(57)【要約】【課題】分散板において尿素水が衝突する部位の温度低下を抑えることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気浄化装置は、排気通路２６に設けられて尿素水を噴射する尿素添加弁２３０と、尿素添加弁２３０の排気下流側に設けられた分散板６０と、尿素添加弁２３０による尿素水の噴射を予め定められた一定の時間周期による時間同期にて実行する制御装置８０とを備えている。制御装置８０は、排気通路２６に配設された尿素添加弁２３０の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期を機関回転速度から算出する。そして、制御装置８０は、分散板６０の温度が所定温度よりも低いときには、尿素水の噴射時期を、一定の時間周期による時間同期からピーク時期に同期させる回転速度同期に変更する処理を実行する。【選択図】図１
2016196827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられて尿素水を噴射する添加弁と、
前記添加弁の排気通路下流に設けられた分散板と、
前記添加弁が噴射した尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として利用することにより排気中のＮＯｘを浄化する触媒と、
前記添加弁による尿素水の噴射を予め定められた一定の時間周期による時間同期によって実行する制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
排気温度に基づいて前記分散板の温度を算出する温度算出部と、
排気通路に配設された前記添加弁の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期を機関回転速度から算出するピーク時期算出部と、を備えており、
前記制御部は、前記温度算出部によって算出された前記分散板の温度が所定温度よりも低いときには、前記尿素水の噴射時期を、前記時間同期から前記ピーク時期算出部によって算出された前記ピーク時期との同期に変更する処理を実行する
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、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気に添加された尿素水を使って排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１など）。
こうした排気浄化装置では、尿素水を噴射する添加弁が排気通路に設けられており、添加弁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に変化する。そして、このアンモニアはＮＯｘ浄化用に用意された触媒に吸着され、その吸着されたアンモニアによって排気中のＮＯｘが還元浄化される。
【０００３】
また、そうした排気浄化装置を備える排気通路には、添加弁から噴射された尿素水を衝突させる分散板が添加弁の排気通路下流に設けられている。この分散板に尿素水を衝突させることによって尿素水の気化や霧化が促されるようになり、これにより尿素水の加水分解によるアンモニアの生成が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７１２５５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、上記特許文献１に記載の排気浄化装置は、添加弁による尿素水の噴射を予め定められた一定の時間周期による時間同期にて行うようにしている。
こうした一定の時間周期による時間同期にて尿素水の噴射が行われ続けると、添加弁から噴射された尿素水が分散板の同一部位に衝突し続ける状態が起きやすくなる。このようにして分散板の同一部位に尿素水が衝突し続けると、その衝突部位の温度が低下するため、同衝突部位では尿素水が気化すること無くそのまま付着してしまい、付着した尿素水が衝突部位でデポジット化してしまうおそれがある。
【０００６】
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、分散板において尿素水が衝突する部位の温度低下を抑え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】
【０００７】
上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて尿素水を噴射する添加弁と、前記添加弁の排気通路下流に設けられた分散板と、前記添加弁が噴射した尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として利用することにより排気中のＮＯｘを浄化する触媒と、前記添加弁による尿素水の噴射を予め定められた一定の時間周期による時間同期によって実行する制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、排気温度に基づいて前記分散板の温度を算出する温度算出部と、排気通路に配設された前記添加弁の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期を機関回転速度から算出するピーク時期算出部と、を備えている。そして、制御部は、前記温度算出部によって算出された前記分散板の温度が所定温度よりも低いときには、前記尿素水の噴射時期を、前記時間同期から前記ピーク時期算出部によって算出された前記ピーク時期との同期に変更する処理を実行する。
