JP5269174B2 - 内燃機関における排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１排気経路及び第２排気経路が内燃機関から延出しており、前記第１排気経路における排気ガスを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒及び前記第２排気経路における排気ガスを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられている内燃機関における排気ガス浄化装置に関する。

エンジンの排気経路に触媒を配置して排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去（排気ガスの浄化）を行なう排気ガス浄化装置は、従来より利用されている。特許文献１では、直列４気筒のエンジンが開示されており、排気経路には一対の第１選択還元型ＮＯｘ触媒及び第２選択還元型ＮＯｘ触媒が直列に配設されている。第２選択還元型ＮＯｘ触媒より上流にある第１選択還元型ＮＯｘ触媒の上流には第１アンモニア供給システムからアンモニアが供給されるようになっている。又、第１選択還元型ＮＯｘ触媒と第２選択還元型ＮＯｘ触媒との間の排気経路には第２アンモニア供給システムからアンモニアが供給されるようになっている。

特許文献２では、第１選択還元型ＮＯｘ触媒の容量を第２選択還元型ＮＯｘ触媒の容量よりも小さくし、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を早期に望ましい温度まで昇温させて低温走行時のＮＯｘ浄化率を上げる技術思想が開示されている。

Ｖ型エンジン等の一部では、一対の排気経路を並列に配置する構成が採用されている。この場合、並列に配設された一対の排気経路のそれぞれに触媒が設けられる。

特開２００９−５１７２１０号公報 特開２０１０−１２１５２１号公報

しかし、一方の排気経路に一対の選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に設けると共に、他方の排気経路に別の一対の選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に設けた構成では、必要となる選択還元型ＮＯｘ触媒、アンモニアを供給する手段やそれらの制御に必要なセンサ類等が多くなる。これは、コストに関して不利である。

本発明の第１の目的は、第１排気経路及び第２排気経路が別々に内燃機関から延出している内燃機関における排気ガス浄化装置のコストの低減を図ることである。本発明の第２の目的は、第１排気経路及び第２排気経路が内燃機関から延出している内燃機関における排気ガス浄化装置のＮＯｘの効率の良い浄化を達成することである。

本発明は、第１排気経路及び第２排気経路が内燃機関から延出しており、前記第１排気経路における排気ガスを浄化するＮＯｘ触媒及び前記第２排気経路における排気ガスを浄化するＮＯｘ触媒が設けられている内燃機関における排気ガス浄化装置を対象とし、前記第１排気経路と前記第２排気経路とが合流されており、前記第１排気経路には第１副ＮＯｘ触媒が設けられており、前記第２排気経路には第２副ＮＯｘ触媒が設けられており、前記第１副ＮＯｘ触媒の温度を検出する第１温度検出器が設けられており、前記第１排気経路と前記第２排気経路との合流部より下流の合流経路には主ＮＯｘ触媒が設けられており、前記主ＮＯｘ触媒の温度を検出する第３温度検出器が設けられており、前記第１副ＮＯｘ触媒の上流でアンモニア源を供給する第１添加手段が設けられており、前記第２副ＮＯｘ触媒の上流でアンモニア源を供給する第２添加手段が設けられており、前記第１添加手段における添加量及び前記第２添加手段における添加量を制御する制御手段が設けられており、前記制御手段は、第１温度検出器によって検出された温度が予め設定された第１基準温度以上であり、且つ第３温度検出器によって検出された温度が予め設定された第２基準温度以上である場合には、前記第１排気経路内のＮＯｘ濃度に基づいて第１添加手段における添加量を設定するととともに前記第２排気経路内のＮＯｘ濃度に基づいて第２添加手段における添加量を設定する通常添加制御を選択し、第１温度検出器によって検出された温度が予め設定された第１基準温度以上であり、且つ第３温度検出器によって検出された温度が予め設定された第２基準温度未満である場合には、前記通常添加制御よりも前記第１添加手段と前記第２添加手段とのいずれか一方の添加量を増やし、他方の添加量を減らす非常添加制御を選択する機能を備える。

第１排気経路及び第２排気経路が末端で合流されているため、第１排気経路に設けられた第１副ＮＯｘ触媒及び第２排気経路に設けられた第２副ＮＯｘ触媒の下流の主ＮＯｘ触媒が１つで済む。その結果、第１排気経路及び第２排気経路が内燃機関から延出している内燃機関における排気ガス浄化装置のコストが低減する。

