(57)【要約】【課題】触媒を再生させるために必要な還元剤の量を低減する。【解決手段】排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ除去触媒２１と、ＮＯｘ除去触媒２１に向けて還元剤３２を噴射可能な噴射ノズル２９と、駆動することにより噴射ノズル２９に還元剤３２を供給する還元剤供給手段３０とを備える。ＮＯｘ除去触媒２１とディーゼルエンジン１１との間の排気管１６にバイパス管２３が併設され、還元剤供給手段３０の駆動時にバイパス管２３へ流入した排ガスを加圧可能に構成されたコンプレッサ２６がバイパス管２３に設けられ、噴射ノズル２９はコンプレッサ２６の下流側の加圧された排ガス中に還元剤３２を噴射可能にバイパス管２３に設けられる。還元剤供給手段３０の駆動時にバイパス管２３へ流入する排ガスの流量を増加可能に構成された流量調整弁４１を更に備えることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられたＮＯｘ除去触媒(21)と、前記ＮＯｘ除去触媒(21)に向けて還元剤(32)を噴射可能な噴射ノズル(29)と、駆動することにより前記噴射ノズル(29)に前記還元剤(32)を供給する還元剤供給手段(30)とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置において、
前記ＮＯｘ除去触媒(21)と前記ディーゼルエンジン(11)との間の前記排気管(16)にバイパス管(23)が併設され、
前記還元剤供給手段(30)の駆動時に前記バイパス管(23)へ流入した排ガスを加圧可能に構成されたコンプレッサ(26)が前記バイパス管(23)に設けられ、
前記噴射ノズル(29)は前記コンプレッサ(26)の下流側の加圧された排ガス中に前記還元剤(32)を噴射可能に前記バイパス管(23)に設けられた
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
還元剤供給手段(30)の駆動時にバイパス管(23)へ流入する排ガスの流量を増加可能に構成された流量調整弁(41)を更に備えた請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減する排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排気管にＮＯｘ除去触媒を設け、そのＮＯｘ除去触媒より排ガス上流側の排気管にＮＯｘ除去触媒に向けて還元剤を噴射可能な液体噴射ノズルを設けた排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この液体噴射ノズルには液体調整弁を介して液体を供給する還元剤供給手段が接続される。
このディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ除去触媒により吸蔵させて排ガスを浄化させることができる。そしてＮＯｘの吸蔵量が増大すると、その段階で液体調整弁を所定時間だけオンして液体噴射ノズルから還元剤である軽油を噴射させる。すると、触媒入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加し、触媒入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ又はＨ2が還元剤として増加する。これにより、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって触媒から放出され、触媒が再生できるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−２７６３７号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから噴射させる液体の量が比較的多く必要である不具合がある。即ち、還元剤が軽油である場合にはその軽油が気化することにより排ガス中の炭化水素濃度を増加させ、それにより触媒を再生させることになるけれども、液体噴射ノズルから噴射させた軽油の全てが気化することはあり得ずに、その気化する割合はエンジンの運転状況において変化する。このため、触媒を再生させるために噴射ノズルから噴射する還元剤としての軽油の量は、触媒を再生させるために本来的に必要な軽油の量を越えて比較的多くの軽油を噴射しなければならない不具合があった。
本発明の目的は、触媒を再生させるために必要な還元剤の量を低減し得るディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ除去触媒２１と、ＮＯｘ除去触媒２１に向けて還元剤３２を噴射可能な噴射ノズル２９と、駆動することにより噴射ノズル２９に還元剤３２を供給する還元剤供給手段３０とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の改良である。
その特徴ある構成は、ＮＯｘ除去触媒２１とディーゼルエンジン１１との間の排気管１６にバイパス管２３が併設され、還元剤供給手段３０の駆動時にバイパス管２３へ流入した排ガスを加圧可能に構成されたコンプレッサ２６がバイパス管２３に設けられ、噴射ノズル２９はコンプレッサ２６の下流側の加圧された排ガス中に還元剤３２を噴射可能にバイパス管２３に設けられたところにある。
