JP4895889B2

JP4895889B2 - Freezing judgment device

Info

Publication number: JP4895889B2
Application number: JP2007087856A
Authority: JP
Inventors: 英樹松永
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008248714A

Description

本発明は、凍結判定装置に関し、詳細には、貯蔵タンク等における液体の凍結を、融点付近の温度域にある場合を含めて正確に判定するための技術に関する。本発明は、特に、尿素ＳＣＲ法によるエンジン排気の浄化に用いられる尿素等の対象物質を水溶液の状態で貯蔵しておくための貯蔵タンクにおける、この水溶液の凍結を判定するための技術に関する。 The present invention relates to a freezing determination device, and more particularly, to a technique for accurately determining freezing of a liquid in a storage tank or the like including a temperature range near a melting point. The present invention particularly relates to a technique for determining freezing of an aqueous solution in a storage tank for storing a target substance such as urea used for purification of engine exhaust by the urea SCR method in an aqueous solution state.

エンジン排気の浄化に関する技術のうち、排気通路に設けられた還元触媒の上流で排気中に尿素水を噴射し、排気熱を利用した尿素の加水分解反応を生じさせて、ＮＯｘの還元剤であるアンモニアを発生させるものは、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）法と呼ばれる。
この尿素ＳＣＲ法による排気浄化装置においては、尿素水の噴射により発生したアンモニアが還元触媒上でＮＯｘと還元反応を生じることで、ＮＯｘが還元され、排気が浄化される。この排気浄化装置において、尿素水は、貯蔵タンクに貯えられており、実際の運転に際し、この貯蔵タンクから噴射ノズルに供給される。ここで、貯蔵タンクは、シャシーフレームに固定され、外気に晒された状態に置かれることから、気温が氷点下にまで低下するような寒冷地等での使用においては、停車中に内部の尿素水が冷却され、凍結する場合がある。尿素水が凍結すると、その後のエンジンの始動に際して凍結が解除されるまでの間、尿素水を噴射することができないため、その間におけるＮＯｘの放出を有効に抑制することができない。従って、貯蔵タンクにおける尿素水の凍結を判定し得ることは、供給ポンプの無駄な作動を回避するばかりでなく、尿素水を噴射することができない状態での運転を制限し、ＮＯｘの放出を抑制するうえでも重要である。貯蔵タンクにおける尿素水の凍結は、温度センサを使用し、検出された温度が尿素水の融点以下の温度にあることをもって凍結したと判定するのが一般的である。 Among technologies related to purification of engine exhaust, it is a reducing agent for NOx by injecting urea water into the exhaust upstream of the reduction catalyst provided in the exhaust passage and causing a hydrolysis reaction of urea using exhaust heat. What generates ammonia is called urea SCR (Selective Catalytic Reduction) method.
In the exhaust gas purification apparatus based on the urea SCR method, ammonia generated by injection of urea water causes a reduction reaction with NOx on the reduction catalyst, whereby NOx is reduced and exhaust gas is purified. In this exhaust gas purification device, urea water is stored in a storage tank, and is supplied from this storage tank to the injection nozzle during actual operation. Here, since the storage tank is fixed to the chassis frame and placed in a state exposed to the outside air, in use in a cold region where the temperature drops to below freezing point, the internal urea water is stopped while the vehicle is stopped. May cool and freeze. If the urea water is frozen, the urea water cannot be injected until the freezing is released at the time of starting the engine thereafter, and thus NOx release during that time cannot be effectively suppressed. Therefore, being able to determine the freezing of urea water in the storage tank not only avoids wasteful operation of the supply pump, but also restricts operation in a state where urea water cannot be injected and suppresses release of NOx. It is important to do. In general, the urea water in the storage tank is frozen using a temperature sensor, and it is determined that the urea water is frozen when the detected temperature is equal to or lower than the melting point of the urea water.

凍結自体の判定ではなく、凍結した尿素水の解凍を判定するものではあるが、温度センサにより検出された温度が尿素水の融点に相当する所定の温度に達したことをもって解凍したものと判定する技術が既に存在する（特許文献１）。
特開２００５−３１５２０６号公報（段落番号０００５） It is not a determination of freezing itself but a determination of thawing of frozen urea water, but it is determined that thawing has occurred when the temperature detected by the temperature sensor has reached a predetermined temperature corresponding to the melting point of urea water. Technology already exists (Patent Document 1).
JP 2005-315206 A (paragraph number 0005)

しかしながら、温度センサを採用した上記の技術においては、貯蔵タンクにおける尿素水の状態を判定するための手段として、温度センサのみが設けられることから、次のことが問題となる。
凍結した状態からの解凍の過程において、尿素水は、融点付近の温度域で実質的な解凍前の固体の状態（固相）と、解凍後の液体の状態（液相）とをとり得るところ、温度センサからの出力のみからでは、この温度域において、尿素水が解凍前の固体の状態にあるのか、解凍後の液体の状態にあるのかの相状態の判別まではすることができないことである。このため、上記の技術においては、融点付近の温度域において、実際には固体の状態にあり、実質的な解凍には至っていないにも拘わらず、解凍したとの誤った判定がなされるおそれがある。このような誤判定を回避するため、解凍を判定するための閾値としての温度を融点に対して充分な余裕を持たせて設定したとすれば、尿素水の解凍を的確なタイミングで判定することができない。 However, in the above technique that employs a temperature sensor, only the temperature sensor is provided as a means for determining the state of the urea water in the storage tank.
In the process of thawing from the frozen state, urea water can take a substantial solid state (solid phase) before thawing and a liquid state (liquid phase) after thawing in the temperature range near the melting point. From the output from the temperature sensor alone, in this temperature range, it is impossible to determine the phase state of whether the urea water is in a solid state before thawing or in a liquid state after thawing. is there. For this reason, in the above technique, there is a possibility that an erroneous determination that the thawing has occurred is made in the temperature range near the melting point, even though it is actually in a solid state and has not substantially defrosted. is there. In order to avoid such a misjudgment, if the temperature as a threshold for determining thawing is set with a sufficient margin with respect to the melting point, thawing of urea water can be determined at an accurate timing. I can't.

なお、凍結の問題は、以上のような尿素水の場合に限らず、燃料電池システムにおける加湿用の水（たとえば、特開２００４−３３５３３８号公報）や、尿素水以外の水溶液等の場合を含む液体一般についても妥当する。
本発明は、以上の問題を考慮した凍結判定装置を提供するものである。 The problem of freezing is not limited to the case of urea water as described above, but includes cases of water for humidification in a fuel cell system (for example, JP-A-2004-335338), aqueous solutions other than urea water, and the like. Applicable to liquids in general.
The present invention provides a freeze determination device that takes the above problems into consideration.

