废气净化装置

摘要

本发明提供一种可以有效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：对由内燃机排出的废气进行引导的排气配管；设置在废气的流动方向上的内燃机的下游侧的催化单元，该催化单元具备：吸留废气中含有的氮氧化物的氮氧化物吸留还原催化剂、及设置在排气配管的内部的将氮氧化物吸留还原催化剂支撑在排气配管内部的支撑机构；向排气配管内的催化单元喷射还原剂的还原剂喷射单元；设置在废气的流动方向上的催化单元的下游侧的浓度测定单元，其对通过氮氧化物吸留还原催化剂之后的废气的氮氧化物浓度进行测定；以及，基于由浓度测定单元测定的氮氧化物浓度来对是否从还原剂喷射单元喷射还原剂进行控制的控制单元。

权利要求

1.一种废气净化装置，其是对由内燃机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，其对由所述内燃机排出的废气进行引导；

催化单元，其设置在所述废气的流动方向上的所述内燃机的下游侧，该催化单元具备：吸留所述废气中含有的氮氧化物的氮氧化物吸留还原催化剂、以及设置在所述排气配管内部的将所述氮氧化物吸留还原催化剂支撑在所述排气配管内部的支撑机构；

还原剂喷射单元，其向所述排气配管内的所述催化单元喷射还原剂；

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，该浓度测定单元对通过所述氮氧化物吸留还原催化剂之后的所述废气的氮氧化物浓度进行测定；

控制单元，其基于所述浓度测定单元测定的氮氧化物浓度来对是否从所述还原剂喷射单元喷射所述还原剂进行控制；以及对所述氮氧化物吸留还原催化剂的温度进行检测的温度检测单元，

其中，所述还原剂为燃料，

所述浓度测定单元连续地对作为所述氮氧化物浓度的一氧化氮浓度进行测定，所述控制单元保存由所述温度检测单元检测出的温度履历数据，并基于所述温度履历数据和所述氮氧化物浓度计算出从所述还原剂喷射单元喷射的燃料的量，再从所述还原剂喷射单元喷射计算出的量的燃料。

2.根据权利要求1所述的废气净化装置，其中，在所述浓度测定单元测定的所述氮氧化物浓度高于规定值时，所述控制单元控制从所述还原剂喷射单元喷射所述还原剂。

3.根据权利要求1所述的废气净化装置，其还具有氨浓度测定单元，该氨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，对通过所述氮氧化物吸留还原催化剂之后的所述废气的氨浓度进行测定，所述控制单元基于由所述氨浓度测定单元测定的氨浓度来对喷射的还原剂的量进行控制。

4.根据权利要求3所述的废气净化装置，其中，所述控制单元基于检测出的所述氮氧化物浓度和所述氨浓度来计算出所述氮氧化物吸留还原催化剂的吸留性能随时间的劣化情况，并基于计算的结果来控制还原剂的喷射时机和喷射量。

5.根据权利要求1所述的废气净化装置，其还具有SCR催化单元，该SCR催化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，并且具备：用于促进所述氮氧化物与氨的反应的SCR催化剂、以及设置在所述排气配管内部的将所述SCR催化剂支撑在所述排气配管内部的支撑机构。

6.根据权利要求5所述的废气净化装置，其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所述废气流动方向上的所述SCR催化单元的下游侧，对通过所述SCR催化剂之后的废气的氮氧化物浓度进行测定，所述控制单元还基于由所述处理后氮氧化物浓度测定单元测定的氮氧化物浓度来对由所述还原剂喷射单元实施的还原剂的喷射进行控制。

7.根据权利要求5所述的废气净化装置，其还具有处理后氨浓度测定单元，该处理后氨浓度测定单元设置在所述废气的流动方向上的所述SCR催化单元的下游侧，对通过所述SCR催化剂之后的废气的氨浓度进行测定，所述控制单元还基于由所述处理后氨浓度测定单元测定的氨浓度来对由所述还原剂喷射单元实施的还原剂的喷射进行控制。

说明书

废气净化装置

技术领域

[0001] 本发明涉及对由内燃机排出的氮氧化物进行还原的废气净化装置。

背景技术

[0002] 由柴油发动机、汽油发动机、燃气轮机等内燃机排出的气体(即废气)中含有氮氧化物(NOX)、粒子状物质(PM)。特别是柴油发动机，由于是在氧过剩的状态下使燃料燃烧，因此在废气中含有大量氮氧化物(NOX)、粒子状物质(PM)。为此，在内燃机的排气管中设置有用于减少粒子状物质的装置、以及用于减少氮氧化物的装置。作为所述用于减少氮氧化物的装置，该装置向引导废气的排气管中喷射尿素，在排气管内通过尿素来生成氨，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，从而减少废气中的氮氧化物。

