JP5272455B2 - ＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス通路の上流側に酸化触媒装置を、下流側に選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）装置を備えたＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化処理では、酸素過剰雰囲気中でＮＯｘ（窒素酸化物）を処理するために、選択還元型ＮＯｘ触媒装置を用いたＮＯｘ浄化システムが実用化されている。この選択還元型ＮＯｘ触媒装置を備えたＮＯｘ浄化システムでは、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤としてＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）装置と、その前段、即ち、その上流側にアンモニア供給源としての尿素水等のアンモニア系溶液を排気ガス中に添加するアンモニア系溶液供給装置を備えている。

このアンモニア系溶液供給装置から排気ガス中に添加された尿素水（（ＮＨ_２）_２ＣＯ）は加水分解されて、化学反応式の（１）式「（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２」の反応でアンモニアを発生する。この生成したアンモニアは、還元剤として、選択還元型ＮＯｘ触媒装置でＮＯｘ浄化に使用される。この選択還元型ＮＯｘ触媒装置では、アンモニアとＮＯｘは化学反応式で（２）式「４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ」と（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」と（４）式「８ＮＨ_３＋６ＮＯ_２→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ」の反応でＮＯｘが窒素に還元される。

これらの反応において、低温では（３）式の反応が（２）式の反応や（４）式の反応に比べて進行しやすく、ＮＯ（一酸化窒素）とＮＯ_２（二酸化窒素）の比（モル比）が１：１のとき、即ち、ＮＯｘ中のＮＯ_２の割合（モル比）が５０％のときに、最も反応し易いと考えられている。しかしながら、エンジンから排出される排気ガスにおいては、ＮＯｘの殆どがＮＯであるため、排気ガス中のＮＯの一部をＮＯ_２に酸化する酸化触媒装置をアンモニア系溶液供給装置よりも上流側に配置し、低温でのＮＯｘ浄化性能を向上させる方法が採用されている。

これに関連して、ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）に流入する排気ガス中のＮＯ：ＮＯ_２をできるだけ低温でのＮＯｘ浄化に有利な１：１に近づけるために、エンジンから排出される排気ガスＧの一部または全部をＮＯ酸化触媒（酸化触媒）に流通させてＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）に供給し、排気ガスＧの残部をＮＯ酸化触媒に流通させないバイパス通路でＳＣＲ触媒に供給する。この時、排気ガス条件等やＮＯ酸化触媒のＮＯ酸化性能を考慮し、ＮＯ酸化触媒を通過させる排気ガスＧの流量と流通させないでＳＣＲ触媒に供給する各々の流量を調整してＮＯとＮＯ_２の比を１：１に近づけて低温ＮＯｘ浄化性能を向上させる方法が提案されている。また、排気ガスＧが高温になる場合には、ＮＯ酸化触媒に排気ガスＧを流通させないようにしてＮＯ酸化触媒の劣化も防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、酸化触媒により酸化されて生成したＮＯ_２は、ＮＯに比べて酸化触媒への吸着性が非常に高く、ＮＯ_２が飽和吸着に達するまでは、酸化触媒で生成したＮＯ_２は酸化触媒に吸着されて選択還元型ＮＯｘ触媒には、未反応のＮＯのみが供給されることになり、ＮＯ_２は選択還元型ＮＯｘ触媒には供給されない。

一方、ＮＯ_２吸着量が飽和に達した後、温度上昇した場合には、酸化触媒のＮＯ_２飽和吸着量は温度上昇に伴い低下するためにＮＯ_２の放出が起き、予想を超えた多量のＮＯｘが選択還元型ＮＯｘ触媒に供給される。

そのため、酸化触媒のＮＯ_２吸着度合により、選択還元型ＮＯｘ触媒に流れるＮＯ：ＮＯ_２やＮＯｘ量が大きく変化するので、ＮＯ_２吸着を考慮しない従来技術の方法では、ＮＯ：ＮＯ_２の比の予測が不正確になり、ＮＯ：ＮＯ_２の比を調整することによりＮＯｘ浄化率を向上させるという目的を達成できない。

ＮＯ：ＮＯ_２の比が異なると浄化活性も異なり、消費されるアンモニア量、つまりは、必要な尿素水等のアンモニア系溶液の量が異なってくる。そのため、アンモニア系溶液の添加量が過剰になり、アンモニアスリップが起きたり、アンモニア系溶液の添加量が不足してＮＯｘ浄化性能が大きく低下したりする可能性が高い。
特開２００７−１５４８１９号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化触媒装置のＮＯ_２吸着状態を推定して、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯｘのＮＯ：ＮＯ_２の比をできるだけ、１：１に近づけて、必要なアンモニア系溶液の量を添加して、アンモニアの不足や過剰供給による問題を回避できるＮＯｘ浄化システムの制御方法およびＮＯｘ浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のＮＯｘ浄化システムの制御方法は、排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒装置と、排気ガス通路にアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給装置と、選択還元型ＮＯｘ触媒装置と、前記酸化触媒装置の上流側で前記排気ガス通路から分岐して前記アンモニア系溶液供給装置の上流で前記排気ガス通路に合流するバイパス通路と、該バイパス通路を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整装置を備えると共に、前記アンモニア系溶液の供給量を制御する制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記酸化触媒装置におけるＮＯ₂吸着量の増減を、前記酸化触媒装置の前後のＮＯｘ量から推定し、前記推定したＮＯ₂吸着量が増加している場合には、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量をゼロとし、前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が減少している場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させ、前記推定したＮＯ ₂ 吸着量の増減が無い場合には、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯｘ中のＮＯ ₂ の割合（モル比）を推定し、この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％以下では、排気ガスの全量を前記酸化触媒装置を通過させ、この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％より大きい場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させることを特徴とするＮＯｘ浄化システムの制御方法である。

この酸化触媒装置の前後のＮＯｘ量は、酸化触媒装置の前後に配置したＮＯｘ濃度センサで検出したＮＯｘ濃度と、吸入空気量と燃料噴射量から算出される排気ガス流量から推定することができ、この前後のＮＯｘ量の差からＮＯｘ吸着量を推定することができる。また、酸化触媒装置の上流側（前）のＮＯｘ濃度はエンジン回転数や負荷（燃料流量)等から予め実験等から設定したマップデータなどを参照して推定することができる。

酸化触媒装置におけるＮＯ_２吸着量の増減は、酸化触媒装置の上流側のＮＯｘ量が下流側のＮＯｘ量よりも多ければ、増加しており、少なければ減少しており、同じであれば、増減が無いと推定する。但し、増減無しの推定においては、制御のハンチングを避けるため、ある程度の増減があっても増減が無いという判断をしてもよい。つまり、増減の有無の判断の間に幅を持たせてもよい。

このＮＯｘ浄化システムの制御方法によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒装置の前段（上流側）に排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒装置が配置されたＮＯｘ浄化システムにおいて、酸化触媒装置におけるＮＯ_２吸着が飽和に達したか否かを判断し、推定したＮＯ_２吸着量に基づいて、バイパス通路を通過させる（酸化触媒装置を通さない）排気ガス量を調整することにより、排気ガス中のＮＯのＮＯ_２への変換量を調整することができるようになる。

これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒装置を有するＮＯｘ浄化システムにおけるＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスのＮＯとＮＯ_２の比に合わせたアンモニア系溶液の量を適切な量にして、アンモニアを選択還元型ＮＯｘ触媒装置に供給することができるようになる。その結果、ＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ浄化性能が向上して、ＮＯｘの流出量を著しく減少することができると共に、アンモニアスリップも防止できるようになる。

これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯ_２の割合（又は、ＮＯ：ＮＯ_２の比）を、選択還元型ＮＯｘ触媒装置で、アンモニアとＮＯｘの反応が効率よく行われるＮＯ_２の割合（又は、ＮＯ：ＮＯ_２の比）である５０％（又は、１：１）に近づけることができる。

上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記の排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させるときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯ_２の割合が５０％になるように、前記バイパス通路を通過させる排気ガスの量を調整する。

これにより、より正確に、酸化触媒装置の後流のＮＯ_２の割合を推定できるので、排気ガス流量の調整に反映させることで、より精度良く、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯ_２の割合（又は、ＮＯ：ＮＯ_２の比）を、選択還元型ＮＯｘ触媒装置で、アンモニアとＮＯｘの反応が効率よく行われるＮＯ_２の割合（又は、ＮＯ：ＮＯ_２の比）である５０％（又は、１：１）に近づけることができるので、よりＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記推定したＮＯ₂吸着量が減少している場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯ₂の割合を推定する際に、前記酸化触媒装置の温度と排気ガスの酸素濃度によるＮＯとＮＯ₂の平衡組成状態に基づいて、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯ₂の割合を推定する。これにより、容易に酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯ₂の割合を推定することができるようになる。

そして、上記のような目的を達成するための本発明のＮＯｘ浄化システムは、排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒装置と、排気ガス通路にアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給装置と、選択還元型ＮＯｘ触媒装置と、前記酸化触媒装置の上流側で前記排気ガス通路から分岐して前記アンモニア系溶液供給装置の上流で前記排気ガス通路に合流するバイパス通路と、該バイパス通路を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整装置を備えると共に、前記アンモニア系溶液の供給量を制御する制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記酸化触媒装置におけるＮＯ₂吸着量の増減を、前記酸化触媒装置の前後のＮＯｘ量から推定し、前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が増加している場合には、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量をゼロとする制御を行い、前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が減少している場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させる制御を行い、前記推定したＮＯ ₂ 吸着量の増減が無い場合には、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯｘ中のＮＯ ₂ の割合（モル比）を推定し、この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％以下では、排気ガスの全量を前記酸化触媒装置を通過させる制御を行い、この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％より大きい場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させる制御を行うように構成される。

また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記の排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させるときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯ_２の割合が５０％になるように、前記バイパス通路を通過させる排気ガスの量を調整する制御を行うように構成される。

上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記推定したＮＯ₂吸着量が減少している場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯ₂の割合を推定する際に、前記酸化触媒装置の温度と排気ガスの酸素濃度によるＮＯとＮＯ₂の平衡組成状態に基づいて、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯ₂の割合を推定するように構成される。

上記のＮＯｘ浄化システムによれば、上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法を実施でき、同様な効果を奏することができる。

本発明に係るＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒装置の前段（上流側）に排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒装置が配置されたＮＯｘ浄化システムにおいて、ＮＯ_２吸着量の増減から酸化触媒装置におけるＮＯ_２吸着が飽和に達したか否かを判断し、推定したＮＯ_２吸着量に基づいて、バイパス通路を通過させる排気ガス量を調整することにより、排気ガス中のＮＯのＮＯ_２への変換量を調整することができるようになる。

また、酸化触媒装置におけるＮＯ_２吸着量の増減から、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯｘ中のＮＯ_２の割合（ＮＯ：ＮＯ_２の比）を推定できるようになり、ＮＯ_２の割合の差による選択還元型ＮＯｘ触媒装置の浄化性能を反映できるようになる。

これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒装置におけるＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスのＮＯとＮＯ_２の比に合わせたアンモニア系溶液の量を適切な量にして、アンモニアを過不足無く選択還元型ＮＯｘ触媒装置に供給することができるようになる。従って、ＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ浄化性能が向上して、ＮＯｘの流出量を著しく減少することができると共に、アンモニアスリップも防止できるようになる。

以下、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムについて、ディーゼルエンジンの排気通路を通過する排気ガスのＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムを例にして図面を参照しながら説明する。

図１に、本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１の構成を示す。このＮＯｘ浄化システム１では、ディーゼルエンジン１０の排気ガス通路１１に、上流側から順に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１２と、排気ガス通路１１にアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給装置１３と、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）１４が配設される。更に、酸化触媒装置１２を迂回するバイパス通路１５が酸化触媒装置１２の上流側で分岐し、酸化触媒装置１２とアンモニア系溶液供給装置１３の噴射弁１３ａとの間に合流するように設けられる。また、酸化触媒装置１２を通過する排気ガスＧａの第１排気ガス流量Ｖｇａを調整するために排気ガス通路１１に第１流量調整弁１１ａが設けられ、バイパス通路１５を通過する排気ガスＧｂの第２排気ガス流量Ｖｇｂを調整するためにバイパス通路１５に第２流量調整弁１５ａが設けられる。これにより、各々の排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂを制御できるように構成する。

酸化触媒装置１２は、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、パラジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。この酸化触媒装置１２は、排気ガスＧａ中に未燃燃料（炭化水素：ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等があると、これを酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスＧａを昇温し、この昇温した排気ガスＧａで下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４を昇温させることができる。

この酸化触媒装置１２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）の酸化以外に、ＮＯｘを吸着する性質を併せ持っている。つまり、ＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ_２（二酸化窒素）に酸化し、このＮＯ_２を吸着し保持する。この酸化触媒装置１２に保持されたＮＯ_２は排気ガス温度が上昇し、酸化触媒の触媒温度がある一定温度以上になると脱離して放出される。図３に示すように、この酸化触媒装置１２のＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆ（線Ｌで示す）は、触媒温度Ｔｃａが上昇すると少なくなる。

アンモニア系溶液供給装置１３は、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に、ＮＯｘを還元する際の還元剤となるＮＨ_３（アンモニア）を供給するためのもので、尿素水溶液やアンモニア水溶液等のアンモニア系溶液を、アンモニア系溶液タンク（図示しない）から排気ガス通路１１に噴射する噴射弁１３ａを備えて形成される。

選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニア−バナジウム、ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。この構成により、ＮＯｘをアンモニアで還元浄化する機能を持つ。

また、エンジン１０直後の排気ガス通路１１に第１排気ガス温度センサ１６が設けられ、酸化触媒装置１２の上流側の排気ガス通路１１に第２排気ガス温度センサ１７が設けられ、更に、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４の上流側の排気ガス通路１１に第３排気ガス温度センサ１８が設けられる。この第１排気ガス温度センサ１６は、エンジン１０から排出された排気ガスＧｔの温度を検出し、第２排気ガス温度センサ１７は、酸化触媒装置１２に流入する排気ガスＧａの温度を検出し、第３排気ガス温度センサ１８は、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガスＧｃの温度を検出する。

また、エンジン１０直後の排気ガス通路１１に第１ＮＯｘ濃度センサ１９が設けられ、酸化触媒装置１２の直後の排気ガス通路１１に第２ＮＯｘ濃度センサ２０が設けられる。これらのＮＯｘ濃度センサ１９、２０の検出値Ｃｎ１、Ｃｎ２を用いて、酸化触媒装置１２で吸着されるＮＯ_２の量Ｖｎを推定する。言い換えれば、 ＮＯ_２吸着量Ｖｎを推定する。更に、排気ガスＧｔ中の酸素濃度Ｃｏを検出するための酸素濃度センサ２１がエンジン１０直後の排気ガス通路１１に設けられる。

