JP2020186655A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、添加弁の制御装置に関する。 The present disclosure relates to a control device for an add-on valve.
内燃機関の排気通路には、ポンプから吐出された燃料や尿素などの添加剤を排気に添加する添加弁を設けることがある。添加弁内に存在する添加剤には、ポンプの吐出量変動に起因した圧力脈動が生じるため、添加剤の液圧は周期的な増減を繰り返す。こうした圧力脈動によって液圧が高まっているときには、添加弁のコイルに通電を行っても添加弁を開弁させることができず、添加剤を添加することができないおそれがある。 The exhaust passage of the internal combustion engine may be provided with an additive valve for adding an additive such as fuel or urea discharged from the pump to the exhaust. Since the additive existing in the addition valve causes pressure pulsation due to the fluctuation of the discharge amount of the pump, the hydraulic pressure of the additive repeats increasing and decreasing periodically. When the hydraulic pressure is increased due to such pressure pulsation, the additive valve cannot be opened even if the coil of the additive valve is energized, and the additive may not be added.
下記特許文献１では、このような状況に対応するため、添加弁内における添加剤の液圧の最高圧力が基準値を超えているときには、液圧が基準値を超えている期間である開弁不可期間を算出し、開弁不可期間を用いた延長添加又は多段添加のいずれかを実行する。延長添加は、間欠添加時の１回の添加周期における電磁コイルの駆動時間として基本駆動時間に開弁不可期間を加算した時間を設定するものである。多段添加は、基本駆動インターバル時間毎に基本駆動時間の間だけ電磁コイルに通電を行う間欠添加に加えて、基本駆動インターバル時間の到来タイミングから開弁不可期間が経過した時点で再度電磁コイルに通電を行うものである。
In
特許文献１では、添加流体である添加剤の液圧の圧力脈度を推定しているが、圧力脈動は添加流体の性状や内燃機関の運転条件といった諸条件によって変化するものであり、正確に推定することは困難である。そのため、基準値を液圧が超えているか否かのみを基準として添加弁の開弁不可期間を算出することは、計算上は開弁できる期間であって実際には開弁できない期間を開弁可能期間とするおそれがあり、添加流体を適切に供給することができない可能性が高まる。
In
本開示は、添加弁の開弁不可期間をより正確に推定し、的確なタイミングで的確な量の添加流体を添加することを目的とする。 An object of the present disclosure is to more accurately estimate the period during which the addition valve cannot be opened and to add an appropriate amount of the addition fluid at an appropriate timing.
本開示は、添加弁（８）の制御装置（１８）であって、推定部（１８１）と、算出部（１８２）と、駆動部（１８３）と、を備えている。添加弁は、通電されるとニードル（８１）に対して開弁方向に駆動力（Ｆ２）が加えられ、ニードルを閉弁方向に付勢するバネ部材（８２）の付勢力（Ｆ３）及び供給源から供給される添加流体の供給圧力による添加剤力（Ｆ１）に抗してニードルが駆動されることで添加流体を噴射するものである。推定部は、供給圧力の脈動状態を推定する。算出部は、推定部の推定結果に基づいて供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁の開弁可否を判断して、添加弁の開弁可能時期を算出する。駆動部は、算出部の算出結果に基づいて添加弁の開弁タイミングを決定しニードルに駆動力を加える。 The present disclosure is a control device (18) for an add-on valve (8), which includes an estimation unit (181), a calculation unit (182), and a drive unit (183). When the addition valve is energized, a driving force (F2) is applied to the needle (81) in the valve opening direction, and the urging force (F3) and supply of the spring member (82) that urges the needle in the valve closing direction. The needle is driven against the additive force (F1) due to the supply pressure of the additive fluid supplied from the source to inject the additive fluid. The estimation unit estimates the pulsating state of the supply pressure. The calculation unit determines whether or not the addition valve can be opened from the pressure value and the pressure differential value of the supply pressure based on the estimation result of the estimation unit, and calculates the valve opening possible time of the addition valve. The drive unit determines the valve opening timing of the addition valve based on the calculation result of the calculation unit and applies a driving force to the needle.
本開示では、供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁の開弁可否を判断するので、供給圧力の値がどのようになっているかに限らず、供給圧力の動的な状況変化に応じて添加弁の開弁可否を判断することができる。供給圧力が上昇傾向にあるのか下降傾向にあるのかで、同一の圧力値であっても開弁可能か開弁不可かの状況は異なるので、より的確に開弁可否を判断することができる。算出部による的確な開弁可能時期算出の結果、添加弁を開弁するのに適切な開弁タイミングを決定することができる。 In the present disclosure, since it is determined whether or not the addition valve can be opened from the pressure value and the pressure differential value of the supply pressure, it is not limited to what the supply pressure value is, and it responds to a dynamic change in the supply pressure. It is possible to determine whether or not the addition valve can be opened. Depending on whether the supply pressure is on an upward trend or a downward trend, the situation of whether the valve can be opened or not is different even if the pressure value is the same, so that it is possible to more accurately determine whether or not the valve can be opened. As a result of accurate calculation of the valve opening possible time by the calculation unit, it is possible to determine an appropriate valve opening timing for opening the addition valve.
本開示によれば、添加弁の開弁不可期間をより正確に推定し、的確なタイミングで的確な量の添加流体を添加することができる。 According to the present disclosure, the period during which the addition valve cannot be opened can be estimated more accurately, and an appropriate amount of the addition fluid can be added at an appropriate timing.
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components are designated by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and duplicate description is omitted.
