JP6939528B2 - 排気浄化制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化制御装置に関するものである。

内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化する排気浄化システムとして、ＳＣＲシステムが知られている（例えば、特許文献１）。このＳＣＲシステムでは、添加弁と触媒を備え、排気管内の触媒に、尿素水溶液やアンモニアガスなどの還元剤を、添加弁によって噴射することにより、排気中のＮＯｘを選択的に窒素や水に還元している。

ところで、触媒の温度や、排気の温度が十分高くない場合、前述したような還元が進まず、ＮＯｘの浄化率が悪くなるといった問題があった。そこで、特許文献１に記載の発明では、触媒の温度や、排気の温度を高める処理を行ってから、還元剤を添加し、浄化率が低下することを抑制していた。

特許第５０９７７０６号公報

しかしながら、排気温度等を上昇させると、燃費が悪くなるといった問題がある。

本発明は、上記実情に鑑み、燃費悪化を抑制しつつ、適切にＮＯｘを浄化することができる排気浄化制御装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決する排気浄化制御装置は、内燃機関の排気管に設けられたＳＣＲ触媒と、前記排気管において前記ＳＣＲ触媒の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、を備える排気浄化システムに適用され、前記ＳＣＲ触媒における還元剤の反応度合いを、排気温度上昇により増加させる第１制御部と、前記ＳＣＲ触媒における還元剤の反応度合いを、前記還元剤噴射弁から噴射される還元剤噴霧の微粒化により増加させる第２制御部と、前記ＳＣＲ触媒の温度に基づいて、前記第１制御部による前記反応度合いの増加、及び前記第２制御部による前記反応度合いの増加の少なくともいずれかを選択して実施する選択部と、を備える。

ＳＣＲ触媒の温度が所定の温度以上であれば、還元剤噴霧を微粒化することにより、排気温度を上昇させる場合と比較して、還元剤の反応度合いを効率的に増加させることができる。そこで、排気浄化制御装置に、ＳＣＲ触媒の温度に基づいて、第１制御部による反応度合の増加、及び第２制御部による反応度合の増加の少なくともいずれかを選択する選択部を備えることとした。これにより、燃費悪化を抑制しつつ、適切にＮＯｘを浄化することができる。

排気浄化システムを示すブロック図。 尿素水の粒径と、噴射圧との関係を示す図。 アンモニア生成量と、ＳＣＲ触媒の温度との関係を示す図。 アンモニア生成量と、投入されるエネルギ量との関係を示す図。 増加処理を示すフローチャート。 反応不足量及びＳＣＲ触媒の推定温度に基づいて選択される制御内容を示す図。 別例において、アンモニア生成量と、投入されるエネルギ量との関係を示す図。 別例において、排気流量と、第１閾値との関係を示す図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車載のディーゼルエンジン（内燃機関）から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化する排気浄化システムとして、ＳＣＲシステム（Selective Catalytic Reduction）に適用される排気浄化制御装置を具体化するものとしている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

図１に示すように、ディーゼルエンジンであるエンジン１０の排気側には、排気を浄化する排気浄化システムが設けられている。排気浄化システムの構成として、エンジン１０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、エンジン１０側から順に酸化触媒コンバータ１２と、選択還元触媒コンバータ（以下、ＳＣＲ触媒コンバータ１３という）と、アンモニア除去装置１４と、が設けられている。また、排気管１１において酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための還元剤噴射弁としての添加弁２０が設けられている。

酸化触媒コンバータ１２は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１２ａと、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２ｂを有している。酸化触媒コンバータ１２において、ディーゼル酸化触媒１２ａは、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物、並びに白金、パラジウム、ロジウムといった貴金属触媒で構成されている。ディーゼル酸化触媒１２ａは、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素などを酸化させ浄化する。

ＤＰＦ１２ｂは、ハニカム構造体により形成され、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持されることで構成されている。ＤＰＦ１２ｂは、排気中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させることで捕集する。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。

ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、選択還元型の触媒としてＳＣＲ触媒１３ａを有している。ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、酸化触媒コンバータ１２の後処理装置としてＮＯｘを窒素と水に還元する装置であって、ＳＣＲ触媒１３ａとしては、例えばゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＣｕやＦｅなどを担持した触媒が用いられる。ＳＣＲ触媒１３ａは、触媒温度が活性温度域にある場合に、還元剤としての尿素が添加されることによりＮＯｘを還元浄化する。

アンモニア除去装置１４は、アンモニアスリップ触媒（酸化触媒（ＡＳＣ））を有しており、排気管１１においてＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側に配置されている。アンモニア除去装置１４により、ＳＣＲ触媒コンバータ１３から排出されるアンモニア、すなわち余剰のアンモニアが除去される。

添加弁２０は、既存の燃料噴射弁（インジェクタ）とほぼ同様の構成を有するものであり、公知の構成が採用できるためここでは構成を簡単に説明する。添加弁２０は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路や先端噴出口を開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ４０からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードル移動に伴い先端噴出口から尿素水が添加（噴射）される。

次に、添加弁２０に尿素水を供給する尿素水供給装置３０の構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、尿素水タンク３４から添加弁２０に対して尿素水が供給される場合を基準にして、尿素水タンク３４側を上流側、添加弁２０側を下流側として記載する。

図１において、尿素水タンク３４は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク３４と添加弁２０とは尿素水供給管３１を介して接続されている。尿素水供給管３１内には、尿素水通路（還元剤通路）が形成されている。尿素水供給管３１のうち尿素水タンク３４側の先端部には、尿素水を吸い込むための尿素水吸込口３５が形成されており、尿素水タンク３４内に尿素水が貯留された状態において尿素水吸込口３５が尿素水に浸漬した状態になっている。

尿素水供給管３１の途中には、尿素水ポンプ３３が設けられている。尿素水ポンプ３３は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプである。尿素水供給管３１において、上流側（尿素水タンク３４側）には、尿素水を濾過するためのフィルタ装置３６が設けられている。尿素水供給管３１には、尿素水の圧力を調整する圧力調整弁３７が設けられている。また、尿素水ポンプ３３による尿素水の吐出圧力を検出する圧力センサ２５が設けられている。

添加弁２０側への尿素水圧送時には、尿素水ポンプ３３に通電されることで尿素水ポンプ３３が駆動される。これにより、尿素水タンク３４内の尿素水が汲み上げられ、フィルタ装置３６を通過して下流側に流れる。このとき、フィルタ装置３６にて尿素水内に含まれる異物等が除去される。そして、尿素水ポンプ３３から尿素水が吐出（圧送）され、その尿素水は圧力調整弁３７により所定の供給圧力に調整されつつ、添加弁２０に供給される。

また、排気管１１において、酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間であって添加弁２０の上流側、及びＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側には、ガスセンサとして限界電流式のＮＯｘセンサ２１，２２がそれぞれ設けられている。ＮＯｘセンサ２１，２２は、それぞれの検出位置において排気中のＮＯｘ濃度を検出する。なお、エンジン排気系におけるＮＯｘセンサの位置及び個数は任意でよい。

また、排気管１１において、酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間であって添加弁２０の上流側、及び下流側には、排気温度を検出する排気温センサ２３，２４がそれぞれ設けられている。なお、エンジン１０には、シリンダ内の圧力を検出する筒内圧センサや、シリンダ内の温度を検出する筒内温度センサ、吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ、吸気管内の温度を検出する吸気温度センサなどが設けられている。また、その他、本システムには、冷却水温を検出する冷却水温センサや、エンジン１０の所定クランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角度センサや、エアフロセンサなどが設けられている。各種センサは、それぞれＥＣＵ４０と接続されており、これらの検出信号は、センサごとにＥＣＵ４０に適宜出力される。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイコンとその周辺回路とを具備する電子制御装置であり、排気浄化制御装置に相当する。ＥＣＵ４０は、各種センサからの検出信号に基づき、エンジン１０や排気系の各種装置を制御する。ＥＣＵ４０は、例えばアクセル開度やエンジン回転速度に基づいて燃料噴射制御等を実施する。

