(57)【要約】【課題】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。【解決手段】燃焼機器から排出される排ガスを案内する排気配管と、排気配管内に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、排ガスの流れ方向において尿素水が噴射される位置よりも下流側に配置され、尿素ＳＣＲ触媒を有する触媒手段と、触媒手段が配置されている領域内の測定位置における排ガス中のアンモニアの濃度を計測する第１アンモニア濃度計測手段と、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第２アンモニア濃度計測手段と、第１アンモニア濃度計測手段および第２アンモニア濃度計測手段の計測結果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
2010174815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機器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、
前記燃焼機器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、
前記触媒手段が配置されている領域内の測定位置における排ガス中のアンモニアの濃度を計測する第１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第２アンモニア濃度計測手段と、
前記第１アンモニア濃度計測手段および前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果に基づいて前記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。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果に基づいて、前記第１アンモニア濃度計測手段の目標濃度を設定し、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果が前記第１アンモニア濃度計測手段の目標濃度となるように、前記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】
前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）としたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、任意の定数をｎとしたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）−ｎ×（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）−Ｃ２０（ＮＨ３）×０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、任意の周期をＴとし、時間をｔとしたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×ｓｉｎ（ｔ／Ｔ）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段に流入する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、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ０（ｔ、ＮＯｘ）とし、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段の測定位置での基準濃度をＣ００（ＮＯｘ）としたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ００（ＮＯｘ））／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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２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、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ２（ｔ、ＮＯｘ）とし、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段の測定位置での基準濃度をＣ２０（ＮＯｘ）としたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ２０（ＮＯｘ））／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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２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触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段に流入する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を有し、
前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ０（ｔ、ＮＯｘ）とし、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ２（ｔ、ＮＯｘ）とし、（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）−Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ））／Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）をηとしたときの、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（１／η）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記第２アンモニア濃度計測手段は、前記触媒手段が配置されている領域内のアンモニア濃度を計測することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機器から排出される窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、ゴミ焼却炉、ガスタービン等の燃焼機器から排出されるガス、つまり排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。そのため、燃焼機器の排気管には、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系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、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として、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と、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濃度との偏差を算出し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【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
【発明の概要】
【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】
さらに、窒素酸化物の濃度や、処理後の排ガスのアンモニア濃度から尿素の噴射量を調整した場合も、検出対象である処理後の排ガスにアンモニアが残存していると、アンモニアが漏れ出てしまう。そのため、内燃機関の排ガス処理装置では、選択的接触還元型触媒装置等の脱硝装置の下流側にアンモニアを酸化するための酸化触媒を設置しているが、アンモニアを酸化すると窒素酸化物を発生させることになるという問題がある。また、アンモニアの漏れ出る量が多いと酸化触媒を大きくする必要があるという問題がある。
【０００９】
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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、燃焼機器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、前記燃焼機器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、前記触媒手段が配置されている領域内の測定位置における排ガス中のアンモニアの濃度を計測する第１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第２アンモニア濃度計測手段と、前記第１アンモニア濃度計測手段および前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果に基づいて前記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。
【００１１】
