特開 2024-74654 排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、排ガス浄化プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024074654

(43)【公開日】2024-05-31

(54)【発明の名称】排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、排ガス浄化プログラム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/22 20060101AFI20240524BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240524BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240524BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20240524BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240524BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

F01N3/22 321B

F01N3/22 321N

F01N3/08 A

F01N3/22 321S

F01N3/24 B

F01N3/08 B

F02D41/04

B01D53/94 228

B01D53/94 ZAB

B01D53/94 222

B01D53/96 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022185957

(22)【出願日】2022-11-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮川 浩

(72)【発明者】

【氏名】鈴置 哲典

(72)【発明者】

【氏名】本間 隆行

(72)【発明者】

【氏名】中谷 規之介

【テーマコード（参考）】

3G091

3G301

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G091AA16

3G091AA19

3G091AB03

3G091AB05

3G091AB08

3G091BA13

3G091BA14

3G091CA22

3G091CA26

3G091CB02

3G091DB10

3G091EA17

3G091EA18

3G091EA33

3G091EA34

3G091FA01

3G091FB09

3G091FC04

3G091GB05W

3G091GB06W

3G091GB07W

3G091GB09W

3G091GB10X

3G091GB17X

3G091HA02

3G091HA08

3G091HA36

3G091HA37

3G091HA39

3G091HB07

3G301HA21

3G301JA21

3G301PD02Z

4D148AA06

4D148AA08

4D148AA13

4D148AA18

4D148AB01

4D148AB02

4D148AB09

4D148AC04

4D148BA07Y

4D148BA10Y

4D148BA11Y

4D148BA30Y

4D148BA31Y

4D148BA33Y

4D148BA41Y

4D148BD04

4D148CC32

4D148CC47

4D148DA01

4D148DA02

4D148DA05

4D148DA08

4D148DA13

4D148DA20

4D148EA04

(57)【要約】

【課題】アンモニアを窒素と水に分解して吸着触媒を再生処理させるために必要な、酸素及び窒素酸化物を各々適正量供給することで、アンモニアと窒素酸化物の放出を防止する。
【解決手段】ＳＣＲ触媒１８の再生処理後のＮＯｘ、Ｎ_２Ｏの排出量の抑制を優先するために、空気過剰率λを、１＜λ≦１．１の範囲に設定し、不足分の空気量（酸素濃度）を、ブロワ３０の駆動による外気導入で補うことで、適正な空気量及び適正なＮＯｘ量を、ＳＣＲ触媒１８へ供給するようにした。すなわち、ＳＣＲ触媒１８において、アンモニアと窒素酸化物を化学反応で、窒素と水に分解することで、アンモニアと窒素酸化物の放出を防止するための手段として、ＳＣＲ触媒１８に空気（酸素）を強制投入するという従来技術から容易に想到し得ない構成とすることで、吸着触媒の反応に必要な、酸素量と、窒素酸化物量とを別々に制御できる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させたときの排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、
燃焼後の前記排ガスが流通する排ガス路に設けられ、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒で構成された触媒装置と、
前記吸着触媒へ酸素を含む気体を供給する気体供給部と、
前記吸着触媒が活性状態と判断された場合に、前記気体供給部を制御して、前記気体を前記吸着触媒へ供給して、当該吸着触媒の再生処理を実行する制御部と、
を有する排ガス浄化装置。

【請求項2】

前記排ガス路における排ガスが流れる方向に対して、前記触媒装置の上流側に設けられ、前記排ガス路内を流れる前記排ガスの空気過剰率を検出する空気過剰率センサをさらに有し、
前記制御部が、前記空気過剰率センサで検出した前記空気過剰率に基づいて、前記燃料空気比をフィードバック制御する、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項3】

前記制御部が、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、前記活性状態を判断し、予め定めた温度になった時点を前記再生処理の開始時期とする、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記気体供給部から前記気体を供給する開始時に同期させて、空気過剰率を前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記排ガスの窒素酸化物量を、前記気体に含まれる酸素量に応じた所定量に調整する、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項5】

前記希薄としたときの空気過剰率λｒが、１＜λ≦１．１の範囲で設定される、請求項４記載の排ガス浄化装置。

【請求項6】

前記排ガス路における排ガスの流れ方向に対して、前記吸着触媒の下流側に設けられ、前記排ガス路を流れる排ガスのＮＯｘを検出するＮＯｘ濃度センサを備え、
前記制御部は、前記ＮＯｘ濃度センサの出力値が予め定めた値を超えた場合に、前記吸着触媒の再生処理の終了時期と判断し、前記気体供給部による気体の供給を終了し、かつ、前記希薄とした空気過剰率を前記所定の空気過剰率に戻す、請求項４記載の排ガス浄化装置。

