(57)【要約】本発明は、排気系に設けられるアンモニアを浄化可能な酸化触媒（Ｃ２）の温度をより適切に調節する構成を備える排気浄化装置に関する。本発明は、排気通路（Ｐ）に設けられる、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｃ１）と、該選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｃ１）の下流側に設けられる酸化触媒（Ｃ２）と、選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｃ１）と酸化触媒（Ｃ２）との間に配置される、排気ガスの熱を蓄え得る蓄熱材（ＴＳＭ）とを備える。好ましくは、蓄熱材（ＴＳＭ）の相転移温度は、酸化触媒（Ｃ２）のアンモニア浄化温度域内の温度である。
2010087005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられる、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられる酸化触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記酸化触媒との間に配置される、排気ガスの熱を蓄え得る蓄熱材と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記蓄熱材の相転移温度は、前記酸化触媒のアンモニア浄化温度域内の温度であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給する供給手段と、
前記酸化触媒の温度が該酸化触媒のアンモニア浄化温度域外の温度か否かを判定する判定手段と
を備え、
前記供給手段は、アンモニアの供給量を制御する供給量制御手段であって、前記判定手段により前記酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度と判定されたとき、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出しないようにアンモニアの供給量を抑制する供給量制御手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記蓄熱材が蓄える熱量を検出あるいは推定する熱量検出手段を備え、
前記判定手段は、該熱量検出手段により検出あるいは推定された熱量が所定熱量域外の熱量か否かを判定する熱量判定手段を備え、該熱量判定手段により前記熱量が所定熱量域外の熱量であると判定されたとき、前記酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度であると判断することを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
排気通路の排気ガスの温度を検出または推定する温度検出手段を備え、
前記判定手段は、該温度検出手段により検出あるいは推定された排気ガスの温度と前記蓄熱材の相転移温度との比較結果に基づいて、前記酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度か否かを判断することを特徴とする請求項３または４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、排気系、例えば内燃機関の排気系に設けられる、アンモニアを浄化可能な酸化触媒を含む排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼル機関等の内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置として、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ触媒を含む排気浄化装置が知られている。このＮＯｘ触媒としては様々なタイプのものが知られているが、その中で、還元剤の添加によりＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ: Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）（以下、ＳＣＲ触媒）が公知である。還元剤としては尿素が知られており、通常は尿素水（尿素水溶液）が触媒上流側の排気ガス中に噴射供給される。排気ガスや触媒からの受熱により尿素水からアンモニアが発生され、このアンモニアによりＳＣＲ触媒上でＮＯｘが還元される。【０００３】
そのような還元剤の添加量には適正範囲が存在する。還元剤の添加量が適正範囲を超えて過剰になると、余剰のアンモニアがＳＣＲ触媒を通過する（アンモニアスリップ）。こうしてＳＣＲ触媒を漏れ出たアンモニアを酸化処理してその浄化を図るべく、ＳＣＲ触媒下流に酸化触媒が配置されることがある。【０００４】
