JP6645220B2

JP6645220B2 - 尿素水添加装置

Info

Publication number: JP6645220B2
Application number: JP2016017984A
Authority: JP
Inventors: 淳西山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: DE102017201322A1; JP2017137793A; DE102017201322B4

Description

本発明は、尿素水添加装置に関する。

従来、内燃機関の排気を浄化する後処理として尿素を用いる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。尿素ＳＣＲシステムでは、排気に尿素を添加することにより、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。この尿素ＳＣＲシステムに用いられる尿素は、尿素水として供給される。そのため、各部の劣化や固着などによって、過剰な尿素水が排気に添加されるおそれがある。このように過剰に添加された尿素水は、尿素ＳＣＲシステムを構成する還元触媒を通過したり、還元触媒の温度が低いときには無用な成分を生じるおそれがある。そこで、特許文献１では、尿素水を供給する尿素水ポンプのフィードバック制御量に着目して尿素水の漏れの有無を判断している。

しかしながら、特許文献１の場合、尿素水を供給する尿素水ポンプ、および尿素水ポンプで供給される尿素水の圧力を検出する圧力センサなどの個体差や経時的な性能の変化によって、尿素水の漏れの高精度な判定は困難であるという問題がある。

特開２０１３−２４９８０１号公報

そこで、本発明の目的は、個体差や経時的な性能の変化に影響されることなく、尿素水の漏れを高い精度で判定する尿素水添加装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、尿素水を用いて排気に含まれるＮＯｘを還元する還元触媒の入口側および出口側に、それぞれ入口側センサおよび出口側センサを備えている。入口側センサは、排気の流れ方向において還元触媒の入口側で排気に含まれるＮＯｘを検出する。そして、出口側センサは、排気の流れ方向において還元触媒の出口側で排気に含まれるＮＯｘを検出する。判定手段は、この入口側センサの出力値と出口側センサの出力値とを用いて、尿素水の漏れの有無を判定する。例えば尿素水の漏れが生じているとき、尿素水の噴射する時期でないときでも還元触媒の入口側と出口側では検出されるＮＯｘに差が生じる。判定手段は、このように入口側と出口側で検出されるＮＯｘの差から尿素水の漏れの有無を判定する。この場合、判定手段は、還元触媒の温度を直接的または間接的に検出する温度センサで検出した還元触媒の温度が還元触媒の活性温度に到達するとともに、尿素水が流れる尿素水通路における尿素水の圧力を検出する圧力センサで検出した尿素水の圧力が予め設定した設定圧力より高いとき、排気通路への尿素水の漏れの有無を判定する。また、この場合、判定手段は、圧力センサで検出した尿素水の圧力が設定圧力に到達する前に取得した入口側センサの出力値と出口側センサの出力値との差を、基準値として設定し、圧力センサで検出した尿素水の圧力が設定圧力に到達した後に取得した入口側センサの出力値と出口側センサの出力値との差である出力値差、および基準値を用いて、排気通路への尿素水の漏れの有無を判定する。したがって、個体差や経時的な性能の変化に影響されることなく、尿素水の漏れを高い精度で判定することができる。

第１実施形態による尿素水添加装置の概略的な構成を示すブロック図第１実施形態による尿素水添加装置を適用した排気浄化システムを示す模式図第１実施形態の尿素水添加装置において、尿素水の漏れが無い場合の入口側センサおよび出口側センサの出力値の変化を示す概略図第１実施形態の尿素水添加装置において、尿素水の漏れがある場合の入口側センサおよび出口側センサの出力値の変化を示す概略図第１実施形態による尿素水添加装置における処理の流れを示す概略図第２実施形態による尿素水添加装置において、尿素水の漏れが無い場合の入口側センサおよび出口側センサの出力値の変化を示す概略図第２実施形態による尿素水添加装置における処理の流れを示す概略図

