JP2016109073A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール等の特別な添加剤を排ガスに添加することなく、ＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ２Ｏ生成量の低減とを両立することを可能とする排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化装置であって、排ガス中のＨＣを酸化するための第１酸化触媒と、第１酸化触媒の下流側に設けられ排ガス中のＮＯｘをＮＨ３により還元するための脱硝触媒と、排ガスの温度を検出するための温度センサと、排ガス浄化装置におけるＮ２Ｏ生成量を低減するＮ２Ｏ低減モードを実行可能なＮ２Ｏ低減モード実行部とを備える。Ｎ２Ｏ低減モード実行部は、Ｎ２Ｏ低減モードにおいて、排ガス温度が基準温度以上である場合には、ＮＯｘ排出量を低減し、排ガス温度が基準温度未満である場合には、ＨＣ排出量を低減する。【選択図】 図４

Description

本開示は、排ガス浄化装置に関する。

エンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）等の規制対象物質が含まれている。このような規制対象物質を浄化処理するために、脱硝触媒や酸化触媒等を有する排ガス処理装置が使用される。

このような排ガス浄化装置において、ＮＯｘやＨＣ等を浄化する反応の副生成物として亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）が生成される。Ｎ_２ＯはＣＯ_２の約３００倍の温室効果を生じる温室効果ガスであり、例えば自動車排気ガスに対しては将来的に排出規制が施行される予定である。

近年、Ｎ_２Ｏを分解するための触媒が研究・開発されているが、現時点では分解効率が低く実用的ではない。

特許文献１には、燃焼装置から排出されるＮＯｘを含有する排ガスにアルコールを添加し、２段の充填床を持つ触媒層に接触させることにより、Ｎ_２Ｏ生成量を低減しつつ排ガスを浄化する手法が開示されている。

特開平７−６８１３０号公報

特許文献１に記載の排ガス浄化手法では、Ｎ_２Ｏ生成量の低減及びＮＯｘの無害化を行うためには、上述のように特別な添加剤（アルコール）を排ガスに添加する必要がある。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、アルコール等の特別な添加剤を排ガスに添加することなく、ＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ_２Ｏ生成量の低減とを両立することを可能とする排ガス浄化装置を提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス浄化装置は、燃焼装置の排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、前記燃焼装置の下流側に設けられ、前記排ガス中の炭化水素（ＨＣ）を酸化するための第１酸化触媒と、前記第１酸化触媒の下流側に設けられ、前記排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニア（ＮＨ_３）により還元するための脱硝触媒と、前記燃焼装置の下流側に設けられ、前記排ガスの温度を検出するための温度センサと、当該排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量を低減するＮ_２Ｏ低減モードを実行可能に構成されたＮ_２Ｏ低減モード実行部と、を備え、前記Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、前記Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が基準温度以上である場合には、Ｎ_２Ｏの前駆体である前記燃焼装置の出口におけるＮＯｘ排出量を低減するべく前記燃焼装置の運転状態を制御することにより、前記Ｎ_２Ｏ生成量を低減し、前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が前記基準温度未満である場合には、Ｎ_２Ｏ生成の還元剤となる前記燃焼装置の出口におけるＨＣ排出量を低減するべく前記燃焼装置の運転状態を制御することにより、前記Ｎ_２Ｏ生成量を低減するよう構成されたことを特徴とする。

本発明者の知見によれば、上記第１酸化触媒及び脱硝触媒を備える排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量について、燃焼装置の排ガス温度が一定温度以上である場合には脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるのに対し、燃焼装置の排ガス温度が一定温度未満である場合には第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的である。更に脱硝触媒ではＮＨ_３を還元剤としてＮ_２Ｏが生成し、第1酸化触媒ではＨＣを還元剤としてＮ_２Ｏが生成する。このため、温度センサによって検出した排ガス温度から、第１酸化触媒及び脱硝触媒のうち何れの触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるかを判定することができ、更にＮ_２Ｏ生成に寄与する成分も特定することができる。

