JP2018009456A - 添加弁の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機関停止後における添加弁の温度上昇を抑えつつ、機関停止後に電動式の冷却ポンプを駆動することによるバッテリの蓄電量低下を抑えることのできる添加弁の冷却方法を提供する。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４には添加弁２９が設けられており、この添加弁２９は、水冷式の冷却装置５０で冷却される。冷却装置５０は、添加弁２９に設けられて内部に冷却水が供給される冷却部５２や、バッテリ６０からの電力供給によって駆動されて冷却部５２に冷却水を送液する電動式の冷却ポンプ５４を備えている。そして、電子制御装置３７は、内燃機関１０の運転停止に伴って冷却ポンプ５４の駆動を停止し、冷却ポンプ５４の駆動を停止した後、冷却部５２内から蒸発した冷却水量に相当する分だけ冷却部５２に冷却水を補充するように冷却ポンプ５４を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、添加弁の冷却方法に関する。

内燃機関の排気通路には、燃料や尿素などの添加剤を噴射する添加弁を設けることがある。こうした添加弁の温度が過剰に高くなると、噴射孔にデポジット等が固着したり、添加弁を構成する部品が熱劣化したりするおそれがある。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、冷却ポンプを備える水冷式の冷却装置を使って添加弁を冷却することが提案されている。

しかし、内燃機関の運転停止に伴って冷却ポンプの駆動が停止されると、冷却装置の冷却機能は停止する。また、内燃機関の運転が停止しても、しばらくの間は排気通路などが高温化している。そのため、内燃機関の停止後には、排気通路などからの受熱により添加弁の温度は上昇する可能性がある。

特許文献２には、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁の機関停止後における温度上昇を抑えるための冷却方法が記載されている。この特許文献２に記載の冷却方法では、機関停止後における燃料噴射弁の噴孔近傍の温度を推定している。そして、推定された温度が予め定められた参照温度以上である場合には、電動式の冷却ポンプを駆動してシリンダヘッド内の冷却水を所定期間の間循環させることにより、噴孔近傍の温度上昇を抑えるようにしている。

この特許文献２に記載されている燃料噴射弁の冷却方法は、排気通路に設けられた上記添加弁の冷却方法としても流用することができる。つまり、排気通路に設けられた添加弁の機関停止後における温度を推定し、その推定された温度が予め定められた所定温度以上になると予測される場合には、電動式の冷却ポンプを駆動して冷却装置の冷却水を所定期間の間循環させることにより、添加弁の温度上昇を抑えることができる。

特開平９−９６２１２号公報 特開２０１２−１９７７０６号公報

しかし、電動式の冷却ポンプを駆動して冷却装置の冷却水を循環させることにより、添加弁の温度上昇を抑えるようにすると、冷却ポンプに電力を供給するバッテリの蓄電量が機関停止中に低下してしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、機関停止後における添加弁の温度上昇を抑えつつ、機関停止後に電動式の冷却ポンプを駆動することによるバッテリの蓄電量低下を抑えることのできる添加弁の冷却方法を提供することにある。

上記課題を解決する添加弁の冷却方法は、内燃機関の排気通路に設けられて添加剤を噴射する添加弁を水冷式の冷却装置を使って冷却する方法であって、前記冷却装置は、前記添加弁に設けられて内部に冷却水が供給される冷却部と、バッテリからの電力供給によって駆動されて前記冷却部に冷却水を送液する電動式の冷却ポンプとを備えている。そして、この冷却方法は、前記内燃機関の運転停止に伴って前記冷却ポンプの駆動を停止し、前記冷却ポンプの駆動を停止した後、前記冷却部から蒸発した冷却水量に相当する分だけ前記冷却部に冷却水を補充するように前記冷却ポンプを駆動する。

同方法によれば、内燃機関の運転停止に伴って冷却ポンプの駆動が停止されると、冷却部の内部の冷却水は、添加弁や排気通路などから伝わる熱により温度上昇して蒸発するようになり、その蒸発時における気化潜熱によって添加弁は冷却される。このように同方法では、冷却部内の冷却水の気化潜熱を利用することにより、機関停止後における添加弁の温度上昇が抑えられる。

ここで、冷却部内の冷却水が蒸発によって減少していくと、冷却水の気化潜熱を利用した添加弁の冷却が滞るようになるが、同方法によれば、冷却ポンプの駆動が停止された後、冷却部から蒸発した冷却水を補充するように冷却ポンプが駆動される。そのため、補充された冷却水の気化潜熱を利用して添加弁は引き続き冷却される。

そして、このように冷却ポンプを駆動する際には、冷却部から蒸発した冷却水量に相当する分だけ冷却水が補充されるように冷却ポンプは駆動される。つまり、蒸発によって失われた冷却部の冷却水を補充するために必要な時間の間だけ冷却ポンプは駆動される。こうした冷却水を補充するための冷却ポンプの駆動時間は、冷却装置の冷却水を循環させることによって添加弁を冷却する場合の冷却ポンプの駆動時間と比較して短い。そのため、冷却水を循環させることによって添加弁を冷却する場合と比較して、機関停止中における冷却ポンプの消費電力量が低減されるようになる。従って、同方法によれば、冷却水を循環させることによって添加弁を冷却する場合と比較して、機関停止中におけるバッテリの蓄電量低下を抑えることができる。

