選択還元型触媒の再生方法
【課題】比較的低温であってもＮＯｘの大気放出を有効に防止し、またパティキュレートフィルタを再生するとともに、選択還元型触媒も同時に再生させる。
【解決手段】ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられ粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒２４を再生させる。先ず選択還元型触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタ５１に堆積させたパティキュレートを燃焼させる。次にパティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタ５１を通過する排ガスの温度を上昇させる。更に温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２４に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させる。
【解決手段】ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられ粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒２４を再生させる。先ず選択還元型触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタ５１に堆積させたパティキュレートを燃焼させる。次にパティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタ５１を通過する排ガスの温度を上昇させる。更に温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２４に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を尿素系液体と反応させて分解する選択還元型触媒を再生する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を低減させる排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に選択還元型触媒を設け、その選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、その選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設けたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の選択還元型触媒は、貫通孔が互いに平行に複数形成された担体と、触媒作用を有しその隔壁に担持された活性成分とを備える。そしてこの選択還元型触媒を備える従来のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから噴射された尿素系液体が排ガスの熱により加熱されて加水分解し、アンモニアが生じる。そしてこのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９１０９号公報（段落番号［００１２］〜［００１５］、図２〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、選択還元型触媒における温度が８０〜２００℃程度の比較的低温である場合には、その選択還元型触媒におけるＮＯｘの分解が有効に行われず、選択還元型触媒を設けていても低温時には分解されないＮＯｘがそのまま大気に排出されてしまう未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、比較的低温であってもＮＯｘの大気放出を有効に防止することができ、またパティキュレートフィルタを再生するとともに、選択還元型触媒も同時に再生させることができる、選択還元型触媒の再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられ粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒２４を再生させる方法である。
その特徴ある点は、選択還元型触媒２４が、多孔質の隔壁２６ａで仕切られた貫通孔２６ｂが互いに平行に複数形成された担体２６と、触媒作用を有し隔壁２６ａに担持された活性成分とを備え、エンジン１１の排ガス中の窒素酸化物を尿素系液体と反応させて分解するように構成され、隔壁２６ａで仕切られた複数の貫通孔２６ｂの相隣接する入口部２６ｃと出口部２６ｄが交互に封止され、隔壁２６ａが通気性を有し一の貫通孔２６ｂの入口部２６ｃから流入した排ガスが隔壁２６ａを通過して一の貫通孔２６ｂに隣接する他の貫通孔２６ｂの出口部２６ｄから排出されるように構成され、活性成分が担持された隔壁２６ａは粒子状固形物の硝酸アンモニウムを通過不能に構成され、選択還元型触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタ５１に堆積させたパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタ５１を通過する排ガスの温度を上昇させ、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２４に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させるところにある。
【０００６】
排ガスの温度が比較的低温である場合には、その排ガス中のＮＯｘはアンモニアと反応して硝酸アンモニウムが生成されることが分かっており、この硝酸アンモニウムは、融点である２１０℃より低温では粒子状固形物となる。このため、この請求項１に記載された選択還元型触媒では、排ガスの温度が比較的低温時に生成される硝酸アンモニウムを担体２６の隔壁２６ａに堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温の時にＮＯｘがその状態で大気にそのまま排出されることを有効に防止することができる。
