JP2005023921A

JP2005023921A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2005023921A
Application number: JP2003389411A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hosoya; 満細谷; Masatoshi Shimoda; 正敏下田; Shinya Sato; 信也佐藤
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-11-19
Also published as: JP4224383B2

Abstract

【課題】選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置した構成を採用しても、該酸化触媒による過剰なＮＯ₂の生成を抑制してＮＯx低減率の落ち込みを回避する。
【解決手段】選択還元型触媒１３の前段に酸化触媒１１を配置した排気浄化装置に関し、酸化触媒１１に対し排気ガス７を迂回させて選択還元型触媒１３に導くバイパス流路１４を設け、酸化触媒１１によりＮＯ₂が過剰に生成される運転状態にある場合に、排気ガス７の一部をバイパス流路１４を介し酸化触媒１１を迂回させて選択還元型触媒１３に導き、酸化触媒１１によるＮＯ₂の生成量を適宜に抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、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を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

例えば、この種の選択還元型触媒としては、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒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が、これらの選択還元型触媒の活性温度域（温度ウィンドウ）は一般的に狭く、ディーゼルエンジンの排気温度範囲の一部でしかＮＯxを浄化できていないのが現状であり、選択還元型触媒の活性温度域の拡大、特に低温活性の向上が今後の大きな課題となっている。

そこで、本発明者らは、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置して該酸化触媒により排気ガス中のＮＯを酸化して酸化力の強いＮＯ₂を生成し、このような酸化力の強いＮＯ₂を選択還元型触媒に導くことにより該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応を促進し、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようにすることを創案するに到った（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６１７３２号公報

尚、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアのような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。

しかしながら、本発明者らによる鋭意研究の結果、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を装備することで前記選択還元型触媒の低温活性を良化できる反面、この種の酸化触媒が３００℃近辺の排気温度でピークを成すような山形の触媒特性を有するものであるために、３００℃近辺の排気温度にて過剰にＮＯ₂が生成されてしまってＮＯx低減率が落ち込む現象が生じるという知見が得られた。

即ち、選択還元型触媒に添加された尿素水は、約１７０℃以上の温度条件下で、次式
［化１］
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂
によりアンモニアと炭酸ガスになるので、このアンモニアによりＮＯxが還元浄化されることになるが、排気ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯに対し酸化触媒によりＮＯ₂が増やされていくと、最も反応速度の早い次式
［化２］
ＮＯ＋ＮＯ₂＋２ＮＨ₃→２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ
による還元反応が促されて良好なＮＯxの低減化が図られることになる。

そして、この還元反応を促すにあたっては、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１に近いことが重要となるが、酸化触媒により３００℃近辺の排気温度にて過剰にＮＯ₂が生成されてしまうと、ＮＯの比率よりもＮＯ₂の比率の方が大きく上まわってしまい、このＮＯ₂の過剰分は、次式
［化３］
６ＮＯ₂＋８ＮＨ₃→７Ｎ₂＋１２Ｈ₂Ｏ
で反応することになるため、反応速度が鈍化して選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまうリークアンモニアが増加し、結果的にＮＯxの低減率が３００℃近辺の排気温度で落ち込みを生じてしまっていた。

尚、ここで付言しておくと、ＮＯの比率よりもＮＯ₂の比率が下まわっている間は、次式
［化４］
６ＮＯ＋４ＮＨ₃→５Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
或いは、次式
［化５］
４ＮＯ＋４ＮＨ₃＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
によっても排気ガス中のＮＯxが還元浄化されることになる。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置した構成を採用しても、該酸化触媒による過剰なＮＯ₂の生成を抑制してＮＯx低減率の落ち込みを回避することを目的としている。

本発明は、エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の前段に装備された酸化触媒と、該酸化触媒に対し排気ガスを迂回させて選択還元型触媒に導くバイパス流路と、該バイパス流路の排気管に対する分岐箇所に設けられた流路切換手段と、前記選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１となるように運転状態に応じ前記流路切換手段を制御してバイパス流路への排気ガスの分配量を調整しながら前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行わしめる制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

