JP6905910B2 - 診断装置及び診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気の浄化に用いられる液体還元剤の濃度を、濃度センサを用いて診断する診断装置及び診断方法に関する。

車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスに含まれるＮＯ_X（窒素酸化物）を分解して排気ガスを浄化するための装置として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが実用化されている。尿素ＳＣＲシステムでは、還元剤として尿素水溶液が用いられる。尿素ＳＣＲシステムは、尿素水溶液が分解することにより生成されるアンモニアを排気ガス中のＮＯ_Xと反応させることによりＮＯ_Xを分解する。

尿素ＳＣＲシステムは、排気通路に配設された選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側の排気通路に尿素水溶液を噴射するための還元剤供給装置とを備える。選択還元触媒は、アンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯ_Xとアンモニアとの還元反応を促進する。還元剤供給装置は、貯蔵タンク内に貯蔵された尿素水溶液を圧送するポンプと、ポンプにより圧送される尿素水溶液を噴射する噴射弁とを備え、制御装置によって駆動制御が行われて、尿素水溶液を排気通路内に噴射する。

制御装置は、内燃機関から排出されている排気ガスに含まれるＮＯ_Xを浄化するために必要なアンモニア量と選択還元触媒に吸着可能なアンモニア量とに基づいて尿素水溶液の噴射量を算出する。尿素水溶液の噴射量が少なすぎると、ＮＯ_Xを適切に浄化することができない。また、尿素水溶液の噴射量が多すぎると、選択還元触媒の下流に流出（スリップ）するアンモニアが増えることになる。このため、尿素ＳＣＲシステムでは、あらかじめ定められた基準濃度の尿素水溶液が用いられ、制御装置は、必要なアンモニア量に見合った尿素水溶液の目標噴射量を設定し、噴射制御を実行する。

このような尿素ＳＣＲシステムにおいて、尿素水溶液の濃度が基準濃度と異なると、噴射された尿素水溶液から生成されるアンモニアの量に過不足が生じることになる。このため、特許文献１に記載されているように、尿素水溶液が貯蔵される貯蔵タンクには濃度センサ（「クオリティセンサ」ともいう）が備えられ、尿素水溶液の濃度が基準濃度から大きくずれていないかの診断が行われている。

特開２００８−２４８７１０号公報

ここで、尿素水溶液中に気泡が含まれる場合、当該気泡は、濃度センサによる尿素水溶液の濃度の検出の障害となり得るため、尿素水溶液中に気泡が含まれ得る状態における濃度センサの検出値の信頼性は低くなる。尿素水溶液中に気泡が含まれ得る状態においても適切な濃度の尿素水溶液の濃度が異常であると誤判定されないようにするには、診断時のずれの許容範囲を大きく設定しなければならない。しかしながら、診断時のずれの許容範囲を大きくすると、尿素水溶液の実際の濃度が基準濃度から大きくずれている場合であっても異常と判定されにくくなってしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、濃度センサを用いた尿素水溶液の濃度の診断結果の信頼性を向上可能な診断装置及び診断方法を提供することにある。

本発明のある観点によれば、車両に搭載された内燃機関の排気の浄化に用いられる液体還元剤の濃度を、液体還元剤を貯蔵するタンクに設置された濃度センサを用いて診断する診断装置において、濃度センサの検出値と液体還元剤の基準濃度とのずれが第１の閾値以下であるか否かを判定する第１の判定を実行する第１の判定部と、濃度センサの検出値と液体還元剤の基準濃度とのずれが第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるか否かを判定する第２の判定を実行する第２の判定部と、を備え、第１の判定部は、診断装置の起動後に第１の判定を実行開始し、タンク内の液体還元剤中の気泡が増大する第１の条件が成立したときに第１の判定の実行を終了し、第２の判定部は、少なくとも第１の条件の成立後に第２の判定を実行する、診断装置が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、車両に搭載された内燃機関の排気の浄化に用いられる液体還元剤の濃度を、液体還元剤を貯蔵するタンクに設置された濃度センサを用いて診断する診断方法において、診断装置の起動後からタンク内の液体還元剤中の気泡が増大する第１の条件が成立するまでの期間に、濃度センサの検出値と液体還元剤の基準濃度とのずれが第１の閾値以下であるか否かを判定する第１の判定を実行するとともに、診断装置の起動後、少なくとも第１の条件の成立後に、濃度センサの検出値と液体還元剤の基準濃度とのずれが第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるか否かを判定する第２の判定を実行する、診断方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、濃度センサを用いた尿素水溶液の濃度の診断結果の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る診断装置を備えた適用可能な尿素ＳＣＲシステムを示す模式図である。 同実施形態に係る診断装置の構成例を示すブロック図である。 尿素水溶液中に気泡が発生する一例を示す説明図である。 第１の閾値及び第２の閾値を示す説明図である。 第１の判定及び第２の判定の実行期間を示す説明図である。 同実施形態に係る診断装置による診断処理を示すフローチャートである。 診断処理の変形例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．尿素ＳＣＲシステムの構成例＞
図１を参照して、還元剤供給装置３０を備えた尿素ＳＣＲシステム１０の構成例について説明する。図１は、尿素ＳＣＲシステム１０の構成例を示す模式図である。

