JP2014202110A - 液体還元剤の状態診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサ又は濃度センサを用いずに貯蔵タンク内に貯蔵される液体還元剤の状態を診断する。
【解決手段】貯蔵タンク内に貯蔵される液体還元剤の状態を診断するための液体還元剤の状態診断方法において、前記貯蔵タンクに設けられたレベルセンサのセンサ値に基づいて前記液体還元剤の揺動状態を検出し、前記揺動状態を用いて前記液体還元剤の状態を診断する。例えば、前記揺動状態を用いて、液体還元剤の解凍状態や品質を診断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、貯蔵タンク内に貯蔵される液体還元剤の状態を診断するための液体還元剤の状態診断方法に関するものである。特に、内燃機関の排気浄化に用いられる液体還元剤の状態を診断するための液体還元剤の状態診断方法に関するものである。

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窒素酸化物（ＮＯ_X）が含まれている。従来、このＮＯ_Xを浄化するために用いられる排気浄化装置の一態様として、排気通路中に設けられた選択還元触媒と、選択還元触媒よりも排気上流側で排気中に尿素水溶液を噴射する還元剤供給装置とを備え、尿素水溶液が分解して生成するアンモニアによりＮＯ_Xの浄化を行うＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。

これらの排気浄化装置における還元剤供給装置として、尿素水溶液をポンプによって圧送し、排気管に接続されたインジェクタを介して排気通路中に尿素水溶液を噴射する装置がある（例えば、特許文献１を参照）。また、混合室内で高圧エアを用いて尿素水溶液をあらかじめ微粒化した上で、排気管に接続された噴射ノズルを介して排気通路中に尿素水溶液を噴霧するエアアシスト式の装置もある。

特開２０１０−７６１７号公報

排気浄化装置に用いられる尿素水溶液は、凍結を避けるためにできる限り凍結温度が低くなるように濃度が調節されて用いられる。しかしながら、尿素水溶液の凍結温度は低くてもマイナス１１℃程度であり、寒冷地などにおいては尿素水溶液が凍結する場合がある。また、尿素水溶液は、水分の蒸発により濃度が上昇すると凍結温度が高くなって凍結しやすくなる。尿素水溶液が凍結した場合には、噴射制御を開始できないために、尿素水溶液の状態を監視しておくことが重要となる。尿素水溶液の解凍状態は、貯蔵タンクに温度センサが設けられていれば検出温度から推定できるものの、温度センサの異常によりセンサ値が信頼をおけないものとなる場合があり、また、そもそも温度センサが設けられない場合もある。

また、貯蔵タンク内の尿素水溶液の濃度が規定濃度と大幅にずれていたり、誤って尿素水溶液でない液体を貯蔵タンクに入れてしまった場合には、噴射制御を開始させることができない。また、尿素水溶液の濃度状態は、濃度センサが設けられていれば検出できるものの、濃度センサの異常によりセンサ値が信頼をおけないものとなる場合があり、また、そもそも濃度センサが設けられない場合もある。

したがって、本発明は、温度センサ又は濃度センサを用いずに貯蔵タンク内に貯蔵される液体還元剤の状態を診断する方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、貯蔵タンク内に貯蔵される液体還元剤の状態を診断するための液体還元剤の状態診断方法において、前記貯蔵タンクに設けられたレベルセンサのセンサ値に基づいて前記液体還元剤の揺動状態を検出し、前記揺動状態を用いて前記液体還元剤の状態を診断することを特徴とする液体の状態診断方法が提供され、上述した問題を解決することができる。 すなわち、本発明の液体還元剤の診断方法によれば、レベルセンサのセンサ値に基づいて得られる液体還元剤の揺動状態を用いて液体還元剤の状態を診断することとしているために、温度センサ又は濃度センサを用いることなく液体還元剤の状態を診断することができる。

また、本発明の液体還元剤の状態診断方法において、前記液体還元剤の状態診断は解凍状態の診断であり、前記液体還元剤の揺動が見られる場合には液体還元剤の解凍済みと判定し、前記液体還元剤の揺動が見られず、かつ、レベルがエンプティ値を超えている場合には液体還元剤の凍結状態と判定し、前記液体還元剤の揺動が見られず、かつ、レベルがエンプティ値を示している場合には液体還元剤のエンプティ状態と判定することが好ましい。 このように液体還元剤の揺動状態とレベルから、液体還元剤の解凍済み、凍結状態、エンプティ状態を判別することとすれば、温度センサのセンサ値を利用しないで、液体還元剤の解凍状態を診断することができる。

