(57)【要約】【課題】アンモニアが漏れにくくし、かつ、排ガス中の窒素酸化物を効率よく低減できる排ガス浄化装置を提供することにある。【解決手段】排気配管と、排気配管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、アンモニアと窒素酸化物との反応を促進させる尿素ＳＣＲ触媒及び尿素ＳＣＲ触媒を排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、尿素水が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、排ガスの流れ方向において触媒手段よりも下流側に配置され、尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガスのアンモニア濃度を計測する濃度計測手段と、濃度計測手段により計測されたアンモニア濃度に基づいて、尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御する制御手段とを有することで上記課題を解決する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、
前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、
前記排気配管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、
噴射された前記尿素水から生成されるアンモニアと前記窒素酸化物との反応を促進させる尿素ＳＣＲ触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記尿素ＳＣＲ触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記尿素ＳＣＲ触媒を通過した前記排ガスのアンモニア濃度を計測するアンモニア濃度計測手段と、
前記アンモニア濃度計測手段により計測されたアンモニア濃度に基づいて、前記尿素水噴射手段による前記尿素水の噴射を制御する制御手段と、を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後窒素酸化物濃度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記アンモニア濃度計測手段により検出されたアンモニア濃度と、前記処理後窒素産物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度との両方が、基準濃度を超えている場合は、前記尿素ＳＣＲ触媒の回復を行う回復手段を有することを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記回復手段は、前記尿度ＳＣＲ触媒を所定温度で加熱することを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記アンモニア濃度計測手段により検出されたアンモニア濃度と、前記処理後窒素産物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度との両方が、基準濃度を超えている場合は、前記尿素ＳＣＲ触媒を交換する必要があることを通知する通知手段を有することを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理前窒素酸化物濃度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスのイソシアン酸濃度を計測するイソシアン酸濃度計測手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間の排ガス流路の温度を調整する温度調整手段とを有し、
前記イソシアン酸濃度計測手段で計測したイソシアン酸濃度に基づいて、前記温度調整手段により前記排ガス流路の温度を調整することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスのアンモニア濃度を計測する処理前アンモニア濃度計測手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間の排ガス流路の温度を調整する温度調整手段とを有し、
前記処理前アンモニア濃度計測手段で計測したアンモニア濃度に基づいて、前記温度調整手段により前記排ガス流路の温度を調整することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、
前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、
前記排気配管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、
噴射された尿素水から生成されるアンモニアと前記窒素酸化物との反応を促進させる尿素ＳＣＲ触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記尿素ＳＣＲ触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理前窒素酸化物濃度計測手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記尿素ＳＣＲ触媒を通過した前記排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後窒素酸化物濃度計測手段と、
前記処理前窒素酸化物濃度計測手段で計測した窒素酸化物濃度と、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段で計測した窒素酸化物濃度との差分に基づいて、前記触媒手段を通過した排ガス中のアンモニア濃度を算出し、算出したアンモニア濃度に基づいて、尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御する制御手段と、を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される窒素酸化物を還元するディーゼルエンジン用排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンや、ガソリンエンジンや、ガスタービン等の内燃機関から排出されるガス、つまり排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、粒子状物質（ＰＭ）が含まれている。特にディーゼルエンジンは、酸素が過剰な状態で燃料を燃焼させるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、粒子状物質（ＰＭ）が排ガスに多く含まれている。そのため、内燃機関の排気管には、粒子状物質を低減する装置や、窒素酸化物を低減する装置が設けられている。この窒素酸化物を低減する装置としては、排ガスを案内にする排気管の中に尿素を噴射し、排気管内で尿素からアンモニアを生成させ、生成させたアンモニアと排ガス中の窒素酸化物とを反応させ、窒素酸化物から酸素を取り除き窒素に戻すことにより、排ガスから窒素酸化物を低減する装置がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内燃機関の排気通路において、上流から順に、ＤＰＦ装置、選択的接触還元型触媒装置を配置した排ガス浄化システムが記載されている。また、特許文献１には、通常運転時には、通常運転時用のＮＯｘ排出マップからＮＯｘ排出量を算出し、ＤＰＦ装置の強制再生時には、強制再生時用のＮＯｘ排出量マップから、ＮＯｘ排出量を算出して、該算出されたＮＯｘ排出量に対応するアンモニア系水溶液の供給量を算出し、該算出された供給量になるようにアンモニア水溶液を選択的接触還元型触媒装置の上流側の排ガス中に供給する装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、内燃機関の排ガスの処理ではなく、ごみ焼却炉などの燃焼プラントから排出される排ガスの脱硝装置であるが、処理前ガスのＮＯｘ濃度と、処理後の排ガス中のアンモニア濃度と、排ガスのＮＯｘ濃度と、排ガスの流量とを測定し、測定結果から処理前のＮＯｘ流量と、処置後のＮＯｘ濃度と、脱硝設備での脱硝率の実績、処理後の排ガス中のアンモニア濃度を算出し、算出した各値と目標値との偏差を算出し、その偏差から補正量を算出し、算出した補正量の少なくとも１つに基づいて補正ＮＯｘ流量を算出し、算出した補正ＮＯｘ補正量に基づいて処理前排ガスに注入するアンモニア流量を制御する脱硝制御方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５４８４９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６９３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、予め作成したマップに基づいて尿素の噴射量を制御することで窒素酸化物を低減することはでき、アンモニアの量も調整することはできる。