(57)【要約】【課題】触媒の性能低下を回復しつつ、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる水素燃料エンジンの排気浄化システムを提供する。【解決手段】水素燃料エンジン２の排気浄化システム１は、アンモニアを生成可能な排気管３内の第１触媒３１、及びアンモニアによってＮＯｘを還元可能な排気管３内の第２触媒３２と、エンジン制御装置５とを備える。空燃比制御部５１は通常は水素リッチ制御を行う。空燃比制御部５１は、性能低下推定部５６による還元性能低下度が許容低下度以上になったことを条件にして、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、及び前記第２触媒における窒素酸化物の還元性能低下度を推定する性能低下推定部（５６）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記性能低下推定部による還元性能低下度が許容低下度以上になっていることを条件に前記水素リッチ制御から切り換えられ、前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）。
【請求項２】
前記性能低下推定部は、前記水素リッチ制御を開始してからの経過時間、前記水素リッチ制御を行うときの前記空燃比、前記第２触媒から流出する窒素酸化物の濃度もしくは流出推定量、及び前記第１触媒から流出する窒素酸化物の濃度もしくは流出推定量のうちの少なくとも１つを用いて前記還元性能低下度を推定する、請求項１に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。
【請求項３】
前記性能低下推定部は、前記水素リッチ制御を開始してからの経過時間、前記水素リッチ制御を行うときの前記空燃比、前記第２触媒から流出する窒素酸化物の濃度もしくは流出推定量、及び前記第１触媒から流出する窒素酸化物の濃度もしくは流出推定量のうちの少なくとも１つと、前記第２触媒に吸着されたアンモニアの吸着推定量とを用いて前記還元性能低下度を推定する、請求項１に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。
【請求項４】
前記エンジン制御装置は、前記排気管内の前記第２触媒に酸素を供給して、前記第２触媒の還元性能を回復させるための酸素供給部（５７）をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。
【請求項５】
前記水素燃料エンジンは、複数の気筒（２１）を有するレシプロエンジンであり、
前記酸素供給部は、前記水素リーン制御を行うとき、又は前記水素リーン制御を行うときであって前記性能低下推定部による前記還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときに、複数の前記気筒における少なくとも１つの気筒の燃焼を停止することにより、当該燃焼が停止された気筒から前記排気管に燃焼用空気（Ａ）を供給するよう構成されている、請求項４に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。
【請求項６】
前記酸素供給部は、前記排気管内における、前記第２触媒よりも前記排気ガスの流れの上流側の位置に配置された、前記第２触媒に空気を供給する空気供給装置（６）を用いて構成されており、
前記酸素供給部は、前記水素リーン制御を行うとき、又は前記水素リーン制御を行うときであって前記性能低下推定部による前記還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときに、前記空気供給装置を用いて前記第２触媒に空気（Ｋ）を供給するよう構成されている、請求項４に記載の水素燃料エンジンの排気浄化システム。
【請求項７】
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、前記第２触媒における窒素酸化物の還元性能低下度を推定する性能低下推定部（５６）、及び前記排気管内の前記第２触媒に酸素を供給して、前記第２触媒の還元性能を回復させるための酸素供給部（５７）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されており、
前記酸素供給部は、前記水素リーン制御を行うときであって前記性能低下推定部による前記還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときに、前記第２触媒に酸素を供給するよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）。
【請求項８】
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、及び前記排気管内の前記第２触媒に酸素を供給して、前記第２触媒の還元性能を回復させるための酸素供給部（５７）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されており、
前記酸素供給部は、前記水素リーン制御を複数回行うときの少なくともいずれかの前記水素リーン制御において、前記第２触媒に酸素を供給するよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素燃料エンジンの排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料として用いる水素燃料エンジンにおいては、炭化水素を燃料として用いるガソリンエンジンと同様の構造を有するエンジンが利用される。ただし、水素燃料エンジンにおいては、燃料に水素が用いられることにより、水素の燃焼後に生じる排気ガスは、ガソリンエンジンの場合と異なる。また、水素燃料エンジンから排気される排気ガスには、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が含まれない一方、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれる。
【０００３】
水素燃料エンジンに関するものではないが、特許文献１の内燃機関の制御装置においては、ＮＯｘを吸蔵する吸蔵還元型触媒と、アンモニアを吸蔵する選択還元型触媒とを排気管に配置して、排気管から大気へのＮＯｘ及びアンモニアの放出量を抑制する工夫がなされている。吸蔵還元型触媒は、内燃機関の空燃比を理論空燃比よりも燃料リーン側にしたときの排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵し、内燃機関の空燃比を燃料リッチ側にしたときに、吸蔵したＮＯｘを放出して、このＮＯｘをアンモニアに還元する。一方、選択還元型触媒は、排気ガスに含まれるアンモニアを吸蔵するとともに、吸蔵したアンモニアによってＮＯｘを還元する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３７２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の内燃機関の制御装置は、ディーゼルエンジンに用いられるものであり、水素燃料エンジンに用いられるものではない。ディーゼルエンジン等の炭化水素を燃料として用いるエンジンの場合には、排気ガスに水素が含まれることはない。
【０００６】
一方、水素燃料エンジンにおいては、窒素酸化物の排出量を減らすためには、水素燃料エンジンの空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりも燃料リッチ側にして、燃焼運転することが考えられる。ただし、この場合には、排気ガスに含まれる水素の量が増加することになる。よって、水素燃料エンジンにおいて、排気ガスに含まれる水素を利用して、窒素酸化物の大気への放出を効果的に抑制するためには、排気管に配置される触媒の用い方に工夫が必要である。また、この場合には、触媒の性能低下を回復するための工夫も必要であることが判明した。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、触媒の性能低下を回復しつつ、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる水素燃料エンジンの排気浄化システムを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様は、
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、及び前記第２触媒における窒素酸化物の還元性能低下度を推定する性能低下推定部（５６）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記性能低下推定部による還元性能低下度が前記許容低下度以上になっていることを条件に前記水素リッチ制御から切り換えられ、前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）にある。
【０００９】
本発明の第２態様は、
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、前記第２触媒における窒素酸化物の還元性能低下度を推定する性能低下推定部（５６）、及び前記排気管内の前記第２触媒に酸素を供給して、前記第２触媒の還元性能を回復させるための酸素供給部（５７）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されており、
前記酸素供給部は、前記水素リーン制御を行うときであって前記性能低下推定部による前記還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときに、前記第２触媒に酸素を供給するよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）にある。
【００１０】
本発明の第３態様は、
水素を燃料として用いる水素燃料エンジン（２）の排気管（３）に構成され、
前記排気管内に配置され、窒素酸化物を還元する性質を有するとともに、前記水素燃料エンジンから前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いてアンモニアを生成する性質を有する第１触媒（３１）と、
前記排気管内における、前記第１触媒よりも排気ガス（Ｇ）の流れの下流側の位置に配置され、前記第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いて窒素酸化物を還元する性質を有する第２触媒（３２）と、
