(57)【要約】【課題】脱硝触媒における還元効率を向上し、かつ、ＮＯｘセンサの小型化を図るとともに、ＮＯｘセンサにおいて精度よくＮＯｘを検出する。【解決手段】脱硝装置２００は、エンジン１１２から送出された排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒２２０と、脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部２１８と、オゾンを生成して、脱硝触媒における窒素酸化物の還元効率を向上させるために脱硝触媒の上流側にオゾンを導入するオゾン導入部２１６と、エンジンから送出された排気ガスの一部を抽出し、オゾン導入部が生成したオゾンを用いて、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサ２３０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから送出された排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒と、
前記脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部と、
オゾンを生成し、前記脱硝触媒における窒素酸化物の還元効率を向上させるために前記脱硝触媒の上流側に該オゾンを導入するオゾン導入部と、
前記エンジンから送出された排気ガスの一部を抽出し、前記オゾン導入部が生成したオゾンを用いて、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサと、
を備えたことを特徴とする脱硝装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘセンサにおいて濃度が測定された後の排気ガスを前記脱硝触媒の上流側に導入する測定後ガス導入部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
【請求項３】
前記還元剤導入部は、前記測定後ガス導入部として機能し、前記ＮＯｘセンサにおいて濃度が測定された後の排気ガスで、前記脱硝触媒の上流側に還元剤を圧送することを特徴とする請求項２に記載の脱硝装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘセンサは、前記オゾン導入部によってオゾンが導入された後の排気ガスであって、前記脱硝触媒の上流側の排気ガスの一部を抽出し、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定し、
前記ＮＯｘセンサによって測定された窒素酸化物の濃度に基づいて、前記オゾン導入部が導入するオゾンの量を制御するオゾン調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脱硝装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘセンサは、前記オゾン導入部によってオゾンが導入される前の排気ガスの一部を抽出し、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の脱硝装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘセンサは、測定対象とする排気ガスの抽出先を、前記オゾン導入部によってオゾンが導入される箇所と前記脱硝触媒の上流側との間と、前記オゾン導入部によってオゾンが導入される箇所の上流側とで切り換えることを特徴とする請求項５に記載の脱硝装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘセンサは、前記脱硝触媒の下流側の排気ガスの一部を抽出し、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定し、
前記ＮＯｘセンサによって測定された窒素酸化物の濃度に基づいて、前記還元剤導入部が導入する還元剤の量を調整する還元剤調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のエンジンにおいて、ガソリンや、軽油、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の燃料を燃焼させると、その結果生じる排気ガスには、粒子状物質（ＰＭ: Particulate Matter）や窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれることとなる。このようなＰＭやＮＯｘは、有害物質であるため、「自動車から排出される窒素酸化物及び粒子状物質の特定地域における総量の削減等に関する特別措置法」等において、排出量が規制されている。
