(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を排気通路内に噴射する還元剤噴射弁とを備え、機関運転状態に基づいて設定される還元剤添加量を前記還元剤噴射弁から複数回に分けて分割噴射する内燃機関の排気浄化装置において、
機関の燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中に還元剤を添加するとともに、燃料カット中の排気温度が所定値以上の状態で還元剤を添加するときには、燃料噴射中に還元剤を添加するときに比して還元剤の噴射回数を少なくする
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
燃料カット中の排気温度が前記所定値以上の状態で還元剤を添加するときには、還元剤の噴射態様を分割噴射から１回噴射に切り替える
請求項１に記載の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、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。こうした排気浄化装置では、例えば尿素水などの還元剤が噴射弁から排気通路に向けて噴射される。噴射された還元剤はＮＯｘ浄化触媒に到達するとアンモニアとして同ＮＯｘ浄化触媒に吸着される。そして同触媒に吸着されたアンモニアによりＮＯｘが還元浄化される。
【０００３】
また、特許文献１に記載の装置では、機関負荷が低いときには還元剤をパルス的に噴射供給することで、触媒での還元剤貯蔵を効果的に行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１２８３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、機関運転状態に基づいて設定される還元剤添加量を還元剤噴射弁から複数回に分けて分割噴射する場合には、特許文献１に記載されているように、還元剤がパルス的に噴射供給される。このようにしてパルス的に還元剤が噴射供給されると、連続的に還元剤が噴射供給される場合と比較して、還元剤の霧化が促進されて排気通路内での還元剤の分散性が向上するようになり、ＮＯｘ浄化率が高まるようになる。
【０００６】
しかし、パルス的に還元剤を噴射供給する場合には、連続的に還元剤を噴射供給する場合と比較して、還元剤噴射弁の動作回数（弁の開閉回数）が非常に多くなる。そのため還元剤噴射弁の耐久性が低下しやすくなってしまう。
【０００７】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元剤噴射弁の耐久性を向上させ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に記載の発明は、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を排気通路内に噴射する還元剤噴射弁とを備え、機関運転状態に基づいて設定される還元剤添加量を前記還元剤噴射弁から複数回に分けて分割噴射する内燃機関の排気浄化装置において、機関の燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中に還元剤を添加するとともに、燃料カット中の排気温度が所定値以上の状態で還元剤を添加するときには、燃料噴射中に還元剤を添加するときに比して還元剤の噴射回数を少なくすることをその要旨とする。
【０００９】
同構成では、機関運転状態に基づいて設定される還元剤添加量を還元剤噴射弁から複数回に分けて分割噴射するようにしている。従って、上述したように還元剤がパルス的に噴射供給されるようになり、連続的に還元剤が噴射供給される場合と比較して、還元剤の霧化が促進されて排気通路内での還元剤の分散性が向上するようになる。そのため、ＮＯｘ浄化率が高まるようになる。
【００１０】
他方、燃料噴射弁からの燃料噴射が実行されているときには、燃焼室でＮＯｘが発生する。このようにＮＯｘが発生している状態で還元剤が添加されると、一部の還元剤はＮＯｘ浄化触媒に達する前に排気中のＮＯｘと反応する。そのため、ＮＯｘとの反応分だけＮＯｘ浄化触媒に到達する還元剤の量は減り、この還元剤の減少分だけＮＯｘ浄化触媒のアンモニア吸着量も少なくなる。
【００１１】
一方、燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中には、燃焼室でＮＯｘが発生しない。そこで同構成では、燃料カット中にも還元剤を添加するようにしている。このように燃料カット中に添加された還元剤は排気中のＮＯｘと反応することなく、そのままＮＯｘ浄化触媒に到達する。従って、燃料噴射中に同量の還元剤を添加する場合と比較してＮＯｘ浄化触媒に到達する還元剤の量が多くなり、より多くのアンモニアをＮＯｘ浄化触媒に吸着させることが可能になる。
【００１２】
