(57)【要約】【課題】複数の種類の還元剤を供給可能な１つの噴射弁から還元剤を噴射するときに、噴射しようとする還元剤とは異なる種類の還元剤が噴射されることを抑制する。【解決手段】還元剤を貯留するタンクと、噴射弁と、タンクと噴射弁とを接続する還元剤通路と、還元剤通路に設けられ還元剤を加水分解する加水分解触媒と、加水分解触媒を還元剤が加水分解する加水分解温度以上に加熱する加熱装置と、還元剤を吐出するポンプと、加水分解触媒が加水分解温度未満の状態で還元剤を噴射した後に、加水分解触媒が加水分解温度以上の状態で還元剤を噴射する場合には、加水分解触媒が加水分解温度未満の状態での還元剤の噴射が完了した後であって、加水分解触媒が加水分解温度以上の状態での還元剤の噴射を開始するまでに、加水分解触媒よりも噴射弁側に存在している還元剤が加水分解触媒側に向かって流れるようにポンプを制御する制御装置と、を備える。【選択図】図５
2016102432.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、還元剤により排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
還元剤である液体のアンモニアの前駆体を貯留するタンクと、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、還元剤を噴射する噴射弁と、
前記タンクと前記噴射弁とを接続する還元剤通路と、
前記還元剤通路に設けられ前記アンモニアの前駆体を加水分解する加水分解触媒と、
前記加水分解触媒を前記アンモニアの前駆体が加水分解する加水分解温度以上に加熱する加熱装置と、
還元剤を吐出するポンプと、
前記加熱装置及び前記ポンプを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射した後に、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射する場合には、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態での還元剤の前記噴射弁からの噴射が完了した後であって、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態での還元剤の前記噴射弁からの噴射を開始するまでに、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記排気通路内の温度が、所定温度よりも低い場合には、前記加熱装置による前記加水分解触媒の加熱を実施し、前記排気通路内の温度が前記所定温度以上の場合には、前記加熱装置による前記加水分解触媒の加熱を実施しない請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御する場合に、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在する還元剤の全てが、前記加水分解触媒を含む該加水分解触媒から前記タンク側へ移動するまで前記ポンプを作動させる請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記還元剤通路は、分岐部において分岐し合流部において合流する第一通路及び第二通路を備え、
前記加水分解触媒は、前記第二通路に設けられ、
前記分岐部または前記合流部の少なくとも一方に還元剤の流路を切り換える切換弁を備え、
前記制御装置は、前記排気通路内の温度が、所定温度よりも低い場合には、前記第二通路に還元剤が流通するように前記切換弁を制御すると共に前記加熱装置による前記加水分解触媒の加熱を実施し、前記排気通路内の温度が前記所定温度以上の場合には、前記第一通路に還元剤が流通するように前記切換弁を制御し、
さらに、前記制御装置は、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射した後に、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射する場合には、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態で還元剤の前記噴射弁からの噴射が完了した後であって、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態で還元剤の前記噴射弁からの噴射を開始するまでに、前記第二通路に還元剤が流通するように前記切換弁を制御すると共に前記合流部よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が少なくとも前記加水分解触媒に流入するように前記ポンプを制御する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御するときに、前記加熱装置により前記加水分解触媒を加熱する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御する請求項１から５の何れか１項に記載の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】
内燃機関の排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を設けることが知られている。このＳＣＲ触媒は、還元剤によりＮＯｘを選択還元する触媒である。そして、ＳＣＲ触媒よりも上流側に、液体の還元剤を供給する液体噴射弁と、気体の還元剤を供給する気体噴射弁と、を夫々設け、内燃機関の運転状態などに応じて気体の還元剤または液体の還元剤の何れかの還元剤を噴射する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１０８１１０号
【特許文献２】特開２００４−２０２４５０号公報
【特許文献３】特表２００２−５２２３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、気体噴射弁及び液体噴射弁の夫々を設けることにより、装置が大型化してしまう。そこで、１つの噴射弁から液体の還元剤及び気体の還元剤の夫々を噴射することが考えられる。しかし、例えば液体の還元剤を噴射した後に、気体の還元剤を噴射する場合には、気体の還元剤を噴射するときに噴射弁の中に液体の還元剤が残存している場合もある。この場合、噴射弁の中に残存していた液体の還元剤が最初に噴射され、その後に、気体の還元剤が噴射される。気体の還元剤を噴射した後に液体の還元剤を噴射する場合も同様である。
【０００５】
また、１つの噴射弁から異なる２種類の液体の還元剤を状況によって使い分けて噴射することも考えられる。このような場合であっても、噴射弁の中に残存している種類の異なる還元剤が最初に噴射されることになる。したがって、そのときの状況に応じて最良な還元剤を供給しようとしても、噴射弁の中に残存している最良とはいえない還元剤も供給されてしまう。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の種類の還元剤を供給可能な１つの噴射弁から還元剤を噴射するときに、噴射しようとする還元剤とは異なる種類の還元剤が噴射されることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明に係る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、還元剤により排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、還元剤である液体のアンモニアの前駆体を貯留するタンクと、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられ、還元剤を噴射する噴射弁と、前記タンクと前記噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記還元剤通路に設けられ前記アンモニアの前駆体を加水分解する加水分解触媒と、前記加水分解触媒を前記アンモニアの前駆体が加水分解する加水分解温度以上に加熱する加熱装置と、還元剤を吐出するポンプと、前記加熱装置及び前記ポンプを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射した後に、前記加水分解触媒が前記加水分
解温度以上の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射する場合には、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態での還元剤の前記噴射弁からの噴射が完了した後であって、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態での還元剤の前記噴射弁からの噴射を開始するまでに、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御する。
【０００８】