また、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ２１，２２の検出信号に基づいて、排気中の酸素（Ｏ２）濃度や特定ガス成分の濃度としてのＮＯｘ濃度等を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、各種センサ２１〜２５による検出信号に基づいて、添加弁２０による尿素水添加の制御を実施する。

その尿素水添加の制御を略述すると、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流側のＮＯｘセンサ２１により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて尿素水添加量を算出する。それとともに、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側のＮＯｘセンサ２２により検出されるＮＯｘ濃度が極力小さい値となるように尿素水添加量をフィードバック補正する。そして、その尿素水添加量に基づいて、添加弁２０の駆動を制御する。

ここで、ＮＯｘの還元浄化についての原理について説明する。排気管１１内において排気と共に尿素水が添加弁２０により供給されると、排気熱による高温下で、尿素水から水分が蒸発し、尿素となる。そして、排気熱による熱分解により尿素がアンモニアとイソシアン酸に変化する（式１）。これに続いて、加水分解が生じ、イソシアン酸が水と反応してアンモニアと二酸化炭素に変化する（式２）。
（ＮＨ2）2ＣＯ→ＮＨ3＋ＨＮＣＯ…（式１）
ＨＮＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋ＣＯ2…（式２）

そのアンモニアは、ＳＣＲ触媒１３ａに吸着し、そのＳＣＲ触媒１３ａにおいて、排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する（式４〜６）。その結果、排気中のＮＯｘは、窒素と水となる。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ…（式４）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ…（式５）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ…（式６）

ところで、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の第１温度（例えば、１００℃）を下回ると、尿素水から水分が蒸発しにくくなり、その結果として、アンモニアが生じにくくなる。同様に、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の第２温度以下（例えば、１３３℃以下）の場合、熱分解が生じにくく、アンモニアが発生にくくなる。同様に、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の第３温度以下（例えば、１５０℃以下）の場合、加水分解が生じにくく、アンモニアが発生にくくなる。そして、排気中のＮＯｘ量と比較してアンモニア量が少ない場合、排気中のＮＯｘを、十分に還元浄化することができなくなる（浄化率が悪くなる）。

このため、従来においては、排気温度を上昇させ、ＳＣＲ触媒１３ａの温度を上昇させてから、尿素水を添加するようにして浄化率が悪くなることを防止していた。しかしながら、排気温度を上昇させる場合、燃費が悪くなるという不都合があった。そこで、本実施形態では、尿素水の粒径を微粒化することによりアンモニア生成量が増加する点に着目して燃費の悪化を抑制すべく、ＥＣＵ４０に、昇温制御部４１、圧力制御部４２、及び選択部４３としての機能を備えた。

昇温制御部４１としてのＥＣＵ４０は、第１制御部に相当し、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いを、排気温度上昇の実施により増加させるものである。具体的には、排気温度を上昇させる場合、ＥＣＵ４０は、燃料噴射タイミングを遅角させるように、エンジン１０に対する制御を実行する。本実施形態において、昇温制御部４１による反応度合いの増加とは、排気温度上昇の実施に相当する。

尿素水の反応度合いとは、ＳＣＲ触媒１３ａにおいて、尿素水によってＮＯｘの還元反応を行うことができる程度（量）のことを指し、具体的には、ＳＣＲ触媒１３ａに吸着されているアンモニア量のことを指す。つまり、ＮＯｘは、ＳＣＲ触媒１３ａに吸着しているアンモニアによって還元されるため、ＳＣＲ触媒１３ａに吸着しているアンモニア量が多ければ多いほど、還元可能なＮＯｘ量が増える。

圧力制御部４２としてのＥＣＵ４０は、第２制御部に相当し、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いを、添加弁２０から噴射される尿素水噴霧（還元剤噴霧）の微粒化により増加させるものである。添加弁２０から噴射される尿素水の粒径は、図２に示すように、尿素水の噴射圧を上昇させることにより、微粒化する。このため、ＥＣＵ４０は、添加弁２０から噴射される尿素水の粒径を微粒化する場合、尿素水の供給圧力を上昇させて尿素水の噴射圧を上昇させるように、尿素水ポンプ３３及び圧力調整弁３７に対する制御を実行する。本実施形態において、圧力制御部４２による反応度合いの増加とは、微粒化の実施に相当する。

