排ガス浄化装置
【課題】排ガス中の窒素酸化物を効率よく低減できる排ガス浄化装置を提供することにある。
【解決手段】内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、還元剤と窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒を有する触媒手段と、排ガスの流れ方向において触媒手段よりも下流側に配置され、触媒手段を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後濃度計測手段と、計測結果に基づいて、還元剤の噴射を制御する制御手段と、を有し、処理後濃度計測手段は、近赤外光を発光する発光素子と、発光素子で発光され、排気配管中を通過した近赤外光を受光する受光素子と、発光素子で発光させた光と、受光素子で受光した光に基づいて、窒素酸化物の濃度を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【解決手段】内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、還元剤と窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒を有する触媒手段と、排ガスの流れ方向において触媒手段よりも下流側に配置され、触媒手段を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後濃度計測手段と、計測結果に基づいて、還元剤の噴射を制御する制御手段と、を有し、処理後濃度計測手段は、近赤外光を発光する発光素子と、発光素子で発光され、排気配管中を通過した近赤外光を受光する受光素子と、発光素子で発光させた光と、受光素子で受光した光に基づいて、窒素酸化物の濃度を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンや、ガソリンエンジンや、ガスタービン等の内燃機関から排出されるガス、つまり排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、粒子状物質（ＰＭ）が含まれている。特にディーゼルエンジンは、酸素が過剰な状態で燃料を燃焼させるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、粒子状物質（ＰＭ）が排ガスに多く含まれている。そのため、内燃機関の排気管には、粒子状物質を低減する装置や、窒素酸化物を低減する装置が設けられている。この窒素酸化物を低減する装置としては、窒素酸化物を含有する排ガスに、窒素酸化物を還元する還元剤を噴射し、還元触媒で窒素酸化物と還元剤との反応を促進させることで、排ガス中から窒素酸化物を除去、低減する方法がある。
【０００３】
このような窒素酸化物の除去装置としては、例えば、特許文献１は、内燃機関の排気通路において、上流から順に、ＤＰＦ装置、選択的接触還元型触媒装置を配置した排ガス浄化システムが記載されている。また、特許文献１には、通常運転時には、通常運転時用のＮＯｘ排出マップからＮＯｘ排出量を算出し、ＤＰＦ装置の強制再生時には、強制再生時用のＮＯｘ排出量マップから、ＮＯｘ排出量を算出して、該算出されたＮＯｘ排出量に対応するアンモニア系水溶液の供給量を算出し、該算出された供給量になるようにアンモニア系水溶液を選択的接触還元型触媒装置の上流側の排ガス中に供給する装置が記載されている。
【０００４】
また、内燃機関ではなく、ボイラー等から発生する窒素酸化物の除去方法であるが、特許文献２には、窒素酸化物を含有する排ガスに還元剤としてアンモニアを混合し、還元用触媒と接触させて排ガス中の窒素酸化物を除去する方法において、アンモニアの注入量を、一酸化窒素、二酸化窒素および亜酸化窒素を還元するのに必要な量を制御し、かつ還元用触媒の少なくとも１つとしてＳｉ／Ａｌのモル比が１０以上の水素および／または鉄置換型モルデナイトを使用することを特徴とする窒素酸化物の除去方法が記載されている。
【０００５】
また、窒素酸化物の濃度を計測する装置としては、特許文献３に記載された、近赤外領域の光を試料ガスに対して照射する光源と、前記試料ガスを透過した光から、窒素酸化物の吸収線より狭い分解能で特定波長の窒素酸化物による光の吸収量を求める手段と、求められた吸収量から該試料ガスの窒素酸化物濃度を算出する濃度算出手段とを具備することを特徴とする窒素酸化物濃度測定装置がある。また、特許文献４にも同様の測定方法のガス濃度計測装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献５及び特許文献６には、亜酸化窒素の除去方法が記載されており、特許文献７には、亜酸化窒素と窒素酸化物の排出抑制方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５４８４９号公報
【特許文献２】特開平２−６８１２０号公報
【特許文献３】特開平１０−１４２１４７号公報
【特許文献４】特開２００１−７４６５３号公報
【特許文献５】特開平４−２１９１２５号公報
【特許文献６】特開平５−３１３２９号公報
【特許文献７】特開２００４−８２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているように、予め作成したマップに基づいて尿素、つまり還元剤の噴射量を制御することで窒素酸化物を低減することはでき、アンモニアの量も調整することはできる。しかしながら、特許文献１のように、予め作成したマップで還元剤の噴射量を調整しても、排出される窒素酸化物の量は、種々の条件によって変化するため、予測値による制御では、還元剤が多すぎたり、一定以上の窒素酸化物が還元されずに排出されたりする場合がある。
【０００９】
また、内燃機関は、運転条件の変化が短時間で変化し、排出されるガスの量や、排ガス中の窒素酸化物濃度の変化が大きいため、排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を計測し、その計測結果に基づいて、制御を行うことが困難である。また、特許文献２、特許文献６、特許文献７等に記載されている計測方法では、窒素酸化物の計測に時間がかかるため、窒素酸化物濃度の変化が大きい内燃機関に適用することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中の窒素酸化物を適切に検出することができ、窒素酸化物を効率よく低減することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、前記排気配管内に還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、噴射された前記還元剤と前記窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記還元触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記触媒手段を通過した前記排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後濃度計測手段と、前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記還元剤噴射手段による前記還元剤の噴射を制御する制御手段と、を有し、前記処理後濃度計測手段は、近赤外光を発光する発光素子と、前記発光素子で発光され、前記排気配管中を通過した近赤外光を受光する受光素子と、前記発光素子で発光させた光と、前記受光素子で受光した光に基づいて、窒素酸化物の濃度を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
このように、排ガス浄化装置は、排気配管を通過した近赤外のレーザ光を受光し、その強度に基づいて窒素酸化物濃度を測定し、その計測結果に基づいて還元剤の噴射量を制御することで、窒素酸化物濃度を短時間で計測することができ、窒素酸化物濃度が短時間で大きく変化する内燃機関の排ガスであっても好適に窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００１３】
ここで、排ガス浄化装置は、さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を前記処理後濃度計測手段と同一の計測方法で計測する処理前濃度計測手段を有し、前記制御手段は、前記処理前濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて還元剤噴射手段による還元剤の噴射を制御することが好ましい。
【００１４】
処理前の排ガスの窒素酸化物濃度の計測結果も用いて還元剤の噴射を制御することで、より高い精度で窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００１５】
また、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくする、または、維持することが好ましい。
【００１６】
このように、投入量を調整することで、適切な量の還元剤を投入することができる。
【００１７】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも上流側に配置され、前記排気配管から分岐され、前記内燃機関と連結された分岐管と、前記排気配管を流れる排ガスと前記分岐管を流れる排ガスの量を調整する調整弁とを有し、前記調整弁により調整された割合の排気ガスを前記分岐管から前記内燃機関に供給する排ガス再循環手段を有し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記排ガス再循環手段により前記分岐管から前記内燃機関に供給する前記排ガスの量を多くすることが好ましい。
【００１８】
排ガス再循環手段を設けることで、より好適に窒素酸化物を低減または除去することができる。また、燃費もよくすることができる。
【００１９】
また、前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測することが好ましい。
【００２０】
亜酸化窒素の濃度を計測し、その計測結果に基づいて亜酸化窒素の排出を低減することで、温室効果ガスの排出を低減することができる。また、適切に反応が行われているかも判定することができる。
【００２１】
また、前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測することが好ましい。
【００２２】
一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度を計測し、その計測結果に基づいて制御を行うことでより適切に窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００２３】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元手段よりも上流側に配置され、前記排気配管を流れる排ガスの温度を調整する温度調整手段を有し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記温度調整手段の動作を制御することが好ましい。
【００２４】
温度調整手段により排ガスと還元剤との反応時の温度を調整することで、窒素酸化物と還元剤との反応を好適に行うことができ、適切に窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００２５】
また、前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させることが好ましい。
【００２６】
これにより適切に亜酸化窒素の排出を低減することができる。
【００２７】
また、前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させ、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくまたは維持することが好ましい。
【００２８】
このように、温度と還元剤の投入量を調整することで、窒素酸化物をより適切に低減することができる。
【００２９】
また、前記温度調整手段は、ヒータであることが好ましい。また、前記温度調整手段は、酸化触媒と、前記酸化触媒に添加物質を添加する添加手段とを有し、前記酸化触媒で前記添加物質を燃焼させることで、前記排ガスの温度を上昇させることが好ましい。
【００３０】
温度調整手段として、上記加熱手段を用いることで、簡単に構成で温度管理を行うことができる。
【００３１】
また、前記酸化触媒は、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも下流側に配置され、前記還元剤噴射手段を前記添加手段として用い、前記還元剤を前記添加物質として用いることが好ましい。
【００３２】
添加剤と還元剤を同じ物質とし、１つの機構で排気配管内に投入することで、装置構成を簡単にすることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明にかかる排ガス浄化装置は、近赤外の光を用いる濃度計測装置により計測した窒素酸化物濃度に基づいて、還元剤の噴射量を制御することで、排ガス中の窒素酸化物を適切に低減することができる。また、窒素酸化物の検出値のみに基づいて、還元剤の噴射量を制御することで、演算量を少なくすることができ、装置構成も簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の排ガス浄化装置を有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すディーゼルエンジン用排ガス浄化装置の濃度計測手段の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、制御手段による還元剤噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、亜酸化窒素、窒素の割合と排ガスの温度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明にかかる排ガス浄化装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、下記実施形態では、排ガス浄化装置を取り付ける内燃機関をディーゼルエンジンとし、ディーゼルエンジンを用いた車両として説明するが、内燃機関はこれに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置も車両に限定されず、船舶、発電機等種々の装置の内燃機関として用いることができる。
【００３６】
図１は、本発明の排ガス浄化装置が取り付けられたディーゼルエンジンを有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す排ガス浄化装置の濃度計測手段の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように車両１０は、ディーゼルエンジン１２と、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスを案内する排気配管１４と、排気配管１４内を流れる排ガスを浄化する排ガス浄化装置１６とを有する。なお、車両１０は、図示した構成以外にも、車輪、車体、操作部、変速機等、車両に必要な種々の要素を有する。
