JP6939739B2 - 流体供給装置の故障診断装置、及び流体供給装置の故障診断方法 - Google Patents

流体供給装置の故障診断装置、及び流体供給装置の故障診断方法 Download PDF

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Description

本発明は流体供給装置の故障診断装置、及び流体供給装置の故障診断方法に関する。
特許文献1には、内燃機関の排気通路内に反応剤(流体)を注入するための流体供給装置が開示されている。この流体供給装置は、反応剤が圧送される配管内に反応剤の圧力を検出するための圧力センサを備えており、配管内で圧力変化が発生する所定区間において、例えば期待される圧力変化が近似的に発生していなければ、流体供給装置に異常があると診断していた。
特許第4908397号公報
しかしながら、前述した特許文献1においては、反応剤の温度と相関のある反応剤の粘度の影響を考慮していなかった。配管内の圧力変化は、例えば反応剤の注入時に配管内から反応剤から排出されることによって発生するが、このときに配管内から排出される反応剤の排出量は反応剤の粘度の影響を受けて変化する。そのため、仮に流体供給装置に異常が発生していて、正常時とは異なる圧力変化をしていても、圧力変化の相違が十分に大きくなるまでは、その圧力変化の相違が反応剤の粘度の影響によるものか、又は流体供給装置の異常によるものかを判断することができず、故障診断の精度が低いという問題点があった。
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、流体供給装置の故障診断の精度を向上させることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、歯車ポンプと、歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、歯車ポンプと噴射装置とを連通する流体通路と、流体通路に接続され、歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、流体通路に設けられ、歯車ポンプから吐出された流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、を備える流体供給装置の故障診断を行うための、流体供給装置の故障診断装置が、噴射装置から流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第1取得部と、噴射装置から流体を噴射している流体噴射中の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射中の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第2取得部と、流体噴射前の流体圧力と流体噴射中の流体圧力とが一致しているときの、流体噴射中のポンプ回転速度と流体噴射前のポンプ回転速度との差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出部と、ポンプ回転速度差に基づいて、噴射装置から噴射される流体の流量に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、を備えるように構成される。
また、本発明の別の態様によれば、歯車ポンプと、歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、歯車ポンプと噴射装置とを連通する流体通路と、流体通路に接続され、歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、流体通路に設けられ、歯車ポンプから吐出された流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、を備える流体供給装置の故障診断を行うための、流体供給装置の故障診断装置が、噴射装置から流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度として取得して記憶しておく記憶部と、流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度を取得した後の、流体噴射前の任意の時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は任意の期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する取得部と、流体噴射前の初期流体圧力と流体噴射前の流体圧力とが一致したときの、流体噴射前の初期ポンプ回転速度と流体噴射前のポンプ回転速度との差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出部と、ポンプ回転速度差に基づいて、前記流体通路において流体の詰まり、又は漏れの異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、を備えるように構成される。
また、本発明の別の態様によれば、歯車ポンプと、歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、歯車ポンプと噴射装置とを連通する流体通路と、流体通路に接続され、歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、流体通路に設けられ、歯車ポンプから吐出された流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、を備える流体供給装置の故障診断方法が、噴射装置から流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第1取得工程と、噴射装置から流体を噴射している流体噴射中の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射中の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第2取得工程と、流体噴射前の流体圧力と、流体噴射中の流体圧力と、が一致しているときの、流体噴射中のポンプ回転速度と、流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出工程と、ポンプ回転速度差に基づいて、噴射装置から噴射される流体の流量に異常が発生しているか否かを判定する異常判定工程と、を備える。
また、本発明の別の態様によれば、歯車ポンプと、歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、歯車ポンプと噴射装置とを連通する流体通路と、流体通路に接続され、歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、流体通路に設けられ、歯車ポンプから吐出された流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、を備える流体供給装置の故障診断方法が、噴射装置から流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度として取得して記憶しておく記憶工程と、流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度を取得した後の、流体噴射前の任意の時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は任意の期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する取得工程と、流体噴射前の初期流体圧力と、流体噴射前の流体圧力とが一致したときの、流体噴射前の初期ポンプ回転速度と、流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出工程と、ポンプ回転速度差に基づいて、前記流体通路において前記流体の詰まり、又は漏れの異常が発生しているか否かを判定する異常判定工程と、を備える。
本発明のこれらの態様によれば、流体供給装置の故障診断の精度を向上させることができる。
図1は、本発明の第1実施形態による流体供給装置としての尿素水供給装置を備える内燃機関、及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図2Aは、ドライブギヤの回転軸の径方向に沿った歯車ポンプの概略図である。 図2Bは、ドライブギヤの回転軸の軸方向に沿った歯車ポンプの概略図である。 図2Cは、図2Aにおいて破線で囲われた部分の拡大図である。 図3は、本発明の第1実施形態による尿素水供給装置の故障診断について説明するフローチャートである。 図4は、本発明の第1実施形態による尿素水供給装置の故障診断の動作について説明するタイムチャートである。 図5は、ポンプ回転速度差ΔNの推定方法について説明する図である。 図6は、本発明の第2実施形態による尿素水供給装置の故障診断について説明するフローチャートである。 図7は、尿素水圧力差と尿素水温度とに基づいて補正値Cを算出するためのマップである。 図8は、本発明の第3実施形態による尿素水供給装置の故障診断について説明するフローチャートである。 図9は、本発明の第4実施形態による尿素水供給装置の故障診断について説明するフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による流体供給装置としての尿素水供給装置60を備える内燃機関100、及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。
