(57)【要約】      （修正有）【課題】システムを大型化することなく、より低温から安定的に排ガスを浄化することができる排気浄化システムを提供する。【解決手段】内燃機関から排出される排ガスを浄化するシステムであって、排気流路に排ガスを浄化しうる触媒１が配設され、排ガス浄化触媒の入口側の圧力を検出する手段２と、排ガス浄化触媒の温度を検出する手段４と、検出した圧力及び温度を読み取り制御信号を送信しうる制御ユニット５と、該制御ユニットから制御信号を受けて該排ガス浄化触媒を流通する排気ガスの圧力を調整する手段と、を具備して成る排気浄化システムである。排ガス浄化触媒が、希土類から選ばれた少なくとも１種のものと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれた少なくとも１種のものと、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル及び銅等を含む複合酸化物である。圧力調整手段が、バタフライバルブである。【選択図】図１
2008196447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスを浄化するシステムであって、
排気流路に排ガスを浄化しうる触媒が配設され、
該排ガス浄化触媒の入口側の圧力を検出する手段と、
該排ガス浄化触媒の温度を検出する手段と、
検出した圧力及び温度を読み取り制御信号を送信しうる制御ユニットと、
該制御ユニットから制御信号を受けて該排ガス浄化触媒を流通する排気ガスの圧力を調整する手段と、
を具備して成ることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
上記内燃機関が、ディーゼルエンジン又は希薄燃焼エンジンであることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
上記排ガス浄化触媒が、リーン領域の排ガスを直接分解・除去する触媒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
上記排ガス浄化触媒が、希土類から選ばれた少なくとも１種のものと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれた少なくとも１種のものと、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル及び銅から選ばれた少なくとも１種のものとを含む複合酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排気浄化システム。
【請求項５】
上記複合酸化物が、ペロブスカイト型複合酸化物であることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化システム。
【請求項６】
上記圧力調整手段が、バタフライバルブであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の排気浄化システム。
【請求項７】
上記排ガス浄化触媒の後段から前段へ排ガスが還流するバイパス流路を別途配設し、該バイパス流路上に負圧発生装置を設け、該排ガス浄化触媒にかかる圧力を制御できるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の排気浄化システム。
【請求項８】
上記負圧発生装置が、コンプレッサー及び／又はモーターであることを特徴とする請求項７に記載の排気浄化システム。
【請求項９】
上記排ガス浄化触媒の温度を制御するための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の排気浄化システム。
【請求項１０】
上記温度制御手段が、該制御ユニットからの制御信号を受けてＥＧＲを制御することを特徴とする請求項９に記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化システムに係り、更に詳細には、非常に高い浄化性能を発揮しうる排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関から排出される排気ガスは、三元触媒等を用いることで浄化されてきた。
しかし、ディーゼルエンジン又は希薄燃焼エンジンの排気ガスを浄化する場合は、酸素過剰な雰囲気下であるために通常の三元触媒を使用することができない。
【０００３】
一方、リーン領域のＮＯｘを除去する最も理想的な方法としては、ＮＯｘを触媒により直接Ｎ２とＯ２へと分解・除去する方法が知られている。
しかし、従来の技術では、触媒の絶対性能が足りないといった問題点があった。例えば、固定発生源又は移動発生源、とりわけ希薄燃焼エンジンから排出されるＮＯを、還元剤を用いずに直接Ｎ２とＯ２に分解する触媒が提案されているが（特許文献１参照。）、転化率は非常に低い。
【特許文献１】特開平１１−１５６１９６号公報
【０００４】
また、これに代わる技術として尿素を還元剤としたＳＣＲ触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、選択還元触媒）を用いる方法が知られている。
しかしながら、システムが非常に大きくなり、用途が限られているといった問題があった。例えば、ディーゼルエンジンからの排気ガスを、尿素による選択還元触媒にて除去するシステムが提案されているが（特許文献２参照。）、尿素水タンク等を備えているためシステムが非常に大きくなってしまう。
【特許文献２】特開２００５−７６５７５号公報
【０００５】
一方、本願発明者らは、排ガス浄化触媒の性能が、圧力と温度に対し相関関係を有していることを見出した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、システムを大型化することなく、より低温から安定的に排ガスを浄化することができる排気浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、銑意検討を重ねた結果、排ガス浄化触媒を流通する排気ガスの圧力を調整することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の排気浄化システムは、内燃機関から排出される排ガスを浄化するシステムであって、
排気流路に排ガスを浄化しうる触媒が配設され、
該排ガス浄化触媒の入口側の圧力を検出する手段と、
該排ガス浄化触媒の温度を検出する手段と、
検出した圧力及び温度を読み取り制御信号を送信しうる制御ユニットと、
該制御ユニットから制御信号を受けて該排ガス浄化触媒を流通する排気ガスの圧力を調整する手段と、
