JP5871072B2 - 内燃機関の添加剤供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の添加剤供給装置に関する。

内燃機関の排気を浄化するために、排気通路に対して添加剤を供給する装置が知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒で還元浄化するために、排気通路内に尿素水を供給するようにしている。

ところで、添加剤が凍結すると排気通路内への添加剤供給が困難になる。そのため、添加剤供給装置を構成するポンプや添加剤の供給通路などには、添加剤を解凍するための加熱部を設けることがある。

ここで、特許文献１に記載の装置では、エンジン冷却水を利用して添加剤を加熱する解凍制御システムを備えるようにしている。そして、添加剤の解凍処理を行った後にサプライモジュールポンプを駆動し、このポンプ駆動時におけるサプライモジュール内の圧力が一定値に達しないときには、解凍制御システムの故障を警告するようにしている。

特開２０１２−２０６２号公報

上述した従来の装置のように、解凍処理を行った後にポンプを駆動し、このポンプ駆動に伴う添加剤の圧力上昇が起きないときには、添加剤の解凍が適切に行われておらず、ポンプや供給通路に設けられた加熱部に異常が生じていると判定することができる。しかし、従来の装置では、ポンプや供給通路に設けられた加熱部のうちで、異常が生じている加熱部を特定することができない。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポンプや供給通路に設けられた加熱部のうちで、異常が生じている加熱部を特定することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、添加剤を貯留するタンクと、タンク内の添加剤を送液するポンプと、ポンプから送液される添加剤を内燃機関の排気通路に供給する供給通路と、供給通路内の添加剤圧力を検出する圧力検出部と、ポンプ内の添加剤を加熱するポンプ加熱部と、供給通路内の添加剤を加熱する通路加熱部と、ポンプ加熱部及び通路加熱部の加熱制御を行う加熱制御部と、を備える内燃機関の添加剤供給装置を提供する。そして添加剤供給装置は、ポンプ加熱部及び通路加熱部による加熱制御を開始した後、ポンプに対して駆動信号が出力されたときの添加剤圧力が駆動信号の出力前の圧力と比較して上昇していない状態において、ポンプが駆動していないときにはポンプ加熱部の異常を示す信号を出力する一方、ポンプが駆動しているときには通路加熱部の異常を示す信号を出力する信号出力部を備えるようにしている。

ポンプ加熱部に異常が生じているときには、ポンプ加熱部による加熱制御を行ってもポンプ内の添加剤は十分に解凍されないため、ポンプから供給通路への添加剤の送液が滞る。そのためポンプ加熱部に異常が生じているときには、ポンプに対して駆動信号が出力されたときの供給通路内の添加剤圧力は、駆動信号の出力前の圧力から上昇しにくくなる。

また、通路加熱部に異常が生じているときには、通路加熱部による加熱制御を行っても供給通路内の添加剤は十分に解凍されない。このように供給通路内において添加剤が凍結しているときには、供給通路内の添加剤圧力が変化しない。そのため通路加熱部に異常が生じているときにも、ポンプに対して駆動信号が出力されたときの供給通路内の添加剤圧力は、駆動信号の出力前の圧力から上昇しにくくなる。

ここで、ポンプに対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給通路内の添加剤圧力が上昇していない状態において、ポンプが実際に駆動していないときには、ポンプ内の添加剤が凍結していると推定することができる。そのため、この場合には、信号出力部は、ポンプ加熱部の異常を示す信号を出力する。

一方、ポンプに対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給通路内の添加剤圧力が上昇していない状態において、ポンプが実際に駆動しているときには、ポンプ内の添加剤は解凍されており、供給通路内の添加剤は凍結していると推定することができる。そのため、この場合には、信号出力部は、通路加熱部の異常を示す信号を出力する。

このように本発明では、ポンプが実際に駆動しているか否かを確認してポンプ加熱部の異常を示す信号と通路加熱部の異常を示す信号とを個別に出力する。そのため、ポンプや供給通路に設けられた加熱部のうちで、異常が生じている加熱部を特定することができる。

