JPWO2018110143A1 - ヒータ制御装置及びヒータ制御方法 - Google Patents

ヒータ制御装置及びヒータ制御方法 Download PDF

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Abstract

還元剤供給装置のヒータへの電流供給回路を流れる電流の最大値を抑制可能なヒータ制御装置及びヒータ制御方法を提供する。ヒータ制御装置は、タンク内に貯蔵された還元剤を加熱するためのタンクヒータと、供給経路を含む流通経路内の還元剤を加熱するための配管ヒータとを備えたヒータ制御装置であって、タンクヒータに電流を供給する第1の電流供給回路と、配管ヒータに電流を供給する第2の電流供給回路と、第1の電流供給回路及び第2の電流供給回路と、バッテリとの間を接続する共通電流供給回路と、タンクヒータ及び配管ヒータの駆動を制御するヒータ制御部とを備え、ヒータ制御部は、タンクヒータに供給される電流と、配管ヒータに供給される電流との合計値と、共通電流供給回路の定格電流値とに基づいて、タンクヒータ及び配管ヒータの駆動を制御する。

Description

本発明は、還元剤供給装置に設けられたヒータ制御装置及びヒータ制御方法に関する。
車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中にはNOX(窒素酸化物)が含まれる場合がある。かかるNOXを還元して窒素や水等に分解することにより排気を浄化するための装置として尿素SCR(Selective CaTelystic Reduction)システムが実用化されている。尿素SCRシステムは、還元剤として尿素水溶液を使用して、排気中のNOXをアンモニアと反応させることによりNOXを分解するシステムである。
かかる尿素SCRシステムは、排気通路の途中に配置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供給するための還元剤供給装置とを備える。選択還元触媒は、尿素水溶液が加水分解して生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気中のNOXとアンモニアとの還元反応を促進する機能を有する。また還元剤供給装置は、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弁と、ポンプ及び噴射弁の制御を行う制御装置とを備える。
尿素SCRシステムで使用される尿素水溶液は濃度によって凍結温度が異なる。最も低い凍結温度でもその温度はマイナス11℃程度である。停車中に尿素水溶液が凍結して体積が膨張してポンプ又は噴射弁、尿素水溶液を流通させる配管等が破損してしまうことを防止するために、内燃機関の停止時には流通経路や噴射弁内に残留する尿素水溶液をタンクに回収する制御が行われる。回収された尿素水溶液は還元剤供給装置の起動時に還元剤供給装置内に再充填される。
他方、還元剤供給装置の起動時において、タンク内の尿素水溶液や配管等に残留する尿素水溶液が凍結していると、内燃機関の始動後に排気ガスが発生しているにもかかわらず尿素水溶液を排気通路に供給できないこととなる。このため還元剤供給装置は低温環境下において凍結した尿素水溶液を解凍させるためのヒータを備える。例えば特許文献1には、タンクに設けられた試材ヒータと尿素水溶液の配管に設けられた供給ヒータとを備えたSCR計量供給システムが開示されている。かかるヒータはタンク内の温度又は外気温度が所定温度を下回っている場合に作動される。
特開2009−293619号公報
ここで尿素水溶液を貯蔵するタンクの熱容量は比較的大きいため、タンクに設けられるヒータには多量の熱で加熱する能力が必要となる。このため、タンクに設けられるヒータ(以下、「タンクヒータ」ともいう。)として、自身の抵抗値が温度上昇に伴って増大する特性を有するPTC(Positive Temperature Coefficient)素子を備えたPTCヒータが用いられる場合がある。PTCヒータは、駆動開始時に大電流を供給して多量の熱を発生させたとしても、温度上昇に伴ってPTC素子の抵抗値が増大して電流値が徐々に減少し、発熱量も徐々に減少する。つまりPTCヒータは、電流のフィードバック回路を備えることなく自動で過度の昇温を抑制することができる。
一方尿素水溶液の流通経路は、タンクに比べて熱容量が小さく少量の熱で尿素水溶液を解凍することができる。かかる流通経路に設けられるヒータ(以下、「配管ヒータ」ともいう。)として、オーミックヒータ等の電流制御により発熱量が制御されるヒータが用いられる。このようなヒータの抵抗値の温度依存性は比較的フラットであり、自動で過度の昇温を抑制する機能を持たないことから、例えば電流値をフィードバック制御することによって駆動制御される。
内燃機関の始動時に外気温度等が低い場合、これらのタンクヒータ及び配管ヒータがともに作動される場合があり得る。大容量のPTCヒータは、通電が開始された後、昇温によってPTC素子の抵抗値が増大するまでの間に大電流を必要とするため、タンクヒータ及び配管ヒータがともに作動された場合には一時的に大きな電流が必要になる。このためタンクヒータ及び配管ヒータに電流を供給する回路は、一時的に生じる最大電流に対応可能な仕様とされなければならない。この場合、電流供給回路の構成部品として汎用性が低い部品又は高価な部品等の特殊な部品を使用しなければならなくなる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、還元剤供給装置のヒータへの電流供給回路を流れる電流の最大値を抑制し得るヒータ制御装置及びヒータ制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、タンク内に貯蔵された還元剤を加熱するためのタンクヒータと、供給経路を含む流通経路内の還元剤を加熱するための配管ヒータとを備えたヒータ制御装置であって、タンクヒータに電流を供給する第1の電流供給回路と、配管ヒータに電流を供給する第2の電流供給回路と、第1の電流供給回路及び第2の電流供給回路と、バッテリとの間を接続する共通電流供給回路と、タンクヒータ及び配管ヒータの駆動を制御するヒータ制御部とを備え、ヒータ制御部は、タンクヒータに供給される電流と、配管ヒータに供給される電流との合計値と、共通電流供給回路の定格電流値とに基づいて、タンクヒータ及び配管ヒータの駆動を制御することを特徴とするヒータ制御装置が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、タンク内に貯蔵された還元剤を加熱するためのヒータであって、共通電流供給回路及び第1の電流供給回路を経由して電流が供給されるタンクヒータ、及び、供給経路を含む流通経路内の還元剤を加熱するためのヒータであって、共通電流供給回路及び第2の電流供給回路を経由して電流が供給される配管ヒータの制御を行うヒータ制御方法であって、タンクヒータに供給される電流と、配管ヒータに供給される電流との合計値と、共通電流供給回路の定格電流値とに基づいて、タンクヒータ及び配管ヒータの駆動を制御することを特徴とするヒータ制御方法が提供される。
本発明によれば、還元剤供給装置のヒータへの電流供給回路を流れる電流の最大値を抑制することができる。
尿素SCRシステムを示す概略図である。 ヒータ制御装置の構成例を示す回路図である。 ヒータ制御装置の構成例を示すブロック図である。 タンクヒータに流れる電流値の経時変化である。 タンクヒータ及び配管ヒータの電流値の合計値の経時変化である。 タンクヒータ及び配管ヒータの電流値の合計値の経時変化である。 タンクヒータ及び配管ヒータの電流値の合計値の経時変化である。 配管ヒータの駆動開始時期の決定方法の一例を示す説明図である。 ヒータ制御方法の一例を示すフローチャートである。 ヒータ制御方法の第1の例を示すフローチャートである。 ヒータ制御方法の第2の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システムの全体構成>
図1を参照して本実施形態に係るヒータ制御装置を適用可能な尿素SCRシステム10の全体構成の一例について説明する。図1は尿素SCRシステム10の概略構成を示す模式図である。尿素SCRシステム10は選択還元触媒13と還元剤供給装置30とを備える。尿素SCRシステム10は車両又は建設機械、農機等に搭載され、液体の還元剤として尿素水溶液を用いて、ディーゼルエンジン等に代表される内燃機関5から排出される排気中のNOXを還元することで排気を浄化するシステムである。
