特許 5678475 ＳＣＲシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5678475

(24)【登録日】2015年1月16日

(45)【発行日】2015年3月4日

(54)【発明の名称】ＳＣＲシステム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20150212BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 G

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2010-119712(P2010-119712)

(22)【出願日】2010年5月25日

(65)【公開番号】特開2011-247134(P2011-247134A)

(43)【公開日】2011年12月8日

【審査請求日】2013年4月5日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用 博覧会名：自動車技術展「人とくるまのテクノロジー展２０１０」 主催者名：社団法人自動車技術会 開催日：平成２２年５月１９日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】若松 俊告

(72)【発明者】

【氏名】川中 徳雄

(72)【発明者】

【氏名】片岡 寛

(72)【発明者】

【氏名】小峰 保

【審査官】 中村 一雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１１３６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１５１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４２７３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気管に設けられたＳＣＲ（選択還元触媒）装置と、
前記ＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、
前記エンジンから排出されるＮＯｘ量に応じて尿素水の噴射量を制御する尿素水噴射制御部と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、
前記ドージングバルブの温度が所定温度以上であるとき、前記ドージングバルブの温度に応じた最低噴射量を設定する最低噴射量設定部をさらに備え、
前記尿素水噴射制御部は、前記エンジンから排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水の噴射量が、前記最低噴射量設定部が設定した最低噴射量よりも小さいとき、尿素水の噴射量を最低噴射量に制御するように構成され、
前記最低噴射量設定部は、前記エンジンの運転状態が、高負荷運転状態であるか低負荷運転状態であるかを判定する負荷状態判定部をさらに備え、高負荷運転状態であるときに高負荷時用の最低噴射量を、低負荷運転状態であるときに低負荷時用の最低噴射量を設定するように構成され、
前記低負荷時用の最低噴射量は、前記高負荷時用の最低噴射量よりも小さい値に設定されており、
所定の最低噴射量設定条件が成立しているときのみ、前記最低噴射量設定部による最低噴射量の設定を許容する最低噴射量設定条件判定部をさらに備え、
前記最低噴射量設定条件は、アンモニアスリップを抑制するために、尿素水の噴射量を、前記エンジンから排出されるＮＯｘ量に応じた噴射量より減らしているときを含む
ことを特徴とするＳＣＲシステム。

【請求項2】

前記負荷状態判定部は、燃料噴射量が、排気ガス温度から算出された燃料噴射量閾値以上であるとき、高負荷運転状態であると判定し、燃料噴射量が前記燃料噴射量閾値未満であるとき、低負荷運転状態であると判定するようにされる請求項１記載のＳＣＲシステム。

【請求項3】

前記最低噴射量設定部は、最低噴射量の設定が許容されていない場合、最低噴射量を０（ゼロ）に設定するようにされる請求項１または２記載のＳＣＲシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの排ガス中のＮＯｘを尿素水を用いて還元するＳＣＲシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排ガス浄化システムとして、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置を用いたＳＣＲシステムが開発されている。

【0003】

このＳＣＲシステムは、尿素水をＳＣＲ装置の排気ガス上流に供給し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによって、ＳＣＲ触媒上でＮＯｘを還元して浄化するものである（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

図４に示すように、尿素水は、沸点以上の温度になると、その水分が蒸発を開始し、融解物を経てガスが生成される。生成されたガスは、温度を上昇させると結晶化し、固形物が生成される。生成された固形物が昇華するとアンモニアが生成される。また、生成された融解物やガスの一部は水蒸気と共に加水分解して、アンモニアと炭酸ガスが生成される。

【0005】

ところで、尿素水は、ＳＣＲ装置の上流側に設けられたドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）から噴射される。

【0006】

図５（ａ）に示すように、ドージングバルブ１０４は、高圧の尿素水Ｌが満たされたシリンダ５１に噴口５２が設けられ、その噴口５２を塞ぐ弁体５３がプランジャ５４に取り付けられた構造となっており、コイル（図示せず）に通電することによりプランジャ５４を引き上げることで弁体５３を噴口５２から離間させて尿素水Ｌを噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャ５４が引き下げられて弁体５３が噴口５２を塞ぐので尿素水Ｌの噴射が停止される。

