(57)【要約】【課題】低温時において、排気通路４０内壁に尿素添加に起因する析出物が堆積し、高温時においてこれが分解することで、尿素ＳＣＲ５２に供給されるアンモニアの制御性が低下すること。【解決手段】排気通路４０内壁の析出物の堆積量が所定以上となると判断されると、尿素水添加弁６２からの尿素水の添加量を低減する。その後、ディーゼル機関１０の要求トルクの増大時において、排気温度を急上昇させることで、排気通路４０内壁に堆積された析出物を一気に分解し、尿素ＳＣＲ５２にアンモニアとして供給する。【選択図】      図１
2010121478.tif 000002
【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て且つ排気中の窒素酸化物を浄化する浄化手段と、前記浄化手段の上流側の排気中に還元剤を添加する添加手段とを備える排気浄化装置に適用され、前記添加手段の操作に基づき前記還元剤の添加量を調節しつつ前記浄化手段による窒素酸化物の浄化制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置において、
前記還元剤の添加に起因した前記排気通路内壁への析出物の堆積量を推定する推定手段と、
前記推定される堆積量が規定値以上となること及び前記堆積量の増加速度が規定速度以上となることの少なくとも一方が成立する場合、前記還元剤の添加量を強制的に低減する低減手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項２】
前記推定される堆積量が所定値以上となる場合、前記内燃機関の排気温度を、前記析出物を除去可能な温度まで上昇させる排気温度上昇手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項３】
前記堆積量が所定以下となったと判断される場合、前記排気温度の上昇処理を停止することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関に対する要求トルクの増大時である場合、前記内燃機関の排気温度を、前記析出物を除去可能な温度まで前記内燃機関のトルクの増大に伴う上昇速度よりも急激に上昇させるトルク増大時上昇手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項５】
前記上昇手段による排気温度の上昇処理がなされる場合、前記添加手段による前記還元剤の添加量を低減することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項６】
前記上昇手段は、前記内燃機関の燃料噴射タイミングの遅角処理、前記内燃機関の排気通路への燃料の供給処理、及び前記内燃機関の排気還流量の増加処理の少なくとも１つを行うことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関は、車載内燃機関であり、
前記内燃機関の出力軸は、変速装置を介して駆動輪に連結されるものであり、
前記上昇手段は、前記変速装置の変速比を操作することで車両の走行速度の低下を抑制しつつ前記内燃機関の出力軸の回転速度を低下させるものであることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項８】
前記推定手段は、前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータ及び前記添加量に基づき、前記堆積量を推定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項９】
前記推定手段は、前記内燃機関のアイドル運転時、当該アイドル運転のなされる時間に基づき前記堆積量を推定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項１０】
前記還元剤が尿素水であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置と、
前記浄化手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて且つ排気中の窒素酸化物を浄化する浄化手段と、前記浄化手段の上流側の排気中に還元剤を添加する添加手段とを備える排気浄化装置に適用され、前記添加手段の操作に基づき前記還元剤の添加量を調節しつつ前記浄化手段による窒素酸化物の浄化制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置、及び排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載内燃機関（特にディーゼル機関）において、還元剤として尿素水を用いて排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）を採用した排気浄化システム（尿素ＳＣＲシステム）の開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムでは、機関本体に接続された排気管に選択還元型のＮＯｘ触媒が設けられるとともに、その上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。
【０００３】
上記システムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘが選択的に還元除去される。すなわち、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ３）が生成され、そのアンモニアがＮＯｘ触媒に吸着されるととともに同ＮＯｘ触媒上にてアンモニアによる還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化される。
【０００４】
