(57)【要約】【課題】  尿素水のアンモニアへの分解促進と、排気温度の上昇又は維持と、を両立する。【解決手段】  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、前記排気通路に尿素水溶液を添加する添加弁と、前記排気通路の前記添加弁よりも下流側に設けられ、排気を浄化する触媒と、前記排気通路の前記触媒よりも上流側に設けられ、ハニカム構造体と、前記ハニカム構造体に電力を供給し、前記ハニカム構造体を発熱させる電力供給部と、を有するヒータと、を備え、前記ハニカム構造体は、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域と、を有する。【選択図】図１
2020128736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路に尿素水溶液を添加する添加弁と、
前記排気通路の前記添加弁よりも下流側に設けられ、排気を浄化する触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも上流側に設けられ、ハニカム構造体と、前記ハニカム構造体に電力を供給し、前記ハニカム構造体を発熱させる電力供給部と、を有するヒータと、
を備え、
前記ハニカム構造体は、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域と、を有する、
内燃機関の排気浄化装置。
【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、排気通路上に、上流側から順に、添加剤（尿素水）を添加する添加弁と、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と、を設けた内燃機関の排気浄化装置が知られている。添加弁から排気中に添加された尿素水は、排気の熱により分解され、アンモニアに転化してＳＣＲ触媒に吸着される。ＳＣＲ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】
このような排気浄化装置において、排気通路上にヒータを配置し、尿素水を通電発熱させたヒータに添加することにより、尿素水のアンモニアへの熱分解を補助することが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、尿素デポジットを抑制するために、ヒータを構成するハニカム構造体の壁面温度をライデンフロスト現象が生じる温度以上に維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１８０２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒータの温度をライデンフロスト現象が生じる温度以上とすると、ライデンフロスト現象によって、尿素水の液滴がヒータを透過してしまい、尿素水のアンモニアへの分解を促進できないおそれがある。
【０００６】
一方、ヒータの温度をライデンフロスト現象が生じる温度未満とすると、壁面に付着した尿素水の液滴が蒸発することによって、尿素水のアンモニアへの分解は促進されるが、尿素水の液滴の付着によりヒータの温度が下がるため、排気温度を上昇又は維持するというヒータのもう一つの役割を果たすことができないおそれがある。
【０００７】
そこで、本明細書開示の内燃機関の排気浄化装置は、尿素水のアンモニアへの分解促進と、排気温度の上昇又は維持と、を両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された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、前記排気通路に尿素水溶液を添加する添加弁と、前記排気通路の前記添加弁よりも下流側に設けられ、排気を浄化する触媒と、前記排気通路の前記触媒よりも上流側に設けられ、ハニカム構造体と、前記ハニカム構造体に電力を供給し、前記ハニカム構造体を発熱させる電力供給部と、を有するヒータと、を備え、前記ハニカム構造体は、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書開示の内燃機関の排気浄化装置によれば、尿素水のアンモニアへの分解促進と、排気温度の上昇又は維持と、を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の部分Ａ１の拡大図である。
【図３】図３は、尿素水の液滴へ供給される熱を表す図である。
【図４】図４は、尿素水の液滴によって冷却されたハニカム構造体の壁面温度を表す図である。
