(57)【要約】【課題】ギヤポンプの不具合防止に十分な量の尿素水の吸い戻し（回収）とギヤポンプ内のギヤの乾燥抑制とを両立させられる吸い戻し制御を実行できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒１２と、その上流側の排気通路１０内に尿素水を供給する還元剤供給装置２０と、還元剤供給装置２０を制御する制御装置３０と、を備える。還元剤供給装置２０は、尿素水タンク２４と、尿素水添加弁２２と、尿素水流路２６と、正逆回転が可能なギヤポンプ２８と、を含む。制御装置３０は、エンジン停止時に、ギヤポンプ２８を逆回転させて吸い戻し制御を実行し、逆回転の実行中にギヤポンプ２８の回転数変動を検出した場合に逆回転を停止し、かつ、逆回転を停止した後に、ギヤポンプ２８を所定の微小回転量だけ正回転させる。【選択図】図４
2020060160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、ＮＨ３を還元剤として利用して排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の前記排気通路内に尿素水を供給する還元剤供給装置と、
前記還元剤供給装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記還元剤供給装置は、
前記尿素水を貯留する尿素水タンクと、
前記尿素水を前記排気通路に添加する尿素水添加弁と、
前記尿素水添加弁と前記尿素水タンクとを接続する尿素水流路と、
正逆回転が可能であり、正回転することで前記尿素水タンクから前記尿素水添加弁に前記尿素水を圧送するギヤポンプと、
を含み、
前記制御装置は、
エンジン停止時に、前記尿素水添加弁、前記尿素水流路及び前記ギヤポンプに残留している前記尿素水が前記尿素水タンクまで移動するように前記ギヤポンプの逆回転を実行する吸い戻し制御を行い、
前記逆回転の実行中に前記ギヤポンプの回転数変動を検出した場合に前記逆回転を停止し、かつ、
前記逆回転を停止した後に、前記ギヤポンプを所定の微小回転量だけ正回転させる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、選択還元型ＮＯｘ触媒とこれにＮＯｘの還元剤を供給する還元剤供給装置とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、選択還元型ＮＯｘ触媒とこれにＮＯｘの還元剤（アンモニア）を供給する還元剤供給装置とを備える内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この還元剤供給装置は、尿素水タンクと、尿素水を添加するインジェクタ（尿素水添加弁）と、尿素水タンクと尿素水添加弁とを接続する配管（尿素水流路）と、尿素水を圧送するポンプとを備えている。
【０００３】
上述の排気浄化装置では、エンジン停止後に、ポンプを逆回転させることにより、尿素水添加弁及び尿素水流路等から構成される尿素水供給系内に残留した尿素水を尿素水タンクに回収する尿素水回収処理（吸い戻し制御）が実行される。この尿素水回収処理では、所定量の尿素水が尿素水供給系内に残留するように実行される。この所定値は、尿素水供給系内の総容積と、凍結に伴う膨張による残留尿素水の体積増加とを考慮して決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０７８６４３号公報
【特許文献２】特開２０１６−０９８６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
尿素水ポンプの内部には、例えばポンプ内圧センサのように尿素水の凍結に起因して破損の恐れのある部品が内蔵されることがある。このため、尿素水の凍結膨張に起因する当該部品の破損によるポンプの不具合を防止するためには、そのような部品の位置まで十分に尿素水を吸い戻しておく必要がある。その一方で、ポンプがギヤポンプである場合には、吸い戻し制御は、ギヤポンプ内のギヤの乾燥を抑制することにも配慮して行われることが望ましい。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ギヤポンプの不具合防止に十分な量の尿素水の吸い戻し（回収）とギヤポンプ内のギヤの乾燥抑制とを両立させられる吸い戻し制御を実行できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、ＮＨ３を還元剤として利用して排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の前記排気通路内に尿素水を供給する還元剤供給装置と、
