(57)【要約】【課題】フィルタ装置に関する異常診断において、復帰可能な異常とそうでない異常とを区別する。【解決手段】排気浄化システムは、尿素水を貯留する尿素水タンク２１と、尿素水タンク２１に尿素水供給管２２を介して接続され同タンク２１内の尿素水を排気管１１内に添加する尿素水添加弁１５と、尿素水供給管２２に設けられ尿素水添加弁１５に対して尿素水を給送する尿素水ポンプ２３と、尿素水供給管２２に設けられた尿素水フィルタ２５とを備える。このシステムにおいてＥＣＵ４０は、尿素水フィルタ２５の上流側と下流側との圧力差を検出するとともに、尿素水ポンプ２３の作動中において、該検出した圧力差の減圧側の変化に基づいて尿素水フィルタ２５に関する異常診断を実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤溶液を貯留する還元剤タンクと、該還元剤タンクに還元剤通路を介して接続され同タンク内の還元剤溶液を内燃機関の排気通路に添加する還元剤添加装置と、前記還元剤通路に設けられ前記還元剤添加装置に対して前記還元剤溶液を給送する還元剤ポンプと、前記還元剤通路に設けられたフィルタ装置とを備える排気浄化システムに適用され、
前記フィルタ装置の上流側と下流側との圧力差を検出する差圧検出手段と、
前記還元剤ポンプの作動中において、前記差圧検出手段により検出される圧力差の減圧側の変化に基づいて前記フィルタ装置に関する異常診断を実施する異常診断手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項２】
前記異常診断手段は、前記圧力差が所定の異常判定値よりも大きくなったことを異常判定条件の一つとして前記フィルタ装置に関する異常を診断するものであり、
前記圧力差が所定の異常判定値よりも大きくなった後、該圧力差の減圧側の変化があった場合に前記フィルタ装置に関する異常なし又は一時的な異常と診断する請求項１に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項３】
前記還元剤溶液の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記異常診断手段は、前記温度検出手段により検出される前記還元剤溶液の温度が所定の温度域にある場合であって、かつ前記差圧検出手段により検出される圧力差の減圧側の変化があった場合に前記フィルタ装置に関する異常なし又は一時的な異常と診断する請求項１又は２に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項４】
前記異常検出手段は、前記還元剤溶液の温度が所定の低温域にある場合であって、かつ前記圧力差の減圧側の変化があった場合に前記還元剤溶液の凍結による一時的な異常と診断する請求項３に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項５】
前記異常検出手段は、前記還元剤溶液の温度が所定の高温域にある場合であって、かつ前記圧力差の減圧側の変化があった場合に前記還元剤の析出による一時的な異常と診断する請求項３に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【請求項６】
前記異常診断手段は、前記内燃機関の所定の始動期間に前記圧力差の減圧側の変化に基づいて前記フィルタ装置に関する異常診断を実施する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気浄化システムの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化システムの異常診断装置に関するものであり、特に還元剤としてのアンモニアにより排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ）を採用した排気浄化システムの異常診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘを高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムとしては、例えば次の構成が知られている。すなわち、エンジン本体に接続された排気管に選択還元型のＮＯｘ触媒が設けられ、その排気上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（還元剤溶液）を添加する尿素水添加弁が設けられている。このシステムでは、尿素水添加弁により尿素水が排気管内に添加されることで、尿素水の加水分解により生成したアンモニア（ＮＨ3）と排気中のＮＯｘとがＮＯｘ触媒上で反応する。これにより、排気中のＮＯｘが選択的に還元・浄化される。
【０００３】
