(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
上記尿素水供給手段から供給された尿素水から生成されて上記排気通路内に堆積した尿素由来堆積物の堆積量が所定の基準堆積量に達すると、上記排気通路中の排気温度が目標温度となるように排気昇温制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って上記目標温度を上昇させることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って増大する目標昇温速度を設定し、上記排気温度を上昇させる際の上記排気温度の変化率が上記目標昇温速度となるように、上記排気昇温制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記排気昇温制御を実行しているときには、上記尿素水供給手段からの尿素水の供給を中止することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記尿素水供給手段の上流側の上記排気通路に介装された酸化触媒を更に備え、
上記制御手段は、上記酸化触媒に流入する排気中に燃料を供給することにより、上記排気昇温制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中に供給された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することにより、ＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
このような排気浄化装置では、アンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水インジェクタなどを用いて排気中に尿素水を噴射する。尿素水インジェクタから排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。こうしてＮＯｘ触媒に供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＮＯｘ触媒によって促進されることによりＮＯｘが還元されて排気の浄化が行われる。
【０００３】
このとき、尿素水インジェクタから噴射された霧状の尿素水の一部は、排気通路内の壁面などに衝突することにより液化して排気通路や尿素水インジェクタなどに付着する。こうして付着した尿素水は、その水分が気化することにより固形の尿素結晶等となって排気通路内の壁面や尿素水インジェクタに堆積し、尿素由来堆積物となる。また、付着した尿素水の水分が気化する際の気化潜熱によってコールドスポットが生じるため、尿素水が付着した部分の周囲は更に霧状の尿素水が液化して付着しやすい状態となり、尿素由来堆積物の生成が促進されてしまうことになる。
【０００４】
このようにして尿素由来堆積物の生成が継続すると、排気通路における排気流動抵抗の増大や排気通路の閉塞のほか、尿素水インジェクタの作動不良を引き起こすという問題を生じるおそれがある。また、尿素由来堆積物の生成により、本来ＮＯｘの還元に必要とされるアンモニアの量が不足し、排気浄化率が低下してしまうという問題が生じる。更に、排気温度が高温となった場合に、大量に堆積している尿素由来堆積物が一気にアンモニアに転化して、アンモニア選択還元型触媒に必要以上のアンモニアが供給され、余剰となったアンモニアの大気中への放出、即ちアンモニアスリップが発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、排気通路内に堆積した尿素由来堆積物を除去するため、尿素由来堆積物がある程度堆積した段階で、排気通路内を流動する排気の温度を一時的に上昇させ、尿素由来堆積物をガス化してアンモニアに転化することが考えられる。
このような排気昇温によって尿素由来堆積物を除去するようにした排気浄化装置は、特許文献１によって提案されている。この特許文献１の排気浄化装置では、排気温度が低い場合に、排気中のＮＯｘとアンモニアとを反応させて硝酸アンモニウムを生成させ、この硝酸アンモニウムをアンモニア選択還元型触媒に積極的に堆積させる。このようにすることにより、アンモニア選択還元型触媒の還元作用が十分に得られない低い排気温度においても、排気中へのＮＯｘの放出を防止するようにしている。
【０００６】
このようにしてアンモニア選択還元型触媒に積極的に堆積させた硝酸アンモニウムの堆積量が過大になると、アンモニア選択還元型触媒における排気流動抵抗が増大し、アンモニア選択還元型触媒が閉塞してしまうおそれがある。そこで、上記特許文献１の排気浄化装置では、アンモニア選択還元型触媒の上流側排気通路に介装されているパティキュレートフィルタの強制再生の際に、排気の昇温によってアンモニア選択還元型触媒に堆積している硝酸アンモニウムを燃焼させて分解し、アンモニア選択還元型触媒から除去するようにしている。
【０００７】
このように、上記特許文献１の排気浄化装置は硝酸アンモニウムを積極的に堆積させるものではあるが、その堆積量が過大になった場合に排気昇温によって硝酸アンモニウムを除去するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−３２０８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、排気昇温によって尿素由来堆積物の除去を行う場合、除去を開始した時点、即ち比較的大量に尿素由来堆積物が堆積した状態で直ちに高い温度まで排気を昇温してしまうと、尿素由来堆積物が一気にガス化してアンモニアに転化してしまう。このため、アンモニア選択還元型触媒には必要以上のアンモニアが供給され、アンモニアが余剰となってアンモニアスリップが発生するという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路内における尿素由来堆積物の堆積を良好に抑制すると共に、尿素由来堆積物の除去に伴うアンモニアスリップを防止することが可能な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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、上記尿素水供給手段から供給された尿素水から生成されて上記排気通路内に堆積した尿素由来堆積物の堆積量が所定の基準堆積量に達すると、上記排気通路中の排気温度が目標温度となるように排気昇温制御を行う制御手段とを備え、上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って上記目標温度を上昇させることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
このように構成された排気浄化装置によれば、尿素水供給手段から供給された尿素水から生成された尿素由来堆積物の堆積量が所定の基準堆積量に達すると、制御手段が排気昇温制御を行って排気通路中の排気温度を目標温度とすることにより、尿素由来堆積物が徐々にガス化していく。このとき、目標温度は尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って上昇するように設定されるので、排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的低い目標温度まで上昇し、その後の尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴う目標温度の上昇により、排気温度は徐々に上昇していく。
