JP2015105579A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】要求された添加量を適切に添加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】エンジン１は、排気通路２６内に尿素水を添加する尿素添加弁２３０と、添加された尿素水により排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４１とを備えている。制御装置８０は、尿素水が所定の添加周期毎に間欠添加されるように尿素添加弁２３０の開閉動作を制御する。この制御装置８０は、添加要求に基づいて間欠添加が実行されるときの添加周期内において、別の添加要求が発生したときには、その別の添加要求が発生した添加周期内でのその別の添加要求に基づく尿素水の添加を禁止する。そして、制御装置８０は、その別の添加要求に応じた尿素水添加量を、その別の添加要求に基づく尿素水添加の禁止された添加周期が経過した後の、次の添加周期における尿素水添加量に反映する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置が知られている。こうした排気浄化装置では、例えば尿素水などの還元剤が添加弁から排気通路内に向けて噴射される。噴射された尿素水は、排気熱による加水分解によってアンモニアになる。そしてこのアンモニアがＮＯｘ浄化触媒に吸着され、その吸着されたアンモニアによってＮＯｘが還元浄化される。

また、特許文献１に記載の装置では、還元剤が所定の添加周期毎に間欠添加されるように添加弁の開閉動作を制御することにより、還元剤をパルス状に噴射供給するようにしている。

特開２０１３−１６０１２７号公報

ところで、添加弁による還元剤の添加要求としては、ＮＯｘを浄化するための添加要求だけではなく、添加弁を冷却するための添加要求や、添加弁において還元剤が析出することを抑制するための添加要求など、複数の添加要求が存在する。そのため、１つの添加要求に基づいて間欠添加が実行されているときに、別の添加要求が発生することもある。

ここで、添加要求に基づいて間欠添加が実行されるときの添加周期内において、別の添加要求が発生し、この別の添加要求を満たすために割り込みで還元剤添加を行っても、その添加要求に応じた適切な量の還元剤を添加できないおそれがある。例えば、こうした割り込み要求に基づいた添加弁の開弁時期が、添加弁の閉弁直後の時期であったり、別途設定された開弁時期の直前の時期であったりした場合には、添加弁のハード上の制約などから狙い通りの開弁時間を確保することができず、適切な量の還元剤を添加できないおそれがある。

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、要求された添加量を適切に添加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。

上記課題を解決する排気浄化装置は、排気通路内に還元剤を添加する添加弁と、添加された還元剤により排気中のＮＯｘを浄化する触媒とを備えており、還元剤が所定の添加周期毎に間欠添加されるように添加弁の開閉動作を制御する。そしてこの排気浄化装置は、添加要求に基づいて間欠添加が実行されるときの添加周期内において別の添加要求が発生したときには、その別の添加要求が発生した添加周期内での同別の添加要求に基づく還元剤添加を禁止する。また、この排気浄化装置は、禁止された別の添加要求に応じた還元剤添加量を、その別の添加要求に基づく還元剤添加の禁止された添加周期が経過した後の次の添加周期における還元剤添加量に反映する。

同構成によれば、１つの添加周期内において別の添加要求が発生しても、その添加周期内では同別の添加要求に基づく還元剤添加が禁止される。ここで、別の添加要求に基づく還元剤添加を禁止すると、この別の添加要求を満たすことができなくなる。そこで、同構成では、禁止された別の添加要求での還元剤添加量を、その別の添加要求に基づく還元剤添加の禁止された添加周期が経過した後の、次の添加周期における還元剤添加量に反映するようにしている。従って、次の添加周期での還元剤添加時に、禁止された上記別の添加要求を満たすことができる。また、禁止された別の添加要求での還元剤添加量は、次の添加周期における還元剤添加量に反映されるため、例えば次の添加周期における添加弁の開弁時間を調整するなどして、禁止された別の添加要求に応じた還元剤添加量を添加弁から添加することも可能になる。従って、同構成によれば、要求された添加量を適切に添加することができるようになる。

