特許 6461585 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6461585

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20190121BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20190121BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20190121BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20190121BHJP

   F01N 3/36 20060101ALI20190121BHJP

   F01N 3/025 20060101ALI20190121BHJP

   B01D 53/34 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 L

   F01N3/08 B

   F01N3/28 301F

   F01N3/24 E

   F01N3/36 D

   F01N3/36 P

   F01N3/36 B

   F01N3/025

   B01D53/34

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-249866(P2014-249866)

(22)【出願日】2014年12月10日

(65)【公開番号】特開2016-109096(P2016-109096A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年11月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 亮

【審査官】 小笠原 恵理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０２０３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２５２０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１４１９２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／０２５

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ３／２８

Ｆ０１Ｎ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路を流れる排気ガスを昇温可能なバーナーと、
第１気化部が気化した燃料を排気ガスに添加する第１添加弁と、
前記バーナーおよび前記第１添加弁の下流に位置し、前記第１添加弁の添加した燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する第１選択還元型触媒と、
前記第１選択還元型触媒の下流に位置し、第２気化部が気化した燃料を排気ガスに添加する第２添加弁と、
前記第２添加弁の下流に位置し、前記第１選択還元型触媒よりも活性温度域が高い第２選択還元型触媒であって、前記第２添加弁の添加した燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元するとともにＮＯｘの還元によりＮＨ_３を生成する前記第２選択還元型触媒と、
前記第２選択還元型触媒の下流に位置し、前記第２選択還元型触媒が生成したＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元する第３選択還元型触媒と、
前記第１選択還元型触媒の温度が活性温度未満であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する制御部であって、前記第１選択還元型触媒の温度が活性温度に到達すると、リッチ状態で燃料を燃焼させるリッチ燃焼状態に前記バーナーを制御する前記制御部とを備える排気浄化装置。

【請求項2】

前記バーナーは、前記第１添加弁と前記第１添加弁の添加した燃料に着火する着火部とを含み、
前記制御部は、前記第１選択還元型触媒の温度が活性温度以上であり、かつ、前記第２選択還元型触媒の温度が活性温度以上であるとき、前記第１添加弁の添加した燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御する請求項１に記載の排気浄化装置。

【請求項3】

前記第３選択還元型触媒の下流に位置し、排気ガス中の燃料を酸化する酸化触媒をさらに備える請求項１または２に記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記第１選択還元型触媒と前記第２添加弁との間に位置し、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するフィルターをさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、エンジンの燃料を還元剤として用いて窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、エンジンの燃料を還元剤として用いて窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を選択的に還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒（Ｈｙｄｒｏ Ｃａｒｂｏｎ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用いたものがある。例えば特許文献１には、ＨＣ−ＳＣＲ触媒を用いた排気浄化装置として、活性温度域が互いに異なるＨＣ−ＳＣＲ触媒を直列に配置し、各ＨＣ−ＳＣＲ触媒に対して燃料を添加する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置によれば、幅広い温度範囲でＨＣ−ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元が可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−９７７２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、環境保全等の観点から、活性温度域が互いに異なるＨＣ−ＳＣＲ触媒を直列に配置した排気浄化装置においてもさらなるＮＯｘの浄化性能の向上が求められている。
本発明は、ＮＯｘの浄化性能の向上を可能にした排気浄化装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する排気浄化装置は、排気通路を流れる排気ガスを昇温可能なバーナーと、第１気化部が気化した燃料を排気ガスに添加する第１添加弁と、前記バーナーおよび前記第１添加弁の下流に位置し、前記第１添加弁の添加した燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する第１選択還元型触媒と、前記第１選択還元型触媒の下流に位置し、第２気化部が気化した燃料を排気ガスに添加する第２添加弁と、前記第２添加弁の下流に位置し、前記第１選択還元型触媒よりも活性温度域が高い第２選択還元型触媒であって、前記第２添加弁の添加した燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元するとともにＮＯｘの還元によりＮＨ_３を生成する前記第２選択還元型触媒と、前記第２選択還元型触媒の下流に位置し、前記第２選択還元型触媒が生成したＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元する第３選択還元型触媒と、前記第１選択還元型触媒の温度が活性温度未満であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する制御部とを備える。