前記還元剤供給装置を制御する制御装置と、を備える。
前記還元剤供給装置は、前記尿素水を貯留する尿素水タンクと、前記尿素水を前記排気通路に添加する尿素水添加弁と、前記尿素水添加弁と前記尿素水タンクとを接続する尿素水流路と、正逆回転が可能であり、正回転することで前記尿素水タンクから前記尿素水添加弁に前記尿素水を圧送するギヤポンプと、を含む。
前記制御装置は、エンジン停止時に、前記尿素水添加弁、前記尿素水流路及び前記ギヤポンプに残留している前記尿素水が前記尿素水タンクまで移動するように前記ギヤポンプの逆回転を実行する吸い戻し制御を行い、前記逆回転の実行中に前記ギヤポンプの回転数変動を検出した場合に前記逆回転を停止し、かつ、前記逆回転を停止した後に、前記ギヤポンプを所定の微小回転量だけ正回転させる。
【発明の効果】
【０００８】
吸い戻し制御によってギヤポンプの位置まで尿素水の回収が進んだ後には、尿素水添加弁から吸い込んだ空気がギヤポンプのギヤに到達する。その結果、ギヤポンプの負荷が下がるのでポンプ回転数が変動する。本発明によれば、尿素水の吸い戻しのためのギヤポンプの逆回転の実行中にポンプ回転数の変動が検出された場合に、吸い戻し（逆回転）が停止される。このため、ギヤポンプのギヤ付近の部位まで（すなわち、ギヤポンプの不具合防止に十分な量で）尿素水を回収することができる。そして、本発明によれば、ギヤポンプの逆回転の停止後に、ギヤポンプを所定の微小回転量だけ正回転させる動作が実行される。これにより、ギヤの乾燥を防ぐことができる。以上のように、本発明によれば、ギヤポンプの不具合防止に十分な量の尿素水の吸い戻し（回収）とギヤポンプ内のギヤの乾燥抑制とを両立させられる吸い戻し制御を実行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例を説明するための図である。
【図２】図１に示す尿素水ポンプ（ギヤポンプ）の内部構造の一例を表した模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る吸い戻し制御において尿素水ポンプの逆回転を停止させるタイミングの決定手法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る吸い戻し制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１１】
１．排気浄化装置のシステム構成例
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関（一例として、ディーゼルエンジン）に適用されている。この内燃機関の排気通路１０には、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）１２が配置されている。
【００１２】
ＳＣＲ触媒１２よりも上流側の排気通路１０には、還元剤供給装置２０の尿素水添加弁２２が設置されている。尿素水添加弁２２は、アンモニア（ＮＨ３）の前駆体である尿素水を排気通路１０内に添加（噴射）する。尿素水添加弁２２から排気通路１０に噴射された尿素水は、加水分解されてＮＨ３となり、ＳＣＲ触媒１２に供給される。ＳＣＲ触媒１２は、供給された尿素水由来のＮＨ３を還元剤として、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。
【００１３】
図１に示すように、還元剤供給装置２０は、尿素水添加弁２２とともに、主たる構成要素として、尿素水タンク２４、尿素水流路２６及び尿素水ポンプ２８を備えている。尿素水タンク２４は、尿素水を貯留している。尿素水流路２６は、尿素水添加弁２２と尿素水タンク２４とを接続している。図１に示す一例では、尿素水ポンプ２８は、尿素水タンク２４側の尿素水流路２６の端部に配置され、その大部分が尿素水タンク２４内に位置している。
【００１４】
