JP2014224510A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】添加弁による還元剤添加に異常が生じている場合でも、フィルタでの微粒子堆積量の増大を抑えることにより、フィルタの損傷を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気通路２８には、排気中の微粒子を捕集するフィルタ３２と、尿素水の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒４１と、尿素水を添加する尿素添加弁２３０とが設けられている。制御装置８０は、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じているときに、車両の速度が所定値を超えているときには、フィルタ３２の再生処理の実行を許可し、車両の速度が所定値以下のときには、フィルタ３２の再生処理の実行を禁止する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

排気中の微粒子を捕集するフィルタと、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を添加する添加弁とを排気通路に備えており、排気を昇温させることにより上記フィルタを再生させる再生処理を実行する排気浄化装置が知られている。

添加弁に供給される添加剤は、排気熱に曝される添加弁を冷却する効果がある。しかし、添加弁に還元剤を供給する供給装置の故障や、還元剤不足などにより、添加弁による還元剤添加に異常が生じると、還元剤による添加弁の冷却が十分に行えなくなる。こうした添加弁の冷却不足が生じているときに、フィルタの再生処理が実行されると、排気温度の上昇に伴って添加弁の温度も上昇し、同添加弁が損傷してしまうおそれがある。

そこで特許文献１に記載の装置では、還元剤を供給する供給装置に異常が検出されたときには、フィルタの再生処理を禁止するようにしている。

特開２０１０−９６１２６号公報

ところで、上述したように、上記特許文献１に記載の装置では、還元剤を供給する供給装置に異常が生じている場合、フィルタの再生処理を禁止するようにしているため、再生処理の実行による添加弁の温度上昇は抑えることができるものの、フィルタの微粒子堆積量は過度に多くなる可能性がある。

ここで、フィルタに堆積した微粒子は、フィルタの温度を高めることにより燃焼除去することが可能ではあるが、微粒子堆積量が過度に多い場合には、微粒子の燃焼温度が非常に高くなり、フィルタが損傷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、添加弁による還元剤添加に異常が生じている場合でも、フィルタでの微粒子堆積量の増大を抑えることにより、フィルタの損傷を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、排気中の微粒子を捕集するフィルタと、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、還元剤を添加する添加弁とを排気通路に備えており、排気を昇温させることによりフィルタを再生させる再生処理を実行する。そして、添加弁による還元剤添加に異常が生じており、還元剤添加による添加弁の冷却効果が得られない場合において、添加弁を冷却する冷却能力が低い状態のときには、フィルタの再生処理の実行を禁止する。これにより再生処理の実行による添加弁の損傷が抑えられる。

一方、添加弁による還元剤添加に異常が生じており、還元剤添加による添加弁の冷却効果が得られない場合において、添加弁を冷却する冷却能力が高い状態のときには、フィルタの再生処理を実行しても添加弁の温度上昇を抑えることが可能である。

そこで、上記排気浄化装置は、添加弁による還元剤添加に異常が生じている場合であっても、添加弁を冷却する冷却能力が高い状態のときにはフィルタの再生処理の実行を許可する。従って、添加弁による還元剤添加に異常が生じている場合でも、添加弁の温度上昇を抑えつつ、フィルタでの微粒子堆積量の増大を抑えることが可能になり、フィルタの損傷を抑制することができるようになる。

ところで、車両に搭載された内燃機関の排気通路に添加弁が設けられており、その排気通路が車両外部に露出して設けられている場合には、車両走行中の走行風によって添加弁が冷却される。そのため、車両の速度が高いときほど、添加弁を冷却する冷却能力は高い状態になる。従って、上記排気浄化装置が、車両に搭載される内燃機関に設けられており、かつ添加弁を備える排気通路が車両外部に露出して設けられている場合において、添加弁を冷却する冷却能力が高い状態とは、車両の速度が所定値を越えている状態であり、添加弁を冷却する冷却能力が低い状態とは、車両の速度が上記所定値以下の状態である、という構成を採用することができる。この場合には、還元剤添加による添加弁の冷却効果が得られないときにおいて、フィルタの再生処理の実行を許可するか禁止するかの判断を、車両の速度を基準にして簡便に行うことができるようになる。

