CN102301103A - 废气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供能够有效地减少废气中的氮氧化物的废气净化装置。本发明的废气净化装置具有：对由燃烧设备排出的废气进行引导的排气配管；向排气配管内喷射尿素水的尿素水喷射单元；设置在废气的流动方向上的喷射尿素水的位置的下游侧且具有尿素SCR催化剂的催化单元；对设置有催化单元的区域内的测定位置处的废气中的氨浓度进行测定的第1氨浓度测定单元；设置在废气的流动方向上的催化单元的下游侧、对通过尿素SCR催化剂之后的废气中的氨浓度进行测定的第2氨浓度测定单元；以及，基于第1氨浓度测定单元及第2氨浓度测定单元的测定结果，对由尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制的控制单元。

Description

废气净化装置
技术领域
本发明涉及对由燃烧设备排出的氮氧化物进行还原的废气净化装置。
背景技术
由内燃机、垃圾焚烧炉、燃气轮机等燃烧设备排出的气体(即废气)中含有氮氧化物(NOX)。为此，在燃烧设备的排气管上设置有减少氮氧化物的装置。作为减少该氮氧化物的装置，该装置向引导废气的排气管中喷射尿素，在排气管内由尿素来生成氨，并使生成的氨与废气中的氮氧化物反应，从氮氧化物中除去氧使其还原为氮，从而从废气中减少氮氧化物。
例如，在专利文献1中记载了如下的废气净化***：在内燃机的排气通路上，从上游起依次设置有DPF装置、选择性催化还原型催化装置。另外，在专利文献1中记载了如下装置：在通常运转时，根据通常运转时使用的NOX排出图(map)计算出NOX排出量，在DPF装置强制再生时，根据强制再生时使用的NOX排出量图计算出NOX排出量，并计算出对应于上述计算出的NOX排出量的氨系水溶液的供给量，从而向选择性催化还原型催化装置上游侧的废气中供给氨系水溶液，使得其含量达到上述计算出的供给量。
另外，在专利文献2中，记载了如下脱硝控制方法：作为从垃圾焚烧炉等燃烧工厂排出的废气的脱硝装置，对处理前气体的NOX浓度、处理后的废气中的氨浓度、废气的NOX浓度、以及废气的流量进行测定，根据测定结果计算出处理前的NOX流量、处置后的NOX浓度、脱硝设备中的脱硝率的实际结果、以及处理后的废气中的氨浓度，并算出已计算得到的各数值与目标浓度之间的偏差，根据该偏差计算出补正量，基于算出的补正量的至少一个来计算出补正NOX流量，从而根据算出的补正NOX补正量来对注入到处理前的废气中的氨的流量进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-154849号公报
专利文献2：日本特开2005-169331号公报
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献1所述的那样，可以基于预先作出的图来对尿素的喷射量进行控制，从而减少氮氧化物，也可以对氨的量进行调整。另外，如专利文献2所述的那样，可以利用氮氧化物的浓度、脱硝率及处理后的废气中的氨浓度中的至少一个，对氮氧化物的流量的偏差进行补正，从而减少氮氧化物，并可以对氨的量进行调整。
但是，如专利文献1那样，当利用预先作出的图对尿素的喷射量进行调整时，根据运转状态，可能会出现氮氧化物漏出、氨漏出这样的问题。此外，如专利文献2那样，为了计算出NOX流量，必须对废气的流量和NOX(氮氧化物)的浓度进行检测并进行运算，因此存在浪费时间的问题。另外，由于内燃机排气量的变化剧烈，因此还存在难以计算出NOX流量的问题。此外，即使以NOX流量作为基准对氨的喷射量进行控制，仍然存在无法充分减少氮氧化物及减少漏出的氨的量这样的问题。
另外，当通过氮氧化物的浓度、处理后的废气中的氨浓度来对尿素的喷射量进行调整时，如果作为检测对象的处理后的废气中残存有氨，则氨会漏出。为此，在内燃机的废气处理装置中，设置有氧化催化剂来用于对选择性催化还原型催化装置等脱硝装置下游侧中的氨进行氧化，但会出现对氨进行氧化时产生氮氧化物这样的问题。此外，当氨的漏出量多时，还存在必须增加氧化催化剂这样的问题。
本发明是针对上述问题进行的，本发明的目的在于提供一种废气净化装置，该装置计算出向排气管中喷射的尿素的适当量，氨不易泄露到下游侧，并且可以高效地减少废气中的氮氧化物。
解决问题的方法
为了解决上述问题，从而实现目的，本发明提出了一种废气净化装置，其是对由燃烧设备排出的废气中所含有的氮氧化物进行还原的废气净化装置，该废气净化装置具备：对由上述燃烧设备排出的废气进行引导的排气配管；向上述排气配管内喷射尿素水的尿素水喷射单元；设置在上述废气的流动方向上的喷射上述尿素水的位置的下游侧的催化单元，该催化单元具备：促进由喷射出的尿素水生成的氨与上述氮氧化物反应的尿素SCR催化剂、以及设置在上述排气配管内部的将上述尿素SCR催化剂支撑在上述排气配管内部的支撑结构；对设置有上述催化单元的区域内的测定位置处的废气中的氨浓度进行测定的第1氨浓度测定单元；设置在上述废气的流动方向上的上述催化单元的下游侧的、对通过上述尿素SCR催化剂之后的上述废气中的氨浓度进行测定的第2氨浓度测定单元；以及基于上述第1氨浓度测定单元和上述第2氨浓度测定单元的测定结果对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制的控制单元。
这样一来，基于通过尿素SCR催化剂途中的废气中所含的氨、通过尿素SCR催化剂之后的废气中所含的氨浓度，通过上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，从而不但可以进一步减少由废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。
在此，对于废气净化装置而言，优选上述控制单元基于上述第2氨浓度测定单元的测定结果来设定上述第1氨浓度测定单元的目标浓度，并且对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得上述第1氨浓度测定单元的测定结果达到上述第1氨浓度测定单元的目标浓度。这样一来，基于后方的氨浓度，来设定前方的氨浓度的目标值，由此，不但可以进一步减少由废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。
另外，当将上述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将上述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将上述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将上述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，优选上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得上述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
通过使用上述式来对尿素水的喷射进行控制，不但可以进一步减少从废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。
另外，当将在上述第1氨浓度测定单元的测定位置计算出的基础目标浓度设为C1(NH3)、将上述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将上述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将上述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、且n为任意的常数，规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)-n×(C2(t，NH3)-C20(NH3)×0.5)时，优选上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得上述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
通过使用上述式对尿素水的喷射进行控制，不但可以进一步减少从废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。
另外，当将上述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将上述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将上述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将上述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将任意周期视为T、将时间视为t，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×sin(t/T)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，优选上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得上述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
