JP7353010B2 - Hydrogen fuel engine exhaust purification system - Google Patents

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Description

本発明は、水素燃料エンジンの排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust purification system for a hydrogen fuel engine.

水素を燃料として用いる水素燃料エンジンにおいては、炭化水素を燃料として用いるガソリンエンジンと同様の構造を有するエンジンが利用される。ただし、水素燃料エンジンにおいては、燃料に水素が用いられることにより、水素の燃焼後に生じる排気ガスは、ガソリンエンジンの場合と異なる。また、水素燃料エンジンから排気される排気ガスには、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が含まれない一方、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれる。 Hydrogen fuel engines that use hydrogen as fuel use engines that have a structure similar to gasoline engines that use hydrocarbons as fuel. However, since hydrogen is used as fuel in a hydrogen fuel engine, the exhaust gas generated after combustion of hydrogen is different from that in a gasoline engine. Further, while the exhaust gas exhausted from a hydrogen fuel engine does not contain hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), it does contain nitrogen oxides (NOx).

水素燃料エンジンに関するものではないが、特許文献１の内燃機関の制御装置においては、ＮＯｘを吸蔵する吸蔵還元型触媒と、アンモニアを吸蔵する選択還元型触媒とを排気管に配置して、排気管から大気へのＮＯｘ及びアンモニアの放出量を抑制する工夫がなされている。吸蔵還元型触媒は、内燃機関の空燃比を理論空燃比よりも燃料リーン側にしたときの排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵し、内燃機関の空燃比を燃料リッチ側にしたときに、吸蔵したＮＯｘを放出して、このＮＯｘをアンモニアに還元する。一方、選択還元型触媒は、排気ガスに含まれるアンモニアを吸蔵するとともに、吸蔵したアンモニアによってＮＯｘを還元する。 Although not related to a hydrogen fuel engine, in the internal combustion engine control device of Patent Document 1, a storage reduction catalyst that stores NOx and a selective reduction catalyst that stores ammonia are arranged in an exhaust pipe. Efforts have been made to suppress the amount of NOx and ammonia released into the atmosphere. Storage reduction catalysts store NOx contained in exhaust gas when the air-fuel ratio of the internal combustion engine is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio; It releases NOx and reduces this NOx to ammonia. On the other hand, the selective reduction catalyst stores ammonia contained in exhaust gas and reduces NOx using the stored ammonia.

特開２０１２－２３７２９６号公報JP2012-237296A

特許文献１の内燃機関の制御装置は、ディーゼルエンジンに用いられるものであり、水素燃料エンジンに用いられるものではない。ディーゼルエンジン等の炭化水素を燃料として用いるエンジンの場合には、排気ガスに水素が含まれることはない。 The internal combustion engine control device of Patent Document 1 is used for a diesel engine, and is not used for a hydrogen fuel engine. In the case of engines that use hydrocarbons as fuel, such as diesel engines, the exhaust gas does not contain hydrogen.

一方、水素燃料エンジンにおいては、窒素酸化物の排出量を減らすためには、水素燃料エンジンの空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりも燃料リッチ側にして、燃焼運転することが考えられる。ただし、この場合には、排気ガスに含まれる水素の量が増加することになる。よって、水素燃料エンジンにおいて、排気ガスに含まれる水素を利用して、窒素酸化物の大気への放出を効果的に抑制するためには、排気管に配置される触媒の用い方に工夫が必要である。また、水素を利用してアンモニアが生成されるときには、アンモニアの大気への放出も効果的に抑制する工夫が必要である。 On the other hand, in a hydrogen fuel engine, in order to reduce the amount of nitrogen oxides emitted, it is conceivable to set the air fuel ratio of the hydrogen fuel engine to the fuel richer side than the stoichiometric air fuel ratio (stoichiometric) and perform combustion operation. However, in this case, the amount of hydrogen contained in the exhaust gas will increase. Therefore, in order to effectively suppress the release of nitrogen oxides into the atmosphere using the hydrogen contained in the exhaust gas in a hydrogen-fueled engine, it is necessary to devise ways to use the catalyst placed in the exhaust pipe. It is. Furthermore, when ammonia is generated using hydrogen, it is necessary to devise ways to effectively suppress the release of ammonia into the atmosphere.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘ及びアンモニアの放出量を効果的に抑制することができる水素燃料エンジンの排気浄化システムを提供しようとして得られたものである。 The present invention has been made in view of such problems, and is an exhaust purification system for a hydrogen fuel engine that can effectively suppress the amount of NOx and ammonia released into the atmosphere by using hydrogen contained in exhaust gas. This was obtained by trying to provide the following.

本発明の一態様は、
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、前記第２触媒に吸着されたアンモニアの量をアンモニア吸着量として推定するアンモニア検知部（５２）、前記第２触媒の温度を推定又は測定する温度検知部（５５）、及び前記温度検知部による前記第２触媒の温度が高くなるほど、前記第２触媒に吸着可能なアンモニアの量を示す吸着上限容量が小さくなる関係が設定された関係設定部（５６）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
空燃比制御時における前記温度検知部による前記第２触媒の温度を前記関係設定部に照合して、当該温度における前記吸着上限容量を制御上限量とし、前記アンモニア検知部による前記アンモニア吸着量が前記制御上限量になるまで、前記水素燃料エンジンにおける前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記アンモニア検知部による前記アンモニア吸着量が前記制御上限量を超えたときに、前記水素燃料エンジンにおける前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）にある。 One aspect of the present invention is
configured in an exhaust pipe (3) of a hydrogen fuel engine (2) that uses hydrogen as fuel;
a first catalyst (31 )and,
It is disposed in the exhaust pipe at a position downstream of the flow of exhaust gas (G) from the first catalyst, and has the property of adsorbing ammonia flowing from the first catalyst, and also has the property of adsorbing ammonia flowing from the first catalyst, and using ammonia to remove nitrogen oxides. a second catalyst (32) having a reducing property;
An air-fuel ratio control unit (51) that adjusts the air-fuel ratio, which is a ratio of the mass of combustion air to the mass of hydrogen, in the hydrogen fuel engine, and estimates the amount of ammonia adsorbed on the second catalyst as an ammonia adsorption amount. An ammonia detection unit (52), a temperature detection unit (55) that estimates or measures the temperature of the second catalyst, and the higher the temperature of the second catalyst measured by the temperature detection unit, the more ammonia that can be adsorbed to the second catalyst. an engine control device (5) having a relationship setting unit (56) in which a relationship is set such that the upper limit adsorption capacity indicating the amount of
The air-fuel ratio control section includes:
The temperature of the second catalyst detected by the temperature detection unit during air-fuel ratio control is checked against the relationship setting unit, and the adsorption upper limit capacity at the temperature is set as the control upper limit amount, and the ammonia adsorption amount by the ammonia detection unit is Until the control upper limit amount is reached, the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine is set to a stoichiometric air-fuel ratio at which the hydrogen and oxygen in the combustion air are combusted in just the right amount, or an air-fuel ratio on the hydrogen-rich side than the stoichiometric air-fuel ratio. hydrogen rich control in which ammonia generated in the first catalyst is adsorbed on the second catalyst using hydrogen and nitrogen oxides exhausted into the exhaust pipe;
When the ammonia adsorption amount by the ammonia detection unit exceeds the control upper limit amount, the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine is set to a hydrogen-lean side than the stoichiometric air-fuel ratio, and the first catalyst is activated. An exhaust gas purification system (1) for a hydrogen fuel engine is configured to alternately and repeatedly perform hydrogen lean control in which passing nitrogen oxides are reduced by ammonia adsorbed on the second catalyst.

前記一態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムにおいては、水素燃料エンジンから排気される水素を利用して、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を効果的に浄化する工夫をしている。具体的には、水素燃料エンジンから排気ガスが排気される排気管に、ＮＯｘを還元する性質を有する第１触媒と、アンモニアを吸着する性質を有する第２触媒とを配置している。 In the exhaust gas purification system for a hydrogen fuel engine according to the above embodiment, hydrogen exhausted from the hydrogen fuel engine is used to effectively purify nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx). Specifically, a first catalyst having a property of reducing NOx and a second catalyst having a property of adsorbing ammonia are disposed in an exhaust pipe through which exhaust gas is exhausted from a hydrogen fuel engine.

そして、第１触媒においては、ＮＯｘが分解されて還元されるときに生じる窒素を、水素との反応に用いて、アンモニアを生成することができる。また、第２触媒においては、第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着し、このアンモニアを、第１触媒から流れ込むＮＯｘを還元するために用いることができる。 In the first catalyst, nitrogen generated when NOx is decomposed and reduced can be used for a reaction with hydrogen to generate ammonia. Furthermore, the second catalyst can adsorb ammonia flowing in from the first catalyst, and use this ammonia to reduce NOx flowing in from the first catalyst.

そのため、空燃比制御部によって水素リッチ制御と水素リーン制御とを繰り返し行い、水素燃料エンジンから排気管へ、水素が多く排気されるタイミングとＮＯｘが多く排気されるタイミングとを適切にコントロールすることにより、水素を利用して、第２触媒から大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。 Therefore, the air-fuel ratio control section repeatedly performs hydrogen rich control and hydrogen lean control to appropriately control the timing at which a large amount of hydrogen is exhausted from the hydrogen fuel engine and the timing at which a large amount of NOx is exhausted from the hydrogen fuel engine to the exhaust pipe. , hydrogen can be used to effectively suppress the amount of NOx released from the second catalyst to the atmosphere.

また、発明者の研究開発により、第２触媒は、温度が高くなるとアンモニアを吸着できる容量が小さくなることが判明した。そこで、エンジン制御装置の関係設定部に、第２触媒のアンモニアの吸着上限容量が第２触媒の温度が高くなるほど小さくなる関係を設定し、空燃比制御部が、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換えるまでの時間を、第２触媒の温度が高くなるほど短くなるようにしている。これにより、第２触媒の温度が高くなって、第２触媒のアンモニアの吸着上限容量が小さくなるときでも、第２触媒から大気へのアンモニアの放出量を効果的に抑制することができる。 Further, through research and development by the inventors, it has been found that the capacity of the second catalyst to adsorb ammonia decreases as the temperature increases. Therefore, a relationship is set in the relationship setting section of the engine control device such that the upper limit adsorption capacity of ammonia of the second catalyst becomes smaller as the temperature of the second catalyst increases, and the air-fuel ratio control section changes from hydrogen rich control to hydrogen lean control. The time required for switching is made shorter as the temperature of the second catalyst becomes higher. Thereby, even when the temperature of the second catalyst increases and the upper limit adsorption capacity of ammonia of the second catalyst decreases, the amount of ammonia released from the second catalyst to the atmosphere can be effectively suppressed.

それ故、前記一態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムによれば、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘ及びアンモニアの放出量を効果的に抑制することができる。 Therefore, according to the exhaust gas purification system for a hydrogen-fueled engine according to the above embodiment, hydrogen contained in exhaust gas can be used to effectively suppress the amount of NOx and ammonia released into the atmosphere.

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。 Note that the parenthetical symbols of each component shown in one aspect of the present invention indicate correspondence with the symbols in the figures in the embodiment, but each component is not limited to the content of the embodiment.