また選択還元型触媒２４に粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積するとその隔壁２６ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２６ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大する。このため、選択還元型触媒２４やディーゼルパティキュレートフィルタ５１は定期的に再生させる必要がある。この請求項１に記載された選択還元型触媒の再生方法では、パティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてパティキュレート燃焼させることによりパティキュレートフィルタ５１を再生するとともに、選択還元型触媒２４も同時に再生させることができ、選択還元型触媒２４を独自に再生させる再生装置等が不要となり、その構造を比較的単純にすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の選択還元型触媒では、隔壁で仕切られた複数の貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に封止し、一の貫通孔の入口部から流入した排ガスが隔壁を通過して一の貫通孔に隣接する他の貫通孔の出口部から排出されるように構成し、かつ活性成分が担持された隔壁は粒子状固形物の硝酸アンモニウムを通過不能に構成したので、排ガスの温度が比較的低温時に、排ガス中のＮＯｘを固形物である硝酸アンモニウムに変化させて担体の隔壁に堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温の時にＮＯｘがその状態で大気にそのまま排出されることを有効に防止する。
【０００８】
粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒は定期的に再生させる必要があるけれども、本発明の選択還元型触媒の再生方法では、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタの温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタに堆積させたパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタを通過する排ガスの温度を上昇させ、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させるので、パティキュレートフィルタを再生するとともに、選択還元型触媒も同時に再生させることができ、選択還元型触媒を独自に再生させる再生装置等が不要となり、その構造を比較的単純にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の選択還元型触媒の再生方法を用いた排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図２】その選択還元型触媒の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００１１】
図示しないが、エンジン１１には燃料噴射装置が設けられる。この実施の形態における燃料噴射装置は先端部がシリンダに臨みシリンダに燃料である軽油を噴射可能な筒内インジェクタと、内部に軽油を蓄圧し上記インジェクタに軽油を圧送するコモンレールと、このコモンレールに軽油を供給するフィードポンプとを有する。筒内インジェクタはこのインジェクタに内蔵された電磁弁により軽油の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。この燃料噴射装置は、ピストンの上死点の後に燃料である軽油をシリンダに噴射するポスト噴射が可能に構成され、このポスト噴射の有無により、エンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増減可能に構成される。排気管１６の途中には選択還元型触媒２４が設けられる。選択還元型触媒２４は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２７に収容される。
【００１２】
図２に詳しく示すように、選択還元型触媒２４は、担体２６とこの担体２６に担持された触媒作用を有する図示しない活性成分からなる。担体２６は例えばコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックからなる多孔質体からなり、多孔質の隔壁２６ａで仕切られた貫通孔２６ｂが互いに平行に複数形成される。この担体２６は、隔壁２６ａで仕切られた複数の貫通孔２６ｂの相隣接する入口部２６ｃと出口部２６ｄが交互に封止され、その多孔質体の隔壁２６ａにゼオライト、アルミナのような活性成分がコーティングされることによりその隔壁２６ａに担持される。即ち、この選択還元型触媒２４は、上記担体２６を金属ゼオライト、金属アルミナなどをスラリー化した液体中に浸漬した後、脱液し、乾燥焼成することにより活性成分を担体２６に担持させることにより作られる。そして、隔壁２６ａは活性成分が担持された状態で通気性を有するように構成され、一の貫通孔２６ｂの入口部２６ｃから流入した排ガスが図の実線矢印で示すようにその隔壁２６ａを通過して一の貫通孔２６ｂに隣接する他の貫通孔２６ｂに流入し、その他の貫通孔２６ｂの出口部２６ｄから排出されるように構成される。そしてその隔壁２６ａに担持された活性成分はエンジン１１の排ガス中のＮＯｘを尿素系液体と反応させて分解するように構成され、この例における活性成分は排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを比較的低温で、例えば２００〜３００℃で還元するようなゼオライト、アルミナのようなものが用いられる。
【００１３】
図１に戻って、この選択還元型触媒２４の排ガス上流側の排気管１６、即ち選択還元型触媒２４の入口には、液体噴射ノズル２９が選択還元型触媒２４に向けて設けられる。この液体噴射ノズル２９には液体供給管３１の一端が接続され、この液体供給管３１の他端は尿素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は第１〜第３ポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。そして、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。
