(57)【要約】【課題】燃費の悪化を最小限に抑えつつ、比較的低い温度領域でもＮＯx吸蔵還元触媒の再生を効率良く行なうことができ、ＮＯx低減率を向上し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】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途中に、燃料添加装置５と加熱装置６と改質触媒７とを有する改質器８を配設すると共に、その下流側にＮＯx吸蔵還元触媒９を配設する。【選択図】図１
2007177672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガスが流通する排気管の途中に、燃料添加装置と加熱装置と改質触媒とを有する改質器を配設すると共に、その下流側にＮＯx吸蔵還元触媒を配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
改質器の加熱装置を、ヒータ付酸化触媒が均等配置された前段酸化触媒によって構成した請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前段酸化触媒を、表面に酸化触媒がコーティングされ且つ通電により昇温するヒータ付酸化触媒としての帯状の金属薄膜と、酸化触媒としてのアルミナ絶縁テープとを重ねた状態で渦巻状に巻き付けてなる薄膜メタルヒータとした請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前段酸化触媒を、表面に酸化触媒がコーティングされ且つ通電により昇温するヒータ付酸化触媒としての金網と、酸化触媒としてのアルミナ絶縁メッシュとを排気ガスの流通方向へ交互に複数積層してなるワイヤメッシュヒータとした請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項５】
改質器の加熱装置を、ヒータ付酸化触媒が中心部に集中配置された前段酸化触媒によって構成し、該前段酸化触媒と改質触媒との間にミキサーを配設した請求項１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、白金・カリウム・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させる（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濃度を低下させ且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加させて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、前述の如く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、排気温度が低く、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［℃］）が得られない低負荷域での運転条件下（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】
しかも、このような問題に対処するために、エンジンに対して昇温制御を行なったり、燃料の添加量を増加させた場合には、大幅な燃費悪化を伴い、実用化が困難となっていた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、比較的低い温度領域でもＮＯx吸蔵還元触媒の再生を効率良く行なうことができ、ＮＯx低減率を向上し得る排気浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エンジンから排出される排気ガスが流通する排気管の途中に、燃料添加装置と加熱装置と改質触媒とを有する改質器を配設すると共に、その下流側にＮＯx吸蔵還元触媒を配設したことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
【００１１】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１２】
エンジンからの排気ガスを排気管を介して改質器へ送り込んだ状態で、燃料添加装置から、加熱装置の入側に燃料を還元剤として添加すると、該燃料が前記加熱装置により加熱されて高濃度のＨＣガスが生成されつつ、排気ガスの温度が改質触媒が作動するのに必要となる所要温度に上昇し、排気ガスと共に前記ＨＣガスが改質触媒へ導かれ、雰囲気中に共存するＯ2と反応して雰囲気温度が上昇し且つＯ2が消費された後に前記ＨＣガスが反応性の高いＨ2とＣＯとに分解されて、後段のＮＯx吸蔵還元触媒に導入され、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で従来の燃料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。
