JP2006342782A

JP2006342782A - 液体還元剤判別装置

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Publication number: JP2006342782A
Application number: JP2005171391A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nishina; 充広仁科; Hideki Matsunaga; 英樹松永
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: EP1900915A4; US7651262B2; EP1900915B1; EP1900915A1; US20080089384A1; WO2006132056A1; CN101194088A; JP4498983B2; ES2389309T3; CN101194088B

Abstract

【課題】近接した２点間の熱伝達特性から液体還元剤の濃度を間接的に測定する濃度センサを利用し、液体還元剤が空，正常又は異種水溶液であるかを高精度に判別する。
【解決手段】エンジン始動後所定時間ごとに測定トリガ信号が出力されるたびに、濃度センサの出力信号から測定した液体還元剤の濃度に基づいて、液体還元剤が空，正常又は異種水溶液であるかを判別する。また、空判別又は異種判別がなされたときには、液体還元剤の状態に応じてその判別が妥当であるか否かを判定し、空判別又は異種判別が妥当であるときに、空判別又は異種判別を行った空判別回数又は異種判別回数を計数する。そして、空判別回数又は異種判別回数が第１の所定回数以上となれば（Ｓ７１及びＳ７３）、その判別を確定したことを示す空判別確定信号又は異種判別確定信号を出力する（Ｓ７２及びＳ７４）。
【選択図】図１１

Description

本発明は、近接した２点間の熱伝達特性から液体還元剤の濃度を間接的に測定する濃度センサを利用して、液体還元剤が空，正常又は異種水溶液であるかを高精度に判別する技術に関する。

エンジン排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと液体還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。
特開２０００−２７６２７号公報

しかしながら、上記従来の排気浄化装置によると、液体還元剤の濃度変化に伴って浄化効率が変化したときに、これに気付かずエンジン運転を継続すると、所要のＮＯｘ浄化性能が発揮されず、ＮＯｘの大量放出を招くおそれがある。特に、液体還元剤が空であったり、液体還元剤として機能しない異種水溶液が用いられた場合には、この不具合が顕著に現れてしまう。

このため、近接した２点間の熱伝達特性から液体還元剤の濃度を間接的に測定する濃度センサを設けることが考えられるが、これを自動車などの移動車両に搭載すると、次のような不具合が発生してしまうおそれがあった。即ち、移動車両の走行中には、路面のうねりなどにより車体が絶えず振動するので、貯蔵タンク内の液体還元剤には対流が発生する。また、液体還元剤の凍結を防止すべく、貯蔵タンクにエンジン冷却水などを循環させると、液体還元剤の温度分布が不均一となり、車両振動と同様に、貯蔵タンク内の液体還元剤には対流が発生する。そして、貯蔵タンク内の液体還元剤に対流が発生すると、これを熱伝達媒体とした熱伝達特性が変化し、液体還元剤の濃度測定精度が著しく低下してしまう。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、液体還元剤が正常であれば、対流が発生していてもその濃度が多数回連続して所定範囲を逸脱することは極めて稀である事実を利用し、液体還元剤が空，正常又は異種水溶液であるかを高精度に判別可能にした液体還元剤判別装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、液体還元剤判別装置は、液体還元剤を貯蔵する貯蔵タンク内の近接した２位置に温度センサが夫々配設されると共に、一方の温度センサに加熱ヒータが併設された構成をなす濃度検出手段と、エンジン始動後所定時間ごとに測定トリガ信号を出力する測定トリガ信号出力手段と、前記測定トリガ信号出力手段により測定トリガ信号が出力されたときに、前記濃度検出手段の加熱ヒータを作動させて、前記各温度センサにより夫々検出された温度から液体還元剤の濃度を間接的に測定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段により測定された濃度が下限閾値未満、下限閾値以上かつ上限閾値以下、上限閾値より大であるときに、前記液体還元剤は異種水溶液、正常、空であると判別する還元剤種別判別手段と、前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が異種水溶液であるとの異種判別がなされたときに、前記各温度センサにより夫々検出された温度、並びに、前記濃度測定手段により測定された濃度に基づいて、前記異種判別が妥当であるか否かを判定する第１の妥当性判定手段と、前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が空であるとの空判別がなされたときに、前記各温度センサにより夫々検出された温度に基づいて、前記空判別が妥当であるか否かを判定する第２の妥当性判定手段と、前記第１の妥当性判定手段により異種判別が妥当であると判定されたときに、異種判別回数を計数する第１の計数手段と、前記第２の妥当性判定手段により空判別が妥当であると判定されたときに、空判別回数を計数する第２の計数手段と、前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が正常であると判別されたときに、前記異種判別回数及び空判別回数を夫々リセットする回数リセット手段と、前記第１の計数手段により計数された異種判別回数が第１の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第１の還元剤種別確定手段と、前記第２の計数手段により計数された空判別回数が第１の所定回数以上になったときに、前記空判別を確定する第２の還元剤種別確定手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記第１の妥当性判定手段は、前記加熱ヒータ作動直前における温度が所定温度以上、前記加熱ヒータ作動直前における温度差が所定温度差以下、前記加熱ヒータ作動による温度の変化率が所定変化率以下、前記濃度が下限閾値よりも小さい所定濃度以上、かつ、前回測定した濃度と今回測定した濃度との偏差が所定偏差以下であるときに、前記異種判別は妥当であると判定することを特徴とする。

