JP2009221921A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元雰囲気を供給することで、窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させる構成の排気ガス浄化装置において、脱離に要する消費エネルギーを増大させることなく、脱離に要する時間を短縮することを、目的とする。
【解決手段】再生運転では、切替弁４の切替えにより、該再生運転の実施される分岐排気通路２への排気ガスの流入を防止した状態で、第１燃焼装置６及び第２燃焼装置を作動させるものであり、再生運転が、窒素酸化物吸着材５に吸着された窒素酸化物を脱離させる主再生運転を含んでおり、主再生運転で供給される第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＜１．０の範囲に制御されており、主再生運転が、第１主再生運転及び第２主再生運転から成っており、第１主再生運転から第２主再生運転に進むにつれて、第１混合ガスの流量を減少させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関あるいはガスタービン機関等の内燃機関、又は、焼却炉やボイラ等の燃焼機器、の排気ガスを浄化する装置に関し、特に空気過剰状態で通常運転を行う内燃機関等の排気通路に接続されて窒素酸化物を除去する排気ガス浄化装置に関する。

内燃機関等から排出される排気ガスには、有害成分として、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素など、が含まれている。これらの物質を排気ガスより除去して、排気ガスを浄化する装置は、従来各種開発されている。

本件出願人は、排気ガス浄化装置を開発し、既に出願している（特許文献１）。図４には、特許文献１の図１に記載の排気ガス浄化装置が示されている。図４に示されるように、本件出願人による従前の排気ガス浄化装置には、内燃機関等に接続される複数の分岐排気通路２０２ａ、２０２ｂのそれぞれに、窒素酸化物吸着材２０４と、第１燃焼装置（吸着物質脱離手段）２０３と、第２燃焼装置２０５と、が設けられている。内燃機関等からの排気ガスは、一部の分岐排気通路２０２ａ（又は２０２ｂ）にのみ供給され、他の分岐排気通路２０２ｂ（又は２０２ａ）には供給されない。そして、排気ガスの供給された分岐排気通路２０２ａでは、窒素酸化物が窒素酸化物吸着材２０４に吸着されて除去されると共に、窒素酸化物吸着材２０４の有する酸化触媒により、一酸化炭素及び炭化水素が、二酸化炭素や水に酸化される。一方、排気ガスの供給が遮断された分岐排気通路２０２ｂでは、第１燃焼装置２０３が還元雰囲気を発生させることで窒素酸化物吸着材２０４から窒素酸化物から脱離され、脱離された窒素酸化物が第２燃焼装置２０５により窒素に還元される。つまり、一部の分岐排気通路２０２ａでは、窒素酸化物を窒素酸化物吸着材２０４に吸着させる通常運転が行われ、同時に、他の分岐排気通路２０２ｂでは、窒素酸化物を吸着材２０４から脱離させる再生運転が行われ、窒素酸化物吸着材２０４の吸着能力の維持が図られている。

図４に示される排気ガス浄化装置は、三元触媒や、アンモニアや尿素などを用いることのない浄化装置である。三元触媒は、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に分解できる触媒であるが、空気過剰環境下では有効に作用しない。アンモニア等を用いた浄化装置は、装置自体が非常に複雑で高価であり、還元剤としてのアンモニア等の維持費やアンモニア等の供給体制の整備も必要で、問題点が多い。図４に示される排気ガス浄化装置は、上記問題点を解決している。図４に示される排気ガス浄化装置は、空気過剰条件下で運転される内燃機関等から排出される排気ガスより、有害成分（窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素）を除去して浄化し、しかも、その浄化能力を低下させることなく維持できる。
特開２００６−２７２１１５号公報

図４に示される排気ガス浄化装置では、第１燃焼装置（吸着物質脱離手段）２０３が燃料過剰条件下で燃焼反応を発生させることで、還元雰囲気が窒素酸化物吸着材２０４に供給される。再生運転が完了するまで還元雰囲気を継続して供給する必要があるが、同一の分岐排気通路において、再生運転の実施中は、通常運転を実施することができない。再生運転の実施時間の増大は、排気ガス浄化装置の処理効率の低下を招く。一方、再生運転の実施時間を短縮するために、還元雰囲気の流量を増やすことが考えられる。ところが、還元雰囲気の流量を増やすと、還元雰囲気の発生に要する消費エネルギー（還元剤の消費量）が増大することになる。消費エネルギーは、還元雰囲気の発生手段を燃焼装置とする場合（図４の排気ガス浄化装置の場合）、燃料の消費量に該当する。つまり、窒素酸化物吸着材からの窒素酸化物の脱離量を増大させようとすると、脱離に要する消費エネルギーか、脱離に要する時間（脱離時間）を増大させることになってしまう。

本発明は、還元雰囲気を供給することで、窒素酸化物吸着材から窒素酸化物を脱離させる構成の排気ガス浄化装置において、脱離に要する消費エネルギーや脱離に要する時間を増大させることなく、効率的に、窒素酸化物の脱離量を増大させることを目的とする。

