内燃機関の排ガス浄化装置
【課題】還元剤の劣化の進行を抑制でき、内燃機関の燃費を向上させることができるとともに、還元剤を適切に融解させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排ガス浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒によって、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘが浄化される。また、凍結状態の還元剤を加熱することで融解させるために解凍制御が実行され（ステップ５、１２）、解凍制御の実行中に検出された還元剤の温度ＴＵに応じて、還元剤の劣化度合ＤＴＥＧが推定される（ステップ８）とともに、推定された還元剤の劣化度合ＤＴＥＧに応じて解凍制御が実行される（ステップ１２）。
【解決手段】排ガス浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒によって、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘが浄化される。また、凍結状態の還元剤を加熱することで融解させるために解凍制御が実行され（ステップ５、１２）、解凍制御の実行中に検出された還元剤の温度ＴＵに応じて、還元剤の劣化度合ＤＴＥＧが推定される（ステップ８）とともに、推定された還元剤の劣化度合ＤＴＥＧに応じて解凍制御が実行される（ステップ１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この排ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒と、還元剤としての尿素水を貯える尿素水タンクと、尿素水タンクにポンプなどを介して接続された噴射弁を備えている。尿素水タンク内の尿素水は、噴射弁を介してＮＯｘ選択還元触媒に供給される。それに伴い、排ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ選択還元触媒により還元剤を用いて還元され、浄化される。
【０００３】
また、この従来の排ガス浄化装置では、尿素水が劣化すると、ＮＯｘ選択還元触媒において排ガス中のＮＯｘを適切に還元できなくなることから、尿素水の劣化が次のようにして判定される。すなわち、尿素水の凝固点と濃度の間に相関があることに着目し、尿素水の凝固点を検出するとともに、検出された凝固点に基づいて尿素水の濃度を推定する。そして、推定された尿素水の濃度に基づいて、尿素水の劣化が判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９７７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、尿素水などの還元剤は、外気温が低いときに凍結する場合があり、その場合には、還元剤をＮＯｘ選択還元触媒に供給できないことによりＮＯｘを浄化できなくなる。このため、ヒータによる加熱により還元剤を融解させることが、一般に行われている。また、還元剤は、その劣化度合が高いほど、比熱がより大きくなるという特性を有している。このため、還元剤が劣化しているときには、上述したように還元剤を融解させるのに必要なヒータの加熱量は、より大きくなる。
【０００６】
このため、例えば、還元剤が劣化している場合でも還元剤を確実に融解させるために、ヒータの加熱量を高めに設定することが考えられる。しかし、その場合において、還元剤が劣化していないときには、還元剤がヒータで過剰に加熱される結果、還元剤の劣化が促進されてしまう。それに加え、ヒータの電源であるバッテリを、内燃機関を駆動源とする発電機を用いて充電する場合には、上記のようにヒータの加熱量が高めに設定されるので、内燃機関の燃費が悪化してしまう。還元剤を融解させるには、通常、ヒータを比較的長時間、作動させる必要があるため、上記の不具合は顕著になる。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、還元剤の劣化の進行を抑制でき、内燃機関の燃費を向上させることができるとともに、還元剤を適切に融解させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の排ガス浄化装置１は、内燃機関３の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管４）に設けられ、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒（ＮＯｘ触媒５）と、還元剤を貯える還元剤タンク（尿素水タンク７）と、還元剤タンク内の還元剤の温度を検出する温度検出手段（尿素水温センサ２３）と、還元剤を加熱するための加熱手段（ヒータ１６）と、凍結状態の還元剤を加熱することで融解させるために、加熱手段を制御する解凍制御を実行する解凍制御手段（ＥＣＵ２、図２のステップ５、１２）と、解凍制御の実行中に検出された還元剤の温度（尿素水温ＴＵ）に応じて、還元剤の劣化度合を推定する劣化度合推定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ８）と、解凍制御手段は、推定された還元剤の劣化度合（劣化度合パラメータＤＴＥＧ）に応じて解凍制御を実行する（図２のステップ９、図６のステップ３３、図２のステップ１０、１３）ことを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒により、供給された還元剤を用いて、排ガス中のＮＯｘが浄化される。また、還元剤タンク内の還元剤の温度が検出されるとともに、凍結状態の還元剤を加熱することで融解させるために、還元剤を加熱するための加熱手段を制御する解凍制御が、解凍制御手段によって実行される。また、還元剤の劣化度合が、解凍制御の実行中に検出された還元剤の温度に応じ、劣化度合推定手段によって推定される。前述したように、還元剤は、その劣化度合が高いほど、その比熱がより大きくなるという特性を有している。したがって、解凍制御により還元剤が加熱されているときに検出された還元剤の温度に応じて、還元剤の劣化度合を精度良く推定することができる。
【００１０】
また、上述した構成によれば、そのように精度良く推定された還元剤の劣化度合に応じて、解凍制御が実行される。これにより、解凍制御による還元剤の加熱を、還元剤の劣化度合に応じて過不足なく行うことができるので、還元剤の劣化の進行を抑制できるとともに、還元剤を適切に融解させることができる。また、この場合、加熱手段として、電源からの電力の供給により作動するヒータを用いるとともに、この電源を、内燃機関を駆動源とする発電機を用いて充電する場合には、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、劣化度合推定手段は、解凍制御を開始してから所定時間（第１所定時間ＴＭＲＥＦ１）が経過するまでに検出された還元剤の温度に基づいて還元剤の劣化度合を推定し（図２のステップ８）、解凍制御手段は、解凍制御を開始してから所定時間が経過した後（図２のステップ６：ＹＥＳ）に、推定された還元剤の劣化度合に応じた解凍制御を実行する（図２のステップ９、図６のステップ３３、図２のステップ１０、１３）ことを特徴とする。
【００１２】
解凍制御は、凍結状態の還元剤を融解させるので、その完了までに比較的長い時間が必要である。上述した構成によれば、解凍制御を開始してから所定時間が経過するまでに検出された還元剤の温度に基づいて還元剤の劣化度合が推定されるとともに、推定された還元剤の劣化度合に応じた解凍制御が、所定時間が経過した後に実行される。このように、解凍制御の開始後の初期において、還元剤の劣化度合の推定を完了させるとともに、その推定結果を利用して、その後の解凍制御を実行できるので、前述した請求項１による効果、すなわち、還元剤の劣化の進行を抑制でき、還元剤を適切に融解させることができるとともに、内燃機関の燃費を向上させることができるという効果を、有効に得ることができる。
【００１３】
さらに、通常、還元剤の凍結は、内燃機関の停止中に発生する。これに対して、上述した構成によれば、融解させるための解凍制御を上述したようにして行うので、内燃機関の停止時に還元剤の劣化が進行していたとしても、そのときの劣化度合を反映させながら、解凍制御を適切に行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、還元剤タンクの周囲の外気温度を取得する外気温度取得手段（外気温センサ２４）と、取得された外気温度（外気温ＴＡ）と還元剤の温度に応じて、外気と還元剤の間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段（ＥＣＵ２、図３のステップ２６、２７）と、をさらに備え、劣化度合推定手段は、還元剤の温度に加え、還元剤の劣化度合を推定しているときに算出された熱交換量に応じて、還元剤の劣化度合を推定する（図２のステップ７、８）ことを特徴とする。
【００１５】
還元剤の劣化度合の推定に用いられる還元剤の温度は、加熱手段による加熱のみならず、外気との熱交換によっても変化する。上述した構成によれば、取得された還元剤タンクの周囲の外気温度と、還元剤の温度に応じ、熱交換量算出段によって、外気と還元剤の間の熱交換量（外気と還元剤の間で交換される熱量）が算出される。また、還元剤の劣化度合を、還元剤の温度に加え、劣化度合を推定しているときに算出された熱交換量に応じて推定するので、この推定をより精度良く行うことができ、ひいては、請求項１による効果をより有効に得ることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、内燃機関３は車両に搭載されており、内燃機関３の負荷を表す負荷パラメータ（燃料噴射量ＴＯＵＴ）を取得する負荷パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、図２のステップ３）と、車両の車速を取得する車速取得手段（車速センサ２６）と、をさらに備え、熱交換量算出手段は、外気温度および還元剤の温度に加え、取得された負荷パラメータおよび車速に応じて、熱交換量を算出する（図３のステップ２７）ことを特徴とする。
【００１７】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒に還元剤が供給される関係上、還元剤タンクの周囲の外気は、排気通路の熱によって昇温される。また、上述したように内燃機関が車両に搭載されていることから、排気通路の熱による還元剤タンクの周囲の外気の昇温度合は、車両の走行風による影響によって変化する。上述した構成によれば、外気と還元剤の間の熱交換量を、外気温度および還元剤の温度に加え、排気通路の熱と密接な相関を有する内燃機関の負荷を表す負荷パラメータと、車両の走行風と密接な相関を有する車速に応じて算出するので、この算出をより精度良く行うことができる。その結果、熱交換量に応じた還元剤の劣化度合の推定を、さらに精度良く行うことができ、ひいては、請求項１による効果をさらに有効に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による排ガス浄化装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】図１のＥＣＵによって実行される解凍制御処理を示すフローチャートである。
【図３】解凍制御処理で実行される第１解凍制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】基本デューティ比を算出するためのマップの一例である。
【図５】目標温度を算出するためのマップの一例である。
【図６】解凍制御処理で実行される第２解凍制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】デューティ比補正項を算出するためのマップの一例である。
【図８】（ａ）解凍制御処理による動作例を、（ｂ）比較例とともに示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば車両（図示せず）に搭載されたディーゼルエンジンであり、理論空燃比よりもリーンな空燃比で混合気の燃焼が行われる。エンジン３には、エンジン回転数センサ２１が設けられており、エンジン回転数センサ２１は、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを検出し、その検出信号を後述するＥＣＵ２に出力する。
【００２０】
本実施形態による排ガス浄化装置１は、エンジン３の排気管４に設けられたＮＯｘ触媒５と、ＮＯｘ触媒５に還元剤としての尿素水を供給する尿素水供給装置６を備えている。
【００２１】
ＮＯｘ触媒５は、尿素を還元剤とする選択還元触媒であり、排気管４内に供給された尿素水の加水分解によって生成されたＮＨ３（アンモニア）を吸着するとともに、吸着したＮＨ３によって、エンジン３から排出された排ガス中のＮＯｘを還元し、浄化する。
【００２２】
尿素水供給装置６は、尿素水を貯える尿素水タンク７と、尿素水タンク７から尿素水を供給するための尿素水供給管８と、供給された尿素水を排気管４内に噴射する尿素水噴射弁（以下「インジェクタ」という）９などで構成されており、車両の排気管４の付近に配置されている。
【００２３】
尿素水タンク７の内部にはポンプ室１０が設けられ、ポンプ室１０にはポンプ１１が収容されている。ポンプ１１は、正逆回転が可能なモータ（図示せず）を有する電動式のものであり、モータの正回転時には、ポンプ室１０内の尿素水を、吐出管１２を介して圧送することによって尿素水供給管８に供給し、モータの逆回転時には、負圧を発生させることによって、尿素水を尿素水供給管８からポンプ室１０内に吸い戻す。ポンプ１１の動作は、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。
【００２４】
尿素水供給管８は、車両の前後方向に延びており、一端部が吐出管１２に接続されるとともに、ポンプ室１０および尿素タンク７の外部に延び、他端部はインジェクタ９に接続されている。
【００２５】
インジェクタ９は、開閉式の電磁弁で構成されており、排気管４のＮＯｘ触媒５よりも上流側に取り付けられ、排気管４内に臨むように設けられている。インジェクタ９は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって開弁し、それにより、尿素水タンク７から尿素水供給管８を介して供給された尿素水が、排気管４内に噴射され、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘの還元・浄化に用いられる。
【００２６】
ポンプ１１の吐出管１２には、絞り１３およびリリーフ弁１４を介して、戻り通路１５が接続されている。リリーフ弁１４は、尿素水の圧力が上昇し、所定圧に達したときに開弁することによって、尿素水を逃がし、尿素水の圧力が過大化するのを防止する。リリーフ弁１４の開弁によって逃がされた尿素水は、戻り通路１５を介して尿素水タンク７に戻される。
【００２７】
ポンプ室１０の周壁および底壁の外面と尿素水供給管８には、ヒータ１６が取り付けられている。ヒータ１６は、凍結状態の尿素水を加熱し、融解させるためのものであり、電熱線１７を有する電気式ヒータで構成されている。ヒータ１６の動作は、ＥＣＵ２からの通電用の駆動信号のデューティ比ＨＤＵＴＹを制御することによって、制御される。また、ヒータ１６の電源であるバッテリ（図示せず）は、エンジン３を駆動源とする発電機（図示せず）を用いて充電される。
【００２８】
また、尿素水供給管８には尿素水圧センサ２２が設けられ、ポンプ室１０内には尿素水温センサ２３が設けられている。尿素水圧センサ２２は尿素水の圧力（以下「尿素水圧」という）ＰＵを検出し、尿素水温センサ２３は尿素水の温度（以下「尿素水温」という）ＴＵを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。
【００２９】
また、車両における尿素水タンク７の付近には、外気温センサ２４が設けられている。外気温センサ２４は、尿素水タンク７の周囲の外気温度（以下「外気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３０】
ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２５から車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２６から車両の車速ＶＰを表す検出信号が、出力される。
【００３１】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどから成るマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。前述した各種のセンサ２１〜２６の検出信号は、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００３２】
ＥＣＵ２は、これらの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、インジェクタ９、ポンプ１１およびヒータ１６を制御する。具体的には、エンジン３の運転中は、ポンプ１１を正回転方向に駆動することによって、ポンプ室１０から尿素水供給管８に尿素水を供給するとともに、検出された尿素水圧ＰＵをその目標値に維持しながら、インジェクタ９の開弁時間を制御することによって、排気管４への尿素水の供給量を制御する尿素水の供給制御を実行する。
【００３３】
また、エンジン３の停止時には、ポンプ１１を逆回転方向に駆動することによって、尿素水供給管８から尿素タンク７に尿素水を吸い戻す吸い戻し制御を実行する。さらに、エンジン３の始動時、凍結状態の尿素水を融解させるための解凍制御処理を実行する。
【００３４】
図２は、この解凍制御処理を示している。本処理の概要について説明すると、まず、第１解凍制御処理を後述する第１所定時間ＴＭＲＥＦ１にわたって実行する（ステップ５）ことによって、凍結状態の尿素水をヒータ１６により加熱する。また、第１解凍制御処理の実行中に検出された尿素水温ＴＵに基づいて、尿素水の劣化度合を推定する（ステップ８）。次いで、第２解凍制御処理を実行する（ステップ１２）ことにより、推定された尿素水の劣化度合に基づいてヒータ１６を制御することで、尿素水をさらに加熱する。
【００３５】
解凍制御処理は、所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行される。まず、図２のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥは、第１および第２解凍制御処理が完了したときに「１」に設定されるものであり、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。
【００３６】
このステップ１の答がＮＯ（Ｆ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥ＝０）のときには、尿素水が凍結状態にあるか否かを判定する（ステップ２）。このステップ２では、検出された外気温ＴＡが所定温度（例えば−２０℃）よりも低いときに、尿素水が凍結状態にあると判定される。ステップ２の答がＮＯで、尿素水が凍結状態にないときには、ヒータ１６により尿素水を加熱することなく、そのまま本処理を終了する。
【００３７】
一方、ステップ２の答がＹＥＳで、尿素水が凍結状態にあるときには、エンジン３の燃料噴射量ＴＯＵＴを読み込む（ステップ３）。燃料噴射量ＴＯＵＴは、エンジン３に要求される要求トルクＴＲＥＱなどに応じてＥＣＵ２により算出される。また、要求トルクＴＲＥＱは、検出されたエンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００３８】
次いで、劣化度合推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ２が「１」であるか否かを判別する（ステップ４）。この劣化度合推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ２は、尿素水の劣化度合の推定が完了したときに「１」に設定されるものであり、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。このステップ４の答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ２＝０）のときには、第１解凍制御処理を実行する（ステップ５）。
【００３９】
図３は、この第１解凍制御処理を示している。まず、ステップ２１では、ヒータ１６への通電用の駆動信号のデューティ比ＨＤＵＴＹを所定値ＨＤＲＥＦに設定し、ヒータ１６を作動させる。この所定値ＨＤＲＥＦは、尿素水が劣化していることにより前述したように比熱が大きい場合でも、尿素水を十分に加熱することで尿素水温ＴＵを確実に上昇させるために、例えば１００％に設定されている。次いで、設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１が「１」であるか否かを判別する（ステップ２２）。この設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１の詳細については後述する。
【００４０】
このステップ２２の答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ１＝０）のときには、そのときに検出された尿素水温ＴＵを劣化度合推定用温度ＴＵ０として設定し（ステップ２３）、記憶するとともに、アップカウント式の第１タイマのタイマ値ｔＭ１を値０にリセットする。次いで、劣化度合推定用温度ＴＵ０の設定とタイマ値ｔＭ１のリセットが完了したとして、そのことを表すために、設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１を「１」に設定し（ステップ２５）、ステップ２６に進む。
【００４１】
また、このステップ２５の実行によって、上記ステップ２２の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ２３〜２５をスキップし、ステップ２６に進む。なお、設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１は、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。
【００４２】
以上のように、第１タイマのタイマ値ｔＭ１は、本処理が開始された時点で値０にリセットされ、その後、本処理が実行されるのに伴って、アップカウントされる。したがって、タイマ値ｔＭ１は、本処理によりヒータ１６が作動を開始してからの経過時間を表す。また、劣化度合推定用温度ＴＵ０は、本処理の開始時における尿素水温ＴＵである。
【００４３】
このステップ２６では、外気温ＴＡおよび尿素水温ＴＵに応じて、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１を算出する。この第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１は、本処理（第１解凍制御処理）が開始されてから今回までにおいて、尿素水タンク７の周囲の外気と尿素水との間で熱交換された熱量（熱交換量）の積算値に相当する。具体的には、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１は、次のようにして算出される。
【００４４】
すなわち、まず、尿素水温ＴＵと外気温ＴＡとの偏差に基づき、所定の演算式を用いて、前回から今回までにおける外気と尿素水との間の第１熱交換量を算出する。この場合、第１熱交換量は、外気温ＴＡが尿素水温ＴＵよりも高く、外気から尿素水に熱量が与えられている場合には正値になり、これとは逆に、尿素水温ＴＵが外気温ＴＡよりも低く、尿素水から外気に熱量が与えられている場合には負値になる。次いで、算出された今回の第１熱交換量を、そのときに得られている第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１に加算することによって、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１の今回値を算出する。なお、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１は、エンジン３の始動時に値０にリセットされる。
【００４５】
ステップ２６に続くステップ２７では、図２のステップ３で読み込まれた燃料噴射量ＴＯＵＴおよび検出された車速ＶＰに応じて、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１を算出する。この第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１は、本処理が開始されてから今回までにおいて、排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量の積算値に相当する。具体的には、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１は、次のようにして算出される。
【００４６】
すなわち、まず、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび検出された車速ＶＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、前回から今回までに排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量（以下「第１負荷熱量」という）を算出する。次いで、算出された第１負荷熱量を、そのときに得られている第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１に加算することによって、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１の今回値を算出する。上記のマップでは、負荷熱量は、燃料噴射量ＴＯＵＴが大きいほど、また、車速ＶＰが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、燃料噴射量ＴＯＵＴが大きいほど、すなわち、エンジン３の負荷が高いほど、排ガスの流量が大きく、排気管４の熱がより高いためである。また、車速ＶＰが低いほど、車両の走行風の風量が小さいことによって、排気管４の熱が尿素水タンク７の付近に滞留しやすいためである。なお、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１は、エンジン３の始動時に値０にリセットされる。
【００４７】
ステップ２７に続くステップ２８では、ステップ２１で設定されたデューティ比ＨＤＵＴＹに応じて、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１を算出し、本処理を終了する。この第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１は、本処理が開始されてから今回までにおける、ヒータ１６による尿素水の加熱量の積算値に相当する。具体的には、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１は、次のようにして算出される。
【００４８】
すなわち、まず、デューティ比ＨＤＵＴＹに基づき、所定の演算式を用いて、前回から今回までにおけるヒータ１６による尿素水の加熱量（以下「第１ヒータ加熱量」という）を算出する。次いで、算出された第１ヒータ加熱量を、そのときに得られている第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１に加算することによって、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１の今回値を算出する。なお、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１は、エンジン３の始動時に値０にリセットされる。
【００４９】
図２に戻り、前記ステップ５に続くステップ６では、図３のステップ２４で値０にリセットされた第１タイマのタイマ値ｔＭ１が第１所定時間ＴＭＲＥＦ１と等しいか否かを判別する。この答がＮＯのときにはそのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳで、タイマ値ｔＭ１が第１所定時間ＴＭＲＥＦ１と等しくなったとき、すなわち、ステップ２１によるヒータ１６の加熱が第１所定時間ＴＭＲＥＦ１にわたって実行されたときには、第１解凍制御処理が完了したとして、続くステップ７および８において、尿素水の劣化度合を推定する。この第１所定時間ＴＭＲＥＦ１は、第１解凍制御処理でのヒータ１６による尿素水の加熱により尿素水温ＴＵが十分に上昇するような時間、例えば７分に設定されている。
【００５０】
このステップ７では、図３のステップ２６〜２８でそれぞれ算出された第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１および第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１の総和を、第１総加熱量ＱＰ１として算出する。この第１総加熱量ＱＰ１は、その算出手法から明らかなように、第１解凍制御処理の開始から完了までにヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量である。
【００５１】
次いで、ステップ８では、図３のステップ２３で設定された劣化度合推定用温度ＴＵ０と、ステップ７で算出された第１総加熱量ＱＰ１を用い、次式（１）によって、尿素水の劣化度合を表す劣化度合パラメータＤＴＥＧを算出する。
ＤＴＥＧ＝（ＴＵ−ＴＵ０）／ＱＰ１ ……（１）
【００５２】
ここで、劣化度合推定用温度ＴＵ０は、前述したように第１解凍制御処理の開始時における尿素水温ＴＵである。したがって、上記式（１）の右辺における（ＴＵ−ＴＵ０）は、第１解凍制御処理の開始から完了までにおける尿素水温ＴＵの上昇量を表す。また、第１総加熱量ＱＰ１は、その算出手法から明らかなように、第１解凍制御処理の開始から完了までにおいてヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量に相当する。以上から、この項（ＴＵ−ＴＵ０）を第１総加熱量ＱＰ１で除算することによって算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧは、第１解凍制御処理の開始から完了までにおいて尿素水に与えられた熱量の総量に対する尿素水温ＴＵの上昇度合を表す。
【００５３】
前述したように、尿素水の劣化度合が高いほど、その比熱がより大きくなるので、尿素水に与えられた同じ大きさの熱量に対して尿素水温ＴＵの上昇度合は、より低くなる。このことから、上述した式（１）で算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧは、尿素水の劣化度合が高いほど、より小さくなるとともに、尿素水の劣化度合を良好に表す。
【００５４】
ステップ８に続くステップ９では、算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づき、図４に示すマップを検索することによって、基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥを算出する。この基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥは、後述する第２解凍制御処理においてヒータ１６のデューティ比ＨＤＵＴＹの基本値として用いられるものであり、このマップでは、劣化度合パラメータＤＴＥＧが小さいほど、すなわち尿素水の劣化度合が高いほど、より大きな値に設定されている。これは、尿素水の劣化度合が高いほど、その比熱がより大きくなるため、それに応じてヒータ１６で尿素水を過不足なく加熱し、尿素水を適切に融解させるためである。
【００５５】
次いで、劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づき、図５に示すマップを検索することによって、目標尿素水温ＴＵＥを算出する（ステップ１０）。この目標尿素水温ＴＵＥは、第２解凍制御処理において、尿素水温ＴＵの目標値として用いられるものであり、尿素水の融解点よりも若干高い温度に設定されている。また、このマップでは、目標尿素水温ＴＵＥは、劣化度合パラメータＤＴＥＧが大きいほど、すなわち尿素水の劣化度合が低いほど、より大きな値に設定されている。これは、尿素水の劣化度合が低いほど、その融解点が高くなるため、それに応じてヒータ１６で尿素水を過不足なく加熱し、尿素水を適切に融解させるためである。
