JP6655172B2 - ディーゼル排気流体送出能力を高めるためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、自動車制御システムの分野に関する。

ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）は、ディーゼルエンジンからのディーゼル排気物質中のＮＯｘ濃度を下げるために使用される水性尿素溶液である。本発明の実施形態は、ＤＥＦ送出システム及びそのシステム内の流体圧力を制御するための機構に関する。

幾つかの実施形態による逆流投入モジュールを含むディーゼル排気流体送出システムのブロック図である。 幾つかの実施形態による逆流投入モジュールを含むディーゼル排気流体送出システムのブロック図である。 幾つかの実施形態による図１Ａと図１Ｂの逆流投入モジュールの開ループ電流制御方法を示すチャートである。 幾つかの実施形態による図１Ａと図１Ｂのディーゼル排気流体送出システムのためのフィードフォワード圧力制御システムを示す概略図である。 幾つかの実施形態による逆流投入モジュールを含むディーゼル排気流体送出システムを動作させる方法を示すフローチャートである。 幾つかの実施形態による逆流投入モジュールを含むディーゼル排気流体送出システムを動作させる方法を示すフローチャートである。 幾つかの実施形態によるディーゼル排気流体の逆流投入モジュール動作、逆流投入モジュール動作及びポンプ送出を示すチャートである。 幾つかの実施形態による理論ポンプデューティサイクルを実験データと比較するチャートである。 幾つかの実施形態による、ある期間にわたる投入要求の階段的変化に対するディーゼル排気流体システム圧力及びポンプ速度を示すチャートである。 幾つかの実施形態による、ある期間にわたるシミュレート投入要求に対するディーゼル排気流体システム圧力及びポンプ速度を示すチャートである。 幾つかの実施形態による、ディーゼル排気流体システム内のバルブ詰まりを検出する方法を示すフローチャートである。

政府は、ディーゼルエンジンメーカーがディーゼル燃料燃焼によって生じるＮＯｘの排出を削減する排気規制を拡張している。したがって、パワートレインシステムが複雑になった。選択接触還元（ＳＣＲ）技術を含むディーゼル排気流体（ＤＥＦ）送出システムは、ＮＯｘ排出量を削減し同時に燃費を改善するより有効な技術の１つであることが実証されている。法的措置は、そのようなシステムによる効率を高めることをメーカーに要求し続けており、その結果、ディーゼル排気流体送出システムによるディーゼル排気流体消費量が増えている。したがって、ディーゼル排気流体送出能力を高めるためのシステム及び方法が必要である。

一実施形態では、本発明は、逆流投入モジュールを含むディーゼル排気流体送出システムを提供する。このシステムは、ＤＥＦをディーゼル排気システムに送出するように制御可能な第１の投入バルブと、ＤＥＦをディーゼル排気システムに送出するように制御可能な第２の投入バルブと、ＤＥＦを貯蔵するための流体貯蔵タンクと、流体貯蔵タンク並びに第１及び第２の投入バルブに結合され、ＤＥＦを貯蔵タンクから吸込管路を介して第１及び第２の投入バルブに圧力管路を介してポンピングするように制御可能なポンプと、ＤＥＦ送出システムのシステム圧力を検出するように位置決めされた圧力センサと、逆流投入モジュールバルブを含み、流体貯蔵タンクに結合されて、ある量のポンピングＤＥＦが逆流管路を介して流体貯蔵タンクに逆流することを制御可能にする逆流投入モジュールと、第１及び第２の投入バルブ、ポンプ、逆流投入モジュール及び圧力センサに通信可能に結合された電子コントローラとを含む。電子コントローラは、ポンプをアイドル速度で動作させるように制御して圧力管路を加圧するように構成される。電子コントローラは、第１及び第２の投入バルブを制御してデフォルトで閉じるように構成される。電子コントローラは、逆流投入モジュールバルブを制御してデフォルトで開くように構成される。電子コントローラは、投入要求を決定するように構成される。電子コントローラは、投入要求に基づいて第１の投入バルブの第１の投入動作要求を決定するように構成される。電子コントローラは、投入要求に基づいて第２の投入バルブの第２の投入動作要求を決定するように構成される。電子コントローラは、第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％未満のときに、第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて第１及び第２の投入バルブを開閉するように制御し、第１及び第２の投入バルブのどちらかが開いているときに逆流投入モジュールバルブを閉じるように制御し、第１の投入バルブが閉じられかつ第２の投入バルブが閉じられたときに逆流投入モジュールバルブを開くように制御するように構成される。

別の実施形態では、本発明は、ディーゼル排気流体送出システムを動作させるための方法を提供する。方法は、電子プロセッサによって、ポンプをアイドル速度で動作するように制御して圧力管路を加圧し、ＤＥＦを流体貯蔵タンクから吸込管路を介して第１の投入バルブと第２の投入バルブまで圧力管路を介してポンピングすることを含む。方法は、電子プロセッサによって、逆流投入モジュールバルブを開くように制御して、ある量のＤＥＦが逆流管路を介して流体貯蔵タンクに流れ込むことを可能にすることを含む。方法は、投入要求を決定することを含む。方法は、投入要求に基づいて第１の投入バルブの第１の投入動作要求を決定することを含む。方法は、投入要求に基づいて第２の投入バルブの第２の投入動作要求を決定することを含む。方法は、第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％未満のときに、第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて第１及び第２の投入バルブを開閉するように制御することと、第１及び第２の投入バルブのどちらかが開いているときに逆流投入モジュールバルブを閉じるように制御することと、第１の投入バルブが閉じられ第２の投入バルブが閉じられているときに逆流投入モジュールバルブを開くように制御することとを含む。

