(57)【要約】【課題】活性温度域を拡張し得、幅広い温度範囲での排気浄化を行うことができ、ＮＯx低減率の向上を図り得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管の途中に、設定温度Ｔ未満の温度域でＮＯx低減可能なＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と、設定温度Ｔ以上の温度域でＮＯx低減可能な酸化触媒を担持した触媒化パティキュレートフィルタとを配設し、排ガスの温度が設定温度Ｔ未満の場合、ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒の入側の燃料添加装置から設定流量Ｑの燃料を断続的に添加してＨＣ選択還元型ＮＯx触媒に供給し、排ガスの温度が設定温度Ｔ以上の場合、燃料添加装置から設定流量Ｑ以上の流量Ｑ´の燃料を一時的にリッチスパイク添加して触媒化パティキュレートフィルタに到達させるよう構成する。【選択図】図２
2014141923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンから排ガスが排出される排気管の途中に配設され且つ設定温度未満の温度域でＮＯx低減可能なＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と、
該ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒の下流側に配設され且つ前記設定温度以上の温度域でＮＯx低減可能な酸化触媒を一体的に担持した触媒化パティキュレートフィルタと、
該触媒化パティキュレートフィルタの下流側に配設される後段酸化触媒と、
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒の入側で排ガスに対して燃料を添加供給する燃料添加装置と、
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と触媒化パティキュレートフィルタとの間の温度を計測する温度計と、
該温度計で計測された温度が設定温度未満の場合、前記燃料添加装置へ設定流量の燃料を断続的に添加して前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒に供給するための制御信号を出力し、前記温度計で計測された温度が設定温度以上の場合、前記燃料添加装置へ前記設定流量以上の流量の燃料を一時的にリッチスパイク添加して前記触媒化パティキュレートフィルタに到達させるための制御信号を出力する制御器と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記設定温度を３００℃とした請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒を活性金属が白金族元素である触媒とし、前記触媒化パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒を活性金属が銅である触媒とした請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒を活性金属が白金族元素である触媒とし、前記触媒化パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒を活性金属が銀である触媒とした請求項２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】
従来、ディーゼルエンジンにおいては、排ガスが導かれる排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯx（窒素酸化物）を還元剤としてのＨＣ（炭化水素）と反応させ得るよう反応選択性を高めたＨＣ選択還元型ＮＯx触媒（HC-SCR：Hydro Carbon-Selective Catalytic Reduction）を配設し、該ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒の排気上流側に必要量の燃料を添加することにより、該燃料から分解生成されるＨＣを前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒上で排気中のＮＯxと還元反応させ、これによりＮＯxの排出量の低減を図るようにしたものがある。
【０００３】
図６は従来の排気浄化装置の一例を示すもので、１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へ送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へ吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図６では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、又、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へ送り出されるようになっている。
【０００４】
そして、前記排気管１１の途中に、上流側から順次、白金族元素系でＮＯの酸化機能を有するＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２と、酸化触媒を一体的に担持した触媒化パティキュレートフィルタ１３と、後段酸化触媒１４とが配設されていると共に、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２の入側には、排ガス９に対して燃料を添加供給するための燃料添加装置１５が装備されている。
【０００５】
前記燃料添加装置１５は、燃料が貯留される燃料タンク１６と、該燃料タンク１６に貯留された燃料を圧送する燃料加圧ポンプ１７と、該燃料加圧ポンプ１７で圧送される燃料を前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２の入側に噴霧する燃料添加ノズル１８とを備え、前記燃料タンク１６に貯留された燃料を燃料加圧ポンプ１７により燃料添加ノズル１８へ圧送し、該燃料添加ノズル１８から前記排気管１１を流れる排ガス９に対して燃料を噴霧し、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２において、前記燃料から分解生成されるＨＣと排ガス９中のＮＯxとを反応させて、該ＮＯxの排出量の低減を図るようになっている。
【０００６】
又、前記排ガス９中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、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、該パティキュレートは、前記酸化触媒を一体的に担持した触媒化パティキュレートフィルタ１３で捕集され、前記排ガス９中に含まれるＨＣ、ＣＯ等は、前記後段酸化触媒１４で酸化除去されるようになっている。
【０００７】
