JP6810628B2 - 還元剤噴射装置の異常診断装置及び異常診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に還元剤を噴射するための還元剤噴射装置の異常を診断する異常診断装置及び異常診断方法に関する。

車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中にはＮＯ_X（窒素酸化物）が含まれている。かかるＮＯ_Xを分解して排気ガスを浄化するための装置として尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが実用化されている。尿素ＳＣＲシステムでは、還元剤として尿素水溶液が用いられ、尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアを排気ガス中のＮＯ_Xと反応させることによりＮＯ_Xが分解される。

尿素ＳＣＲシステムは、排気通路に配設された選択還元触媒と、選択還元触媒よりも上流側の排気通路に尿素水溶液を噴射するための還元剤噴射装置とを備える。選択還元触媒は、アンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯ_Xとアンモニアとの還元反応を促進する。還元剤噴射装置は、貯蔵タンク内に収容された尿素水溶液を圧送するポンプと、ポンプにより圧送される尿素水溶液を噴射する噴射弁とを備え、制御装置によって駆動制御が行われる。

尿素ＳＣＲシステムでは、噴射弁が高温に晒されると、噴射弁内で尿素水溶液の溶媒が蒸発して濃度が上昇し、尿素水溶液が結晶化する場合がある。例えば内燃機関の停止時に、噴射弁の冷却機能が停止すると、残留する排気熱の影響を受けて噴射弁内の尿素水溶液が加熱され、結晶化するおそれがある。また内燃機関の運転中であっても、尿素水溶液の噴射が長期間行われない場合には、噴射弁内の尿素水溶液が排気熱により加熱され、結晶化するおそれがある。噴射弁内で尿素水溶液が結晶化すると弁体が動作できなくなる固着状態となり、噴射弁が開弁状態で固着する異常（開固着）や、閉弁状態で固着する異常（閉固着）を生じる場合がある。

特許文献１には、噴射弁の弁体の動作不良が生じている場合に、噴射弁の開固着又は閉固着を精度よく判別することができる還元剤噴射弁の異常判定装置が提案されている。具体的には、噴射弁に対して尿素水溶液を供給する還元剤通路内を減圧したときの還元剤通路内の圧力変化に基づいて、弁体の動作不良が開固着によるものか又は閉固着によるものかを判別する異常判定装置が開示されている。

特開２０１２−１０２６３７号公報

ここで、噴射弁が閉固着の状態である場合、ポンプの駆動を維持したままであっても尿素水溶液が排気管内に漏れ出ることはない。一方、噴射弁が開固着の状態となっている場合、ポンプの駆動を維持したままでは尿素水溶液が排気管内に漏れ続ける状態になる。このため、噴射弁の開固着が解消されない場合にはポンプの駆動を停止させる必要がある。ただし、噴射弁の開固着が尿素水溶液の結晶化に起因する場合、液状の尿素水溶液が結晶に到達することによって結晶が融解し、開固着が解消される場合がある。したがって、噴射弁の開固着が検出された場合であっても、その後に噴射弁が開固着から正常に復帰したか否かを判定できることが望ましい。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、噴射弁の開固着からの復帰の判定を容易に実行可能な還元剤噴射装置の異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。

本発明のある観点によれば、ポンプにより圧送される還元剤を内燃機関の排気通路に設けられた噴射弁により排気通路内に噴射する還元剤噴射装置の異常を診断するための異常診断装置であって、噴射弁への還元剤の供給圧力が目標値で維持されるようにポンプの出力を制御するポンプ制御部と、噴射弁が開弁状態で固着しているか否かを判定する固着判定部と、噴射弁が開弁状態で固着していると判定されたときに還元剤の噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態でのポンプの出力に基づいて開弁状態での固着が解消されたか否かを判定する復帰判定部と、を備える、還元剤噴射装置の異常診断装置が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、ポンプにより圧送される還元剤を内燃機関の排気通路に設けられた噴射弁により排気通路内に噴射する還元剤噴射装置の異常を診断するための異常診断方法であって、噴射弁への還元剤の供給圧力が目標値で維持されるようにポンプの出力を制御するステップと、噴射弁が開弁状態で固着しているか否かを判定するステップと、噴射弁が開弁状態で固着していると判定されたときに還元剤の噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態でのポンプの出力に基づいて開弁状態での固着が解消されたか否かを判定するステップと、を備える、還元剤噴射装置の異常診断方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、還元剤噴射装置の噴射弁の開固着からの復帰の判定を容易に実行することができる。

