(57)【要約】【課題】添加剤の実噴射量を精度よく算出することができる添加剤供給装置の実噴射量検証装置、及び精度よく算出された添加剤の実噴射量をもとにした添加剤供給装置の異常判定装置並びに添加剤供給装置の噴射制御装置を提供する。【解決手段】添加剤供給装置の制御装置は、所定の期間内における、添加剤供給装置のうちの添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、所定の期間内に添加剤噴射弁から実際に噴射された添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部を備える。【選択図】図３
2009197710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に添加剤を供給し、前記還元触媒で排気中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置に備えられ、前記添加剤を圧送する電動式ポンプと、前記電動式ポンプから圧送される前記添加剤の噴射制御を行う添加剤噴射弁と、前記電動式ポンプ及び前記添加剤噴射弁の間に配設された添加剤供給通路と、を備えた添加剤供給装置における前記添加剤の噴射量を検証する添加剤実噴射量検証装置において、
所定の期間内における、前記添加剤供給装置のうちの前記添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、前記所定の期間内に前記添加剤噴射弁から実際に噴射された前記添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部を備えることを特徴とする添加剤実噴射量検証装置。
【請求項２】
前記実噴射量演算部は、少なくとも、前記所定の期間内における、前記電動式ポンプに供給された電力量、前記添加剤供給系の熱量の増減量、及び前記添加剤供給通路内の圧力の増減量に関する情報をもとに、前記添加剤の実噴射量を演算することを特徴とする請求項１に記載の添加剤実噴射量検証装置。
【請求項３】
前記実噴射量の演算は、前記添加剤の供給系の加熱制御又は冷却制御が実施されていないときに実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の添加剤実噴射量検証装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に添加剤を供給し、前記還元触媒で排気中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置に備えられ、前記添加剤を圧送する電動式ポンプと、前記電動式ポンプから圧送される前記添加剤の噴射制御を行う添加剤噴射弁と、前記電動式ポンプ及び前記添加剤噴射弁の間に配設された添加剤供給通路と、を備えた添加剤供給装置の異常診断装置において、
前記排気通路に供給すべき前記添加剤の要求添加量を演算する要求添加量演算部と、
所定の期間内における、前記添加剤供給装置のうちの前記添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、前記所定の期間内に前記添加剤噴射弁から実際に噴射された前記添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部と、
前記要求添加量と前記実噴射量とを比較することにより前記添加剤供給装置の異常診断を行う異常判定部と、
を備えることを特徴とする添加剤供給装置の異常判定装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に添加剤を供給し、前記還元触媒で排気中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置に備えられ、前記添加剤を圧送する電動式ポンプと、前記電動式ポンプから圧送される前記添加剤の噴射制御を行う添加剤噴射弁と、前記電動式ポンプ及び前記添加剤噴射弁の間に配設された添加剤供給通路と、を備えた添加剤供給装置の制御装置において、
前記排気通路に供給すべき前記添加剤の要求添加量を演算する要求添加量演算部と、
所定の期間内における、前記添加剤供給装置のうちの前記添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、前記所定の期間内に前記添加剤噴射弁から実際に噴射された前記添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部と、
前記要求添加量と前記実噴射量とを比較し、その結果をもとに前記添加剤噴射弁の制御信号のもととなる添加指示値の補正を行う添加指示値補正部と、
を備えることを特徴とする添加剤供給装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に備えられる添加剤供給装置の添加剤実噴射量検証装置、添加剤供給装置の異常判定装置、及び添加剤供給装置の噴射制御装置に関する。特に、排気中に含まれるＮＯXの還元に必要な添加剤量を演算により求め、添加剤の噴射制御を行う添加剤供給装置の添加剤実噴射量検証装置、添加剤供給装置の異常判定装置、及び添加剤供給装置の噴射制御装置に関する。