上記システムには更に、尿素水を貯留する尿素水タンクと、尿素水タンク内の尿素水を汲み上げる尿素水ポンプとが設けられており、これらにより尿素水添加弁に対して尿素水を供給する尿素水供給系が構築されている。尿素水タンクは、配管を介して尿素水添加弁に接続されており、その配管に尿素水ポンプが配置されている。また、配管の途中にはフィルタが装着されており、このフィルタにより尿素水に混入した塵などの異物が除去される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フィルタにより捕集された異物が多量になると、その異物によりフィルタで目詰まりが起き、尿素水添加弁に尿素水を供給できなくなるおそれがある。ここで、尿素水は凍結しやすく（濃度３２．５％の尿素水ではマイナス１１℃で凍結し）、また、水の蒸発により尿素が析出しやすい。そのため、目詰まりによるフィルタ異常が発生した場合、その目詰まりの原因が、尿素水に混入した塵などによるものでなく、尿素水の凍結や結晶化によるものであることが考えられる。ところが、このような凍結物等による目詰まりは復帰可能な一時的な異常であり、この一時的な異常を塵などによる目詰まりと同等の異常と診断すると、フィルタ交換など異常回復のための煩雑な処置をユーザに要求してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、フィルタ装置に関する異常診断において、復帰可能な異常とそうでない異常とを区別することができ、ひいてはフィルタ装置の異常発生時に適切な対処を施すことができる排気浄化システムの制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、還元剤溶液を貯留する還元剤タンクと、該還元剤タンクに還元剤通路を介して接続され同タンク内の還元剤溶液を内燃機関の排気通路に添加する還元剤添加装置と、前記還元剤通路に設けられ前記還元剤添加装置に対して前記還元剤溶液を給送する還元剤ポンプと、前記還元剤通路において前記還元剤ポンプの上流側に設けられたフィルタ装置とを備える排気浄化システムに適用される。本発明は、前記フィルタ装置の上流側と下流側との圧力差を検出する差圧検出手段と、前記還元剤ポンプの作動中において、前記差圧検出手段により検出される圧力差の減圧側の変化に基づいて前記フィルタ装置に関する異常診断を実施する異常診断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
フィルタ装置の目詰まりが発生した場合、その原因が塵などの異物によるものである以外に、還元剤溶液の凍結物や析出物によるものであることが考えられる。ここで、異物による目詰まりの場合、その異物を除去するための処置（例えば、フィルタ装置の交換や洗浄等）が必要になる。これに対し、還元剤溶液の凍結物等による目詰まりの場合、時間が経過するにつれて解凍されたり還元剤溶液に溶解されたりすることにより、上記のような異物除去のための処置を行うことなくフィルタ装置を正常な状態に復帰可能であると考えられる。つまり、塵などの異物による目詰まりと、還元剤溶液の凍結物等による目詰まりとでは、フィルタ装置を正常な状態とするためのその後の対処方法が異なる。
【００１０】
そこで本発明は、フィルタ装置の上流側と下流側との圧力差における減圧側の変化をモニタすることでフィルタ装置に関する異常診断を実施する。この異常診断では、フィルタ装置の目詰まりが塵などの異物により引き起こされている場合、その異物を取り除く等しなければ上記圧力差が解消されない。これに対し、還元剤溶液の凍結物や析出物により引き起こされている場合には、凍結物の解凍又は析出物の溶解などにより上記圧力差が解消される。したがって、フィルタ間の圧力差をモニタすることにより、フィルタ装置の目詰まりが生じた場合に、それが一時的な異常であるか、それとも継続的な異常であるかを特定することができる。これにより、フィルタ装置に関する異常診断において、正常時への復帰可能な異常とそうでない異常とを区別することができ、ひいてはフィルタ装置の異常発生時に適切な対処を施すことができる。
【００１１】
フィルタ装置に捕集された異物等が多量になると、フィルタ装置の下流側と上流側との圧力差が大きくなる。したがって、その差圧によりフィルタ装置の目詰まりに関する異常診断を実施することができる。しかしながら、その異常診断では、塵などの異物による目詰まりと還元剤溶液の凍結物等による目詰まりとを区別することができない。
【００１２】
その点に鑑み、請求項２に記載の発明は、前記異常診断手段が、前記圧力差が所定の異常判定値よりも大きくなったことを異常判定条件の一つとして前記フィルタ装置に関する異常を診断するものであり、前記圧力差が所定の異常判定値よりも大きくなった後、該圧力差の減圧側の変化があった場合に前記フィルタ装置に関する異常なし又は一時的な異常と診断する。この構成によれば、フィルタ装置の目詰まり異常を検出できるとともに、その異常内容が正常な状態へ復帰可能なものかそうでないかを特定することができる。
【００１３】
ここで、所定の異常判定値としては、例えばフィルタ装置の交換時期又は洗浄時期を判定するための値として予め設定された値を用いる。また、本システムにおいて、異常診断の結果、異常ありと診断された場合にその異常内容をユーザに報知し、異常なし又は一時的な異常と診断された場合にその異常内容をユーザに報知しないとするとよい。
【００１４】
還元剤溶液の凍結物や析出物は、還元剤溶液の温度や外気温がある温度範囲にある場合に、その溶液中やフィルタ上に存在し得ることが考えられる。その点に鑑み、請求項３に記載の発明は、前記還元剤溶液の温度を検出する温度検出手段を備え、前記異常診断手段が、前記温度検出手段により検出される前記還元剤溶液の温度が所定の温度域にある場合であって、かつ前記差圧検出手段により検出される圧力差の減圧側の変化があった場合に前記フィルタ装置に関する異常なし又は一時的な異常と診断する。この構成によれば、還元剤溶液の凍結物又は析出物が存在し得る状況下において、フィルタ装置の目詰まり異常の原因が還元剤溶液の凍結物等によるものか否かを判定するため、フィルタ装置に関する異常内容の特定を精度よく実施することができる。ここで、還元剤溶液の温度は、同溶液自体の温度を例えばセンサなどにより直接計測してもよいし、あるいは外気温から推定してもよい。
【００１５】
