(57)【要約】【課題】排気ガスの流れを遮断してＮＯx吸蔵還元触媒の再生を行うに際し、還元剤の添加開始時にＮＯx低減率が悪化してしまう問題を解決する。【解決手段】排気管３の途中に並列に装備された一対のＮＯx吸蔵還元触媒４，４と、該各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４の何れか一方に排気ガス２を振り分ける排気切替バルブ６，７と、前記各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４の夫々の入側に個別に還元剤（改質ガス１０）を添加する還元剤添加手段（燃料改質装置９）と、前記排気切替バルブ６，７の開閉速度を運転状況に応じ可変制御して脱離ＮＯxの急増を抑制するバルブ開閉制御手段（制御装置１３）とを備えて排気浄化装置を構成する。【選択図】図１
2009002225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に並列に装備された一対のＮＯx吸蔵還元触媒と、該各ＮＯx吸蔵還元触媒の何れか一方に排気ガスを振り分ける排気切替バルブと、前記各ＮＯx吸蔵還元触媒の夫々の入側に個別に還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記排気切替バルブの開閉速度を運転状況に応じ可変制御して脱離ＮＯxの急増を抑制するバルブ開閉制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気管の途中に装備されたＮＯx吸蔵還元触媒と、該ＮＯx吸蔵還元触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス流路と、該バイパス流路及び前記ＮＯx吸蔵還元触媒の何れか一方に排気ガスを振り分ける排気切替バルブと、前記ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記排気切替バルブの開閉速度を運転状況に応じ可変制御して脱離ＮＯxの急増を抑制するバルブ開閉制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
還元剤添加手段が燃料を反応性の高い改質ガスに分解して供給する燃料改質装置で構成されている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】
排気切替バルブの開閉速度をＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップから読み出して制御するようにバルブ開閉制御手段が構成されている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】
【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】
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。
【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吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用するに際しては、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加し、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。
【０００６】
ただし、連続的に流れ去る排気ガスに燃料を添加してＮＯx吸蔵還元触媒の周囲の雰囲気を酸欠状態に保持し続けるためには多量の燃料添加が必要であり、大幅な燃費の悪化を招いてしまうことになる。
【０００７】
そこで、一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に装備して排気切替バルブにより交互に排気ガスを振り分けることで片方ずつＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図ることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
即ち、このようにすれば、排気ガスの流れを遮断した方のＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加することで効果的に雰囲気中のＯ2濃度を低下し、ＮＯx吸蔵還元触媒を効率良く再生することが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−９７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１の如き排気ガスの流れを遮断して燃料添加を行う形式では、その燃料添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下し、急激にＨＣリッチ（還元剤リッチ）となることにより吸蔵ＮＯxが一気に脱離してＮＯxの放出量が急増する結果、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまい、ＮＯx低減率が一時的に悪化してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ガスの流れを遮断してＮＯx吸蔵還元触媒の再生を行うに際し、還元剤の添加開始時にＮＯx低減率が悪化してしまう問題を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、排気管の途中に並列に装備された一対のＮＯx吸蔵還元触媒と、該各ＮＯx吸蔵還元触媒の何れか一方に排気ガスを振り分ける排気切替バルブと、前記各ＮＯx吸蔵還元触媒の夫々の入側に個別に還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記排気切替バルブの開閉速度を運転状況に応じ可変制御して脱離ＮＯxの急増を抑制するバルブ開閉制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、排気管を流れる排気ガスの流れを排気切替バルブにより一方のＮＯx吸蔵還元触媒に振り分け、他方のＮＯx吸蔵還元触媒の入側に還元剤を添加して再生を開始する際に、バルブ開閉制御手段により排気切替バルブの開閉速度を可変制御し、運転状況に応じ排気ガスの流量を最適な作動時間をかけて絞り込むことが可能となる。
