JP2006161768A

JP2006161768A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2006161768A
Application number: JP2004357732A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Shimoda; 正敏下田; Yoshihide Takenaka; 嘉英竹中
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を得られるようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気流路２，４の途中にＮＯx吸蔵還元触媒５を装備してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、排気流路２，４におけるＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側に、燃料をＨ₂とＣＯに分解する燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段を設ける。
【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。

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、排気燃料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。

この種のＮＯx吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、白金・カリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。

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。

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（空燃比が燃料リッチ時で機関を運転）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、空燃比が燃料リッチ時で機関を運転することが困難である。

このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（ＨＣ）を添加することにより、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（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３５６１２７号公報

しかしながら、このようにＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で燃料添加を行う方式では、その添加燃料が蒸発して生じたＨＣの一部がＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で排気ガス中のＯ₂と反応（燃焼）し、ＮＯx吸蔵還元触媒の周囲の雰囲気中におけるＯ₂濃度がほぼ零となってからＮＯxの分解放出が開始されることになるため、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上でＨＣがＯ₂と反応（燃焼）するのに必要な燃焼温度（約２２０〜２５０℃）が得られない運転条件下（例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等）では、ＮＯx吸蔵還元触媒からＮＯxを効率良く分解放出させることができず、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生が効率良く進まないことで触媒の容積中に占めるＮＯx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が落ちるという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を得られ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。

本発明は、排気流路の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記排気流路におけるＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に、燃料をＨ₂とＣＯに分解する燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

本発明は、排気流路における燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段の上流側に、ＮＯをＮＯ₂に酸化するプラズマ発生手段を配置しても良い。

本発明において、プラズマ発生手段は、排気燃料比がリーン時にＮＯをＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯx吸蔵を促進させるよう制御されても良い。

本発明において、燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段は、空燃比が燃料リッチ時に燃料をＨ₂とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯxを還元するよう制御されても良い。

本発明において、燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段は、排気温度が充分高い場合には燃料を非分解で供給して瞬間的に燃料を濃くするよう制御されても良い。

而して、このように本発明によれば、燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段によりＨ₂とＣＯに分解し得るので、Ｈ₂及びＣＯによりＮＯx吸蔵還元触媒の表面上のＮＯxを効率良くＮ₂に還元処理し、結果的に、様々な運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を得ることができる。又、燃料を、燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段にてＨ₂とＣＯに分解させ、反応性の高いＨ₂及びＣＯにより比較的低い温度領域から高いＮＯx低減率を得ることができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス中に含まれるＮＯxを従来より効果的に低減することができる。

本発明は、排気流路における燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段の上流側に、ＮＯをＮＯ₂に酸化するプラズマ発生手段を配置すると、プラズマ発生手段により温度に関係なくＮＯをＮＯ₂に酸化し得るので、ＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯx吸蔵を容易にすることができる。

本発明において、プラズマ発生手段は、排気燃料比がリーン時にＮＯをＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯx吸蔵を促進させるよう制御されると、ＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯx吸蔵を一層容易にすることができる。

本発明において、燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段は、空燃比が燃料リッチ時に燃料をＨ₂とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯxを還元するよう制御されると、Ｈ₂及びＣＯによりＮＯx吸蔵還元触媒の表面上のＮＯxを一層効率良くＮ₂に還元処理することができる。

本発明において、燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段は、排気温度が充分高い場合には燃料を非分解で供給して瞬間的に燃料を濃くするよう制御されると、ＮＯx吸蔵還元触媒の表面上のＮＯxを適切にＮ₂に還元処理することができる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、温度に関係なく、ＮＯをＮＯ₂に酸化し、もしくは燃料をＨ₂とＣＯに分解し得るので、常に高いＮＯx低減率を得ることができるというの優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４は本発明をＮＯx吸蔵還元触媒を用いて実施する形態の一例であって、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、フロースルー方式のハニカム構造を有するＮＯx吸蔵還元触媒５をケーシング６に抱持させて装備している。

排気管４におけるケーシング６より上流側には、燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８を設けている。

