JP6669093B2

JP6669093B2 - 異常診断装置および還元剤噴射システム

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Publication number: JP6669093B2
Application number: JP2017017778A
Authority: JP
Inventors: 和久濱邊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2020-03-18
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Also published as: DE102017131386B4; JP2018123792A; DE102017131386A1

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化するために還元剤を排気中へ噴射する還元剤噴射装置に生じた異常を診断する異常診断装置、およびこの異常診断装置を含む還元剤噴射システムに関する。

従来、車両等に搭載されたエンジンから排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するシステムとして排気浄化システムが知られている。排気浄化システムは、排気が流通する排気通路に配置された触媒装置と還元剤噴射装置とを備える。還元剤噴射装置は、ＮＯｘ浄化要求がある場合に触媒装置よりも上流側から還元剤として尿素水を排気通路の排気中へ噴射する。触媒装置は、選択還元触媒が担持され、噴射された尿素水とＮＯｘとの還元反応を選択還元触媒上で促進することでＮＯｘを浄化する。

このような排気浄化システムに備えられる還元剤噴射装置は、尿素水を排気中へ噴射する噴射弁および尿素水を貯留する貯留タンクから接続通路を介して尿素水を噴射弁へ圧送するポンプを備える。

ここで、尿素水は所定の温度域で尿素結晶を生じる性質を有する。尿素結晶は、尿素水を噴射するために噴射弁に形成された噴孔を閉塞したり、噴孔の閉弁と開弁とを行う弁体に固着したりする場合がある。噴孔の閉塞および弁体の固着は、噴孔が開いたまま閉じられなくなる開固着または噴孔が閉じたまま開かなくなる閉固着の要因となる。つまり、尿素結晶は、尿素水の噴射が一時的に行えなくなる噴射弁作動不良といった噴射弁の異常を起こすことがある。

また、還元剤の種類に拘わらず、排気に含まれる煤等の微粒子または未燃燃料が噴孔を介して噴射弁内に浸入し、弁体の摺動部分等に付着して固化することにより、閉固着または開固着を生じる場合もある。

そこで、特許文献１では、噴射弁であるインジェクタの作動不良を診断するため、接続通路である配管の尿素水の圧力をポンプで昇圧し、インジェクタの試験噴射として昇圧された尿素水の噴射を行う。そして、尿素水の噴射前と噴射後との配管の尿素水の圧力降下に基づき、インジェクタ作動不良の有無を診断している。

特開２０１３−１１３２０２号公報

特許文献１では、インジェクタ作動不良の有無を診断するためにインジェクタの試験噴射を行う。つまり、ＮＯｘ浄化要求がない場合であっても尿素水を噴射する。そのため、噴射された尿素水がＮＯｘの浄化のために適切に使用されない可能性がある。一般的に、インジェクタ作動不良の有無を診断するために試験噴射される尿素水の量は、ＮＯｘ浄化要求がある場合に噴射される尿素水の量よりも多い。よって、インジェクタの作動不良の有無を診断するために尿素水が噴射されると、ＮＯｘの浄化のために適切に使用されない尿素水を消費する可能性がある。

そこで、本発明は上記事項を鑑みてなされたものであり、その目的は、還元剤の消費を抑制しつつ、還元剤噴射装置の異常を診断することが可能な異常診断装置、およびこの異常診断装置を含む還元剤噴射システムを提供することである。

上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。尚、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される第一態様は、内燃機関（１０）から排出される排気を浄化するために貯留タンクに貯留された還元剤を排気中へ噴射する噴射弁（３１）と、貯留タンクと噴射弁とを接続する接続通路（３４）を介して貯留タンクから噴射弁への還元剤の圧送と、噴射弁から貯留タンクへの還元剤の吸引とを行う還元剤ポンプ（３３）と、を備える還元剤噴射装置（３０）の異常を診断する異常診断装置であって、接続通路の圧力を取得する圧力取得部（４１）と、噴射弁の開弁状態で貯留タンクへ還元剤を吸引することで、接続通路に空気を導入するように還元剤ポンプを導入制御する導入制御部（４２）と、導入制御によって導入された接続通路の圧力が上昇するように噴射弁の閉弁状態で還元剤ポンプの圧送制御を行い、還元剤を接続通路に圧送させる圧力制御部（４３）と、圧縮された空気を噴射するように噴射弁を噴射制御する噴射制御部（４４）と、噴射制御後の接続通路の圧力である噴射後圧力（Ｐ１）に基づき還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断部（４５）と、を備える異常診断装置である。

開示される第二態様は、内燃機関（１０）から排出される排気を浄化するために貯留タンクに貯留された還元剤を排気中へ噴射する噴射弁（３１）と、貯留タンクと噴射弁とを接続する接続通路（３４）を介して貯留タンクから噴射弁への還元剤の圧送と、噴射弁から貯留タンクへの還元剤の吸引とを行う還元剤ポンプ（３３）と、を備える還元剤噴射装置（３０）と、還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断装置（４０）と、を備え、異常診断装置は、接続通路の圧力を取得する圧力取得部（４１）と、噴射弁の開弁状態で貯留タンクへ還元剤を吸引することで、接続通路に空気を導入するように還元剤ポンプを導入制御する導入制御部（４２）と、導入制御によって導入された接続通路の圧力が上昇するように噴射弁の閉弁状態で還元剤ポンプの圧送制御を行い、還元剤を接続通路に圧送させる圧力制御部（４３）と、圧縮された空気を噴射するように噴射弁を噴射制御する噴射制御部（４４）と、噴射制御後の接続通路の圧力である噴射後圧力（Ｐ１）に基づき還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断部（４５）と、を備える還元剤噴射システムである。

