特許 7464004 尿素水供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】尿素水供給装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20240402BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240402BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20240402BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 B ZAB

F01N3/24 L

F02D45/00 345

F02D45/00 360A

B01D53/94 400

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021089143

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022181914

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】魚住 昭文

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－５５２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－７４０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－９４５１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

尿素水を内燃機関の排気通路へ供給する尿素水供給装置であって、
尿素水を貯留するタンクと、
前記タンク内に貯留された尿素水の温度である尿素水温度を検出する温度センサと、
前記タンク内に貯留された尿素水を加熱するヒータと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記尿素水温度が第１所定温度以下のとき、前記ヒータを駆動して尿素水を解凍するヒータ制御部と、
前記タンク内に貯留された尿素水の解凍を判定する解凍判定部と、を含み、
前記解凍判定部は、前記ヒータの駆動が停止した時点から所定期間経過後における前記尿素水温度の低下量が所定値以下のとき、前記タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定するよう構成されている、尿素水供給装置。

【請求項2】

前記解凍判定部は、前記ヒータの駆動が停止した時点から所定時間経過後の前記尿素水温度が第２所定温度以上のとき、前記タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定するよう構成され、
前記第２所定温度は、前記第１所定温度より低い温度である、請求項１に記載の尿素水供給装置。

【請求項3】

前記内燃機関および前記尿素水供給装置は車両に搭載されており、
前記解凍判定部は、前記ヒータの駆動が停止した時点から、前記タンク内に貯留された尿素水の攪拌度合いを算出し、前記攪拌度合いが閾値を超えたときの前記尿素水温度が第３所定温度以上のとき、前記タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定するよう構成され、
前記第３所定温度は、前記第１所定温度より低い温度である、請求項１に記載の尿素水供給装置。

【請求項4】

前記解凍判定部は、前記車両の車速の変化量に基づいて前記攪拌度合いを算出するよう構成されており、
前記ヒータの駆動が停止した時点から、前記車速の変化量の積算値である車速変化量積算値を算出し、前記車速変化量積算値が所定の閾値を超えたとき、前記攪拌度合いが前記閾値を超えたと判定する、請求項３に記載の尿素水供給装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記排気通路へ供給する尿素水供給量を補正する添加量補正値を算出する添加量補正値算出部を、さらに含み、
前記添加量補正値算出部は、前記解凍判定部で、前記タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定されていない場合、解凍状態であると判定されているときと比較して、前記排気通路へ供給する尿素水供給量が減少するように、前記添加量補正値を算出するよう構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の尿素水供給装置。

【請求項6】

前記タンク内に貯留された尿素水の水位を検出する水位センサを、さらに備え、
前記内燃機関および前記尿素水供給装置は車両に搭載されており、
前記制御装置は、前記タンク内に貯留された尿素水の量である尿素水量を算出する、尿素水量推定部を、さらに含み、
前記尿素水量推定部は、
前記解凍判定部で前記タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定され、かつ、前記車両が平坦路に停車中であるときに、前記水位に基づいて前記尿素水量を算出し、前記解凍判定部で前記タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定されていないとき、あるいは、前記車両が走行中であるとき、前記水位に基づいて算出した前記尿素水量から、前記排気通路へ供給する尿素水供給量を減算して、前記尿素水量を算出するよう構成されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の尿素水供給装置。

【請求項7】

前記尿素水量推定部は、前記尿素水量が所定値以下の場合、警報を行うよう構成されている、請求項６に記載の尿素水供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、尿素水供給装置に関し、特に、尿素水を内燃機関の排気通路へ供給する尿素水供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化システムとして、排気通路に噴射された尿素水からアンモニアを生成し、生成したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（以下、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒とも称する）を備えた排気浄化システムが知られている。たとえば、特開２０１１－２４１７３５号公報（特許文献１）には、尿素水タンクに設けられ尿素水の温度を検出する温度センサと、尿素水タンクに挿通したタンクヒータラインと、エンジンの冷却水をタンクヒータラインに流通して凍結した尿素水を解凍する解凍制御部とを備えたＳＣＲシステムが開示されている。この解凍制御部は、温度センサで検出した尿素水の温度が予め設定された解凍完了判定値に達し、尿素水を圧送するサプライモジュール内を流れる尿素水の温度が目標温度以上であって、予め外気温度ごとに設定された所定時間が経過したら、尿素水タンクの尿素水が全て解凍された状態と判断し、解凍制御を終了するとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２４１７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

凍結した状態の尿素水を加熱すると、融点に達するまで尿素水の温度は上昇し、融点に達した時点で融解（解凍）が生じる。その後さらに加熱していくと、尿素水の温度は融点で一定のまま解凍が進行していき、尿素水タンク内の全ての尿素水が解凍した状態（完全解凍）になると尿素水の温度は再び上昇しはじめる。つまり、解凍開始から完全解凍までの期間では、固体の状態（固相）と液体の状態（液相）の両方が存在する状態（半解凍状態）となる。このため、解凍を判定する閾値としての温度を、融点付近の温度域に設定すると、温度センサ近傍の尿素水は液体（液相）であるが、温度センサから離れた位置の尿素水は未解凍の固体（固相）の状態であり、固体の状態と液体の状態が存在する状態（半解凍状態）であっても、解凍状態であると、誤判定する可能性がある。また、この誤判定を回避するため、解凍を判定する閾値としての温度を融点に対して余裕を持たせて設定し、尿素水温度がこの閾値を超えた状態が所定時間継続したとき解凍状態であると判定すると、無駄に尿素水を加熱する可能性があり、加熱するためのエネルギーの消費量が多くなる可能性がある。

【0005】

本開示の目的は、尿素水の解凍状態を適切に判定することが可能な、尿素水供給装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の尿素水供給装置は、尿素水を内燃機関の排気通路へ供給する尿素水供給装置であって、尿素水を貯留するタンクと、タンク内に貯留された尿素水の温度である尿素水温度を検出する温度センサと、タンク内に貯留された尿素水を加熱するヒータと、制御装置と、を備える。制御装置は、尿素水温度が第１所定温度以下のとき、ヒータを駆動して尿素水を解凍するヒータ制御部と、タンク内に貯留された尿素水の解凍を判定する解凍判定部と、を含む。解凍判定部は、ヒータの駆動が停止した時点から所定期間経過後における尿素水温度の低下量が所定値以下のとき、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定するよう構成されている。

【0007】

この構成によれば、制御装置のヒータ制御部は、タンク内に貯留された尿素水の温度である尿素水温度が第１所定温度以下のとき、ヒータを駆動する。これにより、ヒータで尿素水が加熱されて、尿素水が解凍される。そして、ヒータ制御部は、尿素水温度が第１所定温度を超えると、ヒータの駆動を停止する。解凍判定部は、ヒータの駆動が停止した時点から所定期間経過後における尿素水温度の低下量が所定値以下のとき、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定する。

【0008】

ヒータ制御部によりヒータが駆動され、凍結した尿素水が加熱されると、融点に達するまで尿素水の温度は上昇し、融点に達した時点で融解（解凍）が生じ、解凍開始から解凍状態までの期間では、固体の状態（固相）と液体の状態（液相）の両方が存在する状態（半解凍状態）となる。尿素水の無駄な加熱を抑制するためには、第１所定温度を、尿素水の融点より若干高い温度に設定することが好ましい。このため、尿素水温度が第１所定温度を超え、ヒータの駆動を停止したとき、温度センサ周囲の尿素水は液体（液相）であるが、温度センサから離れた位置の尿素水は未解凍の固体（固相）の状態である半解凍状態である可能性がある。

