(57)【要約】【課題】ＮＯｘ除去のためのＮＯｘ還元剤の添加を適正化したＮＯｘ除去装置の提供。【解決手段】排ガスが流れる排ガス流路と排ガス流路中に設けられたＮＯｘ浄化手段と排ガス流路中のＮＯｘ濃度に応じた信号を出力するＮＯｘセンサと排ガス流路中のＮＯｘ浄化手段が設けられる前にＮＯｘ還元剤を噴射するＮＯｘ還元剤噴射手段とＮＯｘセンサが出力する信号に応じてＮＯｘ還元剤噴射手段のＮＯｘ還元剤噴射量を制御する制御手段とを有する。前記ＮＯｘ還元剤噴射手段は、ＮＯｘ濃度が所定値以下の場合に前記ＮＯｘ還元剤の噴射を停止乃至単位時間当たりの噴射量を最小化し、所定値を超えた後は該ＮＯｘ還元剤の単位時間当たりの噴射量を漸増する手段であることが望ましい。排ガス中のＮＯｘ濃度に応じて設定された量のＮＯｘ還元剤を添加することができるので、ＮＯｘ還元剤を適正に使用することが可能になり、無駄なエネルギー消費を抑えることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガスが流れる排ガス流路と、
該排ガス流路中に設けられたＮＯｘ浄化手段と、
該排ガス流路中におけるＮＯｘ濃度に応じた信号を出力するＮＯｘセンサと、
該排ガス流路中の該ＮＯｘ浄化手段が設けられる前にＮＯｘ還元剤を噴射するＮＯｘ還元剤噴射手段と、
該ＮＯｘセンサが出力する前記信号に応じて該ＮＯｘ還元剤噴射手段のＮＯｘ還元剤噴射量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするＮＯｘ除去装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ還元剤噴射手段は、ＮＯｘ濃度が所定値以下の場合に前記ＮＯｘ還元剤の噴射を停止乃至単位時間当たりの噴射量を最小化し、該所定値を超えた後は該ＮＯｘ還元剤の単位時間当たりの噴射量を漸増する手段である請求項１に記載のＮＯｘ除去装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘセンサは前記排ガス流路中の前記ＮＯｘ浄化手段より下流側に設ける請求項１又は２に記載のＮＯｘ除去装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘセンサは前記排ガス流路中の前記ＮＯｘ浄化手段より上流側に設ける請求項１〜３のいずれかに記載のＮＯｘ除去装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ還元剤は炭素数が１２以下の低級炭化水素である請求項１〜４のいずれかに記載のＮＯｘ除去装置。
【請求項６】
前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、
軽油を改質して又は軽油から分離して前記低級炭化水素を得て前記ＮＯｘ還元剤噴射手段に供給するＮＯｘ還元剤供給手段を有する請求項５に記載のＮＯｘ除去装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ還元剤供給手段に対して軽油を送り出す燃料供給手段を有し、
該燃料供給手段は、該ＮＯｘ還元剤噴射手段が前記ＮＯｘ還元剤の噴射を停止している場合に該軽油の送り出しを停止する手段である請求項６に記載のＮＯｘ除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関などからの排ガスに含まれるＮＯｘを効率よく除去できる排ガス除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガスにはＮＯｘが含まれており、除去が求められている。ＮＯｘを除去するための一つの方法として酸化還元触媒の一種としてのＮＯｘ還元触媒による分解除去を行うＮＯｘ除去装置が提案されている（特許文献１及び２など）。
【０００３】
上述のＮＯｘ除去装置ではＮＯｘを還元除去するためにＮＯｘ還元剤を添加している。
【特許文献１】特開２００１−１３２４３３号公報
【特許文献２】特開２００１−７３７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＮＯｘ還元剤の過剰添加は燃費の低下などを招き望ましくない。そこで、ＮＯｘ還元を効率的に行うために、ＮＯｘ還元剤の添加量を適正に制御する必要がある。
【０００５】
