JP6437314B2 - 排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する排気浄化装置であって、エンジンの燃料を還元剤に用いて窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。
従来から、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、炭化水素（ＨＣ）を主成分とするエンジンの燃料を還元剤に用いて窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を選択的に還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒（Ｈｙｄｒｏ Ｃａｒｂｏｎ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用いたものがある。例えば特許文献１には、活性温度域が互いに異なるＨＣ−ＳＣＲ触媒を直列に配置し、各ＨＣ−ＳＣＲ触媒に対して燃料を添加する排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置によれば、幅広い温度範囲でＨＣ−ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの還元が可能である。
しかし、環境保全等の観点から、排気浄化装置にはさらなるＮＯｘの浄化性能の向上が求められている。本発明は、ＮＯｘの浄化性能の向上を可能にした排気浄化装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する排気浄化装置は、排気通路を流れる排気ガスを昇温可能なバーナーと、排気ガスに燃料を添加する添加弁と、前記バーナーおよび前記添加弁の下流に位置し、排気ガス中の燃料に含まれる炭化水素の一部を含酸素化合物に改質する改質触媒と、前記改質触媒の下流に位置し、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するフィルターであって、排気ガス中の燃料と含酸素化合物とを還元剤に用いてＮＯｘを還元してＮＨ３を生成する第１選択還元型触媒を含む前記フィルターと、前記改質触媒の下流に位置し、排気ガス中のＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材と、前記フィルターおよびＮＯｘ吸着材の下流に位置し、前記第１選択還元型触媒が生成したＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘを還元する第２選択還元型触媒と、前記バーナーを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記改質触媒および前記第１選択還元型触媒の少なくとも一方が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する。
上記構成によれば、改質触媒および第１選択還元型触媒の少なくとも一方が不活性状態であるときにバーナーが燃焼状態に制御され、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材に吸着させながら各種触媒の昇温が促進される。そのため、ＮＯｘの排出量を抑えながら、第１および第２選択還元型触媒でのＮＯｘの還元が早期に実現可能である。また、改質触媒および第１選択還元型触媒が活性状態にあるとき、燃料中の炭化水素の一部は、アルデヒド類やケトン類いった含酸素化合物へ改質触媒で改質されたうえで第１選択還元型触媒に流入する。第１選択還元型触媒において含酸素化合物は炭化水素よりも反応性が高いため、ＮＯｘが効率よく還元される。すなわち、第１および第２選択還元型触媒でのＮＯｘの還元が早期に実現可能であるとともに第１選択還元型触媒において効率よくＮＯｘが還元されることから、ＮＯｘの浄化性能が向上する。
上記排気浄化装置において、前記制御部は、前記改質触媒および前記第１選択還元型触媒が活性状態であり、かつ、前記ＮＯｘ吸着材が飽和状態であり、かつ、前記第２選択還元型触媒が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御してもよい。
上記構成によれば、改質触媒および第１選択還元型触媒が活性状態であっても、ＮＯｘ吸着材においてＮＯｘを吸着することができず、かつ、第２選択還元型触媒においてＮＯｘを還元できないときには、バーナーを燃焼状態に制御する。これにより、第１および第２選択還元型触媒の双方によるＮＯｘの還元が早期に実現される。
上記排気浄化装置において、前記バーナーは、前記添加弁と前記添加弁が添加した燃料に着火する着火部とを含み、前記制御部は、前記改質触媒、前記第１選択還元型触媒、および、前記第２選択還元型触媒が活性状態であるときに、前記添加弁が添加した燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御することが好ましい。
上記構成によれば、バーナーを構成する添加弁によって、排気ガスに対する燃料の添加が行われる。そのため、第１選択還元型触媒に流入する排気ガスに燃料を添加する構成を別途設ける必要がない。その結果、排気浄化装置の構成を簡素化することができる。
上記排気浄化装置において、前記フィルターは、前記改質触媒と前記ＮＯｘ吸着材との間に位置することが好ましい。
上記構成によれば、改質触媒とフィルターとの間における含酸素化合物の反応が抑えられ、第１選択還元型触媒を含むフィルターにより多くの含酸素化合物を供給可能である。
上記構成によれば、改質触媒とフィルターとの間における含酸素化合物の反応が抑えられ、第１選択還元型触媒を含むフィルターにより多くの含酸素化合物を供給可能である。
上記排気浄化装置において、前記第２選択還元型触媒は、積層構造体であり、燃料を還元剤に用いてＮＯｘを還元するＨＣ触媒層と、前記ＨＣ触媒層に積層されて前記第２選択還元型触媒の表層を構成し、前記第１選択還元型触媒が生成したＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘを還元するＮＨ３触媒層とを備えることが好ましい。
上記構成によれば、第２選択還元型触媒においては、第１選択還元型触媒にて生成されたＮＨ３に加えて、第１選択還元型触媒にて反応しなかった燃料を還元剤に用いてＮＯｘを還元することができる。その結果、ＮＯｘの浄化性能がさらに向上する。
上記排気浄化装置は、前記第２選択還元型触媒の下流に位置し、排気ガス中の残存燃料を酸化する酸化触媒をさらに備えることが好ましい。
上記構成によれば、外気に対する燃料の排出が抑えられることから、ＮＯｘを還元するうえで添加弁による燃料の添加量についての自由度が向上する。
上記構成によれば、外気に対する燃料の排出が抑えられることから、ＮＯｘを還元するうえで添加弁による燃料の添加量についての自由度が向上する。
