(57)【要約】【課題】排気通路内における尿素由来堆積物の堆積を良好に抑制すると共に、尿素由来堆積物の除去に伴うアンモニアスリップを防止することが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】アンモニアを還元剤としてエンジン１の排気中に含まれるＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４０と、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４０の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水インジェクタ４４と、排気通路内に尿素由来堆積物が堆積する堆積運転領域でエンジンが運転されているか否かを判定し（S103）、堆積運転領域でエンジンが運転されている時間を計時し(S104)、計時時間が堆積限界判定時間Ａ0に達したときに（S105）、尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って目標温度を増加側に設定し、排気温度が目標温度となるように排気昇温制御を行うＥＣＵ５０とを備える。【選択図】図２
2010101237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
上記エンジンの運転領域が、上記尿素水供給手段から供給された尿素水により生成される尿素由来堆積物が上記排気通路内に堆積する堆積運転領域にあるか否かを判定する堆積運転領域判定手段と、
上記堆積運転領域判定手段により上記エンジンの運転領域が堆積運転領域にあると判定されているときに計時動作を実行する計時手段と、
上記計時手段により計時された時間が上記排気通路内への尿素由来堆積物の堆積限界に基づき設定された堆積限界判定時間に達したと判定したときに、上記排気通路中の排気温度が目標温度となるように排気昇温制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って上記目標温度を上昇させることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って増大する目標昇温速度を設定し、上記排気温度を上昇させる際の上記排気温度の変化率が上記目標昇温速度となるように、上記排気昇温制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記排気昇温制御を実行しているときには、上記尿素水供給手段からの尿素水の供給を中止することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記尿素水供給手段の上流側の上記排気通路に介装された酸化触媒を更に備え、
上記制御手段は、上記酸化触媒に流入する排気中に燃料を供給することにより、上記排気昇温制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記堆積運転領域判定手段は、排気中への尿素水の供給量、上記エンジンの排気排出量、及び上記エンジンの排気温度の少なくとも一つに基づき、上記エンジン運転領域が上記堆積運転領域にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記尿素水供給手段近傍の排気温度と上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の入口近傍の排気温度との偏差に基づき、上記計時手段の計時時間または上記堆積限界判定時間を補正し、補正後の計時時間または堆積限界判定時間に基づき上記排気昇温制御の要否を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中に供給された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することにより、ＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
このような排気浄化装置では、アンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水インジェクタなどを用いて排気中に尿素水を噴射する。尿素水インジェクタから排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。こうしてＮＯｘ触媒に供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＮＯｘ触媒によって促進されることによりＮＯｘが還元されて排気の浄化が行われる。
【０００３】
このとき、尿素水インジェクタから噴射された霧状の尿素水の一部は、排気通路内の壁面などに衝突することにより液化して排気通路や尿素水インジェクタなどに付着する。こうして付着した尿素水は、その水分が気化することにより固形の尿素結晶等となって排気通路内の壁面や尿素水インジェクタに堆積し、尿素由来堆積物となる。また、付着した尿素水の水分が気化する際の気化潜熱によってコールドスポットが生じるため、尿素水が付着した部分の周囲は更に霧状の尿素水が液化して付着しやすい状態となり、尿素由来堆積物の生成が促進されてしまうことになる。
【０００４】
このようにして尿素由来堆積物の生成が継続すると、排気通路における排気流動抵抗の増大や排気通路の閉塞のほか、尿素水インジェクタの作動不良を引き起こすという問題を生じるおそれがある。また、尿素由来堆積物の生成により、本来ＮＯｘの還元に必要とされるアンモニアの量が不足し、排気浄化率が低下してしまうという問題が生じる。更に、排気温度が高温となった場合に、大量に堆積している尿素由来堆積物が一気にアンモニアに転化して、アンモニア選択還元型触媒に必要以上のアンモニアが供給され、余剰となったアンモニアの大気中への放出、即ちアンモニアスリップが発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、排気通路内に堆積した尿素由来堆積物を除去するため、尿素由来堆積物がある程度堆積した段階で、排気通路内を流動する排気の温度を一時的に上昇させ、尿素由来堆積物をガス化してアンモニアに転化することが考えられる。
このような排気昇温によって尿素由来堆積物を除去するようにした排気浄化装置は、特許文献１によって提案されている。この特許文献１の排気浄化装置では、排気温度が低い場合に、排気中のＮＯｘとアンモニアとを反応させて硝酸アンモニウムを生成させ、この硝酸アンモニウムをアンモニア選択還元型触媒に積極的に堆積させる。このようにすることにより、アンモニア選択還元型触媒の還元作用が十分に得られない低い排気温度においても、排気中へのＮＯｘの放出を防止するようにしている。
【０００６】
このようにしてアンモニア選択還元型触媒に積極的に堆積させた硝酸アンモニウムの堆積量が過大になると、アンモニア選択還元型触媒における排気流動抵抗が増大し、アンモニア選択還元型触媒が閉塞してしまうおそれがある。そこで、上記特許文献１の排気浄化装置では、アンモニア選択還元型触媒の上流側排気通路に介装されているパティキュレートフィルタの強制再生の際に、排気の昇温によってアンモニア選択還元型触媒に堆積している硝酸アンモニウムを燃焼させて分解し、アンモニア選択還元型触媒から除去するようにしている。
【０００７】