尿素ＳＣＲシステム１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関５の排気系に設けられている。尿素ＳＣＲシステム１０は、内燃機関５を備えた車両、建設機械又は農機等に搭載され、還元剤として尿素水溶液を用いて、内燃機関５から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを分解して排気を浄化する。尿素水溶液としては、例えば凍結温度が最も低い約３２．５％濃度の尿素水溶液が用いられる。この場合の凍結温度は約−１１℃である。かかる尿素水溶液は、濃度が変化すると凍結温度が上昇することから、溶媒としての水分が蒸発することによって凍結しやすくなる性質を有する。

尿素ＳＣＲシステム１０は、排気管１１の途中に配設された選択還元触媒１３と、選択還元触媒１３よりも上流の排気通路内に尿素水溶液を噴射する還元剤供給装置３０とを備える。

選択還元触媒１３は、内燃機関５の排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを、アンモニアを用いて選択的に還元する。選択還元触媒１３は、還元剤供給装置３０により噴射された尿素水溶液が分解することにより生成されたアンモニアを吸着する。そして、選択還元触媒１３は、流入する排気ガス中のＮＯ_Xをアンモニアと反応させて分解する。選択還元触媒１３は、触媒温度が高いほどアンモニアの吸着可能量が減少する性質を有する。また、選択還元触媒１３は、吸着可能量に対する実際のアンモニアの吸着量の割合が大きいほどＮＯ_Xの還元効率が高くなる性質を有する。

還元剤供給装置３０は、選択還元触媒１３よりも上流の排気通路内に尿素水溶液を噴射する。還元剤供給装置３０は、制御装置１００によって駆動制御が行われる。尿素水溶液の噴射量は、選択還元触媒１３よりも下流に流出するＮＯ_Xの濃度及びアンモニアの濃度が基準値以下となるように制御される。尿素水溶液の噴射量は、例えば内燃機関５から排出される排気ガスのＮＯ_X濃度、選択還元触媒１３の温度に応じたアンモニアの吸着可能量、及び選択還元触媒１３上の現在のアンモニアの吸着量等に基づいて設定される。

選択還元触媒１３よりも上流及び下流の排気管１１には、それぞれの位置で排気温度を検出する排気温度センサ２１，２３が設けられている。排気温度センサ２１，２３のセンサ信号は制御装置１００に出力される。排気温度センサ２１，２３によって検出される排気温度は、選択還元触媒１３の温度推定にも用いられる。これ以外に、排気管１１には、図示しないＮＯ_X濃度センサやアンモニアセンサ等が設けられていてもよい。

＜２．還元剤供給装置の構成例＞
次に、還元剤供給装置３０の構成例について詳細に説明する。還元剤供給装置３０は、噴射弁３１とポンプ４１とを備える。噴射弁３１は、選択還元触媒１３よりも上流の排気管１１に固定されている。ポンプ４１は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液を吸い上げて圧送する。ポンプ４１及び噴射弁３１は、制御装置１００によって駆動制御が行われる。

ポンプ４１の吸入口には、他端が貯蔵タンク５０内に位置する第１の還元剤配管５８が接続されている。ポンプ４１の吐出口には、他端が噴射弁３１に接続された第２の還元剤配管５７が接続されている。ポンプ４１は、第１の還元剤配管５８を介して貯蔵タンク５０内の尿素水溶液を吸い上げ、第２の還元剤配管５７を介して尿素水溶液を噴射弁３１に供給する。

第２の還元剤配管５７には、他端が貯蔵タンク５０に接続されたリターン配管５９が接続されている。リターン配管５９には図示しないオリフィス又は一方向弁が備えられ、第２の還元剤配管５７内の圧力を保持できるようになっている。また、第２の還元剤配管５７には圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３は、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕを検出するセンサであり、センサ信号は制御装置１００に出力される。