ところで、内燃機関の排気温度が低い場合には、尿素水からアンモニアへの加水分解効率が低下し、シアヌル酸等の尿素熱分解生成物が排気通路に析出するおそれがある。この析出物は排気温度が上昇することでアンモニアとなるため、排気通路に析出物が堆積している場合には、排気温度の上昇に伴ってＳＣＲに供給されるアンモニアが過剰となり、ＳＣＲへのアンモニア供給量の制御性が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで従来、例えば下記特許文献１に見られるように、排気通路に微少量の排気を通過させるバイパス通路を設け、バイパス通路に尿素水の加水分解触媒とヒータとを備えることも提案されている。これにより、排気温度が低い場合には、バイパス通路を介して尿素水からアンモニアを抽出し、これをＮＯｘ触媒に供給することで、排気通路に尿素熱分解生成物が析出することを好適に抑制又は回避することができる。
【０００６】
なお、従来の排気浄化制御装置としては、他にも例えば下記特許文献２に見られるものもある。
【特許文献１】特開２００７−３２７３７７号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、排気温度が低い領域におけるＮＯｘ浄化制御のために、バイパス通路や加水分解触媒、ヒータといったハードウェアを新たに備えることとなり、コストパフォーマンスが落ちることも無視できない。更に、ヒータを用いるため、エネルギ消費量が増大するという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、浄化手段の上流側の排気中に還元剤を添加する添加手段を操作することで浄化手段による窒素酸化物の浄化制御を行うものにあって、部品点数の増加を抑制しつつも還元剤の添加に起因して排気通路に析出物が堆積することを好適に抑制することのできる内燃機関の排気浄化制御装置、及びこれを備える排気浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１０】
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて且つ排気中の窒素酸化物を浄化する浄化手段と、前記浄化手段の上流側の排気中に還元剤を添加する添加手段とを備える排気浄化装置に適用され、前記添加手段の操作に基づき前記還元剤の添加量を調節しつつ前記浄化手段による窒素酸化物の浄化制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置において、前記還元剤の添加に起因した前記排気通路内壁への析出物の堆積量を推定する推定手段と、前記推定される堆積量が規定値以上となること及び前記堆積量の増加速度が規定速度以上となることの少なくとも一方が成立する場合、前記還元剤の添加量を強制的に低減する低減手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
添加手段による還元剤の添加は、窒素酸化物の浄化のために行うものであるがゆえに、還元剤の添加量を低減することは、窒素酸化物の浄化率を低下させるおそれがある。ただし、発明者らは、排気通路内壁への析出物の堆積量が多くなる状況や、堆積量の増加速度が大きくなる状況にあっては、添加量を低減しても、窒素酸化物の浄化率の低下度合いが小さい又は無視できることを見出した。これは、次の理由による。すなわち、まず析出物の堆積量が多くなる状況下には、浄化手段への還元物質の吸着量が多くなるため、還元剤の添加量を低減したとしても、窒素酸化物の浄化にとっての添加量の不足分は、浄化手段内に吸着されている還元物質によって補償される。また、析出物の堆積物の増加速度が大きくなる状況下には、排気温度が低くなるため、排気中の窒素酸化物が減少する。
【００１２】
上記発明では、この点に鑑み、上記少なくとも一方の条件が成立する場合に還元剤の添加量を強制的に低減することで、排気通路内壁に析出物が堆積することを好適に抑制することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記推定される堆積量が所定値以上となる場合、前記内燃機関の排気温度を、前記析出物を除去可能な温度まで上昇させる排気温度上昇手段を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
内燃機関に対する要求トルクの増大時等にあっては、排気温度が上昇するために排気通路内壁の堆積物が分解し、浄化手段へと供給される。ここで、排気通路内壁の堆積物が過度に多い場合には、上記要求トルクの増大時等において、浄化手段に過度の還元物質が供給されることとなり、これが浄化手段の下流側に多量に流出するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、排気通路内壁の堆積量が所定値以上となる場合に排気温度を上昇させることで、排気通路内壁の堆積量が過度に大きくなることを好適に抑制することができる。しかも、析出物を除去可能な温度まで上昇させるために、析出物の分解に起因した浄化手段への還元物質の供給量を比較的容易に把握することができるため、浄化手段への還元物質の供給制御を適切に行うこともできる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記堆積量が所定以下となったと判断される場合、前記排気温度の上昇処理を停止することを特徴とする。
【００１６】
排気温度を上昇させる処理を行う場合、内燃機関の燃料消費量が増加するおそれがある。この点、上記発明では、堆積量が所定以下となる場合に排気温度の上昇処理を停止することで、燃料消費量が増加することを極力抑制することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記内燃機関に対する要求トルクの増大時である場合、前記内燃機関の排気温度を、前記析出物を除去可能な温度まで前記内燃機関のトルクの増大に伴う上昇速度よりも急激に上昇させるトルク増大時上昇手段を更に備えることを特徴とする。
【００１８】
内燃機関に対する要求トルクの増大時にあっては、通常、内燃機関の排気温度が上昇するため、排気通路内壁の析出物が分解し、浄化手段に供給されるようになる。ただし、析出物の各成分毎に分解を開始する温度が相違するために、上記排気温度の上昇に伴って浄化手段に供給される還元物質量を把握することは困難である。上記発明では、この点に鑑み、内燃機関の要求トルクの増大時において排気温度を急激に上昇させることで、析出物の各成分が分解を開始する温度の相違による上記還元物質量の把握精度の低下を好適に抑制することができる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記上昇手段による排気温度の上昇処理がなされる場合、前記添加手段による前記還元剤の添加量を低減することを特徴とする。