[0003] 例如，在专利文献1中记载了如下废气净化系统：在内燃机的排气通路上，从上游按照如下顺序设置有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，根据通常运转时采用的NOX排出图(map)计算出NOX排出量，在DPF装置强制再生时，根据强制再生时采用的NOX排出量图计算出NOX排出量，并计算出对应于该计算出的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的上游侧的废气中供给氨水溶液，并使其量达到上述计算出的供给量。

[0004] 另外，在专利文献2中，针对脱硝装置记载了如下脱硝方法，其中，该脱硝装置不用于对内燃机的废气进行处理，而是针对垃圾焚烧炉等燃烧工厂排出的废气的脱硝装置，所述脱硝控制方法为：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值之间的偏差，根据该偏差计算出补正量，基于算出的补正量的至少一种来计算出补正NOX流量，从而根据算出的补正的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。

[0005] 另外，作为用于减少氮氧化物的装置，还有下述装置：使氮氧化物吸留在氮氧化物吸留还原催化剂中，每隔特定的间隔向筒内或配管中喷射轻油，使轻油部分氧化以生成一氧化碳和氢，并利用生成的一氧化碳和氢将吸留在吸留催化剂中的氮氧化物还原。

[0006] 现有技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本特开2007-154849号公报

[0009] 专利文献2：日本特开2005-169331号公报

发明内容

[0010] 发明要解决的问题

[0011] 在此，就使用氮氧化物吸留还原催化剂(以下称为“NOX吸留催化剂”)的废气净化装置而言，由于在NOX吸留催化剂的氮氧化物吸留量方面存在极限，因此如上所述，需要每隔特定的间隔进行还原处理。进行该还原处理的时机可以按照下述方法来计算：基于显示发动机的转速、扭矩、废气的温度及废气中的氮氧化物浓度之间相关关系的数据图来进行计算。利用基于数据图计算出的氮氧化物的排出量，可以在达到该NOX吸留催化剂的吸留量的极限值之前进行还原处理。

[0012] 但是，随着催化剂温度的变化，NOX吸留催化剂能够吸留的氮氧化物的量会发生变化。为此，在非稳定运转时，准确地把握催化剂能够吸留的量是较为困难的。另外，由于在使用中NOX吸留催化剂会发生劣化，因此催化剂能够吸留的量无法经常保持恒定。因此，即使基于数据图对还原处理的时机进行控制，仍然具有以下问题：在非稳定运转、温度剧烈变化、发生催化剂的劣化等时，无法进行适当的控制。

[0013] 在此，在NOX吸留催化剂的还原处理时，如果过量地投入还原剂(例如轻油)，则还原会过度进行而导致产生氨。为此，如果在NOX吸留催化剂未吸留NOX的状态下进行还原处理，则会产生氨。因此，会存在如下问题：无法准确地把握NOX吸留催化剂的吸留量，从而导致进行了必要的还原处理以上的NOX吸留催化剂的还原处理。

[0014] 本发明是针对上述问题而进行的，其目的在于提供一种废气净化装置，该装置可以适当地进行吸留催化剂的还原处理，可以抑制氮氧化物及氨漏出到下游侧，并且，可以有效地减少废气中的氮氧化物。

[0015] 解决问题的方法

[0016] 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，其是对由内燃机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，其特征在于，该废气净化装置具备：对由上述内燃机排出的废气进行引导的排气配管；设置在上述废气的流动方向上的上述内燃机的下游侧的催化单元，该催化单元具备：吸留上述废气中含有的氮氧化物的氮氧化物吸留还原催化剂、及设置在上述排气配管的内部的用于将上述氮氧化物吸留还原催化剂支撑在上述排气配管内部的支撑机构；向上述排气配管内的上述催化单元中喷射还原剂的还原剂喷射单元；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浓度测定单元，其对通过上述氮氧化物吸留还原催化剂之后的上述废气的氮氧化物浓度进行测定；以及基于由上述浓度测定单元测定的氮氧化物浓度来对是否从上述还原剂喷射单元喷射上述还原剂进行控制的控制单元。

[0017] 这样一来，由于利用浓度检测单元对氮氧化物的浓度进行测定，并基于测定结果来对还原剂的喷射进行控制，因此可以适当地检测出进行还原处理的时机。由此，可以抑制在废气净化装置中生成氨，并且可以减少废气中的氮氧化物。另外，还可以减少还原处理的次数。