また、特許文献２に記載されているように、窒素酸化物の濃度、脱硝率及び処理後の排ガスのアンモニア濃度の少なくとも１つを用いて、窒素酸化物の流量の偏差を補正することでも、窒素酸化物を低減することはでき、アンモニアの量も調整することはできる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように、予め作成したマップで尿素の噴射量を調整した場合でも、運転状態によっては、窒素酸化物が漏れ出たり、アンモニアが漏れ出たり、することがあるという問題がある。また、特許文献２のように、ＮＯｘ流量を算出するためには、排ガスの流量とＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出して、演算する必要があり、時間がかかるという問題がある。また、内燃機関は、排気量の変化が激しいため、ＮＯｘ流量を算出することが困難であるという問題もある。また、ＮＯｘ流量を基準としてアンモニアの噴射量を制御しても、窒素酸化物及び漏れ出るアンモニアの量を十分に低減することができないという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排気管に噴射する尿素の適切な量を算出し、下流側にアンモニアが漏れにくくし、かつ、排ガス中の窒素酸化物を効率よく低減することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、前記排気配管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、噴射された前記尿素水から生成されるアンモニアと前記窒素酸化物との反応を促進させる尿素ＳＣＲ触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記尿素ＳＣＲ触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記尿素ＳＣＲ触媒を通過した前記排ガスのアンモニア濃度を計測するアンモニア濃度計測手段と、前記アンモニア濃度計測手段により計測されたアンモニア濃度に基づいて、前記尿素水噴射手段による前記尿素水の噴射を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このように、アンモニア濃度計測手段により検出した尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガス中に含まれるアンモニア濃度に基づいて、前記制御手段により前期尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することで、排ガス浄化装置から排出される排ガス中のアンモニアをより低減させつつ、排ガス中の窒素酸化物も低減することができる。また、アンモニアの検出値のみに基づいて、尿素水の噴射量を制御することで、演算量を少なくすることができ、装置構成も簡単にすることができる。
【００１１】
ここで、排ガス浄化装置は、さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後窒素酸化物濃度計測手段を有し、前記制御手段は、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することが好ましい。
【００１２】
このように、処理後窒素酸化物濃度計測手段により計測した尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガスの窒素酸化物濃度も用いて尿素水の噴射を制御することで、排ガス中に含まれる窒素酸化物をより低減することができる。
【００１３】
また、前記アンモニア濃度計測手段により検出されたアンモニア濃度と、前記処理後窒素産物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度との両方が、基準濃度を超えている場合は、前記尿素ＳＣＲ触媒の回復を行う回復手段を有することが好ましい。また、前記回復手段は、前記尿度ＳＣＲ触媒を所定温度で加熱することが好ましい。
【００１４】
このように、回復手段により尿素ＳＣＲ触媒を回復させることで、アンモニア及び窒素酸化物が漏れ出ることをより抑制することができる。また、アンモニア濃度と窒素酸化物濃度の両方に基づいて尿素ＳＣＲ触媒の能力を判定することで、より正確に尿素ＳＣＲ触媒の状態を把握することができ、不要な回復処理を行うことを抑制することができる。また、回復処理として、尿素ＳＣＲ触媒を加熱することで、尿素ＳＣＲ触媒の能力を簡単に回復させることができる。
【００１５】
また、前記アンモニア濃度計測手段により検出されたアンモニア濃度と、前記処理後窒素産物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度との両方が、基準濃度を超えている場合は、前記尿素ＳＣＲ触媒を交換する必要があることを通知する通知手段を有することも好ましい。
【００１６】
このように、通知手段により尿素ＳＣＲ触媒の能力が低下していることを通知し、尿素ＳＣＲ触媒の交換を操作者に要求することで、能力が低下した尿素ＳＣＲ触媒を使用し続けることを抑制することができ、アンモニア及び窒素酸化物が漏れ出ることをより抑制することができる。また、アンモニア濃度と窒素酸化物濃度の両方に基づいて尿素ＳＣＲ触媒の能力を判定することで、より正確に尿素ＳＣＲ触媒の状態を把握することができ、不要な交換を行うことを抑制することができる。
【００１７】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理前窒素酸化物濃度計測手段を有し、前記制御手段は、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することが好ましい。
【００１８】
このように、処理前窒素酸化物濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することで、窒素酸化物の還元に必要なアンモニアの量も把握して、尿素水の噴射を制御することができ、排ガス浄化装置から排出される排ガス中のアンモニアをより低減させつつ、排ガス中の窒素酸化物もより低減することができる。
【００１９】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスのイソシアン酸濃度を計測するイソシアン酸濃度計測手段と、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間の排ガス流路の温度を調整する温度調整手段とを有し、前記イソシアン酸濃度計測手段で計測したイソシアン酸濃度に基づいて、前記温度調整手段により前記排ガス流路の温度を調整することが好ましい。
【００２０】
このように、排ガス中のイソシアン酸濃度に基づいて、排ガス流路の温度を調整することで、噴射された尿素水をより確実にアンモニアにすることができ、排ガス中のアンモニア濃度をより容易に制御することができる。
【００２１】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスのアンモニア濃度を計測する処理前アンモニア濃度計測手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間の排ガス流路の温度を調整する温度調整手段とを有し、前記処理前アンモニア濃度計測手段で計測したアンモニア濃度に基づいて、前記温度調整手段により前記排ガス流路の温度を調整することも好ましい。
【００２２】
