(57)【要約】還元剤圧送部に備えられた加熱手段の過熱による故障を防止しつつ、還元剤圧送部内での還元剤の凍結防止あるいは凍結した還元剤を解凍するための制御を正確に行うことができる還元剤添加装置及びその制御方法を提供する。貯蔵タンク内の還元剤を還元剤添加部へ供給する還元剤圧送部を備え、内燃機関の排気通路内に還元剤添加部から還元剤を添加する還元剤添加装置において、還元剤圧送部に、還元剤の凍結を防止し又は還元剤を解凍させるための加熱手段と、還元剤圧送部内の温度推定に用いられるモジュール温度センサと、加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサと、を備え、還元剤の凍結時に、モジュール温度センサのセンサ値及びヒータ温度センサのセンサ値に基づいて、加熱手段が耐熱温度を超えないように加熱手段の動作制御を行う制御部を備える。
2010035355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵タンク内の還元剤を還元剤添加部へ供給する還元剤圧送部を備え、内燃機関の排気通路内に前記還元剤添加部から前記還元剤を添加する還元剤添加装置において、
前記還元剤圧送部に、前記還元剤の凍結を防止し又は前記還元剤を解凍させるための加熱手段と、前記還元剤圧送部内の温度推定に用いられるモジュール温度センサと、前記加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサと、を備え、
前記還元剤の凍結時に、前記モジュール温度センサのセンサ値及び前記ヒータ温度センサのセンサ値に基づいて、前記加熱手段が耐熱温度を超えないように前記加熱手段の動作制御を行う制御部を備えることを特徴とする還元剤添加装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ヒータ温度センサのセンサ値及び前記モジュール温度センサのセンサ値を異なる時期に検出することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の還元剤添加装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記還元剤が解凍された状態では、前記ヒータ温度センサのセンサ値及び前記モジュール温度センサのセンサ値の検出を中止し、前記還元剤圧送部による前記還元剤の供給制御を行うことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の還元剤添加装置。
【請求項４】
前記還元剤圧送部が、前記還元剤を圧送するポンプを含むポンプユニットであることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の還元剤添加装置。
【請求項５】
貯蔵タンク内の還元剤を還元剤添加部へ供給する還元剤圧送部を備え、内燃機関の排気通路内に前記還元剤添加部から前記還元剤を添加する還元剤添加装置を制御するための還元剤添加装置の制御方法において、
前記内燃機関のイグニションスイッチがオンにされた後、前記還元剤圧送部に備えられ、前記還元剤圧送部内の前記還元剤を解凍させるための加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサのセンサ値と、前記還元剤圧送部の温度推定に用いられるモジュール温度センサのセンサ値と、を検出し、
前記還元剤圧送部の還元剤が凍結していると推定されるときに加熱手段を作動させるとともに、前記加熱手段が耐熱温度を超えないように前記加熱手段の動作制御を行うことを特徴とする還元剤添加装置の制御方法。
【請求項６】
前記還元剤の供給開始後は、前記還元剤圧送部の外部に備えられた外気温度センサのセンサ値をもとに、前記還元剤が凍結しないように前記加熱手段の動作制御を行うことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の還元剤添加装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に還元剤を添加するための還元剤添加装置及びその制御方法に関し、特に、還元剤を還元剤添加部に供給する還元剤圧送部を備え、内燃機関の始動時に、加熱手段によって還元剤圧送部内で凍結した還元剤の解凍を行う還元剤添加装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、環境に影響を与えるおそれのある窒素酸化物（以下、「ＮＯX」と称する。）が含まれている。このＮＯXを浄化するために用いられる排気浄化装置として、排気通路に配設された触媒の上流側に尿素水溶液等の還元剤を噴射供給し、触媒中で排気ガス中のＮＯXを還元反応させる排気浄化装置が知られている。【０００３】
