JP2009133290A - 還元剤ポンプ制御装置及び還元剤吐出システム - Google Patents

Abstract

【課題】インペラロックの抑制を図った還元剤ポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及びポンプ室に配置されて電動モータ部により回転駆動するインペラを備え、エンジンの排気中に含まれる窒素酸化物を還元する尿素水を吐出する尿素水ポンプに適用される制御装置である。この制御装置は、電動モータ部の作動を制御するＥＣＵ（制御手段）と、還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する判定手段（Ｓ４０，Ｓ５０）と、を備える。そして、ＥＣＵは、判定手段（Ｓ４０，Ｓ５０）により長期停止状態と判定された場合に、インペラを一時的に回転駆動させるよう電動モータ部を作動させる固着防止制御を実行する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元するための、還元剤ポンプ制御装置及び還元剤吐出システムに関するものである。

近年、自動車等に適用される内燃機関（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する選択還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）型の尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。

この尿素ＳＣＲシステムでは、内燃機関の排気管に選択還元型のＮＯｘ浄化触媒（ＳＣＲ触媒）が設けられるとともに、その上流側に、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。かかるシステムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、排気と共に尿素水がＮＯｘ浄化触媒に供給され、該ＮＯｘ浄化触媒上でのＮＯｘの還元反応によって排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ３）が生成され、ＮＯｘ浄化触媒ではアンモニアにより、酸素濃度が高い環境でもＮＯｘが選択的に還元されることで排気浄化が行われることとなる。

また、このような尿素ＳＣＲシステムでは、タンクに貯蔵された尿素水を尿素水添加弁に圧送する尿素水ポンプを備えており、当該ポンプは、ポンプ室を内部に形成するポンプケースと、ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラとを備えて構成されるのが一般的である（特許文献１等参照）。
特表２００４−５１００９３号公報

しかしながら、ポンプ室に尿素水（還元剤水溶液）が充満していない状態でポンプを稼動させずに長時間放置すると、ポンプケース内面やインペラ表面に付着した尿素水の水成分が蒸発することに伴い、その尿素水の尿素成分（還元剤成分）が析出する。すると、析出した尿素成分がインペラをポンプケース内面に固着させてしまい、インペラが回転不能となるインペラロックが生じ得る。特にインペラが樹脂製である場合には、インペラロックした状態で電動モータに駆動電流を流すとインペラの破損を招くおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インペラロックの抑制を図った還元剤ポンプ制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、
ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及び前記ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラを備え、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤水溶液を吐出する還元剤ポンプに適用され、
前記電動モータの作動を制御する制御手段と、前記還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制御手段は、前記判定手段により前記長期停止状態と判定された場合に、前記インペラを一時的に回転駆動させるよう前記電動モータを作動させる固着防止制御を実行することを特徴とする。

これによれば、還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続すると、インペラが一時的に回転駆動するので、還元剤成分（例えば尿素成分）が析出したとしてもインペラを完全に固着させてしまう以前に前記回転駆動がなされるよう前記所定時間を設定すれば、インペラ表面に析出した還元剤成分を剥がすことができる。或いは、還元剤成分が析出する以前に前記回転駆動がなされるよう前記所定時間を設定すればインペラの固着を回避できる。よって、インペラロックの抑制を図ることができる。

請求項２記載の発明では、前記還元剤ポンプは、前記還元剤水溶液を貯蔵するタンク内に配置されており、前記固着防止制御は、前記タンク内の水位が予め設定された閾値以下になったことを条件として実行されることを特徴とする。このように還元剤ポンプをタンク内に配置したインタンク方式では、タンク内に十分な量の還元剤水溶液があれば、ポンプを稼動させていない時でもポンプ室に還元剤水溶液（例えば尿素水）が充満した状態となる。よって、長期停止状態であっても還元剤成分の析出は生じないため、インペラロックも生じない。

したがって、タンク内の水位が予め設定された閾値以下になったことを条件として固着防止制御を実行する上記請求項２記載の発明によれば、長期停止状態となった場合において、不必要な電動モータの作動を禁止でき、電動モータによる無駄な電力消費を回避できる。

請求項３記載の発明では、前記ポンプケースには、前記タンク内の還元剤水溶液を前記ポンプ室に導入する吸込口が形成されており前記閾値は、前記吸込口の高さに設定されていることを特徴とする。吸込口の水位まで還元剤水溶液があれば、吸込口にある還元剤水溶液はポンプケースとインペラとのクリアランス（ポンプ室）まで表面張力により吸い上げられることとなる。そのため、ポンプ室は還元剤水溶液が充満した状態となるので、長期停止状態であっても還元剤成分の析出は生じない。よって、不必要な電動モータの作動を禁止することを好適に実現できる。

