JP5751345B2 - 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、気筒内での混合気の燃焼により発生す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）を気筒内で発生す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、排気成分の１つであるＮＯｘを触媒で浄化するために、添加剤としての尿素水を噴射弁から噴射して触媒に供給するようにしている。そして、噴射弁から噴射する尿素水の量は、気筒内で発生するＮＯｘの量に応じて調整するようにしている。

特開２０００−２６５８２８号公報

ところで、噴射弁には、添加剤を噴射可能な最小開弁時間がある。そのため、この最小開弁時間と噴射圧とで求められる最少添加量よりも少ない量の添加剤を噴射弁から噴射させることはできない。

他方、機関の低負荷運転時などにおいて、排気成分の発生量が非常に少なくなると、排気成分の発生量に応じた添加剤の添加量が最少添加量よりも少なくなる可能性があり、この場合には、実際に噴射される添加剤の量が、排気成分の発生量に応じた添加剤の量よりも多くなる。そのため、排気成分の発生量に対して過剰な量の添加剤が噴射され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、排気成分の発生量に対して過剰な量の添加剤が噴射されることを抑え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、気筒内での混合気の燃焼により発生する排気成分を浄化する触媒と、尿素水を添加剤として噴射して触媒に添加する噴射弁と、排気成分の発生量を検出する検出部と、噴射弁から噴射する添加剤の量（以下、「添加量」とする）を制御する制御部と、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、前回に添加剤を噴射してからの排気成分の発生量の積算値が基準値以上になってから添加剤を前記噴射弁から噴射させる添加処理を実行する。

上記添加剤供給装置の制御部は、上記添加処理を実行しているときには、排気成分の発生量の積算値が基準値以上になってから添加剤の噴射を行う。従って、上記添加処理を実行しているときには、排気成分の発生量が少なく積算値が基準値に満たない間は、添加剤の噴射が行われない。そのため、例えば排気成分の発生量が少なく、その発生量に応じた添加剤の添加量が噴射弁から噴射可能な最少量よりも少なくなる場合での添加剤噴射を抑えることができる。従って、上記添加剤供給装置によれば、排気成分の発生量に対して過剰な量の添加剤が噴射されることを抑えることができる。

なお、上記検出部による排気成分の発生量の検出は、センサなどを利用して直接検出したり、機関運転状態などから発生量を推定することにより間接的に検出したりすることができる。

上述した制御部による添加処理は、噴射弁から噴射可能な最少量の添加剤で浄化できる排気成分の浄化量よりも排気成分の発生量が少ないときに実行することが好ましい。

また、上記基準値は、噴射弁から噴射可能な最少量の添加剤で浄化できる排気成分の浄化量以上の値に設定することが好ましい。

本発明の一態様では、上記触媒は、添加剤に由来する排気の浄化成分を吸着するとともにその吸着した浄化成分を利用して排気成分を選択的に還元して浄化する触媒である。この場合には、排気成分の発生量の積算値が基準値に満たず、添加剤の噴射が行われない期間での排気成分の浄化は、触媒に吸着されている浄化成分を利用して行われる。従って、添加剤の噴射が行われない期間においても排気成分を浄化することができる。

本発明の一態様では、制御部は、添加処理による添加剤の噴射を行うとき、積算値に応じた量の添加剤を噴射弁から噴射させる。この場合には、排気成分の発生量の積算値が基準値以上になって添加剤の噴射を行うときには、積算値に応じた量の添加剤が噴射弁から噴射される。従って、添加剤の噴射が行われない期間において上記触媒で消費された浄化成分の吸着量を回復させることができる。

本発明の一態様では、制御部は、機関運転状態が過渡状態のときには、上記積算値の算出を中止するとともに、検出部にて検出される排気成分の発生量に応じた量の添加剤を噴射弁から噴射させる。