本願の第１発明は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される複数の分岐排気通路と、前記各分岐排気通路の排気入口を開放又は閉鎖して、前記機関側排気通路から前記各分岐排気通路への排気ガスの流入及び遮断を切替える排気ガス遮断手段と、前記各分岐排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、前記各分岐排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成され、燃料及び空気が混合された第１混合ガスを供給して燃焼させる第１燃焼装置と、前記各分岐排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される第２燃焼装置と、を備えている、排気ガス浄化装置の制御方法において、前記各分岐排気通路について、通常運転と再生運転とがあり、前記通常運転は、前記排気ガス遮断手段の切替えにより、該通常運転の実施される前記分岐排気通路に排気ガスを流入させる運転であり、前記再生運転は、前記排気ガス遮断手段の切替えにより、該再生運転の実施される前記分岐排気通路への排気ガスの流入を防止した状態で、前記第１燃焼装置及び前記第２燃焼装置を作動させる運転であり、前記再生運転が、前記窒素酸化物吸着材に吸着された窒素酸化物を脱離させる主再生運転を含んでおり、前記主再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＜１．０の範囲に制御されており、前記主再生運転が、少なくとも２段階の運転から成っており、前記主再生運転における段階が進むにつれて、前記第１混合ガスの流量を減少させる、ことを特徴とする。

前記第１発明は、次の構成（ａ）〜（ｃ）を採用することが好ましい。

（ａ）前記主再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、０．６＜λ＜１．０の範囲に制御される。

（ｂ）前記再生運転が、前記主再生運転の前段階に、前再生運転を含んでおり、前記前再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御される。

（ｃ）前記再生運転が、前記主再生運転の後段階に、後再生運転を含んでおり、前記後再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御される。

本願の第１発明によれば、
主再生運転における段階が進むにつれて、第１混合ガスの流量を減少させることで、消費エネルギーや脱離に要する時間を増大させることなく、効率的に、窒素酸化物の脱離量を増大できる。また、主再生運転の初期に昇温されるため、脱離開始も早められる。

更に、構成（ａ）によれば、
窒素酸化物吸着材より窒素酸化物を効果的に脱離できる。

更に、構成（ｂ）によれば、
窒素酸化物吸着材に捕獲された粒子状物質の量を低減できる。また、窒素酸化物吸着材を主再生運転に先立って昇温させることができ、主再生運転の効率を向上できる。

更に、構成（ｃ）によれば、
窒素酸化物吸着材に付着している還元剤を除去でき、通常運転の実施されるときに機外に排出される還元剤の量を低減できる。また、窒素酸化物吸着材に捕獲された粒子状物質の量を低減できる。

［本実施形態に係る排気ガス浄化装置］
図１を用いて、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１を説明する。排気ガス浄化装置１は、内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路１００に接続される装置である。

内燃機関又は燃焼機器は、空気及び燃料の混合ガスを燃焼させて、排気ガスを生成する。排気ガスには、窒素酸化物（Ｎ０ｘ）や、未燃物としての一酸化炭素（Ｃ０）や炭化水素（ＨＣ）、などが含まれている。機関側排気通路１００は、内燃機関又は燃焼機器が備える排気通路である。内燃機関又は燃焼機器で生成された排気ガスは、機関側排気通路１００より排出される。

図１には、排気ガスの通路として、機関側排気通路１００と、複数（本実施形態では２つ）の分岐排気通路２、３と、合流排気通路１１０と、が示されている。分岐排気通路２、３は、排気ガス浄化装置１が備える排気通路である。機関側排気通路１００の排気出口１００ｂは、分岐排気通路２、３の排気入口２ａ、３ａに接続されている。分岐排気通路２、３の排気出口２ｂ、３ｂは、合流排気通路１１０ａに接続されている。これらの排気通路１００、２、３及び１１０は、外気から遮断された通路であり、例えば、パイプで構成される。なお、合流排気通路１１０は、排気ガス浄化装置１が備える排気通路であっても、内燃機関又は燃焼機器の排気通路であってもよい。

Ｆは、分岐排気通路２、３内を流れるガス（排気ガス）の流れる方向を示している。方向Ｆの矢印が示す側が排気下流側であり、方向Ｆの矢印が示す反対側が排気上流側である。

機関側排気通路１００からの排気ガスは、分岐排気通路２内では、排気入口２ａから排気出口２ｂへと流れ、分岐排気通路３内では、排気入口３ａから排気出口３ｂへと流れる。

排気ガス浄化装置１は、制御装置（電子コントロールユニット）１０を備えている。制御装置１０は、排気ガス浄化装置１に備える各装置（後述）を制御する。

排気ガス浄化装置１は、分岐排気通路２、３の排気入口２ａ、３ａを閉鎖して、機関側排気通路１００から各分岐排気通路２、３への排気ガスの流入を遮断可能とする排気ガス遮断手段を備えている。