【００１４】
一方、排気管１６にはその排気管１６内の排ガス温度を検出する第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂが設けられる。即ち、液体噴射ノズル２９及び選択還元型触媒２４間である選択還元型触媒２４の入口には、その入口における排気管１６内の排ガス温度を検出する第１温度センサ４３ａが設けられる。一方、選択還元型触媒２４の出口には、その出口における排気管１６内の排ガス温度を検出する第２温度センサ４３ｂが設けられる。これらの第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ４４の制御入力にそれぞれ接続される。その他コントローラ４４の制御入力には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ４６と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ４７などの各検出出力が接続される。上記負荷センサ４７はこの実施の形態では燃料噴射ポンプ（図示せず）のロードレバーの変位量を検出する。コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４及びポンプ３６にそれぞれ接続される。コントローラ４４はメモリ４４ａを備える。メモリ４４ａには、選択還元型触媒２４の入口及び出口の排ガス温度、エンジン回転、エンジン負荷等に応じた液体調整弁３４のオン又はオフ並びにオン時における開度、更にポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。
【００１５】
また、選択還元型触媒２４より排ガス上流側の排気管１６には多孔質セラミックから成るディーゼルパティキュレートフィルタ５１が設けられ、このフィルタ５１の上流側には酸化触媒５３が更に設けられる。このディーゼルパティキュレートフィルタ５１及び酸化触媒５３は、選択還元型触媒２４より上流側の排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ５２に並べられて収容される。図示しないが、パティキュレートフィルタ５１は、上流側に栓が施された第１通路と下流側に栓が施された第２通路とが交互に配置されたハニカム状をなし、排ガスは第２通路から多孔質セラミックの流路壁面を通過して第１通路に流入して下流側に流れるように構成される。そして、排ガス中のパティキュレートは多孔質セラミックによって捕集され、パティキュレートの大気への放出を防止するように構成される。一方、酸化触媒５３は、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成された図示しないモノリス担体（材質：コージェライト）を有し、このモノリス担体上に白金−ゼオライト触媒又は白金−アルミナ触媒がコーティングされる。このコーティングにより、酸化触媒５３に煤や炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。
【００１６】
そして、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値に上昇可能に構成されたフィルタ温度上昇手段が設けられる。この実施の形態におけるフィルタ温度上昇手段は、前述した酸化触媒５３と図示しない燃料噴射装置からなる。即ち、燃料噴射装置により軽油をシリンダ内にポスト噴射することにより、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度が上昇し、その下流側に存在するディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値に上昇させる。
【００１７】
このように構成されたエンジンの排ガスを浄化する装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介してディーゼルパティキュレートフィルタ５１に至る。ディーゼルエンジン１１の排ガス中におけるパティキュレートはこのディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集される。そして、パティキュレートが捕集されてそれが除去された排ガスはそのパティキュレートフィルタ５１を通過し、その下流側に存在する選択還元型触媒２４に至る。そして、排ガス中のＮＯｘはこの選択還元型触媒２４において浄化される。
【００１８】
即ち、排ガスの温度が比較的高温であることを第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力から判断したコントローラ４４は液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。これは、排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２４によって浄化するのに還元剤が必要だからであり、尿素系液体３２は予め所定の濃度に調整されたものが液体タンク３３に貯留される。コントローラ４４は回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤としての尿素量を求める。そして、コントローラ４４は、求められた還元剤として必要な尿素量から具体的な尿素系液体３２の噴射量を決定し、液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射する。噴射された尿素系液体は、排ガスによって加熱されて加水分解しアンモニアを生じる。このアンモニアが選択還元型触媒２４に流入すると、排ガス中のＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮ2 やＨ2Ｏに変化し、ＮＯｘが大気にそのまま排出される量を低減する。
【００１９】
