JP5325850B2 - 還元剤噴射弁の異常検出装置及び異常検出方法、並びに内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁の異常を検出するための異常検出装置、及び異常検出方法、並びに内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
特に、還元剤噴射弁に生じた詰まりを、精度良く検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置、及び異常検出方法、並びに内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスには窒素酸化物（ＮＯ_X）が含まれている。このＮＯ_Xを還元浄化する排気浄化装置の一つとして、内燃機関の排気管にＮＯ_X浄化触媒を配設するとともに、ＮＯ_X浄化触媒の上流側で尿素水溶液や未燃燃料等の還元剤を噴射するように構成された排気浄化装置がある。このような排気浄化装置では、還元剤と排気ガス中のＮＯ_Xとの還元反応をＮＯ_X浄化触媒中で促進させることによって、ＮＯ_Xを窒素や水、二酸化炭素等に分解して大気中に放出するようになっている。

このような排気浄化装置に備えられる還元剤噴射装置の一態様として、還元剤噴射弁を介して還元剤を直接的に排気管内に供給するインジェクション式の還元剤噴射装置がある。

ここで、還元剤として尿素水溶液を用いる場合、尿素水溶液は所定の温度域において凍結や結晶化を生じる性質を有しており、還元剤噴射弁の詰まりの原因になりやすい。また、還元剤の種類にかかわらず、排気ガスに含まれるスス等の微粒子や未燃燃料が還元剤噴射弁内部に進入して焼付きを生じるなどして、還元剤噴射弁の先端部や内部に詰まりが生じる場合がある。そして、このような還元剤噴射弁に詰まりが生じると、排気管内に目標量の還元剤を噴射することが困難となり、ＮＯ_X浄化触媒に供給すべき還元剤量が不足して、排気浄化効率が低下してしまう。

そこで、還元剤噴射弁の詰まりを検出する方法として、還元剤噴射弁及びポンプを接続する供給経路内の圧力低下量を用いて詰まりの有無を判定する詰まり判定方法が開示されている（特許文献１参照）。
具体的には、インジェクション式の噴射装置において、還元剤噴射弁が噴射モードにある状態でポンプによる圧送を停止したときに所定時間に低下した供給経路内の圧力低下量を示す開弁時圧力低下量と、還元剤噴射弁が全閉モードにある状態でポンプによる圧送を停止したときに所定時間に低下した供給経路内の圧力低下量を示す閉弁時圧力低下量と、を比較して、還元剤噴射弁の詰まりを判定する詰まり判定方法である。
すなわち、この詰まり判定方法では、開弁時圧力低下量と、閉弁時圧力低下量との差が、所定値以下となった場合に、還元剤噴射弁に詰まりが生じたと判定している。

また、供給経路内の圧力低下量を用いて詰まりの有無を判定する方法として、下記のような判定方法も開示されている（特許文献２参照）。
具体的には、第１還元剤経路（ポンプ及び還元剤噴射弁の間に配設された経路）に配置された圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるようにポンプの駆動をＤＵＴＹ制御し、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっているか否かを判別する工程と、ポンプの駆動ＤＵＴＹが所定のしきい値未満となっていると判別された場合に、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開し、圧力センサによって検出される第１還元剤経路内の圧力値が所定時間内に低下する圧力低下量を算出する工程と、算出された圧力低下量をもとに、第１還元剤経路又は第２還元剤経路（還元剤噴射弁に接続され還元剤を循環させるための経路）に詰まりが生じているか否かを判別する工程と、を含む還元剤経路の詰まり判定方法である。

特開２００８−１８０１９３号公報（全文、全図） 特開２００８−２０２４６９号公報（全文、全図）

しかしながら、特許文献１及び２に記載された詰まり判定方法では、供給経路内の圧力低下量が、還元剤の噴射量から想定される圧力低下量よりも小さくなって、詰まりが生じていると誤って判定されてしまうおそれがある。
すなわち、特許文献１及び２に記載された詰まり判定方法は、噴孔の詰まりが生じている場合には、還元剤噴射弁を所定圧力で所定時間開弁したときの噴射量が詰まりの分だけ減少するため、供給経路内の圧力低下量が小さくなることに基づいている。
したがって、供給経路内に還元剤を加圧圧送し、供給経路内を液体成分が占める状態で行われるが、還元剤の供給経路中には、空気が混入して残存していたり、加圧状態下で還元剤中に溶解していたりする場合がある。

