(57)【要約】【課題】尿素ＳＣＲシステムにおいて、コストアップを抑制しつつ、尿素水の劣化検知を可能とする技術を提供する。【解決手段】排気通路に設置されたＳＣＲと、ＳＣＲより上流の排気通路に尿素水を噴射する噴射装置と、噴射装置から噴射するための尿素水が凍結したこと又は凍結状態から融解したことを検知する検知手段と、検知手段により尿素水の凍結又は凍結状態からの融解が検知された時の尿素水の温度を取得する温度取得手段と、温度取得手段により取得された温度に基づいて、尿素水の濃度が所定の基準濃度から外れた劣化状態であるか否かを判定する判定手段と、を備える。【選択図】図４
2009197741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設置されたＳＣＲと、
前記ＳＣＲより上流側の排気通路に尿素水を噴射する噴射装置と、
前記噴射装置から噴射するための尿素水が凍結したこと又は凍結状態から融解したことを検知する検知手段と、
前記検知手段により尿素水の凍結又は凍結状態からの融解が検知された時の尿素水の温度を取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段により取得される温度に基づいて、尿素水の濃度が所定の基準濃度から外れた劣化状態であるか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記基準濃度は、尿素水の凝固点が最も低くなる場合の尿素水の濃度に基づいて定められる濃度であり、
前記判定手段は、前記温度取得手段により取得された温度が、尿素水の最も低い凝固点に基づいて定められる所定の基準温度より高い場合に、尿素水が前記劣化状態であると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記ＳＣＲによるＮＯｘ浄化率を取得する浄化率取得手段と、
前記浄化率取得手段により取得されるＮＯｘ浄化率が所定の目標浄化率に一致するように、前記噴射装置による尿素水の噴射量をフィードバック制御する制御手段と、
前記判定手段により尿素水が前記劣化状態であると判定される場合に、当該劣化状態が前記基準濃度より高濃度側又は低濃度側のどちら側に外れた劣化状態であるかを判別する劣化状態判別手段と、
を更に備え、
前記劣化状態判別手段は、
前記フィードバック制御における尿素水の噴射量のフィードバック制御量が所定の基準制御量より多い場合に、尿素水の濃度が前記基準濃度より低濃度側へ外れた劣化状態であると判別し、
前記フィードバック制御における尿素水の噴射量のフィードバック制御量が所定の基準制御量より少ない場合に、尿素水の濃度が前記基準濃度より高濃度側へ外れた劣化状態であると判別する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記噴射装置は、尿素水を噴射するために尿素水を加圧する加圧装置を更に備え、
前記検知手段は、前記加圧装置に異常が発生した場合に、尿素水が凍結したことを検知することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記検知手段は、前記加圧装置に発生している異常が解消された場合に、尿素水が凍結状態から融解したことを検知することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記噴射装置から噴射するための尿素水を貯留するタンクと、
前記タンク内の尿素水を吸い上げて前記噴射装置に供給するポンプと、
を更に備え、
前記検知手段は、前記ポンプに異常が発生した場合に、尿素水が凍結したことを検知す
ることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
請求項６において、
前記検知手段は、ポンプに発生していた異常が解消された場合に、尿素水が凍結状態から融解したことを検知することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記ＳＣＲによるＮＯｘ浄化率を取得する浄化率取得手段を更に備え、
