JP2014227852A

JP2014227852A - 排気浄化システム

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Publication number: JP2014227852A
Application number: JP2013106166A
Authority: JP
Inventors: 吉弘川田; Yoshihiro Kawada
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP6144112B2

Abstract

【課題】尿素改質器における尿素の析出を抑える排気浄化システムを提供する。
【解決手段】排気浄化システムは、排気浄化アシスト装置３０を備える。排気浄化アシスト装置３０は、原料ガスからエンジンの排気通路１５に供給されるオゾンを生成するオゾン発生器３１と、排気通路１５に供給されるアンモニアガスへ尿素水を加熱することにより分解する尿素改質器３７と、オゾン発生器３１に原料ガスに導入する第１導入管３２と、第１導入管３２から分岐して尿素改質器３７における尿素水の流通経路に原料ガスを導入する第２導入管４３と、を備える。第２導入管４３を通じて尿素改質器３７に原料ガスを導入することにより尿素改質器３７内の尿素水が排気通路１５に排出される。
【選択図】図２

Description

本開示の技術は、オゾンと尿素水を分解したアンモニアガスとを排気通路に供給する排気浄化システムに関する。

従来から、例えば特許文献１のように、排気に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減する排気浄化システムとして、尿素水供給装置と選択還元型触媒とを用いた尿素ＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムでは、排気通路に対して尿素水が供給される。尿素水は排気の熱によってアンモニアガスに加水分解される。そして、上記アンモニアガスを含む排気が選択還元型触媒に流入すると、排気中のＮＯｘが上記アンモニアガスを還元剤として窒素と水とに還元される。また、特許文献１の排気浄化システムは、選択還元型触媒に流入する排気にオゾンを添加するオゾン発生装置を備えている。オゾン発生装置は、排気温度が低いときにオゾンを供給する。オゾンが供給された排気は、一酸化窒素がオゾンと反応することでより反応性の高い二酸化窒素へと変換される。

また、特許文献２には、尿素水を加熱することでアンモニアガスへ分解する尿素改質器を備えた排気浄化システムが開示されている。この排気浄化システムでは、排気温度が低く排気による尿素水のアンモニアガスへの分解が困難なときに尿素改質器を駆動し、尿素水をアンモニアガスに分解したうえで排気通路に供給する。

特開２０１３−１１１９３号公報特開２０１２−１９７６９５号公報

ところで、特許文献２に記載の排気浄化システムでは、尿素水をアンモニアガスに分解可能な温度まで排気温度が高くなると、尿素改質器に対する尿素水の供給が停止されるとともに尿素水の加熱が停止される。この際、一部の尿素水が尿素改質器に残留すると、その尿素水の一部は余熱によってアンモニアに分解されるものの、残りは徐々に温度が低下する。そのため、尿素水に溶解していた尿素の一部が析出してしまうことで、尿素水の流通経路の一部が狭くなる虞があった。

本開示の技術は、尿素改質器における尿素の析出を抑える排気浄化システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する排気浄化システムは、エンジンの排気通路に供給されるオゾンを生成するオゾン発生器と、前記排気通路に供給されるアンモニアガスへ尿素水を分解する尿素改質器と、前記オゾン発生器に前記オゾンの原料ガスを導入する第１導入管と、前記第１導入管から分岐して前記尿素改質器における前記尿素水の流通経路に前記原料ガスを導入する第２導入管と、を備える。

上記構成によれば、尿素改質器における尿素水の流通経路には、第２導入管を通じて、第１導入管を流れる原料ガスの一部が導入される。これにより、尿素改質器内の尿素水が原料ガスとともに排気通路に排出される。その結果、尿素改質器における尿素の析出が抑えられる。

上記排気浄化システムは、前記オゾン発生器にて生成された前記オゾンを前記排気通路に供給する第１供給管と、前記第１供給管の途中に接続されて前記尿素改質器にて生成された前記アンモニアガスを前記第１供給管に供給する第２供給管と、を備えることが好ましい。

この構成によれば、オゾンとアンモニアガスとが共通する供給管を通じて排気通路に供給される。そのため、オゾンとアンモニアガスとが各別の供給管で排気通路に供給される場合に比べて、排気浄化システムの構成が簡素なものとなる。

上記排気浄化システムにおいて、前記第１供給管は、前記第２供給管の接続される接続部と前記オゾン発生器との間に前記オゾン発生器へ向けた流体の流通を抑止する抑止弁を備えることが好ましい。

この構成によれば、オゾン発生器に対する尿素水の流入が抑止されることから、オゾン発生器やオゾンの流通経路における尿素の析出が抑えられる。

上記排気浄化システムは、前記第２導入管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁の開閉と前記尿素改質器の駆動とを制御する制御部と、をさらに備え、前記制御部は、前記開閉弁の開弁条件に、前記尿素改質器による尿素水の分解が停止することを含むことが好ましい。

