WO2010029792A1 - 内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

　比較的簡単かつ安価な構成で、還元剤噴射弁の熱損傷や、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化を防いだり、さらに、発生した還元剤の結晶化や凍結を溶解させたりすることのできる内燃機関の排気浄化装置、及びその制御方法を提供する。 　内燃機関の排気通路に設けられる内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段と、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否か、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるか否か、及び噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化又は凍結しているか否か、のうちの少なくとも一つを判定する異常判定部と、異常判定部による判定結果をもとに切替手段を制御する切替手段制御部と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法

　本発明は、内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法に関する。特に、還元剤噴射弁によって還元触媒の上流側に還元剤を供給して排気ガスの浄化を行う内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法に関する。

　従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には窒素酸化物（以下、「ＮＯ_X」と称する。）が含まれている。そのため、ＮＯ_Xを選択的に還元する還元触媒が排気通路中に配設され、還元触媒の排気上流側に配置された還元剤噴射弁から尿素水溶液等の還元剤を排気ガス中に噴射し、当該還元触媒中でＮＯ_Xの還元浄化を行う排気浄化装置が用いられている。

　このような排気浄化装置において、還元剤として用いられる尿素水溶液は、溶媒である水分のみが蒸発するような温度下において尿素が結晶化したり、冷寒時において凍結したりする性質がある。すなわち、還元剤として尿素水溶液を用いた場合には、温度条件によっては、尿素水溶液が還元剤噴射弁の噴孔やその周囲において結晶化したり凍結したりして、還元剤噴射弁の噴孔の詰まりや還元剤の噴射性状の異常が発生するおそれがある。還元剤噴射弁の噴孔の詰まりが生じていると、還元剤を噴射しづらくなったり噴射できなくなったりして、還元剤の噴射量が目標噴射量に対して不足しやすくなる。また、還元剤の噴射性状が異常な状態においては、噴射された還元剤が効率的に微粒化されずに、排気管の内面や還元触媒等に液状のまま付着したり、アンモニアへの分解が促進されづらくなったりする。そのため、還元剤噴射弁の噴孔に詰まりが生じているか否かの判定を行う自己診断機能が備えられた排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。

　また、排気浄化装置において用いられる還元剤噴射弁は、噴孔の開閉を行う弁体の着座及び離座を制御するための電磁制御部分を備えており、この電磁制御部分は、比較的熱に弱いことが知られている。また、還元剤噴射弁の電磁制御部分は、電気絶縁性を確保する等の目的で、樹脂等の比較的熱に弱い材料で被覆されている。さらに、還元剤噴射弁が排気管に固定される際に、還元剤噴射弁の先端にノズルプレート等が設けられる場合があり、このノズルプレートについても、高温に晒されるとクラックが発生するおそれがある。

　そのため、還元剤噴射弁の電磁制御部分や樹脂部分等が高温に晒されて損傷（以下、この損傷を「熱損傷」と称する。）することのないように、還元剤噴射弁を冷却させることができるように構成された排気浄化装置が種々提案されている。例えば、還元剤として燃料を噴射する排気浄化装置ではあるが、排気通路に接続された還元剤噴射弁に設けた冷却水通路と、冷却水通路と内燃機関の冷却水経路とを接続する循環通路と、冷却水を循環通路を介して冷却水通路と内燃機関の冷却水経路間で循環させる循環手段とを備えるようにした排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８－１８０１９３号公報　（特許請求の範囲等） 特開平９－９６２１２号公報　（全文、全図）

　ところで、還元剤噴射弁の噴孔の詰まりに限らず、噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化や凍結が生じた場合には、その間、還元剤の噴射性状が異常な状態になり、ＮＯ_Xの還元効率が低下するため、還元剤噴射弁等を取り外すことによって修理や交換等を行わざるを得ない。そのような修理や交換を行っている間は、車両等の運転を行うことができなくなることから、還元剤噴射弁の噴孔の詰まりや、噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化又は凍結が生じた場合に、還元剤噴射弁を取り外したりすることなく詰まりや結晶化や凍結を改善できる方法が望まれている。

　また、特許文献２に記載の排気浄化装置は、還元剤噴射弁を効率的に冷却させることができるものの、還元剤噴射弁の冷却水通路や、内燃機関と還元剤噴射弁とを接続する循環通路を設けたり、冷却水の循環手段を設けたりする必要があり、排気浄化装置の構成が複雑化したり、コストが大幅に増加したりするおそれがある。

　そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否かや、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化したり、結晶化や凍結が生じたりする状態にあるか否かを判定し、判定結果をもとに排気ガスの流れ方向を切替えることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、比較的簡単かつ安価な構成で、還元剤噴射弁の熱損傷を防いだり、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化を防いだり、さらに、発生した還元剤の結晶化や凍結を溶解させたりすることのできる内燃機関の排気浄化装置、及びその制御方法を提供することである。

　本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化するための還元剤を排気通路内に供給する還元剤噴射弁と、還元剤噴射弁よりも排気下流側に配置された還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段と、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否か、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるか否か、及び噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化又は凍結しているか否か、のうちの少なくとも一つを判定する異常判定部と、異常判定部による判定結果をもとに切替手段を制御する切替手段制御部と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、切替手段制御部は、異常判定部により還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあると判定された場合に、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁から逸らすように切替手段を制御することが好ましい。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、切替手段制御部は、異常判定部により噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあると判定された場合に、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御することが好ましい。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、切替手段制御部は、異常判定部により噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化又は凍結していると判定された場合に、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御することが好ましい。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、切替手段制御部は、異常判定部により噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化又は凍結していると判定された場合に、排気ガスの温度が所定温度以上であるときに排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御することが好ましい。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、切替手段制御部は、あらかじめ設定された所定期間、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁から逸らすように、又は、還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御することが好ましい。

　また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化するための還元剤を排気通路内に供給する還元剤噴射弁と、還元剤噴射弁よりも排気下流側に配置された還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置を制御するための排気浄化装置の制御方法において、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否か、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるか否か、及び、噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化又は凍結しているか否か、のうちの少なくとも一つを判定し、判定の結果をもとに、還元剤噴射弁の上流側における排気ガスの流れ方向を切替えることを特徴とする排気浄化装置の制御方法である。

