JP7099400B2 - 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、尿素水を排気に添加して排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、排気に添加された還元剤によって排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する排気浄化装置が知られている。還元剤としては、例えば、尿素水が加水分解することで生成されるアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。排気中のＮＯｘとＳＣＲ触媒に吸着されたアンモニアとがＳＣＲ触媒において反応することにより、ＮＯｘは還元されて窒素に変換される。ただし、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化率は温度に依存し、低温では高い浄化率を得ることができない。特許文献１に開示された排気浄化装置では、尿素水が供給されなければならない状況において排気系統の所定位置における排気温度が閾値温度よりも低い場合、ヒータによってＳＣＲ触媒を加熱することが行われる。

特許第６０４５０３４号公報 特開２０１８－０７１３６２号公報

ＳＣＲ触媒においてＮＯｘが浄化されるためには、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度に達しているだけでなく、ＳＣＲ触媒に十分な量のアンモニアが吸着されている必要がある。排気浄化装置がＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない状態になっている場合、ＳＣＲ触媒を加熱したところでＮＯｘの浄化率を高めることはできない。つまり、単にＳＣＲ触媒の温度に基づいてＳＣＲ触媒を加熱するかどうか判断するのでは、加熱に要するエネルギを無駄にするおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、尿素水を用いたＮＯｘの浄化が困難な状況下においてＳＣＲ触媒の加熱のためにエネルギを浪費することを抑えることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、排気通路のＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、加熱装置と尿素水供給装置とを操作する制御装置と、排気浄化装置の状態に関する情報を取得する少なくとも一つのセンサとを備える。

制御装置は、状態判定処理と加熱回避処理とを実行するように構成される。状態判定処理は、少なくとも一つのセンサからの情報に基づき、現在の排気浄化装置の状態が、ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態であるかどうか判定する処理である。加熱回避処理は、現在の排気浄化装置の状態が所定の状態である場合、内燃機関の運転状態に関わらず加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱を控える処理である。加熱を控えることには、加熱を行わないことと、加熱に用いるエネルギを所定の状態でないときよりも抑えることとが含まれる。これらの処理が実行されることにより、尿素水を用いたＮＯｘの浄化が困難な状況下においてＳＣＲ触媒の加熱のためにエネルギが浪費されることは抑えられる。

本発明に係る排気浄化装置の一つの実施形態では、排気浄化装置は、尿素水供給装置で尿素水が凍結した場合に凍結した尿素水を解凍する解凍装置を備える。制御装置は、尿素水供給装置での尿素水の凍結により上記所定の状態が生じている場合、まず、解凍装置による尿素水の解凍を開始する解凍開始処理を実行する。そして、解凍開始処理の実行後、加熱回避処理を終了し、加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱を開始する加熱開始処理を実行する。これらの処理が実行されることにより、凍結により尿素水を供給できない状況においてＳＣＲ触媒の無駄な加熱によってエネルギが浪費されることを抑えることができる。なお、解凍開始処理の実行から加熱開始処理の実行までの時間は、上記少なくとも一つのセンサからの情報に基づいて設定してもよいし、固定された時間でもよい。

上記一つの実施形態において、制御装置は、解凍開始処理の実行後、解凍装置による尿素水の解凍の完了を判定する解凍完了判定処理を実行してもよい。尿素水の解凍が完了したかどうかは、上記の少なくとも一つのセンサからの情報に基づき判定することができる。

解凍完了判定処理を実行する場合、制御装置は、加熱開始処理の実行後、且つ、尿素水の解凍の完了後、尿素水供給装置による尿素水の供給を開始する尿素水供給開始処理を実行してもよい。加熱開始処理は尿素水の解凍の完了後に実行してもよいし、尿素水の解凍の完了に先立って実行してもよい。加熱開始処理の実行後のタイミングには、加熱開始処理が実行されたタイミングも含まれ、尿素水の解凍の完了後のタイミングには、尿素水の解凍が完了したタイミングも含まれる。

解凍完了判定処理を実行する場合、制御装置は、尿素水の解凍の完了後、尿素水供給装置による尿素水の供給を開始する尿素水供給開始処理を実行し、尿素水供給開始処理の実行後に加熱開始処理を実行してもよい。尿素水の解凍の完了後のタイミングには、尿素水の解凍が完了したタイミングも含まれ、尿素水供給開始処理の実行後のタイミングには、尿素水供給開始処理が実行されたタイミングも含まれる。

また、上記一つの実施形態において、制御装置は、排気通路の所定位置における温度が閾値温度以上まで上昇したかどうか判定する温度判定処理を実行してもよい。閾値温度は、尿素水のアンモニアへの加水分解温度に関連付けて設定してもよい。

温度判定処理を実行する場合、制御装置は、所定位置における温度が閾値温度以上まで上昇した後に尿素水供給開始処理を実行してもよい。尿素水の凍結が解けて排気通路に供給可能になったとしても、排気通路内の温度、特に、尿素水が排気と混合する混合部における温度が十分に高くなっていないと、排気通路に供給された尿素水は加水分解されずに析出してしまう。排気通路内の温度が十分に高くなってから尿素水の供給を開始することにより、排気通路内での尿素水の析出を抑えることができる。

本発明に係る排気浄化装置の別の実施形態では、尿素水供給装置は、排気通路の加熱装置による加熱部位より上流に尿素水を供給するように構成される。制御装置は、尿素水供給装置から排気通路に供給された尿素水が加水分解されないことにより上記所定の状態が生じている場合、排気通路の所定位置における温度が閾値温度以上まで上昇した後、加熱回避処理を終了し、加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱を開始する。閾値温度は、尿素水のアンモニアへの加水分解温度に関連付けて設定してもよい。このような処理が実行されることにより、排気通路に尿素水を供給してもアンモニアに加水分解されずに析出してしまう状況においてＳＣＲ触媒の無駄な加熱によってエネルギが浪費されることを抑えることができる。

上記別の実施形態において、制御装置は、ＳＣＲ触媒に基準量以上の量のアンモニアが吸着されている間は、所定位置における温度が閾値温度未満であっても加熱回避処理は実行せず、ＳＣＲ触媒のアンモニアの吸着量が基準量未満になった後、加熱回避処理を実行してもよい。このような処理が実行されることにより、ＳＣＲ触媒に吸着されたアンモニアをＮＯｘの浄化に有効に利用することができる。

本発明に係る排気浄化装置のさらに別の実施形態では、制御装置は、排気浄化装置の異常により上記所定の状態が生じている場合、排気浄化装置の異常が解消されるまで加熱回避処理を継続する。このような処理が実行されることにより、排気浄化装置の異常によりＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない状況においてＳＣＲ触媒の無駄な加熱によってエネルギが浪費されることを抑えることができる。なお、排気浄化装置の異常には、ＳＣＲ触媒にアンモニアを供給できない異常と、ＳＣＲ触媒がアンモニアを吸着できない異常とが含まれる。