なお、ポンプ加熱部の異常を示す信号や通路加熱部の異常を示す信号の出力態様としては、例えばそれらの信号に合わせて個別に警告灯を点灯させたり、音によって個別に警告を行ったりすることができる。また、ポンプ加熱部の異常を示す信号や通路加熱部の異常を示す信号の出力態様として、それら信号に合わせたフラグ値の設定を行ってもよい。

本発明の一態様では、添加剤供給装置は、ポンプの回転速度を検出する速度検出部を備えており、信号出力部は、ポンプの回転速度に基づいてポンプが駆動しているか否かを検出する。この場合には、ポンプが駆動しているか否かを確実に検出することができる。なお、ポンプの回転速度に基づいてポンプが駆動しているか否かを検出する場合には、例えばポンプの回転速度が判定値以上であるときにポンプが駆動していることを示す信号を出力するようにしてもよい。

本発明の一態様では、添加剤供給装置は、タンク内の添加剤を加熱するタンク加熱部を備えている。そして加熱制御部はタンク加熱部の加熱制御も行う。そして、信号出力部からポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されたときには、上記加熱制御部は、タンク加熱部による加熱を行う。

この場合には、ポンプ加熱部に異常があり、ポンプ内の添加剤の解凍が滞っている可能性があるときには、タンク加熱部による加熱が行われることによりタンク内の添加剤が昇温される。そして、この昇温されたタンク内の添加剤によって、ポンプ本体やポンプ内の添加剤が暖められるため、ポンプ内の添加剤の解凍が促進される。また、こうしたタンク加熱部による加熱は、ポンプ内の添加剤の温度が基準値、例えば添加剤が解凍されていると推定できる温度を超えるまで行うようにしてもよい。

本発明の一態様では、添加剤供給装置は、タンク内の添加剤を加熱するタンク加熱部を備えている。そして加熱制御部はタンク加熱部の加熱制御も行う。そして、信号出力部からポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されたときには、上記加熱制御部は、ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されていないときに比べてタンク加熱部による加熱時間を長くする。

この場合には、ポンプ加熱部に異常があり、ポンプ内の添加剤の解凍が滞っている可能性があるときには、ポンプ加熱部に異常がないときに比べてタンク加熱部による加熱時間が長くされる。この加熱時間の延長によりタンク内の添加剤がより一層昇温される。そして、この昇温されたタンク内の添加剤によって、ポンプ本体やポンプ内の添加剤が暖められるため、ポンプ内の添加剤の解凍が促進される。

本発明の一態様では、添加剤供給装置は、タンク内の添加剤を加熱するタンク加熱部を備えている。そして加熱制御部はタンク加熱部の加熱制御も行う。そして、信号出力部からポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されたときには、上記加熱制御部は、ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されていないときに比べてタンク加熱部の加熱量を増大させる。

この場合には、ポンプ加熱部に異常があり、ポンプ内の添加剤の解凍が滞っている可能性があるときには、ポンプ加熱部に異常がないときに比べてタンク加熱部の加熱量が増大される。この加熱量の増大によりタンク内の添加剤はより一層昇温される。そして、この昇温されたタンク内の添加剤によって、ポンプ本体やポンプ内の添加剤が暖められるため、ポンプ内の添加剤の解凍が促進される。

なお、添加剤を加熱する上述の各加熱部としては、例えば電気ヒータを採用することができる。

本発明の第１実施形態の全体構成を示す模式図。 同実施形態における尿素水供給機構の構成を示す模式図。 同実施形態における異常診断処理の手順を示すフローチャート。 第２実施形態における再解凍処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態の異常診断処理の変形例であって、処理手順の一部を示すフローチャート。 第２実施形態の再解凍処理の変形例における処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態の再解凍処理の変形例における処理手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の添加剤供給装置を、車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）に適用した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に示すように、エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは対応する気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。エンジン１のクランクシャフトには、機関出力を利用して発電するオルタネータが接続されている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。

排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びＤＰＦ触媒３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、ＤＰＦ触媒３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタであって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、ＤＰＦ触媒３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やＤＰＦ触媒３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に添加剤としての尿素水を供給する尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、タンク２１０から尿素水を送液するポンプ２２０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素噴射弁２３０、尿素噴射弁２３０とポンプ２２０とを接続する供給通路としての供給管２４０、タンク２１０内に貯留された尿素水の量を検出するレベルセンサ２５０、尿素水供給機構２００内の尿素水を加熱するヒータ等で構成されている。

