JP4799358B2

JP4799358B2 - エンジンの排気浄化装置

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Publication number: JP4799358B2
Application number: JP2006278242A
Authority: JP
Inventors: 英樹松永
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: CN101535608B; JP2008095601A; US8069649B2; EP2072772A4; EP2072772B1; EP2072772A1; US20090193793A1; CN101535608A; WO2008044377A1

Description

本発明は、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）において、還元剤タンクに貯蔵される液体が還元剤として機能しない異種水溶液であるか否かを高精度に判別する技術に関する。

エンジン排気系に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に還元浄化する排気浄化装置が提案されている。排気浄化装置では、何らかの要因により液体還元剤又はその前駆体の濃度が変化すると、ＮＯｘ還元触媒におけるＮＯｘ浄化効率が低下し、所要のＮＯｘ浄化性能を得られなくなるおそれがある。特に、液体還元剤又はその前駆体における溶質と溶媒との混合比率が不適正であったり、異種水溶液や水の混入がなされると、この不具合が顕著に現われてしまう。このため、本出願人は、特許第３６８７９１５号公報（特許文献１）に記載されるように、発熱体の温度上昇特性から液体還元剤又はその前駆体の濃度を測定する濃度センサを利用し、還元剤タンクに貯蔵される液体に対流が発生していても、その液体種別を高精度に判別する技術を提案した。
特許第３６８７９１５号公報

しかしながら、従来提案技術においては、移動車両が通常走行を行なっている限り液体種別を高精度に判別可能であるものの、例えば、悪路などの走行が多いダンプトラックなどでは、還元剤タンク内の液体に想定以上の強い対流が発生するため、液体種別を誤判別するおそれがあった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤タンクの液体水位に応じて対流の強さが変化する現象に着目し、その液体に強い対流が発生していても、これが異種水溶液であるか否かを高精度に判別可能な排気浄化装置を提案することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、エンジンの排気浄化装置は、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、前記還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体を使用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体の水位を測定する水位測定手段と、前記還元剤タンクに配設された発熱体を所定時間作動させ、該発熱体の温度上昇特性から液体還元剤又はその前駆体の濃度を測定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段により測定された濃度が閾値未満であるときに、前記液体還元剤又はその前駆体は還元剤として機能しない異種水溶液であると判別する異種判別手段と、前記異種判別手段により液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液であると判別されたときに、前記発熱体の温度及び温度変化率、並びに、前記濃度測定手段により測定された濃度に基づいて、前記異種判別が妥当であるか否かを判定する妥当性判定手段と、前記妥当性判定手段により異種判別が妥当であると判定されたときに、所定計数値に基づいて異種判別回数を計数する第１の計数手段と、前記第１の計数手段により計数された異種判別回数が第１の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第１の異種判別確定手段と、前記水位測定手段により測定された水位に基づいて、前記所定計数値及び第１の所定回数の少なくとも一方を動的に設定する第１の設定手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記第１の設定手段は、前記水位が低くなるにつれて、前記所定計数値を徐々に小さく設定することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記第１の設定手段は、前記水位が低くなるにつれて、前記第１の所定回数を徐々に大きく設定することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記異種判別手段により液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液でないと判別されたときに、前記異種判別回数をリセットするリセット手段を備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明では、前記妥当性判定手段は、前記発熱体の作動直前における温度が所定温度以上、前記発熱体の作動に伴う温度変化率が所定変化率以下、前記濃度が前記閾値よりも小さい所定濃度以上、かつ、前回測定した濃度と今回測定した濃度との偏差が所定偏差以下であるときに、前記異種判別は妥当であると判定することを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記異種判別手段により液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液であると連続して判別された回数を計数する第２の計数手段と、前記第２の計数手段により計数された回数が前記第１の所定回数より大きな第２の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第２の異種判別確定手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項７記載の発明では、前記水位測定手段により測定された水位に基づいて、前記第２の所定回数を動的に設定する第２の設定手段を備えたことを特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記第２の設定手段は、前記水位が所定水位より低くなったときに、前記第２の所定回数を無限大に設定することを特徴とする。
請求項９記載の発明では、車両が走行中であるか停車中であるかを判定する車両状態判定手段を備え、前記第１の計数手段は、前記車両状態判定手段により車両が停車中であると判定されたときに、前記所定計数値に２以上の自然数を乗算した値に基づいて異種判別回数を計数することを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、を備え、前記車両状態判定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が第１の所定値以下、かつ、前記車速検出手段により検出された車速が第２の所定値以下であるときに、前記車両が停車中であると判定する一方、その他のときに、前記車両が走行中であると判定することを特徴とする。

