(57)【要約】【課題】尿素水の凍結判定の精度が向上する排気浄化装置の凍結判定装置を提供する。【解決手段】時期判定部３３は、内燃機関１１が運転中であり、還元触媒２４の温度が活性温度ｔより高いとき、ＮＯｘの濃度差ΔＣに基づいて凍結判定時期であるか否かを判断する。凍結判定部３５は、凍結判定時期にインジェクタ２５が駆動されても、ＮＯｘの濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいとき、尿素水が凍結していると判定する。これにより、尿素水は、温度の検出に依存することなく、凍結が判定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の排気通路（１３）を流れる排気に尿素水を噴射するインジェクタ（２５）、および排気の流れ方向において前記インジェクタ（２５）の下流側に設けられ前記インジェクタ（２５）から噴射された尿素水と排気との化学的な反応を触媒する還元触媒（２４）を備え、前記内燃機関（１１）の排気を浄化する排気浄化装置（１０）において、前記尿素水の凍結を判定する凍結判定装置（３０）であって、
前記排気浄化装置（１０）において尿素水の凍結を判定する凍結判定時期であるか否かを判断する時期判断手段（３３）と、
前記時期判断手段（３３）で前記凍結判定時期であると判断されたとき、予め設定された設定添加量の尿素水の添加に対応する期間、前記インジェクタ（２５）を駆動する尿素水添加制御手段（３４）と、
前記インジェクタ（２５）を駆動した後、前記還元触媒（２４）の入口側と出口側とにおけるＮＯｘの濃度差が予め設定した設定濃度差より小さいとき、前記排気浄化装置（１０）における尿素水が凍結していると判定する凍結判定手段（３５）と、
を備える排気浄化装置の凍結判定装置。
【請求項２】
前記時期判断手段（３３）は、前記内燃機関（１１）が運転中であり、前記還元触媒（２４）の温度が活性温度より高く、前記還元触媒（２４）の入口側と出口側におけるＮＯｘの濃度差が予め設定した判定濃度差より小さいとき、前記凍結判定時期であると判断する請求項１記載の排気浄化装置の凍結判定装置。
【請求項３】
前記凍結判定手段（３５）は、前記インジェクタ（２５）が駆動されてから予め設定した設定期間が経過した後、前記還元触媒（２４）の入口側と出口側とにおけるＮＯｘの濃度差を取得する請求項１または２記載の排気浄化装置の凍結判定装置。
【請求項４】
外気温を検出する外気温検出手段（５１）をさらに備え、
前記外気温検出手段（５１）で検出した外気温が予め設定した設定外気温より低いとき、前記凍結判定手段（３５）による尿素水の凍結の判定を実行する請求項１から３のいずれか一項記載の排気浄化装置の凍結判定装置。
【請求項５】
前記排気浄化装置（１０）の尿素水の温度を検出する尿素水温度検出手段（５２）をさらに備え、
前記尿素水温度検出手段（５２）で検出した尿素水が予め設定した設定尿素水温より低いとき、前記凍結判定手段（３５）による尿素水の凍結の判定を実行する請求項１から３のいずれか一項記載の排気浄化装置の凍結判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の凍結判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気を浄化する後処理として尿素を用いた尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。この尿素ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置では、排気に尿素の水溶液である尿素水を添加することにより、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。ここで、尿素ＳＣＲシステムを用いる場合、尿素水は気温の低下によって凍結するという特性を有する。尿素水が凍結すると、内燃機関の運転時に排気へ尿素水を添加することができず、ＮＯｘの浄化が不十分になる。そこで、排気浄化装置において尿素水が流れる経路を加熱することにより、凍結した尿素水を解凍することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、特許文献１では、尿素水が凍結しているか否かの判定を、尿素水の温度に基づいて行なっている。すなわち、特許文献１の場合、尿素水タンクに設けられた温度センサで尿素水の温度を検出し、検出された尿素水の温度に基づいて尿素水が凍結しているか否かを判定している。