図３に示すように、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が、所定の範囲（第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲、以下同じ）内であるならば、尿素水の粒径を微粒化した場合（図３において実線で示す）、微粒化しなかった場合（図３において破線で示す）と比較して、アンモニア生成量が増加する。これにより、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いが増加する。

このため、図４に示すように、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲内においては、排気温度を上昇させる場合（図４において破線で示す）と比較して、尿素水の粒径を微粒化した方（図４において実線で示す）が、アンモニア生成量を増加させやすい。すなわち、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いを増加させやすい。つまり、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲内においてアンモニア生成量を所定の量だけ増加させる場合、排気温度を上昇させる場合と比較して、尿素水の粒径を微粒化した方が、燃費が悪化しにくい（エネルギの投入量が少なくて済む）。

なお、図２に示すように、尿素水の噴射圧が所定圧Ｐ１以上となった場合、尿素水の粒径はあまり変化しなくなる。このため、図４に示すように、尿素水を微粒化するために投入するエネルギが所定値Ｅ１以上である場合、当該所定値Ｅ１よりも低い場合と比較して、アンモニア生成量の増加率が小さくなっている。つまり、尿素水の噴射圧が所定圧Ｐ１以上となった場合、それ以上エネルギを投入して噴射圧を高めても、尿素水の粒径はあまり変化しなくなるため、アンモニア生成量の増加率が小さくなる。

そして、選択部４３としてのＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの温度に基づいて、昇温制御部４１による反応度合いの増加、及び圧力制御部４２による反応度合いの増加の少なくともいずれかを選択する。具体的には、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲内であることを条件として、圧力制御部４２による反応度合いの増加を選択する。すなわち、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲内であることを条件として、微粒化の実施を選択する。所定の範囲内とは、第１閾値Ｔｈ１を下限値とし、第２閾値Ｔｈ２を上限値とする範囲内のことである。第１閾値Ｔｈ１は、尿素からアンモニアの生成が開始される温度以上であることが望ましく、例えば、熱分解開始温度である第２温度（１３３℃）以上、あるいは加水分解開始温度である第３温度（１５０℃〜１６０℃）以上であることが望ましい。第２閾値Ｔｈ２は、ＳＣＲ触媒１３ａの活性温度以上であることが望ましく、例えば、２００℃以上であることが望ましい。

また、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲内である条件下において、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量が所定量Ｖ１以上である場合、昇温制御部４１及び圧力制御部４２による反応度合いの増加を実施させることを選択する。すなわち、排気温度上昇の実施及び微粒化の実施を選択する。反応不足量及び所定量Ｖ１については、後述する。

なお、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも高い場合（つまり、第２閾値Ｔｈ２よりも高い場合）、図３に示すように、尿素水の粒径を変えても、アンモニア生成量が多くなるわけではない。したがって、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも高い場合、燃費の悪化を抑制するため（エネルギの投入量を少なくするため）、ＥＣＵ４０は、微粒化の実施を選択しない。また、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも高い場合、図３に示すように、排気温度を上昇させる必要がない（排気温度を上昇させてもアンモニア生成量は変わらない）。したがって、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも高い場合、燃費の悪化を抑制するため、ＥＣＵ４０は、排気温度上昇の実施を選択しない。

一方、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも低い場合（つまり、第１閾値Ｔｈ１よりも低い場合）、アンモニアが生成しにくく（すなわち、熱分解及び加水分解が発生しにくく）、また、ＮＯｘを還元しにくくなる。この場合、尿素水の微粒化の実施をしてもアンモニア生成量や尿素水の反応度合いはほとんど増加せず、ＮＯｘの浄化率が悪くなる。このため、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも低い場合、ＥＣＵ４０は、排気温度上昇の実施を選択する。その一方で、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲よりも低い場合、ＥＣＵ４０は、尿素水の微粒化の実施を選択しない。

