特開 2024-118587 内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の排気浄化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118587

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の排気浄化方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20240826BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240826BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 B

F01N3/24 L ZAB

B01D53/94 400

B01D53/94 222

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023024947

(22)【出願日】2023-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 尚哉

【テーマコード（参考）】

3G091

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G091AA18

3G091AB02

3G091AB05

3G091AB13

3G091BA14

3G091CA05

3G091CA17

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3G091EA01

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4D148DA01

4D148DA02

4D148DA06

4D148DA08

4D148DA09

4D148DA10

4D148DA13

4D148DA20

(57)【要約】

【課題】分散板や電熱体の温度を用いることなく、ＳＣＲ触媒に流入するアンモニア量を制御する。
【解決手段】尿素水添加量算出部１０３は、尿素添加弁８０からＳＣＲ触媒へ供給する尿素水の添加量を算出する。尿素添加弁から供給された尿素水の一部は、通電によって発熱する分散板によって加熱され、アンモニアを生成してＳＣＲ触媒に流入する。ＮＨ３センサ１１５は、ＳＣＲ触媒に流入するアンモニアを検出する。ＮＨ３割合算出部１０５は、ＮＨ３センサ１１５の検出値と尿素水の添加量から、尿素水のアンモニア生成割合を算出する。通電量制御部１０６は、ＳＣＲ触媒の温度から目標アンモニア生成割合を算出し、アンモニア生成割合が目標アンモニア生成割合より大きいとき、分散板の印加電圧が低くなるよう、電圧調整回路９０を制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路に設けられた選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の上流に設けられ、前記排気通路に尿素水を供給する尿素供給手段と、
前記尿素供給手段と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に設けられた電気式加熱部材と、
前記選択還元触媒に流入するアンモニアを検出するＮＨ３検出手段と、
前記電気式加熱部材を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ＮＨ３検出手段で検出したアンモニアに基づいて、前記尿素供給手段から供給された尿素水のアンモニア生成割合を算出する算出部と、
前記アンモニア生成割合に基づいて、前記電気式加熱部材の通電量を制御する制御部と、を含む、内燃機関の排気浄化装置。

【請求項2】

前記選択還元触媒の温度であるＳＣＲ温度を取得する温度取得手段を、さらに備え、
前記制御装置は、
前記ＳＣＲ温度に基づいて、目標アンモニア生成割合を求め、
前記制御部は、前記アンモニア生成割合が前記目標アンモニア生成割合より大きいとき、前記通電量を小さくする、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ＮＨ３検出手段は、排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサである、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項4】

前記ＮＨ３検出手段は、前記尿素供給手段の上流の前記排気通路に設けた第１ＮＯｘセンサの検出値と、前記電気式加熱部材と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に設けた第２ＮＯｘセンサの検出値とから、前記選択還元触媒に流入するアンモニアを検出するよう構成されている、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項5】

前記ＮＨ３検出手段は、前記尿素供給手段によって供給された尿素水の分解反応で生成された、アンモニア以外の物質を検出することにより、前記選択還元触媒に流入するアンモニアを検出する、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項6】

排気通路に設けられた選択還元触媒と、前記選択還元触媒の上流に設けられ前記排気通路に尿素水を供給する尿素供給手段と、前記尿素供給手段と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に設けられた電気式加熱部材と、を備えた内燃機関の排気浄化方法であって、
前記選択還元触媒に流入するアンモニア量に基づいて、前記尿素水のアンモニア生成割合を算出することと、
前記アンモニア生成割合に基づいて、前記電気式加熱部材の通電量を制御することと、を含む、内燃機関の排気浄化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、内燃機関の排気浄化装置、および内燃機関の排気浄化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２０－１７２９１２号公報（特許文献１）には、内燃機関の排気通路に尿素添加弁から尿素水を供給し、尿素水が分解されて生成されたアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として利用し、選択還元触媒によって排気中のＮＯｘを還元浄化することが記載されている。この特許文献１では、尿素添加弁と選択還元触媒との間に、電熱体で加熱可能な分散板を設け、分散板の温度が所定の下限温度より高い温度になるよう、電熱体の通電量を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７２９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、分散板の温度を、排気温度、尿素水添加量、等に基づいて推定し、分散板の温度が所定の下限温度より高い温度になるよう制御している。これにより、尿素添加弁から供給された尿素水をより確実にアンモニアに分解（変換）して、選択還元触媒に供給している。

