(57)【要約】【課題】排気温度の高い運転状態が連続しても、ＮＯx吸蔵還元触媒等のＮＯx低減触媒の過昇温を抑制して高いＮＯx浄化性能を維持し得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管４の途中にＮＯx吸蔵還元触媒５（ＮＯx低減触媒）を備えた排気浄化装置に関し、排気ガス３を冷媒との熱交換により冷却可能な冷却器１４と、該冷却器１４を経由するように排気管４の途中から排気ガス３を迂回させてＮＯx吸蔵還元触媒５へ導くバイパス流路１３と、ＮＯx吸蔵還元触媒５の入口で排気温度を検出する温度センサ２０と、該温度センサ２０による検出温度が所定値以上となった時に排気ガス３の流れをバイパス流路１３に切り換える流路切換手段１９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中にＮＯx低減触媒を備えた排気浄化装置であって、排気ガスを冷媒との熱交換により冷却可能な冷却器と、該冷却器を経由するように排気管の途中から排気ガスを迂回させてＮＯx低減触媒へ導くバイパス流路と、ＮＯx低減触媒の入口で排気温度を検出する温度センサと、該温度センサによる検出温度が所定値以上となった時に排気ガスの流れをバイパス流路に切り換える流路切換手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低下した時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒をＮＯx低減触媒としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒をＮＯx低減触媒としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気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から排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成し、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出される一方、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。
【０００４】
ただし、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、前述のように排気ガス中のパティキュレートを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるＮＯx（窒素酸化物）についても除去する必要があるので、パティキュレートフィルタとＮＯx吸蔵還元触媒とを併用してパティキュレートとＮＯxの同時低減化を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒とは、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃の炭化水素やＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたものであり、一般的には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属や、Ｂａ等のアルカリ土類金属をＮＯx吸蔵材としてＰｔ等の貴金属原料と共にシリカ等の多孔質材を担持せしめたものが知られている。
【０００６】
斯かるＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのＯ2濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要があり、例えば、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼルエンジンに適用する場合には、機関をリッチ空燃比で運転することが困難であるため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側の排気管内にインジェクタ等を介し燃料（炭化水素）を還元剤として直接添加するようにしている。
【０００７】
他方、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート（主として煤分）は、ＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵される際や吸蔵ＮＯxが還元される際に生ずる活性酸素により酸化浄化（燃焼除去）されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１７６６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この種のＮＯx吸蔵還元触媒においては、必要な触媒活性が得られる活性温度域があり、図４にグラフで示す通り、３００℃付近でＮＯxの吸蔵量がピークとなり、これより温度が高くなってもＮＯxの吸蔵量が低下していくばかりで高いＮＯx浄化性能が維持できなくなってしまうという問題があり、例えば、排気温度の高い高回転・高負荷の運転状態が連続して長時間続いたような場合に、高温の排気ガスに晒され続けることでＮＯx吸蔵還元触媒が暖まり過ぎて活性温度域を超えた過昇温の状態になると、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒活性が落ち込んで良好なＮＯx浄化性能が得られなくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度の高い運転状態が連続しても、ＮＯx吸蔵還元触媒等のＮＯx低減触媒の過昇温を抑制して高いＮＯx浄化性能を維持し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、排気管の途中にＮＯx低減触媒を備えた排気浄化装置であって、排気ガスを冷媒との熱交換により冷却可能な冷却器と、該冷却器を経由するように排気管の途中から排気ガスを迂回させてＮＯx低減触媒へ導くバイパス流路と、ＮＯx低減触媒の入口で排気温度を検出する温度センサと、該温度センサによる検出温度が所定値以上となった時に排気ガスの流れをバイパス流路に切り換える流路切換手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、排気温度の高い運転状態が連続したような場合に、ＮＯx低減触媒の入口の排気温度が上昇し、温度センサによる検出温度が所定値以上になると、排気ガスの流れが流路切換手段により排気管の途中からバイパス流路に切り換えられ、該バイパス流路途中の冷却器により排気ガスが冷却されてからＮＯx低減触媒に導かれることになるため、該ＮＯx低減触媒の過昇温が抑制されて触媒活性の落ち込みが回避され、該ＮＯx低減触媒の高いＮＯx浄化性能が維持される。
【００１３】
また、本発明においては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低下した時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒をＮＯx低減触媒としても良く、或いは、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒をＮＯx低減触媒としても良い。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、温度センサによりＮＯx低減触媒の入口の排気温度を監視し、その検出温度が所定値以上になった時に排気ガスの流れをバイパス流路に切り換えて冷却器により排気温度を下げ、これによりＮＯx吸蔵還元触媒の温度が活性温度域を超えて過昇温してしまうような事態を未然に回避することができるので、排気温度の高い運転状態が連続しても、ＮＯx吸蔵還元触媒等のＮＯx低減触媒の過昇温を抑制して高いＮＯx浄化性能を維持することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】従来例と本形態例との触媒入口ガス温度に関する相違を示すグラフである。
【図３】従来例と本形態例とのＮＯx浄化率に関する相違を示すグラフである。
【図４】ＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯx吸蔵量の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、排気空燃比がリーンの時に排気ガス３中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス３中の酸素濃度が低下した時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒５（ＮＯx低減触媒）が装備されている。
【００１８】
このＮＯx吸蔵還元触媒５の上流には、噴射ノズル６が設置され且つ該噴射ノズル６と所要場所に設けた燃料タンク８との間が燃料噴射弁７を備えた燃料供給ライン９により接続されており、該燃料供給ライン９の途中に装備した供給ポンプ１０の駆動により燃料タンク８内の軽油等の燃料１１（還元剤）を燃料噴射弁７を介しＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側に添加し得るようになっていて、これら燃料噴射弁７、燃料タンク８、燃料供給ライン９、供給ポンプ１０により燃料添加装置１２が構成されている。
【００１９】
また、前記排気管４には、その上流側から排気ガス３を迂回させて噴射ノズル６の直前まで導くバイパス流路１３が設けられており、該バイパス流路１３の途中には、排気ガス３を冷却水との熱交換により冷却可能な冷却器１４が装備されている。
【００２０】
ここで、前記冷却器１４には、排気側から吸気側へ再循環される排気ガス３を冷却するＥＧＲクーラ１５の如き多管式熱交換器の構造を採用して冷却水による水冷を図るようにしたり、図示しないラジエータやインタークーラ１６の如き放熱器の構造を採用して冷却水による空冷や走行風による空冷を図るようにすることが可能である。
【００２１】
