(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-25
(45)【発行日】2023-11-02
(54)【発明の名称】還元剤供給装置及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
F01N 3/36 20060101AFI20231026BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20231026BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20231026BHJP
【ＦＩ】
F01N3/36 B
F01N3/08 B
B01D53/94 222
B01D53/94 400
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019218088
(22)【出願日】2019-12-02
(65)【公開番号】P2021088937
(43)【公開日】2021-06-10
【審査請求日】2022-10-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000003333
【氏名又は名称】ボッシュ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】グルサミ，ラマリンガ シワム
(72)【発明者】
【氏名】ゾマン，スジツ
(72)【発明者】
【氏名】戸田 敬介
【審査官】増岡 亘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１７３４６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４３８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２１９６５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５３１１７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２７３６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３２２５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／３６
Ｆ０１Ｎ ３／０８
Ｂ０１Ｄ ５３／９４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
排気管（１１）に取り付けられた還元触媒（１３）の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁（２５）と、貯蔵タンク（２１）から前記還元剤を汲み出して前記還元剤噴射弁（２５）に圧送するポンプ（３１）と、
圧送される前記還元剤を前記還元剤噴射弁（２５）に導く供給通路（５２）と、
前記還元剤噴射弁（２５）への供給圧力（Ｐｕ）の推定値である第１圧力値（Ｐｐｍｐ）を前記ポンプ（３１）に流れる電流（Ｉｐｍｐ）に基づいて取得する第１圧力値推定部（１０７）と、
前記第１圧力値推定部（１０７）が前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）を取得できない、または、前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）が所定の範囲にない場合に、前記還元剤噴射弁（２５）への供給圧力（Ｐｕ）の推定値である第２圧力値（Ｐｄｖ）を前記還元剤噴射弁（２５）に流れる電流（Ｉｄｖ）に基づいて取得する第２圧力値推定部（１１１）と、
前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にあるか否かを判断する第２圧力値判断部（１１３）と、
前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にある場合に、前記ポンプ（３１）の加圧室に混入した空気を排出するように作動する還流再充填制御を実行する還流再充填部（１１５）と、を備え、
前記還流再充填制御の実行後に、前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）を取得できないまたは前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）が所定の範囲になく、かつ 前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にある場合に、前記ポンプ（３１）に故障が発生しているおそれがあると判断する還元剤供給装置。
【請求項2】
前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にない場合に、還元剤の漏れが発生しているおそれがあると判断する請求項１記載の還元剤供給装置。
【請求項3】
排気管（１１）に取り付けられた還元触媒（１３）の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁（２５）と、貯蔵タンク（２１）から前記還元剤を汲み出して前記還元剤噴射弁（２５）に圧送するポンプ（３１）と、
圧送される前記還元剤を前記還元剤噴射弁（２５）に導く供給通路（５２）と、を備えた還元剤供給装置の制御方法であって、
前記還元剤噴射弁（２５）への供給圧力（Ｐｕ）の推定値である第１圧力値（Ｐｐｍｐ）を前記ポンプ（３１）に流れる電流（Ｉｐｍｐ）に基づいて取得するステップと、
前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）を取得できない、または、前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）が所定の範囲にない場合に、前記還元剤噴射弁（２５）への供給圧力（Ｐｕ）の推定値である第２圧力値（Ｐｄｖ）を前記還元剤噴射弁（２５）に流れる電流（Ｉｄｖ）に基づいて取得するステップと、