前記検知手段は、前記浄化率取得手段によって取得されるＮＯｘ浄化率が所定の基準浄化率を下回った場合に、尿素水が凍結したことを検知することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記検知手段は、前記基準浄化率を下回っていたＮＯｘ浄化率が基準浄化率以上になった場合に、尿素水が凍結状態から融解したことを検知することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を後処理によって浄化する排気浄化装置として、アンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型触媒（ＳＣＲ）が知られている。ＳＣＲを備えた排気浄化システムとして、尿素水を貯蔵するタンクと、タンク内の尿素水をＳＣＲより上流側の排気通路内に噴射する噴射弁と、を備え、尿素水を排気中に噴射添加し、排気の熱による尿素水の加水分解反応によって発生するＮＨ３を、還元剤としてＳＣＲに供給するようにした尿素ＳＣＲシステムが知られている。
【特許文献１】特開２００７−１８３２４４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２７７１号公報
【特許文献３】特開２００７−２１８１４６号公報
【特許文献４】特開平１０−３３９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、尿素水の凝固点は尿素水の濃度によって異なる。具体的には、濃度が３２．５％の時に凝固点は最も低温（−１１℃）となり、濃度が３２．５％より低濃度側或いは高濃度側にずれるほど凝固点は高くなる。このような尿素水の性質に鑑みて、尿素ＳＣＲシステムでは、タンクに貯蔵すべき尿素水の濃度を３２．５％に定め、ＮＯｘ浄化率に応じた尿素水噴射量のフィードバック制御等においても、尿素水濃度が３２．５％であることを前提としてフィードバックゲイン等のパラメータが設定されたものがある。そのため、上記濃度と異なる濃度の尿素水がタンクに補充されたり、尿素水が劣化したりすることによって、タンク内の尿素水濃度が上記濃度から外れた劣化状態となった場合、ＳＣＲによるＮＯｘ浄化を適切に行えなくなる虞がある。
【０００４】
これに対して、尿素水濃度センサを新たに設置することによってタンク内の尿素水の濃度を測定し、その測定結果に基づいてタンク内の尿素水濃度が適切であるか否か判定することが考えられる。しかしながら、このような新たな機器を追加することになると、システムのコストアップが問題となる。また、尿素水濃度センサの故障を検知するシステムや、尿素水濃度センサの故障時に適切な代替手段を提供するシステムを構築する必要が生じ、システムの複雑化や更なるコストアップが問題となる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みて考え出されたものであり、尿素ＳＣＲシステムにおいて、コストアップを抑制しつつ、尿素水の劣化状態の検知を可能とする技術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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、
排気通路に設置されたＳＣＲと、
前記ＳＣＲより上流側の排気通路に尿素水を噴射する噴射装置と、
前記噴射装置から噴射するための尿素水が凍結したこと又は凍結状態から融解したことを検知する検知手段と、
前記検知手段により尿素水の凍結又は凍結状態からの融解が検知された時の尿素水の温度を取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段により取得される温度に基づいて、尿素水の濃度が所定の基準濃度から外れた劣化状態であるか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システムを提供する。
【０００７】
ここで、「基準濃度」とは、上記排気浄化システムにおいて用いるべき尿素水の規定の濃度として予め定められる濃度である。還元剤供給源として用い、また適宜補充すべき尿素水の規定の濃度として予め定められる濃度である。
【０００８】
検知手段により尿素水が凍結したことが検知された時に温度取得手段により取得される尿素水の温度は、尿素水の凝固点に対応している。また、検知手段により尿素水が凍結状態から融解したことが検知された時に温度取得手段により取得される尿素水の温度は、尿素水の融点に対応している。
【０００９】
