JP2021055563A - 内燃機関の排気浄化装置、及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのＳＣＲ触媒それぞれに供給する尿素水の供給量を適切に制御可能な内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】第１ＳＣＲ触媒４１、酸化触媒４２及び第２ＳＣＲ触媒４３と、第１ＳＣＲ触媒４１の上流側で、尿素水を噴射する第１尿素水噴射装置５０Ａと、第２ＳＣＲ触媒４３と酸化触媒４２との間で、尿素水を噴射する第２尿素水噴射装置５０Ｂと、第１及び第２尿素水噴射装置５０Ａ、５０Ｂそれぞれから噴射させる尿素水の噴射量を制御する制御装置１００と、を備え、制御装置１００は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かを判定し、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態の場合における第１ＳＣＲ触媒４１のアンモニアストレージ量の目標値を、第２ＳＣＲ触媒４３が未活性状態の場合における第１ＳＣＲ触媒４１のアンモニアストレージ量の目標値よりも小さくする、排気浄化装置。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置、及び車両に関する。

従来、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として、排ガス中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、「ＳＣＲ触媒」と称する）を有する内燃機関（以下、「エンジン」と称する）の排気浄化装置が知られている。この種の排気浄化装置においては、排気管中に噴射された尿素水を加水分解することでアンモニアを生成し、ＳＣＲ触媒内において、アンモニアとＮＯｘとを反応させ、ＮＯｘを窒素と水とに還元している。

近年、この種の排気浄化装置において、排気エミッションを更に向上させる要請から、排気管内に、上流側から下流側に向かって２つのＳＣＲ触媒を設けると共に、２つのＳＣＲ触媒それぞれに独立に尿素水（即ち、アンモニア）を供給することが検討されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１８−００９５８１号公報

ところで、この種の排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ還元特性を効果的に機能させるために、当該ＳＣＲ触媒中のアンモニアの溜め込み量（以下、「アンモニアストレージ量」と称する）を適切な量にコントロールする必要がある。そのため、従来技術においては、ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量が、常時、目標値に維持されるように、ＳＣＲ触媒の上流側にて尿素水を噴射する制御が行われている。

この点、排気管内に、２つのＳＣＲ触媒を配設する場合、エンジンの動作状態に伴って、２つのＳＣＲ触媒それぞれの挙動が異なるため、排気エミッションを向上させる観点、及び尿素水の消費量を抑制する観点等から、２つのＳＣＲ触媒それぞれに供給する尿素水（即ち、アンモニア）の供給量は、適切に制御されるのが望ましい。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、２つのＳＣＲ触媒それぞれに供給する尿素水（即ち、アンモニア）の供給量を適切に制御可能な内燃機関の排気浄化装置、及び車両を提供することである。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関の排気管内に、上流側から下流側に向かって順番に配設された第１ＳＣＲ触媒、酸化触媒及び第２ＳＣＲ触媒と、
前記排気管内の前記第１ＳＣＲ触媒の上流側で、尿素水を噴射する第１尿素水噴射装置と、
前記排気管内の前記第２ＳＣＲ触媒と前記酸化触媒との間で、尿素水を噴射する第２尿素水噴射装置と、
前記第１及び第２尿素水噴射装置それぞれから噴射させる尿素水の噴射量を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第２ＳＣＲ触媒が活性状態か否かを判定し、前記第２ＳＣＲ触媒が活性状態の場合における前記第１ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量の目標値を、前記第２ＳＣＲ触媒が未活性状態の場合における前記第１ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量の目標値よりも小さくする、
排気浄化装置である。

又、他の局面では、
上記排気浄化装置を備える車両である。

本開示に係る排気浄化装置によれば、２つのＳＣＲ触媒それぞれに供給する尿素水（即ち、アンモニア）の供給量を適切に制御可能である。

一実施形態に係る排気浄化装置の構成の一例を示す図 一実施形態に係る第１噴射制御部の構成の一例を示す図 一実施形態に係る第２噴射制御部の構成の一例を示す図 一実施形態に係る活性状態判定部の動作の一例を示すフローチャート 一実施形態に係るエンジンを始動した後の第１尿素水噴射装置及び第２尿素水噴射装置の挙動の一例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［排気浄化装置の構成］
以下、図１を参照して、一実施形態に係る排気浄化装置の構成について説明する。