通过使用上述式对尿素水的喷射进行控制，不但可以进一步减少从废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。另外，通过使用sin(t/T)，可以使尿素SCR催化剂在饱和吸附有氨的状态与不饱和吸附有氨的状态之间进行周期性重复，从而能够进一步提高其作为尿素SCR催化剂的能力。
另外，废气净化装置还具有处理前氮氧化物浓度测定单元，该处理前氮氧化物浓度测定单元设置在上述废气的流动方向上的上述催化单元的上游侧，其用于对流入到上述催化单元的废气中的氮氧化物浓度进行测定，当将在上述第1氨浓度测定单元的测定位置计算出的基础目标浓度设为C1(NH3)、将上述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将上述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将上述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将上述处理前氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C0(t，NOX)、将上述处理前氮氧化物浓度测定单元的测定位置处的基准浓度设为C00(NOX)，且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(C0(t，NOX)/C00(NOX))/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，优选上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
通过使用上述式对尿素水的喷射进行控制，不但可以进一步减少从废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。另外，通过基于流入到催化单元的废气中的氮氧化物浓度来对喷射量进行控制，能够实现根据流入到催化单元中的氮氧化物浓度来进行控制。
另外，废气净化装置还具有处理后氮氧化物浓度测定单元，该处理后氮氧化物浓度测定单元设置在上述废气的流动方向上的上述催化单元的下游侧，对通过上述尿素SCR催化剂之后的废气中的氮氧化物浓度进行测定，当将在上述第1氨浓度测定单元的测定位置计算出的基础目标浓度设为C1(NH3)、将上述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将上述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将上述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将上述处理后氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NOX)、将上述处理后氮氧化物浓度测定单元的测定位置处得基准浓度设为C20(NOX)，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(C2(t，NOX)/C20(NOX))/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，优选上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
通过使用上述式对尿素水的喷射进行控制，不但可以进一步减少从废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。另外，通过基于由催化单元排出的废气的氮氧化物浓度来对喷射量进行控制，能够实现根据氮氧化物浓度的残余量来进行控制。
另外，该废气净化装置还具有处理前氮氧化物浓度测定单元和处理后氮氧化物浓度测定单元，该处理前氮氧化物浓度测定单元设置在上述废气的流动方向上的上述催化单元的上游侧，用于对流入上述催化单元中的废气的氮氧化物浓度进行测定，该处理后氮氧化物浓度测定单元设置在上述废气的流动方向上的上述催化单元的下游侧，用于对通过上述尿素SCR催化剂之后的废气中的氮氧化物浓度进行测定，当将在上述第1氨浓度测定单元的测定位置计算出的基础目标浓度设为C1(NH3)、将上述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将上述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将上述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将上述处理前氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C0(t，NOX)、将上述处理后氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NOX)、将(C0(t，NOX)-C2(t，NOX))/C0(t，NOX)作为η，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(1/η)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，优选上述控制单元对由上述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
通过使用上述式对尿素水的喷射进行控制，不但可以进一步减少从废气净化装置排出的废气中的氨，而且还可以减少废气中的氮氧化物。另外，通过基于脱硝率η来对喷射量进行控制，可以进行控制从而使得脱硝率进一步提高。
另外，优选上述第2氨浓度测定单元对设置有上述催化单元的区域内的氨浓度进行测定。
由于第2氨浓度测定单元也对设置有催化单元的区域内的氨浓度进行测定，因此，第2氨浓度测定单元测定的氨可以通过第2氨浓度测定单元下游侧的催化单元与氮氧化物反应。从而能够进一步减少排出的氨。
另外，当由上述第2氨浓度测定单元检测出的氨浓度、以及由上述处理后氮氧化物浓度测定单元测定的氮氧化物浓度两者均超过基准浓度时，优选具有用于进行上述尿素SCR催化剂的恢复的恢复单元。另外，进一步优选上述恢复单元在指定温度对上述尿素SCR催化剂进行加热。此外，优选在上述废气的流动方向上具有异氰酸浓度测定单元，且该测定单元设置在上述尿素水喷射单元和上述催化单元之间，用于对废气中的异氰酸浓度进行测定，并且在上述废气的流动方向上具有温度调整单元，该温度调整单元对上述尿素水喷射单元和上述催化单元之间的废气流路的温度进行调整，并基于上述异氰酸浓度测定单元测定的异氰酸浓度，利用上述温度调整单元对上述废气流路的温度进行调整。另外，优选在上述废气的流动方向上具有处理前氨浓度测定单元，且该测定单元设置在上述尿素水喷射单元和上述催化单元之间，用于对废气的氨浓度进行测定，并且在上述废气的流动方向上具有温度调整单元，该温度调整单元对上述尿素水喷射单元和上述催化单元之间的废气流路的温度进行调整，并基于上述处理前氨浓度测定单元测定的氨浓度，利用上述温度调整单元对上述废气流路的温度进行调整。
发明的效果
本发明涉及的废气净化装置基于通过尿素SCR催化剂途中的废气中所含有的氨、以及通过尿素SCR催化剂之后的废气中含有的氨浓度，通过控制单元来对由尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，从而不但可以进一步减少由废气净化装置排出的废气中的氨，而且可以减少废气中的氮氧化物。
附图说明
图1是示出具有本发明的废气净化装置的车辆的一个实施方式的概略结构的框图。
图2是示出图1所示的柴油发动机用废气净化装置的浓度测定单元的概略结构的框图。
图3是模式地示出尿素SCR催化单元的剖面图。
图4是示出具有废气净化装置的车辆的另一个实施方式的概略结构的框图。
图5是示出具有废气净化装置的车辆的再一个实施方式的概略结构的框图。
图6是示出具有废气净化装置的车辆的再一个实施方式的概略结构的框图。
符号说明
10、50、70、80车辆
12柴油发动机
14排气配管
16、52、72、82废气净化装置
18氧化催化剂
20DPF
21尿素SCR***
22喷射单元
24尿素水槽
26尿素SCR催化单元
28浓度测定单元
29处理后氨浓度测定单元
30、64、78、90控制单元
40测定单元主体
42光纤
44测定元件(measuring cell)
46受光部
60处理前氮氧化物浓度测定单元
62处理后氮氧化物浓度测定单元
76处理中氨浓度测定单元
84处理前氨浓度测定单元
86异氰酸浓度测定单元
88温度调整单元
具体实施方式
