JP7444807B2 - 排気浄化装置、排気浄化方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化装置、排気浄化方法、及びプログラムに関する。
触媒を利用して、エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２ ）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を浄化する技術が知られている。また、内燃機関として、アンモニアを燃料とするアンモニアエンジンが検討されている。アンモニアは炭素原子を含まないため、アンモニアエンジンでの燃焼により二酸化炭素が発生しないという利点がある。
アンモニアが完全燃焼した場合、アンモニアは全て窒素と水に変換される。しかしながら、アンモニアエンジンにてアンモニアを実際に燃焼させた場合、不完全燃焼成分が存在し、例えば、未反応のアンモニア、ＮＯ等の窒素酸化物などを含む排気がアンモニアエンジンから排出される。そのため、触媒等を用いて排気に含まれる未反応のアンモニア、ＮＯ等の窒素酸化物などを浄化することが望まれる。
例えば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、アンモニアの排出を抑制することが可能な排気浄化装置が提案されている。アンモニアの排出を抑制することが可能な排気浄化装置としては、アンモニアを燃料とする内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒と、前記触媒からのアンモニアの脱離と、前記触媒の活性化温度と、の少なくとも一方に関連する情報に応じて、前記触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、を備える排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、アンモニアを燃料とする内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、酸化作用及び還元作用を有する酸化還元触媒と、前記主流路に設けられた選択還元触媒と、前記選択還元触媒の温度を取得する温度取得部と、前記温度取得部により取得された前記選択還元触媒の温度が、前記選択還元触媒の活性化温度を超えた場合に、前記酸化還元触媒及び前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、を備える、排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１及び特許文献２の排気浄化装置では、内燃機関の下流側における一か所で排気の混合比を検出しているので、酸化還元触媒及び選択還元触媒の機能を十分に活用しきれない状態になる虞がある。例えば、排気が流通する主流路に、上流側に酸化還元触媒を設け、その下流側に選択還元触媒を設けた排気浄化装置では、触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる制御を行った場合、その程度が不適当な場合には、選択還元触媒で混合気濃度が量論比以下になり、排気の浄化が不十分になる可能性がある。従って、排気の混合比を用いて内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置における制御には改善の余地がある。
本開示は、アンモニアを燃料とする内燃機関における、未燃アンモニア及び窒素酸化物の排出を抑制することが可能な排気浄化装置、排気浄化方法、及びプログラムに関する。
本開示は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様に記載の形態として実現することが可能である。
本開示の第１態様は、
アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、酸化作用及び還元作用を有する酸化還元触媒と、
前記主流路の前記酸化還元触媒より下流側に設けられ、かつ前記酸化還元触媒を通過したアンモニアを吸着する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得する温度取得部と、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得する混合比取得部と、
前記温度取得部により取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う制御部と、
を備える、排気浄化装置である。
アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、酸化作用及び還元作用を有する酸化還元触媒と、
前記主流路の前記酸化還元触媒より下流側に設けられ、かつ前記酸化還元触媒を通過したアンモニアを吸着する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得する温度取得部と、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得する混合比取得部と、
前記温度取得部により取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う制御部と、
を備える、排気浄化装置である。
本開示の第２態様は、第１態様の排気浄化装置において、
前記制御部は、
前記第１制御及び前記第２制御の少なくとも一方の制御を行った結果、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比と前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比との差分が所定範囲内になった場合に、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を希薄から量論に変更させる第３制御を行う。
前記制御部は、
前記第１制御及び前記第２制御の少なくとも一方の制御を行った結果、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比と前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比との差分が所定範囲内になった場合に、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を希薄から量論に変更させる第３制御を行う。
本開示の第３態様は、第２態様の排気浄化装置において、
前記制御部は、
前記第１制御及び前記第２制御の少なくとも一方の制御を開始してから所定時間の経過後に前記差分が所定範囲外の場合に、異常を示す情報を報知する制御を行う。
前記制御部は、
前記第１制御及び前記第２制御の少なくとも一方の制御を開始してから所定時間の経過後に前記差分が所定範囲外の場合に、異常を示す情報を報知する制御を行う。
