JP2017122396A - 添加制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】添加弁とＮＯｘ触媒の間に衝突板やミキサーを介在させなくても、添加弁から添加された尿素水によりＮＯｘ触媒のコート材が剥離してしまうのを回避できる添加制御装置を提供する。
【解決手段】添加制御装置としての制御回路１００のメモリ１０１には、排気エネルギーと、ＳＣＲ触媒５の前面が濡れ状態となる尿素水添加量と乾いた状態となる尿素水添加量との限界添加量との相関関係が記憶される。制御回路１００は、排気温及び排気流量を取得し、それら排気温、排気流量に基づいて排気エネルギーを算出する。排気エネルギーとメモリ１０１に記憶された上記相関関係とに基づいて限界添加量を算出する。その限界添加量を上限として添加弁８に尿素水を添加させる。ＳＣＲ触媒５でのＮＯｘ浄化に必要な添加量が限界添加量を超えた場合には、尿素水の圧力を上げ又は限界添加量で尿素水の添加を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気管に配置された選択還元型のＮＯｘ触媒の排気上流側に液体の還元剤を添加する添加弁を制御する添加制御装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気を浄化するシステムの一つに尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、内燃機関の排気管に、尿素水から生成されたアンモニアを貯蔵してそのアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＮＯｘ触媒と、そのＮＯｘ触媒の排気上流側に尿素水を添加する添加弁とが設けられる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−２１８９７３号公報

ところで、この種のＮＯｘ触媒は、基材の表面にコート材が接着され、そのコート材中にアンモニアとＮＯｘとの還元反応を促進させる触媒が担持される形態にて構成されている。

しかし、添加弁から添加された尿素水の液滴がＮＯｘ触媒の前面に直撃することで、コート材が剥離する場合があるという問題がある。添加弁とＮＯｘ触媒の間に、添加弁から添加された尿素水の噴霧を分散させる衝突板やミキサーを配置すれば、尿素水の液滴がＮＯｘ触媒の前面に直撃しないようにできるものの、衝突板やミキサーを設けることで圧力損失が大きくなるなどの問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、添加弁とＮＯｘ触媒の間に衝突板やミキサーを介在させなくても、ＮＯｘ触媒のコート材が剥離してしまうのを回避できる添加制御装置を提供することを課題とする。

本発明者は、コート材の剥離が、尿素水の液滴がコート材へ直撃することによるせん断力が原因であること、及びそのせん断力に勝るべきコート材の接着力が尿素水の滞留によって低下することが原因であることに着眼し、本発明を完成させた。

すわなち、本発明の添加制御装置は、内燃機関（１）の排気管（２）に配置された選択還元型のＮＯｘ触媒（５）の排気上流側に液体の還元剤を添加する添加弁（８）を制御する添加制御装置（１００）であって、
排気が持つ熱エネルギーである排気エネルギーに関連する指標を取得する指標取得手段（Ｓ１）と、
前記指標に基づいて、前記添加弁から添加された還元剤により前記ＮＯｘ触媒の前面が濡れた状態になる還元剤添加量の条件を特定する特定手段（Ｓ２）と、
前記条件を満たす還元剤添加量を回避する形で前記添加弁による還元剤の添加条件を設定する添加条件設定手段（Ｓ３〜Ｓ８）と、
を備えることを特徴とする。

添加弁から添加された尿素水は、排気が持つ熱エネルギー（排気エネルギー）を受けて昇温されるが、その昇温の度合いが大きければ尿素水は蒸発してＮＯｘ触媒の前面は乾いた状態となる。反対に、昇温の度合いが小さければ尿素水はＮＯｘ触媒において液体状態で滞留して、結果、ＮＯｘ触媒の前面は濡れた状態となる。なお、「濡れた状態」とは、例えば目視で確認できる程度にＳＣＲ触媒の前面に尿素水が液体状態で滞留している状態を言う。本発明では、排気エネルギーに関連する指標に基づいて、還元剤によりＮＯｘ触媒の前面が濡れた状態となる還元剤添加量の条件を特定して、その条件を回避する形で添加弁による還元剤の添加条件を設定する。これにより、ＮＯｘ触媒の前面が濡れた状態となるのを回避でき、濡れた状態となることによるコート材の接着力の低下を回避、つまりコート材の剥離を回避できる。このように、本発明では、添加弁とＮＯｘ触媒の間に衝突板やミキサーを介在させなくても、ＮＯｘ触媒のコート材が剥離してしまうのを回避できる。

