(57)【要約】【課題】オゾン生成装置の電源装置に負荷をかけない排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】配管４及び空気口７はそれぞれ、電極８，８に対して反対側に、すなわち、電極８，８が配管４及び空気口７の間に位置するように、オゾン生成装置５に接続されている。オゾン生成装置５との接続部分における空気口７の内径ｄ１は、オゾン生成装置５との接続部分における配管４の内径ｄ２よりも小さくなっている。これにより、オゾン生成装置５との接続部分における空気口７の開口面積は、オゾン生成装置５との接続部分における配管４の開口面積よりも小さくなっている。空気口７には、オゾン生成装置５内に導入される空気から塵等を除去するためのフィルター１２が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排ガスが流通する排気管に設けられた排ガス浄化手段と、
空気を導入するための空気口を有すると共に互いに対向する一対の電極を有するオゾン生成装置と、
前記電極間に電圧を印加する電源装置と、
該オゾン生成装置内の空気を吸引することによって該オゾン生成装置内に前記空気口を介して空気を導入する空気導入手段と
を備え、
前記オゾン生成装置は、配管を介して前記排ガス浄化手段に連通し、
前記空気導入手段は、前記オゾン生成装置と前記排ガス浄化手段との間において前記配管に設けられ、
前記オゾン生成装置との接続部分における前記空気口の開口面積は、前記オゾン生成装置との接続部分における前記配管の開口面積よりも小さい排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記配管及び前記空気口はそれぞれ、前記電極がそれらの間に位置するように、前記オゾン生成装置に接続されている、請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記空気口には、フィルターが設けられている、請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムは、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ、尿素水から生成したアンモニアとＮＯｘとの化学反応により、ＮＯｘを窒素及び水にするためのＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒に尿素水を添加するための尿素添加システムと、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられ、ＳＣＲ触媒における化学反応で消費されずに残ったアンモニアを酸化するための酸化触媒とから構成される。排ガスの温度が低い（２００℃以下）場合には、ＳＣＲ触媒の活性が低く、さらにこのような低温時には、ＮＯ／ＮＯ２比が約１のときしか優れた浄化性能が発揮されないといった問題点があった。また、低温時には酸化触媒の活性も低く、酸化触媒の活性を上げるために、高価な貴金属である白金やパラジウム等の担持量を多くする必要があるといった問題点もあった。
【０００３】
これらの問題点を解決するために、酸化剤としてオゾンを使用してＮＯをＮＯ２等の高次のＮＯｘに酸化し、これをＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸着させて還元・分解することにより、排ガスからＮＯｘを除去する排ガス浄化装置が、例えば特許文献１に開示されている。この排ガス浄化装置は、排気管に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒と、一対の電極を有するオゾン生成装置とを備えている。オゾン生成装置は、一端がＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側で排気管に接続された配管に設けられ、配管には、オゾン生成装置と排気管との間に、吸引ポンプが設けられている。吸引ポンプが駆動すると、オゾン生成装置内から空気が排出され、これに伴って、オゾン生成装置に設けられた空気口から空気が吸引される。電極間に電圧を印加すると、電極間に放電が生じ、吸引された空気中の酸素からオゾンが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６３８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、オゾン生成装置内に空気が導入されると、オゾン生成装置内の圧力が上昇し、電極間で放電が生じにくくなるため、電極間に印加する電圧を上昇する必要があり、電源装置に負荷がかかるといった問題点があった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、オゾン生成装置の電源装置に負荷をかけない排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る排ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスが流通する排気管に設けられた排ガス浄化手段と、空気を導入するための空気口を有すると共に互いに対向する一対の電極を有するオゾン生成装置と、電極間に電圧を印加する電源装置と、オゾン生成装置内の空気を吸引することによってオゾン生成装置内に空気口を介して空気を導入する空気導入手段とを備え、オゾン生成装置は、配管を介して排ガス浄化手段に連通し、空気導入手段は、オゾン生成装置と排ガス浄化手段との間において配管に設けられ、オゾン生成装置との接続部分における空気口の開口面積は、オゾン生成装置との接続部分における配管の開口面積よりも小さい。オゾン生成装置内から配管へ空気が排出される場合よりも、オゾン生成装置内へ空気が導入される場合のほうが、空気に対する抵抗が大きくなるので、オゾン生成装置内の圧力は、オゾン生成装置から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口を介してオゾン生成装置内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなり、その結果、オゾン生成装置内の圧力が大気圧よりも小さくなる。