本発明の実施の形態に係る還元剤噴射装置を備えた尿素ＳＣＲシステムを示す模式図である。 同実施形態に係る異常診断装置の構成例を示すブロック図である。 噴射量の指示値とポンプ出力との関係を示す説明図である。 噴射量の指示値が小さい状態でのポンプ出力の変化を示す説明図である。 噴射量の指示値が大きい状態でのポンプ出力の変化を示す説明図である。 同実施形態に係る異常診断装置によるポンプ出力の変化を示す説明図である。 同実施形態に係る異常診断装置による処理を示すフローチャートである。 弁体の固着の有無による噴射弁の電流波形の違いを示す説明図である。 噴射弁の開固着又は閉固着の状態でのポンプの出力を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．尿素ＳＣＲシステムの構成＞
図１を参照して、還元剤噴射装置３０を備えた尿素ＳＣＲシステム１０の構成例について説明する。図１は、尿素ＳＣＲシステム１０の構成例を示す模式図である。尿素ＳＣＲシステム１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関５の排気系に接続された排気管１１の途中に配設された選択還元触媒１３と、選択還元触媒１３よりも上流側で排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射装置３０とを備える。尿素ＳＣＲシステム１０は、内燃機関５を備えた車両、建設機械又は農機等に搭載され、還元剤として尿素水溶液を用いて、内燃機関５から排出される排気ガス中のＮＯ_Xを分解して排気を浄化するシステムである。

尿素水溶液としては、例えば凍結温度が最も低い約３２．５％濃度の尿素水溶液が用いられる。この場合の凍結温度は約−１１℃である。かかる尿素水溶液は、濃度が変化すると凍結温度が上昇するため、溶媒としての水分が蒸発することによって凍結しやすくなる。

選択還元触媒１３は、内燃機関５の排気ガス中に含まれるＮＯ_Xをアンモニアを用いて選択的に還元する。本実施形態では、還元剤噴射装置３０により噴射される尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアが選択還元触媒１３に吸着し、選択還元触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ_Xがアンモニアと反応することにより分解される。選択還元触媒１３は、触媒温度が高いほどアンモニアの吸着可能量が減少する特性を有する。また、選択還元触媒１３は、吸着可能量に対する実際のアンモニアの吸着量の割合が大きいほどＮＯ_Xの還元効率が高くなる特性を有する。

還元剤噴射装置３０は、選択還元触媒１３よりも上流側の排気通路内に尿素水溶液を噴射する。還元剤噴射装置３０は、制御装置１００によって駆動制御が行われる。尿素水溶液の噴射量は、排気ガスのＮＯ_X濃度、選択還元触媒１３におけるアンモニアの吸着可能量及び選択還元触媒１３の温度等に基づいて、選択還元触媒１３の下流側に流出するＮＯ_Xあるいはアンモニアの濃度が基準値以下となるように制御される。

選択還元触媒１３よりも上流側及び下流側の排気管１１には、それぞれ排気温度を検出するための温度センサ２１，２３が設けられている。温度センサ２１，２３のセンサ信号は制御装置１００に出力される。温度センサ２１，２３によって検出される排気温度は、選択還元触媒１３の温度推定にも用いられる。これ以外に、排気管１１には、図示しないＮＯ_X濃度センサやアンモニアセンサ等が設けられていてもよい。

＜２．還元剤噴射装置の構成＞
次に、還元剤噴射装置３０の構成例について詳細に説明する。還元剤噴射装置３０は、噴射弁３１とポンプ４１とを備える。噴射弁３１は、選択還元触媒１３よりも上流側で排気管１１に固定されている。ポンプ４１は、貯蔵タンク５０内の尿素水溶液を吸い上げて圧送する。ポンプ４１及び噴射弁３１は、制御装置１００によって駆動制御が行われる。

ポンプ４１は、第１の還元剤通路５８を介して尿素水溶液を吸い上げ、第２の還元剤通路５７を介して尿素水溶液を噴射弁３１に供給する。第２の還元剤通路５７には、他端が貯蔵タンク５０に接続されたリターン通路５９が接続されている。リターン通路５９には図示しないオリフィス又は一方向弁が備えられ、第２の還元剤通路５７内の圧力が高められるようになっている。また、第２の還元剤通路５７には圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３は、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕを検出するセンサであり、センサ信号は制御装置１００に出力される。

