JP5640539B2 - 尿素水品質異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置において、排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型触媒に流入する排気中に添加される還元剤としての尿素水の品質の異常を検出する尿素水品質異常診断装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンともいう）、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを浄化するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術が知られている。

ＳＣＲは、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒金属が担持されて構成されている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられ、このノズルから尿素水が添加されると、排気熱によって尿素水から分解して生じたアンモニアがＳＣＲに供給される。ＳＣＲに供給されたアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。

ところで、ＳＣＲに流入する排気中に添加される尿素水は尿素水タンク内に貯留されており、ＮＯｘの還元に使用されてなくなれば、新たな尿素水を補給して、常に一定量貯留していなければならない。尿素水の品質、特に尿素水の濃度は、排気中のＮＯｘの還元に影響を及ぼすため、適切な品質の尿素水をタンクに補給する必要があり、さらに、この尿素水の品質を管理する必要もある。

そのため、例えば下記の特許文献１に記載の排気浄化装置は、尿素水を貯留するタンクに尿素水の濃度を検出する濃度検出装置を設け、尿素水濃度を管理する技術が提案されている。
しかし、特許文献１に記載されるような尿素水濃度検出装置は一般的に高価であり、コストが増大してしまうため好ましくない。

そこで、特許文献１に記載されるような尿素水濃度検出装置を用いずに尿素水の品質を診断する排気浄化システムの異常診断装置が、下記の特許文献２に提案されている。特許文献２に記載の異常診断装置は、フューエルカット実行中に、尿素添加装置により所定量の尿素水添加を実行したときのＮＯｘセンサの出力に基づき、尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出するものである。また、圧力センサをさらに備えることにより、尿素添加装置が正常か異常かを判断することができ、尿素添加装置が正常でありながらＮＯｘセンサ値が異常な出力を発している場合は、尿素水の品質が異常であると判断することができる。

特開２００５−８３２２３号公報 特開２００９−１２１４１３号公報

しかしながら、上記の特許文献２の異常診断装置では、ＮＯｘセンサの出力からは尿素添加装置及び尿素水の少なくとも一方の異常を検出することしかできない。また、圧力センサを設けたとしても、尿素添加装置が異常であると検出され、ＮＯｘセンサ値が異常な出力を発している場合は、尿素添加装置及び尿素水のいずれが異常なのか、または、両方異常なのかが判断できない。さらに、特許文献２の異常診断装置では、高価な尿素水濃度検出装置は不要であるが、フューエルカット手段や圧力センサを別途設ける必要があるため、その分のコストは増加する。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、コスト増を抑制し、ＮＯｘセンサを用いて容易に尿素水の品質の異常を検出することができるようにした、尿素水品質異常診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の尿素水品質異常診断装置は、車両に搭載される内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に流入する排気中に還元剤としての尿素水を添加する尿素水添加装置とを備えた排気浄化装置における、前記尿素水の品質の異常を検出する尿素水品質異常診断装置であって、前記選択還元型触媒の下流側に、排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサが設けられ、前記尿素水添加装置からの前記尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段と、前記ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値が安定したか否かを判断するＮＯｘ安定判断手段と、前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値に基づいて前記尿素水の品質異常を判定する異常判定手段と、を備える。
前記尿素水添加制御手段は、前記車両の停車時に行われる前記パティキュレートフィルタの強制再生が開始されたら前記尿素水の添加を禁止し、前記尿素水の添加が禁止されてから前記ＮＯｘ安定判断手段により前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたら前記尿素水の添加を開始するよう前記尿素水添加装置を制御する。また、前記異常判定手段は、前記尿素水の添加が禁止されてから前記ＮＯｘ安定判断手段により前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第１ＮＯｘ値と、前記尿素水添加装置により前記尿素水の添加が開始されてから前記ＮＯｘ安定判断手段により前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第２ＮＯｘ値との差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、前記尿素水の品質が異常であると判定することを特徴としている。

前記ＮＯｘ安定判断手段は、前記尿素水の添加が禁止されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断、及び、前記尿素水の添加が開始されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断を、それぞれに対して予め定められた所定時間に基づいて行うことが好ましい。
また、前記ＮＯｘ安定判断手段は、前記選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが、前記選択還元型触媒から脱離するまでの時間に基づいて判断することが好ましい。あるいは、前記ＮＯｘ安定判断手段は、前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値の変化率に基づいて判断することが好ましい。

