JP5592759B2

JP5592759B2 - 還元剤噴射弁の異常判定装置及び異常判定方法並びに内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5592759B2
Application number: JP2010250180A
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Inventors: 成弘大野
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Description

本発明は、排気中の窒素酸化物を浄化するための還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁に生じた固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常判定装置及び異常判定方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯ_Ｘ」と称する。）を除去する排気浄化装置の一態様として、排気通路に配設されたＮＯ_Ｘ浄化触媒と、尿素水溶液や未燃燃料等の液体の還元剤をＮＯ_Ｘ浄化触媒の上流側で噴射する還元剤供給装置とを備えた装置が実用化されている。

このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置は、液体の還元剤を収容する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内の還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、圧送される還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁とを備えて構成されている。このうち還元剤噴射弁は、噴孔が排気管内に臨むように取り付けられ、還元剤を直接的に排気管内に噴射するようになっている。

ここで、還元剤として尿素水溶液が用いられる場合、尿素水溶液は、寒冷地においても凍結しないように、凝固点が最も低くなる濃度（例えば３２．５％濃度、凝固点≒−１１℃）に調整されて用いられる。しかしながら、尿素水溶液中の溶媒が蒸発するなどして濃度が上昇した場合には、凝固点が上昇し、尿素水溶液が凝固しやすくなる。尿素水溶液の凝固は、噴孔が開いたまま閉じられなくなる開固着や、噴孔が閉じられたままとなる閉固着を生じさせるおそれがある。

また、還元剤の種類にかかわらず、排気に含まれるスス等の微粒子が、噴孔を介して還元剤噴射弁内に侵入し、弁体の摺動部分や着座部分等に付着することにより、上述した開固着や閉固着を生じる場合もある。

還元剤噴射弁は、内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの流量等に応じて演算で求められる指示噴射量に基づいて噴射制御が行われるようになっているために、還元剤噴射弁の固着異常を生じると、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁を制御しているにもかかわらず指示噴射量相当の還元剤が噴射されなくなるおそれがある。

その結果、例えば、還元剤噴射弁が開固着状態となっている場合には、排気管内に供給される還元剤が過剰状態となって、還元剤が触媒下流側に流出したり、還元剤が直接排気管の内面に付着したりすることになる。一方、還元剤噴射弁が閉固着状態となっている場合には、排気管内に供給される還元剤が不足し、ＮＯ_Ｘの還元効率が低下することになる。

このような還元剤噴射弁の弁体の固着を検出する診断装置として、燃料噴射の有無にかかわらず還元剤噴射弁に対して高精度な正常判定を実行し、還元剤噴射弁が開固着状態であるにもかかわらず正常判定されることを防止するようにした診断装置が提案されている。具体的には、内燃機関の排気系での還元剤の付着可能性を判定する還元剤付着可能性判定手段と、還元剤付着可能性判定手段にて還元剤の付着可能性が高いと判定されている場合には、空燃比センサにより検出される実測空燃比に基づく添加弁（還元剤噴射弁）に対する正常判定を禁止する正常判定禁止手段とを備えた内燃機関還元剤添加弁診断装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１６９７７０号公報（全文、全図）

ここで、還元剤噴射弁の固着異常が生じた場合において、その固着が開固着であるか閉固着であるかによってその後にとるべき対応が異なってくる。例えば、還元剤噴射弁が閉固着状態となっている場合にはポンプの駆動を維持したままであっても還元剤が排気管内に漏れ出ることはないが、還元剤噴射弁が開固着状態となっている場合には、ポンプの駆動を維持したままでは還元剤が垂れ流し状態になるために、ポンプの駆動を停止させる必要がある。したがって、還元剤噴射弁の固着異常を検出する場合には、開固着又は閉固着を判別できるようにすることが望まれている。

