(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＯｘ触媒と尿素水供給弁とを備える内燃機関の排気浄化装置において、尿素水供給弁と排気通路とをつなぐガイド通路に固形析出物が堆積した状態となるのを抑制することを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒と、尿素水供給弁と、前記尿素水供給弁によって噴射される尿素水の経路を画定するガイド通路と、を備え、更に、尿素水タンクと、ポンプと、尿素水還流通路と、前記尿素水還流通路を介して尿素水を還流することで尿素水供給通路における尿素水の圧力を調整する圧力調整手段と、を有する尿素水供給システムと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合には、前記ポンプによる尿素水の圧送を停止する制御手段と、を備える。【選択図】図２
2017223143.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供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する尿素水供給弁と、
前記排気通路に接続されるガイド通路であって、該ガイド通路に設けられる前記尿素水供給弁によって噴射される尿素水の経路を画定し、該経路が前記排気通路と該ガイド通路との接続部近傍における排気の流れ方向に対し下流側へ向いて形成されているガイド通路と、
尿素水を貯留している尿素水タンクと、前記尿素水タンクから前記尿素水供給弁へ通じる尿素水通路に配置され尿素水を圧送するポンプと、前記ポンプと前記尿素水供給弁との間の前記尿素水通路である尿素水供給通路から前記尿素水タンクに尿素水を還流する尿素水還流通路と、前記尿素水還流通路を介して尿素水を還流することで前記尿素水供給通路における尿素水の圧力を調整する圧力調整手段と、を有する尿素水供給システムと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合には、前記ポンプによる尿素水の圧送を停止する制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する尿素水供給弁と、
前記排気通路に接続されるガイド通路であって、該ガイド通路に設けられる前記尿素水供給弁によって噴射される尿素水の経路を画定し、該経路が前記排気通路と該ガイド通路との接続部近傍における排気の流れ方向に対し下流側へ向いて形成されているガイド通路と、
尿素水を貯留している尿素水タンクと、前記尿素水タンクから前記尿素水供給弁へ通じる尿素水通路に配置され尿素水を圧送するポンプと、前記ポンプと前記尿素水供給弁との間の前記尿素水通路である尿素水供給通路から前記尿素水タンクに尿素水を還流する尿素水還流通路と、前記尿素水還流通路を介して尿素水を還流することで前記尿素水供給通路における尿素水の圧力を調整する圧力調整手段と、を有する尿素水供給システムと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合であって、且つ前記内燃機関の排気温度が所定温度以上の場合には、前記尿素水供給弁を開弁しながら前記尿素水供給通路に保持されている尿素水を前記尿素水タンクに吸い戻す制御手段と、
を備え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。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアを還元剤として内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」と称する場合もある。）を有する排気浄化装置が知られている。当該排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量がＮＯｘ還元のために適切な状態となるように、ＮＯｘ触媒の上流側において、排気に尿素水を供給する尿素水供給弁が設置されている。
【０００３】
そして、ＮＯｘ触媒と尿素水供給弁とを備える排気浄化装置であって、ＮＯｘ触媒の下流側の排気熱を回収して該排気熱を尿素水供給弁の近傍に伝達する排熱回収装置を更に備える排気浄化装置に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７０６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＮＯｘ触媒と尿素水供給弁とを備える内燃機関の排気浄化装置において、尿素水供給弁によって噴射された尿素水は、該尿素水供給弁の近傍、例えば弁の噴射口や尿素水の噴射先となる排気通路の内壁面等、に付着するために、そこに例えばシアヌル酸、メラミン、尿素結晶等の固形析出物が固着しやすくなる。特に、尿素水供給弁の近傍が低温の場合に前記固形析出物が固着しやすくなる。そして、このような固形析出物が尿素水供給弁の近傍に繰り返し固着していくと、そこには該固形析出物が堆積することになる。また、尿素水供給弁と、尿素水の噴射先となる排気通路と、をつなぐ通路であるガイド通路に固形析出物が堆積すると、該尿素水供給弁から該排気通路への尿素水の供給が阻害され、ＮＯｘ触媒に十分な量の還元剤が供給されなくなる虞がある。