ポンプ４１としては、例えば電磁駆動式のダイヤフラムポンプ又はギヤポンプが用いられる。ポンプ４１の出力は、制御装置１００から出力される駆動信号に基づいて制御される。本実施形態では、制御装置１００は、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕが所定の目標値Ｐｔｇｔで維持されるようにポンプ４１の出力を制御する。例えば制御装置１００は、圧力センサ４３により検出される圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの偏差ΔＰに基づいて、ポンプ４１の出力をフィードバック制御する。

噴射弁３１は、例えば電磁ソレノイドを備え、通電制御により開弁及び閉弁が切り替えられる電磁駆動式の噴射弁が用いられる。電磁駆動式の噴射弁３１は電磁コイルを備え、当該電磁コイルへの通電により発生する磁力によって弁体が移動して開弁する構造を有する。本実施形態では、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕが所定の目標値Ｐｔｇｔとなるようにポンプ４１の出力が制御され、制御装置１００は、尿素水溶液の目標噴射量に応じて開弁時間を調節する。例えば制御装置１００は、一定の噴射サイクルごとに噴射サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を調節することにより尿素水溶液の噴射量を制御する。噴射弁３１は、排気管１１内に直接的に尿素水溶液を噴射するものであり、噴孔が排気管１１内に臨むようにして排気管１１に取り付けられている。

＜３．制御装置（異常診断装置）の構成＞
次に、本実施形態に係る還元剤噴射装置３０の制御装置１００の構成例について説明する。制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、プロセッサにより実行されるプログラムを記憶する記憶素子、ポンプ４１及び噴射弁３１の駆動回路等を備えて構成される。図２は、制御装置１００の構成を機能的に示したブロック図である。本実施形態において、制御装置１００が本発明の異常診断装置に相当する。

制御装置１００は、制御部１１０と、記憶部１４０と、噴射弁駆動部１５０と、ポンプ駆動部１６０とを備える。制御部１１０は、例えばマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、さらに、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。制御装置１００には、圧力センサ４３及び温度センサ２１，２３のセンサ信号が入力される。また制御装置１００は、直接、あるいは、ＣＡＮ等の通信手段を介して、内燃機関５の燃料噴射量、燃料噴射タイミング及びエンジン回転数等の内燃機関５の運転状態に関する情報を取得可能になっている。

記憶部１４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の図示しない記憶素子を含む。記憶部１４０は、ＣＤ−ＲＯＭやストレージ装置等のその他の記憶媒体を備えてもよい。記憶部１４０は、制御部１１０により実行されるプログラム、演算処理に用いられる各種パラメータ、演算結果及び検出結果等を記憶する。噴射弁駆動部１５０及びポンプ駆動部１６０は、電気回路により構成される。噴射弁駆動部１５０は、制御部１１０からの駆動指示の信号に基づいて噴射弁３１に対して駆動信号を出力する。ポンプ駆動部１６０は、制御部１１０からの駆動指示の信号に基づいてポンプ４１に対して駆動信号を出力する。

制御部１１０は、圧力検出部１１２と、固着判定部１１４と、復帰制御部１１６、復帰判定部１１８と、噴射弁制御部１２０と、ポンプ制御部１２２とを有する。これらの各部は、制御部１１０がプログラムを実行することにより実現される機能であってよい。

圧力検出部１１２は、圧力センサ４３のセンサ信号に基づいて噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕを検出する。

ポンプ制御部１２２は、ポンプ４１の出力を制御する。ポンプ制御部１２２は、圧力検出部１１２で検出される圧力Ｐｕが、あらかじめ設定された目標値Ｐｔｇｔとなるように、ポンプ４１の出力をフィードバック制御する。例えばポンプ制御部１２２は、検出された圧力Ｐｕと目標値Ｐｔｇｔとの差分ΔＰに基づいてポンプ４１の出力をＰＩＤ制御する。噴射弁３１からの尿素水溶液の噴射量が大きいほど尿素水溶液の圧力Ｐｕは低下しやすいことから、ポンプ制御部１２２は、尿素素溶液の圧力Ｐｕを目標値Ｐｔｇｔで維持するために、尿素水溶液の噴射量が大きいほどポンプ４１の出力を大きく設定する。

