(57)【要約】【課題】運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を確保し得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管４の途中にＮＯx吸蔵還元触媒５を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側に還元剤（軽油１３）を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置に関し、ＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側に適量の燃料（軽油１３）を噴射して着火燃焼せしめるバーナ手段（燃料噴射ノズル１７、スパークプラグ２６、バーナ室７）を設ける。【選択図】図１
2005232975.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且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に適量の燃料を噴射して着火燃焼せしめるバーナ手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルの噴射口近傍に設けられた点火装置と、これら燃料噴射ノズル及び点火装置を所要の燃焼空間を確保して被包するバーナ室とによりバーナ手段を構成した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】
ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づき前記ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が所定温度以下である条件下で当該温度を超えるまでバーナ手段を着火燃焼させる制御装置とを備えた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。
【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、イリジウム・白金・バリウム・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、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（ＨＣ）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る（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このようにＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で燃料添加を行う方式では、その添加燃料が蒸発して生じたＨＣの一部がＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で排気ガス中のＯ2と反応（燃焼）し、ＮＯx吸蔵還元触媒の周囲の雰囲気中におけるＯ2濃度がほぼ零となってからＮＯxの分解放出が開始されることになるため、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上でＨＣがＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度（約２２０〜２５０℃）が得られない運転条件下（例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等）では、ＮＯx吸蔵還元触媒からＮＯxを効率良く分解放出させることができず、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生が効率良く進まないことで触媒の容積中に占めるＮＯx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が落ちるという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を確保し得る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】
【０００９】
本発明は、排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に適量の燃料を噴射して着火燃焼せしめるバーナ手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元剤がＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度（約２２０〜２５０℃）が得られない運転条件であっても、バーナ手段によりＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に適量の燃料を噴射して着火燃焼させれば、この燃焼により高温化された排気ガスがＮＯx吸蔵還元触媒に導入され、その触媒床温度が反応に必要な温度まで強制的に昇温される結果、現状の運転条件にかかわらずＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元剤がＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度が確実に得られる。
【００１１】
また、本発明のバーナ手段は、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルの噴射口近傍に設けられた点火装置と、これら燃料噴射ノズル及び点火装置を所要の燃焼空間を確保して被包するバーナ室とにより構成することが可能である。
【００１２】
更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、例えば、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を検出する温度センサと、該温度センサからの検出信号に基づき前記ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が所定温度以下である条件下で当該温度を超えるまでバーナ手段を着火燃焼させる制御装置とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、バーナ手段により適宜にＮＯx吸蔵還元触媒を加熱して該ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元剤がＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度を確実に得ることができるので、運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を確保することができ、ＮＯx吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置の実用性を大幅に向上することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
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、図１に示す如く、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の前段には、後で詳述するバーナ室７が形成されている。
【００１６】
更に、前記バーナ室７より上流側の排気管４に還元剤噴射ノズル８が貫通設置されていると共に、該還元剤噴射ノズル８と所要場所に設けた軽油タンク９との間が軽油供給管１０により接続されており、該軽油供給管１０の途中に装備した供給ポンプ１１の駆動と軽油噴射弁１２の開作動とにより軽油タンク９内の軽油１３を還元剤として還元剤噴射ノズル８を介しケーシング６の入側に添加し得るようにしてある。
