JP5626481B2 - 内燃機関の添加剤供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の添加剤供給装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気成分を浄化する触媒に対し、添加剤を供給する噴射弁を備える添加剤供給装置が種々知られている。こうした添加剤供給装置は、噴射弁から噴射する添加剤の量（以下、「添加量」とする）を内燃機関から排出される排気成分の量に応じて調整している。

例えば、特許文献１に記載の装置では、噴射弁の開閉を繰り返しながら添加剤を噴射するようにしている。そして、噴射弁を開閉する１周期の長さ（以下、開閉周期とする）と、この開閉周期内での噴射弁の開弁期間とを制御することにより、排気成分の量に応じた添加剤を噴射弁から噴射するようにしている。

特開２０１０−７１２５５号公報

ところで、噴射弁の開弁回数が増えるに伴って噴射弁を構成する部品の消耗等が進行し、噴射弁の信頼性は低下する。

そこで、開閉周期内での開弁期間を極力長くして噴射１回当たりの添加量を増大させる。そして所定期間内に噴射する添加剤の量については変化しないように、噴射１回当たりの添加量の増大に合わせて噴射弁の開閉周期を長くする。このようにして開弁期間を長くすることで開閉周期をできる限り長くすれば、所定期間内における噴射弁の開弁回数が少なくなるため、噴射弁の信頼性低下を抑えることができる。

しかし、噴射弁が開弁している間は通電によって噴射弁が発熱する。そのため、開弁期間を長くすると、通電時間の増大により噴射弁が過熱してしまうおそれがある。

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、噴射弁の過熱を抑えつつ同噴射弁の信頼性を向上させることのできる内燃機関の添加剤供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関から排出される排気成分を浄化する触媒と、添加剤を噴射して触媒に添加する噴射弁と、噴射弁の開閉周期とこの開閉周期内での噴射弁の開弁期間とを制御することにより排気成分の排出量に応じた量の添加剤を噴射弁から噴射させる制御部と、を備える内燃機関の添加剤供給装置を提供する。そして、制御部は、噴射弁の温度が低いときほど開弁期間を長くするとともに、開弁期間が長いときほど開閉周期を長くする。

噴射弁への通電が開始されてから同噴射弁の温度が許容温度に達するまでの期間は、噴射弁の温度が低いときほど長くなる。そこで上記制御部は、噴射弁の温度が低いときほど開弁期間を長くする。従って、噴射弁の過熱を好適に抑えつつ開弁期間を長くすることができる。

また、制御部は、開弁期間が長いときほど噴射弁の開閉周期も長くする。従って、開弁期間が長いときほど、所定期間内における噴射弁の開弁回数は少なくなり、噴射弁の信頼性が向上する。

なお、噴射弁の温度に応じて開弁期間を変更すると、噴射１回当たりの添加量が変化するため、所定期間内に噴射される添加剤の量も変化してしまう。しかし、上記制御部は、噴射弁の開弁期間が長いときほど同噴射弁の開閉周期を長くする。従って、開弁期間が長く、噴射１回当たりの添加量が多いときほど、所定期間内において噴射弁が開弁する回数は少なくなる。そのため噴射弁の温度に応じて開弁期間を変更しても、所定期間内に噴射される添加剤の量は、排気成分の排出量に応じた量に維持される。

このように上記添加剤供給装置によれば、噴射弁の過熱を抑えつつ同噴射弁の信頼性を向上させることができる。

本発明の一態様では、制御部は、噴射弁の連続通電時間に対する最大許容時間を噴射弁の温度が低いときほど長くなるように補正し、その補正された最大許容時間を噴射弁の開弁期間に設定する。

