废气净化装置 |
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| 申请号 | CN200980149307.5 | 申请日 | 2009-12-04 | 公开(公告)号 | CN102245868B | 公开(公告)日 | 2013-09-18 |
| 申请人 | 三菱重工业株式会社; | 发明人 | 田浦昌纯; 牟田研二; 团野实; 胜木将利; 氏原优子; 上野大司; 藤永隆; 加藤英治; 浅海慎一郎; 青木直志; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的课题在于提供难以 泄漏 氨 、且能够有效降低废气中的氮 氧 化物的废气 净化 装置。通过具有以下单元来解决上述课题，即：排气管；尿素 水 溶液喷射单元，向排气管内喷射尿素水溶液；催化单元，具备尿素SCR催化剂和 支撑 机构，配置于喷射尿素水溶液的 位置 的下游侧，所述尿素SCR催化剂促进氨与氮氧化物的反应，所述支撑机构在排气管的内部支撑尿素SCR催化剂；浓度测量单元，在废气的流动方向配置于催化单元的下游侧，测量通过尿素SCR催化剂后的废气的氨浓度；和控制单元，根据由浓度测量单元测量的氨浓度，控制由尿素水溶液喷射单元进行的尿素水溶液的喷射。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种废气净化装置，用于对从内燃机排出的废气中含有的氮氧化物进行还原，其特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 废气净化装置技术领域[0002] 从柴油发动机、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)、颗粒状物质(PM)。特别是，柴油发动机由于在氧过剩的状态下使燃料燃烧，因此废气中含有大量的氮氧化物(NOx)、颗粒状物质(PM)。因而，在内燃机的排气管中设置用于降低颗粒状物质的装置、用于降低氮氧化物的装置。作为该降低氮氧化物的装置，有以下装置：向引导废气的排气管中喷射尿素，在排气管内由尿素生成氨，并使所生成的氨与废气中的氮氧化物反应，从氮氧化物中除去氧而恢复为氮，由此从废气中降低氮氧化物。 [0003] 例如，专利文献1中记载了一种废气净化系统，其在内燃机的排气通道中从上游依次配置有DPF装置、选择性催化还原型催化装置。另外，专利文献1中记载了以下装置：在通常运转时，由通常运转时用的NOx排放图计算出NOx排放量，在DPF装置的强制再生时，由强制再生时用的NOx排放量图计算出NOx排放量，并计算出与该计算出的NOx排放量对应的氨类水溶液的供给量，为了达到该计算出的供给量，将氨类水溶液供给至选择性催化还原型催化装置的上游侧的废气中。 [0004] 另外，专利文献2记载了一种废气的脱硝装置，其并非用于处理内燃机的废气，而是从垃圾焚烧炉等燃烧设备排出的废气的脱硝装置，还记载了以下脱硝控制方法：测定处理前气体的NOx浓度、处理后的 废气中的氨浓度、废气的NOx浓度、和废气的流量，由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成绩、和处理后的废气中的氨浓度，并计算出所计算出的各值与目标值的偏差，由该偏差计算出校正量，根据所计算出的校正量的至少一种计算出校正NOx流量，并根据所计算出的校正NOx流量控制注入到处理前废气中的氨流量。 [0005] 专利文献1：日本特开2007-154849号公报 [0006] 专利文献2：日本特开2005-169331号公报 发明内容[0007] 如专利文献1所记载，通过根据预先制作的图来控制尿素的喷射量，可以降低氮氧化物，还可以调节氨的量。另外，如专利文献2所记载，通过使用氮氧化物的浓度、脱硝率和处理后的废气的氨浓度中的至少一种对氮氧化物的流量的偏差进行校正，也可以降低氮氧化物，还可以调节氨的量。 [0008] 但是，如专利文献1所示，在利用预先制作的图来调节尿素的喷射量的情况下，根据运转状态，有时也会存在氮氧化物泄漏、或氨泄漏的问题。另外，如专利文献2所示，为了计算出NOx流量，需要检测废气的流量和NOx(氮氧化物)的浓度并进行运算，存在花费时间的问题。另外，由于内燃机的排气量的变化剧烈，因此还存在难以计算NOx流量的问题。另外，即使以NOx流量作为基准控制氨的喷射量，也存在无法充分降低氮氧化物和泄漏的氨的量的问题。 [0009] 本发明是鉴于上述内容而进行的，其目的在于提供一种废气净化装置，该废气净化装置计算出喷射到排气管中的尿素的合适量，氨难以泄漏到下游侧，且能够有效地降低废气中的氮氧化物。 [0010] 为了解决上述课题而达到目的，本发明涉及一种废气净化装置， 用于对从内燃机排出的废气中含有的氮氧化物进行还原，其特征在于，具有：排气管，引导从所述内燃机排出的废气；尿素水溶液喷射单元，向所述排气管内喷射尿素水溶液；催化单元，其具备尿素SCR催化剂和支撑机构，在所述废气的流动方向配置于喷射所述尿素水溶液的位置的下游侧，所述尿素SCR催化剂促进由喷射的所述尿素水溶液生成的氨与所述氮氧化物的反应，所述支撑机构配置于所述排气管的内部并且在所述排气管的内部支撑所述尿素SCR催化剂；氨浓度测量单元，其在所述废气的流动方向配置于所述催化单元的下游侧，测量通过所述尿素SCR催化剂后的所述废气的氨浓度；和控制单元，根据由所述氨浓度测量单元所测量的氨浓度，控制由所述尿素水溶液喷射单元进行的所述尿素水溶液的喷射。 [0011] 这样，根据由氨浓度测量单元所检测的通过尿素SCR催化剂后的废气中所含的氨浓度，利用所述控制单元控制由所述尿素水溶液喷射单元进行的尿素水溶液的喷射，由此，可以进一步降低从废气净化装置排出的废气中的氨，同时还可以降低废气中的氮氧化物。