図１に示されるように、本実施形態における制御装置１８は、エンジンＥｎを含むエンジンシステムに用いられるものである。エンジンＥｎはディーゼルエンジンである。エンジンＥｎは４気筒エンジンであり、各気筒にインジェクタ１１２が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
インジェクタ１１２は、燃料タンク１０１に貯められている軽油といった液体燃料をエンジンＥｎの各気筒に噴射する。燃料タンク１０１とインジェクタ１１２とは、低圧燃料パイプ１０２、高圧燃料パイプ１０７ａ、コモンレール１０８、及び高圧燃料パイプ１０７によって繋がれている。
The
低圧燃料パイプ１０２は、燃料タンク１０１とサプライポンプ１０４とを繋いでいる。低圧燃料パイプ１０２には、燃料フィルタ１０３が設けられている。燃料フィルタ１０３は、液体燃料中の不純物を除去するためのものである。
The low-
サプライポンプ１０４は、燃料タンク１０１から低圧燃料パイプ１０２を経由して液体燃料を吸い上げる。サプライポンプ１０４は、燃料調量弁１０５を経由して液体燃料を高圧燃料パイプ１０７ａに供給する。燃料調量弁１０５によって液体燃料の供給量が調整され、必要な分量の液体燃料が加圧されて高圧燃料パイプ１０７ａに供給される。
The
高圧燃料パイプ１０７ａは、サプライポンプ１０４とコモンレール１０８とを繋いでいる。サプライポンプ１０４によって加圧された液体燃料は、高圧燃料パイプ１０７ａを経由してコモンレール１０８に供給される。
The high-
コモンレール１０８は、高圧燃料パイプ１０７ａと４本の高圧燃料パイプ１０７とを繋いでいる。コモンレール１０８に供給された高圧の液体燃料は、高圧燃料パイプ１０７を経由して４つのインジェクタ１１２に供給される。
The
燃料タンク１０１からインジェクタ１１２に至る過程で余剰となった液体燃料を回収するため、オーバーフローパイプ１０６、リリーフパイプ１１１、リークパイプ１１３、及びリターンパイプ１１４が設けられている。オーバーフローパイプ１０６は、サプライポンプ１０４とリターンパイプ１１４とを繋いでいる。サプライポンプ１０４において余剰となった液体燃料は、オーバーフローパイプ１０６を経由してリターンパイプ１１４に流れ込む。
An
リリーフパイプ１１１は、コモンレール１０８とリターンパイプ１１４とを繋いでいる。コモンレール１０８において余剰となった液体燃料は、リリーフパイプ１１１を経由してリターンパイプ１１４に流れ込む。リークパイプ１１３は、４つのインジェクタ１１２とリターンパイプ１１４とを繋いでいる。インジェクタ１１２において余剰となった液体燃料は、リークパイプ１１３を経由してリターンパイプ１１４に流れ込む。
The relief pipe 111 connects the
リターンパイプ１１４は、オーバーフローパイプ１０６、リリーフパイプ１１１、及びリークパイプ１１３と、燃料タンク１０１とを繋いでいる。オーバーフローパイプ１０６、リリーフパイプ１１１、及びリークパイプ１１３からリターンパイプ１１４に流れ込んだ液体燃料は、燃料タンク１０１に還流する。
The
エンジン制御装置１１５は、サプライポンプ１０４、燃料調量弁１０５、減圧弁１１０、及びインジェクタ１１２を制御する装置である。エンジン制御装置１１５には、燃圧センサ１０９、クランクセンサ１１６、アクセルセンサ１１７、冷却水温センサ１１８から測定信号が出力される。
The
燃圧センサ１０９は、コモンレール１０８に設けられている。燃圧センサ１０９は、コモンレール１０８における液体燃料の圧力を検出する。クランクセンサ１１６は、エンジンＥｎのクランク角を測定するように設けられている。クランクセンサ１１６は、エンジンＥｎのクランク角を検出する。
The
アクセルセンサ１１７は、アクセル開度を測定するように設けられている。アクセルセンサ１１７は、アクセル開度を検出する。冷却水温センサ１１８は、エンジンＥｎの冷却水温を測定するように設けられている。冷却水温センサ１１８は、エンジンＥｎの冷却水温を検出する。
The
エンジン制御装置１１５は、サプライポンプ１０４にポンプ駆動信号を出力する。サプライポンプ１０４は、ポンプ駆動信号に応じて駆動され、液体燃料を吸い上げる。エンジン制御装置１１５は、燃料調量弁１０５に調量信号を出力する。燃料調量弁１０５は、調量信号に応じて駆動され、供給する液体燃料を調整する。
The
エンジン制御装置１１５は、減圧弁１１０に減圧信号を出力する。減圧弁１１０は、減圧信号に応じてコモンレール１０８内部の圧力を調整する。エンジン制御装置１１５は、インジェクタ１１２に噴射信号を出力する。インジェクタ１１２は、噴射信号に応じて駆動されるニードルバルブを備えている。インジェクタ１１２は、噴射信号に応じてニードルバルブを開弁し、燃料を気筒内に噴射する。
The
続いて、エンジンＥｎの吸排気系について説明する。エンジンＥｎは、吸気管１９を経由して空気を取り入れて、各気筒に供給する。各気筒において燃料が燃焼した結果生じる燃焼ガスは、排出ガスとして排気管３を経由して排出される。
Subsequently, the intake / exhaust system of the engine En will be described. The engine En takes in air via the
排気管３には、エンジンＥｎ側から、ディーゼル酸化触媒２と、選択還元触媒４と、アンモニアスリップ触媒５と、が設けられている。排気管３の選択還元触媒４よりも前段の位置に添加弁８が設けられている。
The
ディーゼル酸化触媒２は、排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する。ディーゼル酸化触媒２は、後段の選択還元触媒４を活性化させるために一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）とする。ディーゼル酸化触媒２は、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）とも称される。
The
選択還元触媒４は、添加弁８から噴射される尿素水を利用し、アンモニア（ＮＨ3）により窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ2）に還元する。選択還元触媒４は、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）とも称される。
The selective reduction catalyst 4 uses urea water injected from the
アンモニアスリップ触媒５は、ＳＣＲの後段に配置されるＤＯＣである。アンモニアスリップ触媒５は、選択還元触媒４において余剰となったアンモニア（ＮＨ3）の排出を抑制するため、アンモニア（ＮＨ3）を窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に酸化する。アンモニアスリップ触媒５は、ＡＳＣ（Ａｍｍｏｎｉａ Ｓｌｉｐ Ｃａｔａｌｙｓｔ）とも称される。 The ammonia slip catalyst 5 is a DOC arranged after the SCR. The ammonia slip catalyst 5 oxidizes ammonia (NH 3 ) into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) in order to suppress the discharge of excess ammonia (NH 3 ) in the selective reduction catalyst 4. The ammonia slip catalyst 5 is also referred to as ASC (Ammonia Slip Catalyst).