前記水素燃料エンジンにおける、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整する空燃比制御部（５１）、及び前記排気管内の前記第２触媒に酸素を供給して、前記第２触媒の還元性能を回復させるための酸素供給部（５７）を有するエンジン制御装置（５）と、を備え、
前記空燃比制御部は、
前記空燃比を、前記水素と前記燃焼用空気中の酸素とが過不足なく燃焼する理論空燃比又は前記理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、前記排気管に排気される水素及び窒素酸化物を用いて前記第１触媒において生成されたアンモニアを前記第２触媒に吸着する水素リッチ制御と、
前記空燃比を、前記理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、前記第１触媒を通過する窒素酸化物を前記第２触媒に吸着されたアンモニアによって還元する水素リーン制御と、を交互に繰り返し行うよう構成されており、
前記酸素供給部は、前記水素リーン制御を複数回行うときの少なくともいずれかの前記水素リーン制御において、前記第２触媒に酸素を供給するよう構成されている、水素燃料エンジンの排気浄化システム（１）にある。
【発明の効果】
【００１１】
（第１態様の水素燃料エンジンの排気浄化システム）
前記第１態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムにおいては、水素燃料エンジンから排気される水素を利用して、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を効果的に浄化する工夫をしている。具体的には、水素燃料エンジンから排気ガスが排気される排気管に、ＮＯｘを還元する性質を有する第１触媒と、アンモニアを吸着する性質を有する第２触媒とを配置している。
【００１２】
そして、第１触媒においては、ＮＯｘが分解されて還元されるときに生じる窒素を、水素との反応に用いて、アンモニアを生成することができる。また、第２触媒においては、第１触媒から流れ込むアンモニアを吸着し、このアンモニアを、第１触媒から流れ込むＮＯｘを還元するために用いることができる。
【００１３】
そのため、空燃比制御部によって水素リッチ制御と水素リーン制御とを繰り返し行い、水素燃料エンジンから排気管へ、水素が多く排気されるタイミングとＮＯｘが多く排気されるタイミングとを適切にコントロールすることにより、水素を利用して、第２触媒から大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、発明者の研究開発により、水素リッチ制御を継続して行うときには、第２触媒における触媒成分の劣化が生じ、第２触媒における窒素酸化物の還元性能が低下することが判明した。そこで、エンジン制御装置に、第２触媒における窒素酸化物の還元性能低下度を推定する性能低下推定部を設け、空燃比制御部は、性能低下推定部による還元性能低下度が許容低下度以上になっていることを条件として、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換えるようにしている。これにより、第２触媒における触媒成分に劣化が生じたと推定されるときには、この触媒成分における劣化を回復させ、第２触媒における窒素酸化物の還元性能を回復させることができる。
【００１５】
前記第１態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムによれば、第２触媒の性能低下を回復しつつ、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。
【００１６】
（第２態様の水素燃料エンジンの排気浄化システム）
前記第２態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムにおいては、性能低下推定部による第２触媒の還元性能低下度が、酸素供給部によって第２触媒へ酸素を供給するか否かの判定のために用いられる。そして、空燃比制御部による水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えは、所定時間の経過等の別の尺度に基づいて行われる。
【００１７】
水素リーン制御を行うだけでは第２触媒へ十分な酸素を供給できない場合に、酸素供給部を用いることが有効である。本態様においては、酸素供給部を用いることによって、第２触媒に生じる還元性能の低下を、より効果的に回復させることができる。また、本態様においては、水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えとは別に、性能低下推定部による第２触媒への酸素の供給の必要性を判定することができる。そのため、第２触媒へ酸素を供給するタイミングをより適切に設定できる場合がある。
【００１８】
第２態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムによっても、第２触媒の性能低下を回復しつつ、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。
【００１９】
（第３態様の水素燃料エンジンの排気浄化システム）
前記第３態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムにおいては、性能低下推定部を用いずに、酸素供給部から第２触媒へ酸素を供給するタイミングを決定する。また、空燃比制御部による水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えは、所定時間の経過等の別の尺度に基づいて行われる。
【００２０】
本態様においては、第２触媒の還元性能が低下したか否かを判定せずに、水素リーン制御を複数回行うときの少なくともいずれかの水素リーン制御において、第２触媒に酸素を供給する。そのため、エンジン制御装置の構成を簡単にすることができる。また、水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えとは別に、定期的なタイミングで第２触媒へ酸素を供給して、第２触媒の還元性能の低下を回復させることができる。
【００２１】
第３態様の水素燃料エンジンの排気浄化システムによっても、第２触媒の性能低下を回復しつつ、排気ガスに含まれる水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。
【００２２】
なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施形態１にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図２】図２は、実施形態１にかかる、水素燃料エンジンにおける空燃比が理論空燃比にあるときの、第１触媒の温度と、第１触媒から流出するアンモニアの濃度との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、実施形態１にかかる、水素リッチ制御を開始してからの経過時間及び空燃比と第２触媒の還元性能低下度との関係を模式的に示すグラフである。
【図４】図４は、実施形態１にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態１にかかる、（ａ）水素燃料エンジンにおける空燃比の変化、（ｂ）第２触媒におけるアンモニアの吸着推定量の変化、（ｃ）第２触媒における還元性能低下度の変化を模式的に示すグラフである。
【図６】図６は、実施形態１にかかる、第１触媒の温度が４００℃である場合について、水素燃料エンジンにおける空燃比と、第１触媒の、排気ガスの流れの下流側におけるアンモニア、ＮＯｘ及びＮ2Ｏの各濃度との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施形態２にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図８】図８は、実施形態２にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施形態３にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態３にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、実施形態４にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態４にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、実施形態４にかかる、（ａ）水素燃料エンジンにおける空燃比の変化、（ｂ）第２触媒におけるアンモニアの吸着推定量の変化、（ｃ）第２触媒へ酸素を供給するタイミング、（ｄ）第２触媒における還元性能低下度の変化を模式的に示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施形態５にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態６にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図１６】図１６は、実施形態６にかかる、排気浄化システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、実施形態７にかかる、排気浄化システムの構成を示す説明図である。
【図１８】図１８は、実施形態７にかかる、（ａ）水素燃料エンジンにおける空燃比の変化、（ｂ）第２触媒におけるアンモニアの吸着推定量の変化、（ｃ）第２触媒へ酸素を供給するタイミング、（ｄ）第２触媒における還元性能低下度の変化を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