【０００８】
同構成によれば、分散板の温度が所定温度よりも低く、尿素水による温度低下が懸念されるときには、排気通路に配設された添加弁の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期に尿素水が噴射されるようになる。このピーク時期に合わせて尿素水が噴射されると、噴射された尿素水は排気によって十分に拡散される。従って、分散板の同一部位に尿素水が衝突し続けることを抑えることができるようになり、これにより分散板において尿素水が衝突する部位の温度低下を抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の排気浄化装置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】同実施形態において、時間同期による尿素添加弁の動作状態を示すタイムチャート。
【図３】同実施形態において、尿素添加弁から噴射される尿素水の噴霧の方向を示す模式図。
【図４】同実施形態において、排気脈動を利用した尿素水の噴射時期の設定態様を示すタイミングチャート。
【図５】同実施形態における尿素水の噴射処理の手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態における尿素添加量と温度判定値との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態において、機関回転速度及び尿素添加量と噴射分割数との関係を示す概念図。
【図８】第２実施形態における尿素水の噴射処理の手順を示すフローチャート。
【図９】同実施形態において機関回転速度による対象気筒の設定態様を示す表。
【図１０】第３実施形態における尿素水の噴射処理の手順についてその一部を示すフローチャート。
【図１１】同実施形態における尿素水の噴射態様を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、内燃機関の排気浄化装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１１】
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、シリンダブロックとの長手方向に向かって順番に、第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、及び第４気筒＃４が並んで設けられている。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の燃焼室に燃料をそれぞれ噴射する。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。このエンジン１における燃料の噴射順序は、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２となっている。
【００１２】
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。
【００１３】
吸気ポートには、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転に同期して開閉動作する吸気バルブが設けられている。また、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。
【００１４】
排気ポート６ａ〜６ｄには、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転に同期して開閉動作する排気バルブが設けられている。また、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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及びフィルタ３２が配設されている。
【００１７】
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、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。
【００１８】
また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、排気に燃料を添加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。また、燃料の噴射時期を調整してポスト噴射を行うことにより、排気に燃料を添加してもよい。
【００１９】
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、これにより燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内の排気に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から排気に添加された燃料は、酸化触媒３１に達すると酸化され、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。
【００２０】
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、尿素水から発生するアンモニア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。
