(57)【要約】【課題】アンモニアスリップを生じることなく尿素水などのアンモニア系還元剤の添加量増量により尿素水添加弁の過熱を防止することを目的とする。【解決手段】燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔがアンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃを越えると（Ｓ１１６でＹＥＳ）、尿素水添加量を増量すると共にこの増量処理を間欠的に実行する（Ｓ１１８〜Ｓ１２６）。間欠的に増量がなされることで通常量のアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される期間（ｔｕ１）と大量のアンモニアが供給される期間（ｔｕ２）とが繰り返される。期間ｔｕ２ではＳＣＲ触媒表面の吸着量が飽和に近づいても次の期間ｔｕ１ではＳＣＲ触媒内部にアンモニアが移動したりＮＯｘと反応したりして表面でのアンモニア吸着余裕が回復する。このことでアンモニアスリップを発生することなく通常よりも大量の尿素水を尿素水添加弁から添加でき尿素水添加弁を冷却できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加弁から内燃機関の排気通路内にアンモニア系還元剤を添加することにより、この添加弁よりも排気通路下流に配置された窒素酸化物浄化用触媒にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムであって、排気温度が高い場合のアンモニア系還元剤の添加量を排気温度が低い場合と比較して増量する増量処理を行う還元剤添加システムにおいて、前記増量処理を間欠的に実行する間欠増量処理を備えたことを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記増量処理中に排気温度がアンモニアスリップ排気温度閾値より高くなった場合に前記増量処理を間欠的に実行することを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の還元剤添加システムにおいて、前記アンモニア系還元剤は尿素水であることを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記排気通路には、粒子状物質を捕集して燃焼することにより再生可能な粒子状物質除去用フィルタが、前記添加弁より上流に備えられると共に、前記粒子状物質除去用フィルタでの再生処理の実行直前の状態からこの再生処理の実行中までの場合に前記増量処理を実行することを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記増量処理は、前記排気温度に応じてアンモニア系還元剤の添加量に対する添加増量補正量を設定すると共に、前記間欠増量処理は、この添加増量補正量による増量処理を間欠的に実行することを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記増量処理の間欠的実行周期を、前記排気温度に応じて設定することを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項７】
請求項６に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記排気温度が高いほど、前記増量処理の間欠的実行周期における前記増量処理をしていない期間を長く設定することを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記増量処理の間欠的実行周期を、排気流量に応じて設定することを特徴とする還元剤添加システム。
【請求項９】
請求項８に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、排気流量が多いほど、前記増量処理の間欠的実行周期における前記増量処理をしていない期間を長く設定することを特徴とする還元剤添加システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、添加弁から内燃機関の排気通路内にアンモニア系還元剤を添加することにより、この添加弁よりも排気通路下流に配置された窒素酸化物浄化用触媒にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する窒素酸化物浄化装置として、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。このＳＣＲシステムでは、尿素水溶液（いわゆる尿素水）やアンモニアガスなどのアンモニア系還元剤を排気通路に配置した添加弁から排気中に噴射して添加する。このことにより、下流に存在する窒素酸化物浄化用触媒では、アンモニアの還元作用により、排気に含まれるＮＯｘを選択的に窒素や水に還元している。尚、排気通路内に尿素水を添加した場合には、高温の排気中で尿素が加水分解することでアンモニアを発生させ、このアンモニアを触媒内での還元に利用している（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
しかし添加弁は高温の排気通路に接続されているために、電磁機構などの添加弁の内部機構が熱害を受けるおそれがある。
このため特許文献１では尿素水の添加量を増量することにより添加弁の過熱を防止している。特許文献２では添加弁周りに冷却ジャケットを配置し、そこに還元剤自体を循環させて、添加弁を冷却している。特許文献３では添加弁周りの冷却ジャケットに内燃機関の冷却水を循環させて添加弁を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４８９２５号公報（第６，７頁、図２）
