(57)【要約】【課題】添加剤の消費量を低減することのできる内燃機関の添加剤供給装置を提供する。【解決手段】この装置は、エンジンの排気通路に尿素水を噴射する尿素添加弁と、同尿素添加弁からの添加剤の添加によってＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、排気通路における尿素添加弁より排気流れ方向上流側の部分の排気温度が所定温度以上であるときに尿素添加弁から添加剤の噴射を実行する制御装置とを備える。尿素添加弁は、外気との熱交換によって放熱する放熱フィンを有する。制御装置は、外気温度ＴＨｏｕｔが低いときほど、尿素水の噴射量（目標冷却噴射量ＴＱｃ）を少なくする（Ｓ１０２，Ｓ１０６）。【選択図】図２
2015040480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に添加剤を噴射する添加弁と、前記排気通路における前記添加弁より排気流れ方向下流側に設けられて前記添加弁からの添加剤の添加によってＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記排気通路における前記添加弁より排気流れ方向上流側の部分の排気温度が所定温度以上であるときに前記添加弁から添加剤の噴射を実行する制御部とを備える内燃機関の添加剤供給装置であって、
前記添加弁は、外気との熱交換によって放熱する放熱フィンを有し、
前記制御部は、外気温度が低いときほど、添加剤の噴射量を少なくする
ことを特徴とする内燃機関の添加剤供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置において、
前記内燃機関は車両に搭載され、
前記制御部は、前記車両の走行速度が高いときほど、添加剤の噴射量を少なくする
ことを特徴とする内燃機関の添加剤供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の添加剤供給装置において、
前記制御部は、前記内燃機関の排気の温度が低いときほど、添加剤の噴射量を少なくする
ことを特徴とする内燃機関の添加剤供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の添加剤供給装置において、
前記制御部は、前記排気通路における排気の流量が少ないときほど、添加剤の噴射量を少なくする
ことを特徴とする内燃機関の添加剤供給装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の添加剤供給装置において、
前記制御部は、前記添加弁の冷却のための第１の添加剤噴射量と前記ＮＯｘ浄化触媒でのＮＯｘの浄化のための第２の添加剤噴射量とを算出するとともに、前記第１の添加剤噴射量が前記第２の添加剤噴射量より多いときには、前記第１の添加剤噴射量に基づき前記添加弁からの添加剤の噴射を実行し、前記第１の添加剤噴射量が前記第２の添加剤噴射量以下であるときには、前記第２の添加剤噴射量に基づき前記添加弁からの添加剤の噴射を実行する
ことを特徴とする内燃機関の添加剤供給装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の添加剤供給装置において、
前記制御部は、前記ＮＯｘの浄化のための添加剤噴射の実行条件が成立しているときには前記第２の添加剤噴射量を正の値にし、前記実行条件が成立していないときには前記第２の添加剤噴射量を「０」にする
ことを特徴とする内燃機関の添加剤供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の添加剤供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気を浄化するために、排気通路に対して添加剤を供給する装置が知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒で還元浄化するために、排気通路内に尿素水を供給するようにしている。
【０００３】
また特許文献１の装置では、高温の排気による熱害から添加弁を保護するために、同添加弁の内部に添加剤を供給している。この装置では、添加弁の内部や同添加弁に添加剤を供給する供給通路の内部で添加剤が気化するため、その気化熱を利用して添加弁が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０３０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、添加弁の冷却に際して、同添加弁から添加剤を噴射する必要がある。こうした添加弁の冷却のための添加剤の噴射では、その添加量が必ずしも触媒におけるＮＯｘの浄化に適した量にならないばかりか、ＮＯｘの浄化に適していない状況で添加剤が噴射されるおそれもある。この場合、添加弁の冷却のための添加剤の噴射が、添加剤の消費量の増加を招く一因になってしまう。
【０００６】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加剤の消費量を低減することのできる内燃機関の添加剤供給装置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、上記課題を達成するための内燃機関の添加剤供給装置は、内燃機関の排気通路に添加剤を噴射する添加弁と、前記排気通路における前記添加弁より排気流れ方向下流側に設けられて前記添加弁からの添加剤の添加によってＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記排気通路における前記添加弁より排気流れ方向上流側の部分の排気温度が所定温度以上であるときに前記添加弁から添加剤の噴射を実行する制御部とを備える。前記添加弁は、外気との熱交換によって放熱する放熱フィンを有し、前記制御部は、外気温度が低いときほど、添加剤の噴射量を少なくする。