前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にあるか否かを判断するステップと、
前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にある場合に、前記ポンプ（３１）の加圧室に混入した空気を排出するように作動する還流再充填制御を実行するステップと、
を備え、
前記還流再充填制御の実行後に、前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）を取得できないまたは前記第１圧力値（Ｐｐｍｐ）が所定の範囲になく、かつ 前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にある場合に、前記ポンプに故障が発生しているおそれがあると判断する還元剤供給装置の制御方法。
【請求項4】
前記第２圧力値（Ｐｄｖ）が所定の範囲にない場合に、還元剤の漏れが発生しているおそれがあると判断する請求項３記載の還元剤供給装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排気管に還元剤を供給するための還元剤供給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、排気管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に用いられる還元剤供給装置の一態様として、ポンプ及び還元剤噴射弁を備え、貯蔵タンク内の還元剤をポンプによって圧送するとともに、排気管に固定された還元剤噴射弁を介して還元剤を排気管内に供給する直接噴射式の還元剤供給装置がある。（特許文献１参照）。
【0004】
このような還元剤供給装置では、液体還元剤を過不足なく噴射できるように、還元剤噴射弁に供給される液体還元剤の供給圧力を圧力センサによって検出するとともに、この検出圧力が所定の値に維持されるようにポンプの出力を制御し、排気中のＮＯｘ量等に基づいて算出される目標噴射量に応じて還元剤噴射弁の開弁時間を制御することが行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１０－００７６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、このような還元剤供給装置では、圧力センサが故障した場合に、液体還元剤の供給圧力を制御することができなくなり、その結果、適切な噴射量を維持することができないおそれがあった。また、圧力センサは高価であることから、還元剤供給装置のコスト増の要因となっていた。
【0007】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、圧力センサを使わずに、信頼性の高い供給圧力の検出を可能とする還元剤供給装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る還元剤供給装置は、排気管に取り付けられた還元触媒の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、貯蔵タンクから前記還元剤を汲み出して前記還元剤噴射弁に圧送するポンプと、圧送される前記還元剤を前記還元剤噴射弁に導く供給通路と、前記還元剤噴射弁への供給圧力の推定値である第１圧力値を前記ポンプに流れる電流に基づいて取得する第１圧力値推定部と、前記第１圧力値推定部が前記第１圧力値を取得できない、または、前記第１圧力値が所定の範囲にない場合に、前記還元剤噴射弁への供給圧力の推定値である第２圧力値を前記還元剤噴射弁に流れる電流に基づいて取得する第２圧力値推定部と、を備える還元剤供給装置である。
【0009】
本発明に係る還元剤供給装置の制御方法は、排気管に取り付けられた還元触媒の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、貯蔵タンクから前記還元剤を汲み出して前記還元剤噴射弁に圧送するポンプと、圧送される前記還元剤を前記還元剤噴射弁に導く供給通路と、を備えた還元剤供給装置の制御方法であって、前記還元剤噴射弁への供給圧力の推定値である第１圧力値を前記ポンプに流れる電流に基づいて取得するステップと、前記第１圧力値を取得できない、または、前記第１圧力値が所定の範囲にない場合に、前記還元剤噴射弁への供給圧力の推定値である第２圧力値を前記還元剤噴射弁に流れる電流に基づいて取得するステップと、を備える還元剤供給装置の制御方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、圧力センサを使わずに、信頼性の高い供給圧力の検出を可能とする還元剤供給装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の構成例を示す模式図である。
【図2】同実施形態に係る還元剤供給装置が有する還元剤噴射弁の模式図である。
【図3】同実施形態に係る還元剤供給装置が有する電子制御装置に備えられた構成のうち、本発明の制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。
【図4】同実施形態に係る還元剤供給装置が有する第１ポンプに流れる第１ポンプ電流の例を示している。
【図5】同実施形態に係る還元剤供給装置における第１ポンプのプランジャ始動時間と供給圧力とバッテリー電圧との関係の例を示している。
【図6】同実施形態に係る還元剤供給装置が有する還元剤噴射弁に流れる噴射弁電流の例を示している。
【図7】同実施形態に係る還元剤供給装置における還元剤噴射弁の最大リフト到達時間と供給圧力とバッテリー電圧との関係の例を示している。
【図8】本発明の実施形態に係る還元剤供給装置の制御方法を表すフローチャートの例である。
