JP2017067041A - Exhaust emission control system for internal combustion engine - Google Patents

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明 西山
Akira Nishiyama
明 西山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system for an internal combustion engine capable of detecting wrong input of various liquid to an urea water tank.SOLUTION: An exhaust emission control system includes: an urea water tank for storing liquid; an SCR catalyst for purifying exhaust gas by using NHgenerated by hydrolyzing liquid injected from an urea water injector as a reducing agent; and an NHsensor for detecting NHin exhaust gas. The NHsensor includes: an NHdetection electrode having a function for forming a B acid point by using HO in exhaust gas; an NOdetection electrode having sensitivity to NO; a reference electrode; and a solid electrolyte body having the NHelectrode, the NOelectrode and the reference electrode. A sensor controller of the NHsensor determines an abnormality of liquid in the urea water tank by using a combination of electromotive force MAIN-EMF generated between the NHelectrode and the reference electrode and electromotive force SUB-EMF generated between the NOelectrode and the reference electrode.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.

従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置の１つとして、ＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）を排気管内に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムは、尿素水タンクに貯留された尿素水をＳＣＲ触媒の上流側から供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する。近年では、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられたＮＨ３センサを用いることによって、排気中のＮＯｘがＳＣＲ触媒においてＮＨ３によって過不足無く還元されるように適切な量の尿素水を調量し排気中に噴射させる尿素水噴射制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as one of exhaust purification devices for purifying NOx in exhaust, a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) that selectively reduces NOx in exhaust by NH 3 is provided in the exhaust pipe. Proposed. For example, a urea addition type exhaust purification system supplies urea water stored in a urea water tank from the upstream side of the SCR catalyst, and generates NH 3 from the urea water by thermal decomposition or hydrolysis with the heat of exhaust gas. Then, NOx in the exhaust gas is selectively reduced by the NH 3 . In recent years, by using an NH 3 sensor provided on the downstream side of the SCR catalyst, an appropriate amount of urea water is metered and exhausted so that NOx in the exhaust is reduced by NH 3 without excess or deficiency in the SCR catalyst. There has been proposed urea water injection control to be injected inside (see, for example, Patent Document 1).

ところで、尿素水タンクに投入されるべき正規品の尿素水の濃度は予め定められており、また排気浄化システムで実行される尿素水噴射制御は、正規品の尿素水が用いられることが前提となっている。このため、例えば誤って正規品でない尿素水や水が尿素水タンクに投入されることにより、尿素水タンク内の尿素水の濃度が正規品の濃度よりも薄くなってしまうと、ＳＣＲ触媒において十分な量のＮＨ３を生成することができず、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化性能を十分に発揮できない場合がある。 By the way, the concentration of the regular urea water to be put into the urea water tank is determined in advance, and the urea water injection control executed in the exhaust purification system is based on the assumption that the regular urea water is used. It has become. For this reason, for example, if the concentration of urea water in the urea water tank becomes thinner than the concentration of the regular product due to, for example, urea water or water that is not a regular product accidentally thrown into the urea solution tank, the SCR catalyst is sufficient. There is a case where a sufficient amount of NH 3 cannot be generated and the NOx purification performance by the SCR catalyst cannot be sufficiently exhibited.

このため、尿素水を用いる排気浄化システムでは、尿素水タンク内に貯留されている液体の異常を検出するために尿素水タンクに尿素水濃度センサを設ける場合がある。この他、ＳＣＲ触媒の前後にＮＯｘセンサを設けて、これら２つのセンサを用いることによってＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能を推定することにより、尿素水タンク内に貯留されている液体が適切な尿素水であるか否かを間接的に推定する技術も提案されている。   For this reason, in an exhaust purification system using urea water, a urea water concentration sensor may be provided in the urea water tank in order to detect an abnormality in the liquid stored in the urea water tank. In addition, by providing NOx sensors before and after the SCR catalyst and estimating the NOx purification performance of the SCR catalyst by using these two sensors, the liquid stored in the urea water tank is replaced with appropriate urea water. A technique for indirectly estimating whether or not there is also proposed.

しかしながらこれらの技術では、尿素水噴射制御を行うためのＮＨ３センサの他に、尿素水濃度センサやＮＯｘセンサ等の装置が新たに必要となる。そこで特許文献１には、ＳＣＲ触媒の未活性時において、ＮＨ３センサのゼロ点補正電圧を用いることによって適切な濃度の尿素水が用いられているか否かを判定する技術が示されている。 However, in these techniques, in addition to the NH 3 sensor for performing urea water injection control, a device such as a urea water concentration sensor and a NOx sensor is newly required. Therefore, Patent Document 1 discloses a technique for determining whether or not an appropriate concentration of urea water is used by using the zero point correction voltage of the NH 3 sensor when the SCR catalyst is inactive.

国際公開第２００９／１２８１６９号公報International Publication No. 2009/128169 特開２００６−２３２３４号公報JP 2006-23234 A

特許文献１の技術によれば、尿素水噴射制御を行うために用いられるＮＨ３センサを流用することにより、尿素水タンク内の異常を検出することができる。しかしながら、特許文献１の発明で検出できるのは尿素水タンク内の尿素水の濃度に関する異常のみであり、その他の不具合については検出できない。例えば尿素水タンク内には、水だけでなく、燃料（ガソリン、軽油、灯油等）や、アルコール系液体（ブレーキフルード、クーラント、ウォッシャ液等）等の様々な液体が誤って投入される場合もあるが、特許文献１の技術ではこのような水以外の液体の誤投入を適切に検出することが困難である。 According to the technique of Patent Document 1, an abnormality in the urea water tank can be detected by diverting the NH 3 sensor used for performing urea water injection control. However, the invention of Patent Document 1 can only detect abnormality related to the concentration of urea water in the urea water tank, and cannot detect other problems. For example, not only water but also various liquids such as fuel (gasoline, light oil, kerosene, etc.) and alcoholic liquids (brake fluid, coolant, washer fluid, etc.) may be accidentally put into the urea water tank. However, it is difficult for the technique of Patent Document 1 to appropriately detect such an erroneous injection of a liquid other than water.

本発明は、尿素水タンクへの様々な液体の誤投入を検出できる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that can detect erroneous injection of various liquids into a urea water tank.

（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）は、液体を貯留する尿素水タンク（例えば、後述の尿素水タンク４１）と、前記尿素水タンク内の液体を内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１１）内に噴射する噴射弁（例えば、後述の尿素水インジェクタ４２）と、前記排気通路のうち前記噴射弁より下流側に設けられ、前記噴射弁から噴射された液体を加水分解することによって生成されたＮＨ３を還元剤として排気を浄化する選択還元触媒（例えば、後述の下流触媒コンバータ３３のＳＣＲ触媒）と、前記排気通路のうち前記噴射弁より下流側に設けられ、排気中のＮＨ３を検出するＮＨ３センサ（例えば、後述のＮＨ３センサ５）と、を備える。前記ＮＨ３センサは、排気中のＨ２Ｏを用いてＢ酸点を形成する機能を有するＮＨ３電極（例えば、後述のＮＨ３検知電極５１３）と、ＮＯ２に対する感度を有するＮＯ２電極（例えば、後述のＮＯ２検知電極５１４）と、基準電極（例えば、後述の基準電極５１２）と、前記ＮＨ３電極、前記ＮＯ２電極及び前記基準電極が設けられた固体電解質体（例えば、後述の固体電解質体５１１）と、を備える。排気浄化システムは、前記ＮＨ３電極及び前記基準電極の間で発生する第１起電力（ＭＡＩＮ−ＥＭＦ）と前記ＮＯ２電極及び前記基準電極の間で発生する第２起電力（ＳＵＢ−ＥＭＦ）との組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体の異常を判定する異常判定手段（例えば、後述のセンサコントローラ７３）を備える。 (1) An exhaust purification system (for example, an exhaust purification system 2 to be described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 to be described later) of the present invention includes a urea water tank (for example, an urea water tank 41 to be described later) for storing a liquid. An injection valve (for example, a urea water injector 42 to be described later) for injecting the liquid in the urea water tank into an exhaust passage (for example, an exhaust pipe 11 to be described later) of the internal combustion engine, and the injection valve in the exhaust passage. A selective reduction catalyst (for example, an SCR catalyst of the downstream catalytic converter 33 described later) provided on the downstream side and purifies exhaust gas using NH 3 generated by hydrolyzing the liquid injected from the injection valve as a reducing agent; And an NH 3 sensor (for example, NH 3 sensor 5 described later) that is provided downstream of the injection valve in the exhaust passage and detects NH 3 in the exhaust. The NH 3 sensor, the NH 3 electrode having a function of forming a B acid sites using of H 2 O in the exhaust (e.g., NH 3 detection electrode 513 will be described later), NO 2 electrode having a sensitivity to NO 2 ( For example, a NO 2 detection electrode 514 described later, a reference electrode (for example, reference electrode 512 described later), and a solid electrolyte body (for example, described later) provided with the NH 3 electrode, the NO 2 electrode, and the reference electrode. A solid electrolyte body 511). The exhaust purification system includes a first electromotive force (MAIN-EMF) generated between the NH 3 electrode and the reference electrode and a second electromotive force (SUB-EMF) generated between the NO 2 electrode and the reference electrode. By using the combination, an abnormality determining means (for example, a sensor controller 73 described later) for determining abnormality of the liquid in the urea water tank is provided.

（２）この場合、前記ＮＨ３センサは、前記選択還元触媒の下流側に設けられ、前記異常判定手段は、前記選択還元触媒に流入するＮＯｘを全て還元するために必要とされる所定の基準濃度の尿素水の量をＮＯｘ浄化等価量と定義し、前記噴射弁から当該ＮＯｘ浄化等価量より多くの量の液体を噴射した時の応答として発生する前記第１起電力及び前記第２起電力の組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体の異常を判定することが好ましい。 (2) In this case, the NH 3 sensor is provided on the downstream side of the selective reduction catalyst, and the abnormality determination means is a predetermined standard required for reducing all NOx flowing into the selective reduction catalyst. The amount of urea water having a concentration is defined as a NOx purification equivalent amount, and the first electromotive force and the second electromotive force generated as a response when a larger amount of liquid is injected from the injection valve than the NOx purification equivalent amount. It is preferable to determine abnormality of the liquid in the urea water tank by using a combination of the above.

（３）この場合、前記異常判定手段は、前記第１起電力と前記第２起電力との組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体の異常を、前記液体が所定の基準濃度以下の尿素水である薄まり異常と、前記液体が燃料を含む燃料異常と、前記液体がアルコール系液体を含むアルコール異常とで分けて判定することが好ましい。   (3) In this case, the abnormality determination means uses a combination of the first electromotive force and the second electromotive force to detect abnormality of the liquid in the urea water tank, and the liquid is below a predetermined reference concentration. It is preferable that the determination is made separately for a thinning abnormality that is urea water, a fuel abnormality in which the liquid contains fuel, and an alcohol abnormality in which the liquid contains an alcohol-based liquid.

（４）この場合、前記異常判定手段は、前記噴射弁から前記ＮＯｘ浄化等価量以上の液体を噴射させたときに、前記第１起電力は前記液体の噴射量の前記ＮＯｘ浄化等価量からの余剰分に応じて定められる負の閾値（Ｖ２）より大きく、かつ前記第２起電力は前記余剰分に応じて定められる正の閾値（Ｖ３）より大きい場合には、前記尿素水タンク内の液体は所定の基準濃度以下の尿素水であると判定することが好ましい。   (4) In this case, when the abnormality determining means injects the liquid of the NOx purification equivalent amount or more from the injection valve, the first electromotive force is calculated from the NOx purification equivalent amount of the liquid injection amount. When the second electromotive force is greater than a negative threshold (V2) determined according to the surplus and the second electromotive force is greater than a positive threshold (V3) determined according to the surplus, the liquid in the urea water tank Is preferably determined to be urea water having a predetermined reference concentration or less.

（５）この場合、前記異常判定手段は、前記噴射弁から噴射可能な最大の量の液体を噴射させた時の応答として発生する前記第１起電力及び前記第２起電力の組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体が前記基準濃度以下の尿素水であるか否かを判定することが好ましい。   (5) In this case, the abnormality determination means uses a combination of the first electromotive force and the second electromotive force generated as a response when the maximum amount of liquid that can be ejected from the ejection valve is ejected. Thus, it is preferable to determine whether or not the liquid in the urea water tank is urea water having the reference concentration or less.

（６）この場合、前記異常判定手段は、前記尿素水タンク内の液体が前記基準濃度以下の尿素水であると判定した場合には、前記噴射弁からの液体の噴射量を、所定の基準噴射量よりも増量側へ補正することが好ましい。   (6) In this case, when the abnormality determination means determines that the liquid in the urea water tank is urea water having the reference concentration or less, the abnormality injection means sets the injection amount of the liquid from the injection valve to a predetermined reference. It is preferable to correct to an increase side with respect to the injection amount.

（７）この場合、前記異常判定手段は、前記噴射弁から所定量以上の液体を噴射させたときに、前記第１及び第２起電力は何れも負値を示しかつ前記第２起電力が前記第１起電力よりも小さい場合には、前記尿素水タンク内の液体は燃料を含むと判定することが好ましい。   (7) In this case, when the abnormality determining unit ejects a predetermined amount or more of liquid from the injection valve, the first and second electromotive forces both show negative values and the second electromotive force is When it is smaller than the first electromotive force, it is preferable to determine that the liquid in the urea water tank contains fuel.

（８）この場合、前記異常判定手段は、前記尿素水タンク内の液体は燃料を含むと判定した場合には、前記噴射弁からの液体の噴射を停止させることが好ましい。   (8) In this case, it is preferable that the abnormality determination unit stops the injection of the liquid from the injection valve when it is determined that the liquid in the urea water tank contains fuel.

（９）この場合、前記異常判定手段は、前記噴射弁から前記ＮＯｘ浄化等価量以上の液体を噴射させたときに、前記第１及び第２起電力は何れも負値であり、前記第１起電力は前記液体の噴射量の前記ＮＯｘ浄化等価量からの余剰分に応じて定められる負の閾値（Ｖ１）より大きい場合には、前記尿素水タンク内の液体はアルコール系液体を含むと判定することが好ましい。   (9) In this case, when the abnormality determining means injects the liquid of the NOx purification equivalent amount or more from the injection valve, the first and second electromotive forces are both negative values, and the first If the electromotive force is greater than the negative threshold (V1) determined according to the surplus of the liquid injection amount from the NOx purification equivalent amount, it is determined that the liquid in the urea water tank contains an alcohol-based liquid. It is preferable to do.

（１０）この場合、前記異常判定手段は、前記尿素水タンク内の液体はアルコール系液体を含むと判定した場合には、前記噴射弁からの液体の噴射を停止させることが好ましい。   (10) In this case, it is preferable that when the liquid in the urea water tank determines that the liquid in the urea water tank contains an alcohol-based liquid, the liquid injection from the injection valve is stopped.