【０００８】
上記装置によれば、内燃機関の排気からの受熱によって添加弁の温度が高くなるとはいえ、放熱フィンにおける外気との熱交換によって添加弁が冷却されるため、その分だけ添加弁の温度上昇を抑えることができる。しかも、上記装置では、外気温度が低いときほど、すなわち放熱フィンにおける熱交換量が多いために添加弁の温度が低くなるときほど、排気通路における添加弁より排気流れ方向上流側の部分の排気温度が所定温度以上であるときの添加剤の噴射量を少なくすることができ、これにより添加弁の冷却のための添加剤の噴射量を少なくすることができる。そのため、添加弁の温度上昇を抑えつつ、添加剤の消費量を低減することができる。
【０００９】
上記装置において、前記内燃機関は車両に搭載され、前記制御部は、前記車両の走行速度が高いときほど、添加剤の噴射量を少なくすることが好ましい。
上記装置では、車両の走行速度が高いときほど、走行風の風量が多くなるため、放熱フィンにおける熱交換量が多くなって添加弁の温度が低くなる。上記装置によれば、そうした車両の走行速度と放熱フィンにおける熱交換量との関係に合わせて、添加弁の冷却のための添加剤の噴射量を少なくすることができるため、添加剤の消費量を好適に低減することができる。
【００１０】
上記装置において、前記制御部は、前記内燃機関の排気の温度が低いときほど、添加剤の噴射量を少なくすることが好ましい。
内燃機関の排気の温度が低いときほど、排気からの添加弁の受熱量が少ないために、同添加弁の温度が低くなり易い。上記装置によれば、排気温度が低く添加弁の温度が低くなり易いときほど、同添加弁の冷却のための添加剤の噴射量を少なくすることができるため、添加剤の消費量を好適に低減することができる。
【００１１】
上記装置において、前記制御部は、前記排気通路における排気の流量が少ないときほど、添加剤の噴射量を少なくすることが好ましい。
内燃機関の排気の流量が少ないときほど、排気からの添加弁の受熱量が少ないために、同添加弁の温度が低くなり易い。上記装置によれば、排気流量が少なく添加弁の温度が低くなり易いときほど、同添加弁の冷却のための添加剤の噴射量を少なくすることができるため、添加剤の消費量を好適に低減することができる。
【００１２】
上記装置において、前記制御部は、前記添加弁の冷却のための第１の添加剤噴射量と前記ＮＯｘ浄化触媒でのＮＯｘの浄化のための第２の添加剤噴射量とを算出するとともに、前記第１の添加剤噴射量が前記第２の添加剤噴射量より多いときには、前記第１の添加剤噴射量に基づき前記添加弁からの添加剤の噴射を実行し、前記第１の添加剤噴射量が前記第２の添加剤噴射量以下であるときには、前記第２の添加剤噴射量に基づき前記添加弁からの添加剤の噴射を実行することが好ましい。
【００１３】
上記装置では、添加弁の冷却のために必要な噴射量（第1の添加剤噴射量）とＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの浄化のために必要な噴射量（第２の添加剤噴射量）とが各別に算出されるとともに、それら噴射量のうちの多い方に基づいて添加弁からの添加剤の噴射が実行される。これにより、第１の添加剤噴射量が第２の添加剤噴射量より多いときには、ＮＯｘの浄化のために必要な量の添加剤を噴射するだけでは添加弁の温度を抑えることができないとして、これよりも多い添加弁の冷却のために必要な量の添加剤が噴射される。そのため、このときにはＮＯｘの浄化のために十分な量であって、添加弁の冷却に適した量の添加剤を噴射することができる。しかも、第１の添加剤噴射量が第２の添加剤噴射量以下であるときには、ＮＯｘの浄化のために必要な量の添加剤を噴射することによって添加弁の温度を抑えることができるとして、ＮＯｘの浄化のために必要な量の添加剤が噴射される。このときにはＮＯｘの浄化のために適正な量であって、添加弁の冷却のために十分な量の添加剤を添加弁から噴射することができる。したがって上記装置によれば、添加弁を冷却する機能とＮＯｘを浄化する機能とを共に満たしつつ、添加剤の消費量の低減を図ることができる。
【００１４】
上記装置において、前記制御部は、前記ＮＯｘの浄化のための添加剤噴射の実行条件が成立しているときには前記第２の添加剤噴射量を正の値にし、前記実行条件が成立していないときには前記第２の添加剤噴射量を「０」にすることができる。
【００１５】
上記装置では、実行条件が満たされるときには第２の添加剤噴射量を利用して添加弁からの添加剤の噴射が実行される一方、実行条件が満たされないときには第２の添加剤噴射量を利用せずに第１の添加剤噴射量に基づいて添加弁からの添加剤の噴射が実行される。このように上記装置によれば、ＮＯｘの浄化のための添加剤噴射の必要の有無に応じて、添加弁からの添加剤の噴射を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内燃機関の添加剤供給装置の一実施形態の概略構成を示す概略図。
【図２】噴射量算出処理の実行手順を示すフローチャート。
【図３】外気温度と補正値Ａ１との関係を示す概念図。
【図４】車速と補正値Ｂ１との関係を示す概念図。
【図５】第２排気温度と補正値Ｃ１との関係を示す概念図。
【図６】排気流量と補正値Ｄ１との関係を示す概念図。
【図７】エンジン負荷と機関回転速度とベース冷却噴射量との関係を示す概念図。
【図８】エンジン負荷と機関回転速度と目標浄化噴射量との関係を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、内燃機関の添加剤供給装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１に、本実施形態の添加剤供給装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。
