JP2020133501A - Exhaust gas purification control device - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書における開示は、内燃機関の排気通路へ尿素水を噴射する尿素水噴射システムに適用された、排気浄化制御装置に関する。 The disclosure in this specification relates to an exhaust purification control device applied to a urea water injection system that injects urea water into an exhaust passage of an internal combustion engine.
特許文献1に示される尿素水噴射システムは、タンクに貯留されている尿素水を吸入して吐出するポンプと、ポンプから吐出された尿素水を排気通路へ噴射するインジェクタと、タンクに貯留されている尿素水を加熱する電気ヒータとを備える。この電気ヒータは、タンク内で凍結した尿素水を解凍するためのものである。 The urea water injection system shown in Patent Document 1 includes a pump that sucks and discharges urea water stored in a tank, an injector that injects urea water discharged from the pump into an exhaust passage, and a tank that is stored in the tank. It is equipped with an electric heater that heats the urea water. This electric heater is for thawing the urea water frozen in the tank.
電気ヒータへの供給電力は、タンクに貯留されている尿素水の残量、および尿素水温度に基づき算出されている。そして、解凍が完了すると電気ヒータへの通電を停止させている。 The power supplied to the electric heater is calculated based on the remaining amount of urea water stored in the tank and the temperature of the urea water. Then, when the thawing is completed, the energization of the electric heater is stopped.
しかしながら、外気温度が尿素水の凍結温度よりも極めて低い状況では、解凍が完了して電気ヒータへの通電を停止させると、尿素水の一部が再び凍結するおそれがある。その場合、電気ヒータへの通電を再開して解凍させたとしても、解凍と凍結を繰り返すことによる以下の問題が生じる。すなわち、このように解凍と凍結を繰り返すと、液相と固相の相変化を繰り返し生じさせることになり、このように相変化が繰り返されると、尿素水から尿素成分が析出しやすくなる。析出した尿素成分(析出物)は、例えば尿素水が噴射されるインジェクタの噴孔や摺動隙間等を詰まらせる原因となる。 However, in a situation where the outside air temperature is extremely lower than the freezing temperature of the urea water, when the thawing is completed and the energization of the electric heater is stopped, a part of the urea water may freeze again. In that case, even if the electric heater is re-energized and thawed, the following problems occur due to repeated thawing and freezing. That is, when thawing and freezing are repeated in this way, phase changes between the liquid phase and the solid phase are repeatedly generated, and when the phase changes are repeated in this way, the urea component is likely to be precipitated from the urea water. The precipitated urea component (precipitate) causes, for example, to clog the injection hole or sliding gap of the injector into which urea water is injected.
本明細書の開示による目的は、尿素水の解凍と凍結が繰り返される機会の低減を図った、排気浄化制御装置を提供することである。 An object of the disclosure of the present specification is to provide an exhaust gas purification control device that reduces the chance of repeated thawing and freezing of urea water.
上記した目的を達成するための開示された1つの態様は、
尿素水を貯留するタンク(40)と、タンクに貯留されている尿素水を内燃機関の排気通路(10a)へ噴射するインジェクタ(20)と、タンクに貯留されている尿素水を吸入してインジェクタへ吐出する電動ポンプ(30)と、タンクに貯留されている尿素水を加熱する電気ヒータ(61)とを備える尿素水噴射システムに適用された、排気浄化制御装置であって、
タンクに貯留されている尿素水の残量を尿素水残量として取得する残量取得部(S36)と、
タンクに貯留されている尿素水の温度を尿素水温度として取得する尿素水温取得部(S37)と、
タンクの雰囲気温度を外気温度として取得する外気温取得部(S38)と、
尿素水温度に基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する凍結判定部(S2)と、
凍結状態と判定されている場合に、尿素水残量および尿素水温度に基づき解凍に要する電力量を解凍電力量(Q1)として算出し、解凍電力量を電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍制御部(S3)と、
溶融状態と判定されている場合に、尿素水残量、尿素水温度および外気温度に応じた電力量を解凍後電力量として算出し、解凍後電力量を電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍後制御部(S6)と、
を備える排気浄化制御装置である。
One disclosed aspect of achieving the above objectives is
A tank (40) for storing urea water, an injector (20) for injecting the urea water stored in the tank into the exhaust passage (10a) of the internal combustion engine, and an injector for sucking the urea water stored in the tank. An exhaust purification control device applied to a urea water injection system including an electric pump (30) for discharging to and an electric heater (61) for heating urea water stored in a tank.
The remaining amount acquisition unit (S36) that acquires the remaining amount of urea water stored in the tank as the remaining amount of urea water, and
The urea water temperature acquisition unit (S37) that acquires the temperature of the urea water stored in the tank as the urea water temperature, and
The outside air temperature acquisition unit (S38), which acquires the ambient temperature of the tank as the outside air temperature,
A freeze determination unit (S2) that determines whether the urea water is in a frozen state or a molten state based on the urea water temperature, and
When it is determined to be in a frozen state, the amount of power required for thawing is calculated as the amount of thawing power (Q1) based on the remaining amount of urea water and the temperature of the urea water, and energization control is performed so that the amount of thawing power is supplied to the electric heater. Defrost control unit (S3) and
When it is determined to be in a molten state, the amount of power corresponding to the remaining amount of urea water, the temperature of urea water, and the temperature of the outside air is calculated as the amount of power after thawing, and energization control is performed so that the amount of power after thawing is supplied to the electric heater. After thawing, control unit (S6) and
It is an exhaust gas purification control device equipped with.
