JP2012036839A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置に関し、低温域でのNOxの浄化効率を向上させる。
【解決手段】エンジンの排気通路に尿素水の噴射装置９とその下流側に位置する選択還元触媒５とを設ける。また、排気温度Ｔを推定又は検出する温度センサ８と、排気温度Ｔに応じて噴射装置９からの尿素の噴射量を制御するコントローラ７とを設ける。
コントローラ７は、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁未満である場合に、噴射装置９に尿素水の噴射を停止させる。また、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上である場合には、噴射装置９に尿素水を噴射させる。
また、排気温度Ｔの低下時であり、かつ、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上であり、かつ、第二温度Ｔ₂未満である場合には、尿素水を間欠的に噴射させる間欠制御を実施する。一方、排気温度Ｔの非低下時、又は、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂以上である場合には、尿素水を連続的に噴射させる連続制御を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、尿素水の添加によりエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関する。

従来、車両の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（NOx）を除去するための触媒として尿素添加型の選択還元触媒〔尿素SCR（Selective Catalytic Reduction）触媒〕を用いた排気浄化システムが知られている。すなわち、選択還元触媒の上流側の排気通路内に還元剤としての尿素水を噴射し、尿素の加水分解によりアンモニア（NH₃）を生成してNOxをNH₃で窒素及び水に還元するものである。選択還元触媒を用いた排気浄化システムは、ディーゼルエンジンの排気のように酸素濃度が比較的高い雰囲気下におけるNOxの浄化に有効である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０８７７７号公報

ところで、尿素の加水分解反応は排気温度が高いほど進行しやすく、NOx浄化性能が得られやすい。一方、排気温度が低ければNH₃が生成されにくくなり、選択還元触媒の近傍の排気温度が所定温度（例えば、180〜200[℃]程度）未満であるような低温域ではNH₃の生成速度が大きく減少する。そのため、排気温度が低温域となる走行状態では尿素水の添加を停止する場合があり、NOx浄化効率を向上させることができないという課題がある。

また、排気温度の低下時に尿素水の噴射量を減少させることで、NH₃の生成速度に見合った尿素の供給を図ることも考えられる。しかしこの場合、低温域で加水分解されずに残った尿素は、排気通路内やインジェクタでの堆積，固着の原因となりうるため、尿素水を噴射できない場合がある。

本件は上記のような課題に鑑み創案されたもので、低温域でのNOxの浄化効率を向上させることができるようにした排気浄化装置を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられ、排気中に尿素水を噴射する噴射装置と、前記噴射装置よりも下流側に設けられ、排気中の窒素酸化物を窒素に還元する選択還元触媒と、を備える。また、前記選択還元触媒の近傍の排気温度を推定又は検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で推定又は検出された前記排気温度が所定の第一温度（ユリア噴射閾値温度）以上である場合に、前記噴射装置に前記尿素水を噴射させ、前記排気温度が前記第一温度未満である場合に、前記噴射装置に前記尿素水の噴射を停止させる制御手段と、を備える。

前記制御手段は、前記排気温度の低下時であり、かつ、前記排気温度が前記第一温度よりも高い所定の第二温度（ユリア添加切り替え温度）未満であるときに、前記噴射装置に前記尿素水を間欠的に噴射させる間欠制御を実施する。また、前記排気温度の非低下時、又は、前記排気温度が前記第二温度以上であるときに、前記噴射装置に前記尿素水を連続的に噴射させる連続制御を実施する。

ここでいう間欠的とは、尿素水の噴射後に尿素水の噴射を完全に停止する期間が設けられることを意味する。また、ここでいう所定の第一温度（ユリア噴射閾値温度）は、加水分解によるアンモニアの生成速度が所定速度未満となる温度であり、例えば180〜200[℃]の範囲内で設定される。一方、所定の第二温度は、例えば第一温度と比較して5〜10[℃]程度高い温度に設定される。

（２）また、前記制御手段が、前記連続制御時に、前記選択還元触媒で還元される窒素酸化物量に基づいて前記尿素水の量を制御するとともに、前記間欠制御時に、前記選択還元触媒に吸着されるアンモニア吸着量に基づいて前記尿素水の量を制御することが好ましい。
これにより、連続制御時には、少なくとも排気中の窒素酸化物が還元された状態となるように前記尿素水の量が制御される。例えば、エンジンで生成された窒素酸化物量や選択還元触媒に導入される窒素酸化物量に基づいて前記尿素水の量が調整される。
一方、間欠制御時には、アンモニアが選択還元触媒に最大まで吸着された状態となるように前記尿素水の量が制御される。例えば、選択還元触媒に吸着しているアンモニア吸着量に基づいて前記尿素水の量が調整される。