なお、同構成においては、別の添加要求に基づく還元剤添加が禁止された添加周期内において要求されている添加量を時間積算し、その積算値を、上述した次の添加周期における還元剤添加量に反映することが好ましい。

また、上記排気浄化装置において、異なった量の還元剤添加量が複数要求されているときには、それら異なった還元剤添加量のうちの最大添加量を要求添加量として添加弁から添加するとともに、添加周期内に要求添加量の全量を添加できないときには、その添加周期内において要求添加量の一部を添加し、残りの添加量を、次の添加周期における還元剤添加量に反映することが好ましい。

同構成によれば、異なった量の還元剤添加量が複数要求されているときには、それらのうちの最大添加量が要求添加量とされて添加弁から添加される。従って、複数の添加要求が同時期に成立した場合でも、それら複数の添加要求を全て満たすことができる。また、添加周期内にそうした要求添加量の全量を添加できないときには、その添加周期内において要求添加量の一部を添加し、残りの添加量を、次の添加周期における還元剤添加量に反映するようにしている。そのため、１つの添加周期内で要求添加量の全量を添加できない場合には、次の添加周期での還元剤添加を利用することにより、要求された添加量を適切に添加することができる。

内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態における尿素水の添加態様を示すタイムチャート。 同実施形態において、駆動周波数の設定処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、通電時間の算出処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、通電時間の調停及び繰越添加量の算出に関する処理手順を示すフローチャート。

以下、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５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。

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。

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に添加剤として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。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、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤としての燃料を供給してもよい。

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。

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に還元剤を供給する還元剤供給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内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、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。

尿素添加弁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に向かって開口されている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、その回転速度を制御することにより、供給通路２４０内の尿素水圧力ＮＰが調整される。そして、ポンプ２２０の正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水が送液される。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に向けて尿素水が送液される。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１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になる。このアンモニアはＳＣＲ触媒４１に吸蔵されて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）が備えられている。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に導入される排気還流量、いわゆる外部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。圧力センサ２３は、供給通路２４０内の尿素水圧力ＮＰ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。

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。

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、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。
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。

また、制御装置８０は、尿素添加弁２３０による尿素水の添加要求として、上述したようなＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化用の添加要求だけではなく、尿素添加弁２３０を冷却する冷却用の添加要求や、尿素添加弁２３０において尿素水が析出することを抑制する析出抑制用の添加要求など、複数の添加要求を発生させる。

また、冷却用の添加要求が発生したときの尿素水の要求添加量ＱＥや、析出抑制用の添加要求が発生したときの尿素水の要求添加量ＱＥは、尿素添加弁２３０の温度（排気温度で代用可能）や機関運転状態等に基づいて算出される。なお、以下では、ＮＯｘ浄化用の要求添加量ＱＥを「ＮＯｘ用添加量ＱＥＮ」といい、冷却添加用の要求添加量ＱＥを「冷却用添加量ＱＥＣ」といい、析出抑制添加用の要求添加量ＱＥを「析出抑制用添加量ＱＥＳ」という。

制御装置８０は、各種要求に基づく尿素水の添加に際して、尿素水が所定の添加周期毎に間欠添加されるように尿素添加弁２３０の開閉動作を制御することにより、尿素水はパルス状に噴射供給される。

この尿素水の間欠添加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）が設定される。この駆動周波数ＫＳの値は、１秒間における尿素添加弁２３０の開弁回数と同じ値である。この駆動周波数ＫＳに基づいて添加インターバルＩＮＴ（単位：ミリ秒）が算出される。

図２に示すように、添加インターバルＩＮＴは、尿素水の添加周期に相当する値であり、次式（１）から算出される。

添加インターバルＩＮＴ＝１０００（ミリ秒）／駆動周波数ＫＳ …（１）

次に、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、次式（２）に基づいて算出される。

ＱＥＴ＝（ＱＥ／３６００）×（１／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（尿素添加量ＱＥ／３６００）の値に、（１／駆動周波数ＫＳ）を乗算する、つまり（尿素添加量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。

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、尿素水圧力ＮＰに応じて変化する。そこで、尿素水圧力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通電時間ＴＡＵ（単位：マイクロ秒）が算出される。