機関運転状態が過渡状態のときには、定常状態のときに比べて排気成分の発生量が大きく変化する。こうした発生量の変化に対して上述した積算値の算出が追従できないと、排気成分の発生量の実際の積算値と計算上の積算値との間に乖離が生じる。そのため、実際の積算値が基準値以上になっているにもかかわらず、添加剤の噴射が行われないことにより排気成分を適切に浄化できない状態となったり、実際の積算値が基準値に満たないにもかかわらず、添加剤の噴射が行われることにより排気成分の発生量に対して過剰な量の添加剤が噴射される状態になったりするおそれがある。そこで、制御部は、機関運転状態が過渡状態のときには、上記積算値の算出を中止する。そして、制御部は、上記検出部にて検出される排気成分の発生量に応じた量の添加剤を噴射弁から噴射させる。これにより上記積算値の算出を中止しても、排気成分の発生量に応じた量の添加剤が添加されるようになり、機関運転状態が過渡状態のときでも、排気成分を適切に浄化したり、排気成分の発生量に対して過剰な量の添加剤が噴射されることを抑えたりすることができる。

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一実施形態について、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。 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。

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一実施形態について、図１及び図２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が開弁されると、供給管２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

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から噴射されて霧化した尿素水が、排気中で加水分解されることによりアンモニアが発生し、ＳＣＲ触媒４１に吸着される。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。外気温センサ２３は、外気温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、つまり気筒内での混合気の燃焼により発生したＮＯｘの量を検出する。より具体的には、第１ＮＯｘセンサ１３０は、排気中のＮＯｘの濃度（単位：ｐｐｍ）である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。この第１ＮＯｘセンサ１３０は、上記検出部に相当する。

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や燃料添加弁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、気筒内での混合気の燃焼により発生するＮＯｘの量に応じて尿素添加量（尿素噴射量）ＱＥを設定する当量比制御と、ＳＣＲ触媒４１に一定量のアンモニアを常に吸着させておく吸着制御とを行う。

当量比制御では、気筒内で発生したＮＯｘを還元処理するために必要な尿素添加量ＱＥがＮＯｘの発生量に応じて、より厳密にはＳＣＲ触媒４１で浄化される前のＮＯｘの量に応じて算出される。そして、算出された尿素添加量ＱＥと尿素噴射弁２３０に供給される尿素水の供給圧とを考慮して尿素噴射弁２３０の開弁時間が設定され、尿素噴射弁２３０の開閉動作が制御される。この当量比制御により、気筒内で発生したＮＯｘの量に応じて尿素添加量が調整される。

吸着制御では、ＳＣＲ触媒４１の温度（近似的には第２排気温度ＴＨ２で代用可能）等に基づき、ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアの目標吸着量が設定される。そして、ＳＣＲ触媒４１に吸着されているアンモニアの量が適宜の方法で推定される。例えば尿素添加量、排気温度、排気流量等といったアンモニアの吸着量に相関するパラメータに基づいて実際に吸着されているアンモニアの量が推定される。そして、実際のアンモニア吸着量が目標吸着量に達するまで尿素水の添加を行う。このようにしてＳＣＲ触媒４１に一定量のアンモニアを吸着させておくことにより、尿素水を添加できないとき（例えば尿素水の凍結時）や、機関冷間時であって尿素水を噴射してもアンモニアが発生しにくいときでも、ＮＯｘが適切に浄化される。

ところで、上述したように、尿素噴射弁２３０には、尿素水を噴射可能な最小開弁時間がある。そのため、この最小開弁時間と尿素水の供給圧とで求められる尿素水の最少添加量（最小噴射量）ＱＭＩＮよりも少ない量の尿素水を尿素噴射弁２３０から噴射させることはできない。そのため、エンジン１の低負荷運転時などにおいて、ＮＯｘ発生量が非常に少なくなると、当量比制御で設定される尿素水の添加量が最少添加量ＱＭＩＮよりも少なくなる可能性があり、この場合には、実際に噴射される尿素水の量が、ＮＯｘ発生量に応じた尿素水の量よりも多くなる。そのため、ＮＯｘ発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、ＮＯｘ発生量の積算値を算出し、その算出された積算値が所定の基準値以上になってから添加剤を尿素噴射弁２３０から噴射させる添加処理を行うことにより、過剰な量の尿素水が噴射されてしまうことを抑えるようにしている。