【0005】

分散板や電熱体に尿素水が付着すると、局所的に温度が低下する。このため、分散板や電熱体の温度の推定精度が低下する懸念がある。また、温度センサを用いて分散板や電熱体の温度を検出する場合であっても、分散板や電熱体の全体に渡って温度を検出することは困難を伴う。

【0006】

本開示の目的は、分散板や電熱体の温度を用いることなく、選択還元触媒に流入するアンモニア量を制御することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設けられた選択還元触媒と、選択還元触媒の上流に設けられ排気通路に尿素水を供給する尿素供給手段と、尿素供給手段と選択還元触媒との間の排気通路に設けられた電気式加熱部材と、選択還元触媒に流入するアンモニアを検出するＮＨ３検出手段と、電気式加熱部材を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、ＮＨ３検出手段で検出したアンモニアに基づいて、尿素供給手段から供給された尿素水のアンモニア生成割合を算出する算出部と、アンモニア生成割合に基づいて電気式加熱部材の通電量を制御する制御部と、を含む。

【0008】

この構成によれば、電気式加熱部材が、尿素供給手段と選択還元触媒との間の排気通路に設けられている。電気式加熱部材によって、尿素供給手段から供給された尿素水の分解が促進されて、アンモニアが生成され、選択還元触媒に流入する。制御装置の算出部は、ＮＨ３検出手段で検出したアンモニアに基づいて、尿素供給手段から供給された尿素水のアンモニア生成割合を算出する。制御部は、アンモニア生成割合に基づいて電気式加熱部材の通電量を制御する。尿素水のアンモニア生成割合を用いて電気式加熱部材の通電量を制御するので、分散板や電熱体の温度を用いることなく、選択還元触媒に流入するアンモニア量を制御することができる。

【0009】

内燃機関の排気浄化装置は、さらに、選択還元触媒の温度であるＳＣＲ温度を取得する温度取得手段を、備えてもよい。制御装置は、ＳＣＲ温度に基づいて目標アンモニア生成割合を求め、制御部は、アンモニア生成割合が目標アンモニア生成割合より大きいとき、通電量を小さくするように制御してもよい。

【0010】

尿素供給手段から供給された尿素水の多くは、選択還元触媒の内部で分解され、アンモニアが生成される。尿素水の一部は、選択還元触媒に流入する前に、分解されてアンモニアを生成する。電気式加熱部材の温度が高いほど、尿素水の熱分解が促進するので、選択還元触媒に流入するアンモニア量が多くなる。このため、電気式加熱部材の温度が高いほど、尿素供給手段から供給された尿素水のアンモニア生成割合が大きくなる。選択還元触媒に流入する尿素水のアンモニア生成割合が大きいほど、ＮＯｘの浄化率が向上する。ところで、選択還元触媒の温度が高くなると、ＮＯｘ浄化率が向上し、選択還元触媒に流入する尿素水のアンモニア生成割合が小さくても、十分なＮＯｘ浄化率を得ることができる。

【0011】

この構成によれば、選択還元触媒の温度であるＳＣＲ温度に基づいて目標アンモニア生成割合を求め、アンモニア生成割合が目標アンモニア生成割合より大きいとき、電気式加熱部材の通電量を小さくする。これにより、十分なＮＯｘ浄化率を維持しつつ、電気式加熱部材の消費電力の増加を抑制できる。

【0012】

本開示において、ＮＨ３検出手段は、排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサであってよい。

【0013】

ＮＨ３検出手段は、尿素供給手段の上流の排気通路に設けた第１ＮＯｘセンサの検出値と、電気式加熱部材と選択還元触媒との間の排気通路に設けた第２ＮＯｘセンサの検出値とから、選択還元触媒に流入するアンモニアを検出するものであってもよい。

【0014】

ＮＯｘセンサは、排気中のＮＯｘを窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）に分解して、酸素（Ｏ２）分圧を検出することにより、ＮＯｘを検出している。排気中にアンモニア（ＮＨ３）が存在すると、ＮＨ３がＮＯｘセンサの電極で酸化されＮＯが生成する。ＮＯｘセンサは、ＮＨ３から生成されたＮＯも検出するため、ＮＯｘを含む排気中にアンモニア（ＮＨ３）が存在すると、ＮＯｘセンサの検出値は、アンモニア量に相当する分だけ大きくなる。

