JP4888480B2 - 排気浄化システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化システムの制御装置に関し、特にＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）を採用した排気浄化システムを好適に実現するものである。

近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を高い浄化率で浄化する排気浄化システムとしてＳＣＲの開発が進められており、一部実用化に至っている。

ＳＣＲシステムとして、例えば、エンジン本体に接続された排気管にＳＣＲ触媒が設けられており、そのＳＣＲ触媒に対し、ＮＯｘ還元剤としてのアンモニアガスが供給されるものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１のシステムでは、固体尿素等の固体還元剤が貯蔵タンクに貯蔵されており、その貯蔵タンク内の固体還元剤を電気ヒータにより加熱することで固体還元剤を液化する。そして、液体状態の還元剤を排気管内においてＳＣＲ触媒の上流側に添加する。これにより、還元剤が排気管内にて気体となり、その気体状態の還元剤と排気中のＮＯｘとが作用する。つまり、ＳＣＲ触媒上でアンモニアを還元剤とするＮＯｘの還元反応が行われ、その結果、排気中のＮＯｘが還元、浄化されることになる。
特開２００２−４８４０号公報

ところで、ＮＯｘ還元剤を固体の状態でシステムに搭載する場合、その固体還元剤を液体又は気体に変化させた後に排気管内に供給するのが望ましい。このとき、上記特許文献１のように、固体還元剤を液化する際に電気ヒータを用いる場合、電気ヒータに電気エネルギを供給するための装置が必要になる。この供給装置として、例えば車載のバッテリを用いた場合、電気ヒータでの電力消費に伴いバッテリ電圧が低下するため、その低下分を補充するために内燃機関を駆動させる必要が生じ、結果として車両の燃費が悪化してしまうことが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エネルギの有効利用を図りつつＮＯｘ浄化を好適に行うことができる排気浄化システムの制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

ＳＣＲによる排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ還元剤として固体又は液体の還元剤を貯蔵しておくとともに、その固体又は液体の還元剤を加熱等により気体の状態にした後に排気管内に供給することが考えられる。これにより、選択還元型触媒にてＮＯｘ還元を十分に行わせることができると考えられる。ここで、固体又は液体の還元剤を気体に変化させる熱源として、本発明者は内燃機関の排気熱に着目し、同排気熱を熱源として固体又は液体の還元剤への熱供給量を制御することとした。

つまり、本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、固体又は液体の還元剤を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部に貯蔵された固体又は液体の還元剤を加熱する加熱部と、前記加熱部による加熱により発生した気体の還元剤を前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側に供給する還元剤供給手段とを備える排気浄化システムに適用される。そして、第１の構成は、前記加熱部が、前記排気通路の排気熱を熱源とし、前記加熱部から前記貯蔵部への排気熱による熱供給量を制御する熱制御手段を備えることを特徴とする。この構成によれば、内燃機関の排気熱を気体還元剤の生成のための熱エネルギとして利用するため、電気ヒータのみを用いて固体又は液体の還元剤から気体還元剤を生成する場合に比べて、エネルギ消費を軽減することができる。また、排気熱による還元剤への熱供給量を調節するため、選択還元型触媒に供給される還元剤の過不足が生じるのを抑制することができる。したがって、エネルギの有効利用を図りつつＮＯｘ浄化を好適に行うことができる。

固体又は液体の還元剤に投入される熱量は排気流量に応じて異なり、排気流量が多いほど排気熱による還元剤への熱供給量が多くなる。また、加熱部の熱源とされる排気熱は、エンジン運転状態や、ＳＣＲよりも上流側に配置された他の排気浄化装置の状態等に応じて異なり、例えば、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が排気通路に設けられている構成において、ＤＰＦの再生処理時に排気温度が過高温（例えば６００〜６５０℃）になり、排気熱が大きくなることが考えられる。かかる場合、排気熱による還元剤への熱供給を抑制する必要がある。

その点に鑑み、第２の構成は、前記排気通路において前記加熱部の熱源とされる排気熱を流通する排気流通部の排気流量を調節する流量調節手段を備え、前記熱制御手段は、前記熱供給量の制御として前記流量調節手段による排気流量を制御する。この構成によれば、排気流量を変えることにより還元剤への熱供給量を調節することができ、ひいては気体還元剤（例えばアンモニアガス）の発生量を好適に制御することができる。

なお、流量調節手段として、排気通路から分岐する排気流通部としてのバイパス通路を設けるとともに、同パイパス通路に流量調節弁を設け、その流量調節弁の開度等を調節することにより、同バイパス通路の排気から固体又は液体の還元剤への熱供給量を制御する構成にするとよい。排気通路に設けたバイパス通路の排気熱を利用する構成とすることにより、流量調節弁により排気流量を少なくした場合に、排気通路において排気の流れが停滞するのを抑制することができる。

上述したように、例えばＤＰＦ再生処理時には排気温度が過高温になることが考えられる。第３の構成では、前記貯蔵部に、前記内燃機関の冷却水を流通させるための冷却水通路が設けられており、前記熱制御手段は、前記加熱部から前記貯蔵部内への熱供給が過剰であることを判定するとともに、前記貯蔵部内への熱供給が過剰であると判定された場合に前記冷却水通路を流通する冷却水により前記貯蔵部内への熱供給量を少なくする。この構成によれば、貯蔵部が冷却水により冷却されるため、排気熱による還元剤への熱供給を抑制することができ、ひいては気体還元剤（アンモニアガス等）の発生量が過剰になるのを抑制することができる。