配管及び空気口はそれぞれ、電極がそれらの間に位置するように、オゾン生成装置に接続されてもよい。
空気口には、フィルターが設けられてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、オゾン生成装置との接続部分における空気口の開口面積は、オゾン生成装置との接続部分における配管の開口面積よりも小さいことにより、オゾン生成装置内から配管へ空気が排出される場合よりも、空気口を介してオゾン生成装置内へ空気が導入される場合のほうが、空気に対する抵抗が大きくなるので、オゾン生成装置内の圧力は、オゾン生成装置から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口を介してオゾン生成装置内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなり、その結果、オゾン生成装置内の圧力が大気圧よりも小さくなる。すると、オゾン生成装置内の電極間に放電が生じやすくなるので、オゾン生成装置の電源装置にかかる負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る排ガス浄化装置のオゾン生成装置及びその周辺の拡大構成模式図である。
【図３】第２の実施形態に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【図４】第３の実施形態に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図を図１に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１には、排ガスが流通する排気管２が接続されており、排気管２には、排ガス浄化手段であるＮＯｘ吸蔵触媒３が設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒３よりも上流側で、排気管２には配管４が接続されており、配管４には、オゾン生成装置５が設けられている。オゾン生成装置５は、配管４を介してＮＯｘ吸蔵触媒３に連通している。また、配管４には、オゾン生成装置５とＮＯｘ吸蔵触媒３との間に、空気導入手段である吸引ポンプ６が設けられている。オゾン生成装置５には、大気中から空気を導入するための空気口７が設けられている。オゾン生成装置５は、間隔をあけて対向するように設けられた一対の電極８，８を有し、電極８，８はそれぞれ、電線１１によって電源装置９に接続されている。
【００１１】
図２に示されるように、配管４及び空気口７はそれぞれ、電極８，８に対して反対側に、すなわち、電極８，８が配管４及び空気口７の間に位置するように、オゾン生成装置５に接続されている。オゾン生成装置５との接続部分における空気口７の内径ｄ１は、オゾン生成装置５との接続部分における配管４の内径ｄ２よりも小さくなっている。これにより、オゾン生成装置５との接続部分における空気口７の開口面積は、オゾン生成装置５との接続部分における配管４の開口面積よりも小さくなっている。空気口７には、導入される空気から塵等を除去するためのフィルター１２が設けられている。
【００１２】
次に、この実施の形態１に係る排ガス浄化装置の動作を、図１及び２に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１の起動時は、排気管２を流通する排ガスの温度が低く、ＮＯｘ吸蔵触媒３の触媒活性が低いため、ＮＯｘ処理能力を上昇するためにオゾン生成装置５からオゾンを供給する。吸引ポンプ６が起動すると、オゾン生成装置５内の空気を吸引して配管４へ排出させる。これに伴い、空気口７を介して大気中からオゾン生成装置５内へ空気が導入される。
【００１３】
ここで、オゾン生成装置５との接続部分における空気口７の開口面積が、オゾン生成装置５との接続部分における配管４の開口面積よりも小さくなっているので、オゾン生成装置５内から配管４へ空気が排出される場合よりも、オゾン生成装置５内へ空気が導入される場合のほうが、空気に対する抵抗が大きくなる。その結果、オゾン生成装置５内の圧力は、オゾン生成装置５から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口７を介してオゾン生成装置５内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなるので、オゾン生成装置５内の圧力は大気圧よりも低くなる。オゾン生成装置５内の圧力が低いほど、電極８，８間に放電が生じやすくなるので、電極８，８間に印加する電圧を低減することができ、電源装置９の負荷が軽くなる。
【００１４】
電極８，８間に放電が発生すると、オゾン生成装置５内に導入された空気中の酸素の一部がオゾンとなる。ここで、配管４及び空気口７はそれぞれ、電極８，８がそれらの間に位置するように、オゾン生成装置５に接続されていることにより、空気口７を介してオゾン生成装置５内に導入された空気は、配管４に至るまでの間に、電極８，８間において電極８，８間の一方の端から他方の端まで放電にさらされることになる。その結果、できるだけ長い時間、空気が放電にさらされることになるので、オゾン生成装置５のオゾン生成効率が良好となる。
【００１５】
オゾン生成装置５で生成されたオゾンは、吸引ポンプ６に吸引されて配管４を流通し、排気管２内で排ガスと混合されて、ＮＯｘ吸蔵触媒３内に流入する。ＮＯｘ吸蔵触媒３において、オゾンが酸化剤となって、排ガス中のＮＯをＮＯ２等に酸化し、ＮＯ２等が、ＮＯｘ吸蔵触媒３に吸着されて還元・分解される。
【００１６】