本開示の第４態様は、第２態様の排気浄化装置において、
前記制御部は、
前記内燃機関の始動時に、前記第１制御、前記第２制御、及び前記第３制御を少なくとも１回を行う。
前記制御部は、
前記内燃機関の始動時に、前記第１制御、前記第２制御、及び前記第３制御を少なくとも１回を行う。
本開示の第５態様は、
酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化方法であって、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得する工程と、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得する工程と、
取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う工程と、
を含む排気浄化方法である。
酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化方法であって、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得する工程と、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得する工程と、
取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う工程と、
を含む排気浄化方法である。
本開示の第６態様は、
酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得し、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得し、
取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う工程と、
ことを含む排気浄化処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムである。
酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得し、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得し、
取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う工程と、
ことを含む排気浄化処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムである。
本開示によれば、アンモニアを燃料とする内燃機関における、未燃アンモニア及び窒素酸化物の排出を抑制することができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。本開示に示される数値及び数値範囲は一例であり、他の数値及び他の数値範囲に置き換えてもよい。
［排気浄化装置］
以下、本開示の一実施形態の排気浄化装置について説明する。
図１は、本開示の排気浄化装置の概略構成図である。
図１は、本開示の排気浄化装置の概略構成図である。
図１は、本開示の一実施形態としてのエンジンシステム１の概略図である。エンジンシステム１は、例えば車両に搭載されて、車両を駆動させるための駆動力を生み出す。エンジンシステム１は、駆動力を生み出す燃焼装置２０と、燃焼装置２０からの排気中における有害物質、例えば、アンモニア（ＮＨ３）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する排気浄化装置１０とを備える。
燃焼装置２０は、燃焼状態制御部２１と、内燃機関２２とを備える。内燃機関２２の一例には、アンモニアガスを燃焼させて駆動力を得るアンモニアエンジンが挙げられる。以降、アンモニアガスを単に「アンモニア」と呼ぶ。燃焼状態制御部２１は、スロットル（図示省略）を調整して内燃機関２２への空気流量を変更すると共に、燃料供給弁（図示省略）を調整して内燃機関２２への燃料供給量を変更する。これにより、燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２内、及び、内燃機関２２から排出される排気中の空気と燃料の質量比（混合比）を、過濃、量論、希薄の各状態へと制御する。混合比について、「Φ＝理論空燃比／実際の混合気の空燃比」としたとき、過濃状態はΦ＞１となる混合比を意味し、量論状態はΦ＝１となる混合比を意味し、希薄状態はΦ＜１となる混合比を意味する。Φは「当量比」とも呼ばれる。燃焼状態制御部２１は、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）により実装される。
本実施形態の排気浄化装置１０は、酸化還元触媒と、選択還元触媒とを用いて、排気中の有害物質を浄化する。以下の説明では、酸化還元触媒の一例として、三元触媒（Three-Way Catalyst）を例示し、吸着触媒として機能する選択還元触媒の一例としてＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction catalyst）を例示する。なお、酸化還元触媒としては、酸化作用及び還元作用を有する触媒である限りにおいて、三元触媒以外の触媒も利用できる。例えば、酸化還元触媒には、セラミックスや酸化チタン等を担体として用い、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を活性触媒成分として担持した触媒を利用できる。選択還元触媒には、アンモニアの吸着作用を有する触媒である限りにおいて、ＳＣＲ触媒以外の触媒も利用できる。例えば、選択還元触媒としては、セラミックスや酸化チタン等を担体として用い、ゼオライトを活性触媒成分として担持した触媒を利用できる。
また、以下の説明では、排気浄化装置１０のうち、内燃機関２２に近い側を「上流側」と呼び、内燃機関２２に遠い側を「下流側」と呼ぶ。図１の場合、左側が上流側に相当し、右側が下流側に相当する。
排気浄化装置１０は、排気浄化装置１０の各部を制御する制御部１１と、内燃機関２２から伸びる排気管１９と、排気管１９上にそれぞれ設けられた三元触媒１２と、ＳＣＲ触媒１３と、第１混合比取得部１４と、第２混合比取得部１５と、温度取得部１６とを備える。
制御部１１は、第１混合比取得部１４、第２混合比取得部１５、及び温度取得部１６から取得された各取得値を表す信号を受信する。制御部１１は、受信した各取得値を用いて後述する制御（図２）を実行し、内燃機関２２の混合比を切り替えることによって、三元触媒１２及びＳＣＲ触媒１３の上流側における排気の混合比を切り替える。制御部１１は、例えば、ＥＣＵにより実装される。排気管１９は、内燃機関２２からの排気が流通する主流路を形成する。内燃機関２２からの排気は、排気管１９内の主流路を通って、三元触媒１２と、ＳＣＲ触媒１３とを通過して外気に放出される。