上記態様によれば、解凍後制御部を備えるので、溶融状態と判定されている場合であっても電気ヒータへ電力供給されることとなり、解凍後に再び凍結するおそれを低減できる。そのため、解凍と凍結が繰り返されることによる相変化の繰り返しを抑制でき、尿素成分が析出しやすくなる状況を回避できる。しかも、上記態様によれば、尿素水残量および尿素水温度に加えて、外気温度にも応じて解凍後電力量が算出される。そのため、外気温度が凍結温度よりも極めて低い状況の場合であっても、その状況を加味して解凍後電力量が算出されるので、解凍後電力量の過不足を抑制できる。 According to the above aspect, since the control unit is provided after thawing, electric power is supplied to the electric heater even when it is determined that the state is melted, and the possibility of freezing again after thawing can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the repetition of the phase change due to the repetition of thawing and freezing, and it is possible to avoid the situation where the urea component is likely to be precipitated. Moreover, according to the above aspect, the electric energy after thawing is calculated according to the outside air temperature in addition to the urea water remaining amount and the urea water temperature. Therefore, even when the outside air temperature is extremely lower than the freezing temperature, the amount of power after thawing is calculated in consideration of the situation, so that the excess or deficiency of the amount of power after thawing can be suppressed.
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 The reference numbers in parentheses are merely examples of the correspondence with the specific configuration in the embodiment described later, and do not limit the technical scope at all.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, duplicate description may be omitted by assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other parts of the configuration.
(第1実施形態)
先ず、本実施形態に係る排気浄化制御装置が適用される尿素水噴射システムの構成について、図1を用いて説明する。
(First Embodiment)
First, the configuration of the urea water injection system to which the exhaust gas purification control device according to the present embodiment is applied will be described with reference to FIG.
尿素水噴射システムは、内燃機関を備える車両に搭載されている。内燃機関の排気管10には、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒11を有した浄化装置が取り付けられている。このSCR触媒11は、排気中の酸化物のうち窒素酸化物(NOx)を選択的に還元して浄化する。尿素水噴射システムは、排気管10内部の排気通路10aへ尿素水を噴射する。噴射された尿素水は、排気通路10aで加熱されて加水分解する。この加水分解により、還元剤としてのアンモニアが生成され、SCR触媒11へ供給される。
The urea water injection system is installed in a vehicle equipped with an internal combustion engine. A purification device having an SCR (Selective Catalytic Reduction)
尿素水噴射システムは、インジェクタ20、電動ポンプ30、タンク40、各種配管、電気ヒータおよび制御装置70を備える。
The urea water injection system includes an
インジェクタ20は、排気管10のうちSCR触媒11に対して排気流れ上流側の部分に取り付けられている。インジェクタ20は、タンク40に貯留されている尿素水を、排気通路10aのうちSCR触媒11の上流側部分へ噴射する。インジェクタ20は、噴孔ボデーと、本体ボデーと、弁体と、電気アクチュエータとを備える。電気アクチュエータおよび噴孔ボデーは、本体ボデーに取り付けられて保持されている。噴孔ボデーのうち噴孔が形成されている部分は、排気通路10aに露出して排気に晒されている。
The
噴孔ボデーには、尿素水を噴射する噴孔が形成されている。本体ボデーには、尿素水を噴孔へ導く内部通路が形成されている。弁体は、内部通路を開閉することで噴孔を開閉して、尿素水の噴射と噴射停止とを切り替える。電気アクチュエータは、通電により磁界を生じさせる電磁コイルを有し、電磁コイルへの通電に伴い電磁吸引力を生じさせ、その電磁吸引力で弁体を開弁作動させる。なお、電磁コイルへの通電を停止させると、弾性部材の弾性力により弁体は閉弁作動する。 A nozzle for injecting urea water is formed in the nozzle body. An internal passage that guides urea water to the injection hole is formed in the main body. The valve body opens and closes the injection hole by opening and closing the internal passage, and switches between the injection of urea water and the stop of injection. The electric actuator has an electromagnetic coil that generates a magnetic field by energization, generates an electromagnetic attraction force by energizing the electromagnetic coil, and opens the valve body by the electromagnetic attraction force. When the energization of the electromagnetic coil is stopped, the valve body closes due to the elastic force of the elastic member.
電動ポンプ30は、インペラ、ケーシングおよびモータ等を有する。インペラはケーシング内で回転可能な状態で保持されている。インペラは上記モータにより回転駆動する。例えば、上記モータは、3相ブラシレスモータであり、正弦波出力電流制御により回転数が制御される。つまり、各相のコイルへ通電される駆動電流の通電周期、通電位相および電流ピーク値を制御することで、インペラの回転速度が制御される。
The
先述した各種配管には、以下に説明する吐出配管51、吸入配管52およびリターン配管53が含まれる。吐出配管51は、インジェクタ20の流入口と電動ポンプ30の吐出口とを接続する。電動ポンプ30から吐出された尿素水は、吐出配管51を通じてインジェクタ20へ供給される。吸入配管52は、電動ポンプ30の吸入口とタンク40とを接続する。タンク40に貯留されている尿素水は、吸入配管52を通じて電動ポンプ30へ吸入される。リターン配管53は、電動ポンプ30の吐出口または吐出配管51と、タンク40とを接続する。電動ポンプ30から吐出された尿素水は、インジェクタ20の閉弁作動時にはリターン配管53を通じてタンク40に戻される。
The various pipes described above include the
先述した電気ヒータには、以下に説明するタンクヒータ61、吸入配管ヒータ62およびリターン配管ヒータ63が含まれる。タンクヒータ61は、タンク40の底壁に形成された凹部に取り付けられている。タンクヒータ61は、タンク40を加熱することで、タンク40に貯留されている尿素水を加熱する。吸入配管ヒータ62は、吸入配管52に取り付けられている。吸入配管ヒータ62は、吸入配管52を加熱することで、吸入配管52内に位置する尿素水を加熱する。リターン配管ヒータ63は、リターン配管53に取り付けられている。リターン配管ヒータ63は、リターン配管53を加熱することで、リターン配管53内に位置する尿素水を加熱する。
The electric heater described above includes the
