(57)【要約】【課題】アンモニアの生成効率を向上させること。【解決手段】本開示の一形態は、排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と、前記第一電極対の間の静電容量を測定する測定部と、前記測定部により測定された静電容量が所定値以上となると、前記第二電極対に交流電圧を印加する電源部と、を備えた排気浄化システムに向けられる。【選択図】図２
2018105127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、
前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、
前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と、
前記第一電極対の間の静電容量を測定する測定部と、
前記測定部により測定された静電容量が所定値以上となると、前記第二電極対に交流電圧を印加する電源部と、を備えた排気浄化システム。
【請求項２】
前記第一電極対は前記第二電極対と同一である、請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
制御装置と共に用いられる排気浄化装置であって、
排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、
前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、
前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と、を備え、
前記制御装置は、前記第一電極対の間の静電容量が閾値以上になると、前記第二電極対への交流電界の印加を制御する、排気浄化装置。
【請求項４】
排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と共に用いられ、
前記第一電極対の間の静電容量が所定値以上か否かを判断する判断部と、
前記判断部が肯定判断を行うと、前記第二電極対への交流電界の印加を制御する電源制御部と、を備えた制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物を浄化する排気浄化システムと、それに関連する排気浄化装置および制御装置と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気浄化装置としては、尿素ＳＣＲシステムが知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、内燃機関の排ガス中に尿素水が噴射され、高温下で加水分解され、これによって、アンモニアが生成される。このアンモニアにより、ＳＣＲ触媒装置においてＮＯｘが還元されて浄化される。
【０００３】
このような尿素ＳＣＲシステムは、下記の特許文献１に例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１６４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の排気浄化システムには、尿素水がそのままＳＣＲ触媒装置に吸収されてしまい、アンモニアを効率的に生成できないことがあるという問題点があった。
【０００６】
そこで、本開示は、アンモニアの生成効率を向上可能な排気浄化システム、排気浄化装置および制御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】
【０００７】
本開示の第一形態は、排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と、前記第一電極対の間の静電容量を測定する測定部と、前記測定部により測定された静電容量が所定値以上となると、前記第二電極対に交流電圧を印加する電源部と、を備えた排気浄化システムに向けられる。
【０００８】
本開示の第二形態は、制御装置と共に用いられる排気浄化装置であって、排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と、を備え、前記制御装置は、前記第一電極対の間の静電容量が閾値以上になると、前記第二電極対への交流電界の印加を制御する、排気浄化装置に向けられる。
【０００９】
本開示の第三形態は、排気流路に供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成する第一触媒装置と、前記第一触媒装置よりも前記排気流路の下流側にて、前記第一触媒装置で生成されたアンモニアで、自身に流入した排ガス中の窒素酸化物を還元する第二触媒装置と、前記第一触媒装置を挟んで相対向する第一電極対および第二電極対と、共に用いられ、前記第一電極対の間の静電容量が所定値以上か否かを判断する判断部と、前記判断部が肯定判断を行うと、前記第二電極対への交流電界の印加を制御する電源制御部と、を備えた制御装置に向けられる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の各形態によれば、アンモニアの生成効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の排気浄化システムの構成を示す模式図
【図２】図１の制御装置の処理手順を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、上記図面を参照して、一実施形態に係る判定装置について詳説する。
【００１３】
＜１．はじめに＞
＜１−１．定義＞
下表１は、本実施形態で使用される頭字語や略語の意味を示す。
