(57)【要約】【課題】デポジットの崩落を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。【解決手段】排気通路に設けられ、排気を浄化する選択還元型の触媒と、前記排気通路のうち前記触媒よりも上流側に設けられ、前記排気通路に尿素水を添加する添加弁と、前記排気通路であって前記触媒と前記添加弁との間に設けられた分散板と、前記排気の温度または前記分散板の温度を取得する温度取得部と、前記尿素水に由来するデポジットの前記分散板への堆積量を推定する推定部と、前記温度が所定値以下であり、かつ前記デポジットの堆積量が所定量以上である場合、前記温度が所定値未満または前記堆積量が所定量未満である場合に比べて、前記添加弁からの前記尿素水の噴射量を低減する噴射制御部と、を具備する排気浄化装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ、排気を浄化する選択還元型の触媒と、
前記排気通路のうち前記触媒よりも上流側に設けられ、前記排気通路に尿素水を添加する添加弁と、
前記排気通路であって前記触媒と前記添加弁との間に設けられた分散板と、
前記排気の温度または前記分散板の温度を取得する温度取得部と、
前記尿素水に由来するデポジットの前記分散板への堆積量を推定する推定部と、
前記温度が所定値以下であり、かつ前記デポジットの堆積量が所定量以上である場合、前記温度が所定値未満または前記堆積量が所定量未満である場合に比べて、前記添加弁からの前記尿素水の噴射量を低減する噴射制御部と、を具備する排気浄化装置。
【請求項２】
前記温度取得部は前記分散板の温度を取得する請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記温度が所定値以下である場合、前記温度が所定値より大きい場合に比べて、前記推定部は前記デポジットの堆積量を少なく推定する請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から発生する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、例えば選択型還元型触媒（ＳＣＲ触媒：Selective Catalytic Reduction）などの触媒が用いられている。内燃機関の排気通路には、添加剤（尿素水）を添加する添加弁、および添加弁よりも下流側に位置する触媒が設けられる。添加弁から排気に尿素水を添加し、尿素水からアンモニアを発生させる。触媒はＮＯｘを吸着し、アンモニアと還元反応させることで窒素と水に分解し、ＮＯｘを浄化する。
【０００３】
尿素水を排気に拡散させ浄化効率を高めるため、添加弁から噴射する尿素水を分散板に衝突させる技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０９９３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、尿素水に起因するデポジットが分散板に堆積する。デポジットが崩落し、触媒に衝突すると、触媒が破損する恐れがある。そこでデポジットの崩落を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、排気通路に設けられ、排気を浄化する選択還元型の触媒と、前記排気通路のうち前記触媒よりも上流側に設けられ、前記排気通路に尿素水を添加する添加弁と、前記排気通路であって前記触媒と前記添加弁との間に設けられた分散板と、前記排気の温度または前記分散板の温度を取得する温度取得部と、前記尿素水に由来するデポジットの前記分散板への堆積量を推定する推定部と、前記温度が所定値以下であり、かつ前記デポジットの堆積量が所定量以上である場合、前記温度が所定値未満または前記堆積量が所定量未満である場合に比べて、前記添加弁からの前記尿素水の噴射量を低減する噴射制御部と、を具備する排気浄化装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
デポジットの崩落を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は排気浄化装置を例示する模式図である。