図１から図６を参照して排気浄化装置の一実施形態について説明する。まず、図１を参照して、排気浄化装置が搭載されたエンジンシステムの全体構成について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ６つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。
図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ６つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。
インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。
エンジンシステムは、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が設けられ、ＥＧＲクーラー２６における吸気通路１６側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、吸気通路１６には、ＥＧＲ通路２５を通じて排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入される。シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体である作動ガスが供給される。
シリンダー１２では、作動ガスとインジェクター１３が噴射した燃料との混合気が燃焼する。シリンダー１２からの排気ガスは、エキゾーストマニホールド１５を通じて排気通路２０へと流入し、タービン２２を通過した後、排気浄化装置３０に流入する。
排気浄化装置３０は、排気ガスを昇温可能なバーナー３１を備える。バーナー３１は、排気通路２０内を流れる排気ガスに燃料を添加する添加部３２と排気通路２０内に添加された燃料に着火する着火部３３とを有する。
添加部３２は、還元剤である燃料を貯留する燃料タンク３４に接続された燃料通路３５を備える。この燃料タンク３４は、インジェクター１３が噴射する燃料を貯留する燃料タンクであってもよいし、該燃料タンクとは別個に設けられる燃料タンクであってもよい。添加部３２は、燃料通路３５にポンプ３６と調整弁３７とを備える。ポンプ３６は、例えばエンジンを動力源とするポンプであって、燃料タンク３４内の燃料を所定圧力で調整弁３７に圧送する。調整弁３７は、燃料通路３５の流路断面積を変更可能な弁であり、調整弁３７を通過する燃料の量を調整する。添加部３２は、排気通路２０内に位置する添加弁３８を備える。添加部３２は、調整弁３７が開状態にあるときに添加弁３８から排気ガスに燃料を添加し、調整弁３７が閉状態にあるときに添加弁３８から排気ガスに燃料を添加しない。着火部３３は、例えばスパークプラグやグロープラグであって、図示されない電源装置から電力が供給されることで駆動し、添加部３２が添加した燃料に着火する。着火された燃料は、排気ガスに残存する酸素を酸化剤として燃焼する。添加部３２による燃料の添加、および、着火部３３の駆動は、後述する制御装置７０によって制御される。制御装置７０は、添加部３２および着火部３３の制御を通じて、バーナー３１の作動状態を停止状態、燃焼状態、および、添加状態のいずれかに制御する。停止状態は、添加部３２が燃料を添加しない状態である。燃焼状態は、添加部３２の添加した燃料が燃焼する状態であり、添加状態は、添加部３２の添加した燃料が燃焼しない状態である。
なお、バーナー３１は、添加部３２が添加した燃料に対して空気を供給可能な空気供給部を備えていてもよい。こうした構成によれば、添加部３２が添加可能な燃料量に関する自由度が向上する。
排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるバーナー３１の下流に、排気ガス中の燃料に含まれる炭化水素の一部を例えばアルデヒド類やケトン類といった含酸素化合物に改質する改質触媒４０を備える。含酸素化合物は、後述する第１選択還元型触媒４２におけるＮＯｘとの反応性が炭化水素よりも高いため、炭化水素を還元剤に用いる場合よりも高いＮＯｘの低減効果を発現する。
改質触媒４０は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、粒子状の触媒担体と、触媒担体に担持された触媒金属とを有する。触媒担体の形成材料は、例えばゼオライトやアルミナ等であり、触媒金属は、例えば鉄、亜鉛、コバルトである。触媒担体がゼオライトである場合、触媒層は、触媒金属イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子で構成される。触媒担体がアルミナである場合、触媒層は、触媒金属を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、触媒金属を担持させたθ−アルミナの粒子で構成される。改質触媒４０は、炭化水素の一部を含酸素化合物に改質する程度の酸化力を有していればよいため、上述した鉄、亜鉛、または、コバルトを１ｋｇあたりに２０ｇ〜５０ｇ含有するように構成される。この改質触媒４０は、改質下限温度ＴｒｃＬ（例えば２００℃）以上であって改質上限温度ＴｒｃＨ（例えば６００℃）以下の温度範囲を活性温度域として有する。
また、触媒担体の形成材料は、例えばゼオライトやアルミナ等であり、触媒金属は、例えば白金、パラジウム、ロジウムである。触媒担体がゼオライトである場合、触媒層は、触媒金属イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子で構成される。触媒担体がアルミナである場合、触媒層は、触媒金属を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、触媒金属を担持させたθ−アルミナの粒子で構成される。改質触媒４０は、炭化水素の一部を含酸素化合物に改質する程度の酸化力を有していればよく、上述した白金、パラジウム、あるいは、ロジウムを１ｋｇあたりに０．０１ｇ〜１ｇ含有するように構成される。この改質触媒４０は、改質下限温度ＴｒｃＬ（例えば１５０℃）以上であって改質上限温度ＴｒｃＨ（例えば３５０℃）以下の温度範囲を活性温度域として有する。
排気浄化装置３０は、排気通路２０における改質触媒４０の下流にフィルター４１を備える。フィルター４１は、排気ガス中の粒子性物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕捉するフィルター機能と、排気ガス中の燃料および含酸素化合物を還元剤に用いてＮＯｘを還元するＮＯｘ還元機能とを有する。フィルター４１は、バーナー３１によって再生温度Ｔｆｒ（例えば６００℃）まで昇温されると、粒子性物質が焼却されてフィルター機能が再生する。
