JP2010053847A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】尿素水溶液からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせる。
【解決手段】排気管１１にはＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３とが配設され、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、尿素水を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられている。また、排気管１１において尿素水添加弁１５とＳＣＲ触媒１３との間には水添加弁４１が設置され、その水添加弁４１により排気管１１内に水が添加供給される。かかる場合、水添加弁４１から供給される水により、排気管１１内において尿素水からアンモニアへの尿素分解反応が促進され、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化性能が維持できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに係り、特に尿素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ＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。尿素ＳＣＲシステムとしては次の構成が知られている。

すなわち、尿素ＳＣＲシステムでは、エンジン本体に接続された排気管にＳＣＲ触媒が設けられるとともに、その上流側に、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管内に添加する尿素水添加弁が設けられている。尿素水添加弁には、尿素水供給管を介して尿素水タンクが接続されており、例えば尿素水タンク内に配設されたポンプが吐出駆動されることで、尿素水が、尿素水タンクから尿素水供給管を通じて尿素水添加弁に供給されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

かかるシステムにおいては、尿素水添加弁により排気管内に尿素水が添加されることで、ＳＣＲ触媒上で排気中のＮＯｘが選択的に還元除去される。ＮＯｘの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対しアンモニアが添加される。そして、同ＳＣＲ触媒上で、アンモニアに基づく還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。
特開２００３−２９３７３９号公報

ところで、上述した尿素ＳＣＲシステムにおいて、排気管内に尿素水が添加供給された場合、排気熱により尿素水から水分が離脱し、それに起因して尿素加水分解によるアンモニア生成量が減ることが考えられる。つまり、尿素が熱分解されてアンモニアが生成される温度は約７１℃であるが、排気管内はそれよりも高温の雰囲気にあり、尿素水から水分が離脱する現象が生じると考えられる。アンモニア生成量が減ると、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能が低下する、又は尿素水の過剰供給が強いられる等の不都合が生じる。また、尿素水においてアンモニアへの未反応分が生じると、その未反応分である尿素によりビウレットやシアヌル酸などの尿素変質物が生成され、その尿素変質物がＳＣＲ触媒の表面に付着する。そして、この尿素変質物に起因するＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能低下も懸念される。

本発明は、尿素水溶液からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することを主たる目的とするものである。

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。

本発明における内燃機関の排気浄化システムでは、排気通路に尿素水供給手段により尿素水溶液が供給され、その尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアによって選択還元型触媒で排気中のＮＯｘ等の還元除去が行われる。ただし、排気通路内では、アンモニアへの分解反応が生じる前に尿素水溶液から水分が離脱（蒸発）することでアンモニアの生成が損なわれることがあると考えられる。

この点、請求項１に記載の発明では、水供給手段により、排気通路において選択還元型触媒よりも上流側に水が供給される構成となっている。したがって、排気通路内で尿素水溶液から水分が離脱（蒸発）した後でも、水分補給が行われて尿素の加水分解によるアンモニア生成が行われる。その結果、尿素水溶液からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。

請求項２に記載の発明では、前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気下流側に水を添加供給する。これにより、尿素水供給手段の尿素水供給口から供給された尿素水溶液が排気とともに下流側に流れていく過程において、選択還元型触媒に至るまでに尿素水溶液（尿素）に対して好適に水を補給できる。

また、請求項３に記載の発明では、前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気上流側に水を添加供給する。これにより、排気通路内に供給された水（液状の水）が、同じく排気通路内に供給された尿素水溶液に到達するまでに排気熱により十分に気化され（蒸気となり）、尿素水溶液の加水分解を促進できる。つまり、水の蒸発時間を確保できる構成となっている。

なお、尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気上流側及び排気下側の両方に水添加手段を設けることも可能である。

請求項４に記載の発明では、前記尿素水供給手段と前記水供給手段とが、互いに向かい合う方向に尿素水溶液、水を各々噴射する構成となっている。この場合、尿素水噴霧に対して水噴霧が混ざり合うことで尿素の湿潤化が促され、アンモニアへの分解反応を生じさせることができる。

請求項５に記載の発明では、前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けて水を噴射するものである。これにより、尿素水供給手段の尿素水供給口において尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりしても、それら析出尿素や尿素変質物の除去が可能となる。つまり、尿素水供給手段の尿素水供給口を水噴射により洗浄することができる。したがって、尿素水供給手段による好適なる尿素水供給を継続して実施できる。

例えば、尿素水供給手段が尿素水添加弁にて構成される場合には、尿素水供給口である先端噴孔部に向けて水噴射が行われるとよい。

上記のように尿素水供給口への水噴射（水洗浄）が行われる構成では、請求項６に記載したように、前記尿素水供給手段による尿素水供給とは異なる時期に、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けての前記水供給手段による水噴射を実施するとよい。これにより、尿素水供給手段による尿素水供給に悪影響を及ぼすことなく、尿素水供給口の洗浄を実施できる。

尿素水添加弁等よりなる尿素水供給手段を排気の熱的影響から保護するには、尿素水供給手段を排気流に晒されない位置に設けることが望ましい。具体的には、排気通路に他の部位よりも通路外方に張り出した通路拡張部を設け、その通路拡張部において尿素水供給手段が尿素水溶液を供給する構成とする。かかる構成において、通路拡張部では、尿素水噴霧が滞留し、尿素水溶液から尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりすることが考えられる。

この点、請求項７に記載の発明では、前記水供給手段は、前記通路拡張部内に対して水供給を行うため、通路拡張部内に尿素水噴霧が滞留しても、その通路拡張部内での尿素の析出や尿素変質物の堆積を抑制できる。

前記尿素水供給手段を尿素水添加弁により構成するとともに、前記水供給手段を水添加弁により構成するとよい。この場合、各添加弁の先端部には尿素水溶液や水を噴出するための噴孔部が設けられており、その噴孔部について請求項８，９の少なくともいずれかの構成が採用されるとよい。
・請求項８に記載の発明では、水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさを、尿素水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさよりも小さくしている。
・請求項９に記載の発明では、水添加弁の噴孔部における噴孔数を、尿素水添加弁の噴孔部における噴孔数よりも多くしている。

請求項８，９によれば、尿素水添加弁から供給される尿素水溶液については水分の離脱（蒸発）を抑制し、水添加弁から供給される水についてはいち早く気化させることができる。そのため、尿素を好適に湿潤化させることができ、アンモニアへの加水分解を促すことができる。

