JP7314830B2 - 排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムに関する。

選択還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）触媒は、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）等の浄化に用いられる代表的なＮＯｘ浄化触媒の１つとして知られている。ＳＣＲ触媒には、ＮＯｘを浄化するための還元剤としてアンモニア（ＮＨ３）等が供給される。特許文献１には、アンモニア吸着能力の相違するＳＣＲ触媒を備えた２つの触媒層が並列に接続されて排気通路に配置された排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、アンモニアがＳＣＲ触媒の下流側に流出することを抑制するために、排気温度に応じて、２つの触媒層に流入する排気量を調整する。

特開２０１０－１８５４３４号公報

ＳＣＲ触媒においてＮＯｘ浄化反応の触媒反応を促進するためには、還元剤として供給されるアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着する吸着量を確保することが求められる。ＳＣＲ触媒の触媒温度が高くなると、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量は低下する。このため、内燃機関が運転されてＳＣＲ触媒の触媒温度が上昇した後に、内燃機関が停止して、ＳＣＲ触媒の触媒温度が十分に低下しないうちに還元剤の供給が停止されると、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量は低い状態のままＳＣＲ触媒の触媒温度が低下する。内燃機関が停止した後、次回の起動時に冷間始動される場合には、ＳＣＲ触媒の触媒温度が低くアンモニアの吸着量が低い状態で、内燃機関が運転を開始するため、ＮＯｘの還元反応の反応速度を高くすることが困難となり、ＮＯｘ浄化率を十分に高くすることができないことが懸念される。

上記に鑑み、本発明は、内燃機関の起動時にＮＨ３の吸着量の不足に起因してＮＯｘの浄化率が低下することを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関からの排気中の所定成分を浄化する排気浄化システムを提供する。この排気浄化システムは、前記内燃機関の排気管内に設置され、アンモニアを還元剤として前記排気中の窒素酸化物を還元反応により浄化する選択還元触媒を含む選択還元触媒層と、前記排気管内の前記選択還元触媒層の下流側に設置され、前記排気中の窒素酸化物を浄化する浄化触媒を含む浄化触媒層と、前記選択還元触媒層にアンモニア源を供給する還元剤供給装置と、前記内燃機関からの排気の一部を、前記選択還元触媒層を迂回して前記浄化触媒層に通過させることにより前記選択還元触媒層に流入する触媒側排気量を調整する流量調整機構と、制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記選択還元触媒層の温度情報が、前記選択還元触媒層の温度が所定の温度閾値よりも高いことを示す場合に、前記触媒側排気量を低減するように前記流量調整機構を制御する排気量制御部と、前記排気量制御部により前記触媒側排気量を低減する制御が実行された場合に、前記選択還元触媒層にアンモニア源を供給するように前記還元剤供給装置を制御する還元剤制御部と、を備える。

本発明の排気浄化システムによれば、制御装置は、選択還元触媒層（以下、本明細書ではＳＣＲ触媒層と称することがある）の温度情報が、ＳＣＲ触媒層の温度が所定の温度閾値よりも高いことを示す場合には、排気量制御部により、触媒側排気量を低減する。このため、排気熱量が低減されてＳＣＲ触媒層の温度をアンモニアの吸着に適した低い温度に制御することができる。さらに、排気量制御部は、流量調整機構を制御して、ＳＣＲ層を迂回して浄化触媒層に通過させることにより、触媒側排気量を低減する。このため、ＳＣＲ層を迂回した排気も浄化触媒層によって浄化され、排気浄化システムから排出される排気におけるＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。また、排気量制御部により前記触媒側排気量を低減する制御が実行された場合に、還元剤制御部により、ＳＣＲ触媒層にアンモニア源を供給するように還元剤供給装置を制御する。このため、ＳＣＲ触媒層の温度をアンモニアの吸着に適した低い温度に制御した状態で、アンモニア源を供給することができる。その結果、供給したアンモニア源が、確実にＳＣＲ触媒層におけるアンモニアの吸着量の増加に寄与するように制御できる。すなわち、上記の排気浄化システムによれば、内燃機関の運転中などの排気温度が高い場合にも、排気浄化システム全体を通してのＮＯｘ浄化率の低下を抑制しながら、上流側に配置されたＳＣＲ触媒層の温度を低温に制御してＳＣＲ触媒層におけるアンモニアの吸着量を確保できる。このため、内燃機関の運転中に、任意に、次回の内燃機関の起動時に備えて、ＳＣＲ触媒層にアンモニアを十分に吸着させることができる。その結果、次回の内燃機関の起動時には、ＳＣＲ触媒層におけるアンモニア吸着量が確保された状態で排気浄化システムを起動でき、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量の不足に起因してＮＯｘの浄化率が低下することを抑制することができる。特に、冷間始動時などの各触媒層の温度を上げてＮＯｘ還元反応の反応速度を速くすることが困難な場合でも、アンモニアの吸着量を確保することによりＮＯｘの還元反応の反応速度を速くすることができる。

実施形態に係る排気浄化システムの概略図。 実施形態に係る内燃機関の排気浄化処理のフローチャート。 上流側のＳＣＲ触媒層における触媒側排気量およびバイパス側排気量の触媒温度依存性を示す図。 上流側のＳＣＲ触媒層におけるＮＨ３の吸着量と触媒温度との関係を示す図。 変形例に係る排気浄化システムの一部を示す概略図。

（第１実施形態）
図１に示すように、車両の排気浄化システム１０は、車両に搭載され、第１触媒層３０と、第２触媒層３１と、第３触媒層３２と、流量制御弁４０と、バイパス路４１と、ＥＣＵ５０と、還元剤供給装置とを備えている。バイパス路４１は、第１触媒層３０をバイパスする管路である。排気浄化システム１０は、内燃機関２０から排出される排気を第１触媒層３０またはバイパス路４１に流通させ、その後、第２触媒層３１と、第３触媒層３２とに流通させることにより、排気中に含まれる所定成分を浄化可能なシステムとして構成されている。

内燃機関２０は、ディーゼルエンジンであり、吸気管１１から吸入した空気は、過給装置１３によって圧縮されて内燃機関２０の燃焼室内に吸入され、この燃焼室内において、燃料噴射弁から噴射された燃料とともに燃焼に供される。

過給装置１３は、吸気管１１に配置された吸気コンプレッサ１４と、排気管１２に配置された排気タービン１５と、吸気コンプレッサ１４と排気タービン１５とを連結する回転軸１６とを備えている。内燃機関２０からの排気により排気タービン１５が回転されると、その回転に伴い吸気コンプレッサ１４が回転され、吸気の過給が行われる。

