JP2011122552A - 内燃機関の排出ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の排出ガス浄化装置においては、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することを目的とする。
【解決手段】この発明は、内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、前記窒素酸化物還元装置に添加物を供給する添加物供給装置を備え、前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記窒素酸化物還元装置に添加物供給装置から供給される添加物の量を制御する添加物量制御手段を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の排出ガス浄化装置に係り、特に、内燃機関の排出ガス中の亜酸化窒素を低減することができる内燃機関の排出ガス浄化装置に関する。

内燃機関の排出ガス浄化装置には、ディーゼルエンジンの排出ガス浄化装置として選択性接触還元（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｓｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒を備えた尿素ＳＣＲ触媒浄化装置、また、ガソリン、ディーゼルエンジンの排出ガス浄化装置としてＮＯｘ吸蔵触媒を備えたＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置が知られている。
これら尿素ＳＣＲ触媒浄化装置、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置などを備えた排出ガス浄化装置は、排出ガスに炭化水素（軽油）、尿素などの還元剤を添加することで、選択性接触還元触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒等の窒素酸化物還元装置を還元性雰囲気としてＮＯｘを還元除去するものである。（特許文献１〜３）

特開２００４−２７０５６５号公報 特開２００１−１２２３１号公報 特開２０００−２３０４１４号公報

ところで、従来の内燃機関の排出ガス浄化装置は、ＮＯｘの浄化の過程においてアンモニア（以下、「ＮＨ_３」と記す。）を発生させた場合、温室効果ガスである亜酸化窒素（以下、Ｎ_２Ｏ）を多量に生成させる場合がある。Ｎ_２Ｏは、ＣＯ_２に比べて３１０倍の温室効果があるガスであり、Ｎ_２Ｏの生成は地球温暖化を促進させる為、排出量の低減が必要である。
しかし、既存の技術では、Ｎ_２Ｏ低減に対する方策が十分にとられていなかった。

。
この発明は、内燃機関の排出ガス浄化装置においては、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することを目的とする。

この発明は、内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、前記窒素酸化物還元装置に添加物を供給する添加物供給装置を備え、前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記窒素酸化物還元装置に添加物供給装置から供給される添加物の量を制御する添加物量制御手段を備えていることを特徴とする。

この発明の内燃機関の排出ガス浄化装置は、亜酸化窒素の濃度に応じて、窒素酸化物還元装置に供給する添加物の量を制御することができるので、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。

