JP2017014912A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤の供給不足による添加弁温度の過上昇を抑えることのできる排気浄化装置を提供する。【解決手段】この装置は、尿素添加弁の作動制御を実行する制御装置を有する。制御装置は、機関運転状態に基づいて尿素添加弁の冷却のための尿素水の供給量である目標瞬時供給量ＱＣを算出する（Ｓ２１）。制御装置は、尿素添加弁の冷却のための尿素水の目標供給量である目標冷却供給量ＴＱｃを、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］と目標瞬時供給量ＱＣとの差分の一部を前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］に加算した量にする（Ｓ２４）。制御装置は、冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であり、且つ、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」であるときには（Ｓ２２：ＹＥＳ）、目標瞬時供給量ＱＣをそのまま目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］にする（Ｓ２３）。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられて同排気管の内部に還元剤を供給する添加弁を有する排気浄化装置に関するものである。

内燃機関の排気を浄化するために、排気管の内部に還元剤を供給する排気浄化装置が知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、還元剤としての尿素水を供給する添加弁が排気管に設けられており、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をＮＯｘ浄化触媒で還元浄化するために、この添加弁から排気管の内部に尿素水が供給される。この特許文献１の装置では、添加弁からの尿素水の供給量が、機関回転速度やアクセル操作量などといった機関運転状態に応じて調整される。

特開２００３−３０１７３７号公報

特許文献１の装置では、添加弁が排気管に設けられているため、内燃機関の排気の熱を受けて同添加弁の温度が高くなってしまう。ただし、添加弁から還元剤を供給する際には、添加弁の内部を通過する還元剤との熱交換などによって添加弁が冷却されるようになる。

ここで上記装置では、排気管が熱容量を有するため、機関運転状態の変化に伴って排気から排気管や添加弁に与えられる熱量（具体的には、排気温度や排気流量）が変化した場合に、排気管の温度や添加弁の温度が遅れて変化する。そのため、仮に機関運転状態に応じて添加弁の冷却のための還元剤供給量を調節するようにした場合には、機関運転状態が変化する過渡運転時において、還元剤供給量に過不足が生じるおそれがある。例えば、添加弁の温度が高いときに、機関運転状態が排気から排気管や添加弁に与えられる熱量が少なくなる運転状態に変化したことをもって還元剤供給量を直ちに減少させると、添加弁の温度はさほど低下していないのに還元剤供給量が減量されることとなり、還元剤の供給量が不足してしまう。

機関運転状態が変化した場合に、前回の添加弁からの還元剤供給時における還元剤供給量である前回供給量（Ａ）と変化後の機関運転状態に応じた還元剤供給量（Ｂ）との差分（＝Ｂ−Ａ）のうちの所定割合Ｒ（例えば数％）を前回供給量（Ａ）に加算して今回の添加弁からの還元剤供給時における還元剤供給量（＝Ｂ＋［Ｂ−Ａ］×Ｒ）を設定するなどといったように、添加弁の冷却のための還元剤供給量を徐々に変化させることにより、内燃機関の過渡運転時における還元剤供給量の過不足を抑えることは可能になる。ただし、内燃機関の運転停止時には、例えば添加弁内部の還元剤が貯留タンクに回収されるなど、添加弁からの還元剤供給量が「０」になる。そのため、上述のように還元剤供給量を徐々に変化させる装置では、内燃機関の運転が停止された後に、添加弁の温度が高い状態のままで内燃機関が再始動されて、直ぐに機関運転状態が高負荷運転状態になると、機関運転状態に応じた量まで還元剤供給量が増加するようになるまでに長い時間がかかってしまう。そして、この場合には、添加弁の冷却のための還元剤の供給量が不足して、添加弁の温度の過上昇を招くおそれがある。

