JP5871074B2 - 内燃機関の添加剤供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の添加剤供給装置に関する。

内燃機関の排気を浄化するために、排気通路に対して添加剤を供給する装置が知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒で還元浄化するために、排気通路内に尿素水を供給するようにしている。

ところで、添加剤が凍結すると排気通路内への添加剤供給が困難になる。そのため、添加剤供給装置を構成するポンプやタンク、あるいは添加剤の供給通路などには、添加剤を解凍するための加熱部を設けることがある。

ここで、特許文献１に記載の装置では、エンジン冷却水を利用して添加剤を加熱する解凍制御システムを備えるようにしている。そして、添加剤の解凍処理を行った後にサプライモジュールポンプを駆動し、このポンプ駆動時におけるサプライモジュール内の圧力が一定値に達しないときには、解凍制御システムの故障を警告するようにしている。

特開２０１２−２０６２号公報

上述した従来の装置のように、解凍処理を行った後にポンプを駆動し、このポンプ駆動に伴う添加剤の圧力上昇が起きないときには、添加剤の解凍が適切に行われていないため、タンクやポンプ、あるいは供給通路に設けられた加熱部のうちのいずれかにおいて異常が生じていると判定することはできる。しかし、これら複数の加熱部のうちでタンクに設けられた加熱部に異常が生じていることを特定することはできない。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加剤供給装置に設けられた複数の加熱部のうちで、タンクに設けられた加熱部の異常を特定可能とすることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、添加剤を貯留するタンクと、タンク内の添加剤を送液するポンプと、ポンプから送液される添加剤を内燃機関の排気通路に供給する供給通路と、タンク内の添加剤を加熱するタンク加熱部と、ポンプ内の添加剤を加熱するポンプ加熱部と、供給通路内の添加剤を加熱する通路加熱部と、供給通路内の添加剤圧力を検出する圧力検出部と、タンク内の添加剤残量を検出する残量検出部と、タンク加熱部及びポンプ加熱部及び通路加熱部の加熱制御を行う加熱制御部と、を備える内燃機関の添加剤供給装置を提供する。そして、添加剤供給装置は、タンク加熱部及びポンプ加熱部及び通路加熱部の加熱制御を開始した後にポンプを駆動して添加剤を前記排気通路に供給し、その添加剤の供給中に圧力検出部で検出される添加剤圧力が低下し、かつ残量検出部で検出される添加剤残量がタンク内に添加剤が残存していることを示すときには、タンク加熱部の異常を示す信号を出力する信号出力部を備えるようにしている。

タンク加熱部に異常が生じていると、タンク内の添加剤が十分に解凍されないため、タンク内に液体の状態で存在する添加剤の量が少なくなる。その結果、添加剤を添加したときには、短い期間で液体の添加剤が消費され尽くしてしまい、供給通路内の圧力が低下する。ここで、このように供給通路内の圧力が低下するときには、短い期間ではあるものの添加は実行できている。そのため、ポンプ内や供給通路内の尿素水は解凍されており、ポンプ加熱部や通路加熱部は正常に作動していると推定できる。

従って、タンク加熱部及びポンプ加熱部及び通路加熱部の加熱制御を行った後にポンプを駆動して添加剤を排気通路に供給したときに、供給通路内の添加剤圧力が低下した場合には、ポンプ加熱部及び通路加熱部は正常に作動している一方、タンク加熱部には異常が生じていると推定することができる。なお、タンク内に添加剤が残っていない場合にも、添加剤を添加したときに供給通路内の添加剤圧力は低下する。しかし、タンク内に添加剤が残存している状態で添加剤圧力の低下が生じたのであれば、その添加剤圧力の低下は、タンク内の添加剤不足が原因ではないため、タンク内の添加剤の解凍不良が原因であると判別することができる。

そこで、上記添加剤供給装置は、タンク加熱部及びポンプ加熱部及び通路加熱部の加熱制御を開始した後にポンプを駆動して添加剤を排気通路に供給する。そして、上記信号出力部は、排気通路への添加剤の供給中に圧力検出部で検出される添加剤圧力が低下し、かつ残量検出部で検出される添加剤残量がタンク内に添加剤が残存していることを示すときに、タンク加熱部の異常を示す信号を出力する。従って、添加剤供給装置に設けられた複数の加熱部のうちで、タンクに設けられた加熱部の異常を特定することが可能になる。