排気管１２には、上流側から下流側に向かって、流量制御弁４０、第１触媒層３０、第２触媒層３１、第３触媒層３２がこの順序で配置されている。排気管１２は、上流から順に、第１排気管部４２と、第２排気管部４３と、第３排気管部４４と、第４排気管部４５とを備えている。第１排気管部４２は、排気管１２のうち、流量制御弁４０と第１触媒層３０の入口との間となる部分である。第２排気管部４３は、排気管１２のうち、第１触媒層３０の出口と第２触媒層３１の入口との間となる部分である。第３排気管部４４は、排気管１２のうち、第２触媒層３１の出口と第３触媒層３２の入口との間となる部分である。第４排気管部４５は、排気管１２のうち、第３触媒層３２の出口よりも下流となる部分である。図示していないが、車両の外部に排気を排出する排気口は、第４排気管部４５よりも下流側に配置されている。排気管１２の第１排気管部４２には、入口ＮＯｘセンサ２１が設けられている。入口ＮＯｘセンサ２１は、第１触媒層３０に流入する排気中のＮＯｘ量を濃度として検出する。

バイパス路４１は、流量制御弁４０と第２排気管部４３とを接続する位置で、排気管１２に対して接続されている。バイパス路４１は、第１触媒層３０の入口側と出口側とにおいて排気管１２に接続されている。

流量制御弁４０は、内燃機関２０からの排気を第１触媒層３０とバイパス路４１とに分配して流通させる。内燃機関２０からの排気は、第１触媒層３０のみに分配されてもよいし、第１触媒層３０とバイパス路４１との双方に分配されてもよい。なお、後述する図２に示す内燃機関２０の排気浄化処理においては実行されない制御ではあるが、流量制御弁４０は、内燃機関２０からの排気をバイパス路４１のみに分配して第１触媒層３０に分配する排気量を零にするように制御可能に構成されている。

第１触媒層３０は、車両において、内燃機関２０に近接して設置されるｃ／ｃ（ｃｌｏｓｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ：エンジン近接）触媒層である。第２触媒層３１および第３触媒層３２は、車体の床下部に設置されるｕ／ｆ（ｕｎｄｅｒ－ｆｌｏｏｒ：車体床下）触媒層である。ｃ／ｃ触媒層は、内燃機関２０に近接して配置されるため、内燃機関２０の運転時には、ｕ／ｆ触媒層よりも高温化し易い傾向がある。

第１触媒層３０は、選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）を含む選択還元触媒層（ＳＣＲ触媒層）である。第１触媒層３０には、第１触媒層３０の温度を検出する第１触媒温度センサ２２が設けられている。ＳＣＲ触媒は、還元剤により選択的にＮＯｘを還元する触媒である。ＳＣＲ触媒においては、ＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）は、還元剤によりＮ２に還元される。ＳＣＲ触媒において還元剤として用いられる物質の代表例としては、ＮＨ３、炭化水素（ＨＣ）、Ｈ２、アルデヒド類（ＲＣＨＯ）を挙げることができるが、排気浄化システム１０では、第１触媒層３０は、ＮＨ３を還元剤として用いるＳＣＲ触媒層として構成されている。ＮＨ３を還元剤として用いる場合には、アンモニア源としての尿素水等が排気管１２に供給され、排気管１２内でＮＨ３が生成される。

ＳＣＲ触媒としては、例えば、金属酸化物、セラミックス等の担体と、貴金属または卑金属の活性種とを含む触媒が知られている。より具体的には、還元剤としてＮＨ３を用いるＳＣＲ触媒の具体例として、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等をカチオン種として含むＺＳＭ５等のゼオライト触媒を例示できる。

第２触媒層３１は、主として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）以外の成分を浄化する機能を有する浄化触媒を備えた非ＮＯｘ浄化触媒層である。例えば、排気中の未反応燃料や粒子成分を浄化する機能を有する触媒を第２触媒層３１に用いることができる。第２触媒層３１に用いられる触媒の具体例としては、ディーゼル酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＤＯＣ）を含む酸化触媒層（ＤＯＣ層）や、ディーゼル微粒子捕集フィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ；ＤＰＦ）等を挙げることができる。

ＤＯＣは、排気に含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）中の可溶有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：ＳＯＦ）や、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化する触媒である。ＤＯＣとしては、例えば、金属酸化物等の担体と、貴金属または卑金属の活性種とを含む触媒が用いられている。ＤＯＣの代表例としては、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属触媒をアルミナやゼオライトに担持した触媒を例示できる。排気管１２に配置する場合には、コージェライトまたはＳｉＣ（炭化ケイ素）を材料とするハニカム構造の担体にＰｔ，Ｐｄを担持した形態で用いられることが多い。

ＤＰＦは、排気中の粒子状成分を浄化する触媒を備えた粒子捕集フィルタである。ＤＰＦとしては、例えば、金属酸化物等の担体と、貴金属または卑金属の活性種とを含む触媒が用いられている。ＤＰＦの代表例としては、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属触媒をコージェライトまたはＳｉＣを材料とするハニカム構造の担体に担持した触媒を例示できる。ＤＰＦは、排気中の粒子状物質（Ｐｅｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）をろ過して捕集する。本実施形態では、図１に示すように、上流側に配置されたＤＯＣ層３１ａと、下流側に配置されたＤＰＦ層３１ｂとによって、第２触媒層３１が構成されている場合を例示して説明する。

第３触媒層３２は、排気中のＮＯｘを還元反応により浄化するＮＯｘ浄化触媒を含むＮＯｘ浄化触媒層３２ａを備えている。第３触媒層３２は、必要に応じて、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの下流側に、還元剤除去層３２ｂを備えるように構成することができる。ＮＯｘ浄化触媒層３２ａには、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度を検出する第２触媒温度センサ２３が設置されている。ＮＯｘ浄化触媒としては、ＳＣＲ触媒、ＬＮＴ（Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ）触媒等を例示することができる。なお、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおいてＮＯｘ浄化触媒としてＳＣＲ触媒を用いる場合には、第１触媒層３０と共通の還元剤を利用可能な触媒を用いることが好ましい。第１触媒層３０とＮＯｘ浄化触媒層３２ａとについて還元剤供給装置を一部共有化でき、排気浄化システム１０の構成を簡略化できる。

