(57)【要約】【課題】ミキサへの堆積物の堆積量を抑制しつつも添加量の制御性の低下を抑制することができるようにした排気浄化制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ４２は、添加弁２６による尿素水の添加によって、ミキサ２８に堆積物が生じ、その堆積量が閾値以上となることを条件に、尿素水の圧力Ｐｓの目標値を変更し、ポンプ２５を操作して、尿素水の圧力Ｐｓを新たな目標値に制御する。そしてＣＰＵ４２は、新たな目標値に基づき添加弁２６の１回当たりの噴射時間である噴射パルス幅を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路において上流側から順に、排気中に還元剤を添加する添加弁、前記添加弁により添加された還元剤を拡散させるミキサ、および選択還元型触媒を備えた内燃機関に適用され、
前記添加弁に前記還元剤を供給するポンプを操作することによって前記添加弁による前記還元剤の噴射圧を目標値に制御する噴射圧制御処理と、
前記還元剤の要求添加量を設定する添加量設定処理と、
前記目標値および前記要求添加量に基づき、前記添加弁から前記要求添加量の還元剤を噴射させるように前記添加弁を操作する添加処理と、
前記ミキサへの堆積物の堆積量を取得する取得処理と、
前記堆積量が閾値を超えることを条件に、前記目標値を変更する目標値変更処理と、を実行する内燃機関の排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路において上流側から順に、排気中に還元剤を添加する添加弁、添加弁により添加された還元剤を拡散させるミキサ、および選択還元型触媒を備えた内燃機関に適用される内燃機関の排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、排気流量が閾値よりも小さく且つフィン（ミキサ）の温度が閾値よりも低い場合に、インジェクタ（添加弁）の噴射圧を下げて尿素水（還元剤）を排気中に添加する装置が記載されている。ここで、フィンの温度の上記閾値は、フィンに衝突した尿素水がフィンに堆積する温度に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５１２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、添加弁からの所定時間当たりの添加量が要求量となるようにするためには、噴射圧に応じて１回当たりの添加時間や添加の周波数を変更する必要がある。ここで、噴射圧として上記目標値を用いる場合、目標値を変更してから実際の噴射圧が目標値に追従するまでの期間においては、添加時間や添加の周波数が、添加量を要求量とするうえで必要な量からずれる。このため、目標値を頻繁に変更する場合には、添加量の制御性が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、内燃機関の排気浄化制御装置において、排気通路において上流側から順に、排気中に還元剤を添加する添加弁、前記添加弁により添加された還元剤を拡散させるミキサ、および選択還元型触媒を備えた内燃機関に適用され、前記添加弁に前記還元剤を供給するポンプを操作することによって前記添加弁による前記還元剤の噴射圧を目標値に制御する噴射圧制御処理と、前記還元剤の要求添加量を設定する添加量設定処理と、前記目標値および前記要求添加量に基づき、前記添加弁から前記要求添加量の還元剤を噴射させるように前記添加弁を操作する添加処理と、前記ミキサへの堆積物の堆積量を取得する取得処理と、前記堆積量が閾値を超えることを条件に、前記目標値を変更する目標値変更処理と、を実行する。
【０００６】
ミキサに堆積物が生じる場合、堆積物が微細構造を有するため、還元剤を吸収しやすくなる。このため、ミキサに堆積物が生じ、ミキサのうち堆積物が生じている部位に還元剤が衝突するとその堆積速度が急激に上昇するおそれがある。ここで、上記構成では、堆積量が閾値を超えることを条件に目標値を変更することにより、還元剤がミキサにぶつかる位置が変化するため、ミキサにおける還元剤の衝突位置を変更することができる。そしてその場合、ミキサにすでに生じている堆積物の表面に添加剤が衝突することが抑制されるため、すでに生じている堆積物は熱分解によって減少していく。
【０００７】
しかも、上記構成では、堆積量が閾値を超えることを条件に目標値を変更するため、目標値の変更頻度が高くなることを抑制することができる。このため、ミキサへの堆積物の堆積量を抑制しつつも添加量の制御性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】排気浄化制御装置にかかる一実施形態および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかる尿素水の添加に関する処理の手順を示す流れ図。