こうした手順にて尿素添加弁２３０の通電時間ＴＡＵが算出されることにより、１つの添加インターバルＩＮＴ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。

次に、尿素添加弁２３０の駆動制御に関する処理手順について、その詳細を以下に説明する。
図３に、駆動周波数ＫＳの設定処理についてその手順を示す。なお、本処理は、制御装置８０によって所定の演算周期毎（例えば３２ｍｓ毎）に実行される。

本処理が開始されると、駆動周波数ＫＳの設定に関する前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１００）。このステップＳ１００での前提条件としては、例えば「イグニッションスイッチ２５が「ＯＮ」である」且つ「尿素水圧力ＮＰが規定値で保持されている」との条件が設定されている。

そして、前提条件が成立するときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、機関始動後の初回添加であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。このステップＳ１１０では、ＮＯｘ浄化添加、冷却添加、析出抑制添加のいずれかに関する初回添加フラグが「ＯＦＦ」であって、且つ要求添加量ＱＥが「０」を超えている場合に、初回添加であると判定される。

そして、初回添加ではないと判定されるときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、カウンタ値ＣＴが、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」以上になっているか否かが判定される（Ｓ１４０）。カウンタ値ＣＴは、尿素添加弁２３０が開弁してからの経過時間を測定する値である。また、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」とは、添加インターバルＩＮＴのことである。従って、ステップＳ１４０で否定判定される場合には、今回の駆動周波数ＫＳに関する演算が、前回の演算周期で設定された駆動周波数ＫＳでの添加インターバルＩＮＴ間においてなされていると判定される。

ステップＳ１４０にて、カウンタ値ＣＴが、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」未満であると判定されるときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、ステップＳ１５０にてカウンタ値ＣＴがインクリメントされる。そして、次に、前回の本処理実行時に設定された駆動周波数ＫＳが保持されて（Ｓ１６０）、本処理は一旦終了される。このように、今回の駆動周波数ＫＳに関する演算が、前回の演算周期で設定された駆動周波数ＫＳでの添加インターバルＩＮＴ間においてなされていると判定される場合には、前回の本処理実行時に設定された駆動周波数ＫＳが保持されることにより、添加インターバルＩＮＴ間では駆動周波数ＫＳの変更が行われなくなる。

一方、上記ステップＳ１１０にて初回添加であると判定されるときや（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０にてカウンタ値ＣＴが「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」以上になっていると判定されるときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１の温度であるＳＣＲ床温が閾値Ａ以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。なお、ＳＣＲ床温は排気温度などから推定される。

ＳＣＲ床温が閾値Ａ以上であるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ床温や機関負荷等に基づいて設定された第１周波数ＫＳ１が駆動周波数ＫＳとして設定される。
上記ステップＳ１２０にて、ＳＣＲ床温が閾値Ａ未満であると判定されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ＳＣＲ床温が「閾値Ａ−所定値α」の値よりも低いか否かが判定される（Ｓ１７０）。この所定値αは、ＳＣＲ床温の温度判定に関するヒステリシスに相当する値である。そして、ＳＣＲ床温が「閾値Ａ−所定値α」の値よりも低いときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、ＳＣＲ床温や機関負荷等に基づいて設定された第２周波数ＫＳ２が駆動周波数ＫＳとして設定される。この第２周波数ＫＳ２は、上記第１周波数ＫＳ１よりも小さい値である。従って、駆動周波数ＫＳとして第２周波数ＫＳ２が設定されたときの添加インターバルＩＮＴは、第１周波数ＫＳ１が設定されたときの添加インターバルＩＮＴよりも長くなる。

ステップＳ１７０にて、ＳＣＲ床温が「閾値Ａ−所定値α」の値以上であるときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、前回の本処理実行時に設定された駆動周波数ＫＳが保持される（Ｓ１９０）。

そして、上記ステップＳ１３０、ステップＳ１８０、及びステップＳ１９０のいずれかの処理が行われた後は、カウンタ値ＣＴがクリヤされて（Ｓ２００）、本処理は一旦終了される。