【００３７】
ディーゼルエンジン１２は、軽油や重油等を燃料とし、燃料を燃焼させて動力を取り出す内燃機関である。排気配管１４は、一方の端部がディーゼルエンジン１２と接続されており、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスを案内する。
【００３８】
排ガス浄化装置１６は、処理前濃度計測手段２０と、還元剤噴射手段２２、還元剤タンク２４及び触媒手段２６で構成される還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、制御手段３０とを有し、排ガスの排気経路中、つまり、排気配管１４の内部または排気配管１４に接して配置されている。
【００３９】
処理前濃度計測手段２０は、排ガスの排気経路においてディーゼルエンジン１２の下流側の排気配管１４に配置されており、ディーゼルエンジン１２から排出された排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。なお、処理前濃度計測手段２０は、後述する処理後濃度計測手段２８と同様の構成であるので、後ほど処理後濃度計測手段２８の構成として説明する。なお、処理前濃度計測手段２０は、窒素酸化物として、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のうち少なくとも１種類の窒素酸化物の濃度を計測する。
【００４０】
還元手段２１は、排ガスに含まれる窒素酸化物、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を低減する脱硝システムであり、上述した還元剤噴射手段２２（以下単に「噴射手段２２」という。）と、還元剤タンク２４と、触媒手段２６とで構成される。
【００４１】
噴射手段２２は、排気配管１４内に還元剤を噴射する噴射装置であり、排気配管１４の、処理前濃度計測手段２０よりも下流側の部分に噴射口が設けられている。噴射手段２２は、噴射口から排気配管１４の内部に還元剤を噴射する。還元剤タンク２４は、還元剤を貯めておくタンクであり、噴射手段２２に還元剤を供給する。還元剤タンク２４には、外部の還元剤を供給する装置から還元剤を補充するための補給口が設けられており、この補給口から必要に応じて、還元剤が補給される。なお、還元剤としては、窒素酸化物を還元する反応を起こす種々の物質、または、反応を起こす物質に変化する物質が用いることができ、水素、一酸化炭素、アンモニア、尿素、軽油、炭化水素（例えば、プロパン、プロピレン等）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール等）が例示される。
【００４２】
触媒手段２６は、還元剤または還元剤から生成された物質と窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒と、排気配管１４の、噴射手段２２よりも下流側部分の内部に設けられ、該還元触媒を支持する支持機構とを備える。また、支持機構は、排気配管１４の内部に配置され、排ガスを通気させる孔が形成され、その表面に還元触媒を支持している。なお、還元触媒としては、上述した還元剤に応じて、還元剤と窒素酸化物との反応を促進させる種々の触媒を用いることができる。例えば、還元剤として、尿素、アンモニアを用いる場合は、触媒として、ゼオライト系触媒を用いることができる。
【００４３】
処理後濃度計測手段２８は、排ガスの排気経路において触媒手段２６の下流側の排気配管１４に配置されており、触媒手段２６を通過した排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。なお、処理後濃度計測手段２８は、窒素酸化物として、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のうち少なくとも１種類の窒素酸化物の濃度を計測する。処理後濃度計測手段２８は、図２に示すように、計測手段本体４０と、光ファイバ４２と、計測セル４４と、受光部４６と、を有する。
【００４４】
計測手段本体（計測装置本体）４０は、窒素酸化物が吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段と、信号から窒素酸化物の濃度を算出する演算手段とを有し、光ファイバ４２にレーザ光を出力し、受光部４６が受光した信号を受け取る。なお、窒素酸化物は、その種類により、吸収する近赤外波長域が異なる波長域となる。つまり、一酸化窒素と、二酸化窒素と、亜酸化窒素とでは、それぞれ異なる波長域の近赤外光を吸収する。そのため、計測手段本体４０は、計測対象の窒素酸化物に対応した数の発光手段を有する。つまり、計測対象が一酸化窒素の場合は一酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段、計測対象が二酸化窒素の場合は二酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段、計測対象が亜酸化窒素の場合は亜酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段を有し、複数種類の窒素酸化物の濃度を計測する場合は、計測する窒素酸化物の数に対応した数の発光手段を有する。
【００４５】
光ファイバ４２は、計測手段本体４０から出力されたレーザ光を案内し、計測セル４４に入射させる。
【００４６】
計測セル４４は、排気配管１４の一部に配置されており、光ファイバ４２から射出された光を計測セル４４の内部に入射させる入射部と、計測セル４４の所定経路を通過したレーザ光を出力する出力部と、を有する。計測セル４４は、入射部側の一部と出力部側の一部とが、それぞれ排気配管１４と接続されている。このように、計測セル４４は、排ガスの排気経路の一部となるように、排気配管１４に割り込んで配置されている。つまり、排気配管１４の一部が計測セル４４となっているとも言える。また、計測セル４４は、排気配管１４の内部に入射部と出力部とをつなげる管状部材を配置する場合、排ガスがセル内部に流れるように複数の開口、穴が設ける必要がある。また、入射部から出力部に向けて延びているスリットを設けるようにしてもよい。なお、計測セル４４の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。また、図２に示す例では、排気配管１４の排ガスの流れ方向に対して、直交するように計測セル４４を設けたが、排気配管１４に対して所定角度傾斜させて（つまり斜めに）計測セル４４を設けてもよい。また、計測セル４４は、排気配管１４の内部には管状の部材を設けずに、排気配管１４に入射部と出力部のみを設けた構成としてもよい。つまり、排気配管１４の内部にレーザ光を入射させる入射部（レーザ光を透過する入射窓）と、排気配管１４内の所定経路を通過したレーザ光を出力させる出力部（レーザ光を透過する出力窓）とを設けたのみの構成を計測セルとしてもよい。
【００４７】
受光部４６は、計測セル４４の内部を通過し、出力部から出力されたレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度を受光信号として計測手段本体４０に出力する。なお、受光部４６は、発光手段毎に設けても、複数の発光手段から射出された光を１つの受光部４６で受光するようにしてもよい。なお、複数の発光手段から射出された光を１つの受光部４６で受光する場合は、ダイクロイックミラー等を用い、光が通る経路を調整することで、１つの受光部４６で異なる位置に配置された複数の発光手段から射出された光を受光することができる。
【００４８】
処理後濃度計測手段２８は、以上のような構成であり、計測手段本体４０から出力された近赤外の波長域のレーザ光は、光ファイバ４２から計測セル４４内の所定経路を通過した後、出力部から出力される。このとき、計測セル４４内の排ガス中に窒素酸化物が含まれていると、計測セル４４を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、排ガス中の窒素酸化物濃度によって、出力部に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部４６は、出力部から出力されるレーザ光を受光信号に変換し、計測手段本体４０に出力する。計測手段本体４０は、出力したレーザ光の強度と、受光信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル４４内を流れる排ガスの窒素酸化物濃度を算出する。このように、処理後濃度計測手段２８は、ＴＤＬＡＳ方式（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部４６で検出した受光信号とに基づいて計測セル４４内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガス中の窒素酸化物濃度を、算出及び／または計測する。また、本実施形態の処理後濃度計測手段２８は、連続的に窒素酸化物濃度を、算出及び／または計測することができる。
【００４９】
なお、計測セル４４は、入射部と出力部のみを、光を透過する材料で形成しても、計測セル４４全体（つまり、排気配管１４のうち計測セル４４となっている管部分の全周）を、光を透過する材料で形成してもよい。また、計測セル４４内に少なくとも２枚の光学ミラーを設け、入射部から入射されたレーザ光を光学ミラーで多重反射させた後、出力部から出力させるようにしてもよい。このようにレーザ光を多重反射させることで、計測セル４４内のより多くの領域を通過させることができる。これにより、計測セル４４内を流れる排ガスの濃度の分布（排ガスの流量や密度のばらつき、排ガス内の濃度分布のばらつき）の影響を小さくすることができ、正確に濃度を検出することができる。
【００５０】
制御手段３０は、処理前濃度計測手段２０の検出結果と、処理後濃度計測手段２８の検出結果に基づいて、噴射手段２２から噴射する還元剤の量及び噴射するタイミングをＰＩＤ制御により制御する。具体的には、窒素酸化物濃度が所定値よりも低い場合は、一度に噴射する還元剤の量を少なくしたり、還元剤を噴射する間隔を長くしたり、還元剤の噴射条件をそのまま維持したりする。また、窒素酸化物濃度が所定値よりも高い場合は、一度に噴射する還元剤の量を多くしたり、還元剤を噴射する間隔を短くしたりする。
【００５１】
図３は、制御手段３０による還元剤噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。なお、図３に示すフロー図は、噴射手段２２から噴射する還元剤の量により窒素酸化物濃度（ＮＯｘ濃度）を調整する場合である。ここで、処理後濃度計測手段２８が計測する。また、処理後濃度計測手段２８が計測する窒素酸化物の種類は特に限定されず、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のうち少なくとも１種類の濃度を計測する。また、複数種類の窒素酸化物の濃度を計測した場合は、それぞれの物質の濃度に基づいて窒素酸化物の濃度を計測する。以下、処理後濃度計測手段２８で計測される窒素酸化物の濃度は、単にＮＯｘ濃度とする。
【００５２】
まず、処理後濃度計測手段２８で計測されたＮＯｘ濃度が制御手段３０に入力されたら、制御手段３０は、ステップＳ１２として、計測されたＮＯｘ濃度が上限値の目標値よりも大きいかを判定する。制御手段３０は、ステップＳ１２で計測されたＮＯｘ濃度が上限値の目標値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ１４として、現状設定されている還元剤噴射量を一定量増加する。つまり、噴射手段２２から噴射される還元剤の量を一定量多くする。その後、制御手段３０は、ステップＳ２０に進む。
【００５３】
また、ステップＳ１２で、制御手段３０が計測されたＮＯｘ濃度が上限値の目標値以下である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ１６として、計測されたＮＯｘ濃度が下限値の目標値よりも小さいかを判定する。制御手段３０は、ステップＳ１６で計測されたＮＯｘ濃度が下限値の目標値よりも小さい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ１８として、現状設定されている還元剤噴射量を一定量低減（減少）させる、または、還元剤噴射量を維持する。つまり、噴射手段２２から噴射される還元剤の量を一定量少なくする、また、そのままの量で維持する。その後、制御手段３０は、ステップＳ２０に進む。なお、噴射量を低減させるか維持させるかは設定により切り替えたり、目標値の差に基づいて判定したりすればよい。また、制御手段３０は、ステップＳ１６で計測されたＮＯｘ濃度が下限値の目標値以上である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ２０に進む。制御手段３０は、ステップＳ２０で、エンジン（ディーゼルエンジン１２）が停止しているかを判定する。制御手段３０は、エンジンが停止していない、つまりエンジンが稼動中である（ＮＯ）と判定したらステップＳ１２に進み、上述した処理を繰り返す。他方、制御手段３０は、ステップＳ２０で、エンジンが停止している（ＹＥＳ）と判定したら処理を終了する。
【００５４】
以上のようにして、制御手段３０は、噴射手段２２の還元剤噴射量を制御する。なお、上記制御では還元剤噴射量を一定量増加、低減または維持させたが、これに限定されない。例えば、ステップＳ１２でＮＯｘ濃度が上限値の目標値より大きい場合は、還元剤噴射量を予め設定した基準値としてもよく、ステップＳ１６でＮＯｘ濃度が下限値の目標値より小さい場合は、還元剤噴射量を０にするようにしてもよい。また、還元剤噴射量は、噴射回数で調整しても、１回の噴射量で調整してもよい。また、ＮＯｘ濃度の上限値の目標値と下限値の目標値とは、同じ値としても、異なる値としてもよい。つまり、ステップＳ１２で使用される目標値とステップＳ１６で使用される目標値を同じ目標値としても異なる目標値としてもよい。なお、ＮＯｘ濃度の上限の目標値と下限の目標値とを異なる値とすることで、還元剤噴射量を変化させないＮＯｘ濃度の範囲を一定の濃度範囲とすることができる。
【００５５】
車両１０及び排ガス浄化装置１６は、基本的に以上のような構成である。排ガス浄化装置１６は、ディーゼルエンジン１２から排出された排ガスは、排気配管１４を流れ、処理前濃度計測手段２０の測定領域を通過する。処理前濃度計測手段２０の測定領域を通過した排ガスは、噴射手段２２から還元剤が噴射された後、還元剤とともに触媒手段２６を通過する。排ガスは、還元剤とともに触媒手段２６を通過することで、排ガスに含まれる窒素酸化物が低減される。その後、排ガスは、排気配管１４から大気中に排出される。ここで、排ガス浄化装置１６は、上述したように、触媒手段２６を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を処理後濃度計測手段２８により計測し、その計測結果に基づいて、噴射手段２２が噴射する還元剤の量、噴射タイミングを制御している。
【００５６】
このように、車両１０は、排ガス浄化装置１６により、ディーゼルエンジン１２から排出する排ガスの窒素酸化物を還元することができ、有害物質が低減された状態で排ガスを排出することができる。
【００５７】