【０００３】
そこで、排気ガスからＰＭを除去する技術として、排気ガス配管にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を備えておき、ＤＰＦにおいて排気ガスに含まれるＰＭを除去する技術が普及している。また、ＤＰＦにおけるＰＭの分解効率を向上させるために、排気ガス配管におけるＤＰＦの上流側にオゾンを導入する技術も開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
一方、排気ガスからＮＯｘを除去する技術として、エンジンから排出された排気ガスが通過する排気ガス配管にＮＯｘの還元を促進する脱硝触媒を備えておき、脱硝触媒の上流側にＮＯｘを還元するための還元剤（例えば、アンモニアや、還元剤の前駆体としての尿素水）を導入して脱硝触媒でＮＯｘを還元する技術（選択式触媒還元（Selective Catalytic Reduction））が普及している。
【０００５】
このような脱硝触媒において効率よくＮＯｘの還元を行うために、脱硝触媒の上流側と下流側に、排気ガス中のＮＯｘを測定するＮＯｘセンサを備える技術が開示されている（例えば、特許文献２）。ＮＯｘセンサとしては、例えば、化学発光（ＣＬＤ：Chemi-Luminecent Detector）式ＮＯｘセンサや、安定化ジルコニア固体電解質ＮＯｘセンサ（例えば、特許文献３）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２０９８５４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５１１２号公報
【特許文献３】特開２００７−  ５１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したＣＬＤ式ＮＯｘセンサは、ＮＯｘの濃度を高精度に検出することができるものの、占有体積が大きく、自動車に搭載するのは困難である。
【０００８】
一方、安定化ジルコニア固体電解質ＮＯｘセンサは、ＣＬＤ式ＮＯｘセンサと比較して小型であるため自動車に搭載可能である。しかし、安定化ジルコニア固体電解質ＮＯｘセンサは、ＣＬＤ方式ＮＯｘセンサと比較して、ＮＯｘの検出精度が劣る。具体的に説明すると、安定化ジルコニア固体電解質ＮＯｘセンサは、ＮＯｘをＯ２（酸素）とＮ２（窒素）に分解した後、Ｏ２の分圧を測定することで、ＮＯｘの濃度を導出するため、高地等の気圧の低いところで測定する場合と、低地等の気圧の高いところで測定する場合とで、ＮＯｘの濃度に１０％〜２０％程度の差が生じ、正確なＮＯｘの濃度を導出することができない。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み、脱硝触媒における還元効率を向上し、かつ、ＮＯｘセンサの小型化を図るとともに、ＮＯｘセンサにおいて精度よくＮＯｘを検出することが可能な脱硝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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の脱硝装置は、エンジンから送出された排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒と、脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部と、オゾンを生成し、脱硝触媒における窒素酸化物の還元効率を向上させるために脱硝触媒の上流側にオゾンを導入するオゾン導入部と、エンジンから送出された排気ガスの一部を抽出し、オゾン導入部が生成したオゾンを用いて、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記ＮＯｘセンサにおいて濃度が測定された後の排気ガスを脱硝触媒の上流側に導入する測定後ガス導入部を備えるとしてもよい。
【００１２】
上記還元剤導入部は、測定後ガス導入部として機能し、ＮＯｘセンサにおいて濃度が測定された後の排気ガスで、脱硝触媒の上流側に還元剤を圧送するとしてもよい。
【００１３】
