JP2013147982A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンク内の還元剤が凍結しているときに還元剤の添加を早期に開始しつつ、添加機構の劣化を的確に抑制す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】排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の上流側から添加弁を通じて液状の尿素水を添加することにより排気に含まれるＮＯｘを同触媒上において浄化する。また、尿素水を貯留するタンク内には尿素水を加熱する加熱装置が設けられている。電子制御装置は、タンク内の尿素水が凍結しているとき、尿素水を解凍すべく加熱装置による加熱を行なう。また、当該加熱が開始されてからの尿素水の総解凍量推定値ＶＡが尿素水の総添加量推定値ＶＢ以上のときには添加弁の駆動を許容する一方、該総解凍量推定値ＶＡが該総添加量推定値ＶＢ未満のときには添加弁の駆動を禁止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の上流側から添加機構を通じて液状の還元剤を添加することにより排気に含まれる窒素酸化物を同触媒上において浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を浄化すべく、図９に示すように、内燃機関の排気通路１０２に選択還元型触媒（以下、触媒１０４）を設けるとともに、同触媒１０４に対しその上流側から還元剤としての尿素水を添加する添加弁１４４を設けるようにした排気浄化装置が周知である（例えば特許文献１参照）。尿素水は車両に搭載される専用のタンク１１０内に貯留されており、タンク１１０と添加弁１４４とを接続する供給管１３０の途中に設けられたポンプ１４２によってタンク１１０内の尿素水が添加弁１４４に圧送されるようになっている。こうした排気浄化装置によれば、高温下の排気に対し添加弁１４４により尿素水を添加することにより、尿素水がアンモニアに分解され、触媒１０４上においてアンモニアにより排気に含まれるＮＯｘが還元されて浄化される。

ところで、尿素水は−７℃以下になると凍結し始める。そこで、タンク１１０内に尿素水を加熱する電熱ヒータ１２０を設け、尿素水が凍結しているときに電熱ヒータ１２０に対して通電することにより尿素水の解凍を図るようにしたものが提案されている（例えば特許文献２参照）。ちなみに、電熱ヒータ１２０はタンク１１０内において供給管１３０が接続される部位の近傍に設けられている。

特開２０１０―７１２７０号公報 特開２００８−１１５７８４号公報

ところで、タンク１１０内の尿素水が完全に凍結している状態から内燃機関が始動され、これに伴って電熱ヒータ１２０による加熱が行なわれると、タンク１１０内の尿素水は電熱ヒータ１２０周辺から順に解凍されるようになる。ここで、内燃機関の運転継続時間が短い場合、すなわち電熱ヒータ１２０による加熱時間が短い場合には、電熱ヒータ１２０周辺の尿素水のみが解凍される。そのため、解凍された尿素水全てが添加弁１４４を通じて添加されることで添加可能な液状の尿素水がなくなると、図９に一点鎖線にて示すように、タンク１１０内において供給管１３０の接続部近傍に空洞が生じる。このような状況においてポンプ１４２や添加弁１４４等の添加機構の駆動が継続される、すなわち、空打ちが行なわれると、尿素水を添加することができない他、添加機構の駆動部の摩耗が生じやすくなるといった問題が生じる。

こうした問題に対して、タンク内の尿素水が完全に解凍されるまで添加機構の駆動を禁止することが考えられる。すなわち、尿素水が完全に解凍されるまでに要する時間（以下、所要時間）を予め設定し、同所要時間が経過するまでは添加機構の駆動を禁止する。しかしながらこの場合には、還元剤の添加を早期に開始することができないといった別の問題が生じることとなる。

尚、こうした問題は尿素水を用いる排気浄化装置に限られるものではなく、低温下において凍結する液状の還元剤を用いる排気浄化装置であれば同様にして生じる。
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、タンク内の還元剤が凍結しているときに還元剤の添加を早期に開始しつつ、添加機構の劣化を的確に抑制す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。

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。
（１）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た触媒の上流側から添加機構を通じて液状の還元剤を添加することにより排気に含まれる窒素酸化物を同触媒上において浄化する排気浄化装置であって、前記還元剤を貯留するタンク内に設けられて前記還元剤を加熱する加熱装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記タンク内の還元剤が凍結しているとき、前記加熱装置による加熱を行なうとともに前記添加機構による還元剤の添加を制限するものであって、当該加熱が開始されてからの該還元剤の総解凍量に応じて還元剤の添加の制限態様を変更することをその要旨としている。

