特許 6061078 内燃機関の排気浄化装置

(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】6061078

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20170106BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20170106BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20170106BHJP

   F02D 29/02 20060101ALI20170106BHJP

   F02D 17/04 20060101ALI20170106BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20170106BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 G

   F01N3/20 C

   F01N3/24 S

   F01N3/24 T

   F02D29/02 L

   F02D17/04 M

   F02D21/08 311B

   B01D53/94 222

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-276989(P2012-276989)

(22)【出願日】2012年12月19日

(65)【公開番号】特開2014-118946(P2014-118946A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100174366

【弁理士】

【氏名又は名称】相原 史郎

(72)【発明者】

【氏名】恒川 希代香

【審査官】 今関 雅子

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４９３７６１７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００９−００８０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４７１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２６１７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８、９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載される内燃機関の排ガスに含まれる窒素酸化物を尿素水供給手段により供給される尿素水にて還元浄化する選択還元型触媒と、
前記尿素水供給手段に供給する前記尿素水を貯留する尿素水貯留手段と、
前記尿素水貯留手段に貯留される前記尿素水の残量を検出する尿素水残量検出手段と、
前記車両の運転者に警告或いは注意喚起する警報手段と、
前記内燃機関の排ガスを該内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環手段と、
前記尿素水の残量が第１閾値以下となると、前記警報手段にて警告を開始する警報制御手段と、
前記尿素水残量検出手段の検出結果に基づき、前記排気再循環手段と前記尿素水供給手段の作動と前記内燃機関の運転を制御する運転制御手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記内燃機関を中速低負荷以下で運転し、前記選択還元型触媒に依らず前記排気再循環手段の作動により前記窒素酸化物の排出量を規定値以下とする第１運転制限状態と、
前記内燃機関を中速中負荷以下で運転し、前記排気再循環手段の作動に加え、前記選択還元型触媒での還元浄化にて前記窒素酸化物の排出量を前記規定値以下とする第２運転制限状態と、を有し、
前記警報制御手段は、前記尿素水の残量が前記第１閾値より大きい第２閾値以下となると、前記警報手段より注意喚起を開始し、
前記運転制御手段は、前記尿素水の残量が前記第２閾値以下となると、前記内燃機関の運転を前記第２運転制限状態とし、前記尿素水の残量が前記第１閾値に向って減少するのに応じて、前記内燃機関の運転を前記第２運転制限状態の実行から前記第１運転制限状態の実行へと切り換え、さらに前記尿素水の残量が前記第１閾値より小なる所定値以下となると前記内燃機関の運転停止処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項2】

前記警報手段は、ディスプレイを有するナビゲーションシステムであって、
前記警報制御手段は、前記尿素水の残量が前記第２閾値以下となると、前記注意喚起として前記ディスプレイに前記尿素水の残量が不足していることを表示するとともに、近隣の尿素水補給設備まで案内を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項3】

前記内燃機関は、前記吸気通路に吸入空気を過給する過給手段を備え、
前記排気再循環手段は、前記吸気通路の前記過給手の上流に前記排ガスを導入することを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、選択還元型触媒を用いた装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンは、燃料と空気との混合気中に酸素が多く含まれることから排ガス中への窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が多くなる。
そこで、従来より、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンでは、選択還元型触媒や、ＮＯｘトラップ触媒等を排気流路に設けている。特にディーゼルエンジンでは、高回転速度・高負荷運転時にＮＯｘの排出量が多くなることから、尿素水を排気流路中の排ガスに添加して、尿素水が加水分解して発生したアンモニア（ＮＨ３）にてＮＯｘを還元浄化する選択還元型触媒装置が用いられている。