特許文献１には、排気管の途中にＳＣＲ触媒を装備すると共にそのＳＣＲ触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯｘを還元浄化するようにし、かつ、ＳＣＲ触媒の直後にアンモニアスリップ触媒（酸化触媒）を配置して余剰のアンモニアを酸化処理するように構成された排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、尿素水の添加位置より上流の排気管に、酸化触媒を前段に付帯装備したパティキュレートフィルタが配設され、その尿素水の添加位置とそのＳＣＲ触媒との間に、排気ガスの熱を蓄え得る通気構造の蓄熱材が配設され、そして、パティキュレートフィルタに付帯装備された酸化触媒より上流で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段が備えられている。このような構成を備えることで、特許文献１の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの強制再生時における高温の排気ガスからＳＣＲ触媒を保護しようとする。【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７５６２０号公報
【発明の開示】
【０００６】
ところで、酸化触媒は、その温度によって、異なる酸化能力を発揮する。したがって、酸化触媒でアンモニアを適切に浄化するためには、その酸化触媒の温度をより適切に調節することが必要とされる。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、排気系に設けられるアンモニアを浄化可能な酸化触媒の温度をより適切に調節することにある。
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明は、排気通路に設けられる、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒と、該選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられる酸化触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒と酸化触媒との間に配置される、排気ガスの熱を蓄え得る蓄熱材とを備える、排気浄化装置を提供する。
【０００９】
上記蓄熱材の相転移温度は、上記酸化触媒のアンモニア浄化温度域内の温度であるとよい。
【００１０】
また、好ましくは、排気浄化装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給する供給手段と、酸化触媒の温度が該酸化触媒のアンモニア浄化温度域外の温度か否かを判定する判定手段とを備え、その供給手段は、アンモニアの供給量を制御する供給量制御手段であって、判定手段により酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度と判定されたとき、選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出しないようにアンモニアの供給量を抑制する供給量制御手段を備える。より具体的には、酸化触媒の温度がアンモニア浄化温度域外の温度と判定されたとき、酸化触媒の温度がアンモニア浄化温度域外の温度でないと判定されたときのアンモニアの供給量よりも、アンモニアの供給量が少なくなるように、アンモニアの供給量が抑制されるとよい。
【００１１】
さらに、好ましくは、排気浄化装置は、蓄熱材が蓄える熱量を検出あるいは推定する熱量検出手段を備え、判定手段は、該熱量検出手段により検出あるいは推定された熱量が所定熱量域外の熱量か否かを判定する熱量判定手段を備え、該熱量判定手段により前記熱量が所定熱量域外の熱量であると判定されたとき、酸化触媒の温度がアンモニア浄化温度域外の温度であると判断する。
【００１２】
また、排気浄化装置は、排気通路の排気ガスの温度を検出または推定する温度検出手段を備え、判定手段は、該温度検出手段により検出あるいは推定された排気ガスの温度と蓄熱材の相転移温度との比較結果に基づいて、酸化触媒の温度がアンモニア浄化温度域外の温度か否かを判断するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る排気浄化装置の基本的な概略構成例を示す概略図である。
【図２】図２は、所定量のアンモニアを酸化触媒に導いたときのその酸化触媒でのＮ２ＯやＮＯｘの生成量を、酸化触媒の温度に対して例示的かつ概念的に表したグラフである。
【図３】図３は、本発明に係る実施形態の排気浄化装置が適用された内燃機関の概略的なシステム図である。