排出ガス浄化装置の概略構成図である。（実施例１） 排出ガス浄化装置のフローチャートである。（実施例１） 排出ガス浄化装置のフローチャートである。（実施例１の変形例１） 排出ガス浄化装置のフローチャートである。（実施例１の変形例２） 排出ガス浄化装置の概略構成図である。（実施例２） 排出ガス浄化装置のフローチャートである。（実施例２） 排出ガス浄化装置のフローチャートである。（実施例２の変形例１） 排出ガス浄化装置のフローチャートである。（実施例２の変形例２） 排出ガス浄化装置の概略構成図である。（実施例２の変形例３）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１・図２は、この発明の実施例１を示すものである。図１において、１は内燃機関、２は燃焼室、３は吸気管、４は吸気マニホルド、５は吸気通路、６は排気マニホルド、７は排気管、８は排気通路である。内燃機関１は、燃焼室２に燃料を噴射供給する燃料供給装置９を備えている。燃料供給装置９は、燃焼室２に燃料を燃料噴射弁１０により噴射する。内燃機関１は、吸気管３と吸気マニホルド４とから構成する吸気通路５を燃焼室２に連通し、吸気通路５により燃焼室２に供給した空気に燃料噴射弁１０により燃焼室２に噴射した燃料を混合させて燃焼させ、燃焼後の排出ガスを排気マニホルド６と排気管７とから構成する排気通路８により大気に排出する。
この内燃機関１の排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置１１は、排気通路８に窒素酸化物還元装置として選択性接触還元（ＳＣＲ）触媒を備えた尿素ＳＣＲ浄化装置１２を設け、前記尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２よりも下流側の排気通路８にアンモニアスリップ防止触媒１３を設けている。尿素ＳＣＲ浄化装置１２は、選択性接触還元触媒に流入する排出ガスの温度を検出する排出ガス温度センサ１４を設け、選択性接触還元触媒の温度を検出する選択性接触還元触媒温度センサ１５を設けている。アンモニアスリップ防止触媒１３は、アンモニアスリップ防止触媒温度センサ１６を設けている。
なお、この排出ガス浄化装置１１は、前記尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２よりも上流側の排気通路８に酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタ１７を備えている。パティキュレートフィルタ１７は、排出ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、捕集した粒子状物質を酸化触媒により酸化分解して捕集機能を再生する。
前記排出ガス浄化装置１１は、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に添加物を供給する添加物供給装置として尿素供給装置１８を備えている。尿素供給装置１８は、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２よりも上流側の排気通路８に還元剤の尿素を尿素噴射弁１９により供給する。また、排出ガス浄化装置１１は、添加物供給装置として軽油供給装置２０を備えている。軽油供給装置２０は、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２よりも上流側の排気通路８に還元剤の軽油を軽油噴射弁２１により供給する。
排出ガス浄化装置１１は、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２とアンモニアスリップ防止触媒１３との間の排気通路８にアンモニア（ＮＨ_３）濃度を検出するアンモニア検出手段２２を備え、アンモニアスリップ防止触媒１３の下流側の排気通路８には亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）濃度を検出する亜酸化窒素検出手段２３を備えている。亜酸化窒素検出手段２３は、例えば、ＩＲ（赤外線吸収検出）方式とし、Ｎ_２Ｏに特有の赤外吸収波長の吸光度を測定することにより排出ガス中の亜酸化窒濃度を検出する。

前記燃料供給装置９と、排出ガス温度センサ１４と、選択性接触還元触媒温度センサ１５と、アンモニアスリップ防止触媒温度センサ１６と、尿素供給装置１８と、軽油供給装置２０と、アンモニア検出手段２２と、亜酸化窒素検出手段２３とは、制御手段２４に接続している。制御手段２４には、内燃機関１の運転状況（エンジン回転速度・エンジン負荷等）を検出する運転状況検出手段２５を接続している。
制御手段２４は、燃焼室２に燃料供給装置９の燃料噴射弁１０から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段２６と、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に尿素供給装置１８の尿素噴射弁１９から供給される添加物の尿素量を制御する添加物量制御手段である尿素量制御手段２７と、尿素ＳＣＲ浄化装置１２に軽油供給装置２０の軽油噴射弁２１から供給される添加物の軽油量を制御する添加物量制御手段である軽油量制御手段２８とを備えている。
前記内燃機関１は、噴射量制御手段２６によって、運転状況検出手段２５が検出する運転状況に応じて、燃焼室２に燃料供給装置９から供給される燃料噴射量を制御する。
この内燃機関１の排出ガス浄化装置１１は、尿素量制御手段２７によって、亜酸化窒素検出手段２３により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に尿素供給装置１８から供給される尿素量を制御する。また、排出ガス浄化装置１１は、アンモニア検出手段２２により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段２３により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、尿素量制御手段２７により尿素供給装置１８による尿素の供給を停止するように制御する。さらに、排出ガス浄化装置１１は、アンモニアスリップ防止触媒１３の温度が設定温度以下である場合には、亜酸化窒素濃度に応じた尿素量制御手段２７による尿素量制御を行わない。