ここで、排ガスの温度が比較的低温である場合には、ＮＯｘは還元剤として供給されるアンモニアとの反応により、硝酸アンモニウムを生成することが分かっている。この硝酸アンモニウムは、融点である２１０℃より低温では固形物となり、選択還元型触媒２４における担体２６の隔壁２６ａを通過することができずに、その隔壁２６ａに堆積する。選択還元型触媒２４はＮＯｘがアンモニアと反応して生成された硝酸アンモニウムをその隔壁に堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温の時にＮＯｘがその状態で大気にそのまま排出されることを有効に防止する。このため排ガスが比較的低温であることを第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力から判断したコントローラ４４は、必要に応じて液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。コントローラ４４は、第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂ、回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排ガス中のＮＯｘを硝酸アンモニウムに変化させるのに必要な尿素量を求める。そして、コントローラ４４は必要な尿素量から液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射し、ＮＯｘを硝酸アンモニウムに変化させて触媒２４における隔壁２６ａに堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温時におけるＮＯｘの排出量を低減させる。
【００２０】
一方、選択還元型触媒２４に粒子状固形物である硝酸アンモニウムが過度に堆積すると、その触媒２４の隔壁２６ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２６ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。また、選択還元型触媒２４の上流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１にあっても、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大する。このため、選択還元型触媒２４や、そのの上流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１は定期的に再生させる必要がある。この再生方法を以下に説明する。
【００２１】
選択還元型触媒２４の再生はパティキュレートフィルタ５１の再生とともに行われる。そして、パティキュレートフィルタ５１の再生は、フィルタ温度上昇手段である図示しない燃料噴射装置により燃料である軽油をシリンダ内にポスト噴射させることにより行われる。このポスト噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度が上昇し、その下流側に存在するディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させる。パティキュレートフィルタ５１の温度が上昇してパティキュレートが燃焼可能な温度、例えば６００℃を越えると、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートはその熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ５１は再生する。
【００２２】
パティキュレートフィルタ５１の温度が上昇してパティキュレートが燃焼すると、そのパティキュレートフィルタ５１を通過した排ガスの温度は著しく上昇し、温度が上昇した排ガスはその下流側に設けられた選択還元型触媒２４に達する。一方、硝酸アンモニウムは２１０℃以上で分解するので、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２４に堆積した粒子状固形物である硝酸アンモニウムは分解し、これにより選択還元型触媒２４を再生することができる。
なお、上述した実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンに本発明の排ガスを浄化する装置を用いてもよい。
【００２３】
また、上述した実施の形態では、フィルタ温度上昇手段としてポスト噴射可能な燃料噴射装置を用いて説明したが、フィルタ温度上昇手段は、排ガスの温度を上昇させる等してフィルタの温度を上昇させることができるものであれば、例えば、ＥＧＲ制御弁、吸気スロットル弁又は排気ブレーキ弁を閉じる、ＶＧ（Variable Geometry）ターボのノズルベーン開度を大きくする等してエンジン負荷を大きくしたりしても良く、フィルタの直前に炭化水素を直接そのフィルタに向かって噴射可能なノズルを設けても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
２４ 選択還元型触媒
２６ 担体
２６ａ 隔壁
２６ｂ 貫通孔
２６ｃ 入口部
２６ｄ 出口部
２９ 液体噴射ノズル
３２ 尿素系液体
５１ ディーゼルパティキュレートフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を尿素系液体と反応させて分解する選択還元型触媒を再生する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を低減させる排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に選択還元型触媒を設け、その選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、その選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設けたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。従来の選択還元型触媒は、貫通孔が互いに平行に複数形成された担体と、触媒作用を有しその隔壁に担持された活性成分とを備える。そしてこの選択還元型触媒を備える従来のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから噴射された尿素系液体が排ガスの熱により加熱されて加水分解し、アンモニアが生じる。