【図５】図５（Ａ）は、第１実施形態の変形例１に係る第１部材及び第２部材の構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、ヒータの奥行方向における位置を例示する図であり、図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）は、第１部材及び第２部材の厚みを示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、第１実施形態の変形例２に係る第１部材及び第２部材の構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、ヒータの奥行方向における位置を例示する図であり、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、それぞれ第１部材及び第２部材の厚みを示す図である。
【図７】図７（Ａ）は、第１実施形態の変形例３に係る第１部材及び第２部材の構成を示す図であり、図７（Ｂ）は、ヒータの奥行方向における位置を例示する図であり、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、それぞれ第１部材及び第２部材の比熱を示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、ヒータの奥行方向における位置を例示する図であり、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、それぞれ第１部材及び第２部材の比熱を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、ヒータの奥行方向における位置を例示する図であり、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は、それぞれ第１部材及び第２部材の比熱を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、ハニカム構造体の金属部材を展開した図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、ヒータの奥行方向における位置を例示する図であり、図１１（Ｂ）は、ハニカム構造体を構成する金属部材の抵抗値を表す図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、ＥＣＵが実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（Ａ）は、第２実施形態の変形例１に係る排気浄化装置の構成を例示する図であり、図１４（Ｂ）は、第２実施形態の変形例２に係る排気浄化装置の構成を例示する図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、第２実施形態の変形例３に係る排気浄化装置の構成を例示する図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、第３実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す概略図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、第３実施形態の変形例１に係る排気浄化装置の構成を示す概略図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
【００１２】
≪第１実施形態≫
まず、図１を参照し、第１実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関について説明する。図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置１００が適用された内燃機関１０の構成を示す概略図である。図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の部分Ａ１の拡大図である。
【００１３】
内燃機関１０は、例えば、自動車に搭載された圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼル機関であり、図１では、機関本体１１から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系および機関内部機構等は省略されている）。
【００１４】
内燃機関１０の排気管１２によって区画形成された排気通路１４には、上流側から順に、尿素添加弁２７、ヒータ４０およびＳＣＲ触媒５０が設けられている。
【００１５】
尿素添加弁２７は排気通路１４に尿素水（尿素水溶液）を添加する。尿素添加弁２７は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００に接続されている。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備え、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。尿素添加弁２７は、ＥＣＵ２００の制御の下、ヒータ４０に向けて尿素水を噴射する。
【００１６】