【００５６】
次に、尿素水の劣化度合の推定が完了したことを表すために、劣化度合推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ２を「１」にセットし（ステップ１１）、ステップ１２に進む。このステップ１１の実行により前記ステップ４の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＤＯＮＥ２＝１）になり、その場合には、前記ステップ５〜１１をスキップし、第１解凍制御処理や劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出を行わずに、ステップ１２に進む。
【００５７】
このステップ１２では、第２解凍制御処理を実行する。図６は、この第２解凍制御処理を示している。本処理では、図２のステップ９において劣化度合パラメータＤＴＥＧを用いて算出された基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに基づいて、ヒータ１６を制御し、それにより、尿素水が加熱される。まず、図６のステップ３１では、劣化度合推定済みフラグの前回値Ｆ＿ＤＯＮＥ２Ｚが「０」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのとき、すなわち、今回が、劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出が完了した直後のループであり、第２解凍制御処理の開始直後のループであるときには、デューティ比補正項αを値０に設定する（ステップ３２）。
【００５８】
次いで、図２のステップ９で算出された基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに、デューティ比補正項αを加算することによって、デューティ比ＨＤＵＴＹを算出し（ステップ３３）、本処理を終了する。以上のように、第２解凍制御処理の開始直後には、基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに設定されたデューティ比ＨＤＵＴＹを用いて、ヒータ１６による尿素水の加熱が行われる。
【００５９】
一方、前記ステップ３１の答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ２Ｚ＝１）で、第２解凍制御処理の開始直後でないときには、続くステップ３４以降において、ヒータ１６による尿素水の昇温が適切に行われているか否かを判定するとともに、その判定結果に基づいて、デューティ比補正項αを算出し、更新する。このデューティ比補正項αの算出・更新は、後述する第２所定時間ＴＭＲＥＦ２ごとに行われる。
【００６０】
まず、ステップ３４において、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３が「１」であるか否かを判別する。このリセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３の詳細については後述する。この答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ３＝０）のときには、そのときに検出された尿素水温ＴＵを昇温度合推定用温度ＴＵＸとして設定する（ステップ３５）。次いで、アップカウント式の第２タイマのタイマ値ｔＭ２、第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２、第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２および第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２を値０にリセットする（ステップ３６）。
【００６１】
次に、昇温度合推定用温度ＴＵＸの設定とタイマ値ｔＭ２などのリセットが完了したとして、そのことを表すために、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３を「１」に設定し（ステップ３７）、ステップ３８に進む。このステップ３７の実行によって、上記ステップ３４の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ３５〜３７をスキップし、ステップ３８に進む。なお、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３は、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。
【００６２】
このステップ３８では、外気温ＴＡおよび尿素水温ＴＵに応じて、第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２を算出する。この第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２は、ステップ３６による各種のパラメータのリセット（以下「リセット処理」という）が行われてから今回までにおいて、尿素タンク７の周囲の外気と尿素水との間で熱交換された熱量（熱交換量）の積算値に相当する。第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２の算出手法は、図３のステップ２６における第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１のそれと同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００６３】
次いで、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび車速ＶＰに応じて、第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２を算出する（ステップ３９）。この第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２は、リセット処理が行われてから今回までにおいて、排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量の積算値に相当する。第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２の算出手法は、図３のステップ２７における第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１のそれと同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００６４】
次に、そのときに得られているデューティ比ＨＤＵＴＹに応じて、第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２を算出する（ステップ４０）。この第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２は、リセット処理が行われてから今回までにおける、ヒータ１６による尿素水の加熱量の積算値に相当する。第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２の算出手法は、図３のステップ２８における第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１のそれと同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００６５】
次いで、ステップ３６で値０にリセットされた第２タイマのタイマ値ｔＭ２が第２所定時間ＴＭＲＥＦ２（例えば１分）と等しいか否かを判別する（ステップ４１）。この答がＮＯ（ｔＭ２≠ＴＭＲＥＦ２）のときには、前記ステップ３３を実行し、そのときに得られているデューティ比補正項αを基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに加算することによって、デューティ比ＨＤＵＴＹを算出し、本処理を終了する。
【００６６】
一方、上記ステップ４１の答がＹＥＳになったとき、すなわち、ステップ３６によるリセット処理後、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過したときには、続くステップ４２以降において、デューティ比補正項αを算出するとともに、更新する。まず、ステップ４２では、ステップ３８〜４０でそれぞれ算出された第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２、第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２および第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２の総和を、第２総加熱量ＱＰ２として算出する。この第２総加熱量ＱＰ２は、その算出手法から明らかなように、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量である。
【００６７】
次いで、前記ステップ３５で設定された昇温度合推定用温度ＴＵＸと、ステップ４２で算出された第２総加熱量ＱＰ２を用い、次式（２）によって、昇温度合パラメータＴＵＧを算出する。
ＴＵＧ＝（ＴＵ−ＴＵＸ）／ＱＰ２ ……（２）
【００６８】
ここで、昇温度合推定用温度ＴＵＸは、ステップ３６による各種のパラメータのリセット処理が実行されたときに検出された尿素水温ＴＵである。したがって、上記式（２）の右辺における（ＴＵ−ＴＵＸ）は、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにおける尿素水温ＴＵの上昇量を表す。また、第２加熱量ＱＰ２は、その算出手法から明らかなように、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにおいてヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量に相当する。以上から、この項（ＴＵ−ＴＵＸ）を第２加熱量ＱＰ２で除算することによって算出された昇温度合パラメータＴＵＧは、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにおいて尿素水に与えられた熱量の総量に対する尿素水温ＴＵの上昇度合を表し、この上昇度合が高いほど、より大きな値になる。
【００６９】
ステップ４３に続くステップ４４では、算出された昇温度合パラメータＴＵＧに基づき、図７に示すマップを検索することによって、デューティ比補正項αを算出し、更新する。このマップでは、デューティ比補正項αは、昇温度合パラメータＴＵＧが所定値ＴＵＧＲＥＦのときには、値０に設定されている。また、デューティ比補正項αは、ＴＵＧ＜ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが小さいほど、より大きな正値に設定されており、ＴＵＧ＞ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが大きいほど、絶対値がより大きな負値に設定されている。
【００７０】
上記の所定値ＴＵＧＲＥＦは、ヒータ１６による尿素水の所望の昇温度合が得られていることを表すものである。また、デューティ比補正項αは、前述したように基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに加算される。上述したように、ＴＵＧ＜ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが小さいほど、すなわち、尿素水の昇温度合が所望の昇温度合に対して低すぎるほど、デューティ比補正項αがより大きな正値に設定され、それにより、デューティ比ＨＤＵＴＹはより大きな値に算出される。一方、ＴＵＧ＞ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが大きいほど、すなわち、尿素水の昇温度合が所望の昇温度合に対して高すぎるほど、デューティ比補正項αが、絶対値がより大きな負値に設定され、それにより、デューティ比ＨＤＵＴＹはより小さな値に算出される。以上により、尿素水の所望の昇温度合を得ることができる。
【００７１】
ステップ４４に続くステップ４５では、デューティ比補正項αの算出・更新が終了したため、再度、この算出・更新を実行するために、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３を「０」にリセットし（ステップ４５）、前記ステップ３３を実行することによってデューティ比ＨＤＵＴＹを算出し、本処理を終了する。
【００７２】
このステップ４５の実行によって、前記ステップ３４の答がＮＯになる結果、再度、第２タイマ値ｔＭ２や第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２などのリセット処理が行われ、ひいては、デューティ比補正項αの算出・更新が行われる。以上のように、デューティ比補正項αの算出・更新は、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２ごとに繰り返し実行される。
【００７３】
図２に戻り、前記ステップ１２に続くステップ１３では、尿素水温ＴＵが前記ステップ１０で算出された目標尿素水温ＴＵＥ以上であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１３の答がＹＥＳになり、尿素水温ＴＵが目標尿素水温ＴＵＥに達したときには、尿素水が融解したとして、デューティ比ＨＤＵＴＹを値０に設定し（ステップ１４）、それによりヒータ１６を停止する。次いで、第１および第２解凍制御処理が完了したとして、そのことを表すために、解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥを「１」に設定し（ステップ１５）、本処理を終了する。
【００７４】
このステップ１５の実行によって、前記ステップ１の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥ＝１）になり、その場合には、そのまま本処理を終了する。また、解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥは、前述したようにエンジン３の始動時に「０」にリセットされる。以上の解凍制御処理の実行内容から明らかなように、第１および第２解凍制御処理は、エンジン３の始動後、尿素水が凍結状態にある場合（ステップ２：ＹＥＳ）に実行され、尿素水温ＴＵが目標尿素水温ＴＵＥに達することによって終了されると、その後、エンジン３が停止され、再始動されるまでは、実行されない。
【００７５】
なお、尿素水タンク７を含む尿素水供給装置６は、前述したように車両の排気管４の付近に配置されている。このため、尿素水は、第１および第２解凍制御処理により融解されると、その後、エンジン３を運転している限り、排気管４の熱で加熱されるので、再凍結することはない。また、解凍制御処理では、一旦、前記ステップ２により尿素水が凍結状態にあると判定され、第１解凍制御処理が開始された後には、たとえ外気温ＴＡが前述した所定温度以上になっても、第２解凍制御処理が完了するまで、ステップ２の答はＹＥＳに保持される。これにより、第１および第２解凍制御処理が途中で終了されることはない。
【００７６】
次に、図８を参照しながら、上述した解凍制御処理の動作例（図８（ａ））および比較例（図８（ｂ））を説明する。図８（ｂ）に示す比較例は、解凍制御処理と異なり、尿素水が劣化していることにより比熱が大きい場合でも尿素水を確実に融解させるために、常に、デューティ比ＨＤＵＴＹを前述した所定値ＨＤＲＥＦ（１００％）に保持するとともに、ヒータ１６への通電時間を固定値に設定した場合の動作例である。図８（ａ）および図８（ｂ）はいずれも、尿素水が劣化していない新品の場合について示している。
【００７７】