この構成によれば、尿素改質器の停止を条件の１つとして尿素水の流通経路に原料ガスが導入される。その結果、尿素水の流通経路に原料ガスが導入され続ける場合に比べて、加熱による尿素水のアンモニアガスへの分解が高い効率の下で行われるとともに原料ガスの消費が抑えられる。

上記排気浄化システムは、前記排気通路に対する前記アンモニアガスの供給位置よりも下流であって且つ前記排気通路に配設される選択還元型触媒の上流を流れる排気の温度を検出する温度検出部をさらに備え、前記制御部は、尿素水がアンモニアガスに分解される温度に前記温度検出部の検出温度が到達したことを条件に前記尿素改質器による尿素水の分解を停止することが好ましい。

この構成によれば、尿素改質器に残留している尿素水が尿素水のままで排気通路に供給されたとしても排気の熱によってアンモニアガスに分解される。その結果、排気を浄化するうえで、尿素改質器から排出された尿素水を効果的に利用することができる。

上記排気浄化システムは、前記第１導入管を開閉する第１開閉弁と、前記第２導入管を開閉する第２開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記第１開閉弁の開閉と前記第２開閉弁の開閉とを制御し、前記第１開閉弁は、前記第２導入管が分岐する分岐部よりも前記オゾン発生器側に配設され、前記第２開閉弁は、前記第１開閉弁を閉弁状態にあるときに開弁状態に制御されることが好ましい。

この構成によれば、第２開閉弁は、第１開閉弁が閉弁状態にあるときに開弁状態に制御される。すなわち、第１導入管に流入する原料ガスの全てが第２導入管を通じて尿素改質器に導入される。その結果、尿素改質器に対して勢いよく原料ガスの導入されることから、尿素改質器に残留している尿素水が排気通路に排出されやすくなる。

本開示における排気浄化システムの概略構成をエンジンとともに示す概略構成図。排気浄化アシスト装置の概略構成を示すブロック図。尿素改質器における第２導入管と尿素水供給管との接続態様を模式的に示す図。排気浄化アシスト装置に関する電気的な構成を示す図。排気浄化アシスト装置における各弁の開閉状態を示す図。排気浄化アシスト装置の駆動処理の処理手順を示すフローチャート。

以下、図１〜図６を参照して、本開示における排気浄化システムを具体化した一実施形態について説明する。
図１に示されるように、エンジン１１の吸気マニホールド１２には吸気通路１３が接続され、排気マニホールド１４には排気通路１５が接続されている。吸気通路１３の途中にはターボチャージャー１６のコンプレッサー１７が設けられ、排気通路１５の途中にはタービン１８が設けられている。排気通路１５には、タービン１８の下流側に排気を浄化する排気浄化システム２０が設けられている。

また吸気通路１３にはエアフローメーターＡＦが設けられている。エアフローメーターＡＦは、ホットワイヤー式の計測装置であって、吸気通路１３を流れる空気の質量流量（ｋｇ／ｓｅｃ）を直接的に検出し、質量流量に応じた信号を制御部としてのＥＣＵ５５に出力する。

ＥＣＵ５５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、エンジン１１及び排気浄化システム２０を制御する。ＥＣＵ５５はエアフローメーターＡＦからの出力信号に基づき吸入空気量Ｇａを算出し、吸入空気量Ｇａ等に基づき燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出する。またＥＣＵ５５は、燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づきインジェクター１１ａや燃料ポンプ（図示略）を駆動してシリンダー１１ｂ内に燃料を噴射させる。

排気浄化システム２０は、排気通路１５に設けられた複数の触媒を備えている。この触媒群は、上流側から、前段酸化触媒（ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）２１、ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）２２、選択還元型触媒５０、及び後段酸化触媒５１から構成される。また、排気浄化システム２０は、尿素水供給装置２５と、オゾン発生器３１と尿素改質器３７とを備えた排気浄化アシスト装置３０（以下、単にアシスト装置３０という。）と、を備えている。

前段酸化触媒２１は、公知の構成の酸化触媒であって、例えばアルミナ、シリカ、ゼオライト等からなる担体に、白金やパラジウム等の金属や、金属酸化物等を担持させたものから構成される。この前段酸化触媒２１は、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して、水、二酸化炭素、二酸化窒素等に変換する。前段酸化触媒２１は、タービン１８の直後に配置された第１酸化触媒２１ａ（ＡｆｔｅｒＴｕｒｂｏＣａｔａｌｙｓｔ）と、第１酸化触媒２１ａよりも下流に配置された第２酸化触媒２１ｂ（ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）とから構成されている。