【０００６】
ここで、ＮＯｘ触媒と尿素水供給弁とを備える内燃機関の排気浄化装置において、尿素水を圧送するポンプから尿素水供給弁へ通じる尿素水通路の尿素水の圧力を所定圧に維持するための尿素水の還流システムを有する尿素水供給システムを備える場合には、実質的に尿素水供給システム内に尿素水の流れがあるため尿素水供給弁の温度が低下しやすく、前記ガイド通路でも固形析出物が堆積しやすくなる。
【０００７】
本発明は、ＮＯｘ触媒と尿素水供給弁とを備える内燃機関の排気浄化装置において、尿素水供給弁と排気通路とをつなぐガイド通路に固形析出物が堆積した状態となるのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係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供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する尿素水供給弁と、前記排気通路に接続されるガイド通路であって、該ガイド通路に設けられる前記尿素水供給弁によって噴射される尿素水の経路を画定し、該経路が前記排気通路と該ガイド通路との接続部近傍における排気の流れ方向に対し下流側へ向いて形成されているガイド通路と、
を備え、更に、尿素水を貯留している尿素水タンクと、前記尿素水タンクから前記尿素水供給弁へ通じる尿素水通路に配置され尿素水を圧送するポンプと、前記ポンプと前記尿素水供給弁との間の前記尿素水通路である尿素水供給通路から前記尿素水タンクに尿素水を還流する尿素水還流通路と、前記尿素水還流通路を介して尿素水を還流することで前記尿素水供給通路における尿素水の圧力を調整する圧力調整手段と、を有する尿素水供給システムと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合には、前記ポンプによる尿素水の圧送を停止する制御手段と、を備える。
【０００９】
更に、本発明に係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供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から還元剤として尿素水を供給する尿素水供給弁と、前記排気通路に接続されるガイド通路であって、該ガイド通路に設けられる前記尿素水供給弁によって噴射される尿素水の経路を画定し、該経路が前記排気通路と該ガイド通路との接続部近傍における排気の流れ方向に対し下流側へ向いて形成されているガイド通路と、を備え、更に、尿素水を貯留している尿素水タンクと、前記尿素水タンクから前記尿素水供給弁へ通じる尿素水通路に配置され尿素水を圧送するポンプと、前記ポンプと前記尿素水供給弁との間の前記尿素水通路である尿素水供給通路から前記尿素水タンクに尿素水を還流する尿素水還流通路と、前記尿素水還流通路を介して尿素水を還流することで前記尿素水供給通路における尿素水の圧力を調整する圧力調整手段と、を有する尿素水供給システムと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合であって、且つ前記内燃機関の排気温度が所定温度以上の場合には、前記尿素水供給弁を開弁しながら前記尿素水供給通路に保持されている尿素水を前記尿素水タンクに吸い戻す制御手段と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒と尿素水供給弁とを備える内燃機関の排気浄化装置において、尿素水供給弁と排気通路とをつなぐガイド通路に固形析出物が堆積した状態となるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係るポンプ停止制御に関する制御フローを示すフローチャートである。
【図３】固形析出物が存する雰囲気温度と、該固形析出物が該雰囲気温度の影響を受けて分解されるときの該固形析出物の重量減少割合と、の相関について示す図である。
【図４】析出物生成量と、尿素水供給量を排気流量で除算した量（除算量）と、の相関を示す図である。
【図５】析出物生成量と、排気温度と、の相関を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る吸い戻し制御に関する制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１および図２に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン
等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。
【００１４】
内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００１５】
内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００１６】