【0009】

タンク内に貯留された尿素水が半解凍状態の場合、ヒータの駆動が停止すると、温度センサ周囲の尿素水（液相）は、未解凍の尿素水（固相）に熱が奪われ、凝固点に向かって温度が低下する。一方、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態の場合、ヒータの駆動が停止しても、未解凍の尿素水（固相）はタンク内に存在しないので、温度センサ周囲の尿素水（液相）の温度の低下量は小さい。

【0010】

したがって、解凍判定部は、ヒータの駆動が停止した時点から所定期間経過後における尿素水温度の低下量が所定値以下のとき、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定することができ、尿素水の解凍状態を適切に判定することが可能になる。

【0011】

好ましくは、解凍判定部は、ヒータの駆動が停止した時点から所定時間経過後の尿素水温度が第２所定温度以上のとき、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定するよう構成してもよい。第２所定温度は第１所定温度より低い温度である。

【0012】

この構成によれば、ヒータの駆動が停止した時点から所定時間経過後における尿素水温度の温度が、第２所定温度以上のとき、ヒータの駆動が停止した時点から所定期間経過後における尿素水温度の低下量が所定値以下であると判定し、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定することができる。

【0013】

好ましくは、内燃機関および尿素水供給装置は車両に搭載されており、解凍判定部は、ヒータの駆動が停止した時点から、タンク内に貯留された尿素水の攪拌度合いを算出し、攪拌度合いが閾値を超えたときの尿素水の温度が第３所定温度以上のとき、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定するよう構成してもよい。第３所定温度は第１所定温度より低い温度である。

【0014】

さらに、ヒータの駆動が停止した時点から、車両の車速の変化量の積算値である車速変化量積算値を算出し、車速変化量積算値が所定の閾値を超えたとき、攪拌度合いが閾値を超えたと判定してもよい。

【0015】

内燃機関および尿素水供給装置が車両に搭載されている場合、尿素水を貯留するタンクも、車両に搭載される。車両が走行すると、車両に加わる加速度や振動によりタンク内の尿素水が攪拌され、液相の尿素水と未解凍の固相の尿素水との熱交換が促進されるので、温度センサ近傍の尿素水（液相）は、凝固点に向かって温度が低下する。したがって、タンク内に貯留された尿素水の攪拌度合いを用いることにより、より精度良く、タンク内に貯留された尿素水の解凍状態を判定することができる。

【0016】

好ましくは、制御装置は、排気通路へ供給する尿素水供給量を補正するための添加量補正値を算出する添加量補正値算出部を、さらに含み、添加量補正値算出部は、解凍判定部で、タンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定されていない場合、解凍状態であると判定されているときと比較して、排気通路へ供給する尿素水供給量が減少するように、添加量補正値を算出するよう構成してもよい。

【0017】

この構成によれば、解凍判定部で、尿素水が解凍状態であると判定されず、タンク内に貯留された尿素水が半解凍状態であり、液相の（解凍した）尿素水が少ない場合には、排気通路へ供給する尿素水供給量が減少するように、添加量補正値を算出する。これにより、排気通路へ供給可能な液相の尿素水の量が少ないときには、排気通路へ供給する尿素水供給量を減少できるので、排気通路へ供給する尿素水が欠乏する可能性を低くすることができる。

【0018】

好ましくは、内燃機関および尿素水供給装置は車両に搭載されており、尿素水供給装置は、タンク内に貯留された尿素水の水位を検出する水位センサを、さらに備え、制御装置は、タンク内に貯留された尿素水の量である尿素水量を算出する尿素水量推定部を、さらに含んでもよい。尿素水量推定部は、解凍判定部でタンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定され、かつ、車両が平坦路に停車中であるときに、水位センサで検出した水位に基づいて尿素水量を算出し、解凍判定部でタンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定されていないとき、あるいは、車両が走行中であるとき、水位センサで検出した水位に基づいて算出した尿素水量から、排気通路へ供給する尿素水供給量を減算して、尿素水量を算出するよう構成してもよい。

【0019】

タンク内に貯留された尿素水が、液体（液相）と固体（固相）の状態である半解凍状態の場合、車両の走行時、車両に加わる加速度や振動によりタンク内の尿素水が攪拌されると、液相の尿素水が固相の尿素水に飛散して再凍結し、水位センサで検出される水位が低下する可能性がある。タンクに貯留された尿素水の量（尿素水量）を、水位を用いて算出している場合、液相の尿素水が固相の尿素水に飛散して再凍結し、水位センサで検出される水位が低下すると、尿素水量が、実際値より少なく算出される可能性がある。

【0020】

解凍判定部でタンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定され、かつ、車両が平坦路に停車中であるときには、水位センサで検出した水位は、尿素水量を適切に表している。したがって、解凍判定部でタンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定され、かつ、車両が平坦路に停車中であるときに、水位センサで検出した水位に基づいて尿素水量を算出することにより、精度よく、尿素水量を求めることができる。

【0021】

解凍判定部でタンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定されていないときには、液相の尿素水が固相の尿素水に飛散して再凍結し、水位センサで検出される水位が低下する可能性がある。また、車両の走行中は、車両に加わる加速度や振動によりタンク内の尿素水の液面が変動する。したがって、解凍判定部でタンク内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定されていないとき、あるいは、車両が走行中であるとき、水位センサで検出した水位に基づいて算出した尿素水量から、排気通路へ供給する尿素水供給量を減算して、尿素水量を算出することにより、精度よく、尿素水量を求めることができる。

【0022】

尿素水量推定部は、尿素水量が所定値以下の場合、警報を行うよう構成されてもよい。
この構成によれば、精度良く求めた尿素水量を用いて警報を行うことができるので、適切な時期に、尿素水を補充することが可能になる。

【発明の効果】

【0023】

本開示によれば、尿素水の解凍状態を適切に判定することが可能な、尿素水供給装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施の形態に係る尿素水供給装置を搭載した車両の全体構成図である。

【図2】尿素水タンク４０に貯留された尿素水の温度変化と相変化を示す図である。

【図3】（Ａ）および（Ｂ）は、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が、半解凍状態である場合を示す図である。

【図4】本実施の形態において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００に構成される機能ブロックを示す図である。

【図5】ヒータ制御部１１０で実行されるヒータ制御の処理を示すフローチャートである。

【図6】解凍判定部１２０で実行される解凍判定制御の処理を示すフローチャートである。

【図7】尿素水温度Ｔｕｗの推移を説明する図である。

【図8】添加量補正値算出部１４０で実行される添加量補正値算出制御の処理を示すフローチャートである。

【図9】尿素水量推定部１３０で実行される尿素水量推定制御の処理を示すフローチャートである。

【図10】変形例１において、解凍判定部１２０で実行される解凍判定制御の処理を示すフローチャートである。

【図11】変形例１における尿素水温度Ｔｕｗの推移を説明する図である。

【図12】変形例３における、解凍判定部１２０で実行される解凍判定制御の処理を示すフローチャートである。

【図13】尿素水温度Ｔｕｗの推移と解凍した（液相の）尿素水の量の関係を説明する図である。

【図14】、変形例４において、温度低下時間Ｔから補正値ｋを求めるマップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0026】