尿素噴射弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素噴射弁２３０が開弁されると、供給管２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、駆動信号が入力されると駆動されて尿素水を送液する。そして、ポンプ２２０の正回転時には、タンク２１０から尿素噴射弁２３０に向けて尿素水が送液される。一方、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素噴射弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水が送液される。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素噴射弁２３０及び供給管２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

図２に示すように、本実施形態では、タンク２１０の底面にポンプ２２０が設けられている。なお、タンク２１０の側面であって底面に近い部位にポンプ２２０を設けてもよい。ポンプ２２０には、同ポンプ２２０の回転速度であるポンプ回転速度ＮＥＰを検出する回転速度センサ２２１が設けられている。この回転速度センサ２２１は、上記速度検出部に相当する。

また、タンク２１０内には、添加剤を加熱するタンクヒータ３１０が設けられている。ポンプ２２０内には、添加剤を加熱するポンプヒータ３２０が設けられている。そして供給管２４０の外周にも、添加剤を加熱する通路ヒータ３３０が設けられている。これら各ヒータ３１０、３２０、３３０は、電気式のヒータである。そして、ポンプヒータ３２０は上記ポンプ加熱部に、通路ヒータ３３０は上記通路加熱部に、タンクヒータ３１０は上記タンク加熱部にそれぞれ相当している。

これら各ヒータ３１０、３２０、３３０は、ヒータ制御装置３００に接続されており、ヒータ制御装置３００によって各ヒータ３１０、３２０、３３０の通電量が制御される。なお、ヒータの通電量制御は適宜の方法で行うことができる。例えば、ヒータに供給される電圧のデューティ比を調整するデューティ制御や、ヒータに供給される電圧の高さを調整する電圧制御、あるいはヒータを流れる電流の大きさを調整する電流制御などを行えばよい。また、ヒータ制御装置３００は、後述する制御装置８０と相互通信を行う。

また、ポンプ２２０の吐出部近傍には、ポンプ２２０内の尿素水の温度である尿素水温度ＴＨＮを検出する温度センサ４００が設けられている。また、供給管２４０においてポンプ２２０の吐出部近傍には、供給管２４０内の尿素水の圧力である尿素水圧力ＮＰを検出する圧力センサ４１０が設けられている。これら温度センサ４００及び圧力センサ４１０は、制御装置８０に接続されている。なお、圧力センサ４１０は、上記圧力検出部に相当する。ちなみに、尿素水温度ＴＨＮの検出は、温度センサ４００を利用して直接検出するほかに、例えば外気温度などを利用して尿素水温度ＴＨＮを推定することにより間接的に検出するようにしてもよい。

先の図１に示すように、尿素噴射弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素噴射弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素噴射弁２３０から噴射された尿素水は、ＳＣＲ触媒４１に到達するとアンモニアとして吸着される。そしてＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気還流量、いわゆる外部ＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサやスイッチが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセル操作量センサ２２はアクセルペダル（アクセル操作部材）の踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温度センサ２３は、外気温度ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。イグニッションスイッチ２５は、車両の運転者によるエンジン１の始動操作及び停止操作を検出する。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、ＤＰＦ触媒３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素噴射弁２３０の上流には、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１を通過した排気中のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。

これら各種センサ等の出力は、上記制御部としての制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素噴射弁２３０による尿素水の添加制御も行う。この添加制御では、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素水供給量が算出される。そして算出された尿素水供給量が尿素噴射弁２３０から噴射されるように、尿素噴射弁２３０の開弁状態が制御される。このようにエンジン１の運転中は、ＮＯｘを浄化するために排気通路２６に対して尿素水の供給が行われる。

また制御装置８０は、ポンプ２２０に対して駆動信号を出力することにより同ポンプ２２０を駆動させる制御を行う。

また、制御装置８０は、ヒータ制御装置３００を介した各ヒータ３１０、３２０、３３０の加熱制御を行う。すなわち制御装置８０は、尿素水温度ＴＨＮに基づいて尿素水の凍結状態を判断する。そして、尿素水が凍結しており排気通路２６内に尿素水を供給することが不可能なときには、ヒータ制御装置３００を介して各ヒータ３１０、３２０、３３０の通電を行い、尿素水を解凍する。なお、加熱制御を行うこれらヒータ制御装置３００及び制御装置８０は、上記加熱制御部に相当する。