[0018] 在此，在上述废气净化装置中，优选上述浓度测定单元连续地对作为上述氮氧化物浓度的一氧化氮浓度进行测定。由此，通过连续对一氧化氮进行测定，可以更适当地检测出进行还原处理的时机。

[0019] 另外，优选该废气净化装置具有对上述氮氧化物吸留还原催化剂的温度进行检测的温度检测单元，上述控制单元保存由上述温度检测单元检测到的温度履历数据，并基于上述温度履历数据和上述氮氧化物浓度来计算出从上述还原剂喷射单元喷射的燃料的量，并从上述还原剂喷射单元喷射计算出的量的燃料。

[0020] 这样一来，通过获得温度履历数据，可以进一步对进行还原处理的时机和喷射的还原剂的量进行适当地检测，从而可以进一步减少氮氧化物。

[0021] 另外，优选当上述浓度测定单元测定的上述氮氧化物浓度高于规定值时，上述控制单元控制从上述还原剂喷射单元喷射上述还原剂。这样一来，通过设定规定值，可以适当地进行还原操作。

[0022] 另外，优选该废气净化装置具有氨浓度测定单元，该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，用于对通过上述氮氧化物吸留还原催化剂之后的上述废气的氨浓度进行测定，上述控制单元基于由上述氨浓度测定单元测定的氨浓度来对喷射的还原剂的量进行控制。这样一来，通过还测定氨浓度，可以进一步适当地计算出喷射的还原剂的量。

[0023] 另外，优选基于检测得到的上述氮氧化物浓度和上述氨浓度，计算出上述氮氧化物吸留还原催化剂的吸留性能随时间的劣化情况，并基于计算的结果，由上述控制单元控制还原剂的喷射时机和喷射量。

[0024] 这样一来，通过考虑氮氧化物吸留还原催化剂的吸留性能随时间的劣化情况，可以进一步适当地计算出还原剂的喷射时机和喷射量，从而不易生成氨，并且能够进一步减少氮氧化物。

[0025] 另外，优选该废气净化装置具有SCR催化单元，该SCR催化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，并且具备：用于促进上述氮氧化物与氨的反应的SCR催化剂、以及设置在上述排气配管内部的用于将上述SCR催化剂支撑在上述排气配管内部的支撑机构。

[0026] 这样一来，通过设置SCR催化单元，即使在氨漏出的情况下，也能够使氨和氮氧化物进行反应，从而可以减少氨或除去氨。

[0027] 另外，优选该废气净化装置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定在上述废气的流动方向上的上述SCR催化单元的下游侧，用于对通过上述SCR催化剂之后的废气的氮氧化物浓度进行测定，上述控制单元还基于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，对由上述还原剂喷射单元实施的还原剂的喷射进行控制。

[0028] 通过设定处理后氮氧化物浓度测定单元，可以检测无法经SCR催化单元处理的氮氧化物，并且基于该检测值进行控制，从而可以进一步抑制氮氧化物的排出。

[0029] 另外，优选该废气净化装置具有处理后氨浓度测定单元，该处理后氨浓度测定单元设置在上述废气的流动方向上的上述SCR催化单元的下游侧，用于对通过上述SCR催化剂之后的废气的氨浓度进行测定，上述控制单元还基于由上述处理后氨浓度测定单元测定的氨浓度来对由上述还原剂喷射单元实施的还原剂的喷射进行控制。

[0030] 通过设置处理后氨浓度测定单元，可以检测无法经SCR催化单元处理的氨，并基于该检测值进行控制，从而可以进一步抑制氨的排出。

[0031] 发明的效果

[0032] 本发明涉及的废气净化装置可以适当地检测出在氮氧化物吸留还原催化剂中进行还原处理的时机，从而可以抑制氮氧化物及氨漏出到下游侧，并且可以实现有效地减少废气中的氮氧化物这样的效果。

附图说明

[0033] 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。

[0034] 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。

[0035] 图3是示出NOX吸留催化剂的NOX吸留量和温度之间关系的一例的曲线图。

[0036] 图4是示出NOX吸留催化剂的NOX转化率和温度之间关系的一例的曲线图。

[0037] 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。

[0038] 符号说明

[0039] 10、50 车辆

[0040] 12 柴油发动机

[0041] 14 排气配管

[0042] 16、52 废气净化装置

[0043] 18 氧化催化剂

[0044] 22 燃料喷射单元

[0045] 24 燃料槽

[0046] 26 NOX吸留催化单元

[0047] 28 浓度测定单元

[0048] 30、62 控制单元

[0049] 40 测定单元主体

[0050] 42 光纤

[0051] 44 测定元件

[0052] 46 受光部

[0053] 54 SCR催化单元

[0054] 56 氨浓度测定单元

[0055] 58 处理后氮氧化物浓度测定单元

[0056] 60 处理后氨浓度测定单元

具体实施方式

[0057] 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，本发明并不限定于该实施方式。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、并以具有内燃机的装置为具有柴油发动机的车辆为例来进行说明，但内燃机并不限定于上述范围，可以用于汽油发动机、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，可以作为船舶、发电机等各种装置的内燃机使用。

