WO2013080858A1 - 内燃機関における排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関における排気ガス浄化装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas in a first exhaust path and a second exhaust path extending from the internal combustion engine.
  • Patent Document 1 discloses an in-line four-cylinder engine, and a pair of NOx catalysts, that is, a first selective reduction type NOx catalyst and a second selective reduction type NOx catalyst, are arranged in series in the exhaust path of the engine. ing.
  • a first ammonia supply system is disposed upstream of the first selective reduction type NOx catalyst upstream of the second selective reduction type NOx catalyst, and ammonia is supplied from the first ammonia supply system to the first selective reduction type NOx catalyst. Is done.
  • Ammonia is supplied from the second ammonia supply system to the exhaust path between the first selective reduction type NOx catalyst and the second selective reduction type NOx catalyst.
  • the temperature of the selective reduction type NOx catalyst is made lower than the capacity of the second selective reduction type NOx catalyst to raise the temperature of the selective reduction type NOx catalyst to a desired temperature at an early stage and travel at a low temperature.
  • a technical idea for increasing the NOx purification rate is disclosed.
  • V-type engines and the like employ a configuration having a pair of exhaust paths arranged in parallel.
  • a catalyst is provided in each of the exhaust paths.
  • an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas in a first exhaust path and a second exhaust path extending from the internal combustion engine.
  • the exhaust gas purification device is provided in a merging path extending from a merging portion between the first exhaust path and the second exhaust path, a first sub-NOx catalyst provided in the first exhaust path, and a second exhaust path.
  • An ammonia source at a first addition amount upstream of the first sub-NOx catalyst in order to supply urea water to the first sub-NOx catalyst, a main NOx catalyst provided in the merge path, and the first sub-NOx catalyst.
  • the schematic diagram which shows the exhaust-gas purification apparatus by the 1st Embodiment of this invention The flowchart which shows the addition control program in 1st Embodiment.
  • the schematic diagram which shows the exhaust-gas purification apparatus by the 2nd Embodiment of this invention The flowchart which shows the addition control program in 2nd Embodiment.
  • the schematic diagram which shows the exhaust-gas purification apparatus by the 3rd Embodiment of this invention The schematic diagram which shows the exhaust-gas purification apparatus by another embodiment.
  • an internal combustion engine 10 mounted on a vehicle includes a plurality of cylinders 12A and 12B, and the plurality of cylinders 12A and 12B are divided into two groups.
  • the cylinder head 13A corresponding to the first group of cylinders 12A is provided with a fuel injection nozzle 14A for each cylinder 12A, and the cylinder head 13B corresponding to the second group of cylinders 12B is injected with fuel for each cylinder 12B.
  • a nozzle 14B is attached.
  • the fuel injection nozzles 14A and 14B inject fuel into the corresponding cylinders 12A and 12B.
  • the intake manifold 15 is connected to the cylinder heads 13A and 13B.
  • the intake manifold 15 is connected to the branch intake passages 16A and 16B.
  • a compressor portion 191A of the supercharger 19A is provided in the middle of the branch intake passage 16A, and a compressor portion 191B of the supercharger 19B is provided in the middle of the branch intake passage 16B.
  • the superchargers 19A and 19B are well-known variable nozzle turbochargers that are operated by an exhaust gas flow.
  • the branch intake passages 16 ⁇ / b> A and 16 ⁇ / b> B are connected to the main intake passage 21.
  • the main intake passage 21 is connected to the air cleaner 11.
  • Throttle valves 17A and 17B are provided in the middle of branch intake passages 16A and 16B between the superchargers 19A and 19B and the intake manifold 15. The throttle valves 17A and 17B adjust the intake air flow rate drawn into the branch intake passages 16A and 16B via the air cleaner 11 and the main intake passage 21.
  • the accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal) is detected by the accelerator opening detector 31.
  • a rotation angle (crank angle) of a crankshaft (not shown) is detected by a crank angle detector 32.
  • the accelerator opening detection information detected by the accelerator opening detector 31 and the crank angle detection information detected by the crank angle detector 32 are sent to the control means C as a controller.
  • the control means C calculates the fuel injection period (injection start timing and injection end timing) in the fuel injection nozzles 14A and 14B based on the accelerator opening detection information and the crank angle detection information, and based on the calculated fuel injection period.
  • the fuel injection of the fuel injection nozzles 14A and 14B is controlled.
  • the control means C calculates the engine speed based on the crank angle detection information obtained by the crank angle detector 32.
  • the air sucked into the main intake passage 21 flows separately in the branch intake passages 16A and 16B and joins in the intake manifold 15. That is, the intake air sent from the compressor units 191A and 191B of the superchargers 19A and 19B merges in the intake manifold 15 and is supplied to the cylinders 12A and 12B.
  • the exhaust manifold 18A is connected to the cylinder head 13A, and the exhaust manifold 18B is connected to the cylinder head 13B. Exhaust gas generated in the cylinders 12A and 12B is discharged to the exhaust manifolds 18A and 18B.
  • a first exhaust path 20A is connected to the exhaust manifold 18A via a turbine portion 192A of the supercharger 19A.
  • a second exhaust path 20B is connected to the exhaust manifold 18B via a turbine portion 192B of the supercharger 19B.
  • the first exhaust path 20 ⁇ / b> A and the second exhaust path 20 ⁇ / b> B extend separately from the internal combustion engine, and are connected to the merge path 22 at the merge section 220.
  • the first oxidation catalyst 23A, the first DPR (Diesel Particulate Reactor) catalyst 24A, and the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A as the first sub-NOx catalyst are arranged in this order from upstream to downstream. Are provided in series.
  • a second oxidation catalyst 23B, a second DPR catalyst 24B, and a second secondary selective reduction type NOx catalyst 25B as a second secondary NOx catalyst are provided in series in this order.
  • the oxidation catalysts 23A and 23B function to purify the exhaust gas by oxidizing unburned components (for example, hydrocarbon (HC)) in the exhaust gas.
  • unburned components for example, hydrocarbon (HC)
  • the DPR catalysts 24A and 24B function to collect particulate matter (PM) in the exhaust gas and remove it from the exhaust gas by burning.
  • the sub-selective reduction type NOx catalysts 25A and 25B function to purify the exhaust gas by reducing NOx in the exhaust gas.
  • the capacity of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A is the same as the capacity of the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B.
  • a first addition valve 28A is connected to the first exhaust path 20A upstream of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A and downstream of the first DPR catalyst 24A, and the first addition valve 28A is connected to the first pump 29A. It is connected.
  • the first pump 29A supplies urea water (ammonia source) to the first addition valve 28A.
  • a second addition valve 28B is connected to the second exhaust path 20B upstream of the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B and downstream of the second DPR catalyst 24B, and the second addition valve 28B is connected to the second pump 29B. It is connected.
  • the second pump 29B supplies urea water (ammonia source) to the second addition valve 28B.
  • Control means C controls the operation of the addition valves 28A and 28B and the pumps 29A and 29B.