フィルター４１は、例えば耐熱性に優れたセラミックやステンレスを素材としたウォール・フロー・フィルターであるフィルター本体と、フィルター本体にコーティングされた触媒層である第１選択還元型触媒４２とを有する。第１選択還元型触媒４２は、銀アルミナあるいは銀ゼオライトを含む。フィルター４１は、銀を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、銀を担持させたθ−アルミナの粒子をフィルター本体にコーティングして構成される。またフィルター４１は、銀イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子をフィルター本体にコーティングして構成される。第１選択還元型触媒４２は、第１下限温度Ｔｃ１Ｌ（例えば２００℃）以上であって第１上限温度Ｔｃ１Ｈ（例えば６５０℃）以下の温度範囲を活性温度域として有し、ＮＯｘを還元する反応においてＮＨ３を生成する。また、上述した構成の第１選択還元型触媒４２では、ＮＯｘとの反応性の高い含酸素化合物がＮＯｘと反応するとともに、燃料の酸化活性が低いため、燃料の一部が反応せずに通過する。そのため、その通過した燃料を後段の触媒の還元剤に用いることが可能である。
排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるフィルター４１の下流に、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材４３を備える。ＮＯｘ吸着材４３を形成する材料は、希土類系、アルカリ金属、アルカリ土類金属の酸化物、ゼオライト等である。
図２に、ＮＯｘ吸着材４３の温度である吸着材温度Ｔａｄと最大吸着量Ｍａｄ１との関係である吸着特性を示す。図２に示すように、ＮＯｘ吸着材４３は、吸着材温度Ｔａｄが低いほど最大吸着量Ｍａｄ１が多くなり、吸着材温度Ｔａｄが高いほど最大吸着量Ｍａｄ１が少なくなる。ＮＯｘ吸着材４３は、吸着材温度Ｔａｄがフィルター４１の再生温度Ｔｆｒまで上昇すると最大吸着量Ｍａｄ１がほぼ０になる。ＮＯｘ吸着材４３は、エンジン１０の停止から時間が経つほど吸着材温度Ｔａｄが外気温に近づくため、エンジン１０の始動時はＮＯｘを吸着可能な状態にある。ＮＯｘ吸着材４３は、吸着材温度Ｔａｄが所定の放出温度（例えば２００℃）よりも高くなるとＮＯｘの積極的な放出を開始する。
排気浄化装置３０は、排気通路２０におけるＮＯｘ吸着材４３の下流に、ＮＯｘ吸着材４３を通過したＮＯｘ、および、ＮＯｘ吸着材４３が放出したＮＯｘを還元する第２選択還元型触媒４７を備える。
図３に示すように、第２選択還元型触媒４７は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体４８と、モノリス担体４８の表面に積層されたＨＣ触媒層４９と、ＨＣ触媒層４９に積層されたＮＨ３触媒層５０とを備える。
ＨＣ触媒層４９は、排気ガス中の燃料を還元剤に用いてＮＯｘを還元する。ＨＣ触媒層４９は、粒子状の触媒担体と触媒担体に担持された銅とを有する。触媒担体の形成材料は、多孔質構造を有するゼオライトである。このゼオライトには、ＺＳＭ−５型ゼオライト、あるいは、ベータ型ゼオライトが適用可能である。ＺＳＭ−５型ゼオライトおよびベータ型ゼオライトが有する孔の孔径は、例えば５〜８Åであり、燃料に含まれる炭化水素の分子径よりも大きい。すなわち、ＺＳＭ−５型ゼオライトおよびベータ型ゼオライトは、炭化水素が進入可能な孔を有する多孔質材料である。ＨＣ触媒層４９は、銅を担持させた粒子状の触媒担体をモノリス担体にコーティングして構成される。
ＮＨ３触媒層５０は、フィルター４１において生成されたＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘを還元する。ＮＨ３触媒層５０は、粒子状の触媒担体と触媒担体に担持された銅とを有する。触媒担体の形成材料は、多孔質構造を有するゼオライトである。このゼオライトには、チャバサイト構造を有するゼオライトが適用可能であり、例えばＳＡＰＯ−３４型ゼオライトが適用可能である。なお、ＳＡＰＯは、シリコアルミノフォスフェートのことである。ＳＡＰＯ−３４型ゼオライトが有する孔の孔径は、例えば３〜４Åであり、燃料に含まれる炭化水素の分子径よりも小さく、かつ、ＮＨ３の分子径よりも大きい。すなわち、ＳＡＰＯ−３４型ゼオライトは、炭化水素の進入を拒む一方でＮＨ３の進入を許可する孔を有する多孔質材料である。ＮＨ３触媒層５０は、銅を担持させた粒子状の触媒担体をＨＣ触媒層４９が形成されたモノリス担体にコーティングして構成される。
第２選択還元型触媒４７は、第２下限温度Ｔｃ２Ｌ（例えば２００℃）以上であって第２上限温度Ｔｃ２Ｈ（例えば６００℃）以下の温度範囲を活性温度域として有する。
図４に示すように、第２選択還元型触媒４７では、ＮＨ３（アンモニア）がＮＨ３触媒層５０を構成する触媒担体５１の孔５１ｈに進入する一方、ＨＣ（炭化水素）が触媒担体５１の孔５１ｈに進入しない。そのため、ＨＣは、触媒担体５１の粒子間の隙間５２を通ってＨＣ触媒層４９に到達する。そして、ＨＣ触媒層４９に到達したＨＣは、ＨＣ触媒層４９を構成する触媒担体５３の孔５３ｈ中に進入する。これにより、ＮＨ３触媒層５０では、孔５１ｈに進入したＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘが還元され、ＨＣ触媒層４９では、孔５３ｈに進入したＨＣを還元剤に用いてＮＯｘが還元される。
排気浄化装置３０は、排気通路２０における第２選択還元型触媒４７の下流に排気ガス中の残存燃料を酸化する酸化触媒５４を備える。酸化触媒５４は、セラミックあるいは金属からなるモノリス担体と、このモノリス担体にコーティングされた触媒層とを有する。触媒層は、白金ゼオライト、白金アルミナ、または、白金−パラジウムアルミナを含む。白金ゼオライトを含む触媒層は、白金イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子で構成される。白金アルミナを含む触媒層は、白金を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、白金を担持させたθ−アルミナの粒子で構成される。白金−パラジウムアルミナを含む触媒層は、白金及びパラジウムを担持させたγ−アルミナ粉末、あるいは、白金及びパラジウムを担持させたθ−アルミナ粉末で構成される。酸化触媒５４は、第３下限温度Ｔｃ３Ｌ（例えば２００℃）以上であって第３上限温度Ｔｃ３Ｈ（例えば６００℃）以下の温度範囲を活性温度域として有する。なお、酸化触媒５４では、燃料の酸化反応、および、燃料を還元剤に用いたＮＯｘの還元反応が生じるが、ＮＯｘの還元反応よりも燃料の酸化反応が優先して進行する。
