(57)【要約】【課題】加熱部の大型化および消費電力の増大を招くことなく、噴射された還元剤の気化を促進し、排気の浄化率を向上する排気浄化装置を提供する。【解決手段】インジェクタ１４から噴射された尿素水は、まず熱受領部２７において排気通路１９を流れる排気と熱交換をした後、加熱部１７において加熱される。そのため、尿素水は、熱受領部２７で排気と熱交換することにより十分に加熱され、加熱部１７において受け取るべき熱量が減少する。また、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、排気とともに排気通路１９を流れることにより、加熱部１７に至るまでに液滴が破壊され、微粒化される。そのため、加熱部１７では、液滴の表面積に対する質量の割合が減少し、液滴との熱交換が促進される。その結果、加熱部１７の大型化および消費電力の増大を招くことなく、噴射された尿素水の気化が促進され、排気の浄化率が向上する。【選択図】図１
2010112230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気が流れる排気通路を形成する排気管部と、
前記排気通路に設けられ、排気に含まれる窒素酸化物を選択的に還元する還元触媒と、
前記還元触媒よりも排気の流れ方向において上流側に設けられ、前記排気通路を流れる排気へ液体の還元剤を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタと前記還元触媒との間の前記排気通路に設けられ、前記インジェクタから噴射された還元剤が前記排気通路を流れることにより排気から熱を受け取る熱受領部と、
前記熱受領部よりも前記還元触媒側の前記排気管部に設けられ、前記排気通路を形成する前記排気管部を加熱する加熱部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記加熱部の近傍における排気の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出した排気の温度に基づいて前記加熱部による前記排気管部の加熱を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気通路を流れる排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
外気の温度を検出する外気温度検出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記加熱部の近傍における前記排気管部の温度、前記排気温度検出手段で検出した排気の温度、および前記外気温検出手段で検出した外気の温度に基づいて前記加熱部による前記排気管部の加熱を制御することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記インジェクタから噴射される前記還元剤の噴射の中心線の延長線上と異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気管部は、前記インジェクタが設けられている第一通路、および前記第一通路に対して所定の角度で接続する第二通路を形成し、
前記加熱部は、前記排気管部のうち前記第二通路の前記第一通路に面する内壁を形成する部分に設けられていることを特徴とする請求項４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、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元する排気浄化装置として、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置は、例えば尿素やアンモニアなどを還元剤として噴射することにより、排気に含まれるＮＯｘを選択的に窒素や水に還元する。このような排気浄化システムの場合、例えば内燃機関の始動時や長時間のアイドリングなど排気の温度が低いとき、インジェクタから噴射された還元剤が排気通路を形成する排気管部の内壁に付着しやすくなる。その結果、排気に噴射された還元剤の一部は、還元触媒における排気中のＮＯｘとの反応しにくくなり、全体としての排気の浄化率は低下する。
そこで、特許文献１では、還元剤を噴射するインジェクタの延長線上、すなわち噴射される還元剤の噴射線上に加熱部としてのヒータパネルを設置している。このヒータパネルへ向けてインジェクタから還元剤を噴射することにより、噴射された還元剤はヒータパネルで加熱される。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の構成の場合、インジェクタから噴射された還元剤は短時間でヒータパネルに衝突するとともに、衝突の衝撃によって短時間でヒータパネルから飛散する。そのため、インジェクタから噴射された還元剤とヒータパネルとの間における熱交換の効率が低下する。また、インジェクタから噴射された直後の還元剤は、液滴の外径が大きい。