ここで、還元剤であるアンモニアの前駆体を、加水分解を行ってから排気中へ噴射することにより、より低温でアンモニアに転換されるため、排気通路内の温度及び選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）の温度がより低くてもＮＯｘを浄化することができる。一方、排気通路内の温度が十分に高くなった後では、加水分解を行っていない還元剤であっても、アンモニアに転換される。このため、排気通路内の温度が十分に高くなった後であれば、加水分解を行っていない還元剤を噴射することにより、加水分解に要するエネルギの消費を低減させることができる。また、排気通路内の温度が十分に高くなった後に、加水分解を行った還元剤を噴射すると、還元剤が早期にアンモニアまで転換されてしまい、場合によっては排気中の還元剤の濃度が不均一になる虞もある。したがって、加水分解が行われていない還元剤と、加水分解が行われた後の還元剤と、の何れかを状況に応じて選択し、１つの噴射弁から何れかの還元剤を噴射している。このような場合には、加水分解が行われた還元剤を噴射した後に、加水分解が行われていない還元剤が噴射される場合がある。
【０００９】
ここで、加水分解が行われていない還元剤を噴射した後には、加水分解触媒よりも噴射弁側に加水分解が行われていない還元剤が残留する。なお、加水分解触媒よりも噴射弁側に残留している還元剤を以下では、残留還元剤ともいう。そして、この状態で加水分解が行われた還元剤を噴射させようとすると、加水分解が行われていない残留還元剤が最初に噴射されてしまう。そして、排気通路内の温度が低い場合に、加水分解が行われていない残留還元剤が最初に噴射されると、還元剤がアンモニアまで転換されずにＳＣＲ触媒上に堆積する堆積物へと変化する場合がある。そして、還元剤がアンモニアに転換されずに堆積物へと変化する場合には、ＳＣＲ触媒の還元剤吸着量低下によるＮＯｘ浄化率の低下と共に堆積物によるＳＣＲ触媒の劣化を招く虞がある。
【００１０】
一方、本発明では、加水分解触媒が加水分解温度未満の状態で還元剤を噴射弁から噴射した後に、加水分解触媒が加水分解温度以上の状態で還元剤を噴射弁から噴射する場合には、加水分解触媒が加水分解温度未満の状態での還元剤の噴射弁からの噴射が完了した後であって、加水分解触媒が加水分解温度以上の状態での還元剤の噴射弁からの噴射を開始するまでに、加水分解触媒よりも噴射弁側に存在している還元剤を加水分解触媒側に向かって流している。すなわち、加水分解が行われていない還元剤の噴射が完了した後であって、加水分解が行われた還元剤の噴射を開始するまでに、加水分解が行われていない残留還元剤を加水分解触媒側へ向かって流している。この場合、噴射弁から還元剤噴射する方向とは逆方向に還元剤が流れる。すなわち、残留還元剤を加水分解触媒まで逆流させている。ここで、加水分解が行われていない残留還元剤の少なくとも一部が加水分解触媒へ流入すれば、該加水分解触媒において、残留還元剤を加水分解することが可能となる。したがって、次の還元剤の噴射時に加水分解が行われていない還元剤が噴射されることを抑制できる。すなわち、加水分解が行われていない還元剤を噴射した後に、加水分解が行われていない残留還元剤の少なくとも一部を加水分解触媒へ流入させれば、加水分解触媒へ流入した残留還元剤を加水分解することができる。なお、残留還元剤の加水分解は、加水分解触媒へ残留還元剤を流しつつ（通過させつつ）行ってもよく、加水分解触媒へ残留還元剤を一旦貯留させて行ってもよい。そして、加水分解触媒よりも噴射弁側では、加水分解触媒に流入した残留還元剤の分だけ、加水分解が行われていない残留還元剤が減少する。したがって、次回に加水分解が行われた還元剤を噴射すべきときに、加水分解が行われていない残留還元剤が最初に噴射されることを抑制できる。なお、残留還元剤を加水分解触
媒へ向かって流すことは、加水分解触媒が加水分解温度未満の状態での還元剤の噴射弁からの噴射が完了した後であって、加水分解触媒が加水分解温度以上の状態での還元剤の噴射弁からの噴射を開始するまでの間であれば、いつ行ってもよい。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記排気通路内の温度が、所定温度よりも低い場合には、前記加熱装置による前記加水分解触媒の加熱を実施し、前記排気通路内の温度が前記所定温度以上の場合には、前記加熱装置による前記加水分解触媒の加熱を実施しなくてもよい。
【００１２】
上記したように、加水分解が行われた還元剤を噴射した場合と、加水分解が行われていない還元剤を噴射した場合と、でＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が変わり得る。ここで、排気通路内の温度が所定温度未満の場合には、より低い温度でアンモニアに転換される還元剤を噴射するほうがＮＯｘ浄化率を向上させる上で有利になる。すなわち、排気通路内の温度が所定温度未満の場合には、加水分解を行った還元剤を供給することでＮＯｘ浄化率を向上させることができる。一方、排気通路内の温度が所定温度以上の場合に加水分解した還元剤を噴射させると、還元剤が早期にガス化してしまい還元剤の濃度が不均一になる虞がある。また、加水分解を行うために電力を必要とする場合には、還元剤の加水分解を行うことにより燃費が悪化し得る。したがって、還元剤の加水分解を常に行うことは好ましくない。そこで、排気通路内の温度が所定温度以上の場合には、かえって加水分解が行われていない還元剤を供給することでＮＯｘ浄化率を向上させることができる。また、加水分解触媒を加熱しないことにより、燃費の悪化を抑制できる。なお、所定温度は、加水分解触媒で加水分解が行われていない還元剤をアンモニアに加水分解可能な温度としてもよく、加水分解触媒で加水分解が行われた還元剤を噴射弁から噴射するよりも加水分解触媒で加水分解が行われていない還元剤を噴射弁から噴射するほうがＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が高くなる温度としてもよい。
【００１３】
また、前記制御装置は、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御する場合に、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在する還元剤の全てが、前記加水分解触媒を含む該加水分解触媒から前記タンク側へ移動するまで前記ポンプを作動させることができる。
【００１４】
残留還元剤の一部でも加水分解触媒まで移動すれば、加水分解が行われていない還元剤の量を減少させることができる。さらに、全ての残留還元剤を、加水分解触媒、または、加水分解触媒よりもタンク側の還元剤通路、タンクまで移動させることにより、残留還元剤を全て加水分解することが可能となる。そして、加水分解触媒よりも噴射弁側には還元剤が存在しない状態になる。したがって、加水分解が行われていない還元剤が噴射されることをより抑制できる。
【００１５】
また、前記還元剤通路は、分岐部において分岐し合流部において合流する第一通路及び第二通路を備え、前記加水分解触媒は、前記第二通路に設けられ、前記分岐部または前記合流部の少なくとも一方に還元剤の流路を切り換える切換弁を備え、前記制御装置は、前記排気通路内の温度が、所定温度よりも低い場合には、前記第二通路に還元剤が流通するように前記切換弁を制御すると共に前記加熱装置による前記加水分解触媒の加熱を実施し、前記排気通路内の温度が前記所定温度以上の場合には、前記第一通路に還元剤が流通するように前記切換弁を制御し、さらに、前記制御装置は、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射した後に、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態で還元剤を前記噴射弁から噴射する場合には、前記加水分解触媒が前記加水分解温度未満の状態で還元剤の前記噴射弁からの噴射が完了した後であって、前記加水分解触媒が前記加水分解温度以上の状態で還元剤の前記噴射弁からの噴射を開始するまでに、前記第二通路に還元剤が流通するように前記切換弁を制御すると共に前記合流部よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が少なくとも前記加水分解触媒に流入するよう
に前記ポンプを制御することができる。
【００１６】
この構成では、加水分解触媒を備えていない第一通路と、加水分解触媒を備えている第二通路と、を並列に備えている。加水分解触媒を備えていない第一通路を流通した還元剤は、加水分解が行われていない状態で噴射弁から噴射され、加水分解触媒を備えている第二通路を流通した還元剤は、加水分解が行われた状態で噴射弁から噴射される。ここで、第一通路を介して還元剤を流通させた場合には、還元剤の噴射を停止した後に、合流部から噴射弁側の還元剤通路や噴射弁の内部に加水分解が行われていない還元剤が残留している。この状態で切換弁を切り換えて、第二通路に還元剤を流通させると、合流部よりも噴射弁側に残留している加水分解が行われていない還元剤が噴射弁から最初に噴射されてしまう。これに対し、第一通路を流通した還元剤であって合流部よりも噴射弁側に存在している還元剤を、第二通路側に逆流させることで、加水分解が行われていない還元剤が加水分解触媒に到達する。これにより、第一通路を流通して合流部よりも噴射弁側に残留していた還元剤の加水分解が可能となる。したがって、第二通路を介して還元剤を流通させるときに、加水分解が行われていない還元剤が噴射されることを抑制できる。なお、還元剤を逆流させるときには、合流部から噴射弁側に存在する還元剤の少なくとも一部が加水分解触媒へ到達するまでポンプを作動させればよい。また、合流部から噴射弁側に存在していた還元剤の全てが加水分解触媒を含む該加水分解触媒からタンク側へ移動するまでポンプを作動させてもよい。