本実施形態では、一例として、排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用した態様ついて説明する。但し、本実施形態に係る排気浄化装置は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンンジンにも適用し得る。

図１は、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、例えば、トラック等の車両に搭載されており、エンジン１０の排ガス中のＮＯｘを浄化する。

エンジン１０は、例えば、燃焼室、燃焼室内で燃料を噴射する燃料噴射装置等（図示せず）を含んで構成される。エンジン１０は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、動力を発生する。エンジン１０には、燃焼室内に空気を導入する吸気管２０と、燃焼室から排出される燃焼後の排ガスを、車両の外部に排出する排気管３０と、が接続されている。

排気浄化装置Ｕは、第１ＳＣＲ触媒４１、酸化触媒４２、第２ＳＣＲ触媒４３、第１尿素水噴射装置５０Ａ、第２尿素水噴射装置５０Ｂ、各種センサ６１〜６５、及び、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備えている。

排気管３０内には、上流側から下流側に向かって、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水添加弁５１Ａ、第１ＳＣＲ触媒４１、酸化触媒４２、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水添加弁５１Ｂ、及び、第２ＳＣＲ触媒４３がこの順に配設されている。

酸化触媒４２は、排ガス中に含まれる未燃焼燃料の炭化水素や一酸化窒炭素を酸化して除去する。酸化触媒４２は、白金や酸化セリウム等の公知の任意の酸化触媒であってよく、例えば、コージェライトや炭化ケイ素等の多孔質セラミックが用いられ、これらに触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒４２の後段には、排ガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕捉するＰＭフィルタ（図示せず）が設けられている。尚、酸化触媒４２は、ＰＭフィルタに担持されてもよい。

第１ＳＣＲ触媒４１は、第１尿素水噴射装置５０Ａから噴射される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着すると共に、当該吸着したアンモニアによって排ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。第１ＳＣＲ触媒４１は、酸化触媒４２の上流側に配設され、例えば、エンジン１０の直下に配設されている。これによって、第１ＳＣＲ触媒４１は、エンジン１０が排出する排ガスの温度の影響を受けやすくなり、エンジン１０を始動した直後においても、早期に活性化し得る。

第２ＳＣＲ触媒４３は、第２尿素水噴射装置５０Ｂから噴射される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着すると共に、当該吸着したアンモニアによって排ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。第２ＳＣＲ触媒４１は、酸化触媒４２の下流側に配設されている。

第１ＳＣＲ触媒４１及び第２ＳＣＲ触媒４３としては、公知のＳＣＲ触媒を用いることができ、例えば、セラミック製の担持体の表面に、Ｆｅゼオライト、Ｃｕゼオライト又はバナジウム等のＮＯｘ還元触媒を担持したものを用いることができる。尚、第１ＳＣＲ触媒４１及び第２ＳＣＲ触媒４３としては、触媒上で尿素水をアンモニアに変換するタイプのものが用いられてもよい。

第１尿素水噴射装置５０Ａは、排気管３０内の第１ＳＣＲ触媒４１の上流側において、尿素水を噴射する。第１尿素水噴射装置５０Ａは、例えば、尿素水添加弁５１Ａ、尿素水タンク５２Ａ、及び、サプライポンプ５３Ａを含んで構成される。

第１尿素水噴射装置５０Ａにおいては、尿素水タンク５２Ａからサプライポンプ５３Ａによって圧送された尿素水が、尿素水添加弁５１Ａから排気管３０中に噴射される。尿素水添加弁５１Ａから排気管３０中に噴射された尿素水は、排ガスの高温により加水分解され、アンモニアに変換されて第１ＳＣＲ触媒４１に供給される。そして、当該アンモニアは、第１ＳＣＲ触媒４１に吸着して、当該第１ＳＣＲ触媒４１の作用でＮＯｘと反応して、ＮＯｘを還元浄化する。

第１尿素水噴射装置５０Ａから排気管３０に噴射する尿素水の噴射量は、尿素水添加弁５１Ａの開度の調整により行われる。尚、尿素水添加弁５１Ａの開度の制御は、ＥＣＵ１００（第１噴射制御部１０１）から出力される制御信号によって行われる。

