WO2012063530A1 - 還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置 - Google Patents

還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置 Download PDF

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成弘 大野
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Definitions

  • the present invention relates to a reducing agent injection valve abnormality determination device and a reducing agent supply device for detecting an abnormality occurring in a reducing agent injection valve that injects a reducing agent for purifying nitrogen oxide in exhaust gas into an exhaust pipe. Is.
  • an exhaust purification device that removes nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NO X ”) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a NO X purification catalyst disposed in an exhaust passage, and an aqueous urea solution and a reducing agent in the liquid, such as unburned fuel and a reducing agent supply device for injecting upstream of the NO X purification catalyst device has been put into practical use.
  • NO X nitrogen oxides
  • a reducing agent supply device used in such an exhaust purification device includes a storage tank that stores a liquid reducing agent, a pump that sucks and pumps the reducing agent in the storage tank, and injects the reducing agent to be pumped into the exhaust pipe. And a reducing agent injection valve.
  • the reducing agent injection valve is attached so that the injection hole faces the exhaust pipe, and the reducing agent is directly injected into the exhaust pipe.
  • the urea aqueous solution is adjusted to a concentration (for example, 32.5% concentration, freezing point ⁇ -11 ° C.) at which the freezing point is the lowest so that it does not freeze even in a cold region. Used.
  • concentration for example, 32.5% concentration, freezing point ⁇ -11 ° C.
  • the concentration increases due to evaporation of the solvent in the urea aqueous solution, the freezing point increases, and the urea aqueous solution is likely to coagulate. Solidification of the urea aqueous solution may cause sticking of the valve body and blockage of the nozzle hole, and may cause open sticking that cannot be closed while the nozzle hole is open or closed sticking that keeps the nozzle hole closed.
  • Closed sticking includes those in which the valve body sticks in the closed state and those in which the aqueous urea solution coagulates in the nozzle hole (hereinafter referred to as “closed sticking” in this specification, unless otherwise specified). And “sticking of the valve body in the closed state” and “blocking of the nozzle hole”).
  • fine particles such as soot contained in the exhaust enter the reducing agent injection valve through the nozzle hole and adhere to the sliding part or seating part of the valve body and solidify. As a result, the above-described open sticking and closed sticking may occur.
  • the injection control is performed based on the commanded injection amount obtained by calculation in accordance with the flow rate of NO X discharged from the internal combustion engine. If this occurs, an error may occur between the actual injection amount and the commanded injection amount even though the reducing agent injection valve is controlled according to the commanded injection amount.
  • the reducing agent injection valve when the reducing agent injection valve is open and fixed, the reducing agent supplied into the exhaust pipe becomes excessive, and the reducing agent or a component generated based on the reducing agent is a catalyst. It flows out downstream or the reducing agent adheres directly to the inner surface of the exhaust pipe.
  • the action to be taken differs depending on whether the sticking is open sticking or closed sticking.
  • the reducing agent injection valve when the reducing agent injection valve is in an open and fixed state, the reducing agent will flow down while maintaining the reducing agent pumping state, so the pump is driven until the reducing agent melts. Need to be restricted.
  • the time for performing the control for melting the reducing agent is lengthened so that the injection of the reducing agent can be started at an early stage. There is a need. Therefore, when detecting the sticking abnormality of the reducing agent injection valve, it is desired to be able to accurately discriminate open sticking or closed sticking.
  • an object of the present invention is to provide a reducing agent injection valve abnormality detection device and a reducing agent supply device capable of accurately determining whether or not there is a sticking abnormality of the reducing agent injection valve.
  • a storage tank that contains a liquid reducing agent, a pump that pumps the reducing agent, a reducing agent injection valve that injects the reducing agent pumped by the pump into the exhaust pipe of the internal combustion engine, and a pump.
  • the reducing agent injection valve abnormality detecting device for detecting an abnormality in the fixing of the reducing agent injection valve in the reducing agent supply device having the reducing agent passage connected to the reducing agent injection valve, the reducing agent injection valve is opened.
  • Reducing agent recovery control means for performing control to recover the reducing agent in the reducing agent passage to the storage tank in the state where the instruction is given, and reduction in a state where the closing instruction of the reducing agent injection valve is given after the reducing agent recovery control.
  • the reducing agent injection valve abnormality determination device of the present invention after performing the control to temporarily collect the reducing agent in the reducing agent passage in a state in which the reducing agent injection valve is instructed to open, the reducing agent injection Control is performed to refill the reducing agent passage with the reducing agent in a state in which the valve closing instruction is given, and whether or not there is a sticking abnormality is determined based on the pressure change at that time.
  • the reducing agent injection valve is in a normal state, the inside of the reducing agent passage is filled with gas after the reducing agent recovery control, but the gas is compressed because there is no escape route when refilling the reducing agent. While the pressure rises.
  • the reducing agent injection valve is in the open fixed state, the reducing agent passage is filled with gas (air or exhaust) after the reducing agent recovery control, while the reducing agent passage is filled when the reducing agent is refilled.
  • the gas inside escapes from the nozzle hole, and the pressure rises while the reducing agent to be filled is discharged from the nozzle hole.
  • the reducing agent injection valve when the reducing agent injection valve is closed and fixed, the reducing agent remains in the reducing agent passage even after the reducing agent recovery control, and in the reducing agent passage even when the reducing agent is refilled.
  • the reducing agent is not escaped from the pressure, and the pressure rises while the reducing agent is compressed.
  • the sticking abnormality of the reducing agent injection valve can be accurately detected based on the pressure change.
  • the abnormality determining means is configured to be able to determine both open and closed adhering of the reducing agent injection valve based on a pressure change.
  • the abnormality determining means is configured to be able to determine both open and closed fixation, so that it can be in either an open fixed state or a closed fixed state. In addition, it is possible to distinguish and detect each sticking abnormality by a single control.
  • the determination of the sticking abnormality is performed during the reducing agent recovery control that is performed when the internal combustion engine is stopped.
  • the control for determining the sticking abnormality of the reducing agent injection valve is performed using the reducing agent recovery control performed when the internal combustion engine is stopped, thereby reducing the reducing agent injection during operation of the internal combustion engine. It is possible to carry out abnormality determination without interrupting.
  • a reducing agent supply device includes a reducing agent injection valve for injecting a pumped reducing agent into an exhaust pipe of an internal combustion engine, and a reducing agent passage connecting the pump and the reducing agent injection valve.
  • the reducing agent injection valve abnormality determination device that can accurately detect whether the reducing agent injection valve is openly fixed or closed, the fixing agent that has occurred is provided. Appropriate measures can be taken in accordance with the abnormality, and the risk that the reducing agent injection control may be continued while the reducing agent is in an excessive state or an insufficient state can be reduced.
  • FIG. 1 is an overall view showing a configuration example of an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the structural example of the abnormality determination apparatus of the reducing agent injection valve which concerns on embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the state in a (2nd) reducing agent channel
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of the exhaust emission control device 10.
