JP2017089597A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湿式吸収装置を含む排気浄化装置において、広い温度範囲で排気の浄化を可能にすると共に、湿式吸収装置のメンテナンスの頻度を低減させる。
【解決手段】内燃機関１２からの排気が流通する主排気管１４には、比較的高温のときに排気中の窒素酸化物を好適に浄化可能な排気浄化触媒１６が設けられる。排気浄化触媒１６の下流側において主排気管１４から分岐する分岐管１８には、吸収液３０が比較的低温であっても排気中の窒素酸化物を好適に吸収液３０に吸収させることが可能な湿式吸収装置２４が設けられる。内燃機関１２からの排気の温度が温度閾値未満の場合は、排気が湿式吸収装置２４に流通される。内燃機関１２からの排気の温度が温度閾値以上の場合は、吸収液３０の蒸発及び湿式吸収装置２４の部材の破損を防止する観点から、排気は湿式吸収装置２４に流通されない。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物を浄化するための内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための技術が提案されている。例えば、内燃機関からの排気が排出される排気管において、ガソリンエンジンに対しては三元触媒、ディーゼルエンジンに対しては尿素ＳＣＲ触媒が設けられる。これらの触媒に排気が流通することで、排気中の窒素酸化物が浄化される。

しかし、三元触媒や尿素ＳＣＲ触媒は窒素酸化物の吸収能力において温度特性を有しており、これらの触媒の温度が低い場合は、好適に窒素酸化物を浄化することができないという問題がある。触媒の温度は主に内燃機関からの排気の温度に依存する。そのため、例えばエンジンの冷間始動時においては、排気の熱によって加熱されていないために触媒の温度が低く、触媒において窒素酸化物が浄化されない。その結果、窒素酸化物を多く含んだ排気が排出されてしまう。この点、触媒の温度を上昇させるためのヒータなどを設けることも考えられるが、装置のサイズあるいはコストなどの観点から問題がある。

そこで、従来、触媒の温度が低い場合において、内燃機関からの排気に含まれる窒素酸化物を好適に浄化するための技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、排気管において、三元触媒の下流側にバイパス経路を設け、低温でも窒素酸化物が吸収可能なＮＯｘ吸収材（セリウムにパラジウムを担持したもの）を当該バイパス経路に設けた構造が開示されている。当該構造において、冷間始動時など三元触媒が低温の場合には、排気をバイパス経路に流通させて三元触媒で浄化できなかった窒素酸化物をＮＯｘ吸収材に吸収させている。また、ＮＯｘ吸収材が高温になると、吸収した窒素酸化物が脱離して排出されてしまうことから、ＮＯｘ吸収材が高温にならないように、排気が高温の場合は排気をバイパス経路に通さずに排出している。

一方において、特許文献２には、吸収液タンクと膜型気液接触装置を有し、吸収液タンクと膜型気液接触装置との間で吸収液を循環させることで、排気中の窒素酸化物を吸収液に吸収させて浄化する湿式吸収装置が開示されている。特許文献２には、湿式吸収装置は、温度が比較的低い排気中に含まれる窒素酸化物を好適に吸収し得ることが開示されている。

特開２００８−１３３７４３号公報 特開２０１４−６２５４３号公報

上述のように、湿式吸収装置は、内燃機関からの排気の温度が比較的低い場合に好適に窒素酸化物を吸収できるが、その一方で、あまりに高温の排気を流通させると、その熱によって吸収液が蒸発してしまうおそれがあるという問題がある。吸収液の減少に備え膨大な量の吸収液を用意することも考えられるが、そのようにすると排気浄化装置のサイズが巨大化してしまい、実用に耐えないものとなる。また、湿式吸収装置は、例えば気液接触膜など、耐熱が比較的低い部材が使用されるという特徴を有しており、高温の排気を流通されると、これらの部材が破損しやすいという問題がある。

吸収液の量が減少した場合、あるいは湿式吸収装置の部材が破損した場合は、吸収液の補充、あるいは破損した部材の交換・修理といったメンテナンスが必要となる。一般的に、当該メンテナンスをユーザが行うことは難しいために、メンテナンスを頻繁に要することは、内燃機関を搭載した装置（例えば自動車など）のユーザビリティを著しく低下させる。

