(57)【要約】【課題】選択還元型触媒の経時的な劣化を考慮して現時点でのＮＯx低減性能に見合う適切な尿素水の添加量制御を実現し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管９の途中に選択還元型触媒１０を介装し且つ該選択還元型触媒１０の上流側に還元剤として尿素水１７を添加する尿素水添加装置１８を備えた排気浄化装置に関し、選択還元型触媒１０の入側に排出ガス７の温度を検出する温度センサ２２を備えると共に、該温度センサ２２からの検出信号２２ａに基づき排出ガス７が所定温度以上となっている時の運転時間を積算して選択還元型触媒１０の経時劣化の度合を推定し且つその推定した経時劣化の度合に応じて余剰のアンモニアが生じないよう尿素水１７の添加量を補正する制御装置１９を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に選択還元型触媒を介装し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加装置を備えた排気浄化装置であって、選択還元型触媒の入側に排出ガスの温度を検出する温度センサを備えると共に、該温度センサからの検出信号に基づき排出ガスが所定温度以上となっている時の運転時間を積算して選択還元型触媒の経時劣化の度合を推定し且つその推定した経時劣化の度合に応じて余剰のアンモニアが生じないよう尿素水の添加量を補正する制御装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気管の長手方向における選択還元型触媒の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、プラントなどにおける工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該排出ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【０００５】
ただし、このような尿素水を還元剤としてＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置にあっては、熱や排ガス成分により選択還元型触媒が経時的に劣化してＮＯx低減性能が徐々に低下してくるため、選択還元型触媒の初期性能を基準としたまま尿素水の添加量制御を継続していると、運転時間が長くなるにつれて、添加した尿素水に余剰分が生じてしまい、ＮＯxの還元浄化反応に使用されないまま選択還元型触媒の後方へ擦り抜けてしまうアンモニアが生じる虞れがあった。
【０００６】
この種のアンモニアのリーク対策としては、選択還元型触媒の前後で排出ガス中のＮＯx濃度をＮＯxセンサにより検出して、尿素水の添加量に見合う適切なＮＯx低減率が得られているかどうかを監視し、必要な量の尿素水を添加しているにもかかわらず適切なＮＯx低減率が得られない場合に、選択還元型触媒に経時劣化が生じているものと判断して尿素水の添加量を抑制することが検討されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、選択還元型触媒の前後で排出ガス中のＮＯx濃度が予想通りに低下しない現象は、必ずしも選択還元型触媒の長期使用による経時劣化だけに依存するものではなく、そのＮＯx濃度の検出時点における排気温度（触媒活性に影響）などにも大きく依存しているため、選択還元型触媒の前後で排出ガス中のＮＯx濃度が予想通りに低下しないからといって、それが選択還元型触媒の経時劣化によるものとは一概に決めつけられない面があり、また、ＮＯxセンサの応答性や出力特性などにもバラツキがあるため、精度の高いＮＯx濃度の検出が困難であるという不具合もあった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、選択還元型触媒の経時的な劣化を考慮して現時点でのＮＯx低減性能に見合う適切な尿素水の添加量制御を実現し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を介装し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加装置を備えた排気浄化装置であって、選択還元型触媒の入側に排出ガスの温度を検出する温度センサを備えると共に、該温度センサからの検出信号に基づき排出ガスが所定温度以上となっている時の運転時間を積算して選択還元型触媒の経時劣化の度合を推定し且つその推定した経時劣化の度合に応じて余剰のアンモニアが生じないよう尿素水の添加量を補正する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、熱や排ガス成分により選択還元型触媒が経時的に劣化してＮＯx低減性能が徐々に低下してきても、選択還元型触媒が所定温度以上の排出ガスに晒されていた運転時間が制御装置により積算されて前記選択還元型触媒の経時劣化の度合が推定され、その推定された経時劣化の度合に応じて尿素水の添加量が余剰のアンモニアが生じないよう補正されるので、経時劣化により低下した選択還元型触媒のＮＯx低減性能に見合う量に抑制されて尿素水の添加が実行されることになり、ＮＯxの還元浄化反応に使用されないまま選択還元型触媒の後方へ擦り抜けてしまうアンモニアが大幅に抑制されることになる。
【００１１】
更に、本発明においては、排気管の長手方向における選択還元型触媒の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を設けることが好ましく、このようにすれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアをＮＯやＨ2Ｏに酸化処理して無害化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、選択還元型触媒の経時的な劣化を考慮して現時点でのＮＯx低減性能に見合う適切な尿素水の添加量制御を実現することができるので、ＮＯxの還元浄化反応に使用されないまま選択還元型触媒の後方へ擦り抜けてしまうアンモニアを大幅に抑制することができ、この種のアンモニアのリーク対策を容易に且つ確実に講じることが可能となる。