内燃機関100は、機関本体1の内部で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。内燃機関100は、機関本体1の内部に形成される燃焼室2と、各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁3と、各燃焼室2内に吸入空気を導入するための吸気マニホールド4と、各燃焼室2内から排気を排出するための排気マニホールド5と、を含む。
各燃料噴射弁3は、燃料供給管15を介してコモンレール16に連結される。コモンレール16は、吐出量の変更が可能な電子制御式の燃料ポンプ17を介して燃料タンク18に連結される。燃料タンク18内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ17によってコモンレール16内に供給される。コモンレール16内に供給された燃料は、各燃料供給管15を介して燃料噴射弁3に供給される。
吸気マニホールド4は、吸気ダクト6を介してターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結される。コンプレッサ7aの入口は、エアフローメータ8を介してエアクリーナ9に連結される。吸気ダクト6内には、電気制御式のスロットル弁10が配置される。吸気ダクト6には、吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ11が配置される。
排気マニホールド5は、ターボチャージャ7のタービン7bの入口に連結される。タービン7bの出口は、排気後処理装置20が設けられた排気管21に連結される。排気マニホールド5と吸気マニホールド4とは、排気再循環(Exhaust Gas Recirculation;以下「EGR」という。)を行うためにEGR通路12を介して互いに連結される。EGR通路12内には、電子制御式のEGR制御弁13が配置される。EGR通路12には、EGR通路12内を流れるEGRガスを冷却するためのEGRクーラ14が配置される。
排気後処理装置20は、各燃焼室2から排出された排気を、排気中の有害物質を取り除いた上で外気に排出するための装置である。排気後処理装置20は、第1触媒コンバータ30と、パティキュレート捕集装置40と、第2触媒コンバータ50と、流体供給装置としての尿素水供給装置60と、を備える。
第1触媒コンバータ30は、担体31に排気浄化触媒としての酸化触媒(二元触媒)を担持させたものであり、排気管21に設けられる。酸化触媒は、排気中の有害物質であるハイドロカーボン(HC)及び一酸化炭素(CO)を酸化し、無害な物質(水及び二酸化炭素)にする。
パティキュレート捕集装置40は、第1触媒コンバータ30よりも下流側の排気管21に設けられる。パティキュレート捕集装置40は、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタ41を内蔵しており、内部に導入された排気をパティキュレートフィルタ41に通すことで排気中のパティキュレート(Particulate Matter)を捕集する。
第2触媒コンバータ50は、担体51に排気浄化触媒としてのNOx選択還元触媒(SCR;Selective catalytic reduction)を担持させたものであり、パティキュレート捕集装置40よりも下流側の排気管に設けられる。NOx選択還元触媒は、還元剤が供給されることで排気中の有害物質であるNOxを選択的に還元して無害な物質(水及び窒素)にする。本実施形態によるNOx選択還元触媒は、尿素水を加水分解することによって生成されたアンモニアを還元剤として、排気中に含まれるNOxを選択的に還元する。
尿素水供給装置60は、尿素水タンク61と、尿素水噴射弁62と、尿素水供給管63と、歯車ポンプ64と、尿素水戻し管65と、チェックバルブ66と、圧力センサ67と、回転速度センサ68と、温度センサ69と、を備える。
尿素水タンク61は、尿素水を貯蔵する。
尿素水噴射弁62は、パティキュレート捕集装置40よりも下流側、かつ、第2触媒コンバータ50よりも上流側の排気管21に設けられ、排気管21の内部に尿素水を噴射する。尿素水噴射弁62は、例えばニードル弁であり、電子制御ユニット200によって開閉制御される。尿素水噴射弁62の開弁期間を制御することで、尿素水噴射弁62から噴射される尿素水の流量が制御される。排気管21の内部に噴射された尿素水は、排気熱を受けて所定の加水分解温度(例えば180℃)まで加熱されると加水分解される。
尿素水供給管63は、尿素水タンク61に貯蔵された尿素水を尿素水噴射弁62に供給するための通路であって、低圧側供給管63aと、高圧側供給管63bと、を備える。低圧側供給管63aは、尿素水タンク61と、歯車ポンプ64の吸込ポート641と、を連通する通路である。高圧側供給管63bは、歯車ポンプ64の吐出ポート642と、尿素水噴射弁62と、を連通する通路である。
歯車ポンプ64は、吸込ポート641と吐出ポート642とが形成されたハウジング643と、ハウジング643内に収容された一対のギヤセット644と、を備える。ギヤセット644は、外部動力(例えば内燃機関や電動モータなどの動力)によって回転駆動させられるドライブギヤ(駆動歯車)645と、ドライブギヤ645と外接してドライブギヤ645によって回転駆動させられるドリブンギヤ(従動歯車)646と、を備える。歯車ポンプ64が駆動されると(すなわちドライブギヤ645が回転駆動させられると)、尿素水タンク61に貯蔵された尿素水が、低圧側供給管63aを介して吸込ポート641から歯車ポンプ64内に吸い込まれ、歯車ポンプ64内で加圧されて吐出ポート642から高圧側供給管63bに排出される。
尿素水戻し管65は、歯車ポンプ64から高圧側供給管63bに吐出された尿素水を、必要に応じて尿素水タンク61に戻すための通路であって、一端が高圧側供給管63bに接続され、他端が尿素水タンク61に接続される。
チェックバルブ66は、尿素水戻し管65に設けられる。チェックバルブ66は、高圧側供給管63b内の尿素水の圧力が所定の上限圧力になると自動的に開弁するように構成されており、これにより、高圧側供給管63b内の尿素水の圧力が上限圧力よりも高くならないようにしている。
圧力センサ67は、高圧側供給管63bに設けられる。圧力センサ67は、歯車ポンプ64の吐出ポート642から吐出された尿素水の圧力に相当する高圧側供給管63b内の尿素水の圧力を検出する。以下の説明では、この圧力センサ67によって検出される尿素水の圧力のことを「尿素水圧力」という。
回転速度センサ68は、歯車ポンプ64に取り付けられる。回転速度センサ68は、歯車ポンプ64の回転速度、より具体的にはドライブギヤ645の回転速度を検出する。以下の説明では、この回転速度センサ68によって検出される歯車ポンプ64の回転速度のことを「ポンプ回転速度」という。
温度センサ69は、高圧側供給管63bに設けられる。温度センサ69は、歯車ポンプ64の吐出ポート642から吐出された尿素水の温度を検出する。以下の説明では、この圧力センサ67によって検出される尿素水の温度のことを「尿素水温度」という。なお温度センサ69を尿素水タンク61に取り付けて、尿素水タンク61の尿素水の温度を、歯車ポンプ64の吐出ポート642から吐出された尿素水の温度として代用してもよい。
電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。
入力ポート205には、前述した圧力センサ67などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また、入力ポート205には、アクセルペダル220の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ218の出力電圧が、対応するAD変換器207を介して入力される。さらに入力ポート205には、機関回転速度を算出するための信号として、機関本体1のクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ219の出力信号が入力される。
出力ポート206には、対応する駆動回路208を介して尿素水噴射弁62などの各制御部品が電気的に接続される。
電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力して内燃機関100を制御する。また電子制御ユニット200は、内燃機関100の異常を検出するための故障診断を実施しており、その一つとして尿素水供給装置60の故障診断を実施している。
本実施形態による尿素水供給装置60の故障診断においては、尿素水噴射弁62の噴射量(以下「尿素噴射量」という。)が目標尿素噴射量に対して不足する異常(以下「第1の異常」という。)が発生しているか、また逆に尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して過剰となる異常(以下「第2の異常」という。)が発生しているかの診断が行われる。
第1の異常は、例えば尿素水タンク61に混入した異物が高圧側供給管63bや尿素水噴射弁62において詰まることや、尿素水噴射弁62の開弁量が何らかの要因(例えば経時劣化)で正常時の開弁量よりも小さくなってしまうことによって発生する。第1の異常が発生すると、NOx選択還元触媒に必要十分な還元剤を供給できなくなるので、NOx選択還元触媒における排気浄化性能が低下して、排気エミッションが悪化することになる。