また、排ガス浄化装置１６は、触媒手段２６を通過した窒素酸化物濃度を計測し、その結果に応じて還元剤の噴射量を制御している。このように、触媒手段２６を通過した窒素酸化物濃度に基づいて、還元剤の噴射量を制御することで、還元剤と窒素酸化物の反応状態に即して還元剤噴射量を制御することができる。
【００５８】
また、処理後濃度計測手段２８として、近赤外のレーザ光を用いＴＤＬＡＳ法で各窒素酸化物の濃度を計測することで、短時間で正確に測定対象の窒素酸化物の濃度を計測することができる。窒素酸化物を正確に算出できることで、還元剤の調整を正確に行うことができ、より好適に窒素酸化物を低減することができる。また、レーザ光として近赤外の波長域の光を用いることで、測定対象のガスをより正確に測定することができる。つまり、一酸化窒素と、二酸化窒素と、亜酸化窒素等の測定対象以外のガスを検出することを抑制でき、対象のガスの濃度を短時間で正確に測定することができる。また、窒素酸化物の夫々の濃度を別々に測定することで、窒素酸化物の還元に必要な還元剤の投入量を適切に把握することができる。また、還元剤としてアンモニア、尿素を用いた場合でも、アンモニアを窒素酸化物として計測することを防止することができる。
【００５９】
また、図３に示すフロー図では、制御手段３０は、処理後濃度計測手段２８の計測結果のみに基づいて、還元剤の噴射を調整したが、処理前濃度計測手段２０の計測結果も用いて還元剤の噴射を調整することが好ましい。処理前濃度計測手段２０の計測結果を用いて還元剤の噴射を調整することで、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に基づいて還元剤の噴射を調整することができる。これにより、噴射する還元剤の調整（制御）をより正確に行うことが可能となり、効率よく排ガス中の窒素酸化物を低減することができる。
【００６０】
ここで、処理後濃度計測手段２８は、窒素酸化物濃度として、少なくとも亜酸化窒素の濃度を検出することが好ましい。亜酸化窒素を計測することで、亜酸化窒素が排出されることを検出することができ、亜酸化窒素を効率よく低減することができる。亜酸化窒素を低減できることで、温室効果がある亜酸化窒素を排出することを抑制することができ、地球温暖化を抑制することができる。なお、処理後濃度計測手段２８は、窒素酸化物濃度として、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素または二酸化窒素の２種類を計測することが好ましく、亜酸化窒素と一酸化窒素と二酸化窒素の３種類を計測することがより好ましい。一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測することで、排出される窒素酸化物をより低減することができる。一酸化窒素または二酸化窒素の一方の濃度のみを計測する場合は、他方の窒素酸化物の濃度は、計算により算出するようにしてもよい。
【００６１】
ここで、図４は、亜酸化窒素、窒素の割合と排ガスの温度との関係を示すグラフである。図４に示す測定例は、それぞれ、触媒の温度が、２００℃、３００℃、４００℃とした場合に、触媒出口から排出されるガスの成分を測定した測定結果である。なお、触媒には、各温度とも一酸化窒素の濃度、量が同一のガスを供給し、還元剤となる水素も同一濃度、量で供給した。また、図４に示す測定例では、触媒出口から排出されるガスのうち、一酸化窒素と二酸化窒素を除いたガスの組成の比率を計測した。
【００６２】
図４に示すように、亜酸化窒素は、還元触媒での反応温度によって、生成量が変化する。したがって、処理後濃度計測手段２８により、亜酸化窒素の濃度を計測することで、反応が行われている環境を判定することができ、判定に基づいて、還元剤の噴射を制御することができる。つまり、亜酸化窒素の濃度を計測することで、一酸化窒素、二酸化窒素は低減されていても、亜酸化窒素が残留または生成されていることを検出することができ、亜酸化窒素が排出されることを抑制することができる。
【００６３】
また、排ガス浄化装置は、排ガスの排気経路中に、酸化触媒とＤＰＦを設けることが好ましい。酸化触媒は、白金等の触媒であり、酸化触媒を通過した排ガスのＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）の一部成分を除去することができる。ここでＰＭは、ディーゼルエンジンから排出される大気汚染物質であり、固形の炭素粒子、高分子から成る未燃の炭化水素(可溶性炭化水素：ＳＯＦ、Soluble Organic Fraction)、燃料中に含まれる硫黄が酸化して生成されるサルフェート等の混合物である。また、酸化触媒は、排気配管１４を流れる排ガス中に含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化することもできる。
【００６４】
次に、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）は、酸化触媒を通過した排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタである。ＤＰＦとしては、捕集したＰＭを燃焼等で除去することにより再生する、捕集性能を維持することができる連続再生式ＤＰＦを用いることが好ましい。
【００６５】
このように酸化触媒及びＤＰＦによりＰＭを捕集し、排ガス中のＰＭを低減させたることで、排出される排ガスに含まれる有害物質をより少なくすることができる。また、排ガス浄化装置には、ＰＭを低減させる種々の方式の粒子状物質低減装置を用いることができ、例えば、酸化触媒を設けずに、ＰＭを捕集するフィルタのみを配置してもよい。
【００６６】
また、排ガス浄化装置１６では、処理後濃度計測手段２８と処理前濃度計測手段２０とを設けたが、処理後濃度計測手段２８のみとしてもよい。また、排ガス浄化装置１６では、計測結果に基づいて還元剤の噴射量のみを調整したが、本発明はこれに限定されない。以下、図５と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。
【００６７】
図５は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図５に示す車両５０は、排ガス浄化装置５２の一部の構成を除いて他の構成は、車両１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両５０に特有の点を重点的に説明する。図５に示す車両５０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置５２とを有する。排ガス浄化装置５２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、排ガス再循環手段５３、制御手段５９とを有する。排ガス浄化装置５２の処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置１６の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００６８】
排ガス再循環手段（Exhaust Gas Recirculation）５３は、排気配管１４を流れる排ガスをディーゼルエンジン１２に供給する手段であり、切替弁５４と、分岐管５６と、吸気部５８とを有する。
【００６９】
切替弁５４は、排気配管１４の処理前濃度計測手段２０よりも下流側で、噴射手段２２よりも上流側に設けられた弁であり、排気配管１４を流れる排ガスを排気配管１４の下流側に流すか、分岐管５６に流すかを切り替える。また、切替弁５４は、弁の開度により排気配管１４を流れる排ガスの割合と、分岐管５６を流れる排ガスの割合とを調整することができる。
【００７０】
分岐管５６は、一方の端部が排気配管１４と接続され、他方の端部がディーゼルエンジン１２と接続されている。なお、分岐管５６と排気配管１４との接続部には、切替弁５４が配置されている。
【００７１】
吸気部５８は、分岐管５６に設けられており、分岐管５６を流れる排ガスを所定のタイミングでディーゼルエンジン１２に供給する。なお、排ガスをディーゼルエンジンに供給するタイミングは、特に限定されず、ディーゼルエンジンの制御手段や、制御手段５９の制御に基づいて供給すればよい。
【００７２】
排ガス再循環手段５３は、以上のような構成であり、切替弁５４により排ガスの一部を分岐管５６に案内し、吸気部５８で排ガスをディーゼルエンジン１２に供給し、ディーゼルエンジン１２で再利用することで、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、部分負荷時で運転している場合に燃費を向上させることができる。
【００７３】
また、制御手段５９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、排ガス再循環手段５３の切替弁５４の開度を調整し、排気配管１４を流れる排ガスの量、つまり、還元手段２１の触媒手段２６を通過する排ガスの量を調整する。
【００７４】
排ガス浄化装置５２は、以上のような構成であり、制御手段５９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、排ガス再循環手段５３と還元手段２１の動作を制御する。具体的には、処理前濃度計測手段２０で計測した窒素酸化物濃度が上限値よりも高い場合は、切替弁５４の開度を調整し、より多くの排ガスを分岐管５６側に流し、ディーゼルエンジン１２に供給する。このように、還元手段２１に加え、排ガス再循環手段５３の動作を制御することで、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができる。
【００７５】
また、処理後濃度計測手段２８で亜酸化窒素を計測する場合は、亜酸化窒素が予め設定された閾値（許容値）を超えた場合は、排ガス再循環手段５３により排ガスをディーゼルエンジン１２に供給することができる。亜酸化窒素を再度燃焼することで、排ガス中の窒素酸化物を一酸化窒素と二酸化窒素とし、窒素酸化物を特定することで、還元手段２１で窒素酸化物（一酸化窒素、二酸化窒素）をより適切に還元させることが可能となり、窒素酸化物の排出を好適に抑制することができる。なお、還元手段２１と排ガス再循環手段５３の動作をより適切に制御できるため、処理後濃度計測手段２８は、上記実施形態と同様に、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測することが好ましい。
【００７６】
また、排ガス浄化装置は、温度調整手段を備えることが好ましい。以下、図６と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。図６は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図６に示す車両６０は、排ガス浄化装置６２の一部の構成を除いて他の構成は、車両１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両６０に特有の点を重点的に説明する。図６に示す車両６０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置６２とを有する。排ガス浄化装置６２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、温度調整手段６３と、制御手段６９とを有する。排ガス浄化装置６２の処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置１６の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００７７】
温度調整手段６３は、排ガスを加熱する手段であり、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部６８とを有する。温度調整手段６３は、排気配管１４の排ガスの流れ方向において還元手段２１よりも上流側に配置されている。酸化触媒６４は、通過する物質を酸化する触媒であり、白金等で構成されている。ヒータ６６は、電熱線等の加熱機構であり、排気配管１４を加熱して内部を通過する排ガスを加熱する。添加部６８は、排気配管１４に添加剤を供給する機構である。ここで、添加剤としては、酸化触媒で酸化されることで熱を発生させる物質や、燃焼される物質を用いることができ、水素、一酸化炭素、アンモニア、尿素、軽油、炭化水素（例えば、プロパン、プロピレン等）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール等）が例示される。
【００７８】
温度調整手段６３は、以上のような構成であり、添加部６８により添加された添加剤を酸化触媒６４で酸化すること、またはヒータ６６を駆動させることで、排ガスの温度を上昇させる。なお、本実施形態では、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部６８とを用いたが、本発明はこれに限定されず、酸化触媒６４と添加部６８の組み合わせか、ヒータ６６のいずれか一方のみとしてもよい。
【００７９】
また、制御手段６９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、温度調整手段６３により排ガスの温度を調整し、還元手段２１で還元剤と反応する領域での温度を調整する。
【００８０】
排ガス浄化装置６２は、以上のような構成であり、制御手段６９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段２１と温度調整手段６３の動作を制御する。このように、還元手段２１に加え、温度調整手段６３の動作を制御することで、還元手段２１の反応領域での反応速度を調整することができ、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができる。つまり、還元剤と窒素酸化物の反応速度、効率は温度によって変化するので、温度調整手段６３により温度を調整することで、反応領域での反応を好適に制御することができる。
【００８１】
また、処理後濃度計測手段２８で亜酸化窒素を計測する場合は、亜酸化窒素が予め設定された閾値（許容値）を超えた、つまり亜酸化窒素の濃度が上限値を超えた場合は、温度調整手段６３により排ガスを加熱するようにすることで亜酸化窒素を低減することができる。具体的には、上述した図４に示すように、温度調整手段６３により排ガスを加熱し、反応温度を一定温度以上（例えば、４００℃以上）とすることで、亜酸化窒素の発生、残留を抑制することができる。また、亜酸化窒素を低減できることで、温室効果ガスの排出を抑制することができる。さらに、亜酸化窒素を減らし、排ガス中の窒素酸化物を一酸化窒素と二酸化窒素とし、窒素酸化物を特定することで、還元手段２１で窒素酸化物（一酸化窒素、二酸化窒素）をより適切に還元させることが可能となり、窒素酸化物の排出を好適に抑制することができる。なお、還元手段２１と温度調整手段６３の動作をより適切に制御できるため、処理後濃度計測手段２８は、上記実施形態と同様に、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測することが好ましい。
【００８２】
