JP6627724B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気に含まれるＮＯｘを還元して浄化する排気浄化装置に関する。

エンジンにおける排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムがある。尿素ＳＣＲシステムでは、還元剤としてアンモニア（ＮＨ３）を用いており、排気中のＮＯｘを選択的に浄化する選択還元型触媒を採用している。

尿素ＳＣＲシステムでは、エンジン本体に接続された排気管に選択還元型のＮＯｘ触媒が設けられるとともに、その上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。

このような尿素ＳＣＲシステムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘが選択的に還元除去される。ＮＯｘの還元に際しては、まず、尿素水が排気熱で蒸発、熱分解、加水分解を経て還元剤であるアンモニアが生成される。そしてアンモニアがＮＯｘ触媒に吸着すると共に同ＮＯｘ触媒上にてアンモニアに基づく還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。

さらに尿素ＳＣＲシステムにおいては、アンモニアスリップを減少させることが望まれている。アンモニアスリップとは、ＮＯｘと反応することなくＮＯｘ触媒を通過するアンモニアのことである。アンモニアスリップを減少させる技術として、ＮＯｘ触媒に吸着しているアンモニアの量を数値モデルによって推定計算し、算出したアンモニア吸着量に応じて尿素水の噴射を制御する技術がある（たとえば特許文献１参照）。

国際公開２０１１／１１８５２５号パンフレット

前述の特許文献１に記載の技術では、主に算出したアンモニア吸着量に応じて尿素水の供給を停止して、アンモニアスリップを減少している。ここで、もしアンモニアスリップを抑制しつつ、ＮＨ３を吸着させることができれば、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、アンモニアスリップの発生を抑制し、かつＮＯｘ浄化率を向上することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、ＮＯｘ触媒（２４）を軸方向（Ｌ）に交差する分割面（Ｓ）によって、複数のモデル（Ｍ）に仮想的に分割して、各モデルにおけるＮＨ３の吸着率を算出し、算出した吸着率を用いて、吸着率が低いモデルが優先的にＮＨ３を吸着するように添加状態を制御する排気浄化装置である。

このような本発明に従えば、ＮＯｘ触媒を軸方向に交差する分割面によって、複数のモデルに仮想的に分割して、各モデルにおけるＮＨ３の吸着率を算出する。これによってＮＯｘ触媒全体の吸着率で制御するのではなく、各モデルの吸着率に応じて添加状態を制御することができる。添加状態を制御すると、たとえば上流に位置するモデルに対応する部分の浄化率を優先的に上げることができたり、下流側に位置するモデルに対応する部分の浄化率を優先的に上げることができたりする。そこで制御部は、算出した吸着率を用いて、吸着率が低いモデルに対応する部分が優先的にＮＨ３を吸着するように添加状態を制御する。これによってＮＯｘ触媒において浄化率を上げることが可能な部分をいわば狙い撃ちするように、尿素水を添加して、優先するモデルにおける浄化を促進することができる。これによってＮＯｘ触媒の全体を用いてＮＯｘを浄化することができる。このようにＮＯｘ触媒の全体を有効に浄化に用いることができるので、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。しかも尿素水の過剰供給を減らすことができ、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。またＮＯｘ触媒の全体を有効に浄化に用いることができるので、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

排気浄化装置を示すシステム図。 ＳＣＲ触媒の状態を示す図。 ＳＣＲ触媒の分割モデルを示す図。 ＳＣＲ触媒の物理量を示す図。 各ケースにおける吸着状況を示す図。 噴射圧の指示値の算出過程を示すフローチャート。 噴射圧の指示値の算出過程を示すブロック線図。 ＮＨ３吸着率の経過を示すタイミングチャート。 第２実施形態の噴射パルスとＮＨ３の生成時間との関係を示すグラフ。 噴射パルスの指示値の算出過程を示すフローチャート。 第３実施形態の尿素水温とＮＨ３の生成時間との関係を示すグラフ。 ヒータのデューティ指示値の算出過程を示すフローチャート。 第４実施形態の尿素水の噴射停止過程を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図８を用いて説明する。車両には、走行用駆動源として内燃機関、たとえばディーゼルエンジン１０が搭載されている。ディーゼルエンジン１０は、以下、単にエンジン１０ということがある。また車両には、エンジン１０の排気を浄化する装置として、排気浄化装置２０が搭載されている。排気浄化装置２０は、エンジン１０から排出されるＮＯｘを、アンモニアを還元剤に用いて還元浄化する。排気浄化装置２０は、エンジン１０の排気が通過する排気管１１に設けられている。排気浄化装置２０は、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２１、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２２、尿素水噴射部２３、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒２４、および各種のセンサを備える。