なお、この第１ＮＯｘ濃度センサ１９は、エンジン１０からのＮＯｘ排出量Ｖｎ１を酸化触媒装置１２の上流側のＮＯｘ濃度Ｃｎ１から算出する場合には必要であるが、エンジン１０からのＮＯｘ排出量Ｖｎ１をＮＯｘ排出量マップデータから推定する場合には不要になる。

更に、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量（又は負荷）Ｑ、冷却水温度等のエンジンの運転状態を示す諸データを検出するエンジン運転状態検出装置２２がエンジン１０に設けられると共に、このエンジン１０の運転全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置３０が設けられる。また、アンモニア系溶液の供給と供給量Ｌｃの調整制御を行うアンモニア系溶液の供給量制御装置３０ａが制御装置３０に組み込まれて設けられる。

この供給量制御装置３０ａは、エンジン１０の運転状態（例えば、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ等）、ＮＯｘ濃度Ｃｎ１、Ｃｎ２、排気ガス温度等の入力値を基に、第１流量調整弁１１ａ、第２流量調整弁１５ａ、アンモニア系溶液供給装置１３の噴射弁１３ａ等を制御して、酸化触媒装置１２を流れる排気ガスＧａの第１排気ガス流量Ｖｇａとバイパス通路１５を流れて酸化触媒装置１２を通過しない排気ガスＧｂの第２排気ガス流量Ｖｇｂを調整すると共に、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に供給するアンモニア系溶液の供給量Ｌｃを調整する。また、この供給量制御装置３０ａには必要に応じて、酸化触媒装置１２の触媒温度Ｔｃａの計測値又は推定値と選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４の触媒温度Ｔｃｃの計測値又は推定値が入力される。

このＮＯｘ浄化システム１では、エンジン１０から排出された排気ガスＧｔ中のＮＯｘの一部は、触媒温度Ｔｃａに依存するＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆに達するまでの間は酸化触媒装置１２に吸着される。また、酸化触媒装置１２を通過した残りのＮＯｘは、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４で還元される。また、図３に示すように、触媒温度Ｔｃａが高くなるとＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆが少なくなるため、酸化触媒装置１２を通過したＮＯｘと酸化触媒装置１２から放出されるＮＯｘは、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４で還元される。この選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４では、ＮＯｘは、噴射弁１３ａから排気ガスＧｃ中に添加されたアンモニア系溶液から発生するＮＨ_３（アンモニア）を還元剤として還元されてＮ_２（窒素）になる。この排気ガスＧｃは、浄化されて排気ガス通路１１を通過して大気中に放出される。

次に、上記のＮＯｘ浄化システム１における排気ガスの流量調整とアンモニア系溶液の供給量の調整の制御について説明する。このＮＯｘ浄化システム１で、アンモニア系溶液供給装置１３は、排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂとアンモニア系溶液の供給量Ｌｃを、図２に例示するような制御フローに従って、次のように制御する。

図２の制御フローは、エンジン１０の運転が開始されると、エンジン１０の運転制御を行う制御フローから、ＮＯｘ浄化のために繰り返し呼ばれて実行され、エンジン１０の運転が終了すると、エンジン１０の運転制御を行う制御フローと共に終了するものとして示してある。

この図２の制御フローは、酸化触媒装置１２におけるＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減を、酸化触媒装置１２の前後のＮＯｘ量Ｖｎ１、Ｖｎ２から推定し、この推定したＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減に基づいて、酸化触媒装置１２へのＮＯ_２吸着量ＶｎがＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆに達したか否かを判断し、酸化触媒装置１２を通過する排気ガスＧａの第１排気ガス流量Ｖｇａとバイパス通路１５を通過する排気ガスＧｂの第２排気ガス流量Ｖｇｂを調整すると共に、そのときの選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガスＧｃ中のＮＯｘに対するＮＯ_２の割合αｃ（又はＮＯ：ＮＯ_２の比）を考慮したアンモニア量Ａｎに相当するアンモニア系溶液の供給量Ｌｃを調整して供給するものである。これにより、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４のＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、供給量Ｌｃを最適な量にする。

この図２の制御フローが呼ばれると、スタートし、ステップＳ１１では、排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂの調整に必要なデータを入力する。このデータとしては、エンジンのデータ、ＮＯｘ濃度Ｃｎ１、Ｃｎ２、酸素濃度Ｃｏ、触媒温度Ｔｃａ、Ｔｃｃ等がある。

このエンジンのデータは、エンジン１０の運転状態を示すような、エンジン運転状態検出装置２２で検出されるエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量（負荷）Ｑ、吸気量Ｖａ等である。また、ＮＯｘ濃度Ｃｎ１、Ｃｎ２は、第１ＮＯｘ濃度センサ１９で検出される第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１と、第２ＮＯｘ濃度センサ２０で検出される第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２である。なお、酸化触媒装置１２の上流側のＮＯｘ濃度Ｃｎ１を使用しないで、エンジンの運転状態からＮＯｘ排出量を算出する場合には、ＮＯｘ排出量マップデータと酸化触媒装置１２の下流側のＮＯｘ濃度Ｃｎ２を入力する。

酸素濃度Ｃｏは酸素濃度センサ２１で検出される酸素濃度である。また、触媒温度Ｔｃａは酸化触媒装置１２の酸化触媒の温度であり、直接計測された触媒温度を使用してもよいが、直接計測は一般的に難しいので、第１排気ガス温度センサ１６で検出した排気ガス温度から推定した温度を用いる。触媒温度Ｔｃｃは選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４の選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）の温度であり、直接計測された触媒温度を使用してもよいが、直接計測は一般的に難しいので、第３排気ガス温度センサ１８で検出した排気ガス温度から推定した温度を用いる。

次のステップＳ１２では、酸化触媒装置１２におけるＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎを算出する。このＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎの算出は、次のようにして行う。

図示していないエアマスフローセンサで検出される吸気量Ｖａと燃料噴射量Ｑとから排気ガス流量Ｖｇｔを算出する。酸化触媒装置１２を通過する第１排気ガス量Ｖｇａを、予め求めてある第１流量制御弁１１ａの弁開度、第２流量制御弁１５ａの弁開度と排気ガス流量Ｖｇｔと第１排気ガス量Ｖｇａの関係を参照して制御時の双方の弁開度から求める。

この第１排気ガス流量Ｖｇａと第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１から酸化触媒装置１２の上流側のＮＯｘ量Ｖｎ１を算出し、第１排気ガス流量Ｖｇａと第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２から酸化触媒装置１２の下流側のＮＯｘ量Ｖｎ２を算出する。この上流側のＮＯｘ量Ｖｎ１から下流側のＮＯｘ量Ｖｎ２を引き算して、ＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎを算出する（ΔＶｎ＝Ｖｎ１−Ｖｎ２）。