ＬＮＴ触媒は、内燃機関２０の通常運転時はＮＯｘを触媒上に吸着させ、時折、リッチスパイク（燃料を多めに噴射すること）により、排出ガス中の酸素（Ｏ２）を低減させ、かつ、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を増加させる。そして、吸着したＮＯｘと反応させて窒素に還元する。ＬＮＴ触媒としては、例えば、金属酸化物、セラミックス等の担体と、貴金属または卑金属の活性種と、ＮＯｘ吸着種とを含む触媒が用いられている。より具体的には、ＬＮＴ触媒の具体例として、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属種と、ＮＯｘ吸着種としてのバリウム（Ｂａ）やセリウム（Ｃｅ）を含む触媒を例示できる。ＬＮＴ触媒の別称としては、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒、ＮＡＣ（ＮＯｘ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ－ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒等を挙げることができる。本明細書においては、ＬＮＴ触媒という用語は、上記別称で称される各触媒を含む意味で用いる。

還元剤除去層３２ｂとしては、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおいて利用されず通過した還元剤を除去するための触媒を備えた触媒層が配置される。例えば、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａとしてＮＨ３を還元剤とするＳＣＲ触媒を用いる場合には、アンモニアスリップ触媒（ａｍｍｏｎｉａ ｓｌｉｐ ｃａｔａｌｙｓｔ；ＡＳＣ）を還元剤除去層３２ｂの触媒として用いることが好ましい。ＡＳＣは、酸化触媒であり、主に、ＮＨ３がＳＣＲ触媒をスリップして（すり抜けて）外気中に放出されることを抑制する目的で設置される。ＡＳＣにおいて、ＮＨ３は、Ｎ２やＨ２Ｏ、ＮＯｘに変換される。本実施形態では、以下、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａとしてＳＣＲ触媒を用い、還元剤除去層３２ｂとしてＡＳＣを用いた場合を例示して説明する。

還元剤供給装置は、第１触媒層３０等においてアンモニア源を供給する。アンモニア源は、ＮＨ３自体であってもよいし、尿素水等の化学反応等によりＮＨ３を生成する物質であってもよい。これら還元剤供給装置は、排気管１２に接続されたインジェクタ６１、６２を備えている。図示を省略しているが、還元剤供給装置は、アンモニア源としての尿素水を貯蔵するタンクと、タンクからインジェクタ６１，６２に尿素水を供給するためのポンプ等を備えている。還元剤供給装置は、インジェクタ６１、６２から、尿素水を排気管１２内に噴射することができる。

インジェクタ６１、６２から排気管１２内に供給された尿素水は、その液滴が排気管１２の内壁面等に衝突して微細化し、もしくは、壁面に付着して蒸発する。その後、下記式（１）に示す熱分解反応、下記式（２）に示す加水分解により、還元剤としてのＮＨ３を生成する。

ＣＯ（ＮＨ２）２→ＮＨ３＋ＨＮＣＯ … （１）
ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２ … （２）

ＮＨ３が生成されることにより、第１触媒層３０およびＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおいて、ＳＣＲ触媒により、ＮＨ３を還元剤として下記式（３）～（５）に示す触媒反応が起こる。なお、下記式（３）は、Ｆａｓｔ反応、式（４）はＳｔａｎｄａｒｄ反応、式（５）はＳｌｏｗ反応と呼ばれる。

ＮＯ＋ＮＯ２+２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ … （３）
４ＮＯ＋４ＮＨ３+Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ … （４）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ … （５）

なお、排気浄化システム１０におけるＮＯｘの浄化率Ｙｒ（％）は、内燃機関２０から排出される排気中のＮＯｘ量を入口ＮＯｘ量Ｎｉとし、第３触媒層３２から流出する排気中のＮＯｘ量を出口ＮＯｘ量Ｎｏとした場合、下記式（６）により算出できる。

Ｙｒ（％）＝１００×（Ｎｉ－Ｎｏ）／Ｎｉ …（６）。

ＮＯｘの浄化率Ｙｒは、排気中に含まれる各成分の成分量の検出値または推定値を取得し、取得した検出値または推定値に基づいて、推定できる。各成分の成分量は、各種センサによって検出された検出値であってもよいし、その成分量に関係する他のパラメータ等に基づいて推定された推定値であってもよい。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、前述した各種センサの検出信号に基づいて、内燃機関２０および排気浄化システム１０の各種制御を実行する。ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の燃焼制御を実行するとともに、流量制御弁４０を制御し、インジェクタ６１，６２からの還元剤供給量を制御する制御装置としての機能を有する。入口ＮＯｘセンサ２１、第１触媒温度センサ２２、第２触媒温度センサ２３の検出値は、ＥＣＵ５０に出力される。

ＥＣＵ５０は、温度情報取得部５１と、記憶部５２と、バイパス量算出部５３と、排気量制御部５４と、吸着量推定部５５と、目標吸着量算出部５６と、還元剤制御部５７と、を備えている。

温度情報取得部５１は、第１触媒層３０の温度情報およびＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度情報を取得する。各触媒層の温度情報とは、各触媒層の温度や、温度に関連する他のパラメータを意味し、例えば、各触媒層の昇温開始時からの経過時間、内燃機関２０の暖機の完了、内燃機関２０の冷却戻り水の水温、内燃機関２０の始動時からの燃料消費量、経過時間、走行距離等を挙げることができる。

具体的には、温度情報取得部５１は、第１触媒層３０の温度情報として第１触媒温度センサ２２の検出値を用い、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度情報として第２触媒温度センサ２３の検出値を用いてもよいし、第１触媒層３０の温度またはＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度に関連する他のパラメータを温度情報として取得してもよい。温度情報取得部５１は、温度情報を推定してもよい。例えば、第１触媒層３０の上流または下流に位置する第１排気管部４２や第２排気管部４３に温度センサが設置されている場合には、その検出値に基づいて第１触媒層３０の温度を推定し、温度情報として用いてもよい。または、内燃機関２０の回転速度や負荷等の燃焼状態に基づいて、内燃機関２０からの排気の温度を推定し、この排気温度に基づいて第１触媒層３０の温度を推定し、温度情報として用いてもよい。

記憶部５２は、温度情報取得部５１により取得された温度情報を記憶することができる。例えば、入口ＮＯｘセンサ２１、第１触媒温度センサ２２、第２触媒温度センサ２３の検出値を記憶する。また、バイパス量算出部５３、排気量制御部５４、吸着量推定部５５、目標吸着量算出部５６、還元剤制御部５７において算出された各種の算出値等を記憶することができる。ＥＣＵ５０には、上記の検出値や算出値の他に、予め実験やシミュレーションで求めた各種パラメータの関係を示すマップや数式等が記憶されている。