【請求項7】

前記吸着触媒が、選択還元能の強さに対して酸化能の強さが所定値を超える場合において、
前記制御部は、前記気体供給部から前記気体を供給し、前記空気過剰率は前記所定の空気過剰率を維持する、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項8】

前記制御部は、
前記再生処理の開始から所定時間が経過した時点、又は、前記排ガス路における排ガスの流れ方向に対して、前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘを検出するＮＯｘ濃度センサの出力値が予め定めた所定値以下となった場合に、前記吸着触媒の再生処理の終了時期と判断し、前記気体供給部による気体の供給を終了する、請求項７記載の排ガス浄化装置。

【請求項9】

アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させ、燃焼後の排ガスを排ガス路に案内して、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒を通過させることによって、排ガスを浄化するための排ガス浄化方法であって、
前記吸着触媒の活性状態と判断された場合に、当該吸着触媒に酸素を含む気体を供給すると共に、前記気体の供給開始時に同期させて、前記空気過剰率を希薄とする再生処理の実行を開始し、
前記排ガス路の前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘが所定値を超えた時点を前記再生処理の終了時期と判断し、前記空気過剰率を前記所定の空気過剰率に戻し、かつ、前記気体の供給を終了する、
排ガス浄化方法。

【請求項10】

アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させ、燃焼後の排ガスを排ガス路に案内して、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒を通過させることによって、排ガスを浄化するための排ガス浄化方法であって、
前記吸着触媒の活性状態と判断された場合に、当該吸着触媒に酸素を含む気体を供給する再生処理の実行を開始し、
当該再生処理の開始から所定時間が経過した場合、又は、前記排ガス路の前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘが所定値以下となった時点を前記再生処理の終了時期と判断し、前記気体の供給を終了する、
排ガス浄化方法。

【請求項11】

コンピュータを、
請求項１～請求項７の何れか１項記載の排ガス浄化装置の制御部として動作させる、排ガス浄化プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関において、触媒を利用した排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、排ガス浄化プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

触媒を利用して、エンジンなどの内燃機関の排ガスに含まれる一酸化窒素、二酸化窒素等の窒素酸化物（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。

【0003】

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、窒素酸化物などを含む排ガスが排出される。そのため、触媒等を用いて排ガスに含まれる未反応のアンモニア、窒素酸化物などを浄化することが望まれる。

【0004】

特許文献１には、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排ガス浄化装置として、内燃機関からの排ガス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、主流路に設けられた選択還元触媒と、選択還元触媒の温度を取得する温度取得部と、温度取得部により取得された選択還元触媒の温度が選択還元触媒の活性化温度を超えた場合に酸化還元触媒及び選択還元触媒の上流側における排ガスの混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、を備えることが記載されている。

【0005】

特許文献２には、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排ガス浄化装置として、内燃機関からの排ガス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、触媒からのアンモニアの脱離と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触媒の上流側における排ガスの混合比を量論から希薄へと変更させる制御部と、を備えることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１６７８２３号公報

【特許文献2】特開２０１９－１６７８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１及び特許文献２を含む従来技術では、吸着触媒の再生処理条件を満たすと判断された場合に、排ガスの混合比を量論（空気過剰率λ＝１）から希薄（空気過剰率λ＞１）に変更させることが示されているが、三元触媒機能を有する触媒に、アンモニアを含む排ガスを希薄状態で流通させると、窒素酸化物（ＮＯｘ）や亜酸化窒素（Ｎ_２０）の生成が懸念される。

【0008】

また、例えば、特許文献１及び特許文献２において、希薄の程度については規定されていない。

【0009】

本発明は、アンモニアを窒素と水に分解して吸着触媒を再生処理させるために必要な、酸素及び窒素酸化物を各々適正量供給することができ、アンモニアと窒素酸化物の放出を防止することができる排ガス浄化装置、排ガス浄化方法、排ガス浄化プログラムを得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る排ガス浄化装置は、アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させたときの排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、燃焼後の前記排ガスが流通する排ガス路に設けられ、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒で構成された触媒装置と、前記吸着触媒へ酸素を含む気体を供給する気体供給部と、前記吸着触媒が活性状態と判断された場合に、前記気体供給部を制御して、前記気体を前記吸着触媒へ供給して、当該吸着触媒の再生処理を実行する制御部と、を有している。

【0011】

本発明によれば、アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させたときの排ガスを浄化するための触媒装置として、燃焼後の排ガスが流通する排ガス路に設けられ酸化還元機能を備えた酸化還元触媒と、アンモニア吸着機能を備えた吸着触媒とを備える。