【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還元触媒の上流側で尿素溶液等の添加剤を噴射供給し、還元触媒中で排気中のＮＯXを選択的に還元浄化する排気浄化装置（ＳＣＲシステム）が知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置の一態様として、噴射孔が排気管内に望むようにして排気管に固定された添加剤噴射弁に向けて添加剤を圧送し、演算により求めた添加指示値に基づいて添加剤噴射弁の開閉制御を行うことによって添加剤を排気管内に噴射供給する方式の排気浄化装置がある。かかる方式の排気浄化装置に用いられる添加剤供給装置においては、添加剤供給経路や添加剤噴射弁に詰まりを生じたり、添加剤供給装置の各部位の経時劣化を生じたりするおそれがあり、添加指示値と実際の噴射量との間に誤差を生じる場合がある。添加剤の実噴射量が不足すると、還元されなかったＮＯXがそのまま大気中に放出される一方、添加剤の実噴射量が過剰になると、還元反応に用いられなかった添加剤の成分が触媒を通過して、環境の悪化をもたらす原因となりうる。そのため、添加剤供給装置から噴射された添加剤の実噴射量を正確に求め、添加剤供給装置の異常を検知したり、噴射量の補正を行ったりすることが望まれている。
【０００４】
この添加剤供給装置からの実噴射量を求める方法として、種々の方法が提案されている。
例えば、添加剤流路に設置された流量計によって添加剤の実添加量を計測する方法が開示されている。より具体的には、還元剤添加コントローラは、エンジンの運転状況に応じた還元剤の目標添加量を演算し、排気中に実際に添加された還元剤の実添加量から還元剤の目標添加量を減算した差を順次積算して、窒素酸化物還元触媒に吸着されている還元剤の推定吸着量を演算するエンジンの排気浄化装置である（特許文献１参照）。
【０００５】
また、添加剤として未燃燃料（ＨＣ）を用いるシステムの例ではあるが、排気系の空燃比に現れる添加剤添加量相当値を周期的に積算することによって推定添加量を求める方法が開示されている。より具体的には、添加弁から排気ポート内に添加剤が添加された場合、空燃比センサにて検出された空燃比は、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料による空燃比よりも低下することを利用して、空燃比変化に現れる添加剤添加量相当値を周期的に積算することにより推定添加量を求め、この推定添加量を判定値と比較することにより高精度に添加誤差を検出して異常判定・正常判定を行う添加剤添加誤差検出方法である（特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、添加剤の貯蔵タンク内に配置された液位計によって計測される液位レベルによって実噴射量を推定する方法が開示されている。より具体的には、エンジンのキースイッチをＯＮしたときの還元剤タンク内の液位レベルＬ０を計測し、走行距離積算メータからキースイッチＯＮ後の走行距離Ｄ１を計測し、走行距離Ｄ１が所定走行距離Ｄ０以上に達したか否かを判定し、所定走行距離Ｄ０以上に達したときの還元剤タンク内の液位レベルＬ１を確認し、液位レベルの変化量（Ｌ０−Ｌ１）から計測される尿素溶液消費量ΔＬが所定範囲（Ｌｍｉｎ≦ΔＬ≦Ｌｍａｘ）か否か判定し、所定範囲でないときに尿素溶液の噴射異常と判断して異常判定出力を発生して異常を乗員に通報する排気浄化システムの還元剤噴射状況判定装置である（特許文献３）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９３４８９号  （特許請求の範囲  図１）
【特許文献２】特開２００５−５４７２３号  （特許請求の範囲  図１）
【特許文献３】特開２００６−２５０１１７号  （特許請求の範囲  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたような流量計を利用した添加剤の実添加量の演算方法では、流量計を追加して備える必要があり、コストの上昇に繋がるとともに、比較的計測精度が低い流量計によって演算精度が拘束され、演算精度が低下するおそれがある。また、流量計によっては、添加剤と空気とが混合された二層流体であっても区別されず、空気が液体として検知されて演算精度が低下するおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２に記載されたようなセンサを利用した実噴射量の演算方法を応用して、尿素溶液を対象とする添加剤供給装置にＮＯXセンサを利用すると、ＮＯXセンサはＮＯXのみならずアンモニアをも検知する特性を有しているため、アンモニア濃度のみを区別することができず、検出値を尿素溶液の噴射量の演算に用いることは困難である。