上述のように、尿素水の濃度と尿素水の凝固点（又は融点、以下同じ）との間には対応関係が存在するので、温度取得手段によって取得される現状の尿素水の凝固点と、尿素水濃度が基準濃度である場合の凝固点（予め求められる）と、を比較することにより、現状の尿素水の濃度が基準濃度から外れているか否かを判定することができる。
【００１０】
本発明において、判定手段は、温度取得手段によって取得される尿素水の凝固点が、基準濃度に対応する凝固点と一致しない場合に、尿素水が劣化状態であると判定しても良い。或いは、温度取得手段によって取得される尿素水の凝固点が、基準濃度に対応する凝固点を含むある一定の温度範囲に属さない場合に、尿素水が劣化状態であると判定するようにしても良い。
【００１１】
上述したように、尿素水の凝固点は、尿素水の濃度が所定濃度（例えば３２．５％）の場合に最も低い温度（以下、最低凝固点という。例えば−１１℃）となり、尿素水濃度が当該所定濃度より低濃度側にずれた場合及び高濃度側にずれた場合のいずれにおいても、尿素水の凝固点は当該最低凝固点より高くなる性質を有する。
【００１２】
このような尿素水の性質に鑑み、尿素水を還元剤の供給源として用いる排気浄化システムでは、可及的に広範な温度環境下での還元剤供給の確保を可能とするために、システムで用いる尿素水の基準濃度として、上記の最低凝固点に対応する濃度を採用することができる。
【００１３】
この場合、本発明において、温度取得手段により取得される尿素水の凝固点が、上記最低凝固点より高い場合に、尿素水が劣化状態であると判定することができる。
【００１４】
ここで、判定手段は、温度取得手段により取得される尿素水の凝固点が、最低凝固点より一定温度以上高い場合に、尿素水が劣化状態であると判定するようにしても良い。これは、尿素水濃度が上記最低凝固点に対応する濃度を含むある一定の濃度範囲に属さない場合に、尿素水が劣化状態である判定することに対応する。
【００１５】
上記のような本発明の構成によって尿素水の劣化状態が判定された場合、例えば尿素水タンクに劣化状態に応じた適切な濃度の尿素水を補充することによって当該劣化状態を解消することが望ましい。
【００１６】
そのような作業を適切に遂行するためには、尿素水の濃度が基準濃度より高濃度側又は低濃度側のどちらにずれているのかを判定できると良い。そこで、上記本発明の構成において、
前記ＳＣＲによるＮＯｘ浄化率を取得する浄化率取得手段と、
前記浄化率取得手段により取得されるＮＯｘ浄化率が所定の目標浄化率に一致するように、前記噴射装置による尿素水の噴射量をフィードバック制御する制御手段と、
前記判定手段により尿素水が前記劣化状態であると判定される場合に、当該劣化状態が前記基準濃度より高濃度側又は低濃度側のどちら側に外れた劣化状態であるかを判別する劣化状態判別手段と、
を更に備え、
前記劣化状態判別手段は、
前記フィードバック制御における尿素水の噴射量のフィードバック制御量が所定の基準制御量より多い場合に、尿素水の濃度が前記基準濃度より低濃度側へ外れた劣化状態であると判別し、
前記フィードバック制御における尿素水の噴射量のフィードバック制御量が所定の基準制御量より少ない場合に、尿素水の濃度が前記基準濃度より高濃度側へ外れた劣化状態であると判別する
ようにしても良い。
【００１７】
ここで、「ＳＣＲによるＮＯｘ浄化率」とは、尿素水の噴射が行われてＳＣＲによるＮＯｘ還元処理が実行された場合にＳＣＲにおいて浄化される排気中のＮＯｘ量の指標であり、例えば、ＳＣＲに流入するＮＯｘ量とＳＣＲから流出するＮＯｘ量との比率に基づいて求められる。また、制御手段によるフィードバック制御において、フィードバックゲイン等の制御パラメータは、尿素水濃度が基準濃度であることを前提として設定されているものとする。「所定の基準制御量」とは、現状の尿素水濃度が基準濃度に等しいという想定のもとに算出される尿素水噴射量のフィードバック制御量である。
【００１８】
実際の尿素水濃度が基準濃度より低い場合には、ＮＯｘ浄化率を目標浄化率に一致させるために必要な尿素水噴射量は多くなる。従って、実際のフィードバック制御における尿素水噴射量の制御量は、基準制御量より多くなると考えられる。このことから、判定手段により尿素水濃度が基準濃度から外れた劣化状態であると判定された場合に、実際のフィードバック制御における尿素水噴射量の制御量が基準制御量より多いときは、現状の尿素水濃度が基準濃度より低濃度側へずれた劣化状態であると判定できる。