本発明に係る凍結判定装置は、液体の凍結を判定するための装置であって、液体の温度及び濃度を検出するための状態センサであって、温度に応じて電気特性値が変化する性質を有し、液体に対して直接的又は間接的に接触させた状態で設けられた感温体と、この感温体に対して熱的に接続されたヒータとを有し、ヒータを駆動するとともに、ヒータにより加熱された感温体の電気特性値を、液体の濃度として出力する一方、ヒータの駆動前における感温体の電気特性値を、液体の温度として出力する状態センサと、状態センサにより検出された前記液体の温度及び濃度に基づいて、液体が凍結しているか否かを判定する演算ユニットと、を含んで構成される。 A freezing determination device according to the present invention is a device for determining the freezing of a liquid, and is a state sensor for detecting the temperature and concentration of the liquid, and has a property that an electric characteristic value changes according to the temperature. And having a temperature sensing element provided in direct or indirect contact with the liquid and a heater thermally connected to the temperature sensing element, and driving the heater The state sensor that outputs the electrical characteristic value of the temperature sensing element heated by the heater as the liquid concentration, while outputting the electrical characteristic value of the temperature sensing element before the heater is driven as the liquid temperature, and the state sensor An arithmetic unit that determines whether or not the liquid is frozen based on the detected temperature and concentration of the liquid.

本発明によれば、液体の温度及び濃度を検出する状態センサを設け、この状態センサからの出力に基づいて、液体が凍結しているか否かの判定を行うこととした。凍結した状態からの解凍の過程において、液体は、融点付近の温度域で実質的な解凍前の固体の状態（固相）と、解凍後の液体の状態（液相）とをとり得るところ、液体の状態と固体の状態とでは、この液体を媒体とする熱伝達の特性が大きく異なる。状態センサによれば、これが熱伝達の特性に応じた検出信号を出力するものであることから、解凍したか否かを、相状態の判別を含めて判定することが可能となる。従って、本発明によれば、液体が凍結し、又は凍結した液体が解凍したか否かを、融点付近の温度域にある場合を含めて正確に判定することができる。 According to the present invention, a state sensor for detecting the temperature and concentration of the liquid is provided, based on an output from the state sensor, it was decided to perform determine whether or not the liquid is frozen. In the process of thawing from the frozen state, the liquid can take a substantial solid state before solidification (solid phase) and a liquid state after thawing (liquid phase) in the temperature range near the melting point. The characteristics of heat transfer using the liquid as a medium are greatly different between the liquid state and the solid state. According to the state sensor, since this outputs a detection signal according to the heat transfer characteristic, it is possible to determine whether or not the thawing has been performed, including the determination of the phase state. Therefore, according to the present invention, it can be accurately determined whether the liquid is frozen or whether the frozen liquid is thawed, including the case where the temperature is in the vicinity of the melting point.

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る凍結判定装置のうち、センサ部の構成を機能ブロックにより示している。
本実施形態に係る凍結判定装置は、センサ部に感温型の濃度センサを備え、この濃度センサからの出力に基づいて、図示しない演算ユニットにより凍結の判定に関する所定の演算を実行するものである。この濃度センサは、センサ素子部Ａと、回路部Ｂとから構成されており、判定の対象とする液体の温度を検出する機能と、この液体を媒体とする熱伝達の特性に応じた検出信号を出力する機能とを、この濃度センサに兼ねさせている。凍結の判定に際し、濃度センサは、センサ素子部Ａが液体中に浸漬させた状態に置かれる。センサ素子部Ａは、液体に対して直接的又は間接的に接触させた状態に置かれる感温体Ａ１と、この感温体Ａ１に対して熱的に接続されたヒータＡ２とを有しており、感温体Ａ１をヒータＡ２により強制的に加熱した場合における、この感温体Ａ１の電気特性値の変化に基づいて、液体の濃度を検出するものである。感温体Ａ１及びヒータＡ２は、いずれも電源Ｃに（ヒータＡ２については、スイッチＤを介して）接続されており、回路部ＢからスイッチＤにヒータ駆動信号Ｓｄｒｖが出力されることによりヒータＡ２が所定の期間に亘って作動し、感温体Ａ１が加熱される。加熱された感温体Ａ１の電気特性値（感温体Ａ１からの出力を信号Ｓｄｔｃとして示す。）が信号増幅器Ｚを介して回路部Ｂに読み込まれ、液体の濃度として検出される。ここで、感温体Ａ１は、温度に応じて電気特性値が変化する性質を有しており、感温体Ａ１の電気特性値は、液体を媒体とする熱伝達の特性に相関するものとして、その濃度に応じて異なる変化を示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a sensor unit in a freezing determination apparatus according to an embodiment of the present invention.
The freezing determination device according to the present embodiment includes a temperature-sensitive concentration sensor in the sensor unit, and executes a predetermined calculation related to the determination of freezing by an arithmetic unit (not shown) based on an output from the concentration sensor. . The density sensor, and the sensor element portion A, which is composed of a circuit portion B, a that function to detect the temperature of the liquid to be subjected to the determination, according to the characteristics of heat transfer to the liquid as a medium and that functions to output a detection signal, which serves also as to the density sensor. When determining freezing, the concentration sensor is placed in a state where the sensor element portion A is immersed in the liquid. The sensor element portion A has a temperature sensing element A1 placed in a state of direct or indirect contact with the liquid and a heater A2 thermally connected to the temperature sensing element A1. Thus, the concentration of the liquid is detected based on the change in the electric characteristic value of the temperature sensing element A1 when the temperature sensing element A1 is forcibly heated by the heater A2. The temperature sensing element A1 and the heater A2 are both connected to the power source C (with respect to the heater A2 via the switch D), and when the heater drive signal Sdrv is output from the circuit unit B to the switch D, the heater A2 Is operated over a predetermined period, and the temperature sensing element A1 is heated. The electrical characteristic value of the heated temperature sensing element A1 (the output from the temperature sensing element A1 is shown as a signal Sdtc) is read into the circuit part B via the signal amplifier Z and detected as the liquid concentration. Here, the temperature sensing element A1 has a property that the electric characteristic value changes according to the temperature, and the electric characteristic value of the temperature sensing element A1 is correlated with the characteristic of heat transfer using the liquid as a medium. Shows different changes depending on its concentration.