なお、こうした実情は、内燃機関の運転停止に際して還元剤供給量が「０」になる装置に限らず、還元剤供給量が「０」になることのある装置であれば共通している。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元剤の供給不足による添加弁温度の過上昇を抑えることのできる排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を達成するための排気浄化装置は、内燃機関の排気管の内部に還元剤を供給する添加弁と、前記排気管における前記添加弁よりも排気下流に設けられて前記添加弁からの還元剤の供給によってＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、機関運転状態に基づいて前記添加弁の冷却のための還元剤の供給量である目標瞬時供給量を算出する瞬時値算出部と、を有する。また排気浄化装置は、前記添加弁の冷却のための還元剤の目標供給量である目標冷却供給量を、前回の算出時に算出された前記目標冷却供給量である前回目標冷却供給量と前記瞬時値算出部により算出される目標瞬時供給量との差分の一部を前記前回目標冷却供給量に加算した量にして、前記添加弁の作動制御を実行する制御部、を有する。そして、制御部は、前記添加弁の温度の指標となる温度が所定温度以上であり、且つ、前記前回目標冷却供給量が「０」であるときには、前記瞬時値算出部により算出される前記目標瞬時供給量をそのまま前記目標冷却供給量にして前記添加弁の作動制御を実行する。

前回の算出時に算出された目標冷却供給量である前回目標冷却供給量が「０」であるときには、瞬時値算出部により算出される目標瞬時供給量と前回目標冷却供給量との差分の一部を同前回目標冷却供給量に加算した量を目標冷却供給量にするといったように、目標冷却供給量を徐々に変化させると、還元剤供給量の不足を招くおそれがある。そして、添加弁の温度の指標となる温度が高いときには、還元剤供給量が不足した場合に同添加弁の温度の過上昇を招くおそれがある。

上記装置によれば、そうした還元剤供給量の不足による添加弁温度の過上昇を招くおそれのあるときに、機関運転状態に基づき算出された量である目標瞬時供給量をそのまま目標冷却供給量にすることができるため、このときの機関運転状態に応じた量の還元剤を添加弁から排気管の内部に供給することができる。したがって、還元剤の供給開始時に還元剤供給量を徐々に増加させることに起因して同還元剤供給量が不足することを抑えることができ、還元剤の供給不足による添加弁の温度の過上昇を抑えることができる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記ＮＯｘ浄化触媒でのＮＯｘの浄化のための還元剤の目標供給量である目標浄化供給量を算出するとともに、前記目標冷却供給量が前記目標浄化供給量より多いときには、前記目標冷却供給量と同じ量の還元剤を供給するべく前記添加弁の作動制御を実行し、前記目標冷却供給量が前記目標浄化供給量以下であるときには、前記目標浄化供給量と同じ量の還元剤を供給するべく前記添加弁の作動制御を実行することが好ましい。

上記装置では、添加弁の冷却のために必要な還元剤供給量である目標冷却供給量とＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの浄化のために必要な還元剤供給量である目標浄化供給量とが各別に算出されるとともに、それら供給量のうちの多い方に基づいて添加弁の作動制御が実行される。これにより、目標浄化供給量が目標冷却供給量よりも多いときには、目標浄化供給量と同じ量の還元剤が添加弁から供給されるため、供給された還元剤によって内燃機関の排気中のＮＯｘを還元浄化することができ、添加弁を十分に冷却することもできる。一方で、目標冷却供給量が目標浄化供給量より多いときには目標冷却供給量と同じ量の還元剤が添加弁から供給されるため、その供給を通じて添加弁を冷却することができ、内燃機関の排気中のＮＯｘを十分に還元浄化することもできる。このように上記装置によれば、添加弁を冷却する機能とＮＯｘを浄化する機能とを共に満たすことができる。

排気浄化装置の一実施形態が適用された内燃機関およびその周辺構成を示す略図。 同実施形態の排気浄化装置が実行する浄化供給量算出処理の実行手順を示すフローチャート。 同実施形態の排気浄化装置が実行する冷却供給量算出処理の実行手順を示すフローチャート。 同実施形態の排気浄化装置が実行する作動制御処理の実行手順を示すフローチャート。 内燃機関の運転中における冷却供給量算出処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 内燃機関の始動時における冷却供給量算出処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。