内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には排気の流れに従って順に、燃料供給弁５８、酸化触媒５０、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ５１（以下、単に「フィルタ５１」と称する。）、温度センサ５６、ＮＯｘセンサ５７、ミキサ５５、および選択還元型ＮＯｘ触媒５２（以下、単に「ＮＯｘ触媒５２」と称する。）が設けられている。フィルタ５１は、例えば、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタである。そして、フィルタ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている燃料供給弁５８が、排気通路５内を流れる排気中に燃料を添加する。また、ＮＯｘ触媒５２は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒５２には、該ＮＯｘ触媒５２よりも上流側に設けられている尿素水供給弁５３によって、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。また、フィルタ５１よりも下流側且つＮＯｘ触媒５２よりも上流側の排気通路５には、温度センサ５６およびＮＯｘセンサ５７が設けられている。温度センサ５６は排気の温度に応じた電気信号を出力する。ＮＯｘセンサ５７は排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。
【００１７】
そして、尿素水供給弁５３の設置形態について説明する。先ず、フィルタ５１よりも下流側且つＮＯｘ触媒５２よりも上流側の排気通路５には、尿素水供給弁５３によって噴射される尿素水の排気通路５への経路を画定するガイド通路５４が設けられている。ここで、ガイド通路５４は、排気通路５と該ガイド通路５４との接続部５ｂ近傍における排気の流れである排気流れ５ａの方向に対し下流側へ向いて形成されている。尿素水供給弁５３は、このようなガイド通路５４の外端に設けられ、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を供給する。そして、尿素水供給弁５３から排気中に尿素水が供給されると、該尿素水が、排気中に供給された尿素水をＮＯｘ触媒５２の広域に分散させる機能を有するミキサ５５を介して、ＮＯｘ触媒５２に供給される。つまり、ＮＯｘ触媒５２に、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。そして、ＮＯｘ触媒５２においては、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＮＯｘ触媒５２に吸着する。そして、このＮＯｘ触媒５２に吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。
【００１８】
更に、ガイド通路５４は、排気通路５と該ガイド通路５４との接続部５ｂにおいて、該ガイド通路５４を形成する管の一部が排気管と一体となって排気通路５を形成している（図１における接続部５ｃが当該一部に相当する）。また、ガイド通路５４を形成する管の一部は、排気通路５を形成する排気管の内側に突出する形態で設けられている。このように設けられている当該管の一部が、図１における突出部５４ａに相当し、該突出部５４ａによって排気通路５とガイド通路５４とが隔てられている。そして、突出部５４ａは、排気の比較的強い流れがガイド通路５４に流入し、尿素水供給弁５３により噴射される尿素水の噴霧（以下、「尿素水噴霧」と称する場合もある。）が当該排気の流れによって乱されることを抑制するように機能する。
【００１９】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１
０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、温度センサ５６、ＮＯｘセンサ５７に加え、アクセルポジションセンサ７、およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２に流入する排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、温度センサ５６の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２に流入する排気の温度（以下、「排気温度」と称する場合もある。）を検出する。また、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘセンサ５７の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出し、更に、該ＮＯｘ濃度と排気流量とに基づいてＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量を推定する。
【００２０】
また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、スロットル弁４１、燃料供給弁５８、尿素水供給弁５３、および後述するポンプ６１等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これら各種装置が制御される。
【００２１】