上記第一態様および第二態様によれば、導入制御部が還元剤ポンプを導入制御し、圧力制御部が接続通路に導入された空気を圧縮するとともに接続通路の還元剤を所定圧力まで上昇させる。そして、圧縮された空気を噴射するように噴射制御部が噴射弁を噴射制御する。このとき、還元剤噴射装置が正常な状態であれば、噴射制御部が噴射制御を行うと圧縮された空気が噴射弁から噴射されて、接続通路全体の圧力が降下する。つまり、空気を噴射した場合においても、還元剤を噴射した場合と同様に接続通路の圧力は降下する。そのため、異常診断部は、噴射制御後の接続通路の還元剤の圧力である噴射後圧力に基づき還元剤噴射装置の異常を診断することが可能である。

これにより、還元剤の消費を抑制しつつ、還元剤噴射装置の異常を診断することが可能な異常診断装置、およびこの異常診断装置を含む還元剤噴射システムを提供することが可能である。

第一実施形態の還元剤噴射装置を適用した排気浄化システムを示すシステム図。第一実施形態の還元剤噴射装置の異常診断の手順を示すフローチャート。第一実施形態の還元剤噴射装置の異常診断の作動例を示すタイムチャート。第二実施形態の吸い戻し機能の異常診断の手順を示すフローチャート。第二実施形態の吸い戻し機能の異常診断の作動例を示すタイムチャート。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態に関して、図１〜図３を用いて説明する。図１のように、車両には、走行用駆動源として内燃機関、たとえばディーゼルエンジン１０（以下、「エンジン１０」という）が搭載されている。エンジン１０から排出された排気は、排気通路１１を流通し、車両の外へ排出される。この排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する装置として、排気浄化システム２０が搭載されている。排気浄化システム２０は、排気通路１１に配置され、選択還元触媒が担持されたＳＣＲ装置２３と、還元剤としてアンモニアの前駆体である尿素水を排気に噴射する還元剤噴射装置３０、および制御装置４０を備える。また、排気浄化システム２０は、排気通路１１の上流からＤＯＣ装置２１、ＤＰＦ装置２２、ＡＳＣ装置２４およびＮＯｘセンサ２５を備える。

ＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）装置２３は、ＤＰＦ装置２２とＡＳＣ装置２４との間に配置されている。ＳＣＲ装置２３に担持された選択還元触媒は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する。選択触媒で還元されたＮＯｘは、水および窒素等に分解される。

ＤＯＣ（ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）装置２１は、白金等の酸化触媒を担体に担持させて構成されており、排気に含まれているＣＯやＨＣを酸化して浄化する。ＤＰＦ装置２２は、排気に含まれている微粒子を捕集する。そして、ＤＰＦ装置２２に捕集された微粒子は、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）装置２２を定期的に高温にすることで燃焼させて浄化（ＤＰＦ再生）される。ＡＳＣ（ＡｍｍｏｎｉａＳｌｉｐＣａｔａｌｙｓｔ）装置２４は、未反応のままＳＣＲ装置２３を通過してしまった余剰のアンモニアを酸化処理することで無害化している。

還元剤噴射装置３０は、噴射弁３１、貯留タンク３２、還元剤ポンプ３３および貯留タンク３２と噴射弁３１とを接続する接続通路３４を備える。

噴射弁３１は、排気通路１１の排気中へ尿素水を噴射する。噴射弁３１は、排気通路１１のうちＤＰＦ装置２２とＳＣＲ装置２３との間、つまりＳＣＲ装置２３よりも上流側の排気に尿素水を噴射することができる位置に配置されている。噴射弁３１は、先端に尿素水を噴射するための噴孔３１ａが形成されている。噴孔３１ａは、噴射弁３１に設けられた弁体であるニードル３１ｂの変位によって開閉される。本実施形態においては、噴射弁３１として電磁弁が用いられている。噴射弁３１への通電と非通電とを切り替えることで、ニードル３１ｂが作動して噴孔３１ａの開弁と閉弁とが切り替えられる。

貯留タンク３２には、ＮＯｘ浄化効率および耐寒性を考慮した濃度（例えば３２．５重量％）に調整された尿素水が貯留されている。

還元剤ポンプ３３は、接続通路３４のうち貯留タンク３２から噴射弁３１までの間に配置されており、接続通路３４を介して貯留タンク３２から噴射弁３１へ還元剤である尿素水の圧送と、噴射弁３１から貯留タンク３２への尿素水の吸引とを行う。還元剤ポンプ３３は、電動機を備える。還元剤ポンプ３３は、電動機の駆動に伴い正回転で作動させることにより尿素水の圧送を行い、逆回転で作動させることにより尿素水の吸引を行う。

接続通路３４には、接続通路３４を流通する流体の圧力を測定する圧力センサ３５が配置されている。接続通路３４の内径は望ましくは６ｍｍ以下であり、さらに望ましくは３ｍｍである。