【図４】図４は、尿素水添加供給制御用のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、本発明に係る排気浄化装置の基本的な概略構成を図１に基づき説明する。図１の概略図では、触媒コンバータ内に設けられたＳＣＲ触媒Ｃ１と、同一または別の触媒コンバータ内に設けられた酸化触媒Ｃ２とが、上流から下流に向けて順に（直列に）、排気通路Ｐに配置されている。そして、ＳＣＲ触媒Ｃ１と酸化触媒Ｃ２との間に蓄熱材ＴＳＭが、上記触媒コンバータなどのケース内に設けられるなどして設けられている。【００１５】
なお、ＳＣＲ触媒Ｃ１にアンモニアを供給するアンモニア供給手段の一例としての尿素供給装置の添加弁Ｖが、ＳＣＲ触媒Ｃ１上流の排気通路に設けられている。なお、添加弁Ｖから供給される添加剤は、尿素あるいは尿素水である。ただし、アンモニア供給手段は、この例に限定されずに種々の構成を有し得、アンモニアそのものを噴射供給するアンモニア供給装置であっても、排気ガス中の炭化水素成分等の化学反応を促してアンモニアを生成させる触媒であってもよい。【００１６】
酸化触媒Ｃ２は、ＳＣＲ触媒Ｃ１上でのＮＯｘ浄化に用いられずにＳＣＲ触媒Ｃ１を通過した（漏れ出た）アンモニアの酸化反応を促して、そのアンモニアの浄化を図るべく設けられている。つまり、酸化触媒Ｃ２は、アンモニアスリップ触媒と称され得、ＳＣＲ触媒Ｃ１でのアンモニアスリップに起因する問題を解消するべく設けられる。こうした酸化触媒Ｃ２は、如何なる成分を含む如何なる構成を有してもよいが、一般に、酸化触媒機能を最適に発揮する温度域を有する。ここでは、酸化触媒Ｃ２は、主としてアンモニアの浄化を図るべく設けられるので、その温度域を「アンモニア浄化温度域」と称する。アンモニア浄化温度域を図２に基づいて説明する。【００１７】
図２のグラフでは、所定量のアンモニアを酸化触媒Ｃ２に導いたときの酸化触媒Ｃ２でのＮ２ＯやＮＯｘ（以下、ＮＯｘ等）の生成量（縦軸）が、酸化触媒Ｃ２の温度（横軸）に対して例示的かつ概念的に表されている。図２から、温度ｔ２から温度ｔ３までの温度域ＯＴ（ｔ２≦ＯＴ≦ｔ３）でＮＯｘ等の生成が実質的に生じないことが理解される。つまり、この温度域ＯＴでは、酸化触媒Ｃ２で、アンモニアは適切に浄化される。この温度域ＯＴが、上記アンモニア浄化温度域に相当する。【００１８】
アンモニア浄化温度域ＯＴよりも低温側の温度域ＬＴ（ｔ１＜ＬＴ＜ｔ２）では、酸化触媒Ｃ２で、一部のアンモニアの浄化を行うことができるものの、アンモニアの浄化は完全ではなく、アンモニアの不完全な酸化反応により、ＮＯｘ等の内、特にＮ２Ｏの生成が生じ得る。また、アンモニア浄化温度域ＯＴよりも高温側の温度域ＨＴ（ｔ３＜ＨＴ）では、酸化触媒Ｃ２で、一部のアンモニアの浄化を行うことができるものの、アンモニアの酸化反応が十分に生じなくなり、ＮＯｘ等の内、特にＮＯｘの生成が生じ得る。これらは、酸化触媒Ｃ２の温度がアンモニア浄化温度域ＯＴに含まれないので、酸化触媒Ｃ２の酸化触媒機能の活性化が不十分であったり、その酸化触媒Ｃ２での酸化反応が適切な方向に向けられなかったりするためと考えられる。そこで、酸化触媒Ｃ２に至ったアンモニアをより適切に浄化するためには、酸化触媒Ｃ２がより継続してそのアンモニア浄化温度域の温度を有するように酸化触媒Ｃ２の調温装置を備えることが望まれる。そこで、本発明では、酸化触媒Ｃ２がアンモニア浄化温度域の温度をより適切に有するように、ＳＣＲ触媒Ｃ１と酸化触媒Ｃ２との間に、蓄熱材ＴＳＭが設けられる。なお、この蓄熱材ＴＳＭが、酸化触媒Ｃ２の調温装置に相当する。【００１９】
以下に、本発明に係る排気浄化装置を、実施形態に基づいて詳述する。なお、以下に説明される実施形態は、本発明を内燃機関に適用したものであるが、本発明は内燃機関以外の装置や設備、例えばプラントにも適用され得る。【００２０】
図３は、本発明に係る実施形態の排気浄化装置１が適用された内燃機関１０の概略的なシステム図である。内燃機関１０は、自動車に搭載された圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼル機関であり、図３では、機関本体１０´から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系および機関内部機構等は省略されている）。内燃機関１０の排気管１２によって区画形成された排気通路１４には、上流側から順に、第１触媒コンバータ１６と、そして第２触媒コンバータ１８とが直列に設けられている。そして、第１触媒コンバータ１６内には、排気ガス中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒２２と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して燃焼除去するＤＰＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒２４とが上流側から順に配置されている。また、第２触媒コンバータ１８内には、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ浄化能を有する触媒としてのＳＣＲ触媒２６と、熱を蓄えることができる蓄熱材２８と、ＳＣＲ触媒２６を通過したアンモニア処理用の酸化触媒３０とが配置されている。なお、ＳＣＲ触媒２６が上記ＳＣＲ触媒Ｃ１に相当し、蓄熱材２８が上記蓄熱材ＴＳＭに相当し、酸化触媒３０が上記酸化触媒Ｃ２に相当する。【００２１】