次に、図５に基づき、尿素水の反応度合いを増加させるために実行される増加処理について説明する。この増加処理は、所定周期ごとにＥＣＵ４０により実行される。

ＥＣＵ４０は、現時点におけるエンジン１０の運転状態や排気状態に関する各種情報を取得する（ステップＳ１０１）。具体的には、ＥＣＵ４０は、センサから入力した検出信号に基づき、排気温度や排気流量など、現時点における排気状態に関する情報を検出（取得）する。また、ＥＣＵ４０は、センサから入力した検出信号に基づき、エンジン回転速度、エンジン負荷、アクセル開度、シリンダ内の圧力、シリンダ内の温度、吸気圧、吸気温度、冷却水温など、現時点におけるエンジン１０の運転状態に関する情報を検出（取得）する。また、ＥＣＵ４０は、取得した情報に基づき、現時点におけるＳＣＲ触媒１３ａの温度を算出（取得）する。

そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０１において取得した情報に基づき、現時点から所定時間経過後におけるＳＣＲ触媒１３ａの温度（推定温度）を算出する（ステップＳ１０２）。例えば、ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０は、取得した現時点におけるエンジン１０の運転状態に関する情報に基づき、所定時間経過後における排気温度や排気流量を算出する。算出した所定時間経過後の排気温度及び排気流量、並びに現時点におけるＳＣＲ触媒１３ａの温度に基づき、ＳＣＲ触媒１３ａへの伝熱量を計算し、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度を算出する。

次に、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量を算出する（ステップＳ１０３）。ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量とは、ＳＣＲ触媒１３ａに実際に吸着されているアンモニア量（アンモニア吸着量）に対して、排気中のＮＯｘを浄化するためにＳＣＲ触媒１３ａに吸着されていることが必要とされるアンモニア量（目標値）との差のことを指す。すなわち、目標値からアンモニア吸着量を減算することにより、ＥＣＵ４０により、算出される。

目標値は、例えば、排気中のＮＯｘ量及びＳＣＲ触媒１３ａの温度に相関している。このため、ＥＣＵ４０は、適合試験などによりこれらの関係を予めマップ化して記憶しておき、排気中のＮＯｘ量及びＳＣＲ触媒１３ａの検出温度に基づき、目標値を特定する。排気中のＮＯｘ量は、ＮＯｘの検出濃度及び排気流量などに基づき、ＥＣＵ４０により算出される。

また、アンモニア吸着量は、前回算出されたアンモニア吸着量及びＳＣＲ触媒１３ａにおけるアンモニア収支から算出可能である。本実施形態において、ＳＣＲ触媒１３ａにおけるアンモニア収支は、前回の増加処理が実行されてから今回の増加処理が実行されるまでの間（１周期の間）におけるアンモニア収支のことである。ＳＣＲ触媒１３ａにおけるアンモニア収支は、例えば、ＳＣＲ触媒１３ａへのアンモニアの吸着速度、ＳＣＲ触媒１３ａからのアンモニアの離脱速度、及びＳＣＲ触媒１３ａにおけるアンモニアの消費速度に基づき、算出可能である。具体的には、吸着速度から、離脱速度及び消費速度を減算した値を積分（増加処理の周期で乗算）することにより、前回の増加処理が実行されてから今回の増加処理が実行されるまでの間におけるアンモニアの収支を算出できる。

そして、前回の増加処理において（つまり、１周期前に）算出されたアンモニア吸着量に、算出されたアンモニアの収支を加算することにより、今回の増加処理における（現時点での）アンモニア吸着量を算出できる。