尚、前述の如き排気浄化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１９５５６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、前述の如く、白金族元素系のＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２を用いた排気浄化装置では、活性温度域がおよそ１５０〜３００℃と狭く、幅広い温度範囲での排気浄化ができず、特に３００℃以上の高温度域でＮＯx低減率を高めることが困難になるという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、活性温度域を拡張し得、幅広い温度範囲での排気浄化を行うことができ、ＮＯx低減率の向上を図り得る排気浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排ガスが排出される排気管の途中に配設され且つ設定温度未満の温度域でＮＯx低減可能なＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と、
該ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒の下流側に配設され且つ前記設定温度以上の温度域でＮＯx低減可能な酸化触媒を一体的に担持した触媒化パティキュレートフィルタと、
該触媒化パティキュレートフィルタの下流側に配設される後段酸化触媒と、
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒の入側で排ガスに対して燃料を添加供給する燃料添加装置と、
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と触媒化パティキュレートフィルタとの間の温度を計測する温度計と、
該温度計で計測された温度が設定温度未満の場合、前記燃料添加装置へ設定流量の燃料を断続的に添加して前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒に供給するための制御信号を出力し、前記温度計で計測された温度が設定温度以上の場合、前記燃料添加装置へ前記設定流量以上の流量の燃料を一時的にリッチスパイク添加して前記触媒化パティキュレートフィルタに到達させるための制御信号を出力する制御器と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
【００１２】
前記排気浄化装置においては、前記設定温度を３００℃とすることが好ましい。
【００１３】
この場合、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒を活性金属が白金族元素である触媒とし、前記触媒化パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒を活性金属が銅である触媒とすることができる。
【００１４】
又、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒を活性金属が白金族元素である触媒とし、前記触媒化パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒を活性金属が銀である触媒とすることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排気浄化装置によれば、活性温度域を拡張し得、幅広い温度範囲での排気浄化を行うことができ、ＮＯx低減率の向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の排気浄化装置の実施例を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明の排気浄化装置の実施例における温度に基づく燃料添加のパターンと空燃比との対応関係を横軸に時間を取って示す線図であって、（ａ）は温度が設定温度Ｔ（３００℃）未満の場合の線図、（ｂ）は温度が設定温度Ｔ（３００℃）以上の場合の線図である。
【図３】（ａ）はＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と、活性金属を銅とした酸化触媒とがそれぞれ本来持っている性能を示す線図、（ｂ）は本発明の排気浄化装置の実施例（触媒化パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒を活性金属が銅である触媒とした場合）における触媒温度とＮＯx低減率との関係を示す線図である。
【図４】（ａ）はＨＣ選択還元型ＮＯx触媒と、活性金属を銀とした酸化触媒とがそれぞれ本来持っている性能を示す線図、（ｂ）は本発明の排気浄化装置の実施例（触媒化パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒を活性金属が銀である触媒とした場合）における触媒温度とＮＯx低減率との関係を示す線図である。
【図５】本発明の排気浄化装置の他の実施例を示す全体概要構成図である。
【図６】従来の排気浄化装置の一例を示す全体概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１〜図４は本発明の排気浄化装置の実施例であって、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図６に示す従来のものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図１〜図４に示す如く、ディーゼルエンジン１から排ガス９が排出される排気管１１の途中に配設されるＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２を設定温度Ｔ（３００℃）未満の温度域でＮＯx低減可能な触媒とすると共に、該ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２の下流側に配設される触媒化パティキュレートフィルタ１３に担持される触媒を前記設定温度Ｔ（３００℃）以上の温度域でＮＯx低減可能な酸化触媒とし、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２と触媒化パティキュレートフィルタ１３との間に温度計１９を設け、該温度計１９で計測された温度１９ａが設定温度Ｔ（３００℃）未満の場合、制御器２０から燃料添加装置１５へ設定流量Ｑの燃料を断続的に添加（図２（ａ）参照）して前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２に供給するための制御信号２０ａを出力し、前記温度計１９で計測された温度１９ａが設定温度Ｔ（３００℃）以上の場合、前記制御器２０から燃料添加装置１５へ前記設定流量Ｑ以上の流量Ｑ´の燃料を一時的にリッチスパイク添加（図２（ｂ）参照）して前記触媒化パティキュレートフィルタ１３に到達させるための制御信号２０ａを出力するよう構成した点にある。
【００１９】
本実施例の場合、前記燃料添加装置１５の燃料加圧ポンプ１７の吐出側に制御弁２１を設け、該制御弁２１を前記制御器２０から出力される制御信号２０ａによって開度調整することにより、燃料の断続的な添加、或いは一時的なリッチスパイク添加を行うようにしてある。
【００２０】