また、排気温度が高くなるほど、添加弁が排気から受ける熱量は増えるため、より大きな冷却効果が必要になる。そこで、排気温度が高いときほど上記所定値は高くなるように可変設定されることが好ましい。この場合には、排気温度が高く、添加弁の受熱量が多くなるときほど、添加弁を冷却する冷却能力が高いと判断される車両の速度は高くなる。従って、走行風による添加弁の冷却能力を精度よく判断することができるようになる。

また、外気温度が高くなるほど、走行風による添加弁の冷却効果は低下する。そこで、外気温度が高いときほど上記所定値は高くなるように可変設定されることが好ましい。この場合には、外気温度が高く、走行風による添加弁の冷却効果が低下するときほど、添加弁を冷却する冷却能力が高いと判断される車両の速度は高くなる。従って、走行風による添加弁の冷却能力を精度よく判断することができるようになる。

上記排気浄化装置では、添加弁による還元剤添加に異常が生じているときにおいて、添加弁を冷却する冷却能力が低い状態のときには、フィルタの再生処理が禁止される。従って、この場合には、フィルタの微粒子堆積量が増大していくようになる。そこで、添加弁による還元剤添加に異常が生じており、フィルタの再生処理の実行が禁止される状態のときであって、フィルタの微粒子堆積量が所定量以上のときには、フィルタの再生処理の実行禁止を解除することが好ましい。この場合には、フィルタの再生処理が禁止されることによる微粒子堆積量の増大を抑えることができる。なお、上記所定量としては、通常のフィルタ再生処理を開始するときの微粒子堆積量よりも多く、かつ微粒子が燃焼してもフィルタの損傷が抑えられる微粒子堆積量の最大量以下の量とすることが望ましい。

内燃機関の排気浄化装置の一実施形態における構成を示す模式図。 同実施形態にて実行されるＰＭ再生実行フラグの設定処理についてその手順を示すフローチャート。 同実施形態の変形例において、車速判定値と排気温度との関係を示す概念図。 同実施形態の変形例において、車速判定値と外気温度との関係を示す概念図。

以下、内燃機関の排気浄化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排気浄化装置が適用された車両搭載用のディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す。

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、各気筒＃１〜＃４の燃焼室にそれぞれ燃料を噴射する。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２８に接続されている。
排気通路２８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。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２８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及びフィルタ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、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（微粒子物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ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やフィルタ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２９を介してサプライポンプ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ことも可能である。また、燃料添加弁５、燃料供給管２９、及びサプライポンプ１０を省略して、燃料のアフター噴射を実行することにより、酸化触媒３１やフィルタ３２に燃料を供給してもよい。

フィルタ３２に捕集されたＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍという）が予め定められた堆積量判定値Ａを超えると、フィルタ３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。そして、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが所定の再生終了値ＰＭｅ以下にまで減少すると、燃料添加弁５からの燃料噴射が終了されて、再生処理は終了される。

また、排気通路２８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、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒として、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２８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に還元剤を供給する還元剤供給機構としての尿素水供給機構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２８内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられた電動式のポンプ２２０等にて構成されている。

尿素添加弁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２８に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向けられている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２８内に尿素水が噴射供給される。なお、尿素添加弁２３０が設けられている上記排気通路２８は、車両外部（例えばフロアパネルの外側面など）に露出して設けられており、外気に曝されているため、車両走行中には走行風が当たるようになっている。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２８内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水をＳＣＲ触媒４１の上流で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。

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そしてこのアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＳＣＲ触媒４１に供給される。ＳＣＲ触媒４１に供給されたアンモニアは、同ＳＣＲ触媒４１に吸蔵されてＮＯｘの還元に利用される。なお、加水分解されたアンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒４１に吸蔵される前に直接ＮＯｘの還元に利用される。

