(57)【要約】  本発明は、ポンプの動作を制御するための方法およびシステムを提供する。前記方法は、電気モータによって駆動され、かつコントローラにより制御されるポンプの動作を制御する方法であり、前記方法により、前記コントローラに、ＥＣＭが、前記ポンプに対する所望の動作条件に応じて変化するデューティーサイクルを有するＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を送信するとともに、前記コントローラが前記電気モータに作用して前記動作条件を前記ポンプに適用させる。
2010516934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータによって駆動され、かつコントローラによって制御されるポンプの動作を制御する方法であって、
前記コントローラに、ＥＣＭが、前記ポンプに対する所望の動作条件に応じて変化するデューティーサイクルを有するＰＷＭ（パルス幅変調）タイプの制御信号を送信するとともに、
前記コントローラは、前記電気モータに作用して、前記動作条件を前記ポンプに適用させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気モータは、「ブラシレス直流」、すなわちＢＬＤＣモータタイプであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＰＷＭ信号は、方形波状であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１のデューティーサイクル範囲（Ｉ）には、前記ポンプを停止させるための設定値が対応しており、
第２のデューティーサイクル範囲（ＩＩ）には、前記ポンプを順駆動させるための設定値が対応しているとともに、
第３のデューティーサイクル範囲（ＩＩＩ）には、前記ポンプを逆駆動させるための設定値が対応していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記範囲（ＩＩ）は、前記デューティーサイクルに応じた所望の圧力の線形関数を与えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コントローラは、圧力センサに接続され、かつ圧力調整器および電気モータ回転速度コントローラを備えるとともに、
前記コントローラは、ループにおいて、前記センサによって測定された値と圧力設定値とを比較することにより、前記回転速度コントローラを用いて前記電気モータの回転速度に作用することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記調整器は、ＰＩＤタイプのものであるとともに、
前記調整器は、前記電気モータ回転速度コントローラに対してエラー信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ポンプコントローラは、検出器を使用して前記ポンプの動作異常を持続的に検出することによって、ポンプ動作診断信号を前記ＥＣＭに送信するとともに、そのような信号が検出された場合、前記ＰＷＭ信号をアースすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
内燃機関の排気ガス用液体添加物を供給するシステムであって、
− 前記添加物がタンクから前記排気ガスへ供給されることを可能にするポンプと、
− 前記ポンプが駆動されることを可能にする回転電気モータと、
− 電子制御モジュール（ＥＣＭ）からＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を受信し、前記ＰＷＭ制御信号から前記ポンプの動作条件を推測するとともに、それによって前記電気モータの速度および／または回転方向を適合させることが可能なコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
− 圧力センサ、
− ＰＩＤ調整器、
− 電気モータ速度コントローラ、
− 前記ポンプ動作に関する診断信号が前記ＥＣＭに送信されることを可能にする診断回路
のうち少なくとも１つの構成部品を備えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプの動作を制御する方法に関するとともに、および当該方法を適用可能にするシステムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
