(57)【要約】【課題】アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置において、アンモニアの排出を抑制すると共に、装置の簡易化及び小型化を図る。【解決手段】アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気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気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。【選択図】図１
2019167822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関からの排気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、
前記触媒からのアンモニアの脱離と、前記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、前記触媒の上流側における排気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、排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化装置であって、さらに、
前記触媒の下流側における排気の混合比を取得する混合比取得部を備え、
前記制御部は、
前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比が過濃である場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させる、排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排気浄化装置であって、
前記制御部は、さらに、
前記触媒の下流側における前記排気の混合比を量論に維持するように、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を変更させる、排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置であって、さらに、
前記触媒の温度を取得する温度取得部を備え、
前記制御部は、
前記温度取得部により取得された前記触媒の温度が前記触媒の活性化温度を超えた場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させる、排気浄化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の排気浄化装置であって、
前記制御部は、
前記触媒の上流側における前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論へと変更させる、排気浄化装置。
【請求項６】
請求項５に記載の排気浄化装置であって、さらに、
前記触媒の上流側における前記排気の混合比を取得する第２混合比取得部を備え、
前記制御部は、さらに、
前記温度取得部により取得された前記触媒の温度と、前記第２混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、
前記一定時間を、前記触媒において前記推定した量のアンモニアが酸化されるまでの時間とする、排気浄化装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の排気浄化装置であって、
前記触媒は、さらに酸素吸蔵機能を有している、排気浄化装置。
【請求項８】
三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒を用いて、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する方法であって、
前記触媒からのアンモニアの脱離と、前記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、前記触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる工程を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する技術に関する。
【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気に含まれる有害物質を浄化する技術が知られている。例えば、非特許文献１には、三元触媒を搭載した触媒システムにおいて、排気中の酸素（Ｏ2）濃度をモニタし、排気中の還元剤成分（ＨＣ，ＣＯ）と、酸化剤成分（ＮＯ）とが常にバランスするよう空燃比を制御することが記載されている。例えば、特許文献１には、ゼオライトと、触媒を搭載した主要コンバータとを備える排気浄化システムにおいて、内燃機関からの排気を、冷間始動時中にはゼオライトへと誘導し、ゼオライトが加熱されて脱離温度に達した後には主要コンバータへと誘導することが記載されている。例えば、特許文献２には、冷機起動運転期間の間、内燃機関からの排気を第一触媒ゾーン、ゼオライトを含む吸着ゾーン、第二触媒ゾーンの順に誘導すると共に、第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンとの間で熱を伝達することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】土屋荘次・平川暁子、“物質の科学・反応と物性”、第１５章  触媒の化学、４．触媒の応用、インターネット＜URL：http://www.campus.ouj.ac.jp/~hamada/TextLib/rm/chap15/Text/Cr991504.html＞
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６６８５２号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
ところで、アンモニア（ＮＨ3）ガスを燃焼させて駆動力を得る内燃機関（以降、「アンモニアエンジン」とも呼ぶ。）が知られている。アンモニアは炭素（Ｃ）を含まないため、アンモニアエンジンには排出ガスに二酸化炭素（ＣＯ2）が含まれないという利点がある。この点、非特許文献１及び特許文献１，２に記載の技術では、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンにおける排気の浄化のみが考慮され、アンモニアエンジンにおける排気の浄化については何ら記載されていない。
【０００６】
