特許 5874968 内燃機関の排ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5874968

(24)【登録日】2016年1月29日

(45)【発行日】2016年3月2日

(54)【発明の名称】内燃機関の排ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20160218BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20160218BHJP

   F01N 3/26 20060101ALI20160218BHJP

   B01D 53/86 20060101ALI20160218BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 G

   F01N3/24 NZAB

   F01N3/24 T

   F01N3/26 L

   B01D53/86 222

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-279604(P2011-279604)

(22)【出願日】2011年12月21日

(65)【公開番号】特開2013-130109(P2013-130109A)

(43)【公開日】2013年7月4日

【審査請求日】2014年5月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】恒川 希代香

(72)【発明者】

【氏名】岡田 公二郎

(72)【発明者】

【氏名】松田 征二

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１０８１１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１３８８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２２１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６５６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５９３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２０４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１９９６０９７６（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００ − ３／３８

Ｆ０１Ｎ ５／００ − ５／０４

Ｆ０１Ｎ ９／００

Ｂ０１Ｄ ５３／８６

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｂ０１Ｊ ２１／００ − ３８／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関に接続された排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、
一端が前記内燃機関の直下流の前記排ガス通路に接続され、且つ他端が前記一端と前記還元触媒との間の前記排ガス通路に接続されて、前記排ガス通路を流れる前記排ガスの一部を分岐可能な迂回流路と、
前記排ガス通路に接続され、前記迂回流路に流入する前記排ガスの温度を計測する第１温度センサと、
前記迂回流路に流入する排ガスの流れを調整する排ガス調整手段と、
前記迂回流路に設けられ、固体還元剤を貯蔵する固体還元剤貯蔵手段と、
前記固体還元剤を加熱して流体還元剤を放出させる固体還元剤加熱手段と、
前記迂回流路の前記他端よりも下流で、且つ前記還元触媒よりも上流の前記排ガス通路を流れる排ガスの温度を計測する第２温度センサと、
前記第２温度センサよりも下流で、且つ前記還元触媒よりも上流の前記排ガス通路内に液体還元剤を供給する液体還元剤供給手段と、
前記迂回流路の前記他端よりも下流で、且つ前記還元触媒よりも上流の前記排ガス通路を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する第１ＮＯｘ濃度センサと、
前記迂回流路の前記他端よりも下流で、且つ前記液体還元剤供給手段よりも上流の前記排ガス通路を流れる排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度センサと、
前記第１温度センサによる計測結果に応じて、前記排ガス調整手段及び前記固体還元剤加熱手段を制御して前記迂回流路に排ガスを流すとともに、前記第２温度センサによる計測結果及び前記第１ＮＯｘ濃度センサと前記酸素濃度センサの計測結果に基づく排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する量の流体還元剤が排ガス中に含まれるか否かの判断に応じて前記液体還元剤供給手段から前記排ガス中への液体還元剤の供給を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。

【請求項2】

前記制御手段は、
前記第２温度センサによる計測結果が、前記液体還元剤が加水分解する加水分解温度未満の場合に、前記固体還元剤加熱手段を制御して前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させて、
前記第２温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、前記酸素濃度センサにより推測された排ガス中の流体還元剤量が排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する流体還元剤量に対して不足している場合に、前記液体還元剤供給手段を制御して前記液体還元剤を排ガス中に供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

【請求項3】

前記制御手段は、
前記第１温度センサによる計測結果が、前記固体還元剤から前記流体還元剤が放出される放出温度以上の場合に、前記排ガス調整手段を制御して前記排ガスを前記迂回流路へ流入させるとともに、前記放出温度未満の場合に、前記排ガス調整手段を制御して、前記排ガスを前記迂回流路へ流入不可とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

【請求項4】

前記制御手段は、
前記第１温度センサによる計測結果が、前記固体還元剤から前記流体還元剤が放出される放出温度以上で、且つ排ガスを前記固体還元剤に接触させた際に、前記還元触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘを全て還元できる量の前記流体還元剤を単位時間当たりに発生させることができる所定温度値未満の場合に、前記固体還元剤加熱手段の加熱出力を低下させることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

【請求項5】

前記制御手段は、
前記第１温度センサによる計測結果が、前記固体還元剤から前記流体還元剤が放出される放出温度以上で、且つ排ガスを前記固体還元剤に接触させた際に、前記還元触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘを全て還元できる量の前記流体還元剤を単位時間当たりに発生させることができる所定温度値以上の場合に、前記固体還元剤加熱手段による加熱を停止することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