請求項１１記載の発明では、前記妥当性判定手段により異種判別が妥当でないと判定されたときに、前記異種判別回数から所定回数を減算する第３の計数手段を備えたことを特徴とする。
請求項１２記載の発明では、エンジン停止時に、前記異種判別回数を不揮発性メモリに書き込む回数書込手段と、エンジン始動時に、前記不揮発性メモリから異種判別回数を読み出す回数読出手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１３記載の発明では、前記異種判別が確定されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、液体還元剤又はその前駆体を熱伝達媒体とした温度上昇特性から測定した濃度が閾値未満であるときに、液体還元剤又はその前駆体は還元剤として機能しない異種水溶液であると判別される。また、液体還元剤又はその前駆体は異種水溶液であるとの異種判別がなされると、その異種判別は妥当であるか否かが判定され、異種判別が妥当であるときのみ、所定計数値に基づいて異種判別回数が計数される。そして、異種判別回数が第１の所定回数以上になると、異種判別が確定される。このとき、還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体の水位に基づいて所定計数値及び第１の所定回数の少なくとも一方が動的に設定されるため、水位変化に応じて変化する対流を考慮した計数又は／及び異種判別確定が行われる。このため、車両状態の如何にかかわらず、液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液であるか否かを高精度に判別することができる。

請求項２記載の発明によれば、水位が低くなるにつれて所定計数値が徐々に小さくなるので、還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体の水位低下に伴って対流が強くなっても、短時間で異種判別が確定されることがなく、その確定精度を向上させることができる。
請求項３記載の発明によれば、水位が低くなるにつれて第１の所定回数が徐々に大きくなるので、還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体の水位低下に伴って対流が強くなっても、短時間で異種判別が確定されることがなく、その確定精度を向上させることができる。

請求項４記載の発明によれば、液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液でないと判別されたときには、異種水溶液でない蓋然性が高いので、異種判別回数の計数を初めからやり直すべく、異種判別回数がリセットされる。このため、異種水溶液でない蓋然性が高い状態での異種判別回数の計数が進行せず、異種判別確定精度を向上させることができる。
請求項５記載の発明によれば、発熱体の作動直前における温度が所定温度以上、発熱体の作動に伴う温度変化率が所定変化率以下、濃度が閾値よりも小さい所定濃度以上、かつ、前回測定した濃度と今回測定した濃度との偏差が所定偏差以下であるときに、異種判別は妥当であると判定される。このため、液体還元剤又はその前駆体の温度が低くその少なくとも一部が凍結している状態、液体還元剤又はその前駆体に強い対流が発生して放熱特性が変化している状態においては、異種判別が妥当であるとの判定がなされることがなく、信頼性が高い異種判別回数の計数を行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液であると連続して判別された回数が第２の所定回数以上になると、異種判別回数の如何にかかわらず、異種判別が確定される。このため、第２の所定回数を適切に設定することで、いつまでたっても異種判別が確定されないことを防止できる。
請求項７記載の発明によれば、還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体の水位に基づいて第２の所定回数が動的に設定されるため、水位変化に応じて変化する対流を考慮した異種判別確定を行うことができる。

請求項８記載の発明によれば、水位が所定水位より低くなったとき、即ち、液体還元剤又はその前駆体の残量が少なくなったときには、第２の所定回数を無限大に設定することで、強い対流が発生している状態での異種判別確定を禁止することができる。
請求項９記載の発明によれば、車両停車中には、還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体に発生している対流は微弱であるか又は対流が発生してしないことを考慮し、所定計数値にいわゆる重み付けを行うことで、異種判別精度を担保しつつ異種判別を短時間で確定することができる。

請求項１０記載の発明によれば、エンジン回転速度が第１の所定値以下かつ車速が第２の所定値以下であるときには「停車中」であると判定され、それ以外のときには「走行中」であると判定される。このため、車両が停車しているときには、エンジンがアイドル運転中、かつ、車速が略０である事実を考慮し、車両状態を高精度に判定することができる。