請求項３記載の発明では、前記第２の妥当性判定手段は、前記加熱ヒータ作動直前における温度が所定温度以上、かつ、前記加熱ヒータ作動直前における温度差が所定温度差以下であるときに、前記空判別は妥当であると判定することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記第１の計数手段は、前記第２の還元剤種別確定手段により空判別が確定されたときに、前記異種判別回数をリセットする一方、前記第２の計数手段は、前記第１の還元剤種別確定手段により異種判別が確定されたときに、前記空判別回数をリセットすることを特徴とする。

請求項５記載の発明では、前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が異種水溶液であると連続して判別された回数を計数する第３の計数手段と、前記第３の計数手段により計数された回数が前記第１の所定回数より大きな第２の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第３の還元剤種別確定手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項６記載の発明では、車両が走行中であるか停車中であるかを判定する車両状態判定手段を備え、前記第１の計数手段は、前記車両状態判定手段により車両が停車中であると判定されたときに、前記異種判別回数に２以上の自然数を加算することを特徴とする。

請求項７記載の発明では、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、を備え、前記車両状態判定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が第１の所定値以下、かつ、前記車速検出手段により検出された車速が第２の所定値以下のときに、前記車両が停車中であると判定する一方、その他のときに、前記車両が走行中であると判定することを特徴とする。

請求項８記載の発明では、前記第１の妥当性判定手段により異種判別が妥当でないと判定されたときに、前記異種判別回数から所定回数を減算する第４の計数手段を備えたことを特徴とする。
請求項９記載の発明では、エンジン停止時に、前記異種判別回数及び空判別回数を不揮発性のメモリに夫々書き込む回数書込手段と、エンジン始動時に、前記メモリから異種判別回数及び空判別回数を夫々読み出す回数読出手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、前記空判別が確定されたとき、又は、前記異種判別が確定されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、エンジン始動後所定時間ごとに液体還元剤の濃度が測定され、その濃度が下限閾値未満、下限閾値以上かつ上限閾値以下、上限閾値より大であるときに、液体還元剤は異種水溶液、正常、空であると判別される。また、液体還元剤が異種水溶液であるとの異種判別がなされると、その異種判別が妥当であるか否かが判定され、異種判別が妥当であるときのみ、異種判別回数が計数される。一方、液体還元剤が空であるとの空判別がなされると、その空判別が妥当であるか否かが判定され、空判別が妥当であるときのみ、空判別回数が計数される。そして、異種判別回数又は空判別回数が第１の所定回数以上になると、異種判別又は空判別が確定される。このため、液体還元剤の種別判別精度が低い状態での計数が行われず、車両状態の如何にかかわらず、液体還元剤が空、正常又は異種水溶液であるかを高精度に判別することができる。

請求項２記載の発明によれば、加熱ヒータ作動直前における温度が所定値以上、加熱ヒータ作動直前における温度差が所定温度差以下、加熱ヒータ作動による温度の変化率が所定変化率以下、濃度が下限閾値よりも小さい所定濃度以上、かつ、前回測定した濃度と今回測定した濃度との偏差が所定偏差以下であるときに、異種判別が妥当であると判定される。このため、液体還元剤の温度が低くその少なくとも一部が凍結している状態、液体還元剤に対流が発生して熱伝達特性が変化している状態においては、異種判別が妥当であるとの判定がなされることがなく、信頼性が高い異種判別に基づく異種判別回数の計数を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、加熱ヒータ作動直前における温度が所定値以上、かつ、加熱ヒータ作動直前における温度差が所定温度差以下であるときに、空判別が妥当であると判定される。このため、液体還元剤の温度が低くその少なくとも一部が凍結している状態、液体還元剤に対流が発生して熱伝達特性が変化している状態においては、空判別が妥当であるとの判定がなされることがなく、信頼性が高い空判別に基づく空判別回数の計数を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、空判別が確定されたときには、異種判別回数がリセットされる一方、異種判別が確定されたときには、空判別回数がリセットされる。このため、液体還元剤が空又は異種水溶液であるとの確定がなされたときには、異種判別回数又は空判別回数の計数処理が始めから行われるようになり、液体還元剤種別の誤確定を極力防止することができる。

請求項５記載の発明によれば、液体還元剤が異種水溶液であると連続して判別された回数が第２の所定値以上になると、異種判別回数の如何にかかわらず、異種判別が確定される。このため、第２の所定値を適切に設定することで、いつまでたっても液体還元剤が異種水溶液であるとの確定がなされないことを防止できる。
請求項６記載の発明によれば、車両停車中には、液体還元剤に発生している対流は微弱であるか又は対流が発生していないことを考慮し、異種判別回数に２以上の自然数を加算することで、異種水溶液であることを短時間で確定することができる。

請求項７記載の発明によれば、エンジン回転速度が第１の所定値以下かつ車速が第２の所定値以下であるときには「停車中」であると判定され、それ以外のときには「走行中」であると判定される。このため、車両が停車しているときには、エンジンがアイドル運転中、かつ、車速が略０である事実を考慮し、車両状態を高精度に判定することができる。
請求項８記載の発明によれば、異種判別が妥当でないと判定されると、異種判別回数から所定回数が減算されるので、液体還元剤種別の判別が困難な状態での計数がキャンセルされ、判別精度を向上させることができる。