【００２０】
排気温度の上昇処理がなされると、排気通路内壁の析出物が分解し、これに起因して浄化手段に還元物質が供給される。このため、この際には、浄化手段に供給される還元物質が、添加手段によるものと上記分解に起因するものとの双方となる。このため、上記分解に起因する量を考慮することなく添加手段による添加量を設定したのでは、浄化手段に実際に供給される還元物質量が過剰となるおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、排気温度の上昇処理がなされる場合、添加手段による還元剤の添加量を低減することで、上記分解に起因した浄化手段への還元物質の供給量の増加を好適に補償することができ、ひいては浄化手段に所望の量の還元物質を供給することができる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記上昇手段は、前記内燃機関の燃料噴射タイミングの遅角処理、前記内燃機関の排気通路への燃料の供給処理、及び前記内燃機関の排気還流量の増加処理の少なくとも１つを行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記内燃機関は、車載内燃機関であり、前記内燃機関の出力軸は、変速装置を介して駆動輪に連結されるものであり、前記上昇手段は、前記変速装置の変速比を操作することで車両の走行速度の低下を抑制しつつ前記内燃機関の出力軸の回転速度を低下させるものであることを特徴とする。
【００２３】
内燃機関の回転速度を低下させると、内燃機関の燃焼室に充填される空気量が減少するため、排気温度を上昇させることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記推定手段は、前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータ及び前記添加量に基づき、前記堆積量を推定することを特徴とする。
【００２５】
上記発明では、堆積量と相関を有するパラメータである上記排気系の温度と相関を有するパラメータ及び添加量を用いることで、堆積量を適切に推定することができる。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記推定手段は、前記内燃機関のアイドル運転時、当該アイドル運転のなされる時間に基づき前記堆積量を推定することを特徴とする。
【００２７】
内燃機関のアイドル運転時においては、排気温度が低いことから、排気通路内壁に析出物が堆積しやすい。そして、この析出物の堆積量は、アイドル時間が長いほど多くなる。上記発明では、この点に鑑み、アイドル時間を堆積量と相関を有するパラメータとして利用することで堆積量を好適に推定することができる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記還元剤が尿素水であることを特徴とする。
【００２９】
尿素水を還元剤とする場合、十分に加熱されない状況下にあっては、排気通路の内壁に尿素熱分解生成物が析出する。しかも、この析出物は、様々な成分を有し、各成分毎に分解開始温度が相違する。このため、析出物の分解による浄化手段への還元物質の供給量の増加が、還元物質の供給制御の制御性を低下させる要因となる。このため、上記発明は、低減手段や上昇手段の利用価値が特に大きい。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置と、前記浄化手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システムである。
【００３１】
上記発明は、低減手段や上昇手段を備えるために、信頼性の高いシステムを実現している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化制御装置の第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
ディーゼル機関１０は、レシプロエンジン構造を有する内燃機関である。ディーゼル機関１０の吸気通路１２の上流には、エアクリーナ１４が設けられており、エアクリーナ１４には、吸気温度を検出する吸気温センサ１６や、吸気流量を検出するエアフローメータ１８が設けられている。エアクリーナ１４の下流には、ターボチャージャ２０が設けられている。そして、ターボチャージャ２０によって過給された空気は、インタークーラ２２によって冷却された後、吸気通路１２の下流側に供給される。この空気は、吸気通路１２の流路面積を調節するスロットルバルブ２４やディーゼル機関１０の燃焼室２８及び吸気通路１２間を開閉する吸気バルブ２６を介して、燃焼室２８に供給される。
【００３４】
こうして燃焼室２８に供給された空気は、燃焼室２８に先端部が突出する燃料噴射弁３０によって噴射された高圧(例えば「数十〜２００ＭＰａ」)の燃料(例えば軽油)とともに圧縮され、燃焼に供される。この燃焼によって生成されるエネルギは、ピストン３２を介してクランク軸３４の回転エネルギに変換される。クランク軸３４の回転エネルギは、無段変速装置（ＣＶＴ３５)を介して、駆動輪に伝達される。ちなみに、クランク軸３４付近には、その回転角度を検出するクランク角センサ３６が設けられている。
【００３５】
燃焼室２８において燃焼に供された上記空気及び燃料は、排気バルブ３８の開動作に伴って、排気として排気通路４０に排出される。排気通路４０のうち、ターボチャージャ２０の上流は、排気還流通路４２を介して吸気通路１２に接続されており、排気還流通路４２の流路面積を調節する排気還流バルブ（ＥＧＲバルブ４６）の開度に応じて、排気通路４０に排出された排気の一部が、ＥＧＲクーラ４４によって冷却された後に、吸気通路１２に供給される。
【００３６】
排気通路４０のうちターボチャージャ２０の下流には、後処理装置が設けられている。後処理装置は、排気通路４０の上流側から順に、酸化触媒５０、尿素選択還元型触媒(以下、尿素ＳＣＲ５２)、及びアンモニアスリップ触媒５４を備えて構成される。ここで、アンモニアスリップ触媒５４は、尿素ＳＣＲ５２においてＮＯｘと反応しきれずに余剰となったアンモニアが尿素ＳＣＲ５２の下流に排出される場合に、これを除去するためのものである。アンモニアスリップ触媒５４は、例えば酸化触媒にて構成されている。
