JP2013227950A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にＮＨ_３又はＮＨ_３の前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を好適に高めることを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にＮＨ_３又はＮＨ_３の前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、選択還元型触媒へ流入する排気のＮＨ_３濃度を検出し、ＮＨ_３が排気中で均一に分散されているときのＮＨ_３濃度である基準濃度に対し、検出されたＮＨ_３濃度が一定値以上乖離している場合に、ＮＨ_３の分散度合いを高める処理を実行するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を利用して排気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を浄化する技術に関する。

内燃機関の排気に含まれる二酸化窒素（ＮＯ_２）や一酸化窒素（ＮＯ）等の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を浄化する技術として、内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気にアンモニア（ＮＨ_３）又はアンモニア（ＮＨ_３）の前駆体である還元剤（たとえば、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液）を添加する還元剤添加弁と、を備えた排気浄化システムが知られている。

還元剤として尿素水溶液を用いるシステムにおいて、還元剤添加量を変更することにより、選択還元型触媒のＮＨ_３吸着量が最大量（選択還元型触媒が吸着することができるＮＨ_３の最大量）となる状態から徐々にＮＨ_３吸着量を低減させ、その後徐々にＮＨ_３吸着量を増加させることにより、ＮＨ_３吸着量の低減開始からアンモニアセンサによってＮＨ_３スリップが検出されるまでの時間を求め、該時間に基づいて尿素水溶液に含まれる尿素の濃度を求める技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。また、特許文献１には、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度に応じて還元剤の添加量を補正する技術についても記述されている。

特開２０１１−１６３１６５号公報

ところで、選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘのうち、該選択還元型触媒で浄化されるＮＯ_Ｘの割合（ＮＯ_Ｘ浄化率）は、還元剤の添加量や還元剤に含まれる尿素の濃度によっても変化するが、排気が選択還元型触媒へ流入する際の該排気におけるＮＨ_３の分散度合いによっても変化する。たとえば、排気中におけるＮＨ_３の分散度合いが低い場合（排気中におけるＮＨ_３の分布に偏りがある場合）は、排気中におけるＮＨ_３の分散度合いが高い場合（排気中におけるＮＨ_３の分布が均一である場合）に比べ、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率が低くなる可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア（ＮＨ_３）又はアンモニア（ＮＨ_３）の前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を好適に高めることができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア（ＮＨ_３）又はアンモニア（ＮＨ_３）の前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、選択還元型触媒へ流入する排気のＮＨ_３濃度を検出し、ＮＨ_３が排気中において理想状態（たとえば、均一状態）で分散されているときのＮＨ_３濃度である基準濃度に対し、検出されたＮＨ_３濃度が一定値以上乖離している場合に、ＮＨ_３の分散度合
いを高まるための処理を実行するようにした。

詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒へ流入する排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、
前記還元剤添加弁から還元剤が添加された後の排気であって、前記選択還元型触媒へ流入する前の排気に含まれるアンモニアの濃度を検出するアンモニアセンサと、
前記還元剤添加弁から添加された還元剤の排気中における分散度合いを変更する変更機構と、
還元剤が添加されたときに前記アンモニアセンサによって検出される濃度が基準濃度に対して一定値以上乖離している場合に、排気中におけるアンモニアの分散度合いが高くなるように、前記変更機構を制御する制御手段と、
を備えるようにした。

なお、ここでいう「基準濃度」は、前述したように、還元剤が排気中において理想状態で分散されているときにアンモニアセンサによって検出されるアンモニア（ＮＨ_３）の濃度である。また、ここでいう「ＮＨ_３の濃度」は、濃度の絶対量を示す値に限られず、濃度と相関する値であればよく、たとえば、排気中に含まれるＮＨ_３の絶対量であってもよい。

還元剤添加弁から還元剤が添加されたときに、該還元剤が排気中において十分に分散されていなければ、排気中におけるアンモニアの分散度合いも低くなり易い。その結果、アンモニアセンサにより検出されるＮＨ_３の濃度は、基準濃度に対して過薄となったり、又は過濃となったりする。たとえば、排気通路の径方向における還元剤の濃度分布が偏った状態になると、アンモニアセンサのセンシング部が配置される位置においてＮＨ_３の濃度が基準濃度より薄くなったり、又は濃くなったりする。