三元触媒１２は、主流路において最上流側、換言すればＳＣＲ触媒１３よりも上流側に配置されている。三元触媒１２は、排気中のアンモニア、ＮＯｘ、水素（Ｈ２）を浄化することができるものの、混合比が量論近傍の所定範囲から外れた場合には、これらの浄化性能が低下するという特性を持つ。
なお、排気浄化装置１０は、三元触媒１２より上流側に、内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ２）濃度（すなわち混合比）を測定する図示しないセンサを備えることができる。制御部１１は、そのセンサにより混合比を取得することができる。三元触媒１２より上流側において混合比を取得するセンサは、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得すればよい。
また、排気浄化装置１０は、三元触媒１２の触媒内の温度（所謂、床温）を測定する図示しないセンサを備えることができる。そのセンサは、三元触媒１２の床温に代えて、三元触媒１２の出入口近傍における温度を測定してもよい。
ＳＣＲ触媒１３は、主流路において最下流側、換言すれば三元触媒１２よりも下流側に配置されている。ＳＣＲ触媒１３は、アンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘを浄化することができる。温度取得部１６は、ＳＣＲ触媒１３の温度に関係する温度を測定するセンサであり、本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３の触媒内の温度（所謂、床温）を測定する。なお、温度取得部１６は、ＳＣＲ触媒１３の床温に代えて、ＳＣＲ触媒１３の周辺の部位、例えばＳＣＲ触媒１３の出入口近傍における温度を測定してもよい。温度取得部１６は本開示の「温度取得部」の一例である。
第１混合比取得部１４及び第２混合比取得部１５は、ＳＣＲ触媒１３の出入口近傍における内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ２）濃度（すなわち混合比）を取得する。すなわち、第１混合比取得部１４は、ＳＣＲ触媒１３の入口近傍に設けられ、三元触媒１２より下流側でかつＳＣＲ触媒１３より上流側における、内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ２）濃度（すなわち混合比）を取得する。第１混合比取得部１４は、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。第２混合比取得部１５は、ＳＣＲ触媒１３の下流側（例えば出口近傍）に設けられ、ＳＣＲ触媒１３より下流側における、内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ２）濃度（すなわち混合比）を取得する。第２混合比取得部１５も、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。第１混合比取得部１４、及び第２混合比取得部１５は本開示の「混合比取得部」の一例である。また、第１混合比取得部１４は選択還元触媒の上流側における混合比を取得する場合の「混合比取得部」の一例であり、第２混合比取得部１５は選択還元触媒の下流側における混合比を取得する場合の「混合比取得部」の一例である。
内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ２）濃度、すなわち排気管１９における排気の混合比は、酸素（Ｏ２）を含む空気の過不足を示す度合いと捉えることができる。本開示では、量論からの空気の過不足を示す度合いとして、量論に対する空気過剰の度合いを示す空気過剰率λを適用する。以降の説明では、第１混合比取得部１４で取得する排気の混合比を、空気過剰率λ１とし、第２混合比取得部１５で取得する排気の混合比を、空気過剰率λ２として説明する。
図２は、制御部１１における制御手順の一例を示すフローチャートである。図２の制御は、排気浄化装置１０の状態を監視すると共に、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニアの吸着に関係する制御である。内燃機関２２が始動されることにより図２に示す制御が実行される。なお、図２に示す制御は、内燃機関２２の始動時の実行に限定されるものではない。例えば、定期的に実行してもよく、予め開始条件を定めておき、開始条件に適合する場合に、実行してもよい。なお、図２に示す制御手順は本開示の「プログラム」の一例である。
ステップＳ１００において制御部１１は、制御を開始するときの初期値を設定する。本実施形態では、初期値として、カウンタ値Ｍ、及び判別指標Ｎｉ （ｉ＝０，１，２）の値が設定される。カウンタ値Ｍは、本制御の繰り返し回数を示す。判別指標Ｎｉ は、ＳＣＲ触媒１３の挙動を示す指標である。
本実施形態では、判別指標Ｎｉ により示されるＳＣＲ触媒１３の挙動として、「ＳＣＲ触媒１３の吸着」、「ＳＣＲ触媒１３の再生」及び「ＳＣＲ触媒１３の再生完了」の状態を適用する。判別指標Ｎ０ は、アンモニアがＳＣＲ触媒１３に吸着される「ＳＣＲ触媒１３の吸着」の状態を示し、「ＳＣＲ触媒１３の吸着」の状態の場合に「１」がセットされ、それ以外ではリセット（「０」がセット）される。判別指標Ｎ１ は、吸着されたアンモニアが消費されてＳＣＲ触媒１３の吸着容量が復帰される「ＳＣＲ触媒１３の再生」の状態の場合に「１」がセットされ、それ以外ではリセット（「０」がセット）される。判別指標Ｎ２ は、ＳＣＲ触媒１３の再生が完了した「ＳＣＲ触媒１３の再生完了」の状態の場合に「１」がセットされ、それ以外ではリセット（「０」がセット）される。ステップＳ１００では、少なくとも１回の「ＳＣＲ触媒１３の吸着」、及び「ＳＣＲ触媒１３の再生」の状態を得るために、初期値として、Ｍ＝０、Ｎ０ ＝１、Ｎ１ ＝０、Ｎ２ ＝０が設定される。
ステップＳ１００で初期値が設定されると、制御部１１は、ステップＳ１０２に処理を移行する。
制御部１１は、ステップＳ１０２で、温度取得部１６からＳＣＲ触媒１３の温度を取得し、取得したＳＣＲ触媒１３の温度Ｔｃが、ＳＣＲ触媒１３の設定温度Ｔａ以上の温度か否かを判定する。設定温度Ｔａには、ＳＣＲ触媒１３における触媒反応の開始温度が予め設定される。本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３における触媒反応の開始温度の一例として、活性化温度を適用する。この「活性化温度」とは、ＳＣＲ触媒１３において、アンモニアによるＮＯｘの還元反応が活発化する下限温度を意味し、予め定められて制御部１１内の図示しない記憶部に記憶されている。制御部１１は、ＳＣＲ触媒１３の温度を監視しつつ、ＳＣＲ触媒１３の温度Ｔｃが設定温度（活性化温度）Ｔａ以上の温度になるまで否定判定を繰り返す。ＳＣＲ触媒１３の温度Ｔｃが設定温度（活性化温度）Ｔａ以上の温度になると、制御部１１は、ステップＳ１０２で肯定し、ステップＳ１０４へ処理を移行する。