請求項９記載の発明によれば、エンジン停止時に異種判別回数及び空判別回数が不揮発性メモリに夫々書き込まれる一方、エンジン始動時に不揮発性メモリから異種判別回数及び空判別回数が夫々読み出される。このため、エンジン始動前の異種判別回数及び空判別回数が引き継がれ、エンジンを始動するたびに計数処理を始めから行う必要がなく、短時間で液体還元剤の種別を確定することができる。

請求項１０記載の発明によれば、車両運転者は、液体還元剤が正常でないことを早期に把握でき、例えば、交換などの適切な処置をとることで、排気浄化装置としての機能を維持することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る液体還元剤判別装置を備えた排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気は、排気マニフォールド１２からＮＯｘ還元触媒１４が配設された排気管１６を経由して大気中に排出される。詳細には、排気管１６には、排気上流側から順に、一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒，ＮＯｘ還元触媒１４及びスリップ式アンモニア酸化触媒の３つの触媒が配設され、その前後に温度センサ，酸素センサなどのセンサが配設されて排気系が構成されるが、詳細には図示していない。また、ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流には、貯蔵タンク１８に貯蔵される液体還元剤が、還元剤供給装置２０及び噴射ノズル２２を経由して、空気と共に噴射供給される。ここで、液体還元剤としては、本実施形態では尿素水溶液を用いるが、ＮＯｘ還元触媒１４の仕様に応じて、アンモニア水溶液並びに炭化水素を主成分とする軽油，石油又はガソリンなどを用いるようにしてもよい。

尿素水溶液は、固体又は粉体の尿素を溶解した水溶液であって、貯蔵タンク１８の底部近くの下部位置に開口する吸込口２４から吸い込まれて、供給配管２６を通って還元剤供給装置２０に供給される。ここで、還元剤供給装置２０に供給された尿素水溶液のうち、噴射に寄与しない余剰のものは、戻り配管２８を通って貯蔵タンク１８の上部位置に開口する戻り口３０からその内部に戻される。

ＮＯｘ還元触媒１４の排気上流に噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアが容易に発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒１４において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。
また、貯蔵タンク１８には、尿素水溶液の濃度に関連した信号を出力する、濃度検出手段としての濃度センサ３２が取り付けられる。即ち、貯蔵タンク１８の天壁に、回路基盤が内蔵された基部３２Ａが固定されると共に、基部３２Ａから貯蔵タンク１８の底部へと検出部３２Ｂが垂下される。

ここで、検出部３２Ｂとしては、図２に示すように、離間した２位置に温度センサＡ及び温度センサＢが夫々配設されると共に、一方の温度センサＡに加熱ヒータが併設された構成をなす。そして、温度センサＡに併設された加熱ヒータを所定時間ｔ₁作動させると、温度センサＡ自体の温度が上昇すると共に、温度センサＢでは、尿素水溶液の熱伝達度に応じた特性でもって徐々に温度が上昇する。このため、加熱ヒータ停止直後において温度センサＡ及び温度センサＢにより夫々検出された温度の差、即ち、尿素水溶液を熱媒体とした熱伝達特性から尿素水溶液の濃度が間接的に測定される。一方、加熱ヒータ停止後においては、温度センサＡ及び温度センサＢの温度が徐々に低下し、時間ｔ₂を要して加熱ヒータ作動前の温度まで戻る。このため、尿素水溶液の濃度を、所定時間（ｔ₁＋ｔ₂）ごとに測定することができる。なお、同図は、温度センサＡ及び温度センサＢにより夫々検出された温度の相対関係のみを示している。このような濃度センサ３２としては、三井金属鉱業（株）製造販売のものが知られている。

濃度センサ３２の出力信号、具体的には、温度センサＡ及び温度センサＢにより夫々検出された温度信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３４に入力される。また、コントロールユニット３４には、エンジン１０の各種制御を行うエンジンコントロールユニット３６から、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジン回転速度信号，イグニッションスイッチ信号，車速信号などが入力される。そして、コントロールユニット３４では、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、図３に示すように、測定トリガ信号出力部３４Ａ，濃度測定部３４Ｂ，還元剤種別判別部３４Ｃ，空判別妥当性判定部３４Ｄ，空判別回数計数部３４Ｅ，異種判別妥当性判定部３４Ｆ，異種判別回数計数部３４Ｇ及び還元剤種別確定部３４Ｈが夫々実現される。なお、本実施形態では、エンジンコントロールユニット３６が、回転速度検出手段及び車速検出手段として機能する。

