JP4618508B2 - 排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、希薄燃焼方式の内燃機関等の排ガス中の窒素酸化物を還元する技術として有用な排ガス浄化装置、並びにそれを用いた排ガス浄化方法に関する。

ＳＣＲ触媒（選択的接触還元触媒）を自動車のエンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物の除去にも使用することが従来より検討されている。そして、自動車のエンジンから排出される排ガスは比較的低温であり、ＳＣＲ触媒のみでは十分なＮＯ_Ｘ浄化性能を達成できないため、ＳＣＲ触媒にＮＯ酸化触媒を組み合わせて排ガス中のＮＯとＮＯ_２の比率を調整することによりＳＣＲ触媒の効率を高める方法が提案されている。例えば、特開平８−４２３２９号公報（特許文献１）には、エンジンの排気中に含まれるＮＯ_Ｘ濃度を低下させる排気浄化装置において、排気通路にＮＯをＮＯ_２に酸化する第１触媒と、その下流でＮＯ_２をＮ_２に還元する第２触媒とを直列に介装したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置が開示されている。また、特開２００２−１０６７号公報（特許文献２）には、内燃機関の希薄排ガス中に含有されている窒素酸化物を還元触媒での選択的接触還元によってアンモニアを用いて還元し、その際排ガス中に含有されている一酸化窒素の一部を二酸化窒素に酸化し、その後に排ガスをアンモニアと一緒に還元触媒上に導く方法において、還元触媒が遷移金属と交換されたゼオライトを含有し、一酸化窒素の酸化が、排ガスが還元触媒との接触前に二酸化窒素を３０〜７０体積％含有するように実施されることを特徴とする、内燃機関の希薄排ガス中に含有されている窒素酸化物を還元するための方法が開示されている。

しかしながら、上記特許文献に記載されているような装置や方法では、自動車のエンジンからの排ガスのように運転条件によって排ガスの温度、流量、濃度等が大きく変動する排ガスを浄化しようとする場合には、ＮＯ酸化触媒の活性を十分に保つことが困難であり、安定した排ガス浄化性能を達成することができなかった。

このような問題を解決するために、例えば、特開２００５−２３３０４６号公報（特許文献３）には、エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管に夫々配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる複数の酸化触媒と、前記各分岐管に分流する排気流量を制御する流量制御弁と、エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出されたエンジン運転状態に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置が開示されている。

しかしながら、特許文献３に記載の排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒の上流に酸化能力の異なるＮＯ酸化触媒を並列に配置して使用するため、使用する酸化触媒の全容量が多くなりコスト面に問題があった。また、排ガスが高温となる状況においても酸化触媒が熱劣化しやすく、それによって酸化触媒が熱劣化するために排ガス中のＮＯとＮＯ_２の比率を調整することが困難となるという問題があった。
特開平８−４２３２９号公報 特開２００２−１０６７号公報 特開２００５−２３３０４６号公報

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ、温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度が大きく変動する排ガスをＳＣＲ触媒において所定の水準以上に安定して浄化することを可能とする排ガス浄化装置、並びにその排ガス浄化装置を用いた排ガス浄化方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ＳＣＲ触媒及びＮＯ酸化触媒を備える排ガス浄化装置において、排ガスをＮＯ酸化触媒の一部を通してＳＣＲ触媒に供給するための排ガス供給管と、排ガスをＮＯ酸化触媒を通さないでＳＣＲ触媒に直接供給するための排ガス供給管とを設けることにより、ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ、温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度が大きく変動する排ガスをＳＣＲ触媒において所定の水準以上に安定して浄化することができる排ガス浄化装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の排ガス浄化装置は、内燃機関から排出される排ガス中のＮＯ_ＸをＮＨ_３により還元するＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒にＮＨ_３及びＮＨ_３前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化して前記ＳＣＲ触媒に供給するＮＯ酸化触媒と、
前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の全体を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第１の流量制御弁を有する第１の排ガス供給管と、
前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の一部を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第２の流量制御弁を有する第２の排ガス供給管と、
前記排ガスを前記ＳＣＲ触媒に直接供給するための、第３の流量制御弁を有する第３の排ガス供給管と、
を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の排ガス浄化装置においては、前記第１〜３の流量制御弁にそれぞれ電気的に接続されている流量制御手段と、前記流量制御手段に電気的に接続されており前記排ガス又は触媒に関する所定パラメータを検知する所定パラメータ検知手段とを更に備えており、
前記所定パラメータ検知手段により検知された所定パラメータに基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することが好ましい。