而して、このようにすれば、酸化触媒によりＮＯ₂が過剰に生成される虞れがない運転状態において、制御装置により流路切換手段が制御されてバイパス流路側が閉塞され、排気ガスの全量が酸化触媒を通し選択還元型触媒に導かれながら尿素水添加手段により選択還元型触媒に尿素水が添加されることになり、排気ガス中のＮＯが酸化触媒を通過する際に酸化して酸化力の強いＮＯ₂として生成され、このような酸化力の強いＮＯ₂が多く生成されて選択還元型触媒へと導かれることにより、該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応が著しく促進され、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようになり、排気ガス中のＮＯxが良好に還元処理されて浄化されることになる。

一方、酸化触媒によりＮＯ₂が過剰に生成される虞れが生じた場合に、流路切換手段により排気ガスの流れをバイパス流路側へ分配し、排気ガスの一部を酸化触媒を迂回させて選択還元型触媒に導くようにすると、酸化触媒によるＮＯ₂の生成量が抑制されて排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１に維持され、３００℃近辺の排気温度にて過剰にＮＯ₂が生成されることに起因してＮＯx低減率が落ち込む現象が未然に回避されることになる。

また、本発明は、エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の前段に並列に対で装備されたＮＯ酸化力の異なる酸化触媒と、該各酸化触媒に対し排気ガスを振り分けて流し且つ選択還元型触媒の入側で合流せしめる分岐流路と、該分岐流路の分岐箇所に設けられた流路切換手段と、前記選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１となるように運転状態に応じ前記流路切換手段を制御して分岐流路の各酸化触媒への排気ガスの分配量を調整しながら前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行わしめる制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、にも係るものである。

而して、このようにすれば、ＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒によりＮＯ₂が過剰に生成される虞れがない運転状態において、制御装置により流路切換手段が制御されてＮＯ酸化力が弱い方の酸化触媒への排気ガスの流れが閉塞され、排気ガスの全量が前記ＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒を通し選択還元型触媒に導かれながら尿素水添加手段により選択還元型触媒に尿素水が添加されることになり、排気ガス中のＮＯが前記ＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒を通過する際に酸化して酸化力の強いＮＯ₂として生成され、このような酸化力の強いＮＯ₂が多く生成されて選択還元型触媒へと導かれることにより、該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応が著しく促進され、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようになり、排気ガス中のＮＯxが良好に還元処理されて浄化されることになる。

一方、ＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒によりＮＯ₂が過剰に生成される虞れが生じた場合に、流路切換手段により排気ガスの流れをＮＯ酸化力が弱い方の酸化触媒側へ分配して選択還元型触媒に導くようにすると、両酸化触媒によるＮＯ₂の生成量が前記ＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒のみを使用した場合よりも抑制されて排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１に維持され、３００℃近辺の排気温度にて過剰にＮＯ₂が生成されることに起因してＮＯx低減率が落ち込む現象が未然に回避されることになる。

また、制御装置により流路切換手段を介し排気ガスを適宜に分配するための具体的な実現手段としては、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとを備え、これら回転センサ及び負荷センサからの検出値に基づきエンジンの運転状態を判断し得るように制御装置を構成すれば良い。

更に、本発明においては、酸化触媒と選択還元型触媒との間、又は選択還元型触媒の出口、又は選択還元型触媒の入口及び出口の両方に排気温度を検出する温度センサを配置し、該温度センサの検出値が所定の閾値を超えている条件下でのみ尿素水添加手段による尿素水の添加を実施し得るように制御装置を構成することが好ましく、このようにすれば、排気ガスの温度が選択還元型触媒の活性温度域まで到達していない条件下で無駄な尿素水が添加されることが防止される。

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。

（Ｉ）本発明の請求項１、２、３に記載の発明によれば、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置した構成を採用しても、該酸化触媒によるＮＯ₂の生成量を適宜に抑制し得て、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比を還元反応に最適な約１：１に維持することができ、過剰にＮＯ₂が生成されることに起因したＮＯx低減率の落ち込みを確実に回避することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、排気ガスの温度が選択還元型触媒の活性温度域まで到達していない条件下で無駄な尿素水が添加されることを防止でき、必要最小限の尿素水の添加により効率良くＮＯxの還元浄化を図ることができる。