噴射弁の開弁期間中は、同噴射弁に対して連続通電が行われる。このような連続通電時における発熱を許容範囲内に抑えるために、噴射弁には、連続通電時間に対する最大許容時間が存在する。従って、噴射弁の開弁期間としてこの最大許容時間を設定するようにすれば、噴射弁の過熱を抑えつつ開弁期間を最大限に長くすることができる。ここで、上記最大許容時間は、噴射弁の温度が低いときほど長くなる。そこで上記制御部は、噴射弁の開弁期間として設定される上記最大許容時間を噴射弁の温度が低いときほど長くなるように補正する。従って、噴射弁の温度状態に合わせて開弁期間を可能な限り長くすることができる。

本発明の一態様では、制御部は、排気成分の排出量に応じた添加剤の量が基準値よりも少ないときには、噴射弁の開閉周期を固定値に設定する。

上述したように、制御部は、噴射弁の温度が低いときほど開弁期間を長くするとともに、開弁期間が長いときほど開閉周期を長くする。このようにして噴射弁の開閉周期が長くされたときに、排気成分の排出量に応じた添加剤の量が少ないときには、開閉周期内において噴射弁が閉弁している閉弁期間が長くなる。そのため、添加剤の噴射間隔が過度に長くなり、排気成分の浄化量が低下するおそれがある。

そこで、上記制御部は、排気成分の排出量に応じた添加剤の量が基準値よりも少ないときには、開閉周期を固定値に設定する。このように噴射弁の開閉周期を固定値とすることより、開閉周期の可変設定による長期化が抑えられるようになる。そのため、噴射弁から噴射させる添加剤の量が少ないときの添加剤の噴射間隔を適正化することができ、排気成分の浄化量の低下が抑えられるようになる。なお、上記基準値は、排気成分の浄化量が低下してしまう程度に噴射弁の閉弁期間が長くなる添加剤の量を設定することが望ましい。また、上記固定値は、排気成分の浄化量を適切に維持するために必要な添加剤の噴射間隔を確保できる程度の開閉周期とすることが望ましい。ちなみに、開閉周期を固定しても、開弁期間を可変設定することにより、排気成分の排出量に応じた量の添加剤を噴射弁から噴射させることは可能である。

本発明の一態様として、上記触媒は、排気中のＮＯｘを浄化する触媒であり、上記添加剤はＮＯｘを還元する還元剤である、という構成を採用することも可能である。

本発明にかかる内燃機関の添加剤供給装置の第１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。 尿素噴射弁の動作状態を示すタイムチャート。 同実施形態における尿素水の添加処理の手順を示すフローチャート。 噴射弁温度の推定態様を示す概念図。 車速と車速補正値との関係を示すグラフ。 尿素噴射弁の補正後温度と温度補正値との関係を示すグラフ。 第２実施形態における尿素水の添加処理の手順を示すフローチャート。

以下、この発明にかかる内燃機関の添加剤供給装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に、本実施形態にかかる添加剤供給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は対応する気筒＃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ＤＰＦ触媒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、ＤＰＦ触媒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、ＤＰＦ触媒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ＤＰＦ触媒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、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、排気中に含まれる成分であるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元剤を利用して浄化する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に添加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、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素噴射弁２３０、尿素噴射弁２３０とタンク２１０とを接続する供給管２４０、供給管２４０の途中に設けられたポンプ２２０などで構成されている。

尿素噴射弁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。この尿素噴射弁２３０は弁体を開弁させる電磁コイルを備えている。この電磁コイルが通電されると、弁体が噴射孔のシート部から離れ、尿素噴射弁２３０から排気通路２６内に向けて尿素水が噴射供給される。なお、尿素噴射弁２３０に供給される尿素水の圧力は一定圧に維持されている。

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から尿素噴射弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素噴射弁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、尿素噴射弁２３０及び供給管２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

また、尿素噴射弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素噴射弁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。

尿素噴射弁２３０から噴射された尿素水は、ＳＣＲ触媒４１に到達するとアンモニアとして吸着される。そしてＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアによってＮＯｘが還元浄化される。