請求項４記載の発明では、前記還元を必要としないポンプ停止状態とは、前記内燃機関の運転を停止させた状態であることを特徴とする。ちなみに、還元を必要としないポンプ停止状態の他の例として、内燃機関のアイドル運転時等の低負荷運転の状態が挙げられる。

請求項５記載の発明では、前記ポンプケース及び前記インペラの固着度合いを推定する推定手段を備え、前記判定手段で用いる前記所定時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど短くするよう可変設定することを特徴とする。そのため、固着度合いが大きい場合にはインペラの回転駆動頻度が多くなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がす確実性を高めることができる。一方、固着度合いが小さい場合にはインペラの回転駆動頻度が少なくなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がしつつも、電動モータによる電力消費の低減を図ることができる。

請求項６記載の発明では、前記ポンプケース及び前記インペラの固着度合いを推定する推定手段を備え、前記固着防止制御における前記電動モータの作動時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど長くするよう可変設定することを特徴とする。そのため、固着度合いが大きい場合にはインペラの回転駆動時間が長くなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がす確実性を高めることができる。一方、固着度合いが小さい場合にはインペラの回転駆動時間が短くなるので、析出した還元剤成分をインペラ表面から剥がしつつも、電動モータによる電力消費の低減を図ることができる。

請求項７記載の発明では、前記電動モータへの駆動電流を停止させた直後に前記インペラの慣性回転により発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段を備え、前記推定手段は、前記逆起電力検出手段により検出された逆起電力の大きさに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする。

本発明者は、逆起電力の大きさと固着度合いの大きさとは相関があることを見出した。すなわち、駆動電流を流している時のインペラの回転速度は固着度合いが大きいほど遅くなるので、駆動電流を停止させた直後の慣性回転速度は遅くなり、その結果、逆起電力は小さくなる。したがって、逆起電力の大きさに基づき固着度合いを推定する上記請求項７記載の発明によれば、固着度合いを精度良く推定することを容易に実現できる。

請求項８記載の発明では、前記推定手段は、前記還元剤水溶液の温度、外気温度及び前記内燃機関の運転時間の少なくとも１つに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする。

さらに本発明者は、還元剤水溶液の温度、外気温度及び内燃機関の運転時間と固着度合いの大きさとは相関があることを見出した。すなわち、還元剤水溶液の温度及び外気温度が高ければ、還元剤水溶液中の水成分の蒸発が促進されるため、還元剤成分の析出が促進され、その結果、固着度合いは大きくなる。また、内燃機関の運転時間が長ければ、内燃機関の排気及び排気管の温度が高くなるため、還元剤水溶液を吐出する部分（例えば還元剤水溶液添加弁）の温度が高くなる。よって、還元剤水溶液の温度も高くなり前述の如く固着度合いは大きくなる。したがって、還元剤水溶液の温度、外気温度及び内燃機関の運転時間の少なくとも１つに基づき固着度合いを推定する上記請求項８記載の発明によれば、固着度合いを精度良く推定することを容易に実現できる。

請求項９記載の発明では、前記判定手段は、前記固着防止制御を実行した後も、前記ポンプ停止状態が所定時間以上継続しているか否かの前記判定を繰り返し実行することを特徴とする。これによれば、ポンプ停止状態が続く限り還元剤ポンプは間欠作動することとなるので、インペラ固着回避の確実性を高めることができる。

請求項１０記載の発明は、ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及び前記ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラを備え、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤水溶液を吐出する還元剤ポンプと、上記還元剤ポンプ制御装置と、を備えることを特徴とする還元剤吐出システムである。この還元剤吐出システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる還元剤ポンプ制御装置は、還元剤として尿素を用いた尿素水溶液（以下、単に尿素水と呼ぶ）を吐出する尿素水ポンプに適用されており、当該尿素水ポンプから吐出された尿素水は噴射弁に加圧圧送される。噴射弁は、内燃機関としてディーゼルエンジン（以降、エンジンと呼称する）の排気通路内における排気流れ中に、尿素水を噴射するように配設される。

図１は、本実施形態における尿素ＳＣＲシステムの全体構成を示す全体構成図である。この全体構成図には、自動車（図示略）のエンジンにより排出される排気を浄化対象とした排気浄化装置が示される。排気浄化装置の構成を大別すると、排気系の構成部、尿素水供給系の構成部、および、制御系の構成部に分類される。

