特開 2024-74655 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】P2024074655

(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 3/08 20060101AFI20240524BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240524BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20240524BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240524BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 H

F01N3/08 A

F01N3/24 B

F01N3/24 U

F02D41/04

B01D53/94 222

B01D53/94 ZAB

B01D53/94 228

B01D53/96 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022185958

(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】中谷 規之介

(72)【発明者】

【氏名】本間 隆行

【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

3G091DB11

3G091EA17

3G091EA18

3G091EA30

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

4D148BA07Y

4D148BA10Y

4D148BA11Y

4D148BA30Y

4D148BA31Y

4D148BA33Y

4D148BA41Y

4D148BD04

4D148CC32

4D148CC47

4D148DA01

4D148DA02

4D148DA05

4D148DA06

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、ＮＯｘ濃度センサの監視の下で、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。
【解決手段】純粋なＮＯｘ濃度の限界として設定したしきい値と比較すると、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値は、適正な再生処理終了時期の許容範囲よりも早期に当該しきい値に到達し、不完全な再生処理状態で、再生処理が終了することになる。そこで、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が開始された時点において、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値を、アンモニアの濃度ΔＮＨ３として記憶し、以降、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値からΔＮＨ３を減算した結果を、しきい値と比較するようにした。
【選択図】図３

【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、
前記吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯｘ濃度センサと、
前記吸着触媒が活性状態と判断された場合に、前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記吸着触媒へ窒素酸化物及び酸素を供給し、前記吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始すると共に、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応する前記アンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する制御部と、
を有する排ガス浄化装置。

【請求項2】

前記制御部が、
前記吸着触媒の活性状態であると判断した時点に、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した初期出力値を前記アンモニアの濃度分とみなし、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から前記初期出力値を減算した値を、前記補正値とする、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項3】

前記制御部が、
前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値の変化率を演算し、演算した変換率を、前記補正値とする、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項4】

前記窒素酸化物の変化率を用いて、再生処理終了の判定の実行する場合に、再生処理開始からの所定期間を、判定しないマスキング期間とする、請求項３記載の排ガス浄化装置。

【請求項5】

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、
前記制御部による前記再生処理のための前記窒素酸化物及び前記酸素の供給が、所定の空気過剰状態よりも希薄の燃焼運転であり、
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6】

前記制御部が、
前記吸着触媒の温度を測定又は推定し、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、当該吸着触媒の前記活性状態を判断する、請求項１記載の排ガス浄化装置。

【請求項7】

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、排ガスを浄化する制御部を備えた排ガス浄化方法であって、
前記制御部が、
前記吸着触媒が活性状態と判断した場合に、前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記吸着触媒へ窒素酸化物及び酸素を供給することで、前記吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始し、
前記吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応する前記アンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する、
排ガス浄化方法。

【請求項8】

コンピュータを、
請求項１～請求項６の何れか１項記載の排ガス浄化装置の前記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、排ガス中のアンモニア濃度を計測するために、ジルコニアＮＯｘ濃度センサと定電位電解式センサの二つのセンサを備え、それらの計測値の差分に基づき、アンモニア濃度を算出することが記載されている。

【0006】

ここで、特許文献１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、窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘ濃度センサで検出される吸着触媒の出口付近の検出値を、予め定めたしきい値と比較することで、希薄状態を終了させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－１６７８２３号公報

【特許文献2】特開２０２２－０６７７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、従来技術では、ＮＯｘ濃度センサに影響を及ぼすアンモニア濃度が考慮されていない。すなわち、ＮＯｘ濃度センサで窒素酸化物の濃度を検出するとき、再生処理終了前に吸着触媒から排出されるアンモニア濃度が、ＮＯｘ濃度センサに検出値に加算されるため、本来の希薄状態の終了時期よりも早く、しきい値に到達して、早期に希薄状態が終了することになる。

