JP2016109097A

JP2016109097A - 排気浄化装置

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Publication number: JP2016109097A
Application number: JP2014249867A
Authority: JP
Inventors: 尚子内海; Naoko Utsumi; 圭一林崎; Keiichi Hayashizaki
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: JP6400457B2

Abstract

【課題】ＮＯｘの排出量の低減を可能にした排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置３０は、排気ガスに燃料を添加する添加弁３８と燃料に着火する着火部３３とを備えるバーナー３１と、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するとともに、排気ガス中のＮＯｘを吸着する吸着触媒４１を含むフィルター４０と、排気ガス中の燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元するとともにＮＯｘの還元によりＮＨ３を生成するＨＣ−ＳＣＲ触媒４２と、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２が生成したＮＨ３を還元剤として用いてＮＯｘを還元するＮＨ３−ＳＣＲ触媒４４と、バーナー３１を制御する制御装置６０とを備える。制御装置６０は、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２の温度が活性温度よりも低いときに吸着触媒４１におけるＮＯｘの吸着量が最大吸着量に到達すると、添加弁３８による燃料の添加を開始するとともに着火部３３を駆動してバーナー３１を燃焼状態に制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、エンジンの燃料を還元剤として用いて窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。

例えば特許文献１のように、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、エンジンの燃料を還元剤として用いて窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を選択的に還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒（ＨｙｄｒｏＣａｒｂｏｎ−ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用いたものがある。この排気浄化装置は、ＨＣ−ＳＣＲ触媒と、ＨＣ−ＳＣＲ触媒に流入する排気ガスに燃料を添加する添加部とを備える。そして、添加部の添加した燃料でＮＯｘを還元することでＮＯｘの排出量を低減している。

特開２００８−７５６１０号公報

ＨＣ−ＳＣＲ触媒は、活性温度よりも温度が低い状態においてはＮＯｘを十分に還元することができない。そのため、ＨＣ−ＳＣＲ触媒を用いた排気浄化装置においては、ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度よりも低いときに対する対策が求められている。

本発明は、ＮＯｘの排出量の低減を可能にした排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する排気浄化装置は、排気通路を流れる排気ガスに燃料を添加する添加弁と前記添加弁が添加した燃料に着火する着火部とを備えるバーナーと、前記バーナーの下流に位置し、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するフィルターであって、排気ガス中のＮＯｘを吸着する吸着触媒を含む前記フィルターと、前記フィルターの下流に位置し、排気ガス中の燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元するとともにＮＯｘの還元によりＮＨ_３を生成するＨＣ−ＳＣＲ触媒と、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒の下流に位置し、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒が生成したＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元するＮＨ_３−ＳＣＲ触媒と、前記添加弁による燃料の添加と前記着火部による燃料の着火とを制御することで前記バーナーを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記吸着触媒の最大吸着量を保持しており、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度未満であるときに前記吸着触媒の吸着量が前記最大吸着量に到達すると、前記添加弁による燃料の添加を開始するとともに前記着火部を駆動して前記燃料に着火することにより前記バーナーを燃焼状態に制御する。

上記構成によれば、ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度に到達するまでの期間に吸着触媒が吸着したＮＯｘの分だけＮＯｘの排出量が低減される。また、吸着触媒の吸着量が最大吸着量に到達したとしても、バーナーが燃焼状態に制御されることによってＨＣ−ＳＣＲ触媒の昇温が促進される。これにより、ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度未満である期間が短縮され、ＨＣ−ＳＣＲ触媒およびＮＨ_３−ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元が早期に実現される。その結果、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度であるとき、前記添加弁の添加する燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御することが好ましい。

上記構成によれば、バーナーを構成する添加弁によってＨＣ−ＳＣＲ触媒に対する燃料の添加が行われる。そのため、ＨＣ−ＳＣＲ触媒に対して還元剤である燃料を供給する構成を別途設ける必要がない。その結果、排気浄化装置の構成を簡素化することができる。