このように、尿素ＳＣＲ触媒の途中の排ガスに含まれるアンモニアと、通過した排ガス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記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。
【００１２】
ここで、排ガス浄化装置は、前記制御手段は、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果に基づいて、前記第１アンモニア濃度計測手段の目標濃度を設定し、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果が前記第１アンモニア濃度計測手段の目標濃度となるように、前記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。このように、より後ろ側のアンモニア濃度に基づいて、前側のアンモニア濃度の目標値を設定することで、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。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）としたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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。
【００１４】
上記式を用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。
【００１５】
また、前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、任意の定数をｎとしたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）−ｎ×（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）−Ｃ２０（ＮＨ３）×０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することも好ましい。
【００１６】
上記式を用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。
【００１７】
また、前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、任意の周期をＴとし、時間をｔとしたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×ｓｉｎ（ｔ／Ｔ）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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】
上記式を用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、ｓｉｎ（ｔ／Ｔ）を用いることで、尿素ＳＣＲ触媒がアンモニアを飽和して吸着させている状態と、不飽和で吸着させている状態とを周期的に繰り返すことができ、尿素ＳＣＲ触媒の触媒としての能力をより高くすることができる。
【００１９】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段に流入する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、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ０（ｔ、ＮＯｘ）とし、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段の測定位置での基準濃度をＣ００（ＮＯｘ）としたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ００（ＮＯｘ））／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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。
【００２０】
上記式を用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、触媒手段に流入する排ガスの窒素酸化物濃度に基づいて、噴射量を制御することで、触媒手段に流入する窒素酸化物濃度に応じて制御を行うことができる。
【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、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ２（ｔ、ＮＯｘ）とし、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段の測定位置での基準濃度をＣ２０（ＮＯｘ）としたとき、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ２０（ＮＯｘ））／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記尿素水噴射手段による尿素水の噴射を制御することも好ましい。
【００２２】
上記式を用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、触媒手段から排出される排ガスの窒素酸化物濃度に基づいて、噴射量を制御することで、窒素酸化物濃度の残量に応じて制御を行うことができる。
【００２３】
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上流側に配置され、前記触媒手段に流入する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を有し、前記制御手段は、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での算出基礎目標濃度をＣ１（ＮＨ３）とし、前記第１アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ１（ＮＨ３）´とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測結果をＣ２（ｔ、ＮＨ３）とし、前記第２アンモニア濃度計測手段の計測位置での目標濃度をＣ２０（ＮＨ３）とし、前記処理前窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ０（ｔ、ＮＯｘ）とし、前記処理後窒素酸化物濃度計測手段での測定結果をＣ２（ｔ、ＮＯｘ）とし、（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）−Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ））／Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）をηとしたときの、Ｃ１（ＮＨ３）´を、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（１／η）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）とし、第１アンモニア濃度計測手段の計測結果がＣ１（ＮＨ３）´となるように前記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。
【００２４】
上記式を用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、脱硝率ηに基づいて、噴射量を制御することで、脱硝率をより高くするように制御を行うことができる。
【００２５】
また、前記第２アンモニア濃度計測手段は、前記触媒手段が配置されている領域内のアンモニア濃度を計測することが好ましい。
【００２６】
第２アンモニア濃度計測手段も触媒手段が配置されている領域内のアンモニア濃度を計測することで、第２アンモニア濃度計測手段が計測したアンモニアも第２アンモニア濃度計測手段より下流側の触媒手段により、窒素酸化物と反応させることができる。これにより排出されるアンモニアをより低減することができる。
【００２７】
さらに、前記第２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、さらに、前記回復手段は、前記尿素ＳＣＲ触媒を所定温度で加熱することが好ましい。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。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。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかる排ガス浄化装置は、尿素ＳＣＲ触媒の途中の排ガスに含まれるアンモニアと、通過した排ガスに含まれるアンモニア濃度に基づいて、制御手段により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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、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２は、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】図３は、尿素ＳＣＲ触媒手段を模式的に示す断面図である。