【００１２】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記尿素由来堆積物の堆積量の減少に従って増大する目標昇温速度を設定し、上記排気温度を上昇させる際の上記排気温度の変化率が上記目標昇温速度となるように、上記排気昇温制御を実行することを特徴とする（請求項２）。
このように構成された排気浄化装置によれば、排気昇温制御を行って排気温度を目標温度まで上昇させる際に、排気温度の上昇率が目標昇温速度に制御される。このとき、目標昇温速度は尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴って増大するように設定されるので、排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的小さな変化率で目標温度に向けて上昇し、尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴って、排気温度の変化率は徐々に増大していく。
【００１３】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記排気昇温制御を実行しているときには、上記尿素水供給手段からの尿素水の供給を中止することを特徴とする（請求項３）。
このように構成された排気浄化装置によれば、排気昇温制御を実行しているときには、尿素水供給手段からの尿素水の供給が行われない。
【００１４】
また、上記排気浄化装置において、上記尿素水供給手段の上流側の上記排気通路に介装された酸化触媒を更に備え、上記制御手段は、上記酸化触媒に流入する排気中に燃料を供給することにより、上記排気昇温制御を行うことを特徴とする（請求項４）。
このように構成された排気浄化装置によれば、排気昇温制御において排気中に供給された燃料成分が酸化触媒で酸化することにより排気の温度が上昇し、温度の上昇した排気が尿素水供給手段より下流側の排気通路に流入する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排気浄化装置によれば、排気通路内に堆積した尿素由来堆積物の除去のために排気昇温制御を行う際、制御開始当初は比較的低い目標温度まで排気温度を上昇させるので、尿素由来堆積物が一気にガス化してアンモニアに転化するのを抑制し、アンモニアスリップの発生を防止することが可能となる。
そして、排気温度が一定であれば、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴ってアンモニアスリップが発生しにくくなるが、排気昇温制御では尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標温度の上昇によって排気温度が上昇していくので、アンモニアスリップの発生を防止しながら速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００１６】
また、請求項２の排気浄化装置によれば、排気昇温制御を行って排気温度を目標温度まで上昇させる際に、排気温度の上昇率が目標昇温速度に制御される。そして、目標昇温速度は尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴って増大するように設定されるので、排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的小さな変化率で目標温度に向けて上昇する。尿素由来堆積物は、昇温時の排気温度の変化率が大きいほど早くガス化されてアンモニアとなる傾向にあるが、このように排気昇温制御を開始した当初は排気温度が比較的小さな変化率で上昇するので、排気温度を目標温度に向けて上昇させている際にも、アンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
【００１７】
また、上述したように排気温度が一定であれば尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴って、アンモニアスリップは発生しにくくなるが、排気昇温制御では尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標昇温速度の増大によって排気温度の変化率が増大するので、排気温度を目標温度に向けて上昇させている際にも、アンモニアスリップを確実に防止しながら、速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００１８】
また、請求項３の排気浄化装置によれば、排気昇温制御を実行しているときには、尿素水供給手段からの尿素水の供給が行われないので、より一層確実にアンモニアスリップを防止することができる。
また、請求項４の排気浄化装置によれば、排気中に供給された燃料成分を酸化触媒で酸化させることにより排気の昇温を行うので、比較的容易に排気昇温制御を実行することが可能となる。即ち、例えばエンジンへの燃料供給を気筒内への燃料噴射によって行っている場合には、動力の発生に寄与しないタイミングで燃料を追加噴射することにより排気中に燃料を供給することが可能であることから、排気中への燃料供給のために新たな装置を設ける必要がない。また、ディーゼルエンジンの場合には、排気中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを排気通路に介装するのが一般的であって、パティキュレートフィルタの強制再生で排気中に燃料を供給するための機構を既に備えているので、この場合も排気中への燃料供給のために新たな装置を設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００２０】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。
【００２１】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
【００２２】
排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された下流側ケーシング３４とで構成され、上流側ケーシング３０、連通路３２及び下流側ケーシング３４により本発明の排気通路が構成されている。上流側ケーシング３０内には、前段酸化触媒３６が収容されると共に、この前段酸化触媒３６の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３８が収容されている。フィルタ３８は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。
【００２３】
前段酸化触媒３６は排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ２（二酸化窒素）を生成するので、このように前段酸化触媒３６とフィルタ３８とを配置することにより、フィルタ３８に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒３６から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、フィルタ３８の連続再生が行われるようになっている。
一方、下流側ケーシング３４内には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４０が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４０の下流側にはＳＣＲ触媒４０から流出したアンモニアを除去するための後段酸化触媒４２が収容されている。
【００２４】