例えばポンプ制御部１２２は、一定の処理サイクルごとに処理サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を設定する。この場合、デューティ比が大きいほどポンプ４１の出力は大きくなる。ポンプ制御部１２２は、設定したデューティ比に基づいてポンプ駆動部１６０に対して駆動指示の信号を出力する。ポンプ駆動部１６０は、入力された駆動指示の信号に従ってポンプ４１の通電制御を行う。ポンプ駆動部１６０にはポンプ４１に供給される電流値を測定するための電流計が設けられている。電流計は、例えばシャント抵抗を用いた電流計であってもよい。

図３は、噴射弁３１から噴射させる尿素水溶液の噴射量の指示値とポンプ４１の出力との関係を示している。噴射量の指示値が大きいほど、ポンプ４１の出力は増大する。換言すれば、噴射弁３１が閉固着の状態では尿素水溶液の圧力Ｐｕは低下しにくいため、ポンプ４１の出力は小さい値となる一方、噴射弁３１が開固着の状態では尿素水溶液の圧力Ｐｕは常に低下しやすい状態にあり、ポンプ４１の出力は大きい値で維持される。

噴射弁制御部１２０は、噴射弁３１の駆動制御を行う。上述のとおり、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕは目標値Ｐｔｇｔとなるように制御されているため、噴射弁制御部１２０は、尿素水溶液の圧力Ｐｕが目標値Ｐｔｇｔとなっていることを前提として、噴射量の指示値に応じて噴射弁３１の開弁時間を制御する。

例えば噴射弁制御部１２０は、内燃機関５の排気ガス中のＮＯ_Xを還元するために必要なアンモニア量を求める。排気ガス中のＮＯ_Xの量としては、例えば内燃機関５の運転状態に基づき推定されるＮＯ_X濃度又はＮＯ_Xセンサにより検出されるＮＯ_X濃度に、排気ガスの流量を乗じて求められるＮＯ_X量が用いられてもよい。

また噴射弁制御部１２０は、選択還元触媒１３におけるアンモニアの目標吸着量に対する過不足のアンモニア量を求める。選択還元触媒１３におけるアンモニアの目標吸着量としては、例えば排気温度Ｔｇａｓに基づいて推定される選択還元触媒１３の温度に応じた吸着可能量に対して目標吸着率を乗じた値が用いられる。目標吸着率は、例えば７０〜８０％であってもよい。目標吸着率が７０〜８０％であれば、吸着率が比較的高く維持されてＮＯ_Xの還元効率が高く維持される一方、触媒温度が急激に上昇した場合であっても、アンモニアの吸着可能量が実際のアンモニアの吸着量を下回りにくくなる。噴射弁制御部１２０は、積算により求められる現在のアンモニア吸着量と目標吸着量との差分に基づいて過不足のアンモニア量を求める。

噴射弁制御部１２０は、排気ガス中のＮＯ_Xを還元するために必要なアンモニア量と選択還元触媒１３の目標吸着量に対する過不足のアンモニア量とを加算する。噴射弁制御部１２０は、算出されたアンモニア量を生成可能な尿素水溶液の量を目標噴射量として、噴射弁駆動部１５０に対して駆動指示の信号を出力する。噴射弁駆動部１５０は、入力された駆動指示の信号に従って噴射弁３１の通電制御を行う。噴射弁駆動部１５０には噴射弁３１に供給される電流値を測定するための電流計が設けられている。電流計は、例えばシャント抵抗を用いた電流計であってもよい。このように尿素水溶液の噴射制御を実行することにより、選択還元触媒１３の下流側へのアンモニアの流出が抑制されつつ、選択還元触媒１３におけるアンモニアの吸着率が高く維持され、ＮＯ_Xの還元効率を向上させることができる。

固着判定部１１４は、噴射弁３１の開固着が生じているか否かを判定する。噴射弁３１の開固着が生じているか否かを判定する方法は特に限定されない。例えば固着判定部１１４は、ポンプ４１の出力を用いて噴射弁３１の開固着が生じているか否かを判定することができる。