  • the first pump 29A and the first addition valve 28A form a first addition means 30A as a first addition unit that supplies urea water (ammonia source) to the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A.
  • the second pump 29B and the second addition valve 28B form a second addition means 30B as a second addition unit that supplies urea water (ammonia source) to the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B.
  • a first NOx sensor 33 is provided in the first exhaust path 20A between the first DPR catalyst 24A and the first addition valve 28A.
  • the first NOx sensor 33 detects the NOx concentration in the exhaust gas in the first exhaust path 20A between the first DPR catalyst 24A and the first addition valve 28A.
  • a second NOx sensor 34 is provided in the second exhaust path 20B between the second DPR catalyst 24B and the second addition valve 28B. The second NOx sensor 34 detects the NOx concentration in the exhaust gas in the second exhaust path 20B between the second DPR catalyst 24B and the second addition valve 28B.
  • a main selective reduction-type NOx catalyst 26 and an ammonia catalyst 27 are provided in series in this order from upstream to downstream on the merge path 22 downstream from the merge section 220 between the first exhaust path 20A and the second exhaust path 20B.
  • the main selective reduction type NOx catalyst 26 functions to purify the exhaust gas by reducing NOx in the exhaust gas.
  • the capacity of the main selective reduction type NOx catalyst 26 is larger than the capacity of each of the sub selective reduction type NOx catalysts 25A and 25B.
  • the ammonia catalyst 27 functions to purify exhaust gas by oxidizing ammonia.
  • the selective reduction type NOx catalyst having a large high temperature purification rate is used as the sub-selective reduction type NOx catalysts 25A and 25B, and the selective reduction type NOx catalyst having a large low temperature purification rate is used as the main selective reduction type NOx catalyst 26. .
  • a third NOx sensor 35 is provided downstream of the ammonia catalyst 27.
  • the third NOx sensor 35 detects the NOx concentration in the exhaust gas in the merge path 22 downstream of the ammonia catalyst 27.
  • a temperature detector 36A is provided in the first exhaust path 20A downstream of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A.
  • the temperature detector 36A detects the temperature of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A by detecting the exhaust temperature in the first exhaust path 20A downstream of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A. It is a detector.
  • a temperature detector 37 is provided downstream of the ammonia catalyst 27.
  • the temperature detector 37 is a third temperature detector that detects the temperature of the main selective reduction NOx catalyst 26 by detecting the exhaust temperature in the merging path 22 downstream of the ammonia catalyst 27.
  • the information on the exhaust temperature detected by the temperature detectors 36A, 37 and the information on the NOx concentration detected by the NOx sensors 33, 34, 35 are sent to the control means C.
  • the control means C controls the urea water addition amount (hereinafter referred to as the first addition valve 28A) as the first addition amount. Simply referred to as addition amount).
  • the control means C commands the first addition valve 28A to add the calculated addition amount of urea water to supply the urea water to the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A.
  • the control for adding the calculated addition amount of urea water is the normal addition control in the first addition valve 28A.
  • control means C calculates the urea water addition amount in the second addition valve 28B as the second addition amount based on the detected NOx concentration obtained from the second NOx sensor 34 and the detected intake flow rate obtained from the air flow meter 38B. calculate.
  • control means C commands the second addition valve 28B to add the calculated addition amount of urea water to supply the urea water to the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B.
  • the control for adding the calculated addition amount of urea water is the normal addition control in the second addition valve 28B.
  • the normal addition control is control for adding an addition amount of urea water corresponding to the NOx flow rate that can be grasped from the NOx concentration, the intake flow rate, and the like.
  • the control means C controls the addition of urea water based on the addition control program shown by the flowchart in FIG.
  • the control means C compares the detected temperature Ts obtained by the temperature detector 36A with a preset first reference temperature Ta (step S1).
  • the first reference temperature Ta is the decomposition temperature of urea. When urea is decomposed, ammonia is produced.
  • the control means C selects non-addition control that does not add urea water from the addition valves 28A and 28B (step S2).
  • the controller C detects the detected temperature Tm obtained by the temperature detector 37 and a preset second reference temperature Tb (this embodiment). In the embodiment, the size is compared with the active selective NOx catalyst 26 (step S3). When the detected temperature Tm is less than the second reference temperature Tb (NO in step S3), the control means C selects emergency addition control (step S4).
  • the addition amount from the first addition valve 28A is increased and the addition amount from the second addition valve 28B is decreased.
  • the addition amount (first changed addition amount) from the first addition valve 28A in the emergency addition control is the normal addition amount in the first addition valve 28A (that is, the urea water addition amount in the normal addition control). ) And the normal addition amount in the second addition valve 28B.
  • the addition amount (second changed addition amount) from the second addition valve 28B in the emergency addition control is zero.
  • Emergency addition control is selected (executed) when the exhaust temperature is low, such as when the engine is started.
  • the control for changing the addition amount from the second addition valve 28B to zero the temperature of the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B is increased, and the temperature increase of the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B is the main selective reduction.
  • the temperature of the type NOx catalyst 26 is raised quickly. Thereby, the NOx purification rate in the main selective reduction type NOx catalyst 26 is improved.
  • the urea water added from the first addition valve 28A is converted into ammonia in the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A and in the first exhaust path 20A downstream of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A.
  • the NOx purification rate by ammonia in the main selective reduction type NOx catalyst 26 is higher than that of urea water. That is, a method of adding urea water between the main selective reduction type NOx catalyst 26 and the first sub selective reduction type NOx catalyst 25A (that is, adding urea water downstream of the first sub selective reduction type NOx catalyst 25A).
  • the method of adding an amount of urea water required for NOx reduction upstream of the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A is the main selective reduction type NOx catalyst. 26 is advantageous for improving the NOx purification rate.
  • control means C selects the normal addition control described above (step S5).
  • the control means C selects the normal addition control described above (step S5).
  • the first exhaust path 20A and the second exhaust path 20B extend separately from the internal combustion engine 10, and their ends are connected to the merging path 22 at the merging portion 220. Therefore, the main sub-reduction type NOx catalyst 25A provided in the first exhaust path 20A and the main sub-reduction type NOx catalyst 25B provided in the second exhaust path 20B are provided downstream thereof. Only one selective reduction type NOx catalyst 26 is required. As a result, the cost of the exhaust gas purifying device when the first exhaust path 20A and the second exhaust path 20B extend separately from the internal combustion engine 10 is reduced.
  • the NOx purification efficiency of ammonia at low temperatures is higher than that of urea water. Accordingly, during a cold sensation transient operation such as at the time of starting, ammonia that has passed through the sub-selective reduction type NOx catalyst 25A unreacted exhibits high NOx purification performance in the main selective reduction type NOx catalyst 26.