以下、複数の実施形態による尿素水添加装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
まず、尿素水添加装置を適用する内燃機関の排気浄化システムについて説明する。図２に示すように排気浄化システム１０は、例えば車両に搭載されている内燃機関１１から排出される排気に尿素水を添加し、排気に含まれるＮＯｘを還元するＳＣＲシステムを構成している。内燃機関１１の排気は、排気管部材１２が形成する排気通路１３を経由して大気へ放出される。内燃機関１１は、例えばディーゼルエンジンである。なお、排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンやガスタービンエンジンなどに適用してもよい。また、排気浄化システム１０は、車載の内燃機関１１に限らず、例えば発電ユニットなどの据置型の内燃機関に適用してもよい。

尿素水添加システム２０は、この排気浄化システム１０において排気に尿素水を添加する。尿素水添加システム２０は、尿素水タンク２１、尿素水ポンプ２２、尿素水通路部２３、還元触媒２４およびインジェクタ２５を備えている。尿素水タンク２１は、尿素水である尿素の水溶液を貯えている。尿素水ポンプ２２は、通電により尿素水タンク２１に貯えられている尿素水を尿素水通路部２３へ吐出する。尿素水通路部２３は、尿素水通路２６を形成している。還元触媒２４は、排気管部材１２が形成する排気通路１３に設けられている。インジェクタ２５は、尿素水通路２６を経由して尿素水タンク２１に接続している。尿素水ポンプ２２から吐出された尿素水は、尿素水通路２６を経由してインジェクタ２５へ供給される。インジェクタ２５は、排気管部材１２に設けられている。インジェクタ２５は、排気管部材１２を貫いて、先端が排気通路１３に露出している。インジェクタ２５へ供給された尿素水は、排気通路１３を流れる排気へ噴射される。内燃機関１１から排出された排気とインジェクタ２５から噴射された尿素水とは、排気通路１３において混合され、還元触媒２４へ流入する。排気に含まれるＮＯｘは、還元触媒２４において尿素水に含まれる尿素と化学反応することにより還元される。

尿素水添加システム２０は、入口側センサ３１、出口側センサ３２および制御ユニット３３も備えている。入口側センサ３１は、排気通路１３を流れる排気の流れ方向において還元触媒２４の入口側に設けられている。出口側センサ３２は、排気の流れ方向において還元触媒２４の出口側に設けられている。すなわち、入口側センサ３１は、排気通路１３において内燃機関１１と還元触媒２４との間に設けられている。また、出口側センサ３２は、排気通路１３において還元触媒２４と大気側の端部との間に設けられている。これら入口側センサ３１および出口側センサ３２は、排気に含まれるＮＯｘを検出する。すなわち、入口側センサ３１は、内燃機関１１から排出され還元触媒２４に流入する排気に含まれるＮＯｘを検出する。また、出口側センサ３２は、還元触媒２４を通過し、還元触媒２４から流出する排気に含まれるＮＯｘを検出する。この場合、入口側センサ３１および出口側センサ３２は、いずれもＮＯｘセンサであり、排気に含まれるＮＯｘの濃度を検出する。入口側センサ３１および出口側センサ３２は、検出したＮＯｘの濃度を電気信号として制御ユニット３３へ出力する。

制御ユニット３３は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成され、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムによって尿素水添加システム２０を制御する。この制御ユニット３３は、特許請求の範囲の尿素水添加装置に相当する。制御ユニット３３は、コンピュータプログラムを実行することにより、図１に示すように判定部３４をソフトウェア的に実現している。判定部３４は、ハードウェア的に実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。判定部３４は、入口側センサ３１の出力値と出口側センサ３２の出力値との差から、排気通路１３への尿素水の漏れの有無を判定する。