（１）本発明では、排気中のＨ２Ｏを用いてＢ酸点を形成する機能を有するＮＨ３電極及びＮＯ２に対する感度を有するＮＯ２電極の２種類の電極を有するセンサをＮＨ３センサとして用いる。本発明ではこのような２種類の電極を備えるＮＨ３センサを利用し、ＮＨ３電極−基準電極間で発生する第１起電力とＮＯ２電極−基準電極間で発生する第２起電力との組み合わせを用いることによって尿素水タンク内の液体の異常を判定する。上記のような異なる機能を有するＮＨ３電極及びＮＯ２電極は、Ｈ２ＯやＨＣ等の排気の組成に応じてそれぞれ異なる大きさ及び符号の起電力を発生する。このため、尿素水タンク内に誤って水が投入された場合だけでなく、誤って燃料やアルコール系液体が投入された場合であっても、これを尿素水タンク内の液体の異常として判定することができる。 (1) In the present invention, NH 3 sensor a sensor having two electrodes of NO 2 electrode having a sensitivity to NH 3 electrodes and NO 2 having a function of forming a B acid sites using of H 2 O in the exhaust gas Used as In the present invention, such an NH 3 sensor having two types of electrodes is used, and a first electromotive force generated between the NH 3 electrode and the reference electrode and a second electromotive force generated between the NO 2 electrode and the reference electrode are used. By using the combination, abnormality of the liquid in the urea water tank is determined. The NH 3 electrode and the NO 2 electrode having different functions as described above generate electromotive forces having different sizes and signs depending on the composition of the exhaust gas such as H 2 O and HC. For this reason, not only when water is accidentally introduced into the urea water tank, but also when fuel or alcohol-based liquid is accidentally introduced, this is determined as an abnormality of the liquid in the urea water tank. be able to.

（２）本発明では、選択還元触媒の下流側にＮＨ３センサを設け、ＮＯｘを還元するために必要となる所定のＮＯｘ浄化等価量より多くの量の液体を噴射した時の応答として発生する第１及び第２起電力の組み合わせを用いることによって尿素水タンク内の液体の異常を判定する。ここで、尿素水タンク内に貯留されている液体が正規品の尿素水であると仮定した場合、ＮＯｘ浄化等価量より多くの液体を噴射すると、選択還元触媒より下流側へ、ＮＯｘの還元に消費されることなくまた選択還元触媒に貯蔵されることもなかった余分な量のＮＨ３が排出される。また本発明で用いるＮＨ３センサは、排気中にＮＨ３が含まれていると、第１及び第２起電力はそれぞれ特徴的な振る舞いを示す。より具体的には、例えば後述の図５に示すように、第１及び第２起電力は何れも負値を示し、かつ第１起電力は第２起電力よりも小さな値を示す（すなわち、第２起電力の方が第１起電力よりも０に近い値を示す）。以下では、これを単に「正常な振る舞い」ともいう。本発明では、ＮＯｘ浄化等価量より多くの液体を噴射し、選択還元触媒の下流側のＮＨ３センサへ過剰な量のＮＨ３を意図的に供給することにより、第１及び第２起電力の上述のような正常な振る舞いを基準として、この基準からのずれによって尿素水タンク内の液体の異常を判定することができる。 (2) In the present invention, an NH 3 sensor is provided on the downstream side of the selective reduction catalyst, and it is generated as a response when a larger amount of liquid is injected than a predetermined NOx purification equivalent amount required for reducing NOx. The abnormality of the liquid in the urea water tank is determined by using a combination of the first and second electromotive forces. Here, assuming that the liquid stored in the urea water tank is regular urea water, if more liquid than the NOx purification equivalent amount is injected, the NOx is reduced downstream from the selective reduction catalyst. Excess NH 3 that is not consumed or stored in the selective reduction catalyst is discharged. Further, in the NH 3 sensor used in the present invention, when NH 3 is contained in the exhaust, the first and second electromotive forces each exhibit a characteristic behavior. More specifically, for example, as shown in FIG. 5 described later, the first and second electromotive forces both indicate negative values, and the first electromotive force indicates a value smaller than the second electromotive force (that is, The second electromotive force shows a value closer to 0 than the first electromotive force). Hereinafter, this is also simply referred to as “normal behavior”. In the present invention, more liquid than the NOx purification equivalent amount is injected, and an excessive amount of NH 3 is intentionally supplied to the NH 3 sensor on the downstream side of the selective reduction catalyst. Using the normal behavior as described above as a reference, an abnormality of the liquid in the urea water tank can be determined based on a deviation from the reference.

（３）本発明では、第１及び第２起電力の組み合わせを用いることにより、単に尿素水タンク内の液体に異常が生じたか否か、すなわち２値的な異常判断にとどまらず、具体的な異常の態様を特定することができる。より具体的には、タンク内の液体の異常を、液体が所定の基準濃度以下の尿素水である薄まり異常と、液体が燃料（具体的には、ガソリン、軽油、灯油等）を含む燃料異常と、液体がアルコール系液体（具体的には、ブレーキフルード、クーラント、ウォッシャ液等）を含むアルコール異常と、の３つの異常態様を切り分けて特定することができる。単に薄められた尿素水を噴射し続けても排気系の装置に不具合が生じるおそれは無いと考えられるが、燃料やアルコールを含んだ液体を噴射し続けると排気系の装置（触媒やセンサ等）に不具合が生じる可能性がある。本発明では、異常態様を上記のように切り分けて特定することにより、異常態様に応じた適切な措置を施すことができる。   (3) In the present invention, by using a combination of the first and second electromotive forces, whether or not an abnormality has occurred in the liquid in the urea water tank, that is, not only a binary abnormality determination but a specific one. The mode of abnormality can be specified. More specifically, the abnormality of the liquid in the tank, the abnormality of the thinning in which the liquid is urea water having a predetermined reference concentration or less, and the abnormality of the fuel including the fuel (specifically, gasoline, light oil, kerosene, etc.) And the abnormality of the alcohol including the alcohol-based liquid (specifically, brake fluid, coolant, washer fluid, etc.) can be identified and identified. Although it is considered that there is no risk of malfunction in the exhaust system even if it continues to inject the diluted urea water, the exhaust system (catalyst, sensor, etc.) will continue to be sprayed with liquid containing fuel or alcohol. May cause problems. In the present invention, by identifying and specifying the abnormal mode as described above, appropriate measures according to the abnormal mode can be taken.

（４）例えば、基準濃度の尿素水を噴射した場合と、これを水によって薄めた尿素水を噴射した場合とを比較すると、第１及び第２起電力はそれぞれ上述の正常な振る舞いに対して正方向へシフトすると考えられる。より具体的には、水で薄められると第１起電力は負側で０に近付くようにシフトし、第２起電力は負側から正側へシフトする。またこれら第１及び第２起電力の正方向へのシフト幅は、濃度が低くなるほど大きくなると考えられる。本発明ではこれを利用し、第１起電力がＮＯｘ浄化等価量からの余剰分に応じて定められる負の閾値より大きく、かつ第２起電力が余剰分に応じて定められる正の閾値より大きい場合には、尿素水タンク内の液体は基準濃度以下の尿素水であると判定する。これにより、薄まり異常を容易に特定することができる。   (4) For example, when comparing the case of injecting a reference concentration of urea water with the case of injecting the urea water diluted with water, the first and second electromotive forces are respectively in relation to the normal behavior described above. It is thought to shift in the positive direction. More specifically, when diluted with water, the first electromotive force shifts to approach 0 on the negative side, and the second electromotive force shifts from the negative side to the positive side. Further, the shift width in the positive direction of the first and second electromotive forces is considered to increase as the concentration decreases. In the present invention, this is utilized, and the first electromotive force is larger than the negative threshold value determined according to the surplus from the NOx purification equivalent amount, and the second electromotive force is larger than the positive threshold value determined according to the surplus amount. In this case, it is determined that the liquid in the urea water tank is urea water having a reference concentration or less. Thereby, a thinning abnormality can be specified easily.

（５）基準濃度の尿素水を噴射した場合と、これを水によって薄めた尿素水を噴射した場合とを比較すると、上述のように第１及び第２起電力はそれぞれ正常な振る舞いに対して正方向へシフトすると考えられるが、定性的には同じ振る舞いを示す。このため、噴射量が少ないと薄まり異常であるか否かを判定するのは困難である。そこで本発明では、薄まり異常を特定する際には、噴射弁から噴射可能な最大の量の液体を噴射させる。これにより、薄まり異常の判定精度を向上できる。   (5) Comparing the case of injecting a reference concentration of urea water and the case of injecting urea water diluted with water, as described above, the first and second electromotive forces each have a normal behavior. Although it is thought to shift in the positive direction, it shows the same behavior qualitatively. For this reason, when the injection amount is small, it is difficult to determine whether or not it is abnormal. Therefore, in the present invention, when the thinning abnormality is specified, the maximum amount of liquid that can be ejected from the ejection valve is ejected. Thereby, the determination accuracy of the thinning abnormality can be improved.

（６）本発明では、薄まり異常と判定した場合には、噴射弁からの液体の噴射量を、所定の基準噴射量よりも増量側へ補正する。これにより、尿素水が薄められたことによる選択還元触媒におけるＮＨ３の不足を補うことができるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制できる。 (6) In the present invention, when it is determined that the thinning is abnormal, the liquid injection amount from the injection valve is corrected to the increase side with respect to the predetermined reference injection amount. Thereby, since the shortage of NH 3 in the selective reduction catalyst due to thinning of the urea water can be compensated, it is possible to suppress a decrease in NOx purification performance in the selective reduction catalyst.

（７）上述のように、基準濃度の尿素水を噴射すると、第１及び第２起電力は何れも負値を示し、かつ第１起電力は第２起電力よりも小さな値を示す。これに対し燃料を噴射すると、例えば後述の図７に示すように、第１及び第２起電力は何れも負値を示す点で共通するが、第２起電力は第１起電力よりも小さな値を示す（すなわち、第１起電力の方が第２起電力よりも０に近い値を示す）。本発明ではこれを利用し、噴射弁から所定量以上の液体を噴射させたときに、第１及び第２起電力は何れも負値を示しかつ第２起電力が第１起電力よりも小さい場合には、尿素水タンク内の液体は燃料を含むと判定する。これにより燃料異常を容易に特定することができる。   (7) As described above, when the reference concentration of urea water is injected, both the first and second electromotive forces show negative values, and the first electromotive force shows a smaller value than the second electromotive force. On the other hand, when fuel is injected, for example, as shown in FIG. 7 described later, the first and second electromotive forces are common in that both show negative values, but the second electromotive force is smaller than the first electromotive force. Value (that is, the first electromotive force is closer to 0 than the second electromotive force). In the present invention, when this is utilized and when a predetermined amount or more of liquid is ejected from the injection valve, the first and second electromotive forces both show negative values and the second electromotive force is smaller than the first electromotive force. In the case, it is determined that the liquid in the urea water tank contains fuel. Thereby, it is possible to easily identify the fuel abnormality.

（８）本発明では、燃料異常と判定した場合には、噴射弁からの液体の噴射を停止させる。これにより、排気系に燃料が噴射されることにより、排気系の各種装置に不具合が生じるのを防止できる。   (8) In the present invention, when it is determined that the fuel is abnormal, the injection of the liquid from the injection valve is stopped. Thereby, it can prevent that a malfunction arises in various apparatuses of an exhaust system by injecting fuel into an exhaust system.

（９）上述のように、基準濃度の尿素水を噴射すると、第１及び第２起電力は何れも負値を示し、かつ第１起電力は第２起電力よりも小さな値を示す。これに対しアルコール系液体を噴射すると、例えば後述の図７に示すように、第１及び第２起電力は何れも負値を示す点で共通し、また第１起電力は第２起電力よりも小さな値を示す点で共通する。しかしながら、アルコール系液体を噴射した場合、これと同じ量の基準濃度の尿素水を噴射した場合よりも、第１起電力の指示値の絶対値は小さくなると考えられる。本発明ではこれを利用して、ＮＯｘ浄化等価量以上の液体を噴射させたときに、第１及び第２起電力は何れも負値であり、第１起電力は噴射量の余剰分に応じて定められる負の閾値より大きい場合には、尿素水タンク内の液体はアルコール系液体を含むと判定する。これによりアルコール異常を容易に特定することができる。   (9) As described above, when the reference concentration of urea water is injected, the first and second electromotive forces both show negative values, and the first electromotive force shows a value smaller than the second electromotive force. On the other hand, when the alcohol-based liquid is injected, for example, as shown in FIG. 7 to be described later, the first and second electromotive forces are common in that both show negative values, and the first electromotive force is greater than the second electromotive force. Are also common in that they show small values. However, when the alcohol-based liquid is injected, the absolute value of the first electromotive force instruction value is considered to be smaller than when the same amount of urea water having the same reference concentration is injected. In the present invention, by utilizing this, when the liquid equal to or greater than the NOx purification equivalent is ejected, the first and second electromotive forces are both negative values, and the first electromotive force depends on the surplus of the injection amount. If it is greater than the negative threshold value determined in the above, it is determined that the liquid in the urea water tank contains an alcohol-based liquid. Thereby, alcohol abnormality can be specified easily.

（１０）本発明では、アルコール異常と判定した場合には、噴射弁からの液体の噴射を停止させる。これにより、排気系にアルコール系液体が噴射されることにより、排気系の各種装置に不具合が生じるのを防止できる。   (10) In the present invention, when it is determined that the alcohol is abnormal, the injection of the liquid from the injection valve is stopped. Thereby, it is possible to prevent a malfunction from occurring in various devices in the exhaust system by injecting the alcohol-based liquid into the exhaust system.

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on one Embodiment of this invention, and its exhaust gas purification system. ＮＨ３センサの検出素子の断面図である。NH 3 is a cross-sectional view of a detecting element of the sensor. ＮＨ３検知電極及びＮＯ２検知電極を固体電解質体に接合した後におけるそれぞれの接合部分のバンド構造を模式的に示す図である。Is a diagram schematically showing a band structure of each of the joint portion after providing the NH 3 detection electrodes and NO 2 detecting electrode bonded to the solid electrolyte body. ＮＨ３センサの検出素子を排気に晒したときに進行する反応の一例を示す図であり、起電力の発生メカニズムを簡略化して表した図である。NH 3 is a diagram showing an example of a reaction proceeds upon exposure detection element of the sensor to exhaust, a diagram showing a simplified mechanism of generation of electromotive force. ＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦのＮＨ３／ＮＯ２特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, which is a diagram illustrating the NH 3 / NO 2 Characteristics of SUB-EMF. ＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦのＨ２Ｏ特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, illustrates of H 2 O characteristics of SUB-EMF. ＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦのＨＣ特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, a diagram showing the HC characteristic of SUB-EMF. ＮＨ３センサの検出素子及びこれを制御するセンサコントローラの構成を示すブロック図である。NH 3 is a block diagram showing a sensor controller configured to detect elements and controlling the sensor. ＤＣＵによる尿素水噴射制御を開始するための準備処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the preparation process for starting the urea water injection control by DCU. タンク異常判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of a tank abnormality determination process. 図１０の処理の続きである。It is a continuation of the process of FIG.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す図である。排気浄化システム２は、エンジン１の排気ポートから延びる排気管１１に設けられた触媒浄化装置３と、これらエンジン１及び触媒浄化装置３を制御する電子制御ユニット７と、排気浄化システム２の異常をドライバに報知するための警告灯８と、を備える。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and its exhaust purification system 2 according to the present embodiment. The exhaust purification system 2 includes a catalyst purification device 3 provided in an exhaust pipe 11 extending from an exhaust port of the engine 1, an electronic control unit 7 that controls the engine 1 and the catalyst purification device 3, and an abnormality in the exhaust purification system 2. And a warning light 8 for informing the driver.