【0006】

上記構成によれば、第１添加弁および第２添加弁から気化燃料が添加されるため、排気ガスにおける燃料の分散性が向上する。これにより、第１選択還元型触媒に流入する排気ガス、および、第２選択還元型触媒に流入する排気ガスについて燃料の分布が均一化される。そのため、第１選択還元型触媒および第２選択還元型触媒の各々においてＮＯｘの還元が効率よく行われる。また、第１選択還元型触媒の温度が活性温度よりも低いときにバーナーが燃焼状態に制御されることにより、第１選択還元型触媒の昇温および第２選択還元型触媒の昇温が促進される。そのため、第１選択還元型触媒および第２選択還元型触媒の双方においてＮＯｘの還元ができない期間が短縮される。すなわち、気化燃料の添加によって第１選択還元型触媒および第２選択還元型触媒の各々においてＮＯｘの還元が効率よく行われ、かつ、バーナーによる排気ガスの昇温によって第１選択還元型触媒および第２選択還元型触媒においてＮＯｘの還元ができない期間が短縮される。その結果、ＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

【0007】

上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記第１選択還元型触媒の温度が活性温度に到達すると、リッチ状態で燃料を燃焼させるリッチ燃焼状態に前記バーナーを制御することが好ましい。

【0008】

上記構成によれば、バーナーを燃焼状態に維持しつつ、バーナーにおける未燃燃料を還元剤として第１選択還元型触媒に供給することができる。そのため、第２選択還元型触媒の早期の昇温を図りつつ、第１選択還元型触媒においてＮＯｘを還元することができる。

【0009】

上記排気浄化装置において、前記バーナーは、前記第１添加弁と前記第１添加弁の添加した燃料に着火する着火部とを含み、前記制御部は、前記第１選択還元型触媒の温度が活性温度以上であり、かつ、前記第２選択還元型触媒の温度が活性温度以上であるとき、前記第１添加弁の添加した燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御してもよい。

【0010】

上記構成によれば、バーナーに対する燃料の供給と第１選択還元型触媒に対する燃料の供給とを第１添加弁で行うことができる。そのため、バーナーに燃料を供給する構成と第１選択還元型触媒に燃料を供給する構成とを共通化することができる。その結果、排気浄化装置の構成を簡素化することができる。

【0011】

上記排気浄化装置は、前記第３選択還元型触媒の下流に位置し、排気ガス中の燃料を酸化する酸化触媒をさらに備えることが好ましい。
上記構成によれば、外気に対する燃料の排出が抑えられることから、ＮＯｘを還元するうえで第１添加弁および第２添加弁による燃料の添加量についての自由度が向上する。

【0012】

上記排気浄化装置は、前記第１選択還元型触媒の下流であって、かつ、前記第２添加弁の上流に位置し、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するフィルターをさらに備えてもよい。
上記構成によれば、排気ガス中の粒子性物質をフィルターで捕捉することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態の排気浄化装置を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す概略構成図である。

【図2】バーナーの作動状態を選択する処理の処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図3】ＮＯｘの浄化性能を比較した結果の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１から図３を参照して排気浄化装置の一実施形態について説明する。まず、図１を参照して、排気浄化装置が搭載されたエンジンシステムの全体構成について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ６つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。

【0015】

インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。

【0016】

エンジンシステムは、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が設けられ、ＥＧＲクーラー２６における吸気通路１６側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、吸気通路１６には、ＥＧＲ通路２５を通じて排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入される。

【0017】

シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体、あるいは、吸入空気が作動ガスとして供給される。シリンダー１２では、作動ガスとインジェクター１３が噴射した燃料との混合気が燃焼する。シリンダー１２からの排気ガスは、エキゾーストマニホールド１５を通じて排気通路２０へと流入し、タービン２２を通過した後、排気浄化装置３０に流入する。

【0018】

排気浄化装置３０は、排気ガスを昇温可能なバーナー３１を備える。バーナー３１は、排気通路２０内を流れる排気ガスに燃料を添加する第１添加部３２と排気通路２０内に添加された燃料に着火する着火部３３とを有する。

