(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続された排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、
固体還元剤を加熱するとともに、当該固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を前記還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路に供給する還元剤加熱供給手段と、
液体還元剤を前記還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路に供給する液体還元剤供給手段と、
前記還元触媒より上流に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する第１ＮＯｘ濃度センサと、
前記排ガス通路内を通過する前記排ガスの温度を計測する温度センサと、
前記温度センサによる計測結果及び前記ＮＯｘ濃度から算出された排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記液体還元剤の加水分解により発生させることが可能な最大還元剤量よりも多いか否かに応じて、前記還元剤加熱供給手段及び前記液体還元剤供給手段の少なくとも何れか一方からの還元剤の供給を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記温度センサによる計測結果が、前記液体還元剤が加水分解する加水分解温度未満の場合に、前記還元剤加熱供給手段を制御して前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させて、
前記温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記最大還元剤量よりも小さい場合に、前記液体還元剤供給手段のみを制御して前記液体還元剤を排ガス中に供給させて、
前記温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記最大還元剤量よりも大きい場合に、前記液体還元剤を排ガス中に供給させるとともに前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記液体還元剤を供給する位置と前記還元触媒との間の前記排ガス通路に、前記固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記内燃機関の駆動力によって走行する車両の減速時のブレーキエネルギーを回生して電力を発生させ、当該電力を前記還元剤加熱供給手段に供給する回生電力供給手段を備え、
前記還元剤加熱供給手段は、前記回生電力供給手段により供給された電力にて前記固体還元剤を加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記回生電力供給手段は、前記ブレーキエネルギーから回生電力を発生させる回生発電機と、当該回生発電機により発生させた回生電力を蓄電する回生電力用バッテリと、を備え、
前記回生電力用バッテリから前記還元剤加熱供給手段へ給電することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出された排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元触媒により浄化する内燃機関の排ガス浄化装置及び浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元する排ガス浄化装置として、例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンの排ガス通路に設けられた還元触媒と、ディーゼルエンジンと還元触媒との間に設けられ、排ガス通路を迂回する迂回流路と、当該迂回流路に設けられた固体還元剤と、を備えた排ガス浄化装置が開示されている。ディーゼルエンジンから排出された排ガスの一部は、迂回流路に流入して当該迂回流路に設けられた固体還元剤を昇華させてアンモニアを発生させた後、当該アンモニアを含み還元触媒内へ流入する。その後、排ガスに含まれるＮＯｘは、還元触媒内でアンモニアによって還元され、窒素及び水となり浄化される。
この排ガス浄化装置は、固体還元剤を加熱して昇華させるヒータ等の固体還元剤加熱手段を備えていないため、排ガスの温度を利用して固体還元剤を昇華させている。したがって、始動時等の排ガスの温度が低い場合に排ガスを通過させても固体還元剤が昇華しないため、ＮＯｘを還元できない場合があった。
【０００３】
そこで、特許文献２には、ディーゼルエンジンの排ガス通路に設けられた還元触媒と、ディーゼルエンジンと還元触媒との間に設けられ、排ガス通路を迂回する迂回流路と、当該迂回流路に設けられた固体還元剤と、当該固体還元剤を加熱して昇華させる固体還元剤加熱手段と、を備えた排ガス浄化装置が開示されている。この排ガス浄化装置は、固体還元剤加熱手段で固体還元剤を常時加熱して昇華させてアンモニアを発生させるものである。即ち排ガスの温度に関わらず、常時アンモニアを発生させることができる。迂回流路を通過した排ガスは、アンモニアを含み還元触媒へ流入する。その後、排ガスに含まれるＮＯｘは、還元触媒内でアンモニアによって還元され、窒素及び水となり浄化される。
【０００４】