【0003】

このような、選択還元型触媒装置では、選択還元型触媒に供給する尿素水が無くなると、選択還元型触媒にてＮＯｘを還元浄化することができなくなる。
このようなことから、特許文献１では、尿素水の残量が少なくなり、尿素水を補充する尿素ステーション（尿素水補給設備）までの距離が遠い場合には、尿素水の残量に応じてエンジンの出力の制限及び排気還流弁の開度を調整しＮＯｘの排出量を抑制して、尿素水の使用量を減らして選択還元型触媒にてＮＯｘを還元浄化している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９３７６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１の車両用内燃機関の排気浄化システムでは、尿素水の残量が少なくなり、尿素水を補充する尿素水補給設備までの距離が遠い場合には、尿素水の残量に応じてエンジンの出力の制限及び排気還流弁の開度を調整しＮＯｘの排出量を抑制して、尿素水の使用量を減らして選択還元型触媒にてＮＯｘを還元浄化している。
しかしながら、上記特許文献１の車両用内燃機関の排気浄化システムでは、尿素水補給設備が近隣になく、尿素水を補給が困難であり尿素水の残量が無くなった場合には、選択還元型触媒にてＮＯｘを浄化することができず、ＮＯｘが浄化されずに排出されることからエンジンの運転が困難となり、車両を走行させることができなくなる。

【0006】

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、尿素水が減少すると運転者に尿素水の補給を促し、尿素水が減少しても車両が走行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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、車両に搭載される内燃機関の排ガスに含まれる窒素酸化物を尿素水供給手段により供給される尿素水にて還元浄化する選択還元型触媒と、前記尿素水供給手段に供給する前記尿素水を貯留する尿素水貯留手段と、前記尿素水貯留手段に貯留される前記尿素水の残量を検出する尿素水残量検出手段と、前記車両の運転者に警告或いは注意喚起する警報手段と、前記内燃機関の排ガスを該内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環手段と、前記尿素水の残量が第１閾値以下となると、前記警報手段にて警告を開始する警報制御手段と、前記尿素水残量検出手段の検出結果に基づき、前記排気再循環手段と前記尿素水供給手段の作動と前記内燃機関の運転を制御する運転制御手段と、を備え、前記運転制御手段は、前記内燃機関を中速低負荷以下で運転し、前記選択還元型触媒に依らず前記排気再循環手段の作動により前記窒素酸化物の排出量を規定値以下とする第１運転制限状態と、前記内燃機関を中速中負荷以下で運転し、前記排気再循環手段の作動に加え、前記選択還元型触媒での還元浄化にて前記窒素酸化物の排出量を前記規定値以下とする第２運転制限状態と、を有し、前記警報制御手段は、前記尿素水の残量が前記第１閾値より大きい第２閾値以下となると、前記警報手段より注意喚起を開始し、前記運転制御手段は、前記尿素水の残量が前記第２閾値以下となると、前記内燃機関の運転を前記第２運転制限状態とし、前記尿素水の残量が前記第１閾値に向って減少するのに応じて、前記内燃機関の運転を前記第２運転制限状態の実行から前記第１運転制限状態の実行へと切り換え、さらに前記尿素水の残量が前記第１閾値より小なる所定値以下となると前記内燃機関の運転停止処理を実行することを特徴とする。

【0009】

また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記警報手段は、ディスプレイを有するナビゲーションシステムであって、前記警報制御手段は、前記尿素水の残量が前記第２閾値以下となると、前記注意喚起として前記ディスプレイに前記尿素水の残量が不足していることを表示するとともに、近隣の尿素水補給設備まで案内を行うことを特徴とする。

【0010】

また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１又は２において、前記内燃機関は、前記吸気通路に吸入空気を過給する過給手段を備え、前記排気再循環手段は、前記吸気通路の前記過給手段の上流に前記排ガスを導入することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１の発明によれば、尿素水の残量が第２閾値以下となると運転者に注意喚起を開始し、更に、内燃機関を中速中負荷以下で運転し、排気再循環手段の作動に加え、選択還元型触媒での還元浄化にて窒素酸化物の排出量を規定値以下とする第２運転制限状態とし、そして、尿素水の残量が第１閾値に向かって減少すると、内燃機関を中速低負荷以下で運転し、選択還元型触媒に依らず排気再循環手段の作動により窒素酸化物の排出量を規定値以下とする第１運転制限状態に切り換え、さらに尿素水の残量が第１閾値より小なる所定値以下となると内燃機関の運転停止処理を実行している。

【0014】

したがって、尿素水の残量が少なくなると、内燃機関の運転を排気再循環手段の作動により窒素酸化物の排出量を規定値以下とすることのできる第１運転制限状態に制限しており、窒素酸化物の排出量の制限を選択還元型触媒による還元浄化に依存していないので、例え尿素水が無くなったとしても、内燃機関を運転させ車両を走行させることができる。即ち、尿素水を補充することのできる尿素水補給設備まで車両を走行させることができる。

