JP2007205267A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯx低減触媒での温度低下を抑えてＮＯx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタの再生時における燃費悪化の抑制並びにＮＯx低減触媒の熱劣化防止を図り得る排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管３の途中に、選択還元型触媒６とパティキュレートフィルタ５とを設けると共に、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２を選択還元型触媒６、パティキュレートフィルタ５の順に通過させる通常運転位置Ａと、前記排気ガス２を選択還元型触媒６を通過させずに直接パティキュレートフィルタ５へ導くフィルタ再生位置Ｂとに切り換え可能な切換バルブ２０を設け、制御装置１４からの制御信号２０ａにより、通常運転時には切換バルブ２０を通常運転位置Ａに切り換え、パティキュレートフィルタ５の再生時には切換バルブ２０をフィルタ再生位置Ｂに切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

一般に、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、ディーゼルエンジンからの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行われている。

又、ディーゼルエンジンにおいては、前記排気管の途中に装備した排気浄化用触媒としてのＮＯx低減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ＮＯx低減触媒としては、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒、或いは、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吸蔵還元触媒等が知られている。

図２は従来における排気浄化装置の一例を示す概略図であって、ディーゼルエンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３の途中に、前段酸化触媒４と、パティキュレートフィルタ５と、ＮＯx低減触媒としての選択還元型触媒６とを上流側から順次配設すると共に、前記選択還元型触媒６の入側へ尿素水等の還元剤を添加する還元剤添加装置７を装備したものである。

前記還元剤添加装置７は、還元剤としての尿素水８が貯留された尿素水タンク９を備え、該尿素水タンク９から延びる尿素水供給ライン１０の途中に、尿素水タンク９の尿素水８を圧送する供給ポンプ１１と、該供給ポンプ１１によって圧送される尿素水８を噴射ノズル１２から噴射させるインジェクタ１３とを設けてなる構成を有している。

前記還元剤添加装置７の供給ポンプ１１とインジェクタ１３とに対しては、制御装置１４から駆動指令信号１１ａと開弁指令信号１３ａとが出力されるようになっており、該制御装置１４から出力される駆動指令信号１１ａと開弁指令信号１３ａとに基づく、前記供給ポンプ１１の駆動とインジェクタ１３の開弁作動とにより、尿素水８の添加量が適切に制御されるようになっている。

尚、前記制御装置１４においては、図示していないエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）との間でディーゼルエンジン１の回転数及び負荷が遣り取りされ、これらから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量が推定され、その推定されたＮＯxの発生量に見合う尿素水８の添加量が算出されて必要量の尿素水８の添加が実行されるようになっている。

尚、図２中、１５はディーゼルエンジン１の吸気管であって、該吸気管１５途中には、前記排気管３途中に設けられたタービン１６によって駆動されるコンプレッサ１７が設けられ、該タービン１６とコンプレッサ１７とからターボチャージャ１８が構成されると共に、前記コンプレッサ１７より下流側における吸気管１５途中には、インタクーラ１９が設けられている。

図２に示される排気浄化装置の場合、運転時にディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２は、前段酸化触媒４を通過した後、パティキュレートフィルタ５においてパティキュレートが捕集され、該パティキュレートフィルタ５においてパティキュレートが捕集された排気ガス２は、選択還元型触媒６へ導かれるが、このとき、制御装置１４からの駆動指令信号１１ａと開弁指令信号１３ａとによって供給ポンプ１１とインジェクタ１３とを作動させることにより、必要量の尿素水８を噴射ノズル１２から前記排気ガス２中へ噴射させると、該噴射された尿素水８が排気ガス２中で
（ＮＨ₂）₂・ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂
で示される化学反応式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒６上で排気ガス２中のＮＯxと反応し、該排気ガス２中のＮＯxが還元浄化されることになる。

一方、前記パティキュレートフィルタ５の再生時には、例えば、通常の圧縮行程後期の噴射に加え排気行程での燃料噴射を行って、該燃料を前段酸化触媒４で燃焼させることにより排気温度を上昇させ、これにより、パティキュレートフィルタ５に捕集されたパティキュレートの酸化反応を促進して燃焼除去することが行われる。