本開示では、設定温度ＴａはＳＣＲ触媒１３の反応開始温度の一例である活性化温度以上の値を設定するが、設定温度ＴａをＳＣＲ触媒１３の活性化温度に限定するものではない。例えば、設定温度Ｔａは、ＳＣＲ触媒１３の反応開始を判定可能な温度であればよく、内燃機関２２の冷却水温、ＳＣＲ触媒１３の周辺の部位等（例えばＳＣＲ触媒１３の出入口近傍）、及びモデルによる予測式に基づいて導出された温度に対応する値等の他の温度でもよい。他の温度をＳＣＲ触媒１３の温度として用いる場合、取得した温度からＳＣＲ触媒１３の床温等のＳＣＲ触媒１３の温度を、周知の推定方法を用いて推定すればよい。
なお、上述したステップＳ１０２では、ＳＣＲ触媒１３の温度Ｔｃが、設定温度Ｔａ以上の温度（Ｔｃ≧Ｔａ）か否かを判定したが、排気浄化装置１０に備えた触媒の温度の判定でもよい。例えば、三元触媒１２が三元触媒１２の温度が予め定められた反応開始温度以上か否かを判定してもよい。この判定は、内燃機関２２の始動直後に有効に機能する。すなわち、三元触媒１２の温度が予め定められた反応開始温度以上の場合にステップＳ１０２で肯定判定し、ステップＳ１０４へ処理を進めてもよい。また、ステップＳ１０２では、三元触媒１２が三元触媒１２の温度が予め定められた反応開始温度以上になった後に、ＳＣＲ触媒１３の温度が設定温度Ｔａ以上の温度になったか否かを判定してもよい。さらに、三元触媒１２及びＳＣＲ触媒１３の各温度がそれぞれの活性化温度以上か否かを判定してもよい。
ステップＳ１０４では、制御部１１は、終了条件が成立したか否かを判定する。本実施形態では、カウンタ値Ｍが予め定められた最大値Ｍｍａｘ 未満か否かを判別することで、終了条件が成立したか否かを判定する。制御部１１は、カウンタ値Ｍが最大値Ｍｍａｘ 未満の場合（Ｍ＜Ｍｍａｘ ）、ステップＳ１０４で否定判定し、本処理ルーチンを終了する。一方、カウンタ値Ｍが最大値Ｍｍａｘ 以上の場合（Ｍ≧Ｍｍａｘ ）、制御部１１は、ステップＳ１０４で肯定判定し、ステップＳ１０６へ処理を移行する。なお、最大値Ｍｍａｘ は、内燃機関２２の稼働状況に応じて任意の値を定めることが可能である。
例えば、Ｍｍａｘ ＝２に定めた終了条件では、制御部１１は、内燃機関２２の始動時の処理を終了した場合（Ｍ＝２）、終了条件が成立したと判定する。この終了条件は、内燃機関２２の始動時においてＳＣＲ触媒１３に吸着されたアンモニアを除去したい場合に有効である。
また、最大値Ｍｍａｘ は３以上のカウンタ値を終了条件に定めることも可能である。例えば、最大値Ｍｍａｘ を３又は４等の予め定めた小さいカウンタ値を定めることで、内燃機関２２が始動直後に停止してから所定時間後に再始動された場合に有効である。具体的には、内燃機関２２を始動してから、三元触媒１２の温度が三元触媒１２の活性化温度に至らず、またＳＣＲ触媒１３に排気ガスが残留した状態で内燃機関２２を停止した後、内燃機関２２を再始動したときに、アンモニアを除去したい場合に有効である。すなわち、この終了条件は、内燃機関２２の再始動時においてＳＣＲ触媒１３に吸着されたアンモニアを除去したい場合に有効である。
さらに、最大値Ｍｍａｘ は上述したカウンタ値に限定されず、上述したカウンタ値より大きいカウンタ値を終了条件に定めることも可能である。この終了条件は、内燃機関２２が継続的に通常の負荷状態より高い高負荷状態の場合に、ＳＣＲ触媒１３に吸着されたアンモニアを検出し除去する場合に有効である。高負荷状態の一例としては、内燃機関２２を搭載した車両等の移動体の加速状態が挙げられる。なお、移動体の加速中に、処理を継続するために、制御部１１は、移動体が加速中であることを検出し、移動体の加速中に、ステップＳ１０４で否定判定してもよい。
制御部１１は、ステップＳ１０６で、Ｎ０ ≧１を判別することで、ＳＣＲ触媒１３の吸着の状態か否かを判定する。Ｎ０ ≧１の場合は、ステップＳ１０６で肯定し、ステップＳ１０８へ処理を移行する。一方、Ｎ０ ＜１の場合は、ステップＳ１０６で否定し、ステップＳ１０８をスキップしてステップＳ１１０へ処理を移行する。
ステップＳ１０８では、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更する制御を行う。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更する。これにより、三元触媒１２の上流側における排気の混合比も、量論から希薄に変更される。よって、第１混合比取得部１４で取得される空気過剰率λ１は空気が過剰であるリーンを示す空気過剰率λ１（λ１＞１）となる。
ところで、三元触媒１２の温度は、内燃機関２２からの高温の排気（排出ガス）によって徐々に上昇し、三元触媒１２において触媒反応が開始する温度までに流入した不完全燃焼成分は三元触媒１２を通過してＳＣＲ触媒１３に流入する。すなわち、三元触媒１２を未浄化で通過したアンモニアは下流側のＳＣＲ触媒１３に流入する。このＳＣＲ触媒１３に流入されたアンモニアはＳＣＲ触媒１３において吸着され、ＳＣＲ触媒１３からのアンモニアの流出が防止される。従って、ＳＣＲ触媒１３から流出するアンモニアの流出量は、ＳＣＲ触媒１３の上流側の空気過剰率λ１、及びＳＣＲ触媒１３の挙動により変化する。
制御部１１は、ＳＣＲ触媒１３の上流側の空気過剰率λ１と下流側の空気過剰率λ２との関係からＳＣＲ触媒１３においてアンモニアが適切に処理されるように内燃機関２２の混合比を調整する。詳細には、ステップＳ１１０において制御部１１は、空気過剰率λ１、λ２を取得し、空気過剰率λ１、λ２の両者の大小関係を判定する。すなわち、ステップＳ１１０では、λ１＜λ２、λ１＞λ２、及びλ１＝λ２の何れの大小関係であるかを判定する。
ＳＣＲ触媒１３に流入されたアンモニアがＳＣＲ触媒１３に吸着される状態である「ＳＣＲ触媒１３の吸着」の状態では、ＳＣＲ触媒１３の前後で空気（酸素）とアンモニア（水素）との比が変化し、ＳＣＲ触媒１３の前後で空気過剰率λの差が生じる。具体的には、ＳＣＲ触媒１３の前後の空気過剰率λは、λ２＞λ１の関係になる。
制御部１１は、ステップＳ１１０で、空気過剰率λ１より空気過剰率λ２が大きい（λ２＞λ１）と判定した場合、「ＳＣＲ触媒１３の吸着」の状態として、ステップＳ１１２へ処理を移行する。ステップＳ１１２では、制御部１１は、空気過剰率λ１が空気過剰になるように（λ１≧１）制御する。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、空気過剰率λ１が空気過剰になるように（λ１≧１）内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更する。そして、ステップＳ１１４で、判別指標Ｎ０ ＝１に設定し、ステップＳ１２４へ処理を移行する。ステップＳ１１２の処理は本開示の「第１制御」による処理の一例である。
ステップＳ１１２の処理において空気過剰率λ１がλ１＝１のときは触媒による酸化還元反応により不完全燃焼成分がほぼゼロまで減少する。空気過剰率λ１がλ１＞１のときは未浄化の窒素酸化物が残存するが、アンモニアと水素とは酸化される。なお、空気過剰率λ１を制御する時期は、ＳＣＲ触媒１３に流入するアンモニアを少なくするために、空気過剰率λ１がλ１＜１の期間がゼロ、又は短いことが望ましい。