【0015】

この構成によれば、第２ＮＯｘセンサは、排気中のＮＯｘに加えて、尿素水から生成されたアンモニア（ＮＨ３）も検出するので、第１ＮＯｘセンサと第２ＮＯｘセンサの検出値から、選択還元触媒に流入するアンモニアを検出できる。

【0016】

ＮＨ３検出手段は、尿素供給手段によって供給された尿素水の分解反応で生成された、アンモニア以外の物質を検出することにより、選択還元触媒に流入するアンモニアを検出するようにしてもよい。

【0017】

尿素水がアンモニアに分解される際、イソシアン酸（ＨＮＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。したがって、尿素水がアンモニアに分解される際に生成された、イソシアン酸や二酸化炭素を検出することにより、アンモニアの生成を検出することが可能である。

【0018】

この構成によれば、尿素供給手段によって供給された尿素水の分解反応で生成された、アンモニア以外の物質を検出しても、選択還元触媒に流入するアンモニアを検出することができる。

【0019】

本開示の内燃機関の排気浄化方法は、排気通路に設けられた選択還元触媒と、選択還元触媒の上流に設けられ排気通路に尿素水を供給する尿素供給手段と、尿素供給手段と選択還元触媒との間の排気通路に設けられた電気式加熱部材と、を備えた内燃機関の排気浄化方法である。排気浄化方法は、選択還元触媒に流入するアンモニア量に基づいて、尿素水のアンモニア生成割合を算出することと、アンモニア生成割合に基づいて、電気式加熱部材の通電量を制御することと、を含む。

【0020】

この方法によれば、電気式加熱部材によって、尿素供給手段から供給された尿素水の分解が促進されて、アンモニアが生成され、選択還元触媒に流入する。選択還元触媒に流入するアンモニア量に基づいて尿素水のアンモニア生成割合を算出し、アンモニア生成割合に基づいて電気式加熱部材の通電量を制御する。尿素水のアンモニア生成割合を用いて電気式加熱部材の通電量を制御するので、分散板や電熱体の温度を用いることなく、選択還元触媒に流入するアンモニア量を制御することができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、分散板や電熱体の温度を用いることなく、選択還元触媒に流入するアンモニア量を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図2】本実施の形態において、ＥＣＵに構成された機能ブロックを示す図である。

【図3】本実施の形態における目標アンモニア生成割合算出マップを示す図である。

【図4】ＥＣＵで実行される通電量制御の処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】変形例における内燃機関の排気浄化装置の一部を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0024】

図１は、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、エンジン（内燃機関）１は、排気浄化装置７０を備えた圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。エンジン１は、たとえば、車両の駆動源として用いられる。エンジン１は、エンジン本体１０のシリンダ（気筒）１２に形成された燃焼室に、燃料噴射弁（インジェクター）１４から燃料を噴射し、圧縮自着火を行う内燃機関である。本実施の形態において、エンジン１は４気筒である。エンジン１の吸気通路２０には、エアクリーナ２２、インタークーラ２４、および絞り弁（ディーゼルスロットル弁）２６が設けられており、エアクリーナ２２で異物が除去された新気（空気）は、ターボ過給器３０のコンプレッサ３２で過給（圧縮）され、インタークーラ２４で冷却されて、吸気マニホールド２８に供給され、吸気ポートから各燃焼室に供給される。

【0025】

燃料タンク４０には、燃料が貯留されている。燃料タンク４０内の燃料は、フィードポンプ４１によって高圧燃料ポンプ４２へ供給され、高圧燃料ポンプ４２から吐出された高圧の燃料が燃料通路４３を介してコモンレール４４に圧送される。コモンレール４４に蓄えられた高圧の燃料が、インジェクター１４から燃焼室（筒内）に噴射される。

【0026】

燃焼室から排出される排気（排ガス）は、排気マニホールド５０に集められ、排気通路５２を介して、外気に放出される。また、排気の一部は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路６０を介して、吸気マニホールド２８に還流される。ＥＧＲ通路６０には、ＥＧＲクーラ６２とＥＧＲ弁６４が設けられる。

【0027】

排気通路５２には、ターボ過給器３０のタービン３４が設けられ、タービン３４の下流に、排気浄化装置７０として、酸化触媒７１、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）７２、選択還元触媒（以下、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒とも称する）７３、および酸化触媒７４が設けられている。酸化触媒７１は、排ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）を酸化して、浄化する。また、酸化触媒７１は、ＤＰＦ７２に捕集したパティキュレート・マター（ＰＭ）を燃焼除去する際に、供給されたＨＣを燃焼（酸化）して排ガス温度を上昇させる。