【００１７】
前記制御装置は、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御するときに、前記加熱装置により前記加水分解触媒を加熱することができる。
【００１８】
加水分解が行われていない還元剤を第二通路に逆流させるときに、加水分解触媒を加熱しておけば、次回の還元剤供給時に加水分解が行われている還元剤を直ぐに噴射することができる。なお、加水分解触媒まで逆流させた還元剤を、加水分解せずに貯留しておき、次回の還元剤供給時に加水分解触媒を加熱して加水分解を行うこともできる。いずれにせよ、第二通路を介して流通する還元剤は、加水分解が行われる。仮に、次回の還元剤供給時に加水分解が行われていない還元剤を噴射する必要があっても、その時には第一通路を介して還元剤を供給すれば、加水分解が行われた還元剤が噴射されることはない。
【００１９】
また、前記制御装置は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記加水分解触媒よりも前記噴射弁側に存在している還元剤が前記加水分解触媒側に向かって流れるように前記ポンプを制御することができる。
【００２０】
内燃機関の暖機が完了すると、排気通路内の温度も高くなり、噴射弁からは加水分解が行われていない還元剤が噴射される。したがって、内燃機関の暖機が完了した後に該内燃機関が停止されると、加水分解が行われていない還元剤が残留還元剤となる。そして、その後に内燃機関が冷間状態で始動されると、排気通路内の温度が低くなっているため、噴射弁からは加水分解が行われた還元剤を噴射することになる。したがって、内燃機関の冷間始動時に還元剤を加水分解触媒側へ逆流させることにより、加水分解が行われていない還元剤を加水分解触媒へ流入させることができる。一方、内燃機関の冷間始動時でない場合には、還元剤を逆流させる必要がない。内燃機関の冷間始動とは、内燃機関の冷却水の温度が暖機完了後の温度よりも低い状態で始動されることをいう。また、内燃機関の冷間始動時には、内燃機関が始動される直前、または、内燃機関が始動された直後を含むことができる。また、内燃機関が始動されてから暖機完了までを内燃機関の冷間始動時としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の種類の還元剤を供給可能な１つの噴射弁から還元剤を噴射するときに、噴射しようとする還元剤とは異なる種類の還元剤が噴射されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】排気通路内の温度と、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率と、の関係を示した図である。
【図３】排気通路内の温度と、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率と、の関係を示した図である。
【図４】実施例１に係る還元剤供給装置の制御フローを示したフローチャートである。
【図５】実施例１に係る残留還元剤を加水分解触媒に逆流させるときの制御フローを示したフローチャートである。
【図６】実施例１に係る加水分解触媒へ残留還元剤を一旦取り込んだ後にヒータへ通電する場合の制御フローを示したフローチャートである。
【図７】実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図８】実施例２に係る還元剤供給装置の制御フローを示したフローチャートである。
【図９】実施例２に係る残留還元剤を加水分解触媒に逆流させるときの制御フローを示したフローチャートである。
【図１０】実施例２に係る加水分解触媒へ残留還元剤を一旦取り込んだ後にヒータへ通電する場合の制御フローを示したフローチャートである。
【図１１】加水分解触媒を第一通路の周りに配置した場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図１２】切換弁の配置を変えた場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図１３】切換弁を２つ備えた場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図１４】内燃機関の冷却水を加水分解触媒の周りに循環させる場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図１５】加圧下で還元剤の加水分解を行う場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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。
【００２４】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。なお、以下の実施例はガソリンエンジンであっても同様に適用することができる。内燃機関１は例えば車両に搭載される。
【００２５】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、選択還元型ＮＯｘ触媒３（ＳＣＲ触媒３）が設けられている。ＳＣＲ触媒３は、アンモニアを吸着しておき、ＮＯｘが通過するときに、吸着していたアンモニアによりＮＯｘを選択還元する。
【００２６】
ＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２には、ＳＣＲ触媒３へ還元剤を供給する還元剤供
給装置４が設けられている。還元剤供給装置４は、タンク４１、噴射弁４２、還元剤通路４３、加水分解触媒４４、ヒータ４５、ポンプ４６、触媒温度センサ４７を備えている。
【００２７】
タンク４１は、還元剤としての尿素水溶液を貯留している。噴射弁４２はＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２に取り付けられて還元剤を噴射する。還元剤通路４３は、タンク４１と噴射弁４２とを接続して還元剤を流通させる。加水分解触媒４４は、規定の温度以上で尿素を加水分解して、例えば、カルバミン酸アンモニウム、または、炭酸アンモニウムに転換する触媒である。なお、加水分解触媒４４を還元剤が流通しても、還元剤は液体の状態が維持される。このため、噴射弁４２からは液体（水溶液）の還元剤が噴射される。
【００２８】
ヒータ４５は、加水分解触媒４４の外周面上に設けられ、通電することにより発熱して加水分解触媒４４を加熱する。このヒータ４５に加熱されることにより、加水分解触媒４４の温度が、尿素が加水分解される規定の温度以上まで上昇する。なお、尿素水溶液を加水分解する方法としては、例えば特開２００４−２０２４５０号公報に記載の方法を用いてもよい。すなわち、本実施例では、加水分解時に還元剤がガス化することを抑制するために、還元剤供給装置４の内部の圧力を還元剤のガス化を抑制し得る圧力まで高くしてもよい。この構成については、実施例３で説明する。
【００２９】
ポンプ４６は、還元剤通路４３がタンク４１に接続される箇所に設けられており還元剤を吐出する。なお、ポンプ４６は、正転時にタンク４１側から噴射弁４２側に還元剤を吐出し、逆転時に噴射弁４２側からタンク４１側へ還元剤を吐出する。なお、ポンプ４６は、タンク４１内に設置してもよい。ポンプ４６は、電動ポンプであり、電力を供給することで回転する。したがって、ポンプ４６は、内燃機関１の停止時であっても作動可能である。また、加水分解触媒４４には、該加水分解触媒４４の温度を検出する触媒温度センサ４７が設けられている。また、噴射弁４２よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する排気温度センサ５が設けられている。なお、本実施例において排気通路２内の温度といえば、特に断らない限り、排気温度センサ５により検出される温度を示すものとする。さらに、噴射弁４２よりも下流で且つＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２には、還元剤を排気中に分散させるミキサ６が設けられている。このミキサ６は、液体の還元剤を衝突させることにより、該還元剤を排気中に広く分散させる。なお、ミキサ６は必ずしも必要ではない。
【００３０】
本実施例では、尿素、アンモニア、尿素を加水分解して得られる物質（例えば、カルバミン酸アンモニウムや炭酸アンモニウム等）をまとめて還元剤と称する。噴射弁４２からは、アンモニアの前駆体（尿素を加水分解して得られるカルバミン酸アンモニウム若しくは炭酸アンモニウム等、または、尿素）が噴射される。アンモニアの前駆体は、排気の熱またはＳＣＲ触媒３からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒３に吸着される。
【００３１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。なお、実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。
【００３２】
