(57)【要約】【課題】外部に排出される有害物質をより低減できるエンジンシステムを提供する。【解決手段】エンジンシステム１０は、エンジン１２と、排気浄化装置１４と、コントローラ１６とを有しており、排気浄化装置１６は、第一酸化還元触媒１８と、排気の経路を、基本経路と、バイパス経路と、のいずれかに切り替える切替弁２０と、前記基本経路上に設けられた第二酸化還元触媒２２と、前記バイパス経路上に設けられた吸着器３４と、前記バイパス経路のうち前記切替弁２０と前記吸着器３４との間に設けられた熱交換器２４と、前記第一、第二酸化還元触媒１８，２２の温度を検出する第一、第二温度センサ３０，３２と、を備え、前記コントローラは、第一、第二温度センサ３０，３２での検出温度に応じて前記切替弁２０を切り替える。【選択図】図１
2019120144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンから出力された排気を浄化する排気浄化装置と、
前記エンジンおよび前記排気浄化装置の駆動を制御する制御部と、
を有したエンジンシステムであって、
前記排気浄化装置は、
前記排気に含まれる有害物質を浄化する第一酸化還元触媒と、
前記第一酸化還元触媒の下流に設けられ、第一酸化還元触媒から出力された排気の経路を、基本経路と、その下流端が前記基本経路に到達するバイパス経路と、のいずれかに切り替える切替弁と、
前記基本経路上に設けられ、前記排気に含まれる前記有害物質を浄化する第二酸化還元触媒と、
前記バイパス経路上に設けられ、前記排気に含まれる前記有害物質を吸着するとともに、温度上昇に伴い前記吸着した有害物資を放出する吸着器と、
前記バイパス経路のうち前記切替弁と前記吸着器との間に設けられ、
前記吸着器に入力される排気と、前記吸着器から出力される排気との間で熱交換させる熱交換器であって、前記吸着器に入力される排気を除熱するとともに、前記吸着器から出力される排気を加温したうえで第二酸化還元触媒に送る熱交換器と、
前記第一酸化還元触媒の浄化能力を検出する第一能力検出器と、
前記第二酸化還元触媒の浄化能力を検出する第二能力検出器と、
を備え、前記制御部は、第一能力検出器および前記第二能力検出器で検出された浄化能力に応じて前記切替弁を切り替える、
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンシステムであって、
前記第一能力検出器は、前記第一酸化還元触媒の温度を検出する第一温度センサであり、
前記第二能力検出器は、前記第二酸化還元触媒の温度を検出する第二温度センサである、
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンシステムであって、
前記制御部は、前記第一酸化還元触媒の浄化能力が規定の活性閾値未満の場合、前記排気が前記バイパス経路を通るように、また、前記第一酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値以上かつ前記第二酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値未満の場合、前記排気が前記バイパスを通過することなく前記基本経路を通るように、また、前記第二酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値以上の場合、前記排気が前記バイパス経路を通るように、前記切替弁を切り替える、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンシステムであって、さらに、
前記吸着器における前記有害物質の脱離完了を検出する脱離検出器を備え、
前記制御部は、前記第二酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値以上になった後、前記脱離検出器により前記脱離完了が検出された場合、前記排気が前記バイパスを通過することなく前記基本経路を通るように、前記切替弁を切り替える、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンシステムであって、
前記脱離検出器は、前記吸着器の温度を検出する第三温度センサである、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のエンジンシステムであって、
前記脱離検出器は、前記第一酸化還元触媒に流入する排気の空燃比と、前記第二酸化還元触媒に流入する排気の空燃比と、の差分の絶対値に基づいて、前記有害物質の脱離完了を検出する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１項に記載のエンジンシステムであって、
前記制御部は、前記吸着器における前記有害物質の脱離完了が検出されるまで、前記エンジンの駆動を継続する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のエンジンシステムであって、さらに、
前記第一酸化還元触媒に流入する排気の空燃比を第一空燃比として検出する第一空燃比センサと、
前記第二酸化還元触媒に流入する排気の空燃比を第二空燃比として検出する第二空燃比センサと、
を備え、
前記制御部は、前記吸着器において前記有害物質の脱離が発生している期間中は、前記第二空燃比に基づいて前記エンジンに供給する混合ガスの空燃比を決定し、他の期間中は、前記第一空燃比に基づいて前記空燃比を決定する、
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のエンジンシステムであって、