【００１３】
この結果、例えば、渋滞の多い都市内での徐行運転等のように、排気温度が低く、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が得られない低負荷域での運転条件下であっても、改質器を必要最小限の電力で作動させることにより、エンジンに対して昇温制御を行なったり、燃料の添加量を増加させることなく、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可能となり、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生が効率良く進み、触媒の容積中に占めるＮＯx吸蔵サイトの回復割合が大きくなって吸蔵能力が落ちなくなり、燃費悪化が避けられ、実用化が可能となる。
【００１４】
前記排気浄化装置においては、改質器の加熱装置を、ヒータ付酸化触媒が均等配置された前段酸化触媒によって構成することができる。
【００１５】
前記前段酸化触媒は、表面に酸化触媒がコーティングされ且つ通電により昇温するヒータ付酸化触媒としての帯状の金属薄膜と、酸化触媒としてのアルミナ絶縁テープとを重ねた状態で渦巻状に巻き付けてなる薄膜メタルヒータとすることができる。
【００１６】
又、前記前段酸化触媒は、表面に酸化触媒がコーティングされ且つ通電により昇温するヒータ付酸化触媒としての金網と、酸化触媒としてのアルミナ絶縁メッシュとを排気ガスの流通方向へ交互に複数積層してなるワイヤメッシュヒータとしても良い。
【００１７】
一方、前記排気浄化装置においては、改質器の加熱装置を、ヒータ付酸化触媒が中心部に集中配置された前段酸化触媒によって構成し、該前段酸化触媒と改質触媒との間にミキサーを配設することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の排気浄化装置によれば、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、比較的低い温度領域でもＮＯx吸蔵還元触媒の再生を効率良く行なうことができ、ＮＯx低減率を向上し得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】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、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途中に、燃料添加装置５と加熱装置６と改質触媒７とを有する改質器８を配設すると共に、その下流側にＮＯx吸蔵還元触媒９を配設したものである。
【００２１】
前記改質器８の燃料添加装置５は、前記加熱装置６の入側に噴射ノズル１０を配置すると共に、該噴射ノズル１０と燃料タンク１１との間を燃料供給管１２により接続し、該燃料供給管１２の途中に装備した供給ポンプ１３の駆動と添加弁１４の開作動とにより、前記燃料タンク１１内の還元剤としての軽油等の燃料１５を前記噴射ノズル１０から前記加熱装置６の入側に添加し得るようにした構成を有している。
【００２２】
前記改質器８の加熱装置６は、ヒータ付酸化触媒が均等配置された前段酸化触媒によって構成してあり、この例としては、例えば、図２に示す如く、表面に酸化触媒がコーティングされ且つ通電により昇温するヒータ付酸化触媒としての帯状の金属薄膜１６と、酸化触媒としてのアルミナ絶縁テープ１７とを重ねた状態で渦巻状に巻き付けて形成した薄膜メタルヒータ１８や、或いは、図３に示す如く、表面に酸化触媒がコーティングされ且つ通電により昇温するヒータ付酸化触媒としての金網１９と、酸化触媒としてのアルミナ絶縁メッシュ１９´とを排気ガス３の流通方向へ交互に複数積層したワイヤメッシュヒータ２０等を挙げることができる。
【００２３】
前記改質器８の改質触媒７は、前記燃料添加装置５からの燃料添加によるＨＣ成分を排気ガス３中でＨ2とＣＯに分解するものであって、この種の改質触媒７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。
【００２４】