請求項１１記載の発明によれば、異種判別が妥当でないと判定されると、異種判別回数から所定回数が減算されるので、液体判別が困難である状態での計数がキャンセルされ、判別精度を向上させることができる。
請求項１２記載の発明によれば、エンジン停止時に異種判別回数が不揮発性メモリに書き込まれる一方、エンジン始動時に不揮発性メモリから異種判別回数が読み出される。このため、エンジン始動前の異種判別回数が引き継がれ、エンジンを始動するたびに計数を初めから行う必要がなく、短時間で異種判別を確定することができる。

請求項１３記載の発明によれば、車両運転者は、還元剤タンクに異種水溶液が入っていることを早期に把握でき、例えば、交換などの適切な処置をとることで、排気浄化装置としての機能を発揮させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、エンジン排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアを使用してＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。一方、還元剤タンク２４に貯蔵される尿素水溶液は、尿素水溶液を吸い込んで圧送するポンプモジュール２６及びその噴射流量を制御する添加モジュール２８を経由して、噴射ノズル１８に供給される。

かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気を利用して加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと還元反応し、水（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）へと転化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ₂へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ₂との比率が還元反応に適したものに改善される。一方、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが防止される。

また、還元剤タンク２４には、尿素水溶液の水位及び濃度（尿素濃度）を測定すべく、水位測定手段及び濃度測定手段として機能するセンサ３０が取り付けられる。センサ３０は、図２（Ａ）に示すように、還元剤タンク２４の天壁から底壁に向けて、横断面が円環形状をなす内側電極３０Ａ及び外側電極３０Ｂが同心に垂下され、両電極間の静電容量変化から水位を間接的に測定する。さらに、センサ３０は、その先端部に温度センサを兼ねたセラミックスヒータ３０Ｃ（発熱体）が固定され、同図（Ｂ）に示すように、セラミックスヒータ３０Ｃを所定時間Δｔ作動させたときの温度上昇特性（Ｔ₁−Ｔ₀）、即ち、尿素水溶液を熱伝達媒体とした放熱特性から濃度を間接的に測定する。このとき、セラミックスヒータ３０Ｃの抵抗変化により、尿素水溶液の温度も間接的に測定できる。なお、図中の符号３０Ｄは、セラミックスヒータ３０Ｃを固定しつつ、内側電極３０Ａ及び外側電極３０Ｂの間隔を略一定に保持するためのホルダである。

センサ３０の出力信号、具体的には、水位信号，濃度信号及び温度信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２に入力される。また、コントロールユニット３２には、エンジン１０の各種制御を行うエンジンコントロールユニット３４から、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジン回転速度信号，車速信号，イグニッションスイッチ信号などが入力される。そして、コントロールユニット３２では、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、図３に示すように、液体種別判別部３２Ａ，異種判別妥当性判定部３２Ｂ，閾値・計数値設定部３２Ｃ，異種判別回数計数部３２Ｄ及び異種判別確定部３２Ｅが夫々実現される。

なお、本実施形態では、エンジンコントロールユニット３４が、回転速度検出手段及び車速検出手段として機能するが、これらを公知のセンサで検出するようにしてもよい。また、制御プログラムは、コントロールユニット３２に限らず、エンジンコントロールユニット３４などの既設のコントロールユニットで実行するようにしてもよい。
液体種別判別部３２Ａは、異種判別手段として機能し、エンジン始動後所定時間ごとに、還元剤タンク２４に貯蔵される液体が尿素水溶液又は異種水溶液であるか否かを濃度信号に基づいて判別し、その判別結果に応じて正常判別信号又は異種判別信号を出力する。異種判別妥当性判定部３２Ｂは、妥当性判定手段として機能し、異種判別信号が出力されたときに、異種判別が妥当であるか否かを温度信号及び濃度信号に基づいて判定し、その判定結果に応じて異種判別回数を計数すべきことを表わす計数信号を出力する。閾値・計数値設定部３２Ｃは、第１及び第２の設定手段として機能し、異種判別を確定するための確定閾値及びバックアップ閾値（詳細は後述する）、並びに、異種判別回数を計数する計数値を水位信号に基づいて動的に設定する。異種判別回数計数部３２Ｄは、第１及び第２の計数手段，車両状態判定手段並びにリセット手段として機能し、計数信号が出力されたときに、異種判別回数及びバックアップ回数を適宜計数する。異種判別確定部３２Ｅは、第１及び第２の異種判別確定手段として機能し、異種判別回数が確定閾値（第１の所定回数）以上になったとき、又は、バックアップ回数が確定閾値より大きなバックアップ閾値（第２の所定回数）以上になったときに、異種判別を確定して異種判別確定信号を出力する。