図１は、実施形態１にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an exhaust purification system according to a first embodiment. 図２は、実施形態１にかかる、第２触媒の温度と、第２触媒におけるアンモニアの吸着上限容量との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature of the second catalyst and the upper limit adsorption capacity of ammonia in the second catalyst, according to the first embodiment. 図３は、実施形態１にかかる、水素燃料エンジンにおける空燃比が理論空燃比にあるときの、第１触媒の温度と、第１触媒から流出するアンモニアの量との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the first catalyst and the amount of ammonia flowing out from the first catalyst when the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine is at the stoichiometric air-fuel ratio according to the first embodiment. 図４は、実施形態１にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a method of controlling the exhaust gas purification system according to the first embodiment. 図５は、実施形態１にかかる、（ａ）水素燃料エンジンにおける空燃比の変化、（ｂ）第１触媒におけるＮＯｘ浄化率の変化、（ｃ）第１触媒の、排気ガスの流れの下流側におけるＮＯｘ量の変化、（ｄ）第２触媒におけるアンモニア吸着量の変化、（ｅ）第２触媒の、排気ガスの流れの下流側におけるＮＯｘ量の変化を模式的に示すグラフである。FIG. 5 shows (a) change in air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine, (b) change in NOx purification rate in the first catalyst, and (c) downstream side of the flow of exhaust gas of the first catalyst, according to Embodiment 1. 3 is a graph schematically showing a change in the amount of NOx in (d) a change in the amount of ammonia adsorbed in the second catalyst, and (e) a change in the amount of NOx on the downstream side of the flow of exhaust gas of the second catalyst. 図６は、実施形態１にかかる、第１触媒の温度が４００℃である場合について、水素燃料エンジンにおける空燃比と、第１触媒の、排気ガスの流れの下流側におけるアンモニア、ＮＯｘ及びＮ2Ｏの各濃度との関係を示すグラフ。FIG. 6 shows the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine and the ammonia, NOx, and N 2 on the downstream side of the exhaust gas flow of the first catalyst when the temperature of the first catalyst is 400° C. according to Embodiment 1. Graph showing the relationship with each concentration of O. 図７は、実施形態２にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of an exhaust purification system according to the second embodiment. 図８は、実施形態２にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a method for controlling an exhaust gas purification system according to the second embodiment. 図９は、実施形態２にかかる、（ａ）水素燃料エンジンにおける空燃比の変化、（ｂ）空気供給装置から第２触媒への空気の導入のタイミング、（ｃ）第２触媒の温度の変化を模式的に示すグラフである。FIG. 9 shows (a) changes in the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine, (b) timing of introducing air from the air supply device to the second catalyst, and (c) changes in the temperature of the second catalyst, according to the second embodiment. It is a graph schematically showing.

前述した水素燃料エンジンの排気浄化システムにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１は、図１に示すように、水素を燃料として用いる水素燃料エンジン２の排気管３に構成されている。排気浄化システム１は、排気管３内に配置された第１触媒３１と、排気管３内における、第１触媒３１よりも排気ガスＧの流れの下流側の位置に配置された第２触媒３２とを備える。第１触媒３１は、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を還元する性質を有するとともに、水素燃料エンジン２から排気管３に排気される水素（Ｈ2）及びＮＯｘを用いてアンモニア（ＮＨ3）を生成する性質を有する。第２触媒３２は、第１触媒３１から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いてＮＯｘを還元する性質を有する。 A preferred embodiment of the above-mentioned exhaust purification system for a hydrogen fuel engine will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
As shown in FIG. 1, an exhaust purification system 1 for a hydrogen fuel engine 2 of this embodiment is configured in an exhaust pipe 3 of a hydrogen fuel engine 2 that uses hydrogen as fuel. The exhaust purification system 1 includes a first catalyst 31 disposed in the exhaust pipe 3 and a second catalyst 32 disposed in the exhaust pipe 3 at a position downstream of the first catalyst 31 in the flow of exhaust gas G. Equipped with. The first catalyst 31 has the property of reducing nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx ), and also converts ammonia (NH 3 ). The second catalyst 32 has the property of adsorbing ammonia flowing from the first catalyst 31, and also has the property of reducing NOx using ammonia.

また、排気浄化システム１は、空燃比制御部５１、アンモニア検知部５２、温度検知部としての第２温度検知部５５及び関係設定部５６を有するエンジン制御装置５を備える。空燃比制御部５１は、水素燃料エンジン２における、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整するよう構成されている。アンモニア検知部５２は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアの量をアンモニア吸着量として推定するよう構成されている。第２温度検知部５５は、第２触媒３２の温度を推定又は測定するよう構成されている。関係設定部５６には、図２に示すように、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が高くなるほど、第２触媒３２に吸着可能なアンモニアの量を示す吸着上限容量が小さくなる関係マップＭが設定されている。 Further, the exhaust purification system 1 includes an engine control device 5 having an air-fuel ratio control section 51, an ammonia detection section 52, a second temperature detection section 55 as a temperature detection section, and a relation setting section 56. The air-fuel ratio control unit 51 is configured to adjust the air-fuel ratio, which is the ratio of the mass of combustion air to the mass of hydrogen, in the hydrogen fuel engine 2. The ammonia detection unit 52 is configured to estimate the amount of ammonia adsorbed on the second catalyst 32 as the ammonia adsorption amount. The second temperature detection unit 55 is configured to estimate or measure the temperature of the second catalyst 32. As shown in FIG. 2, the relationship setting unit 56 has a function that the higher the temperature of the second catalyst 32 measured by the second temperature detection unit 55, the smaller the adsorption upper limit capacity indicating the amount of ammonia that can be adsorbed by the second catalyst 32. A relationship map M is set.

空燃比制御部５１は、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比又は理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、水素燃料エンジン２の燃焼運転を行う水素リッチ制御と、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、水素燃料エンジン２の燃焼運転を行う水素リーン制御とを、繰り返し行うよう構成されている。ここで、理論空燃比とは、燃料としての水素と燃焼用空気中の酸素とが過不足なく完全燃焼する空燃比のことをいう。 The air-fuel ratio control unit 51 performs hydrogen-rich control to perform combustion operation of the hydrogen-fueled engine 2 by setting the air-fuel ratio in the hydrogen-fueled engine 2 to a stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio on the hydrogen-rich side than the stoichiometric air-fuel ratio; The engine 2 is configured to repeatedly perform hydrogen lean control in which the hydrogen fuel engine 2 is operated by making the air fuel ratio in the engine 2 more hydrogen lean than the stoichiometric air fuel ratio. Here, the stoichiometric air-fuel ratio refers to an air-fuel ratio at which hydrogen as a fuel and oxygen in the combustion air are completely combusted without excess or deficiency.

水素リッチ制御においては、空燃比制御時における第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度を関係設定部５６の関係マップＭに照合して、当該温度における吸着上限容量を制御上限量とする。そして、空燃比制御部５１によって、アンモニア検知部５２によるアンモニア吸着量が制御上限量になるまで水素リッチ制御が行われる。水素リッチ制御が行われるときには、排気管３に排気される水素及び窒素酸化物が用いられて第１触媒３１においてアンモニアが生成され、このアンモニアが第２触媒３２に吸着される。 In hydrogen rich control, the temperature of the second catalyst 32 detected by the second temperature detection unit 55 during air-fuel ratio control is checked against the relationship map M of the relationship setting unit 56, and the adsorption upper limit capacity at that temperature is set as the control upper limit amount. . Then, the air-fuel ratio control section 51 performs hydrogen rich control until the amount of ammonia adsorbed by the ammonia detection section 52 reaches the control upper limit amount. When hydrogen rich control is performed, hydrogen and nitrogen oxides exhausted into the exhaust pipe 3 are used to generate ammonia in the first catalyst 31, and this ammonia is adsorbed by the second catalyst 32.

また、水素リッチ制御が行われるときに、アンモニア検知部５２によるアンモニア吸着量が制御上限量を超えたときには、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換わり、水素リーン制御が行われる。水素リーン制御が行われるときには、第１触媒３１を通過する窒素酸化物が、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによって還元される。 Further, when the hydrogen rich control is performed, when the amount of ammonia adsorbed by the ammonia detection unit 52 exceeds the control upper limit amount, the hydrogen rich control is switched to the hydrogen lean control, and the hydrogen lean control is performed. When hydrogen lean control is performed, nitrogen oxides passing through the first catalyst 31 are reduced by ammonia adsorbed on the second catalyst 32.

以下に、本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１について詳説する。
（排気浄化システム１）
図１に示すように、排気浄化システム１は、水素燃料エンジン２から排気される排気ガスＧに含まれるＮＯｘの浄化を、２種類の触媒３１，３２を用いた極めて簡単な構成によって行うものである。水素燃料エンジン２は、自動車に搭載されており、水素自動車を構成する。排気浄化システム１は、水素自動車の水素燃料エンジン２から排気される排気ガスＧを浄化する。 Below, the exhaust purification system 1 for the hydrogen fuel engine 2 of this embodiment will be explained in detail.
(Exhaust purification system 1)
As shown in FIG. 1, the exhaust purification system 1 purifies NOx contained in the exhaust gas G exhausted from the hydrogen fuel engine 2 with an extremely simple configuration using two types of catalysts 31 and 32. be. The hydrogen fuel engine 2 is installed in a car and constitutes a hydrogen car. The exhaust purification system 1 purifies exhaust gas G exhausted from a hydrogen fuel engine 2 of a hydrogen vehicle.

（水素燃料エンジン２）
本形態の水素燃料エンジン２は、複数の気筒を有するレシプロエンジン等の内燃機関を構成する。レシプロエンジンは、水素を燃料として燃焼させたときの熱エネルギーをピストンの往復運動に変換するとともに、往復運動を回転運動に変換して力学的エネルギーを取り出すものである。水素燃料エンジン２の燃焼室には、水素と燃焼用空気との混合気が吸気管から吸気され、燃焼室において混合気が圧縮され、燃焼膨張した後に、燃焼後の排気ガスＧが排気管３に排気される。なお、燃焼室には、燃焼用空気が吸気され、水素は燃焼室において直接噴射されてもよい。 (Hydrogen fuel engine 2)
The hydrogen fuel engine 2 of this embodiment constitutes an internal combustion engine such as a reciprocating engine having a plurality of cylinders. A reciprocating engine converts the thermal energy generated when hydrogen is burned as fuel into reciprocating motion of a piston, and converts the reciprocating motion into rotational motion to extract mechanical energy. A mixture of hydrogen and combustion air is taken into the combustion chamber of the hydrogen fuel engine 2 from the intake pipe, and after the mixture is compressed and combusted and expanded in the combustion chamber, the exhaust gas G after combustion is transferred to the exhaust pipe 3. is exhausted. Note that combustion air may be taken into the combustion chamber, and hydrogen may be directly injected into the combustion chamber.

水素燃料エンジン２においては、燃料としての水素の質量Ｆに対する燃焼用空気の質量Ａの比を示す空燃比（Ａ／Ｆ）が制御される。水素燃料エンジン２における空燃比が、理論空燃比に比べて水素の比率が高い水素リッチ側の空燃比にあるときには、排気ガスＧ中には水素がより多く含まれる。水素燃料エンジン２における空燃比が、理論空燃比に比べて燃焼用空気の比率が高い水素リーン側の空燃比にあるときには、排気ガスＧ中にはＮＯｘがより多く含まれる。 In the hydrogen fuel engine 2, an air-fuel ratio (A/F) indicating the ratio of the mass A of combustion air to the mass F of hydrogen as fuel is controlled. When the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is on the hydrogen-rich side, where the proportion of hydrogen is higher than the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust gas G contains more hydrogen. When the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is on the hydrogen-lean side where the ratio of combustion air is higher than the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust gas G contains more NOx.

