(57)【要約】【課題】タンク内の尿素水が完全解凍状態であるか否かを高精度で判定可能な、尿素水解凍判定装置を提供する。【解決手段】尿素水解凍判定装置としてのＥＣＵ４０は、取得部、解析部および判定部を備える。取得部は、タンク２３に貯留されている尿素水の液面レベルＬの時間変化を表した水位波形を取得する。解析部は、水位波形をスペクトル解析する。判定部は、スペクトル解析により得られたスペクトル波形の特定周波数帯域の強度が強度閾値ＴＨ２以上であることを条件として、タンク２３内の尿素水の全体が液体となっている完全解凍状態であると判定する。【選択図】図１
2019074038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク（２３）に貯留されている尿素水の液面レベルの時間変化を表した水位波形（Ｗ）を取得する取得部（Ｓ２３）と、
前記水位波形をスペクトル解析する解析部（Ｓ２５）と、
前記スペクトル解析により得られたスペクトル波形（Ｗ１）の特定周波数帯域の強度が閾値（ＴＨ２）以上であることを条件として、前記タンク内の尿素水の全体が液体となっている完全解凍状態であると判定する判定部（Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３）と、
を備える尿素水解凍判定装置。
【請求項２】
前記判定部により前記完全解凍状態と判定されていない場合には、前記液面レベルの時間変化が生じていたとしても、前記タンク内の尿素水を加熱する加熱装置（２３ｈ）を駆動させる加熱制御部（４１）を備える請求項１に記載の尿素水解凍判定装置。
【請求項３】
前記判定部により前記完全解凍状態と判定されていない場合には、前記液面レベルの時間変化が生じていたとしても、内燃機関（１０）の排気管（１０ｅｘ）へ前記尿素水を噴射することを禁止する噴射制御部（４２）を備える請求項１または２に記載の尿素水解凍判定装置。
【請求項４】
前記判定部により前記完全解凍状態と判定されていない場合には、前記液面レベルの時間変化が生じていたとしても、前記液面レベルの情報を外部装置（５０）で使用することを禁止する情報制御部（４４）と、
を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の尿素水解凍判定装置。
【請求項５】
前記タンクは、内燃機関（１０）を走行駆動源とした車両に搭載されており、
前記判定部による判定は、前記内燃機関の駆動中に実行される請求項１〜４のいずれか１つに記載の尿素水解凍判定装置。
【請求項６】
前記閾値は、前記液面レベルが低いほど大きい値に可変設定される請求項１〜５のいずれか１つに記載の尿素水解凍判定装置。
【請求項７】
タンク（２３）に貯留されている尿素水の液面レベルを検出するレベルセンサ（３０）と、
前記レベルセンサにより検出された前記液面レベルの、時間変化を表した水位波形（Ｗ）を取得する取得部（Ｓ２３）と、
前記水位波形をスペクトル解析する解析部（Ｓ２５）と、
前記スペクトル解析により得られたスペクトル波形（Ｗ１）の特定周波数帯域の強度が閾値以上であることを条件として、前記タンク内の尿素水の全体が液体となっている完全解凍状態であると判定する判定部（Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３）と、
を備える尿素水解凍判定システム。
【請求項８】
前記レベルセンサは、前記液面レベルが低いほど高分解能で前記液面レベルを検出するように構成され、
前記閾値は、前記液面レベルが低いほど大きい値に可変設定される請求項７に記載の尿素水解凍判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、タンクに貯留されている尿素水の解凍を判定する尿素水解凍判定装置および尿素水解凍判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、タンクに貯留されている尿素水が凍結しているか否かを判定する方法が記載されている。具体的には、タンクに貯留されている尿素水の液面レベルを検出するレベルセンサを利用して、液面レベルが揺動していることを検知した場合に凍結していないと判定し、上記揺動が検知されない場合に凍結していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
凍結した状態の尿素水がヒータや雰囲気から吸熱していくと、融点に達するまで尿素水温度は上昇し、融点に達した時点で融解（解凍）が生じる。その後さらに吸熱していくと、尿素水温度は融点で一定のまま解凍が進行していき、タンク内の全ての尿素水が解凍（完全解凍）すると尿素水温度は再び上昇しはじめる。つまり、解凍開始から完全解凍までの期間では、液体と固体の両方が存在する状態（半解凍状態）となる。
【０００５】
そして、液面レベルの揺動有無に基づき凍結有無を判定する上記方法では、固体の尿素水が残っている半解凍状態であっても、液面レベルが揺動するため解凍と判定されることになるので、完全解凍状態であるか否かを正確に判定できない。
【０００６】
開示される１つの目的は、タンク内の尿素水が完全解凍状態であるか否かを高精度で判定可能な、尿素水解凍判定装置または尿素水解凍判定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、開示された第１態様は、タンク（２３）に貯留されている尿素水の液面レベルの時間変化を表した水位波形（Ｗ）を取得する取得部（Ｓ２３）と、水位波形をスペクトル解析する解析部（Ｓ２５）と、スペクトル解析により得られたスペクトル波形（Ｗ１）の特定周波数帯域の強度が閾値（ＴＨ２）以上であることを条件として、タンク内の尿素水の全体が液体となっている完全解凍状態であると判定する判定部（Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３）と、を備える尿素水解凍判定装置とされる。
【０００８】
上記目的を達成するため、開示された第２態様は、タンク（２３）に貯留されている尿素水の液面レベルを検出するレベルセンサ（３０）と、レベルセンサにより検出された液面レベルの、時間変化を表した水位波形（Ｗ）を取得する取得部（Ｓ２３）と、水位波形をスペクトル解析する解析部（Ｓ２５）と、スペクトル解析により得られたスペクトル波形（Ｗ１）の特定周波数帯域の強度が閾値以上であることを条件として、タンク内の尿素水の全体が液体となっている完全解凍状態であると判定する判定部（Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３）と、を備える尿素水解凍判定システムとされる。
【０００９】