【0019】

第１添加部３２は、還元剤である燃料を貯留する燃料タンク３４に接続された第１燃料通路３５を備える。第１添加部３２は、第１燃料通路３５にポンプ３６と第１調整弁３７とを備える。ポンプ３６は、例えばエンジンを動力源とするポンプであって、燃料タンク３４内の燃料を所定圧力で第１調整弁３７に圧送する。第１調整弁３７は、第１燃料通路３５の流路断面積を変更可能であり、第１調整弁３７を通過する燃料量を調整する。第１添加部３２は、第１調整弁３７を通過した燃料を気化する第１気化部３８を備える。第１気化部３８は、例えば、エンジン１０の運転中、図示されない電源装置から電力が供給されることで発熱する発熱体等で構成される。第１添加部３２は、第１気化部３８が気化した気化燃料を排気ガスに添加する第１添加弁３９を備える。すなわち、第１添加部３２は、第１調整弁３７が開状態にあるときに第１添加弁３９から排気ガスに気化燃料を添加し、第１調整弁３７が閉状態にあるときに第１添加弁３９から排気ガスに燃料そのものを添加しない。一方、着火部３３は、例えばスパークプラグやグロープラグであって、図示されない電源装置から電力が供給されることで駆動し、第１添加部３２が添加した気化燃料に着火する。着火された気化燃料は、排気ガスに残存する酸素を酸化剤として燃焼する。

【0020】

第１添加部３２による気化燃料の添加、および、着火部３３の駆動は、後述する制御装置６０によって制御される。制御装置６０は、第１添加部３２および着火部３３の制御を通じて、バーナー３１の作動状態を停止状態、燃焼状態、および、添加状態のいずれかに制御する。停止状態は、第１調整弁３７が閉状態にある。燃焼状態は、第１添加部３２の添加した気化燃料が燃焼する状態である。燃焼状態の１つはリーン燃焼状態であり、未燃燃料がほとんど発生しないか未燃燃料が所定の許容範囲に収まる状態である。燃焼状態の１つはリッチ燃焼状態であり、未燃燃料が発生するようにリッチ状態で燃焼する状態である。添加状態は、第１添加部３２の添加した燃料が燃焼しない状態である。

【0021】

なお、バーナー３１は、第１添加部３２が添加した燃料に対して空気を供給可能な空気供給部を備えていてもよい。こうした構成によれば、第１添加部３２が添加可能な燃料量に関する自由度が向上する。

【0022】

排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるバーナー３１の下流に、排気ガス中の燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する第１選択還元型触媒４１を備える。第１選択還元型触媒４１は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、白金アルミナあるいは白金ゼオライトを含む。触媒層が白金アルミナを含むとき、第１選択還元型触媒４１は、例えば、白金を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、白金を担持させたθ−アルミナの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が白金ゼオライトを含むとき、第１選択還元型触媒４１は、例えば、白金イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。こうした構成の第１選択還元型触媒４１は、第１下限温度Ｔｃ１Ｌ（例えば２００℃）以上であって第１上限温度Ｔｃ１Ｈ（例えば３００℃）以下の温度範囲を活性温度域として有する。第１選択還元型触媒４１は、後述する第２選択還元型触媒４９よりも強い酸化力を有し、排気ガス中の燃料のほとんどを消費する。

【0023】

排気浄化装置３０は、排気通路２０における第１選択還元型触媒４１の下流に、排気ガス中の粒子性物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕捉するフィルター４２を備える。フィルター４２は、例えば耐熱性に優れたセラミックやステンレスを素材としたウォール・フロー・フィルターである。フィルター４２は、バーナー３１によって再生温度Ｔｆｒ（例えば６００℃）まで昇温されると、粒子性物質が焼却されてフィルター機能が再生する。

