(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＯｘ触媒において、ＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することを目的とする。【解決手段】還元剤供給装置と、選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される、内燃機関の排気浄化システムにおいて、還元剤供給装置から尿素水を供給させる処理である供給処理を実行する制御手段と、供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する算出手段と、を備え、制御手段は、前回の供給処理における尿素水の供給が終了されてから蒸発時間経過後に、今回の供給処理を実行する。【選択図】図８
2019078227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内にアンモニアの前駆体である尿素水を還元剤として供給する還元剤供給装置であって、該排気通路に設けられ尿素水を添加する添加弁を有する還元剤供給装置と、
前記添加弁よりも下流側の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される、内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記還元剤供給装置から尿素水を供給させる処理である供給処理を実行する制御手段と、
前記供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する算出手段と、を備え、
前記制御手段は、前回の前記供給処理における尿素水の供給が終了されてから前記蒸発時間経過後に、今回の前記供給処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアを還元剤としてＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）が知られている。そして、ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路にアンモニアの前駆体である尿素水を添加する添加弁等が設置される。
【０００３】
そして、特許文献１には、ＮＯｘ触媒の温度が低いときに添加弁から尿素水をパルス状に添加して、ＮＯｘ触媒内にアンモニアを貯蔵させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ＮＯｘ触媒の温度に基づいて尿素水の供給圧力を変更することで、添加弁から噴射される尿素水の噴霧粒径が変更される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０１２８３号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＯｘ触媒を用いてＮＯｘを適切に還元するためには、ＮＯｘの還元に必要な量のアンモニアがＮＯｘ触媒に供給されるように、添加弁等から所定の要求量の尿素水が添加される必要がある。
【０００７】
ここで、本願発明者は、添加弁等から添加された尿素水が蒸発する前において、尿素由来の固体析出物が生成し易くなることを新たに見出した。そして、尿素水の添加量が同一の場合、固体析出物が生成される場合は生成されない場合よりも、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下することが判明した。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ触媒において、ＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路内にアンモニアの前駆体である尿素水を還元剤として供給する還元剤供給装置であって、該排気通路に設けられ尿素水を添加する添加弁を有する還元剤供給装置と、前記添加弁よりも下流側の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される、内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記還元剤供給装置から尿素水を供給させる処理である供給処理を実行する制御手段と、前記供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する算出手段と、を備え、前記制御手段は、前回の前記供給処理における尿素水の供給が終了されてから前記蒸発時間経過後に、今回の前記供給処理を実行する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒において、ＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】添加弁から尿素水が添加されるときの、アンモニアの推定吸着量とＮＯｘ浄化率との相関を示す図である。
【図３】添加弁から添加された尿素水の分解工程を表す図である。
【図４Ａ】アンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との相関を示す第一の図である。
【図４Ｂ】アンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との相関を示す第二の図である。