次に、液体判別に係る各種機能について、図４〜図８のフローチャートを参照しつつ説明する。
液体種別判別部３２Ａによる液体種別判別処理を示す図４において、ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、還元剤タンク２４に貯蔵される液体の尿素濃度として、センサ３０から濃度信号を読み込む。

ステップ２では、尿素濃度が閾値未満であるか否かを判定する。ここで、閾値は、尿素水溶液と異種水溶液を画定するためのもので、例えば、正常な尿素水溶液であれば、多少の対流が発生していても測定され得ない下限値に設定される。そして、尿素濃度が閾値未満であればステップ３へと進み（Ｙｅｓ）、異種判別信号を出力する。一方、尿素濃度が閾値以上であればステップ４へと進み（Ｎｏ）、正常判別信号を出力する。

かかる液体種別判別処理によれば、エンジン始動後所定時間ごとに、還元剤タンク２４に貯蔵される液体の尿素濃度が読み込まれる。そして、尿素濃度が閾値未満であれば、液体は異種水溶液であると判別し、その判別結果を表わす異種判別信号が出力される。一方、尿素濃度が閾値以上であれば、液体は尿素水溶液であると判別し、その判別結果を表わす正常判別信号が出力される。

異種判別妥当性判定部３２Ｂによる異種判別妥当性判定処理を示す図５において、ステップ１１では、異種判別信号が出力されているか否かを判定する。そして、異種判別信号が出力されていればステップ１２へと進む一方（Ｙｅｓ）、異種判別信号が出力されていなければ本処理を終了する（Ｎｏ）。
ステップ１２では、センサ３０からの温度信号に基づいて、セラミックスヒータ３０Ｃの作動直前における液体温度、即ち、セラミックスヒータ３０Ｃの温度が所定温度以上であるか否かを判定する。ここで、所定温度は、液体の少なくとも一部が凍結して濃度測定精度が低下しているか否かを判定するためのもので、尿素水溶液の凝固点より若干高めの温度に設定される。そして、液体温度が所定温度以上であればステップ１３へと進む一方（Ｙｅｓ）、液体温度が所定温度未満であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ１３では、センサ３０からの温度信号に基づいて、セラミックスヒータ３０Ｃの作動に伴う温度変化率、即ち、単位時間当たりの温度変化が所定変化率以下であるか否かを判定する。ここで、所定変化率は、温度変化を介して強い対流が発生しているか否かを判定するためのもので、対流が比較的弱い状態では採り得ない変化率に設定される。そして、温度変化率が所定変化率以下であればステップ１４へと進む一方（Ｙｅｓ）、温度変化率が所定変化率より大であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ１４では、センサ３０からの濃度信号に基づいて、尿素濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する。ここで、所定濃度は、センサ３０により測定された尿素濃度が大幅に低いことを介して、液体に強い対流が発生しているか否かを判定するためのもので、多少の対流が発生していても測定され得ない低い濃度に設定される。そして、尿素濃度が所定濃度以上であればステップ１５へと進む一方（Ｙｅｓ）、尿素濃度が所定濃度未満であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ１５では、センサ３０からの濃度信号に基づいて、前回測定された尿素濃度と今回測定された尿素濃度との偏差（以下「濃度偏差」という）が所定偏差以下であるか否かを判定する。ここで、所定偏差は、尿素濃度が大幅に変化したことを介して、液体に強い対流が発生しているか否かを判定するためのもので、多少の対流が発生していても変化しない範囲の偏差に設定される。そして、濃度偏差が所定偏差以下であればステップ１６へと進み（Ｙｅｓ）、計数信号を出力する。一方、濃度偏差が所定偏差より大であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。

