JP7108714B2 - 還元剤供給装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に使用される還元剤供給装置の制御装置に関する。特に、アイドルストップ機能を備えた車両に適用可能な還元剤供給装置の制御装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスに含まれるＮＯ_X（窒素酸化物）を分解して排気ガスを浄化するための装置として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが実用化されている。尿素ＳＣＲシステムでは、液体還元剤として尿素水溶液が用いられる。尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水溶液が分解することにより生成されるアンモニアが排気ガス中のＮＯ_Xと反応することによりＮＯ_Xが分解される。

尿素ＳＣＲシステムは、排気通路に配設された選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側の排気通路に尿素水溶液を噴射するための還元剤供給装置とを備える。選択還元触媒は、アンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯ_Xとアンモニアとの還元反応を促進する。還元剤供給装置は、タンク内に貯蔵された尿素水溶液を圧送するポンプと、ポンプにより圧送される尿素水溶液を噴射する噴射制御弁と、ポンプ及び噴射制御弁の駆動を制御する制御装置とを備える。制御装置は、噴射制御弁に供給される尿素水溶液の圧力が所定の基準圧に維持されるようにポンプの出力を制御しつつ、噴射制御弁の開閉を制御することにより、所定量の尿素水溶液を排気通路に噴射させる。

還元剤供給装置が車両に搭載される場合、低温環境下で車両が停車している間に尿素水溶液が凍結して体積が膨張し、ポンプや配管等が破損するおそれがある。このため、特許文献１に記載されているように、車両に搭載される還元剤供給装置においては、内燃機関の停止時に、還元剤供給装置内に残留する尿素水溶液をタンク内に回収する制御が実行される。内燃機関の停止時に尿素水溶液をタンク内に回収した場合、次の内燃機関の始動時において、噴射制御弁に供給される尿素水溶液の圧力が所定の基準圧となるまで尿素水溶液を還元剤供給装置内に充填した後に、尿素水溶液の噴射制御が再開される。

特開２０１６－２２３３４７号公報

近年、アイドルストップ機能を備えた車両が実用化されている。アイドルストップ機能を備えた車両では、車両が走行状態から停止したときに内燃機関が自動停止し、車両の走行開始時等、所定の条件成立時に内燃機関が再始動する。このようなアイドルストップ機能による内燃機関の停止時においては、比較的短時間で内燃機関が再始動することが予測されているため、内燃機関の再始動後に尿素水溶液の噴射制御を速やかに再開させることができるように、ポンプの駆動は継続される。

このとき、内燃機関の再始動に伴うクランキング時に、スタータモータへの電力供給に起因してバッテリの電圧が瞬間的に低下することがある。このバッテリ電圧の瞬時低下の程度が大きいと、還元剤供給装置のポンプへの供給電力が瞬間的に不足することになる。ポンプは、吐出側の圧力に抗して尿素水溶液を送り込むように駆動するため、電圧低下による不十分な電力供給状態ではポンプの運転状態を維持することができない。このような状態がポンプの異常挙動として検出されると、所定の診断制御によってポンプ自体の故障でないことが確認されるまで尿素水溶液の噴射制御を再開させることができない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、アイドルストップ機能による内燃機関の再始動に伴うクランキング時に生じるバッテリ電圧の瞬時低下に起因して尿素水溶液の噴射制御の開始が遅れることを抑制可能な還元剤供給装置の制御装置を提供することにある。

本発明のある観点によれば、アイドルストップ機能を備えた車両に搭載され、タンク内の液体還元剤を圧送するポンプと、供給される液体還元剤を噴射する噴射制御弁と、ポンプと噴射制御弁とを接続する供給通路と、供給通路とタンクとを接続する循環通路と、を備えた還元剤供給装置を制御する制御装置であって、アイドルストップ機能によらない内燃機関の停止時に、液体還元剤をタンク内に回収する回収制御部と、アイドルストップ機能による内燃機関の停止時に、供給通路内の圧力が所定の閾値未満となるようにポンプの出力を低下又は停止させ、アイドルストップ機能による内燃機関の再始動時に、供給通路内の圧力が所定の閾値未満の状態でポンプの出力を増大させる一時停止制御部と、還元剤供給装置による液体還元剤の噴射制御の開始前に、還元剤供給装置の異常診断を実行する診断制御部と、を備え、診断制御部は、アイドルストップ機能による内燃機関の再始動時には、異常診断を実行しないように構成される、還元剤供給装置の制御装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、アイドルストップ機能による内燃機関の再始動に伴うクランキング時に生じるバッテリ電圧の瞬時低下に起因して尿素水溶液の噴射制御の開始が遅れることを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る制御装置を適用可能な尿素ＳＣＲシステムを示す模式図である。 エンジン制御装置の構成例を示すブロック図である。 制御装置の構成例を示すブロック図である。 制御装置による制御処理を示すフローチャートである。 アイドルストップ機能によらない内燃機関の停止時の動作を示すフローチャートである。 アイドルストップ機能による内燃機関の停止時の動作を示すフローチャートである。 従来例を説明するためのタイムチャートである。 本実施形態の例を示すフローチャートである。 参考例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．尿素ＳＣＲシステムの構成例＞
まず、本実施形態に係る制御装置を適用可能な還元剤供給装置３０を備えた尿素ＳＣＲシステム１０の構成例について説明する。図１は、尿素ＳＣＲシステム１０の構成例を示す模式図である。