【図４】図４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。
【図５】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。
【図６】図６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。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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、内燃機関を用いる車両を、ディーゼルエンジンを有する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。また、排ガス浄化装置を取り付ける燃焼機器は、内燃機関に限定されず、焼却炉、熱分解炉、溶融炉、ボイラ、外燃機関等種々の燃焼機器に用いることができる。また、ゴミとしては、種々の廃棄物を対象とすることができる。また、ゴミ以外のものを焼却炉で焼却する焼却システムにも用いることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
排ガス浄化装置１６は、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、尿素ＳＣＲシステム２１と、噴射手段２２と、濃度計測手段２８と、処理後アンモニア濃度計測手段２９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。なお、後述するが、尿素ＳＣＲシステム２１は、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６とで構成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６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。
【００３７】
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、以下の式に示す化学反応により、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、上記式に示す反応により、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、以下の式に示す化学反応により、窒素酸化物が還元される。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋２ＮＯ２＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
【００３８】
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の中、つまり、上流の面と下流の面の両方が尿素ＳＣＲ触媒手段２６と接して配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６内を流れる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。
【００３９】
計測手段本体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。
【００４０】
光ファイバ４２は、計測手段本体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。
【００４１】
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。
【００４２】
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手段本体４０に出力する。
【００４３】
濃度計測手段２８は、以上のような構成であり、計測手段本体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、計測手段本体４０に出力する。計測手段本体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。
【００４４】
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内を流れる排ガスの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。
【００４５】
処理後アンモニア濃度計測手段２９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。処理後アンモニア濃度計測手段２９は、濃度計測手段２８と同様の計測手段であり、濃度計測手段２８と同様の方法でアンモニアの濃度を連続的に計測する。
【００４６】
制御手段３０は、濃度計測手段２８及び処理後アンモニア濃度計測手段２９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。以下、制御方法の一例を説明する。
【００４７】
まず、初期値として、濃度計測手段２８の計測位置におけるアンモニア濃度の初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）と、処理後アンモニア濃度計測手段２９の計測位置におけるアンモニア濃度の目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）とを設定する。ここで、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）と目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）とは、予め設定されている値であり、制御手段３０の記憶部に記憶されている。ここで、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）は、濃度計測手段２８よりも下流側の部分の尿素ＳＣＲ触媒手段２６で、アンモニアと窒素酸化物とを反応させることが可能なアンモニア濃度である。
【００４８】
次に、ディーゼルエンジン１２が駆動され、ディーゼルエンジン１２から排ガスが排出されたら、制御手段３０により、噴射手段２２の制御を開始する。制御手段３０は、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）及び処理後アンモニア濃度計測手段２９で計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）を取得する。
【００４９】
次に、制御手段３０は、設定されているアンモニア濃度の目標濃度とアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）とに基づいて、新たな目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する。具体的には、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）・・・（式１）に各値を代入して算出する。ここで、起動時の計算では、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）が目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）として代入され、次の計算からは、直前の計算で算出された目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´が、Ｃ１（ＮＨ３）として代入される。つまり、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）は計算毎に更新される。また、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）は、最初に設定されているアンモニア濃度から更新されない。
【００５０】
次に、制御手段３０は、算出した目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´と、計測したアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）とに基づいて、尿素水噴射量を算出する。具体的には、Ｃ１（ＮＨ３）´＞Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）の場合は、噴射する尿素水の量を多くしたり、尿素水を噴射する間隔を短くしたりする。また、Ｃ１（ＮＨ３）´＜Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）の場合は、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。また、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）の場合は、噴射する尿素水の量と、尿素水を噴射する間隔を現状のまま維持する。制御手段３０は、ディーゼルエンジン１２が駆動され、排ガスが排出されている間は、上記処理を繰り返し、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を更新し、計測したアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）が目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´となるように噴射手段２２の動作を制御する。