復帰制御部１１６は、噴射弁３１が固着していると判定された場合、当該固着を解消するための制御を行う。例えば復帰制御部１１６は、噴射弁３１内に液体の尿素水溶液を到達させることで弁体の固着の解消を試みる。尿素水溶液の結晶化によって弁体が固着している場合には、液体の尿素水溶液によって結晶が融解し、噴射弁３１の固着は解消される。例えば復帰制御部１１６は、第２の還元剤通路５７への尿素水溶液の供給と、第２の還元剤通路５７から貯蔵タンク５０への尿素水溶液の回収とを繰り返す。これにより、噴射弁３１の閉固着が生じている場合であっても、噴射弁３１内に液体の尿素水溶液を到達させることができる。ただし、噴射弁３１の固着を解消する方法は上記の例に限られない。また、弁体の固着は自然に解消される場合もあるため、本発明において復帰制御部１１６は必須の要素ではない。

復帰判定部１１８は、固着判定部１１４により噴射弁３１の開固着が生じていると判定された場合、噴射弁３１の開固着が解消されたか否かを判定する。例えば復帰判定部１１８は、噴射弁３１の開固着が生じていると判定された後、あらかじめ設定された時間又は判定回数が経過する間に開固着が解消されたか否かを判定する。具体的に、本実施形態では復帰判定部１１８は、噴射弁３１の開固着が生じていると判定された後、噴射弁３１による尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態でのポンプ４１の出力に基づいて開固着が解消されたか否かを判定する。

通常、噴射弁３１の開固着の解消によってポンプ４１の出力が低下するため、復帰判定部１１８は、ポンプ４１の出力の低下により開固着が解消したと判定する。ただし、尿素水溶液の通常の噴射制御を継続している状態では、開固着が解消したか否かの判定時の噴射量の指示値が大きい場合に、開固着が解消したか否かの判別ができない場合がある。つまり、噴射弁３１の開固着が生じている場合にはポンプ４１の出力が大きくなる一方、噴射量の指示値が大きい場合においてもポンプ４１の出力が大きくなるため、開固着が解消したか否かの精度が低下する。

具体的に、図４及び図５は、それぞれ尿素水溶液の噴射量の指示値が小さい場合及び大きい場合において、噴射弁３１の開固着が解消されたことによるポンプ４１の出力の変化を示している。図４に示したように、尿素水溶液の噴射量の指示値が小さい場合、噴射弁３１の開固着が生じている状態では実際の噴射量は大きく、ポンプ４１の出力が比較的大きい値になる。一方、噴射弁３１の開固着の解消に伴って噴射量が小さくなるため、ポンプ４１の出力が比較的小さい値に低下する。このためポンプ４１の出力の変化量ΔＰが比較的大きくなるため、ポンプ４１の出力に基づいて開固着の解消を判定しやすい。

一方、図５に示したように、尿素水溶液の噴射量の指示値が大きい場合、噴射弁３１の開固着の解消前及び解消後のいずれの場合においても実際の噴射量が大きいため、ポンプ４１の出力の変化量ΔＰが小さくなる。このため、ポンプ４１の出力に基づいて開固着の解消を判定することが困難になりやすい。そこで本実施形態では、復帰判定部１１８は、噴射弁３１による尿素水溶液の噴射量の指示値を小さい値又はゼロに設定した状態で、ポンプ４１の出力に基づいて開固着が解消されたか否かを判定する。

図６は、本実施形態によるポンプ４１の出力の変化を示している。復帰判定部１１８は、噴射弁３１の開固着が生じていると判定されたときの尿素水溶液の噴射量の指示値が大きい値であったとしても、噴射量の指示値を小さい値又はゼロにして開固着が解消されたか否かを判定する。このため、噴射弁３１の開固着が解消されたときのポンプ４１の出力の変化量ΔＰが比較的大きくなって、ポンプ４１の出力に基づいて開固着の解消を容易に判定することができる。

＜４．フローチャート＞
次に、図７を参照して、本実施形態に係る制御装置（異常診断装置）１００により実行される還元剤噴射装置３０の異常診断方法の例について説明する。なお、以下のフローチャートでは、噴射弁３１に開固着が生じている場合に当該開固着が解消されたか否かを判定する処理について説明する。また以下のフローチャートは、制御装置１００の起動後にあらかじめ設定された時間間隔で実行されてもよく、常時繰り返し実行されてもよい。