このような排気浄化装置では、排気通路内に還元剤を添加するための還元剤添加装置が備えられている。この還元剤添加装置において、尿素水溶液を還元剤として用いる場合、還元剤が寒冷時に凍結するおそれがあることから、還元剤の供給系に加熱手段が備えられる場合ある。例えば、図７に示すように、液体還元剤の貯蔵タンク３０７及び供給管系の全体ないし主要部分にわたって電熱線３０９を配置し、その上に断熱材包囲層３１７を設け、さらに必要に応じて貯蔵タンク３０７内にも電熱線加熱手段３１０を設け、貯蔵タンク３０７内の還元剤温度及び外気温度あるいはいずれか一方に応じてそれらの電熱線３０９、３１０に外部から通電し及びその通電を遮断し液体還元剤の凍結を防止する適宜な温度範囲を維持する排気浄化装置が開示されている（特許文献１参照）。【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号  （全文、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置は、貯蔵タンク内の還元剤温度及び外気温度のいずれか一方の温度情報をもとにして電熱線の通電、非通電が制御されるものであるが、貯蔵タンク内の還元剤温度や外気温度によっては還元剤圧送部内の温度を正確に検出することができない。したがって、還元剤圧送部に存在する還元剤の凍結防止あるいは解凍するための電熱線の動作制御を正確に実施することができない。
また、貯蔵タンク内の還元剤温度や外気温度によっては電熱線の温度が把握できないために、電熱線が耐熱温度を越えてしまい、電熱線が故障するおそれがある。【０００６】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元剤添加装置が、所定のモジュール温度センサとヒータ温度センサとを備えることにより、このような問題を解決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、本発明の目的は、還元剤圧送部に備えられた加熱手段の過熱による故障を防止しつつ、還元剤圧送部内での還元剤の凍結防止あるいは凍結した還元剤を解凍するための制御を正確に行うことができる還元剤添加装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、貯蔵タンク内の還元剤を還元剤添加部へ供給する還元剤圧送部を備え、内燃機関の排気通路内に還元剤添加部から還元剤を添加する還元剤添加装置において、還元剤圧送部に、還元剤の凍結を防止し又は還元剤を解凍させるための加熱手段と、還元剤圧送部内の温度推定に用いられるモジュール温度センサと、加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサと、を備え、還元剤の凍結時に、モジュール温度センサのセンサ値及びヒータ温度センサのセンサ値に基づいて、加熱手段が耐熱温度を超えないように加熱手段の動作制御を行う制御部を備えることを特徴とする還元剤添加装置が提供され、上述した問題を解決することができる。【０００８】
また、本発明の還元剤添加装置を構成するにあたり、制御部は、ヒータ温度センサのセンサ値及びモジュール温度センサのセンサ値を異なる時期に検出することが好ましい。【０００９】
また、本発明の還元剤添加装置を構成するにあたり、制御部は、還元剤が解凍された状態では、ヒータ温度センサのセンサ値及びモジュール温度センサのセンサ値の検出を中止し、還元剤圧送部による還元剤の供給制御を行うことが好ましい。【００１０】
また、本発明の還元剤添加装置を構成するにあたり、還元剤圧送部が、還元剤を圧送するポンプを含むポンプユニットであることが好ましい。【００１１】
また、本発明の別の態様は、貯蔵タンク内の還元剤を還元剤添加部へ供給する還元剤圧送部を備え、内燃機関の排気通路内に還元剤添加部から還元剤を添加する還元剤添加装置を制御するための還元剤添加装置の制御方法において、内燃機関のイグニションスイッチがオンにされた後、還元剤圧送部に備えられ、還元剤圧送部内の還元剤を解凍させるための加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサのセンサ値と、還元剤圧送部の温度推定に用いられるモジュール温度センサのセンサ値と、を検出し、還元剤圧送部の還元剤が凍結していると推定されるときに加熱手段を作動させるとともに、加熱手段が耐熱温度を超えないように加熱手段の動作制御を行うことを特徴とする還元剤添加装置の制御方法である。【００１２】