以下、排気浄化装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１は複数の気筒＃１〜＃４を有している。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およびフィードポンプ１３を介して燃料タンク１２に接続されている。そして、フィードポンプ１３によって燃料タンク１２内の燃料が汲み上げられてサプライポンプ１０に供給され、その供給された燃料が同サプライポンプ１０によって吸入されるとともにコモンレール９に圧送される。このようにしてコモンレール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は吸気管３に接続されている。この吸気管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は排気管２６に接続されている。
排気管２６の途中には、排気圧を利用して内燃機関１の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との間の吸気管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、排気管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排気下流には、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およびフィルタ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、排気管２６の途中にあって、第１浄化部材３０の排気下流には、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を還元浄化する選択還元型ＮＯｘ浄化触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気管２６の途中にあって、第２浄化部材４０の排気下流には、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。

内燃機関１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤としての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、尿素水を貯留するタンク２１０、排気管２６の内部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との間の排気管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。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気管２６内に尿素水が噴射供給される。なお、尿素添加弁２３０から尿素水を噴射供給するときには、タンク２１０から供給される比較的低温の尿素水との熱交換や排気管２６内に供給された尿素水の気化に伴う潜熱によって、尿素添加弁２３０は冷却される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、ポンプ２２０は逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０および供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。本実施形態では、内燃機関１の運転が停止されると、ポンプ２２０が逆回転で駆動されて、尿素添加弁２３０内部の尿素水がタンク２１０内に回収される。一方、内燃機関１が始動されると、ポンプ２２０が正回転で駆動されて、尿素添加弁２３０の内部に尿素水が充填される。

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となり、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に吸着されて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に吸着される前に直接ＮＯｘの還元に利用される。

内燃機関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は吸気管３内を通過する吸気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出する。車速センサ２０は車両の走行速度ＳＰＤ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（機関回転速度ＮＥ）を検出する。運転スイッチ２２は、車両の運転者による内燃機関１の始動操作および停止操作を検出する。水温センサ２３は、内燃機関１の冷却水温度ＴＨＷを検出する。アクセルセンサ２４はアクセル操作部材の操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出する。第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気管２６にあって、尿素添加弁２３０の排気上流には、排気温度センサ１２０が設けられている。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排気温度ＴＨＥを検出する。

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）、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。なお、制御装置８０や上述した各種センサには、バッテリから電力が供給される。なお本実施形態では、制御装置８０が制御部および瞬時値算出部として機能する。

そして、制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁制御やサプライポンプ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の駆動量制御等、内燃機関１の各種制御が行われる。

また、制御装置８０は、尿素添加弁２３０の作動制御を実行する。
以下、尿素添加弁２３０の作動制御にかかる一連の処理について説明する。
ここでは先ず、ＳＣＲ触媒４１でのＮＯｘ浄化のための尿素水の目標供給量である目標浄化供給量ＴＱｎを算出する処理（浄化供給量算出処理）について説明する。

図２は、浄化供給量算出処理の実行手順を示している。なお図２のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として制御装置８０により実行される。
図２に示すように、この処理では、吸入空気量ＧＡおよび機関回転速度ＮＥに基づいて、内燃機関１から排出されるＮＯｘの量（排出ＮＯｘ量）が算出される（ステップＳ１１）。本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに吸入空気量ＧＡと機関回転速度ＮＥと排出ＮＯｘ量との関係が予め求められており、同関係が制御装置８０に記憶されている。ステップＳ１１の処理では、この関係をもとに、排出ＮＯｘ量が算出される。具体的には、吸入空気量ＧＡが多いときほど、また機関回転速度ＮＥが高いときほど、排出ＮＯｘ量として多い量が算出される。その後、この排出ＮＯｘ量に基づいて上記目標浄化供給量ＴＱｎが算出される（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ１２の処理では、内燃機関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供給量が目標浄化供給量ＴＱｎとして算出される。ステップＳ１２の処理の後、本処理は一旦終了される。

次に、尿素添加弁２３０の冷却のための尿素水の目標供給量である目標冷却供給量ＴＱｃを算出する処理（冷却供給量算出処理）について説明する。
図３は、冷却供給量算出処理の実行手順を示している。なお、図３のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、制御装置８０により実行される。