このように、上記特許文献１の排気浄化装置は硝酸アンモニウムを積極的に堆積させるものではあるが、その堆積量が過大になった場合に排気昇温によって硝酸アンモニウムを除去するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−３２０８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、排気昇温によって尿素由来堆積物の除去を行う場合、除去を開始した時点、即ち比較的大量に尿素由来堆積物が堆積した状態で直ちに高い温度まで排気を昇温してしまうと、尿素由来堆積物が一気にガス化してアンモニアに転化してしまう。このため、アンモニア選択還元型触媒には必要以上のアンモニアが供給され、アンモニアが余剰となってアンモニアスリップが発生するという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路内における尿素由来堆積物の堆積を良好に抑制すると共に、尿素由来堆積物の除去に伴うアンモニアスリップを防止することが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、上記エンジンの運転領域が、上記尿素水供給手段から供給された尿素水により生成される尿素由来堆積物が上記排気通路内に堆積する堆積運転領域にあるか否かを判定する堆積運転領域判定手段と、上記堆積運転領域判定手段により上記エンジンの運転領域が堆積運転領域にあると判定されているときに計時動作を実行する計時手段と、上記計時手段により計時された時間が上記排気通路内への尿素由来堆積物の堆積限界に基づき設定された堆積限界判定時間に達したと判定したときに、上記排気通路中の排気温度が目標温度となるように排気昇温制御を行う制御手段とを備え、上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って上記目標温度を上昇させることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
このように構成された排気浄化装置によれば、エンジンの運転領域が堆積運転領域にあるか否かが堆積運転領域判定手段により判定され、堆積運転領域にあると判定されているときには計時手段の計時動作が実行される。尿素由来堆積物の堆積状況はエンジンの運転領域に応じて変化し、あるエンジン運転領域では尿素由来体積物の堆積量が増加し、別のエンジン運転領域では尿素由来堆積物の堆積量が減少する。堆積運転領域としては、尿素水により生成される尿素由来堆積物が排気通路内に堆積するとき、即ち、尿素由来体積物の堆積量が増加方向に変化するときのエンジン運転領域が予め設定されており、この堆積運転領域に基づき堆積運転領域判定手段の判定処理が実行される。
【００１２】
よって、エンジンの運転領域が堆積運転領域にあるときの計時時間が堆積限界判定時間に達したときには、排気通路内への尿素由来堆積物の堆積量が増加して限界に近づいたと判断でき、制御手段により排気通路中の排気温度が目標温度となるように排気昇温制御が行われて、尿素由来堆積物が徐々にガス化していく。そして、このときの目標温度は尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って上昇するように設定されるので、排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的低い目標温度まで上昇し、その後の尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴う目標温度の上昇により、排気温度は徐々に上昇していく。
【００１３】
一方、エンジンの運転領域が堆積運転領域にあるときの時間を計時して、計時時間と堆積限界判定時間とを比較するだけの簡単な処理により排気昇温制御の要否が判定される。
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って増大する目標昇温速度を設定し、上記排気温度を上昇させる際の上記排気温度の変化率が上記目標昇温速度となるように、上記排気昇温制御を実行することを特徴とする（請求項２）。
【００１４】
このように構成された排気浄化装置によれば、排気昇温制御を行って排気温度を目標温度まで上昇させる際に、排気温度の上昇率が目標昇温速度に制御される。このとき、目標昇温速度は尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴って増大するように設定されるので、排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的小さな変化率で目標温度に向けて上昇し、尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴って、排気温度の変化率は徐々に増大していく。
【００１５】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記排気昇温制御を実行しているときには、上記尿素水供給手段からの尿素水の供給を中止することを特徴とする（請求項３）。
このように構成された排気浄化装置によれば、排気昇温制御を実行しているときには、尿素水供給手段からの尿素水の供給が行われない。
【００１６】
また、上記排気浄化装置において、上記尿素水供給手段の上流側の上記排気通路に介装された酸化触媒を更に備え、上記制御手段は、上記酸化触媒に流入する排気中に燃料を供給することにより、上記排気昇温制御を行うことを特徴とする（請求項４）。
このように構成された排気浄化装置によれば、排気昇温制御において排気中に供給された燃料成分が酸化触媒で酸化することにより排気の温度が上昇し、温度の上昇した排気が尿素水供給手段より下流側の排気通路に流入する。
【００１７】
また、上記排気浄化装置において、上記堆積運転領域判定手段は、排気中への尿素水の供給量、上記エンジンの排気排出量、及び上記エンジンの排気温度の少なくとも一つに基づき、上記エンジン運転領域が上記堆積運転領域にあるか否かを判定することを特徴とする（請求項５）。
このように構成された排気浄化装置によれば、排気中への尿素水の供給量、エンジンの排気排出量、及びエンジンの排気温度の少なくとも一つに基づき堆積運転領域判定手段の判定が行われる。例えば尿素由来堆積物は、排気中に供給される尿素水が多いほど生成されやすく、エンジンからの排気排出量が少ないほど生成されやすく、また排気温度が低いほど生成されやすく、それに応じて排気通路への尿素由来堆積物の堆積量も変化する。よって、この特性を鑑みて、排気中に供給される尿素水が多い運転領域、排気排出量が少ない運転領域、排気温度が低い運転領域を堆積運転領域として設定し、これらの堆積運転領域にエンジン運転領域にあるときには排気通路への尿素由来堆積物の堆積量が増加方向に変化していると見なせ、その計時時間と堆積限界判定時間とを比較することで排気通路内への尿素由来堆積物の堆積量が増加して限界に近づいたことを的確に判断可能となる。
【００１８】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素水供給手段近傍の排気温度と上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の入口近傍の排気温度との偏差に基づき、上記計時手段の計時時間または上記堆積限界判定時間を補正し、補正後の計時時間または堆積限界判定時間に基づき上記排気昇温制御の要否を判定することを特徴とする（請求項６）。
【００１９】