この後段酸化触媒４２は、フィルタ３８の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。
また、連通路３２には、連通路３２内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）４４が設けられており、尿素水を蓄えた尿素水タンク４６から図示しない尿素水供給ポンプを介して尿素水インジェクタ４４に尿素水が供給され、尿素水インジェクタ４４を開閉することによって尿素水インジェクタ４４から連通路３２内の排気中に尿素水が噴射されるようになっている。
【００２５】
尿素水インジェクタ４４から噴射された霧状の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ２とする。なお、このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４０から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４２によって除去されるようになっている。
【００２６】
更に、上流側ケーシング３０内の前段酸化触媒３６下流側には、排気後処理装置２８内を流動する排気の温度を検出するための排気温度センサ４８が設けられている。
ＥＣＵ（制御手段）５０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００２７】
ＥＣＵ５０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６や排気温度センサ４８のほか、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ５２、及び図示しないアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ５４などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６及び尿素水インジェクタ４４などの各種デバイス類が接続されている。
【００２８】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ５０によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ５４によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な量の燃料が供給される。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３８の強制再生やＳＣＲ触媒４０にアンモニアを供給するための尿素水供給制御も行う。フィルタ３８の強制再生については既に広く知られているものであり、ここでは詳細な説明を省略するが、排気温度センサ４８の検出値に基づき、主噴射とは別にインジェクタ４から各気筒に燃料を噴射することにより、排気中に燃料を供給し、前段酸化触媒３６における排気中の燃料の酸化反応によって排気を昇温することによりフィルタ３６の強制再生が行われる。以下では、尿素水供給制御について詳細に説明する。
【００３０】
ＥＣＵ５０は、インジェクタ４からの主噴射量や、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数及び吸気量センサ１６によって検出されたエンジン１への吸入空気流量などに基づき、エンジン１の単位時間あたりの排気排出量及びＮＯｘ排出量を求め、このＮＯｘ排出量に対してＳＣＲ触媒４０によるＮＯｘの選択還元に必要なアンモニアの量から尿素水の目標供給量を求める。そして、この目標供給量に基づき尿素水インジェクタ４４を制御することにより、尿素水インジェクタ４４からＳＣＲ触媒４０上流側の排気中に尿素水が供給される。
【００３１】
尿素水インジェクタ４４から噴射された霧状の尿素水は、前述したように、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、このアンモニアがＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は、供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ２とする。
このような尿素水インジェクタ４４による尿素水の供給を適正に行うため、ＥＣＵ５０は図２に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で尿素水供給制御を行う。なお、この尿素水供給制御はエンジン１の始動に伴って開始され、エンジン１の停止に伴って終了する。
【００３２】
制御が開始されると、ＥＣＵ５０はステップＳ１０１で、尿素水供給を可能とする条件が成立して、ＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給を必要とする状態となったか否かを判断する。具体的には、排気温度センサ４８が検出した排気温度に基づき、ＳＣＲ触媒４０が活性化しているか否かを判定し、ＳＣＲ触媒４０が活性化していると判定したときには尿素水供給を可能とする条件が成立し、ＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給を必要とする状態になったと判断する。
【００３３】
ステップＳ１０１で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判断した場合、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０２に進める一方、ステップＳ１０１で尿素水供給を可能とする条件が成立していないと判断した場合には今回の制御周期を終了し、次の制御周期のステップＳ１０１で再び尿素水供給を可能とする条件が成立したか否かを判断する。従って、ステップＳ１０１で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判断した場合に限り、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０２に進める。以下では、尿素水供給を可能とする条件が成立しているものとし、処理がステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むものとして説明する。
【００３４】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ５０は、フラグＦの値が１であるか否かを判断する。このフラグＦは、後述する演算及び判定に基づき、排気後処理装置２８内における尿素由来堆積物の堆積量が所定の基準堆積量Ｑｒに達したか否かを示すものであり、その値が１であることにより尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したことを示すものである。
【００３５】
フラグＦの初期値は０となっており、ステップＳ１０２でフラグＦの値が１ではないと判断して処理をステップＳ１０３に進めると、ＥＣＵ５０は予め記憶している加算値マップ及び減算値マップから、その制御周期で使用する加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎをそれぞれ読み出す。なお、添字ｎはそのときの制御周期に対応するものであることを示しており、添字ｎ−１は前回の制御周期に対応するものであることを示す。
【００３６】
