(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を備えた排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒の上流側において液状の添加剤を前記排気通路内に噴射することにより排気を浄化する噴射機構と、
前記噴射機構に対して供給される添加剤を加熱する加熱装置と、
前記噴射機構から噴射される添加剤の圧力を可変する圧力可変機構と、を備え、
前記噴射機構から添加剤を噴射する際、前記加熱装置により添加剤を加熱するとともに、同添加剤の温度に応じて前記圧力可変機構により前記噴射機構から噴射される添加剤の圧力を変更し、添加剤の温度が高いときほど噴射される添加剤の圧力を高くする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記圧力可変機構は前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力を可変するものである、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記圧力可変機構は、添加剤が貯留されるタンク内の添加剤を吸引して前記噴射機構に向けて吐出するポンプであってその吐出容量を変更可能なポンプである、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出結果に基づき前記圧力可変機構を制御することにより前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力を変更する制御部と、を備える、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記噴射機構に対して供給される添加剤の温度と当該温度において前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力の目標値との関係が予め規定されており、
前記制御部は、前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力が前記目標値となるように前記圧力可変機構を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
添加剤の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出結果に基づき前記圧力可変機構を制御することにより前記噴射機構から噴射される添加剤の圧力を変更する制御部と、を備える、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記添加剤は尿素水である、内燃機関の排気浄化装置。
【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た触媒の上流側において噴射機構から液状の添加剤を噴射することにより排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気浄化装置としては例えば特許文献１に記載の装置がある。特許文献１に記載の装置は、排気通路に設けられた選択還元型触媒の上流側において噴射弁から尿素水を噴射することにより排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化するようにしている。【０００３】
また特許文献１に記載の装置において噴射弁に対して尿素水を供給する供給通路には加熱装置が設けられており、同加熱装置により供給通路内の尿素水を加熱するようにしている。これにより、尿素水の気化を促進させて、ＮＯｘの浄化率を高めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０―６５５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このように尿素水を加熱して噴射すると、排気通路内に尿素水が噴射された瞬間に気化することがある。このとき、尿素水の噴霧を構成する個々の粒子の質量が小さくなり、噴霧の貫徹力が低下する。その結果、噴射弁の噴射口付近に尿素が滞留するようになり、同噴射口付近に尿素のデポジットが堆積しやすくなるといった問題が生じる。【０００６】
尚、こうした問題は、噴射弁から尿素水を噴射することによってＮＯｘを浄化するものに限られるものではなく、噴射機構から液状の添加剤を噴射することにより排気を浄化するものであれば概ね共通して生じる。【０００７】
本発明の目的は、添加剤の気化を促進しつつ、噴射機構の噴射口付近に添加剤に起因したデポジットが堆積することを抑制することのできる内燃機関の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】
【０００８】
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。【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に従い、触媒を備えた排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置が提供される。同排気浄化装置は、前記触媒の上流側において液状の添加剤を前記排気通路内に噴射することにより排気を浄化する噴射機構と、前記噴射機構に対して供給される添加剤を加熱する加熱装置と、前記噴射機構から噴射される添加剤の圧力を可変する圧力可変機構と、を備える。前記噴射機構から添加剤が噴射される際、前記加熱装置により添加剤が加熱されるとともに、同添加剤の温度に応じて前記圧力可変機構により前記噴射機構から噴射される添加剤の圧力を変更し、添加剤の温度が高いときほど噴射される添加剤の圧力が高くされる。