尿素ＳＣＲシステムの全体構成図である。 ＳＣＲ触媒前面の一部を抜き出した拡大図である。 圧力可変レギュレータの断面図であり、ソレノイドオフ時の状態を示した図である。 圧力可変レギュレータの断面図であり、ソレノイドオン時の状態を示した図である。 制御回路からインジェクタドライバに送られる信号を示した図である。 噴射パルス長と、添加弁による１噴射当たりの尿素水噴射量との関係を示した図である。 ＳＣＲ触媒の１セル当たりの尿素水密度と、ＳＣＲ触媒のセル内ガス温度との関係を示した図である。 ガス温、排気エネルギーに対するＳＣＲ触媒前面が濡れ状態となる尿素水密度の限界を示した図である。 異なる２つの尿素水圧力（標準圧力、高圧力）ごとに、排気エネルギーと、ＳＣＲ触媒前面が濡れ状態となる添加量限界との相関関係を示した図である。 ＥＣＵが実行する処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１に本発明が適用された尿素ＳＣＲシステムの全体構成を示している。尿素ＳＣＲシステムは車両に搭載されて、内燃機関としてのエンジン１から排出される排気中のＮＯｘを浄化するシステムである。エンジン１は、例えば、気筒とその気筒内に燃料を噴射するインジェクタとを備えて、そのインジェクタから噴射された燃料を気筒内で自己着火させるディーゼルエンジンである。

エンジン１の排気管２の最上流部には、排気中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒３が配置されている。その酸化触媒３の下流側に隣接した位置に、排気中の煤等のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）４が配置されている。

ＤＰＦ４の下流の排気管２は、排気の流れが略９０度変化する曲部２ａを有する。その曲部２ａの下流の排気管２には、排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）５が配置されている。ＳＣＲ触媒５は、後述する添加弁８から添加された尿素水が排気熱により加水分解されることにより生成されたアンモニア（ＮＨ３）を吸着する。ＳＣＲ触媒５は、吸着したアンモニアとＮＯｘとを例えば下記式１、式２、式３の還元反応を起こさせることにより、ＮＯｘを還元浄化する。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式２）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式３）

ここで、図２は、ＳＣＲ触媒５の前面の一部を抜き出した拡大図を示している。ＳＣＲ触媒５は、多数のセル５１が格子状又はハニカム状に配列される形で構成されている。各セル５１は、コージェライト、ＳｉＣ等のセラミックにより形成された基材５２と、その基材５２の表面に接着されたコート材５３とを含んで構成される。コート材５３は、ゼオライト等の多孔質体と、その多孔質体の表面に接着された、アンモニアとＮＯｘとの還元反応を促進させる触媒成分と、この触媒成分を多孔質体に接着したり、多孔質体を基材５２に接着したりするための水溶性のバインダ（接着剤）とを有する。なお、触媒成分は、例えば銅、鉄、バナジウム、モリブデン、タングステン等の金属酸化物である。

図１の説明に戻り、曲部２ａの曲げ外側には、排気管２内に連通する形で筒部２ｂが接続されている。その筒部２ｂの、排気管２に接続された側の反対側には、筒部２ｂを介して排気管２内に液状の還元剤として尿素水を添加する添加弁８が設けられている。添加弁８は、ＳＣＲ触媒５が配置された排気管２の中心軸線上にてＳＣＲ触媒５の前面に向けて配置されている。なお、添加弁８は、上記中心軸線からオフセットした位置に設けられたとしても良いし、ＳＣＲ触媒５の前面に対して斜めの角度に設けられたとしても良い。

また、添加弁８とＳＣＲ触媒５との間には、添加弁８から添加した尿素水を分散させるための衝突板、ミキサー等の部材が介在していない。また、添加弁８は、ＳＣＲ触媒５の前面に近い位置に設けられており、具体的には添加弁８の先端からＳＣＲ触媒５の前面までの距離が例えばＳＣＲ触媒５の直径以下となっている。

添加弁８は、ガソリンエンジンの筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）と同様の構造を有している。すなわち、添加弁８は、噴孔が形成されたノズルと、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路やノズルを開閉するためのニードルとを備えた電磁式開閉弁として構成されている。そして、電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴いノズル先端に形成された噴孔から尿素水が噴射される。