上記ＮＯｘセンサは、オゾン導入部によってオゾンが導入された後の排気ガスであって、脱硝触媒の上流側の排気ガスの一部を抽出し、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定し、ＮＯｘセンサによって測定された窒素酸化物の濃度に基づいて、オゾン導入部が導入するオゾンの量を制御するオゾン調整部をさらに備えるとしてもよい。
【００１４】
上記ＮＯｘセンサは、オゾン導入部によってオゾンが導入される前の排気ガスの一部を抽出し、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するとしてもよい。
【００１５】
上記ＮＯｘセンサは、測定対象とする排気ガスの抽出先を、オゾン導入部によってオゾンが導入される箇所と脱硝触媒の上流側との間と、オゾン導入部によってオゾンが導入される箇所の上流側とで切り換えるとしてもよい。
【００１６】
上記ＮＯｘセンサは、脱硝触媒の下流側の排気ガスの一部を抽出し、当該排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定し、ＮＯｘセンサによって測定された窒素酸化物の濃度に基づいて、還元剤導入部が導入する還元剤の量を調整する還元剤調整部をさらに備えるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、脱硝触媒における還元効率を向上し、かつ、ＮＯｘセンサの小型化を図るとともに、ＮＯｘセンサにおいて精度よくＮＯｘを検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態にかかる脱硝システムを説明するための説明図である。
【図２】第１の実施形態にかかる脱硝装置の具体的な構成を説明するための図である。
【図３】第１の実施形態にかかるＮＯｘセンサの具体的な構成を説明するための図である。
【図４】第２の実施形態にかかる脱硝システムの具体的な構成を説明するための図である。
【図５】第３の実施形態にかかる脱硝システムの具体的な構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２０】
図１は、第１の実施形態にかかる脱硝システム１００を説明するための図である。図１中、物質（燃料、空気、排気ガス、酸化剤、還元剤）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
【００２１】
図１に示すように、脱硝システム１００は、エンジンシステム１１０と、脱硝装置２００とを含んで構成される。脱硝システム１００において、エンジンシステム１１０（例えば、自動車に搭載されるディーゼルエンジンシステム）から排出された排気ガスＸは、脱硝装置２００を通過することで、ＰＭ（粒子状物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）が除去されて排気ガスＹとなり、外部へ放出される。なお、自動車に搭載されるディーゼルエンジンシステムから排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの大半をＮＯ（一酸化窒素）が占めるため、ここでは、エンジンシステム１１０から排出される排気ガスＸに含まれるＮＯｘが、ほとんどＮＯである場合について説明する。
【００２２】
（エンジンシステム１１０）
エンジンシステム１１０は、エンジン１１２と、燃料圧縮部１１４と、燃料噴射部１１６と、燃料制御部１１８と、過給機１２０と、インタークーラー１３０と、ＥＧＲクーラー１３２とを含んで構成される。
【００２３】
エンジン１１２は、例えばディーゼルエンジンであり、燃料圧縮部１１４によって圧縮され、燃料噴射部１１６によって噴射された燃料Ｆと、後述する吸気Ｎとを混合して燃焼させることで、エンジンシステム１１０が搭載される自動車の動力源となる。なお、燃料噴射部１１６は、燃料制御部１１８によって燃料の噴射量が制御されている（コモンレールシステム）。
【００２４】
過給機１２０は、タービン１２２と、タービン１２２と同軸の圧縮機（コンプレッサ）１２４とを含んで構成される。タービン１２２は、エンジン１１２の排気ポート１１２ｂから排出された排気ガスＸによって回転し、圧縮機１２４は、タービン１２２の回転を利用し、外部から導入される空気Ａや、脱硝装置２００によってＰＭやＮＯｘが除去された排気ガスＹを再び圧縮してエンジン１１２への吸気圧を高める。こうすることで、エンジン１１２の出力を向上させることができる。
【００２５】
圧縮機１２４によって圧縮された、空気Ａと排気ガスＹの混合気Ｍは、インタークーラー１３０によって冷却され、後述するＥＧＲクーラー１３２によって冷却された排気ガスＸとともに、吸気ポート１１２ａを通じてエンジン１１２に供給される。
