(57)【要約】【課題】排気通路における圧力損失の増加を抑制しつつ、排気ガス中のリン化合物を除去できて、排気ガス装置におけるリン被毒を抑制できて浄化性能の低下を軽減できる排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法を提供する。【解決手段】  内燃機関１０の排気ガスＧが通過する排気通路１１に、排気ガスＧ中の成分を浄化する排気ガス浄化ユニット２０〜５０を設けた排気ガス浄化システム１において、当該排気ガス浄化システム１の最上流の排気ガス浄化ユニットを、リン化合物を吸着するリン吸着ユニット５０で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが通過する排気通路に、排気ガス中の成分を浄化する排気ガス浄化ユニットを設けた排気ガス浄化システムにおいて、当該排気ガス浄化システムの最上流の排気ガス浄化ユニットを、リン化合物を吸着するリン吸着ユニットで構成したことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
当該排気ガス浄化システムは、前記リン吸着ユニットにおけるリン化合物の吸着量を推定し、この推定した吸着量を累積した吸着累積量が予め設定された警戒吸着量に達した場合に、警報を発生させる制御装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記制御装置は、エンジンの運転状態とエンジンオイルに含有されているリン成分の前記リン吸着ユニットへの堆積量との関係を示す、予め設定された第１データを参照しながら、制御中のエンジン運転状態に応じた前記リン吸着ユニットへのリン成分の堆積量を算出し、この堆積量を累積して、吸着累積量を算出することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
内燃機関の排気ガス中の成分を排気通路に設けた排気ガス浄化ユニットで浄化する排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法において、内燃機関からの排気ガスを、リン化合物を吸着するリン吸着ユニットを通過させてリン化合物を除去してから、このリン化合物とは別の成分を浄化する排気ガス浄化ユニットを通過させることを特徴とする排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載した内燃機関等の排気ガスを浄化する排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載した内燃機関では、エンジンオイルに耐摩耗添加剤としてジアルキルジチオリン酸亜鉛等のリン含有化合物が使用されている。そのため、燃料の燃焼に伴うオイル燃焼による副生成物として生成されたリン化合物が、排気ガス中に含まれ、排気通路に配設された排気ガス浄化システムの触媒等に付着する。その結果、リン化合物が触媒のウォッシュコート成分である酸化アルミニウムの上に堆積して、触媒上にいつまでも残存して、排気ガス浄化性能を低下させるという問題があった。
【０００３】
この問題への対策として、内燃機関の排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）に、フィルターで構成したリン捕捉フィルターを設置した排出ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、一方で、石炭焚き焼ボイラなどの排ガス対策として、珪酸カルシウムのリン吸着剤（例えば、特許文献２参照）や、工場廃水、排ガス中などにおけるリン対策として、オキシ水酸化鉄複合体のリン吸着剤（例えば、特許文献３、４参照）やケイ素と硫酸鉄からなる蓄積性触媒毒吸着剤（例えば、特許文５参照）や多孔質活性アルミナと周期律表第ＩＡ族金属（アルカリ金属）および第ＩＩＡ族金属（アルカリ土類金属
）よりなる群から選ばれた１種以上の金属からなる耐被毒前処理剤等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９１７９７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１４９３５号公報（段落〔０００８〕、段落〔００１３〕）
【特許文献３】特開２００６−１２２８３１号公報
【特許文献４】国際公開第２００６／０８８０８３号
【特許文献５】特開２０１４−２００７５７号公報