図３に示すように、この処理では先ず、車両の走行速度ＳＰＤ、機関回転速度ＮＥ、およびアクセル操作量ＡＣＣＰといった機関運転状態に基づいて目標瞬時供給量ＱＣが算出される（ステップＳ２１）。目標瞬時供給量ＱＣとしては、内燃機関１が定常運転状態であると仮定した場合に、高温の排気に晒される尿素添加弁２３０の温度を温度補償範囲における上限温度未満に抑えるために過不足の無い尿素水供給量が算出される。詳しくは、アクセル操作量ＡＣＣＰが操作範囲の中程度以上であるとき（中負荷以上の機関運転状態であるとき）や、機関回転速度ＮＥがその変化範囲の中程度以上であるとき（中回転以上の機関運転状態であるとき）には、排気から排気管２６や尿素添加弁２３０に与えられる熱量が多いため、目標瞬時供給量ＱＣとして正の値が算出される。このときには、機関回転速度ＮＥが高いときほど、またアクセル操作量ＡＣＣＰが大きいときほど上記熱量が多くなるために、尿素添加弁２３０の冷却度合いを大きくするべく目標瞬時供給量ＱＣとして多い量が算出される。また、機関回転速度ＮＥが低く、且つアクセル操作量ＡＣＣＰが小さい機関運転状態（低負荷低回転状態）であるときには、排気から排気管２６や尿素添加弁２３０に与えられる熱量が少なくなるため、目標瞬時供給量ＱＣとして「０」が算出される。さらには、車両の走行速度ＳＰＤが高いときほど、走行風による冷却効果が見込めるために、尿素添加弁２３０の冷却度合いを小さくするべく目標瞬時供給量ＱＣとして少ない量が算出される。

ステップＳ２１の処理の後、以下の（条件イ）および（条件ロ）が共に満たされるか否かが判断される（ステップＳ２２）。
（条件イ）本処理の前回実行時に算出された目標冷却供給量ＴＱｃである前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」であること。
（条件ロ）冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であること。

そして、（条件イ）および（条件ロ）が共に満たされる場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２１の処理で算出された目標瞬時供給量ＱＣが上記目標冷却供給量ＴＱｃとして算出される（ステップＳ２３）。

一方、（条件イ）および（条件ロ）の一方でも満たされない場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、機関運転状態の変化に対して目標冷却供給量ＴＱｃを徐々に変化させる処理（徐変処理）が実行される（ステップＳ２４）。具体的には、以下の関係式（１）のように、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］とステップＳ２１の処理にて算出された目標瞬時供給量ＱＣとの差分のうちの所定割合Ｒ（本実施形態では１％）を前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］に加算することにより、本処理の今回実行時における目標冷却供給量ＴＱｃが算出される。

ＴＱｃ＝ＴＱｃ［ｉ］＋｛ＱＣ−ＴＱｃ［ｉ］｝×Ｒ …（１）

このようにして目標冷却供給量ＴＱｃが算出された後、本処理は一旦終了される。

なお本実施形態では、機関運転状態の変化に対して目標冷却供給量ＴＱｃを「０」から徐々に増加させた場合に尿素添加弁２３０の温度が温度補償範囲における上限温度以上になってしまう可能性のある冷却水温度ＴＨＷの範囲が、各種の実験やシミュレーションの結果に基づいて予め求められている。そして、そうした冷却水温度ＴＨＷの範囲の下限値が、上記（条件ロ）の所定温度として制御装置８０に記憶されている。

