JP6369484B2

JP6369484B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP6369484B2
Application number: JP2016027750A
Authority: JP
Inventors: 佳久塚本; 洋孝齋藤; 有里子萩本; 潤一松尾; 康正野竹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: CN107091139A; US20170234187A1; DE102017103248B4; CN107091139B; US10260393B2; JP2017145742A; DE102017103248A1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＳＣＲ触媒」ともいう。）が知られている。また、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集するフィルタにＳＣＲ触媒を担持することが知られている。ＳＣＲ触媒よりも上流側には、排気中に尿素水を供給する添加弁が設置される場合がある。排気中に添加された尿素水は、排気の熱やＳＣＲ触媒の熱により加水分解され、アンモニアが発生してＳＣＲ触媒に吸着される。

尿素水は例えば−１１℃程度で凍結する。したがって、外気温度が低い場合には、内燃機関の停止後に尿素水が添加弁内や尿素水を供給する通路内で凍結する虞がある。そして、尿素水が凍結すると、内燃機関の始動後に尿素水を添加できなくなったり、添加弁や尿素水を供給する通路が破損したりする虞がある。また、内燃機関の停止後には、排気および周辺部品から添加弁が熱を受けることで、内燃機関の作動中よりも添加弁の温度が一時的に上昇する。このときに、添加弁内部に尿素水が存在すると、添加弁内部で尿素水から析出物が発生することがあり、この析出物が添加弁内の摺動部の摩耗や添加弁の詰まりの原因となる。さらに、内燃機関の停止後の添加弁の温度上昇により、添加弁内部で尿素が加水分解されてアンモニアが発生することがある。このアンモニアにより、添加弁が腐食する虞がある。

このため、内燃機関の停止後に添加弁内及び尿素水を供給する通路内の尿素水をタンクまで吸い戻すことが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１０１５６４号公報特開２０１５−０７８６４３号公報国際公開第２０１３／０５１３１５号

尿素水を逆流させてタンクまで吸い戻すときには、添加弁が開弁されて排気通路内から添加弁内へ内燃機関の排気が流入する。すなわち、添加弁及び尿素水通路において尿素水が内燃機関の排気に置き換わる。ここで、添加弁の周辺の排気中にＰＭが含まれていると、内燃機関の停止直後に尿素水をタンクに吸い戻すときに、排気通路内の排気と共に排気中のＰＭが添加弁内に吸い込まれ易くなる。なお、添加弁内の尿素水を吸い戻した場合であっても、添加弁内の摺動部の隙間などから尿素水を完全に除去することは困難であるため、添加弁内にはわずかではあるが尿素水が残留している。また、内燃機関の停止直後には排気通路内の排気の温度がまだ高いため、高温の排気を添加弁内に吸い込むことで、添加弁の温度が上昇する。したがって、内燃機関の停止直後に尿素水を吸い戻すと、添加弁が高温となるために添加弁の摺動部等に残存する尿素水も高温となり、さらに、高温の尿素水にＰＭが混ざり得る。ここで、高温且つ尿素水の存在下では、尿素水によりＰＭの凝集が促進され、添加弁の詰まりや添加弁の摺動部の摩耗が生じ易くなることが見出された。なお、ＰＭの粒径は尿素水によって増加し、尿素起因の析出物の粒径はＰＭによって増加するものと考えられるため、何れも尿素起因の析出物とＰＭとの混合物であると考えら
れる。したがって、以下では、何れも単に析出物として説明する。

さらに、高温の排気を添加弁内に吸い込むことで、添加弁の温度が上昇すると、添加弁内に残留する尿素水に起因する析出物が発生する。そして、ＰＭが存在しているときに析出物が発生すると、ＰＭにより析出物が凝集して、析出物の粒径が増大することも見出された。さらに、尿素水からの析出物には水に難溶のものも含まれる。このような水に難溶の析出物が添加弁内に発生し、析出物の粒径が噴孔径よりも大きくなると、その後に添加弁に尿素水を流通させたとしても析出物が溶けないために該析出物を添加弁内から除去することが困難となる。このため、析出物により添加弁内の摩耗や添加弁の詰まりが起こる虞がある。なお、添加弁よりも上流側の排気通路にフィルタが設けられていない場合には、添加弁により多くのＰＭが吸い込まれるため析出物の粒径の増大がより顕著になるが、添加弁よりも上流側にフィルタが備わる場合であっても、全てのＰＭをフィルタで捕集することは困難であり、さらに高温の排気を添加弁内に吸い込むことにより、添加弁内で析出物が発生し得る。このように、尿素水をタンクまで吸い戻したとしても、添加弁内に残留している尿素水と添加弁内に吸い込まれたＰＭとにより、析出物の粒径が増大し得る。これにより、添加弁内の摩耗や添加弁の詰まりが起こる虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、析出物の粒径の増加による添加弁内の摩耗や添加弁の詰まりを抑制することにある。

上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に尿素水を添加する添加弁と、尿素水を貯留するタンクと、前記添加弁と前記タンクとを接続し尿素水が流通する尿素水通路と、前記尿素水通路に尿素水を流通させるポンプと、前記添加弁よりも下流側の排気通路に設けられ、尿素水を用いてＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記添加弁及び前記尿素水通路に貯留されている尿素水を前記タンクに所定量戻すようにポンプを操作した後ポンプを停止する第一制御と、前記第一制御が終了してから時間を空けて、前記添加弁及び前記尿素水通路に残存している尿素水が全て前記タンクまで戻るように前記ポンプを操作する第二制御と、を前記内燃機関の停止後に実施する制御装置と、を備える。

内燃機関の停止後には、添加弁からの尿素水の添加が停止されるため、尿素水が添加弁から奪う熱が減少する。また、排気及び排気通路から添加弁へ熱が移動するため、添加弁の温度が上昇し易い。そして、添加弁の中でも内燃機関の排気にさらされている添加弁の先端部の温度が最も上昇する。これに対して、内燃機関の停止後に第一制御を実施して添加弁及び尿素水通路内の尿素水を所定量タンクに戻すことにより、温度が最も高い添加弁の先端部から尿素水を遠ざけることができる。これにより、尿素水の温度上昇を抑制することができるため、析出物の発生量を低減させることができる。さらに、添加弁内で尿素水からアンモニアが発生することを抑制できる。また、第一制御において排気通路から添加弁へ流入する内燃機関の排気の量を限定することができるため、添加弁に流入するＰＭの量を低減することができる。したがって、第一制御を実施することにより、析出物の粒径が増大することを抑制しつつ、添加弁内でアンモニアが発生することを抑制できる。すなわち、所定量は、アンモニアの発生を抑制し且つ析出物の粒径が許容範囲内になるような尿素水の吸い戻し量として設定される。なお、第一制御では、添加弁及び尿素水通路内の尿素水を全てタンクへ戻すのではなく、添加弁または尿素水通路に尿素水が残留するように尿素水をタンクへ戻す。すなわち、第一制御には、添加弁及び尿素水通路内の全ての尿素水をタンクに戻すことは含まない。このため、所定量は、添加弁及び尿素水通路の容量よりも少ない量とする。