図２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１ＮＯｘ濃度Ｎ１と吸入空気量ＧＡとに基づき、気筒内で発生したＮＯｘの量であるＮＯｘ発生量ＮＴを算出する（Ｓ１００）。

次に、制御装置８０は、ＮＯｘ変化量ΔＮＴが判定値αよりも少ないか否かを判定する（Ｓ１１０）。ＮＯｘ変化量ΔＮＴは、所定期間内におけるＮＯｘ発生量ＮＴの変化量であり、例えば本処理を前回実行したときに算出されたＮＯｘ発生量ＮＴと、本処理を今回実行したときに算出されたＮＯｘ発生量ＮＴとの差をＮＯｘ変化量ΔＮＴとしてもよい。また判定値αとしては、ＮＯｘ変化量ΔＮＴがこの判定値αよりも大きくなっていることに基づいて、現在のエンジン１の運転状態が、ＮＯｘ発生量の積算値の算出が追従できないほどにＮＯｘの発生量が大きく変化する過渡状態であ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、ＮＯｘ変化量ΔＮＴが判定値αよりも少ないときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御装置８０は、エンジン１が過渡状態にはなく、ＮＯｘの発生量が大きく変化しない定常状態であると判断する。

次に、制御装置８０は、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳを算出する（Ｓ１２０）。この積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは、ＮＯｘ発生量ＮＴを積算した値であり、本処理を前回実行したときに算出された積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳに対して、本処理を今回実行したときに算出された上記ＮＯｘ発生量ＮＴを加算することにより、本処理を今回実行したときの積算ＮＯｘ発生量が算出される。なお、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの初期値は「０」に設定されている。従って、この積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは、機関始動後において尿素水が一度も噴射されていない場合には、エンジン１を始動してから現在までの間において気筒内で発生したＮＯｘ量の積算値となる。また、後述するように、尿素添加を実行するときにはその実行に先立って、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは「０」にリセットされる。従って、この積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは、機関始動後において尿素水を噴射した履歴がある場合、前回尿素水を噴射してから現在までの間において気筒内で発生したＮＯｘ量の積算値となる。

次に、制御装置８０は、ステップＳ１２０で算出した積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが所定の基準値である判定値β以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。この判定値βは、尿素噴射弁２３０から噴射可能な上記最少添加量ＱＭＩＮの尿素水で浄化することのできるＮＯｘの浄化量ＣＮが設定されている。

そして、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値βに満たないときには（Ｓ１３０：ＮＯ）、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが上記浄化量ＣＮよりも少ない状態となっている。つまり、最少添加量ＱＭＩＮ分の尿素水を添加した場合、発生したＮＯｘを全て浄化してもまだアンモニアが余る状態となり、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が添加されることになる。従って、この場合には、制御装置８０は、尿素添加を行うことなく、本処理を一旦終了する。そして、次回以降の本処理の実行時において、ステップＳ１１０で肯定判定されるたびに積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの値は大きくなっていく。

こうして積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの値が大きくなり、ステップＳ１３０にて、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上であると制御装置８０が判定するときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが上述した浄化量ＣＮ以上に多い状態となっている。つまり、最少添加量ＱＭＩＮ分の尿素水を添加した場合、添加した尿素水の全てがＮＯｘの浄化に利用されるため、添加された尿素水から生じるアンモニアは余らない状態となり、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が添加されることはない。そして、尿素噴射弁２３０は、最少添加量ＱＭＩＮよりも少ない量の尿素水を噴射することはできないが、最少添加量ＱＭＩＮ以上の量の尿素水を噴射することはできる。そこで、制御装置８０は、判定値βよりも大きい値となっている積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳに応じた尿素添加量ＱＥ、つまりＮＯｘ発生量ＮＴの積算を開始してからその積算値が判定値βを超えるまでの間に発生したＮＯｘを浄化するために必要な尿素添加量ＱＥを設定する（Ｓ１４０）。

