JP2013142309A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘの浄化に適した量と分散性をもって還元剤をＮＯｘ浄化触媒に供給することができ、還元剤の温度が低い場合であっても、ＮＯｘ浄化触媒における適切なＮＯｘ還元性能を維持することのできる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】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還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、ＮＯｘ浄化触媒に尿素水を噴射供給する尿素水添加弁と、尿素水添加弁に供給される尿素水を加圧して供給する尿素水ポンプと、尿素水タンク内の尿素水の温度Ｔｕｒｅａを検出する尿素水温センサを備える。制御装置は、尿素水温センサによって検出される尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど、尿素水添加弁から噴射される尿素水の噴射圧力が高くなるように、尿素水ポンプを制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、内燃機関の排気浄化装置として、還元剤が供給されることによって排気中のＮＯｘを選択的に浄化する選択還元型ＮＯｘ浄化触媒を備える排気浄化装置が知られている。

特許文献１の排気浄化装置では、尿素水タンクに貯留された尿素水を、添加弁を通じてＮＯｘ浄化触媒に向けて噴射供給している。そして、排気中に噴射された尿素水が排気熱によって加水分解されてアンモニアとなり、このアンモニアが排気通路を流れてＮＯｘ浄化触媒に供給されることで、ＮＯｘ浄化触媒に吸蔵されているＮＯｘをＨ２ＯとＮ２とに還元するようにしている。

特開２００９−２９３５１３号公報

ところで、例えば冷間始動時などにおいては、尿素水タンクに貯留された尿素水の温度が低くなっているため、尿素水の粘度が高くなる。そのため、添加弁によって尿素水を排気中に供給しても、排気中に供給される尿素水の量が、ＮＯｘの浄化に適した量よりも少なくなるおそれがある。また、尿素水の粘度が高い場合には、排気中に噴射された際に尿素水が微粒化されにくくなるためその分散性が低下し、尿素水の加水分解反応も進行しにくくなる。このように尿素水の供給量が少なくなったり、分散性が低下したりすると、ＮＯｘ浄化触媒の還元性能が低下するといった事態が生じうる。なお、こうした問題は、尿素水以外にも、温度が低下するほど粘度が増大する還元剤をＮＯｘ浄化触媒に供給する場合にも起こりうる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘの浄化に適した量と分散性をもって還元剤をＮＯｘ浄化触媒に供給することができ、還元剤の温度が低い場合であっても、ＮＯｘ浄化触媒における適切なＮＯｘ還元性能を維持することのできる排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決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、内燃機関の排気通路に設けられて還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記排気通路において前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられて同ＮＯｘ浄化触媒に還元剤を噴射供給する添加弁と、前記添加弁に還元剤を加圧して供給する加圧機構と、還元剤の温度を検出する検出機構とを備え、前記加圧機構は、前記検出機構によって検出される還元剤の温度が低いほど、前記添加弁に供給される還元剤の圧力が高くなるようにこれを加圧することを要旨とする。

上記構成によれば、還元剤の温度が低く、その粘度が高いときほど、添加弁に供給される還元剤の圧力が高くなるように、同還元剤が加圧機構により加圧される。これにより、還元剤の供給量や分散性が低下しやすい状況にあるときほど、還元剤の噴射圧力を高くすることができるため、還元剤の供給量や分散性が低下することを抑制することができる。したがって、ＮＯｘの浄化に適した量と分散性をもって還元剤をＮＯｘ浄化触媒に供給することができ、還元剤の温度が低い場合であっても、ＮＯｘ浄化触媒における適切なＮＯｘ還元性能を維持することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出機構によって検出される前記還元剤の温度が低い領域ほど、前記還元剤の温度変化に対する前記還元剤添加弁に供給される前記還元剤の圧力変化が大きくなるように前記加圧機構を制御することを要旨とする。