また、特許文献３には、ディーゼルエンジンの排ガス通路に設けられた還元触媒と、還元触媒よりも下流側の排ガス通路に隣接するように配置された固体又は液体還元剤と、還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガスの熱を利用して固体又は液体還元剤を加熱するための加熱部と、加熱部の加熱により発生したアンモニアを還元触媒よりも上流側に供給する供給手段と、を備えた排ガス浄化装置が開示されている。この排ガス浄化装置は、加熱部を介して排ガスの熱を固体又は液体還元剤に伝達することで、アンモニアを発生させるものである。アンモニアは、供給手段により排ガス中に供給されて還元触媒へ流入する。その後、排ガスに含まれるＮＯｘは、還元触媒内でアンモニアによって還元され、窒素及び水となり浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６５６４８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９３０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の排ガス浄化装置では、固体還元剤加熱手段で固体還元剤を常時加熱するため、固体還元剤加熱手段を稼働させるための燃料の消費量が多くなってしまう。一般的に、固体還元剤加熱手段を稼働させるための燃料は、内燃機関に供給される燃料としても用いられているため、固体還元剤加熱手段で燃料を消費すると、燃費が低下してしまうという問題点があった。さらに、内燃機関の高負荷時等には、排ガスの量が増加するため、必要となる還元剤の量も増加する。したがって、固体還元剤の加熱温度を高くして大量の還元剤を昇華させる必要がある。そこで、固体還元剤加熱手段の加熱出力を増加させると、燃料の消費量も増加するために、燃費が大幅に低下してしまうという問題点があった。
また、特許文献３に記載の排ガス浄化装置では、固体又は液体還元剤が還元触媒よりも下流側に設けられていて排ガスの温度が低いため、気体の還元剤の発生効率が低いという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題を解決するものであって、排ガスの温度に応じて固体還元剤及び液体還元剤を使い分けて、効率良く気体の還元剤を発生させることが可能で、且つ燃料の消費を低減する内燃機関の排ガス浄化装置及び浄化方法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】
【０００８】
上述した課題を解決する本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関に接続された排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、
固体還元剤を加熱するとともに、当該固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を前記還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路に供給する還元剤加熱供給手段と、
液体還元剤を前記還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路に供給する液体還元剤供給手段と、
前記還元触媒より上流に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する第１ＮＯｘ濃度センサと、
前記排ガス通路内を通過する前記排ガスの温度を計測する温度センサと、
前記温度センサによる計測結果及び前記ＮＯｘ濃度から算出された排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記液体還元剤の加水分解により発生させることが可能な最大還元剤量よりも多いか否かに応じて、前記還元剤加熱供給手段及び前記液体還元剤供給手段の少なくとも何れか一方からの還元剤の供給を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記温度センサによる計測結果が、前記液体還元剤が加水分解する加水分解温度未満の場合に、前記還元剤加熱供給手段を制御して前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させて、
前記温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記最大還元剤量よりも小さい場合に、前記液体還元剤供給手段のみを制御して前記液体還元剤を排ガス中に供給させて、
前記温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記最大還元剤量よりも大きい場合に、前記液体還元剤を排ガス中に供給させるとともに前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させることを特徴とする。
【０００９】
上記内燃機関の排ガス浄化装置によれば、還元剤加熱供給手段を備えているため、排ガスの温度にかかわらず、常時、固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を排ガス中に供給することができる。したがって、排ガスの温度が低い低温度領域でも流体還元剤を排ガス中に供給できる。これにより、低温の排ガス中のＮＯｘを還元して浄化するとともに、排ガス通路内のデポジットを抑制することができる。さらに、従来、実施していたポスト噴射等の早期昇温も不要となるため、燃費が向上する。
また、液体還元剤を供給可能な液体還元剤供給手段を備えているため、排ガスの温度が高い高温度領域では、液体還元剤を排ガス中に供給することにより、液体還元剤が加水分解されて気体の還元剤となる。これにより、高温の排ガス中に気体の還元剤を供給することができる。