また、還元剤噴射弁の固着異常を判別するために還元剤噴射弁に生じた詰まりや漏れの有無を診断する装置を応用することも考えられるものの、その多くは、還元剤を加圧した状態で還元剤噴射弁を開閉して還元剤の圧力変化を見ることによって、詰まり異常や漏れ異常の有無を診断するものとなっている。そのため、仮に還元剤噴射弁が開固着状態となっている場合には、診断中に還元剤が排気管内に垂れ流しとなってしまうことになる。

本発明の発明者はこのような課題に鑑みて、還元剤通路内を減圧した状態で圧力センサによって検出される圧力値を用いて還元剤噴射弁の固着異常を検出することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成したものである。すなわち、本発明は、還元剤噴射弁の弁体の動作不良が生じている場合において、還元剤噴射弁の開固着状態又は閉固着状態を精度良く判別することができる還元剤噴射弁の異常判定装置及び異常判定方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、液体の還元剤が収容された貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプと還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、還元剤通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤供給装置における還元剤噴射弁の固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常判定装置において、還元剤噴射弁における弁体の動作不良を検出する異常検出手段と、還元剤通路内を減圧処理する減圧処理制御手段と、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて弁体の動作不良が開固着によるものか又は閉固着によるものかを判別する固着判別手段と、を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の異常判定装置が提供され、上述した課題を解決することができる。

すなわち、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置によれば、還元剤通路内の減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁の固着状態の判別が行われる。そのため、還元剤噴射弁の開固着状態が生じている場合には、還元剤噴射弁を介して還元剤通路内に気体が吸引されている状態での圧力値が検出される。一方、還元剤噴射弁の閉固着状態が生じている場合には、還元剤通路内に気体が吸引されない状態での圧力値が検出される。これらの圧力値には顕著な差が生じるため、本発明によれば、還元剤噴射弁の固着状態を精度良く、かつ、容易に判別することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置によれば、還元剤通路内を減圧した状態で固着状態の判別が行われるために、判別を実施している間に還元剤が排気管内に流出することを防ぐことができる。

さらに、還元剤通路内の圧力が上昇しすぎたときに還元剤を貯蔵タンクに戻すリリーフ弁を備えたリターン通路が還元剤通路に接続されている場合においては、還元剤通路内の減圧処理時にはリリーフ弁が閉じられた状態になるため、リリーフ弁の状態によって誤判定されることが防止される。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置を構成するにあたり、固着判別手段は、減圧処理を開始してから所定期間経過後の圧力値が、予め規定された閾値以上のときに開固着と判別する一方、閾値未満のときに閉固着と判別することが好ましい。

本発明において、減圧処理を開始してから所定期間経過後の圧力値を閾値と比較して固着状態の判別を行うことにより、還元剤通路内の圧力が安定した状態で検出される圧力値が判別に用いられるようになり、還元剤噴射弁の固着状態を精度良く判別することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置を構成するにあたり、開固着又は閉固着の判別を内燃機関の停止時に行うことが好ましい。

本発明において、還元剤噴射弁の固着状態の判別を内燃機関の停止時に行うことにより、内燃機関の停止時に実行されるパージ処理を兼ねて還元剤通路内を減圧処理しつつ、固着状態の判別を行うことができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置を構成するにあたり、ポンプは、圧力センサによって検出される圧力値と還元剤通路内の圧力の目標値との偏差を用いたフィードバック制御によって駆動制御されるものであり、異常検出手段は、還元剤噴射弁の制御パラメータとポンプの制御パラメータとを比較することによって弁体の動作不良を検出することが好ましい。

本発明において、あらかじめ弁体の動作不良を検出する方法として、還元剤噴射弁の制御パラメータとポンプの制御パラメータとを比較する方法を採用することにより、通常の還元剤噴射制御を実行しながら弁体の動作不良の有無を判定することができる。

また、本発明の別の態様は、液体の還元剤が収容された貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプと還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、還元剤通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤供給装置における還元剤噴射弁の固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常判定方法において、還元剤噴射弁における弁体の動作不良を検出するステップと、還元剤通路内を減圧処理するステップと、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて弁体の動作不良が開固着によるものか又は閉固着によるものかを判別するステップと、を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の異常判定方法である。