制御装置４０は、電子制御装置（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）である。制御装置４０は、少なくとも一つの演算処理装置、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくとも一つのメモリ装置、出力回路および入力回路を有する。メモリ装置は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。メモリ装置は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置４０には、圧力センサ３５およびＮＯｘセンサ２５が電気的に接続されている。さらに、制御装置４０には、エンジン１０の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ、還元剤ポンプ３３の回転速度を検出するポンプ回転速度センサおよび外気温度を検出する外気温度センサ等も電気的に接続されている。

制御装置４０は、これらのセンサの検出結果を参照しつつ、各種の処理を実行する。例えば、制御装置４０は、複数のセンサの検出結果を参照し、排気へ尿素水を噴射する必要がある（以下、「ＮＯｘ浄化要求」という）場合に、噴射弁３１の開閉状態を制御することで、噴射弁３１を噴射制御する。具体的には、噴射弁３１に開弁信号を出力することにより、噴射弁３１を通電状態として開弁させる。また、噴射弁３１に閉弁信号を出力することにより、噴射弁３１を非通電状態とし閉弁させる。尚、噴射弁３１からの尿素水の噴射量、噴射時間および噴射タイミングは、排気通路１１に備えられたＮＯｘセンサ２５の検出結果に基づき、フィードバック制御される。

また、制御装置４０は、圧力センサ３５により検出される接続通路３４の尿素水圧力が目標とする圧力と一致するように、還元剤ポンプ３３の回転速度をフィードバック制御する。さらに、制御装置４０は、メモリ装置に記憶された所定のプログラムを演算処置装置により実行し圧力取得部４１、導入制御部４２、圧力制御部４３、噴射制御部４４および異常診断部４５を機能ブロックとして構築する。これにより、制御装置４０は、還元剤噴射装置３０の異常を診断する異常診断装置として機能する。

尚、還元剤噴射装置３０および制御装置４０を有するものが還元剤噴射システム５０に該当する。

次に、制御装置４０が異常診断装置として機能する場合の診断フローについて図２を用いて説明する。この診断フローは、メモリ装置に記憶された異常診断プログラムを処理する制御装置４０により、イグニッションスイッチがＯＮの期間に所定の時間毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１で、仮異常判定部が仮異常の有無を判定する。仮異常診断部は、機能ブロックとして制御装置４０に構築されている。仮異常とは、還元剤噴射装置３０に何か異常がある可能性がある場合を意味する。例えば、仮異常の有無の判定は、ＮＯｘ浄化率の低下の有無に基づき行う。具体的には、エンジン１０の状態から推定される排気のＮＯｘ含有量と排気通路１１に備えられたＮＯｘセンサ２５の検出結果とからＮＯｘ浄化率を算出し、ＮＯｘ浄化率が低下しているか否かを仮異常判定部が判定する。ステップＳ１０１で仮異常があると判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。一方、仮異常がないと判定された場合には、図２の診断フローを終了する。

続いて、ステップＳ１０２では、接続通路３４の尿素水の吸引と、接続通路３４への空気の導入を行う。具体的には、噴射弁３１が開弁した状態で、接続通路３４を介して噴射弁３１から貯留タンク３２へ尿素水を吸引することで尿素水を貯留タンク３２へ回収するように導入制御部４２が還元剤ポンプ３３を制御する。つまり、導入制御部４２は、還元剤ポンプ３３を逆回転で作動させることにより尿素水の吸引を行う。この時、開弁している噴射弁３１を介して排気通路１１の空気が接続通路３４へ引き込まれる。そのため、尿素水が吸引されることで接続通路３４には空気が導入される。接続通路３４に空気を導入するために要する期間である導入期間は、予め実験等により算出されメモリ装置に記憶されている。導入制御部４２は、メモリ装置に記憶された導入期間、還元剤ポンプ３３を逆回転で作動させる。還元剤ポンプ３３を導入期間作動させると、ステップＳ１０３へ移行する。

次にステップＳ１０３では、噴射弁３１の閉弁状態で噴射弁３１へ尿素水を圧送するように、圧力制御部４３は還元剤ポンプ３３を正回転で作動させる圧送制御を行う。さらに、圧送された尿素水で接続通路３４に導入された空気を圧縮するとともに、接続通路３４の尿素水が所定圧力Ｐまで上昇するように圧力制御部４３が還元剤ポンプ３３を制御する。噴射弁３１は接続通路３４よりも高い位置に配置されているため噴射弁３１の閉弁状態で接続通路３４へ尿素水が吐出されると、接続通路３４に導入された空気は、還元剤ポンプ３３から最も離れた噴射弁３１側で尿素水により圧縮される。尚、所定圧力Ｐは、ＮＯｘ浄化要求がある場合の接続通路３４の尿素水の圧力よりも高い値としてメモリ装置に予め設定されている。接続通路３４の尿素水の圧力が所定圧力ＰになるとステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４では、噴射制御部４４が噴射弁３１の噴射制御を行う。噴射弁３１が噴射制御されると、接続通路３４の噴射弁３１側に圧縮された空気は排気通路１１の排気中へ噴射される。ステップＳ１０４では、噴射制御部４４は空気の噴射を一回行う。噴射制御部４４により噴射弁３１の噴射制御が行われるとステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、接続通路３４の尿素水の噴射後圧力Ｐ１を圧力取得部４１が取得する。噴射弁３１の噴射制御が行われると接続通路３４の尿素水の圧力は、噴射弁３１から噴射された空気の量に応じて低下する。そのため、ステップＳ１０５では、噴射後圧力Ｐ１と所定圧力Ｐとの差から圧力変化量ΔＰを絶対値として算出する。