そして、液体還元剤供給手段を使用する際は、還元剤加熱供給手段を停止することで、還元剤加熱供給手段を駆動するための燃料の消費を低減することができる。特に、還元剤加熱供給手段を加熱させるための燃料が、内燃機関に供給される燃料としても用いられている場合に、還元剤加熱供給手段の燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を低減することができる。
【００１０】
また、前記制御手段は、
前記温度センサによる計測結果が、前記液体還元剤が加水分解する加水分解温度未満の場合に、前記還元剤加熱供給手段を制御して前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させて、
前記温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記最大還元剤量よりも小さい場合に、前記液体還元剤供給手段のみを制御して前記液体還元剤を排ガス中に供給し、
前記温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する還元剤量が、前記最大還元剤量よりも大きい場合に、前記液体還元剤を排ガス中に供給させるとともに前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させる。
【００１１】
このように、液体還元剤が加水分解する加水分解温度以上の場合に、排ガス中に液体還元剤を供給するため、排ガスの温度を利用して液体還元剤を気体の還元剤にすることができる。これにより、液体還元剤が気化せずに液体のまま還元触媒に流入してしまい、還元剤としての役割を果たさずに液体のまま大気に排出されることを防止できる。
【００１２】
また、前記液体還元剤を供給する位置と前記還元触媒との間の前記排ガス通路に、前記固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を供給してもよい。
【００１３】
このように、液体還元剤を供給する位置よりも下流側に、固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を供給するため、流体還元剤と液体還元剤とを排ガス通路内に同時に供給しても、流体還元剤を冷却することがない。
【００１４】
また、前記内燃機関の駆動力によって走行する車両の減速時のブレーキエネルギーを回生して電力を発生させ、当該電力を前記還元剤加熱供給手段に供給する回生電力供給手段を備え、
前記還元剤加熱供給手段は、前記回生電力供給手段により供給された電力にて前記固体還元剤を加熱してもよい。
【００１５】
このように、回生電力供給手段を備えているため、燃料を消費することなく還元剤加熱供給手段に電力を供給することができる。これにより、燃料の消費量を低減することができる。したがって、燃費への影響を低減することができる。
【００１６】
また、前記回生電力供給手段は、前記ブレーキエネルギーから回生電力を発生させる回生発電機と、当該回生発電機により発生させた回生電力を蓄電する回生電力用バッテリと、を備え、
前記回生電力用バッテリから前記還元剤加熱供給手段へ給電してもよい。
【００１７】
このように、回生電力供給手段は、回生発電機と、回生電力用バッテリとを備えているため、回生電力を蓄電することができる。これにより、回生電力を有効に利用することができる。具体的には、還元剤加熱供給手段で固体還元剤を加熱する際に電力を供給することができる。
【００１８】
また、本発明の浄化方法は、内燃機関に接続された排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、固体還元剤を加熱するとともに、当該固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を前記還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路に供給する還元剤加熱供給手段と、液体還元剤を前記還元触媒よりも上流側の前記排ガス通路に供給する液体還元剤供給手段と、前記排ガス通路内を通過する前記排ガスの温度を計測する温度センサと、前記温度センサによる計測結果に応じて、前記還元剤加熱供給手段及び前記液体還元剤供給手段の少なくとも何れか一方からの還元剤の供給を制御する制御手段と、を備える内燃機関の排ガス浄化装置を用いた浄化方法であって、
前記温度センサによる計測結果に応じて、前記還元剤加熱供給手段及び前記液体還元剤供給手段の少なくとも何れか一方から還元剤を供給することを特徴とする。
【００１９】
上記浄化方法によれば、排ガスの温度にかかわらず、常時、固体還元剤の加熱により放出された流体還元剤を排ガス中に供給することができる。したがって、排ガスの温度が低い低温度領域でも流体還元剤を排ガス中に供給できる。これにより、低温の排ガス中のＮＯｘを還元して浄化するとともに、排ガス通路内のデポジットを抑制することができる。さらに、従来、実施していたポスト噴射等の早期昇温も不要となるため、燃費が向上する。
また、排ガスの温度が高い高温度領域では、液体還元剤を排ガス中に供給することにより、液体還元剤が加水分解されて気体の還元剤となる。これにより、高温の排ガス中に気体の還元剤を供給することができる。