【００１８】
エンジン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。また、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。
【００１９】
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の開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。
【００２０】
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。
【００２１】
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、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ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。
【００２２】
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排気下流には、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およびフィルタ３２が配設されている。
【００２３】
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、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。
【００２４】
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やフィルタ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を介して前記サプライポンプ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ことも可能である。
【００２５】
フィルタ３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、フィルタ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。この燃料添加弁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、これにより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フィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。
【００２６】
また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の排気下流には、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。
【００２７】
さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の排気下流には、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。
【００２８】
エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を供給する尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁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にて構成されている。
【００２９】
尿素添加弁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。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。
【００３０】
尿素添加弁２３０は、放熱部材２３１を介して排気通路２６に取り付けられている。この放熱部材２３１の外面には複数の放熱フィン２３２が一体に形成されている。こうした放熱部材２３１が設けられているため、尿素添加弁２３０と外気との間での熱交換が促進されて、同尿素添加弁２３０が冷却される。なお、尿素添加弁２３０から尿素水を噴射するときには、タンク２１０から供給される比較的低温の尿素水との熱交換によって尿素添加弁２３０は冷却される。
【００３１】
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、尿素添加弁２３０および供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。
【００３２】
また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。
【００３３】
尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＳＣＲ触媒４１に供給される。ＳＣＲ触媒４１に供給されたアンモニアは、同ＳＣＲ触媒４１に吸蔵されてＮＯｘの還元に利用される。なお、加水分解されたアンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒４１に吸蔵される前に直接ＮＯｘの還元に利用される。
【００３４】
