JP2008163795A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＲシステムにおいてＯＢＤを好適に機能させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】断線検出手段(70)は、還元剤流路(58)の閉塞が検出されると還元剤流路が異常であると判定する流路異常判定手段と、還元剤流路が異常であると判定されると温度センサ(72)で検出された大気温度が所定の温度設定値以下か否かを判定する大気温度判定手段と、大気温度が温度設定値以下と判定されると還元剤が凍結していると推定し、還元剤が解凍したか否かを判定する解凍判定手段とを含み、解凍判定手段によって還元剤が解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段によって還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、還元剤流路が正常であると判定されたときには、少なくともヒータ素子(Ａ,Ｂ,Ｃ)のいずれかが断線したものと判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関（以下、エンジンと称する）の排気浄化装置に係り、詳しくは排気通路に選択還元型ＮＯx触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する）を備えた排気浄化装置に関する。

例えば排気通路にＳＣＲ触媒を備えたエンジンでは、排気通路のＳＣＲ触媒の上流側に配置した噴射ノズルから還元剤として尿素水溶液（以下、ユリアと称する）を適宜噴射し、ユリアが排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されて生成されるＮＨ_３（アンモニア）を利用して、ＳＣＲ触媒上で排気中のＮＯxを還元するＳＣＲシステムが採用されている。この種のＳＣＲシステムにおいて、ユリアは約３２．５％の尿素濃度で使用され、この場合におけるユリアは約−１１℃で凍結するため、ユリアの流れるユリアラインにはユリアの凍結を防止するヒータが設置されている。

そして、このようなヒータの駆動回路を流れる電流を監視することでヒータを構成するヒータ素子の断線を検出する技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２９２２３９号公報

ところで、排気による大気汚染を最小限に抑制するために、車両自体が排気浄化装置の異常を監視、検出し、異常発生時に警報表示して運転者に知らせるとともに、その異常内容をエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に記憶保持する車載診断システム（ＯＢＤ）の搭載が求められている。
しかしながら、上記従来技術では、ＳＣＲシステムにおいてＯＢＤが好適に機能しないとの問題がある。なぜなら、ユリアラインにはユリアの供給経路や循環経路等の経路ごとに複数のヒータが設置されるため、電流を監視することによってヒータ素子のいずれかが断線したことは検出できても、複数のヒータ素子のうち断線したヒータ素子を特定することはできないからである。

また、ヒータ素子の断線によって凍結したユリアを解凍することができなくなり、ユリアラインが閉塞するが、このような閉塞はユリアラインに混入する不純物による堆積物によっても生じる可能性があるために、閉塞の原因がヒータ素子の断線によるユリアの凍結に起因するものなのか、ユリアライン中の堆積物に起因するものなのかが区別できないからである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ＳＣＲシステムにおいてＯＢＤを好適に機能させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、還元剤を供給することによって内燃機関の排気中のＮＯxを還元するＮＯx触媒を有する排気浄化装置であって、還元剤が流れる還元剤流路を有し、内燃機関の運転状態に応じてＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、還元剤流路に設けられ、還元剤流路における還元剤の閉塞を検出する閉塞検出手段と、還元剤流路に設けられ、還元剤の凍結を防止する複数のヒータ素子を有するヒータ駆動回路と、大気温度を検出する温度センサと、ヒータ素子の断線を検出する断線検出手段とを具備し、断線検出手段は、閉塞検出手段によって還元剤流路の閉塞が検出されたとき、還元剤流路が異常であると判定する流路異常判定手段と、流路異常判定手段によって還元剤流路が異常であると判定されたとき、温度センサで検出された大気温度が所定の温度設定値以下か否かを判定する大気温度判定手段と、大気温度判定手段によって大気温度が温度設定値以下と判定されたとき、還元剤が凍結していると推定し、凍結していると推定される還元剤が解凍したか否かを判定する解凍判定手段とを含み、解凍判定手段によって還元剤が解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段によって還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、還元剤流路が正常であると判定されたときには、少なくともヒータ素子のいずれかが断線したものと判定することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、還元剤流路は、還元剤が貯留されるタンク、タンクから還元剤が送出される送出経路、送出経路を経た還元剤が流入するポンプ、ポンプから送出された還元剤をＮＯx触媒に供給する供給経路を含み、閉塞検出手段は、供給経路の出口近傍における還元剤の圧力を検出する圧力センサ、ポンプの駆動電流を検出する電流センサを含み、ヒータ素子は、送出経路及び供給経路にそれぞれ設けられた第１及び第２のヒータ素子を含み、内燃機関の運転時において、流路異常判定手段は、圧力センサで検出された還元剤の圧力が所定の圧力設定値以下であるとき、又は電流センサで検出されたポンプの駆動電流が所定の電流設定値以上であるときに、少なくとも送出経路又は供給経路のいずれか一方が閉塞していると判定し、流路異常判定手段によって少なくとも送出経路又は供給経路のいずれか一方が閉塞していると判定されたとき、断線検出手段はヒータ駆動回路を駆動させ、解凍判定手段は、ヒータ駆動回路を駆動させてから所定の時間経過後の圧力センサで検出され還元剤の圧力が上昇傾向を示さないとき、閉塞が解消されていないと判定すると共に、温度センサで検出された大気温度が温度設定値より大きいとき、還元剤がヒータ素子によらないで自然解凍したと判定し、断線検出手段は、解凍判定手段によって還元剤が自然解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段によって還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、還元剤流路が正常であると判定されたときには、少なくとも第１又は第２のヒータ素子のいずれか一方が断線したものと判定することを特徴としている。

