(57)【要約】【課題】尿素水添加弁６２によって排気中に尿素水を添加することで尿素ＳＣＲ５２によってＮＯｘを浄化するものにおいて、排気通路４０の内壁温度が低いと、排気通路４０に尿素に起因した付着物が付着すること。【解決手段】排気温センサ５８によって検出される排気温度と、吸気温センサ１６によって検出される吸気温度と、車両の走行速度とに基づき、排気通路４０の内壁面の温度を推定する。排気通路４０の内壁面の温度が低い場合、尿素水添加弁６２の１回の開弁時間を短縮する。【選択図】      図１
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【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、
前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータの値を取得する取得手段と、
前記排気通路の内壁の温度が低い場合に前記還元剤が前記内壁に到達する量を低減すべく、前記取得されたパラメータの値に基づき前記添加手段の操作態様を変更する変更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】
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、
前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータの値を取得する取得手段と、
前記取得されたパラメータの値に基づき前記添加手段の操作態様を変更する変更手段とを備え、
前記変更手段は、前記操作態様の変更によって、前記排気通路の内壁の温度が低い場合に前記添加手段の１回の開弁時間を短縮す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３】
前記変更手段は、前記１回の開弁時間の短縮に伴って添加間隔の逆数にて定義される添加周波数を上昇させ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】
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、
前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータの値を取得する取得手段と、
前記取得されたパラメータの値に基づき前記添加手段の操作態様を変更する変更手段とを備え、
前記変更手段は、前記操作態様の変更によって、前記排気通路の内壁の温度が低い場合に前記添加手段による還元剤の噴射圧を低下させ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５】
前記変更手段は、前記パラメータとしての排気温度及び外気温度に基づき前記排気通路の内壁の温度を把握しつつ前記変更処理を行うことを特徴とする請求項１〜４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】
前記内燃機関は、車載内燃機関であり、
前記変更手段は、前記変更処理に際して車両の走行速度を加味することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の排気通路のうち浄化手段の上流側に、排気を旋回させる旋回流発生手段が備えられることを特徴とする請求項１〜６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】
前記還元剤が尿素水であ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】
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、及びこれを備える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触媒に吸着するととともに同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。そこで従来は、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。
【特許文献１】特開２００７−３２７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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ため、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。
【０００６】
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電子制御式の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排気通路への付着物の付着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】
【０００７】
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。