また、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、尿素水供給弁５３が、尿素水供給システム６と接続されている。そして、尿素水供給システム６は、尿素水を貯留している尿素水タンク６０と、尿素水タンク６０から尿素水供給弁５３へ通じる尿素水通路に配置され尿素水を圧送するポンプ６１と、ポンプ６１と尿素水供給弁５３との間の尿素水通路である尿素水供給通路６２と、を有している。更に、尿素水供給通路６２にはリリーフ弁６４が設けられている。リリーフ弁６４は、例えば、弁体、スプリング等から構成される機械式リリーフ弁であって、周知の機構が用いられる。リリーフ弁６４は、尿素水供給通路６２における尿素水の圧力である尿素水供給圧力が設定された所定圧力よりも高くなると弁体が開き、尿素水供給通路６２における尿素水を開放することによって尿素水供給圧力を調整する。そして、リリーフ弁６４と尿素水タンク６０とが尿素水還流通路６３によってつながれている。このことにより、リリーフ弁６４によって開放された尿素水供給通路６２における尿素水は、尿素水還流通路６３を介して尿素水タンク６０に還流することになる。なお、前記所定圧力は、例えば５ｂａｒに設定される。また、本実施例においてはリリーフ弁６４および尿素水還流通路６３が、本発明における圧力調整手段に相当する。
【００２２】
そして、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、内燃機関１の通常運転中にはＥＣＵ１０によって、ポンプ６１が常時駆動されており尿素水の圧送が継続的に行われているとともに、リリーフ弁６４による尿素水供給圧力の調整が常時行われており尿素水還流通路６３を介した尿素水の還流が継続的に行われている。つまり、尿素水が尿素水供給システム６内の尿素水の経路（以下、「尿素水経路」と称する場合もある。）を循環することになる。ここで、仮に、尿素水が尿素水経路に滞留する場合には、排気通路５を形成する排気管周辺の高温雰囲気に起因して尿素水供給通路６２内の尿素水の温度が上昇しやすくなる。一方で、本実施例のように尿素水が尿素水経路を循環する場合には、尿素水の流れによって尿素水経路内の熱が移動し尿素水の温度が均一になりやすい。その結果、尿素水供給通路６２内の尿素水の温度上昇が抑制された状態となっている。ここで、尿素水供給弁５３においては、尿素水供給通路６２との接続部と噴射口との間の尿素水の経路に尿素水が保持されていて、尿素水供給通路６２内の尿素水の温度上昇が抑制されると、尿素水供給弁５３に保持されている尿素水の温度上昇も抑制されることになる。また、尿素水供給弁５３に保持されている尿素水の温度の変化の影響を受けて、尿素水供給弁５３の
温度は変化する。つまり、尿素水供給弁５３に保持されている尿素水の温度が相対的に低くなると、結果として尿素水による冷却効果により尿素水供給弁５３が冷却されやすくなる。
【００２３】
更に、尿素水供給弁５３が冷却されると、その外端に該尿素水供給弁５３が接続されているガイド通路５４の熱が該尿素水供給弁５３に移動する。このことにより、尿素水供給弁５３が冷却される場合には、尿素水供給弁５３が冷却されない場合と比較して、ガイド通路５４の温度が低下することになる。
【００２４】
ここで、上述したように、尿素水供給弁５３によって噴射された尿素水は、尿素水供給弁５３の近傍、例えば弁の噴射口、ガイド通路５４、排気通路５等、に付着するために、そこに例えばシアヌル酸、メラミン、尿素結晶等の固形析出物が固着しやすくなる。特に、尿素水供給弁５３の近傍が低温の場合に固形析出物が固着しやすくなる。そして、ガイド通路５４において固形析出物が繰り返し固着していきそれが堆積すると、尿素水供給弁５３から排気通路５への尿素水の供給が阻害され、ＮＯｘ触媒５２に十分な量の還元剤が供給されなくなる虞がある。そして、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、尿素水の循環による冷却効果により尿素水供給弁５３が冷却されやすくなっていて、その結果ガイド通路５４の温度が低下しやすいため、ガイド通路５４に固形析出物が堆積しやすくなっている。
【００２５】
そこで、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、ＥＣＵ１０によって、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合には、ポンプ６１による尿素水の圧送が停止される。その結果、尿素水の循環による冷却効果がなくなり、ガイド通路５４の温度低下が抑制され、以て、ガイド通路５４における固形析出物の堆積が抑制される。以下、ＥＣＵ１０によってポンプ６１による尿素水の圧送が停止される制御を「ポンプ停止制御」と称する。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がポンプ６１による尿素水の圧送を停止することで、本発明に係る制御手段として機能する。
【００２６】
ここで、前記所定量とは、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘが該ＮＯｘ触媒５２によって浄化される必要がない程少ない量のことをいう。そして、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘが該ＮＯｘ触媒５２によって浄化される必要がない状況としては、内燃機関１の燃料カット処理が実行される場合が挙げられる。そして、本実施例では、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量が所定量未満になる場合として、内燃機関１の燃料カット処理が実行される場合を想定して以下の説明を行うものとする。