前述した水素燃料エンジンの排気浄化システムにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１は、図１に示すように、水素を燃料として用いる水素燃料エンジン２の排気管３に構成されている。排気浄化システム１は、排気管３内に配置された第１触媒３１と、排気管３内における、第１触媒３１よりも排気ガスＧの流れの下流側の位置に配置された第２触媒３２とを備える。第１触媒３１は、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を還元する性質を有するとともに、水素燃料エンジン２から排気管３に排気される水素（Ｈ2）及びＮＯｘを用いてアンモニア（ＮＨ3）を生成する性質を有する。第２触媒３２は、第１触媒３１から流れ込むアンモニアを吸着する性質を有するとともに、アンモニアを用いてＮＯｘを還元する性質を有する。
【００２５】
また、排気浄化システム１は、空燃比制御部５１及び性能低下推定部５６を有するエンジン制御装置５を備える。空燃比制御部５１は、水素燃料エンジン２における、水素の質量に対する燃焼用空気の質量の比である空燃比を調整するよう構成されている。性能低下推定部５６は、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能低下度を推定するよう構成されている。
【００２６】
空燃比制御部５１は、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比又は理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にして、水素燃料エンジン２の燃焼運転を行う水素リッチ制御と、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にして、水素燃料エンジン２の燃焼運転を行う水素リーン制御とを、繰り返し行うよう構成されている。ここで、理論空燃比とは、燃料としての水素と燃焼用空気中の酸素とが過不足なく完全燃焼する空燃比のことをいう。
【００２７】
水素燃料エンジン２の燃焼運転が行われる通常時には、空燃比制御部５１による水素リッチ制御が行われる。水素リッチ制御が行われるときには、排気管３に排気される水素及びＮＯｘが用いられて第１触媒３１においてアンモニアが生成され、このアンモニアが第２触媒３２に吸着される。
【００２８】
水素リッチ制御が行われるときに、性能低下推定部５６による還元性能低下度が許容低下度以上になったことを条件にして、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換わり、空燃比制御部５１による水素リーン制御が行われる。水素リーン制御が行われるときには、第１触媒３１を通過するＮＯｘが、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによって還元される。このとき、第２触媒３２に吸着されたアンモニアが減少する。
【００２９】
以下に、本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１について詳説する。
（排気浄化システム１）
図１に示すように、排気浄化システム１は、水素燃料エンジン２から排気される排気ガスＧに含まれるＮＯｘの浄化を、２種類の触媒３１，３２を用いた極めて簡単な構成によって行うものである。水素燃料エンジン２は、自動車に搭載されており、水素自動車を構成する。排気浄化システム１は、水素自動車の水素燃料エンジン２から排気される排気ガスＧを浄化する。
【００３０】
（水素燃料エンジン２）
本形態の水素燃料エンジン２は、複数の気筒２１を有するレシプロエンジン等の内燃機関を構成する。レシプロエンジンは、水素を燃料として燃焼させたときの熱エネルギーをピストンの往復運動に変換するとともに、往復運動を回転運動に変換して力学的エネルギーを取り出すものである。水素燃料エンジン２の燃焼室には、水素と燃焼用空気との混合気が吸気管から吸気され、燃焼室において混合気が圧縮され、燃焼膨張した後に、燃焼後の排気ガスＧが排気管３に排気される。なお、燃焼室には、燃焼用空気が吸気され、水素は燃焼室において直接噴射されてもよい。
【００３１】
水素燃料エンジン２においては、燃料としての水素の質量Ｆに対する燃焼用空気の質量Ａの比を示す空燃比（Ａ／Ｆ）が制御される。水素燃料エンジン２における空燃比が、理論空燃比に比べて水素の比率が高い水素リッチ側の空燃比にあるときには、排気ガスＧ中には水素がより多く含まれる。水素燃料エンジン２における空燃比が、理論空燃比に比べて燃焼用空気の比率が高い水素リーン側の空燃比にあるときには、排気ガスＧ中にはＮＯｘがより多く含まれる。
【００３２】
（第１触媒３１）
図１に示すように、本形態の第１触媒３１は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を浄化可能な三元触媒によって構成されている。三元触媒は、セラミックス等からなる、ハニカム構造等の多孔質の触媒担体に、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の触媒が担持されたものである。三元触媒においては、ＮＯｘが窒素に還元され、炭化水素が水と二酸化炭素に酸化され、一酸化炭素が二酸化炭素に酸化される。
【００３３】
水素燃料エンジン２においては、水素を燃料としているために、排気ガスＧ中に炭化水素及び一酸化炭素は含まれない。一方、排気ガスＧ中には、水素（及びＮＯｘ）が含まれる。第１触媒３１においては、排気ガスＧ中の水素及びＮＯｘが流入し、ＮＯｘが窒素に分解されるときに、水素と窒素との反応によりアンモニアが生成される。また、水素と酸素との反応により、水が生成される。
【００３４】
図２は、水素燃料エンジン２における空燃比が理論空燃比にあるときに、第１触媒３１において生成されるアンモニアの濃度、換言すれば、第１触媒３１の、排気ガスＧの流れの下流側に流出するアンモニアの量を示す。図２に示すように、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量は、第１触媒３１の温度に依存し、第１触媒３１の温度が２００℃付近にあるときに最大となる。そして、第１触媒３１の温度が２００℃を超えて高くなるほど、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量が少なくなる。
【００３５】
第１触媒３１は、複数個が排気管３内に配置されていてもよい。また、第１触媒３１は、第２触媒３２に対する排気管３内の上流側と下流側とに分かれて配置されていてもよい。
【００３６】
（第２触媒３２）
図１に示すように、本形態の第２触媒３２は、アンモニアによってＮＯｘを還元する選択還元触媒によって構成されている。選択還元触媒は、セラミックス、酸化チタン等の多孔質の触媒担体に、Ｃｕゼオライト、Ｆｅゼオライト等の触媒成分が担持されたものである。この触媒成分には、還元剤としてアンモニアが吸着される。選択還元触媒においては、アンモニアを還元剤としてＮＯｘが窒素と水に転換される。
【００３７】
第１触媒３１において生成されたアンモニアは、第２触媒３２へ流入し、第２触媒３２に吸着される。そして、第２触媒３２に吸着されたアンモニアは、ＮＯｘを還元するために用いられる。
【００３８】
第２触媒３２におけるＣｕゼオライトは、Ｃｕイオンがイオン交換によって担持されたゼオライトであり、アンモニアを用いてＮＯｘを還元する際に、２価の銅イオンＣｕ2+が１価の銅イオンＣｕ+になる。Ｃｕゼオライトに規定量以上の酸素が供給される状態においては、２価の銅イオンが維持される。
【００３９】
水素リーン制御が行われるときには、排気ガスＧに酸素が含まれることにより、２価の銅イオンが維持されやすい。しかし、水素リッチ制御が行われるときには、Ｃｕゼオライトに酸素が供給されなくなり、２価の銅イオンが減少して１価の銅イオンが増加する。そして、水素リッチ制御が継続されると、第２触媒３２によるＮＯｘの還元性能が低下する。
【００４０】
そこで、本形態の排気浄化システム１においては、水素リッチ制御を水素リーン制御に定期的に切り換えることにより、第２触媒３２に排気ガスＧに含まれる酸素を供給して、第２触媒３２の還元性能を回復させる。
【００４１】
（空燃比センサ４３）
図１に示すように、排気管３には、排気管３を流れる排気ガスＧに含まれる酸素又は水素の量を電流によって検出して水素燃料エンジン２における空燃比を求める空燃比センサ４３が配置されている。本形態の空燃比センサ４３は、排気管３における、第１触媒３１よりも排気ガスＧの流れの上流側の位置に配置されている。空燃比制御部５１は、空燃比センサ４３による空燃比が目標空燃比になるよう、水素と燃焼用空気との比率を調整するよう構成されている。
【００４２】
（エンジン制御装置５）
図１に示すように、排気浄化システム１は、水素燃料エンジン２における燃焼動作を制御するエンジン制御装置５を備える。エンジン制御装置５は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）とも呼ばれ、水素自動車に搭載されたものである。エンジン制御装置５は、空燃比を調整するために、水素燃料エンジン２の燃焼室に吸気する燃焼用空気の質量と、水素噴射装置から噴射される水素の質量との少なくとも一方を適宜調整する。燃焼室には、水素が直接噴射されてもよく、水素と燃焼用空気との混合気が供給されてもよい。
【００４３】
（空燃比制御部５１）
図１に示すように、エンジン制御装置５は、水素燃料エンジン２における空燃比を調整する空燃比制御部５１を有する。空燃比制御部５１は、水素リッチ制御と水素リーン制御とを交互に繰り返し行うよう構成されている。この構成により、還元剤供給装置等の特別な装置を用いることなく、第１触媒３１において生成されるアンモニアを、第２触媒３２において、ＮＯｘを浄化するために有効に活用することができる。
【００４４】
空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を行うときには、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比又は理論空燃比よりも水素リッチ側の空燃比にする。そして、水素リッチ制御が行われるときには、第１触媒３１においてＮＯｘが還元されるとともに、水素燃料エンジン２から排気管３に排気される水素及びＮＯｘが用いられてアンモニアが生成され、かつ第２触媒３２において、第１触媒３１から流出するアンモニアが吸着される。
【００４５】
水素燃料エンジン２における空燃比が水素リッチ側になるほど、排気ガスＧに含まれるＮＯｘが減少する一方、排気ガスＧに含まれる水素の量が増加し、第１触媒３１において水素を用いて生成されるアンモニアの量が増加する。そのため、空燃比制御部５１は、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量を増加させる場合には、水素燃料エンジン２における空燃比をより水素リッチ側にする。一方、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量を減少させる場合には、水素燃料エンジン２における空燃比をより水素リーン側にする。
