(57)【要約】【課題】必要最小限の燃料の添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒を再生することが可能で且つ車両への搭載性も良好な排気浄化装置を提供する。【解決手段】ＮＯx吸蔵還元触媒４の半分ずつの領域に対し個別に排気ガス２を流し得るように導入流路１１を二分割し、その前段に一方の領域に選択的に排気ガス２を振り分ける排気切替手段１５を設け、これにより一方の領域に排気ガス２が振り分けられている際に他方の領域と選択的に連通する外部連通口１６を設け、その直前から排気ガス２の一部を抜き出して外部連通口１６に導くバイパス管１９を排気切替手段１５に沿わせて配置し、バイパス管１９の上流側に燃料を添加する燃料添加手段を接続し、その燃料添加位置より下流側のバイパス管１９の途中に排気ガス２中への放電によりプラズマを発生させて燃料をＨ2とＣＯに分解するプラズマ改質機２６を設ける。【選択図】図２
2006316654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備した排気浄化装置であって、ＮＯx吸蔵還元触媒の入側端面に連通する導入流路をＮＯx吸蔵還元触媒の半分ずつの領域に対し個別に排気ガスを流し得るように二分割し、前記導入流路の前段にＮＯx吸蔵還元触媒の半分ずつにした何れか一方の領域に選択的に排気ガスを振り分ける排気切替手段を設けると共に、該排気切替手段により一方の領域に排気ガスが振り分けられている際に他方の領域と選択的に連通する外部連通口を前記排気切替手段の直後に設け、該排気切替手段の直前から排気ガスの一部を抜き出して前記外部連通口に導くバイパス管を前記排気切替手段に沿わせて配置し、前記バイパス管の上流側にＮＯx吸蔵還元触媒への還元剤として燃料を添加する燃料添加手段を接続し、該燃料添加手段による燃料添加位置より下流側のバイパス管の途中に排気ガス中への放電によりプラズマを発生させて燃料をＨ2とＣＯに分解するプラズマ改質機を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気切替手段がバタフライ弁を用いて流路を切り替える形式を採用しており、このバタフライ弁の流路切り替え時における姿勢が、前記排気切替手段の入側に接続される排気管の中心線に対し２０〜４０゜の傾斜角を成すように構成されている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】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、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、排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣ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ＮＯx吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
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、白金・カリウム・アルミナ触媒等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。
【０００４】
そして、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る。
【０００５】
例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中のＯ2濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した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。
【０００６】
このため、エンジン側でも燃料噴射制御による低λ運転（λ：空気過剰率）を極力行いつつＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（ＨＣ）を添加し、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上でＯ2と反応させることで排気ガス中のＯ2濃度を低下させる必要があった。
【０００７】
ただし、このように燃料添加により排気ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図る方式では、エンジン側での低λ運転に加えて燃料添加を実施することにより燃料消費量が多く必要となって大幅な燃費悪化を招くという問題があり、特に排気ガスの流量が多く且つ流速が高い条件下では、ＮＯx吸蔵還元触媒周囲の雰囲気中におけるＯ2濃度を下げるのに多量の燃料添加が必要となる上、そのような多量の燃料添加を実施してもなお十分なＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図ることが困難となっているのが実情である。
【０００８】
この種のＮＯx吸蔵還元触媒の再生に必要な燃料添加の低減化を図り得るようにした先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等があり、この特許文献１では、一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に装備して交互に排気ガスの流量を絞り込むことで片方ずつＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図るようにしている。