【請求項6】

前記内燃機関は、当該内燃機関からの排ガスにより駆動する過給機のタービンを有しており、
前記迂回流路は、前記タービンの直下流の前記排ガス通路に配設されていることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関から排出された排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元触媒により浄化する排ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元する排ガス浄化装置として、例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンの排ガス通路に設けられた還元触媒と、ディーゼルエンジンと還元触媒との間に設けられ、排ガス通路を迂回する迂回流路と、当該迂回流路に設けられた固体還元剤と、を備えた排ガス浄化装置が開示されている。ディーゼルエンジンから排出された排ガスの一部は、迂回流路に流入して当該迂回流路に設けられた固体還元剤を昇華させてアンモニアを発生させた後、当該アンモニアを含み還元触媒内へ流入する。その後、排ガスに含まれるＮＯｘは、還元触媒内でアンモニアによって還元され、窒素及び水となり浄化される。
この排ガス浄化装置は、固体還元剤を加熱して昇華させるヒータ等の固体還元剤加熱手段を備えていないため、排ガスの温度を利用して固体還元剤を昇華させている。したがって、始動時等の排ガスの温度が低い場合に排ガスを通過させても固体還元剤が昇華しないため、ＮＯｘを還元できない場合があった。
そこで、特許文献２には、ディーゼルエンジンの排ガス通路に設けられた還元触媒と、ディーゼルエンジンと還元触媒との間に設けられ、排ガス通路を迂回する迂回流路と、当該迂回流路に設けられた固体還元剤と、当該固体還元剤を加熱して昇華させる固体還元剤加熱手段と、を備えた排ガス浄化装置が開示されている。この排ガス浄化装置は、固体還元剤加熱手段で固体還元剤を常時加熱して昇華させてアンモニアを発生させるものである。即ち排ガスの温度に関わらず、常時アンモニアを発生させることができる。迂回流路を通過した排ガスは、アンモニアを含み還元触媒へ流入する。その後、排ガスに含まれるＮＯｘは、還元触媒内でアンモニアによって還元され、窒素及び水となり浄化される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−６５６４８号公報

【特許文献2】特開２００１−１５９３０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献２に記載の排ガス浄化装置では、固体還元剤加熱手段で固体還元剤を常時加熱するため、固体還元剤加熱手段を稼働させるための燃料の消費量が多くなってしまう。一般的に、固体還元剤加熱手段を稼働させるための燃料は、内燃機関に供給される燃料としても用いられているため、固体還元剤加熱手段で燃料を消費すると、燃費が低下してしまうという問題点があった。
また、内燃機関の高負荷時等には、排ガスの量が増加するため、必要となる還元剤の量も増加する。したがって、固体還元剤の加熱温度を高くして大量の還元剤を昇華させる必要がある。そこで、固体還元剤加熱手段の加熱出力を増加させると、燃料の消費量も増加するために、燃費が大幅に低下してしまうという問題点があった。

【0005】

そこで、本発明は、このような問題を解決するものであって、排ガスの温度を利用して固体還元剤を加熱することにより、固体還元剤加熱手段による燃料の消費を低減可能な内燃機関の排ガス浄化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】

【0006】

上述した課題を解決する本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、内燃機関に接続された排ガス通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、
一端が前記内燃機関の直下流の前記排ガス通路に接続され、且つ他端が前記一端と前記還元触媒との間の前記排ガス通路に接続されて、前記排ガス通路を流れる前記排ガスの一部を分岐可能な迂回流路と、
前記排ガス通路に接続され、前記迂回流路に流入する前記排ガスの温度を計測する第１温度センサと、
前記迂回流路に流入する排ガスの流れを調整する排ガス調整手段と、
前記迂回流路に設けられ、固体還元剤を貯蔵する固体還元剤貯蔵手段と、
前記固体還元剤を加熱して流体還元剤を放出させる固体還元剤加熱手段と、
前記迂回流路の前記他端よりも下流で、且つ前記還元触媒よりも上流の前記排ガス通路を流れる排ガスの温度を計測する第２温度センサと、
前記第２温度センサよりも下流で、且つ前記還元触媒よりも上流の前記排ガス通路内に液体還元剤を供給する液体還元剤供給手段と、
前記迂回流路の前記他端よりも下流で、且つ前記還元触媒よりも上流の前記排ガス通路を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する第１ＮＯｘ濃度センサと、
前記迂回流路の前記他端よりも下流で、且つ前記液体還元剤供給手段よりも上流の前記排ガス通路を流れる排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度センサと、
前記第１温度センサによる計測結果に応じて、前記排ガス調整手段及び前記固体還元剤加熱手段を制御して前記迂回流路に排ガスを流すとともに、前記第２温度センサによる計測結果及び前記第１ＮＯｘ濃度センサと前記酸素濃度センサの計測結果に基づく排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する量の流体還元剤が排ガス中に含まれるか否かの判断に応じて前記液体還元剤供給手段から前記排ガス中への液体還元剤の供給を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