そして、ＳＣＲ触媒２６とＤＰＲ触媒２４との間、すなわちＤＰＲ触媒２４下流側かつＳＣＲ触媒２６上流側の排気通路１４ｍに、ＳＣＲ触媒２６にアンモニアを添加可能にするべく、還元剤としての尿素を選択的に添加するための尿素添加弁３２が設けられている。尿素は尿素水の形で使用され、尿素添加弁３２から下流側のＳＣＲ触媒２６に向かって排気通路１４に噴射供給される。尿素添加弁３２には、これに尿素水を供給するために、尿素水供給管３４によって区画形成された尿素水供給通路３６を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク３８が接続される。そして、尿素水タンク３８から尿素水を尿素添加弁３２に向けて圧送するべくポンプ４０が設けられている。ただし、還元剤としての尿素水の尿素濃度は、寒冷地等でのその凍結を抑制するために、３２．５重量％であるとよい。【００２２】
なお、ここでは、尿素添加弁３２、尿素水供給通路３６、尿素水タンク３８、ポンプ４０を含んで尿素供給装置４２が構成されている。ただし、ここでは尿素添加弁３２から添加された尿素水は排気通路１４を介して実質的に直接的にＳＣＲ触媒２６に添加されるが、添加尿素を適切に満遍なくＳＣＲ触媒２６に供給するべく添加尿素を分散させて広範囲に方向付ける分散板などが、ＳＣＲ触媒２６を有する第２触媒コンバータ１８の入口部あるいはその近傍に設けられてもよい。【００２３】
選択還元型ＮＯｘ触媒すなわちＳＣＲ触媒２６は、ここでは、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌを主成分とすると共にＦｅイオンを含むゼオライトから構成されている。ＳＣＲ触媒２６は、その触媒温度が活性温度域（ＮＯｘ浄化温度域）にあり、かつ、尿素供給装置４２から尿素が添加されているときに（添加尿素（尿素水）の化学反応により生成するアンモニアの存在下で）ＮＯｘを還元浄化する。上記の如く尿素は尿素水として供給され、排気通路１４の熱で加水分解および熱分解される（ＣＯ（ＮＨ２）２→ＮＨ３＋ＨＯＣＮ、ＨＯＣＮ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２）。この結果、アンモニアが生成される。すなわち、尿素（尿素水）がＳＣＲ触媒２６に向けて添加されると、ＳＣＲ触媒２６上にアンモニアが供給される。このアンモニアがＳＣＲ触媒２６上でＮＯｘと反応して、ＮＯｘが還元される。なお、ＳＣＲ触媒２６としては、アルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒（Ｖ２Ｏ５）を担持させたもの等が他に使用され得、本発明は種々のＳＣＲ触媒を許容する。【００２４】
ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ；ＤＰＦ）の一種であるＤＰＲ触媒２４は、フィルタ構造体であると共にその表面に貴金属を担持するものである。つまり、ＤＰＲ触媒２４は、フィルタで捕集した粒子状物質（ＰＭ）を、貴金属の触媒作用を利用して連続的に酸化（燃焼）させる連続再生式の触媒である。【００２５】
酸化触媒２２と、酸化触媒３０とはここでは同じ構成を有する。それら酸化触媒２２、３０は、ハニカム構造体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させたものである。なお、酸化触媒２２と、酸化触媒３０とは、このような構成とは異なる構成を備えてもよく、また、それぞれ異なる構成を備えてもよい。酸化触媒３０は、上記したように、ＳＣＲ触媒２６を漏れでたアンモニアを酸化して浄化処理するために設けられる。【００２６】
ここでは排気通路１４には、上流側から順に、酸化触媒２２、ＤＰＲ触媒２４およびＳＣＲ触媒２６が配列されているが、これらの配列順序はこれに限られない。しかし、ＳＣＲ触媒２６下流側に酸化触媒３０が配置される。また、ＤＰＦとしてＤＰＲ触媒２４が設けられることに限られず、他のタイプのＤＰＦが使用可能である。具体的には、ＤＰＦは、フィルタ構造体としてのみ構成され、内燃機関の連続作動時間が所定時間を越えた時期あるいはＤＰＦ前後の差圧が所定値以上になった時期に、例えば燃料噴射時期を遅らせて後燃えを生じさせることで、捕集した粒子状物質が酸化燃焼されて再生が図られるフィルタであってもよい。ただし、このようなＤＰＦの所定時期での再生は、ＤＰＲ触媒２４に対しても適用され得る。【００２７】