前記制御部は、前記第一空燃比と前記第二空燃比との差に基づいて、前記有害物質の脱離が発生しているか否かを判断する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のエンジンシステムであって、
前記エンジンは、アンモニアエンジンであり、
前記有害物質は、アンモニアを含む、
ことを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、エンジンと、当該エンジンから出力された排気を浄化する排気浄化装置と、を有したエンジンシステムを開示する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンから出力された排気を浄化する排気浄化装置が従来から広く知られている。かかる排気浄化装置には、一般に、排気に含まれる有害物質を酸化還元して浄化する酸化還元触媒が設けられている。
【０００３】
こうした酸化還元触媒は、低温下では、活性化せず、十分な浄化能力を発揮できない。したがって、エンジンの運転初期等、酸化還元触媒が低温の場合には、排気を十分に浄化できないという問題があった。そこで、一部では、排気浄化装置に、第一酸化還元触媒と、有害物質を吸着する吸着器と、第二酸化還元触媒と、を設けることが提案されている。かかる技術によれば、第一酸化還元触媒の活性化前には、吸着器で有害物質を吸着し、第一酸化還元触媒の活性化後には、第一酸化還元触媒で有害物質を浄化するとともに、吸着器から脱離した有害物質を、当該吸着器の下流に設けられた第二酸化還元触媒で浄化することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、上流側から順に、第１触媒ゾーンと、吸着ゾーンと、第２触媒ゾーンと、が並んだ排気装置が開示されている。この特許文献１では、第１触媒ゾーンから吸着ゾーンに向かう排気と、吸着ゾーンから第２触媒ゾーンに向かう排気との間で熱交換させる熱交換器が設けられている。かかる熱交換器を設けることで、吸着ゾーンにおいて有害物質の脱離が開始される脱離開始温度までの到達時間を遅らすとともに、第２触媒ゾーンが活性化するまでの時間を短縮できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４３５６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、第１触媒ゾーンが活性化した後も、吸着ゾーンに、排気が流れ続ける。吸着ゾーンに流入する排気は、第２触媒ゾーンに流入する排気と熱交換されることにより多少、除熱されるとはいえ、外気よりも十分に高い。かかる排気が吸着ゾーンに流入し続けることで、第２触媒ゾーンが活性化する前に、吸着ゾーンが、脱離開始温度に到達することがあった。この場合、有害物質が除去されることなく、外部に排出されるという問題を招く。これは、有害物質が、アンモニア等のように刺激臭の強い物質の場合、特に大きな問題となる。
【０００７】
そこで、本明細書では、外部に排出される有害物質をより低減できるエンジンシステムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示するエンジンシステムは、エンジンと、前記エンジンから出力された排気を浄化する排気浄化装置と、前記エンジンおよび前記排気浄化装置の駆動を制御する制御部と、を有したエンジンシステムであって、前記排気浄化装置は、前記排気に含まれる有害物質を浄化する第一酸化還元触媒と、前記第一酸化還元触媒の下流に設けられ、第一酸化還元触媒から出力された排気の経路を、基本経路と、その下流端が前記基本経路に到達するバイパス経路と、のいずれかに切り替える切替弁と、前記基本経路上に設けられ、前記排気に含まれる前記有害物質を浄化する第二酸化還元触媒と、前記バイパス経路上に設けられ、前記排気に含まれる前記有害物質を吸着するとともに、温度上昇に伴い前記吸着した有害物資を放出する吸着器と、前記バイパス経路のうち前記切替弁と前記吸着器との間に設けられ、前記吸着器に入力される排気と、前記吸着器から出力される排気との間で熱交換させる熱交換器であって、前記吸着器に入力される排気を除熱するとともに、前記吸着器から出力される排気を加温したうえで第二酸化還元触媒に送る熱交換器と、前記第一酸化還元触媒の浄化能力を検出する第一能力検出器と、前記第二酸化還元触媒の浄化能力を検出する第二能力検出器と、を備え、前記制御部は、第一能力検出器および前記第二能力検出器で検出された浄化能力に応じて前記切替弁を切り替える、ことを特徴とする。
【０００９】
この場合、前記第一能力検出器は、前記第一酸化還元触媒の温度を検出する第一温度センサであり、前記第二能力検出器は、前記第二酸化還元触媒の温度を検出する第二温度センサであってもよい。
【００１０】
また、前記制御部は、前記第一酸化還元触媒の浄化能力が規定の活性閾値未満の場合、前記排気が前記バイパス経路を通るように、また、前記第一酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値以上かつ前記第二酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値未満の場合、前記排気が前記バイパスを通過することなく前記基本経路を通るように、また、前記第二酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値以上の場合、前記排気が前記バイパス経路を通るように、前記切替弁を切り替えてもよい。
【００１１】
また、さらに、前記吸着器における前記有害物質の脱離完了を検出する脱離検出器を備え、前記制御部は、前記第二酸化還元触媒の浄化能力が前記活性閾値以上になった後、前記脱離検出器により前記脱離完了が検出された場合、前記排気が前記バイパスを通過することなく前記基本経路を通るように、前記切替弁を切り替えてもよい。