【0028】

ＤＰＦ７２の下流の排気通路５２には、ＳＣＲ触媒７３が配置されている。ＳＣＲ触媒７３は、たとえば、セラミック担体に銅（Ｃｕ）イオン交換ゼオライトを触媒として担持したものであり、アンモニア（ＮＨ３）を還元剤として用いることにより、高いＮＯｘ浄化率を示すものである。還元剤として利用するアンモニアは、ＳＣＲ触媒７３の上流の排気通路５２に供給した尿素水を加水分解および熱分解することにより生成する。ＳＣＲ触媒７３の上流の排気通路には、尿素添加弁（尿素水噴射インジェクター）８０が設けられ、尿素水タンク８１からポンプ８２によって圧送される尿素水を、尿素添加弁８０から、ＳＣＲ触媒７３の上流の排気通路５２に噴射する。なお、尿素添加弁８０が、本開示の「尿素供給手段」の一例に相当する。

【0029】

ＳＣＲ触媒７３の下流の排気通路５２には、酸化触媒７４が設けられており、ＳＣＲ触媒７３から排出された（スリップした）アンモニアを酸化して浄化する。

【0030】

尿素添加弁８０とＳＣＲ触媒７３との間の排気通路５２には、分散板２００が配置されている。分散板２００は、通電を行うことにより発熱する電熱体と一体に構成されている。分散板２００には、電圧調整回路９０およびバッテリ（直流電源）９１からなる電源回路が接続される。電圧調整回路９０は、たとえば、スイッチと可変抵抗から構成され、分散板２００への印加電圧を制御可能である。電圧調整回路９０は、ＤＣＤＣコンバータから構成されてもよい。分散板２００は、本開示の「電気式加熱部材」の一例に相当する。

【0031】

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ１０２、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）等を含み、メモリ１０２に記憶された情報、各種センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行し、インジェクター１４、絞り弁２６、尿素添加弁８０、電圧調整回路９０、等を制御する。ＥＣＵ１００は、本開示の「制御装置」の一例に相当する。

【0032】

ＥＣＵ１００に入力される各種センサとしては、たとえば、エンジン回転速度センサ１１１、アクセルペダルセンサ１１２、エアフローメータ１１３、ＳＣＲ温度センサ１１４、ＮＨ３センサ１１５、等である。エンジン回転速度センサ１１１は、エンジン１の回転速度ＮＥを検出する。アクセルペダルセンサ１１２は、ユーザによるアクセルペダル操作量（以下「アクセル開度」ともいう）ＡＰを検出する。エアフローメータ１１３は、吸気通路２０に設けられ、エンジン１の吸気量（吸入空気量）Ｇａを検出する。ＳＣＲ温度センサ１１４は、ＳＣＲ触媒７３の温度（たとえば、触媒床温）Ｔｃを検出する。

【0033】

ＮＨ３センサ１１５は、分散板２００とＳＣＲ触媒７３との間の排気通路に設けられ、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア（ＮＨ３）濃度Ｃａｉを検出する。ＮＨ３センサ１１５は、たとえば、隔膜電極式センサであってよい。

【0034】

ＥＣＵ１００は、たとえば、アクセル開度ＡＰとエンジン回転速度ＮＥとから燃料噴射量Ｆｐを算出し、燃料噴射量Ｆｐの燃料が燃焼室に噴射されるよう、インジェクター１４を制御する。ＥＣＵ１００は、燃料噴射量Ｆｐ（あるいは、アクセル開度ＡＰ）とエンジン回転速度ＮＥから、エンジン１から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ量に応じて添加量Ｆｕを算出し、添加量Ｆｕの尿素水が排気通路５２に供給されるよう、尿素添加弁８０を制御する。なお、エンジン１から排出されるＮＯｘ濃度を検出し、ＮＯｘ濃度に基づいて、添加量Ｆｕを算出するようにしてもよい。

【0035】

尿素添加弁８０から供給された尿素水は、分散板２００によって分散されるとともに微粒化される。また、尿素水は、分散板２００（および排気熱）によって加熱される。これにより、尿素添加弁８０から供給された尿素水の一部が加熱分解および加水分解され、アンモニア（ＮＨ３）が生成する。そして、生成されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒７３へ流入する。また、分解されなかった尿素水は、ＳＣＲ触媒７３に流入し、ＳＣＲ触媒７３内部で熱分解および加水分解されアンモニアを生成する。