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。この場合の凍結温度は約マイナス11℃である。尿素水溶液は、濃度が32.5%から上昇するにつれて凍結温度が上昇する特性を有しており、溶媒としての水分が蒸発することによって結晶化しやすくなる。
選択還元触媒13は、内燃機関5の排気系に設けられた排気管11の途中に配設され、尿素水溶液を用いて、内燃機関5の排気中に含まれるNOXを選択的に還元する。具体的に、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加水分解して生成されるアンモニアを吸着し、選択還元触媒13に流入する排気中のNOXをアンモニアと反応させて還元する。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特性を有する。また選択還元触媒13は、吸着可能量に対する実際のアンモニアの吸着率が高いほどNOXの還元効率が高くなる特性を有する。
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し霧状にして供給する。尿素水溶液の噴射量は、排気中に含まれるNOXの濃度や選択還元触媒13におけるアンモニアの吸着可能量、選択還元触媒13の温度等に基づいて、選択還元触媒13の下流側にNOXあるいはアンモニアが流出しないように制御される。
選択還元触媒13よりも上流側の排気管11には、排気中のNOX濃度を検出するための上流側NOXセンサ21が設けられている。また選択還元触媒13よりも下流側の排気管11には、選択還元触媒13を通過した排気中のNOX濃度を検出するための下流側NOXセンサ23が設けられている。これらの上流側NOXセンサ21及び下流側NOXセンサ23のセンサ信号は制御装置100に出力されて尿素水溶液の噴射制御に用いられる。これ以外に排気管11には、図示しない排気温度センサやアンモニアセンサ等が設けられていてもよい。
<2.還元剤供給装置>
次に、還元剤供給装置30の構成の一例について詳細に説明する。図1には還元剤供給装置30が模式的に示されている。還元剤供給装置30は、選択還元触媒13よりも上流側の排気管11に取り付けられた噴射弁51と、供給用ポンプ41及び回収用ポンプ43を有するポンプユニット40とを備える。ポンプユニット40及び噴射弁51は制御装置100によって駆動制御される。
図1に示した還元剤供給装置30において、ポンプユニット40はタンク31に備えられている。かかるポンプユニット40は、供給用ポンプ41と、回収用ポンプ43と、圧力センサ45と、配管ヒータ47とを備える。またタンク31はタンク31内に貯蔵される尿素水溶液の温度を検出するためのタンク温度センサ37を備えている。タンク温度センサ37のセンサ信号は制御装置100に出力される。なおポンプユニット40はタンク31から分離して設けられてもよい。
供給用ポンプ41はタンク31内に貯蔵された尿素水溶液を還元剤の供給経路33に吐出し、噴射弁51に対して尿素水溶液を供給する。供給用ポンプ41としては、例えば電動式のダイヤフラムポンプや電動式のギヤポンプ、電磁ポンプが用いられる。供給用ポンプ41は制御装置100によって駆動制御される。供給経路33には供給経路33内の圧力を検出するための圧力センサ45が設けられており、圧力センサ45のセンサ信号は制御装置100に出力される。制御装置100は、噴射弁51に供給される尿素水溶液の圧力が所定の目標値となるように圧力センサ45により検出される圧力と目標値との差分に基づいて供給用ポンプ41の出力をフィードバック制御する。
なお供給用ポンプ41は、供給圧力に基づいて出力がフィードバック制御される形式のものに限られない。例えば噴射弁51からの噴射量に相当する量の尿素水溶液を圧送するように出力制御が行われてもよい。この場合、圧力センサ45は省略されてもよい。
回収用ポンプ43は、内燃機関5のイグニッションスイッチがオフにされた後、供給経路33及び噴射弁51内に残留している尿素水溶液をタンク31内に回収する。回収用ポンプ43は制御装置100によって駆動制御される。制御装置100は、イグニッションスイッチがオフにされてからあらかじめ設定された時間、回収用ポンプ43を駆動し尿素水溶液をタンク31内に回収する。
なお尿素水溶液をタンク31内に回収するには、2つのポンプを用いる代わりに逆回転可能な1つのポンプを用いてもよい。また尿素水溶液をタンク31内に回収するには、ポンプによって圧送される尿素水溶液の流れる方向を切り替えるための流路切替弁を用いてもよい。流路切替弁は、例えば電磁切替弁により構成され、排気管11内への尿素水溶液の噴射制御を行う場合には尿素水溶液がタンク31側から噴射弁51側へ流れるように流路を形成し、残留する尿素水溶液をタンク31内に回収する場合には尿素水溶液が噴射弁51側からタンク31側へ流れるように流路を形成する。
噴射弁51としては、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式噴射弁が用いられる。かかる噴射弁51は電磁コイルを備え、当該電磁コイルへの通電により発生する磁力によって弁体を移動させて開弁する構造を有している。本実施形態では、噴射弁51に供給される尿素水溶液の圧力が所定の目標値となるように供給用ポンプ41の出力が制御されるため、制御装置100は尿素水溶液の目標噴射量に応じて開弁時間を調節する。かかる噴射弁51は排気管11内に直接的に尿素水溶液を噴射するものであり、噴孔が排気管11内に臨むようにして排気管11に取り付けられている。噴射弁51から噴射された尿素水溶液を均一に分散するために、排気管11内にミキサー等の拡散部材が備えられてもよい。
噴射弁51には噴射弁51を排気熱等から保護するための冷却手段が設けられてもよい。例えば冷却水の通路が設けられた冷却カバーに噴射弁51を保持させ、当該冷却水の通路に内燃機関5の冷却水を流通させることで噴射弁51が冷却されてもよい。かかる冷却手段によれば、内燃機関5の始動後に内燃機関5の冷却水が冷却カバー内を流れることにより噴射弁51の過熱が抑制される。あるいは噴射弁51の外周部に放熱フィンが設けられ、噴射弁51からの放熱効率が高められてもよい。
ここで上述のとおり、尿素水溶液の凍結温度は約マイナス11℃であり、車両の周辺環境によっては内燃機関5の停止時等に尿素水溶液が凍結するおそれがある。尿素水溶液が凍結している場合、尿素水溶液が解凍するまでの期間、尿素水溶液の噴射制御を開始することができないことになる。このため還元剤供給装置30は、尿素水溶液を速やかに解凍させるためにタンクヒータ35と配管ヒータ47とを備えている。
タンクヒータ35はタンク31内において尿素水溶液を加熱可能な位置に設けられる。尿素水溶液を貯蔵するタンク31は熱容量が大きく、タンク31内の尿素水溶液を加熱するには多量の熱で加熱する能力が必要となる。本実施形態では、タンクヒータ35としてPTC素子を有するPTCヒータが用いられている。PTC素子は抵抗値が温度上昇に伴って増大する特性を有する。つまり一定の電圧を供給することによってかかるタンクヒータ35を駆動させた場合、温度上昇に伴ってPTC素子の抵抗値が増大し電流値が徐々に減少する。このためタンクヒータ35は、作動開始時の発熱量を大きくしても温度上昇に伴って発熱量が小さくなることから、電流のフィードバック回路を備えることなく自動で過度の昇温を抑制することができる。
配管ヒータ47は供給用ポンプ41及び回収用ポンプ43に近接して設けられる。本実施形態において、配管ヒータ47は、ポンプユニット40に備えられて、供給用ポンプ41及び回収用ポンプ43を加熱可能な位置に設けられている。ただし配管ヒータの設置位置はポンプユニット40内に限られず、配管ヒータによって加熱される流通経路は供給用ポンプ41と噴射弁51とを接続する供給経路33であってもよい。また配管ヒータ47の設置数は1つに限られず複数であってもよい。なお、本明細書において、配管ヒータが設けられる「流通経路」には還元剤を吐出するポンプも含まれるものとする。
供給用ポンプ41及び回収用ポンプ43を含む尿素水溶液の流通経路はタンク31に比べて熱容量が小さい。このため配管ヒータ47は比較的小さい発熱量のヒータとすることができる。本実施形態では、配管ヒータ47として、自身の温度による抵抗値の変化が小さく、供給する電流値を制御することによって発熱量を制御可能なオーミックヒータが用いられている。つまり配管ヒータ47は、ヒータ自身で過度の昇温を抑制する機能を有していないため、制御装置100には電流値のフィードバック回路が設けられ、配管ヒータ47に供給される電流値はPID制御等によってフィードバック制御される。
