JP2014134117A - 尿素水添加装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】尿素水の濃度に応じて尿素水の凍結を判定する温度が融点に追従し、ＮＯｘの浄化性能の低下および無用な電力の投入を招かない尿素水添加装置の制御装置を提供する。
【解決手段】ヒータ制御部４４は、凍結判定温度Ｄｔを基準として、ヒータ３３への通電を実行または停止する。凍結判定温度Ｄｔは、尿素水の濃度に応じて追従する。そのため、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は、濃度に関わらず、確実に融解する。これにより、尿素水は、濃度に関わらず、インジェクタ２０へ確実に供給される。したがって、ＮＯｘの浄化性能の低下を抑えることができるとともに、無用な電力の投入も低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化するために排気へ尿素水を添加する尿素水添加装置を制御する制御装置に関する。

従来、内燃機関の排気を浄化する後処理として尿素を用いた尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。尿素ＳＣＲシステムでは、排気に尿素の水溶液である尿素水を添加することにより、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。この尿素ＳＣＲシステムに用いる尿素水は、気温が低下すると凍結する。尿素水が凍結すると、内燃機関の運転時に排気へ尿素水を添加することができず、ＮＯｘの浄化が不十分になる。そこで、尿素水タンクを加熱して、凍結した尿素水を解凍することが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１の場合、温度センサを用いて尿素水タンクに貯えられている尿素水の温度が融解温度以下であると判断されたとき、尿素水タンクを加熱して尿素水を解凍している。しかしながら、尿素水が融解する温度すなわち融点は、尿素水の濃度によって変化する。具体的には、尿素水は、濃度が３２．５質量％のとき、融点が−１１℃と最も低くなり、この濃度よりも薄くまたは濃くなるほど、融点が上昇する。そのため、尿素水が解凍したか否かを判定する温度を一律に設定すると、尿素水の濃度によって、尿素水の解凍が不十分となりＮＯｘの浄化性能が低下したり、尿素水の解凍後も加熱が継続され電力の消費量が増大するという問題がある。

特開２００５−３１５２０６号公報

そこで、本発明の目的は、尿素水の濃度に応じて尿素水の凍結を判定する温度が融点に追従し、ＮＯｘの浄化性能の低下および無用な電力の投入を招かない尿素水添加装置の制御装置を提供することにある。

請求項１記載の尿素水添加装置の制御装置によると、温度設定手段は、融点推定手段で推定した融点を尿素水が凍結している融解しているかを判断する凍結判定温度と設定している。そして、この融点推定手段は、濃度検出手段で検出した尿素水の濃度から尿素水の融点を推定している。すなわち、温度設定手段は、濃度検出手段で検出した尿素水の濃度に基づいて推定した尿素水の融点から尿素水の凍結を判断する基準となる凍結判定温度を設定する。また、判断手段は、温度設定手段で設定された凍結判定温度を用いて、尿素水が凍結しているか否かを判断する。これにより、尿素水タンクに貯えられている尿素水が凍結しているか否かは、尿素水の濃度に応じて判断される。したがって、尿素水の凍結を判断する凍結判定温度を尿素水の濃度に追従させることができ、ＮＯｘの浄化性能の低下を抑えることができるとともに、無用な電力の投入を低減することができる。

第１実施形態による制御装置を示すブロック図 第１実施形態による制御装置を適用した排気浄化装置を示す模式図 尿素水の濃度と融点との関係を示す概略図 尿素水の濃度と融点との関係のテーブルを示す概略図 第１実施形態による制御装置における処理の流れを示す概略図 第１実施形態の制御装置による尿素水の温度変化を示す概略図 従来の制御装置による尿素水の温度変化を示す概略図 従来の制御装置による尿素水の温度変化を示す概略図 第２実施形態による制御装置における処理の流れを示す概略図 第２実施形態による制御装置における処理の流れを示す概略図 第２実施形態による制御装置における処理の流れを示す概略図 第３実施形態による制御装置における処理の流れを示す概略図 第４実施形態による制御装置を示すブロック図 第４実施形態による制御装置における処理の流れを示す概略図