還元剤溶液の凍結は、同溶液の凝固点又はその近傍の温度以下の低温度域で発生する。その点に鑑み、請求項４に記載の発明は、前記異常検出手段が、前記還元剤溶液の温度が所定の低温域にある場合であって、かつ前記圧力差の減圧側の変化があった場合に前記還元剤溶液の凍結による一時的な異常と診断する。この構成によれば、フィルタ装置の目詰まりの原因が還元剤溶液の凍結物によるものであることを特定できるため、その後においてフィルタ装置上の凍結物を解凍させるための適切な処置を施すことができる。
【００１６】
還元剤の析出は、溶媒（例えば水）の蒸発が促進される高温度域で発生する。その点に鑑み、請求項５に記載の発明は、前記異常検出手段が、前記還元剤溶液の温度が所定の高温域にある場合であって、かつ前記圧力差の減圧側の変化があった場合に前記還元剤の析出による一時的な異常と診断する。この構成によれば、フィルタ装置の目詰まり異常の原因が還元剤の析出によるものであることを特定できるため、その後においてフィルタ装置上の析出物（結晶物）を還元剤溶液に溶解させるための適切な処置を施すことができる。
【００１７】
還元剤溶液の凍結物や析出物は、内燃機関の運転停止中（放置中）に生じることが考えられる。その点に鑑み、請求項６に記載の発明は、前記異常診断手段が、前記内燃機関の所定の始動期間に前記圧力差の減圧側の変化に基づいて前記フィルタ装置に関する異常診断を実施する。この構成によれば、還元剤溶液の凍結物等が還元剤溶液中に存在し得る期間に上記異常診断を実施するため、フィルタ装置の目詰まりが一時的なものであるかそうでないかの特定を好適に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図。
【図２】尿素水フィルタの目詰まり異常時のライン圧力を示す図。
【図３】フィルタ異常診断処理の処理手順を示すフローチャート。
【図４】尿素水フィルタの目詰まり時におけるフィルタ間圧力の推移を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した排気浄化システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の排気浄化システムは、選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（図示略）により排出される排気を浄化対象として排気浄化を行うための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。
【００２０】
図１のエンジン排気系において、エンジン本体に接続され排気通路を形成する排気管１１が設けられており、その排気管１１に、排気上流側から順にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２、選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３が配設されている。また、排気管１１においてＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、還元剤溶液としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられている。
【００２１】
排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＮＯｘセンサ１６と排気温センサ１７とが設けられている。このＮＯｘセンサ１６により、同ＳＣＲ触媒１３の下流側にて排気中のＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒１３によるＮＯｘの浄化率）が検出され、排気温センサ１７により、同ＳＣＲ触媒１３の下流側にて排気の温度が検出される。
【００２２】
排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の更に下流側には、アンモニア除去装置としての酸化触媒１９が設けられている。この酸化触媒１９により、ＳＣＲ触媒１３から排出されるアンモニア（ＮＨ3）、すなわち余剰のアンモニアが除去される。
【００２３】
次に、本システムを構成する上記各部の構成についてそれぞれ説明する。
【００２４】
ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２は白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともにＨＣやＣＯを除去する。このＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去でき（再生処理に相当）、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能となっている。
【００２５】
ＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ    …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ      …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ    …（式３）
といった反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた尿素水添加弁１５である。
【００２６】