また、例えば、非特許文献１の技術をアンモニアエンジンに適用した場合、三元触媒が活性化温度に達していれば、排気中の有害物質であるアンモニアを酸化させると共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元させることで有害物質を浄化することができる。しかし、三元触媒が活性化温度に達していない場合、アンモニアや窒素酸化物が未反応のまま三元触媒を通過して排出されるという課題があった。例えば、特許文献１や特許文献２の技術をアンモニアエンジンに適用した場合、触媒が活性化温度に達する前においては、ゼオライトにアンモニアを吸着させることにより、アンモニアの排出を抑制することができる。しかし、ゼオライトは高温になると吸着しているアンモニアの脱離が生じるという特性を有するため、ゼオライトの下流側において、脱離したアンモニアを浄化するための触媒がさらに必要となり、装置やシステムが複雑化、大型化するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置において、アンモニアの排出を抑制すると共に、装置の簡易化及び小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００９】
（１）本発明の一形態によれば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置が提供される。この排気浄化装置は、前記内燃機関からの排気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、前記触媒からのアンモニアの脱離と、前記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、前記触媒の上流側における排気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。
【００１０】
この構成によれば、排気浄化装置は、三元触媒機能とアンモニア吸着機能との両方を有する。このため、内燃機関の始動直後等、触媒が活性化温度に達する前においては、アンモニア吸着機能によって触媒に排気中のアンモニアを吸着させることで、アンモニアの排出を抑制できる。また、触媒が活性化温度に達した後においては、混合比が量論であるため、三元触媒機能によって、触媒において、排気中のアンモニア及び／または吸着されているアンモニアを酸化反応させると共に、排気中の窒素酸化物を還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる。さらに、制御部は、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する情報に応じて、混合比を量論から希薄へと変更させるため、増加した排気中の酸素によって、触媒に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。また、本構成によれば、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒によって、排気浄化装置の構成を簡易化すると共に、排気浄化装置を小型化できる。
【００１１】
（２）上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記触媒の下流側における排気の混合比を取得する混合比取得部を備え、前記制御部は、前記混合比取得部により取得された前記排気の混合比が過濃である場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させる。この構成によれば、制御部は、触媒の下流側における排気の混合比が過濃である場合は、触媒に吸着されているアンモニアの脱離が発生したとみなして、触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させることで、増加した排気中の酸素によって触媒に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。
【００１２】
（３）上記形態の排気浄化装置において、前記制御部は、さらに、前記触媒の下流側における前記排気の混合比を量論に維持するように、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の下流側における排気の混合比を量論に維持するように触媒の上流側における排気の混合比を変更させることで、触媒における三元触媒機能の低下を抑制し、アンモニアの排出を抑制できる。
【００１３】
（４）上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記触媒の温度を取得する温度取得部を備え、前記制御部は、前記温度取得部により取得された前記触媒の温度が前記触媒の活性化温度を超えた場合に、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論から希薄へと変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の温度が活性化温度を超えた場合は、触媒によるアンモニアの酸化が可能になったとみなして、触媒の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させることで、増加した排気中の酸素によって触媒に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。
【００１４】
（５）上記形態の排気浄化装置において、前記制御部は、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を希薄へと変更させた後、一定時間の経過後に前記前記触媒の上流側における前記排気の混合比を量論へと変更させてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の上流側における排気の混合比を希薄へと変更させて触媒によるアンモニアの酸化反応を進めた後、一定時間の経過後に混合比を量論へと変更させることで、触媒によるアンモニアの酸化反応及び窒素酸化物の還元反応を継続することができる。
【００１５】
（６）上記形態の排気浄化装置では、さらに、前記触媒の上流側における前記排気の混合比を取得する第２混合比取得部を備え、前記制御部は、さらに、前記温度取得部により取得された前記触媒の温度と、前記第２混合比取得部により取得された前記排気の混合比と、を用いて、前記触媒に吸着されているアンモニアの量を推定し、前記一定時間を、前記触媒において前記推定した量のアンモニアが酸化されるまでの時間としてもよい。この構成によれば、制御部は、触媒の温度と排気の混合比とを用いて触媒に吸着されているアンモニアの量を推定することができる。また、制御部は、触媒の上流側における排気の混合比を希薄に維持させる一定時間を、推定した量のアンモニアが酸化されるまでの間とすることで、触媒に吸着されているアンモニアの除去を完了させることができる。