ところで、本実施形態では、ポンプヒータ３２０や通路ヒータ３３０を備えるようにしており、これら各ヒータ３２０、３３０に異常が生じると、加熱制御を行ってもポンプ２２０内や供給管２４０内の尿素水を加熱できなくなり、尿素水の解凍が困難になる。そこで、本実施形態では、ポンプや供給管２４０に設けられたヒータに異常が生じている場合には、異常が生じているヒータを特定することができるように、以下の異常診断処理を行うようにしている。

図３に、上記異常診断処理の手順を示す。なお、本処理は制御装置８０によって繰り返し実行される。また、この異常診断処理を実行する制御装置８０は、上記信号出力部に相当する。

本処理が開始されるとまず、ポンプヒータ３２０、通路ヒータ３３０、及びタンクヒータ３１０が通電状態から通電停止状態になったか否かが判定される（Ｓ１００）。そして、このステップＳ１００にて否定判定されるときには、本処理は一旦終了される。

一方、ステップＳ１００にて肯定判定されるときには、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の加熱制御を開始した後であると判断される。より厳密には加熱制御を開始した後であってその加熱制御が終了していると判断される。

そして、次に、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力される（Ｓ１１０）。

こうしてポンプ２２０に対して駆動信号が出力されると、次に、供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが判定値Ｇを超えているか否かが判定される（Ｓ１２０）。この判定値Ｇとしては、尿素水圧力ＮＰがこの判定値Ｇよりも大きくなっていることに基づいて、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの尿素水圧力ＮＰがその駆動信号の出力前の圧力よりも上昇していることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

そして、尿素水圧力ＮＰが判定値Ｇを超えているときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、尿素水が解凍されていると判断され、尿素水添加の禁止要求がなければ尿素添加が実行される（Ｓ１３０）。そして、本処理は一旦終了される。

一方、尿素水圧力ＮＰが判定値Ｇに満たないときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ポンプ２２０の駆動による尿素水圧力ＮＰの上昇が起きていないと判断される。そして次に、ポンプ回転速度ＮＥＰが判定値Ｈを超えているか否かが判定される（Ｓ１４０）。この判定値Ｈとしては、ポンプ回転速度ＮＥＰがこの判定値Ｈよりも高くなっていることに基づいて、ポンプ２２０が実際に駆動していることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

そして、ポンプ回転速度ＮＥＰが判定値Ｈを超えているときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ポンプ２２０が実際に駆動されていると判断される。そして、通路ヒータ３３０に異常が有ることを示す信号を出力する処理として、通路ヒータ異常フラグＦＳが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更される（Ｓ１５０）。なお、通路ヒータ異常フラグＦＳの値（「ＯＮ」または「ＯＦＦ」）は、制御装置８０の記憶装置であるメモリに記憶される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、ポンプ回転速度ＮＥＰが判定値Ｈ以下のときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、ポンプ２２０が実際には駆動されていないと判断される。そして、ポンプヒータ３２０に異常が有ることを示す信号を出力する処理として、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更される（Ｓ１６０）。なお、ポンプヒータ異常フラグＦＰの値（「ＯＮ」または「ＯＦＦ」）も、制御装置８０の記憶装置であるメモリに記憶される。そして、本処理は一旦終了される。

次に、上記異常診断処理の作用を説明する。

まず、ポンプヒータ３２０に異常が生じているときには、ポンプヒータ３２０による加熱制御を行ってもポンプ２２０内の尿素水は十分に解凍されないため、ポンプ２２０から供給管２４０への尿素水の送液が滞る。そのためポンプヒータ３２０に異常が生じているときには、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰは、同駆動信号の出力前の圧力から上昇しにくくなる。

また、通路ヒータ３３０に異常が生じているときには、通路ヒータ３３０による加熱制御を行っても供給管２４０内の尿素水は十分に解凍されない。このように供給管２４０内において尿素水が凍結しているときには、供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが変化しない。そのため通路ヒータ３３０に異常が生じているときにも、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの尿素水圧力ＮＰは、同駆動信号の出力前の圧力から上昇しにくくなる。