（３）また、前記制御手段が、前記間欠制御時に、前記アンモニア吸着量がその時点で前記選択還元触媒に吸着しうる最大値となるように、前記尿素水の量を制御することが好ましい。
（４）また、前記制御手段が、前記間欠制御時に、予め設定された一定の周期で前記尿素水を噴射させることが好ましい。この場合、前記尿素水が定期的に噴射されることになる。

（５）あるいは、前記制御手段が、前記間欠制御時に、前記選択還元触媒に吸着された前記アンモニア吸着量が所定値以下となったときに、前記尿素水を噴射させることが好ましい。この場合、アンモニアの消費量や脱離量に応じて前記尿素水の噴射のタイミングが調整される。
（６）また、前記制御手段が、前記間欠制御時に、前記噴射装置から噴射される前記尿素水の流量を制御することが好ましい。ここでいう流量とは単位時間あたりの噴射量に相当する。

（１）開示の排気浄化装置によれば、排気温度が第一温度未満となる直前に尿素水を間欠的に噴射することで、連続的に尿素水を噴射した場合と比較して、尿素水の加水分解を促進することができ、窒素酸化物の浄化効率を向上させることができる。
（２）また、排気温度が第一温度未満まで低下する直前に噴射される尿素水の量がアンモニア吸着量に基づいて制御されるため、選択還元触媒へのアンモニア吸着量を確保することができ、浄化効率を向上させることができる。

（３）また、排気温度が第一温度未満となる直前に選択還元触媒へのアンモニア吸着量がその時点での最大値となるため、窒素酸化物の浄化効率が高い状態が維持される時間を最大にすることができ、浄化効率を向上させることができる。
（４）また、一定の周期で尿素水を噴射することで、噴射装置における尿素の固着防止効果を向上させることができる。

（５）あるいは、アンモニア吸着量の最小値が所定値以上に制限されるため、排気温度が第一温度未満となった時点でのアンモニア吸着量を確保することができ、窒素酸化物の浄化効率を向上させることができる。
（６）また、間欠制御時に尿素水の流量を制御することで、噴射の勢いを自在に変更することができ、尿素の固着防止効果をさらに向上させることができる。

一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成を模式的に例示する図である。 図１の排気浄化装置で実施される制御例を示すフローチャートである。 （ａ）は図１の排気浄化装置での尿素水の噴射量及び排気温度の経時変化を示すグラフであり、（ｂ）は比較例としての従来の排気浄化装置におけるグラフである。 （ａ），（ｂ）はともに変形例としての排気浄化装置での尿素水の噴射量及び排気温度の経時変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して開示の排気浄化装置の診断装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．装置構成］
第一実施形態の排気浄化装置１０は、図１に例示する車両の吸排気システムに適用されている。図１中のエンジン２０は軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、このエンジン２０には排気通路１６及び吸気通路１７が接続される。エンジン２０の各気筒の燃焼室には吸気通路１７を介して吸気が導入され、燃焼後の排気は排気通路１６を介して外部へ排出される。なお、ここでいう排気通路１６には、エンジン２０の排気マニホールドが含まれる。

排気通路１６には、排気の流れの上流側から順に、ターボチャージャー１８，DPF（Diesel Particulate Filter）装置１及びSCR（Selective Catalytic Reduction）装置４が介装される。DPF装置１は連続再生式の濾過装置であり、SCR装置４は排気中に含まれるNOxを除去するための浄化装置である。

ターボチャージャー１８は、排気通路１６及び吸気通路１７のそれぞれを跨ぐように介装された過給器であり、排気通路１６を流通する排気の排気圧でタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路１７からの吸気を圧縮してエンジン２０への過給を行う。

排気通路１６上におけるDPF装置１とSCR装置４との間には、温度センサ８（温度検出手段）及びユリアインジェクタ９（噴射装置）が設けられる。ユリアインジェクタ９は、排気中に尿素〔CO(NH₂)₂〕の水溶液を噴霧供給するノズルである。ここで排気中に添加された尿素は排気中に撹拌され、SCR装置４に供給される。また、排気中の尿素は主にSCR装置４で排気熱によって熱分解，加水分解され、NH₃となる。