排気ガス遮断手段として、具体的には、機関側排気通路１００と分岐排気通路２、３との合流部に、ガスの遮断弁４が設けられている。遮断弁４は、機関側排気通路１００の排気出口１００ｂから分岐排気通路２、３の排気入口２ａ、３ａへの排気ガスの流入を、遮断又は許容する。遮断弁４による遮断及び許容の切替えは、制御装置１０の制御により行われる。なお、排気ガス遮断手段は、各分岐排気通路２、３毎に設けられる切替弁の群であってもよい。この場合、各切替弁が、分岐排気通路２の排気入口２ａ及び分岐排気通路３の排気入口３ａにそれぞれ設けられる。

排気ガス浄化装置１は、分岐排気通路２、３内にそれぞれ、窒素酸化物吸着材５と、第１燃焼装置６と、第２燃焼装置７と、補助空気供給手段１５と、を備えている。各分岐排気通路２、３内で、排気下流側に向けて、第１燃焼装置６、窒素酸化物吸着材５、第２燃焼装置７及び補助空気供給手段１５が、順に配置されている。

窒素酸化物吸着材５は、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を還元雰囲気で脱離する材料である。また、窒素酸化物吸着材５が還元雰囲気に加えて昇温雰囲気に置かれると、窒素酸化物の脱離がより一層効果的に行われる。

ここで、空気過剰とは、空気（酸素）及び燃料の混合ガスにおいて、空気過剰率（供給された混合ガスの空燃比を理想空燃比で割った値）が、１より大きい状態を指す。また、空気過剰率が１より小さい状態は、燃料過剰の状態である。還元雰囲気とは、燃焼（酸化及び還元反応）が発生した際に、還元剤が過剰で酸素が不足する状態にあるガスを指す。

窒素酸化物吸着材５は、酸化作用を有する触媒成分も有している。

第１燃焼装置６は、空気供給手段と、燃料供給手段と、着火手段と、で構成される。そして、第１燃焼装置６は、燃料及び空気が混合された第１混合ガスを供給して燃焼させる。第１燃焼装置６は、燃料過剰条件下で燃焼反応を発生させることで、還元剤としての未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）を含んだ還元雰囲気を発生させると共に、燃焼反応の熱により昇温雰囲気を発生させることが可能である。

第１燃焼装置６の空気供給手段は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル６１と、を備えている。空気供給装置１１は、外気を取り込んで、空気調量装置１２に供給する。空気調量装置１２は、供給された空気（外気）を、空気量を調整した後、空気ノズル６１に供給する。空気ノズル６１は、分岐排気通路２、３内の第１燃焼領域Ａ１に開口したノズルである。空気ノズル６１に供給された空気は、分岐排気通路２、３内に噴射される。ここで、制御装置１０が、空気調量装置１２を制御して、空気ノズル６１に供給される空気量を調整する。

第１燃焼装置６の燃料供給手段は、制御装置１０と、燃料タンク１３と、燃料調量装置１４と、燃料ノズル６２と、を備えている。燃料タンク１３には、燃料が蓄えられている。燃料調量装置１４は、燃料タンク１３から供給される燃料を、燃料の量を調整した後、燃料ノズル６２に供給する。燃料ノズル６２は、分岐排気通路２、３内の第１燃焼領域Ａ１に開口したノズルである。第１燃焼領域Ａ１は、窒素酸化物吸着材５の排気上流側に位置している。燃料ノズル６２に供給された燃料は、分岐排気通路２、３内に噴射される。また、制御装置１０は、燃料調量装置１４を制御して、燃料ノズル６２に供給される燃料の量を調整する。

第１燃焼装置６の着火手段は、点火プラグ６３である。点火プラグ６３は、分岐排気通路２、３内で、着火を行う装置である。ここで、空気ノズル６１から噴射された空気と、燃料ノズル６２から噴射された燃料とにより、分岐排気通路２、３内の第１燃焼領域Ａ１に、混合ガスが生成されている。点火プラグ６３は、この混合ガスを着火して、燃焼させる。

第１燃焼装置６は、第１燃焼装置６の排気下流側に、昇温及び還元雰囲気を発生させる。昇温雰囲気は、混合ガスの燃焼の熱により発生する。還元雰囲気は、混合ガスの燃焼により未燃物（一酸化炭素、炭化水素）が生成されることにより、発生する。したがって、第１燃焼装置６は、空気供給手段を有すると共に、該空気供給手段から供給される空気を昇温及び還元雰囲気にする手段である。

第１燃焼装置６の位置は、空気ノズル６１、燃焼ノズル６２及び点火プラグ６３の位置を指している。第１燃焼装置６は、各分岐排気通路２、３内で窒素酸化物吸着材５より排気上流側に配置されている。