さらに、本発明の排ガス浄化装置においては、前記所定パラメータ検知手段が、前記排ガスの温度及び／又は前記ＳＣＲ触媒の温度を検知する手段であり、前記所定パラメータ検知手段により検知された温度に基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することが好ましい。

また、本発明の排ガス浄化装置においては、前記所定パラメータ検知手段が、前記排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度及び前記排ガスの流量を検知する手段であり、前記所定パラメータ検知手段により検知されたＮＯ_Ｘ濃度及びガス流量に基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することが好ましい。

さらに、本発明の排ガス浄化装置においては、前記所定パラメータ検知手段が、前記排ガスの温度及び／又は前記ＳＣＲ触媒の温度、並びに前記排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度及び前記排ガスの流量を検知する手段であり、前記所定パラメータ検知手段により検知された温度、ＮＯ_Ｘ濃度及びガス流量に基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することが好ましい。

また、本発明の排ガス浄化装置においては、前記ＮＯ酸化触媒として、ＮＯ酸化触媒接続管を介して直列に接続された複数のＮＯ酸化触媒を備えており、前記第２の排ガス供給管が少なくとも一つのＮＯ酸化触媒接続管に接続されていることが好ましい。

本発明の排ガス浄化方法は、内燃機関から排出される排ガス中のＮＯ_ＸをＮＨ_３により還元するＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒にＮＨ_３及びＮＨ_３前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化して前記ＳＣＲ触媒に供給するＮＯ酸化触媒と、
前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の全体を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第１の流量制御弁を有する第１の排ガス供給管と、
前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の一部を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第２の流量制御弁を有する第２の排ガス供給管と、
前記排ガスを前記ＳＣＲ触媒に直接供給するための、第３の流量制御弁を有する第３の排ガス供給管と、
前記第１〜３の流量制御弁にそれぞれ電気的に接続されている流量制御手段と、
前記流量制御手段に電気的に接続されており前記排ガス又は触媒に関する所定パラメータを検知する所定パラメータ検知手段と
を備える排ガス浄化装置を用いる排ガス浄化方法であって、
前記所定パラメータ検知手段により検知された所定パラメータに基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することを特徴とする方法である。

なお、本発明の排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法によれば、ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ、温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度が大きく変動する排ガスをＳＣＲ触媒において所定の水準以上に安定して浄化することが可能となる。すなわち、本発明の排ガス浄化方法に用いる本発明の排ガス浄化装置は、排ガスをＮＯ酸化触媒の全体を通してＳＣＲ触媒に供給するための、第１の流量制御弁を有する第１の排ガス供給管と、排ガスをＮＯ酸化触媒の一部を通してＳＣＲ触媒に供給するための、第２の流量制御弁を有する第２の排ガス供給管と、排ガスを前記ＳＣＲ触媒に直接供給するための、第３の流量制御弁を有する第３の排ガス供給管とを備えている。そのため、第１〜３の流量制御弁を調節することによってＮＯ酸化触媒を流通する排ガスの比率を調整することができ、それによってＳＣＲ触媒に供給される排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率を調整することが可能となる。そして、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化能力は、ＳＣＲ触媒に供給される排ガスの温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度、ＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率等により異なるが、上記のようにＳＣＲ触媒に供給される排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率を調整することによって、温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度が大きく変動する排ガスをＳＣＲ触媒において所定の水準以上に安定して浄化することが可能となる。また、排ガス温度が特定温度以上の場合や排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度が特定濃度以下の場合には、ＳＣＲ触媒単独でもＮＯ_Ｘ浄化率を所定の水準以上とすることが可能となり、そのような場合に、本発明の排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法においては、排ガスをＮＯ酸化触媒を通さずにＳＣＲ触媒に直接供給することによって、ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制することが可能となる。したがって、本発明によれば、ＮＯ酸化触媒の劣化抑制とＳＣＲ触媒の十分な浄化性能とが同時にバランスよく達成される。