下面，基于附图对本发明涉及的废气净化装置的一个实施方式进行详细说明。需要说明的是，该实施方式不对本发明构成限定。此外，在下述实施方式中，以安装有废气净化装置的内燃机为柴油发动机、并以使用内燃机的车辆为具有柴油发动机的车辆来进行说明，但内燃机并不限定于上述范围，可以使用汽油发动机、燃气轮机等各种内燃机。另外，具有内燃机的装置也不限定于车辆，内燃机可以作为船舶、发电机等各种装置的内燃机使用。另外，安装有废气净化装置的燃烧设备并不限定于内燃机，可以用于焚烧炉、热分解炉、熔融炉、锅炉、外燃机等各种燃烧设备。此外，作为垃圾，可以以各种废弃物作为对象。另外，还可以用于利用焚烧炉对垃圾以外的物质进行焚烧的焚烧***。
图1是示出具有安装有本发明的废气净化装置的柴油发动机的车辆的一个实施方式的概略结构的框图，图2是示出图1所示的废气净化装置的浓度测定单元的概略结构的框图。如图1所示，车辆10具有：柴油发动机12、引导由柴油发动机12排出的废气的排气配管14、以及对流经排气配管14内的废气进行净化的废气净化装置16。需要说明的是，车辆10除图中所示的结构之外，还具有车轮、车体、操作部、变速器等车辆必须的各种单元。
柴油发动机12是以轻油、重油等作为燃料、并使燃料燃烧从而获取动力的内燃机。排气配管14的一个端部与柴油发动机12连接，以引导由柴油发动机12排出的废气。
废气净化装置16具有：氧化催化剂18、DPF20、尿素SCR***21、喷射单元22、浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29、以及控制单元30，该废气净化装置16设置在废气的排气路径中，即，设置在排气配管14的内部或与排气配管14相连接设置。需要说明的是，如后面所述，尿素SCR***21由尿素水槽24、尿素SCR催化单元26构成。
氧化催化剂18是设置在废气的排气路径中的铂等催化剂，具体来说，该氧化催化剂18设置在排气配管14的、在废气的流动方向上的柴油发动机12的排气口的下游侧部分的内部。利用氧化催化剂18将通过排气配管14的内部、并通过了氧化催化剂18的废气中的部分PM(颗粒物质(ParticulateMatter)，粒子状物质)除去。其中，PM是由柴油发动机排出的大气污染物质，是固体碳粒子、由高分子构成的未燃烧的烃(可溶性烃：SOF、可溶有机成分(Soluble Organic Fraction))、以及燃料中含有的硫氧化而生成的硫酸盐等的混合物。另外，氧化催化剂18将流经排气配管14的废气中所含的一氧化氮氧化成二氧化氮。
DPF(柴油颗粒过滤器(Diesel Particulate Filter))20是用来捕集通过了氧化催化剂18的废气中含有的粒子状物质的过滤器，其设置在废气的排气路径中，具体来说，该DPF设置在排气配管14的氧化催化剂18的下游侧部分的内部。作为DPF20，优选使用能够保持捕集性能的连续再生式DPF，该DPF利用燃烧等将已捕集的PM除去以进行再生。
尿素SCR(选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction))***21是用于减少废气中含有的氮氧化物(NO、NO2)的脱硝***，其由喷射单元22、尿素水槽24、尿素SCR催化单元26构成。喷射单元22是向排气配管14内喷射尿素水的喷射装置，喷射单元22在排气配管14的DPF20下游侧的部分设置有喷射口。喷射单元22由喷射口向排气配管14的内部喷射尿素水。尿素水槽24是用于储存尿素水的槽，向喷射单元22供给尿素。在尿素水槽24上设置有用于从供给外部尿素水的装置补充尿素水的补给口，根据需要由该补给口补给尿素水。尿素SCR催化单元26具备作为尿素选择还原催化剂的尿素SCR催化剂，以及用于支撑该尿素SCR催化剂的支撑结构，其中，所述尿素选择还原催化剂用于促进由尿素生成的氨与氮氧化物之间的反应，所述支撑结构设置在排气配管14的喷射单元22下游侧部分的内部。尿素SCR催化剂可以使用沸石系催化剂。另外，支撑结构设置在排气配管14内部，并形成使废气通过的孔，其表面支撑有尿素SCR催化剂。
尿素SCR***21具有上述结构，其利用喷射单元22向排气配管14的内部喷射尿素水。利用排气配管14内的热，喷射的尿素水成为氨(NH3)。具体来说，通过下式所示的化学反应，由尿素水生成氨。
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2
然后，生成的氨与废气一起在排气配管14内流动，并到达尿素SCR催化单元26。需要说明的是，尿素水的一部分没有成为氨，而是以尿素水的形式到达尿素SCR催化单元26。为此，在尿素SCR催化单元26内利用上式所示的反应，由尿素水生成氨。到达尿素SCR催化单元26的氨，与废气中含有的氮氧化物反应，从而从氮氧化物中除去氧，将氮氧化物还原成氮。具体来说，通过下式所示的化学反应还原氮氧化物。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O
浓度测定单元28设置在废气的排气路径中的尿素SCR催化单元26中，即上游方向和下游方向两个方向与尿素SCR催化单元26相连接，其用于对在尿素SCR催化单元26内流动的废气中的氨的浓度进行测定。如图2所示，浓度测定单元28具有：测定单元主体40、光纤42、测定元件44以及受光部46。
测定单元主体40具有发出氨所吸收的波长域的激光的发光单元、由信号计算出氨的浓度的运算单元，测定单元主体40向光纤42输出激光，受光部46接受受光的信号。
光纤42引导由测定单元主体40输出的激光，并使其入射到测定元件44中。
测定元件44设置在排气配管14的一部分上，其具有入射部和输出部，其中，所述入射部使由光纤42射出的光入射到测定元件44的内部，所述输出部输出通过了测定元件44的指定路径的激光。
受光部46接受通过测定元件44的内部、并由输出部输出的激光，以接受的激光强度作为受光信号输出到测定单元主体40中。
浓度测定单元28具有上述结构，由测定单元主体40输出的激光，在由光纤42通过测定元件44内的指定路径之后，由输出部输出。此时，如果测定元件44内的废气中含有氨，则通过测定元件44的激光被吸收。因此，就激光而言，根据废气中的氨浓度，到达输出部的激光的输出发生变化。受光部46将由输出部输出的激光转换为受光信号，并输出到测定单元主体40中。在测定单元主体40中，对输出的激光的强度和由受光信号计算出的强度进行比较，并利用其减少的比例计算出在测定元件44内流动的废气中的氨浓度。这样一来，浓度测定单元28使用TDLAS方式(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy：可调谐二极管激光吸收光谱法)，基于输出的激光强度和由受光部46检测出的受光信号，计算出和/或测定出在测定元件44内的指定位置处，即通过测定位置的废气中的氨浓度。另外，本实施方式的浓度测定单元28可以连续计算出和/或测定出氨的浓度。
需要说明的是，测定元件44可以仅入射部和输出部由透过光的材料形成，也可以是整个测定元件44均由透过光的材料形成。另外，在测定元件44内至少设置2枚光学镜，可以使从入射部入射的激光经光学镜多重反射后，再从输出部输出。通过这样使激光多重反射，可以使激光通过测定元件44内的更多区域。由此，可以减少在测定元件44内流动的废气的浓度分布的影响，从而准确地检测出浓度。
处理后氨浓度测定单元29设置在废气的排气路径中尿素SCR催化单元26下游侧的排气配管14上，对通过尿素SCR催化单元26之后的废气中的氨的浓度进行测定。处理后氨浓度测定单元29是与浓度测定单元28同样的测定单元，可以利用与浓度测定单元28同样的方法连续地对氨的浓度进行测定。
控制单元30基于浓度测定单元28及处理后氨浓度测定单元29的检测结果，通过PID控制对由喷射单元22喷射的尿素水的量及进行喷射的时机进行控制。以下，对控制方法的一个实例进行说明。
首先，设定浓度测定单元28的测定位置处的氨浓度的初期目标浓度C10(NH3)和处理后氨浓度测定单元29的测定位置处的氨浓度的目标浓度C20(NH3)作为初期值。其中，初期目标浓度C10(NH3)和目标浓度C20(NH3)是预先设定的值，并记忆在控制单元30的记忆部中。其中，初期目标浓度C10(NH3)是能够利用浓度测定单元28的下游侧部分的尿素SCR催化单元26使氨与氮氧化物进行反应的氨浓度。
接下来，驱动柴油发动机12，当由柴油发动机12排出废气后，开始通过控制单元30对喷射单元22进行控制。控制单元30获取由浓度测定单元28测定的氨浓度C1(t，NH3)及由处理后氨浓度测定单元29测定的氨浓度C2(t，NH3)。
然后，控制单元30基于设定的氨浓度的目标浓度与氨浓度C2(t，NH3)，计算出新的目标浓度C1(NH3)′。具体来说，将上述数值代入到下式(1)中来计算。
C1(NH3)′＝C1(NH3)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)...(式1)
在此，在起动时的计算中，将初期目标浓度C10(NH3)作为目标浓度C1(NH3)代入，从下一次计算开始，利用之前的计算中算出的目标浓度C1(NH3)′作为C1(NH3)代入。即，每次计算均更新目标浓度C1(NH3)。另外，目标浓度C20(NH3)由最初设定的氨浓度起不进行更新。
接下来，控制单元30基于计算出的目标浓度C1(NH3)′和测定的氨浓度C1(t，NH3)，计算出尿素水喷射量。具体来说，当C1(NH3)′＞C1(t，NH3)时，增加喷射的尿素水的量，或者缩短喷射尿素水的间隔。另外，当C1(NH3)′＜C1(t，NH3)时，减少一次喷射的尿素水的量，或延长喷射尿素水的间隔。另外，当C1(NH3)′＝C1(t，NH3)时，将喷射的尿素水的量和喷射尿素水的间隔保持现状。在驱动柴油发动机12、排出废气的过程中，控制单元30重复进行上述处理，对目标浓度C1(NH3)′进行更新，控制喷射单元22的操作使测定的氨浓度C1(t，NH3)达到目标浓度C1(NH3)′。