また、本発明の液体還元剤の状態診断方法において、前記貯蔵タンクに前記液体還元剤の温度を検出する温度センサを備えている場合には、前記温度センサの異常時に前記揺動状態を用いた解凍状態の診断を行うことが好ましい。 このように温度センサの異常時にのみ上記の液体還元剤の解凍状態の診断を行うこととすれば、温度センサが正常な場合には検出温度に基づいて液体還元剤の解凍状態を診断しつつ、温度センサが異常となった場合においても液体還元剤の解凍状態を適切に診断することができる。

また、本発明の液体還元剤の状態診断方法において、前記液体還元剤の状態診断は品質の診断であり、前記貯蔵タンクには前記液体還元剤の温度を検出する温度センサを備えており、前記液体還元剤の揺動が見られたときの検出温度に基づいて前記液体還元剤の品質を診断することが好ましい。 このように液体還元剤の揺動状態と温度情報から、液体還元剤の品質を推定することとすれば、濃度センサのセンサ値を利用しなくとも、液体還元剤の品質を診断することができる。

また、本発明の液体還元剤の状態診断方法において、前記検出温度が所定の下限温度閾値以上、かつ、所定の上限温度閾値以下のときに前記液体還元剤が揺動し始める場合に液体還元剤の品質は正常と判定し、前記検出温度が前記下限温度閾値未満、又は、前記上限温度閾値を超えるときに前記液体還元剤が揺動し始める場合に液体還元剤の品質は異常と判定することが好ましい。 このように液体還元剤の揺動状態と温度情報から、液体還元剤の品質の正常、異常を判別することとすれば、濃度センサのセンサ値を利用しないで、液体還元剤の品質を診断することができる。

また、本発明の液体還元剤の状態診断方法において、前記貯蔵タンクに前記液体還元剤の濃度を検出する濃度センサを備えている場合には、前記濃度センサの異常時に前記揺動状態を用いた品質の診断を行うことが好ましい。 このように濃度センサの異常時にのみ上記の液体還元剤の品質の診断を行うこととすれば、濃度センサが正常な場合には検出濃度から液体還元剤の品質を診断でき、濃度センサが異常となった場合においても液体還元剤の品質を適切に診断することができる。

また、本発明の液体還元剤の状態診断方法において、前記液体還元剤が内燃機関の排気浄化に用いる尿素水溶液であることが好ましい。 このように内燃機関の排気浄化に用いる尿素水溶液の状態を診断する際に、上記の状態診断方法を実施することとすれば、車両や機械に搭載された内燃機関の排気浄化装置に用いられる尿素水溶液の状態診断が適切に行われ、尿素水溶液の噴射制御を的確に実施することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る尿素水溶液の状態診断方法を実行可能な排気浄化装置の全体的構成の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る尿素水溶液の状態診断方法を実行可能な電子制御装置の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る尿素水溶液の状態診断方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る尿素水溶液の状態診断方法を実行可能な排気浄化装置の全体的構成の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る尿素水溶液の状態診断方法を実行可能な電子制御装置の構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係る尿素水溶液の状態診断方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の液体還元剤の状態診断方法に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の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。

［第１の実施の形態］ まず、本発明の第１の実施の形態にかかる液体還元剤の状態診断方法として、内燃機関の排気浄化装置に用いられる尿素水溶液の解凍状態の診断方法について説明する。

１．排気浄化装置の全体的構成 図１は、内燃機関１の排気浄化装置１０の全体的構成の一例を示している。この排気浄化装置１０は、液体還元剤としての尿素水溶液を、排気通路の途中に設けられた還元触媒１３の上流側で噴射し、還元触媒１３において排気中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元浄化する排気浄化装置１０として構成されたものである。この排気浄化装置１０は、内燃機関１に接続された排気管１１の途中に設けられ、排気中に含まれるＮＯ_X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内に尿素水溶液を噴射するための還元剤供給装置２０とを主たる要素として備えている。

還元触媒１３は、例えば、尿素水容液が分解して生成するアンモニアを吸着する機能を有し、流れ込む排気中のＮＯ_Xと反応させてＮＯ_Xを浄化する機能を有する触媒が用いられる。

還元剤供給装置２０は、還元触媒１３の上流側において排気管１１に固定された還元剤噴射弁２５と、尿素水溶液が貯蔵された貯蔵タンク２１と、タンク２１内の尿素水溶液を還元剤噴射弁２５に対して圧送するポンプ２３と、排気管１１内に噴射する尿素水溶液の噴射制御を行うための制御装置（ＥＣＵ）４０を備えている。