尿素水添加システム２０は、上記に加え、温度センサ３５、温度センサ３６および圧力センサ３７を備えている。温度センサ３５および温度センサ３６は、還元触媒２４の温度を直接的または間接的に検出する。第１実施形態の場合、温度センサ３５および温度センサ３６は、それぞれ排気通路１３に設けられている。具体的には、温度センサ３５は排気の流れ方向において還元触媒２４の入口側に設けられ、温度センサ３６は排気の流れ方向において還元触媒２４の出口側に設けられている。これにより、温度センサ３５および温度センサ３６は、いずれも内燃機関１１から排出され、排気通路１３を流れる排気の温度を検出する。温度センサ３５および温度センサ３６は、検出した排気の温度を電気信号として制御ユニット３３へ出力する。内燃機関１１から排出された排気の温度と還元触媒２４の温度との間には相関性がある。そこで、制御ユニット３３は、温度センサ３５および温度センサ３６で検出した排気の温度に基づいて、還元触媒２４の温度を間接的に検出する。なお、温度センサは、還元触媒２４に設けることにより、還元触媒２４の温度を直接的に検出する構成としてもよい。また、第１実施形態では、還元触媒２４の入口側および出口側のそれぞれに設けた温度センサで還元触媒２４の温度を間接的に検出する例について説明している。しかし、還元触媒２４の温度は、還元触媒２４の入口側または出口側のいずれか一方に設けた温度センサで間接的に検出する構成としてもよい。圧力センサ３７は、尿素水通路２６に設けられ、尿素水ポンプ２２から吐出された尿素水の圧力を検出する。圧力センサ３７は、検出した尿素水の圧力を電気信号として制御ユニット３３へ出力する。

第１実施形態の場合、判定部３４は、温度センサ３５および温度センサ３６で検出した還元触媒２４の温度Ｔｃがその活性温度Ｔａに到達しているか否かを判定する。また、判定部３４は、圧力センサ３７で検出した尿素水の圧力Ｐｕが予め設定した設定圧力Ｐａよりも高いか否かを判定する。そして、判定部３４は、還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達し、尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａよりも高いとき、インジェクタ２５から排気通路１３への尿素水の漏れの有無を判定する。具体的には、判定部３４は、入口側センサ３１の出力値と出口側センサ３２の出力値との差を算出する。すなわち、判定部３４は、入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉと、出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏとの差である濃度差Ｎ１を、Ｎ１＝Ｎｉ−Ｎｏとして算出する。そして、判定部３４は、この算出した濃度差Ｎ１が予め設定した設定値Ｎよりも大きいとき、排気通路１３へ尿素水が漏れていると判定する。

入口側センサ３１および出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度は、図３に示すように内燃機関１１が始動すると時間とともに変化する。すなわち、内燃機関１１は、ｔ１において始動し、ｔ２までアイドル状態が継続しているとする。このように内燃機関１１がｔ１における始動からｔ２までのアイドル状態にあるとき、排気の温度が低く、還元触媒２４の温度Ｔｃは活性温度Ｔａに到達しない。そのため、排気に含まれるＮＯｘは還元触媒２４でほとんど還元されない。その結果、入口側センサ３１および出口側センサ３２が検出するＮＯｘ濃度は、低い値でほぼ等しくなる。

内燃機関１１がｔ２においてアイドル状態から通常の運転状態へ移行すると、排気の温度は上昇し、これとともに還元触媒２４の温度Ｔｃも上昇する。また、尿素水ポンプ２２は、内燃機関１１がアイドル状態から通常の運転状態へ移行すると、尿素水の供給を開始する。還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達すると、還元触媒２４は活性を生じる。ｔ３は、還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達した時期を示す。このｔ３において、尿素水ポンプ２２は尿素水タンク２１からインジェクタ２５へ尿素水を供給しているものの、インジェクタ２５は尿素水を噴射していない。そのため、インジェクタ２５から排気通路１３へ尿素水の漏れが生じていない場合、排気に含まれるＮＯｘは還元触媒２４で還元されない。すなわち、尿素水の漏れが生じていない場合、還元触媒２４が活性温度Ｔａに到達しても、還元触媒２４の入口側および出口側におけるＮＯｘの濃度に変化は生じない。そのため、尿素水の漏れが生じていない場合、ｔ３において還元触媒２４の温度が活性温度Ｔａを超えても、ＮＯｘの濃度差Ｎ１は設定値Ｎ以下となる。そして、ｔ４においてインジェクタ２５から尿素水が噴射されると、排気に含まれるＮＯｘは還元触媒２４で還元される。そのため、入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏとの濃度差Ｎ１は、拡大し、設定値Ｎよりも大きくなる。