【0036】

ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニアが多いほど、ＳＣＲ触媒７３のＮＯｘ浄化率が向上する。このため、尿素水の熱分解および加水分解が促進するよう、たとえば、特許文献１に開示されたように、分散板２００の温度を下限温度より高い温度になるよう通電することが好ましい。この場合、排気温度等のパラメータを用いて分散板２００の温度を推定すると、分散板２００に付着した尿素水によって局所的に温度が低下する。また、温度センサを用いて分散板２００の温度を検出する場合であっても、分散板の全体に渡って温度を検出することは難しく、精度よく分散板２００の温度の検出することができない懸念がある。

【0037】

本実施の形態では、分散板２００の温度を用いることなく、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニアが適切な量になるよう制御する。

【0038】

図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ１００に構成された機能ブロックを示す図である。尿素水添加量算出部１０３は、尿素添加弁８０から供給される尿素水の添加量Ｆｕを算出する。添加量Ｆｕは、上述のように、燃料噴射量Ｆｐ（あるいは、アクセル開度ＡＰ）とエンジン回転速度ＮＥから、エンジン１から排出されるＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ量に基づいて添加量Ｆｕをする。

【0039】

ＮＨ３割合算出部１０４は、ＮＨ３センサ１１５で検出したアンモニア濃度Ｃａｉ（ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア濃度Ｃａｉ）と添加量Ｆｕから、尿素添加弁８０から供給した尿素水のアンモニア生成割合Ａｒを算出する。たとえば、吸入空気量Ｇａから排気流量Ｅｇを求め（Ｅｇ＝Ｇａとして算出してよい）、排気流量Ｅｇとアンモニア濃度Ｃａｉから、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア量Ａｑｉを求める。添加量Ｆｕの尿素水から生成されるアンモニア量Ａｑｆを算出する。そして、アンモニア生成割合Ａｒ［％］を「Ａｒ＝（Ａｑｉ／Ａｑｆ）×１００」として算出する。

【0040】

ＳＣＲ温度取得部１０５は、ＳＣＲ触媒７３の温度Ｔｃを取得する。温度Ｔｃは、ＳＣＲ温度センサ１１４の検出値であってよく、エンジン１の運転状態から推定したものであってよい。

【0041】

通電量制御部１０６は、分散板２００の印加電圧Ｖｈ（電圧調整回路９０の出力電圧）を制御する。通電量制御部１０６は、ＮＨ３割合算出部１０４で算出したアンモニア生成割合Ａｒと目標アンモニア生成割合Ａｒｔとを比較することにより、分散板２００の印加電圧を制御する。

【0042】

ＳＣＲ触媒７３のＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒７３に流入する尿素水のアンモニア生成割合Ａｒが高いほど高くなる傾向を示し、アンモニア生成割合Ａｒは、分散板２００の温度が高いほど多くなる。また、アンモニア生成割合Ａｒが同じ値であっても、ＳＣＲ触媒７３の温度Ｔｃが高いほど、ＮＯｘ浄化率が高くなる。このため、ＳＣＲ触媒７３に要求されるＮＯｘ浄化率を達成するには、ＳＣＲ触媒７３の温度Ｔｃに応じた適切なアンモニア生成割合Ａｒが存在する。

【0043】

図３は、本実施の形態における、目標アンモニア生成割合Ａｒｔ算出マップを示す図である。図３において、縦軸は、ＳＣＲ触媒７３のＮＯｘ浄化率（％）であり、横軸は、温度Ｔｃ（℃）であり、ＳＣＲ触媒７３の活性化温度以上の温度を示している。このマップは、予め実験等によって作成され、メモリ１０２に格納されている。通電量制御部１０６は、ＳＣＲ温度取得部１０５で取得した温度Ｔｃを用いて、この目標アンモニア生成割合Ａｒｔ算出マップから、目標アンモニア生成割合Ａｒｔを算出する。本実施の形態では、ＳＣＲ触媒７３に要求されるＮＯｘ浄化率は９０（％）以上であればよく、ＮＯｘ浄化率が９０（％）の目標アンモニア生成割合Ａｒｔ（図３において、太枠の欄）を、温度Ｔｃに基づいてマップ検索により算出する。そして、通電量制御部１０６は、アンモニア生成割合Ａｒが目標アンモニア生成割合Ａｒｔより大きいときには、分散板２００の印加電圧Ｖｈが低下するよう、電圧調整回路９０を制御する。また、通電量制御部１０６は、アンモニア生成割合Ａｒが目標アンモニア生成割合Ａｒｔより小さいときには、分散板２００の印加電圧Ｖｈが上昇するよう、電圧調整回路９０を制御する。