第2の異常は、例えば尿素水噴射弁62の弁体や弁座の摩耗等によって、尿素水噴射弁62を開弁したときに弁体の弁座の隙間から噴射される噴射量が多くなることによって発生する。第2の異常が発生すると、尿素水の消費量が必要以上に増加すると共に、アンモニアガスがそのまま外気に排出されるおそれがある。
そのため、このような第1の異常や第2の異常が発生した場合には、それらを早期に精度良く検出することが望ましい。
ここで第1の異常や第2の異常を検出する従来の方法としては、例えば、歯車ポンプ64の吐出流量が或る一定の吐出流量に制御されている状態、すなわち尿素水圧力が或る一定の圧力に制御されている状態で、尿素水噴射弁62を開いて尿素水を噴射したときの尿素水圧力(高圧側供給管63b内の圧力)の低下幅が所定範囲内に収まっているか否かを判定することで検出する方法がある。第1の異常が発生している場合には、尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して不足している分だけ、尿素水圧力の低下幅が正常時よりも小さくなる。一方で、第2の異常が発生している場合には、尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して過剰となっている分だけ、尿素水圧力の低下幅が正常時よりも大きくなる。そのため、この従来の方法によって第1の異常や第2の異常を早期に検出するには、所定範囲の幅を小さくすることが求められる。しかしながら、この方法では、以下の理由により、この所定範囲の幅を或る一定以下には小さくすることができないという問題があった。
以下、図2Aから図2Cを参照して、その理由について説明する。
図2Aは、ドライブギヤ645の回転軸の径方向に沿った歯車ポンプ64の概略図であり、図1において歯車ポンプ64として示した図と同様の図である。図2Bは、ドライブギヤ645の回転軸の軸方向に沿った歯車ポンプ64の概略図である。図2Cは、図2Aにおいて破線で囲われた部分の拡大図である。
容積式のポンプである歯車ポンプ64の理論吐出流量Qthは、下記の(1)式に示す通り、歯車ポンプ64の理論押しのけ容積Vthと、ポンプ回転速度N(単位時間当たりのドライブギヤ645の回転速度)と、の積で表すことができる。なお理論押しのけ容積Vthは、図2Aに示すドライブギヤ645の各歯溝空間647の体積の合計であり、理論上、ドライブギヤ645が1回転したときに吐出ポート642から吐出される尿素水の量に相当する値である。
Figure 0006939739
ここで歯車ポンプ64においては、図2A及び図2Bに示すように、ハウジング643の内周面と、ドライブギヤ645の歯先と、の間に、微細な歯先隙間Tが存在し、また図2Bに示すように、ハウジング643の内周面と、ドライブギヤ645の側面と、の間に、微細な側面隙間Sが存在する。そのため、歯車ポンプ64においては、理論吐出流量Qthの一部が、このようなハウジング643とギヤとの間に存在する歯先隙間T及び側面隙間Sを介して、高圧の吐出ポート642側から低圧の吸込ポート641側へと漏れることになる。
このとき、側面隙間Sからの漏れ流量qは、下記の(2)式に示す通り、定数K(0.5から1.5の範囲にある定数)、歯車ポンプ64の吐出ポート642側の尿素水圧力P、尿素水の粘度(粘性係数)μ、及び側面隙間Sを用いて表すことができることが知られている。
Figure 0006939739
また、歯先隙間Tからの漏れ流量qは、下記の(3)式に示す通り、ドライブギヤ645の形状によって定まる定数K、歯車ポンプ64の吐出ポート642側の尿素水圧力P、尿素水の粘度μ、及び歯先隙間Tを用いて表すことができることが知られている。
Figure 0006939739
一方で、歯先隙間Tにおいては、図2Cに示すように、理論吐出流量Qthや漏れ流量qとは別に、ドライブギヤ645の回転に伴って、ドライブギヤ645の歯先に引きずられて吐出ポート642側に移動する尿素水が存在する。
これらを考慮すると、歯車ポンプ64の実際の吐出流量(以下「実吐出流量」という。)Qは、下記の(4)式の通りに表すことができる。なお、(4)式において、右辺第1項の(1+c)が、理論吐出流量Qthに加えてドライブギヤ645の歯先に引きずられて吐出ポート642側に移動する尿素水に関する部分であり、cは正の定数である。またKは歯車同士のかみ合わせにより、理論吐出量のうち何割が実際に吐出されるかを表す係数である。
Figure 0006939739
この(4)式に示される通り、歯車ポンプ64の実吐出流量Qは、歯先隙間Tや側面隙間S、尿素水の粘度μの影響を受けて変化する。そして歯先隙間Tや側面隙間Sは、歯車ポンプ64の個体ごとに許容公差の範囲内で異なり、また尿素水の粘度μは、使用環境によって変化する尿素水の温度に応じて変化する。そのため、尿素水圧力Pが或る一定の圧力に制御されている状態で、尿素水噴射弁62を開いて尿素水を噴射したとしても、歯車ポンプ64の個体差や使用環境の変化による影響を受けて、尿素水噴射弁62から噴射される尿素水の流量は一定とならず、或る一定の範囲内で変動することになる。このため、尿素水噴射弁62を開いて尿素水を噴射したときの尿素水圧力Pの低下幅も、或る一定の範囲内で変動することになるので、前述した従来の方法では、所定範囲の幅を或る一定以下には小さくすることができなかったのである。
したがって、第1の異常や第2の異常を早期に精度良く検出するためには、このような歯先隙間Tや側面隙間S、尿素水の粘度μの影響を排除する必要がある。ここで、尿素水噴射前のポンプ回転速度N、及び尿素水圧力PをそれぞれN、及びPとすると、尿素水噴射前の実吐出流量Qは、以下の(5)式で表すことができる。
Figure 0006939739
また尿素水噴射中のポンプ回転速度N、及び尿素水圧力PをそれぞれN、及びPとすると、尿尿素水噴射前の実吐出流量Qは、以下の(6)式で表すことができる。
Figure 0006939739
したがって、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときの、尿素水噴射中の実吐出流量Qと、尿素水噴射前の実吐出流量Qと、の差を取ると、(5)式の右辺第2項、及び(6)式の右辺第2項がそれぞれ打ち消し合い、以下の(7)式の通りとなる。
Figure 0006939739
この(7)式に示される通り、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nとの差(以下「ポンプ回転速度差」という。)ΔN(=N−N)は、歯先隙間Tや側面隙間S、尿素水の粘度μの影響を受けず、一定となる。
そして、第1の異常が発生している場合には、尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して不足している分だけ、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nは、正常時のポンプ回転速度よりも低くなる。したがって、ポンプ回転速度差ΔNは、正常時の値よりも小さくなる。
また第2の異常が発生している場合には、尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して過剰になっている分だけ、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nは、正常時のポンプ回転速度よりも高くなる。したがって、ポンプ回転速度差ΔNは、正常時の値よりも大きくなる。
そこで本実施形態では、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nとの差であるポンプ回転速度差ΔN(=N−N)に基づいて、第1の異常及び第2の異常が発生しているか否かを判定することとした。
図3は、本実施形態による尿素水供給装置の故障診断について説明するフローチャートである。
ステップS1において、電子制御ユニット200は、尿素水供給装置の故障診断を実施すべきときであるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、尿素水供給装置の故障診断実施すべきときであれば、ステップS2の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、尿素水供給装置の異常検出を実施すべきときでなければ、今回の処理を終了する。電子制御ユニット200は、例えば車両の1トリップ中において、まだ尿素水供給装置の異常検出が実施されていないときや、関連部品に異常がないときに、尿素水供給装置の異常検出を実施すべきときであると判定する。
ステップS2において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nを取得する。このステップS2において取得する尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nは、圧力センサ67及び回転速度センサ68によって現時点で検出された尿素水噴射前の尿素水圧力及びポンプ回転速度の瞬時値でもよいし、現時点から例えば過去数秒間といった、或る一定期間の過去に亘って圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出された尿素水噴射前の尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値でもよい。