また、上記蓄熱材２８は、排気ガスの熱を蓄え得る材料から構成される。蓄熱材２８としては、通気構造を有し、ハニカム構造のセラミックスや、金属フィルタ、メタルハニカムが採用され得る。金属フィルタは、例えば、ミクロンオーダーの金属繊維を積層焼結して得られたフィルタ、金属粉末を焼結して得られたフィルタ、金属メッシュを積層焼結して得られたフィルタ、金属メッシュに金属粉末を焼結させて得られたフィルタである。蓄熱材２８の構成成分には、アルミニウム、マグネシウム、銅、鉄等の種々の金属、アルミナ等の酸化物やケイ素化合物等のセラミックス等が、種々の比率で含まれることができる。ただし、蓄熱材２８は、その相転移温度ｐｔが上記低温側温度域ＬＴおよび上記高温側温度域ＨＴの両温度域と異なる温度領域内に設定されるように、構成される。具体的には、蓄熱材２８は、その相転移温度ｐｔが酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴに含まれるように、構成される（設計される）。そして、蓄熱材２８の相転移温度ｐｔは、酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴの中間温度ＩＴに実質的に一致されている。アンモニア浄化温度域ＯＴの中間温度ＩＴとは、図２における温度ｔ２と温度ｔ３との中間の温度（ｔ２＋（ｔ３−ｔ２）／２）である。これは、蓄熱材２８により適切に熱を蓄えると共に蓄熱材２８からより適切に熱を放出して、酸化触媒３０の温度をそのアンモニア浄化温度域の温度にするためである。ただし、蓄熱材２８の相転移温度ｐｔは、酸化触媒３０の温度をより適切に調節するように、酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴに含まれるとよいが、本発明は、その相転移温度がその領域ＯＴに含まれない場合を許容する。なお、相転移温度とは、概略的に正確性にこだわらずに述べると、例えば、蓄熱材２８の構成成分の結晶構造の変化が生じる温度や、その構成成分の固相−液相間変化が生じる温度であり、特にここでは吸熱や放熱でそのような変化が生じる温度である。【００２８】
尿素供給装置４２を備えた内燃機関１０全体の制御を司る制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０が設けられる。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ５０は、各種センサ類を用いて得られた検出値等に基づいて、所望の内燃機関制御が実行されるように、不図示の燃料噴射弁等を制御する。またＥＣＵ５０は、尿素水添加量や尿素水添加時期を制御すべく、添加弁３２、ポンプ４０を制御する。【００２９】
ＥＣＵ５０に接続されるセンサ類には、内燃機関１０の機関回転速度を検出するための回転速度センサ５２や、機関負荷を検出するための負荷センサ５４の他、排気ガスの温度を検出するための排気温センサ５６や、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ５８が含まれる。回転速度センサ５２は、内燃機関１０のクランク角を検出するためのクランク角センサであり得る。負荷センサ５４は、エアフローメーターやアクセル開度センサであり得る。排気温センサ５６は、ここでは、酸化触媒２２上流側の排気通路１４ｕに設けられるが、他の箇所に設けられても、設けられなくてもよい。また、ＮＯｘセンサ５８は、ＤＰＲ触媒２４下流側かつＳＣＲ触媒２６上流側の排気通路１４ｍに設けられる。しかし、ＮＯｘセンサは、ＳＣＲ触媒２６下流側の排気通路１４ｄに設けられてもよく、また、ＳＣＲ触媒２６上流側かつＤＰＲ触媒２４下流側の排気通路１４ｍと、ＳＣＲ触媒２６下流側の排気通路１４ｄとの両方に設けられてもよい。ただし、ＳＣＲ触媒２６下流側の排気通路１４ｄにＮＯｘセンサが設けられる場合、ＮＯｘセンサは、ＳＣＲ触媒２６下流側かつ酸化触媒３０上流側の排気通路、あるいは、酸化触媒３０下流側の排気通路に設けられ得る。【００３０】
さらに、本実施形態での、ＥＣＵ５０に接続されるセンサ類には、第１温度センサ６０、第２温度センサ６２が含まれる。第１温度センサ６０は、ＳＣＲ触媒２６下流側かつ蓄熱材２８上流側の排気通路に設けられる。また、第２温度センサ６２は、蓄熱材２８下流側かつ酸化触媒３０上流側の排気通路に設けられる。つまり、蓄熱材２８を挟むように、第１温度センサ６０および第２温度センサ６２が配置される。ここでは、第１、第２温度センサ６０、６２は、排気ガスの温度を検出するために用いられると共に、蓄熱材２８の有する熱量を検出する（推定する）ために設けられる。【００３１】