そして、一般に気体は、液体に比べ圧縮率がはるかに大きいため、還元剤噴射弁の開弁に伴って供給経路内の圧力の変動が生じた場合の供給経路内の気体の体積の変動は、液体の体積の変動に比べて非常に大きいものとなる。
よって、たとえ供給経路内に存在する気体の量が微量であったとしても、供給経路内の圧力の低下に伴う気体の体積の増大によって、還元剤の噴射量に見合うほどには圧力が低下しにくくなる。
すなわち、上述したように、特許文献１及び２に記載された詰まり判定方法では、実際には詰まりが生じていないにも関らず、詰まりが生じていると誤って判定されてしまうおそれがある。

そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元剤の供給経路内の圧力値を利用した還元剤噴射弁の詰まり判定を行うにあたり、供給経路内を気体（空気や排気ガス等）が占める状態で圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁の詰まり判定を行うことにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成したものである。
すなわち、本発明は、還元剤噴射弁の詰まりの発生を、精度良く検出することができる還元剤噴射弁の異常検出装置及び異常検出方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、還元剤を収容する貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁を接続する供給経路と、供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、供給経路内を減圧処理することにより、還元剤噴射弁の噴孔を介して、排気管内の気体を供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置であって、減圧処理の開始後に、圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定する詰まり判定部が設けてあることを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置が提供され、上述した課題を解決することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置を構成するにあたり、詰まり判定部は、減圧処理を開始してから、所定期間経過後の圧力値が、予め規定された閾値未満のときに、還元剤噴射弁に詰まりが生じていると判定することが好ましい。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置を構成するにあたり、詰まり判定部は、圧力値を、複数の閾値と比較することにより、還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することが好ましい。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置を構成するにあたり、減圧処理が、内燃機関の停止時に行われ、供給経路内に残留する還元剤を回収するためのパージ処理であることが好ましい。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置を構成するにあたり、減圧処理が、内燃機関の始動時に行われることが好ましい。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置を構成するにあたり、還元剤噴射装置が、尿素ＳＣＲであることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、還元剤を収容する貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁を接続する供給経路と、供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、供給経路内を減圧処理することにより、還元剤噴射弁の噴孔を介して排気管内の気体を供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出方法であって、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定することを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出方法である。

また、本発明のさらに別の態様は、還元剤噴射弁の異常検出装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、還元剤を収容する貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁を接続する供給経路と、供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、供給経路内を減圧処理することにより還元剤噴射弁の噴孔を介して排気管内の気体を供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置を備えており、当該異常検出装置に、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定する詰まり判定部が設けてあることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置によれば、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて還元剤噴射弁の詰まり判定が行われるために、供給経路内を気体成分（排気ガス）が占める状態で検出される圧力値に基づいて、還元剤噴射弁の詰まり判定が行われる。
そして、液体成分は、気体成分よりもはるかに圧縮率が小さいために、液体成分の残存量によって供給経路内の圧力が受ける影響は小さく、還元剤噴射弁の詰まりの有無に応じた気体成分の吸引量の違いに応じた圧力値が精度よく検出される。したがって、本発明によれば、還元剤噴射弁の詰まりが精度良く検出される。

さらに、供給経路に、オリフィスと供給経路側への還元剤の逆流を防ぐ一方向弁とが設けられた循環経路が供給経路に接続された還元剤噴射装置が用いられる場合においては、一方向弁が閉じられた状態になるため、供給経路内を減圧した状態で詰まり判定を行う本発明によれば、オリフィス及び一方向弁の状態に起因して誤判定されることが防止される。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置において、減圧処理を開始してから所定期間経過後の圧力値が予め規定される閾値未満のときに還元剤噴射弁に詰まりが生じていると判定することにより、供給経路内の圧力が安定化された状態で検出される圧力値を用いて還元剤噴射弁の詰まりがより精度良く検出される。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置において、減圧処理を開始してから所定期間経過後の圧力値を複数の閾値と比較して還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することにより、還元剤の噴射量の補正や詰まりを解消するための制御を詰まりの程度に応じて実施することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置において、内燃機関の停止時のパージ処理を利用して還元剤噴射弁の詰まり判定を行うことにより、詰まり判定のための減圧処理を意図的に実行させることなく還元剤噴射弁の詰まり判定を行うことができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置において、内燃機関の始動時に供給経路内の減圧処理を行い還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することにより、供給経路内に液体成分がほとんど存在しない状態で還元剤噴射弁の詰まり判定が行われるため、還元剤噴射弁の詰まりがより精度良く検出される。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置において、還元剤噴射装置が、尿素ＳＣＲであることから、小型化することができ、かつ、より効率的に、排気ガス処理を行うことができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出方法によれば、上述したように、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて還元剤噴射弁の詰まり判定が行われ、還元剤噴射弁の詰まりの有無に応じた気体成分の吸引量の違いに応じた圧力値が精度よく検出されるために、還元剤噴射弁の詰まりが精度良く検出される。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、上述した還元剤噴射弁の異常検出装置を備え、還元剤噴射弁の詰まりの有無に応じた気体成分の吸引量の違いに応じた圧力値が精度よく検出されるために、還元剤噴射弁の詰まりが精度良く検出される。