ここで、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇しない状態において、ポンプ２２０が実際に駆動していないときには、ポンプ２２０内の尿素水が凍結していると推定することができる。そこで、上記異常診断処理では、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０による加熱制御を開始した後であると判断できるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力される（Ｓ１１０）。そして、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇していないと判断されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいてポンプ２２０が実際に駆動されているか否かが判定される（Ｓ１４０）。そして、ポンプ２２０が実際に駆動されていないと判定されるときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、ポンプ２２０内の尿素水が凍結していると推定することができるため、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」にされる（Ｓ１６０）。

一方、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇しない状態において、ポンプ２２０が実際に駆動しているときには、ポンプ２２０内の尿素水は解凍されており、供給管２４０内の尿素水が凍結していると推定することができる。そこで、上記異常診断処理では、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０による加熱を行った後であると判断できるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力される（Ｓ１１０）。そして、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇していないと判断されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいてポンプ２２０が実際に駆動されているか否かが判定される（Ｓ１４０）。そして、ポンプ２２０が実際に駆動されていると判定されるときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、供給管２４０内の尿素水が凍結していると推定することができるため、通路ヒータ異常フラグＦＳが「ＯＮ」にされる（Ｓ１５０）。

このようにポンプ２２０が実際に駆動しているか否かを確認してポンプヒータ３２０の異常を示すポンプヒータ異常フラグＦＰと、通路ヒータ３３０の異常を示す通路ヒータ異常フラグＦＳとが個別に出力される。そのため、ポンプ２２０や供給管２４０に設けられたヒータのうちで、異常が生じているヒータを特定することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

（１）ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの尿素水圧力ＮＰが、同駆動信号の出力前の圧力と比較して上昇していない状態において、ポンプ２２０が駆動していないときには、ポンプヒータ３２０の異常を示すポンプヒータ異常フラグＦＰを「ＯＮ」にする一方、ポンプ２２０が駆動しているときには、通路ヒータ３３０の異常を示す通路ヒータ異常フラグＦＳを「ＯＮ」にしている。従って、ポンプ２２０や供給管２４０に設けられたヒータのうちで、異常が生じているヒータを特定することが可能になる。

（２）ポンプ回転速度ＮＥＰを検出する回転速度センサ２２１を備えており、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいてポンプ２２０が駆動しているか否かを検出するようにしている。そのためポンプ２２０が駆動しているか否かを確実に検出することができるようになる。
（第２実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の添加剤供給装置を具体化した第２実施形態について、図４を参照して説明する。

上述したように、ポンプヒータ３２０に異常が生じているときには、ポンプ２２０内の尿素水を早期に解凍することができない。そのため、例えばポンプ２２０内の尿素水が自然に解凍されるまでは尿素添加を行うことができず、ＮＯｘの浄化が滞るおそれがある。

そこで、本実施形態では、上記異常診断処理によってポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」に設定されたときには、以下の再解凍処理を行うようにしている。

図４に、再解凍処理の手順を示す。なお、本処理も制御装置８０によって繰り返し実行される。

本処理が開始されるとまず、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」であるか否かが判定される（Ｓ２００）。そして、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＦＦ」のときには（Ｓ２００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。

一方、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」であるときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、非通電状態になっていたタンクヒータ３１０の通電が実行される（Ｓ２１０）。

次に、尿素水温度ＴＨＮが判定値Ｋを超えたか否かが判定される（Ｓ２２０）。この判定値Ｋとしては、ポンプ２２０内の尿素水が解凍されていると推定できる温度、例えば尿素水の融解温度よりもやや高い温度が設定されている。そして、尿素水温度ＴＨＮが判定値Ｋ以下のときには（Ｓ２２０：ＮＯ）、尿素水温度ＴＨＮが判定値Ｋを超えるまで、ステップＳ２１０でのタンクヒータ３１０の通電と、ステップＳ２２０での温度判定とが繰り返し実行される。

そして、尿素水温度ＴＨＮが判定値Ｋを超えると（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、タンクヒータ３１０の通電が停止されて（Ｓ２３０）、本処理は一旦終了される。