尿素水添加弁１５は、既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構成を有するものであり、公知の構成が採用できるためここでは構成を簡単に説明する。尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路や先端噴出口１５ａを開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ４０からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードル移動に伴い先端噴出口１５ａから尿素水が添加（噴射）される。
【００２７】
尿素水添加弁１５に対しては、尿素水タンク２１から尿素水が逐次供給される。以下、尿素水供給系の構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、尿素水タンク２１から尿素水添加弁１５に対して尿素水が供給される場合を基準にして、尿素水タンク２１側を上流側、尿素水添加弁１５側を下流側として記載する。
【００２８】
尿素水タンク２１は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。本実施形態では、尿素濃度が、凍結温度（凝固点）が最も低い濃度である３２．５％になっている。
【００２９】
尿素水タンク２１と尿素水添加弁１５とは尿素水供給管２２により接続されており、尿素水供給管２２内に尿素水通路（還元剤通路）が形成されている。尿素水供給管２２のうち尿素水タンク２１側の先端部には、尿素水を吸い込むための吸込口が形成されており、その吸込口が、尿素水タンク２１内に尿素水が貯留された状態において尿素水に浸漬した状態になっている。
【００３０】
尿素水供給管２２の途中には、尿素水ポンプ２３が設けられている。尿素水ポンプ２３は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプである。本実施形態では、尿素水タンク２１内の尿素水に浸漬しない状態で尿素水ポンプ２３が設けられている。これにより、尿素水タンク２１内における尿素水の凍結・膨張による尿素水ポンプ２３の破損が抑制される。
【００３１】
本実施形態において尿素水ポンプ２３は、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。すなわち、尿素水ポンプ２３の正回転により尿素水タンク２１内の尿素水の吸い上げが行われ、尿素水ポンプ２３の逆回転により尿素水タンク２１への尿素水の吸い戻しが行われる。
【００３２】
尿素水供給管２２において、尿素水ポンプ２３よりも上流側（尿素水タンク２１側）には、尿素水を濾過する多孔質状の尿素水フィルタ２５が設けられている。この尿素水フィルタ２５によって尿素水内の異物が除去されることにより、尿素水添加弁１５や尿素水タンク２３内に異物が入り込むのが抑制される。本実施形態において尿素水フィルタ２５は、尿素水タンク２１内の尿素水に浸漬しない状態で設けられている。また、尿素水ポンプ２３よりも下流側（尿素水添加弁１５側）には、尿素水の圧力を調整する圧力調整弁２６が設けられている。
【００３３】
尿素水添加弁１５側への尿素水圧送時には、尿素水ポンプ２３に通電されることで尿素水ポンプ２３が正回転方向に回転駆動される。これにより、尿素水タンク２１内の尿素水が汲み上げられ、尿素水フィルタ２５を通過して下流側に流れる。このとき、尿素水フィルタ２５にて尿素水内に含まれる異物等が除去される。そして、尿素水ポンプ２３から尿素水が吐出（圧送）され、その尿素水が圧力調整弁２６により所定の供給圧力に調整された後、尿素水添加弁１５に給送される。また、圧力調整の結果、余剰となった尿素水はリターン配管２７を通じて尿素水タンク２１に戻される。
【００３４】
尿素水タンク２１への尿素水吸い戻し時には、尿素水ポンプ２３が逆回転方向に回転駆動される。これにより、尿素水供給管２２内の尿素水が吸い戻され、尿素水タンク２１内に流入する。本実施形態では、この尿素水の吸い戻し動作がＥＣＵ４０によりエンジン停止時に実施される。つまり、エンジン停止後の車両放置中に尿素水が尿素水供給管２２内に残留したままになるのを回避し、これにより尿素水の凍結・膨張による尿素水供給管２２の破損を抑制する。
【００３５】
尿素水タンク２１内には、その内部に貯留された尿素水温度を検出する尿素水温センサ３１が設けられている。また、尿素水供給管２２の途中には、尿素水供給管２２内の尿素水の圧力（ライン圧力ＰＮ）を検出する尿素水圧センサ３２が設けられている。尿素水圧センサ３２の一つ（３２Ｐ）として本実施形態では、尿素水ポンプ２３の下流側にてライン圧力ＰＮを検出可能に設けられている。また、尿素水圧センサ３２として、特に本実施形態では、尿素水フィルタ２５の上流側のライン圧力（フィルタ上流圧力ＰＮＦ）を検出する上流センサ３２Ｆと、尿素水フィルタ２５の下流側であって尿素水ポンプ２３の上流側のライン圧力（フィルタ下流圧力ＰＮＢ）を検出する下流センサ３２Ｂとが設けられている。
【００３６】
上記システムの中で電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で尿素水添加弁１５等の各種アクチュエータを操作することにより排気浄化に係る各種の制御を実施する。具体的には、例えば上述したＮＯｘセンサ１６や排気温センサ１７、尿素水温センサ３１、尿素水圧センサ３２等の各種センサから検出信号を入力し、その検出信号に基づいて尿素水添加弁１５の通電時間や尿素水ポンプ２３の駆動量等を制御する。これにより、排気管１１内に、適切な時期に適正な量の尿素水を添加供給する。
【００３７】