また、本発明の還元剤添加装置の制御方法を実施するにあたり、還元剤の供給開始後は、還元剤圧送部の外部に備えられた外気温度センサのセンサ値をもとに、還元剤が凍結しないように加熱手段の動作制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の還元剤添加装置は、還元剤圧送部内の温度推定に用いられるモジュール温度センサを備えているために、還元剤圧送部内の還元剤の解凍を行うための加熱手段の動作制御を正確に行うことができる。したがって、還元剤圧送部内を還元剤の凍結温度以上に昇温させるための時間や、還元剤凍結時に還元剤を解凍させるための時間が短縮される。また、本発明の還元剤添加装置は、還元剤圧送部に備えられた加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサを還元剤圧送部に備えているために、加熱手段の過熱による故障を防止することができる。その結果、還元剤の供給制御が正確に行われ、故障の少ない還元剤添加装置が提供される。【００１４】
また、本発明の還元剤添加装置において、制御部が、ヒータ温度センサのセンサ値及びモジュール温度センサのセンサ値を異なる時期に検出することにより、還元剤圧送部と制御部とを繋ぐ、センサ値を伝送するための信号伝送線を複数設ける必要がなくなり、コストの上昇が抑えられるとともに、省スペース化が図られる。【００１５】
また、本発明の還元剤添加装置において、制御部が、還元剤が解凍された状態では各センサ値の検出を中止し、還元剤圧送部による還元剤の供給制御を行うことにより、還元剤圧送部と制御部とを繋ぐ信号伝送線を複数設ける必要がなくなり、コストの上昇がさらに抑えられるとともに、省スペース化が図られる。【００１６】
また、本発明の還元剤添加装置において、還元剤圧送部が所定のポンプユニットであることにより、加熱手段の過熱による故障が防止されつつ、ポンプユニット内の還元剤の解凍制御が正確に行われる。【００１７】
また、本発明の還元剤添加装置の制御方法によれば、内燃機関のイグニションスイッチがオンにされた後、モジュール温度センサのセンサ値及びヒータ温度センサのセンサ値が検出され、加熱手段が過熱しないように加熱手段の動作制御が行われることにより、加熱手段の故障が防止されつつ、還元剤圧送部内の昇温や還元剤の解凍が短時間で行われる。したがって、還元剤の供給制御が速やかに実行可能になるとともに還元剤添加装置の故障が防止される。【００１８】
また、本発明の還元剤添加装置の制御方法において、還元剤の供給開始後は、所定の外気温度センサのセンサ値をもとに加熱手段の動作制御が行われることにより、還元剤圧送部の動作制御時に、還元剤圧送部と制御部とを繋ぐ信号伝送線を使用する必要がなくなる。また、還元剤の供給開始後であれば、外気温度センサのセンサ値をもとにした加熱手段の動作制御であっても、還元剤の凍結が確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる還元剤添加装置を備えた排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態の還元剤添加装置の制御装置（ＤＣＵ）の構成例を示すブロック図である。
【図３】モジュール温度センサのセンサ信号、ヒータ温度センサのセンサ信号及びポンプの駆動信号の送信時期を表すタイミングチャートである。
【図４】本実施形態の還元剤添加装置の制御方法の一例を示すフローである。
【図５】本実施形態の還元剤の解凍制御の一例を示すフローである。
【図６】本実施形態の還元剤圧送部の保温制御の一例を示すフローである。
【図７】従来の排気浄化装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の還元剤添加装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、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。【００２１】
１．排気浄化装置
図１は、本実施形態の還元剤添加装置を備えた内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」と称する。）の構成例を示している。