【００２１】
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酸化して浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。
【００２２】
エンジン１には、尿素水を排気に添加する添加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とを接続する尿素水供給通路２４０、尿素水供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。
【００２３】
尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０及び第２浄化部材４０の間の排気通路２６の湾曲した箇所に設けられており、その噴射孔は排気下流に向けられている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、尿素水供給通路２４０を介して排気通路２６内には尿素水が噴射供給される。
【００２４】
ポンプ２２０は電動式のポンプであり、尿素水の噴射圧Ｐが予め定められた目標圧となるようにその回転速度が制御される。ポンプ２２０の正回転時には、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、ポンプ２２０の逆回転時には、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及び尿素水供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。
【００２５】
また、尿素添加弁２３０の排気通路下流とＳＣＲ触媒４１の排気通路上流との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を衝突させる分散板６０が設けられている。
【００２６】
尿素添加弁２３０から排気に添加された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアになる。また、分散板６０に尿素水を衝突させることにより、尿素水の気化や霧化が促されるようになるため、尿素水の加水分解によるアンモニアの生成が促進される。こうした尿素水由来のアンモニアがＳＣＲ触媒４１に到達すると、同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を利用して排気中のＮＯｘが還元浄化される。
【００２７】
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、排気の一部を吸気通路に戻すことで気筒内での混合気の燃焼温度を低下させ、これによりエンジン１から発生するＮＯｘの量を低減させる装置である。このＥＧＲ装置は、吸気通路の一部を構成するインテークマニホールド７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弁１５、及びＥＧＲ通路１３の途中に設けられたＥＧＲクーラ１４等により構成されている。機関運転状態に応じてＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより、排気通路２６から吸気通路に戻される排気の量であるＥＧＲ量が調整される。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。
【００２８】
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。クランク角センサ２１はクランクシャフトの回転角であるクランク角を検出する。なお、この検出されたクランク角に基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量であるアクセル操作量ＡＣＣＰ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。外気温センサ２５は、外気温ＴＨｏｕｔを検出する。また、尿素添加弁２３０と尿素水供給通路２４０との接続部位近傍に設けられた圧力センサ２６０は、尿素添加弁２３０近傍の尿素水の圧力である尿素圧ＮＰを検出する。
【００２９】
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、フィルタ３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。
【００３０】
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。なお、第１ＮＯｘセンサ１３０による第１ＮＯｘ濃度Ｎ１の検出に代えて、同第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を機関運転状態や排気温度などから推定してもよい。
【００３１】
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。なお、第２ＮＯｘセンサ１４０による第２ＮＯｘ濃度Ｎ２の検出に代えて、同第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を機関運転状態や排気温度などから推定してもよい。
【００３２】
これら各種センサ等の出力は、制御部としての制御装置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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