【特許文献２】特開２０００−２４０４３６号公報（第５，６頁、図１，２）
【特許文献３】特開２０１１−８０３９７号公報（第５，６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献２，３のごとく特別な冷却装置を構成したのでは構造的に複雑化し、車両に搭載する場合には、その配置スペースの確保困難や重量化の問題が生じる。
したがって特許文献１のごとくアンモニア系還元剤を増量することにより添加弁を冷却することで、配置スペース増加や重量増加を招くことなく添加弁の熱害に対処することが望まれる。
【０００６】
ところが特許文献１のように、添加弁が過熱されるような内燃機関運転領域において、アンモニア系還元剤の添加量増量により添加弁を冷却しようとすると、高温状態であるためにアンモニアがＳＣＲ触媒に十分に吸着されずに大気中に排出されてしまう、いわゆるアンモニアスリップが発生するおそれがある。
【０００７】
本発明は、アンモニアスリップを生じることなく、添加弁から排気中に添加されるアンモニア系還元剤の増量により、添加弁の過熱防止を達成することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の還元剤添加システムでは、添加弁から内燃機関の排気通路内にアンモニア系還元剤を添加することにより、この添加弁よりも排気通路下流に配置された窒素酸化物浄化用触媒にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムであって、排気温度が高い場合のアンモニア系還元剤の添加量を排気温度が低い場合と比較して増量する増量処理を行う還元剤添加システムにおいて、前記増量処理を間欠的に実行する間欠増量処理を備えたことを特徴とする。
【０００９】
排気温度により添加弁が高温化するような状況下では窒素酸化物浄化用触媒の温度も高温化することにより、窒素酸化物浄化用触媒におけるアンモニア吸着能力、特にその表面の吸着能力が低下する。したがって排気温度が高温となる場合に、継続的に大量のアンモニアが窒素酸化物浄化用触媒に供給されると吸着仕切れずにアンモニアスリップを発生するおそれが生じる。
【００１０】
本発明では、前記間欠増量処理が実行され、このことにより、排気が高温化する領域でなされるアンモニア系還元剤の添加量に対する増量処理は間欠的に実行される。このように間欠的にアンモニア系還元剤の増量がなされることにより、継続的に大量のアンモニアが窒素酸化物浄化用触媒に供給されず、大量のアンモニアが供給される期間と通常量のアンモニアが供給される期間とが交互に繰り返されることになる。
【００１１】
したがって大量のアンモニアが供給される期間に窒素酸化物浄化用触媒の表面におけるアンモニア吸着量が飽和に近づいても、次の通常量のアンモニアが供給される期間においては、窒素酸化物浄化用触媒内部にアンモニアが移動したり、更にＮＯｘと反応したりして急速に表面でのアンモニア吸着余裕が回復する。
【００１２】
このような窒素酸化物浄化用触媒の表面でのアンモニア吸着余裕の低下と吸着余裕の回復とが繰り返されることにより、アンモニアスリップを発生することなく、通常よりも大量のアンモニア系還元剤を添加弁から添加することができる。
【００１３】
このように添加弁が過熱されるような内燃機関運転領域において通常よりも大量のアンモニア系還元剤の添加が可能となることから、アンモニア系還元剤により添加弁を十分に冷却できるようになる。
【００１４】
こうしてアンモニアスリップを生じることなく添加弁から添加されるアンモニア系還元剤の増量により添加弁の過熱防止を達成することができる。
請求項２に記載の還元剤添加システムでは、請求項１に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記増量処理中に排気温度がアンモニアスリップ排気温度閾値より高くなった場合に前記増量処理を間欠的に実行することを特徴とする。
【００１５】
間欠増量処理は、増量処理中においても、特に排気温度がアンモニアスリップ排気温度閾値より高くなった場合に増量処理を間欠的に実行することにより、アンモニアスリップを生じることなく、添加弁から添加されるアンモニア系還元剤の増量により添加弁の過熱を防止する処理を効果的に実行できる。
【００１６】
請求項３に記載の還元剤添加システムでは、請求項１又は２に記載の還元剤添加システムにおいて、前記アンモニア系還元剤は尿素水であることを特徴とする。
このようにアンモニア系還元剤が尿素水である場合に、間欠増量処理が上述のごとく機能することにより、アンモニアスリップを生じることなく添加弁から添加されるアンモニア系還元剤の増量により添加弁の過熱が防止される。
【００１７】
請求項４に記載の還元剤添加システムでは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記排気通路には、粒子状物質を捕集して燃焼することにより再生可能な粒子状物質除去用フィルタが、前記添加弁より上流に備えられると共に、前記粒子状物質除去用フィルタでの再生処理の実行直前の状態からこの再生処理の実行中までの場合に前記増量処理を実行することを特徴とする。
【００１８】
排気の高温化は、粒子状物質除去用フィルタが再生状態にある場合に生じる。したがってアンモニア系還元剤添加量の増量処理は、粒子状物質除去用フィルタでの再生処理の実行直前の状態からこの再生処理の実行中の状態までの場合に実行している。
【００１９】
間欠増量処理についても、粒子状物質除去用フィルタの再生処理直前から再生処理中までの期間内において実行できるようになるので、確実に添加弁の過熱を防止できる。