车辆10及废气净化装置16基本上为上述结构。在废气净化装置16中，由柴油发动机12排出的废气通过氧化催化剂18及DPF20，由此，废气中含有的PM被捕集，废气中的PM减少。另外，通过DPF20之后的废气流经排气配管14，与喷射单元22喷射尿素水后的尿素水及由尿素水生成的氨一起通过尿素SCR催化单元26。由于废气与氨一起通过尿素SCR催化单元26，因此利用尿素SCR***21减少了废气中含有的氮氧化物。然后，废气通过排气配管14被排出到大气中。在此，如上所述，废气净化装置16的控制单元30基于浓度测定单元28测定的氨浓度C1(t，NH3)及处理后氨浓度测定单元29测定的氨浓度C2(t，NH3)，对喷射单元22喷射的尿素水的量、喷射时机进行控制。
例如，使初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm、目标浓度C20(NH3)＝5ppm。需要说明的是，对于尿素SCR催化单元26而言，其在浓度测定单元28的下游侧的部分具有使氨浓度100ppm的氨与氮氧化物反应的催化能力。此时，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为0ppm，则目标浓度C1(NH3)′为200ppm。此外，如果测定的氨浓度C2(t，NH3)为2.5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为100ppm。此外，如果测定的氨浓度C2(t，NH3)为5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为67ppm。此外，如果测定的氨浓度C2(t，NH3)为10ppm，则目标浓度C1(NH3)′为40ppm。此外，如果测定的氨浓度C2(t，NH3)为25ppm，则目标浓度C1(NH3)′为18ppm。在这种情况下，控制单元30可以在氨浓度C2(t，NH3)为目标浓度C20(NH3)的一半的2.5ppm左右的状态下对喷射单元22的操作进行控制。
这样一来，对于车辆10而言，可以利用废气净化装置16减少由柴油发动机12排出的废气的PM，并且对氮氧化物进行还原，从而可以在有害物质减少的状态下排出废气。
另外，废气净化装置16对通过尿素SCR催化单元26途中的氨浓度、通过尿素SCR催化单元26之后的氨浓度进行测定，并根据该结果来控制尿素水的喷射量，从而可以根据氨和氮氧化物的反应状态来控制尿素水的喷射量。
另外，基于位于废气的流动方向上更下游侧的浓度检测装置的测定值，设定更上游侧的氨浓度的目标浓度，并将该目标浓度与测定值进行比较，通过控制喷射单元22的操作使测定值达到目标浓度，由此可以抑制下游侧的浓度发生剧烈变动，从而能够在抑制氨漏出的同时减少氮氧化物。另外，由于在下游侧的测定位置处的目标浓度为较小的值时也可以适当地进行控制，因此可以降低作为目标浓度的氨浓度，并能够进一步减少漏出的氨的量。
其中，对于废气净化装置16而言，虽然如上所述可以抑制氨的漏出，但为了进一步减少泄露到大气中的氨，优选在尿素SCR催化单元26的下游侧设置用于氧化氨的氧化催化剂。需要说明的是，设置氧化催化剂时，如上所述，由于废气净化装置16可以减少氨的漏出量，因此与以往相比可以进一步使氧化催化剂小型化。这样一来，可以进一步简化废气净化装置的装置构成，还可以减轻重量。另外，由于对氨进行氧化，因此可以减少产生的氮氧化物。
另外，通过使用沸石系的金属作为尿素SCR催化剂，即使是在由内燃机等排出的高温条件下，也可以适当地发挥其作为催化剂的功能。另外，沸石系的氨吸附量多，并且由于其吸附量随着温度而发生变化，因此难以利用图等来进行控制，但如本发明所示，由于对通过尿素SCR催化单元26之后的废气的氨浓度进行测定，并基于该测定结果来控制尿素水喷射量，因此即使在使用沸石系的金属作为尿素SCR催化剂的情况下，也可以抑制氨的漏出。
另外，在废气净化装置16中，通过氧化催化剂18及DPF20捕集PM，以减少废气中的PM，但本发明不限于上述形式。在废气净化装置中，可以使用减少PM的各种方式的粒子状物质减少装置，例如，可以不设置氧化催化剂，而仅设置用于捕集PM的过滤器。
需要说明的是，在废气净化装置16中，浓度测定单元28可以连续地对氨进行测定，并且不检测氮氧化物，因此，输出氨所吸收的波长域的激光，并通过检测激光的吸收比例的TDLAS方式来测定氨浓度的方法测定了氨浓度，但并不限定于上述方式。在本发明中，可以使用能够对废气中的氨浓度进行测定的各种测定单元，例如，可以在测定位置处设置分支管，使部分废气也流经分支管，并对流经分支管的废气的氨浓度进行测定。
需要说明的是，利用控制单元30计算目标浓度C1(NH3)′的方法并不仅限于上述(式1)。控制单元30还可以使用例如C1(NH3)′＝C1(NH3)-n×(C2(t，NH3)-C20(NH3)×0.5)...(式2)，来计算出目标浓度C1(NH3)′。需要说明的是，n为可以设定的任意的常数，如果C1(NH3)′为负数值时，使C1(NH3)′＝0。
当控制单元30利用(式2)计算目标浓度C1(NH3)′时，使初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm、目标浓度C20(NH3)＝5ppm、n＝20，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为0ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为150ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为2.5ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为100ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为5ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为50ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为7.5ppm以上时，则目标浓度C1(NH3)′为0ppm。在这种情况下，控制单元30可以在氨浓度C2(t，NH3)为目标浓度C20(NH3)的一半的2.5ppm左右的状态下对喷射单元22的操作进行控制。这样一来，即使使用(式2)计算出目标浓度C1(NH3)′，也可以适当地控制喷射单元22的操作，不但能够抑制氨的漏出，还可以减少氮氧化物。
另外，控制单元30还可以使用C1(NH3)′＝C1(NH3)×sin(t/T)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)...(式3)，来计算出目标浓度C1(NH3)′。需要说明的是，T为可以设定的任意的周期。
当控制单元30利用(式3)计算目标浓度C1(NH3)′时，使初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm、目标浓度C20(NH3)＝5ppm、sin(t/T)＝1，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为0ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为200ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为2.5ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为100ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为5ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为67ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为10ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为40ppm。此外，当测定的氨浓度C2(t，NH3)为25ppm时，则目标浓度C1(NH3)′为18ppm。
在这种情况下，控制单元30可以在氨浓度C2(t，NH3)为目标浓度C20(NH3)的一半的2.5ppm左右的状态下对喷射单元22的操作进行控制。这样一来，即使使用(式3)计算出目标浓度C1(NH3)′，也可以适当地控制喷射单元22的操作，不但能抑制氨的漏出，还可以减少氮氧化物。
另外，如果使用该(式3)，由于sin(t/T)根据t而发生周期性变化，因此可以使目标浓度C1(NH3)′发生周期性变化。由此，尿素SCR催化单元26的尿素SCR催化剂可以在吸附的氨为饱和的状态和不饱和的状态之间周期地变化。即，尿素SCR催化剂也能够在无法吸附氨的状态和可以吸附氨的状态之间周期地切换。其中，尿素SCR催化剂从饱和状态到不饱和状态时，脱硝效率增加。因此，通过周期性地重复饱和状态和不饱和状态，可以利用氨，有效地还原氮氧化物。