本発明の目的は、湿式吸収装置を含む排気浄化装置において、広い温度範囲で排気の浄化を可能にすると共に、湿式吸収装置のメンテナンスの頻度を低減させることにある。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化触媒と、前記内燃機関からの排気の温度を検出する温度検出手段と、前記排気浄化触媒よりも下流側において前記主流路から分岐した分岐路と、前記主流路と前記分岐路との間において、前記内燃機関からの排気の流路を切り換える流路切り換え手段と、吸収液を貯留する吸収液貯留部と、前記吸収液と前記内燃機関からの排気を接触させる気液接触部とを有し、前記吸収液貯留部と前記気液接触部との間で前記吸収液を循環させることで、前記分岐路に流通する排気中の窒素酸化物を前記吸収液に吸収させて浄化する湿式吸収装置と、を備え、前記流路切り換え手段は、前記温度検出手段が検出した温度が予め定められた温度閾値未満である場合に、前記内燃機関からの排気を前記分岐路へ流通させ、前記温度検出手段が検出した温度が前記温度閾値以上である場合に、前記内燃機関からの排気を前記分岐路へ流通させずに前記主流路に流通させる、ことを特徴とする。

望ましくは、前記温度閾値は、前記吸収液の蒸気圧特性、及び、前記湿式吸収装置が有する部材の耐熱温度の少なくとも一方に基づいて定められる、ことを特徴とする。

望ましくは、前記吸収液貯留部内における前記吸収液の量を検出する液量検出手段、をさらに備え、前記流路切り換え手段は、前記温度検出手段が検出した温度が、前記吸収液の蒸気圧特性に基づいて定められた前記温度閾値以上の場合であっても、前記液量検出手段が検出した量が予め定められた液量閾値以上であり、且つ、前記内燃機関からの排気の温度が前記湿式吸収装置が有する部材の耐熱温度未満である場合は、前記内燃機関からの排気を前記分岐路へ流通させる、ことを特徴とする。

望ましくは、前記吸収液に吸収される窒素酸化物を中和するための中和剤が前記吸収液に添加された、ことを特徴とする。

望ましくは、前記排気浄化触媒の上流側において前記内燃機関からの排気に噴射される尿素水を貯留する尿素水貯留部と、前記吸収液の窒素酸化物濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度検出手段が検出した濃度が予め定められた濃度閾値以上である場合に、前記尿素水貯留部に貯留された前記尿素水を前記中和剤として前記吸収液に添加する添加手段と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、湿式吸収装置を含む排気浄化装置において、広い温度範囲で排気の浄化を可能にすると共に、湿式吸収装置のメンテナンスの頻度を低減させることができる。

第１実施形態に係る排気浄化装置の構成概略図である。 第１実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示す第１のフローチャートである。 第１実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示す第２のフローチャートである。 第２実施形態に係る排気浄化装置の構成概略図である。 第２実施形態における排気浄化装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置１０の構成概略図である。

内燃機関（エンジン）１２は、シリンダ内で燃料を燃焼させることで動力を発生する。内燃機関１２は、例えばガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンなどであってよい。内燃機関１２において燃料が燃焼することで生じる排気は、排気の主流路としての主排気管１４内へ排出される。

内燃機関１２から主排気管１４内へ排出される排気には、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）などの有害成分が含まれている。窒素酸化物とは、例えばＮＯ（一酸化窒素）、ＮＯ_２（二酸化窒素）、Ｎ_２Ｏ（亜鉛化窒素）、Ｎ_２Ｏ_５（五酸化二窒素）、Ｎ_２Ｏ_３(三酸化二窒素）、Ｎ_２Ｏ_４（四酸化二窒素）、ＨＮＯ_３（硝酸）、ＮＯ_３（硝酸イオン）、ＨＮＯ_２（亜硝酸）などである。

主排気管１４には、排気中の窒素酸化物を浄化（分離除去）するための排気浄化触媒１６が設けられている。内燃機関１２から排出された排気は、すべて排気浄化触媒１６を流通する。内燃機関１２がガソリンエンジンである場合は、排気浄化触媒１６として例えば三元触媒が利用される。また、内燃機関１２がディーゼルエンジンである場合には、排気浄化触媒１６として例えば尿素ＳＣＲ触媒が利用される。

排気浄化触媒１６は、主に内燃機関１２からの排気の熱によってその温度が変動する。つまり、内燃機関１２からの排気が高温であれば排気浄化触媒１６も高温になるし、排気が低温であれば排気浄化触媒１６も低温になる。したがって、例えばエンジンが冷間始動した直後は排気浄化触媒１６の温度は低温となっている。

排気浄化触媒１６は、窒素酸化物の浄化性能において温度特性を有している。どの程度の温度で好適に窒素酸化物を浄化可能となるかは、触媒の種類によって異なるが、概ね、排気浄化触媒１６が高温である場合には好適に窒素酸化物を浄化可能であるが、低温である場合には浄化能力が低くなるということが言える。

排気浄化触媒１６の下流側（つまり内燃機関１２とは反対側）において、主排気管１４が分岐しており、分岐路としての分岐管１８が設けられている。本実施形態においては、分岐管１８は、分岐点からさらに下流において再度主排気管１４に接続されている。つまり、分岐管１８は主排気管１４のバイパス経路となっている。