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２８から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわち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。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、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。水温センサ２５は、エンジン１の冷却水温ＴＨＷを検出する。圧力センサ２６は、尿素添加弁２３０に供給される尿素水の圧力である尿素圧ＰＮを検出する。残量センサ２７は、タンク２１０に貯留されている尿素水の量である尿素水量ＲＮ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、フィルタ３２の上流及び下流の排気圧の圧力差である差圧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２８にあって、尿素添加弁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中のＮＯｘ濃度、つまりＳＣＲ触媒４１で浄化される前の排気中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。第３浄化部材５０の下流の排気通路２８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、この制御装置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の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。

また、制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、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水添加量ＮＴが機関運転状態等に基づいて算出される。そして、算出された尿素水添加量ＮＴが尿素添加弁２３０から噴射されるように、尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。

ここで、尿素添加弁２３０は、排気通路２８に設けられているため、排気熱に曝されるのであるが、尿素添加弁２３０に尿素水が供給されると、その供給された尿素水によって尿素添加弁２３０は冷却される。従って、尿素添加弁２３０による尿素水添加は、ＮＯｘの還元のみならず、尿素添加弁２３０の冷却にも効果がある。そこで、尿素水の添加制御に際して、ＮＯｘを還元処理するために必要な尿素水添加量ＮＴだけでは、尿素添加弁２３０の冷却効果を十分に得ることができない場合、尿素水添加量ＮＴは増量補正される。

なお、こうした尿素水添加量ＮＴの増量補正を行うことなく、ＮＯｘ還元用の尿素水添加とは別に、尿素添加弁２３０の冷却を主目的として尿素水添加を行うようにしてもよい。

ところで、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じて、尿素添加弁２３０に供給される尿素水の量が少なくなると、尿素水による尿素添加弁２３０の冷却が十分に行えなくなる。こうした尿素添加弁２３０の冷却不足が生じているときに、フィルタ３２の上記再生処理が実行されると、排気温度の上昇によって尿素添加弁２３０が損傷するおそれがある。

そこで、尿素水添加に異常が生じており、尿素水による尿素添加弁２３０の冷却を十分に行うことができないときには、フィルタ３２の再生処理を禁止することにより、そうした再生処理の実行による尿素添加弁２３０の熱損傷を抑えることができる。しかし、尿素水添加に異常が生じているときには、常にフィルタ３２の再生処理を禁止するようにしてしまうと、フィルタ３２の再生が行われなくなるため、フィルタ３２の微粒子堆積量が過度に多くなるおそれがある。

ここで、フィルタ３２に堆積した微粒子は、フィルタ３２の温度を強制的に高めることにより燃焼除去することが可能である。例えば、車両運転者によるスイッチ操作を通じてフィルタ３２の再生処理を強制的に行ったり、整備工場にて第１浄化部材３０からフィルタ３２を取り出し、その取り出したフィルタ３２を再生処理したりすることにより、フィルタ３２に堆積した微粒子を処理することが可能である。しかし、微粒子堆積量が過度に多いフィルタ３２を強制的に再生処理すると、微粒子の燃焼温度が非常に高くなり、フィルタ３２が損傷してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、以下に説明するＰＭ再生実行フラグの設定処理を実行することにより、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じている場合でも、フィルタ３２での微粒子堆積量の増大を抑制して、フィルタ３２の損傷を抑えるようにしている。なお、ＰＭ再生実行フラグは、フィルタ３２の再生処理の実行を制御するフラグであり、ＰＭ再生実行フラグが「ＯＮ」に設定されているときには、フィルタ３２の再生処理の実行が許可されることにより、再生処理が実行される。一方、ＰＭ再生実行フラグが「ＯＦＦ」に設定されているときには、フィルタ３２の再生処理の実行が禁止されることにより、再生処理は禁止される。