ここで、上述したように燃料カット中にはＮＯｘが発生しないため、燃料カット中に還元剤を添加する場合には、燃料噴射中に還元剤を添加する場合と比べてそれほど還元剤の霧化要求が高いわけではない。また、排気温度が高ければ排気熱によって還元剤の霧化がある程度促進されるため、還元剤を分割噴射するときの噴射回数を少なくすることが可能である。そこで同構成では、燃料カット中の排気温度が所定値以上の高温状態となっているときに還元剤を添加する際には、燃料噴射中に還元剤を添加するときに比して還元剤の噴射回数を少なくするようにしている。従って、還元剤の霧化を促しつつ、還元剤噴射弁の耐久性を向上させることができるようになる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、燃料カット中の排気温度が前記所定値以上の状態で還元剤を添加するときには、還元剤の噴射態様を分割噴射から１回噴射に切り替えることをその要旨とする。
【００１４】
同構成によれば、燃料カット中の排気温度が所定値以上の状態で還元剤を添加するときには、還元剤の噴射回数が１回にされるため、還元剤の噴射回数が最も少なくされる。従って、噴射回数の減少による還元剤噴射弁の耐久性向上を最大限に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における尿素水の添加処理についてその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添加態様を示すタイムチャートであって、（Ａ）は、燃料噴射中の添加態様を示すタイムチャート。（Ｂ）は、燃料カット中の添加態様を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、本明細書に記載の「上流」及び「下流」は、排気系での排気の流れ方向を基準にするものである。
【００１７】
図１に、本実施形態にかかる排気浄化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。
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。なお、このＤＰＦ触媒３２は、上記排気浄化部材を構成している。
【００２３】
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も可能である。
【００２４】
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。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ＤＰＦ触媒３２に流入することにより、同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の再生が図られる。
【００２５】
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ＮＯｘ浄化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。
【００２６】
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。
【００２７】
エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を供給する還元剤供給機構としての尿素水供給機構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。
【００２８】
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に向かって開口されている。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。なお、尿素添加弁２３０は、上記還元剤噴射弁を構成している。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、ＳＣＲ触媒４１に到達するとアンモニアとして吸着される。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。
【００３２】
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、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及び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に導入される排気還流量、いわゆる外部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。
【００３３】
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の始動操作及び停止操作を検出する。
【００３４】
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ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、ＤＰＦ触媒３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。
【００３５】