この場合、検出される尿素水の温度は、温度センサの周辺に限られる。そのため、末端のインジェクタや尿素水の供給経路における尿素水の凍結の判定は困難であり、凍結判定の精度が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、尿素水の凍結判定の精度が向上する排気浄化装置の凍結判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、尿素水添加制御手段は、凍結判定時期であると判断されると、設定添加量の尿素水の添加に対応する期間、インジェクタを駆動する。これにより、仮に尿素水が凍結していないとすると、インジェクタから排気には設定添加量の尿素水が添加される。そのため、還元触媒では、排気に含まれるＮＯｘが還元される。すなわち、還元触媒を通過する排気に含まれるＮＯｘの濃度は、還元触媒の入口側に比較して低下する。その結果、還元触媒の入口側と出口側とでは、検出されるＮＯｘの濃度差は大きくなる。一方、仮に尿素水が凍結しているとすると、インジェクタから排気へ設定添加量の尿素水は添加されない。そのため、還元触媒では、排気に含まれるＮＯｘの還元が不十分になる。すなわち、還元触媒を通過する排気に含まれるＮＯｘの濃度は、還元触媒の入口側に比較して低下しにくい。その結果、還元触媒の入口側と出口側とでは、検出されるＮＯｘの濃度差は小さくなる。このように、尿素水が凍結しているか否かによって、還元触媒の入口側と出口側とで検出されるＮＯｘの濃度差は異なる。そこで、凍結判定手段は、インジェクタから排気へ尿素水を添加した後、ＮＯｘの濃度差が設定濃度差より小さいとき、尿素水が凍結していると判定する。これにより、尿素水は、温度の検出に依存することなく、凍結が判定される。したがって、尿素水の温度を検出するための温度センサの数を増やすことなく、尿素水の凍結判定の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態による凍結判定装置を適用した排気浄化装置を示す模式図
【図２】第１実施形態による凍結判定装置を示すブロック図
【図３】第１実施形態による凍結判定装置の処理の流れを示す概略図
【図４】第２実施形態による凍結判定装置を示すブロック図
【図５】第２実施形態による凍結判定装置の処理の流れを示す概略図
【図６】第３実施形態による凍結判定装置を示すブロック図
【図７】第３実施形態による凍結判定装置の処理の流れを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、凍結判定装置を適用した排気浄化装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態で実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に示す排気浄化装置１０は、例えば車両に搭載されている内燃機関１１から排出される排気に尿素水を添加し、排気に含まれるＮＯｘを還元するＳＣＲシステムを構成している。内燃機関１１から排出される排気は、排気管部材１２が形成する排気通路１３を経由して大気へ放出される。内燃機関１１は、例えばディーゼルエンジンである。なお、排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンやガスタービンエンジンなどに適用してもよい。また、排気浄化装置１０は、車載の内燃機関１１に限らず、例えば発電ユニットなどの据置型の内燃機関１１に適用してもよい。
【０００９】
排気浄化装置１０は、尿素水タンク２１、尿素水ポンプ２２、尿素水配管部２３、還元触媒２４およびインジェクタ２５を備えている。尿素水タンク２１は、尿素水である尿素の水溶液を貯える。尿素水ポンプ２２は、尿素水タンク２１に収容されている。尿素水配管部２３は、尿素水通路２６を形成している。還元触媒２４は、排気管部材１２が形成する排気通路１３に設けられている。尿素水配管部２３は、一方の端部が尿素水ポンプ２２に接続し、他方の端部がインジェクタ２５に接続している。尿素水ポンプ２２から吐出された尿素水は、尿素水通路２６を経由してインジェクタ２５へ供給される。
【００１０】
インジェクタ２５は、排気管部材１２に設けられている。インジェクタ２５は、この排気管部材１２を貫いて、先端が排気通路１３に露出している。インジェクタ２５へ供給された尿素水は、排気通路１３を流れる排気へ噴射される。還元触媒２４は、排気の流れ方向においてインジェクタ２５の下流側に設けられている。これにより、インジェクタ２５は、排気通路１３において内燃機関１１と還元触媒２４との間に設けられる。内燃機関１１から排出された排気とインジェクタ２５から噴射された尿素水とは、排気通路１３において排気と混合され、還元触媒２４へ流入する。排気に含まれるＮＯｘは、還元触媒２４において尿素水に含まれる尿素と反応することにより還元される。還元触媒２４は、ＮＯｘと尿素との化学的な反応を触媒する。