本発明によれば、ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ、温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度が大きく変動する排ガスをＳＣＲ触媒において所定の水準以上に安定して浄化することを可能とする排ガス浄化装置、並びにその排ガス浄化装置を用いた排ガス浄化方法を提供することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の排ガス浄化装置の好適な一実施形態の構成を示す概略模式図である。図１に示す排ガス浄化装置は、ＳＣＲ触媒５と、前記ＳＣＲ触媒５に還元剤を供給する還元剤供給装置４と、ＮＯ酸化触媒接続管を介して直列に接続されたＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３と、エンジン１から排出された排ガスをＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３を通してＳＣＲ触媒５に供給するための、一端が前記ＮＯ酸化触媒２に接続されている第１の排ガス供給管と、エンジン１から排出された排ガスをＮＯ酸化触媒３を通してＳＣＲ触媒５に供給するための、一端が前記ＮＯ酸化触媒接続管に接続されている第２の排ガス供給管と、エンジン１から排出された排ガスをＳＣＲ触媒５に供給するための、一端がＳＣＲ触媒５に接続されている第３の排ガス供給管と、を備えている。また、前記第１〜３の排ガス供給管はそれぞれ第１の流量調整弁６、第２の流量調整弁７、第３の流量調整弁８を有している。さらに、流量調整弁６〜８はそれぞれコントロールユニット９と電気的に接続されている。また、コントロールユニット９は、エンジン１及びエンジン１の排気口に取り付けられた検知センサー１０と電気的に接続されている。

そして、図１に示す排ガス浄化装置は、検知センサー１０により検知された所定パラメータに基づいてＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３の酸化活性の低下を抑制しつつＳＣＲ触媒５におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように流量調整弁６〜８を制御することができる。

このようなエンジン１としては、特に限定されないが、例えば、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン等の希薄燃焼方式の内燃機関を挙げることができる。また、このようなＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３としては、特に限定されないが、例えば、プラチナ、ロジウム、パラジウム等の貴金属を酸化物担体上に担持したものを挙げることができる。さらに、このような還元剤供給装置４は、以下説明するＳＣＲ触媒５にＮＨ_３及びＮＨ_３前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の還元剤を供給するための装置である。そして、このようなＮＨ_３前駆体としては、特に限定されないが、例えば、尿素、炭酸アンモニウム、シアヌル酸、メラミンを挙げることができる。

また、このようなＳＣＲ触媒５としては、例えば、ゼオライトに遷移金属を担持したものを挙げることができる。このような遷移金属としては、例えば、クロム、鉄、ニッケル、銅、セリウム、プラセオジム、テルビウムを挙げることができる。また、これらの遷移金属は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。さらに、このような流量調整弁６〜８としては、市販されている流量調整弁を適宜使用することができ、電磁式のものであっても手動式のものであってもよい。

また、このような検知センサー１０は、エンジン１から排出された排ガス又は触媒に関する所定パラメータを検知するものである。このような所定パラメータとしては、例えば、排ガス温度（又は触媒温度）、排ガス流量、排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度を挙げることができる。ＮＯ酸化触媒でＮＯをＮＯ_２に酸化可能な量は、排ガス温度（又は触媒温度）及び単位時間当たりに触媒を流通するＮＯ量に依存し、さらには前記ＮＯ量は排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に依存するからである。また、このような検知センサー１０としては、例えば、排気温度計、流量計、ＮＯ_Ｘ濃度センサー等のエンジン１の排気口における所定パラメータを直接的に検知するセンサー；エンジン１のエンジン回転数、アクセル開度、スロットル開度、トルク、吸気流量、燃料噴射量等を検出して所定パラメータを間接的に検知するセンサーを挙げることができる。

さらに、このようなコントロールユニット９は、検知センサー１０により検知された所定パラメータに基づいてＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３の酸化活性の低下を抑制しつつＳＣＲ触媒５におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように流量制御弁６〜８を制御する制御手段を備えるものである。このような所定の水準とは、例えば、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯ_Ｘ浄化率が８０％以上であることをいう。また、検知センサー１０により検知された所定パラメータは、前記第１〜３の排ガス供給管に設けられた流量制御弁６〜８の開口率を調節するための後述する制御手段により読み込まれる。このような制御手段は所定時間毎に繰り返し実行され、これにより前記ＳＣＲ触媒５に供給される排ガス中のＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率を調整することができる。