排気系の構成部は、排気上流側から順に配設される、ＤＰＦ１（Diesel Particulate Filter）、排気管２（触媒の上流側排気通路）、触媒３、および、排気管４（触媒の下流側排気通路）を備えている。ＤＰＦ１は、排気中のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、例えばメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集ＰＭを繰り返し燃焼除去する（ＰＭ除去用フィルタの再生処理に相当）ことにより継続的に使用することができる。また、ＤＰＦ１は、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）と共に、ＨＣやＣＯを除去することができる。

触媒３は、ＮＯｘの還元反応を促進し排気を浄化する部位であり、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
このような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を含む水溶液（以降、尿素水と呼称する）は、排気と混合されて触媒３に供給される。具体的には、尿素水は、触媒３の上流側の排気管２を流通する排気に向けて、後述する噴射弁により噴射供給される。

尿素水供給系の構成部は、尿素水供給部５、噴射弁６、及び配送管７等を備え、尿素水供給部５は、尿素水タンク８及び尿素水ポンプ９（還元剤ポンプ）等を備えている。なお、図１に示す尿素水タンク８は車両に搭載した状態を示しており、尿素水タンク８及び尿素水ポンプ９の上下方向は、車両に搭載された状態において図１に示す向きとなっている。

尿素水タンク８内の尿素水は、フィルタ９ａを通じて尿素水ポンプ９に吸入されて加圧圧送される。その後、レギュレータ９ｂによりその吐出圧力が調整された後、配送管７を通じて噴射弁６に供給される。噴射弁６の先端に形成される噴射口は、１つの噴射口、あるいは、多数の微噴孔の集合体（群噴孔）によって構成される。そして、噴射口を開閉させるニードル弁を電磁アクチュエータにより開弁操作すると、噴射弁６に供給された尿素水は、霧状化して排気管２中に噴射される。なお、尿素水ポンプ９からの供給圧力がレギュレータ９ｂの設定値を超えた場合には、同レギュレータ９ｂにより、配送管７内の尿素水が尿素水タンク８へ戻される。

尿素水タンク８は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク８内には、尿素水に浸漬した状態として配設した尿素水ポンプ９が設けられており、尿素水ポンプ９は、インタンク式の圧送ポンプを構成するとともに、ＥＣＵ１０（制御手段）からの駆動信号により回転駆動する電動式ポンプである。なお、尿素水ポンプ９の詳細構成については、図２等を用いて後に詳述する。

制御系の構成部は、ＥＣＵ１０（電子制御ユニット）、クランク角センサ１１、アクセル操作量センサ１２、排気センサ１３、水位センサ１４、圧力センサ１５などによって構成される。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータを備え、各種センサ１１，１２，１３，１４，１５からの検出値が入力されるとともに、これらの検出値に基づいて、尿素水ポンプ９及び噴射弁６などの各種アクチュエータの駆動量等を制御する。

クランク角センサ１１は、クランク軸（出力軸）の回転角度を検出することで、クランク軸の回転速度（エンジン回転速度）を検出する。アクセル操作量センサ１２は、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出することで、要求されるエンジン負荷を検出する。排気センサ１３は、触媒３の下流側の排気管４に設けられており、ＮＯｘセンサと排気温センサとが共に内蔵され、排気中のＮＯｘ量（ひいては触媒３によるＮＯｘの浄化率）、及び排気温度を検出する。水位センサ１４は、尿素水タンク８に設けられ、尿素水タンク８内の尿素水の水位を検出する。圧力センサ１５は、配送管７の途中に設けられ、噴射弁６に対する尿素水の供給圧力を検出するように構成される。

具体的には、ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１にて検出されたエンジン回転速度、及びアクセル操作量センサ１２により検出されたアクセル操作量に基づき、噴射弁６からの尿素水噴射量を算出する。そして、算出した噴射量となるよう、噴射弁６を開弁作動させる電磁弁に駆動電流を出力するよう制御する。また、排気センサ１３にて検出されたＮＯｘ量が所望の量となるよう、上述の如く算出した噴射量をフィードバック補正する。さらにＥＣＵ１０は、水位センサ１４及び圧力センサ１５の検出値に基づき尿素水ポンプ９の駆動を制御する（詳細は後述）。

本実施形態に係る上記した構成の尿素ＳＣＲシステムは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ９の駆動により尿素水タンク８の尿素水が配送管７を通じて噴射弁６に圧送され、この噴射弁６により排気管２内に尿素水が添加供給される。すると、排気管２内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒３に供給され、ＳＣＲ触媒３においてＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化されるように構成される。

ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式４）
このような反応により、尿素水が排気熱で加水分解される。これにより、アンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒３にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対し、このアンモニアが添加される。そして、触媒３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。

次に、尿素水ポンプ９の単体構造について、図２〜図４を用いて詳細に説明する。

図２に示すように、尿素水ポンプ９は、尿素水を圧送する機構部を有するポンプ部１８と、機構部が尿素水を圧送するように駆動する駆動力を発生させる電動モータ部１９とを備えている。ポンプ部１８は、ポンプケース及びインペラ２２からなる渦流ポンプである。ポンプケースは、アッパケース２０とロアケース２１との２部材を接合させ、その接合される合わせ面の内側に、その室を区画する区画面が臨むように配されるポンプ室としての空間を形成する。この空間との相対位置が規定される回転部材としてのインペラ２２を回転自在に収容する。

図３はインペラ２２単体を示す斜視図であり、円板状に形成されたインペラ２２には、回転方向に複数の羽根溝２２ａが設けられ、それら羽根溝２２ａの回転径方向外側に環状の外周部２２ｂが形成されている。また、図４は図２の拡大図であり、アッパケース２０及びロアケース２１のうち羽根溝２２ａに対向する部分には、それぞれＣ字状のポンプ通路２３が形成されている。図４中の矢印Ｙは、インペラ２２を回転させた時の尿素水の流れを示しており、ポンプ室内の尿素水は、回転方向前方の羽根溝２２ａの回転径方向外側からポンプ通路２３に流出する。そして、このように流出した尿素水は回転方向後方の羽根溝２２ａの回転径方向内側に流入する。

このような尿素水の流出及び流入を羽根溝２２ａ同士で多数繰り返すことにより、ポンプ室内の尿素水は旋回流となって両ポンプ通路２３で昇圧される。ロアケース２１に設けられた吸入口２４から吸入された尿素水は、インペラ２２の回転動作によりポンプ通路２３で昇圧され、後述する電動モータ部１９に圧送される。

尿素水が流通されて尿素水に晒されるポンプ部１８、および、電動モータ部１９の各部位は、尿素水に対する耐腐食性、耐酸化性を有する耐尿素構成材（耐食構成材）にて形成されている。耐尿素構成材（耐食構成材）は、尿素水に晒される表面部位において、尿素水に晒されて不働態皮膜を形成し、その内部層に含まれる酸化金属と尿素水とが結合し不働態皮膜を再生する不働態皮膜再生材にて形成されている。アッパケース２０及びロアケース２１は金属製であり、例えば、不働態皮膜再生材としてのオーステナイト系のステンレス鋼であり、ＪＩＳ分類されるＳＵＳ３０４を用いて形成されている。また、インペラ２２は樹脂（例えばフェノール樹脂）にて形成されている。

電動モータ部１９は、ステータコア２５、回転子２６、回転軸２７、ボビン２８及びコイル２９等を備えたブラシレスモータであり、通電されて尿素水を圧送する駆動力を発生するよう機能する。ステータコア２５は６個のコアを周方向に配置して構成される。ＥＣＵ１０は、回転子２６の回転位置に応じてコイル２９への通電を制御することにより、回転子２６と向き合う各コアの内周面に形成される磁極を切り換える。なお、コイル２９には、コネクタ接続されるターミナル４３から電力供給される。

回転子２６は、回転軸２７および永久磁石３１を有し、ステータコア２５の内周に回転自在に設置されている。回転軸２７の一端部は軸受部３２により、他端部は軸受部３３により回転自在に支持されている。なお、回転軸２７の一端部側をピン部３５に押接することで、回転軸２７は軸方向に位置決めされる。

永久磁石３１は、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂材に磁性粉を練り込んで円筒状に形成されたプラスティックマグネットであり、回転軸２７の外周に射出成形等により直接形成されている。永久磁石３１は、回転方向に８個の磁極部を形成している。これらの磁極部は、ステータコア３０と向き合う外周面側に回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されている。

ハウジング３６は、ポンプ部１８および電動モータ部１９の両方のハウジングを兼ねている。ハウジング３６は金属製であり、軸方向の両端で、ロアケース２１およびエンドカバー３７をそれぞれかしめて形成される。アッパケース２０は、ハウジング３６の段部３６ａに軸方向に突き当てられている。これにより、アッパケース２０の軸方向の位置決めがなされている。アッパケース２０の中央部には、先述した軸受部３２が圧入により固定されている。ロアケース２１は、ハウジング３６の一端側でかしめ固定されており、このかしめにより生じる軸力により、アッパケース２０と段部３６ａ、ならびにロアケース２１とアッパケース２０とが互いに軸方向に押し付けられる面圧を確保し、尿素水をシールしている。

