(57)【要約】【課題】尿素水ポンプを駆動するモータのイナーシャが大きくても、停止位置を正確に推定できる尿素噴射制御装置を提供する。【解決手段】ロータ停止位置推定部５６は、内燃機関１１が停止することで尿素水ポンプ１５を構成するポンプモータ２１の駆動が停止されると、ポンプモータ２１のステータコイル２３ｕ，２３ｖ，２３ｗに発生する誘起電圧と、モータ２１の回転速度Ｒと、モータ２１のトルクτと、モータ２１のイナーシャＪとに基づいてロータの停止位置を推定し、推定した停止位置をロータ停止位置記憶部５７に記憶する。それから、マイコン３１は、排気浄化システム１０の稼働を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素タンク（１４）に貯留されている尿素水を汲みだして、内燃機関の排気通路（１３）内に尿素水を噴射するインジェクタ（１８）に供給する尿素水ポンプ（１５）を構成するポンプモータ（２１）を、位置センサレス制御により駆動する制御部（３１）と、
前記ポンプモータのロータが停止する位置を推定する停止位置推定部（５６）と、
前記推定した位置が記憶される記憶部（５７）とを備え、
前記停止位置推定部は、前記内燃機関が停止することで前記ポンプモータの駆動が停止されると、前記ポンプモータのステータコイル（２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ）に発生する誘起電圧と、前記ポンプモータの回転速度と、前記ポンプモータのトルクと、前記ポンプモータのイナーシャとに基づいて前記ロータの停止位置を推定する尿素噴射制御装置。
【請求項２】
前記停止位置推定部は、前記誘起電圧に基づいて前記ポンプモータの駆動が停止された時点のロータの回転位置を求め、
前記回転速度と、前記トルクと、前記イナーシャとに基づいて前記駆動が停止された時点から前記ロータが停止するまで回転した位相を求め、
前記ロータの停止位置を、前記回転位置と前記位相との和で求める請求項１記載の尿素噴射制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記内燃機関が始動すると、前記記憶部より前記ロータの停止位置を読み出し、前記ポンプモータを前記停止位置に対応した所定の通電パターンに従って起動し、
前記誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置が検出可能になると、検出した回転位置に従って位置センサレス制御を行うように切替える請求項１又は２記載の尿素噴射制御装置。
【請求項４】
前記記憶部に前記ロータの停止位置が記憶されると、動作を停止する請求項１から３の何れか一項に記載の尿素噴射制御装置。
【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内に尿素水を噴射するインジェクタに尿素水を供給するポンプモータを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両のエンジン等の内燃機関では、排気管内に尿素水を噴射して排気を浄化する尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが適用されるものがある。インジェクタには、タンクに貯留されている尿素水がポンプによって供給される。そのポンプを構成するモータの制御として、モータの回転軸にレゾルバやエンコーダ等の回転角度センサを設けて行う制御と、モータのステータコイルに発生する誘起電圧を検出してロータ回転位置を検出する位置センサレス制御とがあるが、部品点数の削減によりコスト低減が図れるメリットのため、位置センサレス制御は広く普及している。位置センサレス制御を適用した場合、尿素ポンプを構成するモータを始動するため、所定の通電パターンを基に停止状態のモータに初期回転を付与する強制転流処理を行う必要がある。
【０００３】
ところで、前記強制転流処理の時間が長くなると、ＳＣＲシステムの始動に要する時間が長くなり、その間はエンジンの排気ガスを浄化できなくなる。特に、エンジンがアイドルストップとスタートとを頻繁に繰り返すような状況では、排気ガスを浄化する効率の低下を招く。よって、排気ガスの浄化効率向上のため、尿素ポンプモータの迅速な始動、すなわち強制転流処理に要する時間を短くすることが求められる。
【０００４】