図３は従来における排気浄化装置の他の例を示す概略図であって、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、パティキュレートフィルタ５を選択還元型触媒６より下流側に配置したものであり、排気ガス２中のＮＯxが還元浄化された後にパティキュレートの捕集が行われる点を除いて、基本的な作用については、図２に示される排気浄化装置の場合と同様である。

尚、図２、図３の排気浄化装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開平９−１３７７１６号公報

ところで、図２に示されるような排気浄化装置の場合、排気ガス２の熱がＮＯx低減触媒としての選択還元型触媒６より上流側に配置されたパティキュレートフィルタ５に奪われやすくなると共に、排気ガス２が選択還元型触媒６に到達するまでに長い管路を通過することに伴って放熱が大きくなり、選択還元型触媒６での温度が低くなるため、ＮＯx低減率を充分に上げることができなくなるという欠点を有していた。

又、図３に示されるような排気浄化装置の場合、パティキュレートフィルタ５の再生を行うときに、該パティキュレートフィルタ５より上流側に配置された選択還元型触媒６によって熱が奪われるため、再生に時間がかかり、燃費の悪化につながる一方、選択還元型触媒６を通過する排気温度がかなり高温となることから選択還元型触媒６が熱劣化するという不具合があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ＮＯx低減触媒での温度低下を抑えてＮＯx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタの再生時における燃費悪化の抑制並びにＮＯx低減触媒の熱劣化防止を図り得る排気浄化装置を提供しようとするものである。

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設けられたＮＯx低減触媒と、
該ＮＯx低減触媒より下流側における排気管の途中に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記エンジンから排出される排気ガスを前記ＮＯx低減触媒、パティキュレートフィルタの順に通過させる通常運転位置と、前記エンジンから排出される排気ガスを前記ＮＯx低減触媒を通過させずに直接パティキュレートフィルタへ導くフィルタ再生位置とに切り換え可能な切換バルブと、
通常運転時には前記切換バルブを通常運転位置に切り換え、パティキュレートフィルタの再生時には前記切換バルブをフィルタ再生位置に切り換える制御装置と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

通常運転時には、制御装置により切換バルブが通常運転位置に切り換えられており、エンジンから排出される排気ガスは、ＮＯx低減触媒、パティキュレートフィルタの順に通過するため、排気ガスの熱がパティキュレートフィルタに奪われることがなくなると共に、排気ガスがＮＯx低減触媒に到達するまでに長い管路を通過せず放熱が小さく、ＮＯx低減触媒での温度が高くなるため、ＮＯx低減率を充分に上げることが可能となる。

又、パティキュレートフィルタの再生時には、制御装置により切換バルブがフィルタ再生位置に切り換えられ、エンジンから排出される排気ガスは前記ＮＯx低減触媒を通過せずに直接パティキュレートフィルタへ導かれるため、該パティキュレートフィルタより上流側に配置されたＮＯx低減触媒によって熱が奪われることがなくなり、再生が迅速に行われ、燃費の悪化が避けられると共に、高温の排気ガスがＮＯx低減触媒を通過しないことからＮＯx低減触媒が熱劣化する心配もない。

前記排気浄化装置においては、切換バルブより上流側における排気管の途中に、酸化触媒を配設することができる。

本発明の排気浄化装置によれば、ＮＯx低減触媒での温度低下を抑えてＮＯx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタの再生時における燃費悪化の抑制並びにＮＯx低減触媒の熱劣化防止を図り得るという優れた効果を奏し得る。