次のステップＳ１３では、このＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減を判定する。即ち、このＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎが所定の第１判定値ΔＶｎ１よりも大きいか否かを判定する。この所定の第１判定値ΔＶｎ１はゼロ（ΔＶｎ１＝０）でもよいが、制御のハンチングを防止するため、ゼロに近い「＋：プラス」の数値（ΔＶｎ１＞０）にすることが好ましい。なお、単純に第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１から第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２を引き算した値ΔＣｎ（＝Ｃｎ１−Ｃｎ２）が所定の第１判定濃度ΔＣｎ１（ΔＣｎ１＞０）よりも大きいか否かで判定しても良い。

ステップＳ１３の判定で、ＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎが所定の第１判定値ΔＶｎ１よりも大きければ、即ち、ΔＶｎ＞ΔＶｎ１で（又は、ΔＣｎ＞ΔＣｎ１）あれば（ＹＥＳ）、ＮＯ_２吸着量Ｖｎが増加している状態であると判断する。この状態は、ＮＯ_２吸着量ＶｎがＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆに達していない状態である。そして、吸着時用の制御のために、ステップＳ１６に行く。

ステップＳ１６のバイパス通路の閉鎖（その１）の制御では、バイパス通路１５を通過する排気ガスＧｂの第２排気ガス流量Ｖｇｂをゼロとする。即ち、第１流量調整弁１１ａを全開とし、第２流量調整弁１５ａを全閉とする。これにより、排気ガスＧｔ中のＮＯを、酸化触媒装置１２で酸化してＮＯ_２に変換させると共に、発生したＮＯ_２を酸化触媒装置１２に吸着させる。それと共に、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４で必要なアンモニア量Ａｎを算出する。そして、ステップＳ２０に行く。

次に、このアンモニア量Ａｎの算出について説明する。このステップＳ１６の制御を行う場合では、酸化触媒装置１２の下流側のＮＯｘはＮＯ₂が酸化触媒装置１２に吸着されてしまうため、殆どＮＯとなる。また、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガスＧｃ中のＮＯｘ量Ｖｎｃは、酸化触媒装置１２を通過した後の排気ガスＧａ中のＮＯｘ量Ｖｎ２と同じになる（Ｖｎｃ＝Ｖｎ２）。

従って、この状態では、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガスＧｃ中のＮＯｘは殆どがＮＯであるので、ＮＯｘ量ＶｎｃとＮＯのみの化学反応式の（２）式「４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ」の反応に基づいてアンモニア量Ａｎ１を算出する。この算出されたアンモニア量Ａｎ１を、図７に示すような、ＮＯ_２の割合αｃがゼロ（ＮＯ：ＮＯ_２が１：０）の場合の選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４の触媒温度ＴｃｃとＮＯｘ浄化率ηｅとの関係を参照して、その触媒温度ＴｃｃにおけるＮＯｘ浄化率ηｅを乗じて補正し、必要なアンモニア量Ａｎを算出する（Ａｎ＝Ａｎ１×ηｅ）。

ステップＳ１３の判定で、ΔＶｎ＞ΔＶｎ１でなければ（ＮＯ）、ステップＳ１４に行く。次のステップＳ１４では、ＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎが所定の第２判定値ΔＶｎ２より小さいか否かを判定する。このΔＶｎ２はゼロ（ΔＶｎ２＝０）でもよいが、制御のハンチングを防止するため、ゼロに近い「―：マイナス」の数値（ΔＶｎ２＜０、例えば、ΔＶｎ２＝−ΔＶｎ１）にすることが好ましい。なお、単純に第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１から第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２を引き算した値ΔＣｎ（＝Ｃｎ１−Ｃｎ２）が所定の第２判定濃度ΔＣｎ２（ΔＣｎ２＜０）よりも小さいか否かで判定しても良い。

このＮＯ_２吸着量Ｖｎの増減量ΔＶｎが所定の第２判定値ΔＶｎ２より小さければ、即ち、ΔＶｎ＜ΔＶｎ２（又は、ΔＣｎ＜ΔＣｎ２）であれば（ＹＥＳ）、ＮＯ_２吸着量Ｖｎが減少している状態であると判断する。この状態は、ＮＯ_２吸着量ＶｎがＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆに達していてＮＯ_２を放出している状態である。そして、ＮＯ_２放出時用の制御のためにステップＳ１７に行く。

この酸化触媒装置１２に吸着されていたＮＯ_２の放出は、図３に示すように、酸化触媒の触媒温度Ｔｃａの上昇によりＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆが低下して、ＮＯ_２吸着量ＶｎよりもＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆが小さくなることによって生じる。例えば、触媒温度ＴｃａがＴａからＴｂに上昇すると、ＮＯ_２飽和吸着量ＶｎｆがＡであったものが、Ｂとなるため、Ａ−ＢのＮＯ_２が放出されることになる。

このＮＯ_２放出時用のステップＳ１７の排気ガスの流量調整（その１）では、排気ガスＧｔの一部Ｇａを酸化触媒装置１２に流すと共に、排気ガスＧｔの残りの部分Ｇｂをバイパス通路１５に流す。即ち、第１流量調整弁１１ａと第２流量調整弁１５ａを共に開弁し、排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂを調整する。

このときは、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１に一致又は近づくように、酸化触媒装置１２を通過させる排気ガスＧａの第１排気ガス流量Ｖｇａとバイパス通路１５を通過させる排気ガスＧｂの第２排気ガス流量Ｖｇｂを調整する制御を行う。この制御は次のようにして行う。

このステップＳ１７の流量調整（その１）の制御において、酸化触媒装置１２を通過する第１排気ガス量Ｖｇａと、酸化触媒装置１２から排出される排気ガスＧａ中のＮＯ_２の割合α１を算出する。この第１排気ガス量Ｖｇａは、予め求めてある第１流量制御弁１１ａの弁開度、第２流量制御弁１５ａの弁開度と排気ガス流量Ｖｇｔと第１排気ガス量Ｖｇａの関係を参照して制御時の双方の弁開度から求める。

このＮＯ_２ の割合α１は、酸化触媒装置１２の触媒温度Ｔｃａと排気ガスＧａの酸素濃度Ｃｏ（排気ガスＧｔの酸素濃度Ｃｏと同じ）から、それに対応するＮＯとＮＯ_２の平衡組成（ＮＯ：ＮＯ_２平衡比）データを参照して、触媒温度Ｔｃａと酸素濃度ＣｏによるＮＯとＮＯ_２の平衡組成に応じて推定する。このＮＯとＮＯ_２の平衡組成データは、例えば、図４と図５に例示するようなものである。この図４と図５では、横軸が触媒温度Ｔｃａを示し、縦軸がＮＯ_２の割合α１を示す。線はＮＯとＮＯ_２の平衡組成を示す。図４は、酸素濃度Ｃｏが１０％の場合を示し、図５は、酸素濃度Ｃｏが２％の場合を示す。従って、例えば、排気ガスＧの酸素濃度Ｃｏが１０％の場合は図４を参照し、触媒温度Ｔｃａが４００℃であれば、ＮＯ_２の割合α１は約６０％となる。このようにして、酸化触媒装置１２から流出する排気ガスＧａにおけるＮＯｘ中のＮＯ_２の割合α１を推定する。

このＮＯ₂ の割合α１と、酸化触媒装置１２から流出する排気ガスＧａの第１排気ガス量Ｖｇａ中に含まれるＮＯｘ量Ｖｎａ（＝Ｃｎ２×Ｖｇａ）とからＮＯ量Ｖｎａ１（＝Ｖｎａ×（1−α１））とＮＯ₂量Ｖｎａ２（＝Ｖｎａ×α１））を算出する。