以下、複数の実施形態による尿素水添加装置の制御装置を適用した排気浄化装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図２に示す排気浄化装置１０は、例えば車両に搭載されている内燃機関１１から排出される排気に尿素水を添加し、排気に含まれるＮＯｘを還元するＳＣＲシステムを構成している。内燃機関１１から排出される排気は、排気管部材１２が形成する排気通路１３を経由して大気に放出される。内燃機関１１は、例えばディーゼルエンジンである。なお、排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンやガスタービンエンジンなどに適用してもよい。また、排気浄化装置１０は、車載の内燃機関１１に限らず、例えば発電ユニットなどの据置型の内燃機関１１に適用してもよい。

排気浄化装置１０は、尿素水タンク１４、尿素水ポンプ１５、尿素水配管部１６および還元触媒１７を備えている。尿素水タンク１４は、尿素の水溶液を貯えている。尿素水ポンプ１５は、尿素水タンク１４に収容されている。尿素水配管部１６は、尿素水通路１８を形成している。還元触媒１７は、排気管部材１２が形成する排気通路１３に設けられている。
排気浄化装置１０は、上記に加えて尿素水噴射弁としてのインジェクタ２０を備えている。尿素水配管部１６は、尿素水ポンプ１５と反対側の端部がインジェクタ２０に接続している。尿素水ポンプ１５から吐出された尿素水は、尿素水通路１８を経由してインジェクタ２０に供給される。インジェクタ２０は、排気管部材１２に設けられている。インジェクタ２０は、この排気管部材１２を貫いて、先端が排気通路１３に露出している。インジェクタ２０に供給された尿素水は、排気通路１３を流れる排気へ噴射される。内燃機関１１から排出された排気とインジェクタ２０から噴射された尿素水とは、排気通路１３において混合され、還元触媒１７へ流入する。排気に含まれるＮＯｘは、還元触媒１７において尿素水に含まれる尿素と反応することにより還元される。

尿素水添加装置３０は、上述の排気浄化装置１０を構成する尿素水タンク１４を備えている。また、尿素水添加装置３０は、制御装置としての制御ユニット３１によって制御される。尿素水添加装置３０は、尿素水タンク１４に加え、濃度検出手段としての濃度センサ３２、ヒータ３３および温度センサ３４を備えている。制御ユニット３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成され、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムによって尿素水添加装置３０を制御する。制御ユニット３１は、濃度センサ３２、ヒータ３３および温度センサ３４と接続している。制御ユニット３１は、コンピュータプログラムを実行することにより、図１に示すように融点推定部４１、温度設定部４２、判断部４３およびヒータ制御部４４をソフトウェア的に実現している。なお、融点推定部４１、温度設定部４２、判断部４３およびヒータ制御部４４は、ハードウェアによって実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実現してもよい。

濃度センサ３２、ヒータ３３および温度センサ３４は、いずれも尿素水タンク１４に設けられている。濃度センサ３２は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の濃度を検出する。濃度センサ３２は、検出した尿素水の濃度を電気信号として制御ユニット３１へ出力する。ヒータ３３は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水を加熱する。温度センサ３４は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の温度を検出する。温度センサ３４は、検出した尿素水の温度を電気信号として制御ユニット３１へ出力する。また、制御ユニット３１は、記憶部４５に接続している。記憶部４５は、例えば不揮発性メモリなどで構成されており、各種センサで取得したデータなどを記憶する。記憶部４５は、制御ユニット３１のＲＯＭやＲＡＭと共用してもよい。

融点推定部４１は、尿素水の融点を推定する。具体的には、融点推定部４１は、濃度センサ３２で検出した尿素水の濃度に基づいて、尿素水の融点、すなわち凍結した尿素水が融解する温度を推定する。尿素水の融点は、図３に示すように尿素水の濃度に応じて変化する。尿素水の場合、濃度が濃くなるにつれて融点が低下し、濃度が３２．５（質量％）のとき最も低い−１１℃となる。そして、濃度が３２．５（質量％）を超えると、濃度が濃くなるとともに融点は上昇する。記憶部４５は、図４に示すような尿素水の濃度と融点との関係を示すテーブルを記憶している。融点推定部４１は、濃度センサ３２で検出した尿素水の濃度から図４に示すテーブルを用いて尿素水の融点を推定する。なお、記憶部４５は、尿素水の濃度と融点との関係を関数として記憶してもよい。

温度設定部４２は、融点推定部４１で推定した尿素水の融点を凍結判定温度Ｄｔに設定する。凍結判定温度Ｄｔは、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか、融解しているかを判断するためのものである。判断部４３は、温度設定部４２で設定した凍結判定温度Ｄｔに基づいて尿素水が凍結しているか否かを判断する。すなわち、判断部４３は、温度センサ３４で検出した尿素水の温度と、設定した凍結判定温度Ｄｔとを比較することにより、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか否かを判断する。