次に作用を説明する。
内燃機関１の排出ガス浄化装置１１は、内燃機関１の運転時に燃料供給装置９から燃焼室２に燃料を供給し、尿素供給装置１８から還元剤としての尿素を尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２の上流側の排気通路８に供給し、また、軽油供給装置１９から還元剤としての軽油を供給する。排気通路８に供給された尿素は、加水分解してアンモニアが生成される。生成されたアンモニアと排出ガスとは、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に導入され、選択性接触還元触媒にてアンモニアと排出ガスに含まれるＮＯｘとが反応し、Ｎ_２に還元される。選択性接触還元触媒にて反応に使われなかった余剰のアンモニアは、アンモニアスリップ防止触媒１３にて酸化され、Ｎ_２と水が生成され、排出（アンモニアスリップ）を防止される。
尿素供給装置１８から供給される尿素量は、図２に示すように、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度に応じて制御される。排出ガス浄化装置１１は、プログラムがスタートすると（Ａ０１）、排出ガス温度センサ１４の検出信号などの各種信号を取り込み（Ａ０２）、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１（例えば、１０ｐｐｍ）未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ａ０３）。
この判断（Ａ０３）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、尿素の噴射を停止して軽油の噴射量を制御する（Ａ０４）。その後、軽油を供給している状態において各種信号を取り込み（Ａ０５）、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ａ０６）。この判断（Ａ０６）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、軽油の噴射を停止し（Ａ０７）、プログラムをエンドにする（Ａ０９）。
一方、前記判断（Ａ０３）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合、また、前記判断（Ａ０６）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて尿素の噴射量を制御し（Ａ０８）、プログラムをエンドにする（Ａ０９）。
このように、内燃機関１の排出ガス浄化装置１１は、亜酸化窒素検出手段２３により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、添加物の尿素の供給を停止し、あるいは制御することにより、尿素ＳＣＲ触媒触媒浄化装置１２に尿素供給装置１８から供給される尿素量を適切に制御することができるので、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。

なお、この実施例１においては、亜酸化窒素濃度に応じて、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に供給される尿素量を制御したが、アンモニア濃度及び亜酸化窒素濃度に応じて、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に供給される尿素量を制御することもできる。図３は、実施例１の排出ガス浄化装置１１の変形例１を示すものである。
図３において、排出ガス浄化装置１１は、プログラムがスタートすると（Ｂ０１）、排出ガス温度センサ１４の検出信号などの各種信号を取り込み（Ｂ０２）、アンモニアＮＨ_３濃度が設定値Ｋ２（例えば、１０ｐｐｍ）未満（ＮＨ_３＜Ｋ２）であるかを判断する（Ｂ０３）。
この判断（Ｂ０３）がＮＯ（アンモニア発生量が多い）の場合は、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１（例えば、１０ｐｐｍ）未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ｂ０４）。この判断（Ｂ０４）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、尿素の噴射を停止し（Ｂ０５）、プログラムをエンドにする（Ｂ０７）。なお、ステップ（Ｂ０５）においては、尿素の噴射停止でなく、軽油の噴射量制御に切り換えてもよい。
一方、前記判断（Ｂ０３）がＹＥＳ（アンモニア発生量が少ない）の場合、また、前記判断（Ｂ０４）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて尿素の噴射量を制御し（Ｂ０６）、プログラムをエンドにする（Ｂ０７）。
このように、内燃機関１の排出ガス浄化装置１１は、アンモニア検出手段２２により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段２３により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、尿素量制御手段２７により尿素供給装置１８による尿素の供給を停止することで、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。