２００５年に施行される重量物運搬車からの排気物質に関するＥｕｒｏ  ＩＶ標準に関して、ＮＯｘ（すなわち窒素酸化物）による汚染を制御する装置を導入する必要がある。
【０００３】
ほとんどの重量物運搬車製造業者によって、ＮＯｘ排出を要求値まで削減するために使用されるシステムは、一般的に、尿素などの還元剤を用いて選択的な触媒反応（尿素分解により排気ガスにその場で（ｉｎ  ｓｉｔｕ）生じたアンモニアを使用する「Ｕｒｅａ  ＳＣＲ」すなわち選択的な触媒還元）を行うためのものである。
【０００４】
これを実施するために、尿素溶液を入れるタンクと、排気ラインへの尿素注入量を計量するための装置と、尿素注入量を計量するための装置へ尿素溶液を供給するための装置とを車両に装備させる必要がある。一般的に、供給装置は、モータによって駆動されるポンプを備えている。
【０００５】
好ましくは、このポンプの動作を、ポンプの動作圧力、ポンプの回転方向（尿素を供給する方向、または導管をパージする方向のいずれか）、ポンプの起動および／もしくは停止、ならびに／またはポンプの動作状態の診断の実行に作用することができるコントローラによって制御する。
【０００６】
従来技術では、ポンプの動作を制御するために、数種のシステムが提案されている。
【０００７】
したがって、特許文献１には、ポンプを駆動する電気モータの速度制御用装置が記載されており、その装置は、ポンプの入口および出口の圧力とは無関係に駆動モータの速度にのみ作用する。結果的に、ポンプの出口圧力は制御されない。制御装置は、２つの入力データからモータの速度を調整する。すなわち、整流センサによって供給されたモータ速度測定信号、およびモータ速度設定値信号である。後者は、方形波の電圧または周波数のいずれかである。特許文献１による制御装置により、単一信号（４４）を使用してポンプの全動作モード（順駆動、逆駆動）を制御することが可能となる。しかしながら、これは複雑であり、比較器、位相ロック（または周波数ロック）ループ、整流比較器などを使用する必要がある。その上、ポンプ動作の診断を行うこと、具体的には、ポンプ出口に詰まりが生じた場合の破裂の危険性や供給回路に漏出がある場合の汚染の危険性を識別することができない。これは、ポンプ出口における圧力が制御されないためである。
【０００８】
特許文献２には、ポンプ出口における圧力を直接制御することによってこの問題を解決することを可能とするポンプ調整用システムが記載されている。この装置はコントローラ（３６）を備え、このコントローラは、電子制御モジュール（３８）からの圧力設定値を受信し、この値を、圧力センサ（３０）によって測定されたものと比較してエラー信号を生成し、かつ変調された（ＰＷＭすなわちパルス幅変調された）電圧を生じ、それにより、電気モータの回転速度を直接制御する。特許文献３に類似のシステムが記載されている。
【０００９】
これらの文献に記載されているシステムは燃料系統に特有のものであり、ここでは、電気モータは運転中であるか静止しているかのいずれかであるが、その回転方向は一方向のみである。とりわけ上述の尿素ポンプの場合、パージサイクルを実行可能とするために逆回転方向とすることも有効である。さらに、尿素回路は、（特に溶液の凍結後）閉塞されるかつ／または漏出する可能性があり、その場合、ポンプを停止させることが有効である。しかしながら、上述の文献で記載されたシステムは、ポンプ動作の診断を行う用意がない。
【００１０】
最後に、特定のポンプ用制御システムを組み込んでいる（尿素などの）液体注入用システムの場合、このシステムと、より中央の制御モジュール（例えば車両または注入システム全体のもの）との間にインターフェースを設けて、可能な限り最も少ない電気的接続を用いてポンプの正常動作に必要な全情報を交換可能にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，６７０，８５２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／００４３２５３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２３７，９７５号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