次に、尿素添加弁２３０の通電時間を算出する処理について説明する。
図４に、通電時間の算出処理についてその手順を示す。本処理も、制御装置８０によって所定の演算周期毎（例えば３２ｍｓ毎）に実行される。

なお、図４に示す通電時間の算出処理は、ＮＯｘ浄化用の要求添加量ＱＥである「ＮＯｘ用添加量ＱＥＮ」、冷却添加用の要求添加量ＱＥである「冷却用添加量ＱＥＣ」、そして析出抑制添加用の要求添加量ＱＥである「析出抑制用添加量ＱＥＳ」のそれぞれについて、同様に行われる。

従って、以下では、一例として、ＮＯｘ浄化用の添加要求があるときの要求添加量ＱＥ（＝ＮＯｘ用添加量ＱＥＮ）に対応する通電時間ＴＡＵの算出について説明するが、同様な態様で、冷却添加要求があるときにはその要求添加量ＱＥ（＝冷却用添加量ＱＥＣ）に対応する通電時間ＴＡＵが算出される。また、析出抑制用の添加要求があるときにも、同様な態様で、その要求添加量ＱＥ（＝析出抑制用添加量ＱＥＳ）に対応する通電時間ＴＡＵが算出される。

本処理が開始されると、通電時間ＴＡＵの算出に関する前提条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ２００）。このステップＳ２００での前提条件としては、例えば「外気温度や排気温度などの環境条件が成立している」且つ「尿素水圧力ＮＰが規定値で保持されている」との条件が設定されている。

そして、前提条件が成立するときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、機関始動後の初回添加であるか否かが判定される（Ｓ２１０）。このステップＳ２１０では、ＮＯｘ浄化添加に関する初回添加フラグが「ＯＦＦ」であって、且つ要求添加量ＱＥ（＝ＮＯｘ用添加量ＱＥＮ）が「０」を超えている場合に、初回添加であると判定される。

そして、初回添加であると判定されるときには（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ＮＯｘ浄化用の要求添加量ＱＥである「ＮＯｘ用添加量ＱＥＮ」、駆動周波数ＫＳ、及び尿素水圧力ＮＰに基づき、上述した式（１）及び式（２）からＮＯｘ浄化用の通電時間ＴＡＵが算出される。

次に、ＮＯｘ浄化添加に関する初回添加フラグが「ＯＮ」に設定され（Ｓ２３０）、次のステップＳ２４０では、尿素添加弁２３０の駆動要求フラグが「ＯＮ」に設定されることにより、ステップＳ２２０にて算出された通電時間ＴＡＵによる尿素水添加が開始されて、本処理は一旦終了される。

このように、初回添加である場合には、現在算出されている要求添加量ＱＥをそのまま開弁１回当たりの添加量に変換して通電時間ＴＡＵを算出し、速やかに尿素添加が実行される。

上記ステップＳ２１０にて、初回添加ではないと判定されるときには（Ｓ２１０：ＮＯ）、カウンタ値ＣＴが、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」以上になっているか否かが判定される（Ｓ２５０）。カウンタ値ＣＴは、尿素添加弁２３０が開弁してからの経過時間を測定する値である。また、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」とは、添加インターバルＩＮＴのことである。

ステップＳ２５０にて、カウンタ値ＣＴが、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」以上であると判定されるときには（２５０：ＹＥＳ）、変換添加量ＱＥＨが算出される（Ｓ２６０）。この変換添加量ＱＥＨは、要求添加量ＱＥ（単位：ｇ／ｈ）を、本処理の演算周期間での添加量に変換した値、つまり単位を「ｇ／演算周期（例えば３２ｍｓ）」に変換した値である。

次に、ステップＳ２７０において、変換添加量ＱＥＨを時間積算した積算添加量Ｓが算出される。なお、この積算添加量Ｓの算出に際しては、後述する繰越添加量ＱＫも加算される。