ＥＣＵ１０には、触媒温度センサ４７及び排気温度センサ５が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。そして、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ５の出力信号に基づいて、ＳＣＲ触媒３の温度を推定する。なお、排気温度センサ５により検出される排気の温度がＳＣＲ触媒３の温度と等しいとしてもよい。また、内燃機関１の運転状態に基づいてＳＣＲ触媒３の温度を推定することもできる。一方、ＥＣ
Ｕ１０には、噴射弁４２、ヒータ４５、ポンプ４６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁４２、ヒータ４５、ポンプ４６が制御される。
【００３３】
そして、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒３を通過する排気中のＮＯｘを還元するためにＳＣＲ触媒３へ還元剤を供給する制御である還元剤噴射制御を実施する。還元剤噴射制御では、ポンプ４６を作動させると共に噴射弁４２を開弁することにより、噴射弁４２から還元剤を噴射することで、ＳＣＲ触媒３に還元剤を供給する。噴射弁４２からの還元剤の噴射量は、例えば、ＳＣＲ触媒３に流入するＮＯｘ量に応じて決定される。ＳＣＲ触媒３に流入するＮＯｘ量は、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量と等しい。内燃機関１から排出されるＮＯｘ量は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転速度及び機関負荷）と相関関係にあるため、該内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。また、ＳＣＲ触媒３よりも上流の排気通路２にＮＯｘ濃度を検出するセンサを設け、該センサの検出値と吸入空気量とからＳＣＲ触媒３に流入するＮＯｘ量を推定することもできる。そして、噴射弁４２からの還元剤の噴射は、ＳＣＲ触媒３におけるアンモニアの吸着量が一定となるように実施される。このアンモニア吸着量は、例えば、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率が許容範囲となり、且つ、ＳＣＲ触媒３からアンモニアが流出しないような量である。ＳＣＲ触媒３に流入するＮＯｘ量に基づいて、ＳＣＲ触媒３におけるアンモニアの吸着量の減少量を算出することができるため、このアンモニアの吸着量の減少量を補うように、噴射弁４２から還元剤を噴射する。なお、ＳＣＲ触媒３におけるアンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒３の温度によって変わるため、該ＳＣＲ触媒３の温度に基づいて、目標となるアンモニア吸着量を変化させる。また、噴射弁４２から還元剤を噴射するタイミングは上記のタイミングに限らず、例えば、規定の走行距離毎または既定の時間毎に噴射弁４２から還元剤を噴射してもよい。還元剤噴射制御では、噴射する還元剤の種類に応じて噴射量を変更してもよい。
【００３４】
さらに、ＥＣＵ１０は、排気通路２内の温度（ＳＣＲ触媒３の温度としてもよい。）に応じて、ヒータ４５を制御する。ここで、図２は、排気通路２内の温度と、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率と、の関係を示した図である。実線は噴射弁４２から尿素水溶液を噴射した場合を示し、一点鎖線は噴射弁４２からカルバミン酸水溶液を噴射した場合を示している。ＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒３に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対する、ＳＣＲ触媒３においてＮＯｘが還元されることにより減少する排気中のＮＯｘ濃度の比である。カルバミン酸は、尿素を加水分解して得られる。
【００３５】
図２に示されるように、排気通路２内の温度が低い場合には、尿素を供給するよりも、カルバミン酸を供給するほうが、ＮＯｘ浄化率が高くなる。一方、排気通路２内の温度が高くなると、尿素を供給する場合とカルバミン酸を供給する場合とでＮＯｘ浄化率が逆転し、カルバミン酸を供給するよりも、尿素を供給するほうが、ＮＯｘ浄化率が高くなる。ここで、尿素よりもカルバミン酸を供給するほうがＮＯｘ浄化率が高くなる温度の範囲は、内燃機関１の冷間始動時における温度の範囲であり、内燃機関１の始動から十分に時間が経過すれば、排気通路２内の温度が、この範囲に入ることはほとんどない。図２では、カルバミン酸よりも尿素のほうがＮＯｘ浄化率が高くなる温度の下限値を所定温度で示している。
【００３６】
図２から分かるように、ＮＯｘ浄化率をより高くするためには、排気通路２内の温度が所定温度よりも低い場合には、噴射弁４２からカルバミン酸を噴射したほうがよく、排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、噴射弁４２から尿素を噴射したほうがよい。なお、尿素を加水分解して得られる例えば炭酸アンモニウム等であっても、図２に示したカルバミン酸と同様の傾向を示す。ここで、カルバミン酸は、尿素よりも低い温度でアンモニアに転換し易いため、排気通路２内でガス化し易い。また、ミキサ６は、当該ミキサ６に衝突したガスを排気通路２内へ拡散させる衝突拡散部と、拡散させないで下流に流れ
る通路とを持つ場合がある。当該ミキサ６の場合には、還元剤がガス化しているとミキサ６の衝突拡散部に衝突しない還元剤の量が増加し、ミキサ６を通過しても排気と還元剤との混合度合や還元剤の分散が不十分となる場合がある。したがって、ＳＣＲ触媒３において尿素をアンモニアに転換することが可能である場合には、噴射弁４２から尿素を噴射したほうが、カルバミン酸等を噴射するよりも、ＮＯｘ浄化率が高くなる場合がある。ここで、内燃機関１の暖機が完了し排気通路２内の温度が高くなった後は、噴射弁４２から尿素を噴射しても、尿素がアンモニアに転換される。さらに、噴射弁４２から尿素を噴射するときには、ヒータ４５による加熱は必要ない。したがって、排気通路２内の温度が高い場合には、尿素を加水分解して噴射するよりも、尿素を噴射したほうがよい。このため、本実施例では、排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、尿素を噴射している。
【００３７】
一方、排気通路２内の温度が所定温度よりも低い場合には、噴射弁４２から尿素を噴射してもアンモニアまで転換されず、ＳＣＲ触媒３上に堆積する堆積物に変化する虞がある。そうすると、ＳＣＲ触媒３におけるアンモニア吸着量が減少して、ＮＯｘ浄化率が低下すると共に堆積物によるＳＣＲ触媒３の劣化を招く虞がある。したがって、排気通路２内の温度が所定温度よりも低い場合には、より低い温度でアンモニアに転換する還元剤を噴射したほうがよい。すなわち、尿素を供給するよりも、尿素を加水分解したカルバミン酸アンモニウムまたは炭酸アンモニウム等を噴射したほうがよい。そこで本実施例では、排気通路２内の温度が所定温度未満の場合には、加水分解が行われた還元剤を噴射弁４２から噴射している。なお、噴射弁４２から気体の還元剤を噴射するよりも、液体の還元剤を噴射するほうが、還元剤の噴射量の調整が容易である。このため、本実施例では、噴射弁４２から液体の還元剤を噴射させている。すなわち、尿素、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウムなどは、水溶液の状態で噴射される。
【００３８】
図３は、排気通路２内の温度と、ＳＣＲ触媒３のＮＯｘ浄化率と、の関係を示した図である。実線はＳＣＲ触媒３にアンモニアを供給した場合を示し、一点鎖線はＳＣＲ触媒３に尿素水溶液を供給した場合を示している。ＳＣＲ触媒３は、アンモニアを吸着させないとＮＯｘ浄化率が高くならない。尿素水溶液を低温で添加してしまうとビュレット等の化合物に変化しＳＣＲ触媒３において堆積物になってしまう。このため、ＳＣＲ触媒３にアンモニアが吸着されない。したがって、尿素がアンモニアへ転換する温度（例えば１８０−１９０℃）以上でしか尿素水溶液を供給していないため、この排気通路２内の温度がこの温度まで上昇するまではＮＯｘを浄化することが困難となる。一方、アンモニアを供給する場合には、ＳＣＲ触媒３にアンモニアを吸着させることができるため、より低い温度からＮＯｘの浄化が可能となる。したがって、低温でもアンモニアに転換可能な還元剤を供給することにより、ＮＯｘを浄化可能な温度の範囲をより広げることが可能となる。
【００３９】
したがって、排気通路２内の温度が所定温度未満の場合には、ヒータ４５に通電して尿素を加水分解した後に噴射弁４２から還元剤を噴射する。このときには、カルバミン酸アンモニウムや炭酸アンモニウム等が還元剤として噴射弁４２から水溶液の形態で噴射されるように、ヒータ４５への通電が制御される。一方、排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、ヒータ４５への通電を停止して噴射弁４２から還元剤を噴射する。このときには、還元剤として尿素水溶液が噴射される。所定温度は、尿素を加水分解しないほうが加水分解するよりもＮＯｘ浄化率が高くなる温度の下限値とすることができる。なお、所定温度は、ＳＣＲ触媒３において尿素をアンモニアまで加水分解可能な温度としてもよい。また、排気通路２内の温度に代えて、ＳＣＲ触媒３の温度に基づいてヒータ４５への通電を制御してもよい。また、還元剤の加水分解を行うときには、ポンプ４６を作動させて加水分解触媒４４に還元剤を流通させつつヒータ４５へ通電して還元剤の加水分解を行ってもよく、還元剤を加水分解触媒４４に溜めた後に一旦ポンプ４６を停止させ、その後にヒータ４５へ通電して還元剤の加水分解を行ってもよい。
