JP2016037903A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カット中に尿素水溶液を噴射することでＮＯｘの浄化率を向上させ、かつこの燃料カット中の尿素水溶液の噴射に伴う析出物の発生をできるだけ抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置は、ＳＣＲ触媒と、排気中に尿素水溶液を噴射する尿素水インジェクタと、排気温度を取得する排気温度センサと、尿素水インジェクタからの尿素水溶液の噴射量を制御する噴射量制御手段と、尿素水インジェクタから尿素水溶液を噴射すると排気管内に有意な量の析出物が発生する状態であるか否かを、排気温度に基づいて判定する析出判定手段と、を備え、噴射量制御手段は、燃料カット運転中において、析出物が発生する状態であると判定されている場合には尿素水溶液の噴射を停止し、析出物が発生しないと判定されている場合には尿素水溶液の噴射を実行する。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。より詳しくは、排気中に尿素水溶液を噴射し、この尿素水溶液を加水分解することによって生成したＮＨ_３を用いることによって排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置の１つとして、ＮＨ_３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）を排気通路に設けるものが提案されている。中でも尿素添加式のものは、ＳＣＲ触媒の上流側の排気中にＮＨ_３の前駆体である尿素水溶液を噴射し、その加水分解によってＮＨ_３を生成し、これをＳＣＲ触媒に供給する。

また、ＳＣＲ触媒にはＮＨ_３を所定の量だけ吸着するストレージ機能がある。特許文献１には、このＳＣＲ触媒のストレージ機能を生かした排気浄化装置が示されている。特許文献１の排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３ストレージ量が所定の目標量になるまで尿素水溶液を噴射し、さらに燃料噴射弁からの燃料噴射が中止される燃料カット中には、燃料噴射弁からの燃料噴射が行われている通常運転中よりも目標量を大きくする。燃料カット中は、排気通路内の温度が低下しＳＣＲ触媒の温度も低下するため、ＳＣＲ触媒で吸着できるＮＨ_３の量が増加する。したがって、ＮＯｘを効率的に浄化することに重点をおけば、特許文献１のように燃料カット中はＮＨ_３のストレージ量に対する目標量を通常時よりも大きくする方が好ましいといえる。

特開２０１３−１５５６４４号公報

ところが特許文献１では、排気通路内における析出物の発生については十分に検討されていない。すなわち、尿素添加式の排気浄化装置では、尿素水溶液中の尿素が排気中で加熱される過程で生成されるＮＨ_３を用いるが、この過程で生成される物質が排気通路内に固体状で残ってしまう場合がある。析出物が排気通路内に生じると、圧損が悪化したり、排気中における尿素水溶液のミキシング機能が悪化したりするおそれがある。また、例えばフィルタ再生等によって排気通路内が高温環境下にさらされると、排気通路内の析出物が一気に分解されるため、意図しないタイミングで多量のＮＨ_３が発生する場合がある。

燃料カット中は上述のように排気通路内の温度が低下するため、ＳＣＲ触媒で吸着できるＮＨ_３の量が増加するものの、この間に排気中に供給された尿素が十分に分解されず排気通路内に析出物が発生しやすくなってしまう。

本発明は、燃料カット中に尿素水溶液を噴射することでＮＯｘの浄化率を向上させ、かつこの燃料カット中の尿素水溶液の噴射に伴う析出物の発生をできるだけ抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置２）は、前記内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、ＮＨ_３との反応によって排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒（例えば、後述のＳＣＲ触媒コンバータ３４）と、前記ＳＣＲ触媒の上流側に設けられ、排気中に尿素水溶液を噴射するインジェクタ（例えば、後述の尿素水インジェクタ３２）と、前記排気通路内の排気温度を取得する排気温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ５１）と、前記インジェクタからの尿素水溶液の噴射量を制御する噴射量制御手段（例えば、後述の図２の尿素水噴射制御の実行に係る手段、及びＥＣＵ４等）と、前記内燃機関における燃料噴射が停止される燃料カット運転中であるか否かを判定する燃料カット判定手段（例えば、後述の図２のＳ７の処理の実行に係る手段、及びＥＣＵ４等）と、前記インジェクタから尿素水溶液を噴射すると前記排気通路内に有意な量の析出物が発生する状態であるか否かを、前記排気温度に基づいて判定する析出判定手段（例えば、後述の図２のＳ６及びＳ８の処理の実行に係る手段、及びＥＣＵ４等）と、を備え、前記噴射量制御手段は、前記燃料カット運転中において、析出物が発生する状態であると判定されている場合には尿素水溶液の噴射を停止し、析出物が発生しないと判定されている場合には尿素水溶液の噴射を実行することを特徴とする。