記述を容易にするため、本明細書に示された例示的システムの幾つか又は全ては、その各構成部品の単一例で示される。幾つかの例は、システムの全ての構成要素を記述又は図示するとは限らない。他の例示的実施形態は、図示された各構成要素のより多いか又は少ないものを含みうるか、幾つかの構成要素を組み合わせてもよく、追加又は代替構成要素を含んでもよい。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、その用途において、以下の記述で説明されるか以下の図面に示される構成要素の構造又は構成の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態のものでよく、様々な方法で実施又は実行されるものでよい。

また、本明細書で使用される語法及び用語が、説明のためのものであり、限定と見なされるべきでないことを理解されたい。本明細書における「含む（including）」、「備える（comprising）」又は「有する（having）」及びこれらの変形の使用は、その後に列挙された要素及びその等価物並びに追加要素を包含するものである。用語「取り付けられた（mounted）」、「接続された（connected）」及び「結合された（coupled）」は、広義に使用され、直接と間接両方の「取り付け」、「接続」及び「結合」を含む。更に、「接続された（connected）」及び「結合された（coupled）」は、直接又は間接にかかわらず、物理的又は機械的接続又は結合に制限されず、電気接続又は結合を含みうる。また、電子的通信及び通知は、有線接続、無線接続などを含む任意の既知の手段を使用して実行されうる。

また、複数のハードウェア及びソフトウェアベースの装置並びに複数の異なる構造構成要素を使用して本発明を実現できることに注意されたい。更に、本発明の実施形態が、検討のため、構成要素のほとんどがハードウェアのみで実現されたかのように図示され記述されうるハードウェア、ソフトウェア、及び電子部品又はモジュールを含みうることを理解されたい。しかしながら、当業者は、この詳細な説明を読むことによって、少なくとも１つの実施形態において、本発明の電子式の態様が、１つ以上のプロセッサによって実行可能なソフトウェア（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された）で実現されうることを理解されよう。したがって、複数のハードウェア及びソフトウェアベースの装置並びに複数の異なる構造要素が、本発明を実現するために利用されうることに注意されたい。例えば、明細書に記載された「制御ユニット」及び「コントローラ」は、１つ以上のプロセッサ、非一時的コンピュータ可読媒体を含む１つ以上のメモリモジュール、１つ以上の入出力インタフェース、及び構成要素を接続する様々な接続（例えば、システムバス）を含みうる。

図１Ａは、ＤＥＦ送出システム１００の例示的実施形態のブロック図である。システム１００は、ＤＥＦをディーゼルエンジン（図示せず）の排気システムに送出するための第１の投入モジュール１０２及び第２の投入モジュール１０４と、ＤＥＦを流体貯蔵タンク１０８から第１の投入モジュール１０２及び第２の投入モジュール１０４に、所望の可変圧力及び質量送出流量で移動させるための供給モジュール１０６とを含む。第１の投入モジュール１０２と第２の投入モジュール１０４はそれぞれ第１の投入バルブ１０２Ａと第２の投入バルブ１０４Ａを有する。投入バルブは、後で詳細に述べられるように、システムが加圧されたときにある量のＤＥＦを排気システム内に送出する（例えば、注入する）ように制御可能に開閉する開閉バルブである。代替実施形態は、単一投入モジュールを有してもよく、２つ以上の投入モジュールを有してもよい。

供給モジュール１０６は、ポンプ１１０、可逆バルブ（reverting valve）１１２、主フィルタ１１４、逆流投入モジュール（ＢＦＤＭ）１１６、圧力センサ１２０及び電子コントローラ１２２を含む。ポンプ１１０、可逆バルブ１１２、主フィルタ１１４、逆流投入モジュール（ＢＦＤＭ）１１６、圧力センサ１２０、及び電子コントローラ１２２、並びにＤＥＦ送出システム１００の他の様々なモジュール及び構成要素は、これらの間の通信を可能にする１つ以上の制御又はデータバスによってあるいはその１つ以上の制御又はデータバスを介して互いに結合される。様々なモジュール及び構成要素の間の相互接続及び情報及び制御信号の交換に制御及びデータバスを使用することは、本明細書に提供された記述を考慮して当業者に明らかになる。

ポンプ１１０は、吸込管路１１８を介して流体貯蔵タンク１０８からＤＥＦを引き出し、圧力管路１１９を介してＤＥＦを第１の投入モジュール１０２と第２の投入モジュール１０４に提供する。可逆バルブ１１２は、制御可能な開閉バルブである。可逆バルブ１１２が閉状態のとき、ＤＥＦが、流体貯蔵タンク１０８から、第１の投入モジュール１０２、第２の投入モジュール１０４及び逆流投入モジュール１１６に供給される。可逆バルブ１１５が開状態のとき、第１の投入モジュール１０２、第２の投入モジュール１０４、逆流投入モジュール１１６、吸込管路１１８及び圧力管路１１９内のＤＥＦが、流体貯蔵タンク１０８に戻される。