測定トリガ信号出力部３４Ａは、測定トリガ信号出力手段として機能し、イグニッションスイッチ信号がＯＮとなったときに起動され、図２に示す所定時間（ｔ₁＋ｔ₂）ごとに、尿素水溶液の濃度測定を開始すべきことを示す測定トリガ信号を出力する。濃度測定部３４Ｂは、濃度測定手段として機能し、測定トリガ信号が出力されたときに、濃度センサ３２の加熱ヒータを所定時間ｔ₁作動させて、その温度信号から尿素水溶液の濃度を間接的に測定する。還元剤種別判別部３４Ｃは、還元剤種別判別手段として機能し、濃度測定部３４Ｂにより測定された濃度に基づいて、尿素水溶液が空、正常又は異種水溶液であるかを判別し、その判別結果に応じた空判別信号、正常判別信号又は異種判別信号を出力する。空判別妥当性判定部３４Ｄは、第２の妥当性判定手段として機能し、空判別信号が出力されたときに、濃度センサ３２からの温度信号に基づいて空判別が妥当であるか否かを判定すると共に、空判別回数を計数すべきことを示す空判別回数計数信号を必要に応じて出力する。空判別回数計数部３４Ｅは、第２の計数手段及び回数リセット手段として機能し、空判別回数計数信号が出力されたときに、空判別回数を計数する。異種判別妥当性判定部３４Ｆは、第１の妥当性判定手段及び車両状態判定手段として機能し、異種判別信号が出力されたときに、温度信号，濃度信号，エンジン回転速度信号及び車速信号に基づいて異種判別が妥当であるか否かを判定すると共に、異種判別回数を計数すべきことを示す異種判別回数計数信号を必要に応じて出力する。異種判別回数計数部３４Ｇは、第１の計数手段，回数リセット手段及び第３の計数手段として機能し、異種判別回数計数信号が出力されたときに、異種判別回数を計数する。還元剤種別確定部３４Ｈは、第１の還元剤種別確定手段，第２の還元剤種別確定手段及び第３の還元剤種別確定手段として機能し、空判別回数又は異種判別回数が第１の所定回数以上になったときに、空判別又は異種判別を確定し、空判別確定信号又は異種判別確定信号を出力する。なお、異種判別妥当性判定部３４Ｆ及び異種判別回数計数部３４Ｇの協働により、第４の計数手段が具現化される。

次に、液体還元剤判別装置の各種機能について、図４〜図１１のフローチャートを参照しつつ説明する。
測定トリガ信号出力部３４Ａによる測定トリガ信号出力処理を示す図４において、ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、イグニッションスイッチ信号がＯＮであるか否か、換言すると、エンジン１０が始動しているか否かが判定される。そして、イグニッションスイッチ信号がＯＮであればステップ２へと進む一方（Ｙｅｓ）、イグニッションスイッチ信号がＯＦＦであれば待機する（Ｎｏ）。

ステップ２では、測定トリガ信号が出力される。
ステップ３では、測定トリガ信号を出力してから所定時間（ｔ₁＋ｔ₂）経過したか否かが判定される。そして、測定トリガ信号を出力してから所定時間経過していれば処理を終了する一方（Ｙｅｓ）、所定時間経過していなければ待機する（Ｎｏ）。
かかる測定トリガ信号出力処理によれば、エンジン１０が始動すると、所定時間（ｔ₁＋ｔ₂）ごとに測定トリガ信号が出力される。このため、測定トリガ信号出力の有無を監視することで、濃度センサ３２による尿素水溶液の濃度測定が可能になったか否かを把握することができる。

濃度測定部３４Ｂ及び還元剤種別判定部３４Ｃによる濃度測定処理及び還元剤種別判別処理を示す図５において、ステップ１１では、測定トリガ信号が出力されているか否かが判定される。そして、測定トリガ信号が出力されていればステップ１２へと進む一方（Ｙｅｓ）、測定トリガ信号が出力されていなければ待機する（Ｎｏ）。
ステップ１２では、尿素水溶液の濃度が測定される。即ち、濃度センサ３２の加熱ヒータを所定時間ｔ₁だけ作動させ、温度センサＡ及び温度センサＢにより夫々検出された温度の差に基づいて、尿素水溶液の濃度が間接的に測定される。

ステップ１３では、尿素水溶液の濃度が上限閾値より大であるか否かが判定される。ここで、上限閾値は、尿素水溶液が空であるか否かを判別するための閾値であって、正常な尿素水溶液であれば多少の対流が発生していても、通常測定され得ない上限値に設定される。そして、尿素水溶液の濃度が上限閾値より大であればステップ１４へと進み（Ｙｅｓ）、空判別信号が出力される。一方、尿素水溶液の濃度が上限閾値以下であればステップ１５へと進む（Ｎｏ）。

ステップ１５では、尿素水溶液の濃度が下限閾値未満であるか否かが判定される。ここで、下限閾値は、尿素水溶液が異種水溶液であるか否かを判別するための閾値であって、正常な尿素水溶液であれば多少の対流が発生していても、通常測定され得ない下限値に設定される。そして、尿素水溶液の濃度が下限閾値未満であればステップ１６へと進み（Ｙｅｓ）、異種判別信号が出力される。一方、尿素水溶液の濃度が下限閾値以上であればステップ１７へと進み（Ｎｏ）、正常判別信号が出力される。

かかる濃度測定処理及び還元剤種別判別処理によれば、測定トリガ信号が出力されるたびに、尿素水溶液濃度が測定される。そして、尿素水溶液の濃度が上限閾値より大であれば、尿素水溶液は空であると判別して、その判別結果を示す空判別信号が出力される。また、尿素水溶液の濃度が下限閾値未満であれば、尿素水溶液は異種水溶液であると判別して、その判別結果を示す異種判別信号が出力される。一方、尿素水溶液の濃度が下限閾値以上かつ上限閾値以下であれば、尿素水溶液は正常であると判別して、その判別結果を示す正常判別信号が出力される。

