(57)【要約】【課題】通常の還元剤噴射装置の制御を実行したままで還元剤噴射弁の詰まり診断を行うことができる還元剤噴射弁の詰まり診断装置及び詰まり診断方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】還元剤噴射弁と、ポンプと、還元剤供給通路と、還元剤供給通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するための還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、所定のＤＵＴＹサイクル中の開弁時間と閉弁時間との比を制御することで還元剤噴射量の制御を行う還元剤噴射弁制御手段と、圧力センサのセンサ信号に基づき還元剤供給通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、所定期間内に検出される還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を所定の閾値と比較することにより還元剤噴射弁の詰まり判定を行う詰まり判定手段と、を備える。【選択図】図２
2011149366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、前記還元剤を前記還元剤噴射弁に向けて圧送するポンプと、前記還元剤噴射弁と前記ポンプとの間に接続された還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤噴射装置における前記還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するための還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、
所定のＤＵＴＹサイクル中の開弁時間と閉弁時間との比を制御することで還元剤噴射量の制御を行う還元剤噴射弁制御手段と、
前記圧力センサのセンサ信号に基づき前記還元剤供給通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
所定期間内に検出される前記還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を所定の閾値と比較することにより前記還元剤噴射弁の詰まり判定を行う詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の詰まり診断装置。
【請求項２】
前記所定期間は、前記還元剤噴射量が所定値以上増量された期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の詰まり診断装置。
【請求項３】
前記還元剤供給通路内の圧力が所定値で維持されるように前記ポンプの駆動制御が行われるように構成されている場合に、前記所定期間は、前記還元剤噴射量が所定値以上減量された期間を含むことを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の詰まり診断装置。
【請求項４】
前記還元剤供給通路内の圧力が所定値で維持されるように前記ポンプの駆動制御が行われるように構成されている場合に、前記所定期間は、前記還元剤噴射量が所定値以上増量された期間及び所定値以上減量された期間をともに含むことを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の詰まり診断装置。
【請求項５】
前記詰まり判定手段は、前記最大値と最小値の差を複数の閾値と比較することにより、前記還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の詰まり診断装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、前記還元剤を前記還元剤噴射弁に向けて圧送するポンプと、前記還元剤噴射弁と前記ポンプとの間に接続された還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤噴射装置における前記還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するための還元剤噴射弁の詰まり診断方法において、
所定期間内に検出される前記還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を所定の閾値と比較することにより前記還元剤噴射弁の詰まり判定を行うことを特徴とする還元剤噴射弁の詰まり診断方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の還元剤噴射弁の詰まり診断装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを浄化するための還元剤を内燃機関の排気通路内に噴射する還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するための詰まり診断装置及び詰まり診断方法並びにそのような詰まり診断装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気ガスには窒素酸化物（ＮＯX）が含まれる場合がある。このＮＯXを浄化する排気浄化装置の一つとして、内燃機関の排気通路に備えられた還元触媒の上流側で還元剤を噴射し、還元剤とＮＯXとの還元反応を触媒によって促進させ、ＮＯXを窒素や水、二酸化炭素等に分解して大気中に放出するように構成されたものがある。