【００３７】
酸化触媒５０と尿素ＳＣＲ５２との間には、排気中のＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ５６と、排気温度を検出する排気温センサ５８とが設けられている。また、尿素ＳＣＲ５２とアンモニアスリップ触媒５４との間には、ＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ６０が設けられている。なお、後処理装置は、更に、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えているが、これについては、酸化触媒５０と一体とされるものとしてもよいし、また、その下流に備えられるとしてもよい。
【００３８】
上記酸化触媒５０と尿素ＳＣＲ５２との間には、更に、排気通路４０の下流側に噴射口を設けた尿素水添加弁６２が設けられている。尿素水添加弁６２は、尿素水タンク６４から供給される尿素水を排気通路４０内に噴射することで、尿素水を排気に添加する電子制御式の弁体である。尿素水タンク６４は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度（例えば３２．５％）の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク６４は、尿素水配管６６を介して尿素水添加弁６２に接続されており、尿素水配管６６の途中には、尿素水タンク６４内の尿素水を汲み上げ尿素水添加弁６２に加圧供給(圧送)する電子制御式の尿素水ポンプ６８が設けられている。なお、尿素水ポンプ６８の下流には、圧送される尿素水の圧力を検出する圧力センサ７０が設けられている。
【００３９】
上記尿素水添加弁６２の上流には、排気通路４０内を流れる排気に旋回流を生じさせるための旋回流発生部材７２が設けられている。旋回流発生部材７２は、排気通路４０内の流通経路の断面構造を変更することで、排気に旋回流を生成する部材である。
【００４０】
上記尿素ＳＣＲ５２や尿素水添加弁６２等を備えて構成される尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水添加弁６２により排気通路４０内に尿素水を添加供給することで、排気通路４０内において排気と共に尿素水が尿素ＳＣＲ５２に供給される。これにより、尿素ＳＣＲ５２においては、ＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化される。
【００４１】
詳しくは、尿素水添加弁６２から噴射された尿素水が排気熱で加水分解され、その際、下記の式（ｃ１）にて表現される化学反応にて、還元物質としてのアンモニア（ＮＨ３）が生成される。
【００４２】
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２      …（ｃ１）
そして、尿素ＳＣＲ５２を排気が通過する際、アンモニアによって排気中のＮＯｘが選択的に還元浄化される。詳しくは、以下の式（ｃ２）〜（ｃ４）に示すような還元反応が行われることによって、ＮＯｘが還元浄化されることになる。
【００４３】
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ    …（ｃ２）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ    …（ｃ３）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ    …（ｃ４）
電子制御装置（ＥＣＵ８０）は、ディーゼル機関１０を制御対象とし、燃料噴射弁３０等の各種アクチュエータを操作する制御装置である。ＥＣＵ８０は、ディーゼル機関１０の運転状態を検出する上述した各種センサの検出信号や、ユーザによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ８２の検出信号、車両の走行速度を検出する車速センサ８４の検出信号等を逐次入力し、これらに基づき、ディーゼル機関１０の制御量（トルク、排気特性等）を制御する。
【００４４】
特にＥＣＵ８０は、上記制御量としての排気通路４０から排出される排気の特性を制御すべく、尿素水添加弁６２や尿素水ポンプ６８を操作することで、尿素ＳＣＲ５２によるＮＯｘの浄化制御を行う。ここではまず、上流側ＮＯｘセンサ５６によって検出される排気中のＮＯｘ濃度に基づき、尿素水添加量を算出する。そして、算出された尿素水添加量に基づき尿素水添加弁６２に対して所定周期の開弁指令パルスを出力する。このパルス出力に伴って尿素水添加弁６２の駆動部（ソレノイド部）に駆動電流が流れることで、尿素水添加弁６２が開弁され、尿素水が添加（噴射）される。
【００４５】
ところで、ディーゼル機関１０の排気系の温度が低い場合には、尿素水からアンモニアへの加水分解効率が低下し、シアヌル酸等の尿素熱分解生成物が析出し、排気通路４０の内壁面に堆積されるおそれがある。ここで排気通路４０内壁に堆積された析出物は、排気温度が上昇するに連れて分解し、アンモニアを発生させる。このため、排気通路４０内壁に堆積された析出物が分解することで、尿素水添加弁６２の操作にかかわらず、尿素ＳＣＲ５２にアンモニアが供給されることとなる。ただし、上記析出物には様々な成分が存在し、成分毎に分解し始める温度が相違する。図２に、上記析出物を構成する成分のうちのビューレットとシアヌール酸との分解開始温度(融点)を示す。詳しくは、図２は、酸素雰囲気下におけるビューレットとシアヌール酸との分解開始温度の計測結果である。図示されるように、ビューレットとシアヌール酸との分解開始温度は、「１００°Ｃ」も相違する。このため、排気温度の上昇に伴って排気通路４０内壁の析出物がどれだけ分解し、これに起因して尿素ＳＣＲ５２にアンモニアが供給されるようになるかを予測することは極めて困難である。
【００４６】