次に、ステップＳ２７０にて更新された積算添加量Ｓ及び尿素水圧力ＮＰに基づいて通電時間ＴＡＵが算出される（Ｓ２８０）。ここでの通電時間ＴＡＵの算出は、上記ステップＳ２２０での通電時間の算出において、要求添加量ＱＥを積算添加量Ｓに置き換えることにより、同様な態様にて算出される。

ステップＳ２８０にて積算添加量Ｓに基づいた通電時間ＴＡＵが算出されると、ステップＳ２９０では、積算添加量Ｓがクリヤされる。そして上記駆動要求フラグが「ＯＮ」に設定されることにより（Ｓ２４０）、ステップＳ２８０にて算出された通電時間ＴＡＵによる尿素水添加が行われて、本処理は一旦終了される。

このように、初回添加でない場合には、添加インターバルＩＮＴ間において要求されていた尿素添加量、つまり積算添加量Ｓが開弁１回当たりの添加量に変換されて通電時間ＴＡＵが算出される。

上記ステップＳ２５０にて、カウンタ値ＣＴが、「現在設定されている駆動周波数ＫＳに相当する値」未満であると判定されるときには（２５０：ＮＯ）、変換添加量ＱＥＨが算出される（Ｓ３００）。このステップＳ３００の処理は、上記ステップＳ２６０の処理と同一である。

次に、ステップＳ３１０において、変換添加量ＱＥＨを時間積算した積算添加量Ｓが算出されて、本処理は一旦終了される。このステップＳ３１０の処理も、上記ステップＳ２７０の処理と同一である。従って、ステップＳ２５０にて否定判定されるときには、本処理の演算周期毎に、積算添加量Ｓが変換添加量ＱＥＨずつ増加していく。

また、上記ステップＳ２００にて、前提条件が成立していないと判定されるときには（Ｓ２００：ＮＯ）、通電時間ＴＡＵ、積算添加量Ｓ、駆動要求フラグ、及び初回添加フラグの全てがクリアされる（Ｓ３２０）。これにより通電時間ＴＡＵ及び積算添加量Ｓは初期値（例えば「０」）に戻され、駆動要求フラグ及び初回添加フラグは初期値である「ＯＦＦ」に設定されて、本処理は一旦終了される。

上述した通電時間の算出処理が、ＮＯｘ浄化用の要求添加量ＱＥ、冷却添加用の要求添加量ＱＥ、及び析出抑制添加用の要求添加量ＱＥのそれぞれについて行われる。これにより、ＮＯｘ用添加量ＱＥＮに対応する通電時間ＴＡＵであるＮＯｘ浄化用通電時間ＴＡＵＮ、冷却用添加量ＱＥＣに対応する通電時間ＴＡＵである冷却用通電時間ＴＡＵＣ、及び析出抑制用添加量ＱＥＳに対応する通電時間ＴＡＵである析出抑制用通電時間ＴＡＵＳがそれぞれ算出される。

次に、上述した各添加要求が同じ時期に発生した場合に対処するための各通電時間の調停、及び上記繰越添加量ＱＫの算出に関する処理手順を説明する。
図５に、この通電時間ＴＡＵの調停及び繰越添加量ＱＫの算出に関する処理手順を示す。本処理も、制御装置８０によって所定の演算周期毎（例えば３２ｍｓ毎）に実行される。

本処理が開始されるとまず、統合要求フラグが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化したか否かが判定される（Ｓ４００）。この統合要求フラグは、上記ステップＳ２４０で設定される駆動要求フラグ、より詳細にはＮＯｘ浄化用の駆動要求フラグや冷却添加用の駆動要求フラグ、あるいは析出抑制用の駆動要求フラグについて、少なくともいずれかの駆動要求フラグが「ＯＮ」に設定されているときには、「ＯＮ」に設定される。一方、ＮＯｘ浄化用の駆動要求フラグ及び冷却添加用の駆動要求フラグ及び析出抑制用の駆動要求フラグのすべてが「ＯＦＦ」に設定されているときには、統合要求フラグは「ＯＦＦ」に設定される。