【図２】図２（ａ）は液膜の量を例示する図である。図２（ｂ）は尿素水の温度とデポジットの溶解量との関係を示す図である。
【図３】図３は尿素水の噴射量の制御を例示するフローチャートである。
【図４】図４は排気浄化装置を例示する模式図である。
【図５】図５は尿素水の噴射量の制御を例示するフローチャートである。
【図６】図６はデポジットの堆積量推定の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の排気浄化装置１００について説明する。図１は排気浄化装置１００を例示する模式図である。図１に示すように、排気浄化装置１００はエンジン１０（内燃機関）に適用され、ＥＣＵ１１、酸化触媒４０および４８、フィルタ４２、ＳＣＲ触媒４４、添加弁５０、および分散板５４を備える。
【００１０】
エンジン１０は例えば４つの気筒＃１〜＃４を有する四気筒のディーゼルエンジンであり、車両に搭載される。エンジン１０の気筒＃１〜＃４はインテークマニホールド２２およびエキゾーストマニホールド２４に接続されている。インテークマニホールド２２の上流側には吸気通路２０が接続されている。エキゾーストマニホールド２４の下流側に排気通路２６が接続されている。
【００１１】
吸気通路２０には、上流側から順に、エアフロ―メータ２１、ターボチャージャ３６のコンプレッサ３６ａ、インタークーラ２５およびスロットルバルブ３０が設けられている。エアフロ―メータ２１は吸入空気量を測定する。コンプレッサ３６ａが回転することで吸気を過給する。インタークーラ２５は吸気を冷却する。スロットルバルブ３０の開度により吸気の流量を調整する。吸気はインテークマニホールド２２を通じて気筒＃１〜＃４に導入される。
【００１２】
各気筒には燃料噴射弁１２およびグロープラグ１４が設けられている。燃料噴射弁１２はコモンレール１８に接続されている。ポンプ１６からコモンレール１８へと高圧の燃料が供給され、燃料噴射弁１２が開弁すると、燃料が気筒内に噴射される。圧縮により燃料と空気との混合気が点火する。燃焼で発生する排気はエキゾーストマニホールド２４および排気通路２６を通じて排出される。
【００１３】
インテークマニホールド２２とエキゾーストマニホールド２４とはＥＧＲ通路２８により接続されている。排気の一部はＥＧＲ通路２８を通りインテークマニホールド２２内の吸入空気に合流する。ＥＧＲ通路２８にはＥＧＲバルブ３２およびＥＧＲクーラ３４が設けられている。ＥＧＲバルブ３２の開度を調整することでＥＧＲ通路２８内の排気の循環量が調整される。ＥＧＲクーラ３４はＥＧＲ通路２８内の排気の温度を低下させる。
【００１４】
排気通路２６には、上流側から順に、ターボチャージャ３６のタービン３６ｂ、酸化触媒４０、フィルタ４２、温度センサ５１、添加弁５０、分散板５４、ＳＣＲ触媒４４、および酸化触媒４８が設けられている。温度センサ５１は排気の温度を測定する。排気が流れ込むことでタービン３６ｂおよびコンプレッサ３６ａが回転する。
【００１５】
酸化触媒４０は排気中のＨＣを酸化する。フィルタ４２は例えば多孔質のセラミックなどで排気中のＰＭ（微粒子物質）を捕集する。フィルタ４２にはＰＭの酸化を促進する触媒が担持されてもよい。排気の温度を上昇させることで、フィルタ４２の再生処理が可能である。燃料噴射弁１２からのポスト噴射または不図示の添加弁からの燃料噴射などで酸化触媒４０に燃料を供給する。酸化触媒４０で燃料が燃焼され、排気の温度が上昇する。排気が昇温することでフィルタ４２に堆積したＰＭが酸化処理され、フィルタ４２の再生が行われる。
【００１６】
フィルタ４２より下流側にＳＣＲ触媒４４および酸化触媒４８が設けられている。ＳＣＲ触媒４４は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元浄化する、選択還元型の触媒である。
【００１７】