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水の要求添加量ＱＥが機関運転状態等に基づいて算出され、その算出された要求添加量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。
【００３５】
図２に示すように、制御装置８０は、尿素水の添加要求がある場合、予め定められた一定の時間周期、つまり噴射周期ＰＲによる時間同期によって尿素添加弁２３０から尿素水が繰り返し噴射されるように尿素水の噴射時期を設定して、同尿素添加弁２３０による尿素水噴射を実行する。
【００３６】
この尿素水噴射についてその概要を以下に説明する。
まず、尿素添加弁２３０に印加される電圧の周波数である駆動周波数ＫＳ（単位：Ｈｚ）がＳＣＲ触媒４１の温度などに基づいて設定される。この駆動周波数ＫＳの値は、１秒間での尿素添加弁２３０の噴射回数と同じ値であり、その駆動周波数ＫＳに基づいて次式（１）から噴射周期ＰＲ（単位：ミリ秒）が算出される。
【００３７】
噴射周期ＰＲ＝１０００（ミリ秒）／駆動周波数ＫＳ  …（１）
例えば、先の図２に示すように、駆動周波数ＫＳが３Ｈｚの場合には、１秒間で尿素添加弁２３０の開閉動作が３回行われ、このときの噴射周期ＰＲは約３３３ミリ秒になる。
【００３８】
次に、１つの噴射周期ＰＲにおいて要求される尿素添加量である単位尿素添加量ＱＥＴが、次式（２）に基づいて算出される。
ＱＥＴ＝（ＱＥ／３６００）／ＫＳ  …（２）
ＱＥＴ：単位尿素添加量（ｇ）
ＱＥ：要求添加量（ｇ／ｈ）
ＫＳ：駆動周波数（Ｈｚ）
式（２）における（要求添加量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。この（要求添加量ＱＥ／３６００）の値を駆動周波数ＫＳで除することにより、尿素添加弁２３０を１回開弁させたときに要求される尿素添加量である単位尿素添加量ＱＥＴが算出される。
【００３９】
ここで、尿素添加弁２３０を開弁したときに添加される尿素水の量は、尿素圧ＮＰに応じて変化する。そこで、尿素圧ＮＰ及び単位尿素添加量ＱＥＴに基づき、尿素添加弁２３０を１回開弁させるときの開弁時間ＫＴが算出される。
【００４０】
こうした手順にて尿素添加弁２３０の開弁時間ＫＴが算出されることにより、１つの噴射周期ＰＲ内において、尿素添加弁２３０からは、単位尿素添加量ＱＥＴに相当する分の尿素水が噴射される。また、尿素添加弁２３０の開弁及び閉弁が噴射周期ＰＲ毎に繰り返されることにより、尿素水はパルス状に間欠添加される。
【００４１】
ところで、一定の時間周期である上記噴射周期ＰＲによる時間同期にて尿素水の噴射を続けると、図３に示すように、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水が分散板６０の同一部位に連続して衝突し続ける状態が起きやすくなる。このようにして分散板６０の同一部位に尿素水が衝突し続けると、その衝突部位の温度が低下するため、同衝突部位では尿素水が気化すること無くそのまま付着してしまい、付着した尿素水が衝突部位でデポジット化してしまうおそれがある。
【００４２】
他方、排気通路２６内には、各気筒＃１〜＃４に設けられた各排気バルブの開弁及び閉弁動作によって排気脈動が発生するため、排気通路２６に配設された尿素添加弁２３０の配設位置における排圧（排気通路２６内の排気の圧力）は、そうした排気脈動によって周期的に変動する。
【００４３】
図４に示すように、尿素添加弁２３０の配設位置における排圧は、各気筒の掃気タイミング、つまり各気筒に設けられた排気バルブの開弁時期に応じて周期的に変動する。例えば、エンジン１の場合には、４気筒エンジンであって燃料の噴射順序が第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２となっている。そのため、尿素添加弁２３０の配設位置における排圧が排気脈動によって最も高くなる時期（以下、この時期をピーク時期という）は、クランク角が１８０°分進む毎に現れる。
【００４４】
こうしたピーク時期に尿素水を噴射すると、噴射された尿素水は排気によって十分に拡散されるようになるため、分散板６０の同一部位に尿素水が衝突し続けることを抑えることができるようになる。そこで本実施形態では、上述した時間同期だけではなく、排気脈動による上記ピーク時期に同期した尿素噴射も行うようにしている。
【００４５】
以下、本実施形態における尿素水の噴射処理について、図５〜図７を併せ参照して説明する。
図５に、本実施形態における尿素水の噴射処理の手順を示す。なお、この噴射処理は、上述した噴射周期ＰＲよりも短い周期毎に、制御装置８０によって繰り返し実行される。
【００４６】
本処理が開始されると、時間同期による尿素水の噴射要求があるか否かが判定される（Ｓ１００）。このステップＳ１００では、上記噴射周期ＰＲの到来による噴射要求がある場合に肯定判定される。そして、時間同期による尿素水の噴射要求がないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は終了される。
【００４７】
一方、時間同期による尿素水の噴射要求があるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨよりも低いか否かが判定される（Ｓ１１０）。分散板温度ＴＨＤは、分散板６０よりも排気上流の排気温度である第２排気温度ＴＨ２と、排気から分散板６０に伝わる熱の伝達率である熱伝達率ＴＲと、第２排気温度ＴＨ２の計測位置から分散板６０までの間における排気の放熱量ＨＲとに基づき、次式（３）から算出される。