　なお、本明細書において「噴孔」とは、実際に還元剤が噴射される孔だけでなく、その孔の直前の還元剤通路も含む概念である。

　本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段と、所定の異常判定部及び切替手段制御部とを備えることにより、推定される還元剤噴射弁の熱的状態や、噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化又は凍結の状態に応じて、排気ガスの流れ方向が切替えられる。その結果、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁から逸らされたり、還元剤噴射弁に向けられたりされることで、比較的簡単かつ安価な構成にもかかわらず、還元剤噴射弁の熱損傷や、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化が防止され、あるいは、発生した還元剤の結晶や凍結した還元剤が溶解されやすくなる。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあると判定されたとき、切替手段制御部が、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁から逸らすように切替手段を制御することにより、直接的に又は排気管を介して生じる還元剤噴射弁への排気熱の伝達が抑制され、還元剤噴射弁の熱損傷が防止される。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあると判定されたとき、切替手段制御部が、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御することにより、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲への排気熱の供給が促され、排気熱を利用して、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化が防止される。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化や凍結が生じていると判定されたとき、切替手段制御部が、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御することにより、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲への排気熱の供給が促され、排気熱を利用して、還元剤の結晶や凍結した還元剤が溶解されやすくなる。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化や凍結が生じていると判定された場合において、排気ガスの温度が所定温度以上であるときに排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁に向けるように切替手段が制御されることにより、還元剤噴射弁の噴孔の周囲の状態が、還元剤の結晶化が促されるような状態になることが防止される。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、切替手段制御部が、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁から逸らすように又は還元剤噴射弁に向けるように切替手段を制御する時間を、あらかじめ設定された所定期間とすることより、排気ガスの流れ方向が切替えられたことによる、排気ガスと還元剤との混合性の低下や排気圧力への影響が最小限に抑えられる。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否や、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得るかあるいは還元剤の結晶化や凍結が生じ得るか否かを判定した結果をもとに、排気ガスの流れ方向が切替えられる。その結果、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁から逸らされたり、還元剤噴射弁に向けられたりされることで、比較的簡単かつ安価な構成にもかかわらず、還元剤噴射弁の熱損傷や、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲における還元剤の結晶化が防止され、あるいは、発生した還元剤の結晶や凍結した還元剤が溶解されやすくなる。

本発明の第１の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を説明するための図である。 第１の実施の形態の排気浄化装置に用いられる還元剤噴射弁の構成例を示す部分断面図である。 切替手段の構成例について説明するための図である。 切替手段の別の構成例について説明するための図である。 第１の実施の形態の排気浄化装置に備えられたＤＣＵの構成例を説明するための図である。 第１の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローである。 本発明の第２の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を説明するための図である。 第２の実施の形態の排気浄化装置に用いられる還元剤噴射弁の構成例を示す部分断面図である。 切替手段の構成例について説明するための図である。 第２の実施の形態の排気浄化装置に備えられたＤＣＵの構成例を説明するための図である。 第２の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローである。 第３の実施の形態の排気浄化装置に備えられたＤＣＵの構成例を説明するための図である。 第３の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローである。

　以下、図面を参照しながら、本発明の内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法にかかる実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
　本発明の第１の実施の形態は、還元剤噴射弁の排気上流側の排気通路に配設され、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段と、還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否かを判定する異常判定部と、異常判定部による判定結果をもとに切替手段を制御する切替手段制御部と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置、及びそのような排気浄化装置の制御方法である。

１．内燃機関の排気浄化装置
（１）全体構成
　まず、図１を用いて本実施形態の内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」と称する場合がある。）１０の構成例を説明する。
　図１は排気浄化装置１０の全体構成を表す概略図を示している。この排気浄化装置１０は、内燃機関５に接続された排気通路の途中に設けられ、排気上流側から順次に、酸化触媒１４と、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と称する。）１５と、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段１３と、排気ガス中に還元剤を供給する還元剤噴射弁３１と、還元剤を利用して排気ガス中のＮＯ_Xを選択的に還元する還元触媒１７とを備えている。

　この排気浄化装置１０は、排気ガス中に含まれる排気微粒子及びＮＯ_Xをともに除去するための構成の排気浄化装置であり、排気微粒子はフィルタ１５によって捕集され、ＮＯ_Xは還元触媒１７で還元され、窒素や水、二酸化炭素に分解される。

　また、酸化触媒１４は、主として、捕集された排気微粒子によってフィルタ１５の目詰まりが発生することを防ぐために所定の時期に行われる、フィルタ１５の再生に用いられる。具体的には、酸化触媒１４は、フィルタ１５の再生時に供給される未燃燃料を酸化することにより、フィルタ１５に流入する排気ガスの温度を昇温するために用いられ、昇温させられた排気ガスによって、フィルタ１５に捕集された排気微粒子が燃焼させられる。

　また、還元剤噴射弁３１は還元剤供給装置２０の一部として構成されており、還元剤供給装置２０は、還元触媒１７中でのＮＯ_Xの還元反応に用いられる還元剤を還元触媒１７の排気上流側に供給するために用いられる。この還元剤供給装置２０は、還元触媒１７の排気上流側の排気管１１に固定された還元剤噴射弁３１と、還元剤が貯蔵された貯蔵タンク５０と、貯蔵タンク５０内の還元剤を還元剤噴射弁３１に向けて圧送するポンプ４１を含むポンプモジュール４２とを備えている。また、ポンプモジュール４２と還元剤噴射弁３１とを接続する還元剤通路５８には、還元剤通路５８内の圧力を検出する圧力センサ４３が設けられるとともに、還元剤通路５８のうちの還元剤噴射弁３１の接続部近くには温度センサ３３が設けられ、還元剤噴射弁３１に供給される還元剤の温度が検出される。
　本実施形態の排気浄化装置１０では、還元剤として尿素水溶液が用いられるが、使用できる還元剤は尿素水溶液に制限されるものではなく、未燃燃料（ＨＣ）であってもよい。

　また、排気浄化装置１０は、排気通路内に還元剤を噴射させるために還元剤供給装置２０の制御を行うための制御装置（以下、「ＤＣＵ：Dosing Control Unit」と称する。）６０Ａを備えている。ＤＣＵ６０ＡはＣＡＮ（Controller Area Network）６５に接続されており、このＣＡＮ６５には、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ：Electronic Control Unit）」と称する。）７０も接続されている。このＣＡＮ６５上には、排気浄化装置１０に備えられたセンサ情報をはじめとして、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等の内燃機関５の運転状態に関する情報が書き込まれるようになっており、ＤＣＵ６０Ａは、ＣＡＮ６５上の情報を読み込み、また、ＣＡＮ６５上に情報を出力できるようになっている。

　なお、本実施形態では、ＥＣＵ７０とＤＣＵ６０Ａとが別のコントロールユニットからなり、ＣＡＮ６５を介して情報のやり取りができるようにされているが、これらのＥＣＵ７０とＤＣＵ６０Ａとを一つのコントロールユニットとして構成しても構わないし、ＣＡＮ６５が省略されていても構わない。