更に、上記析出物は、時間の経過とともにその成分濃度を変化させ得る。図３に、上記析出物を構成する成分のうちのビューレット、アンメリド及びシアヌール酸の組成割合の経時変化を示す。詳しくは、図３は、固体の尿素を「１８０°Ｃ」にて加熱処理した際の加熱時間と、固体として残存する成分の各組成割合との関係の計測結果である。図示されるように、加熱処理時間が長くなるにつれて、シアヌール酸の組成割合が増加していく。換言すれば、分解開始温度が高い成分の組成割合が増加していく。こうした現象は、排気温度の上昇に伴って排気通路４０内壁の析出物がどれだけ分解し、これに起因して尿素ＳＣＲ５２にアンモニアが供給されるようになるかを予測することを更に困難なものとする。
【００４７】
そこで本実施形態では、図４〜図６に示す処理によって、尿素ＳＣＲ５２へのアンモニア供給量が過度に多くなる事態を好適に回避する。
【００４８】
図４は、本実施形態における第１の処理態様を示すものである。詳しくは、図４（ａ）に、車両の走行速度の推移を示し、図４（ｂ）に、排気温度の推移を示し、図４（ｃ）に、尿素水添加量の推移を示し、図４（ｄ）に、排気通路４０内壁への尿素析出物堆積量の推移を示し、図４（ｅ）に、ＮＯｘ浄化率の推移を示す。なお、ＮＯｘ浄化率とは、尿素ＳＣＲ５２の上流側のＮＯｘ濃度と下流側のＮＯｘ濃度との差を、上流側のＮＯｘ濃度によって除算した値にて定量化されるものである。
【００４９】
この第１の処理は、排気通路４０内壁への尿素析出物堆積量が増加する場合、尿素添加量を低減する処理である。詳しくは、本実施形態では、後述する尿素析出物堆積量が閾値β以上となって且つ、排気温度が閾値温度γ以下である場合に、尿素添加量を低減する。ここで排気温度が閾値温度γ以下との条件を設けたのは、尿素析出物の堆積量が多くなる状況をより高精度に見極めるためである。図では、時刻ｔ３において排気温が閾値温度γ以下となることで、尿素水添加量の低減制御を行っている。このように尿素水添加量の低減制御を行うことで、排気通路４０内壁への尿素析出物の堆積量の増加を好適に抑制することができる。ここで、尿素水添加量は、本来、ＮＯｘの浄化のために要求される量に設定されるものである。このため、尿素水添加量をいたずらに低減することは、後処理装置の下流側に排出される排気中のＮＯｘ濃度を上昇させることにつながるおそれがある。しかし、排気通路４０内壁への析出物堆積量が増加する状況下にあっては、尿素ＳＣＲ５２内に吸着されるアンモニアも増加しており、尿素水添加量の低減による尿素ＳＣＲ５２へのアンモニア供給量の減少は、尿素ＳＣＲ５２内に吸着されているアンモニアによって補償可能であることが発明者らによって見出された。ここで、吸着されるアンモニア量の増加は、図の時刻ｔ２以降、排気温度の低下に起因してＮＯｘ浄化率が低下するために生じるものである。本実施形態では、この知見に基づき、上記尿素水添加量の低減制御を行う。実際、図４に示す例では、尿素水添加量の低減制御によって、ＮＯｘ浄化率は低下していない。
【００５０】
図５は、本実施形態における第２の処理態様を示すものである。なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、先の図４（ａ）〜図４（ｅ）に対応している。
【００５１】
この第２の処理は、排気通路４０内壁の尿素析出物堆積量が閾値α以上となることで、排気温度を上昇させる処理(昇温制御)を行うものである。図５では、時刻ｔ３において、堆積量が閾値α以上となることで昇温制御を実行し、その後堆積量が閾値β以下となることで昇温制御を停止する。同様に、時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８においても昇温制御を行う。ここで、昇温制御は、排気温度を、排気通路４０内壁に堆積される析出物の分解開始温度の最大値以上に急激に上昇させる処理とする。詳しくは、排気温度を「３００°Ｃ」までステップ状に上昇させる処理とする。ここで、ステップ状の上昇とは、ディーゼル機関１０の通常の要求トルクの増大時等に起因した排気温度の平均的な上昇速度よりも大きな速度での上昇とする。これにより、析出物の分解に起因して尿素ＳＣＲ５２へ供給されるアンモニアの量を容易に予測することができる。このため、尿素水添加弁６２からの尿素水添加量の減少量を、析出物の分解に起因して予測されるアンモニア供給量に基づき減少させることができる。図では、尿素水添加量を強制的に減少させる例として、昇温制御の開始に伴って尿素水添加量を漸減させ、所定量となることで固定する例を示している。
【００５２】
上記昇温制御は、ポスト噴射、ＥＧＲ量の増加処理、及びＣＶＴ３５の変速比の増加処理の少なくとも１つによって行えばよい。ここで、ポスト噴射は、ディーゼル機関１０の圧縮上死点よりもかなり遅角側にて燃焼室２８に燃料を噴射するものであり、これにより、噴射された燃料を燃焼室２８ではなく排気通路４０において燃焼させるものである。また、ＥＧＲ量の増加処理は、ＥＧＲバルブ４６の開度を増加操作することで行うことができる。ＥＧＲ量が増加すると、吸気通路１２から燃焼室２８に供給される気体の温度が上昇するため、排気温度を上昇させることができる。更に、ＣＶＴ３５の変速比の増加処理は、車両の走行速度を低下させることなく、ディーゼル機関１０の回転速度を低下させるために行われるものである。ディーゼル機関１０の回転速度が低下する場合、燃焼室２８に供給される気体の充填量が減少するため、単位燃料当たりの空気量が減少し、ひいては排気温度が上昇する。
【００５３】
図６は、本実施形態における第３の処理態様を示すものである。なお、図６（ａ）〜図６（ｄ）は、先の図４（ａ）〜図４（ｄ）に対応している。
【００５４】
この第３の処理は、ディーゼル機関１０の加速要求時、加速要求に伴う排気温度の上昇速度よりも急激に排気温度を上記析出物の分解開始温度の最大値以上に上昇させる処理である。詳しくは、排気温度を「３００°Ｃ」までステップ状に上昇させる処理である。すなわち、加速要求が生じる場合には、排気温度が上昇するため、排気通路４０内壁に堆積している析出物も分解するものの、析出物の成分によって分解開始温度が相違することなどから、どのタイミングでどれだけのアンモニアが発生することとなるかを把握することは困難である。このため、析出物の分解に起因したアンモニアの発生量を容易に予測可能とすべく、排気温度をステップ状に上昇させる。これにより、尿素水添加弁６２から添加される尿素水添加量を適切な量とすることが容易となる。
【００５５】
なお、本実施形態にかかる昇温制御は、ポスト噴射によって行えばよい。
【００５６】
