JP6379057B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特にインジェクタから排気通路内に供給された還元剤により触媒部においてＮＯｘを還元浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置の一つに尿素ＳＣＲシステムが知られている。その尿素ＳＣＲシステムでは排気通路に排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するための触媒部としてのＮＯｘ選択還元触媒が設けられる。そのＮＯｘ選択還元触媒の上流には、排気通路内に還元剤としての尿素水を噴射するインジェクタが設けられる。そして、ＮＯｘ選択還元触媒において、尿素水から生成されたアンモニアでＮＯｘを窒素と水とに分解する還元反応が行われる。

この種の内燃機関の排気浄化装置にあっては、触媒部を有効利用するためには、インジェクタから噴射された還元剤を触媒部に一様に供給する必要がある。これに関し、従来、反応剤（還元剤）の圧力が排気速度、排気圧力、排気温度等の特性変数の関数として、所定の反応剤目標圧力に決定される内燃機関の運転方法の提案がある。これによれば、反応剤は触媒内部において利用可能な全触媒表面に到達可能であるとしている。

特表２００７−５３１８４３号公報

ところで、インジェクタから噴射された還元剤を微粒化するために、触媒部の上流に衝突面を設けて、インジェクタから噴射された還元剤をその衝突面に衝突させる技術がある。この技術を適用した場合、衝突面の温度が低いときに還元剤が衝突すると、衝突面に還元剤が付着滞留してしまい、その結果、触媒部における還元剤の一様性が悪化してしまう可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、触媒部の上流に配置された衝突面に還元剤が付着滞留することによる還元剤の一様性の悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

（第１発明）
上記課題を解決するために、第１発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて、供給された還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒部と、
前記排気通路の前記触媒部より上流に設けられた衝突面と、
前記衝突面に向けて還元剤を噴射するインジェクタと、
前記衝突面の温度を推定する推定手段と、
前記温度に応じて、前記温度に影響を及ぼす制御の態様を変更する変更手段と、
排気ガスの流量を取得する流量取得手段と、
を備え、
前記変更手段は、前記流量が第２閾値より小さく、かつ、前記温度が第１閾値より小さい場合に、還元剤の噴射圧を小さくすることを特徴とする。
（第２発明）
第２発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて、供給された還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒部と、
前記排気通路の前記触媒部より上流に設けられた衝突面と、
前記衝突面に向けて還元剤を噴射するインジェクタと、
前記衝突面の温度を推定する推定手段と、
前記温度に応じて、前記温度に影響を及ぼす制御の態様を変更する変更手段と、
を備え、
前記推定手段は、
排気ガスの流量及び還元剤の噴射圧に基づいて、前記衝突面のうちのどの部分に還元剤が衝突するかを特定する特定手段と、
前記衝突面の温度に関係する特性変数に基づいて、前記特定手段が特定した部分である衝突部の温度を推定する温度推定手段とを備え、
前記変更手段は、前記衝突部の温度に応じて前記制御の態様を変更することを特徴とする。

本発明によれば、衝突面の温度を推定して、その温度に応じて、衝突面の温度に影響を及ぼす制御の態様を変更するので、衝突面の温度を考慮しないでその制御を実施する場合に比べて、衝突面の温度低下を抑制できる。これにより、衝突面における還元剤の付着滞留を抑制でき、触媒部における還元剤の一様性の悪化を抑制できる。

尿素ＳＣＲシステムの構成図である。 尿素水の液滴がフィンに衝突する様子を示した図である。 尿素水噴射圧に対するフィン温度の変化を示した図である。 第１実施形態におけるＥＣＵが実行する処理のフローチャートである。 第１実施形態におけるＥＣＵが実行する処理のフローチャートであって、図４のＳ４で否定判定された以降の処理のフローチャートである。 フィンの温度分布の演算処理のフローチャートである。 フィンの面を仮想的に複数のセルに分割した図である。 尿素水の液滴がフィンに衝突する様子を示すとともに、フィンの衝突部に対する熱の移動を示した図である。 フィン内の位置に対するフィン温度を例示した図である。 インジェクタの駆動パルスを示した図である。 第２実施形態におけるＥＣＵが実行する処理のフローチャートである。 一回で尿素水噴射を行うときのインジェクタの駆動パルス（噴射量Ｐ１０）を上段に示し、分割して尿素水噴射を行うときのインジェクタの駆動パルス（噴射量Ｐ１１）を下段に示した図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の内燃機関の排気浄化装置としての尿素ＳＣＲシステム１の構成図を示している。先ず、尿素ＳＣＲシステム１の構成を説明する。尿素ＳＣＲシステム１では、内燃機関としてのディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）に排気通路３が接続されており、エンジン２から排出される排気ガスはその排気通路３内を流れて車両外に排出されるようになっている。

排気通路３には、排気ガス中の有害成分の一つであるＨＣやＣＯを酸化浄化する酸化触媒４（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が配置されている。酸化触媒４は、例えば、フロースルータイプのセラミック製ハニカムや金属製のメッシュなどに、ＨＣ、ＣＯの酸化反応を促進させる触媒成分（例えば、Ｐｔ（白金）やＰｄ（パラジウム）など）を担持した構造となっている。

酸化触媒４の活性は温度による依存性が高く、低温ではほとんど酸化作用はない。そのため、エンジン２の始動後に早めに酸化触媒４を暖めてＨＣやＣＯの酸化浄化を促進するために、酸化触媒４は後述するＳＣＲＦ５よりも上流（エンジン２に近い側）に配置されている。また、酸化触媒４は、酸化反応により排気ガスを昇温して、昇温した排気ガスによりＳＣＲＦ５に堆積した粒子状物質（ＰＭ）を燃焼除去する役割も担っている。酸化触媒４による排気ガスの昇温は、例えば、エンジン２において動力を得るための主噴射の後に実施されるポスト噴射により酸化触媒４に供給される未燃燃料（ＨＣ）、又は酸化触媒４の前段（上流）の排気通路３に設置される排気燃料インジェクタ（図示外）から酸化触媒４に供給される燃料（ＨＣ）が、酸化触媒４で燃焼することにより実施される。

酸化触媒４の下流の排気通路３には、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化する本発明の触媒部としてのＳＣＲＦ（Selective Catalytic Reduction Filter）５が配置されている。ＳＣＲＦ５は、ＮＯｘの選択触媒還元を促進するＳＣＲ触媒を含有するとともに、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕獲する機能（ＤＰＦ機能）も有している。ＳＣＲＦ５は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムにＳＣＲ触媒を担持した構造となっている。排気ガスは、ＳＣＲＦ５の多孔性の隔壁を通過しながら下流に流れ、その間に排気ガス中のＰＭがＳＣＲＦ５に捕集される。

ＳＣＲＦ５に含有されているＳＣＲ触媒は、尿素水から生成されたアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘとの還元反応として例えば下記式１、式２、式３の還元反応を促進させるものであり、例えばバナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物である。このように、排気ガスがＳＣＲＦ５を通過する間に、ＮＯｘは例えば下記式１、式２、式３により水や窒素に分解（浄化）する。なお、ＳＣＲＦ５に代えて、通常のＳＣＲ触媒、すなわちＰＭの捕集機能を有せず、ＮＯｘの還元浄化のみを行うタイプの触媒を採用しても良い。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式２）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式３）

なお、ＳＣＲＦ５は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、ＳＣＲＦ５に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量が存在する。その最大貯蔵量はＳＣＲＦ５の温度によって変化する。ＳＣＲＦ５へのアンモニア供給量が最大貯蔵量を超えた場合には、ＳＣＲＦ５からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。

酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の排気通路３ａの少なくとも一部は、排気ガスの旋廻流を生じさせる旋廻流型通路（スパイラルミキサー）として構成されている。旋廻流型通路は、後述するインジェクタ６から噴射された尿素水を排気ガス中に分散させて、尿素水と排気ガスとの混じりを良くするための通路である。

また、酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の排気通路３ａには、インジェクタ６から噴射された尿素水を衝突させるためのフィン７（衝突板）が配置されている。そのフィン７は、例えば旋廻流型通路の入口部の、インジェクタ６が配置された排気管壁に対向する排気管壁付近の位置において、排気ガスの流れをできるだけ阻害しない向きに配置される。フィン７の両板面のうち一方の板面はインジェクタ６の側に向いている。インジェクタ６の側に向いたフィン７の板面が本発明の衝突面に相当する。また、フィン７は例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）により形成される。

なお、フィン７は、通常の排気通路（旋廻流を生じさせない排気通路）内に配置されたとしても良い。つまり、旋廻流型通路を省略して、フィン７のみが配置されたとしても良い。また、旋廻流型通路を構成する通路壁の一部を、尿素水を衝突させるためのフィン７として用いても良い。

排気通路３ａには、排気通路３ａの外周壁に取り付けられる形で排気通路３ａ内に尿素水を噴射するインジェクタ６が配置されている。そのインジェクタ６は、例えば排気通路３ａの外周壁が伸びた方向に直交する方向、又は若干下流側を向いた斜め方向、かつ、フィン７に向けて取り付けられている。

インジェクタ６は、エンジン２の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と同様の構造を有している。すなわち、インジェクタ６は、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円筒状のノズルを開閉するための棒状のニードルを有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されている。そして、後述するＥＣＵ１０からの通電信号により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よってノズル先端部が開放されて、ノズル内の尿素水通路に充填された尿素水がノズル先端部（噴孔）から噴射される。

また、インジェクタ６を固定するアダプタ（図示外）の内部には、インジェクタ６を冷却する冷却水が流れる冷却水路が形成されている。その冷却水は例えばエンジン２を冷却するためのエンジン冷却水である。インジェクタ６は、アダプタ内を流れる冷却水により冷却されている。

インジェクタ６に対しては、尿素水タンク８から尿素水が逐次供給される。その尿素水タンク８は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。

尿素水タンク８とインジェクタ６の間には、尿素水の流路を形成する例えばゴム製の配管１９が設けられている。その配管１９の一方の端部はインジェクタ６に接続しており、他方の端部には尿素水を吸い込むための吸込口が形成されている。その吸込口が尿素水タンク８内に尿素水が貯留された状態において尿素水に浸漬した状態になっている。

配管１９の途中には、ポンプ９が設けられている。ポンプ９は、ＥＣＵ１０からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプ（例えば３相式交流モータ）であり、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。ポンプ９が正回転方向に回転駆動されることにより、尿素水タンク８から尿素水か汲み上げられ配管１９を通じてインジェクタ６側に吐出される。反対に、ポンプ９が逆回転方向に回転駆動されることにより、インジェクタ６や配管１９に充填された尿素水を尿素水タンク８に吸い戻すこと（回収）ができるようになっている。

なお、ポンプ９は尿素水タンク８内の尿素水に浸漬した状態で設けられたとしても良いし、尿素水タンク８外に設けられたとしても良い。また、ポンプ９は、吐出する尿素水の圧力（ポンプ９内の尿素水の圧力）を変更可能に構成されている。

尿素ＳＣＲシステム１には各種センサが設けられている。詳しくは、ポンプ９内には、ポンプ９内の尿素水の圧力を検出する圧力センサ１２が設けられている。また、エンジン２の吸気通路１３には、吸気通路１３内を流れる空気の流量、つまりエンジン２に吸気する空気量（吸気量）を検出するエアフロメータ１４が設けられている。また、排気通路３には排気温度を検出する排気温センサ１５が設けられている。その排気温センサ１５は排気通路３のどの位置に設けられたとしても良いが、例えばインジェクタ６やフィン７付近の位置に設けられる。また、外気温を検出する外気温センサ１６、ポンプ９内又は尿素水タンク８内の尿素水の温度を検出する尿素水温度センサ１７、インジェクタ６を冷却するための冷却水（例えばエンジン冷却水）の温度を検出する水温センサ１８なども設けられている。各センサ１２、１４〜１８の検出値はＥＣＵ１０に入力されるようになっている。

尿素ＳＣＲシステム１はＥＣＵ１０を備えている。そのＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータを備え、エンジン２が作動（オン）している間、各種センサの検出値に基づいてインジェクタ６による尿素水噴射（尿素水の噴射時期、噴射量、噴射圧）を制御する。ＥＣＵ１０による尿素水の噴射制御の詳細は後述する。なお、ＥＣＵ１０は、エンジン２の運転を制御するエンジンＥＣＵであっても良いし、エンジンＥＣＵとは別のＥＣＵであっても良い。また、ＥＣＵ１０は、ＥＣＵ１０が実行する処理のプログラムや、その処理に必要な各種情報を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１１を備えている。

以上が尿素ＳＣＲシステム１の構成である。尿素ＳＣＲシステム１の作用を説明すると、インジェクタ６から噴射された尿素水の大部分はフィン７に衝突する。フィン７に衝突した尿素水はフィン７から熱をもらって速やかに蒸発（微粒化）する。フィン７に衝突し微粒化した尿素水は、旋廻流型通路による旋廻流によって、排気ガス中に満遍なく分散し、ＳＣＲＦ５の表面に一様に分散して到達する。なお、尿素水は、ＳＣＲＦ５の内部で又はＳＣＲＦ５に到達する前に、加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換される。そして、ＳＣＲＦ５にて、アンモニアとＮＯｘとが反応して、ＮＯｘが還元浄化される。

一方で、エンジン２の運転条件などによって、ＳＣＲＦ５への尿素水の供給の一様性が変化する場合がある。具体的には、例えばエンジン２の運転条件が変われば、排気ガスの状態（排気温度、排気ガスの流量など）が変わり、排気ガスの状態が変われば、インジェクタ６から噴射された尿素水がフィン７に衝突する効率が変わる。衝突する効率が変われば、尿素水の分散性が変わってしまい、ＳＣＲＦ５への尿素水の一様性が変わってしまう。また、排気ガスの状態が変われば、フィン７の温度が変わり、フィン７の温度が変われば、フィン７に衝突した尿素水の分散性（微粒化の程度）が変わる。

フィン７への尿素水の衝突効率を高い値にするためには、インジェクタ６から尿素水をある程度高い噴射圧で噴射させる必要がある。しかし、高噴射圧で噴射し続けると、フィン７の温度が低下し、その温度低下により、フィン７に衝突した尿素水の微粒化の程度が低下したり、フィン７に尿素水が付着滞留したりするという問題がある。すなわち、図２に示すように、尿素水がフィン７に衝突すると、衝突した尿素水がフィン７から熱を奪い、衝突した部分のフィン７の温度が低下する。尿素水がフィン７から奪う熱量は、尿素水の噴射圧が高いほど増加する。なぜなら、噴射圧が高くなると、尿素水のフィン７への衝突速度が増加し、衝突速度が増加すると、尿素水液滴がフィン７に衝突した際に円形の液滴がひしゃげる変形が大きくなり、その変形が大きくなると尿素水液滴とフィン７との接触面積が増加するためである。

つまり、図３に示すように、噴射圧が大きくなるほど、尿素水がフィン７から奪う熱量が増加するので、フィン７の温度が低下する。そして、フィン７の温度がある温度を下回ると、フィン７に尿素水が付着滞留してしまう。尿素水が付着滞留すると、尿素水をＳＣＲＦ５に一様に供給できなくなったり（一様性の悪化）、ＳＣＲＦ５への尿素水の供給効率が低下したりする。その結果、ＳＣＲＦ５におけるＮＯｘ浄化率が低下したり、アンモニアスリップが発生したりする。