また、前記異常判定手段により前記尿素水が異常であると判定された場合に、尿素水の品質異常を表示する表示手段、及び、警告する警告手段のいずれか一方又は両方をさらに備えることが好ましい。
また、本発明の尿素水品質異常診断方法は、車両に搭載される内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に流入する排気中に還元剤としての尿素水を添加する尿素水添加装置とを備えた排気浄化装置における、前記尿素水の品質の異常を検出する尿素水品質異常診断方法であって、前記選択還元型触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサにより排気中に含まれるＮＯｘを検出する工程と、前記ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値が安定したか否かを判断するＮＯｘ安定判断工程と、前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値に基づいて前記尿素水の品質異常を判定する異常判定工程と、を備える。前記異常判定工程では、前記車両の停車時に行われる前記パティキュレートフィルタの強制再生を開始したら前記尿素水の添加を禁止し、前記尿素水の添加が禁止されてから前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第１ＮＯｘ値と、前記尿素水添加装置により前記尿素水の添加が開始されてから前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第２ＮＯｘ値との差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、前記尿素水の品質が異常であると判定することを特徴としている。上記の各工程は、コンピュータのソフトウェア（コンピュータプログラム）によって実施されることが好ましい。
また、前記ＮＯｘ安定判断工程では、前記尿素水の添加が禁止されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断、及び、前記尿素水の添加が開始されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断を、それぞれに対して予め定められた所定時間に基づいて行うことが好ましい。

本発明の尿素水品質異常診断装置及び尿素水品質異常診断方法によれば、新たな尿素水を尿素水タンクに補給した場合に、その尿素水の品質をＮＯｘセンサの検出結果に基づいて判断することができるため、コストを低減することができる。また、尿素水添加制御手段により添加される尿素水を制御し、異常判定手段により第１ＮＯｘ値及び第２ＮＯｘ値の差の絶対値から尿素水の品質を判定するため、容易に尿素水の品質の異常を診断することができる。

また、排気が所定温度まで昇温されたとき、特に、内燃機関が車両に搭載され、車両の停車時に行われるパティキュレートフィルタの強制再生時に尿素水の品質異常判定を実施することで、一定量の高温の排気流量を確保することができるため、高温の排気により選択還元型触媒を活性状態にすることができ、さらに選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが脱離するため、吸着していたアンモニアの外乱を受けずに、尿素水の品質を診断することができ、診断をより高精度に実施することができる。

また、ＮＯｘ安定判断手段が、選択還元型触媒に吸着しているアンモニアが脱離するまでの時間に基づいてＮＯｘ値が安定したか否かを判断する場合は、複雑な演算を行う必要がなく、制御をよりシンプルにすることができる。
また、ＮＯｘ安定判断手段が、ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値の変化率に基づいてＮＯｘ値が安定したか否かを判断する場合は、時間を計測する必要がないため、構成をシンプルにすることができる。

また、尿素水の異常が判定されたときに、尿素水の品質異常をドライバに知らせる表示手段及び警告手段のいずれか一方又は両方を備えている場合は、ドライバに適切な尿素水を補給するよう促すことができる。

本発明の一実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置が適用された排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。 図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の一実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置を実施したときの、エンジン回転数，排気温度，尿素水添加量及びＮＯｘ値の時間変化をそれぞれ模式的に示すグラフである。 本発明の一実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置による制御を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置による制御を示すフローチャートである。

［１．構成］
以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置について説明する。図１は、本尿素水品質異常診断装置が適用された排気浄化装置を示す全体構成図であり、図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本尿素水品質異常診断装置を実施したときの、エンジン回転数，排気温度，尿素水添加量及びＮＯｘ値の時間変化をそれぞれ模式的に示すグラフである。また、図３は、本尿素水品質異常診断装置による制御を示すフローチャートである。本実施形態にかかる排気浄化装置２０は一般的な乗用車やトラック，バス等の大型車等、様々な車両に用いて好適であるが、車両だけでなく、内燃機関を搭載した乗り物、例えばボート等に適用することも可能である。

［１−１．内燃機関の構成］
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンともいう）１０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関１０の各気筒には燃料噴射弁１１が設けられ、各燃料噴射弁１１はコモンレール１２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン１０の気筒数はこれに限定されない。

内燃機関１０の吸気側には吸気マニホールド１３が装着され、吸気マニホールド１３に接続された吸気通路１４には、上流側よりエアクリーナ１５，ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａ及びインタークーラ１７が設けられている。また、内燃機関１０の排気側には排気マニホールド１８が装着され、排気マニホールド１８には、コンプレッサ１６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ１６のタービン１６ｂが接続されている。タービン１６ｂには排気通路１９が接続され、排気通路１９は車両の後方に向けて延設されている。この排気通路１９の途中に、排気浄化装置２０が設けられている。

［１−２．排気浄化装置の構成］
排気浄化装置２０は、排気上流側に設けられた上流側排気浄化装置２１と、上流側排気浄化装置２１の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２２と、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２の間に設けられた尿素水添加ノズル（尿素水添加装置）２８とを有している。なお、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２はそれぞれ筒状のケーシング内に、その軸方向に触媒等が配設されて排気が流れるよう構成されており、上流側排気浄化装置２１及び下流側排気浄化装置２２は、排気が直線状に流れるように設置されている。

上流側排気浄化装置２１の内部の上流側には、前段酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst、以下、ＤＯＣと略称する）２３が配置され、下流側には排気中に含まれる煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）２４が配置されている。なお、以下、上流側排気浄化装置２１をＤＰＦ装置２１という。

