(57)【要約】【課題】  還元剤としての尿素を大気中に放出させることなく、ＮＯXを浄化することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供する。【解決手段】  酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含み、内燃機関の排気通路中に備えられて内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための内燃機関の排気浄化装置及びそれを用いた排気浄化方法であって、排気浄化装置は、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定するための測定手段と、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定するための設定手段と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含み、内燃機関の排気通路中に備えられて前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定するための測定手段と、
前記ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、前記ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定するための設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記酸化触媒の上流側及び下流側に配置された二つのＮＯXセンサと、あらかじめ算出した前記ＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、前記二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化触媒の上流側に配置されたＮＯXセンサを、前記内燃機関の排出口の近傍に備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記測定手段は、前記酸化触媒の下流側に配置された、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサと、あらかじめ算出した前記二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、前記二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する演算手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態を検知するための検出手段をさらに備えるとともに、当該検出手段で検知された内燃機関の運転状態にさらに考慮して、前記ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含む排気浄化装置を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法において、
前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定し、前記ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、前記ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項７】
前記酸化触媒の上流側及び下流側における前記排気ガス中のＮＯX濃度を、ＮＯXセンサを用いてそれぞれ測定するとともに、あらかじめ算出した前記ＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定された前記それぞれのＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項８】
前記酸化触媒の上流側においては、前記内燃機関の排出口近傍で、前記ＮＯX濃度を測定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項９】
前記酸化触媒の下流側において、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサを用いて排気ガス中のＮＯX濃度を測定するとともに、あらかじめ算出した前記二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定された前記二つのＮＯX濃度の値から、前記ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項１０】
前記内燃機関の運転状態を検知するとともに、当該運転状態にさらに対応させて、前記ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。特に、酸化触媒及びＳＣＲ触媒を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を促す黒煙微粒子（以下、ＰＭと称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯXと称する）等が含まれている。そのために、内燃機関の排気浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）やＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction）等を設けて、排気ガスを浄化する対策がとられている。