【００１１】
凍結判定装置３０は、上述の排気浄化装置１０における尿素水の凍結の有無を判定する。凍結判定装置３０は、図２に示すように制御部３１、運転判断部３２、時期判断部３３、尿素水添加制御部３４および凍結判定部３５を備えている。制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータを有している。制御部３１は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、運転判断部３２、時期判断部３３、尿素水添加制御部３４および凍結判定部３５をソフトウェア的に実現している。これら運転判断部３２、時期判断部３３、尿素水添加制御部３４および凍結判定部３５は、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現してもよい。
【００１２】
凍結判定装置３０は、上記に加え、入口側ＮＯｘセンサ３６、出口側ＮＯｘセンサ３７および触媒温度センサ３８と接続している。入口側ＮＯｘセンサ３６は、排気通路１３における排気の流れ方向において、還元触媒２４の入口側すなわち内燃機関１１側に設けられている。一方、出口側ＮＯｘセンサは３７、還元触媒２４の出口側に設けられている。入口側ＮＯｘセンサ３６および出口側ＮＯｘセンサ３７は、いずれも排気に含まれるＮＯｘの量またはＮＯｘの濃度を検出する。入口側ＮＯｘセンサ３６および出口側ＮＯｘセンサ３７は、検出したＮＯｘの量またはＮＯｘの濃度を電気信号として制御部３１へ出力する。触媒温度センサ３８は、還元触媒２４に設けられ、還元触媒２４の温度を検出する。触媒温度センサ３８は、検出した還元触媒２４の温度を電気信号として制御部３１へ出力する。なお、還元触媒２４の温度は、触媒温度センサ３８により還元触媒２４の温度を直接検出する例に限らない。例えば、還元触媒２４の温度は、排気通路１３に設けられた図示しない排気温度センサから推定してもよい。
【００１３】
運転判断部３２は、排気を浄化する対象となる内燃機関１１が運転しているか否かを判断する。具体的には、運転判断部３２は、内燃機関１１の制御装置４１から内燃機関１１が運転状態にあるか否かに関するデータを取得する。運転判断部３２は、例えば制御装置４１から内燃機関１１の回転数、あるいは吸気流量や燃料噴射量など、内燃機関１１が運転しているか否かを判断する基礎となるデータを取得する。これにより、運転判断部３２は、内燃機関１１が運転しているか否かを判断する。
【００１４】
時期判断部３３は、排気浄化装置１０において尿素水の凍結を判定する凍結判定時期であるか否かを判断する。具体的には、時期判断部３３は、運転判断部３２から内燃機関１１が運転中であるか否かの判断結果を取得する。また、時期判断部３３は、触媒温度センサ３８から還元触媒２４の温度を取得する。そして、時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中であり、還元触媒２４の温度が活性温度ｔより高く、還元触媒２４の入口側と出口側とにおけるＮＯｘの濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいとき、凍結判定時期であると判断する。判定濃度差Ｃａは、内燃機関１１の性能あるいは還元触媒２４の能力などに応じて数ｐｐｍから数十ｐｐｍの任意の値に設定される。本実施形態の場合、判定濃度差Ｃａは、１０ｐｐｍに設定している。
【００１５】
内燃機関１１および還元触媒２４が正常に作動しているとき、排気に含まれるＮＯｘの濃度は、還元触媒２４の入口側に対して出口側で減少する。一方、内燃機関１１が運転していないとき、内燃機関１１からは当然排気が排出されない。そのため、還元触媒２４の入口側と出口側とでＮＯｘの濃度差はほとんど生じない。また、還元触媒２４の温度が活性温度ｔ以下であるとき、ＮＯｘは還元触媒２４において十分に還元されない。そのため、還元触媒２４の入口側と出口側とでＮＯｘの濃度差はほとんど生じない。したがって、時期判断部３３は、内燃機関１１が運転していること、および還元触媒２４が活性温度ｔに達していることを条件に、凍結判定時期にあるか否かを判断する。還元触媒２４の活性温度ｔは、還元触媒２４に固有の値である。本実施形態の場合、還元触媒２４の活性温度は、２７０℃である。