同構成によれば、タンク内の還元剤が凍結しているとき、加熱装置による加熱が行なわれることで還元剤が解凍されるようになる。また、解凍された尿素水が添加機構を通じて触媒の上流側から添加されるようになる。このとき、上記構成によれば、当該加熱が開始されてから解凍された還元剤の総量である総解凍量に応じて還元剤の添加の制限態様が変更されるようになる。すなわち、総解凍量が多く、添加可能な液状の還元剤が多いときには還元剤の添加の制限が緩和されるようになる。一方、該還元剤の総解凍量が少なく、添加可能な液状の還元剤が少ないときには還元剤の添加の制限が強化されるようになる。したがって、本発明によれば、タンク内の還元剤が凍結しているときに還元剤の添加を早期に開始しつつ、添加機構の劣化を的確に抑制することができるようになる。

（２）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、該還元剤の総解凍量が少ないときには多いときに比べて還元剤の添加開始時期を遅延させることをその要旨としている。

同構成によれば、例えば機関始動が開始されてから所定時間が経過して還元剤の添加要求が出されたときに、該還元剤の総解凍量が多いときには添加可能な液状の還元剤が多いとして還元剤の添加開始時期が早くされるようになる。一方、該還元剤の総解凍量が少ないときには、添加可能な液状の還元剤が少なく、多くの還元剤が解凍されるのを待って還元剤の添加を開始する必要があるとして還元剤の添加開始時期が遅くされるようになる。したがって、還元剤の添加を早期且つ的確に開始することができるようになる。

（３）請求項３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、該還元剤の総解凍量が該還元剤の総添加量未満であるときには還元剤の添加を禁止することをその要旨としている。

同構成によれば、該還元剤の総解凍量が、当該加熱が開始されてから添加された還元剤の総量である総添加量未満であるときには、添加剤の添加が禁止されるようになる。このため、例えば前回の機関運転時においてタンク内における加熱装置周辺の還元剤のみが解凍され、当該解凍された還元剤を全て添加して消費してしまったことで、添加可能な液状の還元剤が存在しない状況下にあっては、添加機構の駆動、いわゆる空打ちが行なわれなくなる。したがって、添加機構の劣化を一層的確に抑制することができるようになる。

ちなみに、加熱装置による加熱履歴に基づき該還元剤の総解凍量を推定することが望ましい。例えば加熱装置から還元剤に対して単位時間当たりに投入される熱量が一定とされる場合には、加熱装置による加熱時間が長くなるほど、解凍された還元剤の総量は多くなる。また、他の条件が一定であれば、加熱装置から還元剤に対して単位時間当たりに投入される熱量が大きくなるほど、解凍された還元剤の総量は多くなる。これらのことから、加熱装置による加熱履歴に基づき該還元剤の総解凍量を推定するようにすれば、当該総解凍量を精度良く推定することができるようになる。

また、内燃機関の運転履歴及び車両の走行履歴の少なくとも一つに基づき該還元剤の総添加量を推定することが望ましい。例えば内燃機関の運転継続時間が長くなるほど添加された還元剤の総量は多くなる。また、車両の走行距離が長くなるほど添加された還元剤の総量は多くなる。これらのことから、内燃機関の運転履歴及び車両の走行履歴の少なく一方に基づき該還元剤の総添加量を推定するようにすれば、当該総添加量を精度良く推定することができるようになる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について、全体構成を示す概略図。 同実施形態における尿素水の添加制限ルーチンの実行手順を示すフローチャート。 同実施形態における凍結フラグ設定ルーチンの実行手順を示すフローチャート。 尿素水の体積と凍結時間との関係を尿素水の温度毎に規定したマップ。 内燃機関の運転継続時間と尿素水の総解凍量推定値との関係を規定したマップ。 車両の走行距離と尿素水の総添加量推定値との関係を規定したマップ。 第３実施形態における尿素水の添加制限ルーチンの実行手順を示すフローチャート。 尿素水の総解凍量推定値と遅延時間との関係を規定したマップ。 従来の内燃機関の排気浄化装置について、電熱ヒータ周辺の尿素水のみが解凍されているときのタンクの断面構造を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図６を参照して、本発明に係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説明する。