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の上流には、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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）、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に構成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
また、上記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も同制御装置８０によって行われる。
制御装置８０は、そうした排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御も行う。この添加制御では、エンジン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。
【００４０】
ところで、ＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量は、同ＳＣＲ触媒４１の温度（近似的には第２排気温度ＴＨ２）や、燃料噴射の状態によって変化する。
まず、第２排気温度ＴＨ２が高くなるほど、つまりＳＣＲ触媒４１の温度が高くなるほど、ＳＣＲ触媒４１に吸着されるアンモニア量は少なくなり、吸着限界温度を超えるとアンモニアを吸着することができなくなる。
【００４１】
また、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が実行されているときには、各気筒の燃焼室でＮＯｘが発生する。このようにＮＯｘが発生している状態で尿素水が添加されると、一部の尿素水はＳＣＲ触媒４１に達する前に排気中のＮＯｘと反応して同ＮＯｘを浄化する。そのため、ＮＯｘとの反応分だけＳＣＲ触媒４１に到達する尿素水の量は減り、この尿素水の減少分だけアンモニア吸着量も少なくなる。
【００４２】
一方、燃料噴射弁４ａ〜４ｄからの燃料噴射が中止される燃料カット中には、燃焼室でＮＯｘが発生しない。従って、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、添加された尿素水が排気中のＮＯｘと反応することなく、そのままＳＣＲ触媒４１に到達する。そのため、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、燃料噴射中に同量の尿素水を添加する場合と比較してＳＣＲ触媒４１に到達する尿素水の量が多くなる。従って、ＳＣＲ触媒４１の温度が同じであっても、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、燃料噴射中に同量の尿素水を添加する場合と比較してアンモニア吸着量が多くなる。
【００４３】
このようにＮＯｘが発生しない燃料カット中にも尿素水を添加すると、ＳＣＲ触媒４１に効率よくアンモニアを吸着させることができるため、本実施形態では、燃料カット中にも尿素水を添加するようにしている。
【００４４】
また、本実施形態では、機関運転状態に基づいて設定される上記尿素添加量ＱＥを尿素添加弁２３０から複数回に分けて分割噴射するようにしている。このようにしてパルス的に尿素水を噴射供給すると、連続的に尿素水を噴射供給する場合と比較して、尿素水の霧化が促進されて排気通路２６内での尿素水の分散性が向上するようになり、ＮＯｘ浄化率が高まるようになる。
【００４５】
しかし、このようにしてパルス的に尿素水を噴射供給すると、連続的に尿素水を噴射供給する場合と比較して、尿素添加弁２３０の動作回数（弁の開閉回数）が非常に多くなり、同尿素添加弁２３０の耐久性が低下しやすくなってしまう。
【００４６】
ここで、上述したように燃料カット中にはＮＯｘが発生しないため、燃料カット中に尿素水を添加する場合には、燃料噴射中に尿素水を添加する場合と比べてそれほど尿素水の霧化要求は高くない。また、排気温度が高ければ排気熱によって尿素水の霧化がある程度促進されるため、尿素水を分割噴射するときの噴射回数を少なくすることが可能である。
【００４７】
そこで本実施形態では、燃料カット中の排気温度が所定値以上の高温状態となっているときに尿素水を添加する際には、燃料噴射中に尿素水を添加するときに比して尿素水の噴射回数（尿素添加量ＱＥの分割回数）を少なくすることで尿素添加弁２３０の動作回数が少なくなるようにしている。
【００４８】
以下、図２を参照して、こうした処理を行うための尿素水の添加処理を説明する。なお、本処理は、制御装置８０によって実行される。
本処理が開始されるとまず、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいて添加周波数ＴＳが設定される（Ｓ１００）。この添加周波数ＴＳ（単位：Ｈｚ）は、尿素添加弁２３０に印加される電圧の周波数であり、尿素添加弁２３０の１秒間における開弁回数（動作回数）と同じである。この添加周波数ＴＳが高いほど、尿素添加量ＱＥの分割回数は多くなり、同尿素添加量ＱＥを添加し終わるまでの尿素添加弁２３０の動作回数は多くなる。
