JP2021139294A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排出ガスに含まれるＮＯｘを効果的に低減する。【解決手段】一態様の排気浄化装置は、排出ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、排気通路における第１の選択還元触媒の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、第１の選択還元触媒の上流側で排気通路内に水素を供給する水素供給部と、第１の選択還元触媒の下流側、且つ、第２の選択還元触媒の上流側で排気通路内にアンモニアを供給するアンモニア供給部と、第２の選択還元触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、第２の選択還元触媒の温度が、予め定められた第１の温度閾値よりも高く、第１の温度閾値よりも高温の第２の温度閾値よりも低い場合に、排気通路内に水素及びアンモニアが供給されるように水素供給部及びアンモニア供給部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、排気浄化装置に関する。

内燃機関で発生した排出ガスを浄化する排気浄化装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、水素触媒と、水素触媒の下流側に配置されたアンモニア触媒と、尿素を電気分解して水素、アンモニア及び窒素を生成する電解セルとを備え、排出ガスの温度が１５０℃未満であるときに水素触媒の上流側に水素を注入し、排出ガスの温度が１５０℃を超えたときに水素の注入を停止して水素触媒とアンモニア触媒との間にアンモニアを注入し、排出ガスの温度が１８０℃を超えたときに水素触媒とアンモニア触媒との間に尿素を注入することによって、排出ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する排気浄化装置が記載されている。

特開２０１６−５３８４６５号公報

上述の排気浄化装置では、排出ガスの温度が１５０℃を超えたときに水素の注入を停止してアンモニアを注入している。しかしながら、一般的に１５０℃前後の温度域ではアンモニア触媒の活性が低いため、上述の排気浄化装置では、排出ガスの温度によってはＮＯｘの還元効率が不十分となることがある。

したがって、排出ガスに含まれるＮＯｘを効果的に低減することができる排気浄化装置が求められている。

一態様では、エンジンによって排出された排出ガスを浄化する排気浄化装置が提供される。この排気浄化装置は、排出ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、排気通路における第１の選択還元触媒の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、第１の選択還元触媒の上流側で排気通路内に水素を供給する水素供給部と、第１の選択還元触媒の下流側、且つ、第２の選択還元触媒の上流側で排気通路内にアンモニアを供給するアンモニア供給部と、第２の選択還元触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、第２の選択還元触媒の温度が、予め定められた第１の温度閾値よりも高く、第１の温度閾値よりも高温の第２の温度閾値よりも低い場合に、排気通路内に水素及びアンモニアが供給されるように水素供給部及びアンモニア供給部を制御する制御部と、を備える。

上記態様に係る排気浄化装置では、第２の選択還元触媒の温度が、第１の温度閾値よりも高く第２の温度閾値よりも低い場合には、水素及びアンモニアの両方が排気通路に供給される。これにより、第１の選択還元触媒及び第２の選択還元触媒の両方を用いてＮＯｘを還元することができるので、第２の選択還元触媒の活性が不十分な温度域であっても排出ガスに含まれるＮＯｘを効果的に低減することができる。

一実施形態では、制御部は、第２の選択還元触媒の温度が、第１の温度閾値以下である場合には水素のみが排気通路内に供給され、第２の選択還元触媒の温度が、第２の温度閾値以上である場合にはアンモニアのみが排気通路内に供給されるように、水素供給部及びアンモニア供給部を制御する。この実施形態では、第２の選択還元触媒の活性が低い低温時には、水素を還元剤として第１の選択還元触媒においてＮＯｘを還元し、第２の選択還元触媒の活性が高い高温時には、アンモニアを還元剤として第２の選択還元触媒においてＮＯｘを還元している。したがって、排出ガスに含まれるＮＯｘを高い還元効率で還元することができる。

一実施形態では、第２の選択還元触媒の温度が、第１の温度閾値よりも高く、第２の温度閾値よりも低い場合には、制御部は、第２の選択還元触媒の温度が第２の温度閾値に近づくにつれて、水素の供給量が減少し、且つ、アンモニアの供給量が増加するように水素供給部及びアンモニア供給部を制御する。第２の選択還元触媒の活性は温度が高くなるにつれて高まるので、第２の選択還元触媒の温度が第２の温度閾値に近づくにつれて水素の供給量を減少させ、アンモニアの供給量を増加させることによって、ＮＯｘの還元効率を高めることができる。