【特許文献６】特開平９−８５０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のリン捕捉フィルターを備えた排出ガス浄化システムでは、リン捕捉フィルターでリン化合物のみならず、排出ガス中のＰＭも捕捉してしまうので、これらの成分の堆積量が増加するにつれて排気通路の圧力損失が徐々に増加してしまい、エンジンの性能に影響を与えてしまうことになる。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関の排気通路における圧力損失の増加を抑制しつつ、排気ガス中のリン化合物を除去することにより、排気ガス浄化システムにおけるリン被毒を抑制できて浄化性能の低下を軽減できる排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気ガスが通過する排気通路に、排気ガス中の成分を浄化する排気ガス浄化ユニットを設けた排気ガス浄化システムにおいて、当該排気ガス浄化システムの最上流の排気ガス浄化ユニットを、リン化合物を吸着するリン吸着ユニットで構成したことを特徴とする排気ガス浄化システムである。
【０００９】
また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法は、内燃機関の排気ガス中の成分を排気通路に設けた排気ガス浄化ユニットで浄化する排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法において、内燃機関からの排気ガスを、リン化合物を吸着するリン吸着ユニットを通過させてリン化合物を除去してから、このリン化合物とは別の成分を浄化する排気ガス浄化ユニットを通過させることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排気ガス浄化装置、及び排気ガス浄化装置のリン被毒抑制方法によれば、リン吸着ユニットにより排気ガス中のリン化合物を吸着して除去することができるので、内燃機関の排気通路における圧力損失の増加を抑制しつつ、排気ガス中のリン化合物を除去できて、排気ガス浄化システムにおけるリン被毒を抑制できて浄化性能の低下を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法の制御フローの１例を示す図である。
【図３】比較例の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０から排出される排気ガスＧが通過する排気通路１１に、酸化触媒ユニット（ＤＯＣ）２０と、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＰＭ捕集フィルターユニット（ＤＰＤ（登録商標））３０、排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等の成分を浄化するＳＣＲ触媒ユニット（ＳＣＲ）４０等の各種の排気ガスユニットを組み合わせて設けた排気ガス浄化システムであり、この排気ガス浄化システム１において、この排気ガス浄化システム１の最上流の排気ガス浄化ユニットを、リン化合物（ＰＯｘ）を吸着するリン吸着ユニット５０で構成する。
【００１４】
この酸化触媒ユニット２０は、コーディエライトなどを原料としたセラミックスで構成された、フルスロー型のハニカム構造の担持体等に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を触媒として、排気ガスＧ中の酸素（Ｏ2）を使用して排気ガスＧ中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や（一酸化炭素（ＣＯ）を酸化したり、粒子状物質（ＰＭ）に含まれる未燃燃焼物質（ＳＯＦ）を酸化したりして、水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）に変える排気ガス浄化ユニットである。
【００１５】
そして、この酸化触媒ユニット２０は、下流側に配置されるＰＭ捕集フィルターユニット３０の温度を上昇させて、このＰＭ捕集フィルターユニット３０に捕集されたＰＭを燃焼除去するような強制再生時には、エンジン１０のシリンダ内燃料噴射のポスト噴射、又は、排気通路１１に設けた燃料噴射ノズル（図示しない）から燃料を排気管内に直接噴射する排気管内直接噴射により、燃料を排気ガスＧ中に供給して、排気ガスＧ中の未燃燃料を増加し、この未燃燃料を酸化触媒ユニット２０で触媒反応により酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスＧの温度を上昇させる役割や、排気ガスＧ中のＮＯをＮＯ2に酸化して排気ガスＧ中のＮＯ：ＮＯ2の割合を１：１に近くして、ＰＭ捕集フィルターユニット３０におけるＰＭの燃焼を促進したりする役割を持っている。