また、尿素ＳＣＲシステムは、添加弁８に尿素水を供給する尿素水供給システムを備えている。その尿素水供給システムは、所定濃度（例えば３２．５％）の尿素水を貯蔵するタンク６と、そのタンク６に貯蔵された尿素水を吸い込んで吐出する圧送ポンプ７と、圧送ポンプから吐出された尿素水を添加弁８に導く配管１２とを含んで構成されている。

圧送ポンプ７は、制御回路１００からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。詳しくは、圧送ポンプ７は、制御回路１００からの駆動信号により回転駆動される電動モータと、その電動モータの回転軸に取り付けられたポンプ羽根車（インペラー）とを備えている。圧送ポンプ７は、電動ポンプの回転に伴いポンプ羽根車が回転し、その回転によりタンク６内の尿素水を吸い込んで吐出する。

また、尿素水供給システムは、圧送ポンプ７から配管１２に吐出させる尿素水の圧力（添加弁８から添加する尿素水の圧力でもある）を変更可能に構成されている。詳しくは、尿素水供給システムは、圧力可変レギュレータ７１と、リターン配管９とを備える。リターン配管９は、一端が圧力可変レギュレータ７１の口部７９（図３参照）に接続され、他端がタンク６に接続される。

圧力可変レギュレータ７１は、圧送ポンプ７の吐出圧を一定圧に調整するとともに、その調整する圧力（レギュレート圧）を変更可能とした装置である。詳しくは、圧力可変レギュレータ７１は、図３に示すように、ソレノイド７２と、軸方向に移動可能に設けられた軸部材７３（鉄芯）と、軸部材７３を軸方向の一方の方向（図３の上方向）に付勢するスプリング７７と、軸部材７３の一端に接続した可変スプリングシート７５とを備える。さらに、圧力可変レギュレータ７１は、圧送ポンプ７の出口に繋がる口部７８とリターン配管９に繋がる口部７９の間に設けられたシート７６と、シート７６と可変スプリングシート７５の間に設けられたレギュレート圧設定スプリング７７とを備える。

シート７６は、口部７８に作用する圧力（圧送ポンプ７の吐出圧）がレギュレート圧設定スプリング７７で規定されるレギュレート圧より小さい場合には、口部７８、７９間を遮断する一方で、口部７８に作用する圧力がレギュレート圧を超えると、口部７８、７９間を開通させる。口部７８、７９間が開通することで、圧送ポンプ７から吐出された尿素水の一部が口部７８、７９を介してリターン配管９に流れてタンク６に戻される。その後、口部７８に作用する圧力がレギュレート圧より小さくなった時に、シート７６により口部７８、７９間が遮断される。これにより、配管１２内の圧力が一定圧（レギュレート圧）に調整される。

また、圧力可変レギュレータ７１は、ソレノイド７２のオンオフの切り替えにより、軸部材７３及びこれに接続された可変スプリングシート７５の位置が変更されることで、レギュレート圧を変更する。すなわち、図４に示すように、ソレノイド７２のＯＮ時には、軸部材７３及び可変スプリングシート７５が、スプリング７７の付勢力に抗して、レギュレート圧設定スプリング７７を縮める方向に移動する。これにより、シート７６に加えられるレギュレート圧設定スプリング７７のスプリング力（レギュレート圧）をソレノイド７２のＯＦＦ時（図３の状態）に比べて大きくできる。

図１の説明に戻り、尿素ＳＣＲシステムには、制御回路１００による制御に必要な各種センサが設けられている。具体的には例えば、エンジン１の吸気管３１には、エンジン１の気筒内に吸入される空気量（吸気量）を検出するエアフロメータ３３が設けられている。そのエアフロメータ３３は、吸気管３１を流れる空気中の異物を除去するエアクリーナー３２より下流に設けられている。エアフロメータ３３は単位時間当たりに吸気管３１を流れる空気の質量である質量流量を検出する。また、ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５の間の排気管２には、排気温を検出する排気温センサ２１と、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２２とが設けられている。各センサの検出値は制御回路１００に入力されるようになっている。