この他、エンジン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。このＥＧＲ装置は、排気の一部（いわゆるＥＧＲガス）を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。このＥＧＲ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、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、およびＥＧＲクーラ１４等により構成されている。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に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、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。本実施形態では、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入が、エンジン負荷ＫＬ（本実施形態では、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射量）が比較的小さく且つ機関回転速度ＮＥが比較的低い機関運転領域に限って実行される。すなわち、エンジン負荷ＫＬが大きい機関運転領域や機関回転速度ＮＥが高い機関運転領域では、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入が実行されない。
【００３５】
エンジン１には、機関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、外気温度ＴＨｏｕｔを検出する。車速センサ２４はエンジン１が搭載された車両の走行速度、すなわち車速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エンジン１の始動操作および停止操作を検出する。
【００３６】
また、酸化触媒３１の排気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ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、フィルタ３２の排気上流および排気下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。
【００３７】
第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の排気上流には、第２排気温度センサ１２０および第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。
【００３８】
第３浄化部材５０の排気下流の排気通路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。
【００３９】
これら各種センサ等の出力は制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、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に構成されている。なお、ＣＰＵや上述した各種センサには、バッテリから電力が供給される。
【００４０】
そして、制御装置８０により、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の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。また、上記フィルタ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も同制御装置８０によって行われる。
【００４１】
また、制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による添加剤の添加制御を行う。この添加制御では、ＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘの浄化のための尿素水の噴射（以下、浄化用噴射）と、尿素添加弁２３０の冷却のための尿素水の噴射（以下、冷却用噴射）とが実行される。
【００４２】
浄化用噴射は、基本的に、次のように実行される。すなわち、機関運転状態（エンジン負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥ）に基づいて、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために過不足の無い尿素水噴射量（目標浄化噴射量ＴＱｎ）が算出される。そして、この目標浄化噴射量ＴＱｎと同量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。なお本実施形態では、この目標浄化噴射量ＴＱｎが第２の添加剤噴射量に相当する。
【００４３】
また、冷却用噴射は、基本的には、次のように実行される。すなわち、機関運転状態（エンジン負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥ）に基づいて、高温の排気に晒される尿素添加弁２３０の温度を温度補償範囲における上限温度未満に抑えるために過不足の無い尿素水噴射量（目標冷却噴射量ＴＱｃ）が算出される。そして、目標冷却噴射量ＴＱｃと同量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。本実施形態では、この目標冷却噴射量ＴＱｃが第１の添加剤噴射量に相当する。なお、尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射が同尿素添加弁２３０の冷却に寄与している状態であることは、第２排気温度ＴＨ２が所定温度（詳しくは、尿素添加弁２３０の噴孔付近の温度が尿素水の沸点以上になる温度）以上であることによって判断することができる。この場合、尿素添加弁２３０の内部で尿素水が気化するため、その気化熱によって同尿素添加弁２３０が冷却される。また、第２排気温度ＴＨ２が所定温度以上であるときに、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度（第１ＮＯｘ濃度Ｎ１）と同ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度（第２ＮＯｘ濃度Ｎ２）とがさほど変わらない場合には、尿素水がＮＯｘの浄化に殆ど寄与しておらず、尿素水の噴射が尿素添加弁２３０の冷却に寄与している状態であると云える。