在此，在上述控制例中，均使初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm，但该值可以基于尿素SCR催化剂的能力及浓度测定单元28的设置位置来设定。下面，对使用图3的一个实例进行说明。图3是模式地示出尿素SCR催化单元的剖面图。图3所示的尿素SCR催化单元26中，位置X0为尿素SCR催化单元26的入口，位置X4为尿素SCR催化单元26的出口。在设置有尿素SCR催化单元26的区域内，在废气的流动方向上，从上游侧起位置X1、位置X2、位置X3这三个位置是可以设置浓度测定单元28的位置。在此，在图3所示的尿素SCR催化单元26中，示出了在位置X1、位置X2、位置X3具有尿素SCR催化剂的间隙的情况，但也可以没有该间隙。需要说明的是，在设定测定位置时，必须是用于设置浓度测定单元28的区域。在此，在供给一氧化氮浓度300ppm及氨浓度300ppm的废气的情况下，图3所示的尿素SCR催化单元26的位置X1处的氨浓度为100ppm，位置X2处的氨浓度为30ppm，位置X3处的氨浓度为10ppm。另外，位置X4处的氨浓度为3ppm。即，由尿素SCR催化单元28排出时的氨浓度为3ppm。
此时，当浓度测定单元28设置在位置X1时，与上述相同，可以使初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm，当浓度测定单元28设置在位置X2时，可以使初期目标浓度C10(NH3)＝30ppm，当浓度测定单元28设置在位置X3时，可以使初期目标浓度C10(NH3)＝10ppm。这样一来，通过设定初期目标浓度，可以不受浓度测定单元28的设置位置的影响，适当地对喷射单元22的操作进行控制。
需要说明的是，在设置有尿素SCR催化单元26的尿素SCR催化剂的区域内，在废气的流动方向上，当向尿素SCR催化剂内过量地投入氨的状态下使废气中的氮氧化物还原时，浓度测定单元28优选对下述区域中所包含的位置处的废气的氨浓度进行检测，所述区域为：从柴油发动机最大负荷时的氮氧化物浓度达到柴油发动机最小负荷时的尿素SCR催化剂的入口浓度或内燃机最大负荷时的尿素SCR催化剂的入口处的浓度的一半中的高的浓度时的位置开始，到柴油发动机最大负荷时的氮氧化物浓度达到氨浓度为10ppm时理论上能够进行脱硝的氮氧化物浓度时的位置为止的区域。通过将浓度测定单元28设置在上述范围中，可以利用尿素SCR催化剂使一定量以上的氮氧化物与氨反应，并且可以对残留有一定程度的氨的位置处的氨浓度进行测定。由此，不但可以把握尿素SCR催化剂现在的催化能力，而且能够以某一程度较高的氨浓度作为基准来进行控制。这样一来，可以减少漏出的氨的量，并且可以进一步减少氮氧化物。
另外，在废气净化装置16中，设置有浓度测定单元28和处理后氨浓度测定单元29，并对尿素SCR催化单元26的操作进行控制，但本发明不限定于上述形式。下面，参考图4，对本发明的废气净化装置的其它实施方式进行说明。
图4是示出具有废气净化装置的车辆的其它实施方式的概略结构的框图。需要说明的是，对于图4所示的车辆50而言，除废气净化装置52的一部分结构以外，其它结构与车辆10相同，因此省略了对于同样结构要素的说明，下面，对车辆50所特有的部分重点地进行说明。图4所示的车辆50具有：柴油发动机12、排气配管14和废气净化装置52。废气净化装置52具有：氧化催化剂18、DPF20、尿素SCR催化单元21、浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29、处理前氮氧化物浓度测定单元60、处理后氮氧化物浓度测定单元62以及控制单元64。另外，尿素SCR***21具有喷射单元22、尿素水槽24和尿素SCR催化单元26。需要说明的是，氧化催化剂18、DPF20、构成尿素SCR催化***21的喷射单元22、尿素水槽24及尿素SCR催化单元26、浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29与上述废气净化装置16的各部分结构相同，因此省略了其详细说明。
处理前氮氧化物浓度测定单元60设置在废气的排气路径上，且位于尿素SCR催化单元26的上游侧，其用于对供给到尿素SCR催化单元26中的废气中的氮氧化物浓度进行测定。作为处理前氮氧化物浓度测定单元60，可以使用与浓度测定单元28同样结构的传感器。具体来说，由发光部发出氮氧化物所吸收的波长域的激光，由发光部发出并通过了废气的光被受光部接受，利用该接受的光的光强度可以检测出废气中的氮氧化物的浓度。处理前氮氧化物浓度测定单元60对通过尿素SCR催化单元26之前的废气中含有的氮氧化物浓度进行连续测定，并将测定结果输送给控制单元64。需要说明的是，作为氮氧化物浓度测定单元，其不检测废气中的异氰酸和氨，仅对氮氧化物进行检测，只要是可进行测定的传感器即可，可以使用各种传感器。
处理后氮氧化物浓度测定单元62设置在废气的排气路径上的尿素SCR催化单元26下游侧的排气配管14上，其用于对通过尿素SCR催化单元26的废气中的氮氧化物浓度进行测定。处理后氮氧化物浓度测定单元62可以使用与处理前氮氧化物浓度测定单元60同样结构的传感器。处理后氮氧化物浓度测定单元62对通过尿素SCR催化单元26之后的废气中含有的氮氧化物浓度进行连续测定，并将测定结果输送给控制单元64。
在此，作为通过处理前氮氧化物浓度测定单元60、处理后氮氧化物浓度测定单元62检测的氮氧化物，可以仅检测一氧化氮，也可以仅检测二氧化氮，还可以检测一氧化氮和二氧化氮两者。仅检测一氧化氮、仅检测二氧化氮、检测一氧化氮和二氧化氮两者中的任何形式，均可以适当地对废气中的氮氧化物浓度进行测定，并可以将测定值用于计算尿素水的喷射量。需要说明的是，优选处理前氮氧化物浓度测定单元60、处理后氮氧化物浓度测定单元62仅对一氧化氮进行检测。
控制单元64基于由浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29、处理前氮氧化物浓度测定单元60及处理后氮氧化物浓度测定单元62输送的测定结果来对喷射单元22的操作进行控制。
接下来，对由控制单元64实施的喷射单元22的操作的一个实例进行说明。需要说明的是，就控制单元64而言，除目标浓度C1(NH3)′的计算方法以外，其它操作，即目标浓度与测定的氨浓度进行比较、根据比较结果对尿素水的喷射时机和喷射量进行控制的方法与控制单元30相同。因此，下面针对目标浓度C1(NH3)′的计算方法进行说明。
首先，对利用浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29、以及处理前氮氧化物浓度测定单元60的测定结果的情况进行说明。此时，作为初期值，除了设定上述的初期目标浓度C10(NH3)和目标浓度C20(NH3)之外，还设定了处理前氮氧化物浓度测定单元60的测定位置处的氮氧化物浓度的基准浓度C00(NOX)。
驱动柴油发动机12，当由柴油发动机12排出废气后，开始通过控制单元64对喷射单元22进行控制。控制单元64获取由浓度测定单元28测定的氨浓度C1(t，NH3)、由处理后氨浓度测定单元29测定的氨浓度C2(t，NH3)、以及处理前氮氧化物浓度测定单元60测定的氮氧化物浓度C0(t，NOX)。
接下来，控制单元64基于设定的氨浓度的目标浓度、氮氧化物浓度的基准浓度、氨浓度C2(t，NH3)以及氮氧化物浓度C0(t，NOX)，计算出新的目标浓度C1(NH3)′，具体来说，将上述各值代入到下述(式4)中来进行计算：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(C0(t，NOX)/C00(NOX))/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)...(式4)。
在控制单元64利用(式4)计算出目标浓度C1(NH3)′的情况下，当初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm、目标浓度C20(NH3)＝5ppm、(C0(t，NOX)/C00(NOX))＝1时，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为0ppm，则目标浓度C1(NH3)′为200ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为2.5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为100ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为67ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为10ppm，则目标浓度C1(NH3)′为40ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为25ppm，则目标浓度C1(NH3)′为18ppm。