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は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス７が流通する排気管９の途中に、ケーシング１０により抱持された酸化触媒１１が装備されており、この酸化触媒１１は、白金に酸化アルミニウム（アルミナ）を混合してステンレス製のメタル担体等に担持させた構造となっている。

また、前記酸化触媒１１より下流側の排気管９には、ケーシング１２により抱持された選択還元型触媒１３が装備されており、この選択還元型触媒１３は、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。

ここで、前記選択還元型触媒１３には、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能であるが、ＳＯ₂をサルフェート（硫酸塩）に酸化し易い貴金属触媒を採用するよりも、比較的酸化力の弱い卑金属触媒を採用する方がより好ましい。

そして、排気管９におけるケーシング１０の直前位置と、該ケーシング１０後方のケーシング１２の直前位置とがバイパス流路１４により接続されており、エンジン１からの排気ガス７を前記バイパス流路１４を介し酸化触媒１１を迂回させて選択還元型触媒１３に導き得るようにしてある。

ここで、バイパス流路１４の排気管９に対する分岐箇所には、排気ガス７の流れを適宜にバイパス流路１４側に切り換え得るよう切換バルブ１５，１６（流路切換手段）が夫々設けられている。

また、前記エンジン１には、その機関回転数を検出する回転センサ１７が装備されており、該回転センサ１７からの回転数信号１７ａと、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１８（負荷センサ）からの負荷信号１８ａとが制御装置１９に入力されるようになっている。

そして、制御装置１９においては、図２に具体的な制御手順を示している通り、ステップＳ１にて回転センサ１７からの回転数信号１７ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出される一方、ステップＳ２にてアクセルセンサ１８からの負荷信号１８ａに基づいて現在の燃料噴射量が換算され、これら現在のエンジン１の回転数及び燃料噴射量を基にステップＳ３にて切換バルブ１５，１６の開度制御用二次元マップから排気ガス７中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１となるような開度が夫々読み出され、これが次のステップＳ４にて切換バルブ１５，１６に向け開度指令信号１５ａ，１６ａとして出力され、バイパス流路１４への排気ガス７の分配量が調整されるようになっている。

つまり、現在のエンジン１の回転数と燃料噴射量とが把握できれば、その排気ガス７の流量や排気温度等が概ね推定できるので、現在の運転状態における排気ガス７の全量を酸化触媒１１に通した場合にＮＯとＮＯ₂の比がどのように変化するかが予備実験データ等との照合により判り、しかも、どのような運転状態の時にＮＯの比率よりもＮＯ₂の比率の方が上まわってしまうか、更には、ＮＯの比率よりもＮＯ₂の比率の方が上まわってしまう場合にバイパス流路１４側へ排気ガス７をどの程度の分配量で迂回させればＮＯとＮＯ₂の比が１：１に維持できるかが予備実験データ等との照合から判るので、この分配量を実現するための切換バルブ１５，１６の開度制御をエンジン１の回転数と燃料噴射量の二次元マップとして予め設定しておけば、この二次元マップからエンジン１の回転数と燃料噴射量に基づき制御開度を読み出すだけで酸化触媒１１による過剰なＮＯ₂の生成を抑制することが可能となるのである。

ただし、排気ガス７中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１となるような切換バルブ１５，１６の開度を決定するにあたっては、実際に酸化触媒１１より上流にλセンサや温度センサ、ＮＯxセンサを配設し、これらの実測値に基づいて切換バルブ１５，１６の開度を決定するようにしても良い。

尚、運転状態が大きく変化している過渡時には、排気ガス７の温度と酸化触媒１１の温度とに相違（ずれ）が生じることが考えられるので、このような過渡時の対策として、酸化触媒１１の下流にＮＯxセンサや温度センサ（後述する温度センサ２０の流用で良い）を配設し、これらの実測値に基づいて前述の如く決定された切換バルブ１５，１６の開度を適宜に補正してから開度指令信号１５ａ，１６ａとして出力させると良い。

