(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】
(24)【登録日】2024-05-31
(45)【発行日】2024-06-10
(54)【発明の名称】排気浄化装置
(51)【国際特許分類】
F01N 3/08 20060101AFI20240603BHJP
F01N 3/023 20060101ALI20240603BHJP
F01N 3/033 20060101ALI20240603BHJP
F01N 3/035 20060101ALI20240603BHJP
F01N 3/10 20060101ALI20240603BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20240603BHJP
F02M 26/15 20160101ALI20240603BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20240603BHJP
B01J 23/89 20060101ALI20240603BHJP
【ＦＩ】
F01N3/08 H
F01N3/023 A ZAB
F01N3/033 J
F01N3/035 E
F01N3/10 A
F01N3/24 C
F01N3/24 E
F01N3/24 S
F02M26/15
B01D53/94 222
B01D53/94 245
B01D53/94 280
B01J23/89 A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020188137
(22)【出願日】2020-11-11
(65)【公開番号】P2022077329
(43)【公開日】2022-05-23
【審査請求日】2023-10-05
(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】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100211052
【弁理士】
【氏名又は名称】奥村 大輔
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 信也
【審査官】佐々木 淳
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１８３６６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７０５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１４８１３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１２３２０５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／００－ ３／３８
Ｆ０２Ｍ ２６／１５
Ｂ０１Ｄ ５３／９４
Ｂ０１Ｊ ２３／８９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンからの排出ガスの流れる排気通路に配設され、酸化触媒を含む第１の触媒装置と、前記第１の触媒装置の下流側において前記排気通路に配設され、前記排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
フィルタ装置の下流側において前記排気通路に配設され、ＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を含む第２の触媒装置と、
前記第２の触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
前記排出ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジンの吸気側に還流するＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管内の前記ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲバルブの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記フィルタ装置に流入する前記排出ガスのＮＯ２濃度である生成ＮＯ２濃度を取得し、
前記フィルタ装置に捕集された前記粒子状物質の酸化処理に必要となるＮＯ２濃度である必要ＮＯ２濃度を取得し、
前記生成ＮＯ２濃度が前記必要ＮＯ２濃度よりも高いときに、前記ＥＧＲバルブを制御して前記ＥＧＲガスの流量が増加させる、排気浄化装置。
【請求項2】
前記制御装置は、前記生成ＮＯ２濃度が前記必要ＮＯ２濃度よりも低いときに、前記ＥＧＲバルブを制御して前記ＥＧＲガスの流量が減少させる、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項3】