を具備して成ることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の排気浄化システムの好適形態は、上記排ガス浄化触媒が、希土類から選ばれた少なくとも１種のものと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれた少なくとも１種のものと、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）から選ばれた少なくとも１種のものとを含む複合酸化物であることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の排気浄化システムの他の好適形態は、上記圧力調整手段が、バタフライバルブであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排ガス浄化触媒を流通する排気ガスの圧力を調整することとしたため、システムを大型化することなく、より低温から安定的に排ガスを浄化することができる排気浄化システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の排気浄化システムについて詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１３】
上述の如く、本発明の排気浄化システムは、ピストンエンジン（レシプロエンジン）やガスタービンエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスを浄化するシステムである。具体的には、排ガス浄化触媒、圧力検出手段、温度検出手段、制御ユニット及び圧力調整手段を備える。
ここで、上記排ガス浄化触媒は、排気流路に配設されており排ガスを浄化する触媒成分を含んで構成される。上記圧力検出手段は、該排ガス浄化触媒の入口側の圧力を検出する。上記温度検出手段は、該排ガス浄化触媒の温度を検出する。上記制御ユニットは、圧力検出手段及び温度検出手段が検出した圧力及び温度を読み取り、制御信号を圧力調整手段へ送信する。上記圧力調整手段は、該制御ユニットから制御信号を受けて該排ガス浄化触媒を流通する排気ガスの圧力を調整する。
【００１４】
このように、本システムでは、排ガス浄化触媒及びその近傍にかかる圧力の制御を行う（圧力を上げる）ことで、圧力制御がない場合（常圧）と比較し、排気ガス浄化率が２０％以上向上する。また、圧力を上げることで、低温から排気ガスの浄化を行うことができる。
【００１５】
このことは、次式のアレニウスの式
【００１６】
【数１】
2008196447.tif 000003
【００１７】
を変換していくことで表される式からも明らかである。
例えば、排気浄化率と圧力と温度の関係から算出される排気浄化ＯＫ範囲を規定し、その範囲内に収まるよう圧力で制御することができる。
【００１８】
また、上記内燃機関としては、例えば、ディーゼルエンジン又は希薄燃焼エンジンを用いることができる。この場合には、特に排気ガス浄化効果が大きくなりうる。
【００１９】
更に、上記排ガス浄化触媒は、リーン領域の排ガスを直接分解・除去する触媒であることが好適である。かかる触媒を用いることにより、還元剤等を必要としないため低コスト化・省スペース化を図ることができる。
【００２０】
上記排ガス浄化触媒としては、例えば、希土類から選ばれた少なくとも１種のものと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれた少なくとも１種のものと、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ）、及びこれらの任意の組合わせに係るものと、を含む複合酸化物を使用することができる。
かかる複合酸化物は、リーン領域の排ガスを直接浄化でき、且つ圧力に対し相関のある触媒性能を有しているので有効である。
【００２１】
上記複合酸化物は、ペロブスカイト型複合酸化物であることが好適である。このときは、耐熱性に優れているため高温でも性能を発揮し、且つ圧力による性能向上率も高いため、本システムにおいて最も有効となる。
【００２２】
また、上記圧力調整手段としては、例えば、バタフライバルブを使用することができる。
【００２３】
更に、本発明の排ガス浄化システムにおいては、上記排ガス浄化触媒の後段から前段へ排ガスが還流するバイパス流路を別途配設し、該バイパス流路上に負圧発生装置を設けることができる。
これにより、負圧発生装置を通過した排ガスが再び排ガス浄化触媒の前段へと戻る構造となり、負圧発生装置を作動させることで該触媒及びその近傍の圧力を制御することができる。言い換えれば、圧力を制御する別の手段として、別の経路を設け、そこに負圧発生装置を設置し、それを作動させて負圧を生じさせることにより、本流路の圧力を制御することができる。
【００２４】
このとき、上記負圧発生装置としては、コンプレッサー、モーターのいずれか一方又は双方を使用できる。
【００２５】
また、上記排ガス浄化触媒は、更に温度制御手段を備えていることが好適である。
このように圧力だけでなく温度も制御することにより、温度と圧力の双方から排ガス浄化触媒の性能が向上する状態に導きやすいので有効である。
【００２６】
更に、上記温度制御手段は、該制御ユニットからの制御信号を受けてＥＧＲ（排気ガス再循環）を制御することが好適である。
このようにＥＧＲを制御することで排ガス温度を調整することができる。即ちＥＧＲを止めることで温度を上昇させることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
図１に示すように、排ガス流路上に、排ガス浄化触媒１を設け、この触媒１の前段に圧力センサー２、後段にバタフライバルブ３を配設した。また、この触媒１には温度センサー４を配設した。更に、制御ユニット５を用意し、圧力センサー２の検出圧力、温度センサー４の検出温度からバタフライバルブ３の開閉を調整できるようにして、本例の排気浄化システムを得た。
【００２９】
次に、本例の排気浄化システムにおける制御動作を図２のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップ１（以下「Ｓ１」のように示す。）では、圧力センサー２と温度センサー４が、排ガス浄化触媒１にかかる圧力及び温度を検知し、予め設定してある温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、バタフライバルブ３は開状態のままにして（Ｓ２）、特に制御は行わない。
【００３０】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を上げるため、バタフライバルブ３を閉状態とする（Ｓ３）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、バタフライバルブ３を開状態とする（Ｓ２）。
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を更に上げる必要があるため、バタフライバルブ３を閉状態のままとする（Ｓ３）。
【００３１】
（実施例２）
図３に示すように、実施例１の排気浄化システムにおいて、バタフライバルブ３を用いず、排ガス浄化触媒１の後段から前段に連通するバイパス流路を設け、このバイパス流路上にコンプレッサー６を配設した以外は、実施例１の排気浄化システムと同様の構成を有する排気浄化システムを得た。
【００３２】
