JP5093691B2 - 還元剤供給システムの異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、還元剤供給システムの異常診断装置に係り、特に、排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給システムに好適な異常診断装置に関する。

例えばディーゼルエンジンといった内燃機関の排気通路に、選択還元型ＮＯｘ触媒を設け、このＮＯｘ触媒に上流側から還元剤としての尿素を添加し、尿素から発生するアンモニアで排気ガスに含まれるＮＯｘを選択的に還元するようにした排気浄化装置（所謂Urea-SCRシステム）が公知である。

この排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒に対し尿素を適切に添加し続けないと排ガスエミッションが悪化する。特に自動車の分野では、ＮＯｘ浄化率の低下さらには排ガスエミッションの悪化を防止するため、法規要件としてリエージェント（reagent）要件なるものが存在する。このリエージェント要件は、尿素残量が所定量以下になったときに警告を発するという残量警告を含む。このほか、リエージェント要件は、尿素供給システムからの尿素漏れの検出、さらには尿素添加量のずれの検出なども含む。

尿素漏れ検出或いは尿素添加量ずれ検出に関連して、特許文献１には、キースイッチＯＮ時の還元剤タンク内の液位レベルと、キースイッチＯＮ後所定距離走行した時の還元剤タンク内の液位レベルとの差が所定範囲内か否かを判定し、所定範囲内でないと判定したときに尿素水溶液の噴射異常と判断することが開示されている。

特開２００６−２５０１１７号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、還元剤タンクに設けられた液位計により所定距離走行前後の液位レベルを計測している。液位計が、タンクの満タンから空までの全液位を検出可能であるため、液位計の検出精度は低く、その分解能も粗いと言わざるを得ない。そのため、計測された液位レベルについても精度が低く、よって微量な尿素漏れや尿素添加量ずれを検出することができない。

なお、ＮＯｘ触媒の下流側に、ＮＯｘとアンモニアを双方検出可能なＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサの検出値に基づいて尿素漏れや尿素添加量ずれを検出する技術も開発されるに至っている。しかし、この技術を以てしても、未だ、微量な尿素漏れや尿素添加量ずれを検出できるレベルにまでは至っていない。

そこで、本発明は上記事情に鑑みて創案され、その一の目的は、微量な還元剤漏れや還元剤添加量ずれを検出することができる還元剤供給システムの異常診断装置を提供することにある。

本発明の一の形態によれば、
内燃機関の排気通路に還元剤を添加する添加弁を有する還元剤供給システムの異常を診断する装置であって、
前記還元剤供給システムが、
前記還元剤を貯留するタンクであって、メインタンクと該メインタンクより小容量のサブタンクとを有するタンクと、
前記サブタンクから前記添加弁に供給路を介して前記還元剤を供給する供給ポンプと、
前記添加弁および前記供給路から前記還元剤を吸引し、前記タンクに回収する吸引ポンプと、
前記メインタンクと前記サブタンクとの連通部を開閉する開閉弁と、
前記サブタンク内に貯留された前記還元剤の残量を検出する残量検出手段と、
前記添加弁、前記供給ポンプ、前記吸引ポンプおよび前記開閉弁を制御すると共に、前記残量検出手段からの残量信号が入力される制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記還元剤供給システムの異常診断を実行可能であると共に、当該異常診断実行時に前記開閉弁を閉弁する
ことを特徴とする還元剤供給システムの異常診断装置が提供される。

これによれば、還元剤を貯留するタンクが、メインタンクと、メインタンクより小容量のサブタンクとを有し、サブタンク内に貯留された還元剤の残量を検出する残量検出手段が設けられている。またメインタンクとサブタンクとの連通部を開閉する開閉弁が設けられ、制御手段が、異常診断実行時に開閉弁を閉弁する。

残量検出手段が、小容量のサブタンク内の残量を検出するので、特許文献１に記載の液位計に比べ高精度且つ高分解能とすることができる。そして異常診断実行時に開閉弁を閉弁するので、小容量のサブタンク内の残量のみを用いて還元剤漏れ検出、還元剤添加量ずれ検出等の異常診断を実行できる。よって、微量な還元剤漏れや還元剤添加量ずれを検出することが可能となり、検出精度を高め、誤検出を未然に防止することが可能となる。

好ましくは、前記還元剤供給システムの異常診断として前記還元剤の漏れの有無を検出する際、前記制御手段は、前記供給ポンプを停止すると共に前記吸引ポンプを作動させて前記還元剤を回収し、前記添加弁および前記開閉弁を閉弁し、前記残量検出手段からの残量信号に基づき前記サブタンク内の第１残量を検出し、その後、前記供給ポンプを作動させ、このときの前記サブタンク内の第２残量を前記残量検出手段からの残量信号に基づき検出し、検出された前記第１残量および前記第２残量に基づき、前記還元剤の漏れの有無を検出する。

このように、開閉弁を閉弁して供給ポンプ作動前後のサブタンク内の第１残量および第２残量を残量検出手段により検出することで、微量な尿素漏れの有無を的確に診断することが可能である。また、ＮＯｘセンサを用いずに微量な尿素漏れを検出することができる。