前記第２の触媒装置は、前記選択還元触媒としてバナジウム系触媒を含む、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項4】
前記第２の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、前記バナジウム系触媒が前記銅系触媒よりも前記排出ガスの流れ方向の上流側に配置されている、請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項5】
前記第２の触媒装置は、前記選択還元触媒として鉄系触媒を含む、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項6】
前記第２の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、前記鉄系触媒が前記銅系触媒よりも前記排出ガスの流れ方向の上流側に配置されている、請求項５に記載の排気浄化装置。
【請求項7】
前記制御装置は、前記生成ＮＯ２濃度と前記必要ＮＯ２濃度との差が大きいほど、前記ＥＧＲガスの流量の変化量を大きくする、請求項１～６の何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】
本開示は、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンからの排出ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ装置が利用されている。例えば、特許文献１には、排出ガスに含まれるＰＭを捕集する共に、捕集されたＰＭを排出ガス中のＮＯ２（二酸化窒素）によって酸化することで除去する連続再生式のＤＰＦ（Diesel particulate filter）を備える排気浄化装置が記載されている。
【0003】
また、特許文献２には、排出ガス中のＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ２に酸化させるＤＯＣと、連続再生式のＤＰＦと、排出ガス中に尿素水を添加する尿素水噴射装置と、尿素水由来のアンモニアを還元剤として用いて排出ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元するＳＣＲとを備え、エンジンから排出されるＮＯｘの量と、ＤＯＣで生成されるＮＯ２の量と、ＤＰＦにおけるＮＯ２の消費量とに基づいて、ＳＣＲに流入する排出ガス中のＮＯとＮＯ２との比（ＮＯ／ＮＯ２比）が１：１になるようにエンジンの燃焼状態を制御する排気浄化装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１０－０９６０３９号公報
【文献】特開２０１４－１６３２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
引用文献２に記載の装置では、還元剤としてアンモニアを用いて排出ガスに含まれるＮＯｘを浄化しているが、ＳＣＲ上でアンモニアとＮＯ２とが反応するときにＮ２Ｏ（亜酸化窒素）が生成されることがある。Ｎ２Ｏは、ＣＯ２（二酸化炭素）の３００倍程度の地球温暖化係数を有する強力な温室効果ガスであり、地域によっては大気中への排出が厳しく規制される。
【0006】
そこで本開示は、Ｎ２Ｏの生成量を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様の排気浄化装置は、エンジンからの排出ガスの流れる排気通路に配設され、酸化触媒を含む第１の触媒装置と、第１の触媒装置の下流側において排気通路に配設され、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、フィルタ装置の下流側において排気通路に配設され、ＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を含む第２の触媒装置と、第２の触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、排出ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に還流するＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管内のＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブの動作を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、フィルタ装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度である生成ＮＯ２濃度を取得し、フィルタ装置に捕集された粒子状物質の酸化処理に必要となるＮＯ２濃度である必要ＮＯ２濃度を取得し、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高いときに、ＥＧＲバルブを制御してＥＧＲガスの流量が増加させる。