そのため、液滴の表面積に対する液滴の質量の割合は大きくなり、液滴への熱伝達効率が低下する。これらの結果、ヒータパネルには、十分な面積および大きな発熱量が要求され、消費電力の増大および大型化を招くという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−２６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の目的は、加熱部の大型化および消費電力の増大を招くことなく、噴射された還元剤の気化を促進し、排気の浄化率を向上する排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明では、インジェクタから噴射された還元剤は、熱受領部において排気から熱を受け取った後、加熱部に到達する。すなわち、インジェクタから噴射された還元剤は、まず熱受領部において排気通路を流れる排気と熱交換をした後、加熱部において加熱される。そのため、還元剤は、熱受領部で排気と熱交換することにより十分に加熱され、加熱部において受け取る熱量が低減される。また、インジェクタから噴射された還元剤は、熱受領部において排気とともに排気通路を流れることにより、液滴が破壊され、微粒化される。そのため、加熱部では、液滴の表面積に対する質量の割合が減少し、液滴との熱交換が促進される。これにより、インジェクタから噴射された還元剤は、排気通路を形成する排気管部の壁面に付着しにくくなり、気化が促進されるとともに、例えば尿素からアンモニアへの分解が促進される。また、加熱部に到達する還元剤の液滴の速度は、インジェクタから噴射された直後に比較して低下する。そのため、還元剤の液滴と加熱部との接触時間は比較的大きくなる。したがって、加熱部の大型化および消費電力の増大を招くことなく、噴射された還元剤の気化を促進し、排気の浄化率を向上することができる。
【０００６】
ところで、特許文献１の場合、ヒータパネルは排気の温度に関係なく通電されている。そのため、排気の温度が高く、インジェクタから噴射された還元剤が速やかに気化する場合でも、ヒータパネルは通電される。その結果、無用な通電による消費電力の増大を招くという問題がある。そこで、請求項２記載の発明では、加熱部の近傍における排気の温度を検出する温度検出手段を備えている。インジェクタから噴射された還元剤は、熱受領部で排気から熱を受け取りつつ加熱部に到達する。このとき、加熱部に到達する前に排気通路を形成する排気管部に付着した還元剤は、気化する際に蒸発潜熱により排気管部から熱を奪う。すなわち、加熱部の近傍において排気通路を形成する排気管部の温度は付着した還元剤によって低下し、排気通路を流れる排気の温度も低下する。そして、この還元剤の付着によって排気に生じる温度差は、付着する還元剤の量によって変化する。上述のように、インジェクタから噴射された還元剤は、熱受領部において排気から熱を受け取るため、排気の温度が高いとき、加熱部へほとんど到達しない。これにより、制御手段は、加熱部に到達する還元剤の量が多く温度検出手段で検出した温度の変化が大きなとき加熱部により排気管部を加熱し、加熱部に到達する還元剤の量が少なく温度検出手段で検出した温度の変化が小さなとき排気管部の加熱を停止する。これにより、加熱部は、排気管部に付着する還元剤の量に応じて排気管部の加熱を断続する。したがって、加熱部への無用な通電が低減され、加熱部の消費電力を低減することができる。
【０００７】
請求項３記載の発明では、加熱部の温度だけでなく排気温度および外気温に基づいて加熱部による排気管部の加熱を制御している。これにより、加熱部の温度制御すなわち排気管部の温度を内燃機関の運転状態や外気の状態などに応じてより適切に制御することができる。
請求項４記載の発明では、加熱部はインジェクタから噴射される還元剤の噴射の中心線の延長線上すなわち噴射線上と異なる位置に配置されている。そのため、インジェクタから噴射された還元剤は、加熱部に直接衝突しない。すなわち、インジェクタから噴射された還元剤は、排気に分散され、排気と熱交換をしつつ排気とともに排気通路を流れた後、加熱部へ到達する。したがって、インジェクタから噴射された還元剤は排気から熱を受け取った後に加熱部から熱を受け取ることとなるので、加熱部の発熱量および表面積の増大を招くことがない。
【０００８】
請求項５記載の発明では、加熱部は第二通路の第一通路に面する排気管部の内壁に設けられている。排気通路を形成する排気管部は、必ずしも直線状でなく、一般に複数の位置で折れ曲がっている。インジェクタから噴射された還元剤は、このように排気管部の折れ曲がった部分に付着しやすい。例えばインジェクタが設けられている第一通路と第二通路とがほぼ垂直に折れ曲がっている場合、インジェクタから噴射された還元剤は第一通路を排気とともに流れる。このとき、排気は折れ曲がっている第一通路および第二通路に沿って流れるものの、排気に含まれる還元剤の液滴は慣性力によって主に第一通路に面する第二通路を形成する排気管部の内壁の近傍に衝突しやすくなる。この内壁に対応して加熱部を設けることにより、排気に含まれる還元剤の液滴が第一通路に面する第二通路を形成する内壁の近傍に付着しても、付着した液滴は加熱部によって加熱される。したがって、加熱部における消費電力の増大を招くことなく噴射された還元剤の気化を促進することができ、排気の浄化率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による排気浄化装置を適用したエンジンシステムの一実施形態について図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態によるエンジンシステムを図１に示す。