（第１触媒３１）
図１に示すように、本形態の第１触媒３１は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を浄化可能な三元触媒によって構成されている。三元触媒は、セラミックス等からなる、ハニカム構造等の多孔質の触媒担体に、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の触媒が担持されたものである。三元触媒においては、ＮＯｘが窒素に還元され、炭化水素が水と二酸化炭素に酸化され、一酸化炭素が二酸化炭素に酸化される。 (First catalyst 31)
As shown in FIG. 1, the first catalyst 31 of this embodiment is constituted by a three-way catalyst capable of purifying nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC), and carbon monoxide (CO). A three-way catalyst is one in which a catalyst such as platinum, palladium, or rhodium is supported on a porous catalyst carrier such as a honeycomb structure made of ceramics or the like. In a three-way catalyst, NOx is reduced to nitrogen, hydrocarbons are oxidized to water and carbon dioxide, and carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide.

水素燃料エンジン２においては、水素を燃料としているために、排気ガスＧ中に炭化水素及び一酸化炭素は含まれない。一方、排気ガスＧ中には、水素（及びＮＯｘ）が含まれる。第１触媒３１においては、排気ガスＧ中の水素及びＮＯｘが流入し、ＮＯｘが窒素に分解されるときに、水素と窒素との反応によりアンモニアが生成される。また、水素と酸素との反応により、水が生成される。 In the hydrogen fuel engine 2, since hydrogen is used as fuel, the exhaust gas G does not contain hydrocarbons and carbon monoxide. On the other hand, the exhaust gas G contains hydrogen (and NOx). In the first catalyst 31, hydrogen and NOx in the exhaust gas G flow, and when the NOx is decomposed into nitrogen, ammonia is generated by a reaction between the hydrogen and nitrogen. Additionally, water is produced by the reaction between hydrogen and oxygen.

図３は、水素燃料エンジン２における空燃比が理論空燃比にあるときに、第１触媒３１において生成されるアンモニアの濃度、換言すれば、第１触媒３１の、排気ガスＧの流れの下流側に流出するアンモニアの量を示す。図３に示すように、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量は、第１触媒３１の温度に依存し、第１触媒３１の温度が２００℃付近にあるときに最大となる。そして、第１触媒３１の温度が２００℃を超えて高くなるほど、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量が少なくなる。 FIG. 3 shows the concentration of ammonia generated in the first catalyst 31 when the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is at the stoichiometric air-fuel ratio, in other words, the downstream side of the first catalyst 31 in the flow of exhaust gas G. shows the amount of ammonia flowing out. As shown in FIG. 3, the amount of ammonia produced in the first catalyst 31 depends on the temperature of the first catalyst 31, and becomes maximum when the temperature of the first catalyst 31 is around 200°C. Then, as the temperature of the first catalyst 31 increases beyond 200° C., the amount of ammonia produced in the first catalyst 31 decreases.

（第２触媒３２）
図１に示すように、本形態の第２触媒３２は、アンモニアによってＮＯｘを還元する選択還元触媒によって構成されている。選択還元触媒は、セラミックス、酸化チタン等の多孔質の触媒担体に、Ｃｕゼオライト、Ｆｅゼオライト等の触媒成分が担持されたものである。この触媒成分には、還元剤としてアンモニアが吸着される。選択還元触媒においては、アンモニアを還元剤としてＮＯｘが窒素と水に転換される。 (Second catalyst 32)
As shown in FIG. 1, the second catalyst 32 of this embodiment is constituted by a selective reduction catalyst that reduces NOx with ammonia. The selective reduction catalyst is one in which a catalyst component such as Cu zeolite or Fe zeolite is supported on a porous catalyst carrier such as ceramics or titanium oxide. Ammonia is adsorbed as a reducing agent in this catalyst component. In a selective reduction catalyst, NOx is converted into nitrogen and water using ammonia as a reducing agent.

第１触媒３１において生成されたアンモニアは、第２触媒３２へ流入し、第２触媒３２に吸着される。そして、第２触媒３２に吸着されたアンモニアは、ＮＯｘを還元するために用いられる。 Ammonia generated in the first catalyst 31 flows into the second catalyst 32 and is adsorbed by the second catalyst 32. The ammonia adsorbed on the second catalyst 32 is then used to reduce NOx.

（空燃比センサ４３）
図１に示すように、排気管３には、排気管３を流れる排気ガスＧに含まれる酸素又は水素の量を電流によって検出して水素燃料エンジン２における空燃比を求める空燃比センサ４３が配置されている。本形態の空燃比センサ４３は、排気管３における、第１触媒３１よりも排気ガスＧの流れの上流側の位置に配置されている。空燃比制御部５１は、空燃比センサ４３による空燃比が目標空燃比になるよう、水素と燃焼用空気との比率を調整するよう構成されている。 (Air-fuel ratio sensor 43)
As shown in FIG. 1, an air-fuel ratio sensor 43 is arranged in the exhaust pipe 3 to detect the amount of oxygen or hydrogen contained in the exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 3 using an electric current to determine the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2. has been done. The air-fuel ratio sensor 43 of this embodiment is arranged at a position in the exhaust pipe 3 on the upstream side of the flow of the exhaust gas G than the first catalyst 31. The air-fuel ratio control unit 51 is configured to adjust the ratio of hydrogen to combustion air so that the air-fuel ratio measured by the air-fuel ratio sensor 43 becomes the target air-fuel ratio.

（エンジン制御装置５）
図１に示すように、排気浄化システム１は、水素燃料エンジン２における燃焼動作を制御するエンジン制御装置５を備える。エンジン制御装置５は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）とも呼ばれ、水素自動車に搭載されたものである。エンジン制御装置５は、空燃比を調整するために、水素燃料エンジン２の燃焼室に吸気する燃焼用空気の質量と、水素噴射装置から噴射される水素の質量との少なくとも一方を適宜調整する。燃焼室には、水素が直接噴射されてもよく、水素と燃焼用空気との混合気が供給されてもよい。 (Engine control device 5)
As shown in FIG. 1, the exhaust purification system 1 includes an engine control device 5 that controls combustion operation in the hydrogen fuel engine 2. As shown in FIG. The engine control device 5 is also called an engine control unit (ECU) and is installed in a hydrogen vehicle. In order to adjust the air-fuel ratio, the engine control device 5 appropriately adjusts at least one of the mass of combustion air taken into the combustion chamber of the hydrogen fuel engine 2 and the mass of hydrogen injected from the hydrogen injection device. Hydrogen may be directly injected into the combustion chamber, or a mixture of hydrogen and combustion air may be supplied.

（空燃比制御部５１）
図１に示すように、エンジン制御装置５は、水素燃料エンジン２における空燃比を調整する空燃比制御部５１を有する。空燃比制御部５１は、水素リッチ制御と水素リーン制御とを交互に繰り返し行うよう構成されている。この構成により、還元剤供給装置等の特別な装置を用いることなく、第１触媒３１において生成されるアンモニアを、第２触媒３２において、ＮＯｘを浄化するために有効に活用することができる。 (Air-fuel ratio control section 51)
As shown in FIG. 1, the engine control device 5 includes an air-fuel ratio control section 51 that adjusts the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2. The air-fuel ratio control section 51 is configured to alternately and repeatedly perform hydrogen rich control and hydrogen lean control. With this configuration, ammonia generated in the first catalyst 31 can be effectively used to purify NOx in the second catalyst 32 without using a special device such as a reducing agent supply device.

空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を行うときには、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比又は理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にする。そして、水素リッチ制御が行われるときには、第１触媒３１においてＮＯｘが還元されるとともに、水素燃料エンジン２から排気管３に排気される水素及びＮＯｘが用いられてアンモニアが生成され、かつ第２触媒３２において、第１触媒３１から流出するアンモニアが吸着される。 When performing hydrogen-rich control, the air-fuel ratio control unit 51 sets the air-fuel ratio in the hydrogen-fueled engine 2 to a stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio on the hydrogen-rich side than the stoichiometric air-fuel ratio. When hydrogen rich control is performed, NOx is reduced in the first catalyst 31, ammonia is generated using hydrogen and NOx exhausted from the hydrogen fuel engine 2 to the exhaust pipe 3, and ammonia is generated in the second catalyst 31. At 32, ammonia flowing out from the first catalyst 31 is adsorbed.

水素燃料エンジン２における空燃比が水素リッチ側になるほど、排気ガスＧに含まれるＮＯｘが減少する一方、排気ガスＧに含まれる水素の量が増加し、第１触媒３１において水素を用いて生成されるアンモニアの量が増加する。そのため、空燃比制御部５１は、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量を増加させる場合には、水素燃料エンジン２における空燃比をより水素リッチ側にする。一方、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量を減少させる場合には、水素燃料エンジン２における空燃比をより水素リーン側にする。 As the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 becomes hydrogen-rich, the amount of NOx contained in the exhaust gas G decreases, while the amount of hydrogen contained in the exhaust gas G increases. The amount of ammonia increases. Therefore, when increasing the amount of ammonia produced in the first catalyst 31, the air-fuel ratio control unit 51 makes the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 more hydrogen-rich. On the other hand, when reducing the amount of ammonia produced in the first catalyst 31, the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is made more hydrogen lean.

空燃比制御部５１が水素リーン制御を行うときには、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にする。そして、水素リーン制御が行われるときには、第１触媒３１においてＮＯｘが浄化（還元）されるとともに、第１触媒３１において浄化されなかったＮＯｘが第１触媒３１を通過する。次いで、第１触媒３１を通過して第２触媒３２に流入するＮＯｘは、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによって浄化（還元）される。第２触媒３２に吸着されたアンモニアは、ＮＯｘとの反応に用いられて減少する。 When the air-fuel ratio control unit 51 performs hydrogen lean control, the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is set to an air-fuel ratio on the hydrogen-lean side than the stoichiometric air-fuel ratio. When hydrogen lean control is performed, NOx is purified (reduced) in the first catalyst 31, and NOx that has not been purified in the first catalyst 31 passes through the first catalyst 31. Next, the NOx that passes through the first catalyst 31 and flows into the second catalyst 32 is purified (reduced) by ammonia adsorbed by the second catalyst 32. Ammonia adsorbed on the second catalyst 32 is used for reaction with NOx and is reduced.

水素燃料エンジン２における空燃比が水素リーン側になるほど、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量が減少する一方、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの量が増加する。そして、水素リーン側になるほど、第１触媒３１においてＮＯｘを浄化しきれず、第１触媒３１から第２触媒３２へＮＯｘが流出する量が増加する。 As the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 becomes hydrogen lean, the amount of ammonia produced in the first catalyst 31 decreases, while the amount of NOx contained in the exhaust gas G increases. Then, as the hydrogen becomes leaner, the first catalyst 31 cannot completely purify NOx, and the amount of NOx flowing out from the first catalyst 31 to the second catalyst 32 increases.

空燃比制御部５１によって水素リッチ制御が行われるときには、水素燃料エンジン２から排気管３に排気される排気ガスＧに含まれるＮＯｘの量はそれほど多くなく、このＮＯｘの多くは、第１触媒３１において分解されて浄化される。また、第１触媒３１から第２触媒３２に流入して、第２触媒３２に吸着されるアンモニアの量は、時間の経過とともに徐々に増加し、いずれは飽和状態になる。そして、本形態の空燃比制御部５１は、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着量が飽和状態になる前に、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換える。 When hydrogen rich control is performed by the air-fuel ratio control section 51, the amount of NOx contained in the exhaust gas G discharged from the hydrogen fuel engine 2 to the exhaust pipe 3 is not so large, and most of this NOx is absorbed by the first catalyst 31. It is decomposed and purified. Further, the amount of ammonia that flows into the second catalyst 32 from the first catalyst 31 and is adsorbed by the second catalyst 32 gradually increases with the passage of time, and eventually reaches a saturated state. Then, the air-fuel ratio control unit 51 of the present embodiment switches from hydrogen rich control to hydrogen lean control before the amount of ammonia adsorbed in the second catalyst 32 reaches a saturated state.