温度センサ８はユリアインジェクタ９の近傍に設けられ、尿素水が噴射される位置での排気温度Ｔを検出するものである。なお、温度センサ８の配設位置は適宜変更可能であり、例えばSCR装置４の入口付近やSCR装置４の内部等に設けてもよい。あるいは、他の温度情報等を用いて排気温度Ｔの推定値を算出する構成としてもよい。ここで検出（又は推定）された排気温度Ｔは、後述するコントローラ７に伝達される。

DPF装置１は、上流側に配置されるDOC（Diesel Oxidation Catalyst）触媒２と下流側に配置されるフィルタ３とを内蔵する。このDPF装置１は、排気中に含まれるPM（Particulate Matter，粒子状物質）を捕集する機能と、捕集したPMを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、PMとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。

DOC触媒２は、排気中の成分に対する酸化能を持った酸化触媒であり、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。DOC触媒２によって酸化される排気中の成分には、一酸化窒素（NO）や未燃燃料中の炭化水素等が挙げられる。

フィルタ３は、PMを捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。フィルタ３の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、PMの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にPMが捕集され、排気が濾過される。
図１に示すように、SCR装置４は上流側に配置されるSCR触媒５（選択還元触媒）とその下流側に配置されるCUC（Clean Up Catalyst）触媒６とを内蔵した浄化装置である。SCR触媒５は排気の流れの上流側に位置し、CUC触媒６はSCR触媒５の下流側に位置する。

SCR触媒５は、尿素添加型のNOx選択還元触媒であり、上流側から供給される尿素をNH₃に加水分解し、そのNH₃を還元剤として排気中のNOxをN₂へと還元する機能を持つ。また、SCR触媒５は、排気温度Ｔが所定の第一温度Ｔ₁（ユリア噴射閾値温度、例えば180〜200[℃]前後）以上であるときに、加水分解によるNH₃の生成速度が所定速度以上となる特性を有する。なお、SCR触媒５でNH₃が生成される最低温度（ユリア分解温度、例えば130〜180[℃]前後）は、第一温度Ｔ₁よりもさらに低い温度である。以下、この最低温度のことを第三温度Ｔ₃と呼ぶ。

SCR触媒５の排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上である状態では、排気中に尿素水を供給することによって主にSCR触媒５上でNH₃が適切な速度で生成され、NOxが還元される。一方、排気温度Ｔが第三温度Ｔ₃まで低下するとNH₃の生成速度が低下し、NOxの還元反応が緩慢になる。そこで、本実施形態の排気触媒装置では、排気温度Ｔの低下時にその低下量が過大となるのに先だって、尿素水を短時間にまとめて供給することで予めNH₃の生成を開始しておき、排気温度が第一温度Ｔ₁未満となった後にもこのNH₃を用いてNOxを浄化する。
CUC触媒６は、SCR触媒５での還元反応における余剰分のNH₃（スリップNH₃）を除去するための酸化触媒である。本排気浄化装置１０では、CUC触媒６の担体が最も下流側に位置する担体である。

［２．コントローラの制御内容］
コントローラ７〔ECU，Engine (electronic) Control Unit，制御手段〕は、エンジン２０を含む吸排気システムを統括管理する電子制御装置であり、マイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスである。コントローラ７では、フィルタ３の再生制御やユリアインジェクタ９からの尿素水の噴射制御，尿素水の濃度の診断制御のほか、エンジン２０の混合気の空燃比やシリンダ内での燃焼反応に係る吸入空気量，燃料噴射量，燃料噴射タイミング，点火時期，排気温度等が制御されている。

コントローラ７の入力側には前述の温度センサ８が接続され、出力側にはユリアインジェクタ９が接続される。本実施形態では、コントローラ７に実装される機能のうち、主にユリアインジェクタ９での尿素水噴射に係る三種類の制御、すなわち、尿素水噴射停止制御，連続制御及び間欠制御について説明する。
尿素水噴射停止制御は、以下の条件の成立時にユリアインジェクタ９からの尿素水の噴射を停止，禁止する制御である。つまり、尿素水が供給されるのは、少なくとも排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上のときである。
（Ａ）SCR触媒５の排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁未満である