そして、その後に第二制御を実施することにより、尿素水が添加弁及び尿素水通路で凍結することを抑制できる。また、第一制御を実施してから時間を空けて第二制御を実施し
ているため、第二制御の開始時には第一制御の終了時よりも排気温度が低下しているので、第二制御の実施時に高温の排気を添加弁内に吸い込むことを抑制できる。さらに、排気通路内のＰＭ濃度は時間の経過と共に低下するため、第二制御の開始時には第一制御の終了時よりもＰＭ濃度が低下しているので、第二制御の実施時に添加弁内に吸い込まれるＰＭ量を低減できる。したがって、第二制御を実施したときに添加弁内で析出物の粒径が増大することを抑制できるため、添加弁内の摩耗や添加弁の詰まりを抑制することができる。

また、前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における前記排気通路内の排気の温度が所定温度以上の場合に前記第一制御を実施することができる。

所定温度は、添加弁内で析出物の粒径が許容範囲を超える虞のある温度である。析出物の粒径の許容範囲は、添加弁の摩耗及び添加弁の詰まりを考慮して決定される。例えば、析出物の粒径が添加弁の噴孔径よりも大きくなると、添加弁の詰まりが発生するため、添加弁の噴孔径よりも小さな値であって、添加弁の詰まりが発生しないような値に析出物の粒径の許容範囲を設定する。ここで、排気温度と析出物の粒径の収束値とには相関があり、排気温度が低いほど析出物の粒径の収束値は小さくなる。したがって、排気温度が所定温度よりも低い場合には、第一制御を実施しなくても析出物の粒径が許容範囲を超えて増大する虞がないため、第一制御を実施する必要はない。このため、内燃機関の停止時点における排気温度が所定温度以上の場合に限り第一制御を実施すればよい。そして、第一制御を実施しない場合には、第二制御も実施しないことになる。

また、前記制御装置は、前記第一制御が終了した後、前記排気通路内の排気の温度が前記所定温度未満になってから前記第二制御を開始することができる。

第一制御が終了した時点では、排気温度がまだ所定温度以上の場合がある。このような場合に第二制御を実施すると、ＰＭ及び所定温度以上の排気が添加弁に流入することにより、添加弁内で析出物の粒径が増大する虞がある。これに対して、第一制御を終了した後に、排気温度が所定温度未満になるまで待ってから第二制御を開始することで、添加弁内にＰＭ及び所定温度以上の排気が流入することを抑制できる。これにより、添加弁内で析出物の粒径が増大することを抑制できる。

また、前記添加弁または前記尿素水通路は、前記添加弁または前記尿素水通路から熱を放出させる放熱部を備え、前記制御装置は、前記第一制御における前記所定量を、前記添加弁の先端から前記放熱部の前記タンク側端部までの容量以上とすることができる。

添加弁の先端側から受けた熱は放熱部に向かって伝わった後に放熱部によって放出されるため、放熱部から排気通路側の部位は温度が高いが、放熱部よりもタンク側の部位では放熱部から排気通路側の部位よりも温度が低くなる。したがって、第一制御において少なくとも添加弁先端から放熱部のタンク側端部までの容量の分だけ、尿素水をタンクに吸い戻すことにより、比較的高温の部位から尿素水を遠ざけることができる。これにより、尿素水の温度上昇を抑制することができるため、アンモニア及び析出物の発生を抑制することができる。

また、前記制御装置は、前記第一制御の最新の終了時点から前記第二制御の開始時点までの期間において、前記第一制御の最新の開始時点からの経過時間が、析出物の粒径が所定粒径になる時間よりも長くなった場合には、尿素水を前記タンクから前記尿素水通路に前記所定量以上排出するように前記ポンプを操作する第三制御を実施し、さらにその後に前記第一制御を再度実施することができる。

ここでいう所定粒径は、析出物の粒径の許容範囲の上限値である。第一制御を終了した後であって第二制御を開始する前に、排気温度が高い状態が続くと、添加弁内に残留している尿素水から発生した析出物の粒径が増大して許容範囲を超える虞がある。これに対して、タンクから尿素水を所定量以上排出させることにより、第一制御においてタンクに戻した尿素水量以上の量の尿素水がタンクから添加弁へ向けて排出されるため、添加弁から排気通路内に尿素水を噴射させることができる。このときに尿素水と共に析出物を排気通路へ排出させることができる。すなわち、析出物の粒径が許容範囲よりも増大する前に、析出物を排気通路へ排出させることができる。さらにその後に、再度尿素水をタンクに所定量戻すことにより、添加弁内でアンモニアが発生することを抑制したり、多量の析出物が発生することを抑制したりできる。

また、前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における前記排気通路内の温度が所定温度未満の場合には、前記第一制御及び前記第二制御を実施せずに、前記添加弁及び前記尿素水通路に残存している尿素水が全て前記タンクまで戻るように前記ポンプを操作することができる。

ここで、内燃機関の停止前の運転状態によっては、内燃機関の停止時点における排気温度が、析出物の粒径が増大しない程度に十分に低い場合もある。このような場合には、内燃機関の停止直後に尿素水を全てタンクまで吸い戻したとしても、その後の添加弁内では添加弁の隙間などに残留している尿素水に起因した析出物の粒径は増大し難い。したがって、添加弁内及び尿素水通路内の尿素を全てタンクに戻す制御を１回実施して、尿素水の凍結を抑制するだけでよい。これにより、尿素水の吸い戻しを速やかに完了させることができるため、制御装置の消費電力を低減することができる。なお、所定温度は、前述のように添加弁内で析出物の粒径が許容範囲を超える虞のある温度である。

本発明によれば、析出物の粒径の増加による添加弁内の摩耗や添加弁の詰まりを抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。尿素水の中にＰＭを混合し、ＰＭ濃度の違いによりＰＭの粒径がどのように変化するのかを検証した結果を示す図である。尿素水の中にＰＭを混合し、温度の違いによりＰＭの粒径がどのように変化するのかを検証した結果を示す図である。内燃機関の停止直後に吸い戻し制御を１回だけ実施した場合のタイムチャートである。実施例に係る添加弁及びその周辺の排気通路２の断面図である。添加弁の先端からの距離と温度との関係を示した図である。実施例１に係る第一制御及び第二制御を実施したときのタイムチャートである。実施例１に係る第一制御及び第二制御のフローを示したフローチャートである。内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて第二制御の開始時期を設定する場合の第一制御及び第二制御のフローを示したフローチャートである。実施例２に係る、第一制御、第二制御、第三制御を実施したときのタイムチャートである。実施例２に係る第一制御、第二制御、第三制御のフローを示したフローチャートである。実施例に係る第一制御、第二制御、第四制御のフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の実施例は可能な限り組み合わせることができる。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本実施例に係る内燃機関１は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。

内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒３１（以下、「ＳＣＲ触媒３１」という。）を担持したフィルタ３が設けられている。フィルタ３は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタである。また、ＳＣＲ触媒３１は、アンモニアを吸着し、該アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。なお、本実施例ではフィルタ３にＳＣＲ触媒３１を担持させているが、フィルタ３は必須ではなく、ＳＣＲ触媒３１のみを設けてもよい。

ＳＣＲ触媒３１よりも上流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３１へ還元剤を供給する添加弁４２が設けられている。添加弁４２は、還元剤供給装置４の一部である。還元剤供給装置４は、タンク４１、添加弁４２、尿素水通路４３、ポンプ４４を備えている。

タンク４１は、尿素水を貯留している。添加弁４２はＳＣＲ触媒３１よりも上流の排気通路２に取り付けられている。尿素水通路４３は、タンク４１と添加弁４２とを接続して尿素水を流通させる。