【００４４】
ところで、冷却用噴射では、その噴射量が必ずしもＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘの浄化に適した量にならないばかりか、例えばＳＣＲ触媒４１の床温が過度に高いときなど、ＮＯｘの浄化に適していない状況で尿素水が噴射されるおそれもある。そうした場合には、冷却用噴射が尿素水の消費量の増加を招く一因になってしまう。
【００４５】
そこで、本実施形態では、目標冷却噴射量ＴＱｃとして、外気温度ＴＨｏｕｔ、車速ＳＰＤ、第２排気温度ＴＨ２、および排気流量に基づき補正した値を算出するようにしている。
【００４６】
以下、そのようにして目標冷却噴射量ＴＱｃを算出する処理を含む処理であって、尿素添加弁２３０からの尿素水噴射量を算出する処理（噴射量算出処理）の実行手順について詳細に説明する。
【００４７】
図２は上記噴射量算出処理の実行手順を示している。図２のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、制御装置８０により実行される。
図２に示すように、この処理では先ず、以下の添加条件が満たされるか否かが判断される（ステップＳ１０１）。
【００４８】
［添加条件］ＳＣＲ触媒４１の床温が活性化温度以上になっていること。具体的には、第２排気温度ＴＨ２が所定温度（例えば２００℃）以上であること。
この添加条件が満たされないときには（ステップＳ１０１：ＮＯ）、以下の処理を実行することなく、本処理は一旦終了される。
【００４９】
添加条件が満たされると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、外気温度ＴＨｏｕｔに基づいて補正値Ａ１が算出される（ステップＳ１０２）。
図３に外気温度ＴＨｏｕｔと補正値Ａ１との関係を示す。図３に示すように、外気温度ＴＨｏｕｔが低いときほど、補正値Ａ１（ただし、０＜Ａ１≦「１．０」）として小さい値が算出される。この補正値Ａ１は、小さい値であるほど目標冷却噴射量ＴＱｃを減量するようになる値である。そのため、本処理では、外気温度ＴＨｏｕｔが低いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃが少なくなる。
【００５０】
本実施形態では、排気からの受熱によって尿素添加弁２３０の温度が高くなるとはいえ、放熱フィン２３２における外気との熱交換によって尿素添加弁２３０が冷却されるため、その分だけ尿素添加弁２３０の温度上昇が抑えられる。しかも、外気温度ＴＨｏｕｔが低いときほど、すなわち放熱フィン２３２における熱交換量（放熱量）が多いために尿素添加弁２３０の温度が低くなるときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができる。そのため、目標冷却噴射量ＴＱｃをもとに冷却用噴射を実行することにより、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。
【００５１】
また、車速ＳＰＤに基づいて補正値Ｂ１が算出される（図２のステップＳ１０３）。
図４に車速ＳＰＤと補正値Ｂ１との関係を示す。図４に示すように、車速ＳＰＤが高いときほど、補正値Ｂ１（ただし、０＜Ｂ１≦「１．０」）として小さい値が算出される。この補正値Ｂ１は、小さい値であるほど目標冷却噴射量ＴＱｃを減量するようになる値である。そのため、車速ＳＰＤが高いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃが少なくなる。
【００５２】
車速ＳＰＤが高いときほど、走行風の風量が多くなるため、放熱フィン２３２における熱交換量（放熱量）が多くなって尿素添加弁２３０の温度が低くなる。本処理では、そうした車速ＳＰＤと放熱フィン２３２における熱交換量との関係に合わせて、車速ＳＰＤが高いときに目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができる。そのため、目標冷却噴射量ＴＱｃをもとに冷却用噴射を実行することにより、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。
【００５３】
さらに、第２排気温度ＴＨ２に基づいて補正値Ｃ１が算出される（図２のステップＳ１０４）。
図５に第２排気温度ＴＨ２と補正値Ｃ１との関係を示す。図５に示すように、第２排気温度ＴＨ２が低いときほど、補正値Ｃ１（ただし、０＜Ｃ１≦「１．０」）として小さい値が算出される。補正値Ｃ１は、小さい値であるほど目標冷却噴射量ＴＱｃを減量するようになる値である。そのため、第２排気温度ＴＨ２が低いときほど目標冷却噴射量ＴＱｃが少なくなる。
【００５４】
エンジン１の排気温度が低いときほど、排気からの尿素添加弁２３０の受熱量が少ないために、同尿素添加弁２３０の温度が低くなり易い。本処理では、第２排気温度ＴＨ２が低く尿素添加弁２３０の温度が低くなり易いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができる。そのため、目標冷却噴射量ＴＱｃをもとに冷却用噴射を実行することにより、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。