添加弁８には、尿素水タンク１１に貯留された尿素水が供給される。尿素水タンク１１と添加弁８とは、尿素水供給パイプ１３によって繋がれている。尿素水供給パイプ１３の一端は、尿素水タンク１１の中に挿入され、ポンプ１２が設けられている。
Urea water stored in the
尿素水供給パイプ１３の多端は、添加弁８に繋がっている。尿素水供給パイプ１３には、尿素水フィルタ１４が設けられている。尿素水フィルタ１４は、尿素水中の不純物を除去するためのものである。
The multiple ends of the urea
制御装置１８は、添加弁８及びポンプ１２を制御する装置である。制御装置１８は、ポンプ１２にポンプ駆動信号を出力する。ポンプ１２は、ポンプ駆動信号に応じて駆動され、尿素水を吸い上げて添加弁８に向けて送出する。
The
制御装置１８は、添加弁８に駆動信号を出力する。添加弁８は、駆動信号に応じて駆動され、尿素水を排気管３内に噴射する。
The
制御装置１８には、排気温度センサ６、ＮＯｘセンサ７、排気温度センサ９、ＮＯｘセンサ１０、尿素水温度センサ１５、水位センサ１６、及び尿素水圧力センサ１７から測定信号が出力される。
The
排気温度センサ６は、ディーゼル酸化触媒２と選択還元触媒４との間に設けられている。排気温度センサ６は、ディーゼル酸化触媒２を通過した排出ガスの温度を検出する。ＮＯｘセンサ７は、ディーゼル酸化触媒２と選択還元触媒４との間に設けられている。ＮＯｘセンサ７は、ディーゼル酸化触媒２を通過した排出ガスのＮＯｘ濃度を検出する。
The
排気温度センサ９は、添加弁８と選択還元触媒４との間に設けられている。排気温度センサ６は、選択還元触媒４に入る排出ガスの温度を検出する。ＮＯｘセンサ１０は、選択還元触媒４とアンモニアスリップ触媒５との間に設けられている。ＮＯｘセンサ１０は、選択還元触媒４を通過した排出ガスのＮＯｘ濃度を検出する。
The
尿素水温度センサ１５は、尿素水タンク１１において貯留されている尿素水の温度を検出可能なように設けられている。水位センサ１６は、尿素水タンク１１において貯留されている尿素水の水位を検出可能なように設けられている。尿素水圧力センサ１７は、尿素水供給パイプ１３を流れる尿素水の圧力を検出可能なように設けられている。
The urea
図２を参照しながら、ポンプ１２について説明する。図２に示されるように、ポンプ１２は、容積型ポンプであって、エンジンＥｎの出力軸１２５に直接連結されている。ポンプ１２は、ハウジング１２１、アウターロータ１２２、及びインナーロータ１２３を有している。ハウジング１２１は、吸入口１２６及び吐出口１２７を有している。吸入口１２６は、尿素水を吸入する部分である。吐出口１２７は、尿素水を吐出するブブである。
The
アウターロータ１２２は、ハウジング１２１の内部に組み込まれている。インナーロータ１２３は、ハウジング１２１の内部であってアウターロータ１２２の内側に組み込まれている。アウターロータ１２２とインナーロータ１２３との間に、貯留室１２４が設けられている。ポンプ１２内に吸入された尿素水は、貯留室１２４に蓄えられる。
The
貯留室１２４の外周面は、アウターロータ１２２における７つの内歯歯車により形成されている。インナーロータ１２３は、外周面より小径で６つの外歯歯車を有する。インナーロータ１２３の外歯歯車とアウターロータ１２２の内歯歯車とはトロコイドギア式にかみ合う。
The outer peripheral surface of the
出力軸１２５とともに回転する外歯歯車と内歯歯車とが噛み合うことによりアウターロータ１２２も回転する。アウターロータ１２２の内歯歯車の間に貯留された尿素水が吐出口１２７から吐出される。吐出される尿素水には吐出口圧力が加えられる。
The
ポンプ１２の吐出口１２７には図示しないリリーフ弁が設けられている。リリーフ弁は、吐出口圧力が所定圧まで上昇した場合に、吐出した尿素水を尿素水タンク１１にリリーフする。リリーフ弁によって、ポンプ１２から吐出される尿素水の圧力が高くなりすぎることが抑制される。本実施形態の吐出口圧力は、このリリーフ弁よりも上流の圧力を示している。
A relief valve (not shown) is provided at the
図３に示されるように、吐出される際に尿素水に加えられる圧力には周期的な変化である脈動が生じる。脈動は、容積型ポンプであるポンプ１２による尿素水の吐出が、出力軸１２５の回転により内歯歯車と外歯歯車とが一つずつ順に噛合うことによって行われることに起因する。
As shown in FIG. 3, the pressure applied to the urea water at the time of discharge causes pulsation, which is a periodic change. The pulsation is caused by the discharge of urea water by the
インナーロータ１２３は出力軸１２５の回転に伴って回転するため、脈動の特性はエンジン運転状態と相関がある。具体的には、エンジンＥｎの出力軸１２５の回転位相であるクランク角度により脈動の波長が決まる。脈動の振幅は、エンジンＥｎの回転位相の変化速度、つまりエンジンＥｎの回転速度により決まる。エンジン回転数が高くなると波長は短くなり振幅は大きくなる。
Since the
吐出口１２７から吐出された燃料は尿素水供給パイプ１３を通って添加弁８に供給される。尿素水供給パイプ１３を通る燃料の脈動の伝播には位相の遅れが生じる。尿素水の圧力の脈動は吐出口圧力に対し伝播遅れ位相分の位相が変化した脈動となり、供給圧力として添加弁８に供給される。供給圧力の脈動の波長および振幅は吐出口圧力と同じである。
The fuel discharged from the
