(57)【要約】【課題】ＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、流入する排気ガス温度が設定温度未満である時の吸蔵装置の吸蔵能力を許容値以上に回復する。【解決手段】ＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置１を具備し、吸蔵装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第一設定温度未満である時には、吸蔵装置の吸蔵能力を許容値以上に回復するために、吸蔵装置の直上流側へオゾン１０，１１を供給する。【選択図】図１
2010043613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置を具備し、前記吸蔵装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第一設定温度未満である時には、前記吸蔵装置の直上流側へオゾンを供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記吸蔵装置は、ＮＯXを吸蔵させるためのＮＯX吸蔵還元触媒装置であ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。
【請求項３】
前記吸蔵装置は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に配置されてＳＯXを吸蔵させるためのＳトラップ装置であ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。
【請求項４】
前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第二設定温度未満である時には、前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の直上流側へオゾンを供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の下流側には、パティキュレートフィルタが配置され、前記パティキュレートフィルタへ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第三設定温度未満である時には、前記パティキュレートフィルタの直上流側へオゾンを供給することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気系には、ＮＯX吸蔵還元触媒装置が配置されている。ＮＯX吸蔵還元触媒装置は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に吸蔵する。一方、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすれば、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させれば、吸蔵したＮＯXを放出し、こうして放出させたＮＯXを、排気ガス中の還元物質により還元浄化することができる。
【０００３】
このようなＮＯX吸蔵還元触媒装置は、ＮＯXと同様なメカニズムによって排気ガス中のＳＯXも吸蔵してしまう。ＳＯXは安定な硫酸塩として吸蔵されるために放出させ難く、吸蔵量は増加する一方であり、遂には、ＮＯXを十分に吸蔵することができなくなる。ＳＯXを放出させる回復処理は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を７００°Ｃのような高温としなければならず、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化は避けられない。
【０００４】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置にＳＯXを吸蔵させないようにして回復処理を不必要とすれば、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を防止することができ、そのためには、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側にＳトラップ装置を配置することが提案されている。
【０００５】
また、回復処理によってＮＯX吸蔵還元触媒から放出させたＳＯXの大気放出を抑制するために、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の下流側にＳトラップ装置を配置することも提案されており（例えば、特許文献１参照）、このような構成において、ＮＯX吸蔵還元触媒装置から放出させたＳＯXが排気ガス中の水素Ｈ2と反応して硫化水素Ｈ2Ｓとなり易いために、硫化水素を酸化させて再びＳＯXとしてＳトラップ装置へ流入させるように、回復処理時には、ＮＯX吸蔵還元触媒装置とＳトラップ装置との間に強酸化力を有するオゾンを供給することも提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８４
【特許文献２】特開２００１−７３７４４
【特許文献３】特開２００７−１５４７６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の技術において、オゾンは非常に不安定な物質であり、回復処理時のようにＮＯX吸蔵還元触媒装置から流出する高温の排気ガス中へ供給しても他物質と反応することなく直ぐに酸素となってしまうために、意図するように硫化水素Ｈ2ＳをＳＯXへ酸化することはできない。