そこで、上記（１）に記載の排ガス浄化装置では、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサによって検出した排ガス温度が基準温度以上である場合には、燃焼装置の出口でのＮＯｘ排出量を低減するべく燃焼装置の運転状態を制御するよう構成されている。燃焼装置におけるＮＯｘ排出量とＨＣ排出量はトレードオフの関係にあるため、ＮＯｘ排出量を低減することによりＨＣ排出量が増大するが、ＨＣは第1酸化触媒で酸化除去されＮ_２Ｏ生成には寄与しない。したがって、基準温度を適切に設定すれば、燃焼装置の排ガス温度が、排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量について脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的となるような温度である場合（例えば脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成量が第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量よりも多い場合等、燃焼装置の排ガス温度が、脱硝触媒でＮＯｘによってＮ_２Ｏが生成されやすく第１酸化触媒でＨＣによってＮ_２Ｏが生成されにくい温度である場合）に、燃焼装置出口でのＮＯｘ排出量を低減するべく燃焼装置の運転状態が制御される。これにより、排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏの生成量を効果的に低減することが可能となる。

また、上記（１）に記載の排ガス浄化装置では、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサによって検出した排ガス温度が基準温度未満である場合には、燃焼装置の出口でのＨＣ排出量を低減するべく燃焼装置の運転状態を制御するよう構成されている。燃焼装置におけるＮＯｘ排出量とＨＣ排出量はトレードオフの関係にあるため、ＨＣを低減することによりＮＯｘが増大するが、ＮＯｘは脱硝触媒により還元除去されＮ_２Ｏの生成には寄与しない。このため、基準温度を適切に設定すれば、燃焼装置の排ガス温度が、排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量について第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的となるような温度である場合（例えば第１酸化触媒でのＮ２Ｏ生成量が脱硝触媒でのＮ２Ｏ生成量よりも多い場合等、燃焼装置の排ガス温度が、第１酸化触媒でＨＣによってＮ_２Ｏが生成されやすく脱硝触媒でＮＯｘによってＮ_２Ｏが生成されにくい温度である場合）に、燃焼装置出口でのＨＣ排出量を低減するべく燃焼装置の運転状態が制御される。これにより、排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏの生成量を効果的に低減することが可能となる。

このように、上記（１）に記載の排ガス浄化装置によれば、基準温度を適切に設定すれば、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサによって検出された排ガス温度が該基準温度以上であるか否かに応じて、燃焼装置の出口でのＮＯｘ排出量とＨＣ排出量のうちＮ_２Ｏ生成が支配的な方を低減するべく燃焼装置の運転状態が制御される。したがって、アルコール等の特別な添加剤を用いることなく、ＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ_２Ｏ生成量の低減とを両立することが可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の排ガス浄化装置において、当該排ガス浄化装置における前記Ｎ_２Ｏ生成量を算出するよう構成されたＮ_２Ｏ生成量算出部を更に備え、前記Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、前記Ｎ_２Ｏ生成量算出部によって算出した前記Ｎ_２Ｏ生成量が閾値を超えた場合に前記Ｎ_２Ｏ低減モードを実行するよう構成されたことを特徴とする。

上記（２）に記載の排ガス浄化装置によれば、Ｎ_２Ｏ生成量が閾値を超えた場合にＮ_２Ｏ低減モードが実行されるので、Ｎ_２Ｏ生成量を適切な水準以下に抑えることができる。例えば、Ｎ_２Ｏについて排出規制が施行された場合には、排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量が排出規制の規制値を超えないよう閾値を設定すればよい。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の排ガス浄化装置において、前記脱硝触媒の下流側に設けられ、前記排ガス中に含まれる前記アンモニアを酸化するための第２酸化触媒を更に備え、前記Ｎ_２Ｏ生成量算出部は、前記第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量と、前記脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成量と、前記第２酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量との合計を、当該排ガス浄化装置における前記Ｎ_２Ｏ生成量として算出するよう構成されたことを特徴とする。

上記（３）に記載の排ガス浄化装置によれば、脱硝触媒でのＮＯｘの還元に利用されなかったアンモニアを、第２酸化触媒によって酸化することにより浄化・除去することができる。また、各触媒でのＮ_２Ｏ生成量を合計することにより算出した排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量に基づいて、Ｎ_２Ｏ排出量を測定するための特殊な測定器を用いることなく、Ｎ_２Ｏ低減モードを実行するか否かを判定することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の排ガス浄化装置において、前記燃焼装置はエンジンであり、前記Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、前記Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が前記基準温度以上である場合には、燃料噴射タイミングを遅らせる制御、燃料噴射圧力を低くする制御及びＥＧＲ率を高める制御のうち少なくともひとつの制御を実行することにより、前記燃焼装置の出口でのＮＯｘ排出量を低減し、前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が前記基準温度未満である場合には、燃料噴射タイミングを早める制御、燃料噴射圧力を高める制御及びＥＧＲ率を低くする制御のうち少なくともひとつの制御を実行することにより、前記燃焼装置の出口でのＨＣ排出量を低減するよう構成されたことを特徴とする。