在这种情况下，控制单元64可以在氨浓度C2(t，NH3)为目标浓度C20(NH3)的一半的2.5ppm左右的状态下对喷射单元22的操作进行控制。这样一来，即使使用(式4)对目标浓度C1(NH3)′进行计算，也能够适当地对喷射单元22的操作进行控制，不但可以抑制氨的漏出，还可以减少氮氧化物。
另外，如果使用该(式4)，则可以利用处理前氮氧化物浓度测定单元60测定的氮氧化物浓度C0(t，NOX)来对目标浓度C1(NH3)′进行补正。即，当氮氧化物浓度较高时，可以提高目标浓度，当氮氧化物浓度较低时，可以降低目标浓度。这样一来，可以根据输送到尿素SCR催化单元26的用于进行净化(用于进行还原)的氮氧化物浓度来对喷射单元22的操作进行控制。例如，将氮氧化物浓度的基准浓度C00(NOX)设定为300ppm、且测定的氮氧化物浓度C0(t，NOX)为350ppm时，计算出的目标浓度C1(NH3)′为基准浓度时的约1.17倍。由此，可以喷射更多的尿素水，并能够适当地对与基准相比更多排出的氮氧化物进行还原。
接下来，针对利用浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29及处理后氮氧化物浓度测定单元62的测定结果的情况进行说明。此时，作为初期值，除设定上述初期目标浓度C10(NH3)和目标浓度C20(NH3)之外，还设定了处理后氮氧化物浓度测定单元62的测定位置处的氮氧化物浓度的基准浓度C20(NOX)。
驱动柴油发动机12，当由柴油发动机12排出废气后，开始通过控制单元64对喷射单元22进行控制。控制单元64获取由浓度测定单元28测定的氨浓度C1(t，NH3)、由处理后氨浓度测定单元29测定的氨浓度C2(t，NH3)、由处理后氮氧化物浓度测定单元62测定的氮氧化物浓度C2(t，NOX)。
接下来，控制单元64基于设定的氨浓度的目标浓度、氮氧化物浓度的基准浓度、氨浓度C2(t，NH3)以及氮氧化物浓度C2(t，NOX)，计算出新的目标浓度C1(NH3)′，具体来说，将上述各值代入到下述(式5)中来进行计算：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(C2(t，NOX)/C20(NOX))/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)...(式5)。
在控制单元64利用(式5)计算出的目标浓度C1(NH3)′的情况下，当初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm、目标浓度C20(NH3)＝5ppm、(C2(t，NOX)/C20(NOX))＝1时，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为0ppm，则目标浓度C1(NH3)′为200ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为2.5ppm、则目标浓度C1(NH3)′为100ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为67ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为10ppm，则目标浓度C1(NH3)′为40ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为25ppm，则目标浓度C1(NH3)′为18ppm。
在这种情况下，控制单元64可以在氨浓度C2(t，NH3)为目标浓度C20(NH3)的一半的2.5ppm左右的状态下对喷射单元22的操作进行控制。这样一来，即使使用(式5)对目标浓度C1(NH3)′进行计算，也能够适当地对喷射单元22的操作进行控制，不但可以抑制氨的漏出，还可以减少氮氧化物。
另外，如果使用该(式5)，则可以利用处理后氮氧化物浓度测定单元62测定的氮氧化物浓度C2(t，NOX)对目标浓度C1(NH3)′进行补正。即，如果测定的氮氧化物浓度高时，可以提高目标浓度，当氮氧化物浓度较低时，可以降低目标浓度。这样一来，可以根据由尿素SCR催化单元26排出的废气中的氮氧化物浓度来对喷射单元22的操作进行控制。例如，将氮氧化物浓度的基准浓度C20(NOX)设定为10ppm、且测定的氮氧化物浓度C2(t，NOX)为20ppm时，计算出的目标浓度C1(NH3)′为基准浓度时的约2倍。由此，可以喷射更多的尿素水，并能够适当地对与基准相比更多残留的氮氧化物进行还原。
接下来，针对利用浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29、处理前氮氧化物浓度测定单元60及处理后氮氧化物浓度测定单元62的测定结果的情况进行说明。此时，作为初期值，设定了初期目标浓度C10(NH3)和目标浓度C20(NH3)。
驱动柴油发动机12，当由柴油发动机12排出废气后，开始通过控制单元64对喷射单元22进行控制。控制单元64获取由浓度测定单元28测定的氨浓度C1(t，NH3)、由处理后氨浓度测定单元29测定的氨浓度C2(t，NH3)、由处理前氮氧化物浓度测定单元60测定的氮氧化物浓度C0(t，NOX)、由处理后氮氧化物浓度测定单元62测定的氮氧化物浓度C2(t，NOX)。
接下来，控制单元64基于设定的氨浓度的目标浓度、氮氧化物浓度的基准浓度、氨浓度C2(t，NH3)、氮氧化物浓度C0(t，NOX)、氮氧化物浓度C2(t，NOX)，计算出新的目标浓度C1(NH3)′。具体来说，将上述各值代入到下述(式6)中来进行计算：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(1/η)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)...(式6)。其中，η为脱硝率，即η＝(C0(t，NOX)-C2(t，NOX))/C0(t，NOX)。
在控制单元64利用(式6)计算出目标浓度C1(NH3)′的情况下，当初期目标浓度C10(NH3)＝100ppm、目标浓度C20(NH3)＝5ppm、η＝1时，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为0ppm，则目标浓度C1(NH3)′为200ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为2.5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为100ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为5ppm，则目标浓度C1(NH3)′为67ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为10ppm，则目标浓度C1(NH3)′为40ppm。此外，测定的氨浓度C2(t，NH3)如果为25ppm，则目标浓度C1(NH3)′为18ppm。
在这种情况下，控制单元64可以在氨浓度C2(t，NH3)为目标浓度C20(NH3)的一半的2.5ppm左右的状态下对喷射单元22的操作进行控制。这样一来，即使使用(式6)对目标浓度C1(NH3)′进行计算，也能够适当地对喷射单元22的操作进行控制，不但可以抑制氨的漏出，还可以减少氮氧化物。
另外，使用该(式6)时，可以利用处理后氮氧化物浓度测定单元62测定的氮氧化物浓度C0(t，NOX)及处理后氮氧化物浓度测定单元62测定的氮氧化物浓度C2(t，NOX)计算出的脱硝率η来对目标浓度C1(NH3)′进行补正。即，脱硝率较低时，可以降低目标浓度，脱硝率较高时，可以提高目标浓度。这样一来，可以根据脱硝率来对喷射单元22的操作进行控制。例如，脱硝率为90％时，与脱硝率为80％的情况相比，计算出的目标浓度C1(NH3)′为1.125倍。由此，可以喷射更多的尿素水，并能够适当地对更多残留的氮氧化物进行还原，从而可以提高脱硝率。
另外，控制单元64基于处理后氨浓度测定单元29和处理后氮氧化物浓度测定单元62的测定结果，对尿素SCR催化单元26的尿素SCR催化剂的催化能力进行判定，如果判定尿素SCR催化剂的催化能力降低指定量以上，则优选进行恢复处理。在此，尿素SCR催化剂的催化能力可以基于处理后氨浓度测定单元29和处理后氮氧化物浓度测定单元62的测定结果，根据氨浓度和氮氧化物浓度两者的相对关系进行判定。具体来说，两者均为基准值以上时，可以判定为催化能力降低、无法促进反应。另外，恢复处理是指用来恢复尿素SCR催化单元26的催化能力的处理，例如，对尿素SCR催化单元26的尿素SCR催化剂进行加热的处理。需要说明的是，例如可以使用加热器来作为对尿素SCR催化剂进行加热的单元。另外，还可以利用控制单元64，改变柴油发动机12的燃烧条件，从而使废气的温度处于高温。这样一来，当氨浓度和氮氧化物浓度两者均在基准值以上时，尿素SCR催化单元26作为催化剂的能力降低，判定为无法适当地引起氨与氮氧化物的反应，通过进行恢复处理，可以利用尿素SCR催化单元26使得氨与氮氧化物之间的反应适当地产生。
此外，在废气净化装置16中设置浓度测定单元28和处理后氨浓度测定单元29，并对尿素SCR催化单元26的操作进行控制，但也可以采用以下方式：在浓度测定单元28的下游侧、且尿素SCR催化单元26的尿素SCR催化剂之间的位置上设置氨浓度测定单元以代替处理后氨浓度测定单元29。下面，参考图5，对本发明的废气净化装置的其它实施方式进行说明。