一方、尿素水の漏れが生じている場合、図４に示すようにｔ４においてインジェクタ２５から尿素水を噴射する前であっても、排気通路１３を流れる排気には尿素水が添加されてしまう。そのため、尿素水の漏れが生じている場合、還元触媒２４の温度Ｔｃの上昇とともにＮＯｘが還元される。その結果、ｔ３において還元触媒２４の温度が活性温度Ｔａに到達したとき、インジェクタ２５から尿素水が噴射されていなくても、排気に含まれるＮＯｘは還元触媒２４において還元される。すなわち、尿素水の漏れが生じている場合、還元触媒２４が活性温度Ｔａに到達したとき、入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏとの濃度差Ｎ１は、設定値Ｎよりも大きくなる。

このように、尿素水の漏れが生じている場合、ｔ４においてインジェクタ２５から尿素水を噴射する前であっても、ｔ３において還元触媒２４が活性温度Ｔａに到達すると、ＮＯｘの濃度差Ｎ１は設定値Ｎよりも大きくなる。そこで、判定部３４は、還元触媒２４が活性温度Ｔａに到達したｔ３における濃度差Ｎ１と設定値Ｎとを比較することにより、排気通路１３への尿素水の漏れの有無を判定することができる。

次に、上記の構成による第１実施形態による尿素水添加システム２０の作動の流れを図５に基づいて説明する。
判定部３４は、尿素水の漏れを判定する場合、内燃機関１１が運転中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。判定部３４は、例えば図示しない内燃機関１１のエンジン制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などから取得した情報に基づいて内燃機関１１が運転中であるか否かを判定する。判定部３４は、例えばイグニッションキーのオンまたはオフによって内燃機関１１が運転されているか否かを判定する。判定部３４は、内燃機関１１が運転中でないと判定すると（Ｓ１０１：Ｎｏ）、内燃機関１１が運転されるまで待機する。

判定部３４は、内燃機関１１が運転中であると判定すると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、温度センサ３５および温度センサ３６から排気の温度を取得する（Ｓ１０２）。そして、判定部３４は、温度センサ３５および温度センサ３６で検出した排気の温度から還元触媒２４の温度Ｔｃを算出する（Ｓ１０３）。上述のように還元触媒２４の温度Ｔｃは、排気通路１３を流れる排気の温度に相関する。判定部３４は、Ｓ１０２において温度センサ３５および温度センサ３６で検出した排気の温度に基づいて、還元触媒２４の温度Ｔｃを間接的に算出する。判定部３４は、Ｓ１０３において算出した還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達しているか否かを判定する（Ｓ１０４）。還元触媒２４の活性温度Ｔａは、例えば２５０℃などのように還元触媒２４に応じて任意に決定される。

判定部３４は、Ｓ１０４において還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達していないと判定すると（Ｓ１０４：Ｎｏ）、Ｓ１０２からＳ１０４において活性温度Ｔａに到達するまで待機する。一方、判定部３４は、Ｓ１０４において還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達したと判定すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、圧力センサ３７から尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕを取得する（Ｓ１０５）。インジェクタ２５から排気通路１３への尿素水の漏れは、インジェクタ２５における尿素水の圧力が上昇することによって生じる。インジェクタ２５における尿素水の圧力は、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕに近似する。そして、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕは、内燃機関１１が通常の運転状態へ移行した後に尿素水ポンプ２２が始動することにより上昇する。そこで、判定部３４は、圧力センサ３７から尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕを取得する。そして、判定部３４は、Ｓ１０５において取得した尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達しているか否かを判定する（Ｓ１０６）。すなわち、判定部３４は、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕがインジェクタ２５からの漏れを生じる程度に上昇したか否かを判定する。設定圧力Ｐａは、例えば２００〜３００ｋＰａのように尿素水の噴射圧力やインジェクタ２５の性能などに応じて任意に設定される。