添加手段は、例えばアンモニア源としての尿素水を供給するものであり、第１基準温度は、例えば尿素分解温度である。尿素が分解されると、アンモニアが生じる。非常添加制御が行なわれると、第１副ＮＯｘ触媒と第２副ＮＯｘ触媒とのいずれか一方に供給されるアンモニア源の量が増やされ、他方に供給されるアンモニア源の量が減らされる。これにより、アンモニア源の供給量が減らされる副ＮＯｘ触媒における温度及び主ＮＯｘ触媒における温度が早期に高くなり、低排気温度時における主ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が向上する。

好適な例では、前記第１温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度未満である場合には、前記制御手段は、前記第１添加手段における添加量と前記第２添加手段における添加量とを零にする不添加制御を遂行する。

好適な例では、前記第２副ＮＯｘ触媒の温度を検出する第２温度検出器をさらに備え、前記制御手段は、前記第１温度検出器によって検出された温度と、前記第２温度検出器によって検出された温度とのいずれか高い方の温度が、前記第１基準温度以上である場合には、前記非常添加制御として、前記第１副ＮＯｘ触媒と前記第２副ＮＯｘ触媒とのうちの温度が高い方へアンモニア源を供給する添加手段の添加量を増やし、温度が低い方への添加量を減らす制御を遂行する。

２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒の温度をそれぞれ検出することで、早く温度が上がる副選択還元型ＮＯｘ触媒を特定することができる。これにより、非常添加制御を早く始めて不添加制御時間を短くすることができ、ＮＯｘの浄化を早期に始めることができる。

好適な例では、前記第１温度検出器によって検出された温度および前記第２温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度未満である場合には、前記制御手段は、前記第１添加手段における添加量と前記第２添加手段における添加量とを零にする不添加制御を遂行する。
好適な例では、前記非常添加制御は、前記他方の添加量を零にする制御である。
好適な例では、前記非常添加制御における添加量を増やす添加手段における添加量は、通常添加制御における前記第１添加手段における添加量と前記第２添加手段における添加量との和である。

好適な例では、前記主ＮＯｘ触媒、前記第１副ＮＯｘ及び前記第２副ＮＯｘは、いずれも選択還元型ＮＯｘ触媒である。
好適な例では、前記第１副ＮＯｘ触媒から前記合流部までの第１排気経路の長さは、前記第２副ＮＯｘ触媒から前記合流部までの長さよりも大きくされており、前記制御手段は、前記非常添加制御として、前記第１添加手段の添加量を増やし、前記第２添加手段の添加量を減らす制御を遂行する。

添加量を減らす第２副ＮＯｘ触媒から主ＮＯｘ触媒に至る排気経路が、添加量を増やす第１副ＮＯｘ触媒から主ＮＯｘ触媒に至る排気経路よりも短いため、非常添加制御時には主ＮＯｘ触媒における昇温が早まる。

本発明は、第１排気経路及び第２排気経路が内燃機関から延出している内燃機関における排気ガス浄化装置のコストの低減を図ることができるという優れた効果を奏する。又、本発明は、ＮＯｘの効率の良い浄化を達成することができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す排気ガス浄化装置の模式図。 添加制御プログラムを示すフローチャート。 第２の実施形態を示す排気ガス浄化装置の模式図。 添加制御プログラムを示すフローチャート。 第３の実施形態を示す排気ガス浄化装置の模式図。 別の実施形態を示す排気ガス浄化装置の模式図。

以下、本発明をディーゼルエンジンに具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、車両に搭載された内燃機関１０は、複数の気筒１２Ａ，１２Ｂを備えており、複数の気筒１２Ａ，１２Ｂは２群に分けられている。一方の群の気筒１２Ａに対応するシリンダヘッド１３Ａには気筒１２Ａ毎に燃料噴射ノズル１４Ａが取り付けられており、他方の群の気筒１２Ｂに対応するシリンダヘッド１３Ｂには気筒１２Ｂ毎に燃料噴射ノズル１４Ｂが取り付けられている。燃料噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂは、各気筒１２Ａ，１２Ｂ内に燃料を噴射する。

シリンダヘッド１３Ａ，１３Ｂにはインテークマニホールド１５が接続されている。インテークマニホールド１５は、分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂに接続されている。分岐吸気通路１６Ａの途中には過給機１９Ａのコンプレッサ部１９１Ａが介在されており、分岐吸気通路１６Ｂの途中には過給機１９Ｂのコンプレッサ部１９１Ｂが介在されている。過給機１９Ａ，１９Ｂは、排気ガス流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャーである。