上記（４）に記載の排ガス浄化装置によれば、燃料噴射タイミング、燃料噴射圧力及びＥＧＲ率のうち少なくとも一つを上述のように制御することによって、アルコール等の特別な添加剤を用いることなく、簡易な構成でＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ_２Ｏ生成量の低減とを両立することが可能となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の排ガス浄化装置において、前記基準温度は２５０℃〜４００℃であることを特徴とする。

上記（５）に記載のように、基準温度は、第１酸化触媒及び脱硝触媒のうち何れの触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるかを判定するために、上記のように２５０℃〜４００℃に設定されることが望ましい。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載の排ガス浄化装置において、前記第１酸化触媒での前記Ｎ_２Ｏ生成量と前記脱硝触媒での前記Ｎ_２Ｏ生成量とが等しくなるような、前記燃焼装置の出口位置での前記排ガスの温度をＴ_ｂとすると、前記基準温度は、Ｔ_ｂ±５０℃の範囲内であることを特徴とする。

上記（６）に記載のように、基準温度は、第１酸化触媒及び脱硝触媒のうち何れの触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるかを判定するために、上記のようにＴ_ｂ±５０℃の範囲内に設定することが望ましい。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の排ガス浄化装置において、前記基準温度は、Ｔ_ｂ±３０℃の範囲内であることを特徴とする。

上記（７）に記載のように、基準温度は、第１酸化触媒及び脱硝触媒のうち何れの触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるかを判定するために、上記のようにＴ_ｂ±３０℃の範囲内に設定することがより望ましい。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の排ガス浄化装置において、前記基準温度は、Ｔ_ｂ±１５度の範囲内であることを特徴とする。

上記（８）に記載のように、基準温度は、第１酸化触媒及び脱硝触媒のうち何れの触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるかを判定するために、上記のようにＴ_ｂ±１５度の範囲内に設定することがさらに望ましい。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、アルコール等の特別な添加剤を排ガスに添加することなく、ＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ_２Ｏ生成量の低減とを両立することを可能とする排ガス浄化装置が提供される。

本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の構成を示す模式図である。 エンジンの出口でのＮＯｘ排出量とＨＣ排出量との関係を示す図である。 エンジンの出口での排ガス温度と、各触媒でのＮ_２Ｏ生成率との関係を示す図である。 排ガス浄化装置におけるＥＣＵの動作フローの例を説明するための図である。 ＮＯｘ排出量マップである。 ＨＣ排出量マップである。 本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置１００の構成を示す模式図である。
排ガス浄化装置１００は、燃焼装置としてのエンジン２の排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であり、排気流路３、第１酸化触媒４、脱硝触媒６、第２酸化触媒８、ＮＨ３供給装置１０、温度センサ１２及び回転数センサ１４及びエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと記載）１６等を備えている。各触媒４，６，８は、以下に説明するように排ガスを浄化するべく排気流路３上に設けられている。

第１酸化触媒４は、エンジン２の下流側に設けられ、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）を酸化することにより浄化・除去するための触媒である。第１酸化触媒４では、図１の（ａ）に示すように、ＨＣが酸化されてＣＯ_２とＨ_２Ｏが生成される。また、副反応として、図１の（ｂ）に示すように、ＨＣを還元剤としてＮＯｘが還元されてＮ_２Ｏが副生成される。なお、図１の（ａ）、（ｂ）及び以下で説明する（ｃ）〜（ｆ）では、反応前後の物質の一部を便宜的に記載しており係数は省略している。

脱硝触媒６は、第１酸化触媒４の下流側に設けられ、ＮＨ_３供給装置１０によって供給されたアンモニア（ＮＨ_３）によって排ガス中のＮＯｘを還元することにより浄化・除去するための触媒である。脱硝触媒６では、図１の（ｃ）に示すように、ＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘが還元され、Ｎ_２とＨ_２Ｏが生成される。また、副反応として、図１の（ｄ）に示すように、ＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘが還元され、Ｎ_２Ｏが副生成される。なお、ＮＨ_３供給装置１０によって供給するＮＨ_３としては、無水のアンモニア、アンモニア水、尿素等を使用することが可能である。