加算値Ａｎを読み出すために使用される加算値マップには、エンジン１の単位時間あたり排気排出量に対する尿素インジェクタ４４からの単位時間あたり尿素水供給量の比、即ち尿素水供給量／排気排出量と、尿素水が供給される排気の温度とに応じて大きさが変化する加算値Ａｎが記憶されている。この加算値Ａｎは、排気中に供給された尿素水から生成される尿素由来堆積物の単位時間あたりの生成量に対応している。即ち具体的には、尿素由来堆積物は排気中に供給される尿素水が多いほど生成されやすい上、エンジン１からの排気排出量が少ないほど生成されやすく、また排気温度が低いほど生成されやすい。そこで加算値マップにおいては、図３に示されるように、尿素水供給量／排気排出量が大きいほど大きい値となり、また排気温度が低いほど大きい値となるように加算値Ａｎが設定されている。
【００３７】
また、減算値Ｄｎを読み出すために使用される減算値マップには、エンジン１の単位時間あたりの排気排出量と、尿素水が供給される排気の温度とに応じて大きさが変化する減算値Ｄｎが記憶されている。この減算値Ｄｎは、尿素水から生成された尿素由来堆積物がガス化してアンモニアに転化することによる尿素由来堆積物の単位時間あたりの消滅量に対応している。即ち具体的には、尿素由来堆積物はエンジン１からの排気排出量が多いほどアンモニアに転化して消滅しやすく、また排気温度が高いほどアンモニアに転化して消滅しやすい。そこで減算値マップにおいては、図４に示されるように、排気排出量が多いほど大きい値となり、排気温度が高いほど大きい値となるように減算値Ｄｎが設定されている。
【００３８】
従って、ステップＳ１０３では、その制御周期において排気温度センサ４８により検出された排気温度と、ＥＣＵ５０が演算した尿素水の目標供給量及びエンジン１の排気排出量に基づき、対応する加算値Ａｎを加算値マップから読み出すと共に、上記排気温度及び排気排出量に基づき、対応する減算値Ｄｎを減算値マップから読み出す。
次のステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で読み出した加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎを用い、第１判定値Ｘｎの演算が行われる。具体的には、ＥＣＵ５０が前回の制御周期で算出した第１判定値Ｘｎ−１に対してステップＳ３で読み出した加算値Ａｎを加算すると共にステップＳ３で読み出した減算値Ｄｎを減算することにより今回の第１判定値Ｘｎを求める。ここで、第１判定値Ｘｎ−１の初期値は予め設定された下限値であって、本実施形態では０を第１判定値Ｘｎ−１の初期値としている。従って、ステップＳ１０２からステップＳ１０３を経て初めてステップＳ１０４に処理が進んだ場合には、加算値Ａｎから減算値Ｄｎを減じた値が今回の第１判定値Ｘｎとなる。
【００３９】
こうして今回の第１判定値Ｘｎを求め、次のステップＳ１０５に処理を進めると、ＥＣＵ５０はステップＳ１０４で求めた今回の第１判定値Ｘｎが所定の上限値Ｌ以上となったか否か、即ち上限値Ｌに達したか否かを判断する。上限値Ｌは尿素由来堆積物の堆積量に対する基準堆積量Ｑｒに対応するように予め実験などにより求められており、第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達した場合に、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したことになる。そして、今回の第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達していないと判断した場合には、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達していないものとして、ＥＣＵ５０はステップＳ１０６に処理を進め、尿素水噴射を許可する。即ち、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達していない場合には、尿素水の供給により尿素由来堆積物が更に生成されても、排気流動抵抗の増大など尿素由来堆積物の堆積に起因した問題が生じることはないものとして、尿素水噴射が許可される。こうしてステップＳ１０６で尿素水噴射を許可することにより、ＥＣＵ５０は尿素水インジェクタ４４を制御し、排気中への尿素水の噴射供給を行う。
【００４０】
このようにして今回の制御周期を終了し、次の制御周期になると、ＥＣＵ５０は再びステップＳ１０１から処理を開始し、ステップＳ１０２に処理を進める。
このとき、フラグＦの値は０のままであることから、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０２からステップＳ１０３を経てステップＳ１０４に進め、上述したようにしてステップＳ１０３で読み出した加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎと前回の制御周期で算出した第１判定値Ｘｎ−１を用い、今回の第１判定値Ｘｎを演算する。このようにステップＳ１０４では、加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎと前回の制御周期で算出した第１判定値Ｘｎ−１を用い、制御周期毎に今回の第１判定値ＸｎをＥＣＵ５０が演算することにより、今回の第１判定値Ｘｎが更新されていく。
【００４１】
ここで、尿素供給量／排気排出量が比較的小さい場合や尿素水が供給される排気の温度が比較的低い場合には尿素由来堆積物が生成されやすく、これに対応して加算値Ａｎも比較的大きい値となっている。また、排気排出量が比較的少ない場合や尿素水が供給される排気の温度が比較的低い場合には尿素由来堆積物がアンモニアに転化しにくくなって消滅量が減少し、これに対応して減算値Ｄｎも比較的小さな値となる。このようにして加算値Ａｎに対し減算値Ｄｎが相対的に小さくなると、ステップＳ１０４において制御周期毎に繰り返し演算される第１判定値Ｘｎの値は徐々に増大していくことになる。
【００４２】
ステップＳ１０４で演算された第１判定値Ｘｎの値が増大し、ステップＳ１０５において上限値Ｌに達したと判定すると、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０７に進めて尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射を中止する。即ち、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したため、これ以上尿素水の供給を継続すると尿素由来堆積物の堆積量が過大となって、排気流動抵抗の増大などの問題が生じるものとして尿素水の供給が中止される。
【００４３】
尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したことから、ＥＣＵ５０は次のステップＳ１０８でフラグＦの値を１とした後、ステップＳ１０９に処理を進め、次回以降の制御周期でステップＳ１０４に処理が進んだ場合に第１判定値Ｘｎ−１の初期値となる今回の第１判定値Ｘｎの値を下限値の０にリセットし、その制御周期を終了する。
このように、尿素供給量、排気排出量及び排気温度によって加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎが増減し、その結果として第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達すると、それまで継続していた尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射が中止される。
【００４４】
前述したように、加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎの値は、尿素由来堆積物の生成及び消滅に対応し、上限値Ｌの値は尿素由来堆積物の基準堆積量Ｑｒに対応するものであり、上限値Ｌ、加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎの設定については様々な方法が考えられるが、その一例については後述する。