第２燃焼装置７は、空気供給手段と、燃料供給手段と、着火手段と、で構成される。第２燃焼装置７は、燃料過剰条件下で燃焼反応を発生させることで、窒素酸化物を還元して、窒素に変化させる。

第２燃焼装置７の空気供給手段も、第１燃焼装置６の空気供給手段と同様である。第２燃焼装置７の空気供給手段は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル７１と、を備えている。つまり、第１燃焼装置６の空気供給手段の空気ノズル６１が、第２燃焼装置７の空気供給手段では、空気ノズル７１に置換されている。なお、空気ノズル７１は、分岐排気通路２、３内の第２燃焼領域Ａ２に開口している。

第２燃焼装置７の燃料供給手段も、第１燃焼装置６の燃料供給手段と同様である。第２燃焼装置７の燃料供給手段は、燃料タンク１３と、燃料調量装置１４と、燃料ノズル７２と、を備えている。つまり、第１燃焼装置６の空気供給手段の燃料ノズル６２が、第２燃焼装置７の燃料供給手段では、燃料ノズル７２に置換されている。なお、燃料ノズル６２は、分岐排気通路２、３内の第２燃焼領域Ａ２に開口している。

第２燃焼装置７の着火手段も、第１燃焼装置６の着火手段と同様である。第２燃焼装置７の着火手段は、点火プラグ７３であり、分岐排気通路２、３内の第２燃焼領域Ａ２で着火を行う装置である。

第２燃焼装置７の位置は、空気ノズル７１、燃焼ノズル７２及び点火プラグ７３の位置を指している。第２燃焼装置７は、各分岐排気通路２、３内で窒素酸化物吸着材５より排気下流側に配置されている。

補助空気供給手段１５は、第１燃焼装置６や第２燃焼装置７の空気供給手段と同様である。補助空気供給手段１５は、空気供給装置１１と、空気調量装置１２と、空気ノズル１５１と、を備えている。空気ノズル１５１は、第１燃焼装置６の空気ノズル６１や、第２燃焼装置７の空気ノズル７１に、相当する。なお、空気ノズル１５１は、分岐排気通路２、３内の第３燃焼領域Ａ３に開口している。

補助空気供給手段１５の位置は、空気ノズル１５１の位置を指している。補助空気供給手段１５は、各分岐排気通路２、３内で、第２燃焼装置７の空気供給手段の排気下流側に配置される。

［本実施形態の制御方法］
次に、本実施形態の排気ガス浄化装置１の制御方法を説明する。本実施形態の制御方法は、前述した排気ガス浄化装置１において、以下で説明する制御を行う方法である。

各分岐排気通路２、３で行われる運転には、通常運転と、再生運転と、がある。運転を制御するのは、制御装置１０である。

通常運転は、遮断弁４の切替えにより、通常運転の実行される分岐排気通路２、３に排気ガスを流入させる運転である。通常運転により、窒素酸化物吸着材５に窒素酸化物が吸着する。

再生運転は、遮断弁４の切替えにより、再生運転の実行される分岐排気通路２、３への排気ガスの流入を防止した状態で、第１燃焼装置６及び第２燃焼装置７を作動させる運転である。再生運転は、窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物を脱離させて窒素酸化物吸着材５の吸着能力を再生する運転（主再生運転：後述）と、窒素酸化物吸着材５に捕獲された還元剤（未燃物）や粒子状物質を酸化除去する運転（前再生運転、後再生運転：後述）と、を含んでいる。

ここで、通常運転において、窒素酸化物吸着材５に、排気ガスに含まれる粒子状物質が捕獲される。粒子状物質は、炭素、炭化水素、硫酸塩類などから構成される微粒子である。粒子状物質の捕獲量の増大も、窒素酸化物吸着材５の吸着能力を低下させる。このため、再生運転において、窒素酸化物吸着材５に捕獲された粒子状物質の除去も合わせて行われる。

図２には、各分岐排気通路２、３における通常運転及び再生運転の時間表の一例が示されている。各分岐排気通路２、３において、通常運転及び再生運転は、周期的に繰り返し実行される。通常運転の連続実行時間は通常運転時間ＷＮであり、再生運転の連続実行時間は、再生運転時間ＷＲである。

通常運転及び再生運転の切替えは、運転の連続実行時間が所定時間を経過すると、行われる。あるいは、窒素酸化物吸着材５における窒素酸化物の吸着量を検出するセンサを設け、吸着量の検出値に基づいて、通常運転と再生運転との切替が行われてもよい。

排気ガスの排出が中断されないように、常時、いずれか１つの分岐排気通路２、３内では、通常運転が実行される。このことは、次のことを意味する。各分岐排気通路２、３は、通常運転及び再生運転を繰り返すが、全ての分岐排気通路２、３で同時に再生運転が実行されることはない。一方、全ての分岐排気通路２、３で同時に通常運転が実行されることはあってもよい。図２に示す例において、通常運転は、分岐排気通路２、３の双方で、時間軸上で部分的に重なっている。一方、再生運転は、分岐排気通路２、３の双方で、同時に実行されることはない。