なお、タンク加熱部の異常を示す信号の出力態様としては、例えば警告灯を点灯させたり、音によって警告を行ったりすることができる。また、タンク加熱部の異常を示す信号の出力態様として、その信号に合わせたフラグ値の設定を行ってもよい。

タンク内の添加剤が残量検出部の周囲で凍結した状態で残存している場合には、残量検出部で検出される添加剤残量が添加剤の供給開始前と供給開始後とでほとんど変化しない。そこで、本発明の一態様では、信号出力部は、添加剤の供給中に圧力検出部で検出される添加剤圧力が低下し、かつ添加剤の供給開始前と供給開始後とで添加剤残量が変化していないときに、タンク加熱部の異常を示す信号を出力する。

また、残量検出部で検出される添加剤残量が予め定められた基準値よりも多いときには、タンク内に添加剤が残存している。そこで、本発明の一態様では、信号出力部は、添加剤の供給中に圧力検出部で検出される添加剤圧力が低下し、かつ残量検出部で検出される添加剤残量が予め定められた基準値よりも多いときに、タンク加熱部の異常を示す信号を出力する。

なお、タンク加熱部及びポンプ加熱部及び通路加熱部の少なくとも１つを電気ヒータで構成することもできる。

本発明の一実施形態の全体構成を示す模式図。 同実施形態における尿素水供給機構の構成を示す模式図。 同実施形態における異常診断処理の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の異常診断処理の変形例における処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の異常診断処理の変形例における処理手順の一部を示すフローチャート。

以下、この発明にかかる内燃機関の添加剤供給装置を、車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）に適用した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に示すように、エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは対応する気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。エンジン１のクランクシャフトには、機関出力を利用して発電するオルタネータが接続されている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。

排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びＤＰＦ触媒３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、ＤＰＦ触媒３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタであって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、ＤＰＦ触媒３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やＤＰＦ触媒３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に添加剤としての尿素水を供給する尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、タンク２１０から尿素水を送液するポンプ２２０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素噴射弁２３０、尿素噴射弁２３０とポンプ２２０とを接続する供給通路としての供給管２４０、タンク２１０内に貯留された尿素水の量（残量）である尿素水残量ＮＲを検出するレベルセンサ２５０、尿素水供給機構２００内の尿素水を加熱するヒータ等で構成されている。なお、レベルセンサ２５０は、上記残量検出部に相当する。

尿素噴射弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素噴射弁２３０が開弁されると、供給管２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給されて、排気通路２６中の排気中に尿素水が添加される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、駆動信号が入力されると駆動されて尿素水を送液する。そして、ポンプ２２０の正回転時には、タンク２１０から尿素噴射弁２３０に向けて尿素水が送液される。一方、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素噴射弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水が送液される。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素噴射弁２３０及び供給管２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

図２に示すように、本実施形態では、タンク２１０の底面にポンプ２２０が設けられている。なお、ポンプ２２０は、タンク２１０の側面であって底面に近い部位に設けてもよい。また、ポンプ２２０は、供給管２４０の途中に設けてもよい。ポンプ２２０には、同ポンプ２２０の回転速度であるポンプ回転速度ＮＥＰを検出する回転速度センサ２２１が設けられている。

また、タンク２１０内には、尿素水を加熱するタンクヒータ３１０が設けられている。ポンプ２２０内には、尿素水を加熱するポンプヒータ３２０が設けられている。そして供給管２４０の外周にも、尿素水を加熱する通路ヒータ３３０が設けられている。これら各ヒータ３１０、３２０、３３０は、電気式のヒータである。そして、ポンプヒータ３２０は上記ポンプ加熱部に、通路ヒータ３３０は上記通路加熱部に、タンクヒータ３１０は上記タンク加熱部にそれぞれ相当している。

これら各ヒータ３１０、３２０、３３０は、ヒータ制御装置３００に接続されており、ヒータ制御装置３００によって各ヒータ３１０、３２０、３３０の通電量が制御される。なお、ヒータの通電量制御は適宜の方法で行うことができる。例えば、ヒータに供給される電圧のデューティ比を調整するデューティ制御や、ヒータに供給される電圧の高さを調整する電圧制御、あるいはヒータを流れる電流の大きさを調整する電流制御などを行えばよい。また、ヒータ制御装置３００は、後述する制御装置８０と相互通信を行う。