ステップＳ１０５において第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達したと判定し、前述のようにしてステップＳ１０７乃至Ｓ１０９を経て終了した制御周期の次の制御周期では、処理がステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、フラグＦの値が１となっているため、ＥＣＵ５０はステップＳ１１０に処理を進める。
【００４５】
ステップＳ１１０でＥＣＵ５０は、その制御周期で使用する減算値Ｄｎを減算値マップから読み出す。この減算値Ｄｎは、前述したように、尿素水から生成された尿素由来堆積物がガス化してアンモニアに転化することによる尿素由来堆積物の単位時間あたりの消滅量に対応している。減算値マップには、前述したようにエンジン１の単位時間あたりの排気排出量と、尿素水が供給される排気の温度とに応じて大きさが変化する減算値Ｄｎが記憶されており、図４に示されるように、排気排出量が多いほど大きい値となり、排気温度が高いほど大きい値となるように減算値Ｄｎが設定されている。従って、ＥＣＵ５０は、その制御周期において排気温度センサ４８により検出された排気温度と、ＥＣＵ５０が演算したエンジン１の排気排出量に基づき、対応する減算値Ｄｎを減算値マップから読み出す。
【００４６】
次のステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で読み出した減算値Ｄｎを用い、第２判定値Ｙｎの演算が行われる。具体的には、ＥＣＵ５０が前回の制御周期で算出した第２判定値Ｙｎ−１からステップＳ１１０で読み出した減算値Ｄｎを減算することにより今回の第２判定値Ｙｎを求める。ここで、第２判定値Ｙｎ−１の初期値は、前述したステップＳ１０５で用いられる上限値Ｌであって、ステップＳ１０２からステップＳ１１０を経て初めてステップＳ１１１に処理が進んだ場合には、上限値Ｌから減算値Ｄｎを減じた値が今回の第２判定値Ｙｎとなる。
【００４７】
こうして今回の第２判定値Ｙｎを求め、次のステップＳ１１２に処理を進めると、ＥＣＵ５０はステップＳ１１１で求めた今回の第２判定値Ｙｎが前述したステップＳ１０４における第１判定値Ｘｎ−１の初期値である所定の下限値の０以下となったか否か、即ち下限値０に達したか否かを判断する。そして、今回の第２判定値Ｙｎが下限値０に達していないと判断した場合にはステップＳ１１３に処理を進めて、尿素水噴射を中止することにより、尿素水インジェクタ４４からの尿素水噴射の中止が継続される。
【００４８】
こうして今回の制御周期を終了し、次の制御周期になると、ＥＣＵ５０は再びステップＳ１０１から処理を開始し、ステップＳ１０２に処理を進める。
このとき、フラグＦの値は１のままであることから、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ１０２からステップＳ１１０を経てステップＳ１１１に進め、上述したようにしてステップＳ１１０で読み出した減算値Ｄｎと前回の制御周期で算出した第２判定値Ｙｎ−１を用い、今回の第２判定値Ｙｎを演算する。このようにステップＳ１１１では、減算値Ｄｎと前回の制御周期で算出した第２判定値Ｙｎ−１を用い、制御周期毎に今回の第２判定値ＹｎをＥＣＵ５０が演算することにより、今回の第２判定値Ｙｎが更新されていく。このようにして今回の第２判定値Ｙｎが更新されることにより、ステップＳ１１１において制御周期毎に繰り返し演算される第２判定値Ｙｎの値は徐々に減少していくことになる。
【００４９】
ここで、ステップＳ１１１による第２判定値Ｙｎの演算は、ステップＳ１０５において第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達したとＥＣＵ５０が判定することにより、次の制御周期から開始されるが、ステップＳ１０５におけるこのような判定により尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したと判断すると、ＥＣＵ５０は後述する排気昇温制御により排気昇温を行って尿素由来堆積物のガス化を促進し、排気後処理装置２８内から尿素由来堆積物を除去する。前述したように、減算値Ｄｎは、尿素水から生成された尿素由来堆積物がガス化してアンモニアに転化することによる尿素由来堆積物の単位時間あたりの消滅量に対応しており、排気温度が高いほど大きい値となるように設定されている。従って、ステップＳ１１１において制御周期毎に繰り返し演算される第２判定値Ｙｎの値は、排気昇温制御によって減少していく尿素由来堆積物の堆積量に対応して徐々に減少する。
【００５０】
ステップＳ１１１で演算された第２判定値Ｙｎの値が減少し、ステップＳ１１２において下限値０に達したと判定すると、ＥＣＵ５０は排気後処理装置２８内の尿素由来堆積物が全て消滅したものと判断し、処理をステップＳ１１４に進めて尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射を許可し、次にステップＳ１１５に処理を進める。
尿素由来堆積物が全て消滅したと判断したことから、ＥＣＵ５０はステップＳ１１５でフラグＦの値を０とした後、ステップＳ１１６に処理を進め、次回以降の制御周期においてステップＳ１１１に処理が進んだ場合に第２判定値Ｙｎ−１の初期値となる今回の第２判定値Ｙｎの値を上限値Ｌにリセットし、その制御周期を終了する。このように、第２判定値Ｙｎが下限値０に達すると、それまで継続して中止されていた尿素インジェクタ４４からの尿素水の噴射が再開される。
【００５１】
前述したように、上限値Ｌの値は尿素由来堆積物の基準堆積量Ｑｒに対応するものであり、減算値Ｄｎの値は尿素由来堆積物の消滅に対応するものであるが、上限値Ｌ及び減算値Ｄｎの値は、尿素水が供給されている間に生成された尿素由来堆積物が、尿素水の供給を中止している間に、排気昇温によってガス化してアンモニアに転化し、全て消滅したときに、第２判定値Ｙｎが下限値０に達するような値となっている。
【００５２】
これら上限値Ｌ及び減算値Ｄｎのほか、前述した第１判定値Ｘｎの演算に用いられる加算値Ａｎの設定については様々な方法が考えられるが、例えば以下のようにして設定することができる。
即ち、予め実験においてエンジン１を所定の基準運転状態で運転し、このとき尿素水インジェクタ４４から尿素水を連続的に排気中に供給した場合に、尿素水から生成された尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達するまでに要する時間を基準供給継続時間として求める。次に、エンジン１を所定の基準運転状態で運転し、尿素水を基準供給時間にわたって連続的に供給した場合に生成された基準堆積量Ｑｒの尿素由来堆積物が、尿素水供給を中止した後にアンモニアに転化して消滅し終える時間を基準供給中止時間として求める。そして、前述したようにして第２判定値Ｙｎを演算したときに第２判定値Ｙｎが上記基準供給中止時間で下限値０に達するように、上限値Ｌ及び基準運転状態における減算値Ｄｎを定めると共に、これら上限値Ｌ及び基準運転状態における減算値Ｄｎに基づき、前述したようにして第１判定値Ｘｎを演算したときに第１判定値Ｘｎが上記基準供給継続時間で上限値Ｌに達するように、基準運転状態における加算値Ａｎを定める。
【００５３】