（２）この場合、前記排気浄化装置は、前記ＳＣＲ触媒の状態に基づいて尿素水溶液の噴射量に対する目標である目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段（例えば、後述の図２のＳ１０の処理の実行に係る手段、及びＥＣＵ４等）と、前記排気通路内で析出物が発生しない尿素水溶液の噴射量の上限である上限噴射量を前記排気温度に基づいて算出する上限噴射量算出手段（例えば、後述の図２のＳ１１の処理の実行に係る手段、及びＥＣＵ４）と、を備え、前記噴射量制御手段は、前記目標噴射量が前記上限噴射量以上である場合には上限噴射量の噴射を実行することが好ましい。

（３）この場合、前記インジェクタと前記ＳＣＲ触媒が設けられた触媒コンバータ（例えば、後述のＳＣＲ触媒コンバータ３４）との間のうち当該インジェクタから噴射された尿素水溶液が衝突する位置には、当該尿素水溶液と排気を混合撹拌し、これを前記触媒コンバータの端面へ均一に供給するミキサ（例えば、後述のミキサ３３）が設けられ、前記上限噴射量算出手段は、前記噴射された尿素水溶液が衝突することによる冷却及び排気との熱交換を考慮して定められる前記ミキサの温度が、当該ミキサにおいて析出物が発生しない温度の下限として予め定められた下限温度（例えば、後述の図４の析出抑制温度）と等しくなる尿素水溶液の噴射量を上限噴射量とすることが好ましい。

（４）この場合、前記排気温度取得手段は、前記インジェクタの上流側でありかつ当該インジェクタから噴射された尿素水溶液が被水しない位置に設けられた温度センサ（例えば、後述の排気温度センサ５１）であることが好ましい。

（５）この場合、前記析出判定手段は、前記燃料カット運転中は、前記排気温度が所定温度以下であるか又は前記内燃機関の回転数が所定回転数以下である場合には前記有意な量の析出物が発生する状態であると判定し、前記排気温度が前記所定温度より高くかつ前記回転数が前記所定回転数より大きい場合には前記有意な量の析出物が発生しない状態であると判定することが好ましい。

（１）本発明では、燃料カット運転中にインジェクタから尿素水溶液を噴射すると排気通路内に有意な量の析出物が発生する状態であるか否かを判定し、この判定結果に応じて尿素水溶液の噴射を停止又は実行する。これにより、できるだけ多くの機会で尿素水溶液を噴射できるので、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、燃料カット中の尿素水溶液の噴射による析出物の発生を回避できる。

ここで内燃機関からＮＯｘが排出されない燃料カット運転中に尿素水溶液を噴射することの利点について説明する。第１に、燃料カット運転は車両の減速時に行われる場合が多いので、燃料カット運転後はＮＯｘが多く排出される加速運転に転ずる可能性が高い。本発明では、燃料カット運転中でも尿素水溶液を噴射することにより、燃料カット運転中に多くのＮＨ_３をＳＣＲ触媒に吸着させることができるので、その後の加速運転時にはＮＨ_３が多く吸着されたＳＣＲ触媒を用いて効率的にＮＯｘを浄化できる。第２に、通常運転時にはＳＣＲ触媒へ連続的にＮＯｘが流入するので、尿素水溶液から生成されたＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒の排気上流側の部分で吸着されるかＮＯｘの還元に消費される。このため、ＳＣＲ触媒の排気下流側の部分にはＮＨ_３が吸着されにくい。これに対し本発明では、ＮＯｘが排出されない燃料カット中に尿素水溶液を噴射することにより、ＳＣＲ触媒の排気下流側の部分にもＮＨ_３を吸着させることができるので、ＳＣＲ触媒全体でのＮＯｘ浄化性能を高くできる。

