(57)【要約】【課題】ＮＯとＮＯ2の比を制御してＮＯxの低減化を行う排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気管１１途中に装備されて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選択還元型触媒１６と、選択還元型触媒１６の入側で排気ガス９中に還元剤として尿素水２１を添加する尿素水添加手段２２と、尿素水添加手段２２の添加より上流で排気ガス９中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置２５と、排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比を調整するようプラズマ発生装置２５を制御して尿素水２１添加手段に尿素水２１の添加を行わしめる制御装置２８とを備える。【選択図】図１
2006057576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管途中に装備されて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選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段の添加より上流で排気ガス中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置と、前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整するよう前記プラズマ発生装置を制御して前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行わしめる制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び負荷センサ並びにＮＯｘセンサの少なくとも一つからの検出値に基づきプラズマ発生装置及び／又は尿素水添加手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
プラズマ発生装置は電力量の制御によりＮＯ2の生成量を調整するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２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、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される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、排気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気ガス中の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】
例えば、この種の選択還元型触媒としては、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒が前述した如き性質を有するものとして既に知られているが、これらの選択還元型触媒の活性温度域は一般的に狭く、ディーゼルエンジンの排気温度範囲の一部でしかＮＯxを浄化できていないのが現状であり、選択還元型触媒の活性温度域の拡大、特に低温活性の向上が今後の大きな課題となっている。
【０００４】
そこで、本発明者らは、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置して該酸化触媒により排気ガス中のＮＯを酸化して酸化力の強いＮＯ2を生成し、このような酸化力の強いＮＯ2を選択還元型触媒に導くことにより該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応を促進し、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようにすることを創案するに到った（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【０００５】
尚、プラント等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、アンモニアのような有毒な物質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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する還元反応には、
［化１］
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
［化２］
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化３］
２ＮＯ2＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化４］
８ＮＨ3＋６ＮＯ2→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ
があり、上から下へ順に反応速度が遅くなるため、最も反応速度が早い［化１］の還元反応で処理し得るよう、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１に近くに制御して図３の如く低温でも良好なＮＯxの低減化を図ることが求められる。ここで図３において、実線はＮＯとＮＯ2の比が約１：１の場合のＮＯxの低減率を示し、破線は通常の場合のＮＯxの低減率を示している。
【０００７】
一方、排気ガス中のＮＯxの成分はその殆どがＮＯであることから、ＮＯとＮＯ2の比を制御する際には、ＮＯからＮＯ2を生成することが考えられるが、ＮＯをＮＯ2に酸化する酸化触媒は温度に依存するため、エンジンの運転状態に影響を受け、ＮＯとＮＯ2の比を制御することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、ＮＯとＮＯ2の比を制御してＮＯxの低減化を行う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、エンジンの排気管途中に装備されて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選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段の添加より上流で排気ガス中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置と、前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整するよう前記プラズマ発生装置を制御して前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行わしめる制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１０】
又、本発明において、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び負荷センサ並びにＮＯｘセンサの少なくとも一つからの検出値に基づきプラズマ発生装置及び／又は尿素水添加手段を制御するように構成することが好ましい。