【００４８】
分散板温度ＴＨＤ＝第２排気温度ＴＨ２×熱伝達率ＴＲ−放熱量ＨＲ  …（３）
熱伝達率ＴＲは、排気流量及び排気温度に基づいて設定される。より詳細には、熱伝達率ＴＲは、排気流量が多いほど高い値に設定される。また、熱伝達率ＴＲは、排気温度が高いほど高い値に設定される。なお、排気流量は機関運転状態や吸入空気量ＧＡから求めることができる。また、排気温度としては第２排気温度ＴＨ２を用いることが好ましい。
【００４９】
また、放熱量ＨＲは、外気温ＴＨｏｕｔと第２排気温度ＴＨ２との温度差、排気流量、尿素添加量、及び車速ＳＰＤに基づいて設定される。より詳細には、放熱量ＨＲは、外気温ＴＨｏｕｔと第２排気温度ＴＨ２との温度差が大きいほど多い値に設定される。また、放熱量ＨＲは、排気流量が多いほど多い値に設定される。また、放熱量ＨＲ、尿素添加量が多いほどは多い値に設定される。そして、放熱量ＨＲは、車速ＳＰＤが高いほど多い値に設定される。また、温度判定値ＴＨとしては、分散板温度ＴＨＤがこの温度判定値ＴＨよりも低くなっていることに基づいて、尿素水の衝突による分散板６０の温度低下により上記デポジット化が起きる程度に現在の分散板６０の温度が低くなっていることを的確に判定することができるように、その値は尿素添加量に基づいて可変設定される。
【００５０】
図６に示すように、要求添加量ＱＥが多いほど温度判定値ＴＨの値は低くなるように可変設定される。こうした温度判定値ＴＨの可変設定は、要求添加量ＱＥが多いほど分散板６０の温度は低下しやすいために行われる。
【００５１】
そして、分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨ以上であるときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、上述した時間同期による尿素水噴射が即時実行される（Ｓ１４０）。そして、本処理は終了される。
【００５２】
一方、分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨよりも低いときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、尿素添加量及び機関回転速度ＮＥに基づいて噴射分割数ＤＮが設定される（Ｓ１２０）。
この噴射分割数ＤＮは、上述した単位尿素添加量ＱＥＴを分割して噴射する場合の分割数のことであり、以下の理由に基づき設定される。
【００５３】
すなわち、上記ピーク時期に合わせて尿素水を噴射すると、噴射された尿素水は排気によって拡散されるのであるが、１つのピーク時期において拡散の効果が得られる時間は比較的短い時間である。従って、尿素添加量、より詳細には、上述した単位尿素添加量ＱＥＴが多いほど、尿素水の噴射分割数ＤＮを多くしてより多くのピーク時期に尿素水を噴射するようにすれば、噴射された尿素水の全量を十分に拡散させることができる。
【００５４】
また、１つのピーク時期において拡散の効果が得られる時間は、機関回転速度ＮＥが高くなるほど短くなる。そのため、機関回転速度ＮＥが高くなるほど、尿素水の噴射分割数ＤＮを多くしてより多くのピーク時期に尿素水を噴射するようにすれば、噴射された尿素水の全量を十分に拡散させることができる。
【００５５】
そこで、１つのピーク時期において拡散の効果が得られる時間を単位拡散時間ＴＭＫとし、機関回転速度ＮＥが高いときほど単位拡散時間ＴＭＫが短くなるように同単位拡散時間ＴＭＫを算出する。そして、この単位拡散時間ＴＭＫ内において噴射可能な尿素量を算出し、その算出された尿素量で単位尿素添加量ＱＥＴを除することにより、噴射分割数ＤＮが算出される。
【００５６】
従って、図７に示すように、機関回転速度ＮＥが高く、単位拡散時間ＴＭＫが短いときほど噴射分割数ＤＮは多くなる。また、単位尿素添加量ＱＥＴが多いときほど噴射分割数ＤＮは多くなる。なお、上述したような算出によらず、機関回転速度ＮＥ及び単位尿素添加量ＱＥＴに基づいて噴射分割数ＤＮを設定するマップを構築してもよい。
【００５７】
次に、時間同期による尿素水噴射に代えて、上述した排気脈動によるピーク時期に同期させた尿素水噴射が実行されて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。このステップＳ１３０では、１つの気筒の排気バルブが開弁してから、その１つの気筒から排出された排気によって尿素添加弁２３０の配設部位における排圧が最大になるまでの間の時間である排圧同期時間ＨＤＴが機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。なお、この排圧同期時間ＨＤＴは機関回転速度ＮＥが高いときほど短い時間に設定される。そして、この排圧同期時間ＨＤＴを算出した後に最初に開弁する排気バルブの開弁時期から同排圧同期時間ＨＤＴが経過した時期を上記ピーク時期として設定し、同ピーク時期の到来に合わせて尿素水が噴射される。
【００５８】