（２）本発明では、ＳＣＲ触媒の状態に基づいて、排気浄化装置によるＮＯｘ浄化率ができるだけ高く維持されるような尿素水溶液の目標噴射量を算出し、同時に排気温度に基づいて析出物が発生しない尿素水溶液の噴射量の上限である上限噴射量を算出する。そして、目標噴射量が上限噴射量以上である場合には、上限噴射量の噴射を実行する。燃料カット運転中は排気の温度が低いため、インジェクタから多くの量の尿素水溶液を噴射すると、その気化によって排気通路内の温度が低下し、排気通路内に析出物が発生しやすくなる。本発明では、燃料カット運転中に尿素水溶液を噴射する場合であっても、その噴射量を上限噴射量以下に制限することにより、排気通路内を析出物が生じにくい状態に維持できる。

（３）ミキサは、インジェクタから噴射された尿素水溶液が衝突する位置に設けられ、尿素水溶液と排気とを混合撹拌する機能を有するため、排気通路の中で最も尿素水溶液の噴射に伴う温度低下が大きく、析出物が発生しやすい部分である。またミキサで析出物が生じると、本来の撹拌機能が低下し排気通路の圧損も増加するため、ミキサは極力析出を抑制したい部分でもある。本発明では、噴射された尿素水溶液が衝突することによる冷却及び排気との熱交換を考慮して定められるミキサの温度が、析出物が発生しない温度の下限として定められた下限温度と等しくなる尿素水溶液の噴射量を上限噴射量とする。そして上述のように燃料カット運転中は、尿素水溶液の噴射量をこの上限噴射量以下に制限する。これにより、できるだけ多くの機会で多くの量の尿素水溶液を噴射しながら、ミキサにおける析出を確実に防止できる。

（４）本発明では、インジェクタの上流側でありかつインジェクタから噴射された尿素水溶液が被水しない位置に温度センサを設け、この温度センサを用いて排気温度を取得する。これにより、尿素水溶液の気化による影響を除いた正確な排気温度を取得できる。

（５）排気温度が低いと、尿素水溶液の噴射に伴う排気通路内の温度の低下が著しく、析出物が発生しやすい。また内燃機関の回転数が小さいと、噴射された尿素水溶液が気化されにくく排気通路内に析出物として残りやすい。本発明では、燃料カット運転中は、排気温度が所定温度より高くかつ内燃機関の回転数が所定回転数より大きい場合にのみ、排気通路内に有意な量の析出物が発生しない状態であると判定し、尿素水溶液の噴射を実行し、それ以外の場合には尿素水溶液の噴射を停止する。これにより、できるだけ析出物が発生するのを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成を示す図である。 インジェクタからの尿素水溶液の噴射量を決定する尿素水噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。 尿素水溶液の目標噴射量を算出する具体的な手順を示すフローチャートである。 排気温度及び尿素水噴射量と、ミキサの温度及び析出物の有無との相関関係を調べた試験結果を示す図である。 所定のモード走行の下で本発明の尿素水噴射制御を行った場合における排気温度、車速、尿素水噴射量、及び燃料噴射量の変化を示す図である。 所定のモード走行下における尿素水噴射量の積算値を本発明と比較例とで比較した図である。 所定のモード走行下でＳＣＲ触媒の下流側へ排出されたＮＯｘ量の積算値を本発明と比較例とで比較した図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化装置２の構成を示す模式図である。エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。排気浄化装置２は、エンジン１の排気管１１の触媒浄化ユニット３と、エンジン１及び触媒浄化ユニット３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４と、を含んで構成される。

触媒浄化ユニット３は、上流触媒コンバータ３１と、排気温度センサ５１と、尿素水インジェクタ３２と、ミキサ３３と、ＳＣＲ触媒コンバータ３４と、をこの順で直列に配置して構成される。

上流触媒コンバータ３１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に酸化触媒を担持して構成される。エンジンから排出された排気に含まれるＨＣやＣＯは、この上流触媒コンバータ３１を通過する過程で酸化触媒の作用によって酸化される。また、排気に含まれるＮＯも、上流触媒コンバータ３１を通過する過程でＮＯ_２に酸化される。エンジン直下の排気に含まれるＮＯｘのうちほぼ全てはＮＯでありＮＯ_２はほとんど含まれていない（ＮＯ_２／ＮＯｘ比がほぼ０）。このため、上流触媒コンバータ３１でＮＯを酸化しＮＯ_２を生成することにより、ＳＣＲ触媒コンバータ３４に流入する排気のＮＯ_２／ＮＯｘ比を、そのＮＯｘ浄化性能が最適化される約０．５まで上昇させることができる。