排気浄化装置３０は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流に、吸入空気量Ｑａを検出する吸入空気量センサー５５を備える。排気浄化装置３０は、バーナー３１と改質触媒４０との間に第１排気温度Ｔｅ１を検出する第１温度センサー５６、フィルター４１とＮＯｘ吸着材４３との間に第２排気温度Ｔｅ２を検出する第２温度センサー５７、ＮＯｘ吸着材４３と第２選択還元型触媒４７との間に第３排気温度Ｔｅ３を検出する第３温度センサー５８、および、酸化触媒５４の下流に第４排気温度を検出する第４温度センサー５９を備える。また、排気浄化装置３０は、フィルター４１とＮＯｘ吸着材４３との間に第１ＮＯｘ濃度Ｃｘ１を検出する第１ＮＯｘ濃度センサー６０、酸化触媒５４の下流に第２ＮＯｘ濃度Ｃｘ２を検出する第２ＮＯｘ濃度センサー６１、および、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサー６２を備える。各種センサーは、各々の検出値を示す信号を制御装置７０に出力する。また、制御装置７０には、インジェクター１３からの燃料噴射を制御する噴射制御部６３から燃料噴射量Ｑｆを示す信号が入力される。
制御装置７０は、ＣＰＵと、各種制御プログラムおよび最大吸着量テーブル等の各種データが格納されたＲＯＭと、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭとを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置７０は、各種センサー等からの信号に基づいて各種情報を取得し、その取得した各種情報とＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づき、調整弁３７と着火部３３とを制御することでバーナー３１の作動状態を制御する。なお、制御装置７０は、吸入空気量Ｑａおよび燃料噴射量Ｑｆに基づいて、排気ガスの流量である排気流量Ｑｅを演算する。
上述したようにバーナー３１は、停止状態、燃焼状態、および、添加状態を有する。制御装置７０は、次のように調整弁３７と着火部３３とを制御することにより、バーナー３１の作動状態を制御する。
バーナー３１が停止状態にあるとき、制御装置７０は、調整弁３７を閉状態に制御している。バーナー３１を停止状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置７０は、着火部３３に対して所定時間だけ電力を供給するとともに調整弁３７を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置７０は、調整弁３７を開状態に制御し続けることによりバーナー３１を燃焼状態に維持する。バーナー３１を停止状態から添加状態へ制御するとき、制御装置７０は、着火部３３に対する電力の供給を行わずに、調整弁３７を閉状態から開状態に制御する。以後、制御装置７０は、調整弁３７を開状態に制御し続けることによりバーナー３１を添加状態に維持する。
バーナー３１を添加状態から燃焼状態へ制御するとき、制御装置７０は、着火部３３に対して所定時間だけ電力を供給するとともに調整弁３７を開状態に維持する。バーナー３１を燃焼状態から添加状態へ制御するとき、制御装置７０は、着火部３３に対する電力の供給を行うことなく、例えば所定時間だけ調整弁３７を閉状態に制御することにより燃料の燃焼を停止したのち、再び調整弁３７を開状態へ制御する。
制御装置７０は、バーナー３１の作動状態を選択し、その選択した作動状態にバーナー３１を制御する通常処理を実行する。制御装置７０は、第１排気温度Ｔｅ１と第２排気温度Ｔｅ２とに基づき、改質触媒４０の温度である改質触媒温度Ｔｒｃ、および、第１選択還元型触媒４２の温度である第１触媒温度Ｔｃ１を演算する。また、制御装置７０は、改質触媒温度Ｔｒｃが得られる演算式、および、第１触媒温度Ｔｃ１が得られる演算式の各々に対して、例えば排気流量Ｑｅ、第１排気温度Ｔｅ１、第２排気温度Ｔｅ２等を代入することにより改質触媒温度Ｔｒｃおよび第１触媒温度Ｔｃ１を演算する。これらの演算式は、例えば改質触媒４０の質量や熱容量および第１選択還元型触媒４２の質量や熱容量に基づいて設定される。また、制御装置７０は、第２排気温度Ｔｅ２と第３排気温度Ｔｅ３との平均値をＮＯｘ吸着材４３の温度である吸着材温度Ｔａｄとして演算する。制御装置７０は、第３排気温度Ｔｅ３と第４排気温度Ｔｅ４とに基づき、第２選択還元型触媒４７の温度である第２触媒温度Ｔｃ２、および、酸化触媒５４の温度である第３触媒温度Ｔｃ３を演算する。制御装置７０は、第２触媒温度Ｔｃ２が得られる演算式、および、第３触媒温度Ｔｃ３が得られる演算式の各々に対して、例えば排気流量Ｑｅ、第３排気温度Ｔｅ３、第４排気温度Ｔｅ４等を代入することにより第２触媒温度Ｔｃ２および第３触媒温度Ｔｃ３を演算する。これらの演算式は、例えば第２選択還元型触媒４７の質量や熱容量および酸化触媒５４の質量や熱容量に基づいて設定される。
制御装置７０は、ＮＯｘ吸着材４３の吸着量Ｍａｄを演算する。制御装置７０は、例えば、排気流量Ｑｅ、吸着材温度Ｔａｄ、および、第１選択還元型触媒４２を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度である第１ＮＯｘ濃度Ｃｘ１に基づいて吸着量Ｍａｄを演算する。制御装置７０は、排気流量Ｑｅと第１ＮＯｘ濃度Ｃｘ１とに基づき第１選択還元型触媒４２を通過した排気ガス中のＮＯｘ量である第１ＮＯｘ量Ｑｘ１を前回の吸着量Ｍａｄに加算することにより吸着量Ｍａｄの暫定値を演算する。制御装置７０は、吸着材温度Ｔａｄに応じた最大吸着量Ｍａｄ１（図２参照）が規定された最大吸着量テーブルをＲＯＭに格納している。制御装置７０は、吸着量Ｍａｄの暫定値が吸着材温度Ｔａｄに応じた最大吸着量Ｍａｄ１よりも低いとき、その暫定値を今回の吸着量Ｍａｄに設定する。一方、制御装置７０は、吸着量Ｍａｄの暫定値が最大吸着量Ｍａｄ１以上であるとき、すなわちＮＯｘ吸着材４３が飽和状態にあるとき、最大吸着量Ｍａｄ１を吸着量Ｍａｄに設定する。制御装置７０は、エンジン１０の運転中は吸着量Ｍａｄを演算し続けるとともに、エンジン停止時における吸着量Ｍａｄを次のエンジン始動時における吸着量Ｍａｄの初期値に設定する。制御装置７０は、吸着材温度Ｔａｄが再生温度Ｔｆｒに到達すると吸着量Ｍａｄをリセット、すなわち０に設定する。
制御装置７０は、フィルター４１における粒子性物質の堆積量Ｍｆを演算し、その演算した堆積量Ｍｆが上限値を超えると通常処理を強制的に終了してフィルター４１のフィルター機能を再生する再生処理を実行する。制御装置７０は、例えば、フィルター４１における圧力損失等に基づいて堆積量Ｍｆを演算する。再生処理において、制御装置７０は、バーナー３１を燃焼状態に制御して第１触媒温度Ｔｃ１を再生温度Ｔｆｒまで昇温をする。制御装置７０は、バーナー３１が燃焼状態にあるときも堆積量Ｍｆを演算し、その堆積量Ｍｆが下限値を下回ると再生処理を終了して通常処理を再開する。
図５を参照して排気浄化装置３０の動作について説明する。