エンジンシステム１０は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、「エンジン」と省略する。）１１および排気浄化装置１２を備えている。内燃機関は、ディーゼルエンジンに限らず、例えばガソリンエンジンやガスタービンエンジンなどを適用してもよい。排気浄化装置１２は、排気管部１３、インジェクタ１４、還元触媒としてのＳＣＲ触媒１５、制御部１６および加熱部１７を備えている。排気管部１３は、筒状に形成され、一方の端部がエンジン１１に接続し、他方の端部が大気に開放された排気口１８を形成している。これにより、排気管部１３は、エンジン１１と大気とを接続する排気通路１９を形成している。エンジン１１から排出された排気は、排気管部１３が形成する排気通路１９を経由して排気口１８から大気中へ放出される。
【００１０】
インジェクタ１４は、還元剤としての尿素水を噴射する噴孔２１が排気通路１９に露出している。インジェクタ１４は、排気通路１９を流れるエンジン１１からの排気に尿素水を噴射する。ＳＣＲ触媒１５は、排気管部１３が形成する排気通路１９の排気の流れ方向においてインジェクタ１４よりも下流側に設けられている。インジェクタ１４から噴射された尿素水は、排気と混合された後、ＳＣＲ触媒１５へ流入する。排気浄化装置１２は、ＳＣＲ触媒１５だけでなく、例えば酸化触媒、三元触媒、アンモニア酸化触媒あるいはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）などの各種の触媒やフィルなどを有してもよい。
【００１１】
排気浄化装置１２は、例えばＥＣＵ（Electronic Control System）などの制御部１６を備えている。制御部１６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータを有している。制御部１６は、例えばアクセル開度センサ２２や回転数センサ２３などに接続され、これらのアクセル開度センサ２２や回転数センサ２３などから出力された信号に基づいてエンジン１１の運転状態を検出する。制御部１６は、検出したエンジン１１の運転状態に基づいて、インジェクタ１４からの尿素水の噴射量および噴射時期、並びに加熱部１７への通電を制御する。また、制御部１６は、各種のデータやこれらのデータが関連づけられたテーブルを記憶する図示しない不揮発性メモリを有している。
【００１２】
加熱部１７は、例えば電気ヒータなどを有しており、制御部１６からの通電によって発熱する。加熱部１７は、排気通路１９を形成する排気管部１３に取り付けられている。そのため、排気通路１９を形成する排気管部１３の管壁は、加熱部１７によって加熱される。なお、加熱部１７は、例えば板状の発熱部を排気通路１９に設け、自身が排気管部１３の管壁を形成する構成としてもよい。
【００１３】
排気管部１３は、搭載上の制約などによって、エンジン１１から大気に開放されている排気口１８までの間で複数回折れ曲がっていることが一般的である。本実施形態では、エンジン１１からＳＣＲ触媒１５までの間で排気管部１３が一回折れ曲がっている構成を例に説明する。このように排気管部１３は、折れ曲がることにより、インジェクタ１４が設けられている第一通路２４と、この第一通路２４と所定の角度をなす第二通路２５とを形成する。本実施形態の場合、第一通路２４と第二通路２５とがなす角度は、ほぼ９０°である。第一通路２４と第二通路２５とが所定の角度を形成しつつ接続することにより、第二通路２５を形成する排気管部１３の一部の内壁２６は第一通路２４に面する。すなわち、第二通路２５を形成する排気管部１３の一部の内壁２６は、第一通路２４を流れる排気の流線に対し対向する。これにより、第一通路２４を流れる排気は、この内壁２６に当たることにより、第二通路２５側へ流れの方向へ変更する。
【００１４】
インジェクタ１４は、第一通路２４を形成する排気管部１３に設けられている。インジェクタ１４は、尿素水を第一通路２４を流れる排気の流れに対し概ね垂直あるいはやや下流側へ向けて噴射する。そのため、インジェクタ１４から噴射される尿素水の噴射線、すなわちインジェクタ１４から噴射される尿素水の中心軸の延長線上には、第一通路２４を形成する排気管部１３の内壁が面している。加熱部１７は、第一通路２４に面する内壁２６を加熱するように排気管部１３の外周側に設けられている。
【００１５】
