JP5914151B2

JP5914151B2 - 還元剤噴射弁の異常検出装置及び還元剤供給装置

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Description

本発明は、液体還元剤を排気管内に噴射するための還元剤噴射弁に生じた詰まりを検出するための還元剤噴射弁の異常検出装置、及びそのような異常検出装置を備えた還元剤供給装置に関するものである。

車両等に搭載された内燃機関から排出される排気には窒素酸化物（ＮＯ_X）が含まれている。このＮＯ_Xを浄化する排気浄化装置の一つとして、内燃機関の排気通路中に配置される還元触媒と、還元触媒の上流側で尿素水溶液等のアンモニア由来の液体還元剤を噴射するための還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、還元触媒を用いて、排気中のＮＯ_Xと液体還元剤から生成されるアンモニアとを効率的に還元反応させ、ＮＯ_Xを窒素や水等に分解するものとなっている。

このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置の一態様として、ポンプ及び還元剤噴射弁を備え、ポンプにより液体還元剤を圧送するとともに、排気管に固定された還元剤噴射弁を介して液体還元剤を排気管内に供給するインジェクション式の還元剤供給装置がある。

尿素水溶液の凍結温度が低くても−１１℃程度であり、還元剤供給装置による尿素水溶液の供給が停止されている期間において尿素水溶液が凍結するおそれがある。尿素水溶液が凍結すると、その体積が膨張して還元剤供給装置の構成部品の破損をまねくおそれがあるために、内燃機関の停止時には、還元剤供給装置内に残留する液体還元剤をタンク内に回収する制御が行われている。液体還元剤の回収は、液体還元剤を圧送するポンプを逆回転させたり、あるいは、液体還元剤の流路の接続を切り換えたりすることで、液体還元剤がタンク側に送られるようにし、液体還元剤の供給通路内を減圧することによって行われる。

また、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合、尿素水溶液中の水分が蒸発によって尿素が結晶化する場合があり、この尿素の結晶化が還元剤噴射弁の噴孔部分で発生すると、還元剤噴射弁の閉塞の原因となる。液体還元剤の噴射制御中においては、比較的低温の液体還元剤が順次還元剤噴射弁に送られるために、還元剤噴射弁が高温になって水分が蒸発するおそれが少なく、また、仮に噴孔部分で尿素の結晶化が生じうる状態であったとしても、液体還元剤の噴射圧力によって結晶が吹き飛ばされるために、還元剤噴射弁の閉塞が発生するリスクが小さい。

一方、上述した液体還元剤の回収制御時において、還元剤噴射弁を開弁して供給通路内を減圧する場合には、排気管内の残留ガス（空気）が供給通路内に進入することになる。その際、還元剤噴射弁の噴孔近傍に液体還元剤が付着していたとすると、残留ガスの熱量によって還元剤噴射弁が加熱され、還元剤噴射弁の噴孔近傍に付着していた尿素水溶液中の水分が蒸発することによって尿素が結晶化するおそれがある。このような尿素の結晶化は、還元剤噴射弁の閉塞をもたらすおそれがある。

そこで、液体還元剤をタンク内に回収する際に、還元剤供給装置内の圧力値を用いて、還元剤噴射弁の閉塞の有無を検出するようにした還元剤噴射弁の異常検出装置が提案されている。より具体的には、液体還元剤の供給通路内を減圧処理することにより還元剤噴射弁の噴孔を介して排気管内の空気を供給通路内に吸引可能に構成された還元剤供給装置において、減圧処理の開始後に圧力センサによって検出される圧力値を用いて、還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定するようにした還元剤噴射弁の異常検出装置が開示されている（特許文献１を参照）。

特開２０１１−１１７４４０号公報

ところで、噴孔における尿素の結晶化は、還元剤噴射弁が閉塞している間の液体還元剤の噴射量に影響を与えるものの、構成部品の故障あるいは不良とは異なり、結晶化の解消によって元の状態に復帰可能なものである。そのため、還元剤供給装置の構成部品の機械的な故障とは区別される必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された還元剤噴射弁の閉塞の有無の検出は、圧力センサのセンサ値が信頼できるものであることを前提としており、圧力センサのセンサ値の信頼性が保証されていない場合には、圧力センサの異常と、還元剤噴射弁の閉塞とを区別できないこととなる。

そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、液体還元剤の供給通路内を減圧処理することにより還元剤噴射弁の噴孔を介して気体を供給通路内に吸引しながら液体還元剤をタンクに回収可能に構成された還元剤供給装置において、減圧処理の開始後、当該減圧処理を停止した後の圧力センサのセンサ値の推移までを考慮して還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、還元剤噴射弁の閉塞の有無の判定精度が高められた還元剤噴射弁の異常検出装置及び還元剤供給装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、タンク内に収容された液体還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給通路と、前記供給通路内の圧力を検出するための圧力検出手段と、を備えるとともに、前記供給通路内を減圧処理することにより前記還元剤噴射弁の噴孔を介して気体を前記供給通路内に吸引しながら前記液体還元剤を前記タンクに回収可能に構成された還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の閉塞を検出する還元剤噴射弁の異常検出装置において、前記減圧処理の開始後、前記減圧処理を停止し、さらに所定時間が経過するまでの期間に前記圧力検出手段によって検出される圧力値を用いて前記還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定する判定部を備え、前記減圧処理の開始から前記減圧処理の停止までを第１の期間とし、前記減圧処理の停止から前記所定時間が経過するまでを第２の期間とし、前記判定部は、前記第１の期間及び前記第２の期間においてそれぞれ所定の条件を満たしているときに、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定し、前記第２の期間においては、前記減圧処理を停止し前記還元剤噴射弁に開弁指示を出した状態で待機した後に前記供給通路を大気開放する制御が行われ、前記判定部は、前記第１の期間において前記供給通路内の圧力が所定の閾値以下であり、かつ、前記第２の期間において前記供給通路が前記大気開放された後に前記供給通路内の圧力が大気圧に復帰した場合に、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定することを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

すなわち、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置は、供給通路を減圧処理した後、大気圧に復帰するまでの期間における、圧力検出手段によって検出される供給通路内の圧力値を用いて還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することとしているために、圧力検出手段の異常と区別して、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。また、このように還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することにより、減圧処理時の供給通路内の圧力値、及び、大気圧に復帰するときの供給通路内の圧力値に基づいて、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。また、このように還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することにより、圧力検出手段自体に異常がないかの区別が容易になり、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置を構成するにあたり、前記判定部は、前記第１の期間において前記供給通路内の圧力が所定の閾値以下であり、かつ、前記第２の期間において前記還元剤噴射弁に開弁指示が出されているにもかかわらず前記供給通路内の圧力が早期に大気圧に復帰しない場合に、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定することが好ましい。
このように還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することにより、第１の期間において多大な負圧が発生し、第２の期間において大気圧への復帰の遅れが発生していることに基づいて、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。

また、本発明の別の態様は、タンク内に収容された液体還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給通路と、前記供給通路内の圧力を検出するための圧力検出手段と、を備えるとともに、前記供給通路内を減圧処理することにより前記還元剤噴射弁の噴孔を介して気体を前記供給通路内に吸引しながら前記液体還元剤を前記タンクに回収可能に構成された還元剤供給装置において、前記減圧処理の開始後、前記減圧処理を停止し、さらに所定時間が経過するまでの期間に前記圧力検出手段によって検出される圧力値を用いて前記還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定する判定部を備え、前記減圧処理の開始から前記減圧処理の停止までを第１の期間とし、前記減圧処理の停止から前記所定時間が経過するまでを第２の期間とし、前記判定部は、前記第１の期間及び前記第２の期間においてそれぞれ所定の条件を満たしているときに、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定し、前記第２の期間においては、前記減圧処理を停止し前記還元剤噴射弁に開弁指示を出した状態で待機した後に前記供給通路を大気開放する制御が行われ、前記判定部は、前記第１の期間において前記供給通路内の圧力が所定の閾値以下であり、かつ、前記第２の期間において前記供給通路が前記大気開放された後に前記供給通路内の圧力が大気圧に復帰した場合に、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定することを特徴とする還元剤供給装置である。

すなわち、本発明の還元剤供給装置は、供給通路を減圧処理した後、大気圧に復帰するまでの期間における、圧力検出手段によって検出される供給通路内の圧力値を用いて還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定する判定部を備えることとしているために、圧力センサの異常と区別して、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。また、このように還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することにより、減圧処理時の供給通路内の圧力値、及び、大気圧に復帰するときの供給通路内の圧力値に基づいて、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。また、このように還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定することにより、圧力検出手段自体に異常がないかの区別が容易になり、還元剤噴射弁の閉塞を精度よく検出することができる。

本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常検出装置及び還元剤供給装置が備えられた排気浄化装置の構成例を示す全体図である。本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常検出装置としての電子制御装置の構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常検出装置によって実行される還元剤噴射弁の異常検出方法を説明するためのタイムチャート図である。本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常検出装置によって実行される還元剤噴射弁の異常検出方法を説明するためのフローチャート図である。還元剤噴射弁の閉塞の有無の具体的判定方法の例を説明するためのフローチャート図である。

以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤噴射弁の異常検出装置及び還元剤供給装置に関する実施の形態について具体的に説明する。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては、特に説明がない限り同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．排気浄化装置の全体構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る還元剤噴射弁の異常検出装置（電子制御装置：ＥＣＵ）４０及び還元剤供給装置２０が備えられた排気浄化装置１０の全体構成の一例を説明するために示す図である。
排気浄化装置１０は、排気中のＮＯ_Xを浄化するための装置であり、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路１１に設けられている。排気浄化装置１０は、排気通路１１の途中に介装された還元触媒１３と、還元触媒１３よりも上流側の排気通路１１内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置２０とを備えている。