【００４０】
ところで、排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、噴射弁４２から尿素が噴射されているため、還元剤通路４３には尿素が流通している。この状態で内燃機関１が停止され、さらにポンプ４６が停止されると、還元剤通路４３内に尿素が残留する。そうすると、次回の内燃機関１の冷間始動時に排気通路２内の温度が所定温度未満であるためにヒータ４５へ通電したとしても、加水分解触媒４４よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３及び噴射弁４２の内部に残っている尿素（すなわち、残留還元剤）を加水分解することができない。このため、その後の内燃機関１の冷間始動時にヒータ４５へ通電しつつ還元剤を噴射させても、残留還元剤である尿素が最初に噴射される。この尿素は、排気通路２内の温度が低いときには、アンモニアまで転換されない。このため、内燃機関１の冷間始動時には、ＳＣＲ触媒３に還元剤が堆積したり、ＮＯｘ浄化率が低下したりする虞がある。
【００４１】
これに対して本実施例では、内燃機関１の停止時に還元剤を逆流させる。このときには、加水分解触媒４４よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３及び噴射弁４２（図１の「吸い戻し区間」）に残留している尿素が全て加水分解触媒４４に到達するように還元剤を逆流させる。すなわち、内燃機関１の停止時に吸い戻し区間に還元剤が存在しないようにしている。還元剤の逆流は、ポンプ４６の回転方向を逆転させることにより行う。これにより、内燃機関１の冷間始動時には、ヒータ４５へ通電することで、噴射弁４２から噴射される還元剤は、全て、尿素を加水分解した後の還元剤となる。なお、吸い戻し区間に残留している還元剤の一部が加水分解触媒４４に到達するように還元剤を逆流させたとしても、加水分解触媒４４に到達した還元剤は加水分解が行われるため、加水分解が行われていない還元剤の噴射量を減少させることができる。
【００４２】
本実施例では、還元剤を逆流させる期間は、吸い戻し区間に存在する還元剤が全て加水分解触媒４４に到達し得る期間として予め実験またはシミュレーション等により求めてもよいが、これに代えて、加水分解触媒４４よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３に圧力センサまたは液面センサを備え、該センサにより還元剤が存在しているか否か検出し、還元剤が存在しなくなるまでの期間を、還元剤を逆流させる期間としてもよい。また、還元剤を逆流させるのは、内燃機関１の停止時としているが、これは、次回の冷間始動時に備えるためである。すなわち、内燃機関１が作動しているときには、排気通路２内の温度が高いために、ほとんどの場合、噴射弁４２から尿素が噴射されている。しかし、内燃機関１が停止されると、排気通路２内の温度が低下して、次回の内燃機関１の始動時には尿素を加水分解して噴射することになる。このため、内燃機関１の停止時に還元剤を逆流させている。なお、還元剤の逆流は、内燃機関１の冷間始動時に最初に還元剤を噴射するためにポンプ４６を作動させるまでに行えばよい。すなわち、還元剤を逆流させるのは、運転者が内燃機関１を停止させる操作を行った後であって内燃機関１が停止する前の期間に行ってもよく、内燃機関１が停止した後であって内燃機関１が始動する前の期間に行ってもよく、内燃機関１が始動した後に行ってもよい。いずれにせよ、加水分解が行われていない還元剤の噴射が完了してから、加水分解が行われた還元剤の噴射を開始するまでに、還元剤を加水分解触媒４４まで逆流させればよい。なお、仮に、内燃機関１の作動時に排気通路２内の温度が所定温度以上から所定温度未満まで低下した場合に、噴射する還元剤を加水分解が行われていない還元剤から加水分解が行われた還元剤に切り換えるためには、その切換にあたって、内燃機関１の作動中に還元剤を逆流させることにより、加水分解されていない尿素が噴射されることを抑制できる。
【００４３】
また、加水分解を行う場合には、ポンプ４６を逆転させて還元剤が加水分解触媒４４を通過しながらヒータ４５へ通電して還元剤の加水分解を行ってもよく、還元剤を加水分解触媒４４に一旦取り込んでポンプ４６を停止させた後に、ヒータ４５へ通電して還元剤の加水分解を行ってもよい。
【００４４】
図４は、本実施例に係る還元剤供給装置４の制御フローを示したフローチャートである
。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定時間毎に実施される。
【００４５】
ステップＳ１０１では、内燃機関１が作動中であるか否か判定される。例えば、内燃機関１の回転速度が０よりも大きければ、内燃機関１が作動中であると判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。なお、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、後述するステップＳ２０２へ進んでもよい。
【００４６】
ステップＳ１０２では、排気通路２内の温度が所定温度以上であるか否か判定される。この所定温度は、尿素を供給するほうが、カルバミン酸アンモニウムまたは炭酸アンモニウム等の尿素を加水分解したものを供給するよりも、ＮＯｘ浄化率が高くなる温度の下限値である。すなわち、所定温度は、尿素を加水分解しないほうが、尿素を加水分解するよりもＮＯｘ浄化率が高くなる温度の下限値であり、換言すれば、ヒータ４５に通電しないほうが、通電するよりも、ＮＯｘ浄化率が高くなる温度の下限値である。したがって、本ステップＳ１０２では、尿素の加水分解が必要でない状態か否か判定していることになる。
【００４７】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進んでヒータ４５への通電が停止される。なお、ステップＳ１０３が処理される前にヒータ４５に通電されていない状態であれば、その状態が維持される。ステップＳ１０３の処理が終了すると、ステップＳ１０４へ進む。一方、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進んでヒータ４５へ通電される。ヒータ４５へ通電する場合には、触媒温度センサ４７により検出される温度が、尿素が加水分解される温度（加水分解温度）となるように、ヒータ４５へ供給する電力をフィードバック制御してもよい。なお、ステップＳ１０５が処理される前にヒータ４５に通電されている状態であれば、その状態が維持される。また、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合であっても、ヒータ４５へ常に通電する必要はない。噴射弁４２からの還元剤の噴射、または、ポンプ４６の作動に合わせて、ヒータ４５に通電してもよい。なお、加水分解触媒４４へ還元剤を流しつつ加水分解を行う場合には、還元剤が加水分解触媒４４に流入してから、加水分解触媒４４から流出するまでの間に、還元剤の加水分解が完了するように、加水分解触媒４４の容量、または、還元剤の流量を設定してもよい。ステップＳ１０５の処理が終了するとステップＳ１０６へ進む。
【００４８】
ステップＳ１０４及びステップＳ１０６では、還元剤噴射制御が実施される。すなわち、適宜噴射弁４２から還元剤を噴射させる。また、噴射弁４２から還元剤を噴射するときには、ポンプ４６を作動させる。前回のフローチャートが実施されてから今回のフローチャートが実施されるまでの期間にＳＣＲ触媒３に流入したＮＯｘ量に基づいて、ＳＣＲ触媒３におけるアンモニアの吸着量の減少量を算出することができるため、このアンモニアの吸着量の減少量を補うように、噴射弁４２から還元剤を噴射する。なお、ＳＣＲ触媒３におけるアンモニア吸着量は、ＳＣＲ触媒３の温度によって変わるため、該ＳＣＲ触媒３の温度に基づいて、目標となるアンモニア吸着量を変化させる。ステップＳ１０４におけるＳＣＲ触媒３の温度は、ステップＳ１０６におけるＳＣＲ触媒３の温度よりも高いため、より多くのアンモニアを吸着させることができる。したがって、ステップＳ１０４において目標となるアンモニア吸着量は、ステップＳ１０６において目標となるアンモニア吸着量よりも多い。また、ステップＳ１０４においては、還元剤として尿素が噴射され、ステップＳ１０６においては、還元剤としてカルバミン酸アンモニウム等が噴射される。この還元剤の種類の違いに応じて、還元剤の噴射量を適宜調整してもよい。ステップＳ１０４またはステップＳ１０６の処理が終了すると本フローチャートを終了させる。
【００４９】
なお、図４に示したフローチャートでは、加水分解触媒４４に還元剤を流通させつつ還
元剤の加水分解を行っている。本実施例では、このように加水分解触媒４４に還元剤を流通させつつ還元剤の加水分解を行うことに代えて、加水分解触媒４４に還元剤を一旦貯留してから還元剤の加水分解を行ってもよい。ここで、加水分解触媒４４に還元剤を一旦貯留する場合には、加水分解触媒４４に貯留している還元剤の加水分解が終了すると、還元剤の供給タイミングに合わせてポンプ４６を作動させると共に噴射弁４２を開弁して、該加水分解触媒４４から還元剤を噴射弁４２側へ流す。そして、還元剤の噴射が終了するとポンプ４６を停止させ且つヒータ４５へ通電を行って、加水分解触媒４４に新たに流入した還元剤の加水分解を行う。ヒータ４５へ通電するときには、加水分解触媒４４の温度が、還元剤の加水分解に要する温度となるように、触媒温度センサ４７で検出される温度に基づいたフィードバック制御を行ってもよい。また、ヒータ４５への通電時間は、還元剤の加水分解が完了するまでの時間として、予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。