ＥＣＵ１０は、フィン７の温度低下による不具合を抑制するために、フィン７の温度を推定して、推定した温度に応じてインジェクタ６の噴制制御の態様を変化させる。以下、ＥＣＵ１０による尿素水の噴射制御の詳細を説明する。図４、図５は、ＥＣＵ１０が実行する処理のフローチャートを示している。図４の処理は、例えばエンジン２の始動と同時に開始し、以降、所定周期で繰り返し実行される。

図４の処理を開始すると、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６に噴射させる尿素水の噴射量を設定する（Ｓ１）。具体的には、例えば、ＳＣＲＦ５の前後にそれぞれＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを配置する。そして、各ＮＯｘセンサの検出値に基づいて得られるＳＣＲＦ５に流入するＮＯｘ量及びＳＣＲＦ５から流出するＮＯｘ量に基づいて、ＳＣＲＦ５で消費されたアンモニア消費量を推定する。そのアンモニア消費量に基づいて、ＳＣＲＦ５に吸着されたアンモニア量が最大アンモニア吸着量に近くなるように、尿素水の噴射量を設定する。

次に、後述のＳ３で用いる、フィン７の温度分布に関係する特性変数を取得する（Ｓ２）。具体的には、排気温度、排気ガスの流量、外気温、尿素水噴射圧の前回値、尿素水噴射量の前回値、及びインジェクタ６内の尿素水温度を特性変数として取得する。排気温度は排気温センサ１５の検出値とすれば良い。排気ガスの流量は、エンジン２の筒内への吸気量に相当すると考えて、エアフロメータ１４の検出値とすれば良い。外気温は外気温センサ１６の検出値とすれば良い。尿水噴射圧の前回値は、前回の噴射時にＥＣＵ１０自身が設定した噴射圧の設定値とすれば良い。また、尿素水噴射量の前回値は、前回の噴射時にＥＣＵ１０自身が設定した噴射量の設定値とすれば良い。

また、尿素水温度は、排気温度、尿素水噴射量の前回値、インジェクタ６を冷却するための冷却水の温度及び、尿素水タンク８からインジェクタ６に供給される尿素水のもともとの温度（以下、初期温度という）に相関する。インジェクタ６の先端部は排気ガスから熱を受け、排気温度が高ければ排気ガスからの受熱量が大きくなる。よって、排気温度が高いほど尿素水温度が高くなる傾向となる。

また、インジェクタ６内の尿素水温度は、インジェクタ６の先端部に近いほど排気ガスからの受熱量が大きくなるので高くなる。そして、尿素水噴射量の前回値が大きいと、前回の噴射時に先端部側の高温の尿素水が多く噴射されたことになり、インジェクタ６内に残っている尿素水の温度は、尿素水噴射量の前回値が小さい場合に比べて低くなる。つまり、尿素水噴射量の前回値が大きいほど尿素水温度が低くなる傾向となる。

また、冷却水温が低いほど、尿素水から冷却水への放熱量が大きくなるので、尿素水温度は低くなる傾向となる。また、初期温度が低いほど、尿素水温度は低くなる傾向となる。

よって、これら傾向を考慮した、排気温度、尿素水噴射量の前回値、冷却水温、初期温度と、尿素水温度との関係（マップ、計算式）をメモリ１１に記憶しておき、その関係に基づいて尿素水温度を算出する。なお、冷却水温は、水温センサ１８の検出値とすれば良い。初期温度は尿素水温度センサ１７の検出値とすれば良い。

次に、Ｓ２で取得した特性変数に基づいて、フィン７の温度分布（フィン７の各部の温度）を演算する（Ｓ３）。図６は、Ｓ３の処理（フィン７の温度分布の演算処理）のフローチャートを示している。図６の処理に移行すると、先ず、インジェクタ６から噴射された尿素水がフィン７のどの位置に衝突したかを特定する（Ｓ２１）。すなわち、尿素水は、常に同じ位置に衝突するわけではなく、尿素水の噴射圧及び排気ガスから受ける力によって、フィン７内において尿素水の衝突位置（衝突部）が変化する。噴射圧が高いと、尿素水は、インジェクタ６の噴射方向へ強い力を受けるので、その噴射方向とフィン７との交点付近の位置に衝突しやすい。また、排気ガスの流量が大きいと、噴射された尿素水は、排気ガスから強い力を受けるので、排気ガスの流れ方向に流されやすくなり、結果、上記交点からそれた位置に衝突しやすくなる。

よって、噴射圧及び排気ガスの流量に基づいて、インジェクタ６から噴射された尿素水がどのように移動するかの運動方程式をたてて、その運動方程式に基づいて、フィン７における尿素水の衝突部を特定する。また、噴射圧及び排気ガスの流量に対する衝突部の位置を示すマップをメモリ１１に記憶しておき、そのマップに基づいて衝突部を特定しても良い。なお、インジェクタ６からの尿素水の噴霧角が大きく、フィン７の広い範囲に尿素水が衝突することで、複数の衝突部が存在する場合には、Ｓ２１ではそれら複数の衝突部を特定する。

次に、前回の図６の処理により得られたフィン７の温度分布（前回の温度分布）をメモリ１１から読み出す（Ｓ２２）。つまり、メモリ１１には、フィン７の温度分布（各セル７ａ（図７参照）の温度）の履歴（前回値）が記憶されている。

ここで、図９は、フィン７の面内のうち衝突部７ｂを通るライン１００（図７参照）上の位置（横軸）に対するフィン７の温度（縦軸）を例示している。図９のライン１０１は、フィン７の前回の温度分布を示している。この前回の温度分布１０１では位置ａの付近で温度が低くなっている。これは、前回では、位置ａに尿素水が衝突したことを示しており、つまり位置ａは前回の衝突部７ｂを示している。

次に、図７に示すように、フィン７内の領域を仮想的に複数のセル７ａに分割して、セル７ａごとに温度を演算することを考える。そして、得られた複数のセル７ａの中からいずれか１つを、温度の演算対象とするセル（以下、演算対象セルという）として設定する（Ｓ２３）。

ここで、図８は、フィン７の衝突部７ｂにおける熱の移動を示している。図８に示すように、衝突部７ｂに対する熱の移動量は、排気ガスからの受熱量Ｑｅと、衝突部７ｂの周辺部７ｃからの受熱量Ｑｆと、衝突した尿素水への放熱量Ｑｕ（尿素水が衝突部７ｂから奪う熱量）とがある。また、フィン７の衝突部７ｂ以外の部分７ｃ（以下、非衝突部という）に対する熱の移動量は、排気ガスからの受熱量Ｑｅと非衝突部７ｃの周辺部（非衝突部７ｃの場合もあるし、衝突部７ｂの場合もある）との間の熱量Ｑｆ（受熱の場合もあるし放熱の場合もある）とがある。例えば、図７に示す非衝突部７ｃ１では、右隣りが衝突部７ｂとなっているので、非衝突部７ｃ１から衝突部７ｂに熱が移動する一方で、左隣りの非衝突部７ｃ２と非衝突部７ｃ１との間でも熱が移動する。

また、非衝突部７ｃにおいては尿素水への放熱量Ｑｕはゼロとなるので、結局、フィン７の各部（各セル７ａ）が受熱又は放熱した熱量Ｑｆｉｎは、以下の式４で表すことができる。
Ｑｆｉｎ＝Ｑｅ＋Ｑｆ−Ｑｕ ・・・（式４）