９７６，４７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ポンプの動作を制御するためのシステムおよび方法を提供することにあり、シンプルであるのにも関わらず、前記ポンプの停止、起動および回転方向を同時に制御可能にし、さらに（好ましい一変形形態によれば）正常または不適切な動作の診断を、ポンプを制御する電子制御モジュール（ＥＣＭ）に提供することを可能にするとともに、これらの全てが、ＥＣＭとポンプコントローラとの間の単一信号（したがって、単一接続）を使用する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このために、本発明は、電気モータによって駆動され、かつコントローラによって制御されるポンプの動作を制御する方法であって、ＥＣＭが、コントローラに、ポンプに対する所望の動作条件に応じて変化するデューティーサイクルを有するＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を送信するとともに、コントローラが電気モータに作用して前記動作条件をポンプに適用させる方法に関する。
【００１４】
本発明による方法は、様々な使用法を有するポンプに適用され得る。具体的には、それは、貯蔵タンクから注入ラインへ液体を運ぶことを可能にするとともに、これを行うために、供給ラインによって貯蔵タンクに接続されているポンプであってもよい。本発明による方法によって、燃焼機関の排気ガスへ尿素を注入するシステムに関して良好な結果が得られる。
【００１５】
本発明による方法が適用されるポンプは、電気モータによって駆動されるとともに（好ましくはそれ専用である、すなわちポンプを駆動させるためのみに使用され、他の機能を行わない）、そのコントローラがＥＣＭによって管理されている公知の任意のタイプのポンプである。好ましくは、ポンプは、ギヤポンプタイプのものである。それは一般的にステータおよびロータを備え、２つの反対の回転方向に動作することができ、その一方は、一般的に供給ラインに液体を供給するのに対応するとともに、他方は、一般的に供給ラインをパージするのに対応する。
【００１６】
任意のタイプの回転電気モータが、好適であり得る。好ましくは、モータは、ＢＬＤＣ（ブラシレス直流）モータタイプのものである。この場合、ポンプは、ポンプのロータとモータのドライブシャフトとの間の磁気結合によって駆動される。
【００１７】
本発明によれば、電気モータをコントローラ、すなわち制御モジュール（一般的にＰＩＤ調整器およびモータ回転速度コントローラを備える）と、所望の速度においてモータの回転に必要な電力をモータに供給するとともに、必要に応じて回転方向を逆回転にすることが可能な電力供給ユニットとによって制御する。
【００１８】
ポンプコントローラ自体に、ＥＣＭ、または例えばバッテリー等の特定の電流源を介して電流を供給する。バッテリー、具体的には１２Ｖの直流（ＤＣ）を供給するバッテリーを使用することにより、良好な結果が得られる。
【００１９】
本発明によれば、ポンプコントローラをＥＣＭによって駆動する。ＥＣＭはポンプコントローラに、ポンプの動作条件に関する情報を含むＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を送信する。これらの条件は、ポンプの動作圧力に関する情報と、さらに、その停止／ブロッキング、その回転方向等の少なくとももう一つの情報とを示すものと理解される。これらは、好ましくはポンプの動作条件全て、すなわち、停止、順駆動、逆駆動、（ポンプ出口における）動作圧力等であるため、ポンプ動作は、単一信号によって完全に調節される。換言すれば、コントローラは、コード化された命令（可変デューティーサイクルのＰＷＭ信号の形態）を受信し、その命令は、どの圧力で、ポンプを停止させる、前方に回転させる、または逆回転させる必要があるかどうかを示しており、それは、電気モータに作用することにより、すなわち一般に、ＰＷＭタイプであり得る電圧信号を電気モータに順次送信することによって行われる。
【００２０】