添加弁の冷却方法の一実施形態が適用される内燃機関の構成を示す模式図。 同実施形態において添加弁を冷却するために実施される一連の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、冷却水の蒸発時間と同蒸発時間の算出に関連する各パラメータとの関係を示すグラフ。 同実施形態において、冷却ポンプの駆動回数と同駆動回数の設定に関連する各パラメータとの関係を示すグラフ。 同実施形態において、機関停止後の冷却ポンプの駆動状態を示すタイミングチャート。

以下、添加弁の冷却方法の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、車載用のディーゼルエンジンである内燃機関１０は、複数の気筒１１を有している。各気筒１１の燃焼室には、同燃焼室に吸気を導入するための吸気通路１３や、燃焼室から排出された排気が流れる排気通路１４が接続されている。

内燃機関１０は、排気タービン式の過給機１８を備えている。この過給機１８は、吸気通路１３の途中に接続されたコンプレッサハウジング１６や、排気通路１４の途中に接続されたタービンハウジング１７を有している。タービンハウジング１７内には、排気通路１４を流れる排気によって回転するタービンホイールが設けられており、コンプレッサハウジング１６内にはタービンホイールと一体回転するコンプレッサホイールが設けられている。

各気筒１１には、気筒１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１９が設けられている。各気筒１１の燃料噴射弁１９は、コモンレール２０に連結されている。コモンレール２０は、吐出量を変更可能な電子制御式のサプライポンプ２１に接続されており、サプライポンプ２１は燃料タンク２２に接続されている。サプライポンプ２１は、燃料タンク２２内の燃料を吸引及び加圧してコモンレール２０に供給する。そして、コモンレール２０を介して各燃料噴射弁１９に燃料が分配供給される。

上記コンプレッサハウジング１６よりも上流側の吸気通路１３には、吸気中の異物を濾過するエアクリーナ２３や、吸気通路１３を流れる吸気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出するエアフロメータ２４が設けられている。また、コンプレッサハウジング１６よりも下流側の吸気通路１３には、過給機１８による過給によって高温化した吸気を冷却するためのインタークーラ２５や、吸入空気量を調量する吸気絞り弁２６が設けられている。

内燃機関１０は、燃焼室から排出された排気を浄化する排気浄化装置を有している。この排気浄化装置は、内燃機関１０の燃料を噴射孔から噴射する添加弁２９と、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３０（以下、ＮＳＲ触媒という）と、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＰＭフィルタ３１とを備えている。

添加弁２９は、タービンハウジング１７よりも下流側の排気通路１４に設置されている。この添加弁２９には、サプライポンプ２１において加圧される前の燃料が同サプライポンプ２１から供給されており、添加弁２９は排気通路１４を流れる排気に燃料を噴射する。

添加弁２９には、水冷式の冷却装置５０が設けられている。冷却装置５０は、添加弁２９に設けられた冷却部５２を備えている。冷却部５２は、添加弁２９において噴射孔が設けられている先端部近傍を取り囲むようにして設けられており、その内部には冷却水が供給される。なお、添加弁２９の外周全体を取り囲むように冷却部５２を構成してもよい。そして、添加弁２９を取り囲む上記冷却部５２は、排気通路１４の外周面に固定されている。また、冷却装置５０は、冷却部５２において添加弁２９を冷却することにより温度上昇した冷却水を冷やすためのラジエータ５１や、冷却部５２とラジエータ５１との間で冷却水を循環させるための冷却通路５３や、冷却通路５３に設けられてラジエータ５１で冷やされた冷却水を冷却部５２に供給するための電動式の冷却ポンプ５４も備えている。なお、冷却部５２内の冷却水容量（＝冷却部５２内の冷却水の全量）は、冷却部５２内の冷却水がラジエータ５１内の冷却水と入れ替わるように冷却水を循環させる際に必要となる冷却水循環量の最小値よりも少なくなっている。そして、冷却ポンプ５４には、電力の供給源であって充電式のバッテリ６０が接続されている。

ＮＳＲ触媒３０は、添加弁２９よりも下流側の排気通路１４に設けられている。そして、ＰＭフィルタ３１は、ＮＳＲ触媒３０よりも下流側の排気通路１４に設けられている。
ＮＳＲ触媒３０とＰＭフィルタ３１との間の排気通路１４には、ＮＳＲ触媒３０を通過した直後の排気の温度である排気温度ＴＨＥＸを検出するための排気温センサ３２が設けられている。また、排気通路１４には、ＰＭフィルタ３１の入口側の排気圧と出口側の排気圧との差圧ΔＰを検出するための差圧センサ３３なども設けられている。

また、内燃機関１０には、燃焼室から排出された排気を吸気通路１３に導入するためのＥＧＲ通路１５が設けられている。ＥＧＲ通路１５には、その通路内を流れる排気（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ３５や、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ３６が設けられている。

内燃機関１０は電子制御装置３７を備えている。この電子制御装置３７は、機関運転制御や排気浄化制御のための各種演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリ、中央演算処理装置の演算結果やセンサの検出結果などを一時的に記憶するメモリ、入力ポート及び出力ポートなどを備えている。