上記排気浄化装置において、前記吸着触媒は、前記吸着触媒の温度が低いほど前記最大吸着量が多い材料で構成されていることが好ましい。
上記構成によれば、吸着触媒は、吸着触媒の温度が低いほど多くのＮＯｘを吸着することができる。

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記フィルターの捕捉した粒子物質を焼却する再生処理を実行すると前記吸着量をリセットすることが好ましい。
吸着触媒において、フィルターの捕捉した粒子物質が焼却される再生温度における最大吸着量はごく僅かである。また、フィルターの再生処理は定期的に行われる。制御部は、再生処理の実行時に吸着量をリセットすることにより、演算値である吸着量と吸着触媒の実際の吸着量との誤差を小さくすることができる。これにより、バーナーを燃焼状態へ制御するタイミングの精度が高まることから、バーナーを燃焼状態に維持する期間を短くすることが可能である。その結果、バーナーの燃焼に起因した過度な燃料の消費を抑えることができる。

上記排気浄化装置において、前記フィルターは、フィルター本体と前記フィルター本体にコーティングされた吸着触媒とで構成されることが好ましい。
上記構成のようにフィルターを構成することにより、粒子性物質を捕捉するフィルターに対してＮＯｘを吸着する機能を付与したうえで、排気浄化装置の構成を簡素化することができる。

一実施形態の排気浄化装置を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す概略構成図である。吸着触媒の吸着特性の一例を示すグラフである。通常処理の処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。エンジンの冷間始動後におけるＮＯｘの排出量とＳＣＲ触媒温度との関係の一例を示すグラフであって、（ａ）は比較例の排気浄化装置の場合を示すグラフであり、（ｂ）は実施例の排気浄化装置の場合を示すグラフである。

図１から図４を参照して排気浄化装置の一実施形態について説明する。まず、図１を参照して、排気浄化装置が搭載されたエンジンシステムの全体構成について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ６つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。

インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。

エンジンシステムは、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が設けられ、ＥＧＲクーラー２６の吸気通路１６側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、吸気通路１６には、ＥＧＲ通路２５を通じて排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入される。

シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体、あるいは、吸入空気が作動ガスとして供給される。シリンダー１２では、作動ガスとインジェクター１３が噴射した燃料との混合気が燃焼する。シリンダー１２からの排気ガスは、エキゾーストマニホールド１５を通じて排気通路２０へと流入し、タービン２２を通過した後、排気浄化装置３０に流入する。

排気浄化装置３０は、排気ガスを昇温可能なバーナー３１を備える。バーナー３１は、排気通路２０内を流れる排気ガスに燃料を添加する添加部３２と、添加部３２の添加した燃料に着火可能な着火部３３とを有する。

添加部３２は、還元剤である燃料を貯留する燃料タンク３４に接続された燃料通路３５を備える。この燃料タンク３４は、インジェクター１３が噴射する燃料を貯留する燃料タンクであってもよいし、該燃料タンクとは別個に設けられる燃料タンクであってもよい。添加部３２は、燃料通路３５にポンプ３６と調整弁３７とを備える。ポンプ３６は、例えばエンジンを動力源とするポンプであって、燃料タンク３４内の燃料を所定圧力で調整弁３７に圧送する。調整弁３７は、燃料通路３５の流路断面積を変更可能な弁であり、調整弁３７を通過する燃料の量を調整する。添加部３２は、排気通路２０内に位置する添加弁３８を備える。添加部３２は、調整弁３７が開状態にあるときに添加弁３８から排気ガスに燃料を添加し、調整弁３７が閉状態にあるときに添加弁３８から排気ガスに燃料を添加しない。着火部３３は、例えばスパークプラグやグロープラグであって、図示されない電源装置から電力が供給されることで駆動し、添加部３２が添加した燃料に着火する。着火された燃料は、排気ガスに残存する酸素を酸化剤として燃焼する。添加部３２による燃料の添加、および、着火部３３の駆動は、後述する制御装置６０によって制御される。制御装置６０は、添加部３２および着火部３３の制御を通じて、バーナー３１の作動状態を停止状態、燃焼状態、および、添加状態のいずれかに制御する。停止状態は、添加部３２が燃料を添加しない状態である。燃焼状態は、添加部３２の添加した燃料が燃焼する状態であり、添加状態は、添加部３２の添加した燃料が燃焼しない状態である。