一方、連続制御及び間欠制御では、触媒温度の閾値としてユリア添加切り替え温度が設定される。このユリア添加切り替え温度とは、第一温度Ｔ₁よりもやや高い値に設定された所定値であり、第一温度Ｔ₁と比較して5〜10[℃]程度高い温度である。以下、ユリア添加切り替え温度のことを第二温度Ｔ₂と呼ぶ。例えば、第一温度Ｔ₁が180[℃]であるとすると、第二温度Ｔ₂は185〜190[℃]前後に設定することが考えられる。

連続制御は、ユリアインジェクタ９に尿素水を連続的に噴射させる制御である。この制御では、SCR触媒５で還元させたいNOx量に基づいて尿素水の添加量が算出される。例えば、車両の運転状態によりエンジン２０のシリンダから排出されるNOx量が多い状況下では尿素水の添加量が増量され、反対にエンジン２０のシリンダから排出されるNOx量が少ない状況下では尿素水の添加量が減量される。連続制御の開始条件は以下の何れかが成立することである。
（Ｂ）SCR触媒５の排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂以上である
（Ｃ）排気温度Ｔの非低下時かつ排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上、第二温度Ｔ₂未満である

条件Ｃにおける排気温度Ｔの低下時は、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂未満となったときの温度変化の勾配によって判断する。例えば、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂よりも高温である状態から第二温度Ｔ₂未満の状態に変化したときには、排気温度Ｔが低下したものと判断する。一方、排気温度Ｔが第三温度Ｔ₃未満の状態から第二温度Ｔ₂よりもやや低い温度に変化したような場合には、排気温度Ｔが上昇したものと判断し、条件Ｃは不成立であるものとする。

間欠制御は、ユリアインジェクタ９に尿素水を間欠的に噴射させる制御である。この制御では、NOx量を基準とする代わりに、SCR触媒５に吸着されるNH₃吸着量に基づいて尿素水の添加量が算出される。例えば、SCR触媒５へのNH₃吸着量がその時点での最大値となるように、尿素水の添加量が制御される。SCR触媒５へのNH₃吸着量の最大値は、SCR触媒５の触媒温度が低温であるほど増大し、高温であるほど減少する。したがって、例えば尿素水の添加量が排気温度Ｔの低下に伴って増大するような制御が実施される。間欠制御の開始条件は以下の全てが成立することである。
（Ｄ）排気温度Ｔの低下時である
（Ｅ）排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上、第二温度Ｔ₂未満である

上記の三種類の制御の開始条件を排気温度Ｔで分類すると以下の通りである。
・排気温度Ｔ＜第一温度Ｔ₁の場合、尿素水噴射停止制御を実施する。
・第一温度Ｔ₁≦排気温度Ｔ＜第二温度Ｔ₂の場合、
排気温度Ｔの低下時であれば、間欠制御を実施する。
排気温度Ｔの低下時でなければ、連続制御を実施する。
・第二温度Ｔ₂≦排気温度Ｔの場合、連続制御を実施する。

上述の通り、間欠制御時に排気中に供給される尿素の噴射量は、SCR触媒５にNH₃が最大まで吸着された状態となるように制御された量である。つまりこの場合、噴射量はNH₃吸着量に応じて調整される。一方、連続制御時に排気中に供給される尿素の噴射量は、NH₃吸着量に関わらず、その噴射量で排気中のNOxの浄化を賄うことができる量である。つまりこの場合、噴射量はNH₃吸着量ではなくNOx生成量に応じて調整される。

［３．コントローラの機能］
コントローラ７の内部にソフトウェア又はハードウェア回路としてプログラミングされている機能を、図１中に模式的に示す。なお、ソフトウェアとする場合には、そのソフトウェアを図示しないメモリや記憶装置に記録し、図示しないCPU（Central Processing Unit，中央処理装置）に随時読み込むことによって以下に説明する機能を実現する。

コントローラ７には、連続制御部７ａ，間欠制御部７ｂ及び尿素水噴射停止制御部７ｃが設けられる。連続制御部７ａは連続制御を実施するものであり、上記の条件Ｂ，Ｃを判定してユリアインジェクタ９を制御する。また、間欠制御部７ｂは間欠制御を実施するものである。上記の条件Ｄ，Ｅを判定してユリアインジェクタ９を制御する。