そして、ＳＣＲ触媒１３に流入する不完全燃焼成分がほぼゼロまで減少してアンモニアが無くなることにより、ＳＣＲ触媒１３の前後の空気過剰率λの差は無くなりλ２＝λ１となる。λ２＝λ１であることは、三元触媒１２によるアンモニア浄化が十分にできていることになる。また、ＳＣＲ触媒１３に吸着されたアンモニアは脱離温度まで吸着したまま保持される。
なお、上記では、空気過剰率λ１がλ１＝１のときに酸化還元反応により不完全燃焼成分がほぼゼロまで減少するとしたが、本開示は酸化還元反応により不完全燃焼成分がほぼゼロまで減少することに限定されるものではない。例えば、ゼロを含む所定範囲であってもよい。この所定範囲は、浄化された排気（排気ガス）として定められる不完全燃焼成分の量や率から定めることができる。
一方、空気過剰率λ１の値が１より大きい（λ１＞１）場合は排気中（排気ガス中）に酸素が多く含まれる。よって、三元触媒１２によるアンモニア及び水素の酸化は維持されるが、窒素酸化物の一部は未浄化で残存し、酸素を含む窒素酸化物がＳＣＲ触媒１３に流入する。ＳＣＲ触媒１３では、窒素酸化物とＳＣＲ触媒１３に吸着したアンモニアが次に示す（１）式から（３）式のＳＣＲ反応に基づいて窒素と水に変換される。この反応中にはＳＣＲ触媒１３に流入するガス組成にアンモニアが加わることになるので、空気過剰率λはλ１＞λ２の関係になる。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （１）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３ → ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ （２）
２ＮＯ２＋２ＮＨ３ → Ｎ２＋Ｎ２Ｏ＋３Ｈ２Ｏ （３）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３ → ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ （２）
２ＮＯ２＋２ＮＨ３ → Ｎ２＋Ｎ２Ｏ＋３Ｈ２Ｏ （３）
制御部１１は、ステップＳ１１０で、空気過剰率λ１より空気過剰率λ２が小さい（λ１＞λ２）と判定した場合、「ＳＣＲ触媒１３の再生」の状態として、ステップＳ１１６へ処理を移行する。ステップＳ１１６では、制御部１１は、ＳＣＲ触媒１３において酸素及び窒素酸化物の不足が生じないように、空気過剰率λ２が空気過剰になるように（λ２≧１）制御する。具体的には、制御部１１は、指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信し、空気過剰率λ２が空気過剰になるように（λ２≧１）内燃機関２２の混合比を変更する。そして、ステップＳ１１８で、判別指標Ｎ１ ＝１に設定し、ステップＳ１２４へ処理を移行する。ステップＳ１１６の処理は本開示の「第２制御」による処理の一例である。
なお、ＳＣＲ触媒１３において、吸着されたアンモニアが消費されるとＳＣＲ触媒１３の吸着容量がＳＣＲ触媒１３における吸着前の容量に戻るので、上述した処理における状態は、「ＳＣＲ触媒１３の再生」の状態を示している。
また、選択還元触媒である吸着触媒として上述したＳＣＲ触媒１３ではλ２＞１が望ましいが、吸着触媒に貴金属担持ゼオライトを用いる場合はλ２＝１に設定することが望ましい。
上述したように、三元触媒１２の触媒反応によって三元触媒１２からのアンモニアの流出が減少し、ＳＣＲ触媒１３の再生によってＳＣＲ触媒１３に流入するアンモニアが減少し、最終的には無くなることにより、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率λの差が減少し、最終的には無くなる（λ２＝λ１）。すなわち、アンモニアの浄化が十分に行われたＳＣＲ触媒１３内のアンモニアが無くなる状態では、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気（排気ガス）と流出する排気（排気ガス）の組成は同じになり、λ１＝λ２となる。これによって、空気過剰率λがλ１＝λ２となる状態は、ＳＣＲ触媒１３の再生完了の状態と判断できる。
なお、上記では、ＳＣＲ触媒１３に流入するアンモニアが減少することで上流側及び下流側の空気過剰率λの差が無くなる（λ２＝λ１）場合を説明したが、上流側の空気過剰率λ１と下流側の空気過剰率λ２とが一致することに限定されない。例えば、予め定めた所定範囲内の場合に上流側の空気過剰率λ１と下流側の空気過剰率λ２とが一致（λ２＝λ１）するとしてもよい。
なお、上記では、ＳＣＲ触媒１３に流入するアンモニアが減少することで上流側及び下流側の空気過剰率λの差が無くなる（λ２＝λ１）場合を説明したが、上流側の空気過剰率λ１と下流側の空気過剰率λ２とが一致することに限定されない。例えば、予め定めた所定範囲内の場合に上流側の空気過剰率λ１と下流側の空気過剰率λ２とが一致（λ２＝λ１）するとしてもよい。
制御部１１は、ステップＳ１１０で、空気過剰率λ１と空気過剰率λ２とが一致する（λ１＝λ２）と判定した場合、ステップＳ１２０へ処理を移行する。ステップＳ１２０では、制御部１１は、ＳＣＲ触媒１３の再生完了の状態に対応して、空気過剰率λ１が空気の過不足がない状態を示す所定値になるように（λ１＝１）制御する。具体的には、制御部１１は、指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信し、空気過剰率λ１が所定値になるように（λ１＝１）、内燃機関２２の混合比を変更する。そして、ステップＳ１２２で、「ＳＣＲ触媒１３の吸着」及び「ＳＣＲ触媒１３の再生」の状態を経由した場合には（Ｎ０ ・Ｎ１ ＞０）、「ＳＣＲ触媒１３の再生完了」の状態として、判別指標Ｎ２ ＝１に設定してステップＳ１２４へ処理を移行し、それ以外の場合はそのまま（判別指標Ｎ２ を維持して）ステップＳ１２４へ処理を移行する。ステップＳ１２０の処理は本開示の「第３制御」による処理の一例である。
なお、上記ステップＳ１２０では、ＳＣＲ触媒１３の吸着、すなわちアンモニアが吸着された結果、空気過剰率λ１と空気過剰率λ２とが一致する場合の処理と、ＳＣＲ触媒１３の再生、すなわちＳＣＲ触媒が再生された結果、空気過剰率λ１と空気過剰率λ２とが一致する場合の処理とを含む
ステップＳ１２４では、制御部１１は、Ｎ０ ・Ｎ１ ・Ｎ２ ＞０か否かを判別することで、「ＳＣＲ触媒１３の吸着」、「ＳＣＲ触媒１３の再生」及び「ＳＣＲ触媒１３の再生完了」の各状態による制御が完了したか否かを判定する。すなわち、ＳＣＲ触媒１３について吸着、再生及び再生完了による一連の制御を１回完了したか否かを判定する。
