(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管又は排気管から分岐する導入管に固定され、噴射孔が設けられた着座部に対して弁体を離座及び着座させるための電磁ソレノイドを備えた還元剤噴射弁であって、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの制御を行い前記電磁ソレノイドへの通電制御を行うことにより、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁の制御を行う還元剤噴射弁の制御装置において、  前記還元剤の目標噴射量を演算する目標噴射量演算部と、  噴射開始時に前記電磁ソレノイドに対して供給される第１電流を生成するための第１電流出力信号の供給時間及びＤＵＴＹ比を演算する第１電流出力信号演算部と、  前記第１電流が供給された後に供給される第２電流を生成するための第２電流出力信号の供給時間を表すＤＵＴＹ比を演算する第２電流出力信号演算部と、  前記還元剤噴射弁内での所定の温度を推定する温度演算部と、  推定された前記所定の温度に基づいて、前記第１電流出力信号及び前記第２電流出力信号のうちの少なくとも一方を補正する出力信号補正部と、を備え、  前記温度演算部は前記所定の温度として前記還元剤噴射弁の弁体の摺動部分の温度を推定し、前記出力信号補正部は、前記摺動部分の温度に基づいて、前記第２電流出力信号の供給時間を補正することを特徴とする還元剤噴射弁の制御装置。
【請求項２】
前記温度演算部は前記所定の温度として前記電磁ソレノイドの温度を推定し、前記出力信号補正部は、前記電磁ソレノイドの温度に基づいて、前記第１電流出力信号のＤＵＴＹ比及び前記第２電流出力信号のＤＵＴＹ比のうちの少なくとも一方を補正することを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の制御装置。
【請求項３】
前記温度演算部は前記所定の温度として前記還元剤の温度を推定し、前記出力信号補正部は、前記還元剤の温度に基づいて、前記第２電流出力信号の供給時間を補正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制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、前記電磁ソレノイドの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた二つのスイッチング素子からなり、前記二つのスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによって前記還元剤噴射弁の開弁時期及び閉弁時期が規定されるとともに、他方のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによって前記第１電流出力信号及び前記第２電流出力信号のＤＵＴＹ制御が行われ、  前記出力信号補正部は、前記還元剤の温度に基づいて前記一方のスイッチング素子のＯＮ時間を補正し、前記還元剤噴射弁の閉弁時期を変更することを特徴とする請求項２又は３に記載の還元剤噴射弁の制御装置。
【請求項５】
前記温度演算部は前記所定の温度として前記還元剤噴射弁の先端温度を推定し、  前記出力信号補正部は、前記先端温度が所定の閾値を越えるときに、前記還元剤噴射弁の開弁時間を延長することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に用いられる還元剤噴射弁の制御装置に関する。特に、排気ガス中の窒素酸化物を還元するために内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を及ぼすおそれのある窒素酸化物（ＮＯX）が含まれている。このＮＯXを還元浄化するために用いられる排気浄化装置として、尿素溶液を還元剤として用いたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。このＳＣＲシステムは、還元触媒よりも上流側の排気通路内に尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液から生成されるアンモニアと排気ガス中のＮＯXとを還元触媒中で反応させて、ＮＯXを窒素や水、二酸化炭素等に分解して大気中に放出するものである。
【０００３】
このようなＳＣＲシステムでは、排気管内に噴射する還元剤の量がＮＯX量に対して過不足を生じると、一部のＮＯXが還元されないまま大気中に放出されてしまったり、生成されたアンモニアが還元触媒よりも下流側へスリップしてしまったりする場合がある。ＳＣＲシステムにおいては、このようなＮＯXの浄化効率の低下やアンモニアスリップを防止するために、ＮＯX量に応じた所定量の還元剤を過不足なく排気管内に噴射することが要求される。
【０００４】
ＳＣＲシステムにおいて還元剤を供給するための装置として、例えば、制御装置による電磁ソレノイドへの通電制御によって弁体を移動させ、噴射孔の開閉制御を行う電磁駆動式の還元剤噴射弁が知られている。この還元剤噴射弁は、演算によって求められる還元剤の目標噴射量に応じて目標噴射時間が決定され、還元剤噴射弁に対して通電制御が行われる。具体的には、還元剤噴射弁の制御回路に設けられたスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦのＤＵＴＹ比（ＰＷＭ信号のパルス波の一周期に対するＯＮ時間の割合）を制御することによって、噴射開始時期及び噴射時間の制御が行われる（特許文献１参照）。
【０００５】
このような電磁駆動式の噴射弁において、弁体を開弁した状態で保持するためには比較的小さい電流を通電することで足りるようになっているものの、噴射孔を開くために弁体を閉弁状態から速やかに移動させるには、比較的大きな電流が必要とされる。
【０００６】
ところで、スイッチング素子をＰＷＭ制御することで噴射弁の開閉制御を行うことは、還元剤噴射弁のみならず、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁においても行われている。このうち、ディーゼルエンジンに備えられた燃料噴射弁を制御する方法において、弁体を速やかに移動させて燃料噴射弁の良好な制御性を確保する目的で、噴射時間の初期に相対的に大きい第１の電流を通電し、その後に開弁状態の維持に必要な相対的に小さい第２の電流を通電する制御方法がある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８０１０１（段落［００２２］）