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。アクセル操作量センサ２２はアクセルペダル（アクセル操作部材）の踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温度センサ２３は、外気温度ＴＨｏｕｔ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、ＤＰＦ触媒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、尿素噴射弁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に含まれるＮＯｘの量、より具体的にはＮＯｘの濃度（単位：ｐｐｍ）である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

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。

これら各種センサ等の出力は、上記制御部としての制御装置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や燃料尿素噴射弁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、エンジン１の各種制御が行われる。

制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素噴射弁２３０による尿素水の添加制御も行う。制御装置８０は、この添加制御として、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添加量（尿素噴射量）ＱＥをＮＯｘの排出量に応じて算出する。そして、算出された尿素添加量ＱＥが尿素噴射弁２３０から噴射されるように、同尿素噴射弁２３０の開閉動作を制御する。

図２に示すように、制御装置８０は、尿素噴射弁２３０の開弁と閉弁とを繰り返し行って尿素水を噴射させる。より詳細には、尿素水を噴射する添加周波数ＴＳ（単位：Ｈｚ）を設定することにより、尿素噴射弁２３０の開閉周期（尿素噴射弁２３０を開閉する１周期の長さ）を設定し、これにより単位時間当たりの噴射回数を設定する。例えば、同図２に例示するように、添加周波数ＴＳが３Ｈｚの場合には、尿素噴射弁２３０の開閉周期（尿素噴射弁２３０を開閉する１周期の長さ）は「１／３（秒）」となり、１秒間で３回の噴射を行う。そして、制御装置８０は、開閉周期内での開弁期間、より具体的には尿素噴射弁２３０に通電を行って開弁させる開弁時間ＫＴ（単位：ミリ秒）を設定することにより、噴射１回当たりの尿素添加量を調整する。

なお、添加周波数ＴＳが高くなると、尿素噴射弁２３０の開閉周期が短くなって、単位時間当たりの噴射回数が多くなるため、所定期間内において排気通路２６に供給される尿素水の量は増大する。また、開弁時間ＫＴが長くなると、噴射１回当たりの尿素添加量が増大するため、この場合にも所定期間内において排気通路２６に供給される尿素水の量は増大する。

ところで、尿素噴射弁２３０の開弁回数が増えるに伴って尿素噴射弁２３０を構成する部品（例えば噴射孔を開閉する弁体や、弁体が接触する噴射孔周りのシール部など）が消耗していくために尿素噴射弁２３０の信頼性は低下していく。そこで、開閉周期内での開弁期間を極力長くして噴射１回当たりの添加量を増大させる。そして所定期間内に噴射する尿素水の量については、ＮＯｘの排出量に応じた尿素水の量を維持できるように、噴射１回当たりの添加量の増大に合わせて尿素噴射弁２３０の開閉周期を長くする。このようにして開閉周期をできる限り長くすれば、所定期間内における尿素噴射弁２３０の開弁回数は少なくなるため、尿素噴射弁２３０の信頼性低下を抑えることができる。

しかし、尿素噴射弁２３０が開弁している間は、電磁コイルへの通電によって尿素噴射弁２３０は発熱する（より詳細には電磁コイルが発熱する）。そのため、開閉周期をできる限り長くするために開弁期間を長くすると、通電時間の増大により尿素噴射弁２３０が過熱してしまうおそれがある。

ここで尿素噴射弁２３０への通電が開始されてから同尿素噴射弁２３０の温度が許容温度に達するまでの期間は、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど長くなる。そこで本実施形態では、以下に説明する添加処理を行うことで、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど開弁期間が長くなるように同開弁期間を可変設定する添加処理を行う。そしてこの添加処理を行うことにより、尿素噴射弁２３０の過熱を抑えつつ、尿素噴射弁２３０の信頼性を向上させるようにしている。