【0007】

上記内燃機関の排ガス浄化装置によれば、迂回流路に排ガスを流入させて当該排ガスの温度を利用して固体還元剤から流体還元剤を放出させるため、固体還元剤加熱手段の加熱出力を低減又は固体還元剤加熱手段による加熱を停止することができる。これにより、固体還元剤加熱手段を加熱させるために必要な燃料の消費量を低減することができる。特に、固体還元剤加熱手段を加熱させるための燃料が、内燃機関に供給される燃料としても用いられている場合に、固体還元剤加熱手段の燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を低減することができる。
また、迂回流路を内燃機関の直下流に設けたため、高温の排ガスを固体還元剤に供給することができる。例えば、内燃機関から離れた位置に固体還元剤を設けた場合、排ガスの温度が低下するため、固体還元剤を十分に加熱することが出来ないときがあるが、本発明によれば、固体還元剤を効率良く加熱することができる。
また、固体還元剤加熱手段を備えているため、排ガスの温度が低い場合でも固体還元剤から流体還元剤を放出させることができる。これにより、排ガスの温度が低い場合でも流体還元剤を排ガス中に供給できるため、ＮＯｘを確実に浄化することができる。
さらに、液体還元剤供給手段を備えているため、固体還元剤を加熱して放出させた流体還元剤だけではＮＯｘを還元するための還元剤の量が不足する場合、例えば高負荷時等でも、液体還元剤の供給を行うことで還元剤を補給することができる。これにより、内燃機関の高負荷時等でも排ガス中に含まれるＮＯｘを確実に還元することができる。
そして、排ガス調整手段で排ガスの流れを調整することで、固体還元剤から流体還元剤を取り出す必要の無いとき等に迂回流路への排ガスの流入を防止できるため、排圧低減が可能となる。

【0008】

また、前記制御手段は、
前記第２温度センサによる計測結果が、前記液体還元剤が加水分解する加水分解温度未満の場合に、前記固体還元剤加熱手段を制御して前記固体還元剤を加熱して前記流体還元剤を放出させて、
前記第２温度センサによる計測結果が、前記加水分解温度以上であって、前記酸素濃度センサにより推測された排ガス中の流体還元剤量が排ガス中に含まれるＮＯｘ量の還元に要する流体還元剤量に対して不足している場合に、前記液体還元剤供給手段を制御して前記液体還元剤を排ガス中に供給してもよい。

【0009】

このように、液体還元剤が加水分解する加水分解温度以上の場合に、排ガス中に液体還元剤を供給するため、排ガスの温度を利用して液体還元剤を気体にすることができる。これにより、液体還元剤が気化せずに液体のまま還元触媒に流入してしまい、還元剤としての役割を果たさずに液体のまま大気に排出されることを防止できる。

【0010】

また、前記制御手段は、
前記第１温度センサによる計測結果が、前記固体還元剤から前記流体還元剤が放出される放出温度以上の場合に、前記排ガス調整手段を制御して前記排ガスを前記迂回流路へ流入させるとともに、前記放出温度未満の場合に、前記排ガス調整手段を制御して、前記排ガスを前記迂回流路へ流入不可としてもよい。

【0011】

このように、温度センサによる計測結果が、固体還元剤の加熱により流体還元剤が放出される放出温度以上の場合に、排ガスを迂回流路へ流入させるため、排ガスの温度を利用して固体還元剤から流体還元剤を放出させることができる。また、流体還元剤の放出温度以上の排ガスを固体還元剤に供給するため、固体還元剤加熱手段により加熱されていた固体還元剤を、流入する排ガスにより冷却することがない。

【0012】

また、前記制御手段は、
前記第１温度センサによる計測結果が、前記固体還元剤から前記流体還元剤が放出される放出温度以上で、且つ排ガスを前記固体還元剤に接触させた際に、前記還元触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘを全て還元できる量の前記流体還元剤を単位時間当たりに発生させることができる所定温度値未満の場合に、前記固体還元剤加熱手段の加熱出力を低下させてもよい。

【0013】

このように、温度センサによる計測結果が流体還元剤の放出温度以上で、且つ予め設定された所定温度値未満の場合に、固体還元剤に排ガスを接触させることにより、排ガスの温度を利用して固体還元剤から流体還元剤を放出させることができる。これにより、固体還元剤加熱手段の加熱出力を低下させることが可能となるため、燃料の消費量を低減することができる。したがって、燃費への影響を低減することができる。なお、排ガスの所定温度とは、当該所定温度の排ガスを固体還元剤に接触させた際に、還元触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘを全て還元できる量の流体の還元剤を単位時間当たりに発生させることができる温度をいい、予め設計等により決定されるものである。

【0014】

また、前記制御手段は、前記第１温度センサによる計測結果が、前記固体還元剤から前記流体還元剤が放出される放出温度以上で、且つ排ガスを前記固体還元剤に接触させた際に、前記還元触媒に流入する単位時間当たりのＮＯｘを全て還元できる量の前記流体還元剤を単位時間当たりに発生させることができる所定温度値以上の場合に、前記固体還元剤加熱手段による加熱を停止してもよい。

【0015】

このように、温度センサによる計測結果が予め設定された所定温度値以上の場合に、固体還元剤に排ガスを接触させることにより、排ガスの温度を利用して固体還元剤から流体還元剤を放出させることができる。さらに、所定温度以上の排ガスを接触させることにより、排ガスに含まれるＮＯｘを全て還元できる量の流体還元剤を放出させることができる。これにより、固体還元剤加熱手段による加熱を停止することができる。即ち、固体還元剤加熱手段を加熱するための燃料を大幅に低減することができる。したがって、燃費への影響を大幅に低減することができる。