また、上述の変形例１においては、アンモニア濃度と亜酸化窒素濃度との両方が設定値以上であった場合に尿素の供給を停止したが、アンモニアスリップ防止触媒１３の温度に基づいて、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置１２に供給される尿素量を制御することもできる。図４は、実施例１の排出ガス浄化装置１１の変形例２を示すものである。
図４において、排出ガス浄化装置１１は、プログラムがスタートすると（Ｃ０１）、排出ガス温度センサ１４の検出信号などの各種信号を取り込み（Ｃ０２）、アンモニアスリップ防止触媒１３の温度ＴＥＭＰ１が設定温度Ｔ１（例えば、３００℃）を越えて（ＴＥＭＰ１＞Ｔ１）いるかを判断する（Ｃ０３）。
この判断（Ｃ０３）がＮＯ（アンモニアスリップ防止触媒１３の温度が低い）の場合は、アンモニアＮＨ_３濃度が設定値Ｋ２（例えば、１０ｐｐｍ）未満（ＮＨ_３＜Ｋ２）であるかを判断する（Ｃ０４）。この判断（Ｃ０４）がＮＯ（アンモニア発生量が多い）の場合は、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１（例えば、１０ｐｐｍ）未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ｃ０５）。この判断（Ｃ０５）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、尿素の噴射を停止し（Ｃ０６）、プログラムをエンドにする（Ｃ０８）。
一方、前記判断（Ｃ０３）がＹＥＳ（アンモニアスリップ防止触媒１３の温度が高い）の場合、前記判断（Ｃ０４）がＹＥＳ（アンモニア発生量が少ない）の場合、また、前記判断（Ｃ０５）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて尿素の噴射量を制御し（Ｃ０７）、プログラムをエンドにする（Ｃ０８）。
このように、内燃機関１の排出ガス浄化装置１１は、アンモニアスリップ防止触媒１３の温度が設定温度を越える場合は亜酸化窒素が発生しにくいため、尿素の供給を停止せずに尿素量制御を行い、アンモニアスリップ防止触媒１３の温度が設定温度以下である場合には、尿素の供給を停止して亜酸化窒素濃度に応じた尿素量制御手段２７による尿素量制御を行わないので、亜酸化窒素濃度に応じた専用の制御を行う必要がなく、適正な制御を行うことができる。

図５・図６は、この発明の実施例２を示すものである。図５において、１０１は内燃機関、１０２は燃焼室、１０３は吸気管、１０４は吸気マニホルド、１０５は吸気通路、１０６は排気マニホルド、１０７は排気管、１０８は排気通路である。内燃機関１０１は、燃焼室１０２に燃料を噴射供給する燃料供給装置１０９を備えている。燃料供給装置１０９は、燃焼室１０２に燃料を燃料噴射弁１１０により噴射する。内燃機関１０１は、吸気管１０３と吸気マニホルド１０４とから構成する吸気通路１０５を燃焼室１０２に連通し、吸気通路１０５により燃焼室１０２に供給した空気に燃料噴射弁１１０により燃焼室１０２に噴射した燃料を混合させて燃焼させ、燃焼後の排出ガスを排気マニホルド１０６と排気管１０７とから構成する排気通路１０８により大気に排出する。
この内燃機関１０１の排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置１１１は、排気通路１０８に窒素酸化物還元装置としてＮＯｘ吸蔵触媒を備えたＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２を設け、前記ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２よりも下流側の排気通路１０８にアンモニアスリップ防止触媒１１３を設けている。ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２は、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排出ガスの温度を検出する排出ガス温度センサ１１４を設け、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出するＮＯｘ吸蔵触媒温度センサ１１５を設けている。アンモニアスリップ防止触媒１１３は、アンモニアスリップ防止触媒温度センサ１１６を設けている。
なお、この排出ガス浄化装置１１１は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２よりも上流側の排気通路１０８に酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタ１１７を備えている。パティキュレートフィルタ１１７は、排出ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、捕集した粒子状物質を酸化触媒により酸化分解して捕集機能を再生する。
前記排出ガス浄化装置１１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２に添加物を供給する添加物供給装置として尿素供給装置１１８を備えている。尿素供給装置１１８は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２よりも上流側の排気通路１０８に還元剤の尿素を尿素噴射弁１１９により供給する。また、排出ガス浄化装置１１１は、添加物供給装置として軽油供給装置１２０を備えている。軽油供給装置１２０は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２よりも上流側の排気通路１０８に還元剤の軽油を軽油噴射弁１２１により供給する。
排出ガス浄化装置１１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２とアンモニアスリップ防止触媒１１３との間の排気通路１０８にアンモニア（ＮＨ_３）濃度を検出するアンモニア検出手段１２２を備え、アンモニアスリップ防止触媒１１３の下流側の排気通路１０８には亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）濃度を検出する亜酸化窒素検出手段１２３を備えている。亜酸化窒素検出手段１２３は、例えば、ＩＲ（赤外線吸収検出）方式とし、Ｎ_２Ｏに特有の赤外吸収波長の吸光度を測定することにより排出ガス中の亜酸化窒濃度を検出する。

