JP6406276B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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、尿素水が添加弁内部に存在すると、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吸い戻すことは困難であるため、添加弁内に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が前記タンクに所定量戻るように前記ポンプを操作する第一制御と、前記第一制御を実施した後に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二制御と、前記第二制御を実施した後に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三制御と、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側に戻すことにより、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。すなわち、ここでいう所定量は、尿素水からの析出物及びアンモニアの発生を抑制し得る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、添加弁内及び尿素水通路内の全ての尿素水をタンクに戻してもよく、添加弁内及び尿素水通路内の一部の尿素水をタンクに戻してもよい。

しかし、第一制御を実施した後に添加弁内の摺動部等に残留した尿素水から析出物が発生する虞がある。また、第一制御を実施したときに添加弁内にＰＭが流れ込むと、析出物の粒径が増大し易くなる。したがって、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、第一制御を実施した後に第二制御を実施して、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。これにより、尿素水が析出物を排気通路へ押
し出す。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。また、第二制御を実施することにより、添加弁に尿素水が流通すると、尿素水が添加弁から熱を奪うので、該添加弁の温度を低下させることもできる。したがって、その後に第三制御を実施したとしても、添加弁内の摺動部等に残留している尿素水から析出物が発生することを抑制できる。また、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。このようにして、析出物の粒径の増大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。

また、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及び前記尿素水通路の容量よりも少ない量とすることができる。

すなわち、第三制御では、添加弁内及び尿素水通路内の全ての尿素水をタンクに戻すが、第一制御では、添加弁内及び尿素水通路内の一部の尿素水をタンクに戻してもよい。ここで、第一制御を実施することにより、高温の排気が添加弁内に吸い込まれ得る。これにより、添加弁の温度が上昇し得る。さらに、第一制御によりＰＭも添加弁内に吸い込まれ得る。上記のように高温且つＰＭの存在下では析出物の粒径が増大し易いため、析出物の粒径の増大を抑制するためには、第一制御により添加弁内に吸い込まれるＰＭの量を少なくすると良い。すなわち、第一制御で吸い戻す尿素水量を少なくすると良い。ここで、第三制御よりも第一制御においてタンクに戻る尿素水量を少なくすることで、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が限定的になるため、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。

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該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、第一制御において尿素水の吸い戻し量が限定的になるため、添加弁内へのＰＭの吸い込み量を少なくすることができるので、添加弁内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が増大することを抑制できる。

また、前記尿素水通路は前記添加弁よりもアンモニアによる腐食に対する高い耐性を持ち、前記制御装置は、前記第一制御における前記所定量を、前記添加弁の容量とすることができる。

すなわち、第一制御において少なくとも添加弁の容量の分だけ、尿素水をタンクに戻すことにより、添加弁の比較的高温の部位から尿素水を遠ざけることができる。また、例えアンモニアが発生したとしてもアンモニアによる腐食に対する高い耐性を持つ尿素水通路でアンモニアが発生するため、添加弁が腐食することを抑制でき、且つ、アンモニアにより尿素水通路が腐食することを抑制できる。また、第一制御において尿素水の吸い戻し量が限定的になるため、添加弁内へのＰＭの吸い込み量を少なくすることができるので、添加弁内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が増大することを抑制できる。

また、前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における排気の温度が、所定温度以上の場合には前記第一制御と前記第二制御と前記第三制御とを実施し、前記所定温度未満の場合には前記第一制御と前記第二制御と前記第三制御とを実施することなく、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四制御を実施することができる。

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及び添加弁の温度が、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、尿素水をタンクに吸い戻した後に、尿素水をタンクから排出させて析出物を添加弁から排気通路へ排出させる必要がない。すなわち、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回だけ実施して、尿素水の凍結を抑制すればよい。これにより、尿素水をタンクに吸い戻した後に尿素水をタンクから排出すること、及び、尿素水をタンクに再度吸い戻すことが必要なくなるため、ポンプ及び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、第一制御を実施したと仮定した場合に、析出物の粒径が許容範囲を超える虞のある機関停止時点での排気温度である。なお、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。

また、前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における排気の温度が高い場合には低い場合よりも、前記第一制御を終了した時点から前記第二制御を開始する時点までの期間を短くし、且つ、前記第二制御を終了した時点から前記第三制御を開始する時点までの期間を長くすることができる。

すなわち、第一制御を終了した時点と第二制御を開始する時点とが同時でなくてもよく、内燃機関の停止時点における排気の温度に基づいて、第一制御を終了した時点から第二制御を開始する時点までの期間を変更してもよい。同様に、第二制御を終了した時点と第三制御を開始する時点とが同時でなくてもよく、内燃機関の停止時点における排気の温度に基づいて、第二制御を終了した時点から第三制御を開始する時点までの期間を変更してもよい。ここで、第一制御を終了した時点と第二制御を開始する時点とが同時でない場合において、第一制御を終了した時点での排気の温度が高いときには、第一制御を終了した時点から後に析出物の粒径が増大しやすい。したがって、第一制御を終了した時点から後に析出物の粒径が許容範囲を超えるまでの期間が短いため、より早期に第二制御を開始することが好ましい。このように、より早期に第二制御を開始することにより、析出物の粒径が許容範囲を超える前に、該析出物を添加弁から排出させることができる。ここで、内燃機関の停止時点における排気の温度は、その後の排気の温度と関連しており、内燃機関の停止時点における排気の温度が高いほど、第一制御を終了した時点における排気の温度が高くなる。すなわち、内燃機関の停止時点における排気の温度が高いほど、第一制御終了後に析出物の粒径が増大し易い。したがって、内燃機関の停止時点における排気の温度が高いほど、第一制御を終了した時点から第二制御を開始する時点までの期間を短くすることにより、析出物の粒径が許容範囲を超えて増大することを抑制できる。

一方、排気の温度が高いときに第三制御を開始すると、添加弁の温度が上昇して析出物が発生し、さらに、析出物の粒径が増大する虞がある。これに対して、第二制御を終了した時点から第三制御を開始する時点までの期間を長くするほど、排気通路から外気への放熱量が多くなるために排気の温度が低くなる。ここで、上記のように内燃機関の停止時点
における排気の温度は、その後の排気の温度と関連しており、内燃機関の停止時点における排気の温度が高いほど、第二制御を終了した時点における排気の温度が高くなる。すなわち、内燃機関の停止時点における排気の温度が高いほど、第三制御を早期に実施したときに析出物の粒径が増大し易い。したがって、内燃機関の停止時点における排気の温度が高いほど、第二制御を終了した時点から第三制御を開始する時点までの期間を長くすることにより、第三制御を開始する時点の排気の温度を好適に低下させることができるので、析出物の発生及び析出物の粒径の増大をより確実に抑制できる。