【００１４】
【表１】
2018105127.tif 000003
【００１５】
＜１−２．技術的課題の詳細＞
従来の尿素ＳＣＲ触媒システムでは、尿素水の噴射量は、ＤＣＵにより制御されてはいるものの、例えば車両の低温始動時等、排気流路における排ガスが低温および／または低流量であれば、尿素水がそのままＳＣＲ触媒装置に吸収されることがある。その結果、従来の尿素ＳＣＲシステムでは、アンモニアを効率的に生成できないことがあるという問題点があった。
【００１６】
本開示は、上記問題点に鑑み、アンモニアの生成効率を向上可能な排気浄化システムＳを提供することを目的とする。
【００１７】
＜２．実施形態＞
＜２−１．排気浄化システムの全体構成＞
図１において、排気浄化システムＳは、車両に搭載され、排気流路１と、噴射器３と、第一触媒装置５と、第二触媒装置７と、少なくとも一つの電極対９と、測定部１１と、交流電源部１３と、第一切替部１５と、第二切替部１７と、制御装置１９と、を備えている。
【００１８】
上記構成のうち、少なくとも、第一触媒装置５と、第二触媒装置７と、少なくとも一つの電極対９とは、排気浄化装置Ｄの構成要素となる。このような排気浄化装置Ｄまたは制御装置１９もまた、サプライヤーシステムにおいて単独で流通しうるし、市場において保守部品等として単独で流通しうる。
【００１９】
排気流路１は、例えばディーゼルエンジンのような内燃機関（図示せず）からの排ガスを大気中（車外）へと導く。
【００２０】
排気流路１の途中には、噴射器３と、第一触媒装置５と、第二触媒装置７とが設けられる。噴射器３、第一触媒装置５および第二触媒装置７の中では、噴射器３は排ガスの流れ方向において最も上流側に、第一触媒装置５は噴射器３の直ぐ下流側に、第二触媒装置７は排ガスの流れ方向において最も下流側（即ち、第一触媒装置５の直ぐ下流側）に配置される。
【００２１】
噴射器３は、例えばＤＣＵ（図示せず）の制御下、排ガスの温度が所定温度以上である場合、排気流路１の内部であって第一触媒装置５の直ぐ上流側に向けて、尿素水を噴射し供給する。
【００２２】
なお、排気流路１において噴射器３の上流には、第一触媒装置５や第二触媒装置７以外にも、周知のＤＰＦ（図示せず）等の後処理装置が配置される。このＤＰＦを排ガスが通過すると、排ガスからは粒子状物質（所謂、ＰＭ）が除去される。噴射器３は、ＤＰＦで後処理された排ガス（即ち、排気流路１を上流側から案内されてくる排ガス）に尿素水を吹きかけ、これによって、排気流路１内にアンモニアが生成される。
【００２３】
第一触媒装置５は、所謂加水分解触媒装置であって、例えば、コージェライトハニカムセラミック製の担体を有する。この担体には、排ガスの流れ方向に沿い多数の貫通孔（所謂、セル）が形成されている。より具体的には、各貫通孔は、排ガスの流れ方向の上流端および下流端において開口しており、それ以外の四方をセル隔壁で包囲されている。
【００２４】
上記セル隔壁の表面には、酸化チタン等の加水分解触媒が担持またはコートされる。
【００２５】
上記のような第一触媒装置５のセルには、その上流側で既に加水分解されたアンモニアに加え、排ガスと、尿素および／または尿素水が流入する。その際、加水分解触媒により、尿素および／または尿素水からアンモニアが生成される。
【００２６】
第二触媒装置７は、所謂ＳＣＲ触媒装置であって、例えば、コージェライトハニカムセラミック製の担体を有する。この担体にも、排ガスの流れ方向に沿って多数セルが形成されている。また、各セルを包囲する隔壁には、卑金属酸化物、ゼオライトまたは貴金属等のＳＣＲ触媒が担持またはコートされる。
【００２７】
上記のような第二触媒装置７のセルには、第一触媒装置５で生成されたアンモニアと、それを通過した排ガスとが流入する。その際、排ガス中の窒素酸化物が、アンモニアと反応することで、窒素と水とに還元される。これによって、排ガス中の窒素酸化物が無害化される。
【００２８】
上記の通り、内燃機関で生成された排ガスが各種後処理装置で処理され、これによって生成された水、窒素、二酸化炭素等は、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
【００２９】
少なくとも一つの電極対９は、二個の対向電極９ａ，９ｂからなる。対向電極９ａ，９ｂは、排ガスの流れ方向における垂直方向から第一触媒装置５を挟み込み、互いに対向するように第一触媒装置５に設けられる。なお、各対向電極９ａ，９ｂは、第一触媒装置５の表面上に設けられても良いし、第一触媒装置５の担体に浅く埋設されても良い。
【００３０】
測定部１１は、対向電極９ａ，９ｂの間の静電容量を測定するために、対向電極９ａ，９ｂのそれぞれに、第一切替部１５を介して電気的に接続される。具体的には、第一切替部１５は、第一スイッチおよび第二スイッチを含み、第一スイッチおよび第二スイッチは、対向電極９ａおよび対向スイッチ９ｂと測定部１１とを接続する配線上に設けられる。第一スイッチおよび第二スイッチは、制御装置１９からの制御信号によりオン／オフされる。
【００３１】
測定部１１は、第一および第二スイッチがオンにされた時に、対向電極９ａ，９ｂの間の静電容量を測定して、制御装置１９に出力する。なお、対向電極９ａ，９ｂ間の静電容量は、既存技術（例えばＬＣＲメータ）により実現可能である。
【００３２】
交流電源部１３は、対向電極９ａ，９ｂの間に交流電界を形成するために、対向電極９ａ，９ｂのそれぞれに、第二切替部１７を介して電気的に接続される。第二切替部１７は、第三スイッチおよび第四スイッチを含む。第三スイッチは、対向電極９ａおよび第一スイッチを接続する配線上から交流電源部１３に引き出された配線上に設けられる。第四スイッチは、対向電極９ｂおよび第二スイッチを接続する配線上から交流電源部１３に引き出された配線上に設けられる。第三スイッチおよび第四スイッチもまた、制御装置１９からの制御信号によりオン／オフされる。