【0016】

また、前記内燃機関は、当該内燃機関からの排ガスにより駆動する過給機のタービンを有しており、
前記迂回流路は、前記タービンの直下流の前記排ガス通路に配設されていてもよい。

【0017】

このように、迂回流路を過給機のタービンの直下流に設けたため、高温の排ガスを固体還元剤に供給することができる。例えば、タービンから離れた位置に固体還元剤を設けた場合、排ガスの温度が低下するため、固体還元剤を十分に加熱することが出来ないときがあるが、本発明によれば、固体還元剤を効率良く加熱することができる。

【0018】

【0019】

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、排ガスの温度を利用して固体還元剤を加熱することにより、固体還元剤加熱手段による燃料の消費を低減可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成を示す概略図である。

【図2】本実施形態に係る排ガス通路に接続された機器を示す概略図である。

【図3】本実施形態に係る還元剤制御手段とその周辺機器との関係を示す概略図である。

【図4】本実施形態に係る排ガス浄化装置の排ガス浄化フローを示す図である。

【図5】固体還元剤によってアンモニアを発生させる詳細なフローを示す図である。

【図6】尿素水によってアンモニアを発生させる詳細なフローを示す図である。

【図7】本発明の第二実施形態に係る排ガス浄化装置の配置箇所を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、内燃機関としてディーゼルエンジンを用いた場合について説明するが、これに限定されるものではなく、筒内直接噴射式のリーン・バーン・ガソリンエンジン等にも適用可能である。

【0023】

図１は、本発明の第一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成を示す概略図である。また、図２は、本実施形態に係る排ガス通路に接続された機器を示す概略図である。そして、図３は、本実施形態に係る還元剤制御手段とその周辺機器との関係を示す概略図である。
図１〜図３に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）の排ガス浄化装置３は、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ；酸化触媒）６と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ；ディーゼルパティキュレートフィルター）８と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；選択還元触媒）触媒１０と、を備え、これらは排ガス通路２に配設されている。

【0024】

エンジン１は、燃料の噴射時期及び噴射量がＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、図示しない）によって電子制御されており、かかる噴射時期及び噴射量にてシリンダ毎に設けられた燃料噴射弁５から燃焼室７内に燃料が噴射される。
ＥＣＵは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成されるマイクロコンピューターを備えている。ＥＣＵは、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御する。

【0025】

また、排ガス浄化装置３は、エンジン１とＤＯＣ６との間に設けられ、排ガス通路２を迂回する迂回流路１４と、後述する固体還元剤３８の加熱及び尿素水の噴射等を制御する還元剤制御手段１６と、を備えている。

【0026】

迂回流路１４は、その一端１４ａがエンジン１の直下流の排ガス通路２に接続され、他端１４ｂがＤＯＣ６の直上流の排ガス通路２に接続されている。エンジン１から排出された排ガスの一部は迂回流路１４に流入し、当該迂回流路１４を通過して再び、排ガス通路２に流入する。

【0027】

エンジン１の直下流の排ガス通路２には、迂回流路１４に流入する排ガスの温度を計測する第１温度センサ２０が設けられている。第１温度センサ２０は、迂回流路１４の一端１４ａが排ガス通路２に接続された位置よりも上流側に設けられている。第１温度センサ２０は、計測結果を電気信号として還元剤制御手段１６へ出力する。

【0028】

また、迂回流路１４には、還流制御弁３２と、固体還元剤３８を収容するための収納容器３４と、固体還元剤３８を加熱するコイルヒータ３６と、が設けられている。
還流制御弁３２は、迂回流路１４の一端側端部に設けられており、迂回流路１４に流入する排ガスの流れを調整する。還流制御弁３２の開閉は、還元剤制御手段１６の固体還元剤制御部１８により制御される。固体還元剤制御部１８は、第１温度センサ２０により計測された排ガスの温度が、固体還元剤３８から流体還元剤を放出可能な放出温度以上の場合に還流制御弁３２を開き、放出温度未満の場合に還流制御弁３２を閉じる。

【0029】

収納容器３４は、還流制御弁３２よりも下流側の迂回流路１４内に設けられている。収納容器３４内には、固体還元剤３８が収納されている。迂回流路１４に流入した排ガスは収納容器３４内の固体還元剤３８と接触する。固体還元剤３８として、アンモニアを吸着する吸着剤あるいはアンモニアを化学的に含有する錯体を用いることができる。例えば、アンモニアが固体還元剤３８に吸着されている場合、排ガスの熱によって吸着剤からアンモニアが脱離する。また、アンモニアを含む錯体で構成されている場合、排ガスの熱によって錯体が分解または錯体からの昇華によってアンモニアが発生する。

【0030】

固体還元剤３８は、高温の排ガスと接触することによって加熱されてアンモニアを発生させる。発生するアンモニアの量は、加熱される温度によって変化する。具体的には、温度が高くなるにつれてアンモニアの量は増大する。