エンジン１は、例えば、空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等である。エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。この燃料噴射弁１７を駆動するアクチュエータは、電子制御ユニット７に電磁的に接続されている。エンジン１の空燃比は、図示しない吸気制御弁によってシリンダ内に導入される新気の量、及びエンジン１の各シリンダに設けられた燃料噴射弁１７からの燃料噴射量等を、電子制御ユニット７によって調整することで制御される。以下では、エンジン１の燃料噴射制御等の実行に係る電子制御ユニットをＦＩ−ＥＣＵ７１という。   The engine 1 is, for example, one based on so-called lean combustion in which the air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, more specifically, a diesel engine, a lean burn gasoline engine, or the like. The engine 1 is provided with a fuel injection valve 17 that injects fuel into each cylinder. The actuator that drives the fuel injection valve 17 is electromagnetically connected to the electronic control unit 7. The air-fuel ratio of the engine 1 is determined based on the amount of fresh air introduced into the cylinder by an intake control valve (not shown), the fuel injection amount from the fuel injection valve 17 provided in each cylinder of the engine 1, and the like. It is controlled by adjusting by. Hereinafter, an electronic control unit related to execution of fuel injection control and the like of the engine 1 is referred to as FI-ECU 71.

触媒浄化装置３は、上流触媒コンバータ３１と、排気浄化フィルタ３２と、下流触媒コンバータ３３と、尿素水供給装置４と、ＮＨ３センサ５と、を備える。上流触媒コンバータ３１は、排気管１１のうちエンジン１の直下に設けられている。下流触媒コンバータ３３は、排気管１１のうち上流触媒コンバータ３１より下流側に設けられている。排気浄化フィルタ３２は、排気管１１のうち上流触媒コンバータ３１と下流触媒コンバータ３３との間に設けられている。これら上流触媒コンバータ３１及び下流触媒コンバータ３３には、エンジン１の排気に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の成分を浄化する反応を促進するための触媒が設けられている。 The catalyst purification device 3 includes an upstream catalytic converter 31, an exhaust purification filter 32, a downstream catalytic converter 33, a urea water supply device 4, and an NH 3 sensor 5. The upstream catalytic converter 31 is provided in the exhaust pipe 11 immediately below the engine 1. The downstream catalytic converter 33 is provided downstream of the upstream catalytic converter 31 in the exhaust pipe 11. The exhaust purification filter 32 is provided between the upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33 in the exhaust pipe 11. These upstream catalytic converter 31 and downstream catalytic converter 33 are provided with a catalyst for promoting a reaction for purifying components such as CO, HC and NOx contained in the exhaust of the engine 1.

上流触媒コンバータ３１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に酸化触媒を担持して構成される。エンジン１から排出された排気に含まれるＨＣやＣＯは、この上流触媒コンバータ３１を通過する過程で酸化触媒の作用によって酸化され、浄化される。また、排気に含まれるＮＯも、上流触媒コンバータ３１を通過する過程でＮＯ２に酸化される。エンジン１の直下の排気に含まれるＮＯｘのうちほぼ全てはＮＯでありＮＯ２はほとんど含まれていない（ＮＯ２／ＮＯｘ比がほぼ０）。このため、上流触媒コンバータ３１でＮＯを酸化しＮＯ２を生成することにより、下流触媒コンバータ３３に流入する排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を、後述のＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能が最適化される約０．５まで上昇させることができる。 The upstream catalytic converter 31 is configured by using a flow-through honeycomb structure as a base material and supporting an oxidation catalyst on the base material. HC and CO contained in the exhaust discharged from the engine 1 are oxidized and purified by the action of the oxidation catalyst in the process of passing through the upstream catalytic converter 31. Further, NO contained in the exhaust is also oxidized to NO 2 in the process of passing through the upstream catalytic converter 31. Almost all of the NOx contained in the exhaust gas directly under the engine 1 is NO and almost no NO 2 is contained (NO 2 / NOx ratio is almost 0). Therefore, by oxidizing NO in the upstream catalytic converter 31 to generate NO 2 , the NO 2 / NOx ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalytic converter 33 is reduced so that the NOx purification performance in the SCR catalyst described later is optimized. Can be raised to 0.5.

排気浄化フィルタ３２は、多孔質壁で区画形成された複数のセルを有するウォールフロー型のハニカム構造体と、各セルに対し上流側と下流側とで互い違いに設けられた目封じと、を備える。エンジン１から排出された排気に含まれるスート及びＳＯＦ等の粒子状物質（Particulate Matter、以下単に「ＰＭ」という）は、フィルタ３２の多孔質壁の細孔を通過する過程で捕集される。フィルタ３２に過剰な量のＰＭが堆積すると、圧力降下が増加し、これによってエンジン１における燃料噴射量が増加し、結果として燃費が悪化するおそれがある。そこでＦＩ−ＥＣＵ７１は、フィルタ３２におけるＰＭ堆積量を監視しており、ＰＭ堆積量が所定量を超えたと判断すると、これを契機としてポスト噴射等によってフィルタ３２を昇温し、堆積したＰＭを強制的に燃焼除去するフィルタ再生処理を実行する。このフィルタ再生処理の詳細な手順については説明を省略する。   The exhaust purification filter 32 includes a wall flow type honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by porous walls, and plugs provided alternately on the upstream side and the downstream side with respect to each cell. . Particulate matter (hereinafter simply referred to as “PM”) such as soot and SOF contained in the exhaust discharged from the engine 1 is collected in the process of passing through the pores of the porous wall of the filter 32. If an excessive amount of PM accumulates on the filter 32, the pressure drop increases, which increases the fuel injection amount in the engine 1, and as a result, the fuel consumption may deteriorate. Therefore, the FI-ECU 71 monitors the PM accumulation amount in the filter 32. If it is determined that the PM accumulation amount exceeds a predetermined amount, the FI-ECU 71 raises the temperature of the filter 32 by post injection or the like to force the accumulated PM. The filter regeneration process for removing the combustion is performed. The detailed procedure of this filter regeneration process will not be described.

下流触媒コンバータ３３は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＮＨ３選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）を担持して構成される。このＳＣＲ触媒は、ＮＨ３の存在する雰囲気下で排気中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ浄化機能を備える。具体的には、より上流側に設けられた後述の尿素水インジェクタ４２から尿素水が噴射されると、この尿素水を加水分解することによって生成されたＮＨ３を還元剤として、下記３種類の反応式に従って、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ The downstream catalytic converter 33 is constituted by using a flow-through type honeycomb structure as a base material and supporting an NH 3 selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) on the base material. This SCR catalyst has a NOx purification function that selectively reduces NOx in exhaust under an atmosphere in which NH 3 exists. Specifically, when urea water is injected from a urea water injector 42, which will be described later, provided on the more upstream side, NH 3 generated by hydrolyzing the urea water is used as a reducing agent, and the following three types are used. According to the reaction formula, NOx in the exhaust gas is selectively reduced.
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O

また、このＳＣＲ触媒は、上記ＮＯｘ浄化機能を備えるとともに、ＮＨ３を所定の量だけ貯蔵するＮＨ３貯蔵機能も備える。以下では、ＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ３の量をＮＨ３ストレージ量といい、このＮＨ３ストレージ量の限界を最大ＮＨ３ストレージ量という。ＳＣＲ触媒のＮＨ３ストレージ量が最大ＮＨ３ストレージ量を超えると、その下流へＮＨ３がスリップする。このようにしてＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ３は、尿素水インジェクタ４２から供給されたＮＨ３と合わせて排気中のＮＯｘの還元に適宜消費される。なお、ＳＣＲ触媒に多くのＮＨ３が存在すると、流入するＮＯｘとの反応性が向上する。したがって、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化機能は、そのＮＨ３ストレージ量が多くなるほど向上する。 Further, the SCR catalyst is provided with a said NOx purifying function, also comprises NH 3 storage function of storing NH 3 by a predetermined amount. Hereinafter, the amount of NH 3 stored in the SCR catalyst called NH 3 storage amount, the limitations of this NH 3 storage amount of up to NH 3 storage amount. When the NH 3 storage amount of the SCR catalyst exceeds the maximum NH 3 storage amount, NH 3 slips downstream. The NH 3 stored in the SCR catalyst in this way is appropriately consumed for the reduction of NOx in the exhaust gas together with the NH 3 supplied from the urea water injector 42. Note that when a large amount of NH 3 is present in the SCR catalyst, the reactivity with the inflowing NOx is improved. Therefore, the NOx purification function of the SCR catalyst improves as the amount of NH 3 storage increases.

尿素水供給装置４は、ＮＨ３の前駆体である尿素水を貯留する尿素水タンク４１と、タンク４１内の尿素水を噴射する尿素水インジェクタ４２と、タンク４１内の尿素水を、供給管４５を介してインジェクタ４２に圧送する尿素水ポンプ４３と、タンク４１内の尿素水を加熱する尿素水ヒータ４６と、供給管４５内のライン圧を検出するライン圧センサ４７と、を備える。 The urea water supply device 4 includes a urea water tank 41 that stores urea water that is a precursor of NH 3 , a urea water injector 42 that injects urea water in the tank 41, and urea water in the tank 41. A urea water pump 43 that feeds pressure to the injector 42 via 45, a urea water heater 46 that heats the urea water in the tank 41, and a line pressure sensor 47 that detects the line pressure in the supply pipe 45 are provided.

尿素水ポンプ４３は、電動式のポンプであり、尿素水タンク４１の底部近傍に設けられる。尿素水ポンプ４３は、図示しないバッテリから駆動電流が供給されると回転し、タンク４１の底部付近に溜まった尿素水を吸い込み、供給管４５を介して尿素水インジェクタ４２に供給する。尿素水ポンプ４３を駆動することによって供給管４５内のライン圧が所定の噴射可能圧まで上昇すると、尿素水インジェクタ４２から尿素水が噴射可能な状態となる。電子制御ユニット７は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされると、尿素水インジェクタから尿素水の噴射が可能となるように尿素水ポンプ４３の駆動を開始し、供給管４５のライン圧を所定の噴射可能圧まで上昇させる。   The urea water pump 43 is an electric pump and is provided near the bottom of the urea water tank 41. The urea water pump 43 rotates when a driving current is supplied from a battery (not shown), sucks urea water collected near the bottom of the tank 41, and supplies it to the urea water injector 42 via the supply pipe 45. When the line pressure in the supply pipe 45 rises to a predetermined injectable pressure by driving the urea water pump 43, the urea water can be injected from the urea water injector 42. When an ignition switch (not shown) is turned on, the electronic control unit 7 starts driving the urea water pump 43 so that the urea water can be injected from the urea water injector, and sets the line pressure of the supply pipe 45 to a predetermined value. Increase to a pressure that can be injected.

尿素水ヒータ４６は、電流が流れると発熱する電熱線である。濃度が３２．７％である正規品の尿素水は、約氷点下１１℃まで低下すると氷結し始める。尿素水ヒータ４６は、タンク４１内の尿素水が氷結した場合に用いられ、タンク４１内で氷結した尿素水を解凍する。尿素水の解凍時におけるヒータ４６への供給電力は、図示しないバッテリからヒータ４６へ供給される駆動電流のデューティ比を電子制御ユニット７で調整することによって制御される。この尿素水の解凍制御の具体的な手順については、後に図９を参照して説明する。   The urea water heater 46 is a heating wire that generates heat when a current flows. A regular urea solution having a concentration of 32.7% starts to freeze when it drops to about 11 ° C. below freezing point. The urea water heater 46 is used when the urea water in the tank 41 is frozen, and thaws the urea water frozen in the tank 41. The power supplied to the heater 46 at the time of thawing urea water is controlled by adjusting the duty ratio of the drive current supplied from the battery (not shown) to the heater 46 by the electronic control unit 7. A specific procedure of the urea water thawing control will be described later with reference to FIG.

尿素水インジェクタ４２は、開閉式の電磁弁であり、ＳＣＲ触媒の上流側に設けられる。尿素水インジェクタ４２は、図示しないバッテリから駆動電流が供給されると開弁し、ポンプ４３によって圧送された尿素水をＳＣＲ触媒の上流側へ噴射する。尿素水インジェクタ４２から排気管１１内に噴射された尿素水は、排気の流れに沿って図示しないミキサを通過することによって撹拌され、ＳＣＲ触媒に供給される過程でＮＨ３に加水分解される。これにより、ＳＣＲ触媒にＮＯｘを浄化するために必要なＮＨ３が供給される。 The urea water injector 42 is an open / close solenoid valve, and is provided upstream of the SCR catalyst. The urea water injector 42 opens when a drive current is supplied from a battery (not shown), and injects the urea water pumped by the pump 43 to the upstream side of the SCR catalyst. The urea water injected from the urea water injector 42 into the exhaust pipe 11 is agitated by passing through a mixer (not shown) along the flow of exhaust gas, and is hydrolyzed to NH 3 in the process of being supplied to the SCR catalyst. Thereby, NH 3 required for purifying NOx is supplied to the SCR catalyst.

尿素水インジェクタ４２を開閉するアクチュエータは、電子制御ユニット７に電磁的に接続されている。電子制御ユニット７は、ＳＣＲ触媒においてＮＨ３を用いた最適なＮＯｘ浄化が実現されるように適切な尿素水の噴射量［ｇ／ｓｅｃ］を決定するとともに、決定した量の尿素水が噴射されるように尿素水インジェクタ４２を駆動する尿素水噴射制御を実行する。この尿素水噴射制御は、例えば、尿素水タンク内には正規品の尿素水が貯留されているとの仮定の下でエンジン１から排出されるＮＯｘの全てがＳＣＲ触媒で還元されるように、エンジン１から排出されるＮＯｘ量に基づいて噴射量を決定するフィードフォワード制御と、ＮＨ３センサ５によって検出されるＮＨ３濃度に基づくフィードバック制御とを組み合わせて構成される。なお以下では、以上のような尿素水の解凍制御や尿素水噴射制御の実行に係る電子制御ユニットをＤＣＵ（Dosing Control Unit）７２ともいう。 The actuator that opens and closes the urea water injector 42 is electromagnetically connected to the electronic control unit 7. The electronic control unit 7 determines an appropriate urea water injection amount [g / sec] so that optimal NOx purification using NH 3 is realized in the SCR catalyst, and the determined amount of urea water is injected. Thus, urea water injection control for driving the urea water injector 42 is executed. This urea water injection control is performed, for example, so that all NOx discharged from the engine 1 is reduced by the SCR catalyst under the assumption that regular urea water is stored in the urea water tank. The feed forward control for determining the injection amount based on the NOx amount discharged from the engine 1 and the feedback control based on the NH 3 concentration detected by the NH 3 sensor 5 are combined. In the following, the electronic control unit related to the execution of the urea water thawing control and urea water injection control as described above is also referred to as a DCU (Dosing Control Unit) 72.