【特許文献２】特開２００８−１９０３４５（全文、全図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した電磁制御式の噴射弁の動作は、電磁ソレノイドの電気抵抗や弁体の摺動摩擦等の影響を受けやすいため、これらの影響により目標噴射量と実際の噴射量との間に誤差を生じる場合がある。加えて、尿素水溶液を噴射するための還元剤噴射弁においては、噴射された尿素水溶液から生成されるアンモニアの量は尿素水溶液の粘度や濃度等の影響を受けやすいため、目標噴射量と実際の噴射量との間に誤差を生じたり、目標噴射量と実際の噴射量とが一致している場合であってもこれらの影響により生成されるアンモニア量にばらつきを生じたりする場合がある。
【０００９】
具体的に、電磁制御式の還元剤噴射弁において、弁体をリフトさせるための電磁ソレノイドによる電磁力は、電磁ソレノイドに通電される電流値とコイルの巻数との積により規定される。コイルの巻数は個々の還元剤噴射弁ごとの不変値であることから、電磁ソレノイドの電磁力は電磁ソレノイドに通電される電流値により定められる。
【００１０】
電磁ソレノイドにおける電流の流れ易さは、電磁ソレノイドのコイルの電気抵抗によって変化する。電磁ソレノイドのコイルの電気抵抗が相対的に大きくなるにつれて電流は流れにくくなる。この場合、電磁ソレノイドに対して所定の電圧をある一定時間印加したときに流れる電流値は相対的に小さくなる。したがって、弁体をある位置まで移動させるために要する時間は相対的に長くなり、また、弁体をある位置で保持させておくために必要な電流出力信号のＤＵＴＹ比は相対的に大きくなる。
【００１１】
また、弁体の移動のしやすさは、弁体の摺動部分の摩擦力によって変化する。弁体の摺動部分の摩擦力が比較的大きいときには、電磁ソレノイドによる所定の電磁力が発生したとしても、弁体が移動し始めるタイミングが遅れるとともに移動速度も低下し、弁体が所定位置で保持されるタイミングが遅くなる。
【００１２】
さらに、還元剤噴射弁から噴射される還元剤の噴射量は、還元剤噴射弁の開弁時間と還元剤噴射弁内の還元剤の圧力とにより定められる。ただし、同じ時間、同じ圧力で還元剤が噴射されたとしても、生成されるアンモニアの量は、還元剤の粘度や濃度によって変化する。
【００１３】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、電磁ソレノイドの電気抵抗や弁体の摺動摩擦、あるいは、尿素水溶液の粘度や濃度は温度に応じて変動するパラメータであることに着目し、還元剤噴射弁内の温度に基づいてスイッチング素子に出力される制御信号を補正することでこのような課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、還元触媒に対して必要量のアンモニアを精度よく供給することができる還元剤噴射弁の制御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】
【００１４】
本発明によれば、内燃機関の排気管又は排気管から分岐する導入管に固定され、噴射孔が設けられた着座部に対して弁体を離座及び着座させるための電磁ソレノイドを備えた還元剤噴射弁であって、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの制御を行い電磁ソレノイドへの通電制御を行うことにより、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁の制御を行う還元剤噴射弁の制御装置において、還元剤の目標噴射量を演算する目標噴射量演算部と、噴射開始時に電磁ソレノイドに対して供給される第１電流を生成するための第１電流出力信号の供給時間及びＤＵＴＹ比を演算する第１電流出力信号演算部と、第１電流が供給された後に供給される第２電流を生成するための第２電流出力信号の供給時間を表すＤＵＴＹ比を演算する第２電流出力信号演算部と、還元剤噴射弁内での所定の温度を推定する温度演算部と、推定された所定の温度に基づいて、第１電流出力信号及び第２電流出力信号のうちの少なくとも一方を補正する出力信号補正部と、を備え、温度演算部は所定の温度として還元剤噴射弁の弁体の摺動部分の温度を推定し、出力信号補正部は、摺動部分の温度に基づいて、第２電流出力信号の供給時間を補正することを特徴とする還元剤噴射弁の制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１５】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置を構成するにあたり、温度演算部は所定の温度として電磁ソレノイドの温度を推定し、出力信号補正部は、電磁ソレノイドの温度に基づいて、第１電流出力信号のＤＵＴＹ比及び第２電流出力信号のＤＵＴＹ比のうちの少なくとも一方を補正することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置を構成するにあたり、温度演算部は所定の温度として還元剤の温度を推定し、出力信号補正部は、還元剤の温度に基づいて、第２電流出力信号の供給時間を補正することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置を構成するにあたり、スイッチング素子は、電磁ソレノイドよりも上流側及び下流側にそれぞれ設けられた二つのスイッチング素子からなり、二つのスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによって還元剤噴射弁の開弁時期及び閉弁時期が規定されるとともに、他方のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦによって第１電流出力信号及び第２電流出力信号のＤＵＴＹ制御が行われ、出力信号補正部は、還元剤の温度に基づいて一方のスイッチング素子のＯＮ時間を補正し、還元剤噴射弁の閉弁時期を変更することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置を構成するにあたり、温度演算部は所定の温度として還元剤噴射弁の先端温度を推定し、出力信号補正部は、先端温度が所定の閾値を越えるときに、還元剤噴射弁の開弁時間を延長することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の還元剤噴射弁の制御装置によれば、推定される還元剤噴射弁内の所定の温度に基づいて、第１電流出力信号及び第２電流出力信号のうちの少なくとも一方の補正が行われるため、還元剤噴射弁の物理的特性のばらつきによる目標噴射量と実際の噴射量とのずれや、還元剤の性状特性のばらつきによる目標噴射量と実際の噴射量とのずれ、あるいは、生成されるアンモニア量のずれが低減される。したがって、還元触媒に対して必要量のアンモニアが過不足なく供給され、大気中へのＮＯXやアンモニアの放出が防止される。