【００１１】
更に、本発明において、プラズマ発生装置は電力量の制御によりＮＯ2の生成量を調整するように構成されることが好ましい。
【００１２】
而して、このようにすれば、プラズマ発生装置により排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加手段により尿素水を添加する場合であってもＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００１３】
又、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び負荷センサ並びにＮＯｘセンサの少なくとも一つからの検出値に基づきプラズマ発生装置及び／又は尿素水添加手段を制御するように構成すると、ＮＯとＮＯ2の比を適切に検出し得るので、プラズマ発生装置及び／又は尿素水添加手段を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００１４】
更に、プラズマ発生装置は電力量の制御によりＮＯ2の生成量を調整するように構成されると、ＮＯ2の生成を容易にしてＮＯとＮＯ2の比を制御するので、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、プラズマ発生装置によりＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加手段により尿素水の添加を行ってもＮＯxの低減化を好適に行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１、図２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ディーゼルエンジンを示し、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から導いた吸気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で加圧された吸気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から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００１８】
更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１９】
また、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間をＥＧＲパイプ１２で接続し、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を水冷式のＥＧＲクーラ１３及びＥＧＲバルブ１４を介して吸気管５に再循環するようになっており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。
【００２０】
更に、排気管１１の途中には、ケーシング１５により抱持された選択還元型触媒１６が装備されており、この選択還元型触媒１６は、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、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ような性質を有している。ここで、前記選択還元型触媒１６には、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能であるが、ＳＯ2をサルフェート（硫酸塩）に酸化し易い貴金属触媒を採用するよりも、比較的酸化力の弱い卑金属触媒を採用する方がより好ましい。
【００２１】
又、ケーシング１５より上流側の排気管１１には噴射ノズル１７が設置され、噴射ノズル１７と所要場所に設けた尿素水タンク１８との間が尿素水供給ライン１９により接続されており、該尿素水供給ライン１９の途中に装備した供給ポンプ２０の駆動により尿素水タンク１８内の尿素水２１（還元剤）を噴射ノズル１７を介し選択還元型触媒１６の上流側に添加し得るようになっていて、これら噴射ノズル１７と尿素水タンク１８と尿素水供給ライン１９と供給ポンプ２０とにより尿素水添加装置２２が構成されている。
【００２２】
そして、この尿素水添加装置２２による尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）とケーシング１５との間には、尿素水２１の噴霧を均等に拡散するミキサ２３が設けられており、又、前記ケーシング１５内における選択還元型触媒１６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２４が装備されている。
【００２３】
一方、尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）より上流側の排気管１１には、排気ガス９中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置２５が配設されており、プラズマ発生装置２５は、電源２６に接続された複数の電極（図示せず）を対向配置して相互間に放電を行い得る構造を備え、プラズマを発生させることによってＮＯをＮＯ2に酸化するようにしている。ここで、ＮＯ2生成量は、図２に示す如く、プラズマを発生させる電力量の調整により制御可能になっている。
【００２４】
又、プラズマ発生装置２５は、プラズマ発生の電源制御を容易にするために電気的もしくはメカニカルな接点をもつＯＮ−ＯＦＦスイッチで、パルスのような切り替えを行っても良く、この場合には印可電圧を一定にし、スイッチング間隔を制御することにより電気量を調整し、プラズマを発生させることになる。電源２６は、直流電源、高周波電源、パルス電源も適用可能である。更に、ＮＯ2の生成率を上げるために、電極に酸化触媒を付け、電極間に酸化触媒を塗った誘電体（図示せず）を挟むことが好ましい。更に又、プラズマ発生装置２５の電源２６には、指示された電力を供給し得るように内部にコンピュータを内蔵することが好ましい。又、プラズマ発生装置２５の電極は相互間距離がほぼ一様に設定できるものであれば、板型、ロッド型、円筒型等の様々な形状でも良い。
【００２５】
ここで、前記プラズマ発生装置２５の作動、前記尿素水添加装置２２の作動、排気ガス９を再循環させるＥＧＲバルブ１４の作動、各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置２７の作動は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２８からの指令信号２６ａ，２２ａ，１４ａ，２７ａを受けて実行されるようになっている。
【００２６】