本発明の背景において問題となっているＥＣＭは、この機能に特化したＥＣＭ、または他の機能も提供することができるＥＣＭのいずれかであり、他の機能も提供するＥＣＭは、そのために、ポンプ以外の構成部品、例えば温度および／または圧力センサと通信することも、これらの構成部品の動作に指令を出すことおよび／または制御することも可能である。このＥＣＭは、例えば、車両のＳＣＲ機能に特有のものでもよいし、または内燃機関のＥＣＭ（あるいはＥＣＵ＝エンジン制御ユニット）に組み込まれていてもよい。
【００２１】
ＥＣＭによって送信されたＰＷＭ信号は、好ましくは方形波状、すなわち所定の持続期間および振幅を有し、かつ所定の周期で発せられる矩形パルスの列である。そのような（ＰＷＭタイプの）信号は、そのデューティーサイクルによって特徴付けられる、すなわちパルスの持続期間の、それらの周期に対する比である。
【００２２】
本発明によれば、この信号は可変であり、ポンプの動作条件に関する情報、すなわち、停止、順駆動、逆駆動および動作圧力を伝える。用語「可変」は、この信号のデューティーサイクルが所望の動作条件に応じて変化することを意味すると理解される。好ましくは、デューティーサイクル値のある範囲に対応することにより、電気モータは所定の動作モード（停止、起動、順駆動、逆駆動）を行う。
【００２３】
それゆえ、好ましくは、コントローラはメモリを備え、そのメモリに、ＥＣＭによって発生されたＰＷＭ信号のデューティーサイクルおよびポンプの動作モード用のルックアップテーブルが記憶される。それゆえ、このテーブルでは、第１のデューティーサイクル範囲（Ｉ）がポンプを停止させるための設定値と同等であり、第２のデューティーサイクル範囲（ＩＩ）がポンプを順駆動させるための設定値と同等であるとともに、第３のデューティーサイクル範囲（ＩＩＩ）がポンプを逆駆動させるための設定値と同等である。
【００２４】
動作圧力に関する情報を伝えるために、範囲（ＩＩ）を使用して、信号のデューティーサイクルに応じた所望の圧力の線形関数を与えることが有効である。上述したようなＳＣＲシステムを対象としたポンプの場合、一般的にポンプの（反対方向への）逆駆動は、一般的に全開流量で行われるパージを対象としている。したがって、この場合、ポンプが逆回転している場合には設定値圧力の送信は必要ではない。したがって、好ましくは、範囲（ＩＩ）は、デューティーサイクルに応じた所望の圧力の線形関数を与える一方、範囲（ＩＩＩ）は、ポンプモータの最大速度に関連する。
【００２５】
一般的に、ＥＣＭによって送信されたＰＷＭ信号は電圧信号、一般的には低電圧（例えば５Ｖまたは１２Ｖ）の信号である。この信号は、例えばＥＣＵまたはエンジン制御ユニット（一般的に自動車のエンジン制御システムを示す）等の制御ユニット、またはポンプに関する機能（例えばＳＣＲ機能）に特化したＥＣＭによって生成され得る。
【００２６】
ポンプが、動作圧力において可能な限り迅速にかつ正確に確実に流れる（換言すると、ポンプの出口圧力が、ＥＣＭによって送信された迅速に正確に設定値圧力に合わせる）ようにするために、コントローラを圧力センサに接続し、コントローラが圧力調整器および電気モータ回転速度コントローラを備えることが有効である。これにより、適切な場合には（すなわちポンプの運転中）ループにおいて、圧力設定値を、センサによって測定された値と比較することによって、回転速度コントローラによってモータの回転速度に作用することが可能となる。
【００２７】
一般的に、調整器は、所望の圧力と測定された圧力との間の比較を行い、モータ回転速度コントローラに対するエラー信号を生成する。
【００２８】
この変形形態では、調整器は、任意の公知のタイプのものであってよいが、好ましくはＰＩＤ（比例−積分−微分）タイプのものである。圧力センサに関しては、好ましくはポンプと一体化している、すなわち任意の公知の取付手段によってポンプに取り付けられていてもよい。
【００２９】
本発明の好ましい一変形形態によれば、ポンプコントローラは、ＥＣＭにポンプ動作診断信号を送信する。一般的に、この信号は電圧に対応する。ポンプコントローラが異常を検出する場合（この機能に特化していてもよい検出器および／または圧力調整器によって：下記参照）、ＰＷＭ信号は、例えば、モータコントローラによってアースされてもよいため、ＥＣＭによって測定されかつポンプ動作の異常条件として検出される短絡電流の原因となる。好ましくは、コントローラは診断（異常の検出）を持続的に行うため、ポンプ動作に異常がある場合には、ＥＣＭはすぐにそれを検出することができる。
【００３０】