ポンプ４１としては、例えば電磁駆動式のダイヤフラムポンプ又はギヤポンプが用いられる。ポンプ４１の出力は、制御装置１００により制御される。本実施形態では、制御装置１００は、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕが所定の目標値Ｐｔｇｔで維持されるようにポンプ４１の出力を制御する。例えば制御装置１００は、圧力センサ４３により検出される圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの差分ΔＰに基づいて、ポンプ４１の出力をフィードバック制御する。

噴射弁３１は、例えば通電制御により開弁及び閉弁が切り替えられる電磁駆動式の噴射弁が用いられる。電磁駆動式の噴射弁３１は電磁コイルを備え、当該電磁コイルへの通電により発生する磁力によって弁体が移動して開弁する構造を有する。本実施形態では、制御装置１００は、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕが所定の目標値Ｐｔｇｔとなるようにポンプ４１の出力を制御しつつ、尿素水溶液の目標噴射量に応じて開弁時間を調節する。例えば制御装置１００は、一定の噴射サイクルごとに、噴射サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を調節することにより、尿素水溶液の噴射量を制御する。

また、還元剤供給装置３０は、装置内の尿素水溶液を貯蔵タンク５０に回収する手段を備える。尿素水溶液の凍結温度は低くても−１１℃程度であるため、内燃機関５の停止中に尿素水溶液が凍結する場合がある。装置内で尿素水溶液が凍結すると、体積が膨張して、それぞれの配管やポンプ４１、噴射弁３１等を破損させるおそれがある。このため、内燃機関５の停止時において、装置内の尿素水溶液は貯蔵タンク５０に回収される。

例えば、ポンプ４１が逆回転可能なポンプである場合には当該ポンプ４１が尿素水溶液の回収手段として用いられ、装置内の尿素水溶液を貯蔵タンク５０側に吸い戻す。また、ポンプ４１の吸入口及び吐出口の接続先を、第１の還元剤配管５８又は第２の還元剤配管５７に相互に切り換えることにより、ポンプ４１の駆動による尿素水溶液の流れを反転させる流路切換弁が尿素水容液の回収手段として備えられてもよい。尿素水溶液の回収手段は、ここに例示した手段以外であってもよい。

尿素水溶液を貯蔵する貯蔵タンク５０には、尿素水溶液の凍結時において凍結した尿素水溶液を解凍するための解凍手段が備えられる。例えば、解凍手段は、電熱線やＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ等の電気式の加熱装置であってもよい。あるいは、貯蔵タンク５０に内燃機関５の冷却水を循環させる冷却水配管を配設し、当該冷却水配管に内燃機関５の冷却水を循環させることにより貯蔵タンク５０内の尿素水溶液を解凍させるようにしてもよい。

また、貯蔵タンク５０には、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の濃度を検出する濃度センサ５１、及び貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の温度を検出するタンク温度センサ５３が備えられている。濃度センサ５１及びタンク温度センサ５３のセンサ信号は、制御装置１００に出力される。濃度センサ５１としては、例えば超音波式センサ、熱伝達式センサ、又は赤外線式センサ等の公知の尿素水濃度センサが用いられる。それぞれの濃度センサ５１は、尿素水溶液中に気泡が含まれていると検出値に誤差が生じる場合がある。

図３は、濃度センサ５１が設置された貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中に気泡が発生する場合の一例を示す説明図である。上述のとおり、本実施形態に係る還元剤供給装置３０では、内燃機関５の停止時に、装置内の尿素水溶液が貯蔵タンク５０内に回収される。このため、内燃機関５の始動時には、まずポンプ４１を駆動することにより、装置内に尿素水溶液が充填される。

このとき、装置内は空気で満たされた状態で尿素水溶液の充填が行われるため、尿素水溶液が第２の還元剤配管５７に供給されると、空気の一部が尿素水溶液とともにリターン配管５９を介して貯蔵タンク５０内に流れ込む。これにより、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中に気泡が混入することになり、当該気泡が濃度センサ５１による濃度検出の障害となり得る。かかる例以外にも、例えば内燃機関５の回転数が高い場合や車速が大きい場合等、車両の振動に起因して貯蔵タンク５０内の尿素水溶液が揺動し、尿素水溶液中に気泡が発生する場合がある。

＜３．制御装置（診断装置）の構成例＞
次に、本実施形態に係る尿素水溶液の濃度の診断装置として機能する制御装置１００の構成例について説明する。図２は、制御装置１００の構成を機能的に示したブロック図である。

制御装置１００は、処理部１１０と、記憶部１４０と、噴射弁駆動部１５０と、ポンプ駆動部１６０とを備える。処理部１１０は、例えばＣＰＵ等のマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。また、処理部１１０は、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