【００１０】
同態様によれば、噴射機構に対して供給される添加剤が加熱装置により加熱されるため、添加剤の気化を促進することができるようになる。また上記態様によれば、添加剤の温度が高いときには低いときに比べて噴射される添加剤の圧力が高くされるため、噴射された添加剤の貫徹力の低下が抑制されるようになる。このため、添加剤が噴射機構の噴射口付近に滞留しにくくなり、噴射機構の噴射口付近に添加剤に起因したデポジットが堆積することを抑制することができるようになる。【００１１】
従って、本発明によれば、添加剤の気化を促進しつつ、噴射機構の噴射口付近に添加剤に起因したデポジットが堆積することを抑制することができるようになる。【００１２】
この場合、前記圧力可変機構は前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力を可変するものであるといった態様が好ましい。こうした態様によれば、噴射機構自体が添加剤の圧力を可変する機能を具備しなくてもよいため、噴射機構の構成を簡易なものとすることができる。【００１３】
またこの場合、前記圧力可変機構は、添加剤が貯留されるタンク内の添加剤を吸引して前記噴射機構に向けて吐出するポンプであってその吐出容量を変更可能なポンプであるといった態様が好ましい。【００１４】
同態様によれば、ポンプの吐出容量を変更することにより噴射機構から噴射される添加剤の圧力が変更されるようになる。【００１５】
また、前記排気浄化装置は、前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出結果に基づき前記圧力可変機構を制御することにより前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力を変更する制御部と、を備えるといった態様が好ましい。【００１６】
同態様によれば、噴射機構に対して供給される添加剤の実際の圧力に基づき圧力可変機構を緻密に制御することができ、噴射機構から噴射される添加剤の圧力を的確に制御することができるようになる。【００１７】
また、前記噴射機構に対して供給される添加剤の温度と当該温度において前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力の目標値との関係が予め規定されており、前記制御部は、前記噴射機構に対して供給される添加剤の圧力が前記目標値となるように前記圧力可変機構を制御するといった態様が好ましい。【００１８】
同態様によれば、予め規定された添加剤の温度と圧力の目標値との対応関係から添加剤の温度に基づき当該添加剤の圧力の目標値が簡易且つ的確に設定されるようになる。そして、こうして設定される添加剤の圧力の目標値に基づき圧力可変機構が制御されることで、添加剤の実際の圧力を好適に制御することができるようになる。【００１９】
また、排気浄化装置は、添加剤の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出結果に基づき前記圧力可変機構を制御することにより前記噴射機構から噴射される添加剤の圧力を変更する制御部と、を備えるといった態様が好ましい。【００２０】
同態様によれば、添加剤の実際の温度に基づき圧力可変機構を緻密に制御することができ、噴射機構から噴射される添加剤の圧力を的確に制御することができるようになる。【００２１】
また、前記添加剤は尿素水であるといった態様が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について、噴射弁を中心とした概略構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における尿素水の加熱制御の実行手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における尿素水の圧力制御の実行手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態における尿素水の温度と尿素水の圧力の目標値との関係を規定したマップ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１〜図４を参照して、本発明を具体化した一実施形態について説明する。
【００２４】
図１に示すように、排気浄化装置は、内燃機関の排気通路２に設けられた選択還元型触媒（以下、触媒４）と、排気通路２において触媒４の上流側に設けられて尿素水を噴射する噴射弁１４とを備えている。
【００２５】
次に、噴射弁１４に対して尿素水を供給する供給装置１０について説明する。
【００２６】
供給装置１０は、液状の尿素水を貯留するタンク１１、タンク１１の内部と噴射弁１４とを接続する供給通路１２、供給通路１２に接続される電動式のポンプ１３を備えている。
【００２７】