【００５０】
次に、残留還元剤を加水分解触媒４４に吸い戻しのために逆流させるときの制御フローについて説明する。図５は、本実施例に係る残留還元剤を加水分解触媒４４に逆流させるときの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定時間毎に実行される。
【００５１】
ステップＳ２０１では、内燃機関１が作動中であるか否か判定される。例えば、内燃機関１の回転速度が０よりも大きければ、内燃機関１が作動中であると判定される。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。なお、ステップＳ２０１において肯定判定がなされた場合には、図４のステップＳ１０２へ進んでもよい。
【００５２】
ステップＳ２０２では、内燃機関１が停止されてからポンプ４６の逆転が未実施であるか否か判定される。すなわち、残留還元剤をまだ逆流させていないか否か判定される。本ステップＳ２０２は、ポンプ４６の逆転が複数回行われることを防止するための処理である。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、ステップＳ２０２で否定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。
【００５３】
ステップＳ２０３では、ポンプ４６を逆転させる。このときには、噴射弁４２を開いて噴射弁４２及び還元剤通路４３に排気通路２内のガスを吸入する。このポンプ４６の逆転により、噴射弁４２及び還元剤通路４３内を還元剤が逆流する。なお、内燃機関１の作動時間が十分に長ければ、噴射弁４２からは加水分解が行われていない尿素が供給されるため、逆流する還元剤は尿素である。ステップＳ２０３の処理が終了するとステップＳ２０４へ進む。
【００５４】
ステップＳ２０４では、ヒータ４５へ通電される。本ステップでは、加水分解触媒４４へ還元剤を逆流させつつ、加水分解触媒４４を加熱して、還元剤を流しつつ加水分解を促進させる。すなわち、尿素が逆流するときに加水分解触媒４４においてカルバミン酸アンモニウムや炭酸アンモニウム等を生成している。なお、ステップＳ２０３及びステップＳ２０３は順序が逆であってもよく、同時に行ってもよい。ステップＳ２０４の処理が終了するとステップＳ２０５へ進む。
【００５５】
ステップＳ２０５では、還元剤の逆流が完了したか否か判定される。還元剤の逆流が完了するとは、吸い戻し区間に還元剤が存在しない状態となっていることをいう。例えば、吸い戻し区間に存在する残留還元剤を、吸い戻し区間よりもタンク４１側へ逆流させるまでの時間を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、該時間が経過したときに還元剤の逆流が完了したと判定してもよい。また、吸い戻し区間における還元剤通路４３に還元剤が存在するか否かを検出可能な、圧力センサまたは液面センサ等を設け、該セ
ンサの検出値に基づいて還元剤の逆流が完了したか否か判定してもよい。なお、本ステップＳ２０５では、残留還元剤の全てを加水分解触媒４４まで逆流させているが、これに代えて、残留還元剤の一部を加水分解触媒４４まで逆流させてもよい。このように、残留還元剤の一部を加水分解することによっても、噴射弁４２から噴射される加水分解が行われていない還元剤の量を低減することができる。ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５が再度実施される。
【００５６】
ステップＳ２０６では、ヒータ４５への通電が停止され、その後、ステップＳ２０７では、ポンプ４６が停止される。すなわち、還元剤の加水分解及び還元剤の逆流が停止される。ポンプ４６の停止時に、噴射弁４２を閉弁させる。なお、ステップＳ２０６及びステップＳ２０７は順序が逆であってもよく、同時に行ってもよい。ステップＳ２０７の処理が終了すると本フローチャートが終了する。
【００５７】
なお、上記フローチャートでは、ポンプ４６を逆転させて加水分解触媒４４に残留還元剤が逆流しているときに、同時にヒータ４５へ通電している。一方、ポンプ４６を逆転させているときにはヒータ４５へ通電せず、残留還元剤を加水分解触媒４４へ一旦取り込んだ後にポンプ４６を停止させ、その後に、ヒータ４５へ通電してもよい。ポンプ４６による還元剤の逆流、及び、その後のヒータ４５への通電は、内燃機関１の始動後に最初に還元剤が噴射されるまでに行う。
【００５８】
図６は、本実施例に係る加水分解触媒４４へ残留還元剤を一旦取り込んだ後にヒータ４５へ通電する場合の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、図５に示したフローに代えて実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本フローチャートは、残留還元剤を１回だけ逆流させることで、残留還元剤を全て加水分解触媒４４に取り込み可能な場合を想定している。
【００５９】
図６に示したフローチャートでは、ステップＳ２０７においてポンプ４６が停止されるまでは、ヒータ４５へ通電しない。すなわち、ステップＳ２０７においてポンプ４６が停止された後、ステップＳ３０１へ進んで、ヒータ４５へ通電される。すなわち、加水分解触媒４４が加熱される。これにより、加水分解触媒４４に貯留されている還元剤の加水分解が促進される。ステップＳ３０１の処理が終了するとステップＳ３０２へ進む。
【００６０】
ステップＳ３０２では、ヒータ４５への通電時間が積算される。ここで、本フローチャートでは、還元剤の加水分解に要する時間だけヒータ４５により加水分解触媒４４を加熱する。このため、ヒータ４５への通電時間を積算している。ステップＳ３０２の処理が完了するとステップＳ３０３へ進む。
【００６１】
ステップＳ３０３では、ヒータ４５への通電時間が所定時間以上になったか否か判定される。ここでいう所定時間は、ヒータ４５への通電開始から、加水分解触媒４４に流入した尿素がカルバミン酸アンモニウム等に加水分解されるまでの時間であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。すなわち、本ステップＳ３０３では、尿素の加水分解が終了したか否か判定している。ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ戻る。ステップＳ３０４では、ヒータ４５への通電が停止され、その後、本フローチャートが終了される。
【００６２】
なお、図５または図６に示したフローチャートにおいて、残留還元剤を加水分解触媒４４まで流すためにポンプ４６を逆転するのは、内燃機関１が停止される前であってもよい
し、内燃機関１が停止された後であってもよいし、内燃機関１が始動された後であってもよい。少なくとも、内燃機関１の始動後に最初に還元剤が噴射されるまでにポンプ４６を逆転しておけばよい。例えば、現時点以降に加水分解が行われた還元剤を噴射しないと想定される状態であれば、残留還元剤を逆流させてもよい。ここで、内燃機関１が停止される前であったとしても、内燃機関１が停止される条件が成立したときには、残留還元剤を逆流させてもよい。例えば、運転者がキースイッチをＯＦＦにした場合には、内燃機関１が停止される条件が成立したと判定できる。このような場合には、還元剤の噴射も停止されるため、残留還元剤を逆流させてもよい。
【００６３】
また、図５または図６に示したフローチャートでは、ステップＳ２０４またはステップＳ３０１においてヒータ４５へ通電して残留還元剤の加水分解を行っているが、これに代えて、ヒータ４５への通電を行わず、残留還元剤の逆流のみを行ってもよい。この場合、内燃機関１の始動後に最初に還元剤が噴射されるまでに、ヒータ４５へ通電して残留還元剤の加水分解を行えばよい。この場合であっても、次回の内燃機関１の始動時に、排気通路２内の温度が所定温度よりも低ければ、ステップＳ１０５においてヒータ４５へ通電されて、加水分解が行われる。このため、残留還元剤の逆流さえ行っておけば、還元剤を噴射する前に、加水分解を行うことができる。ただし、内燃機関１の始動時に加水分解が完了するまで待つ必要があるため、還元剤をすぐに噴射することが困難な場合もある。一方、ステップＳ２０４またはステップＳ３０１において予め還元剤の加水分解を行っておけば、内燃機関１の始動後に速やかに還元剤を噴射することができる。
【００６４】
また、内燃機関１が停止された後に直ぐに再始動され排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、ＳＣＲ触媒３へ加水分解が行われていない還元剤を供給することが望ましいため、加水分解触媒４４において還元剤を加水分解する必要がない。このような場合には、残留還元剤の加水分解を行わないほうがよい。すなわち、内燃機関１の始動時に排気通路２内の温度が所定温度以上であれば、加水分解が行われていない還元剤を噴射することが望ましいため、還元剤の噴射時に排気通路２内の温度に応じて残留還元剤を加水分解するか否か決定してもよい。同様に、内燃機関１が停止された後に直ぐに再始動され排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、残留還元剤を逆流させる必要もない。このため、内燃機関１の停止後すぐに残留還元剤を逆流させるのではなく、還元剤の噴射時に排気通路２内の温度が所定温度よりも低い場合に限り、残留還元剤を逆流させてもよい。