このように、処理前の排ガス中のアンモニア濃度に基づいて、排ガス流路の温度を調整することで、噴射された尿素水をより確実にアンモニアにすることができ、排ガス中のアンモニア濃度をより容易に制御することができる。
【００２３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、前記排気配管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、噴射された尿素水から生成されるアンモニアと前記窒素酸化物との反応を促進させる尿素ＳＣＲ触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記尿素ＳＣＲ触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、前記排ガスの流れ方向において前記尿素水噴射手段と前記触媒手段との間に配置され、排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理前窒素酸化物濃度計測手段と、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後窒素酸化物濃度計測手段と、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段で計測した窒素酸化物濃度と、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段で計測した窒素酸化物濃度との差分に基づいて、前記触媒手段を通過した排ガス中のアンモニア濃度を算出し、算出したアンモニア濃度に基づいて、尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２４】
このように、処理前窒素酸化物濃度及び処置後窒素酸化物濃度を用いて、排ガス中のアンモニア濃度を算出し、算出したアンモニア濃度に基づいて、尿素水の噴射量を制御することで、排ガス浄化装置から排出される排ガス中のアンモニアをより低減させつつ、排ガス中の窒素酸化物も低減することができる。また、アンモニアの算出値のみに基づいて、尿素水の噴射量を制御することで、装置構成も簡単にすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかる排ガス浄化装置は、尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガス中に含まれるアンモニア濃度に基づいて、尿素水の噴射を制御することで、排ガス浄化装置から排出される排ガス中のアンモニアをより低減させつつ、排ガス中の窒素酸化物も低減することができる。また、アンモニアの検出値のみに基づいて、尿素水の噴射量を制御することで、演算量を少なくすることができ、装置構成も簡単にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる排ガス浄化装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、下記実施形態では、排ガス浄化装置を取り付ける内燃機関をディーゼルエンジンとし、ディーゼルエンジンを用いた車両として説明するが、内燃機関はこれに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置も車両に限定されず、船舶、発電機等種々の装置の内燃機関として用いることができる。
【００２７】
図１は、本発明の排ガス浄化装置が取り付けられたディーゼルエンジンを有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す排ガス浄化装置の濃度計測手段の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように車両１０は、ディーゼルエンジン１２と、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスを案内する排気配管１４と、排気配管１４内を流れる排ガスを浄化する排ガス浄化装置１６とを有する。なお、車両１０は、図示した構成以外にも、車輪、車体、操作部、変速機等、車両に必要な種々の要素を有する。
【００２８】
ディーゼルエンジン１２は、軽油や重油等を燃料とし、燃料を燃焼させて動力を取り出す内燃機関である。排気配管１４は、一方の端部がディーゼルエンジン１２と接続されており、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスを案内する。
【００２９】
排ガス浄化装置１６は、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ手段２６と、濃度計測手段２８と、制御手段３０とを有し、排ガスの排気経路中、つまり、排気配管１４の内部または排気配管１４に接して配置されている。
【００３０】
酸化触媒１８は、排ガスの排気経路中、具体的には、排気配管１４の、ディーゼルエンジン１２の排気口よりも排ガスの流れ方向において下流側部分の内部に設けられた白金等の触媒である。排気配管１４の内部を通り、酸化触媒１８を通過した排ガスは、酸化触媒１８によりＰＭ（Particulate  Matter、粒子状物質）の一部成分が除去される。ここでＰＭは、ディーゼルエンジンから排出される大気汚染物質であり、固形の炭素粒子、高分子から成る未燃の炭化水素(可溶性炭化水素：ＳＯＦ、Soluble  Organic  Fraction)、燃料中に含まれる硫黄が酸化して生成されるサルフェート等の混合物である。また、酸化触媒１８は、排気配管１４を流れる排ガス中に含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する。
【００３１】
ＤＰＦ（Diesel  Particulate  Filter）２０は、排ガスの排気経路中、具体的には、排気配管１４の、酸化触媒１８よりも下流側部分の内部に設けられ、酸化触媒１８を通過した排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタである。ＤＰＦ２０としては、捕集したＰＭを燃焼等で除去することにより再生する、捕集性能を維持することができる連続再生式ＤＰＦを用いることが好ましい。
【００３２】
尿素ＳＣＲ（Selective  Catalytic  Reduction）システム２１は、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ２）を低減する脱硝システムであり、上述した噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と、とで構成される。噴射手段２２は、排気配管１４内に尿素水を噴射する噴射装置であり、排気配管１４の、ＤＰＦ２０よりも下流側の部分に噴射口が設けられている。噴射手段２２は、噴射口から排気配管１４の内部に尿素水を噴射する。尿素水タンク２４は、尿素水を貯めておくタンクであり、噴射手段２２に尿素を供給する。尿素水タンク２４には、外部の尿素水を供給する装置から尿素水を補充するための補給口が設けられており、この補給口から必要に応じて、尿素水が補給される。尿素ＳＣＲ触媒手段２６は、尿素から生成されたアンモニアと窒素酸化物との反応を促進させる尿素選択的還元触媒である尿素ＳＣＲ触媒と、排気配管１４の、噴射手段２２よりも下流側部分の内部に設けられ、該尿素ＳＣＲ触媒を支持する支持機構とを備える。尿素ＳＣＲ触媒には、ゼオライト系触媒を用いることができる。また、支持機構は、排気配管１４の内部に配置され、排ガスを通気させる孔が形成され、その表面に尿素ＳＣＲ触媒を支持している。
【００３３】
尿素ＳＣＲシステム２１は、以上のような構成であり、噴射手段２２により排気配管１４の内部に尿素水を噴射する。噴射された尿素水は、排気配管１４内の熱によりアンモニア（ＮＨ３）となる。具体的には、以下の化学反応により、尿素水からアンモニアが生成される。
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２