更に、酸化触媒１１と選択還元型触媒１３との間の排気管９には、該排気管９内を流れる排気ガス７の温度を検出する温度センサ２０が装備されており、該温度センサ２０からの温度信号２０ａが前記制御装置１９に入力されるようになっている。

また、排気管９における選択還元型触媒１３の入口付近と、所要場所に設けた尿素水タンク２１との間が尿素水供給管２２により接続されており、該尿素水供給管２２の途中に装備した供給ポンプ２３の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水２４（還元剤）を噴射ノズル２５を介し選択還元型触媒１３の入口付近に添加し得るようにしてある。

そして、この尿素水２４を噴射させる供給ポンプ２３の駆動は、制御装置１９からの駆動指令信号２３ａにより行われるようになっており、図３に具体的な制御手順を示している通り、ステップＳ１１にて回転センサ１７からの回転数信号１７ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出される一方、ステップＳ１２にてアクセルセンサ１８からの負荷信号１８ａに基づいて現在の燃料噴射量が換算され、これら現在のエンジン１の回転数及び燃料噴射量を基にステップＳ１３にて供給ポンプ２３の駆動制御用二次元マップから適切な駆動時間が読み出され、これが次のステップＳ１４を経たステップＳ１５にて供給ポンプ２３に向け駆動指令信号２３ａとして出力され、この供給ポンプ２３の適切な時間分の駆動により尿素水２４の添加量が調整されるようになっている。

つまり、現在のエンジン１の回転数と燃料噴射量とが把握できれば、現在の運転状態におけるＮＯxの推定発生量が予備実験データ等との照合により判り、その発生したＮＯxの全量を還元浄化するのに必要な尿素水２４の添加量が予備実験データ等との照合から判るので、この添加量を実現するための供給ポンプ２３の駆動制御をエンジン１の回転数と燃料噴射量の二次元マップとして予め設定しておけば、この二次元マップからエンジン１の回転数と燃料噴射量に基づき制御時間を読み出すだけで適切な添加量で尿素水２４を噴射することが可能となるのである。

ここで、ステップＳ１３とステップＳ１５との間に介装されるステップＳ１４においては、温度センサ２０からの温度信号２０ａに基づき現在の排気温度が読み出され、該温度センサ２０の検出値が所定の閾値（約１７０℃程度）を超えている条件下でのみステップＳ１５へと進み、この閾値以下の場合はステップＳ１６へと進んで前記駆動指令信号２３ａの出力が停止されるようにしてある。

つまり、現在の排気温度が選択還元型触媒１３の活性温度域に到達していなければ、尿素水２４を添加しても選択還元型触媒１３上での還元反応が起こらないので、現在の排気温度が選択還元型触媒１３の活性温度域に到達している条件下（温度センサ２０の検出値が所定の閾値を超えている条件下）でのみ尿素水２４の添加を実施し得るようにしているのである。

尚、図１中における符号２６はケーシング１２内における選択還元型触媒１３の直後に装備されて該選択還元型触媒１３を未反応のまま通過してしまった微量のリークアンモニアをＮＯやＮ₂に酸化処理するための酸化触媒を示しており、この酸化触媒２６により最終的に大気中へ排出される排気ガス７中にアンモニアが残存してしまう虞れを回避し得るようにしてある。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、回転センサ１７の回転数信号１７ａと、アクセルセンサ１８の負荷信号１８ａとに基づき、酸化触媒１１によりＮＯ₂が過剰に生成される虞れがない運転状態にあると制御装置１９で判断された場合に、該制御装置１９からの開度指令信号１５ａ，１６ａにより切換バルブ１５が閉じ且つ切換バルブ１６が開いてバイパス流路１４側が閉塞され、排気ガス７の全量が酸化触媒１１を通し選択還元型触媒１３に導かれる。

また、温度センサ２０からの温度信号２０ａに基づき、現在の排気温度が選択還元型触媒１３の活性温度域に到達している条件下でのみ制御装置１９から供給ポンプ２３に向け駆動指令信号２３ａが出力され、これにより適切な量の尿素水２４が選択還元型触媒１３に添加されることになる。

