JP2018193942A - 還元剤噴射弁の冷却制御装置及び冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関から排出される排気の熱量と併せて、パティキュレートフィルタを熱源として生じる熱量を考慮して還元剤噴射弁の冷却制御を実行可能な還元剤噴射弁の冷却制御装置及び冷却制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの下流側、かつ、排気中のＮＯXを還元して浄化する還元触媒の上流側の排気管に設けられた還元剤噴射弁を冷却するための冷却制御装置において、排気から還元剤噴射弁への受熱量、及び、還元剤噴射弁から還元剤への放熱量に基づいて還元剤噴射弁の先端温度を推定する先端温度推定部と、先端温度が閾値を超えるときに、還元剤噴射弁から噴射する還元剤の噴射量を増大させる冷却噴射制御部と、を備え、先端温度推定部は、パティキュレートフィルタの再生中に、排気から還元剤噴射弁への受熱量を増大して先端温度を推定する。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気管内に尿素水を噴射する還元剤噴射弁の冷却制御装置及び冷却制御方法に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中に粒子状物質（以下、「ＰＭ（Particulate matter）」ともいう）及びＮＯ_X（窒素酸化物）が含まれる場合がある。排気中のＰＭを除去するために、排気通路には粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが備えられる。排気中のＮＯ_Xを除去するために、ＮＯ_Xを還元して浄化する還元触媒を含む尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが備えられる。尿素ＳＣＲシステムは、還元剤として尿素水を用いて、尿素水から生成されるアンモニアを排気中のＮＯ_Xと反応させることによってＮＯ_Xを分解する。

尿素水は、還元触媒の上流側の排気管に設けられた還元剤噴射弁により排気通路内に供給される。還元剤噴射弁が高温の排気に晒されると、アクチュエータである電磁コイルの溶損等、熱による損傷を生じる場合がある。これに対して、高温の排気に晒される尿素添加弁（還元剤噴射弁）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目標瞬時供給量を加算して尿素水を噴射させることにより還元剤噴射弁を冷却する技術が開示されている。

特開２０１７−１４９１２号公報

特許文献１に記載の排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気の流量が多いほど、あるいは、排気の温度が高いほど、排気から還元剤噴射弁に与えられる熱量が大きくなることに鑑みて、アクセル操作量や機関回転数（内燃機関の回転数）に応じて目標瞬時供給量を設定している。しかしながら、排気通路における還元剤噴射弁の取付位置よりも上流側にパティキュレートフィルタが備えられている場合、パティキュレートフィルタも熱源となり得る。具体的には、パティキュレートフィルタにおけるＰＭの捕集量が増えた場合等に、捕集されているＰＭを燃焼させる再生制御が実行される。ＰＭの燃焼時には排気の温度が上昇するだけでなく、燃焼ガスが発生することによって還元剤噴射弁の取付位置を流れるガス量が増加する。したがって、内燃機関から排出される排気の流量及び温度に応じて還元剤噴射弁を冷却するための噴射を行うのみでは十分とは言えない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内燃機関から排出される排気の熱量と併せて、パティキュレートフィルタを熱源として生じる熱量を考慮して還元剤噴射弁の冷却制御を実行可能な、還元剤噴射弁の冷却制御装置及び冷却制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの下流側、かつ、排気中のＮＯ_Xを還元して浄化する還元触媒の上流側の排気管に設けられた還元剤噴射弁を冷却するための冷却制御装置において、排気から還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値、及び、還元剤噴射弁から還元剤への放熱量に応じた状態値に基づいて還元剤噴射弁の先端温度を推定する先端温度推定部と、先端温度が閾値を超えるときに、還元剤噴射弁から噴射する還元剤の噴射量を増大させる冷却噴射制御部と、を備え、先端温度推定部は、パティキュレートフィルタの再生中に、排気から還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値を増大して先端温度を推定する、還元剤噴射弁の冷却制御装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの下流側、かつ、排気中のＮＯ_Xを還元して浄化する還元触媒の上流側に設けられた還元剤噴射弁を冷却するための冷却制御方法において、排気から還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値、及び、還元剤噴射弁から還元剤への放熱量に応じた状態値に基づいて還元剤噴射弁の先端温度を推定するステップと、先端温度が閾値を超えるときに、還元剤噴射弁から噴射する還元剤の噴射量を増大させるステップと、を備え、パティキュレートフィルタの再生中に、排気から還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値を増大して先端温度を推定する、還元剤噴射弁の冷却制御方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、内燃機関から排出される排気の熱量と併せて、パティキュレートフィルタを熱源として生じる熱量を考慮して還元剤噴射弁の冷却制御を実行することができる。