また、前記制御装置は、前記第二制御を開始した場合には、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し、且つ、排気の温度が許容温度よりも低くなるまで前記第二制御を継続することができる。

第二制御を実施することにより、尿素水が添加弁を通過するときに尿素水が添加弁から熱を奪うので、添加弁の温度が低下する。また、尿素水を排気中に噴射することにより排気の温度も低下する。したがって、第二制御を継続することにより、排気の温度を速やかに低下させることができる。そして、排気の温度が許容温度よりも低くなるまで第二制御を継続すれば、その後に第三制御を実施したとしても、析出物の発生及び析出物の粒径の増大をより確実に抑制できる。許容温度は、第三制御を実施したとしても、析出物の粒径が許容範囲内になる排気の温度である。

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１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１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。 析出物の粒径の推移を温度毎に示した図である。 実施例２に係る第一制御、第二制御、第三制御、第四制御のフローを示したフローチャートである。 実施例３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３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４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４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５に係る添加弁及びその周辺の排気通路の断面図である。 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５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６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６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。

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、内燃機関１の回転速度、添加弁４２の温度、排気温度、添加指令、吸い戻し指令、析出量、吸い戻し量を示している。添加弁４２の温度は、添加弁４２の先端部の温度である。排気温度は、添加弁４２の周辺の排気温度である。添加指令は、ＳＣＲ触媒３１においてＮＯｘを還元するための尿素水を添加するためにＥＣＵ１０から添加弁４２に与える指令であり、ＯＮのときに添加弁４２から尿素水が添加され、ＯＦＦのときには添加弁４２から尿素水が添加されない。また、吸い戻し指令は、尿素水をタンク４１に吸い戻すためにＥＣＵ１０からポンプ４４及び添加弁４２に与える指令であり、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吸い戻し、ＯＦＦのときには尿素水を吸い戻さない。析出量は、添加弁４２内に発生した析出物の量を示している。吸い戻し量は、タンク４１に戻された尿素水の総量を示している。

図４において、Ｔ１の時点で内燃機関１が停止されて内燃機関１の回転速度が０になると、添加指令がＯＮからＯＦＦに変わり、且つ、吸い戻し指令が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。吸い戻し指令は、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、吸い戻し指令がＯＮからＯＦＦに変わり、吸い戻し制御が終了する。吸い戻し指令が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、尿素水をタンク４１に戻す吸い戻し制御を実施した後に、尿素水をタンク４１から尿素水通路４３に排出させ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。なお、このように、本実施例に係る吸い戻し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二制御若しくは掃出し制御という。そして、第二制御を実施した後に、再度吸い戻し制御を実施することで、尿素水が再度析出したり、または、尿素水が添加弁４２内及び尿素水通路４３内で凍結したりすることを抑制できる。なお、以下では、内燃機関１の停止直後であって第二制御よりも前に実施する吸い戻し制御を第一制御といい、第二制御の後に実施する吸い戻し制御を第三制御という。そして、本実施例では、ＥＣＵ１０が第一制御、第二制御、第三制御を実施することにより、本発明における制御装置として機能する。

図５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、内燃機関１の回転速度、添加弁４２の温度、排気温度、添加指令、吸い戻し指令、析出量、析出物の粒径、掃出し指令、ＰＭ濃度を示している。析出物の粒径は、添加弁４２内の析出物の粒径である。掃出し指令は、尿素水を添加弁４２側に戻すためにＥＣＵ１０からポンプ４４及び添加弁４２に与える指令であり、ＯＮのときにポンプ４４が正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から尿素水通路４３に排出させ、ＯＦＦのときには尿素水をタンク４１から尿素水通路４３に排出させない。ＰＭ濃度は、排気通路２内の排気のＰＭ濃度を示している。排気中のＰＭは、内燃機関１の停止後に排気通路２等に付着するため、ＰＭ濃度は内燃機関１の停止後から徐々に減少する。

図５において、Ｔ１の時点で内燃機関１が停止されて内燃機関１の回転速度が０になる。これにより、添加弁４２は排気通路２から熱を受ける。このため、Ｔ１の時点から添加弁４２の温度が上昇する。そうすると、添加弁４２内でアンモニアが発生したり、析出物が発生したりする虞があるために、Ｔ１の時点で吸い戻し指令がＯＮとなってＴ１から第一制御が開始される。しかし、この第一制御により添加弁４２に高温の排気が吸い込まれるため、添加弁４２の温度はさらに上昇する。このときにはＰＭ濃度も比較的高いので、添加弁４２内にＰＭが吸い込まれる。このため、第一制御中には、添加弁４２内が高温の状態で添加弁４２内にＰＭが存在することにより、添加弁４２内に残留している尿素水からの析出物の量が徐々に増加すると共に、析出物の粒径も徐々に増加する。

図５において、Ｔ２の時点に第一制御が終了する。すなわち、尿素水の吸い戻しが完了したために吸い戻し指令がＯＦＦになる。Ｔ２の時点は、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まで吸い戻した時点である。なお、内燃機関１の停止後に所定の電力（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まで吸い戻す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
、Ｔ１からＴ２までの期間が定まる。また、タンク４１に流量計を設けておくことにより、該流量計に基づいて吸い戻した実際の尿素水量を求めることができるため、この尿素水量が、予め求めておいた添加弁４２及び尿素水通路４３の容量に達した時点をＴ２とすることもできる。Ｔ２の時点で吸い戻し指令がＯＦＦになることで、ポンプ４４が停止される。

Ｔ２の時点で吸い戻し指令がＯＦＦになるのと同時に掃出し指令がＯＮになる。これにより、Ｔ２の時点から第二制御が開始される。このように、本実施例では、第一制御と第二制御とを連続して実施している。なお、第二制御を開始してから尿素水が添加弁４２に到達するまでには時間を要するが、尿素水通路４３内のガスがポンプ４４から吐出される尿素水に押されて添加弁４２を通過するので、このガスと共に析出物が排気通路２内に排出され得る。したがって、Ｔ２の時点から析出量が減少し得る。また、Ｔ２の時点から後は添加弁４２内に高温の排気が流れ込まないため、析出物の粒径の増大も抑制される。このため、析出物の粒径が限界粒径に達することを抑制できる。この限界粒径は、析出物による添加弁４２の詰まりや摩耗に対する影響が許容範囲を超える虞があるときの析出物の粒径である。例えば、添加弁４２の噴孔の直径よりもある程度小さい粒径であるが、これ以上大きくなると、添加弁４２の噴孔を通過できなくなる虞のある粒径を限界粒径としてもよい。