例えば特許文献１には、ハイブリッド車に使用されるモータジェネレータを位置センサレス制御するものにおいて、同様に初期回転を付与する強制転流処理の時間を短くするため、モータジェネレータを停止させる際にロータの停止位置を記憶させておき、モータジェネレータを起動させる際には、記憶させた停止位置を初期値として起動する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６３８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、モータジェネレータを停止させる過程において、その回転速度が閾値を上回ると誘起電圧推定方式によって回転角度を推定し、停止位置を求めている。ところで、ポンプモータのイナーシャが大きくなると、モータへの通電を停止させた後に惰性で回転し続ける期間が長くなり、ロータの停止位置を正確に推定するのが困難となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、尿素水ポンプを駆動するモータのイナーシャが大きくても、停止位置を正確に推定できる尿素噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の尿素噴射制御装置によれば、停止位置推定部は、内燃機関が停止することで尿素水ポンプを構成するポンプモータの駆動が停止されると、ポンプモータのステータコイルに発生する誘起電圧と、モータの回転速度と、ポンプモータのトルクと、ポンプモータのイナーシャとに基づいてロータの停止位置を推定する。推定された停止位置は、記憶部に記憶される。すなわち、ロータの停止位置を、誘起電圧だけでなく、ポンプモータの回転速度，トルク及びイナーシャもパラメータとして加えて推定するので、イナーシャが大きく、通電の停止後に惰性で回転し続ける期間が長くなるポンプモータについても、停止位置を正確に推定できる。
【０００９】
請求項２記載の尿素噴射制御装置によれば、停止位置推定部は、誘起電圧に基づいてポンプモータの駆動が停止された時点のロータの回転位置を求め、回転速度と、トルクと、イナーシャとに基づいて前記駆動が停止された時点からロータが停止するまで回転した位相を求める。そして、ロータの停止位置を、回転位置と位相との和で求める。これにより、ポンプモータへの通電が停止された時点からモータがその時点の回転速度やイナーシャ等に応じて惰性で回転した角度を求め、停止位置を正確に推定できる。
【００１０】
請求項３記載の尿素噴射制御装置によれば、制御部は、内燃機関が始動すると、記憶部よりロータの停止位置を読み出し、ポンプモータを前記停止位置に対応した所定の通電パターンに従って起動する。そして、誘起電圧に基づいてロータの回転位置が検出可能になると、検出した回転位置に従って位置センサレス制御を行うように切替える。これにより、回転を停止したポンプモータの始動を迅速に行うことができ、排気の浄化を直ちに開始できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態であり、制御装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】尿素噴射制御装置の構成を示す機能ブロック図
【図３】尿素ポンプモータの始動時及び停止時の処理を示すフローチャート
【図４】モータの停止時の各信号を示すタイミングチャート
【図５】モータの始動時の各信号を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。まず、尿素噴射制御装置（以下、「制御装置」と省略する。）を適用する内燃機関の排気浄化システムについて説明する。図２に示すように排気浄化システム１０は、例えば車両に搭載されている内燃機関１１から排出される排気に尿素水を添加し、排気に含まれるＮＯｘを還元するＳＣＲシステムを構成している。内燃機関１１の排気は、排気管部材１２が形成する排気通路１３を経由して大気へ放出される。内燃機関１１は、例えばディーゼルエンジンである。なお、排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンやガスタービンエンジンなどに適用してもよい。また、排気浄化システム１０は、車載の内燃機関１１に限らず、例えば発電ユニットなどの据置型の内燃機関１１に適用してもよい。
【００１３】