電動モータ部１９側に圧送された尿素水は、ステータコア２５と回転子２６との間の流通路３８、吐出通路３９の順に送出され、吐出口４０から噴射弁６側に供給される。エンドカバー３７から外部に開口する吐出通路３９の吐出口４０は、軸受部３３に対して偏心して形成されている。

前述したコイル２９は絶縁樹脂材４５により樹脂モールドされており、絶縁樹脂材４５は、ステータコア２５に対してポンプ部１８と反対側の端部を覆うエンドカバー３７を一体成形している。エンドカバー３７は、回転軸２７を軸受けする軸受部３３と、ターミナル４３の支持部と、吐出口４０とを、絶縁樹脂材４５により一体に成形して構成されている。

エンドカバー３７が形成する吐出口４０内には、逆止弁４７及びスプリング４８が収容されている。ポンプ部１８で昇圧された尿素水が所定圧以上になると、逆止弁４７はスプリング４８の荷重に抗してリフトし、吐出口４０から尿素水が噴射弁６側に吐出される。また、逆止弁４７は、尿素水ポンプ９から吐出される尿素水の逆流を防止するように設けられる。

ところで、尿素水タンク８に貯蔵されている尿素水の水位が、ロアケース２１に設けられた吸入口２４の下端位置（図１及び図２中の一点鎖線Ｗに示す高さ）より低い場合には、吐出通路３９、流通路３８及びポンプ室等のポンプ内の尿素水は、インペラ２２の回転を停止させると同時に、吸入口２４から尿素水タンク８に流出することとなる。そして、このようにポンプ室に尿素水が充満していない状態で尿素水ポンプ９を稼動させずに長時間放置すると、インペラ２２の上下面２２ｃ及び外周面２２ｄ（図３参照）やポンプケース２０，２１の内面に付着した尿素水の水成分が蒸発することに伴い、その尿素水の尿素成分が析出する。

そして、ポンプケース２０，２１とインペラ２２とのクリアランスＣＬ１，ＣＬ２（図４参照）にて、上述の如く尿素成分が析出すると、その析出尿素成分がインペラ２２をポンプケース２０，２１内面に固着させてしまい、インペラ２２が回転不能となるインペラロックが懸念される。特に本実施形態の如くインペラ２２が樹脂製である場合には、インペラロックした状態で電動モータ部１９のコイル２９に電力供給すると、インペラ２２の破損が懸念される。このようなインペラロックの懸念を解消すべく、本実施形態では以下に説明する固着防止制御を行っている。

図５は、ＥＣＵ１０のマイコンが実行する前記固着防止制御の処理内容を示すフローチャートであり、図５に示す一連の処理は、イグニッションスイッチがオフ操作されてエンジンが停止したことをトリガとして、所定周期（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期）毎にＥＣＵ１０のマイコンが繰り返し実行され、イグニッションスイッチがオン操作された時点又はエンジンを始動した時点で図５の処理は強制終了する。

まず、ステップＳ１０において水位センサ１４の検出値を取得し、取得した検出値（水位）が予め設定された閾値より小さいか否かを判定する。当該閾値は、尿素水ポンプ９の吸入口２４の下端位置Ｗに設定されている。尿素水タンク８に貯蔵された尿素水の水位が閾値Ｗ以上と判定されれば（Ｓ２０：ＮＯ）、ステップＳ３０に進み、尿素水ポンプ９の停止状態を維持させて図５の処理を一旦終了する。なお、図５の処理を開始した時点では尿素水ポンプ９の作動は停止している。

尿素水の水位が閾値Ｗより低いと判定された場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ４０（判定手段）にてカウントを開始して計時処理を実行する。続くステップＳ５０（判定手段）では、カウント値が閾値より大きいか否かを判定する。つまり、尿素水ポンプ９の作動停止状態が所定時間Ｃ以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する。カウント値が閾値を超えていないと判定された場合（Ｓ５０：ＮＯ）には、処理はステップＳ４０に戻り、ステップＳ４０にてカウント値を増加させるインクリメント処理がなされることとなる。

カウント値が閾値を超えた長期停止状態であると判定された場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）には、インペラ２２を一時的に回転駆動させるよう、ＥＣＵ１０からターミナル４３へ駆動電流を供給して電動モータ部１９を作動させる。この時のインペラ２２の回転数は１回転未満でよく、例えば数ラジアン回転させるだけでよい。