請求項５に記載の還元剤添加システムでは、請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記増量処理は、前記排気温度に応じてアンモニア系還元剤の添加量に対する添加増量補正量を設定すると共に、前記間欠増量処理は、この添加増量補正量による増量処理を間欠的に実行することを特徴とする。
【００２０】
排気温度が高ければこれに対応して添加弁冷却のためのアンモニア系還元剤添加量の増量程度を大きくし、低ければこれに対応してアンモニア系還元剤添加量の増量程度を小さくする必要がある。
【００２１】
したがって増量処理は、排気温度に応じて添加増量補正量を設定する。このようになされる添加量の増量処理を、間欠増量処理にて間欠的に行うことにより、アンモニアスリップを生じることなく添加弁から添加されるアンモニア系還元剤の増量により添加弁の過熱を防止する処理が適切に実行される。
【００２２】
請求項６に記載の還元剤添加システムでは、請求項１〜５のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記増量処理の間欠的実行周期を、前記排気温度に応じて設定することを特徴とする。
【００２３】
添加弁周辺を通過して窒素酸化物浄化用触媒に流れ込む排気温度に対応して、窒素酸化物浄化用触媒表面でのアンモニア吸着余裕程度が変化する。このような吸着余裕の程度に応じてアンモニア系還元剤に対する増量処理の間欠的実行周期を調節することで、排気温度に対応した適切なアンモニア系還元剤の間欠的増量が可能となる。
【００２４】
請求項７に記載の還元剤添加システムでは、請求項６に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記排気温度が高いほど、前記増量処理の間欠的実行周期における前記増量処理をしていない期間を長く設定することを特徴とする。
【００２５】
窒素酸化物浄化用触媒の表面温度が高いほどアンモニア吸着余裕が少なくなる。このため間欠増量処理は、排気温度が高いほど、増量処理をしていない期間を長く設定することにより、次の添加量増量処理までに窒素酸化物浄化用触媒表面のアンモニア吸着余裕を十分に回復させることができる。
【００２６】
このことにより確実にアンモニアスリップを防止でき、しかも添加弁から添加されるアンモニア系還元剤の増量により添加弁の過熱防止を達成することができる。
請求項８に記載の還元剤添加システムでは、請求項１〜７のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、前記増量処理の間欠的実行周期を、排気流量に応じて設定することを特徴とする。
【００２７】
添加弁周辺を通過して窒素酸化物浄化用触媒に流れ込む排気流量に対応して、窒素酸化物浄化用触媒表面へのアンモニア供給量が変化し、アンモニア吸着余裕に影響を与える。したがってこのようなアンモニア供給量の変化に応じて増量処理の間欠的実行周期を調節することで、アンモニア供給量の変化に対応した適切なアンモニア系還元剤の間欠的増量が可能となる。
【００２８】
請求項９に記載の還元剤添加システムでは、請求項８に記載の還元剤添加システムにおいて、前記間欠増量処理は、排気流量が多いほど、前記増量処理の間欠的実行周期における前記増量処理をしていない期間を長く設定することを特徴とする。
【００２９】
排気流量が多いほど、増量されたアンモニアは、窒素酸化物浄化用触媒の表面に多く供給されることになり、アンモニア吸着余裕が少なくなる。このため間欠増量処理は、排気流量が多いほど、アンモニア供給量を増量処理していない期間を長く設定することにより、次の増量処理までに窒素酸化物浄化用触媒表面のアンモニア吸着余裕を十分に回復させることができる。
【００３０】
このことにより確実にアンモニアスリップを防止でき、しかも添加弁から添加されるアンモニア系還元剤の増量により添加弁の過熱防止を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態１の内燃機関の概略構成を表すブロック図。
【図２】実施の形態１の制御装置が実行する尿素水添加処理のフローチャート。
【図３】実施の形態１の制御装置が実行する尿素水添加処理のフローチャート。
【図４】実施の形態１で用いるマップＭＡＰｔａの構成説明図。
【図５】実施の形態１で用いるマップＭＡＰｑｂの構成説明図。
【図６】実施の形態１で用いるマップＭＡＰｔｕ１の構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［実施の形態１］
〈実施の形態１の構成〉図１は、上述した発明が適用された還元剤添加システムを備えた内燃機関１の概略構成を表すブロック図である。この内燃機関１はディーゼルエンジンである。
【００３３】
内燃機関１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
【００３４】
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁により気筒内に噴射される。
【００３５】
吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。
【００３６】
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給する可変容量型のターボチャージャ１１が設けられている。このターボチャージャ１１においてその排気側タービンの入口側には、排気流量を調整するノズルベーン１１ｖが設けられており、このノズルベーン１１ｖの開度が機関運転状態に応じて変更される。例えば低負荷領域ではノズルベーン１１ｖの開度が小さくされることにより、排気流量が少ない場合でも排気の動圧が大きくされる。また、高負荷領域ではノズルベーン１１ｖの開度が大きくされることにより、排気流量が多いときの排気の圧力損失が低減される。