図３に、上記添加処理の手順を示す。なお、本処理は制御装置８０によって繰り返し実行される。

制御装置８０は、本処理を開始するとまず、第２排気温度ＴＨ２と排気流量の代用値である吸入空気量ＧＡとに基づいて当量比ＴＴを設定する（Ｓ１００）。当量比ＴＴは、ＮＯｘを還元処理するために必要な過不足の無い尿素水の単位時間当たりの添加量であって、より詳細にはＮＯｘの単位濃度当たりに必要な単位時間当たりの添加量（例えば本実施形態では、１ｐｐｍのＮＯｘを完全に還元するために必要な１時間当たりの添加量（ｇ））となっている。また、当量比ＴＴは、排気流量や排気温度に応じて変化するため、制御装置８０は、第２排気温度ＴＨ２及び吸入空気量ＧＡに基づき、適宜設定されたマップ等を参照して当量比ＴＴを可変設定する。

次に、制御装置８０は、当量比ＴＴに第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を乗算することにより、現在のＮＯｘ排出量に応じた尿素添加量ＱＥ（単位：ｇ／ｈ）を算出する（Ｓ１１０）。

次に、制御装置８０は、外気温度ＴＨｏｕｔ及び第２排気温度ＴＨ２に基づいて噴射弁温度ＴＨＪを算出する（Ｓ１２０）。この噴射弁温度ＴＨＪは、尿素噴射弁２３０の推定温度である。そして、図４に示すように、外気温度ＴＨｏｕｔが高いときほど、あるいは第２排気温度ＴＨ２が高いときほど噴射弁温度ＴＨＪは高い温度になるように、同噴射弁温度ＴＨＪは可変設定される。なお、尿素噴射弁２３０に温度センサを設けて噴射弁温度ＴＨＪを直接検出するようにしてもよい。

次に、制御装置８０は、車速ＳＰＤに基づいて車速補正値αを算出する（Ｓ１３０）。この車速補正値αは、走行風による尿素噴射弁２３０の冷却効果を噴射弁温度ＴＨＪに反映するための値である。例えば、図５に示すように、車速補正値αは、「０＜α≦１」の範囲内において可変設定される。より詳細には、車速ＳＰＤが「０」のときの車速補正値αは「１」であり、車速ＳＰＤが高いときほど車速補正値αの値は小さくされる。

次に、制御装置８０は、噴射弁温度ＴＨＪに車速補正値αを乗算することにより、補正後温度ＴＨＪＦを算出する（Ｓ１４０）。車速補正値αは、車速ＳＰＤが高いときほど小さくされるため、車速ＳＰＤが高いときほど補正後温度ＴＨＪＦは低い温度になる。

次に、制御装置８０は、補正後温度ＴＨＪＦに基づいて温度補正値βを算出する（Ｓ１５０）。この温度補正値βは、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど、尿素噴射弁２３０の開弁期間が長くなるように開弁時間を補正する値である。例えば、図６に示すように、温度補正値βは、「０＜β≦１」の範囲内において可変設定される値であり、補正後温度ＴＨＪＦが低いときほど、温度補正値βの値は大きくされる。

次に、制御装置８０は、最大開弁時間ＫＴＭに上記温度補正値βを乗算することにより、尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴを算出する（Ｓ１６０）。最大開弁時間ＫＴＭは、次のような時間である。

まず、尿素噴射弁２３０の開弁期間中は、同尿素噴射弁２３０に対して連続通電が行われる。このような連続通電時における発熱を許容範囲内に抑えるために、尿素噴射弁２３０には、連続通電時間に対する最大許容時間が存在する。ここで、この最大許容時間は、尿素噴射弁２３０の温度によって変化する値であり、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど長くなる。そこで、最も長い最大許容時間が上記最大開弁時間ＫＴＭとして設定されている。

そして先の図６に示したように、温度補正値β（０＜β≦１）は、補正後温度ＴＨＪＦが低いときほど「１」に近い値に設定される。そのため、補正後温度ＴＨＪＦが低いときほど、開弁時間ＫＴは、最大開弁時間ＫＴＭに近づくようになる。つまり補正後温度ＴＨＪＦが低いときほど、最大許容時間は長くなって開弁時間ＫＴは長くなる。そして、温度補正値βが「１」のときの開弁時間ＫＴは、最大開弁時間ＫＴＭと同一の時間になる。