この還元剤供給装置２０は、貯蔵タンク２１内の尿素水溶液をポンプ２３によって還元剤噴射弁２５に向けて圧送し、供給圧力が所定の目標圧力に維持されるようにポンプ２３のフィードバック制御を行う。この状態で、目標噴射量に応じた開弁時間で還元剤噴射弁２５の開閉操作を行うことで、所定量の尿素水溶液が排気通路中に噴射される。

尿素水溶液が貯蔵される貯蔵タンク２１には、凍結した尿素水溶液を解凍するための加熱手段３１が設けられている。加熱手段３１は、内燃機関１の始動スイッチがオンにされた状態で常時作動するようになっていてもよいし、解凍が必要な時に必要に応じて作動できるようになっていてもよい。加熱手段３１としては、例えば、電熱線や、内燃機関１の冷却水の循環通路が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、本実施の形態にかかる貯蔵タンク２１には、温度センサ３３とレベルセンサ３５とが備えられている。温度センサ３３は貯蔵タンク２１内の尿素水溶液の温度を検出するものであり、公知の温度センサ３３を用いることができる。また、レベルセンサ３５は、貯蔵タンク２１内の尿素水溶液の残量を検出するものであり、公知のレベルセンサ３５を用いることができる。これらのセンサはそれぞれ別個のセンサが備えられていてもよいし、センサユニットとして備えられていてもよい。

温度センサ３３による検出温度が尿素水溶液の凍結温度以下となっている場合には、貯蔵タンク２１内の尿素水溶液は凍結していると考えられ、尿素水溶液の噴射制御を実行することができない。したがって、ＥＣＵ４０は、検出温度が尿素水溶液の凍結温度を超えるまでは、尿素水溶液の噴射制御の許可を与えない。また、レベルセンサ３５によって検出される尿素水溶液の残量が少なくなったときには、ＥＣＵ４０は残量ランプを点灯させるなどして、尿素水溶液の補充を促すようになっている。

２．解凍状態の診断方法（１）ＥＣＵの構成 図２は、本実施の形態にかかる液体還元剤の状態診断方法を実行可能なＥＣＵ４０の構成を説明するために示す図であり、ＥＣＵ４０の構成のうち、解凍状態の診断
方法に関連する部分を機能的なブロックで示している。

ＥＣＵ４０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って、温度センサ異常検知手段４１と、レベル検出手段４３と、解凍状態検知手段４５と、ポンプ制御手段４７と、噴射弁制御手段４９とを備えている。これらの各手段は、具体的にはマイクロコンピュータによるプログラムの演算により実現されるものとなっている。また、ＥＣＵ４０は、図示しない記憶素子を備えるとともに、貯蔵タンク２１に設けられた温度センサ３３及びレベルセンサ３５のセンサ信号を検出可能となっている。

このうち、ポンプ制御手段４７は、ポンプ２３の駆動制御をする手段であり、本実施の形態においては、還元剤噴射弁２５に供給される尿素水溶液の圧力が所定の目標圧力で維持されるようにポンプ２３の出力をフィードバック制御する。また、噴射弁制御手段４９は、還元剤噴射弁２５の駆動制御をする手段であり、例えば、現在の排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要なアンモニア量と、還元触媒１３に吸着可能なアンモニア量との総和分のアンモニアを生成可能な尿素水容液の量を目標噴射量とし、この目標噴射量に応じて設定される通電時間で還元剤噴射弁２５に通電を行うようになっている。

温度センサ異常検知手段４１は、温度センサ３３の異常を検知するための手段であって、温度センサ３３から発信されるエラー信号の有無や、センサ値の異常状態の有無、断線情報の有無等に基づいて温度センサ３３の異常の有無を判別する。 レベル検出手段４３は、レベルセンサ３５のセンサ値に基づいて貯蔵タンク２１内の尿素水溶液のレベル、すなわち残量を検出するための手段である。検出されるレベルの値は記憶素子に記憶されるようになっている。

解凍状態検知手段４５は、尿素水溶液の解凍状態を診断する手段である。解凍状態検知手段４５は、温度センサ３３が正常な場合においては、温度センサ３３による検出温度が尿素水溶液の凍結温度以下であるか超えているかによって、尿素水溶液の解凍状態を判断する。