他方、この制御装置２８においては、前記エンジン１での回転センサ２９からの回転数信号２９ａと、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ３０（負荷センサ）からの負荷信号３０ａと、プラズマ発生装置２５と尿素水２１の添加位置の間、及びケーシング１５より下流側の適宜位置で排気ガス９中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ３１，３２からの検出信号３１ａ，３２ａと、ケーシング１５の入側及び出側で排気温度を検出する温度センサ３３，３４からの検出信号３３ａ，３４ａと、吸気マニホールド７の入側で吸気温度を検出する温度センサ３５からの検出信号３５ａと、吸気マニホールド７の入側で過給圧を検出する過給圧センサ３６からの検出信号３６ａと、エアクリーナ３とコンプレッサ２ａとの間で吸入空気量を計測するエアフローメータ３７からの検出信号３７ａとが入力されるようになっている。ここで、制御装置２８においては、更に外部に配置した外気温センサ（図示せず）からの検出信号が入力されるようにしてもよい。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。
【００２８】
排気ガス９中のＮＯxを浄化する際には、初めに、回転センサ２９からの回転数信号２９ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出されると共に、アクセルセンサ３０からの負荷信号３０ａに基づいて現在の燃料噴射量が換算され、更に、ＮＯxセンサ３１，３２からの検出信号３１ａ，３２ａ、温度センサ３３，３４からの検出信号３３ａ，３４ａに基づいて、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等を推定する。ここで、回転センサ２９、アクセルセンサ３０、ＮＯxセンサ３１，３２、温度センサ３３，３４等は、随時、データを更新検出することにより、エンジン１の運転状態の変化に伴って温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等に変化があっても対応し得るようになっている。又、ＥＧＲバルブ１４で排気ガス９を再循環させた際には、エンジン１出口でＮＯ2の量も変化するが、同様に、データを更新検出して対応し得るようになっている。
【００２９】
温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等を推定した後には、制御装置２８により、マップ等を介してどの程度ＮＯ2を生成すれば排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比が約１：１になるのか判断し、プラズマ発生装置２５の電力を調整してプラズマを発生させ、所定量のＮＯをＮＯ2に酸化する。
【００３０】
ここで、プラズマ発生装置２５によるＮＯ2の生成は、
［数１］
ＮＯ2の生成＝ｆ（プラズマのエネルギー、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度）
の関数で処理されており、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度はエンジン１の運転状態により変化するため、プラズマのエネルギーを適宜調整している。
又、プラズマのエネルギーは、
［数２］
プラズマのエネルギー＝ｆ（電力、極板間距離、誘電率（体））
の関数で求まり、極板間距離と誘電率（体）は装置の設定により不可変の数になっている。
更に、電力は、
［数３］
電力＝ｆ（印可電圧、周波数（電流量））
である。つまり、プラズマのエネルギーは、電圧と周波数を変えることによって制御可能である。ここで、電源は、高周波、パルスを用いても良い。
【００３１】
このため、ＮＯ2の生成量は、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度に合わせて、電力、つまり電圧と周波数（電流量）を調整することによって求まる。
【００３２】
プラズマ発生装置２５によりＮＯをＮＯ2に酸化して排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１にした後には、ＮＯxセンサ３１，３２からの検出信号３１ａ，３２ａに基づいて尿素水２１の添加量を算出すると共に、温度センサ３３，３４等からの検出信号３３ａ，３４ａにより排気温度が選択還元型触媒１６の活性温度領域であることを確認し、制御装置２８からの指令信号２２ａにより尿素水添加装置２２の噴射ノズル１７から尿素水２１を噴射し、ＮＯxを低減する。
【００３３】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、プラズマ発生装置２５により排気ガス９中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水２１添加手段により尿素水２１を添加する場合であってもＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００３４】
又、エンジン１の回転数を検出する回転センサ２９と、エンジン１の負荷を検出するアクセルセンサ３０（負荷センサ）と、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３１，３２とを備え、これら回転センサ２９及びアクセルセンサ３０並びにＮＯｘセンサ３１，３２の少なくとも一つからの回転数信号２９ａ（検出値）、負荷信号３０ａ（検出値）、検出信号３１ａ，３２ａ（検出値）に基づきプラズマ発生装置２５及び／又は尿素水２１添加手段を制御するように構成すると、ＮＯとＮＯ2の比を適切に検出し得るので、プラズマ発生装置２５及び／又は尿素水２１添加手段を容易に制御し、ＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００３５】
更に、プラズマ発生装置２５は電力量の制御によりＮＯ2の生成量を調整するように構成されると、ＮＯ2の生成を容易にしてＮＯとＮＯ2の比を制御するので、ＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００３６】
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、プラズマによりＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するならば、プラズマの発生方法及びＮＯxの処理手順は特に限定されるものではないこと、プラズマ発生装置及び尿素水添加装置の制御は他のセンサからの指令信号によって制御しても良いこと、その他、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】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態例を示す概略図である。
【図２】電力とＮＯ2生成量の関係を示したグラフである。
【図３】ＮＯx低減率についてＮＯとＮＯ2の比が約１：１の場合（実線）と従来の場合（破線）を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１    ディーゼルエンジン（エンジン）
９    排気ガス
１１    排気管
１６    選択還元型触媒
２１    尿素水（還元剤）
２２    尿素水添加装置（尿素水添加手段）
２５    プラズマ発生装置
２８    制御装置
２９    回転センサ
２９ａ  回転数信号（検出値）
３０    アクセルセンサ（負荷センサ）
３０ａ  負荷信号（検出値）
３１    ＮＯxセンサ
３１ａ  検出信号（検出値）
３２    ＮＯxセンサ
３２ａ  検出信号（検出値）
【図１】
2006057576.tif 000003
【図２】
2006057576.tif 000004
【図３】
2006057576.tif 000005