第２尿素水噴射装置５０Ｂは、排気管３０内の第２ＳＣＲ触媒４３の上流側において、尿素水を噴射する。第２尿素水噴射装置５０Ｂは、例えば、第１尿素水噴射装置５０Ａと同様の構成を有し、尿素水添加弁５１Ｂ、尿素水タンク５２Ｂ、及び、サプライポンプ５３Ｂを含んで構成される。第２尿素水噴射装置５０Ｂから排気管３０に噴射する尿素水の噴射量は、尿素水添加弁５１Ｂの開度の調整により行われる。尚、尿素水添加弁５１Ｂの開度の制御は、ＥＣＵ１００（第２噴射制御部１０２）から出力される制御信号によって行われる。

各種センサ６１〜６５は、排気管３０を通流する排ガスの状態、第１ＳＣＲ触媒４１の状態、及び、第２ＳＣＲ触媒４３の状態等を検出するために設けられている。具体的には、排気管３０には、第１ＮＯｘセンサ６１、第２ＮＯｘセンサ６２、第１温度センサ６３、及び、第２温度センサ６４が備え付けられ、吸気管２０には、流量センサ６５が備え付けられている。

第１ＮＯｘセンサ６１は、例えば、排気管３０内の第１ＳＣＲ触媒４１の上流側に配設され、第１ＳＣＲ触媒４１に流入するＮＯｘ量（即ち、ＮＯｘ濃度）を検出する。第２ＮＯｘセンサ６２は、例えば、排気管３０内の第２ＳＣＲ触媒４３と酸化触媒４２の間に配設され、第２ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘ量を検出する。第１温度センサ６３は、例えば、第１ＳＣＲ触媒４１の上流端部付近に配設され、第１ＳＣＲ触媒４１の触媒温度を検出する。第２温度センサ６４は、例えば、第２ＳＣＲ触媒４３の上流端部付近に配設され、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度を検出する。流量センサ６５は、エンジン１０内に流入する空気の流量を検出する。そして、これらの各種センサ６１〜６５は、検出により得られたセンサ情報を、逐次、ＥＣＵ１００に送信する。

ＥＣＵ１００（本発明の「制御装置」に相当）は、排気浄化装置Ｕの動作を制御する。ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。ＥＣＵ１００の後述する各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。

尚、ＥＣＵ１００は、エンジン１０、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂ等と通信することで、これらを制御したり、これらの状態情報を取得したりする。又、ＥＣＵ１００は、各種センサ６１〜６５からセンサ情報を取得して、これらのセンサ情報に基づいて、排気管３０を通流する排ガスの状態、第１ＳＣＲ触媒４１の状態、及び第２ＳＣＲ触媒４３の状態等を検出している。

［ＥＣＵの構成］
次に、ＥＣＵ１００の構成の一例について説明する。

ＥＣＵ１００は、第１噴射制御部１０１、第２噴射制御部１０２、及び、活性状態判定部１０３を備えている。

＜第１噴射制御部１０１について＞
第１噴射制御部１０１は、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水添加弁５１Ａに開度指令信号を出力することによって、第１尿素水噴射装置５０Ａからの尿素水噴射を制御する。この際、第１噴射制御部１０１は、例えば、第１ＳＣＲ触媒４１に吸着するアンモニアの量（以下、「アンモニアストレージ量」と称する）が所定量となるように、尿素水噴射装置５０の尿素水噴射量を制御する。これによって、第１ＳＣＲ触媒４１を、ＮＯｘ浄化率が高い状態で維持する。

図２Ａは、第１噴射制御部１０１の構成の一例を示す図である。

第１噴射制御部１０１は、例えば、目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａと、実アンモニアストレージ量演算部１０１ｂと、噴射量決定部１０１ｃと、を有している。

目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａは、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値を設定する。第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値は、例えば、第１ＳＣＲ触媒４１におけるストレージ可能量の略１００％程度に設定される。但し、第１ＳＣＲ触媒４１のストレージ可能量は、第１ＳＣＲ触媒４１の触媒温度に依拠して変化するため、本実施形態に係る目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａは、第１温度センサ６３が示す第１ＳＣＲ触媒４１の触媒温度に基づいて、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値を設定している。尚、アンモニアストレージ量の目標値は、任意である。

一般に、ＳＣＲ触媒のストレージ可能量は、触媒温度が低いほど大きくなる。特に、触媒温度がある程度の温度を超えると、ＳＣＲ触媒からのスリップ（脱離）により、ＳＣＲ触媒のストレージ可能量が小さくなる。尚、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率は、一般に、ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量が多いほど高くなる。