第２酸化触媒８は、脱硝触媒６の下流側に設けられ、排ガス中に含まれるＮＨ_３（ＮＨ_３供給装置１０から供給されたのち脱硝触媒６からスリップしたＮＨ_３）を酸化することにより浄化・除去するための触媒である。第２酸化触媒８では、図１の（ｅ）に示すように、ＮＨ_３が酸化されてＮ_２が生成される。また、副反応として、図１の（ｆ）に示すように、ＮＨ_３が酸化されてＮ_２Ｏが副生成される。

温度センサ１２は、エンジン２の出口１８（第１酸化触媒４よりも上流側）に設けられ、エンジン２の出口１８での排ガスの温度Ｔ_Ｅを検出可能に構成されている。温度センサ１２の検出結果は、ＥＣＵ１６に送信される。

回転数センサ１４は、エンジン２の回転数（回転速度）を検出可能に構成されている。回転数センサ１４の検出結果は、ＥＣＵ１６に送信される。

ＥＣＵ１６は、Ｎ_２Ｏ生成量算出部２０、Ｎ２Ｏ低減モード実行部２２、第１判定部２４及び第２判定部２６を含む。

Ｎ_２Ｏ生成量算出部２０は、演算部２８及び記憶部３０を備えており、後に詳述するように、温度センサ１２の検出結果、回転数センサ１４の検出結果及びエンジントルク（燃料噴射量）等に基づき、当該排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量を算出するよう構成されている。

Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２は、Ｎ_２Ｏ生成量算出部２０によって算出された排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量が閾値以上であると第１判定部２４によって判定された場合に、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量を低減するＮ_２Ｏ低減モードを実行するよう構成されている。

Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２は、温度センサ１２によって検出された排ガスの温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ以上であると第２判定部２６によって判定された場合には、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、エンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量を低減するべくエンジン２の運転状態を制御する。すなわち、図２の矢印ａに示すように、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量のトレードオフライン（エンジン２の回転数を一定とした場合のＮＯｘ排出量とＨＣ排出量との二律背反の関係を示すライン）においてＮＯｘ排出量を低減する方向にエンジン２の運転状態をシフトする。なお、Ｎ_２Ｏ低減モードにおけるエンジン２の出口１８でのＨＣ排出量の増大分は、第１酸化触媒４において酸化されることにより浄化・除去される。

エンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量を低減するためのエンジン２の運転状態の制御としては、例えば、エンジン２が備える燃料噴射装置３２の燃料噴射タイミングを遅らせる制御や、燃料噴射圧力を低くする制御が有効である。

一方、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２は、温度センサ１２によって検出された温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ未満であると第２判定部２６によって判定された場合には、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、エンジン２の出口１８でのＨＣ排出量を低減するべくエンジン２の運転状態を制御する。すなわち、図２の矢印ｂに示すように、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量のトレードオフラインにおいてＨＣ排出量を低減する方向にエンジン２の運転状態をシフトする。なお、一実施形態では、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、エンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量の増大分に応じて、ＮＨ_３供給装置からのＮＨ_３の供給量を増大させてもよい。これにより、ＮＯｘを還元するためのＮＨ_３不足を回避することができる。

エンジン２の出口１８でのＨＣ排出量を低減するためのエンジン２の運転状態の制御としては、例えば、エンジン２が備える燃料噴射装置３２の燃料噴射タイミングを早める制御や、燃料噴射圧力を高める制御が有効である。

このように、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２は、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサ１２によって検出された排ガスの温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ以上であるか否かに応じて、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量の一方を低減する（その結果として他方が増大する）べくエンジン２の運転状態を制御するよう構成されている。以下、この制御の技術的意義について図３を用いて説明する。

図３は、エンジン２の出口１８での排ガス温度Ｔ_Ｅと、各触媒４，６，８でのＮ_２Ｏ生成率との関係を示す図である。なお、各触媒４，６，８でのＮ_２Ｏ生成率とは、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量に対して、各触媒４，６，８でのＮ_２Ｏ生成量が占める割合のことを意味している。

本発明者の知見によれば、図３に示すように、エンジン２の出口１８での排ガス温度Ｔ_ＥがＴ_ｂ（典型的には２５０℃〜４００℃の範囲内の温度）未満である場合には第１酸化触媒４でのＮ_２Ｏ生成率が最も高いのに対し、排ガス温度Ｔ_ＥがＴ_ｂ以上である場合には脱硝触媒６でのＮ_２Ｏ生成率が最も高い。すなわち、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量について、エンジン２の出口１８での排ガス温度Ｔ_ＥがＴ_ｂ未満である場合には第１酸化触媒４でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるのに対し、エンジン２の出口１８での排ガス温度Ｔ_ＥがＴ_ｂ以上である場合には脱硝触媒６（及び第２酸化触媒８）でのＮ_２Ｏ生成が支配的である。したがって、温度センサ１２によって検出した排ガス温度Ｔ_Ｅをモニタリングすることにより、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量について何れの触媒でのＮ_２Ｏ生成が支配的であるかを判定することができる。