そして、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）をなす制御装置２２において、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ２３からの回転数信号２３ａと、アクセルセンサ２４（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２４ａと、改質器８とＮＯx吸蔵還元触媒９とを通過した後の排気ガス３の温度を検出する温度センサ２５からの温度信号２５ａとから判断される現在の運転状態に基づき、燃料添加装置５による燃料１５の添加量、加熱装置６への通電時間等を決定し、前記制御装置２２から、供給ポンプ１３への駆動指令信号１３ａと、添加弁１４への開閉指令信号１４ａと、加熱装置６への通電指令信号６ａとを出力し、前記燃料添加装置５の噴射ノズル１０から燃料１５を噴射し、加熱装置６を通過させて高濃度のＨＣガスを生成しつつ、排気ガス３の温度を改質触媒７が作動するのに必要となる所要温度（約３００［℃］）に上昇させてから、排気ガス３と共に前記ＨＣガスを改質触媒７へ導き、雰囲気中に共存するＯ2と反応させて雰囲気温度を上げ且つＯ2を消費した後に前記ＨＣガスを反応性の高いＨ2とＣＯとに分解して後段のＮＯx吸蔵還元触媒９へ導入することにより、該ＮＯx吸蔵還元触媒９の再生を行なうようにしてある。
【００２５】
尚、図１中、２６はディーゼルエンジン１の吸気管であって、該吸気管２６の上流端にはエアクリーナ２７が設けられ、それより下流側の吸気管２６途中には、排気マニホールド２の出側における排気管４途中に設けられたタービン２８によって駆動されるコンプレッサ２９が設けられ、該タービン２８とコンプレッサ２９とからターボチャージャ３０が構成されると共に、前記コンプレッサ２９より下流側における吸気管２６途中には、インタクーラ３１が設けられている。
【００２６】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２７】
ディーゼルエンジン１からの排気ガス３を排気管４を介して改質器８へ送り込んだ状態で、燃料添加装置５の噴射ノズル１０から、通電により酸化触媒床温度が高められた薄膜メタルヒータ１８（図２参照）或いはワイヤメッシュヒータ２０（図３参照）等の加熱装置６の入側に燃料１５を還元剤として添加すると、該燃料１５が前記加熱装置６により加熱されて高濃度のＨＣガスが生成されつつ、排気ガス３の温度が改質触媒７が作動するのに必要となる所要温度（約３００［℃］）に上昇し、排気ガス３と共に前記ＨＣガスが改質触媒７へ導かれ、雰囲気中に共存するＯ2と反応して雰囲気温度が上昇し且つＯ2が消費された後に前記ＨＣガスが反応性の高いＨ2とＣＯとに分解されて、後段のＮＯx吸蔵還元触媒９に導入され、ＮＯx吸蔵還元触媒９の表面上で従来の燃料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。
【００２８】
ここで、仮に、前記加熱装置６を全てヒータ付酸化触媒からなる前段酸化触媒によって構成した場合、該前段酸化触媒全体をそれが作動するのに必要となる温度まで上昇させなければならず、大きな電力が必要となるが、前段酸化触媒で酸化する必要のある燃料１５の割合は、およそ４０［％］以下であることを考慮し、本図示例の場合には、前記加熱装置６を、薄膜メタルヒータ１８（図２参照）或いはワイヤメッシュヒータ２０（図３参照）等のように、ヒータ付酸化触媒が均等配置された前段酸化触媒によって構成してあるため、均等配置されたヒータ付酸化触媒に電力をかけるさせることにより、少ない電力で燃料１５の酸化を開始するのに充分な温度をヒータ付酸化触媒上で保持することが可能となり、加熱装置６への少ない通電により効率良く前記ＮＯx吸蔵還元触媒９の再生が図られる。尚、前段酸化触媒で酸化する必要のある燃料１５の割合に応じて、前記薄膜メタルヒータ１８は、一枚の金属薄膜１６と複数枚のアルミナ絶縁テープ１７とを重ねた状態で渦巻状に巻き付けて形成しても良く、又、前記ワイヤメッシュヒータ２０は、一枚の金網１９と複数枚のアルミナ絶縁メッシュ１９´とを交互に複数積層して形成しても良い。
【００２９】
又、前記改質触媒７にヒータを設けていない理由は、仮に、改質触媒７にヒータを設けた場合、改質触媒７の入側の温度が充分に上昇せず、触媒として無駄になる部分が生じてしまうためであり、本図示例のように、改質触媒７の上流側に前段酸化触媒を配設することにより、改質触媒７の入側を含む全体を温度上昇させることが可能となり、無駄をなくすことができる。
【００３０】
この結果、例えば、渋滞の多い都市内での徐行運転等のように、排気温度が低く、ＮＯx吸蔵還元触媒９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［℃］）が得られない低負荷域での運転条件下であっても、改質器８を必要最小限の電力で作動させることにより、ディーゼルエンジン１に対して昇温制御を行なったり、燃料の添加量を増加させることなく、ＮＯx吸蔵還元触媒９からＮＯxを効率良く分解放出させることが可能となり、ＮＯx吸蔵還元触媒９の再生が効率良く進み、触媒の容積中に占めるＮＯx吸蔵サイトの回復割合が大きくなって吸蔵能力が落ちなくなり、燃費悪化が避けられ、実用化が可能となる。
【００３１】
こうして、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、比較的低い温度領域でもＮＯx吸蔵還元触媒の再生を効率良く行なうことができ、ＮＯx低減率を向上し得る。