ＳＣＲ触媒５０は、排気通路１４の尿素添加弁２７よりも下流側に設けられ、アンモニア（ＮＨ３）を利用して排気中のＮＯｘを還元して窒素および水に分解することで、排気を浄化する。
【００１７】
ヒータ４０は、排気通路１４においてＳＣＲ触媒５０よりも上流側に設けられ、尿素水をアンモニアに分解するとともに、排気温度を上昇させる、又は、排気温度を維持する。
【００１８】
ヒータ４０は、図２（Ａ）に示すように、四角形や六角形、八角形等の形状を有するセルを複数備えるハニカム構造体４１と、ハニカム構造体４１に電力を供給する電極４２と、を備える。電極４２は、電力供給部の一例である。
【００１９】
電極４２は、図１に示すように、加熱制御回路４８に接続されている。加熱制御回路４８は、ＥＣＵ２００の制御の下、電極４２がハニカム構造体４１に供給する電力を制御することにより、ハニカム構造体４１の壁面温度を制御する。
【００２０】
ハニカム構造体４１は、尿素添加弁２７から尿素水の添加によって、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域とが形成されるよう構成されている。
【００２１】
具体的には、ハニカム構造体４１は、例えば、図２（Ｂ）に示す、金属製の第１部材４１ａと金属製の第２部材４１ｂとからなる金属部材４１ｃを渦巻き状に丸めることで形成されている。本第１実施形態において、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの材料は同一であるが、第１部材４１ａの厚みｔ２は、第２部材４１ｂの厚みｔ３よりも厚くなっている。そのため、第１部材４１ａの熱容量は、第２部材４１ｂの熱容量よりも大きくなっている。
【００２２】
上記のように構成されたハニカム構造体４１に対し、加熱制御回路４８は、ＥＣＵ２００の制御の下、電力を供給することによって、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂを加熱し、その温度を、ライデンフロスト現象が生じる温度以上とする。
【００２３】
尿素添加弁２７から噴射された尿素水の液滴が、第１部材４１ａに接すると、ライデンフロスト現象により、液滴が微粒化される。第１部材４１ａは、熱容量が大きいため、尿素水の液滴が接しても、その温度が低下しにくい。すなわち、尿素水の添加が開始された後も、第１部材４１ａの温度は、ライデンフロスト現象が生じる温度以上に保たれる。そのため、第１部材４１ａは、尿素の液滴を微粒化するとともに、排気温度を上昇させる、又は、維持する。第１部材４１ａは、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域の一例である。
【００２４】
第１部材４１ａにおいて微粒化された液滴が、第２部材４１ｂに衝突すると、液滴はその衝突位置で第２部材４１ｂに付着する。これは、第２部材４１ｂは熱容量が小さいため、液滴が衝突すると衝突位置での温度が低下し、ライデンフロスト現象が生じる温度以下となるためである。すなわち、尿素水の添加によって、第２部材４１ｂの温度は、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる。第２部材４１ｂに付着した尿素の液滴は、蒸発し、アンモニアに分解される。すなわち、第２部材４１ｂは、尿素水のアンモニアへの分解を促進する。第２部材４１ｂは、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域の一例である。
【００２５】
以上、詳細に説明したように、第１実施形態に係る内燃機関１０の排気浄化装置１００は、内燃機関１０の排気通路１４に設けられ、排気通路１４に尿素水を添加する尿素添加弁２７と、排気通路１４の尿素添加弁２７よりも下流側に設けられ、排気を浄化するＳＣＲ触媒５０と、ハニカム構造体４１と、ハニカム構造体４１に電力を供給し、ハニカム構造体４１を発熱させる電極４２と、を有し、排気通路１４のＳＣＲ触媒５０よりも上流側に設けられるヒータ４０と、を備える。ハニカム構造体４１は、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる第１部材４１ａと、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる第２部材４１ｂと、を有する。これにより、第１部材４１ａによって、排気温度の上昇又は維持を行うとともに、第２部材４１ｂによって、尿素水へのアンモニアへの分解を促進することができる。すなわち、尿素水へのアンモニアへの分解促進と、排気温度の上昇又は維持と、を両立することができる。
【００２６】
ここで、例えば、第１部材４１ａと第２部材４１ｂとが同一の材料から形成され同一の厚みを有する場合を比較例として考える。この場合、第１部材４１ａと第２部材４１ｂとは、同一の熱容量を有する。ここで、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの温度をライデンフロスト現象が生じる温度以上とした場合、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの熱容量が大きいと、尿素水を添加しても、その壁面温度がライデンフロスト現象が生じる温度未満とならない。そのため、ライデンフロスト現象によって微粒化された尿素水は、ハニカム構造体４１の壁面に付着できずに、ヒータ４０をすり抜けてしまい、アンモニアの生成が行われない。