図１に示すように、本実施形態における排気浄化装置は、車載内燃機関の排気通路２に設けられた選択還元型触媒（以下、触媒４）と、同触媒４の上流側から液状の尿素水を添加する添加弁４４とを備えている。尚、添加弁４４の駆動制御は電子制御装置５０により実行される。そして、添加弁４４から尿素水を添加することにより排気に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）が同触媒４上において浄化されるようになっている。

また、排気浄化装置は、タンク１０を備えており、同タンク１０内には尿素水が貯留されている。タンク１０の底面１４（鉛直方向下側の面）には凹部１４ａが形成されており、同凹部１４ａには添加弁４４に対して尿素水を供給するための供給管３０が接続されている。また、供給管３０の途中には尿素水を圧送するためのポンプ４２が設けられている。尚、ポンプ４２の駆動制御は電子制御装置５０により実行される。

また、凹部１４ａ内には尿素水を加熱する加熱装置２０が設けられている。加熱装置２０は、通電されることにより発熱する電熱コイル２２と、同電熱コイル２２の両端から延びるとともにタンク１０の底面１４に沿って延びる金属片２４とを有している。尚、電熱コイル２２への通電制御、すなわち加熱装置２０による加熱制御は電子制御装置５０により実行される。

電子制御装置５０には、尿素水の温度を検出する温度センサ５１や尿素水の液位を検出する液位センサ５２の他、内燃機関の運転状態や車両の走行状態を検出する各種センサが接続されている。

さて、本実施形態では、電子制御装置５０を通じて、タンク１０内の尿素水が完全に凍結しているか否かを判断するとともに、尿素水が完全に凍結していると判断した場合には加熱装置２０への通電を行なうことにより同尿素水の解凍を図るようにしている。ここで、加熱装置２０により尿素水に対して単位時間当たりに投入される熱量が一定となるように電熱コイル２２への通電制御が行なわれる。

ところで、前述したように、タンク１０内の尿素水が完全に凍結している状態から内燃機関が始動され、これに伴って加熱装置２０による加熱が行なわれると、タンク１０内の尿素水は加熱装置２０周辺から順に解凍されるようになる。ここで、内燃機関の運転継続時間、すなわち加熱装置２０による加熱時間が短い場合には、加熱装置２０周辺の尿素水のみが解凍される。そのため、解凍された尿素水全てが添加弁４４を通じて添加されることで添加可能な液状の尿素水がなくなると、タンク１０内において供給管３０の接続部近傍に空洞が生じる。このような状況においてポンプ４２や添加弁４４の駆動が継続される、すなわち、空打ちが行なわれると、尿素水を添加することができない他、ポンプ４２や添加弁４４の駆動部の摩耗が生じやすくなるといった問題が生じる。

そこで、本実施形態では、こうした不都合の発生を解消すべく、タンク１０内の尿素水が凍結しているとき、尿素水を解凍すべく加熱装置２０による加熱を行なうとともに、当該加熱が開始されてからの尿素水の総解凍量推定値ＶＡが尿素水の総添加量推定値ＶＢを上回っている場合にはポンプ４２及び添加弁４４の駆動を許容するようにしている。また、尿素水の総解凍量推定値ＶＡが尿素水の総添加量推定値ＶＢ未満のときにはポンプ４２及び添加弁４４の駆動を禁止して還元剤の添加を禁止するようにしている。

次に、図２を参照して、尿素水の添加を制限するルーチンの実行手順について説明する。尚、このルーチンは内燃機関の運転中において所定期間毎に繰り返し実行される。
図２に示すように、この一連の処理では、まず、凍結フラグＦ１が「ＯＮ」であるか否かを判断する（ステップＳ１）。凍結フラグＦ１はタンク１０内の尿素水が完全に凍結していると判断した場合に「ＯＮ」にされるフラグである。

ここで、図３を参照して、凍結フラグＦ１を設定するルーチンの実行手順について説明する。尚、同ルーチンは機関停止中において所定期間毎に繰り返し実行される。また凍結フラグＦ１は当初、「ＯＦＦ」に設定されている。