ＳＣＲ触媒１３について吸着、再生及び再生完了による一連の制御が未完である場合（Ｎ０ ・Ｎ１ ・Ｎ２ ＝０）、制御部１１はステップＳ１２４で否定判定し、ステップＳ１０２へ処理を戻す。一方、ステップＳ１２４で肯定判定された場合（Ｎ０ ・Ｎ１ ・Ｎ２ ＞０）、ステップＳ１２６で、判定指標Ｎｉをリセット（Ｎ０ ＝０、Ｎ１ ＝０、Ｎ２ ＝０）し、次のステップＳ１２８で、カウンタ値Ｍをインクリメント（Ｍ＝Ｍ＋１）した後にステップＳ１０２へ処理を戻す。
なお、上述した制御は、三元触媒１２の温度が反応開始温度以上に上昇した後に、ＳＣＲ触媒１３の温度が反応開始温度に到達する場合に実行されることが好ましい。しかし、三元触媒１２の温度が活性化温度の到達前に、ＳＣＲ触媒１３の温度が活性化温度に到達したときにも適用可能である。この場合、ＳＣＲ触媒１３に流入したアンモニアと吸着したアンモニアとの両方が酸化され、ＳＣＲ触媒１３が再生される。この場合には空気過剰率λは、λ２＞λ１の状態からλ１＞λ２の状態に変化する。
上述した排気浄化装置１０は、内燃機関２２の始動時、例えば始動から暖気過程において有効に作用する。また、本開示の排気浄化装置は、内燃機関２２の始動時に限定されず、内燃機関２２の動作中においても有効に作用する。例えば、内燃機関２２の負荷が急激に変化する場合等において、急激に変化する内燃機関２２の負荷に対して燃料－空気混合比の制御が追随せず、三元触媒１２から未浄化のアンモニアが流出する場合でも上述した制御によって、ＳＣＲ触媒１３へのアンモニアの吸着を判定し、再生することが可能である。
なお、排気浄化装置１０に発生する異常を検出することは有効であり、また、発生した異常はユーザに報知することが有効である。上述したように、空気過剰率λ１と空気過剰率λ２とが一致する（λ１＝λ２）ことにより三元触媒１２によるアンモニア浄化の開始時期を判断できるが、継続的に差が発生している場合（λ１＜＞λ２）、触媒システムに異常が発生している虞がある。この触媒システムの異常は、触媒システムの異常検知のための継続時間を予め定めておき、その継続時間を超えた場合に触媒システムの異常として検出することが可能である。そして、検出された異常を報知すればよい。
例えば、図７に示すように、警告情報を報知する報知部３０を備え、制御部１１が報知部３０を制御すればよい。警告情報には、例えば、触媒システムの異常を示す情報が適用される。触媒システムの異常を示す情報は、空気過剰率の差（λ１＜＞λ２）が継続的に発生して触媒システムの異常が発生した虞があることを示す情報である。上述した制御では、例えば、ステップＳ１１０の判定において、空気過剰率に差が発生（λ１＜＞λ２）している時間が継続時間を超えたか否かを判定し、継続時間を超えた場合に、触媒システムの異常として警告情報を報知する制御を追加すればよい。この報知は、排気浄化装置１０の診断に利用可能である。継続時間は、制御を開始してから空気過剰率に差が発生している時間を計測する。また、継続時間は制御を開始してからに限定されず、空気過剰率に差が発生した時点から計測してもよい。
図３から図６は、内燃機関２２の始動後におけるＳＣＲ触媒１３に関係する各部位の状態の変化について示す図である。
図３は、内燃機関２２の始動後におけるＳＣＲ触媒１３の温度及びＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率の経時的変化を示す図である。図３では、空気過剰率として、内燃機関２２からの排気（排気ガス）のうち、ＳＣＲ触媒１３の出入口付近の空気過剰率の経時的変化が示されている。図３では、ＳＣＲ触媒１３の温度の経時的変化を実線で示している。また、空気過剰率の経時的変化については、ＳＣＲ触媒１３の上流側である位置Ｂ（図１）における空気過剰率λ１の経時的変化を一点鎖線で示し、下流側である位置Ｃ（図１）における空気過剰率λ２の経時的変化を二点鎖線で示している。
図４から図６は、排気管１９の異なる位置における内燃機関２２からの排気（排気ガス）のガス濃度の経時的変化を示す図である。詳細には、図４は、ＳＣＲ触媒１３へと流入する排気（排気ガス）のガス濃度として、アンモニア濃度（ＮＨ３）、ＮＯｘ濃度（ＮＯｘ）、及び水素濃度（Ｈ２）の経時的変化を示す。図４は、内燃機関２２の出口付近である三元触媒１２の上流側の位置Ａ（図１）における排気（排気ガス）のガス濃度の経時的変化を示す図である。図５は、ＳＣＲ触媒１３の入口付近であるＳＣＲ触媒１３の上流側の位置Ｂ（図１）におけるガス濃度の経時的変化を示す図である。図６は、ＳＣＲ触媒１３の出口付近であるＳＣＲ触媒１３の下流側の位置Ｃ（図１）におけるガス濃度の経時的変化を示す図である。図４から図６では、アンモニア濃度（ＮＨ３）の経時的変化を実線で示し、ＮＯｘ濃度（ＮＯｘ）の経時的変化を一点鎖線で示し、水素濃度（Ｈ２）の経時的変化を二点鎖線で示している。なお、図６では、位置ＢにおけるＮＯｘ濃度（ＮＯｘ）の経時的変化を点線で示した。
次に、図３から図６を用いて、図２に示す制御を通じた各部位での状態の変化について経時的に説明する。
まず、内燃機関２２からの排気（排気ガス）には水蒸気、窒素のほか未燃のアンモニア、水素、窒素酸化物など不完全燃焼成分が含まれている。これらの中でアンモニアは低濃度でも刺激臭があり、濃度が高い場合は人体に障害を与える危険性が高いので、外部への流出抑制することが要求される。本開示の排気浄化装置１０は、内燃機関２２への空気流量及び燃料供給量を調節して排気ガス中の少なくともアンモニアの排出を低減する。
内燃機関２２が始動されると、内燃機関２２からの高温の排気（排出ガス）によって三元触媒１２の温度は徐々に上昇し、三元触媒１２において触媒反応が開始する温度までに流入した不完全燃焼成分は三元触媒１２を通過してＳＣＲ触媒１３に流入する。この流入された排気（排出ガス）によってＳＣＲ触媒１３の温度は徐々に上昇する。
図４に示すように、内燃機関２２が始動されると、内燃機関２２における未燃アンモニア量が多いことに起因して、内燃機関２２の出口付近（位置Ａ）ではアンモニア濃度（ＮＨ３）が急増する。その後、内燃機関２２における燃焼が安定することで、アンモニア濃度（ＮＨ３）は徐々に低下する。
図５及び図６に示すように、三元触媒１２を通過したアンモニアはＳＣＲ触媒１３に吸着されることで、ガス組成のバランスが変化し、ＳＣＲ触媒１３の上流側の空気過剰率λ１より下流側の空気過剰率λ２が大きくなる（λ１＜λ２）。また、三元触媒１２の温度上昇に伴ってアンモニアが酸化され、ＳＣＲ触媒１３に流入するアンモニアが無くなるため、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率λ１、λ２は空気の過不足がない状態（λ＝１）に近づく。さらに、ここでは混合比を量論に制御しているため、図５及び図６に示すように、ＳＣＲ触媒１３の温度が設定温度（活性化温度）Ｔａに到達するまでに、排気（排出ガス）中のアンモニア濃度（ＮＨ３）、ＮＯｘ濃度（ＮＯｘ）、及び水素濃度（Ｈ２）が略ゼロになる（λ２＝λ１）。このようにλ２＝λ１であることは、三元触媒１２によるアンモニアの浄化が行われたことを示す。なお、三元触媒１２において触媒反応が不十分な不完全燃焼成分は三元触媒１２を通過してＳＣＲ触媒１３に流入するが、アンモニアはＳＣＲ触媒１３に吸着される。よって、アンモニアなどの排気中の有害物質を浄化できる。
