JP7200735B2 - 排気浄化制御装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、内燃機関の排気通路へ尿素水を噴射する尿素水噴射システムに適用された、排気浄化制御装置に関する。

特許文献１に示される尿素水噴射システムは、タンクに貯留されている尿素水を吸入して吐出するポンプと、ポンプから吐出された尿素水を排気通路へ噴射するインジェクタと、タンクに貯留されている尿素水を加熱する電気ヒータとを備える。この電気ヒータは、タンク内で凍結した尿素水を解凍するためのものである。

電気ヒータへの供給電力は、タンクに貯留されている尿素水の残量、および尿素水温度に基づき算出されている。そして、解凍が完了すると電気ヒータへの通電を停止させている。

特開２０１６－８４７２３号公報

しかしながら、外気温度が尿素水の凍結温度よりも極めて低い状況では、解凍が完了して電気ヒータへの通電を停止させると、尿素水の一部が再び凍結するおそれがある。その場合、電気ヒータへの通電を再開して解凍させたとしても、解凍と凍結を繰り返すことによる以下の問題が生じる。すなわち、このように解凍と凍結を繰り返すと、液相と固相の相変化を繰り返し生じさせることになり、このように相変化が繰り返されると、尿素水から尿素成分が析出しやすくなる。析出した尿素成分（析出物）は、例えば尿素水が噴射されるインジェクタの噴孔や摺動隙間等を詰まらせる原因となる。

本明細書の開示による目的は、尿素水の解凍と凍結が繰り返される機会の低減を図った、排気浄化制御装置を提供することである。

上記した目的を達成するための開示された１つの態様は、
尿素水を貯留するタンク（４０）と、タンクに貯留されている尿素水を内燃機関の排気通路（１０ａ）へ噴射するインジェクタ（２０）と、タンクに貯留されている尿素水を吸入してインジェクタへ吐出する電動ポンプ（３０）と、タンクに貯留されている尿素水を加熱する電気ヒータ（６１）とを備える尿素水噴射システムに適用された、排気浄化制御装置であって、
タンクに貯留されている尿素水の残量を尿素水残量として取得する残量取得部（Ｓ３６）と、
タンクに貯留されている尿素水の温度を尿素水温度として取得する尿素水温取得部（Ｓ３７）と、
タンクの雰囲気温度を外気温度として取得する外気温取得部（Ｓ３８）と、
尿素水温度に基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する凍結判定部（Ｓ２）と、
凍結状態と判定されている場合に、尿素水残量および尿素水温度に基づき解凍に要する電力量を解凍電力量（Ｑ１）として算出し、解凍電力量を電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍制御部（Ｓ３）と、
溶融状態と判定されている場合に、尿素水残量、尿素水温度および外気温度に応じた電力量を解凍後電力量として算出し、解凍後電力量を電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍後制御部（Ｓ６）と、を備え、
尿素水温度を凍結温度より高温に維持させるのに要する電力量を溶融維持電力量（Ｑ３）とし、
解凍後制御部は、溶融維持電力量を解凍後電力量として算出し、
タンクに貯留されている尿素水の濃度を所定濃度範囲内に維持させるために、尿素水の全てが解凍された状態において、再度解凍を開始して部分溶融状態に陥ることを防止するのに要する値である濃度維持電力量（Ｑ２）とし、
解凍後制御部は、濃度と目標濃度との乖離量が所定値以上である所定濃度範囲外の場合には濃度維持電力量を解凍後電力量として算出し、乖離量が所定値以上でない所定濃度範囲内の場合には溶融維持電力量を解凍後電力量として算出する排気浄化制御装置である。

上記態様によれば、解凍後制御部を備えるので、溶融状態と判定されている場合であっても電気ヒータへ電力供給されることとなり、解凍後に再び凍結するおそれを低減できる。そのため、解凍と凍結が繰り返されることによる相変化の繰り返しを抑制でき、尿素成分が析出しやすくなる状況を回避できる。しかも、上記態様によれば、尿素水残量および尿素水温度に加えて、外気温度にも応じて解凍後電力量が算出される。そのため、外気温度が凍結温度よりも極めて低い状況の場合であっても、その状況を加味して解凍後電力量が算出されるので、解凍後電力量の過不足を抑制できる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１実施形態に係る尿素水噴射システムの概略を模式的に示す図である。 図１に記載の制御装置が尿素水噴射システムの作動を制御する際の、処理手順を示すフローチャートである。 図２に記載の解凍制御の処理手順を示すフローチャートである。 図２に記載の排気浄化制御の処理手順を示すフローチャートである。 図２に記載の解凍後制御の処理手順を示すフローチャートである。 図２に記載の制御を実行した場合における、各種物理量の時間変化の一態様を示すタイムチャートである。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。