図４を参照しながら、添加弁８の機構を説明する。添加弁８は、ニードル８１と、バネ部材８２と、電磁コイル８３と、を有している。添加弁８には、噴孔８４が設けられている。噴孔８４は、排気浄化用の添加剤である尿素水を噴射する孔であって、排気管３に臨むように設けられている。
The mechanism of the
ニードル８１は、噴孔８４を開閉する弁体として機能する。ニードル８１には、添加剤力Ｆ１と付勢力Ｆ３とが閉弁方向に働いている。添加剤力Ｆ１は、ニードル８１の上面に尿素水の供給圧力が作用することによって発生する力である。付勢力Ｆ３は、バネ部材８２がニードル８１を押す力である。
The
供給圧力は脈動しているため添加剤力Ｆ１も脈動する。一方で、付勢力Ｆ３は一定である。閉弁力の脈動は添加剤力Ｆ１の脈動によるものであるから、閉弁力の脈動の波長および振幅は供給圧力から算出することができる。 Since the supply pressure is pulsating, the additive force F1 is also pulsating. On the other hand, the urging force F3 is constant. Since the pulsation of the valve closing force is due to the pulsation of the additive force F1, the wavelength and amplitude of the pulsation of the valve closing force can be calculated from the supply pressure.
添加弁８を開弁する時には、電磁コイル８３に通電されることでニードル８１の開弁方向に電磁力が付与され、添加弁８が開弁される。電磁力は通電が開始してから徐々に増加するため、最大に達した時の電磁力を最大開弁力とし、駆動力Ｆ２と表記する。ニードル８１を開弁方向に動かすためには、電磁コイル８３による駆動力Ｆ２が添加剤力Ｆ１と付勢力Ｆ３との和である閉弁力よりも大きくなる必要がある。
When the
このように添加弁８は、通電されるとニードル８１に対して開弁方向に駆動力Ｆ２が加えられ、ニードル８１を閉弁方向に付勢するバネ部材８２の付勢力Ｆ３及び供給源である尿素水タンク１１から供給される添加流体としての尿素水の供給圧力による添加剤力Ｆ１に抗してニードル８１が駆動されることで添加流体を噴射するものである。
In this way, when the
駆動力Ｆ２と閉弁力との大小関係は、閉弁力の脈動により周期的に入れ替わる。駆動力Ｆ２が閉弁力より大きく添加弁８が開弁できる期間を開弁可能期間とし、駆動力Ｆ２が閉弁力よりも小さく添加弁８が開弁できない期間を開弁不可能期間とする。図５に示されるように、開弁可能期間と開弁不可能期間とは交互に入れ替わる。
The magnitude relationship between the driving force F2 and the valve closing force is periodically changed by the pulsation of the valve closing force. The period during which the driving force F2 is larger than the valve closing force and the
図１を参照しながら、制御装置１８について説明を加える。制御装置は、ハードウェア的な構成要素として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）といった演算部、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった記憶部、データの授受を行うためのインターフェイス部を備えるコンピュータとして構成されている。
The
続いて、制御装置の機能的な構成要素について説明する。制御装置１８は、機能的な構成要素として、推定部１８１と、算出部１８２と、駆動部１８３と、を備えている。
Subsequently, the functional components of the control device will be described. The
推定部１８１は、尿素水の供給圧力の脈動状態を推定する部分である。算出部１８２は、推定部１８１の推定結果に基づいて供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁８の開弁可否を判断して、添加弁８の開弁可能時期を算出する部分である。駆動部１８３は、算出部１８２の算出結果に基づいて添加弁８の開弁タイミングを決定しニードル８１に駆動力を加える部分である。
The estimation unit 181 is a unit for estimating the pulsating state of the supply pressure of urea water. The calculation unit 182 is a part that determines whether or not the
本実施形態では、供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁８の開弁可否を判断するので、供給圧力の値がどのようになっているかに限らず、供給圧力の動的な状況変化に応じて添加弁８の開弁可否を判断することができる。供給圧力が上昇傾向にあるのか下降傾向にあるのかで、同一の圧力値であっても開弁可能か開弁不可かの状況は異なるので、より的確に開弁可否を判断することができる。算出部１８２による的確な開弁可能時期算出の結果、添加弁８を開弁するのに適切な開弁タイミングを決定することができる。
In the present embodiment, since it is determined whether or not the