（アンモニア検知部５２）
図１に示すように、本形態のエンジン制御装置５は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアの量をアンモニア吸着量として推定するアンモニア検知部５２を有する。第２触媒３２におけるアンモニアの吸着量は、第１触媒３１から第２触媒３２に流入するアンモニアの量に依存する。そして、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４による第１触媒３１の温度及び温度の変化の履歴、水素リッチ制御が行われた時間、空燃比の値（理論空燃比から水素リッチ側へのシフトの度合）等に基づいてアンモニア吸着量を推定する。また、アンモニア検知部５２は、主に第１触媒３１の温度の変化の履歴等に基づいてアンモニア吸着量を推定してもよい。 (Ammonia detection unit 52)
As shown in FIG. 1, the engine control device 5 of this embodiment includes an ammonia detection unit 52 that estimates the amount of ammonia adsorbed on the second catalyst 32 as the ammonia adsorption amount. The amount of ammonia adsorbed in the second catalyst 32 depends on the amount of ammonia flowing into the second catalyst 32 from the first catalyst 31 . Then, the ammonia detection unit 52 detects the temperature of the first catalyst 31 detected by the first temperature detection unit 54 and the history of temperature changes, the time when hydrogen rich control was performed, the value of the air-fuel ratio (from the stoichiometric air-fuel ratio to the hydrogen-rich side The amount of ammonia adsorption is estimated based on the degree of shift of Further, the ammonia detection unit 52 may estimate the amount of ammonia adsorption mainly based on the history of temperature changes of the first catalyst 31 and the like.

（第１温度検知部５４）
図１に示すように、エンジン制御装置５は、第１触媒３１の温度を推定又は測定する第１温度検知部５４を有する。本形態の第１温度検知部５４は、排気管３における、第１触媒３１の上流側の位置に配置された第１温度センサ４１によって測定された温度から、第１触媒３１の温度を推定するよう構成されている。第１温度検知部５４によって第１触媒３１の温度を検知することにより、第１触媒３１において生成されたアンモニアの量を推定することができる。第１温度検知部５４は、第１触媒３１の温度を測定する第１温度センサ４１を用いて構成してもよい。 (First temperature detection section 54)
As shown in FIG. 1, the engine control device 5 includes a first temperature detection section 54 that estimates or measures the temperature of the first catalyst 31. The first temperature detection unit 54 of this embodiment estimates the temperature of the first catalyst 31 from the temperature measured by the first temperature sensor 41 disposed at a position upstream of the first catalyst 31 in the exhaust pipe 3. It is configured like this. By detecting the temperature of the first catalyst 31 with the first temperature detection unit 54, the amount of ammonia generated in the first catalyst 31 can be estimated. The first temperature detection section 54 may be configured using a first temperature sensor 41 that measures the temperature of the first catalyst 31.

（第２温度検知部５５）
図１に示すように、エンジン制御装置５は、第２触媒３２の温度を推定又は測定する第２温度検知部５５を有する。本形態の第２温度検知部５５は、排気管３における、第２触媒３２の上流側の位置に配置された第２温度センサ４２によって測定された温度から、第２触媒３２の温度を推定するよう構成されている。第２温度検知部５５によって第２触媒３２の温度を検知することにより、第２触媒３２の、温度に依存する吸着上限容量の変化に応じて、水素リッチ制御を行う時間の長さを変化させることができる。また、第２温度検知部５５によって第２触媒３２の温度を検知することにより、第２触媒３２がアンモニアを還元剤としてＮＯｘを浄化（還元）する活性温度になったときに、第１触媒３１から第２触媒３２にＮＯｘが流入するようにしてもよい。第２温度検知部５５は、第２触媒３２の温度を測定する第２温度センサ４２を用いて構成してもよい。 (Second temperature detection section 55)
As shown in FIG. 1, the engine control device 5 includes a second temperature detection section 55 that estimates or measures the temperature of the second catalyst 32. The second temperature detection unit 55 of this embodiment estimates the temperature of the second catalyst 32 from the temperature measured by the second temperature sensor 42 disposed at a position upstream of the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3. It is configured like this. By detecting the temperature of the second catalyst 32 by the second temperature detection unit 55, the length of time for performing hydrogen rich control is changed according to a change in the temperature-dependent adsorption upper limit capacity of the second catalyst 32. be able to. Further, by detecting the temperature of the second catalyst 32 by the second temperature detection unit 55, when the second catalyst 32 reaches the activation temperature for purifying (reducing) NOx using ammonia as a reducing agent, the first catalyst 31 Alternatively, NOx may flow into the second catalyst 32 from the inside. The second temperature detection section 55 may be configured using a second temperature sensor 42 that measures the temperature of the second catalyst 32.

（関係設定部５６）
図２には、第２触媒３２の温度と、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着上限容量との関係を示す。第２触媒３２の温度が高くなるほど、アンモニアの吸着上限容量は小さくなる。この関係は、関係設定部５６において、関係マップＭとして設定（記憶）されている。第２触媒３２の各温度における吸着上限容量は、余裕率を考慮して若干小さく設定してもよい。空燃比制御部５１は、第２触媒３２の温度を監視し、アンモニア検知部５２によって検知される、第２触媒３２のアンモニア吸着量が、第２触媒３２の、温度に依存する吸着上限容量を超えるときには、第１触媒３１から第２触媒３２へアンモニアが供給されないようにする。 (Relationship setting section 56)
FIG. 2 shows the relationship between the temperature of the second catalyst 32 and the upper limit adsorption capacity of ammonia in the second catalyst 32. The higher the temperature of the second catalyst 32, the smaller the upper limit adsorption capacity for ammonia. This relationship is set (stored) as a relationship map M in the relationship setting section 56. The adsorption upper limit capacity of the second catalyst 32 at each temperature may be set slightly smaller in consideration of the margin rate. The air-fuel ratio control unit 51 monitors the temperature of the second catalyst 32 and determines whether the ammonia adsorption amount of the second catalyst 32 detected by the ammonia detection unit 52 exceeds the temperature-dependent adsorption upper limit capacity of the second catalyst 32. When the value is exceeded, ammonia is prevented from being supplied from the first catalyst 31 to the second catalyst 32.

（空燃比制御部５１による制御）
本形態の空燃比制御部５１は、通常は水素リッチ制御を行うよう構成されている。そして、水素リッチ制御を行うことにより、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの量を減らし、ＮＯｘが大気に放出されないようにする。一方、空燃比制御部５１は、アンモニア検知部５２によるアンモニア吸着量が、第２触媒３２の温度に依存する吸着上限容量としての制御上限量を超えたときに、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、規定の切換期間中だけ水素リーン制御を行うよう構成されている。 (Control by air-fuel ratio control section 51)
The air-fuel ratio control section 51 of this embodiment is normally configured to perform hydrogen rich control. Then, by performing hydrogen rich control, the amount of NOx contained in the exhaust gas G is reduced and NOx is prevented from being released into the atmosphere. On the other hand, the air-fuel ratio control unit 51 changes the hydrogen rich control to the hydrogen lean control when the ammonia adsorption amount by the ammonia detection unit 52 exceeds the control upper limit amount as the adsorption upper limit capacity that depends on the temperature of the second catalyst 32. The system is configured to perform hydrogen lean control only during a specified switching period.

これにより、空燃比制御部５１は、アンモニア検知部５２及び関係設定部５６を利用し、第２触媒３２に吸着されたアンモニアの量が第２触媒３２における吸着飽和量になる前に、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換えることができる。また、水素リーン制御は決められた期間のみ行うことにより、排気浄化システム１の構成を簡単にすることができる。 As a result, the air-fuel ratio control unit 51 utilizes the ammonia detection unit 52 and the relationship setting unit 56 to detect hydrogen richness before the amount of ammonia adsorbed on the second catalyst 32 reaches the adsorption saturation amount in the second catalyst 32. Control can be switched to hydrogen lean control. Further, by performing the hydrogen lean control only for a predetermined period, the configuration of the exhaust purification system 1 can be simplified.

また、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が規定の触媒活性温度を超えていることを条件にして、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換えが可能である。水素リーン制御においては、第１触媒３１から第２触媒３２へＮＯｘが流出することを想定している。そして、空燃比制御部５１は、第２触媒３２がＮＯｘを還元する能力を有する温度になっていることを条件にして水素リーン制御を行う。触媒活性温度は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによるＮＯｘの還元が可能となる温度として定められる。触媒活性温度は、例えば２００℃超過とすることができる。 Further, the air-fuel ratio control section 51 can switch from hydrogen rich control to hydrogen lean control on the condition that the temperature of the second catalyst 32 detected by the second temperature detection section 55 exceeds a specified catalyst activation temperature. be. In hydrogen lean control, it is assumed that NOx flows out from the first catalyst 31 to the second catalyst 32. Then, the air-fuel ratio control unit 51 performs hydrogen lean control on the condition that the temperature of the second catalyst 32 is such that it has the ability to reduce NOx. The catalyst activation temperature is defined as a temperature at which NOx can be reduced by ammonia adsorbed on the second catalyst 32. The catalyst activation temperature can be, for example, above 200°C.

（排気浄化システム１の制御方法）
次に、排気浄化システム１の制御方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
本形態の排気浄化システム１は、エンジン制御装置５の空燃比制御部５１による水素燃料エンジン２の燃焼運転が行われる際に利用される。空燃比制御部５１は、通常時として、水素燃料エンジン２における目標空燃比を水素リッチ側の空燃比にして、水素リッチ制御を開始する（図４のステップＳ１０１）。水素リッチ制御が行われるとき、水素燃料エンジン２から排気管３の第１触媒３１に排気される排気ガスＧには、ＮＯｘがあまり含まれない一方、水素が多く含まれる。そして、第１触媒３１においては、水素を用いてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアは第２触媒３２に流入して第２触媒３２に吸着される。 (Control method of exhaust purification system 1)
Next, a method of controlling the exhaust gas purification system 1 will be explained with reference to the flowchart of FIG. 4.
The exhaust purification system 1 of this embodiment is used when the air-fuel ratio control section 51 of the engine control device 5 performs a combustion operation of the hydrogen fuel engine 2. The air-fuel ratio control unit 51 sets the target air-fuel ratio in the hydrogen-fueled engine 2 to a hydrogen-rich air-fuel ratio and starts hydrogen-rich control (step S101 in FIG. 4). When hydrogen rich control is performed, the exhaust gas G discharged from the hydrogen fuel engine 2 to the first catalyst 31 of the exhaust pipe 3 does not contain much NOx, but contains a large amount of hydrogen. Then, in the first catalyst 31 , ammonia is generated using hydrogen, and the generated ammonia flows into the second catalyst 32 and is adsorbed by the second catalyst 32 .

次いで、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５によって第２触媒３２の温度を検知する（ステップＳ１０２）。そして、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度以下である場合には、この温度が触媒活性温度を超えるまで待機する。 Next, the air-fuel ratio control section 51 detects the temperature of the second catalyst 32 using the second temperature detection section 55 (step S102). Then, the air-fuel ratio control unit 51 determines whether the temperature of the second catalyst 32 detected by the second temperature detection unit 55 exceeds the catalyst activation temperature (step S103). If the temperature of the second catalyst 32 determined by the second temperature detection unit 55 is below the catalyst activation temperature, the process waits until this temperature exceeds the catalyst activation temperature.