[0058] 图1是示出具有柴油发动机的车辆的一个实施方式的概略结构的框图，所述柴油发动机中安装有本发明的废气净化装置，图2是示出如图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部件。

[0059] 柴油发动机12是以轻油、重油等作为燃料、并使燃料燃烧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。

[0060] 废气净化装置16具有：氧化催化剂18、燃料喷射单元22、燃料槽24、氮氧化物吸留还原催化单元(以下称为“NOX吸留催化单元”)26、浓度测定单元28、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连接设置。

[0061] 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(Particulate Matter)，粒子状物质)除去。在此，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。

[0062] 燃料喷射单元22是向排气配管14内喷射燃料的喷射装置，其在排气配管14的氧化催化剂18的下游侧部分设置有喷射口。燃料喷射单元22由喷射口向排气配管14的内部喷射作为还原剂的燃料。燃料槽24是用于储存燃料的槽，并向燃料喷射单元22供给燃料。在燃料槽24上设置有用于从供给外部燃料的装置补充燃料的补给口，根据需要通过该补给口补给燃料。需要说明的是，对于燃料槽24而言，可以设置仅向燃料喷射单元22供给燃料的燃料槽，也可以使用向柴油发动机12供给燃料的燃料槽。也就是说，可以由燃料槽24向柴油发动机12和燃料喷射单元22供给燃料。

[0063] NOX吸留催化单元26具备：吸留氮氧化物的NOX吸留催化剂、以及设置在排气配管14的燃料喷射单元22的下游侧部分内部的用于支撑该NOX吸留催化剂的支撑机构。NOX吸留催化单元26将通过NOX吸留催化单元26之后的废气中含有的氮氧化物吸留在NOX吸留催化剂中。这样一来，使废气通过NOX吸留催化单元26，由此可以减少或除去氮氧化物。在此，NOX吸留催化剂可以使用在以往的三元催化剂中加入了作为NOX吸留材料的碱性物质后得到的催化剂，例如，可以使用在蜂窝型载体上包覆氧化铝，并负载有铂(Pt)、铑(Rh)及各种碱金属、碱土金属、稀土金属类氧化物的催化剂。另外，支撑机构设置在排气配管14的内部，并形成使废气通过的孔，其表面支撑有SCR催化剂。需要说明的是，支撑机构只要可以将NOX吸留催化剂支撑在排气配管14中即可，例如可以为框体。

[0064] 浓度测定单元28设置在废气的排气路径中的NOX吸留催化单元26下游侧的排气配管14中，用于对通过NOX吸留催化单元26之后的废气中的氮氧化物的浓度进行测定。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。在此，在本实施方式中，以利用浓度测定单元28对氮氧化物中的一氧化氮的浓度进行测定的情况为例进行说明。

[0065] 测定单元主体40具有发出一氧化氮所吸收的波长域的激光的发光单元、由信号计算出一氧化氮的浓度的运算单元，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。

[0066] 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。

[0067] 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。

[0068] 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。

[0069] 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内的废气中含有一氧化氮，则通过测定元件44的激光被吸收。因此，就激光而言，根据废气中的一氧化氮浓度，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内流动的废气中的一氧化氮浓度。这样一来，浓度测定单元28使用TDLAS方式(Tunable Diode Laser Absorption 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一氧化氮浓度。另外，本实施方式的浓度测定单元28可以连续计算出和/或测定出一氧化氮的浓度。

[0070] 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。

[0071] 控制单元30基于浓度测定单元28的检测结果，通过PID控制对由燃料喷射单元22喷射燃料的时机及喷射量进行控制。具体来说，如果一氧化氮浓度高于基准值，则NOX吸留催化单元26吸留有一定量以上的NOX，判定其处于无法吸留新的NOX的状态，从而由燃料喷射单元22喷射燃料。另外，控制单元30基于一氧化氮浓度的变化率及到目前为止的运转状况，来控制喷射量。车辆10具有如上所述的结构。