このようにエンジン１からの排気ガス７を酸化触媒１１を通して選択還元型触媒１３に導きながら該選択還元型触媒１３に尿素水２４を添加すると、排気ガス７中のＮＯが酸化触媒１１を通過する際に酸化して酸化力の強いＮＯ₂として生成され、このような酸化力の強いＮＯ₂が多く生成されて選択還元型触媒１３へと導かれることにより、該選択還元型触媒１３上での尿素水２４による還元反応が著しく促進され、通常の選択還元型触媒１３の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようになり、排気ガス７中のＮＯxが良好に還元処理されて浄化されることになる。

一方、酸化触媒１１によりＮＯ₂が過剰に生成される運転状態にあると制御装置１９で判断された場合には、該制御装置１９からの開度指令信号１５ａ，１６ａにより切換バルブ１５が適宜な開度だけ開き且つ切換バルブ１６が適宜な開度だけ絞られて排気ガス７の流れがバイパス流路１４側に分配され、排気ガス７の一部が酸化触媒１１を迂回して選択還元型触媒１３に導かれる。

このようにエンジン１からの排気ガス７の一部を酸化触媒１１を迂回させて選択還元型触媒１３に導くようにすると、酸化触媒１１によるＮＯ₂の生成量が抑制されて排気ガス７中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１に維持されることになる。

この結果、図４にグラフで示す如く、選択還元型触媒１３の前段に酸化触媒１１を装備して該酸化触媒１１に排気ガス７の全量を流すようにしていた従来例Ａでは、約２００℃〜約３００℃にかけての温度域でＮＯx低減率の顕著な落ち込みが確認されていたのに対し、本形態例Ｂにおいては、約２００℃〜約３００℃にかけての温度域でＮＯx低減率が落ち込む現象が回避されることが確認された。

以上に述べた如く、本形態例によれば、選択還元型触媒１３の前段に酸化触媒１１を配置した構成を採用しても、酸化触媒１１によりＮＯ₂が過剰に生成される運転状態にある場合に、排気ガス７の一部をバイパス流路１４を介し酸化触媒１１を迂回させて選択還元型触媒１３に導くことができるので、酸化触媒１１によるＮＯ₂の生成量を適宜に抑制し得て、排気ガス７中のＮＯとＮＯ₂の比を還元反応に最適な約１：１に維持することができ、過剰にＮＯ₂が生成されることに起因したＮＯx低減率の落ち込みを確実に回避することができる。

図５は本発明の別の形態例を示すもので、先の図１〜図４の形態例で酸化触媒１１を迂回させて選択還元型触媒１３に導くバイパス流路１４を設けていたことに換えて、選択還元型触媒１３の前段にＮＯ酸化力の異なる二つの酸化触媒１１Ａ，１１Ｂ（ＮＯ酸化力の強い酸化触媒１１ＡとＮＯ酸化力の弱い酸化触媒１１Ｂ）をケーシング１０により抱持して並列に装備し、これら各酸化触媒１１Ａ，１１Ｂに対し分岐流路２７により排気ガス７を振り分けて流して選択還元型触媒１３の入側で合流せしめるようにしてあり、その分配量の比率については、先の形態例と同様に切換バルブ１５，１６（流路切換手段）により行うようにしてある。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、回転センサ１７の回転数信号１７ａと、アクセルセンサ１８の負荷信号１８ａとに基づき、酸化触媒１１によりＮＯ₂が過剰に生成される虞れがない運転状態にあると制御装置１９で判断された場合に、該制御装置１９からの開度指令信号１５ａ，１６ａにより切換バルブ１５が閉じ且つ切換バルブ１６が開いてＮＯ酸化力が弱い方の酸化触媒１１Ｂへの排気ガス７の流れが閉塞され、排気ガス７の全量がＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒１１Ａを通し選択還元型触媒１３に導かれる。

このようにエンジン１からの排気ガス７を酸化触媒１１Ａを通して選択還元型触媒１３に導きながら該選択還元型触媒１３に尿素水２４を添加すると、排気ガス７中のＮＯが酸化触媒１１Ａを通過する際に酸化して酸化力の強いＮＯ₂として生成され、このような酸化力の強いＮＯ₂が多く生成されて選択還元型触媒１３へと導かれることにより、該選択還元型触媒１３上での尿素水２４による還元反応が著しく促進され、通常の選択還元型触媒１３の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようになり、排気ガス７中のＮＯxが良好に還元処理されて浄化されることになる。

