(57)【要約】【課題】従来よりも燃費の悪化を抑制し且つ比較的低い温度領域から添加燃料を後処理装置で反応せしめ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の途中に燃料添加を要する後処理装置として一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを装備し且つ該各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂより上流側で排気ガス３中に燃料を添加する燃料添加装置２３を備えた排気浄化装置に関し、ディーゼルエンジン１へ軽油１９を燃料として供給するための燃料タンク２０から独立した添加剤タンク１４を備え、該添加剤タンク１４から供給ライン１５を介し前記燃料添加装置２３へ灯油１８を供給し得るように構成する。【選択図】図１
2007009718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に燃料添加を要する後処理装置を装備し且つ該後処理装置より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加装置を備えた排気浄化装置において、エンジンへ燃料を供給するための燃料タンクから独立した添加剤タンクを備え、該添加剤タンクから前記燃料添加装置へ燃料を供給し得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
燃料添加装置による燃料の添加位置と後処理装置との間に、燃料中のＨＣ成分を排気ガス中でＨ2とＣＯに分解する改質触媒を設け、前記燃料の添加位置から前記改質触媒までの間と該改質触媒の周囲に電熱ヒータを備えたことを特徴とする請求項１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、排気管の途中に燃料添加を要する後処理装置を装備して排気浄化を図ることが行われており、この種の後処理装置としては、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。
【０００４】
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。
【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（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）。
【０００６】
また、ディーゼル機関の排気ガス中には、燃料中の硫黄分に由来するＳＯ2が存在するため、このＳＯ2によりＮＯx吸蔵還元触媒が被毒してしまう虞れがあるが、前述のようにＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（ＨＣ）を添加して触媒上で酸化反応させれば、その反応熱によりＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を約６００℃以上に上げて硫黄分の脱硫を図ることも可能となる。
【０００７】
一方、ディーゼル機関から排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）の低減対策として、酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを排気管の途中に装備して排気ガス中のパティキュレートを捕集し、その捕集されたパティキュレートの酸化反応を酸化触媒により促進して効率の良いパティキュレートの燃焼除去を図ることが既に提案されている。
【０００８】
ただし、この種の酸化触媒には活性温度領域があり、その活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得るので、必要に応じ上流側の排気ガス中に燃料を添加し、その添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解させることで高濃度のＨＣガスを生成し、このＨＣガスを酸化触媒上で酸化反応させて反応熱により触媒床温度を積極的に上昇させることが提案されている。
【０００９】
以上に幾つかの例をあげて説明した通り、排気管の途中に装備した後処理装置（ＮＯx吸蔵還元触媒や酸化触媒、又はこれらを担持したパティキュレートフィルタ）の上流側に燃料を添加するという考え自体は従来より提案されているものである。
【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】
【００１０】
しかしながら、従来においては、ディーゼル機関の駆動に使う軽油燃料を燃料タンクから流用して後処理装置の上流側に添加するようにしていたため、燃費の大幅な悪化を招いてしまうことになり、しかも、添加した燃料を後処理装置で反応（燃焼）させるのに必要な排気温度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、後処理装置の性能を効率良く引き出すことができないという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来よりも燃費の悪化を抑制し且つ比較的低い温度領域から添加燃料を後処理装置で反応せしめ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】
【００１２】
本発明は、排気管の途中に燃料添加を要する後処理装置を装備し且つ該後処理装置より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加装置を備えた排気浄化装置において、エンジンへ燃料を供給するための燃料タンクから独立した添加剤タンクを備え、該添加剤タンクから前記燃料添加装置へ燃料を供給し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、燃料添加装置に対し燃料タンクとは別の添加剤タンクから燃料が導かれて排気ガス中に添加されることになるので、添加燃料として燃料タンクの燃料とは異種の軽質で安価な燃料を採用することが可能となり、相対的にコストが高くつく燃料タンクの燃料を後処理装置への添加用として使わなくて済む分だけトータルの燃費が低減され、エンジンの駆動に使う燃料よりも軟質な添加燃料の採用により低温域での反応性が高められることになる。
【００１４】