  • the selective reduction type NOx catalyst having a large low temperature purification rate is used as the main selective reduction type NOx catalyst 26, the sub-selective reduction type NOx catalyst 25A is used at low temperatures such as during non-addition control and during emergency addition control. , 25B can be efficiently purified by the main selective reduction type NOx catalyst 26. Furthermore, the sub-selective reduction catalysts 25A and 25B arranged upstream have a large high temperature purification rate, and the main selective reduction catalyst 26 arranged downstream the exhaust temperature lowers has a large low temperature purification rate. Even under high operating conditions, NOx can be efficiently purified.
  • the urea water addition amount in the first addition valve 28A is the sum of the urea water addition amount in the first addition valve 28A in the normal addition control and the urea water addition amount in the second addition valve 28B. is there. Therefore, the necessary urea water addition amount for purifying NOx is secured.
  • the capacity of the sub-selective reduction type NOx catalysts 25A, 25B is smaller than the capacity of the main selective reduction type NOx catalyst 26. This contributes to shortening of the warm-up time in the sub-selective reduction type NOx catalyst 25B. As a result, the urea water addition start timing after the start of the internal combustion engine 10 is advanced, and the NOx purification rate at the start of the internal combustion engine 10 is improved.
  • Ammonia may pass through the main selective reduction type NOx catalyst 26.
  • the ammonia catalyst 27 purifies the exhaust gas by oxidizing the ammonia passing through the main selective reduction type NOx catalyst 26. Therefore, ammonia is not released into the atmosphere.
  • the detection information obtained by the third NOx sensor 35 is compared with the detection information obtained by the NOx sensors 33 and 34. This comparison result can be used for grasping the passing amount of ammonia in the main selective reduction type NOx catalyst 26.
  • the cause is considered to be a failure of the adding means 30A, 30B. That is, the third NOx sensor 35 can be used to determine whether or not the adding means 30A, 30B has failed.
  • a temperature detector 36B is provided in the second exhaust path 20B downstream of the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B.
  • the temperature detector 36B detects the temperature of the second sub-selective reduction NOx catalyst 25B by detecting the exhaust temperature in the second exhaust path 20B downstream of the second sub-selective reduction NOx catalyst 25B. It is a detector.
  • the control means C controls the addition of urea water based on the addition control program shown in the flowchart in FIG. Next, the addition control in the second embodiment will be described based on the flowchart of FIG.
  • the control means C compares the detected temperature Ts1 obtained by the temperature detector 36A with the detected temperature Ts2 obtained by the temperature detector 36B (step S11). When the detected temperature Ts1 is equal to or higher than the detected temperature Ts2 (YES in step S11), the control means C compares the detected temperature Ts1 with a preset first reference temperature Ta (step S12). When the detected temperature Ts1 is less than the first reference temperature Ta (NO in step S12), the control means C selects non-addition control that does not add urea water from the addition valves 28A and 28B (step S13).
  • the control unit C determines whether the detected temperature Tm obtained by the temperature detector 37 is larger than the second reference temperature Tb set in advance. Comparison is performed (step S14). When the detected temperature Tm is less than the second reference temperature Tb (NO in step S14), the control means C selects the first emergency addition control (step S15).
  • the addition amount from the first addition valve 28A is increased and the addition amount from the second addition valve 28B is decreased.
  • the addition amount from the first addition valve 28A in the first emergency addition control is the sum of the normal addition amount in the first addition valve 28A and the normal addition amount in the second addition valve 28B.
  • the addition amount from the second addition valve 28B in the first emergency addition control is zero.
  • step S14 When the detected temperature Tm is equal to or higher than the second reference temperature Tb (YES in step S14), the control means C selects the normal addition control described above (step S16). If NO in step S11 (when the detected temperature Ts2 is higher than the detected temperature Ts1), the control means C compares the detected temperature Ts2 with a preset first reference temperature Ta (step S17). When the detected temperature Ts2 is less than the first reference temperature Ta (NO in step S17), the control means C selects non-addition control that does not add urea water from the addition valves 28A and 28B (step S13).
  • the control means C determines whether the detected temperature Tm obtained by the temperature detector 37 is greater than the preset second reference temperature Tb. Comparison is performed (step S18). When the detected temperature Tm is less than the second reference temperature Tb (NO in step S18), the control means C selects the second emergency addition control (step S19).
  • the addition amount from the second addition valve 28B is increased and the addition amount from the first addition valve 28A is decreased.
  • the addition amount from the second addition valve 28B in the second emergency addition control is the sum of the normal addition amount in the second addition valve 28B and the normal addition amount in the first addition valve 28A.
  • the addition amount from the first addition valve 28A in the second emergency addition control is zero.
  • the control means C Based on the comparison between the temperature Ts1 detected by the first temperature detector 36A, the temperature Ts2 detected by the second temperature detector 36B, and the first reference temperature Ta, the control means C performs the first and second operations. Functions to select one of the emergency addition controls.
  • the control means C selects the normal addition control described above (step S16).
  • the second embodiment in addition to the same advantages as those of the first embodiment, the following advantages can be obtained.
  • the exhaust temperatures downstream of the two sub-selective reduction type NOx catalysts 25A and 25B are regarded as the same, and only the exhaust temperature downstream of one of them (the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A) is used. Detected.
  • the exhaust temperatures downstream of the two sub-selective reduction type NOx catalysts 25A and 25B may be different, and the exhaust temperatures downstream of both are detected. .
  • the reason why the exhaust temperatures downstream of the two sub-selective reduction NOx catalysts 25A and 25B are different is because of the operating state of the internal combustion engine 10 and the difference in temperature rise between the two sub-selective reduction NOx catalysts 25A and 25B. Can be mentioned.
  • the sub-selective reduction type NOx catalyst (25A or 25B) whose temperature rises faster by detecting the exhaust temperatures downstream of the two sub-selective reduction type NOx catalysts 25A and 25B, respectively.
  • the emergency addition control can be started early and the non-addition control time can be shortened.
  • the purification of NOx can be started early.
  • the addition control program in the third embodiment is the same as that in the first embodiment.
  • the addition amount from the first addition valve 28A is increased and the second addition valve 28B.
  • the amount of addition from is made zero.
  • the length of the first exhaust path 20A from the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A to the merging path 22 is larger than the length of the second exhaust path 20B from the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B to the merging path 22. .
  • the exhaust path from the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B where the addition amount in the emergency addition control is zero to the main selective reduction type NOx catalyst 26 is the first sub-selective reduction type in which the addition amount in the emergency addition control is not zero.
  • the exhaust path from the NOx catalyst 25A to the main selective reduction type NOx catalyst 26 is shorter.
  • the main selective reduction type is used during the emergency addition control. There is an advantage that the temperature rise in the NOx catalyst 26 is accelerated.
  • the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A to which the addition amount in the emergency addition control is not zero to the main selective reduction-type NOx catalyst 26 is long, the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A to the main selective reduction type It takes a long time to reach the NOx catalyst 26. Therefore, the amount of ammonia converted from urea increases in the middle from the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A to the main selective reduction type NOx catalyst 26. Therefore, NOx purification efficiency can be increased.