排気浄化装置１０は、内燃機関５に接続された排気通路１１の途中に配設されるものであり、排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元するための還元触媒１３と、還元触媒１３の排気上流側で尿素水溶液を排気通路１１内に添加するための還元剤添加装置２０とを主たる要素として構成されている。この排気浄化装置１０では、還元触媒１３の排気上流側に添加される還元剤としての尿素水溶液が排気ガスとともに還元触媒１３に流入し、当該還元触媒１３においてＮＯXが選択的に還元浄化される。【００２２】
還元触媒１３は公知のものを使用することができる。例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウムやバリウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属、セリウムやランタン等の希土類金属、白金やロジウム等の貴金属等が担持された触媒が用いられる。【００２３】
２．還元剤添加装置
（１）全体構成
本実施形態の還元剤添加装置２０は、還元触媒１３よりも排気上流側の排気通路１１に固定された還元剤添加部３１と、還元剤が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤添加部３１に対して圧送する還元剤圧送部４０と、還元剤添加部３１や還元剤圧送部４０の駆動制御を行う制御装置（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０とを備えている。
また、還元剤圧送部４０と還元剤添加部３１とは第１の供給通路５８によって接続され、貯蔵タンク５０と還元剤圧送部４０とは第２の供給通路５７によって接続され、さらに、還元剤圧送部４０と貯蔵タンク５０とは還流通路５９によっても接続されている。【００２４】
還元剤添加装置２０に備えられたＤＣＵ６０は、排気浄化装置１０に備えられたあらゆるセンサ等の情報が読込可能になっている。また、ＤＣＵ６０には、内燃機関の運転状態を制御するための制御装置（以下、「ＥＣＵ：Electronic Control Unit」と称する。）７０が接続されており、燃料噴射量や燃料噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関５の運転状態に関する情報が読込可能になっている。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが別の制御装置とされているが、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが一つの制御装置として構成されていても構わない。【００２５】
また、還元剤添加部３１は、例えば、通電制御によって弁の開閉がＯＮ−ＯＦＦで制御される電磁式の還元剤添加弁が用いられる。本実施形態の還元剤添加装置２０では、還元剤圧送部４０から還元剤添加部３１に圧送される還元剤の圧力が所定値に維持さ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添加部３１が開放されたときに還元剤が排気通路１１内に添加される。【００２６】
また、還元剤として用いられる尿素水溶液は、貯蔵タンク５０内に所定濃度に調整され収容されている。この尿素水溶液は、例えば３２．５％濃度の場合に約−１１℃以下になると凍結する性質を有している。そのため、還元剤添加装置２０内の各部位には、加熱手段としての複数のヒータ２２ａ〜２２ｅが備えられており、冷寒時等において還元剤添加装置２０内に存在する還元剤が凍結して、還元剤の供給制御が正確に行えなくなることを防ぐために用いられる。これらのヒータ２２ａ〜２２ｅは、例えば電熱線等からなり、ＤＣＵ６０によって通電が制御される。また、貯蔵タンク５０については、ヒータ２２ａの代わりに、あるいは、ヒータ２２ａと併せて、６０〜８０℃程度の温度域に維持される内燃機関の冷却水を貯蔵タンク５０に導く循環通路を設けることで、加熱手段を構成することもできる。【００２７】
また、本実施形態の還元剤添加装置２０は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の温度を検出するためのタンク内温度センサ２５や外気温度を検出するための外気温度センサ２１、さらに、還元剤圧送部４０に設けられたモジュール温度センサ２４やヒータ温度センサ２３を備えている。そして、これらのセンサのセンサ値を利用して、上述した各ヒータ２２ａ〜２２ｅの通電制御が行われ、還元剤添加装置２０内に存在する還元剤の凍結が防止され、あるいは、凍結した還元剤の解凍が行われる。【００２８】
（２）還元剤圧送部