一実施形態では、水素供給部は、水を電気分解することによって水素を生成する水素生成器を含んでいてもよい。別の一実施形態では、アンモニア供給部は、排出ガス又は空気に含まれる窒素と水素生成器によって生成された水素とを用いてアンモニアを生成するアンモニア生成器を含んでいてもよい。これらの実施形態では、要求された量の水素及びアンモニアを個別に生成することができる。

一実施形態では、第１の選択還元触媒が、排出ガスに含まれるＮＯｘを酸化させる触媒成分を含んでいてもよい。第１の選択還元触媒に含まれる触媒成分によってＮＯｘを酸化して、ＮＯｘに占めるＮＯ_２（二酸化窒素）の割合を高めることにより、第２の選択還元触媒の還元効率を高めることができる。

一実施形態では、触媒温度取得部は、第１の選択還元触媒の温度を更に取得し、第２の選択還元触媒の温度が、第１の温度閾値よりも高く、第２の温度閾値よりも低い場合には、制御部は、エンジンから排出されるＮＯｘ量と、第１の選択還元触媒の温度とに基づいて、第２の選択還元触媒に入力されるＮＯｘ量を取得し、第２の選択還元触媒に入力されるＮＯｘ量と、第２の選択還元触媒の温度とに基づいて、第２の選択還元触媒で還元可能なＮＯｘ量を決定し、第２の選択還元触媒の温度と、第２の選択還元触媒で還元可能なＮＯｘ量と、に基づいてアンモニア供給部から供給されるアンモニア量を決定し、エンジンから排出されるＮＯｘ量と、第２の選択還元触媒で還元可能なＮＯｘ量とに基づいて、第１の選択還元触媒で還元すべきＮＯｘの量を決定し、第１の選択還元触媒の温度と、第１の選択還元触媒で還元すべきＮＯｘ量とに基づいて水素供給部から供給される水素量を決定してもよい。この実施形態では、効率的にＮＯｘを還元できるように供給される水素とアンモニアの比率を決定することができる。

本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、排出ガスに含まれるＮＯｘを効果的に低減することができる。

一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンシステムを概略的に示す図である。 排気浄化装置の制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る排気浄化装置２０を含むエンジンシステム１００を概略的に示す図である。図１に示すエンジンシステム１００は、トラック等の車両に搭載され、軽油等の燃料を燃焼することによって車両を走行させるための駆動力を発生する。なお、本明細書では、エンジンシステム１００によって生成される一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ_２）をまとめて窒素酸化物（ＮＯｘ）と称する。

図１に示すように、エンジンシステム１００は、エンジン本体１を備えている。エンジン本体１は、例えばディーゼル機関であり、複数のシリンダ１ａを備えている。複数のシリンダ１ａには、複数のインジェクタ１ｂがそれぞれ設けられ、各シリンダ１ａには対応するインジェクタ１ｂから燃料が噴射される。インジェクタ１ｂから噴射された燃料が、各シリンダ１ａ内で燃焼されると、ピストンが各シリンダ１ａ内で往復移動して車両のクランクシャフトが回転する。複数のシリンダ１ａには、複数のシリンダ１ａ内に空気を供給する吸気マニホールド２、及び、複数のシリンダ１ａから排出ガスを排出する排気マニホールド３が接続されている。

吸気マニホールド２には、吸気通路４が接続されている。吸気通路４には、吸気の上流側からコンプレッサ５及びインタークーラー６が順に設けられている。コンプレッサ５には、吸気が流入する導入管７が接続されている。導入管７にはエアクリーナ８が設けられている。

排気マニホールド３には、タービン９を介して排気通路１０が接続されている。タービン９は、連結軸を介してコンプレッサ５に連結されている。タービン９は、エンジン本体１の排気マニホールド３から排出された排出ガスの流れによって回転する。コンプレッサ５は、タービン９の回転に伴って回転し、導入管７から空気を取り込み、圧縮された空気を吸気通路４へ送り出す。すなわち、コンプレッサ５及びタービン９は、ターボチャージャーを構成する。吸気通路４内に導入された空気は、吸気マニホールド２を通って複数のシリンダ１ａへ導入される。複数のシリンダ１ａ内に導入された空気には燃料が混合され、空気と燃料を含む混合気がシリンダ１ａ内で燃焼される。混合気の燃焼によって排気マニホールド３から排出された排出ガスは、排気通路１０を通って後述する排気浄化装置２０に流入する。