【００１６】
（７）上記形態の排気浄化装置において、前記触媒は、さらに酸素吸蔵機能を有していてもよい。この構成によれば、触媒はさらに酸素吸蔵機能を有するため、アンモニアの酸化反応を促進することができる。
【００１７】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、アンモニアの燃焼により駆動力を得る内燃機関の排気浄化装置、内燃機関と排気浄化装置とを含むシステム、これら装置及びシステムの制御方法、これら装置及びシステムにおいて実行されるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態としてのエンジンシステムの概略図である。
【図２】ゼオライトのアンモニア吸着特性を表す図である。
【図３】制御部における制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】内燃機関の始動後における各部の変化について示す図である。
【図５】触媒における反応の概要を示す図である。
【図６】第２実施形態のエンジンシステムの概略図である。
【図７】第２実施形態の制御部における制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】内燃機関の始動後における各部の変化について示す図である。
【図９】触媒における反応の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としてのエンジンシステム１の概略図である。エンジンシステム１は、例えば車両に搭載されて、車両を駆動させるための駆動力を生み出す。エンジンシステム１は、駆動力を生み出す燃焼装置２０と、燃焼装置２０からの排気中における有害物質、例えば、アンモニア（ＮＨ3）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する排気浄化装置１０とを備える。
【００２０】
燃焼装置２０は、燃焼状態制御部２１と、内燃機関２２とを備える。内燃機関２２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。以降、アンモニアガスを単に「アンモニア」と呼ぶ。燃焼状態制御部２１は、スロットル（図示省略）を調整して内燃機関２２への空気流量を変更すると共に、燃料供給弁（図示省略）を調整して内燃機関２２への燃料供給量を変更する。これにより、燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２内、及び、内燃機関２２から排出される排気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。Φは「当量比」とも呼ばれる。燃焼状態制御部２１は、例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）により実装される。
【００２１】
本実施形態の排気浄化装置１０は、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒１２を用いて、排気中の有害物質を浄化する。排気浄化装置１０は、排気浄化装置１０の各部を制御する制御部１１と、内燃機関２２から伸びる排気管１９と、排気管１９上に設けられた触媒１２と、混合比取得部１４とを備える。以下の説明では、排気浄化装置１０のうち、内燃機関２２に近い側を「上流側」と呼び、内燃機関２２に遠い側を「下流側」と呼ぶ。図１の場合、左側が上流側に相当し、右側が下流側に相当する。
【００２２】
制御部１１は、混合比取得部１４から取得された取得値を表す信号を受信する。制御部１１は、受信した取得値を用いて後述する制御（図３）を実行し、内燃機関２２の混合比を切り替えることによって、触媒１２の上流側における排気の混合比を切り替える。制御部１１は、例えば、ＥＣＵにより実装される。排気管１９は、内燃機関２２からの排気が流通する主流路を形成する。内燃機関２２からの排気は、排気管１９内の主流路を通って、触媒１２を通過して外気に放出される。
【００２３】
触媒１２は、三元触媒機能と、アンモニア吸着機能とを有している。三元触媒機能は、セラミックスや酸化チタン等を担体とした触媒１２に、例えば、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させることにより実現できる。なお、三元触媒機能を実現させる活性触媒成分は、被毒劣化耐性と熱劣化耐性を有する限りにおいて、貴金属には限定されない。三元触媒機能は、排気中のアンモニア、ＮＯｘ、水素（Ｈ2）を酸化還元反応によって浄化することができる。
【００２４】
図２は、ゼオライトのアンモニア吸着特性を表す図である。図２の縦軸は、触媒１２（ゼオライト）の下流側におけるアンモニア濃度を表し、横軸は、触媒１２（ゼオライト）へのアンモニア流入量を表す。触媒１２のアンモニア吸着機能は、触媒１２に、例えば、種々のゼオライト、活性炭等を活性触媒成分として担持させることにより実現できる。図２に示すように、アンモニアの流入量が所定値を超えるまでの範囲Ｌ１において、触媒１２は、供給されたアンモニアの全量を吸着することができる。一方で、アンモニアの流入量が所定値を超えた後の範囲Ｌ２では、触媒１２に吸着されるアンモニアの量は徐々に減少する。本実施形態の触媒１２には、内燃機関２２の始動後、触媒１２の温度が約２００℃に到達するまでの間に排出されるアンモニアの全量を吸着することが可能な量のゼオライトを担持させている。なお、ゼオライトにおけるアンモニアの飽和吸着量は、温度が上昇するにつれて減少するという特性がある。
【００２５】
図１に戻り説明を続ける。本実施形態の触媒１２はさらに、反応促進機能として、酸素吸蔵機能（ＯＳＣ、Oxygen Storage capacity）を有している。酸素吸蔵機能は、触媒１２に、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の希土類金属酸化物を助触媒成分として担持させることにより実現できる。触媒１２が酸素吸蔵機能を有することで、触媒１２の三元触媒機能による反応を促進することができる。なお、触媒１２の酸素吸蔵機能は省略してもよい。
【００２６】
混合比取得部１４は、触媒１２より下流側における内燃機関２２からの排気（排出ガス）の酸素（Ｏ2）濃度（すなわち混合比）を取得する。混合比取得部１４は、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。混合比取得部１４は「混合比取得部」に相当する。