分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂは、基幹吸気通路２１に接続されている。基幹吸気通路２１は、エアクリーナ１１に接続されている。過給機１９Ａ，１９Ｂとインテークマニホールド１５との間の分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂの途中にはスロットル弁１７Ａ，１７Ｂが設けられている。スロットル弁１７Ａ，１７Ｂは、エアクリーナ１１及び基幹吸気通路２１を経由して分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂに吸入される吸気流量を調整するためのものである。

アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）は、アクセル開度検出器３１によって検出される。図示しないクランクシャフトの回転角度（クランク角度）は、クランク角度検出器３２によって検出される。アクセル開度検出器３１によって検出されたアクセル開度検出情報、及びクランク角度検出器３２によって検出されたクランク角度検出情報は、制御手段Ｃに送られる。制御手段Ｃは、アクセル開度検出情報及びクランク角度検出情報に基づいて、燃料噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂにおける燃料噴射期間（噴射開始時期及び噴射終了時期）を算出して制御する。又、制御手段Ｃは、クランク角度検出器３２によって得られるクランク角度検出情報に基づいてエンジン回転数を算出する。

基幹吸気通路２１に吸入された空気は、分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂに分流し、分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂを流れる空気は、インテークマニホールド１５内で合流する。つまり、過給機１９Ａ，１９Ｂのコンプレッサ部１９１Ａ，１９１Ｂから送り出される吸気は、インテークマニホールド１５内で合流して気筒１２Ａ，１２Ｂに供給される。

シリンダヘッド１３Ａにはエキゾーストマニホールド１８Ａが接続されており、シリンダヘッド１３Ｂにはエキゾーストマニホールド１８Ｂが接続されている。気筒１２Ａ，１２Ｂで発生する排気ガスは、エキゾーストマニホールド１８Ａ，１８Ｂへ排出される。エキゾーストマニホールド１８Ａには第１排気経路２０Ａが過給機１９Ａのタービン部１９２Ａを介して接続されている。エキゾーストマニホールド１８Ｂには第２排気経路２０Ｂが過給機１９Ｂのタービン部１９２Ｂを介して接続されている。内燃機関から別々に延出する第１排気経路２０Ａと第２排気経路２０Ｂとは、合流部２２０で合流経路２２に合流されている。

第１排気経路２０Ａ上には第１酸化触媒２３Ａ、第１ＤＰＲ（Ｄｉｅｓｅｌ・Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ・Ｒｅａｃｔｏｒ）触媒２４Ａ、及び第１副ＮＯｘ触媒としての第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａがこの順に上流から下流へと直列に設けられている。第２排気経路２０Ｂ上には第２酸化触媒２３Ｂ、第２ＤＰＲ触媒２４Ｂ、及び第２副ＮＯｘ触媒としての第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂがこの順に直列に設けられている。酸化触媒２３Ａ，２３Ｂは、排気ガス中の未燃焼成分〔例えば炭化水素（ＨＣ）〕を酸化して浄化する機能を有する。ＤＰＲ触媒２４Ａ，２４Ｂは、排気ガス中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ・Ｍａｔｔｅｒ）を捕集して燃焼除去する機能を有する。副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂは、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する機能を有する。第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの容量と第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの容量とは、同じにしてある。

第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの上流かつ第１ＤＰＲ触媒２４Ａよりも下流の第１排気経路２０Ａには第１添加弁２８Ａが接続されており、第１添加弁２８Ａは、第１ポンプ２９Ａに接続されている。第１ポンプ２９Ａは、第１添加弁２８Ａに尿素水（アンモニア源）を供給する。第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの上流かつ第２ＤＰＲ触媒２４Ｂよりも下流の第２排気経路２０Ｂには第２添加弁２８Ｂが接続されており、第２添加弁２８Ｂは、第２ポンプ２９Ｂに接続されている。第２ポンプ２９Ｂは、第２添加弁２８Ｂに尿素水（アンモニア源）を供給する。

添加弁２８Ａ，２８Ｂ及びポンプ２９Ａ，２９Ｂの作動は、制御手段Ｃの制御を受ける。第１ポンプ２９Ａ及び第１添加弁２８Ａは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａへ尿素水（アンモニア源）を供給する第１添加手段３０Ａを構成する。第２ポンプ２９Ｂ及び第２添加弁２８Ｂは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂへ尿素水（アンモニア源）を供給する第２添加手段３０Ｂを構成する。