かかる異種判別妥当性判定処理によれば、異種判別信号が出力されたときに、液体温度が所定温度以上、液体の温度変化率が所定変化率以下、液体濃度が所定濃度以上、かつ、濃度偏差が所定偏差以下であれば、異種判別は妥当であると判定される。このため、液体の温度が低くその少なくとも一部が凍結している状態、液体に強い対流が発生して放熱特性が変化している状態においては、異種判別が妥当であるとの判定がなされることがなく、信頼性が高い異種判別回数の計数を行うことができる。

閾値・計数値設定部３２Ｃによる閾値・計数値設定処理を示す図６において、ステップ２１では、還元剤タンク２４に貯蔵される液体の水位として、センサ３０から水位信号を読み込む。
ステップ２２では、水位が高水位閾値より大きいか否かを判定する。ここで、高水位閾値は、液体残量が十分あるか否かを判定するためのもので、例えば、還元剤タンク２４の満水位の１／２に設定される。そして、水位が高水位閾値より大きければステップ２３へと進む一方（Ｙｅｓ）、水位が高水位閾値以下であればステップ２６へと進む（Ｎｏ）。

ステップ２３では、確定閾値として２０を設定する。
ステップ２４では、バックアップ閾値として２００を設定する。
ステップ２５では、計数値として３を設定する。
ステップ２６では、水位が低水位閾値より大きいか否かを判定する。ここで、低水位閾値は、液体残量が少なくなったか否かを判定するためのもので、例えば、還元剤タンク２４が略空になったときの水位に設定される。そして、水位が低水位閾値より大きければステップ２７へと進む一方（Ｙｅｓ）、水位が低水位閾値以下であればステップ３０へと進む（Ｎｏ）。

ステップ２７では、確定閾値として３０を設定する。
ステップ２８では、バックアップ閾値として２００を設定する。
ステップ２９では、計数値として２を設定する。
ステップ３０では、確定閾値として４０を設定する。
ステップ３１では、バックアップ閾値を無効、例えば、無限大に設定する。

ステップ３２では、計数値として１を設定する。
かかる閾値・計数値設定処理によれば、液体水位に応じて確定閾値，バックアップ閾値及び計数値が動的に設定される。即ち、還元剤タンク２４に貯蔵される液体の水位が低下するにつれて、同一振動に対してより強い対流が発生し易くなる。このため、液体水位に対応した確定閾値，バックアップ閾値及び計数値を適宜設定することで、各水位における異種判別確定精度を向上させることができる。なお、図６に示す確定閾値，バックアップ閾値及び計数値の具体的数値は一例であって、テストなどを介して最適に設定すべきものである。但し、確定閾値については、液体水位が低下するにつれて、徐々に大きくなるように設定する一方、計数値については、液体水位が低下するにつれて、徐々に小さくなるように設定することが望ましい。

異種判別回数計数部３２Ｄによる異種判別回数計数処理を示す図７において、ステップ４１では、計数信号が出力されているか否かを判定する。そして、計数信号が出力されていればステップ４２へと進む一方（Ｙｅｓ）、計数信号が出力されていなければステップ４７へと進む（Ｎｏ）。
ステップ４２では、エンジン回転速度が第１の所定値以下であるか否かを判定する。ここで、第１の所定値は、車両が停車しているか否かを判定するための閾値の１つであって、例えば、エンジン１０のアイドリング回転速度付近に設定される。そして、エンジン回転速度が第１の所定値以下であればステップ４３へと進む一方（Ｙｅｓ）、エンジン回転速度が第１の所定値より大であればステップ４５へと進む（Ｎｏ）。

ステップ４３では、車速が第２の所定値以下であるか否かを判定する。ここで、第２の所定値は、車両が停車しているか否かを判定するための閾値の他の一つであって、例えば、車速検出可能範囲の最小値に設定される。そして、車速が第２の所定値以下であればステップ４４へと進む一方（Ｙｅｓ）、車速が第２の所定値より大であればステップ４５へと進む（Ｎｏ）。

ステップ４４では、車両が停車中であると判定し、異種判別回数に対して、閾値・計数値設定部３２Ｃにより設定された計数値に２以上の自然数を乗算した値を加算することで、異種判別回数を計数する。
ステップ４５では、車両が走行中であると判定し、異種判別回数に計数値を加算することで、異種判別回数を計数する。