【００４６】
空燃比制御部５１が水素リーン制御を行うときには、水素燃料エンジン２における空燃比を、理論空燃比よりも水素リーン側の空燃比にする。そして、水素リーン制御が行われるときには、第１触媒３１においてＮＯｘが浄化（還元）されるとともに、第１触媒３１において浄化されなかったＮＯｘが第１触媒３１を通過する。次いで、第１触媒３１を通過して第２触媒３２に流入するＮＯｘは、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによって浄化（還元）される。第２触媒３２に吸着されたアンモニアは、ＮＯｘとの反応に用いられて減少する。
【００４７】
水素燃料エンジン２における空燃比が水素リーン側になるほど、第１触媒３１におけるアンモニアの生成量が減少する一方、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの量が増加する。そして、水素リーン側になるほど、第１触媒３１においてＮＯｘを浄化しきれず、第１触媒３１から第２触媒３２へＮＯｘが流出する量が増加する。
【００４８】
空燃比制御部５１によって水素リッチ制御が行われるときには、水素燃料エンジン２から排気管３に排気される排気ガスＧに含まれるＮＯｘの量はそれほど多くなく、このＮＯｘの多くは、第１触媒３１において分解されて浄化される。また、第１触媒３１から第２触媒３２に流入して、第２触媒３２に吸着されるアンモニアの量は、時間の経過とともに徐々に増加し、いずれは飽和状態になる。そして、本形態の空燃比制御部５１は、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着量が飽和状態になる前に、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換える。
【００４９】
（性能低下推定部５６）
図１に示すように、本形態の性能低下推定部５６は、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能低下度を推定するために、水素リッチ制御を開始してからの経過時間、及び水素リッチ制御を行うときの水素燃料エンジン２の空燃比（理論空燃比から水素リッチ側へのシフトの度合）を利用する。水素リッチ制御が長い時間行われることによって、第２触媒３２に酸素が供給されず、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能が低下する。
【００５０】
図３に示すように、水素リッチ制御を開始してからの経過時間及び空燃比と、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能低下度との関係は、関係マップＭとしてエンジン制御装置５に記憶されている。関係マップＭは、空燃比をパラメータとして経過時間と還元性能低下度との関係として作成することができる。また、関係マップＭは、排気浄化システム１の試運転等を行う際に、実験データを取得して作成される。
【００５１】
水素リッチ制御を開始してからの経過時間が長くなるほど還元性能低下度は増加する。また、水素燃料エンジン２の空燃比が、より小さくなるほど（より水素リッチ側になるほど）、還元性能低下度は増加する。これらの関係に基づいて、関係マップＭは作成される。
【００５２】
排気浄化システム１を運転する際に、水素リッチ制御を開始してからの経過時間及び空燃比の履歴は、エンジン制御装置５に記憶される。そして、性能低下推定部５６は、経過時間及び空燃比の履歴を関係マップＭに照合し、関係マップＭより還元性能低下度を求めることができる。
【００５３】
（空燃比制御部５１による制御）
本形態の空燃比制御部５１は、性能低下推定部５６による還元性能低下度を監視し、還元性能低下度に応じて水素リッチ制御と水素リーン制御とを切り換えて実行するよう構成されている。本形態においては、性能低下推定部５６による還元性能低下度が規定の許容低下度未満であるときには、空燃比制御部５１による水素リッチ制御が行われる。また、性能低下推定部５６による還元性能低下度が許容低下度以上であるときには、空燃比制御部５１による水素リーン制御が行われる。
【００５４】
許容低下度は、第２触媒３２によるＮＯｘの還元性能が、例えば、初期の還元性能の５０％以上低下したときとして定めることができる。本形態の許容低下度は、水素リーン制御が行われるごとに０（ゼロ）にリセットされる。後述する実施形態４，５における許容低下度は、第２触媒３２に空気（酸素）が供給されるごとに０にリセットされる。性能低下推定部５６を用いることにより、第２触媒３２の還元性能が不十分になる前に、第２触媒３２の還元性能を回復させることができる。
【００５５】
（排気浄化システム１の制御方法）
次に、排気浄化システム１の制御方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
本形態の排気浄化システム１は、エンジン制御装置５の空燃比制御部５１による水素燃料エンジン２の燃焼運転が行われる際に利用される。空燃比制御部５１は、まず、水素燃料エンジン２における目標空燃比を水素リッチ側の空燃比にして、水素リッチ制御を開始する（ステップＳ１０１）。水素リッチ制御が行われるとき、水素燃料エンジン２から排気管３の第１触媒３１に排気される排気ガスＧには、ＮＯｘがあまり含まれない一方、水素が多く含まれる。そして、第１触媒３１においては、水素を用いてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアは第２触媒３２に流入して第２触媒３２に吸着される。また、水素リッチ制御が行われるときには、排気ガスＧに酸素が含まれず、第２触媒３２に酸素が供給されないことにより、第２触媒３２のＮＯｘの還元性能が低下していく。
【００５６】
次いで、性能低下推定部５６は、水素リッチ制御を開始してからの経過時間（リッチ経過時間）を計測するとともに、水素燃料エンジン２における空燃比の履歴を記憶する（ステップＳ１０２）。次いで、性能低下推定部５６は、経過時間及び空燃比の履歴を関係マップＭに照合し、関係マップＭに基づいて還元性能低下度を決定する（ステップＳ１０３）。次いで、性能低下推定部５６は、関係マップＭに基づいて決定された還元性能低下度が規定の許容低下度以上になったか否かを判定する（ステップＳ１０４）。空燃比制御部５１は、還元性能低下度が許容低下度以上になるまでは水素リッチ制御を実行する。
【００５７】
次いで、還元性能低下度が許容低下度以上になったときには、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、水素燃料エンジン２における目標空燃比を水素リーン側の一定の空燃比にして、水素リーン制御を実行する（ステップＳ１０５）。水素リーン制御が行われるとき、水素燃料エンジン２から排気管３の第１触媒３１に排気される排気ガスＧには、水素がほとんど含まれない一方、ＮＯｘが多く含まれる。排気ガスＧに含まれるＮＯｘは、第１触媒３１において一部が浄化されるものの、第１触媒３１における浄化能力を超えた量のＮＯｘが第１触媒３１から第２触媒３２へ流出する。そして、第２触媒３２においては、第２触媒３２に吸着されたアンモニアを還元剤として、第１触媒３１から流入するＮＯｘが浄化（還元）される。また、水素リーン制御が行われるときには、排気ガスＧに酸素が含まれ、第２触媒３２に酸素が供給されることにより、第２触媒３２のＮＯｘの還元性能が回復する。
【００５８】
また、性能低下推定部５６は、水素リーン制御が行われるときに、水素リッチ制御を開始してからの経過時間、及び還元性能低下度をゼロにリセットする。また、空燃比制御部５１は、水素リーン制御に切り換わった時からの時間の経過を測定し、この時間の経過（リーン経過時間）が規定の切換時間になるまで水素リーン制御を実行する（ステップＳ１０６）。規定の切換時間が経過したときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ１０１）。
【００５９】
その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。
【００６０】
（還元性能低下度の変化）
図５（ａ）には、水素燃料エンジン２における空燃比が、水素リッチ側と水素リーン側とに交互に切り換わる状態を示す。また、図５（ｂ）には、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量が、水素リッチ制御が行われるときに増加し、水素リーン制御が行われるときに減少する状態を示す。また、図５（ｃ）には、第２触媒３２における還元性能低下度が、水素リッチ制御が行われるときに増加し、水素リーン制御が行われるときに減少する状態を示す。
【００６１】
（ＮＯｘとアンモニアの関係）
図６においては、水素燃料エンジン２における空燃比が変化したときに、第１触媒３１から流出するアンモニア、ＮＯｘ及びＮ2Ｏ（亜酸化窒素）の各濃度［ｐｐｍ］がどれだけ変化するかを示す。各濃度は、排気管３における、第１触媒３１と第２触媒３２との間の位置における値として示す。アンモニアの濃度は、第１触媒３１において生成されるアンモニアの量を示し、ＮＯｘの濃度及びＮ2Ｏの濃度は、第１触媒３１において浄化されずに第１触媒３１を通過するＮＯｘの量及びＮ2Ｏの量を示す。なお、水素燃料エンジン２から排気管３には２０００［ｐｐｍ］の濃度のＮＯｘが排出される場合を想定した。
【００６２】
空燃比が水素リッチ側になるほど第１触媒３１において生成されるアンモニアの量は増加する。一方、空燃比が水素リーン側になるほど第１触媒３１から流出するＮＯｘの量及びＮ2Ｏの量は増加する。つまり、第１触媒３１において生成されるアンモニアの量と、第１触媒３１から流出するＮＯｘの量及びＮ2Ｏの量とはトレードオフの関係にある。
【００６３】
（作用効果）
本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１においては、水素燃料エンジン２から排気される水素を利用して、ＮＯｘを効果的に浄化する工夫をしている。具体的には、水素燃料エンジン２から排気ガスＧが排気される排気管３に、ＮＯｘを還元する性質を有する第１触媒３１と、アンモニアを吸着する性質を有する第２触媒３２とを配置している。
【００６４】