ここで、内燃機関の冷却水により貯蔵部内への熱供給量を制御する場合、冷却水流量を調節する手段を冷却水通路に設けるとよい。こうすれば、熱供給量の制御における精度を高めることができる。また、貯蔵部に流通される冷却水は、内燃機関から排出された後にラジエータにて冷却されたものであることが望ましい。

例えば内燃機関の始動時やアイドル運転時などにおいては、排気温度が低く、固体又は液体の還元剤からアンモニアガス等を発生させるのに十分な排気熱が得られないことが考えられる。その点に鑑み、第４の構成は、前記加熱部は、更に電気エネルギにより発熱する発熱体を熱源として有し、前記熱制御手段は、前記加熱部から前記貯蔵部内への熱供給が不足することを判定するとともに、前記貯蔵部内への熱供給が不足していると判定された場合に前記発熱体から前記貯蔵部へ熱供給を行う。この構成によれば、排気熱からの熱供給が不足する場合に発熱体から固体又は液体の還元剤に熱供給されるため、選択還元型触媒に供給されるアンモニアガス等が不足するのを抑制することができる。また、排気熱による熱供給が不足する場合に発熱体を補助的に使用するため、発熱体（つまり電気ヒータ）のみを使用する場合に比べて、エネルギ消費の低減を好適に図ることができる。

ところで、排気熱を還元剤の状態変化に利用した場合、熱エネルギの移動に伴い排気温度が低下することが考えられる。一方、排気浄化触媒において反応を促進させるには、同触媒を活性温度に維持することが必要になる。

その点に鑑み、第５の構成は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気中の窒素酸化物の酸化反応を促進する酸化触媒とが前記排気通路に更に備えられており、前記加熱部は、前記選択還元型触媒、前記フィルタ及び前記酸化触媒のうちいずれかの下流側における排気熱を熱源とする。この構成によれば、フィルタ（ＤＰＦ）、酸化触媒及びＳＣＲのうちいずれかの下流側の排気熱を還元剤の状態変化に利用するため、排気浄化触媒やフィルタにおける浄化機能を維持することができる。つまり、ＤＰＦの下流側の排気熱を利用することにより、ＤＰＦ再生のための反応熱が貯蔵部へ伝達されるのを回避することができ、結果としてＤＰＦ再生に悪影響が及ぶのを抑制することができる。また、酸化触媒の下流側の排気熱を利用することにより、酸化触媒における酸化反応熱を還元剤の加熱に用いることができる。

第６の構成は、前記貯蔵部と前記還元剤供給手段との間に、前記加熱部の加熱により発生した前記気体の還元剤を保管する気体保管部が設けられており、前記熱制御手段は、前記気体保管部内の圧力に基づいて前記加熱部から前記貯蔵部への熱供給量を制御する。気体保管部内の圧力によれば、固体又は液体の還元剤から放出されるアンモニアガス等の量を速やかにかつ精度よく検出することができ、ひいては還元剤への熱供給量を好適に制御することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る排気浄化システムを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の排気浄化システムは、選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係るＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。

図１に示すように、本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジンにより排出される排気を浄化対象として、排気を浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。

エンジン排気系の構成として具体的には、エンジン本体Ｅには、排気通路を形成する排気管１１が接続されており、その排気管１１には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２と選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３とが配設されている。

ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去され（再生処理され）、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能になっている。

ＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものである。具体的には、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
といった反応を促進することにより、排気中のＮＯｘを還元してＮ2とＨ2Ｏとに変化させる。これにより、排気中のＮＯｘが大気中に放出されないようにしている。

また、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＮＯｘ検出部（ＮＯｘセンサ）と排気温検出部（排気温センサ）とが内蔵された排気センサ１６が設けられている。この排気センサ１６により、ＳＣＲ触媒１３の下流側にて排気中のＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒１３によるＮＯｘの浄化率）及び排気の温度が検出される。排気管１１において、ＳＣＲ触媒１３の更に下流には、排気中のアンモニア（ＮＨ3）を除去するためのアンモニア除去装置１４（例えば酸化触媒）が設けられている。また、ＳＣＲ触媒１３の更に下流に、排気中のアンモニア量を検出するためのアンモニアセンサ等が必要に応じて設けられる。

ところで、ＳＣＲ触媒１３にてＮＯｘを還元する場合、還元剤としてのアンモニアが必要になる。そこで、本実施形態では、アンモニアの発生源として、車両搭載性や安全性の観点から固体還元剤を搭載し、この固体還元剤を加熱することにより発生したアンモニアガスをＳＣＲ触媒１３に供給している。

具体的には、図１に示すように、排気管１１においてアンモニア除去装置１４の更に下流部には、固体還元剤を貯蔵する還元剤貯蔵部２０が排気管１１に隣接配置されている。また、還元剤貯蔵部２０には、エンジン冷却水の通路としての冷却水循環配管１７が設けられており、エンジン冷却水が、エンジン本体Ｅ→還元剤貯蔵部２０→エンジン本体Ｅを循環可能になっている。冷却水循環配管１７には、例えば還元剤貯蔵部２０の上流側に電磁式の開閉弁としての冷却水調量弁１８が設けられている。冷却水調量弁１８においては、その通電量をデューティ制御することにより開弁時間又は開度が調節可能になっており、これにより還元剤貯蔵部２０を通過するエンジン冷却水の水量が調節される。