以上述べたように、本発明に係る排気浄化装置によれば、現在の排気浄化装置の状態が、ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態である場合、内燃機関の運転状態に関わらず加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱は控えられる。これにより、尿素水を用いたＮＯｘの浄化が困難な状況下においてＳＣＲ触媒の加熱のためにエネルギが浪費されることは抑えられる。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成を模式的に示す図である。 ＳＣＲ触媒の床温とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。 ミキサー温度と尿素水の添加可能量との関係を示す図である。 本発明の各実施形態に共通の技術思想を説明する図である。 本発明の第１乃至第３実施形態の概要を説明する図である。 本発明の第１実施形態の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の制御フローによる一つの制御例を示す図である。 本発明の第１実施形態の制御フローによる別の制御例を示す図である。 本発明の第２実施形態の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の制御フローによる制御例を示す図である。 本発明の第３実施形態の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の制御フローによる制御例を示す図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成の別例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成の別例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成の別例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成の別例を模式的に示す図である。 本発明の第４及び第５実施形態の概要を説明する図である。 本発明の第４実施形態の制御内容を説明する図である。 本発明の第５実施形態の制御内容を説明する図である。 排気浄化装置の異常の分類を説明する図である。 本発明の第６実施形態の概要を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に本発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本発明に必ずしも必須のものではない。

１．排気浄化装置の構成
まず、本発明の実施形態に係る排気浄化装置の構成について図１を用いて説明する。図１には、内燃機関２の排気系の一部が模式的に描かれている。内燃機関２は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関２の排気通路４には、排気に含まれるＮＯｘを浄化するための排気浄化装置１０が設けられている。排気浄化装置１０は、排気に添加された尿素水によって排気中のＮＯｘを還元して浄化する尿素ＳＣＲシステムである。

排気浄化装置１０は、ＳＣＲ触媒２０と加熱装置２２と尿素水供給装置３０とを備える。ＳＣＲ触媒２０は、吸着したアンモニアを還元剤として用い、排気中のＮＯｘを窒素分子と水とに転換する。排気通路４には、ＳＣＲ触媒２０の他にもＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）や酸化触媒等の装置が設けられるが、図１ではそれらは省略されている。なお、ＳＣＲ触媒２０は、ＤＰＦが一体化されたＳＣＲフィルタであってもよい。

加熱装置２２は、排気通路４のＳＣＲ触媒２０より上流に配置されている。加熱装置２２は、排気通路４を流れる排気を加熱することによって、その下流に位置するＳＣＲ触媒２０を間接的に加熱する。加熱装置２２は、具体的には電気ヒータである。ただし、気体燃料或いは液体燃料を燃焼させて排気を加熱するバーナを加熱装置２２として用いてもよい。

尿素水供給装置３０は、排気通路４のＳＣＲ触媒２０よりも上流に取り付けられた尿素水添加弁３２と、尿素水を蓄えた尿素水タンク３４と、尿素水タンク３４と尿素水添加弁３２とを繋ぐ尿素水供給管３３と、尿素水タンク３４内の尿素水を尿素水供給管３３へ送り出す電動の尿素水ポンプ３１とを備える。尿素水添加弁３２とＳＣＲ触媒２０との間には、通過ガスを撹拌することにより尿素水と排気との混合を促進するミキサー２３が設けられている。ただし、ミキサー２３の設置は必須ではない。尿素水添加弁３２は、より詳しくは、排気通路４の加熱装置２２より下流に配置されている。加熱装置２２から排気に与えられた熱エネルギが尿素水の加水分解に利用される。

尿素水供給装置３０には、低温環境下において尿素水が凍結した場合に、凍結した尿素水を解凍するための解凍装置３５を備える。解凍装置３５は、具体的には電気ヒータである。解凍装置３５としての電気ヒータは、尿素水タンク３４内で凍結した尿素水を解凍するために尿素水ポンプ３１に取り付けられ、また、尿素水供給管３３内で凍結した尿素水を解凍するために尿素水供給管３３にも取り付けられている。

排気浄化装置１０は、それ自体の状態に関する情報や排気の状態に関する情報を取得するための複数のセンサを備える。排気通路４のＳＣＲ触媒２０より上流には、排気温センサ４１が設けられている。排気温センサ４１で取得される温度情報は、尿素水添加弁３２による尿素水の添加を実行するかどうか判断するための情報として用いられる。また、この温度情報は、ＳＣＲ触媒２０の温度を推定するための情報としても用いられる。図１では排気温センサ４１は加熱装置２２より上流に配置されているが、排気温センサ４１はＳＣＲ触媒２０の入口近傍に配置されてもよいし、ＳＣＲ触媒２０の出口近傍に配置されてもよい。また、ＳＣＲ触媒２０の上流と下流のそれぞれに排気温センサが配置されてもよい。

排気通路４のＳＣＲ触媒２０より上流には、ＮＯｘセンサ４２が設けられている。ＮＯｘセンサ４２で取得されるＮＯｘ濃度情報は、尿素水添加弁３２による尿素水の添加を実行するかどうか判断するための情報として用いられる。図１ではＮＯｘセンサ４２は加熱装置２２より上流に配置されているが、ＮＯｘセンサ４２はＳＣＲ触媒２０の入口近傍に配置されてもよいし、ＳＣＲ触媒２０の出口近傍に配置されてもよい。

尿素水タンク３４には尿素水温センサ４３が設けられている。尿素水温センサ４３は尿素水ポンプ３１に内蔵することもできる。尿素水温センサ４３で取得される温度情報は、尿素水タンク３４内の尿素水が凍結しているかどうか判断するための情報として用いられる。なお、尿素水が凍結しているかどうかは、外気温センサ４４で取得される温度情報から判断することもできる。尿素水温センサ４３で取得される温度情報に代えて、或いは、それと併せて、外気温センサ４４で取得される温度情報を尿素水の凍結の判定に用いてもよい。

排気浄化装置１０は、さらに、制御装置４０を備える。制御装置４０は、上記の各種センサから情報を取り込むとともに、加熱装置２２、尿素水ポンプ３１、尿素水添加弁３２等のデバイスに対して操作信号を出力している。制御装置４０は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリには、制御用の少なくとも一つのプログラム（コンピュータにより実行可能なプログラム）やデータが記憶された不揮発性メモリと、プロセッサの演算結果や各センサから取得した情報を一時的に記憶する揮発性メモリとが含まれる。メモリに記憶されたプログラムは、プロセッサにより実行されることで、後述する様々な処理をプロセッサに実行させる。

２．各実施形態に共通の技術思想
以下、本発明の各実施形態に共通の技術思想を説明する。

ＳＣＲ触媒２０によるＮＯｘ浄化率はＳＣＲ触媒２０の温度に依存する。図２は、ＳＣＲ触媒２０の床温とＮＯｘ浄化率との関係を示している。この図から分かるように、ＳＣＲ触媒２０の温度が活性温度まで上昇していなければ、ＳＣＲ触媒２０は高いＮＯｘ浄化率を発揮することができない。ゆえに、ＮＯｘの浄化が求められる状況においてＳＣＲ触媒２０の温度が活性温度まで上昇していない場合には、加熱装置２２を作動させて発熱させ、加熱装置２２から排気に与えた熱によってＳＣＲ触媒２０を間接的に加熱する必要がある。

しかし、ＳＣＲ触媒２０によるＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒２０の温度だけでなく、還元剤であるアンモニアの吸着量にも依存する。図３は、ＳＣＲ触媒２０のアンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との関係を示している。この図から分かるように、ＳＣＲ触媒２０においてＮＯｘが浄化されるためには、十分な量のアンモニアがＳＣＲ触媒２０に吸着されている必要がある。ＳＣＲ触媒２０にアンモニアが吸着されていないのであれば、ＳＣＲ触媒２０を活性温度まで加熱したところでＮＯｘを浄化することはできない。ゆえに、排気浄化装置１０の状態がＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない状態である場合には、加熱装置２２を作動させることでエネルギの無駄を生じさせてしまう。

ＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない排気浄化装置１０の状態とは、大きく分けて次の３つの状態である。一つ目の状態は、アンモニアの生成に必要な尿素水を供給できない状態である。排気浄化装置１０、特に、尿素水供給装置３０や制御システムに何らかの異常が生じている場合、そのような状態に陥ることになる。また、異常に関係なく低温環境下において尿素水供給装置３０で尿素水が凍結した場合にも、そのような状態に陥ることになる。

二つ目の状態は、尿素水を供給できたしてもアンモニアが生成されない状態である。尿素水からアンモニアが生成されるためには、尿素水が添加された場所の温度が尿素水の加水分解温度以上になっている必要がある。加水分解温度より低い温度では、尿素水は加水分解せずに析出し、デポジットとなって排気通路４内、例えばミキサー２３に堆積してしまう。図４は、ミキサー温度と尿素水の添加可能量、つまり、デポジットを生じさせない上限添加量との関係を示している。

三つ目の状態は、アンモニアを生成できたとしてもＳＣＲ触媒２０がアンモニアを吸着できない状態である。排気浄化装置１０、特に、ＳＣＲ触媒２０そのものに何らかの異常が生じている場合、そのような状態に陥ることになる。

排気浄化装置１０が上に列挙した所定の状態にある場合、加熱装置２２によりＳＣＲ触媒２０を加熱することは控えたい。この処理を加熱回避処理と称する。加熱回避処理は内燃機関２の運転状態に関わらず実行される。つまり、内燃機関２の運転状態に関わらず加熱装置２２によりＳＣＲ触媒２０を加熱することは控えられる。加熱を控えることには、加熱装置２２を全く作動させないことと、加熱装置２２に供給するエネルギを所定の状態でないときよりも抑えること、例えば低電力で予熱を行うこととが含まれる。

以上の技術思想を制御フローで表現したものが図５に示すフローチャートである。制御装置４０のメモリに記憶されたプログラムは、この制御フローで表現される技術思想を具体化した処理をプロセッサに実行させるように作成されている。

図５に示すフローチャートによると、まず、ステップＳ１において、現在の排気浄化装置１０の状態が所定の状態であるかどうか判定する状態判定処理が実行される。所定の状態とは、ＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない状態であり、その状態判定には、排気浄化装置１０が備える各種センサのうちの少なくとも一つのセンサからの情報が用いられる。現在の排気浄化装置１０の状態が上記の所定の状態である場合、次に、ステップＳ２において、内燃機関２の運転状態に関わらず加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱を控える加熱回避処理が実行される。これらの処理が実行されることにより、尿素水を用いたＮＯｘの浄化が困難な状況下においてＳＣＲ触媒２０の加熱のためにエネルギが浪費されることは抑えられる。

３．第１乃至第３実施形態の概要
本発明の第１乃至第３実施形態は、上記の上位概念的な技術思想に含まれる下位概念的な共通の技術思想を有する。本発明の第１乃至第３実施形態において、ＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない所定の状態とは、前述の一つ目の状態、すなわち、アンモニアの生成に必要な尿素水を供給できない状態であり、その中でも特に、尿素水供給装置３０で尿素水が凍結した状態である。尿素水が凍結する場所は、尿素水タンク３４の中かもしれないし、尿素水供給管３３の中かもしれないし、尿素水ポンプ３１の中かもしれない。いずれにしても、尿素水が凍結した場合には、尿素水を排気通路４に供給できない。

凍結した尿素水は、解凍装置３５によって加熱することにより解凍することができる。尿素水供給装置３０で尿素水が凍結した場合、解凍装置３５による解凍が開始されれば、やがて尿素水の供給が可能となり、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱は有効になる。ゆえに、解凍装置３５による解凍の開始を必要条件として加熱回避処理を終了し、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱を開始することができる。

第１乃至第３実施形態に共通の技術思想を制御フローで表したものが図６に示すフローチャートである。第１乃至第３実施形態では、制御装置４０のメモリに記憶されたプログラムは、この制御フローで表現される技術思想を具体化した処理をプロセッサに実行させるように作成されている。

図６に示すフローチャートによると、まず、ステップＳ１１において、尿素水供給装置３０での尿素水の凍結により加熱回避処理が実行されているのかどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない状態が尿素水の凍結により生じているのであれば、ステップＳ１２において、解凍装置３５による尿素水の解凍を開始する解凍開始処理が実行される。解凍の開始とは、電気ヒータである解凍装置３５への通電の開始を意味する。そして、解凍開始処理の実行後、ステップＳ１３において、加熱回避処理を終了し、ステップＳ１４において、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱を開始する加熱開始処理を実行する。加熱の開始とは、電気ヒータである加熱装置２２への通電の開始を意味する。解凍開始処理を実行してから加熱開始処理を実行するまでの時間は、センサからの情報に基づいて設定してもよいし、固定された時間でもよい。また、解凍開始処理の実行と同時に加熱開始処理を実行してもよい。これらの処理が実行されることにより、凍結により尿素水を供給できない状況においてＳＣＲ触媒２０の無駄な加熱によってエネルギが浪費されることを抑えることができる。

なお、以下に説明する第１乃至第３実施形態の開示からは、上記の技術思想に加え、「内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、排気通路のＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、尿素水供給装置で尿素水が凍結した場合に凍結した尿素水を解凍する解凍装置と、加熱装置と尿素水供給装置と解凍装置とを操作する制御装置と、排気浄化装置の状態に関する情報を取得する少なくとも一つのセンサとを備える排気浄化装置において、制御装置は、少なくとも一つのセンサからの情報に基づいて尿素水供給装置で尿素水の凍結が起きているかどうか判定し、尿素水供給装置で尿素水の凍結が起きている場合には解凍装置による尿素水の解凍を開始し、解凍装置による尿素水の解凍の開始後に加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱を開始する。」という、排気浄化装置に関する共通の技術思想も得られることを付言しておく。

４．第１実施形態の詳細
本発明の第１実施形態について図７乃至図９に基づき詳細に説明する。

図７は、第１実施形態の制御フローを示すフローチャートである。第１実施形態では、制御装置４０のメモリに記憶されたプログラムは、このフローチャートに記載の各処理をプロセッサに実行させるように作成されている。

図７のフローチャートによると、まず、ステップＳ２１において、尿素水供給装置３０で尿素水が凍結しているかどうか判定される。この判定には、排気浄化装置１０が備える複数のセンサのうちの少なくとも一つのセンサからの情報が用いられる。例えば、尿素水タンク３４内に設置した尿素水温センサ４３や外気温センサ４４からの情報を用いることができる。

尿素水温センサ４３の情報を用いる場合、尿素水温センサ４３で取得した尿素水温が閾値以下かどうかで尿素水の凍結を判定してもよい。閾値は尿素水の凝固点に設定してもよいし、尿素水温センサ４３の測定誤差を見込んで凝固点よりも若干高い温度に設定してもよい。外気温センサ４４の情報を用いる場合、内燃機関２の冷間始動時には、現在の外気温度と閾値との比較によって尿素水の凍結を判定してもよい。内燃機関２の停止後は、内燃機関２の運転を停止したときに取得した外気温度と、内燃機関２の運転を停止してからの経過時間とに基づいて尿素水の凍結を判定してもよい。