図１に示すように、エンジン１０の下流側には、ＤＯＣ２１およびＤＰＦ２２が、この順に排気管１１内に配置されている。ＤＰＦ２２は、排気に含まれている微粒子を捕集する。ＤＯＣ２１は、排気中の未燃燃料を酸化させて燃焼させる触媒を有する。この燃焼により、ＤＰＦ２２で捕集された微粒子を燃焼させて、ＤＰＦ２２を再生させて捕集能力を維持させる。ＤＯＣ２１への未燃燃料供給による燃焼は、ＤＰＦ２２の再生が必要なタイミングに一時的に実施される。

排気管１１のうちＤＰＦ２２の下流側かつＳＣＲ触媒２４の上流側には、尿素水噴射部２３の噴射弁２３ａが配置されている。尿素水噴射部２３は、噴射弁２３ａ、貯留タンク２３ｂおよび供給ポンプ２３ｃを備える。噴射弁２３ａへの尿素水の供給は、尿素水が貯留された貯留タンク２３ｂから供給配管２３ｄを介して行われる。

貯留タンク２３ｂは、尿素水が貯留されるタンクである。貯留タンク２３ｂには、供給ポンプ２３ｃが設けられている。そして貯留タンク２３ｂ内には、たとえば３２．５Ｗｔ％の尿素水が貯留されている。供給ポンプ２３ｃは、貯留された尿素水を所定圧力に加圧し、供給配管２３ｄを介して噴射弁２３ａに供給する。供給ポンプ２３ｃは、後述する駆動信号によって回転駆動される電動式のポンプである。

噴射弁２３ａは、尿素水を添加する添加部である。噴射弁２３ａは、図示しない噴孔が先端に形成され、尿素水を霧状化して噴射する。噴射弁２３ａは、排気管１１を通る排気の流れの中に噴孔が配置されるように排気管１１に直接備え付けられている。そして、噴射弁２３ａには、噴射弁２３ａの温度を測るための図示しない噴射弁温度センサが取り付けられている。尿素水は、噴射弁２３ａから排気管１１内へ噴射される。尿素水は排気と混合されて、排気の熱により熱分解、さらに触媒上の加水分解といった分解反応によりアンモニアに変換される。

ＳＣＲ触媒２４は、噴射弁２３ａよりも排気の流れ方向の下流に設けられる。ＳＣＲ触媒２４は、ＮＯｘとアンモニアとの還元反応を促進させる選択還元型のＮＯｘ触媒である。ＳＣＲ触媒２４を介することにより、ＮＯｘとアンモニアは窒素と水とに分解されて無害化、すなわち浄化される。ＳＣＲ触媒２４には種々の元素を採用することができるが、例えば、白金やロジウム、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、およびその合金などを採用することができる。ＳＣＲ触媒２４は排気に暖められ所定の温度以上になると活性化する。

このような構成の排気浄化装置２０は、尿素水噴射量を演算するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５と噴射弁２３ａと噴射圧を制御するため供給ポンプ２３ｃを制御する制御装置としてＤＣＵ(Dosing Control Unit)２６を備えている。ＥＣＵ２５は、所定のプログラムが記録されたメモリ、そのプログラムに従って演算処理するプロセッサ、入力回路及び出力回路を有する。ＥＣＵ２５には、ＮＯｘセンサ３１および排気温度センサ３３、ＤＣＵ２６には、噴射弁２３ａおよび供給ポンプ２３ｃが電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ２５は、各種センサからの検出値に基づいてＤＣＵ２６へ噴射指示を行っている。また、ＤＣＵ２６は、ＥＣＵ２５からの指示に基づいて所定の尿素水圧で尿素水を供給配管２３ｄに供給するよう供給ポンプ２３ｃの駆動力を制御し、さらに噴射弁２３ａの開閉を制御している。