さらに、尿素ＳＣＲシステムは、制御回路１００からの指令により添加弁８を駆動するインジェクタドライバ１１と、尿素ＳＣＲシステムの全体制御を司る制御回路１００とを備えている。制御回路１００は、ＣＰＵ、メモリ１０１（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、入出力インターフェース等により構成される周知のマイクロコンピュータを含んで構成されている。制御回路１００のＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムにしたがって信号処理を行うようになっている。メモリ１０１（ＲＯＭ）には、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

制御回路１００は、エンジン１の運転状態やＮＯｘセンサ２２の検出値等に基づいて添加弁８による尿素水の添加を制御する。具体的には、制御回路１００は、後述する処理により尿素水の噴射量（添加量）を算出する。この噴射量は、例えば１時間当たりの尿素水の質量〔ｇ／ｈ〕として算出される。制御回路１００は、算出した噴射量〔ｇ／ｈ〕に応じた噴射パルス長Ｔｉ〔ｍｓ〕及び噴射間隔Ｔｉｎｊ〔ｓ〕を算出する（図５参照）。そして、制御回路１００は、噴射間隔Ｔｉｎｊで長さＴｉのパルス（図５参照）をインジェクタドライバ１１に送信する。インジェクタドライバ１１は、噴射パルス長Ｔｉに応じた駆動電流で添加弁８を駆動することで、図６に示すように、噴射パルス長Ｔｉに応じた噴射量（１回の噴射当たりの噴射量）Ｑ１〔ｇ〕を添加弁８に噴射させる。

制御回路１００が実行する処理の詳細を説明する前に、尿素水によるＳＣＲ触媒５の前面の濡れについて説明する。添加弁８とＳＣＲ触媒５との間には衝突板やミキサーが配置されておらず、また添加弁８とＳＣＲ触媒５との距離が短くなっているので、添加弁８から添加された尿素水が蒸発しないでＳＣＲ触媒５の前面に直撃し、この直撃によるせん断力によりコート材５３が剥離する場合がある。特に、添加弁８から添加された尿素水がＳＣＲ触媒５の前面に液体の状態で滞留つまり前面が濡れた状態となると、尿素水によりコート材５３（図２参照）に含まれた水溶性のバインダが溶けることでコート材５３の接着力が低下する。この低下した状態で尿素水の液滴がＳＣＲ触媒５の前面に直撃すると、コート材５３の剥離が発生しやすい。コート材５３が剥離すると、コート材５３中に担持された触媒成分も取れてしまうので、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が低下する。

そこで、本発明者は、ＳＣＲ触媒での尿素水による濡れ条件を検証した。図７は、濡れ条件を検証する実験の結果を示しており、詳細には、尿素水の添加量を変化させたときの、ＳＣＲ触媒の１つのセル当たりの尿素水密度（横軸）と、ＳＣＲ触媒のセル内ガス温度との関係を示している。なお、図７の横軸、縦軸は「０」以外の数値を省略している。また、図７の検証では、添加弁による尿素水の噴射圧及び排気流量を固定としている。

また、図７では、尿素水を添加する前におけるＳＣＲ触媒の初期温度、つまり尿素水密度が０の時のセル内ガス温度がＴ１の場合（菱形の実測点）と、Ｔ２の場合（四角の実測点）と、Ｔ３の場合（丸の実測点）とのそれぞれで、尿素水密度とセル内ガス温度の関係を示している。なお、温度Ｔ１より温度Ｔ２のほうが高く、温度Ｔ２より温度Ｔ３のほうが高くなっている。また、菱形の実測点、四角の実測点及び丸の実測点はそれぞれ複数示されているが、各実測点は尿素水の添加量が異なっている。例えば、丸の実測点においては、図７の右側の実測点ほど添加量が多いことを示している。同様に、四角の実測点、菱形の実測点も図７の右側の実測点ほど添加量が多いことを示している。各実測点における尿素水密度は、尿素水の添加量を、添加された尿素水噴霧の空間分布（添加弁から添加された尿素水噴霧がどのようにＳＣＲ触媒の前面に到達するのか）に基づいて、１セル当たりの密度に変換した値である。当然、添加量が多いほど１セル当たりの尿素水密度が高くなる。

図７の検証では、各実測点ごとに、ＳＣＲ触媒の前面が濡れているか否か（尿素水が液体の状態で滞留しているか否か）を目視で確認した。この結果、菱形の実測点、四角の実測点及び丸の実測点のいずれにおいても、特定のセル内ガス温度Ｔ０付近の温度（限界温度）を境にして、限界温度より高温では濡れが生じておらず。限界温度以下の温度では濡れ「ｗｅｔ」が生じていた。