【００４９】
また、機関回転速度ＮＥが高いときほど単位時間当たりの排気流量が多くなって尿素水の分散性が向上するため、尿素水を分割噴射するときの噴射回数を少なくすることができる。そこで、添加周波数ＴＳは、機関回転速度ＮＥが高いときほど低い値に設定される。
【００５０】
さらに、燃料噴射弁４ａ〜４ｄから噴射される燃料噴射量Ｑが多いときほど排気温度が高くなって尿素水の霧化が促進され、これにより尿素水の分散性が向上するため、この場合にも尿素水を分割噴射するときの噴射回数を少なくすることができる。そこで、添加周波数ＴＳは、燃料噴射量Ｑが多いときほど低い値に設定される。このように添加周波数ＴＳは、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいて可変設定される。
【００５１】
次に、第２排気温度ＴＨ２に基づいて第１補正係数Ｋ１が設定される。この第１補正係数Ｋ１は、上記添加周波数ＴＳを低くするための補正係数であり、その値は「０＜Ｋ１≦１」の範囲内で可変設定される。より詳細には、第２排気温度ＴＨ２が高いほど、添加された尿素水の霧化が促進されて尿素水の分散性が向上するため、尿素水を分割噴射するときの噴射回数を少なくすることができる。そこで、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど、第１補正係数Ｋ１は小さい値に設定される。このように第１補正係数Ｋ１が小さい値に設定されるほど、添加周波数ＴＳはより低い値になるように補正され、これにより分割噴射時の噴射回数が少なくなって、尿素添加弁２３０の動作回数は少なくなる。
【００５２】
次に、吸入空気量ＧＡに基づいて第２補正係数Ｋ２が設定される。この第２補正係数Ｋ２も、上記添加周波数ＴＳを低くするための補正係数であり、その値は「０＜Ｋ２≦１」の範囲内で可変設定される。より詳細には、吸入空気量ＧＡが多いほど、排気通路内の排気流量が増大して尿素水の分散性が向上するため、尿素水を分割噴射するときの噴射回数を少なくすることができる。そこで、吸入空気量ＧＡが多いときほど、第２補正係数Ｋ２は小さい値に設定される。このように第２補正係数Ｋ２が小さい値に設定されるほど、添加周波数ＴＳはより低い値になるように補正され、これにより分割噴射時の噴射回数が少なくなって、尿素添加弁２３０の動作回数は少なくなる。
【００５３】
次に、下記の条件（１）及び条件（２）がともに成立しているか否かが判定される（Ｓ１３０）。
条件（１）：アクセルオフである。この条件（１）が満たされるときには、燃料カット中であると判断される。
【００５４】
条件（２）：第２排気温度ＴＨ２が閾値γよりも高い。この条件（２）が満たされるときには、排気熱によって尿素水の霧化がある程度促進される状態になっており、尿素水を分割噴射するときの噴射回数を燃料噴射時に比して少なくすることができると判断される。
【００５５】
ステップＳ１３０にて否定判定されるとき、つまりアクセルペダルが踏み込まれており燃料噴射が行われていることでＮＯｘが発生しているとき、あるいは第２排気温度ＴＨ２が閾値γ以下に低く排気熱による尿素水の霧化が滞るときには、尿素水を分割噴射するためにステップＳ１４０以降の処理が行われる。
【００５６】
ステップＳ１４０では、添加周波数ＴＳ、第１補正係数Ｋ１、及び第２補正係数Ｋ２に基づき次式（１）から補正後添加周波数ＴＳＨが算出される。
ＴＳＨ＝ＴＳ×Ｋ１×Ｋ２  …（１）
ＴＳＨ：補正後添加周波数ＴＳＨ
ＴＳ：添加周波数
Ｋ１：第１補正係数
Ｋ２：第２補正係数
次に、第２排気温度ＴＨ２及び吸入空気量ＧＡに基づいて当量比ＴＴが設定される（Ｓ１５０）。この当量比ＴＴは、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足の無い尿素水の単位時間当たりの添加量であって、より詳細にはＮＯｘの単位濃度当たりに必要な単位時間当たりの添加量（例えば本実施形態では、１ｐｐｍのＮＯｘを完全に還元するために必要な１時間当たりの添加量（ｇ））となっている。そして、吸入空気量ＧＡが多いほど（つまり排気流量が多いほど）、あるいは第２排気温度ＴＨ２が高いほど、ＮＯｘの単位濃度当たりに必要な添加量は多くなる傾向があるため、第２排気温度ＴＨ２が高いほど、あるいは吸入空気量ＧＡが多いほど当量比ＴＴの値は大きくなるように、同当量比ＴＴは可変設定される。
【００５７】
次に、当量比ＴＴに第１ＮＯｘ濃度Ｎ１が乗算されることにより、現在のＮＯｘ排出量に対応した尿素添加量ＱＥ（ｇ／ｈ）が算出される（Ｓ１６０）。
次に、補正後添加周波数ＴＳＨに基づいて添加インターバルＩＮＴが算出される（Ｓ１７０）。この添加インターバルＩＮＴは、尿素水の分割噴射時における噴射間隔時間であって、次式（２）から算出される。
【００５８】
添加インターバルＩＮＴ（秒）＝１／補正後添加周波数ＴＳＨ  …（２）
次に、補正後添加周波数ＴＳＨ及び尿素添加量ＱＥに基づき、尿素水の分割噴射時における１回当たりの開弁時間ＫＴが算出される（Ｓ１８０）。このステップＳ１８０では、噴射１回当たりの尿素添加量である単位尿素添加量ＱＥＴが、次式（３）に基づいて算出される。
【００５９】