図５に示すように、通常処理において、制御装置７０は、各種センサーからの信号に基づいて各種情報を取得する（ステップＳ１１）。制御装置７０は、ステップＳ１１にて取得した情報とＲＯＭに格納している各種データ等とに基づき、上述した処理にしたがって各種温度とＮＯｘ吸着材４３の吸着量Ｍａｄとを演算する。（ステップＳ１２）。
図５に示すように、通常処理において、制御装置７０は、各種センサーからの信号に基づいて各種情報を取得する（ステップＳ１１）。制御装置７０は、ステップＳ１１にて取得した情報とＲＯＭに格納している各種データ等とに基づき、上述した処理にしたがって各種温度とＮＯｘ吸着材４３の吸着量Ｍａｄとを演算する。（ステップＳ１２）。
次に制御装置７０は、第１条件として、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２の少なくとも一方が不活性状態であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。制御装置７０は、改質触媒温度Ｔｒｃが改質下限温度ＴｒｃＬ未満、または、第１触媒温度Ｔｃ１が第１下限温度Ｔｃ１Ｌ未満のとき、第１条件が成立すると判断する。改質下限温度ＴｒｃＬには、改質触媒４０の触媒金属に応じた値が設定される。第１条件が成立するとき（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御装置７０は、燃焼許可条件が成立するか否かを判断する（ステップＳ１４）。例えば、制御装置７０は、燃料噴射量Ｑｆが所定量よりも多い高負荷状態、および、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数よりも大きい高回転状態のいずれにもエンジン１０の運転状態が該当しないとき、燃焼許可条件が成立すると判断する。制御装置７０は、燃焼許可条件が成立するとき（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、バーナー３１を燃焼状態に制御し（ステップＳ１５）、燃焼許可条件が成立しないとき（ステップＳ１４：ＮＯ）、バーナー３１を停止状態に制御する（ステップＳ１６）。燃焼状態において、制御装置７０は、例えば、吸入空気量Ｑａやエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ等に基づいて燃料添加量を演算し、その演算した燃料添加量の燃料が添加弁３８から添加されるように調整弁３７を制御する。第１条件が成立するとき（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は吸着材温度Ｔａｄが前回のエンジン停止時よりも低く、外気温に近い場合もある。そのため、この燃焼状態においては、ＮＯｘ吸着材４３にＮＯｘを吸着させつつ、バーナー３１によって排気ガスが昇温されることで各種触媒４０，４２，４７，５４の昇温が図られる。
なお、高負荷状態では、排気温度が高いためバーナー３１による排気ガスの昇温効果が少ない。また、高回転状態においては、排気流量Ｑｅが多いことでバーナー３１の失火が生じやすい。そのため、これら高負荷状態および高回転状態においてバーナー３１を停止状態に制御することで、バーナー３１における燃料消費量を抑えることができる。
一方、第１条件が不成立のとき（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御装置７０は、第２条件として、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態にあるか否かを判断する（ステップＳ１７）。第２条件が成立するとき（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、制御装置７０は、第３条件として、第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４の少なくとも一方が不活性状態であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。制御装置７０は、第２触媒温度Ｔｃ２が第２下限温度Ｔｃ２Ｌ未満、または、第３触媒温度Ｔｃ３が第３下限温度Ｔｃ３Ｌ未満であるとき、第３条件が成立すると判断する。第３条件が成立するとき（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御装置７０は、ステップＳ１４の燃焼許可条件が成立するか否かに応じて、バーナー３１を燃焼状態（ステップＳ１５）、もしくは、停止状態（ステップＳ１６）に制御する。
他方、制御装置７０は、第１条件の不成立（ステップＳ１２：ＮＯ）、および、第２条件の不成立（ステップＳ１７：ＮＯ）のとき、バーナー３１を停止状態に制御する（ステップＳ１６）。すなわち、制御装置７０は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態にあり、かつ、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態でないときは、バーナー３１を停止状態に制御して、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材４３に吸着させる。
また、制御装置７０は、第１条件の不成立（ステップＳ１３：ＮＯ）、第２条件の成立（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、および、第３条件の不成立（ステップＳ１８：ＮＯ）のとき、バーナー３１を添加状態に制御する（ステップＳ１９）。添加状態において、制御装置７０は、ＮＯｘ吸着材４３のＮＯｘ放出量と、例えば吸入空気量Ｑａやエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ等に基づきエンジン１０が排出したＮＯｘ量とを演算する。そして、制御装置７０は、その演算したＮＯｘ放出量およびＮＯｘ量のＮＯｘが第１および第２選択還元型触媒４２，４７にて還元される燃料添加量を演算する。制御装置７０は、その燃料添加量の燃料が添加弁３８から添加されるように調整弁３７を制御する。
燃料が添加された排気ガスは、改質触媒４０において燃料の一部が含酸素化合物に改質されてフィルター４１に流入する。フィルター４１において、排気ガスは、粒子性物質が捕捉されるとともに、第１選択還元型触媒４２によって含酸素化合物および燃料を還元剤に用いてＮＯｘが還元され、その還元反応によって生成されたＮＨ３を取り込む。フィルター４１を通過した排気ガスは、第１選択還元型触媒４２で反応しなかった燃料と、ＮＯｘの還元反応によって生成されたＮＨ３とを含む。そして、排気ガスは、ＮＯｘ吸着材４３が放出したＮＯｘを取り込んで第２選択還元型触媒４７に流入する。
第２選択還元型触媒４７に流入した排気ガスは、ＨＣ触媒層４９にて燃料を還元剤に用いてＮＯｘが還元され、ＮＨ３触媒層５０にてＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘが還元される。そして、第２選択還元型触媒４７を通過した排気ガスは、酸化触媒５４に流入し、第１および第２選択還元型触媒４２，４７で反応しなかった残存燃料が酸化される。