【図9】本発明の実施形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の変形例を示す模式図である。
【図10】変形例に係る還元剤供給装置が有する電子制御装置に備えられた構成のうち、本発明の制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤供給装置及びその制御方法に関する実施の形態について具体的に説明する。尚、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては、特に説明がない限り同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【0013】
以下、本発明の実施形態に係る還元剤供給装置及び還元剤供給装置の制御方法について説明する。
【0014】
１．排気浄化装置の全体構成
図１は、還元剤供給装置２０を備える排気浄化装置１０の全体構成の一例を説明するために示す模式図である。
この排気浄化装置１０は、排気中のＮＯｘを浄化するための装置であり、ディーゼルエンジン等の内燃機関１の排気管１１に設けられている。排気浄化装置１０は、排気管１１の途中に介装された還元触媒１３と、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ための還元剤供給装置２０とを備えている。
図１は、還元剤供給装置２０を備える排気浄化装置１０の全体構成の一例を説明するために示す模式図である。
この排気浄化装置１０は、排気中のＮＯｘを浄化するための装置であり、ディーゼルエンジン等の内燃機関１の排気管１１に設けられている。排気浄化装置１０は、排気管１１の途中に介装された還元触媒１３と、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ための還元剤供給装置２０とを備えている。
【0015】
還元触媒１３は、排気中のＮＯｘの還元反応を促進する機能を有する触媒であり、還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、触媒に流れ込む排気中のＮＯｘを還元成分によって選択的に還元するものとなっている。還元剤供給装置２０は、還元剤として尿素水溶液が用いられるものであり、尿素水溶液が排気管１１中で分解されることにより還元成分としてのアンモニアが生成されるようになっている。
【0016】
２．還元剤供給装置
図１に示すように、還元剤供給装置２０は、還元剤が収容される貯蔵部としての貯蔵タンク２１と、還元剤を排気管１１内に噴射するための還元剤噴射弁２５と、貯蔵タンク２１内の還元剤を還元剤噴射弁２５に圧送する第１ポンプ３１と、貯蔵タンク２１内に還元剤を回収する第２ポンプ４１と、還元剤噴射弁２５や各ポンプ３１、４１と電気的に接続されておりこれらを電子制御する電子制御装置１００とを主な構成要素として備えている。
図１に示すように、還元剤供給装置２０は、還元剤が収容される貯蔵部としての貯蔵タンク２１と、還元剤を排気管１１内に噴射するための還元剤噴射弁２５と、貯蔵タンク２１内の還元剤を還元剤噴射弁２５に圧送する第１ポンプ３１と、貯蔵タンク２１内に還元剤を回収する第２ポンプ４１と、還元剤噴射弁２５や各ポンプ３１、４１と電気的に接続されておりこれらを電子制御する電子制御装置１００とを主な構成要素として備えている。
【0017】
貯蔵タンク２１と第１ポンプ３１とは第１通路５１によって連通している。第１通路５１の途中には、貯蔵タンク２１側から順に第１フィルタ７１と第１逆止弁６１とが設けられている。第１逆止弁６１は還元剤が貯蔵タンク２１から第１ポンプ３１の方向にのみ流れるように機能する。
【0018】
第１ポンプ３１と還元剤噴射弁２５とは第２通路５２によって連通している。第２通路５２の途中には、第１ポンプ３１側から順に第２逆止弁６２とダンパ７３と後述する第３通路５３との分岐点７２とが設けられている。第２逆止弁６２は還元剤が第１ポンプ３１から分岐点７２の方向にのみ流れるように機能する。尚、本願において第２通路５２が第１ポンプ３１から圧送される還元剤を還元剤噴射弁２５に導く供給通路である。
【0019】
第３通路５３は第２通路５２の途中に設けられた分岐点７２から分岐し、第２ポンプ４１と連通している。第３通路５３の途中には、第３逆止弁６３が設けられている。第３逆止弁６３は還元剤が分岐点７２から第２ポンプ４１の方向にのみ流れるように機能する。
【0020】
第２ポンプ４１と貯蔵タンク２１とは第４通路５４によって連通している。第４通路５４の途中には、第２ポンプ４１側から順に第４逆止弁６４と第２フィルタ７５とが設けられている。第４逆止弁６４は還元剤が第２ポンプ４１から貯蔵タンク２１の方向にのみ流れるように機能する。尚、各種逆止弁、フィルタ、ダンパの配置位置は、上記の例に限られない。
【0021】
第１ポンプ３１は、ダイヤフラムタイプのポンプである。第１ポンプ３１は、第１通路５１および第２通路５２と連通する第１加圧室３２と、第１加圧室３２を画成する第１ダイヤフラム３３と、第１ダイヤフラム３３に取り付けられた第１プランジャ３４と、第１プランジャ３４と連結する第１ソレノイド３５と、第１スプリング３６とを主な構成要素として有する。第１ソレノイド３５は電子制御装置１００と電気的に接続されており、電子制御装置１００によって通電または非通電状態となるよう制御される。第１ソレノイド３５が通電状態になると、第１ソレノイド３５は第１プランジャ３４を矢印Ａの方向に移動させ、第１ソレノイド３５が非通電状態になると、第１スプリング３６の弾性力により第１プランジャ３４は矢印Ｂの方向に移動するように構成されている。
【0022】
第１ポンプ３１において、第１ソレノイド３５が通電状態から非通電状態に切り替わると、第１プランジャ３４が矢印Ｂ方向に移動し、貯蔵タンク内の還元剤が第１通路５１を介して第１加圧室３２内に流入する。次に第１ソレノイド３５が非通電状態から通電状態に切り替わると、第１プランジャ３４が矢印Ａ方向に移動し、第１プランジャ３４は第１ダイヤフラム３３を介して第１加圧室３２内の還元剤を圧縮し、第１加圧室３２内の還元剤は第２通路５２を通って還元剤噴射弁２５に圧送される。