図１は、本実施の形態に係る尿素水供給装置を搭載した車両１の全体構成図である。図１において、車両１は、内燃機関１０と、トルクコンバータ付き自動変速機３と、ディファレンシャルギヤ５と、駆動輪７とを備える。内燃機関１０は、圧縮自己着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であり、内燃機関本体のシリンダ（気筒）に形成された燃焼室に、燃料噴射弁（インジェクター）から燃料を噴射し、圧縮自己着火を行う内燃機関である。内燃機関１０から出力された動力は、自動変速機３およびディファレンシャルギヤ５を介して駆動輪７に伝達される。

【0027】

内燃機関１０の燃焼室から排出される排気（排気ガス）は、排気マニホールドに集められ、排気通路２０を介して、外気に放出される。排気通路２０には、上流側から、酸化触媒２２、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２４、ＳＣＲ触媒２６、酸化触媒２８が設けられている。酸化触媒２２は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ_２）に酸化し、排気中の炭化水素（ＨＣ）を水（Ｈ_２Ｏ）とＣＯ_２に酸化する。また、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に酸化する。これは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応は、ＮＯとＮＯ_２が１：１の比率のとき、反応速度が速いため、ディーゼル内燃機関の排気中にはＮＯが多く含まれているため、排気中のＮＯをＮＯ_２に酸化して、ＮＯとＮＯ_２の比を１：１に近づけるためである。

【0028】

ＤＰＦ２４は、排気中の微粒子を捕集し、捕集した微粒子を適宜燃焼除去することにより、浄化する。ＳＣＲ触媒２６は、排気中のＮＯｘを還元浄化する。ＳＣＲ触媒２６は、たとえば、セラミック担体に銅（Ｃｕ）イオン交換ゼオライトを触媒として担持したものであり、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として用いることにより、高い浄化率を示すものである。還元剤として利用するアンモニアは、ＳＣＲ触媒２６の上流の排気通路２０に供給した尿素水を加水分解することにより生成する。ＳＣＲ触媒２６の上流の排気通路には、尿素添加弁（尿素水噴射インジェクター）３０が設けられ、尿素水タンク４０からポンプ４２によって圧送される尿素水を、尿素添加弁３０から、ＳＣＲ触媒２６の上流の排気通路２０に噴射する。酸化触媒２８は、ＳＣＲ触媒２６から排出された（スリップした）アンモニアを酸化して浄化する。

【0029】

本実施の形態において、尿素水を内燃機関１０の排気通路２０へ供給する尿素供給装置は、尿素水を貯留する尿素水タンク４０と、尿素水タンク４０に貯留された尿素水を尿素添加弁３０に供給する供給通路４１と、供給通路４１に尿素水を圧送するポンプ４２と、水位センサ４３と、温度センサ４４と、ヒータ４５と、を備える。

【0030】

ポンプ４２は、尿素水タンク４０内に設けられており、図示しない電動モータによって駆動される電動ポンプである。ポンプ４２は、吸入口から吸入した尿素水を吐出口から供給通路４１に圧送する。そして、尿素添加弁３０が開弁することにより、尿素水がＳＣＲ触媒２６の上流の排気通路２０に噴射される。

【0031】

水位センサ４３は、たとえば、尿素水タンク４０の底面に設けられており、超音波を水面（液面）に向かって照射し、水面で反射した反射波の伝搬時間を用いて、尿素水タンク４０に貯留された尿素水の水位Ｌｗを検出する。

【0032】

温度センサ４４は、ポンプ４２とヒータ４５の間に配置されており、尿素水タンク４０に貯留された尿素水の温度（尿素水温度Ｔｕｗ）を検出する。ヒータ４５は、尿素水タンク４０に貯留された尿素水を加熱するものであり、たとえば、ＰＣＴ（Positive Temperature Coefficient）ヒータであってよい。ヒータ４５は、図示しない車載バッテリの電力が通電されることにより発熱し、凍結した尿素水を加熱して解凍（融解）する。ヒータ４６は、供給通路４１を加熱することにより、供給通路４１内で凍結した尿素水を解凍する。

【0033】

尿素水供給装置は、制御装置として、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備える。Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるメモリ１０２、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）等を含み、メモリ１０２に記憶された情報、水位センサ４３、温度センサ４４、車速センサ１５１、前後加速度センサ１５２、横加速度センサ１５３、エンジン回転速度センサ１５４、等の各種センサからの情報に基づいて、所定の演算処理を実行する。そして、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００は、演算処理の結果に基づいて、尿素添加弁３０、ポンプ４２、ヒータ４５、ヒータ４６、および内燃機関１０等を制御する。

【0034】

ＨＭＩ装置５０は、車両１の運転を支援するための情報をユーザに提供する装置である。ＨＭＩ装置５０は、代表的には、車室内に設けられたディスプレイであり、スピーカ等も含む。ＨＭＩ装置５０は、視覚情報（図形情報、文字情報）や聴覚情報（音声情報、音情報）等を出力することによって様々な情報をユーザに提供する。

【0035】

本実施の形態において用いられる尿素水の融点（凝固点）は、たとえば、－１１℃であり、寒冷地では外気温度が－１１℃以下になることがある。この環境下で、内燃機関１０が停止した状態で、長時間にわたって車両１を停車していると、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が凍結することがある。尿素水が凍結すると、尿素添加弁３０から尿素水を噴射できなくなるので、ＳＣＲ触媒２６によるＮＯｘの浄化が行えない。この場合には、ヒータ４５、およびヒータ４６を駆動（通電）して、尿素水の解凍を行うことが望まれる。

【0036】

図２は、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水の温度変化と相変化を示す図である。図２に示すように、凍結した状態の尿素水を加熱すると、融点（凝固点）に達するまで尿素水の温度は上昇し、融点に達した時点で融解（解凍）が生じる。その後さらに加熱していくと、尿素水の温度は融点で一定のまま解凍が進行していき、尿素水タンク４０内の全ての尿素水が解凍した状態（完全解凍）になると尿素水の温度は再び上昇しはじめる。なお、本開示において、尿素水タンク４０内の全ての尿素水が解凍した状態を、「解凍状態」と称し、完全解凍と称する場合もある。このように、解凍開始から解凍状態（完全解凍）までの期間では、固体の状態（固相）と液体の状態（液相）の両方が存在する状態（半解凍状態）となる。

【0037】

図３は、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、半解凍状態である場合を示す図である。図３（Ａ）に示すように、半解凍状態では、ヒータ４５の周囲の尿素水は解凍して液体（液相）であるが、ヒータ４５から離れた位置の尿素水は未解凍の固体（固相）の状態である場合が多い。このため、ヒータ４５の近傍に設けた温度センサ４４の周囲の尿素水は液体（液相）であるが、温度センサ４４から離れた位置の尿素水は未解凍の固体（固相）の状態で存在する。温度センサ４４で検出した尿素水温度Ｔｕｗを用いて解凍状態を判定する場合、尿素水の無駄な加熱を抑制するため、解凍状態を判定する閾値としての温度を融点より若干高い温度に設定すると、たとえば、解凍状態を判定する閾値としての温度を図２に示す第１所定温度Ｔｈ１に設定すると、半解凍状態であっても、ヒータ４５周辺の尿素水の温度は第１所定温度Ｔｈ１以上になるので、解凍状態（完全解凍）であると誤判定する可能性がある。また、この誤判定を回避するため、解凍を判定する閾値としての温度を融点に対して充分な余裕を持たせて設定し、たとえば、図２に示すＴＨに設定し、尿素水温度Ｔｕｗがこの閾値（ＴＨ）を超えた状態が所定時間継続したときに完全解凍であると判定すると、無駄に尿素水を加熱する可能性があり、エネルギー（電力）の消費量が多くなる可能性がある。