ここで、本発明にかかる前記所定パラメータに基づく制御手段についてさらに詳細に説明する。

先ず、排ガス温度（又は触媒温度）に基づいて制御する場合についてフローチャートを参照しながら説明する。図２は、本発明にかかる排ガス温度に基づく制御手段の好適な一実施形態を示すフローチャートである。図２に示すステップ１ではコントロールユニットにおいて検知した排ガス温度Ｔ_ｅｘｈを読み込み、ステップ２ではＴ_ｅｘｈが、所定の定数Ｔ_Ｈ以上であるかを判断する。そして、Ｔ_ｅｘｈが、Ｔ_Ｈ以上であればステップ４へ進み、Ｔ_Ｈ未満であればステップ３に進む。ステップ３ではＴ_ｅｘｈがある所定の定数Ｔ_Ｌ以下であるかを判断する。そして、Ｔ_ｅｘｈが、Ｔ_Ｌ以下であればステップ５へ進み、Ｔ_Ｌを超える場合はステップ６に進む。ステップ４〜６では、前記流量制御弁６〜８の開閉の信号を出力する。なお、ステップ２及びステップ３におけるＴ_Ｈ及びＴ_Ｌは、ＮＯ酸化触媒及びＳＣＲ触媒の能力により決まる値であり、例えば、以下説明するような予備試験及び考察によりこれらの値を決定することができる。

排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度の変化が小さい場合のＮＯ酸化触媒のＮＯ酸化能力は、主に排ガス温度によって決まる。図３は、排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度を一定にした場合における排ガス温度とＮＯ酸化触媒流通後のＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率との関係を示すグラフである。図３に示すように、低温域（例えば、１５０〜２００℃）においてはＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３の両方を流通させた排ガスのほうが、ＮＯ酸化触媒３のみを流通させた排ガスよりもＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率が高くなる。これに対し、高温域（例えば、３５０℃以上）においてはＮＯ酸化反応が熱力学的な制約を受けるため、両者のＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率は差が無くなり、温度の上昇とともにＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率は低下する。

一方、排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度の変化が小さい場合のＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化能力は、排ガス温度及びＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率で決まる。図４は、排ガス温度及びＳＣＲ触媒に供給される排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率に対するＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率の関係を示すマップである。図４に示すように、低温域（例えば、１５０〜２００℃）においてはＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率が５０％付近でＮＯ_Ｘ浄化能力が高くなる。これに対し、高温域（例えば、３５０℃以上）においてはＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率が低くてもＮＯ_Ｘ浄化能力が高い。

そして、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ浄化能力について図３及び図４を参照しつつ考察すると、ＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率が低い低温域（例えば、１５０〜２００℃）においては、ＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３の両方を流通させることが最適であるが、温度が上昇してＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率が５０％を大きく越える中温域（例えば、２５０〜３００℃）においては、酸化触媒３のみを流通させることのが最適である。そこで、図３に示すグラフから、ＮＯ酸化触媒３のみを流通させた排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率並びにＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３の両方を流通させた排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率と、最適なＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率である５０％とのそれぞれの差の絶対値が等しくなる温度を読み取り、このような温度をＴ_Ｌと定めることができる。また、温度がさらに上昇した高温域（例えば、３５０℃以上）においては、ＮＯ酸化触媒がなくてもＳＣＲ触媒単独で高いＮＯ_Ｘ浄化率が達成される。そこで、図４に示すマップから、ＳＣＲ触媒単独でも所定の水準以上のＮＯ_Ｘ浄化率が達成される温度をＴ_Ｈと定める。

