JP4826835B2

JP4826835B2 - 排気浄化装置

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Publication number: JP4826835B2
Application number: JP2008234755A
Authority: JP
Inventors: 直規栗本; 宮男荒川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: DE102009029182A1; JP2010065648A

Description

本発明は、内燃機関に含まれるＮＯｘを還元する排気浄化装置に関し、特に固体還元剤を用いる排気浄化装置に関する。

内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元する排気浄化装置として、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置は、例えば尿素やアンモニアなどの還元剤を排気に供給することにより、ＳＣＲ触媒において排気に含まれるＮＯｘを選択的に還元する。このようなＳＣＲシステムに用いられる還元剤は、アンモニアなどの気体、あるいはアンモニア水や尿素水などの液体として提供される。また、特許文献１および特許文献２に開示されているように、固体還元剤を用いる排気浄化装置も提案されている。

しかしながら、特許文献１および特許文献２の場合、いずれも固体還元剤から発生したアンモニアなどの気体の還元剤は、容器などに一旦貯えられた後、必要に応じて排気に供給される。そのため、還元剤を発生させる発生装置、還元剤を貯える容器、容器から排気管部へ還元剤を供給する管路、および排気管部を流れる排気に還元剤を噴射する噴射装置などが必要となる。その結果、部品点数の増大および構造の複雑化を招き、限られた空間への搭載が困難であるとともに、取り扱いが困難であるという問題がある。
特開２００２−４８４０号公報特許第３６９７６６８号明細書

そこで、本発明の目的は、限られた空間への搭載および取り扱いが容易な固体還元剤を用いた排気浄化装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、固体還元剤は排気通路において還元触媒の内燃機関側すなわち排気の流れ方向において還元触媒の上流側に設けられている。そのため、内燃機関から排出された排気は、固体還元剤を通過して還元触媒へ流入する。内燃機関から排出された排気は高温であるため、固体還元剤を通過することにより排気には固体還元剤から発生した還元剤が含まれる。そして、還元剤を含む排気は、還元触媒へ流入する。このように、還元剤は、排気が固体還元剤を通過することにより、排気に混合される。そのため、還元剤を発生させる発生装置、還元剤を貯えるための容器、還元剤を供給するための管路、および還元剤を噴射するための噴射装置などは必要としない。また、還元剤は排気が固体還元剤を通過することにより発生するため、大がかりな発生装置が不要となり、取り扱いも容易になる。したがって、固体還元剤を用いる場合でも、限られた空間への搭載を容易にすることができるとともに、取り扱いを容易にすることができる。

また、請求項１記載の発明では、還元剤の発生量は、排気の流量および温度に基づいて制御される。例えば固体還元剤から還元剤が昇華あるいは脱離する場合、温度が上昇するにしたがって還元剤の発生量は増加する。また、排気に含まれる物質の還元に必要な還元剤は、排気の流量が増大するほど増加する。内燃機関の負荷が大きくなると、排出される排気の流量は増加し排気の温度は上昇する。そのため、排気の流量および温度に基づいて還元剤の発生量を制御することにより、還元剤は内燃機関の運転状態に応じて排気へ混合される。したがって、内燃機関の運転状態に応じて適切な還元剤を供給することができる。

さらに、請求項１記載の発明では、内燃機関から排出された排気は、少なくとも一部が第二排気通路へ流入する。そして、第二排気通路へ流入した排気は、固体還元剤を経由して還元触媒へ流入する。これにより、第一排気通路および第二排気通路への排気の分配率を制御することにより、還元触媒へ供給される還元剤の量が調整される。したがって、簡単な構造で還元触媒へ流入する還元剤の量を制御することができる。
さらに、請求項１記載の発明では、固体還元剤は排気管部から着脱可能に設けられている。例えば固体還元剤から還元剤が昇華あるいは脱離する場合、使用を継続することにより固体還元剤に含まれる還元剤は減少する。固体還元剤を排気管部から着脱可能に設けることにより、寿命を終えた固体還元剤は排気管部から取り外され、新たな固体還元剤が排気管部に取り付けられる。したがって、固体還元剤の寿命に応じて容易に交換することができる。

さらに、請求項１記載の発明では、固体還元剤は担体および還元剤層を有している。還元剤層は、排気に晒されることにより還元剤を発生し、使用とともに減少する。一方、担体は、排気に晒されても大きく損耗することがない。そのため、着脱可能な固体還元剤を担体と還元剤層から構成することにより、取り外した固体還元剤の担体に再び還元剤層を形成可能である。したがって、固体還元剤を構成する担体は繰り返し利用（リサイクル）することができる。
請求項２記載の発明では、還元剤発生量制御手段は、固体還元剤が排気に晒される面積を可変して還元剤の発生量を制御する。固体還元剤は、高温かつ大量の排気に晒されるほど還元剤の発生量が増加する。そのため、固体還元剤が排気に晒される面積、すなわち固体還元剤と排気との接触面積を変更することにより、還元剤の発生量は変化する。したがって、排気の温度および流量に応じて還元剤の発生量を制御することができる。