【００２７】
図３は、制御部１１における制御手順の一例を示すフローチャートである。図３の制御は、排気浄化装置１０の状態を監視すると共に、触媒１２に吸着されたアンモニアを除去するための制御である。
【００２８】
ステップＳ１において制御部１１は、開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件としては種々の条件を利用でき、例えば、内燃機関２２の始動を開始条件とできる。ステップＳ２において制御部１１は、混合比取得部１４によって取得された触媒１２より下流側の排気の混合比を取得する。
【００２９】
ステップＳ３において制御部１１は、取得した混合比によって処理を切り替える。具体的には、制御部１１は、混合比が量論近傍の一定範囲にある場合（ステップＳ３：量論）、処理をステップＳ５へ遷移させる。一定範囲は予め定められている。制御部１１は、混合比が量論近傍の一定範囲よりも過濃側にある場合（ステップＳ３：過濃）、処理をステップＳ４へ遷移させ、量論近傍の一定範囲よりも希薄側にある場合（ステップＳ３：希薄）、処理をステップＳ６へ遷移させる。
【００３０】
ステップＳ４において制御部１１は、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更させる。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する。これにより、触媒１２及の上流側における排気の混合比も希薄へと変更される。
【００３１】
ステップＳ５において制御部１１は、内燃機関２２の混合比を現状のまま維持させる。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を維持する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へ送信する、または、燃焼状態制御部２１へと指示信号を送信しない。これにより、触媒１２の上流側における排気の混合比も、現状のまま維持される。
【００３２】
ステップＳ６において制御部１１は、内燃機関２２の混合比を過濃へと変更させる。具体的には、制御部１１は、内燃機関２２の混合比を過濃へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。これにより、触媒１２及の上流側における排気の混合比も過濃へと変更される。
【００３３】
図４は、内燃機関２２の始動後における各部の変化について示す図である。図４（Ａ）は、触媒１２の入口、すなわち、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１の経時的変化を表す。図４（Ｂ）は、触媒１２に吸着されたアンモニアの量ＡＡ１（アンモニア吸着量）の経時的変化を表す。図４（Ｃ）は、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１の経時的変化を表す。図４（Ｄ）は、触媒１２の温度Ｒｔ１の経時的変化を表す。
【００３４】
図５は、触媒１２における反応の概要を示す図である。図５では、排気中の有害物質であるアンモニア、ＮＯｘに加えてさらに、有害物質以外の酸素、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）、水素等についても図示している。以降、図４及び図５を用いて、図３の制御を通じた各部の変化について説明する。
【００３５】
内燃機関２２が始動された時刻ｔ０から、触媒１２の温度Ｒｔ１が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２までの区間ｒ１（図３、ステップＳ１〜Ｓ３：量論）：
【００３６】
図４（Ｃ）に示すように、内燃機関２２が始動された時刻ｔ０から、始動直後の時刻ｔ１までの間は、内燃機関２２における未燃アンモニア量が多いことに起因して、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１が急増している。その後、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、内燃機関２２における燃焼が安定することから、排気中のアンモニアの量ＣＡ１は徐々に減少する。なお、混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示すように量論である。
【００３７】
このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、活性化温度Ｔｈ１未満である。ここで、活性化温度Ｔｈ１は、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２での酸化還元反応が活発化する下限温度を意味する。このため、触媒１２によるアンモニアの酸化及びＮＯｘの還元が十分に進行せず、触媒１２に流入した排気中のアンモニアはほぼ全て、図５（Ａ）に示すように、触媒１２が有するアンモニア吸着機能によって触媒１２に吸着される。この結果、図４（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は徐々に増加していく。一方、触媒１２に流入した排気中のＮＯｘは、図５（Ａ）に示すように、触媒１２を通過し、排気浄化装置１０から排出される。
【００３８】
このように、内燃機関の始動直後等、触媒１２が活性化温度Ｔｈ１に達する前の区間ｒ１においては、アンモニア吸着機能によって触媒１２に排気中のアンモニアを吸着させることで、アンモニアの排出を抑制できる（図５（Ａ））。
【００３９】
触媒１２の温度Ｒｔ１が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２から、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ３までの区間ｒ２（図３、ステップＳ３：量論）：
【００４０】
図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１はほぼ一定である。このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、活性化温度Ｔｈ１以上である。このため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図５（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。なお、触媒１２に流入した排気での酸化・還元反応が均衡していることから、触媒１２に吸着されているアンモニアが酸化される量は少ない。このため、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は、図４（Ｂ）に示すようにほぼ変化しない。