以上のようにして定められたＴ_Ｌ及びＴ_Ｈを用いて図２に示す制御手段を実行し、前記流量制御弁６〜８の開閉を行う。これにより、排ガス温度Ｔ_ｅｘｈがＴ_Ｌ以下では、排ガスがＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３の両方を流通し、Ｔ_ｅｘｈがＴ_Ｌを超えてＴ_Ｈ未満では、排ガスがＮＯ酸化触媒３のみを流通する。このように、ＳＣＲ触媒５に供給される排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率を調整することによって、ＳＣＲ触媒５において所望するＮＯ_Ｘ浄化率が達成される。さらに、Ｔ_ｅｘｈがＴ_Ｈ以上では、排ガスがＮＯ酸化触媒を流通せず、ＳＣＲ触媒５のみを流通するため、所望するＮＯ_Ｘ浄化率が達成されるだけでなく、ＮＯ酸化触媒の熱劣化を抑制することができる。

なお、排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に比べて排ガス温度の方がＮＯ酸化触媒の酸化能力に与える影響が大きい場合には、以上説明したような排ガス温度に基づく制御手段を用いることが好ましい。

次に、排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度及び排ガスの流量に基づいて制御する場合についてフローチャートを参照しながら説明する。図５は、本発明にかかる排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に基づく制御手段の好適な一実施形態を示すフローチャートである。図５に示すステップ７ではコントロールユニットにおいて検知した排ガス流量ＦとＮＯ_Ｘ濃度Ｒ_ＮＯｘを読み込み、ステップ８で単位時間当たりに流れるＮＯ_Ｘ量Ｖ_ＮＯｘを算出して、ステップ９ではＶ_ＮＯｘが、所定の定数Ｖ_Ｈ以上であるかを判断する。そして、Ｖ_ＮＯｘが、Ｖ_Ｈ以上であればステップ１１へ進み、Ｖ_Ｈ未満であればステップ１０に進む。ステップ１０ではＶ_ＮＯｘがある所定の定数Ｖ_Ｌ以下であるかを判断する。そして、Ｖ_ＮＯｘが、Ｖ_Ｌ以下であればステップ１２へ進み、Ｖ_Ｌを超える場合はステップ１３に進む。ステップ１１〜１３では、前記流量制御弁６〜８の開閉の信号を出力する。なお、ステップ９及び１０におけるＶ_Ｈ及びＶ_Ｌは、ＮＯ酸化触媒及びＳＣＲ触媒の能力により決まる値であり、例えば、前述したＴ_Ｌ及びＴ_Ｈを決定するための予備試験及び考察と同様にしてこれらの値を決定することができる。

なお、排ガス温度に比べて排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度の方がＮＯ酸化触媒の酸化能力に与える影響の力が大きい場合には、このような排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に基づく制御手段を用いることが好ましい。

次いで、排ガス温度、排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に基づいて制御する場合についてフローチャートを参照しながら説明する。図６は、本発明にかかる排ガス温度、排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に基づく制御手段の好適な一実施形態を示すフローチャートである。図６に示すステップ１４でＴ_ｅｘｈ、Ｆ、Ｒ_ＮＯｘを読み込み、ステップ１５でＶ_ＮＯｘを算出する。ステップ１６では、例えば、Ｔ_ｅｘｈ及びＶ_ＮＯｘの両方をパラメーターとして作成されたマップ（図示せず）を参照して、流量制御弁６〜８の開弁率ｘ、ｙ、ｚを算出する。そして、ステップ１７では、前記流量制御弁６〜８の開弁率をそれぞれｘ、ｙ、ｚとする信号を出力する。

なお、流量制御弁に関して、図２及び図５に示す制御手段においては、排気流路の開閉のみを行う電磁式開閉弁を想定したが、図６に示す制御手段においては、排気流路の開口面積を任意に制御可能な電磁式流量制御弁を想定した。図６のステップ１６中の開弁率とは、排気流路の開口面積を決定する係数であり、流量制御弁６〜８の開弁率を変えることにより、流通する排気流量を任意に制御できる。したがって、排ガス温度、排ガス流量、及びＮＯ_Ｘ濃度の全てが大きく変化し、それぞれがＮＯ酸化触媒の酸化能力に影響を与える場合においても、十分なＮＯ_Ｘ浄化率を達成することが可能となる。