制御装置１０は、作動開始時刻Ｔ０（排気ガス浄化装置１の作動が開始された時点）に、分岐排気通路２で再生運転を開始し、分岐排気通路３で通常運転を開始する。つまり、制御装置１０は、遮断弁４を制御して、機関側排気通路１００と分岐排気通路２とを遮断し、かつ、機関側排気通路１００と分岐排気通路３とを連通させる。このため、排気ガスは、分岐排気通路３に流入する。加えて、制御装置１０は、再生運転の対象の分岐排気通路２内で、第１燃焼装置６、第２燃焼装置７及び補助空気供給手段１５を、作動させる。

分岐排気通路２では、作動開始時刻Ｔ０から時刻Ｔ１まで再生運転が実行され、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４まで通常運転が実行され、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５まで再生運転が実行される。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの時間幅及び時刻Ｔ４から時刻Ｔ６までの時間幅は、再生運転時間ＷＲである。また、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの時間幅は、通常運転時間ＷＮである。

分岐排気通路３では、作動開始時刻Ｔ０から時刻Ｔ２まで通常運転が実行され、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで再生運転が実行され、時刻Ｔ３から時刻Ｔ６まで通常運転が実行される。時刻Ｔ３から時刻Ｔ６までの時間幅は、通常運転時間ＷＮである。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの時間幅は、再生運転時間ＷＲである。

図３に示されるように、再生運転は、詳しくは、前再生運転と、主再生運転と、後再生運転と、を含んでいる。主再生運転は、窒素酸化物吸着材５から窒素酸化物を脱離させ、還元する運転である。前再生運転は、窒素酸化物吸着材５に捕獲された還元剤（未燃物）や粒子状物質を酸化して除去する運転である。後再生運転は、窒素酸化物吸着材５に捕獲された粒子状物質及び未燃物（炭化水素及び一酸化炭素）を酸化して除去するための運転である。なお、再生運転に、前再生運転及び後再生運転の一方又は両方を、含まない構成としてもよい。

主再生運転は、少なくとも２段階の運転からなっている。本実施の形態では、主再生運転は、２段階の運転からなっており、第１主再生運転及び第２主再生運転からなっている。

時系列では、再生運転において、前再生運転、第１主再生運転、第２主再生運転、後再生運転の順に、運転が実施される。

前再生運転、主再生運転及び後再生運転のそれぞれで、第１燃焼装置６が作動する。第１燃焼装置６の作動により、第１燃焼領域Ａ１で、燃料及び空気の混合された第１混合ガスが生成された後、この第１混合ガスが燃焼される。第１混合ガスの燃焼により、第１燃焼後ガスが生成される。

前再生運転では、第１燃焼装置６の作動が、次のように制御される。第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御される。第１混合ガスの流量（単位時間当たりの空気供給量）が、流量Ｖ３に制御される。前再生運転の実行時間が、時間幅ＢＲに制御される。

第１主再生運転では、第１燃焼装置６の作動が、次のように制御される。第１混合ガスの空気過剰率λが、０．６＜λ＜１．０の範囲に制御される。第１混合ガスの流量（単位時間当たりの空気供給量）が、流量Ｖ４に制御される。前再生運転の実行時間が、時間幅ＭＲ１に制御される。

第２主再生運転では、第１燃焼装置６の作動が、次のように制御される。第１混合ガスの空気過剰率λが、０．６＜λ＜１．０の範囲に制御される。第１混合ガスの流量（単位時間当たりの空気供給量）が、流量Ｖ１に制御される。前再生運転の実行時間が、時間幅ＭＲ２に制御される。

ここで、第１主再生運転の流量Ｖ４は、第２主再生運転の流量Ｖ１よりも、大きい。つまり、主再生運転における段階が進むにつれて、第１混合ガスの流量が減少される。また、第１主再生運転の実行時間（時間幅ＭＲ１）は、第２主再生運転の実行時間（時間幅ＭＲ２）よりも短い。

後再生運転では、第１燃焼装置６の作動が、次のように制御される。第１燃焼領域Ａ１の空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御される。第１燃焼領域Ａ１に供給されるガス流量（単位時間当たりの空気供給量）が、流量Ｖ２に制御される。後再生運転の実行時間が、時間幅ＡＲに制御される。

［本実施形態の作動］
次に、本実施形態の制御方法による排気ガス浄化装置１の作動を説明する。

排気ガス浄化装置１に接続される内燃機関等の作動が開始されると、それに応じて、制御装置１０は、排気ガス浄化装置１の作動を開始させる。制御装置１０は、排気ガス浄化装置１の作動に伴って、各分岐排気通路２、３において、通常運転又は再生運転を実施する。