【００４１】
また、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が生じ始める脱離開始温度Ｔｈ２未満であるため、アンモニアの脱離は生じない。このため、混合比取得部１４により取得される混合比（触媒１２より下流側における排気の混合比）は、量論のままであり（図３、ステップＳ３：量論）、図３のステップＳ５により、混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示す量論に維持される。
【００４２】
このように、触媒１２の温度Ｒｔ１が活性化温度Ｔｈ１に達した後であって脱離開始温度Ｔｈ２を超えるまでの区間ｒ２においては、触媒１２の上流側における排気の混合比が量論であるため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２において、排気中のアンモニア及び／または吸着されているアンモニアを酸化反応させると共に、排気中のＮＯｘを還元反応させることができ、アンモニアの排出を抑制できる（図５（Ｂ））。
【００４３】
触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ３から、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離完了温度Ｔｈ３を超える時刻ｔ４までの区間ｒ３（図３、ステップＳ３：過濃）：
【００４４】
図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけても、内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１はほぼ一定である。このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が生じ始める脱離開始温度Ｔｈ２以上である。このため、図５（Ｃ）に示すように、触媒１２からは脱離したアンモニアが排出され、混合比取得部１４により取得される混合比（触媒１２より下流側における排気の混合比）は、過濃となる（図３、ステップＳ３：過濃）。このため、図３のステップＳ４によって、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示す希薄へと変更される。
【００４５】
触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１が希薄へと変更されると、触媒１２には、酸素を多く含んだ排気が流れ込む。このため、触媒１２では、図５（Ｄ）に示すように、触媒１２に流入する排気中のアンモニアの酸化反応に加えてさらに、触媒１２に吸着されているアンモニアの酸化反応が盛んに進行する。同時に、排気中のＮＯｘの還元反応も進行する。このように、触媒１２での酸化作用でアンモニアが消費されることに伴い、図４（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は徐々に減少する。
【００４６】
このように、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離開始温度Ｔｈ２に達した後であって脱離完了温度Ｔｈ３を超えるまでの区間ｒ３においては、触媒１２からのアンモニアの脱離に応じて、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は、量論から希薄へと変更される。このため、増加した排気中の酸素によって、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。
【００４７】
触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離完了温度Ｔｈ３を超える時刻ｔ４以降の区間ｒ４（図３、ステップＳ３：量論）：
【００４８】
図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４以降においても内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ１はほぼ一定である。このとき、図４（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ１は、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が完了する脱離完了温度Ｔｈ３以上であるため、触媒１２からはこれ以上アンモニアの脱離が生じない。このため、混合比取得部１４により取得される混合比（触媒１２より下流側における排気の混合比）は、量論または希薄となる（図３、ステップＳ３：量論または希薄）。
【００４９】
触媒１２の下流側における排気の混合比が量論である場合（ステップＳ３：量論）、図３のステップＳ５により、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は、図４（Ａ）に示すように、量論に維持される。一方、触媒１２の下流側における排気の混合比が希薄である場合（ステップＳ３：希薄）、図３のステップＳ６により、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１は一旦過濃へと変更され、その後、ステップＳ２以降のフィードバック処理を繰り返すことによって、触媒１２の下流側における排気の混合比は、量論に維持される。すると、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図５（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。なお、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ１は、図４（Ｂ）に示すように増加しない。
【００５０】
このように、触媒１２の温度Ｒｔ１が脱離完了温度Ｔｈ３に達した後の区間ｒ４においては、触媒１２の下流側における排気の混合比を量論に維持するように触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１を変更させることで、触媒１２における三元触媒機能の低下を抑制すると共に、アンモニアの排出を抑制できる（図５（Ｂ））。
【００５１】