このように構成された排気浄化装置によれば、尿素水供給手段近傍の排気温度とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の入口近傍の排気温度との偏差により堆積限界判定時間が補正され、補正後の堆積限界判定時間に基づき制御手段により判定が行われる。排気通路への尿素由来堆積物の堆積状況に影響する要因の一つとして、排ガスが排気通路内を尿素水供給手段からアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の入口まで流れるときの排気温度の低下が挙げられ、排気温度の低下が大きいほど排気通路内での尿素由来堆積物の堆積量が増加する傾向となる。このときの温度低下に相当する偏差に基づき計時時間または堆積限界判定時間を補正することにより排気温度の低下による影響が補償される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排気浄化装置によれば、排気通路内に堆積した尿素由来堆積物の除去のために排気昇温制御を行う際、制御開始当初は比較的低い目標温度まで排気温度を上昇させるので、尿素由来堆積物が一気にガス化してアンモニアに転化するのを抑制し、アンモニアスリップの発生を防止することが可能となる。
そして、排気温度が一定であれば、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴ってアンモニアスリップが発生しにくくなるが、排気昇温制御では尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標温度の上昇によって排気温度が上昇していくので、アンモニアスリップの発生を防止しながら速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００２１】
加えて、エンジンの運転領域が堆積運転領域にあるときの時間を計時して、計時時間と堆積限界判定時間とを比較するだけの簡単な処理により排気昇温制御の要否が判定されるため、制御全体を簡略化可能となる。
また、請求項２の排気浄化装置によれば、排気昇温制御を行って排気温度を目標温度まで上昇させる際に、排気温度の上昇率が目標昇温速度に制御される。そして、目標昇温速度は尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴って増大するように設定されるので、排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的小さな変化率で目標温度に向けて上昇する。尿素由来堆積物は、昇温時の排気温度の変化率が大きいほど早くガス化されてアンモニアとなる傾向にあるが、このように排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的小さな変化率で上昇するので、排気温度を目標温度に向けて上昇させている際にも、アンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
【００２２】
また、上述したように排気温度が一定であれば尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴って、アンモニアスリップは発生しにくくなるが、排気昇温制御では尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標昇温速度の増大によって排気温度の変化率が増大するので、排気温度を目標温度に向けて上昇させている際にも、アンモニアスリップを確実に防止しながら、速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００２３】
また、請求項３の排気浄化装置によれば、排気昇温制御を実行しているときには、尿素水供給手段からの尿素水の供給が行われないので、より一層確実にアンモニアスリップを防止することができる。
また、請求項４の排気浄化装置によれば、排気中に供給された燃料成分を酸化触媒で酸化させることにより排気の昇温を行うので、比較的容易に排気昇温制御を実行することが可能となる。即ち、例えばエンジンへの燃料供給を気筒内への燃料噴射によって行っている場合には、動力の発生に寄与しないタイミングで燃料を追加噴射することにより排気中に燃料を供給することが可能であることから、排気中への燃料供給のために新たな装置を設ける必要がない。また、ディーゼルエンジンの場合には、排気中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを排気通路に介装するのが一般的であって、パティキュレートフィルタの強制再生で排気中に燃料を供給するための機構を既に備えているので、この場合も排気中への燃料供給のために新たな装置を設ける必要がない。
【００２４】
また、請求項５の排気浄化装置によれば、尿素由来堆積物の生成状況と相関する排気中への尿素水の供給量、エンジンの排気排出量、及びエンジンの排気温度に基づき判定を行うため、エンジン運転領域が排気通路に尿素由来堆積物が堆積する堆積運転領域にあるか否かを的確に判定でき、ひいては排気昇温制御の要否を適切に判断して実行することができる。
【００２５】
また、請求項６の排気浄化装置によれば、尿素水供給手段近傍の排気温度とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の入口近傍の排気温度との偏差により計時手段の計時時間または堆積限界判定時間を補正し、補正後の計時時間または堆積限界判定時間に基づき排気昇温制御の要否を判定するため、排ガスが排気通路内を尿素水供給手段からアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の入口まで流れるときの排気温度の低下による影響を補償して、排気昇温制御の要否を適切に判断して実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００２７】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。
【００２８】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
【００２９】
排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された下流側ケーシング３４とで構成され、上流側ケーシング３０、連通路３２及び下流側ケーシング３４により本発明の排気通路が構成されている。上流側ケーシング３０内には、前段酸化触媒３６が収容されると共に、この前段酸化触媒３６の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３８が収容されている。フィルタ３８は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。
【００３０】
前段酸化触媒３６は排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ２（二酸化窒素）を生成するので、このように前段酸化触媒３６とフィルタ３８とを配置することにより、フィルタ３８に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒３６から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、フィルタ３８の連続再生が行われるようになっている。
一方、下流側ケーシング３４内には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４０が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４０の下流側にはＳＣＲ触媒４０から流出したアンモニアを除去するための後段酸化触媒４２が収容されている。
【００３１】
この後段酸化触媒４２は、フィルタ３８の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。