【００１６】
時期判断部３３は、これら内燃機関１１の運転および還元触媒２４の温度が条件を満たし、かつ還元触媒２４の入口側と出口側とで生じるＮＯｘの濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいとき、凍結判定時期であると判断する。本実施形態の場合、時期判断部３３は、還元触媒２４の入口側と出口側とで生じるＮＯｘの濃度差ΔＣの絶対値と判定濃度差Ｃａとを比較する。すなわち、時期判断部３３は、入口側ＮＯｘセンサ３６で検出したＮＯｘの濃度Ｃｉと、出口側ＮＯｘセンサ３７で検出したＮＯｘの濃度Ｃｅとの差を濃度差ΔＣ＝｜Ｃｉ−Ｃｅ｜として取得する。そして、時期判断部３３は、取得した濃度差ΔＣと判定濃度差Ｃａとを比較する。
【００１７】
排気に十分な量の尿素水が添加されていないとき、還元触媒２４において排気に含まれるＮＯｘの還元は不十分となる。そのため、例えば排気浄化装置１０における尿素水の凍結によってインジェクタ２５から十分な量の尿素水が排気へ添加されないとき、還元触媒２４の入口側と出口側とで生じるＮＯｘの濃度差ΔＣは判定濃度差Ｃａより小さくなる。還元触媒２４の入口側と出口側とで生じる濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいとき、排気浄化装置１０の尿素水は凍結している可能性が高い。したがって、時期判断部３３は、内燃機関１１の運転中であり、還元触媒２４が活性温度に到達し、ＮＯｘの濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいとき、凍結判定時期であると判断する。
【００１８】
尿素水添加制御部３４は、時期判断部３３で凍結判定時期にあると判断されたとき、インジェクタ２５を駆動する。このとき、尿素水添加制御部３４は、設定添加量Ｖａの尿素水の添加に対応する期間、インジェクタ２５を駆動する。設定添加量Ｖａは、インジェクタ２５や還元触媒２４の性能に応じて任意に設定される。尿素水タンク２１およびインジェクタ２５を含む尿素水の経路において尿素水が凍結しているとき、インジェクタ２５は十分な量の尿素水を噴射できない。そのため、尿素水添加制御部３４は、尿素水の凍結の有無、すなわちインジェクタ２５へ十分な量の尿素水が供給されているか否かに関わらず、設定添加量Ｖａの尿素水を噴射するために必要な期間、インジェクタ２５を駆動する。これにより、インジェクタ２５は、尿素水の供給の有無に関わらず、設定添加量Ｖａの尿素水を噴射するために必要な期間、作動する。ここで、尿素水添加制御部３４は、インジェクタ２５の作動一回当たりの尿素水の噴射量が規定されているとき、設定添加量Ｖａに対応する噴射回数でインジェクタ２５を駆動してもよい。本実施形態の場合、インジェクタ２５は、尿素水を２回噴射する。
【００１９】
凍結判定部３５は、排気浄化装置１０における尿素水が凍結しているか否かを判定する。具体的には、凍結判定部３５は、尿素水添加制御部３４によりインジェクタ２５が駆動されてから、予め設定された設定期間Ｔａが経過した後、ＮＯｘの濃度差ΔＣを取得する。すなわち、凍結判定部３５は、入口側ＮＯｘセンサ３６で検出したＮＯｘの濃度Ｃｉと、出口側ＮＯｘセンサ３７で検出したＮＯｘの濃度Ｃｅとの差を濃度差ΔＣ＝｜Ｃｉ−Ｃｅ｜として取得する。ここで、設定期間Ｔａは、インジェクタ２５から尿素水が添加された排気が還元触媒２４を通過するのに要する期間に対応する。そのため、設定期間Ｔａは、還元触媒２４の性能や寸法、排気通路１３を流れる排気の流速などに応じて予め設定されている。本実施形態の場合、設定期間Ｔａは、２秒に設定している。
【００２０】
凍結判定部３５は、ＮＯｘの濃度差ΔＣを取得すると、取得した濃度差ΔＣが予め設定した設定濃度差Ｃｂよりも小さいか否かを比較する。この設定濃度差Ｃｂは、判定濃度差Ｃａと異なる値として設定されている。凍結判定部３５は、取得した濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂよりも小さいとき、尿素水が凍結していると判定する。
排気浄化装置１０の尿素水タンク２１およびインジェクタ２５を含む尿素水の経路において尿素水が凍結しているとき、設定添加量Ｖａに対応してインジェクタ２５を駆動しても、インジェクタ２５から排気へ噴射される尿素水の量は不足する。そのため、排気に含まれるＮＯｘは、還元触媒２４において十分に還元されない。その結果、還元触媒２４の入口側におけるＮＯｘの濃度Ｃｉと出口側におけるＮＯｘの濃度Ｃｅとの差は小さくなる。そこで、凍結判定部３５は、入口側ＮＯｘセンサ３６および出口側ＮＯｘセンサ３７で検出したＮＯｘの濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいとき、尿素水タンク２１およびインジェクタ２５を含む尿素水が供給される経路において尿素水が凍結していると判定する。