更に、本発明においては、燃料添加装置による燃料の添加位置と後処理装置との間に、燃料中のＨＣ成分を排気ガス中でＨ2とＣＯに分解する改質触媒を設け、前記燃料の添加位置から前記改質触媒までの間と該改質触媒の周囲に電熱ヒータを備えることが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、燃料添加装置により添加された燃料が電熱ヒータにより加熱されて高濃度のＨＣガスが生成され、電熱ヒータの加熱により触媒床温度を高められた改質触媒を前記ＨＣガスが通る際に反応性の高いＨ2とＣＯとに分解されるので、その後段に配置されている後処理装置にて反応性の高いＨ2及びＣＯによりＨＣガスがそのまま導かれた場合よりも低い温度から反応が始まる。この際、燃料タンクの燃料よりも軽質な添加燃料を採用していれば、改質触媒におけるＨＣガスのＨ2及びＣＯへの分解も効率良く進むことは勿論である。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、添加燃料として燃料タンクの燃料とは異種の軽質で安価な燃料を採用することができるので、相対的にコストが高くつく燃料タンクの燃料を後処理装置への添加用として使わなくて済む分だけトータルの燃費を低減して従来よりも燃費の悪化を抑制することができ、しかも、エンジンの駆動に使う燃料よりも軟質な添加燃料を採用することで比較的低い温度領域から添加燃料を後処理装置で反応させることができる。
【００１８】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、燃料添加装置により添加した燃料を改質触媒にてＨ2とＣＯに分解させ、これらの反応性の高いＨ2及びＣＯにより比較的低い温度領域から後処理装置で反応を起こすことができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、後処理装置の性能を効率良く引き出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
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一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂがケーシング６Ａ，６Ｂに抱持されて並列に装備されており、該各ケーシング６Ａ，６Ｂの入口側に対し上流側の排気管４が二股状に分岐して接続され且つ前記各ケーシング６Ａ，６Ｂの出口側で各排気管４が再び合流されてテールパイプを成すようにしてある。
【００２１】
また、ここに図示している例では、前記各ケーシング６Ａ，６Ｂ内における各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの後段に、酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ７Ａ，７Ｂが収容されており、これら各パティキュレートフィルタ７Ａ，７Ｂに前記各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを経た排気ガス３が通されて該排気ガス３中のパティキュレートが捕集されるようにしてある。
【００２２】
前記ケーシング６Ａ，６Ｂの入口側の分岐箇所には、排気ガス３の主な流れを前記各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの何れか一方に振り分けて他方の排気ガス３の流量を絞り込む排気分配バルブ８が回動自在に設けられている。
【００２３】
ここで、前記排気分配バルブ８の背面側には、ターボチャージャ９のタービン１０の出口部から排気ガス３の一部を抜き出して導くバイパス管１１が図面に対し直角な方向から接続されており、前記排気分配バルブ８により上流側の排気管４からの排気ガス３の主な流れを絞り込まれた前記各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの何れかに対してバイパス管１１からの排気ガス３が導入されるようにしてある。
【００２４】
このバイパス管１１の適宜位置には、後述の燃料添加によるＨＣ成分を排気ガス３中でＨ2とＣＯに分解する改質触媒１２が装備されており、この種の改質触媒１２には、例えばアルミナやシリカ等の酸化物又はゼオライト等の複合酸化物を担体として、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ等を活性金属として担持させたものを用いることが可能である。
【００２５】
更に、前記バイパス管１１における改質触媒１２の入側に噴射ノズル１３が貫通設置されていると共に、該噴射ノズル１３と所要場所に設けた添加剤タンク１４との間が供給ライン１５により接続され、該供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動と添加弁１７の開作動とにより添加剤タンク１４内の灯油１８（還元剤としての燃料）が前記噴射ノズル１３を介し改質触媒１２の入側に添加されるようにしてあり、これら噴射ノズル１３、供給ライン１５、供給ポンプ１６、添加弁１７により燃料添加装置２３が構成されている。
【００２６】
ここで、前述した添加剤タンク１４は、ディーゼルエンジン１へ軽油１９を燃料として供給するための燃料タンク２０から独立したものとなっており、ここでは添加剤として灯油１８を貯溜させた場合を例示しているが、軽油１９よりも軽質な燃料であれば、必ずしも灯油１８だけに限定されるものではない。
【００２７】
また、灯油１８の添加位置を成す噴射ノズル１３から前記改質触媒１２までの間と該改質触媒１２の周囲に電熱ヒータ２１，２２が装備されており、これら電熱ヒータ２１，２２により排気温度及び触媒床温度が高められるようになっている。
【００２８】
而して、一例として図１に示している通り、ディーゼルエンジン１からの排気ガス３の主な流れを排気分配バルブ８により一方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａに振り分けると共に、バイパス管１１により改質触媒１２を通して導いた排気ガス３を他方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂに振り分け、前記燃料添加装置２３により改質触媒１２の入側に灯油１８を還元剤として添加すると、該灯油１８が電熱ヒータ２１により加熱されて高濃度のＨＣガスが生成され、電熱ヒータ２２の加熱により触媒床温度を高められた改質触媒１２を前記ＨＣガスが通る際に、雰囲気中に共存するＯ2と反応して雰囲気温度を上げ且つＯ2が消費された後に反応性の高いＨ2とＣＯとに分解されて後段のＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂに導入されることになる。
【００２９】