なお、エンジン本体Ｅ付近にはエンジン駆動式のウォータポンプＷＰが設けられており、このウォータポンプＷＰの駆動によりエンジン冷却水の循環が行われる。また、冷却水循環配管１７を介して還元剤貯蔵部２０の上流側とラジエータ（図示略）の下流側とが接続されることで、エンジン本体Ｅから排出された後にラジエータにて冷却されたエンジン冷却水が還元剤貯蔵部２０を通過するのが望ましい。

図２は、還元剤貯蔵部２０の詳細を示す図である。図２に示すように、還元剤貯蔵部２０は、排気管１１内の熱の授受を行う伝熱部２１と、固体還元剤が貯蔵される固体用容器２２と、アンモニアガスの放出口としての放出部２３とを有している。

伝熱部２１は、排気管１１内の排気熱を固体用容器２２側に伝導するものであり、排気管壁１１ａの内外を貫通した状態で配設されている。伝熱部２１は、伝熱性が高くかつアンモニアに対する耐食性の高い材料（例えばステンレス鋼やカーボン）により構成されている。伝熱部２１の内部には、排気管１１の外側において排気管１１の延びる方向に沿って冷却水循環配管１７が通じており、エンジン冷却水が伝熱部２１内を通過可能になっている。

また、伝熱部２１には、複数の薄板状又は棒状の突起部として、受熱フィン２１Ａ及び放熱フィン２１Ｂが設けられている。具体的には、排気管１１内の排気に曝された部分に受熱フィン２１Ａが設けられ、排気管１１の外部に露出する部分に放熱フィン２１Ｂが設けられている。これにより、伝熱部２１とその周辺との接触面積が大きくなり、熱の伝導が効率よく行われるようになっている。

固体用容器２２は、その内部にチャンバ２２Ａが形成されており、同チャンバ２２Ａにおいて、伝熱部２１のうち排気管１１の外側に露出した部分（放熱フィン２１Ｂ）が格納されている。これにより、排気管１１内の排気熱が、受熱フィン２１Ａで受け取られた後、放熱フィン２１Ｂからチャンバ２２Ａに放出されることとなる。また、固体用容器２２には、チャンバ２２Ａの温度を検出する温度センサ２２Ｂが設けられている。このチャンバ２２Ａには、例えば固体用容器２２の側面に設けられた投入口（図示略）を介して、塊状や粒状の固体還元剤２５が収容される。ここで、固体還元剤２５としては、加熱によりアンモニアガスを放出する物質であれば特に限定せず、例えば種々のアンミン錯体（例えば、ＣａＣｌ2・８ＮＨ3、ＳｒＣｌ2・８ＮＨ3、ＭｇＣｌ2・６ＮＨ3）や固体尿素、アンモニウムカーバメートなどが用いられる。

放出部２３は、固体用容器２２の例えば上部に設けられており、ガス通路が内部に形成されたガス配管２６の一端に接続されている。また、ガス配管２６の他端には、アンモニアガスを排出する排出口１５が設けられおり、同排出口１５が、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間の排気管１１内に配置されている。つまり、排気管１１内の排気熱が伝熱部２１を介して固体用容器２２内に放出されると、その熱により固体用容器２２に収容された固体還元剤２５の気化又は熱分解が起こり、アンモニアガスが発生する。発生したアンモニアガスは、ガス発生による圧力上昇に伴い生じる圧力差を利用して放出部２３から放出された後、ガス配管２６を通じてＳＣＲ触媒１３の上流側に排出される。排出されたアンモニアガスは、ＳＣＲ触媒１３に吸着されるとともに、同ＳＣＲ触媒１３において排気中のＮＯｘと反応する。つまり、ＳＣＲ触媒１３においては、アンモニアを還元剤として上記反応式（式１）〜（式３）によりＮＯｘの還元、浄化が行われる。

ガス配管２６において、還元剤貯蔵部２０と排出口１５との中途部分には、アンモニアガスを貯蔵するガス貯蔵部２７が配設されている。ガス貯蔵部２７は、還元剤貯蔵部２０から発生するアンモニアを気体の状態で貯蔵する。ガス貯蔵部２７には、内圧を検出する圧力センサ２８と、ガス温度を検出する温度センサ２９とが設けられている。また、ガス配管２６においてガス貯蔵部２７と排出口１５との間には、電磁式の開閉弁としてのアンモニア供給弁３１が設けられている。このアンモニア供給弁３１の開弁時間又は開度により、ガス貯蔵部２７から排気管１１内へ排出されるアンモニア量が調節される。

なお、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、ＮＯをＮＯ2に酸化してＳＣＲ触媒１３中の還元反応を促進するための酸化触媒が必要に応じて設けられる。この場合、同酸化触媒とＳＣＲ触媒１３との間に排出口１５が配置され、同位置にて排気管１１内にアンモニアを排出する。

ここで、排気熱を利用して固体用容器２２内の固体還元剤２５からアンモニアガスを放出させるのにあたり、例えばエンジン始動時やアイドル運転時などにおいては、排気温度が低く、固体還元剤２５からアンモニアガスを放出させるのに十分な排気熱が得られないことが考えられる。そこで本実施形態では、固体還元剤２５の加熱補助を目的として、還元剤貯蔵部２０に電気エネルギにより発熱するヒータ部２４を設けている。ヒータ部２４は、固体用容器２２の例えば側壁に内蔵されており、ヒータ部２４への通電のオン／オフの切替制御を行うことによりその発熱量が調節される。

