(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化するＮＯx吸蔵還元触媒を装備すると共に、該ＮＯx吸蔵還元触媒に対し大気から空気を別途導き得るように再生用ガス流路を設けて該再生用ガス流路の途中に酸素吸収材を装備し、前記ＮＯx吸蔵還元触媒に対し還元剤を適宜に添加し且つ前記酸素吸収材により空気から酸素分を吸収して生成した窒素リッチガスを前記ＮＯx吸蔵還元触媒に対し適宜に導入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】
酸素吸収材を並列に対で設け、両酸素吸収材を交互に再生し得るように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吸蔵還元触媒を並列に対で設け、両ＮＯx吸蔵還元触媒を交互に再生し得るように構成し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。
【請求項４】
ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管に、還元剤をＮＯxと選択的に反応させる選択還元触媒を装備し、該選択還元触媒に対し還元剤を適宜に添加し得るように構成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に用いる排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中にＮＯx還元触媒を装備し、該ＮＯx還元触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤をＮＯx還元触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させることによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、理論空燃比より薄い空燃比で希薄燃焼（リーンバーン）を行わせることにより大幅な燃費の向上を図り得ることが広く知られているが、このような希薄燃焼運転を行うことを想定したディーゼルエンジンに関してもＮＯxの排出濃度を低減することは重要な課題となっている。
【０００４】
しかしながら、一般的に、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下では、ＮＯx還元触媒上において、還元剤がＮＯxと反応するよりも先に酸素と反応してしまうので、希薄燃焼運転時における実用化レベルの高いＮＯx低減効果を得ることが難しかった。
【０００５】
そこで、希薄燃焼運転時においてもＮＯxを低減し得る触媒として、排気ガス中の酸素濃度が高い希薄燃焼運転時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い理論空燃比運転時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒の実用化が現在検討されている。
【０００６】
尚、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・アルミナ触媒など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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯxを放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図るのに際し、いちいち運転状態を希薄燃焼運転から理論空燃比運転に切り替えていたのでは、せっかくの希薄燃焼運転による燃費向上のメリットが損なわれてしまうという不具合がある。
【０００８】
このため、希薄燃焼運転としたままでＮＯx吸蔵還元触媒の良好な再生を図り得るようにすることが望まれているが、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下では、排気ガス中の酸素濃度が高いために、前述したＮＯx還元触媒の場合と同様に、ＨＣなどの還元剤がＮＯxと反応するよりも先に酸素と反応して消費されてしまい、これによって、還元剤とＮＯxの反応選択性が低下してＮＯx吸蔵還元触媒の良好な再生を図ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、希薄燃焼運転時におけるＮＯx低減効果の高いＮＯx吸蔵還元触媒を使用し、該ＮＯx吸蔵還元触媒を希薄燃焼運転状態でも良好に再生し得るようにした実用性の高い排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化するＮＯx吸蔵還元触媒を装備すると共に、該ＮＯx吸蔵還元触媒に対し大気から空気を別途導き得るように再生用ガス流路を設けて該再生用ガス流路の途中に酸素吸収材を装備し、前記ＮＯx吸蔵還元触媒に対し還元剤を適宜に添加し且つ前記酸素吸収材により空気から酸素分を吸収して生成した窒素リッチガスを前記ＮＯx吸蔵還元触媒に対し適宜に導入し得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１１】