  • the adoption of the integrated catalyst 41A, 41B is advantageous in terms of cost.
  • the NOx emission amount estimated from the intake flow rate information obtained from the air flow meters 38A and 38B, the supercharging pressure information obtained by the pressure detector 42 in the intake manifold 15 and the rotational speed information is added and controlled. You may use for.
  • the estimation of the NOx emission amount is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2010-270664 and 2005-139983.
  • the control means C is based on the supercharging pressure information detected by the pressure detector 42 so that the actual supercharging pressure matches the target supercharging pressure in the turbine sections 192A and 192B of the superchargers 19A and 19B. Control vane opening.
  • Use NOx storage reduction catalyst or DPNR catalyst Diesel Particulate NOx Reduction configured to support NOx storage reduction catalyst
  • sub-selective reduction NOx catalyst 25A, 25B, and use fuel instead of urea water addition) Diesel oil
  • an oxidation catalyst for oxidizing the fuel that has passed through the main selective reduction type NOx catalyst 26 is arranged downstream of the main selective reduction type NOx catalyst 26 in place of the ammonia catalyst 27.
  • a combination using a selective reduction type NOx catalyst having a large high temperature purification rate as the catalyst 26 may be used.
  • the non-addition control period can be shortened, and the NOx purification rate in the sub-selective reduction type NOx catalyst 25B during the normal addition control can be increased.
  • the amount of NOx flowing into the selective reduction type NOx catalyst can be reduced.
  • the addition amount in the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B may be reduced to an addition amount other than zero.
  • the urea water addition amount in the first sub-selective reduction type NOx catalyst 25A may be reduced and the urea water addition amount in the second sub-selective reduction type NOx catalyst 25B may be increased. .
  • a temperature detector for detecting the exhaust temperature in the second exhaust path 20B is provided, and an average value of the detected temperature obtained from the temperature detector and the detected temperature obtained from the temperature detector 36A is calculated. You may use as temperature Ts in step S1 of the flowchart of FIG. Alternatively, the lower one of the detected temperature obtained from the temperature detector and the detected temperature obtained from the temperature detector 36A may be used as the temperature Ts.
  • the first reference temperature a temperature higher than the urea decomposition temperature and lower than the activation temperature in the main selective reduction type NOx catalyst 26 may be adopted.
  • the second reference temperature a temperature higher than the activation temperature in the main selective reduction type NOx catalyst 26 may be adopted.
  • urea water in the control means C In the addition control of urea water in the control means C, the adsorption amount of ammonia in the main selective reduction type NOx catalyst 26 and the sub selective reduction type NOx catalysts 25A, 25B and the NOx amount discharged from the internal combustion engine 10 are calculated, The addition of urea water may be suspended depending on the amount of ammonia that can be adsorbed on each selective reduction type NOx catalyst.
  • the present invention may be applied to a gasoline engine.

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Abstract

　内燃機関から延びる第１及び第２排気経路（２０Ａ，２０Ｂ）における排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置は、前記第１及び第２排気経路の合流部から延びる合流経路（２２）と、前記第１排気経路に設けられる第１副ＮＯｘ触媒（２５Ａ）と、前記第２排気経路に設けられる第２副ＮＯｘ触媒（２５Ｂ）と、前記合流経路に設けられる主ＮＯｘ触媒（２６）と、第１副ＮＯｘ触媒へ尿素水を供給するべく、前記第１副ＮＯｘ触媒の上流において第１の添加量でアンモニア源を添加する第１添加部（３０Ａ）と、第２副ＮＯｘ触媒へ尿素水を供給するべく、第２副ＮＯｘ触媒の上流において第２の添加量でアンモニア源を添加する第２添加部（３０Ｂ）と、を備える。

Description

内燃機関における排気ガス浄化装置
　本発明は、内燃機関から延びる第１排気経路及び第２排気経路における排気ガスを浄化する、内燃機関における排気ガス浄化装置に関する。
　エンジンの排気経路に配置された触媒によって排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去（排気ガスの浄化）を行う排気ガス浄化装置は、従来より利用されている。特許文献１では、直列４気筒のエンジンが開示されており、このエンジンの排気経路には一対のＮＯｘ触媒、すなわち第１選択還元型ＮＯｘ触媒及び第２選択還元型ＮＯｘ触媒が直列に配設されている。第２選択還元型ＮＯｘ触媒より上流にある第１選択還元型ＮＯｘ触媒の上流には第１アンモニア供給システムが配置されており、第１アンモニア供給システムから第１選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが供給される。第１選択還元型ＮＯｘ触媒と第２選択還元型ＮＯｘ触媒との間の排気経路には第２アンモニア供給システムからアンモニアが供給される。
　特許文献２では、第１選択還元型ＮＯｘ触媒の容量を第２選択還元型ＮＯｘ触媒の容量よりも小さくすることによって、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を早期に望ましい温度まで昇温させて低温走行時のＮＯｘ浄化率を上げる技術思想が開示されている。
　Ｖ型エンジン等の一部では、並列に配置された一対の排気経路を備える構成が採用されている。この場合、排気経路のそれぞれに触媒が設けられる。
特開２００９－５１７２１０号公報 特開２０１０－１２１５２１号公報