上記システムにおいて、電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサの検出値に基づいて、所望とされる態様でアンモニア供給弁３１や冷却水調量弁１８、ヒータ部２４などを作動させる。これにより、排気浄化に係る各種の制御を行う。

具体的には、マイコン４１は、エンジン運転中において、排気センサ１６の検出信号に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量を算出し、算出したＮＯｘ量に基づいて、排気管１１内におけるＳＣＲ触媒１３の上流側に排出口１５から排出されるアンモニア量を制御する。この場合、排気センサ１６で検出されるＮＯｘ量が多いほどアンモニアがより多く必要となる。一方、アンモニアが過剰に供給されると、ＮＯｘ還元反応に使用されず、又はＳＣＲ触媒１３に吸着されない余剰分のアンモニアが排気に混じって大気放出されるおそれがある。そこで、マイコン４１は、排気センサ１６で検出されるＮＯｘ量に応じた適正量のアンモニアが排出口１５から排気管１１中に排出されるようアンモニア供給量を制御している。

アンモニア供給量の制御について更にマイコン４１は、還元剤貯蔵部２０内の固体還元剤２５に供給する熱量を制御することにより、固体還元剤２５からアンモニアガスが生成される量を制御する。これにより、ガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力ＰＮＨを所定範囲（例えば２〜２．５気圧）に維持する。また、ガス貯蔵部２７におけるアンモニア圧力ＰＮＨとガス温度ＴＮＨとに基づいてアンモニア供給弁３１の開弁時間又は開度を設定することにより、排出口１５から排気管１１内に放出されるアンモニアガス量を制御する。これにより、排気中のＮＯｘ量に対して適正な量のアンモニアをＳＣＲ触媒１３に供給している。

ここで、固体還元剤２５からアンモニアガスを生成するのにあたり、本システムでは、基本的には排気管１１内の排気熱を利用し、その排気熱による加熱により固体還元剤２５からアンモニアガスを生成している。ところが、排気温度によっては、固体還元剤２５への熱供給量が過剰であったり不足したりすることが考えられる。そこで、本システムでは、ヒータ部２４及び冷却水調量弁１８の作動を制御することにより、固体還元剤２５への熱供給量を制御している。具体的には、マイコン４１は、排気熱による熱供給量が過剰な場合に、還元剤貯蔵部２０におけるエンジン冷却水の循環を開始するか又は還元剤貯蔵部２０を通過するエンジン冷却水の流量を増加する。これにより、排気管１１内から還元剤貯蔵部２０へ排気熱の移動を抑制し、固体還元剤２５へ供給される熱量を少なくする。一方、排気熱による熱供給量が不足する場合には、ヒータ部２４への通電を開始するか又はその通電量を増加する。これにより、ヒータ部２４により固体還元剤２５の加熱を補助し、固体還元剤２５に供給される熱量を多くする。

次に、マイコン４１によって実行される固体還元剤２５の加熱処理についてフローチャートを用いて説明する。図３は、固体還元剤２５の加熱処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、マイコン４１により所定周期毎に実行される。

図３において、まずステップＳ１１では、圧力センサ２８により検出されるガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが、ガス貯蔵部２７内の圧力として予め定められた範囲の下限値Ｐｍｉｎ（例えば２気圧）以上か否かを判定する。アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎ未満の場合、つまり固体還元剤２５への熱供給量が不足している場合には、ステップＳ１２へ進み、エンジン冷却水がエンジン本体Ｅと還元剤貯蔵部２０との間を循環しているか否かを判定する。

エンジン冷却水がエンジン本体と還元剤貯蔵部２０との間を循環している場合、つまりウォータポンプＷＰが駆動され、かつ冷却水調量弁１８が開弁している場合には、ステップＳ１３へ進み、冷却水調量弁１８の通電制御におけるデューティ比を小さくすることにより、冷却水循環配管１７内におけるエンジン冷却水の流量を現時点よりも減少させる。一方、エンジン冷却水が循環中でない場合には、ステップＳ１４へ進み、ヒータ部２４への通電をオン状態にしてヒータ部２４から固体還元剤２５への熱供給を行う。これにより、ヒータ部２４による加熱補助を行う。つまり、本処理において、固体還元剤２５への熱供給量を増量させる際には、まずエンジン冷却水の流量を減少させる処理を優先して行い、エンジン冷却水の流量をゼロにしてもガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎよりも低い場合にヒータ部２４を作動させる。

また、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎ以上の場合には、ステップＳ１１で肯定判定がなされ、ステップＳ１５へ進み、ヒータ部２４への通電をオフ状態にすることにより、ヒータ部２４から固体還元剤２５への熱供給を停止する。

続くステップＳ１６では、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが、ガス貯蔵部２７内の圧力として予め定められた範囲の上限値Ｐｍａｘ（例えば２．５気圧）を超えているか否かを判定する。アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘ以下の場合には、同検出値ＰＮＨが設定範囲内にあることから、その状態を維持すべくそのまま本ルーチンを終了する。