【００５５】
また、エンジン１の排気流量（具体的には、その指標値である吸入空気量ＧＡ）に基づいて補正値Ｄ１が算出される（図２のステップＳ１０５）。
図６に排気流量と補正値Ｄ１との関係を示す。図６に示すように、排気流量が少ないときほど、補正値Ｄ１（ただし、０＜Ｄ１≦「１／０」）として小さい値が算出される。補正値Ｄ１は小さい値であるほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを減量するようになる値である。そのため、排気流量が少ないときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃが少なくなる。
【００５６】
排気流量が少ないときほど、排気からの尿素添加弁２３０の受熱量が少ないために、同尿素添加弁２３０の温度が低くなり易い。本処理では、エンジン１の排気流量が少なく尿素添加弁２３０の温度が低くなり易いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができる。そのため、目標冷却噴射量ＴＱｃをもとに冷却用噴射を実行することにより、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。
【００５７】
このようにして各補正値Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１が算出された後（図２のステップＳ１０２〜ステップＳ１０５）、エンジン負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥに基づいて、冷却用噴射の噴射量の制御基本値（ベース冷却噴射量Ｑｃｂ）が算出される（ステップＳ１０６）。
【００５８】
エンジン負荷ＫＬが大きいときほど排気温度が高くなり、また機関回転速度ＮＥが多いときほど排気流量が多くなるため、尿素添加弁２３０の排気からの受熱量が多くなって同尿素添加弁２３０の温度が高くなり易い。本処理では、こうした傾向に合わせて尿素添加弁２３０の温度を温度補償範囲の上限温度未満に抑えるべく、エンジン負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとベース冷却噴射量Ｑｃｂとの関係が予め定められて制御装置８０に記憶されている。ステップＳ１０６の処理では、図７に示すように、エンジン負荷ＫＬが大きいときほど、また機関回転速度ＮＥが高いときほど、ベース冷却噴射量Ｑｃｂとして多い量が算出される。
【００５９】
そして、このベース冷却噴射量Ｑｃｂに各補正値Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１を乗算した値（Ｑｃｂ×Ａ１×Ｂ１×Ｃ１×Ｄ１）が目標冷却噴射量ＴＱｃとして算出される（図２のステップＳ１０７）。
【００６０】
その後、エンジン負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥに基づいて、浄化用噴射における尿素水噴射量（前記目標浄化噴射量ＴＱｎ）が算出される（ステップＳ１０８）。
図８に、エンジン負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥと目標浄化噴射量ＴＱｎとの関係を示す。同図８に示すように、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入が実行される機関運転領域（ＥＧＲ領域）では、目標浄化噴射量ＴＱｎとして「正の値」が設定される。本実施形態では、ＥＧＲ領域では浄化用噴射の実行条件が成立しているとして、浄化用噴射が実行される。このＥＧＲ領域では、エンジン負荷ＫＬが大きいときほど、また機関回転速度ＮＥが高いときほど、排気中のＮＯｘ量が多くなるため、目標浄化噴射量ＴＱｎとして多い量が算出される。一方、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入が実行されない機関運転領域（非ＥＧＲ領域）では、目標浄化噴射量ＴＱｎとして「０」が設定される。この非ＥＧＲ領域においては、浄化用噴射の実行条件が成立していないとして、同噴射は実行されない。なお図７および図８中の一点鎖線はＥＧＲ領域と非ＥＧＲ領域との境界を示している。
【００６１】
その後、目標冷却噴射量ＴＱｃと目標浄化噴射量ＴＱｎとが比較されて、それら噴射量のうちの多い方が最終噴射量Ｑｆとして算出された後（図２のステップＳ１０９）、本処理は一旦終了される。
【００６２】
そして、本実施形態の添加制御では、この最終噴射量Ｑｆと同量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。
以下、このようにして最終噴射量Ｑｆを算出することによる作用について説明する。
【００６３】
本実施形態では、尿素添加弁２３０の冷却のために必要な噴射量（目標冷却噴射量ＴＱｃ）とＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘの浄化のために必要な噴射量（目標浄化噴射量ＴＱｎ）とが各別に算出されるとともに、それら噴射量のうちの多い方（最終噴射量Ｑｆ）に基づいて尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射が実行される。
【００６４】
これにより、目標冷却噴射量ＴＱｃが目標浄化噴射量ＴＱｎより多いときには、ＮＯｘを還元処理するために過不足の無い量の尿素水を噴射するだけでは尿素添加弁２３０の温度を適正に抑えることができないとして、これよりも多い量、すなわち尿素添加弁２３０の温度を前記上限温度未満に抑えるために過不足の無い量の尿素水が噴射される。そのため、このときにはＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘの浄化のために十分な量であって、尿素添加弁２３０の温度を前記上限温度未満に抑えるために過不足の無い量の尿素水を噴射することができる。