図２は、本実施形態に係る凍結判定装置のセンサ部の作動原理を示している。
ヒータＡ２による感温体Ａ１の加熱は、回路部Ｂからの信号Ｓｄｒｖに基づいて、所定の時間Δｔ０１に亘ってヒータＡ２にヒータ駆動電流ｉｈを通電することにより行う。ここで、回路部Ｂは、ヒータＡ２による加熱前の時刻ｔ０における感温体Ａ１の電気特性値（ここでは、抵抗値）Ｒ０を検出するとともに、ヒータＡ２への通電を停止した時点ｔ１における抵抗値Ｒ１を検出し、検出した抵抗値Ｒ１，Ｒ０の差ＤＬＴＲ（＝Ｒ１−Ｒ０）を算出する。この差ＤＬＴＲは、液体を媒体とする熱伝達の特性に相関するものであり、この熱伝達の特性は、液体の濃度に応じて変化するものであるため、算出した差ＤＬＴＲを、濃度に換算することが可能である。本実施形態において、センサ部を構成する濃度センサは、濃度の検出する機能以外に、液体の温度を検出する機能を兼ね備えるものである。液体の温度は、加熱前の抵抗値Ｒ０に基づいて算出される。 FIG. 2 shows the operating principle of the sensor unit of the freezing determination device according to this embodiment.
Heating of the temperature sensing element A1 by the heater A2 is performed by applying a heater driving current ih to the heater A2 over a predetermined time Δt01 based on the signal Sdrv from the circuit unit B. Here, the circuit unit B detects the electrical characteristic value (here, resistance value) R0 of the temperature sensing element A1 at time t0 before heating by the heater A2, and at the time t1 when the energization to the heater A2 is stopped. The value R1 is detected, and a difference DLTR (= R1−R0) between the detected resistance values R1 and R0 is calculated. This difference DLTR correlates with the characteristics of heat transfer using liquid as a medium, and since this heat transfer characteristic changes according to the concentration of the liquid, the calculated difference DLTR is converted into a concentration. Is possible. In this embodiment, the concentration sensor of the sensor unit, in addition functions to detect the concentration, those having both to that function detects the temperature of the liquid. The temperature of the liquid is calculated based on the resistance value R0 before heating.

図３は、演算ユニットの動作の内容を示すフローチャートである。
演算ユニットは、濃度センサの回路部Ｂと接続され、この回路部Ｂにより検出された液体の温度及び濃度を入力し、これに基づいて所定の演算を実行して、液体が凍結しているか否かを判定するものである。
Ｓ１では、液体の温度Ｔ及び濃度Ｄを読み込む。既に述べたように、液体の温度Ｔは、ヒータＡ２による加熱前における感温体Ａ１の抵抗値Ｒ０に基づいて、また、濃度Ｄは、ヒータＡ２による加熱前後に亘る感温体Ａ１の抵抗値Ｒ０，Ｒ１の差ＤＬＴＲに基づいて、夫々検出される。 FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the operation of the arithmetic unit.
The arithmetic unit is connected to the circuit unit B of the concentration sensor, inputs the temperature and concentration of the liquid detected by the circuit unit B, executes predetermined calculations based on this, and determines whether or not the liquid is frozen. This is a judgment.
In S1, the temperature T and concentration D of the liquid are read. As already described, the temperature T of the liquid is based on the resistance value R0 of the temperature sensing element A1 before heating by the heater A2, and the concentration D is the resistance value of the temperature sensing element A1 before and after heating by the heater A2. Each is detected based on the difference DLTR between R0 and R1.

Ｓ２では、液体の温度Ｔが、液体の融点を示す設定温度Ｔｓｌよりも高いか否かを判定する。Ｔｓｌよりも高いときは、この判定を終了し、Ｔｓｌ以下であるときは、Ｓ３へ進む。本実施形態において、温度に関してこの設定温度Ｔｓｌを下限として定められる範囲が「第１の領域」に相当する。
Ｓ３では、液体の濃度Ｄが設定濃度Ｄｓｌ以下であるか否かを判定する。Ｄｓｌ以下であるときは、Ｓ４へ進み、Ｄｓｌよりも高いときは、凍結の判定に関する動作を終了する。液体が液体の状態（液相）にある場合と、凍結した固体の状態（固相）にある場合とでは、この液体を媒体とする熱伝達の特性が大きく異なり、凍結した状態では、加熱に対する感温体Ａ１の抵抗値Ｒの変化が極めて小さくなる。先に示した図２は、液体が液相にある場合と、固相にある場合とで抵抗値Ｒの変化を比較したものであり、両者の変化に顕著な違いがあることを示している。同図において、実線Ａは、液相にある規定濃度の液体に関して得られる変化を、二点鎖線Ｂは、固相にある液体に関して得られる変化を夫々示している。このことから、設定濃度Ｄｓｌは、液相にある場合に得られる濃度と、固相にある場合に得られる濃度との間の値を持たせたものとして設定される。濃度に関してこの設定濃度Ｄｓｌを下限として定められる範囲が「第２の領域」に相当する。 In S2, it is determined whether or not the temperature T of the liquid is higher than a set temperature Tsl indicating the melting point of the liquid. When it is higher than Tsl, this determination is terminated, and when it is equal to or lower than Tsl, the process proceeds to S3. In the present embodiment, the range defined with the set temperature Tsl as the lower limit for the temperature corresponds to the “first region”.
In S3, it is determined whether or not the liquid concentration D is equal to or lower than the set concentration Dsl. When it is equal to or less than Dsl, the process proceeds to S4. When the liquid is in a liquid state (liquid phase) and when it is in a frozen solid state (solid phase), the characteristics of heat transfer using this liquid as a medium differ greatly. The change in the resistance value R of the temperature sensing element A1 becomes extremely small. FIG. 2 shown above compares changes in the resistance value R between when the liquid is in the liquid phase and when it is in the solid phase, and shows that there is a significant difference between the changes. . In the figure, a solid line A indicates a change obtained for a liquid having a specified concentration in the liquid phase, and a two-dot chain line B indicates a change obtained for the liquid in the solid phase. Therefore, the set concentration Dsl is set as a value between the concentration obtained when in the liquid phase and the concentration obtained when in the solid phase. The range defined with the set density Dsl as the lower limit for the density corresponds to the “second region”.

Ｓ４では、液体が凍結している（実質的な解凍には至っておらず、固体の状態にある場合を含む。）ものと判定する。
次に、本実施形態に係る凍結判定装置をエンジンの排気浄化装置に適用した場合について、具体的に説明する。
図４は、本実施形態に係る凍結判定装置を適用したエンジン１の排気浄化装置の構成を示している。 In S4, it is determined that the liquid is frozen (including the case where the liquid is not substantially thawed and is in a solid state).
Next, the case where the freezing determination device according to the present embodiment is applied to an engine exhaust gas purification device will be specifically described.
FIG. 4 shows the configuration of the exhaust emission control device of the engine 1 to which the freeze determination device according to this embodiment is applied.

