(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吐き出しに起因してＮＯｘ選択還元型触媒においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなることを低減することが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関で生じた排気ガスが流れる排気管と、排気管内に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を浄化処理するＮＯｘ選択還元型触媒と、排気ガスが流れる排気方向においてＮＯｘ選択還元型触媒よりも排気管内の上流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵する複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気管の外周を冷却することにより、複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のうち、排気方向における最上流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元型触媒以外の、１つ以上の下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却する冷却部と、排気管内の温度に応じて、下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却するように冷却部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
2018178955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で生じた排気ガスが流れる排気管と、
前記排気管内に配置され、前記排気ガス中の窒素酸化物を浄化処理するＮＯｘ選択還元型触媒と、
前記排気ガスが流れる排気方向において前記ＮＯｘ選択還元型触媒よりも前記排気管内の上流側に配置され、前記排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵する複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
前記排気管の外周を冷却することにより、前記複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のうち、前記排気方向における最上流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元型触媒以外の、１つ以上の下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却する冷却部と、
前記排気管内の温度に応じて、前記下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却するように前記冷却部を制御する制御部と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記冷却部は、
前記排気管に直接的又は間接的に接触することで、前記下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却するための冷却媒体が流れる管と、
前記管内における前記冷却媒体の流れを開放または閉塞するバルブと、
を有し、
前記制御部は、前記バルブが開放されているときに前記排気管内の温度が第１温度以下になった場合、前記バルブを閉塞する一方、前記バルブが閉塞されているときに前記排気管内の温度が前記第１温度より大きい第２温度以上になった場合、前記バルブを開放するように制御する、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、前記排気方向においてそれぞれが間隔をあけて配置されている、
請求項１または請求項２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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関における排気浄化装置に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を浄化処理するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、低温時においてＮＯｘを吸蔵する性質を有する。そのため、ＮＯｘ選択還元型触媒とともにＮＯｘ吸蔵還元型触媒を排気浄化装置に用いた場合、ＮＯｘ選択還元型触媒が非活性化領域となる温度に排気浄化装置の温度が下がっても、当該排気浄化装置における排気浄化処理を効果的に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、温度が所定温度以上になると吸蔵したＮＯｘを吐き出してしまう。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒により吐き出されたＮＯｘが多い場合、ＮＯｘ選択還元型触媒により浄化処理する際において、ＮＯｘを浄化処理しきれなくなるおそれがあった。
【０００５】
本発明の目的は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吐き出しに起因してＮＯｘ選択還元型触媒においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなることを低減することが可能な排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る排気浄化装置は、
内燃機関で生じた排気ガスが流れる排気管と、
前記排気管内に配置され、前記排気ガス中の窒素酸化物を浄化処理するＮＯｘ選択還元型触媒と、
前記排気ガスが流れる排気方向において前記ＮＯｘ選択還元型触媒よりも前記排気管内の上流側に配置され、前記排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵する複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
前記排気管の外周を冷却することにより、前記複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のうち、前記排気方向における最上流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元型触媒以外の、１つ以上の下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却する冷却部と、
前記排気管内の温度に応じて、前記下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を冷却するように前記冷却部を制御する制御部と、
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吐き出しに起因してＮＯｘ選択還元型触媒においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなることを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の排気系を示す概略構成図である。
【図２】排気管の排気方向の位置に対する温度の関係を示す図である。
【図３】温度に対するＮＯｘ量の関係を示す図である。
【図４】排気浄化装置における冷却制御の動作例の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置１００が適用された内燃機関１の排気系を示す概略構成図である。
【００１０】
図１に示すように、内燃機関１は、車両Ｖに搭載される、例えばディーゼルエンジンであり、内燃機関１で生じた排気ガスを大気中に導くための排気浄化装置１００が設けられている。排気浄化装置１００は、排気ガスが流れる排気管１１０と、第１温度検出部１２０と、第２温度検出部１３０と、冷却部１４０と、制御部３００とを備えている。
【００１１】
排気管１１０には、排気ガスが流れる方向（図示左から右へ向かう方向、以下、「排気方向」という）の上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０、ＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）２２０、ＮＯｘ選択還元型触媒２３０等が設けられている。
【００１２】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０は、ＮＯｘ選択還元型触媒２３０とともに排気ガス中のＮＯｘを浄化処理する機能を有し、排気管１１０内に複数設けられている。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０は、第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１と、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２とを有する。
【００１３】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０は、例えば、ＮＯｘ選択還元型触媒２３０が非活性化領域となる温度のような低温時において、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する性質を有する。
【００１４】
そのため、ＮＯｘ選択還元型触媒２３０が非活性化領域となる温度に排気浄化装置１００の温度が下がった場合、排気浄化装置１００においてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０によりＮＯｘを吸蔵できるため、排気浄化処理を効果的に行うことができる。