一方、解凍状態検知手段４５は、温度センサ３３の異常時においては、レベルセンサ３５のセンサ値に基づいて尿素水溶液の揺動状態を検出し、この揺動状態を用いて尿素水溶液の解凍状態を診断する。具体的に、本実施の形態において、解凍状態検知手段４５は、レベルセンサ３５によって検出されるレベルの値の推移から、レベルの値が一定の値を示しているか揺れ動いているかを見ることによって尿素水溶液の揺動状態を検知する。尿素水溶液が凍結している間はレベルセンサ３５のセンサ値は一定の値で維持される一方、尿素水溶液が解凍済みの場合には、内燃機関１の振動や、車両又は機械の移動時の揺れによって尿素水溶液が揺動する。このときの揺動状態を検知するためのレベルの値の振れ幅は、誤差や判定制度を考慮して定義の値に設定することができる。

尿素水溶液の揺動が見られる場合には尿素水溶液の解凍済みと判定することができる。また、尿素水溶液の揺動が見られない場合には、尿素水溶液が凍結しているか、あるいは、貯蔵タンク２１内が空になっていると考えられるため、尿素水溶液の揺動が見られない場合で、かつ、レベルがエンプティ値を超えている場合には尿素水溶液の凍結状態と判定する一方、尿素水溶液の揺動が見られない場合で、かつ、レベルがエンプティ値を示している場合には尿素水溶液のエンプティ状態と判定する。

そして、解凍状態検知手段４５は、尿素水溶液の解凍済みと判定された場合にのみ、噴射制御の許可信号を生成する。これにより、ポンプ制御手段４７が尿素水溶液の圧送を開始し、噴射弁制御手段４９が還元剤噴射弁２５による尿素水溶液の噴射を開始する。また、解凍状態検知手段４５は、尿素水溶液がエンプティ状態と判定された場合には、警報ランプの点灯等の処理を行う。

（２）フローチャート 次に、上述のＥＣＵ４０によって実行される液体還元剤の解凍状態の診断方法の一例について、図３のフローチャートに基づいて具体的に説明する。以下に説明する診断方法のルーチンは、内燃機関１の始動スイッチがオンにされている状態で、常時、あるいは、所定の時間ごとに実行されるものとなっている。

まず、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１において、温度センサ３３が正常か異常かを判別する。例えば、温度センサ３３からエラー信号が出力されている場合、異常値が継続して出力される場合、断線が検出されている場合等に温度センサ３３の異常と判断することができる。

ステップＳ１で温度センサ３３が正常と判定された場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ２に進み、温度センサ３３による検出温度が尿素水溶液の凍結温度を超えているか否かを判別する。検出温度が凍結温度を超えている場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ５に進み、尿素水溶液の解凍済みと判定し、ステップＳ６で尿素水溶液の噴射制御を許可して本ルーチンを終了する。また、検出温度が凍結温度以下の場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ７に進み、尿素水溶液の凍結状態と判定し、ステップＳ８で尿素水溶液の噴射制御を禁止して本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１で温度センサ３３が異常と判定された場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ３に進み、レベルセンサ３５のセンサ値が揺動しているか否かを判別する。すなわち、尿素水溶液が揺動状態となっているか否かを判別する。センサ値が揺動している場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ５に進み、尿素水溶液の解凍済みと判定し、ステップＳ６で尿素水溶液の噴射制御を許可して本ルーチンを終了する。また、センサ値が揺動していない場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ４に進み、レベルセンサ３５のセンサ値が示す残量レベルがエンプティを示しているか否かを判別する。

残量レベルがエンプティを示す場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ９に進み貯蔵タンク２１のエンプティ状態と判定し、ステップＳ１０に進んで噴射制御を禁止するとともに、残量ランプの点灯等の処理を行って本ルーチンを終了する。また、残量レベルがエンプティを示していない場合（Ｎｏ判定）には、ステップ７に進み、尿素水溶液の凍結状態と判定し、ステップＳ８で尿素水溶液の噴射制御を禁止して本ルーチンを終了する。

なお、貯蔵タンク２１に温度センサが備えられていない場合には、ステップＳ１及びステップＳ２は省略され、ステップＳ３以降の手順に沿って解凍状態の診断制御を実行することができる。

４．効果 以上説明した本実施の形態にかかる尿素水溶液の解凍状態の診断方法によれば、レベルセンサ３５のセンサ値に基づいて得られる尿素水溶液の揺動状態を用いて尿素水溶液の解凍状態を診断することとしているために、温度センサ３３を用いることなく尿素水溶液の解凍状態を診断することができる。

また、本実施の形態にかかる尿素水溶液の解凍状態の診断方法において、貯蔵タンク２１に温度センサ３３が備えられている場合には、温度センサ３３の異常時にのみレベルセンサ３５のセンサ値を用いた解凍状態の診断を実行することとしているために、温度センサ３３が正常な場合には検出温度に基づいて解凍状態を容易に診断する一方、温度センサ３３が異常となった場合においても解凍状態を適切に診断することが可能となっている。また、貯蔵タンク２１に温度センサ３３が備えられていない場合であっても、尿素水溶液の解凍状態を診断することができる。そして、このようにして尿素水溶液の解凍状態を的確に把握することができるため、尿素水溶液が噴射可能な状態において、噴射制御を的確に実施することができる。