【0031】

コイルヒータ３６は、収納容器３４の外方の排ガス通路２を囲むように設置されており、加熱することにより収納容器３４内の固体還元剤３８からアンモニアを放出させることができる。これにより、排ガスを迂回流路１４に通過させない場合でも、固体還元剤３８からアンモニアを放出させることができる。

【0032】

コイルヒータ３６の加熱出力は、還元剤制御手段１６の固体還元剤制御部１８により制御される。固体還元剤制御部１８は、第１温度センサ２０により計測された排ガスの温度を加味して、コイルヒータ３６の加熱出力を調整する。

【0033】

固体還元剤制御部１８は、第１温度センサ２０による計測結果が、予め設定された所定温度以上の場合、コイルヒータ３６を停止する。排ガスの所定温度とは、排ガスを固体還元剤３８に接触させた際に、ＳＣＲ触媒１０に流入する単位時間当たりのＮＯｘを全て還元できる量のアンモニアを単位時間当たりに発生させることができる温度をいい、予め設計等により決定されている。なお、所定温度は放出温度よりも大きい値であり、ＳＣＲ触媒１０の還元能力、第１温度センサ２０から収納容器３４まので長さ、迂回流路１４の径等に基づいて決定される。
固体還元剤制御部１８は、第１温度センサ２０による計測結果が、放出温度以上、且つ所定温度未満の場合、コイルヒータ３６の加熱出力を低減する。これにより、コイルヒータ３６を加熱するために必要な燃料の消費量を低減することができる。係る場合には、燃費への影響を低減することができる。
また、固体還元剤制御部１８は、第１温度センサ２０による計測結果が所定温度以上の場合にコイルヒータ３６を停止する。これにより、コイルヒータ３６を加熱するための燃料を消費しなくなる。コイルヒータ３６を加熱させるための燃料は、エンジン１に供給される燃料としても用いられているため、燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を大幅に低減することができる。

【0034】

収納容器３４よりも下流側の迂回流路１４の他端部側には、アンモニアを含む排ガスを下流側へ供給するアンモニア供給用ポンプ４０と、逆止弁４２と、が設けられている。
アンモニア供給用ポンプ４０が設けられているため、発生したアンモニアを含む排ガスを排ガス通路２に確実に供給することができる。アンモニア供給用ポンプ４０の稼働及び停止は、固体還元剤制御部１８により制御される。固体還元剤制御部１８は、還流制御弁３２を開くと同時にアンモニア供給用ポンプ４０を稼働させ、還流制御弁３２を閉じると同時にアンモニア供給用ポンプ４０を停止させる。

【0035】

逆止弁４２は、アンモニア供給用ポンプ４０よりも下流側に設けられている。逆止弁４２は、排ガス通路２から迂回流路１４の他端側端部内へ排ガスが流入することを防止し、且つアンモニア供給用ポンプ４０側から供給されたアンモニアを含む排ガスを排ガス通路２へ送給する機能を有している。

【0036】

アンモニア供給用ポンプ４０から供給されたアンモニアを含む排ガスは、逆止弁４２を通過して排ガス通路２内に流入し、排ガス通路２を通過してきた排ガスと合流してＤＯＣ６に流入する。

【0037】

迂回流路１４の他端１４ｂと排ガス通路２との合流部と、ＤＯＣ６との間の排ガス通路２には、酸素濃度センサ２６が設けられている。酸素濃度センサ２６は、計測結果を電気信号として還元剤制御手段１６へ出力する。還元剤制御手段１６の尿素水制御部４５は、酸素濃度センサ２６による排ガス中の酸素濃度に基づいて、排ガス中に含まれるアンモニア量を推測する。

【0038】

ＤＯＣ６では、排ガス中に含まれるＮＯが酸化されてＮＯ_２が生成される。ＤＯＣ６を通過した後のＮＯ_２を含む排ガスは、続いてＤＰＦ８に流入する。ＤＰＦ８では、排ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）が捕捉される。ＤＯＣ６とＤＰＦ８は、一つのケース９内に収納されている。これにより、ＤＰＦ８に捕捉されたＰＭ量が所定量を超えたときには、燃料の後噴射等によって排ガス温度を上昇させ、ＰＭを燃焼することができる。
ＤＰＦ８に入る排ガスの温度は、ＤＰＦ８の上流側のケース９に取り付けられた第２温度センサ２２にて計測される。

【0039】

ＤＰＦ８を通過した排ガスは、ＳＣＲ触媒１０内に流入する。ＤＰＦ８とＳＣＲ触媒１０との間の排ガス通路２には、排ガスの温度を計測する第３温度センサ２４が設けられている。これにより、ＳＣＲ触媒１０に流入する排ガスの温度を正確に把握することができる。
第２温度センサ２２及び第３温度センサ２４は、それぞれ計測結果を電気信号として還元剤制御手段１６へ出力する。