この請求項１に記載されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、コンプレッサ２６に加圧された排ガスの温度は一時的に上昇し、その圧力と温度が上昇した排ガス中に噴射ノズル２９から還元剤を噴射させるので、その噴射した還元剤を効率よく気化させることができる。このため、気化しないであろう還元剤を含む比較的多くの還元剤を噴射していた従来に比較して、触媒２１を再生させるために噴射ノズル２９から噴射する還元剤の必要量をその従来よりも減少させることができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、還元剤供給手段３０の駆動時にバイパス管２３へ流入する排ガスの流量を増加可能に構成された流量調整弁４１を更に備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置である。
この請求項２に記載されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、ディーゼルエンジン１１の運転状況に応じて噴射ノズル２９より噴射される還元剤を十分に気化し得る排ガス量をバイパス管２３に流入させることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、ＮＯｘ除去触媒とディーゼルエンジンとの間の排気管にバイパス管を併設し、還元剤供給手段の駆動時にバイパス管へ流入した排ガスを加圧可能に構成されたコンプレッサをバイパス管に設け、コンプレッサの下流側の加圧された排ガス中に還元剤を噴射可能に噴射ノズルを設けたので、コンプレッサに加圧された排ガスの温度は一時的に上昇し、その圧力と温度が上昇した排ガス中に噴射ノズルから還元剤を噴射させるので、その噴射した還元剤を効率よく気化させることができる。このため、気化しないであろう還元剤を含む比較的多くの還元剤を噴射していた従来に比較して、触媒を再生させるために噴射ノズルから噴射する還元剤の必要量をその従来よりも減少させることができる。
この場合、還元剤供給手段の駆動時にバイパス管へ流入する排ガスの流量を増加可能に構成された流量調整弁を更に備えれば、ディーゼルエンジンの運転状況に応じて噴射ノズルより噴射される還元剤を十分に気化し得る排ガス量をバイパス管に流入させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【０００８】
排気管１６の途中にはＮＯｘ除去触媒２１が設けられる。この実施の形態では、排気管１６の途中にその排気管１６の直径より大径の単一のケーシング２２が形成され、そのケーシング２２にＮＯｘ除去触媒２１が収容される。このＮＯｘ除去触媒２１は、排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中のＨＣ，ＣＯ又はＨ2が増加して酸素が減少したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される触媒である。この触媒２１は図示しないが排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属及びＮＯｘ吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としてはＰｔが挙げられ、ＮＯｘ吸蔵剤としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属や、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ（Ｙ以外はランタノイド系金属）等の希土類金属が挙げられる。上記ＮＯｘ吸蔵剤はそれぞれの触媒２１の総重量に対して２〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％担持される。またコート層としてはアルミナが挙げられる。
【０００９】
ＮＯｘ除去触媒２１とディーゼルエンジン１１との間の排気管１６にはバイパス管２３が併設される。排気管１６にはバイパス管２３の上流端が接続される分岐部２４とバイパス管２３の排ガス下流端が接続される合流部２５が形成され、バイパス管２３はこの分岐部２４と合流部２５との間に併設される。このバイパス管２３には、分岐部２４からバイパス管２３へ流入した排ガスを加圧して合流部２５に向かって流すコンプレッサ２６が設けられる。このコンプレッサ２６は駆動軸２６ａが回転することによりバイパス管２３へ流入した排ガスを加圧可能に構成され、この駆動軸２６ａはクラッチ２７を介して回転軸２８に接続される。この回転軸２８はエンジン１１が始動状態で常に回転し、エンジン１１が停止するとともにその回転も停止するようにそのエンジン１１に設けられる。従って、エンジン１１が始動された状態でクラッチ２７を接続すると、回転軸２８の回転が駆動軸２６ａに伝達され、コンプレッサ２６はバイパス管２３へ流入した排ガスを加圧する。一方、エンジン１１が始動された状態であってもクラッチ２７を切断すると、回転軸２８の回転は駆動軸２６ａに伝達されずにバイパス管２３へ流入した排ガスは加圧されずに合流部２５から排気管１６に還流するように構成される。