【0024】

排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるフィルター４２の下流に、排気通路２０内を流れる排気ガスに燃料を添加する第２添加部４３を備える。第２添加部４３は、第１燃料通路３５におけるポンプ３６と第１調整弁３７との間に接続された第２燃料通路４４を備える。第２添加部４３は、第２燃料通路４４の流路断面積を変更可能な第２調整弁４５を備える。この第２調整弁４５には、第１燃料通路３５に設けられたポンプ３６によって所定圧力の燃料が圧送される。第２添加部４３は、第２調整弁４５を通過した燃料を気化する第２気化部４６を備える。第２気化部４６は、例えば、エンジン１０の運転中、図示されない電源装置から電力が供給されることにより発熱する発熱体等で構成される。第２添加部４３は、第２気化部４６が気化した気化燃料を排気ガスに添加する第２添加弁４７を備える。すなわち、第２添加部４３は、第２調整弁４５が開状態にあるときに第２添加弁４７から排気ガスに気化燃料を添加し、第２調整弁４５が閉状態にあるときに第２添加弁４７から排気ガスに燃料そのものを添加しない。

【0025】

排気浄化装置３０は、排気通路２０における第２添加弁４７の下流に、第２添加部４３が添加した気化燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する第２選択還元型触媒４９を備える。第２選択還元型触媒４９は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、銀アルミナあるいは銀ゼオライトを含む。触媒層が銀アルミナを含むとき、第２選択還元型触媒４９は、例えば、銀を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、銀を担持させたθ−アルミナの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が銀ゼオライトを含むとき、第２選択還元型触媒４９は、例えば、銀イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をコーティングして構成される。こうした構成の第２選択還元型触媒４９は、第２下限温度Ｔｃ２Ｌ（例えば２００℃）以上であって第２上限温度Ｔｃ２Ｈ（例えば６５０℃）以下の温度範囲を活性温度域として有し、ＮＯｘを還元する反応においてＮＨ_３を生成する。このように第２選択還元型触媒４９は、第１選択還元型触媒４１よりも高い活性温度域を有する。なお、「活性温度域が高い」とは、活性温度域の上限値が高いことをいう。

【0026】

排気浄化装置３０は、排気通路２０における第２選択還元型触媒４９の下流に、第２選択還元型触媒４９にて生成されたＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘを還元する第３選択還元型触媒５０を備える。第３選択還元型触媒５０は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、銅ゼオライト、鉄ゼオライト、あるいは、バナジウム系酸化物を含む。触媒層が銅ゼオライトを含むとき、第３選択還元型触媒５０は、例えば、銅イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が鉄ゼオライトを含むとき、第３選択還元型触媒５０は、例えば、鉄イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層がバナジウム系酸化物を含むとき、第３選択還元型触媒５０は、例えば、バナジウム酸化物のみからなる粒子、あるいは、バナジウム酸化物にチタン酸化物およびタングステン酸化物を含有する混合酸化物を含む粒子をモノリス担体にコーティングして構成される。こうした構成の第３選択還元型触媒５０は、第３下限温度Ｔｃ３Ｌ（例えば２００℃）以上であって第３上限温度Ｔｃ３Ｈ（例えば６５０℃）以下の温度範囲を活性温度域として有する。

【0027】

排気浄化装置３０は、排気通路２０における第３選択還元型触媒５０の下流に、第３選択還元型触媒５０を通過した排気ガス中の残存燃料を酸化する酸化触媒５１を備える。酸化触媒５１は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、白金ゼオライト、白金アルミナ、または、白金−パラジウムアルミナを含む。触媒層が白金ゼオライトを含むとき、酸化触媒５１は、白金イオンがゼオライトの含む陽イオンと置換したゼオライトの粒子をコーティングして構成される。触媒層が白金アルミナを含むとき、酸化触媒５１は、白金を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、白金を担持させたθ−アルミナの粒子を含むモノリス担体にコーティングして構成される。触媒層が白金−パラジウムアルミナを含むとき、酸化触媒５１は、白金及びパラジウムを担持させたγ−アルミナ粉末、あるいは、白金及びパラジウムを担持させたθ−アルミナ粉末をモノリス担体にコーティングして構成される。

【0028】

排気浄化装置３０は、各種センサーを備える。排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるタービン２２と第１添加弁３９との間を流れる排気ガスの温度である排気温度Ｔｅｘを検出する排気温度センサー５５を備える。排気浄化装置３０は、第１選択還元型触媒４１の温度である第１触媒温度Ｔｃ１を検出する第１触媒温度センサー５６を備える。各種センサー５５，５６は、各々の検出値を示す信号を制御装置６０に出力する。