【０００８】
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、前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータの値を取得する取得手段と、前記排気通路の内壁の温度が低い場合に前記還元剤が前記内壁に到達する量を低減すべく、前記取得されたパラメータの値に基づき前記添加手段の操作態様を変更する変更手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記発明では、排気通路の内壁に還元剤に起因した付着物が付着し易い状況下、添加手段の操作によって、上記内壁に到達する還元剤の量を低減するために、部品点数の増加を抑制しつつも付着物の付着を好適に抑制することができる。
【００１０】
請求項２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、前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータの値を取得する取得手段と、記取得されたパラメータの値に基づき前記添加手段の操作態様を変更する変更手段とを備え、前記変更手段は、前記操作態様の変更によって、前記排気通路の内壁の温度が低い場合に前記添加手段の１回の開弁時間を短縮することを特徴とする。
【００１１】
添加手段の一回の開弁時間が短いほど、添加手段から噴射された還元剤が排気通路の内壁に付着しにくくなることが発明者らによって見出されている。上記発明では、この点に着目し、排気通路の内壁の温度が低いために排気通路の内壁に還元剤に起因した付着物が付着し易い状況下、添加手段の１回の開弁時間を短縮することで、部品点数の増加を抑制しつつも付着物の付着を好適に抑制することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記変更手段は、前記１回の開弁時間の短縮に伴って添加間隔の逆数にて定義される添加周波数を上昇させることを特徴とする。
【００１３】
上記発明では、開弁時間の可変設定にかかわらず、所定期間内における添加量を要求添加量とすることができる。なお、要求添加量を、排気中の窒素酸化物濃度に応じて設定する手段を備えることが望ましい。
【００１４】
請求項４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、前記内燃機関の排気系の温度と相関を有するパラメータの値を取得する取得手段と、前記取得されたパラメータの値に基づき前記添加手段の操作態様を変更する変更手段とを備え、前記変更手段は、前記操作態様の変更によって、前記排気通路の内壁の温度が低い場合に前記添加手段による還元剤の噴射圧を低下させることを特徴とする。
【００１５】
添加手段の噴射圧が低いほど、添加手段から噴射される還元剤の運動エネルギが小さくなるため、排気通路の内壁に到達する還元剤の量が低下する。上記発明では、この点に着目し、排気通路の内壁の温度が低いために排気通路の内壁に還元剤に起因した付着物が付着し易い状況下、添加手段の噴射圧を低下させることで、部品点数の増加を抑制しつつも付着物の付着を好適に抑制することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記変更手段は、前記パラメータとしての排気温度及び外気温度に基づき前記排気通路の内壁の温度を把握しつつ前記変更処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
排気通路の内壁が排気によって加熱されるために、排気温度は、排気通路の内壁の温度と相関を有する。また、排気通路壁面から外部への放熱量が排気通路と外気との温度勾配に依存するため、外気温度は、排気通路の内壁の温度と相関を有する。上記発明では、この点に鑑み、上記パラメータに基づき排気通路の内壁の温度を適切に把握することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５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、前記変更手段は、前記変更処理に際して車両の走行速度を加味することを特徴とする。
【００１９】
車両の走行速度が速いほど、単位時間当たりに内燃機関に吹き付けられる吸気量が増加するため、排気通路の壁面から奪われる熱量も増加する。このため、車両の走行速度は、排気通路の内壁の温度と相関を有するパラメータである。上記発明では、この点に鑑み、上記パラメータとして車両の走行速度を含めることで、排気通路の内壁の温度をより高精度に把握することができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記内燃機関の排気通路のうち浄化手段の上流側に、排気を旋回させる旋回流発生手段が備えられることを特徴とする。
【００２１】
上記発明では、旋回流発生手段によって還元剤を拡散させることができ、ひいては排気通路の内壁に還元剤に起因した付着物が付着することを好適に抑制することができる。また、排気の還流が、排気通路の内壁の受熱量を増加させるものであるなら、排気通路の内壁に還元剤に起因した付着物が付着することをいっそう好適に抑制することができる。