【0012】

制御部では、吸着触媒が活性状態と判断された場合に、気体供給部を制御して、気体を吸着触媒へ供給して、当該吸着触媒の再生処理を実行する。

【0013】

これにより、アンモニアを窒素と水に分解して吸着触媒を再生処理させるために必要な、酸素及び窒素酸化物を各々適正量供給することができ、アンモニアと窒素酸化物の放出を防止することができる。

【0014】

本発明において、前記排ガス路における排ガスが流れる方向に対して、前記触媒装置の上流側に設けられ、前記排ガス路内を流れる前記排ガスの空気過剰率を検出する空気過剰率センサをさらに有し、前記制御部が、前記空気過剰率センサで検出した前記空気過剰率に基づいて、前記燃料空気比をフィードバック制御することを特徴としている。

【0015】

空気過剰率センサで検出した空気過剰率に基づいて、燃料空気比をフィードバック制御する。これにより、所望（例えば、量論、希薄等）の燃料空気比を維持することができる。

【0016】

本発明において、前記制御部が、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、前記活性状態を判断し、予め定めた温度になった時点を前記再生処理の開始時期とすることを特徴としている。

【0017】

吸着触媒の温度に基づいて、再生処理の開始時期とすることができる。

【0018】

本発明において、前記制御部は、前記気体供給部から前記気体を供給する開始時に同期させて、空気過剰率を前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記排ガスの窒素酸化物量を、前記気体に含まれる酸素量に応じた所定量に調整することを特徴としている。

【0019】

気体供給部から気体を供給して必要な酸素量を確保すると共に、空気過剰率を希薄として排ガスの窒素酸化物量を所定量に調整することで、吸着触媒の再生処理（吸着機能の復元）に必要な酸素量及び窒素酸化物量を確保することができる。

【0020】

本発明において、前記希薄としたときの空気過剰率λｒが、１＜λ≦１．１の範囲で設定されることを特徴としている。

【0021】

希薄としたときの空気過剰率λｒを、１＜λ≦１．１の範囲で設定することで、吸着触媒の再生処理に必要十分な窒素酸化物を得ることができる。

【0022】

本発明において、前記排ガス路における排ガスの流れ方向に対して、前記吸着触媒の下流側に設けられ、前記排ガス路を流れる排ガスのＮＯｘを検出するＮＯｘ濃度センサを備え、前記制御部は、前記ＮＯｘ濃度センサの出力値が予め定めた値を超えた場合に、前記吸着触媒の再生処理の終了時期と判断し、前記気体供給部による気体の供給を終了し、かつ、前記希薄とした空気過剰率を前記所定の空気過剰率に戻すことを特徴としている。

【0023】

ＮＯｘセンサにより、再生処理の終了時期を判断することができる。

【0024】

本発明において、前記吸着触媒が、選択還元能の強さに対して酸化能の強さが所定値を超える場合において、前記制御部は、前記気体供給部から前記気体を供給し、前記空気過剰率は所定の空気過剰率を維持することを特徴としている。

【0025】

気体供給部から気体を供給して必要な酸素量を確保するのみで、吸着触媒の再生処理（吸着機能の復元）に必要な酸素量及び窒素酸化物量を確保することができる。

【0026】

本発明において、前記制御部は、
前記再生処理の開始から所定時間が経過した時点、又は、前記排ガス路における排ガスの流れ方向に対して、前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘを検出するＮＯｘ濃度センサの出力値が予め定めた所定値以下となった場合に、前記吸着触媒の再生処理の終了時期と判断し、前記気体供給部による気体の供給を終了することを特徴としている。

【0027】

適正な再生処理の終了時期を判断することができる。

【0028】

本発明に係る排ガス浄化方法は、アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させ、燃焼後の排ガスを排ガス路に案内して、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒を通過させることによって、排ガスを浄化するための排ガス浄化方法であって、前記吸着触媒の活性状態と判断された場合に、当該吸着触媒に酸素を含む気体を供給すると共に、前記気体の供給開始時に同期させて、前記空気過剰率を希薄とする再生処理の実行を開始し、前記排ガス路の前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘが所定値を超えた時点を前記再生処理の終了時期と判断し、前記空気過剰率を前記所定の空気過剰率に戻し、かつ、前記気体の供給を終了する、ことを特徴としている。

【0029】

この排ガス浄化方法によれば、再生処理に必要な酸素及び窒素化合物を各々適正量供給することができる。

【0030】

本発明に係る排ガス浄化方法は、アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させ、燃焼後の排ガスを排ガス路に案内して、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒を通過させることによって、排ガスを浄化するための排ガス浄化方法であって、前記吸着触媒の活性状態と判断された場合に、当該吸着触媒に酸素を含む気体を供給する再生処理の実行を開始し、当該再生処理の開始から所定時間が経過した場合、又は、前記排ガス路の前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘが所定値以下となった時点を前記再生処理の終了時期と判断し、前記気体の供給を終了する、ことを特徴としている。