更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、断線検出手段は、電流センサで検出されたポンプの駆動電流が電流設定値より大きな所定の過電流設定値より大きいときには第２のヒータ素子が断線していると判定することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項２又は３において、還元剤流路は、ポンプから送出された還元剤をタンクに帰還させる帰還経路を更に含むと共に、ヒータ素子は帰還経路に設けられた第３のヒータ素子を更に含み、内燃機関の停止時に、流路異常判定手段は、圧力センサで検出された還元剤の圧力が所定の第２圧力設定値より大きいとき、帰還経路が閉塞していると判定し、断線検出手段は、解凍判定手段によって還元剤が自然解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段によって還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、還元剤流路が正常であると判定されたときには、第３のヒータ素子が断線したものと判定することを特徴としている。

また、請求項５記載の発明では、請求項１から４のいずれかにおいて、ＮＯｘ触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒であって還元剤は尿素水溶液であることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、複数のヒータ素子の断線を検出する断線検出手段を備え、この断線検出手段は、流路異常判定手段によって還元剤流路の閉塞が検出されていると判定され、大気温度判定手段によって大気温度が所定の温度設定値以下と判定されたとき、還元剤が凍結していると推定し、該凍結していると推定される還元剤が解凍したか否かを判定する解凍判定手段を備えている。そして、この解凍判定手段によって還元剤が解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段において還元剤流路の閉塞が検出されるか否かを再び判定し、還元剤流路の閉塞が検出されなければ少なくともヒータ素子のいずれかが断線したものと判定する。これにより、還元剤流路の閉塞がヒータ素子の断線による還元剤の凍結に起因することを即座に検出可能となり、排気浄化装置の異常原因を迅速に特定できる。

また、請求項２記載の発明によれば、内燃機関の運転時において、流路異常判定手段は、供給経路の出口近傍における還元剤の圧力が所定の圧力設定値以下であるとき、又はポンプの駆動電流が所定の電流設定値以上であるときに、少なくとも送出経路又は供給経路のいずれか一方が閉塞していると判定する。また、解凍判定手段は、ヒータ駆動回路を駆動させてから所定の時間経過後の圧力センサで検出され還元剤の圧力が上昇傾向を示さないとき、閉塞が解消されていないと判定すると共に、大気温度が所定の温度設定値より大きいときに、凍還元剤がヒータ素子によらないで自然解凍したと判定する。

そして、この解凍判定手段によって還元剤が自然解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段において還元剤流路の閉塞が検出されるか否かを再び判定し、還元剤流路の閉塞が検出されなければ少なくとも第１又は第２のヒータ素子のいずれか一方が断線したものと判定する。これにより、少なくとも第１又は第２のヒータ素子のどちらかの断線によって還元剤流路の閉塞が生じていることが即座に検出され、排気浄化装置の異常箇所を迅速に特定できる。

更に、請求項３記載の発明によれば、断線検出手段は、電流センサで検出されたポンプの駆動電流が電流設定値より大きな所定の過電流設定値より大きいときには第２のヒータ素子が断線したものと判定する。これにより、第１又は第２のヒータ素子のうちのいずれが断線したかが即座に検出され、排気浄化装置の異常箇所を迅速に且つ確実に特定できる。

更にまた、請求項４記載の発明によれば、流路異常判定手段は、内燃機関が停止しているにも拘らず、供給経路の還元剤の圧力が所定の第２圧力設定値より大きいままで降下しないときに、帰還経路が閉塞していると判定する。そして、断線検出手段は、解凍判定手段によって還元剤が解凍したと判定されたとき、流路異常判定手段によって還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、還元剤流路が正常であると判定されたときには、第３のヒータ素子が断線したものと判定する。これにより、第３のヒータ素子が断線したことが即座に検出され、排気浄化装置の異常箇所を迅速に且つ更に確実に特定できる。

また、請求項５記載の発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒を用いた尿素供給手段、換言すると、ＳＣＲ触媒を用いた尿素ＳＣＲシステムにおいて上記構成を適用することにより、排気浄化装置におけるＯＢＤを好適に機能させることができる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１には一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図が示されており、当該エンジン２はコモンレール式のディーゼルエンジンである。このエンジン２には気筒毎に燃料インジェクタ４が備えられ、各インジェクタ４は燃料通路６を介してコモンレール８に接続されている。