【0015】

また、例えば、排気再循環手段の作動に加え、選択還元型触媒での還元浄化にて窒素酸化物の排出量を規定値以下とする第２運転制限状態では、窒素酸化物の排出量を規定値以下に制限するために内燃機関を中速中負荷以下で運転する必要がある。また、選択還元型触媒に依らず排気再循環手段の作動により窒素酸化物の排出量を規定値以下とする第１運転制限状態では、窒素酸化物の排出量を規定値以下に制限するために第２運転制限状態よりも負荷が低い中速低負荷以下で運転する必要がある。

【0016】

このように尿素水の残量の減少にともなって、高速・高負荷領域及び中速・中負荷領域での内燃機関の運転をできなくなるように制限することで、車両の運転に対する違和感を運転者に与えることができる。
したがって、警報手段による運転者への注意喚起に加え、車両の運転に対する違和感を運転者に与えることで、早期に尿素水の補充を促すことができる。

【0017】

また、請求項２の発明によれば、尿素水の残量が第２閾値以下となると、注意喚起としてディスプレイに尿素水の残量が不足していることを表示するとともに、近隣の尿素水補給設備まで案内を行うようにしているので、注意喚起の段階で近隣の尿素水補給設備を案内することにより、早期の尿素水補充を促すことができる。
また、請求項３の発明によれば、吸気通路の過給手段の上流に排ガスを導入するようにしている。

【0018】

したがって、吸気負圧の大きい過給手段の上流に排ガスを導入することで、排気圧力が低い内燃機関の低速低負荷運転時に、多量の排ガスを吸気通路に導入することができる。
よって、内燃機関の運転を排気再循環手段の作動のみで窒素酸化物の排出量を規定値以下とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンの概略構成図である。

【図2】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニットが実行する尿素水残量運転制御の制御フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジン１の概略構成図である。なお、図中の破線は、尿素水タンク４５より尿素水インジェクタ３６に尿素水を供給する尿素水配管４６を示している。
図１に示すように、図示しない車両に搭載されるエンジン（内燃機関）１は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関（例えばコモンレール式ディーゼルエンジン）であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル２から各気筒の燃焼室３内に噴射可能な構成を成している。

【0021】

エンジン１の各気筒には、上下摺動可能なピストン４が設けられている。そして、当該ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。また、クランクシャフト６の一端部にはフライホイールが設けられている。
燃焼室３には、インテークポート７とエキゾーストポート８とが連通されている。
インテークポート７には、燃焼室３と当該インテークポート７との連通と遮断を行うインテークバルブ９が設けられている。また、エキゾーストポート８には、燃焼室３と当該エキゾーストポート８との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１０が設けられている。

【0022】

インテークポート７の上流には、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド１１が連通するように設けられている。そして、エキゾーストポート８の下流には、各気筒から排出される排ガスをまとめるエキゾーストマニフォールド１２が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド１１の各気筒に吸入空気を分配するための分岐の上流のインテークマニフォールド１１には、酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１３がセンサ部をインテークマニフォールド１１内に突出するように設けられている。また、空燃比センサ１３の下流には、燃焼室３に吸入される吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１４がインテークマニフォールド１１内に突出するように設けられている。

【0023】

インテークマニフォールド１１とエキゾーストマニフォールド１２には、それぞれが連通するように高温・高圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧の排気還流ガスを吸気に導入する高圧排気還流通路（排気再循環手段）１５が設けられている。また、高圧排気還流通路１５は、酸素濃度センサ１３の上流のインテークマニフォールド１１に、高温・高圧の排ガスが吸気に戻る量、即ち排気還流ガスの流量を調整する排気還流バルブ（排気再循環手段）１６を介して接続されている。また、高圧排気還流通路１５には、インテークマニフォールド１１に導入する排ガスを冷却する排気還流クーラ（排気再循環手段）１７が設けられている。