バイパス量算出部５３は、第１触媒層３０の温度情報に基づいて、バイパス路４１に流入する排気量であるバイパス側排気量Ｂを算出する。より具体的には、第１触媒層３０の温度情報が、第１触媒層３０の温度Ｔ１が所定の温度閾値Ｘ１よりも高いことを示す場合に、第１触媒層３０の温度Ｔ１が高いほどバイパス側排気量Ｂを増加させるように構成されている。

温度閾値Ｘ１は、排気浄化システム１０の次回の起動時に第１触媒層３０に確保すべきＮＨ３の吸着量に基づいて、設定することができる。例えば、冷間始動時に要求されたＮＯｘ浄化率を達成するために必要な必要ＮＨ３吸着量を求め、第１触媒層３０における飽和吸着量が必要ＮＨ３吸着量よりも高くなるような温度を温度閾値Ｘ１として設定し、ＥＣＵ５０に記憶させてもよい。必要ＮＨ３吸着量は、上記式（３）～（５）に示す反応式から得られる量論比等に基づいて算出できる。

バイパス側排気量Ｂは、例えば、第１触媒層３０の現在の温度Ｔ１と、温度閾値Ｘ１との差に基づいて設定することが好ましい。例えば、温度差（Ｔ１－Ｘ１）が大きいほど、バイパス側排気量Ｂの割合を大きくしてもよい。バイパス量算出部５３は、ＥＣＵ５０に予め記憶された、第１触媒層３０の温度Ｔ１とバイパス側排気量Ｂとの関係を示すマップ等に基づいて、バイパス側排気量Ｂを算出できる。

排気量制御部５４は、内燃機関２０の運転中において、第１触媒層３０の温度情報が、第１触媒層３０の温度Ｔ１が所定の温度閾値Ｘ１よりも高いことを示す場合に、バイパス量算出部５３により算出されたバイパス側排気量Ｂに基づいて、触媒側排気量Ｖを低減するように流量制御弁４０を制御する。内燃機関２０から排出される排気量Ｅは、触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとの総和である（Ｅ＝Ｖ＋Ｂ）ため、バイパス側排気量Ｂを決定することにより、触媒側排気量Ｖも決定される。排気量制御部５４は、例えば、バイパス側排気量Ｂと、触媒側排気量Ｖとに基づいて、分配比（Ｂ／Ｖ）を算出し、分配比（Ｂ／Ｖ）によって流量制御弁４０を制御してもよい。なお、触媒側排気量Ｖは、第１触媒層３０にアンモニア源を輸送するために必要な排気量である輸送排気量Ｖｍｉｎ以上に制御されることが好ましい。

排気量制御部５４によって、内燃機関２０の運転中に触媒側排気量Ｖを低減することにより、内燃機関２０からの排気が高温であっても、第１触媒層３０に排気から供給される熱量を低減することができ、第１触媒層３０の温度を低下させることができる。また、バイパス側排気量Ｂは、第１触媒層３０を通過しないで第２触媒層３１および第３触媒層３２に流入するが、内燃機関２０からの排気が高温の場合には、第２触媒層３１および第３触媒層３２の温度も高温であり、触媒活性が高い状態である。このため、第２触媒層３１および第３触媒層３２によって、バイパス路４１を通過した排気中のＮＯｘを十分に浄化することができる。

排気量制御部５４は、第２触媒層３１や、第３触媒層３２における触媒の活性化状態に基づいて、バイパス量算出部５３により算出されたバイパス側排気量Ｂに関わらず、バイパス側排気量Ｂおよび触媒側排気量Ｖを制御可能に構成されていてもよい。例えば、バイパス量算出部５３により、バイパス側排気量Ｂを増加する算出結果が得られていても、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａのＮＯｘ浄化触媒が低活性の状態である場合には、バイパス側排気量Ｂを増加することを禁止してもよい。ＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおけるＮＯｘ浄化触媒は、その温度情報に基づいて、推定することができる。具体的には、例えば、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａに含まれるＮＯｘ浄化触媒の活性化温度を温度閾値Ｙ１として用いて、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度情報が、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度が温度閾値Ｙ１よりも低いことを示す場合に、バイパス側排気量Ｂを増加することを禁止してもよい。そして、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度情報が、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度が温度閾値Ｙ１以上となった場合に、禁止を解除し、バイパス側排気量Ｂを増加することを許可してもよい。

排気量制御部５４は、内燃機関２０の通常運転時には、内燃機関２０の運転状態や、各触媒層の活性化状態に応じて、適宜、触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとの分配比を制御してもよい。例えば、内燃機関２０の通常運転時には、バイパス側排気量Ｂを零に制御する通常モードの制御を実行し、第１触媒層３０にＮＨ３を吸着させる要求があった場合等に、第１触媒層３０の温度情報に基づいて、触媒側排気量Ｖを低減し、バイパス側排気量Ｂを増加する吸着モードの制御を実行するように構成されていてもよい。例えば、排気量制御部５４は、内燃機関２０の停止指令時など、内燃機関２０が運転を停止することが指示または推定される場合に、通常モードから吸着モードに切り替えて、停止指令後から内燃機関２０が実際に停止されるまでの間に吸着モードでの制御を実行してもよい。また、例えば、排気量制御部５４は、第１触媒層３０におけるＮＨ３吸着量が所定の閾値よりも低減したことが検出または推定される場合に、通常モードから吸着モードに切り替え、その後、ＮＨ３吸着量が所定の閾値以上まで回復した場合に、吸着モードから通常モードに切り替えてもよい。

排気量制御部５４は、実際の触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂについて検出値または推定値を取得し、流量制御弁４０のフィードバック制御を実行可能に構成されていてもよい。実際の触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂは、例えば、バイパス路４１、第１排気管部４２、第２排気管部４３に流量センサを設置し、その検出値を実測値として用いてもよい。または、内燃機関２０からの排気量の検出値または推定値と、流量制御弁４０の分配比とに基づいて、実際の触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとを推定してもよい。なお、内燃機関２０からの排気量は、内燃機関２０に供給される空気の流量を検出するエアフローセンサの検出値および内燃機関２０の燃焼状態に基づいて推定できる。