電子制御装置３７の入力ポートには、上述のエアフロメータ２４、排気温センサ３２、差圧センサ３３の出力信号が入力されている。また、電子制御装置３７の入力ポートには、その他の各種センサの出力信号も入力されている。例えば、電子制御装置３７の入力ポートには、内燃機関１０を冷却する冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ３４の出力信号や、内燃機関１０の各部を潤滑する潤滑油の温度である油温ＴＨＯを検出するための油温センサ３８の出力信号や、外気温ＴＨｏｕｔを検出するための外気温センサ３９の出力信号が入力されている。また、電子制御装置３７の入力ポートには、車両運転者のアクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセルペダルセンサの出力信号や、内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフトの回転に応じたパルス信号を出力するクランク角センサの出力信号も入力されている。また、電子制御装置３７の入力ポートには、車両運転者が機関始動及び機関停止を行うためのイグニッションスイッチ４０も接続されている。

一方、電子制御装置３７の出力ポートには、燃料噴射弁１９、サプライポンプ２１、吸気絞り弁２６、添加弁２９、冷却ポンプ５４、及びＥＧＲバルブ３６の各駆動回路が接続されている。

電子制御装置３７は、アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度などに基づいて燃料噴射弁１９の燃料噴射量Ｑを算出するとともに、その算出された燃料噴射量Ｑに基づいて燃料噴射弁１９の駆動制御を行う。

また、電子制御装置３７は、排気浄化制御の１つとして、ＮＳＲ触媒３０に流入する排気中のＨＣ（炭化水素）の濃度を規定範囲内の振幅及び規定範囲内の周期にて振動させることにより、排気温度が高く且つリーン空燃比で混合気の燃焼が行われる機関運転状態においてもＮＯｘの連続浄化が可能になるＮＯｘ連続浄化制御を行う。こうしたＮＯｘ連続浄化制御を実行するときには、ＮＳＲ触媒３０に流入する排気中のＨＣの濃度が上記規定範囲内の振幅及び上記規定範囲内の周期にて振動するように、添加弁２９から排気に対してパルス状に燃料を添加する間欠添加が電子制御装置３７によって実行される。

また、電子制御装置３７は、排気浄化制御の１つとして、上記差圧センサ３３の検出値などからＰＭフィルタ３１に堆積した粒子状物質の量を推定する。そして、その推定した粒子状物質の堆積量が規定量に達したときには、添加弁２９から排気に対して燃料を添加して排気温度を高め、そうした排気温度の高温化によってＰＭフィルタ３１に堆積した粒子状物質を消失させる、いわゆるフィルタ再生制御を実行する。

また、電子制御装置３７は、機関運転中、排気温度ＴＨＥＸ及び排気流量の代用値である吸入空気量ＧＡなどに基づいて添加弁２９の推定温度である添加弁温度ＴＨＶを算出する。

また、電子制御装置３７は、機関運転中における添加弁２９の温度が所定の許容範囲内におさまるように、機関運転中は上記冷却ポンプ５４を駆動して冷却装置５０内の冷却水を循環させる。一方、電子制御装置３７は、イグニッションスイッチ４０がオフ操作されることによって機関運転が停止すると、冷却ポンプ５４の駆動を停止して冷却水の循環を停止する。

ところで、内燃機関１０、過給機１８、ＮＳＲ触媒３０、及びＰＭフィルタ３１などの構造体は熱容量が比較的大きく、機関運転が停止した後もしばらくの間は高温状態になっている。そのため、それら各構造体から伝わる熱によって排気通路１４も機関停止後においてしばらくの間は高温状態になっている。

ここで、本実施形態では、機関運転が停止すると、冷却装置５０における冷却水の循環が停止するため、このまま何もしないと排気通路１４に設けられた添加弁２９の温度が機関停止後に上昇するおそれがある。なお、添加弁２９の温度が所定温度ＴＨ１以上に高くなると、添加弁２９の噴射孔にデポジット等が固着したり、添加弁２９を構成する部品が熱劣化したりするおそれがある。

こうした機関停止後における添加弁２９の温度上昇を抑えるために、例えば機関停止後において冷却装置５０内の冷却水を所定期間の間循環させることが考えられる。しかし、この場合には、冷却水を循環させるために冷却ポンプ５４を連続駆動することになるため、冷却ポンプ５４に電力を供給するバッテリ６０の蓄電量が機関停止中に低下してしまう。

そこで、本実施形態では、上述した機関停止後における添加弁２９の温度上昇を抑えるために、冷却部５２内の冷却水が蒸発するときの気化潜熱を利用して添加弁２９を冷却するようにしている。そして、蒸発によって冷却水が減少した冷却部５２内に、その蒸発した冷却水量に相当する分だけ冷却水を補充するように冷却ポンプ５４を短時間駆動することにより、冷却ポンプ５４の消費電力量を抑え、これにより機関停止中におけるバッテリ６０の蓄電量低下を抑えつつ、冷却水の気化潜熱を利用した添加弁２９の冷却が継続されるようにしている。

以下、電子制御装置３７が実行する処理であって、機関停止後に添加弁２９を冷却するための一連の処理手順について、図２〜図４を参照しつつ説明する。なお、この一連の処理は、イグニッションスイッチ４０がオフ操作されることにより開始される。

図２に示すように、本処理が開始されると、電子制御装置３７は、冷却ポンプ５４の駆動要求があるか否かを判定する（Ｓ１００）。このステップＳ１００では、機関停止後の添加弁２９の温度が上記所定温度ＴＨ１以上となる可能性がある場合に、電子制御装置３７は冷却ポンプ５４の駆動要求があると判定する。

機関停止後の添加弁２９の温度が上記所定温度ＴＨ１以上になる可能性があるか否かは、機関停止後に温度が上昇する添加弁２９についてその温度上昇の起点となる温度、つまり機関停止したときの添加弁２９の温度を把握する。そして、機関停止してからの添加弁２９の温度上昇量を予測することによって判定することができる。