還元触媒１３は、排気中のＮＯ_Xの分解を促進する機能を有する触媒であり、液体還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、触媒に流れ込む排気中のＮＯ_Xを還元成分によって選択的に還元する触媒である。本実施の形態の還元剤供給装置２０は、液体還元剤として尿素水溶液が用いられるものであり、尿素水溶液が分解することにより還元成分としてのアンモニアが生成されるようになっている。

２．還元剤供給装置
（１）基本的構成
図１において、還元剤供給装置２０は、液体還元剤が収容されるタンク２１と、液体還元剤を圧送するポンプユニット３０と、液体還元剤を排気通路１１内に噴射する還元剤噴射部として還元剤噴射弁２５とを備えている。ポンプユニット３０は、ポンプ２３及び流路切換弁３３を備えている。還元剤噴射弁２５及びポンプ２３、流路切換弁３３は、ＥＣＵ４０によって駆動制御が行われるものとなっている。

ポンプ２３とタンク２１とは第１の供給通路２７によって接続され、ポンプ２３と還元剤噴射弁２５とは第２の供給通路２８によって接続されている。このうち、第２の供給通路２８には、第２の供給通路２８内の圧力、すなわち、還元剤噴射弁２５に圧送される液体還元剤の圧力を検出するための圧力検出手段として、圧力センサ３１が設けられている。ポンプ２３と、第１の供給通路２７及び第２の供給通路２８とは、流路切換弁３３を介して接続されている。第１の供給通路２７のタンク２１側の端部は、液体還元剤の吸い上げを可能にするために、タンク２１の底面近傍に位置している。

流路切換弁３３は、ポンプ２３によって圧送される液体還元剤が流れる方向を、タンク２１側から還元剤噴射弁２５側に流れる正方向と、還元剤噴射弁２５側からタンク２１側に流れる逆方向とに切換える機能を有している。本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０において、流路切換弁３３は、非通電状態で第１の供給通路２７をポンプ２３の入り口側２３ａに連通するとともに第２の供給通路２８をポンプ２３の出口側２３ｂに連通する一方、通電状態で第１の供給通路２７をポンプ２３の出口側２３ｂに連通するとともに第２の供給通路２８をポンプ２３の入り口側２３ａに連通するように構成されている。

すなわち、内燃機関の運転状態においては、液体還元剤を還元剤噴射弁２５側に供給するために、流路切換弁３３への通電は行われない。一方、内燃機関の停止時においては、還元剤供給装置２０内の液体還元剤をタンク２１に回収するために、流路切換弁３３に対して通電される。

なお、内燃機関の停止時に、液体還元剤をタンク２１に回収可能とする構成は、流路切換弁３３を設ける例に限られない。例えば、逆回転可能なポンプ２３を用いることによって液体還元剤を回収可能に構成することができる。

また、第２の供給通路２８の途中には、他端がタンク２１に接続されたリターン通路２９が分岐して設けられている。リターン通路２９のタンク２１側の端部は、タンク２１内の気相部分に接続されている。
なお、タンク２１にはエアブリザード等が設けられており、内部の圧力が大気圧で保たれるように構成されている。

リターン通路２９の途中には、流路面積が小さくされた絞り部３７が設けられ、第２の供給通路２８内の圧力を高められようになっている。また、絞り部３７よりも第２の供給通路２８側のリターン通路２９には、液体還元剤がタンク２１側から第２の供給通路２８側に流れないようにするための一方向弁３５が設けられている。

なお、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０においてはポンプユニット３０内に圧力センサ３１が設けられているが、第２の供給通路２８のどの位置に設けられていても構わない。

ポンプ２３は、ＥＣＵ４０による通電制御によって、所定の流量の液体還元剤を圧送する。本実施の形態において、ポンプ２３は電磁式ポンプが用いられており、駆動デューティ比が大きいほどポンプ２３の出力（吐出量）が大きくなるものとなっている。

液体還元剤の噴射制御時においては、圧力センサ３１によって検出される第２の供給通路２８内の圧力値（以下、この値を「検出圧力」と称する。）Ｐｕが、あらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるように、ポンプ２３の出力がフィードバック制御される。具体的に、第２の供給通路２８に圧送される液体還元剤を、リターン通路２９を介してタンク２１に循環させながら、ＥＣＵ４０は、第２の供給通路２８に設けられた圧力センサ３１によって検出される検出圧力Ｐｕと、あらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとの差分ΔＰｕに基づいてポンプ２３の出力をＰＩＤ制御する。また、液体還元剤をタンク２１に回収する場合においては、ＥＣＵ４０は、例えば、あらかじめ定められた出力でポンプ２３を制御する。