処理後濃度計測手段２８で、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測する場合は、亜酸化窒素の濃度が予め設定された値（上限値の目標値）を超えたら、添加剤を添加及び／またはヒータ６６を駆動して温度を上昇させ、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度が基準値よりも高い場合は、還元剤の投入量をより多くし、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度が基準値よりも低い場合は、還元剤の投入量をより少なくするまたは維持することが好ましい。このように制御することで、排ガス中の亜酸化窒素、一酸化窒素及び／または二酸化窒素を適切に低減または除去することができる。
【００８３】
また、排ガス浄化装置は、温度調整手段で添加する添加剤として、還元剤を用いることが好ましく、また、温度調整手段で添加する添加剤の一部を還元剤として用いることが好ましい。以下、図７と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。図７は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図７に示す車両７０は、排ガス浄化装置７２の一部の構成を除いて他の構成は、車両６０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両７０に特有の点を重点的に説明する。図７に示す車両７０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置７２とを有する。排ガス浄化装置７２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、温度調整手段７３と、制御手段７９とを有する。排ガス浄化装置７２の処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置６２の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００８４】
温度調整手段７３は、排ガスを加熱する手段であり、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部７４とを有する。温度調整手段７３は、排気配管１４の排ガスの流れ方向において還元手段２１よりも上流側に配置されている。酸化触媒６４は、通過する物質を酸化する触媒であり、白金等で構成されている。ヒータ６６は、電熱線等の加熱機構であり、排気配管１４を加熱して内部を通過する排ガスを加熱する。
【００８５】
添加部７４は、添加部６８と同様に、排気配管１４に添加剤を供給する機構である。ここで、添加剤としては、酸化触媒で酸化されることで熱を発生させる物質や、燃焼される物質であり、かつ、還元剤として用いることができる物質である。
【００８６】
温度調整手段７３は、以上のような構成であり、添加部７４により添加された添加剤を酸化触媒６４で酸化すること、またはヒータ６６を駆動させることで、排ガスの温度を上昇させる。なお、本実施形態では、ヒータ６６を設けない構成としてもよい。
【００８７】
また、制御手段７９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、温度調整手段７３により排ガスの温度を調整し、還元手段２１で還元剤と反応する領域での温度を調整する。また、制御手段７９は、温度調整手段７３の添加部７４により添加する添加剤の量と、還元手段２１で噴射する還元剤の量の両方を調整して、触媒手段２６で反応させる還元剤の量を調整する。つまり、温度調整手段７３の添加部７４により添加する添加剤の量を、酸化触媒６４で燃焼されるまたは反応される量よりも多く添加し、一部を窒素酸化物と反応させるようにしてもよい。また、制御手段７９は、還元手段２１で噴射する還元剤の量は一定とし、添加剤の添加量のみを調整するようにしてもよい。
【００８８】
排ガス浄化装置７２は、以上のような構成であり、制御手段７９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段２１と温度調整手段７３の動作を制御する。このように、還元手段２１に加え、温度調整手段７３の動作を制御することで、還元手段２１の反応領域での反応速度を調整することができ、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができ、排ガス浄化装置６２と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
さらに、添加剤を還元剤としても使用できる物質とし、添加部７４で添加する添加剤も還元剤として用いることでも、窒素酸化物を除去（還元）することができる。また、添加部７４により添加する添加物の量のみを調整する場合は、制御対象を１つとすることができ、制御を簡単にすることができる。また、添加剤と還元剤として別々の物質を用いる場合は、それぞれの物質の特性を利用して窒素酸化物の除去を行うことができる。
【００９０】
また、排ガス浄化装置７２では、噴射手段２２及び還元剤タンク２４と、添加部７４とを別々に設けたが、両者の機能を有する１つの添加部（１つの噴射手段及び還元剤タンクともいえる。）を用いる構成としてもよい。以下、図８と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。図８は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図８に示す車両８０は、排ガス浄化装置８２の一部の構成を除いて他の構成は、車両７０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両８０に特有の点を重点的に説明する。図８に示す車両８０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置８２とを有する。排ガス浄化装置８２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段８４と、処理後濃度計測手段２８と、制御手段８９とを有する。排ガス浄化装置８２の処理前濃度計測手段２０と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置７２の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００９１】
還元手段８４は、触媒手段２６と、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部７４とを有する。なお、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部７４とは、図７に示す温度調整手段７３の各部と同様の構成である。また、触媒手段２６は、図７に示す還元触媒２６と同様の構成である。なお、添加部７４は、添加剤として、酸化触媒で熱を発生させ、かつ、窒素酸化物と反応し、窒素酸化物を還元する物質が用いられる。また、還元剤としては、酸化触媒で酸化されることで、触媒手段で窒素酸化物と還元反応を起こす物質も用いることができる。
【００９２】
還元手段８４は、添加部７４により排気配管１４に添加剤を添加すると、一部の添加剤は、酸化触媒６４で酸化され、熱を発生させ、排ガスを加熱する。また、添加剤は、酸化触媒６４を通過した後、触媒手段２６に到達すると、窒素酸化物との間で反応し、窒素酸化物を還元する。つまり還元手段８４は、添加剤を添加する１つの機構で、温度調整と還元の２つの処理を行う。
【００９３】
制御手段８９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段８４の添加部７４で添加する添加剤の量を調整し、排ガスの温度を調整して還元剤と反応する領域での温度を調整し、かつ、触媒手段２６で反応させる添加剤の量を調整する。
【００９４】
排ガス浄化装置８２は、以上のような構成であり、制御手段８９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段８４の動作を制御する。このように、還元手段８４の添加剤の量（さらにヒータ６６の加熱量）を調整することで、反応領域での反応速度を調整することができ、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができ、排ガス浄化装置７２と同様の効果を得ることができる。
【００９５】
さらに、添加部７４で添加する添加剤を還元剤としても用いることでも、窒素酸化物を除去（還元）することができる。また、添加剤（及び還元剤）を添加（噴射）する機構を１つとすることで装置構成を簡単にすることができる。
【００９６】
なお、処理前濃度計測手段及び／または処理後濃度計測手段は、近赤外のレーザ光を所定の波長幅で変化させ、対象とする窒素酸化物の濃度をより好適に検出できる波長域を検出し、その波長で計測を行うようにしてもよい。また、この場合、基準となる計測サンプルを計測手段内に設けるようにしてもよい。
【００９７】
ここで、還元剤として、尿素水を用い尿素水からアンモニアを生成して、あるいは、直接アンモニアを用いて、窒素酸化物と反応させ、窒素酸化物を還元する場合は、排ガス中のアンモニアの濃度を計測する計測手段を設けることが好ましい。なお、このアンモニアの濃度を計測する手段としては、アンモニアの濃度を正確かつ短時間で計測できるため、上述した処理後濃度計測手段と同様の構成、計測方式の濃度計測手段を用いることが好ましい。また、アンモニアの濃度を計測する計測手段は、排ガスの流路において、還元剤噴射手段と触媒手段との間、及び／または、触媒手段の下流に設けることが好ましい。計測手段を、還元剤噴射手段と触媒手段との間に設けることで、反応前に排ガス中にあるアンモニア濃度を計測することができ、触媒手段の下流に設けることで、反応後に排ガス中にあるアンモニア濃度を計測することができる。反応前及び／または反応後のアンモニア濃度を計測し、上記窒素酸化物濃度の計測結果に加え、アンモニア濃度の計測結果に基づいて還元剤の噴射量を調整することで、より効率よく窒素酸化物を還元することができる。また、処理後のアンモニア濃度の計測結果に基づいて、還元剤の噴射量を調整することで、一定濃度以上のアンモニアが排出されることを抑制することができる。
【００９８】
なお、上記実施形態では、車両に用いるディーゼルエンジンの排ガス浄化装置として説明したが、本発明はこれに限定されず、種々の目的（例えば船、発電機等）に利用されるディーゼルエンジンに用いることができる。また、ディーゼルエンジンにも限定されず、内燃機関であればよく、ガソリンエンジン等の排ガス浄化装置としても用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明にかかる排ガス浄化装置は、内燃機関から排出される排ガスの浄化に有用であり、特に、車両に搭載された内燃機関から排出される排ガスの浄化に適している。
【符号の説明】
【０１００】
１０、５０、６０、７０、８０ 車両
１２ ディーゼルエンジン
１４ 排気配管
１６、５２、６２、７２、８２ 排ガス浄化装置
２０ 処理前濃度計測手段
２１ 還元手段
２２ 還元剤噴射手段
２４ 還元剤タンク
２６ 触媒手段
２８ 処理後濃度計測手段
３０ 制御手段
４０ 計測手段本体
４２ 光ファイバ
４４ 計測セル
４６ 受光部
５３ 排ガス再循環手段
５４ 切替弁
５６ 分岐管
５８ 吸気部
６３、７３ 温度調整手段
６４ 酸化触媒
６６ ヒータ
６８、７４ 添加部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンや、ガソリンエンジンや、ガスタービン等の内燃機関から排出されるガス、つまり排ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、粒子状物質（ＰＭ）が含まれている。特にディーゼルエンジンは、酸素が過剰な状態で燃料を燃焼させるため、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、粒子状物質（ＰＭ）が排ガスに多く含まれている。そのため、内燃機関の排気管には、粒子状物質を低減する装置や、窒素酸化物を低減する装置が設けられている。この窒素酸化物を低減する装置としては、窒素酸化物を含有する排ガスに、窒素酸化物を還元する還元剤を噴射し、還元触媒で窒素酸化物と還元剤との反応を促進させることで、排ガス中から窒素酸化物を除去、低減する方法がある。
【０００３】
このような窒素酸化物の除去装置としては、例えば、特許文献１は、内燃機関の排気通路において、上流から順に、ＤＰＦ装置、選択的接触還元型触媒装置を配置した排ガス浄化システムが記載されている。また、特許文献１には、通常運転時には、通常運転時用のＮＯｘ排出マップからＮＯｘ排出量を算出し、ＤＰＦ装置の強制再生時には、強制再生時用のＮＯｘ排出量マップから、ＮＯｘ排出量を算出して、該算出されたＮＯｘ排出量に対応するアンモニア系水溶液の供給量を算出し、該算出された供給量になるようにアンモニア系水溶液を選択的接触還元型触媒装置の上流側の排ガス中に供給する装置が記載されている。
【０００４】
また、内燃機関ではなく、ボイラー等から発生する窒素酸化物の除去方法であるが、特許文献２には、窒素酸化物を含有する排ガスに還元剤としてアンモニアを混合し、還元用触媒と接触させて排ガス中の窒素酸化物を除去する方法において、アンモニアの注入量を、一酸化窒素、二酸化窒素および亜酸化窒素を還元するのに必要な量を制御し、かつ還元用触媒の少なくとも１つとしてＳｉ／Ａｌのモル比が１０以上の水素および／または鉄置換型モルデナイトを使用することを特徴とする窒素酸化物の除去方法が記載されている。
【０００５】
また、窒素酸化物の濃度を計測する装置としては、特許文献３に記載された、近赤外領域の光を試料ガスに対して照射する光源と、前記試料ガスを透過した光から、窒素酸化物の吸収線より狭い分解能で特定波長の窒素酸化物による光の吸収量を求める手段と、求められた吸収量から該試料ガスの窒素酸化物濃度を算出する濃度算出手段とを具備することを特徴とする窒素酸化物濃度測定装置がある。また、特許文献４にも同様の測定方法のガス濃度計測装置が記載されている。
【０００６】
また、特許文献５及び特許文献６には、亜酸化窒素の除去方法が記載されており、特許文献７には、亜酸化窒素と窒素酸化物の排出抑制方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５４８４９号公報
【特許文献２】特開平２−６８１２０号公報
【特許文献３】特開平１０−１４２１４７号公報
【特許文献４】特開２００１−７４６５３号公報
【特許文献５】特開平４−２１９１２５号公報
【特許文献６】特開平５−３１３２９号公報
【特許文献７】特開２００４−８２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているように、予め作成したマップに基づいて尿素、つまり還元剤の噴射量を制御することで窒素酸化物を低減することはでき、アンモニアの量も調整することはできる。しかしながら、特許文献１のように、予め作成したマップで還元剤の噴射量を調整しても、排出される窒素酸化物の量は、種々の条件によって変化するため、予測値による制御では、還元剤が多すぎたり、一定以上の窒素酸化物が還元されずに排出されたりする場合がある。
【０００９】