このように、オゾン生成装置５との接続部分における空気口７の開口面積は、オゾン生成装置５との接続部分における配管４の開口面積よりも小さいことにより、オゾン生成装置５内から配管４へ空気が排出される場合よりも、空気口７を介してオゾン生成装置５内へ空気が導入される場合のほうが空気に対する抵抗が大きくなるので、オゾン生成装置５内の圧力は、オゾン生成装置５から空気が排出されることによって低下することのほうが、空気口７を介してオゾン生成装置５内に空気が導入されることによって上昇することよりも早くなり、その結果、オゾン生成装置５内の圧力が大気圧よりも小さくなる。すると、オゾン生成装置５内の電極８，８間に放電が生じやすくなるので、オゾン生成装置５の電源装置９にかかる負荷を低減することができる。また、空気口７には、フィルター１２が設けられているので、導入される空気から塵等を除去することができる。
【００１７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１及び２の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、排ガス浄化手段として尿素ＳＣＲ触媒に変更したものである。
【００１８】
この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置の構成模式図を図３に示す。ディーゼルエンジン１から排出された排ガスが流通する排気管２に、酸化触媒２３と、排ガス浄化手段であるＳＣＲ触媒２５と、酸化触媒２６とが設けられている。排気管２には、酸化触媒２３とＳＣＲ触媒２５との間に、尿素水を噴射する噴射ノズル２７が設けられている。噴射ノズル２７は、配管２８を介して、尿素水を貯留する尿素水タンク２９に連通している。配管２８には、尿素水タンク２９内の尿素水を噴射ノズル２７に供給するための尿素水添加システム３０が設けられている。また、酸化触媒２３とＳＣＲ触媒２５との間で、配管４を介してオゾン生成装置５がＳＣＲ触媒２５に連通している。配管４には、オゾン生成装置５とＳＣＲ触媒２５との間に、空気導入手段である吸引ポンプ６が設けられている。その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００１９】
次に、この実施の形態２に係る排ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１の起動時には、ディーゼルエンジン１から排出される排ガスの温度が低いため、酸化触媒２３と、ＳＣＲ触媒２５と、酸化触媒２６とのそれぞれに排ガスが流通しても、十分な触媒性能を発揮するのに必要な温度まで温度が昇温しない。そこで、実施の形態１と同様の動作によって、オゾン生成装置５から配管４を介してＳＣＲ触媒２５にオゾンを供給する。すると、オゾンを酸化剤として、ＮＯｘ中のＮＯがＮＯ２等に酸化され、ＮＯ／ＮＯ２比が１に近づくので、低温であってもＳＣＲ触媒２５の触媒性能が十分に発揮される条件となる。
【００２０】
適切なタイミングで、尿素水添加システム３０は、尿素水タンク２９内の尿素水を、配管２８を介して噴射ノズル２７に供給し、噴射ノズル２７から尿素水をＳＣＲ触媒２５に添加する。ＳＣＲ触媒２５に添加された尿素水は加水分解されてアンモニアと二酸化炭素となり、生成したアンモニアと排ガス中のＮＯｘとが反応して、窒素及び水となる。ＳＣＲ触媒２５において消費されずに残ったアンモニアは、酸化触媒２６において酸化される。その後、ディーゼルエンジン１が暖機されて、排ガス温度が十分に上昇したら、酸化触媒２３の触媒性能が十分に発揮されるようになるので、オゾン生成装置５を停止してもよい。
このように、尿素ＳＣＲシステムに、この発明に係る排ガス浄化装置を適用した場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る排ガス浄化装置について説明する。この発明の実施の形態３に係る排ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、排ガス浄化手段としてディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）に変更したものである。
図４に示されるように、排気管２には、排ガス浄化手段であるＤＰＦ４０が設けられている。ＤＰＦ４０には、ＤＰＦ４０の差圧を検出する差圧計４１が設けられている。ＤＰＦ４０よりも上流側で、配管４を介してオゾン生成装置５がＤＰＦ４０に連通している。配管４には、オゾン生成装置５とＤＰＦ４０との間に、空気導入手段である吸引ポンプ６が設けられている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２２】
差圧計４１によって、ＤＰＦ４０の差圧が予め設定された上限値以上となったら、実施の形態１と同様の動作によって、オゾン生成装置５から配管４を介してＤＰＦ４０にオゾンを供給する。ＤＰＦ４０において、オゾンは、ＤＰＦ４０に捕捉されたパティキュレートマター（ＰＭ)を酸化除去する。捕捉されたＰＭの酸化除去により、ＤＰＦ４０の差圧が予め設定された下限値以下となったら、オゾン生成装置５を停止する。尚、ＤＰＦ４０の差圧が上昇した場合のみオゾンをＤＰＦ４０に供給するのではなく、ディーゼルエンジン１の稼働している間は常に、実施の形態１と同様の動作によって、オゾン生成装置５からＤＰＦ４０にオゾンを供給するようにしてもよい。
このように、浄化手段としてＤＰＦを適用した場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
実施の形態３では、差圧計４１を使用してオゾン生成装置５を動作させているが、これに限定するものではない。ディーゼルエンジン１の運転を制御するための制御装置（ＥＣＵ）において予め、ディーゼルエンジン１の運転状態とＰＭの堆積量との関係を表すマップを組み込んでおき、このマップに基づいてＰＭの堆積量を推定して、オゾン生成装置５の動作を行ってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、３  ＮＯｘ吸蔵触媒（排ガス浄化手段）、４  配管、５  オゾン生成装置、６  吸引ポンプ（空気導入手段）、７  空気口、８  電極、９  電源装置、１２  フィルター、２５  ＳＣＲ触媒（排ガス浄化手段）、４０  ＤＰＦ（排ガス浄化手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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