本実施形態に係る尿素SCRシステム10では、内燃機関5の始動時等において、タンク31内の温度又は外気温度が低い場合にタンクヒータ35又は配管ヒータ47が駆動され凍結した尿素水溶液を解凍する制御が実行される。これにより尿素水溶液が凍結している場合においても速やかに尿素水溶液が解凍され尿素水溶液の噴射制御を早期に開始させることができる。
<3.ヒータ制御装置>
次に図1に示した尿素SCRシステム10に備えられたヒータ制御装置を例に採って本実施形態に係るヒータ制御装置について詳細に説明する。
(3−1.回路構成)
図2はタンクヒータ35及び配管ヒータ47への電力の供給を制御するヒータ制御装置80の電気回路の構成例を示している。ヒータ制御装置80は、例えば定格電圧が12Vのバッテリ(電源)60からタンクヒータ35及び配管ヒータ47への電力の供給を制御する。本実施形態に係るヒータ制御装置80において、タンクヒータ35には共通電流供給回路91及び第1の電流供給回路93を経由してバッテリ60からの電力が供給される。また配管ヒータ47には共通電流供給回路91及び第2の電流供給回路95を経由してバッテリ60からの電力が供給される。つまりタンクヒータ35に電力を供給する第1の電流供給回路93及び配管ヒータ47に電力を供給する第2の電流供給回路95はそれぞれ共通電流供給回路91から分岐して設けられている。
第1の電流供給回路93は端子81を介して制御装置100に接続される。制御装置100にはタンクヒータ35を駆動する第1のヒータ駆動回路が設けられている。第1のヒータ駆動回路によってタンクヒータ35が駆動制御され、端子85を介してタンクヒータ35に電力が供給される。
また第2の電流供給回路95は端子83を介して制御装置100に接続される。制御装置100には配管ヒータ47を駆動する第2のヒータ駆動回路が設けられている。第2のヒータ駆動回路によって配管ヒータ47が駆動制御され、端子87を介して配管ヒータ47に電力が供給される。なお本実施形態に係るヒータ制御装置80では、第2の電流供給回路95は制御装置100の電源回路への電力供給にも用いられる。
共通電流供給回路91はヒューズ61とメインリレー70とを有する。ヒューズ61は、定格電流を超える大電流が共通電流供給回路91に流れると共通電流供給回路91を遮断しタンクヒータ35及び配管ヒータ47に電力を供給する回路を保護する。メインリレー70は制御装置100によって駆動されて共通電流供給回路91を開閉する。メインリレー70は電磁コイル71と電磁コイル71への通電により駆動されるスイッチ73とを有する。電磁コイル71への電流の供給は制御装置100により制御される。スイッチ73は電磁コイル71の通電時に発生する磁力により電磁コイル71側に引き付けられて共通電流供給回路91を閉じる。
タンクヒータ35及び配管ヒータ47をともに使用しない場合、メインリレー70により共通電流供給回路91は開かれタンクヒータ35及び配管ヒータ47への電力の供給が遮断される。これによりバッテリ60の残存容量の低下が抑制され、またタンクヒータ35及び配管ヒータ47の未使用時における漏電等が防止される。メインリレー70は少なくともヒューズ61により設定される定格電流以上で使用可能となっている。かかるメインリレー70は、車両に搭載された他の電気部品に対してバッテリ60から電力を供給する電流回路に設けられる他のメインリレーと同一の部品とすることができる。つまりヒータ制御装置80のメインリレー70として特殊な部品を用いることを要せず、汎用性が高められる。
本実施形態に係るヒータ制御装置80では、共通電流供給回路91に設けられたメインリレー70によりタンクヒータ35及び配管ヒータ47への電力供給のオン又はオフが切り替えられる。したがって共通電流供給回路91に設けられるメインリレー70はタンクヒータ35及び配管ヒータ47をともに駆動させる場合に流れる最大電流に対応可能であることが求められる。換言すれば、メインリレー70として車両に搭載される汎用品が用いられる場合には、タンクヒータ35及び配管ヒータ47の制御に用いられる電流の合計値が当該メインリレー70の最大定格電流を超えないようにタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動する必要がある。
(3−2.制御装置)
図3は制御装置100の構成例を示すブロック図である。制御装置100はCPU等のマイクロコンピュータを備えて構成される。かかる制御装置100は、温度取得部111と、リレー制御部113と、ヒータ制御部115と、リレー駆動回路121と、第1のヒータ駆動回路123と、第2のヒータ駆動回路125と、タイマ127とを備える。このうち、温度取得部111、リレー制御部113及びヒータ制御部115は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される機能であってもよい。
また制御装置100はRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の図示しない記憶素子を備える。かかる制御装置100には、イグニッションスイッチ25のオン又はオフの信号、外気温度センサ27のセンサ信号、及びタンク温度センサ37のセンサ信号が入力される。
温度取得部111は、外気温度センサ27及びタンク温度センサ37のセンサ信号を読み込み、センサ信号に基づいて外気温度Te及びタンク31内の温度Ttの情報を取得する。温度取得部111は、イグニッションスイッチ25がオンになった後、所定のサイクルごとに外気温度センサ27及びタンク温度センサ37のセンサ信号を読み込む。取得された温度Te,Ttの情報は記憶素子に記憶されてもよい。取得された温度Te,Ttの情報はヒータ制御部115によるタンクヒータ35又は配管ヒータ47の駆動制御に用いられる。
リレー制御部113はリレー駆動回路121に対してメインリレー70の開閉動作の指示を出力する。リレー制御部113は、イグニッションスイッチ25がオフからオンに切り替わったときにリレー駆動回路121に対してメインリレー70の閉動作の指示を出力する。閉動作の指示を受けたリレー駆動回路121はメインリレー70の電磁コイル71に電流を供給する。これにより電磁コイル71に磁力が発生し、スイッチ73が電磁コイル71側に引き付けられて共通電流供給回路91が閉じられる。またリレー制御部113は、イグニッションスイッチ25がオンからオフに切り替わったときにメインリレー70の開動作の指示をリレー駆動回路121に出力する。開動作の指示を受けたリレー駆動回路121はメインリレー70の電磁コイル71への通電を停止する。これにより電磁コイル71の磁力は消滅し、スイッチ73が開かれて共通電流供給回路91が開かれる。
ヒータ制御部115はタンクヒータ35及び配管ヒータ47の駆動制御を実行する。ヒータ制御部115はタンクヒータ35を駆動する第1のヒータ駆動回路123及び配管ヒータ47を駆動する第2のヒータ駆動回路125に対して駆動指示を出力する。第1のヒータ駆動回路123はヒータ制御部115からの駆動指示に基づいてタンクヒータ35への電力供給を制御する。第2のヒータ駆動回路125はヒータ制御部115からの駆動指示に基づいて配管ヒータ47への電力供給を制御する。
本実施形態に係るヒータ制御装置80において、ヒータ制御部115によるタンクヒータ35及び配管ヒータ47の制御モードとして解凍モードと保温モードとが設定されている。解凍モードは、尿素水溶液が凍結状態にあると推定される場合に尿素水溶液の噴射制御を実施することなく尿素水溶液の解凍を優先的に行うモードである。保温モードは、解凍状態の尿素水溶液が凍結するおそれがある場合に解凍モードよりも小さい消費電流でタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動し保温を行うモードである。
ヒータ制御部115は、イグニッションスイッチ25がオフからオンに切り替わり制御装置100が起動すると、温度取得部111により取得されるタンク31内の温度Tt及び外気温度Teを参照する。タンク31内の温度Tt及び外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下の場合、ヒータ制御部115は解凍モードを選択する。またタンク31内の温度Ttが尿素水溶液の凍結温度を超えている一方、外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下の場合、ヒータ制御部115は保温モードを選択する。一方タンク31内の温度Tt及び外気温度Teがともに尿素水溶液の凍結温度を超えている場合、ヒータ制御部115はタンクヒータ35及び配管ヒータ47を非駆動状態とする。