【0038】

尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、半解凍状態の場合、車両１の走行時、車両１に加わる加速度や振動により尿素水タンク４０内の尿素水が攪拌されると、図３（Ｂ）に示すように、液相の尿素水が固相の尿素水に飛散して再凍結し、液相の尿素水の液面（水位）が低下して、水位センサ４３で検出される水位Ｌｗが低下する可能性がある。尿素水タンク４０内に貯留された尿素水の量（尿素水量）を、水位をＬｗ用いて算出している場合、水位センサ４３で検出される水位Ｌｗが低下すると、尿素水量が、実際値より少なく算出される可能性がある。

【0039】

尿素水が半解凍状態の場合、ヒータ４５の駆動が停止すると、温度センサ４４の周囲の尿素水（液相）は、未解凍の尿素水（固相）に熱が奪われ、凝固点に向かって温度が低下する。一方、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が解凍状態の場合、ヒータ４５の駆動が停止しても、未解凍の尿素水（固相）は尿素水タンク４０内に存在しないので、温度センサ４４の周囲の尿素水（液相）の温度の低下量は小さい。本実施の形態では、ヒータ４５の駆動が停止した時点から所定期間経過後における尿素水温度Ｔｕｗの低下量を用いて、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が解凍状態である否かを判定する。

【0040】

図４は、本実施の形態において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００に構成される機能ブロックを示す図である。ヒータ制御部１１０は、温度センサ４４で検出した尿素水温度Ｔｕｗ等を用いて、ヒータ４５を制御する。解凍判定部１２０は、尿素水温度Ｔｕｗ等を用いて、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水の解凍状態を判定する。尿素水量推定部１３０は、水位センサ４３で検出した水位Ｌｗ等を用いて、尿素水量を算出する。また、添加量補正値算出部１４０は、尿素添加弁３０から排気通路２０へ供給（噴射）する尿素水供給量の補正値を算出する。これらの機能ブロックは、メモリ１０２に記憶されたプログラムによって達成されてよく、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００内に構成された、図示しないハードウェア（たとえば、カウンタ、タイマ等）を併用してもよい。

【0041】

〈ヒータ制御〉
図５は、ヒータ制御部１１０で実行されるヒータ制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、図示しないイグニッションスイッチがＯＮされたあと、イグニッションスイッチがＯＦＦされ内燃機関１０の作動が停止するまでの間、所定期間毎に繰り返し処理される。イグニッションスイッチがＯＮされると、まずステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、温度センサ４４で検出した尿素水温度Ｔｕｗが、第１所定温度Ｔｈ１以下か否かを判定する。本実施の形態において、第１所定温度Ｔｈ１は尿素水の融点（凝固点）である－１１℃より、たとえば６～１０℃程度高い温度であり、－１℃～－５℃であってよい。尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１以下の場合、肯定判定されＳ１１へ進む。

【0042】

Ｓ１１では、フラグＦｃが１であるか否かを判定する。フラグＦｃは、ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータの駆動（通電）を停止して、後述する解凍判定制御を実行中であることを示すフラグである。解凍判定制御中は、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１以下の場合であっても、ヒータ４５の駆動（通電）を禁止する。なお、フラグＦｃは、イグニッションスイッチがＯＮされたときに、０にリセットされる。したがって、イグニッションスイッチがＯＮされたあと、最初にＳ１１が処理されると、Ｓ１１で否定判定されＳ１２へ進む。Ｓ１２で、ヒータ４５を駆動（通電）したあと、Ｓ１３に進んで、フラグＦｍを０に設定し、今回のルーチンを終了する。なお、フラグＦｍは、尿素水の状態を示すフラグであり、フラグＦｍが０のときは、尿素水が凍結あるいは半解凍状態であることを示し、フラグＦｍが１にときは、尿素水が解凍状態（完全解凍）であることを示す。

【0043】

このように、イグニッションスイッチがＯＮされたとき、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１以下の場合は、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が凍結している蓋然性が高いので、Ｓ１０～Ｓ１３の処理によってヒータ４５を駆動し、凍結している尿素水の解凍を行う。また、フラグＦｍを０に設定し、尿素水が凍結状態であることを示す。

【0044】

イグニッションスイッチがＯＮされたとき、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を超えている場合、あるいは、（Ｓ１０～Ｓ１３が繰り返し処理されて）ヒータ４５による加熱により尿素水の解凍が促進され、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を超えると、Ｓ１０で否定判定され、Ｓ１４へ進む。

【0045】

Ｓ１４では、ヒータ４５が駆動されているか否かを判定する。ヒータ４５が駆動されている場合は、肯定判定されＳ１５へ進み、フラグＦｃを１に設定したあと、Ｓ１６へ進んで、ヒータ４５の駆動（通電）を停止し、今回のルーチンを終了する。

【0046】

ヒータ４５が駆動されていない場合（ヒータ４５の駆動が停止している場合）は、Ｓ１４で否定判定されＳ１７へ進む。Ｓ１７では、フラグＦｃが１であるか否かを判定する。フラグＦｃが０のときは、否定判定されＳ１８に進んで、フラグＦｍを１に設定したあと、Ｓ１６へ進んでヒータ４５の停止を維持して、今回のルーチンを終了する。フラグＦｃは、解凍判定制御を実行中であることを示すフラグであり、イグニッションスイッチがＯＮされたときに、０にリセットされる。したがって、イグニッションスイッチがＯＮされた際に、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を超えており、Ｓ１０で否定判定されたときには、Ｓ１４およびＳ１７で否定判定され、Ｓ１８においてフラグＦｍが１に設定される。すなわち、イグニッションスイッチがＯＮされた際に、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を超えている場合、尿素水は凝固点（融点）以下の温度に至っていないので、尿素水は、凍結しておらず、解凍状態（完全解凍）であるため、フラグＦｍを１に設定する。

【0047】

フラグＦｃが１の場合は、Ｓ１７で肯定判定され、Ｓ１６へ進んでヒータ４５の停止を維持して、今回のルーチンを終了する。フラグＦｃは、後述する解凍判定制御において、尿素水の解凍状態を判定する期間中にヒータ４５の駆動を禁止するために、１に設定される。したがって、ヒータ４５の駆動が停止した状態であるため、Ｓ１４で否定判定されても、解凍判定制御において尿素水の解凍状態を判定するまでは、フラグＦｍが１に設定されることはない。

【0048】

〈解凍判定制御〉
図６は、解凍判定部１２０で実行される解凍判定制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートも、図示しないイグニッションスイッチがＯＮされたあと、イグニッションスイッチがＯＦＦされ内燃機関１０の作動が停止するまでの間、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、Ｓ２０において、フラグＦｃが１であるか否かを判定する。フラグＦｃは、図５のＳ１５の処理で１に設定され、ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータの駆動を停止したことを示すフラグである。フラグＦｃが１に設定されており、ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止している場合には、肯定判定されＳ２１へ進む。フラグＦｃが０の場合には、否定判定され、解凍判定を行うことなく、今回のルーチンを終了する。

【0049】

続くＳ２１で、カウンタＣｔをインクリメントしたあと、Ｓ２２へ進んで、カウンタＣｔが所定値Ａ以上か否かを判定する。所定値Ａは、ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止した時点から、所定時間経過したことを判定する閾値である。所定値Ａは、たとえば、カウンタＣｔによる計時が１０分に相当する値であってよい。Ｓ２２において、カウンタＣｔが所定値Ａより小さい場合、否定判定され今回のルーチンを終了する。