尿素ＳＣＲシステム１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関５の排気系に設けられる。内燃機関５は、クランクシャフトに連結されて始動時に内燃機関５をクランキングさせるスタータモータ３を備える。スタータモータ３の種類は特に限定されず、発電機能を備えたモータであってもよい。

尿素ＳＣＲシステム１０は、液体還元剤として尿素水溶液を用いて、内燃機関５から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを分解して排気ガスを浄化する。尿素水溶液としては、例えば凍結温度が最も低い約３２．５％濃度の尿素水溶液が用いられる。この場合の尿素水溶液の凍結温度は約－１１℃である。

尿素ＳＣＲシステム１０は、排気管１１の途中に配設された選択還元触媒１３と、選択還元触媒１３よりも上流の排気通路内に尿素水溶液を噴射する還元剤供給装置３０とを備える。選択還元触媒１３よりも上流及び下流の排気管１１には、それぞれＮＯ_X濃度を検出する上流側ＮＯ_Xセンサ２１及び下流側ＮＯ_Xセンサ２３が設けられている。上流側ＮＯ_Xセンサ２１及び下流側ＮＯ_Xセンサ２３のセンサ信号は制御装置１００に出力される。これ以外に、排気管１１には、温度センサやアンモニアセンサ等の図示しないセンサ類が設けられていてもよい。

選択還元触媒１３は、内燃機関５の排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを、アンモニアを用いて選択的に還元する機能を有する。選択還元触媒１３は、還元剤供給装置３０により噴射された尿素水溶液が分解することにより生成されたアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯ_Xをアンモニアと反応させて分解する。選択還元触媒１３は、触媒温度が高いほどアンモニアの吸着可能量が減少する性質を有する。また、選択還元触媒１３は、触媒温度が高いほど、あるいは、吸着可能量に対する実際のアンモニアの吸着量の割合が大きいほど、ＮＯ_Xの還元効率が高くなる性質を有する。

還元剤供給装置３０は、選択還元触媒１３よりも上流側で排気通路内に尿素水溶液を噴射する。還元剤供給装置３０は、噴射制御弁３１とポンプ４１とを備える。噴射制御弁３１は、選択還元触媒１３よりも上流の排気管１１に固定されている。ポンプ４１は、タンク５０内の尿素水溶液を吸い上げ、噴射制御弁３１に向けて圧送する。ポンプ４１及び噴射制御弁３１は、制御装置１００によって駆動制御される。

ポンプ４１の吸入口には、他端がタンク５０内に位置する第１の還元剤供給通路５８が接続されている。ポンプ４１の吐出口には、他端が噴射制御弁３１に接続された第２の還元剤供給通路５７が接続されている。ポンプ４１は、第１の還元剤供給通路５８を介してタンク５０内の尿素水溶液を吸い上げ、第２の還元剤供給通路５７を介して尿素水溶液を噴射制御弁３１に供給する。

第２の還元剤供給通路５７には、他端がタンク５０に接続された循環通路５９が接続されている。循環通路５９にはオリフィス７０が備えられ、第２の還元剤供給通路５７内の圧力を保持できるようになっている。オリフィス７０の代わりに一方向弁が用いられてもよい。また、第２の還元剤供給通路５７内の圧力を検出する圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３は、噴射制御弁３１に供給される尿素水溶液の圧力を検出するセンサであり、センサ信号は制御装置１００に出力される。

ポンプ４１としては、例えばダイヤフラム式又はギヤ式のモータポンプが用いられる。ポンプ４１の出力は、制御装置１００により制御される。本実施形態では、制御装置１００は、噴射制御弁３１に供給される尿素水溶液の圧力が所定の基準圧で維持されるようにポンプ４１の出力を制御する。例えば制御装置１００は、圧力センサ４３により検出される圧力と基準圧との差分に基づいて、ポンプ４１の出力をフィードバック制御する。

噴射制御弁３１は、例えば通電制御により開弁及び閉弁が切り替えられる電磁駆動式の噴射弁が用いられる。本実施形態では、制御装置１００は、噴射制御弁３１に供給される尿素水溶液の圧力が所定の基準圧となるようにポンプ４１の出力を制御しつつ、尿素水溶液の目標噴射量に応じて噴射制御弁３１の開弁時間を調節する。例えば制御装置１００は、一定の噴射サイクルごとに、噴射サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を調節することにより、尿素水溶液の噴射量を制御する。

排気通路に噴射される尿素水溶液の噴射量は、選択還元触媒１３よりも下流での排気ガス中のＮＯ_Xの濃度及びアンモニアの濃度が基準値以下となるように制御される。例えば、尿素水溶液の目標噴射量は、内燃機関５から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを浄化し得るアンモニア量と、選択還元触媒１３におけるアンモニアの目標吸着量に対する過不足のアンモニア量との合計量を生成可能な量に設定される。また、尿素水溶液の目標噴射量は、下流側ＮＯ_Xセンサ２３のセンサ値に基づいて補正されてもよい。例えば、下流側ＮＯ_Xセンサ２３により検出されるＮＯ_X濃度が所定の基準値を上回る場合には、尿素水溶液の噴射量を増量させる補正を行う。