ステップ４６では、異種判別が連続してなされた回数を計数するバックアップカウンタに１を加算する。
ステップ４７では、正常判別信号が出力されたか否かを判定する。そして、正常判別信号が出力されていればステップ４８へと進む一方（Ｙｅｓ）、正常判別信号が出力されていなければ本処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ４８では、異種判別回数をリセットする。
ステップ４９では、バックアップカウンタをリセットする。
かかる異種判別回数計数処理によれば、計数信号が出力されるたびに、閾値・計数値設定部３２Ｃにより設定された計数値に基づいて異種判別回数が計数される。このとき、異種判別回数は、還元剤タンク２４の液体水位に応じた計数値で計数されるため、液体の対流発生状態を考慮して計数を行なうことができる。また、車両が停車中であるときには、計数値に対して２以上の自然数を乗算した値に基づいて異種判別回数が計数される。このため、還元剤タンク２４の液体に発生している対流は微弱であるか又は対流が発生してしない状態では、計数値にいわゆる重み付けを行うことで、異種判別精度を担保しつつ異種判別を短時間で確定することができる。さらに、計数信号が出力されるたびに、異種判別の妥当性にかかわらず、バックアップカウンタに１が加算される。一方、正常判別信号が出力されたときには、液体は尿素水溶液である蓋然性が高いので、異種判別回数の計数を初めからやり直すべく、異種判別回数及びバックアップカウンタが夫々リセットされる。

異種判別確定部３２Ｅによる異種判別確定処理を示す図８において、ステップ５１では、異種判別回数が確定閾値以上であるか否かを判定する。そして、異種判別回数が確定閾値以上であればステップ５３へと進む一方（Ｙｅｓ）、異種判別回数が確定閾値未満であればステップ５２へと進む（Ｎｏ）。
ステップ５２では、バックアップカウンタがバックアップ閾値以上であるか否かを判定する。そして、バックアップカウンタがバックアップ閾値以上であればステップ５３へと進む一方（Ｙｅｓ）、バックアップカウンタがバックアップ閾値未満であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。

ステップ５３では、異種判別確定信号を出力する。
かかる液体判別確定処理によれば、異種判別回数が確定閾値以上、又は、バックアップカウンタがバックアップ閾値以上になると、異種判別が確定され、異種判別が確定されたことを表わす異種判別確定信号が出力される。
即ち、還元剤タンク２４に貯蔵される液体に対流が発生していると、センサ３０のセラミックスヒータ３０Ｃで発生した熱が対流に乗って運ばれてしまうので、放熱特性と関連する温度上昇特性が変化し、濃度測定精度が低下してしまう。しかし、センサ３０で測定した尿素濃度を実測したところ、図９に示すように、液体が正規な尿素水溶液であれば、対流が発生していても尿素濃度が多数回連続して閾値を下回ることは極めて稀である事実を見出すことができた。

そこで、尿素濃度が閾値未満となったときに、液体は異種水溶液である蓋然性が高いと判断し、異種判別回数を計数する一方、異種判別回数が確定閾値以上になったときに異種判別を確定することで、車両状態の如何にかかわらず、異種判別を高精度に行うことができる。このとき、異種判別の妥当性を判定し、その判別が妥当であるときのみ異種判別回数を計数することで、液体に強い対流が発生している状態での計数を禁止し、異種判別精度を向上させることができる。また、異種判別回数の計数値及び確定閾値は、還元剤タンク２４の液体水位に応じて動的に設定されるため、これらを適切に設定することで、各水位における異種判別処理のチューニングが可能となり、異種判別精度を一層向上させることができる。

ところで、異種判別が妥当でないと判定されたときには、それ以前の異種判別回数計数処理において、液体判別が困難である状態での計数が行われたおそれがある。このため、次に示す計数減算処理をさらに実行することで、異種判別精度を一層向上させることができる。なお、計数減算処理は、図５に示す異種判別妥当性判定処理と妥当性判定処理が同一なので、これに組み込むようにしてもよい。