【0007】

ドージングバルブ１０４は、高温の排気ガスが流れるエンジンの排気管に設けられる。ドージングバルブ１０４が高温となると、ドージングバルブ１０４内の尿素水Ｌも高温となり、図５（ｂ）に示すように、ドージングバルブ１０４内の尿素水Ｌが結晶化してプランジャが固着してしまったり、あるいは、図５（ｃ）に示すように、尿素水Ｌが結晶化した固体が弁体５３とシリンダ５１（弁座）との間に挟まって、尿素水Ｌの噴射が停止できなくなってしまったりして、ドージングバルブ１０４が動作不良となり適正な尿素水噴射制御が行えなくなるという不具合が生じる。

【0008】

また、尿素水からアンモニアを生成する過程で、腐食性の中間生成物（カルバミン酸アンモニウム）が生じ、ドージングバルブの内部を腐食させてしまうといった不具合も発生する。さらには、ドージングバルブ内の尿素水が高温となると、ドージングバルブに用いているゴムや樹脂製の部品が破損する不具合も発生する。本明細書では、このような不具合をまとめて熱害と呼称する。

【0009】

このような熱害を防止するため、エンジンを冷却する冷却水をドージングバルブに通し、冷却水によりドージングバルブを冷却することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０００−３０３８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、上述のように冷却水によりドージングバルブを冷却した場合であっても、図６に示すように、尿素水の噴射量（横軸）を減少させたり、尿素水の噴射を停止したりすると、ドージングバルブ内の尿素水の温度（縦軸）が高くなってしまい、ドージングバルブの動作不良や腐食などの熱害が発生してしまうという問題があった。これは、尿素水の噴射量が低くなると、ドージングバルブに供給される尿素水が少なくなり、供給される尿素水による冷却効果が十分に得られなくなるためだと考えられる。

【0012】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、尿素水の結晶化によるドージングバルブの動作不良や、ドージングバルブの腐食などの熱害を抑制し、適正な尿素水噴射制御を行うことが可能なＳＣＲシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、エンジンの排気管に設けられたＳＣＲ（選択還元触媒）装置と、前記ＳＣＲ装置の上流側で尿素水を噴射するドージングバルブと、前記エンジンから排出されるＮＯｘ量に応じて尿素水の噴射量を制御する尿素水噴射制御部と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、前記ドージングバルブの温度が所定温度以上であるとき、前記ドージングバルブの温度に応じた最低噴射量を設定する最低噴射量設定部をさらに備え、前記尿素水噴射制御部は、前記エンジンから排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水の噴射量が、前記最低噴射量設定部が設定した最低噴射量よりも小さいとき、尿素水の噴射量を最低噴射量に制御するように構成されるＳＣＲシステムである。

【0014】

前記最低噴射量設定部は、前記エンジンの運転状態が、高負荷運転状態であるか低負荷運転状態であるかを判定する負荷状態判定部と、前記負荷状態判定部が高負荷運転状態であると判定したとき、下式（１）
ｘ₄≧（ｙ₀−ａｘ₁−ｂｘ₂−ｃｘ₃−ｅ）／ｄ ・・・（１）
但し、ｘ₁：排気ガス流量
ｘ₂：排気ガス温度
ｘ₃：冷却水温度
ｙ₀：不具合が発生しない尿素水温度
ａ〜ｅ：係数
を満足するように高負荷時用の最低噴射量を設定する高負荷時最低噴射量設定部と、を備えてもよい。

【0015】

前記負荷状態判定部は、燃料噴射量が、排気ガス温度から算出された燃料噴射量閾値以上であるとき、高負荷運転状態であると判定し、燃料噴射量が前記燃料噴射量閾値未満であるとき、低負荷運転状態であると判定するようにされてもよい。

【0016】

所定の最低噴射量設定条件が成立しているときのみ、前記最低噴射量設定部による最低噴射量の設定を許容する最低噴射量設定条件判定部をさらに備え、前記最低噴射量設定部は、最低噴射量の設定が許容されていない場合、最低噴射量を０（ゼロ）に設定するようにされてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、尿素水の結晶化によるドージングバルブの動作不良や、ドージングバルブの腐食などの熱害を抑制し、適正な尿素水噴射制御を行うことが可能なＳＣＲシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態に係るＳＣＲシステムの概略構成図である。

【図2】図１のＳＣＲシステムにおけるＤＣＵの入出力構成図である。

【図3】図１のＳＣＲシステムの制御フローを示すフローチャートである。

【図4】温度と水分割合に対する尿素水の状態を説明する図である。

【図5】ドージングバルブの断面図であり、（ａ）は正常時、（ｂ），（ｃ）は不具合が発生したときの図である。

【図6】尿素水の噴射量に対するドージングバルブ内の尿素水の温度の関係を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0020】