また、菱形の実測点、四角の実測点及び丸の実測点のいずれにおいても、尿素水密度が高くなるほど（尿素水の添加量が多くなるほど）、セル内ガス温度が低くなっている。また、初期の温度が高いほど濡れが生じる限界の尿素水密度が高くなる。さらに、丸の実測点から求まる近似直線２０１と、四角の実測点から求まる近似直線２０２と、菱形の実測点から求まる近似直線２０３とを比較すると、近似直線２０１〜２０３の傾きはほぼ同一の傾きで表すことができた。このことから、セル内ガス温度（排気温）の低下分が尿素水温の上昇分に使われたと考えることができる。

さらに、図７には、セル内ガス温度の低下分がそのまま尿素水温の上昇分に使われたとしたときの、１セル当たりの尿素水密度に対するセル内ガス温度の見積もり曲線２０４〜２０６も示している。曲線２０４は、近似直線２０１（丸の実測点に）対応して、セル内ガス温度の初期温度がＴ３の場合の見積もりである。曲線２０５は、近似直線２０２（四角の実測点）に対応して、初期温度がＴ２の場合の見積もりである。曲線２０６は、近似直線２０３（菱形の実測点）に対応して、初期温度がＴ１の場合の見積もりである。各近似直線２０１〜２０３は、各見積もり曲線２０４〜２０６に近い。このことからも、セル内ガス温度の低下分のエネルギーと尿素水温の上昇分のエネルギーとはほぼ等しいと考えることができる。なお、近似直線２０１〜２０３と見積もり曲線２０４〜２０６とは若干ずれているが、このずれは、例えば、実測においては、添加弁から添加された尿素水の一部がＳＣＲ触媒に到達するまえに蒸発し又は気流に飛ばされて、ＳＣＲ触媒に届いていないことによるものと推測される。

以上より、添加弁から添加された尿素水は排気温に応じた熱エネルギー（排気エネルギー）を受けて昇温する。その昇温により、尿素水の温度が、尿素水の沸点（例えば１０９℃）付近のある温度Ｔ０より高温となった場合には、ＳＣＲ触媒の前面が乾いた状態となり、温度Ｔ０以下にしか昇温されなかった場合にはＳＣＲ触媒の前面に尿素水が液体の状態で滞留つまり前面が濡れた状態となる。また、ＳＣＲ触媒の各セルに供給される尿素水の密度が高いほど、言い換えると添加弁から添加された尿素水量が多いほど濡れが発生しやすくなる。また、ＳＣＲ触媒の初期温度（尿素水添加前の温度）、言い換えると尿素水添加前の排気温が低いほど濡れが発生しやすくなる。

ここで、図８は、尿素水添加前のガス温（排気温）を横軸、ＳＣＲ触媒の１セル当たりの尿素水密度を縦軸として、図７における濡れの有無を区分する限界温度Ｔ０での各近似直線２０１〜２０３上の尿素水密度の点を示すとともに、各点間を近似した近似直線２１０を示している。なお、図８の横軸のＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３はそれぞれ図７のＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対応している。この近似直線２１０は、各ガス温に対する、ＳＣＲ触媒の前面が濡れた状態（ｗｅｔ）になる尿素水密度と、乾いた状態（ｄｒｙ）となる尿素水密度の限界の尿素水密度を示している。また、近似直線２１０で示されるように、ガス温と濡れの有無を区分する限界尿素水密度とは、ほぼ比例の相関関係となっている。つまり、ガス温が高くなるに比例して限界尿素水密度も高くなる。

また、添加弁から噴射された尿素水は、ガス温に加えてガス流量も反映した排気エネルギー（＝ガス温×ガス流量×ガス比熱）により昇温する。つまり、尿素水は、排気温だけでなく、排気流量によっても昇温の度合いが変化する。したがって、図８の横軸は排気エネルギーに置き換えることができる。なお、ガス温が尿素水の沸点に相当する温度Ｔ０以下の場合には、ガス流量にかかわらず濡れが発生すると考えられるので、図８では、温度Ｔ０での排気エネルギーを、排気エネルギーの軸のゼロ点としている。