【００２２】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置において、出力信号補正部が、電磁ソレノイド温度に基づいて、第１電流出力信号のＤＵＴＹ比及び第２電流出力信号のＤＵＴＹ比のうちの少なくとも一方が補正されるため、電磁ソレノイドの電気抵抗の変動に起因する電磁ソレノイドへの通電電流の値のばらつきが低減される。したがって、還元剤噴射弁の開弁及び閉弁の動作が精度よく行なわれるとともに、第１電流や第２電流が必要以上に電磁ソレノイドに通電されて消費電力量が増大することが抑制される。
【００２３】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置において、出力信号補正部が、弁体の摺動部分の温度に基づいて第２電流出力信号の供給時間を補正することにより、還元剤噴射弁の開弁時間の終期が変更され弁体の摺動摩擦の変動に起因する噴射量のばらつきや、生成されるアンモニア量のばらつきが低減される。したがって、還元触媒に対して必要量のアンモニアが供給される。
【００２４】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置において、出力信号補正部が、還元剤の温度に基づいて第２電流出力信号の供給時間を補正することにより、還元剤の粘度及び濃度に起因する噴射量のばらつきや、生成されるアンモニア量のばらつきが低減される。したがって、還元触媒に対して必要量のアンモニアが供給される。
【００２５】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置において、スイッチング素子が二つのスイッチング素子からなり、出力信号補正部が、還元剤噴射弁の開弁時期及び閉弁時期を規定する一方のスイッチング素子のＯＮ時間を補正することにより、還元剤の噴射時間が調節されて、還元剤の噴射量が補正される。
【００２６】
また、本発明の還元剤噴射弁の制御装置において、還元剤噴射弁の先端温度が所定の閾値を超えるときに開弁時間を延長することにより、還元剤噴射弁の熱損傷が発生しそうな状況において還元剤の噴射時間が延長される。したがって、還元剤噴射弁から還元剤への熱伝達による還元剤噴射弁の冷却が促進され、還元剤噴射弁の熱損傷が未然に防がれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】排気浄化装置の構成例を説明するための図である。
【図２】還元剤噴射弁の構成例を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の制御装置を説明するための回路図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の制御方法を説明するためのタイミングチャート図である。
【図５】還元剤噴射弁の制御装置の演算処理部の構成例を説明するためのブロック図である。
【図６】温度の変動に伴う還元剤噴射弁及び還元剤の特性変化を説明するための図である。
【図７】還元剤の温度と還元剤の性状特性との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の制御装置及び制御方法について具体的に説明する。ただし、この実施形態は本発明の一態様を示すものであり、この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を示しており、適宜説明が省略されている。
【００２９】
１．内燃機関の排気浄化装置
図１は排気浄化装置１０の構成例を示す全体図である。この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気管１１内に備えられた還元触媒１３と、還元剤噴射弁２１によって還元触媒１３よりも上流側の排気管１１内に還元剤を供給する還元剤供給装置２０とを備えている。また、還元触媒１３よりも上流側の排気管１１には、温度センサ１５が備えられている。
【００３０】
また、排気浄化装置１０は、還元剤噴射弁２１の取付位置よりも上流側の排気管１１内に、排気ガス中の排気微粒子を捕集するためのフィルタ１８を備えている。このフィルタ１８は、堆積した排気微粒子が所定量を超えたと推定される適宜の時点で、排気微粒子を強制的に燃焼させる強制再生が行われる。
【００３１】
還元触媒１３は、例えば、尿素水溶液等の還元剤が加水分解することにより生成されるアンモニアを吸着する機能を有し、流入する排気ガス中のＮＯXを選択的に還元可能な選択還元触媒が用いられる。この還元触媒１３においてＮＯXとアンモニアとが反応することで、ＮＯXが窒素や水、二酸化炭素等に分解されて大気中に放出される。
【００３２】
還元剤供給装置２０は、還元剤噴射弁２１と、還元剤を貯蔵する貯蔵タンク２４と、貯蔵タンク２４内の還元剤を還元剤噴射弁２１に向けて圧送するポンプ２２と、還元剤噴射弁２１やポンプ２２を駆動制御する制御装置６０を備えている。貯蔵タンク２４とポンプ２２とは第１の供給経路２６で接続され、ポンプ２２と還元剤噴射弁２１とは第２の供給経路２５で接続されている。還元剤噴射弁２１と貯蔵タンク２４との間には循環経路２７も設けられている。貯蔵タンク２４には還元剤温度センサ２８が設けられており、第２の供給経路２５には、還元剤噴射弁２１への供給圧力を検出するための圧力センサ２３が設けられている。
【００３３】