本発明の実施の形態に係る還元剤噴射弁の冷却制御装置が適用される排気浄化システムの構成例を示す模式図である。 同実施形態に係る還元剤噴射弁の冷却制御装置の構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る還元剤噴射弁の冷却制御方法の例を示すフローチャートである。 還元剤噴射弁の先端温度の推定方法の一例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．車両の排気浄化システムの全体構成＞
本実施形態に係る車両の制御装置が適用され得る車両に搭載される排気浄化システムの構成例について説明する。図１は、排気浄化システム１０の構成例を示す模式図である。

排気浄化システム１０は、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンに代表される内燃機関５の排気系に備えられる。本実施形態において、内燃機関５がディーゼルエンジンである例を説明する。排気浄化システム１０は、内燃機関５の排気管１１に配設された酸化触媒１９と、パティキュレートフィルタ１７と、還元触媒１３と、アンモニアスリップ触媒１５とを備える。酸化触媒１９、パティキュレートフィルタ１７、還元触媒１３及びアンモニアスリップ触媒１５は、排気の流れの上流側からこの順に排気管１１に配設されている。排気浄化システム１０は、還元触媒１３の上流で排気管１１内に尿素水を供給する還元剤供給装置３０を備える。

酸化触媒１９は、排気中に含まれる未燃の炭化水素（ＨＣ：Hydrocarbon）又は一酸化窒素（ＮＯ）等を酸化する触媒である。パティキュレートフィルタ１７は、排気中のＰＭを捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭは、適宜の時期に実行される再生制御により燃焼させられる。再生制御では、例えば内燃機関５の排気中に含まれる未燃のＨＣが増加され、酸化触媒１９で当該ＨＣが酸化する際に生じる酸化熱により排気温度を上昇させて、パティキュレートフィルタ１７に捕集されたＰＭが燃焼させられる。なお、パティキュレートフィルタ１７を再生する方法は、上記の例に限られない。

還元触媒１３は、内燃機関５の排気中に含まれるＮＯ_Xを還元する触媒である。還元触媒１３は、還元剤供給装置３０により供給される尿素水から生成されるアンモニア（ＮＨ₃）を吸着し、還元触媒１３に流入する排気中のＮＯ_XとＮＨ₃とを還元反応させることによってＮＯ_Xを水（Ｈ₂Ｏ）や窒素（Ｎ₂）に分解する。還元触媒１３は、触媒温度が高いほどＮＨ₃の吸着可能量が減少する特性を有する。還元触媒１３は、ＮＨ₃吸着量が多いほどＮＯ_Xの還元効率が高くなる特性を有する。

アンモニアスリップ触媒１５は、排気中に含まれるＮＨ₃を分解する触媒である。アンモニアスリップ触媒１５は、還元触媒１３の下流側に流出（アンモニアスリップ）したＮＨ₃を酸化し分解することにより、大気中へのＮＨ₃の放出を抑制する。

還元剤供給装置３０は、還元触媒１３よりも上流の排気管１１に固定された還元剤噴射弁３１と、尿素水を圧送するポンプ４１とを備える。ポンプ４１及び還元剤噴射弁３１の駆動は、還元剤噴射制御装置１００によって制御される。尿素水としては、例えば凍結温度が最も低い、約３２．５％濃度の尿素水が用いられる。尿素水は、貯蔵タンク５０に収容されている。貯蔵タンク５０には、尿素水の温度を検出するタンク温度センサ５１が備えられている。タンク温度センサ５１から出力される信号は、還元剤噴射制御装置１００に送信される。尿素水の供給量は、排気中に含まれるＮＯ_Xの濃度や、還元触媒１３の温度、還元触媒１３におけるＮＨ₃の吸着量等に基づいて設定され、還元触媒１３の下流側へのＮＯ_XあるいはＮＨ₃の流出量が許容値を超えないように制御される。