そしてこのアンモニアは排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９１０９号公報（段落番号［００１２］〜［００１５］、図２〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、選択還元型触媒における温度が８０〜２００℃程度の比較的低温である場合には、その選択還元型触媒におけるＮＯｘの分解が有効に行われず、選択還元型触媒を設けていても低温時には分解されないＮＯｘがそのまま大気に排出されてしまう未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、比較的低温であってもＮＯｘの大気放出を有効に防止することができ、またパティキュレートフィルタを再生するとともに、選択還元型触媒も同時に再生させることができる、選択還元型触媒の再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられ粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒２４を再生させる方法である。
その特徴ある点は、選択還元型触媒２４が、多孔質の隔壁２６ａで仕切られた貫通孔２６ｂが互いに平行に複数形成された担体２６と、触媒作用を有し隔壁２６ａに担持された活性成分とを備え、エンジン１１の排ガス中の窒素酸化物を尿素系液体と反応させて分解するように構成され、隔壁２６ａで仕切られた複数の貫通孔２６ｂの相隣接する入口部２６ｃと出口部２６ｄが交互に封止され、隔壁２６ａが通気性を有し一の貫通孔２６ｂの入口部２６ｃから流入した排ガスが隔壁２６ａを通過して一の貫通孔２６ｂに隣接する他の貫通孔２６ｂの出口部２６ｄから排出されるように構成され、活性成分が担持された隔壁２６ａは粒子状固形物の硝酸アンモニウムを通過不能に構成され、選択還元型触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタ５１に堆積させたパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタ５１を通過する排ガスの温度を上昇させ、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２４に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させるところにある。
【０００６】
排ガスの温度が比較的低温である場合には、その排ガス中のＮＯｘはアンモニアと反応して硝酸アンモニウムが生成されることが分かっており、この硝酸アンモニウムは、融点である２１０℃より低温では粒子状固形物となる。このため、この請求項１に記載された選択還元型触媒では、排ガスの温度が比較的低温時に生成される硝酸アンモニウムを担体２６の隔壁２６ａに堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温の時にＮＯｘがその状態で大気にそのまま排出されることを有効に防止することができる。
また選択還元型触媒２４に粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積するとその隔壁２６ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２６ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大する。このため、選択還元型触媒２４やディーゼルパティキュレートフィルタ５１は定期的に再生させる必要がある。この請求項１に記載された選択還元型触媒の再生方法では、パティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させてパティキュレート燃焼させることによりパティキュレートフィルタ５１を再生するとともに、選択還元型触媒２４も同時に再生させることができ、選択還元型触媒２４を独自に再生させる再生装置等が不要となり、その構造を比較的単純にすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の選択還元型触媒では、隔壁で仕切られた複数の貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に封止し、一の貫通孔の入口部から流入した排ガスが隔壁を通過して一の貫通孔に隣接する他の貫通孔の出口部から排出されるように構成し、かつ活性成分が担持された隔壁は粒子状固形物の硝酸アンモニウムを通過不能に構成したので、排ガスの温度が比較的低温時に、排ガス中のＮＯｘを固形物である硝酸アンモニウムに変化させて担体の隔壁に堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温の時にＮＯｘがその状態で大気にそのまま排出されることを有効に防止する。
【０００８】
粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒は定期的に再生させる必要があるけれども、本発明の選択還元型触媒の再生方法では、選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタの温度を上昇させてディーゼルパティキュレートフィルタに堆積させたパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートの燃焼によりディーゼルパティキュレートフィルタを通過する排ガスの温度を上昇させ、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒に堆積した粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させるので、パティキュレートフィルタを再生するとともに、選択還元型触媒も同時に再生させることができ、選択還元型触媒を独自に再生させる再生装置等が不要となり、その構造を比較的単純にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の選択還元型触媒の再生方法を用いた排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図２】その選択還元型触媒の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００１１】