上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２３の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２２を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応によりその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2    …（式４）
といった反応により、排気熱による高温下で尿素水が加水分解される。これにより、アンモニア（ＮＨ3）が生成され、そのアンモニアがＳＣＲ触媒１３に吸着するとともに同ＳＣＲ触媒１３において排気中のＮＯｘがアンモニアにより選択的に還元除去される。すなわち、同ＳＣＲ触媒１３上でアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることにより、ＮＯｘが還元、浄化されることとなる。
【００３８】
ところで、尿素水フィルタ２５に塵などの固体物が溜まり、尿素水フィルタ２５の目詰まりが生じた場合、尿素水タンク２１内の尿素水を尿素水フィルタ２５よりも下流側に十分に給送することができず、その結果、尿素水添加弁１５から排気管１１中への尿素水添加量が要求量よりも少なくなることが考えられる。
【００３９】
図２は、尿素水フィルタ２５の目詰まり異常が生じた場合のライン圧力ＰＮを示す図である。図２中、実線は尿素水フィルタ２５の目詰まり異常が生じていない正常時を示し、一点鎖線は尿素水フィルタ２５の目詰まり異常が生じている異常時を示す。
【００４０】
尿素水ポンプ２３の吐出圧力が一定値（例えば９気圧）に制御されている場合、図２に示すように、尿素水ポンプ２３の下流側（図のＡ点）におけるライン圧力ＰＮＰは、尿素水ポンプ２３の上流側であって尿素水フィルタ２５の下流側（図のＢ点）におけるライン圧力（フィルタ下流圧力ＰＮＢ）よりも、ポンプ吐出圧分だけ高くなっている。また、フィルタ下流圧力ＰＮＢと、尿素水フィルタ２５の上流側（図のＣ点）におけるライン圧力（フィルタ上流圧力ＰＮＦ）との関係は、尿素水フィルタ２５の正常時には略同じになっている。つまり、フィルタ上流圧力ＰＮＦとフィルタ下流圧力ＰＮＢとの圧力差は略ゼロになっている。
【００４１】
これに対し、尿素水フィルタ２５の目詰まりが発生している場合、Ａ点とＢ点とのライン圧力の関係は、フィルタ正常時と同じである。一方、Ｂ点とＣ点とのライン圧力の関係は、尿素水フィルタ２５の上流側と下流側とに圧力差が生じ、図２の一点鎖線で示すように、Ｂ点のライン圧力（フィルタ下流圧力ＰＮＢ）に対してＣ点のライン圧力（フィルタ上流圧力ＰＮＦ）が負圧になっている。
【００４２】
そこで、本システムでは、ライン圧力ＰＮに基づいて尿素水フィルタ２５の目詰まり異常の診断を実施し、目詰まり異常有りと診断される場合には警告を発することとしている。本実施形態では、尿素水圧センサ３２のうち、上流センサ３２Ｆ及び下流センサ３２Ｂの検出値を用い、下流センサ３２Ｂにより検出されるフィルタ下流圧力ＰＮＢから、上流センサ３２Ｆにより検出されるフィルタ上流圧力ＰＮＦを差し引いたフィルタ間圧力ΔＰＮ（ＰＮＢ−ＰＮＦ）が所定の判定値（フィルタ異常判定値ＰＮＴＨ）よりも大きくなった場合に、尿素水フィルタ２５の交換時期であるとして異常警告のためのランプを点灯することとしている。
【００４３】
ところが、フィルタ間圧力ΔＰＮがフィルタ異常判定値ＰＮＴＨよりも大きくなり、尿素水フィルタ２５の目詰まりが発生したとされる場合、その目詰まりの原因が、尿素水に混入した塵などによるものでなく、尿素水の凍結や結晶化によるものであることが考えられる。つまり、尿素水は凍結しやすく、濃度３２．５％の尿素水ではマイナス１１℃で凍結する。そのため、例えば寒冷地で使用される自動車において、エンジン始動時に外気温が極低温（例えばマイナス１０℃）になっている場合、尿素水の一部又は全部が凍結していることが考えられる。かかる場合、尿素水ポンプ２３の作動により尿素水タンク２１内の尿素水が吸い上げられた際に、尿素水タンク２１内に存在する尿素水の氷結物が尿素水フィルタ２５を通過することができず、尿素水フィルタ２５上に残渣として蓄積されることが考えられる。また、尿素水フィルタ２５内に保持された尿素水が、エンジン停止後であって次回のエンジン始動までの間に凍結して尿素水フィルタ２５の孔を塞ぐおそれがある。
【００４４】
また、尿素水は、溶媒である水の蒸発により尿素の結晶が析出しやすい。そのため、例えば夏期などといった気温が高い場合には、尿素水フィルタ２５内に保持された尿素水において、エンジン停止後であって次回のエンジン始動までの期間に水分が蒸発することが考えられる。この場合、尿素水フィルタ２５上に尿素の結晶が析出し、その結晶が尿素水フィルタ２５の孔を塞ぐおそれがある。
【００４５】
特に本実施形態では、エンジン停止時に尿素水供給管２２内にある尿素水を尿素水タンク２１内に吸い戻すため、その吸い戻し処理で戻し切れなかった尿素水が液滴となって尿素水供給管２２内に残存するおそれがある。そのため、同液滴の凍結や水分の蒸発により、尿素水の氷結物や結晶物が尿素水供給管２２内に生成されやすいことが考えられる。
【００４６】
しかしながら、尿素水の氷結物や結晶物による目詰まりは一時的なものであり、しばらくすると正常時の状態に復帰可能である。つまり、尿素水の氷結物や結晶物は、液体状態の尿素水が尿素水フィルタ２５を通過していくうちに、その通過する尿素水により融解又は溶解されると考えられる。そのため、氷結物等による目詰まりであれば、尿素水タンク２１内から尿素水添加弁１５への尿素水給送を行うことにより、その目詰まりが解消されることが考えられる。一方、塵などによる目詰まりの場合には、その異物が尿素水フィルタ２５に付着したままとなるため、フィルタ交換などといった正常復帰のための処置をユーザに要求する必要がある。したがって、この一時的な異常を塵などによる目詰まりと同等の異常として診断すると、正常復帰のための処置が本来不要であるにもかかわらず、その処置をユーザに要求してしまうことになる。