（第１実施形態）
先ず、本実施形態に係る排気浄化制御装置が適用される尿素水噴射システムの構成について、図１を用いて説明する。

尿素水噴射システムは、内燃機関を備える車両に搭載されている。内燃機関の排気管１０には、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒１１を有した浄化装置が取り付けられている。このＳＣＲ触媒１１は、排気中の酸化物のうち窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元して浄化する。尿素水噴射システムは、排気管１０内部の排気通路１０ａへ尿素水を噴射する。噴射された尿素水は、排気通路１０ａで加熱されて加水分解する。この加水分解により、還元剤としてのアンモニアが生成され、ＳＣＲ触媒１１へ供給される。

尿素水噴射システムは、インジェクタ２０、電動ポンプ３０、タンク４０、各種配管、電気ヒータおよび制御装置７０を備える。

インジェクタ２０は、排気管１０のうちＳＣＲ触媒１１に対して排気流れ上流側の部分に取り付けられている。インジェクタ２０は、タンク４０に貯留されている尿素水を、排気通路１０ａのうちＳＣＲ触媒１１の上流側部分へ噴射する。インジェクタ２０は、噴孔ボデーと、本体ボデーと、弁体と、電気アクチュエータとを備える。電気アクチュエータおよび噴孔ボデーは、本体ボデーに取り付けられて保持されている。噴孔ボデーのうち噴孔が形成されている部分は、排気通路１０ａに露出して排気に晒されている。

噴孔ボデーには、尿素水を噴射する噴孔が形成されている。本体ボデーには、尿素水を噴孔へ導く内部通路が形成されている。弁体は、内部通路を開閉することで噴孔を開閉して、尿素水の噴射と噴射停止とを切り替える。電気アクチュエータは、通電により磁界を生じさせる電磁コイルを有し、電磁コイルへの通電に伴い電磁吸引力を生じさせ、その電磁吸引力で弁体を開弁作動させる。なお、電磁コイルへの通電を停止させると、弾性部材の弾性力により弁体は閉弁作動する。

電動ポンプ３０は、インペラ、ケーシングおよびモータ等を有する。インペラはケーシング内で回転可能な状態で保持されている。インペラは上記モータにより回転駆動する。例えば、上記モータは、３相ブラシレスモータであり、正弦波出力電流制御により回転数が制御される。つまり、各相のコイルへ通電される駆動電流の通電周期、通電位相および電流ピーク値を制御することで、インペラの回転速度が制御される。

先述した各種配管には、以下に説明する吐出配管５１、吸入配管５２およびリターン配管５３が含まれる。吐出配管５１は、インジェクタ２０の流入口と電動ポンプ３０の吐出口とを接続する。電動ポンプ３０から吐出された尿素水は、吐出配管５１を通じてインジェクタ２０へ供給される。吸入配管５２は、電動ポンプ３０の吸入口とタンク４０とを接続する。タンク４０に貯留されている尿素水は、吸入配管５２を通じて電動ポンプ３０へ吸入される。リターン配管５３は、電動ポンプ３０の吐出口または吐出配管５１と、タンク４０とを接続する。電動ポンプ３０から吐出された尿素水は、インジェクタ２０の閉弁作動時にはリターン配管５３を通じてタンク４０に戻される。

先述した電気ヒータには、以下に説明するタンクヒータ６１、吸入配管ヒータ６２およびリターン配管ヒータ６３が含まれる。タンクヒータ６１は、タンク４０の底壁に形成された凹部に取り付けられている。タンクヒータ６１は、タンク４０を加熱することで、タンク４０に貯留されている尿素水を加熱する。吸入配管ヒータ６２は、吸入配管５２に取り付けられている。吸入配管ヒータ６２は、吸入配管５２を加熱することで、吸入配管５２内に位置する尿素水を加熱する。リターン配管ヒータ６３は、リターン配管５３に取り付けられている。リターン配管ヒータ６３は、リターン配管５３を加熱することで、リターン配管５３内に位置する尿素水を加熱する。

なお、本実施形態では、吐出配管５１やインジェクタ２０には電気ヒータが取り付けられていないが、これらにも電気ヒータが取り付けられて加熱される構成としてもよい。但し、インジェクタ２０は、排気通路１０ａを流れる排ガスにより加熱されるので、タンク４０や各種配管に比べて凍結温度以下になりにくく、電気ヒータによる加熱のニーズは低い。

制御装置７０は、少なくとも１つの演算処理装置（プロセッサ７１）と、プロセッサ７１により実行されるプログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも１つの記憶装置（メモリ７２）とを有する。さらに制御装置７０は、ヒータ駆動回路７３と、図示しないインジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路を有する。これらの駆動回路は、車載バッテリ電力の通電と遮断を切り替えるスイッチング素子を有する。