【０００３】
このような排気浄化装置に備えられる還元剤噴射装置の一態様として、還元剤噴射弁によって排気通路内に還元剤を直接的に噴射する構成のものがある。このような還元剤噴射装置では、還元剤噴射弁に向けて所定の圧力で還元剤が供給された状態で還元剤噴射弁の開弁時間が調節されることで還元剤の噴射量が調節されるようになっている。具体的には、所定のＤＵＴＹサイクル中の開弁時間と閉弁時間との比を噴射指示値に基づいて制御することで、噴射指示値相当の還元剤が排気通路内に噴射されるように構成されている。
【０００４】
ここで、還元剤の代表的なものとしては尿素水溶液やアンモニア水、未燃燃料等が挙げられる。還元剤として尿素水溶液を用いる場合、尿素水溶液は所定の温度域において尿素が結晶化する性質を有しており、還元剤噴射弁の詰まりの原因になりやすい。また、還元剤の種類に関らず、排気ガスに含まれるスス等の微粒子が還元剤噴射弁の噴孔付近に付着して、還元剤噴射弁の詰まりを生じる場合もある。還元剤噴射弁に詰まりが生じると、排気通路内に噴射指示値相当の還元剤を正確に噴射することができなくなり、還元触媒に供給すべき還元剤が不足して、排気浄化効率が低下する。
【０００５】
そこで、還元剤噴射弁の詰まりを診断する方法として、還元剤噴射弁とポンプとを接続する還元剤供給通路内の圧力の低下量を用いて詰まりを診断する方法が開示されている。具体的には、還元剤噴射弁が開弁状態でポンプによる圧送を停止したときに所定時間に低下した還元剤供給通路内の圧力の低下量を示す開弁時圧力低下量と、還元剤噴射弁が全閉状態でポンプによる圧送を停止したときに所定時間に低下した還元剤供給通路内の圧力の低下量を示す閉弁時圧力低下量とを比較して、還元剤噴射弁の詰まりを診断する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、還元剤供給通路内の圧力の低下量を用いて詰まりを診断する別の方法として、第１還元剤通路（ポンプと還元剤噴射弁との間を接続する通路）に配置された圧力センサによって検出される値が所定の値に維持されるようにポンプの駆動制御を行った状態でポンプの出力が所定の閾値未満となっているか否かを判別する工程と、ポンプの出力が所定の閾値未満となっていると判別された場合に、ポンプを停止するとともに還元剤噴射弁を全開にし、圧力センサによって検出される第１還元剤通路内の圧力値が所定時間内に低下する圧力の低下量を算出する工程と、算出された圧力の低下量をもとに、第１還元剤通路に詰まりが生じているか否かを判別する工程と、を含む還元剤経路の詰まり診断方法が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８０１９３号公報（全文、全図）
【特許文献２】特開２００８−２０２４６９号公報（全文、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの特許文献１や特許文献２に開示された詰まり診断方法は、還元剤供給通路内の圧力の低下量を得るために強制的にポンプを停止させるようになっている。このような診断方法では、詰まり診断を行うためにあえて通常の噴射制御とは異なる制御を実行する必要があり、その間、ＮＯXの還元に必要な量の還元剤を供給できなくなって排気浄化効率が悪化するおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元剤噴射弁の開弁及び閉弁の動作に伴って還元剤供給通路内に圧力脈動が生じることに着目し、所定期間内に検出される還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を所定の閾値と比較することで還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、通常の還元剤噴射装置の制御を実行したままで還元剤噴射弁の詰まり診断を行うことができる還元剤噴射弁の詰まり診断装置及び詰まり診断方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、還元剤を還元剤噴射弁に向けて圧送するポンプと、還元剤噴射弁とポンプとの間に接続された還元剤供給通路と、還元剤供給通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するための還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、所定のＤＵＴＹサイクル中の開弁時間と閉弁時間との比を制御することで還元剤噴射量の制御を行う還元剤噴射弁制御手段と、圧力センサのセンサ信号に基づき還元剤供給通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、所定期間内に検出される還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を所定の閾値と比較することにより還元剤噴射弁の詰まり判定を行う詰まり判定手段と、を備えることを特徴とする還元剤噴射弁の詰まり診断装置が提供され、上述した課題を解決することができる。
【００１１】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置を構成するにあたり、所定期間は、還元剤噴射量が所定値以上増量された期間を含むことが好ましい。