ここで本実施形態の装置では、排気管２６が熱容量を有するため、機関運転状態の変化に伴って排気から排気管２６や尿素添加弁２３０に与えられる熱量（具体的には、排気温度や排気流量）が変化した場合に、排気管２６の温度や尿素添加弁２３０の温度が遅れて変化する。そのため、仮に前記目標瞬時供給量ＱＣと同じ量の尿素水を尿素添加弁２３０から噴射供給するようにすると、機関運転状態が変化する過渡運転時において、尿素水供給量に過不足が生じるおそれがある。本実施形態では、関係式（１）をもとに目標冷却供給量ＴＱｃを算出して、同目標冷却供給量ＴＱｃを機関運転状態の変化に対して徐々に変化させることにより機関運転状態が変化した場合に尿素添加弁２３０の冷却のための尿素水の供給量が徐々に変化するようになり、内燃機関１の過渡運転時における尿素水供給量の過不足が抑えられるようになる。

次に、浄化供給量算出処理（図２参照）によって算出された目標浄化供給量ＴＱｎと冷却供給量算出処理（図３参照）によって算出された目標冷却供給量ＴＱｃとに基づいて、尿素添加弁２３０の作動制御を実行する処理（作動制御処理）について説明する。

図４は、作動制御処理の実行手順を示している。なお図４のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として制御装置８０により実行される。
図４に示すように、この処理では先ず、目標浄化供給量ＴＱｎよりも目標冷却供給量ＴＱｃが多いか否かが判断される（ステップＳ３１）。そして、目標浄化供給量ＴＱｎよりも目標冷却供給量ＴＱｃが多いときには（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、目標冷却供給量ＴＱｃが、尿素添加弁２３０から噴射する尿素水の量の制御目標値（最終供給量Ｑｆ）として設定される（ステップＳ３２）。一方、目標冷却供給量ＴＱｃが目標浄化供給量ＴＱｎ以下であるときには（ステップＳ３１：ＮＯ）、目標浄化供給量ＴＱｎが最終供給量Ｑｆとして設定される（ステップＳ３３）。そして、このように設定された最終供給量Ｑｆと同じ量の尿素水が尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の作動が制御される（ステップＳ３４）。

（作用）
以下、このようにして尿素添加弁２３０の作動制御を実行することによる作用について説明する。

図５は、内燃機関１の運転中における冷却供給量算出処理の実行態様の一例を示すタイミングチャートである。
図５に示す例では、時刻ｔ１１よりも前においては、運転スイッチ２２（図５［ａ］）がオン操作されている。このとき内燃機関１（図５［ｂ］）の低負荷低回転状態での運転が継続されて、目標冷却供給量ＴＱｃ（図５［ｂ］）が徐々に少なくなっている。そして、時刻ｔ１１において目標冷却供給量ＴＱｃ（図５［ｂ］）が「０」になる。このとき冷却水温度ＴＨＷ（図５［ｄ］）は所定温度以上になっている。

本例では、時刻ｔ１２において、アクセル操作部材が操作されて、内燃機関１の運転状態が中負荷以上の状態になる。このとき冷却供給量算出処理の前回実行時に算出された目標冷却供給量ＴＱｃ（前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］）が「０」であり、且つ冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であるため、このとき算出された目標瞬時供給量ＱＣがそのまま目標冷却供給量ＴＱｃとして設定される。

図５中の一点鎖線は、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」である状況で尿素添加弁２３０からの尿素水供給を開始し、その後において目標冷却供給量ＴＱｃを前記関係式（１）によって「０」から徐々に変化させた場合における目標冷却供給量ＴＱｃの推移を比較例として示している。この場合には、内燃機関１が中負荷以上の運転状態になって尿素添加弁２３０からの尿素水の供給が開始されてから（時刻ｔ１２）、目標冷却供給量ＴＱｃが機関運転状態に応じた量になるまでに時間がかかるため、尿素添加弁２３０の冷却のために同尿素添加弁２３０から排気管２６内に供給される尿素水の量の不足を招くおそれがある。そして、冷却水温度ＴＨＷが高いときには、排気管２６の内部温度や排気管２６そのものの温度が高い状態である可能性が高く、尿素添加弁２３０の温度も高い状態である可能性が高いために、尿素水の供給量が不足した場合には尿素添加弁２３０の温度の過上昇を招くおそれがある。なお本実施形態では、冷却水温度ＴＨＷが尿素添加弁２３０の温度の指標となる温度に相当する。