ＳＣＲ触媒４４に還元剤を供給するために、添加弁５０が用いられる。添加弁５０にはタンク５２から尿素水が供給される。添加弁５０は、排気通路２６のＳＣＲ触媒４４より上流側に尿素水を噴射する。尿素水は分散板５４に衝突し、分散される。尿素水は排気の熱により加水分解され、アンモニアとなる。アンモニアは下流側のＳＣＲ触媒４４に吸着される。アンモニアを還元剤としてＮＯｘは還元浄化され、窒素（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）に分解される。アンモニアは分散板５４により霧化するため、ＳＣＲ触媒４４の浄化効率が向上する。
【００１８】
酸化触媒４８は排気中のアンモニアを酸化する。このためアンモニアの大気への放出は抑制される。
【００１９】
分散板５４に衝突する尿素水の一部は尿素化合物に変質し、デポジットとして分散板５４に堆積することがある。排気が高温ならば、デポジットは熱分解されアンモニアとなる。一方、排気が低温の環境下では、デポジットが分解温度まで加熱されず、デポジットが残存する。また、排気温度が低いと尿素水が蒸発しにくく、分散板５４に液膜として付着する。尿素水の液膜にデポジットが融解することで、デポジットが崩落し、分散板５４より下流側に流れる。デポジットがＳＣＲ触媒４４に衝突するとＳＣＲ触媒４４が破損する恐れがある。本実施形態では、尿素水の噴射量を制御することで、デポジットの崩落を抑制する。
【００２０】
車速センサ６０はエンジン１０が搭載された車両の速度を測定する。外気温センサ６２は車両の外の温度（外気温）を測定する。ＥＣＵ（Electric Control Unit）１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ１１は、車速センサ６０から車速を取得し、外気温センサ６２から外気温を取得し、エアフロ―メータ２１から吸気の流量を取得し、温度センサ５１から排気温度を取得する。ＥＣＵ１１は吸気の流量に基づいて排気の流量を取得する。
【００２１】
ＥＣＵ１１は燃料噴射、添加弁５０からの尿素水の噴射、スロットルバルブ３０およびＥＧＲバルブ３２の開度を制御する。ＥＣＵ１１は、デポジットの堆積量を推定する推定部、および添加弁５０からの尿素水の噴射を制御する噴射制御部として機能する。
【００２２】
図２（ａ）は液膜の量を例示する図である。実線は分散板５４に形成される液膜の量を表し、横軸は排気の流量を表し、縦軸は排気の温度を表す。図２（ａ）に示すように、排気の温度が低く、排気の流量が小さいほど、液膜の量は増加する。液膜の量が増加すると、デポジットが液膜に溶解しやすくなる。
【００２３】
図２（ｂ）は尿素水の温度とデポジットの溶解量との関係を示す図である。横軸は尿素水の温度であり、縦軸は尿素水の液膜へのデポジットの溶解量である。図２（ｂ）に示すように尿素水の温度が高いほどデポジットの溶解量は多くなる。デポジットが液膜に溶解すると、崩落しＳＣＲ触媒４４に衝突する恐れがある。ＥＣＵ１１は尿素水の噴射量を制御することでデポジットの崩落を抑制する。
【００２４】
図３は尿素水の噴射量の制御を例示するフローチャートである。図３に示すように、ＥＣＵ１１は、添加弁５０からの尿素水の噴射条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。噴射条件とは、例えば触媒床温が所定温度以上に到達すること、および尿素水の圧力が所定の値に到達することなどである。
【００２５】
否定判定（Ｎｏ）の場合、制御は終了する。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ１１は尿素水の噴射量、排気の温度、吸気の流量などに基づいて分散板５４へのデポジットの堆積量Ｍ１を推定する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ１１は、堆積量Ｍ１が所定の量Ｍ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。Ｍ０は閾値であり、堆積量Ｍ１がＭ０以上ならばデポジットの崩落が発生すると推測される。否定判定の場合、ＥＣＵ１１はステップＳ２２へ進む。肯定判定の場合、ＥＣＵ１１は、温度センサ５１から排気の温度Ｔ１を取得する（ステップＳ１６）。
【００２６】