そこで、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２は、上述のように、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサ１２によって検出した排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ（＝Ｔ_ｂ）以上である場合には、エンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量を低減するべくエンジン２の運転状態を制御する。これにより、排ガス温度Ｔ_Ｅが、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量について脱硝触媒６でのＮ_２Ｏ生成が支配的となるような温度である場合（脱硝触媒６でＮＯｘによってＮ_２Ｏが生成されやすく第１酸化触媒４でＨＣによってＮ_２Ｏが生成されにくい場合）に、ＮＯｘ排出量を低減するとともにＨＣ排出量を増大するので、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量を効果的に低減することが可能となる。

また、上述のように、温度センサ１２によって検出した排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ（＝Ｔ_ｂ）未満である場合には、エンジン２の出口１８でのＨＣ排出量を低減する（結果的に該出口１８でのＮＯｘ排出量が増大する）べくエンジン２の運転状態を制御する。これにより、排ガス温度Ｔ_Ｅが、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量について第１酸化触媒４でのＮ_２Ｏ生成が支配的となるような温度である場合（第１酸化触媒４でＨＣによってＮ_２Ｏが生成されやすく脱硝触媒６でＮＯｘによってＮ_２Ｏが生成されにくい場合）に、ＨＣ排出量を低減するとともにＮＯｘ排出量が増大するため、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏの生成量を効果的に低減することが可能となる。

このように、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２は、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサ１２によって検出された排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ以上であるか否かに応じて、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量の一方を低減する（結果的に他方が増大する）べくエンジン２の運転状態を制御することにより、アルコール等の特別な添加剤を用いることなく、ＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ_２Ｏ生成量の低減とを両立することが可能となる。

次に、図４を用いて、上述した排ガス浄化装置におけるＥＣＵ１２の動作フローの例を説明する。図４に示すフローにおける各演算は、図１に示したＮＯｘ生成量算出部２０の演算部２８によって行う。

図４において、Ｓ１０１では、エンジン状態のモニタリングを行う。すなわち、温度センサ１２によって検出したエンジン２の出口１８における排ガス温度Ｔ_Ｅ、回転数センサ１４によって検出したエンジン２の回転数、エンジン２のトルク（燃料噴射量）等をモニタリングする。

Ｓ１０２では、記憶部３０（図１参照）に記憶されたＮＯｘ排出量マップを用いて、エンジン２の回転数及びエンジン２のトルクに基づき、エンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量Ｃ_ＥＮを算出する。なお、ＮＯｘ排出量マップは、図５に示すように、エンジン２の回転数及びトルク（燃料噴射量）とＮＯｘ排出量との関係を示すマップであり、該マップから分かるように、エンジン２の回転数が大きいほど、また、トルクが大きいほど、ＮＯｘ排出量が多くなる。そして、Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出したＮＯｘ排出量Ｃ_ＥＮを浄化するために必要なＮＨ_３の必要量を算出する。

Ｓ１０４では、Ｓ１０２で算出したＮＯｘ排出量Ｃ_ＥＮが閾値Ｃ_ＥＮｃ以上か否かを判定する。Ｓ１０４でＮＯｘ排出量Ｃ_ＥＮが閾値Ｃ_ＥＮｃ未満であると判定した場合、Ｓ１０１に戻る。Ｓ１０４でＮＯｘ排出量Ｃ_ＥＮが閾値Ｃ_ＥＮｃ以上であると判定した場合、Ｓ１０７で、温度センサ１２によって検出したエンジン２の出口１８における排ガス温度Ｔ_Ｅに基づき、脱硝触媒６の入口４２における排ガス温度Ｔ_Ｓｉを算出する。

Ｓ１０８では、Ｓ１０７で算出した脱硝触媒６の入口４２における排ガス温度Ｔ_Ｓｉが基準温度Ｔ_Ｓｃ以上か否かを判定する。Ｓ１０８で排ガス温度Ｔ_Ｓｉが基準温度Ｔ_Ｓｃ以上であると判定した場合、Ｓ１０９でＮＨ_３供給装置によって第１酸化触媒４と脱硝触媒６との間を流れる排ガス中にＮＨ_３を供給し、Ｓ１０１に戻る。Ｓ１０８で排ガス温度Ｔ_Ｓｉが基準温度Ｔ_Ｓｃ未満であると判定した場合、Ｓ１０７に戻る。