エンジン１は、直噴型のディーゼルエンジンであり、トラック等の大型車両の駆動源を構成する。
エンジン１の吸気通路１１には、可変ノズル型のターボチャージャ１２を備えており、吸気通路１１に導入された吸入空気は、このターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａにより圧縮され、更にサージタンク１３を介して各気筒に分配される。エンジン本体において、シリンダヘッドには、燃料供給用のインジェクタ２１が気筒毎に設置されている。インジェクタ２１は、エンジン１のコントロールユニット（図示せず。）からの信号により作動して、燃料を燃焼室内に直接供給する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール２２を介してインジェクタ２１に供給される。 The engine 1 is a direct injection type diesel engine and constitutes a drive source for a large vehicle such as a truck.
The intake passage 11 of the engine 1 is provided with a variable nozzle type turbocharger 12. The intake air introduced into the intake passage 11 is compressed by a compressor 12 a of the turbocharger 12, and further via a surge tank 13. Distributed to each cylinder. In the engine body, a fuel supply injector 21 is installed in the cylinder head for each cylinder. The injector 21 is operated by a signal from a control unit (not shown) of the engine 1 to supply fuel directly into the combustion chamber. Fuel delivered by a fuel pump (not shown) is supplied to the injector 21 through the common rail 22.

排気通路３１には、マニホールド部の下流にターボチャージャ１２のタービン１２ｂが設置されており、排気によりタービン１２ｂが駆動されることで、コンプレッサ１２ａが回転する。タービン１２ｂの下流には、上流側から順に酸化触媒３２、ＮＯｘ浄化触媒３３及びアンモニア浄化触媒３４が設置されている。酸化触媒３２は、排気中の炭化水素及び一酸化炭素を酸化するとともに、排気中の一酸化窒素（以下「ＮＯ」という。）を、二酸化窒素（以下「ＮＯ２」という。）を主とするＮＯｘに転換するためのものであり、排気に含まれるＮＯとＮＯ２との比率を、後述するＮＯｘの還元反応に最適なものに調整する作用を奏する。ＮＯｘ浄化触媒３３は、ＮＯｘを還元し、浄化するためのものである。このＮＯｘ浄化触媒ＮＯｘ３３でＮＯｘの還元を生じさせるため、本実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３３の上流で排気に還元剤としてのアンモニアを添加する。アンモニア浄化触媒３４は、ＮＯｘ浄化触媒３３を通過したスリップアンモニアを酸化し、浄化するためのものであり、これにより大気中へのアンモニアの放出が抑制される。 A turbine 12b of the turbocharger 12 is installed in the exhaust passage 31 downstream of the manifold portion, and the compressor 12a rotates when the turbine 12b is driven by the exhaust. An oxidation catalyst 32, a NOx purification catalyst 33, and an ammonia purification catalyst 34 are installed in this order from the upstream side downstream of the turbine 12b. The oxidation catalyst 32 oxidizes hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas, and also uses nitrogen monoxide (hereinafter referred to as “NO”) in the exhaust gas and NOx mainly including nitrogen dioxide (hereinafter referred to as “NO 2”). The ratio of NO and NO2 contained in the exhaust gas is adjusted to an optimum value for the NOx reduction reaction described later. The NOx purification catalyst 33 is for reducing and purifying NOx. In this embodiment, ammonia as a reducing agent is added to the exhaust gas upstream of the NOx purification catalyst 33 in order to cause NOx reduction by the NOx purification catalyst NOx33. The ammonia purification catalyst 34 is used to oxidize and purify slip ammonia that has passed through the NOx purification catalyst 33, thereby suppressing the release of ammonia into the atmosphere.

エンジン１においては、車上でのアンモニアの貯蔵容易性を考慮して、アンモニアの前駆体としての尿素を水溶液の状態で貯蔵することとしている。尿素の水溶液（以下「尿素水」という。）を貯蔵するための貯蔵タンク（以下、単に「貯蔵タンク」という。）４１は、車両のシャシーフレームに固定されている。この貯蔵タンク４１には、尿素水供給管４２が接続されており、尿素水の添加ユニット４３に対し、この尿素水供給管４２を介して貯蔵タンク４１に貯えられている尿素水が供給される。また、尿素水供給管４２には、図示しない尿素水戻り管が接続されており、規定圧力を超える分の余剰の尿素水が、この尿素水戻り管を介して貯蔵タンク４１に戻されるように構成されている。 In the engine 1, urea as an ammonia precursor is stored in an aqueous solution state in consideration of ease of storage of ammonia on the vehicle. A storage tank (hereinafter simply referred to as “storage tank”) 41 for storing an aqueous solution of urea (hereinafter referred to as “urea water”) is fixed to a chassis frame of the vehicle. A urea water supply pipe 42 is connected to the storage tank 41, and urea water stored in the storage tank 41 is supplied to the urea water addition unit 43 via the urea water supply pipe 42. . In addition, a urea water return pipe (not shown) is connected to the urea water supply pipe 42 so that excess urea water for exceeding the specified pressure is returned to the storage tank 41 through the urea water return pipe. It is configured.

添加ユニット４３は、エアアシスト式のインジェクタを構成するものである。添加ユニット４３に供給された尿素水は、図示しなしエアタンクから供給された圧縮空気と混合され、ノズル部４３ａを介して排気中に噴射される。ノズル部４３ａは、酸化触媒３２と、ＮＯｘ浄化触媒３３とを接続する排気通路３１ａの管壁を貫通させて設置されており、その噴射方向は、排気の流れと平行な方向に、ＮＯｘ浄化触媒３３の端面に向けて設定されている。添加ユニット４３により尿素水が噴射されると、噴射された尿素水中の尿素が排気熱により加水分解反応を生じ、アンモニアが発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ浄化触媒３３でＮＯｘの還元剤として作用し、ＮＯｘを還元させる。 The addition unit 43 constitutes an air assist type injector. The urea water supplied to the addition unit 43 is mixed with compressed air supplied from an air tank (not shown) and injected into the exhaust gas through the nozzle portion 43a. The nozzle portion 43a is installed through the pipe wall of the exhaust passage 31a that connects the oxidation catalyst 32 and the NOx purification catalyst 33, and the injection direction thereof is parallel to the exhaust flow, and the NOx purification catalyst. It is set toward 33 end faces. When urea water is injected by the addition unit 43, urea in the injected urea water undergoes a hydrolysis reaction due to exhaust heat, and ammonia is generated. The generated ammonia acts as a NOx reducing agent in the NOx purification catalyst 33 and reduces NOx.