請求項３記載の発明では、孔を有する制御板を排気通路の周方向へ回転させることにより、孔と還元剤とが重なり合う面積が変化する。これにより、固体還元剤を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。
請求項４記載の発明では、固体還元剤の排気入口側または排気出口側に設けられている絞り部で排気の流路面積を変更している。固体還元剤の排気入口側または排気出口側において排気の流路面積を変更すると、固体還元剤を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。

請求項５記載の発明では、固体還元剤は駆動部によって排気通路の径方向へ往復駆動される。固体還元剤が排気通路の径方向外側へ移動すると、排気通路に露出する固体還元剤の断面積は減少する。一方、固体還元剤が排気通路の径方向内側すなわち中心側へ移動すると、排気通路に露出する固体還元剤の断面積は増加する。これにより、固体還元剤を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。

以下、本発明による排気浄化装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による排気浄化装置を図１に示す。排気浄化装置１０は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という。）１１の排気系に設けられている。内燃機関は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンあるいはガスタービンエンジンなどを適用することもできる。排気浄化装置１０は、排気管部１２、還元触媒１３、固体還元剤１４、および還元剤発生量制御手段としての発生量制御部１５を備えている。排気管部１２は、一方の端部がエンジン１１に接続している。排気管部１２は、エンジン１１と反対側の端部が大気に開放されている。還元触媒１３は、固体還元剤１４よりも大気の開放側、すなわち排気の流れ方向において固体還元剤１４の下流側に設けられている。還元触媒１３は、いわゆるＳＣＲ触媒であり、固体還元剤１４で発生したアンモニアを還元剤として排気に含まれるＮＯｘを窒素および水に還元する。排気浄化装置１０は、この還元触媒１３だけでなく、酸化触媒、三元触媒、アンモニア酸化触媒やＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）など各種の触媒やフィルタなどを備えていてもよい。排気管部１２は、筒状であり、内側に排気通路１６を形成している。エンジン１１から排出された排気は、排気管部１２が形成する排気通路１６を経由して大気中へ放出される。

排気管部１２は、還元触媒１３よりもエンジン１１側、すなわち排気の流れ方向において還元触媒１３の上流側において並行する第一排気管部２１および第二排気管部２２を有している。すなわち、排気管部１２は、排気の流れ方向においてエンジン１１の下流側で第一排気管部２１および第二排気管部２２に分岐した後、還元触媒１３よりも上流側で再び合流している。この第一排気管部２１は、第一排気通路２３を形成している。また、第二排気管部２２は、第二排気通路２４を形成している。

固体還元剤１４は、ＮＯｘを還元するための還元剤であるアンモニアを発生する。固体還元剤１４は、第二排気通路２４に設けられている。固体還元剤１４は、例えば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有している。これにより、固体還元剤１４を排気が通過することにより、固体還元剤１４からアンモニアが発生する。例えばアンモニアが固体還元剤１４に吸着されている場合、排気の熱によって吸着剤からアンモニアが脱離する。固体還元剤１４がアンモニアを含む錯体で構成されている場合、排気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。

固体還元剤１４は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すようなハニカム状、あるいは図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すような多孔状に形成されている。固体還元剤１４は、排気通路１６の形状に応じて円形または矩形の断面形状を有している。具体的には、固体還元剤１４は、図４および図５に示すようにコージェライトなどのセラミックあるいはステンレスなどの金属の担体２５と、担体２５に塗布された還元剤を含む還元剤層２６とから構成されている。排気は、担体２５に塗布された還元剤層２６の内周側を通過する。還元剤層２６は、上述のようにアンモニアを吸着した吸着剤、あるいはアンモニアを含有する錯体を含んでおり、担体２５の内壁に塗布されている。担体２５としてコージェライトなどのセラミックを用いる場合、固体還元剤１４を通過する排気の圧力損失が低減される。一方、担体２５としてステンレスなどの金属を用いる場合、固体還元剤１４の強度が向上する。そのため、固体還元剤１４を構成する担体２５は、適用するエンジン１１の特性などに応じて選択される。また、固体還元剤１４は、担体２５と還元剤層２６とから構成するのではなく、還元剤そのもので構成してもよい。例えば粉末状の還元剤をバインダなどとともに固形化して固体還元剤１４を形成してもよい。