Ｓ１０５では、記憶部３０（図１参照）に記憶されたＨＣ排出量マップを用いて、エンジン２の回転数及びエンジン２のトルクに基づき、エンジン２の出口１８でのＨＣ排出量Ｃ_ＥＨを算出する。なお、ＨＣ排出量マップは、図６に示すように、エンジン２の回転数及びトルク（燃料噴射量）とＨＣ排出量との関係を示すマップであり、該マップから分かるように、エンジン２の回転数が大きいほど、また、トルクが大きいほど、ＨＣ排出量が少なくなる。そして、Ｓ１０６では、エンジン２の運転時間を積算してエンジン２の総運転時間を算出する。

Ｓ１１０では、温度センサ１２によって検出したエンジン２の出口１８における排ガス温度Ｔ_Ｅに基づき、第１酸化触媒４の入口４４における排ガス温度Ｔ_Ｏｉを算出する。Ｓ１１１では、エンジン２の総運転時間に基づき、第１酸化触媒４の劣化度を算出する。Ｓ１１２では、Ｓ１０５で算出したエンジン２の出口１８でのＨＣ排出量Ｃ_ＥＨ、Ｓ１１０で算出した脱硝触媒６の入口４２における排ガス温度Ｔ_Ｏｉ、及びＳ１１１で算出した第１酸化触媒４の劣化度等に基づいて、第１酸化触媒４での単位時間当たりのＮ_２Ｏの生成量Ｃ_ＯＮ２Ｏを算出する。

Ｓ１１３では、エンジン２の総運転時間に基づき、脱硝触媒６の劣化度を算出する。Ｓ１１４では、Ｓ１０２で算出したエンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量Ｃ_ＥＮ、Ｓ１０７で算出した脱硝触媒６の入口４２における排ガス温度Ｔ_Ｓｉ、及びＳ１１３で算出した脱硝触媒６の劣化度等に基づいて、脱硝触媒６でのＮ２Ｏ生成量Ｃ_ＳＮ２Ｏを算出する。

Ｓ１１５では、Ｓ１１３で算出した脱硝触媒６の劣化度に基づき、脱硝触媒６からリーク（スリップ）するＮＨ_３量Ｃ_ＬＮＨを算出する。Ｓ１１６では、Ｓ１１５で算出したＮＨ_３量Ｃ_ＬＮＨに基づき、第２酸化触媒８でのＮ_２Ｏ生成量Ｃ_ＡＮ２Ｏを算出する。

Ｓ１１７では、Ｓ１１２で算出された第１酸化触媒４でのＮ_２Ｏの生成量Ｃ_ＯＮ２Ｏと、Ｓ１１４で算出された脱硝触媒６でのＮ_２Ｏの生成量Ｃ_ＳＮ２Ｏと、Ｓ１１６で算出された第２酸化触媒８でのＮ_２Ｏの生成量Ｃ_ＡＮ２Ｏとの合計Ｃ_ＴＮ２Ｏを、排ガス浄化装置１００におけるＮ_２Ｏ生成量として算出する。

Ｓ１１８では、Ｓ１１７で算出された排ガス浄化装置１００のＮ_２Ｏ生成量Ｃ_ＴＮ２Ｏが閾値Ｃ_{ＴＮ２Ｏｃ}以上であるか否かを第１判定部２４が判定する。Ｓ１１８で、Ｎ_２Ｏ生成量Ｃ_ＴＮ２Ｏが閾値Ｃ_{ＴＮ２Ｏｃ}未満であると判定された場合には、Ｓ１０１に戻る。

Ｓ１１８で、Ｎ_２Ｏ生成量Ｃ_ＴＮ２Ｏが閾値Ｃ_{ＴＮ２Ｏｃ}以上であると判定された場合には、Ｓ１１９で、温度センサ１２によって検出したエンジン２の出口１８における排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ以上であるか否かを第２判定部２６が判定する。

Ｓ１１９で、排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ以上であると判定された場合には、Ｓ１２０で、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２が、上述のようにエンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量を低減する（結果的に該出口１８でのＨＣ排出量が増大する）べくエンジン２の運転状態を制御し、Ｓ１０１に戻る。