主排気管１４と分岐管１８との分岐点においては、流路弁２０が設けられている。流路弁２０は、上流から流れてくる排気を引き続き主排気管１４に流通させるか、それとも分岐管１８に流通させるかを切り換えるための弁である。流路弁２０は、後述のＥＣＵ４６から送信される制御信号に基づいて流路を切り換える。

分岐管１８の途中において、改質装置２２、及び、排気中の窒素酸化物を吸収液に吸収させて浄化する湿式吸収装置２４が設けられている。

改質装置２２は、湿式吸収装置２４における窒素酸化物の浄化処理をより効率的に行うために、内燃機関１２からの排気に含まれる窒素酸化物を硝酸に改質するものである。改質装置２２は、窒素酸化物を硝酸（ＨＮＯ_３）に変換する反応を促進するための硝酸生成触媒２２ａを有し、内燃機関１２からの排気に含まれる窒素酸化物を硝酸生成触媒２２ａ上で硝酸に改質する。

硝酸生成触媒２２ａは、酸点を有する触媒、または酸点を有する担体に銀（Ａｇ）や鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）などの金属が担持された触媒により構成することができる。改質装置２２での酸化反応をより促進させるために、内燃機関１２からの排気に対して、酸化剤としてのオゾン（Ｏ_３）を添加するのも好適であり、そのために本実施形態においては、オゾン発生装置２６及びオゾン添加弁２８が設けられている。

なお、後述の湿式吸収装置２４は硝酸以外の窒素酸化物も処理し得るものであり、改質装置２２は省略することもできる。本実施形態では、以後、湿式吸収装置２４が窒素酸化物としての硝酸を処理する例について本実施形態を説明する。

湿式吸収装置２４は、吸収液３０を貯留する吸収液貯留タンク３２、気液接触部３４、及び、吸収液貯留タンク３２に貯留された吸収液３０を気液接触部３４へ汲み上げるポンプ３６を含んで構成されている。

気液接触部３４は、内燃機関１２からの排気を吸収液３０に接触させて、排気中の硝酸を吸収液３０に吸収させるものである。排気と吸収液３０の接触方法としては、公知の技術、例えばバブリング、スクラバ、気液接触膜などの方法を用いることができる。本実施形態においては、気液接触部３４内において排気流路と吸収液とが多孔質膜により隔てられおり、排気に含まれる硝酸を排気流路から多孔質膜を通して吸収液３０に接触させる。本実施形態では、多孔質膜として多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）膜が用いられる。

多孔質膜は薄膜形状であり、その耐熱性が比較的悪く、つまり耐熱温度が比較的低くなっている。また、多孔質膜は、内燃機関１２からの排気に直接さらされるものであり、排気の熱によって温度が変動しやすい。例えば、多孔質ＰＴＦＥの耐熱温度は約２００℃程度となっており、排気の熱によって多孔質ＰＴＦＥがそれ以上の温度となると変形などして破損するおそれがある。部材が破損した場合は、サービスマンなどによるメンテナンス（当該部材の交換・修理）が必要となる。

気液接触部３４内において硝酸を吸収した吸収液３０は、吸収液貯留タンク３２に戻される。そして、再度ポンプ３６により吸収液貯留タンク３２から気液接触部３４に汲み上げられる。このように、吸収液３０は、吸収液貯留タンク３２と気液接触部３４との間を循環する。吸収液３０が吸収液貯留タンク３２と気液接触部３４との間を循環することによって、吸収液貯留タンク３２内の吸収液３０の硝酸濃度が徐々に高まっていく。硝酸が吸収できなくなるほど硝酸濃度が高まった吸収液３０は、基本的にはメンテナンスにより交換されることになる。

吸収液貯留タンク３２内に、吸収液３０中の硝酸を中和するための中和剤を予め配置しておいてもよい。中和剤としては、例えば、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）あるいはアンモニア（ＮＨ_３）などを用いることができる。中和剤として炭酸カリウムを用いた場合は、吸収液３０中の硝酸は炭酸カリウムにより中和され硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）となって析出される。また、中和剤としてアンモニア（尿素水から得るのが好適である）を用いた場合は、硝酸がアンモニアにより中和され硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）となって析出される。これにより、より長い期間吸収液３０の硝酸吸収能力を維持することができる。

吸収液３０として使用可能な液体としては、水、アルカリ水溶液、種々のイオン液体などが挙げられる。もちろん、吸収液３０としては、硝酸が吸収可能である限りにおいてその他の液体も用いることができる。本実施形態においては、アルカリ水溶液やイオン液体に比して廉価である水が吸収液３０として利用される。