ポンプ２２は、例えば、制御装置６０によって駆動が制御される電動ポンプが用いられる。本実施形態の排気浄化装置１０では、第２の供給経路２５に設けられた圧力センサ２３によって検出される圧力が所定の値で維持されるように、ポンプ２２のフィードバック制御が行われる。
【００３４】
また、本実施形態では、還元剤として尿素水溶液が使用されている。この尿素水溶液は、ＮＯXの浄化に必要とされるアンモニア量に応じた目標噴射量を算出できるように、使用される尿素水溶液の濃度が所定濃度に定められている。例えば、反応効率や凍結温度を考慮して３２．５ｗｔ％の尿素水溶液が用いられる。
【００３５】
また、還元剤噴射弁２１は、電磁ソレノイドへの通電制御によって開閉制御が行われる電磁駆動式のＯＮ−ＯＦＦ弁が用いられる。還元剤噴射弁２１は排気管１１に対して直接、あるいは、導入管を介して取り付けられており、ポンプ２２によって圧送される還元剤が所定の圧力で還元剤噴射弁２１に供給される。この状態で、制御装置６０によって出力される制御信号によって還元剤噴射弁３１が開かれたときに、還元剤が排気管１１内に噴射される。還元剤噴射弁２１の構成の一例を以下説明する。
【００３６】
２．還元剤噴射弁
図２は、本実施形態の排気浄化装置１０に用いられている還元剤噴射弁２１の構成を示す断面図である。この還元剤噴射弁２１は、円筒状のケーシング３０と、ケーシング３０に圧入されたコア筒３３と、コア筒３３内に設けられた弁体３６と、コア筒３３の一端側に設けられたバルブボディ３４と、ケーシング３０及びコア筒３３の間に配設された電磁ソレノイド４０とを主たる要素として備えている。
【００３７】
バルブボディ３４は、噴射孔３４Ａと、この噴射孔３４Ａを取囲むようにして設けられた着座部３４Ｂとを有している。弁体３６は、バルブボディ３４の着座部３４Ｂに離座及び着座する球状の弁部材３８と、弁部材３８に固着されたアーマチュア３７とによって構成されている。アーマチュア３７は、コア筒３３内に摺動保持されている。また、スプリング３９は、コア筒３３内に圧縮状態で設けられており、弁体３６を閉弁方向に常時付勢している。
【００３８】
ケーシング３０やコア筒３３の内側は、還元剤通路３５として構成されている。還元剤通路３５は、噴射孔３４Ａが位置する側とは反対側（上端側）の端部が流入口となり、この流入口から噴射孔３４Ａが位置する側（下端側）まで軸方向に延びている。
また、ケーシング３０にはコネクタが設けられている。このコネクタを介して、電磁ソレノイド４０に電流が通電される。
【００３９】
この図２に示す還元剤噴射弁２１では、電磁ソレノイド４０に通電されると、電磁力によって弁体３６のアーマチュア３７が引き付けられることで、弁体３６がコア筒３３内を上端側に摺動し、弁体３６が着座部３４Ｂから離座する。これにより、還元剤が排気管１１内に噴射される。上端側に移動した弁体３６は磁気的に吸着されて、コア筒３３に当接した状態で保持される。
【００４０】
一方、電磁ソレノイド４０への通電が停止されると、スプリング３９の付勢力及び還元剤の圧力によって弁体３６が下端側に移動し、弁体３６が着座部３４Ｂに着座する。これにより、還元剤の噴射が停止される。
【００４１】
３．制御装置
（１）全体的構成
図３は、本実施形態の制御装置６０の構成例を示す回路図である。この制御装置６０は、上流側スイッチング素子４３と、下流側スイッチング素子４４と、演算処理部７０と、各種の情報が記憶される図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されている。
【００４２】
上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４は直列に設けられている。上流側スイッチング素子４３は、一方の端子が、電源電圧Vbに電気的に接続され、他方の端子が、電磁ソレノイド４０のコイルの一端に電気的に接続されている。また、下流側スイッチング素子４４は、一方の端子が、電磁ソレノイド４０のコイルの他端に電気的に接続され、他方の端子が、抵抗４５を介して接地されている。
【００４３】
上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦは、演算処理部７０から出力される上流側ＰＷＭ信号SVhigh及び下流側ＰＷＭ信号SVlowによって、それぞれＰＷＭ制御されるようになっている。
【００４４】
下流側スイッチング素子４４は、主として還元剤の噴射期間に合わせてＯＮの状態にされるようにＰＷＭ制御される。本実施形態においては、還元剤噴射弁２１は一定の周期で還元剤の噴射が開始されるように設定されており、噴射期間は下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比によって決定される。下流側スイッチング素子４４がＯＦＦの状態では、上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦに関らず閉じた回路が形成されないため、電磁ソレノイド４０への通電が遮断される。
【００４５】
また、上流側スイッチング素子４３は、主として電磁ソレノイド４０に通電される電流値の制御に用いられる。すなわち、本実施形態において、還元剤の噴射期間中、下流側スイッチング素子４４がＯＮの状態にされるとともに、上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦが制御されることで、電磁ソレノイド４０への通電電流の値が制御される。この上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比が調節されることで、大きさの異なる第１電流及び第２電流が電磁ソレノイド４０に通電される。
【００４６】
図４は、本実施形態の制御装置６０によって行われる還元剤噴射弁の作動状態を示すタイミングチャート図である。図４において、上から順に、電磁ソレノイド４０への通電される電流値、下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦの状態、上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦの状態、還元剤噴射弁２１の開閉状態を経時的に示している。
【００４７】