第１酸化触媒２１ａと第２酸化触媒２１ｂとの間の排気通路１５であって、第２酸化触媒２１ｂの入口近傍には、第１温度センサーＴ１が設けられている。第１温度センサーＴ１は、公知の構成のセンサーであって、前段酸化触媒２１を通過する排気の温度を検出し、その検出した温度を第１排気温度Ｔｍｐ１としてＥＣＵ５５に出力する。そして、前段酸化触媒２１の活性化する温度である活性温度ＴＢ、例えば１８０℃に第１排気温度Ｔｍｐ１が到達すると、排気中のＮＯは、より反応性の高いＮＯ_２に前段酸化触媒２１によって酸化され始める。

ＤＰＦ２２は、セラミックスや金属多孔体から構成され、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ；ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）を捕集する。排気通路１５のうちＤＰＦ２２の下流には、出口温度センサーＴ３及びＮＯｘセンサーＳ１が設けられている。出口温度センサーＴ３は、ＤＰＦ２２の出口における排気の温度を検出し、その検出した温度を出口排気温度Ｔｍｐ３としてＥＣＵ５５に出力する。また、ＮＯｘセンサーＳ１は、抵抗変化型、電流型等の公知のセンサーであって、ＮＯ及びＮＯ_２の両方が含まれるＮＯｘ濃度Ｃｎｘ（ｐｐｍ）を検出する。

尿素水供給装置２５は、排気通路１５におけるＤＰＦ２２の下流に尿素水を供給する。尿素水供給装置２５は、タンク２５ａ、尿素水供給ノズル２５ｂ、流量調整バルブ２５ｃ、及び圧送ポンプ２５ｄを備えている。タンク２５ａは、所定濃度の尿素水を貯留し、図示しないヒーター、圧力調整機構等を備えている。尿素水はアンモニアへの変換が進みにくいため、ヒーターによって加熱されている。タンク２５ａに貯留された尿素水は、圧送ポンプ２５ｄの駆動によって吸引され、流量調整バルブ２５ｃによって流量を調整されながら尿素水供給ノズル２５ｂに送られる。排気通路１５に供給された尿素水は、排気の温度が加水分解温度ＴＣ、例えば１８０℃以上のとき、加水分解してアンモニアガスを生成する（反応式１参照）。
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２・・・（反応式１）

尿素水を排気通路１５に供給するとき、ＥＣＵ５５は、単位時間あたりの尿素水の質量を示す尿素水供給量Ｍｕｒ（ｇ／ｓｅｃ）を算出する。またＥＣＵ５５は、該尿素水供給量Ｍｕｒに基づき流量調整バルブ２５ｃの開度を制御し、圧送ポンプ２５ｄを駆動する。

排気浄化システム２０は、アシスト装置３０にオゾンの原料ガスを供給する原料ガス供給装置２６を備える。原料ガス供給装置２６には、エアタンク２７から圧縮空気が供給される。エアタンク２７には、吸気マニホールド１２内の空気をコンプレッサー２８で圧縮した圧縮空気が貯蔵されている。エアタンク２７内の圧縮空気は、電磁開閉弁２６ａが配設された供給管２６ｂを通じてドライヤー２６ｃに供給される。またエアタンク２７には、他の機器に圧縮空気を供給する供給管２７ａが接続されている。ドライヤー２６ｃは、水蒸気を透過しやすく且つ空気が透過しにくい図示されない水蒸気分離膜を備えている。ドライヤー２６ｃに流入した空気は、水蒸気分離膜によって水蒸気を多く含む空気と乾燥空気とに分離される。水蒸気を多く含む空気は排出管２６ｄを通じて大気中に排出され、乾燥空気は空気分離器２６ｅに流入する。

空気分離器２６ｅは、空気中の窒素ガスよりも酸素ガスを透過し易い性質を有する図示されない酸素富化膜を備えている。空気分離器２６ｅに流入した乾燥空気は、窒素濃度の高い窒素富化ガスと酸素濃度の高い酸素富化ガスとに分離される。そして、窒素富化ガスは、調圧弁２６ｆが配設された戻し管２６ｇを通じてドライヤー２６ｃへと戻されて、当該ドライヤー２６ｃの排出管２６ｄを通じて大気中に排出される。一方、酸素富化ガスは、オゾンの原料ガスとしてアシスト装置３０へと供給される。

なお、空気分離器２６ｅ内は、上記調圧弁２６ｆによって所定圧力に維持される。また、上記電磁開閉弁２６ａの開閉は、ＥＣＵ５５によって制御される。電磁開閉弁２６ａは、アシスト装置３０に原料ガスが必要とされるときに開状態に制御され、アシスト装置３０に原料ガスが必要とされないときには閉状態に制御される。すなわち、アシスト装置３０には、原料ガスが必要とされるときには所定圧力の原料ガスが供給される。