判定部３４は、Ｓ１０６において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達していないと判定すると（Ｓ１０６：Ｎｏ）、Ｓ１０５およびＳ１０６において設定圧力Ｐａに到達するまで待機する。一方、判定部３４は、Ｓ１０６において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達したと判定すると（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、インジェクタ２５が尿素水を噴射する噴射時期の前であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。すなわち、判定部３４は、インジェクタ２５から排気へ尿素水を噴射する噴射時期よりも時期的に前であるか否かを判定する。還元触媒２４は、インジェクタ２５から噴射された尿素水を用いて排気に含まれるＮＯｘを還元する。そのため、すでにインジェクタ２５から尿素水が噴射された噴射時期よりも後であると、ＮＯｘは還元触媒２４で還元される。その結果、尿素水の噴射時期よりも後になると、還元触媒２４の入口側と出口側との間で生じるＮＯｘの濃度差Ｎ１はインジェクタ２５からの漏れによるものか、インジェクタ２５からの噴射によるものか判別できない。そこで、判定部３４は、尿素水の噴射時期よりも前か後かを判定する。この場合、判定部３４は、内燃機関１１が始動されてから尿素水の噴射が実行されたか否かをＥＣＵなどから取得する。

判定部３４は、Ｓ１０７において尿素水の噴射時期よりも前であると判定すると（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、入口側センサ３１からＮＯｘの濃度Ｎｉを取得するとともに（Ｓ１０８）、出口側センサ３２からＮＯｘの濃度Ｎｏを取得する（Ｓ１０９）。そして、判定部３４は、取得した入口側のＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側のＮＯｘの濃度Ｎｏとの濃度差Ｎ１を算出する（Ｓ１１０）。すなわち、判定部３４は、濃度差Ｎ１を、Ｎ１＝Ｎｉ−Ｎｏとして算出する。そして、判定部３４は、Ｓ１１０で算出した濃度差Ｎ１が設定値Ｎよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１１１）。設定値Ｎは、例えば１０ｐｐｍなどのように還元触媒２４を含む排気浄化システム１０の性能に応じて任意に設定することができる。上述のように、インジェクタ２５から尿素水の漏れが無いとき、排気に含まれるＮＯｘは還元触媒２４で還元されない。そのため、漏れが無いとき、濃度差Ｎ１は設定値Ｎ以下となる。一方、インジェクタ２５から尿素水の漏れがあるとき、排気に含まれるＮＯｘは還元触媒２４で還元される。そのため、漏れがあるとき、濃度差Ｎ１は設定値Ｎより大きくなる。そこで、判定部３４は、濃度差Ｎ１が設定値Ｎより大きいとき（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、排気通路１３へ尿素水の漏れがあると判定する（Ｓ１１２）。一方、判定部３４は、濃度差Ｎ１が設定値Ｎ以下であるとき（Ｓ１１１：Ｎｏ）、排気通路１３へ尿素水の漏れが無いと判定する（Ｓ１１３）。
ところで、判定部３４は、Ｓ１０７において尿素水の噴射時期よりも前でないと判定すると（Ｓ１０７：Ｎｏ）、尿素水の漏れの判定ができない。そのため、判定部３４は、尿素水の噴射時期よりも後であると判定すると、尿素水の漏れの判定を実施しない（Ｓ１１４）。