また、内燃機関は、運転条件の変化が短時間で変化し、排出されるガスの量や、排ガス中の窒素酸化物濃度の変化が大きいため、排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を計測し、その計測結果に基づいて、制御を行うことが困難である。また、特許文献２、特許文献６、特許文献７等に記載されている計測方法では、窒素酸化物の計測に時間がかかるため、窒素酸化物濃度の変化が大きい内燃機関に適用することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中の窒素酸化物を適切に検出することができ、窒素酸化物を効率よく低減することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、前記排気配管内に還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、噴射された前記還元剤と前記窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記還元触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記触媒手段を通過した前記排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後濃度計測手段と、前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記還元剤噴射手段による前記還元剤の噴射を制御する制御手段と、を有し、前記処理後濃度計測手段は、近赤外光を発光する発光素子と、前記発光素子で発光され、前記排気配管中を通過した近赤外光を受光する受光素子と、前記発光素子で発光させた光と、前記受光素子で受光した光に基づいて、窒素酸化物の濃度を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
このように、排ガス浄化装置は、排気配管を通過した近赤外のレーザ光を受光し、その強度に基づいて窒素酸化物濃度を測定し、その計測結果に基づいて還元剤の噴射量を制御することで、窒素酸化物濃度を短時間で計測することができ、窒素酸化物濃度が短時間で大きく変化する内燃機関の排ガスであっても好適に窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００１３】
ここで、排ガス浄化装置は、さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を前記処理後濃度計測手段と同一の計測方法で計測する処理前濃度計測手段を有し、前記制御手段は、前記処理前濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて還元剤噴射手段による還元剤の噴射を制御することが好ましい。
【００１４】
処理前の排ガスの窒素酸化物濃度の計測結果も用いて還元剤の噴射を制御することで、より高い精度で窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００１５】
また、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくする、または、維持することが好ましい。
【００１６】
このように、投入量を調整することで、適切な量の還元剤を投入することができる。
【００１７】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも上流側に配置され、前記排気配管から分岐され、前記内燃機関と連結された分岐管と、前記排気配管を流れる排ガスと前記分岐管を流れる排ガスの量を調整する調整弁とを有し、前記調整弁により調整された割合の排気ガスを前記分岐管から前記内燃機関に供給する排ガス再循環手段を有し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記排ガス再循環手段により前記分岐管から前記内燃機関に供給する前記排ガスの量を多くすることが好ましい。
【００１８】
排ガス再循環手段を設けることで、より好適に窒素酸化物を低減または除去することができる。また、燃費もよくすることができる。
【００１９】
また、前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測することが好ましい。
【００２０】
亜酸化窒素の濃度を計測し、その計測結果に基づいて亜酸化窒素の排出を低減することで、温室効果ガスの排出を低減することができる。また、適切に反応が行われているかも判定することができる。
【００２１】
また、前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測することが好ましい。
【００２２】
一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度を計測し、その計測結果に基づいて制御を行うことでより適切に窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００２３】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元手段よりも上流側に配置され、前記排気配管を流れる排ガスの温度を調整する温度調整手段を有し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記温度調整手段の動作を制御することが好ましい。
【００２４】
温度調整手段により排ガスと還元剤との反応時の温度を調整することで、窒素酸化物と還元剤との反応を好適に行うことができ、適切に窒素酸化物を低減または除去することができる。
【００２５】
また、前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させることが好ましい。
【００２６】
これにより適切に亜酸化窒素の排出を低減することができる。
【００２７】
また、前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測し、前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させ、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくまたは維持することが好ましい。
【００２８】
このように、温度と還元剤の投入量を調整することで、窒素酸化物をより適切に低減することができる。
【００２９】
また、前記温度調整手段は、ヒータであることが好ましい。また、前記温度調整手段は、酸化触媒と、前記酸化触媒に添加物質を添加する添加手段とを有し、前記酸化触媒で前記添加物質を燃焼させることで、前記排ガスの温度を上昇させることが好ましい。
【００３０】
温度調整手段として、上記加熱手段を用いることで、簡単に構成で温度管理を行うことができる。
【００３１】
また、前記酸化触媒は、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも下流側に配置され、前記還元剤噴射手段を前記添加手段として用い、前記還元剤を前記添加物質として用いることが好ましい。
【００３２】
添加剤と還元剤を同じ物質とし、１つの機構で排気配管内に投入することで、装置構成を簡単にすることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明にかかる排ガス浄化装置は、近赤外の光を用いる濃度計測装置により計測した窒素酸化物濃度に基づいて、還元剤の噴射量を制御することで、排ガス中の窒素酸化物を適切に低減することができる。また、窒素酸化物の検出値のみに基づいて、還元剤の噴射量を制御することで、演算量を少なくすることができ、装置構成も簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の排ガス浄化装置を有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すディーゼルエンジン用排ガス浄化装置の濃度計測手段の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、制御手段による還元剤噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。
【図４】図４は、亜酸化窒素、窒素の割合と排ガスの温度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明にかかる排ガス浄化装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、下記実施形態では、排ガス浄化装置を取り付ける内燃機関をディーゼルエンジンとし、ディーゼルエンジンを用いた車両として説明するが、内燃機関はこれに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置も車両に限定されず、船舶、発電機等種々の装置の内燃機関として用いることができる。
【００３６】
図１は、本発明の排ガス浄化装置が取り付けられたディーゼルエンジンを有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す排ガス浄化装置の濃度計測手段の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように車両１０は、ディーゼルエンジン１２と、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスを案内する排気配管１４と、排気配管１４内を流れる排ガスを浄化する排ガス浄化装置１６とを有する。なお、車両１０は、図示した構成以外にも、車輪、車体、操作部、変速機等、車両に必要な種々の要素を有する。
【００３７】
ディーゼルエンジン１２は、軽油や重油等を燃料とし、燃料を燃焼させて動力を取り出す内燃機関である。排気配管１４は、一方の端部がディーゼルエンジン１２と接続されており、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスを案内する。
【００３８】
排ガス浄化装置１６は、処理前濃度計測手段２０と、還元剤噴射手段２２、還元剤タンク２４及び触媒手段２６で構成される還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、制御手段３０とを有し、排ガスの排気経路中、つまり、排気配管１４の内部または排気配管１４に接して配置されている。
【００３９】
処理前濃度計測手段２０は、排ガスの排気経路においてディーゼルエンジン１２の下流側の排気配管１４に配置されており、ディーゼルエンジン１２から排出された排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。なお、処理前濃度計測手段２０は、後述する処理後濃度計測手段２８と同様の構成であるので、後ほど処理後濃度計測手段２８の構成として説明する。なお、処理前濃度計測手段２０は、窒素酸化物として、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のうち少なくとも１種類の窒素酸化物の濃度を計測する。
【００４０】
還元手段２１は、排ガスに含まれる窒素酸化物、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を低減する脱硝システムであり、上述した還元剤噴射手段２２（以下単に「噴射手段２２」という。）と、還元剤タンク２４と、触媒手段２６とで構成される。
【００４１】
噴射手段２２は、排気配管１４内に還元剤を噴射する噴射装置であり、排気配管１４の、処理前濃度計測手段２０よりも下流側の部分に噴射口が設けられている。噴射手段２２は、噴射口から排気配管１４の内部に還元剤を噴射する。還元剤タンク２４は、還元剤を貯めておくタンクであり、噴射手段２２に還元剤を供給する。還元剤タンク２４には、外部の還元剤を供給する装置から還元剤を補充するための補給口が設けられており、この補給口から必要に応じて、還元剤が補給される。なお、還元剤としては、窒素酸化物を還元する反応を起こす種々の物質、または、反応を起こす物質に変化する物質が用いることができ、水素、一酸化炭素、アンモニア、尿素、軽油、炭化水素（例えば、プロパン、プロピレン等）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール等）が例示される。
【００４２】
触媒手段２６は、還元剤または還元剤から生成された物質と窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒と、排気配管１４の、噴射手段２２よりも下流側部分の内部に設けられ、該還元触媒を支持する支持機構とを備える。また、支持機構は、排気配管１４の内部に配置され、排ガスを通気させる孔が形成され、その表面に還元触媒を支持している。なお、還元触媒としては、上述した還元剤に応じて、還元剤と窒素酸化物との反応を促進させる種々の触媒を用いることができる。例えば、還元剤として、尿素、アンモニアを用いる場合は、触媒として、ゼオライト系触媒を用いることができる。
【００４３】
処理後濃度計測手段２８は、排ガスの排気経路において触媒手段２６の下流側の排気配管１４に配置されており、触媒手段２６を通過した排ガス中の窒素酸化物の濃度を計測する。なお、処理後濃度計測手段２８は、窒素酸化物として、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のうち少なくとも１種類の窒素酸化物の濃度を計測する。処理後濃度計測手段２８は、図２に示すように、計測手段本体４０と、光ファイバ４２と、計測セル４４と、受光部４６と、を有する。
【００４４】
計測手段本体（計測装置本体）４０は、窒素酸化物が吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段と、信号から窒素酸化物の濃度を算出する演算手段とを有し、光ファイバ４２にレーザ光を出力し、受光部４６が受光した信号を受け取る。なお、窒素酸化物は、その種類により、吸収する近赤外波長域が異なる波長域となる。つまり、一酸化窒素と、二酸化窒素と、亜酸化窒素とでは、それぞれ異なる波長域の近赤外光を吸収する。そのため、計測手段本体４０は、計測対象の窒素酸化物に対応した数の発光手段を有する。つまり、計測対象が一酸化窒素の場合は一酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段、計測対象が二酸化窒素の場合は二酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段、計測対象が亜酸化窒素の場合は亜酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光手段を有し、複数種類の窒素酸化物の濃度を計測する場合は、計測する窒素酸化物の数に対応した数の発光手段を有する。
【００４５】
光ファイバ４２は、計測手段本体４０から出力されたレーザ光を案内し、計測セル４４に入射させる。
【００４６】