先述した半解凍状態では液面レベルが揺動するものの、その揺動の仕方が解凍状態の時とは異なる、といった点に本発明者は着目した。すなわち、解凍状態の場合には特定の周波数（周期）で安定して揺動するものの、半解凍状態の場合には不規則に揺動し、上記特定の周波数での安定した揺動は生じない。そのため、解凍状態での水位波形には特定の周波数成分の波形が重畳するものの、半解凍状態での水位波形には、その特定周波数成分の波形は重畳していない。
【００１０】
この点を鑑みた上記第１態様および第２態様によると、水位波形をスペクトル解析して得られたスペクトル波形の特定周波数帯域の強度が閾値以上であることを条件として、完全解凍状態であると判定するので、半解凍状態と完全解凍状態とを判別することができる。よって、半解凍状態を誤って完全解凍状態であると判定することを抑制でき、完全解凍状態であるか否かを高精度で判定できる。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る尿素水解凍判定システムおよび尿素水噴射システムが、車両に搭載された状態を示す模式図である。
【図２】第１実施形態において、ヒータ作動時間に対する尿素水の温度変化および相変化を示す図。
【図３】第１実施形態に係る尿素水の解凍状態を説明する模式図である。図中の（ａ）欄はタンク内の状態を示す図であり、（ｂ）欄はレベルセンサ出力の時間変化を表した水位波形を示す図であり、（ｃ）欄は水位波形をスペクトル解析して得られる周波数スペクトルを示す図である。
【図４】第１実施形態に係る尿素水の半解凍状態を説明する模式図である。図中の（ａ）欄はタンク内の状態を示す図であり、（ｂ）欄はレベルセンサ出力の時間変化を表した水位波形を示す図であり、（ｃ）欄は水位波形をスペクトル解析して得られる周波数スペクトルを示す図である。
【図５】第１実施形態に係る尿素水の凍結状態を説明する模式図である。図中の（ａ）欄はタンク内の状態を示す模式図であり、（ｂ）欄はレベルセンサ出力の時間変化を表した水位波形を示す図であり、（ｃ）欄は水位波形をスペクトル解析して得られる周波数スペクトルを示す図である。
【図６】本発明者が実施した試験の概要を説明する図であって、尿素水を貯留しているタンクを傾けた状態を示す模式図。
【図７】本発明者が実施した試験の概要を説明する図であって、尿素水を貯留しているタンクを振動させた状態を示す模式図。
【図８】本発明者が実施した試験の結果を説明する図であって、尿素水温度を−１１℃にして試験した場合の水位波形およびスペクトル波形を示す。
【図９】本発明者が実施した試験の結果を説明する図であって、尿素水温度を−１０℃にして試験した場合の水位波形およびスペクトル波形を示す。
【図１０】本発明者が実施した試験の結果を説明する図であって、尿素水温度を−７℃にして試験した場合の水位波形およびスペクトル波形を示す。
【図１１】本発明者が実施した試験の結果を説明する図であって、尿素水温度を−４℃にして試験した場合の水位波形およびスペクトル波形を示す。
【図１２】本発明者が実施した試験の結果を説明する図であって、尿素水温度を０℃にして試験した場合の水位波形およびスペクトル波形を示す。
【図１３】第１実施形態において、プロセッサによる解凍判定の処理手順を示すフローチャート。
【図１４】第１実施形態において、プロセッサによる解凍判定の処理手順を示すフローチャート。
【図１５】第１実施形態に係る尿素水噴射システムの、作動の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（第１実施形態）
図１に示す内燃機関１０は、軽油を燃焼させる圧縮自着火式の機関であるディーゼルエンジンであり、車両に搭載されて走行駆動源として機能する。内燃機関１０の排気管１０ｅｘには、微粒子フィルタであるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、還元装置であるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）および酸化装置であるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）が取り付けられている。
【００１５】
ＤＰＦ１１は、ＳＣＲ１２の排気流れ上流側に配置され、排気中の微粒子成分を捕捉する。ＳＣＲ１２は、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応を促進させる還元触媒を有する。この還元反応の還元剤はアンモニアであり、そのアンモニアは、後述する尿素水噴射弁２０から排気管１０ｅｘへ噴射された尿素水が加水分解して生成される。ＤＯＣ１３は、還元反応に用いられることなくＳＣＲ１２を通過したアンモニアの酸化反応を促進させる酸化触媒を有する。
【００１６】
上記車両には、本実施形態に係る尿素水解凍判定システムおよび尿素水噴射システムが搭載されている。尿素水噴射システムは、尿素水噴射弁２０、供給配管２１、ヒータ２１ｈ、２３ｈ、タンク２３、温度センサ２３ｓ、ポンプ２４、レベルセンサ３０、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる制御装置、等を備える。また、ＥＣＵ４０は尿素水解凍判定装置を提供し、レベルセンサ３０およびＥＣＵ４０は尿素水解凍判定システムを提供する。
【００１７】
尿素水噴射弁２０は、排気管１０ｅｘのうちＳＣＲ１２の上流側に取り付けられ、アンモニア（還元剤）の前駆体である尿素水を排気通路へ噴射する。尿素水噴射弁２０は、図示しない電気アクチュエータおよび弁体を有する。電気アクチュエータは、ＥＣＵ４０により通電制御されると弁体を開弁作動させる。弁体は、尿素水が噴射される噴孔を開閉する。ＥＣＵ４０が電気アクチュエータへ通電させると、弁体が開弁作動して噴孔から尿素水が噴射され、通電を停止させると弁体が閉弁作動して尿素水の噴射が停止される。
【００１８】
尿素水噴射弁２０から噴射される尿素水は、尿素を水に溶解させた水溶液であり、液体の状態で噴射される。尿素水解凍判定システムおよび尿素水噴射システムは、水溶液中の尿素濃度が３２．５％であることを想定して構成されている。なお、３２．５％濃度の場合、尿素水の融点（凝固点）は−１１℃である。
【００１９】
タンク２３は、尿素水噴射弁２０から噴射される尿素水を貯留するものであり、車両に搭載されている。具体的には、車室の床面となるフロアパネルや車両の骨格となるメンバ等、車体を構成する部材にタンク２３は取り付けられている。
【００２０】
ポンプ２４は、タンク２３に取り付けられており、図示しないハウジング、インペラおよび電動モータ等を有する。インペラは、ハウジング内に収容されて電動モータにより回転駆動する。ポンプ２４は、インペラの回転駆動に伴い、ハウジングに形成された吸入口からタンク２３内の尿素水を吸入し、ハウジングに形成された吐出口から供給配管２１を通じて尿素水噴射弁２０へ供給する。例えば、供給配管２１に取り付けられた圧力センサ２１ｓの検出値が目標圧力となるように、ポンプ２４はＥＣＵ４０によりフィードバック制御される。
【００２１】