尿素水が凍結していると判定された場合、ステップＳ２２において解凍制御が実行される。解凍制御では、制御装置４０から解凍装置３５へ電気ヒータを発熱させるための電力が供給される。供給される電力は、例えば、ヒートショックを起こさない限りにおいて最大の電力に設定される。また、供給される電力は、尿素水温センサ４３で測定される尿素水温、或いは、供給電力量から推定される尿素水温に応じて変化させてもよい。

解凍制御の実行中は、ステップＳ２３において、尿素水供給装置３０による尿素水の供給が可能になったかどうか判定される。つまり、凍結した尿素水が解け、尿素水ポンプ３１による尿素水タンク３４からの尿素水の汲み出しと、汲み出した尿素水の尿素水添加弁３２への送り出しとが可能になったかどうか判定する解凍完了判定処理が実行される。この判定は、例えば、解凍装置３５の作動時間に基づいて行ってもよい。具体的には、解凍制御の実行直前の尿素水温に基づいて解凍に必要な解凍装置３５の作動時間を計算し、作動時間が必要作動時間に達したら尿素水の供給が可能になったと判定してもよい。

ステップＳ２３の判定には、尿素水温センサ４３の情報を用いてもよい。具体的には、尿素水温センサ４３で取得した尿素水温が閾値より高くなったかどうかで尿素水の解凍を判定してもよい。閾値は尿素水の融解点に設定してもよいし、尿素水温センサ４３の測定誤差を見込んで融解点よりも若干高い温度に設定してもよい。また、解凍制御の開始とともに或いは解凍制御の実行中に尿素水ポンプ３１を作動させた場合、凍結していた尿素水の解凍が進むことで尿素水ポンプ３１の回転数は上昇し、吐出圧力も上昇する。ゆえに、尿素水ポンプ３１の吐出圧力や回転数を測定し、それらの値の変化から尿素水の解凍を判定してもよい。

尿素水の供給が可能になるまでは、ステップＳ２２とステップＳ２３の各処理が繰り返される。そして、尿素水の供給が可能になった場合、ステップＳ２４の判定が行われる。また、ステップＳ２１で尿素水が凍結していないと判定された場合には、解凍制御はスキップされる。その場合、直ちにステップＳ２４の判定が行われる。

ステップＳ２４では、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下かどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０の温度は、例えば、ＳＣＲ触媒２０に入る排気の温度に基づいて推定してもよいし、ＳＣＲ触媒２０を通過した排気の温度に基づいて推定してもよい。また、ＳＣＲ触媒２０の温度としてＳＣＲ触媒２０の床温を直接測定してもよい。目標温度はＳＣＲ触媒２０の活性温度或いはその近辺の温度に設定してもよい。

ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下の場合、ステップＳ２５においてＳＣＲ触媒２０の加熱が行われる。つまり、制御装置４０から加熱装置２２への通電により加熱装置２２を作動させて発熱させ、加熱装置２２から排気に与えた熱によってＳＣＲ触媒２０を間接的に加熱することが行われる。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下である間は、加熱装置２２への供給電力は、例えば、加熱装置２２の定格電力に設定される。

ステップＳ２５の処理の後は、ステップＳ２６の判定が行われる。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度より高い場合は、ステップＳ２５をスキップしてステップＳ２６の判定が行われる。

ステップＳ２６では、尿素水添加弁３２による尿素水の添加が可能かどうか判定される。詳しくは、尿素水添加弁３２から排気中への尿素水の添加を実行した場合に、添加された尿素水が析出しない閾値温度まで、排気通路４内の所定位置の温度が上昇しているかどうか判定する温度判定処理が実行される。閾値温度は、例えば、尿素水のアンモニアへの加水分解温度に関連付けて設定されている。所定位置は、例えば、排気温センサ４１の設置位置でもよいし、ミキサー２３の位置でもよい。ミキサー２３の周辺の温度は、排気温センサ４１から得られた温度情報に基づいて推定することができる。

尿素水の添加が可能になるまでは、ステップＳ２４、ステップＳ２５及びステップＳ２６の各処理、或いは、ステップＳ２４及びステップＳ２６の各処理が繰り返される。そして、尿素水の添加が可能になった場合、ステップＳ２７において尿素水供給開始処理が実行される。すなわち、尿素水添加弁３２から排気中への尿素水の添加が開始される。このように尿素水が加水分解される温度になるのを待ってから尿素水の添加を開始することにより、排気通路４内での尿素水の析出を抑えることができる。

次に、ステップＳ２８では、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上かどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上になるまで、ステップＳ２８の判定が繰り返される。そして、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上になった場合、ステップＳ２９において加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱は停止される。なお、ここでいうＳＣＲ触媒２０の加熱を停止するとは、ＳＣＲ触媒２０の温度のさらなる上昇を抑えるという意味であり、加熱装置２２への通電を完全に停止するのでもよいし、加熱装置２２に供給する電力を低下させるのでもよい。

次に、第１実施形態の制御フローによる制御例を説明する。図８は、第１実施形態の制御フローによる一つの制御例を示す図である。図８には、グラフ（ａ）からグラフ（ｊ）までの時間軸を共通にするグラフが含まれている。グラフ（ａ）の縦軸はエンジン始動フラグである。このフラグは内燃機関２が始動した場合にオンになる。グラフ（ｂ）の縦軸は解凍制御フラグである。このフラグは尿素水の凍結が検知され、解凍制御が実行された場合にオンになる。また、このフラグがオンのとき、ステップＳ２１の判定結果は肯定になる。

グラフ（ｃ）の縦軸は解凍判定フラグである。このフラグは解凍制御により尿素水が解凍されて尿素水の供給が可能になった場合にオンになる。また、このフラグがオンのとき、ステップＳ２３の判定結果は肯定になる。グラフ（ｄ）の縦軸は尿素水添加フラグである。このフラグは尿素水添加弁３２の作動により排気中に尿素水が添加された場合にオンになる。

グラフ（ｅ）の縦軸は排気温度である。グラフ中には添加可能閾値温度、すなわち、尿素水を析出させずに添加可能な排気通路４内の所定位置の閾値温度が示されている。グラフ（ｆ）の縦軸は添加可能判定フラグである。このフラグは排気温度が添加可能閾値温度以上になった場合にオンになる。また、このフラグがオンのとき、ステップＳ２６の判定結果は肯定になる。

グラフ（ｇ）とグラフ（ｉ）の各縦軸はＳＣＲ触媒２０の温度である。グラフ中にはその目標温度が示されている。また、加熱装置２２による加熱を行った場合のＳＣＲ触媒２０の温度の変化が実線で描かれ、加熱を行わない場合のＳＣＲ触媒２０の温度の変化が点線で描かれている。グラフ（ｈ）とグラフ（ｊ）の各縦軸は加熱装置２２へ供給する電力、すなわち、ヒータ出力である。グラフ（ｇ）及びグラフ（ｈ）は第１実施形態の制御フローによる制御例を示し、グラフ（ｉ）及びグラフ（ｊ）はそれに対する比較例を示している。