一方、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘより大きい場合、つまり固体還元剤２５への熱供給量が過剰な場合には、ステップＳ１７へ進み、冷却水調量弁１８の通電制御におけるデューティ比を大きくすることにより、冷却水循環配管１７内におけるエンジン冷却水の流量を現時点よりも増加させる。

なお、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨに応じてエンジン冷却水の流量を可変にする構成としたが、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨに応じてエンジン冷却水の循環のオン／オフを切り替える構成としてもよい。また、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎ未満になった場合にエンジン冷却水の流量を減少させる構成としたが、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが例えば下限値Ｐｍｉｎと上限値Ｐｍａｘとの間に定められた所定値を下回った時点でエンジン冷却水の流量を減少させる構成としてもよい。エンジン冷却水の流量を増加させる場合も同様に、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘを超えた場合にエンジン冷却水の流量を増加させる代わりに、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが例えば下限値Ｐｍｉｎと上限値Ｐｍａｘとの間に定められた所定値を上回った時点でエンジン冷却水の流量を増加させる構成としてもよい。さらに、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨに応じてエンジン冷却水の流量を連続的に変化させる構成としてもよい。

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。

固体還元剤２５から気体還元剤としてのアンモニアガスを発生させる際に、エンジン本体Ｅからの排気熱をアンモニアの生成のための熱エネルギとして利用するため、エネルギの消費を軽減することができる。また、固体還元剤２５へ供給される排気熱量を調節する構成としたため、ガス貯蔵部２７内のアンモニアガス量を適正量にしておくことができ、ひいてはＳＣＲ触媒１３に供給される還元剤の過不足が生じるのを抑制することができる。したがって、エネルギの有効利用を図りつつＮＯｘ浄化を好適に行うことができる。

還元剤貯蔵部２０に冷却水循環配管１７を貫通させて設け、還元剤貯蔵部２０内をエンジン冷却水が通過する構成としたため、排気温度が高く、排気熱から還元剤貯蔵部２０への熱供給量が過剰な場合に、還元剤貯蔵部２０を冷却することができる。これにより、排気熱による固体還元剤２５への熱供給を抑制することができ、ひいてはアンモニアの発生量が過剰になるのを抑制することができる。

また、冷却水循環配管１７における冷却水流量を調節する手段として、冷却水循環配管１７に冷却水調量弁１８を配設する構成としたため、冷却水調量弁１８の通電制御により冷却水循環配管１７内の冷却水流量を調節することができる。その結果、固体還元剤２５への熱供給量の制御においてその精度を高めることができる。

電気エネルギにより発熱するヒータ部２４を備え、排気管１１内から固体還元剤２５への熱供給が不足する場合にヒータ部２４から熱供給を行う構成としたため、例えばエンジン始動時やアイドル運転時などにおいて、排気温度が低く、アンモニアを発生させるのに十分な排気熱が得られない場合であっても、ヒータ部２４による加熱補助により、固体還元剤２５への熱供給量を確保することができる。これにより、ＳＣＲ触媒１３に供給されるアンモニアが不足するのを抑制することができる。

ＤＰＦ１２、ＳＣＲ触媒１３及びアンモニア除去装置１４の下流側に還元剤貯蔵部２０を設けることで、ＤＰＦ１２、ＳＣＲ触媒１３及びアンモニア除去装置１４の下流側における排気熱を熱源として固体還元剤２５を加熱する構成としたため、還元剤貯蔵部２０での排気熱の利用に伴う排気温度の低下に起因してＤＰＦ１２、ＳＣＲ触媒１３及びアンモニア除去装置１４の機能低下が生じるのを抑制することができる。つまり、ＤＰＦ１２の下流側の排気熱を利用することにより、ＤＰＦ再生に要する熱量が固体還元剤２５の熱分解等により消費されるのを回避することができる。これにより、ＤＰＦ再生に悪影響が及ぶのを抑制することができる。また、ＳＣＲ触媒１３の下流側の排気熱を利用することにより、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化反応を促進させるのに必要な反応温度を確保することができる。これにより、ＮＯｘ浄化に悪影響が及ぶのを抑制することができる。また、アンモニア除去装置１４の下流側の排気熱を利用することにより、アンモニアの酸化反応を促進させるのに必要な反応温度を確保することができる。これにより、アンモニアスリップが発生するのを抑制することができる。

アンモニアガスを貯蔵するガス貯蔵部２７を還元剤貯蔵部２０と排出口１５との間に設け、圧力センサ２８により検出されるガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨに基づいて排気熱による固体還元剤２５への熱供給量を制御する構成としたため、固体還元剤２５から排出口１５へ向かって放出されるアンモニア量を速やかにかつ精度よく検出することができ、ひいては固体還元剤２５への熱供給量を好適に制御することができる。

また、還元剤貯蔵部２０から放出されるアンモニアガスが排気管１１内に排出される前に一旦ガス貯蔵部２７に保管される、つまりガス貯蔵部２７がバッファとして機能するため、排気管１１内に排出されるアンモニアガスが不足する事態を回避することができ、ひいてはＳＣＲ触媒１３に対してアンモニアを安定して供給することができる。