  • This exhaust purification device 10 is an exhaust purification device configured to purify NO X in exhaust discharged from an internal combustion engine 1 mounted on a vehicle or the like using a reducing agent on a NO X purification catalyst 11. is there.
  • the exhaust purification device 10 includes a NO X purification catalyst 11 interposed in the middle of the exhaust pipe 3 connected to the exhaust system of the internal combustion engine 1, and a reducing agent in the exhaust pipe 3 upstream of the NO X purification catalyst 11.
  • the main components are a reducing agent supply device 20 for injecting and supplying, and a control processing device 40 for controlling the operation of the reducing agent supply device 20.
  • the NO X purification catalyst 11 has a function of promoting the reaction between the reducing agent injected into the exhaust pipe 3 (or a reducing component generated from the reducing agent) and NO X in the exhaust.
  • a NO X purification catalyst 11 a NO X selective reduction catalyst or a NO X storage catalyst is used.
  • the NO X selective reduction catalyst is a catalyst that has a function of adsorbing a reducing agent and selectively purifying NO X in exhaust gas flowing into the catalyst using the reducing agent.
  • an aqueous urea solution or unburned fuel is used as the reducing agent.
  • ammonia (NH 3 ) generated by decomposition of urea in the urea aqueous solution reacts with NO X , so that NO X becomes nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). ).
  • NO X is nitrogen (N 2), carbon dioxide (CO 2) and water Decomposed into (H 2 O).
  • NO X storage catalyst while the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the catalyst occludes NO X in the lean state (fuel-lean state), release the NO X when the air-fuel ratio is switched to a state rich and a catalyst that functions to purify NO X with hydrocarbons in the exhaust gas (HC). NO X that has reacted with the hydrocarbon (HC) is decomposed into nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and water (H 2 O).
  • unburned fuel as a reducing agent is injected and supplied into the exhaust pipe 3 in order to make the air-fuel ratio of the exhaust rich.
  • the reducing agent supply device 20 includes a storage tank 21 for storing a liquid reducing agent, a pump unit 22 having a pump 23 for pumping the reducing agent, and the reducing agent pumped by the pump 23 in the exhaust pipe 3. And a reducing agent injection valve 25 for injecting the gas into the tank.
  • the pump 23 and the reducing agent injection valve 25 are driven and controlled by the control processing device 40.
  • the storage tank 21 and the pump 23 are connected by a first reducing agent passage 31, and the pump 23 and the reducing agent injection valve 25 are connected by a second reducing agent passage 33.
  • a return passage 35 having the other end connected to the storage tank 21 is connected to the second reducing agent passage 33, and a relief valve 37 and an orifice 38 are connected to the return passage 35 from the second reducing agent passage 23 side.
  • the second reducing agent passage 33 is provided with a pressure sensor 27 for detecting the pressure Pu in the second reducing agent passage 33.
  • the reducing agent injection valve 25 is, for example, an electromagnetic valve that is switched between open / close by switching between energization / non-energization.
  • the reducing agent injection valve 25 directly injects the reducing agent into the exhaust pipe 3 and is attached to the outer peripheral portion of the exhaust pipe 3 so that the injection hole faces the exhaust pipe 3. Yes.
  • the pump 23 for example, an electric pump capable of adjusting the output Vpump according to the energization amount is used.
  • the output Vpump of the pump 23 is a deviation between the pressure Pu detected by the pressure sensor 27 and the target value Ptgt so that the pressure Pu in the second reducing agent passage 33 is maintained at the target value Ptgt. Feedback control is performed based on ⁇ P.
  • the pump unit 22 is provided with a reverting valve 24 for switching the flow direction of the reducing agent pumped by the pump 23.
  • the reverting valve 24 is constituted by an electromagnetic switching valve, for example, and is driven by the control processing device 40.
  • the reverting valve 24 while the reverting valve 24 is energized, the inlet side of the pump 23 and the first reducing agent passage 31, and the outlet side of the pump 23 and the second reducing agent passage 33 are connected. While the energization to the reverting valve 24 is stopped, the outlet side of the pump 23 and the first reducing agent passage 31 are connected to the inlet side of the pump 23 and the second reducing agent passage 33, respectively.
  • the energization to the reverting valve 24 is stopped, and the flow path is such that the reducing agent flows from the storage tank 21 side to the reducing agent injection valve 25 side. Is switched. Further, when performing a purge process for collecting the reducing agent in the storage tank 21, the reverting valve 24 is energized so that the reducing agent flows from the reducing agent injection valve 25 side to the storage tank 21 side. The road is switched. The purging process may be performed by rotating the pump 23 in the reverse direction without using the reverting valve 24.
  • the relief valve 37 is configured as a one-way valve that blocks the flow of the reducing agent from the storage tank 21 side to the second reducing agent passage 33 side, and the pressure Pu in the second reducing agent passage 33 is opened by the relief valve 37.
  • the valve opens when the valve pressure is exceeded.
  • the relief valve 37 is closed when the inside of the second reducing agent passage 33 is depressurized during the purge process for collecting the reducing agent from the inside of the reducing agent injection valve 25 and the second reducing agent passage 33. It becomes.
  • the orifice 38 provided on the downstream side of the relief valve 37 has a function of preventing the pressure in the second reducing agent passage 33 from pulsating more than necessary as the relief valve 37 is opened and closed.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a part related to operation control of the reducing agent supply device 20 and abnormality detection of the reducing agent injection valve 25 in the configuration of the control processing device 40 of the present embodiment.
  • This control processing device 40 has a function as an abnormality detection device for the reducing agent injection valve according to the present invention.
  • the control processing device 40 is configured around a known microcomputer, and includes an ignition switch position detection means 41, a pressure detection means 43, a pump drive control means 45, a reverting valve drive control means 47, The reducing agent injection valve drive control means 49 and the abnormality determination means 51 are provided as main elements. Specifically, each of these means is realized by executing a program by a microcomputer.
  • control processing unit 40 is energized to a memory element (not shown) such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a pump 23, a reverting valve 24, and a reducing agent injection valve 25.
  • a memory element such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory)
  • pump 23 a pump 23
  • reverting valve 24 a reducing agent injection valve 25.
  • the drive circuit etc. which are not shown in figure are provided.
  • control processing device 40 receives detection signals from various sensors provided in the reducing agent supply device 20 and the internal combustion engine 1 as well as detection signals from the pressure sensor 27 and operation signals from the ignition switch. It has become.
  • the ignition switch position detecting means 41 is configured to detect the position of the ignition switch based on the operation signal of the ignition switch.
  • the pressure detection means 43 is configured to read the sensor signal of the pressure sensor 27 and detect the pressure Pu in the second reducing agent passage 33.
  • the pump drive control means 45 determines the detected pressure Pu and the target value Ptgt so that the pressure Pu in the second reducing agent passage 33 becomes a preset target value Ptgt.
  • the command output Vpump is obtained using the deviation ⁇ P of the pump 23, and the drive control of the pump 23 is performed.