また、エンジン２は、吸気マニホールドに接続された吸気通路１２を含むエンジン吸気系と、排気マニホールドに接続された排気通路１４を含むエンジン排気系とを有している。吸気通路１２の適宜位置には、過給機１６のコンプレッサ１７、インタークーラ２０及び吸気スロットル弁２２が順次介装されている。このスロットル弁２２の開度は、車室内等に設置されたＥＣＵ（コントローラ）１０の制御下で動作するアクチュエータ２４によって可変に調節されている。

一方、排気通路１４の適宜位置には、過給機１６のタービン１８、排気ブレーキ弁２６、排気浄化装置３０及び図示しないマフラが順次介装されている。上記排気ブレーキ弁２６の開度は、ＥＣＵ１０の制御下で動作するアクチュエータ２８によって可変に調節されている。また、上記コンプレッサ１７とタービン１８とは、図示しない連結シャフトによって同期回転可能に連結され、エンジン２の各気筒から排出された排気の流れによってタービン１８の回転力を発生させる。そして、このタービン１８の回転力によってコンプレッサ１７を回転させて吸気を加圧し、この吸気がエンジン２に向けて供給されている。更に、この加圧された吸気はインタークーラ２０で冷却される。

また、上記エンジン吸気系とエンジン排気系との間はＥＧＲ通路３２にて接続されており、このＥＧＲ通路３２を介して排気の一部が再還流ガスとして各気筒内に向けて供給されている。ＥＧＲ通路３２の適宜位置には、再還流ガスを冷却して各気筒内へのガス充填密度を高めるＥＧＲクーラ３４、このガスの各気筒内への供給及び供給を遮断するＥＧＲ弁３６が設けられている。このＥＧＲ弁３６の開度は、ＥＣＵ１０の制御下で動作するアクチュエータ３８によって可変に調節される。

ここで、上記排気浄化装置３０では、排気に含まれるＮＯｘやＰＭ（パティキュレートマター）を浄化する。詳しくは、本実施形態の排気浄化装置３０は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）４０と、その下流側に配されたＳＣＲ触媒４２とを有している。
ＤＰＦ４０では排気中のＰＭを捕捉する。具体的には、ＤＰＦ４０の内部には、排気の上流側と下流側とを連通させる複数個の通路が並設されており、これら各通路の上流側の開口部分と下流側の開口部分とが交互に閉鎖されている。そして、ＤＰＦ４０では排気の昇温によって捕捉したＰＭの焼却が行われる。

また、ＳＣＲ触媒４２はユリアを用いて排ガス中のＮＯｘを選択還元する。具体的には、当該排気浄化装置３０には、排気通路１４のＳＣＲ触媒４２の上流側に配置した噴射ノズル５０からＥＣＵ１０からの指令に応じてユリアを適宜噴射するＳＣＲシステム（還元剤供給手段）５２が設けられている。これにより、噴射されたユリアは加水分解されてＮＨ_３に変化し、排ガス中のＮＯｘがＳＣＲ触媒４２内にて該ＮＨ_３と結びついて水とＮ_２とに分解され、ＮＯｘの浄化が行われる。 詳しくは、図２のＳＣＲシステム５２の全体構成図に示されるように、ユリアはユリアタンク（タンク）５４に貯蔵されており、このタンク５４のユリアは、ユリアポンプ（ポンプ）５６で汲み上げられてユリアライン（還元剤流路）５８を経由し噴射ノズル５０に供給される。

ユリアライン５８は、タンク５４からユリアが送出される送出経路５８ａと、ポンプ５６から送出されたユリアをタンク５４に帰還させる帰還経路５８ｂと、ポンプ５６から送出されたユリアをノズル５０に供給する供給経路５８ｃとから構成されている。供給経路５８ｃのノズル５０近傍（出口近傍）には、ノズル５０から噴射されるユリアの温度を検出するユリア温度センサ６２、ユリアの圧力を検出するユリア圧力センサ（閉塞検出手段）６４が設置されている。

ポンプ５６は、ＥＣＵ１０内において可動接点５６ｂが閉接されると、ポンプ５６の駆動回路５６ａが閉成され、図２中の点線矢印方向にポンプ駆動電流が流れ、ポンプ５６が駆動されて、ユリアは送出経路５８ａから供給経路５８ｃに送出される。また、ポンプ５６の駆動電流はポンプ駆動電流センサ（電流センサ、閉塞検出手段）５６ｃで検出されている。更に、タンク５４には、タンク５４内のユリア温度を検出するタンク温度センサ６０が設置されている。

ところで、送出経路５８ａ、帰還経路５８ｂ、供給経路５８ｃには、それぞれユリアライン中のユリアの凍結を防止するヒータ６６ａ，６６ｂ，６６ｃが設置されている。
詳しくは、ヒータ６６ａ〜６６ｃは、同一のヒータ駆動回路６６で駆動され、各ヒータ６６ａ〜６６ｃのそれぞれの発熱体となるヒータ素子（第１のヒータ素子）Ａ、ヒータ素子（第２のヒータ素子）Ｂ、ヒータ素子（第３のヒータ素子）Ｃは、駆動回路６６において並列に配されるとともに、各経路５８ａ，５８ｂ，５８ｃにそれぞれ巻回されている。