（２）還元剤噴射弁
　本実施形態の排気浄化装置１０では、通電制御により開弁のＯＮ－ＯＦＦが制御可能な電磁制御式の還元剤噴射弁３１が用いられる。図２は、電磁制御式の還元剤噴射弁３１の構成の一例を示す部分断面図である。
　この還元剤噴射弁３１は、磁性筒体９１ａ、ヨーク９１ｂ及び樹脂カバー９１ｃからなるケーシング９１を備えている。このケーシング９１の磁性筒体９１ａの内部は還元剤通路９２になっており、還元剤通路９２にはポンプモジュール（図示せず。）によって圧送される還元剤が供給される。この燃料通路９２は、磁性筒体９１ａの上端が流入口となり、この流入口からバルブボディ９３の位置まで軸方向に延びている。

　また、磁性筒体９１ａ内にはバルブボディ９３が配置されている。このバルブボディ９３は筒状の弁座部材であって、還元剤を噴射する噴射通路９３ａが設けられている。また、バルブボディ９３の先端面には、複数のノズル孔９８ａが穿設されたノズルプレート９８が噴射通路９３ａを覆う位置に固着されている。この還元剤噴射弁３１においては、噴射通路９３ａ及びノズル孔９８ａが「噴孔」として概念される。
　また、コア筒９４とバルブボディ９３との間に、磁性筒体９１ａ内を軸方向に変位可能な弁体９５が収容されている。また、磁性筒体９１ａとヨーク９１ｂとの間には電磁コイル８８が備えられている。この電磁コイル８８に給電されることにより、弁体９５のアーマチュア９７がバルブスプリング９９の付勢力に抗して磁気的に吸着される。その結果、弁部材９６が離座し、還元剤が噴射通路９３ａ及びノズル孔９８ａを介して外部に噴射される。

　また、磁性筒体９１ａの外周側には樹脂カバー９１ｃが設けられている。この樹脂カバー９１ｃは、磁性筒体９１ａの外周側にヨーク９１ｂや電磁コイル８８等を組付けた状態で、射出成形等の手段を用いて形成されている。
　このように構成された電磁制御式の還元剤噴射弁３１において、電磁コイル８８や樹脂カバー９１ｃ、ノズルプレート９８は、弁体９５やバルブボディ９３等の他の構成部材と比較して熱に弱く、その耐熱温度は、例えば、電磁コイル８８や還元剤霧噴射状態のノズルプレート９８で１６０℃程度、樹脂カバー９１ｃで１２０℃程度である。そのため、本実施形態の排気浄化装置１０で用いられる還元剤噴射弁３１のケーシング９１の外周には複数の放熱フィン１２１が設けられており、還元剤噴射弁３１に直接的に又は排気管１１を介して伝達されてきた排気熱が放出されやすくなっている。

（３）切替手段
　上述したように、還元剤噴射弁３１の外周には放熱フィン１２１が設けられているものの、放熱フィン１２１のみでは、還元剤噴射弁３１の持つ熱量が十分に放熱されない場合がある。特に、上述したフィルタの再生制御時等には、フィルタを通過して還元剤噴射弁３１の取付位置の近傍に到達する排気ガスの温度が６００℃以上になる場合があり、放熱フィン１２１のみでは、電磁コイル８８や樹脂カバー９１ｃを熱損傷から守ることができないおそれがある。そのため、本実施形態の排気浄化装置１０は、還元剤噴射弁３１の排気上流側に、排気ガスの流れ方向を切替えるための切替手段１３を備えている。

　図３（ａ）～（ｂ）は、切替手段１３Ａが備えられた排気通路を排気ガスの流れ方向の側方側から見た断面図を示している。図３（ａ）～（ｂ）に示す排気浄化装置１０は、還元剤噴射弁３１の取付位置の排気上流側に、排気ガスの流れ方向に沿って形成された仕切り板１８によって、排気ガスの通過領域が、還元剤噴射弁３１の取付側の第１の通路２１と、その反対側の第２の通路２２とに分けられた分流部１６を有している。この分流部１６の両端部はテーパ状に形成され、分流部１６の出口部分では排気通路の通路面積が絞られている。

　また、分流部１６の出口部分には、還元剤噴射弁３１の取付側及びその反対側からそれぞれ排気通路内に突設する一対の可動式の遮蔽板１３ａからなる切替手段１３Ａが設けられている。この切替手段１３Ａは、一対の遮蔽板１３ａを上下動させることで、還元剤噴射弁３１の取付側の第１の通路２１の出口有効面積と、還元剤噴射弁３１の取付側とは反対側の第２の通路２２の出口有効面積とを変化させることができる。

　図３（ａ）は、還元剤噴射弁３１の熱損傷のおそれがない場合の、通常時の切替手段１３Ａの状態を示しており、一対の遮蔽板１３ａによって形成される排気通路が分流部１６の出口部分の中央部に形成されるとともに、第１の通路２１の出口有効面積及び第２の通路２２の出口有効面積が均等にされている。この状態では、一対の遮蔽板１３ａの間を通過する排気ガスが還元剤噴射弁３１の取付側又はその反対側のいずれかに偏って流されることはない。

　また、図３（ａ）に示す状態では、一対の遮蔽板１３ａの間に形成される排気通路の通路面積が、前後の排気通路の通路面積よりも小さくされている。そのため、一対の遮蔽板１３ａの間を通過する排気ガスは、下流側において乱流になりやすく、還元剤噴射弁３１から供給される還元剤が排気ガス中に分散されやすくなる。

　一方、図３（ｂ）は、還元剤噴射弁３１の熱損傷のおそれがある場合の切替手段１３Ａの状態を示しており、分流部１６の出口側において、第２の通路２２の出口有効面積に対して第１の通路２１の出口有効面積が大きくなるように、一対の遮蔽板１３ａが保持されている。この図３（ｂ）に示す状態では、第１の通路２１を通過する排気ガスは、出口部分においてテーパ形状に沿って還元剤噴射弁３１の取付側とは反対側に向かって流されるとともに、第２の通路２２を通過する排気ガスは、出口部分において渦流の効果によって、やはり還元剤噴射弁３１の取付側とは反対側に向かって流される。その結果、排気ガスは全体として還元剤噴射弁３１から逸らされるように流されることになり、排気ガスから還元剤噴射弁３１への直接的なあるいは排気管１１を介しての熱伝達が抑制される。

　切替手段は、図３（ａ）～（ｂ）に示す構成以外にも種々採用することができる。例えば、図４（ａ）～（ｂ）に示す切替手段１３Ｂは、回転軸Ｐを中心に回動可能な半円状のプレート１３ｂを用いて構成され、下流側に向けて排気通路の通路面積が小さくなるテーパ部分１９に設けられている。

　図４（ａ）は、還元剤噴射弁３１の熱損傷のおそれがない場合の、通常時の切替手段１３Ｂの状態を示しており、プレート１３ｂが排気ガスの流れ方向に沿って保持されている。この状態では、テーパ部分１９を通過する排気ガスが還元剤噴射弁３１の取付側又はその反対側のいずれかに偏って流されることはない。
　また、図４（ａ）に示す状態では、テーパ部分１９において排気通路の通路面積が絞られている。そのため、テーパ部分１９を通過する排気ガスは、下流側において乱流になりやすく、還元剤噴射弁３１から供給される還元剤が排気ガス中に分散されやすくなる。