【００３７】
ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。
【００３８】
また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びＤＰＦ触媒３２が配設されている。
【００３９】
酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、ＤＰＦ触媒３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する粒子状物質除去用フィルタであって多孔質のセラミックで構成されており、さらにはＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されている。排気中のＰＭは、ＤＰＦ触媒３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。
【００４０】
また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やＤＰＦ触媒３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介してサプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。
【００４１】
ＤＰＦ触媒３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、ＤＰＦ触媒３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼されることで排気温度の上昇が図られる。そして酸化触媒３１にて昇温された排気がＤＰＦ触媒３２に流入することにより、ＤＰＦ触媒３２は昇温され、これによりＤＰＦ触媒３２に堆積したＰＭが酸化処理されてＤＰＦ触媒３２が再生される。
【００４２】
また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化する窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化用触媒としての選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。
【００４３】
さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。
【００４４】
内燃機関１には、ＳＣＲ触媒４１にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムとして、尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、アンモニア系還元剤である尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射して添加する尿素水添加弁（請求項の添加弁に相当）２３０、尿素水添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０を備えている。
【００４５】
尿素水添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向けられている。この尿素水添加弁２３０の開弁により、タンク２１０内の尿素水が供給通路２４０を介して排気通路２６内に添加供給される。
【００４６】
タンク２１０には尿素水温度センサ２１０ａが配置されて尿素水温度ＴＨｕｒｅａを検出している。供給通路２４０には尿素水圧力センサ２４０ａが配置されてポンプ２２０から供給されてくる尿素水の圧力Ｐｕｒｅａを検出している。更にタンク２１０から供給通路２４０にかけてヒーター２１０ｂが配置され、尿素水凍結時にはヒーター２１０ｂへの通電により尿素水が解凍される。
【００４７】
ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素水添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素水添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素水添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。
【００４８】
また、尿素水添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素水添加弁２３０から添加された尿素水を排気中に均一分散させる分散板６０が設けられている。
尿素水添加弁２３０から噴霧状に添加された尿素水は、高温下で加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアがＳＣＲ触媒４１に吸着される。そしてＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。
【００４９】
この他、内燃機関１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。排気再循環装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲクーラ１４及びＥＧＲ弁１５を備えている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気還流量、いわゆる外部ＥＧＲ量が調量される。ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。
