本发明涉及对由内燃机排出的废气(exhaust gas)中的氮氧化物等进行净化的废 气净化系统以及废气净化方法，本发明的废气净化系统以及废气净化方法特别是在用于对 汽车发动机排出的废气进行净化处理时是较为有效的。

　　已经开发出了多种除去汽车发动机等内燃机排出的废气中的氮氧化物的废气净 化系统。例如，在下述专利文献1中，公开了一种氮氧化物的还原方法，该方法使用氢气作 为还原性气体，在0 200°C的温度较低的区域(低温区域)将上述还原性气体添加到含有 氮氧化物的废气中，使它们与催化剂相接触而还原除去该废气中的氮氧化物。专利文献1 日本特开平2-194818号公报

　　发明要解决的课题可是，在200°C以上的高温区域中，由于氢气与废气中的氧气发生反应，导致其不 能发挥还原剂的功能，因此一般使用氨作为上述还原剂。在使用氨通过还原催化剂进行氮 氧化物的还原除去时，必须抑制未在该还原催化剂作用下反应的剩余氨排放到大气中。另 外，为了抑制剩余的氨排放到大气中而在该还原催化剂的废气流通方向下游侧设置氧化催 化剂时，有可能会导致该氧化催化剂过分促进氨的氧化而形成氮氧化物。因此，希望在高温 区域使用氢作为还原剂通过还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化物。因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供在高温区域下使用氢作 为还原剂通过还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化物的废气净化系统及废气净化方法。解决问题的方法解决上述问题的第1发明涉及一种废气净化系统，其包括向内燃机的废气中添 加作为还原剂的氢的氢添加装置；设置在上述氢添加装置的废气流通方向下游侧的第一还 原催化剂，所述第一还原催化剂使来自上述氢添加装置的上述氢和上述废气中的氮氧化物 反应，从而还原除去该氮氧化物；调节上述废气中的氧浓度的氧浓度调节装置；测定上述 内燃机状态的内燃机状态测定装置；控制上述氧浓度调节装置使得废气中的氧浓度低于指 定值的氧浓度控制装置，其中所述废气中的氧浓度是通过下述方法中的至少一种方法计算 得到的利用上述内燃机状态测定装置测定的上述内燃机的状态、基于上述内燃机的状态 的数据图(data map)、以及基于上述内燃机的状态和变化量的预测方程；以及氢添加控制 装置，当上述废气中的氧浓度低于指定值时，该氢添加控制装置控制上述氢添加装置使其 向该废气中添加上述氢。解决上述问题的第2发明涉及的废气净化系统为第1发明涉及的废气净化系统， 其中，所述废气净化系统还包括向所述废气中添加作为还原剂的氨的氨添加装置；设置 在上述氨添加装置的废气流通方向下游侧的第二还原催化剂，所述第二还原催化剂使来自上述氨添加装置的上述氨和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化物；以及 氨添加控制装置，当废气温度在指定值以上时，该氨添加控制装置控制上述氨添加装置使 其向上述废气中添加上述氨，其中所述废气的温度是通过上述内燃机的状态、上述数据图、 以及上述内燃机的状态和上述预测方程中的至少之一计算出的废气温度。解决上述问题的第3发明涉及的废气净化系统为第1或第2发明中涉及的废气净 化系统，其中，所述氧浓度控制装置为下述两种装置中的至少一种能够控制上述内燃机的 燃料的喷射时期和喷射期间的燃料喷射装置、以及使上述部分废气循环而使其从上述内燃 机的排气侧吸入到上述内燃机的吸气侧的废气循环装置。解决上述问题的第4发明涉及一种废气净化系统，其包括向内燃机的废气中添 加作为还原剂的氢的氢添加装置；向上述废气中添加作为还原剂的氨的氨添加装置；设置 在上述氢添加装置的废气流通方向下游侧的第一还原催化剂，所述第一还原催化剂使来自 上述氢添加装置的上述氢和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化物；设置 在上述氨添加装置的废气流通方向下游侧的第二还原催化剂，所述第二还原催化剂使来自 上述氨添加装置的上述氨和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化物；测定 上述内燃机状态的内燃机状态测定装置；以及还原剂添加控制装置，在上述废气温度和该 废气中的氧浓度中的至少之一低于指定值时，该还原剂添加控制装置控制上述氢添加装置 使其向该废气中添加氢，当上述废气的温度和上述废气中的氧浓度两者均在指定值以上 时，该还原剂添加控制装置控制上述氨添加装置使其向该废气中添加氨，其中所述废气温 度和所述废气中的氧浓度是通过由上述内燃机状态测定装置测定得到的上述内燃机的状 态、基于上述内燃机的状态的数据图、和基于上述内燃机的状态和变化量的预测方程中的 至少之一求得的。解决上述问题的第5发明涉及的废气净化系统为第2 第4发明中任一项发明所 涉及的废气净化系统，其中，所述氨添加装置利用所述内燃机的燃料来制造所述氨。解决上述问题的第6发明涉及的废气净化系统为第5发明所涉及的废气净化系 统，其中，所述氨添加装置具有第一微反应器(micro reactor)，该第一微反应器具有由内 燃机的燃料生成氨的催化剂。解决上述问题的第7发明涉及的废气净化系统为第6发明所涉及的废气净化系 统，该系统还包括与所述第一微反应器相邻设置且用于吸留(occlude)氨的氨吸留装置， 该氨吸留装置吸留该第一微反应器中产生的氨。解决上述问题的第8发明涉及的废气净化系统为第6或第7发明所涉及的废气净 化系统，其中，将所述第一微反应器设置于排出所述废气的排出气体通路中，使得第一微反 应器与所述内燃机热连接(thermally connect) 0解决上述问题的第9发明涉及的废气净化系统为第1 第8发明中任一项发明所 涉及的废气净化系统，其中，所述氢添加装置具有由所述内燃机的燃料制造所述氢的第一 氢制造装置。解决上述问题的第10发明涉及的废气净化系统为第9发明所涉及的废气净化系 统，其中，所述第一氢制造装置具有第二微反应器，该第二微反应器具有由内燃机的燃料生 成氢气的催化剂。解决上述问题的第11发明涉及的废气净化系统为第10发明所涉及的废气净化系统，该系统还包括与所述第二微反应器相邻设置的用于吸留氢的氢吸留装置，该氢吸留装 置吸留在该第二微反应器中产生的氢。解决上述问题的第12发明涉及的废气净化系统为第10或第11发明所涉及的废 气净化系统，其中，所述第二微反应器设置于所述废气的排出气体通路上，使得第二微反应 器与内燃机热连接。解决上述问题的第13发明涉及的废气净化系统为第1 第12发明中任一项发明 所涉及的废气净化系统，其中，所述氢添加装置具有由水制造氢的第二氢制造装置。解决上述问题的第14发明涉及的废气净化系统为第13发明所涉及的废气净化系 统，其中，所述水是由回收所述废气中的水分的水回收装置所回收的水以及由外部供给的 水中的至少一种水。解决上述问题的第15发明涉及的废气净化系统为第13或第14发明所涉及的废 气净化系统，其中，所述第二氢制造装置具有对所述水进行电解来制造所述氢的水电解装置。解决上述问题的第16发明涉及的废气净化系统为第15发明所涉及的废气净化系 统，该系统还包括积存所述水的水贮存装置、以及将上述水贮存装置中积存的水供给到所 述水电解装置的水供给装置。解决上述问题的第17发明涉及的废气净化系统为第1 第16发明中任一项发明 所涉及的废气净化系统，该系统还包括捕集所述废气中含有的粒子状物质的粒子状物质捕

　　集装直ο解决上述问题的第18发明涉及的废气净化系统为第17发明所涉及的废气净化系 统，该系统还包括分别设置在上述还原催化剂的废气流通方向下游侧、上述微反应器的附 近、上述粒子状物质捕集装置的废气流通方向下游侧、以及上述排出气体通路的出口附近 的测定所述废气的温度和成分的废气测定装置，其中，所述还原剂添加装置通过来自上述 废气测定装置的信息、基于来自该废气测定装置的信息的上述数据图、以及所述内燃机的 状态和所述预测方程中的至少之一求得上述废气的温度和成分，并对所述还原剂添加装置 实施控制从而调节所述还原剂的添加量。解决上述问题的第19发明涉及的废气净化系统为第1 第18发明中任一项发明 所涉及的废气净化系统，该系统还包括设置在所述还原催化剂的废气流通方向的上游侧和 下游侧中的至少下游侧的氧化催化剂。解决上述问题的第20发明涉及的废气净化系统为第1 第19发明中任一项发明 所涉及的废气净化系统，其中，所述数据图为根据所述内燃机的转速、扭矩、以及相对于吸 入空气的燃料量的各数据预先作成的所述废气的温度分布和废气中的氮氧化物的浓度分 布的图。解决上述问题的第21发明涉及的废气净化系统为第1 第20发明中任一项发明 所涉及的废气净化系统，其中，所述预测方程为基于下述参数来计算所述废气中的氮氧化 物浓度的数学式，所述参数为内燃机的转速、所述内燃机的筒内压力、所述内燃机筒内燃 烧气体的温度、所述内燃机的转速变化量、以及在所述内燃机的特定位置的变化量。解决上述问题的第22发明涉及的废气净化系统为第1 第21发明中任一项发明 所涉及的废气净化系统，该系统安装在汽车中，并且所述内燃机为该汽车的发动机。