　一方、図４（ｂ）は、還元剤噴射弁３１の熱損傷のおそれがある場合の切替手段１３Ｂの状態を示しており、回転軸Ｐとは反対側の端部が還元剤噴射弁３１の取付側とは反対側に向けられてプレート１３ｂが保持されている。この図３（ｂ）の状態では、テーパ部分１９を通過する大部分の排気ガス（図３（ｂ）の上側を通過する排気ガス）が、テーパ形状及びプレート１３ｂの傾斜に沿って還元剤噴射弁３１の取付側とは反対側に流される。その結果、排気ガスは全体として還元剤噴射弁３１から逸らされるように流されることになり、排気ガスから還元剤噴射弁３１への直接的なあるいは排気管１１を介しての熱伝達が抑制される。

　また、図３（ａ）～（ｂ）や図４（ａ）～（ｂ）に示す切替手段１３Ａ、１３Ｂでは、排気ガスの流れ方向が切替えられた場合であっても、通常の状態と較べて排気通路の有効通路面積が小さくならないように構成されている。したがって、排気ガスの圧力損失の低下が抑えられ、内燃機関５に不具合を生じさせることがないため、好適な態様である。

（４）制御装置（ＤＣＵ）
　図５は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられたＤＣＵ６０Ａにおける、還元剤噴射弁及びポンプの駆動制御に関する部分と、排気ガスの流れ方向の切替手段の制御に関する部分とについて、機能的なブロックで表した構成例を示している。

　ＤＣＵ６０Ａは、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＣＡＮ情報取出生成部（図５では「ＣＡＮ情報取出生成」と表記。）と、ポンプ駆動制御部（図５では「ポンプ駆動制御」と表記。）と、還元剤噴射弁の動作制御部（図５では「Udv動作制御」と表記）と、異常判定部（図５では「異常判定」と表記。）と、切替手段制御部（図５では「切替手段制御」と表記。）等を主要な構成要素として構成されている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプログラムの実行によって実現されるものである。

　このうち、ＣＡＮ情報取出生成部では、ＣＡＮ６５上に存在する情報が読み込まれるとともに、それぞれの情報が各部に対して出力される。本実施形態の排気浄化装置１０においては、ＣＡＮ情報取出生成部によって、少なくとも温度センサ３３のセンサ値Tdos及び圧力センサ４３のセンサ値Pdosや、内燃機関の運転状態に基づきＥＣＵ７０で推定された排気ガスの温度TgasやＮＯ_X流量Lnox等の情報が読み込まれ、各部に出力されるようになっている。

　ポンプ駆動制御部では、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、圧力センサ４３のセンサ値Pdosが読み込まれ、このセンサ値Pdosをもとにポンプ４１のフィードバック制御が行われる。このポンプ４１のフィードバック制御によって、還元剤通路５８内の圧力がほぼ一定の状態に維持される。

　また、還元剤噴射弁の動作制御部では、ＣＡＮ情報取出生成部から出力される、貯蔵タンク５０内の還元剤の濃度Qtnkや温度Ttnk等に関する情報、排気ガスの温度Tgas、還元触媒１７の温度Tcat等に関する情報が読み込まれ、排気ガス中のＮＯ_Xを還元するために必要な還元剤の噴射量Qdosが算出され、還元剤噴射弁３１の動作制御を行う操作部（図示せず。）に対して制御信号Sudvが出力される。

　また、ＤＣＵ６０Ａの異常判定部は、温度センサ３３のセンサ値Tdosや、排気ガス温度Tgas、内燃機関５の運転状態等の情報に基づいて還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８部分の温度Tnzlを推定する還元剤噴射弁温度推定部（図５では「Udv温度推定」と表記。）と、算出されたノズルプレート９８部分の温度Tnzlをもとに還元剤噴射弁３１が熱損傷を受け得る状態にあるか否かを判定する熱損傷判定部（図５では「熱損傷判定」と表記。）とを備えている。

　このうち、還元剤噴射弁温度推定部において、還元剤噴射弁３１のどの部分の温度を推定するかは特に制限されるものではないが、本実施形態の例においてノズルプレート９８部分の温度を推定しているのは、ノズルプレート９８が排気管１１の最も近くに位置する部分であり、当該ノズルプレート９８部分の温度が、還元剤噴射弁３１の電磁コイル８８や樹脂カバー９１ｃの温度を超えることがないからである。したがって、このノズルプレート９８部分の温度Tnzlが電磁コイル８８や樹脂カバー９１ｃの耐熱温度以下に保持されれば、還元剤噴射弁３１の熱損傷が防止される。

　また、熱損傷判定部では、還元剤噴射弁温度推定部で推定されたノズルプレート９８部分の温度Tnzlと、所定の耐熱温度基準値Tnzl0とが比較され、還元剤噴射弁３１が熱損傷を受け得る状態にあるか否かが推定される。この耐熱温度基準値Tnzl0は、電磁コイル８８や樹脂カバー９１ｃの耐熱温度よりも低い温度に設定されている。還元剤噴射弁３１が熱損傷を受け得る状態にあるか否かの判定結果は、切替手段制御部に対して出力される。
　上述のとおり、電磁コイル８８と樹脂カバー９１ｃとを比べると、樹脂カバー９１ｃの方が耐熱温度が低く、一例として１２０℃程度であることから、本実施形態の排気浄化装置１０においては、耐熱温度基準値Tnzl0は１２０～１４０℃に設定されている。

　また、切替手段制御部では、異常判定部による判定結果にもとづいて切替手段１３の制御が行われ、排気ガスの流れ方向が切替えられる。本実施形態の排気浄化装置１０に備えられたＤＣＵ６０Ａでは、還元剤噴射弁３１が熱損傷を受け得る状態にあると判定されたときに、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１の取付側とは反対側に向けられる。

　また、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられたＤＣＵ６０Ａでは、切替手段制御部にタイマが接続されており、排気ガスの流れ方向が切替えられてからの経過時間の計測が行われる。そして、排気ガスの流れ方向を切替えてから所定期間が経過すると、排気ガスの流れ方向が元に戻されるように切替手段１３の制御が行われる。したがって、排気ガスの流れ方向が切替えられている時間が所定期間以内に抑えられて、排気ガスの流れ方向が一方向に偏っていることに起因する排気ガスと還元剤との混合性の低下や、第２の通路２２の出口有効面積が小さくされることに起因する排気圧力への影響を抑えながら、排気ガスの流れ方向の切替えが行われる。