図６は、図５の処理による固着防止制御の一態様を例示したものであり、電動モータ部１９に印加される駆動電圧の変化を示している。尿素水の水位が閾値Ｗより低い状態でイグニッションスイッチをオフ操作してエンジンを停止させると、その時点でカウントを開始する。所定時間Ｃ０が経過すると、モータ作動時間Δｔ０のパルス幅の駆動電圧を印加して１回目のインペラ回転駆動を実施する。その後さらに所定時間Ｃ１が経過すると、モータ作動時間Δｔ１の幅のパルス駆動電圧を印加して２回目のインペラ回転駆動を実施する。

そして、尿素水タンク８に尿素水を補給して水位がＷ以上となるか、或いはエンジンを始動させない限り、ステップＳ６０によるインペラ回転駆動が繰り返し実施されることとなる。但し、電動モータ部１９への電力供給源となる車載バッテリＢＡＴ（図１参照）の電圧が予め設定された設定値を下回っている場合には、バッテリＢＡＴが充電不足の状態であるとみなし、ステップＳ６０によるインペラ回転駆動を禁止するようにしてもよい。

前記カウント値（所定時間Ｃ）は数時間のオーダーで設定され、駆動電流の供給時間（モータ作動時間Δｔ）は１秒未満に設定されている。したがって、数時間毎にコンマ数秒だけインペラ２２は間欠作動することとなる。なお、本実施形態では、各回の所定時間Ｃ及びモータ作動時間Δｔはそれぞれ同じ値に設定されている。

以上により、本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）尿素水の水位が閾値Ｗより低い状態においては、エンジン停止後所定時間Ｃ０，Ｃ２，Ｃ３が経過する毎に、固着防止制御によりインペラ２２を間欠作動させるので、ポンプケース２０，２１とインペラ２２とのクリアランスＣＬ１，ＣＬ２に尿素成分が析出したとしても、析出早期段階で還元剤成分を剥がすことができる。また、固着防止制御に係るインペラ２２の作動により、尿素水タンク８内の残り僅かの尿素水がクリアランスＣＬ１，ＣＬ２に流入することとなるので、次回のインペラ作動までの所定時間Ｃの間に尿素成分が析出する析出量を低減できる。よって、析出した尿素成分がインペラ２２をポンプケース２０，２１内面に固着させてしまうことによるインペラロックを回避できる。

（２）本実施形態では、前記閾値Ｗを、尿素水ポンプ９の吸入口２４の下端位置に設定している。そして、この下端位置Ｗ以上の水位であれば、尿素水タンク８の尿素水はインペラ２２のクリアランスＣＬ１，ＣＬ２まで表面張力により吸い上げられることとなり、ポンプ室は尿素水溶液が充満した状態となるので、長期停止状態であっても尿素成分の析出は生じない。よって、不必要な電動モータ部１９の作動を禁止してバッテリＢＡＴの無駄な電力消費を回避できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、所定時間Ｃ及びモータ作動時間Δｔを固定して設定しているのに対し、本実施形態では、ポンプケース２０，２１とインペラ２２との固着度合いを推定し、推定した固着度合いに応じて所定時間Ｃ及びモータ作動時間Δｔを可変設定している。以下、前記固着度合いの推定及び可変設定の処理手順を、図７を用いて説明する。

図７中の処理ステップのうちステップＳ１０〜Ｓ６０までの処理は、図５中の処理ステップＳ１０〜Ｓ６０と同一の処理である。そして、ステップＳ６０にてインペラ２２を回転駆動させた後、ステップＳ７０（推定手段）において、尿素水ポンプ９のへの電力供給ラインに流れる電流値Ｉを取得する。当該電流値Ｉは、図１０に示す電流計１０ａにより検出されたものであり、電動モータ部１９への駆動電流を停止させた直後にインペラ２２の慣性回転により発生する逆起電力のピーク値である。具体的には、ステップＳ７０にて取得される電流値Ｉは、電動モータ部１９に印加されるパルス駆動電圧をオフした後、電流値が一旦ゼロとなった直後の所定時間内におけるピーク値である（図８の下段参照）。

ここで、先述した通り、逆起電力の大きさと固着度合いの大きさとは相関があり、固着度合いが大きいほど逆起電力は小さくなる。そこで、続くステップＳ８０（推定手段）において、ステップＳ７０にて取得した電流値Ｉが目標値Ｉｔｈ（閾値）を下回ったと判定された場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）には固着度合いが大きいと推定し、ステップＳ９０において、ステップＳ５０で用いる閾値を所定時間だけ短くするよう、当該閾値を設定変更する。これにより、固着防止制御によるインペラ２２間欠作動のインターバルが短くなるので、析出した尿素成分をインペラ２２表面から剥がす確実性を高めることができる。