  • the pump drive control means 45 is configured to perform drive control of the pump 23 at a predetermined output Vpump0 determined in advance for a predetermined time after the ignition switch is turned off when the internal combustion engine 1 is stopped. ing.
  • the reverting valve drive control means 47 stops energization to the reverting valve 24 during the operation of the internal combustion engine 1, and the flow path is arranged so that the reducing agent flows from the storage tank 21 side to the reducing agent injection valve 25 side. It is configured to switch.
  • the reverting valve drive control means 47 energizes the reverting valve 24 to execute the purge process when the internal combustion engine 1 is stopped, and the reducing agent is supplied from the reducing agent injection valve 25 side to the storage tank 21. It is configured to switch the flow path so as to flow to the side.
  • the reverting valve drive control means 47 is provided so that the reducing agent is refilled in the second reducing agent passage 33 in order to determine whether the reducing agent injection valve 25 is stuck abnormally after the start of the purge process. The energization to the reverting valve 24 is once stopped, and the flow path is switched so that the reducing agent flows from the storage tank 21 side to the reducing agent injection valve 25 side.
  • the pump drive control means 45 and the reverting valve drive control means 47 function as a reducing agent recovery control means and a reducing agent filling control means in the present invention as a whole. Yes. That is, by driving the pump 23 with the flow path held so that the reducing agent flows from the reducing agent injection valve 25 side to the storage tank 21 side, the reducing agent in the second reducing agent passage 33 is stored in the storage tank. 21 is recovered. Further, after the purge process is started, the reducing agent is refilled in the second reducing agent passage 33 by returning the flow path to the original state.
  • Reducing agent injection valve drive control means 49 during the operation of the internal combustion engine 1, the exhaust gas temperature Tgas, the catalyst temperature Tcat, NO X concentration N on the downstream side of the NO X purification catalyst 11, further relates to the operating state of the internal combustion engine 1 It is configured to determine the energization amount and energization time for the reducing agent injection valve 25 in accordance with the instructed injection amount Qu of the reducing agent calculated based on information or the like, and to perform drive control of the reducing agent injection valve 25. ing.
  • the reducing agent injection valve drive control means 49 controls the reducing agent injection valve 25 so that the reducing agent injection valve 25 is maintained in an open state so as to execute a purge process when the internal combustion engine 1 is stopped. It is comprised so that drive control may be carried out. However, the reducing agent injection valve drive control means 49 performs the reducing agent injection valve 25 in accordance with the switching of the reverting valve 24 in order to determine whether the reducing agent injection valve 25 is stuck abnormally after the start of the purge process. Is controlled so as to be once closed.
  • the abnormality determining means 51 is configured to execute a process for determining whether or not the reducing agent injection valve 25 is stuck abnormally. Specifically, the abnormality determination unit 51 determines whether the reducing agent injection valve 25 is stuck abnormally based on a change in the pressure Pu when the reducing agent is refilled in the second reducing agent passage 33 after the purge process is started. It is configured to determine the presence or absence.
  • FIGS. 3 to 5 illustrate the state in the second reducing agent passage 33 from the start of the purge process to the refilling of the reducing agent in each of the normal state, the open fixing state, and the closed fixing state. The figure for doing is shown.
  • FIGS. 3A to 3B show a state in the second reducing agent passage 33 when the reducing agent injection valve 25 is in a normal state.
  • the reducing agent injection valve 25 opens and closes in response to a valve opening or closing instruction from the control processing device 40. For this reason, during the purge process, the reducing agent is recovered while the gas (air or exhaust) is sucked into the second reducing agent passage 33 through the nozzle hole. Replaced with gas. Further, at the time of refilling with the reducing agent, there is no escape route for the gas in the second reducing agent passage 33, so that the gas in the second reducing agent passage 33 is compressed and the second reducing agent passage 33 is compressed. The inside is filled with a reducing agent.
  • FIGS. 4A to 4B show the state in the second reducing agent passage 33 when the reducing agent injection valve 25 is in the open fixed state.
  • the reducing agent injection valve 25 is always open regardless of whether the control processing device 40 opens or closes the valve. Therefore, during the purge process, the reducing agent is recovered while the gas is sucked into the second reducing agent passage 33 through the nozzle hole, so that the inside of the second reducing agent passage 33 is replaced with gas. Further, at the time of refilling of the reducing agent, the reducing agent is filled in the second reducing agent passage 33 while the gas in the second reducing agent passage 33 is discharged into the exhaust pipe 3 through the nozzle holes.
  • FIGS. 5A to 5B show a state in the second reducing agent passage 33 when the reducing agent injection valve 25 is closed and fixed.
  • the reducing agent injection valve 25 is always in a closed state regardless of the valve opening or closing instruction by the control processing device 40. Therefore, during the purge process, the reducing agent in the second reducing agent passage 33 cannot be sucked back, and the reducing agent remains in the second reducing agent passage 33.
  • the reductant is refilled, the reductant is further filled from the state in which the reductant remains in the second reductant passage 33.
  • FIG. 6 shows the transition of the pressure Pu in the second reducing agent passage 33 in each of the normal state, the open fixed state, and the closed fixed state of the reducing agent injection valve 25 shown in FIGS. .
  • the solid line indicates the pressure change in the normal state
  • the wavy line indicates the pressure change in the open fixed state
  • the alternate long and short dash line indicates the pressure change in the closed fixed state.
  • the inside of the second reducing agent passage 33 is depressurized by driving the pump 23.
  • the reducing agent injection valve 25 is open in the normal state and the open fixed state
  • the reducing agent injection valve 25 is closed in the closed fixed state, so that the pressure Pu at the closed fixed state is normal. And, it becomes a value smaller than the pressure Pu at the time of open fixing.
  • the pressure in the second reducing agent passage 33 is increased by driving the pump.
  • the pressure Pu at the time of closing and fixing in which a large amount of the reducing agent remains in the second reducing agent passage 33 is the second reducing agent. It rises more rapidly than the pressure Pu at the normal time when the passage 33 is filled with gas and at the time of open fixation.
  • the gas is discharged from the nozzle hole along with the refilling of the reducing agent at the time of open fixation, but there is no gas escape path in the normal state. For this reason, the rate of increase of the pressure Pu at the time of open fixing becomes slower than the rate of increase of the pressure Pu at the normal time.
  • the determination of whether there is open sticking or closed sticking based on the difference in pressure change is, for example, a pre-determined determination threshold value such as a pressure value after a predetermined time has elapsed, a pressure increase rate or a pressure increase amount within a predetermined time, etc. Can be implemented by comparing with However, methods other than those exemplified here may be used.
  • FIG. 7 shows a main flow of the abnormality determination method for the reducing agent injection valve 25 in the present embodiment.
  • step S1 of FIG. 7 when the control processing device 40 detects that the ignition switch is turned off, the process proceeds to step S2 and remains in the reducing agent injection valve 25 and the second reducing agent passage 33. A purge process for collecting the reducing agent in the storage tank 21 is performed.
  • FIG. 8 shows an example of a specific flow for performing the purge process.