発生量制御部１５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３１、流量センサ３２、入口側開閉弁３３、出口側開閉弁３４、排気通路温度センサ３５、触媒温度センサ３６およびＮＯｘセンサ３７を有している。ＥＣＵ３１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータを有している。ＥＣＵ３１は、排気浄化装置１０とともにエンジン１１の運転を電子的に制御する。ＥＣＵ３１は、流量センサ３２、入口側開閉弁３３、出口側開閉弁３４、排気通路温度センサ３５、触媒温度センサ３６およびＮＯｘセンサ３７に接続するとともに、エンジン１１およびアクセル開度センサ３８にも接続している。
流量センサ３２は、流量検出部を構成し、第二排気通路２４を流れる排気の流量を検出する。第１実施形態の場合、流量センサ３２は、排気の質量流量（ｋｇ／ｓ）を検出する。流量センサ３２は、質量流量に限らず、体積流量（ｍ^３／ｓ）を検出してもよい。流量センサ３２は、検出した第二排気通路２４を流れる排気の流量を電気信号としてＥＣＵ３１へ出力する。

入口側開閉弁３３は、固体還元剤１４の排気入口側において第二排気通路２４を開閉する。出口側開閉弁３４は、固体還元剤１４の排気出口側において第二排気通路２４を開閉する。ＥＣＵ３１は、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４の開度を調整する。これにより、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４は、第二排気通路２４を経由して固体還元剤１４を通過する排気の流量を変化させる。なお、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４は、必ずしも両方を第二排気通路２４に設ける必要はなく、いずれか一方のみを第二排気通路２４へ設けてもよい。
排気通路温度センサ３５は、温度検出部を構成し、第二排気通路２４を流れる排気の温度を検出する。第２実施形態の場合、排気通路温度センサ３５は、第二排気通路２４において固体還元剤１４の入口側に設けられている。これにより、排気通路温度センサ３５は、固体還元剤１４の入口側に流入する排気の温度を検出する。排気通路温度センサ３５は、検出した排気の温度を電気信号としてＥＣＵ３１へ出力する。

触媒温度センサ３６は、還元触媒１３の排気出口側において排気の温度を検出する。触媒温度センサ３６は、検出した排気の温度を電気信号としてＥＣＵ３１へ出力する。ＥＣＵ３１は、触媒温度センサ３６で検出した排気の温度に基づいて、還元触媒１３の温度を推定する。なお、触媒温度センサ３６は、還元触媒１３に設け、還元触媒１３の温度を直接検出する構成としてもよい。ＮＯｘセンサ３７は、還元触媒１３の出口側、すなわち排気の流れ方向において還元触媒１３の下流側に設けられている。ＮＯｘセンサ３７は、排気に含まれているＮＯｘの量を検出する。ＮＯｘセンサ３７は、検出した排気に含まれるＮＯｘの量を電気信号としてＥＣＵ３１へ出力する。

ＥＣＵ３１は、流量センサ３２で検出した第二排気通路２４における排気の流量、排気通路温度センサ３５で検出した第二排気通路２４を流れる排気の温度、触媒温度センサ３６で検出した排気の温度から算出した還元触媒１３の温度、およびＮＯｘセンサ３７で検出した排気に含まれるＮＯｘの量に基づいて、固体還元剤１４に供給する排気の流量を算出する。そして、ＥＣＵ３１は、算出した排気の流量に基づいて、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４により第二排気通路２４を開閉し、固体還元剤１４に供給する排気の流量を制御する。

上述のように、固体還元剤１４は、排気が通過することにより還元剤を発生する。固体還元剤１４から発生する還元剤の量は、排気の温度および流量によって変化する。例えば固体還元剤１４が還元剤を吸着している場合、通過する排気の温度が高いほど還元剤の脱離が促進され、還元剤の発生量は増大する。また、排気の流速が増加するほど、固体還元剤１４と排気との間における物質移動が促進されるため、還元剤の発生量は増大する。また、還元触媒１３は、温度によってＮＯｘを分解する活性が変化する。すなわち、還元触媒１３は、温度が上昇するほど、触媒活性が増大する。そこで、ＥＣＵ３１は、第二排気通路２４における排気の流量および排気の温度、ならびに還元触媒１３の温度に基づいて固体還元剤１４から発生する還元剤の発生量を制御する。その結果、還元触媒１３には、固体還元剤１４から発生した適切な量の還元剤が供給される。

固体還元剤１４は、第二排気通路２４に対し着脱可能に設けられている。具体的には、固体還元剤１４は、図６および図７に示すように支持ユニット４０に支持されて第二排気通路２４を形成する第二排気管部２２に設けられている。いる。支持ユニット４０は、取付部４１、保持部４２および保護部４３を有している。図２および図３に示すような各種の構造の固体還元剤１４は、保護部４３を挟んで保持部４２に保持される。保持部４２は、取付部４１と一体に構成されており、保護部４３とともに固体還元剤１４を保持している。支持ユニット４０に支持されている固体還元剤１４は、図６および図７に示すように例えばボルトなどの固定部材４４によって第二排気通路２４を形成する第二排気管部２２に取り付けられる。支持ユニット４０と第二排気管部２２との間には、気密を確保するためのシール部材４５が設けられている。このような構成により、固体還元剤１４を支持している支持ユニット４０は、第二排気管部２２に対して着脱可能である。