例えば、後処理装置としてＳＣＲ触媒を備えた場合には、排気ガス中のＮＯやＮＯ2を触媒に吸着させるとともに、尿素等のＮＯX還元剤を噴射して還元反応させ、窒素と水とに分解して排出している。
【０００３】
かかる後処理装置を備えた排気浄化装置として、図１１に示すように、酸化触媒３２６と、ＮＯX触媒が担持されたＤＰＦ３２４とを含む排気浄化装置が開示されている。より具体的には、ＤＰＦ３２４にはＮＯX触媒が担持されており、排気通路のうち酸化触媒３２６の上流の部分と、当該酸化触媒３２６の下流、かつＤＰＦ３２４の上流の部分とがバイパス通路３３０で接続されており、バイパス通路３３０にはＮＯX還元剤を供給する還元剤供給手段３３４が設けられ、バイパス通路３３０の酸化触媒３２６の上流の分岐部には、酸化触媒３２６の温度に応じて排気の酸化触媒３２６側への流通と、バイパス通路３３０への流通とを切り換える切換弁３３２が設けられた排気浄化装置である（特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＳＣＲ触媒を用いた排気浄化方法において、ＳＣＲ触媒へ流入する排気ガスのＮＯとＮＯ2との比に基づいて、噴射する還元材料量を算出する排気浄化方法が提案されている。より具体的には、ＮＯ2に対するＮＯXセンサの感度をもとに、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯXの総量及びＮＯとＮＯ2との比率を求め、当該ＮＯとＮＯ2をすべて還元させ得る尿素の必要質量流量を化学量論的に算出し、噴射する排気エミッション制御システムが開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１３７３０号公報  （特許請求の範囲  図１）
【特許文献２】特開２００４−１００６９９号公報  （段落００３０〜００３１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された排気浄化装置に備えられた切換弁は、酸化触媒側へ排気ガスを流通させる際にはバイパス通路側を遮断し、バイパス通路側へ排気ガスを流通させる際には酸化触媒側を遮断する切換弁であるために、ＮＯX触媒が担持されたＤＰＦに流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を、きめ細かく制御することができないものであった。すなわち、排気ガスの温度や内燃機関の運転状態等によって、排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率が異なるにもかかわらず、その比率を考慮することなく、ＮＯX触媒に流入させる構成であった。したがって、ＮＯX触媒におけるＮＯX浄化率を最大値に近づけるように、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を制御して、ＮＯ及びＮＯ2を、ＮＯX還元剤によって効率的に還元させることができないという問題があった。
【０００６】
また、かかる排気浄化装置は、後処理装置として、ＮＯX触媒担持型のＤＰＦを備えることを必須とし、排気ガス中に含まれるＰＭとＮＯXとを同時に除去することを目的としているものであった。したがって、排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率をきめ細かく制御することは困難であるために、排気ガス中のＮＯXの浄化率を必ずしも高くできない場合があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の制御システムは、ＮＯXをすべて還元させるべく、化学量論的に算出される必要な尿素量を噴射する構成であるため、実際のＮＯXの浄化に適用した場合には、噴射した還元剤としての尿素の一部が使用されず、アンモニアとして大気中に放出されるおそれがある。また、ＳＣＲ触媒の劣化によっても、還元剤としての尿素の一部が使用されずに、アンモニアとして大気中に放出されるおそれがある。
【０００８】
さらに、ＮＯとＮＯ2との比率を測定するために、実験的には、ＮＯX濃度の分析装置を用いることもできるが、この分析装置は、一般的に、大型かつ高価であるため、乗用車や大型車に搭載することが困難であり、測定結果をリアルタイムで還元剤の噴射量に反映させることが困難であった。
【０００９】
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2の濃度を算出し、いずれか低い方の濃度に対応させて還元剤を噴射することにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、小型かつ安価な構成で、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を精度良く測定し、還元剤としての尿素を大気中に放出させることなく、ＮＯXを浄化することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含み、内燃機関の排気通路中に備えられて内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための内燃機関の排気浄化装置であって、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定するための測定手段と