[0072] 对于车辆10而言，当柴油发动机12被驱动时，会排出含氮氧化物的废气。由柴油发动机12排出的废气通过排气配管14，到达氧化催化剂18。在氧化催化剂18的作用下，到达氧化催化剂18的废气中所含有的一氧化氮被氧化而成为二氧化氮。这样一来，经氧化催化剂18氧化的废气进一步通过排气配管14，到达NOX吸留催化单元26。到达NOX吸留催化单元26的废气中所含有的氮氧化物被NOX吸留催化单元26吸留。因此，利用NOX吸留催化单元26将含有的氮氧化物得以减少、除去之后的废气进一步通过排气配管14，并利用浓度测定单元28测定一氧化氮的浓度，然后被排出到大气中。需要说明的是，浓度测定单元28将废气中的一氧化氮浓度的测定结果输送给控制单元30。

[0073] 这样一来，NOX吸留催化单元26持续吸留通过的废气中所含有的氮氧化物。其中，NOX吸留催化单元26中的NOX吸留催化剂在氮氧化物(NOX)的吸留量方面存在极限，当吸留一定量(吸留量的极限)的氮氧化物后，将不能再吸留氮氧化物。因此，如果NOX吸留催化剂的氮氧化物吸留量超过极限，则通过NOX吸留催化单元26，被排出的废气中的氮氧化物浓度升高。

[0074] 控制单元30基于由浓度测定单元28测定的一氧化氮的浓度来对NOX吸留催化单元26的NOX吸留催化剂的吸留量是否到达极限值进行判定，如果判定为达到极限值，则进行NOX吸留催化剂的还原处理。在此，是否达到极限值可以通过一氧化氮浓度是否高于基准值来进行判定。下面，针对还原处理进行说明。首先，控制单元30通过燃料喷射单元22向排气配管14中喷射燃料。喷射到排气配管14中的燃料在排气配管14内被部分氧化，从而生成一氧化碳、氢及烃。生成的一氧化碳、氢及烃与被NOX吸留催化剂吸留的氮氧化物(NO、NO2)进行反应，一氧化碳(CO)转化为二氧化碳(CO2)、氢(H2)转化为水(H2O)、烃转化为水(H2O)和二氧化碳(CO2)、氮氧化物转化为氮(N2)，从而从NOX吸留催化剂中除去氮氧化物。

[0075] 这样一来，对于车辆10及废气净化装置16而言，在基于由浓度测定单元28测定的一氧化氮的浓度决定的时机，例如当一氧化氮的浓度高于基准值时，进行NOX吸留催化剂的还原处理，由此可以除去吸留在NOX吸留催化剂中的氮氧化物，使得NOX吸留催化单元26可以再次吸留废气中的氮氧化物。如上所述，车辆10及废气净化装置16通过定期进行还原处理，可以使废气中含有的氮氧化物适当地吸留在NOX吸留催化剂中。即，可以抑制废气中含有的氮氧化物无法被NOX吸留催化剂吸留的情况。

[0076] 另外，如本实施方式所示，通过基于由浓度测定单元28测定的一氧化氮的浓度来决定进行还原处理的时机，即使在运转条件复杂化、或NOX吸留催化剂的能力降低、或温度急剧变化的情况下，也可以在适当的时机进行NOX吸留催化剂的还原处理。

[0077] 在此，图3是示出NOX吸留催化剂的NOX吸留量和温度之间关系的一例的曲线图。例如，如图3所示，NOX吸留催化剂的氮氧化物吸留量随温度而发生明显变化。但是，准确地检测温度、适当地计算出吸留量的极限值是较为困难的。为此，预先基于算出的数据图来判断氮氧化物的吸留量和其极限值的情况下，为了不超过极限值，需要设定比实际的极限值低的值。即，为了实现即使在由于NOX吸留催化剂的能力降低、温度与最适温度之间产生偏差而导致吸留量的极限值下降的情况下，也可以防止氮氧化物的漏出，必须设定为比实际的极限值低的值。另外，由于难以准确地计算出NOX的吸留率和NOX的产生量，因此还存在计算出的吸留量与实际吸留量为不同的数值的可能性。如果该偏差变大，则会过量喷射燃料(还原剂)，导致还原处理过度进行，由此可能会产生氨(NH3)。与此相对，由于车辆10及废气净化装置16基于由浓度测定单元28测定的结果来检测还原的时机，因此能够准确地检测出吸留量的极限值，而不依赖于运转条件、NOX吸留催化剂的性能、温度环境，从而可以适当地恢复NOX吸留催化剂的吸留能力。另外，由于能够准确地把握吸留量的极限值，因此即使在还原处理时喷射了更多的燃料，也可以切实地使吸留的氮氧化物进行反应。这样一来，可以边抑制氨的产生，边还原更多的氮氧化物。由此，可以进一步减少进行还原处理的次数。