【００２７】
図３は、尿素水の液滴へ供給される熱を表す図であり、横軸は、ライデンフロスト現象による液滴分裂個数を表し、縦軸は、ハニカム構造体４１の壁面から尿素水の液滴に供給される熱を表す。ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を有さない比較例では、尿素水の液滴が壁面に付着できないため、尿素水の液滴に熱が伝わらないことがわかる。一方、第１実施形態では、微粒化によって、尿素水の液滴に、熱をより多く供給することができ、尿素水のアンモニアへの分解が促進されていることがわかる。
【００２８】
また、比較例において、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの温度をライデンフロスト現象が生じる温度未満とした場合、尿素水の液滴が微粒化されずに壁面に付着するため、ハニカム構造体４１の壁面温度がアンモニアの生成が不可能な温度まで冷却されてしまう。
【００２９】
図４は、尿素水の液滴によって冷却されたハニカム構造体４１の壁面温度を表す図である。図４において、比較例では、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの温度をライデンフロスト現象が生じる温度未満としているため、ライデンフロスト現象による微粒化は生じず、微粒化されていない液滴が壁面に付着するため、ハニカム構造体の壁面温度がアンモニアの生成が可能な温度以下まで冷却されてしまうことがわかる。一方、第１実施形態では、尿素水は微粒化されてからハニカム構造体４１の壁面（第２部材４１ｂ）に付着するため、ハニカム構造体４１の壁面の局所的な過冷却が起こらず、アンモニアの生成が可能な温度を維持することができる。
【００３０】
なお、上記第１実施形態において、第１部材４１ａの厚みｔ２を、第２部材４１ｂの厚みｔ３よりも薄くしてもよい。この場合、第１部材４１ａが、尿素水の添加によりライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を形成し、第２部材４１ｂが、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域を形成する。
【００３１】
≪第１実施形態の変形例１≫
ハニカム構造体４１の奥行方向（排気の上流から下流の方向）に第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの厚みを変化させることにより、ハニカム構造体４１に、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域とを形成してもよい。
【００３２】
図５（Ａ）は、第１実施形態の変形例１に係る第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、ヒータ４０の奥行方向における位置を例示する図であり、図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）は、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの厚みを示す図である。
【００３３】
第１実施形態の変形例１において、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂとは、同一の材料から形成され、図５（Ａ）に示すように、同一の厚みを有するが、ハニカム構造体４１の奥行方向においてその厚みが変化する。具体的には、図５（Ｂ）に示すハニカム構造体４１の奥行方向の位置Ｐ０とＰ１との間における厚みがｔ４となっており、位置Ｐ１とＰ３との間における厚みがｔ５（＞ｔ４）となっている（図５（Ｃ）参照）。このように構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお、第１実施形態の変形例１において、図５（Ｄ）に示すように位置Ｐ０とＰ１との間における第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの厚みをｔ５とし、位置Ｐ１とＰ３との間における第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの厚みをｔ４としてもよい。また、図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）に示すように、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの厚みが奥行方向において連続的に変化してもよい。
【００３５】