本実施形態における算出部１８２は、供給圧力の圧力値が下方閾値ＴｈL（図５参照）を超え、供給圧力の圧力微分値が微分閾値を超えると、添加弁８が開弁不可になったと判断する。
The calculation unit 182 in the present embodiment states that the
供給圧力の圧力値が下方閾値ＴｈLを超え、供給圧力の圧力微分値が微分閾値を超えると、供給圧力は下方閾値を超えて増加傾向にある。供給圧力が増加傾向にあるとより開弁不可状態になる可能性が高まるので、この条件では添加弁８が開弁不可になるものと判断して開弁可能時期を算出する。
When the pressure value of the supply pressure exceeds the lower threshold value Th L and the pressure differential value of the supply pressure exceeds the differential threshold value, the supply pressure tends to increase beyond the lower threshold value. If the supply pressure tends to increase, the possibility that the valve cannot be opened increases. Therefore, it is determined that the
本実施形態における算出部１８２は、添加弁８が開弁不可になったと判断した後、供給圧力の圧力値が下方閾値ＴｈLよりも高い上方閾値ＴｈU（図５参照）を下回ると、添加弁８が開弁可能になったと判断する。
After determining that the
添加弁８が開弁不可になったと判断する条件である、供給圧力の圧力値が下方閾値ＴｈLを超え圧力微分値が微分閾値を超えた後、脈動する供給圧力は極大値となり減少に転じる。供給圧力が減少に転じると供給圧力が増加傾向にある場合よりも開弁可能状になる可能性が高まるので、下方閾値ＴｈLよりも高い上方閾値ＴｈUを下回ると開弁可能になるものと判断して開弁可能時期を算出する。
After the pressure value of the supply pressure exceeds the lower threshold value Th L and the pressure differential value exceeds the differential threshold value, which is a condition for determining that the add-on
本実施形態における駆動部１８３は、駆動力を発生する電磁コイル８３に流す電流を変動させる電流制御駆動を実行することができる。駆動部１８３は、駆動力を発生する電磁コイル８３に印加する電圧を保つ定電圧制御を実行することもできる。
The drive unit 183 in the present embodiment can execute a current control drive that fluctuates the current flowing through the
本実施形態における推定部１８１は、添加流体である尿素水の種類や状態を示す物理量に基づく燃料性状補正をして脈動状態を推定することができる。 The estimation unit 181 in the present embodiment can estimate the pulsating state by correcting the fuel properties based on the physical quantity indicating the type and state of urea water as the added fluid.
添加流体である尿素水の種類や状態が変化すると、脈動の伝達遅れが発生する場合があり位相ずれが生じるので、燃料性状補正をすることでより正確に脈動状態を推定することができる。 If the type or state of urea water, which is the added fluid, changes, a delay in pulsation transmission may occur and a phase shift occurs. Therefore, the pulsation state can be estimated more accurately by correcting the fuel properties.
本実施形態における推定部１８１は、供給源である尿素水タンク１１から添加弁８に至る管路の物理量に基づく管路性状補正をして脈動状態を推定することができる。
The estimation unit 181 in the present embodiment can estimate the pulsating state by correcting the pipe properties based on the physical quantity of the pipe from the
管路の長さといった物理量が変化すると、脈動の伝達遅れが発生する場合があり位相ずれ場生じるので、管路性状補正をすることでより正確に脈動状態を推定することができる。 When a physical quantity such as the length of a pipeline changes, a delay in transmission of pulsation may occur and a phase shift field occurs. Therefore, the pulsation state can be estimated more accurately by correcting the properties of the pipeline.