【００１９】
一方、実際の尿素水濃度が基準濃度より高い場合には、ＮＯｘ浄化率を目標浄化率に一致させるために必要な尿素水噴射量は少なくなる。従って、実際のフィードバック制御における尿素水噴射量の制御量は、基準制御量より少なくなると考えられる。このことから、判定手段により尿素水濃度が基準濃度から外れた劣化状態であると判定された場合に、実際のフィードバック制御における尿素水噴射量の制御量が基準制御量より少ないときは、現状の尿素水濃度が基準濃度より高濃度側へずれた劣化状態であると判定できる。
【００２０】
次に、上記本発明の構成において、尿素水が凍結したこと又は凍結状態から融解したことを検知する具体的な手段について説明する。
【００２１】
尿素水が凍結した場合には、噴射装置からの尿素水の噴射が行えなくなる。このことは、尿素水の噴射制御に発生する異常として現れると考えられる。例えば、噴射装置が、尿素水を噴射するために尿素水を加圧する加圧装置を備えて構成されている場合には、尿素水の凍結は、加圧装置によって加えられる圧力が過大になるという異常として現れると考えられる。従って、加圧装置にこのような異常が発生したことが検知された場合に、尿素水が凍結したことを検知することができる。
【００２２】
逆に、凍結状態の尿素水が融解した場合には、このような加圧装置に現れた異常が解消されると考えられる。従って、加圧装置に発生している異常が解消された場合に、尿素水が凍結状態から融解したことを検知することができる。
【００２３】
また、噴射装置から噴射するための尿素水を貯留するタンクと、タンク内の尿素を吸い上げて噴射装置に供給するポンプと、を備えた構成では、尿素水の凍結は、ポンプによる尿素水の吸い上げが正常に行えなくなる、或いは尿素水の噴射要求があるにもかかわらずタンク内の尿素推量が変化しない等の異常として現れると考えられる。従って、ポンプやタンクにこのような異常が発生したことが検知された場合に、尿素水が凍結したことを検知することができる。
【００２４】
逆に、凍結状態の尿素水が融解した場合には、このようなポンプやタンクに現れた異常が解消されると考えられる。従って、ポンプやタンクに発生している異常が解消された場合に、尿素水が凍結状態から融解したことを検知することができる。
【００２５】
また、噴射装置からの尿素水の噴射が行えなくなった場合、ＳＣＲにおけるＮＯｘの還元浄化反応が進行しなくなるので、尿素水の凍結は、ＮＯｘ浄化率が急激に悪化するという異常として現れると考えられる。従って、ＮＯｘ浄化率がある基準浄化率を下回ったことが検知された場合に、尿素水が凍結したことを検知することができる。「基準浄化率」とは、ＳＣＲにおいて正常にＮＯｘ還元浄化反応が進行していると判断可能なＮＯｘ浄化率の下限値に基づいて定められる定数である。
【００２６】
逆に、凍結状態の尿素が融解した場合には、このようなＮＯｘ浄化率が過度に悪化した状態が解消されると考えられる。従って、ＮＯｘ浄化率が過度に悪化した状態が解消された場合に、尿素水が凍結状態から融解したことを検知することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、尿素ＳＣＲシステムにおいて、コストアップを抑制しつつ、尿素水の劣化を検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を模式的に示す図である。
【００３０】
図１において、内燃機関１からの排気はマニホールド２に排出され、排気通路３に流入する。排気通路３には、上流側から酸化触媒４、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元型触媒（ＳＣＲ）６、アンモニア酸化触媒７が配置されている。酸化触媒４及びＤＰＦ５によって排気中の粒子状物質（パティキュレートマター）が捕集・酸化される。ＳＣＲ６はアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する触媒である。ＳＣＲ６において酸化還元反応に寄与せずにＳＣＲ６から流出するＮＨ３は、アンモニア酸化触媒７において酸化される。これにより、大気中にＮＨ３が排出されることが抑制される。
【００３１】