還元剤噴射弁２５は、通電制御によって開閉制御が行われ、所定量の液体還元剤を排気通路１１内に噴射する。本実施の形態において、還元剤噴射弁２５は、非通電状態で閉弁、通電状態で開弁する、電磁式のオンオフ弁が用いられている。ＥＣＵ４０は、所定の演算式に基づいて目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔを求めるとともに、第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていることを前提として、あらかじめ定められた噴射サイクルごとに、目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔに応じた駆動デューティ比を決定して、還元剤噴射弁２５の通電制御を行う。還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比とは、一噴射サイクル中の開弁時間の割合を意味する。

２．電子制御装置（異常検出装置）
図２は、本実施形態のＥＣＵ４０のうちの還元剤供給装置２０の制御、及び、還元剤噴射弁２５の異常検出に関連する部分について機能的なブロックで表した構成例を示している。ＥＣＵ４０は、還元剤供給装置２０の制御装置としての機能だけでなく、本発明にかかる還元剤噴射弁２５の異常検出装置としての機能を有している。

このＥＣＵ４０は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、還元剤回収指示部４１と、流路切換弁制御部４３と、ポンプ駆動制御部４５と、還元剤噴射弁駆動制御部４７と、判定部４９とにより構成されている。具体的に、これらの各部はマイクロコンピュータによるプラグラムの実行によって実現されるものとなっている。

この他、ＥＣＵ４０には、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子や、ポンプ２３、流路切換弁３３、還元剤噴射弁２５への通電を行うための図示しない駆動回路等が備えられている。また、ＥＣＵ４０には、圧力センサ３１のセンサ値をはじめとして、還元剤供給装置２０や内燃機関、排気通路１１等に設けられた種々のセンサのセンサ値が入力され、検出圧力Ｐｕ等の値が記憶素子に記憶されるようになっている。

還元剤回収指示部４１は、例えば、内燃機関のキースイッチがオフになったことをきっかけとして、減圧処理の実行信号Ｓｐを生成する。また、流路切換弁制御部４３は、常時、流路切換弁３３を非通電状態として、液体還元剤が正方向に流れるように維持する一方、減圧処理の実行信号Ｓｐが生成されている期間においては、流路切換弁３３を通電状態として、液体還元剤が逆方向に流れるように維持する。

ポンプ駆動制御部４５は、内燃機関の運転時において、圧力センサ３１によって検出される検出圧力に基づいて、第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるようにポンプ２３の出力のフィードバック制御を行う。また、ポンプ駆動制御部４５は、内燃機関が停止し、減圧処理の実行信号Ｓｐが生成されたときには、あらかじめ定められた所定の出力で、所定時間、ポンプ４１を駆動させるよう、ポンプの駆動回路に指示を送る。

還元剤噴射弁駆動制御部４７は、内燃機関の運転時において、排気温度Ｔｇａｓ、還元触媒１３の温度Ｔｃａｔ、還元触媒１３の下流側におけるＮＯ_X濃度Ｎｎｏｘ、さらには内燃機関の回転数Ｎｅに関する情報等に基づいて液体還元剤の目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔを算出し、還元剤噴射弁の駆動回路に対して目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔに応じた制御信号を出力する。また、還元剤噴射弁駆動制御部４７は、内燃機関が停止し、減圧処理の実行信号Ｓｐを受け取ると、還元剤噴射弁２５を開弁状態で保持するための制御信号を還元剤噴射弁の駆動回路に対して出力する。本実施の形態において、還元剤噴射弁駆動制御部４７は、流路切換弁３３が通電状態とされ、ポンプ２３の出力が所定の出力とされた後、少し遅れて、還元剤噴射弁２５を開弁状態にする。

判定部４９は、減圧処理の実行信号Ｓｐが生成された後、圧力センサ３１によって検出される第２の供給通路５８内の検出圧力Ｐｕを用いて、還元剤噴射弁２５の閉塞の有無を判定する。具体的に、本実施の形態において、判定部４９は、減圧処理が開始されてから、減圧処理が停止され、さらに所定時間が経過するまでの期間における検出圧力Ｐｕに基づいて、還元剤噴射弁２５の閉塞の有無を判定するものとして構成されている。

３．還元剤噴射弁の異常検出
（１）異常検出方法の概要
以下、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０において、ＥＣＵ４０によって実行される還元剤噴射弁２５の異常検出方法の概要について説明する。
図３は、還元剤噴射弁２５の異常検出方法を説明するために示すタイムチャート図であり、内燃機関のキースイッチのオンオフ状態、ポンプ２３の出力（駆動デューティ比）、流路切換弁３３の通電のオンオフ状態、還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比、圧力センサ３１により検出される検出圧力Ｐｕが、それぞれ時間の経過に沿って示されている。