計測セル４４は、排気配管１４の一部に配置されており、光ファイバ４２から射出された光を計測セル４４の内部に入射させる入射部と、計測セル４４の所定経路を通過したレーザ光を出力する出力部と、を有する。計測セル４４は、入射部側の一部と出力部側の一部とが、それぞれ排気配管１４と接続されている。このように、計測セル４４は、排ガスの排気経路の一部となるように、排気配管１４に割り込んで配置されている。つまり、排気配管１４の一部が計測セル４４となっているとも言える。また、計測セル４４は、排気配管１４の内部に入射部と出力部とをつなげる管状部材を配置する場合、排ガスがセル内部に流れるように複数の開口、穴が設ける必要がある。また、入射部から出力部に向けて延びているスリットを設けるようにしてもよい。なお、計測セル４４の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。また、図２に示す例では、排気配管１４の排ガスの流れ方向に対して、直交するように計測セル４４を設けたが、排気配管１４に対して所定角度傾斜させて（つまり斜めに）計測セル４４を設けてもよい。また、計測セル４４は、排気配管１４の内部には管状の部材を設けずに、排気配管１４に入射部と出力部のみを設けた構成としてもよい。つまり、排気配管１４の内部にレーザ光を入射させる入射部（レーザ光を透過する入射窓）と、排気配管１４内の所定経路を通過したレーザ光を出力させる出力部（レーザ光を透過する出力窓）とを設けたのみの構成を計測セルとしてもよい。
【００４７】
受光部４６は、計測セル４４の内部を通過し、出力部から出力されたレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度を受光信号として計測手段本体４０に出力する。なお、受光部４６は、発光手段毎に設けても、複数の発光手段から射出された光を１つの受光部４６で受光するようにしてもよい。なお、複数の発光手段から射出された光を１つの受光部４６で受光する場合は、ダイクロイックミラー等を用い、光が通る経路を調整することで、１つの受光部４６で異なる位置に配置された複数の発光手段から射出された光を受光することができる。
【００４８】
処理後濃度計測手段２８は、以上のような構成であり、計測手段本体４０から出力された近赤外の波長域のレーザ光は、光ファイバ４２から計測セル４４内の所定経路を通過した後、出力部から出力される。このとき、計測セル４４内の排ガス中に窒素酸化物が含まれていると、計測セル４４を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、排ガス中の窒素酸化物濃度によって、出力部に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部４６は、出力部から出力されるレーザ光を受光信号に変換し、計測手段本体４０に出力する。計測手段本体４０は、出力したレーザ光の強度と、受光信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル４４内を流れる排ガスの窒素酸化物濃度を算出する。このように、処理後濃度計測手段２８は、ＴＤＬＡＳ方式（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部４６で検出した受光信号とに基づいて計測セル４４内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガス中の窒素酸化物濃度を、算出及び／または計測する。また、本実施形態の処理後濃度計測手段２８は、連続的に窒素酸化物濃度を、算出及び／または計測することができる。
【００４９】
なお、計測セル４４は、入射部と出力部のみを、光を透過する材料で形成しても、計測セル４４全体（つまり、排気配管１４のうち計測セル４４となっている管部分の全周）を、光を透過する材料で形成してもよい。また、計測セル４４内に少なくとも２枚の光学ミラーを設け、入射部から入射されたレーザ光を光学ミラーで多重反射させた後、出力部から出力させるようにしてもよい。このようにレーザ光を多重反射させることで、計測セル４４内のより多くの領域を通過させることができる。これにより、計測セル４４内を流れる排ガスの濃度の分布（排ガスの流量や密度のばらつき、排ガス内の濃度分布のばらつき）の影響を小さくすることができ、正確に濃度を検出することができる。
【００５０】
制御手段３０は、処理前濃度計測手段２０の検出結果と、処理後濃度計測手段２８の検出結果に基づいて、噴射手段２２から噴射する還元剤の量及び噴射するタイミングをＰＩＤ制御により制御する。具体的には、窒素酸化物濃度が所定値よりも低い場合は、一度に噴射する還元剤の量を少なくしたり、還元剤を噴射する間隔を長くしたり、還元剤の噴射条件をそのまま維持したりする。また、窒素酸化物濃度が所定値よりも高い場合は、一度に噴射する還元剤の量を多くしたり、還元剤を噴射する間隔を短くしたりする。
【００５１】
図３は、制御手段３０による還元剤噴射量の制御方法の一例を示すフロー図である。なお、図３に示すフロー図は、噴射手段２２から噴射する還元剤の量により窒素酸化物濃度（ＮＯｘ濃度）を調整する場合である。ここで、処理後濃度計測手段２８が計測する。また、処理後濃度計測手段２８が計測する窒素酸化物の種類は特に限定されず、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）のうち少なくとも１種類の濃度を計測する。また、複数種類の窒素酸化物の濃度を計測した場合は、それぞれの物質の濃度に基づいて窒素酸化物の濃度を計測する。以下、処理後濃度計測手段２８で計測される窒素酸化物の濃度は、単にＮＯｘ濃度とする。
【００５２】
まず、処理後濃度計測手段２８で計測されたＮＯｘ濃度が制御手段３０に入力されたら、制御手段３０は、ステップＳ１２として、計測されたＮＯｘ濃度が上限値の目標値よりも大きいかを判定する。制御手段３０は、ステップＳ１２で計測されたＮＯｘ濃度が上限値の目標値よりも大きい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ１４として、現状設定されている還元剤噴射量を一定量増加する。つまり、噴射手段２２から噴射される還元剤の量を一定量多くする。その後、制御手段３０は、ステップＳ２０に進む。
【００５３】
また、ステップＳ１２で、制御手段３０が計測されたＮＯｘ濃度が上限値の目標値以下である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ１６として、計測されたＮＯｘ濃度が下限値の目標値よりも小さいかを判定する。制御手段３０は、ステップＳ１６で計測されたＮＯｘ濃度が下限値の目標値よりも小さい（ＹＥＳ）と判定したら、ステップＳ１８として、現状設定されている還元剤噴射量を一定量低減（減少）させる、または、還元剤噴射量を維持する。つまり、噴射手段２２から噴射される還元剤の量を一定量少なくする、また、そのままの量で維持する。その後、制御手段３０は、ステップＳ２０に進む。なお、噴射量を低減させるか維持させるかは設定により切り替えたり、目標値の差に基づいて判定したりすればよい。また、制御手段３０は、ステップＳ１６で計測されたＮＯｘ濃度が下限値の目標値以上である（ＮＯ）と判定したら、ステップＳ２０に進む。制御手段３０は、ステップＳ２０で、エンジン（ディーゼルエンジン１２）が停止しているかを判定する。制御手段３０は、エンジンが停止していない、つまりエンジンが稼動中である（ＮＯ）と判定したらステップＳ１２に進み、上述した処理を繰り返す。他方、制御手段３０は、ステップＳ２０で、エンジンが停止している（ＹＥＳ）と判定したら処理を終了する。
【００５４】
以上のようにして、制御手段３０は、噴射手段２２の還元剤噴射量を制御する。なお、上記制御では還元剤噴射量を一定量増加、低減または維持させたが、これに限定されない。例えば、ステップＳ１２でＮＯｘ濃度が上限値の目標値より大きい場合は、還元剤噴射量を予め設定した基準値としてもよく、ステップＳ１６でＮＯｘ濃度が下限値の目標値より小さい場合は、還元剤噴射量を０にするようにしてもよい。また、還元剤噴射量は、噴射回数で調整しても、１回の噴射量で調整してもよい。また、ＮＯｘ濃度の上限値の目標値と下限値の目標値とは、同じ値としても、異なる値としてもよい。つまり、ステップＳ１２で使用される目標値とステップＳ１６で使用される目標値を同じ目標値としても異なる目標値としてもよい。なお、ＮＯｘ濃度の上限の目標値と下限の目標値とを異なる値とすることで、還元剤噴射量を変化させないＮＯｘ濃度の範囲を一定の濃度範囲とすることができる。
【００５５】
車両１０及び排ガス浄化装置１６は、基本的に以上のような構成である。排ガス浄化装置１６は、ディーゼルエンジン１２から排出された排ガスは、排気配管１４を流れ、処理前濃度計測手段２０の測定領域を通過する。処理前濃度計測手段２０の測定領域を通過した排ガスは、噴射手段２２から還元剤が噴射された後、還元剤とともに触媒手段２６を通過する。排ガスは、還元剤とともに触媒手段２６を通過することで、排ガスに含まれる窒素酸化物が低減される。その後、排ガスは、排気配管１４から大気中に排出される。ここで、排ガス浄化装置１６は、上述したように、触媒手段２６を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を処理後濃度計測手段２８により計測し、その計測結果に基づいて、噴射手段２２が噴射する還元剤の量、噴射タイミングを制御している。
【００５６】
このように、車両１０は、排ガス浄化装置１６により、ディーゼルエンジン１２から排出する排ガスの窒素酸化物を還元することができ、有害物質が低減された状態で排ガスを排出することができる。
【００５７】
また、排ガス浄化装置１６は、触媒手段２６を通過した窒素酸化物濃度を計測し、その結果に応じて還元剤の噴射量を制御している。このように、触媒手段２６を通過した窒素酸化物濃度に基づいて、還元剤の噴射量を制御することで、還元剤と窒素酸化物の反応状態に即して還元剤噴射量を制御することができる。
【００５８】
また、処理後濃度計測手段２８として、近赤外のレーザ光を用いＴＤＬＡＳ法で各窒素酸化物の濃度を計測することで、短時間で正確に測定対象の窒素酸化物の濃度を計測することができる。窒素酸化物を正確に算出できることで、還元剤の調整を正確に行うことができ、より好適に窒素酸化物を低減することができる。また、レーザ光として近赤外の波長域の光を用いることで、測定対象のガスをより正確に測定することができる。つまり、一酸化窒素と、二酸化窒素と、亜酸化窒素等の測定対象以外のガスを検出することを抑制でき、対象のガスの濃度を短時間で正確に測定することができる。また、窒素酸化物の夫々の濃度を別々に測定することで、窒素酸化物の還元に必要な還元剤の投入量を適切に把握することができる。また、還元剤としてアンモニア、尿素を用いた場合でも、アンモニアを窒素酸化物として計測することを防止することができる。
【００５９】
また、図３に示すフロー図では、制御手段３０は、処理後濃度計測手段２８の計測結果のみに基づいて、還元剤の噴射を調整したが、処理前濃度計測手段２０の計測結果も用いて還元剤の噴射を調整することが好ましい。処理前濃度計測手段２０の計測結果を用いて還元剤の噴射を調整することで、ディーゼルエンジン１２から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に基づいて還元剤の噴射を調整することができる。これにより、噴射する還元剤の調整（制御）をより正確に行うことが可能となり、効率よく排ガス中の窒素酸化物を低減することができる。
【００６０】
ここで、処理後濃度計測手段２８は、窒素酸化物濃度として、少なくとも亜酸化窒素の濃度を検出することが好ましい。亜酸化窒素を計測することで、亜酸化窒素が排出されることを検出することができ、亜酸化窒素を効率よく低減することができる。亜酸化窒素を低減できることで、温室効果がある亜酸化窒素を排出することを抑制することができ、地球温暖化を抑制することができる。なお、処理後濃度計測手段２８は、窒素酸化物濃度として、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素または二酸化窒素の２種類を計測することが好ましく、亜酸化窒素と一酸化窒素と二酸化窒素の３種類を計測することがより好ましい。一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測することで、排出される窒素酸化物をより低減することができる。一酸化窒素または二酸化窒素の一方の濃度のみを計測する場合は、他方の窒素酸化物の濃度は、計算により算出するようにしてもよい。
【００６１】
ここで、図４は、亜酸化窒素、窒素の割合と排ガスの温度との関係を示すグラフである。図４に示す測定例は、それぞれ、触媒の温度が、２００℃、３００℃、４００℃とした場合に、触媒出口から排出されるガスの成分を測定した測定結果である。なお、触媒には、各温度とも一酸化窒素の濃度、量が同一のガスを供給し、還元剤となる水素も同一濃度、量で供給した。また、図４に示す測定例では、触媒出口から排出されるガスのうち、一酸化窒素と二酸化窒素を除いたガスの組成の比率を計測した。
【００６２】
図４に示すように、亜酸化窒素は、還元触媒での反応温度によって、生成量が変化する。したがって、処理後濃度計測手段２８により、亜酸化窒素の濃度を計測することで、反応が行われている環境を判定することができ、判定に基づいて、還元剤の噴射を制御することができる。つまり、亜酸化窒素の濃度を計測することで、一酸化窒素、二酸化窒素は低減されていても、亜酸化窒素が残留または生成されていることを検出することができ、亜酸化窒素が排出されることを抑制することができる。
【００６３】
また、排ガス浄化装置は、排ガスの排気経路中に、酸化触媒とＤＰＦを設けることが好ましい。酸化触媒は、白金等の触媒であり、酸化触媒を通過した排ガスのＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）の一部成分を除去することができる。ここでＰＭは、ディーゼルエンジンから排出される大気汚染物質であり、固形の炭素粒子、高分子から成る未燃の炭化水素(可溶性炭化水素：ＳＯＦ、Soluble Organic Fraction)、燃料中に含まれる硫黄が酸化して生成されるサルフェート等の混合物である。また、酸化触媒は、排気配管１４を流れる排ガス中に含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化することもできる。
【００６４】
次に、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）は、酸化触媒を通過した排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタである。ＤＰＦとしては、捕集したＰＭを燃焼等で除去することにより再生する、捕集性能を維持することができる連続再生式ＤＰＦを用いることが好ましい。
【００６５】
このように酸化触媒及びＤＰＦによりＰＭを捕集し、排ガス中のＰＭを低減させたることで、排出される排ガスに含まれる有害物質をより少なくすることができる。また、排ガス浄化装置には、ＰＭを低減させる種々の方式の粒子状物質低減装置を用いることができ、例えば、酸化触媒を設けずに、ＰＭを捕集するフィルタのみを配置してもよい。
【００６６】
また、排ガス浄化装置１６では、処理後濃度計測手段２８と処理前濃度計測手段２０とを設けたが、処理後濃度計測手段２８のみとしてもよい。また、排ガス浄化装置１６では、計測結果に基づいて還元剤の噴射量のみを調整したが、本発明はこれに限定されない。以下、図５と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。
【００６７】