ＳＣＲ６より上流側の排気通路３には、排気通路３内に尿素水を噴射する噴射弁９が取り付けられている。噴射弁９には、タンク１０内に貯留されている尿素水１１がポンプ１２によって組み上げられ、加圧装置１５により加圧されて供給される。噴射弁９から排気通路３内に噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解し、ＮＨ３を発生する。このＮＨ３がＳＣＲ６に流入して還元剤として働くことになる。従って、噴射弁９からの尿素
水噴射量と、タンク１０内の尿素水濃度と、に応じて、ＳＣＲ６において還元浄化され得るＮＯｘの量が決まる。タンク１０には、タンク１０内の温度を測定する温度センサ１４が取り付けられている。
【００３２】
アンモニア酸化触媒７より下流側の排気通路３には、排気中のＮＯｘ量を測定するＮＯｘセンサ８が取り付けられている。本実施例のシステムでは、内燃機関１の運転状態に基づいて内燃機関１からの排気中のＮＯｘ量を推定し、該推定されるＮＯｘ量をＳＣＲ６に流入するＮＯｘ量とする。そして、該推定されるＳＣＲ流入ＮＯｘ量と、ＮＯｘセンサ８によって測定されるＳＣＲ流出ＮＯｘ量と、の比に基づいて、ＳＣＲ６によるＮＯｘ浄化率を算出する。
【００３３】
本実施例では、このようにして取得されるＮＯｘ浄化率が、所定の目標浄化率になるように、噴射弁９からの尿素水噴射量をフィードバック制御により調整する。このフィードバック制御においては、タンク１０内に貯留され、また適宜補充される尿素水の濃度が、所定の基準濃度で常に一定であることを前提として、フィードバックゲイン等の制御パラメータが設定されている。
【００３４】
ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転状態を制御する電子制御コンピュータである。ＥＣＵ１３には、加圧装置１５、噴射弁９及びポンプ１２が接続され、ＥＣＵ１３からの制御信号によって加圧装置１５、噴射弁９及びポンプ１２の動作が制御される。また、ＥＣＵ１３には、ＮＯｘセンサ８及び温度センサ１４が接続され、ＮＯｘセンサ８及び温度センサ１４による測定値がＥＣＵ１３に流入される。その他、ＥＣＵ１３には、内燃機関１の運転状態に関する情報が入力される。ＥＣＵ１３は、これら入力される情報に基づいて、ＮＯｘ浄化率の算出、尿素水噴射量の制御、上記フィードバック制御等を行う。
【００３５】
ここで、尿素水の凝固点と尿素水の濃度との間には対応関係がある。具体的には、図２に示すように、濃度３２．５％において尿素水の凝固点は最も低い温度（−１１℃）となる。以下、この最も低い凝固点を「最低凝固点」と称し、最低凝固点を与える尿素水の濃度（３２．５％）を「標準濃度」と称する。尿素水濃度が標準濃度より高濃度側の濃度になった場合も、低濃度側の濃度になった場合も、尿素水の凝固点は最低凝固点より高い温度になる。本実施例のシステムでは、タンク１０内に貯留すべき尿素水の基準濃度としてこの標準濃度を採用する。標準濃度の尿素水を用いることにより、尿素水が凍結することを可及的に抑制することができ、広範な温度環境下でＳＣＲ６によるＮＯｘ浄化を行うことが可能となるからである。
【００３６】
ところで、タンク１０への尿素水の補充はユーザーに委ねられる場合があるため、基準濃度以外の濃度の尿素水がタンク１０に補充されてしまう可能性がある。また、尿素水の経時的な劣化により尿素水濃度が基準濃度から変化してしまう可能性も考えられる。このような場合、実際の尿素水濃度と、上記フィードバック制御において前提とされている尿素水濃度（すなわち基準濃度）と、の間にずれが生じることになるため、ＳＣＲ６において適切なＮＯｘ浄化処理を行うことができなくなる虞がある。
【００３７】
従って、ＳＣＲ６によるＮＯｘ浄化処理を適切に実行するためには、タンク１０内の尿素水濃度が基準濃度からずれた劣化状態になった場合に、それを確実に検知することが重要となる。これに対し、タンク１０に尿素水濃度を測定する濃度センサを取り付けて、該濃度センサによる測定値に基づいて尿素水の劣化状態を判定することが考えられるが、このような新たな機器をシステムに追加することは、コストアップやシステムの複雑化を招く可能性がある。
【００３８】
そこで、本実施例のシステムでは、タンク１０内の尿素水の凝固点を取得し、取得した