以上、本発明の排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法の好適な実施形態について説明したが、本発明の排ガス浄化装置及びそれを用いた排ガス浄化方法は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、前記実施形態においては、所定パラメータとしては、排ガス温度（又は触媒温度）、排ガス流量、排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度が挙げられているが、本発明における所定パラメータは、これらに限定されるものではない。すなわち、ＳＣＲ触媒５のＮＯ_Ｘ浄化能力に影響を与えるパラメータであればよく、例えば、ＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ、Ｈ_２Ｏ、ＰＭ（粒子状物質）等の共存物質の濃度や量を所定パラメータとして、それに基づいて流量制御弁６〜８を制御することができる。

また、前記実施形態においては、ＮＯ酸化触媒としては、ＮＯ酸化触媒接続管を介して直列に接続されたＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３が用いられているが、本発明の排ガス浄化装置に用いられるＮＯ酸化触媒はこれに限定されるものではない。すなわち、ＮＯ酸化触媒としては、必ずしもＮＯ酸化触媒接続管を介して直列に接続された複数のＮＯ酸化触媒を用いる必要はなく、単独のＮＯ酸化触媒を用いることができる。なお、このような場合には、排ガスがこのようなＮＯ酸化触媒の一部を流通するように前記第２の排ガス供給管の一端がこのようなＮＯ酸化触媒に接続されていればよい。さらに、ＮＯ酸化触媒としては、ＮＯ酸化触媒接続管を介して直列に接続された３つ以上のＮＯ酸化触媒を用いることができる。なお、そのような場合には、少なくとも一つの前記第２の排ガス供給管が少なくとも一つのＮＯ酸化触媒接続管に接続されていればよい。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（試験用装置）
図７は、実施例及び比較例で用いた試験用装置の構成を示す概略模式図である。図７に示す試験用装置は、本発明の排ガス浄化装置のＮＯ_Ｘ浄化能力を評価するために作製された装置である。そして、図６に示す試験用装置は、図１に示すエンジン１に代えてモデルガス供給装置１’を備えている。また、図６に示す試験用装置は、図１に示す排ガス浄化装置の構成の他に、触媒の温度を保つための加熱炉１１、及びＳＣＲ触媒５におけるＮＯ_Ｘ浄化率を測定するためのＮＯ_Ｘ分析計１２を備えている。

モデルガス供給装置１’から排出されるモデルガスの組成としては、通常のディーゼルエンジンから排出される排ガスの組成を模擬して、ＮＯ（０．１％）、Ｏ_２（８％）、ＣＯ_２（１０％）、Ｈ_２Ｏ（８％）、Ｎ_２（残部）とした。また、モデルガスの総流量としては、空間速度に換算すると触媒当たり８４０００ｈ^−１に相当する、７．０Ｌ／ｍｉｎとした。さらに、ＮＯ酸化触媒２及びＮＯ酸化触媒３としては、ＳｉＯ_２にＰｔを担持したＰｔ／ＳｉＯ_２触媒を用い、触媒量はそれぞれ１ｇとした。また、還元剤供給装置４から供給する還元剤としてのＮＨ_３ガスを用い、還元剤の供給量としては、ＳＣＲ触媒５の入り口におけるＮＯ_Ｘ：ＮＨ_３の比が１：１となるように設定した。さらに、ＳＣＲ触媒５としては、Ｆｅ／ＺＳＭ−５触媒を用い、触媒量は１ｇとした。

（合成例１）
比表面積３８０ｍ^２のＳｉＯ_２担体を［Ｐｔ（ＮＨ_３）_４］（ＯＨ）_２水溶液に含浸させ、大気中６００℃で焼成することによりＰｔを担持量が２質量％となるようにして担持した。得られたＰｔ担持物を約１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２で圧粉成型した後に、破砕、整粒して０．５〜１．０ｍｍのペレットとして、Ｐｔ／ＳｉＯ_２触媒を得た。

（合成例２）
Ｓｉ／Ａｌ_２比３０のＺＳＭ−５型ゼオライトにＦｅＣｌ_３をＦｅ／Ａｌ比が１となるように窒素中で物理混合し、窒素流通下５５０℃で１．５時間熱処理した。その後洗浄、乾燥を行い、大気中６００℃で焼成することによりＦｅを担持した。得られたＦｅ担持物を約１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２で圧粉成型した後に、破砕、整粒して０．５〜１．０ｍｍのペレットとして、Ｆｅ／ＺＳＭ−５触媒を得た。