次いで、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度を超えている場合には（ステップＳ１０３）、空燃比制御部５１は、第１温度検知部５４によって第１触媒３１の温度を検知する（ステップＳ１０４）。そして、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４による第１触媒３１の温度及び温度の変化の履歴、水素リッチ制御が行われた時間、空燃比の値等に基づいて、第２触媒３２におけるアンモニア吸着量を推定する（ステップＳ１０５）。 Next, if the temperature of the second catalyst 32 detected by the second temperature detection section 55 exceeds the catalyst activation temperature (step S103), the air-fuel ratio control section 51 causes the temperature of the first catalyst 31 to be detected by the first temperature detection section 54. The temperature is detected (step S104). Then, the ammonia detection section 52 detects the temperature of the second catalyst 31 based on the temperature of the first catalyst 31 and the history of temperature changes detected by the first temperature detection section 54, the time when the hydrogen rich control was performed, the value of the air-fuel ratio, etc. The amount of ammonia adsorption in is estimated (step S105).

また、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度を、関係設定部５６の関係マップＭに照合する。そして、空燃比制御部５１は、関係設定部５６の関係マップＭにおいて、当該温度における第２触媒３２の吸着上限容量を読み取り、この吸着上限容量を制御上限量として設定する（ステップＳ１０６）。こうして、空燃比制御部５１は、アンモニア検知部５２によるアンモニア吸着量が制御上限量を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。 Further, the air-fuel ratio control section 51 checks the temperature of the second catalyst 32 detected by the second temperature detection section 55 against the relationship map M of the relationship setting section 56 . Then, the air-fuel ratio control unit 51 reads the adsorption upper limit capacity of the second catalyst 32 at the temperature in the relationship map M of the relationship setting unit 56, and sets this adsorption upper limit capacity as the control upper limit amount (step S106). In this way, the air-fuel ratio control unit 51 determines whether the amount of ammonia adsorbed by the ammonia detection unit 52 exceeds the control upper limit amount (step S107).

アンモニア吸着量が制御上限量を超えるまでは、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度の検知、及び関係設定部５６における、第２触媒３２の温度に応じた制御上限量の設定が繰り返し行われる（ステップＳ１０１～Ｓ１０７）。そして、第２触媒３２の温度に応じて制御上限量が適宜変更される。 Until the ammonia adsorption amount exceeds the control upper limit amount, the second temperature detection section 55 detects the temperature of the second catalyst 32 and the related setting section 56 sets the control upper limit amount according to the temperature of the second catalyst 32. This is repeated (steps S101 to S107). Then, the control upper limit amount is changed as appropriate depending on the temperature of the second catalyst 32.

次いで、アンモニア吸着量が制御上限量を超えたときには、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、水素燃料エンジン２における目標空燃比を水素リーン側の一定の空燃比にして、水素リーン制御を実行する（ステップＳ１０８）。水素リーン制御が行われるとき、水素燃料エンジン２から排気管３の第１触媒３１に排気される排気ガスＧには、水素がほとんど含まれない一方、ＮＯｘが多く含まれる。排気ガスＧに含まれるＮＯｘは、第１触媒３１において一部が浄化されるものの、第１触媒３１における浄化能力を超えた量のＮＯｘが第１触媒３１から第２触媒３２へ流出する。そして、第２触媒３２においては、第２触媒３２に吸着されたアンモニアを還元剤として、第１触媒３１から流入するＮＯｘが浄化（還元）される。 Next, when the ammonia adsorption amount exceeds the control upper limit amount, the air-fuel ratio control unit 51 switches the hydrogen-rich control to the hydrogen-lean control, and sets the target air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 to a constant air-fuel ratio on the hydrogen-lean side. , execute hydrogen lean control (step S108). When hydrogen lean control is performed, the exhaust gas G discharged from the hydrogen fuel engine 2 to the first catalyst 31 of the exhaust pipe 3 contains almost no hydrogen, but contains a large amount of NOx. Although some of the NOx contained in the exhaust gas G is purified by the first catalyst 31, the amount of NOx that exceeds the purification ability of the first catalyst 31 flows out from the first catalyst 31 to the second catalyst 32. Then, in the second catalyst 32, the NOx flowing from the first catalyst 31 is purified (reduced) using ammonia adsorbed on the second catalyst 32 as a reducing agent.

また、アンモニア検知部５２は、水素リーン制御が行われるときに、アンモニア検知部５２によるアンモニア吸着量をゼロにリセットする。また、空燃比制御部５１は、水素リーン制御に切り換わった時からの時間の経過を測定し、この時間の経過が規定の切換時間になるまで水素リーン制御を実行する（ステップＳ１０９）。規定の切換時間が経過したときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ１０１）。 Further, the ammonia detection unit 52 resets the amount of ammonia adsorbed by the ammonia detection unit 52 to zero when hydrogen lean control is performed. Furthermore, the air-fuel ratio control unit 51 measures the passage of time from the time when the hydrogen lean control is switched, and executes the hydrogen lean control until the passage of time reaches the prescribed switching time (step S109). When the prescribed switching time has elapsed, the air-fuel ratio control unit 51 switches the hydrogen lean control to the hydrogen rich control (step S101).

その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。 Thereafter, the air-fuel ratio control section 51 repeats hydrogen rich control and hydrogen lean control. Further, the hydrogen rich control and the hydrogen lean control in the exhaust purification system 1 are stopped in response to appropriate conditions such as combustion stoppage of the hydrogen fuel engine 2.

（ＮＯｘ、アンモニアの量の変化）
図５（ａ）～（ｅ）には、水素リッチ制御及び水素リーン制御が繰り返される際の、第１触媒３１、第２触媒３２等におけるＮＯｘ量、アンモニア量等の時間的変化を示す。 (Changes in amount of NOx and ammonia)
FIGS. 5A to 5E show temporal changes in the amount of NOx, the amount of ammonia, etc. in the first catalyst 31, the second catalyst 32, etc. when hydrogen rich control and hydrogen lean control are repeated.

図５（ａ）においては、水素燃料エンジン２における空燃比が、水素リッチ側と水素リーン側とに交互に切り換わる状態を示す。図５（ｂ）においては、第１触媒３１におけるＮＯｘの浄化率が、水素リッチ制御が行われるときにはほぼ１００％であることに対し、水素リーン制御が行われるときには大幅に低下することを示す。ＮＯｘの浄化率が低下するときには、第１触媒３１の、排気ガスＧの流れの下流側へＮＯｘが流出する。 FIG. 5A shows a state in which the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is alternately switched between a hydrogen-rich side and a hydrogen-lean side. FIG. 5B shows that the NOx purification rate in the first catalyst 31 is approximately 100% when hydrogen-rich control is performed, but it significantly decreases when hydrogen-lean control is performed. When the NOx purification rate decreases, NOx flows to the downstream side of the first catalyst 31 in the flow of exhaust gas G.

図５（ｃ）においては、水素リーン制御が行われるときに、ＮＯｘの浄化率の低下を受けて、排気管３における、第１触媒３１の下流側に存在するＮＯｘの量が大幅に増加することを示す。この第１触媒３１の下流側に存在するＮＯｘは、排気管３を経由して第２触媒３２へと流入する。 In FIG. 5(c), when hydrogen lean control is performed, the amount of NOx present in the exhaust pipe 3 on the downstream side of the first catalyst 31 increases significantly due to a decrease in the NOx purification rate. Show that. NOx present on the downstream side of the first catalyst 31 flows into the second catalyst 32 via the exhaust pipe 3.

図５（ｄ）においては、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着量が、水素リッチ制御が行われるときに緩やかに増加し、水素リーン制御が行われるときに急激に減少することを示す。水素リーン制御が行われるときには、第２触媒３２に吸着されたアンモニアが還元剤としてＮＯｘの浄化に使用され、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着量が減少する。 FIG. 5(d) shows that the amount of ammonia adsorbed in the second catalyst 32 increases gradually when hydrogen rich control is performed, and rapidly decreases when hydrogen lean control is performed. When hydrogen lean control is performed, ammonia adsorbed on the second catalyst 32 is used as a reducing agent to purify NOx, and the amount of ammonia adsorbed on the second catalyst 32 is reduced.

図５（ｅ）においては、水素リッチ制御と水素リーン制御とが交互に繰り返されることにより、第２触媒３２の、排気ガスＧの流れの下流側にはＮＯｘが流出しないことを示す。これにより、排気管３から大気へＮＯｘが放出されない。また、第１触媒３１において生成されるアンモニアは、第２触媒３２においてＮＯｘの浄化に使用されることにより、排気管３から大気へ放出されない。 FIG. 5E shows that hydrogen rich control and hydrogen lean control are alternately repeated so that NOx does not flow out to the downstream side of the second catalyst 32 in the flow of exhaust gas G. As a result, NOx is not released from the exhaust pipe 3 into the atmosphere. Furthermore, the ammonia generated in the first catalyst 31 is used for purifying NOx in the second catalyst 32, so that it is not released into the atmosphere from the exhaust pipe 3.

（ＮＯｘとアンモニアの関係）
図６においては、水素燃料エンジン２における空燃比が変化したときに、第１触媒３１から流出するアンモニア、ＮＯｘ及びＮ2Ｏ（亜酸化窒素）の各濃度［ｐｐｍ］がどれだけ変化するかを示す。各濃度は、排気管３における、第１触媒３１と第２触媒３２との間の位置における値として示す。アンモニアの濃度は、第１触媒３１において生成されるアンモニアの量を示し、ＮＯｘの濃度及びＮ2Ｏの濃度は、第１触媒３１において浄化されずに第１触媒３１を通過するＮＯｘの量及びＮ2Ｏの量を示す。なお、水素燃料エンジン２から排気管３には２０００［ｐｐｍ］の濃度のＮＯｘが排出される場合を想定した。 (Relationship between NOx and ammonia)
In FIG. 6, it is shown how much the respective concentrations [ppm] of ammonia, NOx, and N 2 O (nitrous oxide) flowing out from the first catalyst 31 change when the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 changes. show. Each concentration is shown as a value at a position in the exhaust pipe 3 between the first catalyst 31 and the second catalyst 32. The concentration of ammonia indicates the amount of ammonia generated in the first catalyst 31, and the concentration of NOx and the concentration of N 2 O indicate the amount of NOx that passes through the first catalyst 31 without being purified in the first catalyst 31. Indicates the amount of N 2 O. It is assumed that NOx is discharged from the hydrogen fuel engine 2 into the exhaust pipe 3 at a concentration of 2000 [ppm].

空燃比が水素リッチ側になるほど第１触媒３１において生成されるアンモニアの量は増加する。一方、空燃比が水素リーン側になるほど第１触媒３１から流出するＮＯｘの量及びＮ2Ｏの量は増加する。つまり、第１触媒３１において生成されるアンモニアの量と、第１触媒３１から流出するＮＯｘの量及びＮ2Ｏの量とはトレードオフの関係にある。 The amount of ammonia produced in the first catalyst 31 increases as the air-fuel ratio becomes hydrogen rich. On the other hand, as the air-fuel ratio becomes hydrogen lean, the amount of NOx and the amount of N 2 O flowing out from the first catalyst 31 increase. In other words, there is a trade-off relationship between the amount of ammonia produced in the first catalyst 31 and the amount of NOx and N 2 O flowing out from the first catalyst 31.

（作用効果）
本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１においては、水素燃料エンジン２から排気される水素を利用して、ＮＯｘを効果的に浄化する工夫をしている。具体的には、水素燃料エンジン２から排気ガスＧが排気される排気管３に、ＮＯｘを還元する性質を有する第１触媒３１と、アンモニアを吸着する性質を有する第２触媒３２とを配置している。 (effect)
In the exhaust gas purification system 1 for the hydrogen fuel engine 2 of this embodiment, hydrogen exhausted from the hydrogen fuel engine 2 is used to effectively purify NOx. Specifically, a first catalyst 31 having the property of reducing NOx and a second catalyst 32 having the property of adsorbing ammonia are arranged in the exhaust pipe 3 through which exhaust gas G is exhausted from the hydrogen fuel engine 2. ing.