　しかし、第１の排気経路に一対の選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に設けると共に、第２の排気経路に別の一対の選択還元型ＮＯｘ触媒を直列に設けた場合、必要となる選択還元型ＮＯｘ触媒、アンモニアを供給する手段、及びそれらの制御に必要なセンサ類等の数が多くなる。これは、コストに関して不利である。
　本発明の１つの目的は、内燃機関から別々に延びている第１排気経路及び第２排気経路における排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置のコストの低減を図ることである。本発明の別の目的は、内燃機関から延びている第１排気経路及び第２排気経路における排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、効率良くＮＯｘを浄化することである。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様では、内燃機関から延びる第１排気経路及び第２排気経路における排気ガスを浄化する、内燃機関における排気ガス浄化装置を提供する。該排気ガス浄化装置は、前記第１排気経路と前記第２排気経路との合流部から延びる合流経路と、前記第１排気経路に設けられる第１副ＮＯｘ触媒と、前記第２排気経路に設けられる第２副ＮＯｘ触媒と、前記合流経路に設けられる主ＮＯｘ触媒と、第１副ＮＯｘ触媒へ尿素水を供給するべく、前記第１副ＮＯｘ触媒の上流において第１の添加量でアンモニア源を添加する第１添加部と、第２副ＮＯｘ触媒へ尿素水を供給するべく、第２副ＮＯｘ触媒の上流において第２の添加量でアンモニア源を添加する第２添加部と、を備える。
本発明の第１の実施形態による排気ガス浄化装置を示す模式図。 第１の実施形態における添加制御プログラムを示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態による排気ガス浄化装置を示す模式図。 第２の実施形態における添加制御プログラムを示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態による排気ガス浄化装置を示す模式図。 別の実施形態による排気ガス浄化装置を示す模式図。
　以下では、本発明をディーゼルエンジンに具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
　図１に示すように、車両に搭載された内燃機関１０は、複数の気筒１２Ａ，１２Ｂを備えており、複数の気筒１２Ａ，１２Ｂは２群に分けられている。第１の群の気筒１２Ａに対応するシリンダヘッド１３Ａには気筒１２Ａ毎に燃料噴射ノズル１４Ａが取り付けられており、第２の群の気筒１２Ｂに対応するシリンダヘッド１３Ｂには気筒１２Ｂ毎に燃料噴射ノズル１４Ｂが取り付けられている。燃料噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂは、対応する気筒１２Ａ，１２Ｂ内に燃料を噴射する。
　シリンダヘッド１３Ａ，１３Ｂにはインテークマニホールド１５が接続されている。インテークマニホールド１５は、分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂに接続されている。分岐吸気通路１６Ａの途中には過給機１９Ａのコンプレッサ部１９１Ａが設けられており、分岐吸気通路１６Ｂの途中には過給機１９Ｂのコンプレッサ部１９１Ｂが設けられている。過給機１９Ａ，１９Ｂは、排気ガス流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャーである。
　分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂは、基幹吸気通路２１に接続されている。基幹吸気通路２１は、エアクリーナ１１に接続されている。過給機１９Ａ，１９Ｂとインテークマニホールド１５との間の分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂの途中にはスロットル弁１７Ａ，１７Ｂが設けられている。スロットル弁１７Ａ，１７Ｂは、エアクリーナ１１及び基幹吸気通路２１を経由して分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂに吸入される吸気流量を調整する。
　アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）は、アクセル開度検出器３１によって検出される。図示しないクランクシャフトの回転角度（クランク角度）は、クランク角度検出器３２によって検出される。アクセル開度検出器３１によって検出されたアクセル開度検出情報、及びクランク角度検出器３２によって検出されたクランク角度検出情報は、コントローラとしての制御手段Ｃに送られる。制御手段Ｃは、アクセル開度検出情報及びクランク角度検出情報に基づいて、燃料噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂにおける燃料噴射期間（噴射開始時期及び噴射終了時期）を算出し、算出した燃料噴射期間に基づいて、燃料噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂの燃料噴射を制御する。制御手段Ｃは、クランク角度検出器３２によって得られるクランク角度検出情報に基づいてエンジン回転数を算出する。
　基幹吸気通路２１に吸入された空気は、分岐吸気通路１６Ａ，１６Ｂを別々に流れ、インテークマニホールド１５内で合流する。つまり、過給機１９Ａ，１９Ｂのコンプレッサ部１９１Ａ，１９１Ｂから送り出される吸気は、インテークマニホールド１５内で合流して気筒１２Ａ，１２Ｂに供給される。
　シリンダヘッド１３Ａにはエキゾーストマニホールド１８Ａが接続されており、シリンダヘッド１３Ｂにはエキゾーストマニホールド１８Ｂが接続されている。気筒１２Ａ，１２Ｂで発生する排気ガスは、エキゾーストマニホールド１８Ａ，１８Ｂへ排出される。エキゾーストマニホールド１８Ａには第１排気経路２０Ａが過給機１９Ａのタービン部１９２Ａを介して接続されている。エキゾーストマニホールド１８Ｂには第２排気経路２０Ｂが過給機１９Ｂのタービン部１９２Ｂを介して接続されている。第１排気経路２０Ａと第２排気経路２０Ｂとは内燃機関から別々に延びており、合流部２２０において合流経路２２に接続されている。
　第１排気経路２０Ａ上には、第１酸化触媒２３Ａ、第１ＤＰＲ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｒｅａｃｔｏｒ）触媒２４Ａ、及び第１副ＮＯｘ触媒としての第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａが、この順に上流から下流へと直列に設けられている。第２排気経路２０Ｂ上には、第２酸化触媒２３Ｂ、第２ＤＰＲ触媒２４Ｂ、及び第２副ＮＯｘ触媒としての第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂが、この順に直列に設けられている。酸化触媒２３Ａ，２３Ｂは、排気ガス中の未燃焼成分〔例えば炭化水素（ＨＣ）〕を酸化することによって、排気ガスを浄化するよう機能する。ＤＰＲ触媒２４Ａ，２４Ｂは、排気ガス中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ・Ｍａｔｔｅｒ；ＰＭ）を捕集して燃焼することによって排気ガスから除去するよう機能する。副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂは、排気ガス中のＮＯｘを還元することによって排気ガスを浄化するよう機能する。第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの容量は第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの容量と同じである。
　第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの上流かつ第１ＤＰＲ触媒２４Ａよりも下流の第１排気経路２０Ａには第１添加弁２８Ａが接続されており、第１添加弁２８Ａは、第１ポンプ２９Ａに接続されている。第１ポンプ２９Ａは、第１添加弁２８Ａに尿素水（アンモニア源）を供給する。第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの上流かつ第２ＤＰＲ触媒２４Ｂよりも下流の第２排気経路２０Ｂには第２添加弁２８Ｂが接続されており、第２添加弁２８Ｂは、第２ポンプ２９Ｂに接続されている。第２ポンプ２９Ｂは、第２添加弁２８Ｂに尿素水（アンモニア源）を供給する。
　制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂ及びポンプ２９Ａ，２９Ｂの作動を制御する。第１ポンプ２９Ａ及び第１添加弁２８Ａは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａへ尿素水（アンモニア源）を供給する第１添加部としての第１添加手段３０Ａを形成する。第２ポンプ２９Ｂ及び第２添加弁２８Ｂは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂへ尿素水（アンモニア源）を供給する第２添加部としての第２添加手段３０Ｂを形成する。
　第１ＤＰＲ触媒２４Ａと第１添加弁２８Ａとの間の第１排気経路２０Ａには第１ＮＯｘセンサ３３が設けられている。第１ＮＯｘセンサ３３は、第１ＤＰＲ触媒２４Ａと第１添加弁２８Ａとの間の第１排気経路２０Ａ内の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。第２ＤＰＲ触媒２４Ｂと第２添加弁２８Ｂとの間の第２排気経路２０Ｂには第２ＮＯｘセンサ３４が設けられている。第２ＮＯｘセンサ３４は、第２ＤＰＲ触媒２４Ｂと第２添加弁２８Ｂとの間の第２排気経路２０Ｂ内の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
　第１排気経路２０Ａと第２排気経路２０Ｂとの合流部２２０より下流の合流経路２２上には主選択還元型ＮＯｘ触媒２６及びアンモニア触媒２７がこの順に上流から下流へと直列に設けられている。主選択還元型ＮＯｘ触媒２６は、排気ガス中のＮＯｘを還元することによって排気ガスを浄化するよう機能する。主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の容量は、各副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの容量よりも大きい。アンモニア触媒２７は、アンモニアを酸化することによって排気ガスを浄化するよう機能する。