図３に示すように、この一連の処理では、まず、機関停止直後における尿素水の体積Ｖｕｒｅａを読み込む（ステップＳ１１）。尚、尿素水の体積Ｖｕｒｅａはタンク１０内の尿素水が完全に解凍されている状態において液位センサ５２の検出結果に基づき周知の態様にて算出される。そして、次に、そのときの尿素水の温度Ｔｕｒｅａを読み込む（ステップＳ１２）。

こうして尿素水の温度Ｔｕｒｅａを読み込むと、次に、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが凝固点温度Ｔｆｒｚ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが凝固点以下ではない場合（ステップＳ１３：「ＮＯ」）には、尿素水が凍結していないとして、凍結フラグＦ１を「ＯＦＦ」のままにしてこの一連の処理を一旦終了する。

一方、尿素水の温度Ｔｕｒｅａが凝固点温度Ｔｆｒｚ以下である場合（ステップＳ１３：「ＹＥＳ」）には、次に、図４に示すマップ（ＭＡＰ１）を参照して、尿素水の体積Ｖｕｒｅａ及び尿素水の温度Ｔｕｒｅａに基づき凍結時間βを導出する（ステップＳ１４）。凍結時間βは、当該尿素水が完全に凍結するまでに要する時間であり、図４に示すように、尿素水の体積Ｖｕｒｅａが一定であれば（例えばＶ１）、尿素水の温度が低いほど（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）、小さな値に設定される（β１＜β２＜β３）。尚、尿素水の体積Ｖｕｒｅａ及び尿素水の温度Ｔｕｒｅａと凍結時間βとの関係は、実験等を通じて予め設定されている。

こうして凍結時間βを導出すると、次に、機関運転が停止されてからの経過時間である停止後経過時間Δｔｓｔｐが上記凍結時間β以上であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。その結果、停止後経過時間Δｔｓｔｐが凍結時間β以上ではない場合（ステップＳ１５：「ＮＯ」）には、尿素水が完全には凍結していないとして、凍結フラグＦ１を「ＯＦＦ」のままにしてこの一連の処理を一旦終了する。

一方、停止後経過時間Δｔｓｔｐが凍結時間β以上である場合（ステップＳ１５：「ＹＥＳ」）には、尿素水が完全に凍結しているとして、次に、凍結フラグＦ１を「ＯＮ」にして（ステップＳ１６）、この一連の処理を一旦終了する。

さて、先の図２に示すように、凍結フラグＦ１が「ＯＮ」ではない場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、尿素水の添加を行なうことができるとして、次に、尿素水の添加を許可して（ステップＳ６）、この一連の処理を終了する。

一方、凍結フラグＦ１が「ＯＮ」である場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、電熱コイル２２への通電を開始する（ステップＳ２）。
そして次に、図５に示すマップ（ＭＡＰ２）を参照して、内燃機関の運転継続時間ΔｔＡに基づき当該加熱が開始されてから解凍された尿素水の総量である総解凍量推定値ＶＡを算出する（ステップＳ３）。

加熱装置２０から尿素水に対して単位時間当たりに投入される熱量が一定とされることから、加熱装置２０による加熱時間が長くなるほど解凍された尿素水の総量は多くなる。また、加熱装置２０による加熱時間は内燃機関の運転継続時間ΔｔＡと略同じである。したがって、運転継続時間ΔｔＡに基づき総解凍量推定値ＶＡを精度良く算出することができる。尚、運転継続時間ΔｔＡと総解凍量推定値ＶＡとの図５に示す関係は予め実験等を通じて設定されている。

そして次に、図６に示すマップ（ＭＡＰ３）を参照して、内燃機関の運転が開始されてからの車両の走行距離Ｄに基づき当該加熱が開始されてから添加された尿素水の総量である総添加量推定値ＶＢを算出する（ステップＳ４）。

車両の走行距離Ｄが長くなるほど添加された尿素水の総量は多くなる。したがって、車両の走行距離Ｄに基づき総添加量推定値ＶＢを精度良く算出することができる。尚、車両の走行距離Ｄと総添加量推定値ＶＢとの図６に示す関係は予め実験等を通じて設定されている。