ヒータ制御部４４は、ヒータ３３への通電を制御する。ヒータ制御部４４は、温度センサ３４で検出した尿素水の温度が温度設定部４２で設定した凍結判定温度Ｄｔ未満であるか否かに基づいて、ヒータ３３への通電を制御する。ヒータ制御部４４は、尿素水の温度が凍結判定温度Ｄｔ未満であるとき、ヒータ３３へ通電する。これにより、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は、その温度が凍結判定温度Ｄｔ未満であれば、ヒータ３３によって加熱される。一方、ヒータ制御部４４は、尿素水の温度が凍結判定温度Ｄｔ以上のとき、ヒータ３３への通電を停止する。これにより、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は、その温度が凍結判定温度Ｄｔ以上のとき、ヒータ３３によって加熱されない。

以下、第１実施形態による制御ユニット３１の処理の流れを説明する。
制御ユニット３１は、内燃機関１１の運転中において所定の時期になると、図５に示す処理を実行する。制御ユニット３１は、例えば１０ｍｓごとに処理を実行する。処理が開始されると、融点推定部４１は、尿素水の温度Ｔｕを取得する（Ｓ１０１）。融点推定部４１は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の温度Ｔｕを温度センサ３４から取得する。また、融点推定部４１は、尿素水の温度Ｔｕだけでなく、尿素水の濃度Ｃｕを取得する（Ｓ１０２）。融点推定部４１は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の濃度Ｃｕを濃度センサ３２から取得する。

融点推定部４１は、Ｓ１０２で取得した尿素水の濃度Ｃｕに基づいて、尿素水の融点Ｔｆを推定する（Ｓ１０３）。融点推定部４１は、尿素水の濃度Ｃｕから例えば図４に示すようなテーブルを用いて尿素水の融点Ｔｆを推定する。これとともに、温度設定部４２は、Ｓ１０３において融点推定部４１が推定した尿素水の融点Ｔｆを、凍結判定温度Ｄｔに設定する（Ｓ１０４）。この凍結判定温度Ｄｔは、上述の通り、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか融解しているかを判断するための値である。

凍結判定温度Ｄｔが設定されると、判断部４３は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか否か、すなわちＴｕ＜Ｄｔであるかを判断する（Ｓ１０５）。具体的には、判断部４３は、Ｓ１０１で取得した尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ未満であるか否かを判断する。

尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ未満であるとき、すなわちＴｕ＜Ｄｔのとき（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は凍結していると考えられる。そこで、ヒータ制御部４４は、判断部４３においてＴｕ＜Ｄｔと判断されると、ヒータ３３へ通電する（Ｓ１０６）。これにより、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は、ヒータ３３によって加熱される。その結果、凍結している尿素水は、ヒータ３３の加熱によって融解する。

一方、尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ以上であるとき、すなわちＴｕ≧Ｄｔのとき（Ｓ１０５：Ｎｏ）、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は融解していると考えられる。そこで、ヒータ制御部４４は、判断部４３においてＴｕ≧Ｄｔと判断されると、ヒータ３３への通電を停止する（Ｓ１０７）。これにより、ヒータ３３への無用な電力の投入は低減される。

以上の手順によって、外気温が低く尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているとき、すなわち尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ未満のとき、尿素水はヒータ３３によって加熱され、解凍が促される。ヒータ３３への通電によって尿素水が加熱されると、尿素水の温度Ｔｕは上昇し、凍結判定温度Ｄｔ以上となる。このように、尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度以上になると、ヒータ３３への通電は停止される。

上述の第１実施形態の場合、ヒータ制御部４４は、図６に示すように凍結判定温度Ｄｔを基準として、ヒータ３３への通電を実行または停止する。そのため、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が融解するまでヒータ３３への通電は継続され、尿素水が融解するとヒータ３３への通電は停止される。このように、第１実施形態では、尿素水の濃度に応じた凍結判定温度Ｄｔを設定するため、尿素水の濃度に関わらず、尿素水が融解するまでヒータ３３へ通電することができる。これに対し、尿素水の濃度が３２．５質量％のときの融解温度である−１１℃を基準としてヒータ３３を制御する従来例の場合、図７に示すように尿素水の温度が−１１℃に到達すると、ヒータ３３への通電は停止される。そのため、尿素水の濃度が３２．５質量％から乖離し、尿素水の融解温度が−１１℃よりも高くなると、濃度に応じた融解温度すなわち凍結判定温度Ｄｔに達する前にヒータ３３への通電は停止される。その結果、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は凍結したままであるにも関わらず、ヒータ３３への通電が停止されることになる。