図８（ａ）に示すように、解凍制御処理の開始（時点ｔ０）に伴い、第１解凍制御処理が実行されることによって、尿素水温ＴＵは上昇する。また、第１解凍制御処理の開始時における尿素水温ＴＵが劣化度合推定用温度ＴＵ０として記憶される（図３のステップ２３）。そして、この第１解凍制御処理の開始から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したとき（時点ｔ１、図２のステップ６：ＹＥＳ）に、そのときに検出された尿素水温ＴＵと劣化度合推定用温度ＴＵ０との偏差に基づいて、尿素水の劣化度合を表す劣化度合パラメータＤＴＥＧが算出され（ステップ８）、第１解凍制御処理が終了されるとともに、第２解凍制御処理が開始される（ステップ１２）。
【００７８】
この第２解凍制御処理の実行中、劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づいて算出された基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥを、尿素水の所望の昇温度合が得られるようにデューティ比補正項αを用いて補正することによって、デューティ比ＨＤＵＴＹが算出される（図６のステップ４４、３３）。図８（ａ）に示す動作例では、尿素水が新品であり、その比熱が劣化している場合よりも小さいので、デューティ比ＨＤＵＴＹは、所定値ＨＤＲＥＦよりも小さな値に設定され、それにより、ヒータ１６による電力消費が低減される。また、上述したデューティ比ＨＤＵＴＹの算出によって、尿素水温ＴＵが所望の昇温度合で徐々に上昇する。
【００７９】
さらに、目標尿素水温ＴＵＥが、劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づいて、尿素水の融解点とほぼ等しい温度に算出される（図２のステップ１０）。そして、尿素水温ＴＵが算出された目標尿素水温ＴＵＥに達したとき（時点ｔ２、ステップ１３：ＹＥＳ）に、第２解凍制御処理が完了したとして（ステップ１５）、ヒータ１６による尿素水の加熱が停止される（ステップ１４）。
【００８０】
これに対して、図８（ｂ）に示す比較例では、尿素水が劣化していることにより比熱が大きい場合でも尿素水を確実に融解させるために、デューティ比ＨＤＵＴＹが大きな所定値ＨＤＲＥＦに保持されるとともに、ヒータ１６への通電時間が固定値に設定される。これにより、新品である尿素水の尿素水温ＴＵは、尿素水の融解点とほぼ等しい目標尿素水温ＴＵＥを超えて大きく上昇する。以上のように、比較例では、ヒータ１６による尿素水の加熱が過剰に行われ、その結果、尿素水の劣化が促進されてしまう。この場合、ヒータ１６の電源であるバッテリがエンジン３を駆動源とする発電機を用いて充電されるので、エンジン３の燃費が悪化してしまう。
【００８１】
また、本実施形態による各種の要素と本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、本実施形態における排気管４、ＮＯｘ触媒５および尿素水タンク７が、本発明における排気通路、ＮＯｘ選択還元触媒および還元剤タンクにそれぞれ相当するとともに、本実施形態における尿素水温センサ２３およびヒータ１６が、本発明における温度検出手段および加熱手段にそれぞれ相当する。また、本実施形態におけるＥＣＵ２が、本発明における解凍制御手段、劣化度合推定手段、熱交換量算出手段および負荷パラメータ取得手段に相当するとともに、本実施形態における外気温センサ２４および車速センサ２６が、本発明における外気温度取得手段および車速取得手段にそれぞれ相当する。
【００８２】
さらに、本実施形態における尿素水温ＴＵ、劣化度合パラメータＤＴＥＧおよび第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が、本発明における還元剤の温度、還元剤の劣化度合および所定時間にそれぞれ相当する。また、本実施形態における第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１および第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１が、本発明における外気と還元剤の間の熱交換量に相当するとともに、本実施形態における燃料噴射量ＴＯＵＴが、本発明における負荷パラメータに相当する。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、凍結状態の尿素水を加熱することで融解させるために、解凍制御処理が実行される。また、この解凍制御処理の実行中、第１および第２解凍制御処理が順に実行されるとともに、第１解凍制御処理の実行中に検出された尿素水温ＴＵに応じて、尿素水の劣化度合を表す劣化度合パラメータＤＴＥＧが算出される。したがって、第１解凍制御処理により尿素水が加熱されているときに検出された尿素水温ＴＵに応じて、尿素水の劣化度合を精度良く推定することができる。また、そのように精度良く推定された尿素水の劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じて、第２解凍制御処理が実行される。したがって、第２解凍制御処理による尿素水の加熱を、尿素水の劣化度合に応じて過不足なく行うことができるので、尿素水の劣化の進行を抑制でき、尿素水を適切に融解させることができるとともに、エンジン３の燃費を向上させることができる。
【００８４】
また、解凍制御処理は、凍結状態の尿素水を融解させるので、その完了までに比較的長い時間が必要である。本実施形態によれば、第１解凍制御処理を開始してから第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したときに検出された尿素水温ＴＵに基づいて劣化度合パラメータＤＴＥＧが算出される。そして、算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じた第２解凍制御処理が、第１解凍制御処理の開始から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過した後に実行される。このように、解凍制御処理の開始後の初期において、劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出を完了させるとともに、算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧを用いて、その後の第２解凍制御処理を実行できるので、上述した本実施形態による効果、すなわち、尿素水の劣化の進行を抑制でき、尿素水を適切に融解させることができるとともに、エンジン３の燃費を向上させることができるという効果を、有効に得ることができる。
【００８５】
また、通常、尿素水の凍結は、エンジン３の停止中に発生する。これに対して、本実施形態によれば、解凍制御処理を前述したようにして行うので、エンジン３の停止時に尿素水の劣化が進行していたとしても、そのときの劣化度合を反映させながら、第２解凍制御処理を適切に行うことができる。
【００８６】
さらに、劣化度合パラメータＤＴＥＧが、第１解凍制御処理の実行中における尿素水温ＴＵに基づいて算出される。また、第１解凍制御処理の実行中における外気と尿素水の間の熱交換量の積算値である第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１が、検出された外気温ＴＡと尿素水温ＴＵに応じて算出されるとともに、劣化度合パラメータＤＴＥＧが、尿素水温ＴＵに加え、算出された第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１に応じて算出される。したがって、劣化度合パラメータＤＴＥＧを、より精度良く算出することができ、ひいては、本実施形態による効果をより有効に得ることができる。
【００８７】
さらに、エンジン３の負荷を表す燃料噴射量ＴＯＵＴと車速ＶＰに応じて、第１解凍制御処理の実行中に排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量の積算値である第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１が算出されるとともに、劣化度合パラメータＤＴＥＧが、尿素水温ＴＵおよび第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１に加え、算出された第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１に応じて算出される。したがって、劣化度合パラメータＤＴＥＧを、さらに精度良く算出することができ、ひいては、本実施形態による効果をさらに有効に得ることができる。
【００８８】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、尿素水温ＴＵを、ポンプ室１０内に設けられた尿素水温センサ２３によって検出しているが、尿素水供給管８内に設けられた温度センサによって検出してもよい。また、実施形態では、ヒータ１６を、ポンプ室１０の周壁および底壁の外面に設けているが、これに代えて、またはこれとともに、尿素水タンク７の周壁および底壁の外面に設けてもよい。さらに、実施形態では、尿素水を加熱するための加熱手段として、熱線式のヒータ１６を用いているが、これに限らず、例えば内燃機関の冷却水を利用したものでもよい。
【００８９】
また、実施形態では、劣化度合パラメータＤＴＥＧを算出するためのパラメータとして、解凍制御処理（第１解凍制御処理）の開始時から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したときに検出された尿素水温ＴＵ（以下「第１所定時間経時温度」という）と、当該開始時における尿素水温ＴＵである劣化度合推定用温度ＴＵ０との偏差（ＴＵ−ＴＵ０）を用いているが、解凍制御処理の開始時から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過するまでにおける尿素水温ＴＵの上昇量を表すパラメータであれば、これに限らず、他の適当なパラメータを用いてもよい。例えば、第１所定時間経過時温度と劣化度合推定用温度ＴＵ０との比（第１所定時間経過時温度／ＴＵ０）を用いてもよい。あるいは、第１所定時間経過時温度および劣化度合推定用温度ＴＵ０に代えて、解凍制御処理の開始時から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過するまでにおける互いに異なる２つのタイミングでそれぞれ検出された２つの尿素水温ＴＵの間の偏差または比を用いてもよい。
【００９０】
さらに、実施形態では、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１を、第１解凍制御処理でのヒータ１６による尿素水の加熱により尿素水温ＴＵが十分に上昇するような一定時間に設定しているが、解凍制御処理（第１解凍制御処理）の開始時における外気温ＴＡに応じて設定してもよい。具体的には、外気温ＴＡが低いことにより尿素水が完全に凍結しているときには、ヒータ１６で尿素水を加熱しても、尿素水温ＴＵが上昇しにくく、それにより劣化度合パラメータＤＴＥＧを適切に算出することができないおそれがあるため、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１を、外気温ＴＡが低いほど、より長い時間に設定してもよい。この場合、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１の設定に用いるパラメータは、尿素水の凍結状態を表すパラメータであれば、外気温ＴＡに限らず、尿素水温ＴＵでもよい。
【００９１】
また、実施形態では、外気温ＴＡを、外気温センサ２４によって検出しているが、エンジン３に吸入される吸気の温度をセンサで検出するとともに、検出された吸気の温度に応じて算出（推定）してもよい。さらに、実施形態では、エンジン３の負荷を表す負荷パラメータとして、燃料噴射量ＴＯＵＴを用いているが、これに限らず、要求トルクＴＲＥＱや、アクセル開度ＡＰなどを用いてもよい。また、実施形態では、車速ＶＰを、車速センサ２６によって検出しているが、これに限らず、エンジン回転数ＮＥに応じて算出（推定）してもよい。
【００９２】
さらに、実施形態では、劣化度合パラメータＤＴＥＧを、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１および第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１に応じて算出しているが、これらの１つまたは２つに応じて算出してもよい。また、実施形態では、エンジン３の始動後、エンジン３が停止され再始動されるまでの間、第１および第２解凍制御処理を１回のみ実行しているが、例えば、外気温ＴＡが非常に低いことにより、エンジン３の運転中に尿素水が再凍結するような場合には、それに応じて第２解凍制御処理のみを複数回、実行してもよい。
【００９３】
さらに、実施形態では、第１解凍制御処理および劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出を、エンジン３の始動に伴って尿素水が凍結状態にあると判定されるごとに行っているが、尿素水が凍結状態にあると判定された回数が複数の所定回数に達するごとに行うとともに、それまでの間は、そのときに得られている劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じた第２解凍制御処理のみを実行してもよい。あるいは、今回の解凍制御処理において、第１解凍制御処理のみを第１所定時間ＴＭＲＥＦ１よりも長い所定時間にわたって実行し、実施形態と同様にして劣化度合パラメータＤＴＥＧを算出するとともに、次回の解凍制御処理において、前回の解凍制御処理で算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じた第２解凍制御処理のみを実行してもよい。
【００９４】
また、実施形態では、ＮＯｘを浄化するための液体状の還元剤として、尿素水を用いているが、これに限らず、例えばアンモニア水やエンジン３の燃料を用いてもよい。さらに、実施形態は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであるエンジン３に、本発明を適用した例であるが、本発明は、これに限らず、リーンバーン運転を行うガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進器用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（解凍制御手段、劣化度合推定手段、熱交換量算出手段、負荷パラ メータ取得手段）
３ エンジン
４ 排気管（排気通路）
５ ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ選択還元触媒）
７ 尿素水タンク（還元剤タンク）
１６ ヒータ（加熱手段）
２３ 尿素水温センサ（温度検出手段）
２４ 外気温センサ（外気温度取得手段）
２６ 車速センサ（車速取得手段）
ＴＵ 尿素水温（還元剤の温度）
ＴＭＲＥＦ１ 第１所定時間（所定時間）
ＤＴＥＧ 劣化度合パラメータ（還元剤の劣化度合）
ＴＡ 外気温
ＱＨＥＳ１ 第１熱交換量積算値（外気と還元剤の間の熱交換量）
ＩＲＬ１ 第１負荷熱量積算値（外気と還元剤の間の熱交換量）
ＴＯＵＴ 燃料噴射量（負荷パラメータ）
ＶＰ 車速
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この排ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒と、還元剤としての尿素水を貯える尿素水タンクと、尿素水タンクにポンプなどを介して接続された噴射弁を備えている。尿素水タンク内の尿素水は、噴射弁を介してＮＯｘ選択還元触媒に供給される。それに伴い、排ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ選択還元触媒により還元剤を用いて還元され、浄化される。
【０００３】