また、連通路３２には、連通路３２内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）４４が設けられており、尿素水を蓄えた尿素水タンク４６から図示しない尿素水供給ポンプを介して尿素水インジェクタ４４に尿素水が供給され、尿素水インジェクタ４４を開閉することによって尿素水インジェクタ４４から連通路３２内の排気中に尿素水が噴射されるようになっている。
【００３２】
尿素水インジェクタ４４から噴射された霧状の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ２とする。なお、このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４０から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４２によって除去されるようになっている。
【００３３】
更に、上流側ケーシング３０内の前段酸化触媒３６下流側には、排気後処理装置２８内を流動する排気の温度を検出するための排気温度センサ４８が設けられている。
ＥＣＵ（制御手段）５０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００３４】
ＥＣＵ５０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６や排気温度センサ４８のほか、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ５２、及び図示しないアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ５４などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６及び尿素水インジェクタ４４などの各種デバイス類が接続されている。
【００３５】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ５０によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ５４によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な量の燃料が供給される。
【００３６】
ＥＣＵ５０は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３８の強制再生やＳＣＲ触媒４０にアンモニアを供給するための尿素水供給制御も行う。フィルタ３８の強制再生については既に広く知られているものであり、ここでは詳細な説明を省略するが、排気温度センサ４８の検出値に基づき、主噴射とは別にインジェクタ４から各気筒に燃料を噴射することにより、排気中に燃料を供給し、前段酸化触媒３６における排気中の燃料の酸化反応によって排気を昇温することによりフィルタ３６の強制再生が行われる。以下では、尿素水供給制御について詳細に説明する。
【００３７】
ＥＣＵ５０は、インジェクタ４からの主噴射量や、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数及び吸気量センサ１６によって検出されたエンジン１への吸入空気流量などに基づき、エンジン１の単位時間あたりの排気排出量及びＮＯｘ排出量を求め、このＮＯｘ排出量に対してＳＣＲ触媒４０によるＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアの量から尿素水の目標供給量を求める。そして、この目標供給量に基づき尿素水インジェクタ４４を制御することにより、尿素水インジェクタ４４からＳＣＲ触媒４０上流側の排気中に尿素水が供給される。
【００３８】
尿素水インジェクタ４４から噴射された霧状の尿素水は、前述したように、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、このアンモニアがＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は、供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ２とする。
このような尿素水インジェクタ４４による尿素水の供給を適正に行うため、ＥＣＵ５０は図２に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で尿素水供給制御を行う。なお、この尿素水供給制御はエンジン１の始動に伴って開始され、エンジン１の停止に伴って終了する。
【００３９】
制御が開始されると、ＥＣＵ５０はステップＳ１０１で、尿素水供給を可能とする条件が成立して、ＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給を必要とする状態となったか否かを判断する。具体的には、排気温度センサ４８が検出した排気温度に基づき、ＳＣＲ触媒４０が活性化しているか否かを判定し、ＳＣＲ触媒４０が活性化していると判定したときには尿素水供給を可能とする条件が成立し、ＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給を必要とする状態になったと判断する。
【００４０】
ステップＳ１０１で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判断した場合、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０２に進める一方、ステップＳ１０１で尿素水供給を可能とする条件が成立していないと判断した場合には今回の制御周期を終了し、次の制御周期のステップＳ１０１で再び尿素水供給を可能とする条件が成立したか否かを判断する。従って、ステップＳ１０１で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判断した場合に限り、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０２に進める。以下では、尿素水供給を可能とする条件が成立しているものとし、処理がステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むものとして説明する。
【００４１】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ５０は、フラグＦの値が１であるか否かを判断する。このフラグＦは、後述する計時及び判定に基づき、排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の堆積量が限界に達したか否か、換言すれば尿素由来堆積物を除去する排気昇温制御が必要であるか否かを示すものであり、その値が１であることにより尿素由来堆積物の堆積量が限界に達したことを示すものである。
【００４２】
フラグＦの初期値は０となっており、ステップＳ１０２でフラグＦの値が１ではないと判断して処理をステップＳ１０３に進めると、ＥＣＵ５０は現在のエンジン運転領域が予め尿素由来堆積物が排気後処理装置２８内に堆積するエンジン運転領域として設定された堆積運転領域にあるか否かを判定する。堆積運転領域は、図３に示す尿素由来堆積物の堆積特性に基づき設定されたものである。尿素由来堆積物は、排気中に供給される尿素水が多いほど生成されやすく、エンジン１からの排気排出量が少ないほど生成されやすく、排気温度が低いほど生成されやすい。尿素由来堆積物の生成状況は、排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の単位時間あたりの堆積量と相関し、図３に示すように、エンジン１の単位時間あたり排気排出量に対する尿素インジェクタ４４からの単位時間あたり尿素水供給量の比、即ち尿素水供給量／排気排出量が大きいほど尿素由来堆積物の堆積量は増加し、排気温度が低いほど尿素由来堆積物の堆積量は増加する。堆積運転領域は、尿素由来堆積物の堆積量が０若しくは極めて少ない一部領域（図３中の左上のハッチング外の領域）を除いた全ての領域として設定され、エンジン１の運転領域がこの領域内にあるときには排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の堆積量が増加方向に変化していると見なせる。