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。

図１（ａ），（ｂ）は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図２及び図３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２及び図３に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１（ａ），（ｂ）に示す如く、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の前段酸化触媒４より下流側に、ＮＯx低減触媒としての選択還元型触媒６とパティキュレートフィルタ５とを設け、前記選択還元型触媒６の入側における排気管３に対して、該選択還元型触媒６の出側（パティキュレートフィルタ５の入側）における排気管３を近づけるように湾曲させ、該湾曲させて近づけた排気管３の部分に、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２を選択還元型触媒６、パティキュレートフィルタ５の順に通過させる通常運転位置Ａと、前記ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２を前記選択還元型触媒６を通過させずに直接パティキュレートフィルタ５へ導くフィルタ再生位置Ｂとに切り換え可能な切換バルブ２０を配設し、通常運転時には前記切換バルブ２０を通常運転位置Ａに切り換え、パティキュレートフィルタ５の再生時には前記切換バルブ２０をフィルタ再生位置Ｂに切り換えるための制御信号２０ａを制御装置１４から出力するよう構成した点にある。

尚、本図示例の場合、パティキュレートフィルタ５の入側に前段酸化触媒４とは別に酸化触媒２１を設けるようにしてある。

次に、上記図示例の作用を説明する。

通常運転時には、図１（ａ）に示す如く、制御装置１４から出力される制御信号２０ａにより、切換バルブ２０が通常運転位置Ａに切り換えられており、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２は、選択還元型触媒６、パティキュレートフィルタ５の順に通過するため、排気ガス２の熱がパティキュレートフィルタ５に奪われることがなくなると共に、排気ガス２が選択還元型触媒６に到達するまでに長い管路を通過せず放熱が小さく、選択還元型触媒６での温度が高くなるため、ＮＯx低減率を充分に上げることが可能となる。

又、パティキュレートフィルタ５の再生時には、図１（ｂ）に示す如く、制御装置１４から出力される制御信号２０ａにより、切換バルブ２０がフィルタ再生位置Ｂに切り換えられ、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガス２は前記選択還元型触媒６を通過せずに酸化触媒２１を介して直接パティキュレートフィルタ５へ導かれるため、該パティキュレートフィルタ５より上流側に配置された選択還元型触媒６によって熱が奪われることがなくなり、再生が迅速に行われ、燃費の悪化が避けられると共に、高温の排気ガス２が選択還元型触媒６を通過しないことから選択還元型触媒６が熱劣化する心配もない。

こうして、ＮＯx低減触媒としての選択還元型触媒６での温度低下を抑えてＮＯx低減率の向上を図ることができ、且つパティキュレートフィルタ５の再生時における燃費悪化の抑制並びにＮＯx低減触媒としての選択還元型触媒６の熱劣化防止を図り得る。

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、ＮＯx低減触媒として選択還元型触媒の代わりにＮＯx吸蔵還元触媒を用いたものにも適用可能なこと等、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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図であって、（ａ）は通常運転時における切換バルブの状態を示す図、（ｂ）はパティキュレートフィルタ再生時における切換バルブの状態を示す図である。 従来における排気浄化装置の一例を示す概略図である。 従来における排気浄化装置の他の例を示す概略図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（エンジン）
２ 排気ガス
３ 排気管
４ 前段酸化触媒（酸化触媒）
５ パティキュレートフィルタ
６ 選択還元型触媒（ＮＯx低減触媒）
１４ 制御装置
２０ 切換バルブ
２０ａ 制御信号
Ａ 通常運転位置
Ｂ フィルタ再生位置

Claims (2)

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設けられたＮＯx低減触媒と、
   該ＮＯx低減触媒より下流側における排気管の途中に設けられたパティキュレートフィルタと、
   前記エンジンから排出される排気ガスを前記ＮＯx低減触媒、パティキュレートフィルタの順に通過させる通常運転位置と、前記エンジンから排出される排気ガスを前記ＮＯx低減触媒を通過させずに直接パティキュレートフィルタへ導くフィルタ再生位置とに切り換え可能な切換バルブと、
   通常運転時には前記切換バルブを通常運転位置に切り換え、パティキュレートフィルタの再生時には前記切換バルブをフィルタ再生位置に切り換える制御装置と
   を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 切換バルブより上流側における排気管の途中に、酸化触媒を配設した請求項１記載の排気浄化装置。

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