下流側排気浄化装置２２の内部の上流側には、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２５が配置され、下流側には余剰アンモニアを除去する後段酸化触媒（Clean Up Catalyst、以下、ＣＵＣと略称する）２６が配置されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２２をＳＣＲ装置２２という。

ＤＰＦ装置２１とＳＣＲ装置２２との間に設けられた尿素水添加ノズル２８は、添加装置（尿素水添加装置）２７により、尿素水タンク２９内に貯留されている還元剤としての尿素水をＳＣＲ２５に向かう排気中に噴射し添加する。なお、ＳＣＲ２５に添加される尿素水の量は、後述する尿素水添加制御手段３２により制御される。

［１−３．センサ及びＥＣＵの構成］
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３０は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート、制御時間をカウントするタイマー等を備えて構成されている。

ＳＣＲ装置２２には、ＳＣＲ２５の上流側に排気温度を検出する温度センサ４２が設けられている。また、ＳＣＲ装置２２の下流側の排気通路１９には、ＮＯｘセンサ４１が設けられており、ＤＰＦ装置２１及びＳＣＲ装置２２を通過した後の排気中のＮＯｘを検出する。
ＥＣＵ３０は、ＮＯｘセンサ４１や温度センサ４２等のセンサ類や、内燃機関１０の各気筒の燃料噴射弁１１や添加装置２７等のデバイス類に接続されている。そして、各種センサによる検出結果は、ＥＣＵ３０に送信され、これらの検出結果に基づいて、燃料噴射弁１１や添加装置２７等のデバイス類を駆動制御する。

ＥＣＵ３０は、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを燃焼し、ＤＰＦ２４を再生するための制御を行うＤＰＦ再生制御手段３１としての機能要素と、添加装置２７からの尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段３２としての機能要素と、ＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値が安定したか否かを判断するＮＯｘ安定判断手段３３としての機能要素と、ＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値に基づいて尿素水の品質異常を判定する異常判定手段３４としての機能要素とを有している。

ＤＰＦ再生制御手段３１は、ＤＰＦ２４の強制再生について、ＤＰＦ２４に堆積しているＰＭの量を図示しない圧力センサ等の検出結果から判断し、最適な再生時期を判断する等の制御を行うものであり、種々の公知技術を適用することができる。ここで、本尿素水品質異常診断装置は、ＤＰＦ２４の再生処理は、排気温度を高め、一定量の排気流量を確保するために利用するものであるため、ＤＰＦ再生制御手段３１は、特に、車両の運行を中断し車両を停止させた状態で、燃料を供給し強制的にＰＭを燃焼して除去する、強制再生のうちの手動再生について制御する。

ＤＰＦ再生制御手段３１は、ドライバが尿素水タンク２９内へ新たな尿素水を補給し、車両に設けられた尿素水品質異常診断開始スイッチ４３をオンにすると、ＤＰＦ２４の手動再生を実行する信号を燃料噴射弁１１に送信する。燃料噴射弁１１は、燃焼室内で燃焼しないタイミング（主に排気工程中）で燃料を噴射するポスト噴射等を実施し、ＤＰＦ２４の手動再生を実行する。図２（ａ）に示すように、ＤＰＦ２４の手動再生が実行されると、エンジン回転数はアイドル運転等の回転数Ｎｅ₁から、ＤＰＦ手動再生用の高回転数Ｎｅ₂に設定される。なお、ＤＰＦ手動再生開始時をｔ₀とする。

ＤＰＦ２４の手動再生が開始されると、図２（ｂ）に示すように、排気の温度は徐々に上昇する。尿素水添加制御手段３２は、温度センサ４２により検出されるＳＣＲ２５へ流入する排気の温度（ＳＣＲ温度）Ｔｃが、所定温度Ｔ₀よりも高くなったら、図２（ｃ）に示すように、添加装置２７及び尿素水添加ノズル２８からＳＣＲ２５へ向かう排気中に添加する尿素水の量を０に制御、すなわち、添加を禁止するよう制御する。つまり、ＳＣＲ温度Ｔｃが所定温度Ｔ₀まで昇温されることが診断開始の条件となる。

ここで、所定温度Ｔ₀とは、ＳＣＲ２５が活性される温度である。ＳＣＲ２５は、温度が高ければ触媒機能が活性化され、ＮＯｘの浄化速度も速い。ＳＣＲ２５は、１５０℃〜１６０℃程度の温度から触媒として機能し始めるが、最低でも２００℃程度の温度でなければ、ＮＯｘを還元するために相当な時間がかかってしまい、実用上好ましくない。そのため、所定温度Ｔ₀は、３００℃以上に設定するのが好ましい。また、上限はＳＣＲ２５が溶けてしまわない程度の温度にしなければならない。なお、排気温度が所定温度Ｔ₀となった時点をｔ₀´とする。

本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、尿素水の添加量が最初から０であるため、排気温度が所定温度Ｔ₀になった時点（ｔ＝ｔ₀´）では、特別な制御をしているわけではなく、当初のまま添加量を０としている。なお、尿素水の添加量が最初から０でない場合は、尿素水の添加を禁止し、添加量を０に制御する。また、この尿素水の添加を禁止する時点は、排気温度が所定温度に達したときからに限られず、例えば、手動再生を開始した時点から禁止するようにしてもよい。

