(57)【要約】【課題】高硫黄燃料を使用してもパティキュレートフィルタの強制再生を支障なく行い得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス５中のＳＯ2ガスを水と化合させてサルフェートの状態で吸着し且つその吸着したサルフェートを所定の脱離温度以上となった時に再びＳＯ2ガスとして脱離する脱硫触媒９をパティキュレートフィルタ１の前段に設けると共に、排気ガス５を酸化触媒２を経由させて脱硫触媒９へ導く再生流路１０と、排気ガス５を酸化触媒２を迂回させて脱硫触媒９へ直接導く通常流路１１とを設け、通常時は通常流路１１を選択して排気ガス５を流し且つパティキュレートフィルタ１の強制再生時にのみ排気ガス５の流れを通常流路１１から再生流路１０に切り換えるバタフライ弁１２を流路切換手段として設ける。【選択図】図１
2009156180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パティキュレートフィルタより上流側に酸化触媒を備え、該酸化触媒の上流側で排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料から生じたＨＣガスが酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化装置であって、排気ガス中のＳＯ2ガスを水と化合させてサルフェートの状態で吸着し且つその吸着したサルフェートを所定の脱離温度以上となった時に再びＳＯ2ガスとして脱離する脱硫触媒を前記パティキュレートフィルタの前段に設けると共に、排気ガスを酸化触媒を経由させて脱硫触媒へ導く再生流路と、排気ガスを酸化触媒を迂回させて脱硫触媒へ直接導く通常流路とを設け、通常時は通常流路を選択して排気ガスを流し且つパティキュレートフィルタの強制再生時にのみ排気ガスの流れを通常流路から再生流路に切り換える流路切換手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【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】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの採用が検討されている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。
【０００６】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料から生じたＨＣガスが前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【０００９】
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。
【００１０】
図２に示す如く、このようなパティキュレートフィルタ１を前段の酸化触媒２と一緒に排気管３の途中に装備するにあたっては、該排気管３の途中に介装したケーシング４内に、前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１とを直列に配置して収容せしめるようにしている。
【００１１】
また、図２中における符号の５は排気ガス、６は前記ケーシング４の入側に排気ガス５を導入する入口パイプ、７は前記ケーシング４の出側から排気ガス５を排出するテールパイプ、８は前記ケーシング４の保温を図るための断熱材を示している。
【００１２】
尚、このような前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１との配置状態について技術開示した先行技術文献情報としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特開２００４−２２５６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス５中には、燃料（軽油）中の硫黄分に起因するＳＯ2ガスが存在するため、排気ガス５の温度が約２００〜３００℃以上となった時に、前段の酸化触媒２にて次式
［化１］
２ＳＯ2＋Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2ＳＯ4
によりサルフェート（ミスト状硫酸成分）が生成されて酸化触媒２上に溜まってしまう。
【００１４】
この種の酸化触媒２上に溜まるサルフェートは、約６３０℃以上の高温下で再びＳＯ2ガスとなって酸化触媒２から脱離してしまうものであるが、特に高硫黄燃料を使用した場合には、サルフェートの生成量が多すぎて短期間のうちに酸化触媒２の表面全てが覆われるコーキングを招いてしまうので、酸化触媒２上でＨＣガスの酸化反応を促す機能が発揮できなくなってパティキュレートフィルタ１の強制再生が行えなくなる虞れがあった。