一方、酸化触媒装置１２を迂回してバイパス通路１５を通過する第２排気ガス量Ｖｇｂは、全体の排気ガスＧｔの流量Ｖｇｔから第１排気ガス量Ｖｇａを引き算して求める（Ｖｇｂ＝Ｖｇｔ−Ｖｇａ）。この排気ガスＧｂ中のＮＯｘ量Ｖｎｂは、第２排気ガス量Ｖｇｂと第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１から算出する（Ｖｎｂ＝Ｃｎ１×Ｖｇｂ）。また、この排気ガスＧｂ中のＮＯ₂の割合α２（排気ガスＧｔ中のＮＯ₂の割合と同じ）、エンジン１０の運転状態を示すエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量（又は負荷）Ｑ等から、ＮＯ₂割合マップデータを参照して算出する。これにより、第２排気ガス量Ｖｇｂ中に含まれるＮＯｘ量Ｖｎｂとの関係からＮＯ量Ｖｎｂ１（＝Ｖｎｂ×（１−α２））とＮＯ₂量Ｖｎｂ２（＝Ｖｎｂ×α２）を算出する。

これらの算出結果に従って、それぞれのＮＯ量Ｖｎａ１、Ｖｎｂ１を加えると共に、それぞれのＮＯ_２量Ｖｎａ２、Ｖｎｂ２を加えて、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガス中のＮＯ量Ｖｎｃ１とＮＯ_２量Ｖｎｃ２を算出する（Ｖｎｃ１＝Ｖｎａ１＋Ｖｎｂ１、Ｖｎｃ２＝Ｖｎａ２＋Ｖｎｂ２）。これにより、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合αｃ（又はＮＯ量：ＮＯ_２量の比）を算出する（αｃ＝Ｖｎｃ２／（Ｖｎｃ１＋Ｖｎｃ２）。

これらの情報から、ＮＯｘ中のＮＯ_２量Ｖｎｃの割合αｃが５０％となる方向（ＮＯ量：ＮＯ_２量が１：１になる方向）に第１排気ガス量Ｖｇａを増減する制御を行うことにより、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合αｃを５０％に（ＮＯ量：ＮＯ_２量を１：１）に一致又は近づける。

この排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂの流量調整により、ＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１になっていれば、このときは、ＮＯｘ量Ｖｎｃと化学反応式の（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」の反応に基づいてアンモニア量Ａｎ１を算出する。この算出されたアンモニア量Ａｎ１を、図６に示すような、ＮＯ_２の割合αｃが５０％、（ＮＯ：ＮＯ_２が１：１）の場合の選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４の触媒温度ＴｃｃとＮＯｘ浄化率ηｅとの関係を参照して、その触媒温度ＴｃｃにおけるＮＯｘ浄化率ηｅを乗じて補正し、必要なアンモニア量Ａｎ（＝Ａｎ×ηｅ）を算出する。

また、排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂの制御にもかかわらず、ＮＯ_２の割合αｃが最大でも５０％よりも小さい値に留まっている場合は、このときのアンモニア量Ａｎは、ＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１になっていないので、ＮＯ_２量Ｖｎｃ２の分については、化学反応式の（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」の反応と図６のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいてアンモニア量Ａｎａを算出する。また、この反応で余るＮＯの分（Ｖｎｃ１−Ｖｎｃ２）に対して、化学反応式の（２）式「４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ」の反応と図７のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいて算出したアンモニア量Ａｎｂを算出する。これらを加えて必要なアンモニア量Ａｎ（＝Ａｎａ＋Ａｎｂ）とする。

また、排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂの制御にもかかわらず、ＮＯ₂ の割合αｃが最大でも５０％よりも小さい値に留まっている場合は、このときのアンモニア量Ａｎは、ＮＯ₂ の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ₂が１：１になっていないので、ＮＯ ₂ 量Ｖｎｃ１の分については、化学反応式の（３）式「２ＮＨ₃＋ＮＯ＋ＮＯ₂→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ」の反応と図６のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいてアンモニア量Ａｎａを算出する。また、この反応で余るＮＯの分（Ｖｎｃ１−Ｖｎｃ２）に対して、化学反応式の（２）式「４ＮＨ₃＋４ＮＯ＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ」の反応と図７のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいて算出したアンモニア量Ａｎｂを算出する。これらを加えて必要なアンモニア量Ａｎ（＝Ａｎａ＋Ａｎｂ）とする。

また、ステップＳ１４の判定で、ΔＶｎ＜ΔＶｎ２でなければ（ＮＯ）、酸化触媒装置１２におけるＮＯ_２の吸着も放出もないと判断して、平衡時用の操作のために、ステップＳ１５に行く。

ステップＳ１５では、酸化触媒装置１２から流出する排気ガスＧａ中のＮＯｘ中のＮＯ_２の割合（モル比）α３が５０％以下か否かを判定する。言い換えれば、排気ガス中のＮＯ：ＮＯ_２が１：１以上であるか否かを判定する。

このステップＳ１５の判定のために、酸化触媒装置１２から流出する排気ガスＧａ中のＮＯ量Ｖｎａ１とＮＯ_２量Ｖｎａ２を算出する。そのために、最初に、酸化触媒装置１２を通過する第１排気ガス量Ｖｇａを算出する。この第１排気ガス量Ｖｇａは、予め求めてある第１流量制御弁１１ａの弁開度、第２流量制御弁１５ａの弁開度と排気ガス流量Ｖｇｔと第１排気ガス量Ｖｇａの関係を参照して制御時の双方の弁開度から求める。

次に、酸化触媒装置１２に流入する排気ガスＧａ中のＮＯｘに対するＮＯ_２の割合α２（又はＮＯ：ＮＯ_２の比）を、エンジン１０の運転状態を示すエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑ等から、ＮＯ_２割合マップデータを参照して算出する。なお、このＮＯ_２割合マップデータは予め実験等により設定し、制御装置３０に記憶しておく。

酸化触媒装置１２に流入するＮＯｘ量Ｖｎａｉは、エンジン１０から排出されるＮＯｘ排出量Ｖｎｔと酸化触媒装置１２に流入する排気ガスＧａの流量Ｖｇａとから算出する（Ｖｎａｉ＝Ｖｎｔ×Ｖｇａ／Ｖｇｔ）。このＮＯｘ量ＶｎａｉとＮＯ₂の割合α２により、酸化触媒装置１２に流入するＮＯ量Ｖｎａｉ１とＮＯ₂量Ｖｎａｉ２を算出する（Ｖｎａｉ１＝Ｖｎａｉ×（１−α２）、Ｖｎａｉ２＝Ｖｎａｉ×α２）。

次に、酸化触媒装置１２を通過した後のＮＯ量Ｖｎａ１を算出する。酸化触媒装置１２でＮＯがＮＯ_２に変換される量Ｖｎａ３は、触媒温度Ｔｃａから、触媒温度ＴｃａとＮＯからＮＯ_２への変換率(酸化率）βａの関係を示す変換率マップデータを参照して算出する。この変換率βａの関係は予め実験等で設定し、供給量制御装置３０ａに記憶しておく。つまり、この酸化触媒装置１２におけるＮＯの酸化で消費されるＮＯ量Ｖｎａ３は酸化触媒装置１２に流入するＮＯ量Ｖｎａｉ１に変換率βａを乗じた値（Ｖｎａ３＝Ｖｎａｉ１×βａ）となる。また、変化せずに、酸化触媒装置１２の下流側に流出するＮＯ量Ｖｎａ１は、流入するＮＯ量Ｖｎａｉ１から変換で消費されたＮＯ量Ｖｎａ３を引き算して得られる値（Ｖｎａ１＝Ｖｎａｉ１×（１−βａ））となる。