ＮＨ_３の濃度分布が偏った状態の排気が選択還元型触媒へ流入すると、選択還元型触媒におけるＮＨ_３の濃度分布も偏ってしまう可能性がある。選択還元型触媒においてＮＨ_３の量が過多となる領域では、ＮＯ_Ｘと反応しきれない余剰のＮＨ_３（又は、選択還元型触媒が吸着しきれない余剰のＮＨ_３）が選択還元型触媒の下流へ流出する可能性がある。また、選択還元型触媒においてＮＨ_３の量が過少となる領域では、ＮＨ_３と反応しきれないＮＯ_Ｘが選択還元型触媒の下流へ流出する可能性がある。その結果、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率は、ＮＨ_３の濃度分布が均一であるとき（アンモニアセンサにより検出される濃度が前記基準濃度と等しいとき）のＮＯ_Ｘ浄化率（以下、「目標ＮＯ_Ｘ浄化率」と称する）より小さくなる。

これに対し、本発明の内燃機関の排気浄化システムによれば、アンモニアセンサによって検出されるＮＨ_３の濃度が基準濃度に対して一定値以上乖離しているときに、還元剤の分散度合いが高められるため、排気中におけるＮＨ_３の濃度分布を均一に近づけることができる。その結果、選択還元型触媒におけるＮＨ_３の濃度分布も均一に近づくため、選択還元型触媒から流出するＮＨ_３やＮＯ_Ｘの量を少なく抑えることができるとともに、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を目標ＮＯ_Ｘ浄化率に近づけることができる。

本発明の内燃機関の排気浄化システムは、選択還元型触媒へ流入するＮＯ_Ｘ量に対して選択還元型触媒で浄化されるＮＯ_Ｘ量の割合であるＮＯ_Ｘ浄化率を演算する演算手段をさらに備えるようにしてもよい。その場合、制御手段は、演算手段により算出されるＮＯ_Ｘ浄化率と目標ＮＯ_Ｘ浄化率との差に基づいて、前記変更機構をフィードバック制御するようにしてもよい。

このような構成によれば、選択還元型触媒における実際のＮＯ_Ｘ浄化率をより確実に目標ＮＯ_Ｘ浄化率に近づけることができるとともに、選択還元型触媒から流出するＮＨ_３やＮＯ_Ｘの量をより確実に低減することができる。

本発明の変更機構としては、たとえば、還元剤添加弁の噴射圧力や噴射間隔（噴射周期）を変更する機構や、分散板などの角度を変更する機構等を用いることができる。

また、本発明において、アンモニアセンサは、該センサのセンシング部（たとえば、センサ素子）が排気通路の径方向においてＮＨ_３が偏在しやすい位置（ＮＨ_３の濃度が高くなり易い位置）、又はＮＨ_３が偏在し難い位置（ＮＨ_３の濃度が低くなり易い位置）に配置されてもよい。その場合、ＮＨ_３の濃度分布の偏りをより確実に検出することが可能になる。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する排気中にアンモニア（ＮＨ_３）又はアンモニア（ＮＨ_３）の前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、選択還元型触媒のＮＯ_Ｘ浄化率を好適に高めることができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 アンモニアが均一に分散していない場合におけるアンモニアの濃度分布の例を示す図である。 アンモニアが均一に分散していない場合におけるアンモニアの濃度分布の他の例を示す図である。 分散処理ルーチンを示すフローチャートである。 分散処理実行時における実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３の変化と実ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘの変化を時系列に示す図である。 還元剤添加弁の噴射間隔と選択還元型触媒の実ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘとの関係を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転（リーンバーン運転）可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

図１において、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は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４が上流側から直列に配置されている。

第１触媒ケーシング３は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、あるいはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。

第２触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。なお、第２触媒ケーシング４の内部において、酸化触媒を担持した触媒担体が選択還元型触媒より下流に配置されてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する還元剤添加弁５から選択還元型触媒へ供給される還元剤のうち、選択還元型触媒をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。

第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４との間の排気通路２には、ＮＨ_３又はＮＨ_３の前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁５が取り付けられている。還元剤添加弁５は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁５は、ポンプ５０を介して還元剤タンク５１に接続されている。ポンプ５０は、還元剤タンク５１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁５へ圧送する。還元剤添加弁５は、ポンプ５０から圧送されてくる還元剤を排気通路２内へ噴射する。なお、還元剤添加弁５の開閉タイミングやポンプ５０の吐出圧力は、ＥＣＵ９によって電気的に制御されるようになっている。

ここで、還元剤タンク５１に貯留される還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液や、ＮＨ_３ガスを用いることができる。本実施形態では、還元剤として、尿素水溶液を用いる例について述べる。