次に、上記再解凍処理の作用を説明する。

ポンプヒータ３２０に異常があり、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」になっているときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、タンク２１０のタンクヒータ３１０による加熱が行われる（Ｓ２１０）。このようにしてタンクヒータ３１０による加熱が行われると、タンク２１０内の尿素水が昇温される。そして、この昇温されたタンク２１０内の尿素水によって、タンク２１０の底面に設けられたポンプ２２０やポンプ２２０内の尿素水が暖められるため、ポンプヒータ３２０に異常があるときでも、ポンプ２２０内の尿素水の解凍が促進されるようになる。

また、ポンプ２２０内の尿素水温度ＴＨＮが判定値Ｋを超えるまで、タンクヒータ３１０の通電が行われるため、ポンプ２２０内の尿素水が適切に解凍される。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

（３）尿素水を貯留するとともにポンプ２２０を備えるタンク２１０と、タンク２１０内の尿素水を加熱するタンクヒータ３１０とを備えている。そして、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」になっているときには、タンクヒータ３１０による加熱を行うようにしている。従って、昇温されたタンク２１０内の尿素水によって、ポンプ２２０やポンプ２２０内の尿素水が暖められるため、ポンプ２２０内の尿素水の解凍が促進される。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。

・ポンプ２２０が実際に駆動しているか否かを判定するために、ポンプ回転速度ＮＥＰを検出するようにしたが、この他の方法でポンプ２２０の駆動を判定してもよい。例えば、ポンプ２２０が回転しているか回転していないかのみを判定することのできるセンサ等を設けるようにしてもよい。

・尿素水温度ＴＨＮとしてポンプ２２０内の尿素水温度を検出するようにしたが、タンク２１０内の尿素水温度や、供給管２４０内の尿素水温度を検出するようにしてもよい。なお、これら変形例の場合でも、第２実施形態においてタンク２１０内の尿素水温度や、供給管２４０内の尿素水温度が所定値に達するまで、タンクヒータ３１０の通電を行うことにより、ポンプ２２０内の尿素水の解凍を促すことができる。

・第２実施形態では、尿素水温度ＴＨＮが判定値Ｋを超えるまでタンクヒータ３１０の通電を行うようにした。この他、タンクヒータ３１０の通電時間を予め設定しておいてもよい。

・ポンプヒータ３２０の異常を示す信号や通路ヒータ３３０の異常を示す信号の出力態様として、ポンプヒータ異常フラグＦＰや通路ヒータ異常フラグＦＳといったフラグ値を設定するようにしたが、この他の態様で出力してもよい。例えば、ポンプヒータ３２０の異常を示す信号や通路ヒータ３３０の異常を示す信号に合わせて個別に警告灯を点灯させたり、音によって個別に警告を行ったりするようにしてもよい。

・圧力センサ４１０の配設位置は、供給管２４０内であれば任意変更することができる。

・第１実施形態では、図３のステップＳ１００にて、ポンプヒータ３２０、通路ヒータ３３０、及びタンクヒータ３１０が通電状態から通電停止状態になったか否かを判定することにより、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後であるか否かを判断した。より厳密には、加熱制御を開始した後であってその加熱制御が終了しているか否かを判断した。

他方、上記異常診断処理は、加熱制御が終了しておらず実行中であっても、ステップＳ１１０以降の処理を行うことができる。つまり加熱制御を実行した履歴があればステップＳ１１０以降の処理を行うことができ、同実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

例えば、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後であるか否かを判断するに際して、より厳密には加熱制御を開始した後であってその加熱制御の実行中であるか否かを判断してもよい。

この変形例は、例えば、先の図３に示したステップＳ１００の処理に代えて、図５に示すステップＳ３００の処理を行うことにより実施できる。

図５に示すように、ステップＳ３００では、ポンプヒータ３２０、通路ヒータ３３０、タンクヒータ３１０の通電を開始してから所定時間Ｍが経過したか否かを判定する。この所定時間Ｍとしては、次のような値を設定する。