[0078] 另外，由于能够准确地把握吸留量的极限值，因此可以更为准确地计算出燃料的喷射量，即使在过量喷射燃料而使氮氧化物的还原过度进行的情况下，也可以抑制氨的产生。另外，可以仅通过氮氧化物浓度来控制还原处理的时机，由于仅设置1个传感器即可，因此可以简化装置结构。

[0079] 其中，优选废气净化装置边进行温度管理边进行还原处理。在此，温度管理可以利用加热器和冷却风扇等温度调整机构来进行。图4是示出NOX吸留催化剂的NOX转化率和温度之间关系的一例的曲线图。如图4所示，NOX吸留催化剂的NOX的转化率随温度而发生变化。因此，通过边进行温度管理边进行还原处理，可以有效地还原NOX吸留催化剂。另外，通过使温度稳定，可以有效地利用供给的燃料，从而能够减少未反应的物质。

[0080] 另外，可以使控制单元30基于加速器的打开程度、速度、发动机转速、温度等运转条件来计算出进行还原处理的时机的估算值和燃料的喷射量的估算值。具体来说，可以使用显示运转条件与一氧化氮排出量之间关系的数据图，由运转条件计算出一氧化氮的产生量，从而计算出进行还原处理的时机的估算值、燃料喷射量的估算值。通过利用运转条件计算出进行还原处理的时机的估算值，能够简单地计算出进行还原处理的时机。另外，在氮氧化物的浓度不规则地瞬间上升的情况下，可以防止进行还原处理。另外，通过计算出燃料的喷射量的估算值，可以进一步提高燃料喷射量的计算精度。即，能够更准确地计算出喷射量。由此，能够更为切实地抑制燃料过度喷射的情况。

[0081] 需要说明的是，在不计算出估算值的情况下，则不再需要对运转条件进行检测，可以减少测定单元，从而能够使废气净化装置的装置结构变得简单。另外，由于不需要根据条件计算出基准值，因此控制变得简单。

[0082] 此外，优选废气净化装置16设置用于捕集废气中含有的粒子状物质的过滤器。通过设置氧化催化剂、以及用于捕集粒子状物质的过滤器，可以对废气中含有的粒子状物质(PM、Particulate Matter)进行捕集。需要说明的是，由于可以捕集粒子状物质，并且进一步使氮氧化物统一为二氧化氮、使处理容易进行，因此优选如本实施方式那样，设置氧化催化剂，但不是必须设置氧化催化剂。

[0083] 需要说明的是，在废气净化装置16中，作为浓度测定单元28，由于可以连续地对一氧化氮进行测定，并且不检测氮氧化物，因此，通过输出一氧化氮吸收的波长域的激光、并对激光的吸收比例进行检测的TDLAS方式来测定一氧化氮的浓度，但并不限定于此。在本发明中，可以使用能够测定废气中的一氧化氮浓度的各种测定单元，例如，可以在测定位置设置分支管，使部分废气还流经分支管，并对流经分支管的废气的一氧化氮浓度进行测定。需要说明的是，通过使用TDLAS方式，可以准确地测定一氧化氮的浓度，而不会受到氨等的干扰。

[0084] 需要说明的是，作为利用浓度测定单元28检测的氮氧化物，仅检测了一氧化氮，但本发明并不限定于上述形式，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，并可以基于测定值计算出进行还原处理的时机。使用浓度测定单元28、通过TDLAS方式对一氧化氮和二氧化氮两者进行检测时，可以设置两个传感器来测定，也可以通过例如用1个传感器射出两个波长域的光，从而通过1个传感器对两者的浓度进行测定。

[0085] 另外，在废气净化装置16中仅设置浓度测定单元28，由通过NOX吸留催化单元26之后的废气中的氮氧化物(一氧化氮)浓度来控制燃料喷射单元22，但本发明并不限于上述形式。下面，参照图5，对本发明的废气净化装置的其它实施方式进行说明。