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載されたようなタンク内の液位レベルを利用した消費量の算出方法では、車両の傾斜による測定誤差等を判断することができず、現在の一般的な液位レベルセンサでは、算出結果の精度が低いという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、添加剤供給装置の供給系におけるエネルギーバランスをもとにして添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部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、添加剤の実噴射量を精度よく算出することができる添加剤供給装置の実噴射量検証装置、及び精度よく算出された添加剤の実噴射量をもとにした添加剤供給装置の異常判定装置並びに添加剤供給装置の噴射制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に添加剤を供給し、還元触媒で排気中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置に備えられ、添加剤を圧送する電動式ポンプと、電動式ポンプから圧送される添加剤の噴射制御を行う添加剤噴射弁と、電動式ポンプ及び添加剤噴射弁の間に配設された添加剤供給通路と、を備えた添加剤供給装置における添加剤の噴射量を検証する添加剤実噴射量検証装置であって、所定の期間内における、添加剤供給装置のうちの添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、所定の期間内に添加剤噴射弁から実際に噴射された添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部を備えることを特徴とする添加剤実噴射量検証装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１３】
また、本発明の添加剤供給装置の実噴射量検証装置を構成するにあたり、実噴射量演算部は、少なくとも、所定の期間内における、電動式ポンプに供給された電力量、添加剤供給系の熱量の増減量、及び添加剤供給通路内の圧力の増減量に関する情報をもとに、添加剤の実噴射量を演算することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の添加剤供給装置の実噴射量検証装置を構成するにあたり、実噴射量の演算は、添加剤の供給系の加熱制御又は冷却制御が実施されていないときに実行されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に添加剤を供給し、還元触媒で排気中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置に備えられ、添加剤を圧送する電動式ポンプと、電動式ポンプから圧送される添加剤の噴射制御を行う添加剤噴射弁と、電動式ポンプ及び添加剤噴射弁の間に配設された添加剤供給通路と、を備えた添加剤供給装置の異常診断装置であって、排気通路に供給すべき添加剤の要求添加量を演算する要求添加量演算部と、所定の期間内における、添加剤供給装置のうちの添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、所定の期間内に添加剤噴射弁から実際に噴射された添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部と、要求添加量と実噴射量とを比較することにより添加剤供給装置の異常診断を行う異常判定部と、を備えることを特徴とする添加剤供給装置の異常判定装置である。
【００１６】
また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に添加剤を供給し、還元触媒で排気中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置に備えられ、添加剤を圧送する電動式ポンプと、電動式ポンプから圧送される添加剤の噴射制御を行う添加剤噴射弁と、電動式ポンプ及び添加剤噴射弁の間に配設された添加剤供給通路と、を備えた添加剤供給装置の制御装置であって、排気通路に供給すべき添加剤の要求添加量を演算する要求添加量演算部と、所定の期間内における、添加剤供給装置のうちの添加剤の供給系が受け、又は放出したエネルギーバランスをもとにして、所定の期間内に添加剤噴射弁から実際に噴射された添加剤の実噴射量を演算する実噴射量演算部と、要求添加量と実噴射量とを比較し、その結果をもとに添加剤噴射弁の制御信号のもととなる添加指示値の補正を行う添加指示値補正部と、を備えることを特徴とする添加剤供給装置の制御装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の添加剤供給装置の実噴射量検証装置によれば、エネルギー保存の法則にしたがい実噴射量を演算する実噴射量演算部を備えているために、熱伝達係数等の添加剤のもつ物性を考慮して精度よく実噴射量を算出することができる。したがって、実噴射量の演算結果を、添加剤の要求添加量との比較による異常判定や、添加指示値の補正に用いることができ、添加剤の噴射制御の精度向上に寄与することができる。