【００１２】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置を構成するにあたり、還元剤供給通路内の圧力が所定値で維持されるようにポンプの駆動制御が行われるように構成されている場合に、所定期間は、還元剤噴射量が所定値以上減量された期間を含むことが好ましい。
【００１３】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置を構成するにあたり、還元剤供給通路内の圧力が所定値で維持されるようにポンプの駆動制御が行われるように構成されている場合に、所定期間は、還元剤噴射量が所定値以上増量された期間及び所定値以上減量された期間をともに含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置を構成するにあたり、詰まり判定手段は、最大値と最小値の差を複数の閾値と比較することにより、還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、還元剤を還元剤噴射弁に向けて圧送するポンプと、還元剤噴射弁とポンプとの間に接続された還元剤供給通路と、還元剤供給通路内の圧力を検出するための圧力センサと、を備えた還元剤噴射装置における還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するための還元剤噴射弁の詰まり診断方法において、所定期間内に検出される還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を所定の閾値と比較することにより還元剤噴射弁の詰まり判定を行うことを特徴とする還元剤噴射弁の詰まり診断方法である。
【００１６】
また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかの還元剤噴射弁の詰まり診断装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置及び詰まり診断方法並びに内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤噴射弁の開弁動作や閉弁動作に応じて還元剤供給通路内に圧力脈動が生じることを利用して、所定期間内に検出される還元剤供給通路内の圧力の最大値及び最小値の差を閾値と比較することによって還元剤噴射弁の詰まり判定が行われる。したがって、通常の還元剤噴射装置の制御を実行したままで還元剤噴射弁の詰まり診断を実行することができる。
【００１８】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、圧力の最大値及び最小値を見るための所定期間が、還元剤噴射量が所定値以上増量された期間を含むことにより、還元剤噴射弁が詰まりを生じていない場合には圧力の最小値が小さくなって圧力の最大値と最小値との差が相対的に大きくなる。そのため、詰まりを生じている場合と生じていない場合とで圧力の最大値と最小値との差の値の違いが顕著に表れる。したがって、還元剤噴射弁の詰まり判定を精度よく行うことができる。
【００１９】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、還元剤供給通路内の圧力が所定値で維持されるようにポンプの駆動制御が行われる場合に、圧力の最大値及び最小値を見るための所定期間が、還元剤噴射量が所定値以上減量された期間を含むことにより、還元剤噴射弁が詰まりを生じていない場合には圧力の最大値が大きくなって圧力の最大値と最小値との差が相対的に大きくなる。そのため、詰まりを生じている場合と生じていない場合とで圧力の最大値と最小値との差の値の違いが顕著に表れる。したがって、還元剤噴射弁の詰まり判定を精度よく行うことができる。
【００２０】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、還元剤供給通路内の圧力が所定値で維持されるようにポンプの駆動制御が行われる場合に、圧力の最大値及び最小値を見るための所定期間が、還元剤噴射量が所定値以上増量された期間及び所定値以上減量された期間をともに含むことにより、還元剤噴射弁が詰まりを生じていない場合には圧力の最大値が大きくなるとともに最小値が小さくなって圧力の最大値と最小値との差が相対的に大きくなる。そのため、詰まりを生じている場合と生じていない場合とで圧力の最大値と最小値との差の値の違いがさらに顕著に表れる。したがって、還元剤噴射弁の詰まり判定を精度よく行うことができる。
【００２１】
また、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置において、詰まり判定手段が圧力の最大値と最小値との差を複数の閾値と比較することにより還元剤噴射弁の詰まりの程度を判定することにより、詰まりの程度に応じて還元剤の噴射量を補正したり、還元剤噴射弁の交換等を適切な時期に行ったりすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図２】還元剤の噴射量の変化に伴う圧力脈動の変化について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る排気浄化装置に備えられた制御装置（詰まり診断装置）の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の詰まり診断方法を説明するためのフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤噴射弁の詰まり診断装置及び詰まり診断方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００２４】