また、尿素水添加制御手段３２は、尿素水の添加禁止中に後述するＮＯｘ安定判断手段３３により、ＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値が安定したと判断されると、図２（ｃ）に示すように、添加装置２７及び尿素水添加ノズル２８からＳＣＲ２５へ向かう排気中に添加する尿素水の添加量を一定量に制御、すなわち、添加を開始するよう制御する。なお、尿素水の添加開始時をｔ₁とする。

添加装置２７及び尿素水添加ノズル２８によりＳＣＲ２５の上流側で添加された尿素水は、高温の排気により加水分解されてアンモニアを生じる。このアンモニアは、一旦ＳＣＲ２５に吸着し、排気中に含まれるＮＯｘと反応することにより、ＮＯｘが浄化される。
ＮＯｘ安定判断手段３３は、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が安定したか否かを、ＳＣＲ２５に吸着している還元剤としてのアンモニアがＳＣＲ２５から脱離するまでの時間に基づいて判断する。上述したように、排気温度が所定温度Ｔ₀まで昇温されたら尿素水添加制御手段３２により尿素水の添加が禁止されるが、尿素水から分解して生じるアンモニアはＳＣＲ２５に一旦吸着するため、尿素水の添加を禁止しても、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアと排気中のＮＯｘが反応して、一定時間は排気中のＮＯｘが浄化される。そのため、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は、尿素水の添加を禁止してから所定時間ｔ_A（例えば、１０分程度）は安定しない。

尿素水の添加を禁止してから所定時間ｔ_Aが経過すると、ＳＣＲ２５に吸着していたアンモニアは全てＮＯｘの浄化に使われてなくなり、排気がＳＣＲ２５を通過してもＮＯｘは浄化されなくなるため、ＮＯｘ値が安定する（ｔ＝ｔ₁）。このときＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は、内燃機関１０から排出された直後のＮＯｘ値と同じになり、このときのＮＯｘ値を、第１ＮＯｘ値（以下、ＮＯｘ１とも表記する）としてＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶する。

上述したように、ＮＯｘ値が安定した時点ｔ₁において、尿素水添加制御手段３２により尿素水の添加が開始されるため、排気中のＮＯｘはアンモニアと反応して浄化され、図２（ｄ）中に実線で示すように、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は急低下する。そして、尿素水を添加してから所定時間ｔ_Bが経過すると、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は再び安定する。このときＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値は、ＳＣＲ２５によりある程度排気中からＮＯｘが浄化された値であり、このときのＮＯｘ値を、第２ＮＯｘ値（以下、ＮＯｘ２とも表記する）としてＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶する。なお、図２（ｄ）に示すように、このＮＯｘ値が安定した時点をｔ＝ｔ₂とする。

ここで、上記の所定時間ｔ_A及びｔ_Bは、本実施形態では、それぞれ下記の式（１）及び（２）で与えられる。なお、尿素水の添加禁止をＤＰＦ２４の手動再生と同時に行った場合は、所定時間ｔ_Aは下記の式（１）´で求められる。
ｔ_A＝ｔ₁−ｔ₀´ ・・・（１）
ｔ_A＝ｔ₁−ｔ₀ ・・・（１）´
ｔ_B＝ｔ₂−ｔ₁ ・・・（２）

異常判定手段３４は、上記の第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）と第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）との差の絶対値を算出し、閾値ΔＮＯｘ₀と比較して下記の式（３）を満たす場合、すなわち、ＮＯｘ１とＮＯｘ２との差の絶対値が閾値ΔＮＯｘ₀よりも小さい場合は、尿素水の品質が異常であると判定する。一方、下記の式（３）を満たさない場合、すなわち、ＮＯｘ１とＮＯｘ２との差の絶対値が閾値ΔＮＯｘ₀以上である場合は、尿素水の品質が適正であると判定する。
｜ＮＯｘ１−ＮＯｘ２｜＜ΔＮＯｘ₀ ・・・（３）

なお、ここでいう閾値ΔＮＯｘ₀とは、適正な尿素水がＳＣＲ２５に流入する排気中に添加されれば浄化されるＮＯｘの量から予め定められた値であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭに予め記憶されている。
また、車両には、図１に示すように、ドライバに尿素水の品質が異常であることを知らせるための表示パネル（表示手段）４４やアラーム（警告手段）４５が備えられており、異常判定手段３４により、尿素水の品質が異常であると判定されると、表示パネル４４には尿素水が異常であることや適正なものに交換するような指令等が表示され、さらにアラーム４５が音によりドライバに品質異常を知らせる。

［２．作用］
本実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置は上述のように構成されているので、尿素水の品質異常診断は、図３に示すフローチャートに従って実施される。なお、このフローチャートは一定の周期（周期をｔとする）で動作するものとする。また、下記の各ステップは、コンピュータのハードウェアに割り当てられた各機能（手段）が、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作することによって実施される。