[0086] 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50，除废气净化装置52的部分结构以外，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5所述的车辆50具有：柴油发动机12、排气配管14、及废气净化装置52。废气净化装置52具有：氧化催化剂18、燃料喷射单元22、燃料槽24、NOX吸留催化单元26、浓度测定单元28、SCR催化单元54、氨浓度测定单元56、处理后氮氧化物浓度测定单元58、处理后氨浓度测定单元60及控制单元62。由于氧化催化剂18、燃料喷射单元22、燃料槽24、NOX吸留催化单元26及浓度测定单元28与上述的废气净化装置16的各部分具有相同的结构，因此省略对其详细的说明。需要说明的是，浓度测定单元28设置在NOX吸留催化单元26和SCR催化单元54之间。

[0087] SCR催化单元54具备SCR催化剂和对该SCR催化剂进行支撑的支撑机构，其中所述SCR催化剂是捕集氨，促进氨和氮氧化物之间的反应的尿素选择性还原催化剂，所述支撑机构设置在排气配管14的NOX吸留催化单元26的下游侧部分的内部。其中，可以使用沸石系催化剂作为SCR催化剂。另外，支撑机构设置在排气配管14内部，并形成使废气通过的孔，其表面支撑有SCR催化剂。需要说明的是，支撑机构只要可以将SCR催化剂支撑在排气配管14中即可，例如可以为框体。

[0088] SCR催化单元54具有上述结构，氮氧化物被NOX吸留催化单元26吸留之后的废气经过排气配管14被供给到SCR催化单元54中。在供给的废气中含有氨的情况下，SCR催化单元54对废气含有的氨进行捕集。在此，氨混入到在NOX吸留催化单元26中过量供给燃料时等所产生的废气中。另外，在由排气配管14供给的废气中残留有氮氧化物的情况下，SCR催化单元54使废气中含有的氮氧化物与捕集到的氨反应，从氮氧化物中除去氧，将其还原成氮。具体来说，通过下述化学反应，对氮氧化物进行还原。

[0089] 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

[0090] 4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

[0091] 氨浓度测定单元56设置在废气的排气路径中的NOX吸留催化单元26的下游侧，并且设置在SCR催化单元54的上游侧的排气配管14上，其对由NOX吸留催化单元26排出的废气中的氨浓度进行测定。氨浓度测定单元56与浓度测定单元28同样，具有测定单元主体、光纤、测定元件及受光部。由于利用氨浓度测定单元56的氨浓度的测定方法与浓度测定单元28相同，因此省略对其的说明。氨浓度测定单元56连续地对通过NOX吸留催化单元26之后的废气中含有的氨浓度进行测定，并将测定结果输送给控制单元62。

[0092] 处理后氮氧化物浓度测定单元58设置在废气的排气路径上的SCR催化单元54下游侧的排气配管14上，其对通过SCR催化单元54之后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58可以使用与浓度测定单元28结构相同的传感器。处理后氮氧化物浓度测定单元58连续地对通过SCR催化单元54之后的废气中含有的氮氧化物浓度进行测定，并将测定结果输送给控制单元62。

[0093] 处理后氨浓度测定单元60设置在废气的排气路径上的SCR催化单元54下游侧的排气配管14上，其对通过SCR催化单元54之后的废气中的氨浓度进行测定。处理后氨浓度测定单元60可以使用与氨浓度测定单元56结构相同的传感器。处理后氨浓度测定单元60连续地对通过SCR催化单元54之后的废气中含有的氨浓度进行测定，并将测定结果输送给控制单元62。

[0094] 控制单元62基于由浓度测定单元28、氨浓度测定单元56、处理后氮氧化物浓度测定单元58及处理后氨浓度测定单元60输送的测定结果，对由燃料喷射单元22实施的燃料的喷射的时机、即还原处理的时机和喷射的燃料的量进行控制。车辆50及废气净化装置52基本上具有上述结构。

[0095] 如上所述，控制单元62基本上基于浓度测定单元28的测定值来对还原处理的时机和喷射的燃料的量进行计算。这里，如果喷射的燃料的量相对于NOX吸留催化剂吸留的氮氧化物增多，则会产生氨，但通过利用氨浓度测定单元56对废气中含有的氨的浓度进行测定，可以检测氨的产生。如果控制单元62测定到氨，则判定燃料的喷射量过量，从而减少燃料的喷射量。这样一来，通过利用氨浓度测定单元56对氨浓度进行测定，可以对NOX吸留催化单元26的能力下降等导致的吸留量的降低进行检测，从而更准确地对燃料的喷射量进行控制，可以在不过量供给燃料的情况下，抑制氨的排出。

[0096] 另外，通过设置SCR催化单元54，即使在由于NOX吸留催化单元26而导致生成氨的情况下，也可以利用SCR催化单元54来捕集氨，从而抑制氨排出到废气净化装置的外部。