インジェクタ１４から第一通路２４へ噴射された尿素水は、第一通路２４を流れる排気と混合されつつ第二通路２５へ向けて流れる。このように、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、第一通路２４を排気とともに流れることにより、第一通路２４を流れる排気から熱を受け取る。すなわち、第一通路２４のうちインジェクタ１４から加熱部１７に至る部分は、熱受領部２７を構成している。これにより、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、第一通路２４を流れる排気から熱を受け取る。これとともに、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、第一通路２４を流れる排気との間の流速差によって発生する剪断力によって液滴が破断され、粒径の小さな液滴へ微粒化される。
【００１６】
排気浄化装置１２は、加熱部１７の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ３１および温度センサ３２を備えている。温度センサ３１および温度センサ３２は、いずれも排気通路１９においてインジェクタ１４と加熱部１７との間に設けられ、第一通路２４のインジェクタ１４よりも下流側を流れる排気の温度を検出する。温度センサ３１および温度センサ３２は、検出した排気の温度を電気信号として制御部１６へ出力する。制御部１６は、温度センサ３１および温度センサ３２で検出した排気の温度の差に基づいて、加熱部１７の温度を算出する。なお、温度センサ３１および温度センサ３２は、加熱部１７の温度の検出を目的としている。そのため、温度センサ３１または温度センサ３２を加熱部１７に設け、加熱部１７の温度を直接検出する構成としてもよい。このように、加熱部１７に設けた温度センサで加熱部１７の温度を直接検出する場合、検出される温度は加熱部１７の局所的な温度であり、温度センサを設ける位置によって検出される温度に分布が生じるおそれがある。そのため、上述のように温度センサ３１および温度センサ３２で検出した排気温度に基づいて加熱部１７の温度を算出することにより、温度分布が平均化された加熱部１７の温度が取得される。
【００１７】
排気浄化装置１２は、排気温度検出手段としての排気温度センサ３３および排気温度センサ３４、並びに外気温度検出手段としての外気温センサ３５をさらに備えている。排気温度センサ３３は、エンジン１１の排気出口側すなわちエンジン１１とインジェクタ１４との間の排気通路１９に設けられている。排気温度センサ３３は、エンジン１１の近傍に設けられ、エンジン１１から排出された直後の排気の温度を検出する。これにより、排気温度センサ３３で検出された排気の温度は、エンジン１１の運転状態によって変化するとともに、インジェクタ１４から噴射された尿素水の影響が含まれない。また、排気温度センサ３３は、エンジン１１から排出された直後の排気の温度を検出するため、エンジン１１に近い位置に設けることが望ましい。
【００１８】
排気温度センサ３４は、排気の流れ方向において加熱部１７よりも下流側であってＳＣＲ触媒１５の上流側に設けられている。排気温度センサ３４は、加熱部１７を通過した排気の温度を検出する。外気温センサ３５は、外気の温度を検出する。外気温とは、例えばエンジンシステム１０を車両に搭載する場合、車両の外部の温度であり、エンジンシステム１０を施設の屋内に設置する場合、施設の外部の温度である。これら排気温度センサ３３、排気温度センサ３４および外気温センサ３５は、検出した排気の温度または外気の温度を電気信号として制御部１６へ出力する。
【００１９】
制御部１６は、排気温度センサ３３および排気温度センサ３４で検出した排気の温度の差と、外気温センサ３５で検出した外気の温度に基づいて、ＳＣＲ触媒１５へ流入する排気の温度すなわちＳＣＲ触媒１５の温度を算出する。つまり、排気温度センサ３３、排気温度センサ３４および外気温センサ３５は、ＳＣＲ触媒１５の温度を検出するための触媒温度検出手段を構成している。なお、これら排気温度センサ３３、排気温度センサ３４および外気温センサ３５は、ＳＣＲ触媒１５の温度を検出することを目的としている。そのため、ＳＣＲ触媒１５に設けた触媒温度センサによりＳＣＲ触媒１５の温度を直接検出する構成としてもよい。このように、ＳＣＲ触媒１５に設けた触媒温度センサでＳＣＲ触媒１５の温度を直接検出する場合、検出される温度はＳＣＲ触媒１５の局所的な温度であり、触媒温度センサを設ける位置によって検出される温度に分布が生じる。そのため、上述のように排気温度センサ３３、３４で検出した排気温度と外気温センサ３５で検出した外気温に基づいてＳＣＲ触媒１５の温度すなわちＳＣＲ触媒１５へ流入する排気の温度を算出することにより、温度分布が平均化されたＳＣＲ触媒１５の温度が取得される。
排気浄化装置１２は、流速センサ３６を備えている。流速センサ３６は、排気通路１９を流れる排気の流速を検出する。本実施形態の場合、流速センサ３６は、排気通路１９のうち第一通路２４においてインジェクタ１４の下流側設けられている。流速センサ３６は、検出した排気の流速を電気信号として制御部１６へ出力する。