こうして総解凍量推定値ＶＡと総添加量推定値ＶＢとを算出すると、次に、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満であるか否かを判断する（ステップＳ５）。その結果、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満でない、すなわち総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ以上である場合（ステップＳ５：「ＮＯ」）には、タンク１０内に添加可能な液状の尿素水が存在する状況であるとして、次に、尿素水の添加を許可して（ステップＳ７）、この一連の処理を終了する。

一方、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満である場合（ステップＳ５：「ＹＥＳ」）には、タンク１０内に添加可能な液状の尿素水が存在しない状況であるとして、次に、尿素水の添加を禁止して、この一連の処理を終了する。

以下、本実施形態の作用について説明する。
タンク１０内の尿素水が凍結しているとき、加熱装置２０による加熱が行なわれることで尿素水が解凍されるようになる。また、解凍された尿素水が添加弁４４を通じて触媒４の上流側から添加されるようになる。

ここで、尿素水の総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満であるときには、ポンプ４２及び添加弁４４の駆動が禁止されるようになる。このため、例えば前回の機関運転時においてタンク１０内における加熱装置２０周辺の尿素水のみが解凍され、当該解凍された尿素水を全て添加して消費してしまったことで、添加可能な液状の尿素水が存在しない状況下にあっては、ポンプ４２及び添加弁４４の駆動、いわゆる空打ちが行なわれなくなる。

また、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ以上であるときにはポンプ４２及び添加弁４４の駆動が許容されるようになる。このため、タンク１０内の尿素水が完全に解凍されていなくとも、添加可能な液状の尿素水が存在する状況となると尿素水の添加が行なわれるようになる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、以下に示す効果（１）〜（３）が得られるようになる。
（１）電子制御装置５０を通じて、タンク１０内の尿素水が凍結しているとき、尿素水を解凍すべく加熱装置２０による加熱を行なうようにした。また、当該加熱が開始されてからの尿素水の総解凍量推定値ＶＡが尿素水の総添加量推定値ＶＢ以上のときにはポンプ４２及び添加弁４４の駆動を許容する一方、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満であるときにはポンプ４２及び添加弁４４の駆動を禁止するようにした。したがって、タンク１０内の尿素水が凍結しているときに尿素水の添加を早期に開始しつつ、ポンプ４２及び添加弁４４の劣化を的確に抑制することができるようになる。

（２）運転継続時間ΔｔＡに基づき総解凍量推定値ＶＡを算出するようにした。すなわち、加熱装置２０による加熱履歴に基づき総解凍量推定値ＶＡを算出するようにした。したがって、総解凍量推定値ＶＡを簡易且つ精度良く算出することができるようになる。

（３）内燃機関の運転が開始されてからの車両の走行距離Ｄに基づき総添加量推定値ＶＢを算出するようにした。したがって、総添加量推定値ＶＢを簡易且つ精度良く算出することができるようになる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
先の第１実施形態では、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢを上回っている場合にはポンプ４２及び添加弁４４の駆動を許容するようにした。

ところが、添加可能な液状の尿素水がわずかに生成されたことをもって直ぐさまポンプ４２及び添加弁４４が駆動されると、その後直ぐに添加可能な液状の尿素水が存在しなくなり、尿素水の添加を、ある程度の期間にわたり継続することができなくなる。

そこで、本実施形態では、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満となることでポンプ４２及び添加弁４４の駆動が禁止された場合には、当該禁止されたタイミングから所定時間τが経過するまではポンプ４２及び添加弁４４の駆動禁止を継続し、同所定時間τが経過した後にポンプ４２及び添加弁４４の駆動を許容するようにしている。

ここで、ポンプ４２及び添加弁４４の駆動を許容して尿素水の添加を再開する際、要求される尿素水の添加態様はそのときどきの内燃機関の運転状態や車両の走行状態によって異なる。

そこで、本実施形態では、内燃機関の運転状態に基づき上記所定時間τを可変設定するようにしている。具体的には、エアフロメータにより検出される吸入空気量やＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘの濃度からＮＯｘの流量を把握するとともに、該ＮＯｘを浄化するために必要となる尿素水の添加量（以下、要求添加量）を算出する。そして、要求添加量が多いときほど所定時間τを長く設定するようにしている。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、先の第１実施形態の効果（１）〜（３）に加え、新たに以下に示す効果（４）、（５）が得られるようになる。