[0097] 此外，优选控制单元62基于浓度测定单元28和氨浓度测定单元56的测定结果来计算出NOX吸留催化单元66的NOX吸留催化剂的性能变化。即，控制单元62基于进行还原处理的时机和还原时排出的氨的量等，计算出吸留的氮氧化物的量，由此可以计算出NOX吸留催化剂的性能变化，例如计算出随时间的劣化程度等。这样一来，通过计算出NOX吸留催化剂的性能变化，可以更适当地计算出还原处理的时机和燃料的喷射量。

[0098] 此外，如果氨浓度测定单元56检测到由NOX吸留催化单元26排出氨，则控制单元62计算出排出的氨的累积量，控制还原处理的时机，使得从NOX吸留催化单元26排出与氨的排出量相当的氮氧化物。具体来说，推迟还原处理的时机、即使超过NOX吸留催化单元26的极限值，也在一定时间不进行还原处置。由此，废气中含有的氮氧化物不会被NOX吸留催化单元26吸留，而是供给到SCR催化单元54中，可以使被SCR催化单元54捕集的氨与氮氧化物反应，从而能够将氨除去。由此，可以进一步抑制从废气净化装置排出氨及氮氧化物。

[0099] 此外，如果通过处理后氮氧化物浓度测定单元58检测到废气中含有氮氧化物，则通过控制单元62使得由燃料喷射单元22喷射出更多的燃料。在此，通过利用处理后氮氧化物浓度测定单元58对废气中的氮氧化物进行检测，可以对SCR催化单元54中是否捕集有氨进行检测。然后，如果通过处理后氮氧化物浓度测定单元58检测到废气中含有氮氧化物，则通过由燃料喷射单元22喷射出更多的燃料，可以使SCR催化单元54形成捕集有氨的状态。这样一来，通过使SCR催化单元54为捕集有氨的状态，即使是无法利用NOX吸留催化单元26捕集氮氧化物的情况下，也可以利用SCR催化单元54进行捕集，从而可以抑制氮氧化物由废气净化装置52排出到外部。

[0100] 另外，如果通过处理后氨浓度测定单元60检测到废气中含有氨，则控制单元62将还原处理的时机推迟一定时间，使得氮氧化物从NOX吸留催化单元26排出。在此，通过利用处理后氨浓度测定单元60对氨进行检测，可以对SCR催化单元54是否捕集了极限以上的氨进行判定。如果通过处理后氨浓度测定单元60检测到废气中含有氨，则控制单元62通过将还原处理的时机推迟一定时间，可以使一定量的氮氧化物从NOX吸留催化单元26排出。由此，可以还原由SCR催化单元54捕集的氨，从而可以抑制氨从SCR催化单元54排出。

[0101] 在此，由于车辆50及废气净化装置52可以获得上述各种效果，因此设置了SCR催化单元54、氨浓度测定单元56、处理后氮氧化物浓度测定单元58及处理后氨浓度测定单元60，但是仅设置这些中的一部分的结构也可以获得一定的效果。需要说明的是，在设置有处理后氮氧化物浓度测定单元58、处理后氨浓度测定单元60及SCR催化单元54的情况下，可以获得上述效果。

[0102] 另外，优选废气净化装置52设置用于检测NOX吸留催化剂温度的温度检测单元，并且还利用由温度检测单元检测的NOX吸留催化剂的温度，对进行还原处理的时机、燃料的喷射量进行控制。如上所述，由于NOX吸留催化剂的性能会随着温度而发生变化，因此通过检测温度，并使用其温度履历来计算喷射量，可以更适当地计算出喷射量，从而可以使用所必须的最小限度的喷射量。由此，可以边抑制从废气净化装置排出的氨和氮氧化物，边适当地进行控制。

[0103] 另外，在上述实施方式中，均是以具有对氮氧化物的浓度进行测定的浓度测定单元28的废气净化装置为例进行说明的，但也可以为如下结构：不设置浓度测定单元28，而仅设置图5的氨浓度测定单元56。这样一来，在仅设置氨浓度测定单元56的情况下，虽然无法适当地计算出还原处置(即燃料喷射)的时机，但可以抑制燃料的过量喷射，并可以抑制氨的排出。

[0104] 需要说明的是，作为由燃料喷射单元喷射的燃料，只要是可以还原氮氧化物的液体即可，可以使用甲醇、丙烯、煤油、轻油等。另外，对于燃料也没有限定，只要是可以还原氮氧化物的还原剂即可。

[0105] 工业实用性

[0106] 如上所述，本发明涉及的废气净化装置对于净化由内燃机排出的废气是有用的，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。