　　解决上述问题的第23发明涉及的废气净化系统为第13 第16发明中任一项发 明所涉及的废气净化系统，其中，所述汽车具有车辆空调、冷却水箱、消声器、雨水储存箱中 的至少一种装置，所述水是来自上述车辆空调的排水、上述冷却水箱内的冷却水、在上述消 声器内部结露的水、以及上述雨水储存箱内的水中的至少一种水。解决上述问题的第24发明涉及一种废气净化方法，其包括调节内燃机废气使得 所述废气中的氧浓度低于指定值；向所述废气中添加作为还原剂的氢；以及使所述废气与 还原催化剂相接触而还原除去该废气中的氮氧化物。解决上述问题的第25发明涉及一种废气净化方法，其包括在内燃机的废气温度 和该废气中的氧浓度中的至少之一小于指定值时，向所述废气中添加作为还原剂的氢；在 所述废气的温度和该废气中的氧浓度两者均为指定值以上时，向所述废气中添加作为还原 剂的氨；以及使所述废气与还原催化剂相接触而还原除去该废气中的氮氧化物。发明的效果就第1发明所涉及的废气净化系统而言，其包括向内燃机的废气中添加作为还 原剂的氢的氢添加装置；设置在氢添加装置的废气流通方向下游侧的第一还原催化剂，所 述第一还原催化剂使来自上述氢添加装置的上述氢和上述废气中的氮氧化物反应，从而还 原除去该氮氧化物；调节废气中的氧浓度的氧浓度调节装置；测定上述内燃机的状态的内 燃机状态测定装置；控制氧浓度调节装置使得废气中的氧浓度低于指定值的氧浓度控制装 置，其中所述废气中的氧浓度是通过下述方法中的至少一种方法计算得到的利用内燃机 状态测定装置测定的内燃机的状态、基于上述内燃机的状态的数据图、以及基于上述内燃 机的状态和变化量的预测方程；以及氢添加控制装置，当上述废气中的氧浓度低于指定值 时，该氢添加控制装置控制上述氢添加装置使其向该废气中添加上述氢，通过采用上述系 统，即使是在废气温度处于指定值以上的高温区域，通过氧浓度调节装置调节使得废气中 的氧浓度低于指定值，可以抑制来自氢添加装置的氢与上述废气中的氧反应，并在第一还 原催化剂作用下使来自于氢添加装置的氢与废气中的氮氧化物反应而还原除去该氮氧化 物。因此，在高温区域时，可以使用氢作为还原剂并通过还原催化剂来还原除去废气中的氮 氧化物。就第2发明所涉及的废气净化系统而言，其还包括向废气中添加作为还原剂的 氨的氨添加装置；设置在上述氨添加装置的废气流通方向下游侧的第二还原催化剂，所述 第二还原催化剂使来自上述氨添加装置的上述氨和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原 除去该氮氧化物；以及氨添加控制装置，当废气温度在指定值以上时，该氨添加控制装置控 制上述氨添加装置使其向上述废气中添加上述氨，其中所述废气的温度是通过上述内燃机 的状态、上述数据图、以及上述内燃机的状态和上述预测方程中的至少之一求出的废气温 度，通过采用上述系统，除了可以实现与上述第1发明所涉及的废气净化系统同样的作用 效果以外，当废气温度为指定值以上时，通过第二还原催化剂使来自氨添加装置的氨和废 气中的氮氧化物反应，从而可以将氮氧化物还原除去。这样一来，可以在所有温度区域中还 原除去废气中的氮氧化物，从而净化该废气。就第3发明所涉及的废气净化系统而言，由于氧浓度调节装置为下述两种装置中 的至少一种能够控制上述内燃机的燃料的喷射时期和喷射期间的燃料喷射装置、以及使 上述部分废气循环而使其从上述内燃机的排气侧吸入到上述内燃机的吸气侧的废气循环装置，通过采用上述系统，除了可以实现与第1和第2发明所涉及的废气净化系统同样的 作用效果以外，还可以利用上述燃料喷射装置或废气循环装置确实地使废气中的氧浓度降 低。就第4发明所涉及的废气净化系统而言，其包括向内燃机的废气中添加作为还 原剂的氢的氢添加装置；向上述废气中添加作为还原剂的氨的氨添加装置；设置在上述氢 添加装置的废气流通方向下游侧的第一还原催化剂，所述第一还原催化剂使来自上述氢添 加装置的上述氢和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化物；设置在上述氨 添加装置的废气流通方向下游侧的第二还原催化剂，所述第二还原催化剂使来自上述氨添 加装置的上述氨和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化物；测定上述内燃 机的状态的内燃机状态测定装置；以及还原剂添加控制装置，在上述废气温度和该废气中 的氧浓度中的至少之一低于指定值时，该还原剂添加控制装置控制上述氢添加装置使其向 该废气中添加氢，当上述废气的温度和上述废气中的氧浓度两者均在指定值以上时，该还 原剂添加控制装置控制上述氨添加装置使其向该废气中添加氨，其中所述废气温度和所述 废气中的氧浓度是通过由上述内燃机状态测定装置测定得到的上述内燃机的状态、基于上 述内燃机的状态的数据图、和基于上述内燃机的状态和变化量的预测方程中的至少之一求 得的，通过采用上述系统，可以根据条件来选择使用氢和氨作为还原剂，通过第一和第二还 原催化剂还原除去废气中的氮氧化物，并且，与通常的根据废气的温度来选择还原剂的情 况相比较，即使是在废气的温度为指定值以上的高温区域的情况下，在该废气中的氧浓度 低于指定值时，也可以利用氢作为还原剂。因此，在高温区域，可以使用氢作为还原剂并通 过还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化物。另外，在废气的温度和废气中的氧浓度两者 均在指定值以上时，可以通过第二还原催化剂使来自氨添加装置的氨和废气中的氮氧化物 反应来还原除去该氮氧化物，从而可以在所有温度区域下还原除去废气中的氮氧化物来净 化该废气。就第5发明所涉及的废气净化系统而言，氨添加装置利用内燃机的燃料来制造 氨，该系统除了可以实现与第2 第4发明中的废气净化系统同样的作用效果以外，由于所 述燃料是所述内燃机中所使用的物质，因此不需要另外加入其他氨原料的供给源，从而可 以抑制设备成本的增加。就第6发明所涉及的废气净化系统而言，其中，由于氨添加装置安装有第一微反 应器，并且所述微反应器具有使内燃机的燃料生成氨的催化剂，因此该系统除了可以实现 与第5发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以在废气净化系统内进行氨 的制造，从而提高了其通用性。就第7发明所涉及的废气净化系统而言，由于该系统还包括与所述第一微反应器 相邻设置且用于吸留氨的氨吸留装置，该氨吸留装置吸留该第一微反应器中产生的氨，因 此该系统除了可以实现与第6发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以通 过上述氨吸留装置吸留由所述第一微反应器产生的剩余的氨，同时根据需要可以将通过该 氨吸留装置吸留的氨添加到上述废气中。因此，可以有效地利用生成的氨。就第8发明所涉及的废气净化系统而言，通过将所述第一微反应器设置在排出所 述废气的排出气体通路中，使得第一微反应器与内燃机热连接，因此该系统除了可以实现 与第6和第7发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以从内燃机获得上述第一微反应器生成氨时所需的反应热，因此不需要另外设置其他的热源，从而可以抑制设 备成本的增加。就第9发明所涉及的废气净化系统而言，由于氢添加装置具有由内燃机的燃料来 制造氢的第一氢制造装置，因此该系统除了可以实现与第1 第8发明所涉及的废气净化 系统同样的作用效果以外，由于上述燃料是所述内燃机中使用的物质，因此不需要通过其 他途径来提供氢原料，从而可以抑制设备成本的增加。就第10发明所涉及的废气净化系统而言，由于第一氢制造装置安装有第二微反 应器，所述第二微反应器具有使所述内燃机的燃料生成氢的催化剂，因此该系统除了可以 实现与第9发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以在废气净化系统内进 行氢的制造，从而提高了其通用性。就第11发明涉及的废气净化系统而言，由于该系统还包括与所述第二微反应器 相邻设置的用于吸留氢的氢吸留装置，该氢吸留装置吸留在该第二微反应器中产生的氢， 因此该系统除了可以实现与第10发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可 以在所述氢吸留装置中吸留由第二微反应器产生的剩余氢，同时根据需要可以将该氢吸留 装置吸留的氢添加到上述废气中。由此，可以有效地利用生成的氢。就第12发明所涉及的废气净化系统而言，由于该第二微反应器设置在上述废气 的排出气体通路上，使得第二微反应器与内燃机热连接，因此该系统除了可以实现与第10 和第11发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以从所述内燃机获得所述 第二微反应器生成氢时所需的反应热，因此不需要提供其他热源，从而可以抑制设备成本 的增加。就第13发明所涉及的废气净化系统而言，由于氢添加装置具有由水制造所述氢 的第二氢制造装置，因此该系统除了可以实现与第1 第12发明所涉及的废气净化系统同 样的作用效果以外，除燃料之外，还可以利用水产生氢，从而可以提高其通用性。就第14发明所涉及的废气净化系统而言，由于所述水是由回收所述废气中的水 分的水回收装置所回收的水以及由外部供给的水中的至少一种水，因此该系统除了可以实 现与第13发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，由于有多个水的供给源，因此 可以抑制由于上述水而导致的通用性的降低。就第15发明所涉及的废气净化系统而言，由于第二氢制造装置安装有电解所述 水来制造所述氢的水电解装置，因此该系统除了可以实现与第13和第14发明所涉及的废 气净化系统同样的作用效果以外，由于上述水电解装置的能量源为电，在将该废气净化系 统使用在车辆中时，可以利用安装在该车辆中的电池容量以上的多余产生的电，从而可以 而抑制能量消耗和运行成本的增加。就第16发明所涉及的废气净化系统而言，由于该系统还包括积存水的水贮存装 置、以及将通过上述水贮存装置积存的水供给到所述水电解装置的水供给装置，因此该系 统除了可以实现与第15发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以通过上 述水贮存装置积存上述水，同时可以通过上述水供给装置将上述水贮存装置中积存的水供 给到上述水电解装置，可以通过上述水电解装置确实地制造氢，从而可以提高其通用性。就第17发明所涉及的废气净化系统而言，由于该系统还包括捕集废气中含有的 粒子状物质的粒子状物质吸留装置，因此该系统除了可以实现与第1 第16发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以捕集上述粒子状物质从而净化废气。就第18发明所涉及的废气净化系统而言，由于该系统还包括分别设置在上述还 原催化剂的废气流通方向下游侧、上述微反应器的附近、上述粒子状物质捕集装置的废气 流通方向下游侧、以及上述排出气体通路的出口附近的测定所述废气的温度和成分的废气 测定装置，并且所述还原剂添加装置通过来自上述废气测定装置的信息、基于来自该废气 测定装置的信息的上述数据图、以及所述内燃机的状态和所述预测方程中的至少之一求得 上述废气的温度和成分，并对所述还原剂添加装置实施控制从而调节所述还原剂的添加 量，因此通过采用该系统，除了可以实现与第17发明所涉及的废气净化系统同样的作用效 果以外，还可以测定内燃机的状态，或者基于测定的内燃机状态的数据图、以及内燃机状态 和预测方程中的至少之一来推测当前的内燃机的状态，从而可以根据内燃机的状态进行更 为适当的控制，并可以采取瞬时测量(transient measure) 0就第19发明所涉及的废气净化系统而言，由于该系统还包括设置在所述还原催 化剂的废气流通方向上游侧和下游侧中的至少下游侧的氧化催化剂，因此该系统除了可以 实现与第1 第18发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果以外，还可以利用上述氧化 催化剂氧化通过了还原催化剂的氨，从而可以更确实地抑制通过了该还原催化剂的氨释放 到大气中。就第20发明所涉及的废气净化系统而言，由于所述数据图为根据所述内燃机的 转速、扭矩、以及相对于吸入空气的燃料量的各数据预先作成的所述废气的温度分布和废 气中的氮氧化物的浓度分布的图，因此该系统除了可以实现与第1 第19发明所涉及的废 气净化系统同样的作用效果以外，还可以更为准确地推测内燃机的状态。结果可以更为确 实地对废气进行净化。就第21发明所涉及的废气净化系统而言，由于所述预测方程为基于下述参数来 计算所述废气中的氮氧化物浓度的数学式，所述参数为内燃机的转速、所述内燃机的筒内 压力、所述内燃机筒内的燃烧气体的温度、所述内燃机的转速的变化量、以及在所述内燃机 的特定位置的变化量，因此该系统除了可以实现与第1 第20发明所涉及的废气净化系统 同样的作用效果以外，即使在通过数据图无法预测的情况下，也可以准确地预测内燃机的 状态。从而可以更加确实地对废气进行净化。就第22发明所涉及的废气净化系统而言，由于该系统安装在汽车上，同时所述内 燃机为该汽车的发动机，因此该系统除了可以实现与第1 第21发明所涉及的废气净化系 统同样的作用效果以外，由于能够通过汽车中使用的燃料来制造所述还原剂，从而可以抑 制由于通过其他途径提供还原剂所导致的系统运行的复杂化，并且可以抑制由于设置有仅 贮存还原剂的设备而导致的系统的大型化以及成本的增加。就第23发明所涉及的废气净化系统而言，由于所述汽车具有车辆空调、冷却水 箱、消声器、雨水储存箱中的至少一种装置，所述水是来自上述车辆空调的排水、上述冷却 水箱内的冷却水、在上述消声器内部结露的水、以及上述雨水储存箱内的水中的至少一种 水，因此该系统除了可以实现与第13 第16发明所涉及的废气净化系统同样的作用效果 以外，由于可以利用来自上述车辆空调的排水、在上述消声器内部结露的水、上述冷却水箱 内的冷却水、以及上述雨水储存箱内的水来制造上述还原剂，因此不需要另外设置作为上 述还原剂原料的水的其他供给源，从而可以抑制通过其他途径供给水而导致的系统运行的复杂化。就第24发明所涉及的废气净化方法而言，该方法包括调节内燃机废气使得所述 废气中的氧浓度低于指定值；向所述废气中添加作为还原剂的氢；以及使所述废气中的氮 氧化物与还原催化剂相接触而还原除去该氮氧化物，因此采用该方法，即使是无法利用氢 作为还原剂的废气温度为指定值以上的高温区域的情况，通过调节使得废气中的氧浓度低 于指定值，可以抑制氢和废气中的氧之间的反应，并通过还原催化剂使氢和废气中的氮氧 化物反应而还原除去该氮氧化物。因此，即使在高温区域，也可以使用氢作为还原剂并通过 还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化物。就第25发明所涉及的废气净化方法而言，该方法包括在内燃机的废气温度和该 废气中的氧浓度中的至少之一小于指定值时，向所述废气中添加作为还原剂的氢；在所述 废气的温度和该废气中的氧浓度两者均为指定值以上时，向所述废气中添加作为还原剂的 氨；以及使所述废气与还原催化剂相接触而还原除去该废气中的氮氧化物，因此采用该方 法，可以根据条件选择氢和氨作为还原剂，并通过还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化 物，而且，与以往的根据废气的温度选择还原剂的情况相比较，即使当废气的温度为指定值 以上的高温区域的情况，在该废气中的氧浓度低于指定值时也可以利用氢作为还原剂。因 此，可以在高温区域中使用氢作为还原剂并通过还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化 物。另外，在废气温度和废气中的氧浓度两者均在指定值以上时，可以通过还原催化剂使氨 和废气中的氮氧化物反应而还原除去该氮氧化物，由此可以在所有温度区域中还原除去废 气中的氮氧化物，从而净化所述废气。