【００１２】
この場合、前記脱離検出器は、前記吸着器の温度を検出する第三温度センサであってもよい。また、別の形態として、前記脱離検出器は、前記第一酸化還元触媒に流入する排気の空燃比と、前記第二酸化還元触媒に流入する排気の空燃比と、の差分の絶対値に基づいて、前記有害物質の脱離完了を検出してもよい。
【００１３】
また、前記制御部は、前記吸着器における前記有害物質の脱離完了が検出されるまで、前記エンジンの駆動を継続してもよい。
【００１４】
また、さらに、前記第一酸化還元触媒に流入する排気の空燃比を第一空燃比として検出する第一空燃比センサと、前記第二酸化還元触媒に流入する排気の空燃比を第二空燃比として検出する第二空燃比センサと、を備え、前記制御部は、前記吸着器において前記有害物質の脱離が発生している期間中は、前記第二空燃比に基づいて前記エンジンに供給する混合ガスの空燃比を決定し、他の期間中は、前記第一空燃比に基づいて前記空燃比を決定してもよい。
【００１５】
この場合、前記制御部は、前記第一空燃比と前記第二空燃比との差に基づいて、前記有害物質の脱離が発生しているか否かを判断してもよい。
【００１６】
また、前記エンジンは、アンモニアエンジンであり、前記有害物質は、アンモニアを含んでもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本明細書で開示するエンジンシステムによれば、切替弁により基本経路とバイパス経路とに切り替えられる。そのため、吸着器に排気が常時流れないため、吸着器の温度上昇、ひいては有害物質の脱離開始を、ある程度制御できる。結果として、外部に排出される有害物質をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジンシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】各部のアンモニア濃度と温度との変化を示す図である。
【図３】切替弁の切り替え制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】空燃比の決定制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】空燃比の決定制御の流れの他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、エンジンシステム１０の構成について図面を参照して説明する。図１は、エンジンシステム１０の構成を示すブロック図である。エンジンシステム１０は、エンジン１２と、当該エンジン１２からの排気を浄化する排気浄化装置１４と、エンジン１２および排気浄化装置１４の駆動を制御するコントローラ１６と、を備えている。
【００２０】
エンジン１２は、アンモニアを燃料として駆動するアンモニアエンジンである。かかるエンジン１２からの排気には、窒素と水蒸気とアンモニアと窒素酸化物と水素とが含まれている。また、このエンジン１２からの排気は、通常、高温となっている。
【００２１】
エンジン１２から排出された排気は、排気浄化装置１４に排出される。排気浄化装置１４は、排気に含まれる有害物質を浄化または除去して、車外に放出する装置である。この排気浄化装置１４には、第一酸化還元触媒１８が含まれている。第一酸化還元触媒１８は、排気に含まれる有害物質を酸化還元することで、無害化する。アンモニアエンジンの場合、アンモニア（ＮＨ３）と窒素酸化物（ＮＯＸ）が、有害物質となる。かかるアンモニアおよび窒素酸化物を酸化還元する第一酸化還元触媒１８は、例えば、セラミックスや酸化チタンを担体として用いており、また、バナジウム、モリブデンやタングステンのような卑金属酸化物、または、ゼオライトや貴金属を活性触媒成分として用いている。第一酸化還元触媒１８では、アンモニア（ＮＨ３）と水素（Ｈ２）と窒素酸化物（ＮＯＸ）を、窒素（Ｎ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）に酸化還元する。
【００２２】
ところで、こうした酸化還元反応は、第一酸化還元触媒１８が、規定の第一活性化温度Ｔａ１未満では、十分に発生しない。この第一活性化温度Ｔａ１は、通常、常温よりも十分に高く、エンジン１２から排出される排ガスの温度より十分に低い。したがって、エンジン１２の運転初期等、第一酸化還元触媒１８が第一活性化温度Ｔａ１より低い場合、第一酸化還元触媒１８では有害物質を浄化できず、第一酸化還元触媒１８からは、有害物質を含んだ排気が出力されることになる。一方、エンジン１２の運転がある程度、継続すると、第一酸化還元触媒１８の温度が、高温の排気ガスにより温度上昇し、第一活性化温度Ｔａ１以上となる。この状態になれば、第一酸化還元触媒１８において、上述の酸化還元反応が発生し、有害物質の浄化が行われる。この場合、第一酸化還元触媒１８からは、有害物質が除去された排気が出力される。
【００２３】
第一酸化還元触媒１８には、この第一酸化還元触媒１８の温度を第一触媒温度Ｔ１として検出する第一温度センサ３０が設けられている。第一温度センサ３０で検出された第一触媒温度Ｔ１は、コントローラ１６に出力される。この第一温度センサ３０は、第一酸化還元触媒１８の浄化能力を検出する第一能力検出器として機能する。なお、第一酸化還元触媒１８の浄化能力を検出できるのであれば、温度センサに替えて、他のセンサを用いてもよい。例えば、第一酸化還元触媒１８から出力排気に含まれる有害物質の濃度を検出する濃度センサを、温度センサの替わりに、または、加えて、設けてもよい。
【００２４】