一方、固着度合いが小さく、ステップＳ８０にてＩ≧Ｉｔｈと判定された場合（Ｓ８０：ＮＯ）には、前記インターバルが長くなるので、析出した尿素成分をインペラ２２表面から剥がしつつも、電動モータ部１９による電力消費の低減を図ることができる。なお、本実施形態に係るステップＳ９０では、ステップＳ５０で用いる閾値を可変設定することによりインターバル（所定時間Ｃ）を可変としているが、ステップＳ９０において、モータ作動時間Δｔを可変設定するようにしてもよい。すなわち、ステップＳ８０にてＩ＜Ｉｔｈと判定された場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）に、ステップＳ６０にて電動モータ部１９に印加される駆動電圧のパルス幅（モータ作動時間Δｔ）を所定時間だけ長くするよう、当該モータ作動時間Δｔを設定変更する。

図８は、図７の処理による固着防止制御の一態様を例示したものであり、電動モータ部１９に印加される駆動電圧の変化を示している。尿素水の水位が閾値Ｗより低い状態でイグニッションスイッチがオフ操作してエンジンを停止させると、その時点でカウントを開始する。所定時間Ｃ０が経過すると、モータ作動時間Δｔ０のパルス幅の駆動電圧を印加して１回目のインペラ回転駆動をステップＳ６０にて実施する。この時、次のステップＳ８０にてＩ＜Ｉｔｈと判定された場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）には、固着度合いが大きいと推定し、次回の所定時間Ｃ１が前回の所定時間Ｃ０よりも短くなるよう、設定変更される。

（第３実施形態）
インペラ２２の固着度合いを推定するにあたり、上記第２実施形態では、電動モータ部１９への駆動電流を停止させた直後にインペラ２２の慣性回転により発生する逆起電力のピーク値に基づき推定している。これに対し本実施形態では、尿素水タンク８内の尿素水の温度ＴＮ、外気温度ＴＡ及びエンジンの運転時間の少なくとも１つに基づき前記固着度合いを推定する。なお、図１０に示すように、尿素水温度ＴＮは、尿素水タンク８に設置された尿素水温度センサ１７により検出され、外気温度ＴＡは外気温度センサ１６により検出され、エンジンの運転時間はＥＣＵ１０により計測される。また、前記運転時間とは、ＩＧオフ操作して図７の処理を実行する直前における、ＩＧオン操作時点から当該ＩＧオフ操作時点までのエンジン運転時間のことである。

ここで、先述した通り、これらの尿素水温度ＴＮ、外気温度ＴＡ及びエンジン運転時間と固着度合いの大きさとは相関があり、尿素水温度ＴＮ及び外気温度ＴＡが高ければ、尿素水の水成分の蒸発が促進されるため、尿素成分の析出速度が速くなる（図９参照）。また、エンジン運転時間が長ければ、排気管２の温度が高くなるため、排気管２に取り付けられた噴射弁６の温度が高くなる。また、噴射弁６を冷却するために噴射弁６内部を循環させているエンジン冷却水の温度も高くなる。よって、尿素水の温度も高くなるため、尿素成分の析出速度が速くなる（図９参照）。

そこで、本実施形態では、図７のステップＳ８０の推定処理に替えて、尿素水温度ＴＮ及び外気温度ＴＡの少なくとも一方が閾値を上回った場合に固着度合いが大きいと推定する。或いは、エンジン運転時間が閾値を上回った場合に固着度合いが大きいと推定する。そして、固着度合いが大きいと推定された場合には、図７のステップＳ９０と同様の処理を実行する。これにより、上記第２実施形態と同様の効果が奏される。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、尿素水ポンプ９を尿素水タンク８内に配置したインタンク方式に本発明に係るポンプ制御装置を適用させているが、尿素水ポンプ９を配送管７に配置したインライン方式に本発明のポンプ制御装置を適用させてもよい。この場合、尿素水タンク８に貯蔵された尿素水の水位とは無関係に、尿素水ポンプ９の作動を停止させると尿素水ポンプ９内（特にポンプ室）の尿素水は尿素水タンク８に流出する。よって、図５のステップＳ２０，Ｓ３０の処理を廃止して、尿素水の水位に拘わらずエンジン停止後にインペラ２２を間欠作動させることが望ましい。ちなみに、インタンク方式において、ステップＳ２０，Ｓ３０の処理を廃止するようにしてもよい。