前記燃料供給装置１０９と、排出ガス温度センサ１１４と、ＮＯｘ吸蔵触媒温度センサ１１５と、アンモニアスリップ防止触媒温度センサ１１６と、尿素供給装置１１８と、軽油供給装置１２０と、アンモニア検出手段１２２と、亜酸化窒素検出手段１２３とは、制御手段１２４に接続している。制御手段１２４には、内燃機関１０１の運転状況（エンジン回転速度・エンジン負荷等）を検出する運転状況検出手段１２５を接続している。
制御手段１２４は、燃焼室１０２に燃料供給装置１０９の燃料噴射弁１１０から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段１２６と、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２に尿素供給装置１１８の尿素噴射弁１１９から供給される添加物の尿素量を制御する添加物量制御手段である尿素量制御手段１２７と、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２に軽油供給装置１２０の軽油噴射弁１２１から供給される添加物の軽油量を制御する添加物量制御手段である軽油量制御手段１２８とを備えている。
前記内燃機関１０１は、噴射量制御手段１２６によって、運転状況検出手段１２５が検出する運転状況に応じて、燃焼室１０２に燃料供給装置１０９から供給される燃料噴射量を制御する。
この内燃機関１０１の排出ガス浄化装置１１１は、噴射量制御手段１２６によって、亜酸化窒素検出手段１２３により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、燃焼室１０２に燃料供給装置１０９から供給される燃料の噴射量を制御する。また、排出ガス浄化装置１１１は、アンモニア検出手段１２２により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段１２３により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、噴射量制御手段１２６により燃料供給装置１０９による燃料噴射を停止する。さらに、排出ガス浄化装置１１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２のＮＯｘ吸蔵触媒の温度が設定温度以下である場合には、亜酸化窒素濃度に応じた燃料噴射制御手段１２６による燃料噴射量制御を行わない。

次に作用を説明する。
内燃機関１０１の排出ガス浄化装置１１１は、内燃機関１０１の運転時に燃料供給装置１０９から燃焼室１０２に燃料を供給し、尿素供給装置１１８から還元剤としての尿素をＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２の上流側の排気通路１０８に供給し、また、軽油供給装置１１９から還元剤としての軽油を供給する。尿素から生成されたアンモニアと排出ガスとは、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２に導入され、ＮＯｘ吸蔵触媒にてアンモニアと排出ガスに含まれるＮＯｘとが反応し、Ｎ_２に還元される。反応に使われなかった余剰のアンモニアは、アンモニアスリップ防止触媒１１３にて酸化され、Ｎ_２と水が生成され、排出（アンモニアスリップ）を防止される。
燃料供給装置１０９から供給される燃料噴射量は、図６に示すように、亜酸化窒素濃度に応じて制御される。排出ガス浄化装置１１１は、プログラムがスタートすると（Ｄ０１）、排出ガス温度センサ１１４の検出信号などの各種信号を取り込み（Ｄ０２）、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１（例えば、１０ｐｐｍ）未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ｄ０３）。
この判断（Ｄ０３）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、燃料噴射を停止（リッチスパイク停止）し（Ｄ０４）、プログラムをエンドにする（Ｄ０６）。この判断（Ｄ０３）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて燃料噴射量の制御（リッチスパイク制御）を行い（Ｄ０５）、プログラムをエンドにする（Ｄ０６）。
このように、内燃機関１０１の排出ガス浄化装置１１１は、亜酸化窒素検出手段１２３により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、燃料噴射を停止し、あるいは制御することにより、燃焼室１０２に燃料供給装置１０９から供給される燃料噴射量を適切に制御することができるので、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。