、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定するための設定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、測定手段は、酸化触媒の上流側及び下流側に配置された二つのＮＯXセンサと、あらかじめ算出したＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する演算手段と、を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、酸化触媒の上流側に配置されたＮＯXセンサを、内燃機関の排出口の近傍に備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、測定手段は、酸化触媒の下流側に配置された、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサと、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する演算手段と、を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、内燃機関の運転状態を検知するための検出手段をさらに備えるとともに、当該検出手段で検知された内燃機関の運転状態にさらに考慮して、ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の別の態様は、酸化触媒及び当該酸化触媒の下流側に配置されたＳＣＲ触媒を含む排気浄化装置を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯXを浄化する内燃機関の排気浄化方法であって、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定し、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法である。
【００１６】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、酸化触媒の上流側及び下流側における排気ガス中のＮＯX濃度を、ＮＯXセンサを用いてそれぞれ測定するとともに、あらかじめ算出したＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定されたそれぞれのＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、酸化触媒の上流側においては、内燃機関の排出口近傍で、ＮＯX濃度を測定することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、酸化触媒の下流側において、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサを用いて排気ガス中のＮＯX濃度を測定するとともに、あらかじめ算出した二つのＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、測定された二つのＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定することが好ましい。
【００１９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、内燃機関の運転状態を検知するとともに、当該運転状態にさらに対応させて、ＳＣＲ触媒における還元剤噴射量を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中に含まれるＮＯ又はＮＯ2のうち、濃度が低い方の値に対応させて、還元剤噴射量を設定する設定手段を備えることにより、還元剤が未反応のままアンモニアとして大気中に放出されることを防止することができる。したがって、大気汚染等の環境汚染を抑止することができる。
また、酸化触媒の上流側及び下流側、あるいは下流側のみに、あらかじめ感度を求めた二つのＮＯXセンサを備える構成であれば、比較的簡易な構成で、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2の濃度を精度良く算出することができる。したがって、還元反応に確実に利用される還元剤量を容易に決定でき、ＮＯXの還元効率を著しく低下させることなく、還元剤が未反応のままアンモニアとして大気中に放出されることを防止することができる。また、比較的簡易な構成であることから、装置の大型化を防ぎつつ、生産コストの上昇を防ぐこともできる。
【００２１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中に含まれるＮＯ又はＮＯ2のうち、濃度が低い方の値に対応させて、還元剤を噴射することにより、還元剤が未反応のままアンモニアとして大気中に放出されることを防止することができる。したがって、大気汚染等の環境汚染の拡大を抑止することができる。
また、あらかじめ算出したＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサで測定した値から、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2の濃度を算出するように実施することにより、当該ＮＯ及びＮＯ2の濃度を精度良くかつ容易に算出することができる。したがって、確実に還元反応に利用される量の還元剤を噴射させて、ＮＯXの還元効率を著しく低下させることなく、未反応の還元剤を大気中に放出することを抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法の実施の形態について詳細に説明する。ただし、かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