【0008】
上記態様の排気浄化装置では、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高いときに、ＥＧＲガスの流量が増加される。ＥＧＲガスの流量が増加することによって、エンジンの燃焼温度が低下してエンジンから排出されるＮＯｘ量が減少する。エンジンから排出されるＮＯｘ量の低下に伴って、フィルタ装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度が低下し、排出ガス中のＮＯ２の大部分が粒子状物質の酸化で消費されることとなる。その結果、第２の触媒装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度が低下し、第２の触媒装置によってＮＯｘが還元される際にＮ２Ｏが生成されることが抑制される。
【0009】
一実施形態では、制御装置は、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも低いときに、ＥＧＲバルブを制御してＥＧＲガスの流量を減少させてもよい。ＥＧＲガスの流量が減少することによって、エンジンの燃焼温度が高くなりエンジンから排出されるＮＯｘ量が増加する。エンジンから排出されるＮＯｘ量の増加に伴って、フィルタ装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度が増加するので、フィルタ装置においてＰＭを効果的に燃焼させることが可能となる。
【0010】
一実施形態では、第２の触媒装置は、選択還元触媒としてバナジウム系触媒を含んでいてもよい。バナジウム系触媒は、ＮＯｘに占めるＮＯ２の割合が低い場合であってもＮＯｘを高い効率で還元することが可能である。したがって、選択還元触媒としてバナジウム系触媒を含むことによって、第２の触媒装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度が低下した場合であっても、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【0011】
一実施形態では、第２の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、バナジウム系触媒が銅系触媒よりも排出ガスの流れ方向の上流側に配置されていてもよい。銅系触媒は、高い効率でＮＯｘを還元することが可能な選択還元触媒であるが、ＮＯ２の還元時にＮ２Ｏを生成しやすい性質を有する。この実施形態では、上流側に配置されたバナジウム系触媒によってＮＯ２が還元され、ＮＯ２の割合が低いＮＯｘを含む排出ガスが銅系触媒によって浄化されるので、Ｎ２Ｏの生成量を抑制しつつ、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【0012】
一実施形態では、第２の触媒装置は、選択還元触媒として鉄系触媒を含んでいてもよい。鉄系触媒は、ＮＯｘに占めるＮＯ２の割合が低い場合であってもＮＯｘを浄化することが可能である。したがって、選択還元触媒として鉄系触媒を含むことによって、第２の触媒装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度が低下した場合であっても、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【0013】
一実施形態では、第２の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、鉄系触媒が銅系触媒よりも排出ガスの流れ方向の上流側に配置されていてもよい。この実施形態では、上流側に配置された鉄系触媒によってＮＯ２が還元され、ＮＯ２の割合が低いＮＯｘを含む排出ガスが銅系触媒によって浄化されるので、Ｎ２Ｏの生成量を抑制しつつ、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【0014】
一実施形態では、制御装置は、生成ＮＯ２濃度と必要ＮＯ２濃度との差が大きいほど、ＥＧＲガスの流量を増加させてもよい。ＥＧＲガスの流量を増加させることで、フィルタ装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度をより低くすることができる。その結果、第２の触媒装置に流入する排出ガスのＮＯ２濃度を低くすることができるので、Ｎ２Ｏの生成量を抑制することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、Ｎ２Ｏの生成量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。なお以下の説明において、「上流」及び「下流」の用語は、排出ガスＧ１の流れ方向を基準として使用される。また、本明細書では、一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）等をまとめて窒素酸化物（ＮＯｘ）と称する。