ＮＯｘセンサ３１は、ＤＰＦ２２と噴射弁２３ａとの間に設けられ、排気管１１を通過する排気中のＮＯｘの量を検出する。排気温度センサ３３は、噴射弁２３ａとＳＣＲ触媒２４との間に設けられ、排気管１１を通過する排気の温度を検出する。

次に、ＳＣＲ触媒２４について図２を用いて説明する。図２では、模式的に円柱状にＳＣＲ触媒２４を示している。図２に示すように、ＳＣＲ触媒２４に流入する排気の温度に応じて、ＳＣＲ触媒２４の軸方向Ｌ、すなわち図２の左右方向における位置で各パラメータは異なる値を示す。

たとえば触媒温度は、高温ガスの場合は、全体が均一温度になるまでは、上流の入口側が高温となり、下流の出口側が低温となる。逆に、低温ガスの場合は、全体が均一温度になるまでは、上流が低温となり、下流が高温となる。

そしてアンモニア（ＮＨ３）は、吸着可能量が温度によって異なり、高温の方が吸着可能量が少なく、低温の方が吸着可能量が多くなる。したがってＮＨ３吸着率は、高温ガスと低温ガスとで位置によって異なることがわかる。ここでＮＨ３吸着率は、現状のＮＨ３吸着量を吸着可能量で徐して求められる。したがって低温ガスの場合は、上流側の吸着率が小さいので、この部分にＮＨ３を狙って吸着させることが好ましい。また高温ガスの場合は、下流側の吸着率が小さいので、この小さい部分にＮＨ３を狙って吸着させることが好ましい。なお、現状のＮＨ３吸着量は、尿素水から生じたＮＨ３の量からＮＯｘセンサ３１にて検出された量のＮＯｘが反応する量を差し引いて、算出することができる。

そこで本実施形態では、図３に示すように、ＳＣＲ触媒２４を軸方向Ｌに交差する分割面Ｓによって、複数のモデルＭに仮想的に分割して、各モデルＭにおけるＮＨ３の吸着率を算出する。具体的には、ＳＣＲ触媒２４を軸方向Ｌに直交する２つの分割面Ｓによって、３つのモデルＭに仮想的に分割している。これによって内部温度変化、ＮＨ３吸着量変化、ＮＯｘ浄化量変化などを、分割モデルＭによりリアルタイムで刻々と推定計算し、最適なＮＨ３吸着量とその分布を指示する。

そして図４に示すように、３つのモデルＭのうち、上流側に位置するモデルＭを前段、下流側に位置するモデルＭを後段、真ん中に位置するモデルＭを中段として、各モデルＭにおける物理量を斜線で示している。たとえば物理量が触媒の温度の場合は、図４に示す例では、後段のモデルＭが最も高温であり、中段のモデルＭが次に高温となる。

このような図４を前提として、図５および表１を用いて、ＮＨ３を吸着させたい位置について説明する。前述のように、ＮＨ３の吸着率は、温度などのパラメータによって異なる。そしてＮＨ３は、尿素水の噴霧粒径が大きいほどＮＨ３が生成するまでの時間、すなわち尿素水から水分と尿素が蒸発して、熱分解によってＮＨ３が生成されるまでの時間が長くなる。

そこで図５に示すように、吸着させたい位置によって、噴霧粒径を調節するように尿素水噴射部２３を制御する。具体的には、噴射圧を高圧（Ｈｉｇｈ）にすると微粒となり、噴射圧を低圧（Ｌｏｗ）にすると粗大粒径となる。

第１ケースでは、吸着状況を見るとＳＣＲ触媒２４の全域で吸着可能であるので、通常の添加状態である噴射状態で尿素水を噴霧して、全域にＮＨ３が吸着するように制御する。第２ケースでは、前段の吸着率が低いので、前段を優先的に吸着させるために、噴射圧をＨｉｇｈにして、微粒で尿素水を噴射する。前段を優先的に吸着させるとは、前段の吸着量を他の段よりも増やすことである。

第３ケースでは、後段の吸着率が低いので、後段を優先的に吸着させるために、噴射圧をＬｏｗにして、粗大粒径で尿素水を噴射する。第４ケースでは、前段および後段の吸着率が低いので、前段および後段を中段よりも優先的に吸着させるために、噴射圧をＨｉｇｈの時間とＬｏｗの時間を半分ずつにして、微粒および粗大粒径で尿素水を噴射する。これによって各モデルＭの吸着状況に応じて、ＮＨ３を吸着させている。