１．排気浄化装置
（１）全体構成
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０の構成の一例を示している。この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気通路に接続されており、還元触媒２０と、還元剤噴射装置３０と、制御装置６０等を備えており、内燃機関５から排出される排気ガス中のＮＯXを、還元剤としての尿素水溶液を用いて浄化する尿素ＳＣＲシステムとして構成されている。ただし、本発明において使用できる還元剤は尿素水溶液に限られるものではなく、例えばアンモニア水を用いることもできるし、あるいは、排気浄化装置がＨＣ（未燃燃料）を用いたＳＣＲシステムである場合や、排気浄化装置に備えられる触媒がＮＯX吸蔵触媒である場合には、還元剤として未燃燃料を用いることができる。
【００２５】
本実施形態の排気浄化装置１０に用いられる還元触媒２０は、排気通路内に噴射された尿素水溶液が加水分解することで生成されるアンモニアを吸着し、アンモニアとＮＯXとの還元反応を促進する機能を有している。還元触媒２０は公知の触媒が適宜用いられる。
【００２６】
（２）還元剤噴射装置
還元剤噴射装置３０は、貯蔵タンク３１と、還元剤噴射弁３４と、ポンプ４１等を主たる要素として構成されている。貯蔵タンク３１とポンプ４１とは第１の還元剤供給通路５７で接続され、ポンプ４１と還元剤噴射弁３４とは第２の還元剤供給通路５８で接続されている。このうち第２の還元剤供給通路５８には圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３のセンサ信号は制御装置６０に送信され、制御装置６０ではこのセンサ信号に基づいて第２の還元剤供給通路５８内の圧力が算出される。
【００２７】
また、第２の還元剤供給通路５８の途中には、貯蔵タンク３１に通じる循環経路５９が接続されている。循環経路５９にはオリフィス４５が設けられており、循環経路５９を介して貯蔵タンク３１に戻される還元剤の流れに抵抗を与え、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が高められるようになっている。このような還元剤噴射装置自体は公知の構成のものを用いることができる。
【００２８】
ポンプ４１は、制御装置６０により駆動制御される電動ポンプが用いられている。本実施形態において、ポンプ４１は、圧力センサ４３によって検出される第２の還元剤供給通路５８内の圧力が所定値に維持されるように、その出力がフィードバック制御されるように構成されている。したがって、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が所定値を超える場合にはポンプ４１の出力は小さくされ、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が所定値を下回る場合にはポンプ４１の出力は大きくされる。
【００２９】
後述するように、本実施形態において還元剤噴射弁３４は所定のＤＵＴＹサイクル中の開弁時間と閉弁時間と比（以下「開弁ＤＵＴＹ比」と称する場合がある。）を制御することで噴射量の調節を行うものである。そのため、還元剤噴射弁３４の開閉に伴って第２の還元剤供給通路５８内に圧力脈動が生じるが、ポンプ４１の出力のフィードバック制御は、還元剤噴射弁３４のＤＵＴＹサイクルと同じ間隔で圧力センサ４３を用いて検出される圧力値に基づいて行われるようになっている。
【００３０】
還元剤噴射弁３４は、制御装置６０により開弁のオンオフが制御される電磁駆動式のオンオフ弁が用いられており、還元触媒２０よりも上流側において排気管１１に固定されている。この還元剤噴射弁３４は、基本的には、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が目標値に維持されている状態で通電制御が行われる。具体的には、演算によって求められる噴射指示値に応じて所定のＤＵＴＹサイクル中における開弁ＤＵＴＹ比を設定することにより、排気通路内への還元剤の噴射量が調節される。
【００３１】
このように構成された還元剤噴射装置３０では、還元剤噴射弁３４からの還元剤の噴射動作によって第２の還元剤供給通路５８内に圧力脈動が生じる。具体的に説明すると、還元剤噴射弁３４からの噴射がない状態においては、ポンプ４１によって圧送される還元剤は循環通路５９を介して貯蔵タンク３１に戻され、第２の還元剤供給通路５８内の圧力はほぼ所定値で維持される。この状態で一回のＤＵＴＹサイクル中に還元剤噴射弁３４の開弁動作及び閉弁動作が行われると、第２の還元剤供給通路５８内の圧力は一旦低下した後上昇する。
【００３２】