供給配管２１およびタンク２３は、リーク配管２２によりポンプ２４をバイパスして連通されている。リーク配管２２は、ポンプ２４から吐出された尿素水の余剰分をタンク２３へ戻す。リーク配管２２にはリーク弁２２ａが取り付けられている。
【００２２】
リーク弁２２ａは、タンク２３から供給配管２１へ尿素水が流れないようにする逆止弁としての機能を有するとともに、リーク弁２２ａの上流側と下流側とで尿素水の圧力差が設定圧以上になった場合に開弁作動する調圧弁としての機能を有する。つまりリーク弁２２ａは、供給配管２１内の尿素水の圧力が所定圧力以上とならないように圧力調整する。リーク弁２２ａは、図示しない弾性部材により弁体を閉弁させる機械駆動式の弁であるが、電磁ソレノイドを有する電気駆動式の弁であってもよい。電気駆動式の弁を用いた場合には、圧力センサ２１ｓの検出値が所定圧力以上である場合にリーク弁２２ａはＥＣＵ４０により開弁作動される。
【００２３】
例えば、ポンプ２４の駆動期間中に尿素水噴射弁２０が閉弁することに伴って、供給配管２１内の尿素水圧力が上昇した場合、所定圧力に達した時点でリーク弁２２ａが開弁する。これにより、尿素水噴射弁２０へ供給される尿素水の圧力は、所定圧力未満となるように調整される。
【００２４】
ヒータ２３ｈは、タンク２３に取り付けられ、タンク２３内の尿素水を加熱する加熱装置を提供する。ヒータ２１ｈは、供給配管２１に取り付けられ、供給配管２１内の尿素水を加熱する加熱装置を提供する。これらの加熱装置は、通電により発熱する電気式のヒータであり、その通電状態はＥＣＵ４０により制御される。
【００２５】
レベルセンサ３０は、フロート３１、ステム３２、検出部および出力回路３３を有する。フロート３１は、ステム３２に対して所定方向に相対移動可能な状態で組み付けられている。図１中の矢印に示す上下方向は、タンク２３を車両に搭載した状態における上下方向を示し、フロート３１の移動方向（所定方向）が上下方向となるように、レベルセンサ３０はポンプ２４またはタンク２３に取り付けられている。フロート３１は、タンク２３内の尿素水の液面Ｌに浮かぶように配置され、液面Ｌの水位（液面レベル）に応じて、ステム３２に沿い所定方向に移動する。
【００２６】
検出部は、所定方向におけるフロート３１の位置を検出するものであり、フロート３１に取り付けられた磁石３１ａ、およびステム３２に取り付けられた複数のスイッチ３２ａを有する。磁石３１ａはフロート３１とともに所定方向に移動する。複数のスイッチ３２ａは所定方向に並べて配置されている。スイッチ３２ａは、磁石３１ａから生じる磁気の作用でオン作動する。複数のスイッチ３２ａのうち、磁石３１ａに最も近い位置のスイッチ３２ａがオン作動する。したがって、液面レベルに応じてフロート３１が移動し、その移動位置に応じて、複数のスイッチ３２ａのうちのいずれがオン作動するかが変化する。
【００２７】
出力回路３３は、いずれのスイッチ３２ａがオン作動しているかの情報、つまり液面レベルを表す情報を含む信号を、レベルセンサ３０の検出値としてＥＣＵ４０へ出力する。この情報（検出値）は、液面レベルを離散的に表す。例えば、複数のスイッチ３２ａが１０個であれば、液面レベルは１０段階で離散的に表されることになる。
【００２８】
また、全てのスイッチ３２ａが所定方向に等間隔で配置されているわけではなく、図１に示すように、低水位に対応する位置のスイッチ３２ａであるほど短い間隔で配置されている。これにより、液面レベルが低いほど高分解能で液面レベルが検出される。したがって、例えばレベル１からレベル１０までの１０段階で液面レベルを表す場合、以下の設定になる。すなわち、レベル１が尿素水の残量が最も少ない状態を表すとすると、レベル２からレベル１への変化に対応する尿素水の使用量は、レベル１０からレベル９への変化に対応する尿素水の使用量に比べて少なく設定される。
【００２９】
ＥＣＵ４０（制御装置）は、少なくとも１つの演算処理装置（プロセッサ４０ａ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくとも１つのメモリ装置（メモリ４０ｂ）とを有する。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータ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、制御装置によって実行されることによって、制御装置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。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、加熱制御部４１、噴射制御部４２、ポンプ制御部４３および情報制御部４４を備える。これらの制御部は、メモリ４０ｂに記憶されたプログラムをプロセッサ４０ａが実行することで機能を発揮するものであり、メモリ４０ｂおよびプロセッサ４０ａにより提供される。ＥＣＵ４０は、タンク２３内の尿素水の温度を検出する温度センサ２３ｓ、圧力センサ２１ｓおよびレベルセンサ３０から出力される検出値を取得する。
【００３１】
加熱制御部４１は、温度センサ２３ｓの検出値および尿素水解凍判定装置の判定結果に基づきヒータ２１ｈ、２３ｈへの通電状態を制御する。噴射制御部４２は、内燃機関１０の運転状態、還元触媒温度および上記判定結果に基づき尿素水噴射弁２０の開閉弁状態を制御する。ポンプ制御部４３は、内燃機関１０の運転状態、圧力センサ２１ｓの検出値、還元触媒温度および上記判定結果に基づきポンプ２４の回転速度を制御する。
【００３２】
情報制御部４４は、レベルセンサ３０から取得した液面レベルの情報（残量情報）と、尿素水解凍判定装置の判定結果の情報（解凍情報）とを、車両に搭載された表示装置５０、および内燃機関１０の作動を制御するエンジン制御装置（図示せず）へ出力する。残量情報は、例えば先述したレベル１からレベル１０までのいずれであるかの情報である。解凍情報は、後述する解凍状態、半解凍状態、凍結状態のいずれであるかの情報である。
【００３３】
表示装置５０は、各種情報を車両乗員に報知可能な位置に配置されている。表示装置５０は、液面レベルが所定未満である場合、例えばレベル２未満の場合に、タンク２３への尿素水の補給を乗員に促すように警告表示する。表示装置５０は、取得した解凍情報を表示してもよいし、解凍情報に応じて各種の表示態様を変化させてもよい。
【００３４】
エンジン制御装置は、内燃機関１０の出力軸の回転速度および内燃機関１０の負荷に応じて、内燃機関１０の作動を制御する。具体的には、燃焼に供する燃料の噴射量、燃料の噴射時期、過給機による吸気の圧力（過給度）、排気の一部を吸気へ還流させる量（ＥＧＲ量）等をエンジン制御装置は制御する。エンジン制御装置は、尿素水残量がゼロまたは残り僅かで、尿素水を十分に噴射できない状態である場合、例えばレベル１未満の場合に、ＮＯｘ排出量が少なくなるように内燃機関１０の作動を制御する。