通常運転の実行状況を説明する。通常運転の対象の分岐排気通路２（又は３）には、排気ガスが進入する。排気ガスが窒素酸化物吸着材５を通過する際に、排気ガスに含まれる窒素酸化物が、窒素酸化物吸着材５に吸着される。そして、排気ガスより窒素酸化物が除去される。また、窒素酸化物吸着材５が酸化触媒成分を有していることにより、排気ガスに含まれる未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）が酸化される。一酸化炭素及び炭化水素は、二酸化炭素及び水に酸化されて、無害化される。そして、排気ガスより、一酸化炭素及び炭化水素が除去される。

窒素酸化物吸着材５を通過した排気ガスは、合流排気通路１１０を経由して、大気中へと放出される。

通常運転の実行が継続すると、窒素酸化物吸着材５に吸着される窒素酸化物の量が増大し、窒素酸化物吸着材５の吸着能力が低下する。窒素酸化物吸着材５の吸着能力を再生するには、窒素酸化物吸着材５より窒素酸化物を脱離させる必要がある。窒素酸化物吸着材５の吸着能力は、再生運転で再生される。

通常運転の実行時間が通常運転時間ＷＮを経過すると、制御装置１０は、通常運転の実行されていた分岐排気通路２（又は３）で、通常運転を終了させて、再生運転を開始させる。

再生運転の実行状況を説明する。再生運転の対象の分岐排気通路２（又は３）には、排気ガスの進入が遮断される。再生運転では、制御装置１０は、前再生運転、主再生運転及び後再生運転を、順に実行する。制御装置１０は、前再生運転、主再生運転及び後再生運転のいずれの運転であっても、第１燃焼装置６を作動させる。そして、第１燃焼装置６が発生させた第１混合ガス（燃料及び空気の混合ガス）が燃焼されて、第１燃焼後ガスが生成される。ここで、空気ノズル６１で空気が噴射されることにより、分岐排気通路２（又は３）内に排気下流側へのガス流が形成される。このため、第１燃焼後ガスは、排気下流側（窒素酸化物吸着材５側）へと送られる。

前再生運転では、制御装置１０は、第１燃焼装置６を空気過剰条件で作動させる。このため、第１燃焼後ガスが、窒素酸化物吸着材５を通過するときに、窒素酸化物吸着材５に捕獲された粒子状物質が、酸化除去される。また、第１燃焼後ガスの熱により、窒素酸化物吸着材５が昇温される。このため、前再生運転に続く主再生運転において、窒素酸化物吸着材５が既に昇温された状態となる。

窒素酸化物吸着材５を通過した第１燃焼後ガスは、排気下流側へと送られて、合流排気通路１１０を経由して、大気中へ放出される。

主再生運転（第１主再生運転及び第２主再生運転）では、制御装置１０は、第１燃焼装置６を燃料過剰条件で作動させる。このため、第１燃焼後ガスには、未燃物である一酸化炭素及び炭化水素が多く含まれている。一酸化炭素及び炭化水素は、窒素酸化物の還元剤として働く。このため、第１燃焼後ガスが窒素酸化物吸着材５を通過すると、窒素酸化物吸着材５は還元雰囲気に置かれる。また、第１燃焼後ガスの熱により、窒素酸化物吸着材５は昇温雰囲気にも置かれる。窒素酸化物吸着材５が還元雰囲気（更には昇温雰囲気）に置かれるので、窒素酸化物吸着材５に吸着した窒素酸化物が、窒素酸化物吸着材５より脱離する。脱離した窒素酸化物は、第１燃焼後ガスに混じって、排気下流側（第２燃焼領域Ａ２側）へと送られる。

特に、主再生運転は、流量大の第１段階（第１主再生運転）と、流量小の第２段階（第２主再生運転）と、で構成されている。これは、次の理由による。主再生運転の初期段階で流量を大きくすると、脱離開始時期が早められる。また、一度脱離が開始されると、その後流量を少なくしても、脱離が継続する。そこで、脱離開始時期を早めるために第１段階の流量を大とし、脱離反応を維持しながら流量（単位時間当たりの消費エネルギー）を減らすことができるように第２段階の流量を小としている。

制御装置１０は、再生運転における第１燃焼装置６の作動と同時もしくは作動後に、第２燃焼装置７及び補助空気供給手段１７を作動させる。第２燃焼装置７の作動により、第２燃焼領域Ａ２及びＡ３に、燃料及び空気の混合ガスが生成される。第３燃焼領域Ａ３には、補助空気供給手段１７により更に空気が供給される。

ここで、第２燃焼領域Ａ２に生成される混合ガスを第２混合ガスとし、第３燃焼領域Ａ３に形成される混合ガスを第３混合ガスとする。第３混合ガスには、第２混合ガスよりも多くの空気が供給されるため、第３混合ガスの空気過剰率は、第２混合ガスの空気過剰率よりも高くなる。このため、第２燃焼装置７の供給する燃料及び空気の量と、補助空気供給手段１７の供給する空気の量と、を適宜設定することにより、第２燃焼領域Ａ２では燃料過剰条件下で燃焼反応を発生させ、第３燃焼領域Ａ３では空気過剰条件下で燃焼反応を発生させることが、可能である。