なお、フィン７の各部の温度は、フィン７が接続された他部材（例えば排気通路の外壁）の温度の影響によっても変化し、その他部材の温度は外気の影響を受けて変化する。つまり、フィン７の各部の温度は外気の影響を受けて変化し、言い換えると、フィン７の各部の熱はいくらかは外気側に放熱される。よって、外気側への放熱量と、フィン７内の周辺部からの受熱量との収支で、最終的な受熱量Ｑｆが定まる。また、非衝突部７ｃでは、その周辺部（例えば衝突部）に熱が放熱される場合もあるので、非衝突部７ｃが周辺部から受ける受熱量Ｑｆは負の値（つまり放熱）となる場合もある。

以下の処理では、式４における各熱量Ｑｅ、Ｑｆ、Ｑｕを求めることにより、演算対象セルの温度を求める。詳しくは、下記の式５に基づいて、演算対象セルにおける排気ガスからの受熱量Ｑｅを演算する（Ｓ２４）。
Ｑｅ＝ｈｅ・Ａｅ・ΔＴｅ ・・・（式５）

式５において、ｈｅは排気ガスからフィン７（演算対象セル）への熱伝達率を示している。本発明者は、熱伝達率ｈｅは排気ガスの流量によって変化するという知見を持っている。そこで、排気ガスの流量と熱伝達率ｈｅとの関係（マップ）を予め調べてメモリ１１に記憶しておき、その関係と今回の流量とに基づいて熱伝達率ｈｅを求める。なお、排気ガスの流量に対する熱伝達率ｈｅの感度が小さい場合には、熱伝達率ｈｅは定数としても良い。

また、式５におけるＡｅは、排気ガスとフィン７（演算対象セル）との接触面積を示している。その接触面積Ａｅは、演算対象セルの面積（予め定められた定数）とすれば良い。

また、式５におけるΔＴｅは、排気ガスと演算対象セルとの温度差を示している。排気温度は、図４のＳ２で、特性変数の一つとして取得している。演算対象セルの温度は、Ｓ２２で得たフィン７の前回の温度分布における演算対象セルの温度とすれば良い。例えば、演算対象セルが図９の位置ｂのセルの場合には、位置ｂにおけるライン１０１上の点１０４が、演算対象セルの前回温度となる。

さらに、Ｓ２４では、求めた受熱量Ｑｅに基づいて、演算対象セルの温度を前回値から更新する。詳しくは、受熱量Ｑｅをフィン７の熱容量Ｃで除算することで、受熱量Ｑｅによる演算対象セルの温度変化量ΔＴ_Ｑｅを求める。つまり、ΔＴ_Ｑｅ＝Ｑｅ／Ｃを計算する。その温度変化量ΔＴ_Ｑｅを、演算対象セルの前回温度に加算する。なお、メモリ１１には、熱容量Ｃが記憶されているものとする。

図９のライン１０２は、温度分布１０１に対して、受熱量Ｑｅによる温度上昇（温度変化量ΔＴ_Ｑｅ）を加えた温度分布、つまり、排気ガスからの受熱量Ｑｅのみを考慮した今回のフィン７の温度分布を示している。演算対象セルが位置ｂのセルの場合には、Ｓ２４では、位置ｂにおける受熱量Ｑｅを演算して、前回温度の点１０４に、受熱量Ｑｅによる温度変化量ΔＴ_Ｑｅを加えた点１０５を求めることを意味する。また、各セルに対してＳ２４の処理を行うことで、温度分布１０２が得られる。排気ガスからの受熱量は各セル間で同等の値となるので、温度分布１０２は、温度分布１０１を温度上昇側に平行移動させたようになっている。

このように、Ｓ２４で用いる特性変数は、排気ガスの流量（熱伝達率ｈｅの演算に用いる）と、排気温度（温度差ΔＴｅの演算に用いる）との２つである。

次に、下記の式６に基づいて、演算対象セルが周辺部から受熱する、又は周辺部に放熱する熱量Ｑｆを演算する（Ｓ２５）。
Ｑｆ＝λｆ・ΔＴｆ ・・・（式６）

式６において、λｆは、フィン７の熱伝導率を示している。その熱伝導率λｆはフィン７の材質（例えばＳＵＳ）に応じた定数である。また、ΔＴｆは、演算対象セルと、それに隣接するセル（以下、隣接セルという）との温度差である。なお、演算対象セルが衝突部の場合には、温度差ΔＴｆは、衝突部と非衝突部との温度差となる。演算対象セルの温度及び隣接セルの温度は、Ｓ２４で得られた受熱量Ｑｅのみを考慮した今回の温度分布１０２における温度を用いる。このように今回の温度分布１０２に用いることで、今回の熱量Ｑｆを精度良く求めることができる。なお、前回の温度分布１０１を用いて、温度差ΔＴｆを求めても良い。

また、演算対象セルが、複数のセルと隣接する場合には、各隣接セル及び演算対象セルの組合せごとに、熱量Ｑｆを演算して、得られた各熱量Ｑｆの合計を最終的な熱量Ｑｆとする。また、上記したように、フィン７の各部の温度は外気の影響も受ける。そこで、得られた熱量Ｑｆを外気温に応じて補正しても良い。詳しくは、外気温が低いほど、フィン７の温度も低くなりやすくなる。よって、外気温が低いほど熱量Ｑｆを下げる方向への補正量を大きくする。このように、外気温も考慮することで、より正確な熱量Ｑｆを得ることができる。外気温は図４のＳ２で特性変数の一つとして取得している。なお、外気温に対するフィン７の温度の感度が小さい場合には、外気温を考慮しないで熱量Ｑｆを求めても良い。

さらに、Ｓ２５では、求めた熱量Ｑｆに基づいて、演算対象セルの温度を、Ｓ２４で求めた温度分布１０２の温度から更新する。詳しくは、熱量Ｑｆをフィン７の熱容量Ｃで除算することで、熱量Ｑｆによる演算対象セルの温度変化量ΔＴ_Ｑｆを求める。つまり、ΔＴ_Ｑｆ＝Ｑｆ／Ｃを計算する。なお、受熱のほうが放熱よりも大きい場合には、温度変化量ΔＴ_Ｑｆは正の値となり、放熱のほうが受熱よりも大きい場合には、温度変化量ΔＴ_Ｑｆは負の値となる。温度変化量ΔＴ_Ｑｆを、温度分布１０２における演算対象セルの温度に加算する。

図９のライン１０３は、温度分布１０２に対して、熱量Ｑｆによる温度変化（温度変化量ΔＴ_Ｑｆ）を加えた温度分布、つまり、熱量Ｑｅ、Ｑｆのみを考慮した今回のフィン７の温度分布を示している。演算対象セルが位置ｂのセルの場合には、Ｓ２５では、位置ｂにおける熱量Ｑｆを演算して、排気ガスからの受熱のみを考慮した今回温度の点１０５に、熱量Ｑｆによる温度変化量Ｔ_Ｑｆを加えた点１０６を求めることを意味する。また、各セルに対してＳ２５の処理を行うことで、温度分布１０３が得られる。この温度分布１０３では、位置ａ付近（前回の衝突部）においては周辺部からの熱を受けて温度分布１０２から上昇するのに対し、位置ａ付近以外の位置（非衝突部）おいては位置ａ付近への放熱により温度分布１０２から減少する。

このように、Ｓ２５で用いる特性変数は、排気温度、排気ガスの流量（温度差ΔＴｆの演算の際に図９の温度分布１０２の温度を用いており、その温度分布１０２は排気温度、排気ガスの流量に基づいて演算されるため）、及び外気温の３つである。

次に、演算対象セルがＳ２１で特定した衝突部である場合には、下記の式７に基づいて、演算対象セルが尿素水から奪われる熱量Ｑｕを演算する（Ｓ２６）。なお、演算対象セルが非衝突部の場合には、熱量Ｑｕ＝０とする。