すなわち、本発明の還元剤噴射弁の異常判定方法によれば、還元剤通路内の減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁の固着状態の判別を行うようになっている。そのため、還元剤噴射弁の開固着状態が生じている場合には、還元剤噴射弁を介して還元剤通路内に気体が吸引されている状態での圧力値が検出される。一方、還元剤噴射弁の閉固着状態が生じている場合には、還元剤通路内に気体が吸引されない状態での圧力値が検出される。これらの圧力値には顕著な差が生じるため、本発明によれば、還元剤噴射弁の固着状態を精度良く、かつ、容易に判別することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定方法によれば、還元剤通路内を減圧した状態で固着状態の判別を行うようになっているために、判別を実施する間に還元剤が排気管内に流出することを防ぐことができる。

また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかに記載の還元剤噴射弁の異常判定装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤噴射弁の固着状態を精度良く、かつ、容易に判別することができる還元剤供給装置を備えているために、還元剤噴射弁の固着状態に応じて適切に対応させることができるようになり、還元剤が過不足状態となったままで噴射制御が継続されることを防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を示す全体図である。本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。還元剤の指示噴射量とポンプの出力との関係を示す図である。減圧処理後の圧力の推移を示す図である。本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常判定方法を説明するためのフローチャート図である。弁体の動作不良を判定する方法の一例を説明するためのフローチャート図である。

以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置及び異常判定方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は、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。
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同一の部材が示され、適宜説明が省略されている。

１．排気浄化装置の全体的構成
まず、本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常判定装置が備えられた排気浄化装置の全体的構成の概略について説明する。
図１は、排気浄化装置１０の構成の一例を示している。この排気浄化装置１０は、車両等に搭載された内燃機関１から排出される排気中のＮＯ_Ｘを、ＮＯ_Ｘ浄化触媒１１上で還元剤を用いて浄化するように構成された排気浄化装置である。

排気浄化装置１０は、内燃機関１の排気系に接続された排気管３の途中に介装されたＮＯ_Ｘ浄化触媒１１と、ＮＯ_Ｘ浄化触媒１１の上流側において排気管３内に還元剤を噴射供給するための還元剤供給装置２０と、還元剤供給装置２０の動作制御を行う制御処理装置４０とを主たる構成要素として備えている。

ＮＯ_Ｘ浄化触媒１１は、排気管３内に噴射された還元剤（あるいは当該還元剤から生成される還元成分）と、排気中のＮＯ_Ｘとの反応を促進させる機能を有している。ＮＯ_Ｘ浄化触媒１１としては、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒やＮＯ_Ｘ吸蔵触媒が用いられる。

ＮＯ_Ｘ選択還元触媒は、還元剤を吸着するとともに、この還元剤を用いて、触媒中に流入する排気中のＮＯ_Ｘを選択的に浄化する機能を有する触媒である。ＮＯ_Ｘ選択還元触媒を用いる場合においては、尿素水溶液や未燃燃料が還元剤として用いられる。還元剤として尿素水溶液を用いる場合には、尿素水溶液中の尿素の分解によって生成されるアンモニア（ＮＨ_３）がＮＯ_Ｘと反応することにより、ＮＯ_Ｘが窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に分解される。また、還元剤として未燃燃料を用いる場合には、未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）がＮＯ_Ｘと反応することにより、ＮＯ_Ｘが窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に分解される。

また、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒は、触媒中に流入する排気の空燃比がリーンの状態（燃料希薄状態）においてＮＯ_Ｘを吸蔵する一方、空燃比がリッチの状態に切り替えられたときにＮＯ_Ｘを放出し、排気中の炭化水素（ＨＣ）を用いてＮＯ_Ｘを浄化する機能を有する触媒である。炭化水素（ＨＣ）と反応したＮＯ_Ｘは窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に分解される。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒を用いる場合においては、排気の空燃比をリッチの状態とするために、還元剤としての未燃燃料が排気管３内に噴射供給される。