ここで、目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａから噴射量決定部１０１ｃに出力される目標値は、活性状態判定部１０３からの指令に基づいて、補正されるように構成されている。具体的には、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態となっているか否かを判定し、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態となっている場合には、第２ＳＣＲ触媒４３にてＮＯｘの還元浄化を行わせるようにするため、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値を、第２ＳＣＲ触媒４３が未活性状態の場合よりも低下させるように、第１噴射制御部１０１に指令する。

目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａから噴射量決定部１０１ｃに出力される目標値は、例えば、以下の式（１）のように、目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａが設定した目標値（例えば、第１ＳＣＲ触媒４１におけるストレージ可能量の略１００％）に対して、活性状態判定部１０３が設定した補正係数を乗算したものとなる（図３を参照して後述）。
Ｑ１’＝Ｑ１×ｋ …式（１）
（但し、Ｑ１’：噴射量決定部１０１ｃに出力される目標値、Ｑ１：目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａにより設定される目標値、ｋ：活性状態判定部１０３により設定される補正係数）

実アンモニアストレージ量演算部１０１ｂは、現時点における第１ＳＣＲ触媒４１中のアンモニアストレージ量の実際値を推定する。実アンモニアストレージ量演算部１０１ｂは、例えば、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量に基づいて、第１ＳＣＲ触媒４１に新たに吸着するアンモニアの吸着量を算出する。そして、実アンモニアストレージ量演算部１０１ｂは、第１ＳＣＲ触媒４１に新たに吸着したアンモニアの吸着量から、第１ＳＣＲ触媒４１中で消費したアンモニアの消費量を減算することによって、現時点における第１ＳＣＲ触媒４１中の実アンモニアストレージ量を推定する。つまり、実アンモニアストレージ量演算部１０１ｂは、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量の推移と第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニア消費量の推移とに基づいて、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点のアンモニアストレージ量を逐次的に更新していく。

尚、第１ＳＣＲ触媒４１中のアンモニアの消費量は、例えば、第１ＮＯｘセンサ６１が示すＮＯｘ濃度と流量センサ６５が示す排ガス流量（即ち、吸入空気量と燃料噴射量の合計値）とから推定される第１ＳＣＲ触媒４１に到来するＮＯｘ量に基づいて、算出される。尚、排ガス流量は、一般に、流量センサ６５が示す吸入空気量と、エンジン１０における燃料噴射量と、の合計によって求められる。

噴射量決定部１０１ｃは、例えば、現時点の第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の実際値と目標値の差分を算出し、当該差分に基づいて、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量を決定する。尚、噴射量決定部１０１ｃは、例えば、現時点の第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の実際値と目標値の差分と、尿素水噴射量とを関連付けた制御マップを用いて、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量を決定する。そして、噴射量決定部１０１ｃは、自身が決定した尿素水噴射量となるように、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水添加弁５１Ａに開度指令信号を出力する。

尚、第１噴射制御部１０１にて、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量を制御する構成は、上記構成に限らない。第１噴射制御部１０１は、例えば、エンジン１０の運転状態に基づいて、第１ＳＣＲ触媒４１に到来するＮＯｘ量に対応するＮＯｘ量を推定し、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量を制御するものであってもよい。

＜第２噴射制御部１０２について＞
第２噴射制御部１０２は、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水添加弁５１Ｂに開度指令信号を出力することによって、第２尿素水噴射装置５０Ｂからの尿素水噴射を制御する。この際、第２噴射制御部１０２は、例えば、第２ＳＣＲ触媒４３に吸着するアンモニアストレージ量が所定量となるように、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量を制御する。これによって、第２ＳＣＲ触媒４３を、ＮＯｘ浄化率が高い状態で維持する。

図２Ｂは、第２噴射制御部１０２の構成の一例を示す図である。

第２噴射制御部１０２は、例えば、目標アンモニアストレージ量設定部１０２ａと、実アンモニアストレージ量演算部１０２ｂと、噴射量決定部１０２ｃと、を有している。尚、本実施形態では、第２噴射制御部１０２の目標アンモニアストレージ量設定部１０２ａ、実アンモニアストレージ量演算部１０２ｂ、及び噴射量決定部１０２ｃは、それぞれ、第１噴射制御部１０１の目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａ、実アンモニアストレージ量演算部１０１ｂ、及び噴射量決定部１０１ｃと同様の構成である。

