JP4165896B2 - 還元剤経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されたNOX排出を削減する装置では、尿素水溶液の加水分解による目詰まりが生じにくくなってはいるものの、目詰まりを生じるおそれは皆無ではなく、また、尿素水溶液の加水分解でなくとも、排気ガス中のすす等による目詰まりを生じるおそれもある。したがって、還元剤供給装置内で目詰まりを生じた場合に、適確に目詰まりを検出する方法が必要とされている。
すなわち、本発明の目的は、供給ライン及び戻しラインのいずれかの箇所で詰まりを生じている場合に、適確に詰まりを検出するとともに詰まり箇所を推定し、修理交換作業を効率化することができる還元剤経路の詰まり判定装置及び還元剤経路の詰まり判定方法を提供することである。
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を示しており、適宜説明が省略されている。
1.還元剤経路の詰まり判定装置
(1)排気浄化システムの全体構成
まず、本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置を備えた排気浄化システム(以下、単に「システム」と称する場合がある。)の構成例について図1を参照しつつ説明する。
図1に示す排気浄化システム10は、尿素水溶液を還元剤として用い、排気ガスを還元剤とともにNOX触媒13を通過させてNOXを選択的に還元する排気浄化システム10である。この排気浄化システム10は、内燃機関に接続された排気通路11の途中に配設され、排気ガス中に含まれるNOXを選択的に還元するためのNOX触媒13と、NOX触媒13の上流側で排気通路11中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁31を含む還元剤供給装置20とが備えられている。また、排気通路11のNOX触媒13の上流側及び下流側にはそれぞれ温度センサ15、16が配置されるとともに、NOX触媒13の下流側にはNOXセンサ17が配置されている。このうち、NOX触媒13や温度センサ15、16、NOXセンサ17の構成は特に制限されるものではなく、公知のものを使用することができる。
なお、本実施形態では、ECU70とDCU60とが別のコントロールユニットからなり、CAN65を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのECU70とDCU60とを一つのコントロールユニットとして構成しても構わない。
なお、本発明の排気浄化システムは、還元剤として尿素水溶液が用いられる。
なお、「ポンプの駆動DUTY」とは、PWM(pulse width modulation)制御において、1周期当たりに占めるポンプの駆動時間の割合を意味している。
使用可能なリターンバルブ71としては、例えば電磁弁が挙げられる。
還元剤噴射弁31は、例えば、DUTY制御により開弁のON−OFFを制御するON−OFF弁からなるものである。また、貯留室33ではポンプモジュール40から圧送されてきた還元剤が所定の圧力で蓄えられるようになっており、DCU60から送られてくる制御信号によって還元剤噴射弁31が開かれたときに還元剤が排気通路11中に噴射されるようになっている。
なお、噴射モジュール30に備えられた温度センサ37を省略することもできる。
すなわち、本発明の実施の形態におけるDCU60は、CAN情報取出生成部(図1では「CAN情報取出生成」と表記)と、還元剤経路詰まり判定部(図1では「Udp詰まり判定」と表記)と、ポンプ駆動制御部(図1では「ポンプ駆動制御」と表記)と、還元剤噴射弁動作制御部(図1では「Udv動作制御」と表記)と、リターンバルブ駆動制御部(図1では「Rtv動作制御」と表記)と、RAM(Random Access Memory)等を主要な構成要素として構成されている。そして、これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ(図示せず)によるプログラムの実行によって実現されるものである。
また、ポンプ駆動制御部は、CAN情報生成部から出力される第1の供給経路58内の還元剤の圧力に関する情報を継続的に読み込み、この圧力情報をもとにポンプ41をフィードバック制御し、第1の供給経路58、循環経路59及び貯留室33内の還元剤の圧力がほぼ一定の状態に維持されるようになっている。本実施形態の排気浄化システムのポンプ41は電動ポンプであるため、出力される圧力値が目標値よりも低い場合には、圧力を上昇させるべく電動ポンプ41の駆動DUTYが大きくなるように制御され、逆に、出力される圧力値が目標値を超える場合には、圧力を低下させるべく電動ポンプ41の駆動DUTYが小さくなるように制御される。
なお、還元剤噴射弁動作制御部は、還元剤噴射弁31の通常の噴射モードの他に、全閉モードにも切り替えられるようになっているが、全閉モードで、還元剤が実際に噴射されない状態になっている場合においても、上述の還元剤噴射指示量の積算は行われるようになっている。
内燃機関の運転時において、貯蔵タンク50内の還元剤は、ポンプ41によって汲み上げられ、噴射モジュール30側に圧送される。このとき、ポンプモジュール40に備えられたポンプ41の下流側の圧力センサ43による検出値をフィードバックし、検出値が所定値未満の場合にはポンプ41の出力を高める一方、圧力値が所定値を超える場合には圧力制御弁49によって減圧される。これによって、噴射モジュール30側に圧送される還元剤の圧力がほぼ一定の値に維持されるように制御される。
ここで、本発明の実施の形態のDCU60では、還元剤経路詰まり判定部(以下、単に「詰まり判定部」と称する。)が備えられている。この詰まり判定部は、ポンプ41の駆動DUTYが所定のしきい値(「判定基準値D」と称する場合がある。)を下回っているときに、ポンプ41の駆動を停止するとともに還元剤噴射弁31を全開にした状態で、CAN情報生成部から出力される還元剤の圧力情報をもとに後述する所定の演算を行い、第1の供給経路(第1還元剤経路)58及び循環経路(第2還元剤経路)59のいずれかの箇所で詰まりが発生しているか否かを判定するように構成されている。この還元剤経路詰まり判定部は、図2に示すように、駆動DUTY判定手段(図2では「DUTY判定」と表記)と、圧力低下量演算手段(図2では「圧力低下量演算」と表記)と、詰まり判定手段(図2では「詰まり判定」と表記)と、タイマカウンタ部(図2では「タイマカウンタ」と表記)とを含むものである。