本実施形態では、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」であり、且つ冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であるとき、すなわち尿素水供給量の不足による尿素添加弁２３０の温度の過上昇を招くおそれのあるときに（時刻ｔ１２）、目標冷却供給量ＴＱｃが機関運転状態に応じた量（目標瞬時供給量ＱＣ）になる。これにより、このときのアクセル操作量ＡＣＣＰ、機関回転速度ＮＥ、車両の走行速度ＳＰＤにより定まる機関運転状態に応じた量（目標瞬時供給量ＱＣと同じ量）の尿素水を尿素添加弁２３０から排気管２６の内部に供給することができる。したがって、内燃機関１の運転状態が中負荷以上の状態に移行したときに尿素水供給量を徐々に増加させることに起因して同尿素水供給量が不足することを抑えることができ、尿素水の供給不足による尿素添加弁２３０の温度の過上昇を抑えることができる。

図６は、内燃機関１の始動時における冷却供給量算出処理の実行態様の一例を示すタイミングチャートである。
図６に示す例では、時刻ｔ２１より前において、運転スイッチ２２（図６［ａ］）がオン操作されて、内燃機関１（図６［ｂ］）が運転されている。そして、このとき目標冷却供給量ＴＱｃ（図６［ｃ］）として正の値が算出されて、尿素添加弁２３０からの尿素水供給が実行されている。また、このとき冷却水温度ＴＨＷ（図６［ｄ］）は所定温度以上になっている。

時刻ｔ２１において、運転スイッチ２２がオフ操作されると、内燃機関１の運転が停止される。このとき制御装置８０へのバッテリからの電力供給が遮断される。また、その後において、内燃機関１の温度の低下に伴って冷却水の温度（図６［ｄ］の２点差線参照）が徐々に低下する。

その後の時刻ｔ２２において、運転スイッチ２２がオン操作されると、内燃機関１が始動される。このときバッテリから制御装置８０への電力供給が開始されて同制御装置８０が起動されるため、制御装置８０に記憶されている目標冷却供給量ＴＱｃや前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］がリセットされて初期値である「０」になる。

そして、本例では、冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であるため、このとき算出された目標瞬時供給量ＱＣがそのまま目標冷却供給量ＴＱｃとして設定される。
図６中の一点鎖線は、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」である状況で尿素添加弁２３０からの尿素水供給を開始し、その後において目標冷却供給量ＴＱｃを前記関係式（１）によって「０」から徐々に変化させた場合における目標冷却供給量ＴＱｃの推移を比較例として示している。この場合には、内燃機関１が始動されて尿素添加弁２３０からの尿素水の供給が開始されてから（時刻ｔ２２）、目標冷却供給量ＴＱｃが機関運転状態に応じた量になるまでに時間がかかるため、尿素添加弁２３０の冷却のために同尿素添加弁２３０から排気管２６内に供給される尿素水の量の不足を招くおそれがある。そして、冷却水温度ＴＨＷが高いときには排気管２６の内部温度や排気管２６そのものの温度が高い状態である可能性が高く、尿素添加弁２３０の温度も高い状態である可能性が高いために、尿素水の供給量が不足した場合には尿素添加弁２３０の温度の過上昇を招くおそれがある。

本実施形態では、内燃機関１の始動に際して前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」であり、且つ冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であるとき、すなわち尿素水供給量の不足による尿素添加弁２３０の温度の過上昇を招くおそれのあるときに（時刻ｔ２２）、目標冷却供給量ＴＱｃが機関運転状態に応じた尿素水供給量（目標瞬時供給量ＱＣ）になる。これにより、このときのアクセル操作量ＡＣＣＰ、機関回転速度ＮＥ、車両の走行速度ＳＰＤにより定まる機関運転状態に応じた量（目標瞬時供給量ＱＣと同じ量）の尿素水を尿素添加弁２３０から排気管２６の内部に供給することができる。したがって、内燃機関１の始動時に尿素水供給量を徐々に増加させることに起因して同尿素水供給量が不足することを抑えることができ、尿素水の供給不足による尿素添加弁２３０の温度の過上昇を抑えることができる。

