JP2018100600A - 排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、尿素選択還元型触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、硫黄酸化物や貴金属等のような被毒物質が後段の尿素選択還元型触媒装置とアンモニアスリップ触媒装置に付着することを防止でき、これにより、排気ガス浄化性能を高いまま維持することができる排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法を提供する。【解決手段】微粒子捕集装置１３と選択還元型触媒装置１４との間の排気通路１１である排気主通路１１ａに並行して、被毒物質吸着装置１７を備えた排気バイパス通路１１ｂを設けると共に、排気ガスＧの流路を排気主通路１１ａと排気バイパス通路１１ｂに切り替える排気切替機構１８ａ、１８ｂと、この排気切替機構１８ａ、１８ｂを制御する制御装置を備えて構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載した内燃機関等の排気ガスを浄化する排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法に関する。

車両に搭載した内燃機関では、排気ガスを昇温したり、ＮＯｘ濃度を調整したりするための酸化触媒装置、微粒子（ＰＭ）を捕集するための微粒子捕集装置、尿素水から発生するアンモニアなどを還元剤として窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための選択還元型触媒装置、アンモニアを酸化してアンモニアの外気への流出を回避するためのアンモニアスリップ触媒装置等を組み合わせた排気ガス