第一酸化還元触媒１８の下流には、切替弁２０が設けられている。この切替弁２０は、排気の経路を、基本経路およびバイパス経路のいずれかに切り替える三方弁である。バイパス経路は、後述する熱交換器２４、吸着器２６、再度、熱交換器２４を経て、第二酸化還元触媒２２へと向かう経路である。基本経路は、熱交換器２４および吸着器２６を経ることなく、第二酸化還元触媒２２へと向かう経路である。この切替弁２０の切替は、コントローラ１６により制御されるが、これについては、後述する。
【００２５】
基本経路には、第二酸化還元触媒２２が設けられている。第二酸化還元触媒２２は、第一酸化還元触媒１８と同様に、排気に含まれる有害物質（アンモニア、窒素酸化物）を酸化還元することで、無害化する。この第二酸化還元触媒２２も、規定の第二活性化温度Ｔａ２未満では、酸化還元反応が十分に発生しないため、有害物質を浄化できない。なお、第二活性化温度Ｔａ２は、第一活性化温度Ｔａ１と同じでもよいし、異なっていてもよい。以下では、Ｔａ１＝Ｔａ２であるとして説明する。
【００２６】
また、第二酸化還元触媒２２にも、当該第二酸化還元触媒２２の温度を、第二触媒温度Ｔ２として検出する第二温度センサ３２が設けられている。第二温度センサ３２で検出された第二触媒温度Ｔ２は、コントローラ１６に出力される。この第二温度センサ３２は、第二酸化還元触媒２２の浄化能力を検出する第二能力検出器として機能する。
【００２７】
バイパス経路上には、熱交換器２４および吸着器２６が設けられている。吸着器２６は、有害物質、特にアンモニアを吸着保持するものである。かかる吸着器２６は、吸着物質として、例えば、アンモニアを吸着しやすい酸点を有する物質、例えば、ゼオライト等を含む。こうした吸着器２６は、通常、温度が低いほど、有害物質の吸着量が増加する。一方で、吸着器２６は、温度が上昇すると有害物質を吸着しきれなくなるため、吸着物質の脱離が生じる。こうした吸着器２６で吸着された物質の脱離が開始する脱離開始温度Ｔｄｓは、常圧環境下において、第一活性化温度Ｔａ１および第二活性化温度Ｔａ２と同程度であることが多い。また、吸着器２６が、脱離開始温度Ｔｄｓよりも高い脱離完了温度Ｔｄｅ以上になると、吸着器２６から有害物質は、全て脱離したとみなせる。この脱離完了温度Ｔｄｅは、通常、第一活性化温度Ｔａ１および第二活性化温度Ｔａ２よりも高い。
【００２８】
吸着器２６にも、当該吸着器２６の温度を吸着器温度Ｔ３として検出する第三温度センサ３４が設けられている。この第三温度センサ３４で検出された吸着器温度Ｔ３は、コントローラ１６に出力される。この第三温度センサ３４は、吸着器２６における有害物質の脱離完了を検出する脱離検出器として機能する。なお、第三温度センサ３４をなくし、替わりに、後述する第一空燃比λ１および第二空燃比λ２の差に基づいて脱離完了を検出してもよい。
【００２９】
切替弁２０と吸着器２６との間には、熱交換器２４が設けられている。この熱交換器２４は、吸着器２６に入力される排気と、吸着器２６から出力される排気との間で熱交換させる熱交換器２４である。すなわち、吸着器２６に入力される排気は、吸着器２６から出力される排気より高温である。この温度差のある排気を、熱交換器２４において近接させて、熱交換させることで、吸着器２６に入力される排気は、除熱される。一方、吸着器２６から出力される排気は、加温され、温度上昇する。この加温された排気は、図１から明らかなとおり、基本経路（すなわち、第二酸化還元触媒２２）へと送られる。そして、かかる熱交換器２４を設けた場合、熱交換器２４が無い場合に比べて、吸着器２６の温度上昇が抑制される一方で、第二酸化還元触媒２２の温度上昇が促進される。これは、言い換えると、吸着器２６による有害物質の脱離開始までの時間が長期化されるとともに、第二酸化還元触媒２２の活性化まで時間が短縮されるといえる。
【００３０】
エンジン１２と第一酸化還元触媒１８との間には、排気に含まれる酸素濃度を第一空燃比λ１として検出する第一空燃比センサ３６が設けられている。また、第二酸化還元触媒２２のすぐ上流（バイパス経路と基本経路との合流点よりも下流側）にも、排気に含まれる酸素濃度を第二空燃比λ２として検出する第二空燃比センサ３８が設けられている。この第一空燃比センサ３６および第二空燃比センサ３８で検出された空燃比λ１，λ２は、コントローラ１６へと出力される。
【００３１】
コントローラ１６は、上述したエンジン１２および排気浄化装置１４の駆動を制御する。このコントローラ１６は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種データおよびプログラム等を記憶する記憶装置で構成される。このコントローラ１６は、第一触媒温度Ｔ１、第二触媒温度Ｔ２、吸着器温度Ｔ３に基づいて、切替弁２０の切り替えを制御する。また、コントローラ１６は、第一空燃比λ１および第二空燃比λ２に基づいて、エンジン１２に供給する混合ガスの空燃比を決定する。なお、この切替弁２０の切替制御および空燃比の決定制御は、後に詳説する。決定された空燃比は、燃料噴射装置２８に入力される。燃料噴射装置２８は、指示された空燃比に応じた量の燃料を、噴射する。噴射された燃料は、空気と混合された混合ガスとしてエンジン１２に投入される。
【００３２】
次に、このエンジンシステム１０における排気の浄化処理について説明する。本明細書で開示のエンジンシステム１０では、第一酸化還元触媒１８が活性化するまでは、吸着器２６で有害物質を吸着し、第一酸化還元触媒１８が活性化した後は、当該第一酸化還元触媒１８で有害物質を浄化する。また、吸着器２６に吸着された後、当該吸着器２６から脱離する有害物質は、第二酸化還元触媒２２で浄化する。以下、こうした排気の浄化処理について詳説する。
【００３３】