まず、上述したように、機関運転中は添加弁温度ＴＨＶを常時推定しているため、機関停止の直前に算出された添加弁温度ＴＨＶを、機関停止したときの添加弁２９の温度とすることが可能である。

また、機関停止してからの添加弁２９の温度上昇量は、内燃機関１０及び過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１などの熱源から排気通路１４を介して添加弁２９に伝わる熱量と、添加弁２９から大気に伝わる熱量との収支、つまり機関停止後における添加弁２９の受熱量と放熱量との差によって決まる。すなわち添加弁２９の受熱量が多いほど、あるいは添加弁２９の放熱量が少ないほど、機関停止してからの添加弁２９の温度上昇量は大きくなる。

ここで、内燃機関１０の熱量は、内燃機関１０の温度の代用値である冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＯが高いときほど多い。従って、機関停止後の添加弁２９の受熱量のうちで内燃機関１０から排気通路１４を介して伝わる熱量Ｑ１は、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＯが高いほど多くなる。

他方、過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１は、内燃機関１０から離れている。そのため、冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＯには、過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１の熱量が反映されにくい。一方、過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１の熱量は、主に機関運転中において各気筒１１の燃焼室に供給された燃料に由来している。そのため、機関停止後の添加弁２９の受熱量のうちで過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１から排気通路１４を介して伝わる熱量Ｑ２は、機関運転中に噴射されていた燃料の量が多いときほど多くなる。つまり、上記熱量Ｑ２は、機関運転中の燃料噴射量Ｑが多いときほど多くなる。なお、燃料噴射量Ｑの変化に対して過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１の熱量変化には応答遅れがある。そのため、燃料に由来する熱量Ｑ２を考慮する場合には、燃料噴射量Ｑの瞬時値よりも、燃料噴射量Ｑの履歴を表す値（例えば積算値や平均値など）を利用することが好ましい。そこで一例として、電子制御装置３７は、予め定めた所定時間内（例えば数分間など）における燃料噴射量Ｑの積算値である噴射積算量ＱＳを機関運転中において繰り返し算出することにより、燃料噴射量Ｑの履歴を表す値を求めるようにしている。

そして、添加弁２９の放熱量は、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど少なくなる。
これら機関停止後の添加弁２９の温度上昇量に関与する各パラメータと、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶとに基づき、電子制御装置３７は、冷却ポンプ５４の駆動要求があるか否かを判定する。

すなわち、電子制御装置３７は、下記の条件（Ａ）〜条件（Ｅ）の全てが満たされる場合には、機関停止後の添加弁２９の温度が上記所定温度ＴＨ１以上になる可能性があるため、冷却ポンプ５４の駆動要求があると判定する。

・条件Ａ：機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが所定値以上である。
・条件Ｂ：機関停止したときの冷却水温ＴＨＷが所定値以上である。
・条件Ｃ：機関停止したときの油温ＴＨＯが所定値以上である。

・条件Ｄ：噴射積算量ＱＳが所定値以上である。
・条件Ｅ：外気温ＴＨｏｕｔが所定値以上である。
なお、上記の各条件における所定値としては、機関停止後の添加弁２９の温度が上記所定温度ＴＨ１以上になる可能性があることを判定するうえで適切な値が、予めの実験等を通じて設定されている。ちなみに、本実施形態の「機関停止したとき」とは、イグニッションスイッチ４０がオフ操作された後、機関回転速度が「０」になったタイミングのことをいう。ただし、そうした「機関停止したとき」の定義は、適宜変更することができる。例えば、イグニッションスイッチ４０がオフ操作されたタイミングを「機関停止したとき」とみなしてもよい。その他、内燃機関１０の運転が停止したと判定することのできる条件が成立したタイミングを「機関停止したとき」としてもよい。

次に、電子制御装置３７は、蒸発時間Ｔｅを算出する（Ｓ１１０）。この蒸発時間Ｔｅは、冷却部５２内の冷却水容量から所定量α（α＞０）を減じた量を冷却水の補充量ＷＨとしたときに、機関停止後、補充量ＷＨに相当する分の冷却水が冷却部５２から蒸発するのに要する時間である。

蒸発時間Ｔｅは、機関停止後における冷却部５２の熱量が関係する値であり、冷却部５２の熱量が多く、これにより冷却部５２から同冷却部５２内の冷却水に移動する熱量が多いときほど、蒸発時間Ｔｅは短くなる。

ここで、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが高いときほど、添加弁２９から冷却部５２に伝わる熱量は多くなるため、蒸発時間Ｔｅは短くなる。
また、機関停止後における冷却部５２の熱量は、内燃機関１０及び過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１などの熱源から排気通路１４を介して冷却部５２に伝わる熱量と、冷却部５２から大気に伝わる熱量との収支、つまり機関停止後における冷却部５２の受熱量と放熱量との差に応じて変化する。すなわち冷却部５２の受熱量が多いほど、あるいは冷却部５２の放熱量が少ないほど、冷却部５２の熱量は多くなるために、蒸発時間Ｔｅは短くなる。

ここで、上述したように内燃機関１０の熱量は、内燃機関１０の温度の代用値である冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＯが高いときほど多い。従って、機関停止後における冷却部５２の受熱量のうちで、内燃機関１０から排気通路１４を介して伝わる熱量Ｑ３は、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＯが高いほど多くなる。