Ｓ１１９で、排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ未満であると判定された場合には、Ｎ_２Ｏ低減モード実行部２２が、上述のようにエンジン２の出口１８でのＨＣ排出量を低減する（結果的に該出口でのＮＯｘ排出量が増大する）べくエンジン２の運転状態を制御し、Ｓ１０１に戻る。

以上のように、Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、温度センサ１２によって検出された排ガス温度Ｔ_Ｅが基準温度Ｔ_ｃ以上であるか否かに応じて、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量の一方を低減する（結果的に他方が増大する）べくエンジン２の運転状態をＮ_２Ｏ低減モード実行部２２が制御することにより、アルコール等の特別な添加剤を用いることなく、ＮＯｘ及びＨＣの浄化とＮ_２Ｏ生成量の低減とを両立することが可能となる。ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量を低減した場合、一方は増大するが温度Ｔ_ＥにおいてはいずれもＮ２Ｏ生成に寄与しない。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上述した実施形態では、燃焼装置としてエンジンを例に挙げて説明したが、燃焼装置はエンジンに限らずボイラーであってもよい。

また、上述した実施形態では、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量の何れを低減するべきかを判定するための基準温度Ｔ_ｃとして、第１酸化触媒４でのＮ_２Ｏ生成量と脱硝触媒でのＮ_２Ｏの生成量とが等しくなるような排ガス温度Ｔ_ｂを用いた。しかしながら、基準温度Ｔ_ｃは、該排ガス温度Ｔ_ｂに完全に一致する必要は無く、本発明の効果を実質的に得られる範囲であれば、排ガス温度Ｔ_ｂから多少ずれた値を使用してもよい。基準温度Ｔ_ｃは、好ましくはＴ_ｂ±５０度の範囲内であり、より好ましくはＴ_ｂ±３０度の範囲内であり、さらに好ましくはＴ_ｂ±１５度の範囲内である。

また、上述した実施形態では、温度センサ１２は、エンジン２の出口１８に設けられ、エンジン２の出口１８での排ガスの温度Ｔ_Ｅを検出可能に構成されていた。しかしながら、温度センサ１２を設ける位置は、エンジン２の出口１８に限らず、エンジン２の下流側であれば他の位置に設けてもよい。この場合、上述した基準温度Ｔ_ｃの値を適宜調節すればよい。

また、上述した実施形態では、エンジン２の出口１８でのＮＯｘ排出量を低減する（結果的に該出口１８でのＨＣ排出量が増大する）ためのエンジン２の運転状態の制御として、エンジン２が備える燃料噴射装置３２の燃料噴射タイミングを遅らせる制御や、燃料噴射圧力を低くする制御を例に挙げた。また、エンジン２の出口１８でのＨＣ排出量を低減する（結果的に該出口１８でのＮＯｘ排出量が増大する）ためのエンジン２の運転状態の制御として、エンジン２が備える燃料噴射装置３２の燃料噴射タイミングを早める制御や、燃料噴射圧力を高める制御を例に挙げた。

しかしながら、図７に示すように、エンジン２の出口１８からの排ガスをエンジン２の入口へＥＧＲ管３４により再循環させるためのＥＧＲ装置３６が設けられている場合には、ＥＧＲ率を低くすることによっても、エンジン２の出口でのＨＣ排出量を低減することが可能である。また、ＥＧＲ率を高くすることによって、エンジン２の出口でのＮＯｘ排出量を低減することが可能である。この場合、例えば図７において、エンジン２の吸気通路４６に設けられたスロットルバルブ３８の開度と、ＥＧＲ管３４に設けられたＥＧＲバルブ４０の開度とを制御することによって、ＥＧＲ率を調節することが可能である。