【００１５】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０においては、温度が所定温度以上になると吸蔵したＮＯｘを吐き出してしまう。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０により吐き出されたＮＯｘ量が多い場合、ＮＯｘ選択還元型触媒２３０により浄化処理する際においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなるおそれがあった。
【００１６】
そこで、本実施の形態における複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０は、排気管１１０内において、排気方向においてそれぞれが間隔をあけて配置されている。これにより、例えば、隣り合うＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０が互いに接触して配置されるような構成と比較して、排気方向において隣り合うＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０同士による熱伝導が行われにくくなる。
【００１７】
そして、図２における実線Ｌ１のように、排気管１１０内では、熱勾配が形成されている。具体的には、排気管１１０内の排気方向の位置が内燃機関１から離れる、つまり、排気方向の上流側に向かうにつれ温度が低くなる。図２における横軸である「排気方向の位置」は、排気管１１０内の排気方向の位置であり、左側が上流側を示し、右側が下流側を示している。
【００１８】
このことを考慮すると、各ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０の温度は、隣り合うＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０同士による熱伝導が行われにくいため、排気管１１０内の排気方向の位置に応じてそれぞれ異なることとなる。具体的には、排気方向の下流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０ほど、温度が低くなっている。
【００１９】
そのため、例えば、排気方向の最上流側に位置する第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１の温度が所定温度以上になったとしても、当該第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１よりも下流側に位置する第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が所定温度に達しない場合が起こり得る。
【００２０】
この場合、第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１のみがＮＯｘを吐き出すこととなる。つまり、排気管１１０の熱勾配を利用することにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０により吐き出されるＮＯｘ量を全体として低減させることができる。その結果、ＮＯｘ選択還元型触媒２３０により浄化処理する際においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなることを低減することができる。
【００２１】
第１温度検出部１２０および第２温度検出部１３０は、排気管１１０の温度を検出する。第１温度検出部１２０は、排気方向における第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１よりも上流側に配置され、排気管１１０における第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１に対応する部分の温度を検出する。
【００２２】
第２温度検出部１３０は、第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１と第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２との間に配置され、排気管１１０における第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２に対応する部分の温度を検出する。
【００２３】
ところで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０内に吸蔵できるＮＯｘ量は、排気管１１０内の温度によって変動する。図３に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０は、第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの範囲においてＮＯｘ量が、当該範囲外の温度時よりも急激に増大する。
【００２４】
そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０においてＮＯｘを吸蔵する場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０が位置する排気管１１０内の温度を、例えば第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの範囲内に維持することが好ましい。
【００２５】
しかしながら、排気管１１０内の温度は、排気ガスが流れることに起因して徐々に上昇していくので、それに伴い、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０が位置する部分の温度も上昇し、ひいては第２温度Ｔ２より大きくなってしまう。そのため、第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１および第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２により、ＮＯｘを吸蔵できなくなってしまうおそれがある。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、冷却部１４０により、複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０のうち、排気方向における最上流側に位置する第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１以外の第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２を冷却する。第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２は、本発明の「下流ＮＯｘ吸蔵還元型触媒」に対応する。
【００２７】
具体的に、冷却部１４０は、排気管１１０における、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２に対応する部分の外周を冷却する。冷却部１４０は、タンク１４１と、管１４２と、バルブ１４３とを有する。タンク１４１内には、排気管１１０を冷却するための水等の流体が入っている。流体は、本発明の「冷却媒体」に対応する。
【００２８】
管１４２は、タンク１４１に接続され、タンク１４１内の流体が流れる。また、排気管１１０における第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２に対応する部分の外周には、排気管１１０から膨出する膨出部１１１が設けられている。管１４２は、膨出部１１１内を通されており、膨出部１１１を介して排気管１１０に間接的に接触している。
【００２９】
バルブ１４３は、管１４２に設けられ、管１４２内における流体の流れを開放または閉塞する。バルブ１４３が開放されると、管１４２にタンク１４１内の流体が流れる。流体が膨出部１１１の部分を通過することにより、排気管１１０の外周が冷却されるので、排気管１１０内における第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２に対応する部分の温度が上昇し過ぎることを抑制することができる。また、バルブ１４３が閉塞されると、管１４２に流体が流れなくなり、排気管１１０の外周が冷却されなくなる。
【００３０】
ところで、バルブ１４３が常時開放されていると、排気管１１０の外周が流体により常時冷却されるので、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が下がり過ぎてしまい、ひいては第１温度Ｔ１よりも下がってしまう。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、制御部３００は、排気管１１０内の温度、つまり、第２温度検出部１３０の検出結果に応じて第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２に対応する排気管１１０の外周を冷却するように冷却部１４０を制御する。
【００３２】
具体的には、制御部３００は、バルブ１４３が開放されているときに第２温度検出部１３０により検出された温度が第１温度Ｔ１以下になった場合、バルブ１４３を閉塞するように制御する。
【００３３】
一方、制御部３００は、バルブ１４３が閉塞されているときに第２温度検出部１３０により検出された温度が第２温度Ｔ２以上になった場合、バルブ１４３を開放するように制御する。
【００３４】