【００２１】
次に、上記の構成による凍結判定装置３０における凍結判定の処理の流れについて図３に基づいて説明する。
時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。具体的には、時期判断部３３は、運転判断部３２から内燃機関１１が運転中であるか否かの判断結果を取得する。運転判断部３２は、エンジン制御装置４１から取得したデータに内燃機関１１の運転を示すものが含まれているか否かに基づいて、内燃機関１１の運転の有無を判断する。時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中であると判断されると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、還元触媒２４の入口側と出口側とにおけるＮＯｘの濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいか否かを判断する（Ｓ１０２）。時期判断部３３は、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいと判断されると（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達しているか否かを判断する（Ｓ１０３）。時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中でないと判断されたとき（Ｓ１０１：Ｎｏ）、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａ以上であると判断されたとき（Ｓ１０２：Ｎｏ）、または還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達していないと判断されたとき（Ｓ１０３：Ｎｏ）、処理を終了する。
【００２２】
尿素水添加制御部３４は、Ｓ１０３において還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達していると判断されると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、インジェクタ２５を駆動する（Ｓ１０４）。すなわち、尿素水添加制御部３４は、設定添加量Ｖａに対応する尿素水を噴射するために必要な期間、インジェクタ２５を駆動する。このインジェクタ２５を駆動する期間は、インジェクタ２５の駆動回数としてもよい。
【００２３】
凍結判定部３５は、Ｓ１０４においてインジェクタ２５が駆動されると、設定期間Ｔａが経過したか否かを判断する（Ｓ１０５）。凍結判定部３５は、設定期間Ｔａが経過していないと判断されたとき（Ｓ１０５：Ｎｏ）、設定期間Ｔａが経過するまで待機する。凍結判定部３５は、設定期間Ｔａが経過したと判断されると（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、ＮＯｘの濃度差ΔＣを取得する（Ｓ１０６）。凍結判定部３５は、入口側ＮＯｘセンサ３６および出口側ＮＯｘセンサ３７からそれぞれＮＯｘの濃度に基づいて、濃度差ΔＣを取得する。
【００２４】
凍結判定部３５は、取得したＮＯｘの濃度差ΔＣから、この濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいか否かを判断する（Ｓ１０７）。凍結判定部３５は、Ｓ１０７において濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいと判断されたとき（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、排気浄化装置１０の尿素水が凍結していると判定する（Ｓ１０８）。一方、凍結判定部３５は、Ｓ１０７において濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂ以上であると判断されたとき（Ｓ１０７：Ｎｏ）、排気浄化装置１０の尿素水が凍結していないと判定する（Ｓ１０９）。
【００２５】