【００２０】
次に、上記の構成による排気浄化装置１２の作動について説明する。
制御部１６は、図２に示す流れをメインルーチンとして排気浄化装置１２を作動させる。具体的には、制御部１６は、まずエンジン１１が始動されたか否かを判断する（Ｓ１００）。制御部１６は、例えばイグニションスイッチのオン、アクセル開度センサ２２で検出したアクセルペダルの開度、あるいは回転数センサ２３で検出したエンジン１１の回転数などに基づいてエンジン１１の始動を検出する。
【００２１】
制御部１６は、Ｓ１００においてエンジン１１の始動を検出すると、ＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達しているか否かを判断する（Ｓ２００）。ＳＣＲ触媒１５をはじめとする触媒は、活性温度Ｔａに到達しなければ触媒活性を生じない。ＳＣＲ触媒１５の場合、エンジン１１から排出される排気によって加熱される。そのため、ＳＣＲ触媒１５は、エンジン１１が始動してから触媒活性を生じる活性温度Ｔａに到達するまで数十秒から数分程度の時間を必要とする。また、制御部１６は、ＳＣＲ触媒１５が活性温度Ｔａに到達するまでインジェクタ１４から尿素水を噴射しない。
【００２２】
制御部１６は、Ｓ２００においてＳＣＲ触媒１５が活性温度Ｔａに到達したと判断すると、インジェクタ１４から尿素水の噴射を開始するとともに、加熱部１７および排気通路１９を形成する排気管部１３に尿素水の付着が生じているか否かを判断する（Ｓ３００）。制御部１６は、温度センサ３１、３２で加熱部１７の近傍における排気の温度を検出することにより、排気管部１３への尿素水の付着の有無を判断する。
制御部１６は、Ｓ３００において排気管部１３に尿素水が付着していると判断すると、加熱部１７へ通電する（Ｓ４００）。これにより、排気管部１３は加熱部１７によって加熱され、排気管部１３に付着した尿素水は気化および分解が促進される。
【００２３】
以下、上述した排気浄化装置１２の制御におけるＳ２００からＳ４００までの各処理の詳細な流れを説明する。
（触媒温度検出処理）
制御部１６は、Ｓ１００においてエンジン１１の始動を検出すると、Ｓ２００においてＳＣＲ触媒１５の温度が活性温度Ｔａに到達しているか否かを判断する。具体的な処理は、図３に基づいて以下に説明する。本実施形態の場合、制御部１６は、排気の温度および外気温に基づいてＳＣＲ触媒１５へ流入する排気の温度を算出し、算出した排気の温度からＳＣＲ触媒１５の温度を算出する。なお、上述のようにＳＣＲ触媒１５に触媒温度センサを設け、この触媒温度センサによりＳＣＲ触媒１５の温度を直接検出してもよい。
【００２４】
制御部１６は、排気温度センサ３３でエンジン１１から排出された排気の温度Ｔ１（℃）を取得するとともに（Ｓ２０１）、排気温度センサ３４で排気通路１９を流れる排気の温度Ｔ２（℃）を取得する（Ｓ２０２）。すなわち、制御部１６は、排気の流れ方向において上流側の排気温度センサ３３と下流側の排気温度センサ３４からそれぞれ排気の温度を取得する。制御部１６は、さらに外気温センサ３５から外気の温度Ｔを取得する（Ｓ２０３）。
【００２５】
制御部１６は、Ｓ２０３で取得した外気の温度Ｔから、この外気の温度Ｔに対応する図４に示すような温度テーブル５０を取得する（Ｓ２０４）。制御部１６は、図示しないＲＯＭや不揮発性メモリなどに外気の温度Ｔごとに設定された温度テーブル５０を記憶している。温度テーブル５０は、例えば図４に示すように、外気の温度Ｔごとに上流側の排気温度Ｔ１と下流側の排気の温度Ｔ２とに基づいて設定されたＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃを含んでいる。そこで、制御部１６は、Ｓ２０３で取得した外気の温度Ｔに対応する温度テーブル５０をＲＯＭや不揮発性メモリなどから取得する。
【００２６】
制御部１６は、Ｓ２０４で取得した温度テーブル５０を用いて、Ｓ２０１で取得した上流側の排気の温度Ｔ１およびＳ２０２で取得した下流側の排気の温度Ｔ２に基づいて、ＳＣＲ触媒１５の温度を算出する（Ｓ２０５）。すなわち、温度テーブル５０は、上流側の排気の温度Ｔ１、下流側の排気の温度Ｔ２および外気温Ｔの三つの温度の要素に基づいて、ＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃを算出するために予め設定されている。制御部１６は、取得した外気の温度Ｔごとに設定された温度テーブル５０に排気の温度Ｔ１および排気の温度Ｔ２を適用することにより、ＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃを算出する。この場合、温度テーブル５０に基づいて算出されるＳＣＲ触媒１５の温度は、ＳＣＲ触媒１５そのものの温度でもよく、ＳＣＲ触媒１５へ流入する排気の温度としてもよい。
【００２７】