［第２の実施の形態］ 次に、本発明の第２の実施の形態にかかる液体還元剤の状態診断方法として、内燃機関の排気浄化装置に用いられる尿素水溶液の濃度状態の診断方法について説明する。

１．排気浄化装置の全体的構成 図４は、本実施の形態の濃度状態の診断方法を実行可能な排気浄化装置５０の全体的構成の一例を示している。この排気浄化装置５０は、貯蔵タンク２１に濃度センサ３７が設けられる点以外は第１の実施の形態において説明した排気浄化装置１０と同様に構成されている。濃度センサ３７は貯蔵タンク２１に貯蔵されている尿素水溶液の濃度を検出するためのセンサであって、公知のセンサを用いることができる。

濃度センサ３７による検出濃度が本来の濃度とは異なっている場合には、尿素水溶液以外の液体が混入されているおそれがあり、尿素水溶液の噴射制御を実行することができない。また、貯蔵タンク２１内に尿素水溶液が貯蔵されている場合であっても、その濃度が規定濃度と異なっていると、ＮＯ_Xの浄化が想定どおりに進行しなくなる。したがって、ＥＣＵ６０は、検出濃度が本来の濃度から大幅にずれている場合や異なる液体が貯蔵されている場合等、尿素水溶液の品質に異常が見られる場合には、尿素水溶液の噴射制御の許可を与えない。

２．品質診断方法（１）ＥＣＵの構成 図５は、本実施の形態にかかる液体還元剤の状態診断方法を実行可能なＥＣＵの構成を説明するために示す図であり、ＥＣＵ６０の構成のうち、品質診断方法に関連する部分を機能的なブロックで示している。

ＥＣＵ６０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って、濃度センサ異常検知手段５１と、温度検出手段５３と、レベル検出手段４３と、濃度状態検知手段５５と、解凍制御手段５７と、ポンプ制御手段４７と、噴射弁制御手段４９とを備えている。これらの各手段は、具体的にはマイクロコンピュータによるプログラムの演算により実現されるものとなっている。また、ＥＣＵ６０は、図示しない記憶素子を備えるとともに、貯蔵タンク２１に設けられた温度センサ３３、レベルセンサ３５及び濃度センサ３７のセンサ信号を検出可能となっている。

レベル検出手段４３、ポンプ制御手段４７及び噴射弁制御手段４９は、第１の実施の形態において説明したＥＣＵ４０の場合と同様の機能を有している。

濃度センサ異常検出手段５１は、濃度センサ３７の異常を検知するための手段であって、濃度センサ３７から発信されるエラー信号の有無や、断線情報の有無等に基づいて濃度センサ３７の異常の有無を判別する。 温度検出手段５３は、温度センサ３３のセンサ値に基づいて貯蔵タンク２１内の尿素水溶液の温度を検出するための手段である。

解凍制御手段５７は、内燃機関１の始動時等において貯蔵タンク２１内の尿素水溶液が凍結していると判断される場合に、貯蔵タンク２１に設けられた解凍手段３１や液体還元剤の供給ライン等に設けられた加熱手段を作動させて凍結した尿素水溶液を解凍する手段である。例えば、内燃機関１の冷却水を循環させて解凍制御を実施する場合には、冷却水を流通可能とするバルブの開閉手段等に相当し、電熱ヒータにより解凍制御を実施する場合には、電熱ヒータの駆動制御手段に相当する。

品質診断手段５５は、尿素水溶液の品質を診断する手段である。品質診断手段５５は、濃度センサ３７が正常な場合においては、濃度センサ３７による検出濃度に基づいて尿素水溶液の品質を判別する。具体的には、検出濃度が、規定濃度に対して誤差の範囲内にあれば尿素水溶液は正常なものと判断し、規定濃度に対して誤差を超える場合には尿素水溶液は異常なもの、すなわち、濃度が異なっているか、別の液体が貯蔵されていると判断する。