ＥＣＵ１１は、排気の温度Ｔ１が所定の温度Ｔ０以下であるか否か判定する（ステップＳ１８）。温度Ｔ１がＴ０より高ければ、尿素水が蒸発するため、液膜が発生しにくい。したがって、否定判定の場合、ＥＣＵ１１はステップＳ２２に進む。一方、温度Ｔ１がＴ０より低ければ、尿素水が蒸発しにくく、液膜が発生しやすい。このため肯定判定の場合、ＥＣＵ１１は、排気の温度などに基づいて噴射補正量を算出する（ステップＳ２０）。噴射補正量とは、添加弁５０からの尿素水の噴射量を補正するための量である。
【００２７】
ＥＣＵ１１は、添加弁５０からの尿素水の噴射量を設定する（ステップＳ２２）。ステップＳ１０、Ｓ１４およびＳ１８で否定判定後にステップＳ２２を行う場合、ＥＣＵ１１は噴射補正量を用いずに、噴射量を設定する。一方、ステップＳ２０後にステップＳ２２を行う場合、ＥＣＵ１１は噴射補正量を考慮して噴射量を設定する。これにより、補正前に比べて噴射量は低減する。例えば、補正前の噴射量から噴射補正量を減算することで噴射量は低減する。ＥＣＵ１１は、設定した噴射量の尿素水を添加弁５０から噴射する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の後、制御は終了する。
【００２８】
分散板５４へのデポジットの堆積量Ｍ１がＭ０以上であり、排気温度Ｔ１がＴ０以下である場合、デポジットが尿素水の液膜に溶解し崩落しやすい。第１実施形態によれば、ＥＣＵ１１は尿素水の噴射量を低減することで、分散板５４に付着する液膜が少なくなり、デポジットの溶解および崩落が抑制される。このためデポジットからＳＣＲ触媒４４を保護することができる。
【００２９】
ＥＣＵ１１は、排気の温度などに応じて、噴射補正量を算出する。例えば排気の温度が低いと尿素水が蒸発しにくく、液膜が多くなる。したがってＥＣＵ１１は噴射補正量を増加させ、噴射量を大きく低減させる。排気の温度が高いと尿素水が蒸発しやすく、液膜が少なくなる。したがってＥＣＵ１１は噴射補正量を減少させ、噴射量の低減幅を小さくする。
【００３０】
（第２実施形態）
図４は排気浄化装置２００を例示する模式図である。第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。分散板５４に温度センサ５３が設けられている。温度センサ５３は分散板５４の温度を測定し、ＥＣＵ１１は温度センサ５３から分散板５４の温度を取得する。
【００３１】
図５は尿素水の噴射量の制御を例示するフローチャートであり、図３のステップＳ１６に代えてステップＳ１６ａを実行し、ステップＳ１８に代えてステップＳ１８ａを実行する。すなわちＥＣＵ１１は、温度センサ５３から分散板５４の温度Ｔ２を取得する（ステップＳ１６ａ）。ＥＣＵ１１は、温度Ｔ２が所定の温度Ｔ０以下であるか否か判定する（ステップＳ１８ａ）。温度Ｔ２がＴ０より高ければ、尿素水が蒸発するため、液膜が発生しにくい。否定判定の場合、ＥＣＵ１１はステップＳ２２に進む。一方、温度Ｔ２がＴ０より低ければ、尿素水が蒸発しにくく、液膜が発生しやすい。このため肯定判定の場合、ＥＣＵ１１は、分散板５４の温度などに基づいて噴射補正量を算出し（ステップＳ２０）、添加弁５０からの尿素水の噴射量を設定し（ステップＳ２２）、設定した噴射量の尿素水を添加弁５０から噴射する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の後、制御は終了する。
【００３２】
分散板５４へのデポジットの堆積量Ｍ１がＭ０以上であり、分散板５４の温度Ｔ２がＴ０以下である場合、デポジットが尿素水の液膜に溶解し崩落しやすい。第２実施形態によれば、ＥＣＵ１１は尿素水の噴射量を低減することで、分散板５４に付着する液膜が少なくなり、デポジットの溶解および崩落が抑制される。このためデポジットからＳＣＲ触媒４４を保護することができる。また、分散板５４の温度を温度センサ５３で測定するため、堆積量Ｍ１および噴射補正量の算出の精度が向上する。
【００３３】
第１実施形態および第２実施形態のいずれか一方を実施してもよいし、両方を組み合わせてもよい。つまり、排気通路２６に温度センサ５１および５３を設け、ＥＣＵ１１は排気の温度Ｔ１および分散板５４の温度Ｔ２の両方がＴ０以下である場合に、噴射量の補正を行ってもよい。
【００３４】
（第３実施形態）