プロセッサ７１およびメモリ７２はマイクロコンピュータ（マイコン）によって提供されてもよい。記憶媒体は、プロセッサ７１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。記憶媒体は、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７０は、１つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、プロセッサ７１によって実行されることによって、制御装置７０をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。

制御装置７０は、インジェクタ制御部Ｍ１、ポンプ制御部Ｍ２およびヒータ制御部Ｍ３を有する。これらの制御部は、メモリ７２に記憶されているプログラムをプロセッサ７１が実行することで、制御装置７０により実現される。制御装置７０には、後述する各種センサで検出された検出信号が入力される。これらの検出信号に基づき、上述した制御部は各種制御を実行する。

インジェクタ制御部Ｍ１は、インジェクタ２０が有する電磁コイルへの通電状態を制御することで、インジェクタ２０の弁体の開弁作動を制御して、尿素水の噴射量および噴射時期を制御する。例えば、インジェクタ制御部Ｍ１は、電磁コイルへの通電時間を制御することで弁体の開弁時間を制御して、単位時間あたりに噴射される尿素水の噴射量を制御する。

制御装置７０は、内燃機関の運転に伴い排気浄化が要求され、かつ、ＳＣＲ触媒１１が活性化温度以上になっている等の条件を満たしている場合に、インジェクタ２０からの尿素水噴射を要求する。さらに制御装置７０は、内燃機関から排出されるＮＯｘ量に基づき、尿素水の目標噴射量を算出する。インジェクタ制御部Ｍ１は、尿素水噴射が要求された場合に、目標噴射量に対応する開弁時間で弁体を開弁させるよう、インジェクタ２０の作動を制御する。

ポンプ制御部Ｍ２は、電動ポンプ３０が有するモータへの通電状態を制御することで、インペラの回転速度を制御して、尿素水の吐出圧力Ｐおよび吐出時期を制御する。例えば、ポンプ制御部Ｍ２は、モータのコイルを流れる駆動電流の通電周期、通電位相および電流ピーク値を制御することで、モータへの供給電力を制御して吐出圧力Ｐを制御する。

ヒータ制御部Ｍ３は、タンクヒータ６１、吸入配管ヒータ６２およびリターン配管ヒータ６３への通電状態を制御することで、タンク４０、吸入配管５２およびリターン配管５３内の尿素水の温度を制御する。例えば、ヒータ制御部Ｍ３は、各種電気ヒータを流れる駆動電流をデューティ制御することで、供給する電力量を制御する。

先述した各種センサには、外気温センサ８１、尿素水温センサ８２、濃度センサ８３、液面センサ８４および圧力センサ８５が含まれている。外気温センサ８１は、タンク４０の外部に配置されている。外気温センサ８１は、タンク４０の雰囲気温度に応じた検出信号を出力する。

尿素水温センサ８２、濃度センサ８３および液面センサ８４は、タンク４０に取り付けられている。尿素水温センサ８２は、タンク４０内の尿素水温度に応じた検出信号を出力する。濃度センサ８３は、タンク４０内の尿素水に含まれる尿素成分の割合（尿素水濃度α）に応じた検出信号を出力する。液面センサ８４は、タンク４０内の尿素水の液面高さに応じた検出信号を出力する。

圧力センサ８５は、電動ポンプ３０の吐出口または吐出配管５１に取り付けられている。圧力センサ８５は、電動ポンプ３０から吐出される尿素水の圧力（吐出圧力Ｐ）に応じた検出信号を出力する。

ヒータ制御部Ｍ３は、外気温取得部Ｍ３１、尿素水温取得部Ｍ３２、濃度取得部Ｍ３３、液面高さ取得部Ｍ３４および吐出圧取得部Ｍ３５を有していると言える。外気温取得部Ｍ３１は、外気温センサ８１から出力される検出信号に基づき外気温度Ｔａを算出することで、外気温度Ｔａを取得する。尿素水温取得部Ｍ３２は、尿素水温センサ８２から出力される検出信号に基づき尿素水温度Ｔｕを算出することで、尿素水温度Ｔｕを取得する。濃度取得部Ｍ３３は、濃度センサ８３から出力される検出信号に基づき尿素水濃度αを算出することで、尿素水濃度αを取得する。液面高さ取得部Ｍ３４は、液面センサ８４から出力される検出信号に基づき液面高さＬを算出することで、液面高さＬを取得する。

次に、これらの取得部により取得された各種物理量に基づき電気ヒータへの通電状態を制御する手順について、図２～図５を用いて説明する。図２の処理は、イグニッションスイッチがオン操作された場合等、内燃機関が運転可能な状態または運転されている期間中に実行される。また、図３～図５に示すフローチャートは、プロセッサ７１により所定の演算周期で繰り返し実行される。