そして、統合要求フラグが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化していないときには（Ｓ４００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、統合要求フラグが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変化したときには（Ｓ４００：ＹＥＳ）、ＮＯｘ浄化用通電時間ＴＡＵＮ及び冷却用通電時間ＴＡＵＣ及び析出抑制用通電時間ＴＡＵＳのうちで最も時間の長いものが要求通電時間ＴＡＵＭに設定される（Ｓ４１０）。このステップＳ４１０の処理により各通電時間の調停が行われ、異なった量の尿素添加量が複数要求されているときには、それらのうちの最大添加量が尿素添加弁２３０から添加されるようになる。

ここで、尿素添加弁２３０の通電時間ＴＡＵには、ハード上や制御上の各種制約があるため、要求通電時間ＴＡＵＭのガード処理が行われる。
まず、ステップＳ４２０では、要求通電時間ＴＡＵＭが下限保証値以上であるか否かが判定される。下限保証値は、尿素添加弁２３０から添加される尿素水の量を制御する上で添加量の精度を保証することのできる最小通電時間である。そして、要求通電時間ＴＡＵＭが下限保証値に満たないときには（Ｓ４２０：ＮＯ）、添加量の精度を確保することができないため、尿素添加を中止すべく、通電時間ＴＡＵの最終要求値である最終要求通電時間ＴＡＵＦには「０」が設定される（Ｓ４８０）。そして、ステップＳ４１０で設定された要求通電時間ＴＡＵＭ、つまり今回添加の中止された要求通電時間ＴＡＵＭが繰越通電時間ＴＫに設定される（Ｓ４９０）。

一方、ステップＳ４２０にて、要求通電時間ＴＡＵＭが下限保証値以上であると判定されるときには（Ｓ４２０：ＹＥＳ）、要求通電時間ＴＡＵＭの上限ガードが実施される（Ｓ４３０）。このステップＳ４３０では、現在の駆動周波数ＫＳに相当する時間である添加インターバルＩＮＴから、ＣＡＮ通信遅れ時間や演算遅れ時間などを減じた値が上限ガード値ＵＬとして設定される。そして、要求通電時間ＴＡＵＭが上限ガード値ＵＬを超えているときには、要求通電時間ＴＡＵＭの値が上限ガード値ＵＬの値に変更される。一方、要求通電時間ＴＡＵＭが上限ガード値ＵＬ以下であるときには、現在の要求通電時間ＴＡＵＭがそのまま保持される。

こうして要求通電時間ＴＡＵＭの上限ガードが実施されると、上限ガード実施後の要求通電時間ＴＡＵＭが最終要求通電時間ＴＡＵＦに設定される（Ｓ４４０）。このようにしてステップＳ４４０にて最終要求通電時間ＴＡＵＦが設定されると、尿素添加弁２３０には、この最終要求通電時間ＴＡＵＦの間、通電が行われる。これにより１つの添加インターバルＩＮＴ内において、最終要求通電時間ＴＡＵＦに応じた量の尿素水が添加される。

次に、要求通電時間ＴＡＵＭから上限ガード値ＵＬを減じた値が繰越通電時間ＴＫに設定される（Ｓ４５０）。ステップＳ４５０では、上限ガード値ＵＬによってカットされた通電時間、つまり添加インターバルＩＮＴ内において添加することのできなかった尿素水の量に対応する通電時間ＴＡＵが繰越通電時間ＴＫに設定される。なお、要求通電時間ＴＡＵＭから上限ガード値ＵＬを減じた値が負の値になる場合には、繰越通電時間ＴＫは「０」に設定される。

上記ステップＳ４５０またはステップＳ４９０にて、繰越通電時間ＴＫが設定されると、その設定された繰越通電時間ＴＫ及び尿素水圧力ＮＰに基づいて繰越添加量ＱＫが算出される（Ｓ４６０）。ステップＳ４５０にて設定された繰越通電時間ＴＫに基づき、繰越添加量ＱＫが算出される場合、その繰越添加量ＱＫは、上限ガード値ＵＬによってカットされた通電時間に対応する尿素水の量になる。また、ステップＳ４９０にて設定された繰越通電時間ＴＫに基づき、繰越添加量ＱＫが算出される場合、その繰越添加量ＱＫは、添加の中止された要求通電時間ＴＡＵＭに対応する尿素水の量になる。