図７に、本実施形態にかかる窒素酸化物の浄化処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５７】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、ディーゼル機関１０の現在の運転領域が、尿素水の添加処理を行う領域であるか否かを判断する。ここで、尿素水の添加処理を行う領域は、例えば尿素ＳＣＲ５２の温度が活性状態となる温度以上の領域とすればよい。そして、尿素水の添加処理を行う領域である場合、ステップＳ１２において、排気通路４０内壁の温度及び尿素水添加量に基づき、尿素析出物の堆積量を推定する。ここでは、内壁温度が低いほど堆積量が多いと推定し、また、尿素水添加量が多いほど堆積量が多いと推定する。
【００５８】
上記排気通路４０の内壁の温度は、車速センサ８４によって検出される車速と、排気温度及び外気温度に基づき推定される。ここでは、排気温度が高いほど、排気通路４０の壁面が排気から受ける熱量が増加すると考えられることから、内壁温度を高く推定する。また、外気温度が低いほど、排気通路４０の壁面から外部へと流出する熱量が増加すると考えられることから、内壁温度を低く推定する。更に、車速が大きいほど、排気通路４０壁面に吹き付けられる外気の流量が増加すると考えられることから、内壁温度を低く推定する。この推定は、排気通路４０の壁面の比熱等に基づき、例えば熱の授受に関するモデルを用いて行えばよい。なお、上記外気温度として、本実施形態では、吸気温センサ１６にて検出される吸気温度を用いる。
【００５９】
続くステップＳ１４においては、加速中であるか否かを判断する。ここでは、実際にはアクセルセンサ８２の検出値等に基づき、ディーゼル機関１０の要求トルクの増大時であるか否かを判断する。そして、要求トルクの増大時であると判断される場合、ステップＳ１６において、先の図６に示した態様にて、昇温制御を行う。
【００６０】
これに対し、上記ステップＳ１４において否定判断される場合、ステップＳ１８において、アイドリング状態であるか否かを判断する。この処理は、アイドリング時には、上記ステップＳ１２の処理とは別の手法にて推定される尿素析出物堆積量に基づき、尿素水添加量低減制御や昇温制御を行うことに鑑みて設けられるものである。
【００６１】
上記ステップＳ１８においてアイドリング時でないと判断される場合、ステップＳ２０において、先の図５に示した排気温の昇温制御中であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２０において否定判断される場合、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２のいては、上記ステップＳ１２の処理によって推定された堆積量が閾値α以上であるか否かを判断する。この処理は、先の図５に示した昇温制御を実行するか否かを判断するためのものである。ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２４において、上記ステップＳ１２の処理によって推定された堆積量が閾値β以上であるか否かを判断する。ここで、閾値βは、上記閾値αよりも小さい値に設定されている。この処理は、先の図４に示した尿素水添加量の低減制御を実行するか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ２４において肯定判断される場合、ステップＳ２６において、排気温が閾値温度γ以下であるか否かを判断する。この処理も、先の図４に示した尿素水添加量の低減制御を実行するか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ２６において肯定判断される場合、ステップＳ２８において、先の図４に示した態様にて尿素水添加量の低減制御を実行する。
【００６２】
これに対し、上記ステップＳ２２において肯定判断される場合には、ステップＳ３０において、先の図５に示した昇温制御を実行する。そして、ステップＳ３０の処理が完了する場合や、ステップＳ２０において肯定判断される場合には、ステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２においては、先の図５に示したように、昇温制御を踏まえて尿素水添加量を低減する処理を行う。詳しくは、上記ステップＳ１２において推定される堆積量に基づき、昇温制御によって析出物が分解することに起因したアンモニアの発生量に応じて、尿素水添加弁６２から添加される尿素水の量を低減させる。こうした処理を簡易に行ううえでは、上記ステップＳ１２において推定対象となる堆積量は、析出物が分解された場合のアンモニアの発生量として定量化されることが望ましい。
【００６３】
ステップＳ３２の処理が完了する場合、ステップＳ３４に移行する。ここでは、上記ステップＳ１２において推定された堆積量が閾値ε以下であるか否かを判断する。この処理は、昇温制御を停止するか否かを判断するためのものである。ここで、閾値εは、閾値βよりも大きい値に設定されている。そして、ステップＳ３４において肯定判断される場合、ステップＳ３６において、昇温制御を停止するとともに、上記ステップＳ３２の処理を停止し、通常の尿素水の添加制御に戻る。
【００６４】
一方、上記ステップＳ１８において肯定判断される場合には、ステップＳ３８において、アイドリング時間をカウントする。ここで、アイドリング時間は、排気通路４０内壁への析出物の堆積量を定量化するためのパラメータである。続くステップＳ４０においては、アイドリング時間が閾値時間Ｔ１より長いか否かを判断する。この処理は、先の図５に示した昇温制御を実行するか否かを判断するためのものである。ここで、閾値時間Ｔ１は、排気通路４０内壁への析出物の堆積量が上記閾値α程度となると想定される時間に設定されている。
【００６５】
上記ステップＳ４０において否定判断される場合、昇温制御を行うほどには堆積量が多くはないと判断し、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２においては、アイドリング時間が閾値時間Ｔ０よりも長いか否かを判断する。この処理は、尿素水添加量の低減制御を実行するか否かを判断するためのものである。ここで、閾値時間Ｔ０は、排気通路４０内壁への析出物の堆積量が上記閾値β程度となると想定される時間に設定されている。そして、ステップＳ４２において肯定判断される場合、ステップＳ４４において、尿素水添加量の低減制御を実行する。