  • the control processing device 40 turns on the energization of the reverting valve 24 so that the reducing agent flows from the reducing agent injection valve 25 side to the storage tank 21 side. While switching the path, the output Vpump of the pump 23 is set to a predetermined output Vpump0 set in advance.
  • control processing device 40 sets the drive duty of the reducing agent injection valve 25 to 100% and outputs a valve opening instruction in step S12, and then starts timer counting in step S13. Thereby, pressure reduction in the reducing agent injection valve 25 and the second reducing agent passage 33 is started.
  • control processing device 40 performs control to refill the second reducing agent passage 33 with the reducing agent in step S ⁇ b> 3.
  • FIG. 9 shows an example of a specific flow for performing refilling of the reducing agent.
  • the control processing device 40 determines whether or not the timer value T started in step S13 in FIG. 8 has reached a predetermined reference value T0.
  • the process proceeds to step S22, and the control processing device 40 stops energization of the reducing agent injection valve 25 while maintaining the output of the pump 23, and the reverting valve 24. And the flow path is switched so that the reducing agent flows from the storage tank 21 side to the reducing agent injection valve 25 side.
  • step S23 the control processing device 40 once resets the timer value and starts timer counting again. As a result, refilling of the reducing agent into the reducing agent injection valve 25 and the second reducing agent passage 33 is started.
  • control processing device 40 determines whether the reducing agent injection valve 25 is abnormal in step S ⁇ b> 4.
  • FIG. 10 shows an example of a specific flow for carrying out the abnormality determination of the reducing agent injection valve 25.
  • the control processing device 40 determines whether or not the timer value T started in step S23 of FIG. 9 has reached a predetermined reference value T1. When the timer value T reaches the reference value T1, the process proceeds to step S32.
  • the control processing device 40 detects the pressure Pu in the second reducing agent passage 33, and then proceeds to step S33, where the detected pressure Pu is detected. It is determined whether or not it is equal to or greater than a first determination threshold value Pu1.
  • the first determination threshold value Pu1 is a value that is obtained and stored in advance through experiments or the like as a threshold value for determining whether the reducing agent injection valve 25 is closed or stuck. If the detected pressure Pu is greater than or equal to the first determination threshold value Pu1, the process proceeds to step S34, where the control processing device 40 sets a flag indicating the occurrence of closed sticking, and then resets the timer value in step S38. To complete the abnormality determination. On the other hand, when the detected pressure Pu is less than the first determination threshold value Pu1, the process proceeds to step S35, and this time, it is determined whether or not the detected pressure Pu is less than the second determination threshold value Pu2. .
  • the second determination threshold value Pu2 is a value that is obtained in advance through experiments or the like and stored as a threshold value for determining whether the reducing agent injection valve 25 is stuck open. If the detected pressure Pu is less than the second determination threshold Pu2, the process proceeds to step S36, where the control processing device 40 sets a flag indicating the occurrence of open sticking, and then resets the timer value in step S38. To complete the abnormality determination. On the other hand, if the detected pressure Pu is equal to or higher than the second determination threshold value Pu2, the process proceeds to step S37, and the control processing device 40 resets both the flag indicating open fixation and the flag indicating close fixation. In step S38, the timer value is reset and the abnormality determination is terminated.
  • the pressure Pu after a lapse of a predetermined time from the start of refilling of the reducing agent is compared with the first determination threshold Pu1 and the second determination threshold Pu2, and the open fixing or the closed fixing is performed.