そして、液体還元剤供給手段を使用する際は、還元剤加熱供給手段を停止することで、還元剤加熱供給手段を駆動するための燃料の消費を低減することができる。特に、還元剤加熱供給手段を加熱させるための燃料が、内燃機関に供給される燃料としても用いられている場合に、還元剤加熱供給手段の燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、排ガスの温度に応じて固体還元剤及び液体還元剤を使い分けて、効率良く気体の還元剤を発生させることが可能で、且つ燃料の消費を低減する内燃機関の排ガス浄化装置及び浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る排ガス通路に接続された機器を示す概略図である。
【図３】本実施形態に係るアンモニア供給制御部とその周辺機器との関係を示す概略図である。
【図４】排ガス浄化装置の排ガス浄化フローを示す図である。
【図５】固体還元剤を加熱する詳細なフローを示す図である。
【図６】尿送水を噴射する詳細なフローを示す図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る排ガス浄化装置の構成を示す概略図である。
【図８】本実施形態に係る還元剤制御手段とその周辺機器との関係を示す概略図である。
【図９】回生電力供給手段及び車両の走行系統の一部を抜粋して示す図である。
【図１０】コイルヒータを加熱するための加熱機構を説明する図である。
【図１１】排ガス浄化装置で還元剤を加熱する詳細なフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置及び当該排ガス浄化装置を用いた浄化方法について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、内燃機関としてディーゼルエンジンを用いた場合について説明するが、これに限定されるものではなく、筒内直接噴射式のリーン・バーン・ガソリンエンジン等にも適用可能である。
【００２３】
図１は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成を示す概略図である。また、図２は、本実施形態に係る排ガス通路に接続された機器を示す概略図である。そして、図３は、本実施形態に係るアンモニア供給制御部とその周辺機器との関係を示す概略図である。
図１〜図３に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）の排ガス浄化装置３は、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ：酸化触媒）６と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ディーゼルパティキュレートフィルター）８と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択還元触媒）触媒１０と、を備え、これらは排ガス通路２に配設されている。
【００２４】
エンジン１は、燃料の噴射時期及び噴射量がＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、図示しない）によって電子制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁５から燃焼室７内に燃料が噴射される。ＥＣＵは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成されるマイクロコンピューターを備えている。また、ＥＣＵは、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御する。
【００２５】
排ガス浄化装置３は、後述するアンモニアの供給等を制御するアンモニア供給制御部１８と、ＤＯＣ６に流入する排ガスの温度を計測する第１温度センサ２０と、ＤＯＣ６とＤＰＦ８との間に設けられ、ＤＰＦ８に流入する排ガスの温度を計測する第２温度センサ２２と、ＤＰＦ８の直下流に設けられ、排ガスの温度を計測する第３温度センサ２４と、を備えている。
各温度センサ２０、２２、２４は計測結果を電気信号として、アンモニア供給制御部１８へ出力する。
【００２６】
また、排ガス通路２には、ＤＰＦ８の下流側に設けられ、排ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を計測する第１ＮＯｘ濃度センサ２８と、当該第１ＮＯｘ濃度センサ２８の下流側に設けられ、排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度センサ２６と、ＳＣＲ触媒１０よりも下流側に設けられ、排ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を計測する第２ＮＯｘ濃度センサ３０と、が配設されている。
第１ＮＯｘ濃度センサ２８、第２ＮＯｘ濃度センサ３０、酸素濃度センサ２６は、それぞれ計測結果を電気信号としてアンモニア供給制御部１８へ出力する。アンモニア供給制御部１８は、酸素濃度センサ２６による計測結果に基づいて、排ガス中に含まれるアンモニア量を推定する。
【００２７】
ＤＯＣ６では、排ガス中に含まれるＮＯが酸化されてＮＯ２が生成される。ＤＯＣ６を通過した後のＮＯ２を含む排ガスは、続いてＤＰＦ８に流入する。ＤＰＦ８では、排ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）が捕捉される。ＤＯＣ６とＤＰＦ８は、一つのケース９内に収納されている。ＤＰＦ８に捕捉されたＰＭ量が所定量を超えたときには、排ガス温度を上昇させてＰＭを燃焼する。ＤＰＦ８に入る排ガスの温度は、第２温度センサ２２にて計測される。
【００２８】