逆流投入モジュール１１６は、第１の投入モジュール１０２及び第２の投入モジュール１０４に類似のＤＥＦ投入モジュールである。逆流投入モジュール１１６は、開閉バルブである逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを含む。逆流投入モジュール１１６は、流体貯蔵タンク１０８に結合され、ある量のポンピングされたＤＥＦが、逆流管路１２３を介して流体貯蔵タンク１０８に逆流することを制御可能にする。好ましい実施形態では、逆流投入モジュール１１６の質量流量（即ち、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａが開いているときに１秒当たりにＢＦＤＭ１１６を通るＤＥＦの量）は、ポンプ１１０の最小ＤＥＦ送出能力を超える。

圧力センサ１２０は、ＤＥＦシステム内の圧力を検出し、検出圧力を電子コントローラ１２２に送る。

電子コントローラ１２２は、電子処理ユニット（例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は別の適切なプログラマブル装置）、メモリ、及び入出力インタフェースを含む。電子処理ユニット、メモリ、及び入出力インタフェースは、他の様々なモジュール及び構成要素に加えて、それらの間の通信を可能にする１つ以上の制御又はデータバスによって互いに結合される。メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他の非一時的コンピュータ可読媒体、又はこれらの組み合わせを含みうる。電子処理ユニットは、メモリから命令及びデータを取り出し、例えば命令を実行して本明細書に記載された方法を実行するように構成される。入出力インタフェースは、入力を受け取り、出力を提供するように構成される。入出力インタフェースは、電子コントローラ１２２の内外両方の装置から情報と信号を取得し、その情報と信号を（例えば、１つ以上の有線及び／又は無線接続によって）その電子コントローラ１２２の内外両方の装置に提供する。幾つかの実施形態では、電子コントローラ１２２は、半導体（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ「［ＦＰＧＡ」］半導体）チップ上で部分的又は完全に実現される。

図１Ｂは、第２のＤＥＦ送出システム１５０の例示的実施形態のブロック図である。図１Ｂに示されたＤＥＦ送出システム１５０は、類似の構成要素を含み、図１Ａに示され前述されたＤＥＦ送出システム１００と同様に構成される。しかしながら、ＤＥＦ送出システム１５０内の逆流投入モジュール１１６は、流体貯蔵タンク１０８に直接結合されず、むしろ戻り管路１５２を介して間接的に結合される。これにより、逆流投入モジュール１１６を流体貯蔵タンク１０８とは離れた位置に取り付けできる。液圧側路１５４は、逆流投入モジュール１１６のまわりのＤＥＦの流量を調整するための装置（例えば、逆止め弁１５６）を含みうる。液圧側路１５４は、逆流投入モジュール１１６より高い流量を有する。したがって、本発明を実施して管路を空にするために、複数のハードウェア及びソフトウェアベースの装置並びに複数の異なる構造的要素を利用できることに注意されたい。

比例弁の質量流量は、温度による影響を受けうる。この問題を緩和するため、比例弁は、所望の質量流量を保証するように閉ループ電流制御される。しかしながら、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａなどの開閉バルブは、質量流量に温度による最小影響を受ける。したがって、幾つかの実施形態では、電子コントローラ１２２は、逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを開くために電流制御方法を利用する。図２は、チャート２００内の例示的電流制御方法を示す。ＢＦＤＭバルブ１１６Ａは、アクチュエータ（例えば、ソレノイド）（図示せず）を含む。チャート２００に示されたように、電子コントローラ１２２は、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａを制御して、ピーク期間にアクチュエータにピーク電流を通電し、ホールド期間にアクチュエータにホールド電流（例えば、開ループパルス幅変調電流）を通電することによって開く。チャート２００に示されたように、「ピーク」電流は、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａを開くために必要な最小電流である。ＢＦＤＭバルブ１１６Ａが開かれた後、電子コントローラ１２２は、電流を、バルブを開位置に維持する最小レベル（図２に示された「ホールド」レベル）に低減できる。ホールドレベルへの低減により、バルブとコントローラの電力損失と熱負荷が減少する。チャート２００は、また、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａを開くピークアンドホールド段階中のアクチュエータのハイ側（ＨＳ）とロー側（ＬＳ）の対応するデューティサイクルを示す。

図３は、逆流投入モジュールを装備したディーゼル排気流体送出システム（例えば、図１Ａと図１ＢのＤＥＦ送出システム１００及び１５０）のためのフィードフォワード圧力制御システム３００の例示的実施形態を示す。図３に示されたように、本発明の実施形態は、複数入力単一出力（Multiple Input, Single Output）（ＭＩＳＯ）システムである。複数の制御変数（例えば、ポンプ１１０、投入モジュール１０２及び１０４、ＢＦＤＭ１１６）が、単一システム出力（例えば、システム圧力）に影響を与える。図３に示されたように、ポンプ１１０は、閉ループポンプ制御部３０２内でシステム圧力を調整するように動作され、ＢＦＤＭ１１６は、開ループ制御部３０４内でシステム圧力を調整するように動作される。説明を容易にするため、図３は、ハードウェアとソフトウェアで実施されうる両方の機能部とＤＥＦ送出システムのハードウェア構成要素とを使用するフィードフォワード圧力制御システム３００を示す。