すなわち、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０が全て正常に作動する場合には、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の通電を開始してからの経過時間が長くなるにつれてポンプ２２０及び供給管２４０及びタンク２１０内の尿素水は解凍されていく。従って、各ヒータの通電を開始してからの経過時間に基づいて尿素水の添加が可能な状態になっているか否かを判定することができる。そこで、所定時間Ｍとしては、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の通電を開始してからの経過時間がこの所定時間Ｍに達していることに基づいて、尿素水の添加が可能になっていることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。なお、所定時間Ｍは、ポンプ２２０及び供給管２４０及びタンク２１０の尿素水の全てを解凍するのに必要な時間を設定したり、ポンプ２２０及び供給管２４０及びタンク２１０のそれぞれの尿素水の一部を、添加可能な量にまで解凍するのに必要な時間を設定したりすることができる。ちなみに、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の通電時間が予め設定されている場合、所定時間Ｍには、同通電時間よりも短い時間を設定することにより、加熱制御を開始した後であってその加熱制御の実行中であることを適切に判定することができる。

そして、ステップＳ３００にて否定判定されるときには、尿素水の添加が可能な程度にまで尿素水は解凍されていないと判断して、異常診断処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ３００にて肯定判定されるときには、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後であると判断される。より厳密には加熱制御を開始した後であってその加熱制御の実行中であり、尿素水の添加が可能な程度にまで尿素水は解凍されていると判断する。そして、このように肯定判定されるときには、先の図３に示したステップＳ１１０以降の処理を行う。

この変形例でも、第１実施形態と同様な作用効果が得られる。

・第２実施形態では、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」のときには、非通電状態になっていたタンクヒータ３１０の通電を再開することにより、ポンプ２２０内の尿素水の解凍を促進するようにした。この他、先の図５に示した上記変形例のように、加熱制御の実行中であってタンクヒータ３１０の通電を行っているときに、ポンプヒータ異常フラグＦＰの値が「ＯＮ」に設定された場合には、次のような変形例にて、ポンプ２２０内の尿素水の解凍を促進させることができる。

例えば図６に示すように、この変形例における再解凍処理では、まず、制御装置８０は、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」であり、かつ現在タンクヒータ３１０が通電中であるか否かを判定する（Ｓ４００）。そして、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＦＦ」のときやタンクヒータ３１０が通電停止状態のときには（Ｓ４００：ＮＯ）、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」であり、かつタンクヒータ３１０が通電中であるときには（Ｓ４００：ＹＥＳ）、制御装置８０は、タンクヒータ３１０の通電時間の延長処理を行って（Ｓ５００）、本処理を一旦終了する。ステップＳ５００で実行する延長処理は、ポンプヒータ３２０に異常があるときには、ポンプヒータ３２０に異常が無いときに比べてタンクヒータ３１０による加熱時間を長くする処理である。例えば、タンクヒータ３１０の通電時間が予め設定されている場合には、その通電時間を予め定められた時間だけ長くすることにより延長処理を行う。あるいは、尿素水の温度が予め設定された判定温度に達するまでタンクヒータ３１０の通電を行う場合には、その判定温度を予め定められた温度の分だけ高くすることにより延長処理を行う。

この変形例では、ポンプヒータ３２０に異常があり、ポンプ２２０内の尿素水の解凍が滞っている可能性があるときには、ポンプヒータ３２０に異常がないときに比べてタンクヒータ３１０による加熱時間が長くされる。この加熱時間の延長によりタンク２１０内の尿素水がより一層昇温される。そして、この昇温されたタンク２１０内の尿素水によって、ポンプ２２０本体やポンプ２２０内の尿素水が暖められるため、ポンプ２２０内の尿素水の解凍が促進される。

また、例えば図７に示すように、第２実施形態の変形例における別の再解凍処理では、まず、制御装置８０は、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」であり、かつ現在タンクヒータ３１０が通電中であるか否かを判定する（Ｓ４００）。そして、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＦＦ」のときやタンクヒータ３１０が通電停止状態のときには（Ｓ４００：ＮＯ）、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」であり、かつタンクヒータ３１０が通電中であるときには（Ｓ４００：ＹＥＳ）、制御装置８０は、タンクヒータ３１０の通電量を増大させる増大処理を行って（Ｓ６００）、本処理を一旦終了する。ステップＳ６００で実行する通電量の増大処理は、ポンプヒータ３２０に異常があるときには、ポンプヒータ３２０に異常が無いときに比べてタンクヒータ３１０の加熱量を増大させる処理である。例えば、タンクヒータ３１０の通電量が一定の固定値に設定されている場合、あるいは尿素水の温度に応じて可変設定される場合には、固定値あるいは可変値にて設定される通電量が、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」のときには、同フラグＦＰが「ＯＦＦ」のときに比べて多くなるように増大補正することにより増大処理を行う。