制御装置１００には、濃度センサ５１のセンサ信号Ｓ＿ｃｕ、タンク温度センサ５３のセンサ信号Ｓ＿ｔｕ、圧力センサ４３のセンサ信号Ｓ＿ｐｕ及び排気温度センサ２１，２３のセンサ信号Ｓ＿ｔｇｕ，Ｓ＿ｔｇｄが入力される。また、制御装置１００には、直接あるいはＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信手段を介して、車両のキースイッチのオンオフ信号Ｓ＿ｋｅｙ＿ｓｗｔ、エンジン回転数Ｎｅ及び車速Ｖ等の内燃機関５の運転状態に関する情報が入力される。

記憶部１４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の図示しない記憶素子を含む。記憶部１４０は、ＣＤ−ＲＯＭやストレージ装置等のその他の記憶媒体を備えてもよい。記憶部１４０は、処理部１１０により実行されるプログラム、演算処理に用いられる各種パラメータ、演算結果及び検出結果等を記憶する。

噴射弁駆動部１５０及びポンプ駆動部１６０は、電気回路により構成される。噴射弁駆動部１５０は、処理部１１０からの駆動指示の信号に基づいて動作し、噴射弁３１を駆動する。ポンプ駆動部１６０は、処理部１１０からの駆動指示の信号に基づいて動作し、ポンプ４１を駆動する。

処理部１１０は、圧力検出部１１２と、濃度検出部１１４と、第１の判定部１１５と、第２の判定部１１６と、解凍制御部１１８と、噴射弁制御部１２０と、ポンプ制御部１２２とを有する。これらの各部は、処理部１１０がプログラムを実行することにより実現される機能である。

圧力検出部１１２は、圧力センサ４３のセンサ信号Ｓ＿ｐｕに基づいて噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕを検出する。

濃度検出部１１４は、濃度センサ５１のセンサ信号Ｓ＿ｃｕに基づいて貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の濃度（以下、「検出濃度」ともいう。）Ｃ＿ｕを検出する。

解凍制御部１１８は、タンク温度センサ５３のセンサ信号Ｓ＿ｔｕに基づいて検出される貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の温度Ｔｕが解凍制御の実行の要否を判定する基準温度以下の場合に解凍制御を実行する。凍結した尿素水溶液の解凍は、図示しない解凍手段を作動させることにより行われる。例えば、解凍制御部１１８は、貯蔵タンク５０に設置された加熱装置を作動させて、凍結した尿素水溶液を解凍する。あるいは、解凍制御部１１８は、貯蔵タンク５０に配設された冷却水配管に内燃機関５の冷却水を循環させて、凍結した尿素水溶液を解凍する。

解凍制御部１１８は、例えば貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の温度Ｔｕが上記の基準温度を超えた場合に解凍制御を終了してもよい。あるいは、解凍制御部１１８は、あらかじめ設定された時間が経過したときに解凍制御を終了してもよい。

ポンプ制御部１２２は、ポンプ４１の出力を制御する。ポンプ制御部１２２は、圧力検出部１１２で検出される圧力Ｐｕが、あらかじめ設定された目標値Ｐｔｇｔとなるように、ポンプ４１の出力をフィードバック制御する。例えばポンプ制御部１２２は、検出された圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの差分ΔＰに基づいてポンプ４１の出力をＰＩＤ制御する。噴射弁３１からの尿素水溶液の噴射量が多いほど尿素水溶液の圧力Ｐｕは低下しやすいことから、尿素水溶液の噴射量が多いほどポンプ４１の出力は大きくなる。

例えばポンプ制御部１２２は、一定の処理サイクルごとに、処理サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を設定する。この場合、デューティ比が大きいほどポンプ４１の出力は大きくなる。ポンプ制御部１２２は、設定したデューティ比に基づいてポンプ駆動部１６０に対して駆動指示の信号を出力する。ポンプ駆動部１６０は、入力された駆動指示の信号に従ってポンプ４１に対する通電を行う。

噴射弁制御部１２０は、噴射弁３１の駆動制御を行う。上述のとおり、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕは目標値Ｐｔｇｔとなるように制御されているため、噴射弁制御部１２０は、尿素水溶液の圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔとなっていることを前提として、噴射量の指示値に応じて噴射弁３１の開弁時間を制御する。

例えば、噴射弁制御部１２０は、内燃機関５から排出されている排気ガス中のＮＯ_Xを還元するために必要なアンモニア量を求める。排気ガス中のＮＯ_Xの量としては、例えば内燃機関５の運転状態に基づき推定されるＮＯ_X濃度又はＮＯ_Xセンサにより検出されるＮＯ_X濃度に、排気ガスの流量を乗じて求められるＮＯ_X流量が用いられる。