【0040】

ＤＰＦ８とＳＣＲ触媒１０との間の排ガス通路２には、排ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を計測する第１ＮＯｘ濃度センサ２８が設けられている。また、ＳＣＲ触媒１０よりも下流側の排ガス通路２には、排ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を計測する第２ＮＯｘ濃度センサ３０が設けられている。第１ＮＯｘ濃度センサ２８及び第２ＮＯｘ濃度センサ３０は、それぞれ計測結果を電気信号として還元剤制御手段１６へ出力する。
このように、ＳＣＲ触媒１０の上流側及び下流側にそれぞれ第１ＮＯｘ濃度センサ２８、第２ＮＯｘ濃度センサ３０が設けられているため、ＳＣＲ触媒１０に流入する排ガスに含まれるＮＯｘの濃度及びＳＣＲ触媒１０を通過した後の排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を正確に把握することができる。これにより、ＮＯｘ浄化率（第１ＮＯｘ濃度センサ２８により計測されたＮＯｘ濃度／第２ＮＯｘ濃度センサ３０により計測されたＮＯｘ濃度）を算出することができる。

【0041】

また、排ガス浄化装置３は、ＳＣＲ触媒１０の直上流に液体還元剤である尿素水を噴射する噴射装置４４を備えている。噴射装置４４は、第１ＮＯｘ濃度センサ２８とＳＣＲ触媒１０との間に位置する排ガス通路２に設けられた噴射ノズル４６と、噴射ノズル４６に尿素水を供給する尿素水供給用ポンプ４７と、尿素水を貯留する尿素水タンク４８と、を備えている。

【0042】

尿素水供給用ポンプ４７は、尿素水の供給量を調整可能な可変機構を有している。尿素水供給用ポンプ４７の可変機構は、還元剤制御手段１６の尿素水制御部４５により制御される。
尿素水供給用ポンプ４７から供給された尿素水は、噴射ノズル４６から排ガス中に噴射される。

【0043】

一般的に、ＤＰＦ８と通過した排ガスの温度が約２００℃未満の場合、噴射した尿素水の分解反応が進み難く、アンモニアスリップが生じる場合がある。したがって、尿素水制御部４５は、第３温度センサ２４により計測された排ガスの温度が約２００℃以上の場合、尿素水供給用ポンプ４７を稼働させて尿素水を噴射する。排ガスに吹き付けられた尿素水は、分解してアンモニアが生成される。

【0044】

尿素水の分解によって生成されたアンモニア及び固体還元剤３８を昇華して生成されたアンモニアを含む排ガスはＳＣＲ触媒１０に流入する。ＳＣＲ触媒１０では、排ガス中に含まれるＮＯｘがアンモニアによって還元される。そして、ＮＯｘを含まない排ガスは、排ガス通路２を通って大気中へ放出される。

【0045】

ＮＯｘの濃度が少ない場合に大量のアンモニアを供給するとアンモニアスリップを生じるため、尿素水制御部４５は、ＮＯｘの濃度にも応じて尿素水の噴射量を調整する。
具体的に、尿素水制御部４５は、酸素濃度センサ２６による酸素濃度から、排ガス中に含まれているアンモニア量を推定する。続いて、当該アンモニア量及び第３温度センサ２４による排ガスの温度を加味して、排ガス中のＮＯｘを還元するために必要な量（以下、所定量という）のアンモニアが排ガス中に含まれていると判断した場合には、尿素水の噴射を行わない。一方、尿素水制御部４５は、排ガス中に含まれるアンモニア量及び排ガスの温度を加味して、所定量のアンモニアが排ガス中に含まれておらずアンモニアが不足していると判断した場合には、その不足分のアンモニアを発生するために必要な尿素水の供給量を算出する。そして、尿素水制御部４５は、尿素水供給用ポンプ４７を稼働させるとともに、算出された尿素水を供給するように尿素水供給用ポンプ４７を制御して、当該必要な量の尿素水を排ガス中に供給する。

【0046】

ＳＣＲ触媒１０内に流入する排ガス中にはアンモニアが含まれているため、排ガス中に含まれるＮＯｘがＳＣＲ触媒１０内で還元される。そして、ＮＯｘを含まない浄化された排ガスが、排ガス通路２を通って大気中へ放出される。

【0047】

次に、上記の構成による排ガス浄化装置３の排ガス浄化フローについて図４を用いて説明する。
図４に示すように、まず、エンジン１を稼働させた直後等の排ガスの温度が比較的低い状態のときは、固体還元剤３８を加熱してアンモニアを発生させる（ステップＳ１）。その後、エンジン１が温まって排ガスの温度が高い状態のときは、尿素水を供給することによりアンモニアを発生させる（ステップＳ２０）。

【0048】

固体還元剤３８によってアンモニアを発生させる詳細なフローについて図５を用いて説明する。
図５に示すように、まず、還元剤制御手段１６の固体還元剤制御部１８は、冷態運転状態であることを検出したら（ステップＳ２）、コイルヒータ３６で固体還元剤３８を加熱する（ステップＳ４）。続いて、アンモニア供給用ポンプ４０を稼働させる。コイルヒータ３６によって固体還元剤３８を加熱することにより、アンモニアが発生する。発生したアンモニアは、アンモニア供給用ポンプ４０により排ガス通路２に送給され、排ガス通路２を通過してきた排ガスと合流してＤＯＣ６、ＤＰＦ８、ＳＣＲ触媒１０に流入する。これにより、排ガス中に含まれるＮＯｘが浄化される。