【００４３】
ステップＳ１０３では、このようにして設定された堆積運転領域でエンジン１の運転が行われているか否かを判定し（堆積運転領域判定手段）、堆積運転領域にあると判断したときにはステップＳ１０４に進んで堆積判定タイマＡを起動させた後にステップＳ１０５に進む。なお、堆積判定タイマＡの初期値は０となっている。当該堆積判定タイマＡは今回のＥＣＵ５０の制御周期に亘って計時動作を行うことになり、結果としてエンジン１の運転領域が堆積運転領域にあるときに限って計時動作を行い、堆積運転領域に該当しなくなると計時動作を中止し、堆積判定タイマＡの値は堆積運転領域の領域でエンジン１が運転されたときの継続時間を表すことになる（計時手段）。
【００４４】
また、エンジン１の運転領域が堆積運転領域の領域に該当しないと判定したときにはステップＳ１０３から直接ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達したか否かを判定する。堆積限界判定時間Ａ0は上記排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の堆積限界に基づき設定された閾値である。具体的には、堆積運転領域にあるエンジン１の運転が継続されることにより排気後処理装置２８内での尿素由来堆積物の堆積量が次第に増加し、何れかのタイミングで尿素由来堆積物の堆積に起因する排気流動抵抗の増大などの不具合により排気後処理装置２８内の機能が損なわれてしまう。堆積限界判定時間Ａ0はこのような不具合が顕在化する経過時間よりも若干短い値として設定されたものである。
【００４５】
ステップＳ１０５で堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達していないと判定したときにはステップＳ１０６に進み、尿素水噴射を許可した後に、一旦ルーチンを終了する。即ち、この場合には尿素水の供給により尿素由来堆積物が更に生成されても、排気流動抵抗の増大など尿素由来堆積物の堆積に起因した問題が生じることはないものとして、尿素水噴射が許可される。こうしてステップＳ１０６で尿素水噴射を許可することにより、ＥＣＵ５０は尿素水インジェクタ４４を制御し、排気中への尿素水の噴射供給を行う。
【００４６】
堆積運転領域でエンジン１の運転が行われる度にステップＳ１０４で堆積判定タイマＡの値は逐次増加し、何れかの時点でＥＣＵ５０はステップＳ１０５で堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達したと判断してステップＳ１０７に進めて尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射を中止する。即ち、尿素由来堆積物の堆積量が限界に近づいているため、これ以上尿素水の供給を継続すると尿素由来堆積物の堆積量が過大となって、排気流動抵抗の増大などの問題が生じるものとして尿素水の供給が中止される。
【００４７】
ＥＣＵ５０は次のステップＳ１０８でフラグＦの値を１とした後、ステップＳ１０９に処理を進め、続くステップＳ１０９で次回の計時処理に備えて堆積判定タイマＡをリセットした後にルーチンを終了する。
一方、フラグＦの値が１にされることにより、次の制御周期のステップＳ１０２ではＥＣＵ５０はステップＳ１１０に進み、完了判定タイマＢを起動させた後にステップＳ１１１に進む。なお、完了判定タイマＢの初期値は０となっている。堆積判定タイマＡと同じく完了判定タイマＢは今回のＥＣＵ５０の制御周期に亘って計時動作を行うことになり、結果として完了判定タイマＢの値は、フラグＦの値が１になった後の経過時間を表すことになる。ステップＳ１１１では完了判定タイマＢの値が完了判定時間Ｂ0に達したか否かを判定する。完了判定時間Ｂ0は、以下に説明する尿素由来堆積物の除去のための排気昇温制御の完了を判定するものであり、予め実験において尿素由来堆積物を限界付近まで堆積させた状態から排気昇温制御を実施し、堆積した尿素由来堆積物を全て消滅させるまでの所要時間を計測し、計測した所要時間に対して若干の余裕分を加算した値として設定されている。
【００４８】
そして、完了判定タイマＢの値が完了判定時間Ｂ0に達していないと判断した場合にはステップＳ１１２に処理を進めて、尿素水噴射を中止することにより、尿素水インジェクタ４４からの尿素水噴射の中止が継続される。完了判定タイマＢの値が次第に増加してステップＳ１１１で完了判定時間Ｂ0に達したと判定すると、ＥＣＵ５０は排気後処理装置２８内の尿素由来堆積物が全て消滅したものと判断し、処理をステップＳ１１３に進めて尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射を許可し、次にステップＳ１１４でフラグＦの値を０とした後、ステップＳ１１５で次回の計時処理に備えて完了判定タイマＢをリセットした後にルーチンを終了する。このように、完了判定タイマＢの値が完了判定時間Ｂ0に達すると、それまで継続して中止されていた尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射が再開される。
【００４９】
このような尿素水供給制御と並行して、ＥＣＵ５０は排気後処理装置２８内における尿素由来堆積物の堆積状態に応じ、尿素由来堆積物の除去を適正に行うための排気昇温制御を図４に示すフローチャートに従って実行する。なお、この排気昇温制御もエンジン１の始動に伴って開始され、エンジン１の停止に伴って終了する。
制御が開始されると、ＥＣＵ５０はステップＳ２０１において、インジェクタ４からの主噴射量や、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数などに基づき、エンジン１が排気を昇温可能な運転状態にあるか否かを判定する。エンジン１が排気昇温可能な運転状態にないと判定した場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０２に処理を進め、排気昇温を中止して、その制御周期を終了する。次の制御周期においても、ステップＳ２０１でエンジン１が排気昇温可能な運転状態にないと判定した場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０２に処理を進めて排気昇温を中止するので、エンジン１が排気昇温可能な運転状態とならない限り、排気昇温制御による排気昇温は行われないことになる。以下では、エンジン１が排気昇温可能な運転状態にあるものとして説明を進める。
【００５０】