ｔ１の時点で内燃機関のキースイッチがオフになると、ポンプ２３の出力が一旦ゼロにされる。次いで、ｔ２の時点では、流路切換弁３３が通電状態とされて液体還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられるとともに、ポンプ２３の出力があらかじめ定められた規定値に固定される。このｔ２の時点から、第２の供給通路２８の減圧処理が開始される。次いで、ｔ２の時点からＴ１の時間が経過したｔ３の時点では、還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比が１００％とされて還元剤噴射弁２５に開弁指示が出される。これにより、還元剤噴射弁２５を介して、排気通路１１内の残留ガス（空気）が第２の供給通路２８内に吸引可能な状態となり、第２の供給通路２８内が空気に置換されながら、液体還元剤がタンク２１に回収されることとなる。

その後、ｔ３の時点からＴ２の時間が経過したｔ４の時点では、ポンプ２３の駆動が停止されてポンプ２３の出力がゼロとなり、減圧処理が終了する。これ以降、ｔ４の時点からＴ３の時間が経過するｔ５の時点まで、流路切換弁３３及び還元剤噴射弁２５は、引き続き通電状態で保持される。このｔ４からｔ５までの期間は、圧力補償期間であって、第２の供給通路２８内を大気圧状態に復帰させるための期間となっている。そして、ｔ５の時点では流路切換弁３３への通電が停止され、さらに少し遅れて還元剤噴射弁２５への通電が停止される。還元剤噴射弁２５の閉弁を遅らせているのは、流路切換弁３３を元の状態に復帰させた反動によって圧力が急激に上昇することを防ぐためである。その後、ｔ５の時点からＴ４の時間が経過したｔ６の時点で、還元剤噴射弁２５の閉塞の有無の判定が行われる。

このように、第２の供給通路２８が減圧処理され、液体還元剤の回収制御が行われる際に、還元剤噴射弁２５が閉塞していなければ、ｔ２からｔ４までの期間（以下、この期間を「減圧処理期間（第１の期間）」と称する。）において、第２の供給通路２８内に空気が吸引されるために、第２の供給通路２８内の圧力が著しく低下することはない（図３中に実線で示す圧力を参照）。一方、還元剤噴射弁２５が閉塞している場合には、減圧処理期間（第１の期間）において、第２の供給通路２８内に空気が吸引されないために、第２の供給通路２８内に多大な負圧が発生する（図３中に一点鎖線で示す圧力を参照）。つまり、還元剤噴射弁２５に開弁指示が出されたｔ３の時点から、ポンプ２３の駆動が停止されるｔ４の時点までの期間において、還元剤噴射弁２５の閉塞の有無によって、第２の供給通路２８内の圧力に差が生じることとなる。

さらに、減圧処理が停止されたｔ４の時点以降の期間（以下、この期間を「第２の期間」と称する。）において、還元剤噴射弁２５が閉塞していなければ、減圧処理の停止時以降も、第２の供給通路２８内の負圧の影響によって還元剤噴射弁２５の噴孔を介して第２の供給通路２８に空気が導入されるため、第２の供給通路２８内の圧力は速やかに大気圧に復帰する（図３中に実線で示す圧力を参照）。一方、還元剤噴射弁２５が閉塞している場合には、減圧処理を停止した後においても第２の供給通路２８内の負圧が維持され、流路切換弁３３への通電が停止されたｔ５の時点以降に、タンク２１側からの大気圧の導入によって第２の供給通路２８内の圧力が大気圧に復帰する（図３中に一点鎖線で示す圧力を参照）。以下、第２の期間のうち、ポンプ２３の駆動が停止されるｔ４の時点から流路切換弁３３への通電を停止したｔ５の時点までの期間を「圧力復帰期間」と称し、流路切換弁３３への通電を停止したｔ５の時点以降の期間を「リセット期間」と称する。

還元剤噴射弁２５の閉塞の有無によって上記のとおり第２の供給通路２８内の圧力の変化に違いが現れることから、本実施の形態の還元剤噴射弁２５の異常検出装置４０は、上記の第１の期間（減圧処理期間）及び第２の期間（圧力復帰期間及びリセット期間）における第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕの変化に基づいて還元剤噴射弁２５の閉塞の有無を判定しようとするものとなっている。このような判定を行うことによって、単に圧力センサ３１の異常、特に、センサ値の張りつきが生じている場合と区別して、還元剤噴射弁２５の閉塞の有無を精度よく判定することができる。

（２）フローチャート
次に、本実施の形態にかかるＥＣＵ４０によって実行される還元剤噴射弁２５の異常検出方法の具体例について、図４及び図５のフローチャート図に基づいて説明する。以下のフローチャートに示される還元剤噴射弁２５の異常検出方法は、内燃機関のキースイッチがオフにされた場合において、毎回、あるいは所定回数ごとに実行されるものとなっている。

まず、ＥＣＵ４０は、図４のステップＳ１において、内燃機関のキースイッチがオフになったことを検知すると、ステップＳ２において、液体還元剤の回収制御の開始の指示を生成する。液体還元剤の回収制御が開始されると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３において、流路切換弁３３を通電状態とし、ポンプ２３によって圧送する液体還元剤の流れを、還元剤噴射弁２５側からタンク２１側に切り換える。