【0023】
第２ポンプ４１も、ダイヤフラムタイプのポンプである。第２ポンプ４１は、第３通路５３および第４通路５４と連通する第２加圧室４２と、第２加圧室４２を画成する第２ダイヤフラム４３と、第２ダイヤフラム４３に取り付けられた第２プランジャ４４と、第２プランジャ４４と連結する第２ソレノイド４５と、第２スプリング４６とを主な構成要素として有する。第２ソレノイド４５は電子制御装置１００と電気的に接続されており、電子制御装置１００によって通電または非通電状態となるよう制御される。第２ソレノイド４５が通電状態になると、第２ソレノイド４５の力は第２プランジャ４４を矢印Ｃの方向に移動させ、第２ソレノイド４５が非通電状態になると、第２スプリング４６の弾性力により第２プランジャ４４は矢印Ｄの方向に移動するように構成されている。
【0024】
第２ポンプ４１において、第２ソレノイド４５が非通電状態から通電状態に切り替わると、第２プランジャ４４は矢印Ｃ方向に移動し、第２ポンプ４１は第３通路５３内の還元剤を第２加圧室４２内に吸引する。次に第２ソレノイド４５が通電状態から非通電状態に切り替わると、第２プランジャ４４は矢印Ｄ方向に移動し、第２加圧室４２内の還元剤は貯蔵タンク２１に戻される。
【0025】
還元剤噴射弁２５は、内燃機関１の運転状態に応じて、電子制御装置１００による通電制御によって開閉制御が行われ、所定量の還元剤を排気管１１内に噴射する。還元剤噴射弁２５はいわゆる電磁式のオンオフ弁である。
【0026】
図２は還元剤噴射弁２５の一例について模式図で表したものである。図２に示す還元剤噴射弁２５は、接続口２５ａ、弁スプリング２５ｂ、弁コイル２５ｃ、弁体２５ｄ、噴射孔２５ｅおよびストッパ２５ｆ等を備えている。接続口２５ａは第２通路５２と接続しており、還元剤は接続口２５ａを介して還元剤噴射弁２５内に供給される。弁スプリング２５ｂは弁体２５ｄを噴射孔２５ｅの方向に付勢する圧縮スプリングである。弁コイル２５ｃは電子制御装置１００が有する駆動回路と電気的に接続しており、弁コイル２５ｃが通電状態の時に発生する電磁力は弁体２５ｄを接続口２５ａの方向に吸引する。尚、吸引され接続口２５ａ側に移動した弁体２５ｄが当接するストッパ２５ｆが弁体２５ｄと接続口２５ａの間に設けられている。
【0027】
弁コイル２５ｃが非通電状態の時、弁スプリング２５ｂおよび還元剤の供給圧力Ｐｕによって、弁体２５ｄは噴射孔２５ｅの方向に押され噴射孔２５ｅを閉鎖する（閉弁）。一方弁コイル２５ｃが非通電状態から通電状態に切り替わると、弁コイル２５ｃに発生する電磁力が弁スプリング２５ｂの付勢力および還元剤の供給圧力Ｐｕに抗して弁体２５ｄを接続口２５ａの方向に吸引し、還元剤噴射弁２５は開弁する。還元剤噴射弁２５が開弁することにより、還元剤が排気管１１内に噴射される。
【0028】
第１フィルタ７１は、第１通路５１の途中に設けられ、貯蔵タンク２１から第１ポンプ３１に移動する還元剤中のゴミ等の異物を捕集するフィルタである。
【0029】
ダンパ７３は、第２通路５２の途中に設けられ、第１ポンプ３１から還元剤噴射弁２５に圧送される還元剤の脈動を減衰させる。
【0030】
第２フィルタ７５は、第４通路５４の途中に設けられ、貯蔵タンク２１に戻される還元剤中のゴミ等の異物を捕集するフィルタである。
【0031】
バッテリー７７は、いわゆる電源であり、電子制御装置１００と電気的に接続されている。第１ソレノイド３５、第２ソレノイド４５、還元剤噴射弁２５が通電状態となった際には、バッテリー電圧ＶＢが電子制御装置１００に設けられた駆動回路（図３参照）を通して第１ソレノイド３５、第２ソレノイド４５、還元剤噴射弁２５に印加される。バッテリー電圧ＶＢは、バッテリー電圧センサ７８（図１参照）によって計測されてもよいし、電子制御装置１００内の公知の電子回路によって計測されてもよい。
【0032】
還元剤温度センサ２２は、還元剤の温度Ｔｕｒｅａを計測するセンサであり、図１においては貯蔵タンク２１内に配置されているが、貯蔵タンク２１内に限定されるものではない。
【0033】
３．電子制御装置
図３は、電子制御装置１００のうち、本発明の制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。この電子制御装置１００は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、ポンプ制御部１０１と、目標噴射量演算部１０３と、還元剤噴射弁制御部１０５と、第１圧力値推定部１０７と、第１圧力値判断部１０９と、第２圧力値推定部１１１と、第２圧力値判断部１１３と、還流再充填部１１５と、エラー設定部１１７と、運転者通知部１１９とを有している。具体的に、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ものとなっている。
図３は、電子制御装置１００のうち、本発明の制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。この電子制御装置１００は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、ポンプ制御部１０１と、目標噴射量演算部１０３と、還元剤噴射弁制御部１０５と、第１圧力値推定部１０７と、第１圧力値判断部１０９と、第２圧力値推定部１１１と、第２圧力値判断部１１３と、還流再充填部１１５と、エラー設定部１１７と、運転者通知部１１９とを有している。具体的に、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ものとなっている。
【0034】
この他、電子制御装置１００には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子やタイマカウンタ、さらにポンプ２３又は還元剤噴射弁２５への通電制御を行うための駆動回路等が備えられている。ここで駆動回路は例えばトランジスタである（図３参照）。また、電子制御装置１００には、還元剤温度センサ２２やバッテリー電圧センサ７８等の各種センサ信号が入力されるようになっている。