なお、上記噴射分割数ＤＮが「２」の場合には、排圧同期時間ＨＤＴを算出した後、２番目に開弁する排気バルブの開弁時期から同排圧同期時間ＨＤＴが経過した時期を２つめのピーク時期として設定し、この２つめのピーク時期の到来に合わせて２回目の尿素水噴射が実行される。つまり、上記噴射分割数ＤＮが「ｎ」の場合には、排圧同期時間ＨＤＴを算出した後、１〜ｎ番目に開弁する排気バルブの開弁時期から同排圧同期時間ＨＤＴが経過した時期をそれぞれピーク時期として設定し、各ピーク時期の到来に合わせてｎ回分の尿素水噴射が実行される。例えば、上記噴射分割数ＤＮが「５」の場合であって、排圧同期時間ＨＤＴを算出した後に最初に開弁する排気バルブが第１気筒＃１の排気バルブであった場合には、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２→第１気筒＃１の順で、各気筒に対応したピーク時期に尿素水が分割噴射される。
【００５９】
ちなみに、各ピーク時期の算出は、排気脈動による排圧の変動を考慮して行えばよく、適宜変更することができる。例えば、４気筒のエンジン１の場合、各気筒間におけるピーク時期のずれは概ね１８０°ＣＡとなっている。そのため上述した各ピーク時期の設定に代えて、次のような設定を行うこともできる。
【００６０】
すなわち、例えば上記噴射分割数ＤＮが「３」の場合には、上記態様にて最初に算出されるピーク時期を基準ピーク時期として、その基準ピーク時期におけるクランク角に「１８０°ＣＡ」を加算したクランク角を２つ目のピーク時期として設定する。そして、２つ目のピーク時期のクランク角に「１８０°ＣＡ」を加算したクランク角を３つ目のピーク時期として設定するようにしてもよい。つまり、上記噴射分割数ＤＮが「ｎ」の場合には、排圧同期時間ＨＤＴを算出した後に最初に開弁する排気バルブの開弁時期から同排圧同期時間ＨＤＴが経過した時期を基準ピーク時期とする。そして、その基準ピーク時期におけるクランク角に対して「１８０°ＣＡ」を必要な分だけ加算することにより、尿素水を分割噴射する際の各ピーク時期におけるクランク角を求め、その求められた各クランク角において尿素水を噴射することにより、連続した複数のピーク時期に合わせて尿素水を分割噴射するようにしてもよい。
【００６１】
なお、上記噴射処理を実行する制御装置８０によって、分散板６０の温度を算出する温度算出部や、排気通路２６に配設された尿素添加弁２３０の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期を機関回転速度から算出するピーク時期算出部が構成されている。
【００６２】
次に、上記噴射処理による作用を説明する。
分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨよりも低く、尿素水による分散板６０の温度低下が懸念されるときには、排気通路２６に配設された尿素添加弁２３０の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期に尿素水が噴射されるようになる。このピーク時期に合わせて尿素水が噴射されると、噴射された尿素水は排気によって十分に拡散される。
【００６３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨよりも低いときには、排気通路２６に配設された尿素添加弁２３０の配設位置における排圧が排気脈動によって最大となるピーク時期に同期させて尿素水を噴射するようにしている。このピーク時期に合わせて尿素水が噴射されると、噴射された尿素水は排気によって十分に拡散される。従って、分散板６０の同一部位に尿素水が衝突し続けることを抑えることができるようになり、これにより分散板６０において尿素水が衝突する部位の温度低下を抑えることができるようになる。そしてその結果、例えば分散板６０に付着した尿素水のデポジット化を抑えることができる。
【００６４】
（２）分散板温度ＴＨＤを判定する温度判定値ＴＨを尿素添加量に応じて可変設定するようにしているため、分散板６０の温度低下をより適切に判定することができる。
（３）単位尿素添加量ＱＥＴ及び機関回転速度ＮＥに基づいて尿素水の噴射分割数ＤＮを設定するようにしている。従って、単位尿素添加量ＱＥＴの量や機関回転速度ＮＥが異なっていても、噴射された尿素水を適切に拡散させることができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、内燃機関の排気浄化装置を具体化した第２実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。
【００６６】
複数のピーク時期に合わせて尿素水を噴射する場合、機関回転速度が高くなるにつれて各ピーク時期の時間間隔が短くなるため、尿素水の噴射周期が短くなる。このようにして尿素水の噴射周期が短くなると、尿素添加弁２３０の駆動周期が短くなるため、機械的負荷が増大してしまう。
【００６７】
例えば、尿素添加弁２３０の非通電時には、通電によって発熱した尿素添加弁２３０の温度が下がる。しかし、尿素添加弁２３０の駆動周期が短くなると、非通電による尿素添加弁２３０の温度低下時間が十分に確保できなくなるため、尿素添加弁２３０の温度が過剰に高くなるという機械的負荷が増大して、尿素添加弁２３０の寿命が短くなってしまう。
【００６８】
そこで、本実施形態では、尿素水噴射を同期させる気筒（以下、この気筒を対象気筒という）の数を可変とすることにより、噴射周期が過度に短くなることを抑えるようにしている。
【００６９】
本実施形態における尿素水の噴射処理は、先の図５を参照して説明した噴射処理の一部を変更することによって実施される。そこで、以下では、先の図５に説明した噴射処理との相異点を中心にして、本実施形態における噴射処理の手順を説明する。
【００７０】
図８に、本実施形態における噴射処理の手順を示す。