なお、本実施形態では、吐出配管51やインジェクタ20には電気ヒータが取り付けられていないが、これらにも電気ヒータが取り付けられて加熱される構成としてもよい。但し、インジェクタ20は、排気通路10aを流れる排ガスにより加熱されるので、タンク40や各種配管に比べて凍結温度以下になりにくく、電気ヒータによる加熱のニーズは低い。
In the present embodiment, the
制御装置70は、少なくとも1つの演算処理装置(プロセッサ71)と、プロセッサ71により実行されるプログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも1つの記憶装置(メモリ72)とを有する。さらに制御装置70は、ヒータ駆動回路73と、図示しないインジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路を有する。これらの駆動回路は、車載バッテリ電力の通電と遮断を切り替えるスイッチング素子を有する。
The
プロセッサ71およびメモリ72はマイクロコンピュータ(マイコン)によって提供されてもよい。記憶媒体は、プロセッサ71によって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置70は、1つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、プロセッサ71によって実行されることによって、制御装置70をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。
The
制御装置70は、インジェクタ制御部M1、ポンプ制御部M2およびヒータ制御部M3を有する。これらの制御部は、メモリ72に記憶されているプログラムをプロセッサ71が実行することで、制御装置70により実現される。制御装置70には、後述する各種センサで検出された検出信号が入力される。これらの検出信号に基づき、上述した制御部は各種制御を実行する。
The
インジェクタ制御部M1は、インジェクタ20が有する電磁コイルへの通電状態を制御することで、インジェクタ20の弁体の開弁作動を制御して、尿素水の噴射量および噴射時期を制御する。例えば、インジェクタ制御部M1は、電磁コイルへの通電時間を制御することで弁体の開弁時間を制御して、単位時間あたりに噴射される尿素水の噴射量を制御する。
The injector control unit M1 controls the valve opening operation of the valve body of the
制御装置70は、内燃機関の運転に伴い排気浄化が要求され、かつ、SCR触媒11が活性化温度以上になっている等の条件を満たしている場合に、インジェクタ20からの尿素水噴射を要求する。さらに制御装置70は、内燃機関から排出されるNOx量に基づき、尿素水の目標噴射量を算出する。インジェクタ制御部M1は、尿素水噴射が要求された場合に、目標噴射量に対応する開弁時間で弁体を開弁させるよう、インジェクタ20の作動を制御する。
The
ポンプ制御部M2は、電動ポンプ30が有するモータへの通電状態を制御することで、インペラの回転速度を制御して、尿素水の吐出圧力Pおよび吐出時期を制御する。例えば、ポンプ制御部M2は、モータのコイルを流れる駆動電流の通電周期、通電位相および電流ピーク値を制御することで、モータへの供給電力を制御して吐出圧力Pを制御する。
The pump control unit M2 controls the rotation speed of the impeller by controlling the energization state of the
ヒータ制御部M3は、タンクヒータ61、吸入配管ヒータ62およびリターン配管ヒータ63への通電状態を制御することで、タンク40、吸入配管52およびリターン配管53内の尿素水の温度を制御する。例えば、ヒータ制御部M3は、各種電気ヒータを流れる駆動電流をデューティ制御することで、供給する電力量を制御する。
The heater control unit M3 controls the temperature of the urea water in the
先述した各種センサには、外気温センサ81、尿素水温センサ82、濃度センサ83、液面センサ84および圧力センサ85が含まれている。外気温センサ81は、タンク40の外部に配置されている。外気温センサ81は、タンク40の雰囲気温度に応じた検出信号を出力する。
The various sensors described above include an outside
尿素水温センサ82、濃度センサ83および液面センサ84は、タンク40に取り付けられている。尿素水温センサ82は、タンク40内の尿素水温度に応じた検出信号を出力する。濃度センサ83は、タンク40内の尿素水に含まれる尿素成分の割合(尿素水濃度α)に応じた検出信号を出力する。液面センサ84は、タンク40内の尿素水の液面高さに応じた検出信号を出力する。
The urea
圧力センサ85は、電動ポンプ30の吐出口または吐出配管51に取り付けられている。圧力センサ85は、電動ポンプ30から吐出される尿素水の圧力(吐出圧力P)に応じた検出信号を出力する。
The
ヒータ制御部M3は、外気温取得部M31、尿素水温取得部M32、濃度取得部M33、液面高さ取得部M34および吐出圧取得部M35を有していると言える。外気温取得部M31は、外気温センサ81から出力される検出信号に基づき外気温度Taを算出することで、外気温度Taを取得する。尿素水温取得部M32は、尿素水温センサ82から出力される検出信号に基づき尿素水温度Tuを算出することで、尿素水温度Tuを取得する。濃度取得部M33は、濃度センサ83から出力される検出信号に基づき尿素水濃度αを算出することで、尿素水濃度αを取得する。液面高さ取得部M34は、液面センサ84から出力される検出信号に基づき液面高さLを算出することで、液面高さLを取得する。
It can be said that the heater control unit M3 includes an outside air temperature acquisition unit M31, a urea water temperature acquisition unit M32, a concentration acquisition unit M33, a liquid level height acquisition unit M34, and a discharge pressure acquisition unit M35. The outside air temperature acquisition unit M31 acquires the outside air temperature Ta by calculating the outside air temperature Ta based on the detection signal output from the outside
次に、これらの取得部により取得された各種物理量に基づき電気ヒータへの通電状態を制御する手順について、図2〜図5を用いて説明する。図2の処理は、イグニッションスイッチがオン操作された場合等、内燃機関が運転可能な状態または運転されている期間中に実行される。また、図3〜図5に示すフローチャートは、プロセッサ71により所定の演算周期で繰り返し実行される。
Next, a procedure for controlling the energized state of the electric heater based on various physical quantities acquired by these acquisition units will be described with reference to FIGS. 2 to 5. The process of FIG. 2 is executed while the internal combustion engine is in an operable state or is in operation, such as when the ignition switch is turned on. Further, the flowcharts shown in FIGS. 3 to 5 are repeatedly executed by the
先ず図2のステップS1において、尿素水温取得部M32で尿素水温度Tuを測定する。続くステップS2では、測定した尿素水温度Tuが尿素水の凍結温度T1以下であるか否かを判定する。凍結温度T1は、予め設定された理想とする尿素水濃度α(例えば32.5%)の凍結温度(例えば−11℃)に設定されている。或いは、この判定で用いる凍結温度T1は、理想とする尿素水濃度の凍結温度よりも余裕温度分だけ低い値に設定されている。 First, in step S1 of FIG. 2, the urea water temperature Tu is measured by the urea water temperature acquisition unit M32. In the following step S2, it is determined whether or not the measured urea water temperature Tu is equal to or lower than the freezing temperature T1 of the urea water. The freezing temperature T1 is set to a preset ideal freezing temperature (for example, −11 ° C.) of the urea water concentration α (for example, 32.5%). Alternatively, the freezing temperature T1 used in this determination is set to a value lower than the ideal freezing temperature of the urea water concentration by a marginal temperature.