先ず図２のステップＳ１において、尿素水温取得部Ｍ３２で尿素水温度Ｔｕを測定する。続くステップＳ２では、測定した尿素水温度Ｔｕが尿素水の凍結温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。凍結温度Ｔ１は、予め設定された理想とする尿素水濃度α（例えば３２．５％）の凍結温度（例えば－１１℃）に設定されている。或いは、この判定で用いる凍結温度Ｔ１は、理想とする尿素水濃度の凍結温度よりも余裕温度分だけ低い値に設定されている。

尿素水温度Ｔｕが尿素水の凍結温度Ｔ１以下であると判定された場合には、タンク４０内の尿素水が凍結しているとみなし、続くステップＳ３において解凍制御を実行する。尿素水温度Ｔｕが尿素水の凍結温度Ｔ１以下でないと判定された場合には、続くステップＳ４において、尿素水噴射の要求が有るか否かを判定する。噴射要求が有る場合には、続くステップＳ５において排気浄化制御を実行する。噴射要求が無い場合には、続くステップＳ６において解凍後制御を実行する。

次に、図３を用いて、図２のステップＳ３で実行される解凍制御の処理手順を説明する。先ず、ステップＳ１０において、濃度取得部Ｍ３３で尿素水濃度αを測定する。続くステップＳ１１では、液面高さ取得部Ｍ３４で液面高さＬを測定する。続くステップＳ１２では、測定された尿素水濃度αおよび液面高さＬに基づき、尿素水残量Ｍ［ｋｇ］を算出する。

続くステップＳ１３では、尿素水温取得部Ｍ３２で尿素水温度Ｔｕを測定する。続くステップＳ１４では、尿素水残量Ｍおよび尿素水温度Ｔｕに基づき、解凍電力量Ｑ１を算出する。解凍電力量Ｑ１は、尿素水残量Ｍの全てを解凍するのに要する値として算出される。

続くステップＳ１５では、解凍電力量Ｑ１の電気エネルギを供給するように、タンクヒータ６１への通電を制御する。例えば、所定時間で解凍電力量Ｑ１が供給される電力となるように、ヒータ駆動電流をデューティ制御する。続くステップＳ１６では、電動ポンプ３０のモータへの通電を停止して、電動ポンプ３０を停止させる。続くステップＳ１７では、インジェクタ２０の電磁コイルへの通電を停止して、インジェクタ２０の開弁作動を停止させる。

次に、図４を用いて、図２のステップＳ５で実行される排気浄化制御の処理手順を説明する。先ず、ステップＳ２０において、吐出圧力Ｐが目標圧力となるように電動ポンプ３０のモータを駆動させる。例えば、目標圧力に対応する電流ピーク値で、先述した正弦波出力電流制御を実行する。目標圧力は、後述する上限圧Ｐ２よりも高い値に設定されている。

続くステップＳ２１では、吐出圧取得部Ｍ３５で実際の吐出圧力Ｐを測定する。続くステップＳ２２では、測定された吐出圧力Ｐが上限圧Ｐ２よりも高い値になっているか否かを判定する。ステップＳ２２で、吐出圧力Ｐが上限圧Ｐ２よりも高い値になっていると判定された場合には、電動ポンプ３０が尿素水を正常に吐出している状態であり、タンク４０および各種配管内の全ての尿素水が溶融した完全溶融状態であるとみなす。そして、続くステップＳ２３では、ＮＯｘ量に応じた先述の目標噴射量で尿素水を噴射するよう、インジェクタ２０の通電状態を制御する。続くステップＳ２４では、電気ヒータへの通電をオフにする。

一方、ステップＳ２２で、吐出圧力Ｐが上限圧Ｐ２以下であると判定された場合には、尿素水の一部が凍結している部分溶融状態であるとみなす。また、このような一部凍結が原因で吐出圧力Ｐが低下しているとみなす。そして、図２のステップＳ６による解凍後制御を実行する。

次に、図５を用いて、図２のステップＳ６で実行される解凍後制御の処理手順を説明する。先ず、ステップＳ３０～Ｓ３３において、吐出圧力Ｐが下限圧Ｐ１以上かつ上限圧Ｐ２以下となるように、電動ポンプ３０のモータをフィードバック制御する。具体的には、ステップＳ３０で電動ポンプ３０を駆動させ、ステップＳ３１で吐出圧力Ｐを測定し、ステップＳ３２でＰ１≦Ｐ≦Ｐ２でないと判定されると、ステップＳ３３で電動ポンプ３０の駆動電流を調整する。

ステップＳ３２でＰ１≦Ｐ≦Ｐ２であると判定された場合、ステップＳ３４～Ｓ３７において、図３のステップＳ１０～Ｓ１３と同様にして尿素水残量Ｍを算出し、尿素水温度Ｔｕを測定する。続くステップＳ３８では、外気温取得部Ｍ３１で外気温度Ｔａを測定する。続くステップＳ３９では、尿素水温度Ｔｕと外気温度Ｔａとの温度差ΔＴを算出する。温度差ΔＴは、尿素水温度Ｔｕから外気温度Ｔａを減算した値である。