図２に、ＰＭ再生実行フラグの設定処理の手順を示す。なお、本処理は、制御装置８０によって所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記堆積量判定値Ａ以上であるか否かが判定される（Ｓ１００）。ＰＭ堆積量ＰＭｓｍは、フィルタ３２に捕集されて堆積している微粒子の量であり、周知のごとく、機関運転状態等に基づいて算出される。

そして、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが堆積量判定値Ａ未満であるときには（Ｓ１００：ＮＯ）、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍは再生処理が必要な量に達していないため、ＰＭ再生実行フラグＦは「ＯＦＦ」に設定されて（Ｓ１７０）、フィルタ３２の再生処理が禁止される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが堆積量判定値Ａ以上であるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、冷却水温ＴＨＷが水温判定値Ｂ以上であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。
そして、冷却水温ＴＨＷが水温判定値Ｂ未満であるときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、エンジン１の温度が低く、再生処理を行っても排気温度を十分に高めることはできないため、ＰＭ再生実行フラグＦは「ＯＦＦ」に設定されて（Ｓ１７０）、フィルタ３２の再生処理が禁止される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、冷却水温ＴＨＷが水温判定値Ｂ以上であるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第１排気温度ＴＨ１が排気温度判定値Ｃ以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。そして、第１排気温度ＴＨ１が排気温度判定値Ｃ未満であるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、フィルタ３２に流入する排気の温度が低く、再生処理を行ってもフィルタ３２の温度を十分に高めることはできないため、ＰＭ再生実行フラグＦは「ＯＦＦ」に設定されて（Ｓ１７０）、フィルタ３２の再生処理が禁止される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、第１排気温度ＴＨ１が排気温度判定値Ｃ以上であるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常があるか否かが判定される（Ｓ１３０）。
このステップＳ１３０では、尿素水添加に異常が生じており、尿素水による尿素添加弁２３０の冷却が十分に行えない場合に肯定判定される。例えば、ステップＳ１３０では、ポンプ２２０や尿素添加弁２３０の断線、あるいはタンク２１０内の尿素水量ＲＮの不足等によって尿素添加弁２３０による尿素水添加が不可能な場合、または尿素圧ＰＮの不足等によって十分な量の尿素水を尿素添加弁２３０から添加できない場合に、尿素水添加に異常があると判定される。ちなみに、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常があると判定されるときには、制御装置８０は、尿素水供給機構２００の異常を示す警告灯を点灯させる。

尿素水添加に異常がないときには（Ｓ１３０：ＮＯ）、尿素添加弁２３０の冷却を尿素水で行うことが可能な状態であるため、再生処理を実行しても、尿素添加弁２３０の温度上昇は抑えることができる。従って、尿素水添加に異常がないと判定されるときには、ＰＭ再生実行フラグＦが「ＯＮ」に設定されて（Ｓ１４０）、フィルタ３２の再生処理が実行される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、尿素水添加に異常があるときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、現在の車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨ以下であるか否かが判定される（Ｓ１５０）。この車速判定値ＳＰＤＨは、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力が高い状態にあるのか、または低い状態にあるのかを判定するために予め設定されている固定値である。つまり上記車速判定値ＳＰＤＨとしては、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨを超えていることに基づいて、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力が高い状態になっていることを的確に判定することができるように、その判定値の大きさは設定されている。逆に言えば、上記車速判定値ＳＰＤＨとしては、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨ以下になっていることに基づいて、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力が低い状態になっていることを的確に判定することができるように、その判定値の大きさは設定されている。

ステップＳ１５０にて、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨを超えていると判定されるときには（Ｓ１５０：ＮＯ）、走行風によって尿素添加弁２３０の冷却能力は高い状態になっていると判断される。次に、ＰＭ再生実行フラグＦが「ＯＮ」に設定されて（Ｓ１４０）、フィルタ３２の再生処理が実行される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、ステップＳ１５０にて、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨ以下であると判定されるときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力は低い状態になっていると判断される。次に、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが堆積量判定値Ｄ以上であるか否かが判定される（Ｓ１６０）。この堆積量判定値Ｄとしては、通常のフィルタ再生処理を開始するときのＰＭ堆積量ＰＭｓｍ、つまり上記堆積量判定値Ａよりも多く、かつＰＭの燃焼によるフィルタ３２の損傷を抑えることが可能なＰＭ堆積量ＰＭｓｍの最大量以下の量が設定されている。