【０００８】
ところで、ＮＯX吸蔵還元触媒装置及びＳトラップ装置のようにＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置は、流入する排気ガス温度がそれぞれの設定温度未満である時には、吸蔵能力がそれぞれの許容値を下回ってしまう。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、流入する排気ガス温度が設定温度未満である時の吸蔵装置の吸蔵能力を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置を具備し、前記吸蔵装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第一設定温度未満である時には、前記吸蔵装置の直上流側へオゾンを供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵装置は、ＮＯXを吸蔵させるためのＮＯX吸蔵還元触媒装置であることを特徴とする。
【００１２】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵装置は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に配置されてＳＯXを吸蔵させるためのＳトラップ装置であることを特徴とする。
【００１３】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第二設定温度未満である時には、前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の直上流側へオゾンを供給することを特徴とする。
【００１４】
本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の下流側には、パティキュレートフィルタが配置され、前記パティキュレートフィルタへ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第三設定温度未満である時には、前記パティキュレートフィルタの直上流側へオゾンを供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯX又はＳＯXを吸蔵させるための吸蔵装置を具備し、吸蔵装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第一設定温度未満である時には、吸蔵装置の直上流側へオゾンを供給するようになっている。吸蔵装置は、排気ガス中のＮＯ又はＳＯ2をＮＯ2又はＳＯ3に酸化させてから、さらにＮＯ3-又はＳＯ42-へ酸化させて吸蔵するものであり、吸蔵装置へ流入する排気ガス温度が第一設定温度未満である時には、このような吸蔵能力が許容値を下回ってしまう。しかしながら、本排気浄化装置では、吸蔵装置へ流入する排気ガス温度が第一設定温度未満である時には、高酸化力を有するオゾンが供給され、供給された殆どのオゾンは排気ガスが第一設定温度未満の比較的低温度であるために酸素に熱分解することなくオゾンのまま存在して排気ガス中又は吸蔵装置の触媒上においてＮＯ又はＳＯ2をＮＯ3-又はＳＯ42-へ良好に酸化させるために、ＮＯ又はＳＯ2は吸蔵装置へ良好に吸蔵され、吸蔵装置の吸蔵能力を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵装置は、ＮＯXを吸蔵させるためのＮＯX吸蔵還元触媒装置であり、ＮＯX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガス温度が第一設定温度未満である時にはオゾンが供給され、ＮＯX吸蔵能力を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵装置は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の上流側に配置されてＳＯXを吸蔵させるためのＳトラップ装置であり、Ｓトラップ装置へ流入する排気ガス温度が第一設定温度未満である時にはオゾンが供給され、ＳＯX吸蔵能力を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第二設定温度未満である時には、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の直上流側へオゾンを供給するようになっており、Ｓトラップ装置の下流側に配置されたＮＯX吸蔵還元触媒装置のＮＯX吸蔵能力を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の下流側には、パティキュレートフィルタが配置され、パティキュレートフィルタへ流入する排気ガスの推定又は測定温度が第三設定温度未満である時には、パティキュレートフィルタの直上流側へオゾンを供給するようになっており、こうして、パティキュレートフィルタには、供給された殆どのオゾンが酸素に熱分解することなくパティキュレートフィルタ内へそのまま供給され、捕集パティキュレートをオゾンの強酸化力により良好に酸化除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。内燃機関は、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼を実施するものである。１は最も上流側に位置するＮＯX吸蔵還元触媒装置であり、２はＮＯX吸蔵還元触媒装置１の下流側に位置するパティキュレートフィルタであり、３はパティキュレートフィルタ２の下流側に位置する酸化触媒装置である。