なお、分割モデル毎の現在のＮＨ３吸着量は、次のように算出することができる。すなわち、ＳＣＲ触媒２４の温度分布をもとにＮＨ３吸着量の分布割合を求め、算出された全体のＮＨ３吸着量をこの割合で案分して時々刻々の各分割モデルＭのＮＨ３吸着量を推定し、これを積算して算出する。

次に、ＥＣＵ２５の具体的な制御に関して、図６を用いて説明する。図６に示すフローチャートは、エンジン１０が駆動している状態で繰り返し実施される処理である。ステップＳ１１では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着可能量を算出し、ステップＳ１２に移る。

ステップＳ１２では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着率を算出し、ステップＳ１３に移る。ステップＳ１３では、吸着率を用いて吸着させたい分割モデルＭの位置を決定し、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４では、吸着させたい位置に応じて、図５のように噴射圧の指示値を算出し、本フローを終了する。

これによってＥＣＵ２５は、算出された噴射圧にて尿素水を噴射するように尿素水噴射部２３を制御する。このように分割モデルＭ毎に、温度に反比例する吸着可能量に対する現在吸着量の比つまり吸着率を算出し、吸着率の低い不足部位にＮＨ３を供給することができる。したがってＮＯｘ−ＮＨ３還元反応の頻度を上げ浄化率向上が可能になる。

次に、図７のブロック線図を用いて、図６のフローチャートを説明する。図６の処理を開始する準備として、分割モデルＭ毎の触媒温度の推定値を現在温度１〜３として取得する。そして、触媒温度と吸着可能量との相関関係から、分割モデルＭ毎の吸着可能量を算出する。そして、これまでの経過から、現在の分割モデルＭ毎の吸着量を現在吸着量１〜３として取得し、吸着可能量を現在吸着量で除して、分割モデルＭ毎の吸着率を算出する。これによって吸着させたい位置が決定するので、噴射圧を決定することができる。

次に、図８のタイミングチャートを用いて、ＮＨ３スリップの変化と、ＮＯｘスリップの変化、すなわちＮＯｘ浄化率の変化について比較例とともに説明する。図８では、分割モデルＭにおける物理量を図４と同様に斜線を用いて示している。比較例では、噴射圧を高圧と低圧の中間値である中圧（ｍｉｄ）に固定している。時刻ｔ１で、エンジンを搭載する車両のスピード（ＳＰＤ）の上昇が開始されると、やや遅れてＳＣＲ触媒入口温度が時刻ｔ２で上昇を開始する。

そして触媒温度も平均値は、時刻ｔ３で上昇を開始するが、分割モデルＭ毎の温度は前段から高温になり時間変化ともに高温の位置が変化する。分割モデルＭ毎の温度が変化すると、同様にＮＨ３の吸着可能量およびＮＨ３の吸着量も分割モデルＭ毎に時間変化とともに変化する。

そしてＮＨ３の吸着率も分割モデルＭ毎に異なるので、吸着させたい位置が時刻ｔ４付近では、前段となるので、前述のように高圧となるように噴射圧を制御する。そして時刻ｔ５付近では、吸着させたい位置が前段と後段となるので、前述のように高圧および低圧となるように噴射圧を制御する。そして時刻ｔ６付近では、吸着させたい位置が後段となるので、前述のように低圧となるように噴射圧を制御する。

これによって実施例のＮＨ３の吸着率は、分割モデルＭ毎に一様となる。これに対して、比較例のＮＨ３の吸着率は、噴射圧が中圧に固定されるので、分割モデルＭの吸着率を超えていることがある。したがって比較例では、実施例よりも多くのＮＨ３スリップが発生している。