そして、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが堆積量判定値Ｄに満たないときには（Ｓ１６０：ＮＯ）、ＰＭ再生実行フラグＦは「ＯＦＦ」に設定されて（Ｓ１７０）、フィルタ３２の再生処理が禁止される。そして、本処理は一旦終了される。

一方、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが堆積量判定値以上であるときには（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、ＰＭ再生実行フラグＦが「ＯＮ」に設定されて（Ｓ１４０）、フィルタ３２の再生処理が実行される。そして、本処理は一旦終了される。

次に、上記実施形態の作用を説明する。
先の図２に示したＰＭ再生実行フラグの設定処理が実行されることにより、次の処理が行われる。すなわち尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じており（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られない場合において、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態のときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記堆積量判定値Ｄに達するまで（ステップＳ１６０：ＮＯ）、フィルタ３２の再生処理は禁止される（Ｓ１７０）。これにより再生処理の実行による尿素添加弁２３０の損傷が抑えられる。

一方、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じており（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られない場合において、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態のときには（Ｓ１５０：ＮＯ）、フィルタ３２の再生処理を実行しても尿素添加弁２３０の温度上昇を抑えることが可能である。そこで、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じており（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られない場合において、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態のときには（Ｓ１５０：ＮＯ）、フィルタ３２の再生処理が許可されて実行される（Ｓ１４０）。従って、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じている場合でも、尿素添加弁２３０の温度上昇を抑えつつフィルタ３２の再生処理を行うことができるようになる。そのため、フィルタ３２でのＰＭ堆積量の増大を抑えることが可能になり、フィルタ３２の損傷を抑制することができるようになる。

また、上述した排気浄化装置は、車両に搭載されるエンジン１に設けられており、尿素添加弁２３０を備える排気通路２８は、車両外部に露出して設けられている。そのため、車両走行中には、走行風によって尿素添加弁２３０が冷却される。従って、車速ＳＰＤが高く、走行風の風量が多いときほど、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力は高い状態になる。そこで、先の図２におけるステップＳ１５０では、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態にあるのか、または低い状態にあるのかを判定するようにしているが、その判定に際しては、車速ＳＰＤと車速判定値ＳＰＤＨとを比較するようにしている。つまり、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨを超えている状態のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態であると判定し、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨ以下の状態のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態であると判定するようにしている。従って、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られないときにおいて、フィルタ３２の再生処理の実行を許可するか、禁止するかの判断を、車速ＳＰＤを基準にして簡便に行うことができる。

また、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じているときに（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態になっている場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、本来であればフィルタ３２の再生処理が禁止される。しかし、このようにしてフィルタ３２の再生処理が禁止される状態のときでも、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記堆積量判定値Ｄ以上になっている場合には（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、フィルタ３２の再生処理を許可して実行するようにしている（Ｓ１４０）。つまり、本来であればフィルタ３２の再生処理が禁止される状態でも、同再生処理の実行禁止を解除するようにしている。従って、フィルタ３２の再生処理が禁止されている間は、フィルタ３２のＰＭ堆積量が増大するため、過剰な量のＰＭが堆積してしまうおそれがあるものの、上記実施形態では、そうした再生処理が禁止される状態のときでも、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記堆積量判定値Ｄ以上となった場合には、フィルタ３２の再生処理が実行される。そのため、フィルタ３２の再生処理が禁止されることによるＰＭ堆積量の過度な増大が抑えられる。