【特許文献１】特開２００２−９７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１の如き一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に備えて交互に再生する形式では、排気浄化装置全体が大型化してしまうことが避けられず、その占有スペースが増加して車両への搭載性が著しく悪化す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、必要最小限の燃料の添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒を再生することが可能で且つ車両への搭載性も良好な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吸蔵還元触媒を装備した排気浄化装置であって、ＮＯx吸蔵還元触媒の入側端面に連通する導入流路をＮＯx吸蔵還元触媒の半分ずつの領域に対し個別に排気ガスを流し得るよう二分割し、前記導入流路の前段にＮＯx吸蔵還元触媒の半分ずつにした何れか一方の領域に選択的に排気ガスを振り分ける排気切替手段を設けると共に、該排気切替手段により一方の領域に排気ガスが振り分けられている際に他方の領域と選択的に連通する外部連通口を前記排気切替手段の直後に設け、該排気切替手段の直前から排気ガスの一部を抜き出して前記外部連通口に導くバイパス管を前記排気切替手段に沿わせて配置し、前記バイパス管の上流側にＮＯx吸蔵還元触媒への還元剤として燃料を添加する燃料添加手段を接続し、該燃料添加手段による燃料添加位置より下流側のバイパス管の途中に排気ガス中への放電によりプラズマを発生させて燃料をＨ2とＣＯに分解するプラズマ改質機を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
而して、エンジンからの排気ガスの流れを排気切替手段によりＮＯx吸蔵還元触媒の一方の領域に振り分けると共に、バイパス管によりプラズマ改質機を通して導いた排気ガスを外部連通口に導き、燃料添加手段により燃料を還元剤として添加しながらプラズマ改質機により放電を行うと、その添加燃料（ＨＣ）がプラズマによる部分酸化反応でＨ2とＣＯに分解されて外部連通口からＮＯx吸蔵還元触媒の他方の領域に導入されるので、この反応性の高いＨ2及びＣＯが従来のＨＣの燃焼温度より低い燃焼温度から排気ガス中のＯ2と反応（燃焼）し、ＮＯx吸蔵還元触媒の他方の領域におけるＯ2濃度がほぼ零となってＮＯxの分解放出が開始され、その放出されたＮＯxが反応性の高いＨ2及びＣＯにより従来のＨＣの燃焼温度より低い温度から効率良くＮ2に還元処理される。
【００１３】
この際、バイパス管により導かれる比較的少ない流量の排気ガスに対し従来より少ない燃料添加を行うだけでＮＯx吸蔵還元触媒の他方の領域のＯ2濃度が効果的に低下し、しかも、この領域に導入された排気ガスの流速も極度に遅くなっていて十分な反応時間が確保されることになるので、必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒の他方の領域が再生される。
【００１４】
そして、このようにＮＯx吸蔵還元触媒の一方の領域に排気ガスを振り分けてＮＯxの吸蔵を行わせている間にＮＯx吸蔵還元触媒の他方の領域を再生するようにすれば、常にＮＯx吸蔵還元触媒の半分の領域を使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図りながら、ＮＯx吸蔵還元触媒を半分ずつ交互に再生することが可能となる。
【００１５】
また、前述した通り、単一のＮＯx吸蔵還元触媒を半分ずつ再生するようにしているので、従来の如き一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に備えて交互に再生する形式と比較して排気浄化装置全体の大幅な小型化が図られる。
【００１６】
更に、プラズマ改質機を備えたバイパス管が、排気切替手段の前後を接続して該排気切替手段に沿うように配置されているので、添加燃料をプラズマ改質機によりＨ2とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒の再生効率を向上させる機構が極めてコンパクトに構成され、しかも、排気切替手段を流れる排気ガスの持つ熱がバイパス管のプラズマ改質機に伝わり易くなることにより電熱ヒータ等の付帯装備が不要となる。
【００１７】
更に、本発明においては、排気切替手段がバタフライ弁を用いて流路を切り替える形式を採用しており、このバタフライ弁の流路切り替え時における姿勢が、前記排気切替手段の入側に接続される排気管の中心線に対し２０〜４０゜の傾斜角を成すように構成されていることが好ましく、このようにすれば、排気切替手段での排気ガスの振り分けにより生じる流れ抵抗を極力小さく抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１９】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気切替手段により排気ガスをＮＯx吸蔵還元触媒の半分ずつの領域に交互に振り分け、その半分ずつにした一方の領域に排気ガスを流してＮＯxを吸蔵させている間に、他方の領域にバイパス管を通し僅かな排気ガスだけを迂回させて流しつつ添加燃料をプラズマ改質機で反応性の高いＨ2及びＣＯに分解して導入し、ＮＯx吸蔵還元触媒の他方の領域におけるＯ2濃度を効果的に低下し且つ十分な反応時間を確保することができるので、必要最小限の燃料添加を行うだけで効率良くＮＯx吸蔵還元触媒を再生することができ、しかも、単一のＮＯx吸蔵還元触媒を半分ずつ交互に再生するようにしているので、従来の如き一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