請求項１０に記載の発明では、前記水供給手段として、排気通路において選択還元型触媒よりも上流側に水蒸気を供給する水蒸気発生手段が設けられている。本構成によれば、排気通路内を水蒸気により湿潤状態に保持することができる。ゆえに、同排気通路の空間内に存在する尿素水溶液の加水分解を促進することができる。

請求項１１に記載の発明では、前記選択還元型触媒の温度又はその付近の排気温度を検出し、その検出温度が、前記選択還元型触媒の活性温度を基準としてそれよりも高温側の温度しきい値よりも高ければ、前記水供給手段による水供給を実施し、前記温度しきい値よりも低ければ、前記水供給手段による水供給を実施しない。

要するに、排気通路内に水を供給する場合、排気通路内で水が気化することにより排気温度の低下が生じると考えられる。この場合、選択還元型触媒の温度が活性温度（すなわち、所定の排気浄化能力を確保できる温度）以下になると、当該触媒の浄化能力が低下してしまう。この点、上記のとおり水供給実施／非実施の温度条件を規定したため、排気通路内への水供給に起因して選択還元型触媒が活性温度以下になり、当該触媒の浄化能力が低下してしまうといった不都合を抑制できる。

請求項１２に記載の発明では、選択還元型触媒は排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒である。そして、選択還元型触媒の上流側及び下流側の少なくともいずれかのＮＯｘ量を算出し、該算出したＮＯｘ量に基づいて水供給手段による水供給量を制御する。

要するに、選択還元型触媒の上流側又は下流側におけるＮＯｘ量が多い場合には還元剤としてのアンモニアがより多く必要となる。この点、上記のとおり選択還元型触媒の上流側及び下流側の少なくともいずれかのＮＯｘ量に基づいて水供給量を制御することにより、所望の量のアンモニアを確保する上で、排気通路内に対して適正量の水供給を行わせることができる。

また、請求項１３に記載の発明では、排気通路内に供給された尿素水溶液から生成されるアンモニアについて選択還元型触媒にて余剰となったアンモニア余剰量に関する情報を取得し、該取得したアンモニア余剰量の情報に基づいて前記水供給手段による水供給量を制御する。つまり、アンモニア余剰量が多い場合にはアンモニアが過剰気味であり、それ以上のアンモニアを要しないため、水供給量を少なくする。本構成においても、排気通路内に対して適正量の水供給を行わせることができる。

ここで、選択還元型触媒にて反応しきれずに余剰となったアンモニアは酸化触媒にて酸化除去されるのが望ましい。この場合、請求項１４に記載したように、酸化触媒の上流側又は下流側にて排気通路内のアンモニア量を計測し、そのアンモニア計測量をアンモニア余剰量の情報として取得するとよい。

内燃機関の運転停止後には、排気通路内や選択還元型触媒に尿素水溶液が残留する。かかる場合、その尿素水溶液の残留分から水が蒸発すると、排気通路内又は触媒表面で尿素の析出が生じる。そこで、請求項１５に記載の発明では、内燃機関の運転停止後における尿素析出対策として、内燃機関の運転停止に伴い尿素水供給手段の尿素水供給が停止された後において、水供給手段による水供給を実施する。

上記構成によれば、内燃機関の停止直後における残熱を利用して残留尿素水の加水分解を行わせることで、尿素の析出を抑制することができる。このとき、内燃機関の停止後において加水分解により生じたアンモニアは選択還元型触媒の表面に吸着する。したがって、次回の内燃機関の始動時には、既に触媒表面に吸着しているアンモニアを使って早期にＮＯｘ浄化を開始できる。

請求項１６に記載したように、内燃機関の停止直前期間における尿素水溶液の供給量に基づいて内燃機関停止後の水供給を制御するとよい。これにより、内燃機関の運転停止後において残留尿素水を加水分解する上で適正量の水を排気通路内に供給できる。

また、請求項１７に記載したように、内燃機関の運転停止後における前記排気通路の残熱の変化に応じて水供給を制御するものであるとよい。この場合、内燃機関の運転停止後において、残熱による尿素水溶液の加水分解が可能な期間に水供給を実施できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る排気浄化装置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装置は、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、尿素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、本実施形態に係る尿素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（図示略）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と選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３とが配設されている。また、排気管１１においてＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒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尿素水添加弁１５が設けられている。

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）とが共に内蔵された排気センサ１６が設けられており、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（ひいては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ようになっている。排気管１１の更に下流には、余剰のアンモニア（ＮＨ3）を除去するためのアンモニア除去装置（例えば酸化触媒）や、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。

ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２は白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともにＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。ちなみに、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でき（再生処理に相当）、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能となっている。

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り、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
のような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた尿素水添加弁１５である。

尿素水添加弁１５は、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（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。尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端噴孔部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からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、噴射駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、該通電に伴いニードルが開弁方向に移動し先端噴孔部１５ａから尿素水が添加（噴射）される。

尿素水添加弁１５に対しては、尿素水タンク２１から尿素水が逐次供給されるようになっており、次に、尿素水供給系の構成について説明する。

尿素水タンク２１は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度（３２．５％）の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク２１内には、尿素水に浸漬した状態で尿素水ポンプ２２が設けられている。尿素水ポンプ２２は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。尿素水ポンプ２２には尿素水供給管２３の一端が接続されており、同尿素水供給管２３の他端は尿素水添加弁１５に接続されている。尿素水供給管２３内には尿素水通路が形成されている。尿素水ポンプ２２が回転駆動されることにより、尿素水が汲み上げられ尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５側に吐出される。

尿素水ポンプ２２は、駆動源として電動機（モータ）を備えるタービン式ポンプであり、電動機の駆動に伴いインペラが回転するとともにインペラ外周部に設けられた多数の羽根溝から尿素水が圧送されるようになっている。なお、尿素水ポンプ２２としてはロータ式ポンプ等、他のポンプが適用されてもよい。尿素水ポンプ２２には、尿素水の圧力を調整するための圧力調整弁（図示略）が内蔵されており、同ポンプ２２の吐出圧力は圧力調整弁によって適宜調整される。また、尿素水ポンプ２２の吐出口部分には、尿素水を濾過するためのフィルタ（図示略）が設けられており、逐次吐出される尿素水はフィルタにより異物が除去された後、尿素水供給管２３に吐出される。

尿素水タンク２１には、同タンク２１内の尿素水の温度を検出するための尿素水温度センサ２５が設けられている。その他、尿素水供給系には、凍結した尿素水を解凍する目的で、エンジン冷却水を利用した尿素水解凍手段が設けられているが、これに関しては後に詳述する。