なお、アンモニアの吸着速度及び消費速度は、それぞれＳＣＲ触媒１３ａの温度と相関している。このため、ＥＣＵ４０は、適合試験などによりこれらの関係を予めマップ化して記憶しておき、取得した情報（ＳＣＲ触媒１３ａの検出温度）に基づき、アンモニアの吸着速度及び消費速度を特定する。同様に、アンモニアの離脱速度は、ＳＣＲ触媒１３ａの温度及び前回のアンモニア吸着量と相関している。このため、ＥＣＵ４０は、適合試験などによりこれらの関係を予めマップ化して記憶しておき、ＳＣＲ触媒１３ａの検出温度及び前回のアンモニア吸着量に基づき、アンモニアの離脱速度を特定する。ステップＳ１０３の処理により、ＥＣＵ４０は、不足量算出部としての機能を備える。

ステップＳ１０３の処理後、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度と、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量に基づき、排気温度上昇を実施するか否かの選択、及び微粒化を実施するか否かの選択を、それぞれ行う（ステップＳ１０４）。つまり、ＥＣＵ４０は、昇温制御部４１による反応度合いの増加を実施させるか否かの選択、及び圧力制御部４２による反応度合いの増加を実施させるか否かの選択を行う。

ステップＳ１０４について図６に基づき、具体的に説明する。図６に示すように、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１よりも小さい場合（図６における領域Ｔ１の場合）、排気温度上昇の実施を選択（決定）する。一方、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１よりも小さい場合（図６における領域Ｔ１の場合）、微粒化の実施を選択（決定）しない。

ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合（領域Ｔ２，Ｔ３の場合）、微粒化の実施を選択（決定）する。また、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合であって、反応不足量が所定量Ｖ１よりも少ない場合（領域Ｔ２の場合）、排気温度上昇の実施を選択（決定）しない。ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合であって、反応不足量が所定量Ｖ１以上である場合（領域Ｔ３の場合）、排気温度上昇の実施を選択（決定）する。

ここで、所定量Ｖ１について説明する。所定量Ｖ１のアンモニアが生成される場合、点火された尿素水の蒸発潜熱により、所定の温度低下が生じる。ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１である場合に、この所定の温度低下が生じても、第２温度（熱分解の開始温度）又は第３温度（加水分解の開始温度）を下回ることがないように、所定量Ｖ１が、設定されている。つまり、第１閾値Ｔｈ１は、所定量Ｖ１のアンモニアが生成される場合に所定の温度低下が生じても、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が第２温度又は第３温度を下回ることがないように設定されているともいえる。

ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第２閾値Ｔｈ２よりも大きい場合（領域Ｔ４の場合）、排気温上昇の実施を選択（決定）しない。また、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第２閾値Ｔｈ２よりも大きい場合（領域Ｔ４の場合）、微粒化の実施を選択（決定）しない。

その後、ＥＣＵ４０は、微粒化の実施を選択したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の判定結果が否定の場合、ＥＣＵ４０は、排気温度上昇の実施を選択したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。この判定結果が肯定の場合、ＥＣＵ４０は、排気温度上昇を実施する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０６の判定結果が否定の場合、又はステップＳ１０７の処理後、ＥＣＵ４０は、増加処理を終了する。

一方、ステップＳ１０５の判定結果が肯定の場合、ＥＣＵ４０は、微粒化を実施する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０８の処理を実行した場合、ＥＣＵ４０は、排気温度上昇の実施を選択したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。

この判定結果が肯定の場合、ＥＣＵ４０は、排気温度上昇を実施する（ステップＳ１１０）。その際、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０７で実行した場合と比較して、投入されるエネルギが少なくなるように、排気温度の上昇量を少なくする。すなわち、微粒化の実施に基づき、増加するアンモニア量及び低下する温度を考慮して、排気温度の上昇量を抑制して、燃費悪化を抑制する。

つまり、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が所定の範囲内である場合、前述したように微粒化を実施した方が、排気温度上昇を実施するよりもアンモニア生成量を効率よく増加させることができる。このため、微粒化及び排気温度上昇を共に実施する場合には、排気温度上昇のみを実施する場合と比較して、排気温度の上昇量を抑制する。これにより、排気温度上昇におけるエネルギの投入量が少なくなる（燃費悪化が抑制される）。