次にステップＳ１０６からステップＳ１１２で異常診断部４５が還元剤噴射装置３０の異常診断を行う。異常診断部４５は、予め実験等により算出されメモリ装置に記憶された固着診断閾値Ｔｈ１、不具合診断閾値Ｔｈ２および正常診断閾値Ｔｈ３を用いて、還元剤噴射装置３０の異常原因を診断する。固着診断閾値Ｔｈ１、不具合診断閾値Ｔｈ２および正常診断閾値Ｔｈ３は、接続通路３４の形状および還元剤噴射装置３０の配置等により決まる。

固着診断閾値Ｔｈ１は、不具合診断閾値Ｔｈ２より小さい値として設定されている。そして、不具合診断閾値Ｔｈ２は、正常診断閾値Ｔｈ３より小さい値として設定されている。固着診断閾値Ｔｈ１は、噴射制御部４４による噴射制御時に噴射弁３１が開弁せず何も噴射されなかった場合の噴射後圧力Ｐ１として設定されている。不具合診断閾値Ｔｈ２は、所定圧力Ｐの尿素水を噴射した場合の噴射後圧力Ｐ１として設定されている。正常診断閾値Ｔｈ３は、所定圧力Ｐの空気を噴射した場合の噴射後圧力Ｐ１として設定されている。また、不具合診断閾値Ｔｈ２および正常診断閾値Ｔｈ３は、噴射弁３１の開弁時間等に応じて設定されている。

まず、ステップＳ１０６で、圧力変化量ΔＰと固着診断閾値Ｔｈ１とを比較する。圧力変化量ΔＰが固着診断閾値Ｔｈ１以下の場合、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０８では、還元剤噴射装置３０の噴射弁３１に固着が生じていると診断し、図２の診断フローを終了する。一方、ステップＳ１０６で圧力変化量ΔＰが固着診断閾値Ｔｈ１より大きい場合、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７では、圧力変化量ΔＰと不具合診断閾値Ｔｈ２とを比較する。圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２以下の場合ステップＳ１０９へ移行する。ステップＳ１０９では、尿素水漏れが生じていると診断し、図２の診断フローを終了する。一方、圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２より大きい場合、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０では、圧力変化量ΔＰと正常診断閾値Ｔｈ３とを比較する。圧力変化量ΔＰが正常診断閾値Ｔｈ３以下の場合、ステップＳ１１１へ移行し、還元剤噴射装置３０は正常に作動していると診断する。ステップＳ１１０で、圧力変化量ΔＰが正常診断閾値Ｔｈ３よりも大きい場合、ステップＳ１１２へ移行する。Ｓ１１２では、固着または尿素水漏れ以外の異常が還元剤噴射装置３０に生じていると診断し、図２の診断フローを終了する。Ｓ１１２では、一例として、噴射弁３１のニードル３１ｂの作動に異常が生じていると診断される。

尚、噴射弁３１が閉弁状態で固着していた場合、図２のステップＳ１０２で尿素水の吸い戻しおよび接続通路３４に空気を導入することができない。そのような場合であっても、所定期間、還元剤ポンプ３３を逆回転で作動させ、ステップＳ１０３へ移行する。その他のステップでも同様に、還元剤噴射装置３０の異常により制御を実行できなかったとしても、その制御を実行したものとして次のステップへ移行する。

次に図３を用いて、図２の診断フローが実行された場合の還元剤噴射システム５０の作動を説明する。時刻ｔ１で導入制御部４２が還元剤ポンプ３３を逆回転で作動させる。すると、接続通路３４の尿素水の圧力は大気圧よりも低くなる。つまり、接続通路３４の尿素水に負圧が生じる。還元剤ポンプ３３が所定時間逆回転で作動されると、噴射弁３１が時刻ｔ２で開弁される。時刻ｔ２で噴射弁３１が開弁されると、負圧により接続通路３４の尿素水は貯留タンク３２へ引き戻され、排気通路１１の空気が噴射弁３１へ引き込まれる。これにより、接続通路３４に空気が導入される。時刻ｔ３で還元剤ポンプ３３の作動が停止されると、噴射弁３１は閉弁される。これにより、接続通路３４は空気が導入された状態で密閉状態となる。

そして、時刻ｔ４では、空気が導入された状態で密閉状態となっている接続通路３４へ尿素水が圧送されるように、圧力制御部４３が還元剤ポンプ３３を制御し正回転で作動させる。時刻ｔ４で接続通路３４へ尿素水が圧送されると、接続通路３４に導入された空気および尿素水の圧力は上昇する。この時、接続通路３４に導入された空気は、尿素水により噴射弁３１側へ圧縮される。時刻ｔ５で尿素水の圧力が所定圧力Ｐまで上昇すると、時刻ｔ６から時刻ｔ７で噴射制御部４４が噴射弁３１の噴射制御を行う。時刻ｔ６から時刻ｔ７の間で噴射弁３１が開弁されると、接続通路３４の噴射弁３１側で圧縮された空気が排気通路１１に噴射される。すると接続通路３４の尿素水の圧力は、噴射後圧力Ｐ１となる。この噴射後圧力Ｐ１を圧力取得部４１が取得する。所定圧力Ｐと噴射後圧力Ｐ１とから圧力変化量ΔＰが算出される。異常診断部４５が圧力変化量ΔＰと固着診断閾値Ｔｈ１、不具合診断閾値Ｔｈ２および正常診断閾値Ｔｈ３とを比較し、還元剤噴射装置３０の異常の原因を診断する。