第２燃焼領域Ａ２には、第１燃焼領域Ａ１からの第１燃焼後ガスが到達する。したがって、第２燃焼領域Ａ２では、第２混合ガス及び第１燃焼後ガスが燃焼されて、第２燃焼後ガスが生成される。ここで、第２混合ガス及び第１燃焼後ガスを合わせたガスが、燃料過剰となるように、第２燃焼装置７の作動（燃料及び空気の供給量）が制御されている。

燃料過剰条件で発生した第２燃焼後ガスには、多くの未燃物が含まれている。このため、第２燃焼後ガスに含まれる窒素酸化物（窒素酸化物吸着材５から脱離した窒素酸化物）が、同じく第２燃焼後ガスに含まれる未燃物により還元されて、窒素になる。このようにして、内燃機関からの排気ガスに含まれていた窒素酸化物が、無害化される。

窒素及び未燃物を含んだ第２燃焼後ガスは、空気ノズル６１、７１が発生させたガス流により、排気下流側（第３燃焼領域Ａ３）へと送られる。

第３燃焼領域Ａ３では、第３混合ガス及び第２燃焼後ガスが燃焼されて、第３燃焼後ガスが生成される。ここで、第３混合ガス及び第２燃焼後ガスを合わせたガスが、空気過剰となるように、第２燃焼装置７の作動（燃料及び空気の供給量）及び補助空気供給手段１７の作動（空気の供給量）が制御されている。

空気過剰条件で、第３混合ガス及び第２燃焼後ガスが燃焼されることにより、第２燃焼後ガスに含まれる未燃物（一酸化炭素及び炭化水素）が酸化される。そして、窒素酸化物の還元のために第１燃焼装置６が発生させた未燃物が除去される。また、粒子状物質も酸化されて除去される。

未燃物の除去された第３燃焼後ガスは、空気ノズル６１、７１が発生させたガス流に加えて、空気ノズル１７１が発生させたガス流により、排気下流側へと送られる。そして、第３燃焼後ガスは、合流排気通路１１０を経由して、大気中へと放出される。

本実施形態では、第２燃焼装置７及び補助空気供給手段１７を用いることで、第２燃焼領域Ａ２に燃料過剰の燃焼を発生させ、第３燃焼領域Ａ３に空気過剰の燃焼を発生させている。燃料過剰の燃焼と、空気過剰の燃焼とを、同時に発生させる構成は、この形態に限定されない。例えば、第２燃焼装置７のみの構成であっても、燃料過剰の燃焼と、空気過剰の燃焼とを、同時に発生させることが可能である。この場合、燃料噴射位置に近い部位は燃料過剰となり、燃料噴射位置から遠い部位が空気過剰となることを利用して、第２燃焼領域Ａ２に燃料過剰の燃焼を発生させ、第３燃焼領域Ａ３に空気過剰の燃焼を発生させる。

後再生運転では、制御装置１０は、前再生運転と同様に、第１燃焼装置６を空気過剰条件で作動させる。このため、第１燃焼後ガスが、窒素酸化物吸着材５を通過するときに、窒素酸化物吸着材５に付着している還元剤（未燃物である炭化水素や一酸化炭素）が、酸化除去される。ここで、窒素酸化物吸着材５に未燃物が付着するのは、後再生運転に先立つ主再生運転で、燃料過剰条件で発生した第１燃焼後ガスが窒素酸化物吸着材５を通過するためである。また、窒素酸化物吸着材５に捕獲された粒子状物質が、酸化除去される。

窒素酸化物吸着材５を通過した第１燃焼後ガスは、排気下流側へと送られて、合流排気通路１１０を経由して、大気中へ放出される。

本実施形態では、再生運転において、第２燃焼装置７を作動させるのは、主再生運転のみとしている。主再生運転では、窒素酸化物吸着材５から脱離した窒素酸化物を還元し、窒素酸化物の脱離に用いた還元剤（未燃物）を除去する目的で、第２燃焼装置７が作動される。したがって、前再生運転及び後再生運転では、窒素酸化物や還元剤（未燃物）が発生しないので、窒素酸化物や還元剤（未燃物）を除去する目的で、第２燃焼装置７を作動させる必要はない。しかし、前再生運転及び後再生運転においても、第２燃焼装置７を作動させてもよい。

［本実施形態の効果］
本実施形態の排気ガス浄化装置１は、次のような効果を発揮する。

主再生運転が、流量大の第１段階（第１主再生運転）と、流量小の第２段階（第２主再生運転）と、で構成されるため、流量大の第１段階により脱離開始時期が早められると共に、流量小の第２段階により脱離反応を維持しながら流量（単位時間当たり消費エネルギー）を減らすことができる。一方、流量を一定とした場合は、流量が少なければ脱離開始時期が遅れることになり、流量が十分であれば脱離反応を継続させる上で脱離反応開始後の流量が過剰となる。つまり、流量を大から小に変化させる本構成は、流量一定とする場合と比べて、主再生運転の実行時間（脱離時間）を短縮できるか、トータルの流量（消費エネルギー）を小さくできる。