【0031】

この排ガス浄化方法によれば、吸着触媒が、選択還元能の強さに対して酸化能の強さが所定値を超える場合において、有効である。

【0032】

本発明に係る排ガス浄化プログラムは、コンピュータを、上記の排ガス浄化装置の制御装置として動作させることを特徴としている。

【発明の効果】

【0033】

以上説明した如く本発明では、アンモニアを窒素と水に分解して吸着触媒を再生処理させるために必要な、酸素及び窒素酸化物を各々適正量供給することができ、アンモニアと窒素酸化物の放出を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。

【図2】本実施の形態に係る内燃機関（アンモニアエンジン）における、過剰空気率－各種成分濃度特性図である。

【図3】本実施の形態において、λの上限を設定するための根拠となる、三元触媒下流のＮ_２Ｏ濃度、及びＮＯｘに対するＯ_２濃度比特性図である。

【図4】本実施の形態に係る制御部で実行される、ＳＣＲ触媒の再生処理中の排ガス浄化処理の流れを示す制御フローチャートである。

【図5】本実施の形態に係るＳＣＲ触媒の再生処理中の排ガス浄化処理でのＮＯｘ削減量を比較例と比較する特性図である。

【図6】変形例に係り、酸化能が強い吸着触媒を用いた場合における、再生処理中の排ガス浄化処理の流れを示す制御フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１は、本発明の一実施形態としてのエンジンシステム１０の概略図である。

【0036】

エンジンシステム１０は、内燃機関１２を備える。内燃機関１２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である。なお、以降では、アンモニアガスを単に「アンモニア」と呼ぶ。

【0037】

エンジンシステム１０は、内燃機関１２からの排ガス中における有害物質、例えば、アンモニア（ＮＨ3）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する排ガス浄化装置１４を備える。

【0038】

内燃機関１２は、制御部２０により、スロットルで調整された流量の空気が供給されると共に、燃料供給弁で調整された量の燃料が供給される。なお、制御部２０は、例えば、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ「Electronic Control Unit」図示省略）により実装される。

【0039】

制御部２０は、内燃機関１２から排出される排ガス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。

【0040】

ここで、Φは当量比であり、その逆数として、空気の過剰状態を表現する単位として空気過剰率λがある。例えば、空気過剰率λ＞１は、希薄状態となる。

【0041】

なお、詳細は後述するが、本実施の形態では、内燃機関１２で燃焼させる混合気の混合比よりも空気（酸素）を増量することを目的の１つとしているため、以下の説明において、空気過剰率λを用いて説明する。

【0042】

本実施の形態の排ガス浄化装置１４は、酸化還元機能と、吸着機能とを利用して、排ガス中の有害物質を浄化する。以下の説明では、酸化還元機能を持つ触媒として、三元触媒１６（Three-Way Catalyst）を例示し、吸着機能を持つ触媒としてＳＣＲ触媒１８（Selective Catalytic Reduction catalyst）を例示する。

【0043】

なお、酸化還元機能を持つ触媒としては、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１６以外の触媒も利用できる。例えば、酸化還元触媒としては、セラミックスや酸化チタン等を担体として用い、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。

【0044】

同様に、吸着機能を持つ触媒としては、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１８以外の触媒も利用できる。例えば、吸着としては、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。

【0045】

図１に示される如く、排ガス浄化装置１４は、内燃機関１２から延設される排ガス管２２に、上流側から順に取り付けられた、三元触媒１６及びＳＣＲ触媒１８を主たる構成部としている。すなわち、内燃機関１２からの排ガスは、排ガス管２２内の流路を通って、三元触媒１６と、ＳＣＲ触媒１８とを通過して外気に放出される。

【0046】

また、排ガス管２２において、内燃機関１２と三元触媒１６との間には、排ガス管２２の流路を流れる気体の空気過剰率λを検出する空気過剰率センサ２４（以下、λセンサ２４という）が設けられている。

【0047】

また、排ガス管２２において、ＳＣＲ触媒１８の下流側には、排ガス管２２の流路を流れる気体の温度を検出する温度検出部２６及びＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ２８を備える。

【0048】

λセンサ２４、温度検出部２６、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出された各検出信号は、制御部２０へ送出されるようになっている。