ＳＣＲ触媒コンバータ３４は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＳＣＲ触媒を担持して構成される。このＳＣＲ触媒は、ＮＨ３の存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、後述の尿素水インジェクタ３２から尿素水溶液を噴射することによって生成されたＮＨ_３が供給されると、このＮＨ３によって、下記３種類の反応式に従って排気中のＮＯｘを選択的に還元する。
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ

また、このＳＣＲ触媒は、ＮＨ３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、ＮＨ_３を所定の量だけ貯蔵する機能も有する。以下では、ＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ_３の量をＮＨ_３ストレージ量といい、このＮＨ３ストレージ量の限界を最大ＮＨ_３ストレージ量という。ＳＣＲ触媒のＮＨ３ストレージ量が最大ＮＨ３ストレージ量を超えると、その下流へＮＨ_３がスリップする。このようにしてＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ_３は、尿素水インジェクタ３２から供給されたＮＨ_３と合わせて排気中のＮＯｘの還元に適宜消費される。なお、ＳＣＲ触媒に多くのＮＨ_３が存在すると、流入するＮＯｘとの反応性が向上する。すなわち、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能は、そのＮＨ_３ストレージ量が多くなるほど高くなる。したがって、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３ストレージ量は、ＮＯｘ浄化性能を向上させる観点からすれば、最大ＮＨ_３ストレージ量の近傍に設定された所定の目標値にできるだけ維持されるように、十分な量の尿素水溶液を噴射することが好ましい。

尿素水インジェクタ３２は、ＳＣＲ触媒コンバータ３４の上流側に設けられ、図示しないタンクに貯蔵されている尿素水溶液を排気中に噴射する。尿素水インジェクタ３２から排気管１１内に噴射された尿素水溶液は、排気の流れに沿って後述のミキサ３３を通過しＳＣＲ触媒コンバータ３４に供給される過程でＮＨ_３に加水分解される。これによって、ＳＣＲ触媒コンバータ３４にＮＯｘを浄化するために必要なＮＨ_３が供給される。

尿素水インジェクタ３２の開弁時間、すなわちインジェクタ３２から単位時間当たりに排気管１１内に噴射される尿素水溶液の量［ｍｇ／ｓｅｃ］は、図示しないバッテリからインジェクタ３２に供給される駆動電流のデューティ比をＥＣＵ４によって調整することによって制御される。ＥＣＵ４は、後述の図２に示す尿素水噴射制御によってインジェクタ３２からの尿素水噴射量を算出し、これに応じた量の尿素水溶液が噴射されるようにインジェクタ３２の駆動電流のデューティ比を決定する。

ミキサ３３は、金属製の旋回羽根３３１を備えており、これによってインジェクタ３２から噴射された尿素水溶液と排気とを混合撹拌し、微粒子状となった尿素水溶液をＳＣＲ触媒コンバータ３４の端面全体へ均一に供給する。このミキサ３３は、尿素水インジェクタ３２とＳＣＲ触媒コンバータ３４の間のうち尿素水インジェクタ３２から噴射された尿素水溶液が衝突する位置に設けられる。したがって、排気管１１内では、ミキサ３３に最も多くの量の尿素水溶液が衝突する。このため、排気管１１の中ではミキサ３３が最も析出物が発生しやすい部分となっている。またミキサ３３で析出物が生じると、本来の撹拌機能が低下し排気管の圧損も増加するため、ミキサ３３は極力析出を抑制したい部分でもある。後に詳述するように本発明の尿素水噴射制御では、排気管１１内でミキサ３３に着目し、ミキサ３３で析出が抑制されるように尿素水溶液の噴射量を制限する。

排気温度センサ５１は、排気管１１内を流れる排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ４に送信する。この排気温度センサ５１は、図１に示すように尿素水インジェクタ３２と上流触媒コンバータ３１との間でありかつ尿素水インジェクタ３２から噴射された尿素水溶液が被水しない位置に設けられる。これにより、ＥＣＵ４では、尿素水インジェクタ３２から噴射された尿素水溶液の気化による影響を除いた正確な排気温度を取得することができる。なお以下では、「排気温度」とは、ミキサ３３に流入する排気の温度であり、より具体的には、排気温度センサ５１によって検出される排気の温度を示すものとする。