従って、このような排気浄化装置によれば、排気ガス中の酸素濃度が高い希薄燃焼運転時に、排気ガスをＮＯx吸蔵還元触媒に流して排気ガス中のＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵させることによりＮＯxの低減化を図り、然る後に、十分な量のＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵してＮＯx吸蔵還元触媒の吸蔵能力が低下してきた際には、再生用ガス流路を通し大気から空気を別途導き且つその空気から酸素吸収材により酸素分を吸収して生成した窒素リッチガスをＮＯx吸蔵還元触媒に導入することにより該ＮＯx吸蔵還元触媒における還元性雰囲気を高め、ここに還元剤を添加することで該還元剤とＮＯxの反応選択性を向上し、これによりＮＯx吸蔵還元触媒からＮＯxを積極的に分解放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒の良好な再生を図り、その放出したＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒上で前記還元剤と反応させて還元浄化させることが可能となる。
【００１２】
尚、酸素吸収材は、ＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯxの吸蔵を行わせている間や、十分な量の窒素リッチガスを何らかの貯蔵手段に貯え終えて非使用状態となっている間に、酸素分を放出させて再生させるようにすれば良い。
【００１３】
また、本発明においては、酸素吸収材を並列に対で設け、両酸素吸収材を交互に再生し得るように構成しても良く、このようにすれば、一方の酸素吸収材に酸素分の吸収を行わせている間に、他方の酸素吸収材の再生を行うことが可能となるので、常に酸素吸収材の何れかを使用可能な状態に待機させておくことが可能となる。
【００１４】
更に、本発明においては、ＮＯx吸蔵還元触媒を並列に対で設け、両ＮＯx吸蔵還元触媒を交互に再生し得るように構成しても良く、このようにすれば、一方のＮＯx吸蔵還元触媒にＮＯxの吸蔵を行わせている間に、他方のＮＯx吸蔵還元触媒の再生を行うことが可能となるので、常にＮＯx吸蔵還元触媒の何れかを使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図ることが可能となる。
【００１５】
また、本発明においては、ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管に、還元剤をＮＯxと選択的に反応させる選択還元触媒を装備し、該選択還元触媒に対し還元剤を適宜に添加し得るように構成することが好ましく、このようにすれば、排気ガス中のＮＯxの一部が選択還元触媒により先行して還元浄化されることになるので、その下流側のＮＯx吸蔵還元触媒におけるＮＯx吸蔵の負担が大幅に軽減され、該ＮＯx吸蔵還元触媒が吸蔵限界に到達するまでの時間を長くして再生サイクルの長期化を図ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタクーラ６へと送られて冷却され、該インタクーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００１８】
また、このエンジン１の各シリンダには、図示しない燃料タンクからの液体燃料（軽油）がエンジン１の各シリンダ内に噴射されて燃焼されるようにしてあり、エンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００１９】
そして、排気ガス７が流通する排気管９の途中には、排気ガス７中の酸素濃度が高い時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス７中の酸素濃度が低い時に後述する還元剤１０（軽油）の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化するＮＯx吸蔵還元触媒１１が装備されており、該ＮＯx吸蔵還元触媒１１を迂回するように排気管９にバイパス流路１２が付設されている。
【００２０】
ここで、排気管９に対するバイパス流路１２の分岐箇所及び合流箇所には、排気管９を流れる排気ガス７を適宜にバイパス流路１２に振り分けてＮＯx吸蔵還元触媒１１を通過する排気ガス７の流量を制限し得るよう開度可変弁１３，１４，１５，１６が夫々設けられている。
【００２１】
また、排気管９におけるＮＯx吸蔵還元触媒１１の入側と、所要場所に設けた還元剤タンク１７（燃料タンクと兼用することも可）との間が還元剤供給管１８により接続されており、該還元剤供給管１８の途中に装備した送給ポンプ１９の駆動により還元剤タンク１７内の還元剤１０を噴射ノズル２０を介しＮＯx吸蔵還元触媒１１の入側に添加し得るようにしてある。
【００２２】
更に、前記バイパス流路１２の途中には、前記ＮＯx吸蔵還元触媒１１と対を成す別のＮＯx吸蔵還元触媒２２が並列に設けられており、該ＮＯx吸蔵還元触媒２２の入側と還元剤タンク１７との間が還元剤供給管２３により接続され、該還元剤供給管２３の途中に装備した送給ポンプ２４の駆動により還元剤タンク１７内の還元剤１０を噴射ノズル２５を介し前記ＮＯx吸蔵還元触媒２２の入側に添加し得るようにしてある。
【００２３】
しかも、前記排気管９の途中に装備したＮＯx吸蔵還元触媒１１と、前記バイパス流路１２の途中に装備したＮＯx吸蔵還元触媒２２との夫々の入側に対し、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａとインタクーラ６との間の吸気管５から開度可変弁３９を介し空気４を別途導き得るようにした再生用ガス流路４０が接続されている。
【００２４】
ここで、前記再生用ガス流路４０の上流側には、エアコンプレッサ４１とリザーバタンク４２とが装備されており、吸気管５の途中から開度可変弁３９を介して導いた空気４をエアコンプレッサ４１により加圧し、その加圧した空気４をリザーバタンク４２に貯蔵し得るようにしてある。