本尿素水品質異常診断装置は、車両に搭載されている尿素水タンク２９に新たな尿素水を補給した場合に実施されるものであり、ドライバが新たな尿素水を補給した後にエンジン１０を始動し、尿素水品質異常診断装置の開始スイッチ４３をオンにすることにより、ＤＰＦ２４の手動再生が開始され、品質異常診断が行われる。
図３に示すように、まず、ステップＳ１０において、フラグＦ_t＝１であるか否かを判定し、ステップＳ２０においてフラグＦ_t＝２であるか否かを判定する。スタート時ではフラグＦ_t＝０であるため、最初はいずれもＮＯルートとなりステップＳ３０へ進む。

ステップＳ３０では、温度センサ４２により検出されるＳＣＲ２５へ流入する排気温度（ＳＣＲ温度）Ｔｃが、所定温度Ｔ₀よりも高くなったか否かを判定し、所定温度Ｔ₀まで昇温されていればステップＳ４０に進み、未だ所定温度Ｔ₀まで昇温されていなければリターンする。ステップＳ４０において、尿素水添加制御手段３２により、尿素水の添加を実施している場合は尿素水の添加を禁止し、尿素水の添加を実施していない場合はそのままの状態を維持する。そして、ＥＣＵ３０内のタイマーを開始させ（ステップＳ５０）、同時にＮＯｘセンサ４１によるＮＯｘの計測を開始し（ステップＳ６０）、フラグＦ_t＝１とする（ステップＳ７０）。

次に、タイマーにより時間をカウントし、下記の式（４）のように積算していく（ステップＳ８０）。
ｔ_n←ｔ_n-1＋ｔ ・・・（４）

ここで、添字ｎは現時点の制御周期を示し、ｎ−１は前回の制御周期を示す。ステップＳ９０において、積算された時間ｔ_nが所定時間ｔ_Aを越えたか否かを判定する。この所定時間ｔ_Aは、上記の式（１）又は（１）´で表されるように、ＳＣＲ２５に吸着されていたアンモニアが完全に脱離し、ＮＯｘ値が安定するまでの時間である。

ステップＳ９０において、積算時間ｔ_nが所定時間ｔ_Aよりも大きくなったら、そのときＮＯｘセンサ４１により検出されたＮＯｘ値を第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）として取得し（ステップＳ１００）、未だ所定時間ｔ_Aに達していなければリターンする。なお、リターンした後は、フラグＦ_tが１に設定されているため、ステップＳ１０のＹＥＳルートからステップＳ８０へ進む。

そして、タイマーを０リセットし（ステップＳ１１０）、尿素水添加制御手段３２により尿素水の添加を開始して（ステップＳ１２０）、フラグＦ_t＝２とする（ステップＳ１３０）。
再び、タイマーにより時間をカウントし、上記の式（４）のように積算していく（ステップＳ１４０）。ステップＳ１５０において、この積算された時間ｔ_nが所定時間ｔ_Bを越えたか否かを判定する。この所定時間ｔ_Bは、尿素水がＳＣＲ２５に向かう排気中に添加されることによりＮＯｘが浄化され、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値が安定するまでの時間であり、実験等によって予め取得可能である。

ステップＳ１５０において、積算時間ｔ_nが所定時間ｔ_Bよりも大きくなったら、そのときＮＯｘセンサ４１により検出されたＮＯｘ値を第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）として取得し（ステップＳ１６０）、未だ所定時間ｔ_Bに達していなければリターンする。なお、リターンした後は、フラグＦ_tが２に設定されているため、ステップＳ２０のＹＥＳルートからステップＳ１４０へ進む。

そして、タイマーを０リセットするとともに停止させ（ステップＳ１７０）、ＮＯｘの計測を停止する（ステップＳ１８０）。ステップＳ１９０において、取得した第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）及び第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）の差の絶対値を予め設定された閾値ΔＮＯｘ₀と比較する。図２（ｄ）中に実線で示すように、尿素水の品質が適正であれば、適切にＮＯｘの浄化が行われるため、ＮＯｘ１とＮＯｘ２の差の絶対値は閾値ΔＮＯｘ₀以上となり、尿素水の品質が異常である場合は、図２（ｄ）中に一点鎖線で示すように、ＮＯｘの浄化が正常に行われず、ＮＯｘ１とＮＯｘ２の差の絶対値が閾値ΔＮＯｘ₀よりも小さな値となる。

したがって、ステップＳ１９０において、満たすと判定された場合はステップＳ２００に進み、尿素水の品質は異常であると診断され（ステップＳ２００）、満たさないと判定された場合はステップＳ２１０に進み、尿素水の品質は適正であると診断され、（ステップＳ２１０）、ステップＳ２２０においてフラグＦ_tを０リセットして終了する。
このステップＳ１０〜Ｓ２２０からなるフローは、尿素水の品質判断がされるまで所定周期ｔで繰り返される。また、尿素水の品質が異常であると診断された場合は、表示パネル４４及びアラーム４５のいずれか一方、又は両方により、ドライバに尿素水の品質が異常であることを知らせる。