また、還元剤供給装置３０は、装置内の尿素水溶液をタンク５０に回収する手段を備える。上述のとおり、尿素水溶液の凍結温度は低くても－１１℃程度であるため、低温環境下において内燃機関５の停止中に尿素水溶液が凍結する場合がある。装置内で尿素水溶液が凍結すると、尿素水溶液の体積が膨張して、それぞれの配管やポンプ４１、噴射制御弁３１等を破損させるおそれがある。このため、内燃機関５の停止時において、装置内の尿素水溶液はタンク５０に回収される。

本実施形態に係る還元剤供給装置３０は、ポンプ４１により圧送される尿素水溶液の流れる方向を切り換える流路切換弁３５を備える。流路切換弁３５は、排気通路への尿素水溶液の噴射制御を実行する間、ポンプ４１の吸入口を第１の還元剤供給通路５８に接続し、ポンプ４１の吐出口を第２の還元剤供給通路５７に接続する。また、流路切換弁３５は、尿素水溶液の回収制御を実行する間、ポンプ４１の吸入口を第２の還元剤供給通路５７に接続し、ポンプ４１の吐出口を第１の還元剤供給通路５８に接続する。これにより、還元剤供給装置３０内の尿素水容器がタンク５０側に吸い戻される。本実施形態において、尿素水溶液の噴射制御が実行される間、流路切換弁３５は、非通電状態に維持される。また、尿素水溶液の回収制御が実行される間、流路切換弁３５は、通電状態に維持される。このため、流路切換弁３５による電力消費量を低減することができる。

なお、尿素水溶液をタンク５０内に回収する手段は、流路切換弁３５を用いる例に限られない。例えば、ポンプ４１として逆回転可能なポンプを用い、尿素水溶液の噴射制御を実行する間はポンプ４１を正回転させる一方、尿素水溶液の回収制御を実行する間はポンプ４１を逆回転させて尿素水溶液をタンク５０側に吸い戻してもよい。また、尿素水溶液の噴射制御を実行する間に駆動させるポンプ４１とは別に、尿素水溶液の回収制御を実行する間に駆動させる別のポンプを備えてもよい。

エンジン制御装置８０及び還元剤供給装置３０の制御装置１００には、バッテリ１が接続されている。エンジン制御装置８０は、内燃機関５に備えられたスタータモータ３及び図示しない燃料噴射弁等の電子制御部品に対する供給電力を制御する。還元剤供給装置３０の制御装置１００は、還元剤供給装置３０に備えられたポンプ４１、流路切換弁３５及び噴射制御弁３１に対する供給電力を制御する。

＜２．エンジン制御装置＞
還元剤供給装置３０が備えられる内燃機関５は、車両の停止に伴って内燃機関５を自動停止させるアイドルストップ機能を備える。アイドルストップ機能は、内燃機関５のスイッチがオンになっている状態で、ブレーキペダルが踏み込まれ、車速がゼロになり、内燃機関５の回転数が所定値以下になる等、所定の自動停止条件が成立した場合に内燃機関５を停止させる機能である。また、アイドルストップ機能は、内燃機関５の自動停止中にブレーキペダルの踏み込みが緩められる等、所定の再始動条件が成立した場合に内燃機関５を再始動させる機能である。

図２は、アイドルストップ機能を実行可能なエンジン制御装置８０の構成例を示す図であり、アイドルストップ機能に関連する部分の機能構成を示している。エンジン制御装置８０の一部又は全部は、例えば、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。また、エンジン制御装置８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

エンジン制御装置８０は、処理部７１及び記憶部７９を備える。記憶部７９は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶素子により構成される。記憶部７９は、ソフトウェアプログラムや種々の演算処理に用いられるパラメータ、演算結果、センサ類による計測結果等を記憶する。記憶部７９は、ＣＤ－ＲＯＭやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体を用いて構成されてもよい。エンジン制御装置８０には、直接、あるいは、ＣＡＮ（Controller Area Network）等のバス配線を介して各種センサのセンサ信号が入力される。アイドルストップ機能に関連するセンサとしては、例えばブレーキペダルの操作量あるいは踏力を検出するペダルセンサ、車速センサ及び内燃機関５の回転数を検出する回転センサ等が例示される。

処理部７１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサからなり、ブレーキ操作量検出部７２、回転数検出部７４、車速検出部７６及びアイドルストップ制御部７８等を主要な要素として備える。これらの各部は、具体的にはＣＰＵ等のプロセッサによる演算処理の実行によって実現される機能である。

ブレーキ操作量検出部７２は、ペダルセンサのセンサ信号を取得し、ブレーキペダルの操作量を検出する。回転数検出部７４は、回転数センサのセンサ信号を取得し、内燃機関５の回転数を検出する。車速検出部７６は、車速センサのセンサ信号を取得し、車速を検出する。
ただし、回転数検出部７４や車速検出部７６による検出方法は、上記の例に制限されるものではなく、上述した方法以外の方法であってもよい。