さらに、添加弁から添加される尿素水の圧力が高くなると、尿素水の液滴の粒径が小さくなり、粒径が小さくなることで、尿素水噴霧がより広範囲に分散する。したがって、尿素水の圧力が高くなると、低い場合に比べて、ＳＣＲ触媒の前面の広範囲に尿素水を分散させて供給することができ、その結果、尿素水が前面の中央部などに局所的に滞留しにくくなり、濡れが生じにくくなる。

図７、図８の実験結果と、尿素水圧力による尿素水噴霧の分散性の違いとに基づいて、図９に示す排気エネルギーと、濡れが生じない添加量限界Ｑ＿ＭＡＸ（ＳＣＲ触媒の前面が濡れた状態となる添加量と乾いた状態となる添加量との限界添加量）との相関関係を導出できる。図９では、尿素水の圧力が所定の標準圧力の場合における排気エネルギーと添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸ（標準圧添加量限界）との相関関係と、尿素水の圧力が標準圧力より高い所定の高圧力の場合における排気エネルギーと添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸ（高圧添加量限界）との相関関係とを示している。標準圧添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸは、標準圧力の条件下で求まる図８の近似直線２１０に相当する。同様に、高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸは、高圧力の条件下で求まる図８の近似直線２１０に相当する。

このように、標準圧力、高圧力のいずれの場合においても、排気エネルギーが大きくなるのに比例して添加量限界が大きくなる。また、同じ排気エネルギーの場合には、高圧力のほうが標準圧力に比べて添加量限界が大きい。これは、上述したように、圧力が高いと、尿素水噴霧がより広範囲に分散することで、ＳＣＲ触媒の前面の中央部などに局所的に尿素水が滞留しにくくなるためである。

標準圧力、高圧力ごとに図７、図８などの実験を行うことで、図９の相関関係を予め求め、得られた相関関係をメモリ１０１（図１参照）に記憶しておく。制御回路１００は、メモリ１０１に図９の相関関係が記憶されていることを前提として、添加弁８による尿素水の添加条件を設定する処理を実行する。図１０はこの処理のフローチャートを示している。図１０の処理は、例えばエンジン１の始動と同時に開始し、エンジン１が停止するまで所定周期で繰り返し実行される。

図１０の処理を開始すると、排気ガス条件として排気流量Ｇｅｘ及び排気温Ｔｅｘを読み込む（Ｓ１）。排気流量Ｇｅｘは、吸気流量に相関するので、例えばエアフロメータ３３の検出値を読み込む。また、排気温Ｔｅｘは、排気温センサ２１の検出値を読み込む。なお、エンジン１の運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷）に基づいて排気温Ｔｅｘを推定しても良い。

次に、Ｓ１で読み込んだ排気流量Ｇｅｘ及び排気温Ｔｅに基づいて、排気が持っている熱エネルギーである排気エネルギーを算出する（Ｓ２）。具体的には、排気エネルギー＝ｋ×Ｔｅ×Ｇｅｘを計算する。なお、ｋは、排気ガスの比熱に関する係数であり、図７の実測値２０１〜２０３と見積もり２０４〜２０６とのずれを打ち消すよう実測に合わせ込んだ係数である。

Ｓ２では、求めた排気エネルギーと、メモリ１０１に記憶された図９の相関関係とに基づいて、今回の排気エネルギーに対応する標準圧添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸ及び高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸを算出する（Ｓ２）。尿素水の圧力が標準圧力の場合では、標準圧添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸを超える尿素水添加量が、ＳＣＲ触媒５の前面が濡れた状態となる添加量の条件である。また、尿素水の圧力が高圧力の場合では、高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸを超える尿素水添加量が、ＳＣＲ触媒５の前面が濡れた状態となる添加量の条件である。

次に、ＳＣＲ触媒５でのＮＯｘ浄化に必要な尿素水の添加量である必要添加量Ｑｒｅｑを読み込む（算出する）（Ｓ３）。具体的には、例えば尿素水の添加量から定まるＳＣＲ触媒５へのアンモニア供給量と、ＳＣＲ触媒５でのアンモニア消費量との収支に基づいて、ＳＣＲ触媒５でのアンモニア吸着量を算出する。そして、アンモニア吸着量と目標吸着量との偏差に応じた尿素水添加量を必要添加量として算出する。なお、ＳＣＲ触媒５でのアンモニア消費量は、例えばＮＯｘセンサ２２（図１参照）やエンジン１の運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷（燃料噴射量））に基づいてＳＣＲ触媒５に流入するＮＯｘ量を算出し、そのＮＯｘ量から求める。なお、必要添加量Ｑｒｅｑは、尿素水によるＳＣＲ触媒５の濡れを考慮していない添加量である。