【0009】

なお、特許文献２に記載のように、定電位電解式センサを用いれば、窒素酸化物の濃度のみを検出することができるが、定電位電解式センサは一般的に普及しておらず、また、メンテナンスが煩雑であり、大量生産される動力装置等への適用は実現性が乏しく、メンテナンス性がよく、かつ安価で、汎用性の高いＮＯｘ濃度センサを用いることが好ましい。

【0010】

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、ＮＯｘ濃度センサの監視の下で、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】

【0011】

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、前記吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯｘ濃度センサと、前記吸着触媒が活性状態と判断された場合に、前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記吸着触媒へ窒素酸化物及び酸素を供給し、前記吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始すると共に、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応する前記アンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する制御部と、を有している。

【0012】

本発明によれば、アンモニアを含む燃料を、所定の空気過剰率となる燃料空気比で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。

【0013】

所定の空気過剰率とは、例えば、空気過剰率λが１（λ＝１）となる量論であり、空気過剰率センサに基づき、量論にフィードバック制御することが好ましい。

【0014】

制御部では、吸着触媒が活性状態と判断された場合に、所定の空気過剰率よりも希薄（λ＞１）として、吸着触媒へ少なくとも窒素酸化物及び酸素を供給し、吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始する。

【0015】

また、ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値を、予め定めたしきい値と比較し、当該しきい値に到達した時点を再生終了時期とする。

【0016】

ここで、ＮＯｘ濃度センサは、吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能であるが、アンモニアの濃度にも反応する。

【0017】

そこで、制御部では、ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応するアンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する。

【0018】

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、ＮＯｘ濃度センサの監視の下で、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。

【0019】

本発明において、前記制御部が、前記吸着触媒の活性状態であると判断した時点に、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した初期出力値を前記アンモニアの濃度分とみなし、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から前記初期出力値を減算した値を、前記補正値とすることを特徴としている。

【0020】

吸着触媒の活性状態であると判断した時点に、ＮＯｘ濃度センサで検出した初期出力値を前記アンモニアの濃度分とみなし、ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から初期出力値を減算した値を、前記補正値とすることができる。

【0021】

本発明において、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値の変化率を演算し、演算した変換率を、前記補正値とすることを特徴としている。

【0022】

ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値の変化率を演算し、演算した前記変換率を、前記補正値としてもよい。前記窒素酸化物の変化率の方が、前記アンモニアの変化率よりも大きいので、その差を利用して、前記アンモニアの濃度分を相殺することができる。

【0023】

本発明において、前記窒素酸化物の変化率を用いて、再生処理終了の判定の実行する場合に、再生処理開始からの所定期間を、判定しないマスキング期間とすることを特徴としている。

【0024】

窒素酸化物の変化率を用いて、再生処理終了の判定の実行する場合に、再生処理開始からの所定期間を、判定しないマスキング期間とすることが好ましい。

【0025】

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、前記制御部による前記再生処理のための前記窒素酸化物及び前記酸素の供給が、所定の空気過剰状態よりも希薄の燃焼運転であり、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。

【0026】

所定の空気過剰率とは、例えば、空気過剰率λが１（λ＝１）となる量論であり、空気過剰率センサに基づき、量論にフィードバック制御する。

【0027】

制御部では、吸着触媒が活性状態と判断された場合に、所定の空気過剰状態よりも希薄（λ＞１）として、吸着触媒へ少なくとも窒素酸化物及び酸素を供給し、吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始する。

【0028】

本発明において、前記制御部が、前記吸着触媒の温度を測定又は推定し、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、当該吸着触媒の前記活性状態を判断することを特徴としている。

【0029】

再生処理開始時期は、吸着触媒の温度を測定又は推定し、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、当該吸着触媒の前記活性状態を判断することで決めることができる。

【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、排ガスを浄化する制御部を備えた排ガス浄化方法であって、前記制御部が、前記吸着触媒が活性状態と判断した場合に、前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記吸着触媒へ窒素酸化物及び酸素を供給することで、前記吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始し、前記吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応する前記アンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する、ことを特徴としている。