尿素水タンク４１及びその近傍には、タンク４１の内部の尿素水の状態を把握するための各種センサ４８，４９が設けられている。外気温度センサ４８は、外気の温度を検出し、検出値に応じた信号をＤＣＵ７２に送信する。また尿素水温度センサ４９は、尿素水タンク４１内に貯留されている尿素水の温度を検出し、検出値に応じた信号をＤＣＵ７２に送信する。ＤＣＵは、これら２つのセンサの出力を用いることによって、尿素水タンク４１の内部に貯留されている尿素水の状態（氷結しているか否か等）を把握することができる。   Various sensors 48 and 49 for grasping the state of the urea water inside the tank 41 are provided in the urea water tank 41 and its vicinity. The outside air temperature sensor 48 detects the temperature of the outside air and transmits a signal corresponding to the detected value to the DCU 72. The urea water temperature sensor 49 detects the temperature of the urea water stored in the urea water tank 41 and transmits a signal corresponding to the detected value to the DCU 72. The DCU can grasp the state of the urea water stored in the urea water tank 41 (whether it is frozen or not) by using the outputs of these two sensors.

ＮＨ３センサ５は、排気管１１に設けられ、その検出素子５ｄが下流触媒コンバータ３３の下流側の排気に晒されるようになっている。ＮＨ３センサ５は、後に図３を参照して詳述するように作用し、下流触媒コンバータ３３の下流側の排気中のＮＨ３等の成分に応じて変動する２つの信号（後述の起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ及びＳＵＢ−ＥＭＦ）を電子制御ユニット７に出力する。電子制御ユニット７では、ＮＨ３センサ５からの出力信号に基づいて下流触媒コンバータ３３の下流側の排気のＮＨ３濃度を算出する。ここで算出されるＮＨ３濃度は、上述のようにＤＣＵ７２における尿素水噴射制御に用いられる。以下では、ＮＨ３センサ５の制御に係る電子制御ユニットをセンサコントローラ７３という。 The NH 3 sensor 5 is provided in the exhaust pipe 11, and its detection element 5 d is exposed to the exhaust on the downstream side of the downstream catalytic converter 33. The NH 3 sensor 5 operates as will be described in detail later with reference to FIG. 3, and two signals (electromotive force described later) that fluctuate depending on components such as NH 3 in the exhaust downstream of the downstream catalytic converter 33. MAIN-EMF and SUB-EMF) are output to the electronic control unit 7. The electronic control unit 7 calculates the NH 3 concentration in the exhaust downstream of the downstream catalytic converter 33 based on the output signal from the NH 3 sensor 5. The NH 3 concentration calculated here is used for urea water injection control in the DCU 72 as described above. Hereinafter, an electronic control unit related to the control of the NH 3 sensor 5 is referred to as a sensor controller 73.

図２は、ＮＨ３センサの検出素子５ｄの断面図である。検出素子５ｄは、排気に晒され排気中のガス成分に応じた信号を発生するガス検出ユニット５１と、ガス検出ユニット５１の温度に応じた信号を発生する温度検出ユニット５２と、ガス検出ユニット５１を加熱するヒータ５３と、を図２に示すように積層して構成される。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the detection element 5d of the NH 3 sensor. The detection element 5d is exposed to the exhaust gas and generates a signal corresponding to the gas component in the exhaust gas, a temperature detection unit 52 that generates a signal corresponding to the temperature of the gas detection unit 51, and a gas detection unit 51. As shown in FIG. 2, the heater 53 that heats and is laminated.

ガス検出ユニット５１は、板状の固体電解質体５１１と、この固体電解質体５１１の一方の面に沿って設けられた板状の基準電極５１２と、固体電解質体５１１の他方の面のうち基準電極５１２と対向する位置に設けられた板状のＮＨ３検知電極５１３及びＮＯ２検知電極５１４と、これら電極５１３，５１４を保護する多孔質体の保護層５１５と、を積層して構成される。このガス検出ユニット５１は、基準電極５１２側の面を温度検出ユニット５２に向けて、多孔質体のスペーサ５４を介して温度検出ユニット５２に接合される。ガス検出ユニット５１と温度検出ユニット５２とをスペーサ５４を介して接合することにより、これらユニット５１，５２の間には排気が通流する中空部５５が形成される。 The gas detection unit 51 includes a plate-shaped solid electrolyte body 511, a plate-shaped reference electrode 512 provided along one surface of the solid electrolyte body 511, and a reference electrode among the other surfaces of the solid electrolyte body 511. A plate-like NH 3 sensing electrode 513 and NO 2 sensing electrode 514 provided at a position opposite to 512 and a porous protective layer 515 for protecting these electrodes 513 and 514 are laminated. The gas detection unit 51 is bonded to the temperature detection unit 52 via a porous spacer 54 with the surface on the reference electrode 512 side facing the temperature detection unit 52. By joining the gas detection unit 51 and the temperature detection unit 52 via the spacer 54, a hollow portion 55 through which exhaust gas flows is formed between the units 51 and 52.

固体電解質体５１１には、酸素イオン（Ｏ２−）導電性の半導体材料が用いられる。より具体的には、固体電解質体５１１の材料としては、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）に酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）を添加して得られる金属酸化物半導体が用いられる。 An oxygen ion (O 2− ) conductive semiconductor material is used for the solid electrolyte body 511. More specifically, as a material of the solid electrolyte body 511, for example, a metal oxide semiconductor obtained by adding yttria oxide (Y 2 O 3 ) to zirconia (ZrO 2 ) is used.

基準電極５１２には、酸素分子（Ｏ２）に対する活性を有する金属材料が用いられる。より具体的には、基準電極５１２の材料としては、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、及びルテニウム（Ｒｕ）、並びに上記材料の少なくとも１種を含む組み合わせが用いられる。基準電極５１２は、中空部５５を介して排気に晒されるように固体電解質体５１１の表面に接合される。基準電極５１２には金属材料が用いられ、固体電解質体５１１には半導体材料が用いられる。したがって基準電極５１２と固体電解質体５１１との接合は、オーミック接合又はショットキー接合となっている。基準電極５１２としてこのようなＯ２に対する活性を有する金属材料を用いることにより、排気中のＯ２濃度に応じた基準電位が形成される。 For the reference electrode 512, a metal material having activity against oxygen molecules (O 2 ) is used. More specifically, examples of the material of the reference electrode 512 include platinum (Pt), palladium (Pd), osmium (Os), rhodium (Rh), iridium (Ir), gold (Au), and ruthenium (Ru). As well as combinations comprising at least one of the above materials. The reference electrode 512 is joined to the surface of the solid electrolyte body 511 so as to be exposed to the exhaust through the hollow portion 55. A metal material is used for the reference electrode 512, and a semiconductor material is used for the solid electrolyte body 511. Therefore, the junction between the reference electrode 512 and the solid electrolyte body 511 is an ohmic junction or a Schottky junction. By using such a metal material having activity against O 2 as the reference electrode 512, a reference potential corresponding to the O 2 concentration in the exhaust gas is formed.

ＮＨ３検知電極５１３には、上述の基準電極５１２と異なる材料であり、排気中のＨ２Ｏを用いてＢ酸点（・ＯＨ）を形成するＢ酸点形成機能を有する材料（例えば、後述のように金属酸化物であるビスマスバナジウム酸化物（ＢｉＶＯ４））が用いられる。後に説明するように、ガス検出ユニット５１は、このＮＨ３検知電極５１３のＢ酸点形成機能を利用することによって、ＮＨ３検知電極５１３と基準電極５１２との間で排気中のＮＨ３に応じた起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦを発生する。ＮＨ３検知電極５１３は、排気に晒されるように固体電解質体５１１の表面に接合される。このＮＨ３検知電極５１３と固体電解質体５１１は、互いに価電子帯や伝導帯の電位及びフェルミ準位が異なる異種半導体である。したがってＮＨ３検知電極５１３と固体電解質体５１１との接合は、ヘテロ接合となっている。また、後に図４を参照して説明するように、ＮＨ３検知電極５１３のＢ酸点形成機能によって、ＮＨ３検知電極５１３と基準電極５１２との間には、排気中のＮＨ３の濃度に応じた起電力が発生する。以下ではこれら電極５１２，５１３の間に発生する起電力を“ＭＡＩＮ−ＥＭＦ”と表記する。 The NH 3 sensing electrode 513 is a material different from the reference electrode 512 described above, and has a B acid point forming function for forming B acid points (.OH) using H 2 O in the exhaust (for example, described later). Thus, bismuth vanadium oxide (BiVO 4 ), which is a metal oxide, is used. As described later, the gas detection unit 51, by utilizing the NH 3 B acid sites forming function of the detection electrode 513, depending on the NH 3 in the exhaust gas with the NH 3 detection electrode 513 and the reference electrode 512 Electromotive force MAIN-EMF is generated. The NH 3 detection electrode 513 is joined to the surface of the solid electrolyte body 511 so as to be exposed to exhaust gas. The NH 3 sensing electrode 513 and the solid electrolyte body 511 are dissimilar semiconductors having different valence band and conduction band potentials and Fermi levels. Therefore, the junction between the NH 3 sensing electrode 513 and the solid electrolyte body 511 is a heterojunction. Also, as will be described later with reference to FIG. 4, the B acid sites forming function of the NH 3 detection electrode 513, between the NH 3 detection electrode 513 and the reference electrode 512, the concentration of NH 3 in the exhaust A corresponding electromotive force is generated. Hereinafter, the electromotive force generated between these electrodes 512 and 513 is referred to as “MAIN-EMF”.

このＮＨ３検知電極５１３の考え得る材料としては、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、及びモリブデン（Ｍｏ）の第１酸化化合物、並びに上記物質の少なくとも１種を含む組み合わせが挙げられ、これに第１酸化物成分に対し導電性を上昇させるかＮＨ３検出感度及び／又はＮＨ３検出選択性を高めることができる第２酸化物成分をドープしてもよい。典型的な第１成分としては、ビスマスバナジウム酸化物（ＢｉＶＯ４）、銅バナジウム酸化物（Ｃｕ２（ＶＯ３）２）等の三元バナジン酸塩化合物、タングステンの三元酸化物、及び／又は三元モリブデン（ＭｏＯ３）、並びに上記物質の少なくとも１種を含む組み合わせが挙げられる。典型的な第２成分金属としては、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、遷移金属酸化物、希土類酸化物等の酸化物、並びにＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＰｂＯ、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、及びＢｉ２Ｏ３等の酸化物の他、上記物質の少なくとも１種を含む組み合わせが挙げられる。ＮＨ３検知電極の材料は、例えば多孔質を形成し電解質の接触面積を増大させるために、従来の酸化物電解質材料、例えば、ジルコニア、ドープしたジルコニア、セリア、ドープしたセリア、又はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等も包含することができる。軟化点の低いガラスフリット材料の添加剤をバインダーとして電極材料に加えて、電極材料を電解質の表面に結合してもよい。 Possible materials for the NH 3 sensing electrode 513 include vanadium (V), tungsten (W), molybdenum (Mo) first oxide compounds, and combinations containing at least one of the above substances. a second oxide ingredient that can be to the first oxide component enhancing or NH 3 detection sensitivity and / or NH 3 detection selectivity increase the conductivity may be doped. Typical first components include ternary vanadate compounds such as bismuth vanadium oxide (BiVO 4 ), copper vanadium oxide (Cu 2 (VO 3 ) 2 ), tungsten ternary oxide, and / or Examples include ternary molybdenum (MoO 3 ) and combinations containing at least one of the above substances. Typical second component metals include oxides such as alkali oxides, alkaline earth oxides, transition metal oxides, rare earth oxides, and SiO 2 , ZnO, SnO, PbO, TiO 2 , In 2 O 3. In addition to oxides such as Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , GeO, and Bi 2 O 3 , combinations containing at least one of the above substances can be given. The NH 3 sensing electrode material can be a conventional oxide electrolyte material, eg, zirconia, doped zirconia, ceria, doped ceria, or SiO 2 , Al, to form a porous and increase the contact area of the electrolyte, for example. 2 O 3 and the like can also be included. An additive of a glass frit material having a low softening point may be added as a binder to the electrode material to bond the electrode material to the surface of the electrolyte.

ＮＯ２検知電極５１４には、上記ＮＨ３検知電極５１３と異なる材料であり、Ｂ酸点形成機能を有さずかつＮＯ２やＨＣ等に対する感度を有する半導体材料が用いられる。より具体的には、ＮＯ２検知電極５１４の材料としては、例えばＴｂＣｒＯ３にＭｇＯを添加して得られる金属酸化物半導体が用いられる。ＮＯ２検知電極５１４は、排気に晒されるように固体電解質体５１１の表面に接合される。このＮＯ２検知電極５１４と固体電解質体５１１は、互いに価電子帯や伝導帯の電位及びフェルミ準位が異なる異種半導体である。したがって、ＮＯ２検知電極５１４と固体電解質体５１１との接合は、ヘテロ接合となっている。ただし、上述のＮＨ３検知電極５１３−固体電解質体５１１間の接合と異なり、ＮＯ２検知電極５１４と固体電解質体５１１とでは価電子帯の電位がやや異なる程度で、伝導帯電位はほぼ同等である。また、詳細な説明は省略するが、ＮＯ２検知電極５１４を以上のように構成することにより、ＮＯ２検知電極５１４と基準電極５１２との間には、排気中のＮＯ２の濃度に応じた起電力が発生する。以下では、これら電極５１４，５１２との間に発生する起電力を“ＳＵＢ−ＥＭＦ”と表記する。 The NO 2 sensing electrode 514 is made of a semiconductor material that is different from the NH 3 sensing electrode 513 and does not have a B acid point forming function and has sensitivity to NO 2 , HC, and the like. More specifically, as a material for the NO 2 sensing electrode 514, for example, a metal oxide semiconductor obtained by adding MgO to TbCrO 3 is used. The NO 2 detection electrode 514 is joined to the surface of the solid electrolyte body 511 so as to be exposed to the exhaust gas. The NO 2 sensing electrode 514 and the solid electrolyte body 511 are dissimilar semiconductors having different valence band and conduction band potentials and Fermi levels. Therefore, the junction between the NO 2 detection electrode 514 and the solid electrolyte body 511 is a heterojunction. However, unlike the above-described junction between the NH 3 sensing electrode 513 and the solid electrolyte body 511, the NO 2 sensing electrode 514 and the solid electrolyte body 511 have slightly different valence band potentials and substantially the same conduction charge level. is there. Although detailed description is omitted, by configuring the NO 2 detection electrode 514 as described above, the NO 2 detection electrode 514 and the reference electrode 512 are arranged according to the concentration of NO 2 in the exhaust gas. An electromotive force is generated. Hereinafter, the electromotive force generated between the electrodes 514 and 512 is referred to as “SUB-EMF”.