【００５１】
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において、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が尿素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の制御手段３０は、上述したように、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）及び処理後アンモニア濃度計測手段２９で計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）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。
【００５２】
例えば、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとし、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）＝５ｐｐｍとする。なお、尿素ＳＣＲ触媒手段２６は、濃度計測手段２８よりも下流側の部分で、アンモニア濃度１００ｐｐｍのアンモニアと窒素酸化物とを反応させる触媒能力を有するものとする。このとき、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は２００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２．５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は６７ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が１０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は４０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１８ｐｐｍとなる。この場合、制御手段３０は、結果的にアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）の半分の２．５ｐｐｍ周辺になった状態で噴射手段２２の動作を制御することができる。
【００５３】
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、有害物質が低減された状態で排出することができる。
【００５４】
また、排ガス浄化装置１６は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の途中のアンモニア濃度と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６を通過したアンモニア濃度とを計測し、その結果に応じ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。
【００５５】
また、排ガスの流れ方向においてより下流側にある濃度検出装置の計測値に基づいて、より上流側のアンモニア濃度の目標濃度を設定し、その目標濃度と測定値とを比較し、目標濃度となるように噴射手段２２の動作を制御することで、下流側での濃度が大きく振動することを抑制でき、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、窒素酸化物も低減することができる。また、下流側の測定位置における目標濃度を小さい値としても好適に制御できるため、目標濃度とするアンモニア濃度を低くすることができ、漏れ出るアンモニアの量をより少なくすることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、排ガス浄化装置１６では、濃度計測手段２８が、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。
【００６０】
なお、制御手段３０による目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´の算出方法は、上記（式１）に限定されない。制御手段３０は、例えば、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）−ｎ×（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）−Ｃ２０（ＮＨ３）×０．５）・・・（式２）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出してもよい。なお、ｎは、設定可能な任意の定数であり、Ｃ１（ＮＨ３）´がマイナスの値となったら、Ｃ１（ＮＨ３）´＝０とする。
【００６１】
制御手段３０が（式２）で目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する場合、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとし、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）＝５ｐｐｍとし、ｎ＝２０とすると、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１５０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２．５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は５０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が７．５ｐｐｍ以上だと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は０ｐｐｍとなる。この場合も、制御手段３０は、結果的にアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）の半分の２．５ｐｐｍ周辺になった状態で噴射手段２２の動作を制御することができる。このように、（式２）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出することでも、噴射手段２２の動作を好適に制御することができ、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、窒素酸化物を低減することができる。
【００６２】
また、制御手段３０は、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×ｓｉｎ（ｔ／Ｔ）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）・・・（式３）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出してもよい。なお、Ｔは、設定可能な任意の周期である。
【００６３】
制御手段３０が（式３）で目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する場合、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとし、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）＝５ｐｐｍとし、ｓｉｎ（ｔ／Ｔ）＝１とすると、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は２００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２．５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は６７ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が１０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は４０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１８ｐｐｍとなる。
【００６４】
この場合も、制御手段３０は、結果的にアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）の半分の２．５ｐｐｍ周辺になった状態で噴射手段２２の動作を制御することができる。このように、（式３）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出することでも、噴射手段２２の動作を好適に制御することができ、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、窒素酸化物を低減することができる。
【００６５】
さらに、この（式３）を用いると、ｔによってｓｉｎ（ｔ／Ｔ）が周期的に変化するため、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を周期的に変化させることができる。これにより、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の尿素ＳＣＲ触媒を、吸着させているアンモニアが飽和している状態と、飽和していない状態とに周期的変化させることができる。つまり、尿素ＳＣＲ触媒を、もうアンモニアを吸着できない状態とまだアンモニアを吸着できる状態とに周期的に切り換えることができる。ここで、尿素ＳＣＲ触媒は、飽和状態から不飽和状態になるときに脱硝効率が高くなる。したがって、飽和状態と不飽和状態とを周期的に繰り返させることで、アンモニアで、窒素酸化物を効率よく還元させることができる。