【0044】

図４は、ＥＣＵ１００で実行される通電量制御の処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン１の作動中、所定期間毎に繰り返し実行される。ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０では、尿素添加弁８０から尿素水を供給しているか否かを判定する。エンジン１の始動後ＳＣＲ触媒７３が暖機され、温度Ｔｃが活性化温度を超えると、尿素添加弁８０から尿素水が排気通路５２へ供給される。温度Ｔｃが活性化温度未満のときには、尿素添加弁８０から尿素水が供給されないので、否定判定され、今回のルーチンを終了する。なお、この場合、分散板２００には、通電が行われない（電圧が印加されない）。温度Ｔｃが活性化温度を超え、尿素添加弁８０から尿素水が供給されているときには、肯定判定されＳ１１へ進む。

【0045】

Ｓ１１では、尿素添加弁８０から供給される尿素水の添加量Ｆｕを算出する。添加量Ｆｕは、上述のように、エンジン１から排出されるＮＯｘ量に基づいて算出する。

【0046】

続くＳ１２では、尿素添加弁８０から供給した尿素水のアンモニア生成割合Ａｒを算出する。ＮＨ３センサ１１５で検出したアンモニア濃度Ｃａｉ（ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア濃度Ｃａｉ）と排気流量Ｅｇとから、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア量Ａｑｉを求める。Ｓ１４１で算出した添加量Ｆｕの尿素水から生成されるアンモニア量Ａｑｆを算出する。そして、アンモニア生成割合Ａｒ（＝（Ａｑｉ／Ａｑｆ）×１００）を算出し、Ｓ１３へ進む。

【0047】

Ｓ１３では、ＳＣＲ触媒７３の温度Ｔｃをパラメータとして、目標アンモニア生成割合Ａｒｔ算出マップ（図３）から、目標アンモニア生成割合Ａｒｔを算出する。本実施の形態では、目標アンモニア生成割合Ａｒｔ算出マップにおいて、ＮＯｘ浄化率９０（％）の値が採用される。

【0048】

続くＳ１４では、アンモニア生成割合Ａｒが、「目標アンモニア生成割合Ａｒｔ＋ｄ１」より大きいか否かを判定する。なお、ｄ１は、通電量制御のハンチングを抑制する不感帯を設定するための値である。アンモニア生成割合Ａｒが、「目標アンモニア生成割合Ａｒｔ＋ｄ１」よりも大きい場合（Ａｒ＞Ａｒｔ＋ｄ１）、肯定判定されＳ１５へ進む。アンモニア生成割合Ａｒが、「目標アンモニア生成割合Ａｒｔ＋ｄ１」以下の場合（Ａｒ≦Ａｒｔ＋ｄ１）、否定判定されＳ１６へ進む。

【0049】

Ｓ１５では、分散板２００の印加電圧ＶｈがΔｖだけ低くなるよう（電圧調整回路９０の出力電圧がΔｖだけ低くなるよう）、電圧調整回路９０を制御する。たとえば、現在の印加電圧Ｖｈであるとき、「Ｖｈ－Δｖ」を新たな印加電圧Ｖｈに設定し、電圧調整回路の出力電圧が新たな印加電圧Ｖｈになるよう、電圧調整回路９０を制御し、今回のルーチンを終了する。

【0050】

Ｓ１６では、アンモニア生成割合Ａｒが、「目標アンモニア生成割合Ａｒｔ－ｄ２」より小さいか否かを判定する。なお、ｄ２は、通電量制御のハンチングを抑制する不感帯を設定するための値である。アンモニア生成割合Ａｒが、「目標アンモニア生成割合Ａｒｔ＋ｄ１」よりも小さい場合（Ａｒ＜Ａｒｔ－ｄ２）、肯定判定されＳ１７へ進む。アンモニア生成割合Ａｒが、「目標アンモニア生成割合Ａｒｔ－ｄ２」以上の場合（Ａｒ≧Ａｒｔ－ｄ２）、否定判定されＳ１８へ進む。