ポンプ４１としては、例えば電動式のダイヤフラムポンプや電動式のギヤポンプが用いられる。本実施形態においては、還元剤供給装置３０は、ポンプ４１から還元剤噴射弁３１に供給される尿素水の圧力を検出するための圧力センサ４３を備える。圧力センサ４３から出力される信号は、還元剤噴射制御装置１００に送信される。還元剤噴射制御装置１００は、圧力センサ４３のセンサ信号に基づいて、還元剤噴射弁３１に供給される尿素水の圧力が所定の目標値で維持されるようにポンプ４１の出力をフィードバック制御する。

還元剤噴射弁３１としては、例えば通電のオンオフにより開弁及び閉弁が切り替えられる電磁駆動式の還元剤噴射弁が用いられる。電磁駆動式の還元剤噴射弁３１は、アクチュエータとしての電磁コイルを備え、電磁コイルへの通電時にピストンが移動して開弁する。本実施形態において、還元剤噴射弁３１に供給される尿素水の圧力が所定の目標値となるように制御されており、還元剤噴射制御装置１００は、尿素水の指示噴射量に応じて噴射時間を制御する。

排気浄化システム１０は、排気温度センサ２１、差圧センサ２７及び下流側ＮＯ_X濃度センサ２３を備える。排気温度センサ２１は、還元触媒１３よりも上流の排気管１１に設けられ、排気温度を検出する。差圧センサ２７は、パティキュレートフィルタ１７の上流と下流との圧力差を検出する。下流側ＮＯ_X濃度センサ２３は、還元触媒１３よりも下流の排気管１１に設けられ、主として還元触媒１３の下流側のＮＯ_X濃度（下流側ＮＯ_X濃度）を検出する。これらのセンサから出力される信号は、還元剤噴射制御装置１００に送信される。

＜２．冷却制御装置の構成例＞
次に、本実施形態に係る還元剤噴射制御装置１００の構成例について説明する。本実施形態において、還元剤噴射制御装置１００が還元剤噴射弁３１の冷却制御装置として機能する。図２は、本実施形態に係る還元剤噴射制御装置１００の構成例を説明するためのブロック図である。

還元剤噴射制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサと電気回路等を備えて構成され、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより種々の機能が実現される装置である。なお、還元剤噴射制御装置１００の一部又は全部は、例えば、マイコン、マイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、また、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

還元剤噴射制御装置１００は、冷却噴射制御部１１２と、先端温度推定部１１４と、噴射量算出部１１８と、噴射弁駆動制御部１２０と、ポンプ駆動制御部１２２と、記憶部１２４とを備える。還元剤噴射制御装置１００は、排気温度センサ２１のセンサ信号S_tg、差圧センサ２７のセンサ信号S_dp、下流側ＮＯ_X濃度センサ２３のセンサ信号S_nd、タンク温度センサ５１のセンサ信号S_tu、及び圧力センサ４３のセンサ信号S_puを取得する。還元剤噴射制御装置１００は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信手段を介して、内燃機関５の回転数Neや燃料噴射量Q等の内燃機関５の運転状態の情報を取得可能になっている。

（２−１．記憶部）
記憶部１２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の一つ又は複数の記憶素子を有する。記憶部１２４は、プロセッサにより実行されるコンピュータプログラム、演算に用いられる制御パラメータ、プロセッサによる演算結果、及び取得したセンサ値等を記憶する。記憶部１２４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やストレージ装置等の他の記憶装置であってもよい。

（２−２．ポンプ駆動制御部）
ポンプ駆動制御部１２２は、プロセッサ及び電気回路により構成され、ポンプ４１の駆動を制御する。本実施形態において、ポンプ駆動制御部１２２は、圧力センサ４３により検出される尿素水の圧力Puと、あらかじめ設定した目標圧力との差分に基づいてポンプ４１の出力をフィードバック制御する。これにより、還元剤噴射弁３１に供給される尿素水の圧力Puが目標圧力の近傍の値で維持される。