排気浄化システム１０は、尿素水タンク１４、尿素水ポンプ１５、尿素水配管部１６、還元触媒１７およびインジェクタ１８を備えている。尿素水タンク１４は、尿素水である尿素の水溶液を貯えている。尿素水ポンプ１５は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水を尿素水配管部１６が形成する尿素水経路１９へ吐出する。還元触媒１７は、排気管部材１２が形成する排気通路１３に設けられている。尿素水タンク１４とインジェクタ１８とは、尿素水配管部１６が形成する尿素水経路１９を経由して接続している。これにより、尿素水ポンプ１５は、尿素水タンク１４から汲み上げた尿素水を、尿素水経路１９を経由してインジェクタ１８へ供給する。インジェクタ１８は、排気管部材１２に設けられている。インジェクタ１８は、排気管部材１２を貫いて、先端が排気通路１３に露出している。インジェクタ１８へ供給された尿素水は、排気通路１３を流れる排気へ噴射される。内燃機関１１から排出された排気とインジェクタ１８から噴射された尿素水とは、排気通路１３において混合され、還元触媒１７へ流入する。排気に含まれるＮＯｘは、還元触媒１７において尿素水に含まれる尿素と化学反応することにより還元される。
【００１４】
尿素水タンク１４からインジェクタ１８へ尿素水を供給する尿素水ポンプ１５は、ポンプモータ２１によって駆動される。ポンプモータ２１は、例えば直流三相のセンサレスブラシレスモータである。ポンプモータ２１は、制御装置３０から供給される電力によって駆動力を発生する。制御装置３０は、バッテリ２２から電力の供給を受ける。ポンプモータ２１で尿素水ポンプ１５を駆動することにより、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水はインジェクタ１８へ供給される。
【００１５】
上述の排気浄化システム１０は、制御装置３０によって制御される。具体的には、制御装置３０は、排気浄化システム１０を構成する尿素水ポンプ１５及びインジェクタ１８の作動を制御する。
【００１６】
また、制御装置３０は、温度センサ４１、圧力センサ４２、レベルセンサ４３及び解凍ヒータ４４に接続している。制御装置３０は、ポンプモータ２１に電力を供給すると共に、ポンプモータ２１のトルク及び回転数を検出する。温度センサ４１は、尿素水タンク１４に設けられ、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の温度を検出する。この場合、温度センサ４１は、尿素水タンク１４に限らず、尿素水経路１９に設けてもよい。また、尿素水の温度は、尿素水タンク１４や尿素水経路１９に設けた温度センサ４１から直接検出するだけでなく、例えば外気温や内燃機関１１の冷却水の温度などから間接的に検出する構成としてもよい。圧力センサ４２は、尿素水ポンプ１５の尿素水の出口側に設けられ、尿素水ポンプ１５から吐出される尿素水の圧力を検出する。この場合、圧力センサ４２は、尿素水ポンプ１５の出口側に限らず、尿素水経路１９に設けてもよい。
【００１７】
レベルセンサ４３は、尿素水タンク１４に設けられ、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の液面位置を検出する。この場合、レベルセンサ４３は、尿素水の液面位置に代えて、尿素水の容積や重量などから尿素水の液面位置を間接的に検出する構成としてもよい。解凍ヒータ４４は、尿素水タンク１４に設けられている。解凍ヒータ４４は、制御装置３０の図示しないヒータ駆動部からの通電により発熱する。これにより、尿素水タンク１４で凍結した尿素水は、解凍ヒータ４４の発熱によって解凍される。
【００１８】
図１に示すように、制御装置３０は、マイクロコンピュータ３１を備えている。以下、マイコン３１と称す。マイコン３１は、モータ駆動回路３２を構成するプリドライバ回路３３を介して、インバータ回路３４に駆動制御信号を出力する。インバータ回路３４は、ハイサイドスイッチがＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３５，ローサイドスイッチがＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３６であり、これらが３相ブリッジ接続されて構成されている。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３５のソースは、抵抗３７を介してバッテリ２２の正側端子に接続され、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３６のソースは、抵抗３９を介してグランドに接続されている。
【００１９】
インバータ回路３４の各相出力端子は、ポンプモータ２１の各相ステータコイル２３ｕ，２３ｖ，２３ｗの一端にそれぞれ接続されている。各相コイル２３ｕ，２３ｖ，２３ｗの他端は共通に接続されている。抵抗３７の両端は、電流検出回路５１の入力端子に接続されており、電流検出回路５１の出力端子は過電流保護回路５２の入力端子に接続されている。過電流保護回路５２は、例えばコンパレータを有して構成され、その出力端子はマイコン３１の入力端子に接続されている。抵抗３９の両端は、過電流モニタ回路５３の入力端子に接続されており、過電流モニタ回路５３の出力端子は、マイコン３１の入力端子に接続されている。