本実施形態によれば、導入制御部４２が還元剤ポンプ３３を導入制御し、圧力制御部４３が接続通路３４に導入された空気を圧縮するとともに接続通路３４の尿素水を所定圧力Ｐまで上昇させる。そして、圧縮された空気を噴射するように噴射制御部４４が噴射弁３１を噴射制御する。このとき、還元剤噴射装置３０が正常な状態であれば、圧縮された空気が噴射弁３１から噴射される。そして、圧縮された空気が噴射されることにより、接続通路３４全体の圧力が降下する。そのため、接続通路３４の尿素水の圧力は所定圧力Ｐよりも低くなる。つまり、空気を噴射した場合においても、尿素水を噴射した場合と同様に接続通路３４の尿素水の圧力は降下する。そのため、異常診断部４５は、噴射制御後の接続通路３４の尿素水の圧力である噴射後圧力Ｐ１に基づき還元剤噴射装置３０の異常を診断することが可能である。これにより、尿素水の消費を抑制しつつ、還元剤噴射装置３０の異常を診断することが可能な異常診断装置を提供できる。

また、仮に、噴射弁３１が閉弁状態または開弁状態で固着している場合、噴射制御部４４が噴射弁３１の噴射制御を行ったとしても、噴射弁３１は作動することができない。そのため、圧縮された空気を噴射することができない。よって、噴射弁３１が固着している場合、噴射制御を行ったとしても接続通路３４の尿素水の圧力はほとんど降下しない。そこで、本実施形態によれば、異常診断部４５は、噴射制御後の接続通路３４の尿素水の圧力変化量ΔＰが予め設定された固着診断閾値Ｔｈ１以下の場合に空気または尿素水の両方ともが噴射されなかったと診断する。つまり、還元剤噴射装置３０の噴射弁３１に固着が生じていると診断することが可能である。

また、還元剤噴射装置３０において、噴射弁３１と接続通路３４との接続部分は不具合が生じやすい。そのため、仮に、噴射弁３１と接続通路３４との間の接続に不具合が生じている場合、接続通路３４の空気は、不具合が生じている箇所から抜けてしまう。そのため、圧力制御部４３が、接続通路３４に導入された空気を圧縮するよう還元剤ポンプ３３を制御したとしても、空気は不具合が生じている箇所から接続通路３４の外へ排出される。よって、接続通路３４は尿素水で充填されることになる。そのような場合、噴射制御部４４が圧縮された空気を噴射するために噴射弁３１の噴射制御を行うと、空気の代わりに尿素水が噴射されることになる。そこで、本実施形態によれば、圧力変化量ΔＰが、固着診断閾値Ｔｈ１より大きく、且つ固着診断閾値Ｔｈ１よりも大きい値として予め設定された不具合診断閾値Ｔｈ２以下である場合に、尿素水が噴射されたと異常診断部４５が診断する。つまり、異常診断部４５は噴射弁３１と接続通路３４との間の接続に不具合が生じていると診断する。これにより、還元剤噴射装置３０の異常診断の精度を向上することが可能である。

また、本実施形態では、圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２より大きく、且つ不具合診断閾値Ｔｈ２よりも大きい値として予め設定された正常診断閾値Ｔｈ３以下である場合に、還元剤噴射装置３０は正常に作動していると診断する。ここで、尿素水と比較して空気の密度は高い。そのため、尿素水と空気とが同じ圧力であった場合、単位時間当たりに噴射される体積は空気の方が大きい。よって、同じ圧力の空気と尿素水とを同じ期間噴射した場合、密度の高い空気を噴射した場合の接続通路３４の圧力変化量ΔＰは、密度の低い尿素水を噴射した場合と比較して大きくなる。そのため、噴射制御後の接続通路３４の尿素水の圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２より大きく、且つ正常診断閾値Ｔｈ３以下である場合、噴射弁３１から圧縮された空気が噴射されたと診断することができる。これにより、還元剤噴射装置３０に異常は生じていないと診断することが可能である。

また、本実施形態では、圧力変化量ΔＰが正常診断閾値Ｔｈ３より大きい場合に、異常診断部４５は、噴射弁３１におけるニードル３１ｂの作動不良と診断する。ニードル３１ｂが作動不良の場合、噴孔３１ａが正しいタイミングで閉じられないため、噴射弁３１の噴射期間は、正常な場合の噴射期間よりも長くなる。故に、過大な量の空気が噴射弁３１から噴射され、その結果、圧力変化量ΔＰは、正常な場合と比較して過大となる。そのため、圧力変化量ΔＰが正常診断閾値Ｔｈ３より大きい場合に、ニードル３１ｂの作動不良との診断が可能になる。