そして、ＮＯｘ浄化用の駆動要求フラグ及び冷却添加用の駆動要求フラグ及び析出抑制用の駆動要求フラグのすべてが「ＯＦＦ」に設定されて（Ｓ２４０）、本処理は一旦終了される。

上記ステップＳ４６０にて算出される繰越添加量ＱＫが、上記ステップＳ２７０やステップＳ３１０で行われる積算添加量Ｓの算出時に加算されることにより、この繰越添加量ＱＫに相当する分の尿素水が次回の添加周期において添加される。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
（１）先の図３に示したように、ステップＳ１４０で否定判定される場合、つまり今回の駆動周波数ＫＳに関する演算が、前回の演算周期で設定された駆動周波数ＫＳでの添加インターバルＩＮＴ間においてなされていると判定される場合には、前回の本処理実行時に設定された駆動周波数ＫＳが保持される（Ｓ１６０）。従って、今回の駆動周波数ＫＳに関する演算が、前回の演算周期で設定された駆動周波数ＫＳでの添加インターバルＩＮＴ間においてなされていると判定される場合には、添加インターバルＩＮＴ間における駆動周波数ＫＳの変更が行われなくなる。従って、添加インターバルＩＮＴ間において演算される積算添加量Ｓを好適に算出することができる。

（２）先の図４に示したように、初回添加であると判定されるときには（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、そのときの要求添加量ＱＥに基づいて通電時間ＴＡＵが算出される（Ｓ２２０）。従って、算出にある程度の時間を要する積算添加量Ｓに基づいた通電時間ＴＡＵの算出に比べて、添加要求の発生時における通電時間ＴＡＵの算出が迅速に行われる。そのため、添加要求の発生に対応して速やかに尿素水を添加することができる。

（３）図４に示したように、ステップＳ２５０で否定判定される場合、つまり今回の通電時間ＴＡＵに関する演算が、添加インターバルＩＮＴ間においてなされていると判定される場合には、ステップＳ３１０にて積算添加量Ｓの算出を行うものの、通電時間ＴＡＵの算出は行うことなく、通電時間ＴＡＵの算出処理が一旦終了される。

従って、１つの添加インターバルＩＮＴ内において別の添加要求が発生しても、その添加インターバルＩＮＴ内では、積算添加量Ｓの算出が行われるだけであり、別の添加要求に基づく尿素水の添加は禁止される。ここで、そうした別の添加要求に基づく尿素水の添加を禁止すると、この別の添加要求を満たすことができなくなる。そこで、別の添加要求に基づく尿素水添加が禁止された添加インターバルＩＮＴ内において、要求されている添加量を時間積算した上記積算添加量Ｓを算出するようにしている。そして、図４のステップＳ２５０で肯定判定される場合、つまり別の添加要求に基づく尿素水添加が禁止された添加インターバルＩＮＴが経過した後には、積算添加量Ｓに基づいた通電時間ＴＡＵを算出するようにしている（Ｓ２８０）。従って、禁止された別の添加要求での尿素添加量は、その別の添加要求に基づく尿素水添加の禁止された添加インターバルＩＮＴが経過した後の、次の添加インターバルＩＮＴにおける尿素添加量に反映されるようになる。そのため、次の添加インターバルＩＮＴでの尿素水添加時に、禁止された上記別の添加要求を満たすことができる。

（４）禁止された別の添加要求での尿素水の添加量は、次の添加インターバルＩＮＴにおける尿素水の添加量に反映されるため、次の添加インターバルＩＮＴにおける尿素添加弁２３０の開弁時間（通電時間）はその反映量（積算添加量Ｓ）に応じて調整される。これにより、既に添加が開始された添加インターバルＩＮＴ内において、別の添加要求に応じた尿素水添加を割り込みで行う場合と比較して、尿素添加弁２３０の通電時間を適切に設定することができるようになる。従って、禁止された別の添加要求での尿素添加量を尿素添加弁２３０から適切に添加することが可能になり、要求された添加量を適切に添加することができる。