また、この駆動回路６６にはリレー６６ｄが配され、ＥＣＵ１０内における可動接点６６ｅの閉接によって図２中の点線矢印方向に電流が流れることにより、リレー６６ｄのコイルが励磁されてリレー接点が閉接し、ＥＣＵ１０から駆動回路６６に図２中の一点鎖線矢印方向に駆動回路６６の駆動電流が流れ、ヒータ素子Ａ，Ｂ，Ｃが通電されて発熱する。すなわち、駆動回路６６は、ＥＣＵ１０からの指令に応じ、リレー６６ｄを介して間接的にオンオフ駆動される。

ここで、ＥＣＵ１０には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）及びタイマカウンタ等が備えられている。具体的には、ＥＣＵ１０は、エンジン制御部６８とヒータ制御部７０（断線検出手段、流路異常判定手段、大気温度判定手段、解凍判定手段）とを備え、エンジン制御部６８はエンジン２の気筒から排出されたＮＯｘ排出量、換言すれば、ＳＣＲ触媒４２の上流側に存在するＮＯｘ量を演算可能に構成されており、このＮＯｘ量に応じてＳＣＲ触媒４２に対するユリアの添加量制御を実施すべく、ポンプ駆動回路５６ａの可動接点５６ｂを開閉し、ノズル５０へ加圧されたユリアを供給する。

一方、ヒータ制御部７０には、上記した温度センサ６０，６２、圧力センサ６４、電流センサ５６ｂに加え、大気温度を検出する大気温度センサ（温度センサ）７２等が電気的に接続されている。ヒータ制御部７０は、これら各センサの信号やエンジン制御部６８からの指令に応じてヒータ駆動制御を実施すべく、ヒータ駆動回路６６の可動接点６６ｅを開閉し、ひいてはリレー６６ｄをオンオフ駆動させる。

そして、ヒータ制御部７０は上記各センサからの信号を利用してユリアライン５８の閉塞を検出することにより、ヒータ駆動回路６６におけるヒータ６６ａ〜６６ｃのヒータ素子Ａ〜Ｃの断線を検出可能に構成されている（断線検出手段）。
以下、図３から図５に示されるフローチャート、及び図６に示される表を参照してヒータ素子Ａ〜Ｃの断線検出制御について説明する。

先ず、図３にはヒータ素子Ａ又はＣの断線検出制御（以下、ＡｏｒＣ断線検出制御と称す）のフローチャートが示され、この制御ルーチンはＳ０（以下、Ｓはステップを表す）で開始（ＳＴＡＲＴ）された後、Ｓ１に移行する。なお、このＡｏｒＣ断線検出制御はエンジン２が運転中であって且つＥＣＵ１０が起動しているときに実施され、この場合にはタンク５４のユリアは送出経路５８ａから供給経路５８ｃに向けて供給されるため、ユリアライン５８の正常時にはポンプ５６の駆動圧により供給経路５８ｃにおいて圧力センサ６４で検出されるユリア圧力は上昇し、電流センサ５６ｃで検出されるポンプ電流は定常電流となる。

Ｓ１では、ユリアライン５８が異常か否かを判定する。具体的には、圧力センサ６４で検出されたユリア圧力Ｐｕがエンジン２の運転中における定常ユリア圧力となる所定の圧力設定値Ｐｓ以下であるか否か、又はポンプ駆動回路５６ａの電流センサ５６ｃで検出されたポンプ電流Ｉｐがポンプ５６の定常電流となる所定の電流設定値Ｉｓより大きいか否かを判定することにより、ユリアが流れる送出経路５８ａ又は供給経路５９ｃの閉塞を検出している。好ましくは、予め温度センサ６２で検出されたユリア温度Ｔｕに基づいてユリアの温度補正圧力値Ｐｃを算出し、圧力Ｐｕに代えて圧力値Ｐｃが圧力設定値Ｐｓ以下であるか否かを判定すると温度Ｔｕに応じて補正されたユリア圧力を判定条件に使用できる。

そして、判定結果が真（Ｙｅｓ）でＰｕ≦Ｐｓ、又はＩｐ＞Ｉｓが成立し、送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃが閉塞していると判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でＰｕ＞Ｐｓ、又はＩｐ≦Ｉｓが成立し、送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃが閉塞していないと判定された場合にはＳ１０に移行して本制御ルーチンを終了（ＥＮＤ）する（流路異常判定手段）。

Ｓ２に移行した場合には、温度センサ７２によって検出された大気温度Ｔａが所定の設定温度Ｔｓ以下であるか否かが判定される。設定温度Ｔｓは、例えば使用されるユリアの凍結温度となる値が用いられる。そして、判定結果が真（Ｙｅｓ）でＴａ≦Ｔｓが成立し、ユリアが凍結していると判定された場合にはＳ３に移行する。一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でＴａ＞Ｔｓが成立し、ユリアが凍結していないと判定された場合には、送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃの閉塞はユリアの凍結によらない不純物等の堆積による詰まりと判定され、Ｓ９に移行して“ＡｏｒＣ詰まり警告”を発報した後、Ｓ１０に移行して本制御ルーチンを終了する（大気温度判定手段）。