図２に示されるように、アシスト装置３０は、オゾンを生成するオゾン発生器３１を備える。オゾン発生器３１には、原料ガス供給装置２６からの原料ガスが第１導入管３２を通じて導入される。第１導入管３２には第１開閉弁３３が配設されており、第１開閉弁３３が開弁状態にあるときにオゾン発生器３１に原料ガスが導入される。

オゾン発生器３１は、例えば無声放電式等、公知の構成の装置であって、原料ガス中の酸素を原料としてオゾンを生成する。無声放電式のオゾン発生器３１は、オゾン発生空間を介して設けられた一対の電極板、電極板の間に介在する誘電体を備えている。オゾン発生器３１は、電源装置３４によって電極間に高電圧が印加されることによってオゾン発生空間の酸素を原料としてオゾンを生成する。オゾン発生器３１にて生成されたオゾンは、第１供給管３５を通じて供給ノズル３６から排気通路１５へと供給される。供給ノズル３６は、ＤＰＦ２２の下流であって且つ尿素水供給ノズル２５ｂよりも上流の排気通路１５に配設されている（図１参照）。排気通路１５に供給されたオゾンは、排気温度が比較的低いときであっても、排気に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）を生成する（反応式２参照）。
ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２・・・（反応式２）

また、アシスト装置３０は、尿素水をアンモニアガスへと分解する尿素改質器３７を備える。尿素改質器３７には、尿素水供給管３８を通じて、尿素水供給装置２５から尿素水が供給される。尿素水供給管３８には流量調整弁３９が配設されており、この流量調整弁３９によって尿素改質器３７に対する尿素水の供給量が調整される。尿素改質器３７は、電源装置３４からの電力供給を受けて加水分解温度ＴＣよりも高い温度まで発熱する加熱部、例えばグロープラグを備えている。尿素水供給管３８を流れる尿素水は、加熱部によって加熱されることで上記反応式（１）に記載の加水分解を進行させてアンモニアガスに分解される。尿素改質器３７にて生成されたアンモニアガスは第２供給管４０に流入する。第２供給管４０は、接続部４１にて第１供給管３５に接続されている。すなわち、尿素改質器３７で生成されたアンモニアガスは、第２供給管４０を通じて第１供給管３５に流入したのち、供給ノズル３６から排気通路１５に供給される。また、尿素改質器３７には、第１導入管３２における第１開閉弁３３よりも上流の分岐部４２で第１導入管３２から分岐した第２導入管４３が接続されている。第２導入管４３には、該第２導入管４３を開閉する第２開閉弁４４が配設されている。

図３に示されるように、第２導入管４３は、尿素水供給管３８のうちで加熱部４５によって加熱される部位よりも上流の部位に接続される。すなわち、流量調整弁３９が閉弁状態、且つ、第２開閉弁４４が開弁状態にあるとき、尿素水供給管３８には、第２導入管４３を通じてオゾンの原料ガスが供給される。

また、図２に示されるように、第１供給管３５には、接続部４１よりもオゾン発生器３１側に抑止弁としての逆止弁４６が配設されている。逆止弁４６は、オゾン発生器３１から接続部４１へ向けた流体の流通を許可し、且つ、接続部４１からオゾン発生器３１へ向けた流体の流通を抑止する。すなわち、逆止弁４６は、尿素改質器３７に供給された尿素水や該尿素改質器３７で生成されたアンモニアガスがオゾン発生器３１に流入することを抑止する。

また、第１供給管３５には、接続部４１よりも供給ノズル３６側に遮断弁４７が配設されている。遮断弁４７は、閉弁状態にあることで、排気通路１５を流れる排気が停止中のオゾン発生器３１及び尿素改質器３７に流入することを抑止する。

図１に示されるように、排気浄化システム２０は、選択還元型触媒５０を備えている。選択還元型触媒５０は、ＮＯｘをアンモニアに還元する選択的触媒還元（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）を行う。選択還元型触媒５０は、公知の触媒であって、例えばハニカム状のセラミックからなる担体に吸着性の高いゼオライト又はジルコニアを担持させたものである。選択還元型触媒５０によって、ＮＯｘは反応式３〜反応式５のように窒素に還元される。

ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ・・・（反応式３）
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ・・・（反応式４）
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ・・・（反応式５）
これらのうち、反応の進行に必要とされるＮＯとＮＯ_２とが等量である反応式３の反応が最も速く進行する。