吸着量推定部５５は、第１触媒層３０に吸着されたアンモニア量（ＮＨ３量）である推定吸着量Ａｅを推定する。推定吸着量Ａｅは、第１触媒層３０に供給されたＮＨ３量の総和である供給ＮＨ３量Ａｐから、第１触媒層３０において消費されたＮＨ３量の総和である消費ＮＨ３量Ａｃを減算することによって、算出される。すなわち、Ａｅ＝Ａｐ－Ａｃにより、推定吸着量Ａｅを算出できる。供給ＮＨ３量Ａｐは、アンモニア源の供給量に、アンモニア源から上記式（１）（２）により生成するＮＨ３の割合である転化率を乗算することにより、算出できる。消費ＮＨ３量Ａｃは、上記（３）～（５）に示す反応等により消費されるＮＨ３量と、第１触媒層３０から脱離して排出されるＮＨ３量とを含む。消費ＮＨ３量Ａｃは、第１触媒層３０の温度情報、第１触媒層３０に供給される排気の流量、流速、ＮＯｘ濃度等のパラメータと関係付けることができ、その関係は、予め実験等により求められ、マップ化されてＥＣＵ５０に記憶されている。吸着量推定部５５は、第１触媒層３０の温度情報、第１触媒層３０に供給される排気の流量、流速、ＮＯｘ濃度等を取得して、ＥＣＵ５０に記憶されたマップに基づいて、消費ＮＨ３量Ａｃを推定することができる。

目標吸着量算出部５６は、第１触媒層３０に吸着させるＮＨ３の目標量である目標吸着量Ａｔを算出する。目標吸着量Ａｔは、第１触媒層３０におけるＮＨ３の最大吸着量Ａｍａｘに基づいて設定してすることが好ましい。ＮＨ３の最大吸着量Ａｍａｘは、いわゆる飽和吸着量に相当し、第１触媒層３０の温度が高いほど少なくなり、第１触媒層３０の温度が低いほど多くなる。最大吸着量Ａｍａｘに漸近すると、吸着速度の低下等により吸着効率が低下して、第１触媒層３０に供給されたＮＨ３が吸着されないで通過することが懸念される。このため、目標吸着量Ａｔは、最大吸着量Ａｍａｘよりに対して余裕を取り、所定量（例えば、数十％程度）だけ少ない値に設定することが好ましい。

還元剤制御部５７は、還元剤供給装置のインジェクタ６１，６２から排気管１２へ供給するアンモニア源の供給量や供給タイミング等を制御する。アンモニア源が尿素である場合には、上記式（１）（２）に基づいて、還元剤制御部５７は、内燃機関２０からの排気に含まれるＮＯｘ量、要求されるＮＯｘ浄化率、第１触媒層３０およびＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおける触媒の活性化状態や還元剤等の吸着状態等に応じて、インジェクタ６１，６２から排気管１２に供給するアンモニア源の供給量や供給タイミング等を制御する。また、還元剤制御部５７は、アンモニア源の供給量に応じて、インジェクタ６１，６２における噴射率と噴射時間とを設定する。

還元剤制御部５７は、第１触媒層３０やＮＯｘ浄化触媒層３２ａに含まれるＮＯｘ浄化触媒の活性化状態に応じて、インジェクタ６１，６２から供給するアンモニア源の供給量や供給タイミングを制御するように構成されていてもよい。ＮＯｘ浄化触媒の活性化状態とは、ＮＯｘを浄化する還元反応の触媒反応の活性度を意味する。ＮＯｘを浄化する還元反応は、ＮＯｘ浄化触媒の活性化状態が高い状態にあるほど起こり易く、低い状態にあるほど起こりにくい。ＮＯｘ浄化触媒の活性化状態は、ＮＯｘ浄化触媒の温度等により変化する。還元剤制御部５７は、温度情報取得部５１が取得する第１触媒層３０の温度情報およびＮＯｘ浄化触媒層３２ａの温度情報に基づいて、各触媒層に含まれるＮＯｘ浄化触媒の活性化状態を判断することができる。

例えば、還元剤制御部５７は、第１触媒層３０およびＮＯｘ浄化触媒層３２ａの活性化状態が十分に高い状態である場合には、各触媒層においてＮＯｘの還元反応活性が十分に得られるため、ＮＯｘの還元反応のために要するアンモニア源を供給するように制御してもよい。具体的には、例えば、ＮＯｘ浄化触媒を含む各触媒層の温度が、所定の温度閾値を超える場合に、ＮＯｘ浄化触媒の活性化状態が十分に高い状態であると判定することができるため、インジェクタ６１，６２から各触媒層にアンモニア源を供給するように制御してもよい。この場合、温度閾値は、例えば、各触媒層に含まれる所定のＮＯｘ浄化触媒の活性温度ＴＡに設定することができる。より具体的には、例えば、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａに含まれるＳＣＲ触媒の活性温度ＴＡに設定してもよい。

なお、活性温度ＴＡとは、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力（触媒の有する最大浄化能力を１００％とする指標）が高確率（例えば９０％程度）となる温度である。ＳＣＲ触媒、ＬＮＴ触媒等のＮＯｘ浄化触媒においては、触媒活性の殆ど無い低温域から触媒温度が上昇するに際して、触媒活性が著しく上昇して高確率に達する。そして、触媒温度が活性温度ＴＡに達した後の高温域において、触媒活性は略一定となる。例えば、触媒活性の著しい上昇が完了した触媒温度を活性温度ＴＡとして用いることができる。

また、還元剤制御部５７は、第１触媒層３０の温度情報に基づいて、第１触媒層３０におけるＮＨ３の吸着量を増加させるために、アンモニア源を供給するように構成されていてもよい。この場合、還元剤制御部５７は、吸着量推定部５５により推定された推定吸着量Ａｅおよび目標吸着量算出部５６により算出された目標吸着量Ａｔに基づいて、アンモニア源の供給量等を決定するように構成されていることが好ましい。例えば、還元剤制御部５７は、推定吸着量Ａｅが目標吸着量Ａｔよりも少ない場合に、第１触媒層３０に供給するアンモニア源を供給するように還元剤供給装置を制御してもよい。既にアンモニア源の供給を実行している場合には、還元剤制御部５７は、推定吸着量Ａｅが目標吸着量Ａｔよりも少ない場合に、第１触媒層３０へのアンモニア源の供給量を増加する制御を実行してもよい。アンモニア源の供給量は、推定吸着量Ａｅおよび目標吸着量Ａｔに基づいて算出できる。例えば、還元剤制御部５７は、推定吸着量Ａｅが目標吸着量Ａｔとの差（Ａｔ－Ａｅ）や、比率（Ａｅ／Ａｔ）が大きいほど、アンモニア源の供給量を多く設定するように構成されていてもよい。