【００１３】
即ち、還元剤の添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下して急激に還元剤リッチにならないように排気ガスの流量を緩慢に絞り込み、ＮＯx吸蔵還元触媒から吸蔵ＮＯxを段階的に脱離させて効率良く還元浄化していくことが可能となるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまう事態が未然に防止される。
【００１４】
また、本発明は、排気管の途中に装備されたＮＯx吸蔵還元触媒と、該ＮＯx吸蔵還元触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス流路と、該バイパス流路及び前記ＮＯx吸蔵還元触媒の何れか一方に排気ガスを振り分ける排気切替バルブと、前記ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記排気切替バルブの開閉速度を運転状況に応じ可変制御して脱離ＮＯxの急増を抑制するバルブ開閉制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものでもある。
【００１５】
而して、このようにすれば、排気管を流れる排気ガスの流れを排気切替バルブによりバイパス流路に振り分け、ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に還元剤を添加して再生を開始する際に、バルブ開閉制御手段により排気切替バルブの開閉速度を可変制御し、運転状況に応じ排気ガスの流量を最適な作動時間をかけて絞り込むことが可能となる。
【００１６】
即ち、還元剤の添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下して急激に還元剤リッチにならないように排気ガスの流量を緩慢に絞り込み、ＮＯx吸蔵還元触媒から吸蔵ＮＯxを段階的に脱離させて効率良く還元浄化していくことが可能となるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまう事態が未然に防止される。
【００１７】
更に、本発明においては、還元剤添加手段が燃料を反応性の高い改質ガスに分解して供給する燃料改質装置で構成されていることが好ましく、このようにすれば、還元剤として燃料をそのまま添加する場合よりも低い温度条件からＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図ることが可能となる。
【００１８】
しかも、このようにした場合には、改質ガスの反応性が高いが故に脱離ＮＯxの急増がより顕著に現れることになるので、排気切替バルブの開閉速度を運転状況に応じ可変制御して脱離ＮＯxの急増を抑制できることの有効性が高いものと言える。
【００１９】
また、本発明を具体的に実施するに際しては、例えば、排気切替バルブの開閉速度をＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップから読み出して制御するようにバルブ開閉制御手段を構成すれば良い。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【００２１】
（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、排気ガスの流れを遮断してＮＯx吸蔵還元触媒の再生を行うに際し、還元剤の添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下して急激に還元剤リッチにならないように排気ガスの流量を緩慢に絞り込み、ＮＯx吸蔵還元触媒から吸蔵ＮＯxを段階的に脱離させて効率良く還元浄化していくことができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまう事態を未然に防止でき、還元剤の添加開始時にＮＯx低減率が悪化してしまう問題を解決することができる。
【００２２】
（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、還元剤として燃料をそのまま添加する場合よりも低い温度条件からＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図ることができ、しかも、改質ガスの反応性が高いが故に起こり易い脱離ＮＯxの急増を効果的に抑制することができる。
【００２３】
（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップを採用し、既存のセンサ類により把握することが可能なＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度やエンジン回転数を指標として排気切替バルブの開閉速度を可変制御することができるので、既存設備に対し大幅なコスト増加を招くことなく実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