另外，通过仅根据氨的检测值来控制尿素水溶液的喷射量，可以减少运算量，也可以简化装置结构。 [0012] 在此，优选废气净化装置还具有处理后氮氧化物浓度测量单元，其在所述废气的流动方向配置于所述催化单元的下游侧，测量通过所述尿素SCR催化剂后的废气的氮氧化物浓度，并且所述控制单元还根据由所述处理后氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度来控制由尿素水溶液喷射单元进行的尿素水溶液的喷射。 [0013] 这样，还使用由处理后氮氧化物浓度测量单元所测量的通过尿素SCR催化剂后的废气的氮氧化物浓度来控制尿素水溶液的喷射，由此，能够进一步降低废气中所含的氮氧化物。 [0014] 另外，在由所述氨浓度测量单元所检测的氨浓度、和由所述处理 后氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度二者超过基准浓度的情况下，优选具有进行所述尿素SCR催化剂的恢复的恢复单元。另外，所述恢复单元优选在规定温度下加热所述尿素SCR催化剂。 [0015] 这样，通过利用恢复单元使尿素SCR催化剂恢复，能够进一步抑制氨和氮氧化物泄漏。另外，通过根据氨浓度和氮氧化物浓度二者来判断尿素SCR催化剂的能力，能够更正确地把握尿素SCR催化剂的状态，并能够抑制进行不需要的恢复处理。另外，作为恢复处理，通过对尿素SCR催化剂进行加热，可以简单地恢复尿素SCR催化剂的能力。 [0016] 另外，在由所述氨浓度测量单元所检测的氨浓度、和由所述处理后氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度二者超过基准浓度的情况下，还优选具有通知需要更换所述尿素SCR催化剂的通知单元。 [0017] 这样，通过利用通知单元来通知尿素SCR催化剂的能力降低，要求操作者更换尿素SCR催化剂，能够抑制继续使用能力已降低的尿素SCR催化剂，能够进一步抑制氨和氮氧化物泄漏。另外，通过根据氨浓度和氮氧化物浓度二者来判断尿素SCR催化剂的能力，能够更正确地把握尿素SCR催化剂的状态，并能够抑制进行不需要的更换。 [0018] 优选还具有处理前氮氧化物浓度测量单元，其在所述废气的流动方向配置于所述尿素水溶液喷射单元与所述催化单元之间，测量废气的氮氧化物浓度，并且所述控制单元还根据由所述处理前氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度来控制由尿素水溶液喷射单元进行的尿素水溶液的喷射。 [0019] 这样，通过还根据由所述处理前氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度来控制由尿素水溶液喷射单元进行的尿素水溶液的喷射，还可以把握氮氧化物的还原所需要的氨的量，能够控制尿素水溶液的喷射，能够进一步降低从废气净化装置排出的废气中的氨，同时 也能够进一步降低废气中的氮氧化物。 [0020] 优选还具有异氰酸浓度测量单元和温度调节单元，所述异氰酸浓度测量单元在所述废气的流动方向配置于所述尿素水溶液喷射单元与所述催化单元之间，测量废气的异氰酸浓度，所述温度调节单元在所述废气的流动方向调节所述尿素水溶液喷射单元与所述催化单元之间的废气流路的温度，并且根据所述异氰酸浓度测量单元所测量的异氰酸浓度，利用所述温度调节单元来调节所述废气流路的温度。 [0021] 这样，通过根据废气中的异氰酸浓度来调节废气流路的温度，能够更可靠地使喷射的尿素水溶液形成氨，能够更容易地控制废气中的氨浓度。 [0022] 优选还具有处理前氨浓度测量单元和温度调节单元，所述处理前氨浓度测量单元在所述废气的流动方向配置于所述尿素水溶液喷射单元与所述催化单元之间，测量废气的氨浓度，所述温度调节单元在所述废气的流动方向调节所述尿素水溶液喷射单元与所述催化单元之间的废气流路的温度，并且根据所述处理前氨浓度测量单元所测量的氨浓度，利用所述温度调节单元来调节所述废气流路的温度。 [0023] 这样，通过根据处理前的废气中的氨浓度来调节废气流路的温度，能够更可靠地使喷射的尿素水溶液形成氨，能够更容易地控制废气中的氨浓度。 [0024] 为了解决上述课题而达到目的，本发明涉及一种废气净化装置，用于对从内燃机排出的废气中含有的氮氧化物进行还原，其特征在于，具有：排气管，引导从所述内燃机排出的废气；尿素水溶液喷射单元，向所述排气管内喷射尿素水溶液；催化单元，其具备尿素SCR催化剂和支撑机构，在所述废气的流动方向配置于喷射所述尿素水溶液的位置的下游侧，所述尿素SCR催化剂促进由喷射的尿素水溶液生成的氨 与所述氮氧化物的反应，所述支撑机构配置于所述排气管的内部并且在所述排气管的内部支撑所述尿素SCR催化剂；处理前氮氧化物浓度测量单元，其在所述废气的流动方向配置于所述尿素水溶液喷射单元与所述催化单元之间，测量废气的氮氧化物浓度；处理后氮氧化物浓度测量单元，其在所述废气的流动方向配置于所述催化单元的下游侧，测量通过所述尿素SCR催化剂后的废气的氮氧化物浓度；和控制单元，根据由所述处理前氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度、和由所述处理后氮氧化物浓度测量单元所测量的氮氧化物浓度之差，计算出通过所述催化单元后的废气中的氨浓度，并根据计算出的氨浓度来控制由尿素水溶液喷射单元进行的尿素水溶液的喷射。 [0025] 这样，通过使用处理前氮氧化物浓度和处理后氮氧化物浓度计算出废气中的氨浓度，并根据计算出的氨浓度来控制尿素水溶液的喷射量，能够进一步降低从废气净化装置排出的废气中的氨，同时也能够降低废气中的氮氧化物。另外，通过仅根据氨的计算值来控制尿素水溶液的喷射量，还能够简化装置结构。 [0026] 本发明的废气净化装置，根据通过尿素SCR催化剂后的废气中所含的氨浓度来控制尿素水溶液的喷射，由此，能够进一步降低从废气净化装置排出的废气中的氨，并且也能够降低废气中的氮氧化物。另外，通过仅根据氨的检测值来控制尿素水溶液的喷射量，能够减少运算量，还能够简化装置结构。附图说明 [0027] 图1是表示具有安装了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示意结构的方框图。 [0028] 图2是表示图1所示的柴油发动机用废气净化装置的浓度测量单元的示意结构的方框图。 [0029] 图3是表示利用控制单元的尿素水溶液喷射量的控制方法的一个例子的流程图。 [0030] 图4-1是表示氮氧化物(NOx)浓度与时间的关系的曲线图。 [0031] 图4-2是表示所测量的氨浓度与时间的关系的曲线图。 [0032] 图4-3是表示尿素SCR催化剂的温度与时间的关系的曲线图。 [0033] 图4-4是表示注入到尿素SCR中的氨的流量与时间的关系的曲线图。 [0034] 图5是表示具有废气净化装置的车辆的另一实施方式的示意结构的方框图。 [0035] 图6是表示利用控制单元的尿素水溶液喷射量的控制方法的一个例子的流程图。 [0036] 图7是表示具有废气净化装置的车辆的另一实施方式的示意结构的方框图。 具体实施方式 [0037] 以下，根据附图对本发明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。需要说明的是，在下述实施方式中，将安装了废气净化装置的内燃机作为柴油发动机，作为使用柴油发动机的车辆进行说明，但内燃机不限于此，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，可以用作船舶、发电机等各种装置的内燃机。 [0038] 图1是表示具有安装了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示意结构的方框图，图2是表示图1所示的柴油发动机用废气净化装置的浓度测量单元的示意结构的方框图。如图1所示，车辆10具有柴油发动机12、引导从柴油发动机12排出的废气的排气管14、和对在排气管14内流动的废气进行净化的废气净化装置16。需要说明的是，车辆10除了图示的结构以外，还具有车轮、车体、操作部、变速器等车辆所必需的各种要素。 [0039] 柴油发动机12是以轻油或重油等作为燃料、通过燃烧燃料而获取动力的内燃机。排气管14的一个端部与柴油发动机12连接，引导从 柴油发动机12排出的废气。 [0040] 废气净化装置16具有氧化催化剂18、DPF20、尿素水溶液喷射单元22、尿素水溶液罐24、尿素SCR单元26、浓度测量单元28、和控制单元30，在废气的排气路径中、即排气管 14的内部或与排气管14连接配置。 [0041] 氧化催化剂18是设置于废气的排气路径中、具体而言设置于排气管14的在废气的流动方向上柴油发动机12的排气口的下游侧部分的内部的铂等催化剂。通过排气管14的内部、并通过氧化催化剂18的废气，利用氧化催化剂18除去PM(Particulate Matter、颗粒状物质)的一部分成分。在此，PM是从柴油发动机排出的大气污染物质，是固态的碳粒子、由高分子构成的未燃的烃(可溶性烃：SOF、Soluble Organic Fraction)、和燃料中所含的硫氧化而生成的硫酸盐等的混合物。另外，氧化催化剂18将排气管14内流动的废气中所含的一氧化氮氧化成二氧化氮。 [0042] DPF(柴油机微粒过滤器，Diesel Particulate Filter)20设置于废气的排气路径中，具体而言设置于排气管14的、氧化催化剂18的下游侧部分的内部，其为用于捕集通过氧化催化剂18后的废气中所含的颗粒状物质的过滤器。作为DPF20，优选使用通过燃烧等除去所捕集的PM而再生的、可保持捕集性能的连续再生式DPF。 [0043] 尿素SCR(选择性催化还原)系统21是降低废气中所含的氮氧化物(NO、NO2)的脱硝系统，由上述的尿素水溶液喷射单元22(以下简称为“喷射单元22”)、尿素水溶液罐24、和尿素SCR催化单元26构成。喷射单元22是向排气管14内喷射尿素水溶液的喷射装置，在排气管14的、DPF20的下游侧的部分设置喷射口。喷射单元22从喷射口向排气管14的内部喷射尿素水溶液。尿素水溶液罐24是储存尿素水溶液的罐，向喷射单元22供给尿素。尿素水溶液罐24上设置用于从外部 的供给尿素水溶液的装置补充尿素水溶液的补给口，根据需要从该补给口补给尿素水溶液。尿素SCR催化单元26具备尿素SCR催化剂和支撑机构，所述尿素SCR催化剂促进由尿素生成的氨与氮氧化物的反应，所述支撑机构设置于排气管14的、喷射单元22的下游侧部分的内部，支撑该尿素SCR催化剂。可以将沸石类催化剂用于尿素SCR催化剂。另外，支撑机构配置于排气管14的内部，形成使废气通过的孔，在其表面支撑了尿素SCR催化剂。 [0044] 尿素SCR系统21为如上所述的结构，利用喷射单元22向排气管14的内部喷射尿素水溶液。所喷射的尿素水溶液因排气管14内的热而生成氨(NH3)。具体而言，通过以下化学反应，由尿素水溶液生成氨。 [0045] (NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2 [0046] 之后，所生成的氨与废气一起在排气管14内流动，到达尿素SCR催化单元26。需要说明的是，尿素水溶液的一部分没有生成氨，而以尿素水溶液的形式到达尿素SCR催化单元26。因此，即使在尿素SCR催化单元26内，通过上述反应，由尿素水溶液也生成氨。到达尿素SCR催化单元26的氨与废气中所含的氮氧化物反应，从氮氧化物除去氧，还原为氮。具体而言，通过以下化学反应，还原氮氧化物。 [0047] 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O [0048] 4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O [0049] 浓度测量单元28在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元26的下游侧的排气管14中，测量通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氨的浓度。如图2所示，浓度测量单元28具有测量单元主体40、光纤42、测量池44、和受光部46。 [0051] 光纤42引导由测量单元主体40输出的激光，入射到测量池44中。 [0052] 测量池44配置于排气管14的一部分中，具有：使从光纤42射出的光入射到测量池44的内部的入射部、和将通过测量池44的规定路径的激光输出的输出部。 [0053] 受光部46接收通过测量池44的内部并由输出部输出的激光，将所接收的激光的强度作为受光信号而输出到测量单元主体40中。 [0054] 浓度测量单元28为如上所述的结构，由测量单元主体40输出的激光，在从光纤42通过测量池44内的规定路径后，由输出部输出。此时，若测量池44内的废气中含有氨，则通过测量池44的激光被吸收。因此，激光根据废气中的氨浓度的不同，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，并输出到测量单元主体40中。测量单元主体40对所输出的激光的强度和由受光信号计算出的强度进行比较，由该减少比例计算出在测量池44内流动的废气的氨浓度。这样，浓度测量单元28使用TDLAS方式(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：可调谐二极管激光吸收光谱)、根据输出的激光的强度和由受光部46检测到的受光信号来计算和/或测量通过测量池44内的规定位置、即测定位置的废气中的氨浓度。另外，本实施方式的浓度测量单元28可以连续地计算和/或测量氨浓度。 [0055] 需要说明的是，测量池44可以由透过光的材料仅形成入射部和输出部，也可以由透过光的材料形成测量池44整体。另外，也可以在测量池44内设置至少两个光学镜，通过光学镜使由入射部入射的激光进行多次反射后，由输出部输出。这样通过使激光进行多次反射，可以 使其通过测量池44内的更多的区域。由此，可以减小在测量池44内流动的废气的浓度的分布的影响，从而可以正确地检测浓度。 [0056] 控制单元30根据浓度测量单元28的检测结果并利用PID控制来控制由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量和喷射的时机。具体而言，在氨浓度低于规定值的情况下，增多一次喷射的尿素水溶液的量，或者缩短喷射尿素水溶液的间隔。另外，在氨浓度高于规定值的情况下，减少一次喷射的尿素水溶液的量，或者延长喷射尿素水溶液的间隔。 [0057] 图3是表示利用控制单元30的尿素水溶液喷射量的控制方法的一个例子的流程图。需要说明的是，图3所示的流程图是通过由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量来调节氨浓度的情况。首先，由浓度测量单元28所测量的氨浓度被输入到控制单元30中时，控制单元30作为步骤S12而判断所测量的氨浓度是否大于目标值。若控制单元30在步骤S12中判定所测量的氨浓度大于目标值(是)，则前进至步骤S14，将目前设定的尿素水溶液喷射量降低一定量。即，减少一定量的由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量。之后，控制单元30前进至步骤S20。 [0058] 另外，步骤S12中，若控制单元30判定所测量的氨浓度为目标值以下(否)，则前进至步骤S16，判断所测量的氨浓度是否小于目标值。若控制单元30在步骤S16中判定所测量的氨浓度小于目标值(是)，则前进至步骤S18，将目前设定的尿素水溶液喷射量增加一定量。即，增加一定量的由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量。之后，控制单元30前进至步骤S20。另外，若控制单元30在步骤S16判定所测量的氨浓度为目标值以上(否)，则前进至步骤S20。控制单元30在步骤S20中判断发动机(柴油发动机12)是否停止。若控制单元30判定发动机未停止、即发动机在运转中(否)，则前进至步骤S12，重复上述处理。另一方面，若控制单元30在步骤S20中判断发动机停止(是)，则结束处理。如上所述，控制单元30控制喷射单元22的尿素水溶液喷射量。需要说明的是，上述控制中，虽然增加、减少了一定量的尿素水溶液喷射 量，但不限于此。例如，在氨浓度为目标值以下的情况下，可以使尿素水溶液喷射量为预先设定的基准值，在氨浓度为目标值以上的情况下，可以使尿素水溶液喷射量为0。另外，尿素水溶液喷射量可以通过喷射次数调节，也可以通过一次的喷射量调节。另外，氨浓度的上限的目标值和下限的目标值可以是不同的值。即，可以使步骤S12中使用的目标值与步骤S16中使用的目标值为不同的目标值。通过使氨浓度的上限的目标值与下限的目标值为不同的值，可以使尿素水溶液喷射量不发生变化的氨浓度的范围设定在一定的浓度范围内。 [0059] 车辆10和废气净化装置16基本上为以上所述的结构。废气净化装置16使从柴油发动机12排出的废气通过氧化催化剂18和DPF20，由此捕集废气中所含的PM，使废气中的PM降低。进而，通过DPF20的废气在排气管14中流动，由喷射单元22喷射尿素水溶液后，与尿素水溶液和由尿素水溶液生成的氨一起通过尿素SCR催化单元26。