第１ＤＰＲ触媒２４Ａと第１添加弁２８Ａとの間の第１排気経路２０Ａには第１ＮＯｘセンサ３３が設けられている。第１ＮＯｘセンサ３３は、第１ＤＰＲ触媒２４Ａと第１添加弁２８Ａとの間の第１排気経路２０Ａ内の排気ガス濃度を検出するものである。第２ＤＰＲ触媒２４Ｂと第２添加弁２８Ｂとの間の第２排気経路２０Ｂには第２ＮＯｘセンサ３４が設けられている。第２ＮＯｘセンサ３４は、第２ＤＰＲ触媒２４Ｂと第２添加弁２８Ｂとの間の第２排気経路２０Ｂ内の排気ガス濃度を検出するものである。

第１排気経路２０Ａと第２排気経路２０Ｂとの合流部２２０より下流の合流経路２２上には主選択還元型ＮＯｘ触媒２６及びアンモニア触媒２７がこの順に上流から下流へと直列に設けられている。主選択還元型ＮＯｘ触媒２６は、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する機能を有する。主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の容量は、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの容量も大きくしてある。アンモニア触媒２７は、アンモニアを酸化して浄化処理する機能を有する。

本実施形態では、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂとして高温浄化率の高いものが用いられており、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として低温浄化率の高いものが用いられている。

アンモニア触媒２７の下流には第３ＮＯｘセンサ３５が設けられている。第３ＮＯｘセンサ３５は、アンモニア触媒２７の下流の合流経路２２内の排気ガス濃度を検出するものである。

第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流の第１排気経路２０Ａには温度検出器３６Ａが設けられている。温度検出器３６Ａは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流の第１排気経路２０Ａ内の排気温度を検出するものである。第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流の第１排気経路２０Ａ内の排気温度を検出する温度検出器３６Ａは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの温度を検出する第１温度検出器である。

アンモニア触媒２７の下流には温度検出器３７が設けられている。温度検出器３７は、アンモニア触媒２７の下流の合流経路２２内の排気温度を検出するものである。アンモニア触媒２７の下流の合流経路２２内の排気温度を検出する温度検出器３７は、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の温度を検出する第３温度検出器である。

温度検出器３６Ａ，３７によって検出された排気温度の情報、及びＮＯｘセンサ３３，３４，３５によって検出されたＮＯｘ濃度の情報は、制御手段Ｃへ送られる。制御手段Ｃは、第１ＮＯｘセンサ３３から得られる検出ＮＯｘ濃度、及びエアフローメータ３８Ａから得られる検出吸気流量に基づいて、第１添加弁２８Ａにおける尿素水添加量を算出して指令する。この算出された尿素水添加量を添加する制御は、第１添加弁２８Ａにおける通常添加制御である。又、制御手段Ｃは、第２ＮＯｘセンサ３４から得られる検出ＮＯｘ濃度、及びエアフローメータ３８Ｂから得られる検出吸気流量に基づいて、第２添加弁２８Ｂにおける尿素水添加量を算出して指令する。この算出された尿素水添加量を添加する制御は、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加制御である。

つまり、通常添加制御とは、ＮＯｘの濃度、吸気流量等から把握できるＮＯｘの流量に応じた添加量を添加する制御のことである。
制御手段Ｃは、図２にフローチャートで示す添加制御プログラムに基づいて、尿素水の添加を制御する。

次に、第１の実施形態の作用及び添加制御を図２のフローチャートに基づいて説明する。
エンジンが始動されると、制御手段Ｃは、温度検出器３６Ａによって得られた検出温度Ｔｓと、予め設定された第１基準温度Ｔａ（本実施形態では尿素の分解温度）との大小比較を行なう（ステップＳ１）。検出温度Ｔｓが第１基準温度Ｔａに満たない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂからの尿素水の添加を行なわない不添加制御を選択する（ステップＳ２）。

検出温度Ｔｓが第１基準温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、温度検出器３７によって得られた検出温度Ｔｍと、予め設定された第２基準温度Ｔｂ（本実施形態では主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における活性温度）との大小比較を行なう（ステップＳ３）。検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂに満たない場合（ステップＳ３においてＮＯの場合）、制御手段Ｃは、非常添加制御を選択する（ステップＳ４）。