【図５】尿素とイソシアン酸との重合により生成される副生成物を表す図である。
【図６】内燃機関の排気浄化装置における、副生成物の生成態様を説明するための図である。
【図７】アンモニアの吸着量とＮＯｘ浄化率との相関を示す第三の図である。
【図８】第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図９】排気流量、噴射粒径、尿素水の温度、および噴射量と、蒸発速度と、の相関を示す図である。
【図１０】図８に従って実行される供給処理のタイムチャートを示す図である。
【図１１】第一の実施形態の変形例において実行される供給処理のタイムチャートを示す図である。
【図１２】第一の実施形態の変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】第二の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図１４】蒸発速度と到達速度との関係を表す図である。
【図１５】噴射流量が増加するように噴射条件が変更される例である。
【図１６】１回の噴射量が少なくなるように噴射条件が変更される例である。
【図１７】第三の実施形態に係る噴射流量の時間推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。
【００１４】
内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００１５】
内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００１６】
内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には排気の流れに従って順に、
第一ＮＯｘセンサ５０、添加弁５１０、選択還元型ＮＯｘ触媒５２（以下、単に「ＮＯｘ触媒５２」と称する。）、排気温センサ５３、および第二ＮＯｘセンサ５４が設けられている。ＮＯｘ触媒５２は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。第一ＮＯｘセンサ５０は、内燃機関１から排出される排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力し、第二ＮＯｘセンサ５４は、ＮＯｘ触媒５２から流出する排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。また、排気温センサ５３は、ＮＯｘ触媒５２から流出する排気の温度に応じた電気信号を出力する。
【００１７】
そして、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置には、還元剤供給装置５１が設けられている。還元剤供給装置５１は、上述した添加弁５１０、ポンプ５１１、圧力センサ５１２、温度センサ５１３、およびタンク５１４を含む。
【００１８】
タンク５１４には尿素水が貯留されており、添加弁５１０は、タンク５１４内の尿素水を排気通路５に添加する。このようにして、添加弁５１０から噴射された尿素水は、排気の熱またはＮＯｘ触媒５２からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＮＯｘ触媒５２に吸着する。このアンモニアは、ＮＯｘ触媒５２において還元剤として利用される。つまり、還元剤供給装置５１によって排気通路５内に供給された尿素水が分解して、ＮＯｘ触媒５２にアンモニアが供給されることになる。なお、添加弁５１０とＮＯｘ触媒５２との間の排気通路５には、該排気通路５を流れる排気をミキシングするためのミキサ（不図示）が設けられてもよい。
【００１９】
ポンプ５１１は、タンク５１４内に設けられており尿素水を吐出する。ポンプ５１１は、電動ポンプであり、接続された電源から電力が供給されることで回転する。このポンプ５１１は、回転速度を変化させることにより尿素水の吐出量を変化させることができる。これにより尿素水の圧力を調整することができる。
【００２０】
そして、ポンプ５１１と添加弁５１０との間の尿素水の流路には、圧力センサ５１２および温度センサ５１３が設けられている。圧力センサ５１２は、添加弁５１０に供給される尿素水の圧力を検出するセンサであって、温度センサ５１３は、添加弁５１０に供給される尿素水の温度を検出するセンサである。
【００２１】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、第一ＮＯｘセンサ５０、排気温センサ５３、第二ＮＯｘセンサ５４、圧力センサ５１２、温度センサ５１３に加え、アクセルポジションセンサ７、およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２に流入する排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、排気温センサ５３の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２の温度（以下、「触媒温度」と称する場合もある。）を推定する。また、ＥＣＵ１０は、第一ＮＯｘセンサ５０の出力値に基づいてＮＯｘ触媒５２に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出し、更に、該ＮＯｘ濃度と排気流量とに基づいてＮＯｘ触媒５２に流入するＮＯｘ量を推定する。