【0049】

次に、固体還元剤制御部１８は、エンジン１が温まって冷態運転状態が終了したことを検出したら（ステップＳ６）、第１温度センサ２０から取得した排ガスの温度Ｔ_１が上記放出温度以上か否かを判定する（ステップＳ８）。

【0050】

固体還元剤制御部１８は、ステップＳ８において、排ガスの温度Ｔ_１が放出温度未満の場合、排ガスを迂回流路１４に流すことは不可であると判定する（ステップＳ１０）。係る場合には、すべての排ガスを排ガス通路２内に流す。
一方、固体還元剤制御部１８は、ステップＳ８において、排ガスの温度Ｔ_１が放出温度以上の場合、排ガスを迂回流路１４に流すことが可能であると判定する（ステップＳ１２）。係る場合に、固体還元剤制御部１８は、還流制御弁３２を開放する（ステップＳ１４）。また、アンモニア供給用ポンプ４０を稼働させる。これにより、迂回流路１４にはエンジン１から排出された高温の排ガスの一部が流入する。高温の排ガスが迂回流路１４を通過する際に、固体還元剤３８を加熱することにより、アンモニアが発生する。発生したアンモニアは、アンモニア供給用ポンプ４０により排ガス通路２に送給される。

【0051】

次に、固体還元剤制御部１８は、排ガスの温度Ｔ_１が、予め設定された上記所定温度以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。
固体還元剤制御部１８は、ステップＳ１６において、排ガスの温度Ｔ_１が所定温度以上であると判定すると、コイルヒータ３６による加熱を停止する（ステップＳ１８）。これにより、コイルヒータ３６を稼働させるための燃料の消費量を大幅に低減することができる。

【0052】

ところで、ステップＳ１６において、固体還元剤制御部１８は、排ガスの温度Ｔ_１が所定温度未満であると判定すると、コイルヒータ３６の加熱出力を低減する（ステップＳ１７）。これにより、コイルヒータ３６を稼働させるための燃料の消費量を低減することができる。

【0053】

次に、尿素水によってアンモニアを発生させる詳細なフローについて図６を用いて説明する。
図６に示すように、まず、第３温度センサにより排ガスの温度Ｔ_３を計測する（ステップＳ２１）。続いて、尿素水制御部４５は、排ガスの温度Ｔ_３が加水分解可能温度、例えば２００℃以上か否かを判定する（ステップＳ２２）。

【0054】

尿素水制御部４５は、ステップＳ２２において、排ガスの温度Ｔ_３が２００℃未満の場合、尿素水の噴射は不可能であると判定する（ステップＳ２４）。
一方、尿素水制御部４５は、ステップＳ２２において、排ガスの温度Ｔ_３が２００℃以上の場合、尿素水の噴射は可能であると判定する（ステップＳ２６）。尿素水の噴射は可能であると判定したら、尿素水制御部４５は、続いて、酸素濃度センサ２６から取得した酸素濃度により、排ガス通路２を流れるアンモニア量を推定する（ステップＳ２８）。

【0055】

次に、尿素水制御部４５は、ステップＳ２８で推定したアンモニア量が、上記所定量未満か否かを判定する（ステップＳ３０）。
尿素水制御部４５は、ステップＳ３０において、アンモニアの量が所定量未満であると判定すると、尿素水供給用ポンプ４７を稼働させて、ＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水を噴射する（ステップＳ３２）。これにより、排ガスに含まれるＮＯｘをＳＣＲ触媒にて効率良く還元することができる。
また、尿素水制御部４５は、ステップＳ３０において、アンモニアの量が所定量以上であると判定すると、尿素水を使用しない（ステップＳ３４）。これにより、アンモニアスリップを防止することができる。

【0056】

冷態運転状態が終了した後、エンジン１が稼働している間、上述したステップＳ８からステップＳ３４までを繰り返し実施して、排ガス中にアンモニアを供給し続ける。

【0057】

上述したように、本実施形態に係る排ガス浄化装置３によれば、第１温度センサ２０による計測結果、即ち排ガスの温度Ｔ_１が固体還元剤３８の放出温度以上の場合に、排ガスを迂回流路１４へ流入可能とするため、排ガスの温度を利用して固体還元剤３８からアンモニアを放出させることができる。そして、排ガスの温度を利用して固体還元剤３８からアンモニアを放出させるため、コイルヒータ３６からの加熱出力を低減することができる。これにより、コイルヒータ３６を加熱させるために必要な燃料の消費量を低減することができる。コイルヒータ３６を加熱させるための燃料は、内燃機関に供給される燃料と併用されているため、コイルヒータ３６用の燃料の消費量を低減させることで、燃費への影響を低減することができる。
そして、排ガスの温度Ｔ_１が所定温度値以上の場合には、コイルヒータ３６を停止するため、燃料の消費量を大幅に低減することができる。これにより、燃費への影響を大幅に低減することができる。