ポンプ１３はタンク１１の内部に設けられており、タンク１１内の尿素水を吸引するとともに噴射弁１４に向けて吐出する。また、ポンプ１３は、同ポンプ１３の駆動態様、具体的には同ポンプ１３の出力軸の回転速度（以下、ポンプ回転速度）を変更することによって同ポンプ１３の吐出容量を変更することが可能とされている。そして、ポンプ１３の吐出容量を変更することにより噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力が変更されるようになっている。
【００２８】
また、供給通路１２の途中には戻し通路１５が分岐して延びている。戻し通路１５の先端はタンク１１の内部に開口している。戻し通路１５の途中には圧力逃がし弁１６が設けられている。圧力逃がし弁１６は供給通路１２内の尿素水の圧力が上限圧力以上になると開弁するものであり、同圧力逃がし弁１６によって供給通路１２内の尿素水の圧力が上限圧力以下に維持されるようになっている。
【００２９】
また、供給通路１２の途中には同供給通路１２内の尿素水を加熱する電気式の加熱装置２０が設けられている。加熱装置２０は供給通路１２の外周を覆うようにして設けられている。
【００３０】
ポンプ回転速度の制御、噴射弁１４による尿素水の噴射制御、及び加熱装置２０による尿素水の加熱制御を含む内燃機関の各種制御は、制御部として機能する電子制御装置３０により実行される。電子制御装置３０は、各種制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用のプログラムやデータが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。そして、電子制御装置３０は、各種センサの検出信号を読み込み、各種演算処理を実行し、その結果に基づいて機関を統括的に制御する。
【００３１】
各種センサとしては、機関運転状態を把握するための周知のセンサの他、供給通路１２内の尿素水の温度Ｔｕｒｅａを検出する温度センサ３１や供給通路１２内の尿素水の圧力Ｐｕｒｅａを検出する圧力センサ３２が設けられている。温度センサ３１は供給通路１２において、加熱装置２０の下流側に設けられている。また、圧力センサ３２は供給通路１２においてポンプ１３の下流側に設けられている。
【００３２】
本実施形態では、加熱装置２０により供給通路１２内の尿素水が気化する直前まで同尿素水を加熱するようにしている。これにより、排気通路２内に噴射された尿素水の気化を促進させて、ＮＯｘの浄化率を高めるようにしている。
【００３３】
ここで、図２のフローチャートを参照して、尿素水の加熱制御の実行手順について説明する。尚、図２に示される一連の処理は機関運転中に電子制御装置３０により所定期間毎に繰り返し実行される。
【００３４】
図２に示すように、この一連の処理では、まず、温度センサ３１により検出されたそのときの尿素水の温度Ｔｕｒｅａが上限温度α未満であるか否かを判断する（ステップＳ１）。この上限温度αは尿素水の沸点よりも僅かに低い温度であり、実験等を通じて予め設定されている。ここで、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが上限温度α未満である場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ２に進み、通電継続時間Δｔが上限時間Δｔａ未満であるか否かを判断する。この通電継続時間Δｔは、現在までに加熱装置２０に対して連続して通電されている時間である。
【００３５】
最初のステップＳ２の判断処理においては、未だ通電継続時間Δｔが上限時間Δｔａ未満であることから肯定判断され（ステップＳ２：「ＹＥＳ」）、次に、ステップＳ３に進み、加熱装置２０への通電を実行して、この一連の処理を一旦終了する。
【００３６】
一方、通電継続時間Δｔが上限時間Δｔａ以上になると、ステップＳ２の判断処理において否定判断され（ステップＳ２：「ＮＯ」）、次に、ステップＳ４に進み、加熱装置２０への通電を停止して、この一連の処理を一旦終了する。
【００３７】
また、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが上限温度α以上である場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、尿素水の温度Ｔｕｒｅａを低下させるべく、次に、ステップＳ４に進み、加熱装置２０への通電を停止して、この一連の処理を一旦終了する。
【００３８】
ところで、前述したように、このように尿素水を加熱して噴射すると、排気通路２内に尿素水が噴射された瞬間に気化することがある。このとき、尿素水の噴霧を構成する個々の粒子の質量が小さくなり、噴霧の貫徹力が低下する。その結果、噴射弁１４の噴射口１４ａ付近に尿素が滞留するようになり、同噴射口１４ａ付近に尿素のデポジットが堆積しやすくなるといった問題が生じる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、噴射弁１４から尿素水を噴射する際、加熱装置２０により尿素水を加熱するとともに、同尿素水の温度Ｔｕｒｅａが高いときには低いときに比べてポンプ１３により噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を高くするようにしている。これにより、尿素水の気化を促進しつつ、噴射弁１４の噴射口１４ａ付近に尿素のデポジットが堆積することを抑制するようにしている。
【００４０】