なお、上述したように、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られない場合において、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態のときには、フィルタ３２の再生処理が禁止されることにより、尿素添加弁２３０の熱損傷が抑えられるようになる。そのため、尿素水供給機構２００の異常を示す警告灯が点灯した後、尿素添加弁２３０の熱損傷が進行することを抑えることでき、これにより尿素添加弁２３０が熱損傷するまでの走行距離を伸ばすことができる。従って、上記警告灯が点灯した後、尿素添加弁２３０が壊れてしまう前に、車両を整備工場に入庫させることも可能になる。

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）尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じており、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られない場合において、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態のときには、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記堆積量判定値Ｄに達するまで、フィルタ３２の再生処理の実行を禁止するようにしている。これにより再生処理の実行による尿素添加弁２３０の損傷が抑えられるようになる。

一方、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じている場合であっても、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態のときには、フィルタ３２の再生処理の実行を許可するようにしている。従って、尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じている場合でも、尿素添加弁２３０の温度上昇を抑えつつ、フィルタ３２でのＰＭ堆積量の増大を抑えることが可能になり、フィルタ３２の損傷を抑制することができるようになる。

（２）車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨを越えている状態のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態であると判断し、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨ以下の状態のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態であると判断するようにしている。従って、尿素水添加による尿素添加弁２３０の冷却効果が得られないときに、フィルタ３２の再生処理を実行するか禁止するかの判断を、車速ＳＰＤを基準にして簡便に行うことができるようになる。

（３）尿素添加弁２３０による尿素水添加に異常が生じているときに、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態になっており、本来であれば、フィルタ３２の再生処理が禁止される状態のときでも、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記堆積量判定値Ｄ以上となった場合には、フィルタ３２の再生処理の実行禁止を解除して、同再生処理を実行するようにしている。従って、フィルタ３２の再生処理が禁止されることによるＰＭ堆積量の過度な増大を抑えることができるようになる。

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、車速判定値ＳＰＤＨを固定値とした。ここで、排気温度が高くなるほど、尿素添加弁２３０が排気から受ける熱量は増える。そのため、フィルタ３２の再生処理に起因する尿素添加弁２３０の温度上昇を抑えるためには、排気温度が高くなるほど、走行風による、より大きな冷却効果が必要になる。そこで、排気温度に基づいて車速判定値ＳＰＤＨを可変設定するようにしてもよい。

図３に、排気温度と車速判定値ＳＰＤＨとの関係を示す。この図３に示すように、排気温度が高いときほど、車速判定値ＳＰＤＨの値が高くなるように、同車速判定値ＳＰＤＨを可変設定することが好ましい。なお、排気温度としては、尿素添加弁２３０の温度にできるだけ近い温度、例えば尿素添加弁２３０の排気上流に設けられた第２排気温度センサ１２０の検出値である第２排気温度ＴＨ２等を利用することが望ましいが、他の部位の排気温度でもよい。

この場合には、排気温度が高く、尿素添加弁２３０の受熱量が多くなるときほど、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高いと判断されるために必要な車速ＳＰＤは高くなる。従って、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力を、精度よく判断することができるようになる。

・また、外気温度が高いときほど、走行風による尿素添加弁２３０の冷却効果は低下する。そこで、外気温度に基づいて車速判定値ＳＰＤＨを可変設定するようにしてもよい。
図４に、外気温度と車速判定値ＳＰＤＨとの関係を示す。この図４に示すように、外気温度ＴＨｏｕｔ排気温度が高いときほど、車速判定値ＳＰＤＨの値が高くなるように、同車速判定値ＳＰＤＨを可変設定することが好ましい。

この場合には、外気温度ＴＨｏｕｔが高く、走行風による尿素添加弁２３０の冷却効果が低下するときほど、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高いと判断されるために必要な車速ＳＰＤは高くなる。従って、走行風による尿素添加弁２３０の冷却能力を、精度よく判断することができるようになる。