  • the presence / absence is determined, but as described above, the pressure increase rate and the pressure increase amount in a predetermined period may be obtained and compared with a predetermined determination threshold value.
  • the control processing device 40 turns on the energization to the reducing agent injection valve 25 and the reverting valve 24 again in step S5 and restarts the purge processing. Then, after the predetermined time has elapsed, the driving of the pump 23 is also stopped and the purge process is terminated. As a result, the operation of the reducing agent supply device 20 is completely stopped. During this time, an instruction signal for notifying the driver or the like of the occurrence of an abnormality may be generated according to whether the reducing agent injection valve 25 is firmly fixed open or closed.
  • the reducing agent injection valve is configured based on the difference in pressure change that appears in the open fixing state, the closed fixing state, and the normal state. Open adhesion and closed adhesion can be distinguished and accurately detected.
  • the abnormality determination is performed using the purge process performed when the internal combustion engine 1 is stopped, the reducing agent injection control during operation of the internal combustion engine 1 is interrupted. It is possible to carry out abnormality determination without having to do so.

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Abstract

【課題】還元剤噴射弁の固着異常の有無を精度良く判定することができる還元剤噴射弁の異常検出装置及び還元剤供給装置を提供する。 【解決手段】還元剤噴射弁の開弁指示がなされた状態で還元剤通路内の還元剤を貯蔵タンクに回収する制御を行う還元剤回収制御手段と、還元剤の回収制御後に、還元剤噴射弁の閉弁指示がなされた状態で還元剤通路に還元剤を再充填する制御を行う還元剤充填制御手段と、還元剤の再充填制御時における還元剤通路内の圧力変化に基づいて、還元剤噴射弁の固着異常の有無を判定する異常判定手段と、を備える。

Description

還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置
　本発明は、排気中の窒素酸化物を浄化するための還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁に生じた異常を検出するための還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置に関するものである。
　従来、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯＸ」と称する。）を除去する排気浄化装置の一態様として、排気通路に配設されたＮＯＸ浄化触媒と、尿素水溶液や未燃燃料等の液体の還元剤をＮＯＸ浄化触媒の上流側で噴射する還元剤供給装置とを備えた装置が実用化されている。
　このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置は、液体の還元剤を収容する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内の還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、圧送される還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁とを備えて構成されている。このうち還元剤噴射弁は、噴孔が排気管内に臨むように取り付けられ、還元剤を直接的に排気管内に噴射するようになっている。
　ここで、還元剤として尿素水溶液が用いられる場合、尿素水溶液は、寒冷地においても凍結しないように、凝固点が最も低くなる濃度（例えば３２．５％濃度、凝固点≒－１１℃）に調整されて用いられる。しかしながら、尿素水溶液中の溶媒が蒸発するなどして濃度が上昇した場合には、凝固点が上昇し、尿素水溶液が凝固しやすくなる。尿素水溶液の凝固は弁体の固着や噴孔の閉塞の原因となり、噴孔が開いたまま閉じられなくなる開固着や、噴孔が閉じられたままとなる閉固着を生じさせるおそれがある。閉固着には、閉弁状態で弁体が固着するものや、噴孔内で尿素水溶液が凝固するものがある（以下、本明細書において「閉固着」という場合には、特に説明がない限り、「閉弁状態での弁体の固着」及び「噴孔の閉塞」を含むものとする。）。
　また、還元剤の種類にかかわらず、排気に含まれるスス等の微粒子が、噴孔を介して還元剤噴射弁内に侵入し、弁体の摺動部分や着座部分等に付着して固化することにより、上述した開固着や閉固着を生じる場合もある。
　還元剤噴射弁は、内燃機関から排出されるＮＯＸの流量等に応じて演算で求められる指示噴射量に基づいて噴射制御が行われるようになっているために、還元剤噴射弁の固着異常を生じると、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁を制御しているにもかかわらず実際の噴射量と指示噴射量とに誤差が生じるおそれがある。
　そして、例えば、還元剤噴射弁が開固着状態となっている場合には、排気管内に供給される還元剤が過剰状態となって、還元剤あるいは還元剤をもとに生成される成分が触媒下流側に流出したり、還元剤が直接排気管の内面に付着したりすることになる。一方、還元剤噴射弁が閉固着状態となっている場合には、排気管内に供給される還元剤が不足し、ＮＯＸの還元効率が低下することになるとともに、内燃機関の停止時に還元剤を貯蔵タンクに回収することが困難となる。そこで、還元剤噴射弁に生じた固着異常を検出できるように構成された装置が種々提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００８－１６９７７０号公報（全文、全図）
　ところで、還元剤噴射弁の固着異常が生じている場合において、その固着が開固着であるか閉固着であるかによってとるべき対応が異なってくる。例えば、還元剤噴射弁が開固着状態となっている場合には、還元剤の圧送状態を維持したままでは還元剤が垂れ流し状態になるために、還元剤が融解するまでの間ポンプの駆動を制限する必要がある。また、還元剤噴射弁が閉固着状態となっている場合には、還元剤の噴射を早期に開始することができるように、還元剤を融解させるための制御を実施する時間を長くしたりする必要がある。したがって、還元剤噴射弁の固着異常を検出する場合には、開固着又は閉固着を精度よく判別できるようにすることが望まれている。
　本発明の発明者はこのような課題に鑑みて、還元剤通路から一旦還元剤を回収する制御を実施した後に、還元剤通路内に還元剤を再充填する制御を実施し、再充填時の還元剤通路内の圧力変化に基づいて還元剤噴射弁の固着異常を検出することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。したがって、本発明は、還元剤噴射弁の固着異常の有無を精度良く判定することができる還元剤噴射弁の異常検出装置及び還元剤供給装置を提供することを目的とする。
　本発明によれば、液体の還元剤が収容された貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプと還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、を備えた還元剤供給装置における還元剤噴射弁の固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置において、還元剤噴射弁の開弁指示がなされた状態で還元剤通路内の還元剤を貯蔵タンクに回収する制御を行う還元剤回収制御手段と、還元剤の回収制御後に、還元剤噴射弁の閉弁指示がなされた状態で還元剤通路に還元剤を再充填する制御を行う還元剤充填制御手段と、還元剤の再充填制御時における還元剤通路内の圧力変化に基づいて、還元剤噴射弁の固着異常の有無を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置が提供され、上述した課題を解決することができる。