本実施形態では、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nとして、これらの平均値を取得するようにしている。これは、尿素水圧力は、後述する図4に示すように、歯溝空間647内の尿素水を吐出ポート642側に順次輸送していく歯車ポンプ64の特性によって、一定の値を取らずに脈動しており、また、ポンプ回転速度も振動等の影響によって一定の値を取らない場合があるためである。尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nとして、これらの瞬時値ではなく平均値を取得することで、このような脈動や振動の影響を少なくすることができ、取得される尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nの精度を向上させることができる。
ステップS3において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射弁62を開弁して尿素水の噴射を開始すると共に、尿素水の噴射を開始したことによって低下した尿素水圧力を、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させるためのポンプ回転速度の上昇制御を開始する。
ステップS4において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射中の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nを取得する。このステップS4において取得する尿素水噴射中の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nも、圧力センサ67及び回転速度センサ68によって現時点で検出された尿素水噴射中の尿素水圧力及びポンプ回転速度の瞬時値でもよいし、現時点から例えば過去数秒間といった、尿素水噴射中の或る一定期間の過去に亘って圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出された尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値でもよい。
ステップS5において、電子制御ユニット200は、ステップS4で取得された尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、ステップS2で取得された尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したか否かを判定する。電子制御ユニット200は、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加していれば、ステップS6の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加していなければ、一定の時間を空けた後、再度ステップS4の処理を実施する。
なお本実施形態では、このステップS4で、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したか否かを判定しているが、これに限らず、例えば、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pよりもある程度小さい値や、ある程度大きい値になったときに、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したと判定するようにしても良い。
ステップS6において、電子制御ユニット200は、ステップS4で取得された尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、ステップS2で取得された尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分であるポンプ回転速度差ΔNを算出する。
ステップS7において、電子制御ユニット200は、ポンプ回転速度差ΔNが第1の異常を判定するための閾値(以下「第1閾値」という。)αよりも大きいか否かを判定する。第1閾値αは、正常時におけるポンプ回転速度差ΔNよりも小さい値である。電子制御ユニット200は、ポンプ回転速度差ΔNが第1閾値αよりも大きければ、第1の異常は発生していないと判定してステップS8の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、ポンプ回転速度差ΔNが第1閾値α以下であれば、第1の異常が発生していると判定してステップS11の処理に進む。
ステップS8において、電子制御ユニット200は、ポンプ回転速度差ΔNが第2の異常を判定するための閾値(以下「第2閾値」という。)β未満であるか否かを判定する。第2閾値βは、正常時におけるポンプ回転速度差ΔNよりも大きい値である。電子制御ユニット200は、ポンプ回転速度差ΔNが第2閾値β未満であれば、第2の異常も発生していないと判定してステップS9の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、ポンプ回転速度差ΔNが第2閾値β以上であれば、第2の異常が発生していると判定してステップS10の処理に進む。
ステップS9において、電子制御ユニット200は、第1の異常も第2の異常も発生しておらず、尿素水供給装置は正常であると判定する。
ステップS10において、電子制御ユニット200は、尿素水供給装置に第2の異常が発生していると判定する。
ステップS11において、電子制御ユニット200は、尿素水供給装置に第1の異常が発生していると判定する。
ステップS12において、尿素水噴射弁62を閉弁して尿素水の噴射を停止すると共に、ポンプ回転速度の上昇制御を停止する。
図4は、本実施形態による尿素水供給装置の故障診断の動作について説明するタイムチャートである。
時刻t1以前においては、ポンプ回転速度が一定に制御され、したがって尿素水圧力も一定に制御されている。なお、尿素水圧力が脈動しているのは、前述した通り、歯溝空間647内の尿素水を吐出ポート642側に順次輸送していく歯車ポンプ64の特性によるものである。
時刻t1で、尿素水供給装置の故障診断を実施すべきときであると判定されると、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nとして、時刻t1までの過去数秒間に亘って圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出された尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値が取得されると共に、尿素水噴射弁62が開かれて尿素水の噴射が開始され、尿素水圧力が低下し始める。
そして尿素水噴射弁62を開いた状態、すなわち尿素水の噴射を継続した状態における尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pとなるまで、ポンプ回転速度の上昇制御が開始され、尿素水噴射中の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nがそれぞれ取得される。
時刻t2で、時刻t2までの過去数秒間に亘って圧力センサ67によって検出された尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加すると、時刻t2までの過去数秒間に亘って回転速度センサ68によって検出された尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差であるポンプ回転速度差ΔNが算出される。
前述した通り、第1の異常が発生している場合には、尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して不足している分だけ、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nは、正常時のポンプ回転速度よりも低くなる。したがって、ポンプ回転速度差ΔNが、第1閾値α以下であれば、第1の異常が発生していると判定することができる。
また第2の異常が発生している場合には、尿素噴射量が目標尿素噴射量に対して過剰になっている分だけ、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nは、正常時のポンプ回転速度よりも高くなる。したがって、ポンプ回転速度差ΔNが、第2閾値βよりも大きければ、第2の異常が発生していると判定することができる。
そして前述した通り、このポンプ回転速度差ΔNは、歯先隙間Tや側面隙間S、尿素水の粘度μの影響を受けない。そのため、第1閾値αや第2閾値βを、尿素水供給装置が正常であるときのポンプ回転速度差ΔNに近い値に設定することができる。したがって、第1の異常や第2の異常を早期に精度良く検出することができる。
以上説明した本実施形態による尿素水供給装置60(流体供給装置)は、歯車ポンプ64と、歯車ポンプ64から吐出された尿素水(流体)を噴射するための尿素水噴射弁62(噴射装置)と、歯車ポンプ64と尿素水噴射弁62とを連通する高圧側供給管63b(流体通路)と、高圧側供給管63bに接続され、歯車ポンプ64から吐出された尿素水のうちの余分な尿素水を排出するための尿素水戻し管65(排出通路)と、高圧側供給管63bに設けられ、歯車ポンプ64から吐出された尿素水の圧力である尿素水圧力を検出する圧力センサ67(圧力検出器)と、歯車ポンプ64の回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度センサ68(回転速度検出器)と、を備える。