図示しないが、エンジン１１には燃料噴射装置が設けられる。この実施の形態における燃料噴射装置は先端部がシリンダに臨みシリンダに燃料である軽油を噴射可能な筒内インジェクタと、内部に軽油を蓄圧し上記インジェクタに軽油を圧送するコモンレールと、このコモンレールに軽油を供給するフィードポンプとを有する。筒内インジェクタはこのインジェクタに内蔵された電磁弁により軽油の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。この燃料噴射装置は、ピストンの上死点の後に燃料である軽油をシリンダに噴射するポスト噴射が可能に構成され、このポスト噴射の有無により、エンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増減可能に構成される。排気管１６の途中には選択還元型触媒２４が設けられる。選択還元型触媒２４は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２７に収容される。
【００１２】
図２に詳しく示すように、選択還元型触媒２４は、担体２６とこの担体２６に担持された触媒作用を有する図示しない活性成分からなる。担体２６は例えばコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックからなる多孔質体からなり、多孔質の隔壁２６ａで仕切られた貫通孔２６ｂが互いに平行に複数形成される。この担体２６は、隔壁２６ａで仕切られた複数の貫通孔２６ｂの相隣接する入口部２６ｃと出口部２６ｄが交互に封止され、その多孔質体の隔壁２６ａにゼオライト、アルミナのような活性成分がコーティングされることによりその隔壁２６ａに担持される。即ち、この選択還元型触媒２４は、上記担体２６を金属ゼオライト、金属アルミナなどをスラリー化した液体中に浸漬した後、脱液し、乾燥焼成することにより活性成分を担体２６に担持させることにより作られる。そして、隔壁２６ａは活性成分が担持された状態で通気性を有するように構成され、一の貫通孔２６ｂの入口部２６ｃから流入した排ガスが図の実線矢印で示すようにその隔壁２６ａを通過して一の貫通孔２６ｂに隣接する他の貫通孔２６ｂに流入し、その他の貫通孔２６ｂの出口部２６ｄから排出されるように構成される。そしてその隔壁２６ａに担持された活性成分はエンジン１１の排ガス中のＮＯｘを尿素系液体と反応させて分解するように構成され、この例における活性成分は排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを比較的低温で、例えば２００〜３００℃で還元するようなゼオライト、アルミナのようなものが用いられる。
【００１３】
図１に戻って、この選択還元型触媒２４の排ガス上流側の排気管１６、即ち選択還元型触媒２４の入口には、液体噴射ノズル２９が選択還元型触媒２４に向けて設けられる。この液体噴射ノズル２９には液体供給管３１の一端が接続され、この液体供給管３１の他端は尿素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は第１〜第３ポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。そして、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。
【００１４】
一方、排気管１６にはその排気管１６内の排ガス温度を検出する第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂが設けられる。即ち、液体噴射ノズル２９及び選択還元型触媒２４間である選択還元型触媒２４の入口には、その入口における排気管１６内の排ガス温度を検出する第１温度センサ４３ａが設けられる。一方、選択還元型触媒２４の出口には、その出口における排気管１６内の排ガス温度を検出する第２温度センサ４３ｂが設けられる。これらの第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ４４の制御入力にそれぞれ接続される。その他コントローラ４４の制御入力には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ４６と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ４７などの各検出出力が接続される。上記負荷センサ４７はこの実施の形態では燃料噴射ポンプ（図示せず）のロードレバーの変位量を検出する。コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４及びポンプ３６にそれぞれ接続される。コントローラ４４はメモリ４４ａを備える。メモリ４４ａには、選択還元型触媒２４の入口及び出口の排ガス温度、エンジン回転、エンジン負荷等に応じた液体調整弁３４のオン又はオフ並びにオン時における開度、更にポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。
【００１５】
また、選択還元型触媒２４より排ガス上流側の排気管１６には多孔質セラミックから成るディーゼルパティキュレートフィルタ５１が設けられ、このフィルタ５１の上流側には酸化触媒５３が更に設けられる。このディーゼルパティキュレートフィルタ５１及び酸化触媒５３は、選択還元型触媒２４より上流側の排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ５２に並べられて収容される。図示しないが、パティキュレートフィルタ５１は、上流側に栓が施された第１通路と下流側に栓が施された第２通路とが交互に配置されたハニカム状をなし、排ガスは第２通路から多孔質セラミックの流路壁面を通過して第１通路に流入して下流側に流れるように構成される。そして、排ガス中のパティキュレートは多孔質セラミックによって捕集され、パティキュレートの大気への放出を防止するように構成される。一方、酸化触媒５３は、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成された図示しないモノリス担体（材質：コージェライト）を有し、このモノリス担体上に白金−ゼオライト触媒又は白金−アルミナ触媒がコーティングされる。このコーティングにより、酸化触媒５３に煤や炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。