また、制御装置７０は、通常処理の実行中に堆積量Ｍｆが上限値を超えると通常処理を強制的に終了してフィルター４１の再生処理を実行する。再生処理が終了すると、制御装置７０は、吸着量Ｍａｄをリセットしたうえで通常処理を再開する。
図６は、エンジン１０をＷＨＴＣモードで運転した場合におけるＮＯｘの浄化性能を比較した結果の一例を示すグラフである。実施例は、上述した排気浄化装置３０である。比較例は、バーナー３１、改質触媒４０、および、ＮＯｘ吸着材４３を有していない排気浄化装置である。具体的には、排気通路の上流側から順に、第１燃料添加弁、燃料を還元剤とする白金系の低温型触媒、フィルター機能のみを有するフィルター、第２燃料添加弁、燃料を還元剤とする銀系の高温型触媒、ＮＨ３を還元剤とする銅系の触媒、および、酸化触媒が配置された排気浄化装置である。図６に示すように、実施例の排気浄化装置３０では、比較例の排気浄化装置に比べて、約１０〜１５％の浄化性能の向上が確認された。
上記実施形態の排気浄化装置３０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２の少なくとも一方が不活性状態であるときにバーナー３１が燃焼状態に制御される。これにより、ＮＯｘ吸着材４３にＮＯｘを吸着させながら各種触媒４０，４２，４７，５４の昇温が促進され、燃料を還元剤に用いたＮＯｘの還元が早期に実現される。
（１）改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２の少なくとも一方が不活性状態であるときにバーナー３１が燃焼状態に制御される。これにより、ＮＯｘ吸着材４３にＮＯｘを吸着させながら各種触媒４０，４２，４７，５４の昇温が促進され、燃料を還元剤に用いたＮＯｘの還元が早期に実現される。
（２）第１選択還元型触媒４２では、燃料と含酸素化合物とを還元剤に用いてＮＯｘが還元されることでＮＯｘが効率よく還元される。
（３）上記（１）（２）によりＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。
（４）上記（２）により、ＮＯｘの浄化に起因する燃料消費量が低減される。
（５）改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態であり、かつ、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態でないときにバーナー３１が停止状態に制御される。このとき、排気ガスで第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４を昇温させながら、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材４３に吸着させることができる。
（３）上記（１）（２）によりＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。
（４）上記（２）により、ＮＯｘの浄化に起因する燃料消費量が低減される。
（５）改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態であり、かつ、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態でないときにバーナー３１が停止状態に制御される。このとき、排気ガスで第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４を昇温させながら、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材４３に吸着させることができる。
（６）改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態であり、かつ、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態であり、かつ、第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４の少なくとも一方が不活性状態であるときに、バーナー３１が燃焼状態に制御される。これにより、第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４の昇温が促進される。その結果、第１および第２選択還元型触媒４２，４７の双方によるＮＯｘの還元がさらに早期に実現される。
（７）燃料を還元剤に用いてＮＯｘを還元する白金系触媒では、燃料の酸化反応も強いため、ＮＯｘの還元と燃料そのものの酸化とによって燃料のほとんどが反応してしまう。この点、銀系触媒である第１選択還元型触媒４２では、燃料の酸化反応が弱く、燃料の一部が反応しないため、反応しなかった燃料を後段の触媒の還元剤に用いることができる。これにより、燃料の添加を１つの箇所で行うことができる。そして、その燃料の添加がバーナー３１を構成する添加弁３８によって行われることで、排気ガスに燃料を添加する添加弁を別途設ける必要がない。その結果、排気浄化装置の簡素化を図ることができる。
（８）含酸素化合物は、燃料の主成分である炭化水素の燃焼過程における中間体であるため、炭化水素に比べて反応性が高い。そのため、第１選択還元型触媒４２を有するフィルター４１が改質触媒４０の直後に位置することで、より多くの含酸素化合物をフィルター４１に供給することができる。
（９）第２選択還元型触媒４７は、ＨＣ触媒層４９とＮＨ３触媒層５０とを備える。これにより、第２選択還元型触媒４７は、第１選択還元型触媒４２にて反応しなかった燃料と第１選択還元型触媒４２にて生成されたＮＨ３とでＮＯｘを還元することができる。
（１０）第２選択還元型触媒４７の下流に酸化触媒５４が位置していることで、外気に対する燃料の排出が抑えられる。その結果、ＮＯｘを還元するうえで添加部３２による燃料の添加量についての自由度が向上する。
（１１）定期的に行われるフィルター４１の再生処理によって吸着量Ｍａｄがリセットされることから、演算値である吸着量ＭａｄとＮＯｘ吸着材４３の実際の吸着量との誤差を小さくすることができる。これにより、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態であるか否かの判断についての確度が高まり、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態でないときにバーナー３１が燃焼状態に制御されることが抑えられる。その結果、バーナー３１における燃料の消費を抑えることができる。また、フィルター４１の再生処理中に吸着量Ｍａｄを演算しないことで制御装置７０に対する負荷を抑えることもできる。