その後、生成されたアンモニアは、排ガスとともに排気配管１４内を流れ、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に到達する。なお、尿素水の一部は、アンモニアにならずに、尿素水のまま尿素ＳＣＲ触媒手段２６に到達する。そのため、尿素ＳＣＲ触媒手段２６内でも、上記反応により、尿素水からアンモニアが生成される。尿素ＳＣＲ触媒手段２６に到達したアンモニアは、排ガスに含まれる窒素酸化物と反応し、窒素酸化物から酸素を取り除き、窒素に還元する。具体的には、以下の化学反応により、窒素酸化物が還元される。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋２ＮＯ２＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
【００３４】
濃度計測手段２８は、排ガスの排気経路において尿素ＳＣＲ触媒手段２６の下流側の排気配管１４に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中のアンモニアの濃度を計測する。濃度計測手段２８は、図２に示すように、計測手段本体４０と、光ファイバ４２と、計測セル４４と、受光部４６と、を有する。
【００３５】
計測装置本体４０は、アンモニアが吸収する波長域のレーザ光を発光させる発光手段と、信号からアンモニアの濃度を算出する演算手段とを有し、光ファイバ４２にレーザ光を出力し、受光部４６が受光した信号を受け取る。
【００３６】
光ファイバ４２は、計測装置本体４０から出力されたレーザ光を案内し、計測セル４４に入射させる。
【００３７】
計測セル４４は、排気配管１４の一部に配置されており、光ファイバ４２から射出された光を計測セル４４の内部に入射させる入射部と、計測セル４４の所定経路を通過したレーザ光を出力する出力部と、を有する。
【００３８】
受光部４６は、計測セル４４の内部を通過し、出力部から出力されたレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度を受光信号として計測装置本体４０に出力する。
【００３９】
濃度計測手段２８は、以上のような構成であり、計測装置本体４０から出力されたレーザ光は、光ファイバ４２から計測セル４４内の所定経路を通過した後、出力部から出力される。このとき、計測セル４４内の排ガス中にアンモニアが含まれていると、計測セル４４を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、排ガス中のアンモニア濃度によって、出力部に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部４６は、出力部から出力されるレーザ光を受光信号に変換し、計測装置本体４０に出力する。計測装置本体４０は、出力したレーザ光の強度と、受光信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル４４内を流れる排ガスのアンモニア濃度を算出する。このように、濃度計測手段２８は、ＴＤＬＡＳ方式（Tunable  Diode  Laser  Absorption  Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部４６で検出した受光信号とに基づいて計測セル４４内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガス中のアンモニア濃度を算出及び／または計測する。また、本実施形態の濃度計測手段２８は、連続的にアンモニア濃度を算出及び／または計測することができる。
【００４０】
なお、計測セル４４は、入射部と出力部のみを、光を透過する材料で形成しても、計測セル４４全体を、光を透過する材料で形成してもよい。また、計測セル４４内に少なくとも２枚の光学ミラーを設け、入射部から入射されたレーザ光を光学ミラーで多重反射させた後、出力部から出力させるようにしてもよい。このようにレーザ光を多重反射させることで、計測セル４４内のより多くの領域を通過させることができる。これにより、計測セル４４内を流れる排ガスに濃度の分布の影響を小さくすることができ、正確に濃度を検出することができる。
【００４１】
制御手段３０は、濃度計測手段２８の検出結果に基づいて、噴射手段２２から噴射する尿素水の量及び噴射するタイミングをＰＩＤ制御により制御する。具体的には、アンモニア濃度が所定値よりも低い場合は、一度に噴射する尿素水の量を多くしたり、尿度水を噴射する間隔を短くしたりする。また、アンモニア濃度が所定値よりも高い場合は、一度に噴射する尿素水の量を少なくしたり、尿素水を噴射する間隔を長くしたりする。
【００４２】
図３は、制御手段３０による尿素水噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。なお、図３に示すフロー図は、噴射手段２２から噴射する尿素水の量によりアンモニア濃度を調整する場合である。まず、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度が制御手段３０に入力されたら、制御手段３０は、ステップＳ１２として、計測されたアンモニア濃度が目標値よりも大きいかを判定する。制御手段３０は、ステップＳ１２で計測されたアンモニア濃度が目標値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ１４に進み、現状設定されている尿素水噴射量を一定量低減する。つまり、噴射手段２２から噴射される尿素水の量を一定量少なくする。その後、制御手段３０は、ステップＳ２０に進む。
【００４３】
また、ステップＳ１２で、制御手段３０が計測されたアンモニア濃度が目標値以下である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ１６に進み、計測されたアンモニア濃度が目標値よりも小さいかを判定する。制御手段３０は、ステップＳ１６で計測されたアンモニア濃度が目標値よりも小さい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ１８に進み、現状設定されている尿素水噴射量を一定量増加させる。つまり、噴射手段２２から噴射される尿素水の量を一定量多くする。その後、制御手段３０は、ステップＳ２０に進む。また、制御手段３０は、ステップＳ１６で計測されたアンモニア濃度が目標値以上である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ２０に進む。制御手段３０は、ステップＳ２０で、エンジン（ディーゼルエンジン１２）が停止しているかを判定する。制御手段３０は、エンジンが停止していない、つまりエンジンが稼動中である（ＮＯ）と判定したらステップＳ１２に進み、上述した処理を繰り返す。他方、制御手段３０は、ステップＳ２０で、エンジンが停止している（ＹＥＳ）と判定したら処理を終了する。以上のようにして、制御手段３０は、噴射手段２２の尿素水噴射量を制御する。なお、上記制御では、尿素水噴射量を一定量増加、減少させたが、これに限定されない。例えば、アンモニア濃度が目標値以下の場合は、尿素水噴射量を予め設定した基準値としてもよく、アンモニア濃度が目標値以上の場合は、尿素水噴射量を０にするようにしてもよい。また、尿素水噴射量は、噴射回数で調整しても、１回の噴射量で調整してもよい。また、アンモニア濃度の上限の目標値と下限の目標値とは、異なる値としてもよい。つまり、ステップＳ１２で使用される目標値とステップＳ１６で使用される目標値を異なる目標値としてもよい。アンモニア濃度の上限の目標値と下限の目標値とを異なる値とすることで、尿素水噴射量を変化させないアンモニア濃度の範囲を一定の濃度範囲とすることができる。
【００４４】
車両１０及び排ガス浄化装置１６は、基本的に以上のような構成である。排ガス浄化装置１６は、ディーゼルエンジン１２から排出された排ガスは、酸化触媒１８及びＤＰＦ２０を通過することで、排ガス中に含まれるＰＭが捕集され、排ガス中のＰＭが低減される。さらに、ＤＰＦ２０を通過した排ガスは、排気配管１４を流れ、噴射手段２２から尿素水が噴射された後、尿素水及び尿素水から生成されたアンモニアとともに尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する。排ガスは、アンモニアとともに尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過することで、排ガスに含まれる窒素酸化物を尿素ＳＣＲシステム２１で低減される。その後、排ガスは、排気配管１４から大気中に排出される。ここで、排ガス浄化装置１６は、上述したように、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガスのアンモニア濃度を濃度計測手段２８により計測し、その計測結果に基づいて、噴射手段２２が噴射する尿素水の量、噴射タイミングを制御している。