空判別妥当性判定部３４Ｄによる空判別妥当性判定処理を示す図６において、ステップ２１では、空判別信号が出力されているか否かが判定される。そして、空判別信号が出力されていればステップ２２へと進む一方（Ｙｅｓ）、空判別信号が出力されていなければ処理を終了する（Ｎｏ）。
ステップ２２では、加熱ヒータ作動直前における濃度センサ３２からの温度信号に基づいて、尿素水溶液の温度が所定温度以上であるか否かが判定される。ここで、所定温度は、尿素水溶液の少なくとも一部が凍結して濃度測定精度が低下しているか否かを判定するための閾値であって、尿素水溶液の溶媒の凝固点より若干高めの温度に設定される。そして、尿素水溶液の温度が所定温度以上であればステップ２３へと進む一方（Ｙｅｓ）、尿素水溶液の温度が所定温度未満であれば処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ２３では、加熱ヒータ作動直前における濃度センサ３２からの温度信号に基づいて、温度センサＡ及び温度センサＢにより夫々検出された温度の差（以下「初期温度差」という）が所定温度差以下であるか否かが判定される。ここで、初期温度差は、温度センサＡ及び温度センサＢを夫々配設した２点間の温度差を介して、尿素水溶液に対流が発生しているか否かを判定するための閾値であって、尿素水溶液に多少の対流が発生していても、通常発生し得ない温度差に設定される。そして、初期温度差が所定温度差以下であればステップ２４へと進み（Ｙｅｓ）、空判別回数計数信号が出力される。一方、初期温度差が所定温度差より大であれば処理を終了する（Ｎｏ）。

かかる空判別妥当性判定処理によれば、空判別信号が出力されたときに、尿素水溶液の温度が所定温度以上、かつ、初期温度差が所定温度差以下であれば、空判別は妥当であると判定され、空判別回数計数信号が出力される。このため、尿素水溶液の温度が低くその少なくとも一部が凍結している状態、尿素水溶液に強い対流が発生して熱伝達特性が変化している状態においては、空判別が妥当であるとの判定がなされることがなく、信頼性が高い空判別を行うことができる。

空判別回数計数部３４Ｅによる空判別計数処理を示す図７において、ステップ３１では、空判別回数計数信号が出力されているか否かが判定される。そして、空判別回数計数信号が出力されていればステップ３２へと進み（Ｙｅｓ）、空判別回数に１が加算される。一方、空判別回数計数信号が出力されていなければステップ３３へと進む（Ｎｏ）。
ステップ３３では、正常判別信号又は異種判別確定信号が出力されているか否かが判定される。そして、正常判別信号又は異種判別確定信号が出力されていればステップ３４へと進み（Ｙｅｓ）、空判別回数がリセットされる。一方、正常判別信号又は異種判別確定信号のいずれも出力されていなければ処理を終了する（Ｎｏ）。

かかる空判別回数計数処理によれば、空判別回数計数信号が出力されるたびに、空判別回数に１が加算される。一方、正常判別信号又は異種判別確定信号が出力されたときには、尿素水溶液が正常又は異種水溶液である蓋然性が高いので、空判別回数の計数処理を始めからやり直すべく、空判別回数がリセットされる。
異種判別妥当性判定部３４Ｆによる異種判別妥当性判定処理を示す図８及び図９において、ステップ４１では、異種判別信号が出力されているか否かが判定される。そして、異種判別信号が出力されていればステップ４２へと進む一方（Ｙｅｓ）、異種判別信号が出力されていなければ処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ４２では、異種判別が妥当であるか否かを示すフラグFlagが０（妥当）に設定されると共に、異種判別回数を計数する回数を示す変数Countが０に設定される。ここで、変数Countには、異種判別回数を加算するときには正の値が、異種判別回数を減算するときには負の値が設定される。
ステップ４３では、濃度センサ３２からの温度信号に基づいて、尿素水溶液の温度が所定温度以上であるか否かが判定される。そして、尿素水溶液の温度が所定温度以上であればステップ４５へと進む（Ｙｅｓ）。一方、尿素水溶液の温度が所定温度未満であればステップ４４へと進み（Ｎｏ）、フラグFlagが１（妥当でない）に設定されると共に、変数Countが所定値ｍ₁だけ減算される。

ステップ４５では、濃度センサ３２からの温度信号に基づいて、加熱ヒータ作動による尿素水溶液の温度変化率、即ち、単位時間当たりの温度変化が所定変化率以下であるか否かが判定される。ここで、所定変化率は、尿素水溶液の温度変化を介して強い対流が発生しているか否かを判定するための閾値であって、対流が比較的弱い状態では通常採りえない変化率に設定される。そして、尿素水溶液の温度変化率が所定変化率以下であればステップ４７へと進む（Ｙｅｓ）。一方、尿素水溶液の温度変化率が所定変化率より大であればステップ４６へと進み（Ｎｏ）、フラグFlagが１に設定されると共に、変数Countが所定値ｍ₂だけ減算される。

ステップ４７では、濃度信号に基づいて、尿素水溶液の濃度が所定濃度以上であるか否かが判定される。ここで、所定濃度は、濃度センサ３２からの温度信号から測定された濃度が大幅に低いことを介して、尿素水溶液に強い対流が発生しているか否かを判定するための閾値であって、多少の対流が発生していても測定され得ない低い濃度に設定される。そして、尿素水溶液の濃度が所定濃度以上であればステップ４９へと進む（Ｙｅｓ）。一方、尿素水溶液の濃度が所定濃度未満であればステップ４８へと進み（Ｎｏ）、フラグFlagが１に設定されると共に、変数Countが所定値ｍ₃だけ減算される。