图5是示出具有废气净化装置的车辆的其它实施方式的概略结构的框图。需要说明的是，图5所示的车辆70，除废气净化装置72的一部分的结构以外，其它结构与车辆10相同，因此省略了对于同样结构要素的说明，下面，对车辆70所特有的部分重点地进行说明。图5所示的车辆70具有：柴油发动机12、排气配管14和废气净化装置72。废气净化装置72具有：氧化催化剂18、DPF20、尿素SCR***21、浓度测定单元28、处理中氨浓度测定单元76及控制单元78。另外，尿素SCR***21具有喷射单元22、尿素水槽24和尿素SCR催化单元26。需要说明的是，氧化催化剂18、DPF20、构成尿素SCR***21的喷射单元22、尿素水槽24及尿素SCR催化单元26、浓度测定单元28与上述废气净化装置16的各部分结构相同，因此省略其详细说明。
处理中氨浓度测定单元76设置在废气的排气路径上的浓度测定单元28的下游侧，且设置在尿素SCR催化单元26中，即，在上游方向和下游方向两个方向上与尿素SCR催化单元26相连接地设置，用于测定在尿素SCR催化单元26内流动的废气中的氨的浓度。可以使用与浓度测定单元28同样结构的传感器作为处理中氨浓度测定单元76。
基于由浓度测定单元28、处理中氨浓度测定单元76输送的测定结果，控制单元78对喷射单元22的操作进行控制。在此，控制单元78除使用处理中氨浓度测定单元76测定的氨浓度代替处理后氨浓度测定单元29测定的氨浓度之外，利用与上述控制单元30相同的控制方法，可以计算出目标浓度C1(NH3)′。即，可以利用上述(式1)～(式3)的各种计算方法对喷射单元22的操作进行控制。
另外，如废气净化装置72所示，通过将设置在浓度测定单元28下游侧的处理中氨浓度测定单元76设置在尿素SCR催化剂的内部，可以利用处理中氨浓度测定单元76下游侧的尿素SCR催化剂来对处理中氨浓度测定单元76测定的氨进行还原。由此，可以进一步减少从废气净化装置72排出的氨，理想的情况可能达到0。
另外，控制单元可以进一步基于尿素水的喷射量、喷射时机的估算值、加速器的打开程度、速度、发动机转速等运转条件来进行计算。具体来说，使用示出预先计算出的运转条件和一氧化氮的排出量及温度之间关系的数据图，由运转条件计算出一氧化氮的产生量和温度，并通过计算出的一氧化氮的产生量和温度来计算尿素水的喷射量、喷射时机的估算值(一次目标值)。然后，如上所述，至少基于处理后氨浓度测定单元29(或处理中氨浓度测定单元76)得到的测定结果，同样地计算出浓度测定单元28的测定位置处的目标浓度，然后将该目标浓度与浓度测定单元28的测定结果进行比较，基于该比较结果，对尿素水的喷射量、喷射时机的估算值(一次目标值)进行补正。控制单元基于补正后的尿素水的喷射量、喷射时机来对喷射单元的操作进行控制。这样一来，根据运转条件计算出尿素水的喷射量、喷射时机的估算值，由此可以预先预测废气中含有的氮氧化物的量的增减，因此，可以更为准确并且快速地计算出尿素水的喷射量、喷射时机，从而可以更加适当地减少氮氧化物。
需要说明的是，当氨浓度的目标浓度与运转条件无关为恒定值的时，则不需要检测运转条件，可以减少测定单元，并能够简化废气净化装置的装置结构。
另外，废气净化装置优选为下述结构：进一步具有用于检测尿素SCR催化剂的温度的温度测定单元，并对尿素SCR催化剂的温度、各测定机构测定的测定结果的历史记录进行保存，计算出吸附在尿素SCR催化剂上的氨量，基于算出的氨量，算出用于废气中的氮氧化物的净化所需的氨量，并基于算出的氨量，对尿素水进行喷射。这样一来，进一步考虑吸附在尿素SCR催化剂上的氨量来对尿素水喷射量进行控制，可以使尿素SCR催化剂上吸附的氨量为能够利用尿素SCR催化剂使氨和氮氧化物高效率地进行反应的量。由此，可以进一步减少由排气配管漏出的氨量。另外，由于利用尿素SCR催化剂可以使氨和氮氧化物高效地反应，因此可以进一步减少尿素SCR催化剂。
另外，废气净化装置还可以对由喷射出的尿素水是否适当地生成氨的情况进行检测，并根据检测结果，来控制氨的产生。下面，参考图6，对本发明的废气净化装置的其它实施方式进行说明。
图6是示出具有废气净化装置的车辆的其它实施方式的概略结构的框图。需要说明的是，图6所示的车辆80除了废气净化装置82的一部分结构以外，其它结构与车辆10相同，因此省略了对于同样结构要素的说明，下面，对车辆80所特有的部分重点地进行说明。图6所示的车辆80具有：柴油发动机12、排气配管14和废气净化装置82。废气净化装置82具有：氧化催化剂18、DPF20、尿素SCR***21、浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29、处理前氨浓度测定单元84、异氰酸浓度测定单元86、温度调整单元88及控制单元90。另外，尿素SCR***21具有：喷射单元22、尿素水槽24和尿素SCR催化单元26。其中，氧化催化剂18、DPF20、构成尿素SCR***21的喷射单元22、尿素水槽24及尿素SCR催化单元26、浓度测定单元28、处理后氨浓度测定单元29与上述废气净化装置16的各部分结构相同，因此省略其详细说明。
处理前氨浓度测定单元84设置在废气的排气路径上的尿素SCR催化单元26的上游侧，具体来说，设置在DPF20及喷射单元22的下游侧且尿素SCR催化单元26的上游侧的排气配管14上，其对供给到尿素SCR催化单元26的废气中的氨的浓度进行测定。处理前氨浓度测定单元84与浓度测定单元28相同，具有：测定单元主体、光纤、测定单元以及受光部。利用处理前氨浓度测定单元84的氨浓度的测定方法与浓度测定单元28相同，因此省略其说明。处理前氨浓度测定单元84对通过尿素SCR催化单元26之前的废气中含有的氨浓度进行连续测定，并将测定结果输送给控制单元90。
异氰酸浓度测定单元86设置在废气的排气路径上的尿素SCR催化单元26的上游侧，其对供给到尿素SCR催化单元26的废气中的异氰酸的浓度进行测定。可以使用与浓度测定单元28结构相同的传感器作为异氰酸浓度测定单元86。具体来说，由发光部发出异氰酸所吸收的波长域的激光，由发光部发出并通过了废气中的光在受光部被接受，并可以由该接受的光强度检测出废气中的异氰酸的浓度。异氰酸浓度测定单元86对通过尿素SCR催化单元26之前的废气中含有的异氰酸浓度进行连续测定，并将测定结果输送给控制单元90。需要说明的是，作为异氰酸浓度测定单元，只要是不对废气中的氮氧化物和氨进行检测，而仅对异氰酸进行检测、测定的传感器即可，可以使用多种传感器。
温度调整单元88设置在废气的排气路径上的尿素SCR催化单元26上游侧的排气配管14上，具体来说，设置在喷射单元22和尿素SCR催化单元26之间的排气配管14上，其用于对流经排气配管14的废气的温度进行调整。作为温度调整单元88，通过对排气配管14进行加热、冷却，对流经排气配管14的废气进行加温或冷却，从而对废气的温度进行调整。可以使用加热器、珀耳贴元件(Peltier device)、空冷装置等各种加热机构、冷却结构作为温度调整单元88。
控制单元90基于浓度测定单元28及处理后氨浓度测定单元29的测定结果对喷射单元的操作进行控制，并基于由处理前氨浓度测定单元84、异氰酸浓度测定单元86输送的测定结果，利用温度调整单元88对废气温度进行调整。需要说明的是，基于浓度测定单元28及处理后氨浓度测定单元29的测定结果，控制单元90对喷射单元的操作的控制与上述控制单元30进行的控制相同，因此省略其说明。下面，对基于由处理前氨浓度测定单元84、异氰酸浓度测定单元86输送的测定结果，利用温度调整单元88调整废气温度的方法进行说明。
对于由尿素水喷射单元22喷射出的尿素水而言，其利用排气配管21的热、废气的热而由尿素生成异氰酸，并由异氰酸生成氨。但是，在反应不充分的情况下，有时尿素水的一部分仍保持为尿素不变、或保持异氰酸的状态，没有形成氨。为了解决该问题，利用由处理前氨浓度测定单元84、异氰酸浓度测定单元86输送的、通过尿素SCR催化单元26之前的废气的氨浓度和/或异氰酸浓度，控制单元90对喷射出的尿素水是否生成适当量的氨进行判定。具体来说，异氰酸浓度为一定量以上时，判定为无法适当地引发反应。另外，通过尿素水喷射量计算出理论上的氨浓度，与该算出值相比，处理前氨浓度测定单元84测定的测定值低一定浓度以上时，也判定为无法适当地引发反应。当控制单元90判定为无法适当引发反应，尿素水、异氰酸残留的情况下，利用温度调整单元88提高废气温度，并促进尿素水、异氰酸的氨化，从而使废气到达尿素SCR催化单元26时形成氨。
车辆80及废气净化装置82的结构如上所述，由柴油发动机12排出的废气在排气配管14中流动，通过氧化催化剂18及DPF20而使PM减少。然后，废气继续在排气配管14中流动，在喷射单元22喷射尿素水后，在排气配管14的设置有温度调整单元88的区域流动。然后，废气在排气配管14的设置有处理前氨浓度测定单元84、异氰酸浓度测定单元86的区域流动。此时，各浓度测定单元对废气的测定对象物质的浓度进行测定。然后，废气通过尿素SCR催化单元26及浓度测定单元28，在排气配管14的设置有处理后氨浓度测定单元29的区域流动，并排出到外部。其中，废气通过尿素SCR催化剂时，废气中含有的氮氧化物与由尿素水生成的氨进行反应、从而将氮氧化物还原。各浓度测定单元对废气的测定对象物质的浓度进行测定。