次に、酸化触媒装置１２を通過した後のＮＯ_２量Ｖｎａ２を算出する。酸化触媒装置１２でＮＯがＮＯ_２に変換して発生するＮＯ_２量Ｖｎａ４は、酸化触媒装置１２に流入するＮＯ量Ｖｎａｉ１に変化率βａを乗じた値（Ｖｎａ４＝Ｖｎａ３＝Ｖｎａｉ１×βａ）となる。また、酸化触媒装置１２で放出されたＮＯ_２量Ｖｎａ５はＮＯｘの増加量ΔＶｎから算出する。つまり、ＮＯｘの増加量ΔＶｎをこの放出されたＮＯ_２量Ｖｎａ５とする（Ｖｎａ５＝ΔＶｎ）。従って、酸化触媒装置１２を通過した後の排気ガスＧａ中のＮＯ_２量Ｖｎａ２の値は、酸化触媒装置１２に流入するＮＯ_２量Ｖｎａｉ２とＮＯから変換されたＮＯ_２量Ｖｎａ４と放出されたＮＯ_２量Ｖｎａ５との和となる（Ｖｎａ２＝Ｖｎａｉ２＋Ｖｎａ４＋Ｖｎａ５）。

これらの結果より、酸化触媒装置１２を通過した後のＮＯ量Ｖｎａ１とＮＯ_２量Ｖｎａ２とから、酸化触媒装置１２を通過した後のＮＯｘ量に対するＮＯ_２量の割合α３を算出できる（α３＝Ｖｎａ２／（Ｖｎａ１＋Ｖｎａ２））。

このステップＳ１５の判定で、ＮＯｘ中のＮＯ_２の割合（モル比）α３が５０％以下、即ち、排気ガス中のＮＯ：ＮＯ_２が１：１以上（ＮＯ／ＮＯ_２ ＞１）であれば（ＮＯ）、ステップＳ１８に行く。ステップＳ１８のバイパス通路の閉鎖（その２）の制御では、排気ガスＧｔの全量Ｖｇｔを酸化触媒装置１２に流し、バイパス通路１５を通過する排気ガスＧｂの流量Ｖｇｂをゼロとする。即ち、第１流量調整弁１１ａを全開とし、第２流量調整弁１５ａを全閉とする。

このときは、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガスＧｃのＮＯｘに対するＮＯ_２の割合αｃが５０％以下に留まっているので、ＮＯ_２量Ｖｎａ２に対応する分については、化学反応式の（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」の反応と図６のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいてアンモニア量Ａｎａを算出する。また、この反応から余るＮＯ量（Ｖｎａ１−Ｖｎａ２）の分に対しては、化学反応式の（２）式「４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ」の反応と図７のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいて算出したアンモニア量Ａｎｂを算出する。これらを加えて必要なアンモニア量Ａｎ（＝Ａｎａ＋Ａｎｂ）とする。

また、ステップＳ１５の判定で、ＮＯｘ中のＮＯ_２の割合α３が５０％より大きければ（ＹＥＳ）、ステップＳ１９の排気ガスの流量調整（その２）に行く。

この平衡時用のステップＳ１９の排気ガスの流量調整（その２）では、排気ガスＧｔの一部Ｇａを酸化触媒装置１２に流すと共に、排気ガスＧｔの残りの部分Ｇｂをバイパス通路１５に流す。即ち、第１流量調整弁１１ａと第２流量調整弁１５ａを共に開弁し、各排気ガスＧａ、Ｇｂの流量Ｖｇａ、Ｖｇｂを調整する。

このときは、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１に一致又は近づくように、酸化触媒装置１２を通過させる排気ガスＧａの流量Ｖｇａとバイパス通路１５を通過させる排気ガスＧｂの流量Ｖｇｂを調整する制御を行う。この制御は次のようにして行う。

このステップＳ１９の流量調整（その２）の制御において、酸化触媒装置１２を通過する第１排気ガス量Ｖｇａと、酸化触媒装置１２から排出される排気ガスＧａ中のＮＯ_２の割合α１を算出する。この第１排気ガス量Ｖｇａは、予め求めてある第１流量制御弁１１ａの弁開度、第２流量制御弁１５ａの弁開度と排気ガス流量Ｖｇｔと第１排気ガス量Ｖｇａの関係を参照して制御時の双方の弁開度から求める。

以下、ステップＳ１５における酸化触媒装置１２から流出する排気ガス中のＮＯ量Ｖｎａ１とＮＯ_２量Ｖｎａ２の算出と同様にして、酸化触媒装置１２から流出する排気ガス中のＮＯ量Ｖｎａ１とＮＯ_２量Ｖｎａ２を算出する。

次に、バイパス通路１５を通過する排気ガスＧｂ中のＮＯ量Ｖｎｂ１とＮＯ₂ 量Ｖｎｂ２を算出する。そのために、この排気ガスＧｂの流量Ｖｇｂは、排気ガスＧｔの流量Ｖｇｔから酸化触媒装置１２を通過する第１排気ガス量Ｖｇａを引き算して算出する（Ｖｇｂ＝Ｖｇｔ−Ｖｇａ）。

また、ＮＯ量Ｖｎｂ１とＮＯ２量Ｖｎｂ２は、この排気ガス流量ＶｇｂとＮＯｘ濃度Ｃｎ１とエンジン１０から排出される排気ガスＧｔ中のＮＯｘに対するＮＯ２の割合α２とから算出される。ＮＯ量Ｖｎｂ１は、第２排気ガス流量ＶｇｂとＮＯｘ濃度Ｃｎ１と（１−α２）の掛け算から算出される（Ｖｎｂ１＝Ｖｇｂ×Ｃｎ１×（１−α２））。また、ＮＯ２量Ｖｎｂ２は、第２排気ガス流量ＶｇｂとＮＯｘ濃度Ｃｎ１とＮＯ２の割合α２の掛け算から算出される（Ｖｎｂ２＝Ｖｇｂ×Ｃｎ１×α２）。

これらの算出結果に従って、それぞれのＮＯ量Ｖｎａ１、Ｖｎｂ１を加えると共に、それぞれのＮＯ_２量Ｖｎａ２、Ｖｎｂ２を加えて、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガス中のＮＯ量Ｖｎｃ１とＮＯ_２量Ｖｎｃ２を算出する（Ｖｎｃ１＝Ｖｎａ１＋Ｖｎｂ１、Ｖｎｃ２＝Ｖｎａ２＋Ｖｎｂ２）。これにより、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合αｃ（又はＮＯ量：ＮＯ_２量の比）を算出する（αｃ＝Ｖｎｃ２／（Ｖｎｃ１＋Ｖｎｃ２））。