【００３５】
ここで、寒冷地では外気温度が−１１℃以下になることがあり、その状況で内燃機関１０を停止させて数時間放置すると、タンク２３内の尿素水が凍結する蓋然性が高い。尿素水が凍結していると、尿素水噴射弁２０から尿素水を噴射できなくなるので、ＳＣＲ１２でのＮＯｘ還元ができなくなる。その場合には、ヒータ２１ｈ、２３ｈを作動させて尿素水の解凍を促進させ、尿素水の噴射開始時期の早期化を図ることが要求される。そして、解凍が完了した時期を高精度で検知することは、噴射開始時期の早期化に繋がる。この点を鑑み、尿素水解凍判定装置としてのＥＣＵ４０は、以下に説明するように解凍完了時期を高精度で検知することを図っている。
【００３６】
先ず、「解凍完了時期」の定義について説明する。図２に示すように、３２．５％濃度の尿素水であって凍結した状態の尿素水を加熱していくと、−１１℃（融点）に達するまで尿素水温度は上昇し、融点に達した時点で融解（解凍）が生じる。その後さらに加熱していくと、尿素水温度は融点で一定のまま解凍が進行していき、タンク２３内の全ての尿素水が解凍（完全解凍）すると尿素水温度は再び上昇しはじめる。つまり、解凍開始から完全解凍までの解凍期間Ｍでは、液体と固体の両方が存在する半解凍状態となる（図４の（ａ）欄参照）。
【００３７】
本実施形態では、タンク２３内の全ての尿素水が解凍した状態（図３の（ａ）欄参照）を完全解凍状態と記載し、単に解凍状態と記載することもある。凍結状態から半解凍状態に遷移した時期を解凍開始時期と定義し、半解凍状態から完全解凍状態に遷移した時期を解凍完了時期と定義する。そして、半解凍状態で尿素水噴射弁２０から尿素水を噴射させようとすると、固体尿素水の破片がポンプ２４に流入してポンプ２４を損傷させる懸念、および上記破片が尿素水噴射弁２０の噴孔を詰まらせたり弁体を損傷させたりする懸念が生じる。したがって、噴射制御部４２およびポンプ制御部４３は、半解凍状態では尿素水噴射弁２０およびポンプ２４の作動を禁止し、完全解凍状態であることを条件として、尿素水噴射弁２０およびポンプ２４の作動を許可している。
【００３８】
内燃機関１０の運転期間中であれば、内燃機関１０の振動がタンク２３に伝播されてタンク２３が振動する。また、車両の走行期間中であれば、車両の発進、停止、走行時の路面振動がタンク２３に伝播されてタンク２３が振動する。このようにタンク２３が振動した結果、タンク２３内の尿素水の液面Ｌは、図３の（ａ）欄および図４の（ａ）欄に示すように揺れ動く。そうすると、液面Ｌの揺動にしたがってフロート３１が上下に揺れ動くこととなり、図３の（ｂ）欄および図４の（ｂ）欄に示すようにレベルセンサ３０の出力が振動する。但し、図５の（ａ）欄に示す凍結状態では、液面Ｌの揺動は生じないため、レベルセンサ３０の出力は振動せずに一定のままである（図５の（ｂ）欄参照）。
【００３９】
そして、半解凍状態と解凍状態とでは液面Ｌの揺動のしかたが異なる。そのため、半解凍状態と解凍状態とではレベルセンサ３０の出力振動のしかたが異なることを、本発明者は見出した。具体的には、解凍状態では規則正しく液面Ｌが揺動するため、レベルセンサ３０の出力は一定の周期Ｔａで規則的に変化する（図３の（ｂ）欄参照）。一方、半解凍状態では、液体尿素水に浮かぶ固体の影響で液面Ｌ揺動の規則性が損なわれるため、レベルセンサ３０の出力は変化の周期Ｔｂが一定にならず、不規則に変化する（図４の（ｂ）欄参照）。しかも、解凍状態で生じるレベルセンサ３０の出力変化の周期Ｔａは特定の範囲の値となることを本発明者は見出した。
【００４０】
図３〜図５に示す符号Ｗは、タンク２３に貯留されている尿素水の液面レベルＬの時間変化を表した水位波形Ｗに相当する。水位波形Ｗには、複数の異なる周波数成分の波形が重畳している。それらの周波数と強度との関係を示したのがスペクトル波形Ｗ１である。スペクトル波形Ｗ１は、水位波形Ｗに含まれる複数の異なる周波数成分の強度分布を表す波形であり、水位波形Ｗをスペクトル解析して得られる。なお、波の強度とは、波の進行方向に垂直な単位断面積を通して運ばれる単位時間あたりの振動エネルギーのことである。
【００４１】
そして、解凍状態で生じる水位波形Ｗの周期Ｔａが特定範囲の値となるといった上記知見は、解凍状態で生じる水位波形Ｗの周波数が、図３（ｃ）、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示される特定の周波数帯域（特定周波数帯域Ｆａ）の値となることを意味する。なお、特定周波数帯域Ｆａは、車両のサスペンション、タイヤおよび車軸の固有振動周波数の影響を受けて特定される。つまり、特定周波数帯域Ｆａの上限および下限は、車両毎に特定される固有の値である。図３（ｃ）に示すように、解凍状態でのスペクトル波形Ｗ１では、特定周波数帯域Ｆａで強度が高く現れる。これに対し、半解凍状態でのスペクトル波形Ｗ１では、図４（ｃ）に示すように、特定周波数帯域Ｆａで強度が高く現れることはない。
【００４２】
このように、解凍状態では特定周波数帯域Ｆａで強く振動する現象が生じるのに対し、半解凍状態では上記現象が生じない。この知見の信憑性が高いことを、本発明者は以下に説明する試験を実施して確認している。
【００４３】
この試験では、図６に示すようにタンク２３を水平状態から傾斜させることを所定周期で繰り返し、その後、図７に示すようにタンク２３を水平状態にしたまま水平方向に所定周波数で振動させる。これらの傾斜および振動の実施期間中に、レベルセンサ３０の出力を計測して水位波形Ｗを取得し、水位波形Ｗをスペクトル解析してスペクトル波形Ｗ１を算出する。
【００４４】
図８に示す試験結果は、タンク２３内の尿素水を一旦、完全に凍結させた状態から、ヒータ２３ｈを作動させて尿素水を解凍する過程において、タンク２３内の尿素水温度が−１１℃となったときの上記試験を実施した結果である。なお、実際には、タンク２３内における尿素水温度の分布が均一になっておらず、温度センサ２３ｓが−１２℃となったときの試験結果を図８に示している。この試験では凍結状態になっていたため、図６の如く繰り返し傾斜させる傾斜期間Ｍ１、および図７の如く振動させる振動期間Ｍ２のいずれにおいても、水位波形Ｗに変化は現れず、スペクトル波形Ｗ１にも変化は現れない。
【００４５】
図９に示す試験結果は、タンク２３内の尿素水を一旦、完全に凍結させた状態から、ヒータ２３ｈを作動させて尿素水を解凍する過程において、タンク２３内の尿素水温度が−１０℃となったときの上記試験を実施した結果である。この試験では半解凍状態になっていたため、傾斜期間Ｍ１および振動期間Ｍ２のいずれにおいても、水位波形Ｗに変化が現れた。水位波形Ｗに含まれる周波数成分のうち傾斜期間Ｍ１の影響で生じた周波数成分を傾斜成分と呼び、振動期間Ｍ２の影響で生じた周波数成分を振動成分と呼ぶ。この試験で得られたスペクトル波形Ｗ１は、傾斜成分に対応する周波数帯域が０Ｈｚ〜０．２Ｈｚであり、振動成分に対応する周波数帯域が０．２Ｈｚ〜０．７Ｈｚであることを表している。