還元剤の温度とその粘度との関係は厳密には線形ではなく、両者の間には、還元剤の温度が低い領域ほど、その温度変化に対する粘度変化が大きくなる関係がある。上記構成では、加圧機構を通じて還元剤の温度に応じてこれを加圧するに際して、還元剤の温度が低い領域では、還元剤の温度変化に対して還元剤の噴射圧力を大きく変化させ、還元剤の温度が比較的高い領域では、還元剤の温度変化に対して還元剤の噴射圧力を小さく変化させるようにしている。このため、上述したような還元剤の温度とその粘度との関係に即したかたちで還元剤の噴射圧力を適切に制御することができる。したがって、ＮＯｘ浄化触媒における適切なＮＯｘ還元性能を一層効果的に維持することができるようになる。

本発明の実施形態にかかる排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジン及びその周辺機構を示す模式図。 尿素水の温度と粘度との関係を示すグラフ。 尿素水添加弁を一定の噴射圧力で一定期間開弁した場合における尿素水の粘度と噴射量との関係を示すグラフ。 尿素水添加弁を一定の噴射圧力で開弁した場合における尿素水の粘度と噴霧粒径との関係を示すグラフ。 尿素水添加制御の実行手順を示すフローチャート。 尿素水の温度と目標噴射圧力との関係を示すマップ。

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６を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置が適用された内燃機関である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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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を浄化するＮＯｘ浄化触媒として、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。

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。

エンジン１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤である尿素水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、尿素水を貯留する尿素水タンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素水添加弁２３０、尿素水添加弁２３０と尿素水タンク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尿素水ポンプ２２０にて構成されている。なお、尿素水添加弁２３０が還元剤を噴射供給する添加弁に相当し、この尿素水ポンプ２２０と後述する制御装置８０が、還元剤を加圧する加圧機構に相当する。

尿素水添加弁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。この尿素水添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を通じて排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

尿素水ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、供給通路２４０を通じて尿素水タンク２１０から尿素水添加弁２３０に向けて尿素水を送液することで、尿素水を加圧する。一方、逆回転時には、尿素水添加弁２３０から尿素水タンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、尿素水ポンプ２２０の逆回転時には、尿素水添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されて尿素水タンク２１０に戻される。

また、尿素水添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素水添加弁２３０から噴射された尿素水をＳＣＲ触媒４１の上流で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。

尿素水添加弁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に吸蔵されている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。

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）が設けられている。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。

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。

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である差圧ΔＰを検出する。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、尿素水添加弁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、つまりＳＣＲ触媒４１で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。第３浄化部材５０の下流の排気通路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。また、尿素水タンク２１０には、尿素水の温度を検出する検出機構としての尿素水温センサ２５０が設けられており、尿素水の供給通路２４０には、尿素水ポンプ２２０と尿素水添加弁２３０との間に供給通路２４０内の尿素水の圧力を検出する尿素水圧センサ２６０が設けられている。

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。

そして、この制御装置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。

また、制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素水添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、制御装置８０が、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添加量ＮＴを機関運転状態等に基づいて算出する。以下では、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足の無い尿素水添加量を「当量比１」という。そして、算出された当量比１に相当する尿素水添加量ＮＴの尿素水が尿素水添加弁２３０から噴射されるように、同尿素水添加弁２３０の開弁状態が制御される。

制御装置８０は、より詳細には、尿素水添加弁２３０を繰り返し開閉させるように制御することで、尿素水を排気通路２６に間欠供給する。この間欠供給に際しては、予め定められた所定期間ＳＴ内に必要とされる尿素水添加量ＮＴが、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１、機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、及び第２排気温度ＴＨ２に基づいて算出される。そして、所定期間ＳＴ内に尿素水添加弁２３０から尿素水添加量ＮＴの尿素水が噴射されるように、尿素水の開弁周期Ｃが設定される。具体的には、尿素水添加量ＮＴが多いほど、尿素水を頻繁に噴射供給する必要があるため、開弁周期Ｃが短く設定される。なお、本実施形態では、尿素水添加量ＮＴが所定量未満のときは第１開弁周期Ｃ１が選択され、尿素水添加量ＮＴが所定量以上のときは第１開弁周期Ｃ１よりも短い周期の第２開弁周期Ｃ２が選択されるといった態様で、開弁周期Ｃは、２つの開弁周期Ｃ１，Ｃ２から選択される。