また、ポンプ２２０の吐出部近傍には、ポンプ２２０内の尿素水の温度である尿素水温度ＴＨＮを検出する温度センサ４００が設けられている。また、供給管２４０においてポンプ２２０の吐出部近傍には、供給管２４０内の尿素水の圧力である尿素水圧力ＮＰを検出する圧力センサ４１０が設けられている。これら温度センサ４００及び圧力センサ４１０は、制御装置８０に接続されている。なお、圧力センサ４１０は、上記圧力検出部に相当する。ちなみに、尿素水温度ＴＨＮの検出は、温度センサ４００を利用して直接検出するほかに、例えば外気温度などを利用して尿素水温度ＴＨＮを推定することにより間接的に検出するようにしてもよい。

先の図１に示すように、尿素噴射弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素噴射弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素噴射弁２３０から噴射された尿素水は、ＳＣＲ触媒４１に到達するとアンモニアとして吸着される。そしてＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気還流量、いわゆる外部ＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサやスイッチが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセル操作量センサ２２はアクセルペダル（アクセル操作部材）の踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温度センサ２３は、外気温度ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。イグニッションスイッチ２５は、車両の運転者によるエンジン１の始動操作及び停止操作を検出する。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、ＤＰＦ触媒３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素噴射弁２３０の上流には、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１を通過した排気中のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。

これら各種センサ等の出力は、上記制御部としての制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。

制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素噴射弁２３０による尿素水の添加制御も行う。この添加制御では、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素水の供給量が算出される。そして算出された供給量の尿素水が尿素噴射弁２３０から噴射されるように、尿素噴射弁２３０の開弁状態が制御される。このようにエンジン１の運転中は、ＮＯｘを浄化するために排気通路２６に対して尿素水の供給が行われて排気中に尿素水が添加される。

また制御装置８０は、ポンプ２２０に対して駆動信号を出力することにより同ポンプ２２０を駆動させる制御を行う。

また、制御装置８０は、ヒータ制御装置３００を介した各ヒータ３１０、３２０、３３０の加熱制御を行う。すなわち制御装置８０は、尿素水温度ＴＨＮに基づいて尿素水の凍結状態を判断する。そして、尿素水が凍結しており排気通路２６内に尿素水を供給することが不可能なときには、尿素水が解凍されたと推定できるまで、ヒータ制御装置３００を介して各ヒータ３１０、３２０、３３０の通電を行い、尿素水を解凍する。なお、加熱制御を行うこれらヒータ制御装置３００及び制御装置８０は、上記加熱制御部に相当する。

ところで、本実施形態では、タンクヒータ３１０、ポンプヒータ３２０、及び通路ヒータ３３０を備えるようにしており、これら各ヒータ３１０、３２０、３３０に異常が生じると、加熱制御を行ってもタンク２１０内やポンプ２２０内、あるいは供給管２４０内の尿素水を加熱できなくなり、尿素水の解凍が困難になる。そこで、本実施形態では、タンク２１０やポンプ２２０、あるいは供給管２４０に設けられた各ヒータに異常が生じている場合には、異常が生じているヒータを特定することができるように、以下の異常診断処理を行うようにしている。

図３に、上記異常診断処理の手順を示す。なお、本処理は制御装置８０により繰り返し実行される。また、この異常診断処理を実行する制御装置８０は、上記信号出力部に相当する。

制御装置８０は、本処理を開始するとまず、タンクヒータ３１０、ポンプヒータ３２０、及び通路ヒータ３３０が通電状態から通電停止状態になったか否かを判定する（Ｓ１００）。そして、このステップＳ１００にて否定判定されるときには、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１００にて肯定判定されるときには、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の加熱制御を開始した後であると判断される。より厳密には加熱制御を開始した後であってその加熱制御が終了していると判断される。そして、次に、制御装置８０は、ポンプ２２０に対して駆動信号を出力する（Ｓ１１０）。

次に、制御装置８０は、供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが判定値Ｇを越えているか否かを判定する（Ｓ１２０）。この判定値Ｇとしては、尿素水圧力ＮＰがこの判定値Ｇよりも大きくなっていることに基づいて、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの尿素水圧力ＮＰがその駆動信号の出力前の圧力よりも上昇していることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