なおモード選択に用いられるタンク31内の温度Tt及び外気温度Teの閾値は適宜の値に設定される。またタンク31内の温度Ttの閾値と外気温度Teの閾値とは同じであってもよいし異なっていてもよい。
タンクヒータ35の駆動制御は以下のように行われる。ヒータ制御部115は、イグニッションスイッチ25のオン時に解凍モードを選択した場合、タンク31内の温度Ttに基づいてタンクヒータ35の駆動の要否及びタンクヒータ35の駆動時間を設定する。またヒータ制御部115は、イグニッションスイッチ25のオン時に保温モードを選択した場合、外気温度Teに基づいてタンクヒータ35の駆動の要否及びタンクヒータ35の駆動時間を設定する。
解凍モード時のタンクヒータ35の駆動の要否は、上述したモード選択と同様にタンク31内の温度Ttが尿素水溶液の凍結温度以下であるか否かにより判定されてもよい。また保温モード時の配管ヒータ47の駆動の要否は、上述したモード選択と同様に外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下であるか否かにより判定されてもよい。タンクヒータ35の駆動時間はあらかじめ記憶素子に格納されたマップを参照することにより求められる。解凍モード及び保温モードいずれの場合においてもタンク31内の温度Tt又は外気温度Teが低いほどタンクヒータ35の駆動時間は長い時間に設定される。
タンクヒータ35を駆動させる場合、ヒータ制御部115は、タンクヒータ35への電圧供給を開始させるよう第1のヒータ駆動回路123に対して駆動指示を出力する。これによりタンクヒータ35に対して電流が供給され始め、尿素水溶液が解凍し始める。このときタンクヒータ35の駆動開始時においてはPTC素子が低温状態であるために、タンクヒータ35には比較的大きな電流が流れる。その後もタンクヒータ35への電圧供給が継続されるが、尿素水溶液の解凍が進むにつれタンク31内の温度Ttが徐々に上昇し、PTC素子の温度が上昇することに伴ってタンクヒータ35に流れる電流値(以下、「タンクヒータ電流」ともいう。)I_tankは徐々に低下する。そしてタンクヒータ35の駆動開始時に設定された駆動時間が経過した時に、ヒータ制御部115はタンクヒータ35への電圧供給を停止する。
上述のとおりタンクヒータ35は自動で過度の温度上昇を抑制する機能を有しているため、ヒータ制御部115はタンクヒータ35のオン又はオフの切り替えのみを制御する。つまりタンクヒータ35は、解凍モード及び保温モードのいずれのモードにおいてもタンクヒータ35への電圧供給のオン又はオフの切り替えのみを制御するが、そのときのタンク31内の温度Tt、外気温度Te又はバッテリ60の状態のうちの少なくとも1つに応じてタンクヒータ電流I_tankの最大値が異なる。
図4はPTC素子を有するタンクヒータ35に流れるタンクヒータ電流I_tankの経時変化の例を示している。図4はタンク31内に収容された尿素水溶液中にタンクヒータ35を配置し、尿素水溶液の温度がマイナス30℃の状態でタンクヒータ35に対して異なる値(10.0V,13.5V,16.0V)の電圧を供給した場合のタンクヒータ電流I_tankの経時変化を示している。つまり、PTC素子の温度がマイナス30℃の状態でタンクヒータ35の駆動を開始したときのタンクヒータ電流I_tankの経時変化を示している。
13.5V及び16.0Vの電圧を供給した場合、電圧供給の開始直後はPTC素子の温度が低いことから大きな電流が供給され、多量の熱で尿素水溶液が加熱される。このため尿素水溶液は効率よく加熱され、PTC素子の温度も上昇することによりPTC素子の抵抗値が増大し、以降のタンクヒータ電流I_tankは徐々に低下している。16.0Vの電圧を供給した場合、13.5Vの電圧を供給した場合に比べてPTCヒータの駆動開始直後からの発熱量が大きく、尿素水溶液の温度の上昇速度は大きくなる。このため16.0Vの電圧を供給した場合、13.5Vの電圧を供給した場合に比べてPTC素子の温度の上昇速度が相対的に大きく、電圧供給開始から1分後にはタンクヒータ電流I_tankが相対的に小さくなる。
また10.0Vの電圧を供給した場合、電圧供給の開始直後は16.0V及び13.5Vの電圧を供給した場合に比べてタンクヒータ電流I_tankは相対的に小さく、尿素水溶液の温度の上昇速度も相対的に小さくなる。このため10.0Vの電圧を供給した場合、PTC素子の温度の上昇速度が小さくPTC素子の抵抗値の増大速度も小さいために、タンクヒータ電流I_tankに大きな変化は見られない。
例えば新しいバッテリ60の使用開始時においては、供給電圧を16.0Vとした場合の特性線に沿ってタンクヒータ電流I_tankが変化する。またバッテリ60の経時劣化が進むと、例えば供給電圧を10.0Vとした場合の特性線に沿ってタンクヒータ電流I_tankが変化する。したがってバッテリ60が新しいほどタンクヒータ35の駆動時におけるタンクヒータ電流I_tankの最大値が大きくなりやすい。
また配管ヒータ47の駆動制御は以下のように行われる。ヒータ制御部115は、イグニッションスイッチ25のオン時に解凍モードを選択した場合及び保温モードを選択した場合のいずれの場合においても、タンク31内の温度Tt及び外気温度Teのうちのいずれか低い方の温度に基づいて配管ヒータ47の駆動の要否及び配管ヒータ47の駆動時間を設定する。タンク31内の温度Tt及び外気温度Teのうちのいずれか低い方の温度を用いることにより、尿素水溶液の解凍の確実性を高め又は尿素水溶液の再凍結防止の確実性を高めることができる。
配管ヒータ47の駆動の要否は、上述したモード選択と同様にタンク31内の温度Ttの閾値又は外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下であるか否かにより判定されてもよい。配管ヒータ47の駆動時間はあらかじめ記憶素子に格納されたマップを参照することにより求められる。解凍モード及び保温モードいずれの場合においても、タンク31内の温度Tt又は外気温度Teが低いほど配管ヒータ47の駆動時間は長い時間に設定される。
配管ヒータ47を駆動させる場合、ヒータ制御部115は、配管ヒータ47への電流供給を開始させるよう第2のヒータ駆動回路125に対して駆動指示を出力する。これにより配管ヒータ47への電流供給が開始され、尿素水溶液の流通経路内の尿素水溶液が解凍し始める。上述のとおり配管ヒータ47は温度によって抵抗値が大きく変わることがないため、PTCヒータのように自動で過度の昇温を抑制する機能を有していない。このためヒータ制御部115は、配管ヒータ47に供給される電流値(以下、「配管ヒータ電流」ともいう。)I_pathが所定の制御目標電流値I_path_tgtとなるように配管ヒータ電流I_pathをフィードバック制御する。そして配管ヒータ47の駆動開始時に設定された駆動時間が経過した時に、ヒータ制御部115は配管ヒータ47への電流供給を停止する。
例えばヒータ制御部115は、制御装置100から配管ヒータ47に電力を供給する電流経路の途中に備えられた電流センサのセンサ信号を読み込み、検出される配管ヒータ電流I_pathと制御目標電流値I_path_tgtとの差分に基づいて配管ヒータ47に供給する配管ヒータ電流I_pathをフィードバック制御してもよい。配管ヒータ47に供給される配管ヒータ電流I_pathはシャント抵抗器等を用いた電流センサにより検出されてもよいし、供給電圧及び外気温度Te等に基づいて推定されてもよい。
制御目標電流値I_path_tgtは、配管ヒータ47により尿素水溶液が解凍され、かつ、解凍後に尿素水溶液の再凍結が防止されるように設定される。本実施形態では、ヒータ制御部115は配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtを解凍モードと保温モードとで異ならせている。保温モードは解凍状態の尿素水溶液の凍結を抑制するモードであり、解凍モード時と比べて制御目標電流値I_path_tgtは小さく設定される。配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtはタンクヒータ35に供給されるタンクヒータ電流I_tankよりも小さくされる。少なくともタンクヒータ35の駆動開始後のしばらくの期間には、配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtはタンクヒータ35に供給されるタンクヒータ電流I_tankよりも小さい値となっている。