【0031】

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前記制御部として動作させることを特徴としている。

【発明の効果】

【0032】

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、ＮＯｘ濃度センサの監視の下で、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】

【0033】

【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吸着触媒の出口付近における、成分（窒素酸化物、アンモニア）特性図である。

【図3】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4】変形例に係る吸着触媒の出口付近における、成分（窒素酸化物、アンモニア）の変化率特性図である。

【図5】変形例に係るエンジンシステムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

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の概略構成図である。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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、電子制御ユニット（ＥＣＵ「Electronic Control Unit」図示省略）により実装される。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

なお、詳細は後述するが、本実施の形態では、目的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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

（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。

【0051】

制御部２０では、λセンサ２４からの検出信号に基づいて、目標のλとなるように燃料噴射量がフィードバック制御されるようになっている。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

温度検出部２６は、後述するＳＣＲ触媒１８の再生処理の開始時期を判断する役目を有している。

【0056】

すなわち、温度検出部２６で検出した出力値（ＳＣＲ触媒温度ｔｃ）が、予め定めたしきい値(ＳＣＲ触媒活性温度ｔａ)と比較され、当該しきい値以上になった時点で、ＳＣＲ触媒１８の再生処理を開始する。

【0057】

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。

【0058】

ＮＯｘ濃度センサ２８は、後述するＳＣＲ触媒１８の再生処理の終了時期を判断する役目を有している。

【0059】

すなわち、ＳＣＲ触媒１８の再生処理の開始後、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した出力値が、予め定めたしきい値と比較され、当該しきい値以上になった時点で、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が終了する。

【0060】

なお、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した出力値は、ＮＯｘの濃度に加え、ＳＣＲ触媒１８からアンモニアが排出された場合、当該アンモニア成分の濃度が上乗せ（加算）された数値となる。このため、ＳＣＲ触媒１８の再生処理の終了を判定する出力値から、アンモニア成分の濃度を除く必要がある（詳細後述）。

【0061】

（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成分、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、排ガスの空気過剰率λが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。

【0062】

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。

【0063】

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

【0064】

ところが、ＳＣＲ触媒１８が脱離温度に達すると、冷間時（酸化温度以下のとき）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。

【0065】

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）。

【0066】

【数1】

【0067】

そこで、本実施の形態では、内燃機関１２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む、再生処理を実行するようにしている。

【0068】

再生処理の開始の時期は、温度検出部２６で検出した出力値（ＳＣＲ触媒温度ｔｃ）が、予め定めたしきい値(ＳＣＲ触媒活性温度ｔａ)と比較され、当該しきい値以上になった時点としている。

【0069】

また、再生処理の終了の時期は、ＳＣＲ触媒１８の再生処理の開始後、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した出力値が、予め定めたしきい値と比較され、当該しきい値以上になった時点としている。

【0070】

（アンモニアの流出の回避）
内燃機関１２の稼働により、再生処理が開始されるまでの期間は、わずか（許容範囲）ではあるが、ＳＣＲ触媒１８でアンモニアが吸着されずに放出される期間が存在する。

【0071】

一方、再生処理が開始されたとき、ＮＯｘ濃度センサ２８は、窒素酸化物（ＮＯｘ）以外に、アンモニア（ＮＨ３）の濃度にも反応する。反応の比率は、ＮＯｘ：ＮＨ３＝１：１であるため、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値は、窒素酸化物とアンモニアとが合算された濃度になる。

【0072】

このため、純粋なＮＯｘ濃度の限界として設定したしきい値と比較すると、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値（図２の細実線Ａ参照）は、適正な再生処理終了時期の許容範囲（図２の範囲Ｂ参照）よりも早期に当該しきい値に到達し（図２の点Ｃ参照）、不完全な再生処理状態（アンモニア残量が多い状態）で、再生処理が終了することになる。