一方、ＳＣＲ触媒１３の温度が設定温度（活性化温度）Ｔａに到達した時に（時刻ｔ１）、図３に示すように、ＳＣＲ触媒１３の上流側の空気過剰率λ１を量論から希薄に制御する。これによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）がＳＣＲ触媒１３に流入するので、ＳＣＲ触媒１３におけるＳＣＲ反応によって、ＳＣＲ触媒１３に吸着されたアンモニアは上述したように窒素と水に変換される。ＳＣＲ反応の進行中は、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気（排気ガス）のガス組成にアンモニアが加わることになり、空気過剰率λ１、λ２は変化し、空気過剰率λ１と、空気過剰率λ２との差分が生じる。すなわち、ＳＣＲ触媒１３におけるＳＣＲ反応が進行することで、図３に示すように、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率が逆転し、ＳＣＲ触媒１３の上流側の空気過剰率λ１より下流側の空気過剰率λ２が小さくなる（λ１＞λ２）。
ＳＣＲ触媒１３における空気過剰率λがλ１＞λ２の場合、ＳＣＲ触媒１３において酸素及び窒素酸化物の不足が生じないように、空気過剰率λ２が空気過剰にされる（λ２≧１）。そして、ＳＣＲ触媒１３において、吸着されたアンモニアが消費され、ＳＣＲ触媒１３の吸着容量がＳＣＲ触媒１３における吸着前の容量に戻る状態まで、ＳＣＲ触媒１３の再生が進行する。
すなわち、ＳＣＲ触媒１３の下流側で空気過剰率λ２が空気過剰（混合比が量論から希薄）に変更されると（λ２≧１）、三元触媒１２によるＮＯｘの還元が十分に進行せず、三元触媒１２に流入した排気中のＮＯｘは、図５に示すように、三元触媒１２から排出され、ＳＣＲ触媒１３に流入される。このとき、ＳＣＲ触媒１３の温度が設定温度（活性化温度）Ｔａ以上であるため、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応が活発化する。このため、ＳＣＲ触媒１３では、蓄積されているアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘを還元する還元作用が進行する。このＳＣＲ触媒１３での還元作用によって、図６に示すように、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘは減少する。
このように、ＳＣＲ触媒１３が設定温度（活性化温度）Ｔａ以上になると、空気過剰率λ２が空気過剰になるように三元触媒１２及びＳＣＲ触媒１３の上流側における排気の混合比が量論から希薄へと変更される。これによって、ＳＣＲ触媒１３の再生の状態となり、ＳＣＲ触媒１３で吸着されているアンモニアと排気中のＮＯｘとを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できると共に、ＳＣＲ触媒１３に吸着されているアンモニアを除去することができる。
上述したように、三元触媒１２の触媒反応、及びＳＣＲ触媒１３の吸着と再生とによってＳＣＲ触媒１３に流入するアンモニアが減少することで、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率λの差が減少し、最終的には無くなる（λ２＝λ１）。このλ１＝λ２となる状態であるＳＣＲ触媒１３の再生完了の状態では（時刻ｔ２）、内燃機関２２における燃焼が安定しているため（図３）、内燃機関２２からのアンモニア濃度はほぼ一定である。また、三元触媒１２におけるアンモニアの酸化反応と、ＮＯｘの還元反応とが進行し、三元触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、三元触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。この結果、ＳＣＲ触媒１３にアンモニアが流入しないため、ＳＣＲ触媒１３における空気過剰率は、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側で変化しない（λ１＝λ２）。そして、ＳＣＲ触媒１３の上流側における空気過剰率λ１が空気の過不足がない状態を示す所定値（λ１＝１）になるように（混合比が希薄から量論に）変更される。
このように、ＳＣＲ触媒１３の上流側における空気過剰率λ１が空気の過不足がない状態を示す所定値（λ１＝１）に変更された後は、三元触媒１２で排気中のアンモニアを酸化反応させると共に、三元触媒１２で排気中のＮＯｘを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる（図６）。
なお、内燃機関２２が停止され、三元触媒１２及びＳＣＲ触媒１３が例えば常温のように、活性化温度未満の温度に戻った後、再び内燃機関２２が始動された後においても、ＳＣＲ触媒１３に蓄積されたアンモニアは除去されているため、上述した処理を繰り返し実施することができる。
以上のように、上記実施形態の排気浄化装置１０では、内燃機関２２からの排気を浄化する場合に、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率の大小関係からＳＣＲ触媒１３におけるＳＣＲ触媒１３の吸着、及びＳＣＲ触媒１３の再生の状態を判定できる。よって、判定した状態に応じて混合比を制御することによって、内燃機関２２からの排気の浄化を、効率的かつ確実に実行することができる。また、ＳＣＲ触媒１３の上流側及び下流側の空気過剰率の大小関係から、ＳＣＲ触媒１３の再生完了の状態も判定することで、ＳＣＲ触媒１３の吸着及びＳＣＲ触媒１３の再生の状態判定からさらに、効率的かつ確実に排気の浄化を実行できる。
また、上記実施形態の排気浄化装置１０において、三元触媒１２は主流路の上流側に配置されるため、三元触媒１２の温度を上昇しやすくし、三元触媒１２が設定温度（活性化温度）Ｔａに到達するまでの時間を短縮できる。また、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニアの飽和吸着量は、触媒の温度が上昇するにつれて減少するという特性がある。本実施形態の排気浄化装置１０によれば、ＳＣＲ触媒１３は主流路の下流側に配置されるため、ＳＣＲ触媒１３の温度を上昇しづらくし、ＳＣＲ触媒１３におけるアンモニアの飽和吸着量の減少を抑制できる。
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
［変形例１］
上記実施形態では、エンジンシステムの構成の一例を示した。しかし、エンジンシステムの構成は種々の変形が可能である。例えば、エンジンシステムは、図示しない他の装置（例えば、三元触媒やＳＣＲ触媒の状態を監視する装置等）を備えていてもよい。
上記実施形態では、エンジンシステムの構成の一例を示した。しかし、エンジンシステムの構成は種々の変形が可能である。例えば、エンジンシステムは、図示しない他の装置（例えば、三元触媒やＳＣＲ触媒の状態を監視する装置等）を備えていてもよい。