式７において、Ｎは演算対象セル（衝突部）に衝突する尿素水液滴の個数である。個数Ｎは、噴射量ｆが多いほど増加し、各液滴の粒径Ｖ（体積）が大きいほど減少する。よって、個数Ｎは、噴射量ｆを液滴粒径Ｄで除算した値となる。つまり、Ｎ＝ｆ／Ｄとなる。噴射量ｆは、図４のＳ２で取得した噴射量の前回値を用いる。また、一般的に噴射圧が高くなるほど液滴粒径は小さくなるが、噴射圧に対する液滴粒径の感度が小さい場合には、液滴粒径Ｄとして予め定められた定数を用いる。噴射圧に対する液滴粒径の感度が大きい場合には、噴射圧と液滴粒径との関係を予め調べてメモリ１１に記憶しておき、その関係に基づいて液滴粒径Ｄを求める。なお、液滴粒径を求める際の噴射圧は、図４のＳ２で取得した噴射圧の前回値を用いれば良い。

また、フィン７内に複数の衝突部が存在する場合には、各衝突部には、インジェクタ６から噴射された液滴の一部が衝突することになる。このように、演算対象セルに全ての液滴が衝突しない場合には、ｆ／Ｖに衝突部の個数に応じた係数（＜１）を乗算して、個数Ｎを求めても良い。

式７におけるｈｕは、尿素水から演算対象セル（フィン７）への熱伝達率である。その熱伝達率ｈｕとして予め定められた定数を用いる。

Ａｉ（Ｄ、ｖ（ｐ））は、尿素水液滴と演算対象セル（衝突部）との接触面積である。また、Ｄは、尿素水液滴の粒径である。ｖ（ｐ）は尿素水液滴の速度である。ｐは尿素水の噴射圧である。接触面積Ａｉ（Ｄ、ｖ（ｐ））は、液滴粒径Ｄ及び液滴速度ｖに応じて変化する。具体的には、液滴粒径Ｄが大きいほど接触面積Ａｉは大きくなる。また、液滴速度ｖが大きいほど衝突した際の液滴の変形が大きくなるので、接触面積Ａｉは大きくなる。また、液滴速度ｖは尿素水噴射圧ｐが大きいほど大きくなる。

よって、接触面積Ａｉを求めるために、液滴粒径Ｄ及び液滴速度ｖと、接触面積Ａｉとの関係を予め調べてメモリ１１に記憶しておく。また、液滴粒径Ｄ及び液滴速度ｖを求める。液滴粒径Ｄは、上述したように一般的に噴射圧が高くなるほど小さくなる傾向となるが、噴射圧に対する液滴粒径の感度が小さい場合には、液滴粒径Ｄとして予め定められた定数を用いる。この場合には、接触面積Ａｉは液滴速度ｖ（ｐ）を変数とした関数となる。また、噴射圧に対する液滴粒径の感度が大きい場合には、噴射圧と液滴粒径との関係を予め調べてメモリ１１に記憶しておき、その関係に基づいて液滴粒径Ｄを求める。液滴粒径を求める際の噴射圧は、図４のＳ２で取得した噴射圧の前回値を用いれば良い。

また、液滴速度ｖを求めるために、噴射圧と液滴速度ｖとの関係を予め調べてメモリ１１に記憶しておき、その関係に基づいて液滴速度ｖを求める。速度を求める際の噴射圧は、図４のＳ２で取得した噴射圧の前回値を用いれば良い。

そして、メモリ１１に記憶された、液滴粒径Ｄ及び液滴速度ｖと接触面積Ａｉとの関係と、求めた液滴粒径Ｄ及び液滴速度ｖとに基づいて、接触面積Ａｉを求める。なお、液滴速度ｖを求めずに、噴射圧ｐから直接に接触面積Ａｉを求めても良い。この場合には、液滴粒径Ｄ及び噴射圧ｐと接触面積Ａｉとの関係をメモリ１１に記憶しておく。

式７におけるΔＴｕは、尿素水液滴と演算対象セルとの温度差である。尿素水液滴の温度（尿素水温度）は、図４のＳ２で特性変数の一つとして取得している。演算対象セルの温度は、Ｓ２５で得られた熱量Ｑｅ、Ｑｆのみを考慮した今回の温度分布１０３（図９参照）における温度を用いる。例えば、演算対象セルが図９の位置ｂのセルである場合には、温度分布１０３の位置ｂにおける点１０６の温度を、温度差ΔＴｕを求めるための演算対象セルの温度として用いる。このように今回の温度分布１０３に用いることで、今回の熱量Ｑｕを精度良く求めることができる。なお、前回の温度分布１０１を用いて、温度差ΔＴｕを求めても良い。

このように、Ｓ２６で用いる特性変数は、尿素水噴射量の前回値（個数Ｎの演算に用いる）、尿素水噴射圧の前回値（接触面積Ａｉ（液滴粒径Ｄ、液滴速度ｖ）の演算に用いる）、排気温度、排気ガスの流量、及び尿素水温度（温度差ΔＴｕの演算に用いる）の５つである。なお、温度差ΔＴｕの演算の際に図９の温度分布１０３の温度を用いており、その温度分布１０３は、温度分布１０２から得られ、その温度分布１０２は排気温度、排気ガスの流量に基づいて演算されるため、Ｓ２６で用いる特性変数に排気温度及び排気ガスの流量を含めている。

次に、Ｓ２６で得られた熱量Ｑｕ及びＳ２５で得られた温度分布１０３の演算対象セルにおける温度（熱量Ｑｅ、Ｑｆのみを考慮した温度）に基づいて、演算対象セルの最新の温度を演算する（Ｓ２７）。詳しくは、熱量Ｑｕをフィン７の熱容量Ｃで除算することで、熱量Ｑｕによる演算対象セルの温度変化量ΔＴ_Ｑｕを求める。つまり。ΔＴ_Ｑｕ＝Ｑｕ／Ｃを計算する。そして、得られた温度変化量ΔＴ_Ｑｕを、温度分布１０３における演算対象セルの温度から減算する。例えば、Ｓ２１で特定した衝突部が図９の位置ｂのセルであって、その位置ｂのセルが演算対象セルの場合には、Ｓ２６では、点１０６の温度から温度変化量ΔＴ_Ｑｕだけ減算した温度を、演算対象セルの最新の温度として演算することを意味する。また、位置ｂのセルが演算対象セルであって、その演算対象セルが非衝突部の場合には、点１０６の温度がそのまま演算対象セルの最新の温度となる。

なお、Ｓ２６では温度分布１０３に基づいて、演算対象セルの最新の温度を求めているが、この温度分布１０３は熱量Ｑｅ、Ｑｆに基づく温度変化量ΔＴ_Ｑｅ（＝Ｑｅ／Ｃ）、ΔＴ_Ｑｆ（＝Ｑｆ／Ｃ）に基づいて求めている。よって、Ｓ２６では、下記式８、式９に基づいて、演算対象セルの温度を求めることを意味する。式８において、ΔＴｆｉｎは、熱量Ｑｅ、Ｑｆ、Ｑｕの全てを考慮したフィン７（演算対象セル）の温度変化量である。Ｑｆｉｎは、上記式４で示すように、熱量Ｑｅ、Ｑｆ、Ｑｕの合計である。Ｃはフィン７の熱容量である。式９において、Ｔｆｉｎ（ｎ）は、今回（最新）のフィン７（演算対象セル）の温度である。Ｔｆｉｎ（ｎ−１）は、前回のフィン７の温度である。
ΔＴｆｉｎ＝Ｑｆｉｎ／Ｃ ・・・（式８）
Ｔｆｉｎ（ｎ）＝Ｔｆｉｎ（ｎ−１）＋ΔＴｆｉｎ ・・・（式９）