【0035】
このうち、ポンプ制御部１０１は、基本的に、内燃機関１の運転中において、後述する還元剤噴射弁２５への供給圧力Ｐｕの推定値である第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなるように、第１ポンプ３１を制御する。
【0036】
目標噴射量演算部１０３は、内燃機関１の運転中において、還元触媒１３におけるアンモニアの吸着可能量や、排気中のＮＯｘ濃度Ｎｕなどに基づいて、還元剤の目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔを算出する。本実施の形態の還元剤供給装置２０の場合、排気中のＮＯｘ濃度Ｎｕ及び排気流量に基づいて算出されるアンモニア量（正の値）と、そのときの還元触媒１３のアンモニアの最大吸着量に対する実際の吸着量の割合を目標吸着割合にするために必要なアンモニア量（正又は負の値）とを加算したアンモニア量を生成可能な液体還元剤の量が算出されるようになっている。
【0037】
還元剤噴射弁制御部１０５は、基本的に、内燃機関１の運転中において、還元剤の目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔに応じて還元剤噴射弁２５の通電時間を制御する。具体的には、還元剤噴射弁２５への供給圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていることを前提として、目標噴射量Ｑｕ＿ｔｇｔに応じて還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比を求めて、還元剤噴射弁２５の通電制御を行う。
【0038】
第１圧力値推定部１０７は、第１ポンプ３１が有する第１ソレノイド３５に流れる第１ポンプ電流Ｉｐｍｐを測定することにより、第１ポンプ３１から還元剤噴射弁２５へ供給される供給圧力Ｐｕの推定値である第１圧力値Ｐｐｍｐを取得する。例えば、第１圧力値推定部１０７は第１ポンプ電流Ｉｐｍｐをポンプ制御部１０１から取得することができる。
【0039】
さらに第１圧力値推定部１０７は、第１ポンプ電流Ｉｐｍｐからポンプ電流極小点ＢＭＰを取得するよう作動する。図４は、第１ポンプ電流Ｉｐｍｐの例である。時刻ｔｐ０にて通電が開始され、時刻ｔｐ１でポンプ電流極小点ＢＭＰが現れている。このポンプ電流極小点ＢＭＰは、第１プランジャ３４が動き始めたために現れたものである。第１プランジャ３４と連結する第１ダイヤフラム３３は還元剤噴射弁への供給圧力Ｐｕを受けているので、当該供給圧力Ｐｕが高いほど、第１プランジャ３４の動き出しは遅くなる。すなわち、供給圧力Ｐｕが高いほど、ポンプ電流極小点ＢＭＰの発現は遅くなり、時刻ｔｐ０から時刻ｔｐ１までのプランジャ始動時間Ｔｐは長くなる。第１圧力値推定部１０７はプランジャ始動時間Ｔｐを計測する。
【0040】
さらに、第１ポンプ３１の駆動に際して、バッテリー電圧ＶＢが第１ソレノイド３５の駆動回路に印加される（図３参照）。したがって、バッテリー電圧ＶＢが高ければ、第１ソレノイド３５はより高い電磁力を発生するので、第１プランジャ３４の動き出しは早くなる。すなわち、バッテリー電圧ＶＢが高いほど、ポンプ電流極小点ＢＭＰの発現は早くなり、時刻ｔｐ０から時刻ｔｐ１までのプランジャ始動時間Ｔｐは短くなる。プランジャ始動時間Ｔｐと供給圧力Ｐｕおよびバッテリー電圧ＶＢの関係の一例を図５に示す。図５中の各線は、バッテリー電圧ＶＢを１０Ｖ、１３．５Ｖ、１６Ｖとしたそれぞれの場合におけるプランジャ始動時間Ｔｐと供給圧力Ｐｕの関係を示している。
【0041】
例えば、図５に示すようなプランジャ始動時間Ｔｐと供給圧力Ｐｕおよびバッテリー電圧ＶＢの関係をマップとして電子制御装置１００に記憶しておくことができる。第１圧力値推定部１０７は、計測したプランジャ始動時間Ｔｐおよびバッテリー電圧ＶＢを当該マップに入力することにより、還元剤噴射弁２５への供給圧力Ｐｕの推定値である第１圧力値Ｐｐｍｐを取得する。例えば、図５中に示すように、バッテリー電圧ＶＢが１３．５Ｖの時にプランジャ始動時間ＴｐとしてＴｐ１を計測した場合には、第１圧力値推定部１０７は、第１圧力値ＰｐｍｐとしてＰｐｍｐ１を取得する。当該マップには、還元剤の温度Ｔｕｒｅａ等のファクタも追加することができる。これらのファクタを追加することのより、第１圧力値推定部１０７は、より正確な供給圧力Ｐｕの推定値である第１圧力値Ｐｐｍｐを取得することができる。
【0042】
第１圧力値判断部１０９は、ポンプ電流極小点ＢＭＰの取得の有無を判断する。例えば第１ポンプ３１の第１加圧室３２に空気が混入している場合等には、第１プランジャ３４の動き出しが想定よりも早くなり、第１圧力値推定部１０７がポンプ電流極小点ＢＭＰが捉えられない場合がある。第１圧力値判断部１０９は、ポンプ電流極小点ＢＭＰの取得が無く、第１圧力値Ｐｐｍｐを取得できないと判断した場合には、第１圧力値判断部１０９は、第２圧力値Ｐｄｖを取得するよう第２圧力値推定部１１１を作動させる。一方、第１圧力値判断部１０９はポンプ電流極小点ＢＭＰの取得有りと判断した場合には、第１圧力値Ｐｐｍｐを取得するよう第１圧力値推定部１０７をさらに作動させる。
【0043】
加えて、第１圧力値判断部１０９は取得された第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲内にあるか否かを判断する。例えば第１ポンプ３１の第１加圧室３２に空気が混入している場合には、第１圧力値Ｐｐｍｐは取得されたものの、第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲外となる場合がある。また、第２通路５２や還元剤噴射弁２５等に損傷があり、還元剤の漏れが発生している場合には、供給圧力Ｐｕが上昇せず、第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲外となる場合もある。