本発明の第１の実施形態に係る排気浄化装置の構成例を示す全体図である。 本発明の第１の実施形態に係る還元剤噴射弁の異常検出装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る還元剤噴射弁の異常検出方法を説明するためのタイミングチャート図である。 本発明の第１の実施形態に係る還元剤噴射弁の異常検出方法を説明するためのフローチャート図である。

以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置及びそのような異常検出装置を備えた内燃機関の排気浄化装置、さらには、異常検出方法に関する実施形態について、具体的に説明する。
ただし、以下の実施形態は、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。
また、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が示され、適宜説明が省略されている。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、還元剤を収容する貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁を接続する供給経路と、供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、供給経路内を減圧処理することにより、還元剤噴射弁の噴孔を介して、排気管内の気体を供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置であって、減圧処理の開始後に、圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定する詰まり判定部が設けてあることを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置、及びそのような還元剤噴射弁の異常検出装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。以下、構成要件に分けて、具体的に説明する。

１．排気浄化装置
（１）全体構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気浄化装置１０の構成例を表す全体図を示している。
この排気浄化装置１０は、例えば、車両に搭載された内燃機関５から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを、還元剤としての尿素水溶液を用いて還元浄化する尿素ＳＣＲ型の排気浄化装置（尿素ＳＣＲ）である。
したがって、この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気管１１に配設された選択還元触媒２０と、選択還元触媒２０の上流側に還元剤を噴射供給する還元剤噴射装置３０と、還元剤噴射装置３０を制御する制御装置等と、を備えている。

ここで、選択還元触媒２０は、排気管１１内に噴射された尿素水溶液が加水分解することで生成されるアンモニアを吸着し、アンモニアと排気ガス中のＮＯ_Xとの還元反応を促進して、ＮＯ_Xを窒素や水、二酸化炭素等に分解する。かかる選択還元触媒２０としては、公知の還元触媒が適宜用いられる。

また、選択還元触媒２０の上流側には、上流側温度センサ１２が設けられ、下流側には下流側温度センサ１３及びＮＯ_Xセンサ１４が設けられている。
これらのセンサのセンサ値に基づいて、排気ガス温度Tgasや選択還元触媒２０温度Tcat、選択還元触媒２０下流側での排気ガス中のＮＯ_X濃度Nnox等が検出される。検出された各値は、還元剤噴射装置３０の制御に用いられる。

（２）還元剤噴射装置
また、還元剤噴射装置３０は、貯蔵タンク３１と、排気管１１内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁３４と、還元剤を圧送可能なポンプ４１を備えたポンプモジュール４０等を主たる要素として構成されている。
ここで、貯蔵タンク３１及びポンプ４１は第１の供給経路５７で接続され、ポンプ４１及び還元剤噴射弁３４は第２の供給経路５８で接続されている。
また、第２の供給経路５８には貯蔵タンク３１に通じる循環経路５９が接続されている。そして、還元剤噴射装置３０自体は公知の構成のものを用いることができる。

また、貯蔵タンク３１には、ＮＯ_X浄化効率や耐寒性等を考慮した濃度（例えば３２．５重量％）に調整された尿素水溶液が収容されている。
この濃度に調整された尿素水溶液の凍結温度はおよそ−１１℃である。したがって、寒冷時における尿素水溶液の局所的または全体的な凍結を予防するために、貯蔵タンク３１をはじめポンプモジュール４０や第２の供給経路５８等には、尿素水溶液の温度を検知するための温度センサ（図示せず）や尿素水溶液を加熱するためのヒータ（図示せず）が備えられている。

また、還元剤噴射弁３４は、例えば通電により全開又は全閉に制御される電磁駆動式のＯＮ−ＯＦＦ弁が用いられる。
ここで、還元剤噴射弁３４の噴孔は極めて小さく、尿素水溶液の凍結や結晶化、排気ガスに含まれるスス等の微粒子や未燃燃料が原因となって、還元剤噴射弁３４の先端部または内部に詰まりが生じる場合がある。