【0049】

なお、λセンサ２４は、直接、空気過剰率λを検出するのではなく、制御部２０による解析の結果として空気過剰率λを取得可能な情報を検出するセンサであってもよい。

【0050】

制御部２０は、取得した各検出値を用いて、内燃機関１２の混合比を切り替えることによって、三元触媒１６及びＳＣＲ触媒１８の上流側における排ガスの混合比を調整する。

【0051】

（排ガス浄化装置１４の各部の詳細）
λセンサ２４は、三元触媒１６より上流側における、内燃機関１２からの排出ガスの酸素（Ｏ_２）濃度（すなわち混合比）を取得する。

【0052】

制御部２０では、λセンサ２４からの検出信号に基づいて、所定の空気過剰率としての目標のλ（例えば、λ＝１）となるように燃料噴射量が制御されるようになっている。

【0053】

三元触媒１６は、排ガス管２２の流路において最上流側、換言すればＳＣＲ触媒１８よりも上流側に配置されている。三元触媒１６は、排ガス中のアンモニア、窒素酸化物（ＮＯｘ）、水素（Ｈ_２）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。

【0054】

ＳＣＲ触媒１８は、主流路において最下流側、換言すれば三元触媒１６よりも下流側に配置されている。ＳＣＲ触媒１８は、アンモニアを還元剤として、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができる。

【0055】

温度検出部２６は、ＳＣＲ触媒１８の出口近傍における温度を測定するセンサである。制御部２０は、温度検出部２６の検出値からＳＣＲ触媒１８の温度Ｔｃを推定する。温度検出部２６は、ＳＣＲ触媒１８の入口近傍における温度を測定するセンサであってもよく、この場合においても、制御部２０は、温度検出部２６の検出値からＳＣＲ触媒１８の温度Ｔｃを推定する。なお、温度検出部２６によりＳＣＲ触媒１８の触媒内の温度（所謂、床温）を直接測定し、測定値をＳＣＲ触媒１８の温度Ｔｃとしてもよい。

【0056】

ＮＯｘ濃度センサ２８は、ＳＣＲ触媒１８の出入口近傍における、排ガス管２２の流路を流れる気体の中のＮＯｘ濃度を検出するセンサである。

【0057】

（ＳＣＲ触媒１８の再生処理）
ところで、本実施の形態の内燃機関１２である、アンモニアエンジンの始動は予め決められたスロットル開度、燃料噴射期間で行われる。排ガス中には、水蒸気、窒素の他、未燃のアンモニア、水素、窒素酸化物など不完全燃焼分、有害排ガス成分が含まれるが、高温の燃焼ガスにより三元触媒１６が加熱され活性温度を超えた後は、排ガスが所定の空気過剰率（たとえば、λ＝１）になるように制御することで、アンモニアや窒素酸化物などの有害排ガス成分は完全に浄化される。

【0058】

言い換えれば、三元触媒が活性温度に達する前では、未浄化のアンモニアや窒素酸化物がＳＣＲ触媒１８に流入することになる。

【0059】

このうち、アンモニアは、ＳＣＲ触媒１８に吸着されるため、環境に排出されることがない。

【0060】

ところが、ＳＣＲ触媒１８が脱離温度に達すると、冷間時（離脱温度以下のとき）に吸着されたアンモニアが放出される場合があるため、内燃機関１２（アンモニアエンジン）の始動に続いて、ＳＣＲ触媒１８に吸着されたアンモニアを無害化する必要がある。

【0061】

ＳＣＲ触媒１８では、以下の（１）式～（３）式に示すＣＳＲ反応、及び、（４）式の酸化反応により、アンモニアは、窒素酸化物と酸素（空気）との化学反応で、窒素と水に変換され、アンモニアの無害化を図ることができる。なお、吸着したアンモニアが上記化学反応で消費されると、ＳＣＲ触媒１８は、吸着可能量が元に戻る（ＳＣＲ触媒１８の再生処理）。

【0062】

【数1】

【0063】

ここで、比較例（例えば、特許文献１等）によれば、内燃機関（本実施の形態の内燃機関１２と同等の構成）における空気過剰率λを量論（λ＝１）から、希薄（λ＞１）に調整することで、ＳＣＲ触媒１８に窒素酸化物と空気とを送り込んでいるが、それぞれが適量とはならない。例えば、適量の酸素量で調整すると窒素酸化物量が過剰となり、適量の窒素酸化物で調整すると酸素量が不足する。過剰なＮＯｘは、ＳＣＲ反応で消費しきれない。なお、Ｎ_２Ｏは、ＳＣＲ触媒１８では、ほとんど反応しないためこれらは環境に排出されることになる。

【0064】

そこで、本実施の形態に係る排ガス浄化装置１４は、ブロワ３０を具備するようにした。ブロワ３０は、空気導入管３２の一端から空気を導入し、三元触媒１６とＳＣＲ触媒１８との間に送り込む役目を有している。