以上説明したように本実施形態の排気浄化装置２０は、ＮＯｘ触媒であるＳＣＲ触媒２４を複数のモデルＭに分割して、各モデルＭにおけるＮＨ３の吸着率を算出する。これによってＳＣＲ触媒２４全体の吸着率で制御するのではなく、各モデルＭの吸着率に応じて噴射状態を制御することができる。噴射状態を制御すると、図５に示すように、上流に位置するモデルＭに対応する部分を優先的に浄化率をあげることができたり、下流側に位置するモデルＭに対応する部分を優先的に浄化率をあげることができたりする。そこで制御部であるＥＣＵ２５は、算出した吸着率を用いて、吸着率が低いモデルＭに対応する部分が優先的にＮＨ３を吸着するように噴射状態、具体的には噴射圧を制御する。これによってＳＣＲ触媒２４において浄化可能な部分をいわば狙い撃ちするように、尿素水を噴射して、優先するモデルＭにおける浄化を促進することができる。したがって、ＳＣＲ触媒２４の全体を用いてＮＯｘを浄化することができる。このようにＳＣＲ触媒２４の全体を有効に浄化に用いることができるので、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。しかも尿素水の過剰供給を減らすことができ、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。またＳＣＲ触媒２４の全体を有効に浄化に用いることができるので、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。

また本実施形態では、ＥＣＵ２５は、各モデルＭにおける温度を算出し、算出した温度を用いて吸着率を算出する。触媒温度と吸着率とは相関関係があるので、触媒温度によって吸着率を算出することができる。これによってどのモデルＭの吸着を優先させるべきか判断することができる。また各モデルＭの温度は、温度センサによって直接検出してもよい。

さらに本実施形態では、ＥＣＵ２５は、尿素水の噴射状態として噴射圧を制御している。具体的には、ＥＣＵ２５は、上流に位置するモデルＭの吸着を優先する場合には、下流に位置するモデルＭの吸着を優先させる場合よりも、噴射圧が高圧になるように尿素水噴射部２３を制御する。高圧にすると前述のように尿素水が微粒となり、上流に位置するモデルＭの吸着を優先させることができる。したがって吸着させたい位置に尿素水を吸着させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図９および図１０を用いて説明する。本実施形態では、噴射状態として噴射パルスの疎密を制御して、吸着させたい位置を制御する点に特徴を有する。

図９に示すように、噴射パルスの疎密は、尿素水から蒸発、熱分解、加水分解を経てＮＨ３になるまでの時間と相関関係があり、噴射パルスが密になるほど時間が短くなる。したがって疎では粗い噴霧粒径、密では細かい噴霧粒径と同等の現象となる。このような現象になるのは、尿素水が噴射された後、疎においては排気管１１内の温度が一時的に下がることで、蒸発の時間が遅れ、逆に密においては蒸発が早まるからである。ここで噴射パルスとは、尿素水の目標噴射量を目標時間内に噴射するために噴射停止時間を設定して分割噴射する際の１つの噴射時間のことである。したがって分割数が多い場合が密な噴射となり、分割数が少ない場合が疎な噴射となる。換言すると、密な噴射の場合は、噴射時間と噴射停止時間との繰り返し数が多くなる。表２には、吸着させたい位置と噴射パルスとの関係を示す。

次に、ＥＣＵ２５の具体的な制御に関して、図１０を用いて説明する。図１０に示すフローチャートは、エンジン１０が駆動している状態で繰り返し実施される処理である。ステップＳ２１では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着可能量を算出し、ステップＳ２２に移る。

ステップＳ２２では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着率を算出し、ステップＳ２３に移る。ステップＳ２３では、吸着率を用いて吸着させたい分割モデルＭの位置を決定し、ステップＳ２４に移る。ステップＳ２４では、吸着させたい位置に応じて、噴射パルスの指示値を算出し、本フローを終了する。

これによってＥＣＵ２５は、算出された噴射パルスにて尿素水を噴射するようにＤＣＵ２６へ指示を出す。具体的には、上流に位置するモデルＭの吸着を優先する場合には、下流に位置するモデルＭの吸着を優先させる場合よりも、分割数を多くするように尿素水噴射部２３を制御する。

具体的には、吸着させたい位置が前段の場合には、密となるように噴射パルスを制御する。また吸着させたい位置が後段の場合には、疎となるように噴射パルスを制御する。また吸着させたい位置が中段の場合には、中間の分割数となるように噴射パルスを制御する。

このように噴射状態として、噴射停止時間と分割数とを制御することによって、吸着させたい位置に尿素水を吸着させることができる。したがって前述の第１実施形態と同様に、ＮＯｘ−ＮＨ３還元反応の頻度を上げ浄化率向上が可能になる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１１および図１２を用いて説明する。本実施形態では、噴射状態として尿素水の温度を制御して、吸着させたい位置を制御する点に特徴を有する。