一方、尿素水の濃度が変化することを見越して、ヒータ３３への通電を停止する温度すなわち凍結判定温度Ｄｔを−１１℃よりも高く設定した場合について検証する。従来例の場合、ヒータ３３への通電は、図８に示すように尿素水の温度が−１１℃を超える凍結判定温度Ｄｔまで継続される。そのため、尿素水の濃度が理想的な３２．５質量％のとき、尿素水は融解しているにも関わらずヒータ３３への通電が継続され、無用な電力が消費される。これに対し、第１実施形態では、尿素水の濃度に応じた凍結判定温度Ｄｔを設定するため、尿素水の濃度に関わらず、尿素水が融解するとヒータ３３への通電を停止することができる。

以上説明したように、第１実施形態では、尿素水の凍結を判断する凍結判定温度Ｄｔは尿素水の濃度に応じて追従する。そのため、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水は、濃度に関わらず、確実に融解する。これにより、尿素水は、濃度に関わらず、インジェクタ２０へ確実に供給される。したがって、ＮＯｘの浄化性能の低下を抑えることができるとともに、無用な電力の投入も低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による制御ユニット３１による処理を図９〜図１１に基づいて説明する。
第２実施形態による制御ユニット３１は、その構成が第１実施形態と共通し、処理の流れが第１実施形態と相違する。第２実施形態の場合、制御ユニット３１を構成するＲＡＭは特許請求の範囲の一時記憶手段に相当し、不揮発性メモリで構成されている記憶部４５は不揮発性記憶手段に相当する。制御ユニット３１のＲＡＭは、濃度センサ３２で取得した尿素水の濃度を一時的に記憶する。これに対し、記憶部４５は、ＲＡＭに記憶されている尿素水の濃度を取得して不揮発的に保持する。

（電源オフ時の処理）
制御ユニット３１は、図示しないバッテリなどの電源から電力が供給されている。尿素水添加装置３０を車両に搭載する場合、制御ユニット３１は、例えば車両のイグニッションスイッチなどのスイッチをオンまたはオフすることにより、電源と接続または遮断される。図９に示すように制御ユニット３１は、電源からの電力の供給が停止されたか、すなわち電源がオフになったか否かを判断する（Ｓ２０１）。制御ユニット３１は、電源から制御ユニット３１への電力の供給が遮断されると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、制御ユニット３１のＲＡＭに記憶していた尿素水の濃度Ｃｕｘを記憶部４５へ保存する（Ｓ２０２）。すなわち、記憶部４５は、制御ユニット３１がオフされると、ＲＡＭに記憶されている尿素水の濃度Ｃｕｘを取得して不揮発的に保存する。制御ユニット３１へ電力が供給されているとき、制御ユニット３１は定期的に尿素水の濃度Ｃｕを取得する。そして、取得した尿素水の濃度Ｃｕは、取得するごとに更新された濃度ＣｕｘとしてＲＡＭに一時的に保存される。したがって、ＲＡＭに一時的に記憶されている尿素水の濃度Ｃｕｘは最新の濃度である。これにより、記憶部４５に保存される尿素水の濃度Ｃｕｘは、制御ユニット３１への電力の供給が遮断される直前に取得した尿素水の濃度に対応する。

（電源オン時の処理）
一方、制御ユニット３１は、電源から電力の供給が開始されると、記憶部４５に保存されている尿素水の濃度Ｃｕｘを取得してＲＡＭに保存する。図１０に示すように制御ユニット３１は、電源からの電力の供給が開始されたか、すなわち電源がオンになったか否かを判断する（Ｓ３０１）。制御ユニット３１は、電源から制御ユニット３１へ電力が供給されると（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、電源が遮断される直前に取得され記憶部４５に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘを記憶部４５から取得する（Ｓ３０２）。そして、制御ユニット３１は、この記憶部４５に保存されていた尿素水の濃度Ｃｕｘを用いて凍結判定温度Ｄｔを設定する。