　　图1为示出本发明的废气净化系统的第一实施方式的概略结构图。图2为示出本发明的废气净化系统的第一实施方式的控制流程的图。图3为示出与发动机的转速和扭矩相关的废气温度分布和一氧化氮浓度分布的 一个实例的数据图。图4为示出燃料喷射阀的燃料喷射时期和喷射期间的一个实例的图。图5为示出本发明的废气净化系统的第二实施方式的概略结构图。图6为示出本发明的废气净化系统的第二实施方式的另一例的概略结构图。图7为示出本发明的废气净化系统的第三实施方式的概略结构图。图8为示出本发明的废气净化系统的第四实施方式的概略结构图。符号说明1发动机主体，2吸气通路，3排气集管(manifold)(集合排气管)，4EGR阀，5废气 循环通路(EGR管)，10发动机，11第一氧化催化剂，12第一连接配管，13柴油颗粒过滤器 (DPF)，14第二连接配管，15N0x净化装置，16第三连接配管，17第二氧化催化剂，18消声器， 19微反应器，20燃料，21吸附剂，22还原剂供给管，23水回收装置，24水电解装置，25第一 水供给管，26连接管，27氧吸附剂，28氧和水的供给管，29氧供给管，30氢加料管，31、32、 33、34传感器，41电子控制装置(ECU)，50、60、70、80、90废气净化系统，61氧供给管，62第 一连接配管，63第二连接配管，64第三连接配管，71第四连接配管，81氢连接管，82氢贮存 装置，83、91氢加料管，98消声器