ここで、燃料改質触媒構造７の好適な一例を示すと、図１、図３に示す如く、燃料改質触媒構造７は、排気管４へ通じる導入管９と排出管１０を備えて内部空間１１を形成する燃料改質器１２と、燃料改質器１２内に設置される燃料改質触媒１３と、燃料改質器１２の内部空間１１へ上流側から燃料を添加する燃料添加ノズル１４と、導入管９を開閉する導入バルブ１５と、排出管１０を開閉する排出バルブ１６とを備えている。

一方、プラズマ燃料改質手段８の好適な一例を示すと、図２、図４に示す如く、プラズマ燃料改質手段８は、排気管４に通じるプラズマ燃料改質器１７と、プラズマ燃料改質器１７に電圧を印加する高圧電源１８とを備えており、プラズマ燃料改質器１７は、排気管４へ通じる内部空間１９を形成すると共に接地電極となる排出部２０と、排出部２０の内部空間１９へ軽油等の燃料と空気の燃料混合ガスを導くよう混合ガス流路２１を形成する導入部２２と、排出部２０と導入部２２の間に配置される絶縁体部２３と、導入部２２に支持される高電圧電極２４とを備えている。尚、図中、２５は排出部２０を冷却する冷却水流路、２６は排出部２０と導入部２２を固定する固定ボルトを示している。又、排出部２０は、高電圧電極２４側の端部２０ａを接地電極とせずに絶縁体にしても良い。

排気管４における燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８の上流側には、図１、図２に示す如く、排気管４内で対向配置された対の平板電極からなるプラズマ発生器２７と、プラズマ発生器２７に電圧を印加する高圧電源２８とを備えたプラズマ発生手段２９を設けている。

そして、ディーゼルエンジン１には、その機関回転数を検出する回転センサ３０が装備されており、回転センサ３０からの回転数信号３０ａと、アクセルセンサ３１（アクセルペダルの踏み込み角度を検出するセンサ）からの負荷信号３１ａと、排気管４に設置された温度センサ３２からの温度信号３２ａが制御装置３３に入力されるようになっている。

一方、制御装置３３においては、前述した回転センサ３０からの回転数信号３０ａと、アクセルセンサ３１からの負荷信号３１ａとから判断される現在の運転状態に基づきＮＯxの発生量等が推定されると共に、その推定されたＮＯxの発生量と、温度センサ３２からの温度信号３２ａ等から燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８、及びプラズマ発生手段２９を制御するようになっている。ここで、制御装置３３は、他のセンサから信号を受けて、燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８、及びプラズマ発生手段２９を制御するようにしても良い。

尚、図１、図２中における３４はターボチャージャ、３５は吸気管、３６はインタークーラを示す。

以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。

種々の運転状態において回転センサ３０及びアクセルセンサ３１からＮＯxの発生量等を推定すると共に温度センサ３２で温度を検出した際には、制御装置（制御手段）３３により適宜プラズマ発生手段２９に制御信号２８ａを送ってプラズマ発生手段２９を制御すると共に、燃料改質触媒構造７の場合には制御装置（制御手段）３３により燃料改質触媒構造７に制御信号９ａ，１０ａを送って燃料添加ノズル１４の添加量、導入バルブ１５及び排出バルブ１６の開閉を制御し、一方、プラズマ燃料改質手段８の場合には制御装置（制御手段）３３によりプラズマ燃料改質手段８に制御信号１８ａを送って燃料の添加量及び高圧電源１８の供給を制御する。

次いで、プラズマ発生手段２９では、高圧電源２８により平板電極のプラズマ発生器２７に高電圧を印加して排気管４内にプラズマを発生させ、温度に影響を受けることなく、排気ガス３中のＮＯをＮＯ₂に酸化する。

又、燃料改質触媒構造７は、燃料改質器１２へ供給する燃料添加量を制御すると共に温度をコントロールし、燃料改質触媒１３により生じるＨ₂とＣＯの発生を制御して排気ガス３中へ供給する。一方、プラズマ燃料改質手段８は、高圧電源１８により高電圧電極２４に高電圧を印加することによってバリア放電により内部空間１９へプラズマを発生させ、温度に影響を受けることなく、内部空間１９で燃料をＨ₂とＣＯに改質し、改質ガス（水素混合ガス）を排気ガス３中へ供給する。