【0018】
図１は、一実施形態に係る排気浄化装置１を概略的に示す図である。排気浄化装置１は、トラック等の車両に搭載され、エンジン１０からの排出ガスＧ１に含まれる有害物質を浄化する。
【0019】
エンジン１０は、例えばディーゼルエンジンであり、複数のシリンダ１０ａを備えている。複数のシリンダ１０ａに近接した位置には、複数のインジェクタ１０ｂが設置されている。複数のインジェクタ１０ｂは、後述する燃料添加装置２０から供給された燃料を複数のシリンダ１０ａ内にそれぞれ噴射する。複数のシリンダ１０ａには、複数のシリンダ１０ａ内に空気を供給する吸気マニホールド１１、及び、複数のシリンダ１０ａから排出ガスＧ１を排出する排気マニホールド１２が接続されている。
【0020】
吸気マニホールド１１には、吸気管１３が接続されている。吸気管１３には、吸気の上流側からエアクリーナ１４、コンプレッサ１５及びインタークーラー１６が順に設けられている。
【0021】
排気マニホールド１２には、タービン１７を介して排気管１８が接続されている。排気管１８は、エンジン１０からの排出ガスＧ１が流れる排気通路２５の一部を提供する。タービン１７は、連結軸を介してコンプレッサ１５に連結されている。タービン１７は、エンジン１０の排気マニホールド１２から排出された排出ガスＧ１の流れによって回転する。コンプレッサ１５は、タービン１７の回転に伴って回転し、吸気管１３から空気（吸気）を取り込み、圧縮された空気を吸気マニホールド１１へ送り出す。すなわち、コンプレッサ１５及びタービン１７は、ターボチャージャーを構成する。吸気マニホールド１１に導入された空気は、複数のシリンダ１０ａへ導入される。複数のシリンダ１０ａ内に導入された空気は各シリンダ１０ａ内で圧縮される。
【0022】
図１に示すように、排気浄化装置１は、燃料添加装置２０、ＥＧＲユニット２４、後処理装置３０及び制御装置４０を備えている。燃料添加装置２０は、燃料タンク２１、ポンプ２２及び燃料添加弁２３を含み、例えば燃料タンク２１に貯えられた軽油等の燃料を燃料供給路１０ｃを介して複数のインジェクタ１０ｂに圧送する。複数のインジェクタ１０ｂは、燃料添加装置２０から供給された燃料を複数のシリンダ１０ａ内にそれぞれ噴射する。
【0023】
複数のインジェクタ１０ｂによって噴射された燃料は、各シリンダ１０ａ内で燃焼され、各シリンダ１０ａ内に配置されたピストンをシリンダ１０ａ内で往復移動させる。ピストンが往復運動することにより、エンジン１０に連結されたクランクシャフトが回転し、クラッチを介して車両のプロペラシャフトが回転する。燃料の燃焼によって排気マニホールド１２から排出された排出ガスＧ１は、排気管１８に排出される。
【0024】
燃料添加弁２３は、後処理装置３０の上流側において排気管１８に設けられ、燃料タンク２１に貯えられた燃料を排気通路２５内に噴射する。排気通路２５内に噴射された燃料は排出ガスＧ１に添加され、後処理装置３０に供給される。燃料添加弁２３から排出ガスＧ１に添加される燃料の量は、制御装置４０によって制御される。
【0025】
ＥＧＲユニット２４は、排出ガスＧ１の一部をエンジン１０の吸気系に還流させる装置である。ＥＧＲユニット２４は、ＥＧＲ配管２６、ＥＧＲクーラ２７及びＥＧＲバルブ２８を備えている。ＥＧＲ配管２６は、エンジン１０の吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２とを接続しており、排出ガスＧ１の一部をＥＧＲガスＧ２としてエンジン１０の吸気系に還流させる。例えば、ＥＧＲ配管２６内を還流したＥＧＲガスＧ２は、吸気管１３を流れる吸気と共にエンジン１０のシリンダ１０ａ内に供給される。
【0026】
ＥＧＲクーラ２７は、ＥＧＲ配管２６に設置され、ＥＧＲ配管２６を流れるＥＧＲガスＧ２を冷却する。ＥＧＲバルブ２８は、ＥＧＲガスＧ２の流れ方向においてＥＧＲクーラ２７の下流側に配設されている。ＥＧＲバルブ２８は、開度を調整可能な弁体を含み、ＥＧＲ配管２６を流れるＥＧＲガスＧ２の流量を調整する。ＥＧＲバルブ２８の開度は、制御装置４０によって制御される。
【0027】
後処理装置３０は、排気管１８に接続されている。図１に示すように、後処理装置３０は、第１の触媒装置３１、フィルタ装置３２、第２の触媒装置３３及びアンモニア低減触媒３４を含んでいる。第１の触媒装置３１、フィルタ装置３２、第２の触媒装置３３及びアンモニア低減触媒３４は、排気管１８と共に排気通路２５を構成するケース内に収容され、排出ガスＧ１の流れ方向の上流側からこの順に配置されている。