【００４７】
そこで、本実施形態では、尿素水ポンプ２３の作動時においてフィルタ間圧力ΔＰＮを検出し、その検出したフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化に基づいて尿素水フィルタ２５に関する異常診断を実施する。これにより、尿素水フィルタ２５の目詰まりが塵等によるものか、あるいは尿素水の氷結物又は結晶物によるものかを特定し、その異常内容に基づいて警告を実施する。
【００４８】
具体的には、下流センサ３２Ｂにより検出されるフィルタ下流圧力ＰＮＢから、上流センサ３２Ｆにより検出されるフィルタ上流圧力ＰＮＦを差し引くことによりフィルタ間圧力ΔＰＮを算出し、そのフィルタ間圧力ΔＰＮにおいて減圧側の変化が見られるか否を判定する。そして、フィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側への変化有りの場合には、尿素水フィルタ２５の上流側と下流側との間に生じている尿素水圧力（フィルタ間圧力ΔＰＮ）が次第に解消されつつある、つまりフィルタ間の圧力差は一時的なものであるとして、警告を実施しないこととする。
【００４９】
図３は、尿素水フィルタ２５の異常診断に関する処理（フィルタ異常診断処理）の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、エンジン始動時に（例えばイグニッションスイッチがオンされることにより）ＥＣＵ４０により実行される。
【００５０】
図３において、ステップＳ１１ではまず、尿素水ポンプ２３が作動中か否かを判定する。尿素水ポンプ２３が作動中であることを条件にステップＳ１２へ進み、尿素水圧センサ３２の上流センサ３２Ｆにより尿素水フィルタ２５のフィルタ上流圧力ＰＮＦを検出し、下流センサ３２Ｂによりフィルタ下流圧力ＰＮＢを検出する。続くステップＳ１３では、フィルタ下流圧力ＰＮＢからフィルタ上流圧力ＰＮＦを差し引くことにより、尿素水フィルタ２５の上流側と下流側との間に生じる圧力差としてフィルタ間圧力ΔＰＮを算出する。
【００５１】
ステップＳ１４では、フィルタ間圧力ΔＰＮがフィルタ異常判定値ＰＮＴＨよりも大きいか否かを判定する。フィルタ間圧力ΔＰＮがフィルタ異常判定値ＰＮＴＨ以下の場合には、ステップＳ１５へ進み、フィルタ正常であると判定する。つまり、尿素水フィルタ２５の上流側と下流側との圧力差が生じていないか又は僅少であり、尿素水フィルタ２５の目詰まり異常なしと判断する。一方、フィルタ間圧力ΔＰＮがフィルタ異常判定値ＰＮＴＨよりも大きい場合には、ステップＳ１６以降の処理へ進む。
【００５２】
ステップＳ１６では、フィルタ間圧力ΔＰＮにおいて減圧側への変化があるか否かを判定する。ここで、フィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化について本実施形態では、フィルタ間圧力ΔＰＮを所定の異常判定時間ＴＡ（例えば数分）の間モニタし、フィルタ間圧力ΔＰＮの継続的な低下が観測された場合にフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化ありと判定する。
【００５３】
フィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が見られない場合にはステップＳ１７へ進み、尿素水フィルタ２５に塵などの異物が溜まっている、すなわちフィルタ異常が発生していると判断し、フィルタ交換時期であることを報知すべく警告を実施する。一方、フィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が見られる場合にはステップＳ１８へ進み、そのまま放置したとしても正常な状態に復帰可能な異常であるとして警告を実施しない。つまり、尿素水フィルタ２５の目詰まりは、尿素水の氷結物又は結晶物によるものであり、ポンプ作動に伴い尿素水が尿素水フィルタ２５を通過することによって解消される一時的な異常と判断する。
【００５４】
次に、フィルタ間圧力ΔＰＮの時間的な推移について図を用いて説明する。図４は、エンジン始動時におけるフィルタ間圧力ΔＰＮの推移を示すタイムチャートである。図４のうち（ａ）は尿素水フィルタ２５の目詰まりが塵などの異物によるものである場合を示し、（ｂ）は尿素水の凍結物又は結晶物によるものである場合を示す。
【００５５】
イグニッションスイッチがオンされて尿素水ポンプ２３が作動されると、尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２２内を通過することによりライン圧力ＰＮが上昇する。このとき、尿素水フィルタ２５において塵などの異物による目詰まり異常が生じている場合、図４（ａ）に示すように、尿素水ポンプ２３の作動に伴いフィルタ間圧力ΔＰＮが上昇していき、フィルタ異常判定値ＰＮＴＨよりも高い値で一定となる。この場合、フィルタ異常判定値ＰＮＴＨを超えたタイミングｔ１から異常判定時間ＴＡ内にフィルタ間圧力ΔＰＮの変化がないことから、診断タイミングｔ２にて尿素水フィルタ２５の目詰まり異常ありと診断され、警告が実施される。
【００５６】