非常添加制御は、第１添加弁２８Ａからの添加量を増やすと共に、第２添加弁２８Ｂからの添加量を減らす制御である。本実施形態では、非常添加制御における第１添加弁２８Ａからの添加量は、第１添加弁２８Ａにおける通常添加量と、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加量との和である。又、非常添加制御における第２添加弁２８Ｂからの添加量は、零である。

非常添加制御は、エンジン始動時のような排気温度が低い場合に遂行される。第２添加弁２８Ｂからの添加量を零にする制御は、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの温度を昇温させることになり、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの昇温が主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の温度の早期の昇温ももたらす。これにより主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率が向上する。

第１添加弁２８Ａから添加された尿素水は、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ内及び第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ下流の第１排気経路２０Ａ内でアンモニアに変換される。排気温度が低いときには、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率は、尿素水よりもアンモニアの方が高い。つまり、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６と第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａとの間に尿素水を添加する場合に比べ、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの上流でＮＯｘ還元に必要な量の尿素水を添加する方法（第１添加弁２８Ａからの添加量を増やす制御）は、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率向上に有利である。

検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ３においてＹＥＳの場合）、制御手段Ｃは、前記した通常添加制御を選択する（ステップＳ５）。
第１の実施形態では以下の効果が得られる。

（１）第１排気経路２０Ａ及び第２排気経路２０Ｂが末端で合流経路２２に合流されているため、第１排気経路２０Ａに設けられた第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ及び第２排気経路２０Ｂに設けられた第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの下流の主選択還元型ＮＯｘ触媒２６が１つで済む。その結果、第１排気経路２０Ａ及び第２排気経路２０Ｂが別々に内燃機関１０から延出している場合の排気ガス浄化装置のコストが低減する。

（２）非常添加制御が行なわれると、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ側の尿素水添加量が増やされ、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂ側の尿素水添加量が零にされる。これにより、尿素水供給量が零となる第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける温度及び主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における昇温が早められる。その結果、低排気温度時における主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率が向上する。

（３）アンモニアは、尿素水に比べて低温時のＮＯｘ浄化効率が良い。従って、始動時のような冷感過渡運転時の場合、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａを未反応ですり抜けたアンモニアは、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６で高いＮＯｘ浄化性能を示す。副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂと主選択還元型ＮＯｘ触媒２６との距離が大きいほど、つまり、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至る排気経路が長いほど、尿素水からアンモニアへの変換が促進される。これは、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６でのＮＯｘ浄化効率の向上に寄与する。又、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として低温浄化率の高いものを用いているので、不添加制御時及び非常添加制御時の低温時に、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂをすり抜けたＮＯｘを主選択還元型ＮＯｘ触媒２６で効率よく浄化することができる。又、上流側に配置される副選択還元触媒２５Ａ，２５Ｂは高温浄化率が高く、排気温度が下がる下流側に配置される主選択還元触媒２６は低温浄化率が高いので、排気温度が高くなる運転条件であっても効率よくＮＯｘを浄化することができる。

（４）非常添加制御では、第１添加弁２８Ａでの尿素水の添加量は、通常添加制御における第１添加弁２８Ａでの添加量と、第２添加弁２８Ｂでの添加量との和である。従って、ＮＯｘを浄化するための必要な添加量が確保される。

（５）副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの容量を主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の容量を小さくした構成は、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける暖機時間の短縮化に寄与する。これにより、内燃機関１０の始動後の尿素水の添加開始時期が早まり、内燃機関１０の始動初期のＮＯｘ浄化率が向上する。

（６）アンモニアが主選択還元型ＮＯｘ触媒２６をすり抜けることがある。アンモニア触媒２７は、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６をすり抜けたアンモニアを酸化して浄化処理する。そのため、アンモニアが大気に放出されてしまうことはない。

（７）第３ＮＯｘセンサ３５によって得られた検出情報は、ＮＯｘセンサ３３，３４によって得られた検出情報と比較することによって、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６でのアンモニアのすり抜け量の把握に利用できる。主選択還元型ＮＯｘ触媒２６でのアンモニアのすり抜け量が多い場合には、尿素水の添加量が本来の添加量よりも異常に多いことが考えられる。その原因としては、添加手段３０Ａ，３０Ｂの故障が考えられる。つまり、第３ＮＯｘセンサ３５は、添加手段３０Ａ，３０Ｂの故障の有無の判定に利用できる。