【００４５】
このように、車両１０は、排ガス浄化装置１６により、ディーゼルエンジン１２から排出する排ガスのＰＭを低減し、かつ、窒素酸化物を還元することができ、有害物質が低減させた状態で排出することができる。
【００４６】
また、排ガス浄化装置１６は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過したアンモニア濃度を計測し、その結果に応じて尿素水の噴射量を制御している。このように、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過したアンモニア濃度に基づいて、尿素水の噴射量を制御することで、アンモニアと窒素酸化物の反応状態に即して尿素水の噴射量を制御することができる。
【００４７】
以下、具体的に測定例を用いて詳細に説明する。本測定例では、尿素ＳＣＲ触媒の温度を変化させて排ガスの処理能力を変化させた。この場合に、アンモニア濃度に基づいてアンモニアの注入量を制御し、アンモニア濃度の測定値が目標値となるまで、つまり定常状態となるまでの、アンモニア濃度の変化、窒素酸化物濃度の変化、アンモニア注入量の変化を計測した。なお、アンモニア注入量は、尿素水の噴射量に対応している。また、比較のために、アンモニア濃度に応じた制御を行わず、アンモニアの注入量を一定とした場合の、アンモニア濃度の変化、窒素酸化物濃度の変化、アンモニア注入量の変化も計測した。測定結果を図４−１〜図４−４に示す。ここで、図４−１は、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度と時間との関係を示すグラフであり、図４−２は、計測されたアンモニア濃度と時間との関係を示すグラフであり、図４−３は、尿素ＳＣＲ触媒の温度と時間との関係を示すグラフであり、図４−４は、尿素ＳＣＲに注入されるアンモニアの量と時間との関係を示すグラフである。ここで、図４−１〜図４−４のグラフの時間軸は同一時間軸である。また、アンモニア濃度の目標値は、１２５ｐｐｍに設定している。
【００４８】
図４−１〜図４−４に示すように、アンモニア濃度が目標値よりも高くなる場合は、アンモニア注入量を低減させ、アンモニア濃度が目標値よりも低い場合は、アンモニア注入量を増加させていることわかる。アンモニア濃度によってアンモニア注入量を制御することで、アンモニア注入量を一定とした場合よりも、排ガスに含まれるアンモニアの量が急激に変化することを防止でき、アンモニアの漏れ量を少なくすることができることがわかる。具体的には、アンモニア注入量を一定とした場合よりもアンモニアスリップ積算値を５０％〜６７％低減できることがわかる。以上より、本発明の効果は明らかである。
【００４９】
また、尿素ＳＣＲ触媒手段２６は、温度や濃度等の複数の要因によって、窒素酸化物とアンモニアとの反応量や、アンモニアの吸着率が変化するため、予め作成したマップに基づいて、尿素水の噴射量を制御しても、アンモニアが多くなりアンモニアが漏れ出すか、アンモニアが少なく窒素酸化物を還元しきれず窒素酸化物が漏れ出す可能性があるが、尿素ＳＣＲ触媒を通過した排ガスのアンモニア濃度を計測することで、より適切に尿素水の噴射量を制御することができる。また、アンモニア濃度のみから尿素水噴射量を制御することができる、１つのセンサのみを設ければよいため装置構成を簡単にすることができる。
【００５０】
ここで、排ガス浄化装置１６は、上述したようにアンモニアが漏れ出ることを抑制できるが、大気中に漏れ出るアンモニアをより低減するために、尿素ＳＣＲ触媒手段２６よりも下流側にアンモニアを酸化する酸化触媒を設けることが好ましい。なお、酸化触媒を設けても、排ガス浄化装置１６は、上述したように、アンモニアが漏れ出る量を低減できているため、従来よりも酸化触媒をより小型化することができる。これにより、排ガス浄化装置の装置構成をより簡単にすることができ、重量も軽くすることができる。さらに、アンモニアを酸化することで発生する窒素酸化物を低減することができる。
【００５１】
また、制御手段３０は、測定位置におけるアンモニア濃度の目標値を、アクセル開度、速度、エンジン回転数等の運転条件によって変化させても、運転条件にかかわらず一定としてもよい。運転条件によって、目標値を変化させた場合は、排ガス中に含まれる窒素酸化物の量の増減に対応して尿素水の噴射量を制御することができ、窒素酸化物をより適切に低減することができ、測定位置のアンモニア濃度を目標値に近い値に維持することができる。なお、目標値を一定にして、目標値と運転条件との関係から尿素水の噴射量、噴射タイミングを制御する場合も同様である。また、アンモニア濃度の目標値を運転条件にかかわらず一定とした場合は、運転条件を検出する必要がなくなり、測定手段を少なくすることができ、排ガス浄化装置の装置構成を簡単にすることができる。また条件に応じて目標値を算出する必要が無くなるため、制御が簡単になる。
【００５２】
また、尿素ＳＣＲ触媒としてゼオライト系の金属を用いることで、内燃機関等から排出される高温条件下でも、触媒として適切に機能させることができる。また、ゼオライト系は、アンモニアの吸着量が多く、また温度によって変化するためマップ等による制御は困難であるが、本発明のように、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガスのアンモニア濃度を計測し、その計測結果に基づいて尿素水噴射量を制御することで、尿素ＳＣＲ触媒としてゼオライト系の金属を用いた場合でも、アンモニアが漏れ出ることを抑制することができる。
【００５３】
また、排ガス浄化装置１６では、酸化触媒１８及びＤＰＦ２０によりＰＭを捕集し、排ガス中のＰＭを低減させたが、本発明はこれに限定されない。排ガス浄化装置には、ＰＭを低減させる種々の方式の粒子状物質低減装置を用いることができ、例えば、酸化触媒を設けずに、ＰＭを捕集するフィルタのみを配置してもよい。
【００５４】
なお、排ガス浄化装置１６では、濃度計測手段２８として、連続的に且つ窒素酸化物を検出することなくアンモニアを計測できるため、アンモニアが吸収する波長域のレーザ光を出力し、レーザ光の吸収割合を検出するＴＤＬＡＳ方式により、アンモニア濃度を測定したがこれに限定されない。本発明には、排ガス中のアンモニア濃度を計測できる種々の計測手段を用いることができ、例えば、測定位置に分岐管を設けて、排ガスの一部が分岐管にも流れるようにし、分岐管を流れる排ガスのアンモニア濃度を測定するようにしてもよい。
【００５５】
また、排ガス浄化装置１６では、濃度計測手段２８のみを設け、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガスのアンモニア濃度のみから尿素水噴射量を制御したが、本発明はこれに限定されない。以下、図５と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。
【００５６】
図５は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図５に示す車両４９は、排ガス浄化装置５０の一部の構成を除いて他の構成は、車両１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両４９に特有の点を重点的に説明する。図３に示す車両４９は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置５０とを有する。排ガス浄化装置５０は、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と、濃度計測手段２８と、処理前アンモニア濃度計測手段５４と、イソシアン酸濃度計測手段５６と、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８と、処理後窒素酸化物濃度計測手段６０と、温度調整手段６２と、制御手段６４とを有する。酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と、濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置１６の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００５７】