まず、車両に搭載されるＳＣＲシステムについて説明する。

【0021】

図１（ａ）に示すように、ＳＣＲシステム１００は、エンジンＥの排気管１０２に設けられたＳＣＲ装置１０３と、ＳＣＲ装置１０３の上流側（排気ガスの上流側）で尿素水を噴射するドージングバルブ（尿素噴射装置、ドージングモジュール）１０４と、尿素水を貯留する尿素タンク１０５と、尿素タンク１０５に貯留された尿素水をドージングバルブ１０４に供給するサプライモジュール１０６と、ドージングバルブ１０４やサプライモジュール１０６等を制御するＤＣＵ（Dosing Control Unit）１２６とを主に備える。

【0022】

エンジンＥの排気管１０２には、排気ガスの上流側から下流側にかけて、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst；酸化触媒）１０７、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０８、ＳＣＲ装置１０３が順次配置される。ＤＯＣ１０７は、エンジンＥから排気される排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ₂とし、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比率を制御してＳＣＲ装置１０３における脱硝効率を高めるためのものである。また、ＤＰＦ１０８は、排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集するためのものである。

【0023】

ＳＣＲ装置１０３の上流側の排気管１０２には、ドージングバルブ１０４が設けられる。ドージングバルブ１０４は、高圧の尿素水が満たされたシリンダに噴口が設けられ、その噴口を塞ぐ弁体がプランジャに取り付けられた構造となっており、コイルに通電することによりプランジャを引き上げることで弁体を噴口から離間させて尿素水を噴射するようになっている。コイルへの通電を止めると、内部のバネ力によりプランジャが引き下げられて弁体が噴口を塞ぐので尿素水の噴射が停止される。

【0024】

ドージングバルブ１０４の上流側の排気管１０２には、ＳＣＲ装置１０３の入口における排気ガスの温度（ＳＣＲ入口温度）を測定する排気温度センサ１０９が設けられる。また、ＳＣＲ装置１０３の上流側（ここでは排気温度センサ１０９の上流側）には、ＳＣＲ装置１０３の上流側でのＮＯｘ濃度を検出する上流側ＮＯｘセンサ１１０が設けられ、ＳＣＲ装置１０３の下流側には、ＳＣＲ装置１０３の下流側でのＮＯｘ濃度を検出する下流側ＮＯｘセンサ１１１が設けられる。

【0025】

サプライモジュール１０６は、尿素水を圧送するＳＭポンプ１１２と、サプライモジュール１０６の温度（サプライモジュール１０６を流れる尿素水の温度）を測定するＳＭ温度センサ１１３と、サプライモジュール１０６内における尿素水の圧力（ＳＭポンプ１１２の吐出側の圧力）を測定する尿素水圧力センサ１１４と、尿素水の流路を切り替えることにより、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するか、あるいはドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すかを切り替えるリバーティングバルブ１１５とを備えている。ここでは、リバーティングバルブ１１５がＯＦＦのとき、尿素タンク１０５からの尿素水をドージングバルブ１０４に供給するようにし、リバーティングバルブ１１５がＯＮのとき、ドージングバルブ１０４内の尿素水を尿素タンク１０５に戻すようにした。

【0026】

リバーティングバルブ１１５が尿素水をドージングバルブ１０４に供給するように切り替えられている場合、サプライモジュール１０６は、そのＳＭポンプ１１２にて、尿素タンク１０５内の尿素水を送液ライン（サクションライン）１１６を通して吸い上げ、圧送ライン（プレッシャーライン）１１７を通してドージングバルブ１０４に供給するようにされ、余剰の尿素水を、回収ライン（バックライン）１１８を通して尿素タンク１０５に戻すようにされる。

【0027】

尿素タンク１０５には、ＳＣＲセンサ１１９が設けられる。ＳＣＲセンサ１１９は、尿素タンク１０５内の尿素水の液面高さ（レベル）を測定するレベルセンサ１２０と、尿素タンク１０５内の尿素水の温度を測定する温度センサ１２１と、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を測定する品質センサ１２２とを備えている。品質センサ１２２は、例えば、超音波の伝播速度や電気伝導度から、尿素水の濃度や尿素水に異種混合物が混合されているか否かを検出し、尿素タンク１０５内の尿素水の品質を検出するものである。