（１２）含酸素化合物は、燃料に含まれる炭化水素よりも低い温度（例えば１５０℃）で燃焼が開始する。そのため、バーナー３１を燃焼状態に制御せずとも、排気ガスによって昇温された含酸素化合物が燃焼することでフィルター４１を再生することができる。これにより、フィルター４１の再生に要する燃料量を低減することが可能である。
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・酸化触媒５４は、排気ガス中の残存燃料が極少量、または、許容範囲に収まるのであれば割愛されてもよい。この場合、通常処理のステップＳ１８の処理では、第２選択還元型触媒４７が不活性状態であるか否かが判断される。
・酸化触媒５４は、排気ガス中の残存燃料が極少量、または、許容範囲に収まるのであれば割愛されてもよい。この場合、通常処理のステップＳ１８の処理では、第２選択還元型触媒４７が不活性状態であるか否かが判断される。
・第２選択還元型触媒４７は、第１選択還元型触媒４２において生成されたＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘを還元する機能を有していればよく、ＮＨ３触媒層５０のみを触媒層として有していてもよい。
・排気浄化装置３０は、バーナー３１と改質触媒４０との間に、別途、排気ガスに燃料を添加する構成を有していてもよい。こうした場合、バーナー３１は、添加状態には制御されず、停止状態、もしくは、燃焼状態に制御される。
・フィルター４１は、ＮＯｘ吸着材４３と第２選択還元型触媒４７との間に位置していてもよい。
・制御装置７０は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２の少なくとも一方が不活性状態である第１条件を次のように判断してもよい。すなわち、制御装置７０は、例えばエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ、および、吸入空気量Ｑａに基づき、排気浄化装置３０に流入する排気ガス中のＮＯｘ量Ｑｘを演算する。そして、ＮＯｘ量Ｑｘに対するＮＯｘ量Ｑｘと第１ＮＯｘ量Ｑｘ１との差の比率を第１ＮＯｘ低減率Ｒ１（＝（Ｑｘ−Ｑｘ１）／Ｑｘ）として演算する。制御装置７０は、例えばフィルター４１における排気ガスの空間速度ＳＶ１、第１触媒温度Ｔｃ１、および、ＮＯｘ量Ｑｘに基づくＮＯｘ低減率の目標値Ｒｔ１を演算し、第１ＮＯｘ低減率Ｒ１が目標値Ｒｔ１未満であるか否かで第１条件の成否を判断してもよい。この目標値Ｒｔ１は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２に対して一定量の燃料が供給された場合に触媒４０，４２の双方が活性状態であると判断可能なＮＯｘ低減率であり、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定される。こうした場合、制御装置７０は、例えば、エンジン１０の始動後に、バーナー３１の添加弁３８から一定量の燃料を排気ガスに添加して第１条件の成否の初期判断を行う。そして、制御装置７０は、バーナー３１を燃焼状態に制御するときには、一定量の未燃燃料が改質触媒４０に流入するように燃料がリッチなリッチ燃焼状態にバーナー３１を制御する。また、制御装置７０は、ＮＯｘ量Ｑｘが規定されたＮＯｘ量マップと、第１ＮＯｘ低減率Ｒ１の目標値Ｒｔ１が規定された第１目標値マップとを各種データとしてＲＯＭに格納していることが好ましい。
・制御装置７０は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２の少なくとも一方が不活性状態である第１条件を次のように判断してもよい。すなわち、制御装置７０は、例えばエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ、および、吸入空気量Ｑａに基づき、排気浄化装置３０に流入する排気ガス中のＮＯｘ量Ｑｘを演算する。そして、ＮＯｘ量Ｑｘに対するＮＯｘ量Ｑｘと第１ＮＯｘ量Ｑｘ１との差の比率を第１ＮＯｘ低減率Ｒ１（＝（Ｑｘ−Ｑｘ１）／Ｑｘ）として演算する。制御装置７０は、例えばフィルター４１における排気ガスの空間速度ＳＶ１、第１触媒温度Ｔｃ１、および、ＮＯｘ量Ｑｘに基づくＮＯｘ低減率の目標値Ｒｔ１を演算し、第１ＮＯｘ低減率Ｒ１が目標値Ｒｔ１未満であるか否かで第１条件の成否を判断してもよい。この目標値Ｒｔ１は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２に対して一定量の燃料が供給された場合に触媒４０，４２の双方が活性状態であると判断可能なＮＯｘ低減率であり、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定される。こうした場合、制御装置７０は、例えば、エンジン１０の始動後に、バーナー３１の添加弁３８から一定量の燃料を排気ガスに添加して第１条件の成否の初期判断を行う。そして、制御装置７０は、バーナー３１を燃焼状態に制御するときには、一定量の未燃燃料が改質触媒４０に流入するように燃料がリッチなリッチ燃焼状態にバーナー３１を制御する。また、制御装置７０は、ＮＯｘ量Ｑｘが規定されたＮＯｘ量マップと、第１ＮＯｘ低減率Ｒ１の目標値Ｒｔ１が規定された第１目標値マップとを各種データとしてＲＯＭに格納していることが好ましい。
・制御装置７０は、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態である第２条件をＮＯｘ吸着材４３の前後におけるＮＯｘ量の差に基づいて判断してもよい。この場合、ＮＯｘ吸着材４３と第２選択還元型触媒４７との間に新たにＮＯｘ濃度センサーが配設される。
・制御装置７０は、第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４の少なくとも一方が不活性状態である第３条件を次のように判断してもよい。すなわち、制御装置７０は、排気流量Ｑｅと第２ＮＯｘ濃度Ｃｘ２とに基づき酸化触媒５４を通過した排気ガスに含まれる第２ＮＯｘ量Ｑｘ２を演算するとともに、第１ＮＯｘ量Ｑｘ１に対する第１ＮＯｘ量Ｑｘ１と第２ＮＯｘ量Ｑｘ２との差の比率を第２ＮＯｘ低減率Ｒ２（＝（Ｑｘ１−Ｑｘ２）／Ｑｘ１）として演算する。制御装置７０は、例えば第２選択還元型触媒４７における排気ガスの空間速度ＳＶ２、第２触媒温度Ｔｃ２、および、第１ＮＯｘ量Ｑｘ１に基づくＮＯｘ低減率の目標値Ｒｔ２を演算し、第２ＮＯｘ低減率Ｒ２が目標値Ｒｔ２未満であるか否かで判断してもよい。この目標値Ｒｔ２は、第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４に対して一定量の燃料が供給された場合に触媒４７，５４の双方が活性状態であると判断可能なＮＯｘ低減率であり、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定される。こうした場合、制御装置７０は、例えば、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２における燃料の消費量を演算し、この消費量を考慮したうえで第２選択還元型触媒４７に一定量の未燃燃料が流入するように、燃料がリッチなリッチ燃焼状態にバーナー３１を制御する。また、制御装置７０は、第２ＮＯｘ低減率Ｒ２の目標値Ｒｔ２が規定された第２目標値マップを各種データとしてＲＯＭに格納していることが好ましい。