Ｓ３に移行した場合には、ヒータ駆動回路６６を駆動すべく可動接点６６ｄが閉接され、これよりヒータ６６ａ〜６６ｃが作動し、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、ユリアが解凍したか否かが判定される。具体的には、ヒータ駆動回路６６を駆動させてからユリアの解凍に要する所定の時間経過後にＰｕ＞Ｐｓが成立するか否かによるユリア圧力判定によってユリアの解凍が判定される。判定結果が真（Ｙｅｓ）でＰｕ＞Ｐｓが成立するときには、ユリアが解凍したと推定されて送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃの閉塞も解消したと判定され、Ｓ１０に移行して本制御ルーチンを終了する。

一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で依然としてＰｕ≦Ｐｓが成立するときには、ユリアが解凍していないと推定されて送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃの閉塞も解消していないと判定され、Ｓ５に移行して“ＡｏｒＣ詰まりｏｒ断線警告”が発報される（解凍判定手段）。
Ｓ５に移行した後、Ｓ６に移行し、再びユリアが解凍したか否かが判定される。この場合には、上記Ｓ４のユリア圧力Ｐｕによる解凍判定とは異なり、Ｔａ＞Ｔｓがユリアの自然解凍に要する所定の時間継続して成立するか否かによる大気温度判定によりユリアの自然解凍が判定される。判定結果が真（Ｙｅｓ）でＴａ＞Ｔｓが所定の時間継続して成立し、ユリアが自然解凍したと推定されるとＳ７に移行し、判別結果が偽（Ｎｏ）でＴａ＞Ｔｓが所定の時間継続して成立せず、未だユリアが自然解凍していないと推定されると再びＳ５に移行し、“ＡｏｒＣ詰まりｏｒ断線警告”が再び発報される（解凍判定手段）。

Ｓ７に移行した場合には、Ｓ１と同様にユリアライン５８が異常か否かを再び判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）でＰｕ≦Ｐｓ、又はＩｐ＞Ｉｓが成立し、ユリアが自然解凍していると推定されるにも拘らず、送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃが閉塞していると判定された場合にはＳ９に移行して“ＡｏｒＣ詰まり警告”が発報される。
一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でＰｕ＞Ｐｓ、又はＩｐ≦Ｉｓが成立し、送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃが閉塞していないと判定された場合には、ユリアが自然解凍したために送出経路５８ａ又は供給経路５８ｃの閉塞が解消したものと推定される。すなわち、上記Ｓ３において駆動されたヒータ６６ｃ又はヒータ６６ｃが機能していないと判定され、Ｓ８に移行して“ＡｏｒＣ断線警告”が発報される。そして、これらＳ８及びＳ９での発報が完了するとＳ１０に移行してＡｏｒＣ断線検出制御に係る制御ルーチンを終了する。

次に、図４及び図５にはヒータ素子Ｂの断線検出制御（以下、Ｂ断線検出制御と称す）のフローチャートが示され、この制御ルーチンはＳ００で開始（ＳＴＡＲＴ）された後、Ｓ１０に移行する。
Ｓ１０では、エンジン２が停止したか否かが判定される。ここで、ＥＣＵ１０内において、エンジン２の停止信号はエンジン制御部６８から送信されヒータ制御部７０で受信可能に構成され、エンジン２の始動信号も同様である。そして、判定結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン２が停止したと判定された場合にはＳ２０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でエンジン２が停止していないと判定された場合には再びＳ１０でエンジンの停止を継続して監視する。なお、このＢ断線検出制御の主たる判定はエンジン２の停止中に実施され、この場合にはポンプ５６も停止するため、ユリアライン５８の正常時には供給経路５８ｃにおけるユリアは帰還経路５８ｂからタンク５４に抜けて脱圧される。

Ｓ２０に移行した場合には、ユリアライン５８が異常か否かを判定する。具体的には、ＡｏｒＣ断線検出制御におけるＳ１、Ｓ７とは異なり、圧力センサ６４で検出されたユリア圧力Ｐｕが所定の第２圧力設定値Ｐｓ１より大きいか否かを判定し、供給経路５８ｃにおけるユリアの脱圧の有無を検出することにより帰還経路５８ｂの閉塞が検出される。なお、Ｐｓ１＝Ｐｓが成立しても良い。