排気の温度および吸気の流量に基づきデポジットの堆積量を推定することができる。しかし尿素水の液膜へのデポジットの溶解および崩落などが発生すると、堆積量が減少する。そこで第３実施形態では、デポジットの溶解量を求め、堆積量を補正する。排気浄化装置の構成は第２実施形態と同じである。
【００３５】
図６はデポジットの堆積量推定の制御を示すフローチャートである。図６に示すように、ＥＣＵ１１は、添加弁５０からの尿素水の噴射条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３０）。否定判定の場合、制御は終了する。肯定判定の場合、ＥＣＵ１１はデポジットの堆積量Ｍ２を推定する（ステップＳ３２）。ＥＣＵ１１は添加弁５０を用いて尿素水を噴射する（ステップＳ３４）。
【００３６】
ＥＣＵ１１は分散板５４の温度Ｔ２を取得する（ステップＳ３６）。ＥＣＵ１１は、分散板５４の温度Ｔ２がＴ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ３８）。否定判定の場合、分散板５４が高温であるため、尿素水は蒸発し液膜を形成しにくく、デポジットの溶解および崩落も発生しにくいと考えられる。ＥＣＵ１１はステップＳ３０に戻る。
【００３７】
肯定判定の場合、尿素水が蒸発しにくく液膜を形成すると考えられる。このためデポジットは液膜に溶解し、崩落する可能性がある。ＥＣＵ１１は、尿素水の噴射量、分散板５４の温度Ｔ２などに基づいて液膜の量を推定し、さらにデポジットの液膜への溶解量ｑを算出する（ステップＳ４０）。ＥＣＵ１１は、デポジットの堆積量Ｍ２を補正する（ステップＳ４２）。具体的にＥＣＵ１１は、デポジットが液膜に溶解し崩落したと推定し、堆積量Ｍ２を大幅に減少させ補正後の堆積量を取得する。ステップＳ４２の後、制御はステップＳ３０に戻る。
【００３８】
第３実施形態によれば、ＥＣＵ１１は分散板５４の温度Ｔ２がＴ３以下である場合、Ｔ２がＴ３より高い場合に比べて、デポジットの堆積量を少なく推定する。これによりデポジットの崩落が発生した場合でも、堆積量を精度高く推定することができる。
【００３９】
ステップＳ３８において分散板５４の温度に代えて排気の温度を用いてもよい。ただし、分散板５４の温度を用いることで、液膜の発生の判定および堆積量の補正の精度が向上する。
【００４０】
第１実施形態および第２実施形態におけるデポジットの堆積量Ｍ１の推定において、第３実施形態を適用してもよい。これにより精度の高い推定が可能となり、尿素水の噴射補正量の精度も向上する。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０            エンジン
１１            ＥＣＵ
１２            燃料噴射弁
１４            グロープラグ
１６            ポンプ
１８            コモンレール
２０            吸気通路
２２            インテークマニホールド
２４            エキゾーストマニホールド
２５            インタークーラ
２６            排気通路
３０            スロットルバルブ
３２            ＥＧＲバルブ
３４            ＥＧＲクーラ
３６            ターボチャージャ
３６ａ          コンプレッサ
３６ｂ          タービン
４０、４８      酸化触媒
４２            フィルタ
４４            ＳＣＲ触媒
５０            添加弁
５１、５３      温度センサ
５２            タンク
５４            分散板
６０            車速センサ
６２            外気温センサ
１００          排気浄化装置
【図１】
2020041468.tif 000003
【図２】
2020041468.tif 000004
【図３】
2020041468.tif 000005
【図４】
2020041468.tif 000006
【図５】
2020041468.tif 000007
【図６】
2020041468.tif 000008