次に、Ｓ３で得られた必要添加量Ｑｒｅｑが、Ｓ２で得られた標準圧添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸ以下か否かを判断する（Ｓ４）。必要添加量Ｑｒｅｑが標準圧添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸ以下の場合には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、添加弁８に対する尿素水添加量の指令値Ｑｃｏｍを必要添加量Ｑｒｅｑに設定するとともに、添加する尿素水の圧力Ｐｕを標準圧力Ｐｕ＿ｓｔに設定する（Ｓ６）。つまり、制御回路１００は、必要添加量Ｑｒｅｑに応じた噴射間隔Ｔｉｎｊ及び噴射パルス長Ｔｉを算出して、噴射間隔Ｔｉｎｊで噴射パルス長Ｔｉをインジェクタドライバ１１に送信する（図５参照）。そして、インジェクタドライバ１１は、噴射間隔Ｔｉｎｊで、噴射パルス長Ｔｉに応じた駆動電流で添加弁８を駆動する。また、制御回路１００は、圧力可変レギュレータ７１のソレノイド７２をオフ（図３の状態）にして、圧力可変レギュレータ７１のレギュレート圧を標準圧力に設定する。Ｓ６の後、図１０の処理を終了する。

Ｓ４において必要添加量Ｑｒｅｑが標準圧添加量限界Ｑｓｔ＿ＭＡＸを超える場合には（Ｓ４：Ｎｏ）、次に必要添加量Ｑｒｅｑが高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸ以下か否かを判断する（Ｓ５）。必要添加量Ｑｒｅｑが高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸ以下の場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、添加弁８に対する尿素水添加量の指令値Ｑｃｏｍを必要添加量Ｑｒｅｑに設定するとともに、尿素水の圧力Ｐｕを高圧力Ｐｕ＿ｈｐに設定する（Ｓ７）。つまり、必要添加量Ｑｒｅｑに応じた噴射間隔Ｔｉｎｊ及び噴射パルス長Ｔｉで添加弁８を駆動するとともに、圧力可変レギュレータ７１のソレノイド７２をオン（図４の状態）にして、圧力可変レギュレータ７１のレギュレート圧を高圧力に設定する。Ｓ７の後、図１０の処理を終了する。

Ｓ５において必要添加量Ｑｒｅｑが高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸも超えた場合には（Ｓ５：Ｎｏ）、添加弁８に対する尿素水添加量の指令値Ｑｃｏｍを高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸに設定するとともに、尿素水の圧力Ｐｕを高圧力Ｐｕ＿ｈｐに設定する（Ｓ８）。つまり、高圧添加量限界Ｑｈｐ＿ＭＡＸに応じた噴射間隔Ｔｉｎｊ及び噴射パルス長Ｔｉで添加弁８を駆動するとともに、圧力可変レギュレータ７１のソレノイド７２をオン（図４の状態）にして、圧力可変レギュレータ７１のレギュレート圧を高圧力に設定する。Ｓ８の後、図１０の処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＳＣＲ触媒５の前面が濡れた状態となる添加量と乾いた状態となる添加量との限界添加量Ｑｓｔ＿ＭＡＸ、Ｑｈｐ＿ＭＡＸを上限として尿素水の添加を行うので、ＳＣＲ触媒５の前面が尿素水で濡れた状態となるのを回避できる。よって、濡れた状態となることによるコート材の接着力の低下を回避、つまりコート材の剥離を回避できる。また、添加量の上限を設定することで、多量の尿素水がＳＣＲ触媒５の前面に直撃するのを回避でき、その直撃によるせん断力でコート材が剥離してしまうのを回避できる。

また、本実施形態では、添加弁８とＳＣＲ触媒５の間に衝突板やミキサーが介在していないので、圧損を抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、異なる２つの尿素水圧力（標準圧力、高圧力）を設定していたが、３つ以上の尿素水圧力を設定しても良い。この場合も、各圧力ごとの排気エネルギーと限界添加量との相関関係を予め調べてメモリに記憶しておく。そして、今回の排気エネルギーに対応する限界添加量を各圧力ごとに算出する。そして、必要添加量が限界添加量以下となる圧力で尿素水を添加し、必要添加量が最高圧力の限界添加量を超えた場合には、その限界添加量で尿素水添加を行う。

