(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中の酸素濃度が高い時に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い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ＮＯｘ吸蔵還元触媒を装備し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対し還元剤を適宜に添加し且つ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒を適宜に迂回させて排気ガスを流し得るように構成した排気浄化装置の運転方法であって、通常はディーゼルエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒に流し、これにより排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵させてＮＯｘの低減化を図る一方、定期的に排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回させて流しながら該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤を添加し、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを積極的に分解放出させて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図り、更には、定期的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に排気ガスを流しつつ還元剤を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒を所定温度以上に昇温させ且つその直後にＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回させて排気ガスを流しながらＮＯｘ吸蔵還元触媒に再び還元剤を添加して脱硫処理を施すことを特徴とする排気浄化装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに用いる排気浄化装置の運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中にＮＯｘ還元触媒を装備し、該ＮＯｘ還元触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤をＮＯｘ還元触媒上で排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）と還元反応させることによりＮＯｘの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、理論空燃比より大きな空燃比で希薄燃焼（リーンバーン）を行わせることにより大幅な燃費の向上を図り得ることが広く知られているが、このような希薄燃焼運転を行うことを想定したディーゼルエンジンに関してもＮＯｘの排出濃度を低減することは重要な課題となっている。
【０００４】
しかしながら、一般的に、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下では、ＮＯｘ還元触媒上において、還元剤がＮＯｘと反応するよりも先に酸素と反応してしまうので、希薄燃焼運転時における実用化レベルの高いＮＯｘ低減効果を得ることが難しかった。
【０００５】
そこで、希薄燃焼運転時においてもＮＯｘを低減し得る触媒として、排気ガス中の酸素濃度が高い希薄燃焼運転時に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い理論空燃比運転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吸蔵還元触媒の実用化が現在検討されている。
【０００６】
例えば、この種のＮＯｘ吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、イリジウム・白金・バリウム・アルミナ触媒などが前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
【０００７】
ただし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図るのに際し、いちいち運転状態を希薄燃焼運転から理論空燃比運転に切り替えていたのでは、せっかくの希薄燃焼運転による燃費向上のメリットが損なわれてしまうため、希薄燃焼運転としたままでＮＯｘ吸蔵還元触媒の良好な再生を図り得るようにすることが望まれているが、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下では、排気ガス中の酸素濃度が高いために、前述したＮＯｘ還元触媒の場合と同様に、ＨＣなどの還元剤がＮＯｘと反応するよりも先に酸素と反応して消費されてしまい、これにより還元剤とＮＯｘの反応選択性が低下してＮＯｘ吸蔵還元触媒の良好な再生を図ることができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、排気管の途中にＮＯｘ吸蔵還元触媒を装備した上、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回するようにバイパス流路を付設し、このバイパス流路側に排気ガスを切り替えて流しながら還元剤の添加を行い、該還元剤の添加量に対する相対的な空気過剰率を下げて還元剤とＮＯｘの反応選択性を向上し、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを積極的に分解放出させて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の良好な再生を図り、その放出したＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒上で前記還元剤と反応させて還元浄化させることを創案するに到り、これを特願平１１−３２８３３９号として既に出願している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃料中の硫黄分に由来するＳＯ２が存在するため、このＳＯ２がＮＯｘ吸蔵還元触媒上でＮＯｘと同様に酸化して硫酸塩となってしまうという不具合があり、この硫酸塩が硝酸塩と比べて安定であることからＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫酸塩により被毒劣化し、これによりＮＯｘの吸蔵が不可能となってＮＯｘ浄化率が低下するという問題に関しては未だ具体的な実用レベルの解決策が提案されていないのが実情である。
【００１０】
ただし、硫酸塩による被毒を解消する手法自体は、理論空燃比より小さな空燃比でリッチ燃焼を行わせ且つ約６００℃以上の高温雰囲気に保つことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯ２を放出させてＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図ることが知られているが、これをディーゼルエンジン側の運転制御で実現することは、黒煙の発生が不可避となってしまう運転領域でディーゼルエンジンを運転することを意味しているので、このような黒煙の発生を回避しつつディーゼルエンジン側の運転制御でＮＯｘ吸蔵還元触媒の脱硫処理の条件を整えることは現実的に難しいことであった。