まず、制御部１１０の固着判定部１１４は、噴射弁３１の開固着が生じているか否かの判定処理を行う（ステップＳ１１）。噴射弁３１の開固着が生じているか否かを判定する方法は特に限定されない。例えば固着判定部１１４は、ポンプ４１の出力を用いて噴射弁３１の開固着が生じているか否かを判定することができる。以下、固着判定部１１４による、噴射弁３１の開固着又は閉固着のいずれかが生じているか否かを判定する方法の一例を説明する。

例えば固着判定部１１４は、尿素水溶液の噴射制御が開始された後、噴射弁３１に通電される電流波形及びポンプ４１の出力に基づいて噴射弁３１の固着の有無を判定する。具体的に固着判定部１１４は、尿素水溶液の噴射制御が実行されている状態で、噴射弁３１に通電される電流波形及びポンプ４１の出力を取得する。固着判定部１１４は、取得された電流波形に基づいて弁体が移動しているか否かを判別することによって、弁体の固着の有無を判定する。さらに固着判定部１１４は、弁体が固着していると判定した場合、ポンプ４１の出力に基づいて当該固着が開固着であるか閉固着であるかを判定する。

図８は、弁体の固着の有無による、噴射弁３１の電流波形の違いを示している。噴射弁３１の電磁コイルへの通電量が増大するにつれて弁体を引き付ける磁力が増大し、弁体が移動する。弁体が固着していない場合（実線）、通電量を徐々に大きくしていくと、弁体が移動し始めるときあるいは弁体が最大リフト位置に到達したときに一旦電流値が低下して電流波形に変化点が発現する。一方、弁体が固着している場合（破線）、通電量を増大させても弁体が移動しないため、電流波形に変化点は発現しない。

固着判定部１１４は、噴射弁３１の電流波形に変化点が発現しない場合、つまり弁体が固着している場合、ポンプ４１の出力に基づいて当該固着が開固着か閉固着かを判定する。図９は、噴射弁３１の開固着又は閉固着の状態でのポンプ４１の出力を示している。上述のように、噴射弁３１の開固着の状態ではポンプ４１の出力は大きくなり、噴射弁３１の閉固着の状態ではポンプ４１の出力は小さくなる。噴射弁３１の開固着又は閉固着いずれの場合においてもポンプ４１の出力は一定になるが、噴射弁３１が開固着の場合の出力が、閉固着の場合の出力に比べて大きくなる。したがって、固着判定部１１４は、ポンプ４１の出力に基づいて噴射弁３１の開固着又は閉固着を判別することができる。

次いで、固着判定部１１４は、噴射弁３１の開固着が生じているか否かを判別し（ステップＳ１３）、噴射弁３１の開固着が生じていない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、制御装置１００は本ルーチンを終了する。一方、噴射弁３１の開固着が生じている場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、復帰判定部１１８は、噴射弁３１による尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下に設定する（ステップＳ１５）。尿素水溶液の噴射量の指示値の上限とも言える基準値は、例えば噴射弁３１の駆動制御におけるデューティ比が３０％となる噴射量に相当する値とすることができる。この基準値は、噴射量の指示値の設定後のポンプ４１の出力が、噴射弁３１の開固着の状態でのポンプ４１の出力よりも確実に低くなる値であればよい。

例えば復帰判定部１１８は、次のステップＳ１７においてポンプ４１の出力を用いて噴射弁３１の開固着が解消されたか否かの判定処理を行う場合には、噴射弁３１による尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下に設定するにあたり、噴射量の指示値をゼロにしてもよい。噴射弁３１の噴射量の指示値は、噴射弁３１の開固着が生じている場合の噴射量に比べて確実に小さい値であればよい。

また、復帰判定部１１８は、次のステップＳ１７においてポンプ４１の出力と噴射弁３１の電流波形に基づいて噴射弁３１の開固着が解消されたか否かの判定処理を行う場合には、噴射弁３１による尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下かつゼロを超える値に設定する。復帰判定部１１８は、噴射量の指示値をゼロを超える値に設定する場合、噴射弁３１の電流波形に変化点が発現する程度に噴射弁３１の弁体が移動するときの噴射量以上の噴射量に設定する。