尿素水噴射停止制御部７ｃは尿素水噴射停止制御を司るものであり、上記の条件Ａが成立する場合（条件Ｂ〜Ｅが成立しない場合）にユリアインジェクタ９からの尿素水の添加を停止，禁止する。なお、尿素水噴射停止制御の実施状態は、連続制御部７ａ及び間欠制御部７ｂで何れの制御も実施されない状態に対応するため、尿素水噴射停止制御部７ｃを省略することも可能である。

［４．フローチャート］
図２は、排気浄化装置１０での制御の一例を説明するためのフローチャートである。このフローは、コントローラ７の内部で繰り返し実施されている。このフロー中では、制御用の第一フラグＦ₁，第二フラグＦ₂及び第三フラグＦ₃が使用されている。

第一フラグＦ₁は、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂以上である（Ｆ₁＝１）か第二温度Ｔ₂未満である（Ｆ₁＝０）かを示すものである。また、第二フラグＦ₂は、排気温度Ｔの低下時である（Ｆ₂＝１）か否（Ｆ₂＝０）かを示すものである。さらに、第三フラグＦ₃は、間欠噴射制御での最初の尿素水噴射がされる前（Ｆ₃＝０）か後（Ｆ₃＝１）かを示すものである。
ステップＡ１０では、温度センサ８で検出された排気温度Ｔがコントローラ７に入力される。続くステップＡ２０では、尿素水噴射停止制御部７ｃにおいて、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上であるか否かが判定される。ここでＴ＜Ｔ₁である場合にはステップＡ２２へ進む。

ステップＡ２２では第三フラグＦ₃がＦ₃＝０に設定され、ステップＡ２４では第二フラグＦ₂がＦ₂＝０に設定され、続くステップＡ２６では第一フラグＦ₁がＦ₁＝１に設定される。また、ここでは条件Ａが成立しているため、続くステップＡ６０では尿素水噴射停止制御部７ｃによって尿素水噴射停止制御が実施され、尿素水の噴射が禁止される。また、尿素水の噴射がなされていた場合にはその噴射が停止する。

一方、ステップＡ２０でＴ≧Ｔ₁である場合にはステップＡ３０へ進む。ステップＡ３０以降では、連続制御及び間欠制御の何れか一方の制御が実施される。
ステップＡ３０では、連続制御部７ａにおいて、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂未満であるか否かが判定される。ここでＴ≧Ｔ₂である場合にはステップＡ３２へ進む。

ステップＡ３２では第三フラグＦ₃がＦ₃＝０に設定され、ステップＡ３４では第二フラグＦ₂がＦ₂＝０に設定され、続くステップＡ３６では第一フラグＦ₁がＦ₁＝０に設定される。また、ここでは条件Ｂが成立するため、続くステップＡ８０では連続制御部７ａによって連続制御が実施される。
また、ステップＡ３０でＴ＜Ｔ₂である場合（すなわち、Ｔ₁≦Ｔ＜Ｔ₂である場合）にはステップＡ４０へ進む。

ステップＡ４０では、間欠制御部７ｂにおいて第一フラグＦ₁がＦ₁＝０であるか否かが判定される。つまりここでは、この時点での第一フラグＦ₁を参照することで、前回の制御サイクルで排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂以上であったか否かを確認する。もしもこの時点での第一フラグＦ₁がＦ₁＝０であれば、間欠制御部７ｂは前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間に排気温度Ｔが低下したものと判断する。

このステップＡ４０でＦ₁＝０である場合にはステップＡ４２へ進み、第二フラグＦ₂がＦ₂＝１に設定されてステップＡ４４に進む。一方、ステップＡ４０でＦ₁≠０（つまりＦ₁＝１）である場合には第二フラグＦ₂を変更することなくステップＡ４４に進む。なお、ステップＡ４４では、第一フラグＦ₁がＦ₁＝１に設定される。

続くステップＡ５０では、第二フラグＦ₂がＦ₂＝１であるか否かが判定される。ここでＦ₂＝１である場合には、条件Ｄ，Ｅがともに成立するためステップＡ７０以降に進み、間欠制御部７ｂによって間欠制御が実施される。一方、Ｆ₂≠１（つまりＦ₂＝０）である場合には、条件Ｃが成立するためステップＡ８０へ進み、連続制御部７ａによって連続制御が実施される。