次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ４において、ポンプ２３の出力（駆動デューティ比）をあらかじめ定めた値に固定し、第２の供給通路２８の減圧処理を開始する。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ５において、減圧処理の開始からの待機時間Ａが、あらかじめ定めた閾値Ｔ１に到達するまでその状態を維持し、待機時間Ａが閾値Ｔ１に到達したときにステップＳ６に進み、還元剤噴射弁２５を開弁状態で維持する。

ここで、減圧処理を開始してから還元剤噴射弁２５を開弁するまでに時間差を設けているのは、第２の供給通路２８内が正の圧力の状態で還元剤噴射弁２５を開弁すると、排気通路１１内に液体還元剤が漏れてしまうおそれがあるからである。待機時間Ａの閾値Ｔ１は、使用する第２の供給通路２８の配管径や長さ、ポンプ２３の出力等を考慮して、第２の供給通路２８内が負圧状態となる最適な時間をあらかじめ求めて設定することができる。

還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していなければ、還元剤噴射弁２５を開弁した後は、排気通路１１内の空気（残留ガス）が還元剤噴射弁２５の噴孔を介して第２の供給通路２８内に導入可能な状態となるために、第２の供給通路２８内が比較的小さな負圧状態を維持しつつ、第２の供給通路２８内の液体還元剤が効率的にタンク２１内に回収される。一方、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生している場合には、還元剤噴射弁２５に開弁の指示を出しても実際には閉弁状態となるために、第２の供給通路２８内に大きな負圧が発生する。

次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ７において、減圧処理を実行している時間Ｂがあらかじめ定めた閾値Ｔ２に到達したか否かを判定する。図３に示すタイムチャート図においては、ポンプ２３の出力を固定した時点を起算として減圧時間Ｂを計測しているが、減圧時間Ｂは、例えば、ステップＳ６において還元剤噴射弁２５を開弁した時点を起算としてもよい。減圧時間Ｂの閾値Ｔ２は、使用する第１の供給通路２７及び第２の供給通路２８の配管径や長さ、ポンプ２３の出力等を考慮して、還元剤供給装置２０内に残留する液体還元剤をタンク２１に回収できる最適な時間をあらかじめ求めて設定することができる。

ステップＳ７で減圧時間Ｂが閾値Ｔ２に到達すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ８において、ポンプ２３の駆動を停止して、減圧処理期間を終了する。その後、ＥＣＵ４０は、ステップＳ９において、ポンプ２３を停止してからの待機時間Ｃが所定の閾値Ｔ３に到達するまで待機する。待機時間Ｃが閾値Ｔ３に到達するまでの期間は、第２の供給通路２８内の圧力を大気圧に復帰させるための圧力復帰期間であり、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していない場合には、還元剤噴射弁２５の噴孔を介して排気管１１内の空気が第２の供給通路２８内に導入され、第２の供給通路２８内は大気圧となる。一方、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生している場合には、ポンプ２３の駆動を停止した場合であっても、第２の供給通路２８内は負圧状態で保たれることとなる。

このとき、圧力センサ３１が故障して、検出圧力Ｐｕが一定の値に張りついている場合には、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生しておらず、第２の供給通路２８内の圧力が実際に大気圧に復帰した場合であっても、検出圧力Ｐｕに変化が見られないこととなる。

その後、ステップＳ９で待機時間Ｃが閾値Ｔ３に到達すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０において、流路切換弁３３への通電を停止し、ポンプ２３によって圧送する液体還元剤の流れ方向を、タンク２１側から還元剤噴射弁２５側に切り換え、さらに、ステップＳ１１において、還元剤噴射弁２５への通電を停止する。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１２において、待機時間Ｄが所定の閾値Ｔ４に到達するまで待機する。待機時間Ｄが閾値Ｔ４に到達するまでの期間はリセット期間であり、タンク２１側から第１の供給通路２７及びポンプ２１を介して第２の供給通路２８に大気圧が導入可能となるため、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生している場合には、この期間に、第２の供給通路２８内が大気圧に復帰する。

このときにおいても、圧力センサ３１が故障して、検出圧力Ｐｕが一定の値に張りついている場合には、第２の供給通路２８内の圧力が実際に大気圧に復帰した場合であっても、検出圧力Ｐｕに変化が見られないこととなる。

その後、ステップＳ１２で待機時間Ｄが閾値Ｔ４に到達すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１３に進み、閉塞判定を実行する。本実施の形態において閉塞判定を実施するための具体的なフローチャートを図５に示す。この閉塞判定は、図４のステップＳ１〜ステップＳ１１までの期間において記憶素子に記録された検出圧力Ｐｕを参照して行われるものである。