処理前アンモニア濃度計測手段５４は、排ガスの排気経路において、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の上流側、具体的には、ＤＰＥ２０及び噴射手段２２よりも下流側かつ尿素ＳＣＲ触媒手段２６よりも上流側の排気配管１４に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に供給される排ガス中のアンモニアの濃度を計測する。処理前アンモニア濃度計測手段５４は、濃度計測手段２８と同様に、計測手段本体と、光ファイバと、計測セルと、受光部と、を有する。処理前アンモニア濃度計測手段５４によるアンモニア濃度の計測方法は、濃度計測手段２８と同様であるので、その説明は省略する。処理前アンモニア濃度計測手段５４は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガス中に含まれるアンモニア濃度を連続的に計測し、計測結果を制御手段６４に送る。
【００５８】
イソシアン酸濃度計測手段５６は、排ガスの排気経路において、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の上流側に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に供給される排ガス中のイソシアン酸の濃度を計測する。イソシアン酸濃度計測手段５６としては、濃度計測手段２８と同様の構成のセンサを用いることができる。具体的には、イソシアン酸が吸収する波長域のレーザ光を発光部から発光させ、発光部から発光され排ガス中を通過した光を受光部で受光し、その受光した光の強度から排ガス中のイソシアン酸の濃度を検出することができる。イソシアン酸濃度計測手段５６は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガス中に含まれるイソシアン酸濃度を連続的に計測し、計測結果を制御手段６４に送る。なお、イソシアン酸濃度計測手段としては、排ガス中の窒素酸化物とアンモニアを検出することなく、イソシアン酸のみを検出し、計測するセンサであれば種々のセンサを用いることができる。
【００５９】
処理前窒素酸化物濃度計測手段５８は、排ガスの排気経路において、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の上流側に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に供給される排ガス中のイソシアン酸の濃度を計測する。処理前窒素酸化物濃度計測手段５８も、窒素酸化物濃度計測手段５６と同様に、濃度計測手段２８と同様の構成のセンサを用いることができる。具体的には、窒素酸化物が吸収する波長域のレーザ光を発光部から発光させ、発光部から発光され排ガス中を通過した光を受光部で受光し、その受光した光の強度から排ガス中のイソシアン酸の濃度を検出することができる。処理前窒素酸化物濃度計測手段５８は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガス中に含まれる窒素酸化物濃度を連続的に計測し、計測結果を制御手段６４に送る。なお、窒素酸化物濃度計測手段としては、排ガス中のイソシアン酸とアンモニアを検出することなく、窒素酸化物のみを検出し、計測するセンサであれば種々のセンサを用いることができる。
【００６０】
処理後窒素酸化物濃度計測手段６０は、排ガスの排気経路において尿素ＳＣＲ触媒手段２６の下流側の排気配管１４に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。処理後窒素酸化物濃度計測手段６０は、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８と同様の構成のセンサを用いることができる。処理後窒素酸化物濃度計測手段６０は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中に含まれる窒素酸化物濃度を連続的に計測し、計測結果を制御手段６４に送る。
【００６１】
温度調整手段６２は、排ガスの排気経路において尿素ＳＣＲ触媒手段２６の上流側の排気配管１４、具体的には、噴射手段２２と尿素ＳＣＲ触媒手段２６との間の排気配管１４に設けられており、排気配管１４を流れる排ガスの温度を調整する。温度調整手段６２としては、排気配管１４を加熱、冷却することで、排気配管１４を流れる排ガスを温めたり、冷やしたりすることで排ガスの温度を調整する。温度調整手段６２としては、ヒータや、ペルチェ素子、空冷装置等、種々の加熱機構、冷却機構を用いることができる。
【００６２】
制御手段６４は、濃度計測手段２８、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８及び処理後窒素酸化物濃度計測手段６０から送られる計測結果に基づいて、尿素水噴射手段２２による尿素水噴射量を調整し、処理前アンモニア濃度計測手段５４、イソシアン酸濃度計測手段５６から送られる計測結果に基づいて、温度調整手段６２による排ガス温度を調整する。
【００６３】
まず、制御手段６４による尿素水噴射量の調整について説明する。制御手段６４は、濃度計測手段２８から送られる尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガスのアンモニア濃度が目標値以下となり、処理後窒素酸化物濃度計測手段６０から送られる尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガスの窒素酸化物濃度が目標値以下となるように尿素水噴射量を設定する。また、制御手段６４は、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８から送られる尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガスの窒素酸化物濃度に基づいて、排ガス中に含まれる窒素酸化物を浄化するために必要なアンモニアの量を算出する。以下、図６を用いて、制御方法の一例について詳細に説明する。図６は、制御手段６４による尿素水噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。なお、図６に示すフロー図では、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中のアンモニア濃度と窒素酸化物濃度が最適となるように尿素噴射量を制御する制御方法であり、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガスの窒素酸化物濃度に基づいて尿素水噴射量を制御することは考慮していない制御方法である。
【００６４】
まず、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度及び処理後窒素酸化物濃度計測手段６０で計測された窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が制御手段６４に入力されたら、制御手段６４は、ステップＳ３０として、計測されたアンモニア濃度が目標値よりも大きいかを判定する。制御手段６４は、ステップＳ３０で計測されたアンモニア濃度が目標値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ３２に進み、計測された窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は、目標値よりも小さいかを判定する。
【００６５】