２．還元剤供給装置
還元剤供給装置２０は、液体の還元剤を収容する貯蔵タンク２１と、還元剤を圧送するポンプ２３を有するポンプユニット２２と、ポンプ２３により圧送された還元剤を排気管３内に噴射する還元剤噴射弁２５とを備えている。このうち、ポンプ２３及び還元剤噴射弁２５は、制御処理装置４０によって駆動制御が実行されるものとなっている。

また、貯蔵タンク２１とポンプ２３とは第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３と還元剤噴射弁２５とは第２の還元剤通路３３で接続されている。第２の還元剤通路３３には、他端が貯蔵タンク２１に接続されたリターン通路３５が接続されており、リターン通路３５にはリリーフ弁３７及びオリフィス３８が第２の還元剤通路２３側から順に備えられている。さらに、第２の還元剤通路３３には、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕを検出するための圧力センサ２７が備えられている。

このうち、還元剤噴射弁２５は、例えば、通電／非通電の切り替えにより開弁／閉弁の切り替えが行われる電磁弁が用いられる。本実施形態において、還元剤噴射弁２５は、排気管３内に直接的に還元剤を噴射するものであり、噴孔が排気管３内に臨むように排気管３の外周部に取り付けられている。

ポンプ２３は、例えば、通電量によって出力Ｖｐｕｍｐを調節可能な電動ポンプが用いられる。本実施形態において、ポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐは、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔに維持されるように、圧力センサ２７によって検出される圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの偏差ΔＰに基づいてフィードバック制御されるようになっている。

また、ポンプユニット２２には、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れる向きを切り替えるためのリバーティングバルブ２４が備えられている。リバーティングバルブ２４は、例えば電磁切替弁によって構成され、制御処理装置４０によって駆動されるようになっている。本実施形態において、リバーティングバルブ２４は、ポンプ２３の入口側と第１の還元剤通路３１、及び、ポンプ２３の出口側と第２の還元剤通路３３をそれぞれ接続する第１の状態と、ポンプ２３の出口側と第１の還元剤通路３１、及び、ポンプ２３の入口側と第２の還元剤通路３３をそれぞれ接続する第２の状態とを切り替え可能になっている。

そして、排気管３内への還元剤の噴射制御を行う場合には、リバーティングバルブ２４によって、還元剤が貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へ流れるように切り替えられる。また、還元剤を貯蔵タンク２１に回収するパージ処理を行う場合には、リバーティングバルブ２４によって、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるように切り替えられる。なお、リバーティングバルブ２４を用いないで、ポンプ２３を逆回転させることでパージ処理を実施できるように構成されていてもよい。

リリーフ弁３７は貯蔵タンク２１側から第２の還元剤通路３３側への還元剤の流れを遮断する一方向弁として構成され、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕがリリーフ弁３７の開弁圧を上回ったときに開弁するようになっている。また、リリーフ弁３７は、第２の還元剤通路３３内から還元剤を回収するパージ処理時においては、第２の還元剤通路３３内が減圧されることによって閉弁状態となる。リリーフ弁３７の下流側に備えられたオリフィス３８は、リリーフ弁３７の開閉に合わせて第２の還元剤通路３３内の圧力を必要以上に脈動させないようにする機能を有している。

３．制御処理装置（異常判定装置）
図２は、本実施形態の制御処理装置４０の構成のうち、還元剤供給装置２０の動作制御及び還元剤噴射弁２５の異常検出に関連する部分を、機能的なブロックで表したものである。この制御処理装置４０が本発明の異常検出装置としての機能を有している。

制御処理装置４０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、ポンプ駆動制御手段４１と、リバーティングバルブ駆動制御手段４３と、還元剤噴射弁駆動制御手段４５と、異常検出手段４７と、固着判別手段４９とを主たる構成要素として備えている。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ロ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、制御処理装置４０には、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子や、ポンプ２３、リバーティングバルブ２４、還元剤噴射弁２５へ通電を行うための図示しない駆動回路等が備えられている。また、制御処理装置４０には、圧力センサ２７をはじめとして、車両や内燃機関１等に備えられた種々のセンサのセンサ信号が入力されるようになっている。