好ましくは、前記制御手段は、前記還元剤の漏れの有無の検出を、前記内燃機関の停止時に実行する。

好ましくは、前記制御手段は、前記還元剤の漏れが有ることを検出した場合、前記供給ポンプを作動させると共に前記添加弁を開弁して前記還元剤の添加を実行し、その後、前記供給ポンプを停止すると共に前記吸引ポンプを作動させて前記還元剤の回収を実行し、且つ、当該還元剤の添加と回収を繰り返し実行し、その後、再度前記第１残量および前記第２残量の検出を実行して前記還元剤の漏れの有無を再度検出する。

これによれば、一旦尿素漏れが有ることが検出されても、還元剤の添加と回収を繰り返す回復制御を実行するので、尿素漏れが異物の噛み込み等による一時的なものなのか、或いは恒久的なものなのかを判別可能となり、診断精度を向上すると共に誤診断を防止できる。

好ましくは、前記還元剤供給システムの異常診断として還元剤添加量のずれを検出する際、前記制御手段は、前記内燃機関の停止時、前記供給ポンプを停止すると共に前記吸引ポンプを作動させて前記還元剤を回収し、前記添加弁および前記開閉弁を閉弁し、前記残量検出手段からの残量信号に基づき前記サブタンク内の第３残量を検出し、その後、前記内燃機関の運転時、前記供給ポンプおよび前記添加弁を作動させて前記還元剤の添加を実行し、添加開始から所定時間経過した時の前記サブタンク内の第４残量を前記残量検出手段からの残量信号に基づき検出し、検出された前記第３残量および前記第４残量に基づき、前記還元剤添加量のずれを検出する。

このように、開閉弁を閉弁して所定時間の尿素添加前後のサブタンク内の第３残量および第４残量を残量検出手段により検出することで、微量な還元剤添加量ずれを検出することが可能である。また、ＮＯｘセンサを用いずに微量な還元剤添加量ずれを検出することができる。

好ましくは、前記制御手段は、前記還元剤の添加開始から前記所定時間が経過するまでの間に前記添加弁に出力した指示添加量の積算値を算出し、前記第３残量および前記第４残量の差に基づく値と、前記積算値との比に基づき、前記還元剤添加量のずれを検出する。

好ましくは、前記制御手段は、検出された前記還元剤添加量のずれが大であるときには、還元剤添加量ずれ異常ありと判定し、検出された前記還元剤添加量のずれが中であるときには、前記比に基づいて前記指示添加量を補正し、検出された前記還元剤添加量のずれが小であるときには、還元剤添加量ずれ異常なしと判定する。

好ましくは、前記制御手段は、前記内燃機関の停止状態が所定の第１時間以上継続したときには、前記第１時間より短い所定の第２時間の間、前記開閉弁を開弁し、前記供給ポンプを作動させ、前記吸引ポンプを作動させ、前記添加弁を開弁する。

これによれば、比較的長期に亘って内燃機関の停止状態が継続した場合でも、尿素循環制御を行って信頼性を確保することが可能となる。

本発明によれば、微量な還元剤漏れや還元剤添加量ずれを検出することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態に係る構成を概略的に示す図である。 第１実施例に係るフローチャートである。 第２実施例に係るフローチャートである。 第３実施例に係るフローチャートである。 第４実施例に係るフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る構成を概略的に示す。１は自動車に搭載された圧縮着火式内燃機関、即ちディーゼルエンジンである。２はエンジン１の排気ガスを排出するための排気通路である。排気通路２には、排気ガス中のＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）３が設けられている。

ＮＯｘ触媒３に還元剤としての尿素（具体的には尿素水）を供給すべく、尿素供給システム４が設けられる。尿素供給システム４は、ＮＯｘ触媒３の上流側の排気通路２内に尿素を添加する添加弁としての尿素添加弁５を有する。尿素添加弁５は、制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００により制御される。

ＮＯｘ触媒３に尿素が供給されると、尿素が加水分解してアンモニアＮＨ₃が生成され、このアンモニアＮＨ₃がＮＯｘ触媒内でＮＯｘと反応し、ＮＯｘが還元される。またＮＯｘ触媒３は、所定限度内でアンモニアを吸着するというアンモニア吸着能を有し、アンモニア吸着成分、例えばゼオライトを含む。ＮＯｘ触媒３は、例えばゼオライトの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持させて構成されている。

さらに尿素供給システム４は、尿素を貯留するタンク６を有する。タンク６は、メインタンク７と、メインタンク７より小容量のサブタンク８とから構成されている。メインタンク７とサブタンク８は互いに連通され、サブタンク８はメインタンク７の下方に配置される。メインタンク７内に導入された尿素は、重力により落下してサブタンク８内に至る。メインタンク７の頂部には、尿素を外部から補給するための補給管９が接続される。