目標アンモニアストレージ量設定部１０２ａは、第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量の目標値を設定する。第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量の目標値は、例えば、第２ＳＣＲ触媒４３におけるストレージ可能量の略１００％に設定される。但し、第２ＳＣＲ触媒４３のストレージ可能量は、触媒温度に依拠して変化するため、本実施形態に係る目標アンモニアストレージ量設定部１０２ａは、第２温度センサ６４が示す第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度に基づいて、第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量の目標値を設定している。

実アンモニアストレージ量演算部１０２ｂは、現時点における第２ＳＣＲ触媒４３中のアンモニアストレージ量の実際値を推定する。実アンモニアストレージ量演算部１０２ｂは、例えば、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量に基づいて、第２ＳＣＲ触媒４３に新たに吸着するアンモニアの吸着量を算出する。そして、実アンモニアストレージ量演算部１０２ｂは、第２ＳＣＲ触媒４３に新たに吸着したアンモニアの吸着量から、第２ＳＣＲ触媒４３中で消費したアンモニアの消費量を減算することによって、現時点における第２ＳＣＲ触媒４３中のアンモニアストレージ量を推定する。つまり、実アンモニアストレージ量演算部１０２ｂは、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量の推移と第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニア消費量の推移とに基づいて、記憶部（例えば、ＲＡＭ）に記憶する現時点のアンモニアストレージ量を逐次的に更新していく。

尚、第２ＳＣＲ触媒４３中のアンモニアの消費量は、例えば、第２ＮＯｘセンサ６２が示すＮＯｘ濃度と流量センサ６５が示す排ガス流量（即ち、吸入空気量と燃料噴射量の合計値）とから推定される第２ＳＣＲ触媒４３に到来するＮＯｘ量に基づいて、算出される。

噴射量決定部１０２ｃは、例えば、現時点の第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量の実際値と目標値の差分を算出し、当該差分に基づいて、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量を決定する。尚、噴射量決定部１０２ｃは、例えば、現時点の第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量の実際値と目標値の差分と、尿素水噴射量とを関連付けた制御マップを用いて、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量を決定する。そして、噴射量決定部１０２ｃは、自身が決定した尿素水噴射量となるように、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水添加弁５１Ｂに開度指令信号を出力する。

尚、第２噴射制御部１０２にて、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量を制御する構成は、上記構成に限らない。第２噴射制御部１０２は、例えば、エンジン１０の運転状態に基づいて、第２ＳＣＲ触媒４３に到来するＮＯｘ量に対応するＮＯｘ量を推定し、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量を制御するものであってもよい。

＜活性状態判定部１０３について＞
活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かに基づいて、第１尿素水噴射装置５０Ａから噴射させる尿素水の噴射量と、第２尿素水噴射装置５０Ｂから噴射させる尿素水の噴射量と、を協調制御する。

第１ＳＣＲ触媒４１は、エンジン１０に近接して配設されているため、エンジン１０始動時に、早期に高温化（即ち、活性化）して、排ガス中のＮＯｘを還元浄化するように機能する。但し、第１ＳＣＲ触媒４１は、エンジン１０を長時間稼働している際には、過剰に高温化しやすく、過剰に高温化した第１ＳＣＲ触媒４１においては、アンモニアスリップ量が多くなる傾向にある。そして、第１ＳＣＲ触媒４１からスリップしたアンモニアの多くは、第１ＳＣＲ触媒４１の後段の酸化触媒４２にてＮＯｘに変化するため、結果的に、第２ＳＣＲ触媒４３にて、当該ＮＯｘを還元浄化する必要が生じる。つまり、エンジン１０を長時間稼働している際には、第１ＳＣＲ触媒４１からスリップしたアンモニアに起因して、第２ＳＣＲ触媒４３に対して供給するべき尿素水量を増加させる必要が生じるおそれがある。又、第１ＳＣＲ触媒４１からスリップしたアンモニアは、外気に排出されて、環境汚染を引き起こすおそれもある。

かかる観点から、エンジン１０始動時には、第１ＳＣＲ触媒４１を主に使用して、排ガス中のＮＯｘを還元浄化し、エンジン１０を長時間稼働している際には、第２ＳＣＲ触媒４３を主に使用して、排ガス中のＮＯｘを還元浄化するのが望ましい。