次に、第２実施形態による制御ユニット３１の処理の流れを説明する。
制御ユニット３１は、内燃機関１１の運転中に第１実施形態と同様に図１１に示す処理を定期的に実行する。第１実施形態と共通の処理は詳細な説明を省略する。処理が開始されると、融点推定部４１は、尿素水の温度Ｔｕを取得する（Ｓ４０１）。また、融点推定部４１は、尿素水の濃度Ｃｕｘを取得する（Ｓ４０２）。ここで、第２実施形態の場合、融点推定部４１は、図１０に示す処理により制御ユニット３１の電源がオンされたときに記憶部４５から読み出された尿素水の濃度Ｃｕｘを取得する。

融点推定部４１は、Ｓ４０２で記憶部４５から取得した尿素水の濃度Ｃｕｘに基づいて、尿素水の融点Ｔｆｘを推定する（Ｓ４０３）。これとともに、温度設定部４２は、Ｓ４０３において融点推定部４１が推定した尿素水の融点Ｔｆｘを、凍結判定温度Ｄｔに設定する（Ｓ４０４）。尿素水が凍結しているとき、濃度センサ３２が十分に活性化しておらず、正確な尿素水の濃度Ｃｕの取得が難しい場合がある。そこで、第２実施形態では、濃度センサ３２による尿素水の濃度Ｃｕの取得に代えて、制御ユニット３１の電源がオンされる直前に保存された、すなわち前回の電源のオフ時に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘを取得し、この濃度Ｃｕｘに基づいて尿素水の融点Ｔｆｘを推定する。これにより、濃度センサ３２が十分に機能しているか否かに関わらず、尿素水の濃度Ｃｕｘ、およびこれに基づく凍結判定温度Ｄｔが設定される。

凍結判断温度Ｄｔが設定されると、判断部４３は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか否か、すなわちＴｕ＜Ｄｔであるかを判断する（Ｓ４０５）。尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ未満であるとき、すなわちＴｕ＜Ｄｔのとき（Ｓ４０５：Ｙｅｓ）、ヒータ制御部４４はヒータ３３へ通電する（Ｓ４０６）。一方、尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ以上であるとき、すなわちＴｕ≧Ｄｔのとき（Ｓ４０５：Ｎｏ）、ヒータ制御部４４はヒータ３３への通電を停止する（Ｓ４０７）。

第２実施形態では、凍結判定温度Ｄｔを設定するために記憶部４５に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘを用いている。制御ユニット３１の電源がオフされるごとに、電源がオフされる直前の尿素水の濃度Ｃｕｘは記憶部４５に保存される。そして、制御ユニット３１の電源がオンされると、記憶部４５に保存されている尿素水の濃度Ｃｕｘが読み出される。すなわち、記憶部４５には、前回の内燃機関１１の運転が停止される直前に取得された尿素水の濃度Ｃｕｘが保存される。そのため、尿素水タンク１４において尿素水が凍結し、濃度センサ３２の活性が不十分であっても、融点推定部４１および温度設定部４２は、記憶部４５に保存されている尿素水の濃度Ｃｕｘを用いることにより、尿素水の融点Ｔｆｘを推定し、凍結判定温度Ｄｔを設定する。したがって、尿素水の凍結によって正確な尿素水の濃度の取得が難しいときでも、凍結判定温度Ｄｔを尿素水の濃度に応じて追従させることができる。これにより、尿素水の不十分な融解によるインジェクタ２０への供給不良、および無用な電力の投入を低減することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による尿素水添加装置による処理を図１２に基づいて説明する。
第３実施形態は、第２実施形態による処理の変形である。そのため、第３実施形態の場合、制御ユニット３１は、図９および図１０に示す尿素水の濃度Ｃｕの保存および読み出し処理も実行する。

制御ユニット３１は、図１２に示す処理を定期的に実行する。処理が開始されると、融点推定部４１は、尿素水の温度Ｔｕを取得する（Ｓ５０１）。また、融点推定部４１は、尿素水の濃度Ｃｕも取得する（Ｓ５０２）。ここで、融点推定部４１が取得する尿素水の濃度Ｃｕは、濃度センサ３２で取得する尿素水の濃度である。融点推定部４１は、Ｓ５０２で取得した尿素水の濃度Ｃｕに基づいて、尿素水の融点Ｔｆを推定する（Ｓ５０３）。ところで、上述のように尿素水が凍結し、濃度センサ３２が活性化していない場合、Ｓ５０２において正確な尿素水の濃度Ｃｕを取得することはできない。そのため、Ｓ５０２において尿素水の濃度Ｃｕが取得できないとき、Ｓ５０２およびＳ５０３の処理はスキップされる。