【００１５】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、高硫黄燃料を使用してもパティキュレートフィルタの強制再生を支障なく行い得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、パティキュレートフィルタより上流側に酸化触媒を備え、該酸化触媒の上流側で排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料から生じたＨＣガスが酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化装置であって、排気ガス中のＳＯ2ガスを水と化合させてサルフェートの状態で吸着し且つその吸着したサルフェートを所定の脱離温度以上となった時に再びＳＯ2ガスとして脱離する脱硫触媒を前記パティキュレートフィルタの前段に設けると共に、排気ガスを酸化触媒を経由させて脱硫触媒へ導く再生流路と、排気ガスを酸化触媒を迂回させて脱硫触媒へ直接導く通常流路とを設け、通常時は通常流路を選択して排気ガスを流し且つパティキュレートフィルタの強制再生時にのみ排気ガスの流れを通常流路から再生流路に切り換える流路切換手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、このようにすれば、通常時に流路切換手段により選択された通常流路に排気ガスが流れ、該排気ガスが酸化触媒を迂回して脱硫触媒に直接導かれるので、該脱硫触媒上で排気ガス中のＳＯ2ガスが水と化合してサルフェートの状態で吸着され、排気ガス中のパティキュレートが後段のパティキュレートフィルタで捕集される。
【００１８】
また、パティキュレートフィルタの強制再生時には、流路切換手段により選択された再生流路に排気ガスが流れ、該排気ガスが酸化触媒を経由して脱硫触媒へ流れることになるので、エンジン側でのポスト噴射等により燃料添加を行うと、その添加燃料から生じたＨＣガスが酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスが後方の脱硫触媒とパティキュレートフィルタに流入する。
【００１９】
これにより酸化触媒の直後の脱硫触媒の触媒床温度が所定の脱離温度以上に上げられてサルフェートが再びＳＯ2ガスとして脱離されると共に、その直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度も上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られる。
【００２０】
この際、酸化触媒では、通常時において排気ガスの流れに晒されていないことからサルフェートが殆ど溜まっておらず、ＨＣガスの酸化反応を促す機能を良好に発揮し得る状態にあるため、添加燃料から生じたＨＣガスを良好に酸化反応させて排気ガスの昇温化を図ることが可能である。
【００２１】
しかも、酸化触媒の触媒表面でＨＣガスが酸化処理されている状況下では、触媒上のあちこちが局所的に著しく高温となっているため、排気ガス中のＳＯ2ガスは硫酸化の行程を飛び越してＳＯ2ガスの状態で酸化触媒を通り抜け、パティキュレートフィルタの強制再生の実行中に新たなサルフェートが生成されて酸化触媒上に溜まる虞れは殆どない。
【００２２】
また、通常時にパティキュレートフィルタの前段で脱硫触媒により積極的にＳＯ2ガスが水と化合されてサルフェートの状態で吸着されるようになっており、この脱硫触媒からはＳＯ2ガスの状態で脱離されてパティキュレートフィルタをそのまま通過するようになっているため、パティキュレートフィルタにサルフェートが溜まる虞れも殆どなくなる。
【００２３】
この結果、潤滑油を起源として排気ガス中に存在するＣａＯがパティキュレートフィルタ内で次式
［化２］
Ｈ2ＳＯ4＋ＣａＯ→ＣａＳＯ4＋Ｈ2Ｏ
によりサルフェート（Ｈ2ＳＯ4）と化合し、パティキュレートフィルタの強制再生で焼却できないアッシュ（ＣａＳＯ4）が生成されてパティキュレートフィルタ内に溜まってしまう事態も回避される。
【発明の効果】
【００２４】
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。
【００２５】
（Ｉ）通常時は酸化触媒が排気ガスに晒されないようにしてパティキュレートフィルタの強制再生を実行する時にのみ酸化触媒に排気ガスを流すようにしているので、高硫黄燃料を使用しても短期間のうちに酸化触媒の表面全てがサルフェートにより覆われてしまうコーキングを防ぐことができ、ＨＣガスの酸化反応を促す機能を長期間に亘り良好に維持せしめてパティキュレートフィルタの強制再生を支障なく行うことができる。
【００２６】
（ＩＩ）通常時にパティキュレートフィルタの前段で脱硫触媒により積極的にＳＯ2ガスを水と化合させてサルフェートの状態で吸着し、パティキュレートフィルタの強制再生時には再びＳＯ2ガスの状態で脱硫触媒から脱離させてパティキュレートフィルタをそのまま通過させることができるので、パティキュレートフィルタ内でＣａＯとサルフェートとが化合することによりアッシュが生成されて溜まってしまう事態を回避でき、アッシュによるパティキュレートフィルタの目詰まりを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、先に説明した図２のものと略同様に、排気管３の途中に介装したケーシング４内の後段にパティキュレートフィルタ１が収容されているが、前記ケーシング４内におけるパティキュレートフィルタ１の前段には、白金等の酸化触媒原料を吸着性能の高いゼオライト等を担体として担持させて成る脱硫触媒９が収容されており、この脱硫触媒９では、排気ガス５の温度が約２００〜３００℃以上となった時に次式
［化３］
２ＳＯ2＋Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2ＳＯ4
によりＳＯ2ガスを水と化合させてサルフェートの状態で吸着し且つその吸着したサルフェートを所定の脱離温度（約６３０℃）以上となった時に再びＳＯ2ガスとして脱離するようになっている。