【0044】
第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲内にあると判断された場合には、第１圧力値判断部１０９は第１圧力値推定部１０７による第１圧力値Ｐｐｍｐの取得が継続されるように指示する。一方、第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲外にあると判断された場合には、第１圧力値判断部１０９は、第２圧力値Ｐｄｖを取得するよう第２圧力値推定部１１１を作動させる。
【0045】
第２圧力値推定部１１１は、還元剤噴射弁２５に通電するよう還元剤噴射弁制御部１０５に指示する。第２圧力値推定部１１１は還元剤噴射弁２５に流れる噴射弁電流Ｉｄｖを取得する。
【0046】
さらに第２圧力値推定部１１１は、噴射弁電流Ｉｄｖから噴射弁電流極小点ＢＩＰを取得するよう作動する。図６は、還元剤噴射弁２５に流れる噴射弁電流Ｉｄｖの例である。時刻ｔｖ０にて通電が開始され、時刻ｔｖ１で噴射弁電流極小点ＢＩＰが現れている。この噴射弁電流Ｉｄｖの極小点は、還元剤噴射弁２５の弁体２５ｄが最大リフト（ストッパ２５ｆ）に到達したために現れたものである。前述のように、弁体２５ｄは還元剤の供給圧力Ｐｕによって噴射孔２５ｅ方向に押されているので、当該供給圧力Ｐｕが高いほど、開弁するまでの時間が遅くなり、弁体２５ｄが最大リフトに到達する時間も遅くなる。すなわち、供給圧力Ｐｕが高いほど、噴射弁電流極小点ＢＩＰの発現は遅くなり、時刻ｔｖ０から時刻ｔｖ１までの最大リフト到達時間Ｔｖは長くなる。第２圧力値推定部１１１は最大リフト到達時間Ｔｖを計測する。
【0047】
さらに、還元剤噴射弁２５の駆動に際して、バッテリー電圧ＶＢが還元剤噴射弁２５の駆動回路に印加される（図３参照）。したがって、バッテリー電圧ＶＢが高ければ、電磁式のオンオフ弁である還元剤噴射弁２５はより高い電磁力を発生するので、還元剤噴射弁２５の弁体２５ｄの動きは速くなる。すなわち、バッテリー電圧ＶＢが高いほど、噴射弁電流極小点ＢＩＰの発現は早くなり、時刻ｔｖ０から時刻ｔｖ１までの最大リフト到達時間Ｔｖは短くなる。最大リフト到達時間Ｔｖと供給圧力Ｐｕおよびバッテリー電圧ＶＢの関係の一例を図７に示す。図７中の各線は、バッテリー電圧ＶＢを１０Ｖ、１３．５Ｖ、１６Ｖとしたそれぞれの場合における最大リフト到達時間Ｔｖと供給圧力Ｐｕの関係を示している。
【0048】
例えば、図７に示すような最大リフト到達時間Ｔｖと供給圧力Ｐｕおよびバッテリー電圧ＶＢの関係をマップとして電子制御装置１００に記憶しておくことができる。第２圧力値推定部１１１は、計測した最大リフト到達時間Ｔｖおよびバッテリー電圧ＶＢを当該マップに入力することにより、供給圧力Ｐｕの推定値である第２圧力値Ｐｄｖを取得することができる。例えば、図７中に示すように、バッテリー電圧ＶＢが１３．５Ｖの時に最大リフト到達時間ＴｖとしてＴｖ１を計測した場合には、第２圧力値推定部１１１は第２圧力値ＰｄｖとしてＰｄｖ１を取得する。当該マップには、還元剤の温度Ｔｕｒｅａ等のファクタも追加することができる。これらのファクタを追加することのより、第２圧力値推定部１１１はより正確な供給圧力Ｐｕの推定値である第２圧力値Ｐｄｖを取得することができる。尚、第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲内にあると判断された場合にも、第１圧力値推定部１０７による第１圧力値Ｐｐｍｐの取得と並行して第２圧力値Ｐｄｖを取得するよう第２圧力値推定部１１１を作動させてもよい。第２圧力値Ｐｄｖは第１圧力値Ｐｐｍｐに比べ精度が低くなる可能性があるので、第１圧力値Ｐｐｍｐが正常な場合に、第２圧力値Ｐｄｖと第１圧力値Ｐｐｍｐとの差分を取得し記憶しておき、第１圧力値Ｐｐｍｐが異常となった場合に取得された第２圧力値Ｐｄｖを当該差分で補正することにより、第２圧力値Ｐｄｖの精度を高めることができる。
【0049】
第２圧力値判断部１１３は、第２圧力値推定部１１１によって取得された第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲にあるか否かを判断する。
【0050】
第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲内にある場合には、第２圧力値判断部１１３は第１ポンプ３１の第１加圧室３２に空気が混入していると判断し、混入空気を排出するために、還流再充填部１１５に対して作動するよう指示する。一方、第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲外にある場合には、第２圧力値判断部１１３は第２通路５２や還元剤噴射弁２５等に損傷があり還元剤の漏れが発生しているおそれがあると判断しエラー設定部１１７に送り、エラー設定部１１７はその旨を記憶する。また、運転者通知部１１９がその旨を運転者に通知するように構成されていてもよい。運転者に通知することにより、運転者が早期に点検、修理等を行うことができるからである。
【0051】
還流再充填部１１５は、まず、既に還流再充填制御が行われ第１の所定回数（Ｎ１）を超えているか否かを判断する。第１の所定回数（Ｎ１）は例えば３～５回である。第１の所定回数（Ｎ１）を超えている場合には第１ポンプ３１が故障しているおそれがあり、空気の混入が原因ではない可能性が高いため、これ以上還流再充填制御をおこなっても異常は解消しないと判断し、エラー設定部１１７に送り、エラー設定部１１７はその旨を記憶する。また、運転者通知部１１９がその旨を運転者に通知するように構成されていてもよい。運転者に通知することにより、運転者が早期に点検、修理等を行うことができるからである。
【0052】