そして、尿素水圧力ＮＰが判定値Ｇに満たないときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、制御装置８０は、ポンプ２２０の駆動による尿素水圧力ＮＰの上昇が起きていないと判断する。そして次に、制御装置８０は、ポンプ回転速度ＮＥＰが判定値Ｈを超えているか否かを判定する（Ｓ１８０）。この判定値Ｈとしては、ポンプ回転速度ＮＥＰがこの判定値Ｈよりも高くなっていることに基づいて、ポンプ２２０が実際に駆動していることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

そして、ポンプ回転速度ＮＥＰが判定値Ｈを超えているときには（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、ポンプ２２０が実際に駆動されていると判断する。そして、通路ヒータ３３０に異常が有ることを示す信号を出力する処理として、制御装置８０は、通路ヒータ異常フラグＦＳを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更する（Ｓ１９０）。なお、通路ヒータ異常フラグＦＳの値（「ＯＮ」または「ＯＦＦ」）は、制御装置８０の記憶装置であるメモリに記憶される。そして、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、ポンプ回転速度ＮＥＰが判定値Ｈ以下のときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、制御装置８０は、ポンプ２２０が実際には駆動されていないと判断する。そして、ポンプヒータ３２０に異常が有ることを示す信号を出力する処理として、制御装置８０は、ポンプヒータ異常フラグＦＰを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更する（Ｓ２００）。なお、ポンプヒータ異常フラグＦＰの値（「ＯＮ」または「ＯＦＦ」）も、制御装置８０の記憶装置であるメモリに記憶される。そして、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

他方、上記ステップＳ１２０において、尿素水圧力ＮＰが判定値Ｇを越えているときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、現在の尿素水残量ＮＲを添加前残量ＮＲＢとして記憶する（Ｓ１３０）。そして、制御装置８０は、尿素噴射弁２３０の開弁制御を行うことで尿素添加を実行する（Ｓ１４０）。

次に、制御装置８０は、ステップＳ１４０にて尿素添加を開始してから所定時間ＨＴが経過したか否かを判定する（Ｓ１５０）。この所定時間ＨＴとしては、尿素添加に伴う尿素水圧力ＮＰの変化を検出することができるとともに、尿素添加に伴う尿素水残量ＮＲの変化を検出することができる程度の時間が設定されている。

そして、尿素添加を開始してから所定時間ＨＴが経過していないときには（Ｓ１５０：ＮＯ）、制御装置８０は、所定時間ＨＴが経過するまでステップＳ１５０での判定処理を繰り返す。

一方、尿素添加を開始してから所定時間ＨＴが経過したときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、現在の尿素水圧力ＮＰが上記判定値Ｇよりも低く、かつ現在の尿素水残量ＮＲが上記添加前残量ＮＲＢから変化していないか否かを判定する（Ｓ１６０）。そして、現在の尿素水圧力ＮＰが上記判定値Ｇ以上であるとき、または現在の尿素水残量ＮＲが上記添加前残量ＮＲＢと異なっているときには（Ｓ１６０：ＮＯ）、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ１６０において、現在の尿素水圧力ＮＰが上記判定値Ｇよりも低いと判定されるときには、ステップＳ１２０にて判定値Ｇよりも高いと判定された尿素水圧力ＮＰが、尿素水の添加を開始した後において、同判定値Ｇよりも低いと判定されることになる。つまり、尿素水の添加中に尿素水圧力ＮＰが低下したと判定される。そして、ステップＳ１６０において、制御装置８０が、現在の尿素水圧力ＮＰは上記判定値Ｇよりも低く、かつ現在の尿素水残量ＮＲは上記添加前残量ＮＲＢから変化していないと判定する場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、ステップＳ１７０の処理を行う。

このステップＳ１７０では、タンクヒータ３１０に異常が有ることを示す信号を出力する処理として、制御装置８０は、タンクヒータ異常フラグＦＴを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更する。なお、タンクヒータ異常フラグＦＴの値（「ＯＮ」または「ＯＦＦ」）も、制御装置８０の記憶装置であるメモリに記憶される。そして、制御装置８０は、本処理を一旦終了する。