また、排ガス通路２には、尿素水を排ガス通路２に供給する液体還元剤供給手段１２と、固体還元剤３８を加熱するとともに、当該加熱により放出された気体の還元剤をＳＣＲ触媒１０よりも上流側の排ガス通路２に供給する還元剤加熱供給手段１３と、が配設されている。
【００２９】
液体還元剤供給手段１２は、ＤＰＦ８とＳＣＲ触媒１０との間の排ガス通路２に設けられ、尿素水を噴射する噴射ノズル４６と、噴射ノズル４６に尿素水を供給するとともに、尿素水の供給量を調整可能な可変機構を有する尿素水供給用ポンプ４７と、尿素水を貯留する尿素水タンク４８と、を備えている。
【００３０】
尿素水供給用ポンプ４７の稼働及び停止は、アンモニア供給制御部１８により制御される。アンモニア供給制御部１８は、第３温度センサ２４により計測された排ガスの温度が約２００℃未満の場合に尿素水供給用ポンプ４７を停止し、排ガスの温度が約２００℃以上の場合に尿素水供給用ポンプ４７を稼働させる。
一般的に、排ガスの温度が約２００℃未満の場合、排ガス中に噴射した尿素水の分解反応が進み難く、アンモニアスリップが生じる場合がある。したがって、アンモニア供給制御部１８は、第３温度センサ２４により計測された排ガスの温度が約２００℃以上の場合、尿素水供給用ポンプ４７を稼働させて尿素水を噴射する。
【００３１】
尿素水供給用ポンプ４７から供給された尿素水は、噴射ノズル４６から排ガス中に噴射される。排ガス中に吹き付けられた尿素水は、加水分解してアンモニアが生じる。このアンモニアを含む排ガスはＳＣＲ触媒１０に流入する。ＳＣＲ触媒１０では、排ガス中に含まれるＮＯｘがアンモニアによって還元される。そして、ＮＯｘを含まない排ガスは、排ガス通路２を通って大気中へ放出される。
【００３２】
ところで、ＮＯｘを還元するために必要なアンモニア量を超えてアンモニアを供給すると、ＮＯｘの還元に利用されなかったアンモニアは、アンモニアスリップを生じてしまい、ＮＯｘの還元反応に利用されないままＳＣＲ触媒１０を通過して大気に排出されてしまう場合がある。このため、アンモニア供給制御部１８は、第１ＮＯｘ濃度センサ２８による計測結果に基づいて、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元するために必要なアンモニア量を算出するとともに、当該アンモニア量を発生させるために必要な尿素水の供給量を算出する。
尿素水の供給量の調整は、アンモニア供給制御部１８が尿素水供給用ポンプ４７の可変機構を制御することにより実施される。排ガス通路２内に噴射された尿素水は加水分解されてアンモニアになる。
【００３３】
また、アンモニア供給制御部１８は、酸素濃度センサ２６による計測結果に基づいて排ガス中に含まれるアンモニア量を推定し、当該アンモニア量が予め設定された所定範囲内に含まれているか否かを確認する。即ち、尿素水の噴射により発生したアンモニアが所定範囲内に含まれているか否かを確認する。そして、推定したアンモニア量が所定範囲内に含まれていない場合は、アンモニア供給制御部１８にて尿素水の供給量を再度、算出する。
【００３４】
さらに、アンモニア供給制御部１８は、第１ＮＯｘ濃度センサ２８及び第２ＮＯｘ濃度センサ３０による計測結果に基づいて、ＮＯｘ浄化率を算出し、当該ＮＯｘ浄化率が予め設定された目標浄化率以上か否かを確認する。そして、ＮＯｘ浄化率が目標浄化率未満の場合は、アンモニア供給制御部１８にて尿素水の供給量を再度、算出する。
【００３５】
アンモニア供給制御部１８は、排ガスの温度が約２００℃以上の場合に、上述したように、尿素水供給用ポンプ４７を稼働させて尿素水を排ガス中に供給する。一方、排ガスの温度が約２００℃未満の場合は、尿素水供給用ポンプ４７を止めて尿送水の噴射を停止し、還元剤加熱供給手段１３からアンモニアを発生させる。
【００３６】
還元剤加熱供給手段１３は、固体還元剤３８を収容するための収納容器３４と、固体還元剤３８を加熱するコイルヒータ３６と、一端が収納容器３４に接続され、他端が排ガス通路２に接続された還元剤送給管３７と、当該還元剤送給管３７に設けられた逆止弁４２と、を備えている。
【００３７】
収納容器３４内には、固体還元剤３８が収納されている。収納容器３４の外周を囲うようにコイルヒータ３６が設けられている。このコイルヒータ３６で固体還元剤３８を加熱することにより、アンモニアを発生させることができる。
コイルヒータ３６の稼働及び停止は、アンモニア供給制御部１８により制御される。アンモニア供給制御部１８は、エンジン１の稼働と同時にコイルヒータ３６を稼働させ、第３温度センサ２４により計測された排ガスの温度が約２００℃以上の場合にコイルヒータ３６を停止させる。
【００３８】
固体還元剤３８の加熱により放出されるアンモニア量は、加熱温度によって変化する。具体的には、加熱温度が高いほどアンモニア量は増大する。コイルヒータ３６の加熱出力は、アンモニア供給制御部１８により制御される。アンモニア供給制御部１８は、第１ＮＯｘ濃度センサ２８により計測された排ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて、当該ＮＯｘの還元に必要な量のアンモニアが発生するように、コイルヒータ３６の加熱出力を算出するとともに、当該加熱出力となるようにコイルヒータ３６を調整する。
【００３９】
固体還元剤３８として、アンモニアを吸着する吸着剤あるいはアンモニアを化学的に含有する錯体を用いることができる。例えば、アンモニアが吸着剤に吸着されている場合、排ガスの熱によって吸着剤からアンモニアが脱離する。また、アンモニアを含む錯体で構成されている場合、排ガスの熱によって錯体が分解または錯体からの昇華によってアンモニアが発生する。
【００４０】