さらに、第二制御により、尿素水が添加弁４２を通過すると、添加弁４２から尿素水によって熱が奪われるため、添加弁４２の温度が低下する。そして、Ｔ３で示した時点で、掃出し指令がＯＦＦとなる。すなわち、Ｔ３で第二制御が終了する。Ｔ３の時点は、Ｔ２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、タンク４１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、Ｔ２からＴ３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から尿素水が添加されるだけの量に達した時点をＴ３としてもよい。なお、図５では、第二制御を実施することにより添加弁４２の温度の下降が促進され、さらに添加弁４２内に尿素水が満たされているために析出物の発生も抑制されるので、Ｔ３以降は析出量及び析出物の粒径はほとんど増加しない。

また、添加弁４２内及び尿素水通路４３内の尿素水の凍結を抑制する必要があるため、第二制御を実施した後に、第三制御を実施する。図５では、Ｔ３の時点において第二制御が終了するのと同時に第三制御を開始している。Ｔ３で示した時点では、尿素水が排気中に添加されており且つ内燃機関１の停止時点からある程度の時間も経過しているため、添加弁４２の温度は弁許容温度よりも低くなっており、且つ、排気温度は排気許容温度よりも低くなっており、さらに、ＰＭ濃度も許容濃度よりも低くなっている。なお、弁許容温度は、析出物の粒径が限界粒径に達する虞のある添加弁温度であり、排気許容温度は、析出物の粒径が限界粒径に達する虞のある排気温度であり、許容濃度は、排気温度が排気許容温度よりも高ければ、析出物の粒径が限界粒径に達する虞のあるＰＭの濃度である。なお、本実施例では排気許容温度が、本発明における許容温度に相当する。したがって、図５では、第二制御に連続して第三制御を実施したとしても、析出物の粒径の増大は抑制される。第三制御を終了する時点であるＴ４は、第一制御を終了する時点であるＴ２と同様にして決定される。Ｔ４で示した時点において第三制御が終了した後には、添加弁４２の温度が十分に低くなっているため、その後の添加弁４２内に残留する尿素水に起因した析出物の発生及び析出物の粒径の増加は抑制される。

以上のように、第一制御では、尿素水からアンモニアが発生することを抑制できる。これにより、添加弁４２で腐食が発生することを抑制できる。さらに、第一制御を実施する
と、添加弁４２内には僅かな尿素水が残留するだけなので、多くの析出物が発生することを抑制できる。また、第二制御では、添加弁４２内及び尿素水通路４３内の析出物やＰＭを排気通路２へ排出させることができる。さらに、第二制御により添加弁４２の温度を低下させることができるため、添加弁４２内での析出物の生成の進行を抑制できる。さらに、第三制御により、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。第三制御実施時には、排気温度及び添加弁４２の温度が十分に低いため、添加弁４２を構成する部材間の隙間などに尿素水が残留していたとしても、添加弁４２内での析出物の生成の進行を抑制できる。このように、添加弁４２内の析出物の発生及び析出物の粒径の増大を抑制できるため、添加弁４２内の摩耗や添加弁４２の詰まりを抑制できる。

図６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。

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、第二制御、第三制御は、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Ｓ１１４へ進む。なお、ステップＳ１１４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内及び尿素水通路４３内の尿素水を全てタンク４１に吸い戻す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、第一制御において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。なお、本実施例においては添加弁４２内及び尿素水通路４３内の尿素水を全てタンク４１に吸い戻すまで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。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。この際、添加弁４２を閉弁してもよいが、本実施例では第一制御に連続して第二制御が実施されるため、添加弁４２は開弁したままでもよい。その後、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、第二制御が未終了の状態であるか否か判定する。本ステップＳ１０６では、第二制御を行う必要があるか、若しくは、第二制御を継続する必要があるか否か判定している。すなわち、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止後に第二制御を実施していない場合、及び、現時点で第二制御を実施中の場合に、第二制御が未終了の状態であると判定する。なお、内燃機関１の停止後に第二制御を実施したか否か、及び、現時点で第二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Ｓ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１０７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が正転され且つ添加弁４２が開弁される。ステップＳ１０７の処理が終了するとステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８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、添加弁４２内及び尿素水通路４３内に尿素水を満たして、さらに添加弁４２から排気通路２内に尿素水を添加する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。すなわち、本ステップＳ１０８では、タンク４１から排出した尿素水量が、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。なお、ステップＳ１０８における第二所定時間は、ステップＳ１０４における第一所定時間と同じであってもよく、第一所定時間より長くてもよい。第二所定時間を第一所定時間よりも長くすることにより、添加弁４２から排気通路２へより多くの尿素水が噴射されるため、より確実に析出物を排出することができる。一方、添加弁４２に尿素水が満たされるまでに要する時間としても、上記のように尿素水通路４３内のガスにより析出物を添加弁４２の外へ排出することもできるし、尿素水に押された析出物が添加弁４２の外へ押し出されることもある。したがって、少なくとも第一制御を実施した時間と同一の時間だけ第二制御を実施すればよい。そして、本ステップＳ１０８では、添加弁４２からの析出物の排出が完了したか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。なお、本実施例では、第二制御の終了時点において排気温度が排気許容温度未満になっている場合を示している。ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９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Ｓ１０９では、ＥＣＵ１０は、第二制御を終了させる。すなわち、ＥＣＵ１０はポンプ４４の正転を停止させる。この際、添加弁４２を閉弁してもよいが、本実施例では第二制御に連続して第三制御が実施されるため、添加弁４２は開弁したままでもよい。その後、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０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が逆転され且つ添加弁４２が開弁される。なお、内燃機関１の停止後に第三制御を開始したか否か、及び、現時点で第三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Ｓ１１０の処理が終了するとステップＳ
１１１へ進む。