（２−３．噴射量算出部）
噴射量算出部１１８は、プロセッサ及び電気回路により構成され、尿素水の指示噴射量Q_ureaを算出する。尿素水溶液の指示噴射量Q_ureaは、内燃機関５から排出される排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要なＮＨ₃量と、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足のＮＨ₃量との和に応じて設定される。排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要なＮＨ₃量は、還元触媒１３の上流側のＮＯ_X流量に基づいて算出することができる。還元触媒１３の上流側のＮＯ_X流量は、内燃機関５の運転状態に基づいて算出される排気中のＮＯ_X濃度NO_X_usと排気流量F_gasとを掛けて求めることができる。噴射量算出部１１８は、一噴射サイクルに相当する単位時間当たりのＮＯ_X流量を求め、噴射サイクルごとに排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要なＮＨ₃量を算出する。

目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足のＮＨ₃量は、還元触媒１３の目標ＮＨ₃吸着量から現在のＮＨ₃吸着量を引くことにより算出することができる。目標ＮＨ₃吸着量は、触媒温度T_cat及び排気流量F_gasに基づいて算出することができる。現在のＮＨ₃吸着量は、例えばＮＨ₃吸着量がゼロの未使用時から継続的に、尿素水の指示噴射量Q_ureaに対応するＮＨ₃量（正の値）と、ＮＯ_Xの浄化に用いられたＮＨ₃量（負の値）とを積算し続けることにより算出することができる。還元剤噴射弁３１の冷却のために尿素水の指示噴射量Q_ureaを増量した場合においては、還元触媒１３の下流側に流出するＮＨ₃（負の値）が加算されてもよい。なお、還元触媒１３におけるＮＨ₃の吸着可能量は触媒温度T_catに応じて変化するため、目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足のＮＨ₃量は正負いずれの値にもなり得る。

噴射量算出部１１８は、排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要なＮＨ₃量と目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足のＮＨ₃量とを合わせたＮＨ₃量を生成可能な尿素水の量を、一噴射サイクルの指示噴射量Q_ureaとして設定する。

（２−４．噴射弁駆動制御部）
噴射弁駆動制御部１２０は、プロセッサ及び電気回路により構成され、還元剤噴射弁３１の駆動を制御する。噴射弁駆動制御部１２０は、噴射量算出部１１８で算出された指示噴射量Q_ureaに基づいて還元剤噴射弁３１の通電制御を行う。本実施形態において、還元剤噴射弁３１に供給される尿素水の圧力Puは目標圧力の近傍の値で維持されており、噴射弁駆動制御部１２０は、指示噴射量Q_ureaに応じて還元剤噴射弁３１の駆動デューティ比を設定して、還元剤噴射弁３１の通電制御を行う。具体的に、噴射弁駆動制御部１２０は、あらかじめ所定の時間間隔で噴射開始時期が設定された一噴射サイクルごとに、全体の時間に対する通電時間の比である駆動デューティ比を設定して、通電制御を行う。

（２−５．先端温度推定部）
先端温度推定部１１４は、排気から還元剤噴射弁３１への受熱量に応じた状態値、及び、還元剤噴射弁３１から尿素水への放熱量に応じた状態値に基づいて還元剤噴射弁３１の先端温度T_tipを推定する。本実施形態において、先端温度推定部１１４は、還元剤噴射弁３１の電磁コイル部分の温度T_coilを推定するとともに、電磁コイル部分の温度T_coilに対して、排気から還元剤噴射弁３１への受熱により上昇する温度T1を加算するとともに、還元剤噴射弁３１から尿素水への放熱により低下する温度T2を減算して先端温度T_tipを算出する。

電磁コイル部分の温度T_coilは、還元剤噴射弁３１の電源電圧Vと、還元剤噴射弁３１への電流供給回路の抵抗値Rと、還元剤噴射弁３１への供給電流値Iとに基づいて推定することができる。排気から還元剤噴射弁３１への受熱により上昇する温度T1は、受熱量に応じた状態値である排気流量F_gas及び排気温度T_gasに基づいて算出することができる。還元剤噴射弁３１から尿素水への放熱により低下する温度T2は、放熱量に応じた状態値である尿素水の指示噴射量Q_urea及び温度T_ureaに基づいて算出することができる。