本実施形態における駆動部１８３は、添加弁８の閉弁結果に基づいて開弁タイミングを補正する。
The drive unit 183 in the present embodiment corrects the valve opening timing based on the valve closing result of the
電磁コイル８３に流す電流を変動させる電流制御駆動を実行すると、電圧変動の結果によって添加弁８の閉弁状況を取得することができる。あるタイミングで添加弁８が閉弁できていない場合、そもそも開弁できていないと判断することができるので、開弁タイミングを補正することができる。
When the current control drive that fluctuates the current flowing through the
本実施形態における駆動部１８３は、予め定められた添加弁８の開弁タイミングの始期をずらすことで、実際に添加弁８を駆動する開弁タイミングを決定することができる。駆動部１８３は、予め定められた添加弁８の開弁タイミングの終期をずらして通電時間を伸ばすことで、実際に添加弁８を駆動する開弁タイミングを決定することができる。
The drive unit 183 in the present embodiment can determine the valve opening timing that actually drives the
続いて、図６を参照しながら、制御装置１８の動作について説明する。ステップＳ００１において、推定部１８１は、添加弁８を駆動する要求の有無を判断する。添加弁８を駆動する要求がある場合（ステップＳ００１；ＹＥＳ）、ステップＳ００２の処理に進む。添加弁８を駆動する要求がない場合（ステップＳ００１；ＮＯ）、処理を終了する。
Subsequently, the operation of the
ステップＳ００２において、推定部１８１は、エンジンＥｎの運転条件から尿素水の脈動を算出する（図２及び図３、それらについての上記説明参照）。エンジンＥｎの運転条件とは、エンジンＥｎの回転数、ポンプ１２の吐出量、及び添加弁８の噴射量を含んでいる。脈動の算出は、脈動の振幅、位相、周期の算出を含み、各時点における圧力微分値の算出も含んでいる。推定部１８１は、エンジンＥｎの運転条件から尿素水の脈動を算出するにあたって、回転数と脈度との関係を規定したマップを用いてもよい。
In step S002, the estimation unit 181 calculates the pulsation of urea water from the operating conditions of the engine En (see FIGS. 2 and 3, and the above description for them). The operating conditions of the engine En include the rotation speed of the engine En, the discharge amount of the
ステップＳ００２に続くステップＳ００３において、算出部１８２は、推定部１８１の推定結果に基づいて供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁８の開弁可否を判断し、添加弁８の開弁可能時期を算出する。
In step S003 following step S002, the calculation unit 182 determines whether or not the
ステップＳ００３に続くステップＳ００４において、駆動部１８３は、算出部１８２の算出結果に基づいて添加弁８の開弁タイミングを決定し、添加弁８への通電を最適化する。この最適化にあたっては、開弁時間を延ばすことで最適化してもよく、開弁時期をずらすことで最適化してもよい。
In step S004 following step S003, the drive unit 183 determines the valve opening timing of the
開弁時期をずらすことによる、添加弁８への通電最適化について説明を加える。駆動部１８３が、最適化前の通電開始タイミングにおいて、電磁コイル８３への通電を開始すると、電磁力は通電開始タイミングから徐々に大きくなる。開弁力Ｆ２（図４参照）は、最適化前の通電開始タイミングの直後に発生するのではなく、最適化前の通電開始タイミングから所定時間経過し電磁力が最大となるタイミングである開弁力発生タイミングに発生する。最適化前の通電開始タイミングから開弁力発生タイミングまでの期間を基本遅れ期間とする。
The optimization of energization of the
添加弁８への通電を開始し、開弁力発生タイミングとなったとしても、それが開弁不可期間（図５参照）である場合には、添加弁８は開弁することができない。そこで、基本遅れ期間を見込んで、開弁可能期間に開弁力発生タイミングが到来するように、通電開始タイミングを最適化する。
Even if the
続いて、開弁時間を延ばすことによる、添加弁８への通電最適化について説明を加える。開弁時間を延ばすことは、駆動部１８３が最適前の通電終了タイミングを遅らせるのが一つの態様として採用されうる。駆動部１８３は、最適化前の通電開始タイミングと脈動とに基づき最適化前の通電開始タイミングから補正前の開弁開始タイミングまでの期間を開弁遅れ期間として算出する。
Subsequently, the optimization of energization of the
更に、エンジンＥｎの運転状態に基づき算出される添加剤としての尿素水の目標噴射及び最適化前の通電開始タイミングから添加弁８への最適化前の通電終了タイミングを算出し仮決めする。そして、仮決めされた最適化前の通電終了タイミングを、開弁遅れ期間分遅くしたタイミングとなるように通電終了タイミングを設定する。尚、制御実装する際には、例えばＮＥ＃０を基準としてクランク角度（時間）で開弁可能区間を定義するなどの方法が可能である。
Further, the target injection of urea water as an additive calculated based on the operating state of the engine En and the energization start timing before optimization are calculated to tentatively determine the energization end timing before optimization to the
ステップＳ００４に続くステップＳ００５において、駆動部１８３は、電磁コイル８３に通電し、ニードル８１に駆動力を加える。
In step S005 following step S004, the drive unit 183 energizes the
続いて、図７を参照しながら、制御装置１８の動作の別例について説明する。ステップＳ１０１において、推定部１８１は、添加弁８を駆動する要求の有無を判断する。添加弁８を駆動する要求がある場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、ステップＳ１０２の処理に進む。添加弁８を駆動する要求がない場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、処理を終了する。
Subsequently, another example of the operation of the
ステップＳ１０２において、推定部１８１は、エンジンＥｎの運転条件から尿素水の脈動を算出する（図２及び図３、それらについての上記説明参照）。ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３では、推定部１８１は、算出した脈動の位相を補正する。 In step S102, the estimation unit 181 calculates the pulsation of urea water from the operating conditions of the engine En (see FIGS. 2 and 3, and the above description thereof). In step S103 following step S102, the estimation unit 181 corrects the calculated pulsation phase.
脈動の位相を補正するにあたっては、様々な条件を勘案することができる。一例として、尿素水の温度と位相ずれとの関係に基づいて脈動の位相を補正することができる。この補正にあたっては、尿素水の温度と位相ずれとの関係を規定したマップを用いることができる。この補正にあたっては、圧力進行波の物理式から位相ずれ量を算出して補正することができる。圧力進行波の物理式には、管路の縦弾性係数、液体の体積弾性係数、液体の密度の項が存在するので、それらに基づいて位相ずれ量を算出することができる。 Various conditions can be taken into consideration when correcting the pulsating phase. As an example, the phase of pulsation can be corrected based on the relationship between the temperature of urea water and the phase shift. For this correction, a map that defines the relationship between the temperature of urea water and the phase shift can be used. In this correction, the amount of phase shift can be calculated from the physical formula of the pressure traveling wave and corrected. Since the physical formula of the traveling wave has terms of the longitudinal elastic modulus of the pipeline, the volume elastic modulus of the liquid, and the density of the liquid, the phase shift amount can be calculated based on these.
ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、算出部１８２は、推定部１８１の補正済み推定結果に基づいて供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁８の開弁可否を判断し、添加弁８の開弁可能時期を算出する。
In step S104 following step S103, the calculation unit 182 determines whether or not the
ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５において、駆動部１８３は、算出部１８２の算出結果に基づいて添加弁８の開弁タイミングを決定し、添加弁８への通電を最適化する。この最適化にあたっては、開弁時間を延ばすことで最適化してもよく、開弁時期をずらすことで最適化してもよい。添加弁８への通電の最適化については、図６のステップＳ００４と同様に行うことができる。ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６において、駆動部１８３は、電磁コイル８３に通電し、ニードル８１に駆動力を加える。
In step S105 following step S104, the drive unit 183 determines the valve opening timing of the
続いて、図８を参照しながら、制御装置１８の動作の別例について説明する。ステップＳ２０１において、推定部１８１は、添加弁８を駆動する要求の有無を判断する。添加弁８を駆動する要求がある場合（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）、ステップＳ２０２の処理に進む。添加弁８を駆動する要求がない場合（ステップＳ２０１；ＮＯ）、処理を終了する。
Subsequently, another example of the operation of the
ステップＳ２０２において、推定部１８１は、エンジンＥｎの運転条件から尿素水の脈動を算出する（図２及び図３、それらについての上記説明参照）。ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３では、推定部１８１は、算出した脈動の位相を補正する。脈動の位相補正については、図７のステップＳ１０３と同様に行うことができる。 In step S202, the estimation unit 181 calculates the pulsation of urea water from the operating conditions of the engine En (see FIGS. 2 and 3, and the above description thereof). In step S203 following step S202, the estimation unit 181 corrects the calculated pulsation phase. The phase correction of the pulsation can be performed in the same manner as in step S103 of FIG.
ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、算出部１８２は、推定部１８１の補正済み推定結果に基づいて供給圧力の圧力値及び圧力微分値から添加弁８の開弁可否を判断し、添加弁８の開弁可能時期を算出する。
In step S204 following step S203, the calculation unit 182 determines whether or not the
ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５において、駆動部１８３は、算出部１８２の算出結果に基づいて添加弁８の開弁タイミングを決定し、添加弁８への通電を最適化する。この最適化にあたっては、開弁時間を延ばすことで最適化してもよく、開弁時期をずらすことで最適化してもよい。添加弁８への通電の最適化については、図６のステップＳ００４と同様に行うことができる。
In step S205 following step S204, the drive unit 183 determines the valve opening timing of the
ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６において、駆動部１８３は、開弁判定フラグが１であるか否かを判断する。開弁判定フラグが１である場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、開弁できていると判断し、ステップＳ２０７の処理に進む。開弁判定フラグが１でない場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、開弁できていないと判断し、ステップＳ２５１の処理に進む。 In step S206 following step S205, the drive unit 183 determines whether or not the valve opening determination flag is 1. When the valve opening determination flag is 1 (step S206; YES), it is determined that the valve has been opened, and the process proceeds to step S207. If the valve opening determination flag is not 1 (step S206; NO), it is determined that the valve opening has not been completed, and the process proceeds to step S251.
ステップＳ２５１において、駆動部１８３は、学習値の絶対値がガード値より小さいか否かを判断する。学習値とは、駆動部１８３による添加弁８の駆動タイミングのオフセット量を決める学習値である。学習値は、脈動の周期をガード値として用いる。学習値の絶対値がガード値より小さい場合（ステップＳ２５１；ＹＥＳ）、ステップＳ２５２の処理に進む。学習値の絶対値がガード値より小さくない場合（ステップＳ２５１；ＮＯ）、ステップＳ２５３の処理に進む。
In step S251, the drive unit 183 determines whether or not the absolute value of the learning value is smaller than the guard value. The learning value is a learning value that determines the offset amount of the drive timing of the
ステップＳ２５２において、駆動部１８３は、脈動周期の１／２を学習値に加算する。ステップＳ２５３において、駆動部１８３は、脈動周期の１／２を学習値から減算する。駆動タイミングを、脈動周期の１／２オフセットすることで噴射可能なタイミングにて噴射可能となる。尚、噴射可能な時間帯が、脈動周期の１／２以上あることが前提となっている。ステップＳ２５２又はステップＳ２５３の処理が終了すると、ステップＳ２０７の処理に進む。 In step S252, the drive unit 183 adds 1/2 of the pulsation cycle to the learning value. In step S253, the drive unit 183 subtracts 1/2 of the pulsation cycle from the learning value. By offsetting the drive timing by 1/2 of the pulsation cycle, it becomes possible to inject at the timing at which injection is possible. It is assumed that the injection possible time zone is 1/2 or more of the pulsation cycle. When the process of step S252 or step S253 is completed, the process proceeds to step S207.
ステップＳ２０７において、駆動部１８３は、電磁コイル８３に通電し、ニードル８１に駆動力を加える。この通電にあたっては、ステップＳ２０５の処理で行った最適化に加えて、必要に応じて学習値を織り込んだ通電を実行する。
In step S207, the drive unit 183 energizes the
ステップＳ２０７に続くステップＳ２０８において、駆動部１８３は、添加弁８が開弁できているか否かを判断する。開弁可否の判断は、添加弁８が閉弁動作を行っているか否かで判断する。添加弁８が閉弁動作を行っているか否かは、電磁コイル８３に通電した結果の電圧変動から判断することができる。電圧変動において変曲点が発生していれば添加弁８が閉弁動作を行っていると判断し、電圧変更において変曲点が発生していなければ添加弁８が閉弁動作を行っていないと判断する。
In step S208 following step S207, the drive unit 183 determines whether or not the
添加弁８が開弁できていると判断した場合（ステップＳ２０８；ＹＥＳ）、ステップＳ２０９の処理に進む。添加弁８が開弁できていないと判断した場合（ステップＳ２０８；ＮＯ）、ステップＳ２１０の処理に進む。
When it is determined that the
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Those skilled in the art with appropriate design changes to these specific examples are also included in the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. Each element included in each of the above-mentioned specific examples, its arrangement, conditions, shape, etc. is not limited to the illustrated one, and can be appropriately changed. The combinations of the elements included in each of the above-mentioned specific examples can be appropriately changed as long as there is no technical contradiction.