【００２６】
ＥＧＲクーラー１３２は、エンジン１１２の排気ポート１１２ｂと、タービン１２２との間を流通する排気ガスＸを冷却する。そして、ＥＧＲクーラー１３２によって冷却された排気ガスＸは、混合気Ｍに合流し、吸気Ｎとして吸気ポート１１２ａを通じてエンジン１１２に供給される。このように、排気ポート１１２ｂから排出された排気ガスＸの一部を吸気ポート１１２ａに還流させる構成（排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation））により、ＮＯｘの排出量を低減したり、部分負荷（全負荷（最もトルクが出る負荷）のトルクを出さないこと）時の燃費を向上したりすることができる。
【００２７】
（脱硝装置２００）
図２は、第１の実施形態にかかる脱硝装置２００の具体的な構成を説明するための図である。本実施形態にかかる脱硝装置２００では、排気ガスＸに還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流に配した脱硝触媒で、排気ガスＸ中のＮＯｘの還元を促進して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。また、図２中、物質（排気ガス、酸化剤、還元剤）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
【００２８】
図２に示すように、脱硝装置２００は、昇温装置２１０と、第１の酸化触媒（ＤＯＣ１）２１２と、ダスト除去器（ＤＰＦ）２１４と、オゾン導入部２１６と、還元剤導入部２１８と、脱硝触媒２２０と、第２の酸化触媒（ＤＯＣ２）２２２と、ＮＯｘセンサ２３０と、切換弁２３２と、導入量調整部２３４とを含んで構成される。
【００２９】
昇温装置２１０は、排気ガスＸの温度を、後述する第１の酸化触媒２１２、ダスト除去器２１４、脱硝触媒２２０、第２の酸化触媒２２２の活性温度以上にするために、排気ガスＸを昇温する。なお、エンジンシステム１１０から排出された排気ガスＸの温度が、第１の酸化触媒２１２、ダスト除去器２１４、脱硝触媒２２０、第２の酸化触媒２２２の活性温度以上である場合、昇温装置２１０は、排気ガスＸの昇温を行わないとしてもよい。
【００３０】
第１の酸化触媒２１２は、ＤＯＣ（Diesel Oxidantion Catalyst）とも呼ばれ、排気ガスＸ中の酸素を酸化剤として一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）の酸化を促進して、ＣＯやＨＣを除去する。
【００３１】
ダスト除去器２１４は、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）とも呼ばれ、排気ガスＸ中のＰＭを捕集することで、排気ガスＸからＰＭを除去する。
【００３２】
オゾン導入部２１６は、オゾン（Ｏ３）を生成し、脱硝触媒２２０におけるＮＯｘの還元効率を向上させるために、脱硝触媒２２０の上流側にオゾンを導入する。そうすると、下記反応式（１）に示す反応が進行し、排気ガスＸ中のＮＯは、ＮＯ２に変換される。
３ＮＯ＋Ｏ３→３ＮＯ２      …反応式（１）
オゾン導入部２１６がオゾンを導入することによる、ＮＯｘの還元効率の向上については、後に詳述する。
【００３３】
還元剤導入部２１８は、脱硝触媒２２０の上流側に還元剤（ここでは、還元剤の前駆体として尿素水）を導入（噴霧）する。また、本実施形態において、還元剤導入部２１８は、測定後ガス導入部として機能する。かかる測定後ガス導入部としての機能については、後に詳述する。
【００３４】
脱硝触媒２２０は、バナジウム、タングステン、モリブデン等の金属またはその酸化物と酸化チタン等で構成され、排気ガスＸに含まれるＮＯｘの還元を促進する。
【００３５】
第２の酸化触媒２２２は、排気ガスＸ中の酸素を酸化剤として、脱硝触媒２２０において残留した還元剤（アンモニア）の酸化を促進して、還元剤を除去する。
【００３６】
ＮＯｘセンサ２３０は、まず、後述するオゾン導入部２１６によってオゾンが導入された後の排気ガスであって、脱硝触媒２２０の上流側の排気ガスＸＡ（本実施形態では、後述する還元剤導入部２１８によって還元剤が導入される前の排気ガス）を一部抽出する。そして、ＮＯｘセンサ２３０は、抽出した排気ガスＸＡに含まれるＮＯｘの濃度を測定する。またＮＯｘセンサ２３０は、脱硝触媒２２０の下流側（本実施形態では、第２の酸化触媒２２２の下流側）の排気ガスＹを一部抽出し、抽出した排気ガスＹに含まれるＮＯｘの濃度を測定する。ＮＯｘセンサ２３０の具体的な構成については、後に詳述する。