ステップＳ２０１でエンジン１が排気昇温可能な運転状態にあると判定すると、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０３に進め、フラグＦの値が１であるか否かを判定する。フラグＦの値は、前述した尿素水供給制御において堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達した場合、即ち、尿素由来堆積物の堆積量が限界に近づいている場合に１とされ、堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達していない場合に０とされる。従って、堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達しておらず、フラグＦの値が０である場合、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０２に進め、排気昇温を中止してその制御周期を終了する。次の制御周期においても、ステップＳ２０１からステップＳ２０３に処理を進め、フラグＦの値が１ではないと判定した場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０２に処理を進めて排気昇温を中止するので、フラグＦの値が１とならない限り、即ち堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達しない限り、排気昇温制御による排気昇温は行われないことになる。このとき、前述したとおり、尿素水供給制御では尿素水供給条件が成立している限り、尿素水インジェクタ４４から排気中に尿素水が供給され、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として、ＳＣＲ触媒４０によるＮＯｘの還元が行われる。
【００５１】
一方、排気中への尿素水の供給によって尿素由来堆積物の堆積が進み、尿素水供給制御において堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達したと判断すると、フラグＦの値が１となるので、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０３からステップＳ２０４に進め、ステップＳ２０４以降の処理により排気昇温を行う。このときフラグＦの値が１であるため、尿素供給制御では尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射が中止されており、尿素水を供給しない状態で排気昇温制御により排気昇温が実行される。
【００５２】
まず、ＥＣＵ５０はステップＳ２０４で、予め設定されている目標温度マップから、排気を昇温させる際の目標温度を読み出して設定する。尿素由来堆積物が排気の昇温によりガス化して生成されるアンモニアの量は、尿素由来堆積物の堆積量を同一とした場合、排気温度によって増減し、排気温度が高いほどアンモニアの単位時間あたりの生成量が増加する。また、排気温度を一定に維持した状態では、尿素由来堆積物の堆積量が多いほど尿素由来堆積物からのアンモニアの単位時間あたりの生成量が増大する。そこで、予め実験等により、エンジン１の様々な運転状態においてアンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒４０に供給可能なアンモニアの単位時間あたりの供給量を求める。そして、このようなアンモニアの供給量に対応した尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量を維持可能な排気温度を、尿素由来堆積物の堆積量をパラメータとして求め、この排気温度が目標温度として目標温度マップに記憶されている。
【００５３】
従って、目標温度マップにおける尿素由来堆積物の堆積量と目標温度との関係は、その一例を図５に示すように、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って目標温度が上昇するようになっている。図５に示される目標温度マップの例では、尿素由来堆積物の堆積量が限界に達したときの上限値Ｑｒである場合には目標温度がＴ１に設定され、尿素由来堆積物が堆積していない場合には目標温度がＴ１より高温のＴ２に設定されるようになっており、尿素由来堆積物の堆積量が上限値Ｑｒから減少していくのに従って、目標温度がＴ１からＴ２に向けて上昇して設定されるようになっている。なお、尿素由来堆積物の堆積量の変化に応じた目標温度の変化のさせ方は図５の例に限られるものではなく、ＳＣＲ触媒４０やエンジン１の特性などに応じて様々な形態で変化しうる。
【００５４】
ステップＳ２０４でＥＣＵ５０は、その時点における尿素由来堆積物の堆積量に対応する目標温度を目標温度マップから読み出して設定するが、このときに用いる尿素由来堆積物の堆積量は、例えば、以下の手順で算出できる。
まず、尿素水供給制御において堆積判定タイマＡの値が堆積限界判定時間Ａ0に達してフラグＦが１になるまではステップＳ２０４以降の処理で排気昇温が継続され、完了判定タイマＢの値が完了判定時間Ｂ0に達してフラグＦが０になるとステップＳ２０２で排気昇温が中止され、この時点では排気後処理装置２８内の尿素由来堆積物が全て消滅したと見なせる。フラグＦが０になるのを受けて尿素水供給制御ではステップＳ１１３の処理により尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射が再開されるため、この時点から排気後処理装置２８内の尿素由来堆積物の堆積量は次第に増加する。排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の単位時間あたりの堆積量は、図３に示すように尿素水供給量／排気排出量が大きいほど増加し、排気温度が低いほど増加する特性として表されるため、図３に示す特性を尿素由来堆積物の単位時間あたりの堆積量を算出するマップとして用い、フラグＦが０になり排気昇温により尿素由来堆積物が全て消滅したときの堆積量を０と見なして、ＥＣＵ５０の制御周期毎に尿素由来堆積物の単位時間あたりの堆積量を算出して逐次加算すれば、尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射により増加中の尿素由来堆積物の堆積量を求めることができる。
【００５５】
一方、尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射を中止して実施される排気昇温では、排気後処理装置２８内に堆積している尿素由来堆積物は次第にアンモニアに転化して消滅し、このときの尿素由来堆積物の消滅は、図６に示す特性に従って行われる。即ち、尿素由来堆積物は、エンジン１からの排気排出量が多いほどアンモニアに転化して消滅しやすく、排気温度が高いほどアンモニアに転化して消滅しやすいことから、排気排出量が多いほど尿素由来堆積物の消滅量は増加し、排気温度が高いほど消滅量は増加する。そこで、図６に示す特性を尿素由来堆積物の単位時間あたりの消滅量を算出するマップとして用い、尿素由来堆積物の堆積量が次第に増加して限界に達してフラグＦが１になったことを受けて排気昇温が開始された時点から、ＥＣＵ５０の制御周期毎に尿素由来堆積物の単位時間あたりの消滅量を算出して逐次減算すれば、排気昇温により減少中の尿素由来堆積物の堆積量を求めることができる。
【００５６】
図５の目標温度マップから目標温度を算出するためには、上記排気昇温により次第に減少している尿素由来体積物の堆積量を適用し、尿素由来堆積物の堆積量は上限値Ｑｒから０まで減少するのに対応して目標温度がＴ１からＴ２に向けて上昇して設定される。
こうしてステップＳ２０４において目標温度を設定すると、ＥＣＵ５０は次のステップＳ２０５に処理を進め、排気昇温を行う際の排気温度の変化率に対する目標値として目標昇温速度の設定を行う。
【００５７】