【００６６】
ここで、上記制御例では、いずれも初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとしたが、この値は、尿素ＳＣＲ触媒の能力及び濃度計測手段２８の配置位置に基づいて設定すればよい。以下、図３を用いて一例を説明する。図３は、尿素ＳＣＲ触媒手段を模式的に示す断面図である。図３に示す尿素ＳＣＲ触媒手段２６は、位置Ｘ０が尿素ＳＣＲ触媒手段２６の入口となり、位置Ｘ４が尿素ＳＣＲ触媒手段２６の出口となる。尿素ＳＣＲ触媒手段２６が配置されている領域内には、排ガスの流れ方向において、上流側から位置Ｘ１、位置Ｘ２、位置Ｘ３の３箇所に濃度計測手段２８が配置可能な位置があるとする。ここで、図３に示す尿素ＳＣＲ触媒手段２６では、位置Ｘ１、位置Ｘ２、位置Ｘ３に尿素ＳＣＲ触媒の隙間があるように示したが、この隙間はあってもなくてもよい。なお、計測位置とする場合には、濃度計測手段２８を配置するための領域は必要となる。ここで、図３に示す尿素ＳＣＲ触媒手段２６は、一酸化窒素濃度３００ｐｐｍ及びアンモニア濃度３００ｐｐｍの排ガスが供給された場合、位置Ｘ１でアンモニア濃度１００ｐｐｍとなり、位置Ｘ２でアンモニア濃度３０ｐｐｍとなり、位置Ｘ３でアンモニア濃度１０ｐｐｍとなる。さらに、位置Ｘ４でアンモニア濃度３ｐｐｍとなる。つまり尿素ＳＣＲ触媒手段２８から排出される際のアンモニア濃度は、３ｐｐｍとなる。
【００６７】
この場合、濃度計測手段２８を位置Ｘ１に配置する場合は、上記と同様に、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとすればよく、濃度計測手段２８を位置Ｘ２に配置する場合は、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝３０ｐｐｍとすればよく、濃度計測手段２８を位置Ｘ３に配置する場合は、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１０ｐｐｍとすればよい。このように、初期目標濃度を設定することで、濃度計測手段２８の配置位置によらず、噴射手段２２の動作を好適に制御することができる。
【００６８】
なお、濃度計測手段２８は、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の尿素ＳＣＲ触媒が配置されている領域のうち、排ガスの流れ方向において、尿素ＳＣＲ触媒内にアンモニアを過剰に投入した状態で排ガス中の窒素酸化物を還元させた場合に、ディーゼルエンジンの最大負荷時の窒素酸化物濃度が、ディーゼルエンジンの最小負荷時での尿素ＳＣＲ触媒の入口の濃度または内燃機関の最大負荷時の尿素ＳＣＲ触媒の入口での濃度の半分の濃度のうち、いずか高い方の濃度となる位置から、ディーゼルエンジンの最大負荷時の窒素酸化物濃度がアンモニア濃度１０ｐｐｍで脱硝可能な理論上の窒素酸化物濃度となる位置、までの領域に含まれる位置の排ガスのアンモニア濃度を検出することが好ましい。濃度計測手段２８を、上記範囲に配置することで、尿素ＳＣＲ触媒で一定以上の窒素酸化物とアンモニアが反応し、かつ、一定程度のアンモニアが残留した位置のアンモニア濃度を測定することができる。これにより、尿素ＳＣＲ触媒の現状の触媒能力を把握しつつ、かつ、ある程度の高いアンモニア濃度を基準として制御ができる。これにより、漏れ出すアンモニアの量を少なくし、かつ、窒素酸化物をより低減することができる。
【００６９】
また、排ガス浄化装置１６では、濃度計測手段２８と処理後アンモニア濃度計測手段２９とを設け、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の動作を制御したが、本発明はこれに限定されない。以下、図４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。
【００７０】
図４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４に示す車両５０は、排ガス浄化装置５２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５０に特有の点を重点的に説明する。図４に示す車両５０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５２とを有する。排ガス浄化装置５２は、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、尿素ＳＣＲ触媒手段２１と、濃度計測手段２８と、処理後アンモニア濃度計測手段２９と、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０と、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２と、制御手段６４とを有する。また、尿素ＳＣＲシステム２１は、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と有する。なお、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、尿素ＳＣＲ触媒システム２１を構成する噴射手段２２、尿素水タンク２４及び尿素ＳＣＲ触媒手段２６と、濃度計測手段２８と、処理後アンモニア濃度計測手段２９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。
【００７１】
処理前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６０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、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窒素酸化物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６０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。
【００７２】
処理後窒素酸化物濃度計測手段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６２は、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０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６２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。
【００７３】
ここで、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２で検出する窒素酸化物としては、一酸化窒素のみを検出しても、二酸化窒素のみを検出してもよいし、一酸化窒素と二酸化窒素の両方を検出してもよい。一酸化窒素のみ、二酸化窒素のみ、一酸化窒素と二酸化窒素の両方のいずれを検出するようにしても、好適に排ガス中の窒素酸化物濃度を計測でき、計測値を尿素水の噴射量の算出に用いることができる。なお、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２は、一酸化窒素のみを検出するようにすることが好ましい。
【００７４】
制御手段６４は、濃度計測手段２８、処理後アンモニア濃度計測手段２９、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０及び処理後窒素酸化物濃度計測手段６２から送られる計測結果に基づいて、噴射手段２２の動作を制御する。
【００７５】
次に、制御手段６４による噴射手段２２の動作の一例を説明する。なお、制御手段６４は、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´の算出方法を除いて、他の動作、つまり、目標濃度と、計測したアンモニア濃度を比較し、比較結果によって、尿素水の噴射タイミングと噴射量を制御する方法は、制御手段３０と同様である。したがって、以下では、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´の算出方法について説明する。
【００７６】
まず、濃度計測手段２８と処理後アンモニア濃度計測手段２９と処理前窒素酸化物濃度計測手段６０との計測結果を用いる場合について説明する。ここで、この場合は、初期値として、上記の初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）と目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）に加え、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０の測定位置における窒素酸化物濃度の基準濃度Ｃ００（ＮＯｘ）を設定する。
【００７７】
制御手段６４は、ディーゼルエンジン１２が駆動され、ディーゼルエンジン１２から排ガスが排出されたら、噴射手段２２の制御を開始する。制御手段６４は、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）、処理後アンモニア濃度計測手段２９で計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０で計測された窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）を取得する。