図２は、図１に示す尿素水ポンプ２８の内部構造の一例を表した模式図である。尿素水ポンプ２８は、図２に示すように尿素水の圧送のために一対のギヤ２８ａ、２８ｂを利用するギヤポンプである。尿素水ポンプ２８は、一例として電動式であり、正逆回転可能に構成されている。また、尿素水ポンプ２８は、ポンプ回転数を検出するポンプ回転数センサ２８ｃ、及び、その吐出圧を検出するポンプ内圧センサ２８ｄを内蔵している。図２に示す例におけるポンプ内圧センサ２８ｄは、後述の吸い戻し制御の実行中の尿素水の流れ方向において、一対のギヤ２８ａ、２８ｂの上流に位置している。
【００１５】
図１に示すシステムは、さらに制御装置３０を備えている。制御装置３０は、還元剤供給装置２０（尿素水添加弁２２及び尿素水ポンプ２８）を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）である。制御装置３０には、上記のポンプ回転数センサ２８ｃ及びポンプ内圧センサ２８ｄ等の還元剤供給装置２０の制御に必要な各種情報を検出する各種センサが電気的に接続されている。制御装置３０はプロセッサとメモリとを有する。メモリには、還元剤供給装置２０の制御に必要なプログラム及びマップが記憶されている。また、制御装置３０には、上記の各種センサから様々な情報が入力される。プロセッサは、これらの情報を利用しつつ、プログラムをメモリから読み出して実行することにより、各アクチュエータ（尿素水添加弁２２及び尿素水ポンプ２８）の操作量を決定する。
【００１６】
２．還元剤供給装置の制御
制御装置３０による還元剤供給装置２０の制御は、尿素水添加弁２２を利用する尿素水噴射量制御を含む。尿素水噴射量制御の実行中には、尿素水ポンプ２８は、正回転することで尿素水タンク２４から尿素水添加弁２２に尿素水を圧送する。そして、尿素水添加弁２２は、例えば内燃機関の気筒から排出されるＮＯｘの濃度とエンジン運転条件に応じた目標ＮＯｘ浄化率とに基づく要求尿素水噴射量に応じた量の尿素水を噴射する。
【００１７】
２−１．吸い戻し制御の基本動作及び課題
制御装置３０による還元剤供給装置２０の制御は、さらに、以下の「吸い戻し制御」を含む。吸い戻し制御は、尿素水添加弁２２、尿素水流路２６及び尿素水ポンプ２８の部位に残留する尿素水が凍結することに起因する当該部位の破損を防止するために、エンジン停止時に実行される。吸い戻し制御の実行中には、尿素水ポンプ２８は、上記の部位に残留している尿素水が尿素水タンク２４まで移動するように逆回転される。なお、吸い戻し制御の実行中には、尿素水添加弁２２は開かれる。
【００１８】
ここで、尿素水ポンプ２８の内部には、例えばポンプ内圧センサ２８ｄのように尿素水の凍結に起因して破損の恐れのある部品が内蔵されている。このため、尿素水の凍結膨張に起因する当該部品の破損による尿素水ポンプ２８の不具合を防止するためには、そのような部品の位置まで十分に尿素水を吸い戻しておく必要がある。
【００１９】
その一方で、吸い戻し制御の実行には、次の点にも配慮する必要がある。すなわち、尿素水を吸い戻す際には、尿素水添加弁２２からガスを吸い込むため、吸い戻しが過剰になると、ギヤ２８ａ、２８ｂが乾燥してしまう恐れがある。ギヤ２８ａ、２８ｂが乾燥していると、その後の尿素水ポンプ２８の稼動時に、ギヤ２８ａ、２８ｂが濡れている場合と比べてポンプ効率が低下する（いわゆるエア噛みが発生する）。その結果、尿素水の充填に時間がかかってしまう。
【００２０】
２−２．実施の形態に係る吸い戻し制御の特徴部
上述の課題に鑑み、尿素水ポンプ２８（ギヤポンプ）の不具合防止に十分な量の尿素水の吸い戻し（回収）と尿素水ポンプ２８内のギヤ２８ａ、２８ｂの乾燥抑制とを両立するために、本実施形態の吸い戻し制御は以下のように実行される。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態に係る吸い戻し制御において尿素水ポンプ２８の逆回転を停止させるタイミングの決定手法を説明するための図である。吸い戻し制御は、尿素水ポンプ２８の回転数を所定の吸い戻し回転数に制御しつつ実行される。このため、吸い戻し制御が開始されると、図３に示すように、ポンプ回転数が吸い戻し時間の経過とともに吸い戻し回転数に向けて上昇していく。その後にポンプ回転数が吸い戻し回転数に到達した後に、尿素水添加弁２２から吸い込んだ空気がギヤ２８ａ、２８ｂに到達すると、図３に示すように、ポンプ回転数が変動する。より詳細には、空気がギヤ２８ａ、２８ｂに到達すると、ポンプ負荷が下がる。その結果、ポンプ回転数が瞬時に上昇する。
【００２２】