この選択還元型触媒５０の近傍であって、該選択還元型触媒５０の上流側には温度検出部としての第２温度センサーＴ２が設けられている。第２温度センサーＴ２は、選択還元型触媒５０に流入する直前の排気の温度を検出し、その検出した温度を第２排気温度Ｔｍｐ２としてＥＣＵ５５に出力する。そして、選択還元型触媒５０の活性化する温度である活性温度ＴＡ、例えば１５０℃に第２排気温度Ｔｍｐ２が到達すると、排気中のＮＯｘは、上記反応式３〜反応式５による窒素の還元が活発となる。

排気通路１５のうち選択還元型触媒５０よりも下流には後段酸化触媒５１（ＡｍｍｏｎｉａＳｌｉｐＣａｔａｌｙｓｔ）が設けられている。後段酸化触媒５１は、還元反応で消費されなかったアンモニアガスを分解する。

次に、図４を参照して、排気浄化システム２０のうちでアシスト装置３０に関する電気的な構成について説明する。

図４に示されるように、ＥＣＵ５５は、各種センサーから入力される情報に基づいてアシスト装置３０を駆動する駆動処理を実行する。ＥＣＵ５５には、上記情報として、第１温度センサーＴ１から第１排気温度Ｔｍｐ１、第２温度センサーＴ２から第２排気温度Ｔｍｐ２、出口温度センサーＴ３から出口排気温度Ｔｍｐ３、これらが所定の制御周期で入力される。また、ＥＣＵ５５には、上記情報として、エアフローメーターＡＦからの信号、ＮＯｘセンサーＳ１からＮＯｘ濃度Ｃｎｘ、その他、各種センサーＳ２からエンジン１１を制御するための情報を示す信号が所定の制御周期で入力される。ＥＣＵ５５は、上記情報に基づいて、下記に示す条件（ａ）（ｂ）の少なくとも１つが成立することを起動条件としてアシスト装置３０を起動する。
（ａ）第１排気温度Ｔｍｐ１が活性温度ＴＢ未満であること
（ｂ）第２排気温度Ｔｍｐ２が加水分解温度ＴＣ未満であること

ＥＣＵ５５は、起動条件が成立すると遮断弁４７を開弁状態に制御するとともに、上記情報に基づいて、ＮＯｘ濃度やＮＯ濃度、排気ガス量等を演算し、その演算結果に基づいてオゾン供給量やアンモニアガス供給量を演算する。そして、ＥＣＵ５５は、その演算した供給量のオゾンやアンモニアガスが排気通路１５に供給されるようにアシスト装置３０を制御する。

ＥＣＵ５５は、上記条件（ａ）が成立するときには、排気通路１５にオゾンを供給するべくオゾン発生器３１を駆動する。ＥＣＵ５５は、オゾン供給量に応じて、第１開閉弁３３の開度、電源装置３４によるオゾン発生器３１への電力供給、これらを制御する。一方、ＥＣＵ５５は、第１排気温度Ｔｍｐ１が活性温度ＴＢに到達すると、第１開閉弁３３を閉弁状態に制御するとともに電源装置３４によるオゾン発生器３１への電力供給を遮断してオゾン発生器３１の駆動を停止する。

また、ＥＣＵ５５は、上記条件（ｂ）が成立するときには、排気通路１５にアンモニアガスを供給するべく尿素改質器３７を駆動する。ＥＣＵ５５は、アンモニアガス供給量に応じて、流量調整弁３９の開度、電源装置３４による尿素改質器３７への電力供給、これらを制御する。一方、ＥＣＵ５５は、第２排気温度Ｔｍｐ２が加水分解温度ＴＣに到達すると、流量調整弁３９を閉弁状態に制御するとともに電源装置３４による尿素改質器３７への電力供給を遮断して尿素改質器３７の駆動を停止する。

また、ＥＣＵ５５は、アシスト装置３０の起動条件の成立後、下記に示す条件（ｃ）（ｄ）の双方が成立すること、すなわちオゾン発生器３１及び尿素改質器３７の双方が停止することを条件としてアシスト装置３０の停止処理を実行する。なお、この条件（ｃ）（ｄ）を停止処理条件という。
（ｃ）第１排気温度Ｔｍｐ１が活性温度ＴＢに到達したこと
（ｄ）第２排気温度Ｔｍｐ２が加水分解温度ＴＣに到達したこと

停止処理において、ＥＣＵ５５は、遮断弁４７を開状態に維持したまま第２開閉弁４４を開弁状態に制御する。そして、ＥＣＵ５５は、第２開閉弁４４を開弁状態に一定期間維持したのち、第２開閉弁４４を閉状態に制御してから遮断弁４７を閉状態に制御する。すなわち、停止処理においては、第１開閉弁３３及び流量調整弁３９が閉弁状態、第２開閉弁４４及び遮断弁４７が開弁状態に維持される。そして、一定期間が経過すると、第１開閉弁３３，流量調整弁３９，第２開閉弁４４，遮断弁４７の全てが閉弁状態に制御される。つまり、アシスト装置３０では、第１開閉弁３３、流量調整弁３９、第２開閉弁４４、及び遮断弁４７の開閉が図５に示されるように制御される。