【００４６】
図１０に示す試験結果は、タンク２３内の尿素水を一旦、完全に凍結させた状態から、ヒータ２３ｈを作動させて尿素水を解凍する過程において、タンク２３内の尿素水温度が−７℃となったときの上記試験を実施した結果である。この試験では、図９の試験に比べて固体が少ない状態の半解凍状態になっていたため、図９とは異なる水位波形Ｗが得られた。この試験で得られたスペクトル波形Ｗ１は、傾斜成分に対応する周波数帯域が０Ｈｚ〜０．２Ｈｚであり、振動成分に対応する周波数帯域が０．２Ｈｚ〜１．２Ｈｚであることを表している。
【００４７】
図１１に示す試験結果は、タンク２３内の尿素水を一旦、完全に凍結させた状態から、ヒータ２３ｈを作動させて尿素水を解凍する過程において、タンク２３内の尿素水温度が−４℃となったときの上記試験を実施した結果である。この試験で得られたスペクトル波形Ｗ１は、傾斜成分に対応する周波数帯域が０Ｈｚ〜０．２Ｈｚであり、振動成分に対応する周波数帯域が１．３Ｈｚ〜３．０Ｈｚであることを表している。
【００４８】
図１２に示す試験結果は、タンク２３内の尿素水を一旦、完全に凍結させた状態から、ヒータ２３ｈを作動させて尿素水を解凍する過程において、タンク２３内の尿素水温度が０℃となったときの上記試験を実施した結果である。この試験で得られたスペクトル波形Ｗ１は、傾斜成分に対応する周波数帯域が０Ｈｚ〜０．２Ｈｚであり、振動成分に対応する周波数帯域が１．３Ｈｚ〜３．０Ｈｚであることを表している。
【００４９】
これら図８〜図１２に示す試験結果から、以下の点が確認される。すなわち、解凍状態になっていれば、１．３Ｈｚ〜３．０Ｈｚといった特定周波数帯域Ｆａでの振動強度が大きくなる。半解凍状態であれば、振動強度が大きくなる周波数帯域は固体の量に応じて異なる。そして、固体の量に拘らず、半解凍状態であれば特定周波数帯域Ｆａでの振動強度が大きくならない。試験に係る傾斜と振動とでは、振動強度が大きくなる周波数帯域が異なる。
【００５０】
次に、図１３を用いて、プロセッサ４０ａにより実行される解凍判定の処理手順を説明する。図１３に示す処理は、ＥＣＵ４０に電力供給されている期間中、繰り返し実行される。
【００５１】
先ず、ステップＳ１０において、後述するステップＳ２８に係る解凍検出回数を計数するカウンタの値を、ゼロにリセットする。続くステップＳ１１では、後述するステップＳ２３に係るレベルセンサ３０の検出値を取得する時間（計測時間）を、ゼロにリセットする。続くステップＳ１２では、尿素水残量が空であるか否かを判定する。例えば、レベルセンサ３０により検出された液面レベルが、レベル１からレベル１０までの１０段階のうちレベル１である場合に、尿素水残量が空であると判定する。
【００５２】
なお、凍結状態や半解凍状態では、フロート３１がステム３２に固着して上下動できない状態に陥る場合がある。この場合、実際の液面レベル（実レベル）よりも高いレベルを誤検出するおそれがあるものの、実レベルより低いレベルを誤検出するおそれは少ない。そこで、上記ステップＳ１２では、後述する解凍判定が為されていない場合であっても、レベル１が検出されている場合には尿素水残量が空であると判定する。この判定結果は、先述した情報制御部４４による残量情報として、表示装置５０およびエンジン制御装置へ出力される。
【００５３】
ステップＳ１２にて尿素水残量が空であると肯定判定された場合、処理はステップＳ１１に戻り、空でないと否定判定されるまで、以降の処理を実施しない。具体的には、加熱制御部４１によるヒータ２１ｈ、２３ｈの加熱作動を禁止し、噴射制御部４２による尿素水噴射弁２０の噴射作動を禁止し、ポンプ制御部４３によるポンプ２４の作動を禁止する。
【００５４】
ステップＳ１２にて尿素水残量が空でないと否定判定された場合、続くステップＳ１３では、温度センサ２３ｓが正常であるか否かを判定する。具体的には、温度センサ２３ｓの断線や短絡等が原因で、温度センサ２３ｓが異常な値を出力しているか否かを判定する。例えば、出力レンジの最小値または最大値を所定時間以上継続して出力していると検知された場合、温度センサ２３ｓが異常であると判定する。
【００５５】
ステップＳ１３にて正常と判定され、かつ、検出された尿素水温度が所定の温度閾値ＴＨ１（図２参照）以上であるとステップＳ１４で判定された場合、ステップＳ１５で「解凍」と判定し、図３に例示する完全解凍状態であるとみなす。なお、ステップＳ１４の判定に用いる温度閾値ＴＨ１は、３２．５％濃度の融点（−１１℃）よりも十分に高い温度（−１１＋α℃）に設定されている。ステップＳ１５による「解凍」との判定結果は、情報制御部４４による解凍情報として、表示装置５０およびエンジン制御装置といった外部装置へ出力される。
【００５６】
その後、ステップＳ１６にて尿素水噴射システムを稼働させる。具体的には、噴射制御部４２が、内燃機関１０の運転状態および還元触媒温度に基づき、尿素水噴射弁２０からの噴射量および噴射時期を制御する。また、ポンプ制御部４３が、内燃機関１０の運転状態、圧力センサ２１ｓの検出値および還元触媒温度に基づき、尿素水噴射弁２０からの噴射圧力を制御する。
【００５７】
一方、ステップＳ１３にて温度センサ２３ｓが正常でないと否定判定された場合には、ステップＳ１４、Ｓ１５による解凍判定ができないので、水位波形Ｗを用いた解凍判定を図１４のステップＳ２０以降で実行する。また、ステップＳ１４にて尿素水温度が温度閾値ＴＨ１以上でないと否定判定された場合にも、ステップＳ１４、Ｓ１５より高精度で判定できる水位波形Ｗを用いた解凍判定を、図１４のステップＳ２０以降で実行する。
【００５８】
ステップＳ２０では、ヒータ２１ｈ、２３ｈをオンさせて解凍制御を開始する。続くステップＳ２１では、レベルセンサ３０が正常であるか否かを判定する。具体的には、レベルセンサ３０の断線や短絡等が原因で、レベルセンサ３０が異常な値を出力しているか否かを判定する。ステップＳ２１にて正常でないと否定判定された場合、ステップＳ２３以降の水位波形Ｗを用いた解凍判定ができないので、ステップＳ３１にて「凍結」と判定し、図５に例示する凍結状態であるとみなして解凍制御を継続させる。
【００５９】
ステップＳ２１にて正常と判定された場合、続くステップＳ２２で、水位波形Ｗを用いた解凍判定を実行できる前提条件を満たしているか否かを判定する。前提条件の具体例としては、内燃機関１０が稼働中であることや車両が走行中であること等が挙げられる。また、内燃機関稼働中かつ車両走行中に前提条件を満たしていると判定してもよいし、内燃機関稼働中および車両走行中のいずれか一方の条件を満たしている場合に前提条件を満たしていると判定してもよい。要するに、凍結状態でない場合であっても車両が振動していなければ、タンク２３は振動しないので水位波形Ｗを用いた解凍判定が実行できない。そこで、水位波形Ｗを用いた解凍判定を実行できる程度に車両が振動していることを、上記前提条件として設定している。