そして、水素リッチ制御が行われるときに、第１触媒３１においては、ＮＯｘが分解されて還元されるときに生じる窒素を、水素との反応に用いて、アンモニアを生成することができる。また、第２触媒３２においては、水素リッチ制御が行われるときに、第１触媒３１から流れ込むアンモニアを吸着し、水素リーン制御が行われるときに、吸着されたアンモニアを、第１触媒３１から流れ込むＮＯｘを還元するために用いることができる。 Then, when hydrogen rich control is performed, in the first catalyst 31, nitrogen generated when NOx is decomposed and reduced can be used for a reaction with hydrogen to generate ammonia. In addition, the second catalyst 32 adsorbs ammonia flowing from the first catalyst 31 when hydrogen rich control is performed, and the adsorbed ammonia flows from the first catalyst 31 when hydrogen lean control is performed. It can be used to reduce NOx.

そのため、エンジン制御装置５の空燃比制御部５１によって、水素燃料エンジン２から排気管３へ、水素が排気されるタイミングとＮＯｘが排気されるタイミングとを適切にコントロールすることにより、水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。 Therefore, by appropriately controlling the timing at which hydrogen is exhausted from the hydrogen fuel engine 2 and the timing at which NOx is exhausted from the hydrogen fuel engine 2 to the exhaust pipe 3, the air-fuel ratio control unit 51 of the engine control device 5 can utilize hydrogen. Therefore, the amount of NOx released into the atmosphere can be effectively suppressed.

また、排気浄化システム１においては、第１触媒３１及び第２触媒３２以外に、還元剤を生成する装置等を用いる必要がない。そして、エンジン制御装置５の空燃比制御部５１による水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えにより、ＮＯｘ及びアンモニアを浄化して、これらが大気に放出されないようにすることができる。 Further, in the exhaust purification system 1, there is no need to use a device for generating a reducing agent other than the first catalyst 31 and the second catalyst 32. By switching between hydrogen rich control and hydrogen lean control by the air-fuel ratio control unit 51 of the engine control device 5, NOx and ammonia can be purified and prevented from being released into the atmosphere.

また、第２触媒３２は、温度が高くなるとアンモニアを吸着できる容量が小さくなる性質を有する。そこで、エンジン制御装置５の関係設定部５６に、第２触媒３２のアンモニアの吸着上限容量が第２触媒３２の温度が高くなるほど小さくなる関係マップＭを設定し、空燃比制御部５１が、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換えるまでの時間を、第２触媒３２の温度が高くなるほど短くなるようにしている。 Further, the second catalyst 32 has a property that the capacity to adsorb ammonia decreases as the temperature increases. Therefore, a relationship map M in which the upper limit adsorption capacity of ammonia of the second catalyst 32 becomes smaller as the temperature of the second catalyst 32 becomes higher is set in the relationship setting unit 56 of the engine control device 5, and the air-fuel ratio control unit 51 The time required to switch from rich control to hydrogen lean control is made shorter as the temperature of the second catalyst 32 becomes higher.

図５（ｄ）には、水素リッチ制御が行われる時間を符号ｔによって示す。この時間ｔは、関係設定部５６による、吸着上限容量としての制御上限量の設定変更によって、第２触媒３２の温度が高くなるほど短くなる。これにより、第２触媒３２の温度が高くなって、第２触媒３２のアンモニアの吸着上限容量が小さくなるときでも、第２触媒３２から大気へのアンモニアの放出量を効果的に抑制することができる。 In FIG. 5(d), the time during which the hydrogen rich control is performed is indicated by the symbol t. This time t becomes shorter as the temperature of the second catalyst 32 becomes higher, due to the setting change of the control upper limit amount as the adsorption upper limit capacity by the relationship setting unit 56. As a result, even when the temperature of the second catalyst 32 increases and the upper limit adsorption capacity of ammonia of the second catalyst 32 decreases, the amount of ammonia released from the second catalyst 32 to the atmosphere can be effectively suppressed. can.

それ故、本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１によれば、排気ガスＧに含まれる水素を利用して、大気へＮＯｘ及びアンモニアが放出されないようにすることができる。 Therefore, according to the exhaust purification system 1 for the hydrogen fuel engine 2 of this embodiment, hydrogen contained in the exhaust gas G can be used to prevent NOx and ammonia from being released into the atmosphere.

＜実施形態２＞
本形態の排気浄化システム１は、空気供給装置６を備え、空気供給装置６から供給される空気Ｋによって第２触媒３２を冷却する構成を有する。また、本形態の排気浄化システム１は、第１触媒３１を通過するＮＯｘの量を推定し、水素リーン制御から水素リッチ制御に切り換えるタイミングを適切にする構成を有する。 <Embodiment 2>
The exhaust purification system 1 of this embodiment includes an air supply device 6 and has a configuration in which the second catalyst 32 is cooled by air K supplied from the air supply device 6. Furthermore, the exhaust purification system 1 of this embodiment has a configuration that estimates the amount of NOx passing through the first catalyst 31 and makes appropriate the timing for switching from hydrogen lean control to hydrogen rich control.

（空気供給装置６）
第２触媒３２における、アンモニアの吸着上限容量は、第２触媒３２の温度が高くなるほど小さくなることが分かっている。本形態においては、第２触媒３２の温度ができるだけ高くならないようにするために、第２触媒３２を冷却する構成が付加されている。空気供給装置６は、第２触媒３２を冷却するために排気管３へ空気Ｋを供給する。 (Air supply device 6)
It is known that the upper limit adsorption capacity of ammonia in the second catalyst 32 becomes smaller as the temperature of the second catalyst 32 becomes higher. In this embodiment, a configuration for cooling the second catalyst 32 is added in order to prevent the temperature of the second catalyst 32 from becoming as high as possible. The air supply device 6 supplies air K to the exhaust pipe 3 in order to cool the second catalyst 32.

より具体的には、図７に示すように、空気供給装置６は、空気Ｋを圧縮する圧縮機６１と、圧縮機６１によって圧縮された空気Ｋを排気管３内に導入するノズル６２とを有する。空気Ｋは、例えば、２０℃±１５℃の大気とすることができる。ノズル６２は、排気管３内における、第２触媒３２よりも排気ガスＧの流れの上流側の位置であって、第１触媒３１よりも排気ガスＧの流れの下流側の位置に配置されている。そして、ノズル６２によって、排気管３における、第１触媒３１と第２触媒３２との間の位置に空気Ｋが供給される。 More specifically, as shown in FIG. 7, the air supply device 6 includes a compressor 61 that compresses air K, and a nozzle 62 that introduces the air K compressed by the compressor 61 into the exhaust pipe 3. have The air K can be, for example, the atmosphere at a temperature of 20°C±15°C. The nozzle 62 is disposed in the exhaust pipe 3 at a position upstream of the flow of the exhaust gas G from the second catalyst 32 and downstream from the first catalyst 31 in the flow of the exhaust gas G. There is. Then, the air K is supplied by the nozzle 62 to a position in the exhaust pipe 3 between the first catalyst 31 and the second catalyst 32.

また、空気供給装置６は、空燃比制御時における第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が所定温度を超えたときに、排気管３内の第２触媒３２に空気Ｋを供給するよう構成されている。この構成により、第２触媒３２の温度を低く保つことができ、第２触媒３２の吸着上限容量が大きい状態を維持することができる。 Furthermore, the air supply device 6 supplies air K to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3 when the temperature of the second catalyst 32 determined by the second temperature detection unit 55 exceeds a predetermined temperature during air-fuel ratio control. It is configured like this. With this configuration, the temperature of the second catalyst 32 can be kept low, and the adsorption upper limit capacity of the second catalyst 32 can be maintained in a large state.

また、空気供給装置６は、水素リーン制御を行うときに、排気管３内の第２触媒３２に空気Ｋを供給するよう構成されている。アンモニアが存在する状態の排気管３に酸素が供給されると、アンモニアと酸素が反応してＮＯｘが生成されるおそれがある。そのため、水素の反応によるアンモニアが排気管３に流出しない状態が形成される水素リーン制御において、排気管３に空気Ｋが供給されることにより、不要なＮＯｘの発生を抑えることができる。 Furthermore, the air supply device 6 is configured to supply air K to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3 when performing hydrogen lean control. If oxygen is supplied to the exhaust pipe 3 in the presence of ammonia, there is a possibility that ammonia and oxygen will react and NOx will be generated. Therefore, in the hydrogen lean control in which a state in which ammonia due to hydrogen reaction does not flow out into the exhaust pipe 3, air K is supplied to the exhaust pipe 3, thereby suppressing the generation of unnecessary NOx.

（ＮＯｘ検知部５３）
図７に示すように、本形態のエンジン制御装置５は、第１触媒３１を通過するＮＯｘの量を窒素酸化物通過量（以下、ＮＯｘ通過量という。）として推定する窒素酸化物検知部５３（以下、ＮＯｘ検知部５３という。）を有する。ＮＯｘ検知部５３は、排気管３における、第１触媒３１と第２触媒３２との間の位置に配置されたＮＯｘセンサ（窒素酸化物センサ）４４を利用して、第１触媒３１から流出するＮＯｘの量をＮＯｘ通過量として推定する。ＮＯｘ検知部５３によって推定されるＮＯｘ通過量は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによって還元されるＮＯｘの量と同じであるとする。そして、第２触媒３２に吸着されたアンモニアの減少量は、ＮＯｘ通過量に比例する。このことに基づき、エンジン制御装置５においては、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着量が吸着上限容量からゼロになるまでの、第１触媒３１におけるＮＯｘ通過量が、規定の目標通過量として定められている。 (NOx detection unit 53)
As shown in FIG. 7, the engine control device 5 of this embodiment includes a nitrogen oxide detection unit 53 that estimates the amount of NOx passing through the first catalyst 31 as a nitrogen oxide passing amount (hereinafter referred to as NOx passing amount). (hereinafter referred to as NOx detection section 53). The NOx detection unit 53 uses a NOx sensor (nitrogen oxide sensor) 44 disposed in the exhaust pipe 3 at a position between the first catalyst 31 and the second catalyst 32 to detect the gas flowing out from the first catalyst 31. The amount of NOx is estimated as the amount of NOx passing. It is assumed that the amount of NOx passing estimated by the NOx detection unit 53 is the same as the amount of NOx reduced by ammonia adsorbed on the second catalyst 32. The amount of decrease in ammonia adsorbed by the second catalyst 32 is proportional to the amount of NOx passing through. Based on this, in the engine control device 5, the amount of NOx passing through the first catalyst 31 until the amount of adsorption of ammonia in the second catalyst 32 becomes zero from the adsorption upper limit capacity is determined as a specified target amount of passing through the first catalyst 31. ing.

図示は省略するが、エンジン制御装置５は、排気管３を流れる排気ガスＧの流量を推定する流量推定部を有する。流量推定部は、水素燃料エンジン２の吸気管における燃焼用空気の流量、及び燃料噴射装置からの水素の噴射量に基づいて、排気ガスＧの流量を推定する。また、流量推定部は、排気管３を流れる排気ガスＧの流量を測定する流量計を用いて、排気ガスＧの流量を検知してもよい。ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘ通過量は、ＮＯｘセンサ４４によるＮＯｘの濃度及び排気ガスＧの流量の時間的変化に基づいて求められる。 Although not shown, the engine control device 5 includes a flow rate estimating section that estimates the flow rate of the exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 3. The flow rate estimation unit estimates the flow rate of the exhaust gas G based on the flow rate of combustion air in the intake pipe of the hydrogen fuel engine 2 and the amount of hydrogen injected from the fuel injection device. Further, the flow rate estimation section may detect the flow rate of the exhaust gas G using a flow meter that measures the flow rate of the exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 3. The amount of NOx passing through the NOx detection unit 53 is determined based on the NOx concentration measured by the NOx sensor 44 and the temporal change in the flow rate of the exhaust gas G.