【００２２】
また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、スロットル弁４１、添加弁５１０、およびポン
プ５１１等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これら各種装置が制御される。ここで、ＥＣＵ１０は、還元剤供給装置５１へ指令信号を送信することで還元剤供給装置５１から尿素水を供給させる。ＥＣＵ１０が、還元剤供給装置５１から尿素水を供給させる処理を、以下「供給処理」と称する。ＥＣＵ１０が供給処理を実行するにあたって、ＥＣＵ１０は、先ず、ＮＯｘ触媒５２においてＮＯｘを適切に還元するために必要なＮＯｘ触媒５２へのアンモニアの供給量（要求供給量）を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、要求供給量に応じた添加弁５１０からの尿素水の添加流量（要求添加流量）を設定する。そして、要求添加流量に対応した指令信号を生成し、該指令信号を還元剤供給装置５１へ送信する。指令信号を受けた還元剤供給装置５１では、該指令信号に応じてポンプ５１１の印加電圧または添加弁５１０の弁開度が制御され、添加弁５１０から尿素水が添加される。つまり、供給処理が実行される。なお、ＥＣＵ１０が供給処理を実行することで、本発明に係る制御手段として機能する。
【００２３】
このような排気浄化装置において、供給処理が実行されると、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニアの吸着量が増加する。そうすると、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率が高くなる傾向にある。図２は、添加弁５１０から尿素水が添加されるときの、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニアの推定吸着量と、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率との相関を示す図である。
【００２４】
なお、図２に示す推定吸着量は、添加弁５１０から添加される尿素水の添加量に基づいて算出される量である。これについて、以下に説明する。図３は、添加弁５１０から添加された尿素水の分解工程を表す図である。図３に示すように、添加弁５１０から添加された尿素水は、水が蒸発することによって尿素となる（ＳＴＥＰ１参照）。そして、この尿素が熱分解されることによって、アンモニア（ＮＨ３）とイソシアン酸（ＨＮＣＯ）が生成される（ＳＴＥＰ２参照）。また、イソシアン酸（ＨＮＣＯ）が加水分解されることによって、アンモニア（ＮＨ３）とＣＯ２が生成される（ＳＴＥＰ３参照）。図２に示す推定吸着量は、このような尿素水の分解工程を経てアンモニア（ＮＨ３）が生成されると仮定して算出される吸着量である。
【００２５】
そして、図２の線Ｌ１に示すように、添加弁５１０から尿素水が添加されると、アンモニアの推定吸着量が増加していき、該吸着量が所定吸着量となるまでは、アンモニアの推定吸着量が多くなるほどＮＯｘ浄化率が高くなる傾向にある。ここで、添加弁５１０から尿素水が添加されることによって、アンモニアの推定吸着量が図２に示すＲ１になったと仮定する。この場合、添加弁５１０から添加された尿素水の全てが図３に示した分解工程に従って分解され、生成されたアンモニア（ＮＨ３）がＮＯｘ触媒５２に吸着しているものとすると、添加弁５１０から尿素水が添加されることなくＮＯｘ触媒５２に吸着したアンモニアを利用してＮＯｘの還元が行われるときには、線Ｌ１に沿ってＮＯｘ浄化率が減少していくことになる。
【００２６】
そして、仮に、上述したアンモニアの推定吸着量と、実際にＮＯｘ触媒５２に吸着されるアンモニアの吸着量（以下、「アンモニアの実吸着量」と称する場合もある。）と、が略同じとなる場合には、アンモニアの推定吸着量に応じてＮＯｘ浄化率を一義的に定めることができる。しかしながら、上述したアンモニアの推定吸着量と、アンモニアの実吸着量と、は相違する場合がある。例えば、図４Ａに示すように、アンモニアの推定吸着量がＲ１と算出されていても、アンモニアの実吸着量は、Ｒ１よりも少ないＲ２となる場合がある。この場合、添加弁５１０から尿素水が添加されることなくＮＯｘ触媒５２に吸着したアンモニアを利用してＮＯｘの還元が行われるときには、線Ｌ２に沿ってＮＯｘ浄化率が減少していくことになる。なお、このような事態は、排気温が比較的低くて且つ排気流量が比較的多い条件（低温・高流量条件）で生じ易くなる。
【００２７】
そして、アンモニアの実吸着量を計測することは困難であるため、実際には、アンモニアの推定吸着量に基づいてＮＯｘ浄化率が推定される。そして、アンモニアの推定吸着量がＲ１と算出されているにもかかわらず、アンモニアの実吸着量がＲ２となっている場合、添加弁５１０から尿素水が添加されることなくＮＯｘ触媒５２に吸着したアンモニアを利用してＮＯｘの還元が行われるときには、図４Ｂに示すように、線Ｌ３に沿ってＮＯｘ浄化率が減少していくことになる。なお、仮に、アンモニアの推定吸着量とアンモニアの実吸着量とが略同じとなる場合には、添加弁５１０から尿素水が添加されることなくＮＯｘ触媒５２に吸着したアンモニアを利用してＮＯｘの還元が行われるときには、図４Ｂの線Ｌ１に沿ってＮＯｘ浄化率が減少していくことになる。