エンジンシステム１００は、排気通路１０と導入管７とを接続するＥＧＲ通路１１を更に備えている。図１では、ＥＧＲ通路１１は、後述する第１の選択還元触媒２１と第２の選択還元触媒２２との間で排気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路１１には、排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路４へ環流させるＥＧＲユニット１２が設けられている。

図１に示すように、排気通路１０には、排気浄化装置２０が設けられている。排気浄化装置２０は、第１の選択還元触媒２１、第２の選択還元触媒２２、水素供給部３０、アンモニア供給部４０及び制御部５０を備えている。第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２は、排気通路１０の一部を構成するケース内に収容されている。

図１に示すように、第１の選択還元触媒２１は、タービン９の下流側において排気通路１０に設けられている。第１の選択還元触媒２１は、水素（Ｈ_２）を還元剤として用いて排出ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に還元する。第１の選択還元触媒２１は、ＮＯｘを還元すると共に、排出ガスに含まれるＮＯｘを酸化させる触媒成分を含んでいてもよい。第１の選択還元触媒２１に含まれる触媒成分としては、白金、金、銀、ロジウム、イリジウム又はルテニウム等の貴金属触媒が例示される。これらの貴金属触媒は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又はジルコニア（ＺｒＯ_２）等の酸化物担体上に担持される。この第１の選択還元触媒２１は、例えば１５０℃以下の温度のときに、水素を還元剤として排出ガスに含まれるＮＯｘを還元すると共に、１５０℃以上のときに排出ガスに含まれるＮＯｘを酸化してＮＯｘに占めるＮＯ_２の割合を高める機能を有する。

第２の選択還元触媒２２は、排気通路１０における第１の選択還元触媒２１の下流側に設けられている。第２の選択還元触媒２２は、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として用いて排出ガスに含まれるＮＯｘを窒素及び水に還元する。第２の選択還元触媒２２は、例えば触媒成分として銅又は鉄を含んでいる。この触媒成分は、例えばアルミナ又はジルコニア等の酸化物担体上に担持される。第２の選択還元触媒２２は、例えば２００℃以上のときに活性化され、排出ガスに含まれるＮＯｘを還元する機能を有する。

なお、第２の選択還元触媒２２の下流には、アンモニア低減触媒が設けられていてもよい。アンモニア低減触媒は、例えばゼオライト触媒を含み、第２の選択還元触媒２２を通過した過剰なアンモニアを酸化処理する。

水素供給部３０は、第１の選択還元触媒２１の上流側で排気通路１０内に水素を供給する。図１に示すように、水素供給部３０は、水素生成器３１及びインジェクタ３２を含んでいる。水素生成器３１は、発電機３５によって発電された電力を蓄電するバッテリ３４に接続されており、バッテリ３４から供給された電力を用いて水タンク３３に貯えられた水を電気分解して水素を生成する。なお、水タンク３３内に貯えられた水は、排出ガスから回収された水であってもよいし、雨水であってもよい。

インジェクタ３２は、第１の選択還元触媒２１の上流側において排気通路１０に接続され、水素生成器３１によって生成された水素を排気通路１０内に噴射する。インジェクタ３２から噴射された水素は、排気通路１０を流れる排出ガスに添加されて第１の選択還元触媒２１に供給される。第１の選択還元触媒２１は、インジェクタ３２から供給された水素を還元剤として用いて排出ガスに含まれるＮＯｘを還元する。具体的には、インジェクタ３２から噴射された水素は、第１の選択還元触媒２１上で以下の反応を生じさせ、ＮＯｘを選択的に浄化する。
２ＮＯ＋２Ｈ_２ → Ｎ_２＋Ｈ_２Ｏ
２ＮＯ_２＋４Ｈ_２ → Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ

インジェクタ３２は、開度を調節可能な弁体を有し、弁体の開度に応じた噴射量で排気通路１０に水素を供給する。後述するように、インジェクタ３２から排気通路１０への水素の供給量は、制御部５０によって制御される。

アンモニア供給部４０は、第１の選択還元触媒２１の下流側、且つ、第２の選択還元触媒２２の上流側で排気通路１０内にアンモニアを供給する。アンモニア供給部４０は、アンモニア生成器４１及びインジェクタ４２を含んでいる。アンモニア生成器４１は、弁３６を介して水素生成器３１に接続され、排出ガス又は空気中の窒素（Ｎ_２）と水素生成器３１によって生成された水素とを合成してアンモニアを生成する。例えば、アンモニア生成器４１は、アンモニア合成を促進する触媒上で窒素と水素を反応させてアンモニアを生成してもよい。