ＥＣＵ５０は、さらに、内燃機関２０の燃焼状態を制御する燃焼制御を実行する機能を有する。より具体的には、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０に供給する燃料や空気の量またはタイミング等を制御することにより、排気中の各成分の成分量を制御可能に構成されていてもよい。

図２に、ＥＣＵ５０が実行する排気浄化処理のフローチャートを示す。図２に係る処理は、一定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、排気量制御前の第１触媒層３０の温度情報として、第１触媒温度センサ２２の検出する第１触媒層３０の温度Ｔ１を取得する。取得された温度Ｔ１は、排気量制御前の第１触媒層３０の温度情報としてＥＣＵ５０に記憶される。その後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、温度Ｔ１が所定の温度閾値Ｘ１以上であるか否かを判定する。なお、第１触媒層３０における飽和吸着量が、冷間始動時に要求されたＮＯｘ浄化率を達成するために必要な必要ＮＨ３吸着量に等しくなる温度をＸｎとすると、温度閾値Ｘ１は、余裕を取って、温度Ｘｎよりも僅かに低い温度に設定されている（Ｘ１＜Ｘｎ）。ステップＳ１０２においてＴ１≧Ｘ１である場合には、ステップＳ１０３に進む。Ｔ１＜Ｘ１である場合には、処理を終了する。

ステップＳ１０３では、温度Ｔ１に基づいて、バイパス側排気量Ｂを決定する。内燃機関２０から排出される排気量Ｅは、触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとの総和である（Ｅ＝Ｖ＋Ｂ）ため、バイパス側排気量Ｂを決定することにより、触媒側排気量Ｖも決定される。例えば、図３に示すように、触媒側排気量Ｖおよびバイパス側排気量Ｂは、温度Ｔ１がＴ１≧Ｘ１である場合に、温度Ｔ１の上昇に伴い、略直線的に変化させてもよい。具体的には、Ｔ１≧Ｘ１である場合に、温度Ｔ１の上昇量に略比例させて、触媒側排気量Ｖを減量するとともにバイパス側排気量Ｂを増量してもよい。また、図３に示すように、触媒側排気量Ｖは、第１触媒層３０にアンモニア源を輸送するために必要な排気量である輸送排気量Ｖｍｉｎ以上に制御される。このため、Ｖ＝Ｖｍｉｎに到達した後には、温度Ｔ１に関わらず、触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂは一定となる。図３に示す関係は、ＥＣＵ５０に予めマップまたは数式として記憶されており、このマップ等を参照して、温度Ｔ１に基づいて触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとを決定し、ＥＣＵ５０に記憶する。その後、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、決定した触媒側排気量Ｖおよびバイパス側排気量Ｂに基づいて、流量制御弁４０の開度を制御する。その後、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、排気量制御後の第１触媒層３０の温度情報として、第１触媒温度センサ２２の検出する第１触媒層３０の温度Ｔ２を取得する。取得された温度Ｔ２は、排気量制御後の第１触媒層３０の温度情報としてＥＣＵ５０に記憶される。その後、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、温度Ｔ２とバイパス側排気量Ｂとに基づいて、目標吸着量Ａｔを算出する。予め実験等により、ＳＣＲ触媒層に吸着可能なＮＨ３の最大値である最大吸着量Ａｍａｘと、ＳＣＲ触媒層に流れる排気の流速や流量、排気中のＮＨ３濃度、ＳＣＲ触媒層の触媒温度等のパラメータとの関係が求められ、ＥＣＵ５０に記憶されている。ステップＳ１０６では、温度Ｔ２とバイパス側排気量Ｂとに基づいて、ＥＣＵ５０に記憶されたマップを参照し、最大吸着量Ａｍａｘを推定する。そして、図４に示すように、最大吸着量Ａｍａｘよりも低くなるように目標吸着量Ａｔを設定する。目標吸着量Ａｔを算出した後、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、還元剤供給装置を制御して、インジェクタ６１から第１触媒層３０にアンモニア源として尿素水を供給する。より具体的には、ＮＨ３を生成するアンモニア源として尿素水の供給を実行する。尿素水の供給が停止されている場合には、供給を開始し、尿素水の供給が既に実行されている場合には、供給が続行される。その後、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、第１触媒層３０に現在吸着しているＮＨ３の吸着量である推定吸着量Ａｅを推定する。推定吸着量Ａｅは、例えば、第１触媒層３０に供給されたＮＨ３量の積算値（供給ＮＨ３量Ａｐ）から、第１触媒層３０において消費されたＮＨ３量の積算値（消費ＮＨ３量Ａｃ）を減算した値として推定することができる。ＥＣＵ５０には、ＡｐおよびＡｃと、インジェクタ６１から第１触媒層３０に供給された尿素水の供給量、第１触媒温度センサ２２からの温度情報等の各種パラメータとの関係を示すマップが、予め記憶されており、このマップを参照することにより、推定吸着量Ａｅを推定できる。

ステップＳ１０９では、推定吸着量Ａｅが目標吸着量Ａｔ以上であるか否かを判定する。Ａｅ≧Ａｔである場合には、ステップＳ１１０に進み、尿素水の供給を停止した後、処理を終了する。Ａｅ＜Ａｔである場合には、尿素水の供給を停止することなく、処理を終了する。なお、ステップＳ１０９において、Ａｅ＜Ａｔである場合には、尿素水の供給量を増加するように還元剤供給装置を制御してもよい。

上記のとおり、排気浄化システム１０によれば、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２～Ｓ１０４に示すように、第１触媒層３０の温度Ｔ１が所定の温度閾値Ｘ１よりも高いことを示す場合には、バイパス側排気量Ｂを決定して、触媒側排気量Ｖを低減する。このため、内燃機関２０の運転中に、第１触媒層３０に供給される排気が高温であっても、触媒側排気量Ｖが低減されることにより第１触媒層３０に供給される排気熱量が低減されて、ＳＣＲ触媒層の温度をＮＨ３の吸着に適した低い温度に制御することができる。また、ＥＣＵ５０は、流量制御弁４０を制御して触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとを制御するため、バイパス路４１側に分配された排気は、第１触媒層３０を迂回した後、第２触媒層３１および第３触媒層３２を通過してから、排気管１２から排出される。第２触媒層３１および第３触媒層３２は、内燃機関の通常の運転時と同様に、触媒層の温度が高い状態であるため、第１触媒層３０を迂回させた排気は、第２触媒層３１および第３触媒層３２を通過することにより浄化され、排気浄化システム１０全体を通してのＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。