サブタンク８には、これから尿素添加弁５に供給路１０を介して尿素を供給する供給ポンプ１１が設けられている。供給ポンプ１１はＥＣＵ１００により制御される。供給ポンプ１１が作動（オン）されると、供給ポンプ１１は、サブタンク８内にある尿素を吸引して供給路１０を介して尿素添加弁５に供給する。他方、供給ポンプ１１が非作動（オフ）とされると、供給ポンプ１１は尿素添加弁５への尿素供給を停止すると共に、供給ポンプ１１における尿素の通過を禁止する（すなわち、閉状態となる）。

メインタンク７には、尿素添加弁５および供給路１０から回収路１２を介して尿素を吸引し、メインタンク７に回収する吸引ポンプ１３が設けられている。吸引ポンプ１３はＥＣＵ１００により制御される。吸引ポンプ１３が作動（オン）されると、吸引ポンプ１３は、尿素添加弁５、供給路１０および回収路１２の内部にある尿素を吸引し、メインタンク７に回収する。他方、吸引ポンプ１３が非作動（オフ）とされると、吸引ポンプ１３は尿素の吸引回収を停止すると共に、吸引ポンプ１３における尿素の通過を禁止する（すなわち、閉状態となる）。

メインタンク７とサブタンク８との連通部には、当該連通部を開閉する開閉弁１４が設けられている。開閉弁１４はＥＣＵ１００により制御される。通常、開閉弁１４は開弁状態にあり、メインタンク７からサブタンク８への尿素の導入が可能である。他方、開閉弁１４が閉弁されると、メインタンク７とサブタンク８とは互いに遮断ないし隔離され、各タンクは別個独立状態となり、メインタンク７およびサブタンク８間の尿素の流出入が禁止される。

サブタンク８には、この内部に貯留された尿素の残量を検出する残量検出手段としてのレベルセンサ１５が設けられる。レベルセンサ１５は多点式であり、高精度且つ高分解能で残量検出が可能である。例えばレベルセンサ１５は１０ｍＬ毎の残量検出が可能である。レベルセンサ１５から出力された残量信号はＥＣＵ１００に入力される。

なお図示しないが、メインタンク７内の残量を検出する図示しないレベルセンサも設けられており、このレベルセンサの残量信号もＥＣＵ１００に入力される。このレベルセンサは従来通りの大容量に対応するもので、その精度および分解能は通常レベルであり、サブタンク用レベルセンサ１５に比べれば格段に落ちるものである。

サブタンク８内に尿素が満たされ、且つメインタンク７にも尿素が残っている状態で開閉弁１４が閉弁されると、サブタンク８内は尿素が満タンの状態となる。この満タン状態から、ほぼ空の状態になるまで、レベルセンサ１５はサブタンク８内の尿素残量を検出可能である。

メインタンク７の頂部には、タンク６ひいては車両の揺れ度合いを検出するためのＧセンサ１８が設けられる。Ｇセンサ１８からの加速度信号はＥＣＵ１００に入力される。またサブタンク８には図示しない呼吸穴が設けられる。

任意ではあるが、排気通路２におけるＮＯｘ触媒３の下流側には、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１６が設けられる。ＮＯｘセンサ１６はＮＯｘのほかアンモニアＮＨ₃をも検出可能であり、ＮＯｘおよびアンモニアの合計濃度に対応した信号をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００には、後述の各種警告および告知に関する情報その他の情報をドライバに伝えるための警告装置１７が接続される。この警告装置１７は、例えばウォーニングランプ、液晶等のディスプレイ、アナウンスを発生する音声装置、またはこれらのうちの二以上の組み合わせであり得る。ＥＣＵ１００は、警告装置１７に情報信号を送り、警告装置１７は情報信号に対応した情報をドライバに伝達する。

本実施形態の装置は、前述のリエージェント要件に好適に適合するように構成されている。例えば、車両が８０Ｌの燃料タンクを備え、１５ｋｍ／Ｌの平均燃費を有する場合、燃料タンク満タンで車両は１２００ｋｍを走行可能である。また、尿素消費率が３００ｋｍ／Ｌであるとする。欧州法規に従うリエージェント要件によれば、尿素残量が２４００ｋｍ走行分以下に達した時にドライバに残量が少ない旨の警告を与えなければならないという、１次的措置に関する要件が存在する。また、尿素残量が１回の燃料満タンによる走行距離分（１２００ｋｍ→４Ｌ）以下に達した時に、ドライバにより強い警告を与えると同時にドライバに必要な対策をさせる（例えば整備工場等への車両搬送を促す）ための誘導措置を実施しなければならないという、２次的措置に関する要件が存在する。

この例に従えば、２次的措置に関する尿素残量の閾値が４Ｌであるため、サブタンク８の容量はこれと等しい４Ｌとされる。つまりサブタンク８内が尿素で満タンのときの尿素残量は４Ｌである。他方、メインタンク７の容量は好ましくはサブタンク８の容量の１０倍程度である。

本実施形態の構成は、特に、この４Ｌ以下という小残量をレベルセンサ１５により高精度且つ高分解能で検出できる点に一つの特徴がある。なお当然ながら、上述の各数値は単なる一例に過ぎない。各国毎の法規によって異なる場合もあるし、法規制が無い場合等には任意の数値に設定可能である。