また、尿素水添加量ＮＴが多いほど、１回の開弁周期Ｃに噴射する尿素水の量が多くなるため、開弁期間Ｔが長く設定される。なお、開弁期間Ｔは詳細には、以下のようにして設定される。まず、開弁周期Ｃにて所定期間ＳＴを除する（ＳＴ／Ｃ）ことにより、所定期間ＳＴ内での添加回数Ｎが算出される。そして、上記尿素水添加量ＮＴを添加回数Ｎにて除する（ＮＴ／Ｎ）ことにより、添加１回当たりの尿素水添加量である単位尿素水添加量ＮＴＡが算出される。そして、この単位尿素水添加量ＮＴＡが供給できるように尿素水添加弁２３０の開弁期間Ｔが設定される。

以上のようにして、開弁周期Ｃ毎に開弁期間Ｔの間だけ尿素水添加弁２３０が開弁され、尿素水の間欠供給が行われることにより、当量比１に相当する尿素水添加量ＮＴを尿素水添加弁２３０から噴射供給することができる。なお、上記尿素水の間欠供給は、機関運転中は継続して行われ、機関運転が停止されると停止される。

ところで、冷間始動時などにおいては、尿素水タンク２１０に貯留される尿素水の温度が低くなっている。このように尿素水の温度が低い場合には、上記尿素水の間欠供給を行う場合に、以下のような問題が生じる。

すなわち、図２に示すように、尿素水の粘度は温度が低いほど高くなる。そして、図３に示すように、尿素水の粘度が高くなると、尿素水添加弁２３０を一定期間開弁した場合であっても、尿素水添加弁２３０によって排気中に噴射供給される尿素水の量が少なくなる。そのため、上記した尿素水の間欠供給において、尿素水添加弁２３０を設定された開弁期間Ｔだけ開弁したとしても、尿素水の温度が低い場合には、算出された単位尿素水添加量ＮＴＡを噴射供給することができない場合がある。また、尿素水の温度が低いことによって粘度が高い場合には、図４に示すように、尿素水添加弁２３０によって尿素水が排気中に噴射された際に尿素水が微粒化されにくくなる。そのため、尿素水の分散性が低下し、尿素水からアンモニアへの加水分解反応も進行しにくくなる。このように、尿素水の温度が低いことによって、算出された単位尿素水添加量ＮＴＡの尿素を添加できなかったり、分散性が低下したりすると、ＳＣＲ触媒４１によるＮＯｘの還元性が低下するといった事態が生じうる。

そこで、本実施形態では、制御装置８０が、尿素水タンク２１０内の尿素水の温度が低いほど尿素水添加弁２３０による尿素水の噴射圧力が高くなるように制御した上で、上記した尿素水の間欠供給を実行することで、尿素水の温度が低い場合であっても、ＳＣＲ触媒４１に供給される尿素水の量及び分散性が低下することを抑制するようにしている。制御装置８０は、具体的には、図５のフローチャートに示す処理手順に従って、尿素水添加制御を実行する。図５に示す一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として実行される。以下、制御装置８０によって実行される尿素水添加制御について、図５を参照して説明する。

図５に示すように、尿素水添加制御がスタートすると、まずステップＳ１１において尿素水タンク２１０内の尿素水の温度Ｔｕｒｅａが検出される。制御装置８０は、尿素水温センサ２５０による入力信号により尿素水タンク２１０内の尿素水の温度Ｔｕｒｅａを把握することで、尿素水温度を検出する。

次に、ステップＳ１２に移り、尿素水タンク２１０内の尿素水が解凍しているか否かが判定される。具体的には、検出される尿素水の温度Ｔｕｒｅａが、尿素水の解凍判定温度Ｔｄｅｆ（例えば−１１℃）を超えているか否かを判定する。尿素水の温度Ｔｕｒｅａが解凍判定温度Ｔｄｅｆを超えていない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、尿素水タンク２１０内の尿素水が凍結しており、尿素水添加弁２３０により尿素水を添加できる状況ではないため、エンドに移り、制御装置８０は本処理を一旦終了する。