はじめに、エンジン１２の運転初期等のように、第一触媒温度Ｔ１が、第一活性化温度Ｔａ１未満の場合、すなわち、第一酸化還元触媒１８が十分に活性化されておらず、有害物質を浄化できない場合について説明する。この場合、コントローラ１６は、排気がバイパス経路を通るように、切替弁２０を切り替える。
【００３４】
この場合、エンジン１２から排出された排気は、まず、第一酸化還元触媒１８に入力される。ただし、第一酸化還元触媒１８は、活性化されていないため、多くの有害物質（アンモニア、窒素酸化物）は、酸化還元することなく、そのまま、下流に放出される。一方、高温の排気が流入することで、第一酸化還元触媒１８は、徐々に温度上昇していく。
【００３５】
第一酸化還元触媒１８から出力された排気は、切替弁２０を経て、バイパス経路に流れる。バイパス経路に流入した排気は、まず、熱交換器２４において、吸着器２６から出力された排気を熱交換されることで、除熱される。結果として、熱交換器２４から吸着器２６に向かう排気は、切替弁２０から熱交換器２４に向かう排気よりも温度低下している。
【００３６】
除熱された排気は、吸着器２６に流入する。ここで、上述したとおり、第一酸化還元触媒１８による浄化が行われていないため、吸着器２６に流入する排気には、有害物質が含まれている。また、エンジン１２の運転初期等では、吸着器温度Ｔ３は、脱離開始温度Ｔｄｓよりも十分に小さい。そのため、排気に含まれる有害物質は、吸着器２６により吸着され、保持される。その結果、吸着器２６からは、有害物質が十分に除去された排気が出力される。なお、吸着器２６に流入する排気は、熱交換器２４により除熱されたとはいえ、外気に比べると十分に高温である。そのため、吸着器２６に排気が流入し続けることで、吸着器２６の温度は、徐々に上昇し、脱離開始温度Ｔｄｓに近づく。
【００３７】
吸着器２６から出力された排気は、熱交換器２４に流入し、吸着器２６に入力される排気と熱交換される。そして、この熱交換により加熱された排気は、第二酸化還元触媒２２へと入力される。このとき、第二触触媒温度Ｔ２は、第二活性化温度Ｔａ２よりも低い。しかし、加熱された排気が入力されることで、第二触媒温度Ｔ２は、徐々に増加する。なお、Ｔ２＜Ｔａ２の場合、第二酸化還元触媒２２による有害物質の浄化はできないが、この時点において、第二酸化還元触媒２２に入力される排気は、吸着器２６により有害物質が除去されているため、問題ない。
【００３８】
［Ｔ１≧Ｔａ１かつＴ２＜Ｔａ２の場合］
次に、エンジン１２から高温の排気が出力され続けた結果、第一触媒温度Ｔ１が、第一活性化温度Ｔａ１以上となるものの、第二触媒温度Ｔ２が第二活性化温度Ｔａ２未満の場合について説明する。この場合、第一酸化還元触媒１８による有害物質の浄化はできるが、第二酸化還元触媒２２による有害物質の浄化はできない。この状態になれば、コントローラ１６は、排気が基本経路を通るように、切替弁２０を切り替える。
【００３９】
この場合、エンジン１２から第一酸化還元触媒１８に入力された排気は、当該第一酸化還元触媒１８により有害物質が浄化される。結果として、第一酸化還元触媒１８からは、有害物質が十分に浄化された排気が出力される。この排気は、基本経路に流れる。すなわち、第一酸化還元触媒１８から出力された排気は、バイパス経路を経ることなく、直接、第二酸化還元触媒２２に入力される。このように、バイパス経路を経ない場合、バイパス経路を経る場合に比べて、第二酸化還元触媒２２に到達する排気の温度が高くなる。結果として、基本経路を選択することにより、第二触媒温度Ｔ２の上昇が促進され、第二触媒温度Ｔ２が第二活性化温度Ｔａ２に到達するまでの時間を短縮できる。また、基本経路を選択した場合、吸着器２６には、排気が流れないことになる。その結果、吸着器温度Ｔ３の温度上昇が抑制され、吸着器温度Ｔ３が脱離開始温度Ｔｄｓに到達するまでの時間を長期化できる。
【００４０】
次に、排気の熱により第二触媒温度Ｔ２が第二活性化温度Ｔａ２以上に上昇する一方、吸着器温度Ｔ３が脱離完了温度Ｔｄｅ未満の場合について説明する。この場合、コントローラ１６は、排気がバイパス経路を通るように、切替弁２０を切り替える。
【００４１】
この場合においても、エンジン１２からの排気に含まれる有害物質は、第一酸化還元触媒１８により浄化される。そのため、第一酸化還元触媒１８からは、有害物質が十分に浄化された排気が出力される。この排気は、熱交換器２４を経て吸着器２６に流れ込む。排気は、熱交換器２４により除熱されているとはいえ、外気に比べると十分に高温である。そのため、この排気により吸着器２６の温度は、徐々に増加する。そして、吸着器温度Ｔ３が、脱離開始温度Ｔｄｓ以上となると、吸着器２６から有害物質の脱離が開始される。この場合、吸着器２６からは、有害物質を含む排気が排出される。この排気は、熱交換器２４を経て、第二酸化還元触媒２２に流れ込む。
【００４２】
第二酸化還元触媒２２は、十分に活性化されている。そのため、第二酸化還元触媒２２は、吸着器２６から排出された排気に含まれる有害物質、すなわち、吸着器２６から脱離した有害物質を、浄化する。そして、第二酸化還元触媒２２からは、有害物質が十分に浄化された排気が排出される。そして、このように第二酸化還元触媒２２が活性化した後（Ｔ２≧Ｔａ２となった後）、排気をバイパス経路に流すことで、吸着器２６の温度上昇が促進され、吸着器２６からの有害物質の脱離が促進される。
【００４３】
次に、排気の熱により吸着器温度Ｔ３が脱離完了温度Ｔｄｅ以上の場合について説明する。吸着器温度Ｔ３が脱離完了温度Ｔｄｅに達すれば、吸着器２６における有害物質の吸着量は、ほぼゼロになったとみなせる。この状態になれば、コントローラ１６は、排気が基本経路を通るように、切替弁２０を切り替える。このように吸着器２６の脱離完了した際に、基本経路に切り替えるのは、吸着器２６の熱劣化を防止するためである。すなわち、この時点で、吸着器２６における有害物質の吸着量は、ほぼゼロである。かかる吸着器２６に排気を流し続けるメリットはなく、むしろ、排気の熱による吸着器２６の劣化というデメリットのみが生じる。したがって、吸着器温度Ｔ３が脱離完了温度Ｔｄｅに達すれば、基本経路に切り替え、吸着器２６への排気の流入を停止する。