なお、バーナー３１は、添加部３２が添加した燃料に対して空気を供給可能な空気供給部を備えていてもよい。こうした構成によれば、添加部３２が添加可能な燃料量に関する自由度が向上する。また、添加弁３８は、調整弁３７の機能が内蔵されるインジェクターであってもよい。

排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるバーナー３１の下流に、フィルター４０を備える。フィルター４０は、排気ガス中の粒子性物質（ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）を捕捉するフィルター機能と排気ガス中のＮＯｘを物理的に吸着するＮＯｘ吸着機能とを有する。フィルター４０は、例えば耐熱性に優れたセラミックやステンレスを素材としたウォール・フロー・フィルターであるフィルター本体と、フィルター本体にコーティングされた吸着触媒４１とを有する。吸着触媒４１を形成する材料は、希土類系、アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物、ゼオライト等である。フィルター４０は、バーナー３１によって再生温度Ｔｆｒ（例えば６００℃）まで昇温されると、粒子性物質が焼却されてフィルター機能が再生する。

図２に、吸着触媒４１の温度である吸着触媒温度Ｔａｄと最大吸着量Ｍａｄ１との関係である吸着特性を示す。図２に示すように、吸着触媒４１は、吸着触媒温度Ｔａｄが低いほど最大吸着量Ｍａｄ１が多くなり、反対に、吸着触媒温度Ｔａｄが高いほど最大吸着量Ｍａｄ１が少なくなる。吸着触媒４１は、吸着触媒温度Ｔａｄがフィルター４０の再生温度Ｔｆｒまで上昇すると最大吸着量Ｍａｄ１がほぼ０になる。また、吸着触媒４１は、吸着触媒温度Ｔａｄが所定の放出温度（例えば２００℃）よりも高くなると、吸着していたＮＯｘの積極的な放出を開始する。

排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるフィルター４０の下流に、排気ガス中の燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒４２を備える。ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、銀アルミナあるいは銀ゼオライトを含む。触媒層が銀アルミナを含むとき、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２は、例えば、銀を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、銀を担持させたθ−アルミナの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が銀ゼオライトを含むとき、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２は、例えば、銀イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をコーティングして構成される。こうした構成のＨＣ−ＳＣＲ触媒４２は、第１下限温度Ｔｃ１Ｌ（例えば２００℃）以上であって第１上限温度Ｔｃ１Ｈ（例えば６５０℃）以下の温度範囲を活性温度として有し、ＮＯｘを還元する反応においてＮＨ_３を生成する。

排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるＨＣ−ＳＣＲ触媒４２の下流に、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２にて生成されたＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元するＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４を備える。ＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、あるいは、バナジウム系酸化物を含む。触媒層が銅ゼオライトを含むとき、ＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４は、例えば、銅イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が鉄ゼオライトを含むとき、ＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４は、例えば、鉄イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層がバナジウム系酸化物を含むとき、ＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４は、例えば、バナジウム酸化物のみからなる粒子、あるいは、バナジウム酸化物にチタン酸化物およびタングステン酸化物を含有する混合酸化物を含む粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。こうした構成のＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４は、第２下限温度Ｔｃ２Ｌ（例えば２００℃）以上であって第２上限温度Ｔｃ２Ｈ（例えば６５０℃）以下の温度範囲を活性温度として有する。

排気浄化装置３０は、各種センサーを備える。排気浄化装置３０は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流に、吸入空気量Ｑａを検出する吸入空気量センサー５０を備える。また、排気浄化装置３０は、吸着触媒温度Ｔａｄを検出する吸着触媒温度センサー５１と、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２の温度であるＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１を検出するＳＣＲ触媒温度センサー５２とを備える。各種センサー５０，５１，５２は、各々の検出値を示す信号を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、各種センサーから入力された検出値に基づいてバーナー３１の作動状態を制御する。なお、制御装置６０は、吸入空気量Ｑａを排気ガスの流量である排気流量Ｑｅｘとして取り扱う。

