装置。
10. 前記ピストンは、さらに、前記エア駆動油圧ポンプの前記内部空間内に、前記ピストンが前記ある位置に位置する時以外、周囲環境と流体的に連結される中間空間を形成させる請求項８に記載の装置。
11. 逆止弁を介して前記還元剤タンクと流体的に連結される第１の吸入ポートと、前記圧縮空気源と流体的に連結される第２の吸入ポートと、圧縮空気を前記エア駆動油圧ポンプから放出させるための第１の排出ポートと、前記エア駆動油圧ポンプ内の還元剤の流出に用いられる第２の排出ポートと、を備える交互型エア駆動油圧ポンプをさらに含む請求項１に記載の装置。
12. 前記コントローラーは、さらに、吸液行程と加圧行程との間に交互に切り替えるように前記交互型エア駆動油圧ポンプ及び前記エア駆動油圧ポンプを制御することにより、一定の還元剤圧力を提供するように構成される請求項１１に記載の装置。
13. 高圧吸入口が前記圧縮空気源と流体的に連結され、低圧吸入口が前記第２吸入ポート及び前記第１排出ポートと流体的に連結され、しかも、排出口が周囲環境と流体的に連結されるベンチュリ装置をさらに含む請求項１１に記載の装置。
14. 流体タンクと、吸液行程と加圧行程とを備えるポンプと、油圧緩衝器と、前記油圧緩衝器中の流体圧力を表すセンシング値を提供する圧力センサーと、インジェクタと、を含む流体輸送システムの制御方法であって、
    前記ポンプの前記加圧行程において、前記油圧緩衝器中に流体圧力を積み上げることと、
    前記ポンプの前記加圧行程において前記油圧緩衝器中の流体の圧力を一定に維持するように、少なくとも前記圧力センサーより取得されたセンシング値を利用してフィードバック制御を起動させることと、
    前記ポンプの前記吸液行程において前記フィードバック制御を停止させることと、
    前記インジェクタの開時間を調整して流体の輸送量を制御することと、を含む方法。
15. 前記油圧緩衝器中の流体残留物を前記流体タンク中へ戻させることと、
    前記インジェクタ中の流体残留物を排除することと、を含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記圧力センサーから取得された前記センシング値に基づいて、パルス幅変調法を利用して繰り返しコントロールサイクル中の前記流体輸送量を制御して流体輸送速度を制御することを含む請求項１４に記載の方法。
17. 前記パルス幅変調は、第１段制御と第２段制御との２段制御を含み、前記第１段制御が少なくとも前記圧力センサーより取得された前記センシング値に基づいて、前記第２段制御を周期的に指令して第２段の信号を生成させて第１段のＰＷＭ信号を生成させる請求項１６に記載の方法。
18. 前記流体輸送システムにおいて、前記ポンプと流体的に連結される圧縮空気源を含み、
    前記加圧行程において、空気を前記圧縮空気源から前記ポンプ中へ送ることと、
    前記吸液行程において、前記ポンプから空気を放出させることと、をさらに含む請求項１４に記載の方法。
19. 前記フィードバック制御は、前記圧力センサーより取得された前記センシング値に基づいて、空気を前記圧縮空気源から前記ポンプ中へ送り、前記ポンプ中に空気を保持し、前記ポンプから空気を放出させて、前記ポンプ中の空気量を調整することを含む請求項１８に記載の方法。
20. 流体タンクと、第１のポンプ吸液行程と第１のポンプ加圧行程とを備える第１のポンプと、第２のポンプ吸液行程と第２のポンプ加圧行程とを備える第２のポンプと、油圧緩衝器と、前記油圧緩衝器中の流体圧力を表すセンシング値を提供する圧力センサーと、インジェクタと、を含む流体定量供給システムの制御方法であって、
    前記第１のポンプの前記第１のポンプ加圧行程において、前記油圧緩衝器中に流体圧力を積み上げることと、
    前記第１のポンプの前記第１のポンプ加圧行程において前記油圧緩衝器中の流体の圧力を一定に維持するように、少なくとも前記圧力センサーより取得された前記センシング値を利用してフィードバック制御を起動させてから、前記第２のポンプの前記第２のポンプ吸液行程を開始させることと、
    前記第２のポンプの前記第２のポンプ加圧行程において前記油圧緩衝器中の流体の圧力を一定に維持するように、前記圧力センサーより取得された少なくとも前記センシング値を利用してフィードバック制御を起動させてから、前記第１のポンプの前記第１のポンプ吸液行程を開始させることと、
    前記インジェクタの開時間を調整して流体の輸送量を制御することと、を含む方法。

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