活性状態判定部１０３は、かかる構成を実現するべく、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態となっているか否かを判定する。そして、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が未活性状態の場合、第１尿素水噴射装置５０Ａから噴射される尿素水の噴射量が、第２尿素水噴射装置５０Ｂから噴射される尿素水の噴射量よりも多くなり、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態の場合、第１尿素水噴射装置５０Ａから噴射される尿素水の噴射量が、第２尿素水噴射装置５０Ｂから噴射される尿素水の噴射量よりも少なくなるように、第１噴射制御部１０１及び第２噴射制御部１０２を制御する。本実施形態に係る活性状態判定部１０３は、かかる制御を、第１ＳＣＲ触媒４１のアンモニアストレージ量の目標値の制御によって行う。

尚、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態となった後にも、第１ＳＣＲ触媒４１に対する尿素水の供給を維持するのが望ましい。第１ＳＣＲ触媒４１を、アンモニアストレージ量０％の状態としてしまうと、その後、エンジン１０を停止して、再始動する際に、第１ＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘ浄化率が著しく悪化するためである。

活性状態判定部１０３は、例えば、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度又は第２ＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化率（本実施形態では、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度）に基づいて、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かを判定する。

図３は、活性状態判定部１０３の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、活性状態判定部１０３は、まず、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かを判定する。そして、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態の場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に処理を進め、第２ＳＣＲ触媒４３が未活性状態の場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ３に処理を進める。

尚、このステップＳ１において、活性状態判定部１０３は、例えば、第２温度センサ６４のセンサ値に基づいて第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かを判定し、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度が閾値温度（例えば、２００℃）未満の場合には、第２ＳＣＲ触媒４３が未活性状態であると判定し、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度が閾値温度（例えば、２００℃）以上の場合には、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態であると判定する。

ステップＳ２において、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３のアンモニアストレージ量が閾値（第２ＳＣＲ触媒４３のアンモニアストレージ量の目標値以下の値であって、例えば、ストレージ可能量に対する９０％）以上であるか否かを判定する。そして、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３のアンモニアストレージ量が閾値以上の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ステップＳ４に処理を進め、第２ＳＣＲ触媒４３のアンモニアストレージ量が閾値未満の場合（Ｓ２：ＮＯ）、ステップＳ３に処理を進める。

尚、このステップＳ２は、第２尿素水噴射装置５０Ｂが正常に動作していることを確認するための処理である。第２ＳＣＲ触媒４３のアンモニアストレージ量が閾値未満のときに、第１尿素水噴射装置５０Ａにおける尿素水噴射量を低減した場合、ＮＯｘが還元浄化されることなく、外気に排気されてしまう。かかる事態を抑制するため、活性状態判定部１０３は、ステップＳ２の処理を行っている。

ステップＳ３において、活性状態判定部１０３は、第１噴射制御部１０１に対して補正係数ｋ＝１を設定する。このとき、第１噴射制御部１０１が設定する第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値Ｑ１’は、目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａが設定した目標値Ｑ１のままとなる（Ｑ１’＝Ｑ１×１）。つまり、このとき、第１ＳＣＲ触媒４１に到来するＮＯｘのすべてを第１ＳＣＲ触媒４１にて還元浄化するように、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂを動作させる。尚、この際、第２ＳＣＲ触媒４３のアンモニアストレージ量が減少していない場合が多い。この場合には、第２尿素水噴射装置５０Ｂからは、殆ど尿素水が噴射されない状態となる。

ステップＳ４において、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態の場合、第１噴射制御部１０１に対して補正係数ｋ＝０．３を設定する。これにより、第１噴射制御部１０１が設定する第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値Ｑ１’は、目標アンモニアストレージ量設定部１０１ａが設定した目標値Ｑ１よりも小さい値となる（Ｑ１’＝Ｑ１×０．３）。このとき、第１ＳＣＲ触媒４１に到来するＮＯｘ量の多くは、第１ＳＣＲ触媒４１で還元されずに、下流側に流れ出る。つまり、このとき、エンジン１０から排出される排ガスのＮＯｘの多くを、第２ＳＣＲ触媒４３にて還元浄化するように、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂを動作させる。尚、この際、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値の低下に伴い、第１尿素水噴射装置５０Ａからは、殆ど尿素水が噴射されない状態となる。