噴射量がほぼ一定の状態で、すなわち、開弁ＤＵＴＹ比がほぼ一定の状態でＤＵＴＹサイクルが継続する場合には、基本的に一定の振幅で圧力脈動が繰り返される。第２の還元剤供給通路５８と圧力的に連通している領域内に存在する気体成分が限りなくゼロに近ければ、噴射量と振幅の大きさとは比例する関係にあるために、噴射量あるいは開弁ＤＵＴＹ比に応じた閾値以上の振幅が生じているかを見ることで還元剤噴射弁３４の詰まりの有無を判定することができる。
【００３３】
ただし、第２の還元剤供給通路５８と圧力的に連通する領域内には少なからず気体成分が存在する可能性が高く、ポンプ４１の出力や還元剤噴射弁３４の開弁ＤＵＴＹ比が一定の値であっても検出される圧力がバラついて振幅の大きさにバラツキを生じる場合がある。そのため、本実施形態においては、還元剤の噴射量が所定値以上増量された場合、あるいは、所定値以上減量された場合における圧力脈動を見ることによって還元剤噴射弁３４の詰まりの有無を判定するように構成されている。
【００３４】
図２は噴射量の増減によって生じる圧力脈動を示しており、詰まりを生じている還元剤噴射弁及び詰まりを生じていない還元剤噴射弁をそれぞれ同じ開弁ＤＵＴＹ比で駆動した場合における、第２の還元剤供給通路５８内の圧力の変化を示している。図２中、実線は還元剤噴射弁３４に詰まりを生じていない場合の圧力の変化を示し、点線は還元剤噴射弁３４に詰まりを生じている場合の圧力の変化を示している。
【００３５】
還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていない場合には、Ａの時点において還元剤の噴射量が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射量よりも所定値以上増量された場合、すなわち、開弁ＤＵＴＹ比が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁ＤＵＴＹ比よりも所定値以上大きくなった場合、開弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁時間よりも長くなって還元剤噴射弁３４の開弁動作によって低下する圧力の最小値のピークPminAx-1が前回の噴射時と比べて小さくなる。
【００３６】
また、その後の閉弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの閉弁時間よりも短くなり、ポンプ４１の出力の変更に時間差があるために閉弁時に上昇する圧力の最大値のピークが前回の噴射時と比べて小さくなる。そのため、次のＤＵＴＹサイクルにおいて同じ開弁ＤＵＴＹ比で開弁動作が行われると、その開弁動作によって低下する圧力の最小値のピークPminAx-2が前回の圧力の最小値のピークPminAx-1よりもさらに小さくなる。
【００３７】
逆に、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていない場合に、Ｂの時点において還元剤の噴射量が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射量よりも所定値以上減量された場合、すなわち、開弁ＤＵＴＹ比が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁ＤＵＴＹ比よりも所定値以上小さくなった場合、開弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁時間よりも短くなって還元剤噴射弁３４の開弁動作によって低下する圧力の最小値のピークが前回の噴射時と比べて大きくなる。そして、その後の閉弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの閉弁時間よりも長くなり、ポンプ４１の出力の変更に時間差があるために閉弁時に上昇する圧力の最大値のピークPminBx-1が前回の噴射時と比べて大きくなる。
【００３８】
さらに、次のＤＵＴＹサイクルにおいて同じ開弁ＤＵＴＹ比で開弁動作が行われると、その開弁動作によって低下する圧力の最小値のピークが前回の圧力の最小値のピークよりもさらに大きくなる結果、その後の閉弁動作によって上昇する圧力の最大値のピークPminBx-2が前回の最大値のピークPmaxBx-1よりもさらに大きくなる。
【００３９】
一方、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じている場合には、基本的に、還元剤の噴射量が噴射指示値よりも少なくなるために、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていない場合に比べてポンプ４１の出力は小さくなる。そして、Ａの時点において還元剤の噴射量が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射量よりも所定値以上増量された場合、すなわち、開弁ＤＵＴＹ比が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁ＤＵＴＹ比よりも所定値以上大きくなった場合、開弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁時間よりも長くなったとしても還元剤噴射弁３４の開弁動作によって圧力は低下しにくく、最小値のピークPminAy-1、PminAy-2は詰まりを生じていない場合に比べて大きくなる。
【００４０】