【００１７】
また、前記ディーゼルエンジン１には、その機関回転数を検出する回転センサ１４が装備されており、該回転センサ１４からの回転数信号１４ａと、アクセルセンサ１５（アクセルペダルの踏み込み角度を検出するセンサ）からの負荷信号１５ａとが制御装置１６に入力されるようになっている。
【００１８】
一方、制御装置１６においては、前述した回転センサ１４からの回転数信号１４ａと、アクセルセンサ１５からの負荷信号１５ａとから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定されると共に、その推定されたＮＯxの発生量に見合う軽油１３の添加量が更に算出され、必要量の軽油１３の添加が実行されるように前記制御装置１６から供給ポンプ１１への駆動指令信号１１ａと軽油噴射弁１２への開弁指令信号１２ａとが出力されるようになっている。
【００１９】
更に、前記バーナ室７の内部には、ＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側に適量の軽油１３を噴射する燃料噴射ノズル１７が貫通設置されていると共に、該燃料噴射ノズル１７と前記供給ポンプ１１との間が枝管１８により接続されており、該枝管１８の途中に装備した軽油調量弁１９の開作動と前記供給ポンプ１１の駆動とにより軽油タンク９内の軽油１３をバーナ用燃料として燃料噴射ノズル１７から噴射し得るようにしてある。
【００２０】
また、この燃料噴射ノズル１７の噴射口近傍には、イグニッションコイル２０から出力される高電圧信号２６ａにより放電を起こすスパークプラグ２６が、噴射口から噴射された軽油１３に点火するための点火装置として配設されており、このスパークプラグ２６と、前記燃料噴射ノズル１７と、これらを所要の燃焼空間を確保して被包するバーナ室７とによりバーナ手段が構成されるようになっている。
【００２１】
一方、前記ＮＯx吸蔵還元触媒５のケーシング６には、ＮＯx吸蔵還元触媒５の入口排気温度を検出する温度センサ２１と、ＮＯx吸蔵還元触媒５の出口排気温度を検出する温度センサ２２とが装備されており、これら各温度センサ２１，２２からの検出信号２１ａ，２２ａが前記制御装置１６に入力されるようになっている。
【００２２】
そして、制御装置１６においては、前述した各温度センサ２１，２２からの検出信号２１ａ，２２ａに基づきＮＯx吸蔵還元触媒５の入口排気温度と出口排気温度との温度差が求められ、更には、この温度差に基づきＮＯx吸蔵還元触媒５の触媒床温度が推定（間接的に検出）されると共に、その推定された触媒床温度が所定温度以下である条件下で当該温度を超えるまでバーナ燃焼を実行させるべく軽油調量弁１９への開弁指令信号１９ａとイグニッションコイル２０への通電指令信号２０ａが出力されるようになっている。
【００２３】
ただし、ここに図示している例では、ＮＯx吸蔵還元触媒５の内部に温度センサの検温部を差し込んで触媒床温度を直接検温することが技術的に難しいことから、ＮＯx吸蔵還元触媒５の前後に温度センサ２１，２２を配置して間接的に触媒床温度を検出（推定）する形式を採用しているが、可能であればＮＯx吸蔵還元触媒５の内部に温度センサの検温部を差し込んで触媒床温度を直接検温するようにしても良い。
【００２４】
尚、図１中における２３はターボチャージャ、２４は吸気管、２５はインタークーラを示す。
【００２５】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、ＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上でＨＣがＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度（約２２０〜２５０℃）が得られない運転条件であっても、各温度センサ２１，２２からの検出信号２１ａ，２２ａに基づいて、制御装置１６から軽油調量弁１９への開弁指令信号１９ａとイグニッションコイル２０への通電指令信号２０ａが出力され、バーナ手段を成す燃料噴射ノズル１７からＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側に適量の軽油１３が噴射されてスパークプラグ２６により着火燃焼されるので、この燃焼によりバーナ室７内で高温化された排気ガス３がＮＯx吸蔵還元触媒５に導入され、その触媒床温度が反応に必要な温度まで強制的に昇温されることになる。
【００２６】
この結果、現状の運転条件にかかわらずＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上でＨＣがＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度が確実に得られるので、制御装置１６からの駆動指令信号１１ａにより供給ポンプ１１を駆動させると共に、開弁指令信号１２ａにより軽油噴射弁１２を開作動させて、現在の運転状態から推定したＮＯxの発生量に見合う添加量の軽油１３を還元剤噴射ノズル８から噴射させると、還元剤として添加した軽油１３から生成されたＨＣがＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上で排気ガス３中のＯ2と反応（燃焼）し、これによりＮＯx吸蔵還元触媒５の周囲の雰囲気中におけるＯ2濃度がほぼ零となってＮＯxの分解放出が開始され、そのままＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上で残余のＨＣによりＮＯxが効率良くＮ2に還元処理されることになる。
【００２７】
従って、以上に述べた如き形態例によれば、燃料噴射ノズル１７とスパークプラグ２６とバーナ室７とから成るバーナ手段により適宜にＮＯx吸蔵還元触媒５を加熱して、該ＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上でＨＣがＯ2と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度を確実に得ることができるので、運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を確保することができ、ＮＯx吸蔵還元触媒５を用いた排気浄化装置の実用性を大幅に向上することができる。
【００２８】
事実、本発明者等が行った実験結果によれば、図２のグラフに示す如く、先に説明した本形態例の装置構成でバーナ手段による加熱支援を実施したケースＸと、バーナ手段を装備せずにＮＯx吸蔵還元触媒５だけを装備したケースＹとを比較したところ、ケースＹよりもケースＸの方が低負荷領域（排気温度の低い運転領域）から高いＮＯx低減率を得られることが実証されている。
【００２９】
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、還元剤として添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料を用いても良いこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】ＮＯx低減率と負荷との関係を比較例と共に示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
３  排気ガス
４  排気管
５  ＮＯx吸蔵還元触媒
７  バーナ室（バーナ手段）
８  還元剤噴射ノズル
１３  軽油（還元剤：バーナ用燃料）
１６  制御装置
１７  燃料噴射ノズル（バーナ手段）
２１  温度センサ
２１ａ  検出信号
２２  温度センサ
２２ａ  検出信号
２６  スパークプラグ(点火装置：バーナ手段)
【図１】
2005232975.tif 000003
【図２】
2005232975.tif 000004