また、先端温度推定部１１４は、パティキュレートフィルタ１７の再生中には、受熱量に応じた状態値である排気流量F_gas又は排気温度T_gasの少なくとも一方を増大して先端温度T_tipを推定する。パティキュレートフィルタ１７の再生中にはパティキュレートフィルタ１７に捕集されていたＰＭが燃焼するため、パティキュレートフィルタ１７の再生制御を行わない場合に比べて、パティキュレートフィルタ１７の下流側の排気温度T_gasが上昇する。また、パティキュレートフィルタ１７の再生中にはＰＭの燃焼により燃焼ガスが発生するため、パティキュレートフィルタ１７の再生制御を行わない場合に比べて、パティキュレートフィルタ１７の下流側の排気流量F_gasが増大する。

このため、先端温度推定部１１４は、パティキュレートフィルタ１７の再生中に、熱源としてのパティキュレートフィルタ１７から発生した熱量の影響を考慮して先端温度T_tipを推定するために、排気流量F_gas又は排気温度T_gasの少なくとも一方を増大補正する。例えば先端温度推定部１１４は、ＰＭの燃焼により発生する燃焼ガスの流量F_gas_regを排気流量F_gasに加算してもよい。また、先端温度推定部１１４は、ＰＭの燃焼に起因する上昇温度T_regを排気温度T_gasに加算してもよい。この場合の上昇温度T_regは、排気温度T_gasの上昇分だけでなく、パティキュレートフィルタ１７から排気管１１を介して還元剤噴射弁３１に伝達される熱量を考慮した温度の上昇分を含んでもよい。

（２−６．冷却噴射制御部）
冷却噴射制御部１１２は、先端温度推定部１１４により推定された先端温度T_tipが閾値T_tip0を超えるときに、還元剤噴射弁３１から噴射する尿素水の噴射量を増大させる。例えば冷却噴射制御部１１２は、尿素水を増大させる制御（以下、「冷却制御」ともいう。）を実行することで、噴射量算出部１１８では、算出された指示噴射量Q_ureaに対して所定量が加算され、あるいは、所定の係数が掛けられ、指示噴射量Q_ureaが増量補正される。これにより、還元剤噴射弁３１から尿素水への放熱量を増大させて、還元剤噴射弁３１の冷却効率を向上する。

＜３．還元剤噴射制御装置の動作例＞
次に、本実施形態に係る還元剤噴射弁の冷却制御装置としての還元剤噴射制御装置１００の動作例について説明する。図３は、還元剤噴射制御装置１００による冷却噴射制御処理の一例を示すフローチャートである。

まず、還元剤噴射制御装置１００の冷却噴射制御部１１２は、パティキュレートフィルタ１７の再生中であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。判別方法は特に限定されない。例えばパティキュレートフィルタ１７の再生制御の実行中であることを示すフラグが立てられ、あるいは、実行信号が入力されている場合に、冷却噴射制御部１１２はパティキュレートフィルタ１７の再生中であると判定してもよい。

パティキュレートフィルタ１７の再生中である場合（Ｓ１１／Ｙｅｓ）、還元剤噴射制御装置１００の先端温度推定部１１４は、還元剤噴射弁３１の先端温度T_tipの推定に用いる補正量を算出する（ステップＳ１３）。例えば先端温度推定部１１４は、増大補正に用いる排気の流量F_gas_reg及び上昇温度T_regを算出する。一方、パティキュレートフィルタ１７の再生中でない場合（Ｓ１１／Ｎｏ）、先端温度推定部１１４は、還元剤噴射弁３１の先端温度T_tipの推定に用いる補正量をゼロに設定する（ステップＳ１５）。先端温度推定部１１４は、ステップＳ１３又はステップＳ１５において補正量を設定した後、先端温度T_tipを推定する（ステップＳ１７）。

図４は、先端温度T_tipを推定する演算処理の一例を示す説明図である。図４に示した先端温度T_tipの推定方法の例では、還元剤噴射弁３１の電磁コイルの温度T_coilに対して、還元剤噴射弁３１が排気あるいは排気管から受熱して上昇する温度T1を加算するとともに、尿素水の噴射により低下する温度T2を減算した値に基づいて先端温度T_tipを算出する。