制御装置６０は、ＣＰＵと、各種制御プログラムと吸着マップや放出マップ、最大吸着量テーブル等の各種データとが格納されたＲＯＭと、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭとを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置６０は、各種センサー等からの信号に基づき、吸入空気量Ｑａ、吸着触媒温度Ｔａｄ、および、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１を含む各種情報を取得する。制御装置６０は、その取得した各種情報とＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づいて調整弁３７と着火部３３とを制御することでバーナー３１の作動状態を制御する。

上述したようにバーナー３１は、停止状態、燃焼状態、および、添加状態の３つの作動状態を有する。制御装置６０は、次のように調整弁３７と着火部３３とを制御することにより、バーナー３１の作動状態を制御する。

バーナー３１が停止状態にあるとき、制御装置６０は、調整弁３７を閉状態に制御している。バーナー３１を停止状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対して所定時間だけ電力を供給するとともに調整弁３７を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置６０は、調整弁３７を開状態に制御し続けることによりバーナー３１を燃焼状態に維持する。バーナー３１を停止状態から添加状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対する電力の供給を行わずに、調整弁３７を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置６０は、調整弁３７を開状態に制御し続けることによりバーナー３１を添加状態に維持する。

バーナー３１を添加状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対して所定時間だけ電力を供給するとともに調整弁３７を開状態に維持する。バーナー３１を燃焼状態から添加状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対して電力を供給することなく、例えば所定時間だけ調整弁３７を閉状態に制御して燃料の燃焼を停止したのち、再び調整弁３７を開状態へ制御する。バーナー３１を燃焼状態あるいは添加状態から停止状態へ制御するとき、制御装置６０は、調整弁３７を開状態から閉状態に制御する。

制御装置６０は、吸着触媒４１の吸着量ＭａｄとＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１とに基づいてバーナー３１の作動状態を選択し、その選択した作動状態にバーナー３１を制御する通常処理を実行する。

制御装置６０は、例えば、排気流量Ｑｅｘ、吸着触媒温度Ｔａｄ、および、ＲＯＭに格納した吸着マップと放出マップとに基づき吸着量Ｍａｄを演算する。制御装置６０は、排気流量Ｑｅｘを所定の演算式に代入することにより吸着触媒４１における排気ガスの空間速度ＳＶを演算する。また、制御装置６０は、空間速度ＳＶと吸着触媒温度Ｔａｄとに応じたＮＯｘの吸着量が規定された吸着マップと、空間速度ＳＶと吸着触媒温度Ｔａｄとに応じたＮＯｘの放出量が規定された放出マップとをＲＯＭに格納している。制御装置６０は、空間速度ＳＶと吸着触媒温度Ｔａｄとに応じた吸着量を吸着マップから読み出すとともに、空間速度ＳＶと吸着触媒温度Ｔａｄとに応じた放出量を放出マップから読み出す。そして、制御装置６０は、前回の吸着量Ｍａｄに対して、吸着マップから読み出した吸着量を加算するとともに放出マップから読み出した放出量を減算することで吸着量Ｍａｄの暫定値を演算する。

制御装置６０は、吸着触媒温度Ｔａｄに応じた最大吸着量Ｍａｄ１（図２参照）が規定された最大吸着量テーブルをＲＯＭに格納している。制御装置６０は、吸着量Ｍａｄの暫定値が吸着触媒温度Ｔａｄに応じた最大吸着量Ｍａｄ１よりも低いとき、その暫定値を今回の吸着量Ｍａｄに設定する。一方、制御装置６０は、吸着量Ｍａｄの暫定値が最大吸着量Ｍａｄ１以上であるとき、最大吸着量Ｍａｄ１を今回の吸着量Ｍａｄに設定する。

制御装置６０は、エンジン１０が始動してから停止するまで吸着量Ｍａｄを演算し続けるとともに、エンジン停止時における吸着量Ｍａｄを次回のエンジン始動時における吸着量Ｍａｄの初期値に設定する。制御装置６０は、吸着触媒温度Ｔａｄがフィルター４０の再生温度Ｔｆｒに到達したときには吸着量Ｍａｄをリセット、すなわち０に設定する。