また、本実施形態によれば、所定圧力Ｐは、排気を浄化するために尿素水を噴射する場合の接続通路３４の尿素水の圧力よりも高い値として設定されている。これにより、圧縮された空気が噴射された場合の圧力変化量ΔＰと、尿素水が噴射された場合の圧力変化量ΔＰとの差が大きくなる。そのため、異常診断の精度を向上することが可能である。

また、本実施形態によれば、導入制御部４２は、噴射弁３１が開弁状態となる前に接続通路３４から貯留タンク３２へ尿素水を吸引するように還元剤ポンプ３３を制御する。噴射弁３１が開弁状態となる前、つまり、噴射弁３１の閉弁状態で接続通路３４から貯留タンク３２へ尿素水を吸引するように還元剤ポンプ３３を制御すると、接続通路３４の尿素水には負圧が作用する。これにより、接続通路３４の尿素水は還元剤ポンプ３３方向へ引っ張られた状態となる。そして、尿素水に負圧が作用した状態で噴射弁３１を開弁すると、尿素水は、接続通路３４から貯留タンク３２に一気に引き込まれる。これにより、導入制御時に接続通路３４に尿素水が充填された状態で噴射弁３１を開弁したとしても、噴射弁３１から排気通路１１への尿素水の漏液を抑制でき、尿素水の無駄遣いとなるような消費を抑制することが可能である。

接続通路３４の内径が３ｍｍの場合、例えば、噴射弁３１が接続通路３４よりも低い位置に配置されていたとしても、圧力制御部４３が尿素水を接続通路３４へ圧送することにより接続通路３４の空気を噴射弁３１側へ圧縮することができる。よって、接続通路３４の内径が３ｍｍの場合には、還元剤ポンプ３３、噴射弁３１および接続通路３４の配置等を考慮しなくとも、接続通路３４に導入された空気は噴射弁３１側で尿素水により圧縮することができる。

（第二実施形態）
第二実施形態では、図１のように、制御装置４０が、メモリ装置に記憶された所定のプログラムを演算処置装置により実行し、ポンプ診断ブロック４６および回数記録ブロック４７を異常診断部４５のサブ機能ブロックとして構築する。ポンプ診断ブロック４６は、還元剤ポンプ３３の作動の異常を診断する。具体的には、接続通路３４に導入された空気を複数回連続して噴射することで還元剤ポンプ３３の尿素水の吸引機能が正常に作動するか否かを診断する。

以下、還元剤ポンプ３３の異常診断の診断フローについて図４を用いて説明する。

ステップＳ１０３Ａで、回数記録ブロック４７が尿素水の噴射回数ｎの記録を開始する。ステップＳ１０４で圧縮した空気を噴射するように噴射制御部４４が噴射弁３１を噴射制御する。ステップＳ１０５では、噴射後の圧力変化量ΔＰが算出される。

ステップＳ１０６Ａでは、圧力変化量ΔＰと不具合診断閾値Ｔｈ２とを比較する。つまり、ステップＳ１０６Ａでは、噴射弁３１の開弁による圧力変化量ΔＰが、尿素水を噴射した場合に相当するか、あるいは空気を噴射した場合に相当するのかを判定する。圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２より大きい場合、圧縮された空気が噴射されたと診断し、ステップＳ１０７Ａへ移行する。一方、圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２以下の場合、尿素水を噴射したと診断しステップＳ１０８Ａへ移行する。

ステップＳ１０７Ａでは、回数記録ブロック４７が、噴射弁３１による空気の噴射回数ｎを所定量増やし、ステップＳ１０４へ戻る。ステップＳ１０４からステップＳ１０７Ａまでの処理は、ステップＳ１０６Ａで圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２以下となるまで繰り返し実行される。

ステップＳ１０８ＡからステップＳ１１０Ａで、ポンプ診断ブロック４６が還元剤ポンプ３３の異常診断を行う。ステップＳ１０８Ａでは、記録された噴射回数ｎと所定回数ｎｂとを比較する。所定回数ｎｂは、接続通路３４の形状によって決まるため、予め実験等により算出されておりメモリ装置に記録されている。噴射回数ｎが、所定回数ｎｂ以下の場合にはステップＳ１１０Ａに移行し、還元剤ポンプ３３の吸引機能低下と診断し、診断フローを終了する。一方、噴射回数ｎが、所定回数ｎｂより大きい場合には、ステップＳ１０９Ａへ移行し、還元剤ポンプ３３の吸引機能正常と診断し、診断フローを終了する。

次に図５を用いて、図４の診断フローが実行された場合の還元剤噴射システム５０の作動を説明する。

時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、第一実施形態と同様に接続通路３４に導入された空気の圧縮と、接続通路３４に圧送された尿素水の昇圧とを行う。そして、本実施形態では、時刻ｔ６から時刻ｔ７までで一度目の噴射弁３１の開弁を行ったのち、時刻ｔ６Ａから時刻ｔ７Ａまでで二度目の噴射弁の開弁を行う。その後も時刻ｔ８で圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２以下になるまで噴射弁３１の噴射制御を連続して行う。つまり、噴射弁３１から尿素水が噴射されるまで噴射弁３１の噴射制御を連続して繰り返し行う。そして、時刻ｔ８で圧力変化量ΔＰが不具合診断閾値Ｔｈ２以下になると、カウントされた噴射回数ｎと所定回数ｎｂとを比較し、還元剤ポンプ３３の作動の異常が診断される。