ポンプ４４は、タンク４１内に設けられており、尿素水を吐出する。なお、ポンプ４４は、正転時にタンク４１側から添加弁４２側に尿素水を吐出し、逆転時に添加弁４２側からタンク４１側へ尿素水を吐出する。ポンプ４４は、タンク４１内に代えて、尿素水通路４３に設けてもよい。ポンプ４４は、電動ポンプであり、電力を供給することで回転する。したがって、ポンプ４４は、内燃機関１の停止時であっても作動可能である。ポンプ４４を正転させ且つ添加弁４２を開くことにより、尿素水通路４３を尿素水が圧送されて、排気中に尿素水が添加される。排気中に添加された尿素水は排気の熱により加水分解され、アンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒３１に吸着される。そして、ＳＣＲ触媒３１が吸着したアンモニアが還元剤となって、排気中のＮＯｘが選択還元される。また、添加弁４２よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する温度センサ１１が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

ＥＣＵ１０には、温度センサ１１が電気配線を介して接続され、温度センサ１１の出力信号がＥＣＵ１０に入力される。そして、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の作動中に、温度センサ１１の出力信号に基づいて、添加弁４２及びＳＣＲ触媒３１の温度を推定する。なお、内燃機関１の運転状態に基づいて添加弁４２の温度及びＳＣＲ触媒３１の温度を推定することもできる。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁４２及びポンプ４４が電気配線を介して
接続されており、該ＥＣＵ１０により添加弁４２及びポンプ４４が制御される。

そして、内燃機関１の作動中にＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒３１を通過する排気中のＮＯｘを還元するためにＳＣＲ触媒３１へ還元剤を供給する制御である還元剤添加制御を実施する。還元剤添加制御では、ポンプ４４を作動させると共に添加弁４２を開弁することにより、添加弁４２から排気中に尿素水を添加することで、ＳＣＲ触媒３１に還元剤であるアンモニアを供給する。このときに添加弁４２から排気中に添加する尿素水の量は、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量に基づいて決定される。

一方、内燃機関１が停止するとＥＣＵ１０は、添加弁４２内および尿素水通路４３内の尿素水をタンク４１に戻す制御である吸い戻し制御を実施する。ここで、内燃機関１の作動中に添加弁４２を介して排気中に尿素水を添加しているため、内燃機関１の停止時点には、添加弁４２内及び尿素水通路４３内に尿素水が残留している。内燃機関１の停止後には、排気通路２から添加弁４２に熱が移動するため、添加弁４２の温度が一時的に上昇する。このため、添加弁４２内に尿素水が存在すると、該添加弁４２内で尿素水が加水分解されアンモニアが発生し、添加弁４２を腐食させる虞がある。さらに、尿素に起因する析出物が発生する虞がある。また、外気温度が低い場合には、添加弁４２及び尿素水通路４３に尿素水が残留したままでいると、内燃機関１が停止してある程度の時間が経過したときに、添加弁４２内及び尿素水通路４３内の尿素水の温度が低下して凍結する虞もある。

このため、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止後に吸い戻し制御を実施している。吸い戻し制御では、添加弁４２内及び尿素水通路４３内の尿素水をタンク４１まで逆流させることにより、添加弁４２内及び尿素水通路４３内から尿素水を除去している。この際、ＥＣＵ１０は、ポンプ４４を逆転させ、さらに、添加弁４２を開弁させることにより尿素水を逆流させることで、タンク４１内に尿素水を吸い込ませつつ添加弁４２内に内燃機関１の排気を吸い込ませている。なお、吸い戻し制御は、アンモニアまたは析出物が発生することを抑制するために、内燃機関１の停止後すぐに開始することが好ましい。すなわち、吸い戻し制御は、例えば、内燃機関１の回転速度が０となった時点に開始することが好ましい。ただし、内燃機関１の回転速度が０となった時点に代えて、内燃機関１の回転速度が０となった時点からアンモニアまたは析出物の発生を抑制し得る時間内に吸い戻し制御を開始してもよい。

しかし、吸い戻し制御を実施したとしても、添加弁４２を構成する部材間の隙間などに尿素水がわずかに残留することがある。さらに、吸い戻し制御を実施するときには排気通路２内の内燃機関１の排気の温度がまだ高いため、吸い戻し制御により高温の排気が添加弁４２内に流入する。これにより、添加弁４２の温度が上昇する。このため、尿素水から水に難溶な析出物（例えば、シアヌル酸）が発生する虞がある。また、添加弁４２よりも上流側にはフィルタが存在しないため、添加弁４２の周辺の排気中にはＰＭが比較的多く存在している。吸い戻し制御時には、このＰＭも添加弁４２内に吸い込まれる。そして、尿素水中にＰＭが存在すると、析出物の粒径がより大きくなることが見出された。

ここで、図２は、尿素水の中にＰＭを混合し、ＰＭ濃度の違いによりＰＭの粒径がどのように変化するのかを検証した結果を示す図である。横軸は、ＰＭの粒径の対数を示し、縦軸は、体積頻度を示している。図２では、ＰＭ濃度が、高、中、低の３態様を比較した。図２によると、ＰＭ濃度が高いほど、ＰＭの凝集が促進されて、ＰＭの粒径が大きくなることが分かる。すなわち、添加弁４２をフィルタよりも上流側に設ける場合には、フィルタよりも下流側に設ける場合よりも、吸い戻し制御時に吸い込まれるＰＭの量が多くなるため、添加弁４２内においてＰＭ濃度が高くなり、尿素水内でのＰＭの粒径がより大きくなるといえる。

また、図３は、尿素水の中にＰＭを混合し、温度の違いによりＰＭの粒径がどのように変化するのかを検証した結果を示す図である。横軸は、ＰＭの粒径の対数を示し、縦軸は、体積頻度を示している。図３では、常温の場合と、高温の場合とを比較している。高温の場合は、添加弁４２の温度が例えば１２０℃のときに吸い戻し制御を実施した後に添加弁４２内の部材の隙間に尿素水が残留し且つＰＭが吸い込まれ、さらに、排気通路２からの受熱により添加弁４２の温度が例えば１４０℃まで上昇するような状況を想定した場合である。どちらもＰＭ濃度は同一である。図３によると、温度が高いほうが、ＰＭの粒径が大きくなることが分かる。この場合、尿素起因の析出物によりＰＭの凝集が促進されてＰＭの粒径が大きくなっている。すなわち、尿素起因の析出物とＰＭとが互いに引き付け合って析出物の粒径が大きくなるといえる。

したがって、内燃機関１の停止直後に吸い戻し制御を実施すると、添加弁４２内のＰＭ濃度が高くなり且つ添加弁４２の温度が高くなって尿素起因の析出物が発生する。さらに、添加弁４２内でＰＭ及び尿素起因の析出物が引き付け合い、析出物の粒径が大きくなり得る。このようにして、析出物の粒径が増大すると、添加弁４２の詰まりが発生したり、添加弁４２内の摺動部を摩耗させたりする虞がある。

ここで、図４は、内燃機関１の停止直後に吸い戻し制御を１回だけ実施した場合のタイムチャートである。図４に係る吸い戻し制御は、従来の吸い戻し制御ともいえる。図４では上から順に、燃料噴射量、吸い戻しフラグ、排気温度、添加弁４２の温度を示している。燃料噴射量は、内燃機関１に供給される燃料の噴射量である。吸い戻しフラグは、尿素水を吸い戻すためのフラグであり、ＯＮのときにポンプ４４が逆転されると共に添加弁４２を開弁させることで尿素水をタンク４１に吸い戻し、ＯＦＦのときには尿素水を吸い戻さない。排気温度は、添加弁４２の周辺の排気温度である。添加弁４２の温度は、添加弁４２の先端部の温度を示している。