そして、尿素水供給装置60の故障診断を行うための電子制御ユニット200(故障診断装置)が、尿素水噴射弁62から尿素水を噴射していない尿素水噴射前の或る時点における尿素水圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値を、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nとして取得する第1取得部と、尿素水噴射弁62から尿素水を噴射している尿素水噴射中の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値を、尿素水噴射中の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nとして取得する第2取得部と、尿素水噴射前の流体圧力Pと、尿素水噴射中の流体圧力Pと、が一致しているときの、尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分であるポンプ回転速度差ΔNを算出するポンプ回転速度差算出部と、ポンプ回転速度差ΔNに基づいて、尿素水噴射弁62から噴射される尿素水の流量に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、を備えるように構成されている。
より詳細には、異常判定部は、ポンプ回転速度差ΔNが、尿素水供給装置60に異常がないときの正常値よりも小さい所定の第1閾値α以下であれば、尿素水噴射弁62から噴射される尿素水の流量が正常時よりも減少している異常、すなわち第1の異常が発生していると判定するように構成されている。また異常判定部は、ポンプ回転速度差ΔNが、尿素水供給装置60に異常がないときの正常値よりも大きい所定の第2閾値β以上であれば、尿素水噴射弁62から噴射される尿素水の流量が正常時よりも増加している異常、すなわち第2の異常が発生していると判定するように構成されている。
前述した通り、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが尿素水噴射前の流体圧力Pになったときの尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分であるポンプ回転速度差ΔNは、第1の異常及び第2の異常が発生していなければ、歯先隙間Tや側面隙間S、尿素水の粘度μの影響を受けずに一定の値となる。
そのため、ポンプ回転速度差ΔNに基づいて、尿素水噴射弁62から噴射される尿素水の流量に異常が発生しているか否か、すなわち第1の異常又は第2の異常が発生しているか否かを判定することで、第1の異常又は第2の異常が発生しているかを精度良く判定することができる。また、第1閾値αや第2閾値βを、尿素水供給装置が正常であるときのポンプ回転速度差ΔNに近い値に設定することができる。したがって、第1の異常や第2の異常を早期に精度良く検出することができる。
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、尿素水供給装置60の故障診断の内容が第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
前述した第1実施形態による尿素水供給装置60の故障診断では、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したか否かを判定する必要があった。換言すれば、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加する間は、尿素水を噴射し続ける必要があり、比較的長期間に亘って尿素水を噴射し続ける必要があった。したがって、故障診断中の尿素水の消費量が多くなり、また長期間に亘って尿素水を噴射し続けることができないようなときには故障診断を実施することができないため、故障診断の実施頻度が少なくなるおそれがある。
そこで本実施形態による尿素水供給装置60の故障診断では、尿素水を所定期間噴射した時点で尿素水の噴射を停止することとした。すなわち、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加する前に尿素水の噴射を停止することとした。そして、尿素水噴射前の尿素水圧力Pと、尿素水の噴射を停止する直前の尿素水噴射中の尿素水圧力Pと、の差分である尿素水圧力差ΔP(=P−P)を算出すると共に、尿素水の噴射を停止する直前の尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分であるポンプ回転速度差(以下「停止時ポンプ回転速度差」という。)ΔNs(=N−N)を算出し、尿素水圧力差ΔPに基づいて、停止時ポンプ回転速度差ΔNsを補正して、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したときのポンプ回転速度差ΔNを推定することとした。
図5は、このポンプ回転速度差ΔNの推定方法について説明する図である。
尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加する前の例えば時刻t11で、尿素水の噴射を停止したとすると、尿素水の噴射を停止する直前の尿素水噴射中の尿素水圧力P、及びポンプ回転速度Nは、それぞれ図5に示した通りとなる。そして、このときの尿素水圧力差ΔP、及び停止時ポンプ回転速度差ΔNsも、それぞれ図5に示した通りとなる。
ここで、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したときのポンプ回転速度差ΔNと、停止時ポンプ回転速度差ΔNsと、の差分を、停止時ポンプ回転速度差ΔNsに対する補正値Cとすると、この補正値Cを算出し、補正値Cを停止時ポンプ回転速度差ΔNsに加算すれば、ポンプ回転速度差ΔNを推定することができる。
そこで停止時ポンプ回転速度差ΔNsに加算する補正値Cについて考えると、この補正値Cは、図5に示す通り、時刻t10で尿素水圧力が極小値まで低下した後(尿素水噴射弁62の開弁量が最大になった後)は、尿素水圧力差ΔPが小さくなるほど、停止時ポンプ回転速度差ΔNsがポンプ回転速度差ΔNに向けて大きくなっていくため、小さくなる傾向にある。
また、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したときのポンプ回転速度Nは、尿素水温度Tuが高くなって尿素水の粘度μが小さくなるほど、前述した(4)式から分かるように実吐出流量Qが減少するために、高くなる。したがって、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したときのポンプ回転速度差ΔNは、尿素水温度Tuが高くなって尿素水の粘度μが小さくなるほど大きくなる傾向にある。これは、ポンプ回転速度が同じであれば、尿素水の粘度μが小さくなるほど実吐出流量Qが減少して尿素水圧力が低下するため、同じ圧力まで増加させるためには、尿素水の粘度μが高くなるほどポンプ回転速度を高くする必要があるためである。したがって、この尿素水の粘度μも考慮すると、補正値Cは、尿素水温度Tuが高いときの方が、大きくなる傾向にある。
そこで本実施形態では、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加する前の各時点における、尿素水供給装置60が正常であるときの尿素水圧力差ΔP及び尿素水温度Tuと補正値Cとの関係を予め実験等によって求めてマップ化しておき、当該マップ(図7参照)を参照することで、尿素水圧力差ΔP及び尿素水温度Tuに基づいて補正値Cを算出し、算出した補正値Cを停止時ポンプ回転速度差ΔNsに加算することで、ポンプ回転速度差ΔNを推定することとした。
図6は、本実施形態による尿素水供給装置60の故障診断について説明するフローチャートである。なお図6において、ステップS1からステップS4、ステップS7からステップS11までの処理の内容は、第1実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
ステップS21において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射弁62を開弁してから所定時間が経過したか否かを判定する。本実施形態では、所定時間を、尿素水噴射弁62を開き始めてから尿素水噴射弁62の開弁量が最大になるまでの時間よりも長く、かつ、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加するまでにかかる時間よりも短い時間に設定している。電子制御ユニット200は、尿素水噴射弁62を開弁してから所定時間が経過していれば、ステップS22の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、尿素水噴射弁62を開弁してから所定時間が経過していなければ、一定の時間を空けた後、再度ステップS4の処理を実施する。
ステップS22において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射弁62を閉弁して尿素水の噴射を停止すると共に、ポンプ回転速度の上昇制御を停止する。
ステップS23において、電子制御ユニット200は、ステップS2で取得された尿素水噴射前の尿素水圧力Pと、ステップS4で取得された尿素水の噴射を停止する直前の尿素水噴射中の尿素水圧力Pと、の差分である尿素水圧力差ΔP(=P−P)を算出する。また電子制御ユニット200は、ステップS4で取得された尿素水の噴射を停止する直前の尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、ステップS2で取得された尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分である停止時ポンプ回転速度差ΔNs(=N−N)を算出する。