・ＰＭ堆積量ＰＭｓｍに基づいて車速判定値ＳＰＤＨを可変設定するようにしてもよい。例えば、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが多いときほど、再生処理を実行する必要性は高くなる。また、ステップＳ１５０での比較判定は、車速判定値ＳＰＤＨの値が低くなるほど、否定判定されやすくなり、その結果、ステップＳ１４０にてＰＭ再生実行フラグＦが「ＯＮ」に設定される機会は増えるようになる。そこで、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが多いときほど、車速判定値ＳＰＤＨの値を低くして、ＰＭ再生実行フラグＦが「ＯＮ」に設定される機会を増やすようにしてもよい。

・先の図２に示したＰＭ再生実行フラグの設定処理において、ステップＳ１６０の処理を省略し、ステップＳ１５０にて、車速ＳＰＤが車速判定値ＳＰＤＨ以下であると判定されるときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、ステップＳ１７０の処理に進んで、ＰＭ再生実行フラグＦを「ＯＦＦ」に設定するようにしてもよい。この場合でも、上記（３）以外の効果を得ることができる。

・尿素添加弁２３０の外周に空冷用の冷却フィンを設けるようにしてもよい。この場合には、走行風による尿素添加弁２３０の冷却効果を更に高めることができる。従って、例えば冷却フィンを備えない場合と比較して、上記車速判定値ＳＰＤＨの値を低くすることができ、これによりＰＭ再生実行フラグＦが「ＯＮ」に設定される機会を増やすことができるようになる。

・尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態にあるのか、または低い状態にあるのかを、車速ＳＰＤに基づいて判定するようにしたが、この他のパラメータに基づいて判定するようにしてもよい。例えば、外気温度ＴＨｏｕｔが低いときほど、外気による尿素添加弁２３０の冷却効果は高くなる。そこで、外気温度ＴＨｏｕｔが予め定められた判定値未満のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態であると判定し、外気温度ＴＨｏｕｔが予め定められた判定値以上のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態であると判定してもよい。

また、尿素添加弁２３０に水冷用のウォータジャケットを設ける場合には、ウォータジャケット内の流量が多いほど、あるいはウォータジャケット内の水温が低いときほど、尿素添加弁２３０の冷却効果は高くなる。そこで、ウォータジャケット内の流量が予め定められた判定値を超えているときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態であると判定し、ウォータジャケット内の流量が予め定められた判定値以下のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態であると判定してもよい。また、ウォータジャケット内の水温が予め定められた判定値未満のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が高い状態であると判定し、ウォータジャケット内の水温が予め定められた判定値以上のときには、尿素添加弁２３０を冷却する冷却能力が低い状態であると判定してもよい。

・還元剤として尿素水を使用するようにしたが、この他の還元剤を使用するようにしてもよい。
・ＮＯｘ浄化触媒として、選択還元型ＮＯｘ触媒とは異なる触媒を用いてもよい。

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、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…水温センサ、２６…圧力センサ、２７…残量センサ、２８…排気通路、２９…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…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…尿素添加弁、２４０…供給通路。

Claims (5)

1. 排気中の微粒子を捕集するフィルタと、還元剤の添加によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、前記還元剤を添加する添加弁とを排気通路に備え、排気を昇温させることにより前記フィルタを再生させる再生処理を実行する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記添加弁による還元剤添加に異常が生じているときに、前記添加弁を冷却する冷却能力が高い状態のときには前記再生処理の実行を許可し、前記添加弁を冷却する冷却能力が低い状態のときには前記再生処理の実行を禁止する
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記内燃機関は、車両に搭載される機関であって、前記排気通路は車両外部に露出して設けられており、
   前記添加弁を冷却する冷却能力が高い状態とは、前記車両の速度が所定値を超えている状態であり、前記添加弁を冷却する冷却能力が低い状態とは、前記車両の速度が前記所定値以下の状態である
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記所定値は、排気温度が高いときほど高くなるように可変設定される
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記所定値は、外気温度が高いときほど高くなるように可変設定される
   請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記添加弁による還元剤添加に異常が生じており、前記再生処理の実行が禁止される状態のときにおいて、前記フィルタの微粒子堆積量が所定量以上のときには、前記再生処理の実行禁止を解除する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。