本発明ではＮＯｘ還元剤の添加を適正化したＮＯｘ除去装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意研究を行った結果、以下の発明を完成した。すなわち、本発明のＮＯｘ除去装置は、内燃機関の排ガスが流れる排ガス流路と、
該排ガス流路中に設けられたＮＯｘ浄化手段と、
該排ガス流路中におけるＮＯｘ濃度に応じた信号を出力するＮＯｘセンサと、
該排ガス流路中の該ＮＯｘ浄化手段が設けられる前にＮＯｘ還元剤を噴射するＮＯｘ還元剤噴射手段と、
該ＮＯｘセンサが出力する前記信号に応じて該ＮＯｘ還元剤噴射手段のＮＯｘ還元剤噴射量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記ＮＯｘ還元剤噴射手段は、ＮＯｘ濃度が所定値以下の場合に前記ＮＯｘ還元剤の噴射を停止乃至単位時間当たりの噴射量を最小化し、該所定値を超えた後は該ＮＯｘ還元剤の単位時間当たりの噴射量を漸増する手段であることが望ましい。
【０００８】
前記ＮＯｘセンサは前記排ガス流路中の前記ＮＯｘ浄化手段より下流側に設けることで、実際にＮＯｘ浄化手段により浄化された後における排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた適量のＮＯｘ還元剤を添加することが可能になる。更に、前記ＮＯｘセンサを前記排ガス流路中の前記ＮＯｘ浄化手段より上流側に設けるＮＯｘ還元剤の添加量の適正化を応答性よく行うことができる。
【０００９】
そして、前記ＮＯｘ還元剤は炭素数が１２以下の低級炭化水素であることが望ましい。また、前記内燃機関はディーゼルエンジンである場合に、低級炭化水素を得るために、軽油を改質して又は軽油から分離して前記低級炭化水素を得て前記ＮＯｘ還元剤噴射手段に供給するＮＯｘ還元剤供給手段を有することが望ましい。この場合に、前記ＮＯｘ還元剤供給手段に対して軽油を送り出す燃料供給手段を有し、該燃料供給手段は、該ＮＯｘ還元剤噴射手段が前記ＮＯｘ還元剤の噴射を停止している場合に該軽油の送り出しを停止する手段であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＮＯｘ除去装置は、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じて設定された量のＮＯｘ還元剤を添加することができるので、ＮＯｘ還元剤を適正な量だけ使用することが可能になり、無駄なエネルギー消費を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のＮＯｘ除去装置について実施形態に基づき具体的に説明を行う。本実施形態のＮＯｘ除去装置は排ガス流路とＮＯｘ浄化手段とＮＯｘセンサとＮＯｘ還元剤噴射手段と制御手段とを有する。
【００１２】
排ガス流路は内燃機関から排出される排ガスを流す流路であり、その他にもＤＰＦやＨＣを酸化除去する酸化触媒などを設けることができる。特にＤＰＦや酸化触媒はＮＯｘ浄化手段の上流側に設けることが望ましい。
【００１３】
ＮＯｘ浄化手段はＮＯｘ還元剤と反応させることでＮＯｘを還元する反応を促進するＮＯｘ浄化触媒を有する手段である。ＮＯｘ還元触媒としては、銀−アルミナ系、バナジウム系などの一般的な構成をもつ触媒が採用できるが、特に限定するものではない。ＮＯｘ浄化手段はＮＯｘ還元触媒を基材（コージェライト製や金属製のハニカムなど）上に担持させたものなどが採用できる。
【００１４】
ＮＯｘセンサは排ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、その濃度に応じた信号を出力する手段である。ＮＯｘセンサを配置する部位としては特に限定しないが、排ガス流路中のＮＯｘ浄化手段より下流側に設けることで、ＮＯｘ浄化を目的とする部位（ＮＯｘ浄化手段の下流）でのＮＯｘ濃度を直接参照しながら、ＮＯｘ還元剤を添加する量を決定できる。また、ＮＯｘ浄化手段の上流側（すなわち、ＮＯｘ還元剤を添加する部位の近傍）に設けることで、排ガス中に含まれるＮＯｘの濃度に応じたＮＯｘ還元剤を下流側に設けた場合のタイムラグ（排ガスがＮＯｘ浄化手段に入った後、下流側のＮＯｘセンサにて測定されるまでの時間）を排除できる。好ましくは、下流側及び上流側の双方に設けることが望ましい。
【００１５】