これらの情報から、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合αｃが５０％となる方向、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１になる方向に第１排気ガス量Ｖｇａを増減することにより、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合αｃを５０％に、即ち、ＮＯ量：ＮＯ_２量を１：１に一致又は近づける。つまり、このＮＯｘ中のＮＯ_２の割合αｃ（又はＮＯ：ＮＯ_２）の算出結果に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１になるように、第１排気ガス量Ｖｇａと第２排気ガス量Ｖｇｂを調整する制御を行う。

このときは、ＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１になっていれば、化学反応式の（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」の反応に基づいてＮＯｘ量（Ｖｎｃ１＋Ｖｎｃ２）からアンモニア量Ａｎ１を算出する。この算出されたアンモニア量Ａｎ１を、図６に示すような、ＮＯ_２の割合αｃが５０％、（ＮＯ：ＮＯ_２が１：１）の場合の選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４の触媒温度ＴｃｃとＮＯｘ浄化率ηｅとの関係を参照して、その触媒温度ＴｃｃにおけるＮＯｘ浄化率ηｅを乗じて補正し、必要なアンモニア量Ａｎ（＝Ａｎ１×ηｅ）を算出する。

また、このときのアンモニア量は、ＮＯ_２の割合αｃが５０％に、即ち、ＮＯ：ＮＯ_２が１：１になっていなければ、言い換えれば、排気ガス流量Ｖｇａ、Ｖｇｂを制御しても、ＮＯ_２の割合αｃが５０％より大きいままである場合には、ＮＯ量Ｖｎｃ１の分については、化学反応式の（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」の反応と図６のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいてアンモニア量Ａｎａを算出する。この反応で余るＮＯ_２での分（Ｖｎｃ２−Ｖｎｃ１）に対しては、化学反応式の（４）式「８ＮＨ_３＋６ＮＯ_２→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ」の反応と、図示しないが、図６又図７に相当するようなＮＯ_２の割合が１００％（ＮＯ：ＮＯ_２が０：１）のＮＯｘ浄化率ηｅに基づいてアンモニア量Ａｎｃを算出する。これらを加えて必要なアンモニア量Ａｎ（＝Ａｎａ＋Ａｎｃ）とする。

このステップＳ１６〜Ｓ１９のいずれかの次にステップＳ２０で、アンモニア系溶液の供給量の制御を行う。この制御では、ステップＳ１６〜Ｓ１９で算出された必要なアンモニア量Ａｎを発生できる量のアンモニア系溶液を噴射弁１３ａから排気ガス通路１１に供給する。

そして、ステップＳ１６〜Ｓ１９の排気ガスの流量制御とステップＳ２０のアンモニア系溶液の供給量の制御は、所定の時間（ＮＯ_２吸着量の増減の判定のインターバルと、ＮＯ_２の割合の判定のインターバルに関係する時間）の間行って、リターンする。リターン後は、上級の制御フローから呼ばれた、ステップＳ１１〜ステップＳ２０を繰り返す。

エンジン１０の運転が終了されるとこの図２の制御フローは上級の制御フローから呼ばれなくなり、上級の制御フローの終了と共に図２の制御フローも終了する。なお、図２の制御フローの実行途中にエンジン１０の運転終了が生じた場合には、割り込みが生じ、図２の制御フローは中断されて、上級の制御フローに戻り、上級の制御フローの終了と共に図２の制御フローも終了する。

上記の図２の制御フローによれば、ステップＳ１７及びステップＳ１９で、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入する排気ガスＧｃ中のＮＯｘ中のＮＯ₂量の割合αｃを５０％に（ＮＯ量：ＮＯ₂量を１：１）に一致又は近づけるので、ＮＯｘ浄化性能を向上させることができる。その理由は次のようなものである。

図６に、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合が５０％（ＮＯ：ＮＯ_２＝１：１）の場合の触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係を示し、図７にＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合が０％（ＮＯ：ＮＯ_２＝１：０）の場合の触媒温度とＮＯｘ浄化率の関係を示す。この図６及び図７からも分かるように、ＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合が５０％（ＮＯ：ＮＯ_２＝１：１）の場合に、低温域でのＮＯｘ浄化率が著しく高くなっている。従って、できるだけＮＯｘ中のＮＯ_２量の割合が５０％（ＮＯ：ＮＯ_２＝１：１）なるように制御することで、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。

そして、上記の排気ガス浄化システムの制御方法によれば、酸化触媒装置１２のＮＯ_２吸着量Ｖｎが少なく飽和に達していない場合には、酸化触媒装置１２で生成したＮＯ_２は酸化触媒装置１２に吸着されて、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯｘは殆どＮＯとなるので、これに対応して、アンモニア系溶液の供給量を、ＮＯｘ浄化がＮＯの反応式（２）式「４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ」の反応に基づいて算出し、更に、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率マップを基に補正して、必要な量Ｌｃのアンモニア系溶液を添加することができる。

また、酸化触媒装置１２において、ＮＯ_２吸着量が飽和に近づいた場合に、排気ガス流量Ｖｇａ、触媒温度Ｔｃａ、ＮＯｘ濃度Ｃｎ１、酸素濃度Ｃｏから予測されるＮＯからＮＯ_２への変換率（ＮＯ_２生成率）βａに対応したＮＯ：ＮＯ_２比で酸化触媒装置１２からＮＯｘが流出するので、このときにおいて、ＮＯよりもＮＯ_２が多くなると予測される時には、酸化触媒装置１２を流通させる第１排気ガス流量Ｖｇａと酸化触媒装置１２を流通させない第２排気ガス流量Ｖｇｂを調整して、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯ：ＮＯ_２が１：１になるようにする。これに対応して、アンモニア系溶液の供給量Ｌｃを、ＮＯｘ浄化がＮＯ：ＮＯ_２＝１：１の反応式の（３）式「２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ」の反応に基づいて算出し、更に、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率マップを基に補正して、必要な量のアンモニア系溶液を添加することができる。

更に、酸化触媒装置１２のＮＯ_２吸着量が飽和に達し、酸化触媒の触媒温度Ｔｃａの上昇によりＮＯ_２飽和吸着量Ｖｎｆの低下に伴って吸着ＮＯ_２の脱離が生じていると判定された場合は、温度上昇の度合いからＮＯｘ脱離量Ｖｎａ５を推定する。また、その時の排気ガス条件からエンジン１０からのＮＯｘ排出量Ｖｎ１とＮＯからＮＯ_２への変換率βａを求め、脱離ＮＯ_２も含めたＮＯ_２量を推定する。そして、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯｘに対してのＮＯ２の割合αｃが５０％に（又はＮＯ：ＮＯ_２が１：１に）一致又は近づくように酸化触媒装置１２を通過させる第１排気ガス量Ｖｇａと通過させない第２排気ガス量Ｖｇｂを調整する。また、アンモニア系溶液は、その時の排気ガス条件で浄化されるＮＯｘ量Ｖｎｃに対応する供給量Ｌｃを添加することができる。

従って、上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムによれば、酸化触媒装置１２のＮＯ_２吸着が飽和に達したかどうかを判定して、その結果を考慮することにより、選択還元型ＮＯｘ触媒装置１４に流入するＮＯｘに対するのＮＯ_２の割合αｃ（又はＮＯ：ＮＯ_２の比）を推定できるようになり、ＮＯｘの成分の違いによる選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化性能をより良く反映できるようになり、必要なアンモニア系溶液の供給量を適正な量にすることが可能となり、アンモニアの不足や過剰による問題を回避できる。