废气净化装置82基于处理前氨浓度测定单元84、异氰酸浓度测定单元86的测定结果，通过温度调整单元88对废气温度进行调整，从而可以更适当地使尿素水生成氨，并使氨和氮氧化物适当地进行反应。
此外，在上述实施方式中，可以另外设置温度调整单元88，对此没有限定，能够通过柴油发动机等内燃机调整废气的温度时，可以使用内燃机作为温度调整单元，对废气的温度进行调整。
工业实用性
如上所述，本发明涉及的废气净化装置对于净化由燃烧设备排出的废气是有用的，其特别适合用于对车辆中安装的柴油发动机排出的废气进行净化。

Claims (9)

1.一种废气净化装置，其是对由燃烧设备排出的废气中含有的氮氧化物进行还原的废气净化装置，该装置具备：
排气配管，其对由所述燃烧设备排出的废气进行引导；
尿素水喷射单元，其向所述排气配管内喷射尿素水；
催化单元，其设置在所述废气的流动方向上的喷射所述尿素水的位置的下游侧，该催化单元具备：促进由喷射出的尿素水生成的氨与所述氮氧化物之间的反应的尿素SCR催化剂、以及设置在所述排气配管内部的将所述尿素SCR催化剂支撑在所述排气配管内部的支撑机构；
第1氨浓度测定单元，其对设置有所述催化单元的区域内的测定位置处的废气中的氨浓度进行测定；
第2氨浓度测定单元，其设置在所述废气的流动方向上的所述催化单元的下游侧，该第2氨浓度测定单元对通过所述尿素SCR催化剂之后的所述废气的氨浓度进行测定；以及，
控制单元，其基于所述第1氨浓度测定单元及所述第2氨浓度测定单元的测定结果，对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制。
2.权利要求1所述的废气净化装置，其中，所述控制单元基于所述第2氨浓度测定单元的测定结果来设定所述第1氨浓度测定单元的目标浓度，并且对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果达到所述第1氨浓度测定单元的目标浓度。
3.权利要求2所述的废气净化装置，其中，当将所述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将所述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将所述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将所述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，
所述控制单元对所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
4.权利要求2所述的废气净化装置，其中，当将所述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将所述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将所述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将所述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、n为任意常数，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)-n×(C2(t，NH3)-C20(NH3)×0.5)时，
所述控制单元对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
5.权利要求2所述的废气净化装置，其中，当将所述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将所述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将所述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将所述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、T为任意周期、t为时间，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×sin(t/T)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，
所述控制单元对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
6.权利要求2所述的废气净化装置，该废气净化装置还具有处理前氮氧化物浓度测定单元，所述处理前氮氧化物浓度测定单元设置在所述废气的流动方向上的所述催化单元的上游侧，对流入到所述催化单元的废气中的氮氧化物浓度进行测定，
当将所述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将所述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将所述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将所述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将所述处理前氮氧化物浓度测定单元处的测定结果设为C0(t，NOX)、将所述处理前氮氧化物浓度测定单元的测定位置处的基准浓度设为C00(NOX)，并且规定C1(NH3)′的值为：
C1(NH3)′＝C1(NH3)×(C0(t，NOX)/C00(NOX))/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，
所述控制单元对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
7.权利要求2所述的废气净化装置，该废气净化装置还具有处理后氮氧化物浓度测定单元，所述处理后氮氧化物浓度测定单元设置在所述废气的流动方向上的所述催化单元的下游侧，对通过所述尿素SCR催化剂之后的废气中的氮氧化物浓度进行测定，
当将所述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将所述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将所述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将所述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将所述处理后氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NOX)、将所述处理后氮氧化物浓度测定单元的测定位置处的基准浓度设为C20(NOX)，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(C2(t，NOX)/C20(NOX))/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，
所述控制单元对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
8.权利要求2所述的废气净化装置，该废气净化装置还具有处理前氮氧化物浓度测定单元和处理后氮氧化物浓度测定单元，所述处理前氮氧化物浓度测定单元设置在所述废气的流动方向上的所述催化单元的上游侧，用于对流入所述催化单元中的废气的氮氧化物浓度进行测定，所述处理后氮氧化物浓度测定单元设置在所述废气的流动方向上的所述催化单元的下游侧，用于对通过所述尿素SCR催化剂之后的废气中的氮氧化物浓度进行测定，
当将所述第1氨浓度测定单元的测定位置的计算基础目标浓度设为C1(NH3)、将所述第1氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C1(NH3)′、将所述第2氨浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NH3)、将所述第2氨浓度测定单元的测定位置处的目标浓度设为C20(NH3)、将所述处理前氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C0(t，NOX)、将所述处理后氮氧化物浓度测定单元的测定结果设为C2(t，NOX)、将(C0(t，NOX)-C2(t，NOX))/C0(t，NOX)作为η，并且规定C1(NH3)′的值为：C1(NH3)′＝C1(NH3)×(1/η)/(C2(t，NH3)/C20(NH3)+0.5)时，
所述控制单元对由所述尿素水喷射单元实施的尿素水的喷射进行控制，使得所述第1氨浓度测定单元的测定结果为C1(NH3)′。
9.权利要求1～8中任一项所述的废气净化装置，其中，所述第2氨浓度测定单元对设置有所述催化单元的区域内的氨浓度进行测定。
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