次に、全てのセルの温度を演算したか否かを判断する（Ｓ２８）。未だ演算していない場合には（Ｓ２８：Ｎｏ）、Ｓ２３に戻って、残りのセルの中から演算対象セルを新たに設定し、新たに設定した演算対象セルに対してＳ２４〜Ｓ２７の処理を実行して、演算対象セルの温度を求める。このように、全てのセルに対してＳ２４〜Ｓ２７の処理を実行することで、フィン７の温度分布が得られる。得られたフィン７の温度分布はメモリ１１に記憶しておき、次回の温度分の演算にも用いる。全てのセルの温度を演算した場合には（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、図６の処理を終了して、図４の処理に戻る。

なお、図６の処理では、フィン７の温度を求めるために、Ｓ２で取得した特性変数（排気温度、排気ガスの流量、外気温、尿素水噴射圧の前回値、尿素水噴射量の前回値、尿素水温度）を用いている。つまり、フィン７の温度Ｔｆｉｎは、排気温度、排気ガスの流量、外気温、尿素水噴射圧の前回値、尿素水噴射量の前回値及び尿素水温度の関数であり、図６の処理では、その関数に基づいてフィン７の温度Ｔｆｉｎを求めることを意味する。

図４の処理に戻って、次に、Ｓ２で取得した排気ガスの流量が予め定められた閾値ｆ０以上か否かを判断する（Ｓ４）。閾値ｆ０以上の場合には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、Ｓ３で演算したフィン７の温度分布の衝突部における温度が、予め定められた閾値ｔ０以上か否かを判断する（Ｓ５）。衝突部は図６のＳ２１で特定している。閾値ｔ０は、フィン７に衝突した尿素水が分散するか、フィン７に付着滞留するかの閾値温度（図３のライン２００の温度）又はその閾値温度付近の温度に設定される。なお、Ｓ４の閾値ｆ０は本発明の第２閾値に相当し、Ｓ５の閾値ｔ０は本発明の第１閾値に相当する。

衝突部の温度が閾値ｔ０以上の場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、インジェクタ６の目標噴射圧を噴射圧Ｐ１に設定する（Ｓ６）。この噴射圧Ｐ１は、排気ガスの流量が閾値ｆ０以上の高ガス流量であっても、尿素水が排気ガスに流されずにフィン７に到達できるように、高い値に設定される。

次に、Ｓ１で設定した今回の噴射量及びＳ６で設定した今回の目標噴射圧Ｐ１に基づいて、インジェクタ６の駆動デューティ比を演算する（Ｓ７）。ここで、図１０は、インジェクタ６の駆動パルスを示している。インジェクタ６は一定の周期Ｔ（一定の周波数）で尿素水の噴射を行うが、Ｓ７では、今回の周期Ｔに対するインジェクタ６のノズルを開弁する期間Ｔ１の比Ｔ１／Ｔを、駆動デューティ比として演算する。このとき、今回の周期Ｔで、Ｓ１で設定した噴射量の分の尿素水が噴射されるように、開弁期間Ｔ１を設定する。すなわち、噴射量が多いほど長い開弁期間Ｔ１を設定する（駆動デューティ比を大きくする）。また、Ｓ６で設定した目標噴射圧Ｐ１に基づいて定まる噴射率（単位時間当たりの噴射量）に応じた開弁期間Ｔ１を設定する。噴射圧が高くなるほど噴射率が高くなる。よって、同一の噴射量の尿素水を噴射する場合に、目標噴射圧Ｐ１で噴射するときは、後述の目標噴射圧Ｐ２で噴射するときに比べて、開弁期間Ｔ１は短くなる（駆動デューティ比は小さくなる）。

次に、Ｓ７で設定した駆動デューティ比でインジェクタ６を駆動して、インジェクタ６から、Ｓ１で設定した噴射量の尿素水を噴射させる（Ｓ８）。このとき、圧力センサ１２（図１参照）の検出値、つまりポンプ９内の尿素水の圧力が目標噴射圧Ｐ１となるように、ポンプ９から吐出する尿素水の圧力を調整する。これにより、噴射圧Ｐ１で尿素水を噴射させることができ、噴射した尿素水を、高ガス流量の排気ガスに流されないでフィン７に衝突させることができる。また、フィン７の温度は高温となっているので、フィン７に衝突させた尿素水を効果的に分散（微粒化）させることができ、尿素水をＳＣＲＦ５に一様に供給できる。その結果、ＮＯｘ浄化率を高い値に維持できる。Ｓ８の後、図４の処理を終了する。

一方、Ｓ５において衝突部の温度が閾値ｔ０より小さい場合には（Ｓ５：Ｎｏ）、インジェクタ６の目標噴射圧を、Ｓ６と同じ噴射圧Ｐ１に設定する（Ｓ９）。次に、Ｓ１で設定した噴射量を、減らす方向に補正する（Ｓ１０）。このときどの程度噴射量を減らすかは、例えば衝突部の温度が低いほど（閾値ｔ０と衝突部の温度の差が大きいほど）減らす量を大きくする。または、衝突部の温度にかかわらず、一定量だけ噴射量を減らしても良い。

次に、Ｓ１０で減量補正した噴射量及びＳ６で設定した目標噴射圧Ｐ１に基づいて、インジェクタ６の駆動デューティ比を演算する（Ｓ１１）。この駆動デューティ比の演算の考え方は、Ｓ７で説明した考え方と同じである。次に、Ｓ７で設定した駆動デューティ比及びＳ９で設定した目標噴射圧Ｐ１でインジェクタ６を駆動する（Ｓ１２）。

これによって、噴射した尿素水を、高ガス流量の排気ガスに流されないでフィン７に衝突させることができる。また、フィン７の温度は閾値ｔ０より小さい低温度となっているので、噴射圧Ｐ１で噴射した尿素水の一部はフィン７において付着滞留する可能性がある。しかし、Ｓ１０で噴射量を減量補正しているので、フィン７に衝突する尿素水の量や、尿素水がフィン７に衝突している時間を抑えることができ、その結果、減量補正しない場合に比べて、フィン７の温度低下を抑制できる（フィン７の温度を上昇させることができる）。また、フィン７の温度低下によるＳＣＲＦ５でのＮＯｘ浄化率の低下及びアンモニアスリップの発生を抑制できる。また、フィン７の温度低下を抑えることで、次回の尿素水噴射の際に、噴射した尿素水をフィン７において効果的に分散させることができる。

また、尿素水の噴射量を減量補正することで、フィン７に付着滞留する尿素水の量を抑えることができるので、尿素水を節約できる。さらに、衝突部の温度が低いほど、噴射量の減量補正量を大きくした場合には、より一層、フィン７の温度低下及びフィン７での尿素水の付着滞留量を抑えることができる。Ｓ１２の後、図４の処理を終了する。

一方、Ｓ４において排気ガスの流量が閾値ｆ０より小さい場合には（Ｓ４：Ｎｏ）、図５の処理に移行して、衝突部の温度が閾値ｔ０以上か否かを判断する（Ｓ１３）。この閾値ｔ０は、Ｓ５の閾値ｔ０と同じである。閾値ｔ０以上の場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、Ｓ６〜Ｓ８と同様に、インジェクタ６の目標噴射圧を噴射圧Ｐ１に設定し（Ｓ１４）、インジェクタ６の駆動デューティ比を演算し（Ｓ１５）、その駆動デューティ比及び目標噴射圧Ｐ１でインジェクタ６を駆動する（Ｓ１６）。

このように、低ガス流量のときにも、高ガス流量と同じ噴射圧Ｐ１で尿素水を噴射することで、より確実に、尿素水をフィン７に衝突させることができる。また、フィン７の温度は高温となっているので、フィン７に衝突させた尿素水を効果的に分散（微粒化）させることができ、尿素水をＳＣＲＦ５に一様に供給できる。Ｓ１６の後、図５の処理を終了する。