【００２３】
本発明の実施の形態は、図１や図２に示すように、酸化触媒１１及び当該酸化触媒１１の下流側に配置されたＳＣＲ触媒１３を含み、内燃機関５０の排気通路２０中に備えられて内燃機関５０から排出される排気ガスを浄化するための内燃機関の排気浄化装置１０、３０及び当該排気浄化装置を用いた排気浄化方法である。
そして、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定するための測定手段１９と、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、ＳＣＲ触媒１３における還元剤噴射量を設定するための設定手段２３と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置１０、３０、及びそのような排気浄化装置を用いた排気浄化方法である。
【００２４】
１．排気浄化装置
（１）内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関５０としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化装置の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、図１や図２中に示される、内燃機関の運転状態検出手段５３は、内燃機関５１の回転数や、燃焼温度、燃料噴射タイミング等を検知する手段であって、当該検出結果をも考慮して、後述する還元剤噴射量を制御できるように構成してあることが好ましい。このような運転状態検出手段を備えることにより、後述する測定手段によって算出された、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の値の信頼性を高めることができるためである。
また、本発明を実施することにより、排気ガス中のＮＯXを効率的に浄化することができるが、内燃機関における、燃料の噴射タイミングを遅らせるように制御するなどして、排気ガスに含まれるＮＯX以外のＰＭ等の含有量を効果的に減少させることができる。
【００２５】
（２）排気通路
また、排気通路２０は、内燃機関の排気口に接続されており、その途中に、酸化触媒１１やＳＣＲ触媒１３が配設される。かかる排気通路２０の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路２０であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
【００２６】
（３）酸化触媒
内燃機関５０から排出された排気ガスの排気通路２０中に配置される酸化触媒１１は、特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに、所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。
【００２７】
（４）ＳＣＲ触媒
また、ＳＣＲ触媒１３は、酸化触媒１１の下流側に配置され、排気ガスに含まれるＮＯXを、還元剤としての尿素等を用いて浄化するためのＮＯX触媒を含む排気浄化手段である。すなわち、排気ガス中に含まれるＮＯやＮＯ2を触媒に吸着させるとともに、当該ＮＯやＮＯ2に対して尿素等の還元剤を噴射して、窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）とに分解して排出する。
かかるＳＣＲ触媒１３に使用されるＮＯX触媒についても特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウム又はバリウム、及びマグネシウム等のアルカリ土類金属や、セリウムとランタン等の希土類金属、白金とロジウム等の貴金属等を含むものを用いることができる。
また、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯやＮＯ2に対して噴射される還元剤としての尿素についても特に制限されるものではなく、主として、尿素水、尿素粉末、アンモニアガス、アンモニウム塩等を好適に使用することができる。
さらに、これらの尿素を、上述のＮＯX触媒に対して噴射する際の噴射手段についても、インジェクタをはじめとして、公知のものを使用することができる。
【００２８】
（５）測定手段
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置１０、３０は、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定するための測定手段１９を備えている。
かかる測定手段は、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を測定できるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、以下のような測定手段１、測定手段２とすることができる。