【００５０】
内燃機関１には、その運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、外気温ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４は内燃機関１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。イグニッションスイッチ２５は、車両の運転者による内燃機関１の始動操作及び停止操作を検出する。
【００５１】
また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度（酸化触媒前排気温度）ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、ＰＭ堆積状態検出のために、ＤＰＦ触媒３２の上流及び下流の排気圧の差圧ΔＰを検出する。
【００５２】
第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６には、前述したごとく尿素水添加弁２３０が配置されているが、更にこの間の排気通路２６には、尿素水添加弁２３０の上流側に、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度（ＳＣＲ前排気温度）ＴＨ２を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。
【００５３】
第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。
【００５４】
これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。
【００５５】
この制御装置８０により各種制御が実行される。例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御、ノズルベーン１１ｖの開度制御等、内燃機関１の各種制御が行われる。更にＤＰＦ触媒３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御が行われる。そして尿素水添加弁２３０による尿素水の添加制御が行われる。
【００５６】
尿素水の添加制御では、内燃機関１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素添加量ＱＥが機関運転状態等に基づいて算出され、その算出された尿素添加量ＱＥが尿素水添加弁２３０から排気通路２６内に添加されるように、尿素水添加弁２３０の開弁制御が実行される。
〈実施の形態１の作用〉図２，３の尿素水添加処理に基づいて本実施の形態の作用を説明する。尿素水添加処理（図２，３）は、制御装置８０により実行される制御処理である。この処理は短時間周期で繰り返し実行される。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。
【００５７】
尿素水添加処理（図２，３）が開始されると、まず酸化触媒前排気温度ＴＨ１とＳＣＲ前排気温度ＴＨ２とを、第１排気温度センサ１００と第２排気温度センサ１２０との検出に基づいて読み込み、更に制御装置８０にて別途実行されているＰＭ再生処理により算出されて燃料添加弁５からの噴射制御に用いられる燃料添加量を読み込む（Ｓ１０２）。この燃料添加量は燃料添加弁５における噴射毎の燃料添加量（ｍｍ３／ｓｔ）を表している。
【００５８】
次にＰＭ再生開始フラグがＯＮに設定されているか否かを判定する（Ｓ１０４）。
ＤＰＦ触媒３２におけるＰＭ堆積量は、差圧センサ１１０が検出する上流側と下流側との差圧ΔＰに基づいて検出している。差圧センサ１１０が検出する差圧ΔＰが所定圧力以上となった場合にＰＭ再生条件が成立したものとして、ＰＭ再生開始フラグをＯＮに設定する。ＰＭ再生開始フラグがＯＮに設定されることで、ＰＭ再生処理が実行される。
【００５９】
このＰＭ再生処理では、燃料添加弁５から上記燃料添加量に応じて噴射されることで排気中に添加される燃料により酸化触媒３１にて発熱させて排気を高温化し、この高温化した排気をＤＰＦ触媒３２に導入することによりＤＰＦ触媒３２の床温をＤＰＦ再生目標床温に調節する。このことによりＤＰＦ触媒３２に堆積しているＰＭを燃焼させて、ＤＰＦ触媒３２を再生させる。再生が終了すればＰＭ再生開始フラグはＯＦＦにされる。
【００６０】
ここでＰＭ再生開始フラグがＯＮに設定されていない場合（Ｓ１０４でＮＯ）、すなわちＰＭ再生開始フラグがＯＦＦの場合には、このまま本処理を出る。
ＰＭ再生開始フラグがＯＮに設定されている場合には（Ｓ１０４でＹＥＳ）、式１に示すごとくマップＭＡＰｔａにより、前述のごとく読み込んでいる酸化触媒前排気温度ＴＨ１と燃料添加量とに基づいて、ＤＰＦ触媒３２から尿素水添加弁２３０及び第２浄化部材４０側に排出される排気温度の予測昇温Ｔａが算出される（Ｓ１０６）。
【００６１】
［式１］  予測昇温Ｔａ  ←  ＭＡＰｔａ（ＴＨ１，燃料添加量）
ここでマップＭＡＰｔａは図４に示すごとくである。すなわち一点鎖線の等高線にて値の傾向を示すごとく、予測昇温Ｔａは、酸化触媒前排気温度ＴＨ１が低いほど小さく、高いほど大きく設定され、燃料添加量が少ないほど小さく、多いほど大きく設定される。このマップＭＡＰｔａの内容は実験や理論計算から予め設定されている。
【００６２】
このようにマップＭＡＰｔａから求められた予測昇温Ｔａを用いて、式２により燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔを算出する（Ｓ１０８）。