【００６０】
ステップＳ２２にて前提条件を満たしていないと否定判定された場合、ステップＳ２３以降の水位波形Ｗを用いた解凍判定ができないので、ステップＳ３１にて「凍結」と判定して解凍制御を継続させる。
【００６１】
ステップＳ２２にて前提条件を満たしていると判定された場合、続くステップＳ２３で、レベルセンサ３０の検出値（レベルセンサ値）を所定時間連続して取得する。このように連続したレベルセンサ値は先述した水位波形Ｗに相当し、このステップＳ２３の処理を実行している時のプロセッサ４０ａは、水位波形Ｗを取得する取得部に相当する。所定時間は、例えば５秒〜２０秒程度に設定される。
【００６２】
続くステップＳ２４では、ステップＳ２３によるレベルセンサ値の取得時間が所定時間以上であるか否かを判定する。レベルセンサ値の取得時間が所定時間以上と判定されるまではレベルセンサ値の取得を継続し、所定時間以上とステップＳ２４で判定されると、続くステップＳ２５で水位波形Ｗをスペクトル解析する。スペクトル解析では、水位波形Ｗに含まれる複数の異なる周波数成分を抽出し、各々の周波数成分の強度を算出する。このスペクトル解析の算出により得られた強度の、各々の周波数に対する分布を表した波形が、先述したスペクトル波形Ｗ１に相当する。このステップＳ２５の処理を実行している時のプロセッサ４０ａは、水位波形Ｗをスペクトル解析してスペクトル波形Ｗ１を算出する解析部に相当する。
【００６３】
ステップＳ２５では、特定周波数帯域Ｆａの周波数成分についてスペクトル解析を実行していればよく、他の帯域についてはスペクトル解析を実行していなくてもよい。スペクトル解析の具体例としては、高速フーリエ変換ＦＦＴ（Fast Fourie Transform）を用いて特定周波数帯域Ｆａの周波数成分を水位波形Ｗから抽出することが挙げられる。また、ＥＣＵ４０が有するフィルタ回路により特定周波数帯域Ｆａの周波数成分を水位波形Ｗから抽出すること等も挙げられる。
【００６４】
続くステップＳ２６では、解凍状態であるか否かの判定に用いる強度閾値ＴＨ２を、液面レベルが低いほど大きい値に設定する。この設定で用いる液面レベルは、例えばステップＳ２３で取得した水位波形Ｗの平均値であってもよいし、水位波形Ｗの最小値または最大値であってもよい。例えば、液面レベルがレベル１〜１０のうちのレベル１〜３であれば、レベル４〜１０の場合に比べて強度閾値ＴＨ２を大きい値に設定する。
【００６５】
続くステップＳ２７では、スペクトル波形Ｗ１の特定周波数帯域Ｆａにおいて、強度閾値ＴＨ２以上の値が含まれているか否かを判定する。例えば図９および図１０に例示するスペクトル波形Ｗ１の場合、特定周波数帯域Ｆａ以外の帯域では強度閾値ＴＨ２以上の値を含むものの、特定周波数帯域Ｆａでは強度閾値ＴＨ２以上の値を含んでいないので、ステップＳ２７では否定判定されることとなる。例えば図１１および図１２に例示するスペクトル波形Ｗ１の場合、特定周波数帯域Ｆａにおいて強度閾値ＴＨ２以上の値を含んでいるので、ステップＳ２７では肯定判定されることとなる。
【００６６】
特定周波数帯域Ｆａは予め設定された値であり、内燃機関１０およびタンク２３の固有振動数やタンク２３の容量等に応じて設定される。図６〜図１２の試験に用いたタンク２３および試験装置の場合、特定周波数帯域Ｆａは１．３Ｈｚ〜３Ｈｚに設定されることが望ましい。本実施形態に係るタンク２３の場合、特定周波数帯域Ｆａは１．５Ｈｚ〜２Ｈｚに設定されている。
【００６７】
ステップＳ２７において、特定周波数帯域Ｆａに強度閾値ＴＨ２以上の値が含まれていると肯定判定された場合、解凍状態であることが検出されたとみなし、続くステップＳ２８にて解凍検出回数をカウントアップする。つまり、先述した解凍検出回数を計数するカウンタの値を１つ増加させる。続くステップＳ２９では、上記カウンタによるカウント数が所定の回数閾値ＴＨ３以上になったか否かを判定する。なお、ステップＳ２７にて否定判定された場合には、解凍検出回数をカウントアップすることなくステップＳ２９の判定処理を実行する。
【００６８】
解凍検出回数が回数閾値ＴＨ３以上であるとステップＳ２９で肯定判定された場合、ステップＳ３３で「解凍」と判定し、図３に例示する完全解凍状態であるとみなす。この場合、続くステップＳ３５において、ヒータ２１ｈ、２３ｈをオフさせて解凍制御を終了させ、図１３のステップＳ１６へ処理を移行する。上記ステップＳ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３の処理を実行している時のプロセッサ４０ａは、スペクトル解析により得られた特定周波数帯域の強度が閾値以上であることを条件として完全解凍状態であると判定する判定部に相当する。
【００６９】
一方、解凍検出回数が回数閾値ＴＨ３以上でないとステップＳ２９で否定判定された場合、続くステップＳ３０において、解凍検出回数がゼロであるか否かを判定する。解凍検出回数がゼロであると判定された場合にはステップＳ３１にて「凍結」と判定し、解凍検出回数がゼロでないと判定された場合にはステップＳ３２にて「半解凍」と判定して図４に例示する半解凍状態であるとみなす。そして、ステップＳ３１、Ｓ３２にて凍結および半解凍のいずれかに判定された後、ステップＳ３４にて解凍制御によるヒータ２１ｈ、２３ｈの作動を継続させる。
【００７０】
なお、ステップＳ３５でヒータ２１ｈ、２３ｈの作動を停止させてから所定時間が経過するまでは、ヒータ２１ｈ、２３ｈの作動を禁止して、ヒータ２１ｈ、２３ｈがハンチング作動することを防止させてもよい。或いは、ステップＳ３３にて「解凍」と判定された以降、尿素水温度が所定の温度閾値ＴＨ１まで上昇するまでの期間、ヒータ２１ｈ、２３ｈの作動を継続してハンチングを防止させるようにしてもよい。
【００７１】
以下、図１３および図１４の処理を実行した場合における、尿素水噴射システムの作動の一例を、図１４を用いて説明する。
【００７２】
図中の（ａ）欄に示すように、ｔ１時点で、イグニッションスイッチがオン操作されて内燃機関１０が運転を開始するとともに、ＥＣＵ４０が図１３の処理を開始している。ｔ１時点では、ステップＳ１４にて尿素水温度が温度閾値ＴＨ１以上でないと否定判定され、ステップＳ２０にて解凍制御によるヒータ２１ｈ、２３ｈの作動を開始している（（ｆ）欄参照）。なお、タンク２３に貯留されている尿素水は、ヒータ２３ｈにより加熱されることに加え、内燃機関１０および排気管１０ｅｘにより温度上昇する雰囲気によっても加熱されている。
【００７３】
また、ｔ１時点からｔ２時点までの期間では、車速ゼロにつき前提条件を満たしていないとステップＳ２２で判定されて、ステップＳ３１にて凍結判定されている。そして、解凍状態であると判定されるｔ８時点までは、ステップＳ１６の処理は実行されず、（ｇ）（ｉ）欄に示すように尿素水噴射システムは停止したままである。
【００７４】