【００２８】
ここで、本願発明者は、鋭意検討を行った結果、尿素水の分解過程で生じる副生成物が固体析出物となって堆積することにより、アンモニアの推定吸着量とアンモニアの実吸着量との相違が生じることを見出した。これについて、以下に詳しく説明する。
【００２９】
図５は、尿素とイソシアン酸との重合により生成される副生成物を表す図である。図５に示すように、尿素とイソシアン酸が重合するとビウレットが生成され、ビウレットとイソシアン酸が重合するとトリウレットが生成される。そして、トリウレットから、更に、シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンといった化合物が生成される。このシアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンといった化合物は、低温では気体成分（アンモニアやイソシアン酸）に分解しない特性を有しており、例えば、メラミンは３８０℃以上にならないと気体成分に分解しない特性を有している。したがって、これら化合物は、固体析出物として堆積し易くなる。
【００３０】
また、図６は、内燃機関の排気浄化装置における、上述した副生成物の生成態様を説明するための図である。ここで、図６に示すように、尿素が熱分解することで生成されたアンモニアとイソシアン酸は、ＮＯｘ触媒５２に流入する。そして、ＮＯｘ触媒５２では、流入したアンモニアが吸着される。また、ＮＯｘ触媒５２内でイソシアン酸が加水分解されることでアンモニアが生成され、該アンモニアがＮＯｘ触媒５２に吸着される。なお、ＮＯｘ触媒５２内でのイソシアン酸の加水分解は、触媒反応によって比較的速く進行する傾向がある。
【００３１】
一方、ＮＯｘ触媒５２に流入する前のイソシアン酸に尿素水の液滴が衝突すると、尿素とイソシアン酸との重合が生じ易くなることが新たに見出された。つまり、ＮＯｘ触媒５２に流入する前のイソシアン酸に尿素水の液滴が衝突することで、上述した副生成物が生成され易くなる。そして、このようにして生成された副生成物は高温（例えば、３８０℃以上）にならないと気体成分に分解しないため、該副生成物は、固体析出物として堆積し易い傾向にある。
【００３２】
ここで、仮に上記の副生成物が生成されないような条件でアンモニアの推定吸着量とＮＯｘ浄化率との相関を取得すると、上記の図４Ｂにおいて見られたヒステリシスは大きく減少する（これは、図７の線Ｌ１と線Ｌ３´とによって表される。）。この場合、添加弁５１０から添加された尿素水（該尿素水に基づくアンモニア）をＮＯｘの還元に効率的に利用することができ、以て、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することができる。そして、上述した副生成物の生成を抑制するためには、添加弁５１０から添加された尿素水を十分に蒸発させることが重要であることが判明した。
【００３３】
ここで、ＥＣＵ１０が供給処理を実行するにあたって、前回の供給処理の実行時の尿素水が蒸発せずに排気通路５内に残存していて、前回の供給処理の実行時の尿素水と今回の供給処理によって添加される尿素水とが干渉してしまうと、尿素水の蒸発が妨げられ、上述した副生成物が生成され易くなる虞がある。そこで、本実施形態に係る内燃機関の排気
浄化システムでは、ＥＣＵ１０が、供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、前回の供給処理における尿素水の供給が終了されてから蒸発時間経過後に、今回の供給処理を実行する。ＥＣＵ１０が実行するこのような処理について、以下に詳しく説明する。
【００３４】
図８は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００３５】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、供給処理を実行するための実行条件が成立しているか否かが判別される。Ｓ１０１では、ＮＯｘ触媒５２へのアンモニアの供給が要求された場合に実行条件成立と判定される。または、上記に加えて、例えば尿素水の温度が添加可能な温度範囲に属する場合に実行条件成立と判定することもできるし、例えば触媒温度が所定温度範囲に属する場合に実行条件成立と判定することもできる。なお、ＮＯｘ触媒５２へのアンモニアの供給が要求されたか否かについては、ＥＣＵ１０が本フローとは異なる周知のフローを実行することによって判定することができる。そして、Ｓ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進み、Ｓ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００３６】
Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０２において、前回の供給処理の実行時のパラメータが読込まれる。ここで、ＥＣＵ１０は、供給処理の実行毎にその実行パラメータを記憶しており、Ｓ１０２では、前回の供給処理の実行時の排気流量、排気温度、尿素水の温度、添加弁５１０から噴射される尿素水の総量（以下、「噴射量」と称する場合もある。）、添加弁５１０から噴射される尿素水の粒径（以下、「噴射粒径」と称する場合もある。）が読込まれる。なお、噴射粒径は、添加弁５１０から噴射される尿素水の流量（以下、「噴射流量」と称する場合もある。）、添加弁５１０から噴射される尿素水の圧力（以下、「噴射圧」と称する場合もある。）、尿素水の温度等に基づいて周知の手法を用いて算出することができる。