いずれの測定手段であっても、ＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を分析する装置としては、比較的簡易な構成であるために、排気浄化装置の大型化を防ぐことができるとともに、生産コストの上昇を抑えることができる。
【００２９】
（５）−１  測定手段１
一例として示す測定手段１は、図１に示すように、酸化触媒１１の上流側に配置された第１のＮＯXセンサ１７ａと、酸化触媒１１の下流側に配置された第２のＮＯXセンサ１７ｂと、あらかじめ算出したＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂにおけるＮＯ2の感度をもとに、第１のＮＯXセンサ１７ａ及び第２のＮＯXセンサ１７ｂによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する演算手段２２とを備えている。
【００３０】
この測定手段１に用いられるＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂとしては、特に制限されるものではなく、公知のものを好適に使用することができる。
例えば、ＮＯXセンサは、ジルコニア固体電解質の積層構造体からなり、図３に示すように、二つの内部空間８１、８２と三つの酸素ポンプ８５、８６、８７とから構成される。一つ目の空間８１には、酸素ポンプ８５としての一対の電極８３、８８を備え、この電極間に所定の電圧を印加することにより、酸素を空間内から汲み出したり、汲み入れたりして、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ、Ｈ2を燃焼させ、一定の酸素レベルに保持する。また、その先の二つ目の空間８２には、酸素ポンプ８６としての一対の電極８３、８９と、ＮＯX濃度を測定するための測定ポンプ８７が配置され、さらに排気ガス中の酸素を汲み出すとともに、ＮＯXをＯ2とＮ2とに分解してそのＯ2分圧を検出する。そして、検出された値と、一つ目の空間８１の余剰Ｏ2分の補正から、排気ガス中のＮＯX量に比例した出力信号を取り出すことにより、ＮＯX量を測定することができる。
また、このようなＮＯXセンサ１７においては、内部にヒータ９３を設けて活性化させて、酸素の汲み出し、汲み入れを効率化させることもできる。ＮＯXセンサは、例えば、ヒータ９３により８００℃程度に加熱されるようになっている。
【００３１】
ただし、かかるＮＯXセンサは、通常、ＮＯの濃度を精度良く検出できるように設定されており、ＮＯ2の感度が比較的低くなっている。そこで、本発明の排気浄化装置に用いられるＮＯXセンサについては、このＮＯXセンサに対するＮＯ2の感度をあらかじめ求めておくことが必要である。
すなわち、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサで測定されるＮＯX量から、演算手段によってＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度とＮＯ2濃度とを算出するためである。
【００３２】
ここで、図４〜図５を参照して、ジルコニア固体電解質の積層構造体からなるＮＯXセンサにおけるＮＯの感度及びＮＯ2の感度について説明する。
図４は、ＮＯXセンサを備えた実験装置内に、所定割合で混合したＮＯとＮＯ2を導入した場合における、ＮＯXセンサによる計測値を示すデータである。横軸に、導入したＮＯX（ＮＯとＮＯ2）の濃度を示し、縦軸に、ＮＯXセンサで測定された計測値を示している。
この図４に示すように、導入したＮＯXのうち、ＮＯ2の比率が高くなればなるほど、ＮＯXセンサで測定される計測値が、実際の導入量よりも低くなっていることが理解できる。これは、すなわち、ＮＯXセンサに対するＮＯ2の感度が低いことを示している。
【００３３】
また、図５は、ＮＯXセンサを備えた実験装置内に、ある所定濃度のＮＯ又はＮＯ2のいずれか一方をそれぞれ導入した場合における、ＮＯXセンサによる計測値を示すデータである。横軸に、実際に実験装置内に導入したＮＯあるいはＮＯ2の濃度を示し、縦軸に、ＮＯXセンサで測定された計測値を示している。また、図中の実線ＡはＮＯのデータを表し、破線ＢはＮＯ2のデータを表し、点線ＣはＮＯ2のデータの近似線を表している。
この図５に示すように、実験に使用したＮＯXセンサは、ＮＯに対しては１００％に近い感度を示す一方、ＮＯ2に対しては、近似線Ｃで示されるように、６８％の感度しか示していないことが理解される。
【００３４】
以上のように、使用するセンサにおけるＮＯ2の感度を、あらかじめ実験等によって求めておくことができる。なお、ＮＯ2の感度はセンサの種類等によって変化するものである。
【００３５】
上述の測定手段１の構成の場合、酸化触媒１１の上流側に配置される第１のＮＯXセンサ１７ａについては、内燃機関５０の排出口の近傍に備えることが好ましい。
この理由は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯが排気ガス中のＯ2と反応してＮＯ2となる前に測定することにより、酸化触媒上流側でのＮＯXセンサによる測定値をＮＯの濃度と一致させることができ、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2それぞれの濃度の算出が容易になるためである。
ただし、一般的な排気ガスの流速及び排気通路の長さと、ＮＯからＮＯ2への酸化反応速度とを考慮すると、内燃機関から排出された排気ガスが酸化触媒に到達するまでに、含まれるＮＯがＮＯ2へと酸化される割合は、極めて低いと考えられる。したがって、内燃機関の排出口の近傍にＮＯXセンサを配置することは必須ではないが、ＮＯ2への酸化反応の可能性を限りなくゼロに近付ける意味で好適な態様である。