【００２９】
そして、前記ケーシング４の入側に排気ガス５を導入する入口パイプ６が、排気ガス５を酸化触媒２を経由させて脱硫触媒９へ導く再生流路１０と、排気ガス５を酸化触媒２を迂回させて脱硫触媒９へ直接導く通常流路１１とに二股状に分岐されており、その分岐箇所には、通常時は通常流路１１を選択して排気ガス５を流し且つパティキュレートフィルタ１の強制再生時にのみ排気ガス５の流れを通常流路１１から再生流路１０に切り換えるバタフライ弁１２が流路切換手段として設けられている。
【００３０】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、図１中に実線で示す通り、通常時にバタフライ弁１２により選択された通常流路１１に排気ガス５が流れ、該排気ガス５が酸化触媒２を迂回して脱硫触媒９に直接導かれるので、排気ガス５の温度が約２００〜３００℃以上となった時に脱硫触媒９上で排気ガス５中のＳＯ2ガスが水と化合してサルフェートの状態で吸着され、排気ガス５中のパティキュレートが後段のパティキュレートフィルタ１で捕集される。
【００３１】
また、図１中に仮想線で示す通り、パティキュレートフィルタ１の強制再生時には、バタフライ弁１２により選択された再生流路１０に排気ガス５が流れ、該排気ガス５が酸化触媒２を経由して脱硫触媒９へ流れることになるので、エンジン側でのポスト噴射等により燃料添加を行うと、その添加燃料から生じたＨＣガスが酸化触媒２を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス５が後方の脱硫触媒９とパティキュレートフィルタ１に流入する。
【００３２】
これにより酸化触媒２の直後の脱硫触媒９の触媒床温度が所定の脱離温度（約６３０℃）以上に上げられてサルフェートが再びＳＯ2ガスとして脱離されると共に、その直後のパティキュレートフィルタ１の触媒床温度も上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ１の再生化が図られる。
【００３３】
この際、酸化触媒２では、通常時において排気ガス５の流れに晒されていないことからサルフェートが殆ど溜まっておらず、ＨＣガスの酸化反応を促す機能を良好に発揮し得る状態にあるため、添加燃料から生じたＨＣガスを良好に酸化反応させて排気ガス５の昇温化を図ることが可能である。
【００３４】
しかも、酸化触媒２の触媒表面でＨＣガスが酸化処理されている状況下では、触媒上のあちこちが局所的に著しく高温となっているため、排気ガス５中のＳＯ2ガスは硫酸化の行程を飛び越してＳＯ2ガスの状態で酸化触媒２を通り抜け、パティキュレートフィルタ１の強制再生の実行中に新たなサルフェートが生成されて酸化触媒２上に溜まる虞れは殆どない。
【００３５】
また、通常時にパティキュレートフィルタ１の前段で脱硫触媒９により積極的にＳＯ2ガスが水と化合されてサルフェートの状態で吸着されるようになっており、この脱硫触媒９からはＳＯ2ガスの状態で脱離されてパティキュレートフィルタ１をそのまま通過するようになっているため、パティキュレートフィルタ１にサルフェートが溜まる虞れも殆どなくなる。
【００３６】
この結果、潤滑油を起源として排気ガス５中に存在するＣａＯがパティキュレートフィルタ１内で次式
［化４］
Ｈ2ＳＯ4＋ＣａＯ→ＣａＳＯ4＋Ｈ2Ｏ
によりサルフェート（Ｈ2ＳＯ4）と化合し、パティキュレートフィルタ１の強制再生で焼却できないアッシュ（ＣａＳＯ4）が生成されてパティキュレートフィルタ１内に溜まってしまう事態も回避されることになる。
【００３７】
従って、上記形態例によれば、通常時は酸化触媒２が排気ガス５に晒されないようにしてパティキュレートフィルタ１の強制再生を実行する時にのみ酸化触媒２に排気ガス５を流すようにしているので、高硫黄燃料を使用しても短期間のうちに酸化触媒２の表面全てがサルフェートにより覆われてしまうコーキングを防ぐことができ、ＨＣガスの酸化反応を促す機能を長期間に亘り良好に維持せしめてパティキュレートフィルタ１の強制再生を支障なく行うことができる。
【００３８】
また、通常時にパティキュレートフィルタ１の前段で脱硫触媒９により積極的にＳＯ2ガスを水と化合させてサルフェートの状態で吸着し、パティキュレートフィルタ１の強制再生時には再びＳＯ2ガスの状態で脱硫触媒９から脱離させてパティキュレートフィルタ１をそのまま通過させることができるので、パティキュレートフィルタ１内でＣａＯとサルフェートとが化合することによりアッシュが生成されて溜まってしまう事態を回避でき、アッシュによるパティキュレートフィルタ１の目詰まりを防止することができる。
【００３９】
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、流路切換手段は図示の如きバタフライ弁を用いて流路を切り替える形式に限定されないこと、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】
【００４０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  パティキュレートフィルタ
２  酸化触媒
３  排気管
５  排気ガス
９  脱硫触媒
１０  再生流路
１１  通常流路
１２  バタフライ弁（流路切換手段）
【図１】
2009156180.tif 000003
【図２】
2009156180.tif 000004