【0028】
第１の触媒装置３１は、排気通路２５の上流部に設けられている。第１の触媒装置３１は、酸化触媒を含む。この酸化触媒は、例えばセラミック製の担体に担持されている。第１の触媒装置３１に含まれる酸化触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属触媒が挙げられる。第１の触媒装置３１は、エンジン１０から排出された排出ガスＧ１を受け、酸化触媒によって排出ガスＧ１に含まれるＮＯの一部をＮＯ２に酸化する。また、第１の触媒装置３１の酸化触媒は、排出ガスＧ１中のＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）等を酸化することで浄化する。
【0029】
フィルタ装置３２は、第１の触媒装置３１の下流側において排気通路２５に配設されている。フィルタ装置３２は、いわゆるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）であり、排出ガスＧ１に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。また、フィルタ装置３２は、第１の触媒装置３１によって生成されたＮＯ２を含む排出ガスＧ１を受けて、ＮＯ２によってフィルタ装置３２に捕集されたＰＭを酸化させてＰＭを除去する。このように、排気ガス中のＮＯ２によってＰＭを除去する処理は連続再生処理と呼ばれ、例えば排出ガスＧ１の温度が２５０℃～４００℃であるときに連続的に実行される。
【0030】
フィルタ装置３２は、排出ガスＧ１に含まれる有害成分を酸化する酸化触媒を含有してもよい。フィルタ装置３２に含まれる酸化触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属触媒が挙げられる。これらの酸化触媒は、例えばフィルタ装置３２のフィルタ部材上にコーティングされる。なお、フィルタ装置３２には、第１の触媒装置３１に含まれる酸化触媒の量よりも多くの酸化触媒が含まれていてもよい。第１の触媒装置３１で生成されたＮＯ２は、フィルタ装置３２に到達する前に排出ガスに含まれるＨＣと反応してＮＯに戻されることがある。このように、排出ガスＧ１中のＮＯ２の一部がＮＯに戻されると連続再生で利用されるＮＯ２が不足することがある。これに対し、フィルタ装置３２に第１の触媒装置３１に含まれる酸化触媒の量よりも多くの酸化触媒が含まれる場合には、ＰＭの近傍でより多くのＮＯ２を生成されるのでＰＭの燃焼を促進することができる。その結果、排出ガスＧ１の温度が比較的低い場合であっても、フィルタ装置３２において効果的に連続再生処理が行うことが可能となる。
【0031】
第２の触媒装置３３は、フィルタ装置３２の下流側において排気通路２５に配設されている。第２の触媒装置３３は、フィルタ装置３２を通過した排出ガスＧ１を受け、当該排出ガスＧ１に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。第２の触媒装置３３は、選択還元触媒を含む。選択還元触媒は、例えばセラミック製の担体上に担持される。選択還元触媒は、還元剤を用いて排出ガスＧ１に含まれるＮＯｘを選択的に還元する触媒であり、選択還元触媒としては例えばバナジウム系触媒又は鉄系触媒が利用される。バナジウム系触媒はバナジウム（Ｖ）を含む化合物を主成分とする触媒であり、鉄系触媒は鉄（Ｆｅ）を含む化合物を主成分とする触媒である。バナジウム系触媒及び鉄系触媒は、ＮＯｘに占めるＮＯ２の割合が低い場合であってもＮＯｘを浄化することが可能である。特に、バナジウム系触媒は、ＮＯｘに占めるＮＯ２の割合が低い場合に高い還元効率でＮＯｘを還元可能である。
【0032】
なお、第２の触媒装置３３は、複数種類の選択還元触媒を含有していてもよい。例えば、図２（ａ）に示すように、第２の触媒装置３３の担体には、選択還元触媒としてバナジウム系触媒５１及び銅系触媒５２が担持され、バナジウム系触媒５１が銅系触媒５２よりも上流側に配置されていてもよい。銅系触媒５２は、高い効率でＮＯｘを還元することが可能な選択還元触媒であるが、ＮＯ２の還元時にＮ２Ｏを生成しやすい性質を有する。図２（ａ）に示す第２の触媒装置３３では、上流側に配置されたバナジウム系触媒５１によってＮＯ２が還元されるので、銅系触媒５２に導入される排出ガスＧ１のＮＯ２濃度を低くすることができる。したがって、このような第２の触媒装置３３を用いることによって、Ｎ２Ｏの生成量を抑制しつつ、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【0033】