【0029】

制御装置６０は、ＣＰＵと、各種制御プログラムおよびリーン添加量データやリッチ添加量データ等の各種データが格納されたＲＯＭと、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭとを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置６０は、各種センサー等からの信号に基づき、排気温度Ｔｅｘおよび第１触媒温度Ｔｃ１を含む各種情報を取得する。制御装置６０は、取得した各種情報とＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づき、第１調整弁３７と着火部３３とを制御することでバーナー３１の作動状態を制御するとともに、第２調整弁４５を制御する。

【0030】

上述したようにバーナー３１は、停止状態、燃焼状態、および、添加状態を有する。制御装置６０は、次のように第１調整弁３７と着火部３３とを制御することにより、バーナー３１の作動状態を制御する。

【0031】

停止状態は、第１調整弁３７が閉状態にある。バーナー３１を停止状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対して所定時間だけ電力を供給するとともに第１調整弁３７を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置６０は、第１調整弁３７を開状態に制御し続けることによりバーナー３１を燃焼状態に維持する。バーナー３１を停止状態から添加状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対する電力の供給を行わずに、第１調整弁３７を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置６０は、第１調整弁３７を開状態に制御し続けることによりバーナー３１を添加状態に維持する。

【0032】

バーナー３１を添加状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対して所定時間だけ電力を供給するとともに第１調整弁３７を開状態に維持する。バーナー３１を燃焼状態から添加状態へ制御するとき、制御装置６０は、着火部３３に対する電力の供給を行うことなく、例えば所定時間だけ第１調整弁３７を閉状態に制御することにより燃料の燃焼を停止したのち、再び第１調整弁３７を開状態へ制御する。

【0033】

制御装置６０は、第１触媒温度Ｔｃ１と排気温度Ｔｅｘとに基づきバーナー３１の作動状態を選択し、該選択した作動状態にバーナー３１を制御する処理を繰り返し実行する。
図２に示すように、制御装置６０は、第１触媒温度Ｔｃ１および排気温度Ｔｅｘを含む各種情報を取得する（ステップＳ１１）。次に制御装置６０は、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満であるとき（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御装置６０は、バーナー３１をリーン燃焼状態に制御する（ステップＳ１３）。

【0034】

リーン燃焼状態において、制御装置６０は、未燃燃料がほとんど発生しないか未燃燃料が所定の許容範囲に収まる量の燃料量であるリーン添加量を演算する。制御装置６０は、演算したリーン添加量の分の気化燃料が第１添加弁３９から添加されるように第１調整弁３７を制御する。制御装置６０は、例えば、第１触媒温度Ｔｃ１、吸入空気量、エンジン回転数、および、ドライバーからの要求トルク等に応じたリーン添加量が規定されたリーン添加量データをＲＯＭに格納しており、このリーン添加量データに基づいてリーン添加量を演算する。リーン燃焼状態においては、バーナー３１における未燃燃料の発生を抑えつつ、第１選択還元型触媒４１、第２選択還元型触媒４９、および、第３選択還元型触媒５０の昇温が図られる。

【0035】

一方、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ以上であるとき（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御装置６０は、排気温度Ｔｅｘと判定温度Ｔｅｘｊ（例えば２００℃）とを比較する（ステップＳ１４）。判定温度Ｔｅｘｊは、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ以上であるときの排気温度Ｔｅｘに基づき、第２選択還元型触媒４９の温度が第２下限温度Ｔｃ２Ｌ未満であるか否かを判断するための値である。排気温度Ｔｅｘが判定温度Ｔｅｘｊ未満であるとき（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、制御装置６０は、第２選択還元型触媒４９の温度が第２下限温度Ｔｃ２Ｌ未満であり、第２選択還元型触媒４９のさらなる昇温が必要と判断し、バーナー３１をリッチ燃焼状態に制御する（ステップＳ１５）。