なお、内燃機関２２が停止され、触媒１２が例えば常温（活性化温度よりも低い温度）に戻った後、再び内燃機関２２が始動された後においても、触媒１２に蓄積されたアンモニアは除去されているため、図３〜図５で説明した処理を繰り返し実施できる。
【００５２】
以上のように、第１実施形態の排気浄化装置１０では、内燃機関２２の始動直後から停止までの終始に亘って、排気浄化装置１０からのアンモニアの排出を抑制できる。また、制御部１１は、触媒１２からのアンモニアの脱離に応じて、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ１を希薄へと変更することで、触媒１２に吸着されているアンモニアを除去することができるため、図５に示す繰り返し動作を実現できる。さらに、第１実施形態の排気浄化装置１０によれば、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒１２によって、排気浄化装置１０の構成を簡易化すると共に、排気浄化装置１０を小型化できる。
【００５３】
また、第１実施形態の排気浄化装置１０において、制御部１１は、混合比取得部１４により取得された排気の混合比（触媒１２の下流側における排気の混合比）が過濃である場合は、図５（Ｃ）で説明したように、触媒１２に吸着されているアンモニアの脱離が発生したとみなして、触媒１２の上流側における排気の混合比を量論から希薄へと変更させる（図３、ステップＳ４）。これにより、排気浄化装置１０では、増加した排気中の酸素によって、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる（図５（Ｄ））。
【００５４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、第１実施形態と同じ触媒１２（三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒）を用いて、第１実施形態とは異なる制御で、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去する構成について説明する。以降では、第１実施形態と異なる構成及び動作を有する部分について説明する。
【００５５】
図６は、第２実施形態のエンジンシステム１ａの概略図である。エンジンシステム１ａの排気浄化装置１０ａは、混合比取得部１４に代えて、第２混合比取得部１５と温度取得部１６とを備える。第２混合比取得部１５は、触媒１２より上流側における内燃機関２２からの排気の酸素濃度（混合比）を取得する。第２混合比取得部１５は、例えば、排気管１９に設けられた酸素センサやアンモニアセンサによって測定された測定信号を取得することで実現できる。第２混合比取得部１５は「第２混合比取得部」に相当する。温度取得部１６は、触媒１２の温度を測定するセンサであり、本実施形態では、触媒１２の触媒内の温度（いわゆる床温）を測定する。なお、温度取得部１６は、触媒１２の床温に代えて触媒１２の出入口近傍における温度を測定してもよい。温度取得部１６は「温度取得部」に相当する。
【００５６】
排気浄化装置１０ａはさらに、制御部１１に代えて制御部１１ａを備える。制御部１１ａは、第２混合比取得部１５及び温度取得部１６から取得された各取得値を表す信号を受信する。制御部１１ａは、受信した各取得値を用いて後述する制御（図７）を実行し、内燃機関２２の混合比を切り替えることによって、触媒１２の上流側における排気の混合比を切り替える。
【００５７】
図７は、第２実施形態の制御部１１ａにおける制御手順の一例を示すフローチャートである。図７の制御は、排気浄化装置１０ａの状態を監視すると共に、触媒１２に吸着されたアンモニアを除去するための制御である。
【００５８】
ステップＳ１１において制御部１１ａは、開始条件が成立したか否かを判定する。開始条件としては種々の条件を利用でき、例えば、以下の条件ａ１，ａ２のうち少なくとも１つ以上を利用できる。以降の説明では、条件ａ１を採用する場合を例示して説明する。
【００５９】
（ａ１）内燃機関２２が始動した場合：制御部１１ａは、内燃機関２２の始動を検出した場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、内燃機関２２の始動直後において触媒１２に吸着されたアンモニアを除去したい場合に有用である。
（ａ２）前回の制御から一定時間が経過した場合：制御部１１ａは、例えば、前回ステップＳ１６を実行してから任意に定めた一定時間が経過した場合、開始条件が成立したと判定する。本条件は、触媒１２に吸着されたアンモニアを定期的に除去したい場合に有用である。
【００６０】
ステップＳ１１の開始条件が成立していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１１へ遷移させ、開始条件の成立を監視する。一方、開始条件が成立した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）制御部１１ａは、処理をステップＳ１２へ遷移させる。
【００６１】
ステップＳ１２において制御部１１ａは、温度取得部１６から触媒１２の温度を取得する。ステップＳ１３において制御部１１ａは、取得した触媒１２の温度が、触媒１２の活性化温度を超えたか否かを判定する。触媒１２の温度が活性化温度を超えていない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１２へ遷移させ、ＳＣＲ触媒１３の温度を監視する。一方、ＳＣＲ触媒１３の温度が活性化温度を超えた場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１４へ遷移させる。
【００６２】
ステップＳ１４において制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更させる。具体的には、制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を希薄へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を量論から希薄へと変更する。これにより、触媒１２の上流側における排気の混合比も、量論から希薄へと変更される。
【００６３】
ステップＳ１５において制御部１１ａは、終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件としては種々の条件を利用でき、例えば、以下の条件ｂ１、ｂ１−１のいずれかを利用できる。以降の説明では、条件ｂ１−１を採用する場合を例示して説明する。
【００６４】