ポンプ駆動制御手段４１は、内燃機関１の運転時においては、圧力センサ２７によって検出される第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕがあらかじめ設定された目標値Ｐｔｇｔとなるように、検出される圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの偏差ΔＰを用いてポンプ２３の駆動回路に指示する出力Ｖｐｕｍｐを求め、指示を行うように構成されている。

また、ポンプ駆動制御手段４１は、内燃機関１の停止時においては、パージ処理を実行するために、イグニッションスイッチがオフにされた後、所定時間、あらかじめ定められた所定の出力Ｖｐｕｍｐ０でポンプ２３の駆動制御が行われるように、ポンプ２３の駆動回路に対して指示を行うように構成されている。

リバーティングバルブ駆動制御手段４３は、内燃機関１の運転時においては、還元剤が貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へと流れるようにリバーティングバルブ２４を切り替えるよう、リバーティングバルブ２４の駆動回路に対して指示を出力するように構成されている。

また、リバーティングバルブ駆動制御手段４３は、内燃機関１の停止時においては、パージ処理を実行するために、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるようにリバーティングバルブ２４を切り替えるよう、リバーティングバルブ２４の駆動回路に対して指示を出力するように構成されている。

本実施形態の制御処理装置４０においては、ポンプ駆動制御手段４１及びリバーティングバルブ駆動制御手段４３が、全体として本発明における減圧処理制御手段として機能するようになっている。すなわち、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるようにリバーティングバルブ２４を保持した状態でポンプ２３を駆動させることにより、第２の還元剤通路３３内が減圧状態となる。

還元剤噴射弁駆動制御手段４５は、内燃機関１の運転時においては、排気温度Ｔｇａｓ、触媒温度Ｔｃａｔ、ＮＯ_Ｘ浄化触媒１１の下流側におけるＮＯ_Ｘ濃度Ｎ、さらには内燃機関１の運転状態に関する情報等に基づいて算出される還元剤の指示噴射量Ｑｕに応じて、還元剤噴射弁２５への通電量及び通電時間を決定して、還元剤噴射弁２５の駆動回路に対して指示を行うように構成されている。

また、還元剤噴射弁駆動制御手段４５は、内燃機関１の停止時において、後述する異常検出手段４７によって弁体の動作不良が検出されていない場合には、速やかにパージ処理を実行すべく、還元剤噴射弁２５が開弁状態で維持されるように、還元剤噴射弁２５の駆動回路に対して指示を出力するように構成されている。

一方、還元剤噴射弁駆動制御手段４５は、内燃機関１の停止時において、後述する異常検出手段４７によって弁体の動作不良が検出されている場合には、還元剤噴射弁２５の固着状態の判別を行うために還元剤噴射弁２５への通電を遮断するように構成されている。

異常検出手段４７は、還元剤噴射弁２５の弁体の動作不良を検出するための演算処理を実行するように構成されている。この異常検出手段４７は、還元剤噴射弁２５の開固着又は閉固着を判別する前提として、還元剤噴射弁２５の弁体の動作不良が生じているか否かを判別するためのものであって、弁体の動作不良が生じていないにもかかわらず還元剤噴射弁２５の固着状態を判別する複雑な演算処理が実行されないようになっている。

異常検出手段４７によって行われる、弁体の動作不良を検出するための演算処理の内容は特に限定されるものではない。例えば、本実施形態の制御処理装置４０において、異常検出手段４７は、内燃機関１の運転中に、還元剤噴射弁２５の制御パラメータαとポンプ２３の制御パラメータβとを比較することによって、弁体の動作不良の有無を判定するように構成されている。

上述したとおり、ポンプ駆動制御手段４１は、圧力センサ２７によって検出される第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔで維持されるように、ポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐをフィードバック制御するものとなっている。すなわち、還元剤噴射弁２５からの還元剤の噴射量が多いほど第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕは低下しやすく、当該圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔで維持される場合のポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐは大きくなる。一方、還元剤の噴射量が少ないほど、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔに維持される場合のポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐは小さくなる。