【００３７】
次に、Ｓ１０３において、前回の供給処理による尿素水の添加が終了されてから、該供給処理によって添加された尿素水が蒸発するまでの蒸発時間が算出される。ここで、本実施形態における蒸発時間の算出手法について、図９を用いて説明する。図９は、排気流量、噴射粒径、尿素水の温度、および噴射量と、蒸発速度と、の相関を示す図である。図９に示すように、排気流量が多くなるほど、蒸発速度が遅くなる。また、噴射粒径が小さくなるほど、または尿素水の温度が高くなるほど、蒸発速度は速くなる。また、噴射量が多くなるほど、蒸発速度が遅くなる。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、このような相関が、マップまたは関数として予め記憶されている。そして、Ｓ１０３では、このような相関と、Ｓ１０２で読込んだ上記パラメータと、に基づいて蒸発時間が算出される。なお、ＥＣＵ１０がこのように蒸発時間を算出することで、本発明に係る算出手段として機能する。
【００３８】
次に、Ｓ１０４において、前回供給処理の実行完了からＳ１０３で算出した蒸発時間が経過したか否かが判別される。そして、Ｓ１０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進み、Ｓ１０４において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理を繰り返す。
【００３９】
Ｓ１０４において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０５において、還元剤供給装置５１からの尿素水の供給が実行される。そして、Ｓ１０５の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００４０】
以上に述べた制御フローに従って実行される供給処理について、図１０を用いて説明する。図１０は、上記の図８に従って実行される供給処理のタイムチャートを示す図である。なお、図１０における供給処理実行フラグは、供給処理を実行するための実行条件が成立した場合に１にされるフラグである。図１０に示すように、前回の供給処理の実行が時刻ｔ１において終了される。そして、時刻ｔ２において、今回の供給処理の実行条件が成立する。ここで、蒸発時間は、図１０においてΔｔによって表され、時刻ｔ２においては、前回の供給処理の実行が終了されてから（時刻ｔ１から）蒸発時間Δｔが経過していない。したがって、時刻ｔ２では、今回の供給処理は未だ実行されない。そして、時刻ｔ１から蒸発時間Δｔ経過した時刻ｔ３において、今回の供給処理が実行される。
【００４１】
以上に述べたように供給処理が実行されることによって、尿素水の蒸発が妨げられる事態が抑制され、以て、上述した副生成物が生成され難くなる。その結果、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
【００４２】
（第一の実施形態の変形例）
次に、上述した第一の実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
図１１は、本変形例において実行される供給処理のタイムチャートを示す図である。なお、図１１における供給処理実行フラグは、上記の図１０の説明で述べたとおりである。上述した第一の実施形態では、上記の図１０に示したように、供給処理の実行条件が成立している間、添加弁５１０から一定の噴射流量で継続して尿素水が噴射される。一方、本変形例では、図１１に示すように、供給処理の実行条件が成立している間、添加弁５１０からパルス状に尿素水が噴射される。このような態様においては、図１１に示すように、供給処理の実行条件が成立している間、蒸発時間Δｔ´以上の間隔で添加弁５１０からパルス状に尿素水が噴射される。
【００４４】
このような供給処理が実行されるときの制御フローについて、以下に説明する。図１２は、本変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図１２に示す各処理において、上記の図８に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４５】
図１２に示す制御フローでは、Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０１において、ＮＯｘ触媒５２においてＮＯｘを適切に還元するために必要な添加弁５１０からの尿素水の添加量（以下、「要求添加量」と称する場合もある。）が算出される。Ｓ２０１では、ＮＯｘ触媒５２においてＮＯｘを適切に還元するために必要なＮＯｘ触媒５２へのアンモニアの供給量（要求供給量）に基づいて、周知の手法を用いて要求添加量が算出される。また、要求供給量は、例えば、第一ＮＯｘセンサ５０によって検出されたＮＯｘ濃度と排気流量とに基づいて推定されたＮＯｘ触媒５２への流入ＮＯｘ量や触媒温度を考慮して、周知の手法を用いて算出することができる。そして、Ｓ２０１の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。
【００４６】