続くステップＳ４０では、目標濃度（例えば３２．５％）に対する尿素水濃度αの乖離量Δαを算出する。乖離量Δαは、尿素水濃度αから目標濃度を減算した値である。続くステップＳ４１では、乖離量Δαが所定値（例えば０．５％）以上であるか否かを判定する。

ステップＳ４１で乖離量Δαが所定値以上と判定された場合には、ステップＳ４２において、尿素水残量Ｍ、温度差ΔＴおよび尿素水濃度αに基づき、濃度維持電力量Ｑ２を算出する。濃度維持電力量Ｑ２は、尿素水の全てが解凍された状態において、再度解凍を開始して部分溶融状態に陥ることを防止するのに要する値として算出される。

測定された尿素水濃度αが目標濃度に対して高濃度であるほど、濃度維持電力量Ｑ２を低い値に補正する。加熱過多により尿素水の水成分が蒸発して高濃度になることが抑制され、尿素水の品質劣化が抑制される。

濃度維持電力量Ｑ２は、加熱対象となる尿素水残量Ｍが多いほど大きい値に設定される。また、外気温度Ｔａが低く温度差ΔＴが大きくなっているほど、濃度維持電力量Ｑ２は大きい値に設定される。

続くステップＳ４３では、濃度維持電力量Ｑ２の電気エネルギを供給するように、タンクヒータ６１への通電を制御する。例えば、所定時間で濃度維持電力量Ｑ２が供給される電力となるように、ヒータ駆動電流をデューティ制御する。

ステップＳ４１で乖離量Δαが所定値未満の場合には、ステップＳ４４において、尿素水残量Ｍ、温度差ΔＴおよび尿素水温度Ｔｕに基づき、溶融維持電力量Ｑ３を算出する。溶融維持電力量Ｑ３は、尿素水の全てが解凍された状態において、再度解凍を開始して部分溶融状態に陥ることを防止するのに要する値として算出される。

測定された尿素水温度Ｔｕが高温であり、凍結温度Ｔ１との差分が大きいほど、溶融維持電力量Ｑ３を低い値に補正する。加熱過多により尿素水の水成分が蒸発して高濃度になることが抑制され、尿素水の品質劣化が抑制される。濃度維持電力量Ｑ２と溶融維持電力量Ｑ３を比較すると、尿素水残量Ｍおよび温度差ΔＴが同じであれば、高濃度になっている分だけ濃度維持電力量Ｑ２は溶融維持電力量Ｑ３より小さい値に設定されることとなる。

続くステップＳ４５では、溶融維持電力量Ｑ３の電気エネルギを供給するように、タンクヒータ６１への通電を制御する。例えば、所定時間で溶融維持電力量Ｑ３が供給される電力となるように、ヒータ駆動電流をデューティ制御する。

次に、図６を用いて、本実施形態に係る尿素水噴射システムの作動の一例を説明する。なお、図中のｔ１０時点で、内燃機関の運転が開始されている。

ｔ１０時点からｔ２０時点までの期間では、尿素水温度Ｔｕが凍結温度Ｔ１以下になっている（ａ欄参照）。そのため、この期間では解凍制御が実行されている。すなわち、電動ポンプ３０への通電をオフ（ｆ欄参照）にするとともに、インジェクタ２０への通電をオフ（ｇ欄参照）にしている。そして、解凍電力量Ｑ１に基づく電力で、タンクヒータ６１へ通電している。ｔ１０時点からｔ２０時点までの期間に解凍電力量Ｑ１が供給されるよう、消費電力が設定されている。

なお、排気通路１０ａを流れる排ガスによりインジェクタ２０が加熱され、インジェクタ２０内の尿素水温度が上昇していく。そして、排ガスの熱は、タンク４０内の尿素水温度Ｔｕや、タンク４０の雰囲気温度（外気温度Ｔａ）をも上昇させていく（ａ欄とｂ欄参照）。

その後、解凍制御により尿素水が加熱されて尿素水温度Ｔｕが上昇し、凍結温度Ｔ１に達したｔ２０時点で、解凍制御が解凍後制御に切り替えられている。すなわち、電動ポンプ３０への通電をオン（ｆ欄参照）にするとともに、インジェクタ２０への通電をオフ（ｇ欄参照）にしている。解凍後制御での電動ポンプ３０消費電流は、排気浄化制御での消費電流より小さい値に設定されている（ｆ欄参照）。解凍後制御での吐出圧力Ｐは、下限圧Ｐ１から上限圧Ｐ２までの範囲に調整される（ｃ欄参照）。