またＮＯ２検知電極５１４の考え得る材料としては、イッテルビウム、クロム、ユウロピウム、エルビウム、亜鉛、ネオジム、鉄、マグネシウム、ガドリニウム、テルビウム、クロム及び上記物質の少なくとも１種を含む組み合わせの酸化物、例えばＹｂＣｒＯ３、ＬａＣｒＯ３、ＥｒＣｒＯ３、ＥｕＣｒＯ３、ＳｍＣｒＯ３、ＨｏＣｒＯ３、ＧｄＣｒＯ３、ＮｄＣｒＯ３、ＴｂＣｒＯ３、ＺｎＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４及びＺｎＣｒ２２Ｏ４、並びに上記物質の少なくとも１種を含む組み合わせを挙げることができる。さらにＮＯ２検知電極５１４は、材料（１以上）のＮＯｘ感度及び選択性並びに操作温度での導電性を向上させるドーパントを含むことができる。これらのドーパントとしては、以下の元素の１種以上を挙げることができる：Ｂａ（バリウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｖ（バナジウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｗ（タングステン）、Ｓｎ（スズ）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、及びＨｏ（ホルミウム）、並びに上記ドーパントの少なくとも１種を含む組み合わせ。 Possible materials for the NO 2 sensing electrode 514 include ytterbium, chromium, europium, erbium, zinc, neodymium, iron, magnesium, gadolinium, terbium, chromium, and a combination of oxides containing at least one of the above substances, such as YbCrO. 3 , LaCrO 3 , ErCrO 3 , EuCrO 3 , SmCrO 3 , HoCrO 3 , GdCrO 3 , NdCrO 3 , TbCrO 3 , ZnFe 2 O 4 , MgFe 2 O 4 and ZnCr 2 2O 4 , and at least one of the above substances Combinations can be mentioned. Furthermore, the NO 2 sensing electrode 514 can include a dopant that improves the NOx sensitivity and selectivity of the material (one or more) and the conductivity at the operating temperature. These dopants can include one or more of the following elements: Ba (barium), Ti (titanium), Ta (tantalum), K (potassium), Ca (calcium), Sr (strontium), V (Vanadium), Ag (silver), Cd (cadmium), Pb (lead), W (tungsten), Sn (tin), Sm (samarium), Eu (europium), Er (erbium), Mn (manganese), Ni (Nickel), Zn (zinc), Na (sodium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Co (cobalt), Mg (magnesium), Rh (rhodium), Nd (neodymium), Gd (gadolinium), and A combination containing Ho (holmium) and at least one of the above dopants.

図３は、ＮＨ３検知電極及びＮＯ２検知電極を固体電解質体に接合した後におけるそれぞれの接合部分のバンド構造を模式的に示す図である。図３の上段は、ＮＨ３検知電極（ＢｉＶＯ４）−固体電解質体（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）のバンド構造を示し、図３の下段は、ＮＯ２検知電極（ＴｂＣｒＯ３）−固体電解質体（ＺｒＯ２＋Ｙ２Ｏ３）のバンド構造を示す。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the band structure of each joined portion after joining the NH 3 sensing electrode and the NO 2 sensing electrode to the solid electrolyte body. 3 shows the band structure of NH 3 sensing electrode (BiVO 4 ) -solid electrolyte body (ZrO 2 + Y 2 O 3 ), and the lower stage of FIG. 3 shows NO 2 sensing electrode (TbCrO 3 ) -solid electrolyte body. The band structure of (ZrO 2 + Y 2 O 3 ) is shown.

図３の上段に示すように、異種半導体の接合では、互いのフェルミ準位を一致させつつ、価電子帯や伝導帯は強制的に結ばれる。この結果、固体電解質体側からＮＨ３検知電極側へは障壁電位は無いため、Ｏ２−イオンの伝導性は良い。逆にＮＨ３検知電極側から固体電解質体側へは障壁電位を伴うため、Ｏ２−イオンの伝導性は悪い。また図３の上段に示すように、価電子帯の電位差によってＮＨ３検知電極側には固体電解質体側から遷移するホール（ｈ＋）が溜まる。これはＮＨ３検知電極におけるＮＨ３等の酸化力の向上に寄与する。 As shown in the upper part of FIG. 3, in the junction of different semiconductors, the valence band and the conduction band are forcibly connected while matching the Fermi levels of each other. As a result, since there is no barrier potential from the solid electrolyte body side to the NH 3 detection electrode side, the conductivity of O 2− ions is good. Conversely, since the barrier potential is accompanied from the NH 3 sensing electrode side to the solid electrolyte body side, the conductivity of O 2− ions is poor. Also, as shown in the upper part of FIG. 3, holes (h + ) that transition from the solid electrolyte body side accumulate on the NH 3 sensing electrode side due to the potential difference in the valence band. This contributes to the improvement of the oxidizing power of NH 3 and the like in the NH 3 sensing electrode.

図３の下段に示すように、ＮＯ２検知電極と固体電解質体とでは、伝導帯電位はほぼ同等である。このため、ＮＯ２検知電極と固体電解質体との間では、相互にＯ２−イオンの伝導性が良い。なお、ＮＯ２検知電極及び固体電解質体は、ＮＨ３検知電極及び固体電解質体と比較すると、互いのバンド構造が近い。このため、ＮＯ２検知電極と固体電解質体との間では、ＮＨ３検知電極と固体電解質体との間よりも界面分極が起こりにくくなっている。 As shown in the lower part of FIG. 3, the conduction charge level is substantially equal between the NO 2 detection electrode and the solid electrolyte body. For this reason, the conductivity of O 2− ions is good between the NO 2 sensing electrode and the solid electrolyte body. Note that the NO 2 sensing electrode and the solid electrolyte body have close band structures compared to the NH 3 sensing electrode and the solid electrolyte body. For this reason, interfacial polarization is less likely to occur between the NO 2 sensing electrode and the solid electrolyte body than between the NH 3 sensing electrode and the solid electrolyte body.

図２に戻り、温度検出ユニット５２は、板状の測温セル５２１と、この測温セル５２１の両側の面に設けられた測温電極５２２，５２３と、を含んで構成され、ガス検出ユニット５１とヒータ５３との間に設けられる。測温セル５２１には、温度に応じてインピーダンスが変化する材料（例えば、ＺｒＯ２）が用いられる。測温電極５２２，５２３はそれぞれセンサコントローラに接続されており、測温セル５２１の温度に相当する測温セル５２１のインピーダンスＺ（Ｉｍｐ）はセンサコントローラによって測定される。以下では、このインピーダンスＺ（Ｉｍｐ）から得られる温度、すなわち測温セル５２１における温度を単に検出素子５ｄの温度ともいう。 Returning to FIG. 2, the temperature detection unit 52 includes a plate-shaped temperature measurement cell 521 and temperature measurement electrodes 522 and 523 provided on both sides of the temperature measurement cell 521, and is a gas detection unit. 51 and the heater 53. A material (for example, ZrO 2 ) whose impedance changes according to temperature is used for the temperature measuring cell 521. The temperature measuring electrodes 522 and 523 are respectively connected to the sensor controller, and the impedance Z (Imp) of the temperature measuring cell 521 corresponding to the temperature of the temperature measuring cell 521 is measured by the sensor controller. Hereinafter, the temperature obtained from the impedance Z (Imp), that is, the temperature in the temperature measuring cell 521 is also simply referred to as the temperature of the detection element 5d.

ヒータ５３は、電流が流れると発熱する電熱線５３１と、この電熱線５３１が設けられた板状の基板５３２と、を含んで構成され、発熱面がＮＨ３検知電極５１３やＮＯ２検知電極５１４の近傍に位置するように、温度検出ユニット５２に設けられる。電熱線５３１への供給電力は、図示しないバッテリから電熱線５３１へ供給される駆動電流のデューティ比をヒータコントローラによって調整することによって制御される。 The heater 53 is configured to include a heating wire 531 that generates heat when a current flows and a plate-like substrate 532 provided with the heating wire 531, and the heating surface is the NH 3 detection electrode 513 or the NO 2 detection electrode 514. It is provided in the temperature detection unit 52 so as to be located in the vicinity of. The power supplied to the heating wire 531 is controlled by adjusting the duty ratio of the drive current supplied from the battery (not shown) to the heating wire 531 by the heater controller.

次に、以上のように構成されたＮＨ３センサの主要な機能である起電力の発生メカニズムを説明する。
図４は、ＮＨ３センサの検出素子を排気に晒したときに進行する反応の一例を示す図であり、起電力の発生メカニズムを簡略化して表した図である。図４には、検出素子のうちＮＨ３検知電極と固体電解質体と基準電極とで構成された部分のみを示す。また図４の左側は排気中にＮＨ３が含まれていないときの反応を示し、図４の右側は排気中にＮＨ３が含まれているときの反応を示す。 Next, an electromotive force generation mechanism, which is a main function of the NH 3 sensor configured as described above, will be described.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a reaction that proceeds when the detection element of the NH 3 sensor is exposed to exhaust gas, and is a diagram showing the generation mechanism of electromotive force in a simplified manner. FIG. 4 shows only a portion of the detection element constituted by the NH 3 detection electrode, the solid electrolyte body, and the reference electrode. Further, the left side of FIG. 4 shows the reaction when NH 3 is not contained in the exhaust gas, and the right side of FIG. 4 shows the reaction when NH 3 is contained in the exhaust gas.

始めに図４の左側に示す反応について説明する。ＮＨ３検知電極に含まれるＢｉＶＯ４は、熱等の外部エネルギーによって励起されるとＯ−２ｐ軌道（価電子帯）の電子が禁制帯を飛び越えてＶ−３ｄ軌道（伝導帯）に移る。これにより、図４に示すように、Ｏ−２ｐ軌道より移った電子の抜け穴にはホール（ｈ＋）が生じ酸化サイトが形成され、Ｖ−３ｄ軌道に移った電子によって還元サイトが形成される。還元サイトでは、Ｏ２を還元しＯ２−イオンを生成する反応が進行し、酸化サイトではＯ２−イオンを酸化しＯ２を生成する反応が進行する。この際、排気中にＮＨ３が含まれていない場合、ＮＨ３検知電極側に形成される還元サイト及び酸化サイトで進行するＯ２→２Ｏ２−及び２Ｏ２−→Ｏ２の反応もほぼ平衡する。このため、排気中にＮＨ３が含まれていなければ、両電極間で起電力が生じない。すなわち、ＭＡＩＮ−ＥＭＦ≒０となる。 First, the reaction shown on the left side of FIG. 4 will be described. When BiVO 4 contained in the NH 3 sensing electrode is excited by external energy such as heat, the electrons in the O-2p orbit (valence band) jump over the forbidden band and move to the V-3d orbit (conduction band). As a result, as shown in FIG. 4, holes (h +) are generated in the holes of the electrons moved from the O-2p orbital, and an oxidation site is formed, and a reduction site is formed by the electrons moved to the V-3d orbital. The reduction site, reducing the O 2 to generate the O 2- ions the reaction proceeds, the reaction that generates oxidizing the O 2- ions O 2 to proceed the oxidation site. At this time, when NH 3 is not included in the exhaust gas, the reaction of O 2 → 2O 2− and 2O 2− → O 2 proceeding at the reduction site and the oxidation site formed on the NH 3 detection electrode side is almost balanced. To do. For this reason, if NH 3 is not contained in the exhaust gas, no electromotive force is generated between both electrodes. That is, MAIN-EMF≈0.

次に図４の右側に示す反応について説明する。ＮＨ３検知電極に含まれるＢｉＶＯ４が励起状態にありかつ周囲にＨ２Ｏが存在すると、酸化サイトでＨ２Ｏが・ＯＨに分解される。分解された・ＯＨは、その後、Ｂｉ−６Ｓ軌道からＶ−３ｄ軌道への電子遷移によってトラップされ、これによってＢ酸点が形成される。Ｂ酸点は、強い水素結合力によって、極性分子であるＮＨ３を引きつけるが、無極性分子であるＨＣを引きつけない強いＮＨ３選択性を有する。なお、Ｂ酸点は、ＮＨ３だけでなく極性分子であるＨ２Ｏを引きつける機能もある。このため、Ｂ酸点を形成するためにはＨ２Ｏが必要であるが、Ｈ２Ｏが多すぎるとＮＨ３の吸着を妨害し、ＮＨ３検知電極と基準電極との間の起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦを負方向へ変化させるように作用する。排気中にＮＨ３が存在すると、このＮＨ３は、ＮＨ３検知電極に形成されたＢ酸点に引きつけられるとともに、還元サイトで捕捉したＯ２−イオンによって酸化され、Ｈ２ＯとＮ２になる。この際、図４の右側に示すように、ＮＨ３検知電極側で電子の収支差が発生する。これにより、排気中にＮＨ３が存在する場合、ＮＨ３検知電極と基準電極との間にはＮＨ３の濃度に応じて変化する０でない起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦが発生する。 Next, the reaction shown on the right side of FIG. 4 will be described. When BiVO 4 contained in the NH 3 detection electrode is present H 2 O to have and surrounding the excited state, H 2 O is decomposed to · OH oxide site. The decomposed .OH is then trapped by an electronic transition from the Bi-6S orbital to the V-3d orbital, thereby forming a B acid point. The B acid point attracts NH 3 which is a polar molecule by strong hydrogen bonding force, but has strong NH 3 selectivity which does not attract HC which is a nonpolar molecule. Note that the B acid point has a function of attracting not only NH 3 but also H 2 O, which is a polar molecule. For this reason, H 2 O is required to form B acid spots, but if there is too much H 2 O, the adsorption of NH 3 is hindered, and the electromotive force MAIN between the NH 3 sensing electrode and the reference electrode -Acts to change EMF in the negative direction. When NH 3 is present in the exhaust gas, this NH 3 is attracted to the B acid sites formed on the NH 3 sensing electrode and is oxidized by O 2− ions trapped at the reduction site, resulting in H 2 O and N 2 . Become. At this time, as shown on the right side of FIG. 4, an electron balance difference occurs on the NH 3 detection electrode side. As a result, when NH 3 is present in the exhaust gas, a non-zero electromotive force MAIN-EMF that changes according to the concentration of NH 3 is generated between the NH 3 detection electrode and the reference electrode.

図５は、以上のように構成されたＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦのＮＨ３／ＮＯ２特性を示す図である。図５には、ＮＨ３濃度及びＮＯ２濃度が共に０であり、Ｈ２Ｏ濃度が６．５％であり、Ｏ２濃度が１０．４５％でありかつ２００℃のベースガスを供給した場合（中央）、上記ベースガスのＮＨ３濃度を増加させた場合（右側）、及び上記ベースガスのＮＯ２濃度を増加させた場合（左側）における起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの変化を示す。 FIG. 5 is a diagram showing the NH 3 / NO 2 characteristics of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor configured as described above. FIG. 5 shows a case where the NH 3 concentration and the NO 2 concentration are both 0, the H 2 O concentration is 6.5%, the O 2 concentration is 10.45%, and a base gas of 200 ° C. is supplied. (Center) shows changes in electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the NH 3 concentration of the base gas is increased (right side) and when the NO 2 concentration of the base gas is increased (left side). .

図５に示すように、ベースガスのＮＨ３濃度を増加させると、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦは共に負方向へ向かって変化する。より具体的には、ＮＨ３濃度が低い場合には、起電力ＳＵＢ−ＥＭＦは０近傍又は０より僅かに大きな正の値を示すのに対し、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは負の値を示す。またベースガスのＮＨ３濃度が高い場合には、起電力ＳＵＢ−ＥＭＦは０近傍又は０より僅かに小さな負の値を示すのに対し、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは負の値を示す。以下では、このような起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの振る舞いを、ＮＨ３スリップ時の正常な振る舞いともいう。 As shown in FIG. 5, when the NH 3 concentration of the base gas is increased, both the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF change in the negative direction. More specifically, when the NH 3 concentration is low, the electromotive force SUB-EMF shows a positive value near 0 or slightly larger than 0, whereas the electromotive force MAIN-EMF shows a negative value. When the NH 3 concentration of the base gas is high, the electromotive force SUB-EMF shows a negative value near 0 or slightly smaller than 0, whereas the electromotive force MAIN-EMF shows a negative value. Hereinafter, such behavior of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF is also referred to as normal behavior during NH 3 slip.