先端温度推定部１１４は、受熱量の状態値である排気温度T_gas及び排気流量F_gasに基づいて、還元剤噴射弁３１が排気あるいは排気管から受ける熱量により上昇する温度T1を算出する。本実施形態では、排気温度T_gasは、排気温度センサ２１により検出される。また、排気流量F_gasは、内燃機関５の運転状態に基づいて推定される。先端温度推定部１１４は、あらかじめ設定される排気あるいは排気管１１から還元剤噴射弁３１への熱伝達係数、又は排気温度T_gasあるいは排気流量F_gasの測定時刻からの遅れ時間に関連する係数のうちの少なくとも一つの係数を用いて、排気温度T_gas及び排気流量F_gasに基づき受熱により上昇する温度T_tipを算出してもよい。

また、先端温度推定部１１４は、パティキュレートフィルタ１７の再生中には、再生制御実行信号S_reg、パティキュレートフィルタ１７の上流と下流との圧力差dP_dpf、又はパティキュレートフィルタ１７の上流と下流との温度差dT_dpfのうちの少なくとも一つの情報に基づいて受熱量に応じた状態値の補正量を算出する。本実施形態では、圧力差dP_dpfは、差圧センサ２７により検出することができる。下流側の排気温度T_gasは、排気温度センサ２１により検出することができる。上流側の排気温度T_gasは、内燃機関５の運転状態に基づいて推定することができる。

補正量は、例えば排気流量F_gasに加算するＰＭの燃焼により発生する燃焼ガスの流量F_reg、又は、ＰＭの燃焼に起因する上昇温度T_regのうちの少なくとも一方であってもよい。燃焼ガスの流量F_regは、排気流量F_gasに加算される補正量として用いられる。上昇温度T_regは、還元剤噴射弁３１が排気あるいは排気管から受ける熱量に応じた温度に加算される補正量として用いられる。なお、図３に示したフローチャートのステップＳ１５では、これらの補正量がゼロに設定される。

例えばパティキュレートフィルタ１７の再生中でない場合の補正量がゼロであり、パティキュレートフィルタ１７の再生制御実行信号S_regが入力されている場合の補正量が定数であってもよい。例えば、パティキュレートフィルタ１７の再生制御実行信号S_regが入力されている場合において、還元剤噴射弁３１が排気あるいは排気管から受ける熱量に応じた温度T1の演算処理に用いられる排気流量F_gasが一定量増大補正されてもよい。あるいは、パティキュレートフィルタ１７の再生制御実行信号S_regが入力されている場合において、排気流量F_gas及び排気温度T_gasに基づいて算出される還元剤噴射弁３１が受け得る熱量に応じた温度が一定量増大補正されてもよい。この場合、補正量（定数）は、あらかじめ実測あるいはシミュレーション等により取得した値に基づいて設定されてもよい。

あるいは、パティキュレートフィルタ１７の再生中の補正量が、パティキュレートフィルタ１７の上流と下流との圧力差dP_dpf及びパティキュレートフィルタ１７の上流と下流との温度差dT_dpfに基づいて設定されてもよい。パティキュレートフィルタ１７の再生中、ＰＭの燃焼が進行するにつれて圧力差dP_dpfが小さくなる。このため、圧力差dP_dpfの低下量に基づいて燃焼ガスの流量F_reg及び上昇温度T_regを推定することができる。また、パティキュレートフィルタ１７の再生中にはＰＭの燃焼によりパティキュレートフィルタ１７の下流側の排気温度T_gasが上昇し、上流と下流との温度差dT_dpfが大きくなる。このため、温度差dT_dpfの変化に基づいて燃焼ガスの流量F_reg及び上昇温度T_regを推定することができる。例えば先端温度推定部１１４は、あらかじめ記憶部１２４に記憶された圧力差dP_dpfと、温度差dT_dpfと、燃焼ガスの流量F_reg及び上昇温度T_regとの関係を示す特性線あるいはマップの情報を参照して、状態値の補正量を求めてもよい。