【００３７】
そして、ＮＯｘセンサ２３０によって濃度が測定された後の排気ガスＸＡ、Ｙは、測定後ガス導入部として機能する還元剤導入部２１８によって、脱硝触媒２２０の上流側に圧送される。具体的に説明すると、還元剤導入部２１８は、ＮＯｘセンサ２３０によって濃度が測定された後の排気ガスＸＡ、Ｙで、還元剤を圧送する。これにより、ＮＯｘセンサ２３０において濃度が測定された後の排気ガスＸＡ、Ｙ中のＮＯｘを脱硝触媒２２０において還元することができ、ＮＯｘが還元されずに外部へ排出されてしまう事態を回避することが可能となる。また、還元剤を導入するための還元剤導入部２１８を併用するため、別途の圧送装置（ポンプ）を設ける必要がなくなる。
【００３８】
切換弁２３２は、例えば、三方弁で構成され、ＮＯｘセンサ２３０に導入する排気ガスを、排気ガスＸＡと、排気ガスＹとで切り換える。
【００３９】
導入量調整部２３４は、オゾン調整部として機能し、ＮＯｘセンサ２３０によって測定された排気ガスＸＡ中のＮＯｘの濃度に基づいて、オゾン導入部２１６が導入するオゾンの量を制御する。本実施形態において導入量調整部２３４は、具体的には、排気ガスＸＡ中のＮＯとＮＯ２の濃度に基づいて、オゾン導入後のＮＯとＮＯ２との比が実質的に１：１となるようにオゾン導入部２１６が導入するオゾンの量を制御する。
【００４０】
脱硝触媒２２０において、ＮＯとＮＯ２との比が１：１である場合に、ＮＯおよびＮＯ２の還元効率が最も高い。したがって、ＮＯｘセンサ２３０および導入量調整部２３４を備える構成により、ＮＯに対するＮＯ２の比率が小さい場合に、上記反応式（１）に示すように、そのＮＯをＮＯ２にし、ＮＯとＮＯ２との比を１：１にするために必要な量のオゾンを導入することが可能となる。
【００４１】
また、導入量調整部２３４は、還元剤調整部としても機能し、ＮＯｘセンサ２３０によって測定された排気ガスＹ中のＮＯｘの濃度に基づいて、還元剤導入部２１８が導入する還元剤の量を調整する。
【００４２】
ＮＯｘセンサ２３０および導入量調整部２３４を備える構成により、ＮＯｘが多いときにそのＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水を導入することが可能となる。また、排気ガスＸ中のＮＯｘが少ないときに必要以上に尿素水を導入してしまい、脱硝触媒２２０においてＮＨ３（アンモニア）が酸化されずに、残留してしまう事態を回避することができる。
【００４３】
（ＮＯｘセンサ２３０）
図３は、第１の実施形態にかかるＮＯｘセンサ２３０の具体的な構成を説明するための図である。また、図３中、物質（排気ガス、オゾン）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。本実施形態にかかるＮＯｘセンサ２３０は、ＣＬＤ方式のＮＯｘセンサである。ＮＯ（一酸化窒素）とオゾンを反応させると、ＮＯが励起状態のＮＯ２（二酸化窒素）に変換される。そして、励起状態のＮＯ２が基底状態に戻るときに光（化学発光）を放出する。ＣＬＤ方式のＮＯｘセンサは、この化学発光の強度を測定することで、サンプルガス中のＮＯｘの濃度を測定する。
【００４４】
ここでは、本実施形態にかかるＮＯｘセンサ２３０の効果を説明するために、まず、従来のＣＬＤ方式のＮＯｘセンサ１０について説明した後、ＮＯｘセンサ２３０について詳述する。
【００４５】
図３（ｂ）に示すように、従来のＮＯｘセンサ１０は、ＮＯｘの測定を行う測定ユニット２０と、測定ユニット２０が利用するオゾンを生成したり、測定ユニット２０によって測定後に残留したオゾンを分解したりするオゾンユニット６０とを含んで構成される。
【００４６】
測定ユニット２０は、校正ガス生成部２２と、第１の切換弁２４と、除湿器２６と、第２の切換弁２８と、コンバータ３０と、流量調整弁３２と、反応部４０と、測光部４２と、演算部５０とを含んで構成される。
【００４７】
校正ガス生成部２２は、予め定められた濃度のＮＯを含む校正ガスおよび予め定められた濃度のＮＯ２を含む校正ガスを生成する。第１の切換弁２４は、例えば、三方弁で構成され、除湿器２６へ導入するガスを、排気ガスと、校正ガス生成部２２が生成する校正ガスとで切り換える。第１の切換弁２４は、検量線を作成する場合等に校正ガス生成部２２で生成された校正ガスを除湿器２６に導入し、排気ガス中のＮＯｘの濃度を実際に測定する際に排気ガスを除湿器２６に導入する。以下、第１の切換弁２４が、除湿器２６へ導入するガスを、排気ガスに切り換えたとして説明する。
【００４８】