また、図１２に示す制御フローでは、Ｓ１０４において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０２において、還元剤供給装置５１からの尿素水の供給が実行される。本変形例では、上述したように、供給処理の実行条件が成立している間、添加弁５１０からパルス状に尿素水が噴射されるため、Ｓ２０２では、還元剤供給装置５１からの尿素水の供給を開始してから、予め定められた所定時間が経過すると、還元剤供給装置５１からの尿素水の供給が一旦停止される。
【００４７】
次に、Ｓ２０３において、今回の図１２に示す制御フローの実行においてこれまでに添加弁５１０から添加された尿素水の総量（以下、「現在添加量」と称する場合もある。）が算出される。そして、Ｓ２０３の処理の後、Ｓ２０４において、Ｓ２０３で算出した現在添加量がＳ２０１で算出した要求添加量以上となっているか否かが判別される。そして、Ｓ２０４において肯定判定された場合、本フローの実行が終了され、Ｓ２０４において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ戻る。
【００４８】
このように供給処理が実行されることによっても、尿素水の蒸発が妨げられる事態が抑制され、以て、上述した副生成物が生成され難くなる。その結果、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
【００４９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図１３に示す各処理において、上記の図８に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、本実施形態において、第一の実施形態と実質的に同一の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
図１３に示す制御フローでは、上記の図８に示したＳ１０４の処理の後、Ｓ３０１において、要求添加量が算出される。Ｓ３０１の処理は、上記の図１２に示したＳ２０１の処理と実質的に同一である。次に、Ｓ３０２において、今回の供給処理の実行に伴う蒸発時間が算出される。Ｓ３０２では、上記の図８に示したＳ１０３の処理の説明で述べた相関と、今回の供給処理の実行に伴うパラメータと、に基づいて蒸発時間が算出される。
【００５１】
次に、Ｓ３０３において、今回の供給処理の実行に伴う到達時間が算出される。ここで、到達時間は、添加弁５１０によって噴射された尿素水の液滴が、ＮＯｘ触媒５２の上流側端面に到達するまでの時間である。または、ＮＯｘ触媒５２の上流側にミキサが設けられる場合には、到達時間は、添加弁５１０によって噴射された尿素水の液滴が、ミキサに到達するまでの時間である。なお、到達時間は、添加弁５１０の噴孔からＮＯｘ触媒５２の上流側端面（またはミキサ）までの距離と、添加弁５１０から噴射される尿素水の速度（以下、「噴射速度」と称する場合もある。）および排気の流速と、に基づいて算出される。噴射速度は、噴射流量等に基づいて周知の手法を用いて算出することができる。
【００５２】
このように、本実施形態では、到達時間が算出される。これについて、以下に説明する。上述したように、ＮＯｘ触媒５２に流入する前のイソシアン酸に尿素水の液滴が衝突することで、副生成物が生成され易くなる。そして、このような衝突は、ＮＯｘ触媒５２の上流側端面（またはミキサ）において起こり易くなる。したがって、添加弁５１０によって噴射された尿素水の液滴が、ＮＯｘ触媒５２の上流側端面（またはミキサ）に到達する前に、該液滴が蒸発すれば、上述した衝突が起こり難くなり、以て、副生成物の生成が抑制される。ここで、本実施形態に係る制御フローは、前回供給処理の実行完了から蒸発時間経過後に実行されるフローであるため、前回供給の尿素水と今回供給の尿素水とが干渉することで尿素水の蒸発が妨げられる事態が抑制されているものの、更に、上述した到達時間を考慮することによって、今回供給の尿素水に起因する副生成物の生成をより好適に抑制することができる。
【００５３】
ここで、蒸発速度と到達速度との関係を図１４に示す。図１４に示すように、到達速度は、排気流量が多くなるほど速くなる。そして、蒸発速度が到達速度以上となる条件において、副生成物の生成が抑制されることになる。
【００５４】
したがって、図１３に示す制御フローでは、Ｓ３０３の処理の後、Ｓ３０４において、Ｓ３０３で算出した到達時間がＳ３０２で算出した蒸発時間よりも長いか否かが判別される。そして、Ｓ３０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進み、Ｓ３０４において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０５の処理へ進む。
【００５５】
Ｓ３０４において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０５において、還元剤供給装置５１からの尿素水の供給が実行される。Ｓ３０４において肯定判定される場合、添加弁５１０によって噴射された尿素水の液滴は、ＮＯｘ触媒５２の上流側端面（またはミキサ）に到達する前に蒸発すると判断することができるので、この場合には、上記の図８に示したＳ１０５の処理と同様にして、尿素水の供給を実行することができる。そして、Ｓ１０５の処理の後、本フローの実行が終了される。なお、このＳ１０５の処理による尿素水の供給を、以下通常時の尿素水の供給と称する。
【００５６】