インジェクタ４２は、第１の選択還元触媒２１の下流側、且つ、第２の選択還元触媒２２の上流側において排気通路１０に接続され、アンモニア生成器４１によって生成されたアンモニアを排気通路１０内に噴射する。インジェクタ４２から噴射されたアンモニアは、排気通路１０を流れる排出ガスに添加されて第２の選択還元触媒２２に供給される。第２の選択還元触媒２２は、インジェクタ４２から供給されたアンモニアを還元剤として用いて排出ガスに含まれるＮＯｘを還元する。具体的には、インジェクタ４２から噴射されたアンモニアは、高温時に第２の選択還元触媒２２上で以下の反応を生じさせ、ＮＯｘを選択的に浄化する。
５ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２ → ４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
２ＮＯ_２＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２ → ３Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３ → ２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ

インジェクタ４２は、開度を調節可能な弁体を有し、弁体の開度に応じた噴射量で排気通路１０にアンモニアを供給する。後述するように、インジェクタ４２から排気通路１０へのアンモニアの供給量は、制御部５０によって制御される。なお、アンモニア生成器４１とインジェクタ４２との間には、アンモニア生成器４１によって生成されたアンモニアを一時的に貯留するタンク４３が設けられていてもよい。

一実施形態では、排気浄化装置２０は、温度センサ４５及びＮＯｘセンサ４６を更に備えている。温度センサ４５は、第１の選択還元触媒２１の上流側において排気通路１０に設けられ、エンジン本体１から排出された排出ガスの温度を計測する。温度センサ４５によって計測された排出ガスの温度を示す情報は、制御部５０に出力される。後述するように、制御部５０は、温度センサ４５によって計測された排出ガスの温度情報に基づいて、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２の温度をそれぞれ取得する。すなわち、温度センサ４５は、制御部５０と共に第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２の温度を取得する触媒温度取得部を構成する。

ＮＯｘセンサ４６は、第２の選択還元触媒２２の下流側において排気通路１０に設けられ、第２の選択還元触媒２２を通過した排出ガス中のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘセンサ４６によって計測されたＮＯｘ濃度を示す情報は、制御部５０に出力される。

制御部５０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットであり、排気浄化装置２０全体の動作を制御する。制御部５０は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより後述する各種機能を実現する。

制御部５０は、水素供給部３０、アンモニア供給部４０、温度センサ４５及びＮＯｘセンサ４６と通信可能に接続されている。制御部５０は、温度センサ４５によって取得された排出ガスの温度に基づいて、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２の温度を取得する。また、制御部５０は、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２の温度に基づいて、水素供給部３０から排気通路１０に供給される水素量、及び、アンモニア供給部４０から排気通路１０に供給されるアンモニア量を調整する。

より詳細には、第２の選択還元触媒２２の温度が第１の温度閾値以下であるときには、制御部５０は、インジェクタ４２からのアンモニアの供給が停止され、インジェクタ３２から水素が供給されるように、水素供給部３０及びアンモニア供給部４０を制御する。第１の温度閾値とは、第２の選択還元触媒２２の活性が低い温度閾値であり、例えば１５０℃である。したがって、第２の選択還元触媒２２の温度が第１の温度閾値以下であるときには、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２のうち第１の選択還元触媒２１のみを用いて排出ガスに含まれるＮＯｘが還元される。

第２の選択還元触媒２２の温度が第１の温度閾値より高く、第２の温度閾値よりも低い場合には、制御部５０は、インジェクタ３２から水素が供給され、インジェクタ４２からアンモニアが供給されるように水素供給部３０及びアンモニア供給部４０を制御する。第２の温度閾値とは、第１の温度閾値よりも高温の温度閾値であり、例えば２００℃である。したがって、第２の選択還元触媒２２の温度が第１の温度閾値より高く、第２の温度閾値よりも低い場合には、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２の両方を用いて排出ガスに含まれるＮＯｘが還元される。