本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの制御方法の制御フローの一例を示す図である。 酸化触媒装置における触媒温度とＮＯ_２飽和吸着量との関係を示す図である。 酸素濃度が１０％の場合の酸化触媒装置における触媒温度とＮＯｘに対するＮＯ_２の割合（又はＮＯ：ＮＯ_２）の平衡組成を示す図である。 酸素濃度が２％の場合の酸化触媒装置における触媒温度とＮＯｘに対するＮＯ_２の割合（又はＮＯ：ＮＯ_２）の平衡組成を示す図である。 ＮＯｘに対するＮＯ_２の割合が５０％（又はＮＯ：ＮＯ_２＝１：１）の場合の選択還元型ＮＯｘ触媒装置における触媒温度とＮＯｘ浄化率を示す図である。 ＮＯｘに対するＮＯ_２の割合が０％（又はＮＯ：ＮＯ_２＝１：０）の場合の選択還元型ＮＯｘ触媒装置における触媒温度とＮＯｘ浄化率を示す図である。

符号の説明

１ ＮＯｘ浄化システム
１０ ディーゼルエンジン
１１ 排気ガス通路
１１ａ 第１流量調整弁
１２ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
１３ アンモニア系溶液供給装置
１３ａ 噴射弁
１４ 選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）
１５ バイパス通路
１５ａ 第２流量調整弁
１６ 第１排気ガス温度センサ
１７ 第２排気ガス温度センサ
１８ 第３排気ガス温度センサ
１９ 第１ＮＯｘ濃度センサ
２０ 第２ＮＯｘ濃度センサ
２１ 酸素濃度センサ
２２ エンジン運転状態検出装置
３０ 制御装置（ＥＣＵ）
３０ａ 供給量制御装置
Ａｎ、Ａｎ１、Ａｎａ、Ａｎｂ、Ａｎｃ アンモニア量
Ｃｎ１ 第１ＮＯｘ濃度
Ｃｎ２ 第２ＮＯｘ濃度
Ｃｏ 酸素濃度
Ｇａ 酸化触媒装置を通過する排気ガス
Ｇｂ バイパス通路を通過する排気ガス
Ｇｃ 選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス
Ｇｔ エンジンから排出された排気ガス
Ｌｃ アンモニア系溶液の供給量
Ｎｅ エンジン回転数
Ｑ 燃料噴射量（又は負荷）
Ｔｃａ 触媒温度
Ｔｃｃ 選択還元型ＮＯｘ触媒装置の触媒温度
Ｖａ 吸気量
Ｖｇａ 第１排気ガス流量
Ｖｇｂ 第２排気ガス流量
Ｖｎ ＮＯ₂吸着量
Ｖｎ１ 酸化触媒装置に流入するＮＯｘ量
Ｖｎ２ 酸化触媒装置から流出するＮＯｘ量
Ｖｎａ、Ｖｎａｉ、Ｖｎｂ、Ｖｎｃ ＮＯｘ量
Ｖｎａ１、Ｖｎａｉ１、Ｖｎｂ１、Ｖｎｃ１ ＮＯ量
Ｖｎａ２、Ｖｎａ４、Ｖｎａ５、Ｖｎａｉ２、Ｖｎｂ２、Ｖｎｃ２ ＮＯ₂量
Ｖｎａ３ 酸化触媒装置でＮＯがＮＯ₂に変換される量
Ｖｎｃ 選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯｘ量
Ｖｎｆ ＮＯ₂飽和吸着量
Ｖｎｔ エンジンから流出するＮＯｘ量
α１ 酸化触媒装置から排出される排気ガス中のＮＯｘに対するＮＯ₂の割合
α２ バイパス通路の排気ガス中のＮＯ₂の割合
αｃ 選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯｘに対するＮＯ₂の割合
βａ ＮＯからＮＯ₂への変換率(酸化率）
ηｅ ＮＯｘ浄化率
ΔＶｎ ＮＯ₂吸着量の増減量
ΔＶｎ１ 所定の第１判定値
ΔＶｎ２ 所定の第２判定値
ΔＣｎ１ 所定の第１判定濃度
ΔＣｎ２ 所定の第２判定濃度

Claims (6)

1. 排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒装置と、排気ガス通路にアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給装置と、選択還元型ＮＯｘ触媒装置と、前記酸化触媒装置の上流側で前記排気ガス通路から分岐して前記アンモニア系溶液供給装置の上流で前記排気ガス通路に合流するバイパス通路と、該バイパス通路を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整装置を備えると共に、前記アンモニア系溶液の供給量を制御する制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、
   前記酸化触媒装置におけるＮＯ₂吸着量の増減を、前記酸化触媒装置の前後のＮＯｘ量から推定し、
   前記推定したＮＯ₂吸着量が増加している場合には、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量をゼロとし、
   前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が減少している場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させ、
   前記推定したＮＯ ₂ 吸着量の増減が無い場合には、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯｘ中のＮＯ ₂ の割合（モル比）を推定し、
   この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％以下では、排気ガスの全量を前記酸化触媒装置を通過させ、
   この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％より大きい場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させることを特徴とするＮＯｘ浄化システムの制御方法。
2. 前記の排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させるときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯ ₂ の割合が５０％になるように、前記バイパス通路を通過させる排気ガスの量を調整することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
3. 前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が減少している場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯ ₂ の割合を推定する際に、前記酸化触媒装置の温度と排気ガスの酸素濃度によるＮＯとＮＯ ₂ の平衡組成状態に基づいて、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯ ₂ の割合を推定することを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
4. 排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒装置と、排気ガス通路にアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給装置と、選択還元型ＮＯｘ触媒装置と、前記酸化触媒装置の上流側で前記排気ガス通路から分岐して前記アンモニア系溶液供給装置の上流で前記排気ガス通路に合流するバイパス通路と、該バイパス通路を流れる排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整装置を備えると共に、前記アンモニア系溶液の供給量を制御する制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムにおいて、
   前記制御装置が、前記酸化触媒装置におけるＮＯ ₂ 吸着量の増減を、前記酸化触媒装置の前後のＮＯｘ量から推定し、
   前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が増加している場合には、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量をゼロとする制御を行い、
   前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が減少している場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させる制御を行い、
   前記推定したＮＯ ₂ 吸着量の増減が無い場合には、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯｘ中のＮＯ ₂ の割合（モル比）を推定し、
   この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％以下では、排気ガスの全量を前記酸化触媒装置を通過させる制御を行い、
   この推定されたＮＯ ₂ の割合が５０％より大きい場合には、排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させる制御を行うことを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
5. 前記制御装置が、
   前記の排気ガスの一部を前記バイパス通路を通過させると共に、排気ガスの残りの部分を前記酸化触媒装置を通過させるときに、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入するＮＯ ₂ の割合が５０％になるように、前記バイパス通路を通過させる排気ガスの量を調整する制御を行うことを特徴とする請求項４記載のＮＯｘ浄化システム。
6. 前記制御装置が、
   前記推定したＮＯ ₂ 吸着量が減少している場合に、前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガス中のＮＯ ₂ の割合を推定する際に、前記酸化触媒装置の温度と排気ガスの酸素濃度によるＮＯとＮＯ ₂ の平衡組成状態に基づいて、前記酸化触媒装置から出る排気ガス中のＮＯ ₂ の割合を推定することを特徴とする請求項４又は５記載のＮＯｘ浄化システム。

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