【００２７】
ここで、本実施例に係るポンプ停止制御に関する制御フローについて図２に基づいて説明する。図２は、前記制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。また、後述する燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの設定が本フローとは異なる周知のフローにしたがってＥＣＵ１０によって行われており、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの値がＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。
【００２８】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃが１であるか否かが判別される。ここで、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃは、燃料カット処理が実行されている場合に１に、燃料カット処理が実行されていない場合に０に設定される。Ｓ１０１では、本フローとは異なる周知のフローにしたがって設定されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの値を読み込んで上記が判別される。そして、Ｓ１０１において肯定判定された場合、すなわち燃料カット処理が実行されている場合にＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進み、Ｓ１０１において否定判定された場合、すなわち燃料カット処理が実行されていない場合に本フローの実行が終了される。なお、本
実施例においては、Ｓ１０１において肯定判定される場合が、本発明における、ＮＯｘ量が所定量未満の場合に相当する。
【００２９】
Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０２において、ポンプ６１が停止される。また、Ｓ１０２では、後述のＳ１０３において否定判定された場合にはポンプ６１の停止が継続される。そして、Ｓ１０２において、ポンプ６１が停止されることによって、尿素水経路における尿素水の循環が停止される。
【００３０】
次に、Ｓ１０３において、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃが０であるか否かが判別される。Ｓ１０３では、本フローの実行中に本フローとは異なる周知のフローにしたがって設定されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの値を読み込んで上記が判別される。そして、Ｓ１０３において肯定判定された場合、すなわち燃料カット処理が実行されなくなった場合にＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進み、Ｓ１０３において否定判定された場合、すなわち燃料カット処理の実行が継続している場合にＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。
【００３１】
Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、ポンプ６１が作動される。Ｓ１０４においてポンプ６１が作動されることによって、尿素水供給圧力が所定圧力に回復され尿素水供給弁５３による排気通路５への尿素水の供給が可能となる。
【００３２】
本実施例によれば、上述した制御フローに基づいた制御が実行されることによって、燃料カット処理の実行中には尿素水の循環による冷却効果がなくなりガイド通路５４の温度低下が抑制される。このことにより、ガイド通路５４における固形析出物の堆積が抑制される。
【００３３】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図３乃至図６に基づいて説明する。ここでは、上述した第１の実施例と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
上述した第１の実施例は、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合に、ポンプ６１による尿素水の圧送が停止される例である。これに対し、本実施例は、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量が所定量未満の場合であって、且つ内燃機関１の排気温度が所定温度以上の場合に、尿素水供給弁５３が開弁された状態で尿素水供給通路６２に保持されている尿素水が尿素水タンク６０に吸い戻される例である。本実施例では、上述した第１の実施例と同様に、ＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量が所定量未満になる場合として、内燃機関１の燃料カット処理が実行される場合を想定して以下の説明を行うものとする。そして、燃料カット処理を実行しているときであって、且つ内燃機関１の排気温度が所定温度以上の場合に、ＥＣＵ１０によって尿素水供給弁５３が開弁された状態で尿素水供給通路６２に保持されている尿素水が尿素水タンク６０に吸い戻される制御を「吸い戻し制御」と称する。