ステップ４９では、濃度信号に基づいて、前回測定された尿素水溶液の濃度と今回測定された尿素水溶液の濃度との偏差（以下「濃度偏差」という）が所定偏差以下であるか否かが判定される。ここで、所定偏差は、尿素水溶液の濃度が大幅に変化したことを介して、尿素水溶液に強い対流が発生しているか否かを判定するための閾値であって、多少の対流が発生していても変化しない範囲の偏差に設定される。そして、濃度偏差が所定偏差以下であればステップ５１へと進む（Ｙｅｓ）。一方、濃度偏差が所定偏差より大であればステップ５０へと進み（Ｎｏ）、フラグFlagが１に設定されると共に、変数Countが所定値ｍ₄だけ減算される。

ステップ５１では、初期温度差が所定温度差以下であるか否かが判定される。そして、初期温度差が所定温度差以下であればステップ５３へと進む（Ｙｅｓ）。一方、初期温度差が所定温度差より大であればステップ５２へと進み（Ｎｏ）、フラグFlagが１に設定されると共に、変数Countが所定値ｍ₅だけ減算される。
ステップ５３では、フラグFlagが０であるか否か、即ち、異種判別は妥当であるか否かが判定される。そして、フラグFlagが０であればステップ５４へと進む一方（Ｙｅｓ）、フラグFlagが１であればステップ５８へと進む（Ｎｏ）。

ステップ５４では、エンジン回転速度が第１の所定値以下であるか否かが判定される。ここで、第１の所定値は、車両が停車しているか否かを判定するための閾値の一つであって、エンジン回転速度の検出精度に応じて適宜設定される。そして、エンジン回転速度が第１の所定値以下であればステップ５５へと進む一方（Ｙｅｓ）、エンジン回転速度が第１の所定値より大であればステップ５７へと進む（Ｎｏ）。

ステップ５５では、車速が第２の所定値以下であるか否かが判定される。ここで、第２の所定値は、車両が停車しているか否かを判定するため閾値の他の一つであって、車速の検出精度に応じて適宜設定される。そして、車速が第２の所定値以下であればステップ５６へと進む一方（Ｙｅｓ）、車速が第２の所定値より大であればステップ５７へと進む（Ｎｏ）。

ステップ５６では、車両が停車状態にあると判定し、変数Countに２以上の自然数ｎが設定される。
ステップ５７では、車両が走行状態にあると判定し、変数Countに１が設定される。
ステップ５８では、変数Countに設定された計数回数を含む異種判別回数計数信号が出力される。

かかる異種判別妥当性判定処理によれば、異種判別信号が出力されたときに、尿素水溶液の温度が所定温度以上、尿素水溶液の温度変化率が所定変化率以下、尿素水溶液の濃度が所定濃度以上、濃度偏差が所定偏差以下、かつ、初期温度差が所定温度差以下であれば、異種判別は妥当であると判定される。このため、尿素水溶液の温度が低くその少なくとも一部が凍結している状態、尿素水溶液に強い対流が発生して熱伝達特性が変化している状態においては、異種判別が妥当であるとの判定がなされることがなく、信頼性が高い異種別を行うことができる。このとき、エンジン回転速度及び車速に基づいて車両が停車中であるか又は走行中であるかが判定され、停車中であれば計数回数として２以上の自然数ｎが、走行中であれば計数回数として１が設定された異種判別回数計数信号が出力される。

一方、尿素水溶液の温度が所定温度未満、尿素水溶液の温度変化率が所定変化率より大、尿素水溶液の濃度が所定濃度未満、濃度偏差が所定偏差より大、初期温度差が所定温度差より大であれば、尿素水溶液に強い対流が発生した状態での異種判別がなされたと判定し、異種判別回数をキャンセルすべく、計数回数として負の値が設定された異種判別回数計数信号が出力される。このとき、ステップ４４，４６，４８，５０及び５２において、計数回数として自然数ｍ₁〜ｍ₅を減算しているが、減算する条件を使用しない場合には、各自然数ｍ₁〜ｍ₅について適宜０を設定するようにすればよい。なお、自然数ｍ₁〜ｍ₅のすべてを０に設定したときには、異種判別回数を減算せずに、その計数回数を維持することができる。

異種判別回数計数部３４Ｇによる異種判別回数計数処理を示す図１０において、ステップ６１では、異種判別回数計数信号が出力されているか否かが判定される。そして、異種判別回数計数信号が出力されていればステップ６２へと進む一方（Ｙｅｓ）、異種判別回数計数信号が出力されていなければステップ６４へと進む（Ｎｏ）。
ステップ６２では、異種判別回数が計数される。即ち、異種判別が妥当であるときには、異種判別回数計数信号に含まれる正の整数からなる計数回数に応じて、異種判別回数が加算される。一方、異種判別が妥当ではないときには、妥当でない状態での計数をキャンセルすべく、異種判別回数計数信号に含まれる負の整数からなる計数回数に応じて、異種判別回数が減算される。