こうして制御装置８０は、尿素添加量ＱＥを設定すると、次に、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳを「０」にリセットする（Ｓ１５０）。そして、制御装置８０は、ステップＳ１４０にて設定された尿素添加量ＱＥによる尿素添加を実行して（Ｓ１６０）、本処理を一旦終了する。

他方、上記ステップＳ１１０にて、制御装置８０は、ＮＯｘ変化量ΔＮＴが判定値α以上であると判定すると（Ｓ１１０：ＮＯ）、制御装置８０は、エンジン１が過渡状態にあり、ＮＯｘの発生量が大きく変化していると判断する。そして、ステップＳ１１０にて否定判定されたときには、ＮＯｘ発生量ＮＴに応じた尿素添加量ＱＥ、つまり現在検出されているＮＯｘの発生量分を浄化するために必要とされる尿素添加量ＱＥを設定する（Ｓ１７０）。

こうして制御装置８０は、尿素添加量ＱＥを設定すると、次に、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳを「０」にリセットし、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出を中止する（Ｓ１５０）。そして、制御装置８０は、ステップＳ１７０にて設定された尿素添加量ＱＥによる尿素添加を実行して（Ｓ１６０）、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。

先の図２に示したステップＳ１３０では、制御装置８０は、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上であるか否かを判定する。その判定値βとして、尿素噴射弁２３０から噴射可能な最少添加量ＱＭＩＮの尿素水で浄化できるＮＯｘの浄化量ＣＮを設定している。

そして、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値βに満たないとき（Ｓ１３０：ＮＯ）、つまり尿素噴射弁２３０から噴射可能な最少添加量ＱＭＩＮで浄化できるＮＯｘの浄化量ＣＮよりも積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが少なく、その浄化量ＣＮよりもＮＯｘの発生量が少ないときには、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出を継続する。そして、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上になると（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、尿素添加が実行される（Ｓ１６０）。

このように上記添加処理を実行しているときには、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β（基準値）以上になってから尿素水の噴射が行われる。従って、上記添加処理を実行しているときには、ＮＯｘ発生量が少なく積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値βに満たない間は、尿素水の噴射が行われない。そのため、ＮＯｘの発生量が少なく、ＮＯｘ発生量に応じた尿素水の添加量が最少添加量ＱＭＩＮよりも少ないときには、尿素水の噴射が行われないようになる。従って、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されることを抑えることができる。

また、ＳＣＲ触媒４１は、尿素水に由来するＮＯｘの浄化成分であるアンモニアを吸着するとともにその吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを浄化することができる。従って、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値βよりも少なく、尿素水の噴射が行われない期間においては、ＳＣＲ触媒４１に吸着されたアンモニアを利用してＮＯｘを浄化することができる。従って、尿素水の噴射が行われない期間においてもＮＯｘを浄化することができる。

また、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上になって尿素水を噴射するときには、ステップＳ１４０にて、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳに応じた尿素添加量ＱＥが設定されることにより、ステップＳ１６０での尿素添加の実行に際しては、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳに応じた量の尿素水が尿素噴射弁２３０から噴射される。従って、尿素水の噴射が行われない期間においてＳＣＲ触媒４１で消費されたアンモニアの吸着量が回復するようになる。

他方、機関運転状態が過渡状態のときには、定常状態のときに比べてＮＯｘの発生量が大きく変化する。こうした発生量の変化に対して積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出が追従できないと、ＮＯｘ発生量の実際の積算値と計算上の積算値との間に乖離が生じる。