ＱＥＴ＝（ＱＥ／３６００）×（１／ＴＳＨ）  …（３）
ＱＥＴ：単位尿素添加量（ｇ）
ＱＥ：尿素添加量（ｇ／ｈ）
ＴＳＨ：補正後添加周波数（Ｈｚ）
式（３）における（尿素添加量ＱＥ／３６００）の値は、１秒間に添加する必要のある尿素添加量を示す。そしてこの（尿素添加量ＱＥ／３６００）の値に、（１／補正後添加周波数ＴＳＨ）を乗算することにより、単位尿素添加量ＱＥＴが算出される。そしてこの単位尿素添加量ＱＥＴが添加できるように尿素添加弁２３０の開弁時間ＫＴが設定される。
【００６０】
次に、ステップＳ１９０にて尿素添加が実行されて、本処理は終了される。ステップＳ１９０にて尿素添加が実行されるときには、図３の（Ａ）に示すように、添加インターバルＩＮＴ内において開弁時間ＫＴの間だけ尿素添加弁２３０が開弁され、こうした間欠噴射が添加インターバルＩＮＴ毎に行われることにより、尿素水の分割噴射が行われる。
【００６１】
他方、ステップＳ１３０にて肯定判定されるとき、つまり燃料カット中であって第２排気温度ＴＨ２が閾値γよりも高いときには、第２排気温度ＴＨ２に基づいて尿素添加量ＱＥが設定される（Ｓ２００）。このステップＳ２００では、燃料カット中におけるＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量を最適化するのに好適な尿素添加量ＱＥ（ｇ）が設定される。すなわち、上述したように排気温度が高くなるほどＳＣＲ触媒４１のアンモニア吸着量は減少するようになるため、ステップＳ２００では、第２排気温度ＴＨ２が高いときほど尿素添加量ＱＥが少なくなるように同尿素添加量ＱＥは可変設定される。これにより過剰な尿素添加量ＱＥによるアンモニアスリップの発生が抑制される。
【００６２】
次に、ステップＳ２００で設定された尿素添加量ＱＥに基づいて尿素添加弁２３０の開弁時間ＫＴが設定される（Ｓ２１０）。このステップＳ２１０では、１回の開弁動作で尿素添加量ＱＥが添加できるように尿素添加弁２３０の開弁時間ＫＴが設定される。
【００６３】
そして、尿素添加が実行されて（Ｓ１９０）、本処理は終了される。ステップＳ１３０にて肯定判定されてステップＳ１９０にて尿素添加が実行されるときには、図３の（Ｂ）に示すように、１回の開弁動作で、開弁時間ＫＴの間に必要とされる尿素添加量ＱＥが添加される。つまり尿素水の噴射態様は、分割噴射ではなく、１回噴射（連続噴射）にされる。
【００６４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、尿素水の分散性を向上させるために、尿素水を分割噴射するようにしている。また、ＳＣＲ触媒４１に対してアンモニアを効率よく吸着させるために、ＮＯｘが発生しない燃料カット中にも尿素水を添加するようにしている。ここで、先の図２に示したステップＳ１３０で肯定判定されるとき、つまり燃料カット中であって第２排気温度ＴＨ２が閾値γ以上の高温状態となっているときには、燃料噴射中に尿素水を噴射する場合に比して尿素水の噴射回数を少なくするようにしている。より詳細には、燃料カット中に尿素水を添加するときには、尿素水の分割噴射を中止して１回噴射に切り替えるようにしている。このように燃料カット中の第２排気温度ＴＨ２が閾値γ以上の状態で尿素水を添加するときには尿素水の噴射回数が１回にされるため、燃料カット中にも燃料噴射中と同様な分割噴射を行う場合と比較して、尿素水の噴射回数が最も少なくなり尿素添加弁２３０の動作回数が最大限に抑えられる。従って、噴射回数の減少による尿素添加弁２３０の耐久性向上が最大限に図られるようになる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）機関運転状態に基づいて尿素添加量ＱＥを設定し、この設定された尿素添加量ＱＥを尿素添加弁２３０から複数回に分けて分割噴射するようにしている。これにより排気通路２６内での尿素水の分散性が向上するようになり、ＮＯｘ浄化率が高まるようになる。
【００６６】
（２）燃料カット中にも尿素水を添加するようにしているため、より多くのアンモニアをＳＣＲ触媒４１に吸着させることができるようになる。
（３）燃料カット中の第２排気温度ＴＨ２が閾値γ以上の状態で尿素水を添加するときには、燃料噴射中に尿素水を添加するときに比して尿素水の噴射回数が少なくなるようにしている。そのため、排気熱によって尿素水の霧化を促しつつ、尿素添加弁２３０の耐久性を向上させることができるようになる。
【００６７】
（４）燃料カット中の第２排気温度ＴＨ２が閾値γ以上の状態で尿素水を添加するときには、尿素水の噴射態様を分割噴射から１回噴射に切り替えるようにしている。従って、噴射回数の減少による尿素添加弁２３０の耐久性向上を最大限に図ることができる。
【００６８】
（５）尿素水の分散性及び尿素添加弁２３０の動作回数に関与する上記添加周波数ＴＳを、尿素水の分散性に関与する機関回転速度ＮＥや燃料噴射量Ｑに基づいて可変設定するようにしている。従って、尿素水を分割噴射するに際して、尿素水の分散性を確保しつつ尿素添加弁２３０の動作回数を可能な限り減少させることができる。
【００６９】