また、排気通路３１は、ＥＧＲ管３５により吸気通路１１と接続されている。このＥＧＲ管３５を介して排気が吸気通路１１に還流される。ＥＧＲ管３５には、ＥＧＲ弁３６が介装されており、このＥＧＲ弁３６により還流される排気の流量が制御される。
排気通路３１において、酸化触媒３２とＮＯｘ浄化触媒３３との間には、尿素水添加前の排気の温度を検出するための温度センサ７１が設置されている。アンモニア浄化触媒３４の下流には、還元後の排気の温度を検出するための温度センサ７２、及び還元後の排気に含まれるＮＯｘの濃度を検出するためのＮＯｘセンサ７３が設置されている。また、貯蔵タンク４１には、貯えられている尿素水に含まれる尿素の濃度を検出するための尿素センサ７４が設置されている。尿素センサ７４は、本実施形態に係る凍結判定装置のセンサ部を構成するものであり、この尿素センサ７４に「状態センサ」としての機能を兼ねさせている。凍結判定装置の「演算ユニット」としての機能は、排気浄化装置のコントロールユニット（以下「ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ」と略す。）５１が兼ね備えており、温度センサ７１，７２、ＮＯｘセンサ７３及び尿素センサ７４の検出信号は、ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ５１に出力される。ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ５１は、入力した信号をもとに、最適な尿素水噴射量を演算及び設定して、添加ユニット４３に指令信号を出力するとともに、エンジン1の始動に際し、貯蔵タンク４１に貯えられている尿素水が凍結しているか否かを判定し、凍結している場合は、これが解除された後、排気に対する尿素水の噴射を開始する。 The exhaust passage 31 is connected to the intake passage 11 by an EGR pipe 35. Exhaust gas is recirculated to the intake passage 11 via the EGR pipe 35. An EGR valve 36 is interposed in the EGR pipe 35, and the flow rate of the exhaust gas recirculated by the EGR valve 36 is controlled.
In the exhaust passage 31, a temperature sensor 71 is installed between the oxidation catalyst 32 and the NOx purification catalyst 33 to detect the temperature of the exhaust gas before adding urea water. Downstream of the ammonia purification catalyst 34, a temperature sensor 72 for detecting the temperature of the exhaust after reduction and a NOx sensor 73 for detecting the concentration of NOx contained in the exhaust after reduction are installed. The storage tank 41 is provided with a urea sensor 74 for detecting the concentration of urea contained in the stored urea water. Urea sensor 74 constitutes a sensor portion of the freeze determination device according to the present embodiment, serve as the function of the "state sensor" in the urea sensor 74. The function as the “arithmetic unit” of the freezing determination device is combined with the control unit (hereinafter abbreviated as “SCR-C / U”) 51 of the exhaust purification device, and includes temperature sensors 71 and 72, a NOx sensor 73, and a urea sensor. The detection signal 74 is output to the SCR-C / U 51. The SCR-C / U 51 calculates and sets an optimal urea water injection amount based on the input signal, outputs a command signal to the addition unit 43, and stores it in the storage tank 41 when the engine 1 is started. It is determined whether or not the urea aqueous solution is frozen. If it is frozen, the urea aqueous solution is started to be injected into the exhaust gas after the release.

図５は、貯蔵タンク４１の内部の構成を示している。
尿素センサ７４は、感温型の濃度センサを構成するものであり、感温体を有するセンサ素子部７４１と、センサ素子部７４１からの出力に基づいて尿素の濃度を演算する回路部７４２とを備えている。センサ素子部７４１は、「感温体」が測温抵抗層の形態で設けられたセンサ素子７４１ａを有しており、回路部７４２は、この測温抵抗層の抵抗値（感温体の「電気特性値」に相当する。）に基づいて、尿素の濃度を算出する。濃度の検出に際し、センサ素子部７４１は、貯蔵タンク４１に挿入されて、貯蔵タンク４１の底面近傍に配置される一方、回路部７４２は、貯蔵タンク４１外に配置される。径の異なる２つの筒部材７４３，７４４が設けられ、これらの筒部材７４３，７４４は、互いに同心に配置されるとともに、一端で回路部７４２の底面に接合されて、尿素センサ７４の内筒及び外筒を形成している。内筒７４３及び外筒７４４は、貯蔵タンク４１の天蓋を上下に貫通して、貯蔵タンク４１の底面近傍にまで延伸しており、内筒７４３の先端に、尿素センサ７４のセンサ素子部７４１が取り付けられている。センサ素子部７４１と回路部７４２とは、内筒７４３に封入された配線（図示せず。）を介して接続されている。本実施形態では、後述する液位の検出のため、外筒７４４に、軸方向に延伸するスリット７４４ａが形成されている。尿素水がこのスリット７４４ａを介して外筒７４４の内部に流入し、又は外部に流出することで、内筒７４３及び外筒７４４の間における静電容量に変化が生じるため、この静電容量に基づいて尿素水の液位を検出することが可能である。 FIG. 5 shows the internal configuration of the storage tank 41.
The urea sensor 74 constitutes a temperature-sensitive concentration sensor, and includes a sensor element unit 741 having a temperature sensor and a circuit unit 742 that calculates the urea concentration based on the output from the sensor element unit 741. I have. The sensor element portion 741 has a sensor element 741a in which a “temperature sensing element” is provided in the form of a temperature sensing resistance layer, and the circuit portion 742 has a resistance value (“ The concentration of urea is calculated on the basis of “electric characteristic value”. In detecting the concentration, the sensor element portion 741 is inserted into the storage tank 41 and disposed near the bottom surface of the storage tank 41, while the circuit portion 742 is disposed outside the storage tank 41. Two cylindrical members 743 and 744 having different diameters are provided, and these cylindrical members 743 and 744 are arranged concentrically with each other and joined to the bottom surface of the circuit unit 742 at one end, and the inner cylinder of the urea sensor 74 and An outer cylinder is formed. The inner cylinder 743 and the outer cylinder 744 vertically penetrate the canopy of the storage tank 41 and extend to the vicinity of the bottom surface of the storage tank 41, and the sensor element portion 741 of the urea sensor 74 is provided at the tip of the inner cylinder 743. It is attached. The sensor element portion 741 and the circuit portion 742 are connected via wiring (not shown) sealed in the inner cylinder 743. In the present embodiment, a slit 744 a extending in the axial direction is formed in the outer cylinder 744 in order to detect a liquid level described later. Since urea water flows into the outer cylinder 744 through the slit 744a or flows out to the outside, a change occurs in the electrostatic capacity between the inner cylinder 743 and the outer cylinder 744. Based on this, it is possible to detect the level of urea water.