次に、図３及び図４の第２の実施形態を説明する、第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
図３に示すように、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの下流の第２排気経路２０Ｂには温度検出器３６Ｂが設けられている。温度検出器３６Ｂは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの下流の第２排気経路２０Ｂ内の排気温度を検出するものである。第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの下流の第２排気経路２０Ｂ内の排気温度を検出する温度検出器３６Ｂは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの温度を検出する第２温度検出器である。

制御手段Ｃは、図４にフローチャートで示す添加制御プログラムに基づいて、尿素水の添加を制御する。
次に、第２の実施形態における添加制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。

エンジンが始動されると、制御手段Ｃは、温度検出器３６Ａによって得られた検出温度Ｔｓ１と、温度検出器３６Ｂによって得られた検出温度Ｔｓ２との大小比較を行なう（ステップＳ１１）。検出温度Ｔｓ１が検出温度Ｔｓ２以上である場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、検出温度Ｔｓ１と、予め設定された第１基準温度Ｔａとの大小比較を行なう（ステップＳ１２）。検出温度Ｔｓ１が第１基準温度Ｔａに満たない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂからの尿素水の添加を行なわない不添加制御を選択する（ステップＳ１３）。

検出温度Ｔｓ１が第１基準温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、温度検出器３７によって得られた検出温度Ｔｍと、予め設定された第２基準温度Ｔｂとの大小比較を行なう（ステップＳ１４）。検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂに満たない場合（ステップＳ１４においてＮＯの場合）、制御手段Ｃは、第１非常添加制御を選択する（ステップＳ１５）。

第１非常添加制御は、第１添加弁２８Ａからの添加量を増やすと共に、第２添加弁２８Ｂからの添加量を減らす制御である。本実施形態では、非常添加制御における第１添加弁２８Ａからの添加量は、第１添加弁２８Ａにおける通常添加量と、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加量との和である。又、非常添加制御における第２添加弁２８Ｂからの添加量は、零である。

検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ１４においてＹＥＳの場合）、制御手段Ｃは、前記した通常添加制御を選択する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１１においてＮＯの場合（検出温度Ｔｓ２が検出温度Ｔｓ１よりも高い場合）、制御手段Ｃは、検出温度Ｔｓ２と、予め設定された第１基準温度Ｔａとの大小比較を行なう（ステップＳ１７）。検出温度Ｔｓ２が第１基準温度Ｔａに満たない場合（ステップＳ１７においてＮＯ）、制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂからの尿素水の添加を行なわない不添加制御を選択する（ステップＳ１３）。

検出温度Ｔｓ２が第１基準温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、温度検出器３７によって得られた検出温度Ｔｍと、予め設定された第２基準温度Ｔｂとの大小比較を行なう（ステップＳ１８）。検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂに満たない場合（ステップＳ１８においてＮＯの場合）、制御手段Ｃは、第２非常添加制御を選択する（ステップＳ１９）。

第２非常添加制御は、第２添加弁２８Ｂからの添加量を増やすと共に、第１添加弁２８Ａからの添加量を減らす制御である。本実施形態では、第２非常添加制御における第２添加弁２８Ｂからの添加量は、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加量と、第１添加弁２８Ａにおける通常添加量との和である。又、第２非常添加制御における第１添加弁２８Ａからの添加量は、零である。

制御手段Ｃは、第１温度検出器３６Ａによって検出された温度Ｔｓ１と、第２温度検出器３６Ｂによって検出された温度Ｔｓ２と、第１基準温度Ｔａとの比較に基づいて、非常添加制御を選択する機能を備えている。

検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ１８においてＹＥＳの場合）、制御手段Ｃは、前記した通常添加制御を選択する（ステップＳ１６）。
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。又、第２の実施形態では、以下の効果が得られる。

第１の実施形態では、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度を同じと見なして、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂのうちの一方（第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ）の下流の排気温度のみを検出している。これに対し、第２の実施形態では、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度が異なる場合もあると見なして、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの両方の下流の排気温度を検出している。２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度が異なる理由としては、内燃機関１０の運転状態や、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの個々の昇温の違い等によって２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度に差が出るということがある。

第２の実施形態のように、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度をそれぞれ検出することで、早く温度が上がる副選択還元型ＮＯｘ触媒（２５Ａ又は２５Ｂ）を特定することができる。これにより、非常添加制御を早く始めて不添加制御時間を短くすることができ、その結果としてＮＯｘの浄化を早期に始めることができる。