【００１０】
コンプレッサ２６より排ガス下流側のパイパス管２３には噴射ノズル２９が設けられる。この噴射ノズル２９はコンプレッサ２６より排ガス下流側のパイパス管２３に流れる排ガス中に液体からなる還元剤を噴射するためのものであって、駆動することによりこの噴射ノズル２９に還元剤を供給する還元剤供給手段３０が接続される。還元剤供給手段３０は液体供給管３１を含み、液体供給管３１の一端が噴射ノズル２９に接続され、液体供給管３１の他端は軽油からなる還元剤３２が貯留された液体タンク３３に接続される。なお、図示しないが、液体供給管３１の他端はエンジンの燃料噴射ポンプへ燃料を供給するフィードポンプに接続しても良い。液体供給管３１には、噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４と、液体タンク３３内の液体３２を噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は、３つのポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。上記還元剤３２は軽油であり、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。
【００１１】
排気管１６の分岐部２４にはバイパス管２３への排ガスの流量を調整可能は流量調整弁４１が設けられる。図２に詳しく示すように、この実施の形態における流量調整弁４１は、その分岐部２４を２分してその分岐部２４をバイパス管２３側とそうでない側に仕切る仕切板４１ａと、その仕切板の下流側端部に傾動可能に設けられた傾動板４１ｂと、この傾動板４１ｂを駆動する駆動手段４１ｃとを備える。仕切板４１ａは分岐部２４を均等に２分するように排気管１６の内部に設けられる。傾動板４１ｂは駆動手段４１ｃにより実線で示す中立位置から破線で示す中間位置を経由して一点鎖線で示す傾動位置にまで回動可能に構成される。そして、傾動板４１ｂは実線で示す中立位置で仕切板４１ａが２分した分岐部２４の双方に均等の量の排ガスを流すように構成される。一方、傾動板４１ｂが、中立位置から破線で示す中間位置を経由して一点鎖線で示す傾動位置方向に回動すると、仕切板４１ａが２分した分岐部２４のバイパス管２３側に流れる排ガス量が増加して、そのバイパス管２３に流れ込む排ガス量を増加可能に構成される。そして、傾動手段４１ｃを後述するコントローラ４４からの指令により傾動板４１ｂを回動駆動するように構成され、コントローラ４４はＮＯｘ除去触媒２１におけるＮＯｘ吸蔵量とエンジン１１の運転状況に適した排ガス量がバイパス管２３に流れるように駆動手段４１ｃを介して傾動板４１ｂを回動駆動するように構成される。
【００１２】
図１に戻って、エンジン１１のクランク軸近傍にはこのクランク軸の回転速度を検出する回転センサ５１が設けられ、アクセルペダル近傍又は燃料噴射ポンプのコントロールレバー近傍にはエンジンの負荷を検出する負荷センサ５２が設けられる。また、ＮＯｘ除去触媒２１より排ガス下流側の排気管１６にはそのＮＯｘ除去触媒２１を通過した排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６が設けられる。上記回転センサ５１、負荷センサ５２、ＮＯｘセンサ４６の各検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ４４の制御入力に接続され、コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４、ポンプ３６、クラッチ２７、及び排ガス調整弁４１にそれぞれ接続される。
【００１３】
コントローラ４４はメモリ４７を備える。メモリ４７には、エンジン１１の回転速度及び負荷、触媒２１出口のＮＯｘ濃度に応じた液体調整弁３４のオン時間及びその間隔や、クラッチ２７の接続又は切断の状態や、排ガス調整弁４１の開度や、ポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。具体的には、ＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする時間（触媒２１に吸蔵されたＮＯｘを還元するために必要な還元剤の噴射量）が決定され、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により液体調整弁３４をオンしている間隔が決定され、更にＮＯｘセンサ４６、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力によりクラッチ２７の接続又は切断の状態や排ガス調整弁４１の切換時期及び切換時間が決定される。
【００１４】
このように構成されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