ここで、図３のフローチャートを参照して、尿素水の圧力制御の実行手順について説明する。尚、図３に示される一連の処理は機関運転中に電子制御装置３０により所定期間毎に繰り返し実行される。また、図４に、噴射弁１４に対して供給される尿素水の温度Ｔｕｒｅａと当該尿素水の温度Ｔｕｒｅａにおいて噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇとの関係を規定したマップを示す。
【００４１】
図３に示すように、この一連の処理では、まず、温度センサ３１により検出されたそのときの尿素水の温度Ｔｕｒｅａを読み込む（ステップＳ１１）。そして、次に、ステップＳ１２に進み、図４に示すマップを参照して、ステップＳ１において読み込んだ尿素水の温度Ｔｕｒｅａに基づき尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇを設定する。図４に示すように、尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇは尿素水の温度Ｔｕｒｅａが高くなるほど大きくされている。
【００４２】
こうして尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇが設定されると、次に、ステップＳ１３に進み、圧力センサ３２により検出された尿素水の実際の圧力Ｐｕｒｅａと上記目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇとの差分に基づきポンプ回転速度を設定し、この一連の処理を一旦終了する。具体的には、上記差分がゼロとなるように、すなわち噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力が当該尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇとなるようにポンプ回転速度をフィードバック制御する。
【００４３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００４４】
噴射弁１４を通じて排気通路２内に尿素水が噴射されると、高温の排気によって尿素が加水分解されてアンモニアが生成される。そして、このアンモニア（ＮＨ３）によって排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元されて窒素（Ｎ２）が生成されるとともに水（Ｈ２Ｏ）が生成されることによりＮＯｘが浄化されるようになる。
【００４５】
ここで、噴射弁１４に対して供給される尿素水が加熱装置２０により気化する直前まで加熱されるため、尿素水の気化を促進することができ、ＮＯｘの浄化率が高められるようになる。
【００４６】
しかも、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが高いときほど噴射される尿素水の圧力が高くされるため、噴射された尿素水の貫徹力の低下が抑制されるようになる。このため、尿素水が噴射弁１４の噴射口１４ａ付近に滞留しにくくなり、噴射弁１４の噴射口１４ａ付近に尿素のデポジットが堆積することが抑制されるようになる。
【００４７】
尚、以上説明した本実施形態において、ポンプ１３が本発明に係る圧力可変機構に相当し、噴射弁１４が本発明に係る噴射機構に相当する。
【００４８】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、以下に示す効果（１）〜（４）が得られるようになる。
【００４９】
（１）内燃機関の排気浄化装置は、排気通路２に設けられた触媒４の上流側において噴射弁１４から尿素水を噴射することにより排気に含まれる窒素酸化物を浄化する。また、噴射弁１４に対して供給される尿素水を加熱する加熱装置２０が設けられている。また、噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力を変更して同噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を可変するポンプ１３が設けられている。電子制御装置３０は、噴射弁１４から尿素水を噴射する際、加熱装置２０により尿素水を加熱するとともに、同尿素水の温度Ｔｕｒｅａが高いときには低いときに比べてポンプ１３により噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を高くする。こうした構成によれば、尿素水の気化を促進しつつ、噴射弁１４の噴射口１４ａ付近に尿素のデポジットが堆積することを抑制することができるようになる。また、噴射弁１４自体が尿素水の圧力を可変する機能を具備しなくてもよいため、噴射弁１４の構成を簡易なものとすることができる。
【００５０】
（２）噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力Ｐｕｒｅａを検出する圧力センサ３２が設けられている。電子制御装置３０は、圧力センサ３２の検出結果に基づきポンプ１３の駆動態様を制御することにより噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力を変更する。こうした構成によれば、噴射弁１４に対して供給される尿素水の実際の圧力Ｐｕｒｅａに基づきポンプ１３の駆動態様を緻密に制御することができ、噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を的確に制御することができるようになる。