凝固点から、図２に示した尿素水の濃度と尿素水の凝固点との対応関係に基づいて、タンク１０内の尿素水濃度の基準濃度からのずれを推定し、この推定されたずれに基づいて尿素水の劣化状態を判定するようにした。これにより、濃度センサといった新たな機器によらずに、タンク１０内の尿素水の劣化状態を判定することができる。
【００３９】
以下、本実施例における尿素水の劣化状態判定について詳細に説明する。
【００４０】
タンク１０内の尿素水が凍結した場合、噴射弁９からの尿素水の噴射が行えなくなる。このことは、尿素水噴射システムに発生する異常として現れる。例えば、尿素水が凍結した場合、ポンプ１２はタンク１０内の尿素水を組み上げることができなくなる。従って、その場合、尿素水の噴射要求がＥＣＵ１３によって発せられているにもかかわらず、噴射弁９に尿素水が供給されない、タンク１０内の尿素水量が変化しない、加圧装置１５における圧力の過上昇等の異常が現れると考えられる。このような異常を検知した場合に、本実施例では、タンク１０内の尿素水が凍結したと判定する。
【００４１】
また、尿素水が凍結して噴射弁９からの尿素水噴射が行われなくなった場合、ＳＣＲ６によるＮＯｘ浄化率が急激に悪化するという異常が現れる。従って、ＥＣＵ１３によって算出されるＮＯｘ浄化率が、所定の基準浄化率を下回った場合に、タンク１０内の尿素水が凍結したと判定するようにしても良い。この基準浄化率は、ＳＣＲ６において正常にＮＯｘ還元浄化反応が進行していると判断可能なＮＯｘ浄化率の下限値に基づいて定められる定数である。
【００４２】
逆に、凍結状態の尿素水が融解した場合には、上記のような尿素水噴射システムに現れた異常が解消されると考えられる。例えば、尿素水の噴射要求がＥＣＵ１３によって発せられているにもかかわらず噴射弁９に尿素水が供給されない、という異常が発生している状態で、噴射弁９への尿素水の供給が再度行われるようになった場合、尿素水が凍結状態から融解したと判定できる。また、タンク１０内の尿素水量が変化しないといった異常が発生している状態で、タンク１０内の尿素水量が再度変化するようになった場合、尿素水が凍結状態から融解したと判定できる。また、加圧装置１５における圧力の過上昇が解消された場合、尿素水が凍結状態から融解したと判定できる。
【００４３】
また、ＳＣＲ６によるＮＯｘ浄化率が急激に悪化して前記基準浄化率を下回っている状態で、ＳＣＲ６によるＮＯｘ浄化率が基準浄化率以上の値に復帰した場合に、タンク１０内の尿素水が凍結状態から融解したと判定することができる。
【００４４】
このようにして、尿素水が凍結したと判定された時、又は、尿素水が凍結状態から融解したと判定された時に、温度センサ１４によってタンク１０内の温度を測定する。この時温度センサ１４によって測定される温度は、尿素水の凝固点又は融点と考えることができる。
【００４５】
そして、測定された尿素水の凝固点から、図２に示した尿素水の濃度と凝固点との対応関係に基づいて、タンク１０内の尿素水の濃度を推定する。ここで、温度センサ１４によって測定された尿素水の凝固点がＴ（＞−１１℃）であったとすると、図２に示すように、当該凝固点Ｔに対応する尿素水濃度としては、基準濃度（３２．５％）より低濃度側の濃度Ｒ１と、基準濃度より高濃度側の濃度Ｒ２と、の２通りの可能性が考えられる。
【００４６】
ここで、推定された尿素水濃度（Ｒ１又はＲ２）が、基準濃度（３２．５％）を含む所定濃度範囲［Ｒ０１、Ｒ０２］内に属していない場合に、尿素水は許容限度を超えて劣化状態にあると判定する。逆に、推定された尿素水濃度がこの濃度範囲内に属している場合には、尿素水は劣化していないと判定する。この尿素水濃度として許容される濃度範囲は
、予め定められた制御パラメータによってフィードバック制御される噴射量の尿素水を還元剤としてＳＣＲ６によＮＯｘ浄化処理を適切に実行可能と判断できる尿素水濃度範囲として予め定められる。なお、推定された尿素水濃度が基準濃度に一致していない場合に尿素水が劣化状態であると判定するようにしても良い。
【００４７】
尿素水の凝固点に基づいて推定した尿素水濃度に基づいて、尿素水濃度が劣化状態であると判定された場合、例えば、タンク１１に当該劣化状態に応じた適切な濃度の尿素水を補充することによって劣化状態を解消することが好ましい。
【００４８】
ここで、尿素水が劣化状態であると判定された場合、上述のように、尿素水濃度の基準濃度（３２．５％）に対するずれは、高濃度側へのずれ又は低濃度側へのずれのいずれの可能性も考えられる。尿素水の劣化状態を解消するためには、基準濃度に対するずれの傾向を特定する必要がある。