（ｂ１）混合気を希薄としてから一定時間が経過した場合：制御部１１ａは、ステップＳ１４において内燃機関２２の混合気を希薄とさせてから一定時間が経過した場合、終了条件が成立したと判定する。この一定時間は任意に定めることができ、例えば、触媒１２において吸着可能なアンモニアの全量がＮＯｘの還元作用で消費されるまでの時間とできる。
（ｂ１−１）触媒１２に吸着されたアンモニアの除去が完了した場合：制御部１１ａは、条件ｂ１の「一定時間」を次のようにして求めることで、終了条件を、触媒１２に吸着されたアンモニアの除去が完了した場合としてもよい。制御部１１ａは、まず、温度取得部１６により取得された触媒１２の温度と、第２混合比取得部１５により取得された排気の混合比とから、予め実験等により求めた算出式やマップ等を用いて、触媒１２に吸着されているアンモニアの量を推定する。制御部１１ａは、推定した量のアンモニアがＮＯｘの還元作用で消費されるまでの時間（消費時間）を求め、求めた消費時間を「一定時間」とする。
【００６５】
ステップＳ１５の終了条件が成立していない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１５へ遷移させ、終了条件の成立を監視する。この間、触媒１２の上流側における排気の混合比は希薄のまま維持される。一方、終了条件が成立した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御部１１ａは、処理をステップＳ１６へ遷移させる。
【００６６】
ステップＳ１６において制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を希薄から量論へと変更させる。具体的には、制御部１１ａは、内燃機関２２の混合比を量論へと変更する旨の指示信号を燃焼状態制御部２１へと送信する。指示信号を受信した燃焼状態制御部２１は、内燃機関２２に対する空気及び燃料供給量を変更することで、内燃機関２２の混合比を希薄から量論へと変更する。これにより、触媒１２の上流側における排気の混合比も、希薄から量論へと変更される。ステップＳ１６の終了後、制御部１１ａは、処理をステップＳ１１へと遷移させ、再び開始条件が成立するまで待機する。この結果、再び開始条件が成立するまでの間は、触媒１２の上流側における排気の混合比は量論のまま維持される。
【００６７】
図８は、内燃機関２２の始動後における各部の変化について示す図である。図９は、触媒１２における反応の概要を示す図である。図８（Ａ）は、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２の経時的変化を、図８（Ｂ）は、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２の経時的変化を、図８（Ｃ）は、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ２の経時的変化を、図８（Ｄ）は、触媒１２の温度Ｒｔ２の経時的変化を、それぞれ表す。以降、図８及び図９を用いて、図７の制御を通じた各部の変化について説明する。
【００６８】
内燃機関２２が始動された時刻ｔ０から、触媒１２の温度Ｒｔ２が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２までの区間ｒ１（図７、ステップＳ１１〜Ｓ１３：ＮＯ）：第１実施形態の区間ｒ１と同じである。
【００６９】
触媒１２の温度Ｒｔ２が活性化温度Ｔｈ１を超える時刻ｔ２から、触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ４までの区間ｒ２（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）：
【００７０】
図８（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、内燃機関２２における燃焼が安定しているため、触媒１２の上流側における排気中のアンモニアの量ＣＡ２はほぼ一定である。このとき、図８（Ｄ）に示すように、触媒１２の温度Ｒｔ２が活性化温度Ｔｈ１以上となるため（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）、図７のステップＳ１４によって、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２は、量論から希薄へと変更される。
【００７１】
ここで、実際に排気の混合比ＭＲ２が希薄へと遷移する前の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間においては、図８（Ａ）に示すように、排気の混合比ＭＲ２は未だ量論である。このため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図９（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。また、触媒１２に流入した排気での酸化・還元反応が均衡していることから、触媒１２に吸着されているアンモニアが酸化される量は少なく、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２は、図８（Ｂ）に示すようにほぼ変化しない。
【００７２】
その後、図８（Ａ）に示すように、排気の混合比ＭＲ２が希薄へと遷移した後の時刻ｔ３から時刻ｔ４の間においては、触媒１２には、酸素を多く含んだ排気が流れ込む。このため、触媒１２では、図９（Ｃ）に示すように、触媒１２に流入する排気中のアンモニアの酸化反応に加えてさらに、触媒１２に吸着されているアンモニアの酸化反応が盛んに進行する。同時に、排気中のＮＯｘの還元反応も進行する。このように、触媒１２での酸化作用でアンモニアが消費されることに伴い、図８（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２は徐々に減少する。
【００７３】
触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離開始温度Ｔｈ２を超える時刻ｔ４から、触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離完了温度Ｔｈ３を超える時刻ｔ６までの区間ｒ３（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）：
【００７４】
ここで、時刻ｔ４から、終了条件が成立する前（図７、ステップＳ１５：ＮＯ）の時刻ｔ５の間においては、図８（Ａ）に示すように、排気の混合比ＭＲ２は未だ希薄である。このため、触媒１２では、図９（Ｃ）に示すように、触媒１２に流入する排気中のアンモニアの酸化反応と、吸着されているアンモニアの酸化反応と、排気中のＮＯｘの還元反応とがそれぞれ進行し、図８（Ｂ）に示すように、触媒１２におけるアンモニア吸着量ＡＡ２は継続して減少し続ける。この結果、触媒１２に吸着されているアンモニアは除去される。