また、この従来の排ガス浄化装置では、尿素水が劣化すると、ＮＯｘ選択還元触媒において排ガス中のＮＯｘを適切に還元できなくなることから、尿素水の劣化が次のようにして判定される。すなわち、尿素水の凝固点と濃度の間に相関があることに着目し、尿素水の凝固点を検出するとともに、検出された凝固点に基づいて尿素水の濃度を推定する。そして、推定された尿素水の濃度に基づいて、尿素水の劣化が判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９７７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、尿素水などの還元剤は、外気温が低いときに凍結する場合があり、その場合には、還元剤をＮＯｘ選択還元触媒に供給できないことによりＮＯｘを浄化できなくなる。このため、ヒータによる加熱により還元剤を融解させることが、一般に行われている。また、還元剤は、その劣化度合が高いほど、比熱がより大きくなるという特性を有している。このため、還元剤が劣化しているときには、上述したように還元剤を融解させるのに必要なヒータの加熱量は、より大きくなる。
【０００６】
このため、例えば、還元剤が劣化している場合でも還元剤を確実に融解させるために、ヒータの加熱量を高めに設定することが考えられる。しかし、その場合において、還元剤が劣化していないときには、還元剤がヒータで過剰に加熱される結果、還元剤の劣化が促進されてしまう。それに加え、ヒータの電源であるバッテリを、内燃機関を駆動源とする発電機を用いて充電する場合には、上記のようにヒータの加熱量が高めに設定されるので、内燃機関の燃費が悪化してしまう。還元剤を融解させるには、通常、ヒータを比較的長時間、作動させる必要があるため、上記の不具合は顕著になる。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、還元剤の劣化の進行を抑制でき、内燃機関の燃費を向上させることができるとともに、還元剤を適切に融解させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の排ガス浄化装置１は、内燃機関３の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管４）に設けられ、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒（ＮＯｘ触媒５）と、還元剤を貯える還元剤タンク（尿素水タンク７）と、還元剤タンク内の還元剤の温度を検出する温度検出手段（尿素水温センサ２３）と、還元剤を加熱するための加熱手段（ヒータ１６）と、凍結状態の還元剤を加熱することで融解させるために、加熱手段を制御する解凍制御を実行する解凍制御手段（ＥＣＵ２、図２のステップ５、１２）と、解凍制御の実行中に検出された還元剤の温度（尿素水温ＴＵ）に応じて、還元剤の劣化度合を推定する劣化度合推定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ８）と、解凍制御手段は、推定された還元剤の劣化度合（劣化度合パラメータＤＴＥＧ）に応じて解凍制御を実行する（図２のステップ９、図６のステップ３３、図２のステップ１０、１３）ことを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒により、供給された還元剤を用いて、排ガス中のＮＯｘが浄化される。また、還元剤タンク内の還元剤の温度が検出されるとともに、凍結状態の還元剤を加熱することで融解させるために、還元剤を加熱するための加熱手段を制御する解凍制御が、解凍制御手段によって実行される。また、還元剤の劣化度合が、解凍制御の実行中に検出された還元剤の温度に応じ、劣化度合推定手段によって推定される。前述したように、還元剤は、その劣化度合が高いほど、その比熱がより大きくなるという特性を有している。したがって、解凍制御により還元剤が加熱されているときに検出された還元剤の温度に応じて、還元剤の劣化度合を精度良く推定することができる。
【００１０】
また、上述した構成によれば、そのように精度良く推定された還元剤の劣化度合に応じて、解凍制御が実行される。これにより、解凍制御による還元剤の加熱を、還元剤の劣化度合に応じて過不足なく行うことができるので、還元剤の劣化の進行を抑制できるとともに、還元剤を適切に融解させることができる。また、この場合、加熱手段として、電源からの電力の供給により作動するヒータを用いるとともに、この電源を、内燃機関を駆動源とする発電機を用いて充電する場合には、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、劣化度合推定手段は、解凍制御を開始してから所定時間（第１所定時間ＴＭＲＥＦ１）が経過するまでに検出された還元剤の温度に基づいて還元剤の劣化度合を推定し（図２のステップ８）、解凍制御手段は、解凍制御を開始してから所定時間が経過した後（図２のステップ６：ＹＥＳ）に、推定された還元剤の劣化度合に応じた解凍制御を実行する（図２のステップ９、図６のステップ３３、図２のステップ１０、１３）ことを特徴とする。
【００１２】
解凍制御は、凍結状態の還元剤を融解させるので、その完了までに比較的長い時間が必要である。上述した構成によれば、解凍制御を開始してから所定時間が経過するまでに検出された還元剤の温度に基づいて還元剤の劣化度合が推定されるとともに、推定された還元剤の劣化度合に応じた解凍制御が、所定時間が経過した後に実行される。このように、解凍制御の開始後の初期において、還元剤の劣化度合の推定を完了させるとともに、その推定結果を利用して、その後の解凍制御を実行できるので、前述した請求項１による効果、すなわち、還元剤の劣化の進行を抑制でき、還元剤を適切に融解させることができるとともに、内燃機関の燃費を向上させることができるという効果を、有効に得ることができる。
【００１３】
さらに、通常、還元剤の凍結は、内燃機関の停止中に発生する。これに対して、上述した構成によれば、融解させるための解凍制御を上述したようにして行うので、内燃機関の停止時に還元剤の劣化が進行していたとしても、そのときの劣化度合を反映させながら、解凍制御を適切に行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、還元剤タンクの周囲の外気温度を取得する外気温度取得手段（外気温センサ２４）と、取得された外気温度（外気温ＴＡ）と還元剤の温度に応じて、外気と還元剤の間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段（ＥＣＵ２、図３のステップ２６、２７）と、をさらに備え、劣化度合推定手段は、還元剤の温度に加え、還元剤の劣化度合を推定しているときに算出された熱交換量に応じて、還元剤の劣化度合を推定する（図２のステップ７、８）ことを特徴とする。
【００１５】
還元剤の劣化度合の推定に用いられる還元剤の温度は、加熱手段による加熱のみならず、外気との熱交換によっても変化する。上述した構成によれば、取得された還元剤タンクの周囲の外気温度と、還元剤の温度に応じ、熱交換量算出段によって、外気と還元剤の間の熱交換量（外気と還元剤の間で交換される熱量）が算出される。また、還元剤の劣化度合を、還元剤の温度に加え、劣化度合を推定しているときに算出された熱交換量に応じて推定するので、この推定をより精度良く行うことができ、ひいては、請求項１による効果をより有効に得ることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、内燃機関３は車両に搭載されており、内燃機関３の負荷を表す負荷パラメータ（燃料噴射量ＴＯＵＴ）を取得する負荷パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、図２のステップ３）と、車両の車速を取得する車速取得手段（車速センサ２６）と、をさらに備え、熱交換量算出手段は、外気温度および還元剤の温度に加え、取得された負荷パラメータおよび車速に応じて、熱交換量を算出する（図３のステップ２７）ことを特徴とする。
【００１７】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒に還元剤が供給される関係上、還元剤タンクの周囲の外気は、排気通路の熱によって昇温される。また、上述したように内燃機関が車両に搭載されていることから、排気通路の熱による還元剤タンクの周囲の外気の昇温度合は、車両の走行風による影響によって変化する。上述した構成によれば、外気と還元剤の間の熱交換量を、外気温度および還元剤の温度に加え、排気通路の熱と密接な相関を有する内燃機関の負荷を表す負荷パラメータと、車両の走行風と密接な相関を有する車速に応じて算出するので、この算出をより精度良く行うことができる。その結果、熱交換量に応じた還元剤の劣化度合の推定を、さらに精度良く行うことができ、ひいては、請求項１による効果をさらに有効に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による排ガス浄化装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】図１のＥＣＵによって実行される解凍制御処理を示すフローチャートである。
【図３】解凍制御処理で実行される第１解凍制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】基本デューティ比を算出するためのマップの一例である。
【図５】目標温度を算出するためのマップの一例である。
【図６】解凍制御処理で実行される第２解凍制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】デューティ比補正項を算出するためのマップの一例である。
【図８】（ａ）解凍制御処理による動作例を、（ｂ）比較例とともに示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば車両（図示せず）に搭載されたディーゼルエンジンであり、理論空燃比よりもリーンな空燃比で混合気の燃焼が行われる。エンジン３には、エンジン回転数センサ２１が設けられており、エンジン回転数センサ２１は、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを検出し、その検出信号を後述するＥＣＵ２に出力する。
【００２０】
本実施形態による排ガス浄化装置１は、エンジン３の排気管４に設けられたＮＯｘ触媒５と、ＮＯｘ触媒５に還元剤としての尿素水を供給する尿素水供給装置６を備えている。
【００２１】
ＮＯｘ触媒５は、尿素を還元剤とする選択還元触媒であり、排気管４内に供給された尿素水の加水分解によって生成されたＮＨ３（アンモニア）を吸着するとともに、吸着したＮＨ３によって、エンジン３から排出された排ガス中のＮＯｘを還元し、浄化する。
【００２２】
尿素水供給装置６は、尿素水を貯える尿素水タンク７と、尿素水タンク７から尿素水を供給するための尿素水供給管８と、供給された尿素水を排気管４内に噴射する尿素水噴射弁（以下「インジェクタ」という）９などで構成されており、車両の排気管４の付近に配置されている。
【００２３】
尿素水タンク７の内部にはポンプ室１０が設けられ、ポンプ室１０にはポンプ１１が収容されている。ポンプ１１は、正逆回転が可能なモータ（図示せず）を有する電動式のものであり、モータの正回転時には、ポンプ室１０内の尿素水を、吐出管１２を介して圧送することによって尿素水供給管８に供給し、モータの逆回転時には、負圧を発生させることによって、尿素水を尿素水供給管８からポンプ室１０内に吸い戻す。ポンプ１１の動作は、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。
【００２４】
尿素水供給管８は、車両の前後方向に延びており、一端部が吐出管１２に接続されるとともに、ポンプ室１０および尿素タンク７の外部に延び、他端部はインジェクタ９に接続されている。
【００２５】
インジェクタ９は、開閉式の電磁弁で構成されており、排気管４のＮＯｘ触媒５よりも上流側に取り付けられ、排気管４内に臨むように設けられている。インジェクタ９は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって開弁し、それにより、尿素水タンク７から尿素水供給管８を介して供給された尿素水が、排気管４内に噴射され、ＮＯｘ触媒５におけるＮＯｘの還元・浄化に用いられる。
【００２６】
ポンプ１１の吐出管１２には、絞り１３およびリリーフ弁１４を介して、戻り通路１５が接続されている。リリーフ弁１４は、尿素水の圧力が上昇し、所定圧に達したときに開弁することによって、尿素水を逃がし、尿素水の圧力が過大化するのを防止する。リリーフ弁１４の開弁によって逃がされた尿素水は、戻り通路１５を介して尿素水タンク７に戻される。
【００２７】
ポンプ室１０の周壁および底壁の外面と尿素水供給管８には、ヒータ１６が取り付けられている。ヒータ１６は、凍結状態の尿素水を加熱し、融解させるためのものであり、電熱線１７を有する電気式ヒータで構成されている。ヒータ１６の動作は、ＥＣＵ２からの通電用の駆動信号のデューティ比ＨＤＵＴＹを制御することによって、制御される。また、ヒータ１６の電源であるバッテリ（図示せず）は、エンジン３を駆動源とする発電機（図示せず）を用いて充電される。
【００２８】
また、尿素水供給管８には尿素水圧センサ２２が設けられ、ポンプ室１０内には尿素水温センサ２３が設けられている。尿素水圧センサ２２は尿素水の圧力（以下「尿素水圧」という）ＰＵを検出し、尿素水温センサ２３は尿素水の温度（以下「尿素水温」という）ＴＵを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。
【００２９】
また、車両における尿素水タンク７の付近には、外気温センサ２４が設けられている。外気温センサ２４は、尿素水タンク７の周囲の外気温度（以下「外気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３０】
ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２５から車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が、車速センサ２６から車両の車速ＶＰを表す検出信号が、出力される。
【００３１】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェースなどから成るマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。前述した各種のセンサ２１〜２６の検出信号は、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００３２】
ＥＣＵ２は、これらの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、インジェクタ９、ポンプ１１およびヒータ１６を制御する。具体的には、エンジン３の運転中は、ポンプ１１を正回転方向に駆動することによって、ポンプ室１０から尿素水供給管８に尿素水を供給するとともに、検出された尿素水圧ＰＵをその目標値に維持しながら、インジェクタ９の開弁時間を制御することによって、排気管４への尿素水の供給量を制御する尿素水の供給制御を実行する。
【００３３】
また、エンジン３の停止時には、ポンプ１１を逆回転方向に駆動することによって、尿素水供給管８から尿素タンク７に尿素水を吸い戻す吸い戻し制御を実行する。さらに、エンジン３の始動時、凍結状態の尿素水を融解させるための解凍制御処理を実行する。
【００３４】
図２は、この解凍制御処理を示している。本処理の概要について説明すると、まず、第１解凍制御処理を後述する第１所定時間ＴＭＲＥＦ１にわたって実行する（ステップ５）ことによって、凍結状態の尿素水をヒータ１６により加熱する。また、第１解凍制御処理の実行中に検出された尿素水温ＴＵに基づいて、尿素水の劣化度合を推定する（ステップ８）。次いで、第２解凍制御処理を実行する（ステップ１２）ことにより、推定された尿素水の劣化度合に基づいてヒータ１６を制御することで、尿素水をさらに加熱する。
【００３５】
解凍制御処理は、所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行される。まず、図２のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する。この解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥは、第１および第２解凍制御処理が完了したときに「１」に設定されるものであり、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。