本実施形態の場合、レベルセンサ１５からの残量信号に基づき尿素残量が４Ｌ以下に達したことをＥＣＵ１００が検出したとき、ＥＣＵ１００が所定の２次的措置を実施する。この２次的措置には、警告装置１７によって強度の残量警告をドライバに与えることを含む。

なお、１次的措置に係る残量警告は、メインタンク７内のレベルセンサを利用して同様の方法により行われる。

ところで、前述のリエージェント要件によれば、尿素添加量が基準値から所定量（例えば基準値の５０％相当量）以上ずれたときに、このことを検出し、前述の２次的措置を実行しなければならない。このリエージェント要件を満足することは必須であるが、加えて、リエージェント要件よりも少量の尿素添加量ずれも検出できるようにすることが当然ながら好ましい。

一方、前記システムにおいて看過できない異常として尿素漏れ異常がある。この尿素漏れ異常は、主に、尿素添加弁５の噴孔が何等かの理由で閉まらず、噴孔から尿素が漏れ続けることに起因する。噴孔から尿素が漏れ続けると、尿素から生成されたアンモニアが過剰に大気に排出されてしまい、異臭等の原因となる。勿論、尿素添加弁５の噴孔以外の場所、例えば供給路１０、回収路１２およびこれらの接続部における尿素漏れも看過することはできない。

なお本実施形態のように、ＮＯｘ触媒３の下流側にアンモニアを検出可能なＮＯｘセンサ１６があると、過剰な尿素漏れがあったときにアンモニアがＮＯｘ触媒３を通過してその下流側に排出されるので（これをアンモニアスリップという）、この排出アンモニアをＮＯｘセンサ１６で検知することで尿素漏れを検出できる可能性がある。しかし、この手法によっても、比較的多量の尿素漏れの場合には対応可能であるかもしれないが、微量の尿素漏れの場合には対応できない可能性がある。

そこで本実施形態では、基本的にＮＯｘセンサ１６を用いずに、微量な尿素漏れや尿素添加量ずれを検出することができる異常診断の手法を提案する。以下、本実施形態の異常診断に関する幾つかの実施例を説明する。

［第１実施例］
図２に、ＥＣＵ１００により実行される第１実施例に係る異常診断の手順を示す。この第１実施例は、尿素供給システム４の異常診断として、尿素の漏れの有無を検出するものである。

まず、ステップＳ１０１において、所定の実行条件が成立しているか否かが判断される。この実行条件成立のためには、例えば、前回の診断完了時からの車両走行距離が所定距離以上に達していること、または前回の診断完了時からの尿素添加量の積算値が所定値以上に達していることが必要である。また、併せて、図示しない外気温センサによって検出された外気温が、尿素水凍結の虞が無いような所定温度以上であることが必要である。例えば、尿素水凍結温度は−１１℃であり、所定温度は１５℃である。

実行条件が成立していない場合、待機状態となり、他方実行条件が成立している場合、ステップＳ１０２に進んでエンジン１が停止しているか否かが判断される。すなわちこの第１実施例に係る異常診断は、エンジン停止中に実行されるものである。

エンジン１が停止していない場合、待機状態となり、他方エンジン１が停止している場合、ステップＳ１０３に進んで異常診断を実行する旨が警告装置１７によりドライバに告知される。

次いでステップＳ１０４において、供給ポンプ１１が停止されると共に吸引ポンプ１３が作動され、供給路１０、回収路１２および尿素添加弁５の内部にある全ての尿素がタンク６内に回収される。このとき開閉弁１４は開弁状態にある。

次いでステップＳ１０５において、尿素添加弁５および開閉弁１４が閉弁される。開閉弁１４の閉弁により、メインタンク６とサブタンク８とは実質的に隔離され、サブタンク８は別個独立のタンクを形成するようになる。なお、エンジン停止と同時に尿素添加弁５が閉弁されてもよく、この場合には当該ステップＳ１０５において尿素添加弁５の閉弁は実行されない。

次のステップＳ１０６では、レベルセンサ１５からの残量信号に基づき、サブタンク８内の尿素残量である第１残量Ａが検出される。このとき、回収後の尿素残量がサブタンク８内を満たし且つメインタンク６にも残るような残量であるときには、サブタンク満タン相当の第１残量Ａ（本実施形態では４Ｌ）が検出される。他方、回収後の尿素残量がサブタンク８内を満たさないような残量であるときには、当該残量に相当する第１残量Ａが検出される。このときには前述のリエージェント要件に関する２次的措置が実施される。

この後、ステップＳ１０７において、供給ポンプ１１が作動され、尿素が継続的に供給ないし圧送される。これにより、供給路１０、回収路１２および尿素添加弁５の内部には尿素が実質的に満たされる。