図３に示すように、通常処理において、制御装置６０は、各種センサーからの信号に基づき、吸入空気量Ｑａ、吸着触媒温度Ｔａｄ、および、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１を含む各種情報を取得する（ステップＳ１１）。制御装置６０は、ステップＳ１１にて取得した情報とＲＯＭに格納している吸着マップおよび放出マップ等とに基づき、上述した処理にしたがい吸着触媒４１の吸着量Ｍａｄを演算する。（ステップＳ１２）。

ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満であり（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、かつ、吸着量Ｍａｄが最大吸着量Ｍａｄ１未満であるとき（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御装置６０は、停止状態を選択する（ステップＳ１５）。停止状態においては、排気ガス中のＮＯｘが吸着触媒４１に吸着される。

ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満であり（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、かつ、吸着量Ｍａｄが最大吸着量Ｍａｄ１であるとき（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御装置６０は、燃焼状態を選択する（ステップＳ１６）。燃焼状態において、制御装置６０は、例えば、吸入空気量Ｑａやエンジン回転数、ドライバーからの要求トルク等に基づき燃料添加量を演算し、その演算した燃料添加量の燃料が添加弁３８から添加されるように調整弁３７を制御する。これにより、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２の昇温が促進する。

ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ以上であるとき（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置６０は、添加状態を選択する（ステップＳ１７）。添加状態において、制御装置６０は、吸着触媒４１におけるＮＯｘの放出量と、例えば吸入空気量Ｑａやエンジン回転数、ドライバーからの要求トルク等に基づいて排気浄化装置３０に流入する排気ガスのＮＯｘ量とを演算する。そして、制御装置６０は、その演算した放出量およびＮＯｘ量の分のＮＯｘがＨＣ−ＳＣＲ触媒４２およびＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４にて還元される分の燃料の量を演算する。制御装置６０は、その演算した分の燃料が添加弁３８から添加されるように調整弁３７を制御する。

また、制御装置６０は、上述した通常処理とは別の処理として、例えばフィルター４０における圧力損失等に基づいてフィルター４０における粒子性物質の堆積量Ｍｆを演算する。そして制御装置６０は、演算した堆積量Ｍｆが上限値を超えると、通常処理を強制的に終了してフィルター４０の再生処理を実行する。

再生処理において、制御装置６０は、バーナー３１を燃焼状態に制御し、吸着触媒温度Ｔａｄをフィルター４０の再生温度Ｔｆｒまで昇温をする。この燃焼状態において、制御装置６０は、例えば、再生温度Ｔｆｒを吸着触媒温度Ｔａｄの目標値として単位時間あたりの燃料量を演算し、その演算した燃料量の分の燃料が排気ガスに添加されるように調整弁３７を制御する。制御装置６０は、バーナー３１が燃焼状態にあるときも堆積量Ｍｆを演算し、その堆積量Ｍｆが下限値を下回ると再生処理を終了して通常処理を再開する。制御装置６０は、再生処理を実行すると吸着触媒４１の吸着量Ｍａｄをリセットする。

図４を参照して排気浄化装置３０の作用について説明する。図４（ａ）において、比較例は、排気浄化装置３０におけるフィルター４０に代えてフィルター機能のみを有するフィルターが配置され、また、バーナー３１に代えて燃料を添加する添加部が配置された排気浄化装置である。図４（ｂ）において、実施例は、上述した排気浄化装置３０である。

図４（ａ）に示すように、比較例においては、エンジン１０が始動した時刻ｔ１１からＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達する時刻ｔ１２までの間、排気ガスに燃料を添加することができない。そのため、ＮＯｘを浄化することができず、ＮＯｘの排出量ＱＮＯｘが高い増加率のもとで増加する。そして、時刻ｔ１２以降では、排気ガスに対して燃料が添加され、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２およびＨＣ−ＳＣＲ触媒４２の双方においてＮＯｘが還元される。そのため、ＮＯｘの排出量ＱＮＯｘが時刻ｔ１２以前よりも低い増加率のもとで増加する。