一方、尿素水フィルタ２５における目詰まりが、尿素水の凍結物や結晶物によるものである場合、図４（ｂ）に示すように、尿素水ポンプ２３の作動に伴いフィルタ間圧力ΔＰＮが上昇していき、タイミングｔ１でフィルタ異常判定値ＰＮＴＨを超えたとしても、その後、タイミングｔ１から異常判定時間ＴＡ内のうちにフィルタ間圧力ΔＰＮが減圧側に転じ、次第に低下していく。そして、タイミングｔ１から異常判定時間ＴＡ内にフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が見られたことから、診断タイミングｔ２にて尿素水フィルタ２５の目詰まり異常なし（一時的な異常）と診断され、警告が実施されない。
【００５７】
以上詳述した実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。
【００５８】
尿素水フィルタ２５の上流側と下流側との圧力差（フィルタ間圧力ΔＰＮ）の減圧側の変化に基づいて尿素水フィルタ２５に関する異常を診断する構成としたため、尿素水フィルタ２５の目詰まりが生じた場合に、それが一時的な異常か、それとも継続的な異常かを特定することができる。これにより、尿素水フィルタ２５に関する異常診断において、正常時への復帰可能な異常とそうでない異常とを区別することができる。その結果、尿素水フィルタ２５の異常発生時に適切な対処を施すことができる。
【００５９】
フィルタ間圧力ΔＰＮがフィルタ異常判定値ＰＮＴＨよりも大きく、かつフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が見られた場合には、尿素水フィルタ２５の一時的な異常であるとして警告を実施しない構成としたため、正常時へ復帰可能な異常に対する過度の警告を抑制することができる。また、正常時への復帰可能な異常に対して、フィルタ交換などといった不適切な処置をユーザに促すのを回避することができる。
【００６０】
フィルタ間圧力ΔＰＮに基づく異常判定処理をエンジン始動時に実施する構成としたため、尿素水の凍結物や析出物が存在し得る状況下において同処理を実施することができる。
【００６１】
本システムにおいては、エンジン停止後に尿素水の吸い戻しが実施されるため、エンジン停止後から次回のエンジン始動時までの間に尿素水の凍結物又は結晶物が生成されやすく、その凍結物等により尿素水フィルタ２５の目詰まりが生じやすいところ、フィルタ間圧力ΔＰＮに基づいて尿素水フィルタ２５の異常診断を実施することにより、凍結物等によって尿素水フィルタ２５の目詰まりが発生したことを特定することができる。したがって、復帰可能な異常とそうでない異常とを区別する必要性の高い状況下において上記異常診断を実施することができる。
【００６２】
尿素水フィルタ２５が尿素水タンク２１内の尿素水に浸漬しない状態で設けられているため、尿素水フィルタ２５内に保持された尿素水が外気（冷気）との接触により凍結しやすく、またその保持された尿素水から水分が蒸発することにより尿素の結晶物が析出しやすいところ、フィルタ間圧力ΔＰＮに基づいて尿素水フィルタ２５の異常診断を実施することにより、凍結物等によって尿素水フィルタ２５の目詰まりが発生したことを特定することができる。したがって、復帰可能な異常とそうでない異常とを区別する必要性の高い状況下で上記異常診断を実施することができる。
【００６３】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００６４】
・尿素水温センサ３１により検出される尿素水温度に基づいて、尿素水フィルタ２５の目詰まりが塵などの異物によるものか、それとも尿素水の凍結物等によるものかを判定する。具体的には、尿素水の凍結が所定の凍結物生成温度（例えばマイナス１１℃＋α）以下で起こり、尿素水の結晶化が所定の結晶化温度以上で起こることを考慮し、尿素水温センサ３１により計測される尿素水温度が、所定の低温域又は所定の高温域にある場合であって、かつフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が観測された場合に、尿素水の凍結等による尿素水フィルタ２５の一時的な目詰まりが生じていることを特定する。なお、尿素水温度は、尿素水温センサ３１により尿素水の温度を直接検出する以外に、外気温センサにより検出される外気温度に基づいて推定してもよい。この場合、外気温センサにより検出される外気温に基づいて、尿素水フィルタ２５に関する異常内容を特定してもよい。
【００６５】
・尿素水温度に基づいて尿素水フィルタ２５の目詰まり異常を診断する場合、尿素水温度に応じて、尿素水の凍結によるものか、あるいは尿素水の結晶化によるものかを特定する。上述したように、尿素水の凍結は、尿素濃度３２．５％の尿素水であれば凝固点がマイナス１１℃となる。そこで、尿素水温センサ３１により計測される尿素水温度が所定の凍結物生成温度以下であって、かつフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が観測された場合に、尿素水フィルタ２５の目詰まりの原因が尿素水の凍結物によるものであると特定する。また、尿素水からの結晶析出は水の蒸発によるものであるから、その析出は温度が高いほど生じやすい。そこで、尿素水温センサ３１により計測される尿素水温度が所定の結晶化温度以上であって、かつフィルタ間圧力ΔＰＮの減圧側の変化が観測された場合に、尿素水フィルタ２５の目詰まりの原因が尿素水の結晶化によるものであると特定する。このように、尿素水温度に基づいて尿素水フィルタ２５の異常診断を実施することにより、尿素水フィルタ２５の一時的な目詰まりの原因が、尿素水の凍結によるものか、あるいは尿素水の結晶化によるものかを特定することができる。したがって、異常診断後において、目詰まり異常の原因に応じた適切な処置を施すことができる。