　　1具体实施例方式基于附图对本发明涉及的废气净化系统和废气净化方法的最佳实施方式进行具 体说明。[第一实施方式]使用图1 4对使用本发明涉及的废气净化系统和废气净化方法净化处理汽车排 出的废气的第一实施方式进行说明。图1为废气净化系统的概略结构图，图2示出其控制流程图。图3示出了与发动 机的转速和扭矩显示出相关性废气温度分布和一氧化氮浓度分布的一个实例的数据图。图 4示出了通过燃料喷射阀喷射燃料的时期和喷射燃料的期间的一个实例的图。如图1所示，本实施方式涉及的废气净化系统50用于对柴油发动机或汽油发动机 等内燃机即汽车发动机10中燃料经燃烧排出的废气进行的净化处理。该废气含有氮氧化 物，硫氧化物，颗粒物质(粒子状物质，以下称为PM)。发动机10包括如下部分发动机主 体1，与发动机主体1相连接并用于向发动机主体1吸入空气的吸气通路2，与发动机主体 1相连接并用于从发动机主体1排出废气的排气集管(集合排气管)3。设置有废气循环通路(以下，称为EGR管)5，该通路中通过作为开关阀的EGR阀4 连接集合排气管3和吸气通路2，。即，EGR阀4和EGR管5构成废气循环装置。另外，发动 机主体1具有常规方式等电子控制燃料喷射阀(燃料喷射装置)。电子控制燃料喷射阀可 以在主喷射之后进行作为燃料副喷射的后喷射(post-injection)。即，如图4所示，电子控 制燃料喷射阀可以在tl后的第1规定期间t 1喷射燃料，在t2( tl)后的第2规定期间 x2( t1)喷射燃料，在t3( t2)后的第3规定期间t 3( x2)喷射燃料，该燃料喷 射阀能够调节燃料的喷射时刻和喷射期间(喷射量)。通过EGR阀控制线和后述的电子控制装置(以下，称为E⑶)41的燃烧控制部件41A，通过燃烧控制部件41A 控制EGR阀4的开关。这样一来，通过E⑶41调节EGR阀4的开关，并调节所述电子控制燃 料喷射阀的燃料喷射时期和喷射期间，从而可以调节废气中的氧浓度使其低于规定值。EGR 阀4，EGR管5和上述电子控制燃料喷射阀构成氧浓度调节装置。在集合排气管3的废气流通方向下游侧的端部，通过第一氧化催化剂11，第一连 接配管12，颗粒过滤器(以下，称为DPF) 13，第二连接配管14连接设置有NOx净化装置15。 NOx净化装置15具有吸留NOx的NOx吸留催化剂和选择性还原催化剂(以下，称为SCR催 化剂)。在NOx净化装置15的废气流通方向下游侧，通过第三连接配管16连接设置有第二 氧化催化剂17。在第二氧化催化剂17的废气流通方向下游侧设置有消声器18，废气通过 消声器18排放到大气中。这里，在上述集合排气管3上连接设置有作为还原剂添加装置的微反应器19，微 反应器19设置于第一氧化催化剂11的废气流通方向上游侧。微反应器19和后述E⑶41 的后处理控制部件41B通过反应器控制线A连接，通过后处理控制部件41B对微反应器 19进行控制。此外，向微反应器19中供给下述物质烃等燃料20、空气中的氧或者通过后 述水电解装置24得到的氧、在箱中贮存的水或者通过后述水回收装置23得到的水，上述这 些物质在第二反应部(第二微反应器)中反应，生成氢、一氧化碳、二氧化碳、水。即，在上 述第二反应部中发生下述过程由燃料20和氧生成氢，二氧化碳和水的部分氧化，由燃料20和水(水蒸气)生成氢和二氧化碳的蒸汽转化，以及由燃料20、氧和水生成氢和二氧化 碳的自热重整。另外，供给取出部分上述生成物得到的氢、空气中的氮气或者废气中的一氧 化氮，使这些物质在第一反应部(第一微反应器)中反应从而生成氨。这样一来，上述微反 应器19的第一反应部构成向内燃机废气中添加作为还原剂的氨的氨添加装置。作为设置在微反应器19中的第二反应部的催化剂，可以列举出蒸汽转化催化剂、 以及镍系催化剂、钌系催化剂等金属负载型催化剂、钙钛矿等复合氧化物型转化催化剂和 部分氧化催化剂等。另外，作为第一反应部的催化剂，可以列举出Fe3O4等金属氧化物催化 剂、钌系催化剂等金属负载型催化剂等。这些催化剂可以为蜂巢状或粒状等任意形状。但 是，微反应器19应当与集合排气管3连接设置，从而使得其与发动机10设置成热连接。由 此，可以利用从集合排气管3得到的热作为在第二反应部中蒸汽转化、自热重整的热源，以 及第一反应部中用作500°C以上反应温度的热源。这样一来，不需要另外设置其他热源，从 而可以抑制设备成本的增加。另外，与上述微反应器19相邻设置有分别贮存该微反应器19中产生的氨和氢的 吸附剂(还原剂吸附剂)21。设置有连接吸附剂21和第二连接配管14的第一还原剂供给 管22。作为氨的吸附剂(氨吸留装置)，可以列举出沸石系催化剂等。作为氢的吸附剂(氢 吸留装置)，可以列举出碳系材料，或者钯等金属系材料(氢吸留合金)等。由于在这样的 位置设置有吸附剂21，因此可以贮存微反应器19中生成的剩余的氢和氨，同时可以根据需 要将贮存的还原剂通过还原剂供给管22供给到NOx净化装置15的废气流通方向上游侧， 从而通过SCR催化剂可以有效地利用生成的还原剂。需要说明的是，这样的吸附剂21可以 分别设置在各反应部，也可以仅安装在与设置于废气流通方向的下游侧的反应部相对应的 位置。就上述第一氧化催化剂11而言，可以列举出钼、钯、铱等贵金属系催化剂、或者钙 钛矿等复合氧化物系催化剂等。第一氧化催化剂11是形成为蜂巢状的，在200°C以上引发 氧化反应的催化剂。由于第一氧化催化剂11的存在，废气中的HC、C0、N0被氧化。由此，可 以提高在废气流通方向下游侧设置的SCR催化剂的还原率。就上述DPF13而言，吸附废气中的PM，当吸附到规定量时，通过电子控制燃烧喷射 阀进行后喷射(即主喷射之后的副喷射)，使废气温度处于高温状态，从而可以通过燃烧除 去吸附于DPF13的PM。也可以将在下述水电解装置24中得到的氧供给到DPF13附近的废 气流通方向上游侧。 上述SCR催化剂具有下述第一还原催化剂(氢选择还原催化剂)和第二还原催化 剂(氨选择还原催化剂)，所述第一还原催化剂使还原剂氢和废气中的氮氧化物反应从而 还原除去该氮氧化物，所述第二还原催化剂使还原剂氨和废气中的氮氧化物反应从而还原 除去该氮氧化物。另外，作为第一还原催化剂，可以列举出沸石系催化剂。该催化剂的反应 温度为100°C以上。作为第二还原催化剂，可以列举出沸石系催化剂、钒-二氧化钛等钒氧 化物。该催化剂的反应温度为250°c以上。 作为上述第二氧化催化剂17，可以列举出与上述第一氧化催化剂11相同的催化 剂等。通过在该位置上设置第二氧化催化剂17，可以将在废气流通方向上游侧的反应中没 有被利用的剩余氨(未反应的氨)进行氧化，并将其转化为氮气和水，从而防止氨排放到大 气中。另外，该氧化催化剂可以氧化废气中的烃和一氧化碳使其转化为二氧化碳和水，从而防止烃和一氧化碳排放到大气中。与上述消声器18相邻设置有回收废气中水分(水蒸气)的水回收装置、即水回收 装置23。具体来说，水回收装置23是回收在消声器18内部结露而成的水的装置。水贮存 装置即水箱等水贮存装置(图中未示出)与水回收装置23相邻设置，该水贮存装置贮存 水回收装置23中回收的水、由外部供给的水、以及来自车辆空调(空调机)的排出水(排 水)。通过图中未示出的水输送管(水输送装置)，将水回收装置23回收的水加入到水贮 存装置中。通过水回收装置控制用信号线B，通过后处理控制部件41B来控制水回收装置23。需要说明的是，在这样的水 回收装置23内也可以设置过滤器等从而从水中除去废气中的杂质。通过第一水供给管(第一水供给装置)25，将上述水贮存装置与水电解装置24连 接，同时通过图中未示出的第二水供给管(第二水供给装置)连接上述水贮存装米乐M6官方网页版在线登录置和微反 应器19。另外，汽车安装了贮存发动机10的冷却水的冷却水箱(图中未示出)、和储存雨 水的雨水储存箱(图中未示出)等，上述冷却水箱和雨水储存箱经由向这些箱加水的配管 与微反应器19和水电解装置24相连接。水电解装置24电解水产生氢和氧。这样一来，可 以将上述水贮存装置中积存的水供给到水电解装置24和微反应器19中，同时可以有效地 利用水作为水电解装置24和微反应器19的原料。另外，通过微反应器19可以确实地制造 氢，从而能够提高其通用性。通过水电解装置控制用信号线B，通过后处理控制部件41B控制水电解装置24。在水电解装置24附近设置有吸留氧的沸石系催化剂等氧吸附剂(氧吸留装 置)27，经由连接管26连接水电解装置24和氧吸附剂(氧吸留装置)27。通过设置氧吸附 剂27，可以贮存水电解装置24产生的剩余氧和根据需要脱附剩余氧，从而可以有效地利用 上述氧。通过氧吸附剂控制用信号线B，通过后处理控制部件41B控制氧吸附剂27。通过氢输送管30连接水电解装置24 和吸附剂21，从而将在水电解装置24中产生的氢输送到吸附剂21中。这样一来，水电解装 置24和上述微反应器19的第二反应部构成向发动机10废气中添加作为还原剂的氢的氢 添加装置，另外，微反应器19的第二反应部和水电解装置24分别构成生产氢的第1和第2 氢制造装置。由于具有上述这样利用水制造氢的水电解装置24，因此除了燃料之外还可以 利用水来产生氢，从而可以提高通用性。设置有氧和水的供给管28，其将水回收装置23和 氧吸附剂27以及第二连接配管14连接起来，根据需要，可以通过氧和水的供给管28向NOx 净化装置15的废气流通方向上游侧供给氧和水。另外，设置有连接氧吸附剂27和集合排 气管3以及第三连接配管16的氧供给管29，根据需要，可以通过氧供给管29向第一氧化催 化剂11和第二氧化催化剂17供给由水电解装置24产生的氧(处于活性期的氧)。由于在 水电解装置24中产生的氧为上述处于活性期的氧，因此其可以促进通过第一、第二氧化催 化剂11、17对废气进行的氧化。在上述集合排气管3、第二连接配管14、第三连接配管16以及消声器18上分别设 置有用作废气测定装置的传感器31、32、33、34，这些传感器可以持续测定废气的温度及其 成分(Ν0χ、02、Η2、ΝΗ3)。作为各传感器31、32、33、34，可以列举出分子激光吸收型高速响应 性气体成分浓度传感器等使用激光的传感器。通过使用这样的传感器，可以实时测定废气 的温度和废气中的气体成分。