本実施形態では、浄化供給量算出処理（図３参照）を通じてＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘの浄化のための尿素水供給量である目標浄化供給量ＴＱｎが算出されるとともに、冷却供給量算出処理（図４参照）を通じて尿素添加弁２３０の冷却のために必要な尿素水供給量である目標冷却供給量ＴＱｃが各別に算出される。そして、それら供給量のうちの多い方（最終供給量Ｑｆ）に基づいて尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射が実行される。

これにより、目標冷却供給量ＴＱｃが目標浄化供給量ＴＱｎ以下であるときには、目標浄化供給量ＴＱｎと同じ量の尿素水が尿素添加弁２３０から供給されるために、供給された尿素水によって内燃機関１の排気中のＮＯｘを還元浄化することができ、尿素添加弁２３０を十分に冷却することもできる。一方で、目標冷却供給量ＴＱｃが目標浄化供給量ＴＱｎより多いときには目標冷却供給量ＴＱｃと同じ量の尿素水が尿素添加弁２３０から供給されるため、その供給を通じて尿素添加弁２３０を冷却することができ、内燃機関１の排気中のＮＯｘを十分に還元浄化することもできる。このように本実施形態の装置によれば、尿素添加弁２３０を冷却する機能と内燃機関１の排気中のＮＯｘを浄化する機能とを共に満たすことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）内燃機関１の運転状態が低負荷低回転状態から中負荷以上の状態に移行したときや内燃機関１が始動されたときに、尿素水供給量を徐々に増加させることに起因して同尿素水供給量が不足することを抑えることができ、尿素水の供給不足による尿素添加弁２３０の温度の過上昇を抑えることができる。

（２）目標冷却供給量ＴＱｃと目標浄化供給量ＴＱｎとを各別に算出するとともに、それら供給量のうちの多い方（最終供給量Ｑｆ）に基づいて尿素添加弁２３０からの尿素水の噴射を実行するようにした。そのため、目標冷却供給量ＴＱｃが目標浄化供給量ＴＱｎ以下であるとき、および目標冷却供給量ＴＱｃが目標浄化供給量ＴＱｎより多いときの何れの場合にも、尿素添加弁２３０を冷却する機能と内燃機関１の排気中のＮＯｘを浄化する機能とを共に満たすことができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」になることのある装置であれば、（条件イ）および（条件ロ）が共に満たされるときに目標瞬時供給量ＱＣをそのまま目標冷却供給量ＴＱｃとする構成は、低負荷低回転状態であるときに算出される目標瞬時供給量ＱＣが「０」ではなく正の値になる装置、または内燃機関１の始動時における前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」にならない装置にも適用することができる。

・前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］が「０」になることのある装置であれば、（条件イ）および（条件ロ）が共に満たされるときに冷却供給量算出処理（図３）のステップＳ２１で算出された目標瞬時供給量ＱＣをそのまま目標冷却供給量ＴＱｃとする構成を適用することができる。そうした装置としては例えば、減速運転時に内燃機関１への燃料供給を一時的に停止する制御（燃料カット制御）の実行に合わせて尿素添加弁２３０からの尿素水の供給を一時的に停止する装置や、ＳＣＲ触媒４１の床温が低いときに尿素添加弁２３０からの尿素水の供給を停止する装置などが考えられる。こうした装置においても、尿素水供給の再開時に尿素水供給量を徐々に増加させることに起因して同尿素水供給量が不足することを抑えることができ、尿素水の供給不足による尿素添加弁２３０の温度の過上昇を抑えることができる。

・目標浄化供給量ＴＱｎの算出方法は任意の方法を採用することができる。目標浄化供給量ＴＱｎの算出に用いる算出パラメータとしては、機関回転速度ＮＥや吸入空気量ＧＡの他、排気温度ＴＨＥに基づき推定されるＳＣＲ触媒４１の床温や、アクセル操作量ＡＣＣＰ、吸気絞り弁１６の開度などを採用することができる。また、ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘ量をＮＯｘセンサにより検出し、その検出値を上記算出パラメータとして用いること等も可能である。