アイドルストップ制御部７８は、上記の各部により検出される情報に基づいて、内燃機関５を自動停止させる自動停止条件が成立しているか否かを判別する。自動停止条件が成立している場合、アイドルストップ制御部７８は、内燃機関５を停止させる。自動停止条件は、例えばブレーキペダルの操作量が所定の閾値を超え、内燃機関５の回転数が所定のしきい値以下であり、さらに、車速がゼロの状態が、所定時間以上継続することであってもよい。なお、自動停止条件は、上記の例に限られるものではなく、上記以外の条件を含んでもよい。

例えばアイドルストップ制御部７８は、ブレーキペダルの操作量が所定の閾値を超え、内燃機関５の回転数が所定のしきい値以下となり、車速がゼロの状態が検知されたときにタイマカウントを開始し、同様の状態で所定時間経過した場合に自動停止条件が成立したと判定し、内燃機関５を自動停止させる。一方、タイマカウントを開始した後、所定時間経過前に、ブレーキペダルが踏み戻されたり、変速装置のシフトポジションが切り換えられたりした場合等には、アイドルストップ制御は中止され、タイマがリセットされる。

また、アイドルストップ制御部７８は、自動停止条件が成立し、内燃機関５を自動停止させた後、ブレーキペダルが踏み戻されたとき等に内燃機関５を再始動させる。具体的に、アイドルストップ制御部７８は、内燃機関５のスタータモータ３に電力を供給して内燃機関５をクランキングさせ、燃料噴射弁に電力を供給して燃料噴射を開始させて内燃機関５を再始動させる。

エンジン制御装置８０は、自動停止条件が成立し、内燃機関５が自動停止中である場合には、アイドルストップ機能によって内燃機関５が停止中であることを示す信号を還元剤供給装置３０の制御装置１００に対して出力する。

＜３．還元剤供給装置の制御装置＞
図３は、本実施形態に係る還元剤供給装置３０の制御装置１００の構成例を示す図であり、制御装置１００の機能構成を示している。エンジン制御装置８０と同様に、制御装置１００の一部又は全部は、例えば、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。また、エンジン制御装置８０は、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

制御装置１００は、処理部１１０、記憶部１４０、噴射弁駆動部１５０、ポンプ駆動部１６０及び流路切換弁駆動部１７０を備える。記憶部１４０は、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子により構成される。記憶部１４０は、ソフトウェアプログラムや種々の演算処理に用いられるパラメータ、演算結果、センサ類による計測結果等を記憶する。記憶部１４０は、ＣＤ－ＲＯＭやＨＤＤ等の記憶媒体を用いて構成されてもよい。制御装置１００には、直接、あるいは、ＣＡＮ等のバス配線を介して、上流側ＮＯ_Xセンサ２１及び下流側ＮＯ_Xセンサ２３のセンサ信号及び内燃機関５の運転状態に関する情報が入力される。

噴射弁駆動部１５０、ポンプ駆動部１６０及び流路切換弁駆動部１７０は、それぞれ電気回路により構成され、処理部１１０から出力される指令信号に基づいて動作して噴射制御弁３１、ポンプ４１又は流路切換弁３５を駆動させる。処理部１１０は、ＣＰＵやＭＰＵ等のプロセッサからなり、診断制御部１１５、噴射制御部１１１、回収制御部１１３及び一時停止制御部１１７を主要な要素として備える。これらの各部は、具体的にはＣＰＵ等のプロセッサによる演算処理の実行によって実現される機能である。

噴射制御部１１１は、内燃機関５の運転状態において、排気ガス温度、還元触媒１３の温度、還元触媒１３の下流側でのＮＯ_X濃度及び内燃機関５の運転状態に関する情報等に基づいて尿素水溶液の噴射量を制御する。具体的に、噴射制御部１１１は、内燃機関５の運転状態において、流路切換弁３５を非通電状態としつつ、圧力センサ４３によって検出される第２の還元剤供給通路５７内の圧力が所定の基準圧となるようにポンプ４１の出力を制御する。本実施形態において、基準圧は０．９ＭＰａに設定されるが、基準圧は適宜の値に設定されてよい。また、噴射制御部１１１は、排気ガス中のＮＯ_X濃度や還元触媒１３におけるアンモニアの吸着可能量に基づいて算出される尿素水溶液の目標噴射量にしたがって噴射制御弁３１の開閉を制御する。

具体的に、ポンプ４１から噴射制御弁３１に圧送される尿素水溶液の圧力は基準圧に維持されており、噴射制御弁３１が開いたときに尿素水溶液が排気通路内に噴射される。噴射制御部１１１は、尿素水溶液の目標噴射量に応じて噴射弁駆動部１５０に対して駆動指令信号を出力する。噴射弁駆動部１５０は、駆動指令信号に基づいて噴射制御弁３１をＤＵＴＹ制御し、適切な量の尿素水溶液を排気通路内に噴射する。