【００６５】
以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の作動時には、排気通路２内の温度に基づいて、還元剤を加水分解するか否か判定するため、排気通路２内の温度に応じて適切な還元剤を供給することができる。また、内燃機関１が停止されると、残留還元剤を加水分解触媒４４まで逆流させ、該残留還元剤を加水分解することにより、次回の内燃機関１の始動時において、加水分解が行われていない残留還元剤が噴射弁４２から噴射されることを抑制できる。すなわち、噴射弁４２から還元剤を噴射するときに、必要とされる還元剤と異なる他の種類の還元剤が噴射されることを抑制することができる。
【００６６】
＜実施例２＞
本実施例は、還元剤通路４３の構成、及び、制御フローが実施例１と異なる。本実施例では、実施例１と異なる箇所について主に説明する。
【００６７】
図７は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。本実施例では、還元剤通路４３が途中で２つに分岐する分岐部４３１と、分岐部４３１で分岐した還元剤通路４３が該分岐部４３１よりも噴射弁４２側で合流する合流部４３２と、を備えている。なお、分岐部４３１から合流部４３２までの還元剤通路４３の一方の通路を第一通路４３Ａとし、他方の通路を第二通路４３Ｂとする。第二通路４３Ｂには、加水分解触媒４４と、加水分解触媒４４を加熱するヒータ４５と、が設けられる。また、分岐部４３１には
、第一通路４３Ａと、第二通路４３Ｂと、で還元剤の流路を切り換える切換弁４８が備わる。切換弁４８はＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０が切換弁４８を制御する。
【００６８】
そして、本実施例では、排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、第一通路４３Ａに還元剤が流通するように切換弁４８を切り換える。すなわち、切換弁４８は、分岐部４３１よりもタンク４１側の還元剤通路４３と、第一通路４３Ａと、を連通させる。一方、排気通路２内の温度が所定温度未満の場合には、第二通路４３Ｂに還元剤が流通するように切換弁４８を切り換える。すなわち、切換弁４８は、分岐部４３１よりもタンク４１側の還元剤通路４３と、第二通路４３Ｂと、を連通させる。
【００６９】
このようにして、排気通路２内の温度が所定温度以上の場合には、第一通路４３Ａを介して還元剤を供給し、排気通路２内の温度が所定温度未満の場合には、第二通路４３Ｂを介して還元剤を供給する。そして、排気通路２内の温度が所定温度未満の場合には、ヒータ４５へ通電することにより、還元剤を加水分解する。これにより、排気通路２内の温度が所定温度未満の場合には、加水分解が行われた還元剤が噴射弁４２から噴射される。
【００７０】
さらに、本実施例では、内燃機関１の停止時に、第二通路４３Ｂに還元剤が流通するように切換弁４８を切り換え、且つ、ポンプ４６を逆転させる。ポンプ４６を逆転させるときには、噴射弁４２を開弁して、排気通路２内のガスを還元剤通路４３に取り込む。このようにして、加水分解触媒４４よりも合流部４３２側の第二通路４３Ｂ、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３、及び、噴射弁４２に残留している還元剤を、加水分解触媒４４まで逆流させる。ここで、内燃機関１の作動時間が十分に長い場合には、排気通路２内の温度が所定温度以上となるため、噴射弁４２からは加水分解が行われていない還元剤が噴射される。すなわち、第一通路４３Ａを介して尿素が流通する。この状態で内燃機関１が停止され、還元剤の供給が停止されると、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３及び噴射弁４２の内部に加水分解が行われていない還元剤が残留する。この状態のまま、次回の内燃機関１の冷間始動時に、ヒータ４５へ通電したとしても、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３及び噴射弁４２の内部に残留している還元剤を加水分解することはできない。このため、ヒータ４５へ通電しつつ還元剤を噴射したとしても、加水分解が行われていない還元剤が最初に噴射される虞がある。
【００７１】
そこで本実施例では、内燃機関１の停止時に、第二通路４３Ｂに還元剤が流通するように切換弁４８を切り換え、且つ、ポンプ４６を逆転させ、さらに噴射弁４２を開弁させる。これにより、加水分解触媒４４よりも合流部４３２側の第二通路４３Ｂ、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３、及び、噴射弁４２の夫々に残留している還元剤が、加水分解触媒４４へ向かって流れる。なお、本実施例に係る吸い戻し区間は、加水分解触媒４４よりも合流部４３２側の第二通路４３Ｂ、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３、及び、噴射弁４２からなる。このように還元剤を逆流させることにより、加水分解触媒４４よりも噴射弁４２側に尿素が残留しないようにしている。還元剤を逆流させるときには、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤の少なくとも一部が加水分解触媒４４に流入するまでポンプ４６を逆転させる。なお、合流部４３２よりも噴射弁４２側の還元剤の全部が加水分解触媒４４に流入するまでポンプ４６を逆転させてもよい。ポンプ４６及びヒータ４５の制御については、実施例１と同様に考えることができる。
【００７２】
図８は、本実施例に係る還元剤供給装置４の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定時間毎に実施される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７３】
図８に示すフローチャートでは、ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステ
ップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、切換弁４８を操作して、分岐部４３１よりもタンク４１側の還元剤通路４３と、第一通路４３Ａと、が連通される。すなわち、還元剤が加水分解触媒４４を通過しないように、切換弁４８が操作される。ステップＳ４０１の処理が終了するとステップＳ１０３へ進む。
【００７４】
一方、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進む。ステップＳ４０２では、切換弁４８を操作して、分岐部４３１よりもタンク４１側の還元剤通路４３と、第二通路４３Ｂと、が連通される。すなわち、加水分解触媒４４を還元剤が流通可能なように、切換弁４８が操作される。ステップＳ４０２の処理が終了するとステップＳ１０４へ進む。
【００７５】
このようにして、内燃機関１の作動時において排気通路２内の温度に応じて切換弁４８を操作しつつ還元剤を噴射弁４２から噴射させることにより、排気通路２内の温度に応じて適切な還元剤を噴射弁４２から噴射させることができる。
【００７６】
なお、図８に示したフローチャートでは、加水分解触媒４４に還元剤を流通させつつ還元剤の加水分解を行っている。本実施例では、このように加水分解触媒４４に還元剤を流通させつつ還元剤の加水分解を行うことに代えて、上記実施例と同様に、加水分解触媒４４に還元剤を一旦貯留してから還元剤の加水分解を行ってもよい。
【００７７】
次に、残留還元剤を加水分解触媒４４に逆流させるときの制御フローについて説明する。図９は、本実施例に係る残留還元剤を加水分解触媒４４に逆流させるときの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定時間毎に実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がなされるステップＳについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
図９に示したフローチャートでは、ステップＳ２０２で肯定判定がなされるとステップＳ５０１へ進む。ステップＳ５０１では、切換弁４８を操作して、分岐部４３１よりもタンク４１側の還元剤通路４３と、第二通路４３Ｂと、が連通される。すなわち、加水分解触媒４４を還元剤が流通可能なように、切換弁４８が操作される。ステップＳ５０１の処理が終了するとステップＳ２０３へ進む。
【００７９】