一実施形態では、機能部分（例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）制御部３０６、フィードフォワード制御部３０８、リミッタ３１０、アンチワインドアップ制御部３１２、加算ノード３１４Ａ，３１４Ｂ，３１４Ｃ，３１４Ｄ、及び開ループ制御部３２０）は、電子コントローラ１２２によって実現される（ソフトウェア、ハードウェア、又は両方の組み合わせを使用して）。本明細書に記載された方法は、ポンプ１１０とＢＦＤＭ１１６の両方を制御してＤＥＦ送出システム１００及び１５０内の圧力を調整するために使用されうる。本明細書に記載されたシステム及び方法は、ポンプ１１０、ＢＦＤＭ１１６、及び第１及び第２の投入バルブ１０２Ａ，１０４Ａの制御に適用される。データ値（例えば、投入要求及びフィードフォワード制御値）又は制御信号（例えば、制御要求及び調整制御要求）が、図３に示され、図４Ａ、図４Ｂ、図９及び図１０に示され、方法４００、９００及び１０００に関してより詳細に記述された機能及び構成要素から送信され、それらの機能及び構成要素によって受信され、又はそれらの機能及び構成要素によって処理される。

排気システム内でＤＥＦの望ましい噴霧パターンを達成するために、ＤＥＦ送出システムをできるだけ特定の圧力（例えば、９ｋｈＰａ）に近いように動作させることが望ましい。しかしながら、構成要素（例えば、投入モジュール１０２，１０４）の動作は、システム内に負圧力スパイクを生成する階段変化する外乱を引き起こすことがある。そのような圧力スパイクは、構成要素の機械的摩耗に影響し、ＤＥＦ送出システムのＮＯｘ削減効率を低下させる（例えば、ディーゼル排気流体の噴霧パターンに影響を及ぼすことによって）。したがって、後で詳細に述べられるように、電子コントローラ１２２は、そのような圧力外乱を補償するように構成される。

図４Ａと図４Ｂは、逆流投入モジュールを含むディーゼル排気流体送出システムを動作させるための例示的方法４００を示す。例として、方法４００は、ＤＥＦ送出システム１００の観点から記述される。方法４００は、また、ＤＥＦ送出システム１５０、並びに逆流投入モジュール１１６を含む他のＤＥＦ送出システムを制御するためにも使用されうる。方法４００の説明は、ＤＥＦ送出システム１００の所定の動作圧力を仮定する。前述されたように、ＤＥＦ送出システム１００をできるだけ望ましい動作圧力の近くで動作させて、排気システム内のディーゼル排気流体に望ましい噴霧パターンを達成することが望ましい。幾つかの実施形態では、動作圧力は、システムの動作前に決定され、電子コントローラ１２２のメモリに記憶され取り出される。幾つかの実施形態では、動作圧力は、電子コントローラ１２２によって動作時間に動作又は環境要因に基づいて決定されうる。例として、方法４００は、９ｋｈＰａの動作圧力に関して述べられる。しかしながら、本明細書に記載された方法は、他の動作圧力を使用して実現されうる。

電子コントローラ１２２は、方法４００を使用して、ＤＥＦ送出システム１００の構成要素を制御してシステム動作圧力の変動を減少させる。動作圧力の変動の減少は、ディーゼル排気流体の質量流量を釣り合わせる（即ち、タンクからの質量流量を、タンク及び排気システム内への質量流量と等しくしようとする）ことによって達成されうる。以下の式は、質量流量がどのように釣り合わされうるかを示す。

例えば、投入要求がないときの質量流量（ｋ₁）、ＢＦＤＭ１１６を通って流体貯蔵タンク１０８に流れる質量流量（ｍ▲_Backflow）、及び流体貯蔵タンク１０８からの質量流量（ｍ▲_Suction）が等しくなる。

別の例で、投入要求があるとき、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａが閉じられ、質量流量（ｋ₂）、流体貯蔵タンク１０８からの質量流量（ｍ▲_Suction）、及び第１及び第２の投入モジュール１０２，１０４を通る質量流量（ｍ▲_Dosing）が、等しくなる。

下の式に示されたように、理想的には、ＢＦＤＭ１１６並びに第１及び第２の投入モジュール１０２，１０４が同じ質量流量を有するとき、質量流量の変化がない（質量流量ｋ₁はｋ₂と等しい）。

ブロック４０２で、電子コントローラ１２２は、ポンプ１１０をアイドル速度で動作させるように制御して圧力管路１１９を加圧し、ＤＥＦを流体貯蔵タンク１０８から吸込管路１１８を介して第１の投入バルブ１０２Ａにポンピングし、圧力管路１１９を介して第２の投入バルブ１０４Ａにポンピングする。ブロック４０４で、電子コントローラ１２２は、第１及び第２の投入バルブ１０２Ａ，１０４Ａを閉じ、逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを開くように制御する。ＤＥＦ送出システム１００の動作中、電子コントローラ１２２は、デフォルトで第１及び第２の投入バルブ１０２Ａ，１０４Ａを閉じ、デフォルトで逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを開くように制御する。

ブロック４０６で、電子コントローラ１２２は、投入要求を決定する。投入要求は、ディーゼル排気システム内に噴射されるディーゼル排気流体の量（即ち、質量流量）の要求である。投入要求の決定は、当該技術分野で知られており、詳細に記述されない。ブロック４１０で、電子コントローラ１２２は、第１の投入バルブの第１の投入動作要求と、第２の投入バルブの第２の投入動作要求を決定する。第１及び第２の投入動作要求は、第１及び第２の投入バルブのデューティサイクルであり、投入要求に基づく。

ブロック４１２で、電子コントローラ１２２は、第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％未満であるかどうか決定する。