（実施例）
ＳＣＲ触媒５の入り口におけるモデルガス温度が１５０℃となるようにモデルガス供給装置１’から排出されるモデルガスの温度を調整した。その後、ＳＣＲ触媒５の入り口におけるモデルガス温度を１５０℃に１５分間保持しつつ、ＮＯ_Ｘ分析計１２を用いて定常状態におけるＮＯ_Ｘ浄化率を算出した。そして、ＳＣＲ触媒５の入り口におけるモデルガス温度を２５℃ずつ上昇させて、１５０℃から４００℃まで２５℃毎に上記と同様の方法で定常状態におけるＮＯ_Ｘ浄化率を算出した。一方、流量制御弁６〜８の開閉制御条件として、ＳＣＲ触媒５の入り口におけるモデルガス温度が２５０℃未満の場合は、流量制御弁６を開いて流量制御弁７及び流量制御弁８を閉じておいた。また、２５０℃以上３５０℃未満の場合は流量制御弁７を開いて流量制御弁６及び流量制御弁８を閉じておいた。さらに、３５０℃以上の場合は、流量制御弁８を開いて流量制御弁６及び流量制御弁７を閉じておいた。得られた結果を図８に示す。なお、ＳＣＲ触媒５の入り口におけるモデルガス温度が３５０℃以上の場合には、モデルガスが酸化触媒２及び酸化触媒３を流通していないために、ＮＯ酸化触媒の劣化による酸化活性の低下は見られなかった。

（比較例１）
流量制御弁６を常に開いて、流量制御弁７及び流量制御弁８を常に閉じておいたこと以外は実施例１と同様にして、１５０℃から４００℃まで２５℃毎に定常状態におけるＮＯ_Ｘ浄化率を算出した。得られた結果を図８に示す。

（比較例２）
流量制御弁７を常に開いて、流量制御弁６及び流量制御弁８を常に閉じておいたこと以外は実施例１と同様にして、１５０℃から４００℃まで２５℃毎に定常状態におけるＮＯ_Ｘ浄化率を算出した。得られた結果を図８に示す。

（比較例３）
流量制御弁８を常に開いて、流量制御弁６及び流量制御弁７を常に閉じておいたこと以外は実施例１と同様にして、１５０℃から４００℃まで２５℃毎に定常状態におけるＮＯ_Ｘ浄化率を算出した。得られた結果を図８に示す。

＜評価結果＞
図８に示した結果から明らかなように、比較例１については、２５０℃以下の低温域においては十分なＮＯ_Ｘ浄化率を達成することができたが、２５０〜３５０℃の中温域においてはＮＯ_Ｘ浄化率が劣っていた。また、比較例２については、中温域においてはにおいては十分なＮＯ_Ｘ浄化率を達成することができたが、低温域においてはＮＯ_Ｘ浄化率が劣っていた。さらに、比較例３については、低温域及び中温域においてはＮＯ_Ｘ浄化率が非常に劣っていた。それに対し、実施例については、全温度域において十分なＮＯ_Ｘ浄化率を達成することができた。

以上説明したように、本発明によれば、ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ、温度、流量、ＮＯ_Ｘ濃度が大きく変動する排ガスをＳＣＲ触媒において所定の水準以上に安定して浄化することを可能とする排ガス浄化装置、並びにその排ガス浄化装置を用いた排ガス浄化方法を提供することが可能となる。

したがって、本発明の排ガス浄化装置は、希薄燃焼方式の燃焼機関等から排出される排ガスの浄化装置として有用である。また、本発明の排ガス浄化方法は、希薄燃焼方式の燃焼機関等から排出される排ガスを浄化する技術として有用である。