本実施形態によれば、圧縮された空気を所定回数ｎｂ以上連続して噴射できた場合に、還元剤ポンプ３３が正常に作動しているとポンプ診断ブロック４６が診断する。仮に、吸い戻し機能が低下していた場合、導入制御部４２が接続通路３４から貯留タンク３２への尿素水の吸い戻しを実施したとしても、すべての尿素水を吸い戻すことができず接続通路３４に尿素水の一部またはすべてが残存する。つまり、吸い戻し機能が低下していた場合、吸い戻し機能が低下していない場合と比較して接続通路３４に導入される空気が少なくなる。よって、噴射することができる空気の量が少なくなる。つまり、圧縮された空気を連続して噴射できる回数が少なくなる。このことから、圧縮した空気を連続して所定回数ｎｂ以上噴射できた場合に、還元剤ポンプ３３は正常に作動しているとポンプ診断ブロック４６が診断することが可能である。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

上記実施形態では、圧力制御部４３は圧送制御として、導入制御によって導入された接続通路３４の圧力が所定圧力Ｐまで上昇するように噴射弁３１の閉弁状態で還元剤ポンプ３３の制御を行っている。換言すると、圧送制御では、接続通路３４の尿素水が目標とする所定圧力Ｐになるまで還元剤ポンプ３３を作動させていた。しかし、圧送制御の内容はこれに限定されない。

例えば、上記実施形態の変形例１での圧送制御は、還元剤ポンプ３３を所定時間動かし、所定時間動かした後の接続通路３４の尿素水の圧力を所定圧力Ｐとして取得する。異常診断部４５は、圧送制御後の接続通路３４の圧力である所定圧力と噴射後圧力Ｐ１との差である圧力変化量ΔＰに基づき、異常を診断する。変形例１でも、上記処理にて取得される圧力変化量ΔＰと比較される各閾値は、予め実験等により算出され、メモリ装置に記憶されている。

還元剤ポンプ３３は正回転と逆回転を切り替えることができ、逆回転で作動させることで尿素水の吸引を行っていた。しかしながら、例えば、尿素水の圧送を行うポンプと尿素水の吸引を行うポンプとの２つのポンプを有するポンプを用いてもよい。

ステップＳ１０１で仮異常があるかないかの判定結果から診断フローを実行するかを決定していたが、例えば、イグニッションスイッチがＯＮの間において、仮異常の有無と関係なく、予め決められた所定の時間間隔で実行してもよい。または、予め決められた所定距離を車両が走行した場合に実行してもよい。

また、噴射弁３１は、アンモニアを気体、液体、又は固体として排気中に添加する装置であってもよい。あるいは、ＳＣＲ装置２３に担持された触媒が、ＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯｘを還元する触媒である場合、噴射弁３１は還元剤として燃料を噴射してもよい。

異常診断装置において、図２の診断フローが繰り返し実行され、複数回同じ結果で診断された場合に、還元剤噴射装置３０の異常診断の結果を決定することとしてもよい。

異常診断部４５が還元剤噴射装置３０の診断をする場合に、所定圧力Ｐと噴射後圧力Ｐ１の差である圧力変化量ΔＰに基づき診断するのではなく、例えば、噴射後圧力Ｐ１の値を用いて診断してもよい。こうした形態でも、噴射後圧力Ｐ１と比較される固着診断閾値Ｔｈ１、不具合診断閾値Ｔｈ２および正常診断閾値Ｔｈ３は、予め実験等により算出されメモリ装置に記憶されている。大気圧（１気圧）と比較して大きい順に固着診断閾値Ｔｈ１、不具合診断閾値Ｔｈ２および正常診断閾値Ｔｈ３が設定されている。

また、第一実施形態のステップＳ１０３で、接続通路３４の尿素水の圧力が所定圧力Ｐまで昇圧することができなかった場合には、還元剤噴射装置３０が正常に作動できない状況にあると診断する。

また、還元剤噴射装置３０の異常診断と還元剤ポンプ３３の作動の異常診断とを同時に実施してもよいし、交互に実施してもよい。

また、異常診断部４５は、固着診断閾値Ｔｈ１、不具合診断閾値Ｔｈ２または正常診断閾値Ｔｈ３のうち、１つの閾値のみで異常の診断をしてもよい。例えば、圧力変化量ΔＰと正常診断閾値Ｔｈ３とを比較することで還元剤噴射装置３０の異常の有無のみを診断してもよい。

また、所定圧力Ｐは、排気を浄化するために還元剤を噴射する場合の接続通路３４の還元剤の圧力と同じ圧力、または低い圧力であってもよい。そのような場合においては、排気を浄化するために還元剤を噴射する場合の噴射時間よりも長い時間噴射するように噴射弁３１を噴射制御する。

制御装置４０が実行する機能の一部または全部を、１つあるいは複数のＥＣＵ等によりハードウェア的に構成してもよい。

１０エンジン（内燃機関）４４噴射制御部
１１排気通路４５異常診断部
３０還元剤噴射装置４６ポンプ診断ブロック
３１噴射弁３１ａ噴孔
３１ｂニードル（弁体）４７回数記録ブロック
３２貯留タンクＰ所定圧力Ｐ
３３還元剤ポンプＰ１噴射後圧力
３４接続通路 ΔＰ圧力変化量
４０制御装置（異常診断装置）Ｔｈ１固着診断閾値
４１圧力取得部Ｔｈ２不具合診断閾値
４２導入制御部Ｔｈ３正常診断閾値
４３圧力制御部