【００３６】
このステップ１の答がＮＯ（Ｆ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥ＝０）のときには、尿素水が凍結状態にあるか否かを判定する（ステップ２）。このステップ２では、検出された外気温ＴＡが所定温度（例えば−２０℃）よりも低いときに、尿素水が凍結状態にあると判定される。ステップ２の答がＮＯで、尿素水が凍結状態にないときには、ヒータ１６により尿素水を加熱することなく、そのまま本処理を終了する。
【００３７】
一方、ステップ２の答がＹＥＳで、尿素水が凍結状態にあるときには、エンジン３の燃料噴射量ＴＯＵＴを読み込む（ステップ３）。燃料噴射量ＴＯＵＴは、エンジン３に要求される要求トルクＴＲＥＱなどに応じてＥＣＵ２により算出される。また、要求トルクＴＲＥＱは、検出されたエンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。
【００３８】
次いで、劣化度合推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ２が「１」であるか否かを判別する（ステップ４）。この劣化度合推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ２は、尿素水の劣化度合の推定が完了したときに「１」に設定されるものであり、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。このステップ４の答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ２＝０）のときには、第１解凍制御処理を実行する（ステップ５）。
【００３９】
図３は、この第１解凍制御処理を示している。まず、ステップ２１では、ヒータ１６への通電用の駆動信号のデューティ比ＨＤＵＴＹを所定値ＨＤＲＥＦに設定し、ヒータ１６を作動させる。この所定値ＨＤＲＥＦは、尿素水が劣化していることにより前述したように比熱が大きい場合でも、尿素水を十分に加熱することで尿素水温ＴＵを確実に上昇させるために、例えば１００％に設定されている。次いで、設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１が「１」であるか否かを判別する（ステップ２２）。この設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１の詳細については後述する。
【００４０】
このステップ２２の答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ１＝０）のときには、そのときに検出された尿素水温ＴＵを劣化度合推定用温度ＴＵ０として設定し（ステップ２３）、記憶するとともに、アップカウント式の第１タイマのタイマ値ｔＭ１を値０にリセットする。次いで、劣化度合推定用温度ＴＵ０の設定とタイマ値ｔＭ１のリセットが完了したとして、そのことを表すために、設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１を「１」に設定し（ステップ２５）、ステップ２６に進む。
【００４１】
また、このステップ２５の実行によって、上記ステップ２２の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ２３〜２５をスキップし、ステップ２６に進む。なお、設定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ１は、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。
【００４２】
以上のように、第１タイマのタイマ値ｔＭ１は、本処理が開始された時点で値０にリセットされ、その後、本処理が実行されるのに伴って、アップカウントされる。したがって、タイマ値ｔＭ１は、本処理によりヒータ１６が作動を開始してからの経過時間を表す。また、劣化度合推定用温度ＴＵ０は、本処理の開始時における尿素水温ＴＵである。
【００４３】
このステップ２６では、外気温ＴＡおよび尿素水温ＴＵに応じて、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１を算出する。この第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１は、本処理（第１解凍制御処理）が開始されてから今回までにおいて、尿素水タンク７の周囲の外気と尿素水との間で熱交換された熱量（熱交換量）の積算値に相当する。具体的には、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１は、次のようにして算出される。
【００４４】
すなわち、まず、尿素水温ＴＵと外気温ＴＡとの偏差に基づき、所定の演算式を用いて、前回から今回までにおける外気と尿素水との間の第１熱交換量を算出する。この場合、第１熱交換量は、外気温ＴＡが尿素水温ＴＵよりも高く、外気から尿素水に熱量が与えられている場合には正値になり、これとは逆に、尿素水温ＴＵが外気温ＴＡよりも低く、尿素水から外気に熱量が与えられている場合には負値になる。次いで、算出された今回の第１熱交換量を、そのときに得られている第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１に加算することによって、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１の今回値を算出する。なお、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１は、エンジン３の始動時に値０にリセットされる。
【００４５】
ステップ２６に続くステップ２７では、図２のステップ３で読み込まれた燃料噴射量ＴＯＵＴおよび検出された車速ＶＰに応じて、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１を算出する。この第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１は、本処理が開始されてから今回までにおいて、排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量の積算値に相当する。具体的には、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１は、次のようにして算出される。
【００４６】
すなわち、まず、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび検出された車速ＶＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、前回から今回までに排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量（以下「第１負荷熱量」という）を算出する。次いで、算出された第１負荷熱量を、そのときに得られている第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１に加算することによって、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１の今回値を算出する。上記のマップでは、負荷熱量は、燃料噴射量ＴＯＵＴが大きいほど、また、車速ＶＰが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、燃料噴射量ＴＯＵＴが大きいほど、すなわち、エンジン３の負荷が高いほど、排ガスの流量が大きく、排気管４の熱がより高いためである。また、車速ＶＰが低いほど、車両の走行風の風量が小さいことによって、排気管４の熱が尿素水タンク７の付近に滞留しやすいためである。なお、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１は、エンジン３の始動時に値０にリセットされる。
【００４７】
ステップ２７に続くステップ２８では、ステップ２１で設定されたデューティ比ＨＤＵＴＹに応じて、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１を算出し、本処理を終了する。この第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１は、本処理が開始されてから今回までにおける、ヒータ１６による尿素水の加熱量の積算値に相当する。具体的には、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１は、次のようにして算出される。
【００４８】
すなわち、まず、デューティ比ＨＤＵＴＹに基づき、所定の演算式を用いて、前回から今回までにおけるヒータ１６による尿素水の加熱量（以下「第１ヒータ加熱量」という）を算出する。次いで、算出された第１ヒータ加熱量を、そのときに得られている第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１に加算することによって、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１の今回値を算出する。なお、第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１は、エンジン３の始動時に値０にリセットされる。
【００４９】
図２に戻り、前記ステップ５に続くステップ６では、図３のステップ２４で値０にリセットされた第１タイマのタイマ値ｔＭ１が第１所定時間ＴＭＲＥＦ１と等しいか否かを判別する。この答がＮＯのときにはそのまま本処理を終了する一方、ＹＥＳで、タイマ値ｔＭ１が第１所定時間ＴＭＲＥＦ１と等しくなったとき、すなわち、ステップ２１によるヒータ１６の加熱が第１所定時間ＴＭＲＥＦ１にわたって実行されたときには、第１解凍制御処理が完了したとして、続くステップ７および８において、尿素水の劣化度合を推定する。この第１所定時間ＴＭＲＥＦ１は、第１解凍制御処理でのヒータ１６による尿素水の加熱により尿素水温ＴＵが十分に上昇するような時間、例えば７分に設定されている。
【００５０】
このステップ７では、図３のステップ２６〜２８でそれぞれ算出された第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１および第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１の総和を、第１総加熱量ＱＰ１として算出する。この第１総加熱量ＱＰ１は、その算出手法から明らかなように、第１解凍制御処理の開始から完了までにヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量である。
【００５１】
次いで、ステップ８では、図３のステップ２３で設定された劣化度合推定用温度ＴＵ０と、ステップ７で算出された第１総加熱量ＱＰ１を用い、次式（１）によって、尿素水の劣化度合を表す劣化度合パラメータＤＴＥＧを算出する。
ＤＴＥＧ＝（ＴＵ−ＴＵ０）／ＱＰ１ ……（１）
【００５２】
ここで、劣化度合推定用温度ＴＵ０は、前述したように第１解凍制御処理の開始時における尿素水温ＴＵである。したがって、上記式（１）の右辺における（ＴＵ−ＴＵ０）は、第１解凍制御処理の開始から完了までにおける尿素水温ＴＵの上昇量を表す。また、第１総加熱量ＱＰ１は、その算出手法から明らかなように、第１解凍制御処理の開始から完了までにおいてヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量に相当する。以上から、この項（ＴＵ−ＴＵ０）を第１総加熱量ＱＰ１で除算することによって算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧは、第１解凍制御処理の開始から完了までにおいて尿素水に与えられた熱量の総量に対する尿素水温ＴＵの上昇度合を表す。
【００５３】
前述したように、尿素水の劣化度合が高いほど、その比熱がより大きくなるので、尿素水に与えられた同じ大きさの熱量に対して尿素水温ＴＵの上昇度合は、より低くなる。このことから、上述した式（１）で算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧは、尿素水の劣化度合が高いほど、より小さくなるとともに、尿素水の劣化度合を良好に表す。
【００５４】
ステップ８に続くステップ９では、算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づき、図４に示すマップを検索することによって、基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥを算出する。この基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥは、後述する第２解凍制御処理においてヒータ１６のデューティ比ＨＤＵＴＹの基本値として用いられるものであり、このマップでは、劣化度合パラメータＤＴＥＧが小さいほど、すなわち尿素水の劣化度合が高いほど、より大きな値に設定されている。これは、尿素水の劣化度合が高いほど、その比熱がより大きくなるため、それに応じてヒータ１６で尿素水を過不足なく加熱し、尿素水を適切に融解させるためである。
【００５５】
次いで、劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づき、図５に示すマップを検索することによって、目標尿素水温ＴＵＥを算出する（ステップ１０）。この目標尿素水温ＴＵＥは、第２解凍制御処理において、尿素水温ＴＵの目標値として用いられるものであり、尿素水の融解点よりも若干高い温度に設定されている。また、このマップでは、目標尿素水温ＴＵＥは、劣化度合パラメータＤＴＥＧが大きいほど、すなわち尿素水の劣化度合が低いほど、より大きな値に設定されている。これは、尿素水の劣化度合が低いほど、その融解点が高くなるため、それに応じてヒータ１６で尿素水を過不足なく加熱し、尿素水を適切に融解させるためである。
【００５６】
次に、尿素水の劣化度合の推定が完了したことを表すために、劣化度合推定済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ２を「１」にセットし（ステップ１１）、ステップ１２に進む。このステップ１１の実行により前記ステップ４の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＤＯＮＥ２＝１）になり、その場合には、前記ステップ５〜１１をスキップし、第１解凍制御処理や劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出を行わずに、ステップ１２に進む。
【００５７】
このステップ１２では、第２解凍制御処理を実行する。図６は、この第２解凍制御処理を示している。本処理では、図２のステップ９において劣化度合パラメータＤＴＥＧを用いて算出された基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに基づいて、ヒータ１６を制御し、それにより、尿素水が加熱される。まず、図６のステップ３１では、劣化度合推定済みフラグの前回値Ｆ＿ＤＯＮＥ２Ｚが「０」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのとき、すなわち、今回が、劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出が完了した直後のループであり、第２解凍制御処理の開始直後のループであるときには、デューティ比補正項αを値０に設定する（ステップ３２）。
【００５８】
次いで、図２のステップ９で算出された基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに、デューティ比補正項αを加算することによって、デューティ比ＨＤＵＴＹを算出し（ステップ３３）、本処理を終了する。以上のように、第２解凍制御処理の開始直後には、基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに設定されたデューティ比ＨＤＵＴＹを用いて、ヒータ１６による尿素水の加熱が行われる。