例えば機関負荷が増大する過渡時には、ＮＯｘの発生量が増大する。こうした発生量の増大に対して積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出が追従できないと、ＮＯｘ発生量の実際の積算値に対して計算上の積算値である積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは少なくなる方向にずれて算出されるようになる。そのため、ＮＯｘ発生量の実際の積算値が判定値β以上になっているにもかかわらず、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは判定値βに満たない状態となり、尿素水の噴射が行われない状態になるため、ＮＯｘを適切に浄化することができなくなるおそれがある。

また、例えば機関負荷が低下する過渡時には、ＮＯｘの発生量が減少する。こうした発生量の減少に対して積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出が追従できないと、ＮＯｘ発生量の実際の積算値に対して計算上の積算値である積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは多くなる方向にずれて算出されるようになる。そのため、ＮＯｘ発生量の実際の積算値が判定値βに満たないにもかかわらず、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳは判定値β以上になり、尿素水の噴射が行われる状態になるため、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されるおそれがある。

そこで、制御装置８０は、ステップＳ１１０にて、ＮＯｘ変化量ΔＮＴが判定値αよりも少ないか否かを判定することにより、機関運転状態が過渡状態であるか否かを判定する。そして、機関運転状態が過渡状態であるときには、制御装置８０は、ステップＳ１５０にて積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳを「０」にリセットすることで、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出を中止する。そして、制御装置８０は、ステップＳ１７０にて、ＮＯｘ発生量ＮＴに応じた尿素添加量ＱＥ、つまり現在検出されているＮＯｘの発生量分を浄化するために必要な尿素添加量ＱＥを設定する。そして、ステップＳ１６０での尿素添加の実行に際しては、ＮＯｘ発生量ＮＴに応じた量の尿素水が尿素噴射弁２３０から噴射される。これにより積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出を中止しても、ＮＯｘ発生量ＮＴに応じた量の尿素水が添加されるようになる。従って、機関運転状態が過渡状態のときでも、ＮＯｘを適切に浄化したり、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されることを抑えたりすることができる。

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から噴射可能な最少添加量ＱＭＩＮの尿素水で浄化できるＮＯｘの浄化量ＣＮよりもＮＯｘの発生量が少ないときには、ＮＯｘ発生量ＮＴを積算して積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳを算出する。また、判定値βとして、尿素噴射弁２３０から噴射可能な最少添加量ＱＭＩＮの尿素水で浄化できるＮＯｘの浄化量ＣＮを設定している。そして、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上になってから尿素水の噴射を行うようにしている。そのため、ＮＯｘの発生量が少なく、その発生量に応じた尿素水の添加量が最少添加量ＱＭＩＮよりも少なくなる場合の尿素水噴射を抑えることができる。従って、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されることを抑えることができる。

（２）尿素水に由来するＮＯｘの浄化成分であるアンモニアを吸着するとともにその吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４１を備えるようにしている。従って、尿素水の噴射が行われない期間においてもＮＯｘを浄化することができる。

（３）積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上になってから尿素水の噴射を行うときには、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳに応じた量の尿素水を尿素噴射弁２３０から噴射させるようにしている。従って、尿素水の噴射が行われない期間においてＳＣＲ触媒４１で消費されたアンモニアの吸着量を回復させることができる。

（４）機関運転状態が過渡状態のときには、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳの算出を中止するとともに、第１ＮＯｘセンサ１３０にて検出されるＮＯｘの発生量に応じた量の尿素水を尿素噴射弁２３０から噴射するようにしている。従って、機関運転状態が過渡状態のときでも、ＮＯｘを適切に浄化することができる、また、機関運転状態が過渡状態のときでも、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されること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。