以上の手順により、判定部３４は、インジェクタ２５から排気通路１３を流れる排気への尿素水の漏れの有無を判定する。
第１実施形態では、入口側センサ３１および出口側センサ３２を備えている。入口側センサ３１は、排気の流れ方向において還元触媒２４の入口側で排気に含まれるＮＯｘの濃度Ｎｉを検出する。そして、出口側センサ３２は、排気の流れ方向において還元触媒２４の出口側で排気に含まれるＮＯｘの濃度Ｎｏを検出する。判定部３４は、この入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏとを用いて、尿素水の漏れの有無を判定する。したがって、尿素水ポンプ２２や圧力センサ３７の個体差や経時的な性能の変化に影響されることなく、尿素水の漏れの有無を高い精度で判定することができる。

第１実施形態では、判定部３４は、還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達し、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達すると、尿素水の漏れを判定する。還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達していなかったり、尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達していないとき、還元触媒２４の入口側と出口側との間のＮＯｘの濃度差Ｎ１は尿素水の漏れによるものか否かを厳密に判定できないおそれがある。そこで、還元触媒２４の温度Ｔｃおよび尿素水の圧力Ｐｕを加味している。したがって、より高い精度で尿素水の漏れの有無を判定することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による尿素水添加システム２０について説明する。
第２実施形態の尿素水添加システム２０の構成は、図１に示す第１実施形態の構成と共通しており、判定処理の流れが第１実施形態と異なっている。
第１実施形態では、入口側センサ３１と出口側センサ３２との間において、ＮＯｘの濃度に対する出力値に誤差が生じないことを前提とした。しかし、図６に示すように、入口側センサ３１と出口側センサ３２との間には個体差が生じることが想定される。すなわち、排気に含まれるＮＯｘの濃度が同一であっても、入口側センサ３１が出力するＮＯｘの濃度と出口側センサ３２が出力するＮＯｘの濃度との間にはわずかな差が生じる場合がある。このような場合、尿素水の漏れが生じていなくても、還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達したｔ３において、入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏとの単純な濃度差Ｎ１は設定値Ｎより大きくなる。そうなると、判定部３４は、この濃度差Ｎ１と設定値Ｎとの関係から、尿素水の漏れが生じていないにもかかわらず、尿素水の漏れがあると誤判定するおそれがある。
そこで、第２実施形態では、判定部３４は、入口側センサ３１と出口側センサ３２との間の個体差も含めて尿素水の漏れを判定している。

第２実施形態による尿素水添加システム２０の作動の流れを図７に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する処理については説明を省略する。
判定部３４は、尿素水の漏れを判定する場合、内燃機関１１が運転中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。判定部３４は、内燃機関１１が運転中でないと判定すると（Ｓ２０１：Ｎｏ）、内燃機関１１が運転されるまで待機する。

判定部３４は、内燃機関１１が運転中であると判定すると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、温度センサ３５および温度センサ３６から排気の温度を取得する（Ｓ２０２）。そして、判定部３４は、温度センサ３５および温度センサ３６で検出した排気の温度から還元触媒２４の温度Ｔｃを算出する（Ｓ２０３）。判定部３４は、Ｓ２０３において算出した還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達しているか否かを判定する（Ｓ２０４）。

判定部３４は、Ｓ２０４において還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達していないと判定すると（Ｓ２０４：Ｎｏ）、Ｓ２０２からＳ２０４において活性温度Ｔａに到達するまで待機する。一方、判定部３４は、Ｓ２０４において還元触媒２４の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達したと判定すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、圧力センサ３７から尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕを取得する（Ｓ２０５）。そして、判定部３４は、Ｓ２０５において取得した尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達しているか否かを判定する（Ｓ２０６）。