次に、上記の構成による排気浄化装置１０の作動について図８に基づいて説明する。
ＥＣＵ３１は、エンジン１１が運転していない初期状態において、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４の双方を閉にする（Ｓ１０１）。すなわち、エンジン１１が運転していない初期状態のとき、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４は、いずれも第二排気通路２４を閉鎖している。ＥＣＵ３１は、エンジン１１が運転しているか否かを判断する（Ｓ１０２）。
ＥＣＵ３１は、Ｓ１０２においてエンジン１１が運転していないと判断すると（Ｓ１０２：Ｎｏ）、処理を終了する。一方、ＥＣＵ３１は、Ｓ１０２においてエンジン１１が運転していると判断すると（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、排気に含まれるＮＯｘ量が目標値よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０３）。ＥＣＵ３１は、ＮＯｘセンサ３７から出力された電気信号に基づいて、還元触媒１３を通過した排気に含まれるＮＯｘの量を検出する。そして、このＮＯｘの量があらかじめ設定されている目標値よりも大きいか否かを判断する。

ＥＣＵ３１は、Ｓ１０３においてＮＯｘの量が目標値以下であると判断すると（Ｓ１０３：Ｎｏ）、処理を終了する。一方、ＥＣＵ３１は、Ｓ１０３においてＮＯｘの量が目標値より大きいと判断すると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４を開放する（Ｓ１０４）。これにより、第二排気通路２４にはエンジン１１から排出された排気の一部が流入する。ＥＣＵ３１は、Ｓ１０４において入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４を開放してからの経過時間ｔの測定を開始する（Ｓ１０５）。

ＥＣＵ３１は、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４を開放し経過時間ｔの測定を開始するとともに、排気通路温度センサ３５および触媒温度センサ３６からそれぞれ検出した温度を取得する（Ｓ１０６）。ＥＣＵ３１は、排気通路温度センサ３５で取得した第二排気通路２４の温度、および触媒温度センサ３６で取得した排気の温度から算出した還元触媒１３の温度に基づいて、固体還元剤１４から還元触媒１３へ供給する還元剤の量を算出する（Ｓ１０７）。そして、ＥＣＵ３１は、流量センサ３２で取得した第二排気通路を流れる排気の流量も加味して、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４の開度を調整する（Ｓ１０８）。ここで、ＥＣＵ３１は、固体還元剤１４から還元触媒１３へ供給する還元剤の量を算出するとき、エンジン１１の運転状態を加味してもよい。エンジン１１から排出されるＮＯｘは、エンジン１１の負荷によって変化する。具体的には、エンジン１１から排出されるＮＯｘは、燃料の噴射量すなわちアクセルの開度によっても変化する。そこで、ＥＣＵ３１は、還元触媒１３へ供給する還元剤の量をアクセル開度センサ３８で検出したアクセルの開度も加味して算出してもよい。

ＥＣＵ３１は、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４の開度を調整した後、再び排気に含まれるＮＯｘの量が目標値に一致するか否かを判断する（Ｓ１０９）。ＥＣＵ３１は、Ｓ１０３と同様にＮＯｘセンサ３７から排気に含まれるＮＯｘの量を取得して予め設定された目標値と比較する。ＥＣＵ３１は、Ｓ１０９においてＮＯｘの量が目標値に一致したと判断すると（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、Ｓ１０５で測定を開始した経過時間ｔが予め設定した目標時間Ｔ０より小さいか否かを判断する（Ｓ１１０）。すなわち、ＥＣＵ３１は、Ｓ１０４において入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４を開放してからの経過時間ｔと目標時間Ｔ０とを比較する。固体還元剤１４は、排気の通過によって還元剤を発生する。そのため、固体還元剤１４に含まれる還元剤は、時間の経過とともに減少する。固体還元剤１４に含まれる還元剤が減少すると、固体還元剤１４から還元触媒１３へ供給される還元剤が減少し、排気に含まれるＮＯｘの量が目標値を下回るまでに要する時間が増大する。したがって、ＥＣＵ３１は、Ｓ１１０において、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４が開放されてから、すなわち還元触媒１３へ還元剤の供給が開始されてからの経過時間ｔと目標時間Ｔ０とを比較する。一方、ＥＣＵ３１は、Ｓ１０９においてＮＯｘの量が目標値と一致しないと判断すると（Ｓ１０９：Ｎｏ）、Ｓ１０６へ移行して還元触媒１３へ供給する還元剤の量を調整する。なお、Ｓ１０９において、ＥＣＵ３１はＮＯｘの量が厳密に目標値に一致するか否かを判断するのではなく、ＮＯｘの量が目標値を中心とする所定の範囲内に含まれているかを判断してもよい。