更に、排気管４とバイパス流路１３とが分岐する箇所には、排気管４側の流路を開閉可能な開閉バルブ１７と、バイパス流路１３側の流路を開閉可能な開閉バルブ１８とが夫々設けられており、これら各開閉バルブ１７，１８により、排気管４を流れる排気ガス３の流れをバイパス流路１３側に切り換える流路切換手段１９が構成されている。
【００２２】
また、前記ＮＯx吸蔵還元触媒５の入口には、該入口で排気温度を検出する温度センサ２０が配設され、該温度センサ２０の検出信号２０ａが制御装置２１に向けて出力されるようになっており、該制御装置２１においては、前記温度センサ２０による検出温度が所定値（例えば約４７０℃程度）以上となった時に、前記各開閉バルブ１７，１８に向け開閉信号１７ａ，１８ａを出力し、一方の開閉バルブ１７を閉じ且つ他方の開閉バルブ１８を開いて排気ガス３の流れをバイパス流路１３側に切り換え得るようにしてある。
【００２３】
尚、ここに図示している例では、ＮＯx吸蔵還元触媒５の後段に、排気ガス３中からパティキュレートを捕集して除去するパティキュレートフィルタ２２が装備されていると共に、前記ＮＯx吸蔵還元触媒５の前段には、排気ガス３中のＮＯのＮＯ2への酸化反応を促す酸化触媒２３が装備されている。
【００２４】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、排気温度の高い運転状態が連続したような場合に、ＮＯx吸蔵還元触媒５の入口の排気温度が上昇し、温度センサ２０による検出温度が所定値以上になると、該温度センサ２０からの検出信号２０ａを受けた制御装置２１から各開閉バルブ１７，１８に向け開閉信号１７ａ，１８ａが出力され、一方の開閉バルブ１７が閉じられ且つ他方の開閉バルブ１８が開けられて排気ガス３の流れがバイパス流路１３側に切り換えられ、バイパス流路１３を流れる排気ガス３が、途中の冷却器１４により冷却されてからＮＯx吸蔵還元触媒５に導かれることになるため、ＮＯx吸蔵還元触媒５の過昇温が抑制されて触媒活性の落ち込みが回避され、該ＮＯx吸蔵還元触媒５の高いＮＯx浄化性能が維持される。
【００２５】
従って、上記形態例によれば、温度センサ２０によりＮＯx吸蔵還元触媒５の入口の排気温度を監視し、その検出温度が所定値以上になった時に排気ガス３の流れをバイパス流路１３に切り換えて冷却器１４により排気温度を下げ、これによりＮＯx吸蔵還元触媒５の温度が活性温度域を超えて過昇温してしまうような事態を未然に回避することができるので、排気温度の高い運転状態が連続しても、ＮＯx吸蔵還元触媒５の過昇温を抑制して高いＮＯx浄化性能を維持することができる。
【００２６】
事実、本発明者による検証実験によれば、図２にグラフで示す如く、バイパス流路１３及び冷却器１４を備えない従来例Ａと本形態例Ｂとを比較した場合に、従来例ＡでＮＯx吸蔵還元触媒５の触媒入口ガス温度が約４７０℃付近まで達してしまうような運転条件であっても、本形態例ＢではＮＯx吸蔵還元触媒５の触媒入口ガス温度を確実に４００℃にも達しない低い温度範囲に抑えることができ、しかも、図３にグラフで示す如く、ＮＯx浄化率を比較してみても、従来例Ａより本形態例Ｂの方がＮＯx吸蔵還元触媒５を活性の高い温度で使用できて良好なＮＯx浄化率を得ることができた。
【００２７】
また、以上に述べた本形態例においては、ＮＯx吸蔵還元触媒５をＮＯx低減触媒として採用した場合で例示しているが、これに換えて、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒をＮＯx低減触媒として採用しても良い。
【００２８】
即ち、この種の選択還元型触媒の場合にも、必要な触媒活性が得られる活性温度域があり、活性温度域を超えた過昇温の状態になると、選択還元型触媒の触媒活性が落ち込んで良好なＮＯx浄化性能が得られなくなるという同様の問題があるため、前述の図１の形態例と同じようにバイパス流路１３及び冷却器１４を備えて触媒入口ガス温度を管理するようにすれば、選択還元型触媒の過昇温を抑制して高いＮＯx浄化性能を維持することができる。
【００２９】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、活性温度域を超えた過昇温の状態になった際に良好なＮＯx浄化性能が得られなくなるという同様の問題を有するＮＯx低減触媒であれば、ＮＯx吸蔵還元触媒や選択還元型触媒以外のＮＯx低減触媒であっても良いこと、流路切換手段は必ずしも一対の開閉弁で構成されることに限定されず、例えば単一の三方弁により流路切換手段を構成するようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３０】
３  排気ガス
４  排気管
５  ＮＯx吸蔵還元触媒（ＮＯx低減触媒）
１３  バイパス流路
１４  冷却器
１７  開閉バルブ
１８  開閉バルブ
１９  流路切換手段
２０  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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