また、先端温度推定部１１４は、放熱量の状態値である尿素水の温度Tu_tankと、尿素水の指示噴射量Q_ureaとに基づいて、尿素水の噴射により低下する温度T2を算出する。本実施形態では、尿素水の指示噴射量Q_ureaに応じた値として還元剤噴射弁３１の通電時間Ti_dos及び噴射間隔Int_dosの情報が用いられる。本実施形態では、尿素水の温度Tu_tankは、貯蔵タンク５０に備えられたタンク温度センサ５１により検出される。また、還元剤噴射弁３１の通電時間Ti_dos及び噴射間隔Int_dosは、噴射弁駆動制御部１２０により設定される値である。例えば先端温度推定部１１４は、電磁コイルの温度T_coilに温度T1を加算した値から尿素水の温度Tu_tankを減算し、還元剤噴射弁３１の噴射状態に応じたデューティ比係数を掛けて、放熱により低下する温度T2を算出する。尿素水の噴射量が多いほど、通電時間Ti_dosは長く、あるいは、噴射間隔Int_dosが短くなり、これに伴ってデューティ比係数が大きくなるように設定されている。したがって、尿素水の噴射量が多いほど放熱により低下する温度T2は大きくなる。

先端温度推定部１１４は、電磁コイルの温度T_coilに、排気あるいは排気管からの受熱量に応じた温度T1を加算し、尿素水への放熱により低下する温度T2を減算した値に対して、さらに演算処理の遅れ時間に関連する係数を掛けて、先端温度T_tipを算出してもよい。

図３に戻り、ステップＳ１７において先端温度T_tipが推定された後、冷却噴射制御部１１２は、先端温度T_tipが閾値T_threを超えているか否かを判別する（ステップＳ１９）。閾値T_threは、還元剤噴射弁３１の耐熱温度を考慮して、還元剤噴射弁３１の熱損傷を生じないように耐熱温度よりも小さい適切な値に設定される。先端温度T_tipが閾値T_thre以下の場合（Ｓ２１／Ｎｏ）、還元剤噴射弁３１の冷却噴射を実行する必要がないため、還元剤噴射制御装置１００はステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。

一方、先端温度T_tipが閾値T_threを超えている場合（Ｓ１９／Ｙｅｓ）、冷却噴射制御部１１２は、還元剤噴射弁３１の冷却噴射を実行させる（ステップＳ２１）。還元剤噴射弁３１の冷却噴射の実行時に、還元剤噴射制御装置１００の噴射量算出部１１８は、排気中のＮＯ_Xを浄化するために必要なＮＨ₃量と目標ＮＨ₃吸着量に対する過不足のＮＨ₃量とを合わせたＮＨ₃量を生成可能な尿素水の指示噴射量Q_ureaに所定量を加算し、あるいは、所定の係数を掛けて、指示噴射量Q_ureaを増量補正する。例えば噴射量算出部１１８は、推定された先端温度T_tipと閾値T_threとの差分に応じて尿素水の加算量あるいは係数を求め、指示噴射量Q_ureaを補正してもよい。これにより、還元剤噴射弁３１が受ける熱量に応じて還元剤噴射弁３１から尿素水への放熱量を増大させ、還元剤噴射弁３１を適切に冷却することができる。なお、尿素水の噴射量が増量され、還元触媒１３の下流側にＮＨ₃が流出した場合であっても、ＮＨ₃はアンモニアスリップ触媒１５により酸化されて分解される。

以上説明したように、本実施形態に係る還元剤噴射制御装置１００は、パティキュレートフィルタ１７の再生中に、ＰＭの燃焼により増大する燃焼ガスの流量F_reg及び上昇温度T_regに基づいて、還元剤噴射弁３１の受熱量に応じた状態値である排気流量F_gas又は排気温度T_gasのいずれか一方を増大補正する。これにより、還元剤噴射弁３１の実際の先端温度と、推定される先端温度T_tipとの乖離を小さくすることができる。このため、先端温度T_tipが低く推定されることにより冷却用の尿素水の噴射量が抑制された場合に生じ得る先端温度の過昇温による電磁コイルの溶損等の熱損傷を抑制することができる。あるいは、還元剤噴射弁３１の熱損傷を防ぐために必要以上に尿素水の指示噴射量Q_ureaを増大させた場合に生じ得る尿素水の消費量の増大あるいは還元触媒１３の下流側へのＮＨ₃の流出を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施形態ではパティキュレートフィルタ１７の再生中か否かにより排気流量F_gas及び排気温度T_gasの補正を行うか否かを決定していたが、本発明はかかる例に限定されない。排気流量F_gasの補正を行う期間と、排気温度T_gasの補正を行う期間とが異なってもよい。具体的には、パティキュレートフィルタ１７の再生制御が終了すると、排気流量F_gasの増大は比較的速やかに解消される一方、排気温度T_gasの増大は時間を掛けて解消される。したがって、排気温度T_gasの増大補正の終了時期を、パティキュレートフィルタ１７の再生制御の終了時期から所定時間遅らせてもよい。これにより、還元剤噴射弁３１の先端温度T_tipの推定精度をより高めることができる。