一方、品質診断手段５５は、濃度センサ３７の異常時においては、レベルセンサ３５のセンサ値に基づいて尿素水溶液の揺動状態を検出し、この揺動状態を用いて尿素水溶液の濃度を診断する。具体的に、本実施の形態において、品質診断手段５５は、レベルセンサ３５によって検出されるレベル値の推移から、レベルの値が一定の値を示しているか揺れ動いているかを見ることによって尿素水溶液の揺動状態を検知する。尿素水溶液が凍結している間はレベルセンサ３５のセンサ値は一定
の値で維持される一方、尿素水溶液が解凍済みの場合には、内燃機関１の振動や、車両又は機械の移動時の揺れによって尿素水溶液が揺動する。このときの揺動状態を検知するためのレベルの値の振れ幅は、誤差や判定制度を考慮して定義の値に設定することができる。

尿素水溶液の揺動が見られる場合には尿素水溶液の解凍済みと判定することができる。また、尿素水溶液の揺動が見られない場合には、尿素水溶液が凍結しているか、あるいは、貯蔵タンク２１内が空になっていると考えられるため、尿素水溶液の揺動が見られない場合で、かつ、レベルがエンプティ値を超えている場合には尿素水溶液の凍結状態と判定することができる一方、尿素水溶液の揺動が見られない場合で、かつ、レベルがエンプティ値を示している場合には尿素水溶液のエンプティ状態と判定することができる。

そして、品質診断手段５５は、尿素水溶液が凍結状態から解凍済みになったと判断されたときの温度センサ３３による検出温度を読み込み、尿素水溶液の品質を診断する。例えば、内燃機関１の始動時において、貯蔵タンク２１内の尿素水溶液が液体の状態か固体の状態かを判別し、尿素水溶液が凍結状態にあると判別されたときには加熱手段３１を作動し、その後に解凍済みとなるまでレベルセンサ３５のセンサ値に基づいて解凍状態の判定を繰り返すようにすればよい。

本実施の形態においては、下限温度閾値Ｔ＿ｌｏ、一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉ及び二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒを用いて、尿素水溶液の品質を診断することとしている。下限温度閾値Ｔ＿ｌｏは、主として、貯蔵タンク２１内に、規定濃度の尿素水溶液よりも凍結温度の低い液体、例えば、燃料や潤滑油、クーラント水等が誤って収容されていないかを判別するために設けられる。また、一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉは、主として、貯蔵タンク２１内に、水等の、規定濃度の尿素水溶液よりも凍結温度の高い液体が誤って収容されていないかを判別するために設けられる。また、二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒは、規定濃度の尿素水溶液よりも凍結温度が高い液体が誤って収容されていないかと併せて、レベルセンサ３５又は温度センサ３３が故障していないかを判別するために設けられる。

下限温度閾値Ｔ＿ｌｏは、例えば、誤差を考慮して規定濃度の尿素水溶液の凍結温度マイナス５℃に設定することができる。また、一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉは、例えば、規定濃度の尿素水溶液の凍結温度プラス５℃に設定することができる。さらに、二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒは、例えば、水の凍結温度（０℃）プラス５℃に設定することができる。各温度閾値の値は、尿素水溶液の濃度の許容範囲等を考慮して、適宜の値に設定することができる。

（２）フローチャート 次に、上述のＥＣＵ６０によって実行される液体還元剤の品質診断方法の一例について、図６のフローチャートに基づいて具体的に説明する。以下に説明する診断方法のルーチンは、内燃機関１の始動スイッチがオンにされている状態で、常時、あるいは、所定の時間ごとに実行されるものとなっていてもよいが、特に、内燃機関１の始動時に実行することが好ましい。

まず、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２１において、濃度センサ３７が正常か異常かを判別する。例えば、濃度センサ３７からエラー信号が出力されている場合や断線が検出されている場合等に濃度センサ３７の異常と判断することができる。

ステップＳ２１で濃度センサ３７が正常と判定された場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ２２に進み、濃度センサ３７による検出濃度が規定濃度に対して誤差の範囲内となっているか否かを判別する。検出濃度が誤差の範囲内の場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ３２に進み、尿素水溶液は正常と判定し、ステップＳ３３で尿素水溶液の噴射制御を許可して本ルーチンを終了する。また、検出濃度が誤差を超える場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ３６に進み、尿素水溶液の異常と判定し、ステップＳ３７で尿素水溶液の噴射制御を禁止するとともに、異常ランプの点灯等の処理を行って本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ２１で濃度センサ３７が異常と判定された場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ２３に進み、レベルセンサ３５のセンサ値が示す残量レベルがエンプティを示しているか否かを判別する。残量レベルがエンプティを示す場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ３４に進み、貯蔵タンク２１のエンプティ状態と判定し、ステップＳ３５に進んで噴射制御を禁止するとともに、残量ランプの点灯等の処理を行って本ルーチンを終了する。また、残量レベルがエンプティを示していない場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ２４に進み、温度センサ３３による検出温度が下限温度閾値Ｔ＿ｌｏ未満であるか否かを判別する。