ステップＳ１２において、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが、尿素水の解凍判定温度Ｔｄｅｆ（例えば−１１℃）を超えていると判定された場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３に移り、図６に示す尿素水の温度Ｔｕｒｅａと目標噴射圧力Ｐｍａｐとの関係を設定したマップを参照することで、尿素水の目標噴射圧力Ｐｍａｐを設定する。

目標噴射圧力Ｐｍａｐは、尿素水添加弁２３０から尿素水をこの目標噴射圧力Ｐｍａｐで噴射供給することによって、尿素水添加弁２３０を上記した開弁期間Ｔだけ開弁した場合に単位尿素水添加量ＮＴＡの尿素水が排気通路２６に供給されるように設定された圧力値である。また、目標噴射圧力Ｐｍａｐは、尿素水添加弁２３０から尿素水を排気中にこの目標噴射圧力Ｐｍａｐで噴射供給することによって、尿素水の微粒化が促進されて分散性を確保することができる圧力値である。この目標噴射圧力Ｐｍａｐは、図６に示すように、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど高い値に設定される。さらに、図２に示すように、尿素水は、温度が低い領域ほど、温度変化に対する粘度変化の度合いが大きくなる。したがって、図６に示すように、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低い領域ほど、目標噴射圧力Ｐｍａｐも大きく変化するように設定されている。

ステップＳ１３で、目標噴射圧力Ｐｍａｐを設定した後には、ステップＳ１４に移り、目標噴射圧力Ｐｍａｐに基づいて尿素水ポンプ２２０を駆動する。具体的には、尿素水の供給通路２４０における尿素水の圧力がこの目標噴射圧力Ｐｍａｐとなるように制御する。そして、ステップＳ１５に移り、尿素水圧センサ２６０によって尿素水の供給通路２４０の圧力Ｐｕｒｅａを検出した後に、ステップＳ１６に移り、供給通路の圧力Ｐｕｒｅａが目標噴射圧力Ｐｍａｐに一致しているか否かを判定する。

ステップＳ１６において、供給通路２４０内の圧力Ｐｕｒｅａが目標噴射圧力Ｐｍａｐに一致していないと判定されると（ステップＳ１６：ＮＯ）、エンドに移る。すなわち、供給通路２４０内の圧力Ｐｕｒｅａが目標噴射圧力Ｐｍａｐに一致していない場合には、尿素水の粘度に対応した目標噴射圧力Ｐｍａｐで尿素水を噴射することができない。したがって、後のステップＳ１７で単位尿素水添加量ＮＴＡを供給するための尿素水添加弁２３０の開弁期間Ｔを設定しても、尿素水添加弁２３０を開弁期間Ｔだけ開弁した場合に単位尿素水添加量ＮＴＡを添加することはできないと推定されるとともに、尿素水添加弁２３０によって尿素水を噴射供給しても尿素水の分散性も低下すると推定される。したがって、この場合には、エンドに移り、制御装置８０は本処理を一旦終了する。

図５に示す処理が実行され、ステップＳ１４で尿素水ポンプ２２０の駆動制御が実行されるたびに、尿素水タンク２１０内の尿素水が供給通路２４０を通じて尿素水添加弁２３０に送液され、尿素水添加弁２３０に供給される尿素水が加圧されるため、供給通路２４０内の尿素水の圧力が上昇する。そして、こうした制御によってステップＳ１５において検出される尿素水の圧力Ｐｕｒｅａが、ステップ１６において、目標噴射圧力Ｐｍａｐに一致していると判定されると（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１７に移る。