【００１８】
また、本発明の添加剤供給装置の異常判定装置によれば、エネルギー保存の法則にしたがい実噴射量を演算する実噴射量演算部、及び算出された実噴射量と要求添加量とを比較する異常判定部を備えているために、比較的精度の高い実噴射量の演算結果をもとにして、添加剤供給装置の異常判定を精度よく行うことができる。したがって、異常判定の結果の信頼性が高められ、添加剤供給装置の修理、補修を速やかに行うことができる。
【００１９】
また、本発明の添加剤供給装置の噴射制御装置によれば、エネルギー保存の法則にしたがい実噴射量を演算する実噴射量演算部、及び算出された実噴射量と要求噴射量との誤差をもとに添加指示値を補正する添加指示値補正部を備えているために、比較的精度の高い実噴射量の演算結果をもとにして、噴射量の補正制御を精度よく行うことができる。したがって、添加剤供給装置に異常が見られる場合であっても、添加剤の添加指示値を補正して、排気の浄化に必要とされる量の添加剤を精度よく噴射供給することができる。
【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、本発明の添加剤実噴射量検証装置、添加剤供給装置の異常判定装置、及び添加剤供給装置の噴射制御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
まず、本実施形態のＤＣＵが備えられる排気浄化装置の構成の一例を図１に示す。
図１に示す排気浄化装置１０は、添加剤としての尿素溶液を、排気通路中に配設された還元触媒１３の上流側に噴射供給し、還元触媒１３において排気中に含まれるＮＯXを選択的に還元浄化する排気浄化装置１０である。この排気浄化装置１０は、内燃機関５に接続された排気管１１の途中に配設され、排気中に含まれるＮＯXを選択的に還元するための還元触媒１３と、還元触媒１３の上流側で排気管１１内に尿素溶液を噴射供給するための添加剤供給装置２０とを主たる要素として構成されている。
【００２２】
２．添加剤供給装置
本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた添加剤供給装置２０は、還元触媒１３の上流側で排気管１１に固定された添加剤噴射弁３１と、尿素溶液が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の尿素溶液を添加剤噴射弁３１に対して圧送する電動式ポンプ（以下、単に「ポンプ」と称する場合がある。）４１を含むポンプモジュール４０と、排気管１１内に噴射供給する添加剤の噴射量を制御するために、添加剤噴射弁３１や電動式ポンプ４１の動作制御を行う制御装置（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０を備えている。また、ポンプモジュール４０と添加剤噴射弁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とポンプモジュール４０とは第２の供給通路５７によって接続され、さらに、ポンプモジュール４０と貯蔵タンク５０とは還流通路５９によって接続されている。
【００２３】
また、図１に示す排気浄化装置１０の例では、ＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５に接続されている。このＣＡＮ６５には、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ：Engine Control Unit」と称する場合がある。）７０が接続されており、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関の運転状態に関する情報が書き込まれるようになっているだけでなく、排気浄化装置１０に備えられたあらゆるセンサ等の情報も書き込まれるようになっている。また、ＣＡＮ６５では入力される信号値がＣＡＮ６５の規格範囲内にあるか否かを判別できるようになっている。そして、ＣＡＮ６５に接続されたＤＣＵ６０は、ＣＡＮ６５上の情報を読み込み、また、ＣＡＮ６５上に情報を出力できるようになっている。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とが別のコントロールユニットからなり、ＣＡＮ６５を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのＥＣＵ７０とＤＣＵ６０とを一つのコントロールユニットとして構成してもよく、さらにはＣＡＮを省略することもできる。
【００２４】
添加剤噴射弁３１としては、例えば、デューティ制御により開弁のＯＮ−ＯＦＦが制御されるＯＮ−ＯＦＦ弁を使用することができる。ポンプモジュール４０から添加剤噴射弁３１に圧送される尿素溶液は所定の圧力で維持されるようになっており、添加剤噴射弁の操作装置６７による通電制御によって添加剤噴射弁３１が開かれたときに尿素溶液が排気通路中に噴射される。