【００３５】
本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、吸い戻し制御によって尿素水供給弁５３に保持されている尿素水も尿素水タンク６０に吸い戻される。そして、このときには、尿素水供給弁５３が開弁されているので、尿素水供給弁５３を介して内燃機関１の排気が尿素水供給システム６に吸入されることになる。ここで、上述したように、吸い戻し制御は燃料カット処理の実行中に行われるため、このときの内燃機関１の排気は原則として内燃機関１の気筒２へ吸気として吸入されそのまま気筒２から排気通路５へ排出された新気である。以下の説明における「排気」とは、気筒２から排気通路５へ排出されたガス（例えば、新気）のことをいう。また、吸い戻し制御は内燃機関１の排気温度が所定温度以上
の場合に行われ、例えば内燃機関１の運転が高負荷に属している状態から燃料カット処理が実行される場合に、気筒２から排気通路５へ排出された新気等はそれまでの運転で高温雰囲気となっている排気通路５の影響を受けて所定温度以上の温度となり得る。なお、上述したように、温度センサ５６の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２に流入する排気の温度である排気温度が検出される。そして、排気が尿素水供給システム６に吸入されることによって、ガイド通路５４においては排気通路５から尿素水供給弁５３へ向かう排気の流れが生じる。その結果、ガイド通路５４が当該排気の流れによって昇温する。
【００３６】
ここで、上述した、シアヌル酸、メラミン、尿素結晶等の固形析出物の分解特性について説明する。図３は、固形析出物が存する雰囲気温度と、該固形析出物が該雰囲気温度の影響を受けて分解されるときの該固形析出物の重量減少割合と、の相関について示す図である。図３に示すように、雰囲気温度に対する固形析出物の重量減少割合の変化は、雰囲気温度が温度Ｔ１以上で温度Ｔ２以下の範囲に属する場合の変化と、雰囲気温度が温度Ｔ２よりも高くて温度Ｔ３以下の範囲に属する場合の変化と、に略分類される。そして、雰囲気温度が温度Ｔ１以上で温度Ｔ２以下の範囲に属する場合には、固形析出物のうち主に尿素結晶等が分解される。また、雰囲気温度が温度Ｔ２よりも高くて温度Ｔ３以下の範囲に属する場合には、該温度範囲の比較的低温側で固形析出物のうち主にシアヌル酸が分解され、該温度範囲の比較的高温側で固形析出物のうち主にメラミンが分解される。
【００３７】
そして、このような固形析出物の分解特性を踏まえて、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置について考察すると、ガイド通路５４に堆積してしまった固形析出物に対しては、温度が上記の温度Ｔ１以上となっている排気に曝すことによって、該固形析出物が分解され得ることが判る。
【００３８】
そこで、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、ＥＣＵ１０によって、ガイド通路５４における固形析出物の堆積量（以下、「析出物堆積量」と称する場合もある。）が推定され、析出物堆積量が所定堆積量以上の場合には吸い戻し制御が実行される。このことにより、排気が尿素水供給システム６に吸入されるとともにガイド通路５４においては排気通路５から尿素水供給弁５３へ向かう排気の流れが生じる。このとき、排気温度が上記の温度Ｔ１以上である場合には、ガイド通路５４に堆積した固形析出物が分解され得る。そして、排気温度が上記の温度Ｔ１よりも高くなる場合として、上述したように内燃機関１の運転が高負荷に属している状態から燃料カット処理が実行される場合が挙げられる。また、燃料供給弁５８によって所定量の燃料が排気中に供給されフィルタ５１に堆積しているＰＭの酸化除去が行われる、いわゆるフィルタ再生処理中に、燃料カット処理が実行される場合が挙げられる。
【００３９】
ここで、析出物堆積量は、例えば、尿素水供給弁５３によって供給される尿素水の供給量（以下、「尿素水供給量」と称する場合もある。）と、排気流量と、排気温度と、に基づいて推定されるガイド通路５４における固形析出物の生成量（以下、「析出物生成量」と称する場合もある。）を積算することによって算出される。図４は、析出物生成量と、尿素水供給量を排気流量で除算した量（以下、「除算量」と称する場合もある。）と、の相関を示す図である。図４に示すように、除算量が多いほど析出物生成量が多くなる。また、図５は、析出物生成量と、排気温度と、の相関を示す図である。図５に示すように、排気温度が低いほど析出物生成量が多くなる。そして、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、析出物生成量と、尿素水供給量、排気流量、および排気温度と、の相関がマップとして記憶され、このようなマップを用いてＥＣＵ１０によって析出物生成量が推定され、該析出物生成量を積算することによって析出物堆積量が算出される。ただし、析出物堆積量の算出方法はこれに限らず、周知の技術を用いることもできる。
【００４０】
また、上述したように、ガイド通路５４は突出部５４ａによって排気通路５と隔てられ