なお、ＮＯｘ１とＮＯｘ２の差の絶対値を用いて判定するのは、以下の理由による。すなわち、ＤＰＦ２４の手動再生中のＮＯｘ量が十分に多いエンジンの場合は、図２（ｄ）に示すように、尿素水を添加するとＮＯｘ値は低下するため、ＮＯｘ１よりもＮＯｘ２のほうが小さな値となる。しかし、手動再生時にエンジンから排出されるＮＯｘ量が少ないエンジンの場合に尿素水を添加すると、ＮＯｘ量に対してアンモニアが過剰に供給され、余剰アンモニアがＣＵＣ２６において酸化され、ＮＯｘとして排出される。そのため、この場合は尿素水を添加するとＮＯｘ値は上昇する。さらに、適正濃度の尿素水のほうがＮＯｘ値の上昇は大きい。したがって、ＮＯｘ１とＮＯｘ２の差の絶対値を用いて判定をすれば、手動再生時にエンジンから排出されるＮＯｘの量が多い場合にも少ない場合にも、適用可能である。

［３．効果］
したがって、本実施形態にかかる尿素水品質異常診断装置によれば、新たな尿素水を尿素水タンク２９に補給した場合に、その尿素水の品質をＮＯｘセンサ４１の検出結果に基づいて診断することができるため、高価な尿素水濃度検出装置等を設ける必要がなく、コストを低減することができる。一般的に、ＮＯｘセンサ４１はＳＣＲ２５の排気下流側に設けられていることが多いため、新たな装置を追加する必要がない点からもコスト低減を図ることができる。

また、尿素水添加制御手段３２により添加される尿素水を制御し、異常判定手段３４により第１ＮＯｘ値と第２ＮＯｘ値の差の絶対値と予め定められた閾値ΔＮＯｘ₀とを比較することにより尿素水の品質を判定するため、複雑な演算等を要せず、容易に尿素水の品質の異常を診断することができる。さらに、異常判定手段３４は、第１ＮＯｘ値と第２ＮＯｘ値の差の絶対値から品質の判定をするため、車種によってエンジン１０からの排気流量が異なっても、予め設定された閾値ΔＮＯｘ₀よりも多くＮＯｘが浄化されていれば尿素水は適正であると判断され、エンジン１０からの排気流量の影響を受けず、様々な種類の車両に適用することができる。

また、ＮＯｘセンサ４１で検出されるＮＯｘ値はＳＣＲ２５から排出されるＮＯｘ値であるため、ＮＯｘセンサ４１を用いて尿素水の品質を診断する場合、尿素水の添加が可能な状態、すなわち、排気が高温の状態に制限されてしまうが、本尿素水品質異常診断装置はＤＰＦ２４の手動再生時に品質判定を行うため、高温の排気が確保され、このような制限を解決することができる。

また、高温の排気によりＳＣＲ２５に吸着している還元剤としてのアンモニアが脱離するため、吸着していたアンモニアの外乱を受けずに、尿素水の品質を判定することができ、判定をより高精度に実施することができる。
また、ＮＯｘ値の安定判断を、予め定められた所定時間ｔ_A及びｔ_Bに基づいて行うため、複雑な演算を行う必要がなく、制御をよりシンプルにすることができる。

［４．変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、ＮＯｘ安定判断手段３３による安定判断を、タイマーを設けて時間に基づいて行ったが、安定判断はこれに限られず、例えば、ＮＯｘセンサ４１により検出されるＮＯｘ値の変化率に基づいて判断してもよい。つまり、図２（ｄ）に示すように、ＤＰＦ２４の手動再生が開始されてしばらく時間が経つと、ＮＯｘ値は減少しながら徐々に一定値で安定するため、この安定を時間ではなくＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値の傾き（変化率）がほぼ０になったところで、安定したと判断するようにしてもよい。なお、ＮＯｘ値の傾きは、前回のＮＯｘ値と今回のＮＯｘ値との差を、制御周期時間（この場合、ｔ）で割ったものである。

この場合の品質異常判定について、図４に示す制御フローを用いて説明する。なお、上述した図３に示すフローと同様の制御内容についての詳細な説明は省略する。
図４に示すように、まず、ステップＴ１０において、フラグＦ_t＝１であるか否かを判定し、ステップＴ２０においてフラグＦ_t＝２であるか否かを判定する。スタート時ではフラグＦ_t＝０であるため、最初はいずれもＮＯルートとなりステップＴ３０へ進み、フラグＦ_t＝１に設定されている場合はステップＴ７０へ進み、フラグＦ_t＝２に設定されている場合はステップＴ１３０へ進む。

ステップＴ３０では、温度センサ４２により検出されるＳＣＲ２５へ流入する排気温度（ＳＣＲ温度）Ｔｃが、所定温度Ｔ₀よりも高くなったか否かを判定し、所定温度Ｔ₀まで昇温されていればステップＴ４０に進み、未だ所定温度Ｔ₀まで昇温されていなければリターンする。ステップＴ４０において、尿素水添加制御手段３２により尿素水の添加を実施している場合は尿素水の添加を禁止し、尿素水の添加を実施していない場合はそのままの状態を維持する。ステップＴ５０において、ＮＯｘセンサ４１によりＮＯｘの計測を開始し、ステップＴ６０でフラグＦ_t＝１とする。