さらに、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０５～Ｓ１１０に示すように、第１触媒層３０におけるＮＨ３の推定吸着量Ａｅが目標吸着量Ａｔよりも小さい場合に、第１触媒層３０に尿素水を供給するように還元剤供給装置を制御する。このため、第１触媒層３０の温度をＮＨ３の吸着に適した低い温度に制御した状態で、第１触媒層３０におけるＮＨ３の吸着量を目標吸着量Ａｔに向けて増加させることができる。

また、第１触媒層３０の温度をＮＨ３の吸着により適した低い温度に制御した状態で、尿素水を供給するため、供給された尿素水がＮＨ３となって第１触媒層３０に吸着されることなく通過することを抑制できる。内燃機関２０の運転中に、図２に示す排気浄化処理を繰り返し実行することにより、第１触媒層３０の温度は徐々に低下して、内燃機関２０の次回の起動時にＮＯｘ浄化率を達成するために必要な必要ＮＨ３吸着量を確保できる温度に到達する。このため、内燃機関２０の冷間始動時など、第１触媒層３０やＮＯｘ浄化触媒層３２ａの触媒温度が低い場合に内燃機関２０を起動する場合においても、ＮＨ３の吸着量を確保することによりＮＯｘの還元反応の反応速度を速くすることができ、排気浄化システム１０全体を通してのＮＯｘの浄化率の低下を抑制することができる。特に、排気浄化システム１０では、第１触媒層３０は、ｃ／ｃ触媒層であり、内燃機関２０に近接して配置されるため、ｕ／ｆ触媒層である第２触媒層３１および第３触媒層３２よりも早期に高温化し易い傾向がある。早期に高温化し易い第１触媒層３０に十分にＮＨ３が吸着された状態で、内燃機関２０を起動できるため、冷間始動時においても、ＮＯｘ浄化率の低下を効果的に抑制できる。

また、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０３において、触媒側排気量Ｖが、第１触媒層３０に尿素水を輸送するために必要な排気量である輸送排気量Ｖｍｉｎ以上となる範囲で、バイパス側排気量Ｂを決定する。このため、供給された尿素水が確実に第１触媒層３０に輸送され、第１触媒層３０へのＮＨ３の吸着に寄与できる。

（変形例）
図１に示す排気浄化システム１０では、流量制御弁４０と第１触媒層３０の入口との間に、第１触媒層３０に尿素水を供給可能なインジェクタ６１が設置されていたが、これに替えて、例えば、図５に示すように、内燃機関２０と流量制御弁４０との間にインジェクタ６３が設置されており、インジェクタ６３から第１触媒層３０への尿素水の供給が実行されるように構成されていてもよい。インジェクタ６３から供給された尿素水は、流量制御弁４０における触媒側排気量Ｖとバイパス側排気量Ｂとの分配比に応じて、第１触媒層３０と、バイパス路４１とに分配される。バイパス路４１側に供給された尿素水は、下流に配置された第３触媒層３２のＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおいてＮＯｘ還元反応により消費され、過剰量は還元剤除去層３２ｂにより除去される。バイパス路４１からＮＯｘ浄化触媒層３２ａに到達するまでの工程で、上記式（１）および（２）に示す尿素水からＮＨ３を生成する反応が進行するため、ＮＨ３としてＮＯｘ浄化触媒層３２ａに供給される割合が向上し、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａにおけるＮＯｘ還元反応が促進される。

また、図１に示す排気浄化システム１０では、排気管１２側に第１触媒層３０が配置され、排気管１２から分岐するようにバイパス路４１が配置されていたが、これらは互いに逆に配置されていてもよい。また、第１触媒層３０は、第３触媒層３２と同様に、ＳＣＲ触媒層と、その後段に配置されたＡＳＣ層とを含むように構成されていてもよい。この場合、第１触媒温度センサ２２は、ＳＣＲ触媒層の温度を取得可能に設置されることが好ましい。

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

排気浄化システム１０は、内燃機関２０からの排気中の所定成分を浄化する機能を有し、ＳＣＲ触媒層としての第１触媒層３０と、ＮＯｘ浄化触媒層３２ａと、還元剤供給装置（例えば、インジェクタ６１，６２）と、流量調整機構（例えば、流量制御弁４０およびバイパス路４１）と、制御装置として機能するＥＣＵ５０と、を備える。

第１触媒層３０は、内燃機関２０の排気管１２内に設置され、ＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯｘを還元反応により浄化するＳＣＲ触媒を含む。ＮＯｘ浄化触媒層３２ａは、排気管１２内の第１触媒層３０の下流側に設置され、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒（例えば、ＳＣＲ触媒やＬＮＴ触媒）を含む。還元剤供給装置は、インジェクタ６１，６２等により構成され、第１触媒層３０にアンモニア源を供給する。流量調整機構は、例えば、流量制御弁４０およびバイパス路４１によって構成され、内燃機関２０からの排気の一部を、第１触媒層３０を迂回してＮＯｘ浄化触媒層３２ａに通過させることにより、第１触媒層３０に流入する排気量である触媒側排気量Ｖを調整する。

ＥＣＵ５０は、排気量制御部５４と、還元剤制御部５７とを備える。排気量制御部５４は、第１触媒層３０の温度情報が、第１触媒層３０の温度Ｔ１が所定の温度閾値Ｘ１よりも高いことを示す場合に、触媒側排気量Ｖを低減するように流量調整機構としての流量制御弁４０を制御する。還元剤制御部５７は、排気量制御部５４により触媒側排気量Ｖを低減する制御が実行された場合に、第１触媒層３０にアンモニア源を供給するように還元剤供給装置を制御する。このため、第１触媒層３０の温度をアンモニアの吸着に適した低い温度に制御した状態で、アンモニア源を供給することができる。その結果、供給したアンモニア源が、確実に第１触媒層３０におけるＮＨ３の吸着量の増加に寄与するように制御できる。また、排気量制御部５４は、内燃機関２０からの排気の一部が、第１触媒層３０を迂回してＮＯｘ浄化触媒層３２ａを通過するように、流量制御弁４０等を制御するため、第１触媒層３０を迂回した排気をＮＯｘ浄化触媒層３２ａにより浄化することができる。排気浄化システム１０によれば、内燃機関の運転中に、任意に、次回の内燃機関の起動時に備えて、ＳＣＲ触媒層にアンモニアを十分に吸着させることができるため、次回の内燃機関２０の起動時には、第１触媒層３０におけるＮＨ３吸着量が確保された状態で排気浄化システム１０を起動できる。このため、第１触媒層３０におけるＮＨ３の吸着量の不足に起因してＮＯｘの浄化率が低下することを抑制できる。特に、冷間始動時などの各触媒層の温度を上げてＮＯｘ還元反応の反応速度を速くすることが困難な場合でも、内燃機関２０に近い上流側に配置された第１触媒層３０においてＮＨ３の吸着量を確保することにより、排気浄化システム１０から排出される排気について、ＮＯｘの浄化率が低下することを抑制できる。