ここで配管ヒータ47に供給される配管ヒータ電流I_pathは略一定に制御される一方、タンクヒータ35に供給されるタンクヒータ電流I_tankは駆動開始直後には大きな値となりその後徐々に減少する。このためタンクヒータ35の駆動開始時に配管ヒータ47が駆動していると、タンク31内の温度Ttやバッテリ60の劣化状態によってはヒータ制御に必要とされる電流の合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えるおそれがある。
図5は、タンク31内の温度Ttがマイナス30℃の状態で還元剤供給装置30を起動し、解凍モードでタンクヒータ35及び配管ヒータ47を同時に駆動開始したときの電流値の経時変化の一例を示す説明図である。図5は共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxが15.0Aであり、制御装置100の消費電流が0.5Aであり、解凍モード中の配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtが4.4Aであり、かつ、新しいバッテリ60が使用されている場合の例を示している。また外気温度Teはマイナス30℃で一定である場合の例を示している。
以下、第1の電流供給回路93を経由してタンクヒータ35に供給される電流を「タンクヒータ電流I_tank」といい、第2の電流供給回路95を経由して配管ヒータ47に供給される電流を「配管ヒータ電流I_path」という。なお、上述のとおり本実施形態に係るヒータ制御装置80では、配管ヒータ47に電力を供給する第2の電流供給回路95が制御装置100の電源回路への電力供給にも用いられるため「配管ヒータ電流I_path」には制御装置100自身の消費電流も含まれる。
時刻t1において制御装置100が起動されると、制御装置100の電源回路に0.5Aの電流が流れる。したがって配管ヒータ電流I_pathは0.5Aとなっている。このときタンクヒータ35及び配管ヒータ47は駆動されていないため、共通電流供給回路91には0.5Aの電流が流れる。
時刻t2においてタンクヒータ35及び配管ヒータ47が同時に駆動開始されると、タンクヒータ35及び配管ヒータ47に対してそれぞれ電流が供給される。配管ヒータ47には4.4Aの電流が供給され、電源回路に流れる0.5Aの電流と併せて配管ヒータ電流I_pathは4.9Aとなっている。またタンクヒータ35の駆動開始時には、タンクヒータ35には13.3Aの電流が供給され、タンクヒータ電流I_tankは13.3Aとなっている。したがって共通電流供給回路91には、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値である18.2Aの電流が流れる。かかる電流値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_max(=15.0A)を超えている。
その後、タンクヒータ35によってタンク31内の尿素水溶液が解凍され、タンク31内の温度Ttの上昇に伴ってPTC素子の抵抗値が増大しタンクヒータ電流I_tankは徐々に低下する。ただしタンクヒータ電流I_tankが10.1A未満に低下するまでの期間、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超える状態が継続する。そして時刻t3においてタンクヒータ電流I_tankが10.0Aまで低下すると、以降の配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを下回る。
このようにタンクヒータ35と配管ヒータ47とを同時に駆動開始させると、駆動開始後のしばらくの期間、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えることになる。このため最大の電流値に対応可能な特殊なメインリレー70等を用いなければならない。
これに対して本実施形態に係るヒータ制御装置80のヒータ制御部115は、タンクヒータ35の駆動を開始する際には配管ヒータ47を非駆動状態とする。またヒータ制御部115は、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ電流I_pathとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないようにタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動する。これによりタンクヒータ35の駆動開始直後の期間に配管ヒータ47への電流供給が行われなくなり、共通電流供給回路91を流れる電流が最大定格電流I_maxを超えることを抑制することができる。その結果共通電流供給回路91に設けられるメインリレー70等の構成部品として汎用品を用いることができるようになりコストの上昇も抑制することができる。
図6は配管ヒータ47の駆動開始時期をタンクヒータ35の駆動開始時期から遅らせたときの電流値の経時変化の一例を示す説明図である。ヒータ制御装置80の仕様は図5の例と同一である。
時刻t11において制御装置100が起動され、制御装置100の電源回路に0.5Aの電流が流れて共通電流供給回路91には0.5Aの電流が流れる。時刻t12において配管ヒータ47が非駆動状態で維持される一方、タンクヒータ35が駆動開始されるとタンクヒータ35に対して電流が供給される。タンクヒータ35の駆動開始時にはタンクヒータ35には13.3Aの電流が供給され、タンクヒータ電流I_tankは13.3Aとなっている。したがって共通電流供給回路91には配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値である13.8Aの電流が流れる。かかる電流値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_max(=15.0A)を下回っている。
その後タンクヒータ35によってタンク31内の尿素水溶液が解凍され、タンク31内の温度Ttの上昇に伴ってPTC素子の抵抗値が増大し、タンクヒータ電流I_tankは徐々に低下する。そして時刻t13においてタンクヒータ電流I_tankが10.0Aまで低下したときに、配管ヒータ47が駆動開始され配管ヒータ47に対して電流が供給される。配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtは4.4Aであるため、共通電流供給回路91には配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値である14.9Aの電流が流れる。かかかる電流値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えることがなく、以降の配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_max未満で維持される。
図7はタンクヒータ35よりも先に配管ヒータ47が駆動開始した場合における配管ヒータ47及びタンクヒータ35の制御方法及び電流値の経時変化の一例を示す説明図である。図7に示す例は、タンクヒータ35の駆動開始条件が成立するよりも前に配管ヒータ47の駆動開始条件が成立した場合の例である。ヒータ制御装置80の仕様は図5の例と同一である。
時刻t21において制御装置100が起動され、制御装置100の電源回路に0.5Aの電流が流れて、共通電流供給回路91には0.5Aの電流が流れる。時刻t22においてタンクヒータ35が非駆動状態で維持される一方、配管ヒータ47が駆動開始されると配管ヒータ47に対して4.4Aの電流が供給され、電源回路に流れる0.5Aの電流と併せて配管ヒータ電流I_pathは4.9Aとなっている。
さらに時刻t23においてタンクヒータ35の駆動開始条件が成立すると、配管ヒータ47の駆動が一旦停止されタンクヒータ35の駆動が開始される。これによりタンクヒータ35に対して電流が供給される。タンクヒータ35の駆動開始時にはタンクヒータ35には13.3Aの電流が供給され、タンクヒータ電流I_tankは13.3Aとなっている。したがって共通電流供給回路91には、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値である13.8Aの電流が流れる。かかる電流値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_max(=15.0A)を下回っている。