【００６５】
しかも、目標冷却噴射量ＴＱｃが目標浄化噴射量ＴＱｎ以下であるときには、ＮＯｘを還元処理するために過不足の無い量の尿素水を噴射することによって尿素添加弁２３０の温度を適正に抑えることができるとして、目標浄化噴射量ＴＱｎに基づいてＮＯｘの浄化のために必要な量の尿素水が噴射される。このときにはＮＯｘを還元処理するために過不足の無い量であって、尿素添加弁２３０の冷却のために十分な量の添加剤を尿素添加弁２３０から噴射することができる。
【００６６】
したがって本実施形態によれば、目標冷却噴射量ＴＱｃが目標浄化噴射量ＴＱｎより多いとき、および目標冷却噴射量ＴＱｃが目標浄化噴射量ＴＱｎ以下であるときの何れの場合にも、尿素添加弁２３０を冷却する機能とＳＣＲ触媒４１においてＮＯｘを浄化する機能とが共に好適に満たされる。
【００６７】
また本実施形態では、目標冷却噴射量ＴＱｃと目標浄化噴射量ＴＱｎとが各別に算出される。そのため、目標浄化噴射量ＴＱｎを不要に補正することなく、放熱フィン２３２による尿素添加弁２３０の放熱量（詳しくは、その指標値である外気温度ＴＨｏｕｔ、車速ＳＰＤ）や排気からの尿素添加弁２３０の受熱量（詳しくは、その指標値である第２排気温度ＴＨ２、排気流量）に応じて目標冷却噴射量ＴＱｃを的確に補正することができる。これにより、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために過不足の無い尿素水噴射量を目標浄化噴射量ＴＱｎとして精度良く算出することができ、また尿素添加弁２３０の温度を温度補償範囲における上限温度未満に抑えるために過不足の無い尿素水噴射量を目標冷却噴射量ＴＱｃとして精度良く算出することができる。したがって、放熱フィン２３２による尿素添加弁２３０の放熱量や排気からの尿素添加弁２３０の受熱量に応じたかたちで尿素水の噴射量を適正に減少させることができ、尿素水の消費量を好適に低減することができる。
【００６８】
また本実施形態では、ＥＧＲ領域では目標浄化噴射量ＴＱｎとして「正の値」が設定されて浄化用噴射が実行される一方、非ＥＧＲ領域では目標浄化噴射量ＴＱｎとして「０」が設定されて浄化用噴射が実行されない。これにより、実行条件が満たされるときには目標浄化噴射量ＴＱｎを利用して尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射が実行される一方、実行条件が満たされないときには目標浄化噴射量ＴＱｎを利用せずに目標冷却噴射量ＴＱｃに基づいて尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射が実行される。このように本実施形態によれば、浄化用噴射の必要の有無に応じて、尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射を実行することができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）尿素添加弁２３０に放熱フィン２３２を設けて、外気温度ＴＨｏｕｔが低いときほど目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくした。そのため、放熱フィン２３２における放熱量に応じたかたちで目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができ、この目標冷却噴射量ＴＱｃをもとに冷却用噴射を実行することにより、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。
【００７０】
（２）車速ＳＰＤが高いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくした。そのため、車速ＳＰＤと放熱フィン２３２における熱交換量との関係に合わせて、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を好適に低減することができる。
【００７１】
（３）第２排気温度ＴＨ２が低いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくした。これにより、エンジン１の排気温度と尿素添加弁２３０の受熱量との関係に応じたかたちで目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができるため、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を好適に低減することができる。
【００７２】
（４）排気流量が少ないときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくした。これにより、排気流量と排気からの尿素添加弁２３０の受熱量との関係に応じたかたちで目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくすることができるため、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。
【００７３】
（５）目標冷却噴射量ＴＱｃと目標浄化噴射量ＴＱｎとを各別に算出するとともに、それら噴射量のうちの多い方を最終噴射量Ｑｆとし、同最終噴射量Ｑｆに基づいて尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射を実行するようにした。そのため、尿素添加弁２３０を冷却する機能とＳＣＲ触媒４１においてＮＯｘを浄化する機能とを共に好適に満たすことができる。しかも、尿素添加弁２３０の温度を温度補償範囲における上限温度未満に抑えるために過不足の無い尿素水噴射量を目標冷却噴射量ＴＱｃとして精度良く算出することができるため、尿素水の消費量を好適に低減することができる。