に備えて交互に再生する形式よりも排気浄化装置全体の小型化を図ることができ、その占有スペースを縮小して車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００２０】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、プラズマ改質機を備えて排気切替手段の前後を接続するバイパス管を前記排気切替手段に沿わせて配置しているので、添加燃料をプラズマ改質機によりＨ2とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒の再生効率を向上させる機構を極めてコンパクトに構成することができ、しかも、排気切替手段を流れる排気ガスの持つ熱がバイパス管のプラズマ改質機に伝わり易くなることにより電熱ヒータ等の付帯装備を不要とすることもできる。
【００２１】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気切替手段としてバタフライ弁を用いて流路を切り替える形式を採用し、このバタフライ弁の流路切り替え時における姿勢を排気切替手段の入側に接続される排気管の中心線に対し２０〜４０゜の傾斜角を成すように構成しているので、排気切替手段での排気ガスの振り分けにより生じる流れ抵抗を極力小さく抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１及び図２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から排出される排気ガス２が流通する排気管３の途中に、フロースルー方式のハニカム構造を有するＮＯx吸蔵還元触媒４がケーシング５に抱持されて装備されている。
【００２４】
そして、このケーシング５の前方部分には、多数の散気孔６を有するセパレータ７により消音室を兼ねた所要の空間８が確保されており、該空間８に排気導入管９の後方端部が前記セパレータ７に突き当たるまで挿入され且つこの排気導入管９の前方端部に上流側の排気管３が接続されている。
【００２５】
ここで、前記排気導入管９の後方端部には、前記消音室を兼ねた空間８に連通する多数の散気孔１０が形成されており、これらの散気孔１０や前記セパレータ７の散気孔６にて上流側からの排気ガス２が一旦絞り込まれてから再び膨張して音響エネルギーを減衰されつつＮＯx吸蔵還元触媒４の入側端面に導入されるようになっている。
【００２６】
ただし、ＮＯx吸蔵還元触媒４の入側端面に連通する排気ガス２の導入流路１１は、前記排気導入管９の後方端部内に設けられた仕切壁１２と、前記セパレータ７の後面にＮＯx吸蔵還元触媒４の入側端面に圧接するように設けられた仕切シール兼クッション材１３とにより二分割されていて、ＮＯx吸蔵還元触媒４の半分ずつの領域に対し個別に排気ガス２が流されるようにしてある。
【００２７】
そして、前記排気導入管９内の前方部分には、前記ＮＯx吸蔵還元触媒４の半分ずつにした何れか一方の領域にバタフライ弁１４により選択的に排気ガス２を振り分ける排気切替手段１５が設けられており、この排気切替手段１５の直後には、バタフライ弁１４により一方の領域に排気ガス２が振り分けられている際に他方の領域と選択的に連通する外部連通口１６が区画壁１７により画成されて設けられている。
【００２８】
ここで、前記バタフライ弁１４は、図示しない外付けのアクチュエータによりレバー機構等を介して回動される駆動軸１８で傾動操作されるようになっており、その流路切り替え時における姿勢が、前記排気切替手段１５の入側に接続される排気管３の中心線ｏに対し２０〜４０゜の傾斜角θを成すようにしてある。
【００２９】
また、前記排気導入管９の前方部分における外周位置には、バタフライ弁１４の直前から排気ガス２の一部を抜き出して前記外部連通口１６に導くバイパス管１９が前記排気切替手段１５に沿って配置されており、このバイパス管１９の上流側に噴射ノズル２０が貫通設置され且つ該噴射ノズル２０と所要場所に設けた燃料タンク２１との間が燃料供給管２２により接続されていて、該燃料供給管２２の途中に装備した供給ポンプ２３の駆動と燃料噴射弁２４の開作動とにより燃料タンク２１内の燃料を噴射ノズル２０を介しバイパス管１９内に添加し得るようにしてあり、これら噴射ノズル２０、燃料タンク２１、燃料供給管２２、供給ポンプ２３、燃料噴射弁２４により燃料添加手段２５が構成されている。
【００３０】
更に、この燃料添加手段２５による燃料添加位置より下流側のバイパス管１９には、排気ガス２中への放電によりプラズマを発生させて燃料をＨ2とＣＯに分解するプラズマ改質機２６が設けられており、特に本形態例にあっては、燃料をＨ2とＣＯに分解する機能を持つ改質触媒２７（例えばアルミナやシリカ等の酸化物又はゼオライト等の複合酸化物を担体として、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ等を活性金属として担持させたもの）も補助的にプラズマ改質機２６の後段に付設されている。
【００３１】
ここで、前記プラズマ改質機２６は、電極を対抗配置して相互間に排気ガス２を流しながら放電を行い得るようにしたものであれば良く、電極の相互間距離がほぼ一様に設定できるものであれば、板型、ロッド型、円筒型等の様々な形状を適宜に採用することが可能である。
【００３２】
尚、図中における２８は前記ケーシング５内のＮＯx吸蔵還元触媒４の後段に収容されたパティキュレートフィルタ、２９はＮＯx吸蔵還元触媒４やパティキュレートフィルタ２８の外周部を保護するクッション材、３０はシール材、３１はＮＯx吸蔵還元触媒４やパティキュレートフィルタ２８の軸心方向の移動を拘束するエンドプレートを示す。
【００３３】