ＮＯｘ検知部５３は、ＮＯｘセンサ４４を利用せずに、水素燃料エンジン２における空燃比の変化、及び第１触媒３１におけるＮＯｘの還元能力の変化を利用して、ＮＯｘ通過量を推定することもできる。また、ＮＯｘ検知部５３は、空燃比が水素リーン側になるほどＮＯｘが多く発生して第１触媒３１から流出するＮＯｘが多くなることを指標にし、推定されるＮＯｘの流出量を積算して、ＮＯｘ通過量を求めることもできる。 The NOx detection unit 53 may also estimate the amount of NOx passing by using changes in the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 and changes in the NOx reduction ability in the first catalyst 31, without using the NOx sensor 44. can. Further, the NOx detection unit 53 integrates the estimated outflow amount of NOx, using as an indicator that the more the air-fuel ratio becomes hydrogen lean, the more NOx is generated and the more NOx flows out from the first catalyst 31. It is also possible to determine the amount of NOx passing through.

本形態の空燃比制御部５１は、通常は水素リッチ制御を行い、かつ、実施形態１に示すアンモニア検知部５２によるアンモニア吸着量が規定の吸着上限容量を超えてから、ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘ通過量が規定の目標通過量を超えるまでは、水素リーン制御を行うよう構成されている。ＮＯｘ検知部５３を用いることにより、空燃比制御部５１は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアが、吸着上限容量にある状態からほとんどなくなる状態になるまで、水素リーン制御を行うことができる。 The air-fuel ratio control unit 51 of the present embodiment normally performs hydrogen rich control, and after the amount of ammonia adsorption by the ammonia detection unit 52 shown in the first embodiment exceeds a specified adsorption upper limit capacity, the air-fuel ratio control unit 51 performs NOx detection by the NOx detection unit 53. The hydrogen lean control is performed until the passing amount exceeds a prescribed target passing amount. By using the NOx detection unit 53, the air-fuel ratio control unit 51 can perform hydrogen lean control until the ammonia adsorbed on the second catalyst 32 goes from being at the upper limit adsorption capacity to almost disappearing.

また、空燃比制御部５１は、第２触媒３２の温度が所定温度を超えていて水素リーン制御を行うときに、空気供給装置６から排気管３内の第２触媒３２に空気Ｋを供給するよう構成されている。第２触媒３２へ供給する空気Ｋの量は、第２触媒３２の温度を目標とする温度に低下させることができる量とする。 Further, the air-fuel ratio control unit 51 supplies air K from the air supply device 6 to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3 when the temperature of the second catalyst 32 exceeds a predetermined temperature and hydrogen lean control is performed. It is configured like this. The amount of air K supplied to the second catalyst 32 is set to an amount that can lower the temperature of the second catalyst 32 to a target temperature.

空気供給装置６から排気管３内への空気Ｋの供給は、空燃比制御部５１によって複数回繰り返し水素リーン制御が行われるときの、いずれかの水素リーン制御において行われてもよい。例えば、空気供給装置６による空気Ｋの供給は、水素リーン制御が複数回行われるごとに１回行われてもよい。 The air K may be supplied from the air supply device 6 into the exhaust pipe 3 during any hydrogen lean control when the air-fuel ratio control section 51 repeatedly performs the hydrogen lean control a plurality of times. For example, the air supply device 6 may supply the air K once every time the hydrogen lean control is performed multiple times.

空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が目標とする温度になるよう、空気供給装置６から排気管３内の第２触媒３２へ空気Ｋを供給してもよい。この場合には、フィードバック制御を行って、第２触媒３２の温度を目標とする温度の範囲内に維持することができる。 The air-fuel ratio control section 51 supplies air K from the air supply device 6 to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3 so that the temperature of the second catalyst 32 determined by the second temperature detection section 55 reaches the target temperature. Good too. In this case, feedback control can be performed to maintain the temperature of the second catalyst 32 within the target temperature range.

空燃比制御部５１は、第２触媒３２の温度が所定温度を超えていて、かつ第２触媒３２の温度が高いほど、空気供給装置６から排気管３内へ供給する空気Ｋの量を多くするよう構成してもよい。第２触媒３２の温度が高くなるほど、第２触媒３２を目標とする温度にするために要する空気Ｋの量が多くなる。この場合にも、第２触媒３２の温度を目標とする温度の範囲内に維持することができる。 The air-fuel ratio control unit 51 increases the amount of air K supplied from the air supply device 6 into the exhaust pipe 3 as the temperature of the second catalyst 32 exceeds a predetermined temperature and the temperature of the second catalyst 32 increases. It may be configured to do so. As the temperature of the second catalyst 32 increases, the amount of air K required to bring the second catalyst 32 to the target temperature increases. In this case as well, the temperature of the second catalyst 32 can be maintained within the target temperature range.

（排気浄化システム１の制御方法）
本形態の排気浄化システム１の制御方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。本形態の排気浄化システム１においても、空燃比制御部５１は、通常時として、水素燃料エンジン２における空燃比を水素リッチ側にして、水素リッチ制御を開始する（図７のステップＳ２０１）。そして、実施形態１のステップＳ１０２～Ｓ１０７と同様に、ステップＳ２０１～Ｓ２０７が行われる。 (Control method of exhaust purification system 1)
A method of controlling the exhaust gas purification system 1 of this embodiment will be explained with reference to the flowchart of FIG. 8. Also in the exhaust purification system 1 of this embodiment, the air-fuel ratio control unit 51 sets the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 to the hydrogen-rich side and starts hydrogen-rich control (step S201 in FIG. 7). Then, steps S201 to S207 are performed similarly to steps S102 to S107 in the first embodiment.

ステップＳ２０７において、アンモニア検知部５２による第２触媒３２のアンモニア吸着量が制御上限量を超えたときには、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、水素燃料エンジン２における目標空燃比を水素リーン側の一定の空燃比にして、水素リーン制御を実行する（ステップＳ２０８）。また、アンモニア検知部５２は、水素リーン制御が行われるときに、アンモニア吸着量をゼロにリセットする。 In step S207, when the ammonia adsorption amount of the second catalyst 32 detected by the ammonia detection section 52 exceeds the control upper limit amount, the air-fuel ratio control section 51 switches the hydrogen rich control to the hydrogen lean control, and The fuel ratio is set to a constant air-fuel ratio on the hydrogen lean side, and hydrogen lean control is executed (step S208). Further, the ammonia detection unit 52 resets the ammonia adsorption amount to zero when hydrogen lean control is performed.

次いで、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５によって第２触媒３２の温度を検知する（ステップＳ２０９）。そして、空燃比制御部５１は、第２触媒３２の温度が所定温度を超えたか否かを判定する（ステップＳ２１０）。第２触媒３２の温度が所定温度を超えた場合には、第２触媒３２を冷却するために、空気供給装置６から排気管３内の第２触媒３２へ空気Ｋを供給する（ステップＳ２１１）。空気供給装置６による空気Ｋの供給は、ステップＳ２０８～Ｓ２１３が繰り返し実行される間に、第２触媒３２の温度が所定温度以下になるまで行われる。一方、ステップＳ２１０において、第２触媒３２の温度が所定温度以下である場合には、空気供給装置６から排気管３内に空気Ｋは供給されない。 Next, the air-fuel ratio control section 51 detects the temperature of the second catalyst 32 using the second temperature detection section 55 (step S209). Then, the air-fuel ratio control unit 51 determines whether the temperature of the second catalyst 32 exceeds a predetermined temperature (step S210). If the temperature of the second catalyst 32 exceeds the predetermined temperature, air K is supplied from the air supply device 6 to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3 in order to cool the second catalyst 32 (step S211). . The air K is supplied by the air supply device 6 until the temperature of the second catalyst 32 falls below a predetermined temperature while steps S208 to S213 are repeatedly executed. On the other hand, in step S210, if the temperature of the second catalyst 32 is below the predetermined temperature, air K is not supplied from the air supply device 6 into the exhaust pipe 3.

また、ＮＯｘ検知部５３は、ＮＯｘセンサ４４による第１触媒３１の下流側のＮＯｘの濃度、及び排気ガスＧの流量に基づいて、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換わった時点からの、第１触媒３１におけるＮＯｘ通過量を検知する（ステップＳ２１２）。そして、空燃比制御部５１は、ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘ通過量が規定の目標通過量になったか否かを判定する（ステップＳ２１３）。ＮＯｘ通過量が目標通過量になるまでは水素リーン制御を継続する。そして、ＮＯｘ通過量が目標通過量になったときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ２０１）。 Further, the NOx detection unit 53 detects the NOx concentration from the time when the hydrogen rich control is switched to the hydrogen lean control based on the concentration of NOx downstream of the first catalyst 31 measured by the NOx sensor 44 and the flow rate of the exhaust gas G. The amount of NOx passing through the 1 catalyst 31 is detected (step S212). Then, the air-fuel ratio control section 51 determines whether the amount of NOx passed by the NOx detection section 53 has reached a prescribed target amount (step S213). Hydrogen lean control is continued until the NOx passing amount reaches the target passing amount. Then, when the NOx passing amount reaches the target passing amount, the air-fuel ratio control unit 51 switches the hydrogen lean control to the hydrogen rich control (step S201).

水素リッチ制御が再び行われるときには、空気Ｋによって第２触媒３２が冷却されたことにより、関係設定部５６によって第２触媒３２の吸着上限容量としての制御上限量が設定されるときには（ステップＳ２０６）、第２触媒３２の温度の低下に応じて制御上限量が大きな値に設定される。 When the hydrogen rich control is performed again, the second catalyst 32 is cooled by the air K, and the control upper limit amount as the adsorption upper limit capacity of the second catalyst 32 is set by the relation setting unit 56 (step S206). , the control upper limit amount is set to a large value in accordance with a decrease in the temperature of the second catalyst 32.

その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。 Thereafter, the air-fuel ratio control section 51 repeats hydrogen rich control and hydrogen lean control. Further, the hydrogen rich control and the hydrogen lean control in the exhaust purification system 1 are stopped in response to appropriate conditions such as combustion stoppage of the hydrogen fuel engine 2.

（第２触媒３２の温度の変化）
図９（ａ）～（ｃ）には、水素リッチ制御及び水素リーン制御が繰り返される際の、空気供給装置６によって第２触媒３２へ空気Ｋを導入するタイミング、及び第２触媒３２の温度の時間的変化を示す。 (Change in temperature of second catalyst 32)
9(a) to (c) show the timing of introducing air K into the second catalyst 32 by the air supply device 6 and the temperature of the second catalyst 32 when hydrogen rich control and hydrogen lean control are repeated. Shows changes over time.