第３の計数手段としての計数減算処理を示す図１０において、ステップ６１では、異種判別信号が出力されているか否かを判定する。そして、異種判別信号が出力されていればステップ６２へと進む一方（Ｙｅｓ）、異種判別信号が出力されていなければ本処理を終了する（Ｎｏ）。
ステップ６２では、計数値として０を設定する。

ステップ６３では、センサ３０からの温度信号に基づいて、セラミックスヒータ３０Ｃの作動直前における液体温度が所定温度以上であるか否かを判定する。そして、液体温度が所定温度以上であればステップ６５へと進む（Ｙｅｓ）。一方、液体温度が所定温度未満であればステップ６４へと進み（Ｎｏ）、計数値から所定値ｍ₁を減算する。
ステップ６５では、センサ３０からの温度信号に基づいて、セラミックスヒータ３０Ｃの作動に伴う温度変化率が所定変化率以下であるか否かを判定する。そして、温度変化率が所定変化率以下であればステップ６７へと進む（Ｙｅｓ）。一方、温度変化率が所定変化率より大であればステップ６６へと進み（Ｎｏ）、計数値から所定値ｍ₂を減算する。

ステップ６７では、センサ３０からの濃度信号に基づいて、尿素濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する。そして、尿素濃度が所定濃度以上であればステップ６９へと進む（Ｙｅｓ）。一方、尿素濃度が所定濃度未満であればステップ６８へと進み（Ｎｏ）、計数値から所定値ｍ₃を減算する。
ステップ６９では、センサ３０からの濃度信号に基づいて、濃度偏差が所定偏差以下であるか否かを判定する。そして、濃度偏差が所定偏差以下であればステップ７１へと進む（Ｙｅｓ）。一方、濃度偏差が所定偏差より大であればステップ７０へと進み（Ｎｏ）、計数値から所定値ｍ₄を減算する。

ステップ７１では、計数値が０でないか否か、要するに、異種判別が妥当でないか否かを判定する。そして、計数値が０でなければステップ７２へと進む一方（Ｙｅｓ）、計数値が０であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。
ステップ７２では、計数信号を出力する。
かかる計数減算処理によれば、異種判別が妥当でないと判定されると、異種判別回数から所定回数を減算するための計数信号が出力されるので、液体判別が困難である状態での計数がキャンセルされ、判別精度を向上させることができる。

なお、図８に示す異種判別確定処理において、異種判別確定信号が出力されたときに、報知手段としての警報器などを作動させ、その旨を車両運転者に報知するようにしてもよい。このようにすれば、車両運転者は、還元剤タンク２４に尿素水溶液でない液体が入っていることを早期に把握でき、例えば、交換などの適切な処理をとることで、排気浄化装置としての機能を発揮させることができる。

また、エンジン１０を停止したときに、異種判別回数をＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリに書き込む一方、エンジン１０を始動したときに、不揮発性メモリから異種判別回数を読み出すようにしてもよい。このようにすれば、エンジン１０の始動前の異種判別回数が引き継がれるので、エンジン１０を始動するだびに計数処理を初めから行う必要がなく、短時間で異種判別を確定することができる。ここで、不揮発性メモリに対して異種判別回数を書き込む処理及び読み出す処理が、回数書込手段及び回数読出手段に夫々該当する。

従って、移動車両に対して、放熱特性から尿素濃度を間接的に測定するセンサを搭載しても、液体が異種水溶液であるか否かを高精度に判別することができる。
なお、本実施形態においては、還元剤タンク２４に貯蔵される液体の水位，濃度及び温度を測定するために、水位測定機能，濃度測定機能及び温度測定機能が一体化されたセンサ３０を使用したが、公知の水位計，濃度計及び温度計などを使用して水位，尿素濃度及び液体温度を夫々測定するようにしてもよい。また、本実施形態においては、液体水位に応じて確定閾値及びバックアップ閾値の少なくとも一方を設定したり、液体水位に応じてこれらを連続的に設定するようにしてもよい。

さらに、本発明は、液体還元剤前駆体として尿素水溶液を使用するものに限らず、ＮＯｘ還元触媒におけるＮＯｘ浄化反応に応じて、アンモニアや炭化水素を主成分とする軽油，ガソリン，灯油などを使用するものにも適用可能である。