次に、後述する排気昇温制御を実行中の運転状態を含め、エンジン１の運転状態を様々に変化させた場合の基準供給継続時間及び基準供給中止時間を求め、各運転状態においても第２判定値Ｙｎを演算したときに第２判定値Ｙｎがそれぞれ対応する基準供給中止時間で下限値０に達すると共に、第１判定値Ｘｎを演算したときに第１判定値Ｘｎがそれぞれ対応する基準供給継続時間で上限値Ｌに達するように、上記基準運転状態における加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎとに基づき、各運転状態における加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎを定めればよい。こうして求められた各運転状態における加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎが、各運転状態における尿素水供給量や排気排出量、並びに尿素水が供給される排気の温度に対応して加算値マップ及び減算値マップに設定され記憶される。
【００５４】
なお、ステップＳ１１２において第２判定値Ｙｎが下限値０に達したと判定し、前述のようにしてステップＳ１１４乃至Ｓ１１６を経て終了した制御周期の次の制御周期では、処理がステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、フラグＦの値が０となっているため、ＥＣＵ５０はステップＳ１０３に処理を進め、前述したようにして第１判定値Ｘｎの演算を行うと共に、第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達するまでの間は、尿素水インジェクタ４４から尿素水の噴射が行われる。この後の制御は、これまでに述べたとおりである。
【００５５】
こうして図２のフローチャートに従って尿素水供給制御が行われることにより、ＳＣＲ触媒４０が活性化して尿素水供給を可能とする条件が成立し、ＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給が必要となった場合には、排気後処理装置２８内における尿素由来堆積物の堆積状態に応じ、尿素水インジェクタ４４から尿素水が間欠的に排気中に噴射される。尿素水の間欠供給においては、第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達するまで尿素水の供給が継続され、第２判定値Ｙｎが下限値０に達するまで尿素水の供給が中止される。
【００５６】
このような尿素水供給制御と並行して、ＥＣＵ５０は排気後処理装置２８内における尿素由来堆積物の堆積状態に応じ、尿素由来堆積物の除去を適正に行うための排気昇温制御を実行する。この排気昇温制御では、上述したように尿素水供給制御において尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達すると、ＥＣＵ５０が排気を昇温して尿素由来堆積物の除去を行う。即ち、ＥＣＵ５０は図５に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で排気昇温制御を行う。なお、この排気昇温制御もエンジン１の始動に伴って開始され、エンジン１の停止に伴って終了する。
【００５７】
制御が開始されると、ＥＣＵ５０はステップＳ２０１において、インジェクタ４からの主噴射量や、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数などに基づき、エンジン１が排気を昇温可能な運転状態にあるか否かを判定する。エンジン１が排気昇温可能な運転状態にないと判定した場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０２に処理を進め、排気昇温を中止して、その制御周期を終了する。次の制御周期においても、ステップＳ２０１でエンジン１が排気昇温可能な運転状態にないと判定した場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０２に処理を進めて排気昇温を中止するので、エンジン１が排気昇温可能な運転状態とならない限り、排気昇温制御による排気昇温は行われないことになる。以下では、エンジン１が排気昇温可能な運転状態にあるものとして説明を進める。
【００５８】
ステップＳ２０１でエンジン１が排気昇温可能な運転状態にあると判定すると、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０３に進め、フラグＦの値が１であるか否かを判定する。フラグＦの値は、前述した尿素水供給制御において尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達した場合に１とされ、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達していない場合に０とされる。従って、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達しておらず、フラグＦの値が０である場合、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０２に進め、排気昇温を中止してその制御周期を終了する。次の制御周期においても、ステップＳ２０１からステップＳ２０３に処理を進め、フラグＦの値が１ではないと判定した場合、ＥＣＵ５０はステップＳ２０２に処理を進めて排気昇温を中止するので、フラグＦの値が１とならない限り、即ち尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達しない限り、排気昇温制御による排気昇温は行われないことになる。このとき、前述したとおり、尿素水供給制御では尿素水供給条件が成立している限り、尿素水インジェクタ４４から排気中に尿素水が供給され、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として、ＳＣＲ触媒４０によるＮＯｘの還元が行われる。
【００５９】
一方、排気中への尿素水の供給によって尿素由来堆積物の堆積が進み、尿素水供給制御において尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したと判断すると、フラグＦの値が１となるので、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０３からステップＳ２０４に進める。ステップＳ２０４でＥＣＵ５０は、予め設定されている目標温度マップから、排気を昇温させる際の目標温度を読み出して設定する。
【００６０】
尿素由来堆積物が排気の昇温によりガス化して生成されるアンモニアの量は、尿素由来堆積物の堆積量を同一とした場合、排気温度によって増減し、排気温度が高いほどアンモニアの単位時間あたりの生成量が増加する。また、排気温度を一定に維持した状態では、尿素由来堆積物の堆積量が多いほど尿素由来堆積物からのアンモニアの単位時間あたりの生成量が増大する。そこで、予め実験等により、エンジン１の様々な運転状態においてアンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒４０に供給可能なアンモニアの単位時間あたりの供給量を求める。そして、このようなアンモニアの供給量に対応した尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量を維持可能な排気温度を、尿素由来堆積物の堆積量をパラメータとして求め、この排気温度が目標温度として目標温度マップに記憶されている。従って、目標温度マップにおける尿素由来堆積物の堆積量と目標温度との関係は、その一例を図６に示すように、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って目標温度が上昇するようになっている。