検出温度が下限温度閾値Ｔ＿ｌｏ未満である場合にはステップＳ２５に進み、レベルセンサ３５のセンサ値が揺動しているか否かを判別する。すなわち、尿素水溶液が揺動状態となっているか否かを判別する。センサ値が揺動している場合（Ｙｅｓ判定）には、規定濃度の尿素水溶液の凍結温度よりも低い温度状態で貯蔵タンク２１内が液体の状態となっていることを示しており、ステップＳ３６に進んで尿素水溶液の異常と判定するとともに、ステップＳ３７で尿素水溶液の噴射制御を禁止するとともに、異常ランプの点灯等の処理を行って本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ２５において、レベルセンサ３５のセンサ値が揺動していない場合（Ｎｏ判定）には、貯蔵タンク２１内が凍結状態にあると推定されるために、ステップＳ２６に進み解凍制御を実行する。次いで、ステップＳ２７に進み、解凍制御の実行によってレベルセンサ値が揺動、すなわち、貯蔵タンク２１内が解凍状態となったときの検出温度が二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒ未満であるか否かを判別する。

二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒ未満で解凍状態となった場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ３２に進み、貯蔵タンク２１内の尿素水溶液が正常なものと判定した後、ステップＳ３３において尿素水溶液の噴射制御を許可して本ルーチンを終了する。再びステップＳ２４に戻る。一方、二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒ以上で解凍状態となった場合（Ｎｏ判定）には、水等の凍結温度が高い液体が貯蔵タンク２１に収容されていると考えられ、ステップＳ３６に進み、尿素水溶液の異常と判定し、ステップＳ３７で尿素水溶液の噴射制御を禁止するとともに、異常ランプの点灯等の処理を行って本ルーチンを終了する。

また、上述のステップＳ２４において、検出温度が下限温度閾値Ｔ＿ｌｏ以上となっている場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ２８に進み、検出温度が一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉ以下となっているか否かを判別する。検出温度が一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉ以下の場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ２９に進み、レベルセンサ３５のセンサ値が揺動しているか否かを判別する。センサ値が揺動している場合（Ｙｅｓ判定）には、尿素水溶液が正常な温度範囲で解凍したことを示しており、ステップＳ３２に進んで、尿素水溶液は正常と判定し、ステップＳ３３に進んで噴射制御を許可して本ルーチンを終了する。

また、ステップＳ２９においてレベルセンサ３５のセンサ値が揺動していない場合（Ｎｏ判定）には、検出温度が凍結温度を超えているものの、未だ解凍が進んでいない可能性があることから、ステップＳ２６に進んで解凍制御を実行し、ステップＳ２７以降の処理を実行する。

一方、ステップＳ２８において、検出温度が一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉを超えている場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ３０に進み、検出温度が二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒを超えているか否かを判別する。検出温度が二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒ以下の場合（Ｎｏ場合）にはステップＳ２９に進み、以降の処理を実行する一方、検出温度が二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒを超えている場合（Ｙｅｓ判定）には、ステップＳ３１に進み、レベルセンサ３５のセンサ値が揺動しているか否かを判別する。

レベルセンサ３５のセンサ値が揺動している場合（Ｙｅｓ判定）には、検出温度が高い状態での解凍状態のみしか検知できなかったことになり、貯蔵タンク２１内の尿素水溶液の品質を区別することができないために、ステップＳ３８に進んで診断を中止した後、ステップＳ３９に進み、噴射制御を禁止するとともに、異常ランプの点灯等の処理をした後、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３１においてレベルセンサ３５のセンサ値が揺動していない場合（Ｎｏ判定）には、規定濃度の尿素水溶液の凍結温度よりも高い温度状態で貯蔵タンク２１内が凍結状態となっていることを示しており、ステップＳ３６に進んで尿素水溶液の異常と判定するとともに、ステップＳ３７で尿素水溶液の噴射制御を禁止するとともに、異常ランプの点灯等の処理を行って本ルーチンを終了する。

なお、貯蔵タンク２１に濃度センサが備えられていない場合には、ステップＳ２１及びステップＳ２２は省略され、ステップＳ２３以降の手順に沿って品質診断制御を実行することができる。