（４）総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満となることでポンプ４２及び添加弁４４の駆動が禁止されてから所定時間τが経過した後にこれらポンプ４２及び添加弁４４の駆動を許容するようにした。これにより、ポンプ４２及び添加弁４４の駆動を再開した際に、尿素水の添加を、ある程度の期間にわたり好適に継続することができるようになる。

（５）内燃機関の運転状態、具体的には尿素水の要求添加量に基づき所定時間τを可変設定するようにした。これにより、尿素水の添加を的確に継続することができるようになる。

＜第３実施形態＞
以下、図７及び図８を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
先の第１、２実施形態では、総解凍量推定値ＶＡと総添加量推定値ＶＢとを比較するとともに、総解凍量推定値ＶＡが総添加量推定値ＶＢ未満であるときに尿素水の添加を禁止するようにした。

これに対して、本実施形態では、尿素水の総解凍量推定値ＶＡが少ないときには多いときに比べて尿素水の添加開始時期を遅延させるようにしている。
以下、先の第１、２実施形態との相違点を中心に説明する。

次に、図７を参照して、尿素水の添加を制限するルーチンの実行手順について説明する。尚、このルーチンは内燃機関の運転中において所定期間毎に繰り返し実行される。
図７に示すように、この一連の処理では、まず、遅延時間Δｔｄｌｙが設定されていないか否かを判断する（ステップＳ２１）。遅延時間Δｔｄｌｙは後のステップＳ２６において設定されるものである。このため、最初の制御周期においては、ステップＳ２１において肯定判断され、次に、凍結フラグＦ１が「ＯＮ」であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。

ここで、凍結フラグＦ１が「ＯＮ」ではない場合（ステップＳ２２：「ＮＯ」）には、次に、尿素水の添加を許可して（ステップＳ２９）、この一連の処理を終了する。
一方、凍結フラグＦ１が「ＯＮ」である場合（ステップＳ２２：「ＹＥＳ」）には、次に、電熱コイル２２への通電を開始する（ステップＳ２３）。そして、次に、尿素水の添加要求が出されているか否かを判断する（ステップＳ２４）。ここで、尿素水の添加要求が出されていない場合（ステップＳ２４：「ＮＯ」）には、そもそも尿素水を添加する必要がなく、その制限をする状況ではないとして、この一連の処理を一旦終了する。

一方、尿素水の添加要求が出されている場合（ステップＳ２４：「ＹＥＳ」）には、次に、図５に示すマップ（ＭＡＰ２）を参照して、内燃機関の運転継続時間ΔｔＡに基づき尿素水の総解凍量推定値ＶＡを算出する（ステップＳ２５）。

そして次に、図８に示すマップ（ＭＡＰ４）を参照して、尿素水の総解凍量推定値ＶＡに基づき遅延時間Δｔｄｌｙを設定する（ステップＳ２６）。遅延時間Δｔｄｌｙは尿素水の添加要求が出されてから実際に尿素水の添加が開始されるまでの時間、すなわち、尿素水の添加開始時期を遅延させるための時間である。ここでは、図８に示すように、総解凍量推定値ＶＡが小さいときほど遅延時間Δｔｄｌｙが大きな値とされる。すなわち、尿素水の添加要求が出されたときに、尿素水の総解凍量推定値ＶＡが多いときには添加可能な液状の尿素水が多いとして尿素水の添加開始時期が早くされるようになる。一方、尿素水の総解凍量推定値ＶＡが少ないときには、添加可能な液状の尿素水が少なく、多くの尿素水が解凍されるのを待って尿素の添加を開始する必要があるとして尿素水の添加開始時期が遅くされるようになる。尚、総解凍量推定値ＶＡと遅延時間Δｔｄｌｙとの図８に示す関係は予め実験等を通じて設定されている。

こうして遅延時間Δｔｄｌｙを設定すると、次に、尿素水の添加要求が出されたタイミングから遅延時間Δｔｄｌｙが経過していないか否かを判断する（ステップＳ２７）。その結果、遅延時間Δｔｄｌｙが経過していない場合（ステップＳ２７：「ＹＥＳ」）には、次に、尿素水の添加を禁止して（ステップＳ２８）、この一連の処理を一旦終了する。