回収制御部１１３は、アイドルストップ機能によらない内燃機関５の停止時に、還元剤供給装置３０内の尿素水溶液をタンク５０内に回収する制御を実行する。例えば、回収制御部１１３は、アイドルストップ機能により内燃機関５が自動停止される状態でない場合に、内燃機関５の回転数がゼロになったときに流路切換弁３５を通電状態とし、ポンプ４１を駆動させることによって尿素水溶液をタンク５０側に吸い戻す。回収制御部１１３は、あらかじめ設定された時間が経過したとき、あるいは、あらかじめ設定された条件が成立したときに回収制御を終了する。

なお、回収制御部１１３が、内燃機関５の停止がアイドルストップ機能によらない停止であるか否かを判定してもよく、アイドルストップ機能によらない内燃機関５の停止であることを示す情報をエンジン制御装置８０から受信することにより、アイドルストップ機能によらない内燃機関５の停止を検知してもよい。内燃機関５の停止を検知する方法は、内燃機関５の回転数がゼロになったか否かに基づき判定する方法に限られない。

診断制御部１１５は、還元剤供給装置３０による尿素水溶液の噴射制御の開始前に、還元剤供給装置３０の異常診断を実行する。上述のとおり、尿素水溶液は約－１１℃で凍結する。また、排気熱の影響や自然蒸発等によって尿素水溶液の濃度が上昇すると尿素水溶液の凍結温度が上昇するために、尿素水溶液が凍結あるいは凝固しやすくなる。したがって、還元剤供給装置３０の噴射制御の開始時に尿素水溶液が凍結していないことを確認する必要がある。このほか、ポンプ４１や噴射制御弁３１が正常に動作することを確認する必要がある。

このため、診断制御部１１５は、以下に例示する種々の診断制御を実行する。例えば診断制御部１１５は、還元剤供給装置３０の作動開始前に、タンク５０内の温度やポンプ４１の周囲の温度等に基づいて尿素水溶液が凍結しているか否かを判定する。尿素水溶液が凍結していると判定される場合、診断制御部１１５は、尿素水溶液を解凍する制御を実行する。また、診断制御部１１５は、ポンプ４１を作動させたときのポンプ４１の回転数が、あらかじめ設定された目標回転数の範囲内であるか否かを見ることによって、ポンプ４１が正常に動作しているか否かを判定する。

また、診断制御部１１５は、噴射制御弁３１に電流を供給したときの供給電流値の波形に基づいて、噴射制御弁３１が正常に動作しているか否かを判定する。この場合、噴射制御弁３１のバルブピストンが最大リフト位置に到達することにより生じる逆起電流が現れた場合、診断制御部１１５は、噴射制御弁３１が正常に動作していると判定する。また、診断制御部１１５は、回収制御部１１３による尿素水溶液の回収制御時に、例えば流路切換弁３５を通電状態としてポンプ４１を駆動させたときの、第２の還元剤供給通路５７内の圧力の低下度合いに基づいて、噴射制御弁３１の噴射孔の詰まりの発生の有無を診断する。噴射孔が詰まっている場合、診断制御部１１５は、尿素水溶液の噴射制御の開始までに、噴射孔の詰まりを解消する制御を実行する。

診断制御部１１５は、回収制御部１１３による尿素水溶液の回収制御が開始された後、及び、次の還元剤供給装置３０の起動時に、あらかじめ設定された診断制御を実行し、還元剤供給装置３０に異常がないと判定されたときに、尿素水溶液の噴射制御の実行を許可する。なお、診断制御部１１５により実行される診断制御は、上記の例以外の診断を含んでもよい。

一時停止制御部１１７は、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時に、圧力センサ４３によって検出される第２の還元剤供給通路５７内の圧力が所定の閾値未満となるようにポンプ４１の出力を低下又は停止させる。これにより、第２の還元剤供給通路５７内の尿素水溶液が循環通路５９を介してタンク５０内に戻され、第２の還元剤供給通路５７内の圧力が徐々に低下する。また、一時停止制御部１１７は、アイドルストップ機能による内燃機関５の再始動時に、第２の還元剤供給通路５７内の圧力が所定の閾値未満の状態でポンプ４１の出力を増大させる。

本実施形態に係る制御装置１００では、一時停止制御部１１７は、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時にポンプ４１を停止させ、内燃機関５の再始動時にポンプ４１の駆動を再開させる。その際、一時停止制御部１１７は、流路切換弁３５を駆動させずにポンプ４１を停止させ、その後ポンプ４１の駆動を再開させる。

なお、一時停止制御部１１７が、内燃機関５の停止がアイドルストップ機能による停止であるか否かを判定してもよく、アイドルストップ機能による内燃機関５の停止であることを示す情報をエンジン制御装置８０から受信することにより、アイドルストップ機能による内燃機関５の停止を検出してもよい。