還元剤噴射弁３４のこのような詰まりは、発生原因に拘わらず、本実施形態の異常検出機能を有する異常検出装置６０の一部としての詰まり判定部６６によって検出される。
なお、本実施形態では、還元剤噴射弁３４として三つの噴孔が形成された多噴孔型の還元剤噴射弁３４が用いられているが、噴孔の数は制限されるものではなく、一つの噴孔が形成された単噴孔型の還元剤噴射弁が用いられても構わない。

また、ポンプモジュール４０は、ポンプ４１、圧力センサ４３、リバーティングバルブ４４等から構成されている。
かかるポンプモジュール４０における第２の供給通路５８には、還元剤中の異物を捕集するためのフィルタ４２が配置されている。
また、ポンプモジュール４０における循環経路５９には、循環経路５９内の還元剤の流れに抵抗を与えるオリフィス４５と、貯蔵タンク３１側から第２の供給通路５８側への還元剤の逆流を防止する一方向弁４６とが配置されている。オリフィス４５及び一方向弁４６は、第２の供給通路５８側から貯蔵タンク３１側に順次設けられている。

これらフィルタ４２、オリフィス４５及び一方向弁４６は公知のものが用いられるが、オリフィス４５や一方向弁４６は、例えば製造時や経時劣化等によって還元剤の通路面積や表面粗さ等にばらつきが生じる場合がある。
すなわち、これらのばらつきは循環経路５９を流れて貯蔵タンク３１に戻される還元剤の流量に影響を与える。

また、ポンプ４１は、例えば、制御装置等によって駆動制御される電動ポンプが用いられる。
そして、本実施形態のポンプ４１は、第２の供給経路５８内の圧力値が目標値に維持されるように、圧力センサ４３のセンサ値に基づいてフィードバック制御されるようになっている。
したがって、圧力センサ４３のセンサ値は、ポンプ４１のフィードバック制御のみならず、本実施形態の還元剤噴射弁３４の詰まり判定に用いられる。

また、リバーティングバルブ４４は、例えば電磁切換弁が用いられる。
本実施形態では、このリバーティングバルブ４４によって、還元剤の流通方向が順方向または逆方向に切り替え可能に構成されている。還元剤の噴射制御を行う場合には還元剤の流通方向が貯蔵タンク３１側から還元剤噴射弁３４側に向かう順方向に切り替えられる。
また、パージ制御を行う場合には還元剤の流通方向が還元剤噴射弁３４側から貯蔵タンク３１側に向かう逆方向に切り替えられる。
なお、ポンプ４１を逆回転させる制御が可能なように還元剤噴射装置を構成する場合には、リバーティングバルブが不要となる。

（３）還元剤噴射装置の動作
次に、還元剤噴射装置３０の動作について、還元剤の噴射制御を行う場合と還元剤のパージ制御を行う場合とに分けて説明する。
まず、内燃機関５の運転状態においては、還元剤の流通方向が順方向に切り替えられる。この状態でポンプ４１が駆動されると、貯蔵タンク３１内の還元剤がポンプ４１によって汲み上げられ、第２の供給経路５８を介して還元剤噴射弁３４に向けて還元剤が圧送される。

還元剤が圧送される第２の供給経路５８内では、圧送された還元剤の一部が循環経路５９を流れて貯蔵タンク３１に戻される際にオリフィス４５及び一方向弁４６によって抵抗が与えられて内部の圧力が高められる。
一方、検出される圧力値が目標値となるように圧力センサ４３のセンサ値に基づいてポンプ４１の出力がフィードバック制御される。この状態で還元剤噴射弁３４が噴射量に応じた時間で開弁させられて、排気管１１内に還元剤が噴射される。

また、内燃機関５の停止時においては、還元剤の流通方向が逆方向に切り替えられるとともに還元剤噴射弁３４が開弁される。
この状態でポンプ４１が駆動されると、第２の供給経路５８内の還元剤が貯蔵タンク３１側に吸引され第２の供給経路５８内が減圧させられる。
同時に還元剤噴射弁３１の噴孔を介して排気管１１内の気体成分（空気や排気ガス）が第２の供給経路５８内に吸引されて、第２の供給経路５８内は還元剤から気体成分に置き換えられる。
これにより、第１の供給経路５７や第２の供給経路５８、還元剤噴射弁３４の内部に残存する還元剤が貯蔵タンク３１に回収される。還元剤噴射弁３４の噴孔の断面面積は小さいため、第２の供給経路５８内は負圧状態になる。

このパージ制御時には、第２の供給経路５８内が減圧されるために一方向弁４６は閉じられた状態にあり、循環経路５９における貯蔵タンク３１側から第２の供給経路５８側への還元剤の移動は遮断される。