【００２１】
パティキュレートフィルタ２は、排気ガス中のパティキュレートを捕集して大気中への放出量を低減するものである。酸化触媒装置３は排気ガス中のＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化するためのものである。
【００２２】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2を貴金属触媒（例えば白金Ｐｔ）によりＮＯ3-まで酸化してＮＯX吸蔵成分（例えばカリウムＫ又はバリウムＢａ等）と反応させて硝酸塩として吸蔵する。
【００２３】
図３は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の温度に対するＮＯの吸蔵率を示すグラフである。ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の温度がＴ１（例えば１７０°Ｃ）以上である時には、吸蔵率は許容値（例えば９０％）以上となっているが、Ｔ１未満となると吸蔵率は許容値を下回る。これは、Ｔ１未満において貴金属触媒の酸化能力が低下し、ＮＯ2をＮＯ3-まで酸化させることはできても、ＮＯをＮＯ3-まで十分に酸化させることはできず、また、硝酸塩も生成され難くなるためである。
【００２４】
本実施形態は、例えば、高電圧を印加可能な放電管内に酸素又は空気を供給してオゾンＯ3を発生させるオゾン発生器１０を具備し、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が設定温度Ｔ１未満である時には、第一制御弁１１を開弁して、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の直上流側にオゾン発生器１０により発生させたオゾンＯ3又は空気中の酸素をオゾン化したオゾンＯ3を含むガスを供給するようにしている。オゾンＯ3は強酸化力を有しており、排気ガス中のＮＯをＮＯ2へ及び貴金属触媒上のＮＯ2をＮＯ3-へ良好に酸化させ、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１のＮＯX吸蔵能力を許容値以上に回復することができる。こうして貴金属触媒上のＮＯ2はＮＯ3-に酸化されてＮＯX吸蔵成分と反応して硝酸塩として吸蔵されるために、貴金属触媒は排気ガスのＮＯを吸着することができ、それによってもＮＯX吸蔵還元触媒装置１のＮＯX吸蔵能力は高められる。
【００２５】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１へ流入する排気ガス温度は、現在の機関運転状態(機関負荷及び機関回転数）に基づき推定可能であり、また、機関運転状態に対してマップ化しておくことも可能である。機関定常時であれば、この排気ガス温度は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の温度と等しくなる。オゾンＯ3は、不安定な物質であり、高温では他の物質に作用することなく容易に熱分解して酸素Ｏ2となってしまうが、本実施形態では、排気ガス温度が設定温度Ｔ１未満の時の低温時にオゾンＯ3を供給するために、供給されたオゾンＯ3の殆どをＮＯ及びＮＯ2の酸化に効果的に使用することができる。
【００２６】
本実施形態において、オゾン発生器１０は第二制御弁１２を介してパティキュレートフィルタ２の直上流側へもオゾンＯ3を供給可能となっている。それにより、パティキュレートフィルタ２へ流入する排気ガスの推定又は測定温度がもう一つの設定温度未満（例えば１５０°Ｃ）である時には、パティキュレートフィルタ２の直上流側へオゾンを供給するようにしても良い。こうして、パティキュレートフィルタ２には、供給された殆どのオゾンＯ3が熱分解されることなくそのまま供給され、捕集パティキュレートをオゾンＯ3の強酸化力により良好に酸化除去することができ、多量の捕集パティキュレートによってパティキュレートフィルタ２が過大な排気抵抗となることを防止することができる。
【００２７】
パティキュレートフィルタ２へオゾンＯ3を供給する時の排気ガス温度は、オゾンＯ3が熱分解され難い排気ガス温度であれば良く、前述の設定温度Ｔ１とは別のもう一つの設定温度としたが、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１へオゾンＯ3を供給するのと同時にパティキュレートフィルタ２へオゾンＯ3を供給するようにしても良い。この場合には、第一制御弁１１と第二制御弁１２とを一つにすることができる。
【００２８】
図２は本発明による内燃機関の排気浄化装置のもう一つの実施形態を示す概略図である。図１の実施形態との違いは、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の上流側にＳトラップ装置４が配置されており、オゾン発生器１０は、第三制御弁１３を介してＳトラップ装置４の直上流側へオゾンＯ3を供給可能となっていることである。