【0065】

すなわち、必要な空気量はブロワ３０の駆動による空気導入で行うことで、排ガスでは、必要な窒素酸化物の量に相当する空気過剰率λに抑えることが可能となる。

【0066】

図２には、横軸を空気過剰率λとした場合の、三元触媒１６の下流側の排ガスに含まれる成分ガス（ＮＨ３、Ｏ２、ＮＯｘ、Ｎ_２Ｏ）の各濃度特性を示したものである。

【0067】

ＳＣＲ触媒１８において、上記（１）式～（４）式の反応に必要なＮＯｘ量は、λ＝１．１以上となる混合比が好ましい反面、ＳＣＲ触媒１８の再生処理後にＮＯｘ、Ｎ_２Ｏの排出を抑制するにはλを、早期に量論（λ＝１）に近づけたい。

【0068】

再生処理後のＮＯｘ、Ｎ_２Ｏの排出量の抑制を優先するために、本実施の形態では、図３に示す三元触媒下流のＮ_２Ｏ濃度、及びＮＯｘに対するＯ_２濃度比特性図に基づき、空気過剰率λは、１＜λ≦１．１の範囲に設定した。すなわち、図３に示される如く、λが１．１以上になると、Ｎ_２Ｏ濃度の傾きが大きくなる方向に変化するため、λの上限を１．１以下とした。

【0069】

一方、このような空気過剰率λ（１＜λ≦１．１）の設定では、空気量（酸素濃度）が少なく、再生処理反応が進まないことが理解できる。

【0070】

本実施の形態では、この不足分の空気量（酸素濃度）を、ブロワ３０の駆動による外気導入で補うことで、適正な空気量及び適正なＮＯｘ量を、ＳＣＲ触媒１８へ供給することができる。

【0071】

なお、上記したλセンサ２４、温度検出部２６、及びＮＯｘ濃度センサ２８における、ＳＣＲ触媒１８でのアンモニア分解処理（（１）式～（４）式の化学変化）を行うことに特化した役目は以下の通りである。

【0072】

λセンサ２４は、空気過剰率λの調整中の空気過剰率λを、予め定めた１＜λ≦１．１の範囲の何れかに制御するために、内燃機関１２から排出される排ガスの空気過剰率λを検出する役目を有する。

【0073】

温度検出部２６は、排ガスの空気過剰率λの調整開始及びブロワ３０の駆動開始のトリガとなる温度を検出する役目を有する。

【0074】

ＮＯｘ濃度センサ２８は、排ガスの空気過剰率λの調整終了及びブロワ３０の駆動終了のトリガとなるＮＯｘ濃度を検出役目を有する。

【0075】

以下に、本実施の形態の作用を、図４のフローチャートに従い説明する。

【0076】

ステップ１００では、温度検出部２６の検出値から推定されるか、又は温度検出部２６により直接測定されたＳＣＲ触媒１８の温度Ｔｃと、ＳＣＲ触媒１８の活性温度Ｔａとを比較し、Ｔｃ≧Ｔａと判定（肯定判定）されると、ステップ１０２へ移行する。

【0077】

ステップ１０２では、ブロワ３０の動作を開始し、次いでステップ１０４へ移行して、空気過剰率λを、予め定めた空気過剰率λａ（１＜λａ≦１．１の範囲）とし、ステップ１０６へ移行する。

【0078】

ブロワ３０が動作を開始すると、空気導入管３２の一端から空気が、三元触媒１６とＳＣＲ触媒１８との間の排ガス管２２へ導入される。

【0079】

このため、必要な空気量（酸素量）は確保されるため、排ガスでは、必要な窒素酸化物の量に相当する空気過剰率λ（１＜λａ≦１．１の範囲）に抑えることできる。

【0080】

ステップ１０６では、ＳＣＲ触媒１８の下流側で検出されたＮＯｘの濃度（ＲＮＯｘ）と、予め定めたＳＣＲ触媒１８の再生処理終了時のＮＯｘの濃度（ＲＮＯｘ＿ｅｎｄ）とを比較する。

【0081】

このステップ１０６の比較の結果、ＲＮＯｘ≧ＲＮＯｘ＿ｅｎｄと判定されると、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が終了したと判断され、ステップ１０８へ移行して、空気過剰率λを１とし、次いで、ステップ１１０へ移行して、ブロワ３０の動作を終了し、このルーチンは終了する。従って、ＳＣＲ触媒１８の温度Ｔｃが活性温度Ｔａ以上となってから、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が終了するまで、ブロア３０により空気がＳＣＲ触媒に供給される。

【0082】

図５は、本実施の形態のエンジンシステム１０のようにブロワ３０の駆動により強制的に外気を導入した場合と、強制的な外気導入のない構成（例えば、特許文献１）の場合とにおける、排ガス管２２から排出される排ガス（ＳＣＲ触媒１８の下流側から排出される排ガス）のＮＯｘ及びＮ_２Ｏの排出量の比較を示した特性図である。