還元剤添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第２触媒ケーシング４へ流入する。その際、尿素水溶液が排気の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ_３）は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ_３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ_３）は、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲においてアンモニア（ＮＨ_３）が均一に吸着されていると、選択還元型触媒における窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の浄化率を高めることができる。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ９には、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６、ＮＨ_３センサ（アンモニアセンサ）７、下流側ＮＯ_Ｘセンサ８、クランクポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１１、及びエアフローメータ１２などの各種センサが電気的に接続されている。

上流側ＮＯ_Ｘセンサ６は、第１触媒ケーシング３より下流、且つ第２触媒ケーシング４より上流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４へ流入する排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の量（以下、「ＮＯ_Ｘ流入量」と称する）に相関する電気信号を出力する。ＮＨ_３センサ７は、還元剤添加弁５より下流、且つ第２触媒ケーシング４より上流の排気通路２に配置され、排気中に含まれるＮＨ_３の濃度に相関する電気信号を出力する。下流側ＮＯ_Ｘセンサ８は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出するＮＯ_Ｘの量（以下、「ＮＯ_Ｘ流出量」と称する）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１２は、内燃機関１に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を
出力する。

なお、ＮＯ_Ｘセンサは、排気中のＮＯ_Ｘに加え、ＮＨ_３にも反応するため、ＮＨ_３センサ７の位置に上流側ＮＯ_Ｘセンサ６を配置し、該上流側ＮＯ_Ｘセンサ６をＮＯ_Ｘセンサ及びＮＨ_３センサとして機能させてもよい。なお、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６をＮＨ_３センサとして機能させる場合は、排気中に含まれるＮＯ_Ｘ量が少ないことが条件となる。なお、内燃機関１の気筒内で燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比以下となる場合や、第１触媒ケーシング３において排気中のＮＯ_Ｘが十分に浄化される場合に、排気中に含まれるＮＯ_Ｘの量が少なくなる。よって、それらの条件が成立しているときであって、還元剤添加弁５から還元剤が添加されたとき（或いは添加直後）に、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６が検出する値をＮＨ_３の濃度として用いればよい。

ＥＣＵ９には、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁など）、還元剤添加弁５、及びポンプ５０などが電気的に接続されている。ＥＣＵ９は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、還元剤添加弁５、及びポンプ５０などを電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ９は、内燃機関１の燃料噴射制御や、還元剤添加弁５から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御などの既知の制御に加え、排気中における還元剤の分散度合いを高めるための分散処理を実行する。以下、分散処理の実行方法について述べる。

分散処理では、ＥＣＵ９は、第２触媒ケーシング４へ流入する排気のＮＨ_３分散度合いを判定する。具体的には、ＥＣＵ９は、ＮＨ_３センサ７の出力信号（実ＮＨ_３濃度）と基準濃度との差が一定値以上であるか否かを判別する。ここでいう「基準濃度」は、排気通路２の径方向においてＮＨ_３が均一に分散しているときにＮＨ_３センサ７によって検出されるＮＨ_３の濃度に相当し、以下の式（１）によって演算することができる。
Ｃｎｈ３ｂａｓｅ＝Ａｎｈ３／（Ａｅｘ＋Ａｎｈ３）＊１００・・・（１）
上記式（１）中のＣｎｈ３ｂａｓｅは基準濃度である。Ａｎｈ３は、還元剤添加弁５から排気中へ供給されるＮＨ_３の量である。Ａｅｘは、排気の量である。なお、排気の量Ａｅｘとしては、エアフローメータ１２の出力信号（吸入空気量）Ｇａを用いることができる。

ここで、ＮＨ_３が排気中で均一に分散していないときは、排気通路２の径方向におけるＮＨ_３の濃度分布が偏ったものとなる。その結果、ＮＨ_３センサ７によって検出される実ＮＨ_３濃度は、基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅより高くなったり、又は低くなったりする。

図２，３は、ＮＨ_３が排気中で均一に分散していない場合のＮＨ_３の濃度分布を示す図である。図２，３中の領域Ａは排気中に含まれるＮＨ_３の量が相対的に多い領域を示し、領域Ｂは排気中に含まれるＮＨ_３の量が相対的に少ない領域を示す。図２に示すように、ＮＨ_３センサ７のセンシング部７０の位置が領域Ａに含まれる場合は、ＮＨ_３センサ７によって検出される実ＮＨ_３濃度は、基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅより高くなる。一方、図３に示すように、ＮＨ_３センサ７のセンシング部７０の位置が領域Ｂに含まれる場合は、ＮＨ_３センサ７によって検出される実ＮＨ_３濃度は、基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅより低くなる。