噴射弁２３ａは、尿素水の温度を制御するための温度調整機能を有する。具体的には、ヒータが噴射弁２３ａの内部に設けられる。ヒータは、ＤＣＵ２６によってデューティ制御することで温度を調整して、高温、中温または低温を切り替えることができる。低温は、ヒータをオフにした状態である。

図１１に示すように、尿素水の温度は、尿素水からＮＨ３になるまでの時間と相関関係があり、尿素水が高温になるほど時間が短くなる。したがって低温では粗い噴霧粒径、高温では細かい噴霧粒径と同等の現象となる。このような現象になるのは、尿素水が噴射された後、尿素水が低温の場合は蒸発の時間が遅れ、逆に尿素水が高温の場合は蒸発が早まるからである。表３には、吸着させたい位置と尿素水温との関係を示す。

次に、ＥＣＵ２５の具体的な制御に関して、図１２を用いて説明する。図１２に示すフローチャートは、エンジン１０が駆動している状態で繰り返し実施される処理である。ステップＳ３１では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着可能量を算出し、ステップＳ３２に移る。

ステップＳ３２では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着率を算出し、ステップＳ３３に移る。ステップＳ３３では、吸着率を用いて吸着させたい分割モデルＭの位置を決定し、ステップＳ３４に移る。ステップＳ３４では、吸着させたい位置に応じて、ヒータのデューティの指示値を算出し、本フローを終了する。

これによってＤＣＵ２６は、ＥＣＵ２５によって算出されたデューティにて尿素水を加熱するようにヒータを制御する。具体的には、上流に位置するモデルＭの吸着を優先する場合には、下流に位置するモデルＭの吸着を優先させる場合よりも、尿素水の温度を高くするようにヒータを制御する。

具体的には、吸着させたい位置が前段の場合には、高温となるようにヒータを制御する。また吸着させたい位置が後段の場合には、ヒータによる加熱を停止するようにヒータを制御する。また吸着させたい位置が中段の場合には、低温となるようにヒータを制御する。

このように噴射状態として、尿素水の温度を制御することによって、吸着させたい位置に尿素水を吸着させることができる。したがって前述の第１実施形態と同様に、ＮＯｘ−ＮＨ３還元反応の頻度を上げ浄化率向上が可能になる。

本実施形態では、ヒータは噴射弁２３ａに内蔵されているが、このような構成に限るものではない。たとえば供給配管２３ｄにヒータを設け、噴射弁２３ａに供給される尿素水の温度を調整してもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１３を用いて説明する。本実施形態では、ＮＨ３スリップのリスクが高い場合には、尿素水の噴射を停止するように制御する点に特徴を有する。

ＥＣＵ２５の具体的な制御に関して、図１３を用いて説明する。図１３に示すフローチャートは、エンジン１０が駆動している状態で繰り返し実施される処理である。ステップＳ４１では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着可能量を算出し、ステップＳ４２に移る。

ステップＳ４２では、分割モデルＭ毎のＮＨ３の吸着率を算出し、ステップＳ４３に移る。ステップＳ４３では、ＮＨ３スリップのリスクが高いか否かを判断し、リスクが高い場合には、ステップＳ４４に移り、リスクが高くない場合には、本フローを終了する。ステップＳ４４では、リスクが高いので、尿素水の噴射を停止し、本フローを終了する。

このようにＮＨ３スリップのリスクが高い場合は、尿素水の噴射が停止される。ＮＨ３スリップのリスクが高い場合とは、たとえば最も下流に位置するモデルＭの吸着率が所定の許容吸着率よりも高い場合である。このような場合に、何ら尿素水の噴射状態を制御しないと、尿素水が後段のモデルＭまで流れてきたとき後段のモデルＭではＮＨ３を吸着することができないので、ＮＨ３が通過することになる。このようなＮＨ３スリップを防ぐために、尿素水の噴射を停止している。

またステップＳ４４の制御では、停止する他に、上段および中段の分割モデルＭの吸着率が許容吸着率よりも低い場合には、上流に位置するモデルＭの吸着を優先させるように噴射状態を制御してもよい。許容吸着率は、たとえば限界吸着率または限界吸着率よりもやや低い値に設定される。これによってＮＨ３スリップを防ぎつつ、ＮＯｘ還元が可能となる。