一方、次回以降の制御周期において、ステップＳ２１において否定判断されると、次に、ステップＳ２７に進み、遅延時間Δｔｄｌｙが経過していないか否かを再び判断する。そして、遅延時間Δｔｄｌｙが経過している場合（ステップＳ２７：「ＮＯ」）には、次に、尿素水の添加を許可して（ステップＳ２９）、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、以下に示す効果（６）が得られるようになる。
（６）尿素水の総解凍量推定値ＶＡが少ないときには多いときに比べて尿素水の添加開始時期を遅延させるようにした。こうした構成によれば、タンク１０内の尿素水が凍結しているときに尿素水の添加を早期に開始しつつ、ポンプ４２及び添加弁４４の劣化を的確に抑制することができるようになる。

尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、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。

・上記第２実施形態では、機関運転状態に基づきＮＯｘの流量を把握するようにしているが、これに代えて、車速等の車両の走行状態から間接的にＮＯｘの流量を把握するようにしてもよい。

・上記第２実施形態では、所定時間τを尿素水の要求添加量に基づき可変設定するようにした。これに代えて、所定時間を固定値とすることもできる。この場合、電子制御装置５０における演算負荷の増大を好適に抑制することができる。

・上記実施形態では、内燃機関の運転が開始されてからの車両の走行距離Ｄに基づき尿素水の総添加量推定値ＶＢを算出するようにしたが、これに代えて、カーナビゲーションシステム等から把握することのできる車両の位置情報等、車両の走行履歴に関する他のパラメータに基づき尿素水の総添加量推定値を算出するようにしてもよい。また、こうした車両の走行履歴の他、内燃機関の機関回転速度や機関負荷等の運転履歴に基づき尿素水の総添加量推定値を算出することもできる。

・上記各実施形態では、加熱装置２０により尿素水に対して単位時間当たりに投入される熱量が一定となるように電熱コイル２２への通電制御が行なわれるものとした。また、内燃機関の運転継続時間ΔｔＡに基づき尿素水の総解凍量推定値ＶＡを算出するようにした。しかしながら本発明はこうした態様に限られるものではない。他に例えば、加熱装置により尿素水に対して単位時間当たりに投入される熱量が可変される態様とすることもできる。この場合、加熱装置により尿素水に対して単位時間当たりに投入される熱量を積算することで同加熱装置により尿素水に対して投入された総熱量を算出し、同総熱量に基づき尿素水の総解凍量推定値を算出するようにすればよい。

・上記各実施形態及びその変形例では、加熱装置により尿素水に対して投入される総熱量から尿素水の総解凍量推定値を算出するようにした。これに加えて、外気温センサにより検出される外気温に基づき総解凍量推定値を算出するようにすれば、総解凍量推定値を一層精度よく算出することができるようになる。

・本発明に係る還元剤は尿素水に限られるものではなく、排気に含まれる窒素酸化物を同触媒上において浄化するものであれば、他の成分の還元剤に置換することができる。

２，１０２…排気通路、４，１０４…触媒、１０，１１０…タンク、１４…底面、１４ａ…凹部、２０…加熱装置、２２…電熱コイル、２４…金属片、３０，１３０…供給管、４２，１４２…ポンプ、４４，１４４…添加弁、５０…電子制御装置、５１…温度センサ、５２…液位センサ、１２０…電熱ヒータ。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた触媒の上流側から添加機構を通じて液状の還元剤を添加することにより排気に含まれる窒素酸化物を同触媒上において浄化する排気浄化装置であって、前記還元剤を貯留するタンク内に設けられて前記還元剤を加熱する加熱装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記タンク内の還元剤が凍結しているとき、前記加熱装置による加熱を行なうとともに前記添加機構による還元剤の添加を制限するものであって、当該加熱が開始されてからの該還元剤の総解凍量に応じて還元剤の添加の制限態様を変更する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   該還元剤の総解凍量が少ないときには多いときに比べて還元剤の添加開始時期を遅延させる
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   該還元剤の総解凍量が該還元剤の総添加量未満であるときには還元剤の添加を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。