一方、還流再充填制御の回数が第１の所定回数（Ｎ１）を超えていない場合には、還流再充填部１１５は還流再充填制御を行う。具体的には、還流再充填部１１５はまず還元剤噴射弁制御部１０５に還元剤噴射弁２５を非通電状態とするよう指示し、還元剤噴射弁２５を閉弁する。続いて、還流再充填部１１５は、還元剤が貯蔵タンク２１から第１通路５１、第１ポンプ３１、第２通路５２、分岐点７２、第３通路５３、第２ポンプ４１および第４通路５４を経て貯蔵タンク２１に還流するように、第１ポンプ３１および第２ポンプ４１を制御する。このように還元剤を還流させることにより、第１加圧室３２に混入した空気を還元剤の還流とともに貯蔵タンク２１に排出することができる。
【0053】
還元剤の還流を所定時間行った後、還流再充填部１１５は、還元剤噴射弁２５を閉弁状態としたまま、第２ポンプ４１を非作動とするとともに、第１ポンプ３１に対しては還元剤の吸引と圧送を継続するよう指示することによって、供給圧力Ｐｕを上昇させるように制御し、還流再充填制御を終了する。
【0054】
以上のように、本願発明の還元剤供給装置によれば、供給圧力Ｐｕの推定値である第１圧力値Ｐｐｍｐに基づいて圧力制御を行い、かつ、第１圧力値Ｐｐｍｐに異常のおそれがある場合には、第２圧力値Ｐｄｖによってさらに判断を行い、必要な措置を行うことができるので、圧力センサを使わずに、信頼性の高い供給圧力Ｐｕの推定を可能とする還元剤供給装置を提供することができる。
【0055】
４．還元剤供給装置の制御方法
次に、上述した電子制御装置１００によって実行される還元剤供給装置の制御方法について図８のフローチャートに基づいて説明する。
次に、上述した電子制御装置１００によって実行される還元剤供給装置の制御方法について図８のフローチャートに基づいて説明する。
【0056】
まずステップＳ１０で、第１圧力値推定部１０７は、第１ポンプ電流Iｐｍｐを取得するとともに、ポンプ電流極小点ＢＭＰを取得するよう作動する。
【0057】
次にステップＳ２０で、第１圧力値判断部１０９は、ポンプ電流極小点ＢＭＰの取得ができたか否かを判断する。ポンプ電流極小点ＢＭＰの取得ができた場合（ＹＥＳ）にはステップＳ３０に進み、ポンプ電流極小点ＢＭＰの取得ができない場合（ＮＯ）には、これに基づく第１圧力値Ｐｐｍｐを取得できないと判断ステップＳ６０に進む。
【0058】
次にステップＳ３０で、第１圧力値推定部１０７は、第１ポンプ電流Iｐｍｐに基づいてプランジャ始動時間Ｔｐを取得する。
【0059】
次にステップＳ４０で、第１圧力値推定部１０７は、プランジャ始動時間Ｔｐに基づいて第１圧力値Ｐｐｍｐを取得する。
【0060】
次にステップＳ５０で、第１圧力値判断部１０９は、第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲にあるか否かを判断する。第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲にある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１０に戻り、第１圧力値Ｐｐｍｐが所定の範囲にない場合（ＮＯ）にはステップ６０に進む。
【0061】
次にステップＳ６０で、第２圧力値推定部１１１は、還元剤噴射弁２５に通電し、噴射弁電流Ｉｄｖを取得する。
【0062】
次にステップＳ７０で、第２圧力値推定部１１１は噴射弁電流Ｉｄｖに基づいて噴射弁電流極小点ＢＩＰを取得する。
【0063】
次にステップＳ８０で、第２圧力値推定部１１１は最大リフト到達時間Ｔｖを取得する。
【0064】
次にステップＳ９０で、第２圧力値推定部１１１は最大リフト到達時間Ｔｖに基づいて第２圧力値Ｐｄｖを取得する。
【0065】
次にステップＳ１００で、第２圧力値判断部１１３は、第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲にあるか否かを判断する。第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲にある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１１０に進む。一方、第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲にない場合（ＮＯ）には、第２圧力値判断部１１３は第２通路５２や還元剤噴射弁２５等に損傷があり還元剤の漏れが発生しているおそれがあると判断し、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、エラー設定部１１７はその旨を記憶する。次いで、ステップＳ１６０に進み、運転者通知部１１９は運転者にその旨を通知し、本フローを終了する。運転者に通知することにより、運転者が早期に点検、修理等を行うことができるからである。
【0066】
次にステップＳ１１０で、還流再充填部１１５は、既に還流再充填制御が行われ第１の所定回数（Ｎ１）を超えているか判断する。第１の所定回数（Ｎ１）を超えていない場合（ＮＯ）にはステップＳ１２０に進み、第１の所定回数（Ｎ１）を超えている場合（ＹＥＳ）には第１ポンプ３１が故障しているおそれがあり、空気の混入が原因ではない可能性が高いため、これ以上還流再充填制御をおこなっても異常は解消しないと判断し、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、エラー設定部１１７は第１ポンプ３１に故障のおそれがある旨を記憶し、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、運転者通知部１１９は運転者にその旨を通知し、本フローを終了する。運転者に通知することにより、運転者が早期に点検、修理等を行うことができるからである。
【0067】