除湿器２６は、導入された排気ガスから水を除去する。第２の切換弁２８は、例えば、三方弁で構成され、除湿器２６によって水が除去された排気ガスの導出先を、コンバータ３０を介して流量調整弁３２に導出する経路と、コンバータ３０を介さずに流量調整弁３２に導出する経路とに切り換える。
【００４９】
コンバータ３０は、排気ガス中のＮＯ２をＮＯに変換する。流量調整弁３２は、導入された排気ガスの流量を調整する。そして、流量調整弁３２によって流量が調整された排気ガスは、反応部４０に導入される。
【００５０】
反応部４０は、後述するオゾンユニット６０のオゾン生成器６４で生成されたオゾンと、排気ガス中のＮＯとを反応させることにより、ＮＯを励起状態のＮＯ２に変換する。測光部４２は、反応部４０において励起状態に変換されたＮＯ２が基底状態に戻るときに放出する化学発光を光電変換し、当該化学発光の強度に対応する電気信号を測定する。演算部５０は、測光部４２が測定した電気信号を増幅し、電気信号に基づいて、ＮＯの濃度を測定する。
【００５１】
このように、演算部５０は排気ガス中のＮＯの濃度を測定するが、排気ガスがコンバータ３０を介さないで反応部４０に導入される場合、排気ガス中のＮＯ２はＮＯに変換されないため、排気ガス中のＮＯの濃度のみを測定することとなる。一方、排気ガスがコンバータ３０を介して反応部４０に導入される場合、排気ガス中のＮＯ２がＮＯに変換されるため、演算部５０は、排気ガス中のＮＯとＮＯ２とを合わせた濃度を測定することとなる。したがって、演算部５０は、ＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とを合わせたものから、ＮＯのみの濃度を減算することで、ＮＯ２の濃度を算出することができる。
【００５２】
オゾンユニット６０は、除湿器６２と、オゾン生成器６４と、流量調整弁６６と、オゾン分解器６８と、吸引ポンプ７０とを含んで構成される。
【００５３】
除湿器６２には、空気Ａが導入され、空気Ａから水を除去する。オゾン生成器６４は、除湿器６２によって水が除去された空気Ａを用いてオゾンを生成する。流量調整弁６６は、オゾン生成器６４によって生成されたオゾンの流量を調整する。そして、流量調整弁６６によって流量が調整されたオゾンは、測定ユニット２０の反応部４０に導入される。
【００５４】
オゾン分解器６８は、反応部４０から排出された測定後の排気ガスに含まれるオゾンを分解する。オゾン分解器６８を備える構成により、オゾンが分解されず外部へ排出されてしまう事態を回避することができる。吸引ポンプ７０は、オゾン分解器６８によってオゾンが分解された排気ガスを外部に排出する。
【００５５】
続いて、本実施形態にかかるＮＯｘセンサ２３０について説明する。なお、上述した従来のＮＯｘセンサ１０の構成と実質的に等しい構成については、同一の符号を付して重複説明を省略する。図３（ａ）に示すように、ＮＯｘセンサ２３０は、測定ユニット２０を含んで構成され、測定ユニット２０は、校正ガス生成部２２と、第１の切換弁２４と、除湿器２６と、第２の切換弁２８と、コンバータ３０と、流量調整弁３２と、反応部４０と、測光部４２と、演算部５０とを含んで構成される。つまり、ＮＯｘセンサ２３０と、従来のＮＯｘセンサ１０との相違点は、オゾンユニット６０を備えない点である。
【００５６】
詳細に説明すると、本実施形態にかかるＮＯｘセンサ２３０の反応部４０には、オゾン導入部２１６からオゾンが導入される。つまり、脱硝触媒２２０においてＮＯｘの還元効率を向上させるために導入するオゾンを生成するオゾン導入部２１６を、ＮＯｘセンサ２３０と併用することで、従来必要であった除湿器６２、オゾン生成器６４、流量調整弁６６を省略することができる。
【００５７】
また、上述したように、本実施形態にかかるＮＯｘセンサ２３０の反応部４０において生成される測定後の排気ガスＸＡ、Ｙは、測定後ガス導入部として機能する還元剤導入部２１８によって、脱硝触媒２２０の上流側に圧送される。これにより、従来のＮＯｘセンサ１０では、外部に排出されてしまっていた測定後の排気ガス中のＮＯｘを、脱硝触媒２２０において還元することが可能となる。また、従来必要であったオゾン分解器６８、吸引ポンプ７０を省略することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態にかかる脱硝装置２００によれば、脱硝触媒２２０においてＮＯｘの還元効率を向上させるために導入するオゾンを生成するオゾン導入部２１６を、ＮＯｘセンサ２３０と併用することで、従来必要であったオゾンユニット６０を省略することができる。したがって、ＣＬＤ方式のＮＯｘセンサ２３０が有する高い測定精度を維持するとともに、ＮＯｘセンサ２３０自体の占有体積を小さくすることができる。