２．異常検出装置
異常検出装置６０は、還元剤噴射装置３０を正確に動作させるための制御装置（ＣＰＵ）としての機能だけでなく、所定の詰まり判定部６６を備え、還元剤噴射弁３４の異常検出機能を有している。
すなわち、図２は、本実施形態の異常検出装置６０のうちの還元剤噴射弁の異常検出に関連する部分について機能的なブロックで表した構成例を示している。

この異常検出装置６０は、ポンプ駆動制御部６１と、還元剤噴射弁動作制御部６２と、減圧処理制御部６３と、詰まり判定部６６と、図示しないタイマカウンタ及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成されている。
各部は、マイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現されるようになっている。

ここで、各部で演算あるいは検出される値は、ＲＡＭに記憶される。ＲＡＭには、第２の供給経路５８に備えられた圧力センサ４３のセンサ値をはじめとするセンサ情報や、内燃機関５を始動するキースイッチのオンオフ、燃料噴射量、噴射タイミング、内燃機関５の回転数Neに関する情報等が書き込まれるようになっている。

また、ＲＡＭには、大気圧Pairよりも低い複数の閾値P1〜P3（P1＜P2＜P3＜Pair）が予め記憶されている。かかる閾値P1〜P3は、詰まり判定部６６における還元剤噴射弁３４の詰まり判定に用いられる。

また、ポンプ駆動制御部６１は、内燃機関５の運転時において、圧力センサ４３のセンサ値に基づいて、第２の供給経路５８内の圧力値が目標値で維持されるようにポンプ４１の出力のフィードバック制御を行う。
そして、ポンプ駆動制御部６１は、内燃機関５が停止し、運転状態判断部６４によって生成される減圧開始信号Spを受け取ると、あらかじめ定められた所定の出力でポンプ４１の駆動制御を行う。

また、還元剤噴射弁動作制御部６２は、内燃機関５の運転時において、排気ガス温度Tgas、選択還元触媒２０温度Tcat、選択還元触媒２０の下流側におけるＮＯ_X濃度Nnox、さらには内燃機関５の回転数Neに関する情報等に基づいて還元剤の目標噴射量を算出し、目標噴射量が達成されるように還元剤噴射弁３４に対して制御信号を出力する。
そして、還元剤噴射弁動作制御部６２は、内燃機関５が停止し、運転状態判断部６４によって生成される減圧開始信号Spを受け取ると、還元剤噴射弁３４を開弁にするための制御信号を還元剤噴射弁３４に対して出力する。

また、減圧処理制御部６３は、内燃機関５の停止を検知する運転状態判断部６４、及び還元剤の流通方向を順方向又は逆方向のいずれかに切り替えるリバーティングバルブ制御部６５を含んで構成される。

また、運転状態判断部６４は、内燃機関５の停止を検知するために、例えば内燃機関５を始動するキースイッチがオンからオフにされたことを検出する。
そして、運転状態判断部６４は、キースイッチのオフ信号を検出すると、ポンプ駆動制御部６１、還元剤噴射弁動作制御部６２、リバーティングバルブ制御部６５及び詰まり判定部６６に対して、減圧開始信号Spを出力する。
なお、減圧処理を実行させるための独立のスイッチを設け、運転状態判断部６４の代わりにスイッチの信号を検出する部分を設けて、内燃機関５の停止後にスイッチがオンにされたときに減圧開始信号Spを出力するように構成してもよい。

また、リバーティングバルブ制御部６５は、還元剤の流通方向を順方向又は逆方向のいずれかに切り替えるための信号Srをリバーティングバルブ４４に対して出力する。
そして、リバーティングバルブ制御部６５は、内燃機関５の通常運転時には還元剤の流通方向を順方向で維持する一方、減圧開始信号Spを受け取ると還元剤の流通方向を逆方向に切り替える。

また、詰まり判定部６６は、減圧処理開始信号Spを受け取ると、圧力センサ４３によって検出される第２の供給経路５８内の圧力値Pvと、ＲＡＭに記憶されている複数の閾値P1〜P3との比較を行う。
本実施形態の詰まり判定部６６には、タイマカウンタが接続されており、減圧処理を開始した時点からの計測時間tが、予め設定された読込待機時間twを超えたときに検出される圧力値Pvと、複数の閾値P1〜P3と、の比較を行うことができる。
また、本実施形態では、還元剤の詰まり判定を行うために意図的に減圧処理を実施することなく、還元剤のパージ制御が実施される時期を利用して、還元剤噴射弁３４の詰まり判定が行われるようになっている。