ＥＣＵ３１は、Ｓ１１０における経過時間ｔと目標時間Ｔ０とを比較し、経過時間ｔが目標時間Ｔ０より小さいとき（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、固体還元剤１４に十分な還元剤の残量があると判断して処理を終了する。一方、ＥＣＵ３１は、Ｓ１１０において経過時間ｔが目標時間Ｔ０以上であるとき（Ｓ１１０：Ｎｏ）、還元剤の残量が不足していることを警告する（Ｓ１１１）。経過時間ｔが目標時間Ｔ０以上である場合、固体還元剤１４から還元触媒１３へ還元剤の供給を開始して目標時間Ｔ０が経過しても、排気に含まれるＮＯｘの量が目標値を下回らないことを意味している。これは、固体還元剤１４に含まれる還元剤の残量が不足していることを意味する。そこで、ＥＣＵ３１は、固体還元剤１４が不足し、ＮＯｘの還元が不十分であることをエンジン１１の操作者に警告する。例えば車両にエンジン１１が搭載されている場合、ＥＣＵ３１は車両のダッシュボードに警告を表示したり、ブザーを鳴動させることにより、警告を発する。

以上説明したように、本発明の第１実施形態では、固体還元剤１４は第二排気通路２４において還元触媒１３のエンジン１１側に設けられている。そのため、エンジン１１から排出された排気の少なくとも一部は、第二排気通路２４に設けられた固体還元剤１４を通過して還元触媒１３へ流入する。エンジン１１から排出された排気は、固体還元剤１４を通過することにより、脱離、分解あるいは昇華によって固体還元剤１４から発生した還元剤を含んでいる。そして、還元剤を含む排気は、還元触媒１３へ流入する。このように、固体還元剤１４を含む排気浄化装置１０は、大部分が排気通路１６を形成する排気管部１２に設けられる。したがって、エンジン１１の周辺の限られた空間への搭載を容易にすることができるとともに、取り扱いを容易にすることができる。

また、第１実施形態では、還元剤の発生量は、排気の流量および排気の温度に基づいて制御される。例えば固体還元剤１４から脱離や昇華によって還元剤が発生する場合、排気の温度が上昇し、排気の流速が増大するにしたがって還元剤の発生量は増加する。また、排気に含まれるＮＯｘの還元に必要な還元剤は、排気の流量が増大するほど増加する。エンジン１１の負荷が大きくなると、排出される排気の流量は増加し排気の温度は上昇する。そのため、排気の流量および温度に基づいて還元剤の発生量を制御することにより、還元剤はエンジン１１の運転状態に応じて排気へ混合される。したがって、エンジン１１の運転状態に応じて適切な還元剤を供給することができる。

さらに、第１実施形態では、エンジン１１から排出された排気は、少なくとも一部が第二排気通路２４へ流入する。そして、第二排気通路２４へ流入した排気は、固体還元剤１４を経由して還元触媒１３へ流入する。これにより、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４の開度を調整し、第一排気通路２３および第二排気通路２４への排気の分配率を制御することにより、還元触媒１３へ供給される還元剤の量が調整される。すなわち、発生量制御部１５は、入口側開閉弁３３および出口側開閉弁３４の開度を調整することにより、第二排気通路２４において固体還元剤１４が排気に晒される面積を可変して還元剤の発生量を制御する。したがって、排気の温度および流量に応じて還元剤の発生量を制御することができる。

さらに、第１実施形態では、固体還元剤１４は支持ユニット４０によって排気管部１２へ着脱可能に設けられている。例えば昇華あるいは脱離によって還元剤が発生する場合、固体還元剤１４は使用の継続とともに含まれる還元剤が減少する。固体還元剤１４を排気管部１２から着脱可能に設けることにより、寿命を終えた固体還元剤１４は支持ユニット４０とともに排気管部１２から取り外され、新たな固体還元剤１４が排気管部１２に取り付けられる。したがって、寿命に応じて固体還元剤１４を容易に交換することができる。

そして、第１実施形態では、担体２５に還元剤を含む還元剤層２６を塗布した構成としている。担体２５は、例えばセラミックや金属などの耐久性が高い材料で形成されているため、消耗が生じにくい。一方、担体２５に塗布され散る還元剤層２６は、使用の継続とともに含有する還元剤が消費される。固体還元剤１４を交換する場合、担体２５はそのまま利用しつつ還元剤層２６を再塗布することにより、固体還元剤１４は活性を回復する。したがって、担体２５を繰り返して利用（リサイクル）することができ、廃棄物の低減および資源の有効利用を図ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による排気浄化装置を図９に示す。
第２実施形態では、図９に示すように固体還元剤１４は排気管部１２に設けられている。第２実施形態では、排気管部１２は分岐しておらず、単一の排気通路１６を形成している。これにより、固体還元剤１４は、還元触媒１３の上流側においてエンジン１１と還元触媒１３とを接続する排気管部１２に収容されている。第２実施形態では、排気浄化装置１０の発生量制御部１５は、温度検出部としての入口側排気温度センサ５１および出口側排気温度センサ５２を有している。入口側排気温度センサ５１は、エンジン１１から排出され固体還元剤１４へ流入する排気の温度を検出する。出口側排気温度センサ５２は、還元触媒１３を通過した排気の温度を検出する。ＥＣＵ３１は、出口側排気温度センサ５２で検出された排気の温度に基づいて還元触媒１３の温度を算出する。