次に、本例の排気浄化システムにおける制御動作を図４のフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ１では、圧力センサー２と温度センサー４が、排ガス浄化触媒１にかかる圧力及び温度を検知し、予め設定してある温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、コンプレッサー６はＯＦＦ状態のままにして（Ｓ２）、特に制御は行わない。
【００３３】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を上げるため、コンプレッサー６をＯＮ状態とする（Ｓ３）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、コンプレッサー６をＯＦＦ状態とする（Ｓ２）。
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を更に上げる必要があるため、コンプレッサー６をＯＮ状態のままとする（Ｓ３）。
【００３４】
（実施例３）
図５に示すように、実施例１の排気浄化システムにおいて、バタフライバルブ３を用いず、排ガス浄化触媒１の後段から前段に連通するバイパス流路を設け、このバイパス流路上にモーター７を配設した以外は、実施例１の排気浄化システムと同様の構成を有する排気浄化システムを得た。
【００３５】
次に、本例の排気浄化システムにおける制御動作を図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、Ｓ１では、圧力センサー２と温度センサー４が、排ガス浄化触媒１にかかる圧力及び温度を検知し、予め設定してある温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、モーター７はＯＦＦ状態のままにして（Ｓ２）、特に制御は行わない。
【００３６】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を上げるため、モーター７をＯＮ状態とする（Ｓ３）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、モーター７をＯＦＦ状態とする（Ｓ２）。
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を更に上げる必要があるため、モーター７をＯＮ状態のままとする（Ｓ３）。
【００３７】
（実施例４）
実施例１の排気浄化システムと同様の構成を有する排気浄化システムを用い、図７のフローチャートに示すような制御動作を行った。
まず、Ｓ１では、圧力センサー２と温度センサー４が、排ガス浄化触媒１にかかる圧力及び温度を検知し、予め設定してある温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、バタフライバルブ３は開状態のままにして（Ｓ２）、特に制御は行わない。
【００３８】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を上げるため、バタフライバルブ３を閉状態とする（Ｓ３）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、バタフライバルブ３を開状態とし、ＥＧＲを作動させる（Ｓ５）。
【００３９】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる温度を上げるため、ＥＧＲを止める（Ｓ６）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ７）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、Ｓ５へ進める。一方、ＯＫ範囲内にないときはＳ３に戻るようにする。
【００４０】
（実施例５）
実施例１の排気浄化システムと同様の構成を有する排気浄化システムを用い、図８のフローチャートに示すような制御動作を行った。
まず、Ｓ１では、圧力センサー２と温度センサー４が、排ガス浄化触媒１にかかる圧力及び温度を検知し、予め設定してある温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、バタフライバルブ３は開状態のままにして（Ｓ２）、特に制御は行わない。
【００４１】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる温度を上げるため、ＥＧＲを止める（Ｓ３）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ４）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、Ｓ５へと進める。
【００４２】
一方、ＯＫ範囲内にないときは、排ガス浄化触媒１にかかる圧力を上げるため、バタフライバルブを閉める（Ｓ６）。
その後、再度圧力センサー２と温度センサー４が圧力及び温度を検知し、温度・圧力のＯＫ範囲内であるか否かを判断する（Ｓ７）。
このとき、ＯＫ範囲内であれば、排ガス浄化触媒１が良好な性能を発揮していると考えて、Ｓ５へ進める。一方、ＯＫ範囲内にないときはＳ３に戻るようにする。
【００４３】
以上のような本発明の一例によれば、圧力を制御する（圧力を上げる）ことで、制御しない場合よりも非常に高い浄化性能を得ることができた。また、基本的には触媒と圧力を制御するための手段だけを備えたシステムであるため、低スペース化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の排気浄化システムの一例を示す概略図である。
【図２】実施例１に係る排気浄化システムの制御内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の排気浄化システムの一例を示す概略図である。
【図４】実施例２に係る排気浄化システムの制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の排気浄化システムの一例を示す概略図である。
【図６】実施例３に係る排気浄化システムの制御内容を示すフローチャートである。
【図７】実施例４に係る排気浄化システムの制御内容を示すフローチャートである。
【図８】実施例５に係る排気浄化システムの制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１  排ガス浄化触媒
２  圧力センサー
３  バタフライバルブ
４  温度センサー
５  制御ユニット
６  コンプレッサー
７  モーター
【図１】
2008196447.tif 000004
【図２】
2008196447.tif 000005
【図３】
2008196447.tif 000006
【図４】
2008196447.tif 000007
【図５】
2008196447.tif 000008
【図６】
2008196447.tif 000009
【図７】
2008196447.tif 000010
【図８】
2008196447.tif 000011