そこで、本実施形態では、上記のポンプ回転数の変動を検出するために、吸い戻し制御の実行中にポンプ回転数の変化量が所定の閾値以上であるか否かが判定される。そして、この判定が満たされる場合には、空気がギヤ２８ａ、２８ｂに到達したと判断され、尿素水ポンプ２８の逆回転（吸い戻し）が停止される。
【００２３】
そのうえで、本実施形態の吸い戻し制御では、上記の手法で逆回転を停止した後に、尿素水ポンプ２８を所定の微小回転量だけ正回転させる動作が実行される。より詳細には、この微小回転量は、ギヤ２８ａ、２８ｂを濡らすために必要な程度の値であり、実験等により予め定められる。
【００２４】
２−３．制御装置の処理
図４は、本発明の実施の形態に係る吸い戻し制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン停止時（より詳細には、本実施形態の排気浄化装置を備える内燃機関を搭載する車両のイグニッションスイッチがオフとされた時）に起動されるものとする。
【００２５】
図４に示すルーチンでは、制御装置３０は、まず、ステップＳ１００において、尿素水の吸い戻し（尿素水ポンプ２８の逆回転）を開始する。その後、処理はステップＳ１０２に進む。
【００２６】
ステップＳ１０２では、制御装置３０は、ポンプ回転数の変動の有無を判定する。具体的には、ポンプ回転数センサ２８ｃを用いてポンプ回転数の変化量が所定の閾値以上であるか否かが判定される。なお、本ステップＳ１０２におけるポンプ回転数の変動の有無の判定は、ポンプ回転数の変化量に代え、例えば、ポンプ回転数が所定の閾値以上であるか否かに基づいて判定されてもよい。
【００２７】
ステップＳ１０２の判定結果が否定的である場合には、処理はステップＳ１００に戻る。一方、この判定結果が肯定的である場合、つまり、ポンプ回転数の変動が検出された場合には、処理はステップＳ１０４に進む。
【００２８】
ステップＳ１０４では、制御装置３０は、尿素水の吸い戻し（ポンプ逆回転）を停止する。その後、処理はステップＳ１０６に進む。
【００２９】
ステップＳ１０６では、制御装置３０は、尿素水ポンプ２８を上述の微小回転量だけ正回転させる。その後、本ルーチンが終了される。
【００３０】
３．効果
以上説明した本実施形態の吸い戻し制御によれば、尿素水の吸い戻し（ポンプ逆回転）の開始後にポンプ回転数の変動が検出された場合に、吸い戻し（ポンプ逆回転）が停止（終了）される。これにより、尿素水ポンプ２８のギヤ２８ａ、２８ｂ付近の部位まで（すなわち、尿素水ポンプ２８（ギヤポンプ）の不具合防止に十分な量で）尿素水を回収することができる。付け加えると、吸い戻しのためのポンプ逆回転による吸い戻し量の制御をポンプ逆回転時間の管理によって行うこともできる。しかしながら、このような手法では、ポンプ効率のばらつきを考慮した場合には、正確な吸い戻し量の制御が困難となる。これに対し、本実施形態の手法によれば、ギヤ２８ａ、２８ｂに空気が到達した際（すなわち、ギヤ２８ａ、２８ｂ付近まで尿素水を回収できた際）に瞬時に得られるポンプ回転数の変動を利用して、逆回転が停止される。これにより、ギヤ２８ａ、２８ｂ付近まで尿素水が回収されるように吸い戻し量をより正確かつ安定的に制御できるようになる。
【００３１】
そして、本実施形態の吸い戻し制御によれば、ポンプ逆回転の停止後に、上述の微小回転量だけ尿素水ポンプ２８を正回転させる動作が実行される。これにより、ギヤ２８ａ、２８ｂの乾燥を防ぐことができる。このため、その後の尿素水ポンプ２８の稼動時に、エア噛みに起因する尿素水ポンプ２８の圧送能力の一時的な低下を抑制できるので、尿素水の充填に時間がかかることを抑制できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  排気通路
１２  選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
２０  還元剤供給装置
２２  尿素水添加弁
２４  尿素水タンク
２６  尿素水流路
２８  尿素水ポンプ（ギヤポンプ）
２８ａ、２８ｂ  ギヤ
２８ｃ  ポンプ回転数センサ
２８ｄ  ポンプ内圧センサ
３０  制御装置
【図１】
2020060160.tif 000003
【図２】
2020060160.tif 000004
【図３】
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【図４】
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