・目標冷却供給量ＴＱｃの算出方法は任意の方法を採用することができる。目標冷却供給量ＴＱｃの算出に用いる算出パラメータとしては、車両の走行速度ＳＰＤや機関回転速度ＮＥ、アクセル操作量ＡＣＣＰ以外の機関運転状態、具体的には吸入空気量ＧＡや吸気絞り弁１６の開度、外気温度、排気温度などを用いることができる。

・「冷却水温度ＴＨＷが所定温度以上であること」といった前記（条件ロ）に代えて、尿素添加弁２３０の温度の指標となる温度が所定温度以上であることを判断することの可能な条件であれば、任意の条件を定めることができる。例えば、（条件ロ）に代えて、以下の（条件ハ）〜（条件ヘ）を定めてもよい。
（条件ハ）内燃機関１の潤滑オイルの温度が所定温度以上であること。
（条件ニ）温度センサによって検出した内燃機関１の温度が所定温度以上であること。
（条件ホ）排気温度に基づき推定される尿素添加弁２３０の温度が所定温度以上であること。
（条件ヘ）温度センサによって検出した尿素添加弁２３０の温度が所定温度以上であること。

・冷却供給量算出処理（図３）のステップＳ２４の処理における目標冷却供給量ＴＱｃの算出態様は、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］と目標瞬時供給量ＱＣとの差分の一部を前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］に加算した量が目標冷却供給量ＴＱｃになるのであれば、任意の算出態様を採用することができる。例えば前記関係式（１）における所定割合Ｒとして、一定の値を定めることに限らず、機関運転状態が変化した後の経過時間と予め定められた時定数とに基づき算出される値を定めるようにしてもよい。その他、前回目標冷却供給量ＴＱｃ［ｉ］、目標瞬時供給量ＱＣ、なまし係数Ｎ（ただし、Ｎは「２」以上の正の整数）に基づいて、以下の関係式（２）から目標冷却供給量ＴＱｃを算出するようにしてもよい。

ＴＱｃ＝｛ＴＱｃ［ｉ］×（Ｎ−１）＋ＱＣ｝／Ｎ …（２）

・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…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…吸気管、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、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、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…車速センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…運転スイッチ、２３…水温センサ、２４…アクセルセンサ、２６…排気管、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浄化触媒：ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、８０…制御装置、１２０…排気温度センサ、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. 内燃機関の排気管の内部に還元剤を供給する添加弁と、前記排気管における前記添加弁よりも排気下流に設けられて前記添加弁からの還元剤の供給によってＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、機関運転状態に基づいて前記添加弁の冷却のための還元剤の供給量である目標瞬時供給量を算出する瞬時値算出部と、前記添加弁の冷却のための還元剤の目標供給量である目標冷却供給量を、前回の算出時に算出された前記目標冷却供給量である前回目標冷却供給量と前記瞬時値算出部により算出される目標瞬時供給量との差分の一部を前記前回目標冷却供給量に加算した量にして、前記添加弁の作動制御を実行する制御部と、を有する排気浄化装置であって、
   前記制御部は、前記添加弁の温度の指標となる温度が所定温度以上であり、且つ、前記前回目標冷却供給量が「０」であるときには、前記瞬時値算出部により算出される前記目標瞬時供給量をそのまま前記目標冷却供給量にして前記添加弁の作動制御を実行する
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置において、
   前記制御部は、前記ＮＯｘ浄化触媒でのＮＯｘの浄化のための還元剤の目標供給量である目標浄化供給量を算出するとともに、前記目標冷却供給量が前記目標浄化供給量より多いときには、前記目標冷却供給量と同じ量の還元剤を供給するべく前記添加弁の作動制御を実行し、前記目標冷却供給量が前記目標浄化供給量以下であるときには、前記目標浄化供給量と同じ量の還元剤を供給するべく前記添加弁の作動制御を実行する
   ことを特徴とする排気浄化装置。