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒をディーゼルエンジン側の運転制御を行わずに解消し得るようにすることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中の酸素濃度が高い時に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い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ＮＯｘ吸蔵還元触媒を装備し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対し還元剤を適宜に添加し且つ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒を適宜に迂回させて排気ガスを流し得るように構成した排気浄化装置の運転方法であって、通常はディーゼルエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒に流し、これにより排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵させてＮＯｘの低減化を図る一方、定期的に排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回させて流しながら該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤を添加し、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを積極的に分解放出させてＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図り、更には、定期的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に排気ガスを流しつつ還元剤を添加してＮＯｘ吸蔵還元触媒を所定温度以上に昇温させ且つその直後にＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回させて排気ガスを流しながら該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再び還元剤を添加して脱硫処理を施すことを特徴とするものである。
【００１３】
而して、ディーゼルエンジンの酸素濃度の高い排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒に流すと、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に硝酸塩の状態で吸蔵され、これによりディーゼルエンジンの運転時における良好なＮＯｘの低減化が図られることになる。
【００１４】
また、定期的にＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回させて排気ガスを流しながらＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤を添加すると、該還元剤の添加量に対する相対的な空気過剰率が低下して還元剤とＮＯｘの反応選択性が向上し、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを積極的に分解放出させて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の良好な再生を図り、その放出したＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒上で前記還元剤と反応させて良好に還元浄化させることが可能となる。
【００１５】
更には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に排気ガスを流しつつ還元剤を添加すると、排気ガスが流通している酸素濃度の高い高温雰囲気下での還元剤の酸化反応による発熱でＮＯｘ吸蔵還元触媒が所定温度以上に昇温し、その直後にＮＯｘ吸蔵還元触媒を迂回させて排気ガスを流しながら該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再び還元剤を添加すると、該還元剤の添加量に対する相対的な空気過剰率が低下して理論空燃比より小さな空燃比のリッチ雰囲気が実現されるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯ２を放出せるための条件がディーゼルエンジン側の運転制御を行わずに整うことになり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が効率良く脱硫処理されて硫酸塩による被毒が解消されることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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、図中１はディーゼルエンジンを示し、ここに図示しているディーゼルエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタクーラ６へと送られて冷却され、該インタクーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００１８】
また、このディーゼルエンジン１の各シリンダには、図示しない燃料タンクからの液体燃料（軽油）がディーゼルエンジン１の各シリンダ内に噴射されて燃焼されるようにしてあり、ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１９】
そして、排気ガス７が流通する排気管９の途中には、排気ガス７中の酸素濃度が高い時に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７中の酸素濃度が低い時に後述する還元剤１０（軽油）の介在によりＮＯｘを分解放出して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒１１が装備されており、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１を迂回するように排気管９にバイパス流路１２が付設されている。
【００２０】
ここで、排気管９に対するバイパス流路１２の分岐箇所には、排気管９を流れる排気ガス７を適宜にバイパス流路１２側に切り替えて流し得るよう流路切換弁１３，１４が夫々設けられている。
【００２１】
また、排気管９におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の入側には、噴射ノズル１５が配設されており、該噴射ノズル１５と所定場所の還元剤タンク１６（燃料タンクと兼用することも可）との間が還元剤供給管１７により接続されていると共に、前記噴射ノズル１５と所定場所のエアタンク１８との間が空気導入管１９により接続されており、前記還元剤供給管１７の途中の送給ポンプ２０を駆動して還元剤タンク１６内の還元剤１０を噴射ノズル１５に導くことにより該噴射ノズル１５からＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の入側に向け還元剤１０を噴霧し得るようにしてある。また、還元剤１０の量が少ないと霧化しづらい為、霧化させるためのアシストとして、前記空気導入管１９の途中の開閉弁２１を開けて少量の加圧空気を噴射ノズル１５に導くことも可能な構造となっている。
【００２２】
尚、図中２２は排気管９の下流側に備えたマフラを示す。
【００２３】
而して、ディーゼルエンジン１の運転時に、流路切換弁１３を開け且つ流路切換弁１４を閉じて酸素濃度の高い排気ガス７をＮＯｘ吸蔵還元触媒１１に流すと、排気ガス７中のＮＯｘが硝酸塩の状態で吸蔵され、これによりディーゼルエンジン１の希薄燃焼運転時における良好なＮＯｘの低減化が図られることになる。