【００１６】
また、ＰＭ捕集フィルターユニット３０は、排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのもので、例えば、多孔質のセラミックのハニカムのセル（チャンネル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルターで構成される。
【００１７】
排気ガスＧは、ＰＭ捕集フィルターユニット３０の目封じされていないセルの入口より流入し、隣接する出口を目封じされていないセルとの境界に形成されたＰＭ捕集用のセル壁を通過して隣接する出口を目封じされていないセルの出口より流出する。ＰＭ捕集用の壁で捕集できるＰＭの捕集量には限界があるため、ＰＭ捕集量が飽和する前に、ＰＭ捕集フィルターユニット３０に高温の排気ガスＧを通過させて、捕集されたＰＭを燃焼除去する強制ＰＭ再生制御を定期的に行っている。
【００１８】
そして、ＳＣＲ触媒ユニット４０は、鉄イオン交換アルミノシリケート等の触媒ゼオライトをセラミックハニカム等の担体に担持させたもので、その上流側の排気通路１１に備えた尿素水供給装置４１により噴射される尿素水が排気ガスＧの熱により加水分解して生成されたアンモニア（ＮＨ3）を還元剤として、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ2）に浄化する装置である。
【００１９】
そして、このリン吸着ユニット５０は、コーディエライトなどを原料としたセラミックスで構成された、フルスロー型のハニカム構造の担持体等にリン吸着剤を担持させたものである。このリン吸着剤は、リン化合物（ＰＯｘ）のみを吸着する吸着剤であることが好ましく、この吸着剤としては、例えば、珪酸カルシウムのリン吸着剤や、オキシ水酸化鉄複合体のリン吸着剤や、ケイ素と硫酸鉄からなる蓄積性触媒毒吸着剤や、多孔質活性アルミナと周期律表第ＩＡ族金属（アルカリ金属）および第ＩＩＡ族
金属（アルカリ土類金属）よりなる群から選ばれた１種以上の金属からなる耐被毒前処理剤等を用いることができる。
【００２０】
このリン吸着ユニット５０により、排気ガスＧ中のＰＭは捕集せずに、排気ガスＧ中のリン化合物を化学反応により吸着して、下流側の酸化触媒ユニット２０やその他の排気ガス浄化ユニット３０、４０におけるリン被毒を抑制する。また、リン吸着ユニット５０は、交換を考慮して、このリン吸着ユニット５０の部分だけが容易に交換可能に構成されるか、あるいは、リン吸着剤が担持された担体がある部分を交換可能なリン吸着剤カートリッジ５１を着脱可能にして、このリン吸着剤カートリッジ５１の交換が容易にできるように構成されるかすることが好ましい。
【００２１】
なお、排気ガス浄化システム１には、ＳＣＲ触媒ユニット４０でのＮＯｘ浄化のために、尿素水を排気ガス中に供給する尿素水噴射システムや、排気管内直接燃料噴射のための燃料噴射システムや、アンモニア流出を防止するためのアンモニア吸着ユニットなどと、ＰＭ捕集フィルターユニット（ＤＰＤ）３０の前後差圧を検出するための差圧センサや排気ガスＧ等の温度を検出するための温度センサやＮＯｘ濃度や酸素濃度を検出するためのガス濃度センサが配置されるが、ここでは、これらの構成は、本発明に直接関係しないので説明の簡略化のために省略する。
【００２２】
そして、図３に示すような、従来技術で多くの場合用いられている比較例としての排気ガス浄化システム１Ｘでは、排気ガス浄化ユニットの最上流側に、言いかえれば、エンジン１０からの排気ガスＧが最初に通過する排気ガス浄化ユニットとして、酸化触媒を有する酸化触媒ユニット（ＤＯＣ）２０、ＰＭ捕集フィルターユニット（ＤＰＤ）３０、ＳＣＲ触媒ユニット（ＳＣＲ）４０等の各種の排気ガス浄化ユニットが配置される。
【００２３】
この比較例のような場合には、エンジンオイルに耐摩耗添加剤として添加されているジアルキルジチオリン酸亜鉛が、シリンダ内の燃料の燃焼に伴う、エンジンオイルの燃焼による副生成物として生成されるリン化合物となり、この生成されたリン化合物が排気通路１２に排出され、酸化触媒ユニット２０の活性部位である貴金属に付着して、浄化性能を低下させる。さらに、リン化合物は酸化触媒ユニット２０のウォッシュコート成分である酸化アルミニウム上に堆積したり、酸化アルミニウムなどと反応したりして、触媒上にいつまでも残存するので、酸化触媒の触媒作用が低下する、いわゆるリン被毒が発生する。