【0024】

インテークマニフォールド１１の上流には、最上流から吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ１８と、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ２０と、新気の流量を調整しつつ、後述する低圧排気還流通路４１より導入される低圧の排気還流ガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ（排気再循環手段）３９と、排気のエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ（過給手段）１９の図示しないコンプレッサハウジングとが吸気管（吸気通路）２１を介してインテークマニフォールド１１に接続されている。また、高圧排気還流通路１５より導入される排気還流ガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ（排気再循環手段）２２は、インテークマニフォールド１１と吸気管２１との間に配設されている。電子制御スロットルバルブ２２，３９には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ２３，４０が備えられている。

【0025】

吸気管２１のエアークリーナ１８とターボチャージャ１９のコンプレッサハウジングとの間の吸気管２１には、吸入される空気の温度を検出する吸気温度センサ３８が吸気管２１内に突出するように設けられている。
エキゾーストマニフォールド１２の下流には、ターボチャージャ１９に排ガスを導入する図示しないタービンハウジングと、排気管２４とが連通するように設けられている。

【0026】

排気管２４には、上流から順番に排ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒２５と、排ガス中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ２６と、排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）をアンモニアを用いて還元浄化する選択還元型触媒２８とが連通するように設けられている。なお、酸化触媒２５とディーゼルパティキュレートフィルタ２６は、ケーシング２９内に配設されている。また、選択還元型触媒２８は、ケーシング３０内に配設されている。

【0027】

選択還元型触媒２８は、尿素水インジェクタ３６より噴射された尿素水が加水分解を起こして発生したアンモニアが供給され排ガス中のＮＯｘを還元浄化するものである。
排気管２４のターボチャージャ１９とケーシング２９との間には、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１が排気管２４内に突出するように設けられている。
ケーシング２９の酸化触媒２５の上流には、酸化触媒２５に流入する排ガスの温度を検出する排気温度センサ３２がケーシング２９内に突出するように設けられている。また、ケーシング２９の酸化触媒２５とディーゼルパティキュレートフィルタ２６との間には、酸化触媒２５から流出する排ガスの温度を検出する排気温度センサ３３がケーシング２９内に突出するように設けられている。そして、ケーシング２９のディーゼルパティキュレートフィルタ２６の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６から流出する排ガスの温度を検出する排気温度センサ３４がケーシング２９内に突出するように設けられている。

【0028】

排気管２４のディーゼルパティキュレートフィルタ２６と選択還元型触媒２８との間、即ち排気管２４のケーシング２９とケーシング３０との間には、排ガス内のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ３５が排気管２４内に突出するように設けられている。そして、排気管２４のＮＯｘセンサ３５とケーシング３０との間には、尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）３６が排気管２４内に突出するように設けられている。なお、ＮＯｘセンサ３５の検出値は、センサの特性上、アンモニアに影響されるものである。即ち、ＮＯｘセンサ３５の検出値は、排ガス中のＮＯｘの濃度が一定であっても、アンモニアの濃度が濃くなると、高い検出値（ＮＯｘ濃度）を出力する。

【0029】

尿素水インジェクタ３６は、選択還元型触媒２８にアンモニアを供給するための尿素水を排気管２４内に噴射するものである。なお、尿素水は、尿素水配管４６を介して尿素水タンク（尿素水貯留手段）４５より供給される。そして、尿素水インジェクタ３６から選択還元型触媒２８までの距離は、尿素水インジェクタ３６から噴射された尿素水が加水分解されアンモニアを発生するまでに必要な距離以上に設定されている。したがって、尿素水インジェクタ３６より噴射された尿素水は、選択還元型触媒２８に到達するまでに加水分解を起こしアンモニアを発生する。

【0030】

尿素水タンク４５は、尿素水を貯留するものである。そして、尿素水タンク４５には、尿素水の残量を検出する尿素水残量センサ（尿素水残量検出手段）４７が配設されている。
排気管２４の選択還元型触媒２８の下流、即ちケーシング３０の下流には、選択還元型触媒２８から流出する排ガス内のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ３７が排気管２４内に突出するように設けられている。なお、ＮＯｘセンサ３７は、ＮＯｘセンサ３５と同様に、センサの特性上、アンモニアに影響されるものである。即ち、ＮＯｘセンサ３７の検出値は、排ガス中にＮＯｘの濃度が一定であっても、アンモニアの濃度が濃くなると、高い検出値（ＮＯｘ濃度）を出力する。