【００５９】
また、従来は、脱硝触媒２２０の経年劣化分（最大限劣化した状態までのマージン）を考慮した冗長なエンジンシステム１１０の設計を行っていた。具体的に説明すると、脱硝触媒２２０が劣化したとしてもＮＯｘが排出されないように、つまり、脱硝触媒２２０が最大限劣化した状態であってもＮＯｘを還元できる程度の低い濃度のＮＯｘが排出されるように、燃費を考慮しないエンジンシステム１１０の設計を行っていた。
【００６０】
しかし、本実施形態のＮＯｘセンサ２３０は、排気ガスＹのＮＯｘの濃度を直接測定することができるため、脱硝触媒２２０の劣化のマージンを最小限にすることができ、ＮＯｘの排出を回避しつつ、燃費を向上させたエンジンシステム１１０の設計を行うことができる。
【００６１】
（第２の実施形態：脱硝システム３００）
上述した第１の実施形態において、脱硝装置２００のＮＯｘセンサ２３０は、オゾン導入部２１６によってオゾンが導入された後の排気ガスであって、脱硝触媒２２０の上流側の排気ガスＸＡを抽出して、かかる排気ガスＸＡ中のＮＯｘの濃度を測定した。しかし、ＮＯｘセンサは、他の箇所から排気ガスを抽出し、抽出した排気ガス中のＮＯｘの濃度を測定してもよい。
【００６２】
図４は、第２の実施形態にかかる脱硝システム３００の具体的な構成を説明するための図である。図４に示すように、本実施形態において脱硝システム３００は、エンジンシステム１１０と、脱硝装置３１０とを含んで構成され、脱硝装置３１０は、昇温装置２１０と、第１の酸化触媒（ＤＯＣ１）２１２と、ダスト除去器（ＤＰＦ）２１４と、オゾン導入部２１６と、還元剤導入部２１８と、脱硝触媒２２０と、第２の酸化触媒（ＤＯＣ２）２２２と、ＮＯｘセンサ３３０と、切換弁３３２と、導入量調整部２３４とを含んで構成される。
【００６３】
また、本実施形態にかかる脱硝装置３１０では、排気ガスＸに還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流に配した脱硝触媒で、排気ガスＸ中のＮＯｘの還元を促進して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。また、図４中、物質（排気ガス、酸化剤、還元剤）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
【００６４】
なお、上述した第１の実施形態の構成要素と実質的に機能が等しい構成要素は、同一の符号を付して重複説明を省略し、ここでは、機能が相違するＮＯｘセンサ３３０、切換弁３３２を主に説明する。
【００６５】
本実施形態においてＮＯｘセンサ３３０は、オゾン導入部２１６によってオゾンが導入される前の排気ガスＸＢを一部抽出する。そして、ＮＯｘセンサ３３０は、抽出した排気ガスＸＢに含まれるＮＯｘの濃度を測定する。
【００６６】
かかる構成により、オゾン添加前のエンジンシステム１１０のＮＯｘ排出状況を確実に把握することが可能となる。
【００６７】
またＮＯｘセンサ３３０は、脱硝触媒２２０の下流側（本実施形態では、第２の酸化触媒２２２の下流側）の排気ガスＹを一部抽出し、抽出した排気ガスＹに含まれるＮＯｘの濃度を測定する。
【００６８】
切換弁３３２は、例えば、三方弁で構成され、ＮＯｘセンサ３３０に導入する排気ガスを、排気ガスＸＢと、排気ガスＹとで切り換える。
【００６９】
（第３の実施形態：脱硝システム４００）
上述した第２の実施形態において、脱硝装置３１０のＮＯｘセンサ３３０は、オゾン導入部２１６によってオゾンが導入される前の排気ガスＸＢを抽出して、かかる排気ガスＸＢ中のＮＯｘの濃度を測定した。しかし、ＮＯｘセンサは、排気ガスの抽出先を複数有し、抽出先を適宜切り換えてもよい。
【００７０】
図５は、第３の実施形態にかかる脱硝システム４００の具体的な構成を説明するための図である。図５に示すように、本実施形態において脱硝システム４００は、エンジンシステム１１０と、脱硝装置４１０とを含んで構成され、脱硝装置４１０は、昇温装置２１０と、第１の酸化触媒（ＤＯＣ１）２１２と、ダスト除去器（ＤＰＦ）２１４と、オゾン導入部２１６と、還元剤導入部２１８と、脱硝触媒２２０と、第２の酸化触媒（ＤＯＣ２）２２２と、ＮＯｘセンサ４３０と、切換弁４３２、４３４と、導入量調整部２３４とを含んで構成される。
【００７１】