そして、判定結果が真（Ｙｅｓ）でＰｕ＞Ｐｓ１が成立し、帰還経路５８ｂが閉塞していると判定された場合にはＳ３０に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）でＰｕ≦Ｐｓ１が成立し、帰還経路５８ｂが閉塞していないと判定された場合にはＳ１８０に移行して本制御ルーチンを終了（ＥＮＤ）する（流路異常判定手段）。
Ｓ３０に移行した場合には、ＡｏｒＣ断線検出制御のＳ２と同様にＴａ≦Ｔｓが成立するか否かが判定される。判定結果が真（Ｙｅｓ）でＴａ≦Ｔｓが成立し、ユリアが凍結していると判定された場合にはＳ４０に移行する。一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でＴａ＞Ｔｓが成立し、ユリアが凍結していないと判定された場合には、帰還経路５８ｂの閉塞は帰還経路５８ｂ中に不純物等が堆積した詰まりによるものと判定され、Ｓ１９０に移行してＥＣＵ１０の記憶装置に“Ｂ詰まり”のエラーコードが記憶された後、Ｓ２００に移行してＥＣＵ１０を停止する（大気温度判定手段）。

その後、Ｓ２１０に移行してエンジン２の始動に伴うＥＣＵ１０の起動を判定する。ここで判定結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン２が始動したと判定された場合にはＳ２２０に移行し、Ｓ２２０ではエラーコード“Ｂ詰まり”の読み出しが実施され、Ｓ２３０に移行して “Ｂ詰まり警告”を発報した後、Ｓ１８０に移行して本制御ルーチンを終了する。
一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でエンジン２が始動していないと判定された場合には再びＳ２１０でエンジンの始動を継続して監視する。

Ｓ４０に移行した場合には、ＥＣＵ１０の記憶装置に“Ｂ詰まりｏｒ断線”のエラーコードが記憶された後、Ｓ５０に移行してＥＣＵ１０を停止する。
Ｓ５０に移行した後、Ｓ６０に移行してエンジン２の始動に伴うＥＣＵ１０の起動を判定する。ここで判定結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン２が始動したと判定された場合にはＳ７０に移行し、エラーコード“Ｂ詰まりｏｒ断線”の読み出しが実施され、更にＳ８０に移行して “Ｂ詰まりｏｒ断線警告”が発報された後にＳ９０に移行する。

Ｓ９０では、ユリアが解凍したか否かが判定される。具体的には、ＡｏｒＣ断線検出制御のＳ６と同様に、Ｔａ＞Ｔｓがユリアの自然解凍に要する所定の時間継続して成立するか否かによる大気温度判定によりユリアの自然解凍が判定される。判定結果が真（Ｙｅｓ）でユリアが自然解凍したと推定されるとＳ１１０に移行し、一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でユリアが自然解凍していないと推定されるとＳ１００に移行する（解凍判定手段）。

Ｓ１１０及びＳ１００では、いずれも上記Ｓ１０と同様にエンジン２が停止されたか否かが判定される。Ｓ１００では、判定結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン２が停止したと判定された場合にはＳ４０に再び戻り、ＥＣＵ１０の記憶装置に“Ｂ詰まりｏｒ断線”のエラーコードが記憶された後にＳ５０に移行してＥＣＵ１０を停止する。一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でエンジン２が停止していないと判定された場合にはＳ９０で再びユリアの自然解凍を判定する。

また、Ｓ１１０では、判定結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン２が停止したと判定された場合には上記Ｓ２０と同様にユリアライン５８が異常か否かを判定する。判定結果が真（Ｙｅｓ）でＰｕ＞Ｐｓ１が成立し、帰還経路５８ｂが未だ閉塞していると判定された場合にはＳ１９０に移行し、一方、判定結果が偽（Ｎｏ）でＰｕ≦Ｐｓ１が成立し、帰還経路５８ｂが閉塞していないと判定された場合にはＳ１３０に移行する（流路異常判定手段）。

これらＳ１３０及びＳ１９０では、ＥＣＵ１０の記憶装置にそれぞれ“Ｂ断線”、“Ｂ詰まり”のエラーコードが記憶され、それぞれＳ１４０、Ｓ２００でＥＣＵ１０を停止する。
そして、Ｓ１４０、Ｓ２００からはそれぞれＳ１５０、Ｓ２１０に移行し、エンジン２の始動に伴うＥＣＵ１０の起動を判定する。ここで、判定結果が偽（Ｎｏ）でエンジン２が始動していないと判定された場合にはそれぞれＳ１５０、Ｓ２１０でエンジンの始動を継続して監視する。

一方、判定結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン２が始動したと判定された場合には、それぞれＳ１６０、Ｓ２２０に移行し、Ｓ１６０ではエラーコード“Ｂ断線”の読み出しが実施され、Ｓ２２０ではエラーコード“Ｂ詰まり”の読み出しが実施される。そして、それぞれＳ１７０、Ｓ２３０に移行して“Ｂ断線警告”、“Ｂ詰まり警告”を発報した後、ともにＳ１８０に移行してＢ断線検出制御に係る制御ルーチンを終了する。