図５に示す閉塞判定の例では、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２１において、減圧処理期間（第１の期間）における第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕが所定の閾値Ｔｈｒｅ＿ｐｕ１未満であるか否かを判定する。閾値Ｔｈｒｅ＿ｐｕ１の値は、減圧処理時において還元剤噴射弁２５が閉塞している場合としていない場合それぞれにおける検出圧力Ｐｕをあらかじめ実験等により求め、閉塞の許容範囲を考慮して、閉塞の有無の切り分けができる最適な値に適宜設定することができる（図３を参照。）。また、閾値Ｔｈｒｅ＿ｐｕ１と比較する検出圧力Ｐｕは、例えば、所定時間、圧力変動が小さい状態で検出圧力Ｐｕが安定している状態の値を用いることが好ましい。

ステップＳ２１においてＹｅｓと判定された場合に、次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２２において、圧力復帰期間における第２の供給通路２８内の圧力の最大値Ｐｕ２と最小値Ｐｕ１（＝減圧処理期間の検出圧力）との差、すなわち、圧力変動幅ΔＰｕ１（図３を参照。）が、所定の閾値Ｔｈｒｅ２＿ｄｐｕ未満であるか否かを判定する。還元剤噴射弁２５の閉塞が発生している場合には、圧力復帰期間での圧力変動幅ΔＰｕ１は極くわずかのはずであり、閾値Ｔｈｒｅ２＿ｄｐｕの値は、還元剤噴射弁２５が閉塞していない場合において、第２の供給通路２８内が大気圧に復帰する際の変動幅をあらかじめ実験等により求め、その変動幅よりもやや大きい値に適宜設定することができる。

ステップＳ２２においてＹｅｓと判定された場合に、さらに、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２３において、リセット期間における第２の供給通路２８内の圧力の最大値Ｐｕ３と最小値Ｐｕ２（＝減圧処理期間の最大値）との差、すなわち、圧力変動幅ΔＰｕ２（図３を参照。）が、所定の閾値Ｔｈｒｅ３＿ｄｐｕを超えているか否かを判定する。還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していない場合には、第２の供給通路２８内はすでに大気圧となっているために、このリセット期間での圧力変動幅ΔＰｕ２はゼロに近い値のはずである。一方、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生している場合には、このリセット期間において、第２の供給通路２８内の負圧状態が解消されて大気圧に復帰するはずである。したがって、閾値Ｔｈｒｅ３＿ｄｐｕの値は、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生している場合の圧力変動幅をあらかじめ実験等により求め、その変動幅を考慮して最適な値に適宜設定することができる。

以上のステップＳ２１〜ステップＳ２３において、すべてＹｅｓと判定された場合には、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していると推定されることから、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２４に進み、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していると判定して、フラグを立てる等の処理を行う。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２５において、警報ランプを点灯させたり、液体還元剤の噴射を抑制させたりするよう、エラー処理を行い、閉塞判定を終了する。具体的には、次回の内燃機関の始動時において、液体還元剤の結晶化が解消されるまで液体還元剤の噴射を抑制するように、運転者に対して知らせたり、内燃機関の運転状態を抑制したりすることとなる。

一方、ステップＳ２１〜ステップＳ２３のいずれかのステップにおいて、Ｎｏと判定された場合には、還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していると判断するには十分な状況でないために、そのまま閉塞判定を終了する。還元剤噴射弁２５の閉塞が発生していない場合にいずれかのステップでＮｏ判定されるのはもちろんのこと、圧力センサ３１のセンサ値が張りついている場合には、ステップＳ２２又はステップＳ２３のいずれかでＮｏ判定されることとなる。
閉塞判定が終了した後は、図４のフローチャートに示すように、還元剤噴射弁の異常検出方法を終了して、ＥＣＵ４０の電源もオフの状態となる。

４．本実施の形態の還元剤噴射弁の異常検出装置によって得られる効果
以上説明したように、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常検出装置４０及び還元剤供給装置２０によれば、内燃機関の停止時において、減圧処理の開始後、減圧処理を停止し、さらに所定時間が経過するまでの期間における第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕを用いて還元剤噴射弁２５の閉塞の有無を判定することとしているために、第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕが大気圧に復帰する状態も監視対象とされる。したがって、圧力センサ３１の異常と区別して、還元剤噴射弁２５の閉塞を精度よく検出することができる。

また、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常検出装置４０においては、第１の期間（減圧処理期間）、及び、第２の期間（圧力復帰期間及びリセット期間）においてそれぞれ所定の条件を満たしているときに還元剤噴射弁２５が閉塞していると判定することとしているために、減圧処理時の検出圧力Ｐｕ１、及び、大気圧に復帰するときの圧力変動幅ΔＰｕ１，ΔＰｕ２に基づいて、還元剤噴射弁２５の閉塞を精度よく検出することができる。