尚、ステップＳ１００で第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲にない場合（ＮＯ）に、ステップＳ１５０に進まず、再循環充填制御を行い、再びステップＳ１０に戻るように構成してもよい。例えば、還元剤噴射弁２５の近傍に空気が溜まっており、これにより、第２圧力値Ｐｄｖが所定の範囲にない場合が考えられるからである。この場合も再循環充填制御を第２の所定回数（Ｎ２）まで繰り返すことができるように構成してもよい。前述のように例えば第１の所定回数（Ｎ１）が３～５回である場合には、第２の所定回数（Ｎ２）は第１の所定回数（Ｎ１）よりも少ない回数に設定するのが良い。例えば第２の所定回数（Ｎ２）を１～２回と設定することができる。第２通路５２や還元剤噴射弁２５等に損傷があり還元剤の漏れが発生しているおそれがある場合には、より早期にエラーを設定し、運転者に通知し、点検、修理等を促すことが必要だからである。
【0068】
ステップＳ１２０では、還流再充填部１１５は還流再充填制御を行う。具体的には、還流再充填部１１５はまず還元剤噴射弁２５を閉弁する。続いて、還流再充填部１１５は、還元剤が貯蔵タンク２１から第１通路５１、第１ポンプ３１、第２通路５２、分岐点７２、第３通路５３、第２ポンプ４１および第４通路５４を経て貯蔵タンク２１に還流するように、第１ポンプ３１および第２ポンプ４１を制御する。このように還元剤を還流させることにより、第１加圧室３２に混入した空気を還元剤の還流とともに貯蔵タンク２１に排出することができる。還元剤の還流を所定時間行った後、還流再充填部１１５は、還元剤噴射弁２５を閉弁状態としたまま、第２ポンプ４１を非作動とするとともに、第１ポンプ３１に対しては還元剤の吸引と圧送を継続するよう指示することによって、供給圧力Ｐｕを上昇させるように制御し、その後還流再充填制御を終了し、ステップＳ１０に戻る。
【0069】
以上のように、本願発明の還元剤供給装置の制御方法によれば、供給圧力Ｐｕの推定値である第１圧力値Ｐｐｍｐに基づいて圧力制御を行い、かつ、第１圧力値Ｐｐｍｐに異常のおそれがある場合には、第２圧力値Ｐｄｖによってさらに判断を行い、必要な措置を行うことができるので、圧力センサを使わずに、信頼性の高い供給圧力Ｐｕの推定を可能とする還元剤供給装置の制御方法を提供することができる。
【0070】
５．変形例
図９は、本発明の実施形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の変形例を示す模式図である。図９の排気浄化装置は、還元触媒１３、還元剤噴射弁２５に加え、第２の還元触媒１４、第２の還元剤噴射弁２６を有している点で、図１の排気浄化装置と異なっている。図１０は、変形例に係る還元剤供給装置が有する電子制御装置に備えられた構成のうち、本発明の制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示しており、第２の還元剤噴射弁２６への通電制御を行うための駆動回路等が備えられている点で図３の電子制御装置と異なっている。
図９は、本発明の実施形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の変形例を示す模式図である。図９の排気浄化装置は、還元触媒１３、還元剤噴射弁２５に加え、第２の還元触媒１４、第２の還元剤噴射弁２６を有している点で、図１の排気浄化装置と異なっている。図１０は、変形例に係る還元剤供給装置が有する電子制御装置に備えられた構成のうち、本発明の制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示しており、第２の還元剤噴射弁２６への通電制御を行うための駆動回路等が備えられている点で図３の電子制御装置と異なっている。
【0071】
変形例において、たとえば、第２圧力値推定部１１１は還元剤噴射弁２５と第２の還元剤噴射弁２６のいずれか一つについて第２圧力値Ｐｄｖを取得して第２圧力判断部１１３に送るように構成されていてもよい。また、第２圧力値推定部１１１は、還元剤噴射弁２５と第２の還元剤噴射弁２６の両方についてそれぞれ第２圧力値Ｐｄｖを取得し、その平均値を第２圧力値Ｐｄｖとして第２圧力判断部１１３に送るように構成されていてもよい。この場合、還元剤噴射弁２５から取得された第２圧力値Ｐｄｖと第２の還元剤噴射弁２６から取得された第２圧力値Ｐｄｖとを比較し、これらの差または比等で表される違いが所定の範囲内の場合にのみ、その平均値を第２圧力値Ｐｄｖとして第２圧力判断部１１３に送るように構成されていてもよい。当該違いが所定の範囲を超えている場合には、どちらかの還元剤噴射弁の近傍に空気が混入している可能性があるので、還流再充填部１１５が還流再充填制御を行うように構成してもよい。尚、還元触媒および還元剤噴射弁の数が３個以上の場合であっても、同様の考えに基づいて第２圧力値Ｐｄｖを取得することができるように第２圧力値推定部１１１を構成することができる。
【符号の説明】
【0072】
１ 内燃機関、１０ 排気浄化装置、１１ 排気管、１３ 還元触媒、１４ 第２の還元触媒、２０ 還元剤供給装置、２１ 貯蔵タンク、２２ 還元剤温度センサ、２５ 還元剤噴射弁、２６ 第２の還元剤噴射弁、２５ａ 接続口、２５ｂ 弁スプリング、２５ｃ 弁コイル、２５ｄ 弁体、２５ｅ 噴射孔、２５ｆ ストッパ、３１ 第１ポンプ、３２ 第１加圧室、３３ 第１ダイヤフラム、３４ 第１プランジャ、３５ 第１ソレノイド、３６ 第１スプリング、４１ 第２ポンプ、４２ 第２加圧室、４３ 第２ダイヤフラム、４４ 第２プランジャ、４５ 第２ソレノイド、４６ 第２スプリング、５１ 第１通路、５２ 第２通路、５３ 第３通路、５４ 第４通路、６１ 第１逆止弁、６２ 第２逆止弁、６３ 第３逆止弁、６４ 第４逆止弁、７１ 第１フィルタ、７２ 分岐点、７３ ダンパ、７５ 第２フィルタ、７７ バッテリー、７８ バッテリーセンサ、１００ 電子制御装置、１０１ ポンプ制御部１０１、１０３ 目標噴射量演算部、１０５ 還元剤噴射弁制御部、１０７ 第１圧力値推定部、１０９ 第１圧力値判断部、１１１ 第２圧力値推定部、１１３ 第２圧力値判断部、１１５ 還流再充填部、１１７ エラー設定部、１１９ 運転者通知部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】