ブロック４１４で、第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％未満のとき、電子コントローラ１２２は、第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて第１及び第２の投入バルブを開閉するように制御する。ブロック４１６で、電子コントローラ１２２は、第１の投入バルブ１０２Ａ又は第２の投入バルブ１０４Ａのどちらかが開くか（即ち、ＤＥＦを排気システム内に噴射する）どうかを決定する。ブロック４１８で、電子コントローラは、第１及び第２の投入バルブ１０２，１０４のどちらかが開いているときに逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを閉じるように制御する。ブロック４２０で、電子コントローラ１２２は、第１の投入バルブ１０２Ａが閉じられ第２の投入バルブ１０４Ａが閉じられているときに逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを開くように制御する。ＤＥＦ送出システム１００の動作中、投入動作要求の合計が１００％より低い間、電子コントローラ１２２は、図４Ａに示されたようにブロック４１４〜４２０を繰り返す。

図５は、上述のブロック４１４〜４２０による、逆流投入モジュール動作、逆流投入モジュール動作、及びディーゼル排気流体のポンプ送出を示すチャート５００である。図５は、ＤＥＦ送出システム１００の様々な投入及び動作要求のための方法４００の動作を示す。示されたように、ＢＦＤＭ１１６は、第１の投入モジュール１０２及び第２の投入モジュール１０４の両方が閉じられたときに開き、第１の投入モジュール１０２又は第２の投入モジュール１０４のいずれかが開かれたときに閉じるように制御される。

図５に示されたように、投入要求がもっと高い場合（例えば、第１又は第２の投入モジュール１０２，１０４の一方又は両方が常に開かれる場合）、ＢＦＤＭ１１６は、システム圧力に影響を及ぼすことができなくなり、閉じたままである。次に図４Ｂに移り、ブロック４１４で（図４Ａを参照）、第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％以上のとき、電子コントローラ１２２は、ブロック４２２で、圧力センサ１２０からシステム圧力を受け取る。ブロック４２４で、電子コントローラ１２２は、逆流投入モジュールバルブ１１６Ａを閉じるように制御する。ブロック４２６で、電子コントローラ１２２は、投入要求に基づいて予想圧力外乱（Ｐ_disturbance）を決定する。所定の投入要求（及び、従って所定の第１及び第２の投入要求）のＰ_disturbanceの値が、実験的に決定されうる。したがって、Ｐ_disturbanceの値の範囲は、ＤＥＦ送出システム１００の所定の構成の場合に投入要求の範囲に関して決定されうる。幾つかの実施形態では、投入要求及び対応するＰ_disturbance値の範囲が、電子コントローラ１２２のメモリに記憶される。他の実施形態では、数学的モデルが、開発され（例えば、ＤＥＦ送出システム１００の実験データ及び構成に基づいて）、電子コントローラ１２２によって使用されて、投入要求に基づいてＰ_disturbanceの値が決定される。

ブロック４２８で、電子コントローラ１２２は、システム圧力（Ｐ_real）と動作圧力（Ｐ_ref）に基づいてポンプ制御要求を決定する。図３に示されたように、Ｐ_realとＰ_refが、加算ノード３１４Ａに送られ、加算ノード３１４Ａは、Ｐ_refからＰ_realを減算し、その値（即ち、圧力誤差ｅ_P）をＰＩＤ制御部３０６に送り、ＰＩＤ制御部３０６は、ポンプ制御要求を決定する。ポンプ制御要求は、ポンプ１１０のデューティサイクルを設定する。例えば、システムが、望ましい圧力で動作しているとき、変更は必要とされず、ポンプ制御要求は、ポンプ１１０のデューティサイクルを変化させない（Ｐ_ref−Ｐ_real＝０）。同様に、ポンプ制御要求は、Ｐ_refがＰ_realより高いときにポンプ１１０のデューティサイクルを小さくし、Ｐ_realがＰ_refより低いときにデューティサイクルを大きくする。

次に図４Ｂに戻り、ブロック４３０で、電子コントローラ２２は、ブロック４２６で決定されたように、Ｐ_disturbanceに基づいてフィードフォワード制御値（Ｃ_FF）を決定する。図３に示されたように、フィードフォワード制御値は、電子コントローラ１２２によって使用されて、ブロック４０８及び４１０で決定された第１及び第２の投入動作要求に応じて第１及び第２の投入バルブ１０２Ａ，１０４Ａが動作するときに、ブロック４２８で決定されたポンプ制御要求を、予期されたＰ_disturbanceの値を考慮するように修正する。Ｐ_realに対する投入バルブ動作の影響を少なくするために、ポンプ（Ｐ_pump）及びＰ_disturbanceによって生成された圧力が相殺され、Ｐ_disturbance＋Ｐ_pump＝０となる。フィードフォワード制御値は、制御要求に適用されたときに、式Ｐ_disturbance＋Ｐ_pump＝０を真にする値である。幾つかの実施形態では、フィードフォワード制御値は、米国特許出願１５／２２４，１０３号明細書に記載されたように決定される。

次に図４Ｂに戻り、ブロック４３２で、電子コントローラ１２２は、加算ノード３１４Ｂでフィードフォワード制御値（Ｃ_FF）と制御要求を組み合わせることによって、調整制御要求（Ｃ_Pump）を生成する（図２を参照）。電子コントローラ１２２は、ブロック４３４で、（ブロック４０８で決定された）第１及び第２の投入動作要求に基づいて第１及び第２の投入バルブ１０２Ａ，１０４Ａを開閉するように制御（操作）し、一方、ブロック４３６で、（ブロック４３２で生成された）調整制御要求に基づいてポンプ１１０を制御する。