【００３６】
一方、酸化触媒１１の下流側に配置される第２のＮＯXセンサ１７ｂについても、できるだけ上流側、すなわち、ＳＣＲ触媒１３よりも酸化触媒１１に近い位置に配置することが好ましい。
この理由は、ＳＣＲ触媒は酸化触媒と比較して高温になるために、ＳＣＲ触媒に近い位置に配置した場合には、熱によって破損する場合があるためである。
【００３７】
また、測定手段１に備えられる演算手段２２は、上述した二つのＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂによって測定されたＮＯX濃度から、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯの濃度とＮＯ2の濃度とを算出する演算手段２２である。
測定手段１による具体的な演算方法については、後述する排気浄化方法１の中で、詳細に説明する。
【００３８】
（５）−２  測定手段２
また、別の例としての測定手段Ｂは、図２に示すように、酸化触媒１１の下流側に配置された、ＮＯ2の感度がそれぞれ異なる二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄと、あらかじめ算出したＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄにおけるＮＯ2の感度をもとに、二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄによって測定されたＮＯX濃度の値から、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する演算手段２２´とを備えている。
【００３９】
この測定手段２に用いられるＮＯXセンサについても、特に制限されるものではなく、上述した構成のＮＯXセンサをはじめとして、公知のものを好適に使用することができる。ただし、測定手段２に備える二つのＮＯXセンサは、それぞれＮＯ2の感度が異なるセンサが使用される。
また、二つのＮＯXセンサは、上述した理由と同様に、熱損傷を防止する観点から、酸化触媒とＳＣＲ触媒の間の、できるだけ上流側に配置されることが好ましい。
【００４０】
また、測定手段２に備えられる演算手段２２´は、上述した二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄによって測定されたＮＯX濃度から、あらかじめ求めた二つのセンサ１７ｃ、１７ｄのＮＯ2の感度をもとに、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯの濃度とＮＯ2の濃度とを算出する演算手段２２´である。
測定手段２による具体的な演算方法については、後述する排気浄化方法２の中で、詳細に説明する。
【００４１】
（６）設定手段
また、図１や図２に示すように、本発明の排気浄化装置１０、３０には、上述の測定手段１９によって測定された、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち低い方の濃度の値に対応させて、ＳＣＲ触媒１３における還元剤噴射量を設定するための設定手段２３を備えている。すなわち、噴射した還元剤が還元反応に確実に使用されるだけの最低限の量を噴射するように、噴射量を設定することにより、未反応の還元剤がアンモニアとして大気中に放出され、ＮＯXが放出される以上の環境汚染につながることを防止するためである。
具体的な設定方法については、後述する排気浄化方法１の中で詳細に説明する。
【００４２】
（７）温度センサ
また、排気通路の途中に、排気ガスの温度を測定するための温度センサを備えることも好ましい。
この理由は、かかる温度センサによって測定される排気ガスの温度をもとに、酸化触媒におけるＮＯからＮＯ2への酸化反応率が推定でき、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯとＮＯ2との比率を予測することができるためである。したがって、上述した測定手段によって算出されるＮＯ濃度とＮＯ2濃度の値の信頼性を高めることができる。
かかる温度センサは、酸化触媒中に備えられることが最も好ましい態様であるが、現実には、酸化触媒中に温度センサを備えることは困難であるために、酸化触媒の入口及び出口、あるいはいずれか一方に備えることが好ましい。
【００４３】
２．排気浄化方法
次に、図６〜図１０を参照して、上述した内燃機関の排気浄化装置を用いた排気浄化方法について説明する。
【００４４】
（１）排気浄化方法１
図６は、上述した測定手段１（図１に示す構成）を備えた排気浄化装置１０を用いて行われる排気浄化方法１のフローを示している。
まず、準備段階として、排気浄化装置１０における酸化触媒１１の上流側及び下流側にそれぞれ配置する、第１のＮＯXセンサ１７ａ及び第２のＮＯXセンサ１７ｂにおけるＮＯ2の感度を求めておく（Ｓ1１）。具体的な方法については、上述した例示のとおりである。
なお、測定手段１に用いられる第１のＮＯXセンサ１７ａ及び第２のＮＯXセンサ１７ｂは、それぞれＮＯ2の感度が異なるものであってもよく、また、同種のＮＯXセンサであって、ＮＯ2の感度がほぼ一致するものであっても構わない。ここで重要なのは、第２のＮＯXセンサ１７ｂにおけるＮＯ2の感度である。すなわち、後述するように、酸化触媒１１の上流側では、ＮＯ2濃度がほぼゼロであると考えられるため、第１のＮＯXセンサ１７ａにおけるＮＯ2の感度によって、演算精度に影響を受けることが少ないためである。