制御部１６は、Ｓ２０５で算出したＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃと活性温度Ｔａとを比較し、ＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃが活性温度Ｔａ以上となったか否か、すなわちＴｃ≧Ｔａであるかを判断する（Ｓ２０６）。制御部１６は、Ｓ２０５でＴｃ≧ＴａとなるまでＳ２０１からｓ２０６までの処理を繰り返す。一方、制御部１６は、Ｓ２０５でＴｃ≧Ｔａとなったと判断すると、図２に示すメインルーチンへリターンし、Ｓ３００へ移行する。
【００２８】
（尿素水付着判断処理）
制御部１６は、Ｓ２００においてＳＣＲ触媒１５が活性温度Ｔａに到達したと判断すると、Ｓ３００においてインジェクタ１４から尿素水の噴射を開始するとともに、排気通路１９を形成する排気管部１３に尿素水の付着が生じているか否かを判断する。具体的な処理は、図５に基づいて以下に説明する。本実施形態の場合、制御部１６は、排気の温度の変化に基づいて排気通路１９を形成する排気管部１３に尿素水の付着が生じているか否かを判断する。
【００２９】
制御部１６は、温度センサ３１から排気の温度ｔ１を取得するとともに（Ｓ３０１）、温度センサ３２から排気の温度ｔ２を取得する（Ｓ３０２）。制御部１６は、温度センサ３１および温度センサ３２からそれぞれ排気の温度を取得すると、取得した排気の温度ｔ１と排気の温度ｔ２との差を温度差ｔとして算出する（Ｓ３０３）。さらに、制御部１６は、算出した温度差ｔと予め設定されている所定温度差ｔｐとを比較する（Ｓ３０４）。制御部１６は、算出した温度差ｔが所定温度差ｔｐ以上であるとき、すなわちｔ≧ｔｐであるとき、排気管部１３に尿素水の液滴が付着したと判断して図２に示すメインルーチンへリターンし、Ｓ４００へ移行する。
【００３０】
本実施形態の場合、温度センサ３１と温度センサ３２とは、互いに所定の距離を離して配置されている。具体的には、温度センサ３２は、温度センサ３１よりも加熱部１７に近い位置に配置されている。制御部１６は、Ｓ２００においてＳＣＲ触媒１５の温度Ｔｃが活性温度Ｔａに到達すると、インジェクタ１４から尿素水の噴射を開始する。インジェクタ１４から噴射された尿素水は、液滴となってエンジン１１から排出された排気に混合される。尿素水の液滴は、インジェクタ１４から噴射された後、排気通路１９すなわち第一通路２４を流れることにより、高温の排気と接触する。これにより、尿素水の液滴は、第一通路２４を流れる排気から熱を受け取る。つまり、尿素水は、インジェクタ１４から加熱部１７までの間に位置する熱受領部２７において排気から熱を受け取る。また、インジェクタ１４から噴射された尿素水の液滴と排気通路１９を流れる排気との間には、流速の差が生じる。そのため、尿素水の液滴は、尿素水の液滴は粒径の小さな微粒子に剪断される。粒径が減少した尿素水の液滴は、排気から受け取る熱によって気化が促進されるとともに、尿素水に含まれる尿素の分解によるアンモニアの生成が促進される。
【００３１】
一方、粒径が減少した尿素水の液滴は、一部が排気からの熱の受領を経ても水滴のまま排気通路１９を流れ、第一通路２４を形成する排気管部１３の内壁に付着する。第一通路２４を流れる排気の流速は、エンジン１１に近い側ほど大きくなる。そのため、排気に含まれる尿素水の液滴は、加熱部１７に近い位置で排気管部１３の内壁に付着しやすい。特に、第一通路２４に面している排気管部１３の内壁２６の近傍には、尿素水の液滴が付着しやすい。尿素水の液滴が排気管部１３の内壁に付着すると、含まれる水分が蒸発する際の蒸発潜熱によって排気管部１３の温度は急激に低下する。すなわち、排気管部１３の温度は、数秒間で数℃から数十℃低下する。これにともない、排気管部１３の内壁に近い部分を流れる排気の温度も低下する。そこで、制御部１６は、温度センサ３１で検出した排気の温度ｔ１と温度センサ３２で検出した排気の温度ｔ２との温度差ｔが所定値ｔｐ以上になるとき、排気管部１３の一部に尿素水の液滴が付着していると判断する。所定値ｔｐは、例えば５０℃から１００℃程度に設定されている。
【００３２】
（加熱部温度制御処理）
制御部１６は、Ｓ３００において排気管部１３の内壁に尿素水の液滴が付着したと判断すると、Ｓ４００において加熱部１７の温度制御を開始する。具体的な処理は、図６に基づいて以下に説明する。
制御部１６は、排気の温度Ｔ１、Ｔ２を取得する（Ｓ４０１）。この場合、上述のＳ２０１およびＳ２０２で取得した排気の温度Ｔ１、Ｔ２を利用してもよい。また、排気の温度Ｔ１およびＴ２の双方でなく、排気の温度Ｔ１のみ、または排気の温度Ｔ２のみを取得してもよい。制御部１６は、排気の温度を取得すると、外気の温度Ｔを取得する（Ｓ４０２）。この外気の温度Ｔ２も、上述のＳ２０３で取得した値を利用してもよい。
【００３３】