この供給を所定時間実行した後、ステップＳ１０８において、レベルセンサ１５からの残量信号に基づき、サブタンク８内の尿素残量である第２残量Ｂが検出される。

次いでステップＳ１０９において、検出された第１残量Ａおよび第２残量Ｂが比較される。すなわち、供給路１０、回収路１２および尿素添加弁５の合計内部容量を含む容量、すなわちむだ容量Ｃが、第１残量Ａから減算され、これによる差Ａ−Ｃが、第２残量Ｂより大きいか否かが判断される。なお、むだ容量Ｃには、ステップＳ１０７での尿素供給によっても構造上尿素が行き渡らないような部位の容量を考慮しても良い。

Ｂ＜Ａ−Ｃの場合、ステップＳ１０７での尿素供給によっていずれかの部位、特に尿素添加弁５の噴孔から尿素漏れが発生していると想定されるので、ステップＳ１１０に進んで、尿素漏れ有りと判定される。

他方、Ｂ≧Ａ−Ｃの場合には、そのような尿素漏れは発生していないと想定されるので、ステップＳ１１１に進んで、尿素漏れ無しと判定される。

このように、開閉弁１４を閉弁して尿素供給前後のサブタンク内の残量Ａ，Ｂをレベルセンサ１５により検出することで、微量な尿素漏れの有無を的確に診断することが可能である。また、ＮＯｘセンサ１６を用いずに微量な尿素漏れを検出することができる。従って仮にＮＯｘセンサ１６が異常出力を発しているときであっても微量な尿素漏れの有無を確実に診断することが可能である。

なお、本実施形態のようにＮＯｘセンサ１６がある場合には、ステップＳ１０７の尿素供給時に尿素添加弁５の噴孔から尿素漏れがあると、アンモニアがＮＯｘ触媒下流側に排出され、このアンモニアをＮＯｘセンサ１６で検知可能なので、明らかな尿素漏れの場合には、これをＮＯｘセンサ１６により検知可能である。

［第２実施例］
図３に、ＥＣＵ１００により実行される第２実施例に係る異常診断の手順を示す。この第２実施例は、前記第１実施例により尿素漏れ有りと判定された場合の対処方法に関する。

すなわち、尿素漏れの原因が、例えば尿素添加弁５の噴孔と弁体の間に微細な異物が噛み込んだことによる場合、尿素の添加と回収を繰り返すことにより異物が排出され、尿素漏れが解消する可能性がある。従って、このような尿素の添加と回収を繰り返す回復制御を実行するのが第２実施例の主な特徴である。以下の制御は、前記第１実施例に引き続き、エンジン停止時に実行される。

まずステップＳ２０１において、供給ポンプ１１が作動されると共に尿素添加弁５が開弁され、所定量の尿素の添加が実行される。

その後、ステップＳ２０２において、供給ポンプ１１が停止されると共に、吸引ポンプ１３が作動され、尿素の回収が実行される。

ステップＳ２０３では、かかる尿素の添加と回収が所定回終了したか否かが判断される。終了していなければ再度ステップＳ２０１，Ｓ２０２が実行され、他方終了していればステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４〜Ｓ２０８は前記ステップＳ１０５〜１０９と同様である。これにより、第１残量Ａおよび第２残量Ｂが再度検出され、これらが比較される。

ステップＳ２０８においてＢ＜Ａ−Ｃと判断された場合、回復制御を実行したにも拘わらず尿素漏れが解消せず、尿素漏れは恒久的なものと想定されるので、ステップＳ２０９に進んで尿素漏れ有り、特に尿素漏れ異常有りと判定される。この場合、以降のステップＳ２１０，Ｓ２１１で前述のリエージェント要件に関する２次的措置が実施される。

すなわち、ステップＳ２１０において供給ポンプ１１が停止され、尿素添加が停止させられる。さらに、ステップＳ２１１において強度の警告が警告装置１７から発せられる。

他方、ステップＳ２０８においてＢ≧Ａ−Ｃと判断された場合、回復制御の実行により尿素漏れが解消し、尿素漏れは一時的なものであったと想定されるので、ステップＳ２１２に進んで尿素漏れ無し、特に尿素漏れ異常無しと判定される。

このように、一旦尿素漏れが検出されても回復制御を実行するので、尿素漏れが一時的なものなのか、或いは恒久的なものなのかを判別可能となり、診断精度を向上すると共に誤診断を防止できる。

なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の回復制御はエンジン運転中に実行してもよい。この場合、尿素添加時の添加量は、ＮＯｘ触媒３の温度等に基づいて、予め規定されたマップ等により最適量に定めるのが好ましい。尿素添加量が多すぎるとアンモニアスリップの虞があり、尿素添加量が少なすぎると所望の効果（例えば異物排出とＮＯｘ浄化）が得られない虞があるからである。なおＮＯｘ触媒３の温度は、図示しない温度センサや公知の推定方法を用いてＥＣＵ１００により検出可能である。

また、本実施形態のようにＮＯｘセンサ１６がある場合、ＮＯｘセンサ１６を用いて尿素漏れを検出したと同時にステップＳ２０１〜Ｓ２０３の回復制御を実施し、次いで再度ＮＯｘセンサ１６を用いて尿素漏れ検出を行うことができる。こうすると、エンジン停止時まで尿素漏れ検出を待つ必要が無く、より早期に尿素漏れを検出できる可能性がある。