逆止弁４２は、還元剤送給管３７の排ガス通路側端部に設けられている。逆止弁４２は、発生したアンモニアを排ガス通路２へ送給し、且つ排ガス通路２から還元剤送給管３７内へ排ガスが流入することを防止する機能を有する。
【００４１】
固体還元剤３８の加熱により放出されたアンモニアは、逆止弁４２を通過して排ガス通路２に供給される。還元剤送給管３７の他端は、尿素水の噴射ノズル４６とＳＣＲ触媒１０との間の排ガス通路２に接続されているため、アンモニアは、噴射ノズル４６よりも下流側に供給される。
排ガス通路２内を流れる排ガス中に含まれるアンモニア量は、還元剤送給管３７の他端とＳＣＲ触媒１０との間に配設されている酸素濃度センサ２６により計測された酸素濃度により推定される。
【００４２】
排ガス通路２内に供給されたアンモニアは排ガスとともにＳＣＲ触媒１０に流入する。ＳＣＲ触媒１０では、排ガス中に含まれるＮＯｘがアンモニアによって還元される。そして、ＮＯｘを含まない排ガスは、排ガス通路２を通って大気中へ放出される。
【００４３】
上述した構成からなる排ガス浄化装置３は、ＤＰＦ８の直下流の排ガスの温度が約２００℃未満の場合、固体還元剤３８をコイルヒータ３６で加熱してアンモニアを発生させ、当該アンモニアをＳＣＲ触媒１０の直上流の排ガス中に供給する。係る場合に、尿素水の噴射は行わない。
一方、ＤＰＦ８の直下流の排ガスの温度が約２００℃以上となった場合、コイルヒータ３６を停止するとともに、尿素水供給用ポンプ４７を稼働して尿素水を排ガス中に供給することにより、アンモニアを発生させ、当該アンモニアをＳＣＲ触媒１０の直上流の排ガス中に供給する。即ちＤＰＦ８の直下流の排ガスの温度が約２００℃以上となった場合に、液体還元剤供給手段１２のみを稼働させて、コイルヒータ３６を停止する。これにより、コイルヒータ３６を加熱するための燃料を消費しなくなる。コイルヒータ３６を加熱させるための燃料は、エンジン１に供給される燃料としても用いられているため、燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を大幅に低減することができる。なお、エンジン１の高負荷時等に排ガス中に含まれるＮＯｘ量が、尿素水を噴射して発生させることが可能な最大アンモニア量よりも多い場合には、コイルヒータ３６を併用して固体還元剤３８を加熱し、アンモニアを発生させる。
【００４４】
次に、上述した構成からなる排ガス浄化装置３の排ガス浄化フローについて図４を用いて説明する。
図４に示すように、まず、イグニッションスイッチをオンにしてエンジン１を始動させる（ステップＳ１）。
【００４５】
次に、第３温度センサ２４にてＤＰＦ８直下の排ガスの温度Ｔ３を計測する（ステップＳ２）。続いて、アンモニア供給制御部１８は、排ガスの温度Ｔ３が尿素水の加水分解可能温度、例えば２００℃以上か否かを判定する（ステップＳ４）。
アンモニア供給制御部１８は、ステップＳ４において、排ガスの温度Ｔ３が２００℃未満の場合、固体還元剤３８を加熱して（ステップＳ６）、アンモニアを発生させる。
一方、ステップＳ４において、排ガスの温度Ｔ３が２００℃以上の場合、アンモニア供給制御部１８は排ガス通路２内に尿素水を噴射する（ステップＳ８）。排ガス中に噴射された尿素水は加水分解されてアンモニアが発生する。発生したアンモニアは排ガスとともにＳＣＲ触媒１０内に流入する。
なお、エンジン１を連続して稼働させることにより、排ガスの温度Ｔ３が２００℃未満の状態から２００℃以上になった場合には、稼働していたコイルヒータ３６を停止し、尿素水を噴射する。
【００４６】
次に、アンモニア供給制御部１８は、排ガス中に含まれるＮＯｘ量が、尿素水を噴射して発生させることが可能な最大アンモニア量よりも多いか否かを判定する（ステップＳ１０）。排ガス中に含まれるＮＯｘ量は、第１ＮＯｘ濃度センサ２８により計測されたＮＯｘ濃度に基づいて算出される。また、最大アンモニア量は、尿素水供給用ポンプ４７の供給量を最大とした場合に、排ガス中に供給されるアンモニア量であり、予め設計等により決定されている値である。
ステップＳ１０において、排ガス中に含まれるＮＯｘ量が、最大アンモニア量よりも多い場合、還元剤加熱供給手段１３も併用する。即ち、固体還元剤３８をコイルヒータ３６で加熱して（ステップＳ６）、アンモニアを発生させる。
一方、ステップＳ１０において、排ガス中に含まれるＮＯｘ量が、最大アンモニア量以下の場合、液体還元剤供給手段１２のみ、即ち尿素水の噴射のみを実施してアンモニアを発生させる。
【００４７】
次に、固体還元剤３８を加熱する詳細なフローについて図５を用いて説明する。
図５に示すように、アンモニア供給制御部１８は、まず、コイルヒータ３６を稼働させる（ステップＳ２０）。
【００４８】
次に、第１ＮＯｘ濃度センサ２８にて排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度Ｄ１を計測する（ステップＳ２２）。そして、アンモニア供給制御部１８は、ＮＯｘ濃度Ｄ１に基づいて、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元するために必要なアンモニア量を算出するとともに、当該アンモニア量を発生させるために必要な固体還元剤３８の加熱温度を算出する。続いて、コイルヒータ３６が当該加熱温度となるようにコイルヒータ３６の加熱出力を調整する（ステップＳ２４）。
【００４９】
次に、酸素濃度センサ２６にて排ガス中に含まれる酸素濃度を計測する（ステップＳ２６）。そして、アンモニア供給制御部１８は、酸素濃度センサ２６による計測結果に基づいて排ガス中に含まれるアンモニア量を推定する。