【００７８】
次に、制御手段６４は、設定されているアンモニア濃度の目標濃度、窒素酸化物濃度の基準濃度とアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）と窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）とに基づいて、新たな目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する。具体的には、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ００（ＮＯｘ））／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）・・・（式４）に各値を代入して算出する。
【００７９】
制御手段６４が（式４）で目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する場合、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとし、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）＝５ｐｐｍとし、（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ００（ＮＯｘ））＝１とすると、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は２００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２．５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は６７ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が１０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は４０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１８ｐｐｍとなる。
【００８０】
この場合も、制御手段６４は、結果的にアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）の半分の２．５ｐｐｍ周辺になった状態で噴射手段２２の動作を制御することができる。このように、（式４）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出することでも、噴射手段２２の動作を好適に制御することができ、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、窒素酸化物を低減することができる。
【００８１】
さらに、この（式４）を用いると、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０で計測した窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）により、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を補正することができる。つまり、窒素酸化物濃度が高いときは、目標濃度を高くし、窒素酸化物濃度が低い場合は、目標濃度を低くすることができる。これにより、尿素ＳＣＲ触媒手段２６に送られ浄化すべき（還元すべき）窒素酸化物の濃度に応じて、噴射手段２２の動作を制御することができる。例えば、窒素酸化物濃度の基準濃度Ｃ００（ＮＯｘ）を３００ｐｐｍと設定し、計測された窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）が３５０ｐｐｍであった場合、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は、基準濃度であった場合よりも約１．１７倍で算出されることになる。これにより、より多くの尿素水を噴射させることができ、基準よりも多く排出されている窒素酸化物を適切に還元することができる。
【００８２】
次に、濃度計測手段２８と処理後アンモニア濃度計測手段２９と処理後窒素酸化物濃度計測手段６２との計測結果を用いる場合について説明する。ここで、この場合は、初期値として、上記の初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）と目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）に加え、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２の測定位置における窒素酸化物濃度の基準濃度Ｃ２０（ＮＯｘ）を設定する。
【００８３】
制御手段６４は、ディーゼルエンジン１２が駆動され、ディーゼルエンジン１２から排ガスが排出されたら、噴射手段２２の制御を開始する。制御手段６４は、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）、処理後アンモニア濃度計測手段２９で計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２で計測された窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）を取得する。
【００８４】
次に、制御手段６４は、設定されているアンモニア濃度の目標濃度、窒素酸化物濃度の基準濃度とアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）と窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）とに基づいて、新たな目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する。具体的には、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ２０（ＮＯｘ））／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）・・・（式５）に各値を代入して算出する。
【００８５】
制御手段６４が（式５）で目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する場合、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとし、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）＝５ｐｐｍとし、（Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）／Ｃ２０（ＮＯｘ））＝１とすると、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は２００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２．５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は６７ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が１０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は４０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１８ｐｐｍとなる。
【００８６】
この場合も、制御手段６４は、結果的にアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）の半分の２．５ｐｐｍ周辺になった状態で噴射手段２２の動作を制御することができる。このように、（式５）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出することでも、噴射手段２２の動作を好適に制御することができ、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、窒素酸化物を低減することができる。
【００８７】
さらに、この（式５）を用いると、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２で計測した窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）により、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を補正することができる。つまり、計測された窒素酸化物濃度が高いときは、目標濃度を高くし、窒素酸化物濃度が低い場合は、目標濃度を低くすることができる。これにより、尿素ＳＣＲ触媒手段２６から排出される排ガスの窒素酸化物の濃度に応じて、噴射手段２２の動作を制御することができる。例えば、窒素酸化物濃度の基準濃度Ｃ２０（ＮＯｘ）を１０ｐｐｍと設定し、計測された窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）が２０ｐｐｍであった場合、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は、基準濃度であった場合よりも約２倍で算出されることになる。これにより、より多くの尿素水を噴射させることができ、基準よりも多く残留している窒素酸化物を適切に還元することができる。