図２，３に示すような状態の排気が第２触媒ケーシング４へ流入した場合は、選択還元型触媒におけるＮＨ_３の濃度分布も偏ってしまう可能性がある。選択還元型触媒においてＮＨ_３の量が過多となる領域では、ＮＯ_Ｘと反応しきれない余剰のＮＨ_３や、選択還元型触媒が吸着しきれない余剰のＮＨ_３が第２触媒ケーシング４の下流へ流出する可能性がある。また、選択還元型触媒においてＮＨ_３の量が過少となる領域では、ＮＨ_３と反応しきれないＮＯ_Ｘが選択還元型触媒の下流へ流出する可能性がある。その結果、選択還元型触
媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率（以下、「実ＮＯ_Ｘ浄化率」と称する）は、ＮＨ_３の濃度分布が均一であるとき（実ＮＨ_３濃度が基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅと等しいとき）のＮＯ_Ｘ浄化率（目標ＮＯ_Ｘ浄化率）より小さくなる。

したがって、ＮＨ_３センサ７によって検出される実ＮＨ_３濃度が基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅに対して一定値以上乖離しているとき（実ＮＯ_Ｘ浄化率が目標ＮＯ_Ｘ浄化率に比して所定値以上低いとき）は、ＥＣＵ９は、還元剤の分散度合いを高めるようにした。ここでいう「一定値」は、実ＮＯ_Ｘ浄化率が許容範囲より低くなるときの実ＮＯ_Ｘ浄化率と目標ＮＯ_Ｘ浄化率との最小の差、又は第２触媒ケーシング４の下流へ流出するＮＯ_Ｘの量が許容量を超えるときの実ＮＯ_Ｘ浄化率と目標ＮＯ_Ｘ浄化率との最小の差に相当し、予め実験などを用いた適合処理によって求められた値である。

排気中におけるＮＨ_３の分散度合いは、還元剤添加弁５から添加された還元剤の排気中における分散度合いに相関する。そのため、排気中におけるＮＨ_３の分散度合いを高める場合は、排気中における還元剤の分散度合いを高める必要がある。排気中における還元剤の分散度合いを高める方法としては、還元剤添加弁５の噴射圧力を高める方法、還元剤添加弁５の噴射周期（還元剤の噴射間隔）を短くする方法、還元剤添加弁５から噴射される還元剤の飛行経路上に配置される分散板の角度を変更する方法（たとえば、還元剤と分散板の衝突角度を直角に近づけることにより、還元剤の微粒化（霧化）の促進する方法）、等を用いることができる。なお、還元剤として、ＮＨ_３ガスが使用される場合は、分散板に衝突する還元剤の量が増加するように分散板の角度を調整することにより、還元剤の滞留時間（還元剤と排気との混合時間）を長くする方法を用いることもできる。以下では、還元剤添加弁５の噴射圧力を高める方法を用いる例について述べる。

ところで、還元剤添加弁５の噴射圧力が過剰に高くなると、排気中における還元剤の貫徹力が大きくなるため、排気通路２の壁面に付着する還元剤の量が増加し、還元剤の分散度合いが却って低下する可能性がある。これに対し、還元剤添加弁５の噴射圧力を高める前のＮＯ_Ｘ浄化率に対し、還元剤添加弁５の噴射圧力を高めた後のＮＯ_Ｘ浄化率が低くなった場合は、還元剤添加弁５の噴射圧力を低下させてもよい。このように還元剤添加弁５の噴射圧力がフィードバック制御されると、還元剤添加弁５の噴射圧力の過剰な上昇に起因したＮＯ_Ｘ浄化率の低下を抑制することができる。

以下、本実施形態における分散処理の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、分散処理ルーチンを示すフローチャートである。この分散処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ９によって周期的に実行される。

図４の分散処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１において上流側ＮＯ_Ｘセンサ６の出力信号（ＮＯｘ流入量）Ａｎｏｘｉｎ、ＮＨ_３センサ７の出力信号（実ＮＨ_３濃度）Ｃｎｈ３、下流側ＮＯ_Ｘセンサ８の出力信号（ＮＯ_Ｘ流出量）Ａｎｏｘｏｕｔ、及びエアフローメータ１２の出力信号（吸入空気量）Ｇａを読み込む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０１で読み込まれたＮＯ_Ｘ流入量ＡｎｏｘｉｎとＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔをパラメータとして、現時点におけるＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１を演算する。具体的には、ＥＣＵ９は、以下の式（２）にしたがって、ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１を演算する。
Ｅｎｏｘ１＝（Ａｎｏｘｉｎ−Ａｎｏｘｏｕｔ）／Ａｎｏｘｉｎ・・・（２）