【0031】

電子制御スロットルバルブ３９とターボチャージャ１９との間の吸気管２１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ２９の下流の排気管２４には、それぞれが連通するように低温・低圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち低温・低圧の排気還流ガスを吸気に導入する低圧排気還流通路（排気再循環手段）４１が設けられている。また、低圧排気還流通路４１には、排気が吸気に戻る量、即ち排気還流ガスの流量を調整する排気還流バルブ（排気再循環手段）４２と、吸気へ戻す排気を冷やす排気還流クーラ４３と、吸気に戻す排ガスから異物を取り除く排気還流フィルタ（排気再循環手段）４４とが設けられている。

【0032】

また、ナビゲーションシステム（警報手段）５０は、車室内に配設されている。そして、ナビゲーションシステム５０は、図示しないディスプレイやスピーカを備え、ディスプレイに地図を表示し、音声案内によって運転者を目的地まで案内するものである。また、ナビゲーションシステム５０は、車両の異常やエンジン１の異常等のディスプレイへの表示や、スピーカによる音声の発話によって、運転者に注意喚起及び警告を促す機能を有している。

【0033】

そして、燃料噴射ノズル２、酸素濃度センサ１３，３１、吸気温度センサ１４，３８、排気還流バルブ１６，４２、電子制御スロットルバルブ２２，３９、スロットルポジションセンサ２３，４０、排気温度センサ３２，３３，３４、ＮＯｘセンサ３５，３７、尿素水インジェクタ３６、尿素水残量センサ４７、ナビゲーションシステム５０及びエンジン１の運転状態を検出する各種センサやエンジン１が搭載される車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作度合いを検出するアクセルポジションセンサ等の各種装置は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されるエンジンコントロールユニット（警報制御手段、運転制御手段）６０と電気的に接続されている。当該エンジンコントロールユニット６０は、各種センサ類からの各情報に基づき各種装置の作動を制御して、エンジン１の運転を制御するものである。

【0034】

エンジンコントロールユニット６０の入力側には、酸素濃度センサ１３，３１、吸気温度センサ１４，３８、スロットルポジションセンサ２３，４０、排気温度センサ３２，３３，３４、ＮＯｘセンサ３５，３７、尿素水残量センサ４７及びアクセルポジションセンサ等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。

【0035】

一方、エンジンコントロールユニット６０の出力側には、燃料噴射ノズル２、排気還流バルブ１６，４２、電子制御スロットルバルブ２２，３９、尿素水インジェクタ３６及びナビゲーションシステム５０が電気的に接続されている。
そして、エンジンコントロールユニット６０は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル２からのプレ噴射、メイン噴射及びアフタ噴射の燃料噴射量、噴射時期と、排気還流バルブ１６，４２や電子制御スロットルバルブ２２，３９の開度と尿素水インジェクタ３６からの尿素水の噴射量等を最適に制御し、エンジン１を高精度に制御する。

【0036】

また、エンジンコントロールユニット６０は、図示しない圧力センサにて検出されるディーゼルパティキュレートフィルタ２６の上流と下流の排ガスの圧力より、圧力差を算出し所定圧力差となった場合や、運転者の操作によって図示しない強制再生ボタン等が操作された場合に、燃料噴射ノズル２からの燃料の噴射量や噴射時期を制御して、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６内に堆積した微粒子状物質を燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ再生処理を実施する。

【0037】

更にエンジンコントロールユニット６０は、尿素水残量センサ４７にて検出される尿素水タンク４５内の尿素水残量に基づいて、尿素水タンク４５内の尿素水残量が少なくなるとエンジン１の運転領域と、吸気管２１への排ガスの導入量と、尿素水インジェクタ３６からの尿素水の供給量とを制御し、更にナビゲーションシステム５０による尿素水の残量が不足している旨を注意喚起或いは警告する尿素水残量運転制御を実施する。

【0038】

次に本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニット６０での尿素水残量運転制御について説明する。
図２は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニット６０での尿素水残量運転制御の制御フローチャートである。なお、本制御は、エンジン１の運転時に常に実施されるものである。