また、上記実施形態では、圧力可変レギュレータで尿素水圧力を変更したが、圧送ポンプのモータ回転数を変更することで尿素水圧力を変更しても良い。また、アンモニア水を排気管に直接添加するシステム、アンモニア以外の還元剤（ＨＣ等）を用いるシステムに本発明を適用しても良い。

１ エンジン（内燃機関）
２ 排気管
５ ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒）
８ 添加弁
１００ 制御回路（添加制御装置、指標取得手段、特定手段、添加条件設定手段、必要量算出手段、設定手段）

Claims (7)

1. 内燃機関（１）の排気管（２）に配置された選択還元型のＮＯｘ触媒（５）の排気上流側に液体の還元剤を添加する添加弁（８）を制御する添加制御装置（１００）であって、
   排気が持つ熱エネルギーである排気エネルギーに関連する指標を取得する指標取得手段（Ｓ１）と、
   前記指標に基づいて、前記添加弁から添加された還元剤により前記ＮＯｘ触媒の前面が濡れた状態になる還元剤添加量の条件を特定する特定手段（Ｓ２）と、
   前記条件を満たす還元剤添加量を回避する形で前記添加弁による還元剤の添加条件を設定する添加条件設定手段（Ｓ３〜Ｓ８）と、
   を備えることを特徴とする添加制御装置。
2. 前記指標取得手段は、前記指標として排気温及び排気流量を取得することを特徴とする請求項１に記載の添加制御装置。
3. 前記特定手段は、前記指標に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の前面が濡れた状態になる還元剤添加量と乾いた状態になる還元剤添加量との限界添加量を算出する手段であり、
   前記添加条件設定手段は、前記限界添加量を上限として前記添加弁による還元剤の添加条件を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の添加制御装置。
4. 前記特定手段は、前記添加弁から添加する還元剤の圧力に応じた前記限界添加量を算出し、
   前記添加条件設定手段は、
   前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化に必要な還元剤の添加量である必要添加量を算出する必要量算出手段（Ｓ３）と、
   前記添加弁に対する添加量の指令値を前記必要添加量に設定し、且つ、還元剤の圧力を、前記必要添加量が前記限界添加量以下となる圧力に設定する設定手段（Ｓ４〜Ｓ７）とを備えることを特徴とする請求項３に記載の添加制御装置。
5. 前記特定手段は、前記添加弁から添加する還元剤の圧力に応じた前記限界添加量を算出し、
   前記添加条件設定手段は、
   前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化に必要な還元剤の添加量である必要添加量を算出する必要量算出手段（Ｓ３）と、
   前記必要添加量が、還元剤の圧力が特定圧力の場合における前記限界添加量を超えた場合には、該限界添加量を前記添加弁に対する添加量の指令値として設定し、且つ還元剤の圧力を前記特定圧力に設定する設定手段（Ｓ８）とを備えることを特徴とする請求項３に記載の添加制御装置。
6. 前記特定手段は、還元剤の圧力が所定の標準圧力の場合における前記限界添加量である標準圧限界量と、前記標準圧力より高い所定の高圧力の場合における前記限界添加量である高圧限界量とを算出し、
   前記添加条件設定手段は、
   前記ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化に必要な還元剤の添加量である必要添加量を算出する必要量算出手段（Ｓ３）と、
   前記必要添加量が前記標準圧限界量以下の場合には、前記添加弁に対する添加量の指令値を前記必要添加量に設定し且つ還元剤の圧力を前記標準圧力に設定し、
   前記必要添加量が前記標準圧限界量を超え、前記高圧限界量以下の場合には、前記指令値を前記必要添加量に設定し且つ還元剤の圧力を前記高圧力に設定し、
   前記必要添加量が前記高圧限界量を超えた場合には、前記指令値を前記高圧限界量に設定し且つ還元剤の圧力を前記高圧力に設定する設定手段（Ｓ４〜Ｓ８）とを備えることを特徴とする請求項３に記載の添加制御装置。
7. 前記限界添加量は、排気温が高いほど大きい値となり、且つ、排気流量が高いほど大きい値となる添加量であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の添加制御装置。

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