ステップ６３では、異種判別が連続してなされた回数を示すバックアップカウンタに１が加算される。
ステップ６４では、正常判別信号又は空判別確定信号が出力されたか否かが判定される。そして、正常判別信号又は空判別確定信号が出力されていればステップ６５へと進む一方（Ｙｅｓ）、正常判別信号又は空判別確定信号のいずれも出力されていなければ処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ６５では、異種判別回数がリセットされる。
ステップ６６では、バックアップカウンタがリセットされる。
かかる異種判別回数計数処理によれば、異種判別回数計数信号が出力されるたびに、異種判別回数が計数される。このとき、異種判別が妥当であれば、異種判別回数は、車両状態（停車中又は走行中）に応じて異なる計数回数でもって加算されるため、特に、尿素水溶液の対流が弱い停車中での計数速度を向上させることができる。また、異種判別が妥当ではないときには、尿素水溶液の対流が強い状態での計数、要するに、尿素水溶液の種別判別が困難な状態での計数をキャンセルすべく、異種判別回数が減算されるため、判別精度を向上させることができる。さらに、異種判別回数計数信号が出力されるたびに、異種判別の妥当性にかかわらず、バックアップカウンタに１が加算される。

一方、正常判別信号又は空判別確定信号が出力されたときには、尿素水溶液が正常又は空である蓋然性が高いので、異種判別回数の計数処理を始めからやり直すべく、異種判別回数及びバックアップカウンタが夫々リセットされる。
還元剤種別確定部３４Ｈによる還元剤種別確定処理を示す図１１において、ステップ７１では、空判別回数が第１の所定回数以上であるか否かが判定される。そして、空判別回数が第１の所定回数以上であればステップ７２へと進み（Ｙｅｓ）、空判別が確定されたことを示す空判別確定信号が出力される。一方、空判別回数が第１の所定回数未満であればステップ７３へと進む（Ｎｏ）。

ステップ７３では、異種判別回数が第１の所定回数以上であるか否かが判定される。そして、異種判別回数が第１の所定回数以上であればステップ７４へと進み（Ｙｅｓ）、異種判別が確定されたことを示す異種判別確定信号が出力される。一方、異種判別回数が第１の所定回数未満であればステップ７５へと進む（Ｎｏ）。
ステップ７５では、バックアップカウンタが第２の所定回数以上であるか否かが判定される。ここで、第２の所定回数は、異種判定が長時間確定されないことを防止するための閾値であって、第１の所定回数よりも大きな値、例えば、第１の所定回数の１０倍の値に設定される。そして、バックアップカウンタが第２の所定回数以上であればステップ７４へと進み（Ｙｅｓ）、異種判別確定信号が出力される。一方、バックアップカウンタが第２の所定回数未満であれば処理を終了する（Ｎｏ）。

かかる還元剤種別確定処理によれば、空判別回数又は異種判別回数が第１の所定回数以上になると、空判別又は異種判別が確定され、その確定結果に応じた信号が出力される。また、異種判別が妥当であるか否かにかかわらず、異種判別が連続してなされた回数を示すバックアップカウンタが第２の所定回数以上になると、異種判別が確定され、異種判別確定信号が出力される。

即ち、尿素水溶液に対流が発生していると、濃度センサ３２の温度センサＡに併設された加熱ヒータで発生した熱が対流に乗って運ばれてしまうので、温度センサＢへと伝達される熱量が減少し、濃度測定精度が低下してしまう。しかし、濃度センサ３２により測定した尿素水溶液の濃度を実測したところ、図１２に示すように、尿素水溶液が正常であれば、対流が発生していても濃度が多数回連続して所定範囲を逸脱することは極めて稀である事実を見出すことができた。

そこで、尿素水溶液の濃度が上限閾値より大又は下限閾値未満となったときに、尿素水溶液は空又は異種水溶液であると判別し、その判別回数を個別に計数する一方、判別回数が第１の所定回数以上になったときにその判別を確定することで、車両状態の如何にかかわらず、その判別を行うことができる。このとき、空判別又は異種判別の妥当性を判定し、その判別が妥当であるときのみ判別回数を計数することで、尿素水溶液に強い対流が発生している状態での計数を防止し、判別精度を向上させることができる。

なお、図８及び図９に示す異種判別妥当性判定処理において、制御プログラムの簡略化を図るべく、車両状態を考慮せず、異種判別回数の計数回数として一律的に１を設定するようにしてもよい。
また、図１１に示す還元剤種別確定処理において、空判別又は異種判別が確定されたときに、報知手段としての警報器などを用いて、その旨を車両運転者に報知するようにしてもよい。このようにすれば、車両運転者は、尿素水溶液が正常でないことを早期に把握でき、例えば、交換などの適切な処置をとることで、排気浄化装置としての機能を維持することができる。

さらに、エンジン１０を停止したときに、異種判別回数及び空判別回数を不揮発性メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）に夫々書き込む一方、エンジン１０を始動したときに、ＥＥＰＲＯＭに書き込まれた異種判別回数及び空判別回数を夫々読み出すようにしてもよい。このようにすれば、エンジン１０の始動前の異種判別回数及び空判別回数が引き継がれるので、エンジン１０を始動するたびに、計数処理を始めから行う必要がなく、短時間で尿素水溶液の判別を行うことができる。ここで、異種判別回数及び空判別回数をＥＥＰＲＯＭに書き込む処理及びＥＥＰＲＯＭから読み出す処理が、夫々、回数書込手段及び回数読出手段に該当する。

従って、本発明に係る液体還元剤判別装置によれば、移動車両に対して、近接した２点間の熱伝達特性から液体還元剤の濃度を間接的に測定する濃度センサを搭載しても、液体還元剤が空、正常又は異種水溶液であるかを高精度に判別することができる。