ここで、図３は、還元剤噴射弁２５による還元剤の指示噴射量Ｑｕと、ポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐとの関係を示している。この図３に示すように、本来、還元剤噴射弁２５の還元剤の指示噴射量Ｑｕとポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐとは比例関係にあることから、還元剤噴射弁２５の制御パラメータαとポンプ２３の制御パラメータβとを比較することによって、弁体の動作不良を検出することができる。

還元剤噴射弁２５の制御パラメータαは、例えば、演算によって求められる指示噴射量Ｑｕや還元剤噴射弁２５に供給される通電量、通電の指示値、通電のオンオフのデューティ比等、還元剤の噴射量と相関関係を有する値を用いることができる。また、ポンプ２３の制御パラメータβは、例えば、ポンプ２３に供給される通電量や通電の指示値、通電のオンオフのデューティ比等、ポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐと相関関係を有する値を用いることができる。

そして、還元剤噴射弁２５の制御パラメータαから想定されるポンプ２３の制御パラメータβａと、実際のポンプ２３の制御パラメータβとの差Δβが所定の誤差Δβ０の範囲内にあれば、弁体の動作不良はないものと判定することができる一方、二つの制御パラメータβａ，βの差Δβが誤差Δβ０を超えていれば、弁体の動作不良が生じているものと判定することができる。言うまでもなく、ポンプ２３の制御パラメータβから想定される還元剤噴射弁２５の制御パラメータα０と、実際の還元剤噴射弁２５の制御パラメータαとの差Δαを用いて判定することもできる。

なお、還元剤噴射弁２５の制御パラメータαとポンプ２３の制御パラメータβとを比較することにより弁体の動作不良の有無を判定する場合において、制御処理装置４０の処理能力や、第２の還元剤通路３３等を構成する配管、ポンプ２３、還元剤噴射弁２５等の個体差のばらつきを考慮すると、判定用の誤差Δβ０を厳しく設定することにより誤判定を生じさせるおそれが高くなる。そのため、本実施形態においては、この判定の結果を、弁体の動作不良の有無の判定にとどめている。

固着判別手段４９は、異常検出手段４７によって弁体の動作不良が検出されている場合に、この弁体の動作不良が開固着によるものか又は閉固着によるものかを判別するように構成されている。具体的に、固着判別手段４９は、第２の還元剤通路３３の減圧処理が実行されている状態において、圧力センサ２７によって検出される第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕを用いて還元剤噴射弁２５の固着状態を判別するように構成されている。

減圧処理時において、還元剤噴射弁２５の開固着が生じている場合には、還元剤噴射弁２５の噴孔を介して排気管３内の気体（空気や排気）が第２の還元剤通路３３内に吸引される一方、還元剤噴射弁２５の閉固着が生じている場合には、第２の還元剤通路３３内に気体は吸引されることがない。そのため、還元剤噴射弁２５の閉固着が生じている場合において、減圧処理によって低下する第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕは、開固着が生じている場合の圧力Ｐｕよりも低くなる。

図４に、還元剤噴射弁２５の通電を停止して第２の還元剤通路３３内を減圧処理した場合の圧力変化を示す。図４中の実線Ａが還元剤噴射弁２５の開固着状態での圧力変化を示し、点線Ｂが還元剤噴射弁２５の閉固着状態での圧力変化を示している。

開固着状態及び閉固着状態のいずれにおいても、減圧処理が開始されたｔ１の時点以降、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕは低下し、ｔ２の時点まではほぼ同様に推移している。これは、還元剤噴射弁２５の噴孔は極めて小さく、気体が噴孔を介して第２の還元剤通路３３内に吸引される際に抵抗となるためである。