上記システムの中で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、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で尿素水添加弁１５をはじめとする各種アクチュエータを操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を行うものである。具体的には、例えば尿素水添加弁１５の通電時間や尿素水ポンプ２２の駆動量等を制御することにより、適切な時期に適正な量の尿素水を排気管１１内に添加供給する。

本実施形態に係る上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２２の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給管２３を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応が行われることによってその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式４）
のような反応をもって、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒１３にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対し、このアンモニアが添加される。そして、同ＳＣＲ触媒１３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。

還元剤として用いられる尿素水は−１１℃で凍結し、その凍結に伴い排気管１１の触媒上流部分に対して尿素水が添加供給できなくなる。そこで本実施形態では、凍結した尿素水を、エンジン冷却水を用いていち早く解凍する構成を採用している。この場合、エンジン冷却水は尿素水（還元剤）を解凍するための解凍用媒体に相当する。

エンジン冷却水を循環させるための冷却水循環系の構成について以下に説明する。図１に示すように、冷却水循環配管３１は、エンジン本体Ｅにて加熱されたエンジン冷却水を尿素水供給系に循環させるものであり、その一部が尿素水タンク２１内に配設されている。尿素水タンク２１内に配設された配管部分がタンク加熱部Ｈ１であり、当該加熱部Ｈ１においては冷却水循環配管３１が螺旋状（渦巻き状）に曲げ形成されている。この場合、エンジン本体Ｅの冷却水通路（いわゆる、ウォータジャケット）から流れ出たエンジン冷却水は、タンク加熱部Ｈ１を通過した後にエンジン本体Ｅに戻るようにして冷却水循環配管３１内を循環する。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ようになっている。

冷却水循環配管３１において、エンジン本体Ｅからタンク加熱部Ｈ１に至るまでの中途部分には電磁式の開閉弁３２が設けられている。開閉弁３２を開くことでタンク加熱部Ｈ１へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ１方向の流れ）が許容され、開閉弁３２を閉じることでタンク加熱部Ｈ１へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ１方向の流れ）が阻止されるようになっている。

また、冷却水循環配管３１は、タンク加熱部Ｈ１を迂回するようにして２点（図のＡ１，Ａ２）で分岐されており、尿素水タンク２１内にエンジン冷却水を導く上記の冷却水経路に加え、尿素水供給管２３に一体化されて設けられる冷却水経路が設けられている。本実施形態では、尿素水供給管２３と冷却水循環配管３１との一体化部分が二重配管にて構成されている。この場合、尿素水供給管２３と冷却水循環配管３１とを比べると、後者の方が大径であり、尿素水供給管２３を内側配管、冷却水循環配管３１を外側配管とすることで二重配管が構成されている。

尿素水供給管２３と冷却水循環配管３１との一体化部分（二重配管部分）が尿素水配管加熱部Ｈ２となっている。冷却水循環配管３１において、分岐部（図のＡ１）から尿素水配管加熱部Ｈ２に至るまでの中途部分には電磁式の開閉弁３６が設けられている。開閉弁３６を開くことで尿素水配管加熱部Ｈ２へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ２方向の流れ）が許容され、開閉弁３６を閉じることで尿素水配管加熱部Ｈ２へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ２方向の流れ）が阻止されるようになっている。

ところで、上記のように排気管１１内に尿素水が添加供給される場合、排気熱により尿素水から水分が離脱（蒸発）することに起因して尿素加水分解によるアンモニア生成量が減り、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化性能が低下する、又は尿素水の過剰供給（ＮＯｘ浄化率が低下することに伴う増量供給）が強いられる等の不都合が生じる。つまり、水の共存有無により尿素熱分解反応量に違いが生じ、噴射後において尿素水から水分が離脱するとアンモニア生成量が減少する。また、尿素水においてアンモニアへの未反応分が生じると、排気管１１の内面やＳＣＲ触媒１３の前面部に尿素デポジットが付着し残留するという不都合が生じる。尿素デポジットには、尿素水から水分が離脱することで生じる尿素（尿素粉体）や、その尿素が加熱されることで生成される尿素変質物が含まれる。

尿素デポジットの生成について補足する。排気管１１内に尿素水添加弁１５から尿素水が噴射されると、沸点１０３℃（３２．５％尿素水）よりも高温域で尿素水から尿素が析出され、その尿素が、排気熱で尿素の融点１３２℃以上（１５０〜１７０℃）に加熱されることによりビウレット（Ｈ2Ｎ−ＣＯ−ＮＨ−ＣＯ−ＮＨ2）が生成される。また、尿素が、排気熱で約２００℃に加熱されることによりシアヌル酸（Ｃ3Ｎ3（Ｏ−ＣＯ−ＮＨ2）3）が生成される。尿素デポジットとしては、その他に尿素樹脂等も生成される。

本実施形態では、排気管１１内において尿素水からアンモニアへの尿素分解反応を促進すべく、すなわちアンモニア未反応分を減らすべく、図１に示すように、排気管１１において尿素水添加弁１５とＳＣＲ触媒１３との間に水添加弁４１を設置し、その水添加弁４１により排気管１１内に水を添加供給する。かかる場合、水添加弁４１から供給される水により、排気管１１内において尿素水からアンモニアへの尿素分解反応が促進され、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化性能が維持できる。また、アンモニア未変換分が減ることにより、尿素デポジットの生成が抑制される。

詳細には、図１に示すように、排気管１１において尿素水添加弁１５よりも下流側に水添加弁４１が設けられている。水添加弁４１は、その先端噴孔部４１ａを排気上流側に向けて設置されている。いい加えると、水添加弁４１は、尿素水添加弁１５と向かい合うようにして設けられている。この場合、尿素水添加弁１５は排気下流側に向けて尿素水を噴射するのに対して、水添加弁４１は排気上流側に向けて水を噴射する。

水添加弁４１は、尿素水添加弁１５と同様、ガソリン噴射用の既存の燃料噴射弁（電磁ソレノイド式インジェクタ）とほぼ同様の構成を有しており、ＥＣＵ４０からの噴射駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。このとき、水添加弁４１が開弁駆動されることで、先端噴孔部４１ａから水が添加（噴射）される。

尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａと水添加弁４１の先端噴孔部４１ａとの間の距離（離間距離Ｌ１）は、尿素水添加弁１５からの尿素水噴霧に対して、水添加弁４１からの水噴霧が好適に交わるように設定されている。具体的には、離間距離Ｌ１は３５０〜５００ｍｍ程度である。

尿素水添加弁１５と水添加弁４１とは先端噴孔部１５ａ，４１ａの構成の一部が相違しており、その相違点を説明する。図２（ａ）は尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａにおける噴孔配置を示す平面図、図２（ｂ）は水添加弁４１の先端噴孔部４１ａにおける噴孔配置を示す平面図である。