固体還元剤２５への熱供給量を増加するのにあたり、エンジン冷却水の流量を減少させる処理を優先して行い、エンジン冷却水の流量をゼロにしてもガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎよりも低い場合にヒータ部２４を作動させる構成としたため、ヒータ部２４による固体還元剤２５の加熱の機会を極力少なくすることができ、エネルギ消費を軽減するのに好適である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施形態では、ＳＣＲ触媒１３等が設けられた排気管１１に還元剤貯蔵部２０を配設する構成としたが、これを変更し、本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３等が設けられた排気管１１に、還元剤貯蔵部２０への排気流量を調節する手段として、同排気管１１から分岐するバイパス配管を設ける。そして、そのバイパス配管に還元剤貯蔵部２０を配設している。

図４は、本実施形態におけるＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。同図は、図１の一部を変更したものである。なお、図４において、図１と重複する構成については同一の符号を付すとともに説明を省略する。図示は省略するが、ＤＰＦ１２やガス貯蔵部２７、アンモニア供給弁３１の構成は図１と同一である。

図４に示すように、排気管１１には、アンモニア除去装置１４の下流側において、排気管１１から分岐するバイパス配管５１が設けられている。バイパス配管５１には、還元剤貯蔵部２０が取り付けられており、同還元剤貯蔵部２０の上流側に、電磁式の開閉弁としての排気調量弁５２が設けられている。なお、本実施形態の還元剤貯蔵部２０は、エンジン冷却水の通路としての冷却水循環配管１７がその内部に設けられていない点において上記実施形態の還元剤貯蔵部２０と異なる。

排気調量弁５２は、ＥＣＵ４０からの駆動信号に基づいて通電量がディーティ制御されることにより、その開弁時間又は開度が調節される。つまり、排気調量弁５２によれば、バイパス配管５１における排気流量が制御され、その結果、還元剤貯蔵部２０への熱供給量が制御される。

次に、マイコン４１によって実行される固体還元剤２５の加熱処理についてフローチャートを用いて説明する。図５は、固体還元剤２５の加熱処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、マイコン４１により所定周期毎に実行される。

図５において、まずステップＳ２１では、圧力センサ２８により検出されるガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎ以上か否かを判定する。アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎよりも低い場合には、ステップＳ２２へ進み、排気調量弁５２の通電制御のデューディ比が予め定められた範囲の最大値に設定されている、つまりバイパス配管５１における排気流量が最大か否かを判定する。

排気調量弁５２の通電制御のデューティ比が最大値に設定されておらず、バイパス配管５１における排気流量が最大でない場合には、ステップＳ２３へ進み、その排気流量を増加させるべく、デューティ比を大きくする。一方、排気流量が最大の場合には、ステップＳ２４へ進み、ヒータ部２４への通電をオン状態にして、ヒータ部２４から固体還元剤２５への熱供給を行う。つまり、本処理において、固体還元剤２５への熱供給量を増量させる際には、まずバイパス配管５１内の排気流量を増量させる処理を優先して行い、バイパス配管５１内の排気流量を最大にしてもガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎよりも低い場合にヒータ部２４による加熱補助を行う。

また、ガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎ以上の場合には、ステップＳ２１で肯定判定がなされ、ステップＳ２５へ進み、ヒータ部２４への通電をオフ状態にすることにより、ヒータ部２４から固体還元剤２５への熱供給を停止する。続くステップＳ２６では、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘを超えているか否かを判定し、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘ以下の場合には、同検出値ＰＮＨが設定範囲内にあることから、その状態を維持すべくそのまま本ルーチンを終了する。

一方、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘより大きい場合には、ステップＳ２７へ進み、バイパス配管５１における排気流量を小さくすべく、排気調量弁５２の通電制御のデューティ比を小さくする。これにより、還元剤貯蔵部２０に供給される排気熱が少なくなり、アンモニア発生量が少なくなる。

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。

排気管１１に対しバイパス配管５２及び排気調量弁５２を設けるとともに、還元剤貯蔵部２０をバイパス配管５２に隣接配置する構成としたため、排気調量弁５２によりパイパス配管５２内の排気流量を変えることで固体還元剤２５への熱供給量を調節することができ、ひいては固体還元剤２５から生成されるアンモニア量を好適に制御することができる。特に、例えばＤＰＦ１２の再生処理時において排気温度が過高温（例えば６００〜６５０℃）になる結果、固体還元剤２５への熱供給が過剰になることが考えられるところ、この構成によれば、排気流量をゼロ又はその近傍にすることができるため、過高温の排気によって固体還元剤２５が過剰に加熱されるのを回避することができる。したがって、上記実施形態のようにエンジン冷却水により熱供給の抑制を図る場合に比べ、同抑制を好適に行うことができる。

バイパス配管５１の排気流量を増減させることにより固体還元剤２５への熱供給量を制御する構成としたため、排気調量弁５２により還元剤貯蔵部２０への排気流量を少なくした場合に、排気調量弁５２及び還元剤貯蔵部２０を排気管１１に設ける構成に比べて、エンジン本体Ｅからの排気を排気管１１からスムーズに放出することができる。

固体還元剤２５への熱供給量を増加するのにあたり、バイパス配管５１内の排気流量を増加させる処理を優先して行い、同排気流量を最大にしてもガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが下限値Ｐｍｉｎよりも低い場合にヒータ部２４を作動させる構成としたため、ヒータ部２４による固体還元剤２５の加熱の機会を極力少なくすることができ、エネルギ消費を軽減するのに好適である。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