センサ素子部７４１のセンサ素子７４１ａは、測温抵抗層と、ヒータ層（「ヒータ」を構成する。）とを、電気絶縁膜を介して積層させた薄膜チップとして構成される。センサ素子７４１ａは、伝熱性のフィンプレート７４１ｂの一方の端部に接合されており、このフィンプレート７４１ｂは、センサ素子７４１ａが接合された端部が内筒７４３に挿入された状態で、ホルダー７４１ｃにより支持されている。このホルダー７４１ｃは、フィンプレート７４１ｂを固定して、センサ素子７４１ａを支持するものであるとともに、内筒７４３の内部への尿素水の流入を阻止するシールとしての機能を有するものである。フィンプレート７４１ｂは、センサ素子７４１ａが接合された端部とは反対側の端部において、ホルダー７４１ｃを貫通し、尿素水に接触している。本実施形態では、センサ素子部７４１の保護のため、外筒７４４を内筒７４３よりも大きな長さを持たせて形成しており、フィンプレート７４１ｂの端部を、外筒７４４の内部で尿素水に接触させている。 The sensor element 741a of the sensor element portion 741 is configured as a thin film chip in which a resistance temperature layer and a heater layer (which constitutes a “heater”) are stacked via an electric insulating film. The sensor element 741a is joined to one end of a heat conductive fin plate 741b, and the fin plate 741b is inserted into the inner cylinder 743 with the end to which the sensor element 741a is joined in the holder 741c. Is supported by The holder 741c fixes the fin plate 741b and supports the sensor element 741a, and also has a function as a seal that prevents inflow of urea water into the inner cylinder 743. The fin plate 741b penetrates the holder 741c at the end opposite to the end where the sensor element 741a is joined, and is in contact with the urea water. In the present embodiment, in order to protect the sensor element portion 741, the outer cylinder 744 is formed to have a longer length than the inner cylinder 743, and the end of the fin plate 741b is formed inside the outer cylinder 744 with urea. It is in contact with water.

回路部７４２は、センサ素子部７４１の測温抵抗層及びヒータ層と接続されており、ヒータ層に通電して測温抵抗層を加熱するとともに、加熱された測温抵抗層の抵抗値を検出する。測温抵抗層は、その抵抗値が温度に比例して変化する特性を有するものであり、回路部７４２は、検出した抵抗値に基づいて、後に述べるように尿素の濃度を算出する。
本実施形態では、寒冷地等におけるエンジン１の始動に際して貯蔵タンク４１内で尿素水が凍結している場合に、その解凍を促進させるため、貯蔵タンク４１において、尿素水を強制的に加熱するためのタンクヒータを設置している。このタンクヒータは、エンジン本体におけるエンジン冷却水の通路から分岐させて形成されるものであり、貯蔵タンク４１の内部に配置された、エンジン冷却水を流通させるための熱交換パイプ８１を含んで構成される。この熱交換パイプ８１は、貯蔵タンク４１の天蓋にエンジン冷却水の流入部８１ａ及び流出部８１ｂが設けられるとともに、貯蔵タンク４１の内部において、尿素センサ７４のセンサ素子部７４１と、尿素水供給管４２の吸入部（図示せず。）とを取り囲むように配置されている。タンクヒータによる加熱は、熱交換パイプ８１を流れるエンジン冷却水の流量を制御することにより調整される。 The circuit unit 742 is connected to the temperature measuring resistance layer and the heater layer of the sensor element unit 741, and energizes the heater layer to heat the temperature measuring resistance layer and detects the resistance value of the heated temperature measuring resistance layer. To do. The resistance temperature measuring layer has a characteristic that its resistance value changes in proportion to the temperature, and the circuit unit 742 calculates the concentration of urea as described later based on the detected resistance value.
In the present embodiment, when urea water is frozen in the storage tank 41 when the engine 1 is started in a cold region or the like, the urea water is forcibly heated in the storage tank 41 in order to promote the thawing. The tank heater is installed. This tank heater is formed by branching from a passage of engine cooling water in the engine main body, and includes a heat exchange pipe 81 arranged inside the storage tank 41 for circulating the engine cooling water. Is done. The heat exchange pipe 81 is provided with an inflow portion 81a and an outflow portion 81b of engine cooling water on the canopy of the storage tank 41, and within the storage tank 41, a sensor element portion 741 of the urea sensor 74 and a urea water supply pipe. It arrange | positions so that 42 suction | inhalation parts (not shown) may be surrounded. Heating by the tank heater is adjusted by controlling the flow rate of engine cooling water flowing through the heat exchange pipe 81.

次に、ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ５１の動作をフローチャートにより説明する。
図４は、ＳＣＲ−Ｃ／Ｕ５１が凍結の判定に関して行う動作を示すフローチャートである。
Ｓ１０１では、凍結判定フラグＦｆｒｚを読み込み、読み込んだＦｆｒｚが０であるか否かを判定する。０であるときは、Ｓ１０２へ進み、０でないときは、Ｓ１０９へ進む。制御開始後第１回目のルーチンにおいて、凍結判定フラグＦｆｒｚは、イニシャライズにより０に設定されている。 Next, the operation of the SCR-C / U 51 will be described with reference to a flowchart.
FIG. 4 is a flowchart showing the operation performed by the SCR-C / U 51 regarding the determination of freezing.
In S101, the freezing determination flag Ffrz is read and it is determined whether or not the read Ffrz is zero. When it is 0, it progresses to S102, and when it is not 0, it progresses to S109. In the first routine after the start of control, the freezing determination flag Ffrz is set to 0 by initialization.

Ｓ１０２では、尿素水の温度Ｔが、尿素水の融点を示す設定温度Ｔｓｌよりも高いか否かを判定する。Ｔｓｌよりも高いときは、Ｓ１０３へ進み、Ｔｓｌ以下であるときは、Ｓ１０５へ進む。尿素水の温度Ｔは、ヒータ層による加熱前の測温抵抗層の抵抗値Ｒ０に基づいて算出される（図２）。
Ｓ１０３では、尿素水が凍結していないか、又は解凍したものとして、凍結判定フラグＦｆｒｚを１に設定する。 In S102, it is determined whether or not the temperature T of the urea water is higher than a set temperature Tsl indicating the melting point of the urea water. When it is higher than Tsl, the process proceeds to S103, and when it is equal to or less than Tsl, the process proceeds to S105. The temperature T of the urea water is calculated based on the resistance value R0 of the temperature measuring resistance layer before heating by the heater layer (FIG. 2).
In S103, the freezing determination flag Ffrz is set to 1 assuming that the urea water is not frozen or has been thawed.