すなわち、還元剤噴射弁又はリターンバルブを介して高流量の燃料が流れていると想定される状態で、還元剤を圧送すべきポンプ41の駆動DUTYがそれほど高くない場合、すなわち、圧力センサによって検出される圧力値が噴射制御可能な最低圧力以上に維持されている場合には、制御状態に矛盾が生じていることから、還元剤経路に詰まりが発生していると判定するようになっている。
また、本実施形態のDCUにおける、詰まり判定部に備えられた詰まり判定手段は、UPDの値が所定の詰まり判定基準値D以下であるか否かを判別して、第1の供給経路及び循環経路のいずれかの箇所で詰まりが発生しているか否かを判定するものである。
また、タイマカウンタ部は、還元剤の圧力低下量を求める際の時間の計測に用いられ、本実施形態のDCUの例では、タイマ1、タイマ2を作動させることができるようになっている。
次に、本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置による還元剤経路の詰まり判定方法のルーチンの一例について、図3に示す制御フローを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。
次いで、ステップS102では、ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値duty0未満となっているか否かを判別する。駆動DUTYがしきい値duty0未満の場合には、制御状態に矛盾があり、還元剤経路の詰まりのおそれがあるために、ステップS103以降のテストモードに移行される。一方、駆動DUTYがしきい値duty0以上となっている場合には、正常な制御状態にあるとされてスタート位置に戻される。
1.還元剤経路の詰まり判定装置
本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置を備えた排気浄化システム(以下、単に「システム」と称する場合がある。)の構成例を図4に示す。
この図4に示す排気浄化システム100は、図1に示す第1の実施の形態の排気浄化システム10が循環経路59にリターンバルブ71を備えている代わりに、オリフィス35を備えて構成されたものである。
また、リターンバルブの代わりにオリフィス35を備えていることに伴い、DCU60のリターンバルブ駆動制御部が省略されている。
なお、第1の実施の形態と同様に、噴射モジュール30に備えられた温度センサ37を省略することもできる。
次に、本実施形態の還元剤経路の詰まり判定装置による還元剤経路の詰まり判定方法のルーチンの一例について、図5に示す制御フローを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、常時実行されるようにしてもよく、あるいは一定時間ごとの割り込みによって実行されるようにしてもよい。
次いで、ステップS152では、ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値duty0未満となっているか否かを判別する。駆動DUTYがしきい値duty0未満の場合には、制御状態に矛盾があり、還元剤経路の詰まりのおそれがあるために、ステップS153以降のテストモードに移行される。一方、駆動DUTYがしきい値duty0以上となっている場合には、正常な制御状態にあるとされてスタート位置に戻される。
また、上述の実施の形態の例では、各センサからの出力はCAN通信用デジタル信号として出力されているが、これに制限されるものではなく、従来のアナログ信号を用いて、各センサからの情報を直接各制御装置に出力する構成とすることもできる。
Claims (9)
- 内燃機関から排出される排気ガス中のNOXを還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプから圧送された前記還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の間に配設された第1還元剤経路と、前記第1還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、前記還元剤噴射弁に接続され前記還元剤を循環させるための第2還元剤経路と、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定装置であって、
前記圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるように前記ポンプをDUTY制御するポンプ駆動制御手段と、
前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する駆動DUTY判定手段と、
前記ポンプの駆動DUTYが前記しきい値未満と判別された場合に、前記ポンプを停止するとともに前記還元剤噴射弁を全開した後、前記圧力センサによって検出される圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出するための圧力低下量演算手段と、
前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量をもとに、前記第1還元剤経路又は前記第2還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする還元剤経路の詰まり判定装置。 - 前記ポンプ駆動検知手段は、前記還元剤噴射弁が所定の開度以上に開かれた状態のときに、前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっているか否かを判別することを特徴とする請求項1に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