［式２］  燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔ  ←  ＴＨ２＋Ｔａ
この燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔは、ＤＰＦ触媒３２での再生処理の実行直前の状態からこの再生処理の実行中の状態までを捉えるために、推定値として上記式２のごとく算出されるものである。
【００６３】
次に図５に示すマップＭＡＰｑｂにより、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔに基づいて尿素水添加補正量Ｑｂ（ｇ／ｈ）を算出する（Ｓ１１０）。
この尿素水添加補正量Ｑｂは、燃料添加弁５からの燃料添加により第１浄化部材３０にて高温化した排気が尿素水添加弁２３０に到達した場合に、その熱害が生じることを防止するために、尿素水添加弁２３０から排気中に添加される尿素水の添加量を増量させるためのものである。
【００６４】
したがってマップＭＡＰｑｂでは、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが高くなるほど、尿素水添加補正量Ｑｂが大きくなるように設定されている。
次に尿素水添加開始フラグにＯＮを設定する（Ｓ１１２）。このことにより尿素水添加弁２３０からの尿素水添加実行が可能となる。
【００６５】
次に燃料添加開始フラグにＯＮを設定する（Ｓ１１４）。このことにより燃料添加弁５からの燃料添加実行が可能となる。
次に燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔがアンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃより高くなっているか否かを判定する（Ｓ１１６）。
【００６６】
ここで燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔ＞アンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃであれば（Ｓ１１６でＹＥＳ）、アンモニアスリップが生じるおそれのある排気温度状態になると推定されることから、次のステップＳ１１８〜Ｓ１２６により間欠的な尿素水添加処理を実行する。
【００６７】
まず尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１を設定する（Ｓ１１８）。尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１は、排気通路２６の排気流量（ｇ／ｓ）と燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔ（℃）とに基づいて、マップＭＡＰｔｕ１により設定する。
【００６８】
図６にマップＭＡＰｔｕ１を示す。すなわち一点鎖線の等高線にて値の傾向を示すごとく、尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１は、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが低いほど短く、高いほど長く設定され、排気流量が少ないほど短く、多いほど長く設定される。このマップＭＡＰｔｕ１の内容は実験や理論計算から予め設定されている。
【００６９】
次に尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２を設定する（Ｓ１２０）。尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２は、ここでは一定時間とされる。
尚、尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２についても、上述したマップＭＡＰｔｕ１（図６）と同様な値の傾向を示すマップを用いて、尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２を、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが低いほど短く、高いほど長く設定し、排気流量が少ないほど短く、多いほど長く設定しても良い。
【００７０】
次に尿素水添加量に対する各補正周期Ｃｓ（＝ｔｕ１＋ｔｕ２）の開始から尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１が未経過か否かを判定する（Ｓ１２２）。
尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１を経過していなければ（Ｓ１２２でＹＥＳ）、尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１内であるので、補正後尿素水添加量には、補正前尿素水添加量がそのまま設定される（Ｓ１２４）。すなわち実際には尿素水添加補正量Ｑｂにて補正されていない通常の尿素水添加量が補正後尿素水添加量として設定される。
【００７１】
尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１を経過していると（Ｓ１２２でＮＯ）、尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２内であるので、補正後尿素水添加量には、式３に示すごとく補正前尿素水添加量に尿素水添加補正量Ｑｂが加算されたものが設定される（Ｓ１２６）。すなわち尿素水添加量は、通常の尿素水添加量よりも尿素水添加補正量Ｑｂ分の増加が行われる。
【００７２】
［式３］  補正後尿素水添加量  ←  補正前尿素水添加量＋尿素水添加補正量Ｑｂ