また、上述したように過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１の熱量は、主に機関運転中において各気筒１１の燃焼室に供給された燃料に由来している。従って、機関停止後における冷却部５２の受熱量のうちで過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１から排気通路１４を介して伝わる熱量Ｑ４は、機関運転中に噴射されていた燃料の量が多いときほど多くなる。つまり、上記熱量Ｑ４は、機関運転中の燃料噴射量Ｑが多いときほど多くなる。なお、上述したように燃料噴射量Ｑの変化に対して過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１の熱量変化には応答遅れがあるため、燃料に由来する熱量Ｑ４を考慮する場合も、燃料噴射量Ｑの履歴を表す値（例えば積算値や平均値など）を利用することが好ましい。そのため、蒸発時間Ｔｅの算出に際しても上記噴射積算量ＱＳが利用される。

そして、冷却部５２の放熱量は、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど少なくなる。
こうした機関停止後における冷却部５２の熱量に関与する各パラメータに基づき、電子制御装置３７は蒸発時間Ｔｅを算出する。

図３に示すように、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが高いときほど蒸発時間Ｔｅは短くなるように同蒸発時間Ｔｅは算出される。また、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷが高いときほど蒸発時間Ｔｅは短くなるように同蒸発時間Ｔｅは算出される。また、機関停止したときの油温ＴＨＯが高いときほど蒸発時間Ｔｅは短くなるように同蒸発時間Ｔｅは算出される。また、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど蒸発時間Ｔｅは短くなるように同蒸発時間Ｔｅは算出される。そして、機関停止したときに算出されていた噴射積算量ＱＳが多いときほど蒸発時間Ｔｅは短くなるように同蒸発時間Ｔｅは算出される。

次に、電子制御装置３７は、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔを設定する（Ｓ１２０）。この駆動インターバル時間Ｔｉｎｔは、次式（１）から求められる値であって、機関停止中に冷却ポンプ５４を周期的に駆動するための駆動周期を定める時間である。

駆動インターバル時間Ｔｉｎｔ＝蒸発時間Ｔｅ＋駆動時間Ｔａｃｔ …（１）

上記式（１）の蒸発時間Ｔｅは、上記ステップＳ１１０にて算出された値であり、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔ内において冷却ポンプ５４の駆動を停止する駆動停止時間として設定される時間である。また、駆動時間Ｔａｃｔは、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔ内において冷却ポンプ５４を駆動する時間であり、冷却部５２から蒸発した冷却水量に相当する上記補充量ＷＨの分だけ、冷却部５２に冷却水を補充するために必要な冷却ポンプ５４の駆動時間が設定されている。この駆動時間Ｔａｃｔは、上記補充量ＷＨ及び予め設定された冷却ポンプ５４の吐出流量などから求められる固定値である。

次に、電子制御装置３７は、機関停止中において周期的に冷却ポンプ５４を駆動する際の同冷却ポンプ５４の駆動回数Ｎを設定する（Ｓ１３０）。この駆動回数Ｎは、次のようにして設定される。

機関停止中における冷却ポンプ５４の周期的な駆動は、次の状態になるまで実施することが望ましい。すなわち、機関停止後に排気通路１４や添加弁２９の温度が低下することにより、冷却部５２内の冷却水の温度が所定温度ＴＨα以下にまで低下し、これにより同冷却水の蒸発がおさまるまで、つまり冷却水の気化潜熱を利用した添加弁２９の冷却効果が得られない状態になるまで、冷却ポンプ５４の周期的な駆動を実施することが望ましい。

機関停止後、冷却部５２内の冷却水の温度が上記所定温度ＴＨα以下にまで低下するのに要する時間（以下、低下時間ＤＴという）は、機関停止後における冷却部５２の熱量が多く、これにより冷却部５２から同冷却部５２内の冷却水に移動する熱量が多いときほど長くなる。従って、冷却部５２の熱量が多く、低下時間ＤＴが長いときほど、設定可能な冷却ポンプ５４の駆動回数Ｎは多くなる。

ここで、上述したように、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが高いときほど、添加弁２９から冷却部５２に伝わる熱量は多くなるため、低下時間ＤＴは長くなり、設定可能な冷却ポンプ５４の駆動回数Ｎは多くなる。

また、上述したように、機関停止後における冷却部５２の熱量は、内燃機関１０及び過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１などの熱源から排気通路１４を介して冷却部５２に伝わる熱量と、冷却部５２から大気に伝わる熱量との収支、つまり機関停止後における冷却部５２の受熱量と放熱量との差に応じて変化する。すなわち冷却部５２の受熱量が多いほど、あるいは冷却部５２の放熱量が少ないほど、冷却部５２の熱量は多くり、その結果、低下時間ＤＴは長くなって、設定可能な冷却ポンプ５４の駆動回数Ｎは多くなる。

ここで、上述したように、機関停止後における冷却部５２の受熱量のうちで、内燃機関１０から排気通路１４を介して伝わる上記熱量Ｑ３は、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＯが高いほど多くなる。

また、上述したように、機関停止後における冷却部５２の受熱量のうちで過給機１８及びＮＳＲ触媒３０及びＰＭフィルタ３１から排気通路１４を介して伝わる上記熱量Ｑ４は、機関運転中に燃料噴射弁１９から噴射されていた燃料の量が多いときほど多くなる。

そして、上述したように冷却部５２の放熱量は、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど少なくなる。
こうした機関停止後における冷却部５２の熱量に関与する各パラメータに基づき、電子制御装置３７は、上記駆動回数Ｎを設定する。