［第３実施例］
図４に、ＥＣＵ１００により実行される第３実施例に係る異常診断の手順を示す。この第３実施例は、尿素供給システム４の異常診断として、尿素添加量のずれを検出するものである。

ステップＳ３０１〜Ｓ３０６は前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様である。すなわち、ステップＳ３０１において所定の実行条件が成立しているか否かが判断され、成立している場合にはステップＳ３０２でエンジン１が停止しているか否かが判断される。エンジン１が停止している場合、ステップＳ３０３で異常診断を実行する旨が警告装置１７によりドライバに告知され、ステップＳ３０４で供給ポンプ１１が停止されると共に吸引ポンプ１３が作動され、尿素が回収される。次いでステップＳ３０５において尿素添加弁５および開閉弁１４が閉弁され、ステップＳ３０６で、レベルセンサ１５からの残量信号に基づき、サブタンク８内の尿素残量である第３残量Ｄが検出される。

この後、ステップＳ３０７において、エンジン１が運転しているか否かが判断される。エンジン１が運転していない（停止している）場合、待機状態となり、他方エンジン１が運転している場合、ステップＳ３０８に進む。ここでエンジン１が運転すると所定の尿素添加制御が実行され、供給ポンプ１１が作動され、尿素添加弁５が適宜開弁される。但し開閉弁１４は閉弁されたままである。

ステップＳ３０８では、ＥＣＵ１００から尿素添加弁５に出力される指示添加量Ｆが積算される。すなわち、ＥＣＵ１００から尿素添加弁５に指示添加量Ｆを示す信号が送られると、尿素添加弁５は、指示添加量Ｆに等しい量の尿素を噴射するよう、所定時間あるいは所定開度開弁される。ここでは尿素添加開始時から、所定の演算周期毎の指示添加量Ｆが順次積算されていく。

次いでステップＳ３０９では、尿素添加開始から所定時間経過したか否か、すなわち所定時間エンジンが運転されたか否かが判断される。所定時間が経過していなければ尿素添加と指示添加量Ｆの積算とが継続され、他方、所定時間が経過していれば、尿素添加は継続されるが、指示添加量Ｆの積算は終了される。なお、所定時間は、所定距離走行するのに要した時間としても良い。

なお、この所定時間が経過するまでの間、たとえエンジンが停止されても、尿素の回収は実行されない。また、尿素供給・回収経路は基本的に密閉構造であるため、尿素の蒸発量は考慮しなくても良いと考えられる。但し、比較的長期に亘ってエンジン停止状態が継続したときには、信頼性確保の観点から、後述の尿素循環制御を実施するのが好ましい。

ステップＳ３１０では、所定時間経過と同時にその時のレベルセンサ１５からの残量信号に基づき、サブタンク８内の尿素残量である第４残量Ｅが検出される。

この第４残量Ｅの検出時はエンジン運転中であるため、車両が走行中であり、タンク６が揺れて尿素液面が変動し、正確な残量検出を実施できない虞がある。そこで正確な残量検出を実施するため、Ｇセンサ１８の検出値が所定値以下であるときに残量検出を実施するのが好ましい。また、これに代えて或いはこれに加えて、車両停止中に残量検出を実施するのがより好ましい。

次いで、ステップＳ３１１において、第３残量Ｄおよび第４残量Ｅの差に基づく値と、指示添加量Ｆの積算値である積算指示添加量ΣＦとの比αが算出される。本実施形態においては、第３残量Ｄおよび第４残量Ｅの差に基づく値として、前記むだ容積も考慮してＤ−Ｅ−Ｃを用いる。そして比αはα＝（Ｄ−Ｅ−Ｃ）／ΣＦで定義される。この比αは、端的には、指示値としての指示添加量Ｆの積算値と、実際の尿素消費量との比を表す値である。

この後、ステップＳ３１２において、α−１の絶対値が所定値Ｘ以上であるか否か、すなわち｜α−１｜≧Ｘが成立しているか否かが判断される。所定値Ｘは例えば０．５とされ、この場合、５０％以上の尿素添加量ずれがあるか否かが判断される。５０％以上多い尿素添加量ずれがある場合も、５０％以上少ない尿素添加量ずれがある場合も、｜α−１｜≧Ｘが成立する。

｜α−１｜≧Ｘが成立している場合、ステップＳ３１３に進んで尿素添加量のずれは大であると判定され、尿素添加量ずれ異常ありと判定される。この場合、ステップＳ３１４において前述のリエージェント要件に関する２次的措置が実施される。すなわち、供給ポンプ１１が停止され、尿素添加が停止されると共に、強度の警告が警告装置１７から発せられる。