ｔ０〜ｔ１の期間中、上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４に対して上流側ＰＷＭ信号SVhigh及び下流側ＰＷＭ信号SVlowは出力されておらず、上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４はともにＯＦＦの状態にある。このとき、電磁ソレノイド４０に対して通電は行われず、噴射孔３４Ａは弁体３６によって閉じられている。
【００４８】
次いで、ｔ１の時点で、上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４がともにＯＮ状態にされ、電磁ソレノイド４０への通電が開始される。以降のｔ１〜ｔ２の期間中（図４の第１の期間Ｂ´）、上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４がともにＯＮ状態で維持され、電磁ソレノイド４０への通電が維持される。その結果、スプリング３９の付勢力や還元剤噴射弁２１内の還元剤の圧力に抗して弁体３６が移動を開始し、噴射孔３４Ａが開かれる。
【００４９】
次いで、ｔ２の時点で、電磁ソレノイド４０に通電される電流値が第２電流の設定値に達すると、以降のｔ２〜ｔ３の期間中（図４の第２の期間Ｂ´´）、下流側スイッチング素子４４はＯＮ状態で維持される一方、上流側スイッチング素子４３に対して、ＤＵＴＹ比が制御された上流側ＰＷＭ信号SVhighが比較的高い周波数で出力される。その結果、上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦが繰り返され、電磁ソレノイド４０への通電電流の値が第１電流の設定値に到達した後に、第１電流の値に維持される。
【００５０】
このｔ１〜ｔ３の期間中（図４の第１電流の供給期間Ｂ）、電磁ソレノイド４０に対して第１電流の通電が行われることで、弁体３６が速やかに移動を開始するようになり、開弁時の応答性が向上される。その結果、噴射時間中に噴射される還元剤量の誤差が少なくなる。
【００５１】
次いで、ｔ３の時点で、上流側スイッチング素子４３に対する上流側ＰＷＭ信号SVhighのＤＵＴＹ比及び周波数が変更され、以降のｔ３〜ｔ４の期間中（図４の第２電流の供給期間Ｃ）、下流側スイッチング素子４４はＯＮ状態で維持される一方、上流側スイッチング素子４３に対して、第１電流の供給期間Ｂの第２の期間Ｂ´´での周波数よりも低い周波数の上流側ＰＷＭ信号SVhighが出力される。その結果、上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦが繰り返され、電磁ソレノイド４０への通電電流の値が第２電流の設定値まで減少した後に、第２電流の値に維持される。
【００５２】
次いで、ｔ４の時点で、上流側スイッチング素子４３及び下流側スイッチング素子４４がともにＯＦＦにされ、電磁ソレノイド４０への通電が遮断される。以降、電磁ソレノイド４０への通電電流の値が急激に減少するとともに、還元剤噴射弁２１は速やかに閉じられる。
【００５３】
なお、図４においては、還元剤噴射弁２１が閉じられた後、ｔ５〜ｔ６の期間中、上流側スイッチング素子４３をＯＦＦにした状態で、下流側スイッチング素子４４がＯＮ状態にされている。その結果、電磁ソレノイド４０に電流が残存しないようになり、還元剤噴射弁２１の動作に誤差が生じてしまうことが防止される。
【００５４】
本実施形態においては、第１電流の設定値は例えば１３００ｍＡに設定され、第２電流の設定値は例えば３５０ｍＡに設定される。噴射開始時において、第２電流よりも大きい第１電流が電磁ソレノイド４０に通電されるようにすることで、電磁ソレノイド４０に第１電流が通電されてから、弁体３６がコア筒３３に当接する位置まで移動する時間が短縮され、還元剤噴射弁２１の開弁動作の応答性が向上される。
【００５５】
なお、本実施形態の制御装置６０では、下流側スイッチング素子４４をＯＮにした状態で上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦが制御されるように構成されているが、上流側スイッチング素子４３をＯＮにした状態で下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしてもよい。また、スイッチング素子の数は一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。本実施形態の制御装置６０のように、二つのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して電磁ソレノイド４０への通電を制御するように構成されていれば、還元剤噴射弁２１の開弁時期あるいは閉弁時期を正確に制御することができ、また、一方のスイッチング素子が故障によってＯＮ状態のまま作動しなくなったとしても、他方のスイッチング素子をＯＦＦ状態にすることで、電磁ソレノイド４０への通電を遮断することができる。
【００５６】
（２）演算処理部
制御装置６０の演算処理部７０は、公知のマイクロコンピュータによって構成されている。図３に示す制御装置６０の演算処理部７０には、ポンプ駆動制御部７１及び還元剤噴射弁駆動制御部７２が設けられている。この演算処理部７０は、内燃機関５の運転状態に関する情報や、排気ガス流量Vgas、車速Sp、外気温度Tair等の情報が読み込み可能になっている。演算処理部７０のポンプ駆動制御部７１は、第２の供給経路２５に設けられた圧力センサ２３によって検出される圧力値を継続的に読み込み、この圧力値があらかじめ設定された所定値に維持されるようにポンプ２２のフィードバック制御を行う。
【００５７】
ここで、演算処理部７０の還元剤噴射弁駆動制御部７２の構成例を機能的に表したブロック図を図５に示す。この還元剤噴射弁駆動制御部７２は、温度演算部７３と、目標噴射量演算部７４と、開弁時間演算部７５と、上流側スイッチング素子制御部７８と、下流側スイッチング素子制御部７９と、出力信号補正部８０とを備えている。上流側スイッチング素子制御部７８は、第１電流出力信号演算部７６と第２電流出力信号演算部７７とを備えている。これらの各部は、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。
【００５８】
（２）−１  温度演算部
温度演算部７３は、還元剤噴射弁２１内における種々の温度を推定するための演算を行う部分である。本実施形態の制御装置６０において、温度演算部７３は、還元剤噴射弁２１の先端温度Tinj、弁体３６の摺動部分の温度Tvlv、電磁ソレノイド４０の温度Tsr、還元剤の温度Tureaを推定する。