制御部１６は、排気の温度Ｔ１、Ｔ２および外気の温度Ｔを取得すると、排気通路１９を流れる排気の流速ｖを取得する（Ｓ４０３）。制御部１６は、流速センサ３６から第一通路２４を流れる排気の流速を取得する。制御部１６は、Ｓ４０３において排気の流速ｖを取得すると、取得した排気の流速ｖに対応する図７に示すような電力テーブル６０を取得する（Ｓ４０４）。制御部１６は、図示しないＲＯＭや不揮発性メモリなどに排気の流速ｖごとに設定された電力テーブル６０を記憶している。電力テーブル６０は、例えば図７に示すように、排気の流速ｖごとに外気の温度Ｔと排気の温度Ｔ１とに基づいて設定された加熱部１７へ供給すべき電力Ｗを含んでいる。そこで、制御部１６は、Ｓ４０３で取得した排気の流速ｖに対応する電力テーブル６０をＲＯＭや不揮発性メモリなどから取得する。制御部１６は、取得した排気の温度Ｔ１および外気の温度ＴとＳ４０４で取得した電力テーブル６０とを用いて取得した電力Ｗを、加熱部１７に供給する。これにより、加熱部１７は、排気通路１９を形成する排気管部１３を加熱する。なお、図７では、排気の温度として排気温度センサ３３で検出したＴ１を用いる例について説明している。しかし、例えば排気温度センサ３４で用いたＴ２、あるいはＴ１およびＴ２に基づいた平均値や推定値など、電力Ｗの算出には他の値を用いてもよい。
【００３４】
制御部１６は、目標となる排気管部１３の壁面温度ｔｘを設定する（Ｓ４０５）。壁面温度ｔｘは、例えば排気通路１９を流れる排気の流量ｖ、排気の温度Ｔ１および外気温Ｔなどに基づいて設定される。制御部１６は、Ｓ４０５において壁面温度ｔｘを設定すると、排気通路１９を形成する排気管部１３の壁面温度ｔ３を取得する（Ｓ４０６）。制御部１６は、壁面温度ｔ３を排気の温度ｔ１、ｔ２に基づいて算出する。なお、本実施形態において排気管部１３の壁面温度ｔ３を算出する場合、より加熱部１７に近い温度センサ３２を用いて検出した排気の温度ｔ２を用いることが望ましい。また、加熱部１７に温度センサを設ける場合、加熱部１７の温度を直接利用することが望ましい。制御部１６は、温度センサ３２で検出した排気の温度ｔ２に基づいて排気通路１９を形成する排気管部１３の壁面温度、すなわち加熱部１７に近接する排気管部１３の内壁の壁面温度ｔ３を算出する。
【００３５】
制御部１６は、Ｓ４０６において排気管部１３の壁面温度ｔ３を取得すると、Ｓ４０５において設定した目標温度ｔｘと取得した壁面温度ｔ３との差を算出する（Ｓ４０７）。そして、制御部１６は、Ｓ４０７において算出した目標温度ｔｘと壁面温度ｔ３との差に基づいて、加熱部１７へ供給する電力を制御する。すなわち、制御部１６は、壁面温度ｔ３が目標温度ｔｘよりも低いとき、加熱部１７へ供給する電力を増加させる。また、制御部１６は、壁面温度ｔ３が目標温度ｔｘと同一のとき加熱部１７へ供給する電力を変更することなく維持し、壁面温度ｔ３が目標温度ｔｘよりも高いとき加熱部１７へ供給する電力を減少させる。制御部１６は、このように周期的に目標温度ｔｘと壁面温度ｔ３とを比較することにより、加熱部１７へ供給する電力をフィードバック制御して、壁面温度ｔ３を目標温度ｔｘに制御する。制御部１６は、加熱部１７の温度を制御した後、図２のメインルーチンへリターンし、Ｓ１００から処理を繰り返す。
【００３６】
以上説明した本発明の一実施形態では、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、熱受領部２７において排気通路１９を流れることによって排気から熱を受け取った後、加熱部１７に到達する。すなわち、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、まず熱受領部２７において排気通路１９を流れる排気と熱交換をした後、加熱部１７において加熱される。そのため、尿素水は、熱受領部２７で排気と熱交換することにより十分に加熱され、加熱部１７において受け取る熱量が低減される。また、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、熱受領部２７において排気とともに排気通路１９を流れることにより、液滴が破壊され、微粒化される。そのため、加熱部１７では、液滴の表面積に対する質量の割合が減少し、液滴との熱交換が促進される。これにより、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、排気通路１９を形成する排気管部１３の壁面に付着しにくくなり、気化が促進されるとともに、尿素からアンモニアへの分解が促進される。さらに、加熱部１７に到達する尿素水の液滴の速度は、インジェクタ１４から噴射された直後に比較して低下する。そのため、尿素水の液滴と加熱部１７との接触時間は比較的大きくなる。したがって、加熱部１７の大型化および消費電力の増大を招くことなく、噴射された尿素水の気化を促進し、排気の浄化率を向上することができる。
【００３７】