ステップＳ１１１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。本ステップＳ１１１における第三所定時間は、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であり、ステップＳ１０４における第一所定時間と同じである。本ステップＳ１１１では、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。ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１２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Ｓ１１２では、ＥＣＵ１０は、第三制御を終了させる。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Ｓ１１２の処理が終了した場合には、ステップＳ１１３へ進む。ステップＳ１１３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、第一制御を実施することにより、尿素水からアンモニアが発生することを抑制できる。これにより、添加弁４２で腐食が発生することを抑制できる。また、第一制御を実施した後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内の析出物を排気通路２へ排出させることができる。これにより、添加弁４２の詰まりや摩耗を抑制できる。さらに、第二制御を実施した後に第三制御を実施することにより、添加弁４２で析出物が発生することを抑制できると共に、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。したがって、添加弁４２の詰まりや摩耗を抑制できると共に、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、第一制御を終了した時点で第二制御を開始しているが、第一制御と第二制御とは連続して実施する必要はなく、第一制御を終了した時点からある程度の時間を空けて第二制御を開始してもよい。同様に、本実施例では、第二制御を終了した時点で第三制御を開始しているが、第二制御と第三制御とは連続して実施する必要はなく、第二制御を終了した時点からある程度の時間を空けて第三制御を開始してもよい。

例えば、第一制御後の析出物の粒径を推定し、この析出物の粒径が限界粒径に達する前に第二制御を開始するようにしてもよい。なお、第一制御後の所定の時点における析出物の粒径は、内燃機関１の停止時点での排気温度と関連性を有する。したがって、内燃機関１の停止時点での排気温度と、第一制御後の所定の時点における析出物の粒径と、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おけば、内燃機関１の停止時点での排気温度に基づいて、第一制御後の所定の時点における析出物の粒径を推定することができる。そして、析出物の粒径が限界粒径に達する時点よりも前に第二制御を開始すればよい。なお、内燃機関１の停止後の排気温度は、外気温度の影響を受けるため、内燃機関１の停止時点での外気温度に基づいて析出物の粒径の推定値の補正を行ってもよい。さらに、析出物の粒径は排気のＰＭ濃度の影響を受けるため、内燃機関１の停止時点での排気のＰＭ濃度に基づいて析出物の粒径の推定値の補正を行ってもよい。排気のＰＭ濃度は内燃機関１の停止直前の運転状態から推定することができる。

＜実施例２＞
実施例１では、内燃機関１の停止後に第一制御、第二制御、第三制御を実施している。しかし、内燃機関１の停止時点の排気温度または内燃機関１の停止時点の添加弁４２の温度が十分に低い場合には、仮に添加弁４２内にＰＭを吸い込んだとしても、添加弁４２内
で析出物の粒径が増大しない場合もある。したがって、吸い戻し制御を実施した後に、添加弁４２内の隙間などに残留する尿素水に起因した析出物の粒径が限界粒径に達しない場合には、その後に掃出し制御を実施する必要はない。

図７は、析出物の粒径の推移を温度毎に示した図である。図７に示されるように、析出物の粒径は時間の経過と共に増加するが、最終的には温度に応じた一定の粒径に収束する。そして、収束する粒径は、温度が高いほど大きい。よって、収束後の析出物の粒径が限界粒径となる温度が存在する。以下では、収束後の析出物の粒径が限界粒径となる温度のことを限界温度という。内燃機関１の停止後に吸い戻し制御を実施したとしても、添加弁４２の温度が限界温度以上にならなければ、収束後の析出物の粒径は限界粒径よりも小さくなる。したがって、内燃機関１の停止後の添加弁４２の温度が限界温度以上にならなければ、析出物の粒径が増加したとしても、その粒径は限界粒径以上にはならないため、析出物の粒径は許容範囲内になる。なお、析出物の粒径は、図２でも説明したようにＰＭ濃度にも依存するため、ＰＭ濃度を考慮して限界温度を設定してもよいし、ＰＭ濃度が最も高い場合を想定して限界温度を設定してもよい。

ここで、内燃機関１の停止後の添加弁４２の温度は、内燃機関１の停止時点における添加弁４２の温度、及び内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて推定することができる。内燃機関１の停止時点における添加弁４２の温度は、内燃機関１の作動中の添加弁４２の温度に基づいて推定される。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。そのため、内燃機関１の停止後に添加弁４２の温度が上昇する。内燃機関１の停止時点の添加弁４２の温度は、内燃機関１の停止時点の排気温度と相関関係にあるため、これら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おけば、内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて、内燃機関１の停止時点の添加弁４２の温度を求めることができる。内燃機関１の停止時点の排気温度は、内燃機関１の停止時点における温度センサ１１により検出される排気温度である。なお、内燃機関１の停止時点における排気温度は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することもできる。

また、吸い戻し制御中には、添加弁４２内部が内燃機関１の排気で満たされることになり、吸い戻し制御中の添加弁４２の温度は、内燃機関１の停止時点の排気温度によって変わる。また、吸い戻し制御中の添加弁４２の温度は、吸い戻し制御開始時点、すなわち、内燃機関１の停止時点の添加弁４２の温度によっても変わる。そこで、例えば、内燃機関１の停止時点からの経過時間と、内燃機関１の停止時点の排気温度と、吸い戻し制御中の添加弁４２の温度と、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マップ化しておけば、内燃機関１の停止時点からの経過時間と内燃機関１の停止時点の排気温度とに基づいて、該マップから吸い戻し制御中の添加弁４２の温度を得ることができる。さらに、吸い戻し制御中の添加弁４２の温度を吸い戻し制御開始時点の添加弁４２の温度で補正するための補正係数を予め実験またはシミュレーション等により求めておく。そして、上記マップから得られる添加弁４２の温度に上記補正係数を乗算することにより、補正後の添加弁４２の温度を得ることができる。このようにして、吸い戻し制御中には、吸い戻し制御開始時点からの経過時間と、内燃機関１の停止時点における排気温度と、に応じた添加弁４２の温度を得ることができる。なお、吸い戻し制御を終了することにより添加弁４２の温度上昇が抑制されるため、本実施例では、吸い戻し制御終了時点での添加弁４２の温度を内燃機関１の停止後の添加弁４２の最高温度とする。

以上より、吸い戻し制御を１回行った場合における吸い戻し制御実施中の添加弁４２の
温度は、内燃機関１の停止時点からの経過時間、及び、内燃機関１の停止時点における排気温度と関係している。このため、該内燃機関１の停止時点における排気温度をパラメータとして任意の時点の添加弁４２の温度を予測することができる。内燃機関１の停止後の添加弁４２の最高温度は、吸い戻し制御終了時点での添加弁４２の温度である。吸い戻し制御を実施する時間は予め求めることができるため、内燃機関１の停止時点における排気温度に基づいて、吸い戻し制御終了時点での添加弁４２の温度を求めることができる。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、吸い戻し制御実施後に添加弁４２の温度が限界温度に達するか否か判定することができる。以下では、添加弁４２の温度が限界温度に達する場合の内燃機関１の停止時点における排気温度を温度閾値とする。すなわち、内燃機関１の停止時点における排気温度が温度閾値未満であれば、掃出し制御を実施する必要はない。この場合、吸い戻し制御を１回だけ実施すればよい。このように１回だけ実施する吸い戻し制御を以下では、第四制御と称する。なお、本実施例においては温度閾値が、本発明における所定温度に相当する。