図９（ａ）においては、水素燃料エンジン２における空燃比が、水素リッチ側と水素リーン側とに交互に切り換わる状態を示す。図９（ｂ）においては、水素リーン制御が行われるときに、空気供給装置６から排気管３内の第２触媒３２に空気（大気）Ｋが供給される状態を示す。空気供給装置６から第２触媒３２への空気Ｋの供給は、水素リーン制御が行われる時間帯のうちのいずれかの時点で行われればよい。換言すれば、この空気Ｋが供給される時間の長さは、水素リーン制御が行われる時間の長さよりも短く、瞬間的であってもよい。 FIG. 9A shows a state in which the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine 2 is alternately switched between a hydrogen-rich side and a hydrogen-lean side. FIG. 9B shows a state in which air (atmosphere) K is supplied from the air supply device 6 to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3 when hydrogen lean control is performed. The air K may be supplied from the air supply device 6 to the second catalyst 32 at any time during the hydrogen lean control. In other words, the length of time during which this air K is supplied may be shorter than the length of time during which hydrogen lean control is performed, and may be instantaneous.

図９（ｃ）においては、第２触媒３２の温度は、水素リッチ制御が行われるときに上昇し、水素リーン制御が行われるときに、空気Ｋによって冷却されて低下することを示す。こうして、第２触媒３２の温度は、所定温度の範囲内に制御される。 FIG. 9(c) shows that the temperature of the second catalyst 32 increases when hydrogen rich control is performed, and decreases as it is cooled by air K when hydrogen lean control is performed. In this way, the temperature of the second catalyst 32 is controlled within a predetermined temperature range.

本形態の排気浄化システム１においては、空燃比制御部５１は、ＮＯｘ検知部５３を利用することにより、第２触媒３２に吸着されたアンモニアがなくなるときには、迅速に水素リーン制御から水素リッチ制御に戻すことができる。そのため、水素リッチ制御と水素リーン制御とに切り換えるタイミングをより適切にすることができる。 In the exhaust purification system 1 of this embodiment, the air-fuel ratio control unit 51 uses the NOx detection unit 53 to quickly switch from hydrogen lean control to hydrogen rich control when ammonia adsorbed on the second catalyst 32 is exhausted. It can be returned. Therefore, the timing of switching between hydrogen rich control and hydrogen lean control can be made more appropriate.

また、空気供給装置６から排気管３内の第２触媒３２に空気Ｋが供給されることにより、第２触媒３２の温度が低く維持される。これにより、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着上限容量をより大きく保つことができ、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御を行う時間をできるだけ長く維持することができる。また、空気供給装置６を用いて第２触媒３２の温度を目標とする温度の範囲内に維持することにより、第２触媒３２の温度にあまり依存せずに、水素リッチ制御を行うことが可能になる。 Furthermore, since the air K is supplied from the air supply device 6 to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3, the temperature of the second catalyst 32 is maintained low. Thereby, the upper limit adsorption capacity of ammonia in the second catalyst 32 can be kept larger, and the time period during which hydrogen rich control is performed by the air-fuel ratio control section 51 can be maintained as long as possible. Furthermore, by maintaining the temperature of the second catalyst 32 within the target temperature range using the air supply device 6, it is possible to perform hydrogen rich control without depending too much on the temperature of the second catalyst 32. become.

また、排気浄化システム１は、空気供給装置６を備える代わりに、又は空気供給装置６とともに、冷媒によって第２触媒３２を冷却する冷却装置を備えていてもよい。冷却装置は、冷媒を用いて、第２触媒３２を排気管３の外部から伝熱によって冷却する構成とすることができる。冷却装置は、第２触媒３２を冷却する種々の構成としてもよい。また、冷却装置は、空燃比制御時における第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が所定温度を超えたときに、第２触媒３２を冷却するよう構成することができる。また、空燃比制御部５１が冷却装置を制御する構成は、空気供給装置６の場合と同様である。 Furthermore, the exhaust purification system 1 may include a cooling device that cools the second catalyst 32 with a refrigerant instead of including the air supply device 6 or together with the air supply device 6. The cooling device may be configured to cool the second catalyst 32 from outside the exhaust pipe 3 by heat transfer using a refrigerant. The cooling device may have various configurations for cooling the second catalyst 32. Further, the cooling device can be configured to cool the second catalyst 32 when the temperature of the second catalyst 32 detected by the second temperature detection unit 55 during air-fuel ratio control exceeds a predetermined temperature. Further, the configuration in which the air-fuel ratio control section 51 controls the cooling device is the same as that of the air supply device 6.

本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。 The other configurations, effects, etc. of the exhaust purification system 1 of this embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, components indicated by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

＜その他の実施形態＞
空気供給装置６から排気管３内の第２触媒３２に空気Ｋを供給する構成を有する場合には、第２触媒３２は、アンモニアを吸着する性質を有するものとする以外にも、アンモニアを酸化させる性質を有するものとしてもよい。この場合の第２触媒３２は、例えば、アンモニアスリップ触媒とすることができる。そして、アンモニアスリップ触媒に供給されるアンモニアは、空気供給装置６から供給される空気Ｋ中の酸素と反応させて燃焼させて、消失させることができる。これによっても、排気管３から大気にアンモニアが放出されることを防止することができる。 <Other embodiments>
In the case where air K is supplied from the air supply device 6 to the second catalyst 32 in the exhaust pipe 3, the second catalyst 32 has the property of adsorbing ammonia, and also has the property of oxidizing ammonia. It may also have the property of causing The second catalyst 32 in this case can be, for example, an ammonia slip catalyst. The ammonia supplied to the ammonia slip catalyst can be made to react with oxygen in the air K supplied from the air supply device 6, combusted, and eliminated. This also prevents ammonia from being released into the atmosphere from the exhaust pipe 3.

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。 The present invention is not limited to each embodiment, and can be configured into further different embodiments without departing from the gist thereof. Further, the present invention includes various modifications, modifications within equivalent ranges, and the like. Furthermore, various combinations, forms, etc. of constituent elements envisioned from the present invention are also included in the technical idea of the present invention.

１ 排気浄化システム
２ 水素燃料エンジン
３ 排気管
３１ 第１触媒
３２ 第２触媒
５ エンジン制御装置
５１ 空燃比制御部
５５ 第２温度検知部 1 Exhaust purification system 2 Hydrogen fuel engine 3 Exhaust pipe 31 First catalyst 32 Second catalyst 5 Engine control device 51 Air-fuel ratio control section 55 Second temperature detection section

Claims (5)

水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、前記第２触媒に吸着されたアンモニアの量をアンモニア吸着量として推定するアンモニア検知部（５２）、前記第２触媒の温度を推定又は測定する温度検知部（５５）、及び前記温度検知部による前記第２触媒の温度が高くなるほど、前記第２触媒に吸着可能なアンモニアの量を示す吸着上限容量が小さくなる関係が設定された関係設定部（５６）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
空燃比制御時における前記温度検知部による前記第２触媒の温度を前記関係設定部に照合して、当該温度における前記吸着上限容量を制御上限量とし、前記アンモニア検知部による前記アンモニア吸着量が前記制御上限量になるまで、前記水素燃料エンジンにおける前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記アンモニア検知部による前記アンモニア吸着量が前記制御上限量を超えたときに、前記水素燃料エンジンにおける前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）。 configured in an exhaust pipe (3) of a hydrogen fuel engine (2) that uses hydrogen as fuel;
a first catalyst (31 )and,
It is disposed in the exhaust pipe at a position downstream of the flow of exhaust gas (G) from the first catalyst, and has the property of adsorbing ammonia flowing from the first catalyst, and also has the property of adsorbing ammonia flowing from the first catalyst, and using ammonia to remove nitrogen oxides. a second catalyst (32) having a reducing property;
An air-fuel ratio control unit (51) that adjusts the air-fuel ratio, which is a ratio of the mass of combustion air to the mass of hydrogen, in the hydrogen fuel engine, and estimates the amount of ammonia adsorbed on the second catalyst as an ammonia adsorption amount. An ammonia detection unit (52), a temperature detection unit (55) that estimates or measures the temperature of the second catalyst, and the higher the temperature of the second catalyst measured by the temperature detection unit, the more ammonia that can be adsorbed to the second catalyst. an engine control device (5) having a relationship setting unit (56) in which a relationship is set such that the upper limit adsorption capacity indicating the amount of
The air-fuel ratio control section includes:
The temperature of the second catalyst detected by the temperature detection unit during air-fuel ratio control is checked against the relationship setting unit, and the adsorption upper limit capacity at the temperature is set as the control upper limit amount, and the ammonia adsorption amount by the ammonia detection unit is Until the control upper limit amount is reached, the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine is set to a stoichiometric air-fuel ratio at which the hydrogen and oxygen in the combustion air are combusted in just the right amount, or an air-fuel ratio on the hydrogen-rich side than the stoichiometric air-fuel ratio. hydrogen rich control in which ammonia generated in the first catalyst is adsorbed on the second catalyst using hydrogen and nitrogen oxides exhausted into the exhaust pipe;
When the ammonia adsorption amount by the ammonia detection unit exceeds the control upper limit amount, the air-fuel ratio in the hydrogen fuel engine is set to a hydrogen-lean side than the stoichiometric air-fuel ratio, and the first catalyst is activated. An exhaust gas purification system (1) for a hydrogen fuel engine configured to alternately and repeatedly perform hydrogen lean control in which passing nitrogen oxides are reduced by ammonia adsorbed on the second catalyst. 前記空燃比制御部は、前記アンモニア検知部による前記アンモニア吸着量が前記制御上限量を超えたときに、規定の切換期間中だけ前記水素リーン制御を行うよう構成されている、請求項１に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。 The air-fuel ratio control section is configured to perform the hydrogen lean control only during a prescribed switching period when the ammonia adsorption amount by the ammonia detection section exceeds the control upper limit amount. Exhaust purification system for hydrogen fueled engines. 前記エンジン制御装置は、前記第１触媒を通過する窒素酸化物の量を窒素酸化物通過量として推定する窒素酸化物検知部（５３）をさらに有し、
前記空燃比制御部は、前記アンモニア検知部による前記アンモニア吸着量が前記制御上限量を超えてから、前記窒素酸化物検知部による前記窒素酸化物通過量が規定の目標通過量になるまでは、前記水素リーン制御を行うよう構成されている、請求項１に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。 The engine control device further includes a nitrogen oxide detection unit (53) that estimates the amount of nitrogen oxide passing through the first catalyst as a nitrogen oxide passing amount,
The air-fuel ratio control section is configured to: from the time when the amount of ammonia adsorbed by the ammonia detection section exceeds the control upper limit amount until the amount of nitrogen oxides passed by the nitrogen oxide detection section reaches a prescribed target amount; The exhaust purification system for a hydrogen fuel engine according to claim 1, configured to perform the hydrogen lean control. 前記排気浄化システムは、前記排気管内における、前記第２触媒よりも前記排気ガスの流れの上流側の位置に空気を供給する空気供給装置（６）をさらに備え、
前記空気供給装置は、空燃比制御時における前記温度検知部による前記第２触媒の温度が所定温度を超えたときに、前記第２触媒に空気を供給するよう構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。 The exhaust purification system further includes an air supply device (6) that supplies air to a position upstream of the second catalyst in the flow of the exhaust gas in the exhaust pipe,
The air supply device is configured to supply air to the second catalyst when the temperature of the second catalyst determined by the temperature detection unit exceeds a predetermined temperature during air-fuel ratio control. 3. The exhaust purification system for a hydrogen fuel engine according to any one of 3. 前記空気供給装置は、前記水素リーン制御を行うときに、前記第２触媒に空気を供給するよう構成されている、請求項４に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。 The exhaust purification system for a hydrogen fuel engine according to claim 4, wherein the air supply device is configured to supply air to the second catalyst when performing the hydrogen lean control.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02140412A (en) * 1988-11-21 1990-05-30 Toyota Autom Loom Works Ltd Exhaust gas purification device for hydrogen engine
JP5878336B2 (en) * 2011-11-04 2016-03-08 日野自動車株式会社 Exhaust gas purification device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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