　排気ガスの流れ方向を切替えた後、流れ方向が元に戻される条件は、上述の所定期間が経過した場合以外にも、排気ガスの流れ方向を切替えた後、還元触媒１７におけるＮＯ_Xの浄化効率の推移を監視し、当該浄化効率が悪化した場合に排気ガスの流れ方向を元に戻すように設定することもできる。言うまでもなく、経過時間及びＮＯ_Xの浄化効率の２つの条件に基づき、排気ガスの流れ方向を元に戻すように設定することもできる。

２．排気浄化装置の制御方法
　次に、図１に示す本実施形態の排気浄化装置１０を用いて行われる排気浄化装置１０の制御方法のルーチンの一例について、図１の排気浄化装置１０の構成を参照しつつ、図６のフローに基づいて説明する。なお、このルーチンは、内燃機関５の運転時において常時実行されてもよいし、あるいは、必要に応じて実行されてもよい。

　まず、スタート後のステップＳ１０において、温度センサ３３のセンサ値Tdosや、内燃機関５の運転状態に基づき推定される排気ガス温度Tgas、その他内燃機関５の運転状態に関する情報が読み込まれる。次いで、ステップＳ１１では、ステップＳ１０で読み込まれた情報に基づき、還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８の温度Tnzlの演算が行われる。

　次いで、ステップＳ１２では、算出されたノズルプレート９８の温度Tnzlの値が、上述した耐熱温度基準値Tnzl0以上であるか否かが判別される。ノズルプレート９８の温度Tnzlが耐熱温度基準値Tnzl0よりも小さい場合にはステップＳ１０に戻り、ノズルプレート９８の温度Tnzlが耐熱温度基準値Tnzl0以上になるまでステップＳ１０及びステップＳ１１が繰り返される。

　ノズルプレート９８の温度Tnzlが耐熱温度基準値Tnzl0以上であると判別されて進んだステップＳ１３では、還元剤噴射弁３１が熱損傷を受けるおそれがあることから、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁から逸らすように、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が切替えられる。その後、ステップＳ１４でタイマが作動させられ、ステップＳ１５でタイマが終了したか否かの判別が行われる。そして、ステップＳ１５でタイマが終了したと判別されると、ステップＳ１６に進み、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が元に戻される。

　以降は、再びステップＳ１０に戻りこれまでのステップが繰り返され、還元剤噴射弁３１の熱損傷が生じ得る状態にある場合には、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁３１から逸らすように切替手段１３の制御が行われる。
　本実施形態の排気浄化装置の制御方法によれば、還元剤噴射弁３１の熱損傷のおそれがある場合に排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１から逸らされるため、還元剤噴射弁３１の温度上昇が抑えられ、還元剤噴射弁３１の熱損傷が低減される。また、あらかじめ設定された時間だけ排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁３１から逸らした後、再び元に戻しながら切替手段１３の制御が行われるため、還元剤噴射弁３１から供給される還元剤と排気ガスとの混合性の低下や、排気ガスの圧力損失の増大が避けられる。

　なお、本実施形態において、還元剤噴射弁の熱損傷が生じ得る状態にあるか否かを判定する方法として、還元剤噴射弁のノズルプレート部分の温度を耐熱温度基準値と比較する方法が採用されているが、これ以外にも、例えば、フィルタの再生制御が行われるか否かを判別し、フィルタの再生制御が行われるときに、還元剤噴射弁の熱損傷が生じ得る状態にあると判定することもできる。

［第２の実施の形態］
　本発明の第２の実施の形態は、還元剤噴射弁の排気上流側の排気通路に配設され、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段と、還元剤噴射弁の噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるか否か、及び噴孔又は噴孔の周囲で還元剤が結晶化又は凍結しているか否かを判定する異常判定部と、異常判定部による判定結果をもとに切替手段を制御する切替手段制御部と、を備えることを特徴とする排気浄化装置、及びそのような排気浄化装置の制御方法である。
　以下、第１の実施の形態の排気浄化装置の構成と同じ点については適宜説明を省略しつつ、本実施形態の排気浄化装置及びその制御方法について説明する。なお、第１の実施の形態の排気浄化装置と共通する部材等については同一の符号が用いられ、適宜説明が省略されている。

１．内燃機関の排気浄化装置
（１）全体構成
　図７は、本実施形態にかかる排気浄化装置１００の全体構成を表す概略図を示している。
　本実施形態の排気浄化装置１００は、第１の実施の形態の排気浄化装置と同様に、内燃機関５に接続された排気通路の途中に設けられ、排気上流側から順次に、酸化触媒１４と、フィルタ１５と、排気ガスの流れ方向を切替える切替手段１３と、還元剤噴射弁３１と、還元触媒１７とが備えられている。
　これらの各構成部材は、基本的に第１の実施の形態と同様の構成となっている。ただし、本実施形態の排気浄化装置１００は、尿素の結晶化や凍結の問題を改善するための装置であり、還元剤は尿素水溶液が用いられる。

（２）冷却水循環通路
　第１の実施の形態の排気浄化装置では、還元剤噴射弁３１の放熱を行うために、還元剤噴射弁３１に複数の放熱フィンが設けられていたが、本実施形態の排気浄化装置１００では、より確実に還元剤噴射弁３１の冷却が行われるように、内燃機関５の冷却水が還元剤噴射弁３１の周囲を流通するように構成されている。
　具体的には、排気浄化装置１００は、内燃機関５に設けられた冷却水通路８６から分岐して、途中還元剤噴射弁３１の周囲を通過し、再び冷却水通路８６に合流する冷却水循環通路８５を備えている。この冷却水循環通路８５の途中には、冷却水循環通路８５を流れる冷却水の流量を調節するための冷却水流量調節弁８１が設けられている。そして、内燃機関５に備えられた循環ポンプ７３が駆動され、内燃機関５内の冷却水通路８６中を冷却水が流れる状態で冷却水流量調節弁８１を所定開度で開くことにより、冷却水循環通路８５内を冷却水が循環し、還元剤噴射弁３１が冷却される。

　図８は、冷却ジャケット１０１内に収容された還元剤噴射弁３１が排気管１１の一部である接続管３５に取り付けられた状態を示している。この冷却ジャケット１０１の内部には、冷却水循環通路８５に接続され、冷却水循環通路８５の一部として構成される冷却水通路１０３が設けられている。この冷却ジャケット１０１に設けられた冷却水通路１０３内を冷却水が通過することにより、還元剤噴射弁３１と冷却水との熱交換が行われ、還元剤噴射弁３１が冷却される。

（３）切替手段
　上述したように、還元剤噴射弁３１は冷却ジャケット１０１内に収容され、内燃機関５の冷却装置を冷却ジャケット１０１の冷却水通路１０３を通過させることによって還元剤噴射弁３１の冷却が行われる。ただし、内燃機関５の冷却水は、一般に７０～８０℃程度に保持されており、この冷却水を用いて還元剤噴射弁３１の冷却が行われると、還元剤噴射弁３１が効率的に冷却される一方、還元剤噴射弁３１の温度が、尿素水溶液の溶媒が蒸発し、尿素が結晶化しやすい８０～１００℃に維持されやすくなる。