図６は、ＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦのＨ２Ｏ特性を示す図である。図６には、上記ベースガスのＨ２Ｏ濃度を１％から１０％まで増加させた時における２つの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの変化を示す。図６に示すように、起電力ＳＵＢ−ＥＭＦはＨ２Ｏ濃度を増加させても、正側においてごく僅かしか低下しない。これに対し、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦはＨ２Ｏ濃度を増加させると、正側から負側へ起電力ＳＵＢ−ＥＭＦよりも大幅に低下する。これは、図４を参照して説明したように、ＮＨ３検知電極は排気中のＨ２Ｏを用いてＢ酸点を形成する機能を有するからであると考えられる。すなわち、排気中のＨ２Ｏの量が増加すると、Ｈ２Ｏが酸化されてＮＨ３検知電極に形成されるＢ酸点の数が増加するため、ＮＨ３が存在していなくても起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは負の方向へ変化する。 FIG. 6 is a diagram showing the H 2 O characteristics of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor. FIG. 6 shows changes in the two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the H 2 O concentration of the base gas is increased from 1% to 10%. As shown in FIG. 6, even if the electromotive force SUB-EMF increases the H 2 O concentration, it decreases only slightly on the positive side. On the other hand, when the electromotive force MAIN-EMF increases the H 2 O concentration, the electromotive force MAIN-EMF is significantly lower than the electromotive force SUB-EMF from the positive side to the negative side. This is considered to be because the NH 3 sensing electrode has a function of forming B acid spots using H 2 O in the exhaust gas as described with reference to FIG. That is, when the amount of H 2 O in the exhaust gas increases, the number of B acid spots formed on the NH 3 sensing electrode increases due to the oxidation of H 2 O. Therefore, even if NH 3 is not present, the electromotive force MAIN-EMF changes in the negative direction.

したがって、図６に示すようなＨ２Ｏに対する起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの振る舞いと、図５に示すようなＮＨ３に対する起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの振る舞いとを比較すると、尿素水タンク内に水を投入することにより尿素水の濃度を低下させると、図５において破線で示すように起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは正方向へシフトし、また起電力ＳＵＢ−ＥＭＦは正常な振る舞いに対し正方向へシフトし正の値を示すようになると考えられる。したがって、尿素水タンク内の正規品の尿素水が水によって薄められる薄まり異常は、尿素水インジェクタからの噴射量に応じて定められた閾値と起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦとを比較し、図５に示すような正方向へのシフトを検出することによって特定することができる。 Therefore, when the behavior of the electromotive force MAIN-EMF and SUB-EMF with respect to H 2 O as shown in FIG. 6 is compared with the behavior of the electromotive force MAIN-EMF and SUB-EMF with respect to NH 3 as shown in FIG. When the concentration of urea water is lowered by introducing water into the urea water tank, the electromotive force MAIN-EMF shifts in the positive direction and the electromotive force SUB-EMF behaves normally as shown by the broken line in FIG. It is considered that the value shifts in the positive direction and shows a positive value. Therefore, the thinning abnormality in which the regular urea water in the urea water tank is diluted with water is compared with the threshold value determined according to the injection amount from the urea water injector and the electromotive forces MAIN-EMF, SUB-EMF, It can be specified by detecting a shift in the positive direction as shown in FIG.

図７は、ＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦのＨＣ特性を示す図である。図７には、上記ベースガスのＨＣ濃度を０ｐｐｍから３９００ｐｐｍまで増加させた時における２つの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの変化を示す。図７に示すように、排気中にペンタン（ノルマルアルカン類）やプロピレン等の無極性のＨＣが含まれていると、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦは共に負値を示す点において、図５の正常な振る舞いと共通する。しかしながら、ＨＣ濃度を増加させると、ＳＵＢ−ＥＭＦとＭＡＩＮ−ＥＭＦとで大小関係が逆転し、ＳＵＢ−ＥＭＦはＭＡＩＮ−ＥＭＦよりも小さな値を示すようになる。このため、尿素水タンク内に誤ってガソリン、軽油、灯油等の燃料が投入された場合、図５の正常な振る舞いと異なり、ＳＵＢ−ＥＭＦがＭＡＩＮ−ＥＭＦよりも小さな値を示すようになると考えられる。このため尿素水タンク内に燃料が投入される燃料異常は、このような起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの逆転現象を検出することによって特定することができる。 FIG. 7 is a diagram showing the HC characteristics of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor. FIG. 7 shows changes in the two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the HC concentration of the base gas is increased from 0 ppm to 3900 ppm. As shown in FIG. 7, when non-polar HC such as pentane (normal alkanes) or propylene is contained in the exhaust gas, the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF both show negative values. Common to 5 normal behavior. However, increasing the HC concentration reverses the magnitude relationship between SUB-EMF and MAIN-EMF, and SUB-EMF shows a smaller value than MAIN-EMF. For this reason, when fuel such as gasoline, light oil, kerosene, etc. is mistakenly introduced into the urea water tank, unlike the normal behavior of FIG. 5, SUB-EMF will show a smaller value than MAIN-EMF. It is done. For this reason, a fuel abnormality in which fuel is introduced into the urea water tank can be identified by detecting such a reverse phenomenon of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF.

また尿素水タンク内に誤ってブレーキフルード、クーラント、ウォッシャ液等のアルコール系液体が投入されることにより、アルコールやアルデヒド等の有極性のＨＣが排気中に含まれていると、図７に示すように、ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦは共に０より僅かに小さな値を示すと考えられる。この振る舞いは、図５の正常な振る舞いと定性的には同じである。しかしながらこのように有極性のＨＣが検出された場合、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは、スリップしたＮＨ３が検出された場合よりもやや大きな値（すなわち、より０に近い値）を示すと考えられる（図５の破線参照）。またこの場合、起電力ＳＵＢ−ＥＭＦは、スリップしたＮＨ３が検出された場合よりも小さな負の値（すなわち、０の近傍の負の値）を示すと考えられる（図５の破線参照）。したがって尿素水タンク内にアルコール系液体が投入されるアルコール異常は、尿素水インジェクタからの噴射量に応じて定められた閾値と起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦとを比較し、図７に示すような起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの振る舞いを検出することによって特定することができる。 Moreover, when alcoholic liquids such as brake fluid, coolant, and washer liquid are accidentally put into the urea water tank, polar HC such as alcohol and aldehyde is contained in the exhaust gas, as shown in FIG. Thus, it is considered that MAIN-EMF and SUB-EMF both show values slightly smaller than zero. This behavior is qualitatively the same as the normal behavior of FIG. However, when polar HC is detected in this way, the electromotive force MAIN-EMF is considered to show a slightly larger value (that is, a value closer to 0) than when slipped NH 3 is detected (that is, a value closer to 0). (See broken line in FIG. 5). Further, in this case, the electromotive force SUB-EMF is considered to show a negative value smaller than that in the case where slipped NH 3 is detected (that is, a negative value near 0) (see the broken line in FIG. 5). Accordingly, an alcohol abnormality in which an alcohol-based liquid is introduced into the urea water tank is compared with a threshold value determined according to the injection amount from the urea water injector and the electromotive force MAIN-EMF, and an electromotive force as shown in FIG. It can be specified by detecting the behavior of MAIN-EMF and SUB-EMF.

図８は、ＮＨ３センサの検出素子５ｄ及びこれを制御するセンサコントローラ７３の構成を示すブロック図である。センサコントローラ７３は、ＮＨ３濃度演算モジュール７３１と、タンク異常検知モジュール７３２と、温調モジュール７３３と、を備える。以下、各モジュール７３１〜７３３の機能について順に説明する。 FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the detection element 5d of the NH 3 sensor and the sensor controller 73 that controls the detection element 5d. The sensor controller 73 includes an NH 3 concentration calculation module 731, a tank abnormality detection module 732, and a temperature adjustment module 733. Hereinafter, functions of the modules 731 to 733 will be described in order.

ＮＨ３濃度演算モジュール７３１では、ＮＨ３検知電極５１３で発生する起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ［ｍＶ］及びＮＯ２検知電極５１４で発生する起電力ＳＵＢ−ＥＭＦ［ｍＶ］を用いて、排気のＮＨ３濃度［ｐｐｍ］を算出する。ここで算出された排気のＮＨ３濃度は、例えばＤＣＵに送信され、ＤＣＵにおける尿素水噴射制御に用いられる。図５に示すように、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは、排気のＮＨ３濃度が増加すると負側へ変化する特性があることから、所定の演算式を用いて起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ［ｍＶ］からＮＨ３濃度［ｐｐｍ］を算出することができる。しかしながら図５に示すように、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦは排気のＮＯ２濃度が増加すると正側へ変化する特性があるため、排気中にＮＨ３とＮＯ２とが共存する場合には、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦのみではＮＨ３濃度を正確に算出することができない。そこでＮＨ３濃度演算モジュール７３１では、排気のＮＯ２濃度に応じて正側に変化する起電力ＳＵＢ−ＥＭＦを用いて起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦからＮＯ２による影響を取り除くことによって、正確なＮＨ３濃度を算出する。 The NH 3 concentration calculation module 731 uses the electromotive force MAIN-EMF [mV] generated at the NH 3 detection electrode 513 and the electromotive force SUB-EMF [mV] generated at the NO 2 detection electrode 514, so that the NH 3 concentration in the exhaust gas is exhausted. [Ppm] is calculated. The NH 3 concentration of the exhaust gas calculated here is transmitted to the DCU, for example, and used for urea water injection control in the DCU. As shown in FIG. 5, since the electromotive force MAIN-EMF has a characteristic of changing to the negative side when the NH 3 concentration in the exhaust gas increases, the electromotive force MAIN-EMF [mV] to NH is calculated using a predetermined arithmetic expression. Three concentrations [ppm] can be calculated. However, as shown in FIG. 5, the electromotive force MAIN-EMF has a characteristic of changing to the positive side when the NO 2 concentration in the exhaust gas is increased. Therefore, when NH 3 and NO 2 coexist in the exhaust gas, the electromotive force is increased. only by the MAIN-EMF is not possible to accurately calculate the NH 3 concentration. Therefore, the NH 3 concentration calculation module 731 eliminates the influence of NO 2 from the electromotive force MAIN-EMF by using the electromotive force SUB-EMF that changes to the positive side according to the NO 2 concentration of the exhaust gas, thereby obtaining an accurate NH 3 concentration. Is calculated.

タンク異常検知モジュール７３２では、２つの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦに基づいて、尿素水タンク内に貯留されている尿素水の異常検知し、異常をした場合にはこれをドライバに報知するために警告灯を点灯したり、ＤＣＵに対して尿素水噴射制御の実行を停止させたり、ＤＣＵに対して噴射量の補正を要求したりする。図５〜図７を参照して説明したように、尿素水タンク内に貯留されている液体が、本来使用されるべき正規品の尿素水ではなく、正規品よりも低濃度の尿素水である場合や（薄まり異常）、燃料である場合や（燃料異常）、アルコール系液体である場合（アルコール異常）等の異常が生じている場合、ＮＨ３センサの２つの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦは、正常な振る舞いとは異なる固有の振る舞いを示す。タンク異常検知モジュール７３２では、これら起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの組み合わせを用いることによって、これら３つの異常を検知する。このタンク異常検知処理の具体的な手順については、後に図１０及び図１１を参照して説明する。 The tank abnormality detection module 732 detects an abnormality of the urea water stored in the urea water tank based on the two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF, and notifies the driver of the abnormality when an abnormality is detected. Therefore, the warning lamp is turned on, the execution of the urea water injection control is stopped with respect to the DCU, or the correction of the injection amount is requested with respect to the DCU. As described with reference to FIGS. 5 to 7, the liquid stored in the urea water tank is not a regular urea water to be originally used, but a urea water having a lower concentration than the regular product. If there is an abnormality such as a case of (thinning abnormality), a fuel or (fuel abnormality), or an alcoholic liquid (alcohol abnormality), the two electromotive forces MAIN-EMF, SUB- of the NH 3 sensor EMF exhibits a unique behavior that is different from normal behavior. The tank abnormality detection module 732 detects these three abnormalities by using a combination of these electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF. A specific procedure of the tank abnormality detection process will be described later with reference to FIGS.

温調モジュール７３３は、測温セル５２１のインピーダンスＺ（Ｉｍｐ）を測定する計測回路７３３ａと、インピーダンスＺ（Ｉｍｐ）が所定の目標値になるように（すなわち、検出素子５ｄの温度がインピーダンスの目標値に相当する目標温度になるように）ヒータ５３の駆動電流を調整する駆動回路７３３ｂと、を備える。ＮＨ３検知電極５１３やＮＯ２検知電極５１４等、検出素子５ｄを構成する材料には様々な触媒が用いられているため、これら触媒の機能を生かして正確にＮＨ３濃度を算出するためには、触媒が活性しているように検出素子５ｄの温度を予め定められた目標温度に維持する必要がある。温調モジュール７３３は、これら計測回路７３３ａ及び駆動回路７３３ｂを用いることによって、検出素子５ｄの温度を所定の目標温度に維持する。 The temperature adjustment module 733 includes a measurement circuit 733a that measures the impedance Z (Imp) of the temperature measuring cell 521, and the impedance Z (Imp) becomes a predetermined target value (that is, the temperature of the detection element 5d is an impedance target). And a drive circuit 733b for adjusting the drive current of the heater 53 so as to achieve a target temperature corresponding to the value. Since various catalysts are used for the material constituting the detection element 5d such as the NH 3 detection electrode 513 and the NO 2 detection electrode 514, in order to accurately calculate the NH 3 concentration by utilizing the function of these catalysts. The temperature of the detection element 5d needs to be maintained at a predetermined target temperature so that the catalyst is active. The temperature adjustment module 733 maintains the temperature of the detection element 5d at a predetermined target temperature by using the measurement circuit 733a and the drive circuit 733b.

図９は、ＤＣＵによる尿素水噴射制御を開始するための準備処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、ＤＣＵにおいて実行される。   FIG. 9 is a flowchart showing a specific procedure of a preparation process for starting urea water injection control by the DCU. This processing is executed in the DCU in response to turning on an ignition switch (not shown).

始めにＳ１では、ＤＣＵは、尿素水タンク内には正規品の尿素水が貯留されていると仮定して、外気温度センサ及び尿素水温度センサの出力に基づいて、尿素水タンク内に貯留されている尿素水が氷結しているか否か、換言すれば尿素水噴射制御を開始するにあたり尿素水タンク内の尿素水を解凍するヒーティングが必要な状態であるか否かを判定する。Ｓ１の判定がＮＯである場合には、ＤＣＵは、図９の処理を終了し直ちに尿素水噴射制御を開始する。   First, in S1, the DCU is stored in the urea water tank based on outputs of the outside air temperature sensor and the urea water temperature sensor, assuming that the regular urea water is stored in the urea water tank. It is determined whether or not the urea water being frozen is in other words, that is, whether or not heating for thawing the urea water in the urea water tank is necessary to start the urea water injection control. If the determination in S1 is NO, the DCU ends the process of FIG. 9 and immediately starts urea water injection control.

Ｓ１の判定がＹＥＳであり尿素水タンク内の尿素水が氷結していると推定される場合には、ＤＣＵは、ヒーティングを開始する前に尿素水ポンプを所定時間にわたって試験的に駆動し、この際のライン圧センサの出力を取得する（Ｓ２参照）。Ｓ３では、ＤＣＵは、Ｓ２で取得したライン圧センサの出力を用いて、尿素水ポンプを試験的に駆動した時にライン圧に有意な圧力上昇が確認できたか否かを判定する。   If the determination in S1 is YES and it is estimated that the urea water in the urea water tank is frozen, the DCU drives the urea water pump for a predetermined time before starting heating, The output of the line pressure sensor at this time is acquired (see S2). In S3, the DCU uses the output of the line pressure sensor acquired in S2 to determine whether or not a significant pressure increase has been confirmed in the line pressure when the urea water pump is driven on a trial basis.