本実施形態では、先の図５に示したステップＳ１２０において噴射分割数ＤＮが設定されると、現在の機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１以上であるか否かが判定される（Ｓ２００）。この第１判定速度ＮＥ１としては、機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１以上になっていることに基づいて、尿素添加弁２３０の駆動周期が過度に短くなる状態になることを的確に判定することができるように、その値は設定されている。
【００７１】
そして、機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１以上であるときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、同期させる対象気筒の数が機関回転速度ＮＥに基づいて変更される（Ｓ２１０）。
図９に示すように、機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１以上であって、かつ第１判定速度ＮＥ１よりも高い速度に設定されている第２判定速度ＮＥ２よりも低いときには、対象気筒として、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の２つの気筒が選択される。なお、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の選択に代えて、第２気筒＃２及び第３気筒＃３を選択してもよい。
【００７２】
また、機関回転速度ＮＥが第２判定速度ＮＥ２以上であって、かつ第２判定速度ＮＥ２よりも高い速度に設定されている第３判定速度ＮＥ３よりも低いときには、対象気筒として１つの気筒のみが選択される。なお、本実施形態では、この１つの気筒として第１気筒＃１を選択するようにしているが、第２気筒＃２を選択したり、第３気筒＃３を選択したり、第４気筒＃４を選択したりしてもよい。
【００７３】
こうして対象気筒が選択されると、２つの気筒が対象気筒とされた状態、または１つの気筒が対象気筒とされた状態で、上述した排気脈動によるピーク時期に同期させた尿素水噴射が実行されて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。
【００７４】
一方、上記ステップＳ２００にて、機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１よりも低いと判定されるときには（Ｓ２００：ＮＯ）、先の図９に示すように、対象気筒が限定されることなく、全ての気筒が対象気筒とされた状態で、上述した排気脈動によるピーク時期に同期させた尿素水噴射が実行されて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。
【００７５】
以上説明した本実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果に加えて、次の作用効果を得ることができる。
（４）機関回転速度ＮＥが高いときほど、尿素水噴射を同期させる気筒の数が減らされるため、ピーク時期に合わせて尿素水を噴射する場合に、機関回転速度ＮＥの増大に伴って尿素添加弁２３０の駆動周期が短くなることを抑えることができる。従って、尿素添加弁２３０の機械的負荷の増大を抑えることができる。
【００７６】
（第３実施形態）
次に、内燃機関の排気浄化装置を具体化した第３実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。
【００７７】
第２実施形態では、機関回転速度ＮＥの増大に伴って尿素添加弁２３０の駆動周期が短くなることを抑えるために、尿素水噴射を同期させる気筒の数を可変とするようにした。
ここで、機関回転速度ＮＥが非常に高くなると、たとえ対象気筒を１つにしたとしても、ピーク時期の時間間隔が非常に短くなるため、尿素添加弁２３０の駆動がそうした短いピーク時期の時間間隔に追従できなくなり、尿素水をピーク時期に同期させて噴射することが困難になる。
【００７８】
そこで、本実施形態では、分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨよりも低いときに、尿素添加弁２３０の駆動がピーク時期の時間間隔に追従できなくなる程度に機関回転速度が高い場合には、ピーク時期に同期させた尿素水噴射を中止して、他の態様による尿素水噴射を実行するようにしている。
【００７９】
本実施形態における尿素水の噴射処理は、先の図８を参照して説明した噴射処理の一部を変更することによって実施される。そこで、以下では、先の図８に説明した噴射処理との相異点を中心にして、本実施形態における噴射処理の手順を説明する。
【００８０】
図１０に、本実施形態における噴射処理の手順を示す。
本実施形態では、先の図８に示したステップＳ１２０において噴射分割数ＤＮが設定されると、上述したステップＳ２００の処理が実行されることにより、現在の機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１以上であるか否かが判定される。
【００８１】
そして、機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１よりも低いときには（Ｓ２００：ＮＯ）、対象気筒が限定されることなく、全ての気筒が対象気筒とされた状態で、上述した排気脈動によるピーク時期に同期させた尿素水噴射が実行されて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。