次に、融点推定部４１は、尿素水の濃度Ｃｕｘを取得する（Ｓ５０４）。第３実施形態の場合、融点推定部４１は、Ｓ５０２において濃度センサ３２から尿素水の濃度を取得するだけでなく、記憶部４５から読み出された尿素水の濃度Ｃｕｘも取得する。融点推定部４１は、Ｓ５０４で記憶部４５から取得した尿素水の濃度Ｃｕｘに基づいて、尿素水の融点Ｔｆｘを推定する（Ｓ５０５）。

温度設定部４２は、Ｓ５０３で推定した尿素水の融点ＴｆとＳ５０５で推定した尿素水の融点Ｔｆｘとを比較し、Ｔｆ＞Ｔｆｘであるか否かを判断する（Ｓ５０６）。すなわち、濃度センサ３２で検出した尿素水の濃度Ｃｕに基づいて推定した融点Ｔｆは、記憶部４５に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘに基づいて推定した融点Ｔｆｘよりも高いか否かを判断する。温度設定部４２は、融点Ｔｆが融点Ｔｆｘよりも高いと判断すると（Ｓ５０６：Ｙｅｓ）、Ｓ５０２で実測した尿素水の濃度Ｃｕに基づく融点Ｔｆを凍結判定温度Ｄｔに設定する（Ｓ５０７）。一方、温度設定部４２は、融点Ｔｆが融点Ｔｆｘ以下であると判断すると（Ｓ５０６：Ｎｏ）、記憶部４５に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘに基づく融点Ｔｆｘを凍結判定温度Ｄｔに設定する（Ｓ５０８）。このように、温度設定部４２は、融点Ｔｆと融点Ｔｆｘとが異なるとき、より高い温度を凍結判定温度Ｄｔに設定する。

凍結判定温度Ｄｔが設定されると、判断部４３は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか否か、すなわちＴｕ＜Ｄｔであるかを判断する（Ｓ５０９）。尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ未満であるとき、すなわちＴｕ＜Ｄｔのとき（Ｓ５０９：Ｙｅｓ）、ヒータ制御部４４はヒータ３３へ通電する（Ｓ５１０）。一方、尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ以上であるとき、すなわちＴｕ≧Ｄｔのとき（Ｓ５０９：Ｎｏ）、ヒータ制御部４４はヒータ３３への通電を停止する（Ｓ５１１）。

第３実施形態では、凍結判定温度Ｄｔを設定するために、濃度センサ３２で検出した尿素水の濃度Ｃｕと、記憶部４５に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘとを用いている。尿素水タンク１４に貯えられている尿素水の濃度は、時間の経過とともに変化する。そのため、制御ユニット３１の電源がオフされてから再びオンされるまでの期間が長くなると、記憶部４５に記憶されている尿素水の濃度Ｃｕｘと尿素水タンク１４における実際の尿素水の濃度Ｃｕとの間には差が生じやすい。このような場合、記憶部４５に記憶されている尿素水の濃度Ｃｕｘを優先すると、尿素水の融解が不十分なうちにヒータ３３への通電を停止したり、尿素水が融解しているにも関わらずヒータ３３に通電を継続するおそれがある。第３実施形態では、尿素水の濃度Ｃｕに基づく融点Ｔｆと尿素水の濃度Ｃｕｘに基づく融点Ｔｆｘとのうち、高い方の温度を凍結判定温度Ｄｔに設定している。これにより、ヒータ３３は融点Ｔｆと融点Ｔｆｘのうちより高い温度の凍結判定温度Ｄｔまで通電され、尿素水は少なくとも一部が融解する。尿素水の少なくとも一部が融解すると、濃度センサ３２による尿素水の実際の濃度の取得が可能となる。そこで、尿素水の一部が融解すると、濃度センサ３２によって取得した尿素水の濃度Ｃｕに基づく融点Ｔｆに基づいて、ヒータ３３への通電が制御される。したがって、記憶部４５に尿素水の濃度Ｃｕｘを保存してから長期間が経過し、尿素水タンク１４における尿素水の濃度が変化しても、凍結判定温度Ｄｔを尿素水の濃度に応じて追従させることができる。これにより、尿素水の不十分な融解によるインジェクタ２０への供給不良、およびヒータ３３への無用な電力の投入を低減することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態による制御ユニット３１を図１３に示す。
第４実施形態による制御ユニット３１は、故障判定部４６を備えている。故障判定部４６は、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせによって実現されている。故障判定部４６は、濃度センサ３２の故障の有無を判定する。具体的には、故障判定部４６は、濃度センサ３２から出力される電気信号に基づいて濃度センサ３２の故障の有無を判定する。濃度センサ３２は、尿素水タンク１４における尿素水の濃度を検出する。そのため、濃度センサ３２は、尿素水の濃度として想定される値、つまり理想的な濃度である３２．５質量％に近い値に対応する電気信号を出力する。したがって、この値から大きく外れる電気信号を濃度センサ３２が出力するとき、故障判定部４６は濃度センサ３２が故障していると判定する。温度設定部４２は、故障判定部４６において濃度センサ３２が故障であると判定されたとき、予め設定された判定温度を凍結判定温度Ｄｔに設定する。温度設定部４２は、図３および図４に示すように尿素水の濃度と凍結判定温度とが関連づけられているとき、凍結判定温度として想定される最も高い温度を判定温度に設定する。図４に示す例の場合、温度設定部４２は最も高い「−３．５℃」を判定温度と設定する。