なお、第２の選択還元触媒２２の温度が第１の温度閾値より高く、第２の温度閾値よりも低い場合には、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値に近づくにつれて、水素の供給量が減少し、アンモニアの供給量が増加するように水素供給部３０及びアンモニア供給部４０を制御してもよい。第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値に近づくにつれて第２の選択還元触媒２２の活性が高まるので、アンモニアの供給量を増加させることで、ＮＯｘの還元効率を高めることができる。

第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値以上である場合には、制御部５０は、インジェクタ３２からの水素の供給が停止され、インジェクタ４２からアンモニアが供給されるように水素供給部３０及びアンモニア供給部４０を制御する。したがって、第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値以上である場合には、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２のうち第２の選択還元触媒２２のみを用いて排出ガスに含まれるＮＯｘが還元される。第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値以上である場合には、第２の選択還元触媒２２の活性が十分に高くなっているので、アンモニアのみを用いて排出ガスに含まれるＮＯｘを高い効率で還元することができる。このとき、第１の選択還元触媒２１は、排出ガスのＮＯｘを酸化する酸化触媒として機能する。第１の選択還元触媒２１によって排出ガスのＮＯｘを酸化することにより、第２の選択還元触媒２２のＮＯｘ還元効率を更に向上させることが可能である。

以下、図２を参照して、制御部５０によって実行される処理について詳細に説明する。図２は、排気浄化装置２０の制御処理の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、制御部５０は、温度センサ４５によって取得された排出ガスの温度に基づいて、第１の選択還元触媒２１の温度Ｔ＿Ｈ_２及び第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３を取得する（ステップＳＴ１）。

次に、制御部５０は、エンジン本体１から排出されるＮＯｘ量（以下、「ＮＯｘ排出量」と称する。）を取得する（ステップＳＴ２）。ＮＯｘ排出量は、例えばエンジン本体１の負荷、回転数及び排気温度等に基づいて計算される。なお、排気通路１０に設けられたＮＯｘセンサを用いてＮＯｘ排出量を取得してもよい。

次に、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が、第１の温度閾値Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が、第１の温度閾値Ｔ１以下である場合には、第１の選択還元触媒２１の温度Ｔ＿Ｈ_２、及び、ＮＯｘ排出量に基づいて水素の供給量を決定する（ステップＳＴ４）。例えば、制御部５０は、第１の選択還元触媒２１の温度Ｔ＿Ｈ_２と、ＮＯｘ排出量と、ＮＯｘの目標低減率を達成するために必要となる目標水素量とを関連付けて記憶するテーブルを参照し、ステップＳＴ１で取得された温度Ｔ＿Ｈ_２、及び、ステップＳＴ２で取得されたＮＯｘ排出量に応じた目標水素量を取得する。そして、取得した目標水素量を水素供給部３０から排気通路１０への水素の供給量として決定する。次いで、制御部５０は、アンモニア供給部４０から排気通路１０へのアンモニアの供給量を０に設定する（ステップＳＴ５）。

第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が、第１の温度閾値Ｔ１以下でない場合には、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が第２の温度閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ６）。第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が第２の温度閾値以上である場合には、第２の選択還元触媒２２の活性が十分に高いと考えられるので水素供給部３０から排気通路１０への水素の供給量を０に設定すると共に（ステップＳＴ７）、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３、及び、ＮＯｘ排出量に基づいてアンモニアの供給量を決定する（ステップＳＴ８）。例えば、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３と、ＮＯｘ排出量と、ＮＯｘの目標低減率を達成するために必要となる目標アンモニア量とを関連付けて記憶するテーブルを参照し、ステップＳＴ１で取得された温度Ｔ＿ＮＨ_３、及び、ステップＳＴ２で取得されたＮＯｘ排出量に応じた目標アンモニア量を取得する。そして、取得した目標アンモニア量をアンモニア供給部４０から排気通路１０へのアンモニアの供給量として決定する。

第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が第２の温度閾値Ｔ２よりも低い場合、すなわち、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が第１の温度閾値Ｔ１より高く、第２の温度閾値Ｔ２より低い場合には、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値に近づくにつれて、水素の供給量が減少し、アンモニアの供給量が増加するように水素及びアンモニアの供給量を決定する。具体的には、まず制御部５０は、第２の選択還元触媒２２に入力されるＮＯｘ量を取得する（ステップＳＴ９）。例えば、制御部５０は、第１の選択還元触媒２１の温度Ｔ＿Ｈ_２と、ＮＯｘ排出量と、第２の選択還元触媒２２に入力されるＮＯｘ量とを対応付けて記憶するテーブルを参照し、ステップＳＴ１で取得された温度Ｔ＿Ｈ_２、及び、ステップＳＴ２で取得されたＮＯｘ排出量に応じた第２の選択還元触媒２２に入力されるＮＯｘ量を取得する。なお、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２に入力されるＮＯｘに占めるＮＯ_２の割合（すなわち、ＮＯとＮＯ_２との比率）を更に取得してもよい。