３．効果 以上説明した本実施の形態にかかる尿素水溶液の品質診断方法によれば、レベルセンサ３５のセンサ値に基づいて得られる尿素水溶液の揺動状態を用いて尿素水溶液の品質を診断することとしているために、濃度センサ３７を用いることなく尿素水溶液の品質を診断することができる。 また、本実施の形態にかかる尿素水溶液の品質診断方法において、尿素水溶液の揺動が見られたときに温度センサ３３によって検出される検出温度に基づいて尿素水溶液の品質を診断することとしているために、濃度センサ３７のセンサ値を利用しなくとも、尿素水溶液の品質の診断が可能となっている。

また、本実施の形態にかかる尿素水溶液の品質診断方法において、貯蔵タンク２１内に濃度センサ３７が備えられている場合には、濃度センサ３７の異常時にのみレベルセンサ３５のセンサ値を用いた品質診断を実行することとしているために、濃度センサ３７が正常な場合には検出濃度に基づいて品質を容易に診断する一方、濃度センサ３７が異常となった場合においても品質を適切に診断することが可能となっている。また、貯蔵タンク２１に濃度センサ３７が備えられていない場合であっても、尿素水溶液の品質診断を行うことができる。そして、このようにして尿素水溶液の品質を的確に把握することができるため、正常な尿素水溶液を用いた噴射制御を的確に実施することができる。

［他の実施の形態］ これまでに説明した第１及び第２の実施の形態に係る液体還元剤の状態診断方法は、本発明の一態様を示すものであって本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。

例えば、貯蔵タンク２１のエンプティ状態を判別するステップ（第１の実施の形態のステップＳ４、第２の実施の形態のステップＳ２３）は、どのタイミングで実施されても構わない。 また、第２の実施の形態においては、一次上限温度閾値Ｔ＿ｈｉ及び二次上限温度閾値Ｔ＿ｕｐｐｅｒを用いて、規定濃度の尿素水溶液の凍結温度以上の状態での解凍状態を見ることとしているが、一つの閾値のみで見ることとしてもよい。

１：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気管、１３：還元触媒、２０：還元剤供給装置、２１：タンク、２３：ポンプ、２５：還元剤噴射弁、３１：加熱手段、３３：温度センサ、３５：レベルセンサ、３７：濃度センサ、４０：ＥＣＵ、４１：温度センサ異常検知手段、４３：レベル検出手段、４５：解凍状態検知手段、４７：ポンプ制御手段、４９：噴射弁制御手段、５１：濃度センサ異常検知手段、５３：温度検出手段、５５：品質診断手段、５７：解凍制御手段

Claims (7)

1. 貯蔵タンク内に貯蔵される液体還元剤の状態を診断するための液体還元剤の状態診断方法において、 前記貯蔵タンクに設けられたレベルセンサのセンサ値に基づいて前記液体還元剤の揺動状態を検出し、前記揺動状態を用いて前記液体還元剤の状態を診断することを特徴とする液体の状態診断方法。
2. 前記液体還元剤の状態診断は解凍状態の診断であり、 前記液体還元剤の揺動が見られる場合には液体還元剤の解凍済みと判定し、 前記液体還元剤の揺動が見られず、かつ、レベルがエンプティ値を超えている場合には液体還元剤の凍結状態と判定し、 前記液体還元剤の揺動が見られず、かつ、レベルがエンプティ値を示している場合には液体還元剤のエンプティ状態と判定することを特徴とする請求項１に記載の液体還元剤の状態診断方法。
3. 前記貯蔵タンクに前記液体還元剤の温度を検出する温度センサを備えている場合には、前記温度センサの異常時に前記揺動状態を用いた解凍状態の診断を行うことを特徴とする請求項２に記載の液体還元剤の状態診断方法。
4. 前記液体還元剤の状態診断は品質の診断であり、 前記貯蔵タンクには前記液体還元剤の温度を検出する温度センサを備えており、 前記液体還元剤の揺動が見られたときの検出温度に基づいて前記液体還元剤の品質を診断することを特徴とする請求項１に記載の液体還元剤の状態診断方法。
5. 前記検出温度が所定の下限温度閾値以上、かつ、所定の上限温度閾値以下のときに前記液体還元剤が揺動し始める場合に液体還元剤の品質は正常と判定し、 前記検出温度が前記下限温度閾値未満、又は、前記上限温度閾値を超えるときに前記液体還元剤が揺動し始める場合に液体還元剤の品質は異常と判定することを特徴とする請求項４に記載の液体還元剤の状態診断方法。
6. 前記貯蔵タンクに前記液体還元剤の濃度を検出する濃度センサを備えている場合には、前記濃度センサの異常時に前記揺動状態を用いた品質の診断を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の液体還元剤の状態診断方法。
7. 前記液体還元剤が内燃機関の排気浄化に用いる尿素水溶液であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体還元剤の状態診断方法。

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