ステップＳ１７では、尿素水添加弁２３０の開弁周期Ｃと開弁期間Ｔとが設定される。すなわち、上記のように、第１ＮＯｘ濃度Ｎ１、機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、及び第２排気温度ＴＨ２に基づいて、尿素水添加量ＮＴを算出する。そして、所定期間ＳＴ内に尿素水添加弁２３０から排気中に尿素水添加量ＮＴの尿素水が添加されるように、開弁周期Ｃが設定された後に、単位尿素水添加量ＮＴＡを添加するための開弁期間Ｔが設定される。ステップＳ１７で、このように開弁周期Ｃと開弁期間Ｔとが決定された後に、ステップＳ１８に移り、制御装置８０は尿素水の添加制御を実行する。そして、ステップＳ１８の処理後、制御装置８０は本処理を一旦終了する。

なお、この尿素水の添加制御は、上記したように機関運転中は継続して行われる。したがって、ステップＳ１８の処理後、本処理は一旦終了されるものの、機関運転中は尿素水の添加制御が継続される。すなわち、機関運転中は、図５に示す処理が実行される度に、目標噴射圧力Ｐｍａｐと、開弁周期Ｃと開弁期間Ｔとが設定され、尿素水の間欠供給が継続して実行されることとなる。

以上説明した上記実施形態では、以下の作用が得られる。
制御装置８０は、図６に示す尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど目標噴射圧力Ｐｍａｐが高い値に設定されるマップを参照し、このマップに基づいて供給通路２４０における尿素水の圧力Ｐｕｒｅａが目標噴射圧力Ｐｍａｐに一致するように尿素水ポンプ２２０を駆動している。したがって、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど、尿素水添加弁２３０による尿素水の噴射圧力が高くなり、尿素水添加弁２３０の開弁期間Ｔにおいて、単位尿素水添加量ＮＴＡの尿素水が排気通路２６に供給される。これにより、所定期間ＳＴにおいて、当量比１に相当する尿素水添加量ＮＴを尿素水添加弁２３０から噴射することができる。また、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど、尿素水添加弁２３０による尿素水の噴射圧力が高くなるため、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低く粘度が高くなることに起因して分散性が低下しやすい場合において、尿素水の分散性が低下することを抑制することができる。

以上詳述したように、上記実施形態では、以下の効果を奏することができる。
（１）ディーゼルエンジンの排気浄化装置は、排気通路２６に設けられて尿素水の添加によりＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４１と、ＳＣＲ触媒４１に尿素水を噴射供給する尿素水添加弁２３０と、尿素水添加弁２３０に尿素水を送液する尿素水ポンプ２２０と、尿素水の温度Ｔｕｒｅａを検出する尿素水温センサ２５０とを備えている。そして、制御装置８０が、尿素水温センサ２５０によって検出される尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど、尿素水添加弁２３０に供給される尿素水の圧力が高くなるように尿素水ポンプ２２０を制御することで、尿素水添加弁２３０に供給される尿素水が加圧される。したがって、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いことによって尿素水の粘度が低下するほど、尿素水添加弁２３０に供給される尿素水の圧力が高くなる。これにより、尿素水の粘度が高くなり尿素水の供給量や分散性が低下しやすい状況となるほど、尿素水の噴射圧力を高くすることができるため、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低く粘度が高い場合であっても、尿素水の供給量や分散性が低下することを抑制することができる。したがって、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに関わらず、ＮＯｘの浄化に適した量と分散性をもって尿素水をＳＣＲ触媒４１に供給することができ、尿素水の温度が低い場合であっても、ＳＣＲ触媒４１における適切なＮＯｘ還元性能を維持することができるようになる。

（２）尿素水は、図２に示すように、温度とその粘度との関係が厳密には線形ではなく低い領域ほど、その温度変化に対する粘度変化が大きくなる関係がある。この点、ディーゼルエンジンの排気浄化装置では、制御装置８０が、尿素水温センサ２５０によって検出される尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低い領域ほど、尿素水の温度変化に対して尿素水添加弁２３０に供給される尿素水の圧力変化量が大きくなるように尿素水ポンプ２２０を駆動制御するようにしている。したがって、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低い領域では、尿素水の温度Ｔｕｒｅａの変化に対して尿素水添加弁２３０による噴射圧力を大きく変化させ、温度Ｔｕｒｅａが比較的高い領域では、尿素水の温度変化に対して噴射圧力を小さく変化させるため、尿素水の粘度変化に対して噴射圧力を適切に制御することができる。このため、上述したような尿素水の温度とその粘度との関係に即したかたちで尿素水の噴射圧力を適切に制御することができる。したがって、ＳＣＲ触媒４１における適切なＮＯｘ還元性能を一層効果的に維持することができるようになる。