ポンプ４１を停止させた際の第２の還元剤供給通路５７内の圧力の目安となる閾値は、ポンプ４１の仕様に応じて設定される。ポンプ４１の駆動を開始させる際に、ポンプ４１は第２の還元剤供給通路５７側の圧力に抗して尿素水溶液を吐出するため、第２の還元剤供給通路５７内の圧力が高すぎるとポンプ４１を駆動させることができない。本実施形態において、一時停止制御部１１７は、内燃機関５の自動停止時にポンプ４１を停止させ、第２の還元剤供給通路５７内の圧力を、少なくともポンプ４１の駆動を開始可能な０．１ＭＰａ未満になるまで低下させる。ただし、閾値は例示であって、０．１ＭＰａに限定されない。

また、内燃機関５の自動停止条件が成立してから再始動条件が成立するまでの時間が短い場合、つまり、ポンプ４１を停止させてから駆動を再開させるまでの時間が短い場合、第２の還元剤供給通路５７内の圧力が閾値未満となっていないことも考えられる。このため、一時停止制御部１１７は、ポンプ４１の駆動を再開させる際に、第２の還元剤供給通路５７内の圧力が閾値未満となっていることを判別したうえでポンプ４１の駆動を再開させる。

なお、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時においては、回収制御が行われることがなく、また、尿素水溶液の噴射制御の停止時間が短時間であることから、診断制御部１１５による診断制御の実行を条件とすることなく尿素水溶液の噴射制御が再開される。したがって、尿素水溶液の噴射制御の再開までの時間が短縮される。

また、一時停止制御部１１７は、第２の還元剤供給通路５７内の圧力が閾値未満となっている状態でポンプ４１の駆動を再開させるため、ポンプ４１の回転数が目標回転数の範囲から外れるおそれも低減される。したがって、尿素水溶液の噴射制御の実行開始の条件とは別に、ポンプ４１の異常を検知してフェールセーフモードに入るようなこともなくなり、尿素水溶液の噴射制御の再開までの時間が短縮される。

＜４．動作＞
次に、図４～図６に示すフローチャートに基づいて、本実施形態に係る還元剤供給装置３０の制御装置１００の動作の一例を説明する。

図４に示すように、制御装置１００の回収制御部１１３は、内燃機関５の停止を検知すると（ステップＳ１１）、内燃機関５の停止がアイドルストップ機能による停止か否かを判別する（ステップＳ１３）。回収制御部１１３は、アイドルストップ機能によらない内燃機関５の停止を直接判定してもよく、エンジン制御装置８０等の他の制御装置から送信される情報に基づいてアイドルストップ機能によらない内燃機関５の停止を判定してもよい。

内燃機関５の停止がアイドルストップ機能による停止でない場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、制御装置１００は、図５に示すフローチャートにしたがって尿素水溶液の回収制御を実行する。具体的に、回収制御部１１３は、ポンプ４１の駆動を一旦停止させ（ステップＳ２１）、次いで、流路切換弁３５を通電状態にする（ステップＳ２３）。次いで、回収制御部１１３は、ポンプ４１の駆動を再開させ（ステップＳ２５）、次いで、噴射制御弁３１を開弁する（ステップＳ２７）。これにより、ポンプ４１によって、第２の還元剤供給通路５７側の尿素水溶液がタンク５０内に吸い戻される。

次いで、回収制御部１１３は、回収制御の停止条件が成立したか否かを判別する（ステップＳ２９）。停止条件は、ポンプ４１の駆動を再開させてから、あるいは、噴射制御弁３１を開弁してからの経過時間があらかじめ設定された時間に到達したか否かであってもよく、診断制御部１１５による所定の診断制御が終了したか否かであってもよく、その両方を満たすか否かであってもよい。

回収制御の停止条件が成立していない場合（Ｓ２９／Ｎｏ）、回収制御部１１３は、ステップＳ２９の判別を繰り返す。一方、回収制御の停止条件が成立している場合（Ｓ２９／Ｙｅｓ）、回収制御部１１３は、ポンプ４１を停止させるとともに噴射制御弁３１を閉弁して、回収制御を終了する（ステップＳ３１）。

上記のステップＳ１３において、内燃機関５の停止がアイドルストップ機能による自動停止である場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、制御装置１００は、図６に示すフローチャートにしたがって、自動停止中の制御を実行する。具体的に、制御装置１００の一時停止制御部１１７は、流路切換弁３５を非通電状態に維持したまま（ステップＳ４１）、ポンプ４１の駆動を停止させる（ステップＳ４３）。このとき、噴射制御弁３１は閉弁状態で維持される。これにより、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが徐々に低下する。

次いで、一時停止制御部１１７は、アイドルストップ機能により内燃機関５が再始動したか否かを判別する（ステップＳ４５）。一時停止制御部１１７は、アイドルストップ機能による内燃機関５の再始動を直接判定してもよく、エンジン制御装置８０等の他の制御装置から送信される情報に基づいてアイドルストップ機能による内燃機関５の再始動を判定してもよい。

アイドルストップ機能による内燃機関５の再始動が行われない場合（Ｓ４５／Ｎｏ）、一時停止制御部１１７は、ステップＳ４５の判別を繰り返す。一方、アイドルストップ機能により内燃機関５が再始動した場合（Ｓ４５／Ｙｅｓ）、一時停止制御部１１７は、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ（本実施形態の例では０．１ＭＰａ）未満であるか否かを判別する（ステップＳ４７）。