一方、図４（ｂ）に示すように、実施例においては、エンジン１０が始動した時刻ｔ２１から吸着量Ｍａｄに最大吸着量Ｍａｄ１が設定される時刻ｔ２２までの間、バーナー３１が停止状態に制御されるとともに、排気ガス中のＮＯｘが吸着触媒４１に吸着される。そのため、この期間における排出量ＱＮＯｘは極少量である。

時刻ｔ２２において吸着量Ｍａｄに最大吸着量Ｍａｄ１が設定されると、バーナー３１が停止状態から燃焼状態へ制御される。この際、吸着触媒４１がＮＯｘを吸着できなくなるため、ＮＯｘの排出量ＱＮＯｘが比較例の増加率と略同じ増加率のもとで増加していく。一方、バーナー３１によってＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が積極的に昇温されることで、比較例における時刻ｔ１２よりも早い時刻ｔ２３においてＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達する。

ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達すると、バーナー３１が燃焼状態から添加状態へ制御される。これにより、還元剤である燃料が排気ガスに添加され、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２およびＨＣ−ＳＣＲ触媒４２の双方においてＮＯｘが還元される。そのため、ＮＯｘの排出量ＱＮＯｘが低い増加率のもとで増加する。

上記実施形態の排気浄化装置３０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達するまでの期間においてＮＯｘの一部が吸着触媒４１に吸着される。そのため、この期間におけるＮＯｘの排出量ＱＮＯｘが低減される。また、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満のときに吸着量Ｍａｄが最大吸着量Ｍａｄ１に到達すると、バーナー３１が燃焼状態に制御される。そのため、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達するまでの時間が短縮される。その結果、ＮＯｘの排出量ＱＮＯｘを低減することができる。

（２）ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達すると、バーナー３１が添加状態に制御される。そのため、バーナー３１の添加部３２の他に、別途、還元剤である燃料をＨＣ−ＳＣＲ触媒４２に添加する構成が不要である。その結果、排気浄化装置３０の構成を簡素化することができる。

（３）吸着触媒４１は、吸着触媒温度Ｔａｄが低いほど最大吸着量Ｍａｄ１が多い。そのため、エンジン１０の冷間始動時には、より多くのＮＯｘを吸着触媒４１に吸着させることができる。

（４）制御装置６０は、フィルター４０の再生処理を行うと吸着量Ｍａｄをリセットする。フィルター４０の再生処理は定期的に行われることから、フィルター４０の再生処理を契機として吸着量Ｍａｄがリセットされることで、演算値である吸着量Ｍａｄと吸着触媒４１の実際の吸着量との誤差を小さくすることができる。これにより、停止状態から燃焼状態へバーナー３１を制御するタイミングの精度が高まり、バーナー３１を燃焼状態に維持する期間を短くすることが可能である。その結果、バーナー３１の燃焼に起因した過度な燃料の消費を抑えることができる。また、フィルター４０の再生処理中に吸着量Ｍａｄを演算しないことで制御装置６０に対する負荷を抑えることもできる。

（５）フィルター４０は、フィルター機能を有するフィルター本体に対して吸着触媒４１がコーティングされることにより、ＮＯｘ吸着機能が付与されている。その結果、フィルター機能を有する部材とＮＯｘ吸着機能を有する部材とが別々に設けられる場合に比べて排気浄化装置３０が小型化される。その結果、排気浄化装置３０の搭載性が向上する。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・ＮＨ_３−ＳＣＲ触媒４４は、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２が生成したＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元するものであればよく、その構造や触媒に用いられる材料は、上記実施形態に記載したものに限られない。

・ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２は、排気ガス中の燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元し、その還元反応においてＮＨ_３を生成するものであればよく、その構造や触媒に用いられる材料は、上記実施形態に記載したものに限られない。