尿素水温度Tuが尿素水の凍結温度T1以下であると判定された場合には、タンク40内の尿素水が凍結しているとみなし、続くステップS3において解凍制御を実行する。尿素水温度Tuが尿素水の凍結温度T1以下でないと判定された場合には、続くステップS4において、尿素水噴射の要求が有るか否かを判定する。噴射要求が有る場合には、続くステップS5において排気浄化制御を実行する。噴射要求が無い場合には、続くステップS6において解凍後制御を実行する。
When it is determined that the urea water temperature Tu is equal to or lower than the freezing temperature T1 of the urea water, it is considered that the urea water in the
次に、図3を用いて、図2のステップS3で実行される解凍制御の処理手順を説明する。先ず、ステップS10において、濃度取得部M33で尿素水濃度αを測定する。続くステップS11では、液面高さ取得部M34で液面高さLを測定する。続くステップS12では、測定された尿素水濃度αおよび液面高さLに基づき、尿素水残量M[kg]を算出する。例えば、以下の数1、2の連立方程式に従って尿素水残量Mを算出する。数1中のSは、タンク40の液面面積を示す定数である。数2中の1.09×103[kg/m3]は、尿素水濃度が3.25%の場合の密度である。
続くステップS13では、尿素水温取得部M32で尿素水温度Tuを測定する。続くステップS14では、尿素水残量Mおよび尿素水温度Tuに基づき、解凍電力量Q1を算出する。解凍電力量Q1は、尿素水残量Mの全てを解凍するのに要する値として算出される。例えば、以下の数3の連立方程式に従って解凍電力量Q1を算出する。数3中のcは、尿素水の比熱容量である。
続くステップS15では、解凍電力量Q1の電気エネルギを供給するように、タンクヒータ61への通電を制御する。例えば、所定時間で解凍電力量Q1が供給される電力となるように、ヒータ駆動電流をデューティ制御する。続くステップS16では、電動ポンプ30のモータへの通電を停止して、電動ポンプ30を停止させる。続くステップS17では、インジェクタ20の電磁コイルへの通電を停止して、インジェクタ20の開弁作動を停止させる。
In the following step S15, the energization of the
次に、図4を用いて、図2のステップS5で実行される排気浄化制御の処理手順を説明する。先ず、ステップS20において、吐出圧力Pが目標圧力となるように電動ポンプ30のモータを駆動させる。例えば、目標圧力に対応する電流ピーク値で、先述した正弦波出力電流制御を実行する。目標圧力は、後述する上限圧P2よりも高い値に設定されている。
Next, the processing procedure of the exhaust gas purification control executed in step S5 of FIG. 2 will be described with reference to FIG. First, in step S20, the motor of the
続くステップS21では、吐出圧取得部M35で実際の吐出圧力Pを測定する。続くステップS22では、測定された吐出圧力Pが上限圧P2よりも高い値になっているか否かを判定する。ステップS22で、吐出圧力Pが上限圧P2よりも高い値になっていると判定された場合には、電動ポンプ30が尿素水を正常に吐出している状態であり、タンク40および各種配管内の全ての尿素水が溶融した完全溶融状態であるとみなす。そして、続くステップS23では、NOx量に応じた先述の目標噴射量で尿素水を噴射するよう、インジェクタ20の通電状態を制御する。続くステップS24では、電気ヒータへの通電をオフにする。
In the following step S21, the actual discharge pressure P is measured by the discharge pressure acquisition unit M35. In the following step S22, it is determined whether or not the measured discharge pressure P is higher than the upper limit pressure P2. When it is determined in step S22 that the discharge pressure P is higher than the upper limit pressure P2, the
一方、ステップS22で、吐出圧力Pが上限圧P2以下であると判定された場合には、尿素水の一部が凍結している部分溶融状態であるとみなす。また、このような一部凍結が原因で吐出圧力Pが低下しているとみなす。そして、図2のステップS6による解凍後制御を実行する。 On the other hand, when it is determined in step S22 that the discharge pressure P is equal to or lower than the upper limit pressure P2, it is considered that a part of the urea water is in a partially frozen state. Further, it is considered that the discharge pressure P is lowered due to such partial freezing. Then, the post-decompression control according to step S6 of FIG. 2 is executed.