・圧力センサ２８で検出されるガス貯蔵部２７内のアンモニア圧力の検出値ＰＮＨが高いほど固体還元剤２５から発生するアンモニアガス量が多く、同検出値ＰＮＨが低いほど固体還元剤２５から発生するアンモニアガス量が少ないと判断されることから、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨに基づいて固体還元剤２５への熱供給量を制御する構成としたが、これを変更し、温度センサ２２Ｂにより検出される固体用容器２２内の温度に基づいて固体還元剤２５への熱供給量を制御する構成としてもよい。具体的には、固体用容器２２内の温度が高いほど固体還元剤２５から発生するアンモニアガス量が多く、固体用容器２２内の温度が低いほど固体還元剤２５から発生するアンモニアガス量が少ないと判断されることから、固体用容器２２内の温度が設定温度よりも高い場合には、冷却水調量弁１８又は排気調量弁５２の通電制御により、冷却水循環配管１７内のエンジン冷却水量を増加させるか、又はバイパス配管５１内の排気流量を減少させる。一方、固体用容器２２内の温度が設定温度よりも低い場合には、冷却水循環配管１７内のエンジン冷却水量を減少させるか、又はバイパス配管５１内の排気流量を増加させる。このとき、ヒータ部２４へ通電してヒータ部２４から固体還元剤２５へ熱供給を行ってもよい。

あるいは、アンモニア圧力の検出値ＰＮＨに代えて、排気センサ１６により検出される排気温度に基づいて固体還元剤２５への熱供給量を制御する構成としてもよい。具体的には、排気温度が高いほど排気熱が多いため固体還元剤２５から発生するアンモニアガス量が多く、排気温度が低いほど排気熱が少ないため固体還元剤２５から発生するアンモニアガス量が少ないと判断されることから、排気温度が、固体還元剤２５からアンモニアを放出させるのに適正な温度範囲よりも高い場合には、冷却水調量弁１８又は排気調量弁５２の通電制御により、冷却水循環配管１７内のエンジン冷却水量を増加させるか、又はバイパス配管５１内の排気流量を減少させる。一方、排気温度が上記温度範囲よりも低い場合には、冷却水循環配管１７内のエンジン冷却水量を減少させるか、又はバイパス配管５１内の排気流量を増加させる。このとき、ヒータ部２４へ通電してヒータ部２４から固体還元剤２５へ熱供給を行ってもよい。

・上記第１の実施形態では、還元剤貯蔵部２０を排気管１１に隣接配置する構成とし、上記第２の実施形態では、還元剤貯蔵部２０をバイパス配管５１に隣接配置する構成としたが、還元剤貯蔵部２０に排気熱を供給可能であれば、排気管１１又はバイパス配管５１に対する還元剤貯蔵部２０の位置は特に限定しない。例えば、排気管１１と還元剤貯蔵部２０とを離間させて配置し、排気管１１内の排気熱を、空気を媒体として還元剤貯蔵部２０に伝達する構成としてもよい。

・上記第２の実施形態では、バイパス配管５１をアンモニア除去装置１４の下流側に設けるとともにバイパス配管５１に還元剤貯蔵部２０を隣接配置する構成としたが、これを変更し、ＳＣＲ触媒１３とアンモニア除去装置１４との間や、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間、あるいはＤＰＦ１２の上流側にバイパス配管５１を設ける構成としてもよい。

・上記第２の実施形態では、排気管１１から分岐させたバイパス配管５１の下流側を排気管１１に接続することでバイパス配管５１を通過する排気を排気管１１に戻す構成としたが、これを変更し、バイパス配管５１を通過する排気をそのまま大気に放出させる構成としてもよい。

・還元剤貯蔵部２０において、伝熱部２１を排気管壁１１ａの内外に貫通させ、同伝熱部２１を介して排気熱を固体用容器２２内の固体還元剤２５に伝達する構成としたが、これを変更し、固体用容器２２を排気管壁１１ａの外表面に直接配置し、排気管壁１１ａを介して排気熱を固体用容器２２内の固体還元剤２５に伝達する構成としてもよい。また、伝熱部２１において、受熱フィン２１Ａ及び放熱フィン２１Ｂの少なくともいずれかを設けない構成としてもよい。

・エンジン始動操作後の所定期間においてヒータ部２４により固体還元剤２５を加熱する構成としてもよい。エンジン始動時には、排気温度が低く、固体還元剤２５からアンモニアガスを発生させるのに十分な排気熱が供給されないことが考えられる。したがって、エンジンの始動操作後から所定の期間では、ヒータ部２４による固体還元剤２５の加熱を行うことにより、エンジン始動時にアンモニア供給量が不足するのを抑制することができる。ここで、エンジン始動操作後の所定期間は、例えばイグニッションオンからの経過時間や、エンジン回転速度が所定の回転速度以上になるまでの期間等として定められる。

・固体還元剤２５として固体尿素やアンモニウムカーバメートのように加熱により昇華が一気に起こる物質を用いる場合、固体用容器２２に還元剤供給口を設けるとよい。この場合、還元剤供給口から投入する固体還元剤２５の量を排気中のＮＯｘ量に応じて調節するとともに、固体用容器２２内の温度が固体還元剤２５を昇華させるのに最適な温度になるよう還元剤貯蔵部２０への熱供給量を制御する構成とするとよい。

・バイパス配管５１に還元剤貯蔵部２０設けた場合、還元剤貯蔵部２０に冷却水循環配管１７を貫通させる構成としてもよい。こうすれば、排気流量とエンジン冷却水流量とヒータ部２４とによる還元剤貯蔵部２０への熱供給量の制御が可能となる。