さらに解凍後制御では、濃度維持電力量Ｑ２または溶融維持電力量Ｑ３に基づく電力で、タンクヒータ６１へ通電している（ｈ欄参照）。ｔ２０時点からｔ３０時点までの期間に濃度維持電力量Ｑ２または溶融維持電力量Ｑ３が供給されるよう、消費電力が設定されている。尿素水濃度は、下限値α１から上限値α２までの正常範囲に維持される（ｅ欄参照）。

その後、尿素水噴射の要求が為されたｔ３０時点で、解凍後制御が排気浄化制御に切り替えられている。すなわち、電動ポンプ３０への通電をオン（ｆ欄参照）にするとともに、インジェクタ２０への通電をオン（ｇ欄参照）にしている。そして、各種電気ヒータへの通電をオフにしている（ｈ欄参照）。

以上により、本実施形態に係る排気浄化制御装置は、以下に説明する残量取得部、尿素水温取得部、外気温取得部、凍結判定部、解凍制御部および解凍後制御部を備えていると言える。

「残量取得部」は、ステップＳ３６を実行している時のプロセッサ７１に相当し、タンク４０に貯留されている尿素水の残量を尿素水残量Ｍとして取得する。「尿素水温取得部」は、ステップＳ３７を実行している時のプロセッサ７１に相当し、タンク４０に貯留されている尿素水の温度を尿素水温度Ｔｕとして取得する。「外気温取得部」は、ステップＳ３８を実行している時のプロセッサ７１に相当し、タンク４０の雰囲気温度を外気温度Ｔａとして取得する。「凍結判定部」は、ステップＳ２を実行している時のプロセッサ７１に相当し、尿素水温度Ｔｕに基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する。

「解凍制御部」は、ステップＳ３を実行している時のプロセッサ７１に相当する。この解凍制御部は、凍結状態と判定されている場合に、尿素水残量Ｍおよび尿素水温度Ｔｕに基づき解凍に要する電力量を解凍電力量Ｑ１として算出し、解凍電力量Ｑ１をタンクヒータ６１へ供給するように通電制御する。「解凍後制御部」は、ステップＳ６を実行している時のプロセッサ７１に相当する。この解凍後制御部は、溶融状態と判定されている場合に、尿素水残量Ｍ、尿素水温度Ｔｕおよび外気温度Ｔａに応じた電力量を解凍後電力量として算出し、解凍後電力量をタンクヒータ６１へ供給するように通電制御する。「解凍後電力量」は、濃度維持電力量Ｑ２または溶融維持電力量Ｑ３に相当する。

このように、本実施形態に係る排気浄化制御装置は、解凍後制御部を備えるので、溶融状態と判定されている場合であってもタンクヒータ６１へ電力供給されることとなり、解凍後に再び凍結するおそれを低減できる。そのため、解凍と凍結が繰り返されることによる相変化の繰り返しを抑制でき、尿素成分が析出しやすくなる状況を回避できる。しかも、本実施形態によれば、尿素水残量Ｍおよび尿素水温度Ｔｕに加えて、外気温度Ｔａにも応じて解凍後電力量が算出される。そのため、外気温度Ｔａが凍結温度Ｔ１よりも極めて低い状況の場合であっても、その状況を加味して解凍後電力量が算出されるので、解凍後電力量が不足することによる再凍結のおそれを低減できる。

なお、解凍と凍結を繰り返すことにより液相と固相の相変化が繰り返されると、尿素水から尿素成分が析出しやすくなる。このように析出した尿素成分（析出物）は、例えばインジェクタ２０の噴孔等、尿素水通路の狭小部を詰まらせる原因となる。

さらに本実施形態では、尿素水温度Ｔｕを凍結温度Ｔ１より高温に維持させるのに要する電力量を溶融維持電力量Ｑ３とし、解凍後制御部は、溶融維持電力量Ｑ３を解凍後電力量として算出する。そのため、再凍結回避の確実性を向上できる。

さらに本実施形態では、解凍後制御部は、外気温度Ｔａが尿素水温度Ｔｕより低温であるほど、つまり温度差ΔＴが大きいほど、溶融維持電力量Ｑ３を大きい値に算出する。そのため、外気温度Ｔａが低温であることに起因した再凍結の回避の確実性を向上できる。

さらに本実施形態では、タンク４０に貯留されている尿素水の濃度を所定濃度範囲内に維持させるのに要する電力量を濃度維持電力量Ｑ２とする。そして、解凍後制御部は、尿素水濃度αが所定濃度範囲外である場合には濃度維持電力量Ｑ２を解凍後電力量として算出し、尿素水濃度αが所定濃度範囲内である場合には溶融維持電力量Ｑ３を解凍後電力量として算出する。