【００８８】
次に、濃度計測手段２８と処理後アンモニア濃度計測手段２９と処理前窒素酸化物濃度計測手段６０と処理後窒素酸化物濃度計測手段６２との計測結果を用いる場合について説明する。ここで、この場合は、初期値として、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）と目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）を設定する。
【００８９】
制御手段６４は、ディーゼルエンジン１２が駆動され、ディーゼルエンジン１２から排ガスが排出されたら、噴射手段２２の制御を開始する。制御手段６４は、濃度計測手段２８で計測されたアンモニア濃度Ｃ１（ｔ，ＮＨ３）、処理後アンモニア濃度計測手段２９で計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）、処理前窒素酸化物濃度計測手段６０で計測された窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２で計測された窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）を取得する。
【００９０】
次に、制御手段６４は、設定されているアンモニア濃度の目標濃度、窒素酸化物濃度の基準濃度とアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）と窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）と窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）とに基づいて、新たな目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する。具体的には、Ｃ１（ＮＨ３）´＝Ｃ１（ＮＨ３）×（１／η）／（Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）／Ｃ２０（ＮＨ３）＋０．５）・・・（式６）に各値を代入して算出する。ここで、ηは、脱硝率であり、η＝（Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）−Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ））／Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）である。
【００９１】
制御手段６４が（式６）で目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出する場合、初期目標濃度Ｃ１０（ＮＨ３）＝１００ｐｐｍとし、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）＝５ｐｐｍとし、η＝１とすると、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は２００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２．５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１００ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は６７ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が１０ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は４０ｐｐｍとなる。また、計測されたアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が２５ｐｐｍだと、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は１８ｐｐｍとなる。
【００９２】
この場合も、制御手段６４は、結果的にアンモニア濃度Ｃ２（ｔ，ＮＨ３）が、目標濃度Ｃ２０（ＮＨ３）の半分の２．５ｐｐｍ周辺になった状態で噴射手段２２の動作を制御することができる。このように、（式６）を用いて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出することでも、噴射手段２２の動作を好適に制御することができ、アンモニアが漏れ出ることを抑制しつつ、窒素酸化物を低減することができる。
【００９３】
さらに、この（式６）を用いると、処理後窒素酸化物濃度計測手段６２で計測した窒素酸化物濃度Ｃ０（ｔ，ＮＯｘ）と処理後窒素酸化物濃度計測手段６２で計測した窒素酸化物濃度Ｃ２（ｔ，ＮＯｘ）とから算出した脱硝率ηにより、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を補正することができる。つまり、脱硝率が低い場合は、目標濃度を低くし、脱硝率が高い場合は、目標濃度を高くすることができる。これにより、脱硝率に応じて、噴射手段２２の動作を制御することができる。例えば、脱硝率が９０％だった場合は、脱硝率が８０％だった場合に比べて、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´は、１．１２５倍で算出されることになる。これにより、より多くの尿素水を噴射させることができ、より多く残留している窒素酸化物を適切に還元し、脱硝率を高くすることができる。
【００９４】
また、制御手段６４は、処理後アンモニア濃度計測手段２９と処理後窒素酸化物濃度計測手段６２との計測結果に基づいて、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の尿素ＳＣＲ触媒の触媒能力を判定し、尿素ＳＣＲ触媒の触媒能力が一定以上低下していると判定したら、回復処理を行うようにすることが好ましい。ここで、尿素ＳＣＲ触媒の触媒能力は、処理後アンモニア濃度計測手段２９と処理後窒素酸化物濃度計測手段６２との計測結果とに基づいて、アンモニア濃度と窒素酸化物濃度の両方の相対関係によって判定することができる。具体的には、両方が基準値以上の場合は、触媒能力が低下していて反応が促進されないと判定することができる。また、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６４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基準値以上の場合は、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。
【００９５】
また、排ガス浄化装置１６では、濃度計測手段２８と処理後アンモニア濃度計測手段２９とを設け、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の動作を制御したが、処理後アンモニア濃度計測手段２９に代えて、濃度計測手段２８よりも下流側でかつ、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の尿素ＳＣＲ触媒の間となる位置にアンモニア濃度計測手段を設けてもよい。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。
【００９６】
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７０は、排ガス浄化装置７２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７０に特有の点を重点的に説明する。図５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、尿素ＳＣＲシステム２１と、濃度計測手段２８と、処理中アンモニア濃度計測手段７６と、制御手段７８を有する。また、尿素ＳＣＲシステム２１は、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と有する。なお、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、尿素ＳＣＲシステム２１を構成する噴射手段２２、尿素水タンク２４及び尿素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。
【００９７】
処理中アンモニア濃度計測手段７６は、排ガスの排気経路において、濃度計測手段２８よりも下流側で、かつ、尿素ＳＣＲ触媒手段２６の中、つまり、上流の面と下流の面の両方が尿素ＳＣＲ触媒手段２６と接して配置されており、尿素ＳＣＲ触媒手段２６内を流れる排ガス中のアンモニアの濃度を計測する。処理中アンモニア濃度計測手段７６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。
【００９８】
制御手段７８は、濃度計測手段２８、処理中アンモニア濃度計測手段７６から送られる計測結果に基づいて、噴射手段２２の動作を制御する。ここで、制御手段７８は、処理後アンモニア濃度計測手段２９で計測したアンモニア濃度に代えて、処理中アンモニア濃度計測手段７６で計測したアンモニア濃度を用いることを除いて、上述した制御手段３０と同様の制御方法で、目標濃度Ｃ１（ＮＨ３）´を算出することができる。つまり、上述した（式１）〜（式３）までの種々の算出方法で噴射手段２２の動作を制御することができる。
【００９９】