　　分别通过信号线和ECU41的 后处理控制部件41B，并将通过各传感器31、32、33、34测定的数据传输到后处理控制部件 41B。另外，通过燃烧控制用信号线的(运转)状态(发动机的转速、 扭矩和相对于吸入空气的燃料量等)的传感器(图中未示出)、上述电子控制燃料喷射阀等 以及ECU41的燃烧控制部件41A连接。利用该传感器测定的发动机10的状态被输送给燃 烧控制部件41A，另一方面通过燃烧控制部件41A控制该电子控制燃料喷射阀等。通过部件 之间的控制线B，从而可以实现燃烧控制部 件41A和后处理控制部件41B之间的数据的发送和接收。按照后述的控制流程，通过燃烧 控制部件41A可以控制EGR阀4的开关，通过上述电子控制燃料喷射阀可以对后喷射进行 控制。另外，通过后处理控制部件41B对微反应器19进行控制(选择还原剂的种类和确定 其浓度)，对水回收装置23进行控制、对水电解装置24进行控制，以及对氧吸附剂27进行 控制等。需要说明的是，在发动机10中设置有分别测定内燃机的筒内压力、所述内燃机的 筒内燃烧气体的温度的传感器(图中未示出)，将通过这些传感器得到的测定数据传输给 ECU41。这里，利用图2对上述E⑶41的控制流程进行具体地说明。首先，在步骤Sl中，将测定内燃机状态得到的数据(上述发动机的转速、扭矩、相 对于吸入空气量的燃料量和冷却水的温度等)输入到E⑶41的燃烧制御部件41A中。接下来，进入步骤S2，基于与得到的内燃机状态数据相关的、预先制作的废气温度 分布图和废气中一氧化氮浓度分布图，推算出废气的温度、废气中氧浓度Cffi和一氧化氮浓 度‘。例如，如图3所示，ECU41估算出废气的温度T、废气中的氧浓度Cffi和一氧化氮浓度 Cno,当处于低转速和低扭矩的情况下，废气温度较低，且废气含有低浓度的一氧化氮，当处 于高转速和高扭矩的情况下，废气温度较高，且废气含有高浓度的一氧化氮等。另外，ECU41 在高负荷区域和高速旋转时，在减速和加速过程中，当难以通过分布图预测下一个瞬间废 气中氮氧化物的浓度时，可以根据下述基于上述内燃机状态和变化量的预测式来预测废气 中的氮氧化物浓度D·。NOx 的预测方程Dnox = f(n，Pl，-,Px, Tl,…，Τχ，...，Δη，...，ΔΧ)η:内燃机当前的转速Px 发动机特定部分的压力(例如筒内压力)Tx 发动机特定部分的温度(例如筒内燃烧气体的温度)Δη:当前转速的变化量Δ X 当前发动机特定部分的变化量(还包括加速踏板的踩进量，发动机负荷(斜 坡，滑动)等)接下来，进入步骤S3，确定所需的还原剂的种类和其浓度。具体来说，在步骤S3-1 中，判断废气的温度是处于低于规定值Tl的低温度区域(低温区域)，还是处于规定值Tl 以上的高温度区域(高温区域)。所述规定值Tl不依赖于废气中的氧浓度，可以列举出能 够利用氢作为还原剂的温度区域的上限温度，例如250°C。在该步骤S3-1中，在上述步骤 S2中估算的废气温度如果低于250°C (处于低温区域)，则进入步骤S4-1，在除此之外的情 况下，即所述废气温度在250°C以上(高温区域)时，进入步骤S3-2。在步骤S3-2中，判断废气中的氧浓度Cffi是低于规定浓度Cl还是废气中的氧浓度Cre在规定浓度Cl以上。作为所述规定浓度Cl，可以列举出在添加氢作为还原剂的情况下， 使该氢和废气中的氧之间不易发生反应的上限浓度，即1 %。在该步骤S3-2中，如果通过上 述步骤S2推算的废气中氧浓度低于所述规定浓度Cl，则进入步骤S4-2，在除此之外的情况 下，即所述废气中的氧浓度在规定浓度Cl以上时，进入步骤S4-3。接下来，在步骤S4-1、S4_2中，选择氢作为还原剂，并且设定其添加量。然而，在步 骤S4-2中，由于依据废气中的氧浓度来设定氢的添加量，因此有时会出现与在步骤S4-1中 设定的氢的添加量相比，添加量变得更少的情况。另外，在步骤S4-3中，选择氨作为还原剂 并设定其添加量。因此，根据上述的废气净化系统50还可以实现下述效果由于在高温区域废气中 添加的氢与该废气中的氧反应，因此无法利用氢作为还原剂，然而根据本系统，即使废气的 温度处于规定值以上的高温区域时，由于通过电子控制燃料喷射阀进行的后喷射、以及通 过EGR阀4和EGR管5使部分废气循环到吸气通路2从而控制使得发动机10排出的废气 中的氧浓度低于规定值，并由此抑制微反应器19的氢和废气中的氧之间的反应，通过SCR 催化剂，可以使微反应器19的氢和废气中的氮氧化物反应从而可以还原除去该氮氧化物。 这样一来，在高温区域，可以使用氢作为还原剂，通过还原催化剂还原除去废气中的氮氧化 物。该系统具备ECU41，其控制微反应器19，用以在废气温度在规定值以上时向废气 中添加氨，因此当废气温度在规定值以上时，在SCR催化剂的存在下来自微反应器19的氨 和废气中的氮氧化物发生反应从而可以还原除去该氮氧化物。这样一来，在全部的温度区 域中均可以还原除去废气中的氮氧化物从而净化所述废气。由于通过电子控制燃料喷射阀进行的后喷射、以及通过EGR阀4和EGR管5降低 废气中的氧浓度，因此可以确实地降低废气中的氧浓度。另外，所述系统具有ECU41，当废气温度和该废气中的氧浓度中的至少之一小于 规定值时，所述ECU41控制微反应器19向废气中添加氢，当废气温度和废气中氧浓度两者 均在规定值以上时，所述ECU41控制微反应器19向废气中添加氨，因此可以根据条件选择 使用氢和氨作为还原剂，并且通过SCR催化剂可以还原除去废气中的氮氧化物，除此之外， 与通常根据废气温度选择还原剂的情况相比，即使处于废气温度在规定值以上的高温区域 时，在该废气中的氧浓度低于规定值的情况下也可以利用氢作为还原剂。因此，在高温区 域，可以使用氢作为还原剂通过SCR催化剂还原除去废气中的氮氧化物。当废气温度和废 气中的氧浓度两者均处于规定值以上时，在SCR催化剂存在下，来自微反应器19的氨和废 气中的氮氧化物发生反应从而可以还原除去该氮氧化物，这样一来，在全部的温度区域内 可以还原除去废气中的氮氧化物从而净化所述废气。微反应器19在制造氢、氨的时候，由燃料20来制造，由于燃料20是发动机10本来 就使用的，因此不需要提供其他供给氢、氨原料的供给源，从而可以抑制设备成本的增加。 另外，可以在废气净化系统内进行氢或氨的生产。由此，提高了通用性。通过具有水电解装置24，当发电量为汽车中所装载的电池的容量以上时，可以利 用剩余的电来产生氢，从而可以抑制为了使水电解装置24运转而通过其他途径提供能量 所导致的能量消耗以及运行成本的增加。由于上述水为水回收装置23所回收的水以及从外部供给的水中的至少一种水，