Ｓ１０３では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０１で読み込まれた吸入空気量Ｇａと還元剤添加弁５から添加されている還元剤の量（ＮＨ_３の量Ａｎｈ３）と前述の式（１）に基づいて、基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅを演算する。その際、式（１）中の排気の量Ａｅｘの値とし
て、吸入空気量Ｇａを代入するものとする。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０３で算出された基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅと前記Ｓ１０１で読み込まれた実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３との差（＝Ｃｎｈ３ｂａｓｅ−Ｃｎｈ３）が一定値α以上であるか否かを判別する。Ｓ１０４において否定判定された場合（Ｃｎｈ３ｂａｓｅ−Ｃｎｈ３＜α）は、ＥＣＵ９は、分散処理を実行せずに、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合（Ｃｎｈ３ｂａｓｅ−Ｃｎｈ３≧α）は、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５乃至Ｓ１０９において分散処理を実行する。

先ず、ＥＣＵ９は、Ｓ１０５において、還元剤添加弁５の噴射圧力を増加させる。その際、噴射圧力の増加量は、予め適合された固定値であってもよく、又は基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅと実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３の差に応じて変更される可変値（前記差が大きいときは小さいときより大きな値に設定される可変値）であってもよい。なお、還元剤添加弁５の噴射圧力を高める方法としては、ポンプ５０の吐出圧力を高める方法を用いることができる。その場合、ポンプ５０が本発明の変更機構に相当し、ＥＣＵ９が制御手段に相当する。

続いて、ＥＣＵ９は、Ｓ１０６の処理へ進み、上流側ＮＯ_Ｘセンサ６の出力信号（ＮＯ_Ｘ流入量）Ａｎｏｘｉｎと下流側ＮＯ_Ｘセンサ８の出力信号（ＮＯ_Ｘ流出量）Ａｎｏｘｏｕｔを再度読み込む。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０６で読み込まれたＮＯ_Ｘ流入量ＡｎｏｘｉｎとＮＯ_Ｘ流出量Ａｎｏｘｏｕｔをパラメータとして、還元剤添加弁５の噴射圧力が増加された後のＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２を演算する。その際の演算方法は、前述したＳ１０２と同様である。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０８で算出されたＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ２が前記Ｓ１０２で演算されたＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘ１（還元剤添加弁５の噴射圧力が増加される前のＮＯ_Ｘ浄化率）より高くなっているか否かを判別する。Ｓ１０８において肯定判定された場合（Ｅｎｏｘ２＞Ｅｎｏｘ１）は、ＥＣＵ９は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０８において否定判定された場合（Ｅｎｏｘ２≦Ｅｎｏｘ１）は、還元剤添加弁５の噴射圧力が過剰に高くなっているため、ＮＨ_３の分散度合いが却って低下しているとみなすことができる。そのため、ＥＣＵ９は、Ｓ１０９の処理へ進み、還元剤添加弁５の噴射圧力を低下させる。その際、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５の噴射圧力が前記Ｓ１０５の実行前の噴射圧力より低くなるようにしてもよく、又は前記Ｓ１０５の実行前の噴射圧力より高く、且つ前記Ｓ１０５の実行後の噴射圧力より低くなる範囲に収まるようにしてもよい。

ＥＣＵ９が図４の分散処理ルーチンを繰り返し実行すると、図５に示すように、実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３が基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅに対して一定値α以上低い状態にあっても、実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３が基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅ±αの範囲内まで上昇する。さらに、実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３が基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅ±αの範囲まで上昇すると、実ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが顕著に上昇する。

したがって、本実施形態の内燃機関の排気浄化システムによれば、選択還元型触媒の実ＮＯ_Ｘ浄化率を可及的に高めることができる。

ところで、図４の分散処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９がＳ１０５の処理を実行する際に、還元剤添加弁５の噴射圧力が上限値に達している場合も想定される。そのような場合は、還元剤添加弁５の噴射圧力の増加によるＮＨ_３の分散度合いの向上を図ることができ
ない。