図４において、Ｔ１の時点で内燃機関１が停止されて燃料噴射量が０になると、吸い戻しフラグがＯＦＦからＯＮに変わる。したがって、Ｔ１の時点から吸い戻し制御が開始される。吸い戻しフラグは、添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水がポンプ４４によってタンク４１に全て吸い戻されるとＯＦＦになる。ここで、内燃機関１の作動中には、添加弁４２から排気通路２内に尿素水を供給するときに、尿素水が添加弁４２から熱を奪うため、添加弁４２の温度が排気温度よりも低くなっている。一方、内燃機関１の停止後には、尿素水の供給が停止されるため、尿素水が添加弁４２から奪う熱が減少する。さらに、内燃機関１の停止後には、添加弁４２が排気及び排気通路２から熱を受けるため、Ｔ１から後に添加弁４２の温度が一旦上昇する。また、吸い戻し制御を実施することにより、排気通路２内の高温の排気が添加弁４２内に吸い込まれるため、これによっても添加弁４２の温度が上昇する。このようにして、添加弁４２の温度が排気温度に近付く。

そして、Ｔ２の時点において、添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水がポンプ４４によってタンク４１に全て吸い戻される。すなわち、Ｔ２の時点において、吸い戻しフラグがＯＮからＯＦＦに変わり、吸い戻し制御が終了する。吸い戻しフラグがＯＮからＯＦＦに変わったときには、添加弁４２の温度はまだ高い。ここで、上記のように、吸い戻し制御を実施した後であったとしても、添加弁４２内の隙間等には少量とはいえ尿素水が残留しているため、Ｔ１よりも後に添加弁４２の温度が上昇することにより析出物が発生する。この場合の析出量は、吸い戻し制御によって添加弁４２内の尿素水をほとんど吸い戻しているため、吸い戻し制御を実施しない場合と比較すれば少ない。しかし、従来の吸い戻し制御を実施すると、添加弁４２内に吸い込まれたＰＭによって析出物の粒径が大きくなり易い。したがって、析出物による添加弁４２の詰まりや摩耗が発生する虞がある。

そこで本実施例では、図４に示した従来の吸い戻し制御ではなく、以下の制御を実施す
る。すなわち、本実施例では、添加弁４２及び尿素水通路４３内の全ての尿素水を一度にタンク４１に戻すのではなく、先ずはアンモニアの発生及び析出物の粒径の増大を抑制し得る最小限の量の尿素水をタンク４１に戻す。そして、時間を空けて残りの尿素水を全てタンク４１に戻す。すなわち、尿素水を２回に分けてタンク４１に戻す。なお、尿素水をタンク４１に戻す１回目の吸い戻し制御を第一制御といい、第一制御を実施した後に時間を空けてから行う制御であって、添加弁４２及び尿素水通路４３内に残っている尿素水を全てタンク４１に戻す２回目の吸い戻し制御を第二制御という。

すなわち、本実施例では、第一制御において添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水の一部をタンク４１に戻すように、ＥＣＵ１０がポンプ４４及び添加弁４２を制御する。より詳細には、添加弁４２を開いた状態にしてポンプ４４を逆転させ、所定量の尿素水を吸い戻した後、添加弁４２を閉じ、且つ、ポンプ４４を停止させる。そして、本実施例に係る第二制御では、添加弁４２及び尿素水通路４３内に残存している全ての尿素水をタンク４１に戻すように、ＥＣＵ１０がポンプ４４及び添加弁４２を制御する。なお、本実施例ではＥＣＵ１０が第一制御及び第二制御を実施することで、本発明における制御装置として機能する。

ここで、図５は、本実施例に係る添加弁４２及びその周辺の排気通路２の断面図である。添加弁４２には、本体１００が備わり、さらに本体１００の内部にはニードル１０１が備わる。ニードル１０１は電磁駆動機構１０２により駆動される。この電磁駆動機構１０２は、電気配線を介してＥＣＵ１０と接続されており、該ＥＣＵ１０により電磁駆動機構１０２が制御される。本体１００の先端には、排気通路２内に開口する噴孔１０３が形成されている。この噴孔１０３は、ニードル１０１により開閉される。また、本体１００の後端には、尿素水通路４３を接続するための接続部１０４が設けられている。接続部１０４から流入した尿素水は、ニードル１０１の周りの本体１００の内部を流通して噴孔１０３に到達する。また、吸い戻し制御時には、噴孔１０３から排気が本体１００内部に流入する。本体１００の外周には、添加弁４２から大気へ熱を放出するための放熱部１０５が設けられている。放熱部１０５は、円形に形成された薄板の複数の放熱フィン１０５Ａからなり、夫々の放熱フィン１０５Ａは夫々の面が本体１００中心軸と直交するように等間隔に配置されている。したがって、添加弁４２内を流通する尿素水は、放熱部１０５を通過することになる。図５に示した放熱部１０５は、空冷の放熱フィンであるが、これに代えて、水冷の放熱フィンを用いることもできる。なお、尿素水通路４３は添加弁４２よりもアンモニアによる腐食に対する高い耐性を持っている。また、本実施例においては放熱部１０５が添加弁４２に設けられているが、これに代えて、尿素水通路４３に設けることもできる。さらに、放熱部１０５は、添加弁４２または尿素水通路４３と一体に形成する必要はなく別途設けることもできる。

ここで、内燃機関１の停止直後に吸い戻し制御を実施すると、添加弁４２内のＰＭ濃度が高くなり且つ添加弁４２の温度が高くなる。そうすると、図２及び図３で説明したように、添加弁４２内で析出物の粒径が大きくなる。このようにして、析出物の粒径が増大すると、添加弁４２の詰まりが発生したり、添加弁４２内の部材を摩耗させたりする虞がある。一方、内燃機関１の停止直後に吸い戻し制御を実施しないと、添加弁４２内で尿素水が加水分解されアンモニアが発生し、添加弁４２を腐食させる虞がある。さらに、尿素水に起因する析出物が多く発生する虞がある。

そこで本実施例では、第一制御において、アンモニアの発生及び析出物の粒径増大を抑制し得る最小限の量の尿素水をタンク４１に吸い戻す。すなわち、本実施例では、放熱部１０５のタンク４１側端部（図５の「吸い戻し位置」）まで尿素水を吸い戻す。ここで、添加弁４２の先端部、すなわち噴孔１０３周辺は、排気通路２内の排気や、排気通路２から熱を受けるため、内燃機関１の停止直後に温度が上昇する。この熱は、本体１００を伝
わり添加弁４２のタンク４１側、すなわち、添加弁４２の後端側に移動する。しかし、途中に放熱部１０５が存在するため、添加弁４２の先端部から伝わってきた熱は、放熱部１０５へ伝わる。放熱部１０５において大気へ放熱されることにより、放熱部１０５よりもタンク４１側へは熱が伝わり難くなる。このため、放熱部１０５よりも排気通路２側及び放熱部１０５においては添加弁４２の温度は高くなるが、この温度と比較すると、放熱部１０５よりもタンク４１側の添加弁４２の温度は低くなる。