【００２２】
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、前記還元剤が尿素水であることを特徴とする。
【００２３】
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ことが知られている。このため、上記発明は、変更手段の利用価値が特に大きい。
【００２４】
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。
【００２５】
上記発明は、変更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】
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。図２に、本実施形態にかかる旋回流発生部材７２の構成を示す。図示されるように、旋回流発生部材７２は、複数の羽（ここでは、８枚を例示）を備える羽根部７２ａを備える。ここで、羽根部７２ａの形状としては、排気の流動エネルギの一部を、排気通路４０の周方向成分に変換するものであればよい。図では、特に、羽根部７２ａの各羽の形状として、内部がくぼんだ楕円形状のものを例示している。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、尿素水添加弁６２の操作は、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とで行われる。すなわち、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。
【００３９】
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排気通路４０の内壁面に析出するおそれがある。そこで、本実施形態では、排気通路４０の内壁面温度が低い場合には、尿素水添加弁６２から噴射された尿素が排気通路４０に到達することを抑制するように尿素水添加弁６２の操作態様を変更する。以下、これについて詳述する。
【００４０】
図３は、尿素水添加弁６２による尿素の１回の噴射に伴う開弁時間と、尿素の飛距離（ペネトレーション）との関係についての実験結果である。図示されるように、開弁時間が長いほどペネトレーションが拡大する。このため、開弁時間が長いほど、排気通路４０の内壁面に到達する尿素の量が増大すると考えられる。そしてこの際、排気通路４０の内壁面温度が低い場合には、尿素に起因する付着物が内壁面に付着すると考えられる。
【００４１】
このため、本実施形態では、排気通路４０の内壁面温度が低い場合には、尿素水添加弁６２の１回の開弁時間を短縮する。図４に、本実施形態にかかるＮＯｘ浄化制御の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４２】
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の回転速度が規定速度αより大きいか否かを判断する。この処理は、ディーゼル機関１０が稼動しているか否かを判断するものである。ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１２において、尿素水の添加を許可する旨のフラグである添加許可フラグがオンであるか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において否定判断される場合には、ステップＳ１４において、上記排気温センサ５８によって検出される排気温度ＴＥＸが添加開始温度β以上であるか否かを判断する。この処理は、尿素水の添加を許可するタイミングであるか否かを判断するためのものである。ここで、添加開始温度βは、尿素ＳＣＲ５２がＮＯｘ浄化能力を有する下限温度以上であって極力低い値（例えば「１８０°Ｃ」）に設定されている。そして添加開始温度β以上であると判断される場合、ステップＳ１６において、添加許可フラグをオンとする。
【００４３】
一方、上記ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１８において、排気温度ＴＥＸが閾値温度以下であるか否かを判断する。この処理は、尿素の添加を禁止するタイミングであるか否かを判断するためのものである。ここで、閾値温度は、添加開始温度βから所定値ΔＴだけ低い値に設定されている。ここで所定値ΔＴは、尿素の添加の許可及び禁止が頻繁に繰り返されるいわゆるハンチング現象を回避するために設けられるヒステリシス幅である。ステップＳ１８において肯定判断される場合には、ステップＳ２０において、添加許可フラグをオフとする。
【００４４】
これに対し上記ステップＳ１８において否定判断される場合やステップＳ１６の処理が完了する場合には、ステップＳ２２において、燃焼室２８からのＮＯｘ排出濃度に基づき、要求尿素量を算出する。ここで、ＮＯｘ排出濃度としては、上流側ＮＯｘセンサ５６の検出値を利用する。詳しくは、要求尿素量は、ＮＯｘ排出濃度と、尿素ＳＣＲ５２のアンモニア吸蔵量とに基づき算出される。ちなみに、アンモニア吸蔵量は、周知の手法にて推定されるものである。ステップＳ２２の処理が完了すると、ステップＳ２４に移行する。