また、第２ＮＯｘ濃度センサ３０にて排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度Ｄ２を計測する。そして、ＮＯｘ濃度Ｄ２及びステップＳ２２にて計測したＮＯｘ濃度Ｄ１に基づいて、アンモニア供給制御部１８はＮＯｘ浄化率を算出する。
【００５０】
次に、アンモニア供給制御部１８は、排ガス中に含まれるアンモニア量が予め設定された所定範囲内に含まれ、且つ、ＮＯｘ浄化率が予め設定された目標浄化率以上か否かを判定する（ステップＳ２８）。
そして、排ガス中に含まれるアンモニア量が所定範囲内に無い場合やＮＯｘ浄化率が目標浄化率未満の場合、再び、ステップＳ２４にてコイルヒータ３６の加熱出力を調整する。
一方、排ガス中に含まれるアンモニア量が所定範囲内で、且つＮＯｘ浄化率が目標浄化率以上の場合、再び、ステップ２にて排ガス温度Ｔ３を計測する。
【００５１】
次に、尿素水を噴射する詳細なフローについて図６を用いて説明する。
図６に示すように、第１ＮＯｘ濃度センサ２８にて排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度Ｄ１を計測する（ステップＳ３０）。そして、アンモニア供給制御部１８は、ＮＯｘ濃度Ｄ１に基づいて、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元するために必要な尿素水の供給量を決定する（ステップＳ３２）。
【００５２】
次に、アンモニア供給制御部１８は、尿素水供給用ポンプ４７を稼働させて尿素水を排ガス通路２内に噴射する（ステップＳ３４）。尿素水の供給量の調整は、尿素水供給用ポンプ４７の可変機構を制御することにより実施される。排ガス通路２内に噴射された尿素水は加水分解されてアンモニアになる。
【００５３】
次に、酸素濃度センサ２６及び第２ＮＯｘ濃度センサ３０にて排ガス中に含まれる酸素濃度及びＮＯｘ濃度Ｄ２をそれぞれ計測する（ステップＳ３６）。そして、アンモニア供給制御部１８は、ＮＯｘ濃度Ｄ２に基づいて排ガス中に含まれるアンモニア量を推定する。また、アンモニア供給制御部１８は、ＮＯｘ濃度Ｄ１及びＮＯｘ濃度Ｄ２に基づいて、ＮＯｘ浄化率を算出する。
【００５４】
次に、アンモニア供給制御部１８は、排ガス中に含まれるアンモニア量が予め設定された所定範囲内に含まれ、且つ、ＮＯｘ浄化率が予め設定された目標浄化率以上か否かを判定する（ステップＳ３８）。
そして、排ガス中に含まれるアンモニア量が所定範囲内に無い場合やＮＯｘ浄化率が目標浄化率未満の場合、ステップＳ３２にて尿素水の供給量を算出して決定する。
一方、排ガス中に含まれるアンモニア量が所定範囲内で、且つＮＯｘ浄化率が目標浄化率以上の場合、ステップＳ１０にてＮＯｘ量と最大アンモニア量とを比較する。
【００５５】
エンジン１が稼働している間、上述したステップＳ２からステップＳ３８までを繰り返し実施して、排ガス中にアンモニアを供給し続ける。
【００５６】
上述したように、本実施形態に係る排ガス浄化装置３によれば、還元剤加熱供給手段１３及び液体還元剤供給手段１２を備えているため、排ガスの温度にかかわらず、常時、アンモニアを排ガス中に供給することができる。具体的には、還元剤加熱供給手段１３を備えているため、排ガスの温度が低い低温度領域、例えば尿素水が加水分解できない約２００℃未満でもアンモニアを排ガス中に供給できる。これにより、低温の排ガス中のＮＯｘを還元して浄化するとともに、排ガス通路２内のデポジットを抑制することができる。従って、ＳＣＲ触媒１０によるＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。さらに、従来、実施していたポスト噴射等の早期昇温も不要となるため、燃費が向上する。
また、液体還元剤供給手段１２を備えているため、排ガスの温度が高い高温度領域、例えば尿素水が加水分解可能な約２００℃以上では、尿素水を排ガス中に供給することでアンモニアを発生させることができる。そして、液体還元剤供給手段１２を使用する際は、還元剤加熱供給手段１３を停止することにより、還元剤加熱供給手段１３を駆動するための燃料の消費を低減することができる。特に、コイルヒータ３６を加熱させるための燃料が、エンジン１に供給される燃料としても用いられている場合に、還元剤加熱供給手段１３の燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を低減することができる。
【００５７】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態の排ガス浄化装置は、回生電力を用いてコイルヒータ３６を加熱する機能を有している。
【００５８】
図７は、本発明の第二実施形態に係る排ガス浄化装置の構成を示す概略図である。また、図８は、本実施形態に係る還元剤制御手段とその周辺機器との関係を示す概略図である。
図７及び図８に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化装置２３は、エンジン１のクランクシャフトの回転がベルトを介して伝達されるオルタネータ４と、当該オルタネータ４により発電された電力を蓄電する第１バッテリ４３と、第１バッテリ４３の電圧を計測する第１電圧計４４と、後述する還元剤制御手段１６と、を備えている。オルタネータ４の発電により、第１バッテリ４３を充電する。第１電圧計４４により計測された第１バッテリ４３の電圧は、還元剤制御手段１６に出力される。
還元剤制御手段１６は、アンモニア供給用制御部１８と、加熱装置用電力制御部４５と、を備えている。加熱装置用電力制御部４５は、後述する回生電力供給手段１４を制御する。
【００５９】