第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ以上である場合（Ｓ４７／Ｎｏ）、一時停止制御部１１７は、ステップＳ４７の判別を繰り返す。一方、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ未満の場合（Ｓ４７／Ｙｅｓ）、一時停止制御部１１７は、ポンプ４１の駆動を開始させる（ステップＳ４９）。次いで、一時停止制御部１１７は、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔ（本実施形態の例では０．９ＭＰａ）を超えたか否かを判別する（ステップＳ５１）。

第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔに到達していない場合（Ｓ５１／Ｎｏ）、一時停止制御部１１７は、ステップＳ５１の判別を繰り返す。一方、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔに到達している場合（Ｓ５１／Ｙｅｓ）、一時停止制御部１１７は、尿素水溶液の噴射制御の実行を許可する（ステップＳ５３）。これにより、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕを基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔに維持するようにポンプ４１の出力が制御されつつ、噴射制御弁３１による尿素水溶液の噴射が行われる。

＜５．効果＞
次に、図７～図９を参照して、本実施形態に係る制御装置１００による制御処理の効果を説明する。図７は、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止中においてもポンプ４１の駆動を継続させる場合のタイムチャートであり、図８は、本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合のタイムチャートである。図９は、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時にポンプ４１を停止させる例であって、尿素水溶液の噴射制御の実行開始前に診断制御を実行する場合のタイムチャートである。図７～図９には、同一の時間軸により内燃機関５の状態Ｅｏ、バッテリ電圧Ｖｂ、ポンプ４１の出力Ｄｐ、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕ及び流路切換弁３５の通電状態が示されている。

図７に示すように、内燃機関５の自動停止中にポンプ４１の駆動を継続させる場合、内燃機関５の回転数Ｎｅがゼロになって内燃機関５が運転状態（Ｒ）から停止状態（Ｓ）になる時刻ｔ１以降、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるようにポンプ４１は所定の設定出力Ｄｐ＿Ａで駆動制御される。時刻ｔ２において内燃機関５の再始動条件が成立すると、内燃機関５のクランキングが開始されて、内燃機関５はクランキング状態（Ｃ）となる。

このとき、スタータモータ３への電力供給によってバッテリ電圧Ｖｂの瞬時低下が生じると、ポンプ４１への供給電力が不足して、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕを基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔに維持する運転状態を維持することができなくなる。このため、時刻ｔ３において内燃機関５が運転状態（Ｒ）となった後において、ポンプ４１の設定出力Ｄｐは上昇し続ける一方、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕは低下する。その後、ポンプ４１の設定出力Ｄｐが最大値Ｄｐ＿ｍａｘとなる状態が続く。この間、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていないために、尿素水溶液の噴射制御を再開することができない。

第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが低下して、ポンプ４１による第２の還元剤供給通路５７側への尿素水溶液の吐出が開始される時刻ｔ４以降、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが上昇する。その後、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔとなった時刻ｔ５において尿素水溶液の噴射制御が再開される。

これに対して、図８に示すように、本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合、内燃機関５の回転数Ｎｅがゼロになって内燃機関５が運転状態（Ｒ）から停止状態（Ｓ）になる時刻ｔ１において、ポンプ４１の駆動が停止される。これにより、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが徐々に低下する。ポンプ４１の駆動が停止した状態は、制御装置１００に対して極くわずかな電流が供給されている状態となっている。

このため、内燃機関５の再始動条件が成立して内燃機関５のクランキングが開始される時刻ｔ２において、バッテリ電圧の瞬時低下が生じた場合であっても、ポンプ４１を駆動させることができないような状態に移行することを避けることができる。したがって、本実施形態に係る制御装置１００によれば、スタータモータ３への電力供給に起因するバッテリ電圧の瞬時低下に対する還元剤供給装置３０の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時には、尿素水溶液の噴射制御の開始前に実行される種々の診断制御が実行されない。このため、内燃機関５のクランキングが開始される時刻ｔ２において第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ未満になっている限り、ポンプ４１の駆動が開始される。これにより第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが上昇し始める。

アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時間が短く、内燃機関５の再始動時に第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ未満になっていないとしても、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ未満になるまでの時間は還元剤供給装置３０の仕様によって決まっているため、ポンプ４１の駆動を開始させるまでの時間が過度に長くなることはない。

その後、時刻ｔ３で内燃機関５が運転状態（Ｒ）となった後、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔとなった時刻ｔ６において尿素水溶液の噴射制御が再開される。本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合、内燃機関５のクランキングが開始されてから尿素水溶液の噴射制御が再開されるまでの時間（ｔ２からｔ６までの時間）が、図７に示す例（ｔ２からｔ５までの時間）よりも短くなる。このため、排気ガス中のＮＯ_Xの浄化効率の低下を抑制することができる。

なお、内燃機関５の始動時において、尿素水溶液の噴射制御の実行開始前に種々の診断制御が実行される場合、アイドルストップ機能による内燃機関５の再始動時においても診断制御が実行されるとすると、内燃機関５のクランキングが開始されてから尿素水溶液の噴射制御が再開されるまでの時間が、本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合に比べて長くなる。特に、実行される診断制御が、ポンプ４１の駆動を停止させた状態で実行可能な診断制御を含む場合には、ポンプ４１の駆動を開始させる時期が遅れる。