次に、図５の第３の実施形態を説明する、第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから合流経路２２に至る第１排気経路２０Ａの長さは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから合流経路２２に至る第２排気経路２０Ｂの長さよりも大きくしてある。つまり、添加しない第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至る排気経路は、添加する第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至る排気経路よりも短くなるように設定されている。第３の実施形態における添加制御プログラムは、第１の実施形態の場合と同じであり、非常添加制御の際には、第１添加弁２８Ａからの添加量が増やされると共に、第２添加弁２８Ｂからの添加量が零にされる。

第３の実施形態では、添加しない第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至る排気経路が短いため、非常添加制御時には主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における昇温が早まるという効果が得られる。又、添加する第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至る排気経路が長いため、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至る途中での尿素からアンモニアへの変換時間が長くなり、変換量が増える。そのため、ＮＯｘの浄化効率を高めることができる。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図６に示す第２の実施形態のように、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの代わりに、ＤＰＲ触媒３９Ａと選択還元型ＮＯｘ触媒４０Ａとを一体化した一体型触媒４１Ａ、及びＤＰＲ触媒３９Ｂと選択還元型ＮＯｘ触媒４０Ｂとを一体化した一体型触媒４１Ｂを用いてもよい。この場合、添加弁２８Ａ，２８Ｂは、一体型触媒４１Ａ，４１Ｂよりも上流に尿素水を添加するようにすればよい。一体型触媒４１Ａ，４１Ｂの採用は、コストに関して有利である。

○図６に示すように、エアフローメータ３８Ａ，３８Ｂから得られる吸気流量情報、インテークマニホールド１５内の圧力検出器４２によって得られる過給圧情報、回転数情報等から推定したＮＯｘ排出量を添加制御に用いてもよい。ＮＯｘ排出量の推定は、例えば特開２０１０−２７０６６４号公報、特開２００５−１３９９８３号公報等に開示されている。なお、制御手段Ｃは、圧力検出器４２によって検出される過給圧が目標過給圧になるように、過給機１９Ａ，１９Ｂのタービン部１９２Ａ，１９２Ｂにおけるベーン開度を制御する。

○副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの代わりにＮＯｘ吸蔵還元触媒又はＤＰＮＲ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持して構成されるＤｉｅｓｅｌel・Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ・ＮＯｘ・Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用い、尿素水の添加の代わりに燃料（軽油）を添加するようにしてもよい。この場合、主選択還元ＮＯｘ触媒２６の下流には、主選択還元ＮＯｘ触媒２６をすり抜けた燃料を酸化させる酸化触媒をアンモニア触媒２７に変えて配置する。

○副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂとして低温浄化率の高い選択還元型ＮＯｘ触媒を用い、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として高温浄化率の高い選択還元型ＮＯｘ触媒を用いる組み合わせとしてもよい。この場合、予め設定する第１基準温度を下げることで、不添加制御の期間を短くすることができ、ＮＯｘの浄化効率を高めることができる。

○副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａとして低温浄化率の高い選択還元型ＮＯｘ触媒を用い、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂとして中温浄化率の高い選択還元型ＮＯｘ触媒を用い、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として高温浄化率の高い選択還元型ＮＯｘ触媒を用いる組み合わせとしてもよい。この場合、予め設定する第１基準温度を下げることで、不添加制御の期間を短くするとともに、通常添加制御時の副選択還元型ＮＯｘ触媒２５ＢにおけるＮＯｘ浄化率を高めることができ、主選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量を減らすことができる。

○第１の実施形態において、非常添加制御では第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける添加量を零ではない添加量に減らすようにしてもよい。
○第１の実施形態において、非常添加制御では第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａにおける尿素水添加量を減らし、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける尿素水添加量を増やすようにしてもよい。

○第１の実施形態において、第２排気経路２０Ｂ内の排気温度を検出する温度検出器を設け、該温度検出器から得られる検出温度と温度検出器３６Ａから得られる検出温度との平均値を図２のフローチャートのステップＳ１における温度Ｔｓとして用いてもよい。あるいは該温度検出器から得られる検出温度と温度検出器３６Ａから得られる検出温度とのうち低い方の温度を温度Ｔｓとして用いてもよい。

○第１基準温度として、尿素分解温度より高く、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における活性温度より低い温度を採用してもよい。
○第２基準温度として、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における活性温度より高い温度を採用してもよい。

○制御手段Ｃにおける尿素水の添加制御として、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６及び副選択型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂにおけるアンモニアの吸着量と、内燃機関１０より排出されるＮＯｘ量とを算出し、各選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着できるアンモニア量に応じて尿素水の添加を休止する制御を採用してもよい。