【0050】

ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止した時点（フラグＦｃが１に設定された時点）から、所定時間が経過すると、カウンタＣｔが所定値Ａ以上になるので、Ｓ２２で肯定判定されＳ２３へ進む。Ｓ２３では、カウンタＣｔをリセットするとともに、フラグＦｃを０に設定する。フラグＦｃが０に設定されることにより、図５のＳ１１で否定判定され、ヒータ４５を駆動（通電）することが可能になる。

【0051】

続く、Ｓ２４では、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回るか否かを判定する。第２所定温度Ｔｈ２は、第１所定温度Ｔｈ１より低い温度である。たとえば、第２所定温度Ｔｈ２は、第１所定温度Ｔｈ１より２℃～３℃低い温度であってよく、－３℃～－８℃であってよい。Ｓ２４において、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回る場合、肯定判定され今回のルーチンを終了する。

【0052】

Ｓ２４において、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以上の場合、否定判定されＳ２６へ進む。Ｓ２６では、フラグＦｍを１に設定し、今回のルーチンを終了する。

【0053】

図７は、尿素水温度Ｔｕｗの推移を説明する図である。縦軸は、車両１の車速ＳＰＤ、尿素水温度Ｔｕｗ、カウンタＣｔの値、ヒータ４５の駆動（ＯＮ）／停止（ＯＦＦ）の項目を表しており、横軸は、時間を示している。図７において、時刻ｔ０でイグニッションスイッチがＯＮされたとき、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１以下の場合は、図５のヒータ制御によって、ヒータ４５が駆動（ＯＮ）され、凍結している尿素水の解凍が行われる。時刻ｔ１において、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を上回ると、図５のＳ１５でフラグＦｃが１に設定され、Ｓ１６においてヒータ４５の駆動が停止（ＯＦＦ）される。時刻ｔ１でフラグＦｃが１に設定されると、図６の解凍判定制御のＳ２１において、カウンタＣｔのインクリメントが開始される。これにより、ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止した時刻ｔ１から、カウンタＣｔの計時が開始される。

【0054】

ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止したとき、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が半解凍状態である場合、温度センサ４４の周囲の尿素水（液相）は、未解凍の尿素水（固相）によって熱が奪われ、凝固点に向かって温度が低下する。したがって、温度センサ４４で検出した尿素水温度Ｔｕｗは、実線で示すように、比較的大きく低下し、第２所定温度Ｔｈ２を下回る温度まで低下する。なお、車両１が走行すると、車両１に加わる加速度や振動により尿素水タンク４０内の尿素水が攪拌され、液相の尿素水と未解凍の固相の尿素水との熱交換が促進されるので、温度センサ４４周囲の尿素水（液相）は、凝固点に向かって温度が顕著に低下する。

【0055】

一方、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が解凍状態の場合、ヒータ４５の駆動が停止しても、未解凍の尿素水（固相）が尿素水タンク４０内に存在しないので、温度センサ４４の周囲の尿素水（液相）の温度の低下量は小さく、尿素水温度Ｔｕｗは、一点鎖線で示すように、第２所定温度Ｔｈ２まで低下することはない。

【0056】

ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止した時刻ｔ１からカウンタＣｔの計時が開始され、所定時間が経過し、カウンタＣｔが所定値Ａ以上となった時刻ｔ２において、解凍判定制御（図６）のＳ２４が処理される。時刻ｔ２における尿素水温度Ｔｕｗが、実線で示すように、第２所定温度Ｔｈ２を下回る場合、尿素水は半解凍状態であるので、Ｓ２４で肯定判定されてルーチンを終了する。フラグＦｃは、Ｓ２３で０に設定されているので、ヒータ制御（図５）のＳ１１で否定判定され、再度、ヒータ４５が駆動（ＯＮ）されて、半解凍状態の尿素水の解凍が開始される。

【0057】

時刻ｔ２における尿素水温度Ｔｕｗが、一点鎖線で示すように、第２所定温度Ｔｈ２以上の場合、尿素水は解凍状態（完全解凍）であるので、Ｓ２４で否定判定され、Ｓ２５へ進んでフラグＦｍを１に設定する。これにより、尿素水が解凍状態（完全解凍）であることが判定され、フラグＦｍが１に設定される。

【0058】

本実施の形態によれば、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を超えて、ヒータ４５の駆動が停止した時点から所定時間経過後における尿素水温度Ｔｕｗの温度が、第２所定温度Ｔｈ２以上のとき、ヒータ４５の駆動が停止した時点から所定期間経過後における尿素水温度Ｔｕｗの低下量が所定値（｜Ｔｈ１－Ｔｈ２｜）以下であると判定し、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が解凍状態であると判定することができる。本実施の形態によれば、第１所定温度Ｔｈ１は、尿素水の融点（凝固点）より若干高い（たとえば６～１０℃程度高い）温度であり、尿素水の無駄な加熱を抑制しつつ、適切に尿素水の解凍状態を判定することができる。

【0059】

〈添加量補正値算出制御〉
尿素添加弁３０から排気通路２０内に供給（噴射）される尿素水の量（尿素水供給量）は、一般的に、内燃機関１０から排出されるＮＯｘ量に応じて設定される。たとえば、内燃機関１０の燃料噴射量Ｆｑと回転速度ＮＥをパラメータとしたマップから、内燃機関１０から排出されるＮＯｘ量（排出ＮＯｘ量）を求め、排出ＮＯｘ量に応じた、基本尿素水噴射量Ｑａｄを算出する。そして、尿素添加弁３０から供給する尿素水の量が、基本尿素水噴射量Ｑａｄになるように、尿素添加弁３０の開弁時間を制御する。なお、イグニッションスイッチがＯＮされたとき、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１以下であり、尿素水が凍結している場合には、ヒータ４５の駆動開始後、所定時間（たとえば、１０分）が経過したら、ポンプ４２を駆動して尿素水を圧送し、尿素添加弁３０から排気通路２０内へ尿素水の供給を開始する。

【0060】

尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が半解凍状態の場合、尿素水が解凍状態（完全解凍）のときに比較して、液体（液相）の尿素水の量が少ない。したがって、尿素水が半解凍状態のとき、基本尿素水噴射量Ｑａｄに基づいて尿素水を供給すると、尿素水タンク４０内の液体の尿素水が枯渇し、尿素添加弁３０から尿素水を供給できくなる可能性がある。本実施形態では、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、解凍状態（完全解凍）になるまで、基本尿素水噴射量Ｑａｄを減少補正することにより、尿素水タンク４０内の液体の尿素水が枯渇することを、抑制する。

【0061】

図８は、添加量補正値算出部１４０で実行される添加量補正値算出制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、内燃機関１０の作動中に、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、Ｓ４０において、フラグＦｍが１か否かを判定する。フラグＦｍが０の場合、否定判定されＳ４１へ進んで、補正値ｋをβに設定し、今回のルーチンを終了する。βは、１より小さい正の値であり、たとえば、０．９であってよい。フラグＦｍが１の場合、Ｓ４０で肯定判定されＳ４２に進んで、補正値ｋを１に設定し、今回のルーチンを終了する。