図３に示されたように、幾つかの実施形態では、フィードフォワード圧力制御システム３００は、積分ワインドアップ誤差が生じるのを防ぐためにリミッタ３１０とアンチワインドアップ制御部３１２を含む。そのような実施形態では、電子コントローラ１２２は、調整制御要求、上限境界及び下限境界（例えば、ポンプ１１０の実行可能な動作境界）に基づいて、条件付き制御要求を生成する。例えば、リミッタ３１０は、調整制御要求を上限境界と下限境界の間になるように調整する。調整制御要求が、下限境界より下がったとき、リミッタ３１０は、その調整制御要求を下限境界に設定する。調整制御要求が、上限境界を超えたとき、リミッタ３１０は、その調整制御要求を上限境界に設定する。調整制御要求が、上限境界と下限境界の間にあるとき、リミッタ３１０は、調整制御要求を変更しない。電子コントローラ１２２は、条件付き制御要求に基づいてポンプを制御する。

アンチワインドアップ制御部３１２のとき、ＰＩＤ制御部３０６は、ポンプ制御要求を、システム圧力、動作圧力及びアンチワインドアップ値に基づいて決定する。リミッタ３１０とアンチワインドアップ制御部３１２は、アンチワインドアップ値を、調整制御要求Ｃ_Pump、上限境界及び下限境界（例えば、ポンプ１１０の実行可能な動作境界）に基づいて決定する。例えば、調整制御要求と条件付き制御要求は、加算ノード３１４Ｃに送られて、結合されてアンチワインドアップ制御部３１２に送られ、アンチワインドアップ制御部３１２は、その結果を使用して積分項（即ち、アンチワインドアップ値）を逆算し、その積分項が、ＰＩＤ制御部３０６に送られる。

加算ノード３１４Ｄによって表されたように（図３を参照）、ＢＦＤＭ１１６からの圧力変化は、第１及び第２の投入バルブ１０２Ａ，１０４Ａの動作によって引き起こされる圧力外乱（Ｐ_disturbance）と結合され、システム圧力（Ｐ_real）を変化させうる。

フィードフォワード圧力制御システム３００及び方法４００の使用によって、Ｐ_realに対する変更が、フィードフォワード制御なしに動作するＤＥＦ送出システム１００より減少される。フィードフォワード圧力制御システム３００及び方法４００は、ポンプ１１０の最大寿命を改善する役割をし、同時に頑強性能と高速応答時間を達成する。例示的な実施形態では、ポンプ１１０は、より高い投入量が要求されるまで低い（例えば、アイドル）速度で動作する。ＢＦＤＭ１１６は、投入モジュールより「ｎ−１」回多い動作を有し、「ｎ」は、システム内の投入モジュールの数である。これは、ＢＦＤＭ１１６に適切なバルブを選択したときに検討されるべきである。

ＢＦＤＭ１１６質量流量は、理想的には、ＤＥＦ送出システム１００の動作圧力に及ぼす影響が最小になるように第１及び第２の投入モジュール１０２，１０４と同じでなければならない。しかしながら、制御方法は、更に、ＢＦＤＭ１１６質量流量が第１及び第２の投入モジュール１０２，１０４の質量流量より少ないシステムで適用可能である。そのような場合、ＢＦＤＭ１１６質量流量は、ポンプ１１０の最小送出能力より高くなければならず、第１及び第２の投入モジュール１０２，１０４の開放によって引き起こされる圧力低下が、ＢＦＤＭ１１６によって完全には補償されないので、フィードフォワード制御が、動作範囲全体にわたって実施されなければならない。

図６は、理論的ポンプデューティサイクル（線６０２）を実験データ（線６０４）と比較するチャート６００を示す。図６に示されたように、実験結果から、フィードフォワード圧力制御システム３００及び方法４００が実質的に予測通りに動作することが分かる。ポンプ１１０は、投入要求範囲にわたって低いデューティサイクル（１２ｋｇ／ｈ以下の）で動作できる。

図７は、ある期間にわたる投入要求の段階的変化（線７０２）と、その結果生じるポンプ速度（線７０４）及びディーゼル排気流体システム動作圧力（線７０６）を示すチャート７００を示す。図８は、ノンロード過渡サイクル（ＮＲＴＣ）試験手順を使用するシステムのシミュレートされたオフハイウェー運転の、ある期間にわたる投入要求（線８０２）と、その結果生じるポンプ速度（線８０４）及びディーゼル排気流体システム動作圧力（線８０６）を示すチャート８００を示す。図７と図８の両方で、ポンプデューティサイクルは、投入要求の急激な変化が起こるとき以外は比較的一定（即ち、アイドル速度近く）のままである。更に、システム動作圧力は、所望のシステム動作圧力から±１／２バールの許容範囲内のままである。

幾つかの実施形態（例えば、ＤＥＦ送出システム１５０）では、ＢＦＤＭ１１６は、流体貯蔵タンク１０８に間接的に結合されうる（例えば、戻り管路１５２を介して）。そのような実施形態では、エンジンが停止しているとき、戻り管路１５２を含むシステムからＤＥＦをパージして、凍結状況でのＤＥＦ送出システム１５０の管路と構成要素内のＤＥＦ固化を回避しなければならない。