　　17因此水的供给源为多个，从而可以抑制所述水导致的通用性的降低。由于所述系统具有传感器31、32、33、34，由来自各传感器米乐M6官方网页版在线登录31、32、33、34信息的数 据图、发动机10的状态和上述预测方程中的至少之一计算出废气的温度和成分，控制微反 应器19来调节还原剂的添加量，这样一来，可以测定发动机10的状态，或者由基于测定出 的发动机10的状态制作的数据图、发动机10的状态和预测方程中的至少之一推测当前发 动机10的状态，从而可以根据发动机10的状态进行适当地控制，并且可以采用瞬时测量。通过具有设置在SCR催化剂的废气流通方向下游侧的氧化催化剂17，可以利用氧 化催化剂17对通过SCR催化剂的氨进行氧化，从而可以更确实地防止通过该SCR催化剂的 氨排放到大气中。数据图与发动机10的转速、扭矩和相对于吸入空气的燃料量各数据相关，是预先 制成的废气温度分布和废气中氮氧化物浓度分布的图谱，因此通过该数据图可以更准确地 预测发动机10的状态。因此可以更确实地净化废气。预测方程是基于下述数据计算上述废气中氮氧化物浓度的数学式，所述数据有 发动机10的转速，发动机10的筒内压力，发动机10筒内燃烧气体的温度，上述内燃机转速 的变化量和上述内燃机指定部位的变化量，因此即使在数据图无法进行预测的情况下，根 据上述预测方程也可以准确地预测发动机10的状态。从而可以更为确实地实现废气的净 化。由于还原剂可以利用汽车中使用的燃料来制造，因此可以抑制通过其他途径提供 还原剂给系统的运转造成的复杂化，而且，还可以抑制由于设置仅贮存还原剂的设备而造 成的系统的大型化和成本的增加。由于汽车具备车辆空调、冷却水箱、消声器18、以及雨水储存箱中的至少一种装 置，因此可以将所述车辆空调的排水、在所述消声器内部结露的水、所述冷却水箱内的冷却 水、以及所述雨水储存箱内的水用于所述还原剂的制造，因此，不需要另外设置其他途径来 提供作为所述还原剂原料的水，从而可以抑制由于通过其他途径供给水所导致的系统运转 的复杂化。另外，按照上述的废气净化系统50，还可以实现下述效果。S卩，由于该系统具有使发动机10的废气中的氮氧化物与还原剂相接触而还原除 去该氮氧化物的SCR催化剂；对废气中的气体成分进行氧化的氧化催化剂11、17 ；电解水来 制造氢和氧的水电解装置24 ；将水电解装置24中制造的氢供给到SCR催化剂的废气流通 方向上游侧的氢加料管30 ；以及将水电解装置24中制造的氧供给到上述废气中的氧和水 的供给管28以及氧供给管29，因此根据该系统，在水电解装置24中制造的氧是处于活性期 的氧，可以将该处于活性期的氧供给到到废气中，通过该处于活性期的氧促进该废气中的 气体成分的氧化反应，对该废气中的烃和一氧化碳进行氧化，从而可以提高废气的净化能 力。可以有效地利用通过水电解装置24得到的氧。另外，使水电解装置24制造的氢和废 气中的氮氧化物与SCR催化剂接触，从而可以还原除去该氮氧化物。将在水电解装置24中产生的氧供给到氧化催化剂11、17的废气流通方向上游侧， 因此如上所述，在该水电解装置24中产生的氧为处于活性期的氧，该处于活性期的氧可以 促进在氧化催化剂11、17存在下废气中烃和一氧化碳的氧化，并且如果上述废气中含有剩 余氨时该处于活性期的氧还可以促进对剩余氨的氧化，从而可以更进一步地净化废气。这样一来，可以减少用于氧化废气中的气体成分所必须的氧化催化剂11、17的量，可以实现 系统的小型化，并可以谋求降低成本。由于所述系统具有设置在SCR催化剂的废气流通方向上游侧且用于测定废气中 的氮氧化物浓度的传感器31、32 ；设置在SCR催化剂的废气流通方向下游侧且用于测定废 气中的氮氧化物和还原剂的浓度的传感器33、34，因此可以基于废气中的气体成分来确定 向该废气中添加的还原剂的种类和其添加量，从而可以更为有效地净化废气。需要说明的是，在上述内容中，虽然使用废气净化系统50来进行说明，所述废气 净化系统50可以进行下述控制仅根据与内燃机数据相关的、预先制成的废气温度分布图 和废气中一氧化氮的浓度分布图来推测废气温度、废气中的氧浓度Qe和一氧化氮浓度Cto 从而选定还原剂的种类，确定其浓度，但是，除了上述废气净化系统50以外，也可以利用反 映废气温度和其气体成分数据的数据图来进行控制，上述数据是由传感器31、32、33、34测 定并且输送到ECU41的数据，也可以利用输送到ECU41的废气温度和其气体成分的数据，通 过反馈控制进行直接微调节。利用如上所述进行控制的废气净化系统，可以实现与上述废 气净化系统50同样的作用效果，除此之外，可以更为准确地选定还原剂并确定其浓度，并 且可以提高其脱硝性能。另外，可以根据发动机10的状态进行控制，并可以采用瞬时测量。虽然对用于净化具有EGR阀4和EGR管5以及电子控制燃料喷射阀的发动机10 的废气的废气净化系统50进行了说明，但该系统也可以用于净化仅具有上述EGR阀和EGR 管或者仅具有上述电子控制燃料喷射阀的内燃机的废气，也可以实现与上述废气净化系统 50同样的作用效果。虽然使用具有微反应器19和水电解装置24作为氢添加装置的废气净化系统50 进行了说明，但也可以是仅具有上述微反应器和水电解装置中任意之一作为氢添加装置的 废气净化系统，即使利用这样的废气净化系统，也可以实现与上述废气净化系统50同样的 作用效果。该系统具备如下传感器设置于SCR催化剂在废气流通方向上的上游侧且构成 测定废气中氮氧化物和氧浓度的第一气体成分浓度测定装置的传感器31、32，以及设置于 SCR催化剂在废气流通方向上的下游侧且构成测定废气中氮氧化物、氨和氢浓度的第二气 体成分浓度测定装置的传感器33、34，由此，根据废气中的气体成分，可以确定向该废气中 添加的还原剂的种类和其添加量。具体来说，通过测定NOx的浓度，可以确定所需的还原剂 的添加量。通过测定氧的浓度，可以判断是氢还是氨作为还原剂较为有效。通过测定SCR 催化剂在废气流通方向上的下游侧的氨(泄露氨)浓度，可以确定还原剂的添加量。另外， 通过测定SCR催化剂在废气流通方向上的下游侧的氢浓度，可以确定还原剂的添加量。由 此，可以控制添加的还原剂的种类和其添加量，从而可以更为有效地净化废气。可以在氧气氛下利用高电压在两片电极间进行低温放电从而制造臭氧，并将该臭 氧输送到第一、第二氧化催化剂11、17和DPF13中的至少第一、第二氧化催化剂11、17的废 气流通方向上游侧。臭氧本身具有较高活性，因此在第一、第二氧化催化剂11、17的存在 下，利用上述臭氧可以促进废气中烃、一氧化碳和剩余氨的氧化，从而可以更有效地净化废 气。另外，上述臭氧可以在低温下燃烧除去DPF13所捕集的粒子状物质，从而可以更进一步 地净化废气。这样一来，可以减少用于氧化废气中的气体成分所必须的第一、第二氧化催化 剂11、17的量，从而可以实现系统的小型化和降低成本的目的。