なお、復帰判定部１１８が尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下に設定する際、噴射量の指示値が低下する場合だけでなく、噴射量の指示値が増大する場合も生じ得る。例えば、復帰判定部１１８が尿素水溶液の噴射量の指示値を設定する際に噴射弁制御部１２０により算出される目標噴射量がゼロである場合であっても、復帰判定部１１８は尿素水溶液の噴射量の指示値を、基準値以下、かつ、ゼロを超える値に設定してもよい。

このとき、復帰制御部１１６が、噴射弁３１の開固着を解消するための制御を実行してもよい。例えば復帰制御部１１６は、噴射弁３１内に液体の尿素水溶液を到達させることで弁体の固着の解消を試みる。尿素水溶液の結晶化によって弁体が固着している場合には、液体の尿素水溶液によって結晶が融解し、弁体の固着は解消される。ただし、噴射弁３１の開固着を解消する方法は上記の例に限られない。また、噴射弁３１の開固着は自然に解消される場合もあるため、本発明において復帰制御部１１６による開固着を解消するための制御は必須の要素ではない。

次いで、復帰判定部１１８は、ポンプ４１の出力に基づいて噴射弁３１の開固着が解消されたか否かの判定処理を行う（ステップＳ１７）。例えば復帰判定部１１８は、ポンプ４１の出力の低下を、ポンプ４１の駆動制御におけるデューティ比に基づいて判別してもよい。例えば復帰判定部１１８は、ポンプ４１のデューティ比があらかじめ設定した判定閾値未満になっているか否かを判定してもよい。この場合、判定閾値は、噴射弁３１の開固着が生じている場合に想定されるポンプ４１のデューティ比よりも小さい値であって、尿素水溶液の噴射量の指示値を小さい値に設定したときに想定されるポンプ４１のデューティ比よりも大きい値に設定される。

また復帰判定部１１８は、ポンプ４１の出力の低下を判別するにあたり、尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下に設定する前後のポンプ４１の出力の比較に基づいて判別してもよい。このとき復帰判定部１１８は、噴射量の指示値を基準値以下に設定する前後の、それぞれ基準時間におけるポンプ４１の平均出力（ｋＷ）を比較してもよい。この場合、復帰判定部１１８は、噴射量の指示値の低下前のポンプ４１の出力から噴射量の指示値の低下後のポンプ４１の出力を引いた値があらかじめ設定した閾値を超えているか否かを判定してもよい。あるいは復帰判定部１１８は、噴射量の指示値の低下前のポンプ４１の出力に対する噴射量の指示値の低下後のポンプ４１の出力の低下割合があらかじめ設定した閾値を超えているか否かを判定してもよい。

また復帰判定部１１８は、ステップＳ１５において噴射量の指示値をゼロを超える値に設定した場合、ポンプ４１の出力に基づく判定処理と併せて噴射弁３１の電流波形に基づいて弁体が固着していないかを判定してもよい。この場合、上述の固着判定時と同様に、弁体が移動し始めるときあるいは弁体が最大リフト位置に到達したときに発現する電流波形の変化点が発現したか否かによって弁体が固着していないかを判定することができる。これにより、より精度よく噴射弁３１の開固着が解消したことを判定することができる。

次いで、復帰判定部１１８は、噴射弁３１の開固着が解消したか否かを判別し（ステップＳ１９）、開固着が解消されたと判定された場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、制御装置１００は本ルーチンを終了する。一方、開固着が解消されていないと判定された場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、復帰判定部１１８は、判定処理をカウントするカウンタの値に１を加算する（ステップＳ２１）。次いで、復帰判定部１１８は、カウンタの値があらかじめ設定された閾値に到達したか否かを判別する（ステップＳ２３）。カウンタの値が閾値に到達していない場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、復帰判定部１１８はステップＳ１７に戻って、上述の手順に沿って各ステップの処理を繰り返す。