ステップＡ７０では、第三フラグＦ₃がＦ₃＝０であるか否かが判定される。ここでＦ₃＝０である場合にはステップＡ７２に進み、ユリアインジェクタ９から尿素水を噴射させる信号が連続制御部７ａから出力される。続くステップＡ７４では尿素水の噴射間隔を計測するためのカウンタ値ＣがＣ＝０にリセットされるとともに、計時が開始される。カウンタ値Ｃは、時間の経過とともに増加するレジスタ値であり、尿素水の噴射からの経過時間に対応する値を持つ。また、続くステップＡ７６では第三フラグＦ₃がＦ₃＝１に設定される。

一方、ステップＡ７０でＦ₃≠０（つまりＦ₃＝１）である場合には、カウンタ値Ｃが所定値Ｃ₀以上であるか否かが判定される。ここでＣ≧Ｃ₀である場合にはステップＡ７２へ進み、再び尿素水が噴射される。また、Ｃ＜Ｃ₀である場合にはそのままフローを終了する。これにより、最初に条件Ｄ，Ｅがともに成立した直後に尿素水がユリアインジェクタ９から噴射され、その後は条件Ｄ，Ｅが成立し続ける限り、所定値Ｃ₀に対応する一定の時間間隔で尿素水が間欠噴射される。

［５．作用，効果］
図３（ａ）に、上記の排気浄化装置１０を搭載した車両の走行時における排気温度Ｔの経時変化（実線）と、ユリアインジェクタ９から噴射される尿素水の噴射流量の経時変化（破線）を示す。

例えば、高速道路を走行していた車両が市街地の一般道路に降りると、排気温度Ｔが徐々に低下する。図３（ａ）中の時刻ｔ₁までの間は、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂以上であるため、コントローラ７の連続制御部７ａにより連続制御が実施される。したがって、図３（ａ）中に破線で示すように、車両のエンジン２０から排出されるNOx量に基づいて尿素水の添加量が算出され、尿素水が連続的に供給される。
排気温度Ｔがさらに低下し、時刻ｔ₁に第二温度Ｔ₂になった以後には、コントローラ７の間欠制御部７ｂにより間欠制御が実施される。これにより、SCR触媒５でのNH₃吸着量が最大値となるように短時間の間に所定量の尿素水が噴射され、NH₃吸着量が最大値になった時刻ｔ₂に尿素水の噴射が一時停止する。

また、前回の噴射（時刻ｔ₁又は時刻ｔ₂）から所定値Ｃ₀に対応する時間が経過した時刻ｔ₃には、再び尿素水が噴射される。これにより、尿素水の噴射状態と停止状態とが交互に訪れる間欠的（断続的）な噴射となる。このような間欠制御は、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁となる時刻ｔ₄まで継続される。時刻ｔ₄以降は尿素水の噴射が停止する。
なお、上記の間欠制御の代わりに連続制御を実施するような従来の排気浄化装置の場合には、図３（ｂ）に破線で示すように尿素水の噴射流量が変化する。すなわち、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁以上であるときに連続制御が実施され、時刻ｔ₁′に排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁未満になると尿素水噴射停止制御が実施される。この場合、時刻ｔ₁′の直前においてもエンジン２０から排出されるNOx量に基づいて尿素水の添加量が算出されるため、必ずしもSCR触媒５のNH₃吸着量が十分であるとは限らない。

これに対し、上記の排気浄化装置１０によれば、排気温度Ｔが第一温度Ｔ₁未満となる直前に尿素水を間欠的に噴射することで、連続的に尿素水を噴射した場合と比較して、より高温の排気中に噴射される尿素水の割合が増大するため、尿素水の加水分解を促進することができる。したがって、NOxの浄化効率を向上させることができる。

また、間欠制御時に噴射される尿素水の噴射量が、SCR触媒５に吸着されるNH₃吸着量に基づいて算出されるため、連続的に尿素水を噴射した場合と比較して、SCR触媒５のNH₃吸着量を十分に確保することができる。したがって、NOxの浄化効率をより向上させることができる。
さらに、間欠制御時には、SCR触媒５のNH₃吸着量がその時点での最大値となる尿素水が噴射されるため、NOxの浄化効率が高い状態を長時間維持することができ、NOxの浄化効率をさらに向上させることができる。

また、上述の排気浄化装置１０では、間欠制御時の尿素水の噴射間隔が所定値Ｃ₀に対応する一定の時間となっているため、排気温度Ｔが第二温度Ｔ₂から第一温度Ｔ₁まで低下する間の噴射量の分布をほぼ均等にすることができる。つまり、尿素が長時間の間、噴射されないような期間がなくなるため、ユリアインジェクタ９での尿素の固着防止効果を高めることができる。