判定部３４は、Ｓ２０６において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達していないと判定すると（Ｓ２０６：Ｎｏ）、入口側センサ３１からＮＯｘの濃度Ｎｉを取得するとともに（Ｓ２０７）、出口側センサ３２からＮＯｘの濃度Ｎｏを取得する（Ｓ２０８）。そして、判定部３４は、取得した入口側のＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側のＮＯｘの濃度Ｎｏとから基準値Ｎｂ１を算出する（Ｓ２０９）。すなわち、判定部３４は、基準値Ｎｂ１を、Ｎｂ１＝Ｎｉ−Ｎｏとして算出する。このように、第２実施形態では、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達する前に、入口側のＮＯｘの濃度Ｎｉおよび出口側のＮＯｘの濃度Ｎｏが取得される。そして、判定部３４は、取得した濃度Ｎｉおよび濃度Ｎｏから基準値Ｎｂ１を算出する。尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達する前は、インジェクタ２５から排気通路１３への尿素水の漏れがほとんど生じない。そのため、排気に含まれるＮＯｘは、還元触媒２４で還元されない。その結果、入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉと出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏとの間に生じる差は、入口側センサ３１と出口側センサ３２との個体差に相当する。そこで、判定部３４は、この濃度Ｎｉと濃度Ｎｏとの差を入口側センサ３１と出口側センサ３２との個体差とみなして、基準値Ｎｂ１に設定する。

判定部３４は、Ｓ２０９において基準値Ｎｂ１を算出すると、あらためて圧力センサ３７から尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕを取得する（Ｓ２１０）。そして、判定部３４は、Ｓ２１０において取得した尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達しているか否かを判定する（Ｓ２１１）。すなわち、判定部３４は、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕがインジェクタ２５からの漏れを生じる程度に上昇したか否かを判定する。

判定部３４は、Ｓ２１１において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達していないと判定すると（Ｓ２１１：Ｎｏ）、Ｓ２１０からＳ２１１において設定圧力Ｐａに到達するまで待機する。一方、判定部３４は、Ｓ２１１において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達したと判定すると（Ｓ２１１：Ｙｅｓ）、インジェクタ２５が尿素水を噴射する噴射時期の前であるか否かを判定する（Ｓ２１２）。

判定部３４は、Ｓ２１２において尿素水の噴射時期よりも前であると判定すると（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）、入口側センサ３１からＮＯｘの濃度Ｎｉを取得するとともに（Ｓ２１３）、出口側センサ３２からＮＯｘの濃度Ｎｏを取得する（Ｓ２１４）。そして、判定部３４は、取得した入口側のＮＯｘの濃度Ｎｉ、出口側のＮＯｘの濃度Ｎｏ、および基準値Ｎｂ１から濃度差Ｎ２を算出する（Ｓ２１５）。すなわち、判定部３４は、濃度差Ｎ２を、Ｓ２０９で算出した基準値Ｎｂ１を用いて、Ｎ２＝Ｎｉ−Ｎｏ−Ｎｂ１として算出する。この基準値Ｎｂ１は、上述のように入口側センサ３１と出口側センサ３２との個体差に相当する。そして、判定部３４は、Ｓ２１５で算出した濃度差Ｎ２が設定値Ｎよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２１６）。判定部３４は、濃度差Ｎ２が設定値Ｎより大きいとき（Ｓ２１６：Ｙｅｓ）、排気通路１３へ尿素水の漏れがあると判定する（Ｓ２１７）。一方、判定部３４は、濃度差Ｎ２が設定値Ｎ以下であるとき（Ｓ２１６：Ｎｏ）、排気通路１３へ尿素水の漏れが無いと判定する（Ｓ２１８）。

ところで、判定部３４は、Ｓ２０６において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達していると判定すると（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、尿素水の漏れの判定ができないことから、尿素水の漏れの判定を実施しない（Ｓ２１９）。すなわち、Ｓ２０６において尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達しているとき、圧力が高まった尿素水はインジェクタ２５から排気へ漏れるおそれがある。そうなると、Ｓ２０９で算出する基準値Ｎｂ１は、入口側センサ３１と出口側センサ３２との個体差によるものか、尿素水の漏れによるものか判別できない。そこで、判定部３４は、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕがすでに設定圧力Ｐａに到達しているとき、基準値Ｎｂ１を算出せず、尿素水の漏れ判定も実施しない。また、判定部３４は、Ｓ２１２において尿素水の噴射時期よりも前でないと判定すると（Ｓ２１２：Ｎｏ）、尿素水の漏れの判定ができないことから、尿素水の漏れの判定を実施しない（Ｓ２１９）。