【0062】

図示しない、尿素添加弁制御ルーチンでは、排出ＮＯｘ量に応じて算出した基本尿素水噴射量Ｑａｄと補正値ｋを用いて、尿素水噴射量Ｑｕｗを、「尿素水噴射量Ｑｕｗ＝基本尿素水噴射量Ｑａｄ×ｋ」として演算する。そして、尿素添加弁３０から供給する尿素水の量が、尿素水噴射量Ｑｕｗになるように、尿素添加弁３０の開弁時間を制御する。フラグＦｍが１の場合、すなわち、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が解凍状態（完全解凍）の場合は、補正値ｋは１であり、基本尿素水噴射量Ｑａｄと尿素水噴射量Ｑｕｗは同じ値であり、基本尿素水噴射量Ｑａｄは減少補正されない。フラグＦｍが０の場合、すなわち、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が半解凍状態の場合は、補正値ｋは、１より小さい値（たとえば、０．９）であり、基本尿素水噴射量Ｑａｄが減少補正される。これによって、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、解凍状態（完全解凍）になるまで、基本尿素水噴射量Ｑａｄが減少補正されるので、尿素水タンク４０内の液体の尿素水が枯渇することを、抑制することができる。

【0063】

〈尿素水量推定制御〉
図３（Ｂ）に示したように、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、半解凍状態の場合、車両１の走行時、車両１に加わる加速度や振動により尿素水タンク４０内の尿素水が攪拌されると、液相の尿素水が固相の尿素水に飛散して再凍結し、液相の尿素水の液面（水位）が低下して、水位センサ４３で検出される水位Ｌｗが低下する可能性がある。尿素水タンク４０内に貯留された尿素水の量（尿素水量）を、水位をＬｗ用いて算出している場合、水位センサ４３で検出される水位Ｌｗが低下すると、尿素水量が、実際値より少なく算出される可能性がある。

【0064】

本実施の形態では、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、解凍状態（完全解凍）であることを条件として、水位センサ４３で検出した水位Ｌｗに基づいて、尿素水タンク４０に貯留された尿素水の量（尿素水量ＥＬｗ）を算出する。図９は、尿素水量推定部１３０で実行される尿素水量推定制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートも、図示しないイグニッションスイッチがＯＮされたあと、イグニッションスイッチがＯＦＦされ内燃機関１０の作動が停止するまでの間、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、Ｓ３０において、フラグＦｍが１であるか否かを判定する。尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が解凍状態であり、フラグＦｍが１であり、肯定判定されると、Ｓ３１へ進む。

【0065】

Ｓ３１では、車速センサ１５１で検出した車両１の車速ＳＰＤが所定値Ｂ以下か否かを判定する。所定値Ｂは、車両１が停車状態と判定できる値であり、たとえば、２～３ｋｍ／ｈであってよい。車速ＳＰＤが所定値Ｂ以下であり、車両１が停車状態であると判定されると、Ｓ３２へ進む。

【0066】

Ｓ３２では、前後加速度センサ１５２で検出した車両１の前後加速度（前後Ｇ）が０であり、かつ、横加速度センサ１５３で検出した車両１の横加速度（横Ｇ）が０であるか否かを判定する。前後Ｇおよび横Ｇが０であり、肯定判定されると、Ｓ３３へ進む。車両１の停車時に、車両１の前後Ｇおよび横Ｇが０の場合、車両１はほぼ平坦路に停車している蓋然性が高く、尿素水タンク４０は傾斜していない（水平状態である）と見做すことができる。なお、必ずしも、「前後Ｇ＝０、かつ、横Ｇ＝０」でなくともよく、前後Ｇおよび横Ｇの大きさが、車両１がほぼ平坦路に停車していると見做される値より小さい場合に、Ｓ３３で肯定判定してもよい。

【0067】

Ｓ３３では、水位センサ４３で検出した尿素水の水位Ｌｗを用いて、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水量ＥＬｗを算出する。たとえば、水位Ｌｗと尿素水量ＥＬｗの関係を示すマップを予め作成しておき、このマップを用いて、水位Ｌｗから尿素水量ＥＬｗを算出してよい。

【0068】

続く、Ｓ３４では、Ｓ３３で算出した尿素水量ＥＬｗを、尿素水量の前回値ＥＬｗ（ｐｖ）として、メモリ１０２に記憶する。なお、メモリ１０２において、尿素水量の前回値ＥＬｗ（ｐｖ）が記憶される領域は、不揮発メモリである。

【0069】

フラグＦｍが０であり、Ｓ３０で否定判定された場合、車速ＳＰＤが所定値Ｂより大きく、Ｓ３１で否定判定された場合、前後Ｇあるいは横Ｇの大きさが、車両１がほぼ平坦路に停車していると見做される値より大きく、Ｓ３２で否定判定された場合には、Ｓ３５へ進む。

【0070】

Ｓ３５では、メモリ１０２から読み出した尿素水量の前回値ＥＬｗ（ｐｖ）から、尿素水供給量Ａｄｄを減算することにより、尿素水量ＥＬｗを算出する。（尿素水量ＥＬｗ＝尿素水量の前回値ＥＬｗ（ｐｖ）－尿素水供給量Ａｄｄ）尿素水供給量Ａｄｄは、繰り返し処理される本ルーチンが、前回処理されてから今回処理されるまでの間に、尿素添加弁３０から排気通路２０に供給された尿素水の量である。たとえば、尿素水噴射量Ｑｕｗを、本ルーチンの前回処理から今回処理まで積算して求めることができる。Ｓ３５が処理されると、Ｓ３４へ進んで、Ｓ３５で算出した尿素水量ＥＬｗを、尿素水量の前回値ＥＬｗ（ｐｖ）として、メモリ１０２に記憶する。

【0071】

Ｓ３６では、尿素水量ＥＬｗが所定値Ｃ以下か否かを判定する。所定値Ｃは、尿素水の残量が低下したとき、尿素水の補充を促すための閾値である。尿素水量ＥＬｗが所定値Ｃを上回る場合は、否定判定され今回のルーチンを終了する。尿素水量ＥＬｗが所定値Ｃ以下の場合は、肯定判定されＳ３７へ進む。

【0072】

Ｓ３７では、尿素水の残量が低下したことを警報したあと、今回のルーチンを終了する。たとえば、ＨＭＩ装置５０のディスプレイに尿素水の残量低下を表示するとともに、スピーカから警報音を発するようにしてよい。

【0073】

本実施の形態では、フラグＦｍが１に設定されているとき、すなわち、解凍判定制御で、尿素水が解凍状態であると判定されているとき、車両１が平坦路に停車中であれば、水位Ｌｗに基づいて尿素水量ＥＬｗを算出する。そして、フラグＦｍが０に設定されているとき、あるいは、車両１が走行中の場合には、水位Ｌｗに基づいて尿素水量ＥＬｗから尿素水供給量Ａｄｄを減算することにより、尿素水量ＥＬｗを算出する。したがって、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が、半解凍状態で、液相の尿素水が固相の尿素水に飛散して再凍結し、液相の尿素水の液面（水位）が低下して、水位センサ４３で検出される水位Ｌｗが低下する場合があっても、尿素水量ＥＬｗを精度よく求めることができる。また、車両１の走行中に液面が変動し、水位Ｌｗが変動する場合であっても、尿素水量ＥＬｗを精度よく求めることが可能になる。

【0074】

本実施の形態では、供給通路４１を加熱することにより、供給通路４１内で凍結した尿素水を解凍するヒータ４６の駆動／停止については、特に言及していないが、ヒータ４６の駆動／停止は、ヒータ４５の駆動／停止と同期するよう制御してよい。また、供給通路４１の温度を検出し、供給通路４１の温度が、尿素水の凝固点（融点）以下のときに、ヒータ４６を駆動（通電）するようにしてもよい。