ここで、図６は、添加弁４２の先端からの距離と温度との関係を示した図である。このように、添加弁４２の先端から放熱部１０５までの間は温度が比較的高いが、放熱部１０５よりもタンク４１側では温度が低くなる。そして、放熱部１０５のタンク４１側の端部よりもタンク４１側の温度は、所定温度よりも低くなる。この所定温度は、添加弁４２内で析出物の粒径が許容範囲を超える虞のある温度である。析出物の粒径の許容範囲は、添加弁４２の摩耗及び添加弁の詰まりを考慮して決定される。例えば、析出物の粒径が添加弁４２の噴孔径よりも大きくなると、添加弁４２の詰まりが発生するため、添加弁４２の噴孔径よりも小さな範囲であって、添加弁４２の詰まりが発生しないような範囲に析出物の粒径の許容範囲を設定する。なお、析出物の粒径の許容範囲の上限値を所定粒径ともいう。

したがって、第一制御を実施するときに、尿素水を少なくとも放熱部１０５よりもタンク４１側まで吸い戻すことにより、添加弁４２内で析出物及びアンモニアが発生することを抑制できる。また、第一制御時に排気通路２から添加弁４２へ吸い込まれる排気の量を制限することができるため、添加弁４２内に吸い込まれるＰＭの量も低減することができるので、析出物が発生したとしても析出物の粒径が増大することを抑制できる。また、本実施例においては尿素水を吸い戻し位置まで吸い戻したときのタンク４１への尿素水の吸い戻し量が、本発明における所定量に相当する。この尿素水の吸い戻し量は、添加弁４２の先端から放熱部１０５のタンク４１側端部までの容量に等しい。

そして、第一制御が終了してから時間を空けて第二制御を実施することにより、第二制御の実施時までに排気温度及び添加弁４２の温度が低下するため、第二制御を実施した後で添加弁４２内において析出物が発生したり及び析出物の粒径が増大したりすることを抑制できる。

ここで、図７は、本実施例に係る第一制御及び第二制御を実施したときのタイムチャートである。図７では上から順に、燃料噴射量、吸い戻しフラグ、排気温度、添加弁４２の温度を示している。吸い戻しフラグは、０のときはＥＣＵ１０は尿素水の吸い戻しに関する制御を何もせず、１のときはＥＣＵ１０は第一制御を実施し、２のときはＥＣＵ１０は第二制御を実施し、３のときはＥＣＵ１０は図５の「吸い戻し位置」まで尿素水を吸い戻した状態を維持するフラグである。

Ｔ１１において内燃機関１が停止されるのと同時に吸い戻しフラグが１に設定される。これにより、図５の「吸い戻し位置」までの尿素水の吸い戻しが開始される。すなわち、Ｔ１１において第一制御が開始される。第一制御はＴ１２まで実施される。Ｔ１１からＴ１２までの期間は、尿素水を添加弁４２の先端から図５の「吸い戻し位置」まで吸い戻すのに要する期間である。このＴ１１からＴ１２までの期間は、添加弁４２が排気通路２から熱を受けると共に、添加弁４２内に排気が吸い込まれるため、添加弁４２の温度が上昇する。

Ｔ１２において第一制御が終了すると、吸い戻しフラグが３に設定される。これにより、尿素水は、図５の「吸い戻し位置」まで吸い戻された状態で維持される。このときには、添加弁４２内への更なる排気の流入が無いため、添加弁４２内にＰＭが吸い込まれるこ
ともない。すなわち、添加弁４２内が高温のときに添加弁４２内に流入するＰＭ量を少なくすることができる。したがって、添加弁４２内で析出物が発生したとしても、析出物の粒径が増大することを抑制できる。吸い戻しフラグが３のときには、排気温度及び添加弁４２の温度は次第に低下していく。そして、Ｔ１３において、排気温度が所定温度以下になると、吸い戻しフラグが２に設定される。すなわち、Ｔ１３において第二吸い戻し制御が開始される。

その後、Ｔ１４において添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水が全てタンク４１まで吸い戻されることで吸い戻しフラグが０に設定され、第二制御が終了する。Ｔ１３からＴ１４までの期間は排気温度が所定温度以下になっているので、排気中のＰＭが添加弁４２内に吸い込まれたとしても析出物の粒径の増大は抑制される。また、Ｔ１２からＴ１３の期間において、排気通路２内のＰＭが排気通路２内の壁面に付着するために排気のＰＭ濃度が低下する。したがって、Ｔ１３から添加弁４２内に排気を吸い込んだとしても、ＰＭ濃度は低いため、これによっても析出物の粒径の増大は抑制される。

図８は、本実施例に係る第一制御及び第二制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実施される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１が停止されているか否か判定する。本ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、機関回転速度が０の場合に内燃機関１が停止されていると判定する。第一制御及び第二制御は、内燃機関１の停止後に実施されるため、本ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０が、これらの制御を実施する前提条件が成立しているか否か判定している。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。なお、ステップＳ１１２では、上記の還元剤添加制御が実施される。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、第一制御が未終了の状態であるか否か判定する。本ステップＳ１０２では、第一制御を行う必要があるか、若しくは、第一制御を継続する必要があるか否か判定している。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止後に第一制御を実施していない場合、及び、現時点で第一制御を実施中の場合に、第一制御が未終了の状態であると判定する。なお、内燃機関１の停止後に第一制御を実施したか否か、及び、現時点で第一制御を実施中であるか否かは、ＥＣＵ１０が記憶している。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、第一制御を開始するか、または、第一制御を継続する。すなわち、第一制御が開始されていない状態であれば、第一制御を開始する。一方、第一制御がすでに開始されている状態であれば、第一制御を継続する。第一制御においては、ＥＣＵ１０によりポンプ４４が逆転され且つ添加弁４２が開弁される。ステップＳ１０３の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、第一制御の実施時間が第一所定時間以上であるか否か判定する。第一制御の実施時間はＥＣＵ１０によりカウントされる。第一所定時間は、添加弁４２内の尿素水を放熱部１０５のタンク４１側端部まで吸い込むまでに要する時間として予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップＳ１０４では、図５に示した吸い戻し位置まで尿素水の吸い戻しが完了したか否かＥＣＵ１０が判定している。第一所定時間は、タンク４１に戻った尿素水量が、添加弁４２の先端から放熱部１０５のタンク４１側端部までの間に貯留されていた尿素水量（すなわち、添加弁４２の先端から放熱部１０５のタンク４１側端部までの容量）に相当する量（すなわち、所定量）になるまでの時間といえる。すなわち、本ステップＳ１０４
では、タンク４１に戻った尿素水量が、所定量に達したか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを一旦終了させる。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、第一制御を終了させる。すなわち、ＥＣＵ１０は、ポンプ４４の逆転を停止させると共に、添加弁４２を閉弁させる。その後、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、排気温度を取得する。ＥＣＵ１０は、温度センサ１１により検出される排気温度を取得する。なお、添加弁４２の先端部の熱容量は比較的小さいため、この時点における排気温度と添加弁４２の先端部の温度とは等しいものとして扱う。すなわち、本ステップＳ１０６では、添加弁４２の先端部の温度を取得しているともいえる。ステップＳ１０６の処理が終了するとステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、排気温度が所定温度以下であるか否か判定する。本ステップＳ１０７では、第二制御を実施したとしても、添加弁４２内において析出物の粒径が許容範囲内になるか否か判定している。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを一旦終了させる。したがって、排気温度が所定温度以下になるまでは第二制御は実施されない。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０は、第二制御を開始するか、または、第二制御を継続する。すなわち、第二制御が開始されていない状態であれば、第二制御を開始する。一方、第二制御がすでに開始されている状態であれば、第二制御を継続する。第二制御においては、ＥＣＵ１０によりポンプ４４が逆転され且つ添加弁４２が開弁される。ステップＳ１０８の処理が終了するとステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０は、第二制御の実施時間が第二所定時間以上であるか否か判定する。第二制御の実施時間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ここでいう第二所定時間は、尿素水をタンク４１へ所定量戻した後に添加弁４２内及び尿素水通路４３内に残留している尿素水を全てタンク４１に吸い込むまでに要する時間として予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップＳ１０９では、図５に示した吸い戻し位置からの尿素水の吸い戻しが完了したか否かＥＣＵ１０が判定している。すなわち、タンク４１に戻った尿素水量が、添加弁４２の放熱部１０５のタンク４１側端部からタンク４１までの間に貯留されていた尿素水量（すなわち、添加弁４２の放熱部１０５のタンク４１側端部からタンク４１までの容量）に相当する量となったか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを一旦終了させる。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１０は、第二制御を終了させる。すなわち、ＥＣＵ１０は、ポンプ４４の逆転を停止させ、且つ、添加弁４２を閉弁させる。ステップＳ１１０の処理が終了した場合には、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、ＥＣＵ１０は、本フローチャートの終了処理を実施する。この終了処理は、次に内燃機関１が始動されるまで本フローチャートを実施しないようにするための処理である。この終了処理をＥＣＵ１０が実施することにより、次に内燃機関１が始動されるまで本フローチャートは実施されない。