【００８２】
一方、機関回転速度ＮＥが第１判定速度ＮＥ１以上であるときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、機関回転速度ＮＥが上述した第３判定速度ＮＥ３以上であるか否かが判定される（Ｓ３００）。
【００８３】
そして、機関回転速度ＮＥが第３判定速度ＮＥ３よりも低いときには（Ｓ３００：ＮＯ）、上述したステップＳ２１０の処理が実行されることにより、対象気筒の数が機関回転速度ＮＥに基づいて変更される。そして、対象気筒が選択されると、上述したように２つの気筒が対象気筒とされた状態、または１つの気筒が対象気筒とされた状態で、排気脈動によるピーク時期に同期させた尿素水噴射が実行されて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。
【００８４】
一方、機関回転速度ＮＥが第３判定速度ＮＥ３以上であるときには（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ３１０〜ステップＳ３３０の各処理が実行されることにより、ピーク時期に同期させた尿素水噴射が中止されて、他の態様による尿素水噴射が実行される。
【００８５】
まず、ステップＳ３１０では、現在算出されている単位尿素添加量ＱＥＴ及び尿素添加弁２３０が噴射可能な最小噴射量ＱＥｍｉｎに基づいて噴射回数Ｎが設定される。より詳細には、単位尿素添加量ＱＥＴを最小噴射量ＱＥｍｉｎで除する（Ｎ＝ＱＥＴ／ＱＥｍｉｎ）ことにより、最小噴射量ＱＥｍｉｎで尿素水を噴射する場合に単位尿素添加量ＱＥＴを確保するために必要な噴射回数Ｎが算出される。
【００８６】
次に、ステップＳ３２０では、最小噴射量ＱＥｍｉｎにて噴射回数Ｎの尿素水噴射を行うときの噴射周期ＲＣが設定される。この噴射周期ＲＣは、以下のような時間に設定されている。
【００８７】
すなわち、尿素水の噴射が行われている期間には分散板６０の温度は低下する。一方、尿素水の噴射が行われていない期間では、低下した分散板６０の温度が排気の熱によって上昇する。従って、尿素水の噴射が行われない期間、つまり尿素添加弁２３０の閉弁期間を適切に設定すれば、低下している分散板６０の温度を高めることができる。そこで、分散板６０の温度を高めるために最適な尿素添加弁２３０の閉弁時間を予め求めておき、その閉弁時間と最小噴射量ＱＥｍｉｎを噴射するために必要な尿素添加弁２３０の開弁時間とを加算した時間が噴射周期ＲＣとして設定されている。なお、分散板６０の温度を高めるために最適な尿素添加弁２３０の閉弁時間は一定の固定値でもよいが、分散板６０を通過する排気温度等に基づいて可変設定するようにしてもよい。
【００８８】
次に、ステップＳ３３０では、最小噴射量ＱＥｍｉｎによる尿素水噴射が、設定された噴射周期ＲＣによる噴射回数Ｎの分だけ実行されて（Ｓ３３０）、本処理は終了される。
以上説明した本実施形態によれば、上述した第２実施形態の効果に加えて、次の作用効果を得ることができる。
【００８９】
（５）分散板温度ＴＨＤが温度判定値ＴＨよりも低いときに、尿素添加弁２３０の駆動がピーク時期の時間間隔に追従できなくなる程度に機関回転速度が高い場合には（Ｓ３００：ＹＥＳ）、噴射周期ＲＣ毎に最小噴射量ＱＥｍｉｎによる尿素水噴射を行うようにしている。
【００９０】
図１１に示すように、そうした最小噴射量ＱＥｍｉｎによる尿素水噴射では、尿素添加弁２３０から噴射される尿素水の量が少ないため、分散板６０に到達する尿素水の量も非常に少なくなる。従って、尿素水による分散板６０の温度低下を抑えることができる。
【００９１】
また、同図１１に示すように、尿素水の噴射間隔が、上記噴射周期ＲＣに設定されるため、尿素添加弁２３０の閉弁期間中に分散板６０の温度が上昇するようになる。従って、これによっても分散板６０の温度低下を抑えることができる。
【００９２】
なお、上記各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。
・温度判定値ＴＨを要求添加量ＱＥに基づいて可変設定するようにしたが、簡易的には、温度判定値ＴＨを固定値としてもよい。
【００９３】
・第２実施形態では、機関回転速度ＮＥに基づいて対象気筒の数を可変設定するようにしたが、機関回転速度に依らず、対象気筒数を常に２つの気筒に固定したり、１つの気筒に固定したりしてもよい。
【００９４】
・エンジン１は、直列４気筒エンジンであったが、その他の気筒数や気筒配列を有するエンジンでもよい。
【符号の説明】
【００９５】
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、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…クランク角センサ、２２…アクセルセンサ、２４…車速センサ、２５…外気温センサ、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、２６０…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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2016196827.tif 000011
【図１０】
2016196827.tif 000012
【図１１】
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