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から排出される排気ガス２が流通する排気管３の途中に、一対のＮＯx吸蔵還元触媒４が並列に設けられており、該各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４の夫々に対して適宜に排気ガス２を振り分けて流し得るよう排気管３を二つの分岐流路３Ａ，３Ｂに分岐させて前記各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４に接続し且つその下流側で再び合流させてパティキュレートフィルタ５へと導くように構成してあり、前記各分岐流路３Ａ，３Ｂの分岐箇所には、排気管３を流れる排気ガス２を各分岐流路３Ａ，３Ｂに対し交互に切り替えて流し得るよう排気切替バルブ６，７が夫々設けられている。
【００２６】
更に、各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４の入側には、還元剤を排気ガス２中に添加するための還元剤添加ノズル８，８が夫々配設されており、該各還元剤添加ノズル８，８に対し還元剤添加手段を成す燃料改質装置９からの改質ガス１０が還元剤として個別に供給されるようになっている。
【００２７】
ここで、燃料改質装置９とは、燃料（軽油）をそのまま還元剤として供給するのではなく、燃料を改質触媒やプラズマ装置などを用いてＨ2やＣＯなどの反応性の高い改質ガス１０に分解して供給するようにしたものであり、この改質ガス１０を各還元剤添加ノズル８，８に供給するに際しては、排気ガス２の一部を搬送ガスとして利用して送り出すように構成したり、改質ガス１０のみをそのまま送り出すように構成することが可能である。
【００２８】
また、分岐流路３Ａ，３Ｂの前後の排気管３には、排気ガス２中のＮＯx濃度を検出するためのＮＯxセンサ１１，１２が夫々配設されており、該各ＮＯxセンサ１１，１２からの検出信号１１ａ，１２ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１３に対し入力されるようになっている。
【００２９】
一方、前記制御装置１３では、各ＮＯxセンサ１１，１２からの検出信号１１ａ，１２ａに基づき、排気ガス２が振り分けられている側のＮＯx吸蔵還元触媒４を経由することでＮＯx値がどの程度減少したかが監視されるようになっており、この減少分を積算していくことで前記ＮＯx吸蔵還元触媒４におけるＮＯxの吸蔵量が推定されるようになっている。
【００３０】
そして、前記制御装置１３において、ＮＯxの吸蔵量の推定値が所定の閾値を超えたものと判定された時に、諸条件を確認した上で排気切替バルブ６，７と燃料改質装置９に向け制御信号６ａ，７ａ，９ａが出力され、再生すべきＮＯx吸蔵還元触媒４への排気ガス２の流れを遮断して反対側のＮＯx吸蔵還元触媒４へ排気ガス２を振り分けると共に、該排気ガス２の流れを遮断した方の再生すべきＮＯx吸蔵還元触媒４の入側に改質ガス１０を添加する再生制御が実行されるようになっている。
【００３１】
この際、前記制御装置１３は、ただ単に一様な開閉速度で排気切替バルブ６，７の開閉作動を制御するのではなく、該排気切替バルブ６，７の開閉速度を運転状況に応じ可変制御するバルブ開閉制御手段として機能するようになっており、より具体的には、図２に一例を示す通り、ＮＯx吸蔵還元触媒４の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップから排気切替バルブ６，７の開閉作動に要する設定時間を読み出し、その設定時間で排気切替バルブ６，７の開閉作動を実行するようにしてある。
【００３２】
ここで、各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４の触媒床温度は、該各ＮＯx吸蔵還元触媒４，４の出側の排気ガス２の温度を代用値として温度センサ１４により検出され、検出信号１４ａとして制御装置１３に入力されるようになっており、エンジン回転数は、ディーゼルエンジン１に付帯装備されている回転センサ１５により検出され、検出信号１５ａとして制御装置１３に入力されるようになっている。
【００３３】
尚、排気ガス２の流れを遮断してＮＯx吸蔵還元触媒４の再生を行うに際し、その再生時におけるＮＯxの放出量が、排気切替バルブ６，７の開閉速度の違いにより大きな影響を受けることについては、本発明者らが鋭意研究の末に独自に見いだした知見であり、事実、本発明者らによる試験結果では、排気切替バルブ６，７の開閉作動に要する設定時間を一般的な２００ｍｓｅｃ程度とした場合に、図３にグラフで示す如きＮＯxの放出量（ＮＯx濃度）の急増が確認されたが、設定時間を２０００ｍｓｅｃまで長くした場合には、図４にグラフで示す如きＮＯxの放出量（ＮＯx濃度）の急増が著しく抑制されることが確認されており、また、その際におけるＮＯx低減率についても、図３の場合で約８５％まで悪化してしまっていたものが、図４の場合では約９２％まで改善されることが確認されている。
【００３４】
また、排気切替バルブ６，７の開閉速度を運転状況に応じて可変制御するにあたり、ＮＯx吸蔵還元触媒４の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップを採用しているのは、ＮＯx吸蔵還元触媒４における再生時の反応が触媒床温度（触媒活性）と雰囲気中のＯ2量（エンジン回転数により増減する排気ガス流量に応じＯ2量も増減する）に大きな影響を受け、これらの条件が変わることでＮＯxの放出量の急増を抑制するための排気切替バルブ６，７の最適な開閉速度が異なるからであるが、ＮＯx吸蔵還元触媒４の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップを採用すれば、排気切替バルブ６，７の開閉速度の最適化を図ることが可能である。
【００３５】
ただし、制御装置１３では、ＮＯxの吸蔵量の推定値が既に把握されているので、これを更なる最適化のパラメータとして利用し、前記二次元マップから読み出された設定時間に対し、ＮＯxの吸蔵量の推定値に応じた補正係数を適宜に乗算して設定時間に更なる補正を加えることも可能である。
【００３６】