気液接触部３４内における吸収液３０の温度も、主に内燃機関１２からの排気の熱によって変動する。吸収液３０の温度が排気の熱によってある程度以上の温度まで上昇させられると、吸収液３０は蒸発する。吸収液３０が蒸発してその量が減少することで、湿式吸収装置２４における硝酸の吸収能力が低下してしまう。例えば、水の場合、７０℃を超える温度領域においては非常に蒸発しやすく、それに起因して硝酸の吸収がほとんどできなくなる。吸収液３０の量が減少した場合は、基本的にはメンテナンスにより吸収液３０の補充が必要となる。

湿式吸収装置２４において窒素酸化物が浄化された排気は、主排気管１４に戻されて排気出口へと排出される。

温度センサ３８は、内燃機関１２からの排気の温度を検出するものである。温度センサ３８は、主排気管１４の流路弁２０よりも上流側、あるいは流路弁２０自体に設けられる。温度センサ３８としては、熱電対、サーミスタ、あるいは赤外線温度センサなどが用いられる。温度センサ３８が検出した温度を示すデータは後述のＥＣＵ４６に送られる。

好適には、湿式吸収装置２４の温度を検出する温度センサ４０が設けられる。温度センサ４０は、湿式吸収装置２４に設けられ、湿式吸収装置２４の部材の温度を検出する。特に、内燃機関１２からの排気の熱の影響によって真っ先に破損すると考えられる部材の温度が検出される。本実施形態では、温度センサ４０は耐熱温度が低く排気の熱によって加熱されやすい多孔質膜の温度を検出する。温度センサ４０が検出した温度を示すデータはＥＣＵ４６に送られる。

また、好適には、吸収液貯留タンク３２に貯留された吸収液の量を検出する液量センサ４２が設けられる。液量センサ４２が検出した液量を示すデータはＥＣＵ４６に送られる。

さらに、好適には、排気浄化触媒１６から排出される排気中の窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサ４４が設けられる。排気浄化触媒１６の窒素酸化物の浄化能力における温度特性は予め調べておくことができるため、排気の温度の検出する温度センサ３８が検出した温度によって、当該排気中の窒素酸化物の濃度を推認することができるが、排気中の窒素酸化物の濃度をより確実に確認する意味でＮＯｘセンサ４４が設けられる。ＮＯｘセンサ４４が検出した濃度を示すデータはＥＣＵ４６に送られる。

ＥＣＵ４６は、例えばマイクロコンピュータなどから構成され、記憶部（不図示）に記憶されたプログラムに基づいて、排気浄化装置１０の制御を行うものである。具体的には、ＥＣＵ４６は、温度センサ３８、温度センサ４０、液量センサ４２、あるいはＮＯｘセンサ４４などから送られてくるデータに基づいて、流路弁２０の切り換え制御を行う。

内燃機関１２からの排気の温度が比較的低い場合は、排気浄化触媒１６の温度も比較的低くなるため、排気浄化触媒１６を通過した後の排気にも窒素酸化物が多く含まれることになる。したがって、その場合は、当該排気を湿式吸収装置２４に流通させて当該排気中の窒素酸化物を浄化すべきである。一方、内燃機関１２からの排気の温度が比較的高い場合は、排気浄化触媒１６の温度も比較的高くなるため、排気浄化触媒１６において好適に排気中の窒素酸化物が浄化される。また、温度が高い排気を湿式吸収装置２４に流通させると、吸収液３０の蒸発や湿式吸収装置２４の部材の破損を引き起こすおそれがあるため、温度が高い排気は湿式吸収装置２４に流通させるべきでない。

したがって、ＥＣＵ４６による流路弁２０の切り換え制御は、温度センサ３８が検出した排気の温度が予め定められた温度閾値未満である場合には、排気が分岐管１８（つまり湿式吸収装置２４）に流通するように流路弁２０を切り換え、排気の温度が温度閾値以上である場合には、排気が引き続き主排気管１４を流通するように（つまり湿式吸収装置２４に排気を流通させないように）流路弁２０を切り換る、という制御が基本となる。

吸収液３０の蒸発防止、及び、湿式吸収装置２４の部材破損防止の観点から、上記温度閾値は、吸収液３０の蒸気圧特性、及び、湿式吸収装置２４の部材の耐熱温度の少なくとも一方に基づいて設定される。具体的には、吸収液３０の沸点に基づく値と、湿式吸収装置２４の部材の耐熱温度のうち低い方に基づいて温度閾値が設定される。湿式吸収装置２４の部材としては、湿式吸収装置２４に排気が流通されることによる温度上昇によって最も早く破損し得る部材である多孔質膜の耐熱温度が考慮される。