このとき、パージ処理時におけるポンプ４１の出力は一定であるため、噴孔を介して第２の供給経路５８に導入される気体の量は、還元剤噴射弁３４の詰まりの有無に応じて異なる。
すなわち、減圧処理の開始後における第２の供給経路５８内の圧力の推移は還元剤噴射弁３４の詰まりの有無によって異なる。

そして、詰まり判定部６６は、圧力値Pvと複数の閾値P1〜P3との大小関係を判定することで、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度を判定することができるようになっている。
したがって、本実施形態では、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度を、例えば、完全詰まり状態、重度の詰まり状態、軽度の詰まり状態、詰まり無し状態の四段階で判定することができる。

この詰まり判定に用いられる閾値の数は、制限されるものではないが、ＲＡＭに記憶させる閾値の数を増やすことで、詰まりの程度をより細かく判定することができる。したがって、閾値P1〜P3の間隔は等間隔であってもよく、あるいは、それぞれの間隔が異なっていてもよい。
一方、ＲＡＭに記憶させた閾値が一つのみであっても、詰まり判定を行うことは可能である。
この場合、例えば、複数の閾値P1〜P3のうちの最も小さい閾値P1と、圧力値Pvとの大小関係を判定するようにすれば、還元剤噴射弁３４が、完全詰まり状態であるか否かを判定することができるようになる。

また、上述の読込待機時間twに関し、本実施形態の詰まり判定部６６では、第２の供給経路５８内の圧力の推移が安定するために必要な時間が設定されている。
これにより、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度に応じた圧力値Pvが正確に得られ、還元剤噴射弁３４の詰まり判定を精度よく実施することができる。

なお、詰まり判定部６６における判定方法について、例えば減圧開始信号Spを受け取った後、第２の供給経路５８内の圧力値Pvの推移を継続的に監視して、圧力降下速度を閾値と比較するようにしてもよい。
また、求められた所定時間経過後の圧力値Pv_nと前回の内燃機関停止時に検出した圧力値Pv_n-1との差を閾値と比較することにより、還元剤噴射弁３４の詰まりを判定するようにしてもよい。すなわち、前回値と比較する方法であれば、還元剤噴射弁３４の経時劣化の影響を排除して、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度を正確に判定することができる。

さらに、還元剤噴射弁３４の詰まり判定に用いる圧力値Pvを読み込むまでに待機する時間の起算点は、減圧処理を開始した時点以外にも、例えば第２の供給経路５８内の圧力値Pvが大気圧よりも低くなった時点とすることもできる。

３．還元剤噴射弁の異常検出方法
次に、本実施形態の異常検出装置６０によって行われる還元剤噴射弁３４の異常検出方法の一例について、図３のタイミングチャート及び図４の制御フローを参照して詳細に説明する。

（１）タイミングチャート
図３は圧力センサ４３によって検出される第２の供給経路５８内の圧力値Pvの経時変化を示している。図３中、縦軸は大気圧Pairを基準とした相対圧力で定められており、大気圧Pair及び複数の閾値P1〜P3（P1＜P2＜P3＜Pair）が点線で示されている。また、実線Aは圧力値Pvの経時変化を表しており、一点鎖線Bは還元剤噴射弁３４に詰まりが全く無いときの圧力値Pvの経時変化を表している。

t0の時点で内燃機関５が停止した後、t1の時点で減圧処理が開始されるとともに再びタイマカウンタを作動する。なお、本実施形態では、内燃機関５が停止した時点t0から所定期間経過後に減圧処理が開始されるようになっているが、内燃機関５の停止と同時に減圧処理が開始されるようになっていても構わない。

減圧処理が開始されたt1の時点以降、還元剤が貯蔵タンク３１に回収されるとともに、還元剤噴射弁３４の噴孔を介して気体が吸引され、第２の供給経路５８内が気体で置き換えられた状態となる。
したがって、還元剤噴射弁３４の噴孔は、極めて小さく気体成分が第２の供給経路５８内に吸引されるための抵抗になるために、還元剤噴射弁３４の詰まりの有無に関らず、t2の時点で第２の供給経路５８内の圧力値Pvが大気圧よりも低くなる。

ただし、還元剤噴射弁３４の噴孔の詰まりの有無に応じて噴孔から吸引される気体の吸引量に差が生じるために、t3の時点では、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じている場合（実線A）と、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていない場合（一点鎖線B）とで、圧力に差が生じ始める。