したがって本実施形態では、ＮＨ３スリップを抑制しつつ、後段の吸着率に余裕がある間は、噴射を停止することなくＮＯｘ還元が可能になる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、噴射状態として噴射圧を制御しているが、噴射圧に限るものではない。たとえば噴射状態として、噴射圧、噴射パルスおよび尿素水の温度のうち、２つを組み合わせて制御してもよく、３つを組み合わせて制御してもよい。

前述の第１実施形態では、分割数は、３つであったがこれに限るものではなく、２つでもよく４つ以上であってもよい。またＳＣＲ触媒２４は、円柱状であったが、流れ方向を軸方向Ｌとして、排気管１１を塞ぐ形状であれば断面の形状などは問わない。また軸方向Ｌに交差する方向に少なくとも分割されていればよく、軸方向Ｌに並行な方向に分割して、いわば格子状に分割してもよい。また分割数を増やすことによって、ＮＨ３吸着率の分布を軸方向Ｌに算出し、算出された分布を用いて吸着率が低い部分を優先的に吸着するように噴射状態を制御してもよい。

前述の第１実施形態において、ＥＣＵ２５によって実現されていた機能は、前述のものとは異なるハードウェアおよびソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって実現してもよい。ＥＣＵ２５は、たとえば他の制御装置と通信し、他の制御装置が処理の一部または全部を実行してもよい。ＥＣＵ２５が電子回路によって実現される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって実現することができる。

１０…エンジン（内燃機関） １１…排気管 ２０…排気浄化装置 ２１…ＤＯＣ
２２…ＤＰＦ ２３…尿素水噴射部（添加部） ２３ａ…噴射弁
２３ｂ…貯留タンク ２３ｃ…供給ポンプ ２３ｄ…供給配管
２４…ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ触媒） ２５…ＥＣＵ（制御部）
２６…ＤＣＵ（制御部） ３１…ＮＯｘセンサ ３３…排気温度センサ
Ｌ…軸方向 Ｍ…モデル Ｓ…分割面

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）から排出されるＮＯｘを、ＮＨ３を還元剤に用いて還元浄化する排気浄化装置（２０）であって、
   前記内燃機関の排気管（１１）に設けられている選択還元型のＮＯｘ触媒（２４）と、
   前記排気管に設けられ、前記内燃機関の排気に対して前記ＮＯｘ触媒の上流側で尿素水を添加する添加部（２３）と、
   前記添加部から添加される尿素水の添加状態を制御する制御部（２５，２６）と、を含み、
   前記制御部は、
   前記ＮＯｘ触媒を軸方向（Ｌ）に交差する分割面（Ｓ）によって、複数のモデル（Ｍ）に仮想的に分割して、前記各モデルにおけるＮＨ３の吸着率を算出し、
   算出した吸着率を用いて、吸着率が低いモデルが優先的にＮＨ３を吸着するように前記添加状態を制御する排気浄化装置。
2. 前記制御部は、前記各モデルにおける温度を取得し、取得した温度を用いて前記ＮＨ３の吸着率を算出する請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記添加状態には、前記尿素水の噴射圧が含まれており、
   前記制御部は、上流に位置する前記モデルの吸着を優先する場合には、下流に位置する前記モデルの吸着を優先させる場合よりも、前記噴射圧が高圧になるように前記添加部を制御する請求項１または２に記載の排気浄化装置。
4. 前記制御部は、前記尿素水の目標噴射量を目標時間内に噴射するために噴射停止時間を設定して、分割噴射するように前記添加部を制御し、
   前記添加状態には、前記噴射停止時間と分割数とが含まれており、
   前記制御部は、上流に位置する前記モデルの吸着を優先する場合には、下流に位置する前記モデルの吸着を優先させる場合よりも、前記分割数を多くするように前記添加部を制御する請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
5. 前記添加部は、添加される前の前記尿素水の温度を制御する温度調整機能を有し、
   前記添加状態には、前記尿素水の温度が含まれており、
   前記制御部は、上流に位置する前記モデルの吸着を優先する場合には、下流に位置する前記モデルの吸着を優先させる場合よりも、前記尿素水の温度が高くするように前記温度調整機能を制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
6. 前記制御部は、最も下流に位置する前記モデルの吸着率が所定の許容吸着率よりも高い場合には、上流に位置する前記モデルの吸着を優先させるように、または前記尿素水を添加を停止するように前記添加状態を制御する請求項１〜５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

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