２ エンジン
４ 第１酸化触媒
６ 脱硝触媒
８ 第２酸化触媒
１０ ＮＨ_３供給装置
１２ 温度センサ
１４ 回転数センサ
１６ ＥＣＵ
１８ エンジンの出口
２０ Ｎ_２Ｏ生成量算出部
２２ Ｎ_２Ｏ低減モード実行部
２４ 第１判定部
２６ 第２判定部
２８ 演算部
３０ 記憶部
３２ 燃料噴射装置
３４ ＥＧＲ管
３６ ＥＧＲ装置
３８ スロットルバルブ
４０ ＥＧＲバルブ
４２ 脱硝触媒の入口
４４ 第１酸化触媒の入口
４６ エンジンの入口
１００ 排ガス浄化装置
Ｃ_ＯＮ２Ｏ 第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量
Ｃ_ＳＮ２Ｏ 脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成量
Ｃ_ＡＮ２Ｏ 第２酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量
Ｃ_ＴＮ２Ｏ 排ガス浄化装置でのＮ_２Ｏ生成量（＝Ｃ_ＯＮ２Ｏ＋Ｃ_ＳＮ２Ｏ＋Ｃ_ＡＮ２Ｏ）
Ｃ_ＥＮ エンジン出口におけるＮＯｘ排出量
Ｃ_ＥＨ エンジン出口におけるＨＣ排出量
Ｃ_ＥＮｃ，Ｃ_{ＴＮ２Ｏｃ} 閾値
Ｃ_ＬＮＨ 脱硝触媒からリーク（スリップ）するＮＨ_３量
Ｔ_Ｅ エンジン出口での排ガス温度
Ｔ_Ｏｉ 第１酸化触媒入口での排ガス温度 窮屈
Ｔ_Ｓｉ 脱硝触媒入口での排ガス温度
Ｔ_ｂ 第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量と脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成量とが等しくなるような、エンジン出口での排ガス温度
Ｔ_Ｓｃ，Ｔ_ｃ 基準温度

Claims (8)

1. 燃焼装置の排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、
   前記燃焼装置の下流側に設けられ、前記排ガス中の炭化水素（ＨＣ）を酸化するための第１酸化触媒と、
   前記第１酸化触媒の下流側に設けられ、前記排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニア（ＮＨ_３）により還元するための脱硝触媒と、
   前記燃焼装置の下流側に設けられ、前記排ガスの温度を検出するための温度センサと、
   当該排ガス浄化装置におけるＮ_２Ｏ生成量を低減するＮ_２Ｏ低減モードを実行可能に構成されたＮ_２Ｏ低減モード実行部と、
   を備え、
   前記Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、前記Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、
   前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が基準温度以上である場合には、前記燃焼装置の出口でのＮＯｘ排出量を低減するべく前記燃焼装置の運転状態を制御することにより、前記Ｎ_２Ｏ生成量を低減し、
   前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が前記基準温度未満である場合には、前記燃焼装置の出口でのＨＣ排出量を低減するべく前記燃焼装置の運転状態を制御することにより、前記Ｎ_２Ｏ生成量を低減するよう構成されたことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 当該排ガス浄化装置における前記Ｎ_２Ｏ生成量を算出するよう構成されたＮ_２Ｏ生成量算出部を更に備え、
   前記Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、前記Ｎ_２Ｏ生成量算出部によって算出した前記Ｎ_２Ｏ生成量が閾値を超えた場合に前記Ｎ_２Ｏ低減モードを実行するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
3. 前記脱硝触媒の下流側に設けられ、前記排ガス中に含まれる前記アンモニアを酸化するための第２酸化触媒を更に備え、
   前記Ｎ_２Ｏ生成量算出部は、前記第１酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量と、前記脱硝触媒でのＮ_２Ｏ生成量と、前記第２酸化触媒でのＮ_２Ｏ生成量との合計を、当該排ガス浄化装置における前記Ｎ_２Ｏ生成量として算出するよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置。
4. 前記燃焼装置はエンジンであり、
   前記Ｎ_２Ｏ低減モード実行部は、前記Ｎ_２Ｏ低減モードにおいて、
   前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が前記基準温度以上である場合には、燃料噴射タイミングを遅らせる制御、燃料噴射圧力を低くする制御及びＥＧＲ率を高める制御のうち少なくともひとつの制御を実行することにより、前記燃焼装置の出口でのＮＯｘ排出量を低減し、
   前記温度センサによって検出した前記排ガスの温度が前記基準温度未満である場合には、燃料噴射タイミングを早める制御、燃料噴射圧力を高める制御及びＥＧＲ率を低くする制御のうち少なくともひとつの制御を実行することにより、前記燃焼装置の出口でのＨＣ排出量を低減するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排ガス浄化装置。
5. 前記基準温度は２５０℃〜４００℃であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の排ガス浄化装置。
6. 前記第１酸化触媒での前記Ｎ_２Ｏ生成量と前記脱硝触媒での前記Ｎ_２Ｏ生成量とが等しくなるような、前記燃焼装置の出口での前記排ガスの温度をＴ_ｂとすると、
   前記基準温度は、Ｔ_ｂ±５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の排ガス浄化装置。
7. 前記基準温度は、Ｔ_ｂ±３０℃の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の排ガス浄化装置。
8. 前記基準温度は、Ｔ_ｂ±１５℃の範囲内であることを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化装置。

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