なお、ここでは、蓄熱材２８が蓄える熱量を検出あるいは推定する熱量検出手段は、第１、第２温度センサ６０、６２と、ＥＣＵ５０の一部とを含んで構成される。また、排気通路の排気ガスの温度を検出または推定する温度検出手段は、第２温度センサ６２、第１温度センサ６０あるいは排気温センサ５６と、ＥＣＵ５０の一部とを含んで構成される。さらに、ＳＣＲ触媒２６にアンモニアを供給する供給手段は、尿素水供給装置４２、特にその制御手段としてのＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。酸化触媒３０の温度がそのアンモニア浄化温度域外の温度か否かを判定する判定手段は、ＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。【００３２】
ここで、尿素水添加供給制御に関して、図４のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図４のフローは、所定時間毎に繰り返される。尿素水添加供給制御における尿素水添加の実行・停止は、ＳＣＲ触媒２６の温度（ここでは推定値）に応じて制御される。具体的には、ＳＣＲ触媒温度が所定温度域の温度であるとき、尿素水添加が実行され、ＳＣＲ触媒温度がその所定温度域の温度でないとき、尿素水添加が停止される。【００３３】
ＳＣＲ触媒２６の温度は、ここでは推定することで求められる。具体的には、ＥＣＵ５０が、排気温センサ５６からの出力信号に基づいて検出された排気温度に基づき、予め実験により定められて記憶保存するデータを検索して、ＳＣＲ触媒温度を推定する。なお推定方法はこのような例に限られない。ＳＣＲ触媒２６の温度は、ＳＣＲ触媒２６に埋設した温度センサを用いて直接的に検出されてもよく、また、第１温度センサ６０を用いて推定されてもよい。あるいは、ＳＣＲ触媒２６の温度は、回転速度センサ５２や負荷センサ５４からの出力信号に基づいて定まる機関運転状態に基づいて推定されてもよい。【００３４】
ステップＳ４０１で、ＳＣＲ触媒２６の温度が所定温度域の温度か否かが判定される。そして、ここで、否定判定されると、ステップＳ４０３へ進み、尿素水添加が停止される。これに対して、ステップＳ４０１で肯定判定されると、ステップＳ４０５へ進む。【００３５】
ステップＳ４０５では、酸化触媒３０の温度がそれのアンモニア浄化温度域ＯＴ外か否かが判定される。このステップＳ４０５での判定は、酸化触媒３０の温度が酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴ（図２参照）から外れるあるいは外れているか否かの判定に相当する。【００３６】
上記したように、ＳＣＲ触媒２６と酸化触媒３０との間には蓄熱材２８が配置されている。そして、その蓄熱材２８の相転移温度ｐｔは、酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴに含まれ、そのアンモニア浄化温度域ＯＴの実質的に中間温度である。それ故、蓄熱材２８は、排気ガスが高温であるとき、その熱を蓄えて、酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域を超えないように機能する。これに対して、排気ガスの温度が低いとき、蓄熱材２８は、蓄えた熱がある程度以上ある場合には、その熱を放出して、酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域ＯＴにまで高まるように、あるいは酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域ＯＴを下回らないように機能する。したがって、酸化触媒３０の温度は、蓄熱材２８の有する熱量の影響を受ける。そこで、ここでは、酸化触媒３０の温度は、蓄熱材２８の熱量を考慮して判断される。【００３７】
本実施形態では、酸化触媒３０の温度は、蓄熱材２８の熱量、および、排気ガスの温度と蓄熱材２８の相転移温度との比較結果に基づいて、判断される。蓄熱材２８の熱量は、ここでは、蓄熱材２８の前後に設けられた温度センサ６０、６２からの出力信号に基づいて求められた両温度およびそれらの温度差を用いて、予め記憶するデータを検索することであるいは所定の演算式を用いて演算することで、検出される（推定される）。そして、求められた蓄熱材２８の熱量が所定熱量域外の熱量か否かが判断される。所定熱量域は、予め実験等に基づいて定められて記憶されていて、上限閾値未満かつ下限閾値を超える熱量域である。例えば、その上限閾値は、蓄熱材２８に蓄えることができる総熱量の８０％〜９０％に相当する値であり、その下限閾値は、その総熱量の１０％〜２０％に相当する値であり得る。蓄熱材２８の熱量が所定熱量域外の熱量である、特に上限閾値以上であると判断されたとき、酸化触媒３０の温度が酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴから外れるあるいは外れている可能性がある。そこで、この場合、さらに、排気ガスの温度が蓄熱材２８の相転移温度ｐｔを越えるか否かが判定される。そして、排気ガスの温度が蓄熱材２８の相転移温度ｐｔを超えると判定された場合、酸化触媒３０の温度がそのアンモニア浄化温度域ＯＴから外れるあるいは外れていると判断される。ただし、ここで採用される排気ガスの温度は、第１温度センサ６０、第２温度センサ６２、あるいは、第１および第２温度センサ６０、６２を用いて得られた温度であるとよい。【００３８】