制御手段６４は、ステップＳ３２で、計測された窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は、目標値よりも小さい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ３８として、現状設定されている尿素水噴射量を一定量低減する。つまり、噴射手段２２から噴射される尿素水の量を一定量少なくする。その後、制御手段６４は、ステップＳ４４に進む。他方、制御手段６４は、ステップＳ３２で、計測された窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は、目標値以上である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ３６として、回復処理を行う。ここで、回復処理とは、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の触媒能力を回復させる処理であり、例えば、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の尿素ＳＣＲ触媒を加熱する処理である。なお、尿素ＳＣＲ触媒を加熱する手段としては、例えば、ヒータを用いることができる。また、制御手段によりディーゼルエンジン１２の燃焼条件を変化させて排ガスの温度を高温にするようにしてもよい。このように、アンモニア濃度と窒素酸化物濃度の両方が目標値以上の場合は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の触媒としての能力が低下しており、アンモニアと窒素酸化物の反応が適切に起きていないと判定して、回復処理をすることで、尿素ＳＣＲ触媒手段２６でアンモニアと窒素酸化物との反応が好適に発生するようにすることができる。
【００６６】
次に、制御手段６４は、ステップＳ３０で計測されたアンモニア濃度が目標値以下である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ３４として、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が目標値よりも大きいかを判定する。制御手段６４は、ステップＳ３４で、窒素酸化物濃度が目標値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ４０に進み、アンモニア濃度が目標値よりも小さいかを判定する。他方、制御手段６４は、ステップＳ３４で、窒素酸化物濃度が目標値以下である（ＮＯ）と判定したら、窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度がともに目標値以下となるため、尿素水噴射量を調整することなく、ステップＳ４４に進む。次に、制御手段６４は、ステップＳ４０で、アンモニア濃度が目標値よりも小さい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ４２に進み、現状設定されている尿素水噴射量を一定量増加させる。つまり、噴射手段２２から噴射される尿素水の量を一定量多くする。その後、制御手段６４は、ステップＳ４４に進む。他方、制御手段６４は、ステップＳ４０で、アンモニア濃度が目標値以上である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ４４に進む。このようにステップＳ４０でアンモニアを目標値以上の場合は、窒素酸化物濃度が目標値以上の場合であってもアンモニアの量を増加させないことで、排気配管１４から排出される排ガス中のアンモニアを少なくすることができる。
【００６７】
制御手段６４は、ステップＳ４４で、エンジン（ディーゼルエンジン１２）が停止しているかを判定する。制御手段６４は、エンジンが停止していない、つまりエンジンが稼動中であると判定したらステップＳ３０に進み、上述した処理を繰り返す。他方、制御手段６４は、ステップＳ４４で、エンジンが停止していると判定したら処理を終了する。以上のようにして、制御手段６４は、噴射手段２２の尿素水噴射量を制御する。なお、上記制御も、尿素水噴射量を一定量増加、減少させたが、上述した制御と同様にこれには限定されない。また、アンモニア濃度の上限の目標値と下限の目標値とも、異なる値としてもよい。また、上記制御では、ステップＳ３６で回復処理を行ったが、通知手段により、ユーザに尿素ＳＣＲ触媒手段２６の尿素ＳＣＲ触媒を交換する必要があることを通知するようにしてもよい。ここで、通知手段としては、メッセージを表示するディスプレイや、音声で知らせる音声出力装置を用いることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、処置前窒素酸化物濃度検出手段５８で計測される窒素酸化物濃度を用いていないが、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガスの窒素酸化物濃度から排ガス中の窒素酸化物の浄化（中和）に必要なアンモニア量を算出し、制御手段で、尿素ＳＣＲ触媒手段２６通過後の排ガス中のアンモニア濃度と窒素酸化物濃度から算出された尿素水噴射量を補正するようにしてもよい。また、尿素ＳＣＲ触媒手段２６通過後の排ガス中の窒素酸化物濃度を用いずに、尿素ＳＣＲ触媒手段２６通過後の排ガス中のアンモニア濃度から尿素水噴射量を算出し、算出した尿素水噴射量を、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過する前の排ガスの窒素酸化物濃度から算出した排ガス中の窒素酸化物の浄化（中和）に必要なアンモニア量に基づいて補正してもよい。
【００６９】
次に、制御手段６４が、処理前アンモニア濃度計測手段５４、イソシアン酸濃度計測手段５６から送られる計測結果に基づいて、温度調整手段６２による排ガス温度を調整する方法について説明する。尿素水噴射手段２２から噴射された尿素水は、排気配管１４の熱、排ガスの熱により、尿素からイソシアン酸が生成され、イソシアン酸からアンモニアが生成される。しかしながら、反応が不十分の場合は、尿素水の一部が尿素のまま、またはイソシアン酸の状態で維持され、アンモニアとならない場合がある。この点を解決するために、制御手段６４は、処理前アンモニア濃度計測手段５４、イソシアン酸濃度計測手段５６から送られる尿素ＳＣＲ触媒手段２６の通過前の排ガスのアンモニア濃度及び／またはイソシアン酸濃度から、噴射された尿素水が適切にアンモニアになっているか判定する。具体的には、イソシアン酸濃度が一定以上の場合、反応が適切に起きていないと判定する。また、尿素水噴射量から理論上のアンモニア濃度を算出し、その算出値よりも処理前アンモニア濃度計測手段５４で計測された計測値が一定濃度以上低い場合も、反応が適切に起きていないと判定する。制御手段６４は、反応が適切に起きておらず、尿素水、イソシアン酸が残っていると判定した場合は、温度調整手段６２により排ガス温度を上昇させて、尿素水、イソシアン酸のアンモニア化を促進し、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に到着時にアンモニアとなっているようにする。
【００７０】
排ガス浄化装置５０は、以上のような構成であり、ディーゼルエンジン１２から排出された排ガスは、排気配管１４を流れ、酸化触媒１８及びＤＰＦ２０を通過してＰＭが低減される。その後、排ガスは、さらに、排気配管１４を流れ、噴射手段２２で尿素水が噴射された後、排気配管１４のヒータ６２が配置された領域を流れる。その後、排ガスは、配管１４の処理前アンモニア濃度計測手段５４、イソシアン酸濃度計測手段５６、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８が配置された領域を流れる。その際、各濃度検出手段は、排ガスの測定対象の物質の濃度を計測する。その後、排ガスは、尿素ＳＣＲ触媒２６を通過し、排気配管１４の濃度計測手段２６、処理後窒素酸化物濃度計測手段６０が配置された領域を流れ、外部に排出される。ここで、排ガスは、尿素ＳＣＲ触媒を通過する際に、排ガス中に含まれる窒素酸化物と尿素水から生成されたアンモニアとが反応し、窒素酸化物が還元される。各濃度検出手段は、排ガスの測定対象の物質の濃度を計測する。
【００７１】