また、噴射弁制御部１２０は、選択還元触媒１３におけるアンモニアの目標吸着量に対する過不足のアンモニア量を求める。選択還元触媒１３におけるアンモニアの目標吸着量としては、例えば排気温度Ｔｇａｓに基づいて推定される選択還元触媒１３の温度に応じた吸着可能量に対して目標吸着率を乗じた値が用いられる。目標吸着率は、例えば７０〜８０％であってもよい。目標吸着率が７０〜８０％であれば、吸着率が比較的高く維持されてＮＯ_Xの還元効率が高く維持される一方、触媒温度が急激に上昇した場合であっても、アンモニアの吸着可能量が実際のアンモニアの吸着量を下回りにくくなる。噴射弁制御部１２０は、積算により求められる現在のアンモニア吸着量と目標吸着量との差分に基づいて過不足のアンモニア量を求める。

噴射弁制御部１２０は、排気ガス中のＮＯ_Xを還元するために必要なアンモニア量と選択還元触媒１３の目標吸着量に対する過不足のアンモニア量とを加算する。噴射弁制御部１２０は、算出されたアンモニア量を生成可能な尿素水溶液の量を目標噴射量とし、噴射弁駆動部１５０に対して駆動指示の信号を出力する。噴射弁駆動部１５０は、入力された駆動指示の信号に従って噴射弁３１に対する通電を行う。例えば、噴射弁制御部１２０は、一定の噴射サイクルごとに、噴射サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を目標噴射量に基づいて設定する。噴射弁駆動部１５０は、設定されたデューティ比にしたがって噴射弁３１の電磁コイルへの通電のオンオフを切り換える。

第１の判定部１１５は、尿素水溶液の濃度についての第１の判定を実行する。具体的に、第１の判定部１１５は、濃度検出部１１４により検出された尿素水溶液の検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれが第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａ以下であるか否かを判定する。本実施形態において、尿素水溶液の基準濃度Ｃ０は３２．５％である。判定に用いる尿素水溶液の検出濃度Ｃ＿ｕは、所定期間内に検出された検出濃度Ｃ＿ｕの平均値であってもよい。第１の判定部１１５は、制御装置１００の起動後に第１の判定を実行開始し、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が増大する条件（第１の条件）が成立したときに第１の判定の実行を終了する。

第２の判定部１１６は、尿素水溶液の濃度についての第２の判定を実行する。具体的に、第２の判定部１１６は、濃度検出部１１４により検出された尿素水溶液の検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれが、第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａよりも大きい第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂ以下であるか否かを判定する。第１の判定と同様に、判定に用いる尿素水溶液の検出濃度Ｃ＿ｕは、所定期間内に検出された検出濃度Ｃ＿ｕの平均値であってもよい。第２の判定部１１６は、少なくとも第１の条件の成立後に第２の判定を実行する。つまり、第２の判定は、少なくとも第１の判定の実行が終了した後に実行される。例えば、第２の判定部１１６は、制御装置１００の起動後に第２の判定を実行開始し、第１の条件の成立後も第２の判定を継続してもよい。

ここで、第１の判定部１１５による第１の判定、及び、第２の判定部１１６による第２の判定について説明する。図４は、第１の判定及び第２の判定でそれぞれ用いられる第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａ及び第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂを示す説明図である。第２の判定で用いられる検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）の許容範囲である第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂは、第１の判定で用いられる検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）の許容範囲である第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａよりも大きい値に設定されている。尿素水溶液の基準濃度Ｃ０が３２．５％である場合、第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａは例えば２．５％程度に設定され、第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂは例えば１０．０％に設定される。

第１の判定部１１５による第１の判定は、尿素水溶液中の気泡が少ない期間に行われるため、第１の判定の実行中に濃度センサ５１により検出される検出濃度Ｃ＿ｕの信頼性は高いと言える。このため、第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａは相対的に小さい値に設定され、第１の判定では、尿素水溶液の実際の濃度が基準濃度Ｃ０に近似しているかが診断される。例えば、第１の判定によって異常が検出された場合には、排気ガス中のＮＯ_Xに応じて尿素水溶液を過不足なく供給することが困難であるために、エンジンの出力を制限したり、エンジンの始動を停止したりしてもよい。