また、ステップＳ２０４の処理が終了した後に、ステップＳ５０２へ進む。ステップＳ５０２では、還元剤の逆流が完了したか否か判定される。本実施例では、合流部４３２よりも噴射弁４２側に残留している還元剤の少なくとも一部、または、全部が、加水分解触媒４４まで逆流することにより、逆流が完了したと判定される。すなわち、加水分解触媒４４から合流部４３２までの間の第二通路４３Ｂに存在する還元剤を全て加水分解触媒４４まで逆流させた後に、さらに還元剤を逆流させる必要がある。例えば、合流部４３２よりも噴射弁４２側の吸い戻し区間に存在する還元剤を、吸い戻し区間よりもタンク４１側へ逆流させるまでに要する時間を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、該時間が経過したときに還元剤の逆流が完了したと判定してもよい。ステップＳ５０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ５０２が再度実施される。
【００８０】
なお、図９に示したフローチャートでは、ポンプ４６を逆転させて加水分解触媒４４に残留還元剤が逆流しているときに、同時にヒータ４５へ通電している。一方、ポンプ４６を逆転させているときにはヒータ４５へ通電せず、残留還元剤を加水分解触媒４４へ一旦取り込んだ後にポンプ４６を停止させ、その後に、ヒータ４５へ通電してもよい。ポンプ４６による還元剤の逆流、及び、その後のヒータ４５への通電は、内燃機関１の始動後に最初に還元剤が噴射されるまでに行う。
【００８１】
次に、図１０は、本実施例に係る加水分解触媒４４へ残留還元剤を一旦取り込んだ後にヒータ４５へ通電する場合の制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、図９に示したフローに代えて実行される。なお、夫々のステップについてはすでに説明してあるため、ここでの説明は省略する。
【００８２】
以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の作動時には、排気通路２内の温度に基づいて、還元剤を加水分解するか否か判定するため、排気通路２内の温度に応じて適切な還元剤を供給することができる。また、内燃機関１が停止されると、残留還元剤を加水分解触媒４４まで逆流させ、該残留還元剤を加水分解することにより、次回の内燃機関１の始動時において、加水分解が行われていない残留還元剤が噴射弁４２から噴射されることを抑制できる。すなわち、噴射弁４２から還元剤を噴射するときに、必要とされる還元剤と異なる他の種類の還元剤が噴射されることを抑制することができる。
【００８３】
また、実施例１で説明した構成では、ヒータ４５への通電を停止しても、加水分解触媒４４の温度がすぐに低下しないことにより、必要以上に尿素の加水分解が行われる虞もある。この場合、尿素を供給しようとしても、カルバミン酸アンモニウム等が供給される虞がある。一方、本実施例の構成によれば、通路を切り換えることで、より速やかに還元剤を切り換えることができる。これにより、ＮＯｘ浄化率をさらに高めることができる。
【００８４】
＜実施例３＞
図１１は、加水分解触媒４４を第一通路４３Ａの周りに配置した場合の内燃機関１の排気浄化装置の概略構成図である。図７に示した構成と異なる点について説明する。図１１に示した加水分解触媒４４は、中空の円筒形状に形成されており、第二通路４３Ｂの途中に設けられている。そして、加水分解触媒４４が設けられていない第一通路４３Ａが、加水分解触媒４４の中心軸上に配置されている。ヒータ４５は、加水分解触媒４４の外周面に沿って配置される。このような構成により、例えば、加水分解触媒４４と還元剤との接触面積をより大きくすることができる。また、装置の小型化も可能となる。
【００８５】
また、実施例２で説明した構成では、切換弁４８を分岐部４３１に備えているが、これに代えて、切換弁４８を合流部４３２に備えてもよく、切換弁を分岐部４３１及び合流部４３２に備えてもよい。図１２は、切換弁４８の配置を変えた場合の内燃機関１の排気浄化装置の概略構成図である。図１２に示す構成では、切換弁４８を合流部４３２に配置している。その他の構成については、図７に示した構成と同じである。また、図１３は、切換弁を２つ備えた場合の内燃機関１の排気浄化装置の概略構成図である。図１３に示す構成では、分岐部４３１に第一切換弁４８Ａを配置し、合流部４３２に第二切換弁４８Ｂを配置している。第一切換弁４８Ａ及び第二切換弁４８Ｂは、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０により制御される。その他の構成については、図７に示した構成と同じである。このように切換弁４８，４８Ａ，４８Ｂを配置しても上記実施例と同様に扱うことができる。
【００８６】
以上説明した本実施例に係る構成であっても、実施例１または実施例２と同様の制御を行って、同様の効果を得ることができる。
【００８７】
なお、ヒータ４５により加水分解触媒４４を加熱することに代えて、加水分解触媒４４の周りに内燃機関１の冷却水または潤滑油等の熱媒体を循環させることにより加水分解触媒４４を加熱してもよい。図１４は、内燃機関１の冷却水を加水分解触媒４４の周りに循環させる場合の内燃機関１の排気浄化装置の概略構成図である。内燃機関１の冷却水通路５１が加水分解触媒４４の周りを循環するように形成される。内燃機関１には、冷却水を吐出するポンプ５２が設けられており、冷却水通路５１に内燃機関１の冷却水を循環させ
ている。冷却水通路５１は、加水分解触媒４４の外周面に沿って冷却水が流れるように加水分解触媒４４の外周面に沿って形成されている。冷却水通路５１の途中には、ＥＣＵ１０に制御される調整弁５３が設けられており、該調整弁５３の開度を調整することにより、加水分解触媒４４の温度が調整される。なお、ヒータ４５または熱媒体を用いて加水分解触媒４４を加熱することに代えて、加水分解触媒の担体を発熱体として加水分解触媒４４を加熱することもできる。その他の構成については、図７に示した構成と同じである。
【００８８】
図１４に示した構成の場合、内燃機関１の冷却水または潤滑油等の温度が、尿素を加水分解させる温度に達しているときに還元剤を逆流させて尿素を加水分解させておくか、または、内燃機関１の冷却水または潤滑油の温度が、尿素を加水分解させる温度に達するまで待ってから加水分解を実施し、その後に、噴射弁４２から還元剤を噴射してもよい。
【００８９】
次に、図１５は、加圧下で還元剤の加水分解を行う場合の内燃機関１の排気浄化装置の概略構成図である。図１と異なる点について説明する。図１５に示す構成では、加水分解触媒４４のタンク４１側の端部付近に第一遮断弁６１を備え、加水分解触媒４４の噴射弁４２側の端部付近に第二遮断弁６２を備えている。第一遮断弁６１及び第二遮断弁６２は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、ＥＣＵ１０が第一遮断弁６１及び第二遮断弁６２を制御する。その他の構成については、図１に示した構成と同じである。
【００９０】
図１５の構成において還元剤の加水分解を行う場合には、先ず第一遮断弁６１及び第二遮断弁６２を開いて加水分解触媒４４に還元剤を流入させた後、第二遮断弁６２を閉じ、さらにポンプ４６を正転させて、加水分解触媒４４内の還元剤を加圧する。所望の圧力に達したときに第一遮断弁６１を閉じて、加水分解触媒４４内の圧力を維持する。その後、ヒータ４５により加水分解触媒４４を加熱することにより、加圧下で還元剤の加水分解を行うことができる。加水分解が終了すると、第一遮断弁６１及び第二遮断弁６２を開き、さらにポンプ４６を正転させて噴射弁４２へ還元剤を送る。なお、還元剤を加水分解触媒４４へ逆流させる場合にも、還元剤を逆流させた後に同様の制御を行うことで、還元剤を加圧下で加水分解することができる。このように、加圧下で還元剤の加水分解を行うことにより、還元剤のガス化を抑制することができ、且つ、より低い温度で還元剤の加水分解を行うことができる。
【００９１】
なお、本実施例及び上記実施例では、加水分解触媒４４の位置を、タンク４１の位置及び加水分解触媒４４よりも噴射弁４２側の還元剤通路４３の少なくとも一部の位置に対して低くすることにより、重力を利用して加水分解触媒４４に還元剤が溜まり易くなるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１     内燃機関
２     排気通路
３     選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
４     還元剤供給装置
５     排気温度センサ
１０   ＥＣＵ
４１   タンク
４２   噴射弁
４３   還元剤通路
４３Ａ 第一通路
４３Ｂ 第二通路
４４   加水分解触媒
４５   ヒータ
４６   ポンプ
４７   触媒温度センサ
４８   切換弁
【図１】
2016102432.tif 000003
【図２】
2016102432.tif 000004
【図３】
2016102432.tif 000005
【図４】
2016102432.tif 000006
【図５】
2016102432.tif 000007
【図６】
2016102432.tif 000008
【図７】
2016102432.tif 000009
【図８】
2016102432.tif 000010
【図９】
2016102432.tif 000011
【図１０】
2016102432.tif 000012
【図１１】
2016102432.tif 000013
【図１２】
2016102432.tif 000014
【図１３】
2016102432.tif 000015
【図１４】
2016102432.tif 000016
【図１５】
2016102432.tif 000017