ステップS24において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したときのポンプ回転速度差ΔNの推定値を算出する。本実施形態では電子制御ユニット200は、予め実験等によって作成された図7のマップを参照し、尿素水圧力差ΔPと、尿素水温度Tuと、に基づいて、補正値Cを算出し、当該補正値Cを停止時ポンプ回転速度差ΔNsに加算することで、ポンプ回転速度差ΔNの推定値を算出する。図7のマップに示すように、尿素水圧力差ΔPが大きくなるほど、また尿素水の温度Tが高くなるほど、補正値Cは大きくなる傾向にある。
なお本実施形態では、尿素水圧力差ΔPと、尿素水温度Tuと、に基づいて、補正値Cを算出していたが、尿素水圧力差ΔPのみに基づいて補正値Cを算出するようにしても良い。
以上説明した本実施形態によれば、尿素水供給装置60の故障診断を行うための電子制御ユニット200(故障診断装置)が、前述した第1実施形態と同様に、第1取得部、第2取得部、ポンプ回転速度差算出部、及び異常判定部を備える。
そして本実施形態によるポンプ回転速度差算出部は、ポンプ回転速度差の推定値を算出する推定値算出部を備えており、推定値算出部は、尿素水噴射前の流体圧力Pと、尿素水噴射中の流体圧力Pと、が一致する前の、尿素水噴射前の流体圧力Pと、尿素水噴射中の流体圧力Pと、の差分である流体圧力差ΔPを算出する流体圧力差算出部と、尿素水噴射前の流体圧力Pと、尿素水噴射中の流体圧力Pと、が一致する前の、尿素水噴射中のポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分値である停止時ポンプ回転速度差ΔNsを算出する差分値算出部と、尿素水圧力差ΔPに基づいて、停止時ポンプ回転速度差ΔNsを補正してポンプ回転速度差ΔNの推定値を算出するように構成されている。
より詳細には、推定値算出部は、尿素水圧力差ΔPに基づいて、尿素水圧力差ΔPが大きいときほど大きくなる補正値Cを算出し、停止時ポンプ回転速度差ΔNsに補正値Cを加算するように構成され、尿素水温度Tが高いときほど、補正値Cをさらに大きくするように構成されている。
これにより、故障診断のために、長期間に亘って尿素水を噴射し続ける必要がないため、故障診断中の尿素水の消費量を抑制できると共に、故障診断の実施頻度が低下するのを抑制できる。
(第3実施形態)
次に本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、尿素水圧力差ΔPに基づいて、第1閾値α及び第2閾値βを補正する点で、第2実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
前述した第2実施形態では、尿素水圧力差ΔPに基づいて停止時ポンプ回転速度差ΔNsを補正することで、ポンプ回転速度差ΔNの推定値を算出し、このポンプ回転速度差ΔNの推定値を第1閾値α及び第2閾値βと比較することで、尿素水供給装置60の故障診断を実施していた。
これに対して本実施形態では、尿素水圧力差ΔPに基づいて第1閾値α及び第2閾値βを補正し、停止時ポンプ回転速度差ΔNsを、この補正された第1閾値α及び第2閾値βと比較することで、尿素水供給装置60の故障診断を実施する。
前述した第2実施形態において、尿素水噴射前の尿素水圧力Pと、尿素水の噴射を停止する直前の尿素水噴射中の尿素水圧力Pと、の差分である尿素水圧力差ΔPに基づいて算出される補正値Cは、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加したときのポンプ回転速度差ΔNと、停止時ポンプ回転速度差ΔNsと、の差分に相当する値である。
そのため、第2実施形態では、この補正値Cを停止時ポンプ回転速度差ΔNsに加算することでポンプ回転速度差ΔNの推定値を算出し、このポンプ回転速度差ΔNの推定値を第1閾値α及び第2閾値βと比較していたが、これは、停止時ポンプ回転速度差ΔNsを、第1閾値α及び第2閾値βのそれぞれから補正値Cを減算した第1補正閾値αc(=α−C)及び第2補正閾値βc(=β−C)と比較するのと同じことである。そこで本実施形態では、本実施形態では、尿素水圧力差ΔPに基づいて第1閾値α及び第2閾値βを補正し、停止時ポンプ回転速度差ΔNsを、この補正された第1閾値α及び第2閾値βと比較することとしたのである。以下、この本実施形態による尿素水供給装置60の故障診断について説明する。
図8は、本実施形態による尿素水供給装置60の故障診断について説明するフローチャートである。なお図8において、ステップS1からステップS4、ステップS9からステップS11、及びステップS21からステップS23の処理の内容は、第1実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
ステップS31において、電子制御ユニット200は、第1補正閾値αc及び第2補正閾値βcを算出する。本実施形態では電子制御ユニット200は、図7のマップを参照し、尿素水圧力差ΔPと、尿素水温度Tと、に基づいて補正値Cを算出し、予め設定されている第1閾値α及び第2閾値βのそれぞれからこの補正値Cを減算することで、第1補正閾値αc及び第2補正閾値βcを算出する。
ステップ32において、電子制御ユニット200は、停止時ポンプ回転速度差ΔNsが、第1補正閾値αcよりも大きいか否かを判定する。電子制御ユニット200は、停止時ポンプ回転速度差ΔNsが第1補正閾値αcよりも大きければ、第1の異常は発生していないと判定してステップS33の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、停止時ポンプ回転速度差ΔNsが第1補正閾値αc以下であれば、第1の異常が発生していると判定してステップS11の処理に進む。
ステップS33において、電子制御ユニット200は、停止時ポンプ回転速度差ΔNsが、第2補正閾値βc未満であるか否かを判定する。電子制御ユニット200は、停止時ポンプ回転速度差ΔNsが第2補正閾値βc未満であれば、第2の異常も発生していないと判定してステップS9の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、停止時ポンプ回転速度差ΔNsが第2補正閾値βc以上であれば、第2の異常が発生していると判定してステップS10の処理に進む。
以上説明した本実施形態によれば、尿素水供給装置60の故障診断を行うための電子制御ユニット200(故障診断装置)が、前述した第1実施形態と同様に、第1取得部、第2取得部、ポンプ回転速度差算出部、及び異常判定部を備える。
そして本実施形態による異常判定部は、第1閾値αを補正する第1補正部を備えており、第1補正部は、尿素水噴射前の流体圧力P0と、尿素水噴射中の流体圧力P1と、が一致する前の、尿素水噴射前の流体圧力P0と、尿素水噴射中の流体圧力P1と、の差分である尿素水圧力差ΔPに基づいて、第1閾値αを補正するように構成されている。より詳細には、第1補正部は、尿素水圧力差ΔPに基づいて、尿素水圧力差ΔPが大きいときほど大きくなる補正値Cを算出し、第1閾値αから補正値Cを減算するように構成され、尿素水温度Tが高いときほど、補正値Cをさらに大きくするように構成されている。
また本実施形態による異常判定部は、第2閾値βを補正する第2補正部を備えており、第2補正部は、尿素水噴射前の流体圧力Pと尿素水噴射中の流体圧力Pとが一致する前の、尿素水噴射前の流体圧力Pと尿素水噴射中の流体圧力Pとの差分である尿素水圧力差ΔPに基づいて、第2閾値βを補正するように構成されている。より詳細には、第2補正部は、尿素水圧力差ΔPに基づいて、尿素水圧力差ΔPが大きいときほど大きくなる補正値Cを算出し、第2閾値βから補正値Cを減算するように構成され、尿素水温度Tが高いときほど、補正値Cをさらに大きくするように構成されている。
このようにしても、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、尿素水供給装置60の故障診断の内容が第1実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
前述した第1実施形態では、尿素水噴射中の尿素水圧力Pを、尿素水噴射前の尿素水圧力Pまで増加させたときのポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nとの差であるポンプ回転速度差ΔNに基づいて、第1の異常及び第2の異常が発生しているか否かを判定していた。
これに対して本実施形態では、例えば工場出荷直後など、尿素水供給装置60に異常がないと判断できる初期状態のときに圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出された或る時点における尿素水噴射前の尿素水圧力及びポンプ回転速度を、尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nとして記憶しておくこととした。
そして、尿素水供給装置60の異常検出を実施するときは、第1実施形態と同様に尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nを取得し、尿素水噴射前の初期ポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前の尿素水圧力Pが尿素水噴射前の初期尿素水圧力Pになったときのポンプ回転速度Nと、の差分をポンプ回転速度差ΔNとして算出する。