排ガス浄化装置５０は、濃度計測手段２８での計測結果に加えて、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８及び処理後窒素酸化物濃度計測手段６０での計測結果に基づいて、尿素水噴射手段２２による尿素水噴射量を調整することで、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、排ガス中の窒素酸化物をより低減することができる。また、処理前アンモニア濃度計測手段５４、イソシアン酸濃度計測手段５６での計測結果に基づいて、温度調整手段６２による排ガス温度を調整することで、尿素水をより適切にアンモニアにすることができ、アンモニアと窒素酸化物を適切に反応させることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、濃度計測手段２８、処理前窒素酸化物濃度計測手段５８、処理後窒素酸化物濃度計測手段６０、処理前アンモニア濃度計測手段５４及びイソシアン酸濃度計測手段５６を用いたが、少なくとも濃度計測手段２８を用いればよく、その他のセンサは、適宜組み合わせて用いればよい。濃度計測手段２８と各センサのそれぞれから計測される計測結果に基づいて、尿素水噴射量、または、尿素水噴射量及び排ガス温度を調整することで、上記効果を得ることができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、別途温度調整手段を設けたが、これに限定されず、ディーゼルエンジン等の内燃機関により排ガスの温度が調整できる場合は、内燃機関を温度調整手段として用いて、排ガスの温度を調整すればよい。
【００７４】
また、排ガス浄化装置は、さらに、尿素ＳＣＲ触媒の温度を検出する温度検出手段を有し、尿素ＳＣＲ触媒の温度と、各計測手段で計測した計測結果との履歴を保存し、尿素ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニア量を算出し、算出したアンモニア量に基づいて、排ガス中の窒素酸化物の浄化に必要なアンモニア量を算出し、算出したアンモニア量に基づく尿素水を噴射させるようにすることが好ましい。このように、尿素ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニア量を加味して尿素水噴射量を制御することで、尿素ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニア量を、尿素ＳＣＲ触媒でアンモニアと窒素酸化物とを高効率で反応させることができる量とすることができる。これにより、排気配管から漏れ出るアンモニア量をより低減することができる。また、尿素ＳＣＲ触媒で効率よくアンモニアと窒素酸化物とを反応させることができることで、尿素ＳＣＲ触媒をより少なく、小さくすることができる。
【００７５】
なお、上述した排ガス浄化装置では、濃度計測手段２８により尿素ＳＣＲ手段を通過した排ガスのアンモニア濃度を検出したが、本発明はこれに限定されず、処理前窒素酸化物濃度検出手段と処理後窒素酸化物濃度検出手段とで検出された窒素酸化物濃度からアンモニア濃度を算出してもよい。以下、図７を用いて詳細に説明する。図７は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図５に示す車両４９は、排ガス浄化装置５０の一部の構成を除いて他の構成は、車両１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両４９に特有の点を重点的に説明する。
【００７６】
図７に示す車両７０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置７２とを有する。排ガス浄化装置７２は、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と、処理前窒素酸化物濃度計測手段７６と、処理後窒素酸化物濃度計測手段７８と、制御手段８０とを有する。酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６とは、上述した排ガス浄化装置１６の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００７７】
処理前窒素酸化物濃度計測手段７６は、排ガスの排気経路において、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の上流側に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に供給される排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。処理前窒素酸化物濃度計測手段７６は、図５に示す処理前窒素酸化物濃度計測手段５８と同様の計測手段である。
【００７８】
処理後窒素酸化物濃度計測手段７８は、排ガスの排気経路において尿素ＳＣＲ触媒手段２６の下流側の排気配管１４に配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。処理後窒素酸化物濃度計測手段７８は、処理後窒素酸化物濃度計測手段６０と同様の計測手段である。
【００７９】
制御手段８０は、処理前窒素酸化物濃度計測手段７６で検出した尿素ＳＣＲ触媒手段２６通過前の排ガス中の窒素酸化物濃度と、処理後窒素酸化物濃度計測手段７８で検出した尿素ＳＣＲ触媒手段２６通過後の排ガス中の窒素酸化物濃度とに基づいて、反応したアンモニアの量を算出し、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中に含まれるアンモニア濃度を算出する。制御手段８０は、この算出したアンモニア濃度に基づいて、排ガス浄化装置１６の制御手段３０と同様の方法で、尿素水噴射量を制御する。このように、排ガス浄化装置７２のように、排ガス中の窒素酸化物濃度から尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過した排ガス中のアンモニア濃度を算出することで、アンモニア濃度を直接計測しなくても、尿素水噴射量を制御することができる。なお、上述したように、尿素ＳＣＲ触媒は、温度等により吸着させるアンモニアの量が変化するため、直接アンモニア濃度を計測する場合よりも計測の精度は低下する。そのため、上述した各排ガス浄化装置よりも排気配管から漏れ出るアンモニアの抑制効果は低くなる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明にかかる排ガス浄化装置は、内燃機関から排出される排ガスの浄化に有用であり、特に、車両に搭載されたディーゼルエンジンから排出される排ガスの浄化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の排ガス浄化装置を有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すディーゼルエンジン用排ガス浄化装置の濃度計測手段の概略構成を示すブロック図である。
【図３】制御手段による尿素水噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。
【図４−１】窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度と時間との関係を示すグラフである。
【図４−２】計測されたアンモニア濃度と時間との関係を示すグラフである。
【図４−３】尿素ＳＣＲ触媒の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図４−４】尿素ＳＣＲに注入されるアンモニアの流量と時間との関係を示すグラフである。
【図５】排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図６】制御手段による尿素水噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。
【図７】排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、４９、７０  車両
１２  ディーゼルエンジン
１４  排気配管
１６、５０、７２  排ガス浄化装置
１８  酸化触媒
２０  ＤＰＦ
２１  尿素ＳＣＲシステム
２２  尿素水噴射手段
２４  尿素水タンク
２６  尿素ＳＣＲ触媒手段
２８  濃度計測手段
３０、６４  制御手段
４０  計測手段本体
４２  光ファイバ
４４  計測セル
４６  受光部
５４  処理前アンモニア濃度計測手段
５６  イソシアン酸濃度計測手段
５８、７６  処理前窒素酸化物濃度計測手段
６０、７８  処理後窒素酸化物濃度計測手段
６２  温度調整手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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