他方、｜α−１｜≧Ｘが成立していない場合、ステップＳ３１５に進んでα−１の絶対値が別の所定値Ｙ以上であるか否か、すなわち｜α−１｜≧Ｙが成立しているか否かが判断される。別の所定値Ｙは前記所定値Ｘより小さく、例えば０．２とされる。この場合、２０％以上５０％未満の尿素添加量ずれがあるか否かが判断されることになる。２０％以上多い尿素添加量ずれがある場合も、２０％以上少ない尿素添加量ずれがある場合も、｜α−１｜≧Ｙが成立する。なお、２０％は一例であり、この値をどのように定めるかは主にレベルセンサ１５の検出能力に依存する。

｜α−１｜≧Ｙが成立している場合、ステップＳ３１６に進んで尿素添加量のずれは中であると判定されるが、尿素添加量ずれ異常ありとは判定されない。この場合は、次のステップＳ３１７で補正可能な範囲内だからである。

ステップＳ３１７では、比αに基づいて指示添加量Ｆが補正される。具体的には、Ｆ’＝Ｆ／αにより、補正後の指示添加量Ｆ’が算出される。以降の尿素添加制御においては、補正後の指示添加量Ｆ’が尿素添加弁５に出力される。これにより、尿素添加量ずれを補正して適正量の尿素を添加し続けることが可能となる。なお、比αの初期値は１であり、最初に比αが算出される前は補正は実行されない。

他方、｜α−１｜≧Ｙが成立していない場合、ステップＳ３１８に進んで尿素添加量のずれは小であると判定され、診断が終了される。

このように、開閉弁１４を閉弁して所定時間の尿素添加前後のサブタンク内の残量Ｄ，Ｅをレベルセンサ１５により検出することで、微量な尿素添加量ずれを検出することが可能である。また、ＮＯｘセンサ１６を用いずに微量な尿素添加量ずれを検出することができる。従って仮にＮＯｘセンサ１６が異常出力を発しているときであっても微量な尿素添加量ずれを確実に検出することが可能である。

［第４実施例］
この第４実施例は、信頼性確保のための尿素循環制御に係り、第３実施例と組み合わせて好適なものである。

すなわち、比較的長期（例えば二日以上）に亘ってエンジン停止状態が継続すると、水分が蒸発して固形化した尿素が尿素添加弁５の噴孔に詰まったり、タンク６内の尿素水が気化して蒸発したり、供給路１０および回収路１２をなす配管、ホース類に尿素が吸着したりする。そしてこれにより次回の尿素添加に支障を来したり、尿素残量検出の精度を低下させたりする虞がある。

そこで、この第４実施例では、信頼性確保のため、尿素循環制御がエンジン停止中に実行される。尿素循環制御は、例えば第３実施例において第３残量Ｄ検出（ステップＳ３０６）後、次にエンジンが始動されるまでの間に実行される。なお尿素循環制御は、第３実施例において第３残量Ｄが検出され次のエンジン運転が開始された後、所定時間が経過するまでの間に、エンジンが停止されたときに実行されても良い。

図５に、ＥＣＵ１００により実行される尿素循環制御の手順を示す。

ステップＳ４０１では、エンジンの停止状態が所定の第１時間（例えば二日）以上継続したか否かが判断される。継続していなければ待機状態となる。

他方、継続した場合には、ステップＳ４０２で開閉弁が開弁され、ステップＳ４０３で吸引ポンプ１３が作動されて尿素が回収され、ステップＳ４０４で供給ポンプ１１が作動されて尿素が供給され、ステップＳ４０５で尿素添加弁５が開弁されて所定量の尿素が添加される。なおこのときの添加量は、添加尿素に基づくアンモニアをＮＯｘ触媒３で吸着可能な量とするのが好ましい。こうして、タンク６内の尿素は供給路１０および回収路１２を介してタンク６内に再循環されると共に、尿素添加弁５から添加される。このようにして尿素をシステム全体に循環、流動させることにより、前記のような不具合を防止し、信頼性を確保できる。

次に、ステップＳ４０６において、ステップＳ４０２の開始時点から所定の第２時間（例えば数秒から十数秒程度）が経過したか否かが判断される。なお第２時間は前記第１時間より遙かに短い時間である。経過していなければ待機状態となり、経過した場合には制御が終了される。

なお、第３実施例において第３残量Ｄ検出（ステップＳ３０６）後、次にエンジンが始動されるまでの間に、尿素循環制御が実行された場合には、尿素循環制御終了と同時に第３残量Ｄが再度検出される。また、第３実施例において第３残量Ｄ検出後エンジンの運転が開始され、その後所定時間が経過するまでの間にエンジンが停止され、このエンジン停止時に尿素循環制御が実行された場合には、尿素循環制御時に尿素添加弁５に出力された指示添加量Ｆも積算される。

以上述べたように、本実施形態によれば、尿素を貯留するタンク６が、メインタンク７と、メインタンク７より小容量のサブタンク８とを有し、サブタンク８内に貯留された尿素の残量を検出するレベルセンサ１５が設けられている。またメインタンク７とサブタンク８との連通部を開閉する開閉弁１４が設けられ、ＥＣＵ１００が、異常診断実行時に開閉弁１４を閉弁する。