排気昇温による尿素由来堆積物からのアンモニアの単位時間あたりの生成量は、尿素由来堆積物の堆積量を同一として排気温度を変化させた場合、排気温度の上昇率によっても変化し、排気温度の上昇率が大きいほど増加する。そこで、前述のように予め実験等により求めたアンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒４０に供給可能なアンモニアの単位時間あたりの供給量に基づき、この供給量に対応した尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量を維持可能な排気温度の変化率を、尿素由来堆積物の堆積量をパラメータとして求め、この上昇率が目標昇温速度として目標昇温速度マップに記憶されている。従って、目標昇温速度マップにおける尿素由来堆積物の堆積量と目標昇温速度との関係は、その一例を図７に示すように、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って目標昇温速度が増大するようになっている。
【００５８】
図７に示される目標昇温速度マップの例では、尿素由来堆積物の堆積量が上限値Ｑｒである場合には目標昇温速度がΔＴ１に設定され、尿素由来堆積物が堆積していない場合には目標昇温速度がΔＴ１より大きいΔＴ２に設定されるようになっており、尿素由来堆積物の堆積量が上限値Ｑｒから減少していくのに従って、目標昇温速度がΔＴ１からΔＴ２に向けて増大して設定されるようになっている。なお、目標昇温速度の変化のさせ方についても、図７の例に限られるものではなく、ＳＣＲ触媒４０やエンジン１の特性などに応じて様々な形態で変化しうる。
【００５９】
ステップＳ２０５でＥＣＵ５０は、その時点における尿素由来堆積物の堆積量に対応する目標昇温速度を目標昇温速度マップから読み出して設定するが、このときに用いる尿素由来堆積物の堆積量は、上述したステップＳ２０４で用いるものと同じである。
こうしてステップＳ２０５で目標昇温速度を設定すると、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０６に進め、ステップＳ２０４及びＳ２０５でそれぞれ設定した目標温度及び目標昇温速度を用い、排気温度センサ４８によって検出された排気温度が目標昇温速度で目標温度まで上昇するように排気の昇温を行い、その制御周期を終了する。
【００６０】
次の制御周期においても、エンジン１が昇温可能な運転状態にあってフラグＦの値が１であれば、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０１からステップＳ２０３を経てステップＳ２０４に進める。そして、上述したようにして、ステップＳ２０４でそのときの尿素由来堆積物の堆積量に対応した目標温度を設定すると共に、ステップＳ２０５でそのときの尿素由来堆積物の堆積量に対応した目標昇温速度を設定し、ステップＳ２０６で排気の昇温を行う。
【００６１】
従って、エンジン１が昇温可能な運転状態にあってフラグＦの値が１である限り、各制御周期において、そのときの尿素由来堆積物の堆積量に対応した目標温度及び目標昇温速度が設定され、排気の昇温が行われる。
ここでステップＳ２０６における排気の昇温は、インジェクタ４から主噴射とは別に、追加燃料を排気行程で各気筒に噴射することによって行われる。このような噴射タイミングで追加燃料が各気筒に噴射されることにより、追加燃料は気筒内や排気マニホールド１８内で燃焼することなく前段酸化触媒３６に達し、燃料のＨＣが前段酸化触媒３６によって酸化反応を起こすことにより、前段酸化触媒３６から流出する排気の温度が上昇する。
【００６２】
ステップＳ２０６においてＥＣＵ５０は、排気温度センサ４８によって検出された排気温度がステップＳ２０４で設定された目標温度に達していない場合、排気温度センサ４８によって検出された排気温度の変化率がステップＳ２０５で設定された目標昇温速度となるように、追加燃料の供給量を調整する。排気昇温制御における排気の昇温が開始された当初は排気温度が目標温度に達していないため、排気昇温によって排気温度が目標温度に達するまでの間は、排気温度の上昇率が目標昇温速度となるように追加燃料が供給されることになる。
【００６３】
一方、排気温度センサ４８によって検出された排気温度がステップＳ２０４で設定された目標温度に達した場合、ＥＣＵ５０は排気温度センサ４８によって検出された排気温度がステップＳ２０４で設定された目標温度となるように、追加燃料の供給量を調整する。
このようにして各制御周期において追加燃料が供給されることにより、排気温度は目標昇温速度に対応した変化率で目標温度に対応する温度まで上昇し、ほぼ目標温度に維持される。
【００６４】
このようにして排気昇温制御によって排気が昇温されることにより、排気後処理装置２８内に堆積した尿素由来堆積物は徐々にガス化してアンモニアに転化する。このとき、排気昇温制御において用いられる目標温度及び目標昇温速度は、上述したようにアンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒４０に供給可能な単位時間あたりのアンモニア供給量を実現する排気温度及び排気温度の変化率として設定されており、ＥＣＵ５０は尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って、目標温度を上昇させると共に、目標昇温速度を増大させる。従って、排気昇温を開始した当初の尿素由来堆積物が比較的多く堆積している状態では、目標温度が比較的低く設定されると共に、排気温度が目標温度に向けて比較的ゆっくりと上昇していく。この結果、排気温度が目標温度に向けて上昇している間、及び目標温度に達した後のいずれにおいても、生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒４０に供給された後、実質的に全量が還元剤としてＮＯｘの選択還元に用いられ、アンモニアスリップの発生が防止されながら尿素由来堆積物の除去が行われる。
【００６５】
また、前述したように、尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量は、排気温度を一定に維持した状態では、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って減少し、尿素由来堆積物の堆積量を同一とした場合、排気温度が高いほど或いは排気温度の上昇率が大きいほど増加する。このため、排気温度が一定である場合には、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴って、尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量の減少によりアンモニアスリップが発生しにくくなるが、排気温度が目標温度に達した後は、上述のように尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標温度の上昇によって排気温度が上昇していくので、堆積量の減少に伴う尿素由来堆積物からのアンモニア生成量の減少を排気温度の上昇によって相殺し、アンモニアスリップの発生を防止しながら速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００６６】
一方、排気昇温制御により排気温度が目標温度に向けて上昇している間は、上述のように尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標昇温速度の増大によって排気温度の変化率が増大していくので、堆積量の減少に伴う尿素由来堆積物からのアンモニア生成量の減少を排気温度の変化率の増大によって相殺し、アンモニアスリップの発生を防止しながら速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００６７】