【００２４】
そして、このようなＮＯｘの吸蔵を約３０秒〜３分程度続けた後に、流路切換弁１４を開け且つ流路切換弁１３を閉じて排気ガス７をバイパス流路１２側へ迂回させて流し、送給ポンプ２０の駆動により還元剤タンク１６から還元剤１０を導き、必要に応じ開閉弁２１を開けて少量の加圧空気を霧化のアシストとしてエアタンク１８から導く等して噴射ノズル１５からＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の入側に還元剤１０を噴霧する。
【００２５】
このようにすれば、還元剤１０の添加量に対する相対的な空気過剰率が低下して還元剤１０とＮＯｘの反応選択性が向上し、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒１１からＮＯｘが積極的に分解放出されて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の良好な再生が図られ、その放出したＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒１１上で前記還元剤１０と反応して還元浄化されることになる。
【００２６】
更に、約１０〜３０時間（高負荷運転で約１０〜１５時間、中負荷運転で約２０〜３０時間）に一回程度の割合で定期的に以下に詳述する如きＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の脱硫処理を施すようにする。
【００２７】
即ち、流路切換弁１３を開け且つ流路切換弁１４を閉じて排気ガス７をＮＯｘ吸蔵還元触媒１１に流しつつ還元剤１０を前述と同様にしてＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の入側に噴霧して添加し、これにより排気ガス７が流通している酸素濃度の高い高温雰囲気下での還元剤１０の酸化反応による発熱でＮＯｘ吸蔵還元触媒１１を約６５０〜７００℃に昇温させ、その直後に流路切換弁１４を開け且つ流路切換弁１３を閉じて排気ガス７をバイパス流路１２側へ迂回させて流しながらＮＯｘ吸蔵還元触媒１１に再び還元剤１０を添加する。
【００２８】
このようにすれば、還元剤１０の添加量に対する相対的な空気過剰率が低下して理論空燃比より小さな空燃比のリッチ雰囲気が実現されることになるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１からＳＯ２を放出させるための条件がディーゼルエンジン１側の運転制御を行わずに整うことになり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１が効率良く脱硫処理されて硫酸塩による被毒が解消されることになる。
【００２９】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１の脱硫処理に関しては、図２に示す如く、前述した如き還元剤１０の二段添加による脱硫処理を１サイクルとして約１５分間程度に亘り数サイクル繰り返すモードを予め設定しておき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１における大半の硫酸塩をＳＯ２として放出させて被毒劣化を十分に回復させるようにすることが好ましい。
【００３０】
従って、本形態例によれば、ディーゼルエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒をディーゼルエンジン側の運転制御を行わずに解消することができるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を使用した排気浄化装置のディーゼルエンジンへの適用を実現することができる。
【００３１】
図３は本発明を実施する形態の別の例を示すもので、この形態例においては、前述した図１におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒１１を並列に対で設け、該各ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１，１１の夫々に対して適宜に排気ガス７を振り替えて流し得るよう排気管９を二つの分岐流路９Ａ，９Ｂに分岐させて前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１，１１に接続し且つその下流側で再び合流させてマフラ２２に導くように構成してあり、前記各分岐流路９Ａ，９Ｂの分岐箇所には、排気管９を流れる排気ガス７を各分岐流路９Ａ，９Ｂに対し交互に切り替えて流し得るよう流路切換弁１３，１４が夫々設けられている。
【００３２】
また、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１，１１の双方の入側には、図１の場合と同様に、噴射ノズル１５が配設されており、該各噴射ノズル１５，１５の何れに対しても、還元剤タンク１６内の還元剤１０を送給ポンプ２０，２０の駆動により還元剤供給管１７，１７を介して導き且つ必要に応じてエアタンク１８の加圧空気を開閉弁２１，２１の開放により空気導入管１９，１９を介し少量導いて各ＮＯｘ吸蔵還元触媒１１，１１の入側に還元剤１０を選択的に噴霧し得るようにしてある。
【００３３】
而して、このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１１を並列に対で設けた場合には、流路切換弁１３を開け且つ流路切換弁１４を閉じて排気ガス７を分岐流路９Ａに流し、該分岐流路９ＡのＮＯｘ吸蔵還元触媒１１により排気ガス７中のＮＯｘを硝酸塩の状態で吸蔵させている間に、排気ガス７の流量が制限されている分岐流路９Ｂ側のＮＯｘ吸蔵還元触媒１１を再生したり、脱硫処理を施したりするといった具合に、常にＮＯｘ吸蔵還元触媒１１，１１のうちの何れか一方を使用可能な状態として連続的にＮＯｘの低減化を図ることができるわけであるが、斯かる構成の排気浄化装置の場合にも、本発明の運転方法を同様に適用できることは当然である。
【００３４】
尚、本発明の排気浄化装置の運転方法は、上述の形態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。
【００３５】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置の運転方法によれば、ディーゼルエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒をディーゼルエンジン側の運転制御を行わずに解消することができるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を使用した排気浄化装置のディーゼルエンジンへの適用を実現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】
【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】脱硫処理のモードのタイムスケジュールを示す図である。
【図３】本発明を実施する形態の別の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１    ディーゼルエンジン
７    排気ガス
９    排気管
１０    還元剤
１１    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
【図１】
0003545691.tif 000002
【図２】
0003545691.tif 000003
【図３】
0003545691.tif 000004