図２（ａ）に示すように、尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａには、ｍ個（図では４つ）の噴孔１５ｂが設けられている。各噴孔１５ｂは同一円上に並ぶようにして略均等に設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、水添加弁４１の先端噴孔部４１ａには、尿素水添加弁１５の噴孔数ｍよりも多いｎ個（図では８つ）の噴孔４１ｂが設けられている。各噴孔４１ｂは同一円上に並ぶようにして略均等に設けられている。尿素水添加弁１５の噴孔１５ｂと水添加弁４１の噴孔４１ｂとを比較すると、噴孔数ｍ，ｎが「ｍ＜ｎ」であることに加え、各噴孔１５ｂ，４１ｂの孔径Ｄ１，Ｄ２が「Ｄ１＞Ｄ２」となっている。

水添加弁４１には給水配管４２を介して給水タンク４３が接続されている。給水タンク４３は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に水が貯蔵されている。例えば、給水タンク４３には、イオン交換水や蒸留水など、触媒反応を阻害する成分を含まない成分の水が貯留されている。給水タンク４３内には、水に浸漬した状態で給水ポンプ４４が設けられている。給水ポンプ４４は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。給水ポンプ４４には給水配管４２の一端が接続されている。給水ポンプ４４が回転駆動されることにより、水が汲み上げられ給水配管４２を通じて水添加弁４１側に吐出される。

給水タンク４３には、同タンク４３内の水の温度を検出するための水温センサ４５が設けられており、その検出結果はＥＣＵ４０に逐次入力される。

また、給水タンク４３には、尿素水タンク２１と同様、冷却水循環配管３１の一部が配設されている。すなわち、冷却水循環配管３１には分岐配管４６が接続されており、その分岐配管４６において給水タンク４３内に配設された配管部分がタンク加熱部Ｈ３となっている。当該加熱部Ｈ３においては分岐配管４６が螺旋状（渦巻き状）に曲げ形成されている。この場合、エンジン本体Ｅの冷却水通路から流れ出たエンジン冷却水は、尿素水タンク２１のタンク加熱部Ｈ１に加え、給水タンク４３のタンク加熱部Ｈ３にも給送される。

冷却水循環配管３１において、分岐配管４６には電磁式の開閉弁４７が設けられている。開閉弁４７を開くことでタンク加熱部Ｈ３へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ３方向の流れ）が許容され、開閉弁４７を閉じることでタンク加熱部Ｈ３へのエンジン冷却水の循環（図１のＲ３方向の流れ）が阻止されるようになっている。

上記構成の排気浄化システムでは、ディーゼルエンジンの運転中において排気管１１内に尿素水添加弁１５から尿素水が添加供給されるとともに、同じく排気管１１内に水添加弁４１から水が添加供給される。このとき、排気管１１内では、尿素水の加水分解によりアンモニアが生成され、そのアンモニアによってＳＣＲ触媒１３で排気中のＮＯｘの還元除去が行われる。また、排気管１１内では、尿素水がアンモニアに変換される前に尿素水から水分が離脱（蒸発）するという事態が生じるが、水添加弁４１により水分が補給されることにより、尿素が湿潤化されてアンモニアへの変換作用が促される。これにより、アンモニア生成量が増え、ＮＯｘ浄化率が高められる。また、尿素水のうちアンモニアへの未反応分が減ることから、尿素水の過剰供給が抑制されるとともに、尿素デポジットの生成が抑制される。

また、寒冷地等では、尿素水タンク２１及び尿素水供給管２３の尿素水や、給水タンク４３の水が凍結する場合ある。故に、尿素水温度センサ２５により尿素水タンク２１内の尿素水温度が逐次検出され、尿素水温度が所定の凍結判定値（凍結の可能性のある温度、例えば−７℃）未満となった場合には、開閉弁３２，３６が開放されてタンク加熱部Ｈ１や尿素水配管加熱部Ｈ２に対してエンジン冷却水（温水）が給送されるようになっている。これにより、尿素水タンク２１及び尿素水供給管２３の尿素水の凍結が抑制される。仮に尿素水が凍結した場合には、いち早く解凍できる。

また、水温センサ４５により給水タンク４３内の水温が逐次検出され、水温が所定の凍結判定値（凍結の可能性のある温度、例えば４℃）未満となった場合には、開閉弁４７が開放されてタンク加熱部Ｈ３に対してエンジン冷却水（温水）が給送されるようになっている。これにより、給水タンク４３内の水の凍結が抑制される。仮に水が凍結した場合には、いち早く解凍できる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

尿素ＳＣＲを用いた排気浄化システムにおいて排気管１１内への水供給を行う構成としたため、尿素水からアンモニアへの分解反応を促進し、ひいてはＮＯｘ浄化を好適に行わせることができる。すなわち、排気浄化効果が向上し、排気エミッションの改善を図ることができる。

また、水添加弁４１を尿素水添加弁１５よりも排気下流側に設けたため、尿素水添加弁１５から供給された尿素水が排気とともに下流側に流れていく過程において、ＳＣＲ触媒１３に至るまでに尿素水（尿素）に対して好適に水を補給できる。

互いに向かい合う方向に尿素水溶液、水を各々噴射する向きに尿素水添加弁１５と水添加弁４１とを設置したため、尿素水噴霧に対して水噴霧が混ざり合うことで尿素の湿潤化が促され、アンモニアへの分解反応を生じさせることができる。

水添加弁４１の噴孔４１ｂの大きさを尿素水添加弁１５の噴孔１５ｂの大きさよりも小さくし、かつ水添加弁４１の噴孔数を尿素水添加弁１５の噴孔数よりも多くした。これにより、尿素水添加弁１５から供給される尿素水については水分の離脱（蒸発）を抑制することができる。また、水添加弁４１から供給される水についてはいち早く気化させることにより尿素を好適に湿潤化させることができ、アンモニアへの加水分解を促すことができる。

水添加弁４１への給水を行う給水タンク４３に冷却水循環配管３１の一部を配設したため、仮に給水タンク４３の水が凍結しても、エンジン冷却水（温水）の流通により加熱され、いち早く解凍することができる。尿素水タンク２１や尿素水供給管２３についても同様に、エンジン冷却水を利用して加熱する構成としたため、尿素水の凍結時にもいち早く解凍できる。上記のようにエンジン冷却水を用いて加熱を行う構成によれば、ヒータ通電により加熱を行う構成に比してバッテリ負荷が軽減できる等のメリットもある。