ている。そして、突出部５４ａは、排気の比較的強い流れがガイド通路５４に流入し、尿素水噴霧が当該排気の流れによって乱されることを抑制する働きを有しているため、通常時において排気通路５を流れる排気はガイド通路５４に流入し難くなっている。ここで、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化装置では、ＥＣＵ１０によって吸い戻し制御が実行されることによって、ガイド通路５４において排気通路５から尿素水供給弁５３へ向かう排気の流れが生じ、突出部５４ａが形成されているにもかかわらず、排気通路５を流れる排気がガイド通路５４に流入することになる。このことにより、通常時においては突出部５４ａを用いて排気が排気通路に流入することを抑制しつつ、吸い戻し制御の実行時には排気の流れを生じさせガイド通路５４に堆積してしまった固形析出物を分解・除去することができる。
【００４１】
ここで、本実施例に係る吸い戻し制御に関する制御フローについて図６に基づいて説明する。図６は、前記制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。また、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの値がＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。
【００４２】
本フローでは、先ず、Ｓ２０１において、排気温度Ｔｅｘｈが判定閾値Ｔｅｘｈｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、判定閾値Ｔｅｘｈｔｈは、上記の図３に示す温度Ｔ１に相当する温度であって、固形析出物が分解され始める温度である。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている判定閾値Ｔｅｘｈｔｈの値を読み込んで上記が判別される。そして、Ｓ２０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０２の処理へ進み、Ｓ２０１において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００４３】
Ｓ２０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０２において、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃが１であるか否かが判別される。Ｓ２０２では、本フローとは異なる周知のフローにしたがって設定されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの値を読み込んで上記が判別される。そして、Ｓ２０２において肯定判定された場合、すなわち燃料カット処理が実行されている場合にＥＣＵ１０はＳ２０３の処理へ進み、Ｓ２０２において否定判定された場合、すなわち燃料カット処理が実行されていない場合に本フローの実行が終了される。なお、本実施例においては、Ｓ２０２において肯定判定される場合が、本発明における、ＮＯｘ量が所定量未満の場合に相当する。
【００４４】
Ｓ２０２において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０３において、析出物堆積量Ｑｄｐが算出される。Ｓ２０３では、例えば、上記の図４に示した析出物生成量と除算量との相関や上記の図５に示した析出物生成量と排気温度との相関に示されるような析出物生成量と、尿素水供給量、排気流量、および排気温度と、の相関を用いて析出物生成量が推定され、該析出物生成量を積算することによって析出物堆積量Ｑｄｐが算出される。析出物堆積量Ｑｄｐの算出にあたって、ＥＣＵ１０は尿素水供給量、排気流量、および排気温度の値を取得または推定する。また、析出物生成量と、尿素水供給量、排気流量、および排気温度と、の相関は、ＥＣＵ１０のＲＯＭにマップとして記憶されている。なお、析出物堆積量Ｑｄｐの算出方法はこれに限らず、周知の技術を用いることもできる。
【００４５】
次に、Ｓ２０４において、Ｓ２０３で算出された析出物堆積量Ｑｄｐが判定閾値Ｑｄｐｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、判定閾値Ｑｄｐｔｈは、尿素水供給弁５３から排気通路５への尿素水の供給が阻害され得る析出物堆積量の値であり、Ｓ２０４ではＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている判定閾値Ｑｄｐｔｈの値を読み込んで上記が判別される。Ｓ２０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０５の処理へ進み、Ｓ２０４において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００４６】
Ｓ２０４において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０５において、尿素水吸い戻し時間