このように燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが、アンモニアスリップが生じるおそれのある状態となる場合には（Ｓ１１６でＹＥＳ）、間欠的な尿素水添加処理（Ｓ１１８〜Ｓ１２６）を実行することになる。
【００７３】
燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔ≦アンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃであれば（Ｓ１１６でＮＯ）、補正後尿素水添加量には、上記式３に示すごとく補正前尿素水添加量に尿素水添加補正量Ｑｂが加算されたものが設定される（Ｓ１２６）。すなわち尿素水添加量は、通常の尿素水添加量よりも尿素水添加補正量Ｑｂ分の増加が行われる。
〈実施の形態１と請求項との関係〉制御装置８０が実行する尿素水添加処理（図２，３）が増量処理及び間欠増量処理に相当する。
〈実施の形態１の効果〉（１）ＰＭ再生がなされて排気が高温化し、このことにより尿素水添加弁２３０が過熱されるような状況下ではＳＣＲ触媒４１の温度が高温化することにより、ＳＣＲ触媒４１の表面におけるアンモニア吸着能力が低下する。
【００７４】
そのアンモニア吸着能力の低下程度が大きくなれば、継続的に大量のアンモニアがＳＣＲ触媒４１に供給されると吸着仕切れずにアンモニアスリップを発生するおそれがある。
したがって、ＰＭ再生直前からＰＭ再生中において（Ｓ１０４でＹＥＳ）、排気温度、ここで燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが、アンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃを越えなければ（Ｓ１１６でＮＯ）、増量処理（Ｓ１２６）により尿素水添加弁２３０からの尿素水添加量を増量する状態を継続する。
【００７５】
しかし燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが、アンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃより高い排気温度領域になると（Ｓ１１６でＹＥＳ）、単なる増量処理ではなく、増量処理を間欠的に実行する間欠増量処理（Ｓ１１８〜Ｓ１２６）を実行する。
【００７６】
このように間欠増量処理が実行されることにより、継続的に大量のアンモニアがＳＣＲ触媒４１に供給されることはなく、通常量のアンモニアが供給される期間（尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１）と大量のアンモニアが供給される期間（尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２）とが交互に繰り返されることになる。
【００７７】
したがって尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２においてＳＣＲ触媒４１の表面の吸着量が飽和に近づいても、次の尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１においては、ＳＣＲ触媒４１内部にアンモニアが移動したり、更にＮＯｘと反応したりして急速に表面でのアンモニア吸着余裕が回復する。
【００７８】
このようなアンモニア吸着余裕の低下と吸着余裕の回復とが、ＳＣＲ触媒４１にて周期的に繰り返されることにより、アンモニアスリップを発生することなく、通常よりも大量の尿素水を尿素水添加弁２３０から排気中に添加することができる。
【００７９】
このように、アンモニアスリップ排気温度閾値Ｔｃより高い排気温度状態でも、通常よりも大量の尿素水を、尿素水添加弁２３０から排気中に添加できることから、アンモニアスリップを生じることなく尿素水添加弁２３０から添加される尿素水の増量により尿素水添加弁２３０の過熱防止を達成することができる。
【００８０】
（２）本実施の形態においては、排気の高温化は、粒子状物質除去用フィルタであるＤＰＦ触媒３２が再生状態にある場合に生じる。
したがって尿素水添加処理（図２，３）では、ＤＰＦ触媒３２での再生処理の実行直前の状態からこの再生処理の実行中の状態まで、すなわちステップＳ１０４でＹＥＳである期間を、尿素水添加弁２３０の過熱を防止する領域であるとして、尿素水添加量の増量処理（Ｓ１２６）、及び間欠増量処理（Ｓ１１８〜Ｓ１２６）を実行している。
【００８１】
このような尿素水の増量処理及び間欠増量処理を、ＤＰＦ触媒３２の再生処理直前から実行できるので、より確実に尿素水添加弁２３０の過熱を防止できる。
（３）尿素水添加量の増量処理及び間欠増量処理において、その添加増量補正量（尿素水添加補正量Ｑｂ）を、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔに基づいて設定している（Ｓ１１０）。
【００８２】
すなわち燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが高ければこれに応じて尿素水添加弁２３０からの尿素水添加量も増量程度を大きくし、低ければこれに応じて尿素水添加量も増量程度を小さくしている。
【００８３】
このことによりアンモニアスリップを生じることなく、尿素水添加弁２３０から噴射される尿素水の増量により尿素水添加弁２３０の過熱を防止する処理がより適切に実行できる。
【００８４】
（４）尿素水添加弁２３０の周辺を通過してＳＣＲ触媒４１に流れ込む排気温度に応じてＳＣＲ触媒４１の表面でのアンモニア吸着余裕の程度が変化する。