　本実施形態では、大きな高温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂとして用い、大きな低温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として用いる。
　アンモニア触媒２７の下流には第３ＮＯｘセンサ３５が設けられている。第３ＮＯｘセンサ３５は、アンモニア触媒２７の下流の合流経路２２内の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
　第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流の第１排気経路２０Ａには温度検出器３６Ａが設けられている。温度検出器３６Ａは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流の第１排気経路２０Ａ内の排気温度を検出することによって第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの温度を検出する、第１温度検出器である。
　アンモニア触媒２７の下流には温度検出器３７が設けられている。温度検出器３７は、アンモニア触媒２７の下流の合流経路２２内の排気温度を検出することによって主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の温度を検出する、第３温度検出器である。
　温度検出器３６Ａ，３７によって検出された排気温度の情報、及びＮＯｘセンサ３３，３４，３５によって検出されたＮＯｘ濃度の情報は、制御手段Ｃへ送られる。制御手段Ｃは、第１ＮＯｘセンサ３３から得られる検出ＮＯｘ濃度、及びエアフローメータ３８Ａから得られる検出吸気流量に基づいて、第１の添加量としての第１添加弁２８Ａにおける尿素水添加量（以下、単に添加量とも言う）を算出する。次いで、制御手段Ｃは、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａへ尿素水を供給するべく、該算出された添加量の尿素水を添加するよう第１添加弁２８Ａに指令する。この算出された添加量の尿素水を添加する制御は、第１添加弁２８Ａにおける通常添加制御である。又、制御手段Ｃは、第２ＮＯｘセンサ３４から得られる検出ＮＯｘ濃度、及びエアフローメータ３８Ｂから得られる検出吸気流量に基づいて、第２の添加量としての第２添加弁２８Ｂにおける尿素水添加量を算出する。次いで、制御手段Ｃは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂへ尿素水を供給するべく、該算出された添加量の尿素水を添加するよう第２添加弁２８Ｂに指令する。この算出された添加量の尿素水を添加する制御は、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加制御である。
　つまり、通常添加制御とは、ＮＯｘの濃度、吸気流量等から把握できるＮＯｘの流量に応じた添加量の尿素水を添加する制御のことである。
　制御手段Ｃは、図２にフローチャートで示す添加制御プログラムに基づいて、尿素水の添加を制御する。
　次に、第１の実施形態の作用及び添加制御を図２のフローチャートに基づいて説明する。
　エンジンが始動されると、制御手段Ｃは、温度検出器３６Ａによって得られた検出温度Ｔｓと、予め設定された第１基準温度Ｔａとの大小比較を行う（ステップＳ１）。本実施形態では、第１基準温度Ｔａは尿素の分解温度である。尿素が分解されると、アンモニアが生じる。検出温度Ｔｓが第１基準温度Ｔａに満たない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂからの尿素水の添加を行わない不添加制御を選択する（ステップＳ２）。
　検出温度Ｔｓが第１基準温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、温度検出器３７によって得られた検出温度Ｔｍと、予め設定された第２基準温度Ｔｂ（本実施形態では主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における活性温度）との大小比較を行う（ステップＳ３）。検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂに満たない場合（ステップＳ３においてＮＯ）、制御手段Ｃは、非常添加制御を選択する（ステップＳ４）。
　非常添加制御では、第１添加弁２８Ａからの添加量を増やすと共に、第２添加弁２８Ｂからの添加量を減らす。本実施形態では、非常添加制御における第１添加弁２８Ａからの添加量（第１の変更された添加量）は、第１添加弁２８Ａにおける通常添加量（すなわち、通常添加制御における尿素水添加量）と、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加量との和である。非常添加制御における第２添加弁２８Ｂからの添加量（第２の変更された添加量）は、零である。
　非常添加制御は、エンジン始動時など排気温度が低い場合に選択（実行）される。第２添加弁２８Ｂからの添加量を零に変更する制御は、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの温度を昇温させ、さらに第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの昇温は主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の温度を早期に昇温させる。これにより主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率が向上する。
　第１添加弁２８Ａから添加された尿素水は、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ内及び第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流の第１排気経路２０Ａ内においてアンモニアに変換される。排気温度が低いときには、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるアンモニアによるＮＯｘ浄化率は、尿素水のそれよりも高い。つまり、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６と第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａとの間に尿素水を添加する（すなわち、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの下流で尿素水を添加する）方法に比べ、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａの上流でＮＯｘ還元に必要な量の尿素水を添加する方法（第１添加弁２８Ａからの添加量を増やす制御）は、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率向上に有利である。
　検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、前記した通常添加制御を選択する（ステップＳ５）。
　第１の実施形態では以下の利点が得られる。
　（１）第１排気経路２０Ａ及び第２排気経路２０Ｂは内燃機関１０から別々に延びており、それらの末端は合流部２２０において合流経路２２に接続されている。そのため、第１排気経路２０Ａに設けられた第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ及び第２排気経路２０Ｂに設けられた第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂに対応してそれらの下流に設けられる主選択還元型ＮＯｘ触媒２６が１つで済む。その結果、第１排気経路２０Ａ及び第２排気経路２０Ｂが別々に内燃機関１０から延びている場合における排気ガス浄化装置のコストが低減する。
　（２）非常添加制御が行われると、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａに対する尿素水添加量が増やされ、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂに対する尿素水添加量が零にされる。これにより、尿素水供給量が零となる第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける昇温及び主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における昇温が早められる。その結果、排気温度が低い時における主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化率が向上する。
　（３）低温時におけるアンモニアのＮＯｘ浄化効率は尿素水のそれより高い。従って、始動時など冷感過渡運転時には、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａを未反応のまま通過したアンモニアは、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６において高いＮＯｘ浄化性能を示す。副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂと主選択還元型ＮＯｘ触媒２６との距離が大きいほど、つまり、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６までの排気経路が長いほど、尿素水からアンモニアへの変換が促進される。これは、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるＮＯｘ浄化効率の向上に寄与する。さらにまた、大きな低温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として用いているので、不添加制御時及び非常添加制御時などの低温時において、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂを通過したＮＯｘを主選択還元型ＮＯｘ触媒２６において効率よく浄化することができる。さらにまた、上流に配置される副選択還元型触媒２５Ａ，２５Ｂは大きな高温浄化率を有し、排気温度が下がる下流に配置される主選択還元触媒２６は大きな低温浄化率を有するので、排気温度が高い運転条件であっても効率よくＮＯｘを浄化することができる。
　（４）非常添加制御では、第１添加弁２８Ａにおける尿素水添加量は、通常添加制御における第１添加弁２８Ａにおける尿素水添加量と、第２添加弁２８Ｂにおける尿素水添加量との和である。従って、ＮＯｘを浄化するための必要な尿素水添加量が確保される。