この変形例では、ポンプヒータ３２０に異常があり、ポンプ２２０内の尿素水の解凍が滞っている可能性があるときには、ポンプヒータ３２０に異常がないときに比べてタンクヒータ３１０の加熱量が増大される。この加熱量の増大によりタンク２１０内の尿素水はより一層昇温される。そして、この昇温されたタンク２１０内の尿素水によって、ポンプ２２０本体やポンプ２２０内の尿素水が暖められるため、ポンプ２２０内の尿素水の解凍が促進される。

・尿素水を加熱する加熱部として電気ヒータを利用するようにした。この他の加熱部として、例えばポンプ２２０や供給管２４０、あるいはタンク２１０に対して機関の冷却水等による加熱が可能な冷却水経路を設けるようにしてもよい。この変形例でも、ポンプ２２０や供給管２４０において冷却水による加熱が正常に行われていないときには、本発明によってポンプや供給通路に設けられた加熱部のうちで、異常が生じている加熱部を特定することができる。

・上記各実施形態では、添加剤として、還元剤である尿素水を使用する添加剤供給装置に本発明を適用した場合について説明した。しかし、この他の添加剤を使用する添加剤供給装置にも本発明は同様に適用することができる。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセル操作量センサ、２３…外気温度センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…ＮＯｘ浄化触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒：ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２２１…回転速度センサ、２３０…尿素噴射弁、２４０…供給管、２５０…レベルセンサ、３００…ヒータ制御装置、３１０…タンクヒータ、３２０…ポンプヒータ、３３０…通路ヒータ、４００…温度センサ、４１０…圧力センサ。

Claims (6)

1. 添加剤を貯留するタンクと、
   前記タンク内の添加剤を送液するポンプと、
   前記ポンプから送液される添加剤を内燃機関の排気通路に供給する供給通路と、
   前記供給通路内の添加剤圧力を検出する圧力検出部と、
   前記ポンプ内の添加剤を加熱するポンプ加熱部と、
   前記供給通路内の添加剤を加熱する通路加熱部と、
   前記タンク内の添加剤を加熱するタンク加熱部と、
   前記ポンプ加熱部及び前記通路加熱部及び前記タンク加熱部の加熱制御を行う加熱制御部と、を備える内燃機関の添加剤供給装置であって、
   前記ポンプ加熱部及び前記通路加熱部の加熱制御を開始した後、前記ポンプに対して駆動信号が出力されたときの前記添加剤圧力が同駆動信号の出力前の圧力と比較して上昇していない状態において、前記ポンプが駆動していないときには前記ポンプ加熱部の異常を示す信号を出力する一方、前記ポンプが駆動しているときには前記通路加熱部の異常を示す信号を出力する信号出力部を備え、
   前記信号出力部から前記ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されたときには、前記加熱制御部は、前記タンク加熱部による加熱を開始する
   内燃機関の添加剤供給装置。
2. 前記加熱制御部は、前記ポンプ内の添加剤の温度が基準値を超えるまで前記タンク加熱部による加熱を行う
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
3. 前記信号出力部から前記ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されたときには、前記加熱制御部は、前記ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されていないときに比べて前記タンク加熱部による加熱時間を長くする
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
4. 前記信号出力部から前記ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されたときには、前記加熱制御部は、前記ポンプ加熱部の異常を示す信号が出力されていないときに比べて前記タンク加熱部の加熱量を増大させる
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
5. 前記添加剤供給装置は、前記ポンプの回転速度を検出する速度検出部を備え、
   前記信号出力部は、前記回転速度に基づいて前記ポンプが駆動しているか否かを検出する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
6. 添加剤を加熱する加熱部が、電気ヒータである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の添加剤供給装置。

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