次に、制御装置８０は、開弁時間ＫＴに対応する噴射量ＫＴＱ及び尿素添加量ＱＥに基づいて単位時間当たり（本実施形態では１時間当たり）の噴射回数Ｎを算出する（Ｓ１７０）。開弁時間ＫＴに対応する噴射量ＫＴＱとは、開弁時間ＫＴ内に尿素噴射弁２３０から噴射される尿素水の量、つまり噴射１回当たりの尿素添加量である。そして噴射量ＫＴＱ（単位：ｇ）は、尿素噴射弁２３０に供給される尿素水の圧力と開弁時間ＫＴとに基づいて算出される。なお、尿素噴射弁２３０に供給される尿素水の圧力が一定の圧力に調整されている場合には、開弁時間ＫＴに基づいて噴射量ＫＴＱを算出することができる。そして、１時間当たりの噴射回数Ｎは、次式（１）に基づいて算出される。

Ｎ＝ＱＥ／ＫＴＱ …（１）
Ｎ：１時間当たりの噴射回数
ＱＥ：尿素添加量（単位：ｇ／ｈ）
ＫＴＱ：開弁時間ＫＴに対応する噴射量（単位：ｇ）

次に、制御装置８０は、１時間当たりの噴射回数Ｎを「３６００（秒）」で除算して、１秒間当たりの噴射回数を算出し、その算出された値を上述した添加周波数ＴＳに設定する（Ｓ１９０）。

次に、制御装置８０は、算出された開弁時間ＫＴ及び添加周波数ＴＳを用いて尿素噴射弁２３０の開閉動作を制御することにより、尿素添加を実行し（Ｓ１９０）、本処理を一旦終了する。

次に、上記添加処理の作用を説明する。

尿素噴射弁２３０への通電が開始されてから、尿素噴射弁２３０の温度が許容温度に達するまでの期間は、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど長くなる。そこで、制御装置８０は、尿素噴射弁２３０の推定温度である補正後温度ＴＨＪＦを算出する。そして、制御装置８０は、尿素噴射弁２３０の開弁時間を補正する温度補正値βをその算出された補正後温度ＴＨＪＦに基づいて設定することにより、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど開弁時間ＫＴが長くなるようにしている。従って、尿素噴射弁２３０の過熱を抑えつつ開弁時間ＫＴを長くすることができる。

また、開弁時間ＫＴが長くなるに伴って上記噴射量ＫＴＱが多くなるため、ステップＳ１７０で算出される１時間当たりの噴射回数Ｎは、開弁時間ＫＴが長くなるに伴って少なくなり、ステップＳ１８０で算出される添加周波数ＴＳは低くなる。このように開弁時間ＫＴが長いときほど添加周波数ＴＳは低い周波数に設定されるため、尿素噴射弁２３０の開閉周期は長くなる。従って、開弁時間ＫＴが長いときほど、所定期間内における尿素噴射弁２３０の開弁回数は少なくなり、尿素噴射弁２３０の信頼性が向上するようになる。

なお、尿素噴射弁２３０の温度に応じて開弁時間ＫＴを変更すると、噴射１回当たりの添加量が変化するため、所定期間内に噴射される尿素水の量も変化してしまう。しかし、上述したように、上記添加処理では尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴが長いときほど尿素噴射弁２３０の開閉周期が長くなる。従って、開弁時間ＫＴが長く、噴射１回当たりの添加量が多いときほど、所定期間内において尿素噴射弁２３０が開弁する回数は少なくなる。そのため尿素噴射弁２３０の温度に応じて開弁時間ＫＴを変更しても、所定期間内に噴射される尿素水の量は、ＮＯｘの排出量に応じた量に維持できる。