図８は本実施例に係る第一制御、第二制御、第三制御、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、すでに説明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、すでに説明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は図示を省略する。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が図８に示すフローチャートを実施することにより、本発明における制御装置として機能する。

図８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、本ステップＳ２０１が初めて実行されたか否か判定される。すなわち、本ステップＳ２０１では、機関停止後に初めて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。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Ｓ１１３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Ｓ２０３へ進む。

ステップＳ２０２では、内燃機関１の停止時点での排気温度が取得される。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、内燃機関１の停止時点での排気温度が温度閾値以上であるか否か判定される。本ステップＳ２０３では、吸い戻し制御を実施したと仮定した場合に、その後の添加弁４２内の析出物の粒径が限界粒径以上となるか否か判定している。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合には、添加弁４２内から析出物を排出させる必要があるため、第一制御、第二制御及び第三制御が実施されるようにステップＳ１０２へ進む。なお、ステップＳ１０２よりも後の処理はすでに説明したフローチャートと同じため説明を省略する。

一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合には、吸い戻し制御を一回のみ実施すればよいため、ステップＳ２０４へ進み、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。内燃機
関１の停止後に第四制御を開始したか否か、及び、現時点で第四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Ｓ２０４の処理が終了するとステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０５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。本ステップＳ２０５における第四所定時間は、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であり、ステップＳ１０４における第一所定時間と同じである。本ステップＳ２０５では、尿素水の吸い戻しが完了したか否かＥＣＵ１０が判定している。ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６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Ｓ２０６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Ｓ２０６の処理が完了した場合には、ステップＳ１１３に進んで終了処理が実施される。これにより、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、第一制御を実施した場合に析出物の粒径が限界粒径以上になると予測される場合に限り第一制御、第二制御、及び、第三制御を実施し、第一制御を実施した場合に析出物の粒径が限界粒径未満になると予測される場合には第四制御のみを実施することにより、必要以上に掃出し制御が実施されることを抑制できる。これにより、電力の消費量を低減させることができる。

＜実施例３＞
実施例１及び実施例２では、第二制御終了と同時に第三制御を開始している。しかし、第三制御開始時点において添加弁４２の温度または排気温度がまだ高い場合には、第三制御を実施することにより、添加弁４２内に排気が吸い込まれると析出物が再度発生し、該析出物の粒径が限界粒径以上となる虞がある。そこで本実施例では、第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になると予測される時点から第三制御を開始する。

第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になるためには、第三制御開始時点の添加弁４２の温度及び第三制御開始時点の排気温度が共に十分に低下している必要がある。このため、本実施例では、第二制御の終了後の排気温度を推定し、第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になると予測される排気温度まで低下した時点で第三制御を開始する。すなわち、排気温度が排気許容温度未満となってから第三制御を開始する。なお、添加弁４２の温度が弁許容温度よりも低いことも第三制御を開始する条件に加えてもよいが、添加弁４２の温度は排気温度と関連性を有することから、添加弁４２の温度が十分に低下していることも、排気温度に基づいて判定することができる。

まずは、第二制御中の排気温度を推定する。第二制御中の排気温度は、第二制御開始時点での排気温度、排気通路２に添加される尿素水の温度、第二制御開始時点からの経過時間に基づいて推定可能である。第二制御開始時点での排気温度は、第一制御終了時点での排気温度であり、内燃機関１の停止時点の排気温度に基づいて推定することができる。したがって、第二制御開始時点からの経過時間と、排気通路２に添加される尿素水の温度と、内燃機関１の停止時点の排気温度とに基づいて、第二制御中の排気温度を推定することができる。尿素水の温度は、例えばタンク４１または尿素水通路４３に温度センサを取り付けて検出することができる。

さらに、第二制御終了後の排気温度は、第二制御終了時点での排気温度及び第二制御終了時点からの経過時間と関連していることから、これらの値に基づいて得ることができる
。したがって、第二制御終了時点での排気温度と、第二制御終了時点からの経過時間と、第二制御終了後の排気温度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に記憶させておくことにより、第二制御終了後の任意の時点での排気温度を求めることができる。

以上より、第二制御終了後の排気温度を求めるために必要となるパラメータは、内燃機関１の停止時点の排気温度、尿素水の温度、内燃機関１の停止時点からの経過時間である。したがって、排気温度が排気許容温度未満になるまでに要する内燃機関１の停止時点からの時間を、内燃機関１の停止時点の排気温度及び尿素水の温度から求めることができる。この排気温度が排気許容温度未満となる時点が、第三制御の開始時点となる。このように、第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になる第三制御の開始時点を、内燃機関１の停止時の排気温度及び尿素水の温度により求めることができる。内燃機関１の停止時点から第三制御開始時点までの期間と、内燃機関１の停止時の排気温度と、尿素水の温度と、の関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておくことができる。なお、尿素水の温度は、第一制御から第三制御まで一定であるものとする。このように、内燃機関１の停止時点において、第三制御を開始する時点を決定することができる。そして、尿素水の温度は一定であるとした場合、内燃機関１の停止時点における排気の温度が高い場合には低い場合よりも、第二制御を終了した時点から第三制御を開始する時点までの期間が長くなる。

図９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、内燃機関１の回転速度、添加弁４２の温度、排気温度、添加指令、吸い戻し指令、析出量、析出物の粒径、掃出し指令、ＰＭ濃度を示している。Ｔ１からＴ２までの期間は、図５におけるＴ１からＴ２までの期間と同様にして決まる。また、Ｔ２からＴ１１までの期間は、図５におけるＴ２からＴ３までの期間と同様にして決まる。