【0039】

図２に示すように、ステップＳ１０では、尿素水残量を検出する。詳しくは、尿素水残量センサ４７にて尿素水タンク４５に貯留されている尿素水の残量を検出する。そして、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、尿素水残量が第１所定値（本発明の第２閾値に相当）以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で尿素水残量が第１所定値以下であれば、ステップＳ１４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で尿素水残量が第１所定値以下でなければ、尿素水残量が十分にあるとして、本ルーチンをリターンする。なお、第１所定値は、後述する第４所定値よりも大きく、運転者に尿素水の残量が少なくなったことについて注意喚起を開始する残量（例えば、本実施例では３０００ｋｍ走行可能な残量）に設定される。

【0040】

ステップＳ１４では、注意喚起を開始する。詳しくは、ナビゲーションシステム５０のディスプレイに尿素水の残量が不足している旨と、近隣の尿素水補給設備までの経路を表示する。また、当該近隣の尿素水補給設備までの経路の案内を開始する。そして、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、尿素水残量が第２所定値以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で尿素水残量が第２所定値以下であれば、ステップＳ１８に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で尿素水残量が第２所定値以下でなければ、本ルーチンをリターンする。なお、第２所定値は、第４所定値より大きく第１所定値以下で、且つエンジン１の運転を後述する第２運転制限状態とする残量に設定される。

【0041】

ステップＳ１８では、尿素水残量が第３所定値以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で尿素水残量が第３所定値以下であれば、ステップＳ２０に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で尿素水残量が第３所定値以下でなければ、ステップＳ２２に進む。なお、第３所定値は、第４所定値より大きく第２所定値未満で、且つエンジン１の運転を後述する第１運転制限状態とする残量に設定される。

【0042】

ステップＳ２０では、尿素水残量が第４所定値（本発明の第１閾値に相当）以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で尿素水残量が第４所定値以下であれば、ステップＳ２４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で尿素水残量が第４所定値以下でなければ、ステップＳ２６に進む。なお、第４所定値は、運転者へ尿素水の残量が少なくなったことについて警告を開始する残量（例えば、本実施例では２４００ｋｍ走行可能な残量）に設定される。

【0043】

また、ステップＳ２２では、エンジン１の運転を第２運転制限状態とする。そして、本ルーチンをリターンする。なお、第２運転制限状態とは、排気還流バルブ１６，４２及び電子制御スロットルバルブ２２，３９の作動、即ち吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態を含み、更に排気還流バルブ１６及び排気還流バルブ４２の作動に加え、選択還元型触媒２８での還元浄化にてＮＯｘの排出量を規定値以下とするエンジン１の運転状態（例えば、中速中負荷以下）である。

【0044】

ステップＳ２４では、警告を開始する。詳しくは、ナビゲーションシステム５０のディスプレイに尿素水の残量が不足している旨の警告を表示する。そして、ステップＳ２８に進む。
また、ステップＳ２６では、エンジン１の運転を第１運転制限状態とする。そして、本ルーチンをリターンする。なお、第１運転制限状態とは、排気還流バルブ１６，４２及び電子制御スロットルバルブ２２，３９の作動、即ち吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とするエンジン１運転状態（例えば、中速低負荷以下）である。

【0045】

ステップＳ２８では、尿素水残量が第５所定値（所定値）以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で尿素水残量が第５所定値以下であれば、ステップＳ３０に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）で尿素水残量が第５所定値以下でなければ、本ルーチンをリターンする。なお、第５所定値は、第４所定値未満であって、エンジン１の運転停止処理を開始する残量（例えば、本実施例では２３５０ｋｍ走行可能な残量）に設定される。

【0046】

ステップＳ３０では、エンジン１の運転停止処理を実施する。詳しくは、車両を停止させるために、エンジン１の運転の制限を徐々に増して、エンジン１を停止させる。そして、本ルーチンをリターンする。
このように本発明の内燃機関の排気浄化装置では、尿素水残量センサ４７にて尿素水タンク４５内に貯留されている尿素水の残量を検出し、尿素水残量が第１所定値以下であれば注意喚起を開始する。また、尿素水残量が第２所定値以下であって第３所定値より多ければ、エンジン１の運転を排気還流バルブ１６，４２及び電子制御スロットルバルブ２２，３９の作動、即ち吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態を含み、更に排気還流バルブ１６及び排気還流バルブ４２の作動に加え、選択還元型触媒２８での還元浄化にてＮＯｘの排出量を規定値以下とするエンジン１の運転状態である第２運転制限状態とする。また、尿素水残量が第３所定値以下であって第４所定値より多ければ、エンジン１の運転を排気還流バルブ１６，４２及び電子制御スロットルバルブ２２，３９の作動、即ち吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とするエンジン１運転状態である第１運転制限状態とする。また、運転者に尿素水残量が第４所定値以下であると警告を開始する。そして、尿素水残量が第５所定値以下であるとエンジン１の運転停止処理を実施している。