一方、カウンタの値が閾値に到達した場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、噴射弁３１の開固着が検出された後、一定の時間が経過しても開固着が解消されなかった状態であるため、復帰判定部１１８は、噴射弁３１に異常が生じているとしてエラー判定を行い（ステップＳ２５）、本ルーチンを終了する。復帰判定部１１８は、あらかじめ設定された判定回数が経過する間に開固着が解消されたか否かを判定する以外に、あらかじめ設定された時間が経過するまでに開固着が解消されたか否かを判定してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る還元剤噴射装置３０の制御装置（異常診断装置）１００は、噴射弁３１の開固着が生じていると判定された後、開固着が解消したか否かを判定する際に、噴射弁３１による尿素水溶液の噴射量の指示値を基準値以下に設定する。このため、噴射弁３１の開固着の解消前後におけるポンプ４１の出力の変化量ΔＰを大きくすることができる。これにより、ポンプ４１の出力に基づいて噴射弁３１の開固着の解消の有無を容易に判定することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では噴射弁３１の噴射量の指示値を低下させたときのポンプ４１の出力に基づいて噴射弁３１の開固着が解消したかを判定したが、これ以外の方法で噴射弁３１の開固着が解消したか否かを判定することもできる。復帰判定部１１８は、噴射弁３１の噴射量の指示値を低下させた後、噴射弁３１に供給される尿素水溶液の圧力Ｐｕのフィードバック制御を中断しつつ、ポンプ４１の出力を小さくした場合の圧力Ｐｕの低下速度に基づいて噴射弁３１の開固着が解消したか否かを判定してもよい。噴射弁３１の開固着が解消していない場合には比較的速い速度で圧力Ｐｕが低下する一方、噴射弁３１の開固着が解消している場合には圧力Ｐｕの低下速度が遅くなる。このように、尿素水溶液の圧力Ｐｕの低下速度に基づいて開固着が解消したか否かを判定することもできる。

５ 内燃機関
１０ 尿素ＳＣＲシステム
１１ 排気管
１３ 選択還元触媒
３０ 還元剤噴射装置
３１ 噴射弁
４１ ポンプ
１００ 制御装置（異常診断装置）
１１０ 制御部
１１４ 固着判定部
１１８ 復帰判定部
１２０ 噴射弁制御部
１２２ ポンプ制御部

Claims (6)

1. ポンプにより圧送される還元剤を内燃機関の排気通路に設けられた噴射弁により前記排気通路内に噴射する還元剤噴射装置の異常を診断するための異常診断装置において、
   前記噴射弁への前記還元剤の供給圧力が目標値で維持されるように前記ポンプの出力を制御するポンプ制御部と、
   前記噴射弁が開弁状態で固着しているか否かを判定する固着判定部と、
   前記噴射弁が開弁状態で固着していると判定されたときに前記還元剤の噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態での前記ポンプの出力に基づいて前記開弁状態での固着が解消されたか否かを判定する復帰判定部と、
   を備える、還元剤噴射装置の異常診断装置。
2. 前記復帰判定部は、前記噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態での前記ポンプの出力の比較に基づいて前記開弁状態での固着が解消されたか否かを判定する、請求項１に記載の還元剤噴射装置の異常診断装置。
3. 前記復帰判定部は、前記ポンプの出力として、所定時間におけるポンプの出力の平均値を用いる、請求項１又は２に記載の還元剤噴射装置の異常診断装置。
4. 前記ポンプは、一定の処理サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を制御することで出力の制御が行われる形式のポンプであり、
   前記復帰判定部は、前記噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態での前記ポンプのデューティ比と判定閾値との比較に基づいて前記開弁状態での固着が解消されたか否かを判定する、請求項１に記載の還元剤噴射装置の異常診断装置。
5. 前記噴射弁は、一定の噴射サイクルの全時間に対する通電時間の比であるデューティ比を制御することで噴射量の制御が行われる形式の弁であり、
   前記復帰判定部は、前記噴射弁の弁体の移動による電流波形の変化点が発現するように前記還元剤の噴射量の指示値を固定し、前記ポンプの出力と併せて前記電流波形に基づいて前記開弁状態での固着が解消されたか否かを判定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の還元剤噴射装置の異常診断装置。
6. ポンプにより圧送される還元剤を内燃機関の排気通路に設けられた噴射弁により前記排気通路内に噴射する還元剤噴射装置の異常を診断するための異常診断方法において、
   前記噴射弁への前記還元剤の供給圧力が目標値で維持されるように前記ポンプの出力を制御するステップと、
   前記噴射弁が開弁状態で固着しているか否かを判定するステップと、
   前記噴射弁が開弁状態で固着していると判定されたときに前記還元剤の噴射量の指示値を基準値以下に設定した状態での前記ポンプの出力に基づいて前記開弁状態での固着が解消されたか否かを判定するステップと、
   を備える、還元剤噴射装置の異常診断方法。

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