８：添加弁
８１：ニードル
８２：バネ部材
１８：制御装置
１８１：推定部
１８２：算出部
１８３：駆動部
8: Addition valve 81: Needle 82: Spring member 18: Control device 181: Estimating unit 182: Calculation unit 183: Drive unit
Claims (10)
前記添加弁は、通電されるとニードル（８１）に対して開弁方向に駆動力（Ｆ２）が加えられ、前記ニードルを閉弁方向に付勢するバネ部材（８２）の付勢力（Ｆ３）及び供給源から供給される添加流体の供給圧力による添加剤力（Ｆ１）に抗して前記ニードルが駆動されることで添加流体を噴射するものであり、
前記推定部は、前記供給圧力の脈動状態を推定し、
前記算出部は、前記推定部の推定結果に基づいて前記供給圧力の圧力値及び圧力微分値から前記添加弁の開弁可否を判断して、前記添加弁の開弁可能時期を算出し、
前記駆動部は、前記算出部の算出結果に基づいて前記添加弁の開弁タイミングを決定し前記ニードルに駆動力を加える、制御装置。 It is a control device (18) of the addition valve (8), and includes an estimation unit (181), a calculation unit (182), and a drive unit (183).
When the addition valve is energized, a driving force (F2) is applied to the needle (81) in the valve opening direction, and the urging force (F3) of the spring member (82) that urges the needle in the valve closing direction. And, the additive fluid is injected by driving the needle against the additive force (F1) due to the supply pressure of the additive fluid supplied from the supply source.
The estimation unit estimates the pulsating state of the supply pressure and
Based on the estimation result of the estimation unit, the calculation unit determines whether or not the addition valve can be opened from the pressure value and the pressure differential value of the supply pressure, and calculates the valve opening possible time of the addition valve.
The driving unit is a control device that determines the valve opening timing of the addition valve based on the calculation result of the calculation unit and applies a driving force to the needle.
前記算出部は、前記供給圧力の圧力値が下方閾値（ＴｈL）を超え、前記供給圧力の圧力微分値が微分閾値を超えると、前記添加弁が開弁不可になったと判断する。 The control device according to claim 1.
When the pressure value of the supply pressure exceeds the lower threshold value (Th L ) and the pressure differential value of the supply pressure exceeds the differential threshold value, the calculation unit determines that the addition valve cannot be opened.
算出部は、前記添加弁が開弁不可になったと判断した後、前記供給圧力の圧力値が前記下方閾値よりも高い上方閾値（ＴｈU）を下回ると、前記添加弁が開弁可能になったと判断する。 The control device according to claim 2.
After determining that the addition valve cannot be opened, the calculation unit enables the addition valve to be opened when the pressure value of the supply pressure falls below the upper threshold value (Th U ) higher than the lower threshold value. Judge.
前記駆動部は、前記駆動力を発生する電磁コイル（８３）に流す電流を変動させる電流制御駆動を実行する。 The control device according to any one of claims 1 to 3.
The drive unit executes a current control drive that fluctuates the current flowing through the electromagnetic coil (83) that generates the driving force.
前記駆動部は、前記駆動力を発生する電磁コイル（８３）に印加する電圧を保つ定電圧制御を実行する。 The control device according to any one of claims 1 to 3.
The driving unit executes constant voltage control for maintaining a voltage applied to the electromagnetic coil (83) that generates the driving force.
前記推定部は、前記添加流体の種類や状態を示す物理量に基づく燃料性状補正をして前記脈動状態を推定する。 The control device according to claim 4 or 5.
The estimation unit estimates the pulsating state by correcting the fuel properties based on the physical quantity indicating the type and state of the added fluid.
前記推定部は、前記供給源から前記添加弁に至る管路の物理量に基づく管路性状補正をして前記脈動状態を推定する。 The control device according to claim 4 or 5.
The estimation unit estimates the pulsating state by correcting the pipe properties based on the physical quantity of the pipe from the supply source to the addition valve.
前記駆動部は、前記添加弁の閉弁結果に基づいて前記開弁タイミングを補正する。 The control device according to claim 4.
The drive unit corrects the valve opening timing based on the valve closing result of the addition valve.
前記駆動部は、予め定められた前記添加弁の開弁タイミングの始期をずらすことで、実際に前記添加弁を駆動する開弁タイミングを決定する。 The control device according to any one of claims 1 to 8.
The drive unit determines the valve opening timing that actually drives the addition valve by shifting the start timing of the valve opening timing of the addition valve that is predetermined.
前記駆動部は、予め定められた前記添加弁の開弁タイミングの終期をずらして通電時間を伸ばすことで、実際に前記添加弁を駆動する開弁タイミングを決定する。 The control device according to any one of claims 1 to 8.
The drive unit determines the valve opening timing for actually driving the addition valve by shifting the end of the predetermined addition valve opening timing to extend the energization time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2019089772A JP2020186655A (en) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | Control device |
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