(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側に、脱硫処理時の排気ガス中に含まれるＳＯ2ガスを水蒸気と反応させてサルフェート化する酸化触媒を配設すると共に、該酸化触媒と前記ＮＯx吸蔵還元触媒との間に、脱硫処理時の排気ガスの温度を前記酸化触媒でＳＯ2ガスをサルフェート化し得る温度範囲まで低下させる所要長さの連絡管を介装し、前記酸化触媒の直後には、目の粗い通気構造を成してサルフェートのミストを捕えるミストキャッチャを配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
酸化触媒が排気ガス中に残留したＨＣを酸化処理するＨＣスリップ防止触媒を兼ね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。
【請求項３】
ミストキャッチャがサルフェートと反応して硫化物を成し得る金属素材により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
酸化触媒がＳＯ2ガスを吸着し得るようゼオライト又はマグネシアを触媒原料として含んでいることを特徴とする請求項１、２又は３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吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、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且つ排気ガス中の酸素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吸蔵還元触媒を排気管の途中に装備し、このＮＯx吸蔵還元触媒によりＮＯxの排出濃度を低減することが行われている。
【０００３】
ただし、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酸素濃度をＨＣ等の還元剤により低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。
【０００４】
例えば、ガソリンエンジン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、排気ガス中の酸素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エンジン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。
【０００５】
このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加することにより、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで排気ガス中の酸素濃度を低下させる必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８１３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃料の軽油中に含まれる硫黄分に由来したＳＯ2ガス（亜硫酸ガス）が存在しているため、このＳＯ2ガスがＮＯx吸蔵還元触媒上でＮＯxと同様に酸化して硫酸塩として吸蔵されてしまうことが避けられないが、この硫酸塩は硝酸塩と比べて安定であるため、ＮＯx吸蔵還元触媒を再生させるべく燃料添加を実行しても、該ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵されている硫酸塩が一部しか放出されずに残留してしまう結果、ＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が低下してしまうという問題があり、この硫酸塩の残留の問題に関しては未だ具体的な実用レベルの解決策が確立されていないのが実情である。
【０００８】
即ち、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩を脱離させる手法自体は、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を約６００〜７００℃の脱硫温度条件まで上げて酸欠状態に保つことにより、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩をＳＯ2ガスとして放出させてＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を図り得ることが既に知られているが、その脱硫処理の際にＮＯx吸蔵還元触媒に時間をかけて蓄えられていたＳＯ2ガスが一度にまとまって放出されてしまうことで高濃度のＳＯ2ガスが発生するという問題があり、この高濃度のＳＯ2ガスの発生がＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理の実用化を阻む大きな要因となっていた。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に高濃度のＳＯ2ガスが発生しないようにした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】
【００１０】
本発明は、排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側に、脱硫処理時の排気ガス中に含まれるＳＯ2ガスを水蒸気と反応させてサルフェート化する酸化触媒を配設すると共に、該酸化触媒と前記ＮＯx吸蔵還元触媒との間に、脱硫処理時の排気ガスの温度を前記酸化触媒でＳＯ2ガスをサルフェート化し得る温度範囲まで低下させる所要長さの連絡管を介装し、前記酸化触媒の直後には、目の粗い通気構造を成してサルフェートのミストを捕えるミストキャッチャを配設したことを特徴とするものである。
【００１１】
而して、ＮＯx吸蔵還元触媒に脱硫処理を施すにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加すると、この添加燃料がＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応することにより周囲の排気ガス中の酸素濃度が低下し且つその反応熱により触媒床温度が脱硫温度条件まで上げられ、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩がＳＯ2ガスとして放出されることになる。