ＥＣＵ４は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種演算処理を実行するＣＰＵ、及び各種データやマップを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ４は、エンジン１の燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御（図示せず）と、尿素水インジェクタ３２からの尿素水噴射量を制御する尿素水噴射制御とを実行する。

図２は、尿素水インジェクタからの尿素水溶液の噴射量を決定する尿素水噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。この尿素水噴射制御は、イグニッションスイッチがオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期で繰り返し実行される。

始めにＥＣＵは、尿素水噴射制御を行うために必要な装置に故障がないか否かを判定する。より具体的には、ＥＣＵは、インジェクタ及びポンプ等で構成される尿素水噴射装置に故障が無いか否か（Ｓ１参照）、ＳＣＲ触媒に異常が無いか否か（Ｓ２参照）、タンク内の尿素水溶液残量は十分であるか否か（Ｓ３参照）、ＮＨ_３センサ及び排気温度センサ等の各種センサに故障が無いか否か（Ｓ４参照）、等を判定する。ＥＣＵは、これらＳ１〜Ｓ４の全ての判定がＹＥＳである場合にはＳ６に移る。一方、これらＳ１〜Ｓ４のうち何れか１つ以上の判定がＮＯである場合には、Ｓ９に移り、尿素水溶液の噴射を停止すべく噴射量を強制的に０とし、この処理を終了する。

Ｓ６では、ＥＣＵは、インジェクタから尿素水溶液を噴射すると排気管内（特に、ミキサ）において有意な量の析出物が発生する状態であるか否かを、排気温度に基づいて判定する。より具体的には、ＥＣＵは排気温度が、後述の析出抑制温度（例えば、１８０℃）より高いか否かを判定する。ＥＣＵは、Ｓ６の判定がＹＥＳである場合には、より詳細に尿素水溶液の噴射の可否を判定すべく、Ｓ７に移る。一方、Ｓ６の判定がＮＯである場合（すなわち、排気温度が析出抑制温度以下である場合）には、Ｓ９に移り、尿素水溶液の噴射を停止すべく噴射量を強制的に０とし、この処理を終了する。

Ｓ７では、ＥＣＵは、エンジンの燃料噴射が一時的に停止される燃料カット運転中であるか否かを判定する。ＥＣＵは、Ｓ７の判定がＹＥＳである場合（すなわち、燃料噴射中である場合）には、Ｓ１０に移り、尿素水噴射量を設定する。一方、Ｓ７の判定がＮＯである場合（すなわち、燃料カット運転中である場合）には、Ｓ８に移り、さらに詳細に尿素水溶液の噴射の可否を判定する。

Ｓ８では、ＥＣＵは、インジェクタから尿素水溶液を噴射すると排気管内において有意な量の析出物が発生する状態であるか否かを、エンジンの回転数に基づいて判定する。より具体的には、ＥＣＵはエンジン回転数が、所定の析出抑制回転数（例えば、アイドル回転数）より大きいか否かを判定する。エンジン回転数が小さい状態では、排気管内には十分な量の排気が流れていないため、尿素水溶液と排気が排気管内で十分に混合撹拌されず、析出物が発生するおそれがある。ＥＣＵは、Ｓ８の判定がＮＯである場合には、排気管内を十分な量の排気が流れていないと判断し、Ｓ９に移り、尿素水溶液の噴射量を強制的に０とし、この処理を終了する。一方、Ｓ８の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ１０に移り、尿素水噴射量を設定する。

Ｓ１０では、ＥＣＵは、尿素水溶液の噴射量に対する目標である目標噴射量を算出する。この目標噴射量は、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化機能が最大限発揮されるように、析出物の発生とは無関係にＳＣＲ触媒の状態及びエンジンの運転状態に基づいて定められる尿素水溶液の噴射量であり、既知のアルゴリズムを用いて算出される。図３を参照して目標噴射量を算出する具体的な手順について説明する。

Ｓ２１では、ＥＣＵは、エンジンの運転状態に基づいて単位時間当りにＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量［ｍｇ／ｓｅｃ］（以下、「流入ＮＯｘ量」という）を算出し、Ｓ２２に移る。この流入ＮＯｘ量は、エンジンの燃料噴射量及び吸入空気量等のエンジンの運転状態を示すパラメータに基づいて推定される。また、ＳＣＲ触媒の上流側にＮＯｘセンサを備えたシステムでは、このＮＯｘセンサの出力に基づいて流入ＮＯｘ量を検出してもよい。