添加剤噴射弁の操作装置６７は、ＤＣＵ６０から送信される添加剤の添加指示値に基づいて、添加剤噴射弁３１に印加するパルス電圧のデューティ比及び通電時間を設定して、添加剤噴射弁３１の通電制御を行うようになっている。
【００２５】
また、添加剤噴射弁３１に接続された第１の供給通路５８のうち、添加剤噴射弁３１の入口部分には、添加剤噴射弁３１に流入する尿素溶液の温度を検知するための温度センサ３３が備えられている。この温度センサ３３で検知された温度情報は、ＤＣＵ６０に送られるようになっている。
【００２６】
また、ポンプモジュール４０には電動式ポンプ４１が備えられ、第２の供給通路５７を介して貯蔵タンク５０内の尿素溶液を汲み上げるとともに、第１の供給通路５８を介して添加剤噴射弁３１に圧送するようになっている。この電動式ポンプ４１は、例えばダイヤフラムポンプやギアポンプからなり、ＤＣＵ６０から送られてくる信号によって通電制御が行われる。また、第１の供給通路５８には圧力センサ４３が備えられており、圧力センサ４３によって検知された値は信号としてＤＣＵ６０に出力され、第１の供給通路５８内の圧力値が所定値に維持されるように電動式ポンプ４１の駆動デューティが制御されるようになっている。すなわち、第１の供給通路５８内の圧力が所定値よりも低下するような状態においては、電動式ポンプ４１の駆動デューティは大きくなるように制御され、第１の供給通路５８内の圧力が所定値よりも上昇するような状態においては、電動式ポンプ４１の駆動デューティは小さくなるように制御される。
なお、「電動式ポンプの駆動デューティ」とは、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御において、１周期当たりに占める電動式ポンプの駆動時間の割合を意味している。
【００２７】
また、第１の供給通路５８にはメインフィルタ４７が備えられ、添加剤噴射弁３１に圧送される尿素溶液中の異物が捕集されるようになっている。また、電動式ポンプ４１とメインフィルタ４７との間の第１の供給通路５８から還流通路５９が分岐して設けられ、貯蔵タンク５０に接続されている。この還流通路５９の途中には圧力制御弁４９が備えられている。このような還流通路５９を備えることにより、圧力センサ４３の検出値をもとにフィードバック制御される電動式ポンプ４１によって尿素溶液が圧送される状態で、第１の供給通路５８内の圧力値が所定値を超えた場合に、圧力制御弁４９が開弁し、尿素溶液の一部が貯蔵タンク５０内に還流されるようになっている。圧力制御弁４９は、例えば、公知のチェック弁等を使用することができる。
なお、本実施形態の例では、還流通路５９の途中に備えられた圧力制御弁４９の代わりにオリフィスを備えた構成であっても構わない。
【００２８】
また、ポンプモジュール４０にはリバーティングバルブ７１が備えられ、添加剤供給装置２０が尿素溶液の噴射制御を行わない場合等において、ポンプモジュール４０や添加剤噴射弁３１、第１の供給通路５８、第２の供給通路５７等を含む添加剤供給系の尿素溶液が貯蔵タンク５０に回収できるようになっている。したがって、冷寒時等、尿素溶液が凍結しやすい温度条件下において、内燃機関５を停止させ、添加剤供給装置２０の制御を行わないような場合に、添加剤供給系内での尿素溶液の凍結が防止され、その後内燃機関の運転を再開したときに、詰まりによる噴射不良がないようにされている。
このリバーティングバルブ７１は、例えば、尿素溶液の流路を、貯蔵タンク５０から添加剤噴射弁３１へ向かう順方向、または、添加剤噴射弁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り、内燃機関のイグニッションスイッチをオフにしたときに、流路を逆方向に切り換えてポンプ４１を駆動することにより尿素溶液を貯蔵タンク５０内に回収することができる。
【００２９】
また、添加剤供給装置２０の添加剤供給系の各部位にはそれぞれヒーター９２〜９７が備えられている。これらのヒーター９２〜９７は、冷寒時等において尿素溶液が添加剤供給系内に存在する場合に、尿素溶液が凍結して部分的に又は完全に添加剤供給系を塞いでしまい、添加剤噴射弁３１による添加剤の噴射制御を正確に行えなくなることを防ぐために備えられている。また、これらのヒーター９２〜９７は、ＤＣＵ６０によって通電が制御されるようになっている。例えば、尿素溶液の温度や外気温度等をもとにして、添加剤供給系で尿素溶液が凍結を生じるような温度条件下にあると判断されたときに、バッテリーから電圧が供給され、加熱されるようになっている。
これらのヒーター９２〜９７についても、特に制限されるものではなく、例えば、電熱線等を使用することができる。
【００３０】
なお、後述する添加剤の実噴射量の演算は、ヒーターがオフにされた状態で行われることが好ましい。ヒーターがオンにされた状態では、電動式ポンプ４１や第１の供給通路５８に対する熱量の増加分を加味する必要があり、このヒーターによる熱収支モデルは複雑であるため、演算結果の精度が低下するおそれがあるからである。