・制御装置６０は、フィルター４０の再生処理が行われたとしても吸着量Ｍａｄをリセットすることなく、再生処理時の吸着触媒温度Ｔａｄ等に基づいて演算し続けてもよい。こうした構成であっても、吸着触媒温度Ｔａｄが再生温度Ｔｆｒにあるときには吸着触媒４１の最大吸着量Ｍａｄ１がごく僅かであることから、演算値である吸着量Ｍａｄと実際の吸着量との間の誤差が大幅に増加することはない。

・吸着触媒４１は、吸着触媒温度Ｔａｄが低いほど最大吸着量Ｍａｄ１が多くなる吸着特性を有するものに限らず、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達するまでの期間において、少なくとも一部のＮＯｘを吸着できるものであればよい。

・排気浄化装置３０は、バーナー３１の添加部３２の他に、別途、還元剤である燃料をＨＣ−ＳＣＲ触媒４２に添加する構成を有していてもよい。こうした場合、バーナー３１は、添加状態には制御されず、停止状態あるいは燃焼状態に制御される。

・吸着量Ｍａｄは、上述した吸着マップと放出マップとを用いる方法に限らず、各種センサーからの検出値、例えば吸着触媒温度Ｔａｄや吸入空気量Ｑａ、排気ガス中のＮＯｘ濃度等を所定の演算式に代入することによって演算されてもよい。

・吸着触媒温度センサー５１は、フィルター４０に流入する直前の排気ガスの温度を吸着触媒温度Ｔａｄとして検出してもよいし、フィルター４０から流出した直後の排気ガスの温度を吸着触媒温度Ｔａｄとして検出してもよい。

・ＳＣＲ触媒温度センサー５２は、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２に流入する直前の排気ガスの温度をＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１として検出してもよいし、ＨＣ−ＳＣＲ触媒４２を通過した直後の排気ガスの温度をＳＣＲ触媒温度Ｔｃ１として検出してもよい。

・排気浄化装置３０は、ディーゼルエンジンに限らず、例えば、ガソリンエンジンや天然ガスを燃料とする天然ガスエンジンに適用してもよい。

１０…ディーゼルエンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２２…タービン、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、３０…排気浄化装置、３１…バーナー、３２…添加部、３３…着火部、３４…燃料タンク、３５…燃料通路、３６…ポンプ、３７…調整弁、３８…添加弁、４０…フィルター、４１…吸着触媒、４２…ＨＣ−ＳＣＲ触媒、４４…ＮＨ３−ＳＣＲ触媒、５０…吸入空気量センサー、５１…吸着触媒温度センサー、５２…ＳＣＲ触媒温度センサー、６０…制御装置。

Claims

排気通路を流れる排気ガスに燃料を添加する添加弁と前記添加弁が添加した燃料に着火する着火部とを備えるバーナーと、
前記バーナーの下流に位置し、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するフィルターであって、排気ガス中のＮＯｘを吸着する吸着触媒を含む前記フィルターと、
前記フィルターの下流に位置し、排気ガス中の燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元するとともにＮＯｘの還元によりＮＨ_３を生成するＨＣ−ＳＣＲ触媒と、
前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒の下流に位置し、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒が生成したＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元するＮＨ_３−ＳＣＲ触媒と、
前記添加弁による燃料の添加と前記着火部による燃料の着火とを制御することで前記バーナーを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記吸着触媒の最大吸着量を保持しており、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度未満であるときに前記吸着触媒の吸着量が前記最大吸着量に到達すると、前記添加弁による燃料の添加を開始するとともに前記着火部を駆動して前記燃料に着火することにより前記バーナーを燃焼状態に制御する排気浄化装置。
前記制御部は、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒の温度が活性温度であるとき、前記添加弁の添加する燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御する請求項１に記載の排気浄化装置。
前記吸着触媒は、前記吸着触媒の温度が低いほど前記最大吸着量が多い材料で構成されている請求項１または２に記載の排気浄化装置。
前記制御部は、前記フィルターの捕捉した粒子性物質を焼却する再生処理を実行すると前記吸着量をリセットする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
前記フィルターは、フィルター本体と前記フィルター本体にコーティングされた前記吸着触媒とで構成される請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。