その後のｔ２時点で車両が走行を開始すると（（ｂ）欄参照）、ステップＳ２２にて前提条件を満たすと判定され、ステップＳ２３〜Ｓ３３において水位波形Ｗに基づく解凍の判定が実行される。前提条件を満たすｔ２時点からｔ３時点までの期間では、水位波形Ｗに変化が現れず（（ｄ）欄参照）、ステップＳ３０にて解凍検出回数がゼロであると判定され、ステップＳ３１にて凍結状態であると判定されている。
【００７５】
その後の、前提条件を満たすｔ４時点からｔ６時点までの期間では、水位波形Ｗに変化が現れるものの、水位波形Ｗに含まれる特定周波数帯域Ｆａの成分が強度閾値ＴＨ２以上になっている機会が少ない。つまり、ｔ４時点からｔ６時点までの期間におけるｔ５時点で、尿素水温度が融点に達しており、図２に示す解凍期間Ｍが開始しているが、固体と液体の両方が存在する半解凍の状態である。そのため、ステップＳ２７で解凍検出される機会があるものの、解凍検出回数が回数閾値ＴＨ３以上でないとステップＳ２９で判定され、ステップＳ３２にて半解凍状態であると判定されている。
【００７６】
その後の、前提条件を満たすｔ７時点からｔ９時点までの期間では、水位波形Ｗに変化が現れ、かつ、水位波形Ｗに含まれる特定周波数帯域Ｆａの成分が強度閾値ＴＨ２以上になって解凍検出されている。そして、ｔ８時点において、解凍検出回数が回数閾値ＴＨ３以上になっているとステップＳ２９で判定され、ステップＳ３３にて解凍状態であると判定されている。そのため、ｔ８時点でヒータ２１ｈ、２３ｈをオフして解凍制御を終了させ、尿素水噴射システムをステップＳ１６により稼働させている。具体的には、（ｇ）（ｈ）（ｉ）欄に示すように、ｔ８時点でポンプ２４の作動を開始して尿素水圧力が目標圧力に達した時点で、尿素水噴射弁２０を作動させて尿素水の噴射を開始させている。
【００７７】
その後のｔ１０時点で、尿素水温度が温度閾値ＴＨ１に達した以降は、ステップＳ１４での肯定判定によりステップＳ１５で解凍判定され、ステップＳ１６による尿素水噴射システムの稼働が継続される。つまり、尿素水温度が温度閾値ＴＨ１に達した以降では、ステップＳ２３（取得部）による水位波形Ｗの取得およびステップＳ２５（解析部）によるスペクトル解析は実行されず、温度センサ２３ｓによるステップＳ１４の判定に基づき解凍判定される。
【００７８】
以上により、本実施形態に係る尿素水解凍判定装置（ＥＣＵ４０）および尿素水解凍判定システムは、ステップＳ２３による取得部、ステップＳ２５による解析部、およびステップＳ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３による判定部を備える。取得部は、尿素水の液面レベルの時間変化を表した水位波形Ｗを取得する。解析部は、水位波形Ｗをスペクトル解析する。判定部は、スペクトル解析により得られたスペクトル波形Ｗ１の特定周波数帯域Ｆａの強度が強度閾値ＴＨ２以上であることを条件として、解凍状態（完全解凍状態）であると判定する。
【００７９】
そのため、半解凍状態と解凍状態とで生じる液面レベルの揺動の仕方の違いを、特定周波数帯域Ｆａの強度が強度閾値ＴＨ２以上であるか否かに基づき判別できるので、半解凍状態を誤って解凍状態であると判定することを抑制できる。よって、凍結状態から半解凍状態を経て解凍状態へ遷移するにあたり、解凍状態へ遷移した時期を高精度で検知できる。
【００８０】
例えば、本実施形態に反して、ステップＳ２３〜Ｓ３３において水位波形Ｗに基づく解凍の判定を廃止して、ステップＳ１４、Ｓ１５での解凍判定を実行する場合には、図１５のｔ１０時点まで凍結判定が為されてしまう。そして、ｔ１０時点以降でしか解凍判定が為されないので、ｔ８時点で解凍判定が為される本実施形態よりも、解凍判定の時期が遅くなる。その結果、図１５（ｇ）（ｈ）欄の点線に示すように、ステップＳ１６により尿素水噴射システムの稼働を開始させる時期が遅くなり、ＮＯｘの浄化を開始する時期が遅くなってしまう。このように、本実施形態によれば、解凍状態へ遷移した時期を高精度かつ迅速に検知できるので、ＮＯｘ浄化を迅速に開始でき、しかも、ヒータ２１ｈ、２３ｈの通電時間を必要以上に長くすることを抑制でき、電力消費量の低減を図ることができる。
【００８１】
さらに本実施形態では、判定部により完全解凍状態と判定されていない場合には、液面レベルの時間変化が生じていたとしても、タンク２３内の尿素水を加熱するヒータ２３ｈ（加熱装置）を駆動させる加熱制御部４１を備える。具体的には、図４に示すように水位波形Ｗに変化が生じていたとしても、半解凍状態では特定周波数帯域Ｆａの強度が強度閾値ＴＨ２以上にはならず、ステップＳ２７で否定判定されるので、ステップＳ３３による解凍判定が為されない。そのため、ステップＳ３４による解凍制御の継続が為される。
【００８２】
したがって、先述したように半解凍状態と解凍状態とを高精度で判別できることに加え、半解凍状態ではヒータ２３ｈによる解凍制御が継続されるので、半解凍状態であるにも拘らず解凍状態と誤判定してヒータ２３ｈを停止させるおそれを低減できる。よって、解凍制御を誤って早期に停止させて解凍時期が遅くなるおそれを低減できる。
【００８３】
さらに本実施形態では、判定部により完全解凍状態と判定されていない場合には、液面レベルの時間変化が生じていたとしても、内燃機関１０の排気管１０ｅｘへ尿素水を噴射することを禁止する噴射制御部４２を備える。具体的には、図４に示すように水位波形Ｗに変化が生じていたとしても、半解凍状態では特定周波数帯域Ｆａの強度が強度閾値ＴＨ２以上にはならないので、ステップＳ３３による解凍判定が為されない。そのため、ステップＳ１６による尿素水の噴射は実行されない。したがって、先述したように半解凍状態と解凍状態とを高精度で判別できることに加え、半解凍状態では尿素水噴射弁２０による噴射が実行されないので、半解凍状態であるにも拘らずポンプ２４や尿素水噴射弁２０を作動させて故障させるおそれを低減できる。また、半解凍状態であることに起因して尿素水の噴射量が不安定になることを回避できる。
【００８４】
ここで、半解凍状態である場合には、実際の液面レベルＬよりも上方の位置でフロート３１がステム３２に固着するおそれがある。その場合、レベルセンサ３０は、タンク２３内の尿素水残量を少なく誤検出することになる。この点を鑑みた本実施形態では、判定部により完全解凍状態と判定されていない場合には、液面レベルの時間変化が生じていたとしても、表示装置５０やエンジン制御装置等の外部装置で液面レベルの情報を使用することを禁止する情報制御部４４を備える。具体的には、図４に示すように水位波形Ｗに変化が生じていたとしても、半解凍状態では特定周波数帯域Ｆａの強度が強度閾値ＴＨ２以上にはならないので、液面レベルの情報（残量情報）が外部装置へ出力されない。したがって、半解凍状態によるフロート３１の固着に起因してレベルセンサ３０が尿素水残量を誤検出していても、その誤った残量情報が外部装置へ出力されることを回避できる。