【００３２】
図４は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４に示す如く、改質器８の加熱装置６を、ヒータ付酸化触媒３２が中心部に集中配置された前段酸化触媒３３によって構成し、該前段酸化触媒３３と改質触媒７との間にミキサー３４を配設した点にある。
【００３３】
前記ミキサー３４は、例えば、図５に示す如く、一部分が切り欠かれ且つ多数の異径の通過孔３５が穿設された円板３６を、排気ガス３の流通方向へ複数配設してなる構成を有している。
【００３４】
図４及び図５に示す例においては、ディーゼルエンジン１からの排気ガス３を排気管４を介して改質器８へ送り込んだ状態で、ヒータ付酸化触媒３２が集中配置された中心部の酸化触媒床温度が通電により部分的に高められた前段酸化触媒３３で構成される加熱装置６の入側に、燃料添加装置５の噴射ノズル１０から燃料１５を還元剤として添加すると、該燃料１５が前記加熱装置６のヒータ付酸化触媒３２により部分的に加熱されて高濃度のＨＣガスが生成されつつ、ミキサー３４にて撹拌混合され、図１に示す例の場合と同様に、排気ガス３の温度が改質触媒７が作動するのに必要となる所要温度（約３００［℃］）に上昇し、排気ガス３と共に前記ＨＣガスが改質触媒７へ導かれ、雰囲気中に共存するＯ2と反応して雰囲気温度が上昇し且つＯ2が消費された後に前記ＨＣガスが反応性の高いＨ2とＣＯとに分解されて、後段のＮＯx吸蔵還元触媒９に導入され、ＮＯx吸蔵還元触媒９の表面上で従来の燃料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。
【００３５】
ここで、図４に示す例の場合には、前記加熱装置６を、ヒータ付酸化触媒３２が中心部に集中配置された前段酸化触媒３３によって構成してあるため、中心部に集中配置されたヒータ付酸化触媒３２に電力を集中させることにより、図１に示す例の場合より更に少ない電力で燃料１５の酸化を開始するのに充分な温度をヒータ付酸化触媒３２上で保持することが可能となり、必要最小限の加熱装置６への通電により効率良く前記ＮＯx吸蔵還元触媒９の再生が図られる。
【００３６】
この結果、図１に示す例の場合と同様に、例えば、渋滞の多い都市内での徐行運転等のように、排気温度が低く、ＮＯx吸蔵還元触媒９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［℃］）が得られない低負荷域での運転条件下であっても、改質器８を必要最小限の電力で作動させることにより、ディーゼルエンジン１に対して昇温制御を行なったり、燃料の添加量を増加させることなく、ＮＯx吸蔵還元触媒９からＮＯxを効率良く分解放出させることが可能となり、ＮＯx吸蔵還元触媒９の再生が効率良く進み、触媒の容積中に占めるＮＯx吸蔵サイトの回復割合が大きくなって吸蔵能力が落ちなくなり、燃費悪化が避けられ、実用化が可能となる。
【００３７】
こうして、図４に示す例の場合にも、図１に示す例の場合と同様に、燃費の悪化を最小限に抑えつつ、比較的低い温度領域でもＮＯx吸蔵還元触媒の再生を効率良く行なうことができ、ＮＯx低減率を向上し得る。
【００３８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、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】本発明を実施する形態の一例における加熱装置としての薄膜メタルヒータを示す斜視図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例における加熱装置としてのワイヤメッシュヒータを示す斜視図である。
【図４】本発明を実施する形態の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明を実施する形態の他の例におけるミキサーを示す正面図である。
【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
５    燃料添加装置
６    加熱装置
７    改質触媒
８    改質器
９    ＮＯx吸蔵還元触媒
１５    燃料
１６    金属薄膜
１７    アルミナ絶縁テープ
１８    薄膜メタルヒータ
１９    金網
１９´  アルミナ絶縁メッシュ
２０    ワイヤメッシュヒータ
３２    ヒータ付酸化触媒
３３    前段酸化触媒
３４    ミキサー
【図１】
2007177672.tif 000003
【図２】
2007177672.tif 000004
【図３】
2007177672.tif 000005
【図４】
2007177672.tif 000006
【図５】
2007177672.tif 000007