【0028】

尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６には、エンジンＥを冷却するための冷却水を循環する冷却ライン１２３が接続される。冷却ライン１２３は、尿素タンク１０５内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水と尿素タンク１０５内の尿素水との間で熱交換するようにされる。同様に、冷却ライン１２３は、サプライモジュール１０６内を通り、冷却ライン１２３を流れる冷却水とサプライモジュール１０６内の尿素水との間で熱交換するようにされる。

【0029】

冷却ライン１２３には、尿素タンク１０５とサプライモジュール１０６に冷却水を供給するか否かを切り替えるタンクヒーターバルブ（クーラントバルブ）１２４が設けられる。なお、ドージングバルブ１０４にも冷却ライン１２３が接続されるが、ドージングバルブ１０４には、タンクヒーターバルブ１２４の開閉に拘わらず、冷却水が供給されるように構成されている。なお、図１（ａ）では図を簡略化しており示されていないが、冷却ライン１２３は、尿素水が通る送液ライン１１６、圧送ライン１１７、回収ライン１１８に沿って配設される。

【0030】

図２に、ＤＣＵ１２６の入出力構成図を示す。

【0031】

図２に示すように、ＤＣＵ１２６には、上流側ＮＯｘセンサ１１０、下流側ＮＯｘセンサ１１１、ＳＣＲセンサ１１９（レベルセンサ１２０、温度センサ１２１、品質センサ１２２）、排気温度センサ１０９、サプライモジュール１０６のＳＭ温度センサ１１３と尿素水圧力センサ１１４、およびエンジンＥを制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１２５からの入力信号線が接続されている。ＥＣＭ１２５からは、外気温、エンジンパラメータ（エンジン回転数、燃料噴射量、排気ガス流量、冷却水温度など）の信号が入力される。

【0032】

また、ＤＣＵ１２６には、タンクヒーターバルブ１２４、サプライモジュール１０６のＳＭポンプ１１２とリバーティングバルブ１１５、ドージングバルブ１０４、上流側ＮＯｘセンサ１１０のヒータ、下流側ＮＯｘセンサ１１１のヒータ、への出力信号線が接続される。なお、ＤＣＵ１２６と各部材との信号の入出力に関しては、個別の信号線を介した入出力、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介した入出力のどちらであってもよい。

【0033】

図１（ｂ）に示すように、ＤＣＵ１２６には、エンジンＥから排出されるＮＯｘ量に応じて尿素水の噴射量を制御する尿素水噴射制御部１２７が搭載される。尿素水噴射制御部１２７は、ＥＣＭ１２５からのエンジンパラメータの信号と、排気温度センサ１０９からの排気ガス温度とを基に、排気ガス中のＮＯｘ量（エンジンＥから排出されるＮＯｘ量）を推定すると共に、推定した排気ガス中のＮＯｘ量を基にドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を決定するようにされ、さらに、ドージングバルブ１０４にて決定した尿素水量で噴射したとき、上流側ＮＯｘセンサ１１０の検出値に基づいてドージングバルブ１０４を制御して、ドージングバルブ１０４から噴射する尿素水量を調整するようにされる。

【0034】

さて、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００は、ドージングバルブ１０４の温度が所定温度以上（例えばＳＣＲ触媒の活性化温度以上）であるとき、ドージングバルブ１０４の温度に応じた最低噴射量を設定する最低噴射量設定部１２８をさらに備えている。本実施の形態では、ドージングバルブ１０４に専用の温度センサを設けるのは経済的でないため、従来用いられている排気温度センサ１０９の検出値（排気ガス温度、ＳＣＲ入口温度）を、ドージングバルブ１０４の温度として用いることとする。

【0035】

また、ＳＣＲシステム１００では、尿素水噴射制御部１２７は、エンジンＥから排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水の噴射量が、最低噴射量設定部１２８が設定した最低噴射量よりも小さいとき、尿素水の噴射量を最低噴射量に制御するように構成される。このとき、尿素水噴射制御部１２７は、最低噴射量の尿素水を連続して噴射するように制御を行う。

【0036】

最低噴射量設定部１２８は、エンジンＥの運転状態が、高負荷運転状態であるか低負荷運転状態であるかを判定する負荷状態判定部１２９と、高負荷時用の最低噴射量を設定する高負荷時最低噴射量設定部１３０と、低負荷時用の最低噴射量を設定する低負荷時最低噴射量設定部１３１と、を備えている。