なお、本実施形態において、排気温度の上昇量は、反応不足量のアンモニアを発生させるために噴射される尿素水の蒸発潜熱に基づく、温度低下を考慮して決定される。つまり、尿素水の蒸発潜熱に基づき所定の温度低下が生じても、ＳＣＲ触媒１３ａの温度が第２温度又は第３温度を下回らないように、排気温度の上昇量が設定される。

そして、ステップＳ１０９の判定結果が否定の場合、又はステップＳ１１０の処理後、ＥＣＵ４０は、増加処理を終了する。

次に、図６に基づき、微粒化の実施によって、どのような作用が生じるのかについて説明する。

ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１よりも低い場合（領域Ｔ１の場合）、排気温度上昇のみを実施する。この場合においては、従来でも排気温度上昇を実施するため、燃費は同じである。また、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第２閾値Ｔｈ２よりも高い場合（領域Ｔ４の場合）、排気温度上昇及び微粒化のいずれも実施しない。この場合においては、従来でも排気温度上昇を実施しないため、燃費は同じである。

一方、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合であって、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量が所定量Ｖ１よりも少ない場合（領域Ｔ２の場合）、微粒化のみを実施する。なお、従来においては、第２閾値以下である場合、排気温度上昇を実施する。排気温度上昇の実施よりも、微粒化の実施の方が、効率よくアンモニア生成量を増加させることができる。つまり、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いを効率よく増加させることができる。このため、従来よりも燃費が抑制される。

ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合であって、反応不足量が所定量Ｖ１以上である場合（領域Ｔ３の場合）、排気温度上昇及び微粒化を実施する。この場合、反応度合いを効率よく増加させることが可能な微粒化を排気温度上昇と共に実施する。このため、排気温度上昇のみを実施して反応度合いを増加させる場合と比較して、効率よくアンモニア生成量を増加させることができ、排気温度の上昇量を抑制することができる。すなわち、従来よりも燃費が抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１（所定温度）以上である場合、尿素水噴霧を微粒化することにより、排気温度を上昇させることと比較して、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いを効率的に増加させることができる。そこで、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度に基づいて、昇温制御部４１による反応度合の増加、及び圧力制御部４２による反応度合の増加の少なくともいずれかを選択することとした。これにより、燃費悪化を抑制しつつ、適切にＮＯｘを浄化することができる。

ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１よりも低い場合、尿素水噴霧を微粒化しても、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応度合いを効率的に増加させることができない場合がある。そこで、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１以上（所定温度以上）であることを条件として、微粒化の実施（圧力制御部４２による反応度合いの増加）を選択することとした。これにより、燃費悪化を抑制しつつ、適切にＮＯｘを浄化することができる。

ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１以上の場合に、微粒化を実施して、尿素水の反応度合いを増加させても、排気中に含まれるＮＯｘ量と比較して、尿素水の反応度合いが不足する場合がある。つまり、排気中に含まれるＮＯｘ量と比較して、尿素水の反応度合いが相対的に少なく、反応不足量が多くなる場合がある。そこで、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量を算出し、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度と、算出した反応不足量とに基づいて、微粒化の実施と排気温度上昇の実施の少なくともいずれかを選択することとした。

具体的には、ＥＣＵ４０は、算出した反応不足量が所定量Ｖ１よりも小さい場合に、圧力制御部４２による反応度合いの増加を選択し、反応不足量が所定量Ｖ１以上である場合、昇温制御部４１及び圧力制御部４２による反応度合いの増加を選択することとした。これにより、燃費悪化を抑制しつつ、適切にＮＯｘを浄化することができる。

ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第２閾値Ｔｈ２以上である場合、排気温度上昇及び微粒化のいずれも実施しない。このため、燃費を抑制することができる。

ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度を算出し、推定温度に基づき、排気温度上昇の実施の有無、及び微粒化の実施の有無をそれぞれ選択した。このため、例えば、アクセル開度の変化によってエンジン１０の運転状態が変更されたとしても、その変更にいち早く対応して、微粒化の実施を行うことができる。このため、燃費悪化をより抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。