【００５９】
還元剤噴射弁２１の先端温度Tinjは、例えば、排気ガスの流量Vgasや、温度センサ１５で検出される還元触媒１３よりも上流側の排気ガスの温度TgasUを読み込むとともに、排気管１１から還元剤噴射弁２１への熱伝達効率等を考慮して算出される。
また、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvは、例えば、算出された還元剤噴射弁２１の先端温度Tinjに基づいて、還元剤噴射弁２１内での熱伝達効率や外気温度Tair、車速Vve等による冷却効率を考慮して算出される。
【００６０】
また、電磁ソレノイド４０の温度Tsrは、例えば、算出された還元剤噴射弁２１の先端温度Tinjに基づいて、還元剤噴射弁２１内での熱伝達効率や外気温度Tair、車速Vve等による冷却効率を考慮するとともに、さらに電磁ソレノイド４０への通電電流の値を考慮して算出される。電磁ソレノイド４０への通電電流の値とその通電による発熱量との関係は、あらかじめ記憶させておくことができる。
さらに、還元剤の温度Tureaは、例えば、還元剤温度センサ２８によって検出される貯蔵タンク２４内の還元剤の温度Turea’と、算出された弁体３６の摺動部分の温度Tvlvとに基づき算出される。ただし、還元剤の温度Tureaの推定の仕方は適宜変更が可能である。
【００６１】
算出された各温度情報は、上流側スイッチング素子制御部７８及び下流側スイッチング素子制御部７９によって各スイッチング素子に対して出力される出力信号の補正に用いられる。
なお、上記の各温度の算出方法は例示したものに制限されない。
【００６２】
（２）−２  目標噴射量演算部
目標噴射量演算部７４は、内燃機関５の回転数Neや排気ガス流量Vgas等によって推定されるＮＯX流量Vnoxと、還元触媒温度Tcatに対応して推定される触媒効率η等に基づき、排気ガス中のＮＯXを還元するために必要なアンモニア量Daを算出するとともに、このアンモニア量Daが生成され得る還元剤の目標噴射量Qutgtを算出する。
【００６３】
（２）−３  開弁時間演算部
開弁時間演算部７５は、目標噴射量演算部７４で算出された目標噴射量Qutgtに基づき、還元剤噴射弁２１の開弁時間Tiopnを算出する。本実施形態においては、還元剤噴射弁２１に供給される還元剤は、ポンプ２２のフィードバック制御によって一定の圧力に維持されているために、基本的には目標噴射量Qutgtに基づいて還元剤噴射弁２１の開弁時間Tiopnが求められる。
【００６４】
（２）−４  下流側スイッチング素子制御部
下流側スイッチング素子制御部７９は、下流側スイッチング素子４４に対して下流側ＰＷＭ信号SVlowを出力することで下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。具体的に、下流側スイッチング素子制御部７９は、下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比を変えながら、一定の周期で下流側スイッチング素子４４のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し実行させる。
【００６５】
上述したように、本実施形態では一定の周期で還元剤の噴射が開始されるように設定されており、下流側スイッチング素子４４をＯＮにする期間は、開弁時間演算部７５で算出された開弁時間Tiopnに一致するように設定される。
【００６６】
（２）−５  上流側スイッチング素子制御部
上流側スイッチング素子制御部７８は、上流側スイッチング素子４３に対して上流側ＰＷＭ信号SVhighを出力することで上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦの制御を行う。具体的に、上流側スイッチング素子制御部７８は、還元剤の噴射期間中、すなわち、下流側スイッチング素子４４がＯＮにされている期間中、上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、電磁ソレノイド４０への通電電流の値の制御を行う。
【００６７】
本実施形態では、還元剤の噴射期間中において、第１電流と第２電流とが電磁ソレノイド４０に対して順次供給される。第１電流は、噴射開始の初期段階で供給される電流であって、還元剤噴射弁２１の弁体３６を速やかにコア筒３３に当接する位置まで移動させて噴射孔を早期に開かせることを目的としており、比較的大きな値に設定されている。また、第２電流は、第１電流が供給された後に供給される電流であって、コア筒３３に当接する位置まで移動した弁体３６を小電力で当該位置に保持させることを目的としており、第１電流よりも相対的に小さい値に設定されている。
【００６８】
上流側スイッチング素子制御部７８は、第１電流出力信号演算部７６と第２電流出力信号演算部７７とを備えており、それぞれの演算部での演算結果に基づいて上流側スイッチング素子４３に対して制御信号を出力する。
【００６９】
第１電流出力信号演算部７６は、還元剤噴射弁２１を駆動するための電源電圧Vbの現在値をもとにして、電磁ソレノイド４０に通電を開始してから電流値が第２電流の設定値に到達するまでに要する第１の期間Ti1を算出するとともに、この期間Ti1の経過後に電磁ソレノイド４０への通電電流の値を第１電流とするための上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比を算出する。
【００７０】
電磁ソレノイド４０に通電を開始してから電流値が第２電流の設定値に到達するまでの第１の期間Ti1においては上流側スイッチング素子４３がＯＮ状態で維持される。第２電流の設定値は規定の値であるために、この第１の期間Ti1は検出される現在の電源電圧Vbの大きさに基づき算出可能となっている。
【００７１】
一方、第１電流を供給し続ける第２の期間Ti2においては、電流値が第１電流の設定値を中心に振幅するように上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦがＤＵＴＹ制御される。第１電流を供給する期間の終期は、電磁ソレノイド４０への通電開始から所定の時間が経過する時として、あらかじめ設定されている。
【００７２】