【００３１】
３．添加剤噴射制御
次に、図１の排気浄化装置１０に備えられた添加剤供給装置２０によって行われる添加剤噴射制御について説明する。
内燃機関５の運転時において、貯蔵タンク５０内の添加剤は、電動式ポンプ４１によって汲み上げられ、添加剤噴射弁３１に向けて圧送される。このとき、電動式ポンプ４１の下流側の第１の供給通路５８に備えられた圧力センサ４３による検出値をフィードバックし、所定の圧力値で維持されるように電動式ポンプ４１のフィードバック制御が行われる。例えば、検出値が設定値未満の場合には電動式ポンプ４１の出力を高めて昇圧させる一方、圧力値が設定値を超える場合には電動式ポンプ４１の出力を低下させるとともに圧力制御弁４９を介して添加剤が貯蔵タンク５０に還流されて減圧される。これによって、添加剤噴射弁３１側に圧送される添加剤の圧力がほぼ一定の値に維持される。
【００３２】
第１の供給通路５８内で所定の圧力値に維持される添加剤は、添加剤噴射弁３１が開いたときに排気通路内に噴射される。添加剤噴射弁３１の開閉制御は、ＤＣＵ６０からの添加指示値に基づいて、添加剤噴射弁の操作装置６７による通電制御によって行われる。
ＤＣＵ６０は、内燃機関５の運転状態や排気温度、還元触媒１３の温度、さらには還元触媒１３の下流側で測定される、還元されずに還元触媒１３を通過したＮＯX量等の情報をもとに供給すべき添加剤の要求噴射量を算出する。通常、この要求噴射量がそのまま添加指示値として添加剤噴射弁の操作装置６７に送信される。そして、添加剤噴射弁の操作装置６７では、添加指示値に応じて添加剤噴射弁３１の通電制御を行い、添加剤噴射弁３１のデューティ制御が行われ、添加剤が排気通路中に噴射供給される。排気通路中に噴射された添加剤は、排気とともに還元触媒１３に流入し、排気中に含まれるＮＯXの還元反応に用いられる。
【００３３】
４．添加剤供給装置の制御装置（ＤＣＵ）
図２には、本実施形態の添加剤供給装置を制御するためのＤＣＵ６０のうち、添加剤実噴射量の検証、添加剤供給装置の異常判定及び添加剤供給装置の噴射量補正制御を行う部分について、機能的なブロックに表された構成例が示されている。
本実施形態のＤＣＵ６０は、ＣＡＮ情報取出生成部（図２では「ＣＡＮ情報取出生成」と表記。）と、ポンプ供給電力演算部（図２では「Epump演算」と表記。）と、添加剤還流量演算部（図２では「還流量演算」と表記。）と、噴射弁放熱量演算部（図２では「Hinj演算」と表記。）と、通路放熱量演算部（図２では「Hpipe演算」と表記。）と、ポンプ放熱量演算部（図２では「Hpump演算」と表記。）と、要求噴射量演算部（図２では「要求噴射量演算」と表記）と、実噴射量演算部（図２では「実噴射量演算」と表記）と、添加剤供給装置の異常判定部（図２では「異常判定」と表記）と、添加指示値補正部（図２では「添加指示値補正」と表記）等を主要な構成要素として備えている。これらは、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプログラムの実行によって実現されるものである。
【００３４】
このうち、ＣＡＮ情報取出生成部は、ＣＡＮ６５上に存在するセンサ情報や内燃機関の運転情報等を受け取り、ＤＣＵ６０の他の部分に対して送信する部分である。本実施形態の排気浄化装置に備えられたＤＣＵ６０の例では、少なくとも、車両に備えられた外気温センサからの信号Tenv、貯蔵タンクに備えられた温度センサからの信号Ttank、第１の供給通路に備えられた圧力センサからの信号Psens、大気圧センサからの信号Patmを受け取り、他の部分に送信するようになっている。
【００３５】
また、ポンプ供給電力演算部は、電動式ポンプのフィードバック制御を行うに当たり、バッテリーから電動式ポンプに供給される電力量Epumpを演算する部分である。例えば、電動式ポンプに送られる電流値Apumpとバッテリーの電圧Vbとをもとにして、所定時間内に供給された電力量Epumpが算出されるようになっている。
【００３６】
また、添加剤還流量演算部は、還流通路を介して第１の供給通路から貯蔵タンクに戻される添加剤の総量（Qbf）を検出する部分である。例えば、第１の供給通路内の圧力と貯蔵タンクに戻される添加剤の還流量との関係をあらかじめ求めておき、第１の供給通路内の圧力に応じた添加剤の還流量を積算することによって、貯蔵タンクに戻された添加剤の総量（Qbf）を算出することができる。
【００３７】
また、噴射弁放熱量演算部は、添加剤噴射弁から放熱される熱量Hdosを演算によって求める部分である。例えば、添加剤噴射弁に対して通電される電流値Ados又は物理モデルをもとにして推定される、添加剤噴射弁の電磁ソレノイドの抵抗値を算出した後、抵抗値と温度との関係性を示すソレノイド素材の物性をもとに添加剤噴射弁の温度Tdosを求める。この添加剤噴射弁の温度Tdosから外気温度センサのセンサ値Tenvを減算し、添加剤噴射弁の表面積εdosを乗算した後、さらに添加剤噴射弁の熱伝係数hdosを乗算することにより、添加剤噴射弁から放熱される熱量Hdosが算出されるようになっている。