【図３】同実施形態の作用を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、内燃機関の排気浄化制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、各気筒の燃焼室１４に吸入される。燃焼室１４には、燃焼室１４に燃料（たとえば軽油）を噴射する燃料噴射弁１６が設けられている。燃焼室１４において燃料と空気との混合気が燃焼に供されると、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路１８に排出される。排気通路には、酸化触媒２０やディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ２２）が設けられている。そして、排気通路１８のうちＤＰＦ２２よりも下流には、ポンプ２５から供給される尿素タンク２４内の尿素水を排気中に添加すべく、尿素水を噴射する添加弁２６が設けられている。排気通路１８のうち添加弁２６の下流には、添加弁２６から噴射された尿素水を拡散するための板状部材であるミキサ２８が設けられている。そして、ミキサ２８の下流には、選択還元型触媒（ＳＣＲ３０）が設けられている。
【００１１】
制御装置４０は、内燃機関１０を制御対象とし、内燃機関１０の制御量（トルク、排気成分）を制御するために、燃料噴射弁１６やポンプ２５、添加弁２６等のアクチュエータを操作する。この際、制御装置４０は、エアフローメータ５０によって検出される吸入空気量Ｇａや、ＮＯｘセンサ５２によって検出されるＳＣＲ３０上流の排気中のＮＯｘ濃度、排気温センサ５４によって検出される添加弁２６の上流の排気温Ｔｅｘを参照する。またＣＰＵ４２は、尿素水圧センサ５６によって検出される尿素水の圧力Ｐｓや、尿素水温センサ５８によって検出される尿素水温Ｔｓを参照する。制御装置４０は、ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４４およびＲＡＭ４６を備えており、ＲＯＭ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
【００１２】
図２に、尿素水の添加に関する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ４４に記憶されているプログラムをＣＰＵ４２が所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
【００１３】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ４２は、まず、添加弁２６によって所定時間当たりに添加される尿素水量の要求量である要求添加量Ｄａを設定する（Ｓ１０）。すなわち、ＣＰＵ４２は、吸入空気量Ｇａから排気量を把握し、排気量とＮＯｘ濃度とに基づき、排気中のＮＯｘ流量を算出し、このＮＯｘ流量のＮＯｘと過不足なく反応できる量の尿素水量を反応等量として算出し、反応等量にＳＣＲ３０におけるアンモニアの吸着量を目標値とするための補正量を加算することによって、要求添加量Ｄａを算出する。
【００１４】
次にＣＰＵ４２は、ミキサ２８への堆積物の堆積量Ｍｍを取得する（Ｓ１２）。堆積量Ｍｍは、ＣＰＵ４２が、図２の処理とは別の処理において算出するものである。すなわち、ＣＰＵ４２は、ミキサ２８の表面温度が、ミキサ２８に尿素水が付着しやすい所定温度領域にある場合、尿素水の添加量や、吸入空気量Ｇａ等に応じて、堆積量Ｍｍを増加更新する。
【００１５】
上記所定温度領域は、次のようにして設定される。添加弁２６から噴射された尿素水は、時間の経過とともに、ビウレット、トリウレット、シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンへと変質し得る。ここで、シアヌル酸以降は、不溶性であるため、堆積物になりやすい。しかし、温度が低い場合には、シアヌル酸以降にまで変質しにくい一方、温度が高い場合には、熱分解しやすいため、堆積物が生じにくい。このため、所定温度領域は、シアヌル酸以降にまで変質しやすい温度領域であって且つ熱分解しにくい温度領域に設定される。
【００１６】
上記ミキサ２８の表面温度は、図２に示す処理とは別の処理をＣＰＵ４２が実行することにより算出される。ＣＰＵ４２は、ミキサ２８の表面温度を、排気温Ｔｅｘと尿素水温Ｔｓとの間の値に算出する。詳しくは、ＣＰＵ４２は、排気温Ｔｅｘが同一である場合、要求添加量Ｄａが多い場合に少ない場合よりも温度を尿素水温Ｔｓに近い値に算出する。また、添加間隔が長い場合に短い場合よりも排気温Ｔｅｘに近い値に算出する。
【００１７】
そしてＣＰＵ４２は、吸入空気量Ｇａが同一である場合、尿素水の添加量が多い場合に少ない場合よりも堆積量Ｍｍを多い値とする。またＣＰＵ４２は、尿素水の添加量が同一である場合、吸入空気量Ｇａが多い場合に少ない場合よりも堆積量Ｍｍを少ない値とする。
【００１８】
次にＣＰＵ４２は、堆積量Ｍｍが閾値Ｍｔｈを超えているか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、閾値Ｍｔｈは、ミキサ２８への堆積物の堆積速度が急激に増加する量の下限値に基づき設定されている。これは、ミキサ２８の表面が堆積物で覆われている場合には、覆われていない場合と比較して堆積物の堆積速度が大きくなることに鑑みたものである。これは、堆積物が微細構造を有するがゆえにミキサ２８の基材と比較して尿素水を吸着しやすいためである。
【００１９】
ＣＰＵ４２は、堆積量Ｍｍが閾値Ｍｔｈを超えていると判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、尿素水の圧力Ｐｓの目標値を変更する（Ｓ１６）。尿素水の圧力Ｐｓは、通常は、ポンプ２５を長時間駆動してもその劣化の促進が抑制される最大値に設定されており、Ｓ１６の処理は、目標値を上記最大値よりも低下させる処理である。