- 前記詰まり判定手段は、前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量が所定の基準値未満のときに、前記第1還元剤経路に詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項2に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
- 前記ポンプ駆動検知手段は、前記還元剤噴射弁が閉じられる一方、前記第2還元剤経路を介して前記還元剤が循環可能な状態のときに、前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっているか否かを判別することを特徴とする請求項1に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
- 前記詰まり判定手段は、前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量が所定の基準値以上の場合に前記第2還元剤経路が詰まっていると判定し、前記基準値未満の場合に前記第1還元剤経路が詰まっていると判定することを特徴とする請求項4に記載の還元剤経路の詰まり判定装置。
- 内燃機関から排出される排気ガス中のNOXを還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプから圧送された前記還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の間に配設された第1還元剤経路と、前記第1還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、前記還元剤噴射弁に接続され前記還元剤を循環させるための第2還元剤経路と、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定方法であって、
前記圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるように前記ポンプの駆動をDUTY制御し、前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する工程と、
前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっていると判別された場合に、前記ポンプを停止するとともに前記還元剤噴射弁を全開し、前記圧力センサによって検出される前記第1還元剤経路内の圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出する工程と、
算出された前記圧力低下量をもとに、前記第1還元剤経路又は前記第2還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する工程と、
を含むことを特徴とする還元剤経路の詰まり判定方法。 - 前記排気通路に配設されたNOX触媒の温度が所定の基準値以上のときに前記詰まり判定を行うことを特徴とする請求項7に記載の還元剤経路の詰まり判定方法。
- 内燃機関から排出される排気ガス中のNO X を還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプから圧送された前記還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の間に配設された第1還元剤経路と、前記第1還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定装置であって、
前記圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるように前記ポンプをDUTY制御するポンプ駆動制御手段と、
前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する駆動DUTY判定手段と、
前記ポンプの駆動DUTYが前記しきい値未満と判別された場合に、前記ポンプを停止するとともに前記還元剤噴射弁を全開した後、前記圧力センサによって検出される圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出するための圧力低下量演算手段と、
前記圧力低下量演算手段によって算出された前記圧力低下量をもとに、前記第1還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする還元剤経路の詰まり判定装置。 - 内燃機関から排出される排気ガス中のNO X を還元するための還元剤を圧送するためのポンプと、前記ポンプから圧送された前記還元剤を排気通路に供給するための還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の間に配設された第1還元剤経路と、前記第1還元剤経路内の圧力を検知するための圧力センサと、を含む排気浄化システムにおける還元剤経路の詰まり判定方法であって、
前記圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるように前記ポンプの駆動をDUTY制御し、前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する工程と、
前記ポンプの駆動DUTYが所定のしきい値未満となっていると判別された場合に、前記ポンプを停止するとともに前記還元剤噴射弁を全開し、前記圧力センサによって検出される前記第1還元剤経路内の圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出する工程と、
算出された前記圧力低下量をもとに、前記第1還元剤経路に詰まりが生じているか否かを判別する工程と、
を含むことを特徴とする還元剤経路の詰まり判定方法。
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