比較例では、エンジン始動の時刻ｔ１で解凍制御が実行されると同時に、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始されている。このため、ＳＣＲ触媒２０の温度は早期に目標温度まで上昇する。しかし、尿素水の解凍が完了するまでは尿素水の排気中への添加を行うことはできない。比較例では、凍結により尿素水を供給できない状況においてＳＣＲ触媒２０が無駄に加熱されることになる。

これに対して第１実施形態の制御フローによる制御例によれば、解凍制御の実行後、凍結していた尿素水が解凍された時刻ｔ２で、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始されている。比較例と比べた場合、凍結により尿素水を供給できない状況での無駄な加熱時間を短縮することができるので、エネルギが浪費されることを抑えることができる。なお、この制御例では、尿素水の解凍が完了するよりも前に、排気温度が添加可能雰囲気温度の閾値以上となっている。このため、尿素水の解凍が完了すると同時に、排気中への尿素水の添加が開始されている。

図９は、第１実施形態の制御フローによる別の制御例を示す図である。図９には、グラフ（ａ）からグラフ（ｈ）までの時間軸を共通にするグラフが含まれている。各グラフの縦軸は図８のグラフの縦軸と同じである。この制御例では、先の制御例と同様に、エンジン始動の時刻ｔ１ではなく、解凍制御の実行後、凍結していた尿素水が解凍された時刻ｔ３で、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始されている。ただし、この制御例では、排気温度が添加可能閾値温度以上となるのは尿素水の解凍が完了した時刻ｔ３よりも後の時刻ｔ４である。このため、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱の開始後、時間を置いてから排気中への尿素水の添加が開始されている。

５．第２実施形態の詳細
本発明の第２実施形態について図１０及び図１１に基づき詳細に説明する。

図１０は、第２実施形態の制御フローを示すフローチャートである。前述の第１実施形態の制御フローでは、尿素水が解凍された後、尿素水供給開始処理の実行前にＳＣＲ触媒２０の加熱を開始する。これに対して、第２実施形態の制御フローでは、尿素水が解凍され、且つ、尿素水供給開始処理が実行された後にＳＣＲ触媒２０の加熱を開始する。第２実施形態では、制御装置４０のメモリに記憶されたプログラムは、このフローチャートに記載の各処理をプロセッサに実行させるように作成されている。なお、図１０のフローチャートにおいて、図７のフローチャートに記載の処理と同一内容の処理には、同一のステップ番号が付されている。

図１０のフローチャートによると、まず、ステップＳ２１において、尿素水供給装置３０で尿素水が凍結しているかどうか判定される。尿素水が凍結していると判定された場合、ステップＳ２２において解凍制御が実行される。解凍制御の実行中は、ステップＳ２３において、解凍完了判定処理が実行され、尿素水供給装置３０による尿素水の供給が可能になったかどうか判定される。

尿素水の供給が可能になるまでは、ステップＳ２２とステップＳ２３の各処理が繰り返される。そして、尿素水の供給が可能になった場合、ステップＳ２６の判定が行われる。また、ステップＳ２１で尿素水が凍結していないと判定された場合には、解凍制御はスキップされる。その場合、直ちにステップＳ２６の判定が行われる。

ステップＳ２６では、温度判定処理が実行され、尿素水添加弁３２による尿素水の添加が可能かどうか判定される。尿素水の添加が可能になるまでは、ステップＳ２６の処理が繰り返される。そして、尿素水の添加が可能になった場合、ステップＳ２７において尿素水供給開始処理が実行され、尿素水添加弁３２から排気中への尿素水の添加が開始される。

次に、ステップＳ２４において、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下かどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下の場合、ステップＳ２５においてＳＣＲ触媒２０の加熱が行われる。ステップＳ２５の処理の後は、ステップＳ２８の判定が行われる。ステップＳ２８では、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上かどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上になるまで、ステップＳ２８の判定が繰り返される。そして、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上になった場合、ステップＳ２９において加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱は停止される。

次に、第２実施形態の制御フローによる制御例を説明する。図１１は、第２実施形態の制御フローによる一つの制御例を示す図である。図１１には、グラフ（ａ）からグラフ（ｈ）までの時間軸を共通にするグラフが含まれている。各グラフの縦軸は図８及び図９のグラフの縦軸と同じである。

第２実施形態の制御フローによる制御例によれば、解凍制御の実行後、凍結していた尿素水が解凍され、その後、排気温度が添加可能閾値温度以上となった時刻ｔ５で、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始されている。エンジン始動の時刻ｔ１で加熱を開始する比較例（図８のグラフ（ｉ）及びグラフ（ｊ）を参照）と比べた場合、凍結により尿素水を供給できない状況での無駄な加熱時間を短縮することができるので、エネルギが浪費されることを抑えることができる。

なお、この制御例では、排気温度が添加可能雰囲気温度の閾値以上となる前に、尿素水の解凍が完了している。第２実施形態の制御フローによれば、尿素水の解凍が完了するよりも前に、排気温度が添加可能雰囲気温度の閾値以上となっている場合には、尿素水の解凍が完了した時刻にて加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始される。

６．第３実施形態の詳細
本発明の第３実施形態について図１２及び図１３に基づき詳細に説明する。

図１２は、第３実施形態の制御フローを示すフローチャートである。前述の第１実施形態及び第２実施形態の各制御フローでは、尿素水が解凍された後にＳＣＲ触媒２０の加熱を開始する。これに対して、第３実施形態の制御フローでは、尿素水の解凍の開始後、尿素水が解凍される前にＳＣＲ触媒２０の加熱を開始する。第３実施形態では、制御装置４０のメモリに記憶されたプログラムは、このフローチャートに記載の各処理をプロセッサに実行させるように作成されている。なお、図１２のフローチャートにおいて、図７又は図１０のフローチャートに記載の処理と同一内容の処理には、同一のステップ番号が付されている。

図１２のフローチャートによると、まず、ステップＳ２１において、尿素水供給装置３０で尿素水が凍結しているかどうか判定される。尿素水が凍結していると判定された場合、ステップＳ２２において解凍制御が実行される。解凍制御の実行中は、ステップＳ３０において、解凍開始から所定時間が経過したかどうか判定される。

ステップＳ３０の判定で用いられる所定時間は、凍結した尿素水を解凍装置３５によって解凍するのに要する必要解凍時間と、加熱装置２２によってＳＣＲ触媒２０の温度を目標温度まで上昇させるのに要する必要加熱時間との時間差に相当している。必要解凍時間は、例えば、解凍装置３５に供給する総エネルギと解凍開始前の尿素水温度とに依存する。必要加熱時間は、例えば、加熱装置２２に供給する総エネルギと排気温度とに依存する。制御装置４０のメモリには、尿素水温度と排気温度とに所定時間の値を関連付けるマップが記憶されている。

解凍開始から所定時間が経過するまでは、ステップＳ２２とステップＳ３０の各処理が繰り返される。そして、解凍開始から所定時間が経過した場合、ステップＳ２４の判定が行われる。また、ステップＳ２１で尿素水が凍結していないと判定された場合には、解凍制御はスキップされる。その場合、直ちにステップＳ２４の判定が行われる。