図４に示すように、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが高いときほど駆動回数Ｎは多くなるように同駆動回数Ｎは設定される。また、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷが高いときほど駆動回数Ｎは多くなるように同駆動回数Ｎは設定される。また、機関停止したときの油温ＴＨＯが高いときほど駆動回数Ｎは多くなるように同駆動回数Ｎは設定される。また、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど駆動回数Ｎは多くなるように同駆動回数Ｎは設定される。そして、機関停止したときに算出されていた噴射積算量ＱＳが多いときほど駆動回数Ｎは多くなるように同駆動回数Ｎは設定される。

次に、電子制御装置３７は、機関停止してから上記蒸発時間Ｔｅが経過したか否かを判定する（Ｓ１４０）。そして、機関停止してから上記蒸発時間Ｔｅが経過していないときには（Ｓ１４０：ＮＯ）、電子制御装置３７は、機関停止してから上記蒸発時間Ｔｅが経過するまでステップＳ１４０での判定処理を繰り返す。

一方、機関停止してから上記蒸発時間Ｔｅが経過したときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、電子制御装置３７は、冷却ポンプ５４を上記駆動時間Ｔａｃｔだけ駆動する（Ｓ１５０）。なお、このステップＳ１５０では、冷却ポンプ５４を上記駆動時間Ｔａｃｔだけ駆動した後、冷却ポンプ５４の駆動を停止する。

次に、電子制御装置３７は、カウンタＫを更新する（Ｓ１６０）。このカウンタＫの初期値は「０」であり、上記ステップＳ１５０の処理によって冷却ポンプ５４が駆動されるたびに、「１」が加算される。従って、このカウンタＫの値は、機関停止中に冷却ポンプ５４を駆動した回数を示す。

次に、電子制御装置３７は、上記ステップＳ１６０の処理によって更新された後のカウンタＫが上記駆動回数Ｎに達したか否かを判定する（Ｓ１７０）。
そして、カウンタＫが上記駆動回数Ｎに達していないときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、電子制御装置３７は、上記ステップＳ１５０の処理において冷却ポンプ５４の駆動を開始したタイミングから上記駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが経過したか否かを判定する（Ｓ１８０）。そして、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが経過していないときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、電子制御装置３７は、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが経過するまでステップＳ１８０での判定処理を繰り返す。

一方、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが経過したときには（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、電子制御装置３７は、再び上記ステップＳ１５０以降の処理を行う。
他方、上記ステップＳ１７０において、カウンタＫが上記駆動回数Ｎに達したと判定されるときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、電子制御装置３７は、本処理を終了する。

次に、上述した一連の処理を実施することによって行われる添加弁２９の冷却方法についてその作用及び効果を、図５を参照しつつ説明する。
なお、図５に示す実線Ｌ１は、本実施形態による添加弁２９の冷却方法を実施したときの添加弁２９の温度変化を示す。また、図５に示す二点鎖線Ｌ２は、本実施形態に対する比較例であって、機関停止後に上述した冷却部５２への冷却水補充を行わないようにした場合の添加弁２９の温度変化を示す。

図５に示すように、時刻ｔ０において、イグニッションスイッチ４０がオフ操作されることによって内燃機関１０の運転が停止されると、それまで駆動されていた冷却ポンプ５４が停止される。このように内燃機関１０の運転停止に伴って冷却ポンプ５４の駆動が停止されると、冷却部５２内の冷却水は、添加弁２９や排気通路１４などから伝わる熱により温度上昇して蒸発するようになり、その蒸発時における気化潜熱によって添加弁２９は冷却される。このように、冷却部５２内の冷却水の気化潜熱を利用することにより、機関停止後における添加弁２９の温度上昇が抑えられる。

ここで、冷却部５２内の冷却水が蒸発によって減少していくと、冷却水の気化潜熱を利用した添加弁２９の冷却が滞るようになる。この点、本実施形態では、時刻ｔ０から上記蒸発時間Ｔｅが経過すると（時刻ｔ１）、冷却ポンプ５４は駆動時間Ｔａｃｔだけ駆動される。これにより、時刻ｔ０において冷却ポンプ５４の駆動が停止された後、冷却部５２内に上記補充量ＷＨの分だけ冷却水を補充するように、つまり冷却部５２から蒸発した冷却水を補充するように冷却ポンプ５４は駆動される。そのため、冷却部５２に補充された冷却水はその後蒸発し、この蒸発による気化潜熱を利用して添加弁２９の冷却が継続される。

そして、冷却ポンプ５４を時刻ｔ１から駆動時間Ｔａｃｔだけ駆動した後、蒸発時間Ｔｅが経過すると、つまり時刻ｔ１において冷却ポンプ５４の駆動を開始したタイミングから駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが経過すると（時刻ｔ２）、冷却部５２から蒸発した冷却水を再び補充するために、冷却ポンプ５４は駆動時間Ｔａｃｔだけ駆動される。

この時刻ｔ２以降、カウンタＫが駆動回数Ｎに達するまでは、駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが経過するたびに冷却ポンプ５４は駆動時間Ｔａｃｔだけ駆動される。つまり、蒸発時間Ｔｅ内における冷却水の蒸発に起因した気化潜熱による添加弁２９の冷却と、蒸発によって失われた冷却部５２内の冷却水の補充とが繰り返し行われることにより、カウンタＫが駆動回数Ｎに達するまでは、冷却水の気化潜熱を利用した添加弁２９の冷却が続けられる。