Ｓ１０４では、カウンタの値ＣＮＴを０にリセットする。
Ｓ１０５では、尿素の濃度Ｄが設定濃度Ｄｓｌ以下であるか否かを判定する。Ｄｓｌ以下であるときは、Ｓ１０６へ進み、Ｄｓｌよりも高いときは、Ｓ１０３進む。尿素水が液体の状態にある場合と、凍結した固体の状態にある場合とでは、尿素水を媒体とする熱伝達の特性が大きく異なり、凍結した状態では、加熱に対する測温抵抗層の抵抗値Ｒの変化が極めて小さくなり（図２）、濃度Ｄが設定濃度Ｄｓｌ以下となることは、図３のフローチャートに関する説明として既に述べたのと同様である。 In S104, the counter value CNT is reset to zero.
In S105, it is determined whether the urea concentration D is equal to or lower than the set concentration Dsl. When it is equal to or less than Dsl, the process proceeds to S106, and when it is higher than Dsl, the process proceeds to S103. When the urea water is in a liquid state and when it is in a frozen solid state, the characteristics of heat transfer using urea water as a medium differ greatly. In the frozen state, the resistance value of the resistance temperature measuring layer against heating The change in R is extremely small (FIG. 2), and the density D is equal to or lower than the set density Dsl, as already described for the flowchart of FIG.

Ｓ１０６では、カウンタの値ＣＮＴを１だけ増加させる。
Ｓ１０７では、増加後のカウンタの値ＣＮＴが所定の値ＣＮＴ１に達したか否かを判定する。達したときは、Ｓ１０８へ進み、達していないときは、Ｓ１０９へ進む。
Ｓ１０８では、尿素水が凍結している（実質的な解凍には至っておらず、固体の状態にある場合を含む。）ものとして、凍結判定フラグＦｆｒｚを０に設定する。 In S106, the counter value CNT is incremented by one.
In S107, it is determined whether or not the counter value CNT after the increase has reached a predetermined value CNT1. When it has reached, the process proceeds to S108, and when it has not reached, the process proceeds to S109.
In S108, the freezing determination flag Ffrz is set to 0 on the assumption that the urea water is frozen (including the case where the aqueous solution is not substantially thawed and is in a solid state).

Ｓ１０９では、以上のようにして設定された凍結判定フラグＦｆｒｚが１であるか否かを判定する。１であるときは、Ｓ１１０へ進み、１でないときは、Ｓ１１３へ進む。
Ｓ１１０では、熱交換パイプ８１を流れるエンジン冷却水の流量を制御し、貯蔵タンク４１の内部を尿素水の融点よりも高い一定の温度に保持する。保温時における流量の制御は、尿素センサ７４により検出される尿素水の温度Ｔに基づいて行われる。 In S109, it is determined whether or not the freezing determination flag Ffrz set as described above is 1. When it is 1, it progresses to S110, and when it is not 1, it progresses to S113.
In S110, the flow rate of engine cooling water flowing through the heat exchange pipe 81 is controlled, and the inside of the storage tank 41 is held at a constant temperature higher than the melting point of urea water. Control of the flow rate during the heat retention is performed based on the temperature T of the urea water detected by the urea sensor 74.

Ｓ１１１では、添加ユニット４３に尿素水を供給するためのフィードポンプを作動させて、尿素水供給管４２内の尿素水を昇圧させる。
Ｓ１１２では、排気に対する尿素水噴射量を演算及び設定し、設定した尿素水噴射量に応じた指令信号を添加ユニット４３に出力する。尿素水噴射量の演算は、ＮＯｘセンサ７３により検出されたＮＯｘの濃度及び尿素センサ７４により検出された尿素の濃度、ならびにエンジン１の運転状態等に基づいて行われる。 In S <b> 111, a feed pump for supplying urea water to the addition unit 43 is operated to increase the pressure of urea water in the urea water supply pipe 42.
In S112, the urea water injection amount for the exhaust gas is calculated and set, and a command signal corresponding to the set urea water injection amount is output to the addition unit 43. The calculation of the urea water injection amount is performed based on the NOx concentration detected by the NOx sensor 73, the urea concentration detected by the urea sensor 74, the operating state of the engine 1, and the like.

Ｓ１１３では、熱交換パイプ８１を流れるエンジン冷却水の流量を、保温時（Ｓ１１０）と比較して増大させ、凍結した尿素水の解凍を促進させる。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、液体の温度及び濃度を検出する「状態センサ」を設け、このセンサからの出力に基づいて、液体が凍結しているか否かの判定を行うこととした。凍結した状態からの解凍の過程において、液体は、融点付近の温度域で実質的な解凍前の固体の状態（固相）と、解凍後の液体の状態（液相）とをとり得るところ、液体の状態と固体の状態とでは、この液体を媒体とする熱伝達の特性が大きく異なる。状態センサによれば、これが熱伝達の特性に応じた検出信号を出力するものであり、凍結している場合の出力の変化が極端に小さくなることから、解凍したか否かを、相状態の判別を含めて判定することが可能となる。従って、液体が凍結し、又は凍結した液体が解凍したか否かを、融点付近の温度域にある場合を含めて正確に判定することができる。 In S113, the flow rate of the engine cooling water flowing through the heat exchange pipe 81 is increased compared with that during the heat retention (S110), and the thawing of the frozen urea water is promoted.
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, that to detect the temperature and concentration of the liquid is provided to "state sensor", based on the output from the sensor, it was decided it is determined whether or not the liquid is frozen. In the process of thawing from the frozen state, the liquid can take a substantial solid state before solidification (solid phase) and a liquid state after thawing (liquid phase) in the temperature range near the melting point. The characteristics of heat transfer using the liquid as a medium are greatly different between the liquid state and the solid state. According to the state sensor, this outputs a detection signal according to the characteristics of heat transfer, and the change in output when frozen is extremely small. It is possible to make a determination including determination. Therefore, it can be accurately determined whether the liquid is frozen or whether the frozen liquid is thawed, including the case where the temperature is in the vicinity of the melting point.

具体例として、エンジン１の排気浄化装置における適用については、尿素水の温度Ｔのみによっては融点付近の温度域で尿素水が液体の状態にあるのか、又は凍結した固体の状態にあるのかの相状態の判別までは行うことができないところ、「状態センサ」としての機能を備える尿素センサ７４を採用したことで、液体の状態にある場合と、固体の状態にある場合との尿素水を媒体とする熱伝達の特性の違いに基づいて、相状態の判別を行うことが可能となる。従って、尿素水が凍結しており、又は解凍したことを、融点付近の温度域にある場合を含めて正確に判定して、添加ユニット４３による還元剤の添加を適切に行うことができる。 As a specific example, regarding the application in the exhaust emission control device of the engine 1, depending on only the temperature T of the urea water, whether the urea water is in a liquid state or a frozen solid state in a temperature range near the melting point. Although it cannot be performed until the state is determined, the urea sensor 74 having a function as a “ state sensor” is employed, so that urea water in a liquid state and a solid state can be used as a medium. The phase state can be determined based on the difference in heat transfer characteristics. Therefore, it is possible to accurately determine that the urea water is frozen or thawed, including when it is in the temperature range near the melting point, and the addition of the reducing agent by the addition unit 43 can be performed appropriately.