［変形例２］
排気浄化装置には、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒：NOx Storage Reduction catalyst）、酸化触媒（ＤＯＣ触媒：Diesel Oxidation Catalyst）、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）等、機能が異なる様々な触媒をさらに配置してもよい。これら各種触媒の配置は、任意に決定できる。
排気浄化装置には、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒：NOx Storage Reduction catalyst）、酸化触媒（ＤＯＣ触媒：Diesel Oxidation Catalyst）、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）等、機能が異なる様々な触媒をさらに配置してもよい。これら各種触媒の配置は、任意に決定できる。
［変形例３］
上記実施形態では、制御部による制御の一例を示した。しかし、制御部による制御は種々の変形が可能である。例えば、ステップＳ１００からステップＳ１２８のうちの一部の手順は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。
上記実施形態では、制御部による制御の一例を示した。しかし、制御部による制御は種々の変形が可能である。例えば、ステップＳ１００からステップＳ１２８のうちの一部の手順は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。
以上、実施形態、変形例に基づき本開示について説明してきたが、本開示の実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定するものではない。本開示は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本開示にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
１ エンジンシステム
１０ 排気浄化装置
１１ 制御部
１２ 三元触媒
１３ ＳＣＲ触媒
１４ 第１混合比取得部
１５ 第２混合比取得部
１６ 温度取得部
１９ 排気管
２０ 燃焼装置
２１ 燃焼状態制御部
２２ 内燃機関
λ、λ１、λ２ 空気過剰率
Ａ 位置
Ｂ 位置
Ｃ 位置
Ｍ カウンタ値
Ｍｍａｘ 最大値
Ｎｉ（Ｎ０、Ｎ１、Ｎ２） 判別指標
Ｔａ 設定温度
１０ 排気浄化装置
１１ 制御部
１２ 三元触媒
１３ ＳＣＲ触媒
１４ 第１混合比取得部
１５ 第２混合比取得部
１６ 温度取得部
１９ 排気管
２０ 燃焼装置
２１ 燃焼状態制御部
２２ 内燃機関
λ、λ１、λ２ 空気過剰率
Ａ 位置
Ｂ 位置
Ｃ 位置
Ｍ カウンタ値
Ｍｍａｘ 最大値
Ｎｉ（Ｎ０、Ｎ１、Ｎ２） 判別指標
Ｔａ 設定温度
Claims (6)
- アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられた、酸化作用及び還元作用を有する酸化還元触媒と、
前記主流路の前記酸化還元触媒より下流側に設けられ、かつ前記酸化還元触媒を通過したアンモニアを吸着する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得する温度取得部と、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得する混合比取得部と、
前記温度取得部により取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う制御部と、
を備える、排気浄化装置。 - 前記制御部は、
前記第１制御及び前記第２制御の少なくとも一方の制御を行った結果、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比と前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比との差分が所定範囲内になった場合に、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を希薄から量論に変更させる第３制御を行う
請求項１に記載の排気浄化装置。 - 前記制御部は、
前記第１制御及び前記第２制御の少なくとも一方の制御を開始してから所定時間の経過後に前記差分が所定範囲外の場合に、異常を示す情報を報知する制御を行う、
請求項２に記載の排気浄化装置。 - 前記制御部は、
前記内燃機関の始動時に、前記第１制御、前記第２制御、及び前記第３制御を少なくとも１回を行う
請求項２に記載の排気浄化装置。 - 酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化方法であって、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得する工程と、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得する工程と、
取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う工程と、
を含む排気浄化方法。 - 酸化還元触媒と選択還元触媒とを用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記選択還元触媒の温度に関係する部位の温度を取得し、
前記選択還元触媒の上流側及び下流側におけるアンモニアと酸素との関係を示す排気の混合比を取得し、
取得された温度が、前記選択還元触媒の活性化を示す所定の温度に対応する温度以上の場合に、取得された前記排気の混合比に基づいて、前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が大きい場合は、前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させて前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄に変更させる第１制御を行い、かつ前記選択還元触媒の上流側における排気の混合比より前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が小さい場合は、前記選択還元触媒の下流側における排気の混合比が量論から希薄になるように前記酸化還元触媒の上流側における排気の混合比を変更させる第２制御を行う工程と、
ことを含む排気浄化処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。
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