本実施形態では、上述の通り吸収液３０として水が用いられている。水は、７０℃を超える温度領域において非常に蒸発しやすくなる。一方、多孔質ＰＴＦＥ膜の耐熱温度は上述の通り２００℃である。したがって、この場合は、吸収液３０である水の沸点に基づいた値である７０℃が温度閾値として設定される。なお、設定された温度閾値は排気浄化装置１０の記憶部（不図示）に予め記憶される。

イオン液体やアルカリ水溶液の沸点は水の沸点よりも高い。したがって、吸収液３０としてイオン液体やアルカリ水溶液を用いた場合は、温度閾値としては、より高い値が設定され得る。しかし、硝酸は、温度が１４０℃以上になるとその蒸気圧が急上昇するという特徴を有している。つまり、排気の温度が１４０℃以上となり、それに伴って硝酸の温度が１４０℃以上となると、硝酸は一度吸収液３０に吸収されたとしてもすぐに蒸発してしまい、吸収液３０から分離してしまう（つまり湿式吸収装置２４において硝酸が好適に吸収できない）という現象が生じる。したがって、吸収液３０の沸点に基づく温度と多孔質ＰＴＦＥ膜の耐熱温度のうち低い方が１４０℃以上の場合は、温度閾値として、硝酸の蒸気圧に基づく温度である１４０℃が設定される。

以下、図２のフローチャートを用いて、ＥＣＵ４６による流路弁２０の基本的な切り換え制御の詳細を説明する。図２は、ＥＣＵ４６による流路弁２０の制御の流れを示す第１のフローチャートである。

ステップＳ１０において、ＥＣＵ４６は、温度センサ３８からのデータに基づいて、内燃機関１２からの排気の温度が予め定められた温度閾値未満であるか否かを判断する。排気の温度が温度閾値未満である場合はステップＳ１２に進む。排気の温度が温度閾値以上である場合は、図３のフローチャート（後述）に進む。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ４６は流路弁２０に制御信号を送信し、内燃機関１２からの排気が分岐管１８に流通するように流路弁２０を切り換える。これにより、低温且つ窒素酸化物を多く含む排気が湿式吸収装置２４に流通される。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ４６は、排気が分岐管１８（湿式吸収装置２４）に流通している間にも排気の温度をモニタし続ける。そして、排気の温度が温度閾値以上となったことを検出した場合は、ステップＳ１６に進む。なお、排気の温度のモニタ中に内燃機関１２が停止した場合はそこで制御を終了する。

ステップＳ１６において、ＥＣＵ４６は、上流からの排気が引き続き主排気管１４に流通するように、つまり排気が湿式吸収装置２４に流通しないように流路弁２０を切り換える。

ステップＳ１８において、ＥＣＵ４６は、内燃機関１２が停止したか否かを判断する。内燃機関１２が引き続き動作している場合は、ステップＳ１０に戻り、上記処理を再度繰り返す。内燃機関１２が停止した場合は制御を終了する。

以上の処理によれば、排気の温度が温度閾値未満である場合、つまり排気浄化触媒１６により排気中の窒素酸化物が好適に浄化されなかった場合は、その排気が湿式吸収装置２４に流通されることにより、低温の排気中から窒素酸化物が好適に除去される。つまり、排気浄化装置１０によれば、広い温度範囲における窒素酸化物の浄化が実現される。

一方、排気の温度が温度閾値以上である場合は、その排気が湿式吸収装置２４を流通せず排出されることにより、吸収液３０の蒸発、及び、湿式吸収装置２４の部材の破損が防止される。つまり、排気浄化装置１０によれば、湿式吸収装置２４の窒素酸化物吸収能力が長期間維持され、つまり装置のメンテナンス頻度の低減が実現される。なお、排気の温度が温度閾値以上である場合は、その排気に含まれる窒素酸化物は排気浄化触媒１６により好適に浄化されるため、浄化された排気が排出される。

上記例では、温度センサ３８からのデータ、つまり内燃機関１２からの排気の温度に基づいて流路弁２０を切り換えていたが、これに加え、ＮＯｘセンサ４４からのデータにも基づいて流路弁を切り換えてもよい。つまり、ステップＳ１０において、排気の温度が温度閾値未満であって、且つ、排気中の窒素酸化物の濃度が所定値以上である場合に、ステップＳ１２において流路弁２０を切り換えるようにしてもよい。

また、排気浄化装置１０においては、内燃機関１２からの排気が常に湿式吸収装置２４に流通されるわけではないため、内燃機関１２からの排気がすべて流通される場合に比して、吸収液３０の量が少なくて済み、吸収液貯留タンク３２の容量を小さくすることができる。また、ポンプ３６の吸収液汲み上げ能力も低いものであってよい。これらは、排気浄化装置１０の小型化に寄与する。