【0037】

負荷状態判定部１２９は、燃料噴射量が、排気ガス温度から算出された燃料噴射量閾値以上であるとき、高負荷運転状態であると判定し、燃料噴射量が燃料噴射量閾値未満であるとき、低負荷運転状態であると判定するようにされる。

【0038】

なお、本実施の形態では、負荷状態判定部１２９にて、燃料噴射量によりエンジンＥの負荷状態を判定するようにしているが、これに限らず、例えば、排気ガス流量によりエンジンＥの負荷状態を判定するようにしてもよい。この場合、負荷状態判定部１２９は、排気ガス流量が所定の閾値以上であるとき、高負荷運転状態であると判定し、排気ガス流量が所定の閾値未満であるとき、低負荷運転状態であると判定することになる。なお、排気ガス流量については、エンジンの吸気管に設けた流量センサ（ＭＡＦセンサ）で測定される吸気流量を用いてもよい。

【0039】

高負荷時最低噴射量設定部１３０は、負荷状態判定部１２９が高負荷運転状態であると判定したとき、下式（１）
ｘ₄≧（ｙ₀−ａｘ₁−ｂｘ₂−ｃｘ₃−ｅ）／ｄ ・・・（１）
但し、ｘ₁：排気ガス流量
ｘ₂：排気ガス温度
ｘ₃：冷却水温度
ｙ₀：不具合が発生しない尿素水温度
ａ〜ｅ：係数
を満足するように高負荷時用の最低噴射量を設定するようにされる。式（１）における係数ａ〜ｅ、および不具合が発生しない尿素水温度ｙ₀は、実験等により適宜決定される。不具合が発生しない尿素水温度ｙ₀は、例えば尿素水の沸点温度以下の値に設定すればよい。

【0040】

本実施の形態では、高負荷時用の最低噴射量を、下式（２）
ｘ₄＝（ｙ₀−ａｘ₁−ｂｘ₂−ｃｘ₃−ｅ）／ｄ ・・・（２）
により求めるようにしたが、高負荷時用の最低噴射量は、（ｙ₀−ａｘ₁−ｂｘ₂−ｃｘ₃−ｅ）／ｄ以上であればよく、最低噴射量が大きくなりすぎてアンモニアスリップが発生しないよう、適宜設定すればよい。なお、アンモニアスリップとは、尿素水から生成されたアンモニアをＳＣＲ触媒で吸蔵しきれずに、ＳＣＲ装置１０３の下流側にアンモニアが流出してしまう現象のことである。

【0041】

ここで、式（１）の根拠を説明しておく。

【0042】

ドージングバルブ１０４内の尿素水温度ｙは、排気ガス流量ｘ₁と、排気ガス温度ｘ₂と、冷却水温度ｘ₃と、尿素水噴射量ｘ₄の４つのパラメータにより影響される。よって、尿素水温度ｙは、これら４つのパラメータｘ₁〜ｘ₄を用いて、下式（３）
ｙ＝ａｘ₁＋ｂｘ₂＋ｃｘ₃＋ｄｘ₄＋ｅ ・・・（３）
で表される回帰式で示すことができる。

【0043】

ここで、尿素水温度ｙに不具合が発生しない尿素水温度ｙ₀を代入し、式（３）を変形すると、上述の式（２）が得られる。式（２）で得られる尿素水噴射量ｘ₄は、不具合（ドージングバルブ１０４の動作不良や腐食などの熱害）を発生させないために最低限確保すべき尿素水噴射量を表すことになる。よって、最低噴射量を、式（２）で得られる尿素水噴射量ｘ₄以上とする（すなわち式（１）の条件を満足するように最低噴射量を設定する）ことにより、不具合の発生を防止することが可能となる。

【0044】

他方、低負荷時最低噴射量設定部１３１は、負荷状態判定部１２９が低負荷運転状態であると判定したとき、排気ガス流量と排気ガス温度ごとに低負荷時用の最低噴射量が与えられた低負荷時用最低噴射量マップ１３２を参照して、低負荷時用の最低噴射量を設定するようにされる。なお、無負荷時には、ＮＯｘが排出されないので、通常は尿素水の噴射は停止されるが、本実施の形態では、排気ガス温度（ドージングバルブ１０４の温度）が所定温度以上であれば、低負荷時最低噴射量設定部１３１が設定した低負荷時用の最低噴射量で、尿素水を噴射することになる。