【００１２】
ＮＯx吸蔵還元触媒から放出されたＳＯ2ガスは、連絡管を通過する間に温度低下して酸化触媒に到り、該酸化触媒上で排気ガス中の水蒸気と反応してサルフェートのミストとなり、酸化触媒の直後のミストキャッチャで捕えられて保持されるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に高濃度のＳＯ2ガスがまとまって車外へ放出されてしまう事態が防止される。
【００１３】
更に、本発明においては、酸化触媒が排気ガス中に残留したＨＣを酸化処理するＨＣスリップ防止触媒を兼ねていることが好ましく、このようにすれば、ＨＣスリップ防止触媒を別途備える必要がなくなって全体構成のコンパクト化が図られる。
【００１４】
また、本発明においては、ミストキャッチャがサルフェートと反応して硫化物を成し得る金属素材により構成されていることが好ましく、このようにすれば、サルフェートのミストがミストキャッチャに捕えられて該ミストキャッチャと反応することで硫化物を成し、そのままミストキャッチャの一部として保持されることになる。
【００１５】
尚、ミストキャッチャは、サルフェートのミストによる硫化が進むにつれて該サルフェートのミストを硫化物として取り込むことが困難になってくるため、ミストキャッチャの硫化が十分に進んで全体が硫化物となってきた頃合で新しいミストキャッチャと交換するようにすれば良い。
【００１６】
更に、本発明においては、酸化触媒がＳＯ2ガスを吸着し得るようゼオライト又はマグネシアを触媒原料として含んでいることが好ましく、このようにすれば、脱硫処理時に酸化触媒で酸化処理しきれないほどの量のＳＯ2ガスがＮＯx吸蔵還元触媒から放出されたとしても、ＳＯ2ガスの一部が一時的に酸化触媒に吸着されてＳＯ2ガスの車外への排出が抑制される。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、脱硫処理時にＮＯx吸蔵還元触媒から放出されるＳＯ2ガスを連絡管を通過させる間に温度低下させ、酸化触媒上で排気ガス中の水蒸気と反応させてサルフェートのミストとし、該サルフェートのミストを酸化触媒の直後のミストキャッチャで捕えて保持することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に高濃度のＳＯ2ガスが発生してしまう問題を解決することができる。
【００１９】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気ガス中に残留したＨＣを酸化処理するＨＣスリップ防止触媒を別途備えなくても済むため、該ＨＣスリップ防止触媒の配置スペース分だけ全体構成のコンパクト化を図ることができ、これにより車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００２０】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、ミストキャッチャに捕えたサルフェートのミストを直ちに前記ミストキャッチャと反応させて硫化物として保持することができるので、高濃度のＳＯ2ガスがまとまって車外へ放出されてしまう事態をより確実に防止することができる。
【００２１】
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、脱硫処理時に酸化触媒で酸化処理しきれないほどの量のＳＯ2ガスがＮＯx吸蔵還元触媒から放出されたとしても、ＳＯ2ガスの一部を一時的に酸化触媒に吸着させてＳＯ2ガスの車外への排出を抑制することができるので、高濃度のＳＯ2ガスがまとまって車外へ放出されてしまう事態をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１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から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４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５がケーシング６に抱持されて装備されており、該ケーシング６の入口部分には、軽油タンク７内の燃料８（軽油）を軽油ポンプ９を介し導いて噴射する燃料添加インジェクタ１０が設けられている。
【００２５】
尚、ここに図示している例では、前記ケーシング６内におけるＮＯx吸蔵還元触媒５の後段に、酸化触媒を担持して成る触媒担持型のパティキュレートフィルタ１１（必要に応じてＮＯx吸蔵還元触媒を担持させることも可能）が装備されており、前段のＮＯx吸蔵還元触媒５を経た排気ガス３中に含まれるパティキュレートを捕集して更なる排気浄化を図り得るようにしてある。
【００２６】
更に、このケーシング６の下流側には、ケーシング１２が長尺な連絡管１３を介して接続されており、前記ケーシング１２内における前段側には、脱硫処理時の排気ガス３中に含まれるＳＯ2ガスを水蒸気と反応させてサルフェート化する酸化触媒１４が配設されている。
【００２７】
ここで、前記酸化触媒１４には、これまで前記ケーシング６内の最終段に配置されていたＨＣスリップ防止触媒を移設して流用することが可能であり、この種の排気ガス３中に残留したＨＣを酸化処理するＨＣスリップ防止触媒をそのまま用いても、脱硫処理時の排気ガス３中に含まれるＳＯ2ガスを水蒸気と反応させてサルフェート化する機能を発揮させることが可能である。
【００２８】
ただし、酸化触媒１４を新設する場合には、ＳＯ2ガスを吸着し得るようゼオライトやマグネシアを触媒原料として含ませると良く、このようにすれば、脱硫処理時に酸化触媒１４で酸化処理しきれないほどの量のＳＯ2ガスがＮＯx吸蔵還元触媒５から放出されたとしても、ＳＯ2ガスの一部が一時的に酸化触媒１４に吸着されてＳＯ2ガスの車外への排出が抑制されることになる。
【００２９】