【0051】

Ｓ１７では、分散板２００の印加電圧ＶｈがΔｖだけ高くなるよう（電圧調整回路９０の出力電圧がΔｖだけ高くなるよう）、電圧調整回路９０を制御する。たとえば、現在の印加電圧Ｖｈであるとき、「Ｖｈ＋Δｖ」を新たな印加電圧Ｖｈに設定し、電圧調整回路の出力電圧が新たな印加電圧Ｖｈになるよう、電圧調整回路９０を制御し、今回のルーチンを終了する。

【0052】

Ｓ１８では、現在の印加電圧Ｖｈを維持するよう、電圧調整回路９０を制御し、今回のルーチンを終了する。なお、不感帯を設定するための値ｄ１およびｄ２は、同じ値であってもよい。また、不感帯を設けることなく、通電制御を行ってもよい。

【0053】

本実施の形態によれば、通電を行うことにより発熱する電熱体と一体に構成された分散板２００が、尿素添加弁８０とＳＣＲ触媒７３との間の排気通路５２に設けられている。分散板２００によって、尿素添加弁８０から供給された尿素水の分解が促進されて、アンモニアが生成され、ＳＣＲ触媒７３に流入する。ＥＣＵ１００のＮＨ３割合算出部１０４は、ＮＨ３センサ１１５で検出したアンモニアに基づいて、尿素添加弁８０から供給された尿素水のアンモニア生成割合Ａｒを算出する。通電量制御部１０６は、アンモニア生成割合Ａｒに基づいて分散板２００の通電量を制御する。尿素水のアンモニア生成割合Ａｒを用いて分散板２００の通電量を制御するので、分散板や電熱体の温度を用いることなく、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア量を制御することができる。

【0054】

本実施の形態によれば、ＳＣＲ触媒７３の温度Ｔｃに基づいて目標アンモニア生成割合Ａｒｔを求め、アンモニア生成割合Ａｒが目標アンモニア生成割合Ａｒｔより大きいとき、分散板２００の通電量を小さくしている。これにより、十分なＮＯｘ浄化率を維持しつつ、分散板２００の消費電力の増加を抑制できる。

【0055】

上記実施の形態では、ＮＯｘ浄化率が９０（％）の目標アンモニア生成割合Ａｒｔ（図３において、太枠の欄）を、温度Ｔｃに基づいてマップ検索により算出していた。排気浄化装置７０に求められるＮＯｘ浄化率に応じて、適宜、目標アンモニア生成割合Ａｒｔをマップ検索してよい。

【0056】

（変形例）
図５は、変形例における内燃機関の排気浄化装置の一部を概略的に示す図である。図５は、ＤＰＦ７２とＳＣＲ触媒７３との間の排気通路５２を示している。その他の構成は、図１の内燃機関の排気浄化装置と同様である。

【0057】

変形例では、分散板２０１の上流に電熱体２０２が設けられている。電熱体２０２は、電圧調整回路９０から供給される電力によって発熱する。電熱体２０２は、たとえば、ハニカム構造のセラミック発熱体であってよい。分散板２０１は、電熱体２０２によって加熱されてもよい。尿素添加弁８０から供給された尿素水は、電熱体２０２によって加熱され、分散板２０１によって分散される。これにより、尿素添加弁８０から供給された尿素水の一部が加熱分解および加水分解され、アンモニア（ＮＨ３）が生成する。なお、分散板２０１が電熱体２０２によって加熱される場合には、尿素水は、分散板２０１によっても加熱される。

【0058】

第１ＮＯｘセンサ１１６が、尿素添加弁８０の上流の排気通路５２に設けられており、第２ＮＯｘセンサ１１７が、分散板２０１および電熱体２０２とＳＣＲ触媒７３との間の排気通路５２に設けられている。

【0059】

ＮＯｘセンサは、排気中のＮＯｘ（主に、ＮＯ）を窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）に分解して、酸素（Ｏ２）分圧を検出することにより、ＮＯｘを検出している。排気中にアンモニア（ＮＨ３）が存在すると、ＮＨ３がＮＯｘセンサの電極で酸化されＮＯが生成する。ＮＯｘセンサは、ＮＨ３から生成されたＮＯも検出するため、ＮＯｘを含む排気中にアンモニア（ＮＨ３）が存在すると、ＮＯｘセンサの検出値は、アンモニア量に相当する分だけ大きくなる。

【0060】

第２ＮＯｘセンサ１１７は、排気中のＮＯｘに加えて、尿素水から生成されたアンモニア（ＮＨ３）も検出する。第２ＮＯｘセンサ１１７の検出値から第１ＮＯｘセンサ１１６の検出値を減算した値に基づいて、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア濃度を求めることができる。