　すなわち、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置によれば、還元剤噴射弁の開弁指示がなされた状態で還元剤通路内の還元剤を一旦回収する制御を実施した後に、還元剤噴射弁の閉弁指示がなされた状態で還元剤通路内に還元剤を再充填する制御を実施し、そのときの圧力変化に基づいて固着異常の有無が判定されるようになっている。
　このとき、還元剤噴射弁が正常な状態であれば、還元剤の回収制御後には還元剤通路内が気体で満たされる一方、還元剤の再充填時には気体の抜け道がないため、気体が圧縮されながら圧力が上昇する。また、還元剤噴射弁が開固着状態となっている場合には、還元剤の回収制御後には還元剤通路内が気体（空気や排気）で満たされる一方、還元剤の再充填時には還元剤通路内の気体が噴孔から逃され、さらに充填される還元剤が噴孔から排出されながら圧力が上昇する。さらに、還元剤噴射弁が閉固着状態となっている場合には、還元剤の回収制御後においても還元剤通路内に還元剤が残されるとともに、還元剤の再充填時においても還元剤通路内から還元剤が逃されることがなく、還元剤が圧縮されながら圧力が上昇する。
　同じ加圧状態における気体と液体との圧縮率には差があることから、開固着状態、閉固着状態、正常状態それぞれにおいて現れる圧力変化は互いに異なるものとなる。したがって、本発明によれば、上記の圧力変化に基づいて、還元剤噴射弁の固着異常を精度よく検出することができる。
　また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置を構成するにあたり、異常判定手段は、圧力変化に基づいて還元剤噴射弁の開固着及び閉固着をともに判定可能に構成されることが好ましい。
　本発明において、異常判定手段が、開固着と閉固着とをともに判定可能に構成されることにより、開固着状態となっている場合又は閉固着状態となっている場合のいずれの場合であっても、一回の制御でそれぞれの固着異常を区別して検出することができる。
　また、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置を構成するにあたり、固着異常の判定を、内燃機関の停止時に実施される還元剤の回収制御時に実施することが好ましい。
　本発明において、還元剤噴射弁の固着異常を判定する制御を、内燃機関の停止時に実施される還元剤の回収制御時を利用して実施することにより、内燃機関の運転中の還元剤噴射制御を中断することなく異常判定を実施することができる。
　また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかの還元剤噴射弁の異常検出装置と、液体の還元剤が収容される貯蔵タンクと、還元剤を圧送するためのポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射するための還元剤噴射弁と、ポンプと還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、を備えた還元剤供給装置である。
　すなわち、本発明の還元剤供給装置によれば、還元剤噴射弁の開固着又は閉固着を精度よく検出することができる還元剤噴射弁の異常判定装置を備えているために、生じている固着異常に応じて適切な対応をとることが可能になり、還元剤の過剰状態又は不足状態のままで還元剤の噴射制御が継続されるおそれを低減することができる。
本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を示す全体図である。 本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常判定装置の構成例を示すブロック図である。 還元剤噴射弁が正常な状態での（第２の）還元剤通路内の状態を説明するための図である。 還元剤噴射弁の開固着状態での（第２の）還元剤通路内の状態を説明するための図である。 還元剤噴射弁の閉固着状態での（第２の）還元剤通路内の状態を説明するための図である。 還元剤の再充填時における（第２の）還元剤通路内の圧力変化について説明するための図である。 還元剤噴射弁の異常判定方法の一例を示すフローチャート図である。 パージ処理を実施するための制御の具体例を示すフローチャート図である。 還元剤を再充填するための制御の具体例を示すフローチャート図である。 還元剤噴射弁の異常判定の具体例を示すフローチャート図である。
　以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
　なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材が示され、適宜説明が省略されている。
１．排気浄化装置の全体的構成
　まず、本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常判定装置が備えられた排気浄化装置の全体的構成の概略について説明する。
　図１は、排気浄化装置１０の構成の一例を示している。この排気浄化装置１０は、車両等に搭載された内燃機関１から排出される排気中のＮＯＸを、ＮＯＸ浄化触媒１１上で還元剤を用いて浄化するように構成された排気浄化装置である。
　排気浄化装置１０は、内燃機関１の排気系に接続された排気管３の途中に介装されたＮＯＸ浄化触媒１１と、ＮＯＸ浄化触媒１１の上流側において排気管３内に還元剤を噴射供給するための還元剤供給装置２０と、還元剤供給装置２０の動作制御を行う制御処理装置４０とを主たる構成要素として備えている。
　ＮＯＸ浄化触媒１１は、排気管３内に噴射された還元剤（あるいは当該還元剤から生成される還元成分）と、排気中のＮＯＸとの反応を促進させる機能を有している。ＮＯＸ浄化触媒１１としては、ＮＯＸ選択還元触媒やＮＯＸ吸蔵触媒が用いられる。
　ＮＯＸ選択還元触媒は、還元剤を吸着するとともに、この還元剤を用いて、触媒中に流入する排気中のＮＯＸを選択的に浄化する機能を有する触媒である。ＮＯＸ選択還元触媒を用いる場合においては、尿素水溶液や未燃燃料が還元剤として用いられる。還元剤として尿素水溶液を用いる場合には、尿素水溶液中の尿素の分解によって生成されるアンモニア（ＮＨ３）がＮＯＸと反応することにより、ＮＯＸが窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解される。また、還元剤として未燃燃料を用いる場合には、未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）がＮＯＸと反応することにより、ＮＯＸが窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解される。
　また、ＮＯＸ吸蔵触媒は、触媒中に流入する排気の空燃比がリーンの状態（燃料希薄状態）においてＮＯＸを吸蔵する一方、空燃比がリッチの状態に切り替えられたときにＮＯＸを放出し、排気中の炭化水素（ＨＣ）を用いてＮＯＸを浄化する機能を有する触媒である。炭化水素（ＨＣ）と反応したＮＯＸは窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解される。ＮＯＸ吸蔵触媒を用いる場合においては、排気の空燃比をリッチの状態とするために、還元剤としての未燃燃料が排気管３内に噴射供給される。
２．還元剤供給装置
　還元剤供給装置２０は、液体の還元剤を収容する貯蔵タンク２１と、還元剤を圧送するポンプ２３を有するポンプユニット２２と、ポンプ２３により圧送された還元剤を排気管３内に噴射する還元剤噴射弁２５とを備えている。このうち、ポンプ２３及び還元剤噴射弁２５は、制御処理装置４０によって駆動制御が実行されるものとなっている。
　また、貯蔵タンク２１とポンプ２３とは第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３と還元剤噴射弁２５とは第２の還元剤通路３３で接続されている。第２の還元剤通路３３には、他端が貯蔵タンク２１に接続されたリターン通路３５が接続されており、リターン通路３５にはリリーフ弁３７及びオリフィス３８が第２の還元剤通路２３側から順に備えられている。さらに、第２の還元剤通路３３には、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕを検出するための圧力センサ２７が備えられている。
　このうち、還元剤噴射弁２５は、例えば、通電／非通電の切り替えにより開弁／閉弁の切り替えが行われる電磁弁が用いられる。本実施形態において、還元剤噴射弁２５は、排気管３内に直接的に還元剤を噴射するものであり、噴孔が排気管３内に臨むように排気管３の外周部に取り付けられている。
　ポンプ２３は、例えば、通電量によって出力Ｖｐｕｍｐを調節可能な電動ポンプが用いられる。本実施形態において、ポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐは、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔに維持されるように、圧力センサ２７によって検出される圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの偏差ΔＰに基づいてフィードバック制御されるようになっている。