（６）また、尿素水の分散性及び尿素添加弁２３０の動作回数に関与する上記添加周波数ＴＳを、尿素水の分散性に関与する第２排気温度ＴＨ２や吸入空気量ＧＡに基づいてさらに補正するようにしている。従って、尿素水を分割噴射するに際して、尿素水の分散性をさらに確保しつつ尿素添加弁２３０の動作回数を可能な限りさらに減少させることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・燃料カット中での尿素水の噴射回数を１回にしたが、２回以上にしてもよい。要は、燃料カット中の尿素水の噴射回数が、燃料噴射中の噴射回数よりも少なくなるようにすればよい。例えば、先の図２に示したステップＳ１３０にて肯定判定されるときには、上記添加周波数ＴＳを低くする第３補正係数Ｋ３を設定する。この第３補正係数Ｋ３の値は「０＜Ｋ３＜１」の範囲内で適宜設定する。そして、この第３補正係数Ｋ３を上記補正後添加周波数ＴＳＨに乗算することで、燃料カット中の添加周波数が燃料噴射中よりも低くなるようにする。そして、補正後添加周波数ＴＳＨに第３補正係数Ｋ３を乗算した値や、ステップＳ２００にて設定された尿素添加量ＱＥ等に基づき、添加インターバルＩＮＴや噴射１回当たりの開弁時間ＫＴを設定して、燃料カット中に分割噴射を行うようにしてもよい。この場合でも、燃料カット中における尿素水の噴射回数が、燃料噴射中における尿素水の噴射回数よりも少なくなるため、尿素添加弁２３０の耐久性が向上するようになる。
【００７１】
・上記第１補正係数Ｋ１による添加周波数ＴＳの補正や、上記第２補正係数Ｋ２による添加周波数ＴＳの補正を省略してもよい。
・機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑといった２つのパラメータに基づいて添加周波数ＴＳを設定するようにしたが、いずれか一方のパラメータを省略してもよい。
【００７２】
・添加周波数ＴＳを予め定められた固定値としてもよい。
・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。
【００７３】
その他、上記実施形態から把握することができる技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記分割噴射時の噴射回数は、機関回転速度が高いときほど少なくされることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【００７４】
同装置によれば、尿素水の分散性及び還元剤噴射弁の動作回数に関与する分割噴射時の噴射回数が、尿素水の分散性に関与する機関回転速度に基づいて変更される。従って、尿素水を分割噴射するに際して、尿素水の分散性を確保しつつ還元剤噴射弁の動作回数を可能な限り減少させることができるようになる。
【００７５】
（ロ）請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記分割噴射時の噴射回数は、燃料噴射量が多いときほど少なくされることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【００７６】
同装置によれば、尿素水の分散性及び還元剤噴射弁の動作回数に関与する分割噴射時の噴射回数が、尿素水の分散性に関与する燃料噴射量に基づいて変更される。従って、尿素水を分割噴射するに際して、尿素水の分散性を確保しつつ還元剤噴射弁の動作回数を可能な限り減少させることができるようになる。
【００７７】
（ハ）請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記分割噴射時の噴射回数は、排気通路内の排気温度が高いときほど少なくされることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【００７８】
同装置によれば、尿素水の分散性及び還元剤噴射弁の動作回数に関与する分割噴射時の噴射回数が、尿素水の分散性に関与する排気温度に基づいて変更される。従って、尿素水を分割噴射するに際して、尿素水の分散性を確保しつつ還元剤噴射弁の動作回数を可能な限り減少させることができるようになる。
【００７９】
（ニ）請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記分割噴射時の噴射回数は、排気通路内の排気流量が多いときほど少なくされることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【００８０】
同装置によれば、尿素水の分散性及び還元剤噴射弁の動作回数に関与する分割噴射時の噴射回数が、尿素水の分散性に関与する排気流量に基づいて変更される。従って、尿素水を分割噴射するに際して、尿素水の分散性を確保しつつ還元剤噴射弁の動作回数を可能な限り減少させることができるようになる。
【符号の説明】
【００８１】
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、２４０…供給通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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