【００２０】
次に、ＣＰＵ４２は、ポンプ２５を操作することによって、尿素水の圧力Ｐｓを目標値にフィードバック制御する（Ｓ１８）。そして、ＣＰＵ４２は、堆積量Ｍｍをリセットする（Ｓ２０）。これは、添加弁２６による尿素水の噴射圧が変化することによって、ミキサ２８と尿素水との衝突部位が変化するため、すでにミキサ２８に堆積している堆積物が熱分解しやすくなり、減少していくことに鑑みたものである。
【００２１】
また、ＣＰＵ４２は、目標値に基づき添加弁２６による１回当たりの噴射時間（噴射パルス幅）を設定する（Ｓ２２）。すなわち、本実施形態では、要求添加量Ｄａは、所定時間当たりの添加量であり、添加弁２６を所定の周波数で開閉することによって所定時間当たりの添加量を要求添加量Ｄａとする。一方、噴射パルス幅が同一であっても、尿素水の圧力Ｐｓが高い場合には低い場合よりも１回当たりの噴射量が多くなる。このため、ＣＰＵ４２は、目標値に応じて噴射パルス幅を調整する。
そしてＣＰＵ４２は、噴射パルス幅を設定した値としつつ、添加弁２６を操作することによって、尿素水を排気中に添加する処理を実行する（Ｓ２４）。
なお、ＣＰＵ４２は、Ｓ２４の処理が完了する場合や、Ｓ１４において否定判定する場合には、図２に示した一連の処理を一旦終了する。
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００２２】
ＣＰＵ４２は、堆積物の堆積量Ｍｍが閾値Ｍｔｈを超えると判定すると、添加弁２６からの尿素水の噴射圧を変更する。これにより、図３に示すように、ミキサ２８と尿素水との衝突部位が変化する。
【００２３】
図３において、実線は排気の流れを模式的に示し、一点鎖線は、目標値が高い場合の尿素水の飛散状態を模式的に示し、破線は、目標値が低い場合の尿素水の飛散状態を模式的に示す。図示されるように、低圧である場合には高圧である場合と比較して尿素水の飛散経路が排気の流動の影響を受けやすいため、尿素水の噴射圧によってミキサ２８との衝突部位が変化する。
【００２４】
上記閾値Ｍｔｈは、ミキサ２８への堆積物の堆積速度が急激に増加する堆積量よりも少量に設定されている。このため、噴射圧を変更した時点において、ミキサ２８への堆積量はさほど多くないため、それ以降、堆積物に尿素水がさらに衝突することが抑制されると、熱分解反応によって堆積物が減少していく。
【００２５】
しかも堆積量Ｍｍが閾値Ｍｔｈ以上となることを条件に目標値を変更するため、目標値の変更頻度が高くなることを抑制することができる。目標値が変更されると、圧力Ｐｓが目標値に追従するまでの過渡時においては、Ｓ２２の処理によって設定した噴射パルス幅によっては、所定時間当たりの添加量を要求添加量Ｄａとすることができない。これに対し、本実施形態では、目標値の変更頻度が高くなることを抑制できるため、添加量の制御性の低下を抑制することができる。
＜対応関係＞
【００２６】
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。噴射圧制御処理は、Ｓ１８の処理に対応し、添加量設定処理は、Ｓ１０の処理に対応し、添加処理は、Ｓ２２，Ｓ２４の処理に対応し、取得処理は、Ｓ１２の処理に対応し、目標値変更処理は、Ｓ１６の処理に対応し、排気浄化制御装置は、制御装置４０に対応する。
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・図２のＳ２０の処理において堆積量Ｍｍをリセットする代わりに、時間に応じて漸減させてもよい。
【００２７】
・上記実施形態では、ミキサ２８への堆積物の堆積量Ｍｍの算出手法として、排気流量の変化等を特に考慮しなかったがこれを考慮してもよい。すなわち、上記実施形態のように、目標値が原則、固定されている場合、排気流量に応じてミキサ２８への尿素水の衝突部位が変化し得る。このため、排気流量の変化によって衝突部位が変化すると判断される場合には、堆積量Ｍｍを減少またはリセットしてもよい。また、たとえばミキサ２８部分の画像を検出する画像センサの出力値に基づき堆積量Ｍｍを算出してもよい。
【００２８】
・上記実施形態では、目標値を原則最大値としたが、これに限らない。たとえば、吸入空気量Ｇａに応じて可変設定することにより、尿素水をミキサ２８の最適位置に衝突させるようにしてもよい。
【００２９】
・上記実施形態では、目標値を変更する場合、噴射パルス幅を変更することによって所定時間当たりの添加量が要求添加量Ｄａとなるようにしたが、これに限らない。たとえば、噴射パルス幅を固定しつつ添加弁２６を開閉させる周波数である添加周波数を変更してもよく、また噴射パルス幅と添加周波数との双方を変更してもよい。
【００３０】
・排気浄化制御装置としては、ＣＰＵ４２とＲＯＭ４４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…燃焼室、１６…燃料噴射弁、１８…排気通路、２０…酸化触媒、２２…ＤＰＦ、２４…尿素タンク、２５…ポンプ、２６…添加弁、２８…ミキサ、３０…ＳＣＲ、４０…制御装置、４２…ＣＰＵ、４４…ＲＯＭ、４６…ＲＡＭ、５０…エアフローメータ、５２…ＮＯｘセンサ、５４…排気温センサ、５６…尿素水圧センサ、５８…尿素水温センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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