また、前述した長尺な連絡管１３は、脱硫処理時の排気ガス３の温度を前記酸化触媒１４でＳＯ2ガスをサルフェート化し得る温度範囲まで低下させ得る長さに設定されており、より具体的には、脱硫処理時の排気ガス３の温度が約６００〜７００℃であるので、酸化触媒１４でＳＯ2ガスをサルフェート化することが可能な約５００℃以下まで温度低下させ得る十分な長さが必要であるが、ＨＣの１００％浄化温度は３５０℃以上なので、少なくとも脱硫処理時に酸化触媒１４で３５０℃を下まわらない程度の温度に保たれるような長さに収める必要がある。
【００３０】
更に、前記ケーシング１２内における後段側には、目の粗い通気構造を成して後述のサルフェートのミストを捕え且つ該ミストと反応して硫化物を成すミストキャッチャとして、鉄系金属（金属素材）から成る一対のミストキャッチ板１５と、該各ミストキャッチ板１５に挟まれた鉄系金属から成る金属メッシュフィルタ１６とが配設されており、これらミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６は、そのケーシングを含めた全体構造をカートリッジ化して交換できるようにしておくことと良い。
【００３１】
尚、前記各ミストキャッチ板１５は、パンチングメタルにより構成された通気構造を成すものとなっており、前後のミストキャッチ板１５同士の穴が互い違いの配置となっていて排気ガス３がストレートに通過できないようにしてある。
【００３２】
而して、このように構成された排気浄化装置に関し、ＮＯx吸蔵還元触媒５に吸蔵されて残留する硫酸塩をＳＯ2ガスとして放出させる脱硫処理を施すにあたり、ＮＯx吸蔵還元触媒５の入側に燃料添加インジェクタ１０から燃料８を添加すると、この添加した燃料８がＮＯx吸蔵還元触媒５上で酸素と反応することにより周囲の排気ガス３中の酸素濃度が低下し且つその反応熱により触媒床温度が脱硫温度条件まで上げられ、ＮＯx吸蔵還元触媒５から硫酸塩がＳＯ2ガスとして放出されることになる。
【００３３】
前記ＮＯx吸蔵還元触媒５から放出されたＳＯ2ガスは、連絡管１３を通過する間に温度低下して酸化触媒１４に到り、該酸化触媒１４上で排気ガス３中の水蒸気と反応してサルフェートのミストとなり、酸化触媒１４の直後のミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６で捕えられて該ミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６と反応することで硫化物を成し、そのままミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６の一部として保持されることになり、ＮＯx吸蔵還元触媒５の脱硫処理時に高濃度のＳＯ2ガスがまとまって車外へ放出されてしまう事態が防止される。
【００３４】
尚、ミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６は、サルフェートのミストによる硫化が進むにつれて該サルフェートのミストを硫化物として取り込むことが困難になってくるため、ミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６の硫化が十分に進んで全体が硫化物となってきた頃合で新しいミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６と交換するようにすれば良い。
【００３５】
従って、上記形態例によれば、脱硫処理時にＮＯx吸蔵還元触媒５から放出されるＳＯ2ガスを連絡管１３を通過させる間に温度低下させ、酸化触媒１４上で排気ガス３中の水蒸気と反応させてサルフェートのミストとし、該サルフェートのミストを酸化触媒１４の直後のミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６で捕え、該ミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６と反応させて硫化物として保持することができるので、高濃度のＳＯ2ガスがまとまって車外へ放出されてしまう事態を確実に防止することができる。
【００３６】
特に本形態例においては、酸化触媒１４が排気ガス３中に残留したＨＣを酸化処理するＨＣスリップ防止触媒を兼ねているので、ＨＣスリップ防止触媒を別途備える必要がなくなって全体構成のコンパクト化を図ることができ、これにより車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００３７】
また、ＳＯ2ガスを吸着し得るようゼオライト又はマグネシアを触媒原料として酸化触媒１４に含ませておけば、脱硫処理時に酸化触媒１４で酸化処理しきれないほどの量のＳＯ2ガスがＮＯx吸蔵還元触媒５から放出されたとしても、ＳＯ2ガスの一部を一時的に酸化触媒１４に吸着させてＳＯ2ガスの車外への排出を抑制することができるので、高濃度のＳＯ2ガスがまとまって車外へ放出されてしまう事態をより確実に防止することができる。
【００３８】
図２は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例においては、これまで通りケーシング６内の最終段にＨＣスリップ防止触媒１７を残したものとなっているが、ここに図示しているように、既存構成の下流側に連絡管１３を介装して酸化触媒１４とミストキャッチ板１５及び金属メッシュフィルタ１６を繋げた構成を採用した場合には、既存設備に対し簡易な改造を施すだけで脱硫処理時に高濃度のＳＯ2ガスが発生してしまう問題を解決することができる。
【００３９】
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、ミストキャッチャを複数枚のミストキャッチ板だけで構成して金属メッシュフィルタを省くことも可能であること、また、必要に応じＮＯx吸蔵還元触媒の前段に排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒への吸蔵を助勢する酸化触媒を追加装備しても良いこと、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。
【符号の説明】
【００４０】
３  排気ガス
４  排気管
５  ＮＯx吸蔵還元触媒
８  燃料
１０  燃料添加インジェクタ
１３  連絡管
１４  酸化触媒
１５  ミストキャッチ板（ミストキャッチャ）
１６  金属メッシュフィルタ（ミストキャッチャ）
１７  ＨＣスリップ防止触媒
【図１】
0005698002.tif 000002
【図２】
0005698002.tif 000003