Claims

内燃機関（１０）から排出される排気を浄化するために貯留タンクに貯留された還元剤を排気中へ噴射する噴射弁（３１）と、
前記貯留タンクと前記噴射弁とを接続する接続通路（３４）を介して前記貯留タンクから前記噴射弁への還元剤の圧送と、前記噴射弁から前記貯留タンクへの還元剤の吸引とを行う還元剤ポンプ（３３）と、を備える還元剤噴射装置（３０）の異常を診断する異常診断装置であって、
前記接続通路の圧力を取得する圧力取得部（４１）と、
前記噴射弁の開弁状態で前記貯留タンクへ還元剤を吸引することで、前記接続通路に空気を導入するように前記還元剤ポンプを導入制御する導入制御部（４２）と、
前記導入制御によって導入された前記接続通路の圧力が上昇するように前記噴射弁の閉弁状態で前記還元剤ポンプの圧送制御を行い、還元剤を前記接続通路に圧送させる圧力制御部（４３）と、
前記圧送制御によって圧縮された空気を噴射するように前記噴射弁を噴射制御する噴射制御部（４４）と、
前記噴射制御後の前記接続通路の圧力である噴射後圧力（Ｐ１）に基づき前記還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断部（４５）と、を備える異常診断装置。
前記圧力制御部は、前記圧送制御によって前記接続通路の圧力を所定圧力（Ｐ）まで上昇させ、
前記異常診断部は、前記所定圧力と前記噴射後圧力との差である圧力変化量（ΔＰ）に基づき、前記還元剤噴射装置の異常を診断する請求項１に記載の異常診断装置。
前記異常診断部は、前記圧送制御後の前記接続通路の圧力である所定圧力（Ｐ）と前記噴射後圧力との差である圧力変化量（ΔＰ）に基づき、前記還元剤噴射装置の異常を診断する請求項１に記載の異常診断装置。
前記異常診断部は、前記圧力変化量が固着診断閾値（Ｔｈ１）以下の場合、前記還元剤噴射装置の前記噴射弁に還元剤の固着が生じていると診断する請求項２または３に記載の異常診断装置。
前記異常診断部は、前記圧力変化量が前記固着診断閾値より大きく、且つ前記固着診断閾値より大きい値である不具合診断閾値（Ｔｈ２）以下である場合に、前記噴射弁と前記接続通路との間の接続に不具合が生じていると診断する請求項４に記載された異常診断装置。
前記異常診断部は、前記圧力変化量が、前記不具合診断閾値より大きく、且つ前記不具合診断閾値より大きい値である正常診断閾値（Ｔｈ３）以下である場合に、前記還元剤噴射装置が正常に作動していると診断する請求項５に記載の異常診断装置。
前記異常診断部は、前記圧力変化量が、前記正常診断閾値よりも大きい場合に、前記噴射弁にて噴孔（３１ａ）を開閉する弁体（３１ｂ）の作動に異常が生じている診断する請求項６に記載の異常診断装置。
前記所定圧力は、排気を浄化するために還元剤を噴射する場合の前記接続通路の還元剤の圧力よりも高い値である請求項２乃至７のいずれか１つに記載の異常診断装置。
前記導入制御部は、前記噴射弁が開弁状態となる前に前記噴射弁から前記貯留タンクへの前記還元剤の吸引を開始するように前記還元剤ポンプを制御する請求項１乃至８のいずれか１つに記載の異常診断装置。
前記異常診断部は、圧縮された空気を所定回数以上連続して噴射できた場合に、前記還元剤ポンプが正常に作動していると診断するポンプ診断ブロック（４６）を備える請求項１乃至９のいずれか１つに記載の異常診断装置。
内燃機関（１０）から排出される排気を浄化するために貯留タンクに貯留された還元剤を排気中へ噴射する噴射弁（３１）と、
前記貯留タンクと前記噴射弁とを接続する接続通路（３４）を介して前記貯留タンクから前記噴射弁への還元剤の圧送と、前記噴射弁から前記貯留タンクへの還元剤の吸引とを行う還元剤ポンプ（３３）と、を備える還元剤噴射装置（３０）と、
前記還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断装置（４０）と、を備え、
前記異常診断装置は、
前記接続通路の圧力を取得する圧力取得部（４１）と、
前記噴射弁の開弁状態で前記貯留タンクへ還元剤を吸引することで、前記接続通路に空気を導入するように前記還元剤ポンプを導入制御する導入制御部（４２）と、
前記導入制御によって導入された前記接続通路の圧力が上昇するように前記噴射弁の閉弁状態で前記還元剤ポンプの圧送制御を行い、還元剤を前記接続通路に圧送させる圧力制御部（４３）と、
前記圧送制御によって圧縮された空気を噴射するように前記噴射弁を噴射制御する噴射制御部（４４）と、
前記噴射制御後の前記接続通路の圧力である噴射後圧力（Ｐ１）に基づき前記還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断部（４５）と、を備える還元剤噴射システム。