次に、図６を参照してＥＣＵ５５が実行するアシスト装置３０の駆動処理について説明する。なお、この駆動処理は繰り返し実行される。また、初期状態では、第１開閉弁３３、流量調整弁３９、第２開閉弁４４、遮断弁４７、これらの各弁は閉弁状態にある。

まず、ＥＣＵ５５は、各種センサーから第１排気温度Ｔｍｐ１及び第２排気温度Ｔｍｐ２を含む各種情報を取得する（ステップＳ１１）。次に、ＥＣＵ５５は、ステップＳ１１にて取得した第１排気温度Ｔｍｐ１及び第２排気温度Ｔｍｐ２に基づいて、起動条件が成立しているか否か、すなわち上記条件（ａ）（ｂ）の少なくとも一方が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１２）。起動条件が成立していないとき（ステップＳ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ５５は、各弁を閉弁状態に維持したまま駆動処理を一旦終了する。

一方、起動条件が成立しているとき（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ５５は、アシスト装置３０を起動する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、ＥＣＵ５５は、第２開閉弁４４を閉弁状態に維持するとともに遮断弁４７を開弁状態に制御する。また、ＥＣＵ５５は、ステップＳ１１において取得した各種情報に基づいてオゾン発生器３１と尿素改質器３７とを制御する。

次のステップＳ１４においてＥＣＵ５５は、各種センサーから第１排気温度Ｔｍｐ１及び第２排気温度Ｔｍｐ２を含む各種情報を再び取得する。そして、ＥＣＵ５５は、ステップＳ１４にて取得した各種情報に基づいて、オゾン発生器３１及び尿素改質器３７の駆動と停止とを制御する（ステップＳ１５）。

次のステップＳ１６にてＥＣＵ５５は、ステップＳ１４にて取得した第１排気温度Ｔｍｐ１及び第２排気温度Ｔｍｐ２に基づいて、停止処理条件が成立しているか否か、すなわち上記条件（ｃ）（ｄ）の双方が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１６）。停止処理条件が成立していないとき（ステップＳ１６：ＮＯ）、ＥＣＵ５５は、停止処理条件が成立するまでステップＳ１４からステップＳ１６までの処理を繰り返し実行する。

一方、停止処理条件が成立しているとき（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ５５は、アシスト装置３０の停止処理を実行する（ステップＳ１７）。すなわち、ＥＣＵ５５は、第１開閉弁３３を閉弁状態に制御するとともに、遮断弁４７を開弁状態に維持したまま第２開閉弁４４を開弁状態に制御する。そして、ＥＣＵ５５は、その状態のままで一定期間経過すると、第２開閉弁４４を閉弁状態に制御したのち、遮断弁４７を閉弁状態に制御して一連の処理を終了する。すなわち、第１開閉弁３３、流量調整弁３９、第２開閉弁４４、遮断弁４７、これらの全てが閉弁状態に制御されたうえで一連の処理が一旦終了する。

上述した排気浄化システム２０においては、アシスト装置３０の駆動中に停止処理条件が成立すると、遮断弁４７を開弁状態に維持したまま第２開閉弁４４が開弁状態に制御される。これにより、第２導入管４３を通じて尿素水供給管３８にオゾンの原料ガスが供給されることから、当該尿素水供給管３８内の尿素水が原料ガスとともに排気通路１５へと排出される。

以上説明したように、上記実施形態の排気浄化システム２０によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）原料ガスによって尿素水供給管３８、すなわち尿素改質器３７から尿素水が排気通路１５に排出されることで、尿素改質器３７における尿素の析出が抑えられる。

（２）オゾン発生器３１及び尿素改質器３７の電源が共通化されている。そのため、オゾン発生器３１及び尿素改質器３７の電源が各別に設けられる場合に比べて、アシスト装置３０の小型化が図られる。

（３）第２導入管４３が第１導入管３２から分岐している。そのため、第１導入管３２と第２導入管４３とが各別に設けられる場合に比べて、アシスト装置３０、ひいては排気浄化システム２０の構成が簡素なものとなる。

（４）第１供給管３５の途中に第２供給管４０が接続されていることで、オゾンとアンモニアガスとが各別の供給管で排気通路１５に供給される場合に比べて、アシスト装置３０、ひいては排気浄化システム２０の構成が簡素なものとなる。

（５）第１供給管３５には、接続部４１よりもオゾン発生器３１側に逆止弁４６が配設されている。これにより、オゾン発生器３１に対する尿素水の流入が抑えられる。その結果、オゾンの流通経路における尿素の析出が抑えられる。