【００７５】
その後、時刻ｔ５から、終了条件が成立した後（図７、ステップＳ１５：ＹＥＳ）の時刻ｔ６の間においては、図７のステップＳ１６によって、排気の混合比ＭＲ２が量論へと変更される（図８（Ａ））。このため、触媒１２が有する三元触媒機能によって、触媒１２におけるアンモニアの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが進行し、触媒１２に流入した排気中のアンモニアとＮＯｘとは、図９（Ｂ）に示すように、触媒１２においてそれぞれ浄化され、排出されない。
【００７６】
以上のように、第２実施形態の排気浄化装置１０ａにおいても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、内燃機関２２の始動直後から停止までの終始に亘って、排気浄化装置１０ａからのアンモニアの排出を抑制できると共に、三元触媒機能及びアンモニア吸着機能を有する触媒１２によって、排気浄化装置１０ａの構成を簡易化し、排気浄化装置１０ａを小型化できる。
【００７７】
また、第２実施形態の排気浄化装置１０ａでは、触媒１２の温度Ｒｔ２が脱離開始温度Ｔｈ２に達する前に、触媒１２に吸着されたアンモニアの全量を除去することができる。
【００７８】
さらに、制御部１１ａは、触媒１２の活性化温度Ｔｈ１に応じて、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を希薄へと変更する。具体的には、制御部１１ａは、触媒１２の温度が活性化温度Ｔｈ１を超えた場合（図７、ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、触媒１２によるアンモニアの酸化が可能になったとみなして、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を量論から希薄へと変更させる（図７、ステップＳ１４）ことで、増加した排気中の酸素によって、触媒１２に吸着されているアンモニアを酸化し除去することができる。この結果、本実施形態の排気浄化装置１０ａによっても、図９に示す繰り返し動作を実現できる。
【００７９】
さらに、第２実施形態の制御部１１ａは、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を希薄へと変更させて（図７、ステップＳ１４）触媒１２によるアンモニアの酸化反応を進めた後、一定時間の経過後に、混合比ＭＲ２を量論へと変更させる（図７、ステップＳ１６）ことで、触媒１２よるアンモニアの酸化反応及びＮＯｘの還元反応を継続することができる。また、ステップＳ１５の終了条件として条件ｂ１−１を採用すれば、制御部１１ａは、触媒１２の温度と排気の混合比とを用いて触媒１２に吸着されているアンモニアの量を推定することができ、触媒１２の上流側における排気の混合比ＭＲ２を希薄に維持させる一定時間を、推定した量のアンモニアが酸化されるまでの間とすることで、触媒１２に吸着されているアンモニアの除去を完了させることができる。
【００８０】
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８１】
［変形例１］
上記実施形態では、エンジンシステムの構成の一例を示した。しかし、エンジンシステムの構成は種々の変形が可能である。例えば、エンジンシステムは、図示しない他の装置（例えば、三元触媒やＳＣＲ触媒の状態を監視する装置等）を備えていてもよい。
【００８２】
［変形例２］
上記実施形態では、排気浄化装置の構成の一例を示した。しかし、排気浄化装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、排気浄化装置は、第１実施形態で説明した混合比取得部と、第２実施形態で説明した第２混合比取得部及び温度取得部との両方を備え、図３で説明した制御と、図７で説明した制御との両方を並列に実行する制御部を備えていてもよい。例えば、排気浄化装置には、三元触媒（Three-Way Catalyst）、ＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction catalyst）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒：NOx Storage Reduction catalyst）、酸化触媒（ＤＯＣ触媒：Diesel Oxidation Catalyst）、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）等、機能が異なる様々な触媒をさらに配置してもよい。これら各種触媒の配置は、任意に決定できる。
【００８３】
［変形例３］
上記実施形態では、制御部による制御の一例を示した。しかし、制御部による制御は種々の変形が可能である。例えば、図３のステップＳ１〜Ｓ６のうちの一部は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。同様に、図７のステップＳ１１〜Ｓ１６のうちの一部は省略してもよく、他のステップを追加して実行してもよい。例えば、ステップＳ１やＳ１１において例示した開始条件や、ステップ１５において例示した終了条件はあくまで一例であり、種々の条件を採用できる。例えば、図３で説明した混合比のフィードバック制御は、省略してもよい。例えば、図７で説明した混合比を量論へ戻す制御は、省略してもよい。
【００８４】
例えば、図３のステップＳ２及びＳ３では、混合比取得部により取得された混合比に代えて、燃焼状態制御部から受信した信号等を用いて推定した混合比を用いてもよい。例えば、図７のステップＳ１２及びＳ１３では、温度取得部により取得された温度に代えて、燃焼状態制御部から受信した信号や、排気管上に設けられた排気温取得部により取得された排気の温度を用いて推定した触媒の温度を用いてもよい。
【００８５】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１，１ａ…エンジンシステム
１０，１０ａ…排気浄化装置
１１，１１ａ…制御部
１２…触媒
１４…混合比取得部
１５…第２混合比取得部
１６…温度取得部
１９…排気管
２０…燃焼装置
２１…燃焼状態制御部
２２…内燃機関
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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