・ヒータ部２４により加熱補助を行う構成としたが、ヒータ部２４を設置しない構成としてもよい。例えば、気化又は熱分解による固体還元剤２５からのアンモニアガスの発生開始温度が、排気温度が撮り得る値の最小値よりも低い場合にヒータ部２４を設置しない構成とする。あるいは、排気高温時に固体還元剤２５からのアンモニアガスをガス貯蔵部２７に貯めておき、排気低温時にはガス貯蔵部２７内に貯蔵しておいたアンモニアガスを排気管１１内に供給する場合にヒータ部２４を設置しない構成とする。

・ヒータ部２４を電気エネルギにより発熱する構成としたが、発熱体であればこれに限定せず、例えば化学反応やガス等により発熱する構成としてもよい。

・上記第１の実施形態では、還元剤貯蔵部２０をアンモニア除去装置１４の下流側に配置する構成としたが、これを変更し、ＳＣＲ触媒１３とアンモニア除去装置１４との間や、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間、あるいはＤＰＦ１２の上流側に還元剤貯蔵部２０を設ける構成としてもよい。

・アンモニア圧力ＰＮＨが上限値Ｐｍａｘよりも高い場合に、エンジン冷却水により伝熱部２１から固体還元剤２５への熱供給量を低減させる構成としたが、エンジン冷却水を用いる代わりに、伝熱部２１から固体還元剤２５への熱供給量を低減させるための冷却装置を別に設けてもよい。

・還元剤貯蔵部２０に貯蔵する還元剤として固体還元剤２５を用いたが、これを変更し、例えば尿素水溶液などの液体還元剤を用いてもよい。つまり、還元剤貯蔵部２０に液体状態の還元剤を貯蔵しておき、排気熱による熱供給量を制御することで、還元剤貯蔵部２０内の液体還元剤を気体に変化させる。その気体の還元剤を、ガス配管２６を介してガス貯蔵部２７に一旦保管しておき、そのガス貯蔵部２７のアンモニアガスを排出口１５から排気管１１内に排出する。

・車載ディーゼルエンジン用のＳＣＲシステムとしての実用化以外に、他のエンジン、例えばガソリンエンジン（火花点火式エンジン）用のＳＣＲシステムとしての実用化が可能である。

ＳＣＲシステムの概要を示す構成図。 還元剤貯蔵部の概要を示す構成図。 固体還元剤の加熱処理の処理手順を示すフローチャート。 第２の実施形態におけるＳＣＲシステムの概要を示す構成図。 第２の実施形態における固体還元剤の加熱処理の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１１…排気管、１３…ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）、１５…排出口（還元剤供給手段）、１７…冷却水循環配管、１８…冷却水調量弁、２０…還元剤貯蔵部（貯蔵部、加熱部）、２０Ａ…受熱フィン、２０Ｂ…放熱フィン、２２…固体用容器、２２Ｂ…温度センサ、２３…放出部、２４…ヒータ部（発熱体）、２５…固体還元剤、２７…ガス貯蔵部（気体保管部）、２８…圧力センサ、３１…アンモニア供給弁（還元剤供給手段）、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン、５１…バイパス配管（流量調節手段、排気流通部）、５２…排気調量弁（流量調節手段）。

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、固体又は液体の還元剤を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部に貯蔵された固体又は液体の還元剤を加熱する加熱部と、前記加熱部による加熱により発生した気体の還元剤を前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側に供給する還元剤供給手段とを備える排気浄化システムに適用され、
   前記加熱部は、前記排気通路の排気熱を熱源とし、
   前記排気通路において前記加熱部の熱源とされる排気熱を流通する排気流通部の排気流量を調節する流量調節手段と、
   前記流量調節手段による排気流量を制御することにより、前記加熱部から前記貯蔵部への排気熱による熱供給量を制御する熱制御手段と、を備え、
   前記貯蔵部に、前記内燃機関の冷却水を流通させるための冷却水通路が設けられており、
   前記熱制御手段は、前記加熱部から前記貯蔵部内への熱供給が過剰であることを判定する手段と、前記貯蔵部内への熱供給が過剰であると判定された場合に前記冷却水通路を流通する冷却水により前記貯蔵部内への熱供給量を少なくする手段と、を備えることを特徴とする排気浄化システムの制御装置。
2. 前記加熱部は、更に電気エネルギにより発熱する発熱体を熱源として有し、
   前記熱制御手段は、前記加熱部から前記貯蔵部内への熱供給が不足することを判定する手段と、前記貯蔵部内への熱供給が不足していると判定された場合に前記発熱体から前記貯蔵部へ熱供給を行う手段と、を備える請求項１に記載の排気浄化システムの制御装置。
3. 排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気中の窒素酸化物の酸化反応を促進する酸化触媒とが前記排気通路に更に備えられており、
   前記加熱部は、前記選択還元型触媒、前記フィルタ及び前記酸化触媒のうちいずれかの下流側における排気熱を熱源とする請求項１又は２に記載の排気浄化システムの制御装置。
4. 前記貯蔵部と前記還元剤供給手段との間に、前記加熱部の加熱により発生した前記気体の還元剤を保管する気体保管部が設けられており、
   前記熱制御手段は、前記気体保管部内の圧力に基づいて前記加熱部から前記貯蔵部への熱供給量を制御する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。

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