≪第１実施形態の変形例２≫
第１部材４１ａと第２部材４１ｂとが異なる厚みを有し、第１部材４１ａの厚み及び第２部材４１ｂの厚みをそれぞれ、ヒータ４０の奥行方向に変化させてもよい。
【００３６】
図６（Ａ）は、第１実施形態の変形例２に係る第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、ヒータ４０の奥行方向における位置を例示する図であり、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、それぞれ第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの厚みを示す図である。
【００３７】
図６（Ａ）に示すように、第１部材４１ａと第２部材４１ｂとは異なる厚みを有する。第１部材４１ａの厚みは、奥行方向において、例えば、図６（Ｃ）に示すように変化し、第２部材４１ｂの厚みは、奥行方向において、例えば、図６（Ｄ）に示すように変化する。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
≪第１実施形態の変形例３≫
ハニカム構造体４１を構成する第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの比熱を異ならせることにより、ハニカム構造体４１に、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を形成してもよい。
【００３９】
図７（Ａ）は、第１実施形態の変形例３に係る第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの構成を示す図であり、図７（Ｂ）は、ヒータ４０の奥行方向における位置を例示する図であり、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、それぞれ第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの比熱を示す図である。
【００４０】
図７（Ａ）に示すように、ハニカム構造体４１を形成する金属部材４１ｃの第１部材４１ａと第２部材４１ｂとは、例えば、同一の厚みを有するが、比熱が異なる材料で形成されている。例えば、第１部材４１ａは比熱ｃ２を有する材料から形成され、第２部材４１ｂは、比熱ｃ２よりも大きい比熱ｃ３を有する材料から形成される。なお、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）に示すように、ヒータ４０の奥行方向における比熱は一定である。上記構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第１部材４１ａが比熱ｃ３を有する材料から形成され、第２部材４１ｂが比熱ｃ２を有する材料から形成されていてもよい。
【００４１】
≪第１実施形態の変形例４≫
第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの比熱を、ヒータ４０の奥行方向に異ならせることにより、ハニカム構造体４１に、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を形成してもよい。
【００４２】
図８（Ａ）は、ヒータ４０の奥行方向における位置を例示する図であり、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、それぞれ第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの比熱を示す図である。
【００４３】
第１実施形態の変形例４において、第１部材４１ａと第２部材４１ｂとは、同一の比熱を有する材料から形成される。図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、図８（Ａ）の位置Ｐ０とＰ１との間において、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂは、比熱ｃ２を有する。また、位置Ｐ１とＰ３との間において、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂは、比熱ｃ３を有する。すなわち、位置Ｐ０とＰ１との間では、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂは比熱ｃ２を有する材料から形成され、位置Ｐ１とＰ３との間では、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂは比熱ｃ３を有する材料から形成されている。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
≪第１実施形態の変形例５≫
第１部材４１ａと第２部材４１ｂとを比熱が異なる材料から形成し、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂのそれぞれの比熱を、ハニカム構造体４１の奥行方向に変化させてもよい。