本発明の排ガス浄化装置の好適な一実施形態の構成を示す概略模式図である。 本発明にかかる排ガス温度に基づく制御手段の好適な一実施形態を示すフローチャートである。 排ガス温度とＮＯ酸化触媒流通後のＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率との関係を示すグラフである。 排ガス温度及びＳＣＲ触媒に供給される排ガスのＮＯ_２／ＮＯ_Ｘ比率に対するＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率の関係を示すマップである。 本発明にかかる排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に基づく制御手段の好適な一実施形態を示すフローチャートである。 本発明にかかる排ガス温度、排ガス流量及びＮＯ_Ｘ濃度に基づく制御手段の好適な一実施形態を示すフローチャートである。 実施例及び比較例で用いた試験用装置の構成を示す概略模式図である。 実施例及び比較例で得られたＳＣＲ触媒の入り口におけるモデルガス温度に対するＮＯ_Ｘ浄化率の関係を示すグラフである。

符号の説明

１…エンジン、１’…モデルガス供給装置、２…ＮＯ酸化触媒、３…ＮＯ酸化触媒、４…還元剤供給装置、５…ＳＣＲ触媒、６…流量制御弁、７…流量制御弁、８…流量制御弁、９…コントロールユニット、１０…検知センサー、１１…加熱炉、１２…ＮＯ_Ｘ分析計。

Claims (7)

1. 内燃機関から排出される排ガス中のＮＯ_ＸをＮＨ_３により還元するＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒にＮＨ_３及びＮＨ_３前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記排ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化して前記ＳＣＲ触媒に供給するＮＯ酸化触媒と、
   前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の全体を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第１の流量制御弁を有する第１の排ガス供給管と、
   前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の一部を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第２の流量制御弁を有する第２の排ガス供給管と、
   前記排ガスを前記ＳＣＲ触媒に直接供給するための、第３の流量制御弁を有する第３の排ガス供給管と、
   を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 前記第１〜３の流量制御弁にそれぞれ電気的に接続されている流量制御手段と、前記流量制御手段に電気的に接続されており前記排ガス又は触媒に関する所定パラメータを検知する所定パラメータ検知手段とを更に備えており、
   前記所定パラメータ検知手段により検知された所定パラメータに基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
3. 前記所定パラメータ検知手段が、前記排ガスの温度及び／又は前記ＳＣＲ触媒の温度を検知する手段であり、前記所定パラメータ検知手段により検知された温度に基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
4. 前記所定パラメータ検知手段が、前記排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度及び前記排ガスの流量を検知する手段であり、前記所定パラメータ検知手段により検知されたＮＯ_Ｘ濃度及びガス流量に基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
5. 前記所定パラメータ検知手段が、前記排ガスの温度及び／又は前記ＳＣＲ触媒の温度、並びに前記排ガス中のＮＯ_Ｘ濃度及び前記排ガスの流量を検知する手段であり、前記所定パラメータ検知手段により検知された温度、ＮＯ_Ｘ濃度及びガス流量に基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
6. 前記ＮＯ酸化触媒として、ＮＯ酸化触媒接続管を介して直列に接続された複数のＮＯ酸化触媒を備えており、前記第２の排ガス供給管が少なくとも一つのＮＯ酸化触媒接続管に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
7. 内燃機関から排出される排ガス中のＮＯ_ＸをＮＨ_３により還元するＳＣＲ触媒と、
   前記ＳＣＲ触媒にＮＨ_３及びＮＨ_３前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記排ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化して前記ＳＣＲ触媒に供給するＮＯ酸化触媒と、
   前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の全体を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第１の流量制御弁を有する第１の排ガス供給管と、
   前記排ガスを前記ＮＯ酸化触媒の一部を通して前記ＳＣＲ触媒に供給するための、第２の流量制御弁を有する第２の排ガス供給管と、
   前記排ガスを前記ＳＣＲ触媒に直接供給するための、第３の流量制御弁を有する第３の排ガス供給管と、
   前記第１〜３の流量制御弁にそれぞれ電気的に接続されている流量制御手段と、
   前記流量制御手段に電気的に接続されており前記排ガス又は触媒に関する所定パラメータを検知する所定パラメータ検知手段と
   を備える排ガス浄化装置を用いる排ガス浄化方法であって、
   前記所定パラメータ検知手段により検知された所定パラメータに基づいて前記ＮＯ酸化触媒の酸化活性の低下を抑制しつつ前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯ_Ｘ浄化率が所定の水準以上となるように前記流量制御手段が前記第１〜３の流量制御弁を制御することを特徴とする排ガス浄化方法。

Images