　また、尿素水溶液は、寒冷時において凍結するおそれがある。凍結温度は濃度によって異なるが、例えば、濃度が３２．５％の尿素水溶液の凍結温度はおよそ－１１℃である。したがって、寒冷時において内燃機関５が停止状態にあるときに、尿素水溶液が還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａで凍結し、内燃機関５の始動時に還元剤噴射弁３１の詰まりが生じた状態になるおそれがある。

　そのため、本実施形態の排気浄化装置１００は、第１の実施の形態と同様に、還元剤噴射弁３１の上流側に、排気ガスの流れ方向を切替えるための切替手段１３を備えている。
　図９（ａ）～（ｂ）は、第１の実施の形態で説明した切替手段１３Ａを用いた例を示しており、図９（ａ）は、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがない場合、あるいは噴射通路９３ａやノズル孔９８ａで還元剤が結晶化又は凍結していない場合の、通常時の切替手段１３Ａの状態を示している。図９（ａ）に示す状態では、一対の遮蔽板１３ａによって形成される排気通路が分流部１６の出口部分の中央部に形成されるとともに、第１の通路２１の出口有効面積及び第２の通路２２の出口有効面積が均等にされている。この状態では、一対の遮蔽板１３ａの間を通過する排気ガスが還元剤噴射弁３１の取付側又はその反対側のいずれかに偏って流されることはない。

　一方、図９（ｂ）は、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがある場合、あるいは噴射通路９３ａやノズル孔９８ａで還元剤が結晶化又は凍結していた場合の切替手段１３Ａの状態を示しており、分流部１６の出口側において、第１の通路２１の出口有効面積に対して第２の通路２２の出口有効面積が大きくなるように、一対の遮蔽板１３ａが保持されている。この図９（ｂ）の状態では、第２の通路２２を通過する排気ガスは、出口部分においてテーパ形状に沿って還元剤噴射弁３１の取付側に向かって流されるとともに、第１の通路２１を通過する排気ガスは、出口部分において渦流の効果によって、やはり還元剤噴射弁３１の取付側に向かって流される。その結果、排気ガスは全体として還元剤噴射弁３１に近付けられるように流されることになり、排気熱によって還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ近傍が加熱される。

　なお、本実施形態においても、排気ガスの流れ方向が切替えられるものであれば切替手段１３の構成は特に制限されものではない。

（４）制御装置（ＤＣＵ）
　図１０は、本実施形態の排気浄化装置１００に備えられたＤＣＵ６０Ｂにおける、還元剤噴射弁及びポンプの駆動制御に関する部分と、排気ガスの流れ方向の切替手段の制御に関する部分とについて、機能的なブロックで表した構成例を示している。

　ＤＣＵ６０Ｂは、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＣＡＮ情報取出生成部（図１０では「ＣＡＮ情報取出生成」と表記。）と、ポンプ駆動制御部（図１０では「ポンプ駆動制御」と表記。）と、還元剤噴射弁の動作制御部（図１０では「Udv動作制御」と表記）と、異常判定部（図１０では「異常判定」と表記。）と、切替手段制御部（図１０では「切替手段制御」と表記。）等を主要な構成要素として構成されている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプログラムの実行によって実現されるものである。

　このうち、ＣＡＮ情報取出生成部、ポンプ駆動制御部、及び還元剤噴射弁の動作制御部の各部の機能は、基本的に第１の実施の形態のＤＣＵと同様であるため、詳細な説明を省略する。

　ＤＣＵ６０Ｂの異常判定部は、温度センサ３３のセンサ値Tdosや、排気ガス温度Tgas、内燃機関の運転状態等の情報に基づいて還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８部分の温度Tnzlを推定する還元剤噴射弁温度推定部（図１０では「Udv温度推定」と表記。）と、算出されたノズルプレート９８部分の温度Tnzlをもとに還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるかを診断する結晶化診断部（図１０では「結晶化診断」と表記。）と、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていないかを診断する詰まり診断部（図１０では「詰まり診断」と表記。）とを備えている。

　このうち、還元剤噴射弁温度推定部では、第１の実施の形態のＤＣＵ６０Ａの還元剤噴射弁温度推定部と同様に、還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８部分の温度Tnzlが推定される。
　また、結晶化診断部では、還元剤噴射弁温度推定部で推定されたノズルプレート９８の温度Tnzlと、所定の結晶化温度基準値Tnzl1とが比較され、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるか否かが推定される。還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるか否かの判定結果は、切替手段制御部に対して出力される。本実施形態の排気浄化装置１００においては、結晶化温度基準値Tnzl1は１２０℃に設定されている。

　また、詰まり診断部では、圧力センサ４３のセンサ値Pdosが継続的に読み込まれ、ポンプ４１による還元剤の圧送を停止するとともに還元剤噴射弁３１を開放した場合における圧力センサ４３のセンサ値Pdosの低下率が監視され、還元剤の結晶化や凍結による還元剤噴射弁３１の詰まりの発生が推定される。還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で詰まりが生じているか否かの判定結果は、切替手段制御部に対して出力される。

　ただし、これらの各診断部における診断方法は特に制限されるものではなく、公知の方法を含めて種々の方法が考えられる。

　また、切替手段制御部では、異常判定部による推定結果にもとづいて切替手段１３の制御が行われ、排気ガスの流れ方向が切替えられる。本実施形態の排気浄化装置１００に備えられたＤＣＵ６０Ｂでは、還元剤噴射弁３１のノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあると判定されたり、あるいは、還元剤の結晶化又は凍結によって噴射通路９３ａやノズル孔９８ａが詰まっていると判定されたりしたときに、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１の取付側に向けられる。

　また、本実施形態の排気浄化装置１００に備えられたＤＣＵ６０Ｂにおいても、切替手段制御部にタイマが接続されており、排気ガスの流れ方向が切替えられてからの経過時間の計測が行われる。そして、排気ガスの流れ方向を切替えてから所定期間が経過すると、排気ガスの流れ方向が元に戻されるように切替手段１３の制御が行われる。したがって、排気ガスの流れ方向が切替えられている時間が所定期間以内に抑えられて、排気ガスの流れ方向が一方向に偏っていることに起因する排気ガスと還元剤との混合性の低下や、第１の通路２１の出口有効面積が小さくされることに起因する排気圧力への影響を抑えながら、排気ガスの流れ方向の切替えが行われる。