ただし、第二制御が終了する時点であるＴ１１においては、排気温度が排気許容温度よりも高くなっている。このため、Ｔ１１においては第三制御を開始していない。その後、大気への放熱により、添加弁４２の温度及び排気温度が低下する。そして、排気温度が排気許容温度未満となるＴ１２で示した時点において第三制御が開始される。すなわち、Ｔ１２の時点で吸い戻し指令がＯＮになる。第三制御を終了する時点であるＴ１３は、第一制御を終了する時点であるＴ２と同様にして決定される。Ｔ１３で示した時点において第三制御が終了した後には、排気温度及び添加弁４２の温度が十分に低くなっているため、析出物の発生及び析出物の粒径の増加は抑制される。

なお、析出物の粒径はＰＭ濃度の影響も受けるが、第三制御開始時点ではＰＭ濃度が許容濃度よりも低下するのに十分な時間が経過していると考えられるため、ＰＭ濃度は第三制御の開示時点の決定に影響しないものとして扱う。ＰＭ濃度が許容濃度未満であったとしても、添加弁４２の温度または排気温度が高いと尿素水から析出物が発生するため、添加弁４２の詰まりや摩耗が起こる虞がある。したがって、ＰＭ濃度が許容濃度未満であっても、排気温度が排気許容温度未満となるまで第三制御を開始しない。

図１０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、すでに説明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、すでに説明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は図示を省略する。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が図１０に示すフローチャートを実施することにより、本発明における制御装置として機能する。

図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ３０１よりも前の処理についてはすでに説明したフローチャートと同じ処理がなされるため説明を省略する。図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ２０２の処理が終了するとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、内燃機関１の停止時点から第三制御を開始時点までの時間が算出される。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止時点での排気温度と、尿素水の温度と、内燃機関１の停止時点から第三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の停止時点から第三制御開始時点までの時間を求める。ステップＳ３０１の処理が終了するとステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２からステップＳ１０９までの処理は、図６に示したフローチャートと同じである。

また、図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ１０９の処理が終了した場合、または、ステップＳ１０６において否定判定がなされた場合にステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、内燃機関１の停止時点からの経過時間が、ステップＳ３０１で算出された内燃機関１の停止時点から第三制御開始時点までの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。本ステップＳ３０１では、第三制御を開始したと仮定した場合に、析出物の粒径が限界粒径未満となるか否か判定している。ステップＳ３０２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からステップＳ１１３までの処理は、図６に示したフローチャートと同じである。このようにして、第三制御を開始したと仮定した場合に析出物の粒径が限界粒径以上とならない温度（すなわち、排気許容温度）まで排気温度が低下するまで第三制御が開始されないようにすることで、第三制御を実施した後に析出物の粒径が限界粒径以上になることを抑制できる。これにより、添加弁４２の詰まり及び摩耗を抑制できる。

なお、本実施例では、内燃機関１の停止時点において第三制御の開始時点を決定することができるが、内燃機関１の停止時点から第三制御が開始されるまでにはある程度の時間がかかるため、排気温度の推定に誤差を含む場合もある。したがって、内燃機関１の停止時点において第三制御の開始時点を決定することに代えて、第二制御終了後に排気温度を実際に検出して第三制御の開始時点を決定してもよい。例えば、第二制御終了後に温度センサ１１により検出される排気温度が排気許容温度未満になった時点を、第三制御の開始時点としてもよい。また、排気温度または添加弁４２の温度の推定は上記の推定方法に限らず、他の推定方法を用いることもできる。さらに、第二制御終了時点から排気温度が排気許容温度未満に低下するまでの最長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き、第二制御終了時点からこの最長時間が経過したときに、排気温度が排気許容温度未満になったものとして、第三制御を開始してもよい。

また、本実施例では、排気温度に基づいて第三制御を開始する時期を決定しているが、これに代えて、第二制御の終了後の添加弁４２の温度を推定し、添加弁４２の温度が弁許容温度未満まで低下した時点で第三制御を開始してもよい。また、例えば、排気温度が排気許容温度未満となってから予め設定しておいた時間が経過したときに、添加弁４２の温度も弁許容温度未満になったものとして、第三制御の開始時点としてもよい。また、内燃機関１の停止時点の排気温度に基づいて排気温度の推移及び添加弁４２の温度の推移を推定し、排気温度が排気許容温度未満となり且つ添加弁４２の温度が添加弁許容温度未満となる時点で第三制御を開始してもよい。

＜実施例４＞
実施例３では、第二制御終了後に、排気温度が排気許容温度未満に低下するまで待ってから第三制御を開始している。一方、本実施例では、排気温度が排気許容温度未満になるまで第二制御を継続し、第二制御終了時点に第三制御を開始する。

ここで、第二制御を実施することにより、添加弁４２から尿素水が熱を奪うので、添加弁４２の温度が低下する。また、添加弁４２から排気通路２へ尿素水が噴射されることにより、排気の温度も低下する。第二制御終了時点での排気温度が排気許容温度よりも低ければ、第二制御を終了するのと同時に、第三制御を開始することができる。これにより、ＥＣＵ１０の待機時間を減少させることができるので、消費電力を低減することができる。

図１１は、本実施例に係る、第一制御、第二制御、第三制御を実施したときのタイムチャートである。上から順に、内燃機関１の回転速度、添加弁４２の温度、排気温度、添加指令、吸い戻し指令、析出量、析出物の粒径、掃出し指令、ＰＭ濃度を示している。Ｔ１からＴ２までの期間は、図５におけるＴ１からＴ２までの期間と同様にして決まる。

Ｔ２からは添加弁４２に尿素水が供給されるため、尿素水が添加弁４２から熱を奪うことで、添加弁４２の温度が速やかに低下する。また、排気通路２内に尿素水を噴射することにより排気温度も速やかに低下する。そして、Ｔ２１で示される時点において排気温度が排気許容温度未満となる。このように、排気温度が排気許容温度に達した場合にＥＣＵ１０は第二制御を終了する。すなわち、析出物の排出が完了し且つ排気温度が十分に低下したときに第二制御を終了させる。そして、Ｔ２１において第二制御を終了させるのと同時に第三制御を開始させる。Ｔ２１において排気温度が排気許容温度まで低下しているため、その後に、第三制御を実施したとしても、析出物の粒径の増大は抑制される。なお、このときには、内燃機関１の停止時点からＰＭ濃度が低下するのに十分な時間が経過しているため、ＰＭ濃度も許容濃度未満になっている。したがって、Ｔ２１において第三制御を開始している。そして、Ｔ２２で示した時点において、第三制御を終了する。Ｔ２２は、第一制御を終了する時点であるＴ２と同様にして決定される。Ｔ２２で示した時点において第三制御が終了した後には、析出物の発生及び析出物の粒径の増加が抑制される。