ポンプ４１は所定の出力で制御されているため、t4時点以降、圧力値Pvは還元剤噴射弁３４の詰まりの程度に応じた値で維持されるようになる。
その後、t5の時点で、減圧処理を開始した時点t1で作動させたタイマカウンタのタイマ値tが読込待機時間twを超える。
このt5の時点において検出された圧力値Pvによって、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度が判定される。図３の実線の例では、還元剤噴射弁３４が完全に詰まっていると判定される。

（２）異常検出の制御フロー
異常検出方法の制御フローでは、まず、ステップＳ１１で内燃機関５の停止が検知されると、ステップＳ１２で還元剤の流通方向を切り替えて減圧処理を開始するとともにステップＳ１３で還元剤噴射弁３４を開弁し、ステップＳ１４でタイマカウンタを作動させる。このように還元剤のパージ制御が行われる中で、ステップＳ１５でタイマ値tが読込待機時間twを越えたか否かが判断される。タイマ値tが読込待機時間twを越えるまでステップＳ１５が繰り返される。

タイマ値tが読込待機時間twを越えて進んだステップＳ１６では、圧力センサ４３のセンサ値を読み込み、圧力値Pvを検出する。そして、ステップＳ１７で、検出された圧力値Pvが閾値P1未満であるか否かが判断される。圧力値Pvが閾値P1未満である場合にはステップＳ１８に進む一方、圧力値Pvが閾値P1以上である場合にはステップＳ１９に進む。ステップＳ１８では還元剤噴射弁３４が完全詰まり状態であると判定される。

圧力値Pvが閾値P1以上である場合に進んだステップＳ１９では、圧力値Pvが閾値P2未満であるか否かが判断される。圧力値Pvが閾値P2未満である場合にはステップＳ２０に進む一方、圧力値Pvが閾値P2以上である場合にはステップＳ２１に進む。ステップＳ２０では還元剤噴射弁３４が重度の詰まり状態であると判定される。

圧力値Pvが閾値P2以上である場合に進んだステップＳ２１では、圧力値Pvが閾値P3未満であるか否かが判断される。圧力値Pvが閾値P3未満である場合にはステップＳ２２に進む一方、圧力値Pvが閾値P3以上である場合にはステップＳ２３に進む。ステップＳ２２では還元剤噴射弁３４が軽度の詰まり状態であると判定され、ステップＳ２３では還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていないと判定される。

ステップＳ１８やステップＳ２０、ステップＳ２２、ステップＳ２３で還元剤噴射弁３４の詰まり程度が判定された後は、本ルーチンを終了する。

図示しないものの、還元剤噴射弁３４が軽度の詰まり状態や重度の詰まり状態であるときには、還元剤噴射弁３４の開弁時間を延長したり還元剤噴射弁３４の噴射圧力を増加したりすることで、還元剤噴射量のずれを抑える制御を行うことができる。また、還元剤噴射弁３４が重度の詰まり状態や完全詰まり状態であるときには、還元剤噴射弁３４の交換を促すための警告ランプを作動させつつ、内燃機関５の出力制限をかけることで、還元剤噴射弁３４の交換を促す。

以上説明した還元剤噴射弁３４の異常検出装置及び異常検出方法であれば、第２の供給経路５８内の大部分を気体成分が占める状態における第２の供給経路５８内の圧力に基づいて、還元剤噴射弁３４の詰まり判定が行われる。第２の供給経路５８内に微量の還元剤が残っていたとしても、気体成分と比較して圧縮率がはるかに小さいこの還元剤によって、第２の供給経路５８内の圧力が大きな影響を受けることがない。したがって、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度が精度良く検出される。

また、本実施形態の還元剤噴射装置３０のように、オリフィス４５及び一方向弁４６が設けられた循環経路５９が第２の供給経路５８に接続されている場合であっても、オリフィス４５及び一方向弁４６内の還元剤の移動が遮断された状態において還元剤噴射弁３４の詰まり判定が行われる。これにより、オリフィス４５や一方向弁４６のばらつきに起因して、第２の供給経路５８内の圧力が影響を受けることがなくなる。したがって、第２の供給経路５８に還元剤を加圧供給した状態で還元剤噴射弁の詰まり判定を実施する場合と比べて、還元剤噴射弁３４の詰まりが精度よく検出される。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態は、還元剤を収容する貯蔵タンクと、還元剤を圧送するポンプと、ポンプによって圧送された還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、ポンプ及び還元剤噴射弁を接続する供給経路と、供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、供給経路内を減圧処理することにより、還元剤噴射弁の噴孔を介して排気管内の気体を供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出方法であって、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定することを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出方法である。
なお、本発明の第２の実施形態に係る還元剤噴射弁の異常検出方法は、還元剤噴射弁の詰まり判定を行う時期が、第１の実施形態と異なっている。
すなわち、第２の実施形態の異常検出装置は、基本的には第１の実施形態に係る制御装置と同様の構成となっている一方、減圧処理制御部の運転状態判断部及び詰まり判定部が異なっている。