前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２としては、例えば、活性金属が白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）等の白金族元素で担体がゼオライト又はアルミナである触媒とすることができ、又、前記触媒化パティキュレートフィルタ１３に担持される酸化触媒としては、例えば、活性金属が銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の遷移金属である触媒とすることができる。尚、後段酸化触媒１４としては、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２と同様に、活性金属が白金族元素で担体がゼオライト又はアルミナである触媒とすることができる。
【００２１】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００２２】
ディーゼルエンジン１の運転中、温度計１９によってＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２と触媒化パティキュレートフィルタ１３との間の温度１９ａが計測され、該温度計１９で計測された温度１９ａが設定温度Ｔ（３００℃）未満の場合、制御器２０から燃料添加装置１５の制御弁２１へ出力される制御信号２０ａにより、該制御弁２１の開度調整が行われ、図２（ａ）に示す如く、設定流量Ｑの燃料が断続的に添加されて前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２に供給される。このように、前記設定流量Ｑの燃料が断続的に添加されて前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２に供給されると、該ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２において、前記燃料から分解生成されるＨＣと排ガス９中のＮＯxとが反応して、該ＮＯxの排出量が低減される。
【００２３】
一方、前記ディーゼルエンジン１の運転中、前記温度計１９で計測された温度１９ａが設定温度Ｔ（３００℃）以上の場合、前記制御器２０から燃料添加装置１５の制御弁２１へ出力される制御信号２０ａにより、該制御弁２１の開度調整が行われ、図２（ｂ）に示す如く、前記設定流量Ｑ以上の流量Ｑ´の燃料が一時的にリッチスパイク添加される。このように、前記設定流量Ｑ以上の流量Ｑ´の燃料が一時的にリッチスパイク添加されると、該燃料が前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２を通過する形で前記触媒化パティキュレートフィルタ１３まで確実に到達し、該触媒化パティキュレートフィルタ１３において、前記燃料から分解生成されるＨＣと排ガス９中のＮＯxとが反応して、該ＮＯxの排出量が低減される。
【００２４】
ここで、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２と、前記触媒化パティキュレートフィルタ１３に担持される活性金属を銅とした場合の酸化触媒とがそれぞれ本来持っている性能は、図３（ａ）に示されるようなものであるが、本実施例のように、温度に応じて燃料の断続的な添加と一時的なリッチスパイク添加とを切り換える制御を行うと、図３（ｂ）に示す如く、活性温度域が広がる形となる。
【００２５】
又、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２と、前記触媒化パティキュレートフィルタ１３に担持される活性金属を銀とした場合の酸化触媒とがそれぞれ本来持っている性能は、図４（ａ）に示されるようなものであるが、本実施例のように、温度に応じて燃料の断続的な添加と一時的なリッチスパイク添加とを切り換える制御を行うと、図４（ｂ）に示す如く、活性温度域が広がる形となる。
【００２６】
この結果、従来の排気浄化装置に比べ、活性温度域が広がり、幅広い温度範囲での排気浄化ができ、およそ１５０〜３００℃の低・中温度域だけでなく、３００℃以上の高温度域でもＮＯx低減率を高めることが可能となる。
【００２７】
こうして、活性温度域を拡張し得、幅広い温度範囲での排気浄化を行うことができ、ＮＯx低減率の向上を図り得る。
【００２８】
図５は本発明の排気浄化装置の他の実施例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、触媒化パティキュレートフィルタ１３と後段酸化触媒１４との間に、燃料添加装置１５´と、白金族元素系でＮＯの酸化機能を有するＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２´と、白金族元素系のＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２´´とを追加装備したものである。
【００２９】
前記燃料添加装置１５´は、燃料添加装置１５と同様、燃料が貯留される燃料タンク１６´と、該燃料タンク１６´に貯留された燃料を圧送する燃料加圧ポンプ１７´と、該燃料加圧ポンプ１７´で圧送される燃料を前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２´の入側に噴霧する燃料添加ノズル１８´と、燃料加圧ポンプ１７´の吐出側に設けられ且つ制御器２０から出力される制御信号２０ａ´によって開度調整される制御弁２１´とを備え、前記燃料タンク１６´に貯留された燃料を燃料加圧ポンプ１７´により制御弁２１´の開度調整を行いつつ燃料添加ノズル１８´へ圧送し、該燃料添加ノズル１８´から前記触媒化パティキュレートフィルタ１３を通過した排ガス９に対して燃料を噴霧し、前記ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２´及びＨＣ選択還元型ＮＯx触媒１２´´において、前記燃料から分解生成されるＨＣと排ガス９中のＮＯxとを反応させて、該ＮＯxの排出量の更に低減を図り、前記排ガス９中に含まれるＨＣ、ＣＯ等は、前記後段酸化触媒１４で酸化除去するようになっている。
【００３０】
図５に示すような構成とすると、ＮＯxの排出量の更なる低減を図ることが可能となる。
【００３１】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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】
【００３２】
１      ディーゼルエンジン
９      排ガス
１１      排気管
１２      ＨＣ選択還元型ＮＯx触媒
１３      触媒化パティキュレートフィルタ
１４      後段酸化触媒
１５      燃料添加装置
１９      温度計
１９ａ    温度
２０      制御器
２０ａ    制御信号
２１      制御弁
Ｑ      設定流量
Ｑ´    流量
Ｔ      設定温度 
【図１】
2014141923.tif 000003
【図２】
2014141923.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014141923.tif 000007
【図６】
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