次に、上記異常診断処理の作用を説明する。

タンクヒータ３１０に異常が生じているときには、タンク２１０内の尿素水が十分に解凍されないため、タンク２１０内に液体の状態で存在する尿素水の量が少なくなる。その結果、尿素水を添加した場合には短い期間で液体の尿素水が消費され尽くしてしまい、供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが低下する。ここで、このように供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが低下するときには、短い期間ではあるものの尿素水の添加は実行できている。そのため、ポンプ２２０内や供給管２４０内の尿素水は解凍されており、ポンプヒータ３２０や通路ヒータ３３０は正常に作動していると推定できる。従って、タンクヒータ３１０及びポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後にポンプ２２０を駆動して尿素水の添加を行ったときに、供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが低下した場合には、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０は正常に作動している一方、タンクヒータ３１０には異常が生じていると推定することができる。

なお、タンク２１０内に尿素水が残っていない場合にも、尿素水を添加したときに供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰは低下する。しかし、タンク２１０内に尿素水が残存している状態で尿素水圧力ＮＰの低下が生じたのであれば、その尿素水圧力ＮＰの低下は、タンク２１０内の尿素水不足が原因ではないため、タンク２１０内の尿素水の解凍不良が原因であると判別することができる。

また、タンク２１０内の尿素水が凍結した状態で残存している場合、特にレベルセンサ２５０の周囲の尿素水が凍結している場合には、尿素水の添加開始前と添加開始後とで尿素水残量ＮＲがほとんど変化しない。そのため、上記ステップＳ１６０において、現在の尿素水残量ＮＲが添加前残量ＮＲＢから変化していないと判定されるときには、タンク２１０内に尿素水が残存していると推定することができる。

そこで、上記異常診断処理では、タンクヒータ３１０及びポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後であると判断できるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ポンプ２２０に対して駆動信号を出力して同ポンプ２２０を駆動するとともに（Ｓ１１０）、尿素水の添加を実行する（Ｓ１４０）。そして、タンク２１０内に尿素水が残存していると推定できる状態で尿素水の添加中に尿素水圧力ＮＰが低下したときには（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、タンクヒータ異常フラグＦＴが「ＯＮ」に設定される（Ｓ１７０）。従って、複数のヒータのうちで、タンク２１０に設けられたタンクヒータ３１０に異常が生じているときには、そのタンクヒータ３１０の異常を特定することができる。

他方、ポンプヒータ３２０に異常が生じているときには、ポンプヒータ３２０による加熱制御を行ってもポンプ２２０内の尿素水は十分に解凍されないため、ポンプ２２０から供給管２４０への尿素水の送液が滞る。そのためポンプヒータ３２０に異常が生じているときには、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰは、同駆動信号の出力前の圧力と比較して上昇しにくくなる。

また、通路ヒータ３３０に異常が生じているときには、通路ヒータ３３０による加熱制御を行っても供給管２４０内の尿素水は十分に解凍されない。このように供給管２４０内において尿素水が凍結しているときには、供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが変化しない。そのため通路ヒータ３３０に異常が生じているときにも、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されたときの尿素水圧力ＮＰは、同駆動信号の出力前の圧力と比較して上昇しにくくなる。

ここで、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇しない状態において、ポンプ２２０が実際に駆動していないときには、ポンプ２２０内の尿素水が凍結していると推定することができる。そこで、上記異常診断処理では、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０による加熱制御を開始した後であると判断できるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力される（Ｓ１１０）。そして、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇していないと判断されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいてポンプ２２０が実際に駆動されているか否かが判定される（Ｓ１８０）。そして、ポンプ２２０が実際に駆動されていないと判定されるときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、ポンプ２２０内の尿素水が凍結していると推定することができるため、ポンプヒータ異常フラグＦＰが「ＯＮ」に設定される（Ｓ２００）。

一方、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇しない状態において、ポンプ２２０が実際に駆動しているときには、ポンプ２２０内の尿素水は解凍されており、供給管２４０内の尿素水が凍結していると推定することができる。そこで、上記異常診断処理では、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０による加熱制御を開始した後であると判断できるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力される（Ｓ１１０）。そして、ポンプ２２０に対して駆動信号が出力されているにもかかわらず供給管２４０内の尿素水圧力ＮＰが上昇していないと判断されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいてポンプ２２０が実際に駆動されているか否かが判定される（Ｓ１８０）。そして、ポンプ２２０が実際に駆動されていると判定されるときには（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、供給管２４０内の尿素水が凍結していると推定することができるため、通路ヒータ異常フラグＦＴが「ＯＮ」に設定される（Ｓ１９０）。