また、尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴとして上述した最大許容時間を設定するようにすれば、尿素噴射弁２３０の過熱を抑えつつ開弁時間ＫＴを最大限に長くすることができる。ここで、上記最大許容時間は、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど長くなる。そこで、上記添加処理では、尿素噴射弁２３０の連続通電時間に対する最大許容時間を最大開弁時間ＫＴＭに設定している。そして、この最大開弁時間ＫＴＭを上記温度補正値βで補正することにより、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど最大開弁時間ＫＴＭが長くなるように補正し、この補正された最大開弁時間ＫＴＭを開弁時間ＫＴに設定している。従って、尿素噴射弁２３０の温度状態に合わせて開弁時間ＫＴを可能な限り長くすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）尿素噴射弁２３０の推定温度である補正後温度ＴＨＪＦが低いときほど、尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴを長くするとともに、その開弁時間ＫＴが長いときほど添加周波数ＴＳが低くなるように同添加周波数ＴＳを算出することにより、尿素噴射弁２３０の開閉周期を長くしている。従って、尿素噴射弁２３０の過熱を抑えつつ、同尿素噴射弁２３０の信頼性を向上させることができる。なお、尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴが長いときほど尿素噴射弁２３０の開閉周期を長くしている。そのため、尿素噴射弁２３０の温度に応じて開弁時間ＫＴを変更しても、所定期間内に噴射される尿素水の量は、ＮＯｘの排出量に応じた量に維持できる。

（２）尿素噴射弁２３０の連続通電時間に対する最大許容時間を、尿素噴射弁２３０の推定温度である補正後温度ＴＨＪＦが低いときほど長くなるように補正し、その補正された最大許容時間を尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴに設定している。従って、尿素噴射弁２３０の温度状態に合わせて開弁時間ＫＴを可能な限り長くすることができる。
（第２実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の添加剤供給装置を具体化した第２実施形態について、図７を参照して説明する。

第１実施形態では、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど開弁時間ＫＴを長くするとともに、開弁時間ＫＴが長いときほど開閉周期が長くなるようにした。

ここで、尿素噴射弁２３０の開閉周期が長くされたときに、ＮＯｘの排出量に応じて必要とされる尿素水の量が少ない（例えば機関低負荷時であってＮＯｘの排出量が少ないときなど）場合には、開閉周期内において尿素噴射弁２３０が閉弁している閉弁期間が長くなる。そのため、尿素水の噴射間隔が過度に長くなり、ＮＯｘの浄化量が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態の添加処理では、ＮＯｘの排出量に応じた尿素水の量、つまり上述した尿素添加量ＱＥが予め定められた基準値Ｈ１よりも少ないときには、尿素噴射弁２３０の開閉周期を固定値に設定するようにしている。

本実施形態の添加処理は、第１実施形態で説明した添加処理に対して、新たなステップＳ２００〜ステップＳ２２０を追加しており、この点が第１実施形態と異なっている。そこで、以下では、第１実施形態との相異点を中心にして、本実施形態の添加処理を説明する。

図７に示すように、本実施形態における添加処理では、ステップＳ１１０において制御装置８０が尿素添加量ＱＥを算出すると、次のステップＳ２００において、制御装置８０は、尿素添加量ＱＥが基準値Ｈ１以下であるか否かを判定する。

ここで、上記式（１）によれば、尿素添加量ＱＥが少なくなるほど、１時間当たりの噴射回数Ｎは少なくなり、添加周波数ＴＳも低くなる。そのため尿素添加量ＱＥが少なくなるほど、尿素噴射弁２３０の開閉周期は長くなり、閉弁期間も長くなるため、尿素水の噴射間隔は長くなっていき、上述したようなＮＯｘ浄化量の低下が生じるおそれがある。そこで、上記基準値Ｈ１としては、尿素添加量ＱＥがこの基準値Ｈ１以下になっていることに基づいて、ＮＯｘの浄化量が低下してしまう程度に尿素噴射弁２３０の閉弁期間が長くなることを的確に判定することができるように、その値の大きさは設定されている。