（３）ディーゼルエンジンの排気浄化装置では、制御装置８０が、所定期間ＳＴに尿素水添加量ＮＴの尿素水が尿素水添加弁２３０から噴射供給されるように、開弁周期Ｃ及び単位尿素水添加量ＮＴＡを供給するための尿素水添加弁２３０の開弁期間Ｔを設定している。そして、目標噴射圧力Ｐｍａｐは、尿素水添加弁２３０から尿素水をこの目標噴射圧力Ｐｍａｐで噴射することによって、尿素水添加弁２３０を開弁期間Ｔだけ開弁した場合に単位尿素水添加量ＮＴＡの尿素水が排気通路２６に供給されるように、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに基づいて設定されている。これにより、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに関わらず、尿素水添加弁２３０を開弁期間Ｔだけ開弁することによって、単位尿素水添加量ＮＴＡの尿素水を排気通路２６に供給することができるため、所定期間ＳＴ内において、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足の無い「当量比１」の尿素水を排気通路２６に供給することができる。

また、本実施形態では、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに関わらず、尿素水添加弁２３０を開弁期間Ｔだけ開弁した場合に単位尿素水添加量ＮＴＡの尿素水が排気通路２６に供給されるように、尿素水の目標噴射圧力Ｐｍａｐが設定される。したがって、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが変化した場合でも、開弁期間Ｔ等を変更する必要がなく、尿素水ポンプ２２０によって尿素水添加弁２３０に供給される尿素水の圧力のみが変更されるように制御すればよい。したがって、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに応じて、尿素水ポンプ２２０による尿素水の加圧状態を変更するのに加えて開弁期間Ｔ等の設定態様を変更する場合に比べて、尿素水の間欠供給を容易に行うことができる。

（４）ディーゼルエンジンの排気浄化装置では、尿素水温センサ２５０によって検出される尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど、尿素水添加弁２３０に供給される尿素水の圧力が高くなるように尿素水ポンプ２２０を制御することで、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低く粘度が高い場合の尿素水の供給量及び分散性の確保を図るようにしている。ここで、例えば、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低く粘度が高い場合には、尿素水をヒータ等で加熱することによっても、尿素水の供給量及び分散性の確保を図ることはできる。しかしながら、この方法では、加熱により尿素水に劣化が生じるおそれがある。また、ヒータによる加熱によって尿素水の供給量及び分散性を向上させる場合には、尿素水ポンプ２２０によって尿素水を加圧する場合よりも、消費されるエンジンのエネルギーが大きい。したがって、本実施形態では、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低い場合に尿素水の供給量及び分散性の確保するにあたって、尿素水をヒータによって加熱する場合に比べて、尿素水の劣化を抑制することができるとともに、消費されるエネルギーを低減することができる。

尚、本発明にかかる排気浄化装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施形態では、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが低いほど、尿素水添加弁２３０に供給される尿素水の圧力が高くなるように尿素水ポンプ２２０を制御し、尿素水の温度Ｔｕｒｅａに応じて開弁期間Ｔ等は変更していない。しかしながら、尿素水の温度が低いほど、尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力が高くなるように尿素水ポンプを制御するとともに、開弁期間Ｔが長くなるように制御したり、開弁周期Ｃが短くなるように制御したりするようにしてもよい。このように、尿素水の温度が低いほど、開弁期間Ｔが長くなるように制御したり、開弁周期Ｃが短くなるように制御したりすれば、尿素水の温度が低いほど尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力が高くする度合いをさほど大きくすることなく、ＮＯｘの浄化に適した量の尿素水を排気中に供給することができる。