排気浄化装置１０は、発生量制御部１５を構成する排気通路弁５３を備えている。排気通路弁５３は、排気管部１２を開閉して排気通路１６を流れる排気の流量および流速を調整する。ＥＣＵ３１は、入口側排気温度センサ５１および出口側排気温度センサ５２で検出した各温度に基づいて、排気通路弁５３によって排気管部１２を開閉する。これにより、固体還元剤１４を通過する排気の流量および流速が変化し、固体還元剤１４から発生する還元剤の量が変更される。

また、第２実施形態の場合、発生量制御部１５は、図１０に示すように固体還元剤１４を駆動する駆動部５４を有している。駆動部５４は、ＥＣＵ３１からの指示により固体還元剤１４を排気管部１２の径方向へ往復駆動する。駆動部５４が固体還元剤１４を排気管部１２の径方向内側へ駆動するとき、図１０（Ａ）に示すように固体還元剤１４は排気通路１６へ大部分が露出する。一方、駆動部５４が固体還元剤１４を排気管部１２の径方向外側へ駆動するとき、図１０（Ｂ）に示すように固体還元剤１４は排気通路１６への露出量が減少する。このように、駆動部５４が固体還元剤１４を排気管部１２の径方向へ往復駆動することにより、固体還元剤１４は排気通路１６への露出量が変化する。その結果、固体還元剤１４が排気に晒される面積が変更され、固体還元剤１４を通過する排気の流量、あるいは固体還元剤１４と排気との接触面積も変化する。したがって、固体還元剤１４から発生する還元剤の量が変化する。

第２実施形態では、エンジン１１の排気が流れる一本の排気通路１６に固体還元剤１４が設けられている。固体還元剤１４から発生する還元剤の量は、排気通路１６を流れる排気の流量、および排気通路１６への固体還元剤１４の露出量を調整することにより制御される。したがって、簡単な構造で排気通路１６を流れる排気に還元剤を供給することができる。

また、第２実施形態では、固体還元剤１４は駆動部５４によって排気通路１６の径方向へ往復駆動される。固体還元剤１４が排気通路１６の径方向外側へ移動すると、排気通路１６に露出する固体還元剤１４の断面積は減少する。一方、固体還元剤１４が排気通路１６の径方向内側すなわち中心側へ移動すると、排気通路１６に露出する固体還元剤１４の断面積は増加する。これにより、固体還元剤１４を通過する排気の流路および流量が変化する。その結果、固体還元剤１４と排気との接触面積が変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による排気浄化装置を図１１に示す。
第３実施形態は、固体還元剤１４からの還元剤の発生量を調整する発生量制御部１５の構成が第１実施形態および第２実施形態と異なる。第３実施形態の場合、固体還元剤１４は、排気通路１６を形成する排気管部１２に固定されている。発生量制御部１５は、固体還元剤１４の排気入口側すなわち排気の流れ方向において固体還元剤１４の上流側に絞り弁６１を有している。絞り弁６１は、駆動部６２によって駆動され、排気通路１６を開閉する。絞り弁６１は、絞り部を構成している。

第３実施形態では、固体還元剤１４からの還元剤の発生量は絞り弁６１の開度によって調整される。還元触媒１３へ供給する還元剤の量が多いとき、発生量制御部１５のＥＣＵ３１は図１１（Ａ）に示すように絞り弁６１によって排気通路１６の断面積を絞り、排気と固体還元剤１４との接触断面積を小さくする。これにより、排気は、主に固体還元剤１４の一部を通過する。そのため、排気の熱は固体還元剤１４の限られた範囲に伝えられ、固体還元剤１４は排気が通過する部分において局所的に温度が上昇する。また、絞り弁６１は排気通路１６を絞り込むため、固体還元剤１４へ流入する排気の流速は増大する。これらの結果、固体還元剤１４は、排気が通過する部分が局所的に加熱されるとともに、流速の大きな排気が通過する。したがって、固体還元剤１４から発生する還元剤は増加する。

一方、還元触媒１３へ供給する還元剤の量が少ないとき、発生量制御部１５のＥＣＵ３１は図１１（Ｂ）に示すように絞り弁６１によって排気通路１６の断面積を拡大し、排気と固体還元剤１４との接触断面積を大きくする。これにより、排気は、固体還元剤１４の全体を通過する。そのため、排気の熱は固体還元剤１４の全体に伝えられるものの、絞り弁６１を絞ったときと比較して固体還元剤１４の温度は低くなる。また、絞り弁６１は排気通路１６を絞り込まないため、固体還元剤１４へ流入する排気の流速は排気通路１６を絞り込むときと比較して低下する。これらの結果、固体還元剤１４は、排気が通過する全体が緩やかに加熱されるとともに、流速の小さな排気が通過する。したがって、絞り弁６１を絞ったときと比較して、固体還元剤１４から発生する還元剤は減少する。