また、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じている場合に、Ｂの時点において還元剤の噴射量が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射量よりも所定値以上減量された場合、すなわち、開弁ＤＵＴＹ比が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁ＤＵＴＹ比よりも所定値以上小さくなった場合、還元剤噴射弁３４が完全に詰まっているのでない限り、開弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの開弁時間よりも短くなることによって還元剤噴射弁３４の開弁動作によって低下する圧力の最小値のピークが前回の噴射時と比べて大きくなる。また、その後の閉弁時間が前回のＤＵＴＹサイクルでの閉弁時間よりも長くなって閉弁時に上昇する圧力の最大値のピークが前回の噴射時と比べて大きくなるものの、ポンプ４１の出力がもともと小さいために、圧力の最大値のピークPmaxBy-1、PmaxBy-2は還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていない場合に比べて小さくなる。
【００４１】
このように、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていなければ、還元剤の噴射量の変化によって圧力脈動の最大値又は最小値のピークが大きくあるいは小さくなるが、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じている場合には、噴射量が噴射指示値に比べて少なくなること及びポンプ４１の出力が小さくなることから、変化する圧力脈動の最大値及び最小値のピークは詰まりが生じていない場合に比べて変化しにくくなる。本実施形態の排気浄化装置１０では、この圧力脈動の最大値及び最小値のピークの変化度合を利用して還元剤噴射弁３４の詰まり判定を行うように構成されている。
【００４２】
２．制御装置（詰まり診断装置）
図３は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置６０の構成のうち、還元剤噴射装置３０の制御に関する部分及び還元剤噴射弁３４の詰まり診断に関する部分について機能的なブロックで表したものである。
【００４３】
この制御装置６０は、圧力検出手段６１と、ポンプ駆動制御手段６２と、還元剤噴射弁制御手段６３と、詰まり判定手段６４とを備えている。この制御装置６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、各手段はマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。
【００４４】
また、制御装置６０には記憶手段（ＲＡＭ：Random Access Memory）６５が備えられている。この記憶手段６５には、各手段での演算結果やあらかじめ用意されたデータマップ等が記憶される。
【００４５】
圧力検出手段６１は、継続的に圧力センサ４３のセンサ信号Spを読み込み第２の還元剤供給通路５８内の圧力Pureaを検出する。本実施形態において、圧力検出手段６１は、還元剤噴射弁３４による還元剤の噴射制御のＤＵＴＹサイクルと同じ間隔で圧力Pureaを検出するように構成されている。検出された圧力Pureaは記憶手段６５に記憶される。
【００４６】
ポンプ駆動制御手段６２は、圧力検出手段６１によって検出される第２の還元剤通路５８内の圧力Pureaの値を読み込むとともに、圧力Pureaが所定値に維持されるようにポンプ４１の出力をフィードバック制御する。
【００４７】
還元剤噴射弁制御手段６３は、排気温度Tgasや触媒温度Tcat、内燃機関５の運転状態等に関する情報を読み込み、還元剤の噴射指示値Qtgtを算出する。また、還元剤噴射弁制御手段６３は、算出された噴射指示値Qtgtに基づいて還元剤噴射弁３４に供給する通電量及び通電時期を決定し、還元剤噴射弁３４の通電のＤＵＴＹ制御を行う。上述したように、還元剤噴射弁３４は、所定のＤＵＴＹサイクル中の開弁ＤＵＴＹ比を噴射指示値Qtgtに応じて変えながら、一定のサイクルごとに還元剤の噴射を行う。
【００４８】
詰まり判定手段６４は、所定期間内に検出され記憶手段６５に記憶されている第２の還元剤供給通路５８内の圧力Pureaを読み込むとともに、その期間内での圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminを求め、この最大値Pmax及び最小値Pminの差Wpを閾値W0と比較することにより、還元剤噴射弁３４の詰まり判定を行う。
【００４９】
所定期間は、その終期を例えば噴射指示値Qtgtに基づいて決定することができる。具体的には、今回の噴射指示値Qtgt(n)が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射指示値Qtgt(n-1)よりも所定量ΔQ以上増量されて噴射が実行された時点T1や、今回の噴射指示値Qtgt(n)が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射指示値Qtgt(n-1)よりも所定量ΔQ以上減量された噴射が実行された時点T2を、所定期間の終期とすることができる。これらの二つの時点T1、T2をともに経過した時点を終期としてもよい。
【００５０】