また、図２（ｂ）に示すように、第２の触媒装置３３の担体には、選択還元触媒として鉄系触媒５３及び銅系触媒５２が担持され、鉄系触媒５３が銅系触媒５２よりも上流側に配置されていてもよい。図２（ｂ）に示す第２の触媒装置３３では、上流側に配置された鉄系触媒５３によってＮＯ２が還元されるので、銅系触媒５２に導入される排出ガスＧ１のＮＯ２濃度を低くすることができる。したがって、このような第２の触媒装置３３を用いることによって、Ｎ２Ｏの生成量を抑制しつつ、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【0034】
図１を再び参照する。アンモニア低減触媒３４は、第２の触媒装置３３の下流側において排気通路２５に配設されている。アンモニア低減触媒３４は、第２の触媒装置３３を通過した排出ガスＧ１を受け、例えば排出ガスＧ１に含まれる過剰なアンモニアを酸化して浄化する。
【0035】
フィルタ装置３２の下流側で且つ第２の触媒装置３３の上流側には、還元剤供給装置３５が設けられている。還元剤供給装置３５は、第２の触媒装置３３に還元剤を供給する。例えば、還元剤供給装置３５は、第２の触媒装置３３の上流側において排気通路２５内に尿素水を噴射する。
【0036】
排気浄化装置１は、温度センサ３６，３７，３８及びＮＯｘセンサ３９を更に備えている。温度センサ３６は、第１の触媒装置３１に取り付けられ、第１の触媒装置３１の温度を計測する。温度センサ３７は、フィルタ装置３２に取り付けられ、フィルタ装置３２の温度を計測する。温度センサ３８は、第２の触媒装置３３に取り付けられ、第２の触媒装置３３の温度を計測する。なお、温度センサ３６，３７，３８は、排気通路２５内の排出ガスＧ１の温度を計測し、当該排出ガスＧ１の温度から第１の触媒装置３１、フィルタ装置３２及び第２の触媒装置３３の温度を間接的に取得してもよい。温度センサ３６，３７，３８は、取得した第１の触媒装置３１、フィルタ装置３２及び第２の触媒装置３３の温度を示す情報を制御装置４０に出力する。
【0037】
ＮＯｘセンサ３９は、第１の触媒装置３１の上流側に設けられ、排気通路２５内を流れる排出ガスＧ１のＮＯｘ濃度を計測する。ＮＯｘセンサ３９は、排出ガスＧ１のＮＯｘ濃度を示す情報を制御装置４０に出力する。
【0038】
制御装置４０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットであり、排気浄化装置１全体の動作を制御する。制御装置４０は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより後述する各種機能を実現する。
【0039】
制御装置４０は、ＥＧＲバルブ２８、還元剤供給装置３５、温度センサ３６，３７，３８及びＮＯｘセンサ３９と通信可能に接続されている。制御装置４０は、温度センサ３６，３７，３８及びＮＯｘセンサ３９によって計測されたデータに基づいて、ＥＧＲバルブ２８及び還元剤供給装置３５の動作を制御する。
【0040】
以下、制御装置４０の詳細について説明する。図１に示すように、制御装置４０は、機能的構成要素として、還元剤添加部４１、生成ＮＯ２濃度取得部４２、必要ＮＯ２濃度取得部４３及びＥＧＲ制御部４４を含んでいる。
【0041】
還元剤添加部４１は、還元剤供給装置３５を制御して第２の触媒装置３３に供給される還元剤の量を制御する。例えば、還元剤添加部４１は、第２の触媒装置３３の温度情報を温度センサ３８から取得し、第２の触媒装置３３の温度が活性化温度（例えば、１８０℃）以上であるときに、還元剤供給装置３５を制御して排気通路２５内に尿素水を噴射する。排気通路２５内に噴射された尿素水は、排出ガスＧ１の熱で分解されアンモニア（ＮＨ３）が生成される。生成されたアンモニアは、排出ガスＧ１と共に第２の触媒装置３３に供給され、第２の触媒装置３３の選択還元触媒上で排出ガスＧ１に含まれるＮＯｘを還元する。
【0042】
生成ＮＯ２濃度取得部４２は、フィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度を示す生成ＮＯ２濃度を取得する。すなわち、生成ＮＯ２濃度は、第１の触媒装置３１によって生成されたＮＯ２の濃度である。生成ＮＯ２濃度は、例えば第１の触媒装置３１に流入する排出ガスＧ１中のＮＯｘ濃度、第１の触媒装置３１の温度、第１の触媒装置３１の酸化触媒の担持量、排出ガスＧ１の流量に基づいて算出される。なお、第１の触媒装置３１に流入する排出ガスＧ１中のＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ３９によって計測されてもよいし、エンジン１０の負荷及び回転数に基づいて算出されてもよい。排出ガスＧ１の流量は、排気通路２５内に設置された流量センサによって計測されてもよいし、エンジン１０の吸気流量及び回転数等に基づいて算出されてもよい。
【0043】
なお、生成ＮＯ２濃度取得部４２は、排出ガスＧ１のＮＯｘ濃度と、第１の触媒装置３１の温度と、酸化触媒の担持量と、排出ガスＧ１の流量と、生成ＮＯ２濃度との関係を示すマップを参照して、生成ＮＯ２濃度を取得してもよい。また、フィルタ装置３２が酸化触媒を含む場合には、フィルタ装置３２の酸化触媒によって生成されるＮＯ２量を含めて生成ＮＯ２濃度を算出してもよい。この場合には、生成ＮＯ２濃度は、第１の触媒装置３１及びフィルタ装置３２によって生成されたＮＯ２の濃度であるといえる。