還元剤圧送部４０は、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤添加部３１に対して圧送する部分である。本実施形態の還元剤圧送部４０は、還元剤を圧送するポンプ４１と、還元剤の流れ方向の切換えを行うリバーティングバルブ７１と、還元剤に混入した異物を捕集するフィルタ４７と、還元剤の凍結を防止し又は還元剤を解凍させるための加熱手段としてのヒータ２２ｃ等が備えられたポンプユニット４０Ａとして構成されている。このポンプユニット４０Ａには、ヒータ２２ｃの温度推定に用いられるヒータ温度センサ２３と、ポンプユニット４０Ａの温度推定に用いられるモジュール温度センサ２４とが設けられている。【００２９】
このうち、ポンプ４１は、例えば、電動式のダイヤフラムポンプが用いられる。本実施形態の還元剤添加装置２０において、ポンプ４１は、ポンプ４１の下流側に設けられた圧力センサ４３のセンサ値が所定値に維持されるように、ＤＣＵ６０によるフィードバック制御が行われる。【００３０】
また、リバーティングバルブ７１は、還元剤の流れ方向を、貯蔵タンク５０から還元剤添加部３１へ向かう順方向、又は、還元剤添加部３１から貯蔵タンク５０へ向かう逆方向に切り換える機能を持った切換弁である。内燃機関５が通常運転状態にあり排気浄化制御が行われる状態では、リバーティングバルブ７１によって還元剤の流れが順方向にされる一方、内燃機関５のイグニションスイッチがオフにされたときに、リバーティングバルブ７１によって還元剤の流れが逆方向に切り換えられる。そのため、内燃機関５の停止時には、ポンプ４１の駆動によって還元剤供給経路内の還元剤が貯蔵タンク５０内に回収される。したがって、内燃機関５の停止時における還元剤供給経路内での還元剤の凍結のおそれが低減され、その後内燃機関５の運転を再開したときに、還元剤供給経路内での還元剤の凍結による還元剤添加部３１からの還元剤の添加不良がないようにされている。【００３１】
また、本実施形態のポンプユニット４０Ａの構成では、加熱手段としてのヒータ２２ｃはフィルタ４７の近傍に配置されている。このヒータ２２ｃは、モジュール温度センサ２４やヒータ温度センサ２３、あるいは外気温度センサ２１のセンサ値に基づいて、ＤＣＵ６０によって通電制御が行われる。ただし、ヒータの配置位置は特に制限されるものではなく、また、ヒータは、ポンプユニット４０Ａ内の複数の箇所に設けられていてもよい。【００３２】
また、モジュール温度センサ２４はフィルタ４７の近傍に配置されており、このモジュール温度センサ２４に基づいてポンプユニット４０Ａ内の温度が推定される。本実施形態の還元剤添加装置２０では、このモジュール温度センサ２４のセンサ値は、還元剤の解凍制御を行う際のヒータ２２ｃの通電制御に用いられる。
また、ヒータ温度センサ２３は、例えば、ポンプユニット４０Ａに備えられたポンプ４１やリバーティングバルブ７１、ヒータ２２ｃ等の制御回路基板上に設けられ、ヒータ２２ｃの温度を推定するために用いられる。本実施形態の還元剤添加装置２０では、ヒータ温度センサ２３のセンサ値は、還元剤の解凍制御を行う際のヒータ２２ｃの通電制御に用いられる。【００３３】
本実施形態の還元剤添加装置２０は、ポンプユニット４０Ａにモジュール温度センサ２４及びヒータ温度センサ２３を備えることにより、ポンプユニット４０Ａやヒータ２２ｃの温度が正確に検出され、還元剤の解凍制御を行う際のヒータ２２ｃの通電制御が精度良く行われる。したがって、ヒータ２２ｃの出力を比較的高くした場合であってもヒータ２２ｃの過熱による故障が確実に防止される。そのため、ポンプユニット４０Ａ内の温度を還元剤の凍結温度以上に昇温したり、ポンプユニット４０Ａ内で凍結した還元剤を解凍させたりする際に要する時間が短縮される。【００３４】
（３）ＤＣＵ
図２は、本実施形態の還元剤添加装置２０に備えられたＤＣＵ６０のうち、還元剤の供給制御や、ヒータ２２ｃの通電制御に関する部分を機能的なブロックに表した構成例を示している。
このＤＣＵ６０は、ポンプ駆動制御部（図２では「ポンプ制御」と表記。）と、還元剤添加量演算部（図２では「Ud添加量演算」と表記。）と、ヒータ制御部（図２では「ヒータ制御」と表記。）等を主要な構成要素として構成されている。また、ヒータ制御部には、ポンプユニット温度判定部（図２では「PU温度判定」と表記。）と、ヒータ温度判定部（図２では、「ヒータ温度判定」と表記。）と、ヒータ通電制御部（図２では「ヒータ通電制御」と表記。）とが備えられている。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）によるプラグラムの実行によって実現される。【００３５】
ポンプ駆動制御部では、第１の供給経路内の還元剤の圧力を示す圧力センサのセンサ値Pureaが継続的に読み込まれるとともに、このセンサ値が所定の値を示すように、ポンプ４１に対して駆動信号が出力される。【００３６】