そして、ステップＳ２００にて、制御装置８０が、尿素添加量ＱＥは基準値Ｈ１を超えていると判定するときには（Ｓ２００：ＮＯ）、第１実施形態で説明したステップＳ１２０以降の処理が行われる。これにより、尿素添加量ＱＥは基準値Ｈ１を超えているときには、補正後温度ＴＨＪＦに基づいた開弁時間ＫＴの可変設定や、添加周波数ＴＳの可変設定が行われる。

一方、ステップＳ２００にて、制御装置８０が、尿素添加量ＱＥは基準値Ｈ１以下であると判定するときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、制御装置８０は、添加周波数ＴＳを固定値ＴＳ１に設定する（Ｓ２１０）。この固定値ＴＳ１は、ＮＯｘの浄化量を適切に維持するために必要な尿素水の噴射間隔を確保できる程度の開閉周期を得られる添加周波数ＴＳが予め設定されている。

次に、制御装置８０は、固定値ＴＳ１に設定された添加周波数ＴＳ及び尿素添加量ＱＥに基づいて開弁時間ＫＴを算出する（Ｓ２２０）。このステップＳ２２０では、次式（２）に基づいて噴射１回当たりの尿素添加量ＱＥＴが算出される。

ＱＥＴ＝（ＱＥ／３６００）×（１／ＴＳ） …（２）
ＱＥＴ：噴射１回当たりの尿素添加量（単位：ｇ）
ＱＥ：尿素添加量（単位：ｇ／ｈ）
ＴＳ：添加周波数（単位：Ｈｚ）

式（２）における（尿素添加量ＱＥ／３６００）の値は、１秒間に噴射する必要のある尿素添加量を示す。そしてこの（尿素添加量ＱＥ／３６００）の値に、（１／添加周波数ＴＳ）を乗算することにより、噴射１回当たりの尿素添加量ＱＥＴが算出される。そしてこの噴射１回当たりの尿素添加量ＱＥＴに対応する開弁時間ＫＴが、尿素噴射弁２３０に供給される尿素水の圧力と同尿素添加量ＱＥＴに基づいて設定される。なお、尿素噴射弁２３０に供給される尿素水の圧力が一定の圧力に調整されている場合には、噴射１回当たりの尿素添加量ＱＥＴに基づいて開弁時間ＫＴを算出することができる。

次に、制御装置８０は、ステップＳ２１０にて固定値ＴＳ１に設定された添加周波数ＴＳ及びステップＳ２２０で算出された開弁時間ＫＴを用いて尿素噴射弁２３０の開閉動作を制御することにより、尿素添加を実行し（Ｓ１９０）、本処理を一旦終了する。

次に、本実施形態における添加処理の作用を説明する。

尿素添加量ＱＥが基準値Ｈ１よりも少ないときには、添加周波数ＴＳの可変設定を中止して固定値ＴＳ１を設定することにより、尿素噴射弁２３０の開閉周期は固定値に設定される。このように尿素噴射弁２３０の開閉周期が固定値にされることより、開閉周期の可変設定による長期化が抑えられるようになる。そのため、尿素噴射弁２３０から噴射させる尿素水の量が少ないとき、つまり尿素添加量ＱＥが少ないときの尿素水の噴射間隔を適正化することができ、ＮＯｘの浄化量の低下が抑えられるようになる。

ちなみに、ステップＳ２１０にて、添加周波数ＴＳを固定値ＴＳ１に設定することにより尿素噴射弁２３０の開閉周期を固定化しても、ステップＳ２２０にて開弁時間ＫＴが可変設定されるため、ＮＯｘの排出量に応じた量の尿素水を尿素噴射弁２３０から噴射させることが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記（１）及び（２）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