第３実施形態では、固体還元剤１４の入口側において絞り弁６１で排気の流れを絞ることにより、固体還元剤１４と排気との接触面積、および固体還元剤１４へ流入する排気の流速を変化させている。これにより、固体還元剤１４の温度分布および固体還元剤１４を通過する排気の流速を変更し、固体還元剤１４から発生する還元剤の量を調整している。したがって、簡単な構造で排気通路１６を流れる排気に混合される還元剤の量を制御することができる。
なお、第３実施形態では、固体還元剤１４の入口側に絞り弁６１を設けることにより排気通路１６を絞り、固体還元剤１４に流入する排気の流れを制御する例について説明した。しかし、絞り弁６１は、固体還元剤１４の排気の出口側に設けてもよい。固体還元剤１４の出口側に絞り弁６１を設ける場合でも、入口側と同様に固体還元剤１４に流入する排気の流れを制御することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による排気浄化装置を図１２に示す。
第４実施形態の場合、固体還元剤１４は排気通路１６を形成する排気管部１２の一部に固定されている。すなわち、第４実施形態の場合、排気管部１２は、内部で分岐する第一通路７１および第二通路７２を形成している。固体還元剤１４は、第二通路７２に設けられている。発生量制御部１５は、第二通路７２を開閉する絞り弁７３、およびＥＣＵ３１からの指示により絞り弁７３を駆動する駆動部７４を有している。絞り弁７３で第二通路７２を開閉することにより、第二通路７２に設けられている固体還元剤１４と排気との接触面積が変化する。絞り弁７３は、絞り部を構成している。

還元触媒１３に還元剤を供給するとき、発生量制御部１５は図１２（Ａ）に示すように絞り弁７３によって第二通路７２を開放する。これにより、排気通路１６を流れる排気は、一部が第二通路７２に設けられた固体還元剤１４を通過し、残りが第一通路７１を通過する。その結果、第二通路７２の固体還元剤１４を通過する排気には固体還元剤１４から発生した還元剤が含まれる。そして、第一通路７１および第二通路７２を流れた排気は、固体還元剤１４の出口側で合流した後、還元触媒１３へ流入する。一方、還元触媒１３に還元剤を供給しないとき、発生量制御部１５は図１２（Ｂ）に示すように絞り弁７３によって第二通路７２を閉鎖する。これにより、排気通路１６を流れる排気は、すべて第一通路７１を通過する。その結果、排気は、固体還元剤１４を通過することなく還元触媒１３へ流入する。

第４実施形態では、排気が第二通路７２に設けられた固体還元剤１４を通過することにより、排気に還元剤が混合される。排気に含まれる還元剤の量は、固体還元剤１４と排気との接触面積すなわち第二通路７２へ供給される排気の流量によって調整される。したがって、簡単な構造で排気通路１６を流れる排気に、量を可変しつつ還元剤を供給することができる。
第４実施形態でも、固体還元剤１４の出口側に絞り弁７３を設けてもよい。また、絞り弁７３の開度を調整することにより、第二通路７２の固体還元剤１４へ流入する排気の流量を調整し、発生する還元剤の量を制御する構成としてもよい。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による排気浄化装置を図１３に示す。
第５実施形態では、固体還元剤１４は図１３および図１４に示すように保持部材８１に保持されている。固体還元剤１４は、円柱状に形成され、内側を排気が通過可能である。固体還元剤１４は、図１４（Ａ）に示すように保持部材８１に複数保持されている。保持部材８１は、図１３に示すように回転駆動部８２によって排気管部１２の周方向へ回転可能に設けられている。これにより、固体還元剤１４を保持する保持部材８１は、排気管部１２の内側において排気通路１６を形成する排気管部１２の中心を軸として周方向へ回転する。回転駆動部８２は、ＥＣＵ３１からの指示によって保持部材８１を回転駆動する。

保持部材８１の入口側すなわち排気の流れ方向において保持部材８１の上流側には、制御板８３が設けられている。制御板８３は、排気通路１６を形成する排気管部１２に固定されている。制御板８３は、図１４（Ｂ）に示すように円板状に形成され、板厚方向へ貫く複数の孔８４を有している。回転駆動部８２によって保持部材８１が回転すると、例えば図１５に示すように保持部材８１に保持されている固体還元剤１４と制御板８３の孔８４とが重なり合う面積が変化する。これにより、制御板８３を通過して保持部材８１側に流入する排気と保持部材８１に保持された固体還元剤１４とが接触する面積は変化する。その結果、排気と固体還元剤１４とが接触する面積が変化し、固体還元剤１４から発生する還元剤の量は変更される。このように、回転駆動部８２および制御板８３は、ＥＣＵ３１などとともに固体還元剤１４から発生する還元剤の量を制御する発生量制御部を構成している。