なお、尿素水の温度が低いほど尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力を高くするように尿素水ポンプを駆動制御すれば、その圧力を高くする度合いに関わらず、尿素水の温度が低い場合に、尿素水の供給量及び分散性が低下することを抑制することはできる。したがって、尿素水の温度が低いほど尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力を高くするように尿素水ポンプを駆動制御すれば、その圧力を高くする度合いがさほど大きくない場合でも、開弁期間Ｔが長くなるように制御したり、開弁周期Ｃが短くなるように制御したりする必要はない。

また、尿素水温センサによって検出される尿素水の温度が低い領域ほど、尿素水の温度変化に対して尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力変化を大きくする必要はなく、例えば、尿素水の温度と尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力とが線形的な関係を示すように尿素水ポンプを制御してもよい。また、図２に示すように、尿素水の温度が高い領域では、尿素水の粘度は比較的低く、粘度変化も小さい。したがって、尿素水の温度が所定温度以下である場合には、尿素水の温度変化に対して尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力変化が大きくなるように尿素水ポンプを駆動制御し、尿素水の温度が所定温度を超える場合には、尿素水添加弁に供給される尿素水の圧力を、尿素水の温度が所定温度以下である場合よりも低い一定の圧力となるように尿素水ポンプを駆動制御してもよい。

・上記各実施形態では、尿素水温センサによって尿素水タンク内の尿素水の温度を検出することで、尿素水の温度を検出するようにしている。しかしながら、尿素水温センサは、尿素水タンク内の尿素水の温度ではなく、供給通路内の尿素水の温度や添加弁内の温度を検出してもよい。また、尿素水の温度は、機関冷却水温や外気温などを検出し、これらに基づいて推定することで検出するようしてもよい。

・上記各実施形態では、尿素水圧センサが尿素水の供給通路内の圧力を検出するようにしている。しかしながら、尿素水圧センサが尿素水添加弁内の圧力を検出するようにしてもよい。また、制御装置に、尿素水ポンプの駆動態様と尿素水添加弁による尿素水の噴射圧力との関係を示す情報が予め記憶されていれば、尿素水の圧力を検出することなく、検出される尿素水の温度に基づいて、尿素水ポンプを記憶された駆動態様に基づいて制御することで、尿素水添加弁による尿素水の噴射圧力が尿素水の温度が低いほど高くなるように制御してもよい。

・上記各実施形態では、尿素水の温度が低い場合に、供給量及び分散性を確保するための方法として、ヒータ等による加熱を行わないようにしたが、尿素水の温度が低いほど噴射圧を高くするように尿素水ポンプで加圧することに加え、尿素水をヒータ等により加熱するようにしてもよい。なお、この場合は、尿素水の劣化を抑制でき、且つヒータ等の加熱によるエネルギー消費を抑えられる程度に尿素水を加熱し、ポンプによる加圧を併用することが好ましい。

・上記各実施形態では、還元剤として尿素水を使用したが、他に、燃料、ジメチルエーテル、メチルエーテルなども還元剤として用いることができる。
・上記各実施形態では、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、ガソリンエンジンの排気浄化装置に本発明を適用してもよい。

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、♯１〜♯４…気筒、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…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…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…尿素水タンク、２２０…尿素水ポンプ、２３０…尿素水添加弁、２４０…供給通路、２５０…尿素水温センサ、２６０…尿素水圧センサ。

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
   前記排気通路において前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられて同ＮＯｘ浄化触媒に還元剤を噴射供給する添加弁と、
   前記添加弁に還元剤を加圧して供給する加圧機構と、
   還元剤の温度を検出する検出機構とを備え、
   前記加圧機構は、前記検出機構によって検出される還元剤の温度が低いほど、前記添加弁に供給される還元剤の圧力が高くなるようにこれを加圧する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記加圧機構は、還元剤の温度に応じて同還元剤を加圧するに際して、前記検出機構によって検出される還元剤の温度が低い領域ほど、還元剤の温度変化に対する前記添加弁に供給される還元剤の圧力変化量を大きく設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。