・改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態にあり、かつ、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態でないとき、制御装置７０は、バーナー３１を添加状態に制御してもよい。こうした構成であれば、第１選択還元型触媒４２でＮＯｘが還元されるため、ＮＯｘ吸着材４３に流入するＮＯｘ量を低減することができる。その結果、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態に到達するまでの期間が先延ばしされるとともに、その期間に第２選択還元型触媒４７および酸化触媒５４を排気ガスで昇温させることができる。
・制御装置７０は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態であるときに、ＮＯｘ吸着材４３の状態に関わらず、バーナー３１を添加状態に制御してもよい。こうした構成によれば、改質触媒４０における燃料の改質と第１選択還元型触媒４２におけるＮＯｘの還元とが行われることから、第２選択還元型触媒４７が不活性状態であっても、第１選択還元型触媒４２で還元された分だけＮＯｘを低減することができる。
・制御装置７０は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２の少なくとも一方が不活性状態であり、かつ、ＮＯｘ吸着材４３が飽和状態に到達したことを条件としてバーナー３１を停止状態から燃焼状態に制御してもよい。こうした構成によれば、バーナー３１の燃焼が開始されるまでの期間、ＮＯｘ吸着材４３にＮＯｘを吸着させることができる。
・制御装置７０は、バーナー３１を燃焼状態に制御する際の条件として燃焼許可条件を含んでいなくともよい。こうした構成によれば、例えば、エンジン１０の運転状態に関わらず各種触媒の早急な昇温が必要とされる場合やエンジン１０の高回転状態においてバーナー３１の燃焼状態が安定する場合にバーナー３１を燃焼状態に制御することができる。
・制御装置７０は、改質触媒４０および第１選択還元型触媒４２が活性状態にあるときにバーナー３１を燃焼状態に制御する場合、バーナー３１において未燃燃料が発生するように燃料がリッチなリッチ燃焼状態にバーナー３１を制御してもよい。こうした構成によれば、第１選択還元型触媒４２においてＮＯｘを還元しつつ、第２選択還元型触媒４７の昇温を促進することができる。
・制御装置７０は、酸化触媒５４の状態に関わらず、第２選択還元型触媒４７が不活性状態であることを条件の１つとしてバーナー３１を燃焼状態に制御してもよい。
１０…ディーゼルエンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２２…タービン、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、３０…排気浄化装置、３１…バーナー、３２…添加部、３３…着火部、３４…燃料タンク、３５…燃料通路、３６…ポンプ、３７…調整弁、３８…添加弁、４０…改質触媒、４１…フィルター、４２…第１選択還元型触媒、４３…ＮＯｘ吸着材、４７…第２選択還元型触媒、４８…モノリス担体、４９…ＨＣ触媒層、５０…ＮＨ３触媒層、５１…触媒担体、５２…隙間、５３…触媒担体、５４…酸化触媒、５５…吸入空気量センサー、５６…第１温度センサー、５７…第２温度センサー、５８…第３温度センサー、５９…第４温度センサー、６０…第１ＮＯｘ濃度センサー、６１…第２ＮＯｘ濃度センサー、６２…エンジン回転数センサー、６３…噴射制御部、７０…制御装置。
Claims (6)
- 排気通路を流れる排気ガスを昇温可能なバーナーと、
排気ガスに燃料を添加する添加弁と、
前記バーナーおよび前記添加弁の下流に位置し、排気ガス中の燃料に含まれる炭化水素の一部を含酸素化合物に改質する改質触媒と、
前記改質触媒の下流に位置し、排気ガス中の粒子性物質を捕捉するフィルターであって、排気ガス中の燃料と含酸素化合物とを還元剤に用いてＮＯｘを還元してＮＨ３を生成する第１選択還元型触媒を含む前記フィルターと、
前記改質触媒の下流に位置し、排気ガス中のＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材と、
前記フィルターおよびＮＯｘ吸着材の下流に位置し、前記第１選択還元型触媒が生成したＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘを還元する第２選択還元型触媒と、
前記バーナーを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記改質触媒および前記第１選択還元型触媒の少なくとも一方が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する排気浄化装置。 - 前記制御部は、前記改質触媒および前記第１選択還元型触媒が活性状態であり、かつ、前記ＮＯｘ吸着材が飽和状態であり、かつ、前記第２選択還元型触媒が不活性状態であるときに前記バーナーを燃焼状態に制御する請求項１に記載の排気浄化装置。
- 前記バーナーは、前記添加弁と前記添加弁が添加した燃料に着火する着火部とを含み、
前記制御部は、前記改質触媒、前記第１選択還元型触媒、および、前記第２選択還元型触媒が活性状態であるときに、前記添加弁が添加した燃料を燃焼させない添加状態に前記バーナーを制御する請求項２に記載の排気浄化装置。 - 前記フィルターは、前記改質触媒と前記ＮＯｘ吸着材との間に位置する請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
- 前記第２選択還元型触媒は、積層構造体であり、
燃料を還元剤に用いてＮＯｘを還元するＨＣ触媒層と、
前記ＨＣ触媒層に積層されて前記第２選択還元型触媒の表層を構成し、前記第１選択還元型触媒が生成したＮＨ３を還元剤に用いてＮＯｘを還元するＮＨ３触媒層とを備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。 - 前記第２選択還元型触媒の下流に位置し、排気ガス中の残存燃料を酸化する酸化触媒をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
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