そして、水素リッチ制御が行われるときに、第１触媒３１においては、ＮＯｘが分解されて還元されるときに生じる窒素を、水素との反応に用いて、アンモニアを生成することができる。また、第２触媒３２においては、水素リッチ制御が行われるときに、第１触媒３１から流れ込むアンモニアを吸着し、水素リーン制御が行われるときに、吸着されたアンモニアを、第１触媒３１から流れ込むＮＯｘを還元するために用いることができる。
【００６５】
そのため、エンジン制御装置５の空燃比制御部５１によって、水素燃料エンジン２から排気管３へ、水素が排気されるタイミングとＮＯｘが排気されるタイミングとを適切にコントロールすることにより、水素を利用して、大気へのＮＯｘの放出量を効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、排気浄化システム１においては、第１触媒３１及び第２触媒３２以外に、還元剤を生成する装置等を用いる必要がない。そして、エンジン制御装置５の空燃比制御部５１による水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えにより、ＮＯｘ及びアンモニアを浄化して、これらが大気に放出されないようにすることができる。
【００６７】
また、水素リッチ制御を継続して行うときには、第２触媒３２における触媒成分の劣化が生じ、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能が低下する。そこで、エンジン制御装置５に、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能低下度を推定する性能低下推定部５６を設け、空燃比制御部５１は、性能低下推定部５６による還元性能低下度が許容低下度以上になったときには、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換えるようにしている。これにより、第２触媒３２における触媒成分に劣化が生じたと推定されるときには、この触媒成分の劣化を回復させ、第２触媒３２におけるＮＯｘの還元性能を回復させることができる。
【００６８】
それ故、本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１によれば、第２触媒３２の性能低下を回復しつつ、排気ガスＧに含まれる水素を利用して、大気へＮＯｘ及びアンモニアが放出されないようにすることができる。
【００６９】
＜実施形態２＞
本形態の排気浄化システム１においては、図７に示すように、性能低下推定部５６は、第２触媒３２から流出するＮＯｘの濃度に基づいて第２触媒３２の還元性能低下度を推定する。本形態の性能低下推定部５６は、排気管３における、第２触媒３２よりも排気ガスＧの流れの下流側の位置に配置された下流側ＮＯｘセンサ４５を用いる。
【００７０】
第２触媒３２の還元性能が低下したときには、第２触媒３２において還元できなくなったＮＯｘが、第２触媒３２から排気管３に流出すると考えられる。この場合には、下流側ＮＯｘセンサ４５によってＮＯｘの流出が検出される。性能低下推定部５６は、下流側ＮＯｘセンサ４５によるＮＯｘの濃度を検出し、この濃度が所定濃度以上になったときには、第２触媒３２に還元性能の低下が生じていると判定することができる。この所定濃度は、下流側ＮＯｘセンサ４５の検出誤差範囲よりも高い濃度として設定すればよい。
【００７１】
（排気浄化システム１の制御方法）
次に、本形態の排気浄化システム１の制御方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。
本形態の排気浄化システム１においても、実施形態１のステップＳ１０１と同様にステップＳ２０１が実行される。次いで、性能低下推定部５６は、下流側ＮＯｘセンサ４５によるＮＯｘの濃度を検出する（ステップＳ２０２）。次いで、性能低下推定部５６は、ＮＯｘの濃度が所定濃度以上になったか否かを判定する（ステップＳ２０３）。空燃比制御部５１は、ＮＯｘの濃度が所定濃度以上になるまでは水素リッチ制御を実行する。下流側ＮＯｘセンサ４５によってＮＯｘが検出されるときには、第２触媒３２に酸素が供給されないことによって、第２触媒３２の還元性能が低下していることが推定される。
【００７２】
次いで、ＮＯｘの濃度が所定濃度以上になったときには、性能低下推定部５６が、還元性能低下度が許容低下度以上になったと検知し、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、水素燃料エンジン２における目標空燃比を水素リーン側の一定の空燃比にして、水素リーン制御を実行する（ステップＳ２０４）。水素リーン制御が行われるときには、第２触媒３２のＮＯｘの還元性能が回復する。
【００７３】
また、空燃比制御部５１は、水素リーン制御に切り換わった時からの時間の経過を測定し、この時間の経過（リーン経過時間）が規定の切換時間になるまで水素リーン制御を実行する（ステップＳ２０５）。規定の切換時間が経過したときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ２０１）。
【００７４】
その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。
【００７５】
なお、性能低下推定部５６は、下流側ＮＯｘセンサ４５によるＮＯｘの濃度と、排気管３を流れる排気ガスＧの流量とに基づいて、第２触媒３２から流出するＮＯｘの流出推定量を求めてもよい。そして、この流出推定量が所定量以上になったときに、性能低下推定部５６は、第２触媒３２の還元性能低下度が許容低下度以上になったと検知してもよい。排気管３を流れる排気ガスＧの流量は、水素燃料エンジン２の吸気管における燃焼用空気の流量、及び水素燃料エンジン２の燃料噴射装置からの水素の噴射量に基づいて推定することができる。
【００７６】
（作用効果）
本形態の排気浄化システム１においては、排気管３における第２触媒３２の下流側に配置された下流側ＮＯｘセンサ４５によって、第２触媒３２における還元性能低下度をより直接的に推定することができる。
【００７７】
本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。
【００７８】
＜実施形態３＞
本形態の排気浄化システム１においては、図９に示すように、性能低下推定部５６は、水素リッチ制御を開始してからの経過時間及び水素リッチ制御を行うときの空燃比の他に、第１触媒３１から流出するＮＯｘの流出推定量及び第２触媒３２に吸着されたアンモニアの吸着推定量も用いて還元性能低下度を推定する。本形態のエンジン制御装置５は、性能低下推定部５６を構成するために、アンモニア検知部５２、ＮＯｘ（窒素酸化物）検知部、第１温度検知部５４及び第２温度検知部５５を有する。
【００７９】
（アンモニア検知部５２）
図９に示すように、本形態のエンジン制御装置５は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアの量を吸着推定量として推定するアンモニア検知部５２を有する。第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量は、第１触媒３１から第２触媒３２に流入するアンモニアの量に依存する。そして、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４による第１触媒３１の温度及びこの温度の変化の履歴、水素リッチ制御が行われた時間、水素燃料エンジン２における空燃比の値もしくは履歴（理論空燃比から水素リッチ側へのシフトの度合）等に基づいて吸着推定量を推定する。また、アンモニア検知部５２は、主に第１触媒３１の温度の変化の履歴等に基づいてアンモニアの吸着推定量を推定してもよい。
【００８０】
（ＮＯｘ検知部５３）
図９に示すように、本形態のエンジン制御装置５は、第１触媒３１から流出する（第１触媒３１を通過する）ＮＯｘの量をＮＯｘの流出推定量として推定するＮＯｘ検知部５３を有する。ＮＯｘ検知部５３は、排気管３における、第１触媒３１と第２触媒３２との間の位置に配置された上流側ＮＯｘセンサ４４を利用して、第１触媒３１から流出するＮＯｘの流出推定量を推定する。
【００８１】
また、図示は省略するが、エンジン制御装置５は、排気管３を流れる排気ガスＧの流量を推定する流量推定部を有する。流量推定部は、水素燃料エンジン２の吸気管における燃焼用空気の流量、及び燃料噴射装置からの水素の噴射量に基づいて、排気ガスＧの流量を推定する。また、流量推定部は、排気管３を流れる排気ガスＧの流量を測定する流量計を用いて、排気ガスＧの流量を検知してもよい。ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘの流出推定量は、上流側ＮＯｘセンサ４４によるＮＯｘの濃度及び排気ガスＧの流量の時間的変化に基づいて求められる。
【００８２】
ＮＯｘ検知部５３は、上流側ＮＯｘセンサ４４を利用せずに、水素燃料エンジン２における空燃比の変化、及び第１触媒３１におけるＮＯｘの還元能力の変化を利用して、ＮＯｘの流出推定量を推定することもできる。また、ＮＯｘ検知部５３は、空燃比が水素リーン側になるほどＮＯｘが多く発生して第１触媒３１から流出するＮＯｘが多くなることを指標にし、推定されるＮＯｘの流出量を積算して、ＮＯｘの流出推定量を求めることもできる。
【００８３】
（第１温度検知部５４）
図９に示すように、エンジン制御装置５は、第１触媒３１の温度を推定又は測定する第１温度検知部５４を有する。本形態の第１温度検知部５４は、排気管３における、第１触媒３１の上流側の位置に配置された第１温度センサ４１によって測定された温度から、第１触媒３１の温度を推定するよう構成されている。第１温度検知部５４によって第１触媒３１の温度を検知することにより、第１触媒３１において生成されたアンモニアの量を推定することができる。第１温度検知部５４は、第１触媒３１の温度を測定する第１温度センサ４１を用いて構成してもよい。
【００８４】
（第２温度検知部５５）
図９に示すように、エンジン制御装置５は、第２触媒３２の温度を推定又は測定する第２温度検知部５５を有する。本形態の第２温度検知部５５は、排気管３における、第２触媒３２の上流側の位置に配置された第２温度センサ４２によって測定された温度から、第２触媒３２の温度を推定するよう構成されている。第２温度検知部５５によって第２触媒３２の温度を検知することにより、第２触媒３２の温度が、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを浄化（還元）する触媒活性温度になっていることを条件にして、空燃比制御部５１による水素リッチ制御から水素リーン制御への切り換えを可能にしてもよい。第２温度検知部５５は、第２触媒３２の温度を測定する第２温度センサ４２を用いて構成してもよい。触媒活性温度は、第２触媒３２に吸着されたアンモニアによるＮＯｘの還元が可能となる温度として定められる。触媒活性温度は、例えば２００℃以上とすることができる。