以上の手順により、凍結判定装置３０は、排気浄化装置１０の尿素水が凍結しているか否かを判断する。凍結判定装置３０は、尿素水が凍結していると判定したとき、必要に応じて、例えば尿素水タンク２１に設けられているヒータ４２などの加熱手段を用いて尿素水を解凍する。なお、ヒータ４２などの加熱手段は、尿素水ポンプ２２自身であってもよい。また、加熱手段は、尿素水タンク２１に限らず、尿素水通路２６のいずれかの場所に設けてもよい。
【００２６】
以上説明した第１実施形態では、尿素水添加制御部３４は、凍結判定時期であると判断されると、インジェクタ２５を駆動する。凍結判定部３５は、インジェクタ２５から排気へ尿素水を添加した後、ＮＯｘの濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいとき、尿素水が凍結していると判定する。これにより、尿素水は、温度の検出に依存することなく、凍結が判定される。したがって、尿素水の温度を検出するための温度センサの数を増やすことなく、尿素水の凍結判定の精度を高めることができる。
【００２７】
また、第１実施形態では、時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中であり、還元触媒２４の温度が活性温度ｔより高いとき、ＮＯｘの濃度差ΔＣに基づいて凍結判定時期であるか否かを判断する。そのため、排気が排出されない内燃機関１１の停止中、および排気の浄化が不十分となる還元触媒２４の温度が活性温度ｔ以下のとき、時期判断部３３は判定時期と判断しない。したがって、尿素水の凍結に起因せずにＮＯｘの還元が不十分になる条件を排除することができ、尿素水の凍結判定の精度を高めることができる。
【００２８】
さらに、第１実施形態では、凍結判定部３５は、インジェクタ２５を駆動して設定期間Ｔａが経過した後、ＮＯｘの濃度差ΔＣを取得する。排気が還元触媒２４を通過するためには、設定期間Ｔａに相当する期間が必要となる。そのため、設定期間Ｔａの経過後に濃度差ΔＣを取得することにより、尿素水が添加されたことによりＮＯｘが還元されているか否かが判断される。したがって、尿素水の凍結判定の精度を高めることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態による凍結判定装置３０を適用した排気浄化装置１０を図４に示す。
第２実施形態では、凍結判定装置３０は、外気温を検出する外気温検出手段として外気温センサ５１を備えている。外気温センサ５１は、外気温を検出し、検出した外気温を電気信号として凍結判定装置３０の制御部３１へ出力する。この外気温センサ５１は、例えば内燃機関１１が搭載された車両に設けられている外気温センサを用いることができる。時期判断部３３は、外気温センサ５１で検出した外気温ｔｘが予め設定した設定外気温ｔｘｃより低いとき、凍結判定時期であると判断する。設定外気温ｔｘｃは、尿素水が凍結していることを判断する基準となる温度である。すなわち、尿素水は、設定外気温ｔｘｃ以上であれば、凍結している可能性が低い。例えば日本の場合、冬季を除くと尿素水が凍結する温度まで外気温が低下するおそれは低い。そこで、時期判断部３３は、尿素水の凍結の判定を実行する前に、外気温ｔｘを取得し、尿素水の凍結を考慮する必要がない程度の外気温ｔｘであれば、尿素水の凍結の判定を実行しない。本実施形態の場合、設定外気温ｔｘｃは、１０℃に設定している。
【００３０】
次に、第２実施形態による凍結判定の処理の流れについて図５に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する処理については、説明を省略する。
時期判断部３３は、まず外気温センサ５１で取得した外気温ｔｘが設定外気温ｔｘｃより低いか否かを判断する（Ｓ２０１）。時期判断部３３は、外気温センサ５１で取得した外気温ｔｘが設定外気温ｔｘｃ以上であるとき（Ｓ２０１：Ｎｏ）、尿素水の凍結を判定することなく処理を終了する。
【００３１】