そのため、図５に二点鎖線Ｌ２で示すように、冷却水の補充が行われない比較例の場合には、冷却部５２内の冷却水が失われる時刻ｔ１近傍以降、添加弁２９の温度が急速に上昇する。これに対して本実施形態の場合には、図５に実線Ｌ１にて示すように、時刻ｔ１以降も冷却水の補充が行われるため、冷却水の気化潜熱を利用した添加弁２９の冷却が継続される。そのため、時刻ｔ１以降の添加弁２９の温度上昇は、比較例と比べて抑えられるようになる。

そして、冷却ポンプ５４を駆動する際には、上述したように、冷却部５２から蒸発した冷却水量に相当する上記補充量ＷＨの分だけ冷却水が補充されるように冷却ポンプ５４は駆動される。つまり、蒸発によって失われた冷却部５２の冷却水を補充するために必要な上記駆動時間Ｔａｃｔの間だけ冷却ポンプ５４は駆動される。

ここで、仮に冷却水を循環させることによって添加弁２９を冷却する場合、例えば、少なくとも冷却部５２内の冷却水がラジエータ５１内の冷却水と入れ替わるように冷却水を循環させる場合には、上記補充量ＷＨを補充するための上記駆動時間Ｔａｃｔよりも長い間、冷却ポンプ５４を駆動しなければならない。この点、本実施形態では、機関停止中に冷却ポンプ５４を駆動するときの駆動時間Ｔａｃｔが、上述したように上記補充量ＷＨを補充するために必要な時間となっており、冷却水を循環させることによって添加弁２９を冷却する場合の駆動時間と比べて短い時間になっている。従って、冷却水を循環させることによって添加弁２９を冷却する場合と比較して、機関停止中における冷却ポンプ５４の消費電力量が低減されるようになる。そのため、冷却水を循環させることによって添加弁２９を冷却する場合と比較して、機関停止中におけるバッテリ６０の蓄電量低下を抑えることができる。

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。
・先の図２に示したステップＳ１００において、冷却ポンプ５４の駆動要求の有無を判定するために設定した各種条件は一例であり、そうした条件は適宜変更することができる。例えば、冷却水温ＴＨＷに関する条件Ｂ及び油温ＴＨＯに関する条件Ｃのうちのいずれか一方を省略してもよい。また、噴射積算量ＱＳに関する条件Ｄを省略してもよい。

・蒸発時間Ｔｅや駆動回数Ｎを設定する際に用いる上記各パラメータは一例であり、そうしたパラメータは適宜変更することができる。例えば、上記各パラメータから冷却水温ＴＨＷ及び油温ＴＨＯのうちのいずれか一方を省略したり、噴射積算量ＱＳを省略するようにしてもよい。

・上記実施形態では、機関停止したときの各種パラメータに基づいて蒸発時間Ｔｅを算出し、その算出された蒸発時間Ｔｅ等を使って駆動インターバル時間Ｔｉｎｔを設定するようにしており、機関停止後における駆動インターバル時間Ｔｉｎｔは一定であった。

ここで、機関停止後、冷却部５２の温度は徐々に変化していくため、例えば、機関停止後、所定周期毎に冷却部５２の熱量を推定、あるいは計測する。そして、その推定または計測された冷却部５２の熱量の現状値が多いほど蒸発時間Ｔｅが短くなるように同蒸発時間Ｔｅを可変設定することにより、機関停止後において駆動インターバル時間Ｔｉｎｔが可変設定されるようにしてもよい。この場合には、機関停止後における冷却部５２の熱量変化に合わせて適切な駆動インターバル時間Ｔｉｎｔを設定することができる。

同様に、上記のごとく推定または計測された機関停止後における冷却部５２の熱量の現状値が多いほど駆動回数Ｎが多くなるように同駆動回数Ｎを可変設定するようにしてもよい。この場合にも、機関停止後における冷却部５２の熱量変化に合わせて適切な駆動回数Ｎを設定することができる。

・上記実施形態では、カウンタＫが駆動回数Ｎに達するまで、冷却ポンプ５４を周期的に駆動するようにした。この他、駆動回数Ｎを設定するための上記各パラメータに基づき、上述した低下時間ＤＴを算出する。例えば、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが高いときほど、算出される低下時間ＤＴは長くなるように同低下時間ＤＴを算出する。また、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷが高いときほど、算出される低下時間ＤＴは長くなるように同低下時間ＤＴを算出する。また、機関停止したときの油温ＴＨＯが高いときほど、算出される低下時間ＤＴは長くなるように同低下時間ＤＴを算出する。また、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど、算出される低下時間ＤＴは長くなるように同低下時間ＤＴを算出する。そして、機関停止したときに算出されていた噴射積算量ＱＳが多いときほど、算出される低下時間ＤＴは長くなるように同低下時間ＤＴを算出する。そして、機関停止後、その算出した低下時間ＤＴが経過するまで冷却ポンプ５４の周期的な駆動を行うようにしてもよい。

・上記実施形態で説明した駆動回数Ｎや、上記変形例で説明した低下時間ＤＴを、予めの実験等を通じて求めた固定値としてもよい。
・上記実施形態では、機関停止後における冷却ポンプ５４の駆動時間Ｔａｃｔを固定値とした。