【0047】

このように、尿素水の残量が減少するにつれ、エンジン１の運転を吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態を含み、更に吸気への排気還流ガスの導入に加え、選択還元型触媒２８での還元浄化にてＮＯｘの排出量を規定値以下とすることのできる第２運転制限状態と、排気還流バルブ１６，４２及び電子制御スロットルバルブ２２，３９の作動、即ち吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態と、運転停止と、を段階的に切り換えている。

【0048】

したがって、尿素水の残量が少なくなると、エンジン１の運転を吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態に制限しており、ＮＯｘの排出量の制限を選択還元型触媒２８による還元浄化に依存していないので、例え尿素水が無くなったとしても、エンジン１を運転させ車両を走行させることができる。即ち、尿素水を補充することのできる尿素水補給設備まで車両を走行させることができる。

【0049】

また、例えば、エンジン１の運転を吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態を含み、更に吸気への排気還流ガスの導入に加え、選択還元型触媒２８での還元浄化にてＮＯｘの排出量を規定値以下とする第２運転制限状態では、ＮＯｘの排出量を既定値以下に制限するためにエンジン１を中速中負荷以下で運転する必要がある。また、エンジン１の運転を吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とする第１運転制限状態では、ＮＯｘの排出量を規定値以下に制限するために第２運転制限状態よりも回転速度及び負荷が低い中速低負荷以下で運転する必要がある。

【0050】

このように尿素水の残量の減少にともなって、高速高負荷領域及び中速中負荷領域でのエンジン１の運転をできなくなるように制限することで、車両の運転に対する違和感を運転者に与えることができる。
したがって、運転者への注意喚起に加え、車両の運転に対する違和感を運転者に与えることで、早期に尿素水の補充を促すことができる。

【0051】

また、尿素水の残量が第１所定値以下となると、ナビゲーションシステム５０のディスプレイに尿素水の残量が不足している旨と、近隣の尿素水補給設備までの経路を表示して案内を行うようにしているので、注意喚起の段階で近隣の尿素水補給設備を案内することにより、早期の尿素水補充を促すことができる。
また、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６から流出された排ガスを吸気管２１の過給機１９の上流に導入するようにしている。

【0052】

したがって、吸気負圧の大きい過給機の上流に排ガスを導入することで、排気圧力が低いエンジン１の低速低負荷運転時に、多量の排ガスを吸気管２１に導入することができる。
よって、エンジン１の運転を吸気への排気還流ガスの導入のみでＮＯｘの排出量を規定値以下とすることができる。

【0053】

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、尿素水残量が第２所定値以下となってからエンジン１の運転を第２運転制限状態となるようしているが、これに限定されるものではなく、第１所定値と第２所定値とを同一値とし、尿素水残量が第１所定値以下となって注意喚起を開始すると共に、エンジン１の運転を第２運転制限状態とするようにしてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ エンジン（内燃機関）
１５ 高圧排気還流通路（排気再循環手段）
１６ 排気還流バルブ（排気再循環手段）
１７ 排気還流クーラ（排気再循環手段）
１９ ターボチャージャ（過給手段）
２１ 吸気管（吸気通路）
２２ 電子制御スロットルバルブ（排気再循環手段）
２８ 選択還元型触媒
３６ 尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
３９ 電子制御スロットルバルブ（排気再循環手段）
４１ 低圧排気還流通路（排気再循環手段）
４２ 排気還流バルブ（排気再循環手段）
４３ 排気還流クーラ（排気再循環手段）
４４ 排気還流フィルタ（排気再循環手段）
４５ 尿素水タンク（尿素水貯留手段）
４７ 尿素水残量センサ（尿素水残量検出手段）
５０ ナビゲーションシステム（警報手段）
６０ エンジンコントロールユニット（警報手段、運転制御手段）

【図1】

【図2】