【0045】

ここで、低負荷時用の最低噴射量は、高負荷時用の最低噴射量よりも小さい値に設定される。これは、低負荷時（あるいは無負荷時）には、排気ガス流量が低下するために、多量の尿素水を噴射すると、尿素水がアンモニアに分解されずに排気管１０２に付着し、排気管１０２を腐食させるなどの不具合が発生するおそれがあるためである。このような不具合を防止するために、本実施の形態では、高負荷時と低負荷時で異なる最低噴射量を設定するようにしている。

【0046】

また、本実施の形態では、低負荷時用最低噴射量マップ１３２を、所定の温度未満の領域では最低噴射量が０（ゼロ）となるように設定している。これは、低負荷時（あるいは無負荷時）には排気ガス流量が低下するため、排気ガス温度が十分に高くないと、尿素水をアンモニアに分解できず、排気管１０２を腐食させるなどの不具合が発生するおそれがあるためである。

【0047】

さらに、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００は、以下に示す（１）〜（４）の最低噴射量設定条件のいずれかが成立しているときのみ、最低噴射量設定部１２８による最低噴射量の設定を許容する最低噴射量設定条件判定部１３３をさらに備えている。最低噴射量設定部１２８は、最低噴射量の設定が許容されていない場合、最低噴射量を０（ゼロ）に設定する（つまり最低噴射量を設定しない）ようにされる。
（１）低負荷時
（２）ＤＰＦ再生時
（３）アンモニアスリップを抑制するために、尿素水の噴射量を、エンジンＥから排出されるＮＯｘ量に応じた噴射量より減らしているとき
（４）尿素水の噴射量が、排気温度から算出される尿素水噴射量閾値より小さいとき

【0048】

上述の（１）〜（４）の最低噴射量設定条件は、いずれもドージングバルブ１０４内の尿素水が高温となり不具合が発生しやすい条件を示しており、最低噴射量設定部１２８による最低噴射量の設定を適用するシチュエーションを限定したものである。例えば、（１）の低負荷時には、尿素水の噴射量が低くなり、ドージングバルブ１０４に供給される尿素水の量が低減するため、ドージングバルブ１０４に供給される尿素水による冷却効果が低下し、（２）のＤＰＦ再生時には、排気ガス温度が高くなってドージングバルブ１０４内の尿素水が高温になりやすくなる。

【0049】

（３），（４）の最低噴射量設定条件に該当する場合、尿素水の噴射量が低いために、ドージングバルブ１０４に供給される尿素水による冷却効果が低下する。なお、尿素水噴射制御部１２７は、冷却水の温度が高いあるいは低いとき、大気圧が低いとき、ＮＯｘ量（ＮＯｘ流量）が高いとき、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation；排気再循環）量が低下しているときなどは、アンモニアスリップを抑制するために尿素水の噴射量を減らす制御を行うが、このような場合は、（３）の最低噴射量設定条件に該当することになる。

【0050】

最低噴射量設定条件を設定しない場合、排気ガス温度（ドージングバルブ１０４の温度）が所定温度以上であれば常に尿素水が噴射されることとなり、運転条件や環境条件によってはアンモニアスリップが発生してしまうおそれが生じるが、最低噴射量設定条件を設定して、最低噴射量の設定を適用するシチュエーションを限定することにより、アンモニアスリップの発生を抑制することが可能になる。なお、最低噴射量設定条件については、上述の（１）〜（４）に限らず、適宜設定可能である。

【0051】

次に、ＳＣＲシステム１００の動作を図３を用いて説明する。ＳＣＲシステム１００では、図３の制御フローを繰返し実行するようにされる。

【0052】

図３に示すように、まず、ステップＳ１にて、最低噴射量設定部１２８が、排気ガス温度（ドージングバルブ１０４の温度）が所定温度以上であるかを判定する。ステップＳ１にてＮＯと判定された場合、最低噴射量設定部１２８が最低噴射量を０に設定し（ステップＳ８）、制御を終了する。

【0053】

ステップＳ１にてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ２にて、最低噴射量設定条件判定部１３３が、上述の（１）〜（４）の最低噴射量設定条件のいずれかが成立しているかを判定する。ステップＳ２にてＮＯと判定された場合、最低噴射量設定部１２８が最低噴射量を０に設定し（ステップＳ８）、制御を終了する。