（３）尿素添加量ＱＥが基準値Ｈ１よりも少ないときには、添加周波数ＴＳを固定値ＴＳ１に設定することにより、尿素噴射弁２３０の開閉周期を固定値にしている。従って、尿素噴射弁２３０から噴射させる尿素水の量が少ないときの尿素水の噴射間隔を適正化することができる。そのため、尿素水の噴射間隔が長期化することによるＮＯｘ浄化量の低下を抑えることができる。

なお、上記各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。

・走行風による尿素噴射弁２３０の冷却効果を考慮するために、上述した車速補正値αを求めるようにした。しかし、この他の態様で噴射弁温度ＴＨＪを補正してもよい。要は、車速ＳＰＤが高いときほどに尿素噴射弁２３０の推定温度が低くなるように、噴射弁温度ＴＨＪを補正すればよい。

・尿素噴射弁２３０の温度に応じて開弁時間ＫＴを変化させるために、上述した温度補正値βを求めるようにした、しかし、この他の態様で最大開弁時間ＫＴＭを補正してもよい。要は、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど開弁時間ＫＴが長くなるように、最大開弁時間ＫＴＭを補正すればよい。

・最大開弁時間ＫＴＭを温度補正することにより、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど尿素噴射弁２３０の開弁時間ＫＴが長くなるようにした。しかし、この他の態様で開弁時間ＫＴを可変設定するようにしてもよい。要は、尿素噴射弁２３０の温度が低いときほど開弁時間ＫＴが長くなればよい。従って、例えば最大開弁時間ＫＴＭよりも短い時間を基準開弁時間として設定する。そして、この基準開弁時間を上記温度補正値βで補正してもよい。

・噴射弁温度ＴＨＪを車速補正値αで補正するようにしたが、この補正を省略してもよい。

・尿素噴射弁２３０の弁体を動かすアクチュエータは電磁コイルであったが、この他のアクチュエータ、例えばピエゾ素子などを備える噴射弁でもよい。

・ＮＯｘの排出量に比例するＮＯｘ濃度を第１ＮＯｘセンサ１３０で直接検出するようにした。この他、機関運転状態などからＮＯｘの濃度や排出量を推定することにより間接的にＮＯｘの排出量を検出するようにしてもよい。そしてその推定されたＮＯｘ排出量に応じて尿素添加量ＱＥを算出してもよい。

・ＮＯｘを還元浄化するための添加剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の添加剤を使用してもよい。例えば、添加剤としてジメチルエーテルを使用してもよい。また、ＨＣ成分を含む機関燃料を添加剤として使用してもよい。

・上記実施形態で説明した添加剤供給装置は、ＮＯｘを浄化するために添加剤を添加する装置であった。しかし、この他の排気成分を浄化するために、噴射弁から添加剤を噴射する添加剤供給装置にも、本発明は同様に適用することができる。

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、１１ｖ…ノズルベーン、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…外気温度センサ、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…尿素噴射弁、２４０…供給管。

Claims (4)

1. 内燃機関から排出される排気成分を浄化する触媒と、
   添加剤を噴射して前記触媒に添加する噴射弁と、
   前記噴射弁の開閉周期と同開閉周期内での開弁期間とを制御することにより前記排気成分の排出量に応じた量の添加剤を前記噴射弁から噴射させる制御部と、を備える内燃機関の添加剤供給装置において、
   前記制御部は、前記噴射弁の温度が低いときほど前記開弁期間を長くするとともに、同開弁期間が長いときほど前記開閉周期を長くする
   内燃機関の添加剤供給装置。
2. 前記制御部は、前記噴射弁の連続通電時間に対する最大許容時間を前記噴射弁の温度が低いときほど長くなるように補正し、その補正された最大許容時間を前記開弁期間に設定する
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
3. 前記制御部は、前記排気成分の排出量に応じた添加剤の量が基準値よりも少ないときには、前記開閉周期を固定値に設定する
   請求項１または２に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
4. 前記触媒は、排気中のＮＯｘを浄化する触媒であり、前記添加剤はＮＯｘを還元する還元剤である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の添加剤供給装置。

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