以上説明したように本実施例によれば、第一制御において、添加弁４２における高温部位から尿素水が遠ざかるように尿素水を必要最小限だけタンク４１に吸い戻すため、添加
弁４２内でのアンモニア及び析出物の発生を抑制することができる。また、排気温度が高いときの添加弁４２内へのＰＭの吸い込み量が少なくなるため、析出物が発生したとしても粒径の増大を抑制できる。また、排気温度が所定温度以下になった後に第二制御を実施することにより、析出物の粒径が増大することを抑制できるため、添加弁４２の詰まりや摩耗を抑制できる。さらに、第二制御を実施することにより、添加弁４２内及び尿素水通路４３内から尿素水を除去することができるため、添加弁４２内及び尿素水通路４３内での尿素水の凍結を抑制することができる。

なお、本実施例では、第一制御において放熱部１０５のタンク４１側端部まで尿素水を吸い戻しているが、これに代えて、放熱部１０５のタンク４１側端部よりもさらにタンク４１側まで尿素水を吸い戻してもよい。例えば、第一制御において接続部１０４のタンク４１側端部、すなわち、添加弁４２の後端部まで尿素水を吸い戻してもよい。ここで、添加弁４２内でアンモニアが発生すると該添加弁４２内で腐食が起こる虞がある。これに対して、添加弁４２の後端部まで尿素水を吸い戻すことにより、添加弁４２内でアンモニアが発生することを抑制できるため、添加弁４２内で腐食が起こることを抑制できる。この場合、尿素水を添加弁４２の後端部まで吸い戻したときのタンク４１への尿素水の吸い戻し量、すなわち添加弁４２の容量が、本発明における所定量に相当する。なお、仮に尿素水通路４３内でアンモニアが発生したとしても、尿素水通路４３は添加弁４２よりもアンモニアによる腐食に対する高い耐性を持っているため、尿素水通路４３内で腐食が起こることは抑制される。また、第一制御における吸い戻し位置はこれらに限らず、放熱部１０５のタンク４１側端部よりもタンク４１側であってもよい。また、本実施例においては放熱部１０５が添加弁４２に設けられているが、これに代えて、尿素水通路４３に設けることもできる。この場合であっても第一制御では、放熱部１０５のタンク４１側端部まで尿素水を吸い戻せばよい。

また、本実施例においては、ＥＣＵ１０が、内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて、第二制御の開始時期を決定してもよい。ここで、内燃機関１が停止した時点からの排気温度の推移は、内燃機関１の停止時点における排気温度と相関関係にある。したがって、内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて、排気温度が所定温度以下になるまでの期間を推定することができる。また、第一制御を終了した時点からの添加弁４２の温度は、排気温度と同様に推移する。そのため、内燃機関１の停止時点における排気温度と、内燃機関１の停止時点から第二制御開始時点までの期間と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておけば、内燃機関１の停止時点の排気温度に基づいて、第二制御を開始する時期を設定することができる。

図９は、内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて第二制御の開始時期を設定する場合の第一制御及び第二制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実施される。なお、前述のフローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

図９に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定がなされるとステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、本ステップＳ２０１が初めて実行されたか否か判定する。すなわち、本ステップＳ２０１では、機関停止後に初めて本フローチャートが実行されているか否か判定している。機関停止後に本フローチャートが実行されたか否かはＥＣＵ１０が記憶している。すなわち、本ステップＳ２０１が初めて実行されたことはＥＣＵ１０が記憶しているが、この記憶された事項については機関始動時またはステップＳ１１１においてリセットしてもよい。本フローチャートでは、内燃機関１の停止時点での排気温度を取得する必要があるために、ステップＳ２０１では、内燃機関１の停止直後であるか否か判定している。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進
む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止時点での排気温度を取得する。すなわち、内燃機関１の停止後に初めて本フローチャートを実施するときの排気温度を、内燃機関１の停止時点での排気温度とする。排気温度は、温度センサ１１により検出される。この内燃機関１の停止時点での排気温度は、ＥＣＵ１０に記憶される。ステップＳ２０２の処理が終了するとステップＳ２０３へ進む。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１が停止されてから第二制御を開始するまでの時間を算出する。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止時点での排気温度と、内燃機関１の停止時点から第二制御開始時点までの時間と、の関係を記憶しており、ステップＳ２０２で取得した排気温度に基づいて、内燃機関１の停止時点から第二制御開始時点までの時間を求める。ステップＳ２０３の処理が終了するとステップＳ１０２へ進む。

また、図９に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合、または、ステップＳ１０５の処理が終了した場合には、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、第二制御の開始時期であるか否か判定する。本ステップＳ２０４では、内燃機関１の停止時点からの経過時間がステップＳ２０３で算出された時間に達したか否か判定される。内燃機関１の停止時点からの経過時間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを一旦終了させる。このように、第二制御を開始する時期を内燃機関１の停止時点の排気温度に基づいて決定することもできる。また、本実施例では、排気温度が所定温度以下になってから第二制御を開始することが好ましいが、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの時間が空いていさえすれば、第二制御開始時点での排気の温度がより低くなると考えられるため、析出物の粒径の増大を抑制し得る。

＜実施例２＞
本実施例では、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの間に析出物の粒径が許容範囲を超える虞がある場合には、ＥＣＵ１０が、添加弁４２から排気通路２内に尿素水を噴射させる。

ここで、第一制御を実施したとしても、添加弁４２を構成する部材間の隙間などに尿素水がわずかに残留することがある。さらに、第一制御を実施するときには排気通路２内の内燃機関１の排気の温度がまだ高いため、第一制御により高温の排気が添加弁４２内に流入する。また、第一制御時には、排気通路２内のＰＭも添加弁４２内に吸い込まれる。したがって、内燃機関１の停止直後に第一制御を実施すると、添加弁４２内のＰＭ濃度が高くなり且つ添加弁４２の温度が高くなる。このため、尿素起因の析出物が発生すると、添加弁４２内でＰＭ及び尿素起因の析出物が引き付け合い、第二制御が開始される前に析出物の粒径が許容範囲を超えるまで増大し得る。