【００４４】
以上の説明から明らかなとおり、本明細書に開示のエンジンシステム１０によれば、第一酸化還元触媒１８および第二酸化還元触媒２２の浄化能力に応じて、排気の経路を、基本経路およびバイパス経路のいずれかに切り替えている。これにより、触媒装置、特に、第二酸化還元触媒２２の活性化までの時間を短縮できるとともに、吸着器２６からの有害物質の脱離開始までの時間を長期化できる。結果として、有害物質が浄化されることなく外部に排出されることを効果的に防止できる。また、本例では、熱交換器２４により、吸着器２６に流れ込む排気は除熱し、吸着器２６から第二酸化還元触媒２２に向かう排気は加温している。そのため、第二酸化還元触媒２２の活性化までの時間をより短縮できるとともに、吸着器２６からの有害物質の脱離開始までの時間をより長期化できる。
【００４５】
次に、このエンジンシステム１０における各部の温度と各部のアンモニア濃度との関係について図２を参照して説明する。図２において、ａ〜ｅは各部でのアンモニア濃度を示すグラフである。具体的には、ａは、エンジン出口、ｂは、第一酸化還元触媒の出口、ｃは、吸着器２６の内部、ｄは、吸着器２６の出口、ｅは、第二酸化還元触媒出口でのアンモニア濃度を示している。また、図２のｆは、温度Ｔ１〜Ｔ３の変化を示すグラフである。
【００４６】
図示例では、時刻０においてエンジン１２が始動される。この時刻ｔ０の時点で、コントローラ１６は、排気がバイパス経路を通るように切替弁２０を切り替える。また、第一酸化還元触媒１８、第二酸化還元触媒２２、吸着器２６は、いずれも常温となっている。
【００４７】
エンジン１２が始動すると、エンジン１２からはアンモニア等の有害物質を含んだ排気が排出される。特にエンジン１２の始動直後は、エンジン１２が暖まっていないため、排気のアンモニア濃度が高い。第一酸化還元触媒１８は、低温で、活性化されていないため、こうしたアンモニアを浄化できない。一方、吸着器２６は、脱離開始温度Ｔｄｓよりも低いため、アンモニア等の有害物質を吸着できる。
【００４８】
その結果、エンジン１２の運転初期（時刻０〜ｔ１）、エンジン出口（ａ）および第一酸化還元触媒出口（ｂ）では、アンモニア濃度が高くなる。また、吸着器２６は、アンモニア等の有害物質を吸着するため、吸着器２６の内部（ｃ）のアンモニア濃度も高くなる。一方、殆どのアンモニアは、吸着器２６で吸着されるため、吸着器２６の出口（ｄ）、および第二酸化還元触媒出口（ｅ）では、アンモニア濃度は、ほぼゼロとなる。
【００４９】
第一酸化還元触媒１８、第二酸化還元触媒２２、吸着器２６は、いずれも、排気の熱を受けて徐々に温度が上昇する。ただし、吸着器２６は、第一酸化還元触媒１８よりも下流に位置しており、また、流入排気が熱交換器２４で除熱されている関係上、吸着器２６の温度上昇率は、第一酸化還元触媒１８よりも低い。その結果、吸着器２６が脱離開始温度Ｔｄｓに達するより先に、第一酸化還元触媒１８が第一活性化温度Ｔａ１に達する。
【００５０】
時刻ｔ１において、第一酸化還元触媒１８が、第一活性化温度Ｔａ１に達すれば、コントローラ１６は、排気が、バイパス経路を通ることなく、基本経路を通るように切替弁２０を切り替える。このとき、第一酸化還元触媒１８は、十分な浄化能力を発揮するため、第一酸化還元触媒出口（ｂ）におけるアンモニア濃度は、ほぼゼロとなる。
【００５１】
このとき、基本経路が選択されており、排気は、吸着器２６に流れることなく、第二酸化還元触媒２２に流れる。そのため、吸着器２６の温度上昇は、緩慢となる一方で、第二酸化還元触媒２２の温度上昇速度は向上する。その結果、吸着器温度Ｔ３が脱離開始温度Ｔｄｓに達する前に、第二触媒温度Ｔ２が第二活性化温度Ｔａ２に達する。
【００５２】
時刻ｔ２において、第二触媒温度Ｔ２が第二活性化温度Ｔａ２に達すれば、コントローラ１６は、排気がバイパス経路を通るように切替弁２０を切り替える。この場合、排気が吸着器２６にも流れるため、吸着器２６の温度が徐々に上昇する。
【００５３】
そして、時刻ｔ３において、吸着器温度Ｔ３が、脱離開始温度Ｔｄｓに達すれば、吸着器２６からアンモニアが徐々に放出される。その結果、吸着器内（ｃ）のアンモニア濃度が低下するとともに、吸着器出口（ｄ）のアンモニア濃度が上昇する。そして、吸着器温度Ｔ３が、さらに上昇し、脱離完了温度Ｔｄｅに近づくと、吸着器２６から放出されるアンモニア量が低下するため、吸着器出口（ｄ）におけるアンモニア濃度は、徐々に低下する。なお、この間、吸着器２６から放出されたアンモニアは、活性化された第二酸化還元触媒２２で浄化される。その結果、第二酸化還元触媒出口（ｅ）におけるアンモニア濃度は、ゼロに保たれる。
【００５４】
そして、最終的に時刻ｔ４において、吸着器温度Ｔ３が、脱離完了温度Ｔｄｅに達すれば、吸着器２６の内部および出口におけるアンモニア濃度は、ほぼゼロとなる。この状態になれば、コントローラ１６は、排気が、パイパス経路を経ることなく、基本経路に流れるように、切替弁２０を切り替える。その結果、吸着器２６に排気が流れないため、排気の熱に起因する吸着器２６の劣化を抑制できる。
【００５５】