本発明に係る排気浄化装置の一例を示す全体構成図尿素水溶液の水位及び濃度を測定するセンサを示し、（Ａ）はその構造説明図、（Ｂ）はその測定原理説明図液体判別を行うための各種機能のブロック図液体種別判別処理を示すフローチャート異種判別妥当性判定処理を示すフローチャート閾値・計数値設定処理を示すフローチャート異種判別回数計数処理を示すフローチャート異種判別確定処理を示すフローチャート車両走行中における尿素濃度の測定値を示す特性図計数減算処理を示すフローチャート

符号の説明

１０エンジン
２０ＮＯｘ還元触媒
２４還元剤タンク
３０センサ
３０Ａ内側電極
３０Ｂ外側電極
３０Ｃセラミックスヒータ
３２ＥＣＵ
３２Ａ液体種別判別部
３２Ｂ異種判別妥当性判定部
３２Ｃ閾値・計数値設定部
３２Ｄ異種判別回数計数部
３２Ｅ液体種別確定部
３４エンジンＥＣＵ

Claims

液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、
前記還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体を使用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元剤タンクの液体還元剤又はその前駆体の水位を測定する水位測定手段と、
前記還元剤タンクに配設された発熱体を所定時間作動させ、該発熱体の温度上昇特性から液体還元剤又はその前駆体の濃度を測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段により測定された濃度が閾値未満であるときに、前記液体還元剤又はその前駆体は還元剤として機能しない異種水溶液であると判別する異種判別手段と、
前記異種判別手段により液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液であると判別されたときに、前記発熱体の温度及び温度変化率、並びに、前記濃度測定手段により測定された濃度に基づいて、前記異種判別が妥当であるか否かを判定する妥当性判定手段と、
前記妥当性判定手段により異種判別が妥当であると判定されたときに、所定計数値に基づいて異種判別回数を計数する第１の計数手段と、
前記第１の計数手段により計数された異種判別回数が第１の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第１の異種判別確定手段と、
前記水位測定手段により測定された水位に基づいて、前記所定計数値及び第１の所定回数の少なくとも一方を動的に設定する第１の設定手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
前記第１の設定手段は、前記水位が低くなるにつれて、前記所定計数値を徐々に小さく設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
前記第１の設定手段は、前記水位が低くなるにつれて、前記第１の所定回数を徐々に大きく設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記異種判別手段により液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液でないと判別されたときに、前記異種判別回数をリセットするリセット手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記妥当性判定手段は、前記発熱体の作動直前における温度が所定温度以上、前記発熱体の作動に伴う温度変化率が所定変化率以下、前記濃度が前記閾値よりも小さい所定濃度以上、かつ、前回測定した濃度と今回測定した濃度との偏差が所定偏差以下であるときに、前記異種判別は妥当であると判定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記異種判別手段により液体還元剤又はその前駆体が異種水溶液であると連続して判別された回数を計数する第２の計数手段と、
前記第２の計数手段により計数された回数が前記第１の所定回数より大きな第２の所定回数以上になったときに、前記異種判別を確定する第２の異種判別確定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記水位測定手段により測定された水位に基づいて、前記第２の所定回数を動的に設定する第２の設定手段を備えたことを特徴とする請求項６記載のエンジンの排気浄化装置。
前記第２の設定手段は、前記水位が所定水位より低くなったときに、前記第２の所定回数を無限大に設定することを特徴とする請求項７記載のエンジンの排気浄化装置。
車両が走行中であるか停車中であるかを判定する車両状態判定手段を備え、
前記第１の計数手段は、前記車両状態判定手段により車両が停車中であると判定されたときに、前記所定計数値に２以上の自然数を乗算した値に基づいて異種判別回数を計数することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
を備え、
前記車両状態判定手段は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が第１の所定値以下、かつ、前記車速検出手段により検出された車速が第２の所定値以下であるときに、前記車両が停車中であると判定する一方、その他のときに、前記車両が走行中であると判定することを特徴とする請求項９記載のエンジンの排気浄化装置。
前記妥当性判定手段により異種判別が妥当でないと判定されたときに、前記異種判別回数から所定回数を減算する第３の計数手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
エンジン停止時に、前記異種判別回数を不揮発性メモリに書き込む回数書込手段と、
エンジン始動時に、前記不揮発性メモリから異種判別回数を読み出す回数読出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記異種判別が確定されたときに、その旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。