このとき、ポンプ回転速度差ΔNが正常時よりも小さいときは、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nが正常時のポンプ回転速度(すなわち初期ポンプ回転速度N)よりも低いにもかかわらず、尿素水噴射前の尿素水圧力Pが尿素水噴射前の初期尿素水圧力Pに達していることになる。そのため、高圧側供給管63bや、チェックバルブ66よりも尿素水の流れ方向上流側の尿素水戻し管65において、異物等による尿素水詰まりが発生していると判定することができる。
一方で、ポンプ回転速度差ΔNが正常時よりも大きい場合は、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nが正常時のポンプ回転速度(すなわち初期ポンプ回転速度N)まで上昇したにもかかわらず、尿素水噴射前の尿素水圧力Pが尿素水噴射前の初期尿素水圧力Pに達していないことになる。そのため、高圧側供給管63bや、チェックバルブ66よりも尿素水の流れ方向上流側の尿素水戻し管65から、尿素水が漏れていると判定することができる。
図9は、この本実施形態による尿素水供給装置60の故障診断について説明するフローチャートである。なお図8において、ステップS1、及びステップS7からステップS11までの処理の内容は、第1実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
ステップS41において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nは、尿素水供給装置60に異常がないと判断できる初期状態のときに圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出されると共に記憶された、尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nを読み込む。尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nは、初期状態のときに圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出された尿素水圧力及びポンプ回転速度の瞬時値でもよいし、平均値でもよい。
ステップS42において、電子制御ユニット200は、現時点における、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nを取得する。
ステップS43において、電子制御ユニット200は、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前の初期ポンプ回転速度Nと、の差分であるポンプ回転速度差ΔNを算出する。
以上説明した本実施形態による尿素水供給装置60(流体供給装置)は、歯車ポンプ64と、歯車ポンプ64から吐出された尿素水(流体)を噴射するための尿素水噴射弁62(噴射装置)と、歯車ポンプ64と尿素水噴射弁62とを連通する高圧側供給管63b(流体通路)と、高圧側供給管63bに設けられ、歯車ポンプ64から吐出された尿素水の圧力である尿素水圧力を検出する圧力センサ67(圧力検出器)と、歯車ポンプ64の回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度センサ68(回転速度検出器)と、を備える。
そして、尿素水供給装置60の故障診断を行うための電子制御ユニット200(故障診断装置)が、尿素水噴射弁62から流体を噴射していない尿素水噴射前の或る時点における尿素水圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値を、尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nとして取得して記憶しておく記憶部と、尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nを取得した後の、尿素水噴射前の任意の時点における尿素水圧力及びポンプ回転速度、又は任意の期間における尿素水圧力及びポンプ回転速度の平均値を、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nとして取得する取得部と、尿素水噴射前の初期流体圧力Pと、尿素水噴射前の尿素水圧力Pとが一致したときの、尿素水噴射前の初期ポンプ回転速度Nと、尿素水噴射前のポンプ回転速度Nと、の差分であるポンプ回転速度差ΔNを算出するポンプ回転速度差算出部と、ポンプ回転速度差ΔNに基づいて、高圧側供給管63b又はチェックバルブ66よりも尿素水の流れ方向上流側の尿素水戻し管65において尿素水の詰まり、又は漏れの異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、を備えるように構成されている。
このように、尿素水噴射前のポンプ回転速度の初期値(初期ポンプ回転速度N)と現在値(ポンプ回転速度N)の差分であるポンプ回転速度差ΔNの変化を見ることで、高圧側供給管63bや、チェックバルブ66よりも尿素水の流れ方向上流側の尿素水戻し管65において尿素水の詰まりが発生しているか、又は尿素水の漏れが発生しているかを判断することができる。そして、ポンプ回転速度差ΔNは、詰まりや漏れが発生していなければ、歯先隙間Tや側面隙間S、尿素水の粘度μの影響を受けずに一定の値となるので、それらの異常が発生しているかを精度良く判定することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、前述した第1実施形態では、尿素水噴射前の尿素水圧力P及びポンプ回転速度Nを故障診断ごとに取得していたが、故障診断ごとに取得するのではなく、第4実施形態のように一度取得して記憶したおいた尿素水噴射前の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nを、故障診断ごとに使用するようにしても良い。
また前述した第4実施形態において、例えば工場出荷直後など、尿素水供給装置60に異常がないと判断できる初期状態のときに圧力センサ67及び回転速度センサ68によって検出された或る時点における尿素水噴射中の尿素水圧力及びポンプ回転速度を、尿素水噴射中の初期尿素水圧力P及び初期ポンプ回転速度Nとして記憶しておき、尿素水噴射中の初期ポンプ回転速度Nと、尿素水噴射中の尿素水圧力Pが尿素水噴射中の初期尿素水圧力Pになったときのポンプ回転速度Nと、の差分をポンプ回転速度差ΔNとして算出し、このポンプ回転速度差ΔNに基づいて故障診断を行うようにしてもよい。
60 尿素水供給装置(流体供給装置)
62 尿素水噴射弁(噴射装置)
63b 高圧側供給管(流体通路)
64 歯車ポンプ
65 尿素水戻し管(排出通路)
67 圧力センサ(圧力検出器)
68 回転速度センサ(回転速度検出器)
200 電子制御ユニット(故障診断装置)

Claims (15)

  1. 歯車ポンプと、
    前記歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、
    前記歯車ポンプと前記噴射装置とを連通する流体通路と、
    前記流体通路に接続され、前記歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、
    前記流体通路に設けられ、前記歯車ポンプから吐出された前記流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、
    前記歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、
    を備える流体供給装置の故障診断を行うための、流体供給装置の故障診断装置であって、
    前記噴射装置から前記流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第1取得部と、
    前記噴射装置から前記流体を噴射している流体噴射中の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射中の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第2取得部と、
    前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、が一致しているときの、前記流体噴射中のポンプ回転速度と、前記流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出部と、
    前記ポンプ回転速度差に基づいて、前記噴射装置から噴射される前記流体の流量に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、
    を備える流体供給装置の故障診断装置。
  2. 前記異常判定部は、
    前記ポンプ回転速度差が、前記流体供給装置に異常がないときの正常値よりも小さい所定の第1閾値以下であれば、前記噴射装置から噴射される前記流体の流量が正常時よりも減少している異常が発生していると判定する、
    請求項1に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  3. 前記異常判定部は、
    前記ポンプ回転速度差が、前記流体供給装置に異常がないときの正常値よりも大きい所定の第2閾値以上であれば、前記噴射装置から噴射される前記流体の流量が正常時よりも増加している異常が発生していると判定する、
    請求項1又は請求項2に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  4. 前記ポンプ回転速度差算出部は、