第２電流出力信号演算部７７は、検出される現在の電源電圧Vbの大きさを読み込み、第２電流を供給し続けるための上流側スイッチング素子４３のＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比と、第２電流を供給し続ける期間Ti3の終期を算出する。この第２電流は、第１電流の通電後に通電され、開弁時間Tiopn、すなわち、下流側スイッチング素子４４がＯＮ状態に維持される時間が終了するタイミングで通電が遮断される。
【００７３】
また、本実施形態の第２電流出力信号演算部７７では、前回の噴射期間に電磁ソレノイド４０に供給された第２電流の値と、あらかじめ設定されている第２電流の設定値との差によるＤＵＴＹ比の補正についても実行可能になっている。具体的には、第２電流出力信号演算部７７は、前回の第２電流の値と第２電流の設定値と比を求め、この比に応じた補正係数を、算出されたＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比に乗じるようになっている。
【００７４】
（２）−６  出力信号補正部
出力信号補正部８０は、温度演算部７３で推定された温度情報に基づき、第１電流出力信号及び第２電流出力信号のうちの少なくとも一方の補正を行う。本実施形態の出力信号補正部８０は、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvに基づいて第１電流出力信号のうちの第１の期間Ti1の長さを補正し、電磁ソレノイド４０の温度Tsrに基づいて第１電流出力信号のＤＵＴＹ比及び第２電流出力信号のＤＵＴＹ比のうちの少なくとも一方を補正し、還元剤の温度Tureaに基づいて第２電流出力信号の供給時間の終期を補正する。
【００７５】
以下、図６を参照しながら、出力信号補正部８０によって行われる第１電流出力信号及び第２電流出力信号の補正について具体的に説明する。図６は、還元剤噴射弁２１内の温度が変化したときの各温度と還元剤噴射弁２１の物理的特性及び還元剤の性状特性との関係を示している。
【００７６】
（ｉ）還元剤の温度に基づく補正
還元剤の温度Tureaは、還元剤の粘度や濃度に影響を与える。具体的には、図７に示すように、還元剤は、温度Tureaが上昇すると粘度が急激に低下する一方、濃度がやや小さくなるようにシフトする特性を有している。そのため、還元触媒に到達するアンモニア量の観点からすると、還元剤の温度Tureaの上昇は、還元剤の噴射量が過剰になる結果をもたらしやすい。逆に、還元剤は、温度Tureaが低下すると粘度が急激に上昇する一方、濃度がやや大きくなるようにシフトする特性を有している。そのため、還元触媒に到達するアンモニア量の観点からすると、還元剤の温度Tureaの低下は、還元剤の噴射量が不足する結果をもたらしやすい。
【００７７】
出力信号補正部８０は、還元剤の温度Tureaを、目標噴射量の演算式を設定する際の還元剤の基準温度Turea0と比較し、その差分に応じて還元剤の噴射時間、すなわち、第２電流出力信号の供給時間及び下流側ＰＷＭ信号SVlowのＤＵＴＹの補正を行う。還元剤の温度Tureaが基準温度Turea0よりも高い場合には、第２電流出力信号の供給時間が短くなるように補正されるとともに、下流側ＰＷＭ信号PVlowのＤＵＴＹが小さくなるように補正される。一方、還元剤の温度Tureaが基準温度Turea0よりも低い場合には、第２電流出力信号の供給時間が長くなるように補正されるとともに、下流側ＰＷＭ信号PVlowのＤＵＴＹが大きくなるように補正される。その結果、還元剤の温度Tureaにかかわらず、ＮＯXを還元するために必要な量のアンモニアが還元触媒１３に供給されるように、適切な噴射量の還元剤が噴射される。
【００７８】
（ｉｉ）弁体の摺動部分の温度に基づく補正
弁体３６の摺動部分の温度Tvlvは、弁体３６の摺動性に影響を与える。具体的には、還元剤噴射弁２１は、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvが上昇すると弁体３６の摺動抵抗が低下する物理的特性を有している。そのため、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvが上昇すると弁体３６が開弁するまでの時間が短くなり、開弁初期に供給する電流が過剰になるとともに還元剤の噴射量が過剰になる結果をもたらしやすい。逆に、還元剤噴射弁２１は、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvが低下すると弁体３６の摺動抵抗が上昇する物理的特性を有している。そのため、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvが低下すると弁体３６が開弁するまでの時間が長くなり、開弁初期に供給する電流が不足するとともに還元剤の噴射量が不足する結果をもたらしやすい。
【００７９】
出力信号補正部８０は、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvを、目標噴射量の演算式を設定する際の基準温度Tvlv0と比較し、その差分に応じて還元剤の噴射時間、すなわち、第２電流出力信号の供給時間及び下流側ＰＷＭ信号SVlowのＤＵＴＹの補正を行う。弁体３６の摺動部分の温度Tvlvが基準温度Tvlv0よりも高い場合には、第２電流出力信号の供給時間が短くなるように補正されるとともに、下流側ＰＷＭ信号PVlowのＤＵＴＹが小さくなるように補正される。一方、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvが基準温度Tvlv0よりも低い場合には、第２電流出力信号の供給時間が長くなるように補正されるとともに、下流側ＰＷＭ信号PVlowのＤＵＴＹが大きくなるように補正される。その結果、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvにかかわらず、ＮＯXを還元するために必要な量のアンモニアが還元触媒１３に供給されるように、適切な噴射量の還元剤が噴射される。
【００８０】
弁体３６の摺動部分の温度Tvlvに起因する噴射量のばらつきを解消するためには、還元剤の噴射時間を補正する方法以外にも、第１電流出力信号のうちの第１の期間Ti1の長さを補正してもよい。すなわち、還元剤噴射弁２１への通電電流が第１電流の設定値に到達するまでの立ち上がり時間が調節され、弁体３６が所定位置に到達するまでの時間を一定の時間にすることで、弁体３６の摺動部分の温度Tvlvにかかわらず、適切な噴射量の還元剤が噴射される。