【0054】

ステップＳ２にてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ３にて、負荷状態判定部１２９が、エンジンＥの運転状態が高負荷運転状態であるかを判定する。

【0055】

ステップＳ３にてＹＥＳと判定された場合、高負荷運転状態であるから、ステップＳ４にて、高負荷時最低噴射量設定部１３０が、上述の式（２）を用いて高負荷時用の最低噴射量を設定する。その後、ステップＳ６に進む。

【0056】

ステップＳ３にてＮＯと判定された場合、低負荷運転状態であるから、ステップＳ５にて、低負荷時最低噴射量設定部１３１が、排気ガス流量と排気ガス温度で低負荷時用最低噴射量マップ１３２を参照して、低負荷時用の最低噴射量を設定する。その後、ステップＳ６に進む。

【0057】

ステップＳ６では、尿素水噴射制御部１２７が、エンジンＥから排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水の噴射量が、ステップＳ４あるいはステップＳ５で設定した最低噴射量よりも小さいかを判定する。ステップＳ６にてＮＯと判定された場合、十分な尿素水の噴射量が確保できていることになるので、そのまま制御を終了する。

【0058】

ステップＳ６にてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ７にて、尿素水噴射制御部１２７が、尿素水の噴射量を、ステップＳ４あるいはステップＳ５で設定した最低噴射量に設定（変更）する。その後、制御を終了する。

【0059】

以上説明したように、本実施の形態に係るＳＣＲシステム１００では、ドージングバルブ１０４の温度が所定温度以上であるとき、ドージングバルブ１０４の温度に応じた最低噴射量を設定する最低噴射量設定部１２８を備え、尿素水噴射制御部１２７を、エンジンＥから排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水の噴射量が、最低噴射量設定部１２８が設定した最低噴射量よりも小さいとき、尿素水の噴射量を最低噴射量に制御するように構成している。

【0060】

これにより、ドージングバルブ１０４の温度に応じた尿素水の最低噴射量を確保することが可能となり、ドージングバルブ１０４内の尿素水の温度を低く維持することが可能になる。よって、ドージングバルブ１０４の動作不良や腐食などの熱害を抑制し、適正な尿素水噴射制御を行うことが可能となる。

【0061】

また、ＳＣＲシステム１００では、高負荷時と低負荷時とで最低噴射量を異ならせているため、低負荷時に尿素水の噴射量が多くなって排気管１０２が腐食するなどの不具合を防止できる。

【0062】

さらに、ＳＣＲシステム１００では、上述の（１）〜（４）の最低噴射量設定条件のうちいずれかが成立しているときのみ、最低噴射量設定部１２８による最低噴射量の設定を許容するようにしているため、最低噴射量の設定を適用するシチュエーションを限定し、常に尿素水が噴射されることによるアンモニアスリップの発生を抑制できる。

【0063】

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【0064】

例えば、上記実施の形態では、高負荷時の最低噴射量を式（１）を満足するように設定する場合を説明したが、これに限らず、高負荷時の最低噴射量は、少なくともドージングバルブ１０４の温度（排気ガス温度）に応じて設定すれば足りる。例えば、排気ガス温度と排気ガス流量とから算出された基本噴射量に、エンジン回転数と燃料噴射量に応じた補正を行うことで、高負荷時の最低噴射量を算出するようにしてもよい。

【0065】

また、上記実施の形態では、設定された最低噴射量の尿素水を連続して噴射する場合を説明したが、これに限らず、所定時間（例えば３０秒）尿素水を噴射した後、所定時間（例えば６０秒）尿素水の噴射を停止することを繰り返し、間欠的に尿素水の噴射を行うようにしてもよい。これにより、噴射される尿素水の量を減らすことができるので、アンモニアスリップをより確実に抑制できる。

【符号の説明】

【0066】

１００ ＳＣＲシステム
１０２ 排気管
１０３ ＳＣＲ装置
１０４ ドージングバルブ
１０５ 尿素タンク
１０６ サプライモジュール
１１０ 上流側ＮＯｘセンサ
１１１ 下流側ＮＯｘセンサ
１２５ ＥＣＭ
１２６ ＤＣＵ
１２７ 尿素水噴射制御部
１２８ 最低噴射量設定部
１２９ 負荷状態判定部
１３０ 高負荷時最低噴射量設定部
１３１ 低負荷時最低噴射量設定部
１３２ 低負荷時用最低噴射量マップ
１３３ 最低噴射量設定条件判定部
Ｅ エンジン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】