Ｓ１３において衝突部の温度が閾値ｔ０より小さい場合には（Ｓ１３：Ｎｏ）、インジェクタ６の目標噴射圧を、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１４で設定する噴射圧Ｐ１より小さい噴射圧Ｐ２に設定する（Ｓ１７）。このとき、例えば衝突部の温度が低いほど（閾値ｔ０と衝突部の温度の差が大きいほど）、低い目標噴射圧Ｐ２を設定する。または、衝突部の温度にかかわらず、一定の目標噴射圧Ｐ２を設定しても良い。

次に、Ｓ１で設定した噴射量及びＳ１７で設定した目標噴射圧Ｐ２に基づいて、インジェクタ６の駆動デューティ比を演算する（Ｓ１８）。このとき、目標噴射圧Ｐ２は、目標噴射圧Ｐ１より小さいので、目標噴射圧Ｐ１における噴射率に比べて小さい噴射率となる。よって、同じ噴射量の場合に、Ｓ１８で演算される駆動デューティ比は、Ｓ７、Ｓ１１で演算される駆動デューティ比よりも大きい値となる。

次に、Ｓ１８で演算した駆動デューティ比及びＳ１７で設定した目標噴射圧Ｐ２でインジェクタ６を駆動する（Ｓ１９）。これによって、尿素水のフィン７への衝突速度を抑えることができ、フィン７の温度低下を抑えることができる。言い換えると、目標噴射圧Ｐ１で噴射した場合に比べて、フィン７の温度を上昇させることができる。その結果、フィン７における尿素水の付着滞留を抑制でき、尿素水をＳＣＲＦ５に一様に供給できる。その結果、ＮＯｘ浄化率を高い値に維持できる。また、排気ガスの流量は低ガス流量であるので、噴射圧Ｐ１より小さい噴射圧Ｐ２で尿素水を噴射したとしても、噴射した尿素水をフィン７に衝突させることができる。さらに、衝突部の温度が低いほど、低い目標噴射圧Ｐ２を設定した場合には、より一層、フィン７の温度低下及びフィン７での尿素水の付着滞留量を抑えることができる。Ｓ１９の後、図５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高ガス流量のときには高噴射圧Ｐ１で尿素水を噴射しているので、噴射した尿素水を排気ガスに流されないでフィン７に衝突させることができる。これにより、尿素水をＳＣＲＦ５に一様に供給できる。また、高ガス流量かつ低フィン温度のときには、尿素水の噴射制御の態様を、噴射量を減らす方向に変更するので、その変更が無い場合に比べてフィン７の温度を上昇できるとともに尿素水を節約できる。また、低ガス流量かつ高フィン温度のときには、高ガス流量のときと同じ噴射圧Ｐ１で尿素水を噴射しているので、より確実に、尿素水をフィン７に衝突させることができる。また、低ガス流量かつ低フィン温度のときには、尿素水の噴射制御の態様を、噴射圧を下げる方向に変更するので、その変更が無い場合に比べてフィン７の温度を上昇させることができる。その結果、尿素水をＳＣＲＦ５に一様に供給でき、ＮＯｘ浄化率の低下及びアンモニアスリップの発生を抑制できる。

また、本実施形態では、噴射圧及び排気ガスの流量に基づいて、尿素水がフィンのどの位置に衝突するかを特定し、フィン７の温度分布のうちの特定した衝突部の温度に応じて噴射制御の態様を変更するので、フィン７の任意の部分の温度に応じて噴射制御の態様を変更する場合に比べて、ＳＣＲＦ５への尿素水供給の一様性を向上できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は図４、図５の処理に代えて図１１の処理を実行する点が第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同じである。以下、図１１の処理を説明する。

図１１の処理は、例えばエンジン２の始動と同時に開始し、以降、所定周期で繰り返し実行される。図１１の処理を開始すると、図４のＳ１と同様に、インジェクタ６に噴射させる尿素水の噴射量を設定する（Ｓ３１）。次に、図４のＳ２と同様に、フィン７の温度分布に関係する特性変数を取得する（Ｓ３２）。次に、図４のＳ３と同様に、図６の処理にしたがってフィン７の温度分布を演算する（Ｓ３３）。次に、図４のＳ５と同様に、衝突部の温度が閾値ｔ０以上か否かを判断する（Ｓ３４）。閾値ｔ０以上の場合には（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、図４のＳ６〜Ｓ８と同様に、インジェクタ６の目標噴射圧を噴射圧Ｐ１に設定し（Ｓ３５）、インジェクタ６の駆動デューティ比を演算し（Ｓ３６）、その駆動デューティ比及び噴射圧Ｐ１でインジェクタ６を駆動する（Ｓ３７）。その後、図１１の処理を終了する。

一方、衝突部の温度が閾値ｔ０より小さい場合には（Ｓ３４：Ｎｏ）、インジェクタ６の目標噴射圧をＳ３５と同じ噴射圧Ｐ１に設定する（Ｓ３８）。次に、排気温度を昇温させる方向にエンジン２の運転制御の態様を変更する（Ｓ３９）。詳しくは、例えば、エンジン２の負荷を増加、つまりエンジン２の筒内に噴射する燃料の噴射量を増量する。これによって、筒内での燃焼を強くでき、結果、排気温度を昇温させることができる。または、例えば、ポスト噴射を実行して、そのポスト噴射により酸化触媒４に供給された未燃燃料を酸化触媒４で酸化反応させることで、排気温度を昇温させる。

次に、Ｓ３１、Ｓ３７と同様に、インジェクタ６の駆動デューティ比を演算し（Ｓ４０）、その駆動デューティ比及び噴射圧Ｐ１でインジェクタ６を駆動する（Ｓ４１）。その後、図１１の処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、低フィン温度（衝突部の温度が閾値ｔ０より小さい）のときには、高フィン温度のときと同じ噴射圧Ｐ１で尿素水を噴射するので、噴射した尿素水を確実にフィン７に衝突させることができる。また、低フィン温度のときには、排気ガスを昇温させるので、高噴射圧Ｐ１で尿素水を噴射したとしても、フィン７の温度低下を抑制できる。言い換えると、排気ガスの昇温制御を実行しない場合に比べて、フィン７の温度を上昇させることができる。これにより、フィン７に衝突した尿素水がフィン７に付着滞留してしまうのを抑制でき、ＳＣＲＦ５への尿素水供給の一様性の悪化を抑制できる。

（変形例）
上記実施形態では、図１２の上段に示すように、図４のＳ１又は図１１のＳ３１で設定した噴射量Ｐ１０の分の尿素水を、デューティ制御における今回の周期Ｔの１回で噴射していた。これに代えて、低フィン温度のときには、図１２の下段に示すように、設定した噴射量Ｐ１０を複数に分割して噴射しても良い。このとき、インジェクタの駆動パルスの周期を小さくする（周波数を大きくする）。図１２の例では、噴射量Ｐ１０を６分割するとともに、周期Ｔを、それよりも短い周期Ｔ’に変更している。周波数で言うと、周波数Ｆ（＝１／Ｔ）を、それよりも大きい周波数Ｆ’（＝１／Ｔ’）に変更する。そして、周波数Ｆ’で、分割した噴射量Ｐ１１の尿素水を噴射する。また、例えば、周期Ｔを噴射量の分割数で除算した値を、変更後の周期Ｔ’とする。つまり、図１１の例では、Ｔ’＝Ｔ／６である。

このように、分割噴射を行うことで、フィン７の温度低下を抑制できるという知見を本発明者は得ている。また、噴射周期を短くする（周波数を増加する）ことで、ＳＣＲＦ５への尿素水の供給効率が低下するのを抑制できる。