ここで、排気燃料比がリーン時には、制御装置３３からの制御信号２８ａによりプラズマ発生手段２９を作動させ、ＮＯをＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒５によるＮＯx吸蔵を促進させており、又、ＮＯxを還元する場合の空燃比が燃料リッチ時には、制御装置３３からの制御信号９ａ，１０ａ，１８ａにより燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８を作動させ、燃料をＨ₂とＣＯに分解して排気ガス３中へ供給し、ＮＯx吸蔵還元触媒５に吸蔵されたＮＯxを効率的に還元させている。

更に、排気温度が充分高い場合（３５０℃以上）には、制御装置３３により、燃料改質触媒構造７の燃料改質触媒１３で処理することなく、又はプラズマ燃料改質手段８の高電圧電極２４へ高電圧を印加することなく、燃料を流下して非分解で供給し、リッチスパイクとして瞬間的に燃料を濃くし、ＮＯx吸蔵還元触媒５に吸蔵されたＮＯxを還元させても良い。

而して、本発明の実施の形態によれば、燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８によりＨ₂とＣＯに分解し得るので、Ｈ₂及びＣＯによりＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上のＮＯxを効率良くＮ₂に還元処理し、結果的に、様々な運転条件にかかわらず常に高いＮＯx低減率を得ることができる。

又、燃料を、燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８にてＨ₂とＣＯに分解させ、反応性の高いＨ₂及びＣＯにより比較的低い温度領域から高いＮＯx低減率を得ることができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス中に含まれるＮＯxを従来より効果的に低減することができる。

本発明の実施の形態は、排気流路における燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８の上流側に、ＮＯをＮＯ₂に酸化するプラズマ発生手段２９を配置すると、プラズマ発生手段２９により温度に関係なくＮＯをＮＯ₂に酸化し得るので、ＮＯx吸蔵還元触媒５によるＮＯx吸蔵を容易にすることができる。

本発明の実施の形態において、プラズマ発生手段２９は、制御装置３３により、排気燃料比がリーン時にＮＯをＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒５によるＮＯx吸蔵を促進させるよう制御されると、ＮＯx吸蔵還元触媒５によるＮＯx吸蔵を一層容易にすることができる。

本発明の実施の形態において、燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８は、制御装置３３により、空燃比が燃料リッチ時に燃料をＨ₂とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒５のＮＯxを還元するよう制御されると、Ｈ₂及びＣＯによりＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上のＮＯxを一層効率良くＮ₂に還元処理することができる。

本発明の実施の形態において、燃料改質触媒構造７又はプラズマ燃料改質手段８は、制御装置３３により、排気温度が充分高い場合（３５０℃以上）には燃料を非分解で供給して瞬間的に燃料を濃くするよう制御されると、ＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上のＮＯxを適切にＮ₂に還元処理することができる。

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、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例であって燃料改質触媒構造を用いた場合を示す概略図である。本発明を実施する形態例であってプラズマ燃料改質手段を用いた場合を示す概略図である。本発明の燃料改質触媒構造を示す概略図である。本発明のプラズマ燃料改質手段を示す概略図である。

符号の説明

２排気マニホールド（排気流路）
４排気管（排気流路）
５ＮＯx吸蔵還元触媒
７燃料改質触媒構造
８プラズマ燃料改質手段
２９プラズマ発生手段

Claims

排気流路の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記排気流路におけるＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に、燃料をＨ₂とＣＯに分解する燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
排気流路における燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段の上流側に、ＮＯをＮＯ₂に酸化するプラズマ発生手段を配置した請求項１に記載の排気浄化装置。
プラズマ発生手段は、排気燃料比がリーン時にＮＯをＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒によるＮＯx吸蔵を促進させるよう制御された請求項２に記載の排気浄化装置。
燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段は、空燃比が燃料リッチ時に燃料をＨ₂とＣＯに分解してＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯxを還元するよう制御された請求項１に記載の排気浄化装置。
燃料改質触媒構造又はプラズマ燃料改質手段は、排気温度が充分高い場合には燃料を非分解で供給して瞬間的に燃料を濃くするよう制御された請求項１に記載の排気浄化装置。