一方、酸化触媒１１によりＮＯ₂が過剰に生成される運転状態にあると制御装置１９で判断された場合には、該制御装置１９からの開度指令信号１５ａ，１６ａにより切換バルブ１５が適宜な開度だけ開き且つ切換バルブ１６が適宜な開度だけ絞られて排気ガス７の流れがＮＯ酸化力が弱い方の酸化触媒１１Ｂ側へ分配され、両酸化触媒１１Ａ，１１ＢによるＮＯ₂の生成量が前記酸化触媒１１Ａのみを使用した場合よりも抑制されて排気ガス７中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１に維持されることになる。

従って、上記形態例によれば、ＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒１１ＡによりＮＯ₂が過剰に生成される運転状態にある場合に、排気ガス７の一部をＮＯ酸化力が弱い方の酸化触媒１１Ｂに分配して選択還元型触媒１３に導くことができるので、両酸化触媒１１Ａ，１１ＢによるＮＯ₂の生成量を適宜に抑制し得て、排気ガス７中のＮＯとＮＯ₂の比を還元反応に最適な約１：１に維持することができ、３００℃近辺の排気温度にて過剰にＮＯ₂が生成されることに起因したＮＯx低減率の落ち込みを確実に回避することができる。

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、流路切換手段は必ずしも一対の切換バルブで構成しなくても良く、例えば、一つの三方切換バルブで構成するようにしても良いこと、また、酸化触媒と選択還元型触媒との間に温度センサを配置する以外に、選択還元型触媒の出口、又は選択還元型触媒の入口及び出口の両方に温度センサを配置するようにしても良いこと、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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。流路切換手段の制御に関するフローチャートである。尿素水添加手段の制御に関するフローチャートである。本形態例と従来例とをＮＯx低減率について比較したグラフである。本発明の別の形態例を示す概略図である。

符号の説明

１エンジン
７排気ガス
９排気管
１１酸化触媒
１１ＡＮＯ酸化力が強い方の酸化触媒
１１ＢＮＯ酸化力が弱い方の酸化触媒
１３選択還元型触媒
１４バイパス流路
１５切換バルブ（流路切換手段）
１６切換バルブ（流路切換手段）
１７回転センサ
１８アクセルセンサ（負荷センサ）
１９制御装置
２０温度センサ
２１尿素水タンク（尿素水添加手段）
２２尿素水供給管（尿素水添加手段）
２３供給ポンプ（尿素水添加手段）
２４尿素水（還元剤）
２５噴射ノズル（尿素水添加手段）

Claims

エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の前段に装備された酸化触媒と、該酸化触媒に対し排気ガスを迂回させて選択還元型触媒に導くバイパス流路と、該バイパス流路の排気管に対する分岐箇所に設けられた流路切換手段と、前記選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１となるように運転状態に応じ前記流路切換手段を制御してバイパス流路への排気ガスの分配量を調整しながら前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行わしめる制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の前段に並列に対で装備されたＮＯ酸化力の異なる酸化触媒と、該各酸化触媒に対し排気ガスを振り分けて流し且つ選択還元型触媒の入側で合流せしめる分岐流路と、該分岐流路の分岐箇所に設けられた流路切換手段と、前記選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、排気ガス中のＮＯとＮＯ₂の比が約１：１となるように運転状態に応じ前記流路切換手段を制御して分岐流路の各酸化触媒への排気ガスの分配量を調整しながら前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行わしめる制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとを備え、これら回転センサ及び負荷センサからの検出値に基づきエンジンの運転状態を判断し得るように制御装置を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
酸化触媒と選択還元型触媒との間、又は選択還元型触媒の出口、又は選択還元型触媒の入口及び出口の両方に排気温度を検出する温度センサを配置し、該温度センサの検出値が所定の閾値を超えている条件下でのみ尿素水添加手段による尿素水の添加を実施し得るように制御装置を構成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。