【００４９】
そこで、本実施例では、ＮＯｘ浄化率のフィードバック制御における尿素水噴射量のフィードバック制御量に基づいて、尿素水濃度の基準濃度に対するずれの傾向を推定するようにした。
【００５０】
具体的には、ＥＣＵ１３によって算出される実際のＮＯｘ浄化率と、フィードバック制御における目標浄化率と、の偏差に基づいて、尿素水濃度が基準濃度であるという前提のもとに算出される尿素水噴射量のフィードバック制御量（基準制御量という）と、当該偏差を解消するために実際にフィードバック制御によって実施された尿素水噴射量のフィードバック制御量（実制御量という）と、を比較する。
【００５１】
そして、実制御量が基準制御量より多い場合には、尿素水は、尿素水濃度が基準濃度より低濃度側へずれた劣化状態であると判定する。また、実制御量が基準制御量より少ない場合には、尿素水は、尿素水濃度が基準濃度より高濃度側へずれた劣化状態であると判定する。
【００５２】
尿素水が劣化状態であると判定された場合に、上記のフィードバック制御における実制御量と基準制御量との比較結果を参照して、最終的に、尿素水濃度は基準濃度に対して低濃度側にずれた濃度Ｒ１であるのか、基準濃度に対して高濃度側にずれた濃度Ｒ２であるのか、判別する。
【００５３】
このように、本実施例によれば、濃度センサのような新たな機器によらずに、尿素水の劣化状態を精度良く判定することができる。
【００５４】
以上説明した本実施例の尿素水の劣化状態の判定処理について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、尿素水濃度が基準濃度に対して高濃度側にずれているのか低濃度側にずれているのかを判別する処理のルーチンを表すフローチャートである。
【００５５】
図３において、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１３はＮＯｘ浄化率を算出し、フィードバック制御における目標浄化率との偏差に基づいて、尿素水噴射の指示量を算出する。ここでは、ＥＣＵ１３は尿素水濃度が基準濃度であると仮定して尿素水噴射の指示量を算出する。
【００５６】
ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で算出した指示量の尿素水噴射を実行する。
【００５７】
ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２において尿素水噴射を行った結果として
のＮＯｘ浄化率を再度算出し、フィードバック制御における目標浄化率と比較する。そして、この比較結果に基づいて、ステップＳ１０１において算出した尿素水噴射の指示量の過不足を評価する。
【００５８】
すなわち、ステップＳ１０３で算出したＮＯｘ浄化率と目標浄化率との偏差が、ステップＳ１０１で算出した偏差に対して十分に減少していなければ、ステップＳ１０１で算出した尿素水噴射の指示量は不足だったと判定する。この場合、ステップＳ１０４に進み、判定フラグに「−１」をセットする。
【００５９】
また、ステップＳ１０２において尿素水噴射をした後に、アンモニア酸化触媒７より下流側において過剰なＮＨ３が検出された場合、ステップＳ１０１で算出した尿素水噴射の指示量は過多だったと判定する。この場合、ステップＳ１０５に進み、判定フラグに「１」をセットする。なお、アンモニア酸化触媒７より下流に流出するＮＨ３の検出は、例えばアンモニア酸化触媒７より下流側の排気通路３にアンモニアセンサを取り付けて、該アンモニアセンサによって排気中のアンモニア量を測定することにより行うことができる。その他の検出方法を利用することもできる。
【００６０】
ステップＳ１０３で算出したＮＯｘ浄化率と目標浄化率との偏差が、ステップＳ１０１で算出した偏差に対して十分に減少しており、且つ、アンモニア酸化触媒７より下流側に多量のＮＨ３が流出していない場合には、ステップＳ１０１で算出した尿素水噴射の指示量は過不足がなかった判定する。この場合、本ルーチンを終了する。
【００６１】
次に、図４は、尿素水の劣化状態を判定する処理のルーチンを表すフローチャートである。
【００６２】