より具体的には、本実施形態の減圧処理制御部のうち、運転状態判断部は、内燃機関５が始動されることを検知する。
例えば、内燃機関５を始動するキースイッチがオフからオンにされたことを検出する。
また、運転状態判断部は、内燃機関５が始動される信号を受け取ると、ポンプ駆動制御部、還元剤噴射弁動作制御部、リバーティングバルブ制御部及び詰まり判定部に対して、減圧開始信号Spを出力する。

また、詰まり判定部は、基本的に第１の実施形態の制御装置と同様にして詰まり判定を実行するが、本実施形態では還元剤噴射弁の詰まり判定を内燃機関５の始動時に実施する態様であることから、詰まり判定終了後速やかに通常の還元剤噴射制御が開始されるように、詰まり判定部はリバーティングバルブ制御部等に対して診断終了信号を出力する。

すなわち、本実施形態では、内燃機関５の始動前には、第２の供給経路５８内を気体成分（空気や排気ガス等）が占める状態となっていることを利用して、内燃機関５の始動時に還元剤噴射弁３４の詰まり判定を行うようになっている。
したがって、液体の還元剤による圧力の変動の影響が排除されて、還元剤噴射弁１３の詰まり判定をさらに精度よく行うことができる。
なお、減圧処理を開始した後の具体的な制御フローは第１の実施形態で説明した内容と同じであるために、ここでの説明を省略する。

５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気管、１２・１３：温度センサ、１４：ＮＯ_Xセンサ、２０：選択還元触媒、３０：還元剤噴射装置、３１：貯蔵タンク、３４：還元剤噴射弁、４０：ポンプモジュール、４１：ポンプ、４２：異物フィルタ、４３：圧力センサ、４４：リバーティングバルブ、４５：オリフィス、４６：一方向弁、５７：第１の供給経路、５８：第２の供給経路、５９：循環経路、６０：還元剤噴射弁の異常検出装置（制御装置）、６１：ポンプ駆動制御部、６２：還元剤噴射弁動作制御部、６３：減圧処理制御部、６４：運転状態判断部、６５：リバーティングバルブ制御部、６６：詰まり判定部

Claims (8)

1. 還元剤を収容する貯蔵タンクと、
   前記還元剤を圧送するポンプと、
   前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、
   前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給経路と、
   前記供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、
   前記供給経路内を減圧処理することにより、前記還元剤噴射弁の噴孔を介して、前記排気管内の気体を前記供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における前記還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置であって、
   前記減圧処理の開始後に前記圧力センサによって検出される圧力値を用いて、前記還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定する詰まり判定部が設けてあることを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置。
2. 前記詰まり判定部は、前記減圧処理を開始してから所定期間経過後の前記圧力値が、予め規定された閾値未満のときに、前記還元剤噴射弁に詰まりが生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の異常検出装置。
3. 前記詰まり判定部は、前記圧力値を、複数の閾値と比較することにより、前記還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することを特徴とする請求項２に記載の還元剤噴射弁の異常検出装置。
4. 前記減圧処理が、前記内燃機関の停止時に行われ、前記供給経路内に残留する前記還元剤を回収するためのパージ処理であ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噴射弁の異常検出装置。
5. 前記減圧処理が、前記内燃機関の始動時に行われ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噴射弁の異常検出装置。
6. 前記還元剤噴射装置が、尿素ＳＣＲであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の異常検出装置。
7. 還元剤を収容する貯蔵タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給経路と、前記供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、前記供給経路内を減圧処理することにより前記還元剤噴射弁の噴孔を介して前記排気管内の気体を前記供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における前記還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出方法であって、
   前記減圧処理の開始後に前記圧力センサによって検出される圧力値を用いて、前記還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定することを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出方法。
8. 還元剤噴射弁の異常検出装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   還元剤を収容する貯蔵タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給経路と、前記供給経路に設けられた圧力センサと、を備えるとともに、前記供給経路内を減圧処理することにより前記還元剤噴射弁の噴孔を介して前記排気管内の気体を前記供給経路内に吸引可能に構成された還元剤噴射装置における前記還元剤噴射弁の詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置を備えており、
   当該異常検出装置に、前記減圧処理の開始後に前記圧力センサによって検出される圧力値を用いて、前記還元剤噴射弁に詰まりが生じているか否かを判定する詰まり判定部が設けてあることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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