他方、蓄熱材２８の熱量が所定熱量域外の熱量である、特に下限閾値以下であると判断されたときも、酸化触媒３０の温度が酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域ＯＴから外れるあるいは外れている可能性がある。そこで、この場合、さらに、排気ガスの温度が蓄熱材２８の相転移温度ｐｔを下回るか否かが判定される。そして、排気ガスの温度が蓄熱材２８の相転移温度ｐｔを下回ると判定された場合、酸化触媒３０の温度がそのアンモニア浄化温度域ＯＴから外れるあるいは外れていると判断される。【００３９】
つまり、蓄熱材２８の熱量が所定熱量域の熱量であると判定されたとき、酸化触媒３０の温度がそのアンモニア浄化温度域の温度であると判断される。他方、蓄熱材２８の熱量が所定熱量域の上限閾値以上でありかつ排気ガスの温度が蓄熱材２８の相転移温度ｐｔを超えると判定されたとき、酸化触媒３０の温度がそのアンモニア浄化温度域外の温度であると判断される。また、蓄熱材２８の熱量が所定熱量域の下限閾値以下でありかつ排気ガスの温度が蓄熱材２８の相転移温度ｐｔを下回ると判定されたとき、酸化触媒３０の温度がそのアンモニア浄化温度域外の温度であると判断される。【００４０】
こうした演算等が行われて、ステップＳ４０５で酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域外の温度でないとして否定判定されると、ステップＳ４０７に至って第１所定量の尿素水の添加が行われるようになる。尿素水の第１所定量は、この場合、仮にＳＣＲ触媒２６でアンモニアスリップが生じてもその漏れ出たアンモニアを酸化触媒３０で適切に処理できるので、ＳＣＲ触媒２６でのＮＯｘ浄化のみを考慮した量である。そして、その尿素水添加量や添加時期は、ＮＯｘセンサ５８からの出力信号に基づいて検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度（あるいはこのＮＯｘ濃度と関係のあるＮＯｘ量）に基づき制御される。具体的には、そのＮＯｘ濃度で、予め実験に基づいて定められて記憶保存されているデータを検索することで、尿素水添加量や添加時期が定められて、これらに基づいてポンプ４０や尿素添加弁３２が制御される。【００４１】
他方、ステップＳ４０５で酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域外の温度であるとして肯定判定されると、ステップＳ４０９に至って第２所定量の尿素水の添加が行われるようになる。尿素水の第２所定量は、上記第１所定量よりも少なく、例えば第１所定量の約半分の量である。これは、この場合、仮にＳＣＲ触媒２６でアンモニアスリップが生じると、その漏れ出たアンモニアを酸化触媒３０で適切に処理することが難しいからである。そして、その尿素水添加量や添加時期は、ＮＯｘセンサ５８からの出力信号に基づいて検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づき制御される。具体的には、そのＮＯｘ濃度で、予め実験に基づいて定められて記憶保存されているデータを検索することで、尿素水添加量や添加時期が定められて、これらに基づいてポンプ４０や尿素添加弁３２が制御される。しかし、ステップＳ４０９に至って添加供給される尿素水の第２所定量は、例えば、ステップＳ４０７に関して説明した演算により求められる尿素水添加量を所定の演算を通じて減算することで求められてもよい。【００４２】
以上述べたように、ＳＣＲ触媒２６の温度が所定温度域の温度であるとき、尿素水添加が行われて、ＳＣＲ触媒２６に還元剤としてのアンモニアが添加供給される。そして、その供給量は、酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域外の温度である場合、酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域の温度である場合よりも、抑制される。これにより、酸化触媒３０でのアンモニア未処理、酸化触媒３０でのＮＯｘ等の生成や未処理を抑制することが可能になる。【００４３】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、蓄熱材２８の熱量の検出あるいは推定は上記実施形態に制限されず、蓄熱材２８そのものあるいはその周辺に、その熱量を検出するためのセンサ等が設けられて、そのセンサ等からの出力信号に基づいてその熱量が求められてもよい。また、例えば、上記ステップＳ４０５では、酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域外の温度か否かを判定するために、蓄熱材２８の熱量が考慮されたが、その熱量が考慮されなくてもよい。酸化触媒３０の温度そのものを検出あるいは推定する温度検出手段が設けられて、ステップＳ４０５では、それから得られた酸化触媒３０の温度がアンモニア浄化温度域の温度か否かが判断されてもよい。なお、酸化触媒３０の温度を検出あるいは推定する温度検出手段は、酸化触媒３０に直接的に設けられた温度センサや、排気通路に設けられた温度センサ（例えば温度センサ６２）を含んでもよく、また、上記したようにして求められる蓄熱材２８の熱量および／または排気通路の温度を用いてデータを検索したり所定の演算式を用いて所定の演算をしたりすることで酸化触媒３０の温度を導き出す構成を備えてもよい。【００４４】