　また、ポンプユニット２２には、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れる向きを切り替えるためのリバーティングバルブ２４が備えられている。リバーティングバルブ２４は、例えば電磁切替弁によって構成され、制御処理装置４０によって駆動されるようになっている。本実施形態においては、リバーティングバルブ２４に通電されている間、ポンプ２３の入口側と第１の還元剤通路３１、及び、ポンプ２３の出口側と第２の還元剤通路３３がそれぞれ接続され、リバーティングバルブ２４への通電が停止している間、ポンプ２３の出口側と第１の還元剤通路３１、及び、ポンプ２３の入口側と第２の還元剤通路３３がそれぞれ接続される。
　そして、排気管３内への還元剤の噴射制御を行う場合には、リバーティングバルブ２４への通電は停止され、還元剤が貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へ流れるように流路が切り替えられる。また、還元剤を貯蔵タンク２１に回収するパージ処理を行う場合には、リバーティングバルブ２４への通電が行われ、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるように流路が切り替えられる。なお、リバーティングバルブ２４を用いないで、ポンプ２３を逆回転させることでパージ処理を実施できるように構成されていてもよい。
　リリーフ弁３７は貯蔵タンク２１側から第２の還元剤通路３３側への還元剤の流れを遮断する一方向弁として構成され、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕがリリーフ弁３７の開弁圧を上回ったときに開弁するようになっている。また、リリーフ弁３７は、還元剤噴射弁２５及び第２の還元剤通路３３内から還元剤を回収するパージ処理時においては、第２の還元剤通路３３内が減圧されることによって閉弁状態となる。リリーフ弁３７の下流側に備えられたオリフィス３８は、リリーフ弁３７の開閉に合わせて第２の還元剤通路３３内の圧力を必要以上に脈動させないようにする機能を有している。
３．制御処理装置（異常判定装置）
　図２は、本実施形態の制御処理装置４０の構成のうち、還元剤供給装置２０の動作制御及び還元剤噴射弁２５の異常検出に関連する部分を、機能的なブロックで表したものである。この制御処理装置４０が本発明にかかる還元剤噴射弁の異常検出装置としての機能を有している。
　制御処理装置４０は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、イグニッションスイッチ位置検出手段４１と、圧力検出手段４３と、ポンプ駆動制御手段４５と、リバーティングバルブ駆動制御手段４７と、還元剤噴射弁駆動制御手段４９と、異常判定手段５１とを主たる要素として備えて構成されている。具体的に、これらの各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。
　この他、制御処理装置４０には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子や、ポンプ２３、リバーティングバルブ２４、還元剤噴射弁２５への通電を行うための図示しない駆動回路等が備えられている。また、制御処理装置４０には、圧力センサ２７の検出信号やイグニッションスイッチの操作信号をはじめとして、還元剤供給装置２０や内燃機関１等に備えられた種々のセンサの検出信号が入力されるようになっている。
　イグニッションスイッチ位置検出手段４１は、イグニッションスイッチの操作信号に基づいて、イグニッションスイッチの位置を検出するように構成されている。また、圧力検出手段４３は、圧力センサ２７のセンサ信号を読み込み、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕを検出するように構成されている。
　ポンプ駆動制御手段４５は、内燃機関１の運転時においては、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕがあらかじめ設定された目標値Ｐｔｇｔとなるように、検出される圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの偏差ΔＰを用いて指示出力Ｖｐｕｍｐを求め、ポンプ２３の駆動制御を行うように構成されている。
　また、ポンプ駆動制御手段４５は、内燃機関１の停止時においては、イグニッションスイッチがオフにされた後、所定時間、あらかじめ定められた所定の出力Ｖｐｕｍｐ０でポンプ２３の駆動制御を行うように構成されている。
　リバーティングバルブ駆動制御手段４７は、内燃機関１の運転時においてはリバーティングバルブ２４への通電を停止し、還元剤が貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へと流れるように流路を切り替えるように構成されている。
　また、リバーティングバルブ駆動制御手段４７は、内燃機関１の停止時においては、パージ処理を実行するためにリバーティングバルブ２４への通電を行い、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるように流路を切り替えるように構成されている。ただし、パージ処理の実行開始後に還元剤噴射弁２５の固着異常の判定を実施するため、第２の還元剤通路３３内に還元剤が再充填されるように、リバーティングバルブ駆動制御手段４７は、一旦リバーティングバルブ２４への通電を停止して、還元剤が貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へと流れるように流路を切り替えるようになっている。
　本実施形態の制御処理装置４０においては、ポンプ駆動制御手段４５及びリバーティングバルブ駆動制御手段４７が、全体として、本発明における還元剤回収制御手段及び還元剤充填制御手段として機能するようになっている。すなわち、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるように流路を保持した状態でポンプ２３を駆動させることにより、第２の還元剤通路３３内の還元剤が貯蔵タンク２１に回収される。また、パージ処理の開始後に、流路を元の状態に復帰させることにより、第２の還元剤通路３３内に還元剤が再充填される。
　還元剤噴射弁駆動制御手段４９は、内燃機関１の運転時においては、排気温度Ｔｇａｓ、触媒温度Ｔｃａｔ、ＮＯＸ浄化触媒１１の下流側におけるＮＯＸ濃度Ｎ、さらには内燃機関１の運転状態に関する情報等に基づいて算出される還元剤の指示噴射量Ｑｕに応じて、還元剤噴射弁２５への通電量及び通電時間を決定して、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行うように構成されている。
　また、還元剤噴射弁駆動制御手段４９は、内燃機関１の停止時においては、パージ処理を実行すべく、還元剤噴射弁２５が開弁状態で維持されるように、還元剤噴射弁２５を駆動制御するように構成されている。ただし、パージ処理の実行開始後に還元剤噴射弁２５の固着異常の判定を実施するために、還元剤噴射弁駆動制御手段４９は、上述したリバーティングバルブ２４の切り替えに合わせて還元剤噴射弁２５を一旦閉弁状態とするように制御を行うようになっている。
　異常判定手段５１は、還元剤噴射弁２５の固着異常の有無を判定するための処理を実行するように構成されている。具体的に、異常判定手段５１は、パージ処理の開始後、第２の還元剤通路３３内に還元剤が再充填されるときの圧力Ｐｕの変化に基づいて還元剤噴射弁２５の固着異常の有無を判定するように構成されている。
　ここで、図３～図５は、正常状態、開固着状態、閉固着状態それぞれの状態における、パージ処理の開始から還元剤の再充填時にかけての第２の還元剤通路３３内の状態を説明するための図を示している。
　まず、図３（ａ）～（ｂ）は、還元剤噴射弁２５が正常な状態にある場合の第２の還元剤通路３３内の状態を示している。この場合には、制御処理装置４０による開弁又は閉弁の指示に応じて還元剤噴射弁２５が開閉する。そのため、パージ処理時においては、噴孔を介して第２の還元剤通路３３内に気体（空気や排気）が吸い込まれながら還元剤が回収されるために、第２の還元剤通路３３内は気体に置き換えられる。また、還元剤の再充填時においては、第２の還元剤通路３３内の気体の抜け道がないために、第２の還元剤通路３３内の気体が圧縮されながら、第２の還元剤通路３３内に還元剤が充填される。
　また、図４（ａ）～（ｂ）は、還元剤噴射弁２５が開固着状態となっている場合の第２の還元剤通路３３内の状態を示している。この場合には、制御処理装置４０の開弁又は閉弁の指示にかかわらず、還元剤噴射弁２５は常に開弁した状態となっている。そのため、パージ処理時においては、噴孔を介して第２の還元剤通路３３内に気体が吸い込まれながら還元剤が回収されるために、第２の還元剤通路３３内は気体に置き換えられる。また、還元剤の再充填時においては、第２の還元剤通路３３内の気体が噴孔を介して排気管３内に排出されながら、第２の還元剤通路３３内に還元剤が充填される。
　また、図５（ａ）～（ｂ）は、還元剤噴射弁２５が閉固着状態となっている場合の第２の還元剤通路３３内の状態を示している。この場合には、制御処理装置４０による開弁又は閉弁の指示にかかわらず、還元剤噴射弁２５は常に閉弁した状態となっている。そのため、パージ処理時においては、第２の還元剤通路３３内の還元剤を吸い戻すことができずに、第２の還元剤通路３３内に還元剤が残される。また、還元剤の再充填時においては、第２の還元剤通路３３内に還元剤が残されている状態から、さらに還元剤が充填される。