尿素水の温度の検出と、尿素の濃度の検出との各機能を兼ね備える尿素センサとしては、先に述べたような１つ感温体のみを有するものに限らず、２つの感温体が形成されたセンサ素子を有する濃度センサを採用することができる。図７は、このような濃度センサによる場合の濃度の検出原理を示している。ヒータ層に対して時間Δｔ０１に亘ってヒータ駆動電流ｉｈを通電し、「感温体」としての一方の測温抵抗層の抵抗値Ｒ１の変化に基づいて濃度Ｄを検出することは、既に述べたものと同様である。２つの測温抵抗層を有するものでは、ヒータ層による加熱の対象とするのは一方の測温抵抗層のみとし、他方の測温抵抗層は、ヒータ層から熱的に絶縁された状態で設置される。ヒータ駆動電流ｉｈを停止した時点における一方の測温抵抗層の抵抗値Ｒ１と、他方の測温抵抗層の抵抗値Ｒ２との差Ｄｒ１（＝Ｒ１−Ｒ２）を検出し、これを濃度に換算する。なお、この場合において、尿素水の温度Ｔは、他方の測温抵抗層の抵抗値Ｒ２に基づいて算出することが可能である。この抵抗値Ｒ２によれば、ヒータ層からの加熱の影響を受けないので、常に温度Ｔを測定することができる。 The urea sensor having both functions of detecting the temperature of urea water and detecting the concentration of urea is not limited to having only one temperature sensor as described above, and two temperature sensors are formed. A concentration sensor having the sensor element formed can be employed. FIG. 7 shows the principle of density detection in the case of such a density sensor. It has already been described that the heater driving current ih is applied to the heater layer for a time Δt01 and the concentration D is detected based on the change in the resistance value R1 of one of the resistance temperature measuring layers as the “temperature sensing element”. It is the same as that. In the case of having two resistance temperature layers, only one resistance temperature layer is heated by the heater layer, and the other resistance temperature layer is installed in a state of being thermally insulated from the heater layer. Is done. A difference Dr1 (= R1−R2) between the resistance value R1 of one resistance temperature measuring layer and the resistance value R2 of the other resistance temperature measuring layer when the heater driving current ih is stopped is detected and converted into a concentration. To do. In this case, the temperature T of the urea water can be calculated based on the resistance value R2 of the other temperature measuring resistance layer. According to the resistance value R2, the temperature T can always be measured because it is not affected by the heating from the heater layer.

本発明の一実施形態に係る凍結判定装置のセンサ部の構成Configuration of sensor unit of freeze determination device according to one embodiment of the present invention 同上凍結判定装置の作動原理Operating principle of the freeze determination device 同上凍結判定装置の動作を示すフローチャートThe flowchart which shows operation | movement of a freezing determination apparatus same as the above. 同上凍結判定装置を組み込んだエンジンの排気浄化装置の構成Configuration of engine exhaust gas purification device incorporating the freeze determination device 同上排気浄化装置を構成する貯蔵タンクの内部構成Internal structure of the storage tank constituting the exhaust purification system 凍結判定ルーチンのフローチャートFlow chart of freezing judgment routine 他の状態センサによる場合の凍結の判定原理Judgment principle of freezing when using other state sensors

Explanation of symbols

Ａ…センサ素子部、Ａ１…感温体、Ａ２…ヒータ、Ｂ…回路部、Ｃ…電源、Ｄ…スイッチ、Ｚ…信号増幅器、１…ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１２…ターボチャージャ、１３…サージタンク、２１…インジェクタ、２２…コモンレール、３１…排気通路、３２…酸化触媒、３３…ＮＯｘ浄化触媒、３４…アンモニア浄化触媒、３５…ＥＧＲ管、３６…ＥＧＲ弁、４１…貯蔵タンク、４２…尿素水供給管、４３…添加ユニット、４３ａ…ノズル部、４４…空気供給管、５１…「演算ユニット」を兼ねるＳＣＲ−Ｃ／Ｕ、７１，７２…排気温度センサ、７３…ＮＯｘセンサ、７４…「状態センサ」としての尿素センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS A ... Sensor element part, A1 ... Temperature sensor, A2 ... Heater, B ... Circuit part, C ... Power supply, D ... Switch, Z ... Signal amplifier, 1 ... Diesel engine, 11 ... Intake passage, 12 ... Turbocharger, 13 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Surge tank, 21 ... Injector, 22 ... Common rail, 31 ... Exhaust passage, 32 ... Oxidation catalyst, 33 ... NOx purification catalyst, 34 ... Ammonia purification catalyst, 35 ... EGR pipe, 36 ... EGR valve, 41 ... Storage tank, 42 ... urea water supply pipe, 43 ... addition unit, 43a ... nozzle part, 44 ... air supply pipe, 51 ... SCR-C / U that also functions as "calculation unit", 71, 72 ... exhaust temperature sensor, 73 ... NOx sensor, 74 … Urea sensor as a “state sensor”.

Claims

An apparatus for determining the freezing of a liquid,
It is a state sensor for detecting the temperature and concentration of the liquid, and has a property that an electric characteristic value changes according to the temperature, and is provided in a state of being in direct or indirect contact with the liquid. A temperature sensor and a heater thermally connected to the temperature sensor. The heater is driven, and the electric characteristic value of the temperature sensor heated by the heater is changed to the liquid. A state sensor that outputs, as a temperature of the liquid, an electrical characteristic value of the temperature sensing body before driving the heater,
An arithmetic unit that determines whether or not the liquid is frozen based on the temperature and concentration of the liquid detected by the state sensor;
A freeze determination device configured to include:

In the arithmetic unit, the temperature detected by the state sensor is outside a first region determined with a predetermined temperature equal to or higher than the melting point of the liquid as a lower limit, and the detected concentration is outside the first region. The freezing determination apparatus according to claim 1, wherein the liquid is determined to be frozen when the liquid in the temperature range is outside a second region that is a concentration range that can be taken in a liquid phase state.

The liquid is stored in a storage tank;
The freezing determination apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the arithmetic unit determines the freezing of the liquid in the storage tank.

The freeze determination device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the liquid is urea water.