また、主排気管１４が非常に長い場合などには、内燃機関１２からの排気は、主排気管１４内を流通している間にその温度が低下する場合も考えられる。したがって、排気をより湿式吸収装置２４に流通させる（つまりより排気中の窒素酸化物を浄化する）観点から、分岐管１８は、できるだけ主排気管１４の下流側、例えばマフラーの直前あるいは直後に設けるようにしてもよい。

以下、流路弁２０の切り換え制御による吸収液３０の液量の調整処理について説明する。上述のように、排気浄化装置１０においては、内燃機関１２からの排気の温度に従って流路弁２０が切り換えられることにより、吸収液３０の蒸発が防止され、つまり吸収液３０の減少が防止される。一方において、内燃機関１２からの排気は水分を多く含んでおり、当該排気が気液接触部３４において吸収液３０と接触すると、排気の温度が低下して排気中の水分が凝縮して水となる場合がある。排気から凝縮された水が吸収液３０に付加されると、湿式吸収装置２４内における吸収液３０の液量が増加する。これにより、吸収液３０の液量が増え、吸収液３０が吸収液貯留タンク３２から溢れてしまうなどの問題が生じ得る。

上記問題に鑑み、本実施形態においては、内燃機関１２からの排気の温度が温度閾値以上の場合であっても、一定条件の下で、当該排気を湿式吸収装置２４に流通させる。これにより吸収液３０の蒸発を促すことで吸収液３０の量を調整する（減少させる）。

以下、図２及び図３のフローチャートに従って、吸収液３０の量を調整する制御の流れについて説明する。

図２のステップＳ１０において、内燃機関１２空の排気の温度が温度閾値以上であると判定された場合は、図３のステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０において、ＥＣＵ４６は、まず、液量センサ４２からのデータに基づいて、吸収液貯留タンク３２に貯留された吸収液３０の量が予め定められた液量閾値以上であるか否かを判定する。後述のように、吸収液３０の量が液量閾値以上であることを条件として吸収液３０の液量調整（減量）制御が行われるため、液量閾値としては吸収液貯留タンク３２の貯留可能量に基づいて決定されたものである（例えば貯留可能量の９割など）。なお、設定された液量閾値は排気浄化装置１０の記憶部（不図示）に予め記憶されている。

また、ステップＳ２０において、ＥＣＵ４６は、温度センサ３８からのデータに基づいて、内燃機関１２からの排気の温度が、湿式吸収装置２４の耐熱温度未満であるか否かを判定する。ここでの湿式吸収装置２４の耐熱温度とは、湿式吸収装置２４に排気が流通されることによる温度上昇によって最も早く破損し得る部材の耐熱温度であり、本実施形態では多孔質ＰＴＦＥ膜の耐熱温度（２００℃）である。

吸収液３０の量が液量閾値以上であり、排気の温度が多孔質ＰＴＦＥ膜の耐熱温度未満である場合には、ステップＳ２２に進む。上記条件を満たさない場合は、図２のステップＳ１８に進む。なお、ステップＳ２０には、排気の温度が温度閾値以上である場合に実行されるものであり、温度閾値が湿式吸収装置２４の部材の耐熱温度に基づいて設定された場合は、排気の温度が湿式吸収装置２４の耐熱温度未満である、という条件を必ず満たさないことになる。つまり、ステップＳ２２以下の処理が行われるのは、温度閾値が吸収液３０の沸点に基づいて定められた場合である。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ４６は流路弁２０に制御信号を送信し、内燃機関１２からの排気が分岐管１８に流通するように流路弁２０を切り換える。これにより、温度閾値以上の温度の排気が湿式吸収装置２４に流通され、吸収液３０の蒸発が促される。

ステップＳ２４において、ＥＣＵ４６は、吸収液３０の量が液量閾値未満となったか否か、排気の温度が温度閾値未満となったか否か、及び、温度センサ４０からのデータに基づいて、湿式吸収装置２４（多孔質ＰＴＦＥ膜）の温度がその耐熱温度以上となったか否かを判定する。上記３つの条件のうち１つでも満たした場合はステップＳ２６に進み、そうでない場合は、上記３つの条件のモニタを続ける。なお、上記３条件のモニタ中に内燃機関１２が停止した場合はそこで制御を終了する。

ステップＳ２６において、ＥＣＵ４６は、上流からの排気が引き続き主排気管１４に流通するように、つまり排気が湿式吸収装置２４に流通しないように流路弁２０を切り換える。