【００２５】
そして、前記再生用ガス流路４０におけるリザーバタンク４２の下流側は、三方弁４３を介し二つの分岐流路４０Ａ，４０Ｂに分岐されてから再び合流するように構成されており、これら分岐流路４０Ａ，４０Ｂの夫々には、多孔質カーボンなどの酸素吸収材４４，４５が並列に装備され、該各酸素吸収材４４，４５を抱持しているケーシングには、その内部を大気に開放するリリーフ流路４６，４７が接続されている。
【００２６】
ここで、前記各リリーフ流路４６，４７及び前記各分岐流路４０Ａ，４０Ｂにおける酸素吸収材４４，４５の出側には、流路を適宜に閉塞し得るストップ弁４８，４９及び５０，５１が夫々装備されており、更には、各分岐流路４０Ａ，４０Ｂの合流箇所にも同様のストップ弁５２が装備されている。
【００２７】
このストップ弁５２の下流側には、減圧弁５３と三方弁５４とが装備されており、該三方弁５４からは二つの分岐流路４０Ｃ，４０Ｄに分岐されて、排気管９のＮＯx吸蔵還元触媒１１とバイパス流路１２のＮＯx吸蔵還元触媒２２との夫々の入側に対し接続されている。
【００２８】
また、特に本形態例においては、前記バイパス流路１２の分岐箇所より上流側の排気管９に、還元剤１０をＮＯxと選択的に反応させる選択還元触媒２６（還元剤１０が軽油の場合なら銅・ゼオライト触媒や白金・アルミナ触媒など）が装備されており、この選択還元触媒２６の入側と還元剤タンク１７との間が還元剤供給管２７により接続され、該還元剤供給管２７の途中に装備した送給ポンプ２８の駆動により還元剤タンク１７内の還元剤１０を噴射ノズル２９を介し前記選択還元触媒２６の入側に添加し得るようにしてある。
【００２９】
尚、図中２１は排気管９の下流側に備えたマフラを示す。
【００３０】
而して、このように排気浄化装置を構成した場合には、排気ガス７中の酸素濃度が高い希薄燃焼運転時に、開度可変弁１３，１４を開け且つ開度可変弁１５，１６を閉じて排気ガス７をＮＯx吸蔵還元触媒１１に流し、これにより排気ガス７中のＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵させることによりＮＯxの低減化を図る。
【００３１】
然る後に、十分な量のＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵してＮＯx吸蔵還元触媒１１の吸蔵能力が低下してきた際には、開度可変弁１５，１６を開け且つ開度可変弁１３，１４を閉じて排気ガス７をバイパス流路１２側へ迂回させ、これによりバイパス流路１２側のＮＯx吸蔵還元触媒２２にＮＯxの吸蔵を引き継がせる一方、吸蔵能力の低下した前記ＮＯx吸蔵還元触媒１１を以下のようにして再生する。
【００３２】
即ち、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａとインタクーラ６との間の吸気管５から開度可変弁３９を介し空気４を再生用ガス流路４０に導き、その空気４をエアコンプレッサ４１で加圧してリザーバタンク４２に貯蔵し、ストップ弁４８，４９，５０，５１，５２を全て閉じた上で前記リザーバタンク４２から圧縮空気４’の使用分を取り出し、これを三方弁４３を介し分岐流路４０Ａの酸素吸収材４４に導くようにすると、圧縮空気４’中の酸素分が酸素吸収材４４に吸収されて窒素リッチガス４”が生成されるので、この窒素リッチガス４”をストップ弁５０，５２を開けて減圧弁５３により減圧した後、三方弁４３を介し分岐流路４０Ｃに導いて前記ＮＯx吸蔵還元触媒１１の入側に導入し、これによりＮＯx吸蔵還元触媒１１における還元性雰囲気を高め、ここに還元剤供給管１８を通し還元剤１０を添加することで該還元剤１０とＮＯxの反応選択性を向上し、ＮＯx吸蔵還元触媒１１からＮＯxを積極的に分解放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒１１の良好な再生を図り、その放出したＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒１１上で前記還元剤１０と反応させて還元浄化させる。
【００３３】
尚、吸蔵能力の低下したＮＯx吸蔵還元触媒１１に窒素リッチガス４”を導入して前記ＮＯx吸蔵還元触媒１１を再生するに際し、該ＮＯx吸蔵還元触媒１１の温度が触媒活性温度域から逸脱しないように、開度可変弁１３，１４を適宜な開度で僅かに開けて排気ガス７の一部を混合するようにしても良い。
【００３４】
そして、三方弁４３を切り替えてリザーバタンク４２から圧縮空気４’を分岐流路４０Ｂの酸素吸収材４５に導けば、前述と同様にして窒素リッチガス４”が生成されるが、この間にストップ弁５０を閉じた状態でリリーフ流路４６のストップ弁４８を開け、酸素吸収材４４を大気に開放して減圧することにより該酸素吸収材４４に吸収されていた酸素分を放出させて前記酸素吸収材４４の再生を図る。
【００３５】
このように、酸素吸収材４４，４５のうちの一方に酸素分の吸収を行わせている間に、酸素吸収材４４，４５の他方の再生を行うようにすれば、常に酸素吸収材４４，４５の何れかを使用可能な状態に待機させておくことが可能となる。
【００３６】
また、十分な量のＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵してＮＯx吸蔵還元触媒２２の吸蔵能力が低下してきた際には、開度可変弁１３，１４を開け且つ開度可変弁１５，１６を閉じて排気ガス７がバイパス流路１２側へ迂回しないようにし、これにより再生済みの排気管９側のＮＯx吸蔵還元触媒１１にＮＯxの吸蔵を引き継がせる一方、吸蔵能力の低下した前記ＮＯx吸蔵還元触媒２２を前述と同様にして再生すれば良い。