　　[第二实施方式]利用下面的图5，对使用本发明涉及的废气净化系统和废气净化方法净化处理汽 车排出废气的第二实施方式进行具体地说明。图5为废气净化系统的概略结构图。就本发明第二实施方式涉及的废气净化系统而言，该系统将上述本发明第一实施 方式涉及的废气净化系统所具有的DPF和SCR催化剂的位置进行互换，并增加了将水电解 装置得到的氧输送到DPF附近的废气流通方向上游侧的供给管，除此之外，该系统具有与 第一实施方式涉及的系统相同的结构。在本发明第二实施方式涉及的废气净化系统中，采用相同的符号描述与上述本发 明第一实施方式涉及的废气净化系统相同的装置，并省略对其的说明。本发明第二实施方式涉及的废气净化系统60如图5所示，在发动机10的废气排 气路径上，按照从废气流通方向上的上游侧到下游侧方向的顺序设置有集合排气管3、第一 氧化催化剂11、Ν0χ净化装置15、DPF13和第二氧化催化剂17。其中，在第一氧化催化剂11 和NOx净化装置15，NOx净化装置15和DPF13，DPF13和第二氧化催化剂17之间分别通过 第一、第二、第三连接配管62、63、64连接。另外，设置有连接氧吸附剂27、第二连接配管63以及第三连接配管64的氧供给管 (第二氧供给装置)61，根据需要，可以通过氧供给管61向DPF13和第二氧化催化剂17供 给水电解装置24得到的氧(处于活性期的氧)。因此，采用上述废气净化系统60，除了可以实现与上述第一实施方式涉及的废气 净化系统50同样的作用效果以外，由于将处于活性期的氧供给到DPF13附近的废气流通方 向上游侧，因此可以在比以往的除去温度600°C低的300°C的低温下燃烧除去被DPF13捕集 的PM。即，即使不利用电子控制燃料喷射阀进行后喷射(副喷射)向废气中供给燃料来提 高废气的温度，该系统也可以燃烧除去被DPF13捕集的PM。另外，通过将上述处于活性期的 氧供给到第二氧化催化剂17的废气流通方向上游侧，可以将废气中含有的烃和一氧化氮 氧化为二氧化氮，同时可以将剩余的氨氧化成氮气，从而可以在燃烧DPF13中的PM的同时 净化废气。由于该系统具有DPF13和向DPF13的废气流通方向上游侧供给氧的第一氧供给装 置61，并且在水电解装置24中得到的氧为处于活性期的氧，因此利用该处于活性期的氧， 可以在低温下燃烧除去DPF13捕集的PM，从而可以更进一步地净化废气。需要说明的是，也可以在氧气氛下利用高电压在两片电极之间进行低温放电从而 制造臭氧，并将该臭氧输送到DPF13。由于臭氧本身具有较高活性，在低温下，上述臭氧可以 燃烧除去DPF13捕集的PM，从而可以更进一步地净化废气。虽然使用了在SCR催化剂的废气流通方向上游侧设置有第一氧化催化剂11的废 气净化系统60进行说明，但如图6所示，也可以采用废气净化系统70，该系统70没有在SCR 催化剂的废气流通方向上游侧设置第一氧化催化剂，而是通过第四连接配管71将NOx净化 装置15连接到集合排气管3的端部。即使利用这样的废气净化系统70，也可以实现与上述 废气净化系统60同样的作用效果。另外，通过将在水电解装置24中产生的氧供给到NOx净 化装置15的废气流通方向上游侧，其可以促进将废气中含有的一氧化氮氧化为二氧化氮， 从而可以省略在NOx净化装置15之前设置氧化催化剂，可以降低设备成本。

　　[第三实施方式]利用图7对使用本发明涉及的废气净化系统和废气净化方法净化处理汽车排出 废气的第三实施方式进行说明。图7为本发明涉及的废气净化系统的第三实施方式的概略结构图。就本发明第三实施方式涉及的废气净化系统而言，该系统将上述本发明第一实施 方式涉及的废气净化系统所具有的DPF和第二氧化催化剂的位置互换，并增加了将在水电 解装置中得到的氢输送到NOx净化装置的废气流通方向上游侧的氢输送管，另一方面，该 系统还去掉了微反应器，除此之外，该系统与上述第一实施方式涉及的废气净化系统具有 相同的结构。在本发明第三实施方式涉及的废气净化系统中，利用相同的符号描述与上述本发 明第一实施方式涉及的废气净化系统相同的装置，并省略对其的说明。本发明第三实施方式涉及的废气净化系统80如图7所示，在发动机10的废气排 气路径上，按照从废气流通方向上的上游侧到下游侧方向的顺序设置有集合排气管3、第 四连接配管71、NOx净化装置15、第二连接配管63、第二氧化催化剂17、第三连接配管64、 DPF13和消声器18。通过氢连接管81，将水电解装置24产生的氢输送到贮存氢的氢贮存装 置82。氢贮存装置82与将氢输送到NOx净化装置15的废气流通方向上的氢输送管83相 连接。这样一来，水电解装置24利用水产生的氢，通过氢连接管81被输送到氢贮存装置 82并进行贮存。根据需要，通过氢输送管83，将贮存于氢贮存装置82中的氢输送到NOx净 化装置15的废气流通方向上游侧。另一方面，水电解装置24利用水产生的氧，通过氧输 送管26被输送到氧吸附剂27并进行贮存。根据需要，通过氧输送管61，将贮存于氧吸附 剂27中的氧输送到第二氧化催化剂17和DPF13的废气流通方向上游侧。由此，在NOx净 化装置15中，在该装置内设置的SCR催化剂的存在下，使上述氢和废气中的氮氧化物接触 从而还原除去该氮氧化物。另外，通过向第二氧化催化剂17和DPF13的废气流通方向上游 侧供给水电解装置24产生的氧，并且水电解装置24制造的氧为处于活性期的氧，该处于活 性期的氧促进在第二氧化催化剂17上进行的废气中的烃和一氧化碳的氧化，当上述废气 中含有剩余的氨时，该氧还可以促进对于剩余氨的氧化，从而可以更进一步地净化废气。另 外，利用上述处于活性期的氧，可以在低温下燃烧除去DPF13所捕集的微粒子，从而可以更 进一步地净化废气。[第四实施方式]使用附图，对使用本发明涉及的废气净化系统和废气净化方法净化处理汽车排出 的废气的第四实施方式进行说明。图8为废气净化系统的概略结构图。就本发明的第四实施方式涉及的废气净化系统而言，该系统将上述本发明第三实 施方式涉及的废气净化系统所具有的NOx净化装置安装在消声器内，除此之外，该系统具 有与第三实施方式涉及的废气净化系统同样的结构。在本发明第四实施方式涉及的废气净化系统中，利用相同的符号描述与上述本发 明第三实施方式涉及的废气净化系统相同的装置，并省略对其的说明。本发明第四实施方式涉及的废气净化系统90如图8所示，在发动机10废气的排

　　21气路径上，按照从废气流通方向上的上游侧到下游侧方向的顺序设置有集合排气管3、第四 连接配管71、第二连接配管63、第二氧化催化剂17、第三连接配管64、DPF13和消声器98。其中，在消声器98内设置有NOx净化装置。如上所述，在该NOx净化装置中具有 SCR催化剂，在该SCR催化剂的存在下还原剂氢和废气中的氮氧化物相接触从而还原除去 该氮氧化物。通过氢连接管81，将由水电解装置24产生的氢输送到贮存氢的氢贮存装置 82。氢贮存装置82与将氢输送到消声器98的氢加料管91相连接。上述消声器98具有多个腔，其不但可以将废气温度降低到例如200°C左右同时降 低废气的压力，而且可以降低噪音。这样一来，根据废气净化系统90，由于NOx净化装置设置在消声器98内，因此如上 所述消声器98本身可以降低废气温度，从而可以抑制处于低温的废气中含有的氧和作为 还原剂的氢之间的氧化反应。可以使废气中的氮氧化物和作为还原剂的氢在SCR催化剂上 接触从而持续地还原除去该氮氧化物。结果，不再需要以往在废气温度较高时使用的还原 剂氨，也不再需要氨制造装置和用于处理通过了上述SCR催化剂氨的装置，从而可以实现 系统的小型化，同时可以降低系统的成本。另外，由于废气流过安装有SCR催化剂的位置处 的流速较慢，因此废气中氮氧化物和上述SCR催化剂之间的接触时间变长从而提高了氮氧 化物的还原反应率。由此，可以减少设置于上述位置的SCR催化剂的量，从而可以实现系统 小型化并且降低成本。

　　需要说明的是，在上述内容中，虽然使用在消声器98内设置有NOx净化装置(SCR 催化剂)的废气净化系统90进行了说明，但也可以采用下述废气净化系统，该系统在将废 气排放到大气的排气路径中废气温度为200°C以下的位置处设置有上述SCR催化剂，即使 利用这样的废气净化系统，也与上述废气净化系统90同样，可以抑制废气中含有的氧和作 为还原剂的氢之间的氧化反应，通常在还原催化剂上使废气中的氮氧化物和作为还原剂的 氢接触从而还原除去该氮氧化物。结果，不再需要以往在废气温度较高时使用的还原剂氨， 也不再需要氨制造装置和用于处理通过了上述还原催化剂氨的装置，从而可以实现系统的 小型化，同时可以降低系统的成本。[其他实施方式]就上述本发明涉及的废气净化系统和废气净化方法的第一 第四实施方式而言， 是通过用于汽车的废气净化系统50、60、70、80、90进行说明的，但也可以将上述废气净化 系统50、60、70、80、90用于具有固定型内燃机的设备中。即使使用如上这样的设备，也可以 实现与上述废气净化系统50、60、70、80、90同样的作用效果。