【００１６】
そして、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値に上昇可能に構成されたフィルタ温度上昇手段が設けられる。この実施の形態におけるフィルタ温度上昇手段は、前述した酸化触媒５３と図示しない燃料噴射装置からなる。即ち、燃料噴射装置により軽油をシリンダ内にポスト噴射することにより、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度が上昇し、その下流側に存在するディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を所定値に上昇させる。
【００１７】
このように構成されたエンジンの排ガスを浄化する装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介してディーゼルパティキュレートフィルタ５１に至る。ディーゼルエンジン１１の排ガス中におけるパティキュレートはこのディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集される。そして、パティキュレートが捕集されてそれが除去された排ガスはそのパティキュレートフィルタ５１を通過し、その下流側に存在する選択還元型触媒２４に至る。そして、排ガス中のＮＯｘはこの選択還元型触媒２４において浄化される。
【００１８】
即ち、排ガスの温度が比較的高温であることを第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力から判断したコントローラ４４は液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。これは、排ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２４によって浄化するのに還元剤が必要だからであり、尿素系液体３２は予め所定の濃度に調整されたものが液体タンク３３に貯留される。コントローラ４４は回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤としての尿素量を求める。そして、コントローラ４４は、求められた還元剤として必要な尿素量から具体的な尿素系液体３２の噴射量を決定し、液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射する。噴射された尿素系液体は、排ガスによって加熱されて加水分解しアンモニアを生じる。このアンモニアが選択還元型触媒２４に流入すると、排ガス中のＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮ2 やＨ2Ｏに変化し、ＮＯｘが大気にそのまま排出される量を低減する。
【００１９】
ここで、排ガスの温度が比較的低温である場合には、ＮＯｘは還元剤として供給されるアンモニアとの反応により、硝酸アンモニウムを生成することが分かっている。この硝酸アンモニウムは、融点である２１０℃より低温では固形物となり、選択還元型触媒２４における担体２６の隔壁２６ａを通過することができずに、その隔壁２６ａに堆積する。選択還元型触媒２４はＮＯｘがアンモニアと反応して生成された硝酸アンモニウムをその隔壁に堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温の時にＮＯｘがその状態で大気にそのまま排出されることを有効に防止する。このため排ガスが比較的低温であることを第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂの検出出力から判断したコントローラ４４は、必要に応じて液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。コントローラ４４は、第１及び第２温度センサ４３ａ，４３ｂ、回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排ガス中のＮＯｘを硝酸アンモニウムに変化させるのに必要な尿素量を求める。そして、コントローラ４４は必要な尿素量から液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射し、ＮＯｘを硝酸アンモニウムに変化させて触媒２４における隔壁２６ａに堆積させることにより捕集して、排ガスが比較的低温時におけるＮＯｘの排出量を低減させる。
【００２０】
一方、選択還元型触媒２４に粒子状固形物である硝酸アンモニウムが過度に堆積すると、その触媒２４の隔壁２６ａにおける細孔を詰まらせたり、その隔壁２６ａの表面を覆ってしまうことにより、ＮＯｘ浄化反応を阻害するおそれがある。また、選択還元型触媒２４の上流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１にあっても、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大する。このため、選択還元型触媒２４や、そのの上流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１は定期的に再生させる必要がある。この再生方法を以下に説明する。
【００２１】
選択還元型触媒２４の再生はパティキュレートフィルタ５１の再生とともに行われる。そして、パティキュレートフィルタ５１の再生は、フィルタ温度上昇手段である図示しない燃料噴射装置により燃料である軽油をシリンダ内にポスト噴射させることにより行われる。このポスト噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素は酸化触媒５３において酸化反応して排ガス自体の温度が上昇し、その下流側に存在するディーゼルパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させる。パティキュレートフィルタ５１の温度が上昇してパティキュレートが燃焼可能な温度、例えば６００℃を越えると、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートはその熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ５１は再生する。