なお、この実施例２においては、亜酸化窒素濃度に応じて、燃焼室１０２に燃料供給装置１０９から供給される燃料噴射量を制御したが、アンモニア濃度及び亜酸化窒素濃度に応じて、燃焼室１０２に供給される燃料噴射量を制御することもできる。図７は、実施例２の排出ガス浄化装置１１１の変形例１を示すものである。
図７において、排出ガス浄化装置１１１は、プログラムがスタートすると（Ｅ０１）、排出ガス温度センサ１１４の検出信号などの各種信号を取り込み（Ｅ０２）、アンモニアＮＨ_３濃度が設定値Ｋ２（例えば、１０ｐｐｍ）未満（ＮＨ_３＜Ｋ２）であるかを判断する（Ｅ０３）。
この判断（Ｅ０３）がＮＯ（アンモニア発生量が多い）の場合は、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１（例えば、１０ｐｐｍ）未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ｅ０４）。この判断（Ｅ０４）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、燃料噴射を停止（リッチスパイク停止）し（Ｅ０５）、プログラムをエンドにする（Ｅ０７）。
一方、前記判断（Ｅ０３）がＹＥＳ（アンモニア発生量が少ない）の場合、また、前記判断（Ｅ０４）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて燃料噴射量を制御（リッチスパイク制御）し（Ｅ０６）、プログラムをエンドにする（Ｅ０７）。
このように、内燃機関１０１の排出ガス浄化装置１１１は、アンモニア検出手段１２２により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段１２３により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、噴射量制御手段１２６により、燃料供給装置１０９による燃料噴射を停止することで、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。

また、上述の変形例１においては、アンモニア濃度と亜酸化窒素濃度との両方が設定値以上であった場合に燃料噴射を停止したが、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２の温度に基づいて、燃焼室１０２に供給される燃料噴射量を制御することもできる。図８は、実施例２の排出ガス浄化装置１１１の変形例２を示すものである。
図８において、排出ガス浄化装置１１１は、プログラムがスタートすると（Ｆ０１）、排出ガス温度センサ１１４の検出信号などの各種信号を取り込み（Ｆ０２）、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２のＮＯｘ吸蔵触媒の温度ＴＥＭＰ２が設定温度Ｔ２（例えば、４００℃）を越えて（ＴＥＭＰ２＞Ｔ２）いるかを判断する（Ｆ０３）。
この判断（Ｆ０３）がＮＯ（ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２の温度が低い）の場合は、アンモニアＮＨ_３濃度が設定値Ｋ２（例えば、１０ｐｐｍ）未満（ＮＨ_３＜Ｋ２）であるかを判断する（Ｆ０４）。この判断（Ｆ０４）がＮＯ（アンモニア発生量が多い）の場合は、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ濃度が設定値Ｋ１（例えば、１０ｐｐｍ）未満（Ｎ_２Ｏ＜Ｋ１）であるかを判断する（Ｆ０５）。この判断（Ｆ０５）がＮＯ（亜酸化窒素発生量が多い）の場合は、燃料噴射を停止（リッチスパイク停止）し（Ｆ０６）、プログラムをエンドにする（Ｆ０８）。
一方、前記判断（Ｆ０３）がＹＥＳ（ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２の温度が高い）の場合、前記判断（Ｆ０４）がＹＥＳ（アンモニア発生量が少ない）の場合、また、前記判断（Ｆ０５）がＹＥＳ（亜酸化窒素発生量が少ない）の場合は、亜酸化窒素濃度に応じて燃料噴射量を制御（リッチスパイク制御）し（Ｆ０７）、プログラムをエンドにする（Ｆ０８）。
このように、内燃機関１０１の排出ガス浄化装置１１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２の温度が設定温度を越える場合は亜酸化窒素Ｎ_２Ｏが発生しにくいため、燃料噴射を停止せずに燃料噴射量制御を行い、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２の温度が設定温度以下である場合には、燃料噴射を停止して亜酸化窒素濃度に応じた噴射量制御手段１２６による燃料噴射量制御を行わないので、亜酸化窒素濃度に応じた専用の制御を行う必要がなく、適正な制御を行うことができる。