【0061】

この変形例では、Ｓ１２（図４）において、第１ＮＯｘセンサ１１６と第２ＮＯｘセンサ１１７の検出値から求めたアンモニア濃度Ｃａｉ（ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア濃度Ｃａｉ）に基づいて、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア量Ａｑｉを算出し、尿素添加弁８０から供給した尿素水のアンモニア生成割合Ａｒを算出する。通電量制御（図４）における他の処理は、上記実施の形態と同様である。

【0062】

この変形例によれば、第１ＮＯｘセンサ１１６と第２ＮＯｘセンサ１１７の検出値から、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニアを検出し、電熱体２０２の通電量を制御することが可能になる。なお、変形例において、電熱体２０２は、分散板２０１の下流に配置されていてもよい。

【0063】

上記実施形態におけるＮＨ３センサ１１５、変形例における第１ＮＯｘセンサ１１６および第２ＮＯｘセンサ１１７に代えて、尿素添加弁８０によって供給された尿素水の分解反応で生成された、アンモニア以外の物質を検出することにより、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニアを検出するようにしてもよい。

【0064】

尿素添加弁８０から供給された尿素水に含まれる尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）は、熱分解により、アンモニア（ＮＨ３）とイソシアン酸（ＨＮＣＯ）を生成する。

【0065】

（ＮＨ２）２ＣＯ→ＮＨ３＋ＨＮＣＯ
また、尿素水に含まれる尿素、および、熱分解で生成されたイソシアン酸は、加水分解により、アンモニアおよび二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する。

【0066】

（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２
ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２
なお、加水分解は、熱分解より高温で開始される。

【0067】

たとえば、エンジン１の運転領域毎に、ＳＣＲ触媒７３に流入するイソシアン酸（ＨＮＣＯ）の濃度とＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア（ＮＨ３）の濃度との関係を、予め実験等により求めておき、マップ化する。そして、ＳＣＲ触媒７３に流入するイソシアン酸を検出することにより、マップ検索によって、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニアを検出するようにしてもよい。

【0068】

分散板２００とＳＣＲ触媒７３の間の排気通路５２に二酸化炭素（ＣＯ２）センサを設ける。吸入空気量Ｇａと燃料噴射量Ｆｐとに基づいて、排気中のＣＯ２濃度を算出する。そして、ＣＯ２センサで検出したＣＯ２濃度から排気中のＣＯ２濃度を減算することにより、加水分解により尿素から生成したＣＯ２濃度を算出する。エンジン１の運転領域毎に、加水分解により尿素から生成したＣＯ２濃度とＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニア（ＮＨ３）の濃度との関係を、予め実験等により求めておき、マップ化する。そして、加水分解により尿素から生成したＣＯ２濃度を用いて、マップ検索によって、ＳＣＲ触媒７３に流入するアンモニアを検出するようにしてもよい。

【0069】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0070】

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ シリンダ、１４ インジェクター、２０ 吸気通路、２２ エアクリーナ、２４ インタークーラ、２６ 絞り弁、２８ 吸気マニホールド、３０ ターボ過給器、３２ コンプレッサ、３４ タービン、４０ 燃料タンク、４１ フィードポンプ、 ４２ 高圧燃料ポンプ、４３ 燃料通路、４４ コモンレール、４５ 燃料通路、５０ 排気マニホールド、５２ 排気通路、６０ ＥＧＲ通路、６２ ＥＧＲクーラ、６４ ＥＧＲ弁、７０ 排気浄化装置、７１ 酸化触媒、７２ ＤＰＦ、７３ 選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）、７４ 酸化触媒、８０ 尿素添加弁、８１ 尿素タンク、８２ ポンプ、９０ 電圧調整回路、９１ バッテリ、１００ ＥＣＵ、１０１ ＣＰＵ、１０２ メモリ、１０３ 尿素水添加量算出部、１０４ ＮＨ３割合算出部、１０５ ＳＣＲ温度取得部、１０６ 通電量制御部、１１１ エンジン回転速度センサ、１１２ アクセルペダルセンサ、１１３ エアフローメータ、１１４ ＳＣＲ温度センサ、１１５ ＮＨ３センサ、１１６ 第１ＮＯｘセンサ、１１７ 第２ＮＯｘセンサ、２００，２０１ 分散板、２０２ 電熱体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】