ステップＳ２４では、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下かどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以下の場合、ステップＳ２５においてＳＣＲ触媒２０の加熱が行われる。ステップＳ２５の処理の後は、ステップＳ２３の判定が行われる。また、ステップＳ２４でＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度より高いと判定された場合には、ＳＣＲ触媒２０の加熱はスキップされる。その場合、直ちにステップＳ２３の判定が行われる。

ステップＳ２３では、解凍完了判定処理が実行され、尿素水供給装置３０による尿素水の供給が可能になったかどうか判定される。尿素水の供給が可能になるまでは、ステップＳ２２からステップＳ２３までの処理が繰り返される。そして、尿素水の供給が可能になった場合、ステップＳ２６の判定が行われる。

ステップＳ２６では、温度判定処理が実行され、尿素水添加弁３２による尿素水の添加が可能かどうか判定される。尿素水の添加が可能になるまでは、ステップＳ２４からステップＳ２６までの処理が繰り返される。そして、尿素水の添加が可能になった場合、ステップＳ２７において尿素水供給開始処理が実行され、尿素水添加弁３２から排気中への尿素水の添加が開始される。

次に、ステップＳ２８において、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上かどうか判定される。ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上になるまで、ステップＳ２８の判定が繰り返される。そして、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度以上になった場合、ステップＳ２９において加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱は停止される。

次に、第３実施形態の制御フローによる制御例を説明する。図１３は、第３実施形態の制御フローによる一つの制御例を示す図である。図１３には、グラフ（ａ）からグラフ（ｈ）までの時間軸を共通にするグラフが含まれている。各グラフの縦軸は図８、図９及び図１１のグラフの縦軸と同じである。さらに、図１３には、新たなグラフ（ｋ）が含まれている。グラフ（ｋ）の縦軸は解凍制御の開始からの経過時間である。グラフ中には経過時間閾値が示されている。経過時間閾値は、ステップＳ３０の判定で用いる所定時間である。ゆえに、経過時間が経過時間閾値を超えているとき、ステップＳ３０の判定結果は肯定になる。

第３実施形態の制御フローによる制御例によれば、解凍制御の実行後、解凍制御の開始からの経過時間が経過時間閾値を超えた時刻ｔ６で、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始されている。その後、排気温度が添加可能閾値温度以上となり、且つ、凍結していた尿素水が解凍された時刻ｔ７で、尿素水の添加が開始されている。エンジン始動の時刻ｔ１で加熱を開始する比較例（図８のグラフ（ｉ）及びグラフ（ｊ）を参照）と比べた場合、凍結により尿素水を供給できない状況での無駄な加熱時間を短縮することができるので、エネルギが浪費されることを抑えることができる。また、尿素水の解凍の開始後、尿素水が解凍される前にＳＣＲ触媒２０の加熱を開始することで、ＳＣＲ触媒２０の温度が目標温度に達する頃合いに尿素水の添加を開始することができる。

なお、本実施形態では、解凍制御の開始からの経過時間によってＳＣＲ触媒２０の加熱を開始するタイミングを計っているが、尿素水温度が所定温度まで上昇したタイミングでＳＣＲ触媒２０の加熱を開始してもよい。また、解凍装置３５に供給した総エネルギが所定量まで達したタイミングでＳＣＲ触媒２０の加熱を開始してもよい。

７．排気浄化装置の構成の別例
排気浄化装置の構成の別例について図１４乃至図１７を用いて説明する。各図において、図１に示す排気浄化装置１０と同一の要素又は相当する要素には同一符号を用いている。以下の説明では、それら要素についての重複する説明は省略する。

図１４に示す構成では、排気浄化装置１１は、排気通路４のＳＣＲ触媒２０の上流であって加熱装置２２の下流に酸化触媒２４を備えている。尿素水添加弁３２は、酸化触媒２４の下流に設けられている。この構成において、ＳＣＲ触媒２０はＤＰＦが一体化されたＳＣＲフィルタであってもよい。また、この構成において、酸化触媒２４に代えてＤＰＦを配置してもよいし、酸化触媒２４と並べてＤＰＦを配置してもよい。

図１５に示す構成では、排気浄化装置１２は、電気ヒータである解凍装置３５に代えて、解凍に内燃機関２の熱を利用する解凍装置５０を備えている。解凍装置５０は、尿素水ポンプ３１と尿素水供給管３３の周囲を囲むウォータジャケット５１と、ウォータジャケット５１と内燃機関２とを接続する冷却水管５２，５３と、冷却水管５２に取り付けられたバルブ５４とを備える。制御装置４０は、バルブ５４を操作することによって内燃機関２からウォータジャケット５１への冷却水の供給を制御する。この構成によれば、内燃機関２が発する熱で温められた高温の冷却水によって、凍結している尿素水の解凍が行われる。

図１６に示す構成では、排気浄化装置１３は、ミキサー２３とＳＣＲ触媒２０との間に加熱装置２２を備えている。このため、尿素水添加弁３２は、排気通路４の加熱装置２２による加熱部位より上流において尿素水を排気に添加する。図１７に示す構成は、図１６に示す構成の変形例にあたる。排気浄化装置１４は、図１７に示す構成のＳＣＲ触媒２０と加熱装置２２とが一体化された加熱触媒２８を備えている。図１６及び図１７に示す構成は、他の構成とは異なり、加熱装置による熱を尿素水の加水分解に利用することができない。

図１４乃至図１７に示す各構成は、前述の第１乃至第３実施形態の前提として用いることができる。

８．第４及び第５実施形態の概要
本発明の第４及び第５実施形態は、前述の上位概念的な技術思想に含まれる下位概念的な共通の技術思想を有する。本発明の第４及び第５実施形態において、ＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない所定の状態とは、前述の二つ目の状態、すなわち、尿素水供給装置３０から排気通路４に供給された尿素水が加水分解されない状態である。ただし、第４及び第５実施形態は、図１６或いは図１７に示す構成を前提とする。ここでは、図１６に示す構成の排気浄化装置１４を例にとって第４及び第５実施形態の概要について説明する。

図１６に示す構成では、排気に添加した尿素水の加水分解に加熱装置２２の熱を利用することができない。このため、内燃機関２の冷間始動時には、尿素水添加弁３２を作動させたとしても、排気に添加された尿素水は加水分解せずに析出し、排気通路４内でデポジットになる。尿素水が加水分解されない状況ではアンモニアを生成することができないため、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱を行ったところでエネルギの浪費になってしまう。

そこで、排気通路４の所定位置における温度が閾値温度より低い場合には、加熱回避処理を実行することによってエネルギの浪費を抑制する。所定位置とは、例えば、尿素水添加弁３２によって尿素水が排気に添加される位置でもよいし、ミキサー２３によって尿素水と排気との混合が行われる位置でもよいし、排気温センサ４１によって排気温度が計測される位置でもよい。閾値温度は、尿素水の加水分解温度に関連付けられている。詳しくは、所定位置の温度が閾値温度のとき、尿素水添加弁３２による尿素水の添加位置より下流、例えば、ミキサー２３による尿素水と排気との混合位置の温度が尿素水の加水分解温度になるように、閾値温度の設定が行われている。

内燃機関２が暖機されて排気温度が上昇することにより、やがて、排気の熱による尿素水の加水分解が可能となる。尿素水が加水分解されてアンモニアが生成されるようになれば、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱は有効になる。ゆえに、解凍装置３５による解凍の開始を必要条件として加熱回避処理を終了し、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱を開始することができる。