（６）第２開閉弁４４の開弁条件には、条件（ｄ）、すなわち尿素改質器３７の停止が含まれている。そのため、尿素改質器３７の駆動及び停止に関わらず尿素水供給管３８に原料ガスが導入され続ける場合に比べて、加熱部４５による尿素水のアンモニアガスへの分解が高い効率の下で行われるとともに原料ガスの消費が抑えられる。

（７）停止処理条件には、第２排気温度Ｔｍｐ２が加水分解温度ＴＣに到達したことが含まれている。そのため、尿素水供給管３８内の尿素水がそのまま排気通路１５に排出されたとしても排気によってアンモニアガスへと分解される。その結果、排気を浄化するうえで、尿素水供給管３８から排出された尿素水を効果的に利用することができる。

（８）第２開閉弁４４は、第１開閉弁３３が閉弁状態に制御された状態で開弁状態に制御される。すなわち、第１導入管３２に供給された原料ガスの全てが第２導入管４３を通じて尿素水供給管３８に導入される。これにより、尿素水供給管３８に対して勢いよく原料ガスが導入されて尿素改質器３７内の尿素水が排気通路１５に排出されやすくなる。

（９）第１供給管３５には、接続部４１よりも排気通路１５側に遮断弁４７が配設されている。そして、遮断弁４７は、アシスト装置３０の起動条件が成立すると開弁状態へと制御され、停止処理の終了時に閉弁状態に制御される。その結果、アシスト装置３０が停止中に排気の一部がオゾン発生器３１及び尿素改質器３７に流入することが抑えられる。

（１０）アシスト装置３０の供給ノズル３６は、排気通路１５におけるＤＰＦ２２の直後に配設されている。こうした構成によれば、選択還元型触媒５０の直前に供給ノズル３６が配設されている場合に比べて、選択還元型触媒５０に流入するまでの経路が長くなる。その結果、選択還元型触媒５０に流入する排気にはオゾンやアンモニアガスが良好に混合していることから、選択還元型触媒５０におけるＮＯｘの浄化が効率よく行われる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第１導入管３２には、第１開閉弁３３が配設されていなくともよい。すなわち、原料ガス供給装置２６から供給される原料ガスがオゾン発生器３１に供給され続けてもよい。

・尿素改質器３７を停止する条件は、尿素水供給ノズル２５ｂから排気通路に供給された尿素水が排気によってアンモニアガスに分解可能な条件であればよく、第２排気温度Ｔｍｐ２が加水分解温度ＴＣに到達したことに限られない。そのため、尿素改質器３７を停止する条件は、例えば、尿素水供給ノズル２５ｂの近傍の排気温度が所定温度に到達したことであってもよい。また、１つの条件に限らず複数の条件を備えていてもよい。

・第２導入管４３には、第２開閉弁４４が配設されていなくてもよい。すなわち、原料ガス供給装置２６から供給される原料ガスが尿素改質器３７に供給され続けてもよい。
・第１供給管３５には、逆止弁４６が配設されていなくともよい。こうした構成であっても、例えば、停止処理において第１開閉弁３３を第２開閉弁４４よりも大きな開度に制御することにより、尿素水がオゾン発生器３１に流入することが抑えられる。

・また、抑止弁は、逆止弁４６に限らず、第１及び第２開閉弁３３，４４のように、第１供給管３５を開閉する開閉弁であってもよい。
・第２開閉弁４４は、尿素改質器３７の駆動中に、所定開度、少なくとも停止処理における開弁状態よりも小さい開度の開弁状態に制御されてもよい。こうした構成によれば、アンモニアガスの排気通路１５への移動が促進されることから、アンモニアガスの滞留が抑えられるとともに、尿素水供給管３８内における尿素水の微細化も促進される。

・第１供給管３５には、遮断弁４７が配設されていなくともよい。こうした構成であっても、例えば、原料ガス供給装置２６から原料ガスを供給し続けることでアシスト装置３０に排気が流入することが抑えられる。また、遮断弁４７は、排気通路１５から接続部４１への流体の流通を禁止する逆止弁であってもよい。

・アシスト装置３０において、オゾンとアンモニアガスとが各別の供給管を通じて排気通路１５に供給されてもよい。こうした構成によれば、オゾンの供給位置及びアンモニアガスの供給位置に関する自由度が向上する。この際、各供給管に遮断弁４７が配設されることが好ましい。

・オゾン発生器３１の起動条件は、上記条件（ａ）に限られるものではなく、その時々の設計事項や仕様等に応じて適宜変更可能である。例えば、起動条件には、第１排気温度Ｔｍｐ１のみならず第２排気温度Ｔｍｐ２に関する条件、例えば選択還元型触媒５０の活性に関する条件が含まれていてもよいし、エンジン１１の運転状態に応じた条件が含まれていてもよい。こうした構成によれば、その時々の状況に応じてオゾン発生器３１が起動されることから、窒素酸化物を高い効率の下で浄化することが可能となる。