このようにポンプ２２０が実際に駆動しているか否かを確認してポンプヒータ３２０の異常を示すポンプヒータ異常フラグＦＰと、通路ヒータ３３０の異常を示す通路ヒータ異常フラグＦＳとが個別に出力される。そのため、ポンプ２２０や供給管２４０に設けられたヒータのうちで、異常が生じているヒータを特定することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

（１）制御装置８０は、タンクヒータ３１０及びポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後にポンプ２２０を駆動して尿素水の添加を行う。そして、その尿素水の添加中に尿素水圧力ＮＰが低下し、かつ尿素添加開始後の尿素水残量ＮＲが添加前残量ＮＲＢから変化しておらずタンク２１０内に尿素水が残存しているときには、制御装置８０は、タンクヒータ３１０に異常が生じているとしてタンクヒータ異常フラグＦＴを「ＯＮ」にする。従って、タンクヒータ３１０及びポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０のうちで、タンクヒータ３１０の異常を特定することが可能になる。

（２）制御装置８０は、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後、ポンプ２２０に対して駆動信号を出力したときの尿素水圧力ＮＰが、同駆動信号の出力前と比較して上昇していない状態において、ポンプ２２０が駆動していないときには、ポンプヒータ３２０の異常を示すポンプヒータ異常フラグＦＰを「ＯＮ」に設定する一方、ポンプ２２０が駆動しているときには、通路ヒータ３３０の異常を示す通路ヒータ異常フラグＦＴを「ＯＮ」に設定する。従って、ポンプ２２０や供給管２４０に設けられたヒータのうちで、異常が生じているヒータを特定することも可能になる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。

・先の図３に示したステップＳ１６０では、タンク２１０内に尿素水が残存しているか否かを判定するために、尿素水残量ＮＲが添加前残量ＮＲＢから変化していないか否かを判定するようにしたがこの他の態様でタンク２１０内に尿素水が残存しているか否かを判定してもよい。

例えば尿素水残量ＮＲが予め定められた基準値よりも多いときにも、タンク２１０内に尿素水が残存している。そこで図３に示したステップ１６０において、制御装置８０が、尿素水の添加中に尿素水圧力ＮＰが低下しており、かつ尿素水残量ＮＲが予め定められた基準値よりも多いと判定するときに、ステップＳ１７０において、タンクヒータ異常フラグＦＴを「ＯＮ」に設定するようにしてもよい。この変形例における異常診断処理は、先の図３に示した異常診断処理の一部を変更することで実行可能である。

すなわち図４に示すように、この変形例における異常診断処理では、先の図３におけるステップＳ１３０の処理を省略し、ステップＳ１２０にて肯定判定される場合には、ステップＳ１４０以降の処理を行う。そして、ステップＳ１６０の処理に代えて、ステップＳ３００の処理を行う。このステップＳ３００では、制御装置８０は、現在の尿素水圧力ＮＰが上記判定値Ｇよりも低く、かつ現在の尿素水残量ＮＲが所定の残存判定値αよりも多いか否かを判定する。この残存判定値αは上記基準値に相当する値であり、尿素水残量ＮＲがこの残存判定値αよりも多くなっていることに基づいて、タンク２１０内に尿素水が残存していることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

そして、ステップＳ３００にて否定判定されるときには（Ｓ３００：ＮＯ）、制御装置８０は、この変形例における異常診断処理を一旦終了する。一方、ステップＳ３００にて肯定判定されるときには（Ｓ３００：ＹＥＳ）、制御装置８０は、タンクヒータ異常フラグＦＴを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更して（Ｓ１７０）、本処理を一旦終了する。この変形例でも、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