【００８５】
（性能低下推定部５６）
本形態の空燃比制御部５１も、通常は水素リッチ制御を行う。水素リーン制御が行われる時間の長さは、水素リッチ制御が行われる時間の長さに比べて短い。水素リッチ制御を行う時間が長くなると、アンモニア検知部５２によるアンモニアの吸着推定量が増加する。そして、アンモニアの吸着推定量が増加するほど、第２触媒３２における還元性能が低下すると考えられる。また、排気ガスＧにおけるＮＯｘは、水素リッチ制御を行うときにも発生する。水素リッチ制御を開始してからの経過時間が長くなり、第２触媒３２における還元性能が低下するときには、第１触媒３１から流出するＮＯｘの流出推定量が増加すると考えられる。
【００８６】
本形態の性能低下推定部５６は、アンモニアの吸着推定量及びＮＯｘの流出推定量も加味して総合的に、第２触媒３２の還元性能低下度を推定する。本形態のエンジン制御装置５における関係マップは、水素リッチ制御を開始してからの経過時間、空燃比の履歴、アンモニアの吸着推定量及びＮＯｘの流出推定量と、還元性能低下度との関係を実験的に求めることによって作成される。
【００８７】
（排気浄化システム１の制御方法）
次に、本形態の排気浄化システム１の制御方法について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
本形態の排気浄化システム１においても、実施形態１のステップＳ１０１と同様にステップＳ３０１が実行される。次いで、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５によって第２触媒３２の温度を検知する（ステップＳ３０２）。そして、空燃比制御部５１は、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度未満である場合には、この温度が触媒活性温度以上になるまで待機する。
【００８８】
次いで、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度以上である場合には（ステップＳ３０３）、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４によって第１触媒３１の温度を検知する（ステップＳ３０４）。そして、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４による第１触媒３１の温度、水素リッチ制御が行われた時間、水素燃料エンジン２の空燃比の履歴等に基づいて、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量を推定する（ステップＳ３０５）。
【００８９】
また、ＮＯｘ検知部５３は、上流側ＮＯｘセンサ４４による第１触媒３１の下流側のＮＯｘの濃度、及び排気ガスＧの流量に基づいて、水素リッチ制御を開始してからの第１触媒３１から流出するＮＯｘの流出推定量を推定する（ステップＳ３０５）。また、性能低下推定部５６は、水素リッチ制御を開始してからの経過時間（リッチ経過時間）を計測するとともに、水素燃料エンジン２における空燃比の履歴を記憶する（ステップＳ３０５）。
【００９０】
次いで、性能低下推定部５６は、経過時間、空燃比の履歴、アンモニアの吸着推定量及びＮＯｘの流出推定量を関係マップに照合し、関係マップに基づいて還元性能低下度を決定する（ステップＳ３０６）。次いで、性能低下推定部５６は、関係マップに基づいて決定された還元性能低下度が規定の許容低下度以上になったか否かを判定する（ステップＳ３０７）。空燃比制御部５１は、還元性能低下度が許容低下度以上になるまで水素リッチ制御を実行する。
【００９１】
次いで、還元性能低下度が許容低下度以上になったときには、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換えて、水素リーン制御を実行する（ステップＳ３０８）。水素リーン制御が行われるときには、第２触媒３２のＮＯｘの還元性能が回復する。
【００９２】
次いで、ＮＯｘ検知部５３は、上流側ＮＯｘセンサ４４による第１触媒３１の下流側のＮＯｘの濃度、及び排気ガスＧの流量に基づいて、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換わった時点からの、第１触媒３１におけるＮＯｘの流出推定量を推定する（ステップＳ３０９）。そして、空燃比制御部５１は、ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘの流出推定量が規定の目標流出量になったか否かを判定する（ステップＳ３１０）。流出推定量が目標流出量になるまでは水素リーン制御が継続される。そして、流出推定量が目標流出量になったときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ３０１）。
【００９３】
その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。
【００９４】
（作用効果）
本形態の排気浄化システム１においては、性能低下推定部５６がアンモニアの吸着推定量及びＮＯｘの流出推定量も加味して第２触媒３２の還元性能低下度を推定することにより、還元性能低下度をより的確に推定できる場合がある。
【００９５】
本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。
【００９６】
なお、性能低下推定部５６は、水素リッチ制御を開始してからの経過時間、水素リッチ制御を行うときの空燃比、第２触媒３２から流出するＮＯｘの濃度もしくは流出推定量、第１触媒３１から流出するＮＯｘの濃度もしくは流出推定量、及び第２触媒３２に吸着されたアンモニアの吸着推定量のうちのいずれか１つ、複数又はすべてを、適宜組み合わせて還元性能低下度を推定してもよい。
【００９７】
＜実施形態４＞
本形態の排気浄化システム１においては、図１１に示すように、第２触媒３２の還元性能が低下したと推定される場合に、水素リーン制御を行うだけでなく、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素を供給する。本形態のエンジン制御装置５は、排気管３内の第２触媒３２に酸素を供給して、第２触媒３２の還元性能を回復させるための酸素供給部５７を備える。
【００９８】
（酸素供給部５７）
本形態の酸素供給部５７は、水素リーン制御を行うときであって性能低下推定部５６による還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときに、水素燃料エンジン２を構成する複数の気筒２１における１つの気筒２１の燃焼を停止することにより、当該燃焼が停止された気筒２１（燃焼停止気筒２１という。）から排気管３に燃焼用空気Ａを供給するよう構成されている。本形態の酸素供給部５７は、エンジン制御装置５内に構築されている。１つの気筒２１の燃焼を停止したときには、水素燃料エンジン２は、残りの気筒２１の燃焼によって運転が継続される。
【００９９】
気筒２１における燃焼の停止は、燃焼停止気筒２１へ燃料としての水素が供給されないようにして行う。この水素の供給の停止は、各気筒２１に対して設けられた水素噴射装置のうちの、燃焼を停止したい水素噴射装置の水素の噴射を停止させることによって行うことができる。水素の供給が停止された燃焼停止気筒２１へは、吸気管から燃焼用空気Ａのみが流入する状態が形成される。そして、燃焼停止気筒２１に流入した燃焼用空気Ａが排気管３へ排気されることにより、排気管３内の第２触媒３２に酸素を含む燃焼用空気Ａが供給される。なお、燃焼が停止されていない残りの気筒２１からは、水素と燃焼用空気Ａとが燃焼を行った後の燃焼ガスが排気管３へ排気ガスＧとして排気される。
【０１００】
本形態の空燃比制御部５１は、通常は水素リッチ制御を行うよう構成されている。そして、水素リッチ制御を行うことにより、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの量を減らし、ＮＯｘが大気に放出されないようにする。また、空燃比制御部５１は、性能低下推定部５６による還元性能低下度が許容低下度以上になったときには、空燃比制御部５１による水素リーン制御を行うよう構成されている。また、空燃比制御部５１は、ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘの流出推定量が規定の流出推定量になったときに、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換えるよう構成されている。
【０１０１】
本形態の性能低下推定部５６は、実施形態１〜３に示した種々の構成によって還元性能低下度を推定することができる。本形態の性能低下推定部５６は、還元性能低下度が許容低下度になったか否か、及び還元性能低下度が、許容低下度よりも低下の度合が大きい酸素供給低下度になったか否かの２段階で、第２触媒３２の還元性能低下度を判定する。空燃比制御部５１は、性能低下推定部５６の還元性能低下度が許容低下度になったときには、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換えるよう構成されている。また、空燃比制御部５１は、性能低下推定部５６の還元性能低下度が酸素供給低下度になったときには、水素リーン制御を行う際に、酸素供給部５７から第２触媒３２へ酸素を供給するよう構成されている。
【０１０２】
このような構成により、水素リーン制御が複数回行われるときの少なくともいずれかの水素リーン制御において、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素が供給される。換言すれば、空燃比制御部５１によって複数回繰り返し水素リーン制御が行われるときの、第２触媒３２の還元性能の低下が推定されたいずれかの水素リーン制御において、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素が供給される。酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給は、水素リーン制御が複数回行われるごとに行われることがある。水素リーン制御が行われるときには、常に酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給が行われる訳ではない。