以上について図６に示されるヒータ素子Ａ，Ｂ，Ｃの断線パターンに対する判定条件を示す表を参照して纏めると、ＡｏｒＣ断線検出制御では、エンジン２の作動時にユリア圧力Ｐｕの低下を検出することにより、ユリアライン５８の閉塞、ひいてはヒータ素子Ａ又はヒータ素子Ｃの断線を検出する。
一方、Ｂ断線検出制御では、エンジン２の停止時にユリア圧力Ｐｕが降下しないことを検出することにより、ユリアライン５８の閉塞、ひいてはヒータ素子Ｃの断線を検出する。

ここで、ＡｏｒＣ断線検出制御において、ポンプ駆動電流Ｉｐが上記電流設定値Ｉｓより大きな所定の過大電流設定値ＩｓＬよりも大きいとき、すなわちＩｐ＞ＩｓＬ＞Ｉｓが成立するときには、ユリアライン５８の閉塞が供給経路５８ｃで生じていると判定することができる。
詳しくは、閉塞が送出経路５８ａで生じている場合には、ポンプ５６にはタンク５４からのユリアが供給されず、ポンプ５６は空引き状態を呈し、その吸入側は真空に近づき、ポンプ５６には高負荷がかかる。

一方、閉塞が供給経路５８ｃで生じている場合には、供給経路５８ｃはポンプ５６から吐出されるユリアの吐出圧によって高圧となり、ポンプ５６の図示しないインペラーを逆回転方向に作用する力が生じ、いわゆるリバース状態を呈し、ポンプ５６には高負荷がかかる。そして、一般的には、ポンプ５６の空引き状態よりリバース状態の方がポンプ５６の駆動回路５６ａを流れる過電流は過大となることから、上記過大電流設定値ＩｓＬを設定することにより、閉塞の発生場所を送出経路５８ａか供給経路５８ｃかを区別可能となり、ひいてはヒータ素子Ａが断線したか、ヒータ素子Ｃが断線したかの判定も可能となる。

なお、好ましくは、これら判定に係る判定時間は所定のしきい値が設定され、判定条件がしきい値以上継続して成立しない限り判定しないのが良い。また、判定条件として、他の条件、例えば温度センサ６０，６２で検出されるユリア温度が正常であって、且つノズル５０やタンク５４の図示しないヒータなどが正常に機能していることを前提条件とするのが好ましい。

以上のように、本実施形態のＳＣＲシステム５２では、ＡｏｒＣ断線検出制御及びＢ断線検出制御を実施することにより、ユリアライン５８の閉塞がヒータ素子Ａ〜Ｃの断線によるユリアの凍結に起因するか、ユリアライン５８中の堆積物によるものかを即座に検出できる。
エンジン２の運転中においては、ＡｏｒＣ断線検出制御を実施することにより、少なくともヒータ素子Ａ又はヒータ素子Ｃのどちらかが断線していることが即座に検出され、更には、Ｉｐ＞ＩｓＬ＞Ｉｓが成立するときには、ヒータ素子Ｃが断線したことを特定できる。

一方、エンジン２が停止中においては、Ｂ断線検出制御を実施することにより、ヒータ素子Ｂが断線したことが特定できる。
このように、ＳＣＲシステム５２において上記断線検出制御を実施することにより、ヒータ素子の断線によって生じるユリアの凍結とユリア凍結以外に起因するユリアライン５８の詰まりとを区別でき、しかも、ヒータ素子の断線、又は詰まりが発生している部位を迅速に且つ確実に特定することができるため、選択還元型ＮＯｘ触媒を用いた尿素供給手段、換言すると、ＳＣＲ触媒４２を用いたＳＣＲシステム５２において排気浄化装置３０におけるＯＢＤを好適に機能させることができる。

以上により、ＥＣＵ１０においてリレー６６ｄを介したヒータ素子の断線検出が可能となる。また、電流を直接検出できるシステムに対しても、本手法によって断線箇所の特定が可能となるため、異常内容を記憶保持する間接的な手段が要求されるＯＢＤ等に対応できる。
更に、リレー６６ｄを介することにより、ＥＣＵ１０や各ヒータ６６ａ〜６６ｃの仕様が変更された場合でも、ＳＣＲシステム５２にそのまま使用可能となるため、仕様変更や改造に対して柔軟に対応できるために長期的なコスト削減をも実現できる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、還元剤にユリアを使用しているが、これに限定されず、還元剤に例えば直接アンモニアを使用しても或いは他の還元剤を使用しても上記と同様にＳＣＲシステム５２において排気浄化装置３０におけるＯＢＤを好適に機能させることができる。

本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。 図１のＳＣＲシステムを示す全体構成図である。 ＥＣＵが実行するヒータＡ又はヒータＣの断線検出制御ルーチンを示すフローチャートである。 ＥＣＵが実行するヒータＢの断線検出制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。 図４に続くヒータＢの断線検出制御ルーチンを示すフローチャートの残部である。 ヒータ素子Ａ〜Ｃの断線パターンに対する判定条件を示す表である。