この結果、その導入段階から雰囲気中のＯ2濃度がほぼ零となってＮＯxの分解放出が直ちに開始され、そのままＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂの表面上で反応性の高いＨ2及びＣＯにより従来の軽油１９添加での燃焼温度より低い温度からＮＯxが効率良くＮ2に還元処理される。
【００３０】
尚、燃料添加装置２３による灯油１８の添加は、主としてバイパス管１１により導かれる比較的少ない流量の排気ガス３に対して行われるだけなので、従来より少ない添加量でも排気ガス３中の空気過剰率が効果的に低下することになり、必要最小限の灯油１８の添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂの再生が図られる。
【００３１】
また、燃料タンク２０の軽油１９よりも軽質な灯油１８を添加剤として用いているので、灯油１８からＨ2及びＣＯへの分解についても、ディーゼルエンジン１の燃料である軽油１９を流用して改質触媒１２によりＨ2及びＣＯへ分解する場合より効率良く進むことになる。
【００３２】
そして、このように一方のＮＯx吸蔵還元触媒５ＡでＮＯxの吸蔵を行わせている間に他方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂを再生するようにすれば、常にＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの一方を使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図りながら一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを片方ずつ交互に再生することが可能となる。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、燃料添加装置２３に対し燃料タンク２０とは別の添加剤タンク１４から灯油１８が導かれて排気ガス３中に添加されるようにしているので、添加燃料として燃料タンク２０の軽油１９とは異種の軽質で安価な灯油１８を採用することができ、相対的にコストが高くつく燃料タンク２０の軽油１９を各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂへの添加用として使わなくて済む分だけトータルの燃費を低減して従来よりも燃費の悪化を抑制することができ、しかも、ディーゼルエンジン１の駆動に使う軽油１９よりも軟質な灯油１８を採用することで比較的低い温度領域から添加燃料をＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂで反応させてＮＯx低減効果を得ることができる。
【００３４】
また、特に本形態例においては、燃料添加装置２３により添加した灯油１８を改質触媒１２にてＨ2とＣＯに分解させ、これらの反応性の高いＨ2及びＣＯにより比較的低い温度領域からＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂで反応を起こすことができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの性能を効率良く引き出すことができる。
【００３５】
図２は本発明の別の形態例を示すもので、前述した図１の形態例にて排気管４の途中に一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを後処理装置として並列に装備していたことに替えて、酸化触媒２４とパティキュレートフィルタ２５とを後処理装置として排気管４の途中に直列に装備してケーシング２６で抱持するようにしたものであり、図１と同様に構成した燃料添加装置２３により灯油１８をＨ2及びＣＯに分解して前記ケーシング２６の入口付近に導入し得るようにしてある。
【００３６】
而して、パティキュレートフィルタ２５の強制再生を行う必要が生じた際に、燃料添加装置２３により改質触媒１２の入側に灯油１８を還元剤として添加すると、該灯油１８が電熱ヒータ２１により加熱されて高濃度のＨＣガスが生成され、電熱ヒータ２２の加熱により触媒床温度を高められた改質触媒１２を前記ＨＣガスが通る際に、雰囲気中に共存するＯ2と反応して雰囲気温度を上げ且つＯ2が消費された後に反応性の高いＨ2とＣＯとに分解されて酸化触媒２４に導入され、該酸化触媒２４上での酸化反応による反応熱で前記酸化触媒２４を通過する排気ガス３が昇温され、該排気ガス３の導入によりパティキュレートフィルタ２５の触媒床温度が上昇されて捕集済みパティキュレートが効率良く燃焼除去されることになる。
【００３７】
このように後処理装置として前段に酸化触媒２４を備えたパティキュレートフィルタ２５を採用した場合においても、燃料添加装置２３に対し燃料タンク２０とは別の添加剤タンク１４から灯油１８が導かれて排気ガス３中に添加されることになるので、添加燃料として燃料タンク２０の軽油１９とは異種の軽質で安価な灯油１８を採用することができ、相対的にコストが高くつく燃料タンク２０の軽油１９をパティキュレートフィルタ２５への添加用として使わなくて済む分だけトータルの燃費を低減して従来よりも燃費の悪化を抑制することができ、しかも、ディーゼルエンジン１の駆動に使う軽油１９よりも軟質な灯油１８を採用することで比較的低い温度領域からパティキュレートフィルタ２５の良好な再生を図ることができる。
【００３８】
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、燃料添加装置により添加される燃料は灯油に限定されないこと、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】
【００３９】
【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。
【符号の説明】
【００４０】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
３  排気ガス
４  排気管
５Ａ  ＮＯx吸蔵還元触媒（後処理装置）
５Ｂ  ＮＯx吸蔵還元触媒（後処理装置）
７Ａ  パティキュレートフィルタ（後処理装置）
７Ｂ  パティキュレートフィルタ（後処理装置）
１２  改質触媒
１３  噴射ノズル
１４  添加剤タンク
１８  灯油
１９  軽油
２０  燃料タンク
２１  電熱ヒータ
２２  電熱ヒータ
２３  燃料添加装置
２４  酸化触媒（後処理装置）
２５  パティキュレートフィルタ（後処理装置）
【図１】
2007009718.tif 000003
【図２】
2007009718.tif 000004