なお、尿素水添加制御は、排気通路１４の温度に基づく種々のフィードバック制御であり得る。例えば、その制御は、蓄熱材２８の後流に設けられた温度センサ６２を用いて得られる蓄熱材２８下流側の温度（蓄熱材後流の排気温度）が酸化触媒３０のアンモニア浄化温度域を外れる度に、ＳＣＲ触媒２６から下流に流出するアンモニアを抑制するために、尿素水添加量の減量等を適宜行う、フィードバック制御であり得る。【００４５】
本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明に係る、このような上記実施形態の態様等は、矛盾が生じない限りにおいて、部分的に又は全体的に組み合わせることが可能である。また、本発明は圧縮着火式内燃機関以外の内燃機関にも適用可能であり、例えば火花点火式内燃機関にも適用可能である。【００４６】
以上、本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【図１】
2010087005.tif 000003
【図２】
2010087005.tif 000004
【図３】
2010087005.tif 000005
【図４】
2010087005.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月12日(2010.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられる、アンモニア存在下でＮＯｘ浄化能を発揮する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
該選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側に設けられる酸化触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記酸化触媒との間に配置される、排気ガスの熱を蓄え得る蓄熱材と
前記選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアを供給する供給手段と、
前記酸化触媒の温度が該酸化触媒のアンモニア浄化温度域外の温度か否かを判定する判定手段と
を備え、
前記供給手段は、アンモニアの供給量を制御する供給量制御手段であって、前記判定手段により前記酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度と判定されたとき、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出しないようにアンモニアの供給量を抑制する供給量制御手段を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記蓄熱材の相転移温度は、前記酸化触媒のアンモニア浄化温度域内の温度であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記蓄熱材が蓄える熱量を検出あるいは推定する熱量検出手段を備え、
前記判定手段は、該熱量検出手段により検出あるいは推定された熱量が所定熱量域外の熱量か否かを判定する熱量判定手段を備え、該熱量判定手段により前記熱量が所定熱量域外の熱量であると判定されたとき、前記酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度であると判断することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
排気通路の排気ガスの温度を検出または推定する温度検出手段を備え、
前記判定手段は、該温度検出手段により検出あるいは推定された排気ガスの温度と前記蓄熱材の相転移温度との比較結果に基づいて、前記酸化触媒の温度が前記アンモニア浄化温度域外の温度か否かを判断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【国際調査報告】
2010087005.tif 000007
2010087005.tif 000008
2010087005.tif 000009
2010087005.tif 000010