次に、図5を用いて、図2のステップS6で実行される解凍後制御の処理手順を説明する。先ず、ステップS30〜S33において、吐出圧力Pが下限圧P1以上かつ上限圧P2以下となるように、電動ポンプ30のモータをフィードバック制御する。具体的には、ステップS30で電動ポンプ30を駆動させ、ステップS31で吐出圧力Pを測定し、ステップS32でP1≦P≦P2でないと判定されると、ステップS33で電動ポンプ30の駆動電流を調整する。
Next, the processing procedure of post-defrosting control executed in step S6 of FIG. 2 will be described with reference to FIG. First, in steps S30 to S33, the motor of the
ステップS32でP1≦P≦P2であると判定された場合、ステップS34〜S37において、図3のステップS10〜S13と同様にして尿素水残量Mを算出し、尿素水温度Tuを測定する。続くステップS38では、外気温取得部M31で外気温度Taを測定する。続くステップS39では、尿素水温度Tuと外気温度Taとの温度差ΔTを算出する。温度差ΔTは、尿素水温度Tuから外気温度Taを減算した値である。 When it is determined in step S32 that P1 ≦ P ≦ P2, in steps S34 to S37, the urea water remaining amount M is calculated in the same manner as in steps S10 to S13 of FIG. 3, and the urea water temperature Tu is measured. In the following step S38, the outside air temperature Ta is measured by the outside air temperature acquisition unit M31. In the following step S39, the temperature difference ΔT between the urea water temperature Tu and the outside air temperature Ta is calculated. The temperature difference ΔT is a value obtained by subtracting the outside air temperature Ta from the urea water temperature Tu.
続くステップS40では、目標濃度(例えば32.5%)に対する尿素水濃度αの乖離量Δαを算出する。乖離量Δαは、尿素水濃度αから目標濃度を減算した値である。続くステップS41では、乖離量Δαが所定値(例えば0.5%)以上であるか否かを判定する。 In the following step S40, the deviation amount Δα of the urea water concentration α with respect to the target concentration (for example, 32.5%) is calculated. The deviation amount Δα is a value obtained by subtracting the target concentration from the urea water concentration α. In the following step S41, it is determined whether or not the deviation amount Δα is equal to or greater than a predetermined value (for example, 0.5%).
ステップS41で乖離量Δαが所定値以上と判定された場合には、ステップS42において、尿素水残量M、温度差ΔTおよび尿素水濃度αに基づき、濃度維持電力量Q2を算出する。濃度維持電力量Q2は、尿素水の全てが解凍された状態において、再度解凍を開始して部分溶融状態に陥ることを防止するのに要する値として算出される。例えば、以下の数4、5の連立方程式に従って濃度維持電力量Q2を算出する。
数4、5中のKQは、尿素水濃度維持を目的とし、乖離量Δαの大きさを考慮した補正係数である。すなわち、測定された尿素水濃度αが目標濃度に対して高濃度であるほど、濃度維持電力量Q2を低い値に補正する。KQの補正によれば、加熱過多により尿素水の水成分が蒸発して高濃度になることが抑制され、尿素水の品質劣化が抑制される。 K Q in Equations 4 and 5 is a correction coefficient that takes into consideration the magnitude of the deviation amount Δα for the purpose of maintaining the urea water concentration. That is, the higher the measured urea water concentration α is with respect to the target concentration, the lower the concentration maintenance power amount Q2 is corrected. According to the correction of K Q , it is suppressed that the water component of the urea water evaporates to a high concentration due to excessive heating, and the deterioration of the quality of the urea water is suppressed.
数4、5で算出される濃度維持電力量Q2は、加熱対象となる尿素水残量Mが多いほど大きい値に設定される。また、外気温度Taが低く温度差ΔTが大きくなっているほど、濃度維持電力量Q2は大きい値に設定される。
The concentration maintenance electric energy Q2 calculated by the
続くステップS43では、濃度維持電力量Q2の電気エネルギを供給するように、タンクヒータ61への通電を制御する。例えば、所定時間で濃度維持電力量Q2が供給される電力となるように、ヒータ駆動電流をデューティ制御する。
In the following step S43, the energization of the
ステップS41で乖離量Δαが所定値未満の場合には、ステップS44において、尿素水残量M、温度差ΔTおよび尿素水温度Tuに基づき、溶融維持電力量Q3を算出する。溶融維持電力量Q3は、尿素水の全てが解凍された状態において、再度解凍を開始して部分溶融状態に陥ることを防止するのに要する値として算出される。例えば、以下の数6、7の連立方程式に従って溶融維持電力量Q3を算出する。
数6、7中のKTは、尿素水再凍結防止を目的とし、尿素水温度Tuと凍結温度T1との差分を考慮した補正係数である。すなわち、測定された尿素水温度Tuが高温であり、凍結温度T1との差分が大きいほど、溶融維持電力量Q3を低い値に補正する。KTの補正によれば、加熱過多により尿素水の水成分が蒸発して高濃度になることが抑制され、尿素水の品質劣化が抑制される。濃度維持電力量Q2と溶融維持電力量Q3を比較すると、尿素水残量Mおよび温度差ΔTが同じであれば、高濃度になっている分だけ濃度維持電力量Q2は溶融維持電力量Q3より小さい値に設定されることとなる。 KT in Equations 6 and 7 is a correction coefficient considering the difference between the urea water temperature Tu and the freezing temperature T1 for the purpose of preventing the urea water refreezing. That is, the higher the measured urea water temperature Tu and the larger the difference from the freezing temperature T1, the lower the melting maintenance power amount Q3 is corrected. According to the correction of KT , it is suppressed that the water component of the urea water evaporates to a high concentration due to excessive heating, and the deterioration of the quality of the urea water is suppressed. Comparing the concentration maintenance electric energy Q2 and the melt maintenance electric energy Q3, if the urea water remaining amount M and the temperature difference ΔT are the same, the concentration maintenance electric energy Q2 is higher than the melt maintenance electric energy Q3 by the amount of the higher concentration. It will be set to a small value.