【００３８】
また、通路放熱量演算部は、第１の供給通路から放熱される熱量Hpumpを演算によって求める部分である。例えば、第１の供給通路内の添加剤の温度が貯蔵タンク内の添加剤の温度と一致するものと仮定し、第１の供給通路の外部の温度が外気温センサのセンサ値と一致するものと仮定すれば、温度センサのセンサ値Ttankから外気温度センサのセンサ値Tenvを減算し、第１の供給通路の表面積εpipeを乗算した後、第１の供給通路の熱伝係数hpipeを乗算することにより、第１の供給通路から放熱される熱量Hpipeが算出されるようになっている。
【００３９】
また、ポンプ放熱量演算部は、ポンプから放熱される熱量Hpumpを演算によって求める部分である。例えば、ポンプに対して通電される電流値Apumpをもとにして推定されるポンプの温度Tpumpから、外気温度センサのセンサ値Tenvを減算し、ポンプの表面積εpumpを乗算した後、さらにポンプの熱伝係数hpumpを乗算することにより、ポンプから放熱される熱量Hpumpが算出されるようになっている。
ただし、ポンプとポンプを駆動するモータとが熱的に絶縁されている場合には、ポンプからの放熱量を無視できるため、ポンプ放熱量演算部を備えていなくても構わない。
【００４０】
また、要求噴射量演算部は、ＣＡＮ情報取出生成部を介して、内燃機関の回転数、燃料噴射量、燃料噴射タイミング等の運転状態や、排気温度、還元触媒の温度、還元触媒下流側でのＮＯX濃度等の情報を受け取り、排気中のＮＯXを還元浄化するために必要な添加剤の体積を演算する部分である。算出された要求噴射量は、そのまま添加指示値として添加剤噴射弁の操作装置に対して送られるようになっている。
【００４１】
また、実噴射量演算部は、所定時間内において、添加剤供給装置に供給された供給エネルギーと、添加剤供給装置から放出された放出エネルギーとをもとにして、添加剤噴射弁を介して、排気通路内に実際に噴射された添加剤の体積を演算するようになっている。すなわち、実噴射量演算部は、排気中のＮＯXを還元浄化するために必要とされる添加剤量としての添加剤添加指示値とは異なり、実際に排気管中に噴射された実噴射量を演算するために備えられている。
本実施形態の排気浄化装置に備えられたＤＣＵ６０の実噴射量演算部では、下記式（１）を用いて添加剤の実噴射量Qdosが算出されるようになっている。
【００４２】
Qdos＝｛Epump−（Pad×Qbf＋Hdos＋Hpipe＋Hpump）｝／Pad…（１）
Qdos    ：実噴射量（ml）
Epump  ：ポンプへの供給電力（W）
Pad     ：添加剤相対圧力（Pa）
Qbf     ：添加剤還流量（ml）
Hdos    ：添加剤噴射弁からの放熱量（J）
Hpipe   ：第１の供給通路からの放熱量（J）
Hpump  ：ポンプからの放熱量（J）
【００４３】
上記式（１）は以下のように導かれる。
所定時間内に電動式ポンプに対して供給された電力量Epumpは、エネルギー保存の法則にしたがい以下の式（２）のように表すことができる。
Epump［J］＝Pad×Vad＋H［J］…（２）
Vad   ：圧送添加剤総量（ml）
H     ：放出・流入熱総量（J）
【００４４】
ここで、添加剤相対圧力Padは、圧力センサのセンサ値Psensから大気圧センサのセンサ値Patmを減算することにより求めることができる。また、圧送添加剤総量Vadは、添加剤噴射弁からの噴射量Qdosと、還流通路を介して貯蔵タンクに還流する添加剤の還流量Qbfとの合計量に相当する。また、放出・流入熱総量Hは、添加剤噴射弁からの放熱量Hdosと、第１の供給通路からの放熱量Hpipeと、電動式ポンプからの放熱量Hpumpの合計量に相当する。
【００４５】
そのため、上記式（２）は、以下の式（３）のように置き換えられる。
Epump［J］＝Pad×（Qdos＋Qbf）＋（Hdos＋Hpipe＋Hpump）［J］…（３）
この式（３）から上記式（１）が導かれ、添加剤噴射弁から噴射された実噴射量Qdosが算出されるようになっている。
【００４６】
図３には、このＤＣＵ６０で行われる添加剤の実噴射量の演算方法の一例を具体的に示すコントロールチャートが示されている。
まず、ポンプに送られる電流値Apumpとバッテリーの電圧Vbとを乗じることによりポンプへの供給電力Epumpが算出される。
【００４７】
また、上記の電流値Apumpをもとにマップを用いてポンプの温度Tpumpを推定し、外気温センサのセンサ値Tenvを減算した後、ポンプの表面積εpump及びポンプの伝熱係数hpumpを乗じることにより、ポンプからの熱量の増減量Hpumpが算出される。
また、添加剤噴射弁に対して通電される電流Adosをもとにマップを用いて添加剤噴射弁の温度Tdosを推定し、外気温センサのセンサ値Tenvを減算した後、添加剤噴射弁の表面積εdos及び添加剤噴射弁の伝熱係数hdosを乗じることにより、添加剤噴射弁からの熱量の増減量Hdosが算出される。