【００４５】
次いで、酸化触媒１１の上流側に配置された第１のＮＯXセンサ１７ａ及び酸化触媒１１の下流側に配置された第２のＮＯXセンサ１７ｂを用いて、それぞれの箇所における排気ガスのＮＯX濃度を測定する（Ｓ1２）。
【００４６】
次いで、第１及び第２のＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂで測定されたそれぞれのＮＯX濃度と、あらかじめ求めたＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度をもとに、演算手段２２によって、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する（Ｓ1３）。具体的な演算例は、以下のとおりである。
【００４７】
図７に示すように、酸化触媒１１上流側の第１のＮＯXセンサ１７ａによって測定されたＮＯX濃度をＡ、酸化触媒１１下流側の第２のＮＯXセンサ１７ｂによって測定されたＮＯX濃度をＢ、酸化触媒１１上流側の測定位置における排気ガス中のＮＯの濃度をａ１、ＮＯ2の濃度をｂ1、酸化触媒１１下流側の測定位置における排気ガス中のＮＯの濃度をａ2、ＮＯ2の濃度をｂ2、ＮＯXセンサ１７ａ、１７ｂにおけるＮＯ2の感度をＫ（０＜Ｋ≦１）とする。
そうすると、酸化触媒１１上流側におけるＮＯX濃度ＡはＡ＝ａ1＋Ｋ・ｂ1、酸化触媒１１下流側におけるＮＯX濃度ＢはＢ＝ａ2＋Ｋ・ｂ2と表すことができる。また、酸化触媒１１でのＮＯからＮＯ2への酸化反応は、反応式２ＮＯ＋Ｏ2＝２ＮＯ2で表され、ＮＯから生成されるＮＯ2の比率が１：１であるために、ｂ2−ｂ1＝ａ1−ａ2となる。ここで、上述したように、酸化触媒１１上流側においてはＮＯ2濃度ｂ1がゼロであることを考慮すると、ｂ2＝ａ1−ａ2となる。
【００４８】
これらの関係から、
Ａ−Ｂ＝（ａ1−ａ2）＋Ｋ・（ｂ1−ｂ2）
＝ｂ2−Ｋ・ｂ2
＝（１−Ｋ）・ｂ2
となる。したがって、あらかじめＮＯXセンサにおけるＮＯ2の感度Ｋが求められていることから、酸化触媒の下流側における排気ガス中に含まれるＮＯ2濃度ｂ2、ＮＯ濃度ａ2の値を、
ｂ2＝（Ａ−Ｂ）／（１−Ｋ）
ａ2＝Ｂ−Ｋ・ｂ2
として算出することができる。
【００４９】
ここで、上述した演算方法によって算出されるＮＯ2の値の精度について説明する。
図８は、ＮＯXセンサを配置した実験装置内に、ＮＯ2濃度を異ならせた二種類のＮＯX（ＮＯとＮＯ2）を含むガスを導入した場合における、それぞれの測定値とＮＯ2感度とをもとに上述した演算方法によって算出されるＮＯ2濃度の差と、二種類のＮＯXを含むガスの実際のＮＯ2濃度の差とを比較したグラフを示している。図８中、実線は実際のＮＯ2濃度の差を示しており、それぞれの点は上述した演算手段によって算出されたＮＯ2濃度の差の値を示している。
この図８に示すように、上述した演算手段によって算出されたＮＯ2濃度の差の値は、実際に異ならせたＮＯ2濃度の差とほぼ一致することが理解される。
【００５０】
以上のように、測定手段１を用いることにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を、タイムリーかつ直接的に、精度良く測定することができる。
【００５１】
次いで、算出されたＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち、低い方の濃度の値に対応させた噴射量で、ＳＣＲ触媒１３において還元剤を噴射する（Ｓ1４）。
より具体的には、ＳＣＲ触媒１３における還元剤を用いたＮＯXの還元反応は、以下の三式で表される。
４ＮＨ3＋４ＮＯ＋Ｏ2＝４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ  …（１）
２ＮＨ3＋ＮＯ＋ＮＯ2＝２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ  …（２）
４ＮＨ3＋２ＮＯ＋Ｏ2＝３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ  …（３）
それぞれの反応における反応速度は、式（２）で表される反応速度が最も速く、次いで、式（１）で表される反応速度が速く、逆に、式（３）で表される反応速度は比較的遅いことが知られている。したがって、理想的には、ＮＯ濃度とＮＯ2濃度との比率を１：１にすることにより、ＳＣＲ触媒における還元効率を最も効率化することができる。
【００５２】
ただし、排気ガス温度が比較的高い状態にある場合には、ＳＣＲ触媒が活性状態におかれることなどからいずれの反応も迅速に行われるため、還元剤の噴射量が過度に多くならない限り、還元剤が未反応のまま放出されることはない。
一方、排気ガス温度が低い状態にある場合には、反応式（１）や（３）で表される反応が起こりにくくなり、反応式（２）で表される反応が支配的になる。この反応式（２）は、ＮＯとＮＯ2との比率が１：１で成り立つために、いずれか低い方の濃度に対応して、反応が律束されることとなる。したがって、ＮＯXセンサで測定されるＮＯX（ＮＯ＋ＮＯ2）の当量比で還元剤を噴射すると、一部の還元剤が反応せず、そのままアンモニアとして大気中に放出されてしまう。このアンモニアは、ＮＯXに比べても著しく毒性が高いものであるため、環境汚染への影響が大きい。