なお、前述実施例２においては、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置１１２よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒１１３を設けたが、図９に示すように、アンモニアスリップ防止触媒を用いない排出ガス浄化装置とすることもできる。図９は、実施例２の排出ガス浄化装置の変形例３を示すものである。図９において、２０１は内燃機関、２０２は燃焼室、２０３は吸気管、２０４は吸気マニホルド、２０５は吸気通路、２０６は排気マニホルド、２０７は排気管、２０８は排気通路である。燃焼室２０２に燃料を噴射供給する燃料供給装置２０９を備え、燃焼室２０２に燃料を噴射する燃料噴射弁２１０を設けている。
この内燃機関２０１の排出ガス浄化装置２１１は、排気通路２０８に窒素酸化物還元装置としてＮＯｘ吸蔵触媒を備えたＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２を設けている。ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２は、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排出ガスの温度を検出する排出ガス温度センサ２１３を設け、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出するＮＯｘ吸蔵触媒温度センサ２１４を設けている。
なお、この排出ガス浄化装置２１１は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２よりも上流側の排気通路２０８に酸化触媒を備えたパティキュレートフィルタ２１５を備えている。パティキュレートフィルタ２１５は、排出ガス中の粒子状物質を捕集するとともに、捕集した粒子状物質を酸化触媒により酸化分解して捕集機能を再生する。
前記排出ガス浄化装置２１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２に添加物を供給する添加物供給装置として軽油供給装置２１６を備えている。軽油供給装置２１６は、パティキュレートフィルタ２１５よりも上流側の排気通路２０８に還元剤の軽油を軽油噴射弁２１７により供給する。
排出ガス浄化装置２１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２の上流側の排気通路２０８にアンモニア（ＮＨ_３）濃度を検出するアンモニア検出手段２１８を備え、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２の下流側の排気通路２０８には亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）濃度を検出する亜酸化窒素検出手段２１９を備えている。亜酸化窒素検出手段２１９は、例えば、ＩＲ（赤外線吸収検出）方式とし、Ｎ_２Ｏに特有の赤外吸収波長の吸光度を測定することにより排出ガス中の亜酸化窒素濃度を検出する。

前記燃料供給装置２０９と、排出ガス温度センサ２１３と、ＮＯｘ吸蔵触媒温度センサ２１４と、軽油供給装置２１６と、アンモニア検出手段２１８と、亜酸化窒素検出手段２１９とは、制御手段２２０に接続している。制御手段２２０には、内燃機関２０１の運転状況検出手段２２１を接続している。制御手段２２０は、燃焼室２０２に燃料供給装置２０９の燃料噴射弁２１０から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段２２２と、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２に軽油供給装置２１６の軽油噴射弁２１７から供給される添加物の軽油量を制御する添加物量制御手段である軽油量制御手段２２３とを備えている。
前記内燃機関２０１は、噴射量制御手段２２２によって、運転状況検出手段２２１が検出する運転状況に応じて、燃焼室２０２に燃料供給装置２０９から供給される燃料噴射量を制御する。
この内燃機関２０１の排出ガス浄化装置２１１は、噴射量制御手段２２２によって、亜酸化窒素検出手段２１９により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、燃焼室２０２に燃料供給装置２０９から供給される燃料の噴射量を制御する。また、排出ガス浄化装置２１１は、アンモニア検出手段２１８により検出されたアンモニア濃度と、亜酸化窒素検出手段２１９により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、噴射量制御手段２２２により燃料噴射装置２０９による燃料噴射を停止する。さらに、排出ガス浄化装置２１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２のＮＯｘ吸蔵触媒の温度が設定温度以下である場合には、亜酸化窒素濃度に応じた燃料噴射制御手段２２２による燃料噴射量制御を行わない。