幾つかの実施形態では、電子コントローラは、ＢＦＤＭ１１６の診断手順を提供する。本明細書に記載されたようなＤＥＦ送出システムの動作は、ＢＦＤＭ１１６の欠陥を液圧式に検出することを可能にする。例えば、制御方法は、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａがスタッククローズされた場合に、システム圧力が高くなりすぎるので、正確に機能しなくなる。スタックオープンＢＦＤＭバルブ１１６Ａの場合、システムは、より低い投入要求のために予想通りに動作する。しかしながら、投入要求がもっと高い場合には、ポンプ１１０が維持できなくなるので、圧力は低下する。

したがって、図９は、スタックオープンＢＦＤＭバルブ１１６Ａを検出する例示的な方法１０００を示す。ブロック１００２で、ＤＥＦ送出システムは、通常動作している（例えば、方法４００に従って動作する）。ブロック１００４で、電子コントローラ１２２は、投入要求があるかどうか決定する。投入要求があるとき、電子コントローラ１２２は、ブロック１００２で、通常のシステム動作を続ける。ブロック１００５で、投入が要求されないとき、電子コントローラ１２２は、制御要求をＢＦＤＭバルブ１１６Ａに送って閉じる。ブロック１００６で、電子コントローラ１２２は、ポンプをその現行デューティサイクルで保持するように制御する。ブロック１００８で、電子コントローラ１２２は、圧力センサからシステム圧力を受け取る。

ＢＦＤＭバルブ１１６Ａが閉じられ、また投入要求なしにポンプ１１０のデューティサイクルが一定（即ち、投入モジュールバルブ１０２Ａ，１０４Ａが閉じられたまま）のとき、システム圧力は、維持又は増大するはずである。それに応じて、ブロック１０１０で、電子コントローラ１２２は、システム圧力を所定のしきい値と比較する。ブロック１０１２で、システム圧力が、所定のしきい値より低いとき、電子コントローラ１２２は、ＢＦＤＭバルブ１１６Ａが開いていることを決定し、逆流投入モジュールのスタックオープン状態を示す（ブロック１０１４で）。ブロック１０１２で、システム圧力が、所定のしきい値より低くないとき、電子コントローラ１２２は、逆流投入モジュールの通常状態を示す（ブロック１０１６で）。

したがって、本発明は、特に、ディーゼル排気流体送出能力を高めるためのシステム及び方法を提供する。本発明の種々の特徴及び利点は、以下の特許請求の範囲で説明される。

１００ ＤＥＦ送出システム
１０２，１０４ 投入モジュール
１０２Ａ，１０４Ａ 投入バルブ
１０６ 供給モジュール
１０８ 流体貯蔵タンク
１１０ ポンプ
１１２ 可逆バルブ
１１４ 主フィルタ
１１６ 逆流投入モジュール（ＢＦＤＭ）
１１６Ａ ＢＦＤＭバルブ
１１８ 吸込管路
１１９ 圧力管路
１２０ 圧力センサ
１２２ コントローラ
１２３ 逆流管路

Claims (12)

1. ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）送出システムであって、
   ＤＥＦをディーゼル排気システムに送出するように制御可能な第１の投入バルブと、
   ＤＥＦを前記ディーゼル排気システムに送出するように制御可能な第２の投入バルブと、
   ＤＥＦを貯蔵するための流体貯蔵タンクと、
   前記流体貯蔵タンク並びに前記第１及び第２の投入バルブに結合され、ＤＥＦを前記流体貯蔵タンクから吸込管路を介して前記第１及び第２の投入バルブまで圧力管路を介してポンピングするように制御可能なポンプと、
   前記ＤＥＦ送出システムのシステム圧力を検出するように位置決めされた圧力センサと、
   逆流投入モジュールバルブを有し、前記流体貯蔵タンクに結合されて、ある量の前記ポンピングされるＤＥＦが逆流管路を介して前記流体貯蔵タンク内に逆流することを制御可能にする逆流投入モジュールと、
   前記第１及び第２の投入バルブ、前記ポンプ、前記逆流投入モジュール及び前記圧力センサに通信式に結合された電子コントローラであって、
   前記ポンプをアイドル速度で動作させるように制御して前記圧力管路を加圧し、
   前記第１及び第２の投入バルブをデフォルトで閉じるように制御し、
   前記逆流投入モジュールバルブをデフォルトで開くように制御し、
   投入要求を決定し、
   前記第１の投入バルブの第１の投入動作要求を前記投入要求に基づいて決定し、
   前記第２の投入バルブの第２の投入動作要求を前記投入要求に基づいて決定し、
   前記第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％未満のときに、
   前記第１及び第２の投入バルブを、前記第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて開閉するように制御し、
   前記第１及び第２の投入バルブのどちらかが開いているときに、前記逆流投入モジュールバルブを閉じるように制御し、
   前記第１の投入バルブが閉じられ、前記第２の投入バルブが閉じられているときに、前記逆流投入モジュールバルブを開くように制御し、
   前記第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％以上のとき、
   前記圧力センサから前記システム圧力を受け取り、
   前記逆流投入モジュールバルブを閉じるように制御し、
   前記投入要求に基づいて圧力外乱を決定し、
   前記システム圧力と動作圧力に基づいてポンプ制御要求を決定し、
   前記圧力外乱に基づいてフィードフォワード制御値を決定し、
   前記ポンプ制御要求と前記フィードフォワード制御値に基づいて調整制御要求を生成し、
   前記第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて、前記第１及び第２の投入バルブを開閉するように制御し、
   前記調整制御要求に基づいて前記ポンプを制御するように構成された電子コントローラと、
   を備えたディーゼル排気流体（ＤＥＦ）送出システム。
2. 前記逆流投入モジュールバルブが、アクチュエータを含み、前記電子コントローラが、ピーク期間に前記アクチュエータにピーク電流を通電し、前記アクチュエータにホールド期間にホールド電流を通電することによって、前記逆流投入モジュールバルブを開くように制御するように構成された、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電子コントローラが、前記アクチュエータに開ループパルス幅変調電流を通電するように構成された、請求項２に記載のシステム。
4. 前記電子コントローラが、前記調整制御要求に基づいて前記ポンプのデューティサイクルを調整することによって前記ポンプを制御するように構成された、請求項１に記載のシステム。
5. 前記電子コントローラは、前記第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％以上のとき、
   前記調整制御要求、上限境界及び下限境界に基づいてアンチワインドアップ値を決定し、
   前記システム圧力、前記動作圧力及び前記アンチワインドアップ値に基づいて前記ポンプ制御要求を決定し、
   前記調整制御要求、前記上限境界及び前記下限境界に基づいて条件付き制御要求を生成し、
   前記条件付き制御要求に基づいて前記ポンプを制御するように構成された、請求項１に記載のシステム。
6. 前記電子コントローラは、投入が要求されないとき、
   前記ポンプをその電流デューティサイクルで保持するように制御し、
   前記逆流投入モジュールバルブに閉じることを要求し、
   前記圧力センサから前記システム圧力を受け取り、
   前記システム圧力を所定のしきい値と比較し、
   前記システム圧力が前記所定のしきい値より低いとき、前記逆流投入モジュールバルブのスタ
   ックオープン条件を示すように構成された、請求項１に記載のシステム。
7. ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）送出システムを動作させる方法であって、
   電子プロセッサによって、ポンプをアイドル速度で動作させるように制御して圧力管路を加圧し、ＤＥＦを流体貯蔵タンクから吸込管路を介して第１の投入バルブと第２の投入バルブまで前記圧力管路を介してポンピングするステップと、
   前記電子プロセッサによって、逆流投入モジュールバルブを開くように制御して、ある量の前記ＤＥＦが前記流体貯蔵タンク内に逆流管路を介して流れ込むことを可能にするステップと、
   投入要求を決定するステップと、
   前記投入要求に基づいて前記第１の投入バルブの第１の投入動作要求を決定するステップと、
   前記投入要求に基づいて前記第２の投入バルブの第２の投入動作要求を決定するステップと、
   前記第１及び第２の投入動作の合計が１００％未満のとき、
   前記第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて、前記第１及び第２の投入バルブを開閉するように制御するステップと、
   前記第１及び第２の投入バルブのどちらかが開いているときに前記逆流投入モジュールバルブを閉じるように制御するステップと、
   前記第１の投入バルブと前記第２の投入バルブが閉じられているときに前記逆流投入モジュールバルブを開くように制御するステップと、
   を含み、
   前記第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％以上のとき、
   圧力センサからシステム圧力を受け取るステップと、
   前記逆流投入モジュールバルブを閉じるように制御するステップと、
   前記投入要求に基づいて圧力外乱を決定するステップと、
   前記システム圧力と動作圧力に基づいてポンプ制御要求を決定するステップと、
   前記圧力外乱に基づいてフィードフォワード制御値を決定するステップと、
   前記ポンプ制御要求と前記フィードフォワード制御値に基づいて調整制御要求を生成するステップと、
   前記第１及び第２の投入バルブ動作要求に基づいて、前記第１及び第２の投入バルブを開閉するように制御するステップと、
   前記調整制御要求に基づいて前記ポンプを制御するステップと、
   を含む方法。
8. 前記逆流投入モジュールバルブを開くように制御するステップが、ピーク期間に前記逆流投入モジュールバルブのアクチュエータにピーク電流を通電し、ホールド期間に前記アクチュエータに保持電流を通電するステップを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記アクチュエータを通電するステップが、前記アクチュエータに開ループパルス幅変調電流を通電するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記電子プロセッサが、前記調整制御要求に基づいて前記ポンプのデューティサイクルを調整することによって前記ポンプを制御するように構成された、請求項７に記載の方法。
11. 前記第１及び第２の投入動作要求の合計が１００％以上のとき、
    前記調整制御要求、上限境界及び下限境界に基づいてアンチワインドアップ値を決定するステップと、
    前記システム圧力、前記動作圧力及び前記アンチワインドアップ値に基づいて前記ポンプ制御要求を決定するステップと、
    前記調整制御要求、前記上限境界及び前記下限境界に基づいて条件付き制御要求を生成するステップと、
    前記条件付き制御要求に基づいて前記ポンプを制御するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
12. 投入が要求されないとき、
    前記ポンプをその電流デューティサイクルで保持するように制御するステップと、
    前記逆流投入モジュールバルブを閉じるように要求するステップと、
    前記圧力センサから前記システム圧力を受け取るステップと、
    前記システム圧力を所定のしきい値と比較するステップと、
    前記システム圧力が前記所定のしきい値より低いときに、前記逆流投入モジュールバルブのスタックオープン状態を示すステップと、
    を更に含む、請求項７に記載の方法。
    

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