続くステップS45では、溶融維持電力量Q3の電気エネルギを供給するように、タンクヒータ61への通電を制御する。例えば、所定時間で溶融維持電力量Q3が供給される電力となるように、ヒータ駆動電流をデューティ制御する。
In the following step S45, the energization of the
次に、図6を用いて、本実施形態に係る尿素水噴射システムの作動の一例を説明する。なお、図中のt10時点で、内燃機関の運転が開始されている。 Next, an example of the operation of the urea water injection system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The operation of the internal combustion engine is started at t10 in the figure.
t10時点からt20時点までの期間では、尿素水温度Tuが凍結温度T1以下になっている(a欄参照)。そのため、この期間では解凍制御が実行されている。すなわち、電動ポンプ30への通電をオフ(f欄参照)にするとともに、インジェクタ20への通電をオフ(g欄参照)にしている。そして、解凍電力量Q1に基づく電力で、タンクヒータ61へ通電している。t10時点からt20時点までの期間に解凍電力量Q1が供給されるよう、消費電力が設定されている。
During the period from t10 to t20, the urea water temperature Tu is below the freezing temperature T1 (see column a). Therefore, decompression control is executed during this period. That is, the energization of the
なお、排気通路10aを流れる排ガスによりインジェクタ20が加熱され、インジェクタ20内の尿素水温度が上昇していく。そして、排ガスの熱は、タンク40内の尿素水温度Tuや、タンク40の雰囲気温度(外気温度Ta)をも上昇させていく(a欄とb欄参照)。
The
その後、解凍制御により尿素水が加熱されて尿素水温度Tuが上昇し、凍結温度T1に達したt20時点で、解凍制御が解凍後制御に切り替えられている。すなわち、電動ポンプ30への通電をオン(f欄参照)にするとともに、インジェクタ20への通電をオフ(g欄参照)にしている。解凍後制御での電動ポンプ30消費電流は、排気浄化制御での消費電流より小さい値に設定されている(f欄参照)。解凍後制御での吐出圧力Pは、下限圧P1から上限圧P2までの範囲に調整される(c欄参照)。
After that, the urea water is heated by the thawing control, the urea water temperature Tu rises, and at t20 when the freezing temperature T1 is reached, the thawing control is switched to the post-thaw control. That is, the energization of the
さらに解凍後制御では、濃度維持電力量Q2または溶融維持電力量Q3に基づく電力で、タンクヒータ61へ通電している(h欄参照)。t20時点からt30時点までの期間に濃度維持電力量Q2または溶融維持電力量Q3が供給されるよう、消費電力が設定されている。尿素水濃度は、下限値α1から上限値α2までの正常範囲に維持される(e欄参照)。
Further, in the post-thawing control, the
その後、尿素水噴射の要求が為されたt30時点で、解凍後制御が排気浄化制御に切り替えられている。すなわち、電動ポンプ30への通電をオン(f欄参照)にするとともに、インジェクタ20への通電をオン(g欄参照)にしている。そして、各種電気ヒータへの通電をオフにしている(h欄参照)。
After that, at t30 when the request for urea water injection was made, the post-thawing control was switched to the exhaust purification control. That is, the energization of the
以上により、本実施形態に係る排気浄化制御装置は、以下に説明する残量取得部、尿素水温取得部、外気温取得部、凍結判定部、解凍制御部および解凍後制御部を備えていると言える。 Based on the above, the exhaust gas purification control device according to the present embodiment includes a remaining amount acquisition unit, a urea water temperature acquisition unit, an outside air temperature acquisition unit, a freezing determination unit, a thawing control unit, and a post-thawing control unit, which will be described below. I can say.
「残量取得部」は、ステップS36を実行している時のプロセッサ71に相当し、タンク40に貯留されている尿素水の残量を尿素水残量Mとして取得する。「尿素水温取得部」は、ステップS37を実行している時のプロセッサ71に相当し、タンク40に貯留されている尿素水の温度を尿素水温度Tuとして取得する。「外気温取得部」は、ステップS38を実行している時のプロセッサ71に相当し、タンク40の雰囲気温度を外気温度Taとして取得する。「凍結判定部」は、ステップS2を実行している時のプロセッサ71に相当し、尿素水温度Tuに基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する。
The "remaining amount acquisition unit" corresponds to the
「解凍制御部」は、ステップS3を実行している時のプロセッサ71に相当する。この解凍制御部は、凍結状態と判定されている場合に、尿素水残量Mおよび尿素水温度Tuに基づき解凍に要する電力量を解凍電力量Q1として算出し、解凍電力量Q1をタンクヒータ61へ供給するように通電制御する。「解凍後制御部」は、ステップS6を実行している時のプロセッサ71に相当する。この解凍後制御部は、溶融状態と判定されている場合に、尿素水残量M、尿素水温度Tuおよび外気温度Taに応じた電力量を解凍後電力量として算出し、解凍後電力量をタンクヒータ61へ供給するように通電制御する。「解凍後電力量」は、濃度維持電力量Q2または溶融維持電力量Q3に相当する。
The “decompression control unit” corresponds to the
このように、本実施形態に係る排気浄化制御装置は、解凍後制御部を備えるので、溶融状態と判定されている場合であってもタンクヒータ61へ電力供給されることとなり、解凍後に再び凍結するおそれを低減できる。そのため、解凍と凍結が繰り返されることによる相変化の繰り返しを抑制でき、尿素成分が析出しやすくなる状況を回避できる。しかも、本実施形態によれば、尿素水残量Mおよび尿素水温度Tuに加えて、外気温度Taにも応じて解凍後電力量が算出される。そのため、外気温度Taが凍結温度T1よりも極めて低い状況の場合であっても、その状況を加味して解凍後電力量が算出されるので、解凍後電力量が不足することによる再凍結のおそれを低減できる。
As described above, since the exhaust gas purification control device according to the present embodiment includes the control unit after thawing, electric power is supplied to the
なお、解凍と凍結を繰り返すことにより液相と固相の相変化が繰り返されると、尿素水から尿素成分が析出しやすくなる。このように析出した尿素成分(析出物)は、例えばインジェクタ20の噴孔等、尿素水通路の狭小部を詰まらせる原因となる。
If the phase change between the liquid phase and the solid phase is repeated by repeating thawing and freezing, the urea component is likely to be precipitated from the urea water. The urea component (precipitate) precipitated in this way causes clogging of a narrow portion of the urea water passage, such as the injection hole of the
さらに本実施形態では、尿素水温度Tuを凍結温度T1より高温に維持させるのに要する電力量を溶融維持電力量Q3とし、解凍後制御部は、溶融維持電力量Q3を解凍後電力量として算出する。そのため、再凍結回避の確実性を向上できる。 Further, in the present embodiment, the amount of electric power required to maintain the urea water temperature Tu higher than the freezing temperature T1 is defined as the melt maintenance electric energy Q3, and the post-thawing control unit calculates the melt maintenance electric energy Q3 as the post-thawing electric energy. To do. Therefore, the certainty of avoiding refreezing can be improved.