ディーゼルエンジン１１を始動すると、エンジン１１から排出された排ガスは排気管１６を通ってＮＯｘ除去触媒２１を通過する。排気管１６を通過する排ガスの一部は、排気管１６の分岐部２４からバイパス管２３へ流入するけれども、バイパス管２３へ流入した排ガスは下流側に流れて合流部２５から排気管１６に還流し、その後ＮＯｘ除去触媒２１を通過する。そして排ガスに含まれるＮＯｘはこのＮＯｘ除去触媒２１により排ガスから除去される。例えば、ＮＯｘ除去触媒２１のコート層にＢａを担持していれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘはこのＮＯｘ除去触媒２１において排ガス中のＯ2と反応し、更に触媒２１中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒２１に吸蔵され、大気に排出される排ガス中から除去される。なお、このような状態において、コントローラ４４は排ガス調整弁４１における傾動板４１ｂを中立位置に維持させる。
【００１５】
触媒２１におけるＮＯｘの吸蔵状態はＮＯｘセンサ４６により検出され、このＮＯｘセンサ４６が例えば５０ｐｐｍ以上のＮＯｘ濃度を検出する、即ちＮＯｘ除去触媒２１においてＮＯｘの吸蔵量が飽和状態に近付くと、コントローラ４４は触媒２１を再生させるべく回転センサ５１、負荷センサ５２、及びＮＯｘセンサ４６の各検出出力に基づいて、ポンプ３６を駆動するとともに液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から還元剤３２である軽油を噴射する。また、噴射ノズル２９から還元剤３２を噴射させる際にコントローラ４４はクラッチ２７を接続させる。すると、回転軸２８の回転が駆動軸２６ａに伝達され、コンプレッサ２６がバイパス管２３へ流入した排ガスを加圧する。そして、コンプレッサ２６より下流側の加圧された排ガス中に噴射ノズル２９から還元剤３２が噴射される。還元剤３２が噴射された排ガスはそのバイパス管２３を下流に流れ、合流部２５から排気管１６に還流する。
【００１６】
噴射ノズル２９から還元剤３２である軽油が噴射されると、その軽油３２は気化し、その一部が酸素と反応して触媒２１入口の排ガス中の酸素濃度が低下する。これとともに、ＨＣ，ＣＯ又はＨ2が還元剤として増加するので、ＮＯｘ除去触媒２１に吸蔵されたＮＯｘがそのＮＯｘ除去触媒２１から次のように放出される。即ち、ＮＯｘ除去触媒２１に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ3）2］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮＯ2或いはＮ2まで還元され、次にＮＯｘ除去触媒２１が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ2が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏが生成されて大気に排出される。この結果、噴射ノズル２９から噴射された軽油３２によりＮＯｘ除去触媒２１が再生される。
一方、還元剤３２である軽油は、コンプレッサ２６に加圧された排ガス中に噴射される。このコンプレッサ２６により加圧された排ガスの温度は一時的に上昇しているため、還元剤３２である軽油はその圧力と温度が上昇した排ガス中に噴射ノズル２９から噴射され、噴射された還元剤を効率よく気化させることができる。このため、気化しないであろう還元剤を含む比較的多くの還元剤を噴射していた従来に比較して、触媒２１を再生させるために噴射ノズル２９から噴射する還元剤３２の必要量をその従来よりも減少させることができる。
【００１７】
また、コントローラ４４は、還元剤供給手段３０の駆動時に、即ち、ポンプ３６を駆動するとともに液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から還元剤３２である軽油を噴射する際に流量調整弁４１を操作し、バイパス管２３へ流入する排ガスの流量を調整する。即ち、コントローラ４４は排ガス調整弁４１における傾動板４１ｂを駆動手段４１ｃを介して中立位置から必要に応じて傾動させ、ＮＯｘ除去触媒２１におけるＮＯｘ吸蔵量とエンジン１１の運転状況に適した排ガス量がバイパス管２３に流れるようにする。これにより、ディーゼルエンジン１１の運転状況に応じて噴射ノズル２９より噴射される還元剤３２を十分に気化し得る排ガス量をバイパス管２３に流入させることができる。このため、酸素と反応しない還元剤３２の量は従来より減少し、この触媒２１を再生させるために噴射ノズル２９から噴射する還元剤３２の必要量を確実に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明実施形態のエンジンの排ガス浄化装置を示す構成図。
【図２】その流量調整弁の拡大構成図。
【符号の説明】
【００１９】
１１  ディーゼルエンジン
１６  排気管
２１  ＮＯｘ除去触媒
２３  バイパス管
２６  コンプレッサ
２９  噴射ノズル
３０  還元剤供給手段
３２  還元剤
４１  流量調整弁
【図１】
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【図２】
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