上記実施形態では、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度に基づき、微粒化を実施するか否かを選択したが、ＳＣＲ触媒１３ａの検出温度（現時点における温度）に基づき、微粒化を実施するか否かを選択してもよい。同様に排気温度上昇を実施させるか否かについて、ＳＣＲ触媒１３ａの検出温度に基づき、選択してもよい。

上記実施形態において、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合、反応不足量に基づき、排気温度上昇を実施させるか否かを選択していた。この別例として、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａの推定温度が第１閾値Ｔｈ１〜第２閾値Ｔｈ２の範囲内である場合、排気温度上昇を実施せず、微粒化の実施のみを選択してもよい。

上記実施形態において、ＥＣＵ４０は、排気の流量に応じて第１閾値Ｔｈ１を変更してもよい。詳しく説明すると、排気の流量によって、排気温度を上昇させるために要するエネルギが異なる。つまり、同じだけ温度を上昇させる際、排気の流量が多い場合、少ない場合と比較して、排気温度を上昇させるために要するエネルギが多くなる。したがって、図７に示すように、排気の流量が多い場合（一点鎖線で示す）、少ない場合（破線で示す）と比較して、アンモニア生成量を増加させる際、効率が悪くなる（投入するエネルギ量が多くなる）。なお、図７において、微粒化の実施した場合におけるアンモニア生成量とエネルギ量との関係を実線で示す。

そこで、図８に示すように、ＥＣＵ４０は、排気の流量が多くなることに反比例して、第１閾値Ｔｈ１を小さくしてもよい。これによれば、排気の流量が多い場合、ＳＣＲ触媒１３ａの温度がより低い状況である時から、微粒化を実施することができる。このため、排気の流量が多く、排気温度上昇に要するエネルギが多い状況であっても、微粒化を実施して、燃費悪化を抑制することができる。また、例えば、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３ａにおける尿素水の反応不足量が所定量Ｖ１以上である場合に限り、排気の流量に応じて第１閾値Ｔｈ１を変更してもよい。

１０…エンジン、１１…排気管、１３ａ…ＳＣＲ触媒、２０…添加弁、４０…ＥＣＵ、４１…昇温制御部、４２…圧力制御部、４３…選択部。

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）の排気管（１１）に設けられたＳＣＲ触媒（１３ａ）と、前記排気管において前記ＳＣＲ触媒の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁（２０）と、を備える排気浄化システムに適用され、
   前記ＳＣＲ触媒における還元剤の反応度合いを、排気温度上昇により増加させる第１制御部（４１）と、
   前記ＳＣＲ触媒における還元剤の反応度合いを、前記還元剤噴射弁から噴射される還元剤噴霧の微粒化により増加させる第２制御部（４２）と、
   前記ＳＣＲ触媒の温度に基づいて、前記第１制御部による前記反応度合いの増加、及び前記第２制御部による前記反応度合いの増加の少なくともいずれかを選択して実施する選択部（４３）と、を備える排気浄化制御装置。
2. 前記選択部は、前記ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であることを条件として、前記第２制御部による前記反応度合いの増加を選択する請求項１に記載の排気浄化制御装置。
3. 前記所定温度は、排気の流量に応じて設定される請求項２に記載の排気浄化制御装置。
4. 前記ＳＣＲ触媒における還元剤の反応不足量を算出する不足量算出部を備え、
   前記選択部は、前記ＳＣＲ触媒の温度と、前記反応不足量とに基づいて、前記第１制御部による前記反応度合いの増加、及び前記第２制御部による前記反応度合いの増加の少なくともいずれかを選択する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の排気浄化制御装置。
5. 前記選択部は、前記反応不足量が所定量よりも小さい場合に、前記第２制御部による前記反応度合いの増加を選択し、前記反応不足量が前記所定量以上の場合に、前記第１制御部及び第２制御部による前記反応度合いの増加を選択する請求項４に記載の排気浄化制御装置。
6. 前記ＳＣＲ触媒の温度は、前記内燃機関の運転状態により推定される所定時間経過後の推定温度である請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の排気浄化制御装置。

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