図５は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図５に示す車両５０は、排ガス浄化装置５２の一部の構成を除いて他の構成は、車両１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両５０に特有の点を重点的に説明する。図５に示す車両５０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置５２とを有する。排ガス浄化装置５２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、排ガス再循環手段５３、制御手段５９とを有する。排ガス浄化装置５２の処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置１６の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００６８】
排ガス再循環手段（Exhaust Gas Recirculation）５３は、排気配管１４を流れる排ガスをディーゼルエンジン１２に供給する手段であり、切替弁５４と、分岐管５６と、吸気部５８とを有する。
【００６９】
切替弁５４は、排気配管１４の処理前濃度計測手段２０よりも下流側で、噴射手段２２よりも上流側に設けられた弁であり、排気配管１４を流れる排ガスを排気配管１４の下流側に流すか、分岐管５６に流すかを切り替える。また、切替弁５４は、弁の開度により排気配管１４を流れる排ガスの割合と、分岐管５６を流れる排ガスの割合とを調整することができる。
【００７０】
分岐管５６は、一方の端部が排気配管１４と接続され、他方の端部がディーゼルエンジン１２と接続されている。なお、分岐管５６と排気配管１４との接続部には、切替弁５４が配置されている。
【００７１】
吸気部５８は、分岐管５６に設けられており、分岐管５６を流れる排ガスを所定のタイミングでディーゼルエンジン１２に供給する。なお、排ガスをディーゼルエンジンに供給するタイミングは、特に限定されず、ディーゼルエンジンの制御手段や、制御手段５９の制御に基づいて供給すればよい。
【００７２】
排ガス再循環手段５３は、以上のような構成であり、切替弁５４により排ガスの一部を分岐管５６に案内し、吸気部５８で排ガスをディーゼルエンジン１２に供給し、ディーゼルエンジン１２で再利用することで、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、部分負荷時で運転している場合に燃費を向上させることができる。
【００７３】
また、制御手段５９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、排ガス再循環手段５３の切替弁５４の開度を調整し、排気配管１４を流れる排ガスの量、つまり、還元手段２１の触媒手段２６を通過する排ガスの量を調整する。
【００７４】
排ガス浄化装置５２は、以上のような構成であり、制御手段５９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、排ガス再循環手段５３と還元手段２１の動作を制御する。具体的には、処理前濃度計測手段２０で計測した窒素酸化物濃度が上限値よりも高い場合は、切替弁５４の開度を調整し、より多くの排ガスを分岐管５６側に流し、ディーゼルエンジン１２に供給する。このように、還元手段２１に加え、排ガス再循環手段５３の動作を制御することで、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができる。
【００７５】
また、処理後濃度計測手段２８で亜酸化窒素を計測する場合は、亜酸化窒素が予め設定された閾値（許容値）を超えた場合は、排ガス再循環手段５３により排ガスをディーゼルエンジン１２に供給することができる。亜酸化窒素を再度燃焼することで、排ガス中の窒素酸化物を一酸化窒素と二酸化窒素とし、窒素酸化物を特定することで、還元手段２１で窒素酸化物（一酸化窒素、二酸化窒素）をより適切に還元させることが可能となり、窒素酸化物の排出を好適に抑制することができる。なお、還元手段２１と排ガス再循環手段５３の動作をより適切に制御できるため、処理後濃度計測手段２８は、上記実施形態と同様に、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測することが好ましい。
【００７６】
また、排ガス浄化装置は、温度調整手段を備えることが好ましい。以下、図６と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。図６は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図６に示す車両６０は、排ガス浄化装置６２の一部の構成を除いて他の構成は、車両１０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両６０に特有の点を重点的に説明する。図６に示す車両６０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置６２とを有する。排ガス浄化装置６２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、温度調整手段６３と、制御手段６９とを有する。排ガス浄化装置６２の処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置１６の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００７７】
温度調整手段６３は、排ガスを加熱する手段であり、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部６８とを有する。温度調整手段６３は、排気配管１４の排ガスの流れ方向において還元手段２１よりも上流側に配置されている。酸化触媒６４は、通過する物質を酸化する触媒であり、白金等で構成されている。ヒータ６６は、電熱線等の加熱機構であり、排気配管１４を加熱して内部を通過する排ガスを加熱する。添加部６８は、排気配管１４に添加剤を供給する機構である。ここで、添加剤としては、酸化触媒で酸化されることで熱を発生させる物質や、燃焼される物質を用いることができ、水素、一酸化炭素、アンモニア、尿素、軽油、炭化水素（例えば、プロパン、プロピレン等）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール等）が例示される。
【００７８】
温度調整手段６３は、以上のような構成であり、添加部６８により添加された添加剤を酸化触媒６４で酸化すること、またはヒータ６６を駆動させることで、排ガスの温度を上昇させる。なお、本実施形態では、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部６８とを用いたが、本発明はこれに限定されず、酸化触媒６４と添加部６８の組み合わせか、ヒータ６６のいずれか一方のみとしてもよい。
【００７９】
また、制御手段６９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、温度調整手段６３により排ガスの温度を調整し、還元手段２１で還元剤と反応する領域での温度を調整する。
【００８０】
排ガス浄化装置６２は、以上のような構成であり、制御手段６９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段２１と温度調整手段６３の動作を制御する。このように、還元手段２１に加え、温度調整手段６３の動作を制御することで、還元手段２１の反応領域での反応速度を調整することができ、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができる。つまり、還元剤と窒素酸化物の反応速度、効率は温度によって変化するので、温度調整手段６３により温度を調整することで、反応領域での反応を好適に制御することができる。
【００８１】
また、処理後濃度計測手段２８で亜酸化窒素を計測する場合は、亜酸化窒素が予め設定された閾値（許容値）を超えた、つまり亜酸化窒素の濃度が上限値を超えた場合は、温度調整手段６３により排ガスを加熱するようにすることで亜酸化窒素を低減することができる。具体的には、上述した図４に示すように、温度調整手段６３により排ガスを加熱し、反応温度を一定温度以上（例えば、４００℃以上）とすることで、亜酸化窒素の発生、残留を抑制することができる。また、亜酸化窒素を低減できることで、温室効果ガスの排出を抑制することができる。さらに、亜酸化窒素を減らし、排ガス中の窒素酸化物を一酸化窒素と二酸化窒素とし、窒素酸化物を特定することで、還元手段２１で窒素酸化物（一酸化窒素、二酸化窒素）をより適切に還元させることが可能となり、窒素酸化物の排出を好適に抑制することができる。なお、還元手段２１と温度調整手段６３の動作をより適切に制御できるため、処理後濃度計測手段２８は、上記実施形態と同様に、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測することが好ましい。
【００８２】
処理後濃度計測手段２８で、亜酸化窒素に加え、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度も計測する場合は、亜酸化窒素の濃度が予め設定された値（上限値の目標値）を超えたら、添加剤を添加及び／またはヒータ６６を駆動して温度を上昇させ、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度が基準値よりも高い場合は、還元剤の投入量をより多くし、一酸化窒素及び／または二酸化窒素の濃度が基準値よりも低い場合は、還元剤の投入量をより少なくするまたは維持することが好ましい。このように制御することで、排ガス中の亜酸化窒素、一酸化窒素及び／または二酸化窒素を適切に低減または除去することができる。
【００８３】
また、排ガス浄化装置は、温度調整手段で添加する添加剤として、還元剤を用いることが好ましく、また、温度調整手段で添加する添加剤の一部を還元剤として用いることが好ましい。以下、図７と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。図７は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図７に示す車両７０は、排ガス浄化装置７２の一部の構成を除いて他の構成は、車両６０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両７０に特有の点を重点的に説明する。図７に示す車両７０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置７２とを有する。排ガス浄化装置７２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８と、温度調整手段７３と、制御手段７９とを有する。排ガス浄化装置７２の処理前濃度計測手段２０と、還元手段２１と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置６２の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００８４】
温度調整手段７３は、排ガスを加熱する手段であり、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部７４とを有する。温度調整手段７３は、排気配管１４の排ガスの流れ方向において還元手段２１よりも上流側に配置されている。酸化触媒６４は、通過する物質を酸化する触媒であり、白金等で構成されている。ヒータ６６は、電熱線等の加熱機構であり、排気配管１４を加熱して内部を通過する排ガスを加熱する。
【００８５】
添加部７４は、添加部６８と同様に、排気配管１４に添加剤を供給する機構である。ここで、添加剤としては、酸化触媒で酸化されることで熱を発生させる物質や、燃焼される物質であり、かつ、還元剤として用いることができる物質である。
【００８６】
温度調整手段７３は、以上のような構成であり、添加部７４により添加された添加剤を酸化触媒６４で酸化すること、またはヒータ６６を駆動させることで、排ガスの温度を上昇させる。なお、本実施形態では、ヒータ６６を設けない構成としてもよい。
【００８７】
また、制御手段７９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、温度調整手段７３により排ガスの温度を調整し、還元手段２１で還元剤と反応する領域での温度を調整する。また、制御手段７９は、温度調整手段７３の添加部７４により添加する添加剤の量と、還元手段２１で噴射する還元剤の量の両方を調整して、触媒手段２６で反応させる還元剤の量を調整する。つまり、温度調整手段７３の添加部７４により添加する添加剤の量を、酸化触媒６４で燃焼されるまたは反応される量よりも多く添加し、一部を窒素酸化物と反応させるようにしてもよい。また、制御手段７９は、還元手段２１で噴射する還元剤の量は一定とし、添加剤の添加量のみを調整するようにしてもよい。
【００８８】
排ガス浄化装置７２は、以上のような構成であり、制御手段７９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段２１と温度調整手段７３の動作を制御する。このように、還元手段２１に加え、温度調整手段７３の動作を制御することで、還元手段２１の反応領域での反応速度を調整することができ、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができ、排ガス浄化装置６２と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
さらに、添加剤を還元剤としても使用できる物質とし、添加部７４で添加する添加剤も還元剤として用いることでも、窒素酸化物を除去（還元）することができる。また、添加部７４により添加する添加物の量のみを調整する場合は、制御対象を１つとすることができ、制御を簡単にすることができる。また、添加剤と還元剤として別々の物質を用いる場合は、それぞれの物質の特性を利用して窒素酸化物の除去を行うことができる。
【００９０】
また、排ガス浄化装置７２では、噴射手段２２及び還元剤タンク２４と、添加部７４とを別々に設けたが、両者の機能を有する１つの添加部（１つの噴射手段及び還元剤タンクともいえる。）を用いる構成としてもよい。以下、図８と共に、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態について説明する。図８は、排ガス浄化装置を有する車両の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図８に示す車両８０は、排ガス浄化装置８２の一部の構成を除いて他の構成は、車両７０と同様であるので、同様の構成要素の説明は省略し、以下、車両８０に特有の点を重点的に説明する。図８に示す車両８０は、ディーゼルエンジン１２と、排気配管１４と、排ガス浄化装置８２とを有する。排ガス浄化装置８２は、処理前濃度計測手段２０と、還元手段８４と、処理後濃度計測手段２８と、制御手段８９とを有する。排ガス浄化装置８２の処理前濃度計測手段２０と、処理後濃度計測手段２８とは、上述した排ガス浄化装置７２の各部と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００９１】