また、上記実施形態では還元剤噴射弁３１の受熱量に応じた状態値として、排気流量及び排気温度が用いられているが、本発明はかかる例に限定されない。先端温度制定部１１４は、他の状態量を用いて還元剤噴射弁３１の先端温度T_tipを推定してもよい。

また、上記実施形態ではパティキュレートフィルタ１７の再生制御の実行フラグあるいは実行指示信号に基づいてパティキュレートフィルタ１７の再生中か否かを判別していたが、本発明はかかる例に限定されない。例えばパティキュレートフィルタ１７の上流と下流との圧力差dP_dpfが継続的に低下し始めたとき、あるいは、パティキュレートフィルタ１７の上流と下流との温度差dT_dpfが継続的に上昇したときに、パティキュレートフィル１７の再生が開始されたと判定してもよい。

５ 内燃機関
１０ 排気浄化システム
１１ 排気管
１３ 還元触媒
１５ アンモニアスリップ触媒
１７ パティキュレートフィルタ
２１ 排気温度センサ
２３ 下流側ＮＯ_X濃度センサ
２７ 差圧センサ
３０ 還元剤供給装置
３１ 還元剤噴射弁
１００ 還元剤噴射制御装置（冷却制御装置）
１１２ 冷却噴射制御部
１１４ 先端温度推定部
１１８ 噴射量算出部
１２０ 噴射弁駆動制御部

Claims (5)

1. 内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの下流側、かつ、前記排気中のＮＯ_Xを還元して浄化する還元触媒の上流側の排気管に設けられた還元剤噴射弁を冷却するための冷却制御装置において、
   前記排気から前記還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値、及び、前記還元剤噴射弁から還元剤への放熱量に応じた状態値に基づいて前記還元剤噴射弁の先端温度を推定する先端温度推定部と、
   前記先端温度が閾値を超えるときに、前記還元剤噴射弁から噴射する前記還元剤の噴射量を増大させる冷却噴射制御部と、を備え、
   前記先端温度推定部は、前記パティキュレートフィルタの再生中に、前記排気から前記還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値を増大して前記先端温度を推定する、還元剤噴射弁の冷却制御装置。
2. 前記先端温度推定部は、前記パティキュレートフィルタの上流と下流との圧力差、又は前記パティキュレートフィルタの上流と下流との温度差のうちの少なくとも一つに基づいて前記受熱量に応じた状態値の増大量を設定する、請求項１に記載の還元剤噴射弁の冷却制御装置。
3. 前記先端温度推定部は、前記受熱量に応じた状態値として前記排気の流量及び温度を用いる、請求項１又は２に記載の還元剤噴射弁の冷却制御装置。
4. 前記先端温度推定部は、前記放熱量に応じた状態値として前記還元剤の噴射量及び温度を用いる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の還元剤噴射弁の冷却制御装置。
5. 内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタの下流側、かつ、前記排気中のＮＯ_Xを還元して浄化する還元触媒の上流側に設けられた還元剤噴射弁を冷却するための冷却制御方法において、
   前記排気から前記還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値、及び、前記還元剤噴射弁から還元剤への放熱量に応じた状態値に基づいて前記還元剤噴射弁の先端温度を推定するステップと、
   前記先端温度が閾値を超えるときに、前記還元剤噴射弁から噴射する前記還元剤の噴射量を増大させるステップと、を備え、
   前記パティキュレートフィルタの再生中に、前記排気から前記還元剤噴射弁への受熱量に応じた状態値を増大して前記先端温度を推定する、還元剤噴射弁の冷却制御方法。
   

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