【００４５】
ステップＳ２４においては、排気温度ＴＥＸと外気温度と車速とに基づき、排気通路４０の内壁面の温度（排気通路内壁温度ＴＩＷ）を推定する。ここでは、排気温度ＴＥＸ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、排気通路内壁温度ＴＩＷ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、排気通路内壁温度ＴＩＷ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、排気通路内壁温度ＴＩＷ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。
【００４６】
排気通路内壁温度ＴＩＷが推定されると、ステップＳ２６において、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上であるか否かを判断する。この処理は、排気通路４０の内壁面に尿素に起因した付着物が付着するおそれがある状況か否かを判断するためのものである。上記規定温度γは、尿素の析出する温度の上限値程度の値に設定されている。そして、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上であるか否かに応じて、ステップＳ２８、Ｓ３０において、尿素水添加弁６２からの尿素の添加の間隔の逆数である尿素添加周波数を選択する。ここでは、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上である場合に選択される第１添加周波数ｆ１よりも、規定温度γ未満である場合に選択される第２添加周波数ｆ２の方が高周波とされる。これは、尿素水添加弁６２の１回の開弁時間を短縮しても、上記ステップＳ２２において算出された要求添加量を維持するための設定である。すなわち、１回の開弁時間が短いほど１回の開弁に伴う添加量が減少するため、所定期間当たりの添加量を同一とするためには、開弁時間が短いほど添加間隔を短縮する必要が生じるのである。
【００４７】
上記ステップＳ２８、Ｓ３０の処理が完了する場合、ステップＳ３２において、要求尿素量と添加周波数とに基づき、尿素水添加弁６２の１回の開弁時間を算出する。図５に、要求尿素量を同一とする条件下、第１添加周波数ｆ１、第２添加周波数ｆ２のそれぞれについての開弁時間を例示する。ここで、所定期間当たりの尿素添加量を同一とするためには、第２添加周波数ｆ２による添加処理時の開弁時間の上記所定期間当たりの和を、第１添加周波数ｆ１による添加処理時の開弁時間の上記所定期間当たりの和以上とすることが望ましい。ここでこれらの和を必ずしも同一とすればよいのではない理由は、尿素水添加弁６２の開弁開始時と比較して、その後のタイミングにおける噴射率の方が大きくなり得ることによる。
【００４８】
先の図４の上記ステップＳ３２の処理が完了すると、ステップＳ３４において、尿素水添加弁６２を操作することで、尿素の添加操作を実行する。なお、上記ステップＳ１０、Ｓ１４において否定判断される場合や、ステップＳ２０、Ｓ３４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。
【００４９】
図６に、上記処理による尿素水の添加処理態様を例示する。詳しくは、図６（ａ）に、車両の走行速度の推移を示し、図６（ｂ）に、外気温度の推移を示し、図６（ｃ）に、排気温度ＴＥＸの推移を示し、図６（ｄ）に、排気通路内壁温度ＴＩＷの推移を示し、図６（ｅ）に、ＮＯｘ排出濃度の推移を示し、図６（ｆ）に、尿素添加量の推移を示し、図６（ｇ）に、尿素添加周波数の推移を示す。
【００５０】
図示されるように、排気温度が添加開始温度β以上となっており尿素ＳＣＲ５２によるＮＯｘの浄化が可能となっているにもかかわらず、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ未満となることで排気通路４０に尿素に起因した付着物が付着する状況が生じえる。しかし本実施形態では、こうした状況下、第２添加周波数ｆ２を選択することで、付着物の付着を好適に抑制することができる。ここで、排気通路４０の壁面に付着する付着物である尿素重合体は、「３００°Ｃ」以上となることで気化してアンモニアが生成される。このため、排気通路４０に付着物が付着する場合には、上記尿素ＳＣＲ５２のアンモニア吸蔵量の推定精度が低下したり、尿素ＳＣＲ５２の下流にアンモニアが漏洩するアンモニアスリップを生じたりおそれがある。これに対し、本実施形態では、排気通路内壁温度に着目することで、こうした事態を好適に回避することができる。
【００５１】
ちなみに、排気通路内壁温度ＴＩＷにかかわらず第２添加周波数ｆ２を選択することによっても、排気通路４０への付着物の付着を抑制することはできるものの、この場合には、尿素水添加弁６２の噴射回数が増加することから、尿素水添加弁６２の消耗速度が増大し、ひいては信頼性の低下を招く事態が懸念される。