【００６６】
これに対し、上記ステップＳ４０において肯定判断される場合、ステップＳ４６において、昇温制御を実行する。続くステップＳ４８においては、上記ステップＳ３２と同様の処理を行う。そして、ステップＳ５０においては、昇温制御時間が閾値時間Ｔ２以上であるか否かを判断する。この処理は、昇温制御を停止するか否かを判断するためのものである。ここで、閾値時間Ｔ２は、排気通路４０内壁への析出物の堆積量が昇温制御によって上記閾値ε程度まで減少すると想定される時間に設定されている。そして、ステップＳ５０において肯定判断される場合、ステップＳ５２において、昇温制御を停止するとともに、上記ステップＳ４８の処理を停止し、通常の尿素水の添加制御に戻り、更にアイドリング時間を初期化する。
【００６７】
なお、上記ステップＳ１０，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ３４，Ｓ４２，Ｓ５０において否定判断される場合や、ステップＳ１６，Ｓ２８，Ｓ３６，Ｓ４４，Ｓ５２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００６８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６９】
（１）推定される堆積量が規定値以上となる場合に、尿素水添加量を強制的に低減した。これにより、排気通路４０内壁への析出物の堆積を好適に抑制することができる。
【００７０】
（２）推定される堆積量が所定値以上となる場合、ディーゼル機関１０の排気温度を、析出物を除去可能な温度までステップ状に上昇させた。これにより、排気通路４０内壁の堆積量が過度に多くなることを好適に抑制することができる。
【００７１】
（３）堆積量が所定以下となったと判断される場合、排気温度の上昇処理を停止した。これにより、燃料消費量が増加することを極力抑制することができる。
【００７２】
（４）ディーゼル機関１０に対する要求トルクの増大時、ディーゼル機関１０の排気温度を、析出物を除去可能な温度までステップ状に上昇させた。これにより、析出物の各成分が分解を開始する温度の相違によって尿素ＳＣＲ５２へのアンモニア供給量の把握精度が低下することを好適に抑制することができる。
【００７３】
（５）昇温制御がなされる場合、尿素水添加弁６２による尿素水の添加量を低減した。これにより、析出物の分解に起因した尿素ＳＣＲ５２へのアンモニア供給量の増加を好適に補償することができ、ひいては尿素ＳＣＲ５２に所望の量のアンモニアを供給することができる。
【００７４】
（６）ディーゼル機関１０の排気系の温度と相関を有するパラメータ(排気温度)及び添加量に基づき、堆積量を推定した。これにより、堆積量を適切に推定することができる。
【００７５】
（７）堆積量の推定に際し、車両の走行速度及び外気温度を加味した。これにより、排気通路４０から外部への熱の拡散態様を高精度に把握することができるため、排気通路４０の内壁温度を高精度に把握することができ、ひいては堆積量を高精度に推定することができる。
【００７６】
（８）ディーゼル機関１０のアイドル運転時、当該アイドル運転のなされる時間に基づき堆積量を推定した。これにより、アイドリング時間を堆積量と相関を有するパラメータとして利用することで堆積量を好適に推定することができる。
【００７７】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７８】
本実施形態では、尿素水添加弁６２によって添加される尿素水の添加量を、ＮＯｘ浄化率に基づき算出する。ここで、ＮＯｘ浄化率は、上流側ＮＯｘセンサ５６と下流側ＮＯｘセンサ６０との双方の検出値に基づき算出される。
【００７９】
図８に、本実施形態にかかる窒素酸化物の浄化処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図８において、先の図７に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００８０】
図示されるように、本実施形態では、アイドリング運転時でない場合の尿素水添加量の低減制御の実行条件として、堆積量が閾値β以上との条件に代えて、堆積量の増加速度が閾値速度Ｓｔｈ以上であるとの条件を用いる（ステップＳ２４ａ）。これにより、排気通路４０内壁への析出物の堆積量が過度に大きくなることを確実に回避する。ここで、堆積量の増加速度が非常に大きい状況にあっては、排気中のＮＯｘ濃度が低下する。このため、尿素水添加量の低減制御を行ったとしても、ＮＯｘ浄化率が低下することはない。
【００８１】
ここで、本実施形態では、尿素水添加量を、ＮＯｘ浄化率に基づき設定している。このため、排気中のＮＯｘ濃度が低下する状況下であっても、そのことが、設定される尿素水添加量の低減に直接つながるわけではない。このため、本実施形態のように、堆積量の増加速度が大きいときに尿素水添加量を低減する処理を行うことが特に有効となる。
【００８２】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００８３】
・上記各実施形態では、排気温センサ５８を備えて排気温度を検出したが、これに限らず、ディーゼル機関１０の運転状態を示すパラメータを入力として、排気温度を推定するようにしてもよい。こうしたパラメータとしては、例えば燃料噴射量や回転速度等がある。
【００８４】
・上記第２の実施形態において、尿素水添加量の低減制御の開始条件として、堆積量の増加速度が閾値速度Ｓｔｈ以上であるとの条件に加えて、堆積量が閾値β以上であるとの条件が成立することとしてもよい。
【００８５】
・上記第１の実施形態においては、排気中のＮＯｘ濃度に基づき尿素水添加量を設定したがこれに限らない。例えば、上記第２の実施形態によるように、尿素ＳＣＲ５２におけるＮＯｘ浄化率に基づき尿素水添加量を設定してもよい。また例えば、尿素ＳＣＲ５２におけるアンモニア吸着量を推定する手段を有し、この推定される吸着量に基づき尿素水添加量を設定してもよい。
【００８６】
・上記第２の実施形態では、尿素ＳＣＲ５２におけるＮＯｘ浄化率に基づき尿素水添加量を設定したがこれに限らない。例えば、尿素ＳＣＲ５２におけるアンモニア吸着量を推定する手段を有し、この推定される吸着量に基づき尿素水添加量を設定してもよい。また、例えば、上記第１の実施形態によるように、排気中のＮＯｘ濃度に基づき尿素水添加量を設定してもよい。