符号の説明

２ エンジン（内燃機関）
３０ 排気浄化装置
４２ ＳＣＲ触媒（ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒）
５２ ＳＣＲシステム（還元剤供給手段）
５４ ユリアタンク（タンク）
５６ ユリアポンプ（ポンプ）
５６ｃ ポンプ駆動電流センサ（電流センサ、閉塞検出手段）
５８ ユリアライン（還元剤流路）
５８ａ 送出経路
５８ｂ 帰還経路
５８ｃ 供給経路
６４ ユリア圧力センサ（圧力センサ、閉塞検出手段）
６６ ヒータ駆動回路
７０ ヒータ制御部（断線検出手段）
７２ 大気温度センサ（温度センサ）
Ａ ヒータ素子（第１のヒータ素子）
Ｂ ヒータ素子（第２のヒータ素子）
Ｃ ヒータ素子（第３のヒータ素子）

Claims (5)

1. 還元剤を供給することによって内燃機関の排気中のＮＯxを還元するＮＯx触媒を有する排気浄化装置であって、
   前記還元剤が流れる還元剤流路を有し、前記内燃機関の運転状態に応じて前記ＮＯx触媒に前記還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記還元剤流路に設けられ、該還元剤流路における前記還元剤の閉塞を検出する閉塞検出手段と、
   前記還元剤流路に設けられ、前記還元剤の凍結を防止する複数のヒータ素子を有するヒータ駆動回路と、
   大気温度を検出する温度センサと、
   前記ヒータ素子の断線を検出する断線検出手段とを具備し、
   前記断線検出手段は、
   前記閉塞検出手段によって前記還元剤流路の閉塞が検出されたとき、前記還元剤流路が異常であると判定する流路異常判定手段と、
   前記流路異常判定手段によって前記還元剤流路が異常であると判定されたとき、前記温度センサで検出された大気温度が所定の温度設定値以下か否かを判定する大気温度判定手段と、
   前記大気温度判定手段によって前記大気温度が前記温度設定値以下と判定されたとき、前記還元剤が凍結していると推定し、該凍結していると推定される還元剤が解凍したか否かを判定する解凍判定手段とを含み、
   前記解凍判定手段によって前記還元剤が解凍したと判定されたとき、前記流路異常判定手段によって前記還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、前記還元剤流路が正常であると判定されたときには、少なくとも前記ヒータ素子のいずれかが断線したものと判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記還元剤流路は、前記還元剤が貯留されるタンク、該タンクから還元剤が送出される送出経路、該送出経路を経た還元剤が流入するポンプ、該ポンプから送出された還元剤を前記ＮＯx触媒に供給する供給経路を含み、
   前記閉塞検出手段は、前記供給経路の出口近傍における還元剤の圧力を検出する圧力センサ、前記ポンプの駆動電流を検出する電流センサを含み、
   前記ヒータ素子は、前記送出経路及び前記供給経路にそれぞれ設けられた第１及び第２のヒータ素子を含み、
   前記内燃機関の運転時において、
   前記流路異常判定手段は、前記圧力センサで検出された還元剤の圧力が所定の圧力設定値以下であるとき、又は前記電流センサで検出された前記ポンプの駆動電流が所定の電流設定値より大きいときに、少なくとも前記送出経路又は前記供給経路のいずれか一方が閉塞していると判定し、
   前記流路異常判定手段によって少なくとも前記送出経路又は前記供給経路のいずれか一方が閉塞していると判定されたとき、前記断線検出手段は前記ヒータ駆動回路を駆動させ、
   前記解凍判定手段は、前記ヒータ駆動回路を駆動させてから所定の時間経過後の前記圧力センサで検出され還元剤の圧力が上昇傾向を示さないとき、前記閉塞が解消されていないと判定すると共に、前記温度センサで検出された大気温度が前記温度設定値より大きいとき、還元剤が前記ヒータ素子によらないで自然解凍したと判定し、
   前記断線検出手段は、前記解凍判定手段によって前記還元剤が自然解凍したと判定されたとき、前記流路異常判定手段によって前記還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、前記還元剤流路が正常であると判定されたときには、少なくとも前記第１又は第２のヒータ素子のいずれか一方が断線したものと判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記断線検出手段は、前記電流センサで検出された前記ポンプの駆動電流が前記電流設定値より大きい所定の過電流設定値より大きくなるときには、前記第２のヒータ素子が断線していると判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記還元剤流路は、前記ポンプから送出された還元剤を前記タンクに帰還させる帰還経路を更に含むと共に、前記ヒータ素子は、前記帰還経路に設けられた第３のヒータ素子を更に含み、
   前記内燃機関の停止時において、
   前記流路異常判定手段は、前記圧力センサで検出された還元剤の圧力が所定の第２圧力設定値より大きいとき、前記帰還経路が閉塞していると判定し、
   前記断線検出手段は、前記解凍判定手段によって前記還元剤が自然解凍したと判定されたとき、前記流路異常判定手段によって前記還元剤流路が異常であるか否かを再び判定し、前記還元剤流路が正常であると判定されたときには、前記第３のヒータ素子が断線したものと判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記ＮＯｘ触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒であって前記還元剤は尿素水溶液であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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