次に、こうした切替弁２０の切替制御の流れについて図３を参照して説明する。図３は、コントローラ１６による切替弁２０の切替制御の流れを示すフローチャートである。図３に示す通り、エンジン１２が始動されると、コントローラ１６は、まず、吸着器２６の吸着状態を示すパラメータＪを０にセットする（Ｓ１０）。続いて、第一触媒温度Ｔ１が、第一活性化温度Ｔａ１以上か否かを判断する（Ｓ１２）。判断の結果、第一触媒温度Ｔ１が、第一活性化温度Ｔａ１未満の場合、コントローラ１６は、切替弁２０をバイパス経路に設定する（Ｓ１４）。バイパス経路が選択されている期間中、コントローラ１６は、吸着器温度Ｔ３が、脱離完了温度Ｔｄｅ以上か否かを判断する（Ｓ１６）。判断の結果、Ｔ３≧Ｔｄｅ、すなわち、吸着器２６における脱離が完了した場合には、パラメータＪに１をセットしたうえで、ステップＳ１２に戻る（Ｓ１８）。一方、Ｔ３＜Ｔｄｅの場合、Ｊ＝０を維持したまま、ステップＳ１２に戻る。
【００５６】
ステップＳ１２において、Ｔ１≧Ｔａ１と判断されれば、続いて、パラメータＪが１か否かを判断する（Ｓ２０）。判断の結果、Ｊ＝１、すなわち、吸着器２６が脱離完了となっていれば、コントローラ１６は、続いて、エンジン１２の運転が停止したかを判断する（Ｓ２６）。判断の結果、エンジン１２が運転停止していれば、処理は、終了となる。一方、エンジン１２が運転継続していれば、コントローラ１６は、切替弁２０を基本経路にセット（Ｓ２４）したうえで、ステップＳ１２に戻る。
【００５７】
一方、Ｔ１≧Ｔａ１かつＪ＝０の場合（Ｓ２０でＮｏ）、コントローラ１６は、続いて、第二触媒温度Ｔ２が、第二活性化温度Ｔａ２以上か否かを判断する（Ｓ２２）。判断の結果、Ｔ２≧Ｔａ２となっていれば、コントローラ１６は、ステップＳ２４に進み、切替弁２０をバイパス経路にセットする（Ｓ１４）。一方、Ｔ１≧Ｔａ１かつＪ＝０かつＴ２＜Ｔａ２の場合、ステップＳ２４に進み切替弁２０を基本経路にセットする。
【００５８】
以上の説明から明らかなとおり、コントローラ１６は、第一触媒温度Ｔ１、第二触媒温度Ｔ２、吸着器温度Ｔ３に基づいて切替弁２０の切り替えを制御している。そして、これら温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、それぞれ、触媒の浄化能力、吸着器２６の吸着・脱離状態を示すパラメータといえる。したがって、本例において、コントローラ１６は、触媒の浄化能力および吸着器２６の吸着・脱離状態に応じて、切替弁２０の切り替え制御を行なっているといえる。
【００５９】
なお、次回のエンジン始動時においても、吸着器２６による有害物質の吸着を確実に行なうために、エンジン１２は、吸着器２６からの脱離が完了するまで継続して運転されることが望ましい。すなわち、コントローラ１６は、Ｔ３≧Ｔｄｅに達するまで、エンジン１２の運転を継続させる。したがって、例えば、Ｔ３≧Ｔｄｅに達する前に、ユーザがエンジン停止を指示された場合であっても、コントローラ１６は、エンジン１２の運転が継続させる。このとき、排気浄化のためにエンジン１２が停止できないことをユーザにアナウンスすることが望ましい。また、このように、吸着器２６による有害物質の脱離を早期に終了したい場合には、排気温度が特に高くなるように、エンジン１２の燃焼を調整してもよい。例えば、エンジン１２における混合ガスの燃焼タイミングを遅くすると、排気温度が上昇することが知られている。
【００６０】
次に、エンジン１２の供給される混合ガスの空燃比の決定制御について説明する。コントローラ１６は、エンジン出口における排気の空燃比（酸素濃度）である第一空燃比λ１と、第二酸化還元触媒入口における排気の空燃比（酸素濃度）である第二空燃比λ２と、に基づいて、混合ガスの空燃比を決定する。
【００６１】
より具体的に説明すると、アンモニアは、刺激臭が強いため、外部への放出は、極力避けることが望まれる。したがって、アンモニアエンジンを用いるエンジンシステム１０では、排気に含まれるアンモニアは、確実に酸化されることが望まれる。
【００６２】
ここで、吸着器２６におけるアンモニアの脱離が生じていない状況では、酸化して浄化すべきアンモニア量は、エンジン１２から排出される排気に含まれるアンモニア量だけとなる。したがって、この場合、エンジン出口における第一空燃比λ１が量論比になるように、エンジン１２に供給される混合ガスの空燃比を調整すれば、アンモニアを酸化・浄化できる。
【００６３】
一方、吸着器２６におけるアンモニアの脱離が生じている場合、酸化して浄化すべきアンモニア量は、エンジン１２から排出される排気に含まれるアンモニア量に加え、吸着器２６から脱離するアンモニア量もある。このようにアンモニアの脱離が生じている状況で、エンジン出口における第一空燃比λ１に基づいて混合ガスの空燃比を調整すると、アンモニアの酸化に必要な酸素が不足し、アンモニアが浄化できなくなるおそれがある。そこで、アンモニアの脱離が発生する場合には、第二酸化還元触媒２２入口における第二空燃比λ２が、量論比になるように、エンジン１２に供給される混合ガスの空燃比を調整する。
【００６４】
図４は、混合ガスの空燃比の決定制御の流れを示すフローチャートである。図４に示す通り、コントローラ１６は、まず、現在、基本経路が選択されているか否かを判断する（Ｓ３０）。上述の説明から明らかなとおり、基本経路が選択されている期間中、アンモニアの脱離は発生しないため、基本経路が選択されている場合、コントローラ１６は、第一空燃比λ１に基づいて混合ガスの空燃比を決定する（Ｓ３２）。
【００６５】
一方、バイパス経路が選択されている場合、コントローラ１６は、続いて、第二触媒温度Ｔ２が、第二活性化温度Ｔａ２以上か否かを判断する（Ｓ３４）。Ｔ２＜Ｔａの場合、アンモニアの脱離は発生しないため、コントローラ１６は、第一空燃比λ１に基づいて混合ガスの空燃比を決定する（Ｓ３２）。一方、Ｔ２≧Ｔａの場合、アンモニアの脱離が発生する可能性がある。そこで、この場合、コントローラ１６は、第一空燃比λ１と第二空燃比λ２との差分の絶対値が、規定の基準値λＪ以上か否かを判断する（Ｓ３６）。｜λ１−λ２｜＜λＪの場合、すなわち、第一空燃比λ１と第二空燃比λ２がほぼ等しい場合、アンモニアの脱離は、生じていないと判断できる。したがって、この場合、コントローラ１６は、第一空燃比λ１に基づいて混合ガスの空燃比を決定する（Ｓ３２）。