［６．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。

上述の実施形態では、間欠制御時の尿素水の噴射間隔が一定であるものを例示したが、SCR触媒５でのNH₃吸着量に基づいて噴射間隔を変更してもよい。例えば、NH₃吸着量が所定量以下になったときに尿素水を噴射する構成とすることが考えられる。この場合、NH₃の消費速度が大きいほど尿素水の噴射間隔が短縮される。つまり、図４（ａ）に示すように、尿素水の噴射間隔が一定ではなく、NH₃吸着量の値に応じた間隔となる。
このような制御により、間欠制御が完了する時刻に関わらず、常にSCR触媒５上に所定量よりも多量のNH₃を吸着させておくことが可能となり、NOxの浄化効率が高い状態を長時間維持することができ、NOxの浄化効率をさらに向上させることができる。

また、間欠制御時の尿素水の一回当たりの噴射流量は、必ずしも一定にする必要があるわけではない。例えば、図４（ｂ）に示すように、同一量の尿素水を噴射する場合であっても、噴射流量（例えば、ユリアインジェクタ９での噴射圧や噴出口の開口面積等）及び噴射時間を調整することによって、尿素水の噴射の勢いを変更することが可能である。これにより、ユリアインジェクタ９での尿素の固着防止効果をさらに向上させることができる。

なお、上述の実施形態の排気浄化装置１０は、DPF装置１及びSCR装置４を排気通路１６上に直列配置したものを例示したが、少なくともユリアインジェクタ９，SCR触媒５及び温度センサ８を備えた吸排気システムであれば上記の技術効果を奏する装置を実現することが可能である。
また、上述の実施形態ではディーゼルエンジンの排気系に本発明を適用したものが例示したが、ガソリンエンジンの排気系への適用も可能である。

１ DPF装置
２ DOC触媒
３ フィルタ
４ SCR装置
５ SCR触媒（選択還元触媒）
６ CUC触媒
７ コントローラ（制御手段）
７ａ 連続制御部
７ｂ 間欠制御部
７ｃ 尿素水噴射停止制御部
８ 温度センサ（温度検出手段）
９ ユリアインジェクタ（噴射装置）
１０ 排気浄化装置
１６ 排気通路
１７ 吸気通路
１８ ターボチャージャー
２０ エンジン

Claims (6)

1. エンジンの排気通路に設けられ、排気中に尿素水を噴射する噴射装置と、
   前記噴射装置よりも下流側に設けられ、排気中の窒素酸化物を窒素に還元する選択還元触媒と、
   前記尿素水が噴射される前記排気の排気温度を推定又は検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段で推定又は検出された前記排気温度が所定の第一温度以上である場合に、前記噴射装置に前記尿素水を噴射させ、前記排気温度が前記第一温度未満である場合に、前記噴射装置に前記尿素水の噴射を停止させる制御手段と、を備え、
   前記制御手段が、
   前記排気温度の低下時であり、かつ、前記排気温度が前記第一温度よりも高い所定の第二温度未満であるときに、前記噴射装置に前記尿素水を間欠的に噴射させる間欠制御を実施し、
   前記排気温度の非低下時、又は、前記排気温度が前記第二温度以上であるときに、前記噴射装置に前記尿素水を連続的に噴射させる連続制御を実施する
   ことを特徴とする、排気浄化装置。
2. 前記制御手段が、
   前記連続制御時に、前記選択還元触媒で還元される窒素酸化物量に基づいて前記尿素水の量を制御するとともに、
   前記間欠制御時に、前記選択還元触媒に吸着されるアンモニア吸着量に基づいて前記尿素水の量を制御する
   ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記制御手段が、前記間欠制御時に、前記アンモニア吸着量がその時点で前記選択還元触媒に吸着しうる最大値となるように、前記尿素水の量を制御する
   ことを特徴とする、請求項２記載の排気浄化装置。
4. 前記制御手段が、前記間欠制御時に、予め設定された一定の周期で前記尿素水を噴射させる
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記制御手段が、前記間欠制御時に、前記選択還元触媒に吸着された前記アンモニア吸着量が所定値以下となったときに、前記尿素水を噴射させる
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の排気浄化装置。
6. 前記制御手段が、前記間欠制御時に、前記噴射装置から噴射される前記尿素水の流量を制御する
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の排気浄化装置。
   

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