還元手段８４は、触媒手段２６と、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部７４とを有する。なお、酸化触媒６４と、ヒータ６６と、添加部７４とは、図７に示す温度調整手段７３の各部と同様の構成である。また、触媒手段２６は、図７に示す還元触媒２６と同様の構成である。なお、添加部７４は、添加剤として、酸化触媒で熱を発生させ、かつ、窒素酸化物と反応し、窒素酸化物を還元する物質が用いられる。また、還元剤としては、酸化触媒で酸化されることで、触媒手段で窒素酸化物と還元反応を起こす物質も用いることができる。
【００９２】
還元手段８４は、添加部７４により排気配管１４に添加剤を添加すると、一部の添加剤は、酸化触媒６４で酸化され、熱を発生させ、排ガスを加熱する。また、添加剤は、酸化触媒６４を通過した後、触媒手段２６に到達すると、窒素酸化物との間で反応し、窒素酸化物を還元する。つまり還元手段８４は、添加剤を添加する１つの機構で、温度調整と還元の２つの処理を行う。
【００９３】
制御手段８９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段８４の添加部７４で添加する添加剤の量を調整し、排ガスの温度を調整して還元剤と反応する領域での温度を調整し、かつ、触媒手段２６で反応させる添加剤の量を調整する。
【００９４】
排ガス浄化装置８２は、以上のような構成であり、制御手段８９は、処理後濃度計測手段２８での計測結果、また、さらに、処理前濃度計測手段２０での計測結果に基づいて、還元手段８４の動作を制御する。このように、還元手段８４の添加剤の量（さらにヒータ６６の加熱量）を調整することで、反応領域での反応速度を調整することができ、排ガス中の窒素酸化物をより効率よく除去することができ、排ガス浄化装置７２と同様の効果を得ることができる。
【００９５】
さらに、添加部７４で添加する添加剤を還元剤としても用いることでも、窒素酸化物を除去（還元）することができる。また、添加剤（及び還元剤）を添加（噴射）する機構を１つとすることで装置構成を簡単にすることができる。
【００９６】
なお、処理前濃度計測手段及び／または処理後濃度計測手段は、近赤外のレーザ光を所定の波長幅で変化させ、対象とする窒素酸化物の濃度をより好適に検出できる波長域を検出し、その波長で計測を行うようにしてもよい。また、この場合、基準となる計測サンプルを計測手段内に設けるようにしてもよい。
【００９７】
ここで、還元剤として、尿素水を用い尿素水からアンモニアを生成して、あるいは、直接アンモニアを用いて、窒素酸化物と反応させ、窒素酸化物を還元する場合は、排ガス中のアンモニアの濃度を計測する計測手段を設けることが好ましい。なお、このアンモニアの濃度を計測する手段としては、アンモニアの濃度を正確かつ短時間で計測できるため、上述した処理後濃度計測手段と同様の構成、計測方式の濃度計測手段を用いることが好ましい。また、アンモニアの濃度を計測する計測手段は、排ガスの流路において、還元剤噴射手段と触媒手段との間、及び／または、触媒手段の下流に設けることが好ましい。計測手段を、還元剤噴射手段と触媒手段との間に設けることで、反応前に排ガス中にあるアンモニア濃度を計測することができ、触媒手段の下流に設けることで、反応後に排ガス中にあるアンモニア濃度を計測することができる。反応前及び／または反応後のアンモニア濃度を計測し、上記窒素酸化物濃度の計測結果に加え、アンモニア濃度の計測結果に基づいて還元剤の噴射量を調整することで、より効率よく窒素酸化物を還元することができる。また、処理後のアンモニア濃度の計測結果に基づいて、還元剤の噴射量を調整することで、一定濃度以上のアンモニアが排出されることを抑制することができる。
【００９８】
なお、上記実施形態では、車両に用いるディーゼルエンジンの排ガス浄化装置として説明したが、本発明はこれに限定されず、種々の目的（例えば船、発電機等）に利用されるディーゼルエンジンに用いることができる。また、ディーゼルエンジンにも限定されず、内燃機関であればよく、ガソリンエンジン等の排ガス浄化装置としても用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明にかかる排ガス浄化装置は、内燃機関から排出される排ガスの浄化に有用であり、特に、車両に搭載された内燃機関から排出される排ガスの浄化に適している。
【符号の説明】
【０１００】
１０、５０、６０、７０、８０ 車両
１２ ディーゼルエンジン
１４ 排気配管
１６、５２、６２、７２、８２ 排ガス浄化装置
２０ 処理前濃度計測手段
２１ 還元手段
２２ 還元剤噴射手段
２４ 還元剤タンク
２６ 触媒手段
２８ 処理後濃度計測手段
３０ 制御手段
４０ 計測手段本体
４２ 光ファイバ
４４ 計測セル
４６ 受光部
５３ 排ガス再循環手段
５４ 切替弁
５６ 分岐管
５８ 吸気部
６３、７３ 温度調整手段
６４ 酸化触媒
６６ ヒータ
６８、７４ 添加部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、
前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、
前記排気配管内に還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、
噴射された前記還元剤と前記窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記還元触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記触媒手段を通過した前記排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後濃度計測手段と、
前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記還元剤噴射手段による前記還元剤の噴射を制御する制御手段と、を有し、
前記処理後濃度計測手段は、近赤外光を発光する発光素子と、前記発光素子で発光され、前記排気配管中を通過した近赤外光を受光する受光素子と、前記発光素子で発光させた光と、前記受光素子で受光した光に基づいて、窒素酸化物の濃度を算出する算出手段とを有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を前記処理後濃度計測手段と同一の計測方法で計測する処理前濃度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記処理前濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて還元剤噴射手段による還元剤の噴射を制御することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくする、または、維持することを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも上流側に配置され、前記排気配管から分岐され、前記内燃機関と連結された分岐管と、前記排気配管を流れる排ガスと前記分岐管を流れる排ガスの量を調整する調整弁とを有し、前記調整弁により調整された割合の排気ガスを前記分岐管から前記内燃機関に供給する排ガス再循環手段を有し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記排ガス再循環手段により前記分岐管から前記内燃機関に供給する前記排ガスの量を多くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元手段よりも上流側に配置され、前記排気配管を流れる排ガスの温度を調整する温度調整手段を有し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記温度調整手段の動作を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させることを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させ、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくまたは維持することを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記温度調整手段は、ヒータであることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記温度調整手段は、酸化触媒と、前記酸化触媒に添加物質を添加する添加手段とを有し、
前記酸化触媒で前記添加物質を燃焼させることで、前記排ガスの温度を上昇させることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記酸化触媒は、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも下流側に配置され、
前記還元剤噴射手段を前記添加手段として用い、前記還元剤を前記添加物質として用いることを特徴とする請求項１１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する排ガス浄化装置であって、
前記内燃機関から排出される排ガスを案内する排気配管と、
前記排気配管内に還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、
噴射された前記還元剤と前記窒素酸化物との反応を促進させる還元触媒及び前記排気配管の内部に配置され前記還元触媒を前記排気配管の内部に支持する支持機構とを備え、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤が噴射される位置よりも下流側に配置されている触媒手段と、
前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも下流側に配置され、前記触媒手段を通過した前記排ガスの窒素酸化物濃度を計測する処理後濃度計測手段と、
前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記還元剤噴射手段による前記還元剤の噴射を制御する制御手段と、を有し、
前記処理後濃度計測手段は、近赤外光を発光する発光素子と、前記発光素子で発光され、前記排気配管中を通過した近赤外光を受光する受光素子と、前記発光素子で発光させた光と、前記受光素子で受光した光に基づいて、窒素酸化物の濃度を算出する算出手段とを有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記触媒手段よりも上流側に配置され、前記触媒手段を通過した排ガスの窒素酸化物濃度を前記処理後濃度計測手段と同一の計測方法で計測する処理前濃度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記処理前濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度にも基づいて還元剤噴射手段による還元剤の噴射を制御することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくする、または、維持することを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも上流側に配置され、前記排気配管から分岐され、前記内燃機関と連結された分岐管と、前記排気配管を流れる排ガスと前記分岐管を流れる排ガスの量を調整する調整弁とを有し、前記調整弁により調整された割合の排気ガスを前記分岐管から前記内燃機関に供給する排ガス再循環手段を有し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で計測された前記窒素酸化物濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記排ガス再循環手段により前記分岐管から前記内燃機関に供給する前記排ガスの量を多くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
さらに、前記排ガスの流れ方向において前記還元手段よりも上流側に配置され、前記排気配管を流れる排ガスの温度を調整する温度調整手段を有し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段により計測された窒素酸化物濃度に基づいて、前記温度調整手段の動作を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記処理後濃度計測手段は、亜酸化窒素濃度を計測し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させることを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記処理後濃度計測手段は、計測する窒素酸化物に対応した波長域の光を射出する複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子により発光された光をそれぞれの受光素子により受光し、一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度の少なくとも一方と、亜酸化窒素濃度とを計測し、
前記制御手段は、前記処理後濃度計測手段で検出した亜酸化窒素濃度が設定された上限値よりも高い場合は、前記温度調整手段により前記排ガスの温度を上昇させ、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された上限値よりも高い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を多くし、前記処理後濃度計測手段で計測された前記一酸化窒素濃度と前記二酸化窒素濃度の少なくとも一方が設定された下限値よりも低い場合は、前記還元剤噴射手段により前記排気配管内に投入する前記還元剤の量を少なくまたは維持することを特徴とする請求項７に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記温度調整手段は、ヒータであることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記温度調整手段は、酸化触媒と、前記酸化触媒に添加物質を添加する添加手段とを有し、
前記酸化触媒で前記添加物質を燃焼させることで、前記排ガスの温度を上昇させることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記酸化触媒は、前記排ガスの流れ方向において前記還元剤噴射手段よりも下流側に配置され、
前記還元剤噴射手段を前記添加手段として用い、前記還元剤を前記添加物質として用いることを特徴とする請求項１１に記載の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−４７３８４（Ｐ２０１１−４７３８４Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８８５１（Ｐ２００９−１９８８５１）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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