【００８１】
（ｉｉｉ）電磁ソレノイドの温度に基づく補正
電磁ソレノイド４０の温度Tsrは、電磁ソレノイド４０のコイルの電気抵抗に影響を与える。具体的には、還元剤噴射弁２１は、電磁ソレノイド４０の温度Tsrが上昇するとコイルの電気抵抗が上昇する特性を有している。そのため、電磁ソレノイド４０の温度Tsrが上昇すると、同じ時間通電した場合の電流値が小さくなって、弁体３６の移動量が小さくなるとともに還元剤の噴射量が不足する結果をもたらしやすい。逆に、還元剤噴射弁２１は、電磁ソレノイド４０の温度Tsrが低下するとコイルの電気抵抗が低下する特性を有している。そのため、電磁ソレノイド４０の温度Tsrが低下すると、同じ時間通電した場合の電流値が大きくなって、弁体３６の移動量が大きくなるとともに還元剤の噴射量が過剰になる結果をもたらしやすい。
【００８２】
出力信号補正部８０は、電磁ソレノイド４０の温度Tsrを、目標噴射量の演算式を設定する際の基準温度Tsr0と比較し、その差分に応じて第１電流出力信号のＤＵＴＹ比及び第２電流出力信号のＤＵＴＹ比のうちの少なくとも一方の補正を行う。電磁ソレノイド４０の温度Tsrが基準温度Tsr0よりも高い場合には、ＤＵＴＹ比が大きくなるように第１電流出力信号のＤＵＴＹ比又は第２電流出力信号のＤＵＴＹ比が補正され、電磁ソレノイドの温度Tsrが基準温度Tsr0よりも低い場合には、ＤＵＴＹ比が小さくなるように第１電流出力信号のＤＵＴＹ比又は第２電流出力信号のＤＵＴＹ比が補正される。その結果、電磁ソレノイド４０の温度にかかわらず、ＮＯXを還元するために必要な量のアンモニアが還元触媒１３に供給されるように、適切な噴射量の還元剤が噴射される。
【００８３】
なお、電磁ソレノイド４０への通電電流の値は、通電信号のＯＮ／ＯＦＦのＤＵＴＹ比及びＯＮ／ＯＦＦが繰り返し行われる周波数によって定まる。ここまでの（ｉ）〜（ｉｉｉ）までの補正において、第１電流出力信号又は第２電流出力信号のＤＵＴＹ比の補正を行っている部分については、これらの出力信号の周波数の補正に置き換えることもできる。
また、第１電流出力信号又は第２電流出力信号の補正において、ＤＵＴＹ比を小さくしたり、信号の出力時間を減少させたりする補正を行った場合には、還元剤の噴射量の適正化だけでなく、必要以上の電流の供給が避けられ、バッテリーの浪費の防止にもつながる。
【００８４】
（ｉｖ）先端温度に基づく補正
還元剤噴射弁２１の電磁ソレノイド４０は比較的熱に弱く、また、この電磁ソレノイド４０を被覆する絶縁性の樹脂も比較的熱に弱いことが知られている。還元剤噴射弁２１は排気管１１に直接、あるいは、導入管を介して取り付けられるために排気熱の影響を受けやすい。特に、本実施形態にかかる排気浄化装置１０では、フィルタ１８の強制再生が適時に行われるようになっており、還元剤噴射弁２１が高温の排気熱に晒される機会が多くなっている。
【００８５】
そのため、本実施形態では、排気熱の影響を受けやすい還元剤噴射弁２１の先端温度Tinjを検出するとともに、この先端温度Tinjが耐熱閾値Tinj0以上になったときに還元剤噴射弁２１の噴射時間が長くなるように補正を行う。具体的には、下流側スイッチング素子４４への下流側ＰＷＭ信号SVlowのＤＵＴＹ比が大きくされるとともに、上流側スイッチング素子４３への上流側ＰＷＭ信号SVhighのうちの第２電流出力信号の供給期間Ti3が長くされる。その結果、還元剤噴射弁２１を通過する還元剤の流量が増加し、還元剤噴射弁２１から還元剤への熱伝達による還元剤噴射弁２１の冷却が促進され、還元剤噴射弁２１の熱損傷が未然に防がれる。耐熱閾値Tinj0は、例えば、還元剤噴射弁２１内の熱伝達効率を考慮して、電磁ソレノイド４０及び樹脂部分の温度が耐熱温度未満で維持されるような値に設定される。
【００８６】
還元触媒１３は、アンモニアの吸着機能を有する触媒であり、通常、実際の吸着量が還元触媒におけるアンモニアの飽和吸着量に到達することのないように目標噴射量が設定されるため、還元剤の噴射量が一時的に増加しても、アンモニアが還元触媒１３の下流側に流れ出すことがないようになっている。また、一旦還元剤の噴射量が増加された後には、還元触媒１３に吸着されているアンモニア量が適切な量に戻るように還元剤の噴射量の調節が行われる。
【００８７】
以上説明した本実施の形態にかかる還元剤噴射弁２１の制御装置６０及び制御方法によれば、還元剤噴射弁２１内の温度に基づいて、上流側ＰＷＭ信号SVhighの第１電流出力信号及び第２電流出力信号、下流側ＰＷＭ信号SVlowが補正される。そのため、還元剤噴射弁２１内の温度による還元剤噴射弁２１の物理的特性や、還元剤の性状特性に応じて、電磁ソレノイド４０に通電される第１電流や第２電流の大きさや供給時間が調節される。したがって、還元剤噴射弁２１内の温度にかかわらず、排気ガス中のＮＯXの還元に必要な量のアンモニアが還元触媒１３に供給されるような適切な噴射量の還元剤が排気管１１内に噴射される。
【符号の説明】
【００８８】
５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気管、１３：還元触媒、１５：温度センサ、１８：フィルタ、２０：還元剤供給装置、２１：還元剤噴射弁、２２：ポンプ、２３：圧力センサ、２４：貯蔵タンク、２５：第２の供給経路、２６：第１の供給経路、２７：循環経路、２８：還元剤温度センサ、３０：ケーシング、３３：コア筒、３４：バルブボディ、３４Ａ：噴射孔、３４Ｂ：着座部、３５：還元剤通路、３６：弁体、３７：アーマチュア、３８：弁部材、３９：スプリング、４０：電磁ソレノイド、４３：上流側スイッチング素子、４４：下流側スイッチング素子、４５：抵抗、６０：制御装置（還元剤噴射弁の制御装置）、７０：演算処理部、７１：ポンプ駆動制御部、７２：還元剤噴射弁駆動制御部、７３：温度演算部、７４：目標噴射量演算部、７５：開弁時間演算部、７６：第１電流出力信号演算部、７７：第２電流出力信号演算部、７８：上流側スイッチング素子制御部、７９：下流側スイッチング素子制御部、８０：出力信号補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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