ＮＯｘ還元剤噴射手段はＮＯｘ還元剤を排ガス流路中であってＮＯｘ浄化手段の上流側に噴射する手段である。ＮＯｘ還元剤の噴射は連続的なものであっても間欠的なものであっても構わないが、単位時間当たりの噴射量が連続的に制御できることが望ましい。例えば、噴射時間のオン-オフ時間のデューティ比を制御したり、噴射圧を制御したりすることで単位時間当たりの噴射量を連続的に制御できる。
【００１６】
構成は特に限定されず、例えば、一般的なインジェクタが採用できる。ＮＯｘ還元剤としては一般的な還元剤が使用できるが、内燃機関の燃料を採用することが望ましい。例えば、ディーゼルエンジン用の軽油やガソリンエンジン用のガソリンなどの炭化水素系の燃料である。炭化水素系の燃料としては炭素数が１２以下、１１以下程度の低級炭化水素を採用することが望ましい。
【００１７】
ＮＯｘ還元剤として軽油を採用する場合には、軽油に含有される低級炭化水素を分離したり軽油を低級炭化水素に改質したりするＮＯｘ還元剤供給手段を有することが望ましい。例えば、分子サイズの違いを利用した分子ふるいや透過性の相違を利用した透過膜などにより低分子量の低級炭化水素を分離したり、超音波や熱により炭素数１３以上の炭化水素を分解することで低級炭化水素を得る方法が挙げられる。
【００１８】
内燃機関の燃料をＮＯｘ還元剤として採用する場合には燃料タンクから燃料を供給する手段が必要である。燃料の供給は専用のポンプを設置して利用するほか、燃料タンクから内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段を利用することも可能である。
【００１９】
制御手段はＮＯｘセンサからの信号に基づき、ＮＯｘ還元剤噴射手段から噴射するＮＯｘ還元剤の量を制御する手段である。具体的には排ガス流路中のＮＯｘ濃度に応じてＮＯｘ還元剤を噴射する。また、制御手段はＮＯｘ還元剤噴射手段に加えて、燃料供給手段についても制御することが望ましい。
【００２０】
制御手段がＮＯｘ還元剤噴射手段を制御する方法としては、ＮＯｘ濃度が上昇するにつれて単位時間当たりの噴射量を漸増させる方法がある。ＮＯｘ濃度に対応して、ＮＯｘ還元剤の噴射量を設定することで、ＮＯｘ還元剤の噴射量をＮＯｘ除去において必要十分に近い量にすることが可能になる。
【００２１】
更に、ＮＯｘ濃度がある所定値未満の場合に、ＮＯｘ還元剤の噴射を停止するか単位時間当たりの噴射量を一定の極少量に制御し、ＮＯｘ濃度が所定量以上になった場合にＮＯｘ還元剤の噴射量を漸減させることもできる。ＮＯｘ濃度が低い場合には燃費低下などにつながるＮＯｘ還元剤の噴射を抑制することが望ましい。
【００２２】
ここで、制御手段が燃料供給手段も制御する場合には、ＮＯｘ還元剤噴射手段の作動時（すなわち、ＮＯｘ濃度が所定値以上である場合など）にのみ燃料供給手段を作動させることで、燃料供給手段の作動に要するエネルギーを抑制できる。
【実施例１】
【００２３】
（構成）
以下、本発明のＮＯｘ除去装置について、内燃機関としてのディーゼルエンジンからの排ガスを浄化する排ガス浄化システムとして図面を参照しながら更に詳細に説明する。本実施例のＮＯｘ除去装置はディーゼルエンジンの排ガス中のＨＣ、ＰＭ、ＮＯｘなどを除去する装置である。
【００２４】
図１に示すように、ディーゼルエンジンの排気経路にはＤＰＦ１０６、酸化触媒１０７、そしてＮＯｘ除去手段１００が配設されている。ＮＯｘ除去手段１００の上流側にはＮＯｘ還元剤としての改質燃料を噴射するＮＯｘ還元剤噴射手段１０４が設けられている。ＮＯｘ還元剤噴射手段１０４には、改質燃料を供給する燃料改質手段１１１が接続されている。燃料改質手段１１１は内部が分離膜によって区画されている手段であり、分離膜の一方の側から軽油を供給し、分離膜の他方の側で分子量の小さい低級炭化水素の多い分画としている。燃料改質手段１１１は、この分離膜による分画を目的の低級炭化水素濃度が得られるまで必要な段数だけ行っている。
【００２５】
燃料改質手段１１１には燃料タンク１０３から燃料ポンプ１０３１（燃料供給手段）により燃料が供給されている。燃料改質手段１１１内の圧力が一定値以上になった場合にリターンバルブ１０８によって余剰分が戻される。余剰分は軽油から低級炭化水素を分離した後の低級炭化水素の含有量が少ない画分となっている。
【００２６】