【0036】

リッチ燃焼状態では、バーナー３１におけるリッチ状態の燃焼によって未燃燃料が発生し、その未燃燃料が、活性状態にある第１選択還元型触媒４１に供給される。リッチ燃焼状態において、制御装置６０は、リッチ燃焼状態における燃料の添加量であるリッチ添加量を演算し、その演算したリッチ添加量の分の気化燃料が第１添加弁３９から添加されるように第１調整弁３７を制御する。制御装置６０は、例えば、第１触媒温度Ｔｃ１、吸入空気量、エンジン回転数、および、ドライバーからの要求トルク等に応じたリッチ添加量が規定されたリッチ添加量データをＲＯＭに格納しており、このリッチ添加量データに基づいてリッチ添加量を演算する。リッチ燃焼状態においては、第２選択還元型触媒４９を昇温させつつ、バーナー３１における未燃燃料が第１選択還元型触媒４１に供給される。第１選択還元型触媒４１は、その未燃燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する。

【0037】

一方、排気温度Ｔｅｘが判定温度Ｔｅｘｊ以上であるとき（ステップＳ１４：ＮＯ）、制御装置６０は、第２選択還元型触媒４９の温度が第２下限温度Ｔｃ２Ｌ以上であり、第２選択還元型触媒４９の昇温が不要と判断し、バーナー３１を添加状態に制御する（ステップＳ１６）。

【0038】

添加状態において、制御装置６０は、第１添加部３２が第１選択還元型触媒４１に供給する燃料量である第１供給量を演算する。制御装置６０は、その演算した第１供給量の分の気化燃料が第１添加弁３９から排気ガスに添加されるように第１調整弁３７を制御する。制御装置６０は、例えば、第１触媒温度Ｔｃ１、吸入空気量、エンジン回転数、および、ドライバーからの要求トルク等に応じた第１供給量が規定された第１供給量データをＲＯＭに格納しており、この第１供給量データに基づいて第１供給量を演算する。添加状態においては、第１添加部３２の添加した気化燃料が第１選択還元型触媒４１に供給される。第１選択還元型触媒４１は、その基管燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する。

【0039】

また、制御装置６０は、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ以上であり、かつ、排気温度Ｔｅｘが判定温度Ｔｅｘｊ以上であるとき、すなわちバーナー３１が添加状態にあるとき、第２調整弁４５を開状態に制御する。制御装置６０は、第２選択還元型触媒４９に供給する燃料量である第２供給量を演算し、その演算した第２供給量の分の気化燃料が第２添加弁４７から排気ガスに添加されるように第２調整弁４５を制御する。制御装置６０は、例えば、第１触媒温度Ｔｃ１、排気温度Ｔｅｘ、吸入空気量、エンジン回転数、および、ドライバーからの要求トルク等に応じた第２供給量が規定された第２供給量データをＲＯＭに格納しており、この第２供給量データに基づいて第２供給量を演算する。

【0040】

制御装置６０は、例えばフィルター４２における圧力損失等に基づいて、フィルター４２における粒子性物質の堆積量Ｍｆを演算する。そして制御装置６０は、演算した堆積量Ｍｆが上限値を超えると、フィルター４２の再生処理を優先して実行する。

【0041】

再生処理において、制御装置６０は、バーナー３１を燃焼状態に制御して、フィルター４２の再生温度Ｔｆｒまで昇温する。この燃焼状態は、未燃燃料の発生が少ないリーン燃焼状態であり、制御装置６０は、例えば、再生温度Ｔｆｒを目標値として単位時間あたりの燃料の添加量を演算し、その演算した添加量の分の燃料が排気ガスに添加されるように第１調整弁３７を制御する。制御装置６０は、バーナー３１が燃焼状態にあるときも堆積量Ｍｆを演算し、その堆積量Ｍｆが下限値を下回ると再生処理を終了し、バーナー３１の作動状態および第２調整弁４５の制御を再開する。

【0042】

上述した構成の排気浄化装置３０の作用について、エンジン１０の冷間始動時を例に説明する。冷間始動時においては、第１触媒温度Ｔｃ１が外気温と等しい温度である。
エンジン１０が始動すると、排気浄化装置３０は、まず、第１添加弁３９および第２添加弁４７から気化燃料が添加可能な状態にするべく、第１気化部３８および第２気化部４６に対する電力の供給を開始する。

【0043】

次に排気浄化装置３０は、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満であるため、バーナー３１をリーン燃焼状態に制御し、第１選択還元型触媒４１、第２選択還元型触媒４９、および、第３選択還元型触媒５０を昇温する。