第２実施形態では、判定部３４は、尿素水通路２６における尿素水の圧力Ｐｕが設定圧力Ｐａに到達する前に、入口側センサ３１で検出したＮＯｘの濃度Ｎｉおよび出口側センサ３２で検出したＮＯｘの濃度Ｎｏを取得し、これらから基準値Ｎｂ１を算出する。この算出した基準値Ｎｂ１は、入口側センサ３１と出口側センサ３２との個体差に相当する。そこで、判定部３４は、入口側の濃度Ｎｉおよび出口側の濃度Ｎｏに加え、この基準値Ｎｂ１を用いて、濃度差Ｎ２を算出している。これにより、算出される濃度差Ｎ２は、入口側センサ３１と出口側センサ３２との間の個体差が除去される。そして、判定部３４は、この個体差を除去した濃度差Ｎ２を用いて、インジェクタ２５から排気通路１３への尿素水の漏れの有無を判定している。したがって、入口側センサ３１と出口側センサ３２との間の個体差にともなう誤判定を低減することができ、尿素水の漏れの有無をより高い精度で判定することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１１は内燃機関、１３は排気通路、２０は尿素水添加システム、２４は還元触媒、２６は尿素水通路、３１は入口側センサ、３２は出口側センサ、３３は制御ユニット（尿素水添加装置）、３４は判定部（判定手段）、３５、３６は温度センサ、３７は圧力センサを示す。

Claims

内燃機関（１１）の排気に含まれる窒素酸化物を還元触媒（２４）で還元するために前記排気へ尿素水を添加する尿素水添加装置（３３）であって、
排気通路（１３）を流れる排気の流れ方向において前記還元触媒（２４）の入口側に設けられ、前記排気に含まれる前記窒素酸化物を検出する入口側センサ（３１）の出力値と、排気の流れ方向において前記還元触媒（２４）の出口側に設けられ、前記排気に含まれる前記窒素酸化物を検出する出口側センサ（３２）の出力値との差から、前記排気通路（１３）への尿素水の漏れの有無を判定する判定手段（３４）、を備え、
前記判定手段（３４）は、前記還元触媒（２４）の温度を直接的または間接的に検出する温度センサ（３５、３６）で検出した前記還元触媒（２４）の温度が前記還元触媒（２４）の活性温度に到達するとともに、前記尿素水が流れる尿素水通路（２６）における尿素水の圧力を検出する圧力センサ（３７）で検出した前記尿素水の圧力が予め設定した設定圧力より高いとき、前記排気通路（１３）への尿素水の漏れの有無を判定し、
前記判定手段（３４）は、
前記圧力センサ（３７）で検出した前記尿素水の圧力が前記設定圧力に到達する前に取得した前記入口側センサ（３１）の出力値と前記出口側センサ（３２）の出力値との差を、基準値として設定し、
前記圧力センサ（３７）で検出した前記尿素水の圧力が前記設定圧力に到達した後に取得した前記入口側センサ（３１）の出力値と前記出口側センサ（３２）の出力値との差である出力値差、および前記基準値を用いて、前記出力値差から前記基準値を減じて得られた値から前記排気通路（１３）への尿素水の漏れの有無を判定する尿素水添加装置。
前記判定手段（３４）は、前記出力値差と前記基準値との差が、予め設定した設定値よりも大きいとき、前記排気通路（１３）へ尿素水が漏れていると判定する請求項１記載の尿素水添加装置。