ポンプの動作における第１の異常は、駆動モータの速度が高速すぎることからなる場合がある（Ａ）。異常は、氷によるポンプの詰まりによって発生し得る。これは、圧力センサが損傷を受け、低すぎる圧力を表示することや、ポンプの下流に漏出して、設定値圧力に到達できないことなどによるものである。この異常を、ポンプ出口圧力と設定値圧力とを比較する調整器によって検出することができることによって、一定期間終了後に設定値圧力に到達しない場合には異常信号を送信することができる。
【００３１】
ポンプの動作における第２の異常は、モータの速度が低速すぎることによる場合もある（Ｂ）。この異常は、例えば、実際よりも高い測定圧力レベルにおいて凍結によってブロックされた圧力センサによって発生し得る。その場合、コントローラは調整器から、ポンプ出口圧力が設定値圧力よりも高い値のままであることを示す表示情報を受信するとともに、この情報をＥＣＭへ通信することができる。
【００３２】
ポンプの動作における第３の異常は、モータがブロックされていることによるものであって、それにより、モータにおける電流の強さが増大することによってモータを過熱し得る（Ｃ）。この異常は、モータコントローラに組み込まれた電流センサによって検出することができる。
【００３３】
好ましい実施形態では、ポンプは、内燃機関の排気ガス用の液体添加物を添加物タンクから供給ラインに供給するためのものである。
【００３４】
それゆえ、本発明は、さらに、内燃機関の排気ガス用の液体添加物を供給するためのシステムに関し、前記システムは、上述の方法を適用可能な調整装置を装備しており、かつこの目的のために、
−前記添加物がタンクから排気ガスへ供給されるのを可能にするポンプと、
− ポンプが駆動されるのを可能にする回転電気モータと、
− 電子制御モジュール（ＥＣＭ）から、ＰＷＭ（パルス幅変調）タイプの制御信号を受信し、その制御信号からポンプの動作条件を推測するとともに、それによってモータの速度および／または回転方向を適合させることが可能なコントローラと
を備えている。
【００３５】
本発明のこの変形形態の範囲内で問題となっている添加物は、好ましくは、内燃機関の排気ガスに存在するＮＯｘを減少させることが可能な還元剤である。それは、水溶液中のアンモニア前駆物質が好都合である。本発明は、標準的な品質である尿素の共融混合物溶液を用いることにより良好な結果をもたらす。例えば、標準ＤＩＮ７００７０によれば、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）溶液（尿素の市販溶液）の場合、尿素含量は３１．８％〜３３．２％（重量）（すなわち３２．５±０．７重量％）であるため、アンモニアの利用可能量は１８．０％〜１８．８％である。本発明を、商標名Ｄｅｎｏｘｉｕｍ（商標）で販売される尿素／ギ酸アンモニウム混合物に適用してもよく、その組成物の１つ（Ｄｅｎｏｘｉｕｍ−３０）は、Ａｄｂｌｕｅ（登録商標）溶液と同量のアンモニアを含有する。後者は、尿素に関して、（−１１℃とは対照的に）−３０℃以下のみで凍結するため有効であるが、ギ酸が放出される可能性に関連する腐食問題が欠点である。
【００３６】
本発明のこの変形形態を、任意の内燃機関に適用してもよい。ディーゼル機関、具体的には重量物運搬車のディーゼル機関に適用することが有効である。
【００３７】
好ましくは、本発明のこの変形形態によるシステムは、一般的に、添加物を排気ガスに注入可能とするインジェクタも装備する。このインジェクタは任意の公知のタイプであってもよい。例えば、いわゆる「アクティブ」インジェクタ、すなわち計量機能を含むものであってよい。
【００３８】
通常、本発明によるシステムは、インジェクタに接続されかつ添加物の必要量を排気ガスに注入可能な制御ユニットを含む（必要量は、具体的には次のパラメータ、すなわち、放出レベルおよびＮＯｘの変換率、温度および圧力、エンジンの速度および負荷などに依存するとともに、任意に、溶液の質（quality）（経時変化状態）である。）。
【００３９】
ある場合において、ポンプによってもたらされた添加物の流れの全量が、排気ガスに注入されるわけではないため、注入されなかった部分を再循環させる必要がある。そのような過流量を、ある種の「アクティブ」インジェクタ（例えば、特許文献４に記載されているものなど）の冷却に使用し得る。本出願人名義の出願、ＦＲ０６／０６４２５に記載されており、絞り弁および圧力調整器の使用を伴うシステムにおけるものなどの正確な計量制御に必要であり得る。