ＤＰＦ１０６及び酸化触媒１０７それぞれの上流側には温度センサ１０５及び１０９が配設されており、それぞれに導入される排ガスの温度を計測している。そして、ＮＯｘ除去手段１００の下流側にはＮＯｘセンサ１１０が設けられている。これら各センサ１０５、１０９及び１１０からの信号は制御手段（図略）に入力されている。制御手段はＮＯｘ還元剤噴射手段１０４からの噴射量を制御する手段である。制御手段は図２に示すフローチャートに沿ってＮＯｘ還元剤噴射手段を制御する。具体的な制御については後述の作用効果の欄にて説明する。
【００２７】
ＮＯｘ除去手段１００は、内部にＮＯｘ還元触媒を担持した担体が配置されている。排ガス中のＮＯｘとＮＯｘ還元剤との反応を触媒して、ＮＯｘを浄化している。
【００２８】
（作用効果：制御方法など）
以上の構成を有することから、本実施例のディーゼルエンジンからの排ガス浄化装置（ＮＯｘ除去装置）は以下の作用効果を発揮する。すなわち、ディーゼルエンジンの運転により排出される排ガスは、まずＤＰＦ１０６により浄化される。ＤＰＦ１０６は排ガス中のＰＭを除去する手段である。その後、排ガス中に残存するＨＣを酸化触媒１０７によって除去する。
【００２９】
図２に示すように、制御手段はＮＯｘセンサ１１０からの信号からＮＯｘ濃度を算出する（Ｓ１）。算出したＮＯｘ濃度が所定値以上である場合にはステップ３（Ｓ３）に進み、そうでない場合にはステップ６（Ｓ６）に進む。ステップ６では燃料ポンプ１０３１をオフにした後、ステップ１（Ｓ１）に戻る。
【００３０】
ステップ３では燃料ポンプ１０３１をオンにすることで燃料を燃料改質手段１１１に供給する。その後、算出したＮＯＸ濃度に対応するＮＯｘ還元剤噴射手段１０４の制御データ（デューティ比：Ｔｑ）を予め作成しておいた関数により算出する。この関数は算出したＮＯｘ濃度に対応する量のＮＯｘを還元するのに対応する量のＮＯｘ還元剤が噴射できる値を予め求めて作成したものである。デューティ比を算出したＴｑとしてＮＯｘ還元剤噴射手段１０４からＮＯｘ還元剤を噴射する（Ｓ５）。その後、ステップ１に戻る。従って、排ガス中のＮＯｘ濃度が高い間はその濃度に応じたＮＯｘ還元剤を噴射し、ＮＯｘ濃度が所定値未満になった場合はＮＯｘ還元剤の噴射を停止する。
【００３１】
例えば、図３に示すように、エンジンの運転に伴い、排ガス中のＮＯｘ濃度が徐々に増加する（領域Ｉ）。ＮＯｘ濃度が所定値未満の場合（領域Ｉ）には、ＮＯｘ還元剤噴射手段１０４及び燃料ポンプ１０３１を停止している。その後、ＮＯｘ濃度が更に増加して所定値以上になった場合（領域II）には燃料ポンプ１０３１を作動させ、ＮＯｘ濃度に応じたデューティ比でＮＯｘ還元剤噴射手段１０４を作動させる。ＮＯｘ濃度が所定値未満になった場合（領域III）には、燃料ポンプ１０３１及びＮＯｘ還元剤噴射手段１０４を停止する。ＮＯｘ濃度は、本装置を作動させなかった場合（破線）と比較して、顕著に低下させることができる。
【００３２】
以上説明したように、本ＮＯｘ除去装置によれば、排ガス流路中のＮＯｘ濃度に応じたＮＯｘ還元剤を噴射することができ、余分なＮＯｘ還元剤を噴射しないので、燃費の向上に寄与できる。
【実施例２】
【００３３】
ＮＯｘセンサ１１０の位置をＮＯｘ浄化手段１００の下流側から上流側に替えた以外は、実施例１のＮＯｘ除去装置と同様の構成をもつ。ＮＯｘセンサの位置を替えたために、ＮＯｘ濃度を測定する部位とＮＯｘ還元剤を噴射する部位とが近接乃至一致するので、ＮＯｘ濃度変動に対するＮＯｘ還元剤噴射量変化の応答性が向上する。
【実施例３】
【００３４】
ＮＯｘセンサをＮＯｘ浄化手段１００の下流側に加えて、上流側にも設けたこと以外は、実施例１のＮＯｘ除去装置と同様の構成をもつ。ＮＯｘセンサを追加したことで、実施例２と同様の優れた応答性（上流側）と実際のＮＯｘ濃度の把握（下流側）とが両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例のＮＯｘ除去装置を採用した内燃機関排ガス浄化システムの概略図である。
【図２】実施例のＮＯｘ除去装置の制御を示すフローチャートである。
【図３】実施例のＮＯｘ除去装置の制御を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１００…ＮＯｘ除去手段
１０４…ＮＯｘ還元剤噴射手段
１１０…ＮＯｘセンサ
１１１…燃料改質手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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