【0044】
必要ＮＯ２濃度取得部４３は、フィルタ装置３２に捕集されたＰＭの酸化処理に最低限必要となる必要ＮＯ２濃度を取得する。すなわち、必要ＮＯ２濃度は、フィルタ装置３２に捕集されたＰＭの酸化処理によって消費されるＮＯ２濃度であるともいえる。必要ＮＯ２濃度は、フィルタ装置３２の温度及びフィルタ装置３２のＰＭ堆積量に基づいて取得される。例えば、制御装置４０の記憶部には、フィルタ装置３２の温度とＰＭ堆積量と必要ＮＯ２濃度との関係を示すマップが格納され、必要ＮＯ２濃度取得部４３は、当該マップを参照することで必要ＮＯ２濃度を取得する。なお、フィルタ装置３２のＰＭ堆積量は、フィルタ装置３２の上流側と下流側との差圧に基づいて計測されてもよいし、エンジン１０から排出されたＰＭ量と連続再生によって除去されたＰＭ量との差を累積することで算出されてもよい。
【0045】
ＥＧＲ制御部４４は、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高いときに、ＥＧＲガスＧ２の流量が増加するようにＥＧＲバルブ２８を制御する。生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高い場合には、フィルタ装置３２に流入したＮＯ２が連続再生処理で全て消費されずに、高いＮＯ２濃度を有する排出ガスＧ１がフィルタ装置３２の下流に配置された第２の触媒装置３３に流入する恐れがある。第２の触媒装置３３に流入したＮＯ２は、第２の触媒装置３３によって還元されるが、このときにＮ２Ｏが生成されることとなる。
【0046】
これに対し、ＥＧＲガスＧ２の流量が増加された場合には、エンジン１０の燃焼温度が低下して排出ガスＧ１のＮＯｘ量が減少する。これに伴って、フィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が低下し、排出ガスＧ１中のＮＯ２の大部分がＰＭの燃焼に消費される。その結果、第２の触媒装置３３に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が低下しＮＯｘの還元時に生成されるＮ２Ｏの量が抑制される。
【0047】
一実施形態では、ＥＧＲ制御部４４は、生成ＮＯ２濃度と必要ＮＯ２濃度との差が大きいほどＥＧＲガスＧ２の流量の変化量を大きくしてもよい。必要ＮＯ２濃度に対して生成ＮＯ２濃度が大きい場合には、フィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が過剰であるといえる。このとき、ＥＧＲガスＧ２の流量を増加させることで、生成ＮＯ２濃度と必要ＮＯ２濃度との差を小さくし、フィルタ装置３２にＮＯ２が過剰に流入することを抑制することができる。その結果、ＮＯ２濃度の低い排出ガスＧ１が第２の触媒装置３３に流入することとなり、Ｎ２Ｏの生成量を抑制することが可能となる。
【0048】
一方、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも低いときには、ＥＧＲ制御部４４は、ＥＧＲガスＧ２の流量が減少するようにＥＧＲバルブ２８を制御する。生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも低い場合には、連続再生で利用されるべきＮＯ２の量が不足する恐れがある。これに対して、ＥＧＲガスＧ２の流量を減少させることで、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量が増加するので、フィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が増加する。その結果、ＮＯ２の不足が解消され、フィルタ装置３２においてＰＭを効果的に燃焼させることが可能となる。
【0049】
【0050】
図３に示すように、制御装置４０は、まず排気浄化装置１の各種パラメータを取得する（ステップＳＴ１）。具体的には、制御装置４０は、第１の触媒装置３１の温度、フィルタ装置３２の温度、第２の触媒装置３３の温度、排出ガスＧ１中のＮＯ２濃度及びフィルタ装置３２のＰＭ堆積量を取得する。
【0051】
次に、生成ＮＯ２濃度取得部４２は、フィルタ装置３２のＰＭに対して供給される排出ガスＧ１のＮＯ２濃度である生成ＮＯ２濃度を取得する（ステップＳＴ２）。例えば、生成ＮＯ２濃度取得部４２は、第１の触媒装置３１に流入する排出ガスＧ１のＮＯｘ濃度、第１の触媒装置３１の温度、排出ガスＧ１の流量、及び、第１の触媒装置３１に含まれる酸化触媒の量に基づいて、生成ＮＯ２濃度を算出する。
【0052】