【００３７】
このように、ＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２のうちの一方にＮＯxの吸蔵を行わせている間に、ＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２のうちの他方の再生を行うようにすれば、常にＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２の何れかを使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図ることが可能となる。
【００３８】
ここで、本形態例においては、空気４をターボチャージャ２のコンプレッサ２ａとインタクーラ６との間の吸気管５から導くようにしているが、吸気系統とは全く別の系統として再生用ガス流路を構成し、該再生用ガス流路に大気から空気４を取り込む専用のブロワを装備するようにしても良く、そのようにする場合には、前記のブロワをエンジン動力を利用して駆動させるようにすると良い。
【００３９】
従って、本形態例によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２を希薄燃焼運転状態でも良好に再生することができるので、希薄燃焼運転時におけるＮＯx低減効果の高いＮＯx吸蔵還元触媒１１を使用した排気浄化装置の実用化を図ることができ、また、酸素吸収材４４，４５のうちの一方に酸素分の吸収を行わせている間に、酸素吸収材４４，４５の他方の再生を行うことができるので、常に酸素吸収材４４，４５の何れかを使用可能な状態に待機させておくことができ、更には、ＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２のうちの一方にＮＯxの吸蔵を行わせている間に、ＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２のうちの他方の再生を行うことができるので、常にＮＯx吸蔵還元触媒１１，２２の何れかを使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図ることもできる。
【００４０】
しかも、特に本形態例においては、選択還元触媒２６の入側に還元剤供給管２７を通し還元剤１０を添加して該還元剤１０をＮＯxと選択的に反応させることができ、これによって、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下でも排気ガス７中のＮＯxの２０〜３０％程度を選択還元触媒２６により先行して還元浄化することができるので、その下流側のＮＯx吸蔵還元触媒１１におけるＮＯx吸蔵の負担を大幅に軽減することができ、該ＮＯx吸蔵還元触媒１１が吸蔵限界に到達するまでの時間を長くして再生サイクルの長期化を図ることができる。
【００４１】
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、例えば、図示例における対の酸素吸収材やＮＯx吸蔵還元触媒を夫々単体で設けた構成を採用したり、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側の選択還元触媒を省略した構成を採用したりしても良いこと、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。
【００４２】
【発明の効果】
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。
【００４３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒を希薄燃焼運転状態でも良好に再生することができるので、希薄燃焼運転時におけるＮＯx低減効果の高いＮＯx吸蔵還元触媒を使用した排気浄化装置の実用化を図ることができる。
【００４４】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、一方の酸素吸収材に酸素分の吸収を行わせている間に、他方の酸素吸収材の再生を行うことができるので、常に酸素吸収材の何れかを使用可能な状態に待機させておくことができる。
【００４５】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、一方のＮＯx吸蔵還元触媒にＮＯxの吸蔵を行わせている間に、他方のＮＯx吸蔵還元触媒の再生を行うことができるので、常にＮＯx吸蔵還元触媒の何れかを使用可能な状態として連続的にＮＯxの低減化を図ることができる。
【００４６】
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、排気ガス中のＮＯxの一部を選択還元触媒により先行して還元浄化させることができ、その下流側のＮＯx吸蔵還元触媒におけるＮＯx吸蔵の負担を大幅に軽減することができるので、該ＮＯx吸蔵還元触媒が吸蔵限界に到達するまでの時間を長くして再生サイクルの長期化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
４  空気
４”  窒素リッチガス
７  排気ガス
９  排気管
１０  還元剤
１１  ＮＯx吸蔵還元触媒
２２  ＮＯx吸蔵還元触媒
２６  選択還元触媒
４０  再生用ガス流路
４４  酸素吸収材
４５  酸素吸収材
【図１】
0003919407.tif 000002