一方、Ｓ３０４において否定判定された場合、次に、Ｓ３０５において、尿素水の噴射条件が変更される。Ｓ３０４において否定判定される場合、添加弁５１０によって噴射された尿素水の液滴は、仮に通常時の尿素水の供給が行われると、蒸発する前にＮＯｘ触媒５２の上流側端面（またはミキサ）に到達すると判断することができるので、この場合には、尿素水の噴射条件が変更される。Ｓ３０５では、蒸発速度が速くなるように（蒸発時間が短くなるように）、噴射粒径が小さくなるような噴射条件に変更される。または、１回の噴射量が少なくなるような噴射条件に変更される。そして、Ｓ３０６において、Ｓ３０５で定めた噴射条件で、還元剤供給装置５１からの尿素水の供給が実行される。そして、Ｓ３０６の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００５７】
以上に述べたように尿素水の噴射条件が変更される態様を、図１５および図１６に例示する。図１５は、噴射流量が増加するように噴射条件が変更される例である。図１５に示すように、通常時には噴射流量ＦＲ１で尿素水の供給が行われるのに対して、噴射条件の変更によって、噴射流量がＦＲ１よりも多いＦＲ２にされる。このように噴射流量が増やされることによって、噴射粒径が小さくされ、尿素水の蒸発を促すことができる。また、図１６は、１回の噴射量が少なくなるように噴射条件が変更される例である。図１６に示すように、通常時には噴射量Ｑ１で１回のみ噴射されているのに対して、噴射条件の変更によって、１回の噴射量がＱ１よりも少ないＱ２で３回噴射される。これによっても、尿素水の蒸発を促すことができる。なお、図１６に示すようにパルス状に尿素水が噴射される場合には、第一の実施形態の変形例で述べたように、蒸発時間以上の間隔でパルス状に尿素水が噴射される。
【００５８】
このように噴射条件が変更されることによって、上述した副生成物が生成され難くなり、以て、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
【００５９】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。上述した第一の実施形態および第二の実施形態は、ＮＯｘ触媒５２へのアンモニアの供給量が要求供給量となるように、要求添加量の尿素水が添加弁５１０から添加される例である。これに対して、本実施形態では、添加弁５１０から噴射された尿素水の液滴の蒸発速度が律速となって、要求添加量の尿素水を添加できない場合の例である。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
図１７は、本実施形態に係る噴射流量の時間推移を示す図である。図１７の上段は、Ｎ
Ｏｘ触媒５２においてＮＯｘを適切に還元するために必要なＮＯｘ触媒５２へのアンモニアの供給量（要求供給量）に基づいて定められる要求添加流量、および尿素水の液滴の蒸発速度に基づいて定められる添加可能流量の時間推移を表しており、図１７の下段は、添加弁５１０から実際に噴射される噴射流量（実添加流量）の時間推移を表している。
【００６１】
図１７の上段に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１１の間および時刻ｔ１２以降は、添加可能流量は要求添加流量以上となっている。一方、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間は、添加可能流量が要求添加流量よりも少なくなっている。そして、図１７の下段に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１１の間は、実添加流量が要求添加流量にされ、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間は、実添加流量が添加可能流量にされる。つまり、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間は、尿素水の液滴の蒸発速度が律速となって、要求添加流量の尿素水を噴射することができないことになる。この場合、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニア量が不足してしまう虞がある。
【００６２】
そこで、本実施形態では、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニア量が不足してしまう事態が生じた後に、添加可能流量が要求添加流量以上となる場合には、図１７の下段に示すように、実添加流量が添加可能流量にされる。つまり、要求添加流量よりも多くの尿素水が噴射されることによって、ＮＯｘ触媒５２におけるアンモニア量が増やされる。これにより、ＮＯｘ触媒５２におけるＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
１０・・・ＥＣＵ
５０・・・第一ＮＯｘセンサ
５１・・・還元剤供給装置
５２・・・ＮＯｘ触媒
５３・・・排気温センサ
５４・・・第二ＮＯｘセンサ
５１０・・添加弁
５１１・・ポンプ
５１２・・圧力センサ
５１３・・温度センサ
５１４・・タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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