Ｓ２２では、ＥＣＵは、尿素水溶液から最終的に生成されるＮＨ_３を用いて流入ＮＯｘ量のＮＯｘを過不足無くＳＣＲ触媒で還元するために必要な尿素水溶液量を主噴射量として算出し、Ｓ２３に移る。

Ｓ２３では、ＥＣＵは、上記主噴射量に加算されるストレージ補正量を算出する。より具体的には、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３ストレージ量を推定し、この推定値を所定の目標値に制御するために必要な尿素水溶液の量を図示しないフィードバックコントローラによって算出し、これをストレージ補正量とする。

Ｓ２４では、ＥＣＵは、主噴射量とストレージ補正量とを合算することによって目標噴射量を算出し、この処理を終了する。

図２に戻って、Ｓ１１では、ＥＣＵは、上記目標噴射量に対する上限となる上限噴射量を算出する。この上限噴射量は、排気管内、特にミキサにおいて析出物が発生しない尿素水溶液の噴射量の上限であり、排気温度に基づいて設定される。

図４は、排気温度及び尿素水噴射量と、ミキサの温度及び析出物の有無との相関関係を調べた試験結果を示す図である。より具体的には、所定の排気温度（横軸）及び所定の尿素水噴射量（縦軸）の下で定常的に運転した場合におけるミキサの収束温度及び析出物の有無を測定した結果を示す図である。図４において太破線は、ミキサにおける析出物の発生の有無を分ける境界線となっている。

図４に示すように、排気温度が高くなるほど、ミキサと排気との間の熱交換が促進されることから、ミキサの収束温度は高くなる。また、尿素水噴射量を増やすほど、ミキサに衝突し、ミキサを冷却する尿素水溶液の量が増加することから、ミキサの収束温度は低くなる。図４を用いることにより、排気温度及び尿素水噴射量によって特定される運転ポイントからミキサの温度を推定できる。また、図４に示すように、ミキサにおける析出物の発生は、主にミキサの収束温度に依存することが明らかとなった。より具体的には、図４において太破線で示す温度を析出抑制温度（例えば、１８０℃）と定義し、ミキサの温度が析出抑制温度より高くなるような状況下で継続的に運転された場合にはミキサにはほとんど析出物は発生しないが、ミキサの温度が析出抑制温度より低くなるような状況下で継続的に運転された場合にはミキサには目視できる程度に有意な量の析出物が発生する。すなわち、ミキサの収束温度が太破線で示される析出抑制温度より高くなるような運転領域が尿素水溶液を噴射しても析出物が発生しない噴射可能領域となり、それ以外の領域が尿素水溶液を噴射すると析出物が発生する可能性の高い噴射不可領域となる。

図２に戻って、Ｓ１１では、ＥＣＵは、図４に示すような試験結果によって得られるマップを用いることによって推定されるミキサの温度が、ミキサにおいて析出物が発生しない温度の下限として設定された析出抑制温度と等しくなる尿素水溶液の噴射量を上限噴射量とする。すなわち、図４に示す例では、排気温度に応じて太破線上で定められる尿素水噴射量が上限噴射量となる。

Ｓ１２では、ＥＣＵは、以上のようにＮＯｘ浄化の観点から定められた目標噴射量と析出の観点から定められた上限噴射量とを比較する。そして、目標噴射量が上限噴射量以上である場合には上限噴射量を尿素水噴射量として決定し（Ｓ１３）、目標噴射量が上限噴射量より小さい場合には目標噴射量を尿素水噴射量として決定し（Ｓ１４）、この処理を終了する。

次に、図５〜図７を参照して、本発明の尿素水噴射制御（図２参照）の効果について説明する。

図５は、所定のモード走行の下で本発明の尿素水噴射制御を行った場合における排気温度、車速、尿素水噴射量、及び燃料噴射量の変化を示す図である。図５には、同じモード走行の下で比較例の尿素水噴射制御を行った場合における尿素水噴射量の変化を一点鎖線で示す。ここで比較例の尿素水噴射制御とは、燃料カット中は尿素水溶液の噴射を停止する点のみ本発明の尿素水噴射制御と異なる。すなわち、燃料カットを行っていない間には、上限噴射量を設定するとともに尿素水噴射量を制限する点については、本発明と比較例とで同じである。