また、還元剤添加量演算部では、内燃機関の運転状態に関する情報や、排気浄化装置に備えられたあらゆるセンサのセンサ値が読み込まれるとともに、排気ガス中のＮＯXを還元するために必要な量の還元剤が算出され、還元剤添加部に対して駆動信号が出力される。【００３７】
また、ヒータ制御部のポンプユニット温度判定部では、内燃機関の始動時に、モジュール温度センサのセンサ値Tmjlが読み込まれ、当該センサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを越えているか否かが判別される。そして、モジュール温度センサのセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以下である場合にはヒータ通電制御部に対して解凍指示信号が出力される。【００３８】
また、ヒータ制御部のヒータ温度判定部では、内燃機関の始動時に、ヒータ温度センサのセンサ値Theatが読み込まれ、当該センサ値Theatに基づいてヒータの温度が耐熱温度Tlmt未満であるか否かが判別される。そして、ヒータが通電されている場合において、ヒータの温度が耐熱温度Tlmtを超えそうな場合には、ヒータの温度がそれ以上上昇しないように、ヒータ通電制御部に対してヒータの出力を所定の出力で固定するよう指示する。【００３９】
また、ヒータ制御部のヒータ通電制御部では、内燃機関の始動時に、ポンプユニット温度判定部から解凍指示信号が出力されると、ヒータに対する通電制御が行われる。ヒータに通電が行われると、ヒータが配置されたフィルタが加熱されて、還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以上に加熱されるとともに、凍結した還元剤が存在する場合には還元剤の解凍が行われる。このとき、ヒータは、モジュール温度センサのセンサ値ができるだけ早く還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超えるように、比較的高い出力で制御される。【００４０】
一方、ヒータ制御部のヒータ通電制御部では、内燃機関の始動時に、ヒータ温度判定部から、ヒータの出力を所定の出力で固定するよう指示を受けると、ヒータの出力が所定の出力で固定されるようにヒータへの通電を制御する。したがって、ヒータの過熱による故障が防止される。【００４１】
さらに、ヒータ通電制御部では、還元剤の解凍制御終了後においては、外気温度センサのセンサ値Tenvが読み込まれ、当該センサ値Tenvに基づいて、ヒータに対する通電制御が行われる。このときのヒータの温度は、ポンプユニット内の温度が還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超える温度で保持される程度に制御されるため、外気温度センサのセンサ値Tenvに応じた規定のパターンでの通電制御が行われ、ヒータが過熱されすぎることがない。【００４２】
３．信号伝送時期
ここで、図１に示す本実施形態の還元剤添加装置２０に備えられたＤＣＵ６０は、内燃機関５の始動時において、ヒータ温度センサ２３のセンサ値Theatとモジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlとを異なる時期、例えば、所定時間ごとに交互に検出するように構成されている。したがって、ポンプユニット４０ＡとＤＣＵ６０とを繋ぐ、各センサ信号を伝送するための信号伝送線が共有されて構成されており、コストの上昇が抑えられるとともに省スペース化が図られている。【００４３】
さらに、本実施形態の還元剤添加装置２０に備えられたＤＣＵ６０は、還元剤の解凍後においては、ヒータ温度センサ２３及びモジュール温度センサ２４のセンサ信号を伝送するための信号伝送線を介して、ポンプ４１の駆動信号を送信するように構成されている。したがって、ポンプ４１の駆動信号を伝送するための信号伝送線についても、ヒータ温度センサ２３及びモジュール温度センサ２４のセンサ信号を伝送するための信号伝送線と共有され、コストの上昇が抑えられるとともに省スペース化が図られている。【００４４】
図３は、ＤＣＵ６０とポンプユニット４０Ａとを繋ぐ信号伝送線を介して行われる、モジュール温度センサのセンサ信号Stmjl、ヒータ温度センサのセンサ信号Stheat及びポンプ４１の駆動信号Spumpの送信時期を表すタイミングチャート図である。【００４５】