・上記実施形態では、判定値βとして、尿素噴射弁２３０から噴射可能な最少添加量ＱＭＩＮの尿素水で浄化できるＮＯｘの浄化量ＣＮを設定するようにしたが、この浄化量ＣＮ以上の量を設定してもよい。この場合でも、ＮＯｘの発生量が少なく、その発生量に応じた尿素水の添加量が最少添加量ＱＭＩＮよりも少なくなる場合の尿素水噴射を抑えることができる。従って、ＮＯｘの発生量に対して過剰な量の尿素水が噴射されることを抑えることができる。

・積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳが判定値β以上になってから尿素水を添加するときには、積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳに応じた量の尿素水を尿素噴射弁２３０から噴射するようにしたが、この他の量に応じた量の尿素水を噴射するようにしてもよい。例えば積算ＮＯｘ発生量ＮＴＳと現在のＮＯｘ発生量ＮＴとを加算した量に応じた量の尿素水を噴射するようにしてもよい。

・機関運転状態が過渡状態であるか否かをＮＯｘ発生量の変化量で判定するようにしたが、この他の態様で判定してもよい。例えば吸入空気量ＧＡの変化量や、アクセル操作量ＡＣＣＰの変化量、あるいはエンジン１の燃料噴射量の変化量に基づいて過渡状態であるか否かを判定してもよい。

・先の図２に示したステップＳ１１０の処理及びステップＳ１７０の処理を省略してもよい。つまり機関運転状態が過渡状態であるかを判定する処理と、過渡状態であると判定されたときにはＮＯｘ発生量ＮＴに応じて尿素添加量ＱＥを設定する処理とを省略してもよい。この場合でも上記（１）〜（３）の効果を得ることができる。

・ＮＯｘの発生量に比例する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の濃度や発生量を推定することにより間接的にＮＯｘの発生量を検出するようにしてもよい。

・ＮＯｘを浄化する触媒として、尿素水に由来するアンモニアを吸着するとともにその吸着したアンモニアを利用してＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４１を備えるようにしたが、この他の触媒を備えるようにしてもよい。例えばアンモニアを吸着することはできないものの、触媒の表面で尿素水とＮＯｘとが接触することにより速やかにＮＯｘを浄化する触媒であってもよい。この場合でも、上記（２）以外の効果を得ることができる。

・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、固体のアンモニアから直接アンモニアガスを生成し、この生成したアンモニアガスを噴射弁から添加してもよい。また、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添加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 (6)

1. 気筒内での混合気の燃焼により発生する排気成分を浄化する触媒と、
   尿素水を添加剤として噴射して前記触媒に添加する噴射弁と、
   前記排気成分の発生量を検出する検出部と、
   前記噴射弁から噴射する添加剤の量を制御する制御部と、を備える内燃機関の添加剤供給装置において、
   前記触媒は、前記添加剤に由来する排気の浄化成分を吸着するとともにその吸着した浄化成分を利用して排気成分を選択的に還元して浄化する触媒であり、
   前記制御部は、前回に添加剤を噴射してからの前記発生量の積算値が基準値以上になってから添加剤を前記噴射弁から噴射させる添加処理を実行する
   内燃機関の添加剤供給装置。
2. 前記制御部は、前記発生量が、前記噴射弁から噴射可能な最少量の添加剤で浄化できる排気成分の浄化量よりも少ないときに、前記添加処理を実行する
   請求項１に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
3. 前記基準値は、前記噴射弁から噴射可能な最少量の添加剤で浄化できる排気成分の浄化量以上の値に設定されている
   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. 前記制御部は、前記添加処理による添加剤の噴射を行うときには、前記積算値に応じた量の添加剤を前記噴射弁から噴射させる
   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。
5. 前記制御部は、機関運転状態が過渡状態のときには、前記積算値の算出を中止するとともに、前記検出部にて検出される前記発生量に応じた量の添加剤を前記噴射弁から噴射させる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の添加剤供給装置。
6. 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１〜５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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