したがって、主再生運転における段階が進むにつれて、第１混合ガスの流量を減少させることで、消費エネルギーや脱離に要する時間を増大させることなく、効率的に、窒素酸化物の脱離量を増大できる。また、主再生運転の初期に昇温されるため、脱離開始も早められる。

主再生運転では、第１混合ガスの空気過剰率λが、０．６＜λ＜１．０の範囲に制御されるので、窒素酸化物吸着材５より窒素酸化物を効果的に脱離できる。

前再生運転では、第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御されるので、窒素酸化物吸着材５に捕獲された粒子状物質の量を低減できる。また、窒素酸化物吸着材５を主再生運転に先立って昇温させることができ、主再生運転の効率を向上できる。

後再生運転では、第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御されるので、窒素酸化物吸着材５に付着している還元剤（未燃物である炭化水素及び一酸化炭素）を除去でき、通常運転の実施されるときに機外に排出される還元剤の量を低減できる。また、窒素酸化物吸着材５に捕獲された粒子状物質の量を低減できる。

本発明は、ディーゼル機関、ガス機関、ガソリン機関あるいはガスタービン機関等の内燃機関、又は、焼却炉やボイラ等の燃焼機器、の排気ガスを浄化する装置に、適用できる。

排気ガス浄化装置の概略図である。 各分岐排気通路における通常運転及び再生運転の時間表を示す図である。 再生運転におけるガス流量の時間変化を示す図である。 従来の排気ガス浄化装置の概略図である。

符号の説明

１ 排気ガス浄化装置
２、３ 分岐排気通路
２ａ、３ａ 排気入口
２ｂ、３ｂ 排気出口
４ 遮断弁
５ 窒素酸化物吸着材
６ 第１燃焼装置
７ 第２燃焼装置
１０ 制御装置
６１、７１、１５１ 空気ノズル（空気供給手段の一部）
６２、７２ 燃料ノズル（燃料供給手段の一部）
６３、７３ 点火プラグ（着火装置）
１００ 機関側排気通路
１００ｂ 排気出口

Claims (4)

1. 内燃機関又は燃焼機器の機関側排気通路に接続される複数の分岐排気通路と、
   前記各分岐排気通路の排気入口を開放又は閉鎖して、前記機関側排気通路から前記各分岐排気通路への排気ガスの流入及び遮断を切替える排気ガス遮断手段と、
   前記各分岐排気通路内に設けられ、空気過剰雰囲気で窒素酸化物を一時的に吸着し、該吸着した窒素酸化物を昇温又は還元雰囲気で脱離する窒素酸化物吸着材と、
   前記各分岐排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気上流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成され、燃料及び空気が混合された第１混合ガスを供給して燃焼させる第１燃焼装置と、
   前記各分岐排気通路内で前記窒素酸化物吸着材より排気下流側に配置され、空気供給手段、燃料供給手段及び着火手段から構成される第２燃焼装置と、
   を備えている、排気ガス浄化装置の制御方法において、
   前記各分岐排気通路について、通常運転と再生運転とがあり、
   前記通常運転は、前記排気ガス遮断手段の切替えにより、該通常運転の実施される前記分岐排気通路に排気ガスを流入させる運転であり、
   前記再生運転は、前記排気ガス遮断手段の切替えにより、該再生運転の実施される前記分岐排気通路への排気ガスの流入を防止した状態で、前記第１燃焼装置及び前記第２燃焼装置を作動させる運転であり、
   前記再生運転が、前記窒素酸化物吸着材に吸着された窒素酸化物を脱離させる主再生運転を含んでおり、
   前記主再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＜１．０の範囲に制御されており、
   前記主再生運転が、少なくとも２段階の運転から成っており、
   前記主再生運転における段階が進むにつれて、前記第１混合ガスの流量を減少させる、
   ことを特徴とする排気ガス浄化装置の制御方法。
2. 請求項１記載の排気ガス浄化装置の制御方法において、
   前記主再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、０．６＜λ＜１．０の範囲に制御される、
   排気ガス浄化装置の制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置の制御方法において、
   前記再生運転が、前記主再生運転の前段階に、前再生運転を含んでおり、
   前記前再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御される、
   排気ガス浄化装置の制御方法。
4. 請求項１〜３の何れか１つに記載の排気ガス浄化装置の制御方法において、
   前記再生運転が、前記主再生運転の後段階に、後再生運転を含んでおり、
   前記後再生運転では、前記第１混合ガスの空気過剰率λが、λ＞１．０の範囲に制御される、
   排気ガス浄化装置の制御方法。

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