尿素水添加弁１５及び水添加弁４１としてインジェクタタイプの電磁式開閉弁を用いる構成としたため、尿素水や水の添加制御を高精度に行うことが可能となる。これにより、尿素水や水の無駄な消費を抑制でき、尿素水消費量や水消費量の低減を図ることができる。

尿素水添加弁１５及び水添加弁４１を、ＤＰＦ１２（ＰＭ除去用フィルタ）の下流側に設ける構成とした。これにより、尿素水添加弁１５や水添加弁４１の先端添加口がＰＭにより汚染されるといった不都合が抑制でき、尿素水添加弁１５や水添加弁４１を長期にわたって使用することが可能になる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、主に尿素水添加弁１５及び水添加弁４１についての制御内容を説明する。

図３は、本実施形態における尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図であり、これは図１の一部を変更したものである。なお、図３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割愛する。図示は略すが、尿素水や水の供給系に関する構成は図１と同一である。

図３では図１の構成との相違点として、ＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＳＣＲ触媒１３で余剰となり同ＳＣＲ触媒１３から流出したアンモニアを酸化除去するための酸化触媒５１が設けられるとともに、さらに下流側にはアンモニア濃度を検出するためのアンモニアセンサ５２が設けられている。アンモニアセンサ５２の検出信号は、上述した排気センサ１６（ＮＯｘセンサ）の検出信号と同様、ＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０では、排気センサ１６やアンモニアセンサ５２の検出信号などに基づいて、尿素水添加弁１５の尿素水添加量や水添加弁４１の水添加量を制御する。

ＥＣＵ４０による水添加弁４１の制御に関して説明すると、エンジン運転中において、センサ１６，５２の検出信号に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）とを算出し、これらＮＯｘ量とアンモニア量とに基づいて水添加弁４１の水添加量を制御する。この場合、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量が多いほどアンモニアがより多く必要となるため、水添加量を多くする（図４（ａ）参照）。このとき、ＮＯｘ量に応じて水添加量を多くすることで尿素の加水分解が促進され、ひいてはＮＯｘの還元浄化が向上する。また、酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量が多い場合にはアンモニアが過剰気味であり、それ以上のアンモニアを要しないため、水添加量を少なくする（図４（ａ）参照）。このとき、アンモニア量に応じて水添加量を少なくすることで余分のアンモニア発生が抑制される。

また、エンジンの運転停止後には、排気管１１内やＳＣＲ触媒１３に尿素水が残留し、その残留尿素水から水が蒸発すると、排気管１１内又は触媒表面で尿素の析出が生じる。そこで、エンジン運転停止後における尿素析出対策として、エンジン運転停止に伴い尿素水添加弁１５による尿素水添加が停止された後において、所定期間だけ水添加弁４１による水添加を実施することとしている。本実施形態では、エンジン運転中に所定期間単位で尿素水添加量の積算値（尿素水積算量）を逐次算出するとともに、その尿素水積算量のうちエンジン停止直前の算出値に基づいて、エンジン停止直後における水添加弁４１の水添加量を制御する。具体的には、エンジン停止直前の尿素水積算量が多いほど水添加量を多くする（図４（ｂ）参照）。

なお、エンジン運転中の水添加量とエンジン停止後の水添加量とを比べると、後者の場合には水供給量を少なめにするのが望ましいと考えられる。エンジンの運転停止後における水添加量を一定量で制御することも可能である。

尿素水添加弁１５の制御については、周知の技術を採用すればよいため、略述すると、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量や同ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化率等を算出し、それらＮＯｘ量やＮＯｘ浄化率に基づいて、尿素水添加弁１５の尿素水添加量を制御する。

次に、尿素水添加弁１５による尿素水添加の制御手順と、水添加弁４１による水添加の制御手順とを説明する。図５（ａ）は、尿素水添加弁１５による尿素水添加の制御手順を示すフローチャートであり、図５（ｂ）は、水添加弁４１による水添加の制御手順を示すフローチャートである。図５（ａ）（ｂ）の各処理は、イグニッションスイッチのオン操作など、所定のエンジン始動操作に伴い起動され、所定の時間周期で繰り返し実行される。

図５（ａ）において、ステップＳ１１では、エンジン始動後、所定時間Ｔが経過したか否かを判定する。この処理は、エンジン停止中に尿素水が凍結した場合においてその尿素水を解凍するために要する時間であり、所定時間Ｔは数分（例えば５分）程度の時間である。なお、外気温などにより所定時間Ｔを可変設定することも可能である。

その後、ステップＳ１２では、排気センサ１６の出力に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量を算出する。続くステップＳ１３では、ＳＣＲ触媒１３の下流側ＮＯｘ量に基づいて尿素水添加量を算出する。ステップＳ１４では、都度の尿素水添加量に対応する駆動信号を駆動回路に出力し、尿素水添加弁１５を駆動させて尿素水添加を実行する。なお、尿素水添加は、イグニッションスイッチがオフ操作された時点で終了される。

次に、水添加弁４１による水添加の制御手順を図５（ｂ）を用いて説明する。なお、上述した図５（ａ）では、イグニッションスイッチのオフ操作時点（エンジン停止時点）で尿素水添加が終了されるのに対し、図５（ｂ）では、イグニッションスイッチのオフ操作後（エンジン停止後）も所定期間だけ水供給が継続されるものとなっている。

図５（ｂ）において、ステップＳ２１では、エンジン始動後、所定時間Ｔが経過したか否かを判定する（図５（ａ）のステップＳ１１と同様）。続くステップＳ２２では、今現在、エンジン運転中であるか否かを判定する。このとき、例えば、イグニッションスイッチがオン状態であれば、エンジン運転中であると判定してステップＳ２３に進み、イグニッションスイッチのオフ状態であれば、エンジンが運転停止したと判定してステップＳ２６に進む。

ステップＳ２３では、排気センサ１６の出力に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量を算出するとともに、アンモニアセンサ５２の出力に基づいて酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量を算出する。その後、ステップＳ２４では、ＳＣＲ触媒１３の下流側ＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側アンモニア量とに基づいて水添加量を算出する。このとき、図４（ａ）の関係を用いて水添加量が算出される。ステップＳ２５では、都度の水添加量（ステップＳ２４での算出値）に対応する駆動信号を駆動回路に出力し、水添加弁４１を駆動させて水添加を実施する。