（５）添加インターバルＩＮＴ内に各種の添加要求が散発する場合、上記ステップＳ２２０による通電時間ＴＡＵの算出だけでは、演算タイミングにおける瞬時要求しか通電時間ＴＡＵには反映されない。一方、本実施形態では、添加インターバルＩＮＴ間で積算した積算添加量Ｓを使って通電時間ＴＡＵを算出するようにもしているため、逐次変化する要求添加量が積算添加量Ｓに反映される。つまり各種添加要求に基づく尿素水の要求添加量が平均量として積算添加量Ｓに反映されるようになる。従って、逐次変化する各種の添加要求をより適切に満たすことができる。

（６）先の図５に示したステップＳ４１０では、ＮＯｘ浄化用通電時間ＴＡＵＮ及び冷却用通電時間ＴＡＵＣ及び析出抑制用通電時間ＴＡＵＳのうちで最も時間の長いものが要求通電時間ＴＡＵＭに設定される。そのため、異なった量の要求添加量ＱＥが複数要求されているときには、それらのうちの最大添加量が要求添加量とされて尿素添加弁２３０から添加されるようになる。従って、複数の添加要求が同時期に成立した場合でも、それら複数の添加要求を全て満たすことができる。

（７）図５のステップＳ４４０では、上限ガードが実施された後の要求通電時間ＴＡＵＭが最終要求通電時間ＴＡＵＦに設定される。そして、図５のステップＳ４５０では、上限ガードによってカットされた通電時間ＴＡＵが繰越通電時間ＴＫに設定される。そして、図５のステップＳ４６０では、上限ガードによってカットされた通電時間ＴＡＵに相当する尿素水の量が繰越添加量ＱＫとして設定される。そして、図４のステップＳ２７０やステップＳ３１０では、この繰越添加量ＱＫが上述した積算添加量Ｓに加算される。

従って、添加インターバルＩＮＴ内において、要求添加量（ステップＳ４１０で設定された要求通電時間ＴＡＵＭに応じた尿素水の添加量）の全量を添加できないときには、その添加インターバルＩＮＴ内において要求添加量の一部が添加される。そして、残りの添加量については、次の添加インターバルＩＮＴにおける尿素水の添加量に反映される。そのため、１つの添加インターバルＩＮＴ内にて、要求通電時間ＴＡＵＭに応じた尿素水の全量を添加できない場合には、添加できなかった残りの量が、次の添加インターバルＩＮＴでの尿素水添加において添加されることにより補われる。従って、要求された添加量（要求通電時間ＴＡＵＭに応じた尿素水の添加量）を適切に添加することができる。

なお、上記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。
・複数の添加要求が、ＮＯｘ浄化用の添加要求、冷却添加用の添加要求、及び析出抑制用の添加要求であった。しかし、この他の添加要求でもよい。

・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。

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、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…圧力センサ、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…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。

Claims (2)

1. 排気通路内に還元剤を添加する添加弁と、添加された還元剤により排気中のＮＯｘを浄化する触媒とを備え、還元剤が所定の添加周期毎に間欠添加されるように前記添加弁の開閉動作を制御する内燃機関の排気浄化装置であって、
   添加要求に基づいて前記間欠添加が実行されるときの添加周期内において別の添加要求が発生したときには、その別の添加要求が発生した添加周期内での同別の添加要求に基づく還元剤添加を禁止するとともに、
   同別の添加要求に応じた還元剤添加量を、同別の添加要求に基づく還元剤添加の禁止された添加周期が経過した後の次の添加周期における還元剤添加量に反映する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 異なった量の還元剤添加量が複数要求されているときには、それら異なった還元剤添加量のうちの最大添加量を要求添加量として前記添加弁から添加するとともに、前記添加周期内に前記要求添加量の全量を添加できないときには、その添加周期内において前記要求添加量の一部を添加し、残りの添加量を、次の添加周期における還元剤添加量に反映する
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。