次に、制御部５０は、ステップＳＴ９において取得された第２の選択還元触媒２２に入力されるＮＯｘ量と、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３とに基づいて、第２の選択還元触媒２２で還元可能なＮＯｘ量を決定する（ステップＳＴ１０）。このとき、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が第２の温度閾値Ｔ２に近いほど、決定される第２の選択還元触媒２２で還元可能なＮＯｘ量を大きくしてもよい。なお、第２の選択還元触媒２２によるＮＯｘの還元率は、ＮＯｘに占めるＮＯ_２の割合にも依存するので、制御部５０は、ＮＯｘに占めるＮＯ_２の割合を更に参照して第２の選択還元触媒２２で還元可能なＮＯｘ量を決定敷いてもよい。

次に、制御部５０は、アンモニアの供給量を決定する（ステップＳＴ１１）。例えば、制御部５０は、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３と、第２の選択還元触媒２２で還元可能なＮＯｘ量と、ＮＯｘの目標低減率を達成するために必要となる目標アンモニア供給量とを関連付けて記憶するテーブルを参照し、ステップＳＴ１で取得された第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３、及び、ステップＳＴ１０で決定された第２の選択還元触媒２２で還元可能なＮＯｘ量に応じた目標アンモニア供給量を取得する。そして、目標アンモニア供給量をアンモニア供給部４０から排気通路１０へのアンモニアの供給量として決定する。

次に、制御部５０は、第１の選択還元触媒２１で還元すべきＮＯｘ量を決定する（ステップＳＴ１２）。例えば、制御部５０は、ＮＯｘ排出量と第２の選択還元触媒２２で還元可能なＮＯｘ量との差分に基づいて、第１の選択還元触媒２１で還元すべきＮＯｘ量を決定する。

次に、制御部５０は、水素の供給量を決定する（ステップＳＴ１３）。例えば、制御部５０は、第１の選択還元触媒２１の温度Ｔ＿Ｈ_２と、第１の選択還元触媒２１で還元すべきＮＯｘ量と、ＮＯｘの目標低減率を達成するために必要となる目標水素供給量とを関連付けて記憶するテーブルを参照し、ステップＳＴ１で取得された第１の選択還元触媒２１の温度Ｔ＿Ｈ_２、及び、ステップＳＴ１２で決定された第１の選択還元触媒２１で還元すべきＮＯｘ量に応じた目標水素供給量を取得する。そして、目標水素供給量を水素供給部３０から排気通路１０への水素の供給量として決定する。

そして、制御部５０は、決定された供給量で水素供給部３０及びアンモニア供給部４０から水素及びアンモニアを排気通路１０に供給し、一連の処理を終了する。

以上説明したように、上述の排気浄化装置２０では、第２の選択還元触媒２２の温度が、第１の温度閾値Ｔ１よりも高く第２の温度閾値Ｔ２よりも低い場合には、水素及びアンモニアの両方を排気通路１０に供給する。これにより、第１の選択還元触媒２１及び第２の選択還元触媒２２の両方を用いてＮＯｘを還元することができるので、第２の選択還元触媒２２の活性が不十分な温度域であっても排出ガスに含まれるＮＯｘを効果的に低減することができる。

第２の選択還元触媒のＮＯｘの活性は温度が高くなるにつれて向上する。上述の排気浄化装置２０では、第２の選択還元触媒２２の温度Ｔ＿ＮＨ_３が第１の温度閾値Ｔ１より高く、第２の温度閾値Ｔ２より低い場合には、第２の選択還元触媒２２の温度が第２の温度閾値に近づくにつれて、水素の供給量を減少させ、アンモニアの供給量を増加させているので、ＮＯｘの還元効率を高めることができる。