本発明に係る液体還元剤判別装置を備えた排気浄化装置の全体構成図濃度センサの検出部及び検出原理の説明図液体還元剤判別装置を構成する各種機能のブロック図測定トリガ信号出力処理を示すフローチャート濃度測定処理及び還元剤種別判別処理を示すフローチャート空判別妥当性判定処理を示すフローチャート空判別回数計数処理を示すフローチャート異種判別妥当性判定処理を示すフローチャート異種判別妥当性判定処理を示すフローチャート異種判別回数計数処理を示すフローチャート還元剤種別確定処理を示すフローチャート車両走行中における濃度の測定値を示す特性図

符号の説明

１０エンジン
１８貯蔵タンク
３２濃度センサ
３２Ｂ検出部
３４コントロールユニット
３４Ａ測定トリガ信号出力部
３４Ｂ濃度測定部
３４Ｃ還元剤種別判別部
３４Ｄ空判別妥当性判定部
３４Ｅ空判別回数計数部
３４Ｆ異種判別妥当性判定部
３４Ｇ異種判別回数計数部
３４Ｈ還元剤種別確定部
３６エンジンコントロールユニット

Claims

液体還元剤を貯蔵する貯蔵タンク内の近接した２位置に温度センサが夫々配設されると共に、一方の温度センサに加熱ヒータが併設された構成をなす濃度検出手段と、
エンジン始動後所定時間ごとに測定トリガ信号を出力する測定トリガ信号出力手段と、
前記測定トリガ信号出力手段により測定トリガ信号が出力されたときに、前記濃度検出手段の加熱ヒータを作動させて、前記各温度センサにより夫々検出された温度から液体還元剤の濃度を間接的に測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段により測定された濃度が下限閾値未満、下限閾値以上かつ上限閾値以下、上限閾値より大であるときに、前記液体還元剤は異種水溶液、正常、空であると判別する還元剤種別判別手段と、
前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が異種水溶液であるとの異種判別がなされたときに、前記各温度センサにより夫々検出された温度、並びに、前記濃度測定手段により測定された濃度に基づいて、前記異種判別が妥当であるか否かを判定する第１の妥当性判定手段と、
前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が空であるとの空判別がなされたときに、前記各温度センサにより夫々検出された温度に基づいて、前記空判別が妥当であるか否かを判定する第２の妥当性判定手段と、
前記第１の妥当性判定手段により異種判別が妥当であると判定されたときに、異種判別回数を計数する第１の計数手段と、
前記第２の妥当性判定手段により空判別が妥当であると判定されたときに、空判別回数を計数する第２の計数手段と、
前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が正常であると判別されたときに、前記異種判別回数及び空判別回数を夫々リセットする回数リセット手段と、
前記第１の計数手段により計数された異種判別回数が第１の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第１の還元剤種別確定手段と、
前記第２の計数手段により計数された空判別回数が第１の所定回数以上になったときに、前記空判別を確定する第２の還元剤種別確定手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする液体還元剤判別装置。
前記第１の妥当性判定手段は、前記加熱ヒータ作動直前における温度が所定温度以上、前記加熱ヒータ作動直前における温度差が所定温度差以下、前記加熱ヒータ作動による温度の変化率が所定変化率以下、前記濃度が下限閾値よりも小さい所定濃度以上、かつ、前回測定した濃度と今回測定した濃度との偏差が所定偏差以下であるときに、前記異種判別は妥当であると判定することを特徴とする請求項１記載の液体還元剤判別装置。
前記第２の妥当性判定手段は、前記加熱ヒータ作動直前における温度が所定温度以上、かつ、前記加熱ヒータ作動直前における温度差が所定温度差以下であるときに、前記空判別は妥当であると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液体還元剤判別装置。
前記第１の計数手段は、前記第２の還元剤種別確定手段により空判別が確定されたときに、前記異種判別回数をリセットする一方、
前記第２の計数手段は、前記第１の還元剤種別確定手段により異種判別が確定されたときに、前記空判別回数をリセットすること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の液体還元剤判別装置。
前記還元剤種別判別手段により液体還元剤が異種水溶液であると連続して判別された回数を計数する第３の計数手段と、
前記第３の計数手段により計数された回数が前記第１の所定回数より大きな第２の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第３の還元剤種別確定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の液体還元剤判別装置。
車両が走行中であるか停車中であるかを判定する車両状態判定手段を備え、
前記第１の計数手段は、前記車両状態判定手段により車両が停車中であると判定されたときに、前記異種判別回数に２以上の自然数を加算することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の液体還元剤判別装置。
エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
を備え、
前記車両状態判定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が第１の所定値以下、かつ、前記車速検出手段により検出された車速が第２の所定値以下のときに、前記車両が停車中であると判定する一方、その他のときに、前記車両が走行中であると判定することを特徴とする請求項６記載の液体還元剤判別装置。
前記第１の妥当性判定手段により異種判別が妥当でないと判定されたときに、前記異種判別回数から所定回数を減算する第４の計数手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の液体還元剤判別装置。
エンジン停止時に、前記異種判別回数及び空判別回数を不揮発性のメモリに夫々書き込む回数書込手段と、
エンジン始動時に、前記メモリから異種判別回数及び空判別回数を夫々読み出す回数読出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の液体還元剤判別装置。
前記空判別が確定されたとき、又は、前記異種判別が確定されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の液体還元剤判別装置。