【0073】

そこで、本実施の形態では、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が開始された時点において、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値を、アンモニアの濃度ΔＮＨ３として記憶し、以降、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値からΔＮＨ３を減算した結果を、しきい値と比較するようにした（図２の太実線Ｄ参照）。

【0074】

これにより、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値－ΔＮＨ３（図２の太実線Ｄ参照）は、適正な再生処理終了時期の許容範囲（図２の範囲Ｂ参照）でしきい値に到達し（図２の点Ｅ参照）、適正な再生処理状態（アンモニア残量が許容範囲の状態）で、再生処理を終了させることができる。

【0075】

以下に、本実施の形態の作用を、図３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、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した出力値を、アンモニアの濃度ΔＮＨ３（初期値）として記憶し、ステップ１０４へ移行する。

【0078】

ステップ１０４では、空気過剰率λを、予め定めた空気過剰率λｒ（１＜λｒ）とし、ステップ１０６へ移行する。

【0079】

ステップ１０６では、ＳＣＲ触媒１８の下流側で検出されたＮＯｘの濃度の出力値（ＲＮＯｘ）を読み込み、次いでステップ１０８へ移行して、ステップ１０２で記憶したアンモニアの濃度ΔＮＨ３を読み出し、ステップ１１０へ移行する。

【0080】

ステップ１１０では、出力値ＲＮＯｘからアンモニア濃度ΔＮＨ３を減算した値を、新たな真の出力値ＲＮＯｘとし（ＲＮＯｘ←ＲＮＯｘ－ΔＮＨ３）、ステップ１１２へ移行する。

【0081】

ステップ１１２では、ステップ１１０の計算値ＲＮＯｘと、予め定めたＳＣＲ触媒１８の再生処理終了時のＮＯｘの濃度（しきい値ＲＮＯｘ＿ｅｎｄ）とを比較する。

【0082】

このステップ１０６の比較の結果、ＲＮＯｘ＜ＲＮＯｘ＿ｅｎｄと判定されると、ステップ１０６へ戻り、上記工程（ステップ１０６，１０８、１１０）を繰り返す。

【0083】

また、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１１４へ移行して、空気過剰率λを１とし、このルーチンは終了する。

【0084】

以上説明したように、本実施の形態では、ＳＣＲ触媒１８の再生処理が開始された時点において、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値を、アンモニアの濃度ΔＮＨ３として記憶し、以降、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値からΔＮＨ３を減算した結果を、しきい値と比較するようにしたので、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値－ΔＮＨ３は、適正な再生処理終了時期の許容範囲でしきい値に到達し、適正な再生処理状態で、再生処理を終了させることができる。

【0085】

なお、上記の実施の形態では、ＮＯｘ濃度センサ２８で検出した濃度の出力値からΔＮＨ３を減算し、しきい値と比較したが、しきい値にΔＮＨ３を加算しておくようにしてもよい。

【0086】

［変形例１］
本実施の形態では、ＳＣＲ触媒１８の再生処理の終了時期を、ＮＯｘ濃度値ＲＮＯｘと、しきい値ＲＮＯｘ＿ｅｎｄとを比較して判定するようにした。

【0087】

この場合、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値ＲＮＯｘから、再生処理の開始時に検出したアンモニア濃度ΔＮＨ３を減算した値を、新たな真の出力値ＲＮＯｘ（ＲＮＯｘ←ＲＮＯｘ－ΔＮＨ３）とする必要がある。

【0088】

変形例１では、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値ＲＮＯｘの変化率を計算し、当該変化率と予め定めた変化率用のしきい値と比較するようにした。

【0089】

図４に示される如く、変化率での比較を行うことで、元々変化率の小さいアンモニア分の影響を排除することができ、単純に、ＮＯｘ濃度センサ２８の出力値ＲＮＯｘの変化率と、変化率用のしきい値との比較で済む。