次に、制御装置４０の必要ＮＯ２濃度取得部４３は、フィルタ装置３２に捕集されたＰＭの酸化処理に必要となる必要ＮＯ２濃度を取得する（ステップＳＴ３）。必要ＮＯ２濃度取得部４３は、例えばフィルタ装置３２の温度とフィルタ装置３２のＰＭ堆積量と必要ＮＯ２濃度との関係を示すマップを参照することによって必要ＮＯ２濃度を取得する。
【0053】
次に、ＥＧＲ制御部４４は、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高いか否かを判定する（ステップＳＴ４）。生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高い場合には、フィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１中のＮＯ２が連続再生処理で十分に消費されずに、ＮＯ２の一部が第２の触媒装置３３に導入されることになる。そこで、ＥＧＲ制御部４４は、ＥＧＲバルブ２８を制御して、ＥＧＲガスＧ２の流量を増加させる（ステップＳＴ５）。ＥＧＲガスＧ２の流量が増加することにより、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量が減少するのでフィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が低下する。その結果、フィルタ装置３２に導入されたＮＯ２の大部分がＰＭの酸化処理に消費され、ＮＯ２濃度の低い排出ガスＧ１が第２の触媒装置３３に導入される。したがって、第２の触媒装置３３によってＮＯ２が還元される際にＮ２Ｏが生成されることが抑制される。なお、ステップＳＴ５では、必要ＮＯ２濃度に対して生成ＮＯ２濃度が大きいほどＥＧＲガスＧ２の流量が増加されてもよい。
【0054】
一方、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも低い場合には、ＥＧＲバルブ２８を制御して、ＥＧＲガスＧ２の流量を減少させる（ステップＳＴ６）。ＥＧＲガスＧ２の流量が減少することにより、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量が増加し、フィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が増加する。その結果、十分なＮＯ２がフィルタ装置３２に供給され、ＰＭが効果的に燃焼される。なお、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度と一致している場合には、ＥＧＲガスＧ２の流量が維持されてもよい。
【0055】
以上説明したように、排気浄化装置１では、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高いときに、ＥＧＲガスＧ２の流量を増加させることによってフィルタ装置３２に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が低下される。これにより、排出ガスＧ１中のＮＯ２の大部分がＰＭの酸化処理に消費されることとなり、第２の触媒装置３３に流入する排出ガスＧ１のＮＯ２濃度が低下する。その結果、第２の触媒装置３３によるＮＯ２の還元時にＮ２Ｏが生成されることを抑制することができる。
【0056】
なお、選択還元触媒の種類によってはＮＯとＮＯ２との比（ＮＯ／ＮＯ２比）を１：１に近づけることで還元効率が高くなることが知られている。上述の排気浄化装置１では、生成ＮＯ２濃度が必要ＮＯ２濃度よりも高い場合にＥＧＲガスＧ２の流量を増加させることで、第２の触媒装置３３にはＮＯ２濃度の低い排出ガスＧ１が流入することとなる。特に、一実施形態の排気浄化装置１では、ＮＯｘに占めるＮＯ２の割合がゼロに近づけられる。しかしながら、第２の触媒装置３３は、例えば銅系触媒と比較してＮＯ／ＮＯ２比の影響を受けづらいバナジウム系触媒を選択還元触媒として含むことでＮＯｘの還元効率の低下を抑制することが可能である。なお、第２の触媒装置３３が選択還元触媒として鉄系触媒を含む場合であってもＮＯｘを還元することが可能である。
【0057】
以上、種々の実施形態に係る排気浄化装置について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。
【0058】
例えば、上記実施形態の排気浄化装置１では、還元剤供給装置３５によって還元剤として尿素水を供給しているが、例えばアンモニアを供給してもよい。また、後処理装置３０は、必ずしもアンモニア低減触媒３４を備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【0059】
１…排気浄化装置、２０…燃料添加装置、２５…排気通路、３１…第１の触媒装置、３２…フィルタ装置、３３…第２の触媒装置、４０…制御装置、５１…バナジウム系触媒、５２…銅系触媒、５３…鉄系触媒、Ｇ１…排出ガス、Ｇ２…ＥＧＲガス。
【図1】
【図2】
【図3】