具体的に、図９に示す例では、時刻ｔ２において内燃機関５の再始動条件が成立して内燃機関５のクランキングが開始された場合であっても、ポンプ４１の停止状態において実行可能な診断制御が終了する時刻ｔ７まではポンプ４１の駆動を開始させることができない。このため、内燃機関５の自動停止時にポンプ４１を停止させて第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕを低下させたとしても、内燃機関５が再始動する時刻ｔ２から、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが基準圧Ｐｕ＿ｔｇｔとなって尿素水溶液の噴射制御が再開される時刻ｔ８までの時間が長くなる。

以上説明したように、本実施形態に係る制御装置１００によれば、アイドルストップ機能による内燃機関５の停止時にポンプ４１を停止させるために、内燃機関５の再始動時にスタータモータ３への電力供給に起因してバッテリ電圧の瞬時低下が生じたとしても、バッテリ１からの供給電力がポンプ４１の必要電力を下回ることを抑制することができる。したがって、バッテリ電圧の瞬時低下に起因して、ポンプ４１が異常挙動を示していると判定されることを防ぐことができる。これにより、尿素水溶液の噴射制御の実行開始前にポンプ４１の診断に時間を要することがなくなり、内燃機関５の再始動後速やかに尿素水溶液の噴射制御を再開させることができる。その結果、排気ガス中のＮＯ_Xの浄化効率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態に係る制御装置１００によれば、尿素水溶液の噴射制御が再開するまでに種々の診断制御が実行されるものの、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時には当該診断制御は実行されることがない。このため、内燃機関５の再始動時に、診断制御の実行に時間を要することがないため、尿素水溶液の噴射制御を速やかに再開させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、制御装置１００は、アイドルストップ機能による内燃機関５の自動停止時にポンプ４１を停止させていたが、本発明はかかる例に限定されない。制御装置１００は、ポンプ４１を停止させる代わりに、第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ（本実施形態では０．１ＭＰａ）未満となり得る程度にポンプ４１の出力を低下させてもよい。このようにポンプ４１の出力を低下させた場合であっても、少なくとも第２の還元剤供給通路５７内の圧力Ｐｕが閾値Ｐｕ＿ｔｈｒｅ未満に低下する時間が経過した後に速やかにポンプ４１の駆動を開始させることができる。このため、内燃機関５の再始動後、速やかに尿素水溶液の噴射制御が再開され、排気ガス中のＮＯ_Xの浄化効率の低下を抑制することができる。

１…バッテリ、３…スタータモータ、５…内燃機関、１０…尿素ＳＣＲシステム、３０…還元剤供給装置、３１…噴射制御弁、３５…流路切換弁、４１…ポンプ、５７…第２の還元剤供給通路、５９…循環通路、８０…エンジン制御装置、１００…制御装置、１１１…噴射制御部、１１３…回収制御部、１１５…診断制御部、１１７…一時停止制御部

Claims (2)

1. アイドルストップ機能を備えた車両に搭載され、
   タンク（５０）内の液体還元剤を圧送するポンプ（４１）と、
   供給される液体還元剤を噴射する噴射制御弁（３１）と、
   前記ポンプ（４１）と前記噴射制御弁（３１）とを接続する供給通路（５７）と、
   前記供給通路（５７）と前記タンク（５０）とを接続する循環通路（５９）と、を備えた還元剤供給装置（３０）を制御する制御装置（１００）において、
   前記アイドルストップ機能によらない内燃機関（５）の停止時に、液体還元剤をタンク（５０）内に回収する回収制御部（１１３）と、
   前記アイドルストップ機能による前記内燃機関（５）の停止時に、前記供給通路（５７）内の圧力が所定の閾値未満となるように前記ポンプ（４１）の出力を低下又は停止させ、前記アイドルストップ機能による前記内燃機関（５）の再始動時に、前記供給通路（５７）内の圧力が前記所定の閾値未満の状態で前記ポンプ（４１）の出力を増大させる一時停止制御部（１１７）と、
   前記還元剤供給装置（３０）による液体還元剤の噴射制御の開始前に、前記還元剤供給装置（３０）の異常診断を実行する診断制御部（１１５）と、を備え、
   前記診断制御部（１１５）は、
   前記アイドルストップ機能による前記内燃機関（５）の再始動時には、前記異常診断を実行しないように構成される、
   還元剤供給装置の制御装置。
2. 前記回収制御部（１１３）は、
   前記アイドルストップ機能によらない前記内燃機関（５）の停止時に、流路切換弁（３５）を駆動して前記ポンプ（４１）により圧送される液体還元剤の流れる方向を逆転させた状態で前記ポンプ（４１）を駆動することにより液体還元剤を前記タンク（５０）内に回収し、
   前記一時停止制御部（１１７）は、
   前記アイドルストップ機能による前記内燃機関（５）の停止時に、前記流路切換弁（３５）を駆動させずに前記ポンプ（４１）の出力を低下又は停止させる、
   請求項１に記載の還元剤供給装置の制御装置。

Images