废气与氨一起通过尿素SCR催化单元26，由此在尿素SCR系统21中降低废气中所含的氮氧化物。之后，废气从排气管14排出到大气中。在此，如上所述，废气净化装置16利用浓度测量单元28测量通过尿素SCR催化单元26后的废气的氨浓度，根据该测量结果，控制由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量、喷射时机。 [0060] 这样，车辆10可以利用废气净化装置16降低从柴油发动机12排出的废气的PM，并且还原氮氧化物，从而能够以降低了有害物质的状态排出。 [0061] 另外，废气净化装置16测量通过尿素SCR催化单元26后的氨浓度，根据其结果控制尿素水溶液的喷射量。这样，根据通过尿素SCR催化单元26后的氨浓度来控制尿素水溶液的喷射量，由此，可以根据氨与氮氧化物的反应状态来控制尿素水溶液的喷射量。 [0062] 以下，具体地使用测定例来进行详细说明。本测定例中，通过改 变尿素SCR催化剂的温度来改变废气的处理能力。该情况下，根据氨浓度来控制氨的注入量，测量氨浓度的测定值达到目标值为止、即达到稳定状态为止的氨浓度的变化、氮氧化物浓度的变化、氨注入量的变化。需要说明的是，氨注入量对应于尿素水溶液的喷射量。另外，为了进行比较，还测定了没有根据氨浓度进行控制、而使氨的注入量为一定值的情况下的氨浓度的变化、氮氧化物浓度的变化、氨注入量的变化。将测定结果示于图4-1～图4-4。在此，图4-1是表示氮氧化物(NOx)浓度与时间的关系的曲线图，图4-2是表示所测量的氨浓度与时间的关系的曲线图，图4-3是表示尿素SCR催化剂的温度与时间的关系的曲线图，图4-4是表示注入到尿素SCR中的氨的量与时间的关系的曲线图。在此，图4-1～图4-4的曲线图的时间轴是同一时间轴。另外，氨浓度的目标值设定为125ppm。 [0063] 如图4-1～图4-4所示可知，在氨浓度高于目标值的情况下，降低氨注入量，在氨浓度低于目标值的情况下，增加氨注入量。可知，通过利用氨浓度来控制氨注入量，与使氨注入量为一定值的情况相比，可以防止废气中所含的氨的量急剧变化，可以减少氨的泄漏量。具体而言，可知，与使氨注入量为一定值的情况相比，可以降低50％～67％的氨泄漏累积值。由上可以明确本发明的效果。 [0064] 另外，尿素SCR催化单元26由于温度或浓度等多种原因，氮氧化物与氨的反应量、或氨的吸附率会发生变化，因此即使根据预先制作的图来控制尿素水溶液的喷射量，也可能出现氨增多而氨泄漏、或者氨较少而无法完全还原氮氧化物从而氮氧化物泄漏的情况。但通过测量通过尿素SCR催化剂后的废气的氨浓度，可以更合适地控制尿素水溶液的喷射量。另外，由于只设置一个可以仅由氨浓度来控制尿素水溶液喷射量的传感器即可，因此可以简化装置结构。 [0065] 在此，如上所述，废气净化装置16可以抑制氨泄漏，但为了进一步降低泄漏到大气中的氨，优选在尿素SCR催化单元26的下游侧设置 氧化氨的氧化催化剂。需要说明的是，即使设置氧化催化剂，如上所述废气净化装置16由于能够降低氨泄漏的量，因此与以往相比也能够使氧化催化剂更加小型化。由此，可以进一步简化废气净化装置的装置结构，还可以减轻重量。此外，通过氧化氨，可以降低所产生的氮氧化物。 [0066] 另外，控制单元30可以根据加速器开度(accelerator opening)、速度、发动机转速等运转条件来改变在测定位置的氨浓度的目标值，也可以无论运转条件如何均为一定值。在根据运转条件而改变目标值的情况下，可以根据废气中所含的氮氧化物的量的增减来控制尿素水溶液的喷射量，可以更适当地降低氮氧化物，可以将测定位置的氨浓度维持到接近目标值的值。需要说明的是，使目标值为一定值，由目标值与运转条件的关系控制尿素水溶液的喷射量、喷射时机的情况也相同。另外，无论运转条件如何而使氨浓度的目标值为一定值的情况下，不需要检测运转条件，从而可以减少测定单元，可以简化废气净化装置的装置结构。另外，由于无需根据条件计算目标值，因而控制变简单。 [0067] 另外，通过使用沸石类的金属作为尿素SCR催化剂，即使在从内燃机等排出的高温条件下，也可以作为催化剂适当地发挥功能。另外，由于沸石类的氨的吸附量多，而且根据温度而变化，因此难以利用图等进行控制，但如本发明所示，测量通过尿素SCR催化单元26后的废气的氨浓度，并根据该测量结果控制尿素水溶液喷射量，由此，即使在使用沸石类的金属作为尿素SCR催化剂的情况下，也可以抑制氨泄漏。 [0068] 另外，废气净化装置16中，利用氧化催化剂18和DPF20捕集PM从而降低废气中的PM，但本发明不限于此。废气净化装置中可以使用降低PM的各种方式的粒状物质降低装置，例如，可以不设置氧化催化剂，而仅配置捕集PM的过滤器。 [0069] 需要说明的是，废气净化装置16中，作为浓度测量单元28，可以连续地测量氨而不检测氮氧化物，因此，通过输出氨吸收的波长区域的激光并检测激光的吸收比例的TDLAS方式，来测定氨浓度，但不限于此。本发明中，可以使用能够测量废气中的氨浓度的各种测量单元，例如，可以在测定位置设置分支管，使一部分废气也流入分支管，测定在分支管中流动的废气的氨浓度。 [0070] 另外，废气净化装置16中，仅设置浓度测量单元28，仅由通过尿素SCR催化单元26后的废气的氨浓度来控制尿素水溶液喷射量，但本发明不限于此。以下，结合图5，对本发明的废气净化装置的另一实施方式进行说明。 [0071] 图5是表示具有废气净化装置的车辆的另一实施方式的示意结构的方框图。需要说明的是，图5所示的车辆49除了废气净化装置50的一部分结构之外，其他结构与车辆10相同，因此省略同样的结构要素的说明，以下，重点对车辆49所特有的方面进行说明。图5所示的车辆49具有柴油发动机12、排气管14和废气净化装置50。