第５実施形態では、保持部材８１に保持された固体還元剤１４を回転駆動することにより、固体還元剤１４と制御板８３の孔８４とが重なり合う面積が変化する。これにより、制御板８３を通過する排気と固体還元剤１４との接触面積は変化する。したがって、簡単な構造で還元剤の発生量を制御することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、各実施形態を個別に排気浄化装置１０に適用する例について説明した。しかし、複数の実施形態を組み合わせて排気浄化装置１０に適用してもよい。例えば第１実施形態による排気浄化装置１０の第二排気通路２４に、第２実施形態から第４実施形態で説明した固体還元剤１４および発生量制御部１５を適用してもよい。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による排気浄化装置の構成を示す模式図本発明の第１実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤を示す概略図本発明の第１実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤を示す概略図本発明の第１実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤の要部を示す概略図本発明の第１実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤の要部を示す概略図本発明の第１実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤を含む支持ユニットを示す概略図図６のVII−VII線に対応する断面図本発明の第１実施形態による排気浄化装置の作動の流れを示す概略図本発明の第２実施形態による排気浄化装置の構成を示す概略図本発明の第２実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤および流量制御部を示す概略図本発明の第３実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤および流量制御部を示す概略図本発明の第４実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤および流量制御部を示す概略図本発明の第５実施形態による排気浄化装置に適用する固体還元剤および流量制御部を示す概略図（Ａ）は固体還元剤を保持する保持部を図１３の矢印XIV方向から見た矢視図、（Ｂ）は制御板を図１３の矢印XIV方向から見た矢視図互いに重なり合った保持部および制御板を図１３の矢印XIV方向から見た矢視図

符号の説明

図面中、１０は排気浄化装置、１１はエンジン（内燃機関）、１２は排気管部、１３は還元触媒、１４は固体還元剤、１５は発生量制御部（還元剤発生量制御手段）、１６は排気通路、２１は第一排気管部、２２は第二排気管部、２３は第一排気通路、２４は第二排気通路、２５は担体、２６は還元剤層、３１はＥＣＵ（還元剤発生量制御手段）、３２は流量センサ（流量検出部）、３３は入口側開閉弁（還元剤発生量制御手段）、３４は出口側開閉弁（還元剤発生量制御手段）、３５は排気通路温度センサ（温度検出部）、５１は入口側排気温度センサ（温度検出部）、５２は出口側排気温度センサ（温度検出部）、５３は排気通路弁（還元剤発生量制御手段）、５４は駆動部、６１は絞り弁（絞り部）、７３は絞り弁（絞り部）、８３は制御板、８４は孔を示す。

Claims

内燃機関の排気が流れる排気通路を形成する排気管部と、
前記排気管部に設けられ、排気に含まれるＮＯｘを還元する還元触媒と、
前記排気管部において前記還元触媒よりも前記内燃機関側に前記排気管部から着脱可能に設けられ、排気が通過することにより気体の還元剤を発生する固体還元剤と、
前記固体還元剤に流入する排気の流量を制御し、前記固体還元剤から発生して前記還元触媒に流入する気体の還元剤の量を制御する還元剤発生量制御手段と、を備え、
前記還元剤発生量制御手段は、前記排気通路を流れる排気の流量を検出する流量検出部、および前記排気通路を流れる排気の温度を検出する温度検出部を有し、前記流量検出部で検出した排気の流量および前記温度検出部で検出した排気の温度に基づいて前記固体還元剤から前記還元触媒に流入する気体の還元剤の量を制御するとともに、
前記排気管部は、前記内燃機関から前記還元触媒までの間に第一排気通路を形成する第一排気管部、および前記第一排気通路と並行して前記固体還元剤が設けられている第二排気通路を形成する第二排気管部を有し、
前記固体還元剤は、担体および前記担体に塗布された還元剤層を有することを特徴とする排気浄化装置。
前記還元剤発生量制御手段は、前記固体還元剤が排気に晒される面積を変更して前記固体還元剤から発生する気体の還元剤の量を制御することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
前記還元剤発生量制御手段は、複数の孔を形成し前記排気通路において周方向へ回転する制御板を有し、前記孔と前記固体還元剤とが重なり合う面積を可変することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
前記還元剤発生量制御手段は、前記固体還元剤の排気入口側または排気出口側に設けられ前記排気通路において排気の流れる断面積を可変する絞り部を有することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
前記還元剤発生量制御手段は、前記固体還元剤を前記排気通路の径方向へ往復駆動する駆動部を有し、
前記駆動部は、前記固体還元剤の前記排気通路への露出量を可変することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。