ｔｓが算出される。Ｓ２０５では、ガイド通路５４に堆積した固形析出物の分解・除去を可能とするように、尿素水吸い戻し時間ｔｓが算出される。この値は、Ｓ２０３で算出された析出物堆積量Ｑｄｐに基づいて算出され、例えば、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、析出物堆積量Ｑｄｐと、尿素水吸い戻し時間ｔｓと、の相関が予め記憶されている。また、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニア吸着量を考慮して、尿素水吸い戻し時間ｔｓが算出されてもよい。例えば、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニア吸着量が少ない場合には、Ｓ２０５では、尿素水吸い戻し時間ｔｓが短くなるように算出される。
【００４７】
そして、Ｓ２０５の処理の後に、Ｓ２０６において、ポンプ６１による尿素水の吸い戻しが実行される。また、Ｓ２０６では、後述のＳ２１０において否定判定された場合にはポンプ６１による尿素水の吸い戻しの実行が継続される。そして、Ｓ２０６において、ポンプ６１による尿素水の吸い戻しが実行されることによって、ガイド通路５４において排気通路５から尿素水供給弁５３への排気の流れが生じる。その結果、ガイド通路５４に堆積してしまった固形析出物が上記の温度Ｔ１以上となっている排気に曝されることになり、該固形析出物が分解・除去される。
【００４８】
次に、Ｓ２０７において、尿素水の吸い戻しの実行が開始されてから尿素水吸い戻し時間ｔｓが経過したか否かが判別される。Ｓ２０７において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０８の処理へ進み、Ｓ２０７において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２１０の処理へ進む。
【００４９】
Ｓ２０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０８において、ポンプ６１による尿素水の吸い戻しが終了されるとともに、ポンプ６１の通常時の作動が実行される。ポンプ６１が通常作動されることによって尿素水供給圧力が所定圧力に回復され、尿素水供給弁５３による排気通路５への尿素水の供給が可能となる。そして、Ｓ２０８の処理の後、Ｓ２０９において、析出物堆積量Ｑｄｐに値が０に設定され、Ｓ２０９の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００５０】
一方、Ｓ２０７において否定判定された場合、次に、Ｓ２１０において、燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃが０であるか否かが判別される。Ｓ２１０では、本フローの実行中に本フローとは異なる周知のフローにしたがって設定されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている燃料カット実行フラグＮｆｌｆｃの値を読み込んで上記が判別される。Ｓ２１０において肯定判定された場合、すなわち燃料カット処理が実行されなくなった場合にＥＣＵ１０はＳ２１１の処理へ進み、Ｓ２１０において否定判定された場合、すなわち燃料カット処理の実行が継続している場合にＥＣＵ１０はＳ２０６の処理へ進む。
【００５１】
Ｓ２１０において肯定判定された場合、次に、Ｓ２１１において、ポンプ６１による尿素水の吸い戻しが終了されるとともに、ポンプ６１の通常時の作動が実行される。Ｓ２１１の処理はＳ２０８の処理と実質的に同一である。
【００５２】
そして、Ｓ２１１の処理の後、Ｓ２１２において、析出物堆積量Ｑｄｐの値が現在の析出物堆積量の値に更新される。Ｓ２１２では、尿素水の吸い戻しの実行によって除去された固形析出物の量が推定され、この量をＳ２０３で算出された析出物堆積量Ｑｄｐから減算することによって現在の析出物堆積量の値を算出する。尿素水の吸い戻しの実行によって除去された固形析出物の量は、例えば、排気温度Ｔｅｘｈや実際に尿素水の吸い戻しの実行がされた期間と相関を有し、ＥＣＵ１０のＲＯＭにマップまたは関数として記憶されている相関を用いて算出される。そして、Ｓ２１２の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００５３】
本実施例によれば、上述した制御フローに基づいた制御が実行されることによって、ガ
イド通路５４に堆積してしまった固形析出物を分解・除去することができる。このことにより、ガイド通路５４に固形析出物が堆積した状態となるのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
５ａ・・・排気流れ
５ｂ・・・接続部
６・・・・尿素水供給システム
１０・・・ＥＣＵ
５０・・・酸化触媒
５１・・・フィルタ
５２・・・ＮＯｘ触媒
５３・・・尿素水供給弁
５４・・・ガイド通路
５４ａ・・突出部
５５・・・ミキサ
５６・・・温度センサ
５７・・・ＮＯｘセンサ
５８・・・燃料供給弁
６０・・・尿素水タンク
６１・・・ポンプ
６２・・・尿素水供給通路
６３・・・尿素水還流通路
６４・・・リリーフ弁
【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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