【００５２】
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。
【００５３】
（１）排気通路４０の内壁の温度が低い場合に尿素水添加弁６２の１回の開弁時間を短縮した。これにより、部品点数の増加を抑制しつつも、排気通路４０の内壁に尿素に起因した付着物が付着し易い状況下において付着物の付着を好適に抑制することができる。
【００５４】
（２）１回の開弁時間を短縮するに伴って添加間隔の逆数にて定義される添加周波数を上昇させた。これにより、所定期間内における添加量を要求添加量とすることができる。
【００５５】
（３）排気温度ＴＥＸ及び外気温度に基づき排気通路内壁温度を推定した。これにより、排気通路内壁温度を適切に推定することができる。
【００５６】
（４）排気通路内壁温度の推定に際して、車両の走行速度を加味した。これにより、排気通路内壁温度をより高精度に推定することができる。
【００５７】
（５）排気通路４０のうち尿素ＳＣＲ５２の上流側に、排気を旋回させる旋回流発生部材７２を備えた。これにより、尿素を拡散させることができ、ひいては排気通路４０の内壁に尿素に起因した付着物が付着することを好適に抑制することができる。
【００５８】
（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。
【００５９】
図７に、本実施形態にかかるＮＯｘ浄化制御の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図７において、先の図４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。
【００６０】
この一連の処理では、ステップＳ２６において排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上であるか否かに応じて、尿素水添加弁６２から噴射される尿素の噴射圧を可変設定する。詳しくは、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上である場合に選択される第１噴射圧Ｐ１（ステップＳ２８ａ）よりも、規定温度γ未満である場合に選択される第２噴射圧Ｐ２（ステップＳ３０ａ）の方が低い圧力とされる。これは、排気通路４０の内壁面に尿素に起因した付着物が付着するおそれがある状況下、尿素水添加弁６２から噴射される尿素水の初速度を低下させるための設定である。
【００６１】
ステップＳ２８ａ，３０ａの処理が完了する場合、ステップＳ３２ａにおいて、要求尿素量と噴射圧とに基づき、開弁時間を算出する。ここでは、所定期間当たりの添加量を同一とすべく、噴射圧が高い方が開弁時間を短く設定すればよい。
【００６２】
なお、排気通路内壁温度ＴＩＷにかかわらず第２噴射圧Ｐ２を選択することによっても排気通路４０への付着物の付着を抑制することはできる。ただし、尿素水の噴射圧が低いほど噴霧粒径が大きくなり、ＮＯｘの浄化能力が低下する。したがって、排気通路４０の内壁への付着物の付着を抑制しつつ極力ＮＯｘの浄化能力を高めるべく、本実施形態では、第１噴射圧Ｐ１と第２噴射圧Ｐ２との切り替えを行う。
【００６３】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）〜（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００６４】
（６）排気通路内壁温度が低い場合に尿素水添加弁６２による尿素の噴射圧を低下させた。これにより、部品点数の増加を抑制しつつも、排気通路４０の内壁に尿素に起因した付着物が付着し易い状況下において付着物の付着を好適に抑制することができる。
【００６５】
（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。
【００６６】
・上記第１の実施形態では、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上か否かに応じて添加周波数を２通りに設定したがこれに限らない。例えば、排気通路内壁温度が低下するにつれて、添加周波数を２段階以上に段階的に増大させたり、連続的に増大させたりしてもよい。
【００６７】
・上記第２の実施形態では、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以上か否かに応じて噴射圧を２通りに設定したがこれに限らない。例えば、排気通路内壁温度が低下するにつれて、噴射圧を２段階以上に段階的に低下させたり、連続的に低下させたりしてもよい。
【００６８】
・上記第１の実施形態において、排気通路内壁温度ＴＩＷが規定温度γ以下である場合に、添加周波数を増大させるとともに、尿素水添加弁６２から噴射される噴霧粒径を低減すべく噴射圧を上昇させてもよい。このように噴霧粒径を低減させることでアンモニアの生成を促進することができるため、ＮＯｘの浄化性能が低下しやすい低温時においてＮＯｘの浄化性能を高く維持することが可能となる。もっとも、尿素水の噴射圧を上昇させると、排気通路４０の内壁面に到達する尿素水量が増加するおそれがある。このため、こうした事態を回避すべく、上記第２添加周波数ｆ２よりも添加周波数を増大させることで、１回の開弁時間をより短縮することが望ましい。