・上記第２及び第３実施形態では、固着度合いが大きいと判定された場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）に、ステップＳ５０で用いる閾値を所定時間だけ短くするよう当該閾値を設定変更しているが、固着度合いの大きさ、つまりステップＳ７０にて取得した電流値Ｉの大きさに応じて、前記閾値をリニアに可変設定してもよい。或いは、モータ作動時間Δｔをリニアに可変設定してもよい。

本発明の第１実施形態における尿素ＳＣＲシステムの全体構成を示す全体構成図。 図１に示す尿素水ポンプの詳細構成図。 図２に示すインペラの単体構造を示す斜視図。 図２の拡大図。 図１に示すＥＣＵが実行する、固着防止制御の処理内容を示すフローチャート。 図５の処理による固着防止制御の一態様を例示したものであり、電動モータ部に印加される駆動電圧の変化を示す図。 本発明の第２実施形態における固着防止制御の処理内容を示すフローチャート。 図７の処理による固着防止制御の一態様を例示したものであり、電動モータ部に印加される駆動電圧及び検出電流の変化を示す図。 尿素水温度ＴＮ、外気温度ＴＡ及びエンジン運転時間と、尿素成分の析出速度との関係を示すグラフ。 第２及び第３実施形態における尿素ＳＣＲシステムの全体構成を示す全体構成図。

符号の説明

１０…ＥＣＵ（制御手段）、１０ａ…逆起電力検出手段、８…尿素水タンク、９…尿素水ポンプ（還元剤ポンプ）、１４…水位センサ、１９…電動モータ部、２０…アッパケース（ポンプケース）、２１…ロアケース（ポンプケース）、２２…インペラ、Ｓ４０，Ｓ５０…判定手段、Ｓ７０，Ｓ８０…推定手段。

Claims (10)

1. ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及び前記ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラを備え、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤水溶液を吐出する還元剤ポンプに適用され、
   前記電動モータの作動を制御する制御手段と、
   前記還元を必要としないポンプ停止状態が所定時間以上継続している長期停止状態であるか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により前記長期停止状態と判定された場合に、前記インペラを一時的に回転駆動させるよう前記電動モータを作動させる固着防止制御を実行することを特徴とする還元剤ポンプ制御装置。
2. 前記還元剤ポンプは、前記還元剤水溶液を貯蔵するタンク内に配置されており、
   前記固着防止制御は、前記タンク内の水位が予め設定された閾値以下になったことを条件として実行されることを特徴とする請求項１に記載の還元剤ポンプ制御装置。
3. 前記ポンプケースには、前記タンク内の還元剤水溶液を前記ポンプ室に導入する吸込口が形成されており
   前記閾値は、前記吸込口の高さに設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤ポンプ制御装置。
4. 前記還元を必要としないポンプ停止状態とは、前記内燃機関の運転を停止させた状態であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の還元剤ポンプ制御装置。
5. 前記ポンプケース及び前記インペラの固着度合いを推定する推定手段を備え、
   前記判定手段で用いる前記所定時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど短くするよう可変設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の還元剤ポンプ制御装置。
6. 前記ポンプケース及び前記インペラの固着度合いを推定する推定手段を備え、
   前記固着防止制御における前記電動モータの作動時間を、推定された前記固着度合いが大きいほど長くするよう可変設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の還元剤ポンプ制御装置。
7. 前記電動モータへの駆動電流を停止させた直後に前記インペラの慣性回転により発生する逆起電力を検出する逆起電力検出手段を備え、
   前記推定手段は、前記逆起電力検出手段により検出された逆起電力の大きさに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする請求項５又は６に記載の還元剤ポンプ制御装置。
8. 前記推定手段は、前記還元剤水溶液の温度、外気温度及び前記内燃機関の運転時間の少なくとも１つに基づき前記固着度合いを推定することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の還元剤ポンプ制御装置。
9. 前記判定手段は、前記固着防止制御を実行した後も、前記ポンプ停止状態が所定時間以上継続しているか否かの前記判定を繰り返し実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の還元剤ポンプ制御装置。
10. ポンプ室を内部に形成するポンプケース、及び前記ポンプ室に配置されて電動モータにより回転駆動するインペラを備え、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物を還元する還元剤水溶液を吐出する還元剤ポンプと、
    請求項１〜９のいずれか１つに記載の還元剤ポンプ制御装置と、
    を備えることを特徴とする還元剤吐出システム。

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