【０１０３】
なお、酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給は、水素リーン制御が行われるごとに行われてもよい。この構成は、実施形態１〜３に示した水素リーン制御を行うときに、複数の気筒２１のうちのいずれかの気筒２１の燃焼を停止させて、第２触媒３２へ燃焼用空気Ａに含まれる酸素を供給することによって実現される。
【０１０４】
（排気浄化システム１の制御方法）
次に、本形態の排気浄化システム１の制御方法について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
本形態の排気浄化システム１においても、実施形態３のステップＳ３０１〜Ｓ３０３と同様にステップＳ４０１〜Ｓ４０３が実行される。次いで、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度以上である場合には（ステップＳ４０３）、性能低下推定部５６は、水素リッチ制御を開始してからの経過時間（リッチ経過時間）を計測するとともに、水素燃料エンジン２における空燃比の履歴を記憶する（ステップＳ４０４）。
【０１０５】
次いで、性能低下推定部５６は、経過時間及び空燃比の履歴を関係マップＭに照合し、関係マップＭに基づいて還元性能低下度を決定する（ステップＳ４０５）。次いで、性能低下推定部５６は、関係マップＭに基づいて決定された還元性能低下度が規定の許容低下度以上になったか否かを判定する（ステップＳ４０６）。空燃比制御部５１は、還元性能低下度が許容低下度以上になるまでは水素リッチ制御を実行する。
【０１０６】
次いで、還元性能低下度が許容低下度以上になったときには、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、水素リーン制御を実行する（ステップＳ４０７）。水素リーン制御が行われるときには、性能低下推定部５６は、下流側ＮＯｘセンサ４５によるＮＯｘの濃度を検出する（ステップＳ４０８）。次いで、性能低下推定部５６は、ＮＯｘの濃度が所定濃度以上になったか否かを判定する（ステップＳ４０９）。次いで、ＮＯｘの濃度が所定濃度以上になったときには、性能低下推定部５６が、還元性能低下度が、許容低下度よりも還元性能の低下の度合が大きい酸素供給低下度以上になったと検知する。そして、酸素供給部５７は、水素燃料エンジン２における複数の気筒２１のうちの１つの気筒２１の燃焼を停止させる（ステップＳ４１０）。
【０１０７】
このとき、排気管３には、１つの燃焼停止気筒２１から排気される燃焼用空気Ａが供給され、第２触媒３２に燃焼用空気Ａに含まれる酸素が供給される。そして、第２触媒３２の還元性能が回復する。一方、ＮＯｘの濃度が所定濃度未満であるときには（ステップＳ４０９）、酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給は行われない。
【０１０８】
次いで、ＮＯｘ検知部５３は、上流側ＮＯｘセンサ４４による第１触媒３１の下流側のＮＯｘの濃度、及び排気ガスＧの流量に基づいて、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換わった時点からの、第１触媒３１におけるＮＯｘの流出推定量を推定する（ステップＳ４１１）。そして、空燃比制御部５１は、ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘの流出推定量が規定の目標流出量になったか否かを判定する（ステップＳ４１２）。流出推定量が目標流出量になるまでは水素リーン制御が継続される。そして、流出推定量が目標流出量になったときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ４０１）。
【０１０９】
その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。
【０１１０】
なお、性能低下推定部５６は、実施形態１，３に示した構成を有していてもよい。また、性能低下推定部５６による還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったか否かの判定は、水素リッチ制御が実行される際に行われてもよい。
【０１１１】
（還元性能低下度の変化）
図１３（ａ）には、水素燃料エンジン２における空燃比が、水素リッチ側と水素リーン側とに交互に切り換わる状態を示す。また、図１３（ｂ）には、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量が、水素リッチ制御が行われるときに増加し、水素リーン制御が行われるときに減少する状態を示す。また、図１３（ｃ）には、水素リーン制御を行うときに、性能低下推定部５６による還元性能低下度が酸素供給低下度以上になっているときには、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素を供給する状態を示す。
【０１１２】
また、図１３（ｄ）には、水素リッチ制御、水素リーン制御及び酸素供給部５７による酸素の供給の各場面における第２触媒３２の還元性能低下度の変化の仕方を示す。本形態の還元性能低下度は、水素リッチ制御が行われるときに悪化し、還元性能低下度が許容低下度以上になったときに水素リーン制御が行われる。このとき、還元性能低下度は、酸素の供給が必要な酸素供給低下度にはなっておらず、水素リーン制御が行われるときに、ある程度まで回復する。還元性能低下度は、次の水素リッチ制御が行われるときに再び悪化し、酸素供給低下度以上になる。そして、次の水素リーン制御が行われるときに酸素供給部５７から第２触媒３２に酸素が供給されることにより、還元性能低下度はほぼ完全に回復する。
【０１１３】
なお、図１３（ａ）〜（ｄ）における、水素リッチ制御、水素リーン制御及び酸素の供給を行う時間の長さは模式的に示す。実際の時間の長さは、第１触媒３１においてアンモニアが生成される時間、第２触媒３２においてアンモニアが消費される時間等によって適宜異なる。また、酸素供給部５７によって酸素を供給する時間の長さは、極めて短くてもよいと考えられる。
【０１１４】
（作用効果）
水素リーン制御が行われるときには、排気ガスＧに含まれる酸素によって、第２触媒３２の還元性能の低下を十分に回復できることがある。しかし、水素リーン制御を行う時間を短くしたい場合、あるいは水素リーン制御を行うだけでは第２触媒３２へ十分に酸素を供給できない場合等には、酸素供給部５７によって強制的に第２触媒３２へ酸素を供給することが有効である。酸素供給部５７による酸素の供給により、第２触媒３２に生じた還元性能の低下（劣化）を迅速かつ効果的に回復させることができる。
【０１１５】
本形態の酸素供給部５７は、水素燃料エンジン２における気筒２１の燃焼運転を変更することによって実現することができる。そのため、特別な装置を設けることなく、第２触媒３２に酸素を供給することができる。
【０１１６】
本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１〜３の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１〜３に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１〜３の構成要素と同様である。
【０１１７】
＜実施形態５＞
本形態の排気浄化システム１においても、図１４に示すように、第２触媒３２の還元性能が低下したと推定される場合に、水素リーン制御を行うだけでなく、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素を供給する。本形態の酸素供給部５７は、排気管３内における、第２触媒３２よりも排気ガスＧの流れの上流側の位置に配置された空気供給装置６を用いて構成されている。空気供給装置６は、水素リーン制御を行うときであって性能低下推定部５６による還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときに、第２触媒３２に空気Ｋを供給するよう構成されている。
【０１１８】
（空気供給装置６）
図１４に示すように、空気供給装置６は、空気Ｋを圧縮する圧縮機６１と、圧縮機６１によって圧縮された空気Ｋを排気管３内に導入するノズル６２とを有する。空気Ｋは、例えば、２０℃±１５℃の大気とすることができる。ノズル６２は、排気管３内における、第２触媒３２よりも排気ガスＧの流れの上流側の位置であって、第１触媒３１よりも排気ガスＧの流れの下流側の位置に配置されている。そして、ノズル６２によって、排気管３における、第１触媒３１と第２触媒３２との間の位置に空気Ｋが供給される。
【０１１９】
また、空気供給装置６は、空燃比制御部５１による水素リーン制御を行うときを条件として、排気管３内の第２触媒３２に空気Ｋを供給するよう構成されている。アンモニアが存在する状態の排気管３に酸素が供給されると、アンモニアと酸素が反応してＮＯｘが生成されるおそれがある。そのため、水素の反応によるアンモニアが排気管３に流出しない状態が形成される水素リーン制御において、排気管３に空気Ｋが供給されることにより、不要なＮＯｘの発生を抑えることができる。
【０１２０】
本形態の性能低下推定部５６も、実施形態１〜３に示した種々の構成によって還元性能低下度を推定することができる。そして、空燃比制御部５１によって複数回繰り返し水素リーン制御が行われるときの、第２触媒３２の還元性能の低下が推定されたいずれかの水素リーン制御において、空気供給装置６から第２触媒３２へ酸素が供給される。
【０１２１】
なお、空気供給装置６による第２触媒３２への酸素の供給は、水素リーン制御が行われるごとに行われてもよい。この構成は、実施形態１〜３に示した水素リーン制御を行うときに、常に空気供給装置６から排気管３へ空気Ｋを供給することによって実現される。
【０１２２】
（作用効果）
本形態においては、空気供給装置６を用いることにより、第２触媒３２の還元性能の低下を回復するために必要な酸素を、迅速に第２触媒３２に供給することができる。また、空気供給装置６を用いることにより、第２触媒３２に酸素を供給するために水素燃料エンジン２の気筒２１を停止する制御が不要になる。