図１２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、すでに説明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、すでに説明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は図示を省略する。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が図１２に示すフローチャートを実施することにより、本発明における制御装置として機能する。

図１２に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１からステップＳ１０８までの処理は、図６に示したフローチャートと同じである。図１２に示したフローチャートでは、ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、排気温度が排気許容温度未満であるか否か判定される。このときには、排気温度に代えて、添加弁４２の温度が弁許容温度未満であるか否か判定してもよいが、添加弁４２の温度は排気温度と関連性があるため、本ステップＳ４０１では、排気温度のみで判定を行っている。なお、第二制御実施中に温度センサ１１により排気温度を検出し、該排気温度が排気許容温度未満であるか否か判定してもよいが、第二制御実施中の排気温度は、内燃機関１の停止時点の排気温度及び尿素水の温度から推定可能なため、排気温度が排気許容温度未満となる時点を内燃機関１の停止時点の排気温度及び尿素水の温度から求めることもできる。すなわち、内燃機関１の停止時点において、第二制御の終了時点を求めることができる。このようにして求められた第二制御の終了時点を超えたか否かをステップＳ４０１で判定してもよい。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９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。なお、本実施例においては排気許容温度が、本発明における許容温度に相当する。

以上説明したように本実施例によれば、排気温度を速やかに低下させることにより第三
制御を速やかに開始することができるため、内燃機関１の停止から第三制御完了までの期間を短くすることができる。そして、第二制御終了から第三制御開始まで待つ場合に生じるＥＣＵ１０の待機電力が必要なくなるため、消費電力を低減することができる。

＜実施例５＞
上記実施例では、第一制御において添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水の全てをタンク４１に戻すように、ＥＣＵ１０がポンプ４４及び添加弁４２を制御している。一方、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。そして、本実施例に係る第三制御では、上記実施例と同様に、添加弁４２及び尿素水通路４３内の尿素水の全てをタンク４１に戻すように、ＥＣＵ１０がポンプ４４及び添加弁４２を制御する。

ここで、図１３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１３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が詰まったり、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１３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１０
５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１４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、限界温度よりも低くなる。

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。なお、本実施例ではＥＣＵ１０が第一制御時に放熱部１０５のタンク４１側端部（図１３の「吸い戻し位置」）まで尿素水を吸い戻すようにポンプ４４を操作することで、本発明における制御装置として機能する。また、本実施例においては尿素水を図１３の「吸い戻し位置」まで吸い戻したとき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。

図１５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、すでに説明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。

図１５に示したフローチャートでは、ステップＳ１０３が終了するとステップＳ５０１へ進む。ステップＳ５０１では、ＥＣＵ１０は、第一制御の実施時間が第五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。第五所定時間は、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Ｓ５０１では、図１３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。第五所定時間は、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Ｓ５０１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Ｓ５０１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。

また、図１５に示したフローチャートでは、ステップＳ１０７が終了するとステップＳ５０２へ進む。ステップＳ５０２では、ＥＣＵ１０は、第二制御の実施時間が第六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。ここでいう第六所定時間は、添加弁４２内及び尿素水通路４３内に尿素水を満たす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。第六所定時間は、タンク４１から排出された尿素水量が、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Ｓ５０２では、タンク４１から排出された尿素水量が、所定量以上になったか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。なお、ステップＳ５０２における第六所定時間は、ステップＳ５０１における第五所定時間と同じであってもよく、異なっていてもよい。第六所定時間を第五所定時間以上とすることにより、
添加弁４２から排気通路２へ尿素水が噴射されるため、より確実に析出物を排出することができる。本ステップＳ５０２では、添加弁４２からの析出物の排出が完了したか否かＥＣＵ１０が判定しているといえる。ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９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。

以上説明したように本実施例によれば、添加弁４２における高温部位から外れ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、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、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。

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、第一制御の実施時間を決定してもよい。すなわち、第一制御の実施時間を実施例１で説明した第一所定時間以上にすると、析出物の粒径が限界粒径以上になると予測される場合には、第一制御の実施時間を第五所定時間に設定し、析出物の粒径が限界粒径未満になると予測される場合には、第一制御の実施時間を第一所定時間に設定してもよい。第一制御終了時点における析出物の粒径は、内燃機関１の停止時点における排気の温度と相関関係にあるため、内燃機関１の停止時点における排気の温度に基づいて、第一制御の実施時間を決定することができる。第一制御の実施時間と、内燃機関１の停止時点の排気温度との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。

＜実施例６＞
上記実施例では、第一制御終了と同時に第二制御を開始している。また、実施例１及び実施例２では、第二制御終了と同時に第三制御を開始している。しかし、第一制御終了と同時に第二制御を開始する必要はなく、第二制御終了と同時に第三制御を開始する必要もない。析出物を添加弁４２から排気通路２へ排出するために第二制御を実施するのであれば、第二制御は、少なくとも析出物の粒径が限界粒径未満のときに開始すればよい。そこで本実施例では、第一制御終了時点よりも後であって、析出物の粒径が限界粒径未満であると推定されるときに第二制御を開始する。この場合、析出物の粒径が限界粒径に達すると推定される時点の直前に第二制御を開始してもよい。

ここで、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第一制御終了後の排気温
度が高くなる。図７に示したように排気温度が高いほど析出物の粒径が大きくなるため、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第一制御終了後の析出物の粒径が大きくなる。したがって、第一制御終了時点から析出物の粒径が限界粒径に達するまでの期間は、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、より短くなる。このように、内燃機関１の停止時点における排気温度と、第一制御終了時点から析出物の粒径が限界粒径に達するまでの期間と、には相関関係がある。そこで本実施例では、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間を短くする。内燃機関１の停止時点の排気温度と、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間と、の関係は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。

また、添加弁４２の温度または排気温度がまだ高い場合に、第三制御を実施してしまうと、添加弁４２内に排気が吸い込まれたときに析出物が再度発生し、該析出物の粒径が限界粒径以上となる虞がある。そこで本実施例では、第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になると予測される時点から第三制御を開始する。

すなわち、析出物の粒径が限界粒径以上になることを抑制するためには、第三制御開始時点の添加弁４２の温度及び第三制御開始時点の排気温度が十分に低下している必要がある。このため本実施例では、第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になると予測される時点で第三制御を開始する。なお、添加弁４２の温度は排気温度と関連性を有することから、添加弁４２の温度が十分に低下していることも、排気温度に基づいて判定することができる。