その後タンクヒータ35によってタンク31内の尿素水溶液が解凍され、タンク31内の温度Ttの上昇に伴ってPTC素子の抵抗値が増大し、タンクヒータ電流I_tankは徐々に低下する。そして時刻t24においてタンクヒータ電流I_tankが10.0Aまで低下したときに、配管ヒータ47の駆動が再開され配管ヒータ47に対して再び4.4Aの電流が供給される。このとき共通電流供給回路91には、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値である14.9Aの電流が流れる。かかる電流値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えることがなく、以降の配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値は共通電流供給回路91の最大定格電流I_max未満で維持される。
このようにタンクヒータ35の駆動開始時に配管ヒータ47を非駆動状態とすることによって、タンクヒータ電流I_tankが大きい間は配管ヒータ47に電流が供給されなくなる。したがって共通電流供給回路91に最大定格電流I_maxを超える電流が流れることを抑制することができる。
ヒータ制御部115はタンクヒータ35の駆動開始後、例えばタンクヒータ電流I_tankを検出又は推定し、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_max未満となったときに配管ヒータ47の駆動を開始させてもよい。タンクヒータ電流I_tankは、例えばシャント抵抗器等を用いた電流センサにより検出されてもよい。あるいはタンクヒータ電流I_tankは、あらかじめ求められたタンクヒータ35の電流特性、バッテリ電圧の値、外気温度Te又はタンク31内の温度Tt等のうちの少なくとも一つの情報に基づいて推定されてもよい。この場合タンクヒータ電流I_tankの検出精度あるいは推定精度を考慮して、共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxよりも小さい値が閾値として設定されてもよい。
またヒータ制御部115は、タンクヒータ35の駆動開始後に配管ヒータ47の駆動を開始させる時期をタンク31内の温度Tt又は外気温度Teに基づいて決定してもよい。タンク31内の温度Tt又は外気温度Teが低いほど、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_max未満となるまでの時間が長くなるからである。さらにヒータ制御部115は、タンクヒータ35の駆動開始後に配管ヒータ47の駆動を開始させる時期をバッテリ60の電圧に基づいて決定してもよい。バッテリ60の電圧が低いほど、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_max未満となるまでの時間が長くなるからである。
図8はタンクヒータ35を駆動開始してから配管ヒータ47の駆動を開始させるまでの設定遅延時間t_delay_setの決定方法の一例を示す説明図である。図8に示す例においてヒータ制御部115は、バッテリ電圧Vb及びタンク31内の温度Ttを取得し、第1のマップmap1を参照して第1の遅延時間t_delay_1を求める。またヒータ制御部115はバッテリ電圧Vb及び外気温度Teを取得し、第2のマップmap2を参照して第2の遅延時間t_delay_2を求める。そしてヒータ制御部115は、求められた第1の遅延時間t_delay_1及び第2の遅延時間t_delay_2のうちのいずれか大きい方の値を設定遅延時間t_delay_setとして選択する。いずれか大きい方の値を設定遅延時間t_delay_setとすることにより共通電流供給回路91に最大定格電流I_maxを超える電流が流れないようにする確実性を高めることができる。
第1のマップmap1及び第2のマップmap2は、それぞれ図4に例示されるようなタンク31内の温度Tt又は外気温度Teと、バッテリ電圧Vbと、タンクヒータ35への通電開始後の電流値の変化との関係に基づいてあらかじめ作成され、記憶素子に格納される。第1のマップmap1及び第2のマップmap2では、それぞれタンクヒータ35のPTC素子の温度がタンク31内の温度Ttあるいは外気温度Teに近似するものとして、複数のバッテリ電圧Vbごとに、タンクヒータ35への通電開始後にタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを下回るまでの時間が設定されている。第1のマップmap1及び第2のマップmap2を作成するにあたり、さらにタンク31内の尿素水溶液の残量が考慮されてもよい。尿素水溶液の残量が少ないほどタンク31内の温度Ttの上昇速度が速く、PTC素子の温度の上昇速度も速くなりやすいからである。
このようにヒータ制御部115は、タンクヒータ電流I_tankを検出又は推定する代わりに、配管ヒータ47を駆動開始させるまでの設定遅延時間t_delay_setを設定することで配管ヒータ47の駆動開始時期を決定してもよい。
<4.ヒータ制御方法>
次に本実施形態に係るヒータ制御装置80により実行されるヒータ制御方法のフローチャートの具体例について説明する。
(4−1.第1の例)
まず図9及び図10を参照して、タンクヒータ35に供給される電流を検出又は推定する場合のフローチャートの例を説明する。かかるヒータ制御方法のフローチャートは常時実行されるように設定されてもよい。
制御装置100の起動後、制御装置100のヒータ制御部115はイグニッションスイッチ25がオンであるか否かを判別する(ステップS11)。イグニッションスイッチ25がオフの間(S11:No)、かかる判別が繰り返される。イグニッションスイッチ25がオンである場合(S11:Yes)、ヒータ制御部115はヒータの駆動が必要か否かを判別する(ステップS13)。例えばヒータ制御部115はタンク31内の温度Tt及び外気温度Teを参照し、解凍モード又は保温モードでタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動させる必要があるか否かを判別する。
具体的にはタンク31内の温度Tt及び外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下の場合、ヒータ制御部115は解凍モードでタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動させる必要があると判定する。またタンク31内の温度Ttが尿素水溶液の凍結温度を超えているものの外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下である場合、ヒータ制御部115は保温モードでタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動させる必要があると判定する。一方タンク31内の温度Tt及び外気温度Teがともに尿素水溶液の凍結温度を大きく超えている場合、ヒータ制御部115はタンクヒータ35及び配管ヒータ47を駆動させる必要がないと判定する。
ヒータ制御部115はヒータの駆動を不要と判定した場合(S13:No)、ステップS11に戻って再びイグニッションスイッチ25がオンであるか否かの判別を行う。一方ヒータ制御部115はヒータの駆動を要と判定した場合(S13:Yes)、解凍モードあるいは保温モードを起動しタンクヒータ35及び配管ヒータ47をスタンバイ状態とする(ステップS15)。
次いでヒータ制御部115は、第1のヒータ駆動回路123に対するタンクヒータ35の駆動開始条件が第2のヒータ駆動回路125に対する配管ヒータ47の駆動開始条件よりも先に成立したか否かを判別する(ステップS17)。解凍モードにおいてタンクヒータ35を駆動させるか否かは、タンク31内の温度Ttが尿素水溶液の凍結温度以下であるか否かにより判別される。また保温モードにおいて配管ヒータ47を駆動させるか否かは、外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下であるか否かにより判別される。さらに解凍モード及び保温モードともに配管ヒータ47を駆動させるか否かは、タンク31内の温度Tt又は外気温度Teが尿素水溶液の凍結温度以下であるか否かにより判別される。