また、排ガス浄化装置７２のように、濃度計測手段２８よりも下流側に配置する処理中アンモニア濃度計測手段７６を尿素ＳＣＲ触媒の内部に設けることで、処理中アンモニア濃度計測手段７６で計測されるアンモニアを、処理中アンモニア濃度計測手段７６よりも下流側の尿素ＳＣＲ触媒により還元することができる。これにより、排ガス浄化装置７２から排出されるアンモニアをより少なくすることができ、理想的には、０にすることも可能となる。
【０１００】
また、制御手段は、さらに、尿素水の噴射量、噴射タイミングの概算値を、アクセル開度、速度、エンジン回転数等の運転条件に基づいて算出するようにしてもよい。具体的には、予め算出された運転条件と一酸化窒素の排出量及び温度との関係を示すデータマップを用い、運転条件から一酸化窒素の発生量と温度を算出し、算出した一酸化窒素の発生量と温度から尿素水の噴射量、噴射タイミングの概算値（一次目標値）を算出する。その後、上述したように、少なくとも処理後アンモニア濃度計測手段２９（または処理中アンモニア濃度計測手段７６）による計測結果に基づいて同様に濃度計測手段２８の計測位置における目標濃度を算出した後、該目標濃度と濃度計測手段２８での計測結果とを比較し、比較結果に基づいて、尿素水の噴射量、噴射タイミングの概算値（一次目標値）を補正する。制御手段は、補正した尿素水の噴射量、噴射タイミングに基づいて噴射手段の動作を制御する。このように、運転条件によって、尿素水の噴射量、噴射タイミングの概算値を算出することで、排ガス中に含まれる窒素酸化物の量の増減を予め予測することができるため、尿素水の噴射量、噴射タイミングをより正確かつ早期に算出することができ、窒素酸化物をより適切に低減することができる。
【０１０１】
なお、アンモニア濃度の目標濃度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。
【０１０２】
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計測手段を有し、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。
【０１０３】
また、排ガス浄化装置は、さらに、噴射された尿素水からアンモニアが適切に生成されているかを検出し、検出結果に応じて、生成を制御するようにしてもよい。以下、図６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。
【０１０４】
図６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６に示す車両８０は、排ガス浄化装置８２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８０に特有の点を重点的に説明する。図６に示す車両８０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８２とを有する。排ガス浄化装置８２は、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、尿素ＳＣＲシステム２１と、濃度計測手段２８と、処理後アンモニア濃度計測手段２９と、処理前アンモニア濃度計測手段８４と、イソシアン酸濃度計測手段８６と、温度調整手段８８と、制御手段９０とを有する。また、尿素ＳＣＲシステム２１は、噴射手段２２と、尿素水タンク２４と、尿素ＳＣＲ触媒手段２６と有する。ここで、酸化触媒１８と、ＤＰＦ２０と、尿素ＳＣＲシステム２１を構成する噴射手段２２、尿素水タンク２４及び尿素ＳＣＲ触媒手段２６と、濃度計測手段２８と、処理後アンモニア濃度計測手段２９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。
【０１０５】
処理前アンモニア濃度計測手段８４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、ＤＰＦ２０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８４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８４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８４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９０に送る。
【０１０６】
イソシアン酸濃度計測手段８６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８６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８６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９０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。
【０１０７】
温度調整手段８８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８８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８８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。
【０１０８】
制御手段９０は、濃度計測手段２８及び処理後アンモニア濃度計測手段２９との計測結果に基づいて噴射手段の動作を制御し、処理前アンモニア濃度計測手段８４、イソシアン酸濃度計測手段８６から送られる計測結果に基づいて、温度調整手段８８による排ガス温度を調整する。なお、制御手段９０による、濃度計測手段２８及び処理後アンモニア濃度計測手段２９との計測結果に基づいた噴射手段の動作は、上述した制御手段３０による制御と同様であるので、説明は省略する。以下、処理前アンモニア濃度計測手段８４、イソシアン酸濃度計測手段８６から送られる計測結果に基づいて、温度調整手段８８による排ガス温度を調整する方法について説明する。
【０１０９】
尿素水噴射手段２２から噴射された尿素水は、排気配管２１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９０は、処理前アンモニア濃度計測手段８４、イソシアン酸濃度計測手段８６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８４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９０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８８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への到着時にアンモニアとなっているようにする。
【０１１０】
車両８０及び排ガス浄化装置８２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の温度調整手段８８が配置された領域を流れる。その後、排ガスは、排気配管１４の処理前アンモニア濃度計測手段８４、イソシアン酸濃度計測手段８６が配置された領域を流れる。その際、各濃度計測手段は、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触媒手段２６及び濃度計測手段２８を通過し、排気配管１４の処理後アンモニア濃度計測手段２９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。各濃度計測手段は、排ガスの測定対象の物質の濃度を計測する。
【０１１１】
排ガス浄化装置８２は、処理前アンモニア濃度計測手段８４、イソシアン酸濃度計測手段８６での計測結果に基づいて、温度調整手段８８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。
【０１１２】
また、上記実施形態では、別途温度調整手段８８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。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上のように、本発明にかかる排ガス浄化装置は、燃焼機器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。
【符号の説明】
【０１１４】
１０、５０、７０、８０  車両
１２  ディーゼルエンジン
１４  排気配管
１６、５２、７２、８２  排ガス浄化装置
１８  酸化触媒
２０  ＤＰＦ
２１  尿素ＳＣＲシステム
２２  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
２９  処理後アンモニア濃度計測手段
３０、６４、７８、９０  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
６０  処理前窒素酸化物濃度計測手段
６２  処理後窒素酸化物濃度計測手段
７６  処理中アンモニア濃度計測手段
８４  処理前アンモニア濃度計測手段
８６  イソシアン酸濃度計測手段
８８  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】
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【図５】
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【図６】
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