そこで、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５の噴射圧力が上限値（還元剤添加弁５やポンプ５０の構造などに起因した噴射圧力の上限値）に達している場合は、他の手段を利用してＮＨ_３の分散度合いを高めるようにしてもよい。たとえば、ＥＣＵ９は、一定期間あたりに還元剤添加弁５から噴射される還元剤の量を一定量に保ちつつ、還元剤の噴射周期（噴射間隔）を短くするようにしてもよい。

ここで、還元剤添加弁５の噴射周期と選択還元型触媒の実ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘとの関係を図６に示す。図６において、還元剤の噴射周期が短いときは長いときに比べ、実ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが大きくなる傾向がある。これは、一定期間あたりに還元剤添加弁５から噴射される還元剤の量を一定量に保ちつつ、還元剤の噴射周期が短縮されると、１回当たりの噴射量が少なくなるため、還元剤が排気中において偏在し難くなるものと考えられる。つまり、一定期間あたりに還元剤添加弁５から噴射される還元剤の量を一定量に保ちつつ、還元剤の噴射周期が短縮されると、排気中における還元剤の分散度合いが高くなるものと考えられる。

したがって、還元剤添加弁５の噴射圧力が上限値に達しているときに、一定期間あたりに還元剤添加弁５から噴射される還元剤の量を一定量に保ちつつ、還元剤の噴射周期が短縮されると、ＮＨ_３の分散度合いが高くなるとともに、選択還元型触媒における実ＮＯ_Ｘ浄化率Ｅｎｏｘが高くなる。

なお、還元剤添加弁５から噴射される還元剤の飛行経路上に、角度を変更な分散板やフィンなどが配置されている場合は、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５の噴射圧力が上限値に達しているときに、該分散板やフィンの角度を変更することにより、還元剤の分散度合い（ＮＨ_３の分散度合い）を高めるようにしてもよい。

ところで、還元剤添加弁５の噴射圧力が上限値に達しているにもかかわらず、実ＮＨ_３濃度Ｃｎｈ３が基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅより低くなる要因として、尿素水溶液に含まれる尿素の濃度が想定値より低いことも考えられる。つまり、基準濃度Ｃｎｈ３ｂａｓｅを演算する際の前提となる還元剤の量とＮＨ_３の量との相関関係が想定値と異なることが考えられる。よって、ＥＣＵ９は、還元剤添加弁５の噴射圧力が上限値に達している場合は、還元剤添加弁５から噴射される還元剤の量を増加させるようにしてもよい。

なお、図４の分散処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９は、Ｓ１０９の処理を実行した後に、還元剤の噴射周期を短くする処理、又は分散板やフィンの角度を変更する処理を実行してもよい。その場合、還元剤の分散度合い及びＮＨ_３の分散度合いをより確実に高めることが可能になる。その結果、選択還元型触媒における実ＮＯ_Ｘ浄化率をより確実に高めることが可能になる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 第１触媒ケーシング
４ 第２触媒ケーシング
５ 還元剤添加弁
６ 上流側ＮＯ_Ｘセンサ
７ ＮＨ_３センサ
８ 下流側ＮＯ_Ｘセンサ
９ ＥＣＵ
５０ ポンプ
５１ 還元剤タンク
７０ センシング部

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置される選択還元型触媒と、
   前記選択還元型触媒へ流入する排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体である還元剤を添加する還元剤添加弁と、
   前記還元剤添加弁から還元剤が添加された後の排気であって、前記選択還元型触媒へ流入する前の排気に含まれるアンモニアの濃度を検出するアンモニアセンサと、
   前記還元剤添加弁から添加された還元剤の排気中における分散度合いを変更する変更機構と、
   還元剤が添加されたときに前記アンモニアセンサによって検出される濃度が基準濃度に対して一定値以上乖離している場合に、排気中におけるアンモニアの分散度合いが高くなるように、前記変更機構を制御する制御手段と、
   を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、前記選択還元型触媒へ流入する窒素酸化物の量に対して該選択還元型触媒で浄化される窒素酸化物の量の割合であるＮＯ_Ｘ浄化率を演算する演算手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記演算手段により算出されるＮＯ_Ｘ浄化率と目標ＮＯ_Ｘ浄化率との差に基づいて、前記変更機構をフィードバック制御する内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１又は２において、前記変更機構は、前記還元剤添加弁の噴射圧力又は噴射間隔を変更する機構である内燃機関の排気浄化システム。
4. 請求項１又は２において、前記変更機構は、前記還元剤添加弁から噴射される還元剤の飛行経路上に配置される分散板の角度を変更する機構である内燃機関の排気浄化システム。

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