図４において、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１３は、上述の方法によって、尿素水が凍結したことが検知されたか否かを判定する。凍結したことが検知された場合、ステップＳ２０３に進む。凍結したことが検知されなかった場合、ステップＳ２０２に進む。
【００６３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ１３は、上述の方法によって、尿素水が凍結状態から融解したことが検知されたか否かを判定する。凍結状態から融解したことが検知された場合、ステップＳ２０３に進む。凍結状態から融解したことが検知されなかった場合、本ルーチンの実行を終了する。
【００６４】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ１３は、温度センサ１４によってタンク１０内の温度を測定し、その測定値に基づいて尿素水の凝固点（又は融点、以下同じ）を取得する。
【００６５】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ１３は、ステップＳ２０３で取得した尿素水の凝固点と、図２に示した尿素水濃度及び凝固点の対応関係と、に基づいて、尿素水の劣化判定を行う。凝固点から推定した尿素水濃度が、基準濃度を含む上述の所定濃度範囲内に属している場合、ＥＣＵ１３は、尿素水は劣化状態ではないと判定し、本ルーチンの実行を終了する。尿素水濃度が当該所定濃度範囲内に属していない場合、ＥＣＵ１３は、尿素水は劣化状態であると判定し、ステップＳ２０５に進む。
【００６６】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ１３は、図３のルーチンでセットされた判定フラグを評価する。判定フラグに「１」がセットされている場合には、ＥＣＵ１３はステップＳ２０６に進み、尿素水濃度は基準濃度に対して低濃度側にずれた劣化状態であると判定する。一方、判定フラグに「−１」がセットされている場合には、ＥＣＵ１３はステップＳ２０７に進み、尿素水濃度は基準濃度に対して高濃度側にずれた劣化状態であると判定する。
【００６７】
本実施例において、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２を実行するＥＣＵ１３が、本発明における検知手段に相当する。また、ステップＳ２０３を実行するＥＣＵ１３が、本発明における温度取得手段に相当する。ステップＳ２０４を実行するＥＣＵ１３が、本発明における判定手段に相当する。ステップＳ２０５、ステップＳ２０６及びステップＳ２０７を実行するＥＣＵ１３が、本発明における劣化状態判別手段に相当する。ステップＳ１０１及びステップＳ１０２を実行するＥＣＵ１３が、本発明における浄化率取得手段及び制御手段に相当する。
【００６８】
以上説明した図３及び図４のルーチンをＥＣＵ１３が実行することにより、尿素水の劣化状態を精度良く判定することができる。本実施例による劣化判定方法によれば、尿素水濃度センサ等の新たな機器を追加することなく、尿素水の劣化状態を判定することができるので、コストアップやシステムの複雑化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例における内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】尿素水濃度と尿素水の凝固点（融点）との対応関係を示す図である。
【図３】尿素水濃度が基準濃度に対して高濃度側にずれているのか低濃度側にずれているのかを判別する処理のルーチンを表すフローチャートである。
【図４】尿素水の劣化状態を判定する処理のルーチンを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１     内燃機関
２     排気マニホールド
３     排気通路
４     酸化触媒
５     ＤＰＦ
６     ＳＣＲ
７     アンモニア酸化触媒
８     ＮＯｘセンサ
９     噴射弁
１０   タンク
１１   尿素水
１２   ポンプ
１３   ＥＣＵ
１４   温度センサ
１５   加圧装置
【図１】
2009197741.tif 000003
【図２】
2009197741.tif 000004
【図３】
2009197741.tif 000005
【図４】
2009197741.tif 000006