このようにして、本実施形態に係る活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かに応じて、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値を補正することによって、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂそれぞれの尿素水噴射量を制御している。但し、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かに応じて、第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量の目標値についても補正を行ってもよい。

尚、本実施形態では、活性状態判定部１０３は、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂそれぞれの尿素水噴射量を、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かの２段階で補正している。但し、活性状態判定部１０３は、より好適には、第２ＳＣＲ触媒４３の活性度合いに基づいて、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂそれぞれの尿素水噴射量を、段階的に補正する。つまり、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度が高くなるにつれて、段階的に、第１尿素水噴射装置５０Ａから噴射させる尿素水噴射量を少なくなるように補正し、且つ、第２尿素水噴射装置５０Ｂから噴射させる尿素水噴射量を多くするように補正する。この場合、例えば、活性状態判定部１０３は、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度と対応させるように、段階的に、補正係数を変化させていけばよい。これによって、第１ＳＣＲ触媒４１で処理するＮＯｘ量と第２ＳＣＲ触媒４３で処理するＮＯｘ量のバランスを、より最適に設定することが可能となる。

図４は、エンジン１０を始動した後の第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂの挙動の一例を示す図である。

エンジン１０を始動させると（図４のタイミングＴ１）、排ガスの温度が徐々に上昇し、それに伴って、第１ＳＣＲ触媒４１及び第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度が上昇する。ここで、排気管３０内において、第１ＳＣＲ触媒４１の方が、第２ＳＣＲ触媒４３よりも上流側に存在するため、第１ＳＣＲ触媒４１の方が、第２ＳＣＲ触媒４３よりも早期に触媒温度が上昇する。そのため、エンジン１０を始動した後、第１ＳＣＲ触媒４１が早期に活性状態（例えば、触媒温度が１８０℃）となり、第１ＳＣＲ触媒４１が排ガス中に含まれるＮＯｘを還元浄化する。

尚、エンジン１０を始動させた直後には、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量は、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量よりも、多くなる。

その後、時間の経過と共に、第２ＳＣＲ触媒４３の触媒温度も上昇し、第２ＳＣＲ触媒４３も活性状態（例えば、触媒温度が１８０℃）となる。一方、第１ＳＣＲ触媒４１は、エンジン１０の直下に存在するため、過剰に触媒温度が高い状態（例えば、触媒温度が４００℃）に近づいていく。

ＥＣＵ１００は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態となったことを検出したことを契機として（図４のタイミングＴ２）、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量を減少させる。これによって、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量は、ストレージ可能量に対して、少なめの状態（例えば、ストレージ可能量に対して３０％）となる。

このとき、第１ＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘ浄化率は、低下することになるが、第１ＳＣＲ触媒４１で還元浄化されなかった排ガス中のＮＯｘは、第２ＳＣＲ触媒４３にて還元浄化されることになる。この際、第２尿素水噴射装置５０Ｂは、第２ＳＣＲ触媒４３におけるアンモニアストレージ量を、略満杯状態（例えば、ストレージ可能量に対して１００％）に維持するように動作制御されるため、第２尿素水噴射装置５０Ｂの尿素水噴射量は、増加することになる。

尚、第１尿素水噴射装置５０Ａの尿素水噴射量を減少させた後には、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量は、低下した状態となる。そのため、第１ＳＣＲ触媒４１の触媒温度が高温化している状態でも、第１ＳＣＲ触媒４１からのアンモニアスリップは、抑制されることになる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕは、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かを判定し、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態の場合における第１ＳＣＲ触媒４１のアンモニアストレージ量の目標値を、第２ＳＣＲ触媒４３が未活性状態の場合における第１ＳＣＲ触媒４１のアンモニアストレージ量の目標値よりも小さくして、第１及び第２尿素水噴射装置５０Ａ、５０Ｂそれぞれから噴射させる尿素水の噴射量を制御する。