また、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常検出装置４０においては、第１の期間（減圧処理期間）での第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕ１が第１の閾値Ｔｈｒｅ＿ｐｕ１未満であり、かつ、圧力復帰期間に検出圧力Ｐｕが大気圧に復帰しないことが圧力変動幅ΔＰｕ１に基づいて把握できた場合に、還元剤噴射弁２５が閉塞していると判定することとしている。したがって、還元剤噴射弁２５の閉塞を精度よく検出することができる。

また、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常検出装置４０においては、第１の期間（減圧処理期間）での第２の供給通路２８内の検出圧力Ｐｕ１が第１の閾値Ｔｈｒｅ＿ｐｕ１未満であり、かつ、圧力復帰期間に検出圧力Ｐｕが大気圧に復帰しないことが圧力変動幅ΔＰｕ１に基づいて把握できたことと併せて、さらに、リセット期間に検出圧力Ｐｕが大気圧に復帰したことが圧力変動幅ΔＰｕ２に基づいて把握できた場合に、還元剤噴射弁２５が閉塞していると判定することとしている。したがって、圧力センサ３１のセンサ値が張りついている異常と区別して、還元剤噴射弁２５の閉塞を精度よく検出することができる。

なお、これまでに説明した実施の形態にかかる還元剤噴射弁の異常検出装置４０及び還元剤供給装置２０は、本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。

１０：排気浄化装置、１１：排気通路、１３：還元触媒、２０：還元剤供給装置、２１：タンク、２３：ポンプ、２３ａ：入口側、２３ｂ：出口側、２５：還元剤噴射弁、２７：第１の供給通路、２８：第２の供給通路、２９：リターン通路、３０：ポンプユニット、３１：圧力センサ、３３：流路切換弁、３５：一方向弁、３７：絞り部、４０：ＥＣＵ（還元剤噴射弁の異常検出装置）、４１：還元剤回収指示部、４３：流路切換弁制御部、４５：ポンプ駆動制御部、４７：還元剤噴射弁駆動制御部、４９：判定部

Claims

タンク内に収容された液体還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給通路と、前記供給通路内の圧力を検出するための圧力検出手段と、を備えるとともに、前記供給通路内を減圧処理することにより前記還元剤噴射弁の噴孔を介して気体を前記供給通路内に吸引しながら前記液体還元剤を前記タンクに回収可能に構成された還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の閉塞を検出する還元剤噴射弁の異常検出装置において、
前記減圧処理の開始後、前記減圧処理を停止し、さらに所定時間が経過するまでの期間に前記圧力検出手段によって検出される圧力値を用いて前記還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定する判定部を備え、
前記減圧処理の開始から前記減圧処理の停止までを第１の期間とし、前記減圧処理の停止から前記所定時間が経過するまでを第２の期間とし、
前記判定部は、前記第１の期間及び前記第２の期間においてそれぞれ所定の条件を満たしているときに、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定し、
前記第２の期間においては、前記減圧処理を停止し前記還元剤噴射弁に開弁指示を出した状態で待機した後に前記供給通路を大気開放する制御が行われ、
前記判定部は、前記第１の期間において前記供給通路内の圧力が所定の閾値以下であり、かつ、前記第２の期間において前記供給通路が前記大気開放された後に前記供給通路内の圧力が大気圧に復帰した場合に、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定することを特徴とする還元剤噴射弁の異常検出装置。
前記判定部は、前記第１の期間において前記供給通路内の圧力が所定の閾値以下であり、かつ、前記第２の期間において前記還元剤噴射弁に開弁指示が出されているにもかかわらず前記供給通路内の圧力が早期に大気圧に復帰しない場合に、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定することを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の異常検出装置。
タンク内に収容された液体還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁を接続する供給通路と、前記供給通路内の圧力を検出するための圧力検出手段と、を備えるとともに、前記供給通路内を減圧処理することにより前記還元剤噴射弁の噴孔を介して気体を前記供給通路内に吸引しながら前記液体還元剤を前記タンクに回収可能に構成された還元剤供給装置において、
前記減圧処理の開始後、前記減圧処理を停止し、さらに所定時間が経過するまでの期間に前記圧力検出手段によって検出される圧力値を用いて前記還元剤噴射弁の閉塞の有無を判定する判定部を備え、
前記減圧処理の開始から前記減圧処理の停止までを第１の期間とし、前記減圧処理の停止から前記所定時間が経過するまでを第２の期間とし、
前記判定部は、前記第１の期間及び前記第２の期間においてそれぞれ所定の条件を満たしているときに、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定し、
前記第２の期間においては、前記減圧処理を停止し前記還元剤噴射弁に開弁指示を出した状態で待機した後に前記供給通路を大気開放する制御が行われ、
前記判定部は、前記第１の期間において前記供給通路内の圧力が所定の閾値以下であり、かつ、前記第２の期間において前記供給通路が前記大気開放された後に前記供給通路内の圧力が大気圧に復帰した場合に、前記還元剤噴射弁が閉塞していると判定することを特徴とする還元剤供給装置。