【0083】

この図５からもわかるように、本実施の形態では、ＮＯｘの排出量を比較例におけるＮＯｘの排出量に比べて１／１０以上減少させることがわかる。

【0084】

図３に示される如く、空気過剰率λを大きくするとＮ２Ｏが増加する。これは、排ガス浄化装置１４の前段の三元触媒１６で生成された結果である。本発明により、空気過剰率λを１．１以下にすることで、Ｎ２Ｏの低減も達成できる。

【0085】

本実施の形態によれば、ＳＣＲ触媒１８において、ＮＯｘを浄化する化学反応に必要なＮＯｘ量は、λ＝１．１以上となる混合比が好ましい反面、ＳＣＲ触媒１８の再生処理後のＮＯｘ、Ｎ_２Ｏの排出量の抑制を優先するために、空気過剰率λを、１＜λ≦１．１の範囲に設定し、不足分の空気量（酸素濃度）を、ブロワ３０の駆動による外気導入で補うことで、適正な空気量及び適正なＮＯｘ量を、ＳＣＲ触媒１８へ供給するようにした。

【0086】

すなわち、ＳＣＲ触媒１８において、アンモニアと窒素酸化物を化学反応で、窒素と水に分解することで、アンモニアと窒素酸化物の放出を防止するための手段として、ＳＣＲ触媒１８に空気（酸素）を強制投入するという従来技術から容易に想到し得ない構成とすることで、吸着触媒の反応に必要な、酸素量と、窒素酸化物量とを別々に制御できる。

【0087】

［変形例］
本実施の形態では、吸着触媒として、ＳＣＲ触媒１８と比較して、より酸化能の強い触媒を適用した。この酸化能の強い触媒としては、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１８以外の触媒も利用できる。

【0088】

例えば、吸着触媒としては、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。

【0089】

吸着触媒の選択還元能に対し、酸化能が強い（例えば、ゼオライト上に銅と合わせて貴金属が担持されている）場合について示す。こうした吸着触媒の場合、吸着アンモニアの貴金属上での酸化に伴い一部のアンモニアがＮＯに変換される。

【0090】

このＮＯにより、選択還元触媒反応が生じるために、吸着触媒に窒素酸化物を供給する必要がない。

【0091】

このため、再生処理過程においては、ブロワ３０による、空気の強制導入のみを開始し、排ガスの空気過剰率λは１のまま保持するように制御を続ける。

【0092】

また、触媒温度及び空気供給量から予め定めた再生処理時間に到達したことを認識し、空気供給を停止すればよい。

【0093】

図６は、変形例に係り、ゼオライト等の酸化能が強い吸着触媒を用いた場合における、再生処理中の排ガス浄化処理の流れを示す制御フローチャートである。図４と同一処理のステップには、同一のステップ番号の末尾に符号「Ａ」を付す。

【0094】

ステップ１００Ａでは、ＳＣＲ触媒１８に代わる酸化能の強い触媒の温度Ｔｃと、当該触媒の活性温度Ｔａとを比較し、Ｔｃ≧Ｔａと判定（肯定判定）されると、ステップ１０２へ移行する。

【0095】

ステップ１０２Ａでは、ブロワ３０の動作を開始する。

【0096】

ブロワ３０が動作を開始すると、空気導入管３２の一端から空気が、三元触媒１６とＳＣＲ触媒１８との間の排ガス管２２へ導入される。

【0097】

これにより、必要な空気量（酸素量）は確保される、かつ、変形例の吸着触媒の場合、吸着アンモニアの貴金属上での酸化に伴い一部のアンモニアがＮＯに変換され、アンモニアは、空気（酸素）とＮＯによる化学反応で、再生処理中のＮＯｘの排ガスが抑制される。

【0098】

次のステップ１０５では、吸着触媒の温度又は空気供給量に基づいて再生処理時間に到達したか否かを判断する。

【0099】

このステップ１０５の比較の結果、肯定判定されると、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が終了したと判断され、ステップ１１０Ａへ移行して、ブロワ３０の動作を終了し、このルーチンは終了する。従って、ＳＣＲ触媒１８の温度Ｔｃが活性温度Ｔａ以上となってから、ＳＣＲ触媒１８の再生処理に必要な時間が経過するまで、ブロア３０により空気がＳＣＲ触媒に供給される。

【0100】

（実施態様）
本発明は、以下の付記に示す従属関係の実施態様を構成し得る。

【0101】

［付記１］
アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させたときの排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、
燃焼後の前記排ガスが流通する排ガス路に設けられ、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒で構成された触媒装置と、
前記吸着触媒へ酸素を含む気体を供給する気体供給部と、
前記吸着触媒が活性状態と判断された場合に、前記気体供給部を制御して、前記気体を前記吸着触媒へ供給して、当該吸着触媒の再生処理を実行する制御部と、
を有する排ガス浄化装置。