【００２０】
マイコン３１は、過電流モニタ回路５３により過電流の発生状態をモニタする。また、過電流保護回路５２が過電流の発生を検出して保護信号をアクティブにすると、マイコン３１は、ＰＷＭ信号の出力を停止することで、インバータ回路３４を介したポンプモータ２１の駆動を停止させる。
【００２１】
また、インバータ回路３４の各相出力端子は、ロータ位置検出回路５４，駆動電流モニタ回路５５の入力端子にそれぞれ接続されている。ロータ位置検出回路５４は、ポンプモータ２１の各相誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて当該ポンプモータ２１のロータ位置を検出する。マイコン３１は、駆動電流モニタ回路５５を介して上記の各相駆動電流をモニタする。
【００２２】
マイコン３１は、内部機能としてロータ停止位置推定部５６，ロータ停止位置記憶部５７を備えている。ロータ停止位置推定部５６は、ロータ位置検出回路５４により検出されるロータ位置と、駆動電流モニタ回路５５を介して取得する各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、ポンプモータ２１の回転が停止した際のロータ位置を推定する。ロータ停止位置記憶部５７は、その推定されたロータ位置が記憶されるメモリである。
【００２３】
次に、本実施形態の作用について説明する。図３に示すように、車両のエンジンが始動されると（Ｓ１）、排気浄化システム１０が稼働を開始する（Ｓ２）。すると、制御装置３０のマイコン３１は、「演算プログラム５」を実施し、ロータ停止位置記憶部５７に記憶されているロータ停止位置βに基づいて、ポンプモータ２１を始動させる（Ｓ３）。
【００２４】
ここで「演算プログラム５」は、ロータ停止位置βが、電気角０°から６０°毎の６つの区間の何れに属しているかに応じて、図１に示す６つの通電パターンの何れか１つを選択し、選択した通電パターンから通電を開始するものである。例えば、電気角０°〜６０°に対応する通電パターン（１）は通電方向がＵ相→Ｖ相となり、電気角６０°〜１２０°に対応する通電パターン（２）は通電方向がＷ相→Ｖ相となる。
【００２５】
次に、マイコン３１は、ポンプモータ２１を「他制制御」することで始動を継続する（Ｓ４）。ここで「他制制御」とは、ステップＳ３で選択した通電パターンが例えば（１）であれば、それ以降以降通電パターン（２）→（３）→（４）→（５）→（６）→（１）→…と所定の順序で切り替えてポンプモータ２１を駆動する制御方式である。そして、ロータ位置検出回路５４を介して、ポンプモータ２１のコイル２３に発生する誘起電圧をモニタする。
【００２６】
ポンプモータ２１の回転速度が上昇することで、ロータ位置が検出可能になると（Ｓ５；ＹＥＳ）、マイコン３１は、ポンプモータ２１を「自制制御」による駆動に切り替える（Ｓ６）。ここで「自制制御」とは、検出した誘起電圧に基づきロータ位置を検出し、そのロータ位置に基づいて上記通電パターンの切替タイミングを制御することであり、所謂「位置センサレス制御」に相当する。
【００２７】
エンジンが停止すると（Ｓ７）、マイコン３１は、ポンプモータ２１への通電をオフして排気浄化システム１０の稼働を停止させる（Ｓ８）。そして、「演算プログラム１〜３」を実施し、それらの演算結果である通電停止時のロータ停止位置α，回転速度Ｒ及びトルクＴを取得する（Ｓ９）。ここで、各演算プログラムについて説明する。
【００２８】
＜演算プログラム１＞
下記の（１）式より、停止位置αを求める。
【数１】
2019024284.tif 000003
ｅｕ，ｅｖ，ｅｗ：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の誘起電圧
φａ：モータの誘起電圧定数
Ａ：モータの３次高調波成分の振幅定数
Ｂ：モータの３次高調波成分の位相定数
【００２９】
＜演算プログラム２＞
下記の（２）式より、通電停止時の回転速度ｗｅ（＝Ｒ）を求める。
ｗｅ＝１／ｐ        …（２）
ｐ：ロータ位置検出回路により検出される誘起電圧周期
【００３０】
＜演算プログラム３＞
各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、各相トルクτｕ，τｖ，τｗとの換算関係をマッピングしたメモリマップより各相トルクτｕ，τｖ，τｗを求め、これらをベクトル加算することでポンプモータ２１のトルクτ（＝Ｔ）を求める。