一方、ステップＳ２６では、今現在、エンジン停止直後の水添加期間中であるか否かを判定する。水添加期間は、エンジン停止後に排気管１１内への水添加が実施される期間であり、イグニッションスイッチのオフ操作時点を始まりとして設定され、例えば数秒程度である。このとき、尿素が加水分解されるには排気管１１内が所定の高温状態（最低８０℃程度の雰囲気）であることが必要であり、エンジン停止後における排気管１１内の残熱の変化に応じて水添加が実施されるのが好ましい。具体的には、例えば、排気管１１内の残熱の変化は外気温に応じて相違し、外気温が低いほど残熱は早く減少（減衰）する。ゆえに、外気温が低いほど水添加期間を短い期間とする。

水添加期間中であればステップＳ２７に進み、エンジン停止直前に算出した尿素水積算量に基づいて水添加量を算出する。このとき、図４（ｂ）の関係を用いて水添加量が算出される。その後、ステップＳ２８では、都度の水添加量（ステップＳ２７での算出値）に対応する駆動信号を駆動回路に出力し、水添加弁４１を駆動させて水添加を実施する。なお、エンジン停止後の水添加は、水添加期間に相当する時間が経過した時点で終了される。

以上第２の実施形態によれば、エンジン運転中においてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）とに基づいて水添加弁４１による水添加量を制御する構成としたため、排気管１１内に対して適正量の水添加を行わせることができる。

また、エンジンの運転停止後における尿素析出対策として、エンジン運転停止に伴い尿素水添加弁１５の尿素水供給が停止された後において水添加弁４１による水供給を実施する構成としたため、エンジン停止直後における残熱を利用して排気管１１内の残留尿素水の加水分解を行わせ、尿素の析出を抑制することができる。このとき、エンジン停止後において加水分解により生じたアンモニアはＳＣＲ触媒１３の表面に吸着する。したがって、次回のエンジン始動時には、既に触媒表面に吸着しているアンモニアを使って早期にＮＯｘ浄化を開始できる。

エンジン停止直前期間における尿素水添加量（所定期間の尿素水積算量）に基づいてエンジン停止後の水添加量を制御する構成としたため、エンジン運転停止後において残留尿素水を加水分解する上で適正量の水を排気管１１内に供給できる。

また、エンジン運転停止後における排気管１１内の残熱の変化に応じて水添加を制御する構成としたため、エンジン運転停止後において、残熱による尿素水の加水分解が可能な期間に適正なる水添加を実施できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａ（尿素水供給口）に付着した析出尿素や尿素変質物を、水添加弁４１の水噴射により洗浄除去する構成としている。

詳細には、図６に示すように、排気管１１において尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａに対向する位置に水添加弁４１を設け、この場合特に、水添加弁４１の水噴霧中心線ＬＡが尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａを通るように配置する。尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａに向けて水添加弁４１が水噴射を行うことにより、先端噴孔部１５ａにおいて尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりしても、それら析出尿素や尿素変質物の洗浄除去が可能となる。したがって、尿素水添加弁１５による好適なる尿素水供給を継続して実施できる。

上記のように尿素水添加弁１５の洗浄を目的として水添加弁４１による水噴射を実施する場合、図７にフローチャートで示す演算処理が実施される。図７の処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。

図７において、ステップＳ３１では、今現在、尿素水添加弁１５による尿素水添加が行われているか否かを判定する。尿素水添加の実施中であれば、そのまま本処理を終了する。ちなみに、尿素水添加弁１５による尿素水添加は、例えば排気温に応じて実施又は停止されるようになっており、排気温が所定のしきい値（例えば１５０℃）以上であれば尿素水添加を実施し（例えば実施フラグをＯＮし）、排気温が所定のしきい値（例えば１５０℃）未満であれば尿素水添加を停止する（例えば実施フラグをＯＦＦする）。

尿素水添加の実施中でなければ、ステップＳ３２に進み、水噴射の実施条件を設定する。具体的には、水の噴射圧力（図１の給水ポンプ４４の吐出圧力）や水の噴射時間（水添加弁４１の開弁時間）を、先端噴孔部１５ａにおける析出尿素等の付着状態に応じて可変に設定する。ここで、先端噴孔部１５ａにおける析出尿素等の付着状態（付着量など）は、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値に相関していると考えられるため、本実施形態では、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値に基づいて、水の噴射圧力及び水の噴射時間の少なくとも一方を設定する。このとき、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値が大きいほど、水の噴射圧力を大きい値とする。また、車両の走行距離や尿素水添加量（又は添加時間）の積算値が大きいほど、水の噴射時間を長い時間とする。なお、水噴射は、尿素水の非添加期間に１回のみ実施されればよい。

続くステップＳ３３では、上記の実施条件にて水添加弁４１による水噴射を実施する。なお、上記のように水噴射の実施条件を可変設定する構成は必須ではなく、同実施条件を固定とすることも可能である。

上記のとおり、尿素水添加弁１５による尿素水添加とは異なる時期に尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａに向けての水噴射を実施することにより、尿素水添加弁１５による尿素水添加に悪影響を及ぼすことなく、先端噴孔部１５ａの洗浄を実施できる。また、水噴射の実施条件を可変設定することにより、先端噴孔部１５ａにおける析出尿素等の付着状態に応じた洗浄を実施できる。

（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されてもよい。

・排気管１１において、尿素水添加弁１５と水添加弁４１との設置形態を変更する。例えば、図８（ａ）では、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とをいずれも排気下流側に向けて設置しており、図８（ｂ）では、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とをいずれも排気上流側に向けて設置している。また、図８（ｃ）では、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とを排気流れ方向においてほぼ同位置に設置している。この場合特に、尿素水添加弁１５からの尿素水噴霧に対してその噴霧直後に水添加弁４１からの水噴霧が交わるようにすべく各添加弁１５，４１が対向配置されている。ただし、図８（ｃ）において、各添加弁１５，４１を噴霧方向が平行となる向きに配置することも可能である。図８（ｄ）では、図１等とは設置順序を逆にし、水添加弁４１を排気上流側に、尿素水添加弁１５を排気下流側に設けている。

図８（ｄ）の構成について説明を補足する。図８（ｄ）では、水添加弁４１が、尿素水添加弁１５の先端噴孔部１５ａよりも排気上流側に水を添加供給するものとなっている。そのため、排気管１１内に供給された水（液状の水）が、同じく排気管１１内に供給された尿素水に到達するまでに排気熱により十分に気化され（蒸気となり）、尿素水の加水分解を促進できる。つまり、水の蒸発時間を確保できる構成となっている。