【００６１】
図６に示される目標温度マップの例では、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒである場合には目標温度がＴ１に設定され、尿素由来堆積物が堆積していない場合には目標温度がＴ１より高温のＴ２に設定されるようになっており、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒから減少していくのに従って、目標温度がＴ１からＴ２に向けて上昇して設定されるようになっている。なお、尿素由来堆積物の堆積量の変化に応じた目標温度の変化のさせ方は図６の例に限られるものではなく、ＳＣＲ触媒４０やエンジン１の特性などに応じて様々な形態で変化しうる。
【００６２】
ステップＳ２０４でＥＣＵ５０は、その時点における尿素由来堆積物の堆積量に対応する目標温度を目標温度マップから読み出して設定するが、このときに用いる尿素由来堆積物の堆積量は、前述の尿素水供給制御において演算された最新の第２判定値Ｙｎを用いて求められる。即ち、第２判定値Ｙｎは尿素由来堆積物の堆積量に対応して上限値Ｌと下限値０との間で変化するものであり、上限値Ｌは基準堆積量Ｑｒに対応するものであることから、最新の第２判定値Ｙｎからその時点の尿素由来堆積物の堆積量を求めることができる。
【００６３】
こうしてステップＳ２０４において目標温度を設定すると、ＥＣＵ５０は次のステップＳ２０５に処理を進め、排気昇温を行う際の排気温度の変化率に対する目標値として目標昇温速度の設定を行う。
排気昇温による尿素由来堆積物からのアンモニアの単位時間あたりの生成量は、尿素由来堆積物の堆積量を同一として排気温度を変化させた場合、排気温度の上昇率によっても変化し、排気温度の上昇率が大きいほど増加する。そこで、前述のように予め実験等により求めたアンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒４０に供給可能なアンモニアの単位時間あたりの供給量に基づき、この供給量に対応した尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量を維持可能な排気温度の変化率を、尿素由来堆積物の堆積量をパラメータとして求め、この上昇率が目標昇温速度として目標昇温速度マップに記憶されている。従って、目標昇温速度マップにおける尿素由来堆積物の堆積量と目標昇温速度との関係は、その一例を図７に示すように、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って目標昇温速度が増大するようになっている。
【００６４】
図７に示される目標昇温速度マップの例では、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒである場合には目標昇温速度がΔＴ１に設定され、尿素由来堆積物が堆積していない場合には目標昇温速度がΔＴ１より大きいΔＴ２に設定されるようになっており、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒから減少していくのに従って、目標昇温速度がΔＴ１からΔＴ２に向けて増大して設定されるようになっている。なお、目標昇温速度の変化のさせ方についても、図７の例に限られるものではなく、ＳＣＲ触媒４０やエンジン１の特性などに応じて様々な形態で変化しうる。
【００６５】
ステップＳ２０５でＥＣＵ５０は、その時点における尿素由来堆積物の堆積量に対応する目標温度を目標温度マップから読み出して設定するが、このときに用いる尿素由来堆積物の堆積量は、上述したステップＳ２０４で用いるものと同じである。
こうしてステップＳ２０５で目標昇温速度を設定すると、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０６に進め、ステップＳ２０４及びＳ２０５でそれぞれ設定した目標温度及び目標昇温速度を用い、排気温度センサ４８によって検出された排気温度が目標昇温速度で目標温度まで上昇するように排気の昇温を行い、その制御周期を終了する。
【００６６】
次の制御周期においても、エンジン１が昇温可能な運転状態にあってフラグＦの値が１であれば、ＥＣＵ５０は処理をステップＳ２０１からステップＳ２０３を経てステップＳ２０４に進める。そして、上述したようにして、ステップＳ２０４でそのときの尿素由来堆積物の堆積量に対応した目標温度を設定すると共に、ステップＳ２０５でそのときの尿素由来堆積物の堆積量に対応した目標昇温速度を設定し、ステップＳ２０６で排気の昇温を行う。
【００６７】
従って、エンジン１が昇温可能な運転状態にあってフラグＦの値が１である限り、各制御周期において、そのときの尿素由来堆積物の堆積量に対応した目標温度及び目標昇温速度が設定され、排気の昇温が行われる。
ここでステップＳ２０６における排気の昇温は、インジェクタ４から主噴射とは別に、追加燃料を排気行程で各気筒に噴射することによって行われる。このような噴射タイミングで追加燃料が各気筒に噴射されることにより、追加燃料は気筒内や排気マニホールド１８内で燃焼することなく前段酸化触媒３６に達し、燃料のＨＣが前段酸化触媒３６によって酸化反応を起こすことにより、前段酸化触媒３６から流出する排気の温度が上昇する。
【００６８】
ステップＳ２０６においてＥＣＵ５０は、排気温度センサ４８によって検出された排気温度がステップＳ２０４で設定された目標温度に達していない場合、排気温度センサ４８によって検出された排気温度の変化率がステップＳ２０５で設定された目標昇温速度となるように、追加燃料の供給量を調整する。排気昇温制御における排気の昇温が開始された当初は排気温度が目標温度に達していないため、排気昇温によって排気温度が目標温度に達するまでの間は、排気温度の上昇率が目標昇温速度となるように追加燃料が供給されることになる。
【００６９】
一方、排気温度センサ４８によって検出された排気温度がステップＳ２０４で設定された目標温度に達した場合、ＥＣＵ５０は排気温度センサ４８によって検出された排気温度がステップＳ２０４で設定された目標温度となるように、追加燃料の供給量を調整する。
このようにして各制御周期において追加燃料が供給されることにより、排気温度は目標昇温速度に対応した変化率で目標温度に対応する温度まで上昇し、ほぼ目標温度に維持される。
【００７０】
このようにして排気昇温制御によって排気が昇温されることにより、排気後処理装置２８内に堆積した尿素由来堆積物は徐々にガス化してアンモニアに転化する。このとき、排気昇温制御において用いられる目標温度及び目標昇温速度は、上述したようにアンモニアスリップを生じることなくＳＣＲ触媒４０に供給可能な単位時間あたりのアンモニア供給量を実現する排気温度及び排気温度の変化率として設定されており、ＥＣＵ５０は尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って、目標温度を上昇させると共に、目標昇温速度を増大させる。従って、排気昇温を開始した当初の尿素由来堆積物が比較的多く堆積している状態では、目標温度が比較的低く設定されると共に、排気温度が目標温度に向けて比較的ゆっくりと上昇していく。この結果、排気温度が目標温度に向けて上昇している間、及び目標温度に達した後のいずれにおいても、生成されたアンモニアはＳＣＲ触媒４０に供給された後、実質的に全量が還元剤としてＮＯｘの選択還元に用いられ、アンモニアスリップの発生が防止されながら尿素由来堆積物の除去が行われる。
【００７１】