次に、ＥＣＵ３０によりＮＯｘセンサ４１により計測させるＮＯｘ値の傾き（変化率）であるΔを演算し（ステップＴ７０）、このΔがΔ０、すなわち傾きがほぼ０に近くなったか否かを判定する（ステップＴ８０）。ΔがΔ０よりも小さくなるまでステップＴ１０，Ｔ７０及びＴ８０が所定の周期ｔで繰り返される。なお、このΔは、下記の式（５）により算出される。また、Δ０は予め設定されている。
Δ＝ＮＯｘ（ｎ）−ＮＯｘ（ｎ−１） ・・・（５）

ここで、ｎは現時点の制御の周期であり、ｎ−１は前回の制御周期である。
そして、ΔがΔ０より小さくなったら、すなわち、ＮＯｘ値の傾きがほぼ０に近くなったら、このときのＮＯｘ値を第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）として取得する（ステップＴ９０）。その後、演算したΔを０リセットし（ステップＴ１００）、尿素水添加制御手段３２による尿素水の添加を開始して（ステップＴ１１０）、フラグＦ_t＝２とする（ステップＴ１２０）。

再び、ＮＯｘセンサ４１によって検出されるＮＯｘ値から、上記の式（５）によりＮＯｘ値の傾きΔを演算し（ステップＴ１３０）、ΔがΔ０よりも小さくなったか否かを判定し（ステップＴ１４０）、Δ０より小さくなるまでリターンを繰り返す。ステップＴ１４０において、ΔがΔ０より小さくなったら、このときのＮＯｘ値を第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）として取得する（ステップＴ１５０）。

そして、ＮＯｘの計測を停止し（ステップＴ１６０）、ステップＴ１７０において、取得した第１ＮＯｘ値（ＮＯｘ１）と第２ＮＯｘ値（ＮＯｘ２）の差の絶対値を予め設定された閾値ΔＮＯｘ₀と比較する。ＮＯｘ１とＮＯｘ２の差の絶対値が閾値ΔＮＯｘ₀より小さい場合は、尿素水の品質は異常であると判断され（ステップＴ１８０）、ＮＯｘ１とＮＯｘ２の差の絶対値が閾値ΔＮＯｘ₀以上である場合は、尿素水の品質が適正であると判断される（ステップＴ１９０）。そして、ステップＴ２００においてフラグＦ_tを０リセットして終了する。

このステップＴ１０〜Ｔ２００からなるフローは、尿素水の品質判断がされるまで所定周期ｔで繰り返され、尿素水の品質が異常であると判定された場合は、表示パネル４４及びアラーム４５のいずれか一方、又は両方により、ドライバに尿素水の品質が異常であることを知らせる。
したがって、ＮＯｘ値の変化率（傾き）によりＮＯｘの安定を判断する上記の尿素水品質異常診断装置によれば、タイマーにより時間を計測する必要がないため、構成をシンプルにすることができる。また、実際に計測されたＮＯｘ値を見てＮＯｘの安定を判断しているため、正確に判断することができる。

なお、図４に示す上記のＮＯｘ安定判断では、ＮＯｘ値の変化率Δを１回のみΔ０と比較してＮＯｘ値が安定したか否かを判断しているが、例えば、図４のステップＴ８０及びＴ１４０において、「ΔがΔ０よりも小さいか否か」が、何周期か継続して成立した場合に、ＮＯｘ値が安定したと判断するようにしてもよい。この場合は、検出結果のばらつき等に左右されるおそれを回避することができるため、より正確な判定をすることができる。

また、上記した実施形態では、いずれもＤＰＦ２４の手動再生時に尿素の品質異常診断を実施しているが、異常診断はこのときに限られず、車両停車時でエンジンが始動後、排気温度が所定温度Ｔ₀まで昇温され、一定量の排気流量が得られる状態であれば診断することは可能である。
また、品質異常診断の開始は手動操作に限られず、例えば、尿素水タンク２９に新たな尿素水を補給し、エンジン１０を始動した場合に、自動的に尿素水品質異常診断が開始されるようにしてもよい。

また、品質異常判定の制御において、上記の実施形態のいずれの場合もＮＯｘの計測を停止させたが（図３のステップＳ１８０及び図４のステップＴ１６０）、ＮＯｘの計測は停止させずに継続して実施していてもよい。
また、表示パネル４４やアラーム４５を設けてドライバに尿素水の品質異常を知らせる手段を設けなくてもよい。尿素水の品質が異常である場合、例えば、適正な濃度の尿素水が補給されていない場合や、単なる水が補給された場合等では、当然ながら排気中のＮＯｘを適切に浄化することができないため、ＮＯｘが大気中に放出されてしまうことになる。そこで、尿素水の品質に問題が生じた場合や、尿素水タンク２９が空になった場合には、車両に使用制限を講じ、エンジンの使用を制限するようなシステムを組み、強制的に車両を使用できないようにすることも可能である。