【0044】

第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達すると、排気浄化装置３０は、バーナー３１をリッチ燃焼状態に制御し、第２選択還元型触媒４９を昇温させつつ、バーナー３１の燃焼にともなう未燃燃料を第１選択還元型触媒４１に供給する。第１選択還元型触媒４１は、その未燃燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する。

【0045】

やがて排気温度Ｔｅｘが判定温度Ｔｅｘｊに到達すると、排気浄化装置３０は、バーナー３１を添加状態に制御して第１添加部３２による気化燃料の添加を開始するとともに、第２添加部４３による気化燃料の添加を開始する。排気ガスは、添加された気化燃料を分散させながら進み、各選択還元型触媒４１，４９に流入する。第１添加部３２によって気化燃料が添加された排気ガスは、第１選択還元型触媒４１に流入する。第１選択還元型触媒４１は、第１添加部３２の添加した気化燃料を還元剤として用いてＮＯｘを還元する。この際、第１添加部３２の添加した気化燃料のほとんどが消費される。第１選択還元型触媒４１を通過した排気ガスは、フィルター４２において粒子性物質が捕捉された後、第２添加部４３によって気化燃料が添加され、第２選択還元型触媒４９、第３選択還元型触媒５０、酸化触媒５１の順に通過する。第２選択還元型触媒４９は、第２添加部４３の添加した気化燃料を還元剤としてＮＯｘを還元するとともにその還元反応にともないＮＨ_３を生成する。第３選択還元型触媒５０は、第２選択還元型触媒４９にて生成されたＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元する。そして、酸化触媒５１は、第３選択還元型触媒５０を通過した排気ガス中の残存燃料を酸化する。

【0046】

図３は、エンジン１０をＷＨＴＣモードで運転した場合におけるＮＯｘの浄化性能を比較した結果の一例を示すグラフである。図３において、実施例は、上述した排気浄化装置３０である。また、比較例は、バーナー３１に代えて液体燃料を排気ガスに添加する添加部が設けられ、第２添加部４３に代えて液体燃料を排気ガスに添加する添加部が設けられた排気浄化装置である。図３に示すように、実施例の排気浄化装置３０では、比較例の排気浄化装置に比べて、約１０〜１５％の浄化性能の向上が確認された。

【0047】

上記実施形態の排気浄化装置３０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）第１および第２添加部３２，４３から排気ガスに対して液体燃料ではなく気化燃料が添加される。そのため、排気ガスにおける燃料の分散性が向上し、第１および第２選択還元型触媒４１，４９に流入する排気ガスについて燃料の分布が均一化される。これにより、第１および第２選択還元型触媒４１，４９でのＮＯｘの還元が効率よく行われる。

【0048】

（２）第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満であるとき、バーナー３１がリーン燃焼状態に制御される。そのため、第１および第２選択還元型触媒４１，４９の昇温が促進されて、第１および第２選択還元型触媒４１，４９の早期の活性化が図られる。

【0049】

（３）（１）（２）により、ＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。
（４）第１添加部３２が気化燃料を排気ガスに添加するため、第１添加部３２が液体燃料を添加する場合に比べて、排気通路２０の壁面に燃料が付着しにくい。そのため、第１添加部３２の添加した燃料のうちで第１選択還元型触媒４１に流入する燃料の割合が高められる。その結果、ＮＯｘを還元するために必要とされる燃料量を削減することができる。なお、第２添加部４３についても同様のことがいえる。

【0050】

（５）第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達すると、バーナー３１がリッチ燃焼状態に制御される。これにより、バーナー３１が燃焼状態に維持されるとともにバーナー３１における未燃燃料が還元剤として第１選択還元型触媒４１に供給される。その結果、第２選択還元型触媒４９の昇温を図りつつ、第１選択還元型触媒４１においてＮＯｘを還元することができる。

【0051】

（６）バーナー３１が添加状態に制御されることにより、バーナー３１を構成する第１添加部３２によって第１選択還元型触媒４１に気化燃料が供給することができる。すなわち、バーナー３１に燃料を供給する構成と第１選択還元型触媒４１に燃料を供給する構成とが共通化される。その結果、排気浄化装置３０の構成を簡素化することができる。