第４及び第５実施形態に共通の技術思想を制御フローで表したものが図１８に示すフローチャートである。第４及び第５実施形態では、制御装置４０のメモリに記憶されたプログラムは、この制御フローで表現される技術思想を具体化した処理をプロセッサに実行させるように作成されている。

図１８に示すフローチャートによると、まず、ステップＳ３１において、排気温度が低温であることにより加熱回避処理が実行されているのかどうか判定される。例えば、内燃機関２の冷間始動時には、この判定結果は肯定になる。加熱回避処理が実行されている原因が、排気温度が低温のためにアンモニアを生成できないことにある場合、ステップＳ３２において、排気通路４の所定位置における温度が閾値温度以上になったかどうか判定される。排気温度の上昇によってこの判定結果が否定から肯定に変わると、ステップＳ３３において、加熱回避処理は終了され、ステップＳ３４において、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱を開始する加熱開始処理が実行される。これらの処理が実行されることにより、低温のために尿素水からアンモニアを生成できない状況においてＳＣＲ触媒２０の無駄な加熱によってエネルギが浪費されることを抑えることができる。

９．第４実施形態の詳細
本発明の第４実施形態について図１９に基づき詳細に説明する。ただし、第４実施形態は図１６に示す構成の排気浄化装置１４を前提にする。図１９は、第４実施形態の制御内容を説明する図である。図１９には、内燃機関２の冷間始動の直後からの尿素水添加弁３２の周辺の温度の変化と、加熱装置２２のヒータ出力のオン／オフの変化と、ＳＣＲ触媒２０の温度の変化とが共通の時間軸を有するグラフで示されている。尿素水添加弁３２の周辺の温度とは、前述の所定位置の温度を意味する。

図１９に示すように、内燃機関２の冷間始動の直後は、加熱回避処理によって加熱装置２２のヒータ出力はオフにされている。内燃機関２の冷間始動後、排気温度は次第に上昇していき、やがて時刻ｔ１０において尿素水添加弁３２の周辺の温度は閾値温度以上になる。これを受けて加熱回避処理は終了し、加熱開始処理が実行される。すなわち、加熱装置２２のヒータ出力はオフからオンに切替えられ、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が開始される。加熱によりＳＣＲ触媒２０の温度が活性温度まで上昇すると、尿素水供給開始処理が実行されて尿素水添加弁３２による尿素水の添加が開始される。

１０．第５実施形態の詳細
本発明の第５実施形態について図２０に基づき詳細に説明する。ただし、第５実施形態は図１６に示す構成の排気浄化装置１４を前提にする。図２０は、第５実施形態の制御内容を説明する図である。図２０には、内燃機関２の冷間始動の直後からの尿素水添加弁３２の周辺の温度の変化と、加熱装置２２のヒータ出力のオン／オフの変化と、ＳＣＲ触媒２０の温度の変化と、ＳＣＲ触媒２０の吸着アンモニア量の変化とが共通の時間軸を有するグラフで示されている。

第５実施形態は、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱の判断に、ＳＣＲ触媒２０が吸着しているアンモニアの量を判断材料として用いる点が一つの特徴である。第４実施形態によれば、添加した尿素水からアンモニアを生成できない状況では加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱は控えられる。しかし、ＳＣＲ触媒２０が一定量以上のアンモニアを吸着しているのであれば、加熱装置２２によりＳＣＲ触媒２０を加熱することで、吸着されているアンモニアを用いてＮＯｘの浄化を行うことができる。

図２０に示す例では、内燃機関２の冷間始動の直後におけるＳＣＲ触媒２０の吸着アンモニア量は基準量を超えている。基準量はＮＯｘの浄化を行うのに十分な吸着アンモニア量であり、試験又はシミュレーションの結果に基づいて定められている。吸着アンモニア量は、例えば、内燃機関２の運転履歴から推定することができる。内燃機関２の冷間始動の直後は、排気温度は低く、尿素水添加弁３２の周辺の温度は閾値温度未満となっている。しかし、第５実施形態では、ＳＣＲ触媒２０に基準量以上の量のアンモニアが吸着されている間は、尿素水添加弁３２の周辺の温度が閾値温度未満であっても加熱回避処理は実行せず、加熱装置２２のヒータ出力はオンにされる。

ＳＣＲ触媒２０に吸着されているアンモニアの量は、上流からのアンモニアの供給がないために次第に減少していく。そして、吸着アンモニア量が基準量未満になった時刻ｔ１１において、加熱装置２２のヒータ出力は一旦オンからオフに切替えられ、加熱回避処理が実行される。

排気温度の上昇に伴い、やがて尿素水添加弁３２の周辺の温度は閾値温度以上になる。これを受けて加熱回避処理は終了し、加熱開始処理が実行される。すなわち、加熱装置２２のヒータ出力は再びオフからオンに切替えられ、加熱装置２２によるＳＣＲ触媒２０の加熱が再開される。加熱によりＳＣＲ触媒２０の温度が活性温度まで上昇すると、尿素水添加弁３２による尿素水の添加が開始される。

１１．排気浄化装置の異常の分類と第６実施形態の技術思想
ＳＣＲ触媒２０にアンモニアを吸着させることができない所定の状態のうち、前述の一つ目の状態、すなわち、アンモニアの生成に必要な尿素水を供給できない状態は、排気浄化装置の異常によって起こりうる。また、前述の三つ目の状態、すなわち、アンモニアを生成できたとしてもＳＣＲ触媒２０がアンモニアを吸着できない状態も、排気浄化装置の異常によって起こりうる。

図２１は、排気浄化装置の異常をその症状ごとに分類した図である。図２１に示すように、排気浄化装置の異常による症状は、アンモニアが供給できないことと、アンモニアが吸着できないこととに分類することができる。アンモニアが供給できないことの原因には、尿素水の濃度不足、供給機能の異常、及び供給判断の不能の３つの原因が含まれる。供給機能の異常は、より具体的には、尿素水ポンプの故障、又は尿素水添加弁の故障である。供給判断の不能は、より具体的には、ＮＯｘセンサの故障、又は排気温センサの故障である。アンモニアが吸着できないことの原因には、ＳＣＲ触媒の劣化と、ＳＣＲ触媒の排気通路からの取り外しの２つの原因が含まれる。これらの異常は、例えば、排気浄化装置が備えるセンサの信号から直接検知することもできるし、一又は複数のセンサで得た情報に基づく自己診断によって検知することもできる。

１２．第６実施形態の概要
本発明の第６実施形態は、前述の上位概念的な技術思想に含まれる下位概念的な技術思想を有する。本発明の第６実施形態において、ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態とは、排気浄化装置の異常により生じる前述の一つ目或いは三つ目の状態である。排気浄化装置の異常が原因でアンモニアの生成に必要な尿素水を供給できない場合、異常が解消されるまでは加熱回避処理を継続し、異常が解消されたら加熱回避処理を終了する。これにより、排気浄化装置に異常が生じている状態において加熱装置を無駄に作動させてエネルギを浪費することを防ぐことができる。

第６実施形態の技術思想を制御フローで表したものが図２２に示すフローチャートである。第６実施形態では、制御装置のメモリに記憶されたプログラムは、この制御フローで表現される技術思想を具体化した処理をプロセッサに実行させるように作成されている。なお、第６実施形態の前提となる排気浄化装置の構成は、図１、図１４、図１５、図１６及び図１７に示す構成のどれでもよい。ここでは、図１に示す構成の排気浄化装置１１を例にとって第６実施形態の概要について説明する。