図９は、回生電力供給手段１４及び車両の走行系統の一部を抜粋して示す図である。
図９に示すように、排ガス浄化装置２３は、エンジン１の駆動力によって走行する車両の減速時のブレーキエネルギーを回生して電力を発生させ、当該電力をコイルヒータ３６に供給する回生電力供給手段１４を備えている。
回生電力供給手段１４は、ブレーキエネルギーから回生電力を発生させるリターダ３２と、当該リターダ３２により発生させた回生電力を蓄電する第２バッテリ４０と、第２バッテリ４０の電圧を計測する第２電圧計４１と、を備えている。
リターダ３２は、プロペラシャフト１１と一体で回転するロータ（図示しない）と、変速機１５に固定された電磁石（図示しない）とを備えており、プロペラシャフト１１の回転により電力を発生させることができる。加熱装置用電力制御部４５は、ブレーキペダルの踏み込みを検知すると、車両の減速時のブレーキエネルギーを回生してリターダ３２により電力を発生させる。発生した回生電力は第２バッテリ４０に蓄電される。また、第２電圧計４１により計測された第２バッテリ４０の電圧は、還元剤制御手段１６に出力される。
【００６０】
図１０は、コイルヒータ３６を加熱する加熱機構を説明する図である。
図１０に示すように、第２電圧計４１にて計測された第２バッテリ４０の電圧が所定電圧よりも大きい場合（通常時）は、バッテリ切替スイッチ５０を第２バッテリ４０側に接続して、第２バッテリ４０からの電力をコイルヒータ３６に供給する。
一方、第２電圧計４１にて計測された第２バッテリ４０の電圧が所定電圧よりも低くてコイルヒータ３６を加熱することができない場合には、バッテリ切替スイッチ５０を第１バッテリ４３側に接続して、第１バッテリ４３からコイルヒータ３６に電力を供給する。バッテリ切替スイッチ５０の切り替えは、加熱装置用電力制御部４５にて制御される。
【００６１】
第１バッテリ４３から電力を供給しているとき、加熱装置用電力制御部４５は、第２バッテリ４０の電圧を定期的に計測しており、第２バッテリ４０が車両の減速時に得られる回生電力により充電されて、第２バッテリ４０の電圧が所定電圧よりも大きくなった場合、バッテリ切替スイッチ５０を操作して第２バッテリ４０からの電力をコイルヒータ３６に供給する。
【００６２】
次に、上述した構成からなる排ガス浄化装置２３で固体還元剤３８を加熱する詳細なフローについて図１１を用いて説明する。
図１１に示すように、まず、第一実施形態と同様に、ステップＳ２０からステップＳ２８までを実施する。
次に、第２電圧計４１にて第２バッテリ４０の電圧Ｖ２を計測する（ステップＳ４２）。
続いて、加熱装置用電力制御部４５は、第２バッテリ４０の電圧Ｖ２が所定電圧よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４４）。
そして、第２バッテリ４０の電圧Ｖ２が所定電圧よりも大きい場合、バッテリ切替スイッチ５０を操作して第２バッテリ４０側に接続する（ステップＳ４６）。そして、第２バッテリ４０からの電力をコイルヒータ３６に供給する（ステップＳ４８）。
一方、第２バッテリ４０の電圧Ｖ２が所定電圧以下の場合、バッテリ切替スイッチ５０を操作して第１バッテリ４３側に接続する（ステップＳ５０）。そして、第１バッテリ４３からの電力をコイルヒータ３６に供給する（ステップＳ５２）。
【００６３】
上述したように、本実施形態に係る排ガス浄化装置２３によれば、回生電力供給手段１４を備えているため、燃料を消費することなくコイルヒータ３６に電力を供給することができる。これにより、燃料の消費量を低減することができる。したがって、燃費への影響を低減することができる。
また、回生電力供給手段１４は、リターダ３２と、第２バッテリ４０とを備えることで、回生電力を蓄電することができる。これにより、回生電力を有効に利用することができる。さらに、排ガス浄化装置２３によれば、第一実施形態で説明した効果も得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  エンジン
２  排ガス通路
３  排ガス浄化装置
４  オルタネータ
５  燃料噴射弁
６  ＤＯＣ
７  燃焼室
８  ＤＰＦ
９  ケース
１０  ＳＣＲ触媒
１１  プロペラシャフト
１２  液体還元剤供給手段
１３  還元剤加熱供給手段
１４  回生電力供給手段
１５  変速機
１６  還元剤制御手段
１８  アンモニア供給制御部
２０  第１温度センサ
２２  第２温度センサ
２３  排ガス浄化装置
２４  第３温度センサ
２６  酸素濃度センサ
２８  第１ＮＯｘ濃度センサ
３０  第２ＮＯｘ濃度センサ
３２  リターダ
３４  収納容器
３６  コイルヒータ
３７  還元剤送給管
３８  固体還元剤
４０  第２バッテリ
４１  第２電圧計
４２  逆止弁
４３  第１バッテリ
４４  第１電圧計
４５  加熱装置用電力制御部
４６  噴射ノズル
４７  尿素水供給用ポンプ
４８  尿素水タンク
５０  バッテリ切替スイッチ
【図１】
0005979469.tif 000002
【図２】
0005979469.tif 000003
【図３】
0005979469.tif 000004
【図４】
0005979469.tif 000005
【図５】
0005979469.tif 000006
【図６】
0005979469.tif 000007
【図７】
0005979469.tif 000008
【図８】
0005979469.tif 000009
【図９】
0005979469.tif 000010
【図１０】
0005979469.tif 000011
【図１１】
0005979469.tif 000012