【0090】

なお、再生処理の開始時期のＮＯｘ濃度センサ２８の出力値ＲＮＯｘの変化率は、変動が激しい（ハンチングの発生があり得る）ため、当該再生処理の開始から所定期間を、判定マスクキング期間として設定することが好ましい。

【0091】

［変形例２］

【0092】

本実施の形態（変形例１を含む）では、内燃機関の希薄空気過剰率λを希薄に調整して、ＳＣＲ触媒１８に窒素酸化物と空気とを送り込む、再生処理を実行するようにしたが、その内の空気を、別途供給するようにしてもよい。

【0093】

図５に示される如く、変形例２に係る排ガス浄化装置１４Ａ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。

【0094】

すなわち、必要な空気量はブロワ３０の駆動による外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。

【0095】

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。

【0096】

再生処理後のＮＯｘ、Ｎ_２Ｏの排出量の抑制を優先するために、三元触媒下流のＮ_２Ｏ濃度、及びＮＯｘに対するＯ_２濃度比特性に基づき、空気過剰率λは、１＜λ≦１．１の範囲に設定した。

【0097】

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、再生処理反応が進み難いことがわかっている。

【0098】

変形例２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。

【0099】

変形例２において、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。

【0100】

また、変形例２において、温度検出部２６は、再生処理の開始に加え、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。

【0101】

さらに、変形例２において、ＮＯｘ濃度センサ２８は、再生処理の終了に加え、ブロワ３０の駆動終了のトリガとなるＮＯｘ濃度を検出する役目を有する。

【0102】

（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。

【0103】

［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、
前記吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯｘ濃度センサと、
前記吸着触媒が活性状態と判断された場合に、前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記吸着触媒へ窒素酸化物及び酸素を供給し、前記吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始すると共に、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応する前記アンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する制御部と、
を有する排ガス浄化装置。

【0104】

［付記２］
前記制御部が、
前記吸着触媒の活性状態であると判断した時点に、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した初期出力値を前記アンモニアの濃度分とみなし、前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から前記初期出力値を減算した値を、前記補正値とする、付記１記載の排ガス浄化装置。

【0105】

［付記３］
前記制御部が、
前記ＮＯｘ濃度センサで検出した出力値の変化率を演算し、演算した変換率を、前記補正値とする、付記１又は付記２記載の排ガス浄化装置。

【0106】

［付記４］
前記窒素酸化物の変化率を用いて、再生処理終了の判定の実行する場合に、再生処理開始からの所定期間を、判定しないマスキング期間とする、付記３記載の排ガス浄化装置。

【0107】

［付記５］
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、
前記制御部による前記再生処理のための前記窒素酸化物及び前記酸素の供給が、所定の空気過剰状態よりも希薄の燃焼運転であり、
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から付記４の何れか１つに記載の排ガス浄化装置。

【0108】

［付記６］
前記制御部が、
前記吸着触媒の温度を測定又は推定し、測定又は推定した前記吸着触媒の温度に基づいて、当該吸着触媒の前記活性状態を判断する、付記１から付記５の何れか１つに記載の排ガス浄化装置。

【0109】

［付記７］
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、排ガスを浄化する制御部を備えた排ガス浄化方法であって、
前記制御部が、
前記吸着触媒が活性状態と判断した場合に、前記所定の空気過剰率よりも希薄として、前記吸着触媒へ窒素酸化物及び酸素を供給することで、前記吸着触媒に吸着されたアンモニアを酸化する再生処理を開始し、
前記吸着触媒から排出される、少なくとも窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯｘ濃度センサで検出した出力値から、当該ＮＯｘ濃度センサに反応する前記アンモニアの濃度分を排除した補正値が、予め定めたしきい値に到達した時点で再生処理を終了する、
排ガス浄化方法。

【0110】

［付記８］
コンピュータを、
請求項１～請求項６の何れか１項記載の排ガス浄化装置の前記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】

【0111】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】