配管ヒータ47の駆動開始条件よりも先にタンクヒータ35の駆動開始条件が成立した場合(S17:Yes)、ヒータ制御部115はタンクヒータ35に電圧を供給して駆動を開始させる(ステップS25)。
一方タンクヒータ35の駆動開始条件よりも先に配管ヒータ47の駆動開始条件が成立した場合(S17:No)、ヒータ制御部115は配管ヒータ47に電流を供給して駆動を開始させる(ステップS19)。このときヒータ制御部115は、配管ヒータ47の駆動継続時間を設定した上で配管ヒータ47を駆動開始させてもよい。例えばヒータ制御部115は、タンク31内の温度Tt又は外気温度Teのうちのいずれか低い方の温度に基づいて尿素水溶液を解凍又は保温するための必要駆動時間を設定する。
配管ヒータ47の駆動開始以降、ヒータ制御部115は配管ヒータ47に供給される電流が制御目標電流値I_path_tgtとなるように配管ヒータ47への供給電流をフィードバック制御する。このため制御装置100の消費電流と配管ヒータ47への供給電流との和である配管ヒータ電流I_pathはほぼ一定の値で推移する。
次いでヒータ制御部115はタンクヒータ35の駆動開始条件が成立したか否かを判別する(ステップS21)。タンクヒータ35の駆動開始条件が成立していない場合(S21:No)、ヒータ制御部115はかかる判別を繰り返す。一方タンクヒータ35の駆動開始条件が成立した場合(S21:Yes)、ヒータ制御部115は配管ヒータ47の駆動を一旦停止させて(ステップS23)、タンクヒータ35を駆動開始させる(ステップS25)。
ステップS25においてタンクヒータ35を駆動開始する場合、ヒータ制御部115はタンクヒータ35の駆動継続時間を設定した上でタンクヒータ35を駆動開始させてもよい。例えばヒータ制御部115は、解凍モードにおいてはタンク31内の温度Ttに基づいて尿素水溶液を解凍するための必要駆動時間を設定する。またヒータ制御部115は、保温モードにおいては外気温度Teに基づいて尿素水溶液を保温するための必要駆動時間を設定する。
タンクヒータ35の駆動を開始させた場合、解凍モードにおいて駆動開始直後のタンクヒータ電流I_tankが大きな値になる。しかしながらタンクヒータ35の駆動開始時には配管ヒータ47が非駆動状態になっているため、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないようになっている。その後タンクヒータ35の駆動が継続するにつれてPTC素子の温度が上昇し、タンクヒータ電流I_tankは徐々に低下する。
次いでヒータ制御部115はタンクヒータ電流I_tankを検出又は推定する(ステップS27)。例えばヒータ制御部115は、電流センサを用いてタンクヒータ35に供給される電流値を検出してもよく、バッテリ電圧Vb又は外気温度Te等に基づいてタンクヒータ35に供給される電流値を推定してもよい。次いでヒータ制御部115は、検出又は推定されたタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が、共通電流供給回路91の最大定格電流I_max未満であるか否かを判別する(ステップS29)。
タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が最大定格電流I_max以上である場合(S29:No)、ヒータ制御部115はステップS27に戻って再びタンクヒータ電流I_tankを検出又は推定する。タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が最大定格電流I_max未満になるまで、ヒータ制御部115はステップS27及びステップS29を繰り返す。
そしてタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が最大定格電流I_max未満になった場合(S29:Yes)、ヒータ制御部115は配管ヒータ47を駆動開始させる(ステップS31)。このときヒータ制御部115は、上述したステップS19の場合と同様に配管ヒータ47の駆動継続時間を設定した上で配管ヒータ47を駆動開始させてもよい。またステップS19で駆動開始させた配管ヒータ47をステップS23で一旦停止させて再び駆動させる場合においては、ステップS19で設定された駆動継続時間の設定を維持させてもよい。この場合ステップS19以降に配管ヒータ47を駆動させた時間の合算値が設定された駆動継続時間に到達するまで配管ヒータ47を駆動させる。
以降、配管ヒータ電流I_pathはほぼ一定の値で推移しタンクヒータ電流I_tankは徐々に低下する。この間、配管ヒータ電流I_pathとタンクヒータ電流I_tankとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えることがない。
次いでヒータ制御部115は尿素水溶液の解凍あるいは保温が完了したか否かを判別する(ステップS33)。本実施形態に係るヒータ制御方法の例では、ヒータ制御部115は設定されたタンクヒータ35の駆動継続時間及び配管ヒータ47の駆動継続時間が経過したか否かを判別する。タンクヒータ35の駆動継続時間及び配管ヒータ47の駆動継続時間が経過していない場合(S33:No)、ヒータ制御部115はステップS33の判別を繰り返す。一方タンクヒータ35の駆動継続時間及び配管ヒータ47の駆動継続時間が経過した場合(S33:Yes)、ヒータ制御部115はタンクヒータ35及び配管ヒータ47の駆動制御を終了する。
以上のようにヒータ制御方法の第1の例では、タンクヒータ35の駆動開始時に配管ヒータ47が非駆動状態とされ、タンクヒータ35に大電流が供給される期間、配管ヒータ47への電流の供給が停止される。したがってタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ電流I_pathとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないようにすることができる。
またヒータ制御方法の第1の例では、タンクヒータ電流I_tankが検出又は推定され、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを下回ったときに、配管ヒータ47が駆動開始される。したがってタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ電流I_pathとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないようにする確実性を高めることができる。
(4−2.第2の例)
次に図9及び図11を参照してタンクヒータ35の駆動開始から配管ヒータ47の駆動開始までの設定遅延時間を設定する場合のフローチャートの例を説明する。かかるヒータ制御方法のフローチャートは常時実行されるように設定されてもよい。ヒータ制御方法の第2の例において、図9に示すステップS11〜ステップS23までの処理は第1の例における各ステップの処理と同様に行われる。したがって、以下、図11に示すフローチャートについて説明する。図11において、図10に示すフローチャートと同一の処理を行うステップには同一の符号が付されている。
制御装置100のヒータ制御部115は、図10のステップS25と同様にタンクヒータ35を駆動開始させた後、バッテリ電圧Vb、タンク31内の温度Tt及び外気温度Teを読み込む(ステップS37)。次いでヒータ制御部115はバッテリ電圧Vb及びタンク31内の温度Ttに基づいて第1の遅延時間t_delay_1を算出する(ステップS39)。例えばヒータ制御部115はタンク31内の温度Ttと、バッテリ電圧Vbと、タンクヒータ35への通電開始後の電流値の変化との関係に基づいてあらかじめ作成され、記憶素子に格納された第1のマップmap1を参照して第1の遅延時間t_delay_1を求めてもよい。
次いでヒータ制御部115はバッテリ電圧Vb及び外気温度Teに基づいて第2の遅延時間t_delay_2を算出する(ステップS41)。例えばヒータ制御部115は外気温度Teと、バッテリ電圧Vbと、タンクヒータ35への通電開始後の電流値の変化との関係に基づいてあらかじめ作成され、記憶素子に格納された第2のマップmap2を参照して第2の遅延時間t_delay_2を求めてもよい。