【００５９】
一方、前記ステップ３１の答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ２Ｚ＝１）で、第２解凍制御処理の開始直後でないときには、続くステップ３４以降において、ヒータ１６による尿素水の昇温が適切に行われているか否かを判定するとともに、その判定結果に基づいて、デューティ比補正項αを算出し、更新する。このデューティ比補正項αの算出・更新は、後述する第２所定時間ＴＭＲＥＦ２ごとに行われる。
【００６０】
まず、ステップ３４において、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３が「１」であるか否かを判別する。このリセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３の詳細については後述する。この答がＮＯ（Ｆ＿ＤＯＮＥ３＝０）のときには、そのときに検出された尿素水温ＴＵを昇温度合推定用温度ＴＵＸとして設定する（ステップ３５）。次いで、アップカウント式の第２タイマのタイマ値ｔＭ２、第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２、第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２および第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２を値０にリセットする（ステップ３６）。
【００６１】
次に、昇温度合推定用温度ＴＵＸの設定とタイマ値ｔＭ２などのリセットが完了したとして、そのことを表すために、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３を「１」に設定し（ステップ３７）、ステップ３８に進む。このステップ３７の実行によって、上記ステップ３４の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ３５〜３７をスキップし、ステップ３８に進む。なお、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３は、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。
【００６２】
このステップ３８では、外気温ＴＡおよび尿素水温ＴＵに応じて、第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２を算出する。この第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２は、ステップ３６による各種のパラメータのリセット（以下「リセット処理」という）が行われてから今回までにおいて、尿素タンク７の周囲の外気と尿素水との間で熱交換された熱量（熱交換量）の積算値に相当する。第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２の算出手法は、図３のステップ２６における第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１のそれと同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００６３】
次いで、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび車速ＶＰに応じて、第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２を算出する（ステップ３９）。この第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２は、リセット処理が行われてから今回までにおいて、排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量の積算値に相当する。第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２の算出手法は、図３のステップ２７における第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１のそれと同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００６４】
次に、そのときに得られているデューティ比ＨＤＵＴＹに応じて、第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２を算出する（ステップ４０）。この第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２は、リセット処理が行われてから今回までにおける、ヒータ１６による尿素水の加熱量の積算値に相当する。第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２の算出手法は、図３のステップ２８における第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１のそれと同様であるので、その詳細な説明については省略する。
【００６５】
次いで、ステップ３６で値０にリセットされた第２タイマのタイマ値ｔＭ２が第２所定時間ＴＭＲＥＦ２（例えば１分）と等しいか否かを判別する（ステップ４１）。この答がＮＯ（ｔＭ２≠ＴＭＲＥＦ２）のときには、前記ステップ３３を実行し、そのときに得られているデューティ比補正項αを基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに加算することによって、デューティ比ＨＤＵＴＹを算出し、本処理を終了する。
【００６６】
一方、上記ステップ４１の答がＹＥＳになったとき、すなわち、ステップ３６によるリセット処理後、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過したときには、続くステップ４２以降において、デューティ比補正項αを算出するとともに、更新する。まず、ステップ４２では、ステップ３８〜４０でそれぞれ算出された第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２、第２負荷熱量積算値ＩＲＬ２および第２ヒータ加熱量積算値ＩＷ２の総和を、第２総加熱量ＱＰ２として算出する。この第２総加熱量ＱＰ２は、その算出手法から明らかなように、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量である。
【００６７】
次いで、前記ステップ３５で設定された昇温度合推定用温度ＴＵＸと、ステップ４２で算出された第２総加熱量ＱＰ２を用い、次式（２）によって、昇温度合パラメータＴＵＧを算出する。
ＴＵＧ＝（ＴＵ−ＴＵＸ）／ＱＰ２ ……（２）
【００６８】
ここで、昇温度合推定用温度ＴＵＸは、ステップ３６による各種のパラメータのリセット処理が実行されたときに検出された尿素水温ＴＵである。したがって、上記式（２）の右辺における（ＴＵ−ＴＵＸ）は、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにおける尿素水温ＴＵの上昇量を表す。また、第２加熱量ＱＰ２は、その算出手法から明らかなように、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにおいてヒータ１６や、外気、排気管４から尿素水に与えられた熱量の総量に相当する。以上から、この項（ＴＵ−ＴＵＸ）を第２加熱量ＱＰ２で除算することによって算出された昇温度合パラメータＴＵＧは、リセット処理が実行されてから第２所定時間ＴＭＲＥＦ２が経過するまでにおいて尿素水に与えられた熱量の総量に対する尿素水温ＴＵの上昇度合を表し、この上昇度合が高いほど、より大きな値になる。
【００６９】
ステップ４３に続くステップ４４では、算出された昇温度合パラメータＴＵＧに基づき、図７に示すマップを検索することによって、デューティ比補正項αを算出し、更新する。このマップでは、デューティ比補正項αは、昇温度合パラメータＴＵＧが所定値ＴＵＧＲＥＦのときには、値０に設定されている。また、デューティ比補正項αは、ＴＵＧ＜ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが小さいほど、より大きな正値に設定されており、ＴＵＧ＞ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが大きいほど、絶対値がより大きな負値に設定されている。
【００７０】
上記の所定値ＴＵＧＲＥＦは、ヒータ１６による尿素水の所望の昇温度合が得られていることを表すものである。また、デューティ比補正項αは、前述したように基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥに加算される。上述したように、ＴＵＧ＜ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが小さいほど、すなわち、尿素水の昇温度合が所望の昇温度合に対して低すぎるほど、デューティ比補正項αがより大きな正値に設定され、それにより、デューティ比ＨＤＵＴＹはより大きな値に算出される。一方、ＴＵＧ＞ＴＵＧＲＥＦのときには、昇温度合パラメータＴＵＧが大きいほど、すなわち、尿素水の昇温度合が所望の昇温度合に対して高すぎるほど、デューティ比補正項αが、絶対値がより大きな負値に設定され、それにより、デューティ比ＨＤＵＴＹはより小さな値に算出される。以上により、尿素水の所望の昇温度合を得ることができる。
【００７１】
ステップ４４に続くステップ４５では、デューティ比補正項αの算出・更新が終了したため、再度、この算出・更新を実行するために、リセット済みフラグＦ＿ＤＯＮＥ３を「０」にリセットし（ステップ４５）、前記ステップ３３を実行することによってデューティ比ＨＤＵＴＹを算出し、本処理を終了する。
【００７２】
このステップ４５の実行によって、前記ステップ３４の答がＮＯになる結果、再度、第２タイマ値ｔＭ２や第２熱交換量積算値ＱＨＥＳ２などのリセット処理が行われ、ひいては、デューティ比補正項αの算出・更新が行われる。以上のように、デューティ比補正項αの算出・更新は、第２所定時間ＴＭＲＥＦ２ごとに繰り返し実行される。
【００７３】
図２に戻り、前記ステップ１２に続くステップ１３では、尿素水温ＴＵが前記ステップ１０で算出された目標尿素水温ＴＵＥ以上であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１３の答がＹＥＳになり、尿素水温ＴＵが目標尿素水温ＴＵＥに達したときには、尿素水が融解したとして、デューティ比ＨＤＵＴＹを値０に設定し（ステップ１４）、それによりヒータ１６を停止する。次いで、第１および第２解凍制御処理が完了したとして、そのことを表すために、解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥを「１」に設定し（ステップ１５）、本処理を終了する。
【００７４】
このステップ１５の実行によって、前記ステップ１の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥ＝１）になり、その場合には、そのまま本処理を終了する。また、解凍制御完了フラグＦ＿ＴＨＡＷＤＯＮＥは、前述したようにエンジン３の始動時に「０」にリセットされる。以上の解凍制御処理の実行内容から明らかなように、第１および第２解凍制御処理は、エンジン３の始動後、尿素水が凍結状態にある場合（ステップ２：ＹＥＳ）に実行され、尿素水温ＴＵが目標尿素水温ＴＵＥに達することによって終了されると、その後、エンジン３が停止され、再始動されるまでは、実行されない。
【００７５】
なお、尿素水タンク７を含む尿素水供給装置６は、前述したように車両の排気管４の付近に配置されている。このため、尿素水は、第１および第２解凍制御処理により融解されると、その後、エンジン３を運転している限り、排気管４の熱で加熱されるので、再凍結することはない。また、解凍制御処理では、一旦、前記ステップ２により尿素水が凍結状態にあると判定され、第１解凍制御処理が開始された後には、たとえ外気温ＴＡが前述した所定温度以上になっても、第２解凍制御処理が完了するまで、ステップ２の答はＹＥＳに保持される。これにより、第１および第２解凍制御処理が途中で終了されることはない。
【００７６】
次に、図８を参照しながら、上述した解凍制御処理の動作例（図８（ａ））および比較例（図８（ｂ））を説明する。図８（ｂ）に示す比較例は、解凍制御処理と異なり、尿素水が劣化していることにより比熱が大きい場合でも尿素水を確実に融解させるために、常に、デューティ比ＨＤＵＴＹを前述した所定値ＨＤＲＥＦ（１００％）に保持するとともに、ヒータ１６への通電時間を固定値に設定した場合の動作例である。図８（ａ）および図８（ｂ）はいずれも、尿素水が劣化していない新品の場合について示している。
【００７７】
図８（ａ）に示すように、解凍制御処理の開始（時点ｔ０）に伴い、第１解凍制御処理が実行されることによって、尿素水温ＴＵは上昇する。また、第１解凍制御処理の開始時における尿素水温ＴＵが劣化度合推定用温度ＴＵ０として記憶される（図３のステップ２３）。そして、この第１解凍制御処理の開始から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したとき（時点ｔ１、図２のステップ６：ＹＥＳ）に、そのときに検出された尿素水温ＴＵと劣化度合推定用温度ＴＵ０との偏差に基づいて、尿素水の劣化度合を表す劣化度合パラメータＤＴＥＧが算出され（ステップ８）、第１解凍制御処理が終了されるとともに、第２解凍制御処理が開始される（ステップ１２）。
【００７８】
この第２解凍制御処理の実行中、劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づいて算出された基本デューティ比ＨＤＢＡＳＥを、尿素水の所望の昇温度合が得られるようにデューティ比補正項αを用いて補正することによって、デューティ比ＨＤＵＴＹが算出される（図６のステップ４４、３３）。図８（ａ）に示す動作例では、尿素水が新品であり、その比熱が劣化している場合よりも小さいので、デューティ比ＨＤＵＴＹは、所定値ＨＤＲＥＦよりも小さな値に設定され、それにより、ヒータ１６による電力消費が低減される。また、上述したデューティ比ＨＤＵＴＹの算出によって、尿素水温ＴＵが所望の昇温度合で徐々に上昇する。
【００７９】
さらに、目標尿素水温ＴＵＥが、劣化度合パラメータＤＴＥＧに基づいて、尿素水の融解点とほぼ等しい温度に算出される（図２のステップ１０）。そして、尿素水温ＴＵが算出された目標尿素水温ＴＵＥに達したとき（時点ｔ２、ステップ１３：ＹＥＳ）に、第２解凍制御処理が完了したとして（ステップ１５）、ヒータ１６による尿素水の加熱が停止される（ステップ１４）。
【００８０】
これに対して、図８（ｂ）に示す比較例では、尿素水が劣化していることにより比熱が大きい場合でも尿素水を確実に融解させるために、デューティ比ＨＤＵＴＹが大きな所定値ＨＤＲＥＦに保持されるとともに、ヒータ１６への通電時間が固定値に設定される。これにより、新品である尿素水の尿素水温ＴＵは、尿素水の融解点とほぼ等しい目標尿素水温ＴＵＥを超えて大きく上昇する。以上のように、比較例では、ヒータ１６による尿素水の加熱が過剰に行われ、その結果、尿素水の劣化が促進されてしまう。この場合、ヒータ１６の電源であるバッテリがエンジン３を駆動源とする発電機を用いて充電されるので、エンジン３の燃費が悪化してしまう。
【００８１】
また、本実施形態による各種の要素と本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、本実施形態における排気管４、ＮＯｘ触媒５および尿素水タンク７が、本発明における排気通路、ＮＯｘ選択還元触媒および還元剤タンクにそれぞれ相当するとともに、本実施形態における尿素水温センサ２３およびヒータ１６が、本発明における温度検出手段および加熱手段にそれぞれ相当する。また、本実施形態におけるＥＣＵ２が、本発明における解凍制御手段、劣化度合推定手段、熱交換量算出手段および負荷パラメータ取得手段に相当するとともに、本実施形態における外気温センサ２４および車速センサ２６が、本発明における外気温度取得手段および車速取得手段にそれぞれ相当する。