    前記ポンプ回転速度差の推定値を算出する推定値算出部を備え、
    前記推定値算出部は、
    前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、が一致する前の、前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、の差分である流体圧力差を算出する流体圧力差算出部と、
    前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、が一致する前の、前記流体噴射中のポンプ回転速度と、前記流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分値を算出する差分値算出部と、
    を備え、
    前記流体圧力差に基づいて、前記差分値を補正して前記ポンプ回転速度差の推定値を算出する、
    請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  5. 前記推定値算出部は、
    前記流体圧力差に基づいて、当該流体圧力差が大きいときほど大きくなる補正値を算出し、前記差分値に前記補正値を加算して、前記ポンプ回転速度差の推定値を算出する、
    請求項4に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  6. 前記推定値算出部は、
    前記流体の温度が高いときほど、前記補正値をさらに大きくする、
    請求項5に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  7. 前記異常判定部は、
    前記第1閾値を補正する第1補正部を備え、
    前記第1補正部は、
    前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、が一致する前の、前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、の差分である流体圧力差に基づいて、前記第1閾値を補正する、
    請求項2に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  8. 前記第1補正部は、
    前記流体圧力差に基づいて、当該流体圧力差が大きいときほど大きくなる補正値を算出し、前記第1閾値から前記補正値を減算する補正を実施する、
    請求項7に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  9. 前記第1補正部は、
    前記流体の温度が高いときほど、前記補正値をさらに大きくする、
    請求項8に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  10. 前記異常判定部は、
    前記第2閾値を補正する第2補正部を備え、
    前記第2補正部は、
    前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、が一致する前の、前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、の差分である流体圧力差に基づいて、前記第2閾値を補正する、
    請求項3に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  11. 前記第2補正部は、
    前記流体圧力差に基づいて、当該流体圧力差が大きいときほど大きくなる補正値を算出し、前記第2閾値から前記補正値を減算する補正を実施する、
    請求項10に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  12. 前記第2補正部は、
    前記流体の温度が高いときほど、前記補正値をさらに大きくする
    請求項11に記載の流体供給装置の故障診断装置。
  13. 歯車ポンプと、
    前記歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、
    前記歯車ポンプと前記噴射装置とを連通する流体通路と、
    前記流体通路に接続され、前記歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、
    前記流体通路に設けられ、前記歯車ポンプから吐出された前記流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、
    前記歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、
    を備える流体供給装置の故障診断を行うための、流体供給装置の故障診断装置であって、
    前記噴射装置から前記流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度として取得して記憶しておく記憶部と、
    前記流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度を取得した後の、流体噴射前の任意の時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は任意の期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する取得部と、
    前記流体噴射前の初期流体圧力と、前記流体噴射前の流体圧力とが一致したときの、前記流体噴射前の初期ポンプ回転速度と、前記流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出部と、
    前記ポンプ回転速度差に基づいて、前記流体通路において前記流体の詰まり、又は漏れの異常が発生しているか否かを判定する異常判定部と、
    を備える流体供給装置の故障診断装置。
  14. 歯車ポンプと、
    前記歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、
    前記歯車ポンプと前記噴射装置とを連通する流体通路と、
    前記流体通路に接続され、前記歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、
    前記流体通路に設けられ、前記歯車ポンプから吐出された前記流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、
    前記歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、
    を備える流体供給装置の故障診断方法であって、
    前記噴射装置から前記流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第1取得工程と、
    前記噴射装置から前記流体を噴射している流体噴射中の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射中の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する第2取得工程と、
    前記流体噴射前の流体圧力と、前記流体噴射中の流体圧力と、が一致しているときの、前記流体噴射中のポンプ回転速度と、前記流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出工程と、
    前記ポンプ回転速度差に基づいて、前記噴射装置から噴射される前記流体の流量に異常が発生しているか否かを判定する異常判定工程と、
    を備える流体供給装置の故障診断方法。
  15. 歯車ポンプと、
    前記歯車ポンプから吐出された流体を噴射するための噴射装置と、
    前記歯車ポンプと前記噴射装置とを連通する流体通路と、
    前記流体通路に接続され、前記歯車ポンプから吐出された流体のうちの余分な流体を排出するための排出通路と、
    前記流体通路に設けられ、前記歯車ポンプから吐出された前記流体の圧力である流体圧力を検出する圧力検出器と、
    前記歯車ポンプの回転速度であるポンプ回転速度を検出する回転速度検出器と、
    を備える流体供給装置の故障診断方法であって、
    前記噴射装置から前記流体を噴射していない流体噴射前の或る時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は或る期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度として取得して記憶しておく記憶工程と、
    前記流体噴射前の初期流体圧力及び初期ポンプ回転速度を取得した後の、流体噴射前の任意の時点における流体圧力及びポンプ回転速度、又は任意の期間における流体圧力及びポンプ回転速度の平均値を、流体噴射前の流体圧力及びポンプ回転速度として取得する取得工程と、
    前記流体噴射前の初期流体圧力と、前記流体噴射前の流体圧力とが一致したときの、前記流体噴射前の初期ポンプ回転速度と、前記流体噴射前のポンプ回転速度と、の差分であるポンプ回転速度差を算出するポンプ回転速度差算出工程と、
    前記ポンプ回転速度差に基づいて、前記流体通路において前記流体の詰まり、又は漏れの異常が発生しているか否かを判定する異常判定工程と、
    を備える流体供給装置の故障診断方法。
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