このような場合であっても、本発明にかかる尿素水品質異常診断装置によれば、新たな尿素水を補給後、ＮＯｘセンサ４１を用いてＮＯｘの品質が適正であるか異常であるかを容易に診断することができるため、適正な尿素水が補給されている場合は、エンジン始動後すぐに車両の使用制限を解除することができる。

１０ 内燃機関（エンジン）
１９ 排気通路
２０ 排気浄化装置
２１ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
２２ ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２３ 前段酸化触媒（ＤＯＣ）
２４ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ，パティキュレートフィルタ）
２５ 選択還元型触媒（ＳＣＲ）
２６ 後段酸化触媒（ＣＵＣ）
２７ 添加装置（尿素水添加装置）
２８ 尿素水添加ノズル（尿素水添加装置）
２９ 尿素水タンク
３０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
３１ ＤＰＦ再生制御手段
３２ 尿素水添加制御手段
３３ ＮＯｘ安定判断手段
３４ 異常判定手段
４１ ＮＯｘセンサ
４２ 温度センサ
４３ 尿素水品質異常診断開始スイッチ
４４ 表示パネル（表示手段）
４５ アラーム（警告手段）

Claims (7)

1. 車両に搭載される内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に流入する排気中に還元剤としての尿素水を添加する尿素水添加装置とを備えた排気浄化装置における、前記尿素水の品質の異常を検出する尿素水品質異常診断装置であって、
   前記選択還元型触媒の排気下流側に、排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサが設けられ、
   前記尿素水添加装置からの前記尿素水の添加を制御する尿素水添加制御手段と、
   前記ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値が安定したか否かを判断するＮＯｘ安定判断手段と、
   前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値に基づいて前記尿素水の品質異常を判定する異常判定手段と、を備え、
   前記尿素水添加制御手段は、前記車両の停車時に行われる前記パティキュレートフィルタの強制再生が開始されたら前記尿素水の添加を禁止し、前記尿素水の添加が禁止されてから前記ＮＯｘ安定判断手段により前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたら前記尿素水の添加を開始するよう前記尿素水添加装置を制御し、
   前記異常判定手段は、前記尿素水の添加が禁止されてから前記ＮＯｘ安定判断手段により前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第１ＮＯｘ値と、前記尿素水添加装置により前記尿素水の添加が開始されてから前記ＮＯｘ安定判断手段により前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第２ＮＯｘ値との差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、前記尿素水の品質が異常であると判定する
   ことを特徴とする、尿素水品質異常診断装置。
2. 前記ＮＯｘ安定判断手段は、前記尿素水の添加が禁止されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断、及び、前記尿素水の添加が開始されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断を、それぞれに対して予め定められた所定時間に基づいて行う
   ことを特徴とする、請求項１記載の尿素水品質異常診断装置。
3. 前記ＮＯｘ安定判断手段は、前記選択還元型触媒に吸着している還元剤としてのアンモニアが、前記選択還元型触媒から脱離するまでの時間に基づいて判断する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の尿素水品質異常診断装置。
4. 前記ＮＯｘ安定判断手段は、前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値の変化率に基づいて判断する
   ことを特徴とする、請求項１記載の尿素水品質異常診断装置。
5. 前記尿素水が異常であると判定された場合に、尿素水の品質異常を表示する表示手段、及び、警告する警告手段のいずれか一方又は両方をさらに備える
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の尿素水品質異常診断装置。
6. 車両に搭載される内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に流入する排気中に還元剤としての尿素水を添加する尿素水添加装置とを備えた排気浄化装置における、前記尿素水の品質の異常を検出する尿素水品質異常診断方法であって、
   前記選択還元型触媒の排気下流側に設けられたＮＯｘセンサにより排気中に含まれるＮＯｘを検出する工程と、
   前記ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ値が安定したか否かを判断するＮＯｘ安定判断工程と、
   前記ＮＯｘセンサで検出される前記ＮＯｘ値に基づいて前記尿素水の品質異常を判定する異常判定工程と、を備え、
   前記異常判定工程では、前記車両の停車時に行われる前記パティキュレートフィルタの強制再生を開始したら前記尿素水の添加を禁止し、前記尿素水の添加が禁止されてから前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第１ＮＯｘ値と、前記尿素水添加装置により前記尿素水の添加が開始されてから前記ＮＯｘ値が安定したと判断されたときの第２ＮＯｘ値との差の絶対値が閾値よりも小さい場合に、前記尿素水の品質が異常であると判定する
   ことを特徴とする、尿素水品質異常診断方法。
7. 前記ＮＯｘ安定判断工程では、前記尿素水の添加が禁止されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断、及び、前記尿素水の添加が開始されてからの前記ＮＯｘ値の安定判断を、それぞれに対して予め定められた所定時間に基づいて行う
   ことを特徴とする、請求項６記載の尿素水品質異常診断方法。

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