【００８２】
さらに、本実施形態における尿素水温ＴＵ、劣化度合パラメータＤＴＥＧおよび第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が、本発明における還元剤の温度、還元剤の劣化度合および所定時間にそれぞれ相当する。また、本実施形態における第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１および第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１が、本発明における外気と還元剤の間の熱交換量に相当するとともに、本実施形態における燃料噴射量ＴＯＵＴが、本発明における負荷パラメータに相当する。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、凍結状態の尿素水を加熱することで融解させるために、解凍制御処理が実行される。また、この解凍制御処理の実行中、第１および第２解凍制御処理が順に実行されるとともに、第１解凍制御処理の実行中に検出された尿素水温ＴＵに応じて、尿素水の劣化度合を表す劣化度合パラメータＤＴＥＧが算出される。したがって、第１解凍制御処理により尿素水が加熱されているときに検出された尿素水温ＴＵに応じて、尿素水の劣化度合を精度良く推定することができる。また、そのように精度良く推定された尿素水の劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じて、第２解凍制御処理が実行される。したがって、第２解凍制御処理による尿素水の加熱を、尿素水の劣化度合に応じて過不足なく行うことができるので、尿素水の劣化の進行を抑制でき、尿素水を適切に融解させることができるとともに、エンジン３の燃費を向上させることができる。
【００８４】
また、解凍制御処理は、凍結状態の尿素水を融解させるので、その完了までに比較的長い時間が必要である。本実施形態によれば、第１解凍制御処理を開始してから第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したときに検出された尿素水温ＴＵに基づいて劣化度合パラメータＤＴＥＧが算出される。そして、算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じた第２解凍制御処理が、第１解凍制御処理の開始から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過した後に実行される。このように、解凍制御処理の開始後の初期において、劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出を完了させるとともに、算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧを用いて、その後の第２解凍制御処理を実行できるので、上述した本実施形態による効果、すなわち、尿素水の劣化の進行を抑制でき、尿素水を適切に融解させることができるとともに、エンジン３の燃費を向上させることができるという効果を、有効に得ることができる。
【００８５】
また、通常、尿素水の凍結は、エンジン３の停止中に発生する。これに対して、本実施形態によれば、解凍制御処理を前述したようにして行うので、エンジン３の停止時に尿素水の劣化が進行していたとしても、そのときの劣化度合を反映させながら、第２解凍制御処理を適切に行うことができる。
【００８６】
さらに、劣化度合パラメータＤＴＥＧが、第１解凍制御処理の実行中における尿素水温ＴＵに基づいて算出される。また、第１解凍制御処理の実行中における外気と尿素水の間の熱交換量の積算値である第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１が、検出された外気温ＴＡと尿素水温ＴＵに応じて算出されるとともに、劣化度合パラメータＤＴＥＧが、尿素水温ＴＵに加え、算出された第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１に応じて算出される。したがって、劣化度合パラメータＤＴＥＧを、より精度良く算出することができ、ひいては、本実施形態による効果をより有効に得ることができる。
【００８７】
さらに、エンジン３の負荷を表す燃料噴射量ＴＯＵＴと車速ＶＰに応じて、第１解凍制御処理の実行中に排気管４から外気を介して尿素水に与えられた熱量の積算値である第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１が算出されるとともに、劣化度合パラメータＤＴＥＧが、尿素水温ＴＵおよび第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１に加え、算出された第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１に応じて算出される。したがって、劣化度合パラメータＤＴＥＧを、さらに精度良く算出することができ、ひいては、本実施形態による効果をさらに有効に得ることができる。
【００８８】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、尿素水温ＴＵを、ポンプ室１０内に設けられた尿素水温センサ２３によって検出しているが、尿素水供給管８内に設けられた温度センサによって検出してもよい。また、実施形態では、ヒータ１６を、ポンプ室１０の周壁および底壁の外面に設けているが、これに代えて、またはこれとともに、尿素水タンク７の周壁および底壁の外面に設けてもよい。さらに、実施形態では、尿素水を加熱するための加熱手段として、熱線式のヒータ１６を用いているが、これに限らず、例えば内燃機関の冷却水を利用したものでもよい。
【００８９】
また、実施形態では、劣化度合パラメータＤＴＥＧを算出するためのパラメータとして、解凍制御処理（第１解凍制御処理）の開始時から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したときに検出された尿素水温ＴＵ（以下「第１所定時間経時温度」という）と、当該開始時における尿素水温ＴＵである劣化度合推定用温度ＴＵ０との偏差（ＴＵ−ＴＵ０）を用いているが、解凍制御処理の開始時から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過するまでにおける尿素水温ＴＵの上昇量を表すパラメータであれば、これに限らず、他の適当なパラメータを用いてもよい。例えば、第１所定時間経過時温度と劣化度合推定用温度ＴＵ０との比（第１所定時間経過時温度／ＴＵ０）を用いてもよい。あるいは、第１所定時間経過時温度および劣化度合推定用温度ＴＵ０に代えて、解凍制御処理の開始時から第１所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過するまでにおける互いに異なる２つのタイミングでそれぞれ検出された２つの尿素水温ＴＵの間の偏差または比を用いてもよい。
【００９０】
さらに、実施形態では、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１を、第１解凍制御処理でのヒータ１６による尿素水の加熱により尿素水温ＴＵが十分に上昇するような一定時間に設定しているが、解凍制御処理（第１解凍制御処理）の開始時における外気温ＴＡに応じて設定してもよい。具体的には、外気温ＴＡが低いことにより尿素水が完全に凍結しているときには、ヒータ１６で尿素水を加熱しても、尿素水温ＴＵが上昇しにくく、それにより劣化度合パラメータＤＴＥＧを適切に算出することができないおそれがあるため、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１を、外気温ＴＡが低いほど、より長い時間に設定してもよい。この場合、第１所定時間ＴＭＲＥＦ１の設定に用いるパラメータは、尿素水の凍結状態を表すパラメータであれば、外気温ＴＡに限らず、尿素水温ＴＵでもよい。
【００９１】
また、実施形態では、外気温ＴＡを、外気温センサ２４によって検出しているが、エンジン３に吸入される吸気の温度をセンサで検出するとともに、検出された吸気の温度に応じて算出（推定）してもよい。さらに、実施形態では、エンジン３の負荷を表す負荷パラメータとして、燃料噴射量ＴＯＵＴを用いているが、これに限らず、要求トルクＴＲＥＱや、アクセル開度ＡＰなどを用いてもよい。また、実施形態では、車速ＶＰを、車速センサ２６によって検出しているが、これに限らず、エンジン回転数ＮＥに応じて算出（推定）してもよい。
【００９２】
さらに、実施形態では、劣化度合パラメータＤＴＥＧを、第１熱交換量積算値ＱＨＥＳ１、第１負荷熱量積算値ＩＲＬ１および第１ヒータ加熱量積算値ＩＷ１に応じて算出しているが、これらの１つまたは２つに応じて算出してもよい。また、実施形態では、エンジン３の始動後、エンジン３が停止され再始動されるまでの間、第１および第２解凍制御処理を１回のみ実行しているが、例えば、外気温ＴＡが非常に低いことにより、エンジン３の運転中に尿素水が再凍結するような場合には、それに応じて第２解凍制御処理のみを複数回、実行してもよい。
【００９３】
さらに、実施形態では、第１解凍制御処理および劣化度合パラメータＤＴＥＧの算出を、エンジン３の始動に伴って尿素水が凍結状態にあると判定されるごとに行っているが、尿素水が凍結状態にあると判定された回数が複数の所定回数に達するごとに行うとともに、それまでの間は、そのときに得られている劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じた第２解凍制御処理のみを実行してもよい。あるいは、今回の解凍制御処理において、第１解凍制御処理のみを第１所定時間ＴＭＲＥＦ１よりも長い所定時間にわたって実行し、実施形態と同様にして劣化度合パラメータＤＴＥＧを算出するとともに、次回の解凍制御処理において、前回の解凍制御処理で算出された劣化度合パラメータＤＴＥＧに応じた第２解凍制御処理のみを実行してもよい。
【００９４】
また、実施形態では、ＮＯｘを浄化するための液体状の還元剤として、尿素水を用いているが、これに限らず、例えばアンモニア水やエンジン３の燃料を用いてもよい。さらに、実施形態は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであるエンジン３に、本発明を適用した例であるが、本発明は、これに限らず、リーンバーン運転を行うガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進器用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（解凍制御手段、劣化度合推定手段、熱交換量算出手段、負荷パラ メータ取得手段）
３ エンジン
４ 排気管（排気通路）
５ ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ選択還元触媒）
７ 尿素水タンク（還元剤タンク）
１６ ヒータ（加熱手段）
２３ 尿素水温センサ（温度検出手段）
２４ 外気温センサ（外気温度取得手段）
２６ 車速センサ（車速取得手段）
ＴＵ 尿素水温（還元剤の温度）
ＴＭＲＥＦ１ 第１所定時間（所定時間）
ＤＴＥＧ 劣化度合パラメータ（還元剤の劣化度合）
ＴＡ 外気温
ＱＨＥＳ１ 第１熱交換量積算値（外気と還元剤の間の熱交換量）
ＩＲＬ１ 第１負荷熱量積算値（外気と還元剤の間の熱交換量）
ＴＯＵＴ 燃料噴射量（負荷パラメータ）
ＶＰ 車速
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒と、
前記還元剤を貯える還元剤タンクと、
当該還元剤タンク内の還元剤の温度を検出する温度検出手段と、
前記還元剤を加熱するための加熱手段と、
凍結状態の前記還元剤を加熱することで融解させるために、前記加熱手段を制御する解凍制御を実行する解凍制御手段と、
前記解凍制御の実行中に検出された前記還元剤の温度に応じて、前記還元剤の劣化度合を推定する劣化度合推定手段と、
前記解凍制御手段は、前記推定された前記還元剤の劣化度合に応じて前記解凍制御を実行することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記劣化度合推定手段は、前記解凍制御を開始してから所定時間が経過するまでに検出された前記還元剤の温度に基づいて前記還元剤の劣化度合を推定し、
前記解凍制御手段は、前記解凍制御を開始してから前記所定時間が経過した後に、前記推定された前記還元剤の劣化度合に応じた前記解凍制御を実行することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤タンクの周囲の外気温度を取得する外気温度取得手段と、
当該取得された外気温度と前記還元剤の温度に応じて、外気と前記還元剤の間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、をさらに備え、
前記劣化度合推定手段は、前記還元剤の温度に加え、前記還元剤の劣化度合を推定しているときに算出された熱交換量に応じて、前記還元剤の劣化度合を推定することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータを取得する負荷パラメータ取得手段と、
前記車両の車速を取得する車速取得手段と、をさらに備え、
前記熱交換量算出手段は、前記外気温度および前記還元剤の温度に加え、前記取得された負荷パラメータおよび車速に応じて、前記熱交換量を算出することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、供給された液体状の還元剤を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒と、
前記還元剤を貯える還元剤タンクと、
当該還元剤タンク内の還元剤の温度を検出する温度検出手段と、
前記還元剤を加熱するための加熱手段と、
凍結状態の前記還元剤を加熱することで融解させるために、前記加熱手段を制御する解凍制御を実行する解凍制御手段と、
前記解凍制御の実行中に検出された前記還元剤の温度に応じて、前記還元剤の劣化度合を推定する劣化度合推定手段と、
前記解凍制御手段は、前記推定された前記還元剤の劣化度合に応じて前記解凍制御を実行することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記劣化度合推定手段は、前記解凍制御を開始してから所定時間が経過するまでに検出された前記還元剤の温度に基づいて前記還元剤の劣化度合を推定し、
前記解凍制御手段は、前記解凍制御を開始してから前記所定時間が経過した後に、前記推定された前記還元剤の劣化度合に応じた前記解凍制御を実行することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤タンクの周囲の外気温度を取得する外気温度取得手段と、
当該取得された外気温度と前記還元剤の温度に応じて、外気と前記還元剤の間の熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、をさらに備え、
前記劣化度合推定手段は、前記還元剤の温度に加え、前記還元剤の劣化度合を推定しているときに算出された熱交換量に応じて、前記還元剤の劣化度合を推定することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータを取得する負荷パラメータ取得手段と、
前記車両の車速を取得する車速取得手段と、をさらに備え、
前記熱交換量算出手段は、前記外気温度および前記還元剤の温度に加え、前記取得された負荷パラメータおよび車速に応じて、前記熱交換量を算出することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１５１５２（Ｐ２０１２−２１５１５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１９０８（Ｐ２０１１−８１９０８）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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