そこで本実施例では、第一制御を実施した後に、析出物の粒径が許容範囲を超える虞がある場合には、タンク４１から尿素水通路４３に所定量以上の尿素水を排出することにより、添加弁４２から排気通路２内に尿素水を噴射する。これにより、添加弁４２内の析出物を尿素水によって排気通路２内に排出させる。また、添加弁４２に尿素水を流通させることにより添加弁４２の温度を低下させることができるため、その後の析出物の発生及び析出物の粒径の増大を抑制することができる。そして、排気通路２内に尿素水を添加した後に第一制御を再度実施することにより、アンモニアの発生及び析出物の粒径の増大を抑制し得る最小限の量の尿素水を吸い戻す。なお、このように、本実施例に係る第一制御を実施した後においてＥＣＵ１０がタンク４１から添加弁４２へ向かって尿素水を排出する
制御を以下では第三制御若しくは掃出し制御という。

このように、尿素水をタンク４１に戻す第一制御を実施した後に、尿素水をタンク４１から排出させることにより排気通路２内に尿素水を添加する第三制御を実施する。これにより、添加弁４２内の析出物を尿素水によって排気通路２内に排出させる。そして、第三制御を実施した後に、第一制御を再度実施することで、添加弁４２内でアンモニアが発生すること、及び、析出物の粒径が増大することを抑制できる。なお、第三制御及びその後の第一制御は、析出物の粒径が許容範囲を超える毎に実施するため、１回に限らず複数回実施することができる。本実施例ではＥＣＵ１０が第三制御を実施し、その後に第一制御を再度実施することで、本発明における制御装置として機能する。

図１０は、本実施例に係る、第一制御、第二制御、第三制御を実施したときのタイムチャートである。上から順に、燃料噴射量、吸い戻しフラグ、掃出しフラグ、積算時間、排気温度、添加弁４２の温度を示している。掃出しフラグは、０のときはＥＣＵ１０が第三制御を実施せず、１のときはＥＣＵ１０が第三制御を実施するフラグである。積算時間は、吸い戻しフラグが０から１に変化した時点からの経過時間である。積算時間は、吸い戻しフラグが０から１に変化した時点でリセットされる。

Ｔ２１において内燃機関１が停止されるのと同時に吸い戻しフラグが１に設定される。これにより、タンク４１へ所定量の尿素水が戻されることにより、図５の「吸い戻し位置」まで尿素水が吸い戻される。すなわち、Ｔ２１において第一制御が開始される。第一制御はＴ２２まで実施される。Ｔ２１からＴ２２までの期間は、尿素水を図５の「吸い戻し位置」まで吸い戻すのに要する期間である。このＴ２１からＴ２２までの期間は、添加弁４２が排気通路２から熱を受けると共に、添加弁４２内に排気が吸い込まれるため、添加弁４２の温度が上昇する。そして、Ｔ２１からＴ２２までは、吸い戻しフラグが１であるため、積算時間が増加する。

Ｔ２２において第一制御が終了すると、吸い戻しフラグが３に設定される。これにより、尿素水は、図５の「吸い戻し位置」まで吸い戻された状態で維持される。そして、吸い戻しフラグが３である間は積算時間が増加する。その後、Ｔ２３において、積算時間が所定時間に達している。所定時間は、添加弁４２内に残留している尿素水から発生した析出物の粒径が許容範囲を超える時間として予め実験またはシミュレーション等により求められる。

このため、Ｔ２３において吸い戻しフラグが０になり、且つ、掃出しフラグが０から１に変化する。すなわち、Ｔ２３において第三制御が開始される。そして、Ｔ２４において、添加弁４２から排気通路２内に尿素水が噴射され、掃出しフラグが０となる。すなわち、Ｔ２４において第三制御が終了する。Ｔ２４の時点は、Ｔ２２の時点と同様に考えて求まる。すなわち、所定の電力（所定の回転速度としてもよい。）によりポンプ４４を作動させる場合には、図５に示した吸い戻し位置から添加弁４２の噴孔へ尿素水が移動するのに要する時間は略一定となるため、この時間を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、Ｔ２３からＴ２４までの期間が定まる。また、タンク４１内に尿素水の流量計を設けておき、該流量計により計測された尿素水の流量の積算量が、添加弁４２から尿素水が噴射されるだけの量に達した時点をＴ２４としてもよい。

Ｔ２４に示した時点において掃出しフラグが１から０へ変化すると共に、吸い戻しフラグが０から１に変化して第一制御が再度開始される。また、Ｔ２４の時点において積算時間がリセットされて、再度時間の積算が開始される。そして、Ｔ２５において吸い戻しフラグが１から３へ変化して第一制御が終了する。Ｔ２４から積算時間が増加しているが、該積算時間が所定時間に達する前に、Ｔ２６において排気温度が所定温度以下になるため
、吸い戻しフラグが３から２に変化して、第二制御が開始される。Ｔ２７において添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水が全てタンク４１まで吸い戻されることで吸い戻しフラグが０に設定され、第二制御が終了する。

なお、図１０に示したタイムチャートでは、第三制御が１回だけ実施されているが、積算時間が所定時間に達する毎に繰り返し第三制御と第一制御とを繰り返すことができる。

図１１は、本実施例に係る第一制御、第二制御、第三制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実施される。なお、前述のフローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。また、前述のフローチャートと同じ処理がなされるステップの一部（ステップＳ１０２からステップＳ１０６まで）については、図示を省略する。

図１１に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理は、図８または図９に示したフローチャートと同じである。本実施例では、ステップＳ１０７において否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、ＥＣＵ１０は積算時間を取得する。本ステップＳ３０１では、排気温度が所定温度よりも高い状態であるときの積算時間が取得される。積算時間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ステップＳ３０１の処理が終了するとステップＳ３０２へ進む。

ステップＳ３０２では、ＥＣＵ１０は、積算時間が所定時間以上であるか否か判定する。所定時間は、前述のように、添加弁４２内に残留している尿素水から発生した析出物の粒径が許容範囲を超える時間であり、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップＳ３０２では、析出物の粒径が許容範囲を超えるか否か判定しているといえる。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを一旦終了させる。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ１０は、第三制御を開始するか、または、第三制御を継続する。すなわち、第三制御が開始されていない状態であれば、第三制御を開始する。一方、第三制御がすでに開始されている状態であれば、第三制御を継続する。第三制御においては、ＥＣＵ１０によりポンプ４４が正転され且つ添加弁４２が開弁される。ステップＳ３０３の処理が終了するとステップＳ３０４へ進む。

ステップＳ３０４では、ＥＣＵ１０は、第三制御の実施時間が第三所定時間以上であるか否か判定する。第三制御の実施時間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ここでいう第三所定時間は、添加弁４２から尿素水を噴射させるのに要する時間として予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップＳ３０４では、添加弁４２から析出物の排出が完了したか否かＥＣＵ１０が判定している。すなわち、タンク４１から尿素水通路４３に排出された尿素水量が、添加弁４２の先端から添加弁４２の放熱部１０５のタンク４１側端部までの容量に相当する量以上となったか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。ステップＳ３０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ戻る。これにより、添加弁４２からの析出物の排出が完了するまで第三制御が継続する。

ステップＳ３０５では、ＥＣＵ１０は、第三制御を終了する。すなわち、ＥＣＵ１０は、ポンプ４４の正転を停止させ、且つ、添加弁４２を閉弁させる。ステップＳ３０５の処理が終了した場合には、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０６では、積算時間がリセットされる。そして、第三制御が終了すると時間の積算が再度開始される。ステップＳ３０６の処理が終了するとステップＳ３０７へ進む。