レベルセンサ１５が、小容量のサブタンク８内の残量を検出するので、特許文献１に記載の液位計に比べ高精度且つ高分解能とすることができる。そして異常診断実行時に開閉弁１４を閉弁するので、小容量のサブタンク８内の残量のみを用いて尿素漏れ検出、尿素添加量ずれ検出等の異常診断を実行できる。よって、微量な尿素漏れや尿素添加量ずれを検出することが可能となり、検出精度を高め、誤検出を未然に防止することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、本発明はディーゼルエンジン即ち圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関、特に直噴リーンバーンガソリンエンジンにも適用可能である。排気通路に酸化触媒やパティキュレートフィルタ等の他の排気浄化デバイスを設けてもよい。また、吸引ポンプを供給路に設け、還元剤を供給路から直接吸引してもよい。吸引した還元剤をサブタンクに戻すようにしても良い。還元剤は尿素以外のもの、例えばＨＣを含む燃料等であってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に還元剤を添加する添加弁を有する還元剤供給システムの異常を診断する装置であって、
   前記還元剤供給システムが、
   前記還元剤を貯留するタンクであって、メインタンクと該メインタンクより小容量のサブタンクとを有するタンクと、
   前記サブタンクから前記添加弁に供給路を介して前記還元剤を供給する供給ポンプと、
   前記添加弁および前記供給路から前記還元剤を吸引し、前記タンクに回収する吸引ポンプと、
   前記メインタンクと前記サブタンクとの連通部を開閉する開閉弁と、
   前記サブタンク内に貯留された前記還元剤の残量を検出する残量検出手段と、
   前記添加弁、前記供給ポンプ、前記吸引ポンプおよび前記開閉弁を制御すると共に、前記残量検出手段からの残量信号が入力される制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記還元剤供給システムの異常診断を実行可能であると共に、当該異常診断実行時に前記開閉弁を閉弁し、
   前記還元剤供給システムの異常診断として前記還元剤の漏れの有無を検出する際、前記制御手段は、前記供給ポンプを停止すると共に前記吸引ポンプを作動させて前記還元剤を回収し、前記添加弁および前記開閉弁を閉弁し、前記残量検出手段からの残量信号に基づき前記サブタンク内の第１残量を検出し、その後、前記供給ポンプを所定時間作動させた後の前記サブタンク内の第２残量を前記残量検出手段からの残量信号に基づき検出し、検出された前記第１残量および前記第２残量に基づき、前記還元剤の漏れの有無を検出する
   ことを特徴とする還元剤供給システムの異常診断装置。
2. 前記制御手段は、前記還元剤の漏れの有無の検出を、前記内燃機関の停止時に実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給システムの異常診断装置。
3. 前記制御手段は、前記還元剤の漏れが有ることを検出した場合、前記供給ポンプを作動させると共に前記添加弁を開弁して前記還元剤の添加を実行し、その後、前記供給ポンプを停止すると共に前記吸引ポンプを作動させて前記還元剤の回収を実行し、且つ、当該還元剤の添加と回収を繰り返し実行し、その後、再度前記第１残量および前記第２残量の検出を実行して前記還元剤の漏れの有無を再度検出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の還元剤供給システムの異常診断装置。
4. 前記還元剤供給システムの異常診断として還元剤添加量のずれを検出する際、前記制御手段は、前記内燃機関の停止時、前記供給ポンプを停止すると共に前記吸引ポンプを作動させて前記還元剤を回収し、前記添加弁および前記開閉弁を閉弁し、前記残量検出手段からの残量信号に基づき前記サブタンク内の第３残量を検出し、その後、前記内燃機関の運転時、前記供給ポンプおよび前記添加弁を作動させて前記還元剤の添加を実行し、添加開始から所定時間経過した時の前記サブタンク内の第４残量を前記残量検出手段からの残量信号に基づき検出し、検出された前記第３残量および前記第４残量に基づき、前記還元剤添加量のずれを検出する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤供給システムの異常診断装置。
5. 前記制御手段は、前記還元剤の添加開始から前記所定時間が経過するまでの間に前記添加弁に出力した指示添加量の積算値を算出し、前記第３残量および前記第４残量の差に基づく値と、前記積算値との比に基づき、前記還元剤添加量のずれを検出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の還元剤供給システムの異常診断装置。
6. 前記制御手段は、検出された前記還元剤添加量のずれが大であるときには、還元剤添加量ずれ異常ありと判定し、検出された前記還元剤添加量のずれが中であるときには、前記比に基づいて前記添加弁に出力する指示添加量を補正し、検出された前記還元剤添加量のずれが小であるときには、還元剤添加量ずれ異常なしと判定する
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の還元剤供給システムの異常診断装置。
7. 前記制御手段は、前記内燃機関の停止状態が所定の第１時間以上継続したときには、前記第１時間より短い所定の第２時間の間、前記開閉弁を開弁し、前記供給ポンプを作動させ、前記吸引ポンプを作動させ、前記添加弁を開弁する
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の還元剤供給システムの異常診断装置。

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