所定量ΔQは、今回の噴射によって発生する圧力脈動の最大値のピーク又は最小値のピークが、前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射によって発生した圧力脈動の最大値のピーク又は最小値のピークから大きく変更されるような量として適宜設定することができる。噴射量が増量される際の所定量ΔQと減量される際の所定量ΔQとは異なる値であってもよい。
【００５１】
あるいは、通常の還元剤の噴射制御を実行している状況において、所定量ΔQ以上に噴射量が増量又は減量されるような状況が比較的高い頻度で生じるような場合であれば、あらかじめ所定期間を一定の期間として規定しておき、その期間が経過したときの圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminを求めるようにすることもできる。
【００５２】
このように、所定期間に、今回の噴射量が前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射量と比べて所定量ΔQ以上増量又は減量された期間、あるいはそれらの期間をともに含むようにすれば、還元剤噴射弁３４に詰まりを生じていない場合において、所定期間内に検出される圧力Pureaの最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpが相対的に大きくなる。特に、所定期間がこれらの二つの期間をともに含むことにより、還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていない場合において圧力Pureaの最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpがさらに大きくなる。その結果、還元剤噴射弁３４に詰まりを生じている場合と生じていない場合とで、圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminとの差Wpの値に顕著な違いが現れやすくなる。したがって、最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpを閾値W0と比較することによる還元剤噴射弁３４の詰まり判定を精度よく行なうことができる。
【００５３】
求められた最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpと比較される閾値W0は、噴射量から想定される圧力脈動の振幅の大きさと、増量又は減量される所定量ΔQ分の噴射量に応じた圧力脈動の最大値又は最小値のピークの変化に基づいて設定される。例えばこの閾値W0は、あらかじめ実験等によって求めた上で、データマップとして記憶手段に記憶させられる。
【００５４】
また、求められた最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpを複数の閾値W0と比較することもできる。例えば、想定される還元剤噴射弁３４の詰まり度合いに応じて複数の異なる閾値W0a、W0b、W0c（W0a＞W0b＞W0c）を設けておくことができる。
【００５５】
具体的には、最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpが最も大きい閾値W0aを超えるときには還元剤噴射弁３４に詰まりを生じていないと判定し、差Wpが閾値W0bを超え閾値W0a以下の範囲内にあるときには還元剤噴射弁３４に軽度の詰まりを生じていると判定する。また、差Wpが閾値W0cを超え閾値W0b以下の範囲内にあるときには還元剤噴射弁３４に重度の詰まりを生じていると判定し、差Wpが最も小さい閾値W0c以下のときには還元剤噴射弁３４が完全に詰まっていると判定する。
【００５６】
このように、求められる圧力Pureaの最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpに基づいて還元剤噴射弁３４の詰まりの程度まで判定するようにすれば、詰まりの程度に応じて還元剤の噴射量を補正したり、還元剤噴射弁３４の交換等を適切な時期に行ったりすることができるようになる。
【００５７】
３．還元剤噴射弁の詰まり診断方法
次に、本実施形態の制御装置６０によって行われる還元剤噴射弁３４の詰まり診断方法の一例について、図４の制御フローを参照しながら詳細に説明する。
【００５８】
まず、ステップＳ１１において今回のＤＵＴＹサイクルで算出された噴射指示値Qtgt(n)と前回のＤＵＴＹサイクルでの噴射指示値Qtgt(n-1)とを読込む。次いで、ステップＳ１２において、今回の噴射指示値Qtgt(n)から前回の噴射指示値Qtgt(n-1)を減算した値がΔQ以上であるか否かが判別される。今回の噴射指示値Qtgt(n)から前回の噴射指示値Qtgt(n-1)を減算した値がΔQ以上である場合にはステップＳ１３に進み、フラグF1を立ててステップＳ１４に進む。
【００５９】
ステップＳ１４では、前回の噴射指示値Qtgt(n-1)から今回の噴射指示値Qtgt(n)を減算した値がΔQ以上であった場合に立てられるフラグF2が立てられているか否かが判別される。フラグF2が立てられている場合にはステップＳ１８に進む一方、フラグF2が建てられていない場合には本ルーチンを終了してスタートに戻る。
【００６０】