ただし、還元剤噴射弁２５が閉固着状態にある場合には、第２の還元剤通路３３内に気体が吸引されないために、ｔ２の時点以降、還元剤噴射弁２５が開固着状態にある場合と閉固着状態にある場合とで圧力Ｐｕに差が生じ始める。そして、この減圧処理時においては、ポンプ２３は一定の出力Ｖｐｕｍｐ０で制御されているため、ｔ３の時点を経過すると、圧力Ｐｕは安定状態となる。

このように、ｔ２の時点以降において検出される圧力Ｐｕを用いることによって、還元剤噴射弁２５の固着状態を判別することができる。例えば、還元剤噴射弁２５が開固着状態にある場合の圧力変化の最下点を実験等によってあらかじめ求め、この最下点を閾値Ｐｕ０として、検出される圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ０以上である場合には還元剤噴射弁２５が開固着状態にあると判定し、圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ０未満である場合には還元剤噴射弁２５が閉固着状態にあると判定する。より精度よく固着状態を判別するためには、圧力Ｐｕが安定するｔ３の時点以降において検出される圧力Ｐｕを用いて判別を行うことが好ましい。

なお、固着判別手段４９による判別方法に関し、例えば減圧処理の開始後、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕの変化を継続的に監視して、圧力降下速度や圧力低下量を閾値と比較するようにしてもよい。

４．還元剤噴射弁の異常判定方法
次に、本実施形態の制御処理装置４０によって行われる還元剤噴射弁２５の異常判定方法の一例について、図５及び図６のフローチャートに基づいて説明する。図５は、本実施形態における還元剤噴射弁２５の異常判定方法のメインフローを示している。また、図６は、図５のステップＳ１の具体的な一例を示すフローを示している。

まず、図５のステップＳ１において、弁体の動作不良が生じているか否かを判別する。このステップＳ１は、例えば、図６に示すフローチャートにしたがって実施される。この図６の例では、ステップＳ１１において還元剤噴射弁２５の制御パラメータαを読み込んだ後、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で読み込まれた還元剤噴射弁２５の制御パラメータαから想定されるポンプ２３の制御パラメータβａを、マップ等を参照して求める。

次いで、ステップＳ１３において実際のポンプ２３の制御パラメータβを読み込んだ後、ステップＳ１４において、想定される制御パラメータβａと実際の制御パラメータβとの差分Δβが誤差Δβ０を超えているか否かを判別する。差分Δβが誤差Δβ０を超えている場合には、ステップＳ１５に進んで弁体動作不良フラグをセットして判定を終了する。一方、差分Δβが誤差Δβ０以下である場合には、ステップＳ１６に進んで弁体動作不良フラグをリセットして判定を終了する。

図５に戻り、ステップＳ１で弁体の動作不良が検出されなかった場合にはそのまま本ルーチンを終了してスタートに戻る一方、弁体の動作不良が検出された場合には、ステップＳ２に進み、第２の還元剤通路３３内の減圧処理を開始する。本実施形態の例では、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるようにリバーティングバルブ２４を切り替えるとともに、ポンプ２３を所定の出力Ｖｐｕｍｐ０で駆動させることで、減圧処理が行われる。

次いで、ステップＳ３において、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕがゼロ以下になったか否かの判別を繰り返し、圧力Ｐｕがゼロ以下になったときにステップＳ４に進んで、タイマＴの作動を開始する。このステップＳ３において、圧力Ｐｕがゼロ以下になるまで待機するのは、減圧処理開始直前の圧力Ｐｕにかかわらず、近似する条件下で検出される圧力Ｐｕの値を用いて、固着状態の判別が行われるようにするためである。

次いで、ステップＳ５において、タイマＴの値が、あらかじめ設定された閾値Ｔ０を超えたか否かの判別を繰り返し、タイマＴの値が閾値Ｔ０を超えたときにステップＳ６に進み、そのときの圧力Ｐｕが判定閾値Ｐｕ０以上であるか否かを判別する。圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ０以上である場合には、ステップＳ７で還元剤噴射弁２５が開固着状態にあるものと判定する一方、圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ０未満となっている場合には、ステップＳ８で還元剤噴射弁２５が閉固着状態にあるものと判定する。