　図６は、図３～図５に示される還元剤噴射弁２５の正常状態、開固着状態、閉固着状態それぞれの状態における、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕの推移を示している。実線が正常状態の圧力変化を示し、波線が開固着状態の圧力変化を示し、一点鎖線が閉固着状態の圧力変化を示している。
　パージ処理が実施されているｔ１～ｔ２の期間、ポンプ２３の駆動によって第２の還元剤通路３３内は減圧される。このとき、正常状態及び開固着状態では還元剤噴射弁２５が開弁している一方、閉固着状態では還元剤噴射弁２５が閉弁しているため、閉固着時の圧力Ｐｕが、正常時及び開固着時の圧力Ｐｕよりも小さい値となる。
　その後、還元剤が再充填されるｔ２～ｔ３の期間、ポンプ２３の駆動によって第２の還元剤通路３３内は昇圧される。このとき、還元剤の圧縮率が気体の圧縮率よりも大きいことから、第２の還元剤通路３３内に多量の還元剤が残されている閉固着時の圧力Ｐｕは、第２の還元剤通路３３内が気体で満たされている正常時及び開固着時の圧力Ｐｕよりも急激に上昇する。
　また、第２の還元剤通路３３内が気体で満たされているとしても、開固着時には還元剤の再充填に伴って気体が噴孔から排出される一方、正常状態においては気体の抜け道がないことから、開固着時の圧力Ｐｕの上昇速度は、正常時の圧力Ｐｕの上昇速度に比べて緩慢になる。
　したがって、一旦パージ処理を実施した後に還元剤を再充填したときの圧力変化を見ることによって、還元剤噴射弁の開固着及び閉固着を判別することが可能となっている。
　この圧力変化の違いに基づく開固着又は閉固着の有無の判定は、例えば、所定時間経過後の圧力値や、所定時間内での圧力上昇速度又は圧力増加量等を、あらかじめ規定される判定閾値と比較することによって実施することができる。ただし、ここに例示した以外の方法であってもよい。
４．還元剤噴射弁の異常判定方法
　次に、本実施形態の制御処理装置４０によって行われる還元剤噴射弁２５の異常判定方法の一例について、図７～図１０のフローチャートに基づいて説明する。このうち、図７は、本実施形態における還元剤噴射弁２５の異常判定方法のメインフローを示している。
　まず、図７のステップＳ１において、制御処理装置４０が、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ２に進んで、還元剤噴射弁２５及び第２の還元剤通路３３内に残留する還元剤を貯蔵タンク２１内に回収するパージ処理を実施する。
　図８は、パージ処理を実施するための具体的なフローの一例を示している。このフローの例では、まず、ステップＳ１１において、制御処理装置４０は、リバーティングバルブ２４への通電をオンにして、還元剤が還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側へと流れるように流路を切り替えるとともに、ポンプ２３の出力Ｖｐｕｍｐを、あらかじめ設定した所定の出力Ｖｐｕｍｐ０にセットする。
　次いで、制御処理装置４０は、ステップＳ１２において還元剤噴射弁２５の駆動デューティを１００％にセットして開弁指示を出力した後、ステップＳ１３においてタイマカウントを開始する。これによって、還元剤噴射弁２５及び第２の還元剤通路３３内の減圧が開始される。
　図７に戻り、パージ処理が開始された後、制御処理装置４０は、ステップＳ３において、第２の還元剤通路３３内に還元剤を再充填する制御を実施する。
　図９は、還元剤の再充填を実施するための具体的なフローの一例を示している。このフローの例では、まず、ステップＳ２１において、制御処理装置４０は、図８のステップＳ１３で開始されたタイマ値Ｔが所定の基準値Ｔ０に到達したか否かを判別する。そして、タイマ値Ｔが基準値Ｔ０に到達したときにはステップＳ２２に進み、制御処理装置４０は、ポンプ２３の出力を維持したまま、還元剤噴射弁２５への通電を停止するとともに、リバーティングバルブ２４への通電を停止して、還元剤が貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へと流れるように流路を切り替える。次いで、制御処理装置４０は、ステップＳ２３において、タイマ値を一旦リセットするとともに再びタイマカウントを開始する。これによって、還元剤噴射弁２５及び第２の還元剤通路３３内への還元剤の再充填が開始される。
　図７に戻り、還元剤の再充填が開始された後、制御処理装置４０は、ステップＳ４において、還元剤噴射弁２５の異常判定を実施する。
　図１０は、還元剤噴射弁２５の異常判定を実施するための具体的なフローの一例を示している。このフローの例では、まず、ステップＳ３１において、制御処理装置４０は、図９のステップＳ２３で開始されたタイマ値Ｔが所定の基準値Ｔ１に到達したか否かを判別する。そして、タイマ値Ｔが基準値Ｔ１に到達したときにはステップＳ３２に進み、制御処理装置４０は、第２の還元剤通路３３内の圧力Ｐｕを検出した後、ステップＳ３３に進み、検出した圧力Ｐｕが第１の判定閾値Ｐｕ１以上であるか否かを判別する。
　この第１の判定閾値Ｐｕ１は、還元剤噴射弁２５の閉固着の有無を判別するための閾値としてあらかじめ実験等によって求められて記憶されている値である。検出した圧力Ｐｕが第１の判定閾値Ｐｕ１以上となっている場合には、ステップＳ３４に進み、制御処理装置４０は閉固着発生を現わすフラグをセットした後、ステップＳ３８においてタイマ値をリセットして異常判定を終了する。一方、検出した圧力Ｐｕが第１の判定閾値Ｐｕ１未満となっている場合には、ステップＳ３５に進み、今度は、検出した圧力Ｐｕが第２の判定閾値Ｐｕ２未満であるか否かを判別する。
　この第２の判定閾値Ｐｕ２は、還元剤噴射弁２５の開固着の有無を判別するための閾値としてあらかじめ実験等によって求められて記憶されている値である。検出した圧力Ｐｕが第２の判定閾値Ｐｕ２未満となっている場合には、ステップＳ３６に進み、制御処理装置４０は開固着発生を現わすフラグをセットした後、ステップＳ３８においてタイマ値をリセットして異常判定を終了する。一方、検出した圧力Ｐｕが第２の判定閾値Ｐｕ２以上となっている場合には、ステップＳ３７に進み、制御処理装置４０は開固着を現わすフラグ及び閉固着を現わすフラグをともにリセットした後、ステップＳ３８においてタイマ値をリセットして異常判定を終了する。
　ここで説明した異常判定のフローの例は、還元剤の再充填開始から所定時間経過後の圧力Ｐｕを第１の判定閾値Ｐｕ１及び第２の判定閾値Ｐｕ２と比較して開固着又は閉固着の有無を判定するものであるが、すでに述べたように、所定期間における圧力上昇速度や圧力増加量を求めて、所定の判定閾値と比較するようにしてもよい。
　図７に戻り、異常判定が終了した後、制御処理装置４０は、ステップＳ５において、再び還元剤噴射弁２５及びリバーティングバルブ２４への通電をオンにして、パージ処理を再開させる。そして、所定時間経過後にはポンプ２３の駆動も停止させてパージ処理を終了する。これによって、還元剤供給装置２０の動作は完全に停止する。この間、還元剤噴射弁２５の開固着又は閉固着に応じて、運転者等に対して異常の発生を知らせる指示信号を生成するようにしてもよい。
　以上説明した本実施形態の還元剤噴射弁の異常判定装置及び還元剤供給装置によれば、開固着状態、閉固着状態、正常状態それぞれにおいて現れる圧力変化の違いに基づいて、還元剤噴射弁の開固着及び閉固着を区別して精度よく検出することができる。また、本実施形態においては、内燃機関１の停止時に実施されるパージ処理を利用して異常判定が実施されるようになっているために、内燃機関１の運転中の還元剤噴射制御を中断することなく異常判定を実施することができる。

 

Claims (4)

  1. 　液体の還元剤が収容された貯蔵タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、を備えた還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の固着異常を検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置において、
    　前記還元剤噴射弁の開弁指示がなされた状態で前記還元剤通路内の前記還元剤を前記貯蔵タンクに回収する制御を行う還元剤回収制御手段と、
    　前記還元剤の回収制御後に、前記還元剤噴射弁の閉弁指示がなされた状態で前記還元剤通路に前記還元剤を再充填する制御を行う還元剤充填制御手段と、
    　前記還元剤の再充填制御時における前記還元剤通路内の圧力変化に基づいて、前記還元剤噴射弁の固着異常の有無を判定する異常判定手段と、
    　を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置。
  2. 　前記異常判定手段は、前記圧力変化に基づいて前記還元剤噴射弁の開固着及び閉固着をともに判定可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の異常検出装置。
  3. 　前記固着異常の判定を、前記内燃機関の停止時に実施される前記還元剤の回収制御時に実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤噴射弁の異常検出装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載された還元剤噴射弁の異常検出装置と、液体の還元剤が収容される貯蔵タンクと、前記還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射するための還元剤噴射弁と、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、を備えた還元剤供給装置。

     
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