【００４０】
上述した理由から、本発明のこの態様によるシステムを提供することが有効であり、前記システムは、
− 設定値圧力に到達したか確認することを可能とする圧力センサ、
− 要求圧力のＰＩＤ調整器、
− 電気モータ速度コントローラ；
− ポンプ動作に関する診断信号をＥＣＭに送信可能とする診断回路
のうちの少なくとも１つの構成部品を備える。
【００４１】
同様に、本発明による方法の説明の関連において有効であると示した他の特徴全ては、具体的には、ＳＣＲシステムである場合に本発明によるシステムの関連内にある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による、ディーゼル車の排気ガスに尿素溶液を注入するシステムの有効な変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明を、非限定的に図１に示す。
【００４４】
図１に、コントローラ（１５）によって制御されるＢＬＤＣモータ（７）により、駆動される尿素ポンプ（８）の制御システムのブロック図を示す。コントローラ（１５）は、ＰＩＤ調整器（３）と、モータ回転速度コントローラ（５）と、電力供給ユニット（４）とを含む。コントローラ（１５）自体は、１２ＶのＤＣ電力供給（１０）と、アース（１１とを受ける（have）。コントローラ（１５）はＥＣＭ（１）からＰＷＭ信号（２）（その一例を下記で詳細に説明する）を受信する。その後コントローラ（１５）は、ＥＣＭ（１）に、ポンプ（８）の動作状態の診断信号を返信する。コントローラ（１５）は、圧力センサ（９）によって測定された圧力（１２）の信号も入力信号として受信する。圧力センサ（９）は、信号（１３）およびアース（１４）を介して電力供給ユニット（４）により、電力が供給される。モータ（７）に、ＰＷＭ電圧の形態であってもよい所定の電圧（６）を送信することにより、モータ（７）の回転速度の制御を行うため、ポンプ（８）の出口圧力は、制御信号（２）で送られた設定値に従う。
【００４５】
ＥＣＭから発生されるＰＷＭ信号の例としては、周波数１ｋＨｚ、電圧１２Ｖおよび電流５０ｍＡで発せられた（emitted）矩形パルスの列が挙げられる。
【００４６】
本発明によれば、前記波形の列は、ポンプの動作条件により変化するデューティーサイクルを有する。
【００４７】
したがって、問題となっている例では、
− ０〜１０％または９０〜１００％のデューティーサイクルには、ポンプを停止させる設定値が対応しており、
− 通常動作（順駆動）中、デューティーサイクルを、２０〜９０％の値に設定するとともに（２０％の値に対応するのは１バールの圧力であり、これは直線的に変化してデューティーサイクルの９０％において８バール（この例における最大圧力）に達することが知られている）、
− １０〜２０％のデューティーサイクルには、最大モータ速度におけるポンプの逆動作が対応しており、これによりＳＣＲシステムをパージすることが可能である。
【００４８】
この例では、パージサイクルを実行するために、ＥＣＭは、０〜１０％の値のデューティーサイクルを有するＰＷＭ信号を５００ミリ秒（ポンプを停止させるために）発生し、続いて、信号のデューティーサイクルを変化させて１０〜２０％の値に設定し、パージを起こさせる。パージ持続期間（したがって、ＰＷＭ信号が１０〜２０％の値を有する持続期間）は、パージされるシステムの構成に依存する。この持続期間は一般にＳＣＲシステムの場合には、１０秒〜１分である。最後に、ＥＣＭはＰＷＭのデューティーサイクルを最後にもう一度変調させ、０〜１０％の値に設定して、再びポンプを停止させる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ＥＣＭ
２  ＥＣＭによって発生されたＰＷＭ信号
３  ＰＩＤ調整器
４  電力供給ユニット
５  モータコントローラ
６  モータ供給電圧
７  モータ
８  ポンプ
９  圧力センサ
１０  電力供給
１１  アース
１２  圧力センサ信号
１３  圧力センサ電力供給
１４  圧力センサアース
１５  参照符号３、４、および５を含む、ポンプのコントローラ
【図１】
2010516934.tif 000003
【国際調査報告】
2010516934.tif 000004
2010516934.tif 000005
2010516934.tif 000006