【００２４】
この比較例に対して、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム１では、図１に示すように、排気ガス浄化システム１の最上流の排気ガスユニットを、リン化合物やＰＭの捕捉量の増加により圧力損失が大きくなるリン捕捉フィルターでは無く、化学反応でリン化合物を取り込むリン吸着剤を有するリン吸着ユニット５０で構成しているので、つまり、ＰＭを捕捉せずにリン化合物のみを吸着するリン吸着ユニット５０で構成しているので、リン捕捉フィルターで発生するようなＰＭ捕捉による排気通路１１の圧力損失の増大を回避できる。従って、排気通路１１における圧力損失の増加を抑制しつつ、排気ガスＧ中のリン化合物を除去できて、排気ガス浄化システム１におけるリン被毒を抑制でき、これにより、排気ガス浄化性能の低下を軽減できる。
【００２５】
さらに、排気ガス浄化システム１に備わっている制御装置２に、エンジン１０の運転状態Ｅｓとエンジンオイルに含有されているリン由来のリン化合物のリン吸着ユニット５０への堆積量ΔＡｐ（予め設定された制御用の時間Δｔの間の吸着量）との関係を示す、予め設定された第１データＤ１を参照しながら、制御中のエンジン運転状態Ｅｓに応じたリン吸着ユニット５０へのリン化合物の堆積量ΔＡｐを算出し、この堆積量ΔＡｐを累積して、吸着累積量Ａｐを算出する機能を持たせる。
【００２６】
また、リン吸着剤の研究の発展によって、リン吸着剤の吸着率ηｐが向上する可能性のある場合には、この吸着率ηｐを入力または選択可能にして、次のような吸着累積量Ａｐの算出方法を用いるのが好ましい。つまり、排気ガスＧ中のリン成分は、エンジンオイルの添加物に由来しているので、排気ガスＧ中のリン成分の流出量ΔＳｐは、エンジン回転数Ｎｅと負荷（燃料噴射量）Ｑに基づくエンジン運転状態Ｅｓに依存する。
【００２７】
従って、このエンジン運転状態Ｅｓと排気ガスＧ中のリン成分の流出量ΔＳｐとの関係は予め実験や計算などにより求めておくことができる。より具体的には、エンジン回転数Ｎｅと負荷（燃料噴射量）Ｑの組み合わせ（エンジン運転状態Ｅｓ）に対するリン成分の流出量ΔＳｐを示す第２データ（Ｄ２）や関数データΔＳｐ（Ｎｅ，Ｑ）を使用することができる。
【００２８】
この関係を参照しながら、エンジン運転状態Ｅｓに応じたリン化合物の流出量ΔＳｐとリン吸着ユニット５０におけるリン化合物の堆積率（吸着率）ηｐから、リン化合物の堆積量ΔＡｐ（＝ηｐ×ΔＳｐ）を算出することができるので、この算出した堆積量ΔＡｐを累積計算することにより、容易に吸着累積量Ａｐ（＝ΣΔＡｐ）を算出することができる。
【００２９】
そして、さらに、リン吸着ユニット３０におけるリン化合物の吸着量ΔＡｐを推定し、この推定した吸着量ΔＡｐを累積計算（あるいは、時間ｔに関して積分）した吸着累積量Ａｐ（＝ΣΔＡｐ、あるいは、＝∫ΔＡｐ（ｔ）ｄｔ）が予め設定された警戒吸着量Ａｐｃに達した場合に、つまり「Ａｐ≧Ａｐｃ」となった場合に、警報を発生させる機能を持たせる。
【００３０】
これにより、吸着累積量Ａｐが警戒吸着量Ａｐｃに達した場合に、警報を発生させて、リン吸着ユニット５０のリン吸着能力が飽和に近づいているとの警告を運転者にするので、運転者は、リン吸着ユニット５０のリン吸着能力が著しく低下する前に、リン吸着ユニット５０またはリン吸着剤カートリッジ５１の交換を行うことができる。したがって、リン吸着ユニット５０のリン吸着剤のリン吸着能力の飽和を未然に防ぐことができ、このリン吸着ユニット５０より下流側の酸化触媒ユニット２０とその他の排気ガス浄化ユニット３０、４０がリン被毒することを防止でき、排気ガス浄化性能の低下を軽減できる。
【００３１】
つまり、リン吸着ユニット５０に吸着したリン化合物の吸着累積量Ａｐをエンジン運転状態Ｅｓから推定して、リン吸着能力が飽和する前にリン吸着ユニット５０またはリン吸着剤カートリッジ５１を交換することで、リン吸着能力の飽和を未然に防ぐことができ、酸化触媒ユニット２０のリン被毒を抑制することができる。これにより、排気ガス浄化システム１は高い排気ガス浄化性能を維持し続けることができる。
【００３２】
なお、吸着累積量Ａｐの計算の精度は低くてよいとする場合には、エンジン１０を搭載した車両の走行距離Ｍとリン吸着ユニット５０へのリン化合物の累積堆積量Ａｐの関係を予め実験や計測データや計算などにより求めておいて、車両の走行距離Ｍから累積堆積量Ａｐを求めるようにしてもよい。