・尿素水添加弁１５を排気の熱的影響から保護するには、尿素水添加弁１５を排気流に晒されない位置に設けることが望ましい。具体的には、図９に示すように、排気管１１に他の部位よりも排気通路外方に張り出した通路拡張部６１を設けるとともに、その通路拡張部６１に尿素水添加弁１５を設置する。つまり、尿素水添加弁１５が通路拡張部６１内に尿素水を添加供給する構成とする。この場合、通路拡張部６１内において尿素水噴霧が滞留し、尿素水から尿素が析出したり尿素変質物が堆積したりすることが考えられる。なお、通路拡張部６１では中央部分と壁面付近とで尿素水噴霧の流速が相違するため（壁面付近はほぼ０）、尿素水噴霧が旋回しつつ滞留する。

そこで、通路拡張部６１内での尿素析出や尿素変質物の堆積を抑制すべく、通路拡張部６１内に対して水添加弁４１による水噴射を実施する構成とする。具体的には、図９（ａ）に示すように、排気管１１において通路拡張部６１に対向する位置に水添加弁４１を設け、水添加弁４１が通路拡張部６１内に水供給を行う構成とする。又は、図９（ｂ）に示すように、通路拡張部６１において、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とを並設し、水添加弁４１が通路拡張部６１内に水供給を行う構成とする。図９（ａ）、（ｂ）の構成によれば、通路拡張部６１に尿素水噴霧が滞留しても、その通路拡張部６１内での尿素の析出や尿素変質物の堆積を抑制できる。

・排気管１１内（排気通路内）に水を供給する場合、排気管１１内で水が気化することにより排気温度の低下が生じると考えられる。この場合、ＳＣＲ触媒１３の温度が活性温度（すなわち、所定のＮＯｘ浄化能力を確保できる温度）以下になると、当該ＳＣＲ触媒１３の浄化能力が低下してしまう。

そこで、ＳＣＲ触媒１３の温度又は排気温度を検出し、その検出温度が、ＳＣＲ触媒１３の活性温度を基準としてそれよりも高温側の温度しきい値よりも高ければ、水添加弁４１による水供給を実施し、前記温度しきい値よりも低ければ、水添加弁４１による水供給を実施しない構成とする。以下、ＥＣＵ４０による具体的な処理内容を図１０のフローチャートを用いて説明する。図１０は、上述した図５（ｂ）の処理の一部を変更したものであり、図５（ｂ）と同一の処理については同一のステップ番号を付すとともに説明を省略する。

図１０において、エンジン運転中である場合（ステップＳ２２がＹＥＳである場合）にステップＳ４１に進むと、同ステップＳ４１では、ＳＣＲ触媒１３の温度（ＳＣＲ触媒温度）を算出する。ＳＣＲ触媒温度は、例えば、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の近傍（より具体的には、ＳＣＲ触媒１３よりも上流側であってＤＰＦ１２よりも下流側）に設けられた図示しない排気温センサの検出値により算出される。なお、都度のエンジン運転状態（エンジン回転速度や負荷等）に基づいてＳＣＲ触媒温度を算出したり、ＳＣＲ触媒温度に代えて排気温度を算出したりする構成であってもよい。

ステップＳ４２では、ＳＣＲ触媒温度が所定の温度しきい値Ｋ以上であるか否かを判定する。温度しきい値Ｋは、ＳＣＲ触媒１３の活性温度を基準としてそれよりも高温側に設定されている。本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３の活性温度域の最低温度に、水の気化による温度低下分を加算した温度を温度しきい値Ｋとする。より具体的には、例えば、ＳＣＲ触媒１３の活性温度域の最小値が１７０℃であるなら、Ｋ＝１７０℃＋３０℃とする。そして、ＳＣＲ触媒温度≧Ｋであれば、後続のステップＳ２３に進み、水添加弁４１による水添加を実施する（ステップＳ２３〜Ｓ２５）。また、ＳＣＲ触媒温度＜Ｋであれば、水添加弁４１による水添加を実施することなく本処理を終了する。上記のとおり水供給実施の温度条件を規定したため、排気管１１内への水供給に起因してＳＣＲ触媒１３が活性温度以下になり、ＳＣＲ触媒１３の浄化能力が低下してしまうといった不都合を抑制できる。

・排気管１１に複数の水添加弁４１を設置することも可能である。例えば、尿素水添加弁１５を挟んで、その上流側と下流側にそれぞれ水添加弁４１を設置する。

・上記実施形態では、尿素水添加弁１５の噴孔１５ｂと水添加弁４１の噴孔４１ｂとに関して、（１）各添加弁１５，４１の噴孔数ｍ，ｎが「ｍ＜ｎ」、（２）孔径Ｄ１，Ｄ２が「Ｄ１＞Ｄ２」であるとしたが、これを変更し、上記（１）（２）のいずれかのみが満たされる関係であってもよい。又は、尿素水添加弁１５と水添加弁４１とが同一の構成であってもよい。

・上記実施形態では、尿素水タンク２１内にインタンクポンプとして尿素水ポンプ２２を設けたが、これを変更し、尿素水供給管２３にインラインポンプとして尿素水ポンプ２２を設けてもよい。また、給水タンク４３内にインタンクポンプとして給水ポンプ４４を設けたが、これを変更し、給水配管４２にインラインポンプとして給水ポンプ４４を設けてもよい。尿素水ポンプ２２や給水ポンプ４４をインラインポンプとすることで、尿素水タンク２１や給水タンク４３内における尿素水や水の凍結・膨張によるポンプの破損を抑制できる。

・上記第２の実施形態では、水添加弁４１の制御に関して、エンジン運転中においてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量と酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）とに基づいて水添加量を制御する構成としたが、これを変更し、酸化触媒５１の下流側におけるアンモニア量（アンモニア余剰量）を用いずに水添加量を制御する構成としてもよい。また、ＳＣＲ触媒１３の上流側にＮＯｘセンサを設け、ＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量に代えてＳＣＲ触媒１３の上流側におけるＮＯｘ量を用いて水添加量を制御する構成、又は、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側におけるＮＯｘ量に基づいて水添加量を制御する構成としてもよい。ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の両方のＮＯｘ量を用いる場合、それら両方のＮＯｘ量からＮＯｘ浄化率を算出し、ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加弁１５の尿素水添加量を制御する構成であってもよい。なお、ＮＯｘ浄化率Ｘ１は、触媒上流側ＮＯｘ量Ｙ１と触媒下流側ＮＯｘ量Ｙ２とに基づいて算出される（Ｘ１＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１）。このとき、ＮＯｘ排出量Ｙ１は、都度のエンジン運転状態（エンジン回転速度、燃料噴射量）に基づいてマップや数式により算出されてもよい。