【００８５】
さらに本実施形態では、タンク２３は、内燃機関１０を走行駆動源とした車両に搭載されており、判定部による判定は内燃機関１０の駆動中に実行される。先述した通り、本実施形態に係る尿素水解凍判定装置および尿素水解凍判定システムは、半解凍状態では液面レベルが揺動するものの、その揺動の仕方が解凍状態の時とは異なる、といった点に着目して為されたものである。したがって、内燃機関１０の駆動中に解凍判定する本実施形態によれば、十分な揺動が生じ得る状態で解凍判定するので、より一層高精度で半解凍状態と解凍状態とを判別できる。
【００８６】
さらに本実施形態では、レベルセンサ３０は、液面レベルが低いほど高分解能で液面レベルを検出するように構成され、強度閾値ＴＨ２は、液面レベルが低いほど大きい値に可変設定される。ここで、例えばレベル１〜レベル１０までの１０段階で水位レベルを表現する場合、かつ、高分解能であるほど１０段階の水位レベルが変化しやすくなるように設定されている場合には、タンク２３が空の状態になる直前では高分解能で液面レベルが検出される。この場合には、高分解能であるほど水位波形Ｗが大きく変化することになり、特定周波数帯域Ｆａの強度が高くなりやすいので、半解凍状態を解凍状態と誤判定するリスクが高くなる。この点を鑑みた本実施形態では、液面レベルが低いほど強度閾値ＴＨ２が大きい値に可変設定されるので、上記リスクを低減できる。
【００８７】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、判定部による判定は、内燃機関１０の駆動中または車両の走行中に実行される。液面レベルの揺動の仕方の違いから半解凍状態と解凍状態とを判別するためである。これに対し本実施形態では、内燃機関１０の駆動停止中または車両の走行停止中にであっても、ポンプ２４の正転と逆転を繰り返し実行することでタンク２３を振動させ、液面レベルを揺動させて、判定部による判定を実行する。これによれば、内燃機関１０の駆動停止中または走行停止中であっても、解凍状態であるか否かを高精度で判定できる。
【００８８】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、ポンプ２４の正転と逆転を繰り返し実行することでタンク２３を振動させ、液面レベルを揺動させている。これに対し本実施形態では、尿素水噴射弁２０を開弁させた状態でポンプ２４を逆転作動させて、排気管１０ｅｘ内の空気を供給配管２１に吸い込ませる。凍結状態でなければ、上記空気がポンプ２４の吸入口から気泡となってタンク２３内の尿素水に噴出するので、液面レベルが揺動し、判定部による判定が可能となる。これによれば、内燃機関１０の駆動停止中であっても、解凍状態であるか否かを高精度で判定できる。
【００８９】
（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。例えば、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。
【００９０】
図１４のステップＳ３４では、ステップＳ３２で半解凍判定された場合とステップＳ３１で凍結判定された場合とで同様の解凍制御を実施している。これに対し、半解凍判定された場合と凍結判定された場合とで、異なる解凍制御を実施してもよい。例えば、半解凍の場合には、凍結の場合に比べてヒータ２１ｈ、２３ｈによる加熱量を低減させる。或いは、凍結の場合には全てのヒータ２１ｈ、２３ｈをオン作動させるのに対し、半解凍の場合には、一部のヒータをオン作動させて他のヒータをオフさせてもよい。例えば、タンク２３のヒータ２３ｈをオンさせて供給配管２１のヒータ２１ｈをオフさせるように解凍制御してもよいし、その逆に、供給配管２１のヒータ２１ｈをオンさせてタンク２３のヒータ２３ｈをオフさせるように解凍制御してもよい。
【００９１】
上記第１実施形態では、水位レベルに応じて強度閾値ＴＨ２が可変設定されているが、内燃機関１０の駆動状態または車両の走行状態に応じて強度閾値ＴＨ２が可変設定されてもよい。上記第１実施形態では、特定周波数帯域Ｆａが予め設定された帯域に固定されているが、特定周波数帯域Ｆａが可変設定されてもよい。例えば、内燃機関１０の駆動状態または車両の走行状態に応じて特定周波数帯域Ｆａが可変設定されてもよい。
【００９２】
上記第１実施形態では、水位波形Ｗを取得する所定時間、つまりレベルセンサ値のサンプリング期間は、予め設定された時間に固定されているが、サンプリング期間が可変設定されてもよい。例えば、内燃機関１０の駆動状態または車両の走行状態に応じてサンプリング期間が可変設定されてもよい。
【００９３】
上記第１実施形態では、サンプリング期間中にエンジン停止する等、サンプリング期間中にステップＳ２２の前提条件を満たさなくなるように変化した場合であっても、そのままサンプリングを継続してステップＳ２５による周波数解析が実行される。これに対し、サンプリング期間中であっても前提条件を満たさなくなれば、サンプリングを中止して周波数解析を実行しないようにしてもよい。
【００９４】
上記第１実施形態に係る尿素水解凍判定システムは、尿素水温度を検出する温度センサ２３ｓを備えているが、温度センサ２３ｓを備えていなくてもよい。その場合、図１３のステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５および図１４のステップＳ２０の処理を廃止し、ステップＳ１２にて尿素水残量が空でないと否定判定された場合、ステップＳ２１の処理を実行する。
【００９５】
上記第１実施形態に係るレベルセンサ３０は、液面レベルが低いほど高分解能で液面レベルを検出するように構成されている。これに対し、複数のスイッチ３２ａが上下方向に等間隔で配置され、液面レベルに拘らず均一の分解能で液面レベルを検出するように構成されていてもよい。また、上記第１実施形態に係るレベルセンサ３０は、液面レベルを段階的に検出する、いわゆる非線形タイプの構造である。これに対し、液面レベルを連続的に検出する、線形タイプの構造であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１０  内燃機関、  １０ｅｘ  排気管、  ２３  タンク、  ２３ｈ  加熱装置、  ３０  レベルセンサ、  ４１  加熱制御部、  ４２  噴射制御部、  ４４  情報制御部、  ５０  外部装置、  Ｓ２３  取得部、  Ｓ２５  解析部、  Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３３  判定部、  Ｗ  水位波形  Ｗ１  スペクトル波形。
【図１】
2019074038.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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