【００３３】
そして、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法は、エンジン（内燃機関）１０の排気ガスＧ中の成分を排気通路１１に設けた排気ガス浄化ユニット１で浄化する排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法であり、この方法において、エンジン１０からの排気ガスＧを、リン化合物を吸着するリン吸着ユニット５０を通過させてリン化合物を除去してから、このリン化合物とは別の成分を浄化する排気ガス浄化ユニットを通過させることを特徴とする方法である。
【００３４】
また、以下では、この排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法における、排気ガス浄化システム１の制御について図２を参照しながら説明する。「準備」（Ｓ１０）では、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑで表されるエンジン運転状態Ｅｓとリン吸着ユニット５０に吸着するリン化合物の吸着量ΔＡｐｓとの関係を、実験や計算などにより把握して、このエンジン運転状態Ｅｓにおける吸着量ΔＡｐｓをデータマップや関数などの第１データ（Ｄ１）として設定する。また、実験などにより得られる、リン化合物の吸着が飽和する吸着限界値に対して、リン吸着剤の交換までに要する走行距離及びその走行時に発生するリン化合物の量を考慮して、その分の余裕を持たせた警戒吸着量Ａｐｓを設定する。
【００３５】
そして、「リン吸着剤の装着／交換」（Ｓ２０）を行い、「リン吸着能力のチェック」（Ｓ３０）に行く。このステップＳ３０では、最初に、累積吸着量Ａｐの数値をゼロとする「累積吸着量のリセット」（Ｓ３１）を行う。次に、エンジン１０が運転されると、「吸着量の推定」（Ｓ３２）で、エンジン運転状態Ｅｓを入力して、第１データ（Ｄ１）を参照して、リン吸着ユニット３０におけるリン化合物の吸着量ΔＡｐ（ｔ）を推定する。
【００３６】
次の「累積吸着量の算出」（Ｓ３３）で、この推定した吸着量ΔＡｐ（ｔ）を累積計算して吸着累積量Ａｐ（＝ΣΔＡｐ（ｔ））を算出する。そして、「累積吸着量の判定」（Ｓ３４）で、吸着累積量Ａｐが警戒吸着量Ａｐｃに達したか否か、つまり「Ａｐ≧Ａｐｃ」であるか否かを判定する。
【００３７】
このステップＳ３４の判定で、ＮＯ、つまり「Ａｐ≧Ａｐｃ」ではない場合には、「吸着量の推定」（Ｓ３２）に戻る。一方、ＹＥＳ、つまり「Ａｐ≧Ａｐｃ」となった場合には、「警報の発生」（Ｓ３５）で警報を発生させる。この警報を受けて、運転者が「リン吸着剤の装着／交換」（Ｓ２０）を実施すれば、次の「リン吸着能力のチェック」（Ｓ３０）に行き、再度行う。また、この警報を受けても、運転者が「リン吸着剤の装着／交換」（Ｓ２０）を実施しなければ、「吸着量の推定」（Ｓ３２）に戻り、ステップＳ３２〜Ｓ３５を繰り返し、警報の発生を継続する。
【００３８】
なお、この警報は警報音やアナウンス等の音響的なものでも良く、また、点滅灯等などの光学的なものでよいが、運転者が認識した後は、必ずしも継続させる必要が無いので、運転者のスイッチ操作等を受けて、警告灯が点灯を継続しているような刺激の薄い警報に移行することが好ましい。
【００３９】
この排気ガス浄化装置のリン被毒抑制方法によれば、リン吸着ユニット５０により排気ガスＧ中のリン化合物を吸着して除去することができるので、エンジン１０の排気通路１１における圧力損失の増加を抑制しつつ、排気ガスＧ中のリン化合物を除去できて、排気ガス浄化システム１におけるリン被毒を抑制できて浄化性能の低下を軽減できる。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ｘ  排気ガス浄化システム
２  制御装置
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気通路
２０  酸化触媒ユニット（排気ガス浄化ユニット）
３０  ＰＭ捕集フィルターユニット（排気ガス浄化ユニット）
４０  ＳＣＲ触媒ユニット（排気ガス浄化ユニット）
５０  リン吸着ユニット（排気ガス浄化ユニット）
【図１】
2017227124.tif 000003
【図２】
2017227124.tif 000004
【図３】
2017227124.tif 000005