図３に示された処理によれば、設定された温度閾値が吸収液３０の沸点に基づいた値であるならば、ステップＳ２２において温度閾値以上の温度の排気が湿式吸収装置２４に流通されるから、吸収液３０が蒸発させられる。これにより、液量閾値を超えた（つまり増量した）吸収液３０の量が減少する。このとき、排気を湿式吸収装置２４に流通させる条件として、排気の温度が湿式吸収装置２４の部材の耐熱温度よりも低いという条件を含んでいるので、ステップＳ２２において湿式吸収装置２４へ排気を流通させることで湿式吸収装置２４の部材を破損してしまうことはない。

そして、吸収液３０の量が液量閾値未満になれば、それ以上吸収液３０を蒸発させる必要がないため、湿式吸収装置２４への高温の排気の流通が停止される。また、排気の温度が温度閾値以下となった場合は、そのような排気を湿式吸収装置２４に流通させても吸収液３０の蒸発が期待できないため、湿式吸収装置２４への排気の流通が停止される。さらに、湿式吸収装置２４（多孔質ＰＴＦＥ膜）の温度がその耐熱温度以上となった場合は、それ以上高温の排気を流通させると湿式吸収装置２４が破損するおそれがあるために湿式吸収装置２４への排気の流通が停止される。

なお、上記例においては、湿式吸収装置２４（多孔質ＰＴＦＥ膜）の温度は温度センサ４０により検出していたが、これを内燃機関１２の排気の温度（つまり温度センサ３８が検出した温度）から推定するようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る排気浄化装置５０の構成概略図である。排気浄化装置５０においては、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と同様の部材を多数有していることから、それらについては同様の図番を付し説明を省略する。

排気浄化装置５０の内燃機関１２はディーゼルエンジンであり、排気浄化触媒１６は尿素ＳＣＲ触媒が用いられる。

排気浄化触媒１６である尿素ＳＣＲ触媒においては、排気中の窒素酸化物とアンモニアを化学反応させることで窒素酸化物を浄化するものである。排気浄化装置５０には、排気浄化触媒１６に供給されるアンモニア源となる尿素水５２を貯留する尿素水貯留タンク５４が設けられる。尿素水貯留タンク５４に貯留された尿素水５２は、尿素水添加弁５６により、排気浄化触媒１６よりも上流側において排気中に噴射され、排気の熱により加水分解してアンモニアが生成される。

尿素水貯留タンク５４及び吸収液貯留タンク３２の間には、尿素水貯留タンク５４から吸収液貯留タンク３２へ尿素水５２を送るための尿素水導管５８が設けられる。また、尿素水導管５８の途中には、尿素水導管５８内の尿素水５２の流通を許可あるいは禁止するための、開閉可能な尿素水流通弁６０が設けられている。

濃度センサ６２は、吸収液貯留タンク３２内に貯留された吸収液３０内の硝酸濃度を検出するセンサである。濃度センサ６２としては、例えば、吸収液３０の水素イオン指数（ｐＨ（ペーハ））を計測するｐＨ計を用いることができる。吸収液３０に硝酸がより多く吸収される程、吸収液３０の酸性の度合いがより高くなる。したがって、酸性の度合いを計測するｐＨ計により吸収液３０中の硝酸濃度を把握することができる。濃度センサ６２が検出した硝酸濃度を示すデータはＥＣＵ４６に送られる。

第２実施形態に係る排気浄化装置５０の構成は以上の通りである。排気浄化装置５０においては、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と同様の処理を行う他、所定の条件が満たされた場合に、吸収液３０中に吸収された硝酸を中和するための中和剤として、尿素水貯留タンク５４に貯留された尿素水５２を吸収液３０に添加するものである。

以下、図５に示すフローチャートに従って、排気浄化装置５０における中和剤添加処理の流れについて説明する。なお、図５に示すフローチャートの処理は、図２及び図３に示すフローチャートの処理と並行して行われる。

ステップＳ３０において、ＥＣＵ４６は、濃度センサ６２からのデータに基づいて、吸収液貯留タンク３２に貯留された吸収液３０の硝酸濃度が、予め定められた濃度閾値以上となったか否かを検出する。後述のように、吸収液３０中の硝酸濃度が濃度閾値以上であることを条件として、吸収液貯留タンク３２内に硝酸を中和する中和剤（尿素水５２）が添加されるため、濃度閾値としては、吸収液３０の硝酸吸収能力に基づいて決定される。例えば、濃度閾値は、吸収液３０の硝酸吸収能力がある一定値以下となるときの硝酸濃度などが設定される。なお、設定された濃度閾値は排気浄化装置１０の記憶部（不図示）に予め記憶されている。吸収液３０の硝酸濃度が濃度閾値以上である場合はステップＳ３２に進む。吸収液３０の硝酸濃度が濃度閾値未満である場合は、ステップＳ３８に進む。