【００２９】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は、無制限にＮＯXを吸蔵することはできないために、機関運転状態毎の単位時間当たりのＮＯX発生量に基づき現在のＮＯX吸蔵量を推定し、これが飽和量に達する以前に、再生処理として、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１へ流入する排気ガスをリッチ空燃比とすることにより、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、吸蔵したＮＯXを放出させ、こうして放出させたＮＯXをリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質（ＨＣ及びＣＯ）により還元浄化することが必要である。
【００３０】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は、ＮＯXと同様なメカニズムによって排気ガス中のＳＯXも吸蔵してしまう。ＳＯXは安定な硫酸塩として吸蔵されるために放出させ難く、吸蔵量は増加する一方であり、遂には、ＮＯXを十分に吸蔵することができなくなる。ＳＯXを放出させる回復処理は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を７００°Ｃのような高温としなければならず、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を熱劣化させてしまう。
【００３１】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置にＳＯXを吸蔵させないようにして回復処理を不必要とすれば、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を防止することができ、Ｓトラップ装置４は、そのためにＮＯX吸蔵還元触媒装置１の上流側に配置されている。ＮＯX吸蔵還元触媒装置１はＮＯXを吸蔵する吸蔵装置であり、Ｓトラップ装置４もＳＯXを吸蔵する吸蔵装置である。
【００３２】
Ｓトラップ装置４は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１と同様な構成を有しており、内燃機関が寿命となる間に１００ｇ程度のＳＯXを吸蔵することが意図され、この間にＮＯX吸蔵還元触媒装置１が吸蔵するＳＯXは回復処理を必要としない約５ｇ以下としなければならない。排気ガス中のＳＯXは殆どＳＯ2として存在し、Ｓトラップ装置４のＳＯ2吸蔵率は低温時においてもほぼ１００％を維持しなければならない。Ｓトラップ装置４のＳＯ2吸蔵率は、図３に示すＮＯX吸蔵還元触媒装置１のＮＯ吸蔵率と同様に、Ｓトラップ装置４の温度がＴ２（約２００°Ｃ）以上となる時には許容値（例えば１００％）以上となるが、Ｔ２未満となると吸蔵率は許容値を下回る。これは、Ｔ２未満において貴金属触媒の酸化能力が低下して、ＳＯ2をＳＯ3あるいはＳＯ42-まで十分に酸化させることができず、硫酸塩も生成され難くなるためである。
【００３３】
本実施形態では、Ｓトラップ装置４へ流入する排気ガスの推定又は測定温度が設定温度Ｔ２未満である時には、第三制御弁１３を開弁して、Ｓトラップ装置４の直上流側にオゾン発生器１０により発生させたオゾンＯ3又は空気中の酸素をオゾン化したオゾンＯ3を含むガスを供給するようにしている。オゾンＯ3は強酸化力を有しており、排気ガス中のＳＯ2をＳＯ3へ及び貴金属触媒上のＳＯ3をＳＯ42-へ良好に酸化させ、Ｓトラップ装置４のＳＯX吸蔵能力を許容値以上に向上させることができる。
【００３４】
Ｓトラップ装置４へ流入する排気ガス温度は、現在の機関運転状態(機関負荷及び機関回転数）に基づき推定可能であり、また、機関運転状態に対してマップ化しておくことも可能である。機関定常時であれば、この排気ガス温度は、Ｓトラップ装置４の温度と等しくなる。オゾンＯ3は、不安定な物質であり、高温では他の物質に作用することなく容易に熱分解して酸素Ｏ2となってしまうが、本実施形態では、排気ガス温度が設定温度Ｔ２未満の時の低温時にオゾンＯ3を供給するために、供給されたオゾンＯ3の殆どをＳＯ2及びＳＯ3の酸化に効果的に使用することができる。
【００３５】
本実施形態においても、オゾン発生器１０は、第一制御弁１１を介してＮＯX吸蔵還元触媒装置１の直上流側へ及び第二制御弁１２を介してパティキュレートフィルタ２の直上流側へオゾンＯ3を供給可能となっている。それにより、前述同様に、それぞれに流入する排気ガス温度に基づき、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１及びパティキュレートフィルタ２へオゾンＯ3を供給するようにしても良いが、Ｓトラップ装置４へオゾンＯ3を供給するのと同時にＮＯX吸蔵還元触媒装置１及びパティキュレートフィルタ２へオゾンＯ3を供給するようにしても良い。この場合には、第一制御弁１１と第二制御弁１２と第三制御弁とを一つにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置の概略図である。
【図２】本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置の概略図である。
【図３】ＮＯX吸蔵還元触媒装置における温度とＮＯ吸蔵率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１    ＮＯX吸蔵還元触媒装置
２    パティキュレートフィルタ
４    Ｓトラップ装置
１０    オゾン発生器
【図１】
2010043613.tif 000003
【図２】
2010043613.tif 000004
【図３】
2010043613.tif 000005