図９に示す排出ガス浄化装置２１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２の下流側にアンモニアスリップ防止触媒を用いないシステムであり、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置２１２の上流側にアンモニア検出手段２１８、下流側に亜酸化窒素検出手段２１９を用いている。これにより、この排出ガス浄化装置２１１は、ＮＯｘ吸蔵触媒媒浄化装置２１２だけの場合でも、アンモニア検出手段２１８及び亜酸化窒素検出手段２１９の両者を設けることで、より確実な濃度検出ができ、大気中に放出される亜酸化窒素の排出量を低減することができる。なお、アンモニア検出手段２１８及び亜酸化窒素検出手段２１９は、一方のみを使用することとしても良い。

この発明は、尿素ＳＣＲ触媒浄化装置、ＮＯｘ吸蔵触媒浄化装置を備えた排出ガス浄化装置であり、ディーゼルエンジンだげてなく、ガソリンエンジンのリーンバーンやストイキ燃焼での転用も可能である。また、この排出ガス浄化は、装置内燃機関以外の、ボイラー、焼却炉等での排出ガス処理などへの転用も可能である。

１ 内燃機関
２ 燃焼室
５ 吸気通路
８ 排気通路
９ 燃料供給装置
１０ 燃料噴射弁
１１ 排出ガス浄化装置
１２ 尿素ＳＣＲ浄化装置
１３ アンモニアスリップ防止触媒
１４ 排出ガス温度センサ
１５ アンモニアスリップ防止触媒温度センサ
１８ 尿素供給装置
１９ 尿素噴射弁
２０ 軽油供給装置
２１ 軽油噴射弁
２２ アンモニア検出手段
２３ 亜酸化窒素検出手段
２４ 制御手段
２５ 運転状況検出手段
２６ 噴射量制御手段
２７ 尿素量制御手段
２８ 軽油量制御手段

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、
   前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
   前記窒素酸化物還元装置に添加物を供給する添加物供給装置を備え、
   前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、
   前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、
   前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記窒素酸化物還元装置に添加物供給装置から供給される添加物の量を制御する添加物量制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
2. 内燃機関の排気通路に、窒素酸化物還元装置を設け、
   前記窒素酸化物還元装置よりも下流側にアンモニアスリップ防止触媒を設けた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
   前記内燃機関の燃焼室に燃料を噴射供給する燃料供給装置を備え、
   前記窒素酸化物還元装置と前記アンモニアスリップ防止触媒との間にアンモニア濃度を検出するアンモニア検出手段を備え、
   前記アンモニアスリップ防止触媒の下流側には亜酸化窒素濃度を検出する亜酸化窒素検出手段を備え、
   前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度に応じて、前記燃焼室に燃料供給装置から供給される燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
3. 前記アンモニア検出手段により検出されたアンモニア濃度と、前記亜酸化窒素検出手段により検出された亜酸化窒素濃度との両方の濃度が設定値以上であった場合には、前記添加物量制御手段により添加物の供給を停止する、あるいは前記噴射量制御手段により燃料噴射を停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
4. 前記アンモニアスリップ防止触媒の温度が設定温度以下である場合には、前記亜酸化窒素濃度に応じた添加物量制御手段による添加物量制御を行わないこと、あるいは前記窒素酸化物還元装置の温度が設定温度以下である場合には、前記亜酸化窒素濃度に応じた噴射量制御手段による燃料噴射量制御を行わないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。

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