【００４５】
図９（Ａ）は、ヒータ４０の奥行方向における位置を例示する図であり、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は、それぞれ第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの比熱を示す図である。
【００４６】
例えば、第１部材４１ａ及び第２部材４１ｂの比熱は、それぞれ、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、ヒータ４０の奥行方向に変化する。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
≪第１実施形態の変形例６≫
ハニカム構造体４１を構成する金属部材４１ｃの抵抗を変えることによって、ヒータ４０に、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域と、を形成してもよい。
【００４８】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、ハニカム構造体４１の金属部材４１ｃを展開した図である。図１０（Ａ）に示すように、金属部材４１ｃの第１部分Ｐ１０の抵抗値はＲ１、第２部分Ｐ２０の抵抗値はＲ２（Ｒ１＜Ｒ２）となっており、第１部分Ｐ１０は、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域を形成し、第２部分Ｐ２０は、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を形成する。抵抗値Ｒ１及びＲ２は、第１部分Ｐ１０が、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域を形成し、第２部分Ｐ２０が、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を形成するように、適宜設定すればよい。
【００４９】
なお、例えば、図１０（Ｂ）に示すように、金属部材４１ｃの第１部分Ｐ１０の抵抗値をＲ１とし、第２部分Ｐ２０の抵抗値をＲ２とし、第３部分Ｐ３０の抵抗値をＲ３（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３）としてもよい。また、図１０（Ｃ）に示すように、金属部材４１ｃの第１部分Ｐ１０の抵抗値をＲ１とし、第２部分Ｐ２０の抵抗値をＲ２とし、第３部分Ｐ３０の抵抗値をＲ１としてもよい。
【００５０】
≪第１実施形態の変形例７≫
ハニカム構造体４１の奥行方向において、金属部材４１ｃの抵抗を変化させることにより、ハニカム構造体４１に、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域と、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域と、を形成してもよい。
【００５１】
図１１（Ａ）は、ヒータ４０の奥行方向における位置を例示する図であり、図１１（Ｂ）は、金属部材４１ｃの抵抗値を表す図である。例えば、図１１（Ａ）の位置Ｐ０とＰ１との間において、ハニカム構造体４１の金属部材４１ｃの抵抗値をＲ１とし、位置Ｐ１とＰ３との間において、金属部材４１ｃの抵抗値をＲ２としてもよい。
【００５２】
≪第２実施形態≫
図１２は、第２実施形態に係る排気浄化装置１００Ａを適用した内燃機関１０Ａの一例を示す図である。
【００５３】
第２実施形態に係る内燃機関１０Ａでは、ヒータ４０Ａが、第１ヒータ４０１と第２ヒータ４０２とを有する点が、第１実施形態及びその変形例と異なる。また、ＳＣＲ触媒５０には、ＳＣＲ触媒５０の温度を計測する温度センサ４５が設けられている。温度センサ４５は、ＥＣＵ２００と電気的に接続されている。
【００５４】
第１ヒータ４０１は、ハニカム構造体４１１と、ハニカム構造体４１１に電力を供給する電極４２１と、を備え、第２ヒータ４０２は、ハニカム構造体４１２と、ハニカム構造体４１２に電力を供給する電極４２２と、を備える。電極４２１及び４２２は、それぞれ加熱制御回路４８１及び４８２に接続されている。加熱制御回路４８１及び４８２は、ＥＣＵ２００と電気的に接続されている。
【００５５】
ここで、ＥＣＵ２００が実行する第１ヒータ４０１及び第２ヒータ４０２の制御処理について説明する。図１３は、ＥＣＵ２００が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。図１３の処理は、例えば、内燃機関１０Ａが始動すると、開始される。
【００５６】
ＥＣＵ２００は、電極４２１及び４２２により、ハニカム構造体４１１及び４１２への通電を開始し、ハニカム構造体４１１及び４１２の温度をライデンフロスト現象が発生する温度以上とする（ステップＳ１１，Ｓ１３）。
【００５７】