【００７４】
（６）浄化用噴射の実行条件が成立しているＥＧＲ領域では目標浄化噴射量ＴＱｎとして「正の値」を設定する一方、同実行条件が成立していない非ＥＧＲ領域では目標浄化噴射量ＴＱｎとして「０」を設定した。そのため、浄化用噴射の必要の有無に応じて、尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射を実行することができる。
【００７５】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・エンジン負荷ＫＬとして、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射量を用いることに代えて、同燃料噴射量を機関回転速度ＮＥで除算した値（燃料噴射量／ＮＥ）やアクセル操作量ＡＣＣＰなど、任意の値を用いることができる。
【００７６】
・噴射量算出処理（図２）の各補正値Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１として、ベース冷却噴射量Ｑｃｂに乗算する値を算出することに限らず、ベース冷却噴射量Ｑｃｂに除算する値や加算する値、あるいは減算する値を算出するようにしてもよい。
【００７７】
・噴射量算出処理（図２）の補正値Ａ１を算出する処理（ステップＳ１０２）、補正値Ｂ１を算出する処理（ステップＳ１０３）、補正値Ｃ１を算出する処理（ステップＳ１０４）、および補正値Ｄ１を算出する処理（ステップＳ１０５）のうちの何れか１つ、何れか２つ、或いは何れか３つを省略してもよい。
【００７８】
・放熱フィン２３２による尿素添加弁２３０の放熱量の指標値であれば、外気温度ＴＨｏｕｔおよび車速ＳＰＤ以外の値（吸気温度など）を補正パラメータとして用いて、ベース冷却噴射量Ｑｃｂを補正することができる。こうした装置では、放熱フィン２３２による放熱量が多いときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくする値を補正値として算出すればよい。
【００７９】
・排気からの受熱量の指標値であれば、第２排気温度ＴＨ２および排気流量以外の値（第１排気温度ＴＨ１など）を補正パラメータとして用いて、ベース冷却噴射量Ｑｃｂを補正することができる。こうした装置では、排気からの尿素添加弁２３０の受熱量が少ないときほど、目標冷却噴射量ＴＱｃを少なくする値を補正値として算出すればよい。
【００８０】
・ＥＧＲ領域において浄化用噴射が実行される装置にも、上記実施形態の装置は適用可能である。
・噴射量算出処理（図２）の目標浄化噴射量ＴＱｎを算出する処理（ステップＳ１０８）と、目標冷却噴射量ＴＱｃおよび目標浄化噴射量ＴＱｎのうちの多い方を最終噴射量Ｑｆとして算出する処理（同ステップＳ１０９）を省略してもよい。この装置では、冷却用噴射の実行条件が成立していることを条件に、目標冷却噴射量ＴＱｃと同量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態を制御すればよい。こうした装置によっても、外気温度ＴＨｏｕｔや車速ＳＰＤ、第２排気温度ＴＨ２、並びに排気流量に基づく補正が実行されない装置と比較して、尿素添加弁２３０の温度上昇を適正に抑えつつ、尿素水の消費量を低減することができる。なお、冷却用噴射の実行条件が成立していることは、例えば機関運転領域（エンジン負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥ）に基づき判断したり、第２排気温度ＴＨ２が所定温度以上であることをもって判断したり、尿素添加弁２３０の温度が所定温度以上であることをもって判断したりすることができる。尿素添加弁２３０の温度は、温度センサによって直接検出することの他、車両運転状態（燃料噴射量や、吸入空気量ＧＡ、機関回転速度ＮＥ、排気温度、外気温度ＴＨｏｕｔ、車速ＳＰＤなど）に基づき推定することもできる。
【００８１】
・添加剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の添加剤を使用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…エンジン、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、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、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…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…ＮＯｘ浄化触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒：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…制御部としての制御装置、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、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２３１…放熱部材、２３２…放熱フィン、２４０…供給通路。
【図１】
2015040480.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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