図２２に示すフローチャートによると、まず、ステップＳ４１において、排気浄化装置１１の異常を理由として加熱回避処理が実行されているのかどうか判定される。加熱回避処理が排気浄化装置１１の異常を理由として実行されている場合、ステップＳ４２において、排気浄化装置１１の異常は解消されたかどうか判定される。排気浄化装置１１の異常が解消されたのであれば、ステップＳ４３において加熱回避処理は終了される。しかし、排気浄化装置１１の異常が解消されていないのであれば、ステップＳ４４において加熱回避処理は継続される。排気浄化装置１１に異常が生じている状況においてＳＣＲ触媒２０の無駄な加熱によってエネルギが浪費されることを抑えることができる。

１３．その他の実施形態
上記の各実施形態では、センサで取得した情報をもとに現在の排気浄化装置の状態を判定している。しかし、例えば内燃機関の冷間始動時は、センサの情報を用いずとも、現在の排気浄化装置の状態がＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態である蓋然性は高い。そのような場合は、内燃機関の運転状態に関わらず加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱を控える加熱回避処理を実行してもよい。

上記の開示からは、「内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、排気通路のＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、加熱装置と尿素水供給装置とを操作する制御装置とを備える排気浄化装置において、制御装置は、現在の排気浄化装置の状態が、ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態である場合、内燃機関の運転状態に関わらず加熱装置によるＳＣＲ触媒の加熱を控える加熱回避処理を実行する。」という技術思想を得ることができる。

２ 内燃機関
４ 排気通路
１０，１１，１２，１３，１４ 排気浄化装置
２０ ＳＣＲ触媒
２２ 加熱装置
２３ ミキサー
２４ 酸化触媒
２８ 加熱触媒
３０ 尿素水供給装置
３１ 尿素水ポンプ
３２ 尿素水添加弁
３３ 尿素水供給管
３４ 尿素水タンク
３５ 解凍装置
４０ 制御装置
５０ 解凍装置
５１ ウォータジャケット
５２，５３ 冷却水管
５４ バルブ
４１ 排気温センサ
４３ 尿素水温センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、
   前記排気通路の前記ＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、
   前記加熱装置と前記尿素水供給装置とを操作する制御装置と、
   排気浄化装置の状態に関する情報を取得する少なくとも一つのセンサと、
   前記尿素水供給装置で尿素水が凍結した場合に凍結した尿素水を解凍する解凍装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記少なくとも一つのセンサからの情報に基づき、現在の前記排気浄化装置の状態が、前記ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態であるかどうか判定する状態判定処理と、
   現在の前記排気浄化装置の状態が前記所定の状態である場合、前記内燃機関の運転状態に関わらず前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を控える加熱回避処理と、を実行し、
   前記尿素水供給装置での尿素水の凍結により前記所定の状態が生じている場合、
   前記解凍装置による尿素水の解凍を開始する解凍開始処理を実行し、
   前記解凍開始処理の実行後、前記加熱回避処理を終了し、前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を開始する加熱開始処理を実行し、
   前記解凍開始処理の実行後、前記解凍装置による尿素水の解凍の完了を判定する解凍完了判定処理を実行し、
   前記加熱開始処理の実行後、且つ、尿素水の解凍の完了後、前記尿素水供給装置による尿素水の供給を開始する尿素水供給開始処理を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、尿素水の解凍の完了後、前記加熱開始処理を実行する
   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. 前記制御装置は、尿素水の解凍の完了に先立ち、前記加熱開始処理を実行する
   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。
4. 内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、
   前記排気通路の前記ＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、
   前記加熱装置と前記尿素水供給装置とを操作する制御装置と、
   排気浄化装置の状態に関する情報を取得する少なくとも一つのセンサと、
   前記尿素水供給装置で尿素水が凍結した場合に凍結した尿素水を解凍する解凍装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記少なくとも一つのセンサからの情報に基づき、現在の前記排気浄化装置の状態が、前記ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態であるかどうか判定する状態判定処理と、
   現在の前記排気浄化装置の状態が前記所定の状態である場合、前記内燃機関の運転状態に関わらず前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を控える加熱回避処理と、を実行し、
   前記尿素水供給装置での尿素水の凍結により前記所定の状態が生じている場合、
   前記解凍装置による尿素水の解凍を開始する解凍開始処理を実行し、
   前記解凍開始処理の実行後、前記加熱回避処理を終了し、
   前記解凍開始処理の実行後、前記解凍装置による尿素水の解凍の完了を判定する解凍完了判定処理を実行し、
   尿素水の解凍の完了後、前記尿素水供給装置による尿素水の供給を開始する尿素水供給開始処理を実行し、
   前記尿素水供給開始処理の実行後、前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を開始する加熱開始処理を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記制御装置は、前記排気通路の所定位置における温度が閾値温度以上まで上昇したかどうか判定する温度判定処理を実行し、
   前記所定位置における温度が前記閾値温度以上まで上昇した後、前記尿素水供給開始処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、
   前記排気通路の前記ＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、
   前記加熱装置と前記尿素水供給装置とを操作する制御装置と、
   排気浄化装置の状態に関する情報を取得する少なくとも一つのセンサと、を備え、
   前記尿素水供給装置は、前記排気通路の前記加熱装置による加熱部位より上流に尿素水を供給するように構成され、
   前記制御装置は、
   前記少なくとも一つのセンサからの情報に基づき、現在の前記排気浄化装置の状態が、前記ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態であるかどうか判定する状態判定処理と、
   現在の前記排気浄化装置の状態が前記所定の状態である場合、前記内燃機関の運転状態に関わらず前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を控える加熱回避処理と、を実行し、
   前記尿素水供給装置から前記排気通路に供給された尿素水が加水分解されないことにより前記所定の状態が生じている場合、
   前記排気通路の所定位置における温度が閾値温度以上まで上昇した後、前記加熱回避処理を終了し、前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を開始する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記制御装置は、前記ＳＣＲ触媒に基準量以上の量のアンモニアが吸着されている間は、前記所定位置における温度が前記閾値温度未満であっても前記加熱回避処理は実行せず、前記ＳＣＲ触媒のアンモニアの吸着量が前記基準量未満になった後、前記加熱回避処理を実行する
   ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 内燃機関の排気通路に配置されたＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒を直接的に又は間接的に加熱する加熱装置と、
   前記排気通路の前記ＳＣＲ触媒より上流に尿素水を供給する尿素水供給装置と、
   前記加熱装置と前記尿素水供給装置とを操作する制御装置と、
   排気浄化装置の状態に関する情報を取得する少なくとも一つのセンサと、を備え、
   前記制御装置は、
   前記少なくとも一つのセンサからの情報に基づき、現在の前記排気浄化装置の状態が、前記ＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができない所定の状態であるかどうか判定する状態判定処理と、
   現在の前記排気浄化装置の状態が前記所定の状態である場合、前記内燃機関の運転状態に関わらず前記加熱装置による前記ＳＣＲ触媒の加熱を控える加熱回避処理と、を実行し、
   前記排気浄化装置の異常により前記所定の状態が生じている場合、前記排気浄化装置の異常が解消されるまで前記加熱回避処理を継続する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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