【００３３】
交流電源部１３は、第三および第四スイッチがオンにされた時に、例えば、車両に搭載された二次電池から放電された直流電圧を、制御装置１９からの制御信号（パルス信号）に基づき、高周波インバータでスイッチングする等して交流電圧を生成する。交流電源部１３で生成された交流電圧は、配線を介して対向電極９ａ，９ｂに印加される。
【００３４】
第二切替部１７は、例えば、電極対９と測定部１１とを接続する各配線上に一つずつ設けられたスイッチを含む。各スイッチは、制御装置１９からの制御信号によりオン／オフされる。
【００３５】
制御装置１９は、例えば、基板上に、マイコン、不揮発性メモリ、コネクタおよびワーキングメモリ等が実装されたＥＣＭで実現される。
【００３６】
コネクタには、測定部１１からの配線や交流電源部１３からの配線が接続される。マイコンは、不揮発性メモリ等に予め格納されたプログラムを、ワーキングメモリを用いて実行する。
【００３７】
＜２−２．排気浄化システムの動作＞
次に、図２を参照して、上記構成の排気浄化システムＳの動作を、制御装置１９の処理内容を中心に説明する。
【００３８】
内燃機関の始動により、排気流路１には排ガスが流れると共に、噴射器３は、ＤＣＵの制御下で尿素水を排気流路１に噴射する。
【００３９】
内燃機関の始動後、制御装置１９は、制御信号により、第一切替部１５の第一スイッチおよび第二スイッチをオンにすると共に、第二切替部１７の第三スイッチおよび第四スイッチをオフにする（ステップＳ００１）。これにより、測定部１１は、対向電極９ａ，９ｂの間の静電容量の測定を開始する。
【００４０】
次に、制御装置１９は、測定部１１で測定された静電容量を取得した後、取得した静電容量を予め定められた所定値と比較する（ステップＳ００３）。ここで、所定値は、尿素水の静電容量に基づき定められ、より具体的には、尿素水の静電容量よりも若干小さい値に適宜適切に選ばれる。
【００４１】
上記比較の結果、測定部１１の静電容量が所定値以上であれば（ステップＳ００５でＹＥＳ）、第一触媒装置５の内部に多くの水分が吸収され、その結果、アンモニアの生成効率が低下しているとみなすことが出来る。この場合、制御装置１９は、電源制御部として機能し、制御信号により、第一切替部１５の第一スイッチおよび第二スイッチをオフにすると共に、第二切替部１７の第三スイッチおよび第四スイッチをオンにすると共に、交流電源部１３に対し制御信号（パルス信号）を出力する（ステップＳ００７）。これにより、交流電源部１３は、所定周波数を有する交流電圧を生成して電極対９に印加し始める。
【００４２】
上記比較の結果、測定部１１の静電容量が所定値以上でなければ（ステップＳ００５でＮＯ）、第一触媒装置５の内部にさほど水分が吸収されていないとみなすことが出来る。この場合、制御装置１９は、第一切替部１５がオフか否かを判断する（ステップＳ００９）。
【００４３】
ステップＳ００９でＮＯと判断した場合、および、ステップＳ００７の次、制御装置１９は、ステップＳ００３を行う。ステップＳ００９でＹＥＳと判断した場合、制御装置１９は、ステップＳ００１を行う。
【００４４】
上記ステップＳ００１〜Ｓ００９からなる処理ループは、内燃機関の停止まで繰り返される。
【００４５】
＜２−３．排気浄化システムの作用・効果＞
＜１−２．技術的課題の詳細＞の記載からも明らかなように、内燃機関の始動後、尿素水がアンモニアに変換されずにそのまま第二触媒装置７に吸収されると、アンモニアを生成効率が低減する。そこで、排気浄化システムＳは、排気流路１において第二触媒装置７の直ぐ上流側に、電極対９を設けた第一触媒装置５を備えると共に、制御装置１９が図２に示す処理を行う。
【００４６】
図２の処理の最中に、もし第一触媒装置５に尿素水がそのまま吸収されていると、水の誘電率が尿素やアンモニアと比べてはるかに大きいことから、測定部１１は、大きな静電容量を測定する。制御装置１９は、静電容量が所定値以上であれば、上記の通り、アンモニアの生成効率が低下しているとみなして、電極対９に交流電圧を印加するよう制御する。第一触媒装置５に吸収された水分子は、印加された交流電圧の極性変化に応じて回転し振動するため、隣に存在する水分子と互いに摩擦し合って発熱する。この摩擦熱により、第一触媒装置５内の水分量が減り、その結果、第一触媒装置５の内部で、加水分解が促進されてアンモニアが生成される。このように、本排気浄化システムＳによれば、アンモニアの生成効率を向上させることが出来る。
【００４７】
＜２−４．付記＞
上記説明では、電極対９は、静電容量検出および交流電圧印加のために兼用されていた。しかし、兼用の電極対９に代えて、排気浄化システムＳは、静電容量検出用の第一電極対と、交流電圧印加用の第二電極対と、第一触媒装置５に備えていても良い。
【００４８】
また、上記説明において、ステップＳ００５でＹＥＳと判断された場合、噴射器３による尿素水の噴射は停止されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本開示の排気浄化システム、排気浄化装置および制御装置は、アンモニアの生成効率を向上させることが出来、車載用途等に好適である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｓ  排気浄化システム
Ｄ  排気浄化装置
１  排気流路
５  第一触媒装置
７  第二触媒装置
９  電極対
１１  測定部
１３  交流電源部
１９  制御装置
【図１】
2018105127.tif 000004
【図２】
2018105127.tif 000005