一方、時期判断部３３は、外気温センサ５１で取得した外気温ｔｘが設定外気温ｔｘｃより低いとき（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、内燃機関１１が運転中であるか否かを判断する（Ｓ２０２）。この後の処理は、第１実施形態と同様である。すなわち、時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中であるとき（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいか否かを判断する（Ｓ２０３）。時期判断部３３は、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいとき（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達しているか否かを判断する（Ｓ２０４）。時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中でないとき（Ｓ２０２：Ｎｏ）、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａ以上であるとき（Ｓ２０３：Ｎｏ）、または還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達していないとき（Ｓ２０４：Ｎｏ）、処理を終了する。
【００３２】
尿素水添加制御部３４は、Ｓ２０４において還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達していると判断されると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、インジェクタ２５を駆動する（Ｓ２０５）。凍結判定部３５は、Ｓ２０５においてインジェクタ２５が駆動されると、設定期間Ｔａが経過したか否かを判断する（Ｓ２０６）。凍結判定部３５は、設定期間Ｔａが経過していないとき（Ｓ２０６：Ｎｏ）、設定期間Ｔａが経過するまで待機する。凍結判定部３５は、設定期間Ｔａが経過すると（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、ＮＯｘの濃度差ΔＣを取得する（Ｓ２０７）。
【００３３】
凍結判定部３５は、取得した濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいか否かを判断する（Ｓ２０８）。凍結判定部３５は、濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいとき（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、排気浄化装置１０の尿素水が凍結していると判定する（Ｓ２０９）。一方、凍結判定部３５は、Ｓ２０８において濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂ以上であるとき（Ｓ２０８：Ｎｏ）、排気浄化装置１０の尿素水が凍結していないと判定する（Ｓ２１０）。
【００３４】
以上説明した第２実施形態では、時期判断部３３は、凍結判定時期であるか否かを判断するのに先立って外気温ｔｘを取得する。そして、時期判断部３３は、取得した外気温ｔｘに基づいて、Ｓ２０２以降の処理を実行するか否かを判断する。すなわち、時期判断部３３は、外気温ｔｘが設定外気温ｔｘｃより低いとき、尿素水が凍結しているか否かを判定する。これにより、例えば夏季のように外気温が十分に高く、尿素水の凍結のおそれがないとき、尿素水の凍結の判定を省略することができる。一方、例えば冬季のように外気温が低く、尿素水の凍結が生じるおそれがあるとき、確実に尿素水の凍結を判定することができる。
【００３５】
（第３実施形態）
第３実施形態による凍結判定装置３０を適用した排気浄化装置１０を図６に示す。
第３実施形態では、凍結判定装置３０は、尿素水の温度を検出する尿素水温検出手段として尿素水温センサ５２を備えている。尿素水温センサ５２は、尿素水の温度を検出し、検出した尿素水温を電気信号として凍結判定装置３０の制御部３１へ出力する。この尿素水温センサ５２は、例えば排気浄化装置１０の尿素水タンク２１または尿素水通路２６に設けられている。時期判断部３３は、尿素水温センサ５２で検出した尿素水温ｔｙが予め設定した設定尿素水温ｔｙｃより低いとき、凍結判定時期であると判断する。設定尿素水温ｔｙｃは、尿素水が凍結していることを判断する基準となる温度である。すなわち、尿素水は、設定尿素水温ｔｙｃ以上であれば、凍結している可能性が低い。そこで、時期判断部３３は、尿素水の凍結の判定を実行する前に、尿素水温ｔｙを取得し、尿素水の凍結を考慮する必要がない程度の尿素水温ｔｙであれば、尿素水の凍結の判定を実行しない。本実施形態の場合、設定尿素水温ｔｙｃは、１０℃に設定している。
【００３６】
次に、第３実施形態による凍結判定の処理の流れについて図７に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する処理については、説明を省略する。