さらに、第１の供給通路に備えられた温度センサのセンサ値Tpipeから外気温センサのセンサ値Tenvを減算した後、第１の供給通路の表面積εpipe及び第１の供給通路の伝熱係数hpipeを乗じることにより、第１の供給通路からの熱量の増減量Hpipeが算出される。
【００４８】
それぞれ算出されたポンプからの熱量の増減量Hpump、添加剤噴射弁からの熱量の増減量Hdos及び第１の供給通路からの熱量の増減量Hpipeは、ポンプへの供給電力Epumpから減算される。
また、第１の供給通路に備えられた圧力センサのセンサ値Psensから大気圧センサのセンサ値Patmを減算して添加剤の相対圧力Padを求め、この相対圧力Padの値をもとにマップを用いて推定される添加剤のリターン量Qbfを乗じて得られた値が、ポンプへの供給電力Epumpからさらに減算される。
【００４９】
このようにポンプへの供給電力Epumpから、放出されるエネルギーのマイナス分を減算した値を、添加剤の相対圧力Padで除することによって、添加剤噴射弁から噴射された実噴射量Qdosが算出される。
【００５０】
図２に戻り、異常判定部は、要求噴射量演算部で算出された要求噴射量と、実噴射量演算部で算出された実噴射量Qdosとを用いて添加剤供給装置の異常判定を行う部分である。本実施形態のＤＣＵ６０では、要求噴射量と実噴射量Qdosとの差を求め、その値を基準値と比較することによって、添加剤供給装置の異常判定を行うようになっている。
すなわち、二つの値の差が基準値を超える場合には、適正な噴射量が確保されておらず、添加剤供給装置のいずれかの部位で異常が発生しているものと考えられるため、異常有りと判定される。添加剤供給装置の異常が検知された場合には、運転者等に知らせるために警報手段に対して信号が送信される。
【００５１】
添加剤供給装置の異常判定は、要求噴射量と実噴射量Qdosとの差を基準値と比較する方法以外にも、要求噴射量に対する実噴射量Qdosの比率を求め、当該比率を所定の基準値と比較するように構成することもできる。
【００５２】
また、噴射指示値補正部では、要求噴射量演算部で算出された要求噴射量と、実噴射量演算部で算出された実噴射量Qdosとを比較し、実噴射量が要求噴射量に一致するように、比較結果をもとにして添加指示値の補正を行う部分である。
例えば、要求噴射量に対する、要求噴射量と実噴射量Qdosとの差の比率を求め、その比率の逆数を要求噴射量に乗算することにより添加指示値が設定されるように構成することができる。このように構成した場合、添加剤噴射弁の操作装置に対して送られる添加指示値は、算出される要求噴射量とは異なることになる。ただし、添加剤供給装置に生じている異常によって、実噴射量は要求噴射量に近似することになるため、結果的に適切な添加剤の噴射制御が行われるようになる。
【００５３】
なお、本実施形態の排気浄化装置におけるＤＣＵ６０では、第１の供給通路や電動式ポンプに備えられているヒーターが作動していない期間中に噴射された実噴射量を求めるように構成されている。これは、ヒーターの作動による熱収支モデルは複雑であるため、算出される実噴射量の値の信頼性が低下するおそれがあるからである。
ただし、実験値等をもとにして、ヒーターの作動による精度の高い熱収支モデルを準備できるのであれば、ヒーターの作動中であっても、ヒーターからの熱量の増加分を加味して実噴射量の算出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上説明した本発明の添加剤実噴射量検証装置、添加剤供給装置の異常判定装置及び添加剤供給装置の制御装置によれば、エネルギーバランスをもとにして添加剤の実噴射量が精度良く算出されるため、添加剤供給装置の異常判定や、添加剤の添加指示値の補正を精度良く行うことができる。上述した実施形態では、添加剤として尿素溶液を用いた例について説明したが、例えば、未燃燃料（ＨＣ）を触媒上流側に供給する排気浄化装置であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態の排気浄化装置に備えられた添加剤供給装置の制御装置（ＤＣＵ）の構成例を示すブロック図である。
【図３】添加剤の実噴射量の演算方法の具体例を示すコントロールチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１０：排気浄化装置、１１：排気管、１３：還元触媒、１５・１６：温度センサ、１７：ＮＯXセンサ、２０：添加剤供給装置、３１：添加剤噴射弁、３３・３５：温度センサ、４０：ポンプモジュール、４１：電動式ポンプ、４３：圧力センサ、４５：オリフィス、４７：メインフィルタ、４９：圧力制御弁、５０：貯蔵タンク、５１：温度センサ、５７：第２の供給通路、５８：第１の供給通路、５９：還流通路、６０：添加剤供給装置制御装置（ＤＣＵ）、７１：リバーティングバルブ、９２・９３・９４・９５・９６・９７：ヒーター
【図１】
2009197710.tif 000003
【図２】
2009197710.tif 000004
【図３】
2009197710.tif 000005