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、低フィン温度のときには、尿素水噴射圧を小さくする制御（図５のＳ１７）と、排気温の昇温制御（図１１のＳ３９）と、尿素水の分割噴射の全て又はいずれか２つを実行しても良い。これによって、より一層、フィンの温度低下を抑制できる。

また、図５のＳ１４では、高ガス流量のときと同じ噴射圧Ｐ１を設定していたが、噴射圧Ｐ１よりも低い噴射圧Ｐ３を設定しても良い。これによって、噴射圧Ｐ１で噴射したときよりもフィンの温度低下を抑制できる。

また、上記実施形態では特性変数（排気温度、排気ガスの流量、外気温、尿素水噴射圧の前回値、尿素水噴射量の前回値、及び尿素水温度）に基づいてフィンの温度分布を演算したが、フィンの複数箇所に温度センサを設けて、各温度センサの検出値に基づいてフィンの温度分布を演算しても良い。また、尿素水が衝突するフィンの部分（衝突部）の位置がある程度限られる場合には、その衝突部の位置に温度センサを設けて、その温度センサの検出値に基づいて衝突部の温度を求めても良い。

また、上記実施形態では、フィン温度と単一の閾値とを比較することで、フィン温度を、高フィン温度、低フィン温度の２段階の温度レベルに区分して、その２段階の温度レベルに応じて尿素水の噴射制御の態様を変更していた。しかし、これに限定されず、フィン温度のレベルを区分する複数の閾値を設定することで、フィン温度を３段階以上の温度レベルに区分し、区分した３段階以上の温度レベルに応じて尿素水の噴射制御（噴射圧、噴射量）を変更しても良い。このとき、例えばフィン温度が高いレベルほどインジェクタ（尿素水）の噴射圧を小さくする。このように、フィン温度に応じてきめ細やかに噴射圧、噴射量を調整することで、尿素水のフィンへの衝突効率が低下してしまうことの抑制と、フィン温度が低下してしまうことの抑制の両立を、より一層図りやすくできる。

また、例えば、ガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用の尿素ＳＣＲシステムに本発明を適用しても良い。また、尿素水以外の還元剤（例えば、アンモニア含有の水溶液）を用いる排気浄化システムに本発明を適用しても良い。

なお、上記実施形態において、図４のＳ２、Ｓ３、図１１のＳ３２、Ｓ３３の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の推定手段に相当する。また、図４のＳ９〜Ｓ１２、図５のＳ１７〜Ｓ１９、図１１のＳ３９の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の変更手段に相当する。また、エアフロメータ１４及び図４のＳ２の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の流量取得手段に相当する。図６のＳ２１の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の特定手段に相当する。図６のＳ２２〜Ｓ２８の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の温度推定手段に相当する。図６のＳ２４の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の第１の演算手段に相当する。図６のＳ２５の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の第２の演算手段に相当する。図６のＳ２６の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の第３の演算手段に相当する。図６のＳ２７の処理を実行するＥＣＵ１０が本発明の分布演算手段に相当する。

１ 尿素ＳＣＲシステム
２ ディーゼルエンジン
３ 排気通路
５ ＳＣＲＦ
６ インジェクタ
７ フィン
１０ ＥＣＵ

Claims (15)

1. 内燃機関（２）の排気通路（３）に設けられて、供給された還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒部（５）と、
   前記排気通路の前記触媒部より上流に設けられた衝突面（７）と、
   前記衝突面に向けて還元剤を噴射するインジェクタ（６）と、
   前記衝突面の温度を推定する推定手段（１０、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ３２、Ｓ３３）と、
   前記温度に応じて、前記温度に影響を及ぼす制御の態様を変更する変更手段（１０、Ｓ９〜Ｓ１２、Ｓ１７〜Ｓ１９、Ｓ３９）と、
   排気ガスの流量を取得する流量取得手段（１４、１０、Ｓ２）と、
   を備え、
   前記変更手段は、前記流量が第２閾値より小さく、かつ、前記温度が第１閾値より小さい場合に、還元剤の噴射圧を小さくすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１）。
2. 内燃機関（２）の排気通路（３）に設けられて、供給された還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒部（５）と、
   前記排気通路の前記触媒部より上流に設けられた衝突面（７）と、
   前記衝突面に向けて還元剤を噴射するインジェクタ（６）と、
   前記衝突面の温度を推定する推定手段（１０、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ３２、Ｓ３３）と、
   前記温度に応じて、前記温度に影響を及ぼす制御の態様を変更する変更手段（１０、Ｓ９〜Ｓ１２、Ｓ１７〜Ｓ１９、Ｓ３９）と、
   を備え、
   前記推定手段は、
   排気ガスの流量及び還元剤の噴射圧に基づいて、前記衝突面のうちのどの部分に還元剤が衝突するかを特定する特定手段（Ｓ２１）と、
   前記衝突面の温度に関係する特性変数に基づいて、前記特定手段が特定した部分である衝突部の温度を推定する温度推定手段（Ｓ２２〜Ｓ２８）とを備え、
   前記変更手段は、前記衝突部の温度に応じて前記制御の態様を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１）。
3. 前記変更手段は、前記温度が第１閾値より小さい場合、前記制御の態様を、前記温度を上げる方向に変更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. 前記変更手段（Ｓ９〜Ｓ１２、Ｓ１７〜Ｓ１９）は、前記温度に応じて、前記インジェクタの噴射制御の態様を変更することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記変更手段（Ｓ１７〜Ｓ１９）は、前記温度に応じて、前記インジェクタによる還元剤の噴射圧を変更することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気ガスの流量を取得する流量取得手段（１４、１０、Ｓ２）を備え、
   前記変更手段は、前記流量が第２閾値より小さく、かつ、前記温度が第１閾値より小さい場合に、還元剤の噴射圧を小さくすることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記変更手段（Ｓ９〜Ｓ１２）は、前記流量が前記第２閾値以上、かつ、前記温度が前記第１閾値より小さい場合には、前記温度が前記第１閾値以上の場合の噴射圧を維持しつつ、前記インジェクタによる還元剤の噴射量を少なくすることを特徴とする請求項１又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記変更手段（Ｓ３９）は、前記温度に応じて、排気温度に影響を及ぼす制御の態様を変更することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記変更手段は、前記温度が第１閾値より小さい場合に、前記内燃機関の運転制御の態様を、排気温度を上げる方向に変更することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記温度推定手段は、
    排気ガスから前記衝突面の各部への受熱量を演算する第１の演算手段（Ｓ２４）と、
    前記衝突面の前記衝突部以外の部分である非衝突部から前記衝突部への受熱量を演算する第２の演算手段（Ｓ２５）と、
    還元剤の衝突により前記衝突部から奪われる熱量を演算する第３の演算手段（Ｓ２６）と、
    前記第１の演算手段が演算した受熱量、前記第２の演算手段が演算した受熱量及び前記第３の演算手段が演算した熱量に基づいて、前記衝突面の温度分布を演算する分布演算手段（Ｓ２７）とを備え、
    前記変更手段は、前記温度分布における前記衝突部の温度に応じて前記制御の態様を変更することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記特性変数は排気温度を含むことを特徴とする請求項２〜６、１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記特性変数は排気ガスの流量を含むことを特徴とする請求項２〜６、１０、１１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 前記特性変数は外気温を含むことを特徴とする請求項２〜６、１０〜１２のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 前記特性変数は還元剤の噴射圧の前回値を含むことを特徴とする請求項２〜６、１０〜１３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
15. 前記特性変数は還元剤の噴射量の前回値を含むことを特徴とする請求項２〜６、１０〜１４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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