図５に示すように比較例の尿素水噴射制御を行うと、燃料カット中は尿素水溶液の噴射は完全に停止される。これに対し本発明の尿素水噴射制御では、燃料カット中であっても排気温度が析出抑制温度より高くかつ十分な量の排気が流れている場合には、析出物が発生しないように制限された量の尿素水溶液を噴射する。

図６は、図５と同じモード走行下における尿素水噴射量の積算値を本発明と比較例とで比較した図である。図７は、図５と同じモード走行下でＳＣＲ触媒の下流側へ排出されたＮＯｘ量の積算値を本発明と比較例とで比較した図である。図６及び図７では、それぞれ比較例の尿素水噴射量の積算値及びＮＯｘ量の積算値を１００とした場合を示す。

図５を参照して説明したように、本発明の尿素水噴射制御では、尿素水溶液の噴射量を析出物が発生しないような量に制限するが、燃料カット中も尿素水溶液を噴射する。このため、尿素水溶液を噴射する機会は比較例の尿素水噴射制御よりも多く、結果として噴射量の積算値は図６に示すように比較例の尿素水噴射制御を行った場合よりも増加する。より具体的には、所定のモード走行の下では、尿素水噴射量の積算値を約１．１８倍増量できることが検証された。また、このように尿素水溶液を噴射する機会を多く確保することによって、ＳＣＲ触媒はＮＨ_３が十分に貯蔵された状態が維持されるため、図７に示すようにＮＯｘ排出量も削減することができる。より具体的には、所定のモード走行の下では、ＮＯｘ浄化性能を約１３％向上できることが検証された。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気管（排気通路）
２…排気浄化装置
３２…尿素水インジェクタ（インジェクタ）
３３…ミキサ
３４…ＳＣＲ触媒コンバータ（ＳＣＲ触媒）
４…ＥＣＵ（噴射量制御手段、燃料カット判定手段、析出判定手段、目標噴射量算出手段、上限噴射量算出手段）
５１…排気温度センサ（排気温度取得手段、温度センサ）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、ＮＨ_３との反応によって排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒の上流側に設けられ、排気中に尿素水溶液を噴射するインジェクタと、
   前記排気通路内の排気温度を取得する排気温度取得手段と、
   前記インジェクタからの尿素水溶液の噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記内燃機関における燃料噴射が停止される燃料カット運転中であるか否かを判定する燃料カット判定手段と、
   前記インジェクタから尿素水溶液を噴射すると前記排気通路内に有意な量の析出物が発生する状態であるか否かを、前記排気温度に基づいて判定する析出判定手段と、を備え、
   前記噴射量制御手段は、前記燃料カット運転中において、析出物が発生する状態であると判定されている場合には尿素水溶液の噴射を停止し、析出物が発生しないと判定されている場合には尿素水溶液の噴射を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＳＣＲ触媒の状態に基づいて尿素水溶液の噴射量に対する目標である目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段と、
   前記排気通路内で析出物が発生しない尿素水溶液の噴射量の上限である上限噴射量を前記排気温度に基づいて算出する上限噴射量算出手段と、を備え、
   前記噴射量制御手段は、前記目標噴射量が前記上限噴射量以上である場合には上限噴射量の噴射を実行する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。
3. 前記インジェクタと前記ＳＣＲ触媒が設けられた触媒コンバータとの間のうち当該インジェクタから噴射された尿素水溶液が衝突する位置には、当該尿素水溶液と排気を混合撹拌し、これを前記触媒コンバータの端面へ均一に供給するミキサが設けられ、
   前記上限噴射量算出手段は、前記噴射された尿素水溶液が衝突することによる冷却及び排気との熱交換を考慮して定められる前記ミキサの温度が、当該ミキサにおいて析出物が発生しない温度の下限として予め定められた下限温度と等しくなる尿素水溶液の噴射量を上限噴射量とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気温度取得手段は、前記インジェクタの上流側でありかつ当該インジェクタから噴射された尿素水溶液が被水しない位置に設けられた温度センサであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記析出判定手段は、前記燃料カット運転中は、前記排気温度が所定温度以下であるか又は前記内燃機関の回転数が所定回転数以下である場合には前記有意な量の析出物が発生する状態であると判定し、前記排気温度が前記所定温度より高くかつ前記回転数が前記所定回転数より大きい場合には前記有意な量の析出物が発生しない状態であると判定することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。