次に、ＥＣＵ２００は、ＳＣＲ触媒５０に設置された温度センサ４５により、ＳＣＲ触媒５０の温度計測を開始する（ステップＳ１５）。
【００５８】
ＥＣＵ２００は、ＳＣＲ触媒５０の温度が、第１温度閾値未満か否かを判断する（ステップＳ１７）。ＳＣＲ触媒５０の温度が、第１温度閾値未満の場合（ステップＳ１７／ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、第１ヒータ４０１及び第２ヒータ４０２の制御モードを、触媒昇温促進モードとし（ステップＳ１９）、ハニカム構造体４１１及び４１２への印加電力を増加する（ステップＳ２１）。これにより、第１ヒータ４０１及び第２ヒータ４０２により加熱された排気及び尿素水がＳＣＲ触媒５０に流れ込むため、ＳＣＲ触媒５０を昇温させることができる。
【００５９】
一方、ＳＣＲ触媒５０の温度が、第１温度閾値以上の場合（ステップＳ１７／ＮＯ）、ＥＣＵ２００は、制御モードを蒸発・昇温両立モードとする（ステップＳ２３）。
【００６０】
具体的には、ＥＣＵ２００は、下流側のハニカム構造体４１２への印加電力を、排気温度を上昇させる又は維持することのできる所定の電力で保持するとともに（ステップＳ２５）、上流側のハニカム構造体４１１への印加電力を減少させる（ステップＳ２７）。例えば、ＥＣＵ２００は、下流側のハニカム構造体４１２の壁面温度がライデンフロスト現象が生じる温度以上となるよう、ハニカム構造体４１２への印加電力を保持し、上流側のハニカム構造体４１１の壁面温度が、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となるよう、ハニカム構造体４１１への印加電力を減少させる。これにより、尿素添加弁２７から噴射された尿素水は、上流側のハニカム構造体４１１の壁面に付着し、蒸発してアンモニアとなり、下流側のハニカム構造体４１２を通り抜けて、ＳＣＲ触媒５０へ到達する。下流側のハニカム構造体４１２を通り抜ける過程で、排気及びアンモニアの温度が上昇するため、ＳＣＲ触媒５０を昇温させることができる。したがって、尿素水を蒸発させるとともに、ＳＣＲ触媒５０の昇温を行うことができる。
【００６１】
次に、ＥＣＵ２００は、ＳＣＲ触媒５０の温度が、第２温度閾値以上か否かを判断する（ステップＳ２９）。ＳＣＲ触媒５０の温度が、第２温度閾値以上の場合（ステップＳ２９／ＹＥＳ）、下流側のハニカム構造体４１２への印加電力を減少させる（ステップＳ３１）。これにより、ＳＣＲ触媒５０の温度がＳＣＲ触媒５０にアンモニアが吸着できなくなる温度となるのを防ぎ、ＳＣＲ触媒５０が所定量のアンモニアを吸着するようにする。
【００６２】
一方、ＳＣＲ触媒５０の温度が、第２温度閾値未満（ステップＳ２９／ＮＯ）の場合、下流側のハニカム構造体４１２への印加電力を保持する（ステップＳ３３）。これにより、排気温度を上昇させる又は維持し、ＳＣＲ触媒５０の昇温を行うことができる。
【００６３】
ステップＳ２１、Ｓ３１及びＳ３３の終了後は、ステップＳ１７に戻る。
【００６４】
以上、詳細に説明したように、第２実施形態に係る排気浄化装置１００Ａは、内燃機関１０Ａの排気通路１４に設けられ、排気通路１４に尿素水を添加する尿素添加弁２７と、排気通路１４の尿素添加弁２７よりも下流側に設けられ、排気を浄化するＳＣＲ触媒５０と、排気通路１４のＳＣＲ触媒５０よりも上流側に設けられるヒータ４０Ａと、を備える。ヒータ４０Ａは、ハニカム構造体４１１と、ハニカム構造体４１１に電力を供給し、ハニカム構造体４１１を発熱させる電極４２１と、を有する第１ヒータ４０１と、ハニカム構造体４１２と、ハニカム構造体４１２に電力を供給し、ハニカム構造体４１２を発熱させる電極４２２と、を有する第２ヒータ４０２と、を含む。第１ヒータ４０１のハニカム構造体４１１は、その温度をライデンフロスト現象が生じる温度未満となるように電力を供給され、第２ヒータ４０２のハニカム構造体４１２は、その温度がライデンフロスト現象が生じる温度以上となるように電力を供給される。これにより、第１ヒータ４０１で尿素水のアンモニアへの分解を促進するとともに、第２ヒータ４０２によって排気温度を上昇させる、又は維持することができる。
【００６５】
≪第２実施形態の変形例１≫
図１４（Ａ）は、第２実施形態の変形例１に係る排気浄化装置１００Ａ１の構成を例示する図である。図１４（Ａ）に示すように、尿素添加弁２７は、第１ヒータ４０１と第２ヒータ４０２との間に設けられ、その尿素噴出口が第１ヒータ４０１に向けられていてもよい。
【００６６】
≪第２実施形態の変形例２≫
図１４（Ｂ）は、第２実施形態の変形例２に係る排気浄化装置１００Ａ２の構成を例示する図である。図１４（Ｂ）に示すように、第１ヒータ４０１及び第２ヒータ４０２を、１つの筐体内に設けてもよい。
【００６７】
≪第２実施形態の変形例３≫
図１５（Ａ）は、第２実施形態の変形例３に係る排気浄化装置１００Ａ３の構成を例示する図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。第２実施形態の変形例３に係る排気通路１４は、図１５（Ａ）に示すように屈曲している。このように屈曲した排気通路１４内に、上流側から、第１ヒータ４０１、第２ヒータ４０２、及びＳＣＲ触媒５０を順に設けてもよい。