また、本実施形態にかかる脱硝装置４１０では、排気ガスＸに還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流に配した脱硝触媒で、排気ガスＸ中のＮＯｘの還元を促進して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。また、図５中、物質（排気ガス、酸化剤、還元剤）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。
【００７２】
なお、上述した第１の実施形態の構成要素と実質的に機能が等しい構成要素は、同一の符号を付して重複説明を省略し、ここでは、機能が相違するＮＯｘセンサ４３０、切換弁４３２、４３４を主に説明する。
【００７３】
本実施形態においてＮＯｘセンサ４３０は、排気ガスＸＡおよび排気ガスＸＢのいずれか一方を一部抽出する。そして、ＮＯｘセンサ４３０は、抽出した排気ガスＸＡまたは排気ガスＸＢに含まれるＮＯｘの濃度を測定する。
【００７４】
かかる構成により、脱硝触媒２２０における還元効率の向上と、エンジンシステム１１０のＮＯｘ排出状況の把握とを双方とも実行することが可能となる。
【００７５】
またＮＯｘセンサ４３０は、脱硝触媒２２０の下流側（本実施形態では、第２の酸化触媒２２２の下流側）の排気ガスＹを一部抽出し、抽出した排気ガスＹに含まれるＮＯｘの濃度を測定する。
【００７６】
切換弁４３２は、例えば、三方弁で構成され、後述する切換弁４３４に送出する排気ガスを、排気ガスＸＡと排気ガスＸＢとで切り換える。
【００７７】
切換弁４３４は、例えば、三方弁で構成され、ＮＯｘセンサ４３０に導入する排気ガスを、排気ガスＸＡまたは排気ガスＸＢと、排気ガスＹとで切り換える。
【００７８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７９】
例えば、上述した実施形態において、ＮＯｘセンサ２３０は、オゾンが導入された後の排気ガスＸＡであって、脱硝触媒２２０の上流側の排気ガスＸＡに含まれるＮＯｘの濃度、および、脱硝触媒２２０の下流側の排気ガスＹに含まれるＮＯｘの濃度を測定しているが、必ずしも排気ガスＸＡおよび排気ガスＹを測定する必要はなく、排気ガスＸＡおよび排気ガスＹのいずれか一方を測定してもよい。
【００８０】
同様に、ＮＯｘセンサ３３０は、オゾンが導入される前の排気ガスＸＢに含まれるＮＯｘの濃度、および、脱硝触媒２２０の下流側の排気ガスＹに含まれるＮＯｘの濃度を測定しているが、必ずしも排気ガスＸＢおよび排気ガスＹを測定する必要はなく、排気ガスＸＢおよび排気ガスＹのいずれか一方を測定してもよい。
【００８１】
また、上述した実施形態において、還元剤導入部２１８が測定後ガス導入部として機能する場合を例に挙げて説明したが、測定後ガス導入部は、ＮＯｘセンサ２３０、３３０、４３０において濃度が測定された後の排気ガスを脱硝触媒２２０の上流側に導入できればよく、例えば、ポンプを含んで構成されるとしてもよい。
【００８２】
また、ＮＯｘセンサ２３０、３３０、４３０において濃度が測定された後の排気ガスは極わずかであるため、測定後ガス導入部で脱硝触媒２２０の上流側に導入せずともよく、そのまま外部に排出したとしても問題はない。
【００８３】
また、上述した実施形態において、ＮＯｘセンサ２３０は、反応部４０を１つ備え、反応部４０に導入される排気ガスの流路を、コンバータ３０を介する流路と、コンバータ３０を介さない流路とで切り換える流路切換方式の測定ユニット２０について説明したが、測定ユニット２０の方式は、これに限定されない。例えば、反応部を２つ備えるとともに、２つの反応部からの光を排他的に光電変換する１つの測光部を備え、一方の反応部にコンバータ３０を介した排気ガスが導入され、他方の反応部にコンバータ３０を介さない排気ガスが導入される光路切断方式であってもよい。また、コンバータ３０を介した排気ガスとオゾンとを反応させる反応部と、当該反応部からの光を光電変換する測光部と、コンバータ３０を介しない排気ガスとオゾンとを反応させる反応部と、当該反応部からの光を光電変換する測光部と、を備えた、つまり、２つの反応部と、２つの測光部とを備えた、二流路二光路切換方式であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１１２  …エンジン
２００、３１０、４１０  …脱硝装置
２１６  …オゾン導入部
２１８  …還元剤導入部（測定後ガス導入部）
２２０  …脱硝触媒
２３０、３３０、４３０  …ＮＯｘセンサ
２３４  …導入量調整部（オゾン調整部、還元剤調整部）
【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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