【００２２】
パティキュレートフィルタ５１の温度が上昇してパティキュレートが燃焼すると、そのパティキュレートフィルタ５１を通過した排ガスの温度は著しく上昇し、温度が上昇した排ガスはその下流側に設けられた選択還元型触媒２４に達する。一方、硝酸アンモニウムは２１０℃以上で分解するので、温度が上昇した排ガスの熱により選択還元型触媒２４に堆積した粒子状固形物である硝酸アンモニウムは分解し、これにより選択還元型触媒２４を再生することができる。
なお、上述した実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンに本発明の排ガスを浄化する装置を用いてもよい。
【００２３】
また、上述した実施の形態では、フィルタ温度上昇手段としてポスト噴射可能な燃料噴射装置を用いて説明したが、フィルタ温度上昇手段は、排ガスの温度を上昇させる等してフィルタの温度を上昇させることができるものであれば、例えば、ＥＧＲ制御弁、吸気スロットル弁又は排気ブレーキ弁を閉じる、ＶＧ（Variable Geometry）ターボのノズルベーン開度を大きくする等してエンジン負荷を大きくしたりしても良く、フィルタの直前に炭化水素を直接そのフィルタに向かって噴射可能なノズルを設けても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
２４ 選択還元型触媒
２６ 担体
２６ａ 隔壁
２６ｂ 貫通孔
２６ｃ 入口部
２６ｄ 出口部
２９ 液体噴射ノズル
３２ 尿素系液体
５１ ディーゼルパティキュレートフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられ粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒(24)を再生させる方法であって、
前記選択還元型触媒(24)が、多孔質の隔壁(26a)で仕切られた貫通孔(26b)が互いに平行に複数形成された担体(26)と、触媒作用を有し前記隔壁(26a)に担持された活性成分とを備え、
前記エンジン(11)の排ガス中の窒素酸化物を前記尿素系液体と反応させて分解するように構成され、
前記隔壁(26a)で仕切られた複数の前記貫通孔(26b)の相隣接する入口部(26c)と出口部(26d)が交互に封止され、
前記隔壁(26a)が通気性を有し一の貫通孔(26b)の入口部(26c)から流入した前記排ガスが前記隔壁(26a)を通過して前記一の貫通孔(26b)に隣接する他の貫通孔(26b)の出口部(26d)から排出されるように構成され、
前記活性成分が担持された前記隔壁(26a)は粒子状固形物の硝酸アンモニウムを通過不能に構成され、
前記選択還元型触媒(24)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ(51)の温度を上昇させて前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)に堆積させたパティキュレートを燃焼させ、
前記パティキュレートの燃焼により前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)を通過する排ガスの温度を上昇させ、
温度が上昇した排ガスの熱により前記選択還元型触媒(24)に堆積した前記粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させる
ことを特徴とする選択還元型触媒の再生方法。
【請求項１】
ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられ粒子状固形物の硝酸アンモニウムが堆積した選択還元型触媒(24)を再生させる方法であって、
前記選択還元型触媒(24)が、多孔質の隔壁(26a)で仕切られた貫通孔(26b)が互いに平行に複数形成された担体(26)と、触媒作用を有し前記隔壁(26a)に担持された活性成分とを備え、
前記エンジン(11)の排ガス中の窒素酸化物を前記尿素系液体と反応させて分解するように構成され、
前記隔壁(26a)で仕切られた複数の前記貫通孔(26b)の相隣接する入口部(26c)と出口部(26d)が交互に封止され、
前記隔壁(26a)が通気性を有し一の貫通孔(26b)の入口部(26c)から流入した前記排ガスが前記隔壁(26a)を通過して前記一の貫通孔(26b)に隣接する他の貫通孔(26b)の出口部(26d)から排出されるように構成され、
前記活性成分が担持された前記隔壁(26a)は粒子状固形物の硝酸アンモニウムを通過不能に構成され、
前記選択還元型触媒(24)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ(51)の温度を上昇させて前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)に堆積させたパティキュレートを燃焼させ、
前記パティキュレートの燃焼により前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)を通過する排ガスの温度を上昇させ、
温度が上昇した排ガスの熱により前記選択還元型触媒(24)に堆積した前記粒子状固形物の硝酸アンモニウムを分解させる
ことを特徴とする選択還元型触媒の再生方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−５０９５４（Ｐ２０１１−５０９５４Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１６５３（Ｐ２０１０−２３１６５３）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【分割の表示】特願２００５−１４７４９２（Ｐ２００５−１４７４９２）の分割
【原出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【分割の表示】特願２００５−１４７４９２（Ｐ２００５−１４７４９２）の分割
【原出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
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