・図３や図４に示した異常診断処理では、ステップＳ１２０にて判定値Ｇよりも高いと判定された尿素水圧力ＮＰが、尿素水の添加を開始した後において、同判定値Ｇよりも低いと判定される場合に、尿素水の添加中に尿素水圧力ＮＰが低下したと判定するようにした。しかし、この他の態様で尿素水の添加中に尿素水圧力ＮＰが低下したと判定してもよい。例えば、尿素添加中の尿素水圧力ＮＰの変化量に基づいて尿素水圧力ＮＰの低下を判定してもよい。

・ポンプ２２０が実際に駆動しているか否かを判定するために、ポンプ回転速度ＮＥＰを検出するようにしたが、この他の方法でポンプ２２０の駆動を判定してもよい。例えば、ポンプ２２０が回転しているか回転していないかのみを判定することのできるセンサ等を設けるようにしてもよい。

・尿素水温度ＴＨＮとしてポンプ２２０内の尿素水温度を検出するようにしたが、タンク２１０内の尿素水温度や、供給管２４０内の尿素水温度を検出するようにしてもよい。

・タンクヒータ３１０の異常を示す信号やポンプヒータ３２０の異常を示す信号、あるいは通路ヒータ３３０の異常を示す信号の出力態様として、タンクヒータ異常フラグＦＴやポンプヒータ異常フラグＦＰ、あるいは通路ヒータ異常フラグＦＴといったフラグ値を設定するようにしたが、この他の態様で異常を示す信号を出力してもよい。例えば各ヒータの異常毎に警告灯を個別に点灯させたり、音によって個別に警告を行ったりするようにしてもよい。

・尿素水を加熱する加熱部として電気ヒータを利用するようにした。この他の加熱部として、例えばタンク２１０やポンプ２２０、あるいは供給管２４０に対して機関の冷却水等による加熱が可能な冷却水経路を設けるようにしてもよい。この変形例でも、タンク２１０やポンプ２２０、あるいは供給管２４０において冷却水による加熱が正常に行われていないときには、異常が生じている加熱部を特定することができる。なお、タンク２１０やポンプ２２０、あるいは供給管２４０に設けられる加熱部の全てを電気ヒータで構成するのではなく、一部の加熱部を機関の冷却水等による加熱が可能な冷却水経路で構成してもよい。

・圧力センサ４１０の配設位置は、供給管２４０内であれば任意変更することができる。

・先の図３や図４に示したステップＳ１００では、ポンプヒータ３２０、通路ヒータ３３０、及びタンクヒータ３１０が通電状態から通電停止状態になったか否かを判定することにより、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の加熱制御を開始した後であるか否かを判断した。より厳密には、加熱制御を開始した後であってその加熱制御が終了しているか否かを判断した。

他方、上記異常診断処理は、加熱制御が終了しておらず実行中であっても、ステップＳ１１０以降の処理を行うことができる。つまり加熱制御を実行した履歴があればステップＳ１１０以降の処理を行うことができ、同実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

例えば、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の加熱制御を開始した後であるか否かを判断するに際して、より厳密には加熱制御を開始した後であってその加熱制御の実行中であるか否かを判断してもよい。

この変形例は、例えば、先の図３や図４に示したステップＳ１００の処理に代えて、図５に示すステップＳ５００の処理を行うことにより実施できる。

図５に示すように、ステップＳ５００では、ポンプヒータ３２０、通路ヒータ３３０、及びタンクヒータ３１０の通電を開始してから所定時間Ｍが経過したか否かを判定する。この所定時間Ｍとしては、次のような値を設定する。

すなわち、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０が全て正常に作動する場合には、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の通電を開始してからの経過時間が長くなるにつれてポンプ２２０及び供給管２４０及びタンク２１０内の尿素水は解凍されていく。従って、各ヒータの通電を開始してからの経過時間に基づいて尿素水の添加が可能な状態になっているか否かを判定することができる。そこで、所定時間Ｍとしては、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の通電を開始してからの経過時間がこの所定時間Ｍに達していることに基づいて、尿素水の添加が可能になっていることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。なお、所定時間Ｍは、ポンプ２２０及び供給管２４０及びタンク２１０の尿素水の全てを解凍するのに必要な時間を設定したり、ポンプ２２０及び供給管２４０及びタンク２１０のそれぞれの尿素水の一部を、添加可能な量にまで解凍するのに必要な時間を設定したりすることができる。ちなみに、ポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０及びタンクヒータ３１０の通電時間が予め設定されている場合、所定時間Ｍには、同通電時間よりも短い時間を設定することにより、加熱制御を開始した後であってその加熱制御の実行中であることを適切に判定することができる。