また、酸化触媒５１の下流側でアンモニア量（アンモニア余剰量）を計測する構成、すなわち酸化触媒５１の下流側にアンモニアセンサを設ける構成に代えて、酸化触媒５１の上流側でアンモニア量（アンモニア余剰量）を計測する構成、すなわち酸化触媒５１の上流側にアンモニアセンサを設ける構成としてもよい。

・水供給手段として、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３よりも上流側に水蒸気発生器（水蒸気発生手段）を設ける構成としてもよい。水蒸気発生器は、超音波等により水蒸気を発生させて排気管１１内に噴出するものである。本構成によれば、排気管１１内を水蒸気により湿潤状態に保持することができる。ゆえに、同排気管１１の空間内に存在する尿素水の加水分解を促進することができる。こうして水蒸気を供給する構成では、排気管１１内に浮遊する尿素分を加水分解することができ、排気管１１内の全体で加水分解を促進する上で有利であると考えられる。

なお、水供給手段として水蒸気発生器を用いる構成では、第２の実施形態で説明した水添加制御手順に従い水蒸気供給量が制御されるとよい（図５（ｂ）のフローチャート参照）。

・上記各実施形態では、水供給手段としてインジェクタタイプの水添加弁４１を用いたが、これを変更してもよい。例えば、パイプ状（細管状）のノズルを排気管１１内に突出させて設け、そのノズル先端部から水を添加供給する構成であってもよい。この場合、水を加圧供給するのではなく、加圧しない状態の水（水滴）を排気管１１内に滴下する構成であってもよい。排気管１１内に水滴を滴下する構成であっても、排気管１１内の熱で水が蒸発することで、尿素を好適に湿潤化させることができる。

・車載ディーゼルエンジン用の尿素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）用の尿素ＳＣＲシステムとしての実用化が可能である。

発明の実施の形態における尿素ＳＣＲシステムの概略を示す構成図。 （ａ）は尿素水添加弁の先端噴孔部における噴孔配置を示す平面図、（ｂ）は水添加弁の先端噴孔部における噴孔配置を示す平面図。 第２の実施形態における尿素ＳＣＲシステムの概略を示す構成図。 （ａ）はエンジン運転中の水添加量を設定するための図、（ｂ）はエンジン停止直後の水添加量を設定するための図。 （ａ）は尿素水添加弁による尿素水添加の制御手順を示すフローチャート、（ｂ）は水添加弁による水添加の制御手順を示すフローチャート。 第３の実施形態において尿素水添加弁と水添加弁との配置を示す概略図。 尿素水添加弁を洗浄するための水噴射処理を示すフローチャート。 他の実施形態において尿素水添加弁と水添加弁との配置を示す概略図。 他の実施形態において尿素水添加弁と水添加弁との配置を示す概略図。 他の実施形態において水添加の制御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…尿素水添加弁（尿素水供給手段）、１５ａ…先端噴孔部（尿素水供給口）、１５ｂ…噴孔、４０…ＥＣＵ（ＮＯｘ量算出手段、水供給制御手段、情報取得手段、機関停止後時制御手段、及び温度検出手段）、４１…水添加弁（水供給手段）、４１ａ…先端噴孔部、４１ｂ…噴孔、５１…酸化触媒、５２…アンモニアセンサ、６１…通路拡張部。

Claims (17)

1. 内燃機関の排気通路に選択還元型触媒が設けられており、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尿素水供給手段により尿素水溶液を供給する内燃機関の排気浄化システムであり、
   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水を供給する水供給手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気下流側に水を添加供給するものである請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口よりも排気上流側に水を添加供給するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記尿素水供給手段と前記水供給手段とは、互いに向かい合う方向に尿素水溶液、水を各々噴射するものである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記水供給手段は、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けて水を噴射するものである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記尿素水供給手段による尿素水供給とは異なる時期に、前記尿素水供給手段の尿素水供給口に向けての前記水供給手段による水噴射を実施する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記排気通路には他の部位よりも通路外方に張り出して通路拡張部が設けられ、その通路拡張部に前記尿素水供給手段が尿素水溶液を供給する構成を有し、
   前記水供給手段は、前記通路拡張部内に対して水供給を行う請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記尿素水供給手段としての尿素水添加弁と、前記水供給手段としての水添加弁とを備え、
   前記水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさを、前記尿素水添加弁の噴孔部における噴孔の大きさよりも小さくした請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
9. 前記尿素水供給手段としての尿素水添加弁と、前記水供給手段としての水添加弁とを備え、
   前記水添加弁の噴孔部における噴孔数を、前記尿素水添加弁の噴孔部における噴孔数よりも多くした請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
10. 前記水供給手段として、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水蒸気を供給する水蒸気発生手段が設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
11. 前記選択還元型触媒の温度又はその付近の排気温度を検出する温度検出手段を備え、
    前記温度検出手段による検出温度が、前記選択還元型触媒の活性温度を基準としてそれよりも高温側の温度しきい値よりも高ければ、前記水供給手段による水供給を実施し、前記温度しきい値よりも低ければ、前記水供給手段による水供給を実施しない請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
12. 前記選択還元型触媒は排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒であり、
    前記選択還元型触媒の上流側及び下流側の少なくともいずれかのＮＯｘ量を算出するＮＯｘ量算出手段と、
    前記ＮＯｘ量算出手段により算出したＮＯｘ量に基づいて前記水供給手段による水供給量を制御する水供給制御手段と、
    を備える請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
13. 前記排気通路内に供給された尿素水溶液から生成されるアンモニアについて前記選択還元型触媒にて余剰となったアンモニア余剰量に関する情報を取得する情報取得手段を備え、
    前記水供給制御手段は、前記取得したアンモニア余剰量の情報に基づいて前記水供給手段による水供給量を制御する請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
14. 前記選択還元型触媒の下流側に設けられ、同触媒で余剰となったアンモニアを酸化除去する酸化触媒と、
    前記酸化触媒の上流側又は下流側にて排気通路内のアンモニア量を計測する手段とを備え、
    前記情報取得手段は、前記アンモニア余剰量の情報として、前記酸化触媒の上流側又は下流側におけるアンモニア計測量を取得する請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
15. 前記内燃機関の運転停止に伴い前記尿素水供給手段の尿素水供給が停止された後において、前記水供給手段による水供給を実施する機関停止後時制御手段を備える請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
16. 前記機関停止時制御手段は、前記内燃機関の停止直前期間における前記尿素水溶液の供給量に基づいて内燃機関停止後の水供給を制御する請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
17. 前記機関停止時制御手段は、前記内燃機関の運転停止後における前記排気通路の残熱の変化に応じて水供給を制御するものである請求項１５又は１６に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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