【００６６】
・図３のステップＳ１４においてフィルタ間圧力ΔＰＮがフィルタ異常判定値ＰＮＴＨよりも大きくなった場合であって、かつステップ１６においてフィルタ間圧力ΔＰＮの減少側の変化が見られた場合に、尿素水フィルタ２５の目詰まりが一時的なものであると判定する構成としたが、これを変更し、フィルタ間圧力ΔＰＮの上昇側の変化が見られ、かつその上昇側の変化後に減少側の変化が見られた場合に、尿素水フィルタ２５の一時的な目詰まりが生じていると判定する構成としてもよい。
【００６７】
・上流センサ３２Ｆの検出値と下流センサ３２Ｂの検出値とからフィルタ間圧力ΔＰＮを算出し、その算出値に基づいて異常診断を実施する構成としたが、上流センサ３２Ｆの検出値をフィルタ間圧力ΔＰＮとして異常診断を実施する構成としてもよい。図２に示すように、Ｂ点のライン圧力（フィルタ下流圧力ＰＮＢ）が変動しなければ、Ｃ点のライン圧力（フィルタ上流圧力ＰＮＦ）をモニタすることにより、尿素水フィルタ２５の正常時と異常時とを特定することが可能である。したがって、尿素水フィルタ２５の下流側の圧力が変動しない場合に有効である。
【００６８】
・尿素水フィルタ２５に蓄積した尿素水の凍結物又は結晶物を尿素水タンク２１内に戻すための戻し手段を設ける。例えば、戻し手段を、ＥＣＵ４０と尿素水ポンプ２３とにより構築する。この構成では、上記の図４（ｂ）のタイムチャートにおいて、尿素水ポンプ２３の作動後、診断タイミングｔ２で凍結物等による目詰まり異常があると判定された場合に、尿素水ポンプ２３の作動を停止させる。これにより、フィルタ下流圧力ＰＮＢとフィルタ上流圧力ＰＮＦとの差圧が解消され、尿素水フィルタ２５に付着した凍結物等が尿素水タンク２１内に戻される。したがって、尿素水フィルタ２５の目詰まりをできるだけ早期に解消することができる。あるいは、尿素水フィルタ２５の上流側に、尿素水フィルタ２５に付着した凍結物等を尿素水タンク２１内に戻す戻し機構を設けてもよい。戻し機構として例えば、尿素水フィルタ２５の上流側にて尿素水供給管２２から分岐する配管を設け、その配管の途中に圧力調整弁を設ける。そして、診断タイミングｔ２で凍結物等による目詰まり異常があると判定された場合に、圧力調整弁を開弁させることにより尿素水フィルタ２５上の凍結物等を尿素水タンク２１内に戻す。
【００６９】
・尿素水ポンプ２３が尿素水供給管２２の途中に尿素水タンク２１内の尿素水に浸漬しない状態で設けられる所謂インライン式のシステムを本発明に適用したが、尿素水ポンプ２３が尿素水タンク２１内の尿素水に浸漬した状態で設けられる所謂インタンク式のシステムを本発明に適用してもよい。インタンク式のシステムとして具体的には、尿素水タンク２１内に、尿素水に浸漬した状態で尿素水ポンプ２３を設け、その尿素水ポンプ２３の吸入口部分に、尿素水に浸漬した状態で尿素水フィルタ２５を設ける。また、尿素水フィルタ２５の上流側と下流側とに、それぞれの位置におけるライン圧力ＰＮを計測する上流センサ３２Ｆ及び下流センサ３２Ｂを設ける。この構成において、尿素水タンク２１内の尿素水の一部が凍結して氷結物が生成されている場合、上記実施形態と同様に、その氷結物が尿素水フィルタ２５を通過することができず、尿素水フィルタ２５において一時的な目詰まりが生じることが考えられる。したがって、本実施形態においても上記と同様に、フィルタ間圧力ΔＰＮに基づいて尿素水フィルタ２５の目詰まり異常の原因を特定し、その原因が尿素水の氷結物である場合には、警告を実施しないとするとよい。
【００７０】
・尿素水供給管２２において尿素水ポンプ２３よりも上流側に尿素水フィルタ２５を配置する構成を適用したが、これを変更し、尿素水ポンプ２３よりも下流側に尿素水フィルタ２５を配置する構成を適用してもよい。
【００７１】
・尿素水ポンプ２３を正逆回転可能な構成とし、同ポンプ２３を逆回転駆動させることで尿素水供給管２２内の残留尿素水を尿素水タンク２１内に回収する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、尿素水ポンプ２３とは別のポンプ（吸い戻し用ポンプ）を設ける。そして、尿素水ポンプ２３で尿素水の圧送を行い、吸い戻し用ポンプで尿素水の吸い戻しを行う。このとき、吸い戻し用ポンプは、尿素水ポンプ２３の下流側にて尿素水供給管２２から分岐する配管に設ける。
【００７２】
・車載ディーゼルエンジン用の尿素ＳＣＲシステムとして実用化する以外に、例えばガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用の尿素ＳＣＲシステムとして実用化することも可能である。また、尿素水以外の還元剤溶液を用いる排気浄化システムにおいても本発明を同様に適用することが可能である。例えば、還元剤溶液として、アンモニア含有の水溶液を用いることが考えられる。
【符号の説明】
【００７３】
１１…排気管、１２…ＤＰＦ、１３…ＳＣＲ触媒、１５…尿素水添加弁（還元剤添加装置）、２１…尿素水タンク（還元剤タンク）、２３…尿素水ポンプ（還元剤ポンプ）、３１…尿素水温センサ（温度検出手段）、３２…尿素水圧センサ（差圧検出手段）、３２Ｆ…フィルタ上流センサ、３２Ｂ…フィルタ下流センサ、４０…ＥＣＵ（異常診断手段）。
【図１】
2010196522.tif 000003
【図２】
2010196522.tif 000004
【図３】
2010196522.tif 000005
【図４】
2010196522.tif 000006