さらに本実施形態では、タンク４０に貯留されている尿素水の濃度を取得する濃度取得部を備え、解凍後制御部は、濃度が所定濃度範囲より高濃度であるほど、溶融維持電力量を小さい値に算出する。「濃度取得部」は、ステップＳ３４を実行している時のプロセッサ７１に相当する。これによれば、解凍後制御のタンクヒータ６１による加熱が過多となり、尿素水の水成分が蒸発して高濃度になることが抑制され、尿素水の品質劣化が抑制される。

さらに本実施形態では、解凍後制御の実行期間に電動ポンプ３０を駆動させる解凍後ポンプ制御部を備える。「解凍後ポンプ制御部」は、ステップＳ３１を実行している時のプロセッサ７１に相当する。これによれば、タンク４０内の尿素水のみならず、インジェクタ２０内の尿素水や吐出配管５１内の尿素水等、循環経路全体の尿素水を効率良く加熱することができ、再凍結抑制を促進できる。

さらに本実施形態では、尿素水の噴射要求が有る場合であっても、電動ポンプ３０の吐出圧力Ｐが意図に反して低下している場合（Ｓ２２：Ｎｏ）には、インジェクタ２０の駆動を停止させ、解凍後制御部によるタンクヒータ６１の通電制御を実行させる。再凍結が生じていると、吐出圧力Ｐが意図に反して低下した状態になる蓋然性が高い。この点を鑑み、吐出圧力Ｐが意図に反して低下している場合には解凍後制御が実行されるので、ＮＯｘが意図に反して浄化されない状態を回避でき、迅速に再解凍できる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、解凍後制御において、濃度維持電力量Ｑ２と溶融維持電力量Ｑ３を切り替えているが、この切り替えを廃止して、濃度維持電力量Ｑ２と溶融維持電力量Ｑ３のいずれか一方を廃止してもよい。

上記第１実施形態では、外気温度Ｔａが尿素水温度Ｔｕより低温であるほど、溶融維持電力量Ｑ３を大きい値に算出している。これに対し、外気温度Ｔａの変化の履歴に基づき溶融維持電力量Ｑ３を算出してもよい。例えば、変化していく外気温度Ｔａの平均温度が低温であるほど、溶融維持電力量Ｑ３を大きい値に算出してもよい。

上記第１実施形態では、解凍後制御に電動ポンプ３０を駆動させているが、解凍後制御に電動ポンプ３０を駆動停止させていてもよい。

上記第１実施形態では、尿素水の噴射要求が有る場合であっても、吐出圧力Ｐが意図に反して低下している場合には、排気浄化制御から解凍後制御に切り替えているが、このような切り替えを廃止してもよい。

上記第１実施形態では、複数の電気ヒータのうちタンクヒータ６１を対象として、解凍電力量Ｑ１および解凍後電力量が算出されている。つまり、算出された電力量はタンクヒータ６１へ供給される電力量であり、他の電気ヒータへ供給される電力量とは別である。これに対し、タンクヒータ６１、吸入配管ヒータ６２およびリターン配管ヒータ６３の全てを対象として、解凍電力量Ｑ１および解凍後電力量が算出されていてもよい。

１０ａ 排気通路、 ２０ インジェクタ、 ３０ 電動ポンプ、 ４０ タンク、 ６１ 電気ヒータ、 ７０ 排気浄化制御装置、 Ｑ１ 解凍電力量、 Ｑ２ 濃度維持電力量、 Ｑ３ 溶融維持電力量、 Ｓ２ 凍結判定部、 Ｓ３ 解凍制御部、 Ｓ３０ 解凍後ポンプ制御部、 Ｓ３４ 濃度取得部、 Ｓ３６ 残量取得部、 Ｓ３７ 尿素水温取得部、 Ｓ３８ 外気温取得部、 Ｓ６ 解凍後制御部。

Claims (8)