而して、制御装置１３において、各ＮＯxセンサ１１，１２からの検出信号１１ａ，１２ａに基づき、例えば、分岐流路３Ａ側のＮＯx吸蔵還元触媒４におけるＮＯxの吸蔵量の推定値が所定の閾値を超えたものと判定されると、諸条件の確認後に排気切替バルブ６，７と燃料改質装置９に向け制御信号６ａ，７ａ，９ａが出力され、排気切替バルブ６が閉じ且つ排気切替バルブ７が開いて、排気管３を流れる排気ガス２の流れが分岐流路３Ａ側のＮＯx吸蔵還元触媒４に振り分けられ、分岐流路３Ｂ側のＮＯx吸蔵還元触媒４の入側に、燃料改質装置９からの改質ガス１０が還元剤添加ノズル８を介し添加されて再生が開始される。
【００３７】
この際、制御装置１３内でＮＯx吸蔵還元触媒４の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップ（図２参照）から排気切替バルブ６，７の開閉作動に要する設定時間が読み出され、その設定時間で排気切替バルブ６，７の開閉作動が実行される結果、排気切替バルブ６，７の開閉速度が可変制御され、運転状況に応じ分岐流路３Ｂ側の排気ガス２の流量が最適な作動時間をかけて絞り込まれることになる。
【００３８】
即ち、改質ガス１０の添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下して急激に還元剤リッチにならないように排気ガス２の流量を緩慢に絞り込み、ＮＯx吸蔵還元触媒４から吸蔵ＮＯxを段階的に脱離させて効率良く還元浄化していくことが可能となるので、ＮＯx吸蔵還元触媒４の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまう事態が未然に防止される。
【００３９】
従って、上記形態例によれば、排気ガス２の流れを遮断してＮＯx吸蔵還元触媒４の再生を行うに際し、改質ガス１０の添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下して急激に還元剤リッチにならないように排気ガス２の流量を緩慢に絞り込み、ＮＯx吸蔵還元触媒４から吸蔵ＮＯxを段階的に脱離させて効率良く還元浄化していくことができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒４の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまう事態を未然に防止でき、還元剤である改質ガス１０の添加開始時にＮＯx低減率が悪化してしまう問題を解決することができる。
【００４０】
また、特に本形態例においては、還元剤として反応性の高い改質ガス１０を使用しているので、燃料をそのまま添加する場合よりも低い温度条件からＮＯx吸蔵還元触媒４の再生を図ることができ、しかも、改質ガス１０の反応性が高いが故に起こり易い脱離ＮＯxの急増を効果的に抑制することができる。
【００４１】
更に、ＮＯx吸蔵還元触媒４の触媒床温度とエンジン回転数の二次元マップを採用し、既存のセンサ類により把握することが可能なＮＯx吸蔵還元触媒４の触媒床温度やエンジン回転数を指標として排気切替バルブ６，７の開閉速度を可変制御することができるので、既存設備に対し大幅なコスト増加を招くことなく実施することができる。
【００４２】
また、図５は本発明の別の形態例を示すもので、この形態例においては、前述した図１で一対のＮＯx吸蔵還元触媒４，４を並列に設けていたことに替えて、一方の分岐流路３ＡだけにＮＯx吸蔵還元触媒４を設け、他方の分岐流路３ＢのＮＯx吸蔵還元触媒４を無くし、分岐流路３Ｂを前記ＮＯx吸蔵還元触媒４を迂回させて排気ガス２を流すためのバイパス流路として利用するようにしたものである。
【００４３】
而して、このようにした場合においても、排気管３を流れる排気ガス２の流れを排気切替バルブ６，７によりバイパス流路を成す分岐流路３Ｂ側に振り分け、ＮＯx吸蔵還元触媒４の入側に改質ガス１０を添加して再生を開始する際に、制御装置１３により排気切替バルブ６，７の開閉速度を可変制御し、運転状況に応じ排気ガス２の流量を最適な作動時間をかけて絞り込めば、改質ガス１０の添加を開始した直後に雰囲気中のＯ2濃度が低下して急激に還元剤リッチにならないように排気ガス２の流量を緩慢に絞り込み、ＮＯx吸蔵還元触媒４から吸蔵ＮＯxを段階的に脱離させて効率良く還元浄化していくことが可能となるので、ＮＯx吸蔵還元触媒４の表面上で還元浄化しきれずに脱離ＮＯxの一部がリークしてしまう事態が未然に防止されることになる。
【００４４】
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、排気切替バルブは排気管の分岐箇所に三方弁として構成しても良いこと、パティキュレートフィルタはＮＯx吸蔵還元触媒より上流側に配置されていても良いこと、還元剤添加手段には必ずしも燃料改質装置を採用しなくても良く、燃料などの還元剤をそのまま添加するような方式であっても良いこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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】図１の制御装置で用いる二次元マップの一例を示す線図である。
【図３】排気切替バルブの一般的な開閉速度でのＮＯx放出量を示すグラフである。
【図４】開閉速度を可変制御して最適化した場合のＮＯx放出量を示すグラフである。
【図５】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
２  排気ガス
３  排気管
３Ａ  分岐流路
３Ｂ  分岐流路（バイパス流路）
４  ＮＯx吸蔵還元触媒
６  排気切替バルブ
７  排気切替バルブ
９  燃料改質装置（還元剤添加手段）
１０  改質ガス（還元剤）
１３  制御装置（バルブ開閉制御手段）
１４  温度センサ
１５  回転センサ
【図１】
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【図２】
2009002225.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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