また、一実施形態では、温度センサ３１、３２により排気通路１９を形成する排気管部１３に近い排気の温度を検出している。インジェクタ１４から噴射された後、加熱部１７に到達する前に排気通路１９を形成する排気管部１３に付着した尿素水は、気化する際の蒸発潜熱により排気管部１３から熱を奪う。すなわち、加熱部１７の近傍において排気通路１９を形成する排気管部１３の温度は付着した尿素水の気化によって低下し、排気通路１９を流れる排気の温度も低下する。そして、この尿素水の付着によって生じる温度差は、付着する尿素水の量によって変化する。上述のように、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、熱受領部２７において排気から熱を受け取るため、排気の温度が高いとき、加熱部１７へほとんど到達しない。これにより、制御部１６は、加熱部１７に到達する尿素水の量が多く排気の温度の変化が大きなとき加熱部１７により排気管部１３を加熱し、加熱部１７に到達する尿素水の量が少なく排気の温度の変化が小さなとき排気管部１３の加熱を停止する。これにより、加熱部１７は、排気管部１３に付着する尿素水の量に応じて排気管部１３の加熱を断続する。その結果、排気の温度変化に基づいて算出した尿素水の付着量に応じて、制御部１６は加熱部１７による排気管部１３の加熱の有無を制御する。したがって、無用な排気管部１３の加熱が低減され、加熱部１７の消費電力を低減することができる。
【００３８】
一実施形態では、加熱部１７の温度は、排気温度センサ３３、３４で検出した排気温度および外気温センサ３５で検出した外気温も含めて制御される。これにより、加熱部１７の温度すなわち排気管部１３の温度は、エンジン１１の運転状態や外気の状態などに応じてより適切に制御される。したがって、加熱部１７の消費電力を低減することができる。
【００３９】
一実施形態では、加熱部１７は、排気管部１３のうち第一通路２４に面する第二通路２５を形成する部分に設けられている。そのため、加熱部１７は、インジェクタ１４から噴射される尿素水の噴射線上と異なる位置に配置される。これにより、インジェクタ１４から噴射された尿素水は、加熱部１７に直接衝突することなく排気に分散され、排気と熱交換をしつつ排気とともに排気通路１９を流れた後に加熱部１７へ到達する。したがって、インジェクタ１４から噴射された尿素水は排気から熱を受け取った後に加熱部１７から熱を受け取ることとなるので、加熱部１７の発熱量および表面積の増大を招くことがない。
【００４０】
一実施形態では、加熱部１７は、排気管部１３のうち第二通路２５の第一通路２４に面する部分に設けられている。排気通路１９を形成する排気管部１３は、必ずしも直線状でなく、一般に複数の位置で折れ曲がっている。インジェクタ１４から噴射された尿素水は、このように排気管部１３の折れ曲がった部分に付着しやすい。一実施形態のように第一通路２４と第二通路２５とがほぼ垂直に折れ曲がっている場合、インジェクタ１４から噴射された尿素水はまず第一通路２４を排気とともに流れる。このとき、排気は第一通路２４および第二通路２５に沿って流れるものの、排気に含まれる尿素水の液滴は慣性力によって主に第一通路２４に面する第二通路２５の内壁２６付近に付着しやすくなる。この内壁２６部分に加熱部１７を設けることにより、排気に含まれる尿素水の液滴が付着しやすい内壁２６の近傍が加熱部１７によって加熱される。その結果、尿素水の気化および分解が促進されるとともに、内壁２６の近傍への液滴の付着も低減される。したがって、噴射された尿素水の気化を促進することができ、加熱部１７の消費電力を低減することができる。
【００４１】
（その他の実施形態）
本発明の図３、図５および図６で示した制御部１６による制御の詳細は、一例である。ＳＣＲ触媒１５の温度の検出、排気通路１９を形成する排気管部１３への尿素水の付着、および尿素水が付着しているときの加熱部１７の温度制御は、上記の例に限らず、任意の手順で実施することができる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態による排気浄化装置を適用したエンジンシステムを示す模式図
【図２】本発明の一実施形態による排気浄化装置の主たる流れを示す概略図
【図３】本発明の一実施形態による排気浄化装置におけるＳＣＲ触媒温度の判断の流れを示す概略図
【図４】本発明の一実施形態による排気浄化装置の温度テーブルの一例を示す概略図
【図５】本発明の一実施形態による排気浄化装置における尿素水の付着判断の流れを示す概略図
【図６】本発明の一実施形態による排気浄化装置における加熱部の制御の流れを示す概略図
【図７】本発明の一実施形態による排気浄化装置の電力テーブルの一例を示す概略図
【符号の説明】
【００４３】
図面中、１１はエンジン（内燃機関）、１２は排気浄化装置、１３は排気管部、１４はインジェクタ、１５はＳＣＲ触媒（還元触媒）、１６は制御部（制御手段）、１７は加熱部、１９は排気通路、２４は第一通路、２５は第二通路、２６は内壁、２７は熱受領部、３１、３２は温度センサ（温度検出手段）、３３、３４は排気温度センサ（排気温度検出手段）、３５は外気温センサ（外気温度検出手段）を示す。
【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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