【００６６】
一方、｜λ１−λ２｜≧λＪの場合、吸着器２６から脱離したアンモニアが、第二酸化還元触媒２２に流入していると判断できる。この場合、当該脱離したアンモニアを酸化させるための酸素がさらに必要となる。そこで、この場合、コントローラ１６は、第二空燃比λ２に基づいて混合ガスの空燃比を決定する（Ｓ３８）。
【００６７】
以上の説明から明らかな通り、本例によれば、アンモニアの脱離が生じている場合には、吸着器２６の下流、第二酸化還元触媒２２の入口における第二空燃比λ２に基づいて、混合ガスの空燃比を決定している。その結果、アンモニアを確実に酸化（浄化）させることができる。
【００６８】
なお、第一空燃比λ１と第二空燃比λ２の差は、アンモニアの脱離が生じている場合に限らず、吸着器２６によるアンモニアの吸着が生じている場合にも広がる。したがって、｜λ１−λ２｜だけをモニタリングすると、吸着状態を、脱離状態と誤認するおそれがある。図４に示すフローチャートにおいて、｜λ１−λ２｜だけでなく、第二触媒温度Ｔ２や切替弁２０の状態をモニタリング（ステップＳ３０、Ｓ３４）するのは、こうした誤認することを防止するためである。したがって、吸着状態と脱離状態との誤認を防止できるステップがあるのであれば、ステップＳ３０、Ｓ３４は、省略されてもよい。例えば、第一酸化還元触媒１８が活性化した後は、吸着器２６によるアンモニアの吸着が生じないと考えられる。したがって、図５に示すように最初に第一触媒温度Ｔ１が第一活性化温度Ｔａ１以上か否かを判断（Ｓ４０）するようにしてもよい。そして、Ｔ１＜Ｔａ１（第一酸化還元触媒１８が活性化前）の場合には、第一空燃比λ１で混合ガスの空燃比を調整する（Ｓ３２）。また、Ｔ１≧Ｔａ１（第一酸化還元触媒１８が活性化後）の場合には、さらに、｜λ１−λ２｜≧λＪを満たすか否かを確認する（Ｓ３６）。確認の結果、｜λ１−λ２｜≧λＪの場合には、アンモニアの脱離が生じていると判断し、第二空燃比λ２に基づいて混合ガスの空燃比を調整する（Ｓ３８）。一方、λ１−λ２｜＜λＪの場合には、第一空燃比λ１に基づいて混合ガスの空燃比を調整する（Ｓ３２）。
【００６９】
また、別の形態として、アンモニアの脱離は、吸着器温度Ｔ３に基づいて判断してもよい。すなわち、アンモニアの脱離が開始する脱離開始温度Ｔｄｓと、アンモニアの脱離が完了する脱離完了温度Ｔｄｅは、既知である。したがって、吸着器温度Ｔ３が、この脱離開始温度Ｔｄｓ以上かつ脱離完了温度Ｔｄｅ未満の範囲にある場合には、アンモニアの脱離が発生していると判断し、第二空燃比λ２に基づいて混合ガスの空燃比を決定してもよい。
【００７０】
いずれにしても、吸着器２６からアンモニアの脱離が生じている場合には、第二酸化還元触媒２２入口における第二空燃比λ２に基づいて混合ガスの空燃比を決定することで、アンモニアが浄化されることなく外部に放出されることを確実に防止できる。
【００７１】
なお、これまで説明した構成は、一例であり、熱交換器２４および吸着器２６を有したバイパス経路と、熱交換器２４および吸着器２６を経ることなく第二酸化還元触媒２２に向かう基本経路と、があり、このバイパス経路と基本経路とを切り替える切替弁２０を、第一酸化還元触媒１８および第二酸化還元触媒２２の浄化能力に応じて切り替えるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。したがって、上述の例では、第一触媒温度Ｔ１に基づいて第一酸化還元触媒１８の浄化能力を判定しているが、例えば、濃度センサなどを用いて、浄化能力を判定してもよい。また、上述の説明では、吸着器２６によるアンモニアの脱離完了を、吸着器温度Ｔ３に基づいて判定している（ステップＳ１６参照）が、吸着器温度Ｔ３ではなく、第一空燃比λ１と第二空燃比λ２との差に基づいて、脱離完了を判定してもよい。
【００７２】
また、これまでは、活性化温度Ｔａ１，Ｔａ２および脱離完了温度Ｔｄｅを一定値として説明しているが、これらの値は、触媒や吸着物質の劣化等に応じて、変動する変動値としてもよい。例えば、酸化還元触媒は、劣化に伴い、活性化温度が高くなることが知られている。したがって、酸化還元触媒の劣化に応じて、活性化温度Ｔａ１，Ｔａ２を増加させてもよい。
【００７３】
また、これまでの説明では、エンジン１２を、アンモニアエンジンとしているが、エンジン１２は、他の種類のエンジン、例えば、化石燃料を燃焼させるエンジンであってもよい。この場合、排気に含まれる未燃燃料や炭化水素が有害物質に該当する。したがって、この場合、第一酸化還元触媒１８および第二酸化還元触媒２２は、未燃燃料や炭化水素を浄化するものであり、吸着器２６は、未燃燃料や炭化水素を吸着するものであればよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０  エンジンシステム、１２  エンジン、１４  排気浄化装置、１６  コントローラ、１８  第一酸化還元触媒、２０  切替弁、２２  第二酸化還元触媒、２４  熱交換器、２６  吸着器、２８  燃料噴射装置、３０  第一温度センサ、３２  第二温度センサ、３４  第三温度センサ、３６  第一空燃比センサ、３８  第二空燃比センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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