　（５）副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの容量は主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の容量より小さい。これは、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける暖機時間の短縮化に寄与する。これにより、内燃機関１０の始動後の尿素水の添加開始時期が早まり、内燃機関１０の始動初期のＮＯｘ浄化率が向上する。
　（６）アンモニアが主選択還元型ＮＯｘ触媒２６を通過することがある。アンモニア触媒２７は、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６を通過するアンモニアを酸化することによって排気ガスを浄化する。そのため、アンモニアが大気に放出されてしまうことはない。
　（７）第３ＮＯｘセンサ３５によって得られた検出情報は、ＮＯｘセンサ３３，３４によって得られた検出情報と比較される。この比較結果は、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６でのアンモニアの通過量の把握に利用されることができる。主選択還元型ＮＯｘ触媒２６におけるアンモニアの通過量が多い場合には、尿素水の添加量が本来の適正な添加量よりも異常に多い可能性がある。その原因としては、添加手段３０Ａ，３０Ｂの故障が考えられる。つまり、第３ＮＯｘセンサ３５は、添加手段３０Ａ，３０Ｂの故障の有無の判定に利用できる。
　次に、図３及び図４に基づいて第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明を省略する。
　図３に示すように、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの下流の第２排気経路２０Ｂには温度検出器３６Ｂが設けられている。温度検出器３６Ｂは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの下流の第２排気経路２０Ｂ内の排気温度を検出することによって第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂの温度を検出する、第２温度検出器である。
　制御手段Ｃは、図４にフローチャートで示す添加制御プログラムに基づいて、尿素水の添加を制御する。
　次に、第２の実施形態における添加制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。
　エンジンが始動されると、制御手段Ｃは、温度検出器３６Ａによって得られた検出温度Ｔｓ１と、温度検出器３６Ｂによって得られた検出温度Ｔｓ２との大小比較を行う（ステップＳ１１）。検出温度Ｔｓ１が検出温度Ｔｓ２以上である場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、検出温度Ｔｓ１と、予め設定された第１基準温度Ｔａとの大小比較を行う（ステップＳ１２）。検出温度Ｔｓ１が第１基準温度Ｔａに満たない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂからの尿素水の添加を行わない不添加制御を選択する（ステップＳ１３）。
　検出温度Ｔｓ１が第１基準温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、温度検出器３７によって得られた検出温度Ｔｍと、予め設定された第２基準温度Ｔｂとの大小比較を行う（ステップＳ１４）。検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂに満たない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御手段Ｃは、第１非常添加制御を選択する（ステップＳ１５）。
　第１非常添加制御では、第１添加弁２８Ａからの添加量を増やすと共に、第２添加弁２８Ｂからの添加量を減らす。本実施形態では、第１非常添加制御における第１添加弁２８Ａからの添加量は、第１添加弁２８Ａにおける通常添加量と、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加量との和である。第１非常添加制御における第２添加弁２８Ｂからの添加量は、零である。
　検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、前記した通常添加制御を選択する（ステップＳ１６）。
　ステップＳ１１においてＮＯの場合（検出温度Ｔｓ２が検出温度Ｔｓ１よりも高い場合）、制御手段Ｃは、検出温度Ｔｓ２と、予め設定された第１基準温度Ｔａとの大小比較を行う（ステップＳ１７）。検出温度Ｔｓ２が第１基準温度Ｔａに満たない場合（ステップＳ１７においてＮＯ）、制御手段Ｃは、添加弁２８Ａ，２８Ｂからの尿素水の添加を行わない不添加制御を選択する（ステップＳ１３）。
　検出温度Ｔｓ２が第１基準温度Ｔａ以上である場合（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、温度検出器３７によって得られた検出温度Ｔｍと、予め設定された第２基準温度Ｔｂとの大小比較を行う（ステップＳ１８）。検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂに満たない場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、制御手段Ｃは、第２非常添加制御を選択する（ステップＳ１９）。
　第２非常添加制御では、第２添加弁２８Ｂからの添加量を増やすと共に、第１添加弁２８Ａからの添加量を減らす。本実施形態では、第２非常添加制御における第２添加弁２８Ｂからの添加量は、第２添加弁２８Ｂにおける通常添加量と、第１添加弁２８Ａにおける通常添加量との和である。第２非常添加制御における第１添加弁２８Ａからの添加量は、零である。
　制御手段Ｃは、第１温度検出器３６Ａによって検出された温度Ｔｓ１と、第２温度検出器３６Ｂによって検出された温度Ｔｓ２と、第１基準温度Ｔａとの比較に基づいて、第１および第２非常添加制御のいずれかを選択するよう機能する。
　検出温度Ｔｍが第２基準温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、制御手段Ｃは、前記した通常添加制御を選択する（ステップＳ１６）。
　第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の利点に加え、以下の利点が得られる。
　第１の実施形態では、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度を同じと見なして、それらの一方（第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ）の下流の排気温度のみを検出している。これに対し、第２の実施形態では、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度が異なる場合もあると見なして、それらの両方の下流の排気温度をそれぞれ検出している。２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度が異なる理由としては、内燃機関１０の運転状態や、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの個々の昇温の違い等が挙げられる。
　第２の実施形態のように、２つの副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの下流の排気温度をそれぞれ検出することで、早く温度が上がる方の副選択還元型ＮＯｘ触媒（２５Ａ又は２５Ｂ）を特定することができる。これにより、非常添加制御を早く始めて不添加制御時間を短くすることができ、その結果としてＮＯｘの浄化を早期に始めることができる。
　次に、図５に基づいて第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明を省略する。
　第３の実施形態における添加制御プログラムは、第１の実施形態の場合と同じであり、非常添加制御の際には、第１添加弁２８Ａからの添加量が増やされると共に、第２添加弁２８Ｂからの添加量が零にされる。第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから合流経路２２までの第１排気経路２０Ａの長さは、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから合流経路２２までの第２排気経路２０Ｂの長さよりも大きい。つまり、非常添加制御における添加量が零である第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６までの排気経路は、非常添加制御における添加量が零でない第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６までの排気経路よりも短い。
　第３の実施形態では、非常添加制御における添加量が零である第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６までの排気経路が短いので、非常添加制御時には主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における昇温が早まるという利点が得られる。他方、非常添加制御における添加量が零でない第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６までの排気経路が長いので、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６に至るまでの時間が長い。そのため、第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａから主選択還元型ＮＯｘ触媒２６までの途中において尿素から変換されるアンモニアへの量が増える。そのため、ＮＯｘの浄化効率を高めることができる。
　本発明では以下のような実施形態も可能である。
　○図６に示す別の実施形態のように、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの代わりに、ＤＰＲ触媒３９Ａと選択還元型ＮＯｘ触媒４０Ａとを一体化した一体型触媒４１Ａ、及びＤＰＲ触媒３９Ｂと選択還元型ＮＯｘ触媒４０Ｂとを一体化した一体型触媒４１Ｂを用いてもよい。この場合、添加弁２８Ａ，２８Ｂは、一体型触媒４１Ａ，４１Ｂよりも上流に尿素水を添加するようにすればよい。一体型触媒４１Ａ，４１Ｂの採用は、コストに関して有利である。