第４実施例の場合も、制御ユニット３１は図１４に示す処理を定期的に実行する。処理が開始されると、融点推定部４１は、尿素水の温度Ｔｕを取得する（Ｓ６０１）。また、融点推定部４１は、尿素水の濃度Ｃｕも取得する（Ｓ６０２）。そして、温度設定部４２は、濃度センサ３２に故障があるか否かを示す故障情報を取得する（Ｓ６０３）。故障情報は、故障判定部４６で濃度センサ３２に故障があると判定さると作成され、制御ユニット３１のＲＡＭまたは記憶部４５に記憶されている。そのため、温度設定部４２は、この故障情報にアクセスする。

温度設定部４２は、Ｓ６０３で取得した故障情報に基づいて、濃度センサ３２が故障しているか否かを判断する（Ｓ６０４）。温度設定部４２は、濃度センサ３２が故障していると判定されているとき（Ｓ６０４：Ｙｅｓ）、予め設定された判定温度を凍結判定温度Ｄｔに設定する（Ｓ６０５）。上記の例の場合、温度設定部４２は、凍結判定温度Ｄｔ＝−３．５℃に設定する。一方、濃度センサ３２が故障していないと判定されているとき（Ｓ６０４：Ｎｏ）、融点推定部４１はＳ６０２で取得した尿素水の濃度Ｃｕに基づいて尿素水の融点Ｔｆを推定する（Ｓ６０６）。そして、温度設定部４２は、Ｓ６０６で推定した融点Ｔｆを凍結判定温度Ｄｔに設定する（Ｓ６０７）。

Ｓ６０５またはＳ６０７において凍結判定温度Ｄｔが設定されると、判断部４３は、尿素水タンク１４に貯えられている尿素水が凍結しているか否か、すなわちＴｕ＜Ｄｔであるかを判断する（Ｓ６０８）。尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ未満であるとき、すなわちＴｕ＜Ｄｔのとき（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、ヒータ制御部４４はヒータ３３へ通電する（Ｓ６０９）。一方、尿素水の温度Ｔｕが凍結判定温度Ｄｔ以上であるとき、すなわちＴｕ≧Ｄｔのとき（Ｓ６０８：Ｎｏ）、ヒータ制御部４４はヒータ３３への通電を停止する（Ｓ６１０）。

第４実施形態では、故障判定部４６において濃度センサ３２が故障しているか否かを判定する。そして、濃度センサ３２が故障していると判定されると、温度設定部４２は予め設定されている判定温度を凍結判定温度Ｄｔに設定する。この場合、判定温度は、尿素水の融点として想定される最も高い温度に設定することが好ましい。これにより、凍結した尿素水は、確実に融解する判定温度まで加熱される。したがって、濃度センサ３２が故障しても、凍結した尿素水の融解を達成することができる。一方、濃度センサ３２が故障していないと判定されると、温度設定部４２は、第１実施形態などと同様に濃度センサ３２で取得した尿素水の濃度Ｃｕに基づいて尿素水の融点Ｔｆを推定し、推定した融点Ｔｆを凍結判定温度Ｄｔに設定する。したがって、尿素水の不十分な融解によるインジェクタ２０への供給不良、およびヒータ３３への無用な電力の投入を低減することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