さらに本実施形態では、解凍後制御部は、外気温度Taが尿素水温度Tuより低温であるほど、つまり温度差ΔTが大きいほど、溶融維持電力量Q3を大きい値に算出する。そのため、外気温度Taが低温であることに起因した再凍結の回避の確実性を向上できる。 Further, in the present embodiment, the post-thawing control unit calculates the melt maintenance power amount Q3 to a larger value as the outside air temperature Ta is lower than the urea water temperature Tu, that is, the larger the temperature difference ΔT. Therefore, it is possible to improve the certainty of avoiding refreezing due to the low outside air temperature Ta.
さらに本実施形態では、タンク40に貯留されている尿素水の濃度を所定濃度範囲内に維持させるのに要する電力量を濃度維持電力量Q2とする。そして、解凍後制御部は、尿素水濃度αが所定濃度範囲外である場合には濃度維持電力量Q2を解凍後電力量として算出し、尿素水濃度αが所定濃度範囲内である場合には溶融維持電力量Q3を解凍後電力量として算出する。
Further, in the present embodiment, the amount of electric power required to maintain the concentration of urea water stored in the
さらに本実施形態では、タンク40に貯留されている尿素水の濃度を取得する濃度取得部を備え、解凍後制御部は、濃度が所定濃度範囲より高濃度であるほど、溶融維持電力量を小さい値に算出する。「濃度取得部」は、ステップS34を実行している時のプロセッサ71に相当する。これによれば、解凍後制御のタンクヒータ61による加熱が過多となり、尿素水の水成分が蒸発して高濃度になることが抑制され、尿素水の品質劣化が抑制される。
Further, in the present embodiment, a concentration acquisition unit for acquiring the concentration of urea water stored in the
さらに本実施形態では、解凍後制御の実行期間に電動ポンプ30を駆動させる解凍後ポンプ制御部を備える。「解凍後ポンプ制御部」は、ステップS31を実行している時のプロセッサ71に相当する。これによれば、タンク40内の尿素水のみならず、インジェクタ20内の尿素水や吐出配管51内の尿素水等、循環経路全体の尿素水を効率良く加熱することができ、再凍結抑制を促進できる。
Further, the present embodiment includes a post-thawing pump control unit that drives the
さらに本実施形態では、尿素水の噴射要求が有る場合であっても、電動ポンプ30の吐出圧力Pが意図に反して低下している場合(S22:No)には、インジェクタ20の駆動を停止させ、解凍後制御部によるタンクヒータ61の通電制御を実行させる。再凍結が生じていると、吐出圧力Pが意図に反して低下した状態になる蓋然性が高い。この点を鑑み、吐出圧力Pが意図に反して低下している場合には解凍後制御が実行されるので、NOxが意図に反して浄化されない状態を回避でき、迅速に再解凍できる。
Further, in the present embodiment, even when there is a request for injection of urea water, if the discharge pressure P of the
(他の実施形態)
上記第1実施形態では、解凍後制御において、濃度維持電力量Q2と溶融維持電力量Q3を切り替えているが、この切り替えを廃止して、濃度維持電力量Q2と溶融維持電力量Q3のいずれか一方を廃止してもよい。
(Other embodiments)
In the first embodiment, the concentration maintenance electric energy Q2 and the melting maintenance electric energy Q3 are switched in the post-thawing control, but this switching is abolished and either the concentration maintenance electric energy Q2 or the melting maintenance electric energy Q3 is abolished. One may be abolished.
上記第1実施形態では、外気温度Taが尿素水温度Tuより低温であるほど、溶融維持電力量Q3を大きい値に算出している。これに対し、外気温度Taの変化の履歴に基づき溶融維持電力量Q3を算出してもよい。例えば、変化していく外気温度Taの平均温度が低温であるほど、溶融維持電力量Q3を大きい値に算出してもよい。 In the first embodiment, the lower the outside air temperature Ta is lower than the urea water temperature Tu, the larger the melt maintenance electric energy Q3 is calculated. On the other hand, the melting maintenance electric energy Q3 may be calculated based on the history of changes in the outside air temperature Ta. For example, the lower the average temperature of the changing outside air temperature Ta, the larger the melting maintenance power amount Q3 may be calculated.
上記第1実施形態では、解凍後制御に電動ポンプ30を駆動させているが、解凍後制御に電動ポンプ30を駆動停止させていてもよい。
In the first embodiment, the
上記第1実施形態では、尿素水の噴射要求が有る場合であっても、吐出圧力Pが意図に反して低下している場合には、排気浄化制御から解凍後制御に切り替えているが、このような切り替えを廃止してもよい。 In the first embodiment, even when there is a request for injection of urea water, if the discharge pressure P is unintentionally lowered, the exhaust gas purification control is switched to the post-thaw control. Such switching may be abolished.