【００６８】
≪第３実施形態≫
図１６（Ａ）は、第３実施形態に係る排気浄化装置１００Ｄの構成を示す概略図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。第３実施形態に係る排気浄化装置１００Ｄは、ヒータ４０Ｄの構成が、第１実施形態に係るヒータ４０と異なる。
【００６９】
第３実施形態に係るヒータ４０Ｄは、第１ハニカム構造体４１１Ｄと、第２ハニカム構造体４１２Ｄと、第１電極４２１Ｄと、第２電極４２２Ｄと、を備える。第１ハニカム構造体４１１Ｄは、第１電極４２１Ｄに接続され、第２ハニカム構造体４１２Ｄは、第２電極４２２Ｄに接続されている。
【００７０】
第１ハニカム構造体４１１Ｄには、第１電極４２１Ｄから、第１ハニカム構造体４１１Ｄの壁面温度をライデンフロスト現象が生じる温度以上とする電力が供給される。第２ハニカム構造体４１２Ｄには、第２電極４２２Ｄから、第２ハニカム構造体４１２Ｄの壁面温度をライデンフロスト現象が生じる温度よりも低く、かつ、尿素水の液滴を蒸発させることができる温度以上とする電力が供給される。第１ハニカム構造体４１１Ｄは、ライデンフロスト現象が生じる温度以上となる領域を形成し、第２ハニカム構造体４１２Ｄは、ライデンフロスト現象が生じる温度未満となる領域を形成する。
【００７１】
壁面温度がライデンフロスト現象が生じる温度以上となる第１ハニカム構造体４１１Ｄは、尿素添加弁２７から噴射された尿素水を微粒化するとともに、その壁面温度を維持し、排気温度を上昇させる、又は維持する。一方、壁面温度がライデンフロスト現象が生じる温度未満である第２ハニカム構造体４１２Ｄには、尿素添加弁２７から噴射された尿素水の液滴が付着し、蒸発する。これにより、尿素水のアンモニアへの分解を促進することができる。このように、第３実施形態に係る排気浄化装置１００Ｄにおいても、尿素水のアンモニアへの分解促進と、排気温度の上昇又は維持と、を両立することができる。
【００７２】
≪第３実施形態の変形例１≫
図１７（Ａ）は、第３実施形態の変形例１に係る排気浄化装置１００Ｄ１の構成を示す概略図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００７３】
第３実施形態の変形例１に係るヒータ４０Ｄ１は、図１７（Ｂ）に示すように、排気通路１４を取り囲むように、第１ハニカム構造体４１１Ｄと、第２ハニカム構造体４１２Ｄとが設けられている。第１ハニカム構造体４１１Ｄは、第１電極４２１Ｄと接続され、第２ハニカム構造体４１２Ｄは、第２電極４２２Ｄと接続されている。第１ハニカム構造体４１１Ｄは、排気通路１４の上側に配置され、第２ハニカム構造体４１２Ｄは、排気通路１４の下側に配置されている。
【００７４】
上側の第１ハニカム構造体４１１Ｄには、壁面温度をライデンフロスト現象が生じる温度よりも低く、かつ、尿素水を蒸発させることができる温度以上とする電力が第１電極４２１Ｄから供給される。第２ハニカム構造体４１２Ｄには、壁面温度をライデンフロスト現象が生じる温度以上とする電力が第２電極４２２Ｄから供給される。
【００７５】
排気通路１４の上流側から流入した排気は、中央の排気通路１４を境界として上下に分岐し、上側を流れる排気には、尿素添加弁２７から尿素水が添加される。尿素水は、壁面温度がライデンフロスト現象が生じる温度未満である、上側の第１ハニカム構造体４１１Ｄに付着し、蒸発する。これにより、尿素水のアンモニアへの分解を促進することができる。また、下側に分岐した排気は、壁面温度がライデンフロスト現象が生じる温度以上である、下側の第２ハニカム構造体４１２Ｄを通過し、その温度が上昇される、又は維持される。
【００７６】
なお、上記第１〜第３実施形態及びその変形例において、排気通路１４には、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particle Matter）を捕集するフィルタ（例えばＤＰＦ：Diesel Particle Filter）、および酸化触媒などが設けられてもよい。
【００７７】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００７８】
１０，１０Ａ  内燃機関
１４  排気通路
２７  尿素添加弁
４１ａ  第１部材
４１ｂ  第２部材
５０  ＳＣＲ触媒
４０，４０Ａ，４０Ｄ  ヒータ
４１，４１１，４１２  ハニカム構造体
４２，４２１，４２２  電極
２００  ＥＣＵ
４０１  第１ヒータ
４０２  第２ヒータ
４１１Ｄ  第１ハニカム構造体
４１２Ｄ  第２ハニカム構造体
４２１Ｄ  第１電極
４２２Ｄ  第２電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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