【0052】

（７）第１添加部３２が気化燃料を供給することから、バーナー３１での燃焼効率が向上する。その結果、バーナー３１の燃焼に消費される燃料量を低減することができる。
（８）第３選択還元型触媒５０の下流に位置する酸化触媒５１によって、第３選択還元型触媒５０を通過した排気ガス中の残存燃料が酸化される。これにより、外気に対する燃料の排出が抑えられることから、ＮＯｘを還元するうえで第１添加部３２および第２添加部４３による燃料の添加量についての自由度が向上する。

【0053】

（９）第１選択還元型触媒４１の下流にフィルター４２を備えていることで、排気ガス中の粒子性物質を捕捉することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・フィルター４２は、例えば酸化触媒５１の下流に位置していてもよいが、バーナー３１による再生処理を考慮するとバーナー３１の下流であって、かつ、バーナー３１に近い位置が好ましい。また、フィルターは、ＮＯｘを浄化するうえでは割愛されてもよい。

【0054】

・酸化触媒５１は、第３選択還元型触媒５０を通過した排気ガス中の残存燃料が極少量、あるいは、許容範囲に収まるのであれば割愛されてもよい。
・第１添加部３２とバーナー３１に燃料を供給する構成とが各別に設けられてもよい。この場合、第１添加部３２は、バーナー３１と第１選択還元型触媒４１との間に位置し、バーナー３１は、第１添加部３２による気化燃料の添加中は停止状態に制御される。

【0055】

・第２選択還元型触媒の昇温の要否は、排気温度Ｔｅｘに限らず、第２選択還元型触媒４９の温度そのものを検出するセンサーの検出値で判断されてもよい。また、第２選択還元型触媒４９を通過した直後の排気ガスの温度を検出するセンサーの検出値で判断されてもよいし、第２選択還元型触媒４９に流入する直前の排気ガスの温度を検出するセンサーの検出値で判断されてもよい。

【0056】

・制御装置６０は、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌに到達したときに、リッチ燃焼状態を経ることなくリーン燃焼状態から添加状態にバーナー３１を制御してもよい。すなわち、制御装置６０は、バーナー３１を燃焼状態に制御することによって第１選択還元型触媒４１を活性温度まで昇温させる機能を有していればよい。

【0057】

・第１触媒温度センサー５６は、第１選択還元型触媒４１に流入する直前の排気ガスの温度を第１触媒温度Ｔｃ１として検出してもよいし、第１選択還元型触媒４１を通過した直後の排気ガスの温度を第１触媒温度Ｔｃ１として検出してもよい。

【0058】

・第１選択還元型触媒４１は、排気ガス中の燃料を還元剤としてＮＯｘを還元するものであればよく、その構造や触媒に用いられる材料は、上記実施形態に記載したものに限られない。

【0059】

・第２選択還元型触媒４９は、第１選択還元型触媒４１よりも高い活性温度域を有するとともに排気ガス中の燃料を還元剤としてＮＯｘを還元し、その還元の反応においてＮＨ_３を生成するものであればよい。第２選択還元型触媒４９の構造や触媒に用いられる材料は、上記実施形態に記載したものに限られない。

【0060】

・第３選択還元型触媒５０は、第２選択還元型触媒４９が生成したＮＨ_３を還元剤として用いてＮＯｘを還元するものであればよく、その構造や触媒に用いられる材料は、上記実施形態に記載したものに限られない。

【0061】

・第１気化部３８および第２気化部４６は、共通する１つの発熱体で燃料を加熱する構成であってもよい。
・排気浄化装置３０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンや天然ガスを燃料とする天然ガスエンジンに適用してもよい。

【符号の説明】

【0062】

１０…ディーゼルエンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２２…タービン、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、３０…排気浄化装置、３１…バーナー、３２…第１添加部、３３…着火部、３４…燃料タンク、３５…第１燃料通路、３６…ポンプ、３７…第１調整弁、３８…第１気化部、３９…第１添加弁、４１…第１選択還元型触媒、４２…フィルター、４３…第２添加部、４４…第２燃料通路、４５…第２調整弁、４６…第２気化部、４７…第２添加弁、４９…第２選択還元型触媒、５０…第３選択還元型触媒、５１…酸化触媒、５５…排気温度センサー、５６…第１触媒温度センサー、６０…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】