そして、ステップＳ５００にて否定判定されるときには、尿素水の添加が可能な程度にまで尿素水は解凍されていないと判断して、異常診断処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ５００にて肯定判定されるときには、タンクヒータ３１０及びポンプヒータ３２０及び通路ヒータ３３０の加熱制御を開始した後であると判断される。より厳密には加熱制御を開始した後であってその加熱制御の実行中であり、各ヒータに異常がなければ尿素水の添加が可能な程度にまで尿素水は解凍されていると判断する。そして、このように肯定判定されるときには、先の図３や図４に示したステップＳ１１０以降の処理を行う。

この変形例でも、上記実施形態や図４に示した変形例と同様な作用効果が得られる。

・図３や図４に示した異常診断処理において、ポンプヒータ３２０や通路ヒータ３３０の異常を特定する処理を省略してもよい。例えば、図３や図４に示した異常診断処理において、ステップＳ１２０、ステップＳ１８０、ステップＳ１９０、及びステップＳ２００の処理を省略する。そして、図３に示した異常診断処理では、ステップＳ１１０の処理の後にステップＳ１３０以降の処理を行い、図４に示した異常診断処理では、ステップＳ１１０の処理の後にステップＳ１４０以降の処理を行う。そして、図３示した異常診断処理のステップＳ１６０や、図４に示した異常診断処理のステップＳ３００では、尿素水圧力ＮＰと判定値Ｇとの比較に代えて、例えば尿素添加中の尿素水圧力ＮＰの変化量に基づき尿素水圧力ＮＰの低下を判定する。この変形例でも、上記（１）に記載の効果を得ることができる。

・上記各実施形態では、添加剤として、還元剤である尿素水を使用する添加剤供給装置に本発明を適用した場合について説明した。しかし、この他の添加剤を使用する添加剤供給装置にも本発明は同様に適用することができる。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセル操作量センサ、２３…外気温度センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…ＮＯｘ浄化触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒：ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２２１…回転速度センサ、２３０…尿素噴射弁、２４０…供給管、２５０…レベルセンサ、３００…ヒータ制御装置、３１０…タンクヒータ、３２０…ポンプヒータ、３３０…通路ヒータ、４００…温度センサ、４１０…圧力センサ。

Claims (4)

1. 添加剤を貯留するタンクと、
   前記タンク内の添加剤を送液するポンプと、
   前記ポンプから送液される添加剤を内燃機関の排気通路に供給する供給通路と、
   前記タンク内の添加剤を加熱するタンク加熱部と、
   前記ポンプ内の添加剤を加熱するポンプ加熱部と、
   前記供給通路内の添加剤を加熱する通路加熱部と、
   前記供給通路内の添加剤圧力を検出する圧力検出部と、
   前記タンク内の添加剤残量を検出する残量検出部と、
   前記タンク加熱部及び前記ポンプ加熱部及び前記通路加熱部の加熱制御を行う加熱制御部と、
   前記タンク加熱部及び前記ポンプ加熱部及び前記通路加熱部の加熱制御を開始した後に前記ポンプを駆動して添加剤を前記排気通路に供給し、その添加剤の供給中に前記圧力検出部で検出される前記添加剤圧力が低下し、かつ前記残量検出部で検出される前記添加剤残量が前記タンク内に添加剤が残存していることを示すときには、前記タンク加熱部の異常を示す信号を出力する信号出力部と、を備える
   内燃機関の添加剤供給装置。
2. 前記信号出力部は、添加剤の供給中に前記圧力検出部で検出される前記添加剤圧力が低下し、かつ添加剤の供給開始前と供給開始後とで前記添加剤残量が変化していないときに、前記タンク加熱部の異常を示す信号を出力する
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
3. 前記信号出力部は、添加剤の供給中に前記圧力検出部で検出される前記添加剤圧力が低下し、かつ前記残量検出部で検出される前記添加剤残量が予め定められた基準値よりも多いときに、前記タンク加熱部の異常を示す信号を出力する
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
4. 前記タンク加熱部及び前記ポンプ加熱部及び前記通路加熱部の少なくとも１つが電気ヒータである
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の添加剤供給装置。

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