一方、第２の判定部１１６による第２の判定は、尿素水溶液中に気泡が発生し得る期間を含む期間に行われるため、第２の判定の実行中に濃度センサ５１により検出される検出濃度Ｃ＿ｕの信頼性は低いと言える。このため、第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂは相対的に大きい値に設定され、第２の判定では、尿素水溶液の実際の濃度が基準濃度Ｃ０に近似しているにもかかわらず誤って異常と判定されることを抑制する。例えば、第２の判定によって異常が検出された場合には、尿素水溶液の濃度の異常ではない、意図しない尿素水溶液の状態変化の場合も考えられるため、運転者等の搭乗者への警告等の措置に留めてもよい。

図５は、第１の判定部１１５による第１の判定、及び、第２の判定部１１６による第２の判定の実行期間を示す説明図である。図５に示した例では、制御装置（診断装置）１００が起動したときに第１の判定及び第２の判定のいずれもが実行開始される。制御装置１００の起動後、例えば貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の解凍制御が完了するまで、あるいは、触媒温度が上昇して選択還元触媒１３が活性化するまで、還元剤供給装置３０内への尿素水溶液の充填は開始されない。このため、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が少ない状態となっている。

したがって、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が増大し得る第１の条件が成立するまでの期間には第２の判定だけでなく第１の判定も併せて実行される。これにより、尿素水溶液の濃度の異常が検知される確実性が向上し、内燃機関の出力制限等の比較的厳しい措置を取ることができる。一方、第１の条件が成立した後は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中に気泡が含まれ得ることから、第１の判定は行われず、第２の判定のみが継続される。これにより、尿素水溶液の濃度が異常な状態になっていると断定できない場合には、警告等の比較的緩い措置に留めることができる。

ここで、尿素水溶液中に気泡が発生し得る第１の条件は、還元剤供給装置３０の始動であってもよい。図３に示したように、還元剤供給装置３０のポンプ４１の駆動が開始されて尿素水溶液が還元剤供給装置３０に充填され始めると、装置内を満たしていた空気が尿素水溶液とともにリターン配管５９を介して貯蔵タンク５０に混入して、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中に気泡が発生する。また、第１の条件は、車両の走行開始であってもよい。還元剤供給装置３０が始動される前であっても、車両の走行が開始されると、加速時の揺れや内燃機関５の振動等の外乱によって尿素水溶液中に気泡が発生する場合がある。この他、第１の条件は、尿素水溶液中に気泡が発生し得る適宜の条件を含んでもよい。そして、第１の判定部１１５は、これらの第１の条件のうちのいずれか一つが成立したときに、第１の判定の実行を終了する。

＜４．フローチャート＞
次に、図６を参照して、制御装置（診断装置）１００により実行される尿素水溶液の濃度の診断方法の例について説明する。

まず、制御装置１００が起動すると（ステップＳ１１）、処理部１１０の第１の判定部１１５及び第２の判定部１１６は、尿素水溶液の解凍制御が完了したか否かを判別する（ステップＳ１３）。処理部１１０の解凍制御部１１８は、尿素水溶液が凍結している場合に解凍制御を実行し、凍結した尿素水溶液が解凍したと判定される場合に解凍制御を終了し、解凍制御の完了を記憶部１４０に記憶する。解凍制御部１１８は、解凍制御を要しない場合においても解凍制御の完了を記憶部１４０に記憶する。

第１の判定部１１５及び第２の判定部１１６は、尿素水溶液の解凍制御が完了していない場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、尿素水溶液の解凍制御が完了するまでステップＳ１３の判定を繰り返す。第１の判定部１１５及び第２の判定部１１６は、尿素水溶液の解凍制御が完了していた場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、それぞれ第１の判定及び第２の判定を開始する（ステップＳ１５）。

次いで、第１の判定部１１５は、検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１７）。検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａを超えている場合（Ｓ１７／Ｎｏ）、第１の判定部１１５は、尿素水溶液の濃度の異常有りと判定する（ステップＳ３３）。一方、検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａ以下の場合（Ｓ１７／Ｙｅｓ）、第１の判定部１１５は、尿素水溶液の濃度の異常無しと判定する（ステップＳ１９）。

次いで、第１の判定部１１５は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中に気泡が増大する条件（第１の条件）が成立しているか否かを判別する（ステップＳ２１）。例えば、第１の判定部１１５は、還元剤供給装置３０が始動されたこと、及び車両の走行が開始されたこと等、あらかじめ設定された条件のうちのいずれかの条件が成立しているか否かを判別する。第１の条件が成立していない場合（Ｓ２１／Ｎｏ）、第１の判定部１１５は、ステップＳ１７に戻って第１の判定を繰り返す。一方、第１の条件が成立している場合（Ｓ２１／Ｙｅｓ）、第１の判定部１１５は、第１の判定の実行を終了する（ステップＳ２３）。