【００６９】
・上記各実施形態では、排気通路４０の内壁面の温度（排気通路内壁温度ＴＩＷ）をディーゼル機関１０の運転状態を示すパラメータに基づき推定したが、これに限らず、専用のハードウェア手段を用いて検出してもよい。
【００７０】
・排気通路４０の内壁面の温度を把握しつつ添加手段（尿素水添加弁６２や尿素水ポンプ６８）の操作態様を変更する手段としては、排気通路内壁温度ＴＩＷに基づき操作態様を変更するものに限らない。例えば、排気温度ＴＥＸと閾値との比較に基づき操作態様を変更して且つ、この閾値を、外気温度に応じて可変設定するものであってもよい。この場合であっても、排気通路４０の内壁面の温度が規定温度以下であるか否かを適切に判断することができ、ひいては規定温度以下であるか否かに応じて操作態様を変更することができる。なお、上記閾値の可変設定に際し、車速を加味するなら、上記判断をより高精度に行うことができる。
【００７１】
・上記各実施形態では、尿素ＳＣＲ５２のアンモニア吸蔵量に基づき要求尿素量を算出したがこれに限らない。例えば、ＮＯｘ浄化率に基づき算出してもよい。ここで、ＮＯｘ浄化率は、例えば、尿素ＳＣＲ５２の上流側におけるＮＯｘ排出濃度（上流側ＮＯｘセンサ５６の検出値に基づく量）から下流側におけるＮＯｘ排出濃度（下流側ＮＯｘセンサ６０の検出値に基づく量）を減算した値を上流側におけるＮＯｘ排出濃度にて除算した値にて定義すればよい。
【００７２】
・上記各実施形態では、燃焼室２８からのＮＯｘ排出濃度を、上流側ＮＯｘセンサ５６を用いて検出したがこれに限らず、例えばディーゼル機関１０の運転状態を示すパラメータ（例えば、噴射量及び回転速度）に基づき推定してもよい。
【００７３】
・上記各実施形態では、外気温度を、吸気温センサ１６の検出値にて代用したがこれに限らず、吸気温センサ１６とは別に外気の温度を検出するセンサを備えるようにしてもよい。
【００７４】
・上記各実施形態では、排気温度ＴＥＸを、排気温センサ５８を用いて検出したがこれに限らない。例えばディーゼル機関１０の運転状態を示すパラメータ（例えば、噴射量、回転速度、吸入空気量、及び吸気温）に基づき推定してもよい。
【００７５】
・排気を旋回させる旋回流発生手段としては、先の図２に例示したものに限らない。例えば、図８に例示する旋回流発生部材９０のように、羽根部９０ａの各羽根を、二等辺三角形状の薄板部材としてもよい。更に、図９（ａ）に例示する旋回流発生部材９２のようなものであってもよい。ここでは、排気の流動方向からこれに直交する方向へと偏向した部材９２ａ，９２ｂを複数設けて且つ、図９（ｂ）に示すように、この部材の偏向角度が排気通路４０の中央よりも外側の方が大きくなるように設定されている。こうした構成によれば、排気通路４０の壁面側の方が中央部よりも排気の流速が遅くなるため、排気の還流が、排気通路４０の受熱量を増加させる構成となる。このため、排気通路４０の内壁に尿素に起因した付着物が付着することをいっそう好適に抑制することができる。
【００７６】
また、旋回流発生手段としては、排気通路４０の断面形状を静的に変更する固定部材に限らず、羽根車のように排気が吹き付けられることで自身が回転するものであってもよい。
【００７７】
・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た付着物が付着するおそれがあるなら、本発明の適用が有効である。
【００７８】
・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】
【００７９】
【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旋回流発生部材の構成を示す図。
【図３】同実施形態の原理を説明するための図。
【図４】同実施形態にかかるＮＯｘ浄化制御の処理手順を示す流れ図。
【図５】同実施形態にかかる尿素水添加弁の操作態様を示すタイムチャート。
【図６】上記ＮＯｘ浄化制御の態様を例示するタイムチャート。
【図７】第２の実施形態にかかるＮＯｘ浄化制御の処理手順を示す流れ図。
【図８】上記各実施形態の変形例にかかる旋回流発生部材の構成を示す図。
【図９】上記各実施形態の変形例にかかる旋回流発生部材の構成を示す図。
【符号の説明】
【００８０】
１０…ディーゼル機関、５２…尿素ＳＣＲ（浄化手段の一実施形態）、６２…尿素水添加弁、６８…尿素水ポンプ、８０…ＥＣＵ（排気浄化装置の一実施形態）。
【図１】
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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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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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