废气净化装置50具有氧化催化剂18、DPF20、喷射单元22、尿素水溶液罐24、尿素SCR催化单元26、浓度测量单元28、处理前氨浓度测量单元54、异氰酸浓度测量单元56、处理前氮氧化物浓度测量单元58、处理后氮氧化物浓度测量单元60、温度调节单元62和控制单元64。氧化催化剂18、DPF20、喷射单元22、尿素水溶液罐24、尿素SCR催化单元26和浓度测量单元28与上述废气净化装置16的各部分结构相同，因此省略详细的说明。 [0072] 处理前氨浓度测量单元54在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元26的上游侧，具体而言，配置于DPF20和喷射单元22的下游侧且尿素SCR催化单元26的上游侧的排气管14中，测量供给至尿素SCR催化单元26的废气中的氨的浓度。处理前氨浓度测量单元54 与浓度测量单元28同样地具有测量单元主体、光纤、测量池和受光部。利用处理前氨浓度测量单元54的氨浓度的测量方法与浓度测量单元28相同，因此省略其说明。处理前氨浓度测量单元54连续地测量通过尿素SCR催化单元26前的废气中所含的氨浓度，将测量结果传送至控制单元64。 [0073] 异氰酸浓度测量单元56在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元26的上游侧，测量供给至尿素SCR催化单元26的废气中的异氰酸的浓度。作为异氰酸浓度测量单元56，可以使用与浓度测量单元28同样结构的传感器。具体而言，由发光部使异氰酸吸收的波长区域的激光发光，利用受光部接收由发光部发光并通过了废气中的光，由该接收的光的强度可以检测废气中的异氰酸的浓度。异氰酸浓度测量单元56连续地测量通过尿素SCR催化单元26前的废气中所含的异氰酸浓度，将测量结果传送至控制单元64。需要说明的是，作为异氰酸浓度测量单元，只要是不检测废气中的氮氧化物和氨，而仅检测、测量异氰酸的传感器，则可以使用各种传感器。 [0074] 处理前氮氧化物浓度测量单元58在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元26的上游侧，测量供给至尿素SCR催化单元26的废气中的氮氧化物的浓度。处理前氮氧化物浓度测量单元58也与异氰酸浓度测量单元56同样，可以使用与浓度测量单元28同样结构的传感器。具体而言，由发光部使氮氧化物吸收的波长区域的激光发光，利用受光部接收由发光部发光后并通过了废气中的光，由该接收的光的强度可以检测废气中的氮氧化物的浓度。处理前氮氧化物浓度测量单元58连续地测量通过尿素SCR催化单元26前的废气中所含的氮氧化物浓度，将测量结果传送至控制单元64。需要说明的是，作为氮氧化物浓度测量单元，只要是不检测废气中的异氰酸和氨，而仅检测、测量氮氧化物的传感器，则可以使用各种传感器。 [0075] 处理后氮氧化物浓度测量单元60在废气的排气路径中配置于尿 素SCR催化单元26的下游侧的排气管14中，测量通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氮氧化物的浓度。 处理后氮氧化物浓度测量单元60可以使用与处理前氮氧化物浓度测量单元58同样结构的传感器。处理后氮氧化物浓度测量单元60连续地测量通过尿素SCR催化单元26后的废气中所含的氮氧化物浓度，将测量结果传送至控制单元64。 [0076] 温度调节单元62在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元26的上游侧的排气管14中，具体而言，配置于喷射单元22和尿素SCR催化单元26之间的排气管14中，调节在排气管14内流动的废气的温度。作为温度调节单元62，通过加热、冷却排气管14，使排气管14内流动的废气加热或冷却，由此调节废气的温度。作为温度调节单元62，可以使用加热器、帕尔帖元件(peltier element)、空气冷却装置等各种加热机构、冷却机构。 [0077] 控制单元64根据由浓度测量单元28、处理前氮氧化物浓度测量单元58和处理后氮氧化物浓度测量单元60传送出的测量结果，利用喷射单元22调节尿素水溶液喷射量，并根据由处理前氨浓度测量单元54、异氰酸浓度测量单元56传送出的测量结果，利用温度调节单元62调节废气温度。 [0078] 首先，对利用控制单元64的尿素水溶液喷射量的调节进行说明。控制单元64以如下方式设定尿素水溶液喷射量，即，使由浓度测量单元28传送出的通过尿素SCR催化单元26后的废气的氨浓度为目标值以下，由处理后氮氧化物浓度测量单元60传送出的通过尿素SCR催化单元26后的废气的氮氧化物浓度为目标值以下。另外，控制单元64根据由处理前氮氧化物浓度测量单元58传送出的通过尿素SCR催化单元26前的废气的氮氧化物浓度，计算出用于净化废气中所含的氮氧化物所需要的氨的量。以下，使用图6对控制方法的一个例子进行详细说明。图6是表示利用控制单元64的尿素水溶液喷射量的控制方法的一个例子的流程图。需要说明的是，图6所示的流程图中，为以下述 方式控制尿素水溶液喷射量的控制方法，即，使通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氨浓度和氮氧化物浓度达到最佳值，该控制方法没有考虑根据通过尿素SCR催化单元26前的废气的氮氧化物浓度来控制尿素水溶液喷射量。 [0079] 首先，由浓度测量单元28所测量的氨浓度和由处理后氮氧化物浓度测量单元60所测量的氮氧化物(NOx)浓度被输入控制单元64时，控制单元64作为步骤S30判断所测量的氨浓度是否大于目标值。若控制单元64在步骤S30判定所测量的氨浓度大于目标值(是)，则前进至步骤S32，判断所测量的氮氧化物(NOx)浓度是否小于目标值。 [0080] 若控制单元64在步骤S32判定所测量的氮氧化物(NOx)浓度小于目标值(是)，则作为步骤S38，将目前设定的尿素水溶液喷射量降低一定量。即，减少一定量的由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量。之后，控制单元64前进至步骤S44。另一方面，若控制单元64在步骤S32判定所测量的氮氧化物(NOx)浓度为目标值以上(否)，则作为步骤S36，进行恢复处理，前进至步骤S44。在此，恢复处理是指恢复尿素SCR催化单元26的催化剂能力的处理，例如，为对尿素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，作为加热尿素SCR催化剂的单元，例如，可以使用加热器。另外，也可以利用控制单元改变柴油发动机12的燃烧条件，使废气的温度提高。这样，氨浓度和氮氧化物浓度二者为目标值以上的情况下，尿素SCR催化单元26作为催化剂的能力降低，判断出没有适当地发生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适当地发生氨与氮氧化物的反应。 [0081] 接着，若控制单元64在步骤S30判定所测量的氨浓度为目标值以下(否)，则作为步骤S34，判断氮氧化物(NOx)浓度是否大于目标值。若控制单元64在步骤S34判定氮氧化物浓度大于目标值(是)，则前进至步骤S40，判断氨浓度是否小于目标值。另一方面，若控制单元64 在步骤S34判定氮氧化物浓度为目标值以下(否)，则由于氮氧化物浓度和氨浓度均为目标值以下，因此不调节尿素水溶液喷射量，前进至步骤S44。接着，若控制单元64在步骤S40判定氨浓度小于目标值(是)，则前进至步骤S42，将目前设定的尿素水溶液喷射量增加一定量。即，增加一定量的由喷射单元22喷射的尿素水溶液的量。之后，控制单元64前进至步骤S44。另一方面，若控制单元64在步骤S40判定氨浓度为目标值以上(否)，则前进至步骤S44。这样在步骤S40中氨浓度为目标值以上的情况下，即使氮氧化物浓度为目标值以上时，通过不增加氨的量，也可以减少由排气管14排出的废气中的氨。 [0082] 控制单元64在步骤S44判断发动机(柴油发动机12)是否已停止。若控制单元 64判定发动机未停止、即发动机在运转中(否)，则前进至步骤S30，重复上述处理。另一方面，若控制单元64在步骤S44判定发动机停止(是)，则结束处理。如上所述，控制单元 64控制喷射单元22的尿素水溶液喷射量。需要说明的是，虽然上述控制也增加、减少了一定量的尿素水溶液喷射量，但与上述控制同样地不限于此。另外，氨浓度的上限的目标值和下限的目标值也可以是不同的值。另外，上述控制中，在步骤S36进行了恢复处理，但也可以利用通知单元向使用者通知需要更换尿素SCR催化单元26的尿素SCR催化剂。在此，作为通知单元，可以使用显示信息的显示器、或利用声音通知的声音输出装置。 [0083] 另外，上述实施方式中，没有使用由处理前氮氧化物浓度测量单元58测量的氮氧化物浓度，但也可以由通过尿素SCR催化单元26前的废气的氮氧化物浓度计算出废气中的氮氧化物的净化(中和)所需要的氨量，并利用控制单元64，对由通过尿素SCR催化单元 26后的废气中的氨浓度和氮氧化物浓度计算出的尿素水溶液喷射量进行校正。另外，也可以不使用通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氮氧化物浓度，而由通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氨浓度计算出尿素水溶液喷射量，根据由通过尿素SCR催化单元26前的废气的氮氧化物 浓度计算出的废气中的氮氧化物的净化(中和)所需要的氨量，对所计算出的尿素水溶液喷射量进行校正。 [0084] 接着，对控制单元64根据由处理前氨浓度测量单元54、异氰酸浓度测量单元56传送出的测量结果、利用温度调节单元62来调节废气温度的方法进行说明。从喷射单元22喷射的尿素水溶液利用排气管14的热、废气的热而由尿素生成异氰酸，由异氰酸生成氨。但是，反应不充分的情况下，有时尿素水溶液的一部分维持尿素的状态、或异氰酸的状态，无法生成氨。为了解决这个问题，控制单元64根据由处理前氨浓度测量单元54、异氰酸浓度测量单元56传送出的通过尿素SCR催化单元26前的废气的氨浓度和/或异氰酸浓度判断所喷射的尿素水溶液是否适当地生成了氨。具体而言，在异氰酸浓度为一定值以上的情况下，判定未适当地发生反应。另外，由尿素水溶液喷射量计算出理论上的氨浓度，即使在与该计算值相比处理前氨浓度测量单元54所测量的测量值低一定浓度以上时，也判定未适当地发生反应。控制单元64在判定未适当地发生反应而尿素水溶液、异氰酸残留的情况下，利用温度调节单元62使废气温度上升，促进尿素水溶液、异氰酸的氨化，使得到达尿素SCR催化单元26时生成了氨。 [0085] 废气净化装置50为以上所示的结构，由柴油发动机12排出的废气在排气管14中流动，通过氧化催化剂18和DPF20后降低了PM。之后，再使废气在排气管14中流动，利用喷射单元22喷射尿素水溶液后，在排气管14的配置有温度调节单元62的区域流动。之后，废气在排气管14的配置有处理前氨浓度测量单元54、异氰酸浓度测量单元56、处理前氮氧化物浓度测量单元58的区域流动。此时，各浓度检测单元测量废气的测定对象物质的浓度。之后，废气通过尿素SCR催化单元26，在排气管14的配置有浓度测量单元28、处理后氮氧化物浓度测量单元60的区域流动，然后排出到外部。在此，废气在通过尿素SCR催化剂时，废气中所含的氮氧化物与由尿素水溶液生成的氨反应，氮氧化物被还原。各浓度检测单元测量废气的测定对象物质的浓 度。 [0086] 废气净化装置50根据浓度测量单元28的测量结果、以及处理前氮氧化物浓度测量单元58和处理后氮氧化物浓度测量单元60的测量结果，利用喷射单元22来调节尿素水溶液喷射量，由此可以抑制氨泄漏，并且可以进一步降低废气中的氮氧化物。另外，根据处理前氨浓度测量单元54、异氰酸浓度测量单元56的测量结果，利用温度调节单元62来调节废气温度，由此可以使尿素水溶液更适当地生成氨，可以使氨与氮氧化物更适当地反应。 [0087] 另外，上述实施方式中，使用了浓度测量单元28、处理前氮氧化物浓度测量单元58、处理后氮氧化物浓度测量单元60、处理前氨浓度测量单元54和异氰酸浓度测量单元 56，但只要至少使用浓度测量单元28即可，其他传感器可以适当组合使用。根据由浓度测量单元28和各传感器所测量的测量结果，调节尿素水溶液喷射量、或尿素水溶液喷射量和废气温度，由此可以得到上述效果。 [0088] 另外，上述实施方式中，另外设置了温度调节单元，但不限于此，在能够利用柴油发动机等内燃机调节废气的温度的情况下，使用内燃机作为温度调节单元来调节废气的温度即可。 [0089] 另外，优选的是，废气净化装置还具有检测尿素SCR催化剂的温度的温度检测单元，并且保存尿素SCR催化剂的温度和由各测量单元所测量的测量结果的历史，计算出尿素SCR催化剂所吸附的氨量，根据所计算出的氨量，计算出净化废气中的氮氧化物所需要的氨量，喷射基于所计算出的氨量的尿素水溶液。这样，参考尿素SCR催化剂所吸附的氨量来控制尿素水溶液喷射量，由此可以使尿素SCR催化剂所吸附的氨量为能够利用尿素SCR催化剂使氨与氮氧化物高效地反应的量。由此，可以进一步降低由排气管泄漏的氨量。另外，通过可以利用尿素SCR催化剂使氨与氮氧化物高效地反应，可以进一步减少、减小尿素SCR催化剂。 [0090] 需要说明的是，上述废气净化装置中，利用浓度测量单元28检测出通过尿素SCR催化单元后的废气的氨浓度，但本发明不限于此，可以由处理前氮氧化物浓度检测单元和处理后氮氧化物浓度检测单元检测出的氮氧化物浓度计算出氨浓度。以下，使用图7进行详细说明。图7是表示具有废气净化装置的车辆的另一实施方式的示意结构的方框图。需要说明的是，图7所示的车辆70除了废气净化装置72的一部分结构之外，其他结构与车辆10相同，因此省略同样的结构要素的说明，以下，重点对车辆70所特有的方面进行说明。 [0091] 图7所示的车辆70具有柴油发动机12、排气管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、喷射单元22、尿素水溶液罐24、尿素SCR催化单元26、处理前氮氧化物浓度测量单元76、处理后氮氧化物浓度测量单元78和控制单元80。氧化催化剂18、DPF20、喷射单元22、尿素水溶液罐24和尿素SCR催化单元26与上述废气净化装置16的各部分结构相同，因此省略详细的说明。 [0092] 处理前氮氧化物浓度测量单元76在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元26的上游侧，测量供给至尿素SCR催化单元26的废气中的氮氧化物的浓度。处理前氮氧化物浓度测量单元76是与图5所示的处理前氮氧化物浓度测量单元58相同的测量单元。 [0093] 处理后氮氧化物浓度测量单元78在废气的排气路径中配置于尿素SCR催化单元 26的下游侧的排气管14中，测量通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氮氧化物的浓度。 处理后氮氧化物浓度测量单元78是与处理后氮氧化物浓度测量单元60相同的测量单元。 [0094] 控制单元80根据处理前氮氧化物浓度测量单元76检测出的通过尿素SCR催化单元26前的废气中的氮氧化物浓度和由处理后氮氧化物浓度测量单元78检测出的通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氮氧化物浓度，计算出所反应的氨的量，并计算出通过尿素SCR催化单元26后的废气中所含的氨浓度。控制单元80根据该计算出的氨浓度，利用与废气净化装置16的控制单元30同样的方法控制尿素水溶液喷射量。这样，如废气净化装置 72所示，通过由废气中的氮氧化物浓度计算出通过尿素SCR催化单元26后的废气中的氨浓度，即使不直接测量氨浓度，也可以控制尿素水溶液喷射量。需要说明的是，如上所述，尿素SCR催化剂由于温度等所吸附的氨的量会发生变化，因而与直接测量氨浓度的情况相比，测量的精度降低。因此，与上述各废气净化装置相比，由排气管泄漏的氨的抑制效果降低。 [0095] 产业上的可利用性 [0096] 如上所述，本发明的废气净化装置对于从内燃机排出的废气的净化有用，特别适合于从搭载在车辆上的柴油发动机排出的废气的净化。 [0097] 标记说明 [0098] 10、49、70 车辆 [0099] 12 柴油发动机 [0100] 14 排气管 [0101] 16、50、72 废气净化装置 [0102] 18 氧化催化剂 [0103] 20 DPF [0104] 21 尿素SCR系统 [0105] 22 尿素水溶液喷射单元 [0106] 24 尿素水溶液罐 [0107] 26 尿素SCR催化单元 [0108] 28 浓度测量单元 [0109] 30、64 控制单元 [0110] 40 测量单元主体 [0111] 42 光纤 [0112] 44 测量池 [0113] 46 受光部 [0114] 54 处理前氨浓度测量单元 [0115] 56 异氰酸浓度测量单元 [0116] 58、76 处理前氮氧化物浓度测量单元 [0117] 60、78 处理后氮氧化物浓度测量单元 [0118] 62 温度调节单元 |
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