次いで、第２の判定部１１６は、検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂ以下であるか否かを判別する（ステップＳ２５）。検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂを超えている場合（Ｓ２５／Ｎｏ）、第２の判定部１１６は、尿素水溶液の濃度の異常有りと判定する（ステップＳ３３）。一方、検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂ以下の場合（Ｓ２５／Ｙｅｓ）、第２の判定部１１６は、尿素水溶液の濃度の異常無しと判定する（ステップＳ２７）。

次いで、第２の判定部１１６は、第２の判定を開始してからの経過時間Ｔがあらかじめ設定した閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する（ステップＳ２９）。この閾値Ｔ１は、第２の判定の終了時期を設定するものであり、例えば３０分に設定される。経過時間Ｔは、診断装置１００が起動してからの経過時間であってもよいし、還元剤供給装置３０を始動させてからの経過時間であってもよい。

経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達していない場合（Ｓ２９／Ｎｏ）、第２の判定部１１６は、ステップＳ２５に戻って第２の判定を繰り返す。一方、経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達していた場合（Ｓ２９／Ｙｅｓ）、第２の判定部１１６は、第２の判定の実行を終了する（ステップＳ３１）。

なお、ステップＳ３３において尿素水溶液の濃度の異常有りと判定された場合、制御装置１００は、第１の判定による異常又は第２の判定による異常に応じて、適宜の処理を実行する。例えば、第１の判定結果が異常を示した場合（Ｓ１７／Ｎｏ）、排気ガス中のＮＯ_Xに対応する適切な量の尿素水溶液を供給することが困難であるために、制御装置１００は、排気ガス中のＮＯ_X濃度が低減するように、内燃機関の出力を制限させたり内燃機関の始動を停止させたりしてもよい。一方、第２の判定結果が異常を示した場合（Ｓ２５／Ｎｏ）、制御装置１００は、運転者等の搭乗者に対して尿素水溶液の濃度の異常を知らせるための警告処理を実行させてもよい。例えば、制御装置１００は、警告音の発生、警告ランプの点灯、又は警告表示の少なくとも一つの処理を実行させてもよい。

図６のフローチャートに基づいて説明した尿素水溶液の濃度の診断方法では、制御装置１００の起動後に第１の条件が成立した時点で第１の判定の実行を終了させた。ただし、第１の判定部１１５は、第１の判定の実行を一旦終了させた後であっても、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が少ない状態において、第１の判定を再開させてもよい。図７は、第１の判定の実行を終了させた後に第１の判定を再開させる例を示すフローチャートである。

第１の判定の実行が終了した後、第１の判定部１１５は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が少ない状態と推定される第２の条件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ４１）。第２の条件は、例えば還元剤供給装置３０のポンプ４１の駆動を開始してから所定時間以上経過しており、内燃機関５の回転数Ｎｅが所定の閾値以下であり、かつ、車速Ｖが所定の閾値以下であることとすることができる。

ポンプ４１の駆動を開始した後、時間の経過に伴って、停車中に装置内に満たされていた空気が装置外に排出され、かつ、貯蔵タンク５０内に発生した気泡が消滅する。このため、ポンプ４１の駆動を開始してから所定時間以上経過していることが第２の条件の一つとされる。また、内燃機関５の回転数Ｎｅが低い状態、かつ、車速Ｖが低い状態においては、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液の揺動が小さく、尿素水溶液中に気泡が生じにくい。このため、内燃機関５の回転数Ｎｅが所定の閾値以下であり、かつ、車速Ｖが所定の閾値以下であることが第２の条件に含まれる。この他、第２の条件は適宜設定されてもよい。

第２の条件が成立していない場合（Ｓ４１／Ｎｏ）、第１の判定部１１５は、第２の条件が成立するまでステップＳ４１の判定を繰り返す。一方、第２の条件が成立している場合（Ｓ４１／Ｙｅｓ）、第１の判定部１１５は、第１の判定の実行を再開する（ステップＳ４３）。

次いで、第１の判定部１１５は、検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａ以下であるか否かを判別する（ステップＳ４５）。検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａを超えている場合（Ｓ４５／Ｎｏ）、第１の判定部１１５は、尿素水溶液の濃度の異常有りと判定する（ステップＳ４９）。一方、検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）が第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａ以下の場合（Ｓ４５／Ｙｅｓ）、第１の判定部１１５は、尿素水溶液の濃度の異常無しと判定する（ステップＳ４７）。尿素水溶液の濃度に異常が見られない場合、第１の判定部１１５は、ステップＳ４１に戻り、第２の条件が成立している間、第１の判定を繰り返す。