【００３１】
これらの演算プログラムの実行結果として停止位置α，回転速度Ｒ及びトルクＴを取得すると、「演算プログラム４」を実施し、その演算結果として最終停止位置βを取得する（Ｓ１０）。
【００３２】
＜演算プログラム４＞
ポンプモータ２１のイナーシャＪ及びトルクτと上記の回転速度ｗｅとの間には、（３）式の関係がある。
Ｊ（ｄｗｅ／ｄｔ）＝τ−Ｆ・ｗｅ  …（３）
Ｆ：モータの摩擦係数
（３）式を積分変換することで、（４）式が得られる。
【数２】
2019024284.tif 000004
ｔｅ：通電停止時の時刻，ｔｓ：ロータの回転が停止した時刻
尚、時刻ｔｓについては、駆動電流モニタ回路５５によりモニタしている駆動電流の値がゼロになる時刻として求める。（４）式を、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に適用すると、（５）〜（７）式となる。
【数３】
2019024284.tif 000005
（５）〜（７）式より、通電を停止した時点から、ロータがイナーシャＪにより回転した後停止するまでの位相θｕ，θｖ，θｗを求める。そして、これらの位相θｕ，θｖ，θｗと、通電を停止した時点からロータが完全に停止するまで回転する位相との対応関係を関連付けたマップから位相θを求める。そして、（８）式よりロータの停止位置βを求める。
β＝α＋θ  …（８）
推定された停止位置βは、ロータ停止位置記憶部５７に記憶される（Ｓ１１）。その後、制御装置３０は動作を停止する（Ｓ１２）。
【００３３】
例えば図４に示すように、通電パターン（５）→（６）に移行した後にポンプモータ２１への通電が停止されると、通電停止時のロータ位置αが検出される。それからポンプモータ２１は、通電停止時の回転速度ｗｅとイナーシャＪとに応じて惰性で回転した後に、回転を停止する。
【００３４】
そして、図５に示すように、ステップＳ３において回転を停止しているポンプモータ２１を始動させる際には、ロータ停止位置記憶部５７より読み出された停止位置βに基づいて、前述のように始動が行われる。
【００３５】
以上のように本実施形態によれば、ロータ停止位置推定部５６は、内燃機関１１が停止することで尿素水ポンプ１５を構成するポンプモータ２１の駆動が停止されると、ポンプモータ２１のステータコイル２３ｕ，２３ｖ，２３ｗに発生する誘起電圧と、モータ２１の回転速度Ｒと、モータ２１のトルクτと、モータ２１のイナーシャＪとに基づいてロータの停止位置を推定し、推定した停止位置をロータ停止位置記憶部５７に記憶する。それから、マイコン３１は、排気浄化システム１０の稼働を停止させる。すなわち、ロータの停止位置を、誘起電圧だけでなく、モータの回転速度Ｒ，トルクτ及びイナーシャＪもパラメータとして加えて推定するので、イナーシャが大きく、通電の停止後に惰性で回転し続ける期間が長くなるモータ２１についても、停止位置を正確に推定できる。
【００３６】
より具体的には、ロータ停止位置推定部５６は、誘起電圧に基づいてポンプモータ２１の駆動が停止された時点のロータの回転位置αを求め、回転速度Ｒと、トルクτと、イナーシャＪとに基づいて前記駆動が停止された時点からロータが停止するまで回転した位相θを求める。そして、ロータの停止位置βを、回転位置αと位相θとの和で求める。これにより、ポンプモータ２１への通電が停止された時点からモータ２１がその時点の回転速度やイナーシャ等に応じて惰性で回転した角度を求め、停止位置βを正確に推定できる。
【００３７】
そして、マイコン３１は、内燃機関１１が始動すると、記憶部５７よりロータの停止位置を読み出し、ポンプモータ２１を前記停止位置に対応した所定の通電パターンに従って起動する。そして、誘起電圧に基づいてロータの回転位置が検出可能になると、検出した回転位置に従って位置センサレス制御を行うように切替える。これにより、回転を停止したポンプモータの始動を迅速に行うことができ、排気の浄化を直ちに開始できる。
【００３８】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００３９】
図面中、１０は排気浄化システム、１１は内燃機関、１３は排気通路、１４は尿素水タンク、１５は尿素水ポンプ、１８はインジェクタ、２１はポンプモータ、３０は制御装置、３１はマイクロコンピュータ、５４はロータ位置検出回路、５６はロータ停止位置推定部、５７はロータ停止位置記憶部を示す。
【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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