　なお、排気ガスの流れ方向を切替えた後、流れ方向が元に戻される条件は、第１の実施の形態のＤＣＵ６０Ａと同様に、上述の所定期間が経過した場合以外にも、還元触媒１７におけるＮＯ_Xの浄化効率を条件としたり、経過時間及びＮＯ_Xの浄化効率の２つの条件を併用したりしてもよい。

２．排気浄化装置の制御方法
　次に、図７に示す本実施形態の排気浄化装置１００を用いて行われる排気浄化装置の制御方法のルーチンの一例について、図７の排気浄化装置１００の構成を参照しつつ、図１１のフローに基づいて説明する。なお、このルーチンは、内燃機関５の運転時において常時実行されてもよいし、あるいは、必要に応じて実行されてもよい。

　まず、スタート後のステップＳ２０において、温度センサ３３のセンサ値Tdosや、内燃機関５の運転状態に基づき推定される排気ガス温度Tgas、その他内燃機関５の運転状態に関する情報が読み込まれる。次いで、ステップＳ２１では、ステップＳ２０で読み込まれた情報に基づき、還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８の温度Tnzlの演算が行われる。

　次いで、ステップＳ２２では、算出されたノズルプレート９８の温度Tnzlの値が上述した結晶化温度基準値Tnzl1未満であるか否かが判別される。ノズルプレート９８の温度Tnzlが結晶化温度基準値Tnzl1未満の場合には還元剤噴射弁の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあることからステップＳ２４に進む一方、ノズルプレート９８の温度Tnzlが結晶化温度基準値Tnzl1以上の場合には還元剤噴射弁の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがなく、ステップＳ２３に進む。

　ステップＳ２３では、詰まり診断の結果に基づき、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａが、還元剤の結晶化や凍結によって詰まりを生じているか否かが判別される。還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていると判定された場合にはステップＳ２４に進む一方、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていないと判定された場合にはステップＳ２０に戻り、再びこれまでのステップが繰り返される。

　還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあり、また、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていると判定されて進んだステップＳ２４では、内燃機関５から排出される排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上であるか否かが判別される。排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0未満の場合には、ステップＳ２５に進み、ＥＣＵ７０によって排気ガス温度Tgasを上昇させる制御が行われる。
　本実施形態の排気浄化装置１００の場合、ステップＳ２５では、内燃機関５への燃料噴射量を増やしたり、噴射タイミングを遅らせたりするなどの方法によって排気ガスに含まれる未燃燃料の量を増大させる制御が行われる。その結果、排気ガスが切替手段１３の上流側に備えられた酸化触媒１４を通過する際に、未燃燃料が酸化され、その酸化熱によって排気ガス温度Tgasが上昇する。ただし、排気ガス温度Tgasを上昇させる方法は、排気ガスに含まれる未燃燃料の量を増大させる方法以外にも種々採用することができる。

　ステップＳ２５で排気ガス温度Tgasが上昇させられた後は、再びステップＳ２４に戻り、排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上になったか否かが判別され、排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上になるまで、排気ガス温度Tgasの上昇制御が継続される。

　排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上になった後、ステップＳ２６では、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ近傍に排気熱が伝達されるように、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が切替えられ、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１に向けられる。その後、ステップＳ２７でタイマが作動させられ、ステップＳ２８でタイマが終了したか否かの判別が行われる。そして、ステップＳ２８でタイマが終了したと判別されると、ステップＳ２９に進み、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が元に戻される。

　以降は、再びステップＳ２０に戻りこれまでのステップが繰り返され、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあり、また、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じている場合には、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１に向かうように切替手段１３の制御が行われる。
　本実施形態の排気浄化装置の制御方法によれば、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあり、また、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じている場合に排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１に向けられるため、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲の温度が上昇させられ、還元剤の結晶化が防止され、あるいは、結晶化又は凍結していた還元剤が溶解される。また、あらかじめ設定された時間だけ排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁３１に向けた後、再び元に戻しながらこの切替制御が行われるため、還元剤噴射弁３１から供給される還元剤と排気ガスとの混合性の低下や、排気ガスの圧力損失の増大が避けられる。

［第３の実施の形態］
　本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態で説明した排気浄化装置の異常判定部に、第２の実施の形態の異常判定部の機能が付加された構成の排気浄化装置及びそのような排気浄化装置の制御方法である。
　以下、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の排気浄化装置の構成と同じ点については適宜説明を省略しつつ、本実施形態の排気浄化装置及びその制御方法について説明する。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の排気浄化装置と共通する部材等については同一の符号が用いられ、適宜説明が省略されている。

１．内燃機関の排気浄化装置
（１）全体構成
　本実施形態の排気浄化装置は、基本的には図１に示す第１の実施の形態で説明した排気浄化装置１０と同様に構成されている。

（２）制御装置（ＤＣＵ）
　図１２は、本実施形態の排気浄化装置に備えられたＤＣＵ６０Ｃにおける、還元剤噴射弁３１及びポンプ４１の駆動制御に関する部分と、排気ガスの流れ方向の切替手段の制御に関する部分とについて、機能的なブロックで表した構成例を示している。

　ＤＣＵ６０Ｃは、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＣＡＮ情報取出生成部（図１２では「ＣＡＮ情報取出生成」と表記。）と、ポンプ駆動制御部（図１２では「ポンプ駆動制御」と表記。）と、還元剤噴射弁の動作制御部（図１２では「Udv動作制御」と表記）と、異常判定部（図１２では「異常判定」と表記。）と、切替手段制御部（図１２では「切替手段制御」と表記。）等を主要な構成要素として構成されている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプログラムの実行によって実現されるものである。

　このうち、ＣＡＮ情報取出生成部、ポンプ駆動制御部、及び還元剤噴射弁の動作制御部の各部の機能は、基本的に第１の実施の形態のＤＣＵと同様であるため、説明を省略する。

　また、ＤＣＵ６０Ｃの異常判定部は、温度センサ３３のセンサ値Tdosや、排気ガス温度Tgas、内燃機関の運転状態等の情報に基づいて還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８部分の温度Tnzlを推定する還元剤噴射弁温度推定部（図１２では「Udv温度推定」と表記。）と、算出されたノズルプレート９８部分の温度Tnzlをもとに還元剤噴射弁３１が熱損傷を受け得る状態にあるか否かを判定する熱損傷判定部（図１２では「熱損傷判定」と表記。）と、算出されたノズルプレート９８部分の温度Tnzlをもとに還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化し得る状態にあるかを診断する結晶化診断部（図１２では「結晶化診断」と表記。）と、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていないかを診断する詰まり診断部（図１２では「詰まり診断」と表記。）とを備えている。
　異常判定部に備えられた各部の構成については、第１の実施の形態又は第２の実施の形態でそれぞれ説明した各部の構成と同じであるため、ここでの説明を省略する。