【0102】

［付記２］
前記排ガス路における排ガスが流れる方向に対して、前記触媒装置の上流側に設けられ、前記排ガス路内を流れる前記排ガスの空気過剰率を検出する空気過剰率センサをさらに有し、
前記制御部が、前記空気過剰率センサで検出した前記空気過剰率に基づいて、前記燃料空気比をフィードバック制御する、付記１記載の排ガス浄化装置。

【0103】

［付記３］
前記制御部が、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、前記活性状態を判断し、予め定めた温度になった時点を前記再生処理の開始時期とする、付記１又は付記２記載の排ガス浄化装置。

【0104】

［付記４］
前記制御部は、前記気体供給部から前記気体を供給する開始時に同期させて、空気過剰率を前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記排ガスの窒素酸化物量を、前記気体に含まれる酸素量に応じた所定量に調整する、付記１～付記３の何れか１つの付記に記載の排ガス浄化装置。

【0105】

［付記５］
前記希薄としたときの空気過剰率λｒが、１＜λ≦１．１の範囲で設定される、付記４記載の排ガス浄化装置。

【0106】

［付記６］
前記排ガス路における排ガスの流れ方向に対して、前記吸着触媒の下流側に設けられ、前記排ガス路を流れる排ガスのＮＯｘを検出するＮＯｘ濃度センサを備え、
前記制御部は、前記ＮＯｘ濃度センサの出力値が予め定めた値を超えた場合に、前記吸着触媒の再生処理の終了時期と判断し、前記気体供給部による気体の供給を終了し、かつ、前記希薄とした空気過剰率を前記所定の空気過剰率に戻す、付記１～付記５の何れか１つの付記に記載の排ガス浄化装置。

【0107】

［付記７］
前記吸着触媒が、選択還元能の強さに対して酸化能の強さが所定値を超える場合において、
前記制御部は、前記気体供給部から前記気体を供給し、前記空気過剰率は前記所定の空気過剰率を維持する、付記１～付記３の何れか１つの付記に記載の排ガス浄化装置。

【0108】

「付記８」
前記制御部は、
前記再生処理の開始から所定時間が経過した時点、又は、前記排ガス路における排ガスの流れ方向に対して、前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘを検出するＮＯｘ濃度センサの出力値が予め定めた所定値以下となった場合に、前記吸着触媒の再生処理の終了時期と判断し、前記気体供給部による気体の供給を終了する、付記７記載の排ガス浄化装置。

【0109】

［付記９］
アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させ、燃焼後の排ガスを排ガス路に案内して、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒を通過させることによって、排ガスを浄化するための排ガス浄化方法であって、
前記吸着触媒の活性状態と判断された場合に、当該吸着触媒に酸素を含む気体を供給すると共に、前記気体の供給開始時に同期させて、前記空気過剰率を希薄とする再生処理の実行を開始し、
前記排ガス路の前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘが所定値を超えた時点を前記再生処理の終了時期と判断し、前記空気過剰率を前記所定の空気過剰率に戻し、かつ、前記気体の供給を終了する、
排ガス浄化方法。

【0110】

［付記１０］
アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率の燃料空気比となるように空気と混合して燃焼させ、燃焼後の排ガスを排ガス路に案内して、酸化還元機能を備えた酸化還元触媒、及びアンモニア吸着機能を備えた吸着触媒を通過させることによって、排ガスを浄化するための排ガス浄化方法であって、
前記吸着触媒の活性状態と判断された場合に、当該吸着触媒に酸素を含む気体を供給する再生処理の実行を開始し、
当該再生処理の開始から所定時間が経過した場合、又は、前記排ガス路の前記吸着触媒の下流側を流れる排ガスのＮＯｘが所定値以下となった時点を前記再生処理の終了時期と判断し、前記気体の供給を終了する、
排ガス浄化方法。

【0111】

［付記１１］
コンピュータを、
付記１～付記７の何れか１つの付記に記載の排ガス浄化装置の制御部として動作させる、排ガス浄化プログラム。

【符号の説明】

【0112】

１０ エンジンシステム
１２ 内燃機関
１４ 排ガス浄化装置
１６ 三元触媒（酸化還元触媒）
１８ ＳＣＲ触媒（吸着触媒）
２０ 制御部
２２ 排ガス管
２４ 空気過剰率センサ（λセンサ）
２６ 温度検出部
２８ ＮＯｘ濃度センサ
３０ ブロワ（気体供給部）
３２ 空気導入管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】