まず、最初の期間Aにおいて、モジュール温度センサのセンサ信号が送信されることを示す信号Smが、ポンプユニットからＤＣＵに送信された後、次の期間Bにおいて、モジュール温度センサのセンサ信号Stmjlが送信される。次いで、期間Cにおいて、ヒータ温度センサのセンサ信号が送信されることを示す信号Shが、ポンプユニットからＤＣＵに送信された後、次の期間Dにおいて、ヒータ温度センサのセンサ信号Stheatが送信される。還元剤が解凍されるまではポンプ４１が作動しないため、モジュール温度センサのセンサ信号Stmjlやヒータ温度センサのセンサ信号Stheatが送信される期間中、ポンプの駆動信号Spumpは送信されていない。したがって、モジュール温度センサのセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを越えるまでは、モジュール温度センサのセンサ信号Stmjl及びヒータ温度センサのセンサ信号Stheatの送信が繰り返される。【００４６】
モジュール温度センサのセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超えると、ヒータの出力が小さくされるため、ヒータ温度センサのセンサ信号Stheatやモジュール温度センサのセンサ信号Stmjlを送信する必要がなくなる。したがって、以降の期間Eにおいては、モジュール温度センサのセンサ信号Stmjl及びヒータ温度センサのセンサ信号Stheatの検出が中止されるとともに、ポンプの駆動信号SpumpがＤＣＵからポンプユニットに送信される。【００４７】
このように、本実施形態のＤＣＵは、ヒータ温度センサのセンサ信号Stheatとモジュール温度センサのセンサ信号Stmjlが異なる時間に検出されるとともに、さらに、ポンプの駆動信号Spumpが異なる時間に送信されるように構成されているために、ヒータ温度センサのセンサ信号Stheat、モジュール温度センサのセンサ信号Stmjl及びポンプの駆動信号Spumpを送信する信号伝送線を共有化することができる。【００４８】
４．還元剤添加装置の制御方法
次に、図１に示す還元剤添加装置２０の制御方法の一例を、図４〜図６に示すフローに基づいて説明する。なお、以下説明する還元剤添加装置の制御方法は、内燃機関の始動時において常時実行される。【００４９】
まず、図４に示すように、スタート後のステップＳ１１において、内燃機関５のイグニションスイッチがオンにされたことが検出されると、ステップＳ１２に進み、ポンプユニット４０Ａに備えられたモジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが読み込まれる。【００５０】
次いで、ステップＳ１３では、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以下であるか否かが判別される。濃度が３２．５％の尿素水溶液が用いられる本実施形態の還元剤添加装置２０においては、還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzが−４℃に設定されている。モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超えていると判定された場合はステップＳ１５に進む一方、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以下であると判定された場合はステップＳ１４に進む。【００５１】
ステップＳ１４では、ヒータ２２ｃ〜２２ｅに対する通電制御により、ポンプユニット４０Ａの昇温制御が行われる。図５のフローは、ステップＳ１４で行われるポンプユニット４０Ａの昇温制御の一例を示している。
まず、ステップ２０では、ヒータ２２ｃに対して通電され、還元剤の解凍制御が開始される。このとき、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが速やかに還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超えるように、ヒータ２２ｃの出力は比較的大きくされる。その後、ステップＳ２１で、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが読み込まれた後、ステップＳ２２で、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以下であるか否かが判別される。モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超える場合にはステップＳ２６に進み還元剤の解凍制御が終了される一方、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以下の場合には、ステップＳ２３に進む。【００５２】
モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrz以下の状態で進んだステップＳ２３で、ヒータ温度センサ２３のセンサ値Theatが読込まれた後、ステップＳ２４では、ヒータ温度センサ２３のセンサ値Theatがヒータの耐熱温度Tlmt以上であるか否かが判別される。ヒータ温度センサ２３のセンサ値Theatがヒータの耐熱温度Tlmt未満である場合には、そのままステップＳ２１に戻る一方、ヒータ温度センサ２３のセンサ値Theatがヒータの耐熱温度Tlmt以上である場合には、ヒータ２２ｃの過熱による故障を防ぐために、ステップＳ２５でヒータ２２ｃへの出力を所定の出力で固定した上で、ステップＳ２１に戻る。【００５３】
その後、ステップＳ２２で、モジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超えると判定されるまでは、ステップＳ２１〜Ｓ２５が繰り返され、還元剤の解凍制御によって、ポンプ４１、リバーティングバルブ７１及びフィルタ４７が昇温される。このとき、凍結した還元剤が存在する場合には、当該還元剤が解凍される。【００５４】
本実施形態の還元剤添加装置２０の制御方法においては、この還元剤の解凍制御を行うにあたり、ステップＳ２１におけるモジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlと、ステップＳ２３におけるヒータ温度センサ２３のセンサ値Theatとは、一つの信号伝送線を利用して、異なる時期に検出される。【００５５】
図４に戻り、ステップＳ１３でモジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlが還元剤の解凍制御温度閾値Tfrzを超えていると判定されるか、あるいは、ステップＳ１４における還元剤の解凍制御が終了して進んだステップＳ１５では、還元剤添加装置２０のポンプ４１の駆動が開始される。
本実施形態の還元剤添加装置２０においては、ステップＳ１４における還元剤の解凍制御が終了した後は、ヒータ温度センサ２３のセンサ値Theat及びモジュール温度センサ２４のセンサ値Tmjlの読込が中止されるとともに、これらセンサ値の信号の伝送に用いられる信号伝送線を利用して、ポンプ４１に対する駆動信号が送信される。【００５６】
その後、ステップＳ１６では、ヒータ２２ｃへの通電制御により、ポンプユニット４０Ａの保温制御が行われる。図６のフローは、ステップＳ１６で行われるポンプユニット４０Ａの保温制御の一例を示している。
まず、ステップＳ３０では、外気温度センサ２１のセンサ値Tenvが読込まれる。次いで、ステップＳ３１では、外気温度センサ２１のセンサ値Tenvに応じてあらかじめ規定された出力で、ヒータ２２ｃの制御が行われる。以降は、再びステップＳ３０に戻り、ステップＳ３０〜Ｓ３１が繰り返される。この還元剤の保温制御でのヒータ２２ｃの出力は、ポンプユニット４０Ａの温度が還元剤の解凍制御温度閾値以上に保持される程度に維持されるようになっており、ヒータ２２ｃの過熱は生じない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上、本実施形態の還元剤添加装置及びその制御方法によれば、還元剤圧送部内の温度推定に用いられるモジュール温度センサと、加熱手段の温度推定に用いられるヒータ温度センサとを備えているために、加熱手段の過熱による故障を防ぎつつ、ヒータの出力が高められ、還元剤圧送部内の還元剤の凍結防止あるいは解凍を行うための加熱手段の動作制御を正確に行うことができる。したがって、還元剤凍結時の還元剤の解凍時間が短縮されるとともに、故障の少ない還元剤添加装置が提供される。
また、本実施形態の還元剤添加装置では、上記の二つの温度センサのセンサ信号及びポンプの駆動信号が一つの信号伝送線で送信されるために、信号伝送線が共有化され、コストの上昇が抑えられるとともに省スペース化が図られる。なお、共有化された信号伝送線を介して送信される信号は、温度センサのセンサ信号やポンプの駆動信号に限定されず、他のアナログ信号の送信も可能である。
【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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【国際調査報告】
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