更に尿素水添加弁２３０を通過してＳＣＲ触媒４１に流れ込む排気流量に応じてＳＣＲ触媒４１の表面へのアンモニア供給量が変化し、アンモニア吸着余裕に影響を与える。
【００８５】
このようなアンモニア吸着余裕の変化に対応して尿素水増量処理の間欠的実行周期を調節することで、排気温度や排気流量に対応した適切な尿素水添加の間欠増量処理が可能となる。
【００８６】
具体的には、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが高いほど、更に排気流量が多いほど、増量処理をしていない期間を長く設定する（Ｓ１１８）ことにより、次の増量処理までにＳＣＲ触媒４１の表面の吸着余裕を十分に回復させることができる。
【００８７】
このことにより確実にアンモニアスリップを防止でき、しかも尿素水添加弁２３０から添加される尿素水の増量により尿素水添加弁２３０の過熱防止を達成することができる。
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態では、ＰＭ再生時（ＰＭ再生直前からＰＭ再生中）において（図２：Ｓ１０４でＹＥＳ）、排気温度がアンモニアスリップ排気温度閾値より高くなった場合に（図３：Ｓ１１６でＹＥＳ）、間欠増量処理を実行した。
【００８８】
しかし、ＰＭ再生時においては排気温度が高温化して、アンモニアスリップを生じる可能性が高まることから、ＰＭ再生時において尿素水添加量の増量処理を実行する場合には、同時に間欠増量処理を実行しても良い。
【００８９】
すなわち、ＰＭ再生時のごとく排気温度が高い場合において、アンモニア系還元剤の添加量を排気温度が低い場合と比較して増量する増量処理を行う還元剤添加システムにおいて、その増量処理を最初から間欠的に実行しても良い。
【００９０】
このことによっても前記実施の形態にて説明したごとくの間欠増量処理のメカニズムにより、確実にアンモニアスリップを生じることなく尿素水添加弁２３０から添加される尿素水の増量により尿素水添加弁２３０の過熱防止を達成することができる。
【００９１】
・前記実施の形態においては尿素水の間欠増量処理を、排気温度がアンモニアスリップ排気温度閾値より高い場合に実行するとしていたが、アンモニアスリップ排気温度よりも低い温度を閾値として、この閾値を越えれば単なる増量処理を間欠増量処理に切り替えるようにしても良い。
【００９２】
更にＰＭ再生時以外でも、排気温度が高温化した場合に、増量処理と間欠増量処理とを同時にあるいは、上述したごとく増量処理の後に間欠増量処理を実行するようにしても良い。
【００９３】
このことによっても確実にアンモニアスリップを生じることなく尿素水添加弁２３０から添加される尿素水の増量により尿素水添加弁２３０の過熱防止を達成することができる。
【００９４】
・前記実施の形態においては、尿素水添加量増量補正の補正周期Ｃｓ（＝ｔｕ１＋ｔｕ２）は、尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１の長さのみによる調節、あるいは尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１と尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２との各長さによる調節とを実行するもであった。これ以外に、尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２を、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔが高いほど短く、排気流量が多いほど短く設定するようにしても良い。又は、このような尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２の調節と共に、尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１の長さを図６に示したマップＭＡＰｔｕ１のように調節しても良い。
【００９５】
・前記実施の形態においては、尿素水添加補正量Ｑｂの算出（Ｓ１１０）、尿素水添加量補正停止期間ｔｕ１の設定（Ｓ１１８）、尿素水添加量補正実行期間ｔｕ２の設定（Ｓ１２０）においては、燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔを少なくとも一つのパラメータとして用いた。このように燃料添加時推定ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２ｅｓｔを用いる代わりに、ＳＣＲ前排気温度ＴＨ２自体を用いても良い。
【００９６】
・アンモニア系還元剤としては、尿素水以外に、アンモニアガスを用いても良い。
【符号の説明】
【００９７】
１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１１ｖ…ノズルベーン、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２５…イグニッションスイッチ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…ＤＰＦ触媒、４０…第２浄化部材、４１…ＳＣＲ触媒、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２１０ａ…尿素水温度センサ、２１０ｂ…ヒーター、２２０…ポンプ、２３０…尿素水添加弁、２４０…供給通路、２４０ａ…尿素水圧力センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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