ステップＳ１２において、今回の噴射指示値Qtgt(n)から前回の噴射指示値Qtgt(n-1)を減算した値がΔQ未満である場合にはステップＳ１５に進み、今度は、前回の噴射指示値Qtgt(n-1)から今回の噴射指示値Qtgt(n)を減算した値がΔQ以上であるか否かが判別される。前回の噴射指示値Qtgt(n-1)から今回の噴射指示値Qtgt(n)を減算した値がΔQ未満である場合には本ルーチンを終了してスタートに戻る一方、前回の噴射指示値Qtgt(n-1)から今回の噴射指示値Qtgt(n)を減算した値がΔQ以上である場合にはステップＳ１６に進み、フラグF2を立ててステップＳ１７に進む。
【００６１】
ステップＳ１７では、今回の噴射指示値Qtgt(n)から前回の噴射指示値Qtgt(n-1)を減算した値がΔQ以上であった場合に立てられるフラグF1が立てられているか否かが判別される。フラグF1が立てられている場合にはステップＳ１８に進む一方、フラグF1が建てられていない場合には本ルーチンを終了してスタートに戻る。
【００６２】
フラグF1とフラグF2とがともに立てられている場合に進んだステップＳ１８では、記憶手段に記憶されている圧力Pureaの値から、期間内の最大値Pmax及び最小値Pminを読込む。次いで、ステップＳ１９において、読込まれた最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpが閾値W0c以下であるか否かが判別される。差Wpが閾値W0c以下である場合にはステップＳ２０に進む一方、差Wpが閾値W0cを越えている場合にはステップＳ２１に進む。ステップＳ２０では還元剤噴射弁３４が完全詰まり状態であると判定される。
【００６３】
差Wpが閾値W0cを超えている場合に進んだステップＳ２１では、差Wpが閾値W0b以下であるか否かが判別される。差Wpが閾値W0b以下である場合にはステップＳ２２に進む一方、差Wpが閾値W0bを超えている場合にはステップＳ２３に進む。ステップＳ２２では還元剤噴射弁３４が重度の詰まり状態であると判定される。
【００６４】
差Wpが閾値W0bを超えている場合に進んだステップＳ２３では、差Wpが閾値W0a以下であるか否かが判別される。差Wpが閾値W0a以下である場合にはステップＳ２４に進む一方、差Wpが閾値W0aを超えている場合にはステップＳ２５に進む。ステップＳ２４では還元剤噴射弁３４が軽度の詰まり状態であると判定される一方、ステップＳ２５では還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていないと判定される。
【００６５】
ステップＳ２５で還元剤噴射弁３４に詰まりが生じていないと判定された場合には、ステップＳ２７でフラグをリセットした後、本ルーチンを終了してスタートに戻る。一方、ステップＳ２０やステップＳ２２、ステップＳ２４で還元剤噴射弁３４の詰まりが検出された場合には、詰まりの度合いに応じて警告手段等を作動して運転者等に知らせた後に、ステップＳ２７でフラグをリセットし、本ルーチンを終了してスタートに戻る。
【００６６】
以上説明した制御フローでは指示噴射量Qtgtの増減があった場合に、検出された圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminを読込むようになっているが、指示噴射量Qtgtの増減のうちのいずれか一方があった場合に圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminを読込むようにしてもよい。また、指示噴射量Qtgtの増減があった場合に圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminを読込むのではなく、あらかじめ規定された所定時間を経過したときに、この所定時間内に指示噴射量Qtgtの増減があったか否かを確認した上で、圧力Pureaの最大値Pmax及び最小値Pminを読込むようにすることもできる。
【００６７】
このように、本実施形態の還元剤噴射弁の詰まり診断装置及び診断方法では、第２の還元剤供給通路５８内の圧力脈動によって還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断するため、通常の還元剤噴射装置３０の制御を実行したままで還元剤噴射弁の詰まりの有無を診断することができる。特に、本実施形態に置いては、求められる圧力Pureaの最大値Pmaxと最小値Pminとの差Wpと比較する閾値W0が複数設定されているために、還元剤噴射弁３４の詰まりの程度まで判定するようになっている。そのため、詰まりの程度に応じて還元剤の噴射量を補正したり、還元剤噴射弁３４の交換等を適切な時期に行ったりすることができるようになる。
【符号の説明】
【００６８】
５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気管、２０：還元触媒、３０：還元剤噴射装置、３１：貯蔵タンク、３４：還元剤噴射弁、４１：ポンプ、４３：圧力センサ、４５：オリフィス、５７：第１の還元剤供給通路、５８：第２の還元剤供給通路、５９：循環経路、６０：制御装置（還元剤噴射弁の詰まり診断装置）、６１：圧力検出手段、６２：ポンプ駆動制御手段、６３：還元剤噴射弁制御手段、６４：詰まり判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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