この他、機関停止後における冷却ポンプ５４の駆動停止時間Ｔｓを固定値にする。そして、この固定値とされた駆動停止時間Ｔｓ内に冷却部５２から失われた冷却水の蒸発量ＷＺを、上記蒸発時間Ｔｅを算出するための各パラメータを使って推定する。

例えば、機関停止したときの添加弁温度ＴＨＶが高いときほど蒸発量ＷＺが多くなるように同蒸発量ＷＺを算出する。また、機関停止したときの冷却水温ＴＨＷが高いときほど蒸発量ＷＺが多くなるように同蒸発量ＷＺを算出する。また、機関停止したときの油温ＴＨＯが高いときほど蒸発量ＷＺが多くなるように同蒸発量ＷＺを算出する。また、外気温ＴＨｏｕｔが高いときほど蒸発量ＷＺが多くなるように同蒸発量ＷＺを算出する。また、機関停止したときに算出されていた噴射積算量ＱＳが多いときほど蒸発量ＷＺが多くなるように同蒸発量ＷＺを算出する。

そして、算出された蒸発量ＷＺ分の冷却水を冷却部５２内に補充するために必要な冷却ポンプ５４の駆動時間Ｔａｃｔｗｚを、算出された蒸発量ＷＺ及び予め設定された冷却ポンプ５４の吐出流量などから算出する。

そして、機関停止後は、固定値とされた駆動停止時間Ｔｓと、蒸発量ＷＺに応じて変化する駆動時間Ｔａｃｔｗｚとを１サイクルとする冷却ポンプ５４の周期的な駆動を繰り返すようにしてもよい。

・上記実施形態では、冷却部５２内の冷却水容量から所定量α（α＞０）を減じた量を冷却水の補充量ＷＨとして設定し、その補充量ＷＨに相当する分の冷却水が冷却部５２から蒸発するのに要する蒸発時間Ｔｅを求めた。そして、その蒸発時間Ｔｅが経過した時点で冷却ポンプ５４を駆動して冷却部５２内に冷却水を補充するようにした。つまり、上記のごとく補充量ＷＨを設定することによって、冷却部５２内の冷却水が全て蒸発してしまう前に冷却水の補充が行われるようにした。この他、冷却部５２内の冷却水が全て蒸発した時点で冷却水の補充が行われるようにしてもよい。また、冷却部５２内の冷却水が全て蒸発した時点から所定時間が経過した時点で冷却水を補充しても、添加弁２９の温度上昇を十分に抑えることができるのであれば、冷却部５２内の冷却水が全て蒸発した後、そうした所定時間が経過した時点で冷却水を補充するようにしてもよい。

・上記実施形態では、機関停止後において冷却部５２への冷却水補充を繰り返し行うようにした。この他、例えば冷却部５２の冷却水容量を大きくするほど、冷却部５２内の冷却水の気化潜熱を利用した添加弁２９の冷却効果が長く続くようになる。そのため、冷却部５２の冷却水容量が十分に大きく、機関停止後に冷却部５２への冷却水補充を１度行うだけで、添加弁２９の温度上昇を十分に抑えることができる場合には、機関停止後における冷却部５２への冷却水補充を繰り返し行う必要は無く、例えば、そうした冷却水補充を１度だけ行うようにしてもよい。

・先の図２に示した一連の処理は、イグニッションスイッチ４０のオフ操作による機関停止を契機として開始されるものであった。この他、所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関の運転を自動的に停止する自動停止機能付きの内燃機関の場合には、イグニッションスイッチ４０のオフ操作による機関停止だけではなく、そうした自動停止による機関停止も契機として上記一連の処理を開始してもよい。

・上記実施形態の排気通路１４には、内燃機関１０の燃料を噴射する添加弁２９が設けられていた。この他、排気通路１４には、排気に添加剤として尿素水を噴射する尿素添加弁を設けることがある。こうした尿素添加弁にも、上記添加弁２９と同様に熱害を抑えるべく上記冷却装置５０を設けることがあり、そうした尿素添加弁を冷却する方法としても、上記一連の処理を通じた添加弁の冷却方法を適用することができる。

１０…内燃機関、１１…気筒、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…ＥＧＲ通路、１６…コンプレッサハウジング、１７…タービンハウジング、１８…過給機、１９…燃料噴射弁、２０…コモンレール、２１…サプライポンプ、２２…燃料タンク、２３…エアクリーナ、２４…エアフロメータ、２５…インタークーラ、２６…吸気絞り弁、２９…添加弁、３０…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）、３１…ＰＭフィルタ、３２…排気温センサ、３３…差圧センサ、３４…水温センサ、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲバルブ、３７…電子制御装置、３８…油温センサ、３９…外気温センサ、４０…イグニッションスイッチ、５０…冷却装置、５１…ラジエータ、５２…冷却部、５３…冷却通路、５４…冷却ポンプ、６０…バッテリ。

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて添加剤を噴射する添加弁を水冷式の冷却装置を使って冷却する方法であって、
   前記冷却装置は、前記添加弁に設けられて内部に冷却水が供給される冷却部と、バッテリからの電力供給によって駆動されて前記冷却部に冷却水を送液する電動式の冷却ポンプとを備えており、
   前記内燃機関の運転停止に伴って前記冷却ポンプの駆動を停止し、前記冷却ポンプの駆動を停止した後、前記冷却部から蒸発した冷却水量に相当する分だけ前記冷却部に冷却水を補充するように前記冷却ポンプを駆動する
   添加弁の冷却方法。

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