Ｓ３の判定がＹＥＳである場合、すなわちタンク内の正規品の尿素水が氷結していると推定されるにもかかわらずライン圧の上昇が確認できる場合には、ＤＣＵは、尿素水タンク内には、正規品の尿素水よりも凝固点が低い燃料又はアルコール系液体が貯留されている可能性があると判断する（Ｓ４参照）。ここで、例えば正規品の尿素水（例えば、３２．７％の尿素水）の凝固点は−１１℃であるのに対し、軽油の凝固点は−１５℃であり、ブレーキフルードの凝固点は−５０℃であり、ウォッシャ液の凝固点は−２０℃である。従って、Ｓ３の判定結果がＹＥＳである場合には、外気温度センサ、尿素水温度センサ、及びライン圧センサの何れかに異常が生じている場合を除けば、尿素水タンク内には燃料又はアルコール系液体が貯留されていると判断することは妥当である。したがってＤＣＵは、Ｓ３の判定がＹＥＳである場合には、何等かの異常（タンク内の液体、又は各種センサ等の異常）が生じている可能性があることをドライバに報知すべく警告灯を点灯し（Ｓ５参照）、図９の処理を終了し、尿素水噴射制御を開始する。   If the determination in S3 is YES, that is, if the increase in line pressure can be confirmed even though it is estimated that the regular urea water in the tank is frozen, the DCU is placed in the urea water tank. Determines that there is a possibility that fuel or alcohol-based liquid having a freezing point lower than that of regular urea water is stored (see S4). Here, for example, the freezing point of regular urea water (for example, 32.7% urea water) is −11 ° C., whereas the freezing point of light oil is −15 ° C., and the freezing point of brake fluid is −50 ° C. And the freezing point of the washer fluid is −20 ° C. Accordingly, when the determination result in S3 is YES, fuel or alcohol is not contained in the urea water tank except for cases where any of the outside air temperature sensor, the urea water temperature sensor, and the line pressure sensor is abnormal. It is reasonable to judge that the system liquid is stored. Therefore, if the determination in S3 is YES, the DCU turns on a warning lamp to notify the driver that some abnormality (an abnormality in the liquid in the tank or various sensors) may have occurred. It is lit (see S5), the process of FIG. 9 is terminated, and urea water injection control is started.

Ｓ３の判定がＮＯである場合、ＤＣＵは、所定の正規解氷予定時間にわたりヒーティングを行う（Ｓ６参照）。ここで、正規解氷予定時間とは、タンク内には正規品の尿素水が氷結していると仮定した場合において、このタンク内の尿素水が解凍すると予想される時間であり、外気温度センサ及び尿素水温度センサの出力に基づいてＤＣＵによって算出される。   If the determination in S3 is NO, the DCU performs heating over a predetermined regular expected ice melting time (see S6). Here, the normal ice melting scheduled time is the time when the urea water in the tank is expected to thaw when it is assumed that the regular urea water is frozen in the tank. And calculated by the DCU based on the output of the urea water temperature sensor.

Ｓ６のヒーティングが完了したら、ＤＣＵは、再び尿素水ポンプを所定時間にわたって試験的に駆動し、この際のライン圧センサの出力を取得する（Ｓ７参照）。Ｓ８では、ＤＣＵは、Ｓ７で取得したライン圧センサの出力を用いて、尿素水ポンプを試験的に駆動した時にライン圧に有意な圧力上昇が確認できたか否かを判定する。   When the heating in S6 is completed, the DCU again drives the urea water pump for a predetermined time on a trial basis, and acquires the output of the line pressure sensor at this time (see S7). In S8, the DCU uses the output of the line pressure sensor acquired in S7 to determine whether or not a significant pressure increase has been confirmed in the line pressure when the urea water pump is driven on a trial basis.

Ｓ８の判定がＮＯである場合、すなわちタンク内の正規品の尿素水は既に解氷していると推定されるにもかかわらずライン圧の上昇が確認できない場合には、ＤＣＵは、尿素水タンク内には、正規品の尿素水よりも凝固点が高い液体、すなわち水又は水で薄められた尿素水が貯留されている可能性があると判断する（Ｓ９参照）。ここで、上述のように正規日の尿素水の凝固点は−１１℃であるのに対し、水の凝固点は０℃である。従って、Ｓ８の判定結果がＮＯである場合には、外気温度センサ、尿素水温度センサ、及びライン圧センサの何れかに異常が生じている場合を除けば、尿素水タンク内には水又は水で薄められた尿素水が貯留されていると判断することは妥当である。したがってＤＣＵは、Ｓ８の判定がＮＯである場合には、何等かの異常（タンク内の液体、又は各種センサ等の異常）が生じている可能性があることをドライバに報知すべく警告灯を点灯し（Ｓ１０参照）、再びヒーティングを行う（Ｓ６参照）。   When the determination in S8 is NO, that is, when it is estimated that the regular urea water in the tank has already been deiced, but the increase in the line pressure cannot be confirmed, the DCU determines that the urea water tank It is determined that there is a possibility that a liquid having a freezing point higher than that of the regular urea water, that is, water or urea water diluted with water may be stored (see S9). Here, as described above, the freezing point of the regular day urea water is -11 ° C, whereas the freezing point of water is 0 ° C. Therefore, when the determination result in S8 is NO, the urea water tank has water or water, except for cases where an abnormality has occurred in any of the outside air temperature sensor, the urea water temperature sensor, and the line pressure sensor. It is reasonable to judge that the diluted urea water is stored. Therefore, if the determination at S8 is NO, the DCU lights a warning lamp to notify the driver that some abnormality (an abnormality in the liquid in the tank or various sensors) may have occurred. Lights up (see S10) and performs heating again (see S6).

Ｓ７の判定がＹＥＳである場合、ＤＣＵは、尿素水タンク内の液体は解氷し、尿素水噴射制御を開始できる状態になったと判断し、図９の処理を終了し、尿素水噴射制御を開始する。   If the determination in S7 is YES, the DCU determines that the liquid in the urea water tank has melted and is ready to start the urea water injection control, ends the process in FIG. 9, and performs the urea water injection control. Start.

図１０及び図１１は、センサコントローラによるタンク異常判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。タンク異常判定処理は、尿素水インジェクタから所定量の尿素水タンク内の液体を試験的に噴射した時の応答として発生する起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦの組み合わせを用いることによって、尿素水タンク内の液体の異常を、液体が正規品よりも低濃度の尿素水である薄まり異常と、液体が燃料を含む燃料異常と、液体がアルコール系液体を含むアルコール異常と、で分けて判定する処理である。   10 and 11 are flowcharts showing a specific procedure of tank abnormality determination processing by the sensor controller. The tank abnormality determination process uses a combination of electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF generated as a response when a predetermined amount of liquid in the urea water tank is experimentally injected from the urea water injector. The process of determining abnormalities in the liquid is divided into a thinning abnormality in which the liquid is urea water having a lower concentration than the regular product, a fuel abnormality in which the liquid contains fuel, and an alcohol abnormality in which the liquid contains an alcoholic liquid. It is.

タンク異常判定処理は、例えば、図９に示す準備処理が終了し、ＤＣＵにおける尿素水噴射制御が実行可能な状態になった後であって、タンク異常判定処理を実行するのに適した所定のタイミングで、かつ所定の頻度で、センサコントローラにおいて実行される。以下で説明するように、このタンク異常判定処理は、ＳＣＲ触媒からＮＨ３を積極的にスリップさせる必要がある。したがって、タンク異常判定処理を行う頻度は、例えばイグニッションスイッチをオンにしてからオフにするまでの１ドライビングサイクルにつき、１回程度であることが好ましい。また、タンク異常判定処理の判定精度を向上するためには、以下で説明するようにＳＣＲ触媒から適切な量のＮＨ３をスリップさせる必要がある。したがって、タンク異常判定処理は、後述のトラップ量が０になる時期、より具体的には、フィルタの再生直後であってＳＣＲ触媒の温度が高温になっている時期に行うことが好ましい。 For example, the tank abnormality determination process is performed after the preparation process illustrated in FIG. 9 is finished and the urea water injection control in the DCU is executable, and is a predetermined value suitable for executing the tank abnormality determination process. It is executed in the sensor controller at a timing and at a predetermined frequency. As will be described below, the tank abnormality determination process needs to actively slip NH 3 from the SCR catalyst. Therefore, the frequency of performing the tank abnormality determination process is preferably about once per driving cycle from turning on the ignition switch to turning it off, for example. Further, in order to improve the determination accuracy of the tank abnormality determination process, it is necessary to slip an appropriate amount of NH 3 from the SCR catalyst as described below. Therefore, the tank abnormality determination process is preferably performed when the trap amount described later becomes zero, more specifically, when the temperature of the SCR catalyst is high immediately after regeneration of the filter.

始めにＳ２１では、センサコントローラは、エンジン回転数やエンジン負荷等の現在のエンジンの運転状態を特定するパラメータを取得し、これらに基づいてＳＣＲ触媒へのＮＯｘ流入量［ｇ／ｓｅｃ］を算出し、算出した量のＮＯｘを全て還元するために必要とされる正規品の尿素水の量（以下、「ＮＯｘ浄化等価量」という）［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。   First, in S21, the sensor controller acquires parameters for specifying the current engine operating state such as the engine speed and the engine load, and calculates the NOx inflow amount [g / sec] to the SCR catalyst based on these parameters. The amount of regular urea water required to reduce all the calculated amount of NOx (hereinafter referred to as “NOx purification equivalent amount”) [g / sec] is calculated.

Ｓ２２では、センサコントローラは、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて現在のＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵性能を推定し、これを用いることによって、尿素水インジェクタから噴射された正規品の尿素水のうち、ＮＨ３としてＳＣＲ触媒に貯蔵されるであろうと推定される尿素水の量（以下、「トラップ量」という）［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。 In S22, the sensor controller estimates the NH 3 storage performance of the current SCR catalyst based on the temperature of the SCR catalyst, and by using this, NH 3 of regular urea water injected from the urea water injector is used. The amount of urea water estimated to be stored in the SCR catalyst (hereinafter referred to as “trap amount”) [g / sec] is calculated.

Ｓ２３では、センサコントローラは、ＮＯｘ浄化等価量と、トラップ量と、所定の正の第１余剰量［ｇ／ｓｅｃ］とを合算することにより、尿素水インジェクタから試験的に噴射させる尿素水の量（以下、「要求噴射量」という）を算出する。ここで第１余剰量は、尿素水タンク内に貯留されている液体が正規品の尿素水であるとした場合に、ＳＣＲ触媒の下流側へ僅かな量のＮＨ３がスリップする程度（図５における例では、２０ｐｐｍ程度）の量に調整される。換言すれば、第１余剰量は、尿素水タンク内に貯留されている液体が正規品の尿素水であるとした場合に、ＳＵＢ−ＥＭＦが０近傍又は正の値を示す程度の量に調整される。 In S23, the sensor controller adds the NOx purification equivalent amount, the trap amount, and the predetermined positive first surplus amount [g / sec] to thereby add the urea water amount to be experimentally injected from the urea water injector. (Hereinafter referred to as “required injection amount”). Here, the first surplus amount is such that a slight amount of NH 3 slips to the downstream side of the SCR catalyst when the liquid stored in the urea water tank is regular urea water (FIG. 5). In the example, the amount is adjusted to about 20 ppm. In other words, the first surplus amount is adjusted to such an amount that SUB-EMF shows a value near 0 or a positive value when the liquid stored in the urea water tank is regular urea water. Is done.

Ｓ２４では、センサコントローラは、尿素水タンク内の液体が正常であるか否かを判定するため、尿素水インジェクタから上記要求噴射量の尿素水を試験的に噴射させるようＤＣＵに要求する。ＤＣＵは、センサコントローラからの要求に応じて、尿素水インジェクタから要求噴射量の尿素水を所定期間にわたり噴射する。   In S24, the sensor controller requests the DCU to test-inject the required amount of urea water from the urea water injector in order to determine whether or not the liquid in the urea water tank is normal. In response to a request from the sensor controller, the DCU injects a required amount of urea water from the urea water injector over a predetermined period.

尿素水タンク内に貯留されている液体が正規品の尿素水である場合には、尿素水インジェクタから要求噴射量の尿素水を噴射させると、所定時間の遅れがあった後、ＳＣＲ触媒の下流側へ第１余剰量に応じた量のＮＨ３がスリップする。またＮＨ３センサは、ＳＣＲ触媒からスリップした成分に応じて起電力スリップした起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦを発生する。Ｓ２５では、センサコントローラは、このようにして尿素水インジェクタから要求噴射量の尿素水を噴射させた時の応答として発生するＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦを取得する。 When the liquid stored in the urea water tank is regular urea water, if the required amount of urea water is injected from the urea water injector, after a predetermined time delay, the downstream of the SCR catalyst An amount of NH 3 corresponding to the first surplus amount slips to the side. Further, the NH 3 sensor generates electromotive force MAIN-EMF and SUB-EMF that have electromotive force slipped in accordance with components slipped from the SCR catalyst. In S25, the sensor controller acquires the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor generated as a response when the required amount of urea water is injected from the urea water injector in this way.

Ｓ２６では、センサコントローラは、Ｓ２５で取得したＭＡＩＮ−ＥＭＦ及びＳＵＢ−ＥＭＦは何れも負値であるか否か（ＭＡＩＮ−ＥＭＦ＜０かつＳＵＢ−ＥＭＦ＜０）を判定する。尿素水タンクに貯留されている液体が正規品の尿素水である場合、ＳＣＲ触媒の下流側へ第１余剰量に応じた僅かな量のＮＨ３がスリップするので、図５に示すようにＭＡＩＮ−ＥＭＦは大きな負値を示し、ＳＵＢ−ＥＭＦは０近傍又は正の値を示す。これに対し尿素水タンク内に貯留されている液体が燃料である場合やアルコール系液体である場合、図７に示すようにＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦは共に負値を示す。したがってＳ２６の判定がＹＥＳである場合とは、燃料異常又はアルコール異常である可能性が高いと言える。 In S26, the sensor controller determines whether or not MAIN-EMF and SUB-EMF acquired in S25 are negative values (MAIN-EMF <0 and SUB-EMF <0). When the liquid stored in the urea water tank is regular urea water, a small amount of NH 3 corresponding to the first surplus amount slips downstream of the SCR catalyst, so that MAIN as shown in FIG. -EMF shows a large negative value, and SUB-EMF shows a value near 0 or a positive value. On the other hand, when the liquid stored in the urea water tank is a fuel or an alcohol-based liquid, both MAIN-EMF and SUB-EMF show negative values as shown in FIG. Therefore, when the determination of S26 is YES, it can be said that there is a high possibility of a fuel abnormality or alcohol abnormality.