ステップＳ３０７では、ＥＣＵ１０は、第一制御が未終了の状態に設定する。これにより、次回のステップＳ１０２において肯定判定がなされて第一制御が実施される。このときに、まだ排気温度が所定温度よりも高い場合もあるため、アンモニアの発生を抑制するために、図５に示した吸い戻し位置まで尿素水が吸い戻される。

このように、排気温度が所定温度よりも高い状態で積算時間が所定時間以上となれば、第三制御が実施され、その後に第一制御が再度実施される。これにより、添加弁４２内で析出物の粒径が許容範囲よりも大きくなることを抑制できる。したがって、添加弁４２の摩耗や詰まりを抑制できる。

＜実施例３＞
上記実施例では、第一制御及び第二制御は必ず実施される。しかし、内燃機関１の停止時点の排気温度が所定温度以下であれば、内燃機関１の停止後に添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水を全てタンク４１へ吸い戻したとしても、添加弁４２内の析出物の粒径の増大は抑制される。この場合、第一制御を実施する必要はない。そこで本実施例では、内燃機関１の停止時点での排気温度に基づいて第一制御を実施する必要があるか否か判定し、第一制御を実施する必要がない場合には、添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水を１回で全てタンク４１へ吸い戻す。なお、第一制御を実施せずに、添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水を１回で全てタンク４１へ吸い戻す制御を第四制御と称する。また、第一制御を実施しない場合には、当然ながら第二制御も実施しないことになる。本実施例ではＥＣＵ１０が第四制御を実施することで、本発明における制御装置として機能する。

図１２は、本実施例に係る第一制御、第二制御、第四制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実施される。なお、前述の図８及び図１１に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。また、前述の図８及び図１１に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップの一部については、図示を省略する。

図１２に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定がなされるとステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、ＥＣＵ１０は、第四制御が実施中であるか否か判定する。第四制御が実施中である場合には、第四制御を継続させるためにステップＳ４０５へ進む。すなわち、ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進む。

ステップＳ４０２では、ＥＣＵ１０は、本ステップＳ４０２が初めて実行されたか否か判定する。すなわち、本ステップＳ４０２では、機関停止後に初めて本フローチャートが実行されているか否か判定している。機関停止後に本フローチャートが実行されたか否かはＥＣＵ１０が記憶している。本フローチャートでは、内燃機関１の停止時点での排気温度を取得する必要があるために、ステップＳ４０２では、内燃機関１の停止直後であるか否か判定している。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ４０３では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止時点での排気温度を取得する。すなわち、内燃機関１の停止後に初めて本フローチャートを実施するときの排気温度を、内燃機関１の停止時点での排気温度とする。排気温度は、温度センサ１１により検出される。この内燃機関１の停止時点での排気温度は、ＥＣＵ１０に記憶される。ステップＳ４０３の処理が終了するとステップＳ４０４へ進む。

ステップＳ４０４では、ＥＣＵ１０は、排気温度が所定温度以下であるか否か判定する。この所定温度は、上記実施例で説明したように、添加弁４２内で析出物の粒径が許容範囲を超える虞のある温度である。本ステップＳ４０４では、第四制御を実施したとしても、添加弁４２内において析出物の粒径が許容範囲内になるか否か判定している。ステップＳ４０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２以降の処理は、図８に示したフローチャートと同じである。

ステップＳ４０５では、ＥＣＵ１０は、第四制御を開始するか、または、第四制御を継続する。すなわち、第四制御が開始されていない状態であれば、第四制御を開始する。一方、第四制御がすでに開始されている状態であれば、第四制御を継続する。第四制御においては、ＥＣＵ１０によりポンプ４４が逆転され且つ添加弁４２が開弁される。ステップＳ４０５の処理が終了するとステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０６では、ＥＣＵ１０は、第四制御の実施時間が第四所定時間以上であるか否か判定する。第四制御の実施時間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ここでいう第四所定時間は、添加弁４２内及び尿素水通路４３内の尿素水を全てタンク４１に吸い込むまでに要する時間として予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップＳ４０６では、添加弁４２及び尿素水通路４３内の全ての尿素水の吸い戻しが完了したか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。すなわち、タンク４１に戻った尿素水量が、添加弁４２及び尿素水通路４３の容量に相当する量以上となったか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。ステップＳ４０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを一旦終了させる。

ステップＳ４０７では、ＥＣＵ１０は、第四制御を終了させる。すなわち、ＥＣＵ１０は、ポンプ４４の逆転を停止させ、且つ、添加弁４２を閉弁させる。ステップＳ４０７の処理が終了した場合には、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、本フローチャートの終了処理が実施される。この終了処理を実施することにより、次に内燃機関１が始動されるまで本フローチャートは実施されない。なお、本実施例では、内燃機関１の停止時点での排気温度に基づいて第一制御を実施するか否か判定し、第一制御を実施する場合には、実施例１の図９で説明したように、内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて、第二制御の開始時期を決定してもよい。

以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の停止時点での排気温度が所定温度以下であれば第一制御を実施せずに第四制御を実施するため、より速やかに処理を終了させることができる。これにより、ＥＣＵ１０の電力消費量を低減することができる。

１内燃機関
２排気通路
３フィルタ
４還元剤供給装置
１０ＥＣＵ
１１温度センサ
３１選択還元型ＮＯｘ触媒
４１タンク
４２添加弁
４３尿素水通路
４４ポンプ
１００本体
１０１ニードル
１０２電磁駆動機構
１０３噴孔
１０４接続部
１０５放熱部
１０５Ａ放熱フィン

Claims

内燃機関の排気通路に尿素水を添加する添加弁と、
尿素水を貯留するタンクと、
前記添加弁と前記タンクとを接続し尿素水が流通する尿素水通路と、
前記尿素水通路に尿素水を流通させるポンプと、
前記添加弁よりも下流側の排気通路に設けられ、尿素水を用いてＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記添加弁及び前記尿素水通路に貯留されている尿素水を前記タンクに所定量戻すようにポンプを操作した後ポンプを停止する第一制御と、前記第一制御が終了してから時間を空けて、前記添加弁及び前記尿素水通路に残存している尿素水が全て前記タンクまで戻るように前記ポンプを操作する第二制御と、を前記内燃機関の停止後に実施する制御装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における前記排気通路内の排気の温度が所定温度以上の場合に前記第一制御を実施する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記第一制御が終了した後、前記排気通路内の排気の温度が前記所定温度未満になってから前記第二制御を開始する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加弁または前記尿素水通路は、前記添加弁または前記尿素水通路から熱を放出させる放熱部を備え、
前記制御装置は、前記第一制御における前記所定量を、前記添加弁の先端から前記放熱部の前記タンク側端部までの容量以上とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記第一制御の最新の終了時点から前記第二制御の開始時点までの期間において、前記第一制御の最新の開始時点からの経過時間が、析出物の粒径が所定粒径になる時間よりも長くなった場合には、尿素水を前記タンクから前記尿素水通路に前記所定量以上排出するように前記ポンプを操作する第三制御を実施し、さらにその後に前記第一制御を再度実施する請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における前記排気通路内の温度が所定温度未満の場合には、前記第一制御及び前記第二制御を実施せずに、前記添加弁及び前記尿素水通路に残存している尿素水が全て前記タンクまで戻るように前記ポンプを操作する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。