而して、このように排気浄化装置を構成した場合に、ディーゼルエンジン１からの排気ガス２の流れを排気切替手段１５のバタフライ弁１４によりＮＯx吸蔵還元触媒４の一方の領域に振り分け、バイパス管１９によりプラズマ改質機２６を通して導いた排気ガス２を外部連通口１６に導き、燃料添加手段２５により燃料を還元剤として添加しながらプラズマ改質機２６により放電を行うと、その添加燃料（ＨＣ）がプラズマによる部分酸化反応でＨ2とＣＯに分解されて外部連通口１６から図２中に鎖線の矢印で示す如くＮＯx吸蔵還元触媒４の他方の領域に導入されるので、この反応性の高いＨ2及びＣＯが従来のＨＣの燃焼温度より低い燃焼温度から排気ガス２中のＯ2と反応（燃焼）し、ＮＯx吸蔵還元触媒４の他方の領域におけるＯ2濃度がほぼ零となってＮＯxの分解放出が開始され、その放出されたＮＯxが反応性の高いＨ2及びＣＯにより従来のＨＣの燃焼温度より低い温度から効率良くＮ2に還元処理される。
【００３４】
この際、バイパス管１９により導かれる比較的少ない流量の排気ガス２に対し従来より少ない燃料添加を行うだけでＮＯx吸蔵還元触媒４の他方の領域のＯ2濃度が効果的に低下し、しかも、この領域に導入された排気ガス２の流速も極度に遅くなっていて十分な反応時間が確保されることになるので、必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒４の他方の領域が再生される。
【００３５】
そして、このようにＮＯx吸蔵還元触媒４の一方の領域に排気ガス２を振り分けてＮＯxの吸蔵を行わせている間にＮＯx吸蔵還元触媒４の他方の領域を再生するようにすれば、常にＮＯx吸蔵還元触媒４の半分の領域を使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図りながら、ＮＯx吸蔵還元触媒４を半分ずつ交互に再生することが可能となる。
【００３６】
また、前述した通り、単一のＮＯx吸蔵還元触媒４を半分ずつ再生するようにしているので、従来の如き一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に備えて交互に再生する形式と比較して排気浄化装置全体の大幅な小型化が図られることになる。
【００３７】
更に、プラズマ改質機２６を備えたバイパス管１９が、排気切替手段１５の前後を接続して該排気切替手段１５に沿うように配置されているので、添加燃料をプラズマ改質機２６によりＨ2とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒４の再生効率を向上させる機構が極めてコンパクトに構成され、しかも、排気切替手段１５を流れる排気ガス２の持つ熱がバイパス管１９のプラズマ改質機２６に伝わり易くなることにより電熱ヒータ等の付帯装備が不要となる。
【００３８】
従って、上記形態例によれば、排気切替手段１５のバタフライ弁１４により排気ガス２をＮＯx吸蔵還元触媒４の半分ずつの領域に交互に振り分け、その半分ずつにした一方の領域に排気ガス２を流してＮＯxを吸蔵させている間に、他方の領域にバイパス管１９を通し僅かな排気ガス２だけを迂回させて流しつつ添加燃料をプラズマ改質機２６で反応性の高いＨ2及びＣＯに分解して導入し、ＮＯx吸蔵還元触媒４の他方の領域におけるＯ2濃度を効果的に低下し且つ十分な反応時間を確保することができるので、必要最小限の燃料添加を行うだけで効率良くＮＯx吸蔵還元触媒４を再生することができ、しかも、単一のＮＯx吸蔵還元触媒４を半分ずつ交互に再生するようにしているので、従来の如き一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に備えて交互に再生する形式よりも排気浄化装置全体の小型化を図ることができ、その占有スペースを縮小して車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００３９】
更に、バイパス管１９を排気切替手段１５に沿わせて配置しているので、添加燃料をプラズマ改質機２６によりＨ2とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒４の再生効率を向上させる機構を極めてコンパクトに構成することができ、しかも、排気切替手段１５を流れる排気ガス２の持つ熱がバイパス管１９のプラズマ改質機２６に伝わり易くなることにより電熱ヒータ等の付帯装備を不要とすることもできる。
【００４０】
また、排気切替手段１５としてバタフライ弁１４を用いて流路を切り替える形式を採用し、このバタフライ弁１４の流路切り替え時における姿勢を排気切替手段１５の入側に接続される排気管の中心線に対し２０〜４０゜の傾斜角を成すように構成しているので、排気切替手段１５での排気ガス２の振り分けにより生じる流れ抵抗を極力小さく抑制することができる。
【００４１】
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、排気切替手段は図示の如きバタフライ弁を用いて流路を切り替える形式に限定されないこと、また、改質触媒は必要に応じて付設すれば良く、その付設に際しても、プラズマ改質機の上流側に配置するレイアウトも可能であること、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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す全体図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  排気ガス
３  排気管
４  ＮＯx吸蔵還元触媒
１１  導入流路
１４  バタフライ弁
１５  排気切替手段
１６  外部連通口
１９  バイパス管
２５  燃料添加手段
２６  プラズマ改質機
【図１】
2006316654.tif 000003
【図２】
2006316654.tif 000004