そこで、本発明においては、上述した測定手段によって算出されたＮＯ濃度とＮＯ2濃度のうちいずれか低い方の濃度の値に対応させて還元剤を噴射することにより、未反応の還元剤が残って、そのままアンモニアとして大気中に放出されることを防止することができる。
【００５３】
以上のようにして、ＮＯXの還元反応に用いられる還元剤を未反応のまま放出させることなく、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元除去することができる。
【００５４】
（２）排気浄化方法２
図９は、上述した測定手段２（図２の構成）を備えた排気浄化装置３０を用いて行われる排気浄化方法２のフローを示している。
準備段階（Ｓ2１）として、配置する二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄにおけるＮＯ2の感度を求めておく点については、上述した排気浄化方法１と同様である。ただし、測定手段２においては、測定手段１とは異なり、ともに酸化触媒１１の下流側に配置される二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄは、それぞれＮＯ2の感度が異なるものを使用する。
【００５５】
次いで、酸化触媒１１の下流側に配置された二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄを用いて、それぞれ排気ガスのＮＯX濃度を測定する（Ｓ2２）。このとき、所定濃度のＮＯXを含む排気ガスを測定しているものの、ＮＯ2の感度が異なるために、二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄによって測定されるＮＯX濃度は異なっている。
【００５６】
次いで、二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄで測定されたそれぞれのＮＯX濃度と、あらかじめ求めたＮＯ2の感度をもとに、演算手段２２´によって、ＳＣＲ触媒１３に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を算出する（Ｓ2３）。具体的な演算例としては、以下のとおりである。
【００５７】
図１０に示すように、ともに酸化触媒１１の下流側に配置された二つのＮＯXセンサ１７ｃ、１７ｄのうちの一方のＮＯXセンサ１７ｃによって測定されたＮＯX濃度をＸ、他方のＮＯXセンサ１７ｄによって測定されたＮＯX濃度をＹ、測定位置における排気ガス中のＮＯの濃度をａ、ＮＯ2の濃度をｂ、ＮＯXセンサ１７ｃにおけるＮＯ2の感度をＰ1（０＜Ｐ1≦１）、ＮＯXセンサ１７ｄにおけるＮＯ2の感度をＰ2（０＜Ｐ2≦１）とする。
そうすると、ＮＯXセンサ１７ｃで測定されるＮＯX濃度ＸはＸ＝ａ＋Ｐ1・ｂ、ＮＯXセンサ１７ｄで測定されるＮＯX濃度ＹはＹ＝ａ＋Ｐ2・ｂと表すことができる。
これらの関係から、Ｘ−Ｙ＝（Ｐ1−Ｐ2）ｂであり、すなわち、ＮＯ2濃度ｂ、ＮＯ濃度ａをそれぞれ、
ｂ＝（Ｘ−Ｙ）／（Ｐ1−Ｐ2）
ａ＝Ｘ−Ｐ1・ｂ＝Ｙ−Ｐ2・ｂ
として算出することができる。
【００５８】
次いで、排気浄化方法１と同様に、算出されたＮＯ濃度及びＮＯ2濃度のうち、低い方の値に対応させた噴射量で、ＳＣＲ触媒１３において還元剤を噴射する（Ｓ2４）。
以上のようにして、ＮＯXの還元反応に用いられる還元剤を未反応のまま放出させることなく、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元除去することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、比較的簡易な構成で、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス中のＮＯ濃度及びＮＯ2濃度を精度良く算出することができるようになった。したがって、内燃機関の排気浄化装置に限られず、ＮＯX成分の分析が必要な装置等に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の排気浄化装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の排気浄化装置の別の例を示す図である。
【図３】ＮＯXセンサの構成例を示す図である。
【図４】ＮＯXセンサにおけるＮＯとＮＯ2の感度の違いを説明するために供する図である（その１）。
【図５】ＮＯXセンサにおけるＮＯとＮＯ2の感度の違いを説明するために供する図である（その２）。
【図６】本発明の排気浄化方法の一例を示すフローである。
【図７】ＮＯ濃度とＮＯ2濃度の算出方法を説明するために供する図である。
【図８】演算方法によるＮＯ2濃度の精度について説明するために供する図である。
【図９】本発明の排気浄化方法の別の例を示すフローである。
【図１０】ＮＯ濃度とＮＯ2濃度の別の算出方法を説明するために供する図である。
【図１１】従来の排気浄化装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０：排気浄化装置、１１：酸化触媒、１３：ＳＣＲ触媒、１７ａ・１７ｂ・１７ｃ・１７ｄ：ＮＯXセンサ、１９：測定手段、２０：排気通路、２２：演算手段、２３：設定手段、３０：排気浄化装置、５０：内燃機関、５３：運転状態検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007100508.tif 000012
【図１１】
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