また、前述したように、尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量は、排気温度を一定に維持した状態では、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに従って減少し、尿素由来堆積物の堆積量を同一とした場合、排気温度が高いほど或いは排気温度の上昇率が大きいほど増加する。このため、排気温度が一定である場合には、尿素由来堆積物の堆積量が減少するのに伴って、尿素由来堆積物からの単位時間あたりのアンモニア生成量の減少によりアンモニアスリップが発生しにくくなるが、排気温度が目標温度に達した後は、上述のように尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標温度の上昇によって排気温度が上昇していくので、堆積量の減少に伴う尿素由来堆積物からのアンモニア生成量の減少を排気温度の上昇によって相殺し、アンモニアスリップの発生を防止しながら速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００７２】
一方、排気昇温制御により排気温度が目標温度に向けて上昇している間は、上述のように尿素由来堆積物の堆積量の減少に伴い、目標昇温速度の増大によって排気温度の変化率が増大していくので、堆積量の減少に伴う尿素由来堆積物からのアンモニア生成量の減少を排気温度の変化率の増大によって相殺し、アンモニアスリップの発生を防止しながら速やかに尿素由来堆積物を排気通路内から除去することが可能となる。
【００７３】
このようにして排気昇温制御が行われ、尿素由来堆積物の堆積量が減少していくのに伴い、前述した尿素水供給制御では、排気昇温制御による排気昇温と並行して行われるステップＳ１１１での演算によって、第２判定値Ｙｎの値が減算値Ｄｎずつ減少していく。このとき、減算値Ｄｎは排気温度の上昇と共に増大するようになっているので、排気昇温による尿素由来堆積物の堆積量の減少に追従して第２判定値Ｙｎの値が減少する。
【００７４】
尿素水供給制御において、各制御周期におけるステップＳ１１１の演算によって第２判定値Ｙｎの値が減少し、ステップＳ１１２で下限値０に達したと判定すると、尿素由来堆積物が消滅したものとして、ステップＳ１１５でフラグＦの値が０とされる。従って、排気昇温制御では、ステップＳ２０３においてフラグＦの値が１ではないと判定することにより、ＥＣＵ５０が処理をステップＳ２０２に進め、追加燃料の供給による排気昇温が中止される。そして、尿素水供給制御で再び第１判定値Ｘｎが上限値Ｌに達して、尿素由来堆積物の堆積量が基準堆積量Ｑｒに達したと判定するまでは、排気昇温制御による排気の昇温が中止される。
【００７５】
なお、前述したようにフラグＦの値が１である間は、尿素水供給制御において尿素水の供給が中止されるので、排気昇温制御によって尿素由来生成物の除去のために排気昇温を行っている間は尿素水の供給が中止されることになる。この結果、排気昇温制御においてアンモニアスリップを防止しながらできるだけ迅速に尿素由来堆積物の除去を行っているときに、余分な尿素水が供給されることによりアンモニアスリップが生じてしまうような事態を確実に防止することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、フィルタ３６の強制再生のために設けられている前段酸化触媒３６、排気温度センサ４８及び各気筒に燃料を噴射するために設けられているインジェクタ４を用いて排気昇温制御における排気昇温を行うので、尿素由来堆積物の除去のために新たな装置を追加する必要がなく、容易に尿素由来堆積物の除去を行うことができる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７７】
例えば、上記実施形態では排気昇温によって尿素由来堆積物を除去している際には尿素水の供給を中止するようにしたが、排気温度や排気流量などに基づき尿素由来堆積物からのアンモニア生成量を推定し、ＳＣＲ触媒４０に供給可能なアンモニアの供給量に満たない場合には、アンモニアの不足分に対応した尿素水を尿素水インジェクタ４４から供給するようにしてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、加算値Ａｎ及び減算値Ｄｎを用いた第１判定値Ｘｎ及び第２判定値Ｙｎの演算により尿素由来堆積物の堆積状態を判定するようにしたが、尿素由来堆積物の堆積状態の判定方法はこれに限定されるものではない。特に尿素由来堆積物の除去完了の判定については、堆積量を推定せずに排気昇温制御による排気昇温の実施時間が所定時間に達したら尿素由来堆積物の除去が完了したと判定するようにしてもよい。この場合には、尿素水供給制御におけるステップＳ１１０乃至Ｓ１１２の処理に代えて、フラグＦの値が１となってからの経過時間を計測し、この経過時間が所定時間となったか否かをステップＳ１１２において判定するようにすればよい。
【００７９】
更に、上記実施形態では、排気昇温制御における排気の昇温を、インジェクタ４からの追加燃料の供給及び前段酸化触媒３６による燃料の酸化反応によって行うようにしたが、排気を昇温するための方法はこれに限定されるものではなく、既に知られている様々な方法を用いることが可能である。
また、上記実施形態では、目標温度及び目標昇温速度を、尿素由来堆積物の堆積量の変化に従って連続的に変化させるようにしたが、尿素由来堆積物の堆積量変動範囲をいくつかの区間に分け、各区間内では目標温度及び目標昇温速度の少なくとも一方を一定に保持しながら段階的に変更するようにしてもよい。
【００８０】
更に、上記実施形態では、目標温度及び目標昇温速度を設定するようにしたが、目標温度のみを用い、排気昇温を行う際の排気温度の制御に加え、目標温度の変化率を調整することにより排気温度の変化率を制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、排気後処理装置２８に前段酸化触媒３６、フィルタ３８、ＳＣＲ触媒４０及び後段酸化触媒４２を設けるようにしたが、ＳＣＲ触媒４０以外については必要に応じて変更することが可能である。
【００８１】
更に、上記実施形態では、４気筒のディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したが、エンジンの気筒数及び形式はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置で実行される尿素水供給制御のフローチャートである。
【図３】図２の尿素水供給制御で使用される加算値マップにおける加算値と排気温度及び尿素水供給量／排気排出量との関係を示すグラフである。
【図４】図２の尿素水供給制御で使用される減算値マップにおける減算値と排気温度及び排気排出量との関係を示すグラフである。
【図５】図１の排気浄化装置で実行される排気昇温制御のフローチャートである。
【図６】図５の排気昇温制御で用いられる目標温度マップにおける堆積量と目標温度との関係を示すグラフである。
【図７】図５の排気昇温制御で用いられる目標昇温速度マップにおける堆積量と目標昇温速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１  エンジン
３０  上流側ケーシング（排気通路）
３２  連通路（排気通路）
３４  下流側ケーシング（排気通路）
４０  アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒
４４  尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
５０  ＥＣＵ（制御手段）
【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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