【００８７】
なお、上述したように、堆積量の増加速度が閾値速度Ｓｔｈ以上である場合とは、排気温度が低く、排気中のＮＯｘ濃度が低い状況であると考えられる。しかし、尿素水添加量をＮＯｘ浄化率や尿素ＳＣＲ５２内のアンモニア吸着量に基づき設定する場合には、尿素水添加量を排気中のＮＯｘ濃度に基づき設定する場合と比較して、尿素水添加量の低減が遅れるおそれがある。このため、ディーゼル機関１０の燃焼室２８から排出される排気のＮＯｘ濃度を尿素水添加量の推定に際しての直接の入力パラメータとしない設定の場合には、堆積量の増加速度が閾値速度Ｓｔｈ以上である場合に尿素添加量の低減制御を行うことは、尿素添加量の低減制御を迅速に行ううえで特に有効である。
【００８８】
・上記各実施形態では、アイドリング運転以外の運転領域において、堆積量が閾値β以上であるとの条件と排気温度が閾値温度γ以下であるとの条件との論理積条件が成立する場合に、尿素水添加量の低減制御を行ったが、これに限らない。例えば、堆積量が閾値β以上であるとの条件が成立する場合に排気温度にかかわらず尿素水添加量の低減制御を行ってもよい。
【００８９】
・上記各実施形態では、アイドリング運転以外の運転領域における昇温制御の停止の判断のための閾値εを、尿素水添加量の低減制御の開始の判断のための閾値βよりも大きく設定したがこれに限らない。例えば、閾値εを閾値β以下に設定してもよい。これによれば、ディーゼル機関１０に対する要求トルクの増大時以前であっても排気通路４０の内壁面の析出物堆積量を十分に低減することができる。
【００９０】
・上記各実施形態では、アイドリング時においては、尿素熱分解生成物の堆積量の推定値として、アイドリング時間を用いたがこれに限らない。例えばアイドリング時においても、排気系の温度と相関を有するパラメータ及び尿素水添加量に基づき推定される堆積量を用いてもよい。また、排気系の温度と相関を有するパラメータ及び尿素水添加量に基づき堆積量を推定するものにおいて、アイドリング時には、上記パラメータ及び尿素水添加量に代えてアイドリング時間に応じて堆積量を増加推定するようにしてもよい。こうした変更を行うなら、アイドリング時である場合とない場合とで、排気温度の昇温制御の実行条件や添加量低減制御の実行条件を同一とすることができる。
【００９１】
・析出物の堆積量の推定手段としては、上記各実施形態及びこれらの変形例にて例示したものに限らない。例えばアイドリング時において、アイドリング時間と、排気系の温度と相関を有するパラメータ及び尿素添加量の少なくとも一方とに基づき各推定処理周期における堆積量の推定処理を行ってもよい。
【００９２】
・上記各実施形態では、アイドリング運転以外の運転領域において、析出物の堆積量の推定値が閾値β以下となる場合に排気温度の昇温制御を停止したがこれに限らない。例えば昇温制御時間が所定時間となることを条件としてもよい。この場合、昇温制御時間が、析出物の堆積量を示すパラメータとなっている。すなわち、昇温制御時間が長いほど、堆積量が少ないことを意味する。
【００９３】
・上記各実施形態では、アイドリング運転領域において、昇温制御時間が閾値時間Ｔ２となる場合に排気温度の昇温制御を停止したがこれに限らない。例えば析出物の堆積量の推定値が閾値β以下となる場合に昇温制御を停止してもよい。
【００９４】
・排気温度を上昇させるべく行われる排気通路４０への燃料の供給処理としては、ポスト噴射を行うものに限らない。例えば排気通路４０に燃料を噴射する燃料噴射弁を別途備えるものにあっては、これによって排気通路４０に燃料を噴射する処理とすればよい。
【００９５】
・排気温度を上昇させるべく用いられる変速装置としては、上記ＣＶＴ３５に限らない。例えば有段変速装置であってもよい。
【００９６】
・排気温度を上昇させる制御としては、排気温度を「３００°Ｃ」程度とするものに限らない。例えば「３００°Ｃ」よりも高い温度とするものであってもよい。この場合、排気通路４０の堆積物が一気に分解してアンモニアとなると考えられるため、尿素ＳＣＲ５２へのアンモニア供給量の予測がいっそう容易となると考えられる。
【００９７】
・排気中の窒素酸化物を浄化する浄化手段としては、上記尿素ＳＣＲ５２に限らない。例えば、上流側の排気中に尿素水以外の還元剤が添加される選択還元型触媒としてもよい。この場合であっても、排気通路４０の内壁面温度が低い場合に還元剤に起因して、分解開始温度の相違する複数の成分を有する析出物が堆積されるおそれがあるなら、本発明の適用が有効である。なお、この際、排気温度の上昇処理は、析出物の各成分が分解を開始する温度の最大値以上に設定することが望ましい。
【００９８】
・内燃機関としては、ディーゼル機関のような圧縮着火式内燃機関に限らない。例えば筒内噴射式ガソリン機関等の火花点火式内燃機関にあっても、ＮＯｘの浄化に選択還元型触媒を用いる場合には、本発明の適用は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる尿素熱分解生成物の融点を示す図。
【図３】同実施形態にかかる尿素熱分解生成物の経時変化の計測結果を示す図。
【図４】同実施形態にかかる尿素水添加量の低減制御態様を示すタイムチャート。
【図５】同実施形態にかかる排気温度の上昇処理態様を示すタイムチャート。
【図６】同実施形態にかかる要求トルクの増大時における排気温度の上昇処理態様を示すタイムチャート。
【図７】同実施形態にかかる排気浄化制御の処理手順を示す流れ図。
【図８】第２の実施形態にかかる排気浄化制御の処理手順を示す流れ図。
【符号の説明】
【０１００】
１０…ディーゼル機関、４０…排気通路、５２…尿素ＳＣＲ（浄化手段の一実施形態）、６２…尿素水添加弁、８０…ＥＣＵ（排気浄化装置の一実施形態）。
【図１】
2010121478.tif 000003
【図２】
2010121478.tif 000004
【図３】
2010121478.tif 000005
【図４】
2010121478.tif 000006
【図５】
2010121478.tif 000007
【図６】
2010121478.tif 000008
【図７】
2010121478.tif 000009
【図８】
2010121478.tif 000010