【0058】

また、迂回流路１４をエンジン１の直下流に設けたため、高温の排ガスを固体還元剤３８に供給することができる。エンジン１から離れた位置に固体還元剤３８を設けた場合、排ガスの温度が低下するため、固体還元剤３８を十分に加熱することが出来ないときがあるが、本発明によれば、固体還元剤３８を効率良く加熱することができる。

【0059】

さらに、迂回流路１４にアンモニア供給用ポンプ４０を備えているため、アンモニアを排ガス通路２へ確実に供給することができる。排ガスの圧力損失による圧力差や排ガスの脈動では、アンモニアを排ガス通路２に供給することが出来ない場合に有効である。

【0060】

また、固体還元剤３８を加熱するためのコイルヒータ３６を備えているため、排ガスの温度が放出温度未満でも固体還元剤３８を加熱してアンモニアを放出させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒１０によるＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。そして、コイルヒータ３６の加熱出力を調整することで、アニモニアの発生量を調整することができる。

【0061】

また、ＳＣＲ触媒１０の上流側及び下流側にそれぞれ第１ＮＯｘ濃度センサ２８、第２ＮＯｘ濃度センサ３０が設けられているため、ＮＯｘ浄化率を算出することができる。さらに、排ガス通路２に酸素濃度センサ２６を配設しているため、排ガス中に含まれるアンモニア量を把握することができる。ＮＯｘ浄化率が予め設定された値よりも低い（浄化率が悪い）場合は、コイルヒータ３６の加熱出力を調整して排ガス中に含まれるアンモニアの量を調整することで、ＮＯｘ浄化率を高くすることができる。

【0062】

還流制御弁３２で排ガスの流れを調整することで、固体還元剤３８からアンモニアを取り出す必要の無いとき等に迂回流路１４への排ガスの流入を防止できるため、排圧低減が可能となる。

【0063】

そして、固体還元剤３８から発生させたアンモニアだけではＮＯｘを全て還元することができない場合に、尿素水の噴射を行うことで、アンモニアを補給することができる。これにより、エンジン１の高負荷時等でも排ガス中に含まれる全てのＮＯｘを還元することができる。これにより、ＳＣＲ触媒１０によるＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。

【0064】

次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上記の実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。第二実施形態のエンジンはターボ過給機を有している。

【0065】

図７は、本発明の第二実施形態に係る排ガス浄化装置３の配置箇所を示す概略図である。
図７に示すように、エンジン１１の直下流の排ガス通路２には、ターボ過給機４のタービン４ａが配設されている。また、ターボ過給機４のタービン４ａとＤＯＣ６との間に、排ガス通路２を迂回する迂回流路１４が設けられている。

【0066】

迂回流路１４は、その一端１４ａがタービン４ａの直下流の排ガス通路２に接続され、他端１４ｂがＤＯＣ６の直上流の排ガス通路２に接続されている。タービン４ａを通過した排ガスの一部は迂回流路１４に流入し、当該迂回流路１４を通過して再び、排ガス通路２に合流する。

【0067】

タービン４ａの直下流の排ガス通路２には、排ガスの温度を計測する第１温度センサ２０が設けられている。第１温度センサ２０は、迂回流路１４の一端が接続された位置よりも上流側に設けられている。これにより、迂回流路１４に流入する排ガスの温度を把握することができる。

【0068】

また、迂回流路１４には、第一実施形態と同様に、還流制御弁３２と、固体還元剤３８を収容するための収納容器３４と、固体還元剤３８を加熱して昇華させるコイルヒータ３６と、が設けられている。

【0069】

上述したように、本実施形態によれば、迂回流路１４をタービン４ａの直下流に設けたため、高温の排ガスを固体還元剤３８に供給することができる。タービン４ａから離れた位置に固体還元剤３８を設けた場合、排ガスの温度が低下するため、固体還元剤３８を十分に加熱することが出来ないときがあるが、本実施形態によれば、固体還元剤３８を効率良く加熱することができる。また、排ガス浄化装置３によれば、第一実施形態で説明した効果も得ることができる。

【符号の説明】

【0070】

１ エンジン
２ 排ガス通路
３ 排ガス浄化装置
４ ターボ過給機
４ａ タービン
５ 燃料噴射弁
６ ＤＯＣ
７ 燃焼室
８ ＤＰＦ
９ ケース
１０ ＳＣＲ触媒
１１ エンジン
１４ 迂回流路
１４ａ 一端
１４ｂ 他端
１６ 還元剤制御手段
１８ 固体還元剤制御部
２０ 第１温度センサ
２２ 第２温度センサ
２３ 排ガス浄化装置
２４ 第３温度センサ
２６ 酸素濃度センサ
２８ 第１ＮＯｘ濃度センサ
３０ 第２ＮＯｘ濃度センサ
３２ 還流制御弁
３４ 収納容器
３６ コイルヒータ
３８ 固体還元剤
４０ ポンプ
４２ 逆止弁
４４ 噴射装置
４５ 尿素水制御部
４６ 噴射ノズル
４７ 尿素水供給用ポンプ
４８ 尿素水タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】