ここで、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、排気温度が十分に低下するまでの時間がより長くなる。したがって、第三制御を実施したとしても析出物の粒径が限界粒径未満になるようにした場合、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間が長くなる。そこで本実施例では、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間を長くする。内燃機関１の停止時点の排気温度と、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間と、の関係は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。

図１６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、内燃機関１の回転速度、添加弁４２の温度、排気温度、添加指令、吸い戻し指令、析出量、析出物の粒径、掃出し指令、ＰＭ濃度を示している。Ｔ１からＴ３１までの期間は、図５におけるＴ１からＴ２までの期間と同様にして決まる。また、Ｔ３１からＴ３２までの期間は、析出物の粒径が限界粒径に達するまでの期間に基づいて決まる。そして、Ｔ３１からＴ３２までの期間は、Ｔ１の時点の排気温度が高いほど、短くなる。ここで、Ｔ３１において添加弁４２の温度上昇が終了したとしても、析出物の粒径が収束していなければ、その後に、析出物の粒径が増大する。したがって、Ｔ３１からＴ３２の期間に析出物の粒径が増大し得る。そして、析出物の粒径が限界粒径を超える直前の時点としてＴ３２が設定されており、Ｔ３２において、掃出し指令がＯＮとなり第二制御が開始される。これにより、析出物量は減少し、析出物の粒径の増大も抑制される。Ｔ３２からＴ３３までの期間は、図５におけるＴ２からＴ３までの期間と同様にして決まる。

第二制御が終了する時点であるＴ３３においては、排気温度が排気許容温度よりも高くなっている。その後、大気への放熱により排気温度が低下していく。Ｔ３４は、吸い戻し指令がＯＮとなる時点であり、第三制御が開始される時点である。Ｔ３３からＴ３４までの期間は、Ｔ１の時点の排気温度が高いほど、長くなる。Ｔ３４においては排気温度が排
気許容温度未満となっているため、第三制御を開始したとしても、析出物の粒径の増大は抑制される。第三制御を終了する時点であるＴ３５は、第一制御を終了する時点であるＴ３１と同様にして決定される。

なお、析出物の粒径はＰＭ濃度の影響も受けるため、第二制御開始時点及び第三制御開始時点を決定するときに、ＰＭ濃度に基づいた補正を行ってもよい。すなわち、ＰＭ濃度が高いほど析出物の粒径が増大し易くなるため、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間を短くし、且つ、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間を長くしてもよい。

図１７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、すでに説明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、すでに説明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は図示を省略する。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が図１７に示すフローチャートを実施することにより、本発明における制御装置として機能する。

図１７に示したフローチャートでは、ステップＳ２０２の処理が終了するとステップＳ６０１へ進む。ステップＳ６０１では、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間、及び、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間が算出される。これらは、ステップＳ２０２において取得される機関停止時の排気温度に基づいて求める。ここで、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間が短くなる。また、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間が長くなる。これらの関係は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。ステップＳ６０１の処理が終了するとステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２からステップＳ１０５までの処理は、図６に示したフローチャートと同じである。

図１７に示したフローチャートでは、ステップＳ１０５の処理が終了した場合、または、ステップＳ１０２において否定判定がなされた場合にステップＳ６０２へ進む。ステップＳ６０２では、第二制御の開始時点に達したか否か判定される。本ステップＳ６０２では、第一制御終了時点からの期間が、ステップＳ６０１で算出された第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間に達したか否か判定される。第一制御終了時点からの期間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ステップＳ６０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６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Ｓ１０６からステップＳ１０９までの処理は、図６に示したフローチャートと同じである。

一方、図１７に示したフローチャートでは、ステップＳ１０９の処理が終了した場合、または、ステップＳ１０６において否定判定がなされた場合にステップＳ６０３へ進む。ステップＳ６０３では、第三制御の開始時点に達したか否か判定される。本ステップＳ６０３では、第二制御終了時点からの期間が、ステップＳ６０１で算出された第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間に達したか否か判定される。第二制御終了時点からの期間はＥＣＵ１０によりカウントされる。ステップＳ６０３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からステップＳ１１３までの処理は、図６に示したフローチャートと同じである。

以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第一制御終了時点から第二制御開始時点までの期間を短くすることにより、析出物
の粒径が限界粒径以上となることを抑制できる。また、第一制御終了時点から第二制御開始時点まで時間を空けることにより、その間に排気温度が低下するため、その後に第二制御を実施したとしても、アンモニアの発生を抑制できる。また、内燃機関１の停止時点における排気温度が高いほど、第二制御終了時点から第三制御開始時点までの期間を長くすることにより、第三制御終了時点における排気温度が低くなるため、第三制御終了後に析出物の粒径が限界粒径以上となることを抑制できる。したがって、添加弁４２の摩耗を抑制したり、添加弁４２の詰まりが発生することを抑制したりできる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ フィルタ
４ 還元剤供給装置
１０ ＥＣＵ
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 (6)

1. 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が前記タンクに所定量戻るように前記ポンプを操作する第一制御と、前記第一制御を実施した後に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二制御と、前記第二制御を実施した後に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三制御と、を前記内燃機関の停止後に実施する制御装置と、
   を備え、
   前記尿素水通路は前記添加弁よりもアンモニアによる腐食に対する高い耐性を持ち、
   前記制御装置は、前記第一制御における前記所定量を、前記添加弁の容量とする、
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 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が前記タンクに所定量戻るように前記ポンプを操作する第一制御と、前記第一制御を実施した後に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二制御と、前記第二制御を実施した後に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三制御と、を前記内燃機関の停止後に実施する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における排気の温度が、所定温度以上の場合には前記第一制御と前記第二制御と前記第三制御とを実施し、前記所定温度未満の場合には前記第一制御と前記第二制御と前記第三制御とを実施することなく、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四制御を実施する、
   内燃機関の排気浄化装置。
3. 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が前記タンクに所定量戻るように前記ポンプを操作する第一制御と、前記第一制御を実施した後に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二制御と、前記第二制御を実施した後に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三制御と、を前記内燃機関の停止後に実施する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関の停止時点における排気の温度が高い場合には低い場合よりも、前記第一制御を終了した時点から前記第二制御を開始する時点までの期間を短くし、且つ、前記第二制御を終了した時点から前記第三制御を開始する時点までの期間を長くする、
   内燃機関の排気浄化装置。
4. 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及び前記尿素水通路の容量よりも少ない量とする請求項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。
5. 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４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記制御装置は、前記第二制御を開始した場合には、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し、且つ、排気の温度が許容温度よりも低くなるまで前記第二制御を継続する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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