　○図６に示すように、エアフローメータ３８Ａ，３８Ｂから得られる吸気流量情報、インテークマニホールド１５内の圧力検出器４２によって得られる過給圧情報、回転数情報等から推定したＮＯｘ排出量を添加制御に用いてもよい。ＮＯｘ排出量の推定は、例えば特開２０１０－２７０６６４号公報、特開２００５－１３９９８３号公報等に開示されている。なお、制御手段Ｃは、圧力検出器４２によって検出される過給圧情報に基づき、実過給圧が目標過給圧に一致するように、過給機１９Ａ，１９Ｂのタービン部１９２Ａ，１９２Ｂにおけるベーン開度を制御する。
　○副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂの代わりにＮＯｘ吸蔵還元触媒又はＤＰＮＲ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持して構成されるＤｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ＮＯｘ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用い、尿素水の添加の代わりに燃料（ディーゼル油）を添加するようにしてもよい。この場合、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６の下流には、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６を通過した燃料を酸化させる酸化触媒をアンモニア触媒２７に代えて配置する。
　○副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂとして大きな低温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を用い、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として大きな高温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を用いる組み合わせを用いてもよい。この場合、予め設定する第１基準温度を小さく設定することで、不添加制御の期間を短くすることができ、ＮＯｘの浄化効率を高めることができる。
　○副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａとして大きな低温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を用い、副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂとして大きな中温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を用い、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６として大きな高温浄化率を有する選択還元型ＮＯｘ触媒を用いる組み合わせを用いてもよい。この場合、予め設定する第１基準温度を小さく設定することで、不添加制御の期間を短くするとともに、通常添加制御時における副選択還元型ＮＯｘ触媒２５ＢにおけるＮＯｘ浄化率を高めることができ、主選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量を減らすことができる。
　○第１の実施形態において、非常添加制御では第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける添加量を零以外の添加量まで減らすようにしてもよい。
　○第１の実施形態において、非常添加制御では第１副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａにおける尿素水添加量を減らし、第２副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ｂにおける尿素水添加量を増やすようにしてもよい。
　○第１の実施形態において、第２排気経路２０Ｂ内の排気温度を検出する温度検出器を設け、該温度検出器から得られる検出温度と温度検出器３６Ａから得られる検出温度との平均値を図２のフローチャートのステップＳ１における温度Ｔｓとして用いてもよい。あるいは該温度検出器から得られる検出温度と温度検出器３６Ａから得られる検出温度とのうち低い方の温度を温度Ｔｓとして用いてもよい。
　○第１基準温度として、尿素分解温度より高く、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における活性温度より低い温度を採用してもよい。
　○第２基準温度として、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６における活性温度より高い温度を採用してもよい。
　○制御手段Ｃにおける尿素水の添加制御において、主選択還元型ＮＯｘ触媒２６及び副選択還元型ＮＯｘ触媒２５Ａ，２５Ｂにおけるアンモニアの吸着量と、内燃機関１０より排出されるＮＯｘ量とを算出し、各選択還元型ＮＯｘ触媒に吸着できるアンモニア量に応じて尿素水の添加を休止してもよい。
　○本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。

Claims (12)

  1. 　内燃機関から延びる第１排気経路及び第２排気経路における排気ガスを浄化する、内燃機関における排気ガス浄化装置において、
    　前記第１排気経路と前記第２排気経路との合流部から延びる合流経路と、
    　前記第１排気経路に設けられる第１副ＮＯｘ触媒と、
    　前記第２排気経路に設けられる第２副ＮＯｘ触媒と、
    　前記合流経路に設けられる主ＮＯｘ触媒と、
    　第１副ＮＯｘ触媒へ尿素水を供給するべく、前記第１副ＮＯｘ触媒の上流において第１の添加量でアンモニア源を添加する第１添加部と、
    　第２副ＮＯｘ触媒へ尿素水を供給するべく、第２副ＮＯｘ触媒の上流において第２の添加量でアンモニア源を添加する第２添加部と、
    を備える、内燃機関における排気ガス浄化装置。
  2. 　前記第１副ＮＯｘ触媒の温度を検出する第１温度検出器と、
    　前記第１の添加量及び前記第２の添加量を制御するコントローラとを備え、
    　前記コントローラは、前記第１温度検出器によって検出された温度と、予め設定された第１基準温度とを比較し、該比較に基づいて、前記第１の添加量と前記第２の添加量とのうちのいずれか一方を第１の変更された添加量まで増やすとともに他方を第２の変更された添加量まで減らす非常添加制御を実行するように構成される、請求項１に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  3. 　前記第２副ＮＯｘ触媒の温度を検出する第２温度検出器をさらに備え、
    　前記コントローラは、前記第１温度検出器によって検出された温度と、前記第２温度検出器によって検出された温度と、前記第１基準温度とを比較し、該比較に基づいて、前記非常添加制御を実行するように構成される、請求項２に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  4. 　前記コントローラは、前記第１温度検出器によって検出された温度と、前記第２温度検出器によって検出された温度とのいずれか高い方の温度が、前記第１基準温度以上である場合には、前記非常添加制御を実行するように構成され、該非常添加制御では、前記第１副ＮＯｘ触媒と前記第２副ＮＯｘ触媒とのうちの温度が高い方への添加量を増やし、温度が低い方への添加量を減らすように、第１及び第２の添加量が変更される請求項３に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  5. 　前記非常添加制御における前記第２の変更された添加量は零である請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  6. 　前記非常添加制御における前記第１の変更された添加量は、通常添加制御における前記第１添加量と前記第２添加量との和である請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  7. 　前記コントローラは、前記第１温度検出器によって検出された温度および前記第２温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度未満である場合には、前記第１の添加量と前記第２の添加量とを零に変更する不添加制御を実行するように構成される請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  8. 　前記コントローラは、前記第１温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度以上である場合には、前記非常添加制御を実行するように構成される請求項２に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  9. 　前記コントローラは、前記第１温度検出器によって検出された温度が前記第１基準温度未満である場合には、前記第１添加部における添加量と前記第２添加部における添加量とを零に変更する不添加制御を実行するように構成される請求項２及び請求項８のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  10. 　前記主ＮＯｘ触媒の温度を検出する第３温度検出器をさらに備え、前記コントローラは、前記第３温度検出器によって検出された温度と、予め設定された第２基準温度とを比較し、該比較に基づいて、前記第１及び前記第２の添加量を通常添加量に制御する通常添加制御を実行するように構成される請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  11. 　前記主ＮＯｘ触媒、前記第１副ＮＯｘ及び前記第２副ＮＯｘは、いずれも選択還元型ＮＯｘ触媒である請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
  12. 　第２排気経路の長さは第１排気経路の長さよりも短く、前記コントローラは、前記非常添加制御において、前記第１の添加量を増やし、前記第２の添加量を減らす請求項２に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
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