【0075】

本実施の形態では、添加量補正値算出制御（図８）において、補正値ｋを算出し、算出した補正値ｋを基本尿素水噴射量Ｑａｄに乗算することにより、尿素水噴射量Ｑｕｗを演算している。しかし、Ｓ４２において算出される補正値ｋ１を０とするとともに、Ｓ４１で算出される補正値ｋ１をα（正の値）として算出し、補正値ｋ１を基本尿素水噴射量Ｑａｄから減算することにより、尿素水噴射量Ｑｕｗを演算するようにしてもよい。（尿素水噴射量Ｑｕｗ＝基本尿素水噴射量Ｑａｄ－ｋ１）
本実施の形態では、ヒータ４５を、ＰＣＴヒータから構成していた。しかし、ヒータ４５は、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水を加熱可能なものであれば、ＰＣＴヒータ等の電気ヒータに限られない。たとえば、内燃機関１０の冷却水を用いて尿素水を加熱する温水加熱であってよく、内燃機関１０の排気温度によって加熱する排気加熱であってもよい。

【0076】

（変形例１）
上記の実施形態では、ヒータ４５の駆動が停止してから所定時間経過後（カウンタＣｔが所定値Ａ以上になる時間の経過後）の尿素水温度Ｔｕｗの値に基づいて、尿素水の解凍状態を判定していた。車両１が走行すると、車両１に加わる加速度や振動により尿素水タンク４０内の尿素水が攪拌され、液相の尿素水と未解凍の固相の尿素水との熱交換が促進されるので、温度センサ４４周囲の尿素水（液相）の温度低下が顕著になる。変形例１では、ヒータ４５の駆動が停止した時点からの尿素水の攪拌度合いを用いて、尿素水の解凍状態を判定する。

【0077】

図１０は、変形例１において、解凍判定部１２０で実行される解凍判定制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、図６のフローチャートのＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３を、Ｓ５０、Ｓ５１、Ｓ５２に置き換えたものである。Ｓ２０、Ｓ２４、Ｓ２５の処理は、図６と同様であるので、その説明を省略する。

【0078】

フラグＦｃが１に設定されており、ヒータ４５による尿素水の解凍が、一旦、終了し、ヒータ４５の駆動を停止している場合には、Ｓ２０で肯定判定されＳ５０へ進む。Ｓ５０では、車速センサ１５１で検出した車速ＳＰＤの変化量を積算し、車速変化積算値ΣＳＰＤを算出する。たとえば、前回のルーチンで検出した車速ＳＰＤと今回のルーチンで検出した車速ＳＰＤの差の絶対値を積算することにより、車速変化積算値ΣＳＰＤを算出してよい。

【0079】

続く、Ｓ５１では、車速変化積算値ΣＳＰＤが所定値ａ以上であるか否かを判定する。所定値ａは、尿素水タンク４０内に貯留された尿素水が半解凍状態のとき、ヒータ４５の駆動が停止したあと、尿素水の攪拌により尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２まで十分に低下する攪拌度合いを示す値であり、予め実験等によって設定される。Ｓ５１において、車速変化積算値ΣＳＰＤが所定値ａ未満の場合、否定判定されＳ２３へ進み、車速変化積算値ΣＳＰＤが所定値ａ以上の場合、肯定判定されＳ５２へ進む。

【0080】

Ｓ５２では、車速変化積算値ΣＳＰＤをリセットするとともにフラグＦｃを０に設定したあと、Ｓ２４へ進み、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回るか否かを判定する。

【0081】

この変形例１では、ヒータ４５の駆動が停止した時点から、車両１の車速ＳＰＤの変化量の積算値である車速変化量積算値ΣＳＰＤを算出し、車速変化量積算値ΣＳＰＤが所定値ａを超えたときの尿素水温度Ｔｕｗを用いて、尿素水の解凍状態を判定している。図１１は、変形例１における尿素水温度Ｔｕｗの推移を説明する図である。横軸および縦軸は、図７と同様である。図１１において、時刻ｔ１において、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を上回ると、ヒータ４５の駆動が停止（ＯＦＦ）される。時刻ｔ３で車両１が走行を開始すると、車速変化積算値ΣＳＰＤの算出が開始される。車両１が走行すると、車両１に加わる加速度や振動により尿素水タンク４０内の尿素水が攪拌されるので、尿素水温度Ｔｕｗが顕著に低下している。また、この期間に、車速変化積算値ΣＳＰＤの値が大きくなっている。車速変化積算値ΣＳＰＤが所定値ａ以上となった時刻ｔ４において、尿素水温度Ｔｕｗが、実線で示すように、第２所定温度Ｔｈ２を下回る場合、尿素水は半解凍状態であると判定される。また、時刻ｔ４における尿素水温度Ｔｕｗが、一点鎖線で示すように、第２所定温度Ｔｈ２以上の場合、尿素水は解凍状態（完全解凍）であると判定される。

【0082】

このように、変形例１では、車速変化量積算値ΣＳＰＤを用いて尿素水の攪拌度合いを推定し、車速変化量積算値ΣＳＰＤが所定値ａを超えたとき、尿素水の攪拌度合いが所定値以上になり、尿素水が十分に攪拌したと判定し、その時の尿素水温度Ｔｕｗを用いて尿素水の解凍状態を判定している。この変形例１によれば、尿素水が十分に攪拌したと判定したときに、尿素水の解凍状態を判定するので、尿素水の解凍状態を精度良く判定することができる。

【0083】

なお、変形例１では、車両１の車速ＳＰＤの変化量の積算値である車速変化量積算値ΣＳＰＤを用いて、尿素水の攪拌度合いを推定しているが、車両１の前後加速度を用いて尿素水の攪拌度合いを推定するようにしてもよい。たとえば、前後加速度センサ１５２で検出した前後加速度から、ヒータ４５の駆動が停止した時点から、前後加速度の積算値である前後加速度積算値を算出し、前後加速度積算値が所定値を超えたときの尿素水温度Ｔｕｗを用いて、尿素水の解凍状態を判定してもよい。

【0084】

（変形例２）
上記の実施形態では、ヒータ４５の駆動が停止してから所定時間経過後（カウンタＣｔが所定値Ａ以上になる時間の経過後）の尿素水温度Ｔｕｗの値に基づいて、尿素水の解凍状態を判定していた。また、変形例１では、ヒータ４５の駆動が停止した時点から、車速変化量積算値ΣＳＰＤを算出し、車速変化量積算値ΣＳＰＤが所定値ａを超えたときの尿素水温度Ｔｕｗを用いて、尿素水の解凍状態を判定している。変形例２では、実施の形態と変形例１を組み合わせ、尿素水の解凍状態を判定する。

【0085】

具体的には、「ヒータ４５の駆動が停止してから所定時間が経過し（カウンタＣｔが所定値Ａ以上になり）、かつ、ヒータ４５の駆動が停止した時点から積算した車速変化量積算値ΣＳＰＤが所定値ａを超えたとき」における尿素水温度Ｔｕｗを用いて、尿素水の解凍状態を判定する。この変形例２によれば、ヒータ４５の駆動が停止してからの経過時間と車速変化量積算値ΣＳＰＤの条件が両方成立したときに、尿素水の解凍状態を判定するので、より精度良く、尿素水の解凍状態を判定することができる。