1. 尿素水を貯留するタンク（４０）と、前記タンクに貯留されている尿素水を内燃機関の排気通路（１０ａ）へ噴射するインジェクタ（２０）と、前記タンクに貯留されている尿素水を吸入して前記インジェクタへ吐出する電動ポンプ（３０）と、前記タンクに貯留されている尿素水を加熱する電気ヒータ（６１）とを備える尿素水噴射システムに適用された、排気浄化制御装置であって、
   前記タンクに貯留されている尿素水の残量を尿素水残量として取得する残量取得部（Ｓ３６）と、
   前記タンクに貯留されている尿素水の温度を尿素水温度として取得する尿素水温取得部（Ｓ３７）と、
   前記タンクの雰囲気温度を外気温度として取得する外気温取得部（Ｓ３８）と、
   前記尿素水温度に基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する凍結判定部（Ｓ２）と、
   前記凍結状態と判定されている場合に、前記尿素水残量および前記尿素水温度に基づき解凍に要する電力量を解凍電力量（Ｑ１）として算出し、前記解凍電力量を前記電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍制御部（Ｓ３）と、
   前記溶融状態と判定されている場合に、前記尿素水残量、前記尿素水温度および前記外気温度に応じた電力量を解凍後電力量として算出し、前記解凍後電力量を前記電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍後制御部（Ｓ６）と、を備え、
   前記尿素水温度を凍結温度より高温に維持させるのに要する電力量を溶融維持電力量（Ｑ３）とし、
   前記解凍後制御部は、前記溶融維持電力量を前記解凍後電力量として算出し、
   前記タンクに貯留されている尿素水の濃度を所定濃度範囲内に維持させるために、前記尿素水の全てが解凍された状態において、再度解凍を開始して部分溶融状態に陥ることを防止するのに要する値である濃度維持電力量（Ｑ２）とし、
   前記解凍後制御部は、前記濃度と目標濃度との乖離量が所定値以上である所定濃度範囲外の場合には前記濃度維持電力量を前記解凍後電力量として算出し、前記乖離量が所定値以上でない所定濃度範囲内の場合には前記溶融維持電力量を前記解凍後電力量として算出する排気浄化制御装置。
2. 前記解凍後制御部は、前記外気温度が前記尿素水温度より低温であるほど、前記溶融維持電力量を大きい値に算出する請求項１に記載の排気浄化制御装置。
3. 前記タンクに貯留されている尿素水の濃度を取得する濃度取得部（Ｓ３４）を備え、
   前記解凍後制御部は、前記濃度が前記目標濃度に対して高濃度であるほど、前記濃度維持電力量を小さい値に算出する請求項１または２に記載の排気浄化制御装置。
4. 前記解凍後制御部による前記電気ヒータの通電制御を実行する期間に前記電動ポンプを駆動させる解凍後ポンプ制御部（Ｓ３０）を備える請求項１～３のいずれか１つに記載の排気浄化制御装置。
5. 尿素水の噴射要求が有る場合であっても、前記電動ポンプの吐出圧力が上限値以下の場合、前記尿素水の一部が凍結している部分溶融状態とみなし、前記インジェクタの駆動を停止させ、前記解凍後制御部による前記電気ヒータの通電制御を実行させる請求項４に記載の排気浄化制御装置。
6. 尿素水を貯留するタンク（４０）と、前記タンクに貯留されている尿素水を内燃機関の排気通路（１０ａ）へ噴射するインジェクタ（２０）と、前記タンクに貯留されている尿素水を吸入して前記インジェクタへ吐出する電動ポンプ（３０）と、前記タンクに貯留されている尿素水を加熱する電気ヒータ（６１）とを備える尿素水噴射システムに適用された、排気浄化制御装置であって、
   前記タンクに貯留されている尿素水の残量を尿素水残量として取得する残量取得部（Ｓ３６）と、
   前記タンクに貯留されている尿素水の温度を尿素水温度として取得する尿素水温取得部（Ｓ３７）と、
   前記タンクの雰囲気温度を外気温度として取得する外気温取得部（Ｓ３８）と、
   前記尿素水温度に基づき、尿素水が凍結状態および溶融状態のいずれであるかを判定する凍結判定部（Ｓ２）と、
   前記凍結状態と判定されている場合に、前記尿素水残量および前記尿素水温度に基づき解凍に要する電力量を解凍電力量（Ｑ１）として算出し、前記解凍電力量を前記電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍制御部（Ｓ３）と、
   前記溶融状態と判定されている場合に、前記尿素水残量、前記尿素水温度および前記外気温度に応じた電力量を解凍後電力量として算出し、前記解凍後電力量を前記電気ヒータへ供給するように通電制御する解凍後制御部（Ｓ６）と、
   前記解凍後制御部による前記電気ヒータの通電制御を実行する期間に前記電動ポンプを駆動させる解凍後ポンプ制御部（Ｓ３０）と、を備え、
   尿素水の噴射要求が有る場合であっても、前記電動ポンプの吐出圧力が上限値以下の場合、前記尿素水の一部が凍結している部分溶融状態とみなし、前記インジェクタの駆動を停止させ、前記解凍後制御部による前記電気ヒータの通電制御を実行させる排気浄化制御装置。
7. 前記尿素水温度を凍結温度より高温に維持させるのに要する電力量を溶融維持電力量（Ｑ３）とし、
   前記解凍後制御部は、前記溶融維持電力量を前記解凍後電力量として算出する請求項６に記載の排気浄化制御装置。
8. 前記解凍後制御部は、前記外気温度が前記尿素水温度より低温であるほど、前記溶融維持電力量を大きい値に算出する請求項７に記載の排気浄化制御装置。

Images