また、前述したようにフラグＦの値が１である間は、尿素水供給制御において尿素水の供給が中止されるので、排気昇温制御によって尿素由来生成物の除去のために排気昇温を行っている間は尿素水の供給が中止されることになる。この結果、排気昇温制御においてアンモニアスリップを防止しながらできるだけ迅速に尿素由来堆積物の除去を行っているときに、余分な尿素水が供給されることによりアンモニアスリップが生じてしまうような事態を確実に防止することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、フィルタ３６の強制再生のために設けられている前段酸化触媒３６、排気温度センサ４８及び各気筒に燃料を噴射するために設けられているインジェクタ４を用いて排気昇温制御における排気昇温を行うので、尿素由来堆積物の除去のために新たな装置を追加する必要がなく、容易に尿素由来堆積物の除去を行うことができる。
また、尿素水供給制御による尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射中においては、ステップＳ１０３〜１０５に処理により、エンジン１の運転領域が堆積運転領域にあるとき、即ち排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の堆積量が増加する運転領域でエンジン１が運転されるときの継続時間を堆積判定タイマＡにより計時して、計時時間と堆積限界判定時間Ａ0とを比較するだけの簡単な処理により排気昇温制御の要否を判定しているため、ひいてはＥＣＵ５０によって実行される制御全体を簡略化することができる。
【００６９】
また、排気後処理装置２８内への尿素由来堆積物の堆積量が、排気中に供給される尿素水、エンジン１からの排気排出量、及び排気温度と相関することを鑑みて、図３の特性図に従って尿素水供給量／排気排出量、及び排気温度に基づき堆積運転領域に関するステップＳ１０３の判定処理を実行しているため、現在のエンジン１の運転領域が堆積運転領域にあるか否かを的確に判定でき、ひいては排気昇温制御の要否を適切に判断して実行することができる。
【００７０】
ところで、本実施形態では図１に示すように尿素水インジェクタ４４の直下流にＳＣＲ触媒４０を配置しているため、尿素水インジェクタ４４からＳＣＲ触媒４０までの排気温度の低下が無視できる程度に小さいが、例えば車体下部での排気管２０の取回しの関係により連通路３２を延長化せざるを得ないこともあり、この場合には尿素水インジェクタ４４からＳＣＲ触媒４０までの距離が長くなるため、尿素水インジェクタ４４からＳＣＲ触媒４０までの間に排気温度が大幅に低下することになる。また、連通路３２の屈曲数が増加した場合にも排気温度の低下は顕著となる。ステップＳ１０３において図３の特性図に従って堆積運転領域に関する判定を実行する際、排気温度としては排気温度センサ４８の検出値が用いられるが、上記のような要因により排気温度の低下が顕著なときには、排気温度センサ４８の検出値は尿素水インジェクタ４４近傍の排気温度には近似するものの、より下流側のＳＣＲ触媒の入口近傍の排気温度に対してはかけ離れた値となる。この要因は、排気温度センサ４８の検出値に基づき実行されるステップＳ１０３の堆積運転領域に関する判定誤差、ひいてはステップＳ１０５の排気昇温制御の要否の判定誤差に繋がる。
【００７１】
そこで、例えば尿素水インジェクタ４４の近傍、及びＳＣＲ触媒４０の入口の近傍に排気温度センサをそれぞれ設け、双方の排気温度センサにより検出された排気温度の偏差に基づき、堆積判定タイマＡの値または堆積限界判定時間Ａ0を補正し、補正後の堆積判定タイマＡの値または堆積限界判定時間Ａ0に基づきステップＳ１０５の判定を実行するようにしてもよい。具体的には、温度偏差が大であり排気温度の低下が顕著なほど、排気後処理装置２８内の尿素由来堆積物の堆積量、より詳しくは尿素水インジェクタ４４の近傍からＳＣＲ触媒４０の入口までの領域への尿素由来堆積物の堆積量が増加する傾向となり、排気昇温制御をより早期に行う必要性が高まる。そこで、温度偏差が大であるほど、堆積判定タイマＡの値を増加側に補正、または堆積限界判定時間Ａ0を減少側に補正することで、より早期の時点で排気昇温制御を開始するようにしてもよい。このように構成すれば、尿素水インジェクタ４４からＳＣＲ触媒４０の入口までの排気温度の低下による影響を補償でき、もって、排気昇温制御の要否を一層適切に判定することができる。
【００７２】
また、これに代えて排気偏差が大であるほど、図３の特性図の堆積運転領域を左上方向に拡大補正してもよく、この場合でもエンジン１の運転領域が堆積運転領域にあると判定される頻度が増加することから、上記と同様の効果が得られる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施形態では排気昇温によって尿素由来堆積物を除去している際には尿素水の供給を中止するようにしたが、排気温度や排気流量などに基づき尿素由来堆積物からのアンモニア生成量を推定し、ＳＣＲ触媒４０に供給可能なアンモニアの供給量に満たない場合には、アンモニアの不足分に対応した尿素水を尿素水インジェクタ４４から供給するようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、排気昇温制御における排気の昇温を、インジェクタ４からの追加燃料の供給及び前段酸化触媒３６による燃料の酸化反応によって行うようにしたが、排気を昇温するための方法はこれに限定されるものではなく、既に知られている様々な方法を用いることが可能である。
また、上記実施形態では、目標温度及び目標昇温速度を、尿素由来堆積物の堆積量の変化に従って連続的に変化させるようにしたが、尿素由来堆積物の堆積量変動範囲をいくつかの区間に分け、各区間内では目標温度及び目標昇温速度の少なくとも一方を一定に保持しながら段階的に変更するようにしてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、目標温度及び目標昇温速度を設定するようにしたが、目標温度のみを用い、排気昇温を行う際の排気温度の制御に加え、目標温度の変化率を調整することにより排気温度の変化率を制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、排気後処理装置２８に前段酸化触媒３６、フィルタ３８、ＳＣＲ触媒４０及び後段酸化触媒４２を設けるようにしたが、ＳＣＲ触媒４０以外については必要に応じて変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する尿素水供給制御のフローチャートである。
【図３】尿素由来堆積物の堆積特性と堆積運転領域を示す特性図である。
【図４】ＥＣＵが実行する排気昇温制御のフローチャートである。
【図５】目標温度マップにおける堆積量と目標温度との関係を示すグラフである。
【図６】尿素由来堆積物の消滅特性を示す特性図である。
【図７】目標昇温速度マップにおける堆積量と目標昇温速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１  エンジン
３０  上流側ケーシング（排気通路）
３２  連通路（排気通路）
３４  下流側ケーシング（排気通路）
４０  アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒
４４  尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
５０  ＥＣＵ（堆積運転領域判定手段、計時手段、制御手段）
【図１】
2010101237.tif 000003
【図２】
2010101237.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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