２．排気浄化装置の制御方法
　次に、本実施形態の排気浄化装置を用いて行われる排気浄化装置の制御方法のルーチンの一例について、図１の排気浄化装置１０の構成を参照しつつ、図１３のフローに基づいて説明する。なお、このルーチンは、内燃機関５の運転時において常時実行されてもよいし、あるいは、必要に応じて実行されてもよい。

　まず、スタート後のステップＳ３０において、温度センサ３３のセンサ値Tdosや、内燃機関５の運転状態に基づき推定される排気ガス温度Tgas、その他内燃機関５の運転状態に関する情報が読み込まれる。次いで、ステップＳ３１では、ステップＳ３０で読み込まれた情報に基づき、還元剤噴射弁３１のノズルプレート９８の温度Tnzlの演算が行われる。

　次いで、ステップＳ３２では、算出されたノズルプレート９８の温度Tnzlの値が上述した耐熱温度基準値Tnzl0以上であるか否かが判別される。ノズルプレート９８の温度Tnzlが耐熱温度基準値Tnzl0以上の場合には還元剤噴射弁３１が熱損傷を受けるおそれがあることから、ステップＳ３３に進み、排気ガスの流れ方向を還元剤噴射弁から逸らすように、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が切替えられる。

　一方、ノズルプレート９８の温度Tnzlが耐熱温度基準値Tnzl0未満の場合には、ステップＳ３４に進み、今度は、算出されたノズルプレート９８の温度Tnzlの値が上述した結晶化温度基準値Tnzl1未満であるか否かが判別される。ノズルプレート９８の温度Tnzlが結晶化温度基準値Tnzl1未満の場合には還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあることからステップＳ３６に進む一方、ノズルプレート９８の温度Tnzlが結晶化温度基準値Tnzl1以上の場合には還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがないことから、ステップＳ３５に進む。

　ステップＳ３５では、詰まり診断の結果に基づき、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａが、還元剤の結晶化や凍結によって詰まりを生じているか否かが判別される。還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていると判定された場合にはステップＳ３６に進む一方、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていないと判定された場合にはステップＳ３０に戻り、再びこれまでのステップが繰り返される。

　還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあり、また、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じていると判定されて進んだステップＳ３６では、内燃機関５から排出される排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上であるか否かが判別される。排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0未満の場合には、ステップＳ３７に進み、ＥＣＵ７０によって排気ガス温度Tgasを上昇させる制御が行われる。排気ガス温度Tgasを上昇させる方法は、第２の実施の形態で説明したとおりである。

　ステップＳ３７で排気ガス温度Tgasが上昇させられた後は、再びステップＳ３６に戻り、排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上になったか否かが判別され、排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上になるまで、排気ガス温度Tgasの上昇制御が継続される。

　排気ガス温度Tgasが切替温度基準値Tgas0以上になった後、ステップＳ３８では、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ近傍に排気熱が伝達されるように、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が切替えられ、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１に向けられる。

　ステップＳ３３又はステップＳ３８において、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が切替えられると、ステップＳ３９に進みタイマが作動させられた後、ステップＳ４０でタイマが終了したか否かの判別が行われる。そして、ステップＳ４０でタイマが終了したと判別されると、ステップＳ４１に進み、切替手段１３によって排気ガスの流れ方向が元に戻される。

　ステップＳ４１で、排気ガスの流れ方向が元に戻される条件は、上述の所定期間が経過した場合以外にも、還元触媒１７におけるＮＯ_Xの浄化効率を条件としたり、経過時間及びＮＯ_Xの浄化効率の２つの条件を併用したりしてもよい。

　以降は、再びステップＳ３０に戻りこれまでのステップが繰り返され、還元剤噴射弁３１の熱損傷が生じ得る状態にある場合には、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１から逸れるように切替手段１３の制御が行われる。一方、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあり、また、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じている場合には、排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１に向かうように切替手段１３の制御が行われる。

　本実施形態の排気浄化装置の制御方法によれば、還元剤噴射弁３１の熱損傷のおそれがある場合に排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１から逸らされるため、還元剤噴射弁３１の温度上昇が抑えられ、還元剤噴射弁３１の熱損傷が低減される。さらに、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａ又はノズル孔９８ａの周囲で還元剤が結晶化するおそれがあり、また、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの詰まりが生じている場合に排気ガスの流れ方向が還元剤噴射弁３１に向けられるため、還元剤噴射弁３１の噴射通路９３ａやノズル孔９８ａの周囲の温度が上昇させられ、還元剤の結晶化が防止され、あるいは、結晶化又は凍結していた還元剤が溶解される。
　したがって、還元剤噴射弁３１の熱損傷を防止しつつ、還元剤の結晶化又は凍結が防止され、還元剤噴射弁３１からの還元剤の供給が安定的に行われるようになる。

Claims (7)

1. 　内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化するための還元剤を排気通路内に供給する還元剤噴射弁と、前記還元剤噴射弁よりも排気下流側に配設された還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
   　前記還元剤噴射弁よりも排気上流側に配設され、前記排気ガスの流れ方向を切替える切替手段と、
   　前記還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否か、前記還元剤噴射弁の噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化し得る状態にあるか否か、及び前記噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化又は凍結しているか否か、のうちの少なくとも一つを判定する異常判定部と、
   　前記異常判定部による判定結果をもとに前記切替手段を制御する切替手段制御部と、
   　を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 　前記切替手段制御部は、前記異常判定部により前記還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあると判定された場合に、前記排気ガスの流れ方向を前記還元剤噴射弁から逸らすように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 　前記切替手段制御部は、前記異常判定部により前記噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化し得る状態にあると判定された場合に、前記排気ガスの流れ方向を前記還元剤噴射弁に向けるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 　前記切替手段制御部は、前記異常判定部により前記噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化又は凍結していると判定された場合に、前記排気ガスの流れ方向を前記還元剤噴射弁に向けるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 　前記切替手段制御部は、前記異常判定部により前記噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化又は凍結していると判定された場合に、前記排気ガスの温度が所定温度以上であるときに前記排気ガスの流れ方向を前記還元剤噴射弁に向けるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 　前記切替手段制御部は、あらかじめ設定された所定期間、前記排気ガスの流れ方向を前記還元剤噴射弁から逸らすように、又は、前記還元剤噴射弁に向けるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 　内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化するための還元剤を排気通路内に供給する還元剤噴射弁と、前記還元剤噴射弁よりも排気下流側に配置された還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置を制御するための排気浄化装置の制御方法において、
   　前記還元剤噴射弁が熱損傷を受け得る状態にあるか否か、前記還元剤噴射弁の噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化し得る状態にあるか否か、及び、前記噴孔又は前記噴孔の周囲で前記還元剤が結晶化又は凍結しているか否か、のうちの少なくとも一つを判定し、前記判定の結果をもとに、前記還元剤噴射弁の上流側における前記排気ガスの流れ方向を切替えることを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
   
    

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