上記第1実施形態では、複数の電気ヒータのうちタンクヒータ61を対象として、解凍電力量Q1および解凍後電力量が算出されている。つまり、算出された電力量はタンクヒータ61へ供給される電力量であり、他の電気ヒータへ供給される電力量とは別である。これに対し、タンクヒータ61、吸入配管ヒータ62およびリターン配管ヒータ63の全てを対象として、解凍電力量Q1および解凍後電力量が算出されていてもよい。
In the first embodiment, the defrosting electric energy Q1 and the defrosting electric energy are calculated for the
10a 排気通路、 20 インジェクタ、 30 電動ポンプ、 40 タンク、 61 電気ヒータ、 70 排気浄化制御装置、 Q1 解凍電力量、 Q2 濃度維持電力量、 Q3 溶融維持電力量、 S2 凍結判定部、 S3 解凍制御部、 S30 解凍後ポンプ制御部、 S34 濃度取得部、 S36 残量取得部、 S37 尿素水温取得部、 S38 外気温取得部、 S6 解凍後制御部。 10a Exhaust passage, 20 Injector, 30 Electric pump, 40 tank, 61 Electric heater, 70 Exhaust purification control device, Q1 Thaw power amount, Q2 Concentration maintenance power amount, Q3 Melt maintenance power amount, S2 Freeze judgment unit, S3 Thaw control unit , S30 post-thawing pump control unit, S34 concentration acquisition unit, S36 remaining amount acquisition unit, S37 urea water temperature acquisition unit, S38 outside temperature acquisition unit, S6 post-thawing control unit.
Claims (7)
前記タンクに貯留されている尿素水の残量を尿素水残量として取得する残量取得部(S36)と、
前記タンクに貯留されている尿素水の温度を尿素水温度として取得する尿素水温取得部(S37)と、
前記タンクの雰囲気温度を外気温度として取得する外気温取得部(S38)と、
前記尿素水温度に基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する凍結判定部(S2)と、
前記凍結状態と判定されている場合に、前記尿素水残量および前記尿素水温度に基づき解凍に要する電力量を解凍電力量(Q1)として算出し、前記解凍電力量を前記電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍制御部(S3)と、
前記溶融状態と判定されている場合に、前記尿素水残量、前記尿素水温度および前記外気温度に応じた電力量を解凍後電力量として算出し、前記解凍後電力量を前記電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍後制御部(S6)と、
を備える排気浄化制御装置。 The tank (40) for storing urea water, the injector (20) for injecting the urea water stored in the tank into the exhaust passage (10a) of the internal combustion engine, and the urea water stored in the tank are sucked in. An exhaust purification control device applied to a urea water injection system including an electric pump (30) for discharging to the injector and an electric heater (61) for heating the urea water stored in the tank.
The remaining amount acquisition unit (S36) for acquiring the remaining amount of urea water stored in the tank as the remaining amount of urea water,
The urea water temperature acquisition unit (S37), which acquires the temperature of the urea water stored in the tank as the urea water temperature,
An outside air temperature acquisition unit (S38) that acquires the ambient temperature of the tank as the outside air temperature,
A freezing determination unit (S2) for determining whether the urea water is in a frozen state or a molten state based on the urea water temperature, and
When it is determined to be in the frozen state, the amount of power required for thawing is calculated as the amount of thawing power (Q1) based on the remaining amount of urea water and the temperature of the urea water, and the amount of thawing power is supplied to the electric heater. The defrost control unit (S3) that controls the energization and
When it is determined to be in the molten state, the electric energy corresponding to the remaining amount of urea water, the urea water temperature, and the outside air temperature is calculated as the electric energy after thawing, and the electric energy after thawing is supplied to the electric heater. After thawing control unit (S6) that controls energization so as to do
Exhaust gas purification control device equipped with.
前記解凍後制御部は、前記溶融維持電力量を前記解凍後電力量として算出する請求項1に記載の排気浄化制御装置。 The amount of electric power required to maintain the urea water temperature higher than the freezing temperature is defined as the melt maintenance electric energy (Q3).
The exhaust gas purification control device according to claim 1, wherein the post-thaw control unit calculates the melt maintenance power amount as the post-thaw power amount.
前記解凍後制御部は、前記濃度が所定濃度範囲外である場合には前記濃度維持電力量を前記解凍後電力量として算出し、前記濃度が所定濃度範囲内である場合には前記溶融維持電力量を前記解凍後電力量として算出する請求項2または3に記載の排気浄化制御装置。 The amount of power required to maintain the concentration of urea water stored in the tank within a predetermined concentration range is defined as the concentration maintenance power amount (Q2).
The post-thaw control unit calculates the concentration maintenance power amount as the post-thaw power amount when the concentration is outside the predetermined concentration range, and when the concentration is within the predetermined concentration range, the melt maintenance power. The exhaust purification control device according to claim 2 or 3, wherein the amount is calculated as the electric energy after thawing.
前記解凍後制御部は、前記濃度が前記所定濃度範囲より高濃度であるほど、前記溶融維持電力量を小さい値に算出する請求項4に記載の排気浄化制御装置。 A concentration acquisition unit (S34) for acquiring the concentration of urea water stored in the tank is provided.
The exhaust gas purification control device according to claim 4, wherein the post-thaw control unit calculates the melt maintenance power amount to a smaller value as the concentration is higher than the predetermined concentration range.
Even when there is a request to inject urea water, if the discharge pressure of the electric pump is unintentionally lowered, the drive of the injector is stopped, and after thawing, the electric heater is operated by the control unit. The exhaust gas purification control device according to claim 6, wherein the energization control is executed.
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