【0086】

（変形例３）
図１２は、変形例３における、解凍判定部１２０で実行される解凍判定制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、上記の実施の形態におけるフローチャート（図６）に対して、Ｓ２２～Ｓ２４の各ステップの処理順が異なるとともに、Ｓ２３ａを追加している。図１２を参照して、Ｓ２１で、カウンタＣｔをインクリメントしたあと、Ｓ２４へ進んで、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回るか否かを判定する。尿素水が半解凍状態の場合、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回るので、Ｓ２４で肯定判定されＳ２３ａへ進む。

【0087】

Ｓ２３ａでは、カウンタＣｔをリセットするとともに、フラグＦｃを０に設定したあと、今回のルーチンを終了する。フラグＦｃが０に設定さることにより、図５のＳ１１で否定判定され、ヒータ４５を駆動（通電）することが可能になる。また、図５のＳ１５で、フラグＦｃが１に設定されるまで、Ｓ２０で否定判定され、尿素水の解凍状態が判定されることはない。

【0088】

Ｓ２４において、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以上の場合、否定判定されＳ２２へ進み、カウンタＣｔが所定値Ａ以上か否かを判定する。Ｓ２２において、カウンタＣｔが所定値Ａより小さい場合、否定判定され今回のルーチンを終了する。

【0089】

カウンタＣｔが所定値Ａ以上のとき、Ｓ２２で肯定判定されＳ２３へ進む。Ｓ２３では、カウンタＣｔをリセットするとともに、フラグＦｃを０に設定する。そして、Ｓ２５へ進んで、フラグＦｍを１に設定し、今回のルーチンを終了する。

【0090】

この変形例３によれば、カウンタＣｔが所定値Ａを超える前に、換言すると、ヒータ４５の駆動を停止した時点から所定時間が経過する前に、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回った場合、尿素水が半解凍状態であると判定し、ヒータ４５による尿素水の加熱が可能になる。したがって、尿素水の解凍を促進することができる。

【0091】

また、変形例３によれば、Ｓ２２で肯定判定された場合、すなわち、ヒータ４５の駆動を停止した時点から所定時間が経過しても、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以上の場合には、尿素水が解凍状態（完全解凍）であると判定するので、実施の形態と同様に、尿素水の無駄な加熱を抑制しつつ、適切に尿素水の解凍状態を判定することができる。

【0092】

なお、変形例１における図１０の解凍判定制御の処理においても、変形例３と同様に、各ステップの処理順を変更するとともにＳ２３ａを追加して、車速変化積算値ΣＳＰＤが所定値ａ以上になる前に、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２を下回った場合、尿素水が半解凍状態であると判定し、ヒータ４５による尿素水の加熱を可能にしてもよい。

【0093】

（変形例４）
上記の実施の形態では、添加量補正値算出制御において、尿素水タンク４０に貯留された尿素水が半解凍状態の場合、補正値ｋを１より小さい値（たとえば、０．９）に設定し、基本尿素水噴射量Ｑａｄを減少補正していた。変形例４では、尿素水の半解凍状態において、解凍した（液相の）尿素水の量を推定し、液相の尿素水が少ないほど、基本尿素水噴射量Ｑａｄの減量度合いを大きくして、尿素水の枯渇を抑制する。

【0094】

図１３は、尿素水温度Ｔｕｗの推移と解凍した（液相の）尿素水の量の関係を説明する図である。縦軸は、尿素水温度Ｔｕｗ、カウンタＣｔの値、ヒータ４５の駆動（ＯＮ）／停止（ＯＦＦ）の項目を表しており、横軸は、時間を示している。なお、図１３は、上記実施の形態における、尿素水温度Ｔｕｗの推移を示している。図１３において、時刻ｔ１で尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１を上回り、ヒータ４５の駆動が停止（ＯＦＦ）すると、尿素水が半解凍状態の場合、尿素水温度Ｔｕｗが凝固点（融点）に向かって低下する。この際、解凍した（液相）の尿素水の量が少ないほど、尿素水温度Ｔｕｗの低下が早い（急速に尿素水温度Ｔｕｗが低下する）。したがって、ヒータ４５の駆動が停止した時点（時刻ｔ１）から、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以下になるまでの時間が短いほど、解凍した（液相）の尿素水の量が少ない。たとえば、図１３において、時刻ｔ１から尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以下になるまでの時間がＴ２である実線の状態より、時刻ｔ１から尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以下になるまでの時間がＴ１である一点鎖線の状態の方が、解凍した（液相）の尿素水の量が少ない。

【0095】

変形例４では、ヒータ４５の駆動が停止した時点（時刻ｔ１）から、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以下になるまでの時間（温度低下時間Ｔ）を求め、温度低下時間Ｔに応じて、補正値ｋを算出する。図１４は、変形例４において、温度低下時間Ｔから補正値ｋを求めるマップを示す図である。変形例４では、図８のフローチャートのＳ４１において、図１４のマップから補正値ｋを求める。図１４に示すように、温度低下時間Ｔが短いほど、補正値ｋは小さな値となる。したがって、温度低下時間Ｔが短く、解凍した（液相の）尿素水の量が少ないほど、基本尿素水噴射量Ｑａｄの減量度合いが大きくなり、尿素水の枯渇を抑制することができる。

【0096】

本開示における実施態様を例示すると、次のような態様を例示できる。
１）尿素水を内燃機関（１０）の排気通路（２０）へ供給する尿素水供給装置であって、尿素水を貯留するタンク（４０）と、タンク（４０）内に貯留された尿素水の温度である尿素水温度Ｔｕｗを検出する温度センサ（４４）と、タンク（４０）内に貯留された尿素水を加熱するヒータ（４５）と、制御装置（１００）と、を備え、制御装置（１００）は、尿素水温度Ｔｕｗが第１所定温度Ｔｈ１以下のとき、ヒータ（４５）を駆動して尿素水を解凍し、ヒータ（４５）の駆動が停止した時点から所定期間が経過する前に、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以下になったとき、ヒータ（４５）を駆動して、尿素水の解凍を行うよう構成されており、第２所定温度Ｔｈ２は第１所定温度Ｔｈ１より低い、尿素水供給装置。

【0097】

この構成によれば、ヒータ（４５）を駆動して尿素水を解凍した際、尿素水が半解凍状態であることを早期に判断でき、尿素水が半解凍状態のときには、再度、ヒータ（４５）を駆動して尿素水を加熱するので、凍結した尿素水の解凍を促進できる。

【0098】

２）１において、制御装置（１００）は、ヒータ（４５）の駆動が停止した時点から所定期間が経過したとき、尿素水温度Ｔｕｗが第２所定温度Ｔｈ２以上である場合、尿素水の全てが解凍した状態であると判定する。

【0099】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0100】

１ 車両、３ トルクコンバータ付き自動変速機、５ ディファレンシャルギヤ、７ 駆動輪、１０ 内燃機関、２０ 排気通路、２２ 酸化触媒、２４ ＤＰＦ、２６ ＳＣＲ触媒、２８ 酸化触媒、３０ 尿素添加弁、４０ 尿素水タンク、４１ 供給通路、４２ ポンプ、４３ 水位センサ、４４ 温度センサ、４５ ヒータ、４６ ヒータ、５０ ＨＭＩ装置、１００ Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ、１０１ ＣＰＵ。１０２ メモリ、１１０ ヒータ制御部、１２０ 解凍判定部、１３０ 尿素水量推定部 １４０ 添加量補正値算出部、１５１ 車速センサ、１５２ 前後加速度センサ、１５３ 横加速度センサ、１５４ エンジン回転速度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】