時期判断部３３は、まず尿素水温センサ５２で取得した尿素水温ｔｙが設定尿素水温ｔｙｃより低いか否かを判断する（Ｓ３０１）。時期判断部３３は、尿素水温センサ５２で取得した尿素水温ｔｙが設定尿素水温ｔｙｃ以上であるとき（Ｓ３０１：Ｎｏ）、尿素水の凍結を判定することなく処理を終了する。
【００３７】
一方、時期判断部３３は、尿素水温センサ５２で取得した尿素水温ｔｙが設定尿素水温ｔｙｃより低いとき（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、内燃機関１１が運転中であるか否かを判断する（Ｓ３０２）。この後の処理は、第１実施形態と同様である。すなわち、時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中であるとき（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいか否かを判断する（Ｓ３０３）。時期判断部３３は、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａより小さいとき（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達しているか否かを判断する（Ｓ３０４）。時期判断部３３は、内燃機関１１が運転中でないとき（Ｓ３０２：Ｎｏ）、濃度差ΔＣが判定濃度差Ｃａ以上であるとき（Ｓ３０３：Ｎｏ）、または還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達していないとき（Ｓ３０４：Ｎｏ）、処理を終了する。
【００３８】
尿素水添加制御部３４は、Ｓ３０４において還元触媒２４の温度が活性温度ｔに達していると判断されると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、インジェクタ２５を駆動する（Ｓ３０５）。凍結判定部３５は、Ｓ３０５においてインジェクタ２５が駆動されると、設定期間Ｔａが経過したか否かを判断する（Ｓ３０６）。凍結判定部３５は、設定期間Ｔａが経過していないとき（Ｓ３０６：Ｎｏ）、設定期間Ｔａが経過するまで待機する。凍結判定部３５は、設定期間Ｔａが経過すると（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、ＮＯｘの濃度差ΔＣを取得する（Ｓ３０７）。
【００３９】
凍結判定部３５は、取得した濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいか否かを判断する（Ｓ３０８）。凍結判定部３５は、濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂより小さいとき（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、排気浄化装置１０の尿素水が凍結していると判定する（Ｓ３０９）。一方、凍結判定部３５は、Ｓ３０８において濃度差ΔＣが設定濃度差Ｃｂ以上であるとき（Ｓ３０８：Ｎｏ）、排気浄化装置１０の尿素水が凍結していないと判定する（Ｓ３１０）。
【００４０】
以上説明した第３実施形態では、時期判断部３３は、凍結判定時期であるか否かを判断するのに先立って尿素水温ｔｙを取得する。そして、時期判断部３３は、取得した尿素水温ｔｙに基づいて、Ｓ３０２以降の処理を実行するか否かを判断する。すなわち、時期判断部３３は、尿素水温ｔｙが設定尿素水温ｔｙｃより低いとき、尿素水が凍結しているか否かを判定する。これにより、例えば夏季のように外気温が十分に高く、尿素水の凍結のおそれがないとき、尿素水の凍結の判定を省略することができる。一方、例えば冬季のように外気温が低く、尿素水の凍結が生じるおそれがあるとき、確実に尿素水の凍結を判定することができる。
【００４１】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
図面中、１０は排気浄化装置、１１は内燃機関、１３は排気通路、２４は還元触媒、２５はインジェクタ、３０は凍結判定装置、３３は時期判断部（時期判断手段）、３４は尿素水添加制御部（尿素水添加制御手段）、３５は凍結判定部（凍結判定手段）、５１は外気温センサ（外気温検出手段）、５２は尿素水温センサ（尿素水温検出手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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