つまり、本実施形態に係る排気浄化装置Ｕにおいては、第２ＳＣＲ触媒４３が活性化する前には、第１ＳＣＲ触媒４１を利用して、ＮＯｘを還元浄化し、第２ＳＣＲ触媒４３が活性化した後には、第２ＳＣＲ触媒４３を利用して、ＮＯｘを還元浄化する。これによって、外気に排気するＮＯｘ量の低減を図りつつ、第１尿素水噴射装置５０Ａと第２尿素水噴射装置５０Ｂとの全体で使用する尿素水の量（即ち、第１ＳＣＲ触媒４１に噴射する尿素水噴射量と、第２ＳＣＲ触媒４３に噴射する尿素水噴射量との合計量）を低減することが可能である。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、ＥＣＵ１００（活性状態判定部１０３）の動作の一例として、第１ＳＣＲ触媒４１におけるアンモニアストレージ量の目標値の制御によって、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂそれぞれから噴射される尿素水の噴射量を制御する態様を示した。しかしながら、本発明において、ＥＣＵ１００は、第２ＳＣＲ触媒４３が活性状態か否かに応じて、第１尿素水噴射装置５０Ａ及び第２尿素水噴射装置５０Ｂそれぞれの尿素水噴射量を、直接補正してもよい。

又、上記実施形態では、各種センサの一例として、第１ＮＯｘセンサ６１、第２ＮＯｘセンサ６２、第１温度センサ６３、第２温度センサ６４、及び、流量センサ６５を示した。但し、ＥＣＵ１００が排気管３０を通流する排ガスの状態、第１ＳＣＲ触媒４１の状態、及び、第２ＳＣＲ触媒４３の状態等を検出する手法は、任意であって、他のセンサのセンサ値を用いて演算処理により、間接的に求められてもよい。

又、上記実施形態では、排気浄化装置Ｕの適用対象の一例として、車両を示したが、排気浄化装置Ｕの適用対象は、これに限定されない。例えば、排気浄化装置Ｕは、発電機、建設機械、船舶等に適用されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る排気浄化装置によれば、２つのＳＣＲ触媒それぞれに供給する尿素水（即ち、アンモニア）の供給量を適切に制御可能である。

Ｕ 排気浄化装置
１０ エンジン
２０ 吸気管
３０ 排気管
４１ 第１ＳＣＲ触媒
４２ 酸化触媒
４３ 第２ＳＣＲ触媒
５０Ａ 第１尿素水噴射装置
５０Ｂ 第２尿素水噴射装置
５１Ａ、５１Ｂ 尿素水添加弁
５２Ａ、５２Ｂ 尿素水タンク
５３Ａ、５３Ｂ サプライポンプ
６１ 第１ＮＯｘセンサ
６２ 第２ＮＯｘセンサ
６３ 第１温度センサ
６４ 第２温度センサ
６５ 流量センサ
１００ ＥＣＵ（制御装置）
１０１ 第１噴射制御部
１０２ 第２噴射制御部
１０３ 活性状態判定部

Claims (4)

1. 内燃機関の排気管内に、上流側から下流側に向かって順番に配設された第１ＳＣＲ触媒、酸化触媒及び第２ＳＣＲ触媒と、
   前記排気管内の前記第１ＳＣＲ触媒の上流側で、尿素水を噴射する第１尿素水噴射装置と、
   前記排気管内の前記第２ＳＣＲ触媒と前記酸化触媒との間で、尿素水を噴射する第２尿素水噴射装置と、
   前記第１及び第２尿素水噴射装置それぞれから噴射させる尿素水の噴射量を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記第２ＳＣＲ触媒が活性状態か否かを判定し、前記第２ＳＣＲ触媒が活性状態の場合における前記第１ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量の目標値を、前記第２ＳＣＲ触媒が未活性状態の場合における前記第１ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量の目標値よりも小さくする、
   排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、前記第２ＳＣＲ触媒が活性状態である第１条件と、前記第２ＳＣＲ触媒のアンモニアストレージ量の実際値が閾値以上である第２条件と、を共に充足する場合には、前記第１尿素水噴射装置から噴射させる尿素水の噴射量を、前記第２尿素水噴射装置から噴射させる尿素水の噴射量よりも少なくし、
   前記第１条件と前記第２条件とのいずれか一方が充足しない場合には、前記第１尿素水噴射装置から噴射させる尿素水の噴射量を、前記第２尿素水噴射装置から噴射させる尿素水の噴射量よりも多くする、
   請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、前記第２ＳＣＲ触媒の触媒温度又は前記第２ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率に基づいて、前記第２ＳＣＲ触媒が活性状態か否かを判定する、
   請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排気浄化装置を有する車両。

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