ＥＣＵ５０は、さらに、吸着量推定部５５と、目標吸着量算出部５６とを備えるように構成されている。吸着量推定部５５は、第１触媒層３０に吸着されたＮＨ３の量である推定吸着量Ａｅを推定する。目標吸着量算出部５６は、ＳＣＲ触媒層に吸着させるＮＨ３の目標量である目標吸着量Ａｔを算出する。そして、還元剤制御部５７は、推定吸着量Ａｅが目標吸着量Ａｔよりも少ない場合に、アンモニア源の供給量を供給する制御を実行するように構成されていてもよい。推定吸着量Ａｅおよび目標吸着量Ａｔに基づいてアンモニア源の供給量を制御できるため、アンモニア源を過剰に供給することを回避できる。

さらに、吸着量推定部５５は、還元剤供給装置から供給されたＮＨ３量の総和と、ＳＣＲ触媒層が消費するＮＨ３量の総和とに基づいて、推定吸着量Ａｅを推定するように構成されている。推定吸着量Ａｅを精度よく算出することができるため、アンモニア供給源の供給量をより適切に制御できる。

排気浄化システム１０は、さらに、流量調整機構として、第１触媒層３０の上流側と、第１触媒層３０の下流側かつＮＯｘ浄化触媒層３２ａの上流側とを接続するバイパス路４１を利用可能に構成されている。そして、ＥＣＵ５０は、さらに、バイパス量算出部５３を備えている。バイパス量算出部５３は、第１触媒層３０の温度情報に基づいて、バイパス路に流入する排気量であるバイパス側排気量Ｂを算出する。排気量制御部５４は、バイパス側排気量Ｂに基づいて、触媒側排気量Ｖを制御する。バイパス路４１を通過した排気中のＮＯｘは、第１触媒層３０の下流側に配置されたＮＯｘ浄化触媒層３２ａを通過して浄化されるため、排気浄化システム１０から排出される排気におけるＮＯｘ浄化率を確保できる。

バイパス量算出部５３は、第１触媒層３０の温度情報が、第１触媒層３０の温度が所定の温度閾値よりも高いことを示す場合に、第１触媒層３０の温度が高いほどバイパス側排気量Ｂを増加させるように構成されていてもよい。そして、排気量制御部５４は、バイパス側排気量Ｂの増加に応じて触媒側排気量Ｖを低減するように構成されていてもよい。バイパス側排気量Ｂを増加させ、触媒側排気量Ｖを低減させるほど、第１触媒層３０の温度が低下するため、第１触媒層３０の温度が高いほどバイパス側排気量Ｂを増加させることにより、適切に第１触媒層３０の温度を制御することができる。

さらに、排気量制御部５４は、触媒側排気量Ｖを、第１触媒層３０にアンモニア源を輸送するために必要な排気量である輸送排気量Ｖｍｉｎ以上に制御するように構成されている。このため、供給されたアンモニア源が確実に第１触媒層３０に輸送され、第１触媒層３０におけるアンモニア吸着量の増加に寄与できる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…排気浄化システム、３０…ＳＣＲ触媒層、３２ａ…ＮＯｘ浄化触媒層、４０…流量調整弁、４１…バイパス路、５０…制御装置、５４…排気量制御部、５７…還元剤制御部

Claims (3)

1. 内燃機関（２０）からの排気中の所定成分を浄化する排気浄化システム（１０）であって、
   前記内燃機関の排気管内に設置され、アンモニアを還元剤として前記排気中の窒素酸化物を還元反応により浄化する選択還元触媒を含む選択還元触媒層（３０）と、
   前記排気管内の前記選択還元触媒層の下流側に設置され、前記排気中の窒素酸化物を浄化する浄化触媒を含む浄化触媒層（３２ａ）と、
   前記選択還元触媒層にアンモニア源を供給する還元剤供給装置（６１）と、
   前記内燃機関からの排気の一部を、前記選択還元触媒層を迂回して前記浄化触媒層に通過させることにより前記選択還元触媒層に流入する排気量である触媒側排気量を調整する流量調整機構（４０，４１）と、
   制御装置（５０）と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記選択還元触媒層の温度情報が、前記選択還元触媒層の温度が所定の温度閾値よりも高いことを示す場合に、前記触媒側排気量を低減するように前記流量調整機構を制御する排気量制御部（５４）と、
   前記排気量制御部により前記触媒側排気量を低減する制御が実行された場合に、前記選択還元触媒層にアンモニア源を供給するように前記還元剤供給装置を制御する還元剤制御部（５７）と、を備える排気浄化システムであって、
   前記流量調整機構は、前記選択還元触媒層の上流側と、前記選択還元触媒層の下流側かつ前記浄化触媒層の上流側とを接続するバイパス路（４１）を含み、
   前記制御装置は、前記選択還元触媒層の温度情報に基づいて、前記バイパス路に流入する排気量であるバイパス側排気量を算出するバイパス量算出部（５３）を備え、
   前記バイパス量算出部は、前記選択還元触媒層の温度情報が、前記選択還元触媒層の温度が所定の温度閾値よりも高いことを示す場合に、前記選択還元触媒層の温度が高いほど前記バイパス側排気量を増加し、
   前記排気量制御部は、前記バイパス側排気量の増加に応じて前記触媒側排気量を低減し、前記触媒側排気量を、前記選択還元触媒層にアンモニア源を輸送するために必要な排気量である輸送排気量以上に制御する、排気浄化システム。
2. 前記制御装置は、
   前記選択還元触媒層に吸着されたアンモニアの量である推定吸着量を推定する吸着量推定部（５５）と、
   前記選択還元触媒層に吸着させるアンモニアの目標量である目標吸着量を算出する目標吸着量算出部（５６）と、をさらに備え、
   前記還元剤制御部は、前記推定吸着量が前記目標吸着量よりも少ない場合に、前記選択還元触媒層に前記アンモニア源を供給する請求項１に記載の排気浄化システム。
3. 前記吸着量推定部は、前記還元剤供給装置から供給されたアンモニア量の総和と、前記選択還元触媒層が消費するアンモニア量の総和とに基づいて、前記推定吸着量を推定する請求項２に記載の排気浄化システム。

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