ステップＳ３２において、ＥＣＵ４６は、尿素水流通弁６０に制御信号を送信して尿素水流通弁６０を開く。これにより、尿素水貯留タンク５４内の尿素水５２が吸収液貯留タンク３２内の吸収液３０に添加される。

ステップＳ３４において、ＥＣＵ４６は、尿素水５２が吸収液３０に添加されている間にも吸収液３０の硝酸濃度をモニタし続ける。そして、吸収液３０の硝酸濃度が濃度閾値未満となったことを検出した場合は、ステップＳ３６に進む。なお、吸収液３０の硝酸濃度のモニタ中に内燃機関１２が停止した場合はそこで制御を終了する。

ステップＳ３６において、ＥＣＵ４６は、尿素水流通弁６０に制御信号を送信して尿素水流通弁６０を閉じる。これにより、吸収液３０への尿素水５２の添加が停止される。

ステップＳ３８において、ＥＣＵ４６は、内燃機関１２が停止したか否かを判断する。内燃機関１２が引き続き動作している場合は、ステップＳ３０に戻り、上記処理を再度繰り返す。内燃機関１２が停止した場合は制御を終了する。

第２実施形態は、内燃機関１２がディーゼルエンジンである場合、排気浄化触媒１６のために尿素水５２が用意されていることに着目し、当該尿素水５２を吸収液３０の中和剤としても利用するものである。これにより、吸収液３０の中和剤として別途の物質を用意する必要なく、吸収液３０の硝酸吸収能力を長期間維持することができる。

また、上記処理によれば、吸収液３０の硝酸濃度が濃度閾値以上となった場合にのみ中和剤としての尿素水５２が吸収液３０に添加される。つまり、必要な場合にのみ尿素水５２が吸収液３０に添加されている。これにより、本来排気浄化触媒１６のために用意された尿素水５２を無駄に使用してしまうことを防止している。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

１０，５０ 排気浄化装置、１２ 内燃機関、１４ 主排気管、１６ 排気浄化触媒、１８ 分岐管、２０ 流路弁、２２ 改質装置、２２ａ 硝酸生成触媒、２４ 湿式吸収装置、２６ オゾン発生装置、２８ オゾン添加弁、３０ 吸収液、３２ 吸収液貯留タンク、 ３４ 気液接触部、３６ ポンプ、３８，４０ 温度センサ、４２ 液量センサ、４４ ＮＯｘセンサ、５２ 尿素水、５４ 尿素水貯留タンク、５６ 尿素水添加弁、５８ 尿素水導管、６０ 尿素水流通弁、６２ 濃度センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化触媒と、
   前記内燃機関からの排気の温度を検出する温度検出手段と、
   前記排気浄化触媒よりも下流側において前記主流路から分岐した分岐路と、
   前記主流路と前記分岐路との間において、前記内燃機関からの排気の流路を切り換える流路切り換え手段と、
   吸収液を貯留する吸収液貯留部と、前記吸収液と前記内燃機関からの排気を接触させる気液接触部とを有し、前記吸収液貯留部と前記気液接触部との間で前記吸収液を循環させることで、前記分岐路に流通する排気中の窒素酸化物を前記吸収液に吸収させて浄化する湿式吸収装置と、
   を備え、
   前記流路切り換え手段は、前記温度検出手段が検出した温度が予め定められた温度閾値未満である場合に、前記内燃機関からの排気を前記分岐路へ流通させ、前記温度検出手段が検出した温度が前記温度閾値以上である場合に、前記内燃機関からの排気を前記分岐路へ流通させずに前記主流路に流通させる、
   ことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記温度閾値は、前記吸収液の蒸気圧特性、及び、前記湿式吸収装置が有する部材の耐熱温度の少なくとも一方に基づいて定められる、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記吸収液貯留部内における前記吸収液の量を検出する液量検出手段、
   をさらに備え、
   前記流路切り換え手段は、前記温度検出手段が検出した温度が、前記吸収液の蒸気圧特性に基づいて定められた前記温度閾値以上の場合であっても、前記液量検出手段が検出した量が予め定められた液量閾値以上であり、且つ、前記内燃機関からの排気の温度が前記湿式吸収装置が有する部材の耐熱温度未満である場合は、前記内燃機関からの排気を前記分岐路へ流通させる、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記吸収液に吸収される窒素酸化物を中和するための中和剤が前記吸収液に添加された、
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記排気浄化触媒の上流側において前記内燃機関からの排気に噴射される尿素水を貯留する尿素水貯留部と、
   前記吸収液の窒素酸化物濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記濃度検出手段が検出した濃度が予め定められた濃度閾値以上である場合に、前記尿素水貯留部に貯留された前記尿素水を前記中和剤として前記吸収液に添加する添加手段と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。