○本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。

２０Ａ…第１排気経路。２０Ｂ…第２排気経路。２２…合流経路。２２０…合流部。２５Ａ…第１副ＮＯｘ触媒としての第１副選択還元型ＮＯｘ触媒。２５Ｂ…第２副ＮＯｘ触媒としての第２副選択還元型ＮＯｘ触媒。２６…主ＮＯｘ触媒としての主選択還元型ＮＯｘ触媒。３０Ａ…第１添加手段。３０Ｂ…第２添加手段。３６Ａ…第１温度検出器である温度検出器。３６Ｂ…第２温度検出器である温度検出器。３７…第３温度検出器である温度検出器。Ｃ…制御手段。Ｔａ…第１基準温度。Ｔｂ…第２基準温度。

Claims (8)

1. 第１排気経路及び第２排気経路が内燃機関から延出しており、前記第１排気経路における排気ガスを浄化するＮＯｘ触媒及び前記第２排気経路における排気ガスを浄化するＮＯｘ触媒が設けられている内燃機関における排気ガス浄化装置において、
   前記第１排気経路と前記第２排気経路とが合流されており、
   前記第１排気経路には第１副ＮＯｘ触媒が設けられており、
   前記第２排気経路には第２副ＮＯｘ触媒が設けられており、
   前記第１副ＮＯｘ触媒の温度を検出する第１温度検出器が設けられており、
   前記第１排気経路と前記第２排気経路との合流部より下流の合流経路には主ＮＯｘ触媒が設けられており、
   前記主ＮＯｘ触媒の温度を検出する第３温度検出器が設けられており、
   前記第１副ＮＯｘ触媒の上流でアンモニア源を供給する第１添加手段が設けられており、
   前記第２副ＮＯｘ触媒の上流でアンモニア源を供給する第２添加手段が設けられており、
   前記第１添加手段における添加量及び前記第２添加手段における添加量を制御する制御手段が設けられており、
   前記制御手段は、
   第１温度検出器によって検出された温度が予め設定された第１基準温度以上であり、且つ第３温度検出器によって検出された温度が予め設定された第２基準温度以上である場合には、前記第１排気経路内のＮＯｘ濃度に基づいて第１添加手段における添加量を設定するととともに前記第２排気経路内のＮＯｘ濃度に基づいて第２添加手段における添加量を設定する通常添加制御を選択し、
   第１温度検出器によって検出された温度が予め設定された第１基準温度以上であり、且つ第３温度検出器によって検出された温度が予め設定された第２基準温度未満である場合には、前記通常添加制御よりも前記第１添加手段と前記第２添加手段とのいずれか一方の添加量を増やし、他方の添加量を減らす非常添加制御を選択する機能を備える
   内燃機関における排気ガス浄化装置。
2. 前記第１温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度未満である場合には、前記制御手段は、前記第１添加手段における添加量と前記第２添加手段における添加量とを零にする不添加制御を遂行する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記第２副ＮＯｘ触媒の温度を検出する第２温度検出器をさらに備え、
   前記制御手段は、前記第１温度検出器によって検出された温度と、前記第２温度検出器によって検出された温度とのいずれか高い方の温度が、前記第１基準温度以上である場合には、前記非常添加制御として、前記第１副ＮＯｘ触媒と前記第２副ＮＯｘ触媒とのうちの温度が高い方へアンモニア源を供給する添加手段の添加量を増やし、温度が低い方への添加量を減らす制御を遂行する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記第１温度検出器によって検出された温度および前記第２温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度未満である場合には、前記制御手段は、前記第１添加手段における添加量と前記第２添加手段における添加量とを零にする不添加制御を遂行する請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記非常添加制御は、前記他方の添加量を零にする制御である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記非常添加制御における添加量を増やす添加手段における添加量は、前記通常添加制御における前記第１添加手段における添加量と前記第２添加手段における添加量との和である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記主ＮＯｘ触媒、前記第１副ＮＯｘ及び前記第２副ＮＯｘは、いずれも選択還元型ＮＯｘ触媒である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
8. 前記第１副ＮＯｘ触媒から前記合流部までの第１排気経路の長さは、前記第２副ＮＯｘ触媒から前記合流部までの長さよりも大きくされており、前記制御手段は、前記非常添加制御として、前記第１添加手段の添加量を増やし、前記第２添加手段の添加量を減らす制御を遂行する請求項１に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。