例えば、上記の第４実施形態は、第２実施形態または第３実施形態と組み合わせてもよい。このように第４実施形態を第２実施形態または第３実施形態と組み合わせる場合、尿素水の融解を判断する基準となる温度は、実際の尿素水の濃度Ｃｕに基づく融点Ｔｆ、記憶部に保存された尿素水の濃度Ｃｕｘに基づく融点Ｔｆｘ、判定温度のいずれかとなる。このように尿素水の融解を判断する基準となる温度が複数存在する場合、温度設定部４２は、これらのうち最も高い温度を凍結判定温度Ｄｔに設定する。これにより、尿素水は、融解が想定される最も高い温度まで加熱され、確実な融解を達成することができる。

図面中、１３は排気通路、１４は尿素水タンク、３０は尿素水添加装置、３１は制御ユニット（制御装置、一時記憶手段）、３２は濃度センサ（濃度検出手段）、３３はヒータ、３４は温度センサ、４１は融点推定部（融点推定手段）、４２は温度設定部（温度設定手段）、４３は判断部（判断手段）、４４はヒータ制御部（ヒータ制御手段）、４５は記憶部（不揮発性記憶手段）、４６は故障判定部（故障判定手段）を示す。

Claims (6)

1. 排気通路（１３）を流れる排気に噴射する尿素水を貯える尿素水タンク（１４）と、
   前記尿素水タンク（１４）に貯えられている尿素水の濃度を検出する濃度検出手段（３２）と、を備える尿素水添加装置（３０）の制御装置（３１）であって、
   前記濃度検出手段（３２）で検出した尿素水の濃度から尿素水の融点を推定する融点推定手段（４１）と、
   前記融点推定手段（４１）で推定した融点を、前記尿素水が凍結しているか融解しているかを判断する凍結判定温度に設定する温度設定手段（４２）と、
   前記温度設定手段（４２）で設定した前記凍結判定温度に基づいて前記尿素水が凍結しているか否かを判断する判断手段（４３）と、
   を備える尿素水添加装置の制御装置。
2. 前記濃度検出手段（３２）で検出した尿素水の濃度を一時的に記憶する一時記憶手段（３１）と、
   電源がオフされると、前記一時記憶手段（３１）に記憶した尿素水の濃度を取得して保持する不揮発性記憶手段（４５）と、をさらに備え、
   前記温度設定手段（４２）は、電源がオンされると、前記不揮発性記憶手段（４５）に記憶された尿素水の濃度に基づいて前記凍結判定温度を設定する請求項１記載の尿素水添加装置の制御装置。
3. 前記温度設定手段（４２）は、前記融点推定手段（４１）で尿素水の濃度に基づいて推定した融点と、前記不揮発性記憶手段（４５）に記憶された尿素水の濃度に基づいて推定した融点とが異なるとき、温度が高い方を前記凍結判定温度に設定する請求項２記載の尿素水添加装置の制御装置。
4. 前記濃度検出手段（３２）の故障を判定する故障判定手段（４６）をさらに備え、
   前記温度設定手段（４２）は、前記故障判定手段（４６）で前記濃度検出手段（３２）が故障であると判定されると、予め設定された判定温度を、前記凍結判定温度に設定する請求項１、２または３記載の尿素水添加装置の制御装置。
5. 前記温度設定手段（４２）は、推定された融点または前記判定温度のうち、最も高いものを前記凍結判定温度に設定する請求項４記載の尿素水添加装置の制御装置。
6. 前記尿素水タンク（１４）に貯えられている尿素水を加熱するヒータ（３３）と、
   前記尿素水タンク（１４）に貯えられている尿素水の温度を検出する温度センサ（３４）と、をさらに備える尿素水添加装置（３０）の制御装置（３１）であって、
   前記判断手段（４３）で前記尿素水の温度が前記凍結判定温度未満であると判断されると前記ヒータ（３３）へ通電し、前記判断手段（４３）で前記尿素水の温度が前記凍結判定温度以上と判断されると前記ヒータ（３３）への通電を停止するヒータ制御手段（４４）を備える請求項１から５のいずれか一項記載の尿素水添加装置の制御装置。

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