以上、種々の実施形態に係る排気浄化装置について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。

例えば、上記実施形態では、水素生成器３１によって水を電気分解することで水素を生成しているが、尿素水の水蒸気改質、又は、炭化水素（ＨＣ）の改質によって水素を生成してもよい。また、水素を生成せずに、水素タンクに貯えられた水素をインジェクタ３２から排気通路１０内に供給してもよい。

また、上記実施形態では、アンモニア生成器４１が、水素生成器３１によって生成された水素と窒素とを反応させてアンモニアを生成しているが、水素生成器３１によって生成された水素と排出ガスに含まれるＮＯｘとを反応させてアンモニアを生成してもよい。さらに、尿素水を水蒸気改質することでアンモニアを生成してもよい。

また、排気浄化装置２０は、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するＤＰＦ（Diesel ParticulateFilter）を更に備えていてもよい。

１０…排気通路、２０…排気浄化装置、２１…第１の選択還元触媒、２２…第２の選択還元触媒、３０…水素供給部、３１…水素生成器、４０…アンモニア供給部、４１…アンモニア生成器、４５…温度センサ（触媒温度取得部）、５０…制御部。

Claims (7)

1. エンジンによって排出された排出ガスに含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化装置であって、
   前記排出ガスが流れる排気通路に設けられた第１の選択還元触媒と、
   前記排気通路における前記第１の選択還元触媒の下流側に設けられた第２の選択還元触媒と、
   前記第１の選択還元触媒の上流側で前記排気通路内に水素を供給する水素供給部と、
   前記第１の選択還元触媒の下流側、且つ、前記第２の選択還元触媒の上流側で前記排気通路内にアンモニアを供給するアンモニア供給部と、
   前記第２の選択還元触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、
   前記第２の選択還元触媒の温度が、予め定められた第１の温度閾値よりも高く、前記第１の温度閾値よりも高温の第２の温度閾値よりも低い場合に、前記排気通路内に水素及びアンモニアが供給されるように前記水素供給部及び前記アンモニア供給部を制御する制御部と、
   を備える、排気浄化装置。
2. 前記制御部は、前記第２の選択還元触媒の温度が、前記第１の温度閾値以下である場合には水素のみが前記排気通路内に供給され、前記第２の選択還元触媒の温度が、前記第２の温度閾値以上である場合にはアンモニアのみが前記排気通路内に供給されるように、前記水素供給部及び前記アンモニア供給部を制御する、請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記第２の選択還元触媒の温度が、前記第１の温度閾値よりも高く、前記第２の温度閾値よりも低い場合には、前記制御部は、前記第２の選択還元触媒の温度が前記第２の温度閾値に近づくにつれて、水素の供給量が減少し、且つ、アンモニアの供給量が増加するように前記水素供給部及び前記アンモニア供給部を制御する、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記水素供給部は、水を電気分解することによって水素を生成する水素生成器を含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
5. 前記アンモニア供給部は、前記排出ガス又は空気に含まれる窒素と前記水素生成器によって生成された水素とを用いてアンモニアを生成するアンモニア生成器を含む、請求項４に記載の排気浄化装置。
6. 前記第１の選択還元触媒が、前記排出ガスに含まれるＮＯｘを酸化させる触媒成分を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の排気浄化装置。
7. 前記触媒温度取得部は、前記第１の選択還元触媒の温度を更に取得し、
   前記第２の選択還元触媒の温度が、前記第１の温度閾値よりも高く、前記第２の温度閾値よりも低い場合には、前記制御部は、
   前記エンジンから排出されるＮＯｘ量と、前記第１の選択還元触媒の温度とに基づいて、前記第２の選択還元触媒に入力されるＮＯｘ量を取得し、
   前記第２の選択還元触媒に入力されるＮＯｘ量と、前記第２の選択還元触媒の温度とに基づいて、前記第２の選択還元触媒で還元可能なＮＯｘ量を決定し、
   前記第２の選択還元触媒の温度と、前記第２の選択還元触媒で還元可能なＮＯｘ量とに基づいて前記アンモニア供給部から供給されるアンモニア量を決定し、
   前記エンジンから排出されるＮＯｘ量と、前記第２の選択還元触媒で還元可能なＮＯｘ量とに基づいて、前記第１の選択還元触媒で還元すべきＮＯｘの量を決定し、
   前記第１の選択還元触媒の温度と、前記第１の選択還元触媒で還元すべきＮＯｘ量とに基づいて前記水素供給部から供給される水素量を決定する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の排気浄化装置。

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