第1の遅延時間t_delay_1及び第2の遅延時間t_delay_2が求められた後、ヒータ制御部115は第1の遅延時間t_delay_1及び第2の遅延時間t_delay_2のうちの大きい方の値を設定遅延時間t_delay_setに設定する(ステップS43)。次いでヒータ制御部115はタンクヒータ35を駆動開始させてからの経過時間が設定遅延時間t_delay_setに到達したか否かを判別する(ステップS45)。当該経過時間が設定遅延時間t_delay_setに到達していない場合(S45:No)、ヒータ制御部115はステップS45の判別を繰り返す。
一方タンクヒータ35を駆動開始させてからの経過時間が設定遅延時間t_delay_setに到達した場合(S45:Yes)、ヒータ制御部115は図10のフローチャートにおけるステップS31と同様に配管ヒータ47を駆動開始させる。さらにヒータ制御部115は、図10のフローチャートにおけるステップS33と同様に尿素水溶液の解凍あるいは保温が完了したか否かを判別し、タンクヒータ35の駆動継続時間及び配管ヒータ47の駆動継続時間が経過した場合(S33:Yes)、タンクヒータ35及び配管ヒータ47の駆動制御を終了する。
以上のようにヒータ制御方法の第2の例ではタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ電流I_pathとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを下回ると予測される時間(設定遅延時間t_delay_set)が経過した時に配管ヒータ47が駆動開始される。したがってタンクヒータ電流I_tankを検出又は推定しない場合であっても、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ電流I_pathとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないようにする確実性を高めることができる。
以上説明したように、本実施形態に係るヒータ制御装置80及びヒータ制御方法はタンクヒータ35を駆動開始させる場合に配管ヒータ47を非駆動状態とする。このためタンクヒータ35の駆動開始直後からタンクヒータ電流I_tankが大きい値になる期間に配管ヒータ47への電流の供給が停止され、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ電流I_pathとの合計値が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないように制御される。
また本実施形態に係るヒータ制御装置80及びヒータ制御方法は、タンクヒータ35の駆動開始後、タンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを下回ると判断できるタイミングで配管ヒータ47を駆動させる。このためタンクヒータ電流I_tankと配管ヒータ47の制御目標電流値I_path_tgtとの和が共通電流供給回路91の最大定格電流I_maxを超えないようにする確実性を高めることができる。
このように本実施形態に係るヒータ制御装置80及びヒータ制御方法では共通電流供給回路91に流れる電流が最大定格電流I_maxを超えることが抑制され、共通電流供給回路91に備えられるメインリレー70等の構成部品として汎用品を用いることができる。したがって特殊な部品を用意する必要がなくコストの上昇を抑制することができる。
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。
10 尿素SCRシステム
25 イグニッションスイッチ
27 外気温度センサ
30 還元剤供給装置
31 タンク
33 供給経路
35 タンクヒータ
37 タンク温度センサ
40 ポンプユニット
41 供給用ポンプ
43 回収用ポンプ
47 配管ヒータ
60 バッテリ
61 ヒューズ
70 メインリレー
80 ヒータ制御装置
91 共通電流供給回路
93 第1の電流供給回路
95 第2の電流供給回路
100 制御装置
111 温度取得部
113 リレー制御部
115 ヒータ制御部
121 リレー駆動回路
123 第1のヒータ駆動回路
125 第2のヒータ駆動回路

Claims (10)

  1. タンク(31)内に貯蔵された還元剤を加熱するためのタンクヒータ(35)と、供給経路(33)を含む流通経路内の還元剤を加熱するための配管ヒータ(47)とを備えたヒータ制御装置(80)において、
    前記タンクヒータ(35)に電流を供給する第1の電流供給回路(93)と、
    前記配管ヒータ(47)に電流を供給する第2の電流供給回路(95)と、
    前記第1の電流供給回路(93)及び前記第2の電流供給回路(95)と、バッテリ(60)との間を接続する共通電流供給回路(91)と、
    前記タンクヒータ(35)及び前記配管ヒータ(47)の駆動を制御するヒータ制御部(115)とを備え、
    前記ヒータ制御部(115)は、
    前記タンクヒータ(35)に供給される電流と、前記配管ヒータ(47)に供給される電流との合計値と、前記共通電流供給回路(91)の定格電流値とに基づいて、前記タンクヒータ(35)及び前記配管ヒータ(47)の駆動を制御する
    ことを特徴とするヒータ制御装置。
  2. 前記ヒータ制御部(115)は、
    前記タンクヒータ(35)への供給電流値と前記配管ヒータ(47)への供給電流値との合計が前記共通電流供給回路(91)の定格電流値を超えないように、前記タンクヒータ(35)及び前記配管ヒータ(47)を駆動する
    ことを特徴とする請求項1に記載のヒータ制御装置。
  3. 前記ヒータ制御部(115)は、
    前記タンクヒータ(35)の駆動開始後、前記タンクヒータ(35)への供給電流値と前記配管ヒータ(47)の制御目標電流値との和が前記共通電流供給回路(91)の定格電流値未満となったときに、前記配管ヒータ(47)の駆動を開始する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒータ制御装置。
  4. 前記ヒータ制御部(115)は、
    前記タンクヒータ(35)の駆動開始後に前記配管ヒータ(47)の駆動を開始する時期を前記タンク(31)内の温度又は外気温度に基づいて決定する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒータ制御装置。
  5. 前記ヒータ制御部(115)は、
    さらに前記バッテリ(60)の電圧に基づいて、前記タンクヒータ(35)の駆動開始後に前記配管ヒータ(47)の駆動を開始する時期を決定する
    ことを特徴とする請求項4に記載のヒータ制御装置。
  6. 前記ヒータ制御部(115)は、
    前記配管ヒータ(47)の駆動中に前記タンクヒータ(35)の駆動を開始する場合、前記配管ヒータ(47)の駆動を一旦停止する
    ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のヒータ制御装置。
  7. 前記ヒータ制御部(115)は、
    前記タンク(31)内の温度に基づいて前記タンクヒータ(35)の駆動の要否を決定する
    ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のヒータ制御装置。
  8. 前記ヒータ制御部(115)は、
    外気温度に基づいて前記配管ヒータ(47)の駆動の要否を決定する
    ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のヒータ制御装置。
  9. 前記共通電流供給回路(91)を開閉するリレー(70)を有する
    ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載のヒータ制御装置。
  10. タンク(31)内に貯蔵された還元剤を加熱するためのヒータであって、共通電流供給回路(91)及び第1の電流供給回路(93)を経由して電流が供給されるタンクヒータ(35)、及び、供給経路(33)を含む流通経路内の還元剤を加熱するためのヒータであって、前記共通電流供給回路(91)及び第2の電流供給回路(95)を経由して電流が供給される配管ヒータ(47)の制御を行うヒータ制御方法において、
    前記タンクヒータ(35)に供給される電流と、前記配管ヒータ(47)に供給される電流との合計値と、前記共通電流供給回路(91)の定格電流値とに基づいて、前記タンクヒータ(35)及び前記配管ヒータ(47)の駆動を制御する
    ことを特徴とするヒータ制御方法。
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