【０１２３】
本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１〜４の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１〜４に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１〜４の構成要素と同様である。
【０１２４】
＜実施形態６＞
本形態の排気浄化システム１においては、図１５に示すように、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換えられる条件が実施形態１〜５の場合と異なる。本形態の空燃比制御部５１は、アンモニア検知部５２による第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量が吸着上限容量以上になったときに水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換えるよう構成されている。また、第２触媒３２の還元性能が低下したと推定される場合には、水素リーン制御を行うだけでなく、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素を供給する。
【０１２５】
本形態の性能低下推定部５６は、還元性能低下度が許容低下度以上になったか否かの判定は行わない一方、還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったか否かの判定を行う。そして、空燃比制御部５１による水素リッチ制御から水素リーン制御への切り換えは、性能低下推定部５６の判定とは関係なく行われる。性能低下推定部５６による判定は、酸素供給部５７から第２触媒３２へ酸素を供給するか否かを判断するときに行われる。
【０１２６】
（排気浄化システム１の制御方法）
次に、本形態の排気浄化システム１の制御方法について、図１６のフローチャートを参照して説明する。
本形態の排気浄化システム１においても、実施形態３のステップＳ３０１〜Ｓ３０３と同様にステップＳ６０１〜Ｓ６０３が実行される。次いで、第２温度検知部５５による第２触媒３２の温度が触媒活性温度以上である場合には（ステップＳ６０３）、性能低下推定部５６は、酸素供給のための経過時間を計測するとともに、水素燃料エンジン２における空燃比の履歴を記憶する（ステップＳ６０４）。
【０１２７】
また、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４によって第１触媒３１の温度を検知する（ステップＳ６０５）。そして、アンモニア検知部５２は、第１温度検知部５４による第１触媒３１の温度、水素リッチ制御が行われた時間、水素燃料エンジン２の空燃比の履歴等に基づいて、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量を推定する（ステップＳ６０６）。
【０１２８】
次いで、空燃比制御部５１は、吸着推定量が吸着上限容量以上になったか否かを判定する（Ｓ６０７）。空燃比制御部５１は、吸着推定量が吸着上限容量以上になるまで水素リッチ制御を実行する。次いで、吸着推定量が吸着上限容量以上になったときには、空燃比制御部５１は、水素リッチ制御を水素リーン制御に切り換え、水素リーン制御を実行する（ステップＳ６０８）。
【０１２９】
水素リーン制御が行われるときには、性能低下推定部５６は、水素リッチ制御において記憶したリッチ経過時間及び空燃比の履歴を関係マップに照合し、関係マップに基づいて還元性能低下度を決定する（ステップＳ６０９）。次いで、性能低下推定部５６は、関係マップに基づいて決定された還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったか否かを判定する（ステップＳ６１０）。
【０１３０】
次いで、還元性能低下度が酸素供給低下度以上になったときには、酸素供給部５７によって第２触媒３２に酸素が供給される（ステップＳ６１１）。このとき、第２触媒３２の還元性能が回復する。また、酸素供給部５７によって酸素が供給されたときには、酸素供給のための経過時間、及び還元性能低下度をゼロにリセットする。一方、還元性能低下度が酸素供給低下度未満であるときには、酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給は行われない。
【０１３１】
次いで、ＮＯｘ検知部５３は、上流側ＮＯｘセンサ４４による第１触媒３１の下流側のＮＯｘの濃度、及び排気ガスＧの流量に基づいて、水素リッチ制御から水素リーン制御に切り換わった時点からの、第１触媒３１におけるＮＯｘの流出推定量を推定する（ステップＳ６１２）。そして、空燃比制御部５１は、ＮＯｘ検知部５３によるＮＯｘの流出推定量が規定の目標流出量になったか否かを判定する（ステップＳ６１３）。流出推定量が目標流出量になるまでは水素リーン制御が継続される。そして、流出推定量が目標流出量になったときには、空燃比制御部５１は、水素リーン制御を水素リッチ制御に切り換える（ステップＳ６０１）。
【０１３２】
その後、空燃比制御部５１によって水素リッチ制御と水素リーン制御とが繰り返される。また、排気浄化システム１における水素リッチ制御及び水素リーン制御は、水素燃料エンジン２の燃焼停止等の適宜条件を受けて停止される。
【０１３３】
（作用効果）
本形態の水素燃料エンジンの排気浄化システムにおいては、性能低下推定部５６による第２触媒の還元性能低下度が、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素を供給するか否かの判定のために用いられる。そして、空燃比制御部５１による水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えは、別の判定に基づいて行われる。
【０１３４】
また、本形態においては、水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えとは別に、性能低下推定部５６による第２触媒３２への酸素の供給の必要性を判定することができる。そのため、第２触媒へ酸素を供給するタイミングをより適切に設定できる場合がある。
【０１３５】
本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１〜５の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１〜５に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１〜５の構成要素と同様である。
【０１３６】
＜実施形態７＞
本形態の排気浄化システム１においては、図１７に示すように、エンジン制御装置５が性能低下推定部５６を有しておらず、酸素供給部５７を有している。本形態の空燃比制御部５１は、水素リッチ制御と水素リーン制御とを規定の時間間隔で切り換えるよう構成されている。換言すれば、本形態においては、水素リッチ制御と水素リーン制御とが定期的に切り換わる。
【０１３７】
水素リッチ制御を行う時間の長さと、水素リーン制御を行う時間の長さとは、実験データ等に基づいて適宜設定することができる。本形態においては、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着速度、及び第２触媒３２におけるアンモニアの消費速度等を実験的に求め、これらの速度に応じて、水素リッチ制御を行う時間の長さ及び水素リーン制御を行う時間の長さを決定することができる。
【０１３８】
（還元性能低下度の変化）
図１８（ａ）には、水素燃料エンジン２における空燃比が、水素リッチ側と水素リーン側とに交互に切り換わる状態を示す。また、図１８（ｂ）には、第２触媒３２におけるアンモニアの吸着推定量が、水素リッチ制御が行われるときに増加し、水素リーン制御が行われるときに減少する状態を示す。また、図１８（ｃ）には、所定回数目の水素リーン制御を行うときに、酸素供給部５７によって第２触媒３２へ酸素を供給する状態を示す。
【０１３９】
また、図１８（ｄ）には、水素リッチ制御、水素リーン制御及び酸素供給部５７による酸素の供給の各場面における第２触媒３２の還元性能低下度の変化の仕方を示す。酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給は、水素リーン制御が複数回繰り返し行われるときの所定回数目に相当する水素リーン制御において行われる。換言すれば、水素リーン制御が行われる数回目おきに、酸素供給部５７による第２触媒３２への酸素の供給が行われる。
【０１４０】
（作用効果）
本形態の水素燃料エンジン２の排気浄化システム１においては、性能低下推定部５６が用いられずに、酸素供給部５７から第２触媒３２へ酸素を供給するタイミングが決定される。また、空燃比制御部５１による水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えは、定期的に行われる。
【０１４１】
本形態においては、第２触媒３２の還元性能が低下したか否かを判定せずに、実験データ等の解析を行った結果に基づいて、水素リーン制御において第２触媒３２に酸素が供給されるタイミングが決定される。そのため、エンジン制御装置５の構成を簡単にすることができる。また、水素リッチ制御と水素リーン制御との切り換えとは別に、定期的なタイミングで第２触媒３２へ酸素を供給して、第２触媒３２の還元性能の低下を回復させることができる。
【０１４２】
本形態の排気浄化システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１〜６の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１〜６に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１〜６の構成要素と同様である。
【０１４３】
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【０１４４】
１  排気浄化システム
２  水素燃料エンジン
３  排気管
３１  第１触媒
３２  第２触媒
５  エンジン制御装置
５１  空燃比制御部
５６  性能低下推定部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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