判定が終了した後は、ステップＳ９において、タイマＴをリセットして本ルーチンを終了する。その後は、還元剤噴射弁２５の開固着状態又は閉固着状態に応じて、固着異常を解消するための制御を開始させたり、運転者等に対して知らせたりする指示信号を生成する。

なお、還元剤噴射弁２５の固着状態の判別を内燃機関１の停止時に実行する場合には、図５におけるステップＳ２の前に、内燃機関１のイグニッションスイッチがオフになったか否かを判別するステップを設け、イグニッションスイッチがオフになったときにステップＳ２に進むようにする。このように実施することによって、内燃機関１の停止時のパージ処理を兼ねて第２の還元剤通路３３内を減圧処理することができる。

あるいは、還元剤噴射弁２５の固着状態の判別を内燃機関１の始動時に実行するようにしてもよい。この場合には、イグニッションスイッチがオンにされた後、弁体の動作不良フラグがセットされている場合に、ステップＳ２以降のステップを実施する。始動時に開固着状態又は閉固着状態が判別できれば、固着状態を解消する制御等を実施して正常な噴射状態に復帰させたうえで、内燃機関１を駆動させることができる。

以上説明した本実施形態の還元剤噴射弁の異常判定装置あるいは排気浄化装置によれば、判別を実施している間に還元剤を排気管内に流出させることなく、還元剤噴射弁の固着状態を精度よく、かつ、容易に判別することができる。
また、本実施形態の還元剤噴射弁の異常判定方法であれば、一方向弁３７及びオリフィス３８を備えたリターン通路３５が第２の還元剤通路３３に接続されている場合であっても、一方向弁３７が遮断された状態において固着状態の判別が行われる。したがって、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕが、一方向弁３７やオリフィス３８の状態のばらつきの影響を受けることがないため、固着状態を精度よく判別することができる。

１：内燃機関、３：排気管、１０：排気浄化装置、１１：ＮＯ_Ｘ浄化触媒、１３：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：リバーティングバルブ、２５：還元剤噴射弁、２７：圧力センサ、３１：第１の還元剤通路、３３：第２の還元剤通路、３５：リターン通路、３７：リリーフ弁、３８：オリフィス、４０：制御処理装置（異常判定装置）、４１：ポンプ駆動制御手段、４３：リバーティングバルブ駆動制御手段、４５：還元剤噴射弁駆動制御手段、４７：異常検出手段、４９：固着判別手段

Claims

液体の還元剤が収容された貯蔵タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記還元剤通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常判定装置において、
前記還元剤噴射弁における弁体の動作不良を検出する異常検出手段と、
前記還元剤通路内を減圧処理する減圧処理制御手段と、
前記減圧処理の開始後に前記圧力センサによって検出される圧力値を用いて前記弁体の動作不良が開固着によるものか又は閉固着によるものかを判別する固着判別手段と、
を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の異常判定装置。
前記固着判別手段は、前記減圧処理を開始してから所定期間経過後の前記圧力値が、予め規定された閾値以上のときに前記開固着と判別する一方、前記閾値未満のときに前記閉固着と判別することを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の異常判定装置。
前記開固着又は前記閉固着の判別を前記内燃機関の停止時に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤噴射弁の異常判定装置。
前記ポンプは、前記圧力センサによって検出される圧力値と前記還元剤通路内の圧力の目標値との偏差を用いたフィードバック制御によって駆動制御されるものであり、
前記異常検出手段は、前記還元剤噴射弁の制御パラメータと前記ポンプの制御パラメータとを比較することによって前記弁体の動作不良を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の異常判定装置。
液体の還元剤が収容された貯蔵タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記還元剤通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常判定方法において、
前記還元剤噴射弁における弁体の動作不良を検出するステップと、
前記還元剤通路内を減圧処理するステップと、
前記減圧処理の開始後に前記圧力センサによって検出される圧力値を用いて前記弁体の動作不良が開固着によるものか又は閉固着によるものかを判別するステップと、
を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の異常判定方法。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の異常判定装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。