・尿素改質器３７の起動条件は、オゾン発生器３１と同様に、上記（ｂ）に限られるものではなく、その時々の設計事項や仕様等に応じて適宜変更可能である。
・第２開閉弁４４は、オゾン発生器３１の駆動中であっても、尿素改質器３７による尿素水の分解が停止したことを条件として開弁状態に制御されてもよい。

・排気浄化システム２０が搭載されるエンジン１１の構成はディーゼルエンジン、直列６気筒以外のエンジンに限定されない。エンジン１１はガソリンエンジンであってもよく、シリンダーをＶ字状に配置したＶ型エンジンでもよく、水平対向エンジンでもよい。また、エンジンは、ターボチャージャーやスーパーチャージャーを備えた過給エンジンでなくてもよい。さらに、エンジンはＥＧＲシステムを搭載しないエンジンであってもよい。

ＡＦ…エアフローメーター、Ｓ１…ＮＯｘセンサー、Ｓ２…各種センサー、Ｔ１…第１温度センサー、Ｔ２…第２温度センサー、Ｔ３…出口温度センサー、１１…エンジン、１１ａ…インジェクター、１１ｂ…シリンダー、１２…吸気マニホールド、１３…吸気通路、１４…排気マニホールド、１５…排気通路、１６…ターボチャージャー、１７…コンプレッサー、１８…タービン、２０…排気浄化システム、２１…前段酸化触媒、２１ａ…第１酸化触媒、２１ｂ…第２酸化触媒、２２…ＤＰＦ、２５…尿素水供給装置、２５ａ…タンク、２５ｂ…尿素水供給ノズル、２５ｃ…流量調整バルブ、２５ｄ…圧送ポンプ、２６…原料ガス供給装置、２６ａ…電磁開閉弁、２６ｂ…供給管、２６ｃ…ドライヤー、２６ｄ…排出管、２６ｅ…空気分離器、２６ｆ…調圧弁、２６ｇ…戻し管、２７…エアタンク、２７ａ…供給管、２８…コンプレッサー、３０…排気浄化アシスト装置、３１…オゾン発生器、３２…第１導入管、３３…第１開閉弁、３４…電源装置、３５…第１供給管、３６…供給ノズル、３７…尿素改質器、３８…尿素水供給管、３９…流量調整弁、４０…第２供給管、４１…接続部、４２…分岐部、４３…第２導入管、４４…第２開閉弁、４５…加熱部、４６…逆止弁、４７…遮断弁、５０…選択還元型触媒、５１…後段酸化触媒、５５…ＥＣＵ。

Claims

エンジンの排気通路に供給されるオゾンを生成するオゾン発生器と、
前記排気通路に供給されるアンモニアガスへ尿素水を分解する尿素改質器と、
前記オゾン発生器に前記オゾンの原料ガスを導入する第１導入管と、
前記第１導入管から分岐して前記尿素改質器における前記尿素水の流通経路に前記原料ガスを導入する第２導入管と、を備える
排気浄化システム。
前記オゾン発生器にて生成された前記オゾンを前記排気通路に供給する第１供給管と、
前記第１供給管の途中に接続されて前記尿素改質器にて生成された前記アンモニアガスを前記第１供給管に供給する第２供給管と、を備える
請求項１に記載の排気浄化システム。
前記第１供給管は、前記第２供給管の接続される接続部と前記オゾン発生器との間に前記オゾン発生器へ向けた流体の流通を抑止する抑止弁を備える
請求項２に記載の排気浄化システム。
前記第２導入管を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の開閉と前記尿素改質器の駆動とを制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記開閉弁の開弁条件に、前記尿素改質器による尿素水の分解が停止することを含む
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
前記排気通路に対する前記アンモニアガスの供給位置よりも下流であって且つ前記排気通路に配設される選択還元型触媒の上流を流れる排気の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、
尿素水がアンモニアガスに分解される温度に前記温度検出部の検出温度が到達したことを条件に前記尿素改質器による尿素水の分解を停止する
請求項４に記載の排気浄化システム。
前記第１導入管を開閉する第１開閉弁と、
前記第２導入管を開閉する第２開閉弁と、を備え、
前記制御部は、前記第１開閉弁の開閉と前記第２開閉弁の開閉とを制御し、
前記第１開閉弁は、前記第２導入管が分岐する分岐部よりも前記オゾン発生器側に配設され、
前記第２開閉弁は、前記第１開閉弁を閉弁状態にあるときに開弁状態に制御される
請求項４または５に記載の排気浄化システム。