このようにすることで、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度を第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの範囲内に維持することができる。そのため、第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１の温度上昇により第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１で吸蔵できなかったＮＯｘを第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２により吸蔵することができる。
【００３５】
次に、排気浄化装置１００における冷却制御の動作例について説明する。図４は、排気浄化装置１００における冷却制御の動作例の一例を示すフローチャートである。図４における処理は、例えば、車両Ｖの走行中において、適宜実行される。
【００３６】
図４に示すように、制御部３００は、バルブ１４３が開放されているか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、バルブ１４３が開放されている場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部３００は、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が第１温度Ｔ１以下であるか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。
【００３７】
判定の結果、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が第１温度Ｔ１より大きい場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、処理はステップＳ１０６に遷移する。一方、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が第１温度Ｔ１以下である場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部３００は、バルブ１４３を閉塞する（ステップＳ１０３）。
【００３８】
ステップＳ１０１の判定に戻って、バルブ１４３が開放されていない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、制御部３００は、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が第２温度Ｔ２以上であるか否かについて判定する（ステップＳ１０４）。
【００３９】
判定の結果、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が第２温度Ｔ２未満である場合（ステップＳ１０４、ＮＯ）、処理はステップＳ１０６に遷移する。一方、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度が第２温度Ｔ２以上である場合（ステップＳ１０４、ＹＥＳ）、制御部３００は、バルブ１４３を開放する（ステップＳ１０５）。
【００４０】
ステップＳ１０３およびステップＳ１０５の後、制御部３００は、エンジン１が停止したか否かについて判定する（ステップＳ１０６）。判定の結果、エンジン１が停止していない場合（ステップＳ１０６、ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻る。一方、エンジン１が停止した場合（ステップＳ１０６、ＹＥＳ）、本制御は終了する。
【００４１】
以上のように構成された本実施の形態によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０におけるＮＯｘ吐き出しに起因してＮＯｘ選択還元型触媒２３０により浄化処理する際においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなることを低減することができる。その結果、排気浄化装置１００における排気浄化処理を効果的に行うことができる。
【００４２】
また、各ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０のそれぞれが間隔をあけて配置されているので、例えば、各ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０が接触して配置された構成と比較して、１つのＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０により還元処理が行われた際に生じる熱が、隣り合うＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０に伝わることを抑制することができる。
【００４３】
そのため、１つのＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０における還元処理で発生する熱に起因して、当該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０と隣り合うＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０に熱が伝わることを抑制することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２の温度を第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２までの範囲内に維持することができる。そのため、第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１の温度上昇により第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１１で吸蔵できなかったＮＯｘを第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１２により吸蔵することができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０を２つ設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、３つ以上設けられていても良い。この場合、排気方向における最上流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０以外の、１つ以上のＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０が冷却部１４０により冷却されるようにすれば良い。ただし、排気管１１０の熱勾配を考慮すれば、複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０のうち、最下流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０を冷却するようにすることが好ましい。
【００４６】
また、上記実施の形態では、第２温度検出部１３０の検出結果に基づいて、冷却部１４０の制御を行っていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１温度検出部１２０の検出結果に基づいて冷却部１４０の制御を行っても良いし、第１温度検出部１２０および第２温度検出部１３０の両方の検出結果に基づいて冷却部１４０の制御を行っても良い。また、制御部３００等により、排気管１１０内の温度を演算により算出し、その算出結果に基づいて、冷却部１４０の制御を行っても良い。
【００４７】
また、上記実施の形態では、管１４２が膨出部１１１を介して排気管１１０に間接的に接触していたが、本発明はこれに限定されず、直接的に排気管１１０に接触していても良い。
【００４８】
また、上記実施の形態では、冷却媒体として水等の流体を例示したが、空気等であっても良い。
【００４９】
また、上記実施の形態では、複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０は、それぞれが間隔をあけて配置されていたが、本発明はこれに限定されず、間隔をあけて配置されていなくても良い。ただし、複数のＮＯｘ吸蔵還元型触媒２１０同士による伝熱を考慮すれば、間隔をあけて配置されていることが好ましい。
【００５０】
また、上記実施の形態における排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジンを搭載した車両Ｖに搭載されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガソリンエンジンを搭載した車両に搭載されていても良い。
【００５１】
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本開示の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吐き出しに起因してＮＯｘ選択還元型触媒においてＮＯｘを浄化処理しきれなくなることを低減することが可能な排気浄化装置として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１  内燃機関
１００  排気浄化装置
１１０  排気管
１２０  第１温度検出部
１３０  第２温度検出部
１４０  冷却部
１４１  タンク
１４２  管
１４３  バルブ
２１０  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２１１  第１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２１２  第２ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２２０  ＤＰＦ
２３０  ＮＯｘ選択還元型触媒
３００  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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