【００１４】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアをＮＯやＨ2Ｏに酸化処理して無害化させることができ、最終的に大気中へ排出される排出ガス中にアンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００１７】
また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１８】
そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中には、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、また、前記ケーシング１１内における選択還元型触媒１０の直後には、リークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒１２が装備されている。
【００１９】
また、ケーシング１１より上流側の排気管９に噴射ノズル１３’付き尿素水噴射弁１３が設置され、該尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっていて、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加装置１８が構成されている。
【００２０】
そして、これら尿素水噴射弁１３と供給ポンプ１６に対しエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１９から開弁指令信号１３ａと駆動指令信号１６ａが夫々出力されるようになっており、前記尿素水噴射弁１３の開弁作動により尿素水１７の添加量が適切に制御され、その尿素水１７の添加時に必要な噴射圧力が前記供給ポンプ１６の駆動により適宜に得られるようになっている。
【００２１】
ここで、前記制御装置１９においては、エンジン１を制御する上での情報として、現在のエンジン１の回転数と負荷が、回転センサ２０からの回転数信号２０ａや、アクセルセンサ２１からのアクセル開度信号２１ａに基づいて把握されるようになっており、これらの情報に基づいて基本的な尿素水１７の添加量が制御マップから読み出されて決定されるようになっている。
【００２２】
ただし、本形態例においては、ケーシング１１における選択還元型触媒１０の入側に、排出ガス７の温度を検出する温度センサ２２が備えられており、この温度センサ２２からの検出信号２２ａに基づき排出ガス７が所定温度（例えば約４００℃程度）以上となっている時の運転時間が制御装置１９にて積算され、この積算された運転時間に応じて選択還元型触媒１０の経時劣化の度合が推定され、その推定した経時劣化の度合に応じて余剰のアンモニアが生じないよう尿素水１７の添加量が補正されるようになっている。
【００２３】
より具体的には、図２にグラフで示すように、排出ガス７が所定温度（例えば約４００℃程度）以上となっている条件でのＮＯx低減率は、運転時間の経過と共に初期のＮＯx低減率から徐々に低下し、あるＮＯx低減率まで下がりきって安定化することが知見として得られているので、このような経時劣化のデータを予めエンジン実機を用いた実験により把握しておき、これを制御装置１９における尿素水１７の添加量制御の制御プログラムに組み込んで、制御装置１９にて経時劣化のデータから現時点でのＮＯx低減率を読み出して推定し得るようにし、しかも、ここで推定された現時点でのＮＯx低減率を運転初期（劣化以前）のＮＯx低減率で除算した値［現時点でのＮＯx低減率／運転初期のＮＯx低減率］を補正係数とし、この補正係数を前述の制御マップから読み出した基本的な尿素水１７の添加量に乗算して該添加量を補正し得るようにしてある。
【００２４】
而して、このようにすれば、熱や排ガス成分により選択還元型触媒１０が経時的に劣化してＮＯx低減性能が徐々に低下してきても、選択還元型触媒１０が所定温度以上の排出ガス７に晒されていた運転時間が制御装置１９により積算されて前記選択還元型触媒１０の経時劣化の度合が推定され、その推定された経時劣化の度合に応じて尿素水１７の添加量が余剰のアンモニアが生じないよう補正されるので、経時劣化により低下した選択還元型触媒１０のＮＯx低減性能に見合う量に抑制されて尿素水１７の添加が実行されることになり、ＮＯxの還元浄化反応に使用されないまま選択還元型触媒１０の後方へ擦り抜けてしまうアンモニアが大幅に抑制されることになる。
【００２５】
また、本形態例では、ケーシング１１内における選択還元型触媒１０の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒１２が設けられているので、選択還元型触媒１０を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアをＮＯやＨ2Ｏに酸化処理して無害化することが可能となる。
【００２６】
従って、上記形態例によれば、選択還元型触媒１０の経時的な劣化を考慮して現時点でのＮＯx低減性能に見合う適切な尿素水１７の添加量制御を実現することができるので、ＮＯxの還元浄化反応に使用されないまま選択還元型触媒１０の後方へ擦り抜けてしまうアンモニアを大幅に抑制することができ、しかも、この種のアンモニアのリーク対策として選択還元型触媒１０の直後にＮＨ3スリップ触媒１２を配置するだけで前記余剰のアンモニアを容易に且つ確実にＮＯやＨ2Ｏに酸化処理して無害化させることができ、最終的に大気中へ排出される排出ガス７中にアンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。
【００２７】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】運転時間に対するＮＯx低減率の劣化の度合を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
７  排出ガス
９  排気管
１０  選択還元型触媒
１２  ＮＨ3スリップ触媒
１７  尿素水
１８  尿素水添加装置
１９  制御装置
２２  温度センサ
【図１】
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【図２】
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