　　一种废气处理系统，其包括向内燃机的废气中添加作为还原剂的氢的氢添加装置；设置在上述氢添加装置的废气流通方向下游侧的第一还原催化剂，所述第一还原催化剂使来自上述氢添加装置的上述氢和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化物；调节上述废气中的氧浓度的氧浓度调节装置；测定上述内燃机状态的内燃机状态测定装置；控制上述氧浓度调节装置使得上述废气中的氧浓度低于指定值的氧浓度控制装置，其中所述废气中的氧浓度是通过下述方法中的至少一种方法计算得到的利用上述内燃机状态测定装置测定的上述内燃机的状态、基于上述内燃机的状态的数据图、以及基于上述内燃机的状态和变化量的预测方程；以及氢添加控制装置，当上述废气中的氧浓度低于指定值时，该氢添加控制装置控制上述氢添加装置使其向该废气中添加上述氢。

　　2.根据权利要求1所述的废气处理系统，其中，所述废气处理系统还包括向所述废气中添加作为还原剂的氨的氨添加装置；设置在上述氨添加装置的废气流通方向下游侧的第二还原催化剂，所述第二还原催化 剂使来自上述氨添加装置的上述氨和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化 物；以及氨添加控制装置，当废气温度为指定值以上时，该氨添加控制装置控制氨添加装置使 其向上述废气中添加上述氨，其中所述废气的温度是通过所述内燃机的状态、所述数据图 以及所述内燃机的状态和所述预测方程中的至少之一计算出的废气温度。

　　3.根据权利要求1或2所述的废气处理系统，其中，所述氧浓度控制装置为下述两种装 置中的至少一种能够控制所述内燃机的燃料的喷射时期和喷射期间的燃料喷射装置、以 及使上述废气的一部分循环而使其从上述内燃机的排气侧吸入到上述内燃机的吸气侧的 废气循环装置。

　　4.一种废气净化系统，其包括向内燃机的废气中添加作为还原剂的氢的氢添加装置；向上述废气中添加作为还原剂的氨的氨添加装置；设置在上述氢添加装置的废气流通方向下游侧的第一还原催化剂，所述第一还原催化 剂使来自上述氢添加装置的上述氢和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化 物；设置在上述氨添加装置的废气流通方向下游侧的第二还原催化剂，所述第二还原催化 剂使来自上述氨添加装置的上述氨和上述废气中的氮氧化物反应，从而还原除去该氮氧化 物；测定上述内燃机的状态的内燃机状态测定装置；以及还原剂添加控制装置，在上述废气温度和该废气中的氧浓度中的至少之一低于指定值 时，该还原剂添加控制装置控制上述氢添加装置使其向该废气中添加氢，当上述废气的温 度和上述废气中的氧浓度两者均在指定值以上时，该还原剂添加控制装置控制上述氨添加 装置使其向该废气中添加氨，其中所述废气温度和所述废气中的氧浓度是通过由上述内燃机状态测定装置测定得到的上述内燃机的状态、基于上述内燃机的状态的数据图、以及基 于上述内燃机的状态和变化量的预测方程中的至少之一求得的。

　　5.根据权利要求2 4中任一项所述的废气处理系统，其中，所述氨添加装置利用所述 内燃机的燃料来制造所述氨。

　　6.根据权利要求5所述的废气处理系统，其中，所述氨添加装置具有第一微反应器，该 第一微反应器具有由所述内燃机的燃料生成氨的催化剂。

　　7.根据权利要求6所述的废气净化系统，该系统还包括与所述第一微反应器相邻设置 的用于吸留氨的氨吸留装置，该氨吸留装置吸留该第一微反应器中产生的氨。

　　8.根据权利要求6或7所述的废气净化系统，其中，将所述第一微反应器设置在排出所 述废气的排出气体通路上，使得第一微反应器与所述内燃机热连接。

　　9.根据权利要求1 8中任一项所述的废气处理系统，其中，所述氢添加装置具有由所 述内燃机的燃料制造所述氢的第一氢制造装置。

　　10.根据权利要求9所述的废气处理系统，其中，所述第一氢制造装置具有第二微反应 器，该第二微反应器具有由内燃机的燃料生成氢的催化剂。

　　11.根据权利要求10所述的废气净化系统，该系统还包括与所述第二微反应器相邻设 置的用于吸留氢的氢吸留装置，该氢吸留装置吸留在该第二微反应器中产生的氢。

　　12.根据权利要求10或11所述的废气净化系统，其中，所述第二微反应器设置在所述 废气的排出气体通路上，使得第二微反应器与内燃机热连接。

　　13.根据权利要求1 12中任一项所述的废气处理系统，其中，所述氢添加装置具有由 水制造氢的第二氢制造装置。

　　14.根据权利要求13所述的废气净化系统，其中，所述水是由回收所述废气中的水分 的水回收装置所回收的水以及由外部供给的水中的至少一种水。

　　15.根据权利要求13或14所述的废气处理系统，其中，所述第二氢制造装置安装有对 所述水进行电解来制造所述氢的水电解装置。

　　16.根据权利要求15所述的废气净化系统，该系统还包括积存所述水的水贮存装置；以及将上述水贮存装置中积存的水供给到所述水电解装置的水供给装置。

　　17.根据权利要求1 16中任一项所述的废气净化系统，该系统还包括捕集所述废气 中含有的粒子状物质的粒子状物质捕集装置。

　　18.根据权利要求17所述的废气净化系统，该系统还包括分别设置在上述还原催化 剂的废气流通方向下游侧、上述微反应器的附近、上述粒子状物质捕集装置的废气流通方 向下游侧、以及上述排出气体通路的出口附近并测定所述废气的温度和成分的废气测定装 置，其中，所述还原剂添加装置通过来自上述废气测定装置的信息、基于来自该废气测定装置的 信息的上述数据图、以及所述内燃机的状态和所述预测方程中的至少之一求得的上述废气 的温度和成分，并对所述还原剂添加装置实施控制从而调节所述还原剂的添加量。

　　19.根据权利要求1 18中任一项所述的废气净化系统，该系统还包括设置在所述还 原催化剂的废气流通方向上游侧以及下游侧中的至少下游侧的氧化催化剂。

　　20.根据权利要求1 19中任一项所述的废气净化系统，其中，所述数据图为根据所述3内燃机的转速、扭矩、以及相对于吸入空气的燃料量的各数据预先作成的所述废气的温度 分布和废气中的氮氧化物的浓度分布的图。

　　21.根据权利要求1 20中任一项所述的废气净化系统，其中，所述预测方程为基于下 述参数来计算所述废气中的氮氧化物浓度的数学式，所述参数为内燃机的转速、所述内燃 机的筒内压力、所述内燃机筒内燃烧气体的温度、所述内燃机的转速变化量、以及在所述内 燃机的特定位置的变化量。

　　22.根据权利要求1 21中任一项所述的废气净化系统，该系统安装在汽车中，并且所 述内燃机为该汽车的发动机。

　　23.根据权利要求13 16中任一项所述的废气净化系统，其中，所述汽车具有车辆空调、冷却水箱、消声器、雨水储存箱中的至少一种装置，所述水是来自上述车辆空调的排水、上述冷却水箱内的冷却水、在上述消声器内部结 露的水、以及上述雨水储存箱内的水中的至少一种水。

　　24.一种废气净化方法，其包括调节内燃机废气使得所述废气中的氧浓度低于指定 值；向所述废气中添加作为还原剂的氢；以及使所述废气与还原催化剂相接触而还原除去 该废气中的氮氧化物。

　　25.一种废气净化方法，其包括在内燃机的废气温度和该废气中的氧浓度中的至少 之一小于指定值时，向所述废气中添加作为还原剂的氢；在所述废气温度和该废气中的氧 浓度两者均在指定值以上时，向所述废气中添加作为还原剂的氨；以及使所述废气与还原 催化剂相接触而还原除去该废气中的氮氧化物。

　　本发明提供一种废气净化系统，该系统可以在更宽的温度范围内，利用氢作为还原剂通过还原催化剂来还原除去废气中的氮氧化物。为此，该系统具备电子控制装置(41)，该装置控制EGR阀(4)和EGR管(5)而使得基于发动机(10)状态的数据图求出的废气中的氧浓度低于指定值，同时在当废气中的氧浓度低于指定值时，该电子控制装置控制微反应器(19)使得其向废气中添加氢。

　　发明者上野大司, 氏原裕子, 田浦昌纯, 胜木将利, 藤井秀治 申请人:三菱重工业株式会社