Ｓ２６の判定がＹＥＳである場合、センサコントローラは、Ｓ２５で取得したＳＵＢ−ＥＭＦがＭＡＩＮ−ＥＭＦよりも小さいか否かを判定する（Ｓ２７参照）。Ｓ２７の判定がＹＥＳの場合、すなわち図７で説明した逆転現象が検出された場合には、センサコントローラは、尿素水タンク内の液体は燃料を含む燃料異常が発生していると判定するとともに警告灯を点灯し（Ｓ２８参照）、尿素水インジェクタからの噴射を直ちに停止するようＤＣＵに要求し（Ｓ２９参照）、図１０及び図１１の処理を終了する。   If the determination in S26 is YES, the sensor controller determines whether or not the SUB-EMF acquired in S25 is smaller than the MAIN-EMF (see S27). If the determination in S27 is YES, that is, if the reverse phenomenon described in FIG. 7 is detected, the sensor controller determines that the fuel in the urea water tank contains a fuel abnormality and includes a warning. The lamp is turned on (see S28), the DCU is requested to immediately stop the injection from the urea water injector (see S29), and the processes of FIGS. 10 and 11 are ended.

Ｓ２６の判定がＮＯである場合、センサコントローラは、Ｓ２５で取得したＭＡＩＮ−ＥＭＦが第１余剰量に応じて定められる所定の負の閾値Ｖ１より大きいか否かを判定する（Ｓ３０参照）。Ｓ３１の判定がＹＥＳの場合、すなわち図５及び図７で説明したように、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦについてＮＨ３スリップ時の正常な振る舞いよりも正方向へのシフトが検出された場合には、センサコントローラは、尿素水タンク内の液体はアルコール系液体を含むアルコール異常が発生していると判定するとともに警告灯を点灯し（Ｓ３１参照）、尿素水インジェクタからの噴射を直ちに停止するようＤＣＵに要求し（Ｓ２９参照）、図１０及び図１１の処理を終了する。 If the determination in S26 is NO, the sensor controller determines whether or not the MAIN-EMF acquired in S25 is greater than a predetermined negative threshold V1 determined according to the first surplus amount (see S30). If the determination in S31 is YES, that is, as described with reference to FIGS. 5 and 7, if a shift in the positive direction from the normal behavior at the time of NH 3 slip is detected for the electromotive force MAIN-EMF, the sensor The controller determines that the liquid in the urea water tank has an alcohol abnormality including an alcohol-based liquid, turns on the warning lamp (see S31), and requests the DCU to immediately stop the injection from the urea water injector. Then (see S29), the processing in FIGS. 10 and 11 is terminated.

一方、Ｓ２６の判定がＮＯである場合又はＳ３０の判定がＮＯである場合には、より詳細に尿素水タンク内の異常を判定すべく、センサコントローラは、Ｓ３２に移る。Ｓ３２では、センサコントローラは、尿素水インジェクタから再度試験的に尿素水を噴射させる際における要求噴射量として、現在の尿素水インジェクタから噴射可能な最大の量を設定する。なお以下では、最大噴射量からＮＯｘ浄化等価量及びトラップ量を減算して得られる噴射量を第２余剰量ともいう。   On the other hand, when the determination of S26 is NO or when the determination of S30 is NO, the sensor controller proceeds to S32 in order to determine the abnormality in the urea water tank in more detail. In S32, the sensor controller sets the maximum amount that can be injected from the current urea water injector as the required injection amount when the urea water is injected again from the urea water injector on a trial basis. In the following, the injection amount obtained by subtracting the NOx purification equivalent amount and the trap amount from the maximum injection amount is also referred to as a second surplus amount.

Ｓ３３では、センサコントローラは、尿素水タンク内の液体が正常であるか否かを判定するため、尿素水インジェクタから上記Ｓ３２で設定した要求噴射量の尿素水を試験的に噴射させるようＤＣＵに要求する。ＤＣＵは、センサコントローラからの要求に応じて、尿素水インジェクタから要求噴射量の尿素水を所定期間にわたり噴射する。   In S33, the sensor controller requests the DCU to inject the required amount of urea water set in S32 on a trial basis from the urea water injector in order to determine whether or not the liquid in the urea water tank is normal. To do. In response to a request from the sensor controller, the DCU injects a required amount of urea water from the urea water injector over a predetermined period.

Ｓ３４では、センサコントローラは、尿素水インジェクタから要求噴射量の尿素水を噴射させた時の応答として発生するＮＨ３センサの起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ，ＳＵＢ−ＥＭＦを取得する。 In S34, the sensor controller acquires the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor generated as a response when the required amount of urea water is injected from the urea water injector.

Ｓ３５では、センサコントローラは、Ｓ３４で取得したＭＡＩＮ−ＥＭＦが第２余剰量に応じて定められる所定の負の閾値Ｖ２より大きくかつＳＵＢ−ＥＭＦが第２余剰量に応じて０より僅かに大きな値に定められる正の閾値Ｖ３より大きいか否かを判定する。Ｓ３５の判定がＹＥＳの場合、すなわち図５及び図６で説明したように、起電力ＭＡＩＮ−ＥＭＦ及びＳＵＢ−ＥＭＦの両方について、ＮＨ３スリップ時の正常な振る舞いよりも正方向へのシフトが検出された場合には、センサコントローラは、尿素水タンク内の液体は、正規品の尿素水より薄い濃度の尿素水であると判定するとともに警告灯を点灯する（Ｓ３６参照）。さらにセンサコントローラは、低い濃度の尿素水が用いられることによるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制すべく、尿素水インジェクタからの噴射量を、正規品の尿素水が用いられることを前提として定められる所定の基準噴射量よりも増量側へ補正するようＤＣＵに要求し（Ｓ３７参照）、図１０及び図１１の処理を終了する。またＳ３５の判定がＮＯである場合、センサコントローラは、尿素水タンク内の液体に異常は無い、すなわち尿素水タンク内の液体は正規品の尿素水であると判定し（Ｓ３８参照）、図１０及び図１１の処理を終了する。 In S35, the sensor controller determines that the MAIN-EMF acquired in S34 is greater than a predetermined negative threshold V2 determined according to the second surplus amount, and the SUB-EMF is slightly greater than 0 according to the second surplus amount. It is determined whether or not it is greater than a positive threshold value V3 determined in (1). When the determination in S35 is YES, that is, as described in FIGS. 5 and 6, the shift in the positive direction is detected for both the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF rather than the normal behavior at the time of NH 3 slip. If it is determined, the sensor controller determines that the liquid in the urea water tank is urea water having a concentration lower than that of the regular urea water, and turns on the warning lamp (see S36). Further, the sensor controller determines the injection amount from the urea water injector based on the assumption that the regular urea water is used in order to suppress the decrease in the NOx purification performance due to the use of the low concentration urea water. The DCU is requested to correct the amount to be increased from the reference injection amount (see S37), and the processes in FIGS. 10 and 11 are terminated. If the determination in S35 is NO, the sensor controller determines that there is no abnormality in the liquid in the urea water tank, that is, the liquid in the urea water tank is genuine urea water (see S38), and FIG. And the process of FIG. 11 is complete | finished.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate.

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気管（排気通路）
２…排気浄化システム
３３…下流触媒コンバータ（選択還元触媒）
４１…尿素水タンク
４２…尿素水インジェクタ（噴射弁）
５…ＮＨ３センサ
５１１…固体電解質体
５１２…基準電極
５１３…ＮＨ３検知電極（ＮＨ３電極）
５１４…ＮＯ２検知電極（ＮＯ２電極）
７３…センサコントローラ（異常判定手段） 1. Engine (internal combustion engine)
11 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
2 ... Exhaust purification system 33 ... Downstream catalytic converter (selective reduction catalyst)
41 ... Urea water tank 42 ... Urea water injector (injection valve)
5 ... NH 3 sensor 511 ... solid electrolyte body 512 ... reference electrode 513 ... NH 3 detection electrode (NH 3 electrodes)
514 ... NO 2 detection electrode (NO 2 electrode)
73 ... Sensor controller (abnormality determination means)

Claims (10)

液体を貯留する尿素水タンクと、
前記尿素水タンク内の液体を内燃機関の排気通路内に噴射する噴射弁と、
前記排気通路のうち前記噴射弁より下流側に設けられ、前記噴射弁から噴射された液体を加水分解することによって生成されたＮＨ３を還元剤として排気を浄化する選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記噴射弁より下流側に設けられ、排気中のＮＨ３を検出するＮＨ３センサと、を備えた排気浄化システムであって、
前記ＮＨ３センサは、排気中のＨ２Ｏを用いてＢ酸点を形成する機能を有するＮＨ３電極と、ＮＯ２に対する感度を有するＮＯ２電極と、基準電極と、前記ＮＨ３電極、前記ＮＯ２電極及び前記基準電極が設けられた固体電解質体と、を備え、
前記ＮＨ３電極及び前記基準電極の間で発生する第１起電力と前記ＮＯ２電極及び前記基準電極の間で発生する第２起電力との組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体の異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする排気浄化システム。 A urea water tank for storing liquid;
An injection valve for injecting the liquid in the urea water tank into the exhaust passage of the internal combustion engine;
A selective reduction catalyst provided on the downstream side of the injection valve in the exhaust passage and purifying exhaust gas using NH 3 generated by hydrolyzing the liquid injected from the injection valve as a reducing agent;
Provided on the downstream side of the injection valve of the exhaust passage, an exhaust gas purification system comprising a NH 3 sensor for detecting the NH 3 in the exhaust, and
The NH 3 sensor, and NH 3 electrode having a function of forming a B acid sites using of H 2 O in the exhaust gas, and NO 2 electrode having a sensitivity to NO 2, and the reference electrode, the NH 3 electrode, wherein A solid electrolyte body provided with a NO 2 electrode and the reference electrode,
By using a combination of a first electromotive force generated between the NH 3 electrode and the reference electrode and a second electromotive force generated between the NO 2 electrode and the reference electrode, the liquid in the urea water tank An exhaust gas purification system comprising abnormality determining means for determining an abnormality of the exhaust gas. 前記ＮＨ３センサは、前記選択還元触媒の下流側に設けられ、
前記異常判定手段は、前記選択還元触媒に流入するＮＯｘを全て還元するために必要とされる所定の基準濃度の尿素水の量をＮＯｘ浄化等価量と定義し、前記噴射弁から当該ＮＯｘ浄化等価量より多くの量の液体を噴射した時の応答として発生する前記第１起電力及び前記第２起電力の組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体の異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。 The NH 3 sensor is provided on the downstream side of the selective reduction catalyst,
The abnormality determination means defines the amount of urea water having a predetermined reference concentration required for reducing all NOx flowing into the selective reduction catalyst as a NOx purification equivalent amount, and the NOx purification equivalent from the injection valve. The abnormality of the liquid in the urea water tank is determined by using a combination of the first electromotive force and the second electromotive force generated as a response when a larger amount of liquid is ejected. The exhaust purification system according to claim 1. 前記異常判定手段は、前記第１起電力と前記第２起電力との組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体の異常を、前記液体が所定の基準濃度以下の尿素水である薄まり異常と、前記液体が燃料を含む燃料異常と、前記液体がアルコール系液体を含むアルコール異常とで分けて判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。   The abnormality determination means uses the combination of the first electromotive force and the second electromotive force to detect an abnormality of the liquid in the urea water tank, and the liquid is a urea water having a predetermined reference concentration or less. 3. The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein determination is performed separately for an abnormality, a fuel abnormality in which the liquid contains fuel, and an alcohol abnormality in which the liquid contains an alcohol-based liquid. 前記異常判定手段は、前記噴射弁から前記ＮＯｘ浄化等価量以上の液体を噴射させたときに、前記第１起電力は前記液体の噴射量の前記ＮＯｘ浄化等価量からの余剰分に応じて定められる負の閾値より大きく、かつ前記第２起電力は前記余剰分に応じて定められる正の閾値より大きい場合には、前記尿素水タンク内の液体は所定の基準濃度以下の尿素水であると判定することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化システム。   The abnormality determining means determines the first electromotive force in accordance with a surplus of the liquid injection amount from the NOx purification equivalent amount when the injection valve injects liquid of the NOx purification equivalent amount or more. If the second electromotive force is greater than a positive threshold determined according to the surplus, the liquid in the urea water tank is urea water having a predetermined reference concentration or less. The exhaust gas purification system according to claim 2, wherein the exhaust gas purification system is determined. 前記異常判定手段は、前記噴射弁から噴射可能な最大の量の液体を噴射させた時の応答として発生する前記第１起電力及び前記第２起電力の組み合わせを用いることによって、前記尿素水タンク内の液体が前記基準濃度以下の尿素水であるか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の排気浄化システム。   The abnormality determination unit uses the urea water tank by using a combination of the first electromotive force and the second electromotive force generated as a response when the maximum amount of liquid that can be ejected from the ejection valve is ejected. The exhaust gas purification system according to claim 4, wherein it is determined whether or not the liquid inside is urea water having a reference concentration or less. 前記異常判定手段は、前記尿素水タンク内の液体が前記基準濃度以下の尿素水であると判定した場合には、前記噴射弁からの液体の噴射量を、所定の基準噴射量よりも増量側へ補正することを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の排気浄化システム。   When the abnormality determination means determines that the liquid in the urea water tank is urea water having the reference concentration or less, the amount of liquid injection from the injection valve is increased from a predetermined reference injection amount. The exhaust gas purification system according to any one of claims 3 to 5, wherein the exhaust gas purification system is corrected. 前記異常判定手段は、前記噴射弁から所定量以上の液体を噴射させたときに、前記第１及び第２起電力は何れも負値を示しかつ前記第２起電力が前記第１起電力よりも小さい場合には、前記尿素水タンク内の液体は燃料を含むと判定することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の排気浄化システム。   When the abnormality determining means ejects a predetermined amount or more of liquid from the injection valve, the first and second electromotive forces both show negative values and the second electromotive force is greater than the first electromotive force. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 6, wherein if it is smaller, the liquid in the urea water tank is determined to contain fuel. 前記異常判定手段は、前記尿素水タンク内の液体は燃料を含むと判定した場合には、前記噴射弁からの液体の噴射を停止させることを特徴とする請求項３又は７に記載の排気浄化システム。   The exhaust gas purification according to claim 3 or 7, wherein the abnormality determination means stops the injection of the liquid from the injection valve when it is determined that the liquid in the urea water tank contains fuel. system. 前記異常判定手段は、前記噴射弁から前記ＮＯｘ浄化等価量以上の液体を噴射させたときに、前記第１及び第２起電力は何れも負値であり、前記第１起電力は前記液体の噴射量の前記ＮＯｘ浄化等価量からの余剰分に応じて定められる負の閾値より大きい場合には、前記尿素水タンク内の液体はアルコール系液体を含むと判定することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化システム。   When the abnormality determining means injects the liquid of the NOx purification equivalent amount or more from the injection valve, the first and second electromotive forces are both negative values, and the first electromotive force is 3. The liquid in the urea water tank is determined to contain an alcohol-based liquid when the injection amount is larger than a negative threshold determined according to a surplus from the NOx purification equivalent amount. The exhaust gas purification system described in 1. 前記異常判定手段は、前記尿素水タンク内の液体はアルコール系液体を含むと判定した場合には、前記噴射弁からの液体の噴射を停止させることを特徴とする請求項３又は９に記載の排気浄化システム。   The said abnormality determination means stops the injection of the liquid from the said injection valve, when it determines with the liquid in the said urea water tank containing alcohol-type liquid. Exhaust purification system.
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