【００５１】
（３）電子制御装置３０には、噴射弁１４に対して供給される尿素水の温度Ｔｕｒｅａと当該温度Ｔｕｒｅａにおいて噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇとの関係が規定されたマップが設けられている。電子制御装置３０は、噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力が当該尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇとなるようにポンプ１３の駆動態様を制御する。こうした構成によれば、予め規定された尿素水の温度Ｔｕｒｅａと尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇとの対応関係から尿素水の温度Ｔｕｒｅａに基づき当該尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇが簡易且つ的確に設定されるようになる。そして、こうして設定される尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇに基づきポンプ１３の駆動態様が制御されることで、尿素水の実際の圧力を好適に制御することができるようになる。
【００５２】
（４）尿素水の温度Ｔｕｒｅａを検出する温度センサ３１が設けられている。電子制御装置３０は、温度センサ３１の検出結果に基づきポンプ１３の駆動態様を制御することにより噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を変更する。こうした構成によれば、尿素水の実際の温度Ｔｕｒｅａに基づきポンプ１３の駆動態様を緻密に制御することができ、噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を的確に制御することができるようになる。
【００５３】
尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００５４】
・上記実施形態では、温度センサ３１によって供給通路１２内の尿素水の温度Ｔｕｒｅａを検出するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。他に例えば、加熱装置２０により尿素水に対して投入された熱量や供給装置１０内に存在する尿素水の量、外気温等から尿素水の温度を推定するようにしてもよい。
【００５５】
・上記実施形態では、マップを参照することにより尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇを設定するようにしたが、これに代えて、関数により尿素水の圧力の目標値Ｐｕｒｅａｔｒｇを算出するようにしてもよい。
【００５６】
・上記実施形態では、圧力センサ３２によって供給通路１２内の尿素水の圧力Ｐｕｒｅａを直接検出するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。他に例えば、ポンプ回転速度と尿素水の圧力との関係を予め実験等によって求めておき、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに基づきポンプ回転速度の目標値を設定するようにしてもよい。この場合であっても、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに応じて噴射弁１４から噴射される尿素水の圧力を変更することができるようになる。
【００５７】
・上記実施形態では、ポンプ回転速度を制御することにより噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力を変更するようにした。これに代えて、圧力逃がし弁１６の開弁圧を変更することにより噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力を変更することもできる。
【００５８】
・上記実施形態及びその変形例では、噴射弁１４に対して供給される尿素水の圧力を可変する圧力可変機構について例示した。しかしながら、本発明の圧力可変機構の構成はこれに限られるものではない。すなわち、圧力可変機能を備える噴射機構を採用することもできる。
【００５９】
・上記実施形態及びその変形例では、触媒４の上流側から噴射機構を通じて尿素水を噴射する排気浄化装置について例示したが、本発明に係る液状の添加剤は尿素水に限られるものではない。要するに、排気を浄化する目的で、触媒の上流側から噴射機構を通じて噴射される液状の添加剤であればよい。
【符号の説明】
【００６０】
２…排気通路、４…触媒、１０…供給装置、１１…タンク、１２…供給通路、１３…ポンプ（圧力可変機構）、１４…噴射弁（噴射機構）、１４ａ…噴射口、１５…戻し通路、１６…圧力逃がし弁、２０…加熱装置、３０…電子制御装置、３１…温度センサ、３２…圧力センサ。
【図１】
0005904274.tif 000002
【図２】
0005904274.tif 000003
【図３】
0005904274.tif 000004
【図４】
0005904274.tif 000005