図７に示したように、第１の判定部１１５が、第１の判定の実行を一旦終了させた後であっても、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が少なくなる第２の条件が成立している間は第１の判定を実行することにより、尿素水溶液の濃度をより精度よく診断することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る還元剤供給装置３０の制御装置（診断装置）１００は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が少ない状態においては、濃度センサ５１の検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）の閾値として相対的に小さい第１の閾値ｔｈｒｅ＿Ａを用いて第１の判定を実行する。また、本実施形態に係る制御装置１００は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液中の気泡が増大し得る状態においては、濃度センサ５１の検出濃度Ｃ＿ｕと基準濃度Ｃ０とのずれ（｜Ｃ＿ｕ−Ｃ０｜）の閾値として相対的に大きい第２の閾値ｔｈｒｅ＿Ｂを用いて第２の判定を実行する。

したがって、濃度センサ５１の検出濃度Ｃ＿ｕの信頼性が高い場合には、第１の判定により比較的精度の高い診断を実行することができる。一方、尿素水溶液中に気泡が含まれ得る状態で濃度センサ５１の検出濃度Ｃ＿ｕの信頼性が低い場合には、第２の判定により、尿素水溶液の実際の濃度が基準濃度Ｃ０に近似するにもかかわらず誤って異常と判定されることを抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

５・・・内燃機関、１０・・・尿素ＳＣＲシステム、１１・・・排気管、１３・・・選択還元触媒、３０・・・還元剤供給装置、３１・・・噴射弁、４１・・・ポンプ、５１・・・濃度センサ、１００・・・制御装置（診断装置）、１１０・・処理部、１１４・・・濃度検出部、１１５・・・第１の判定部、１１６・・・第２の判定部、１２０・・・噴射弁制御部、１２２・・・ポンプ制御部

Claims (7)

1. 車両に搭載された内燃機関の排気の浄化に用いられる液体還元剤の濃度を、前記液体還元剤を貯蔵するタンクに設置された濃度センサを用いて診断する診断装置において、
   前記濃度センサの検出値と前記液体還元剤の基準濃度とのずれが第１の閾値以下であるか否かを判定する第１の判定を実行する第１の判定部と、
   前記濃度センサの検出値と前記液体還元剤の前記基準濃度とのずれが前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるか否かを判定する第２の判定を実行する第２の判定部と、を備え、
   前記第１の判定部は、前記診断装置の起動後に前記第１の判定を実行開始し、前記タンク内の前記液体還元剤中の気泡が増大する第１の条件が成立したときに前記第１の判定の実行を終了し、
   前記第２の判定部は、少なくとも前記第１の条件の成立後に前記第２の判定を実行する、診断装置。
2. 前記第１の条件は、前記内燃機関の排気通路に前記液体還元剤を供給する還元剤供給装置の始動である、請求項１に記載の診断装置。
3. 前記第１の条件は、前記車両の走行開始である、請求項１に記載の診断装置。
4. 前記第２の判定部は、前記診断装置の起動後に前記第２の判定を実行開始し、前記第１の条件の成立後においても前記第２の判定を継続する、請求項１に記載の診断装置。
5. 前記第１の判定部は、前記診断装置の起動後であって前記タンク内の前記液体還元剤の解凍後に前記第１の判定を実行開始し、
   前記第２の判定部は、前記診断装置の起動後であって前記タンク内の前記液体還元剤の解凍後に前記第２の判定を実行開始する、請求項４に記載の診断装置。
6. 前記第１の判定部は、前記第１の条件が成立して前記第１の判定の実行を終了した後、前記タンク内の前記液体還元剤の振動が減少する第２の条件が成立しているときに前記第１の判定を実行する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の診断装置。
7. 車両に搭載された内燃機関の排気の浄化に用いられる液体還元剤の濃度を、前記液体還元剤を貯蔵するタンクに設置された濃度センサを用いて診断する診断方法において、
   診断装置の起動後から前記タンク内の前記液体還元剤中の気泡が増大する第１の条件が成立するまでの期間に、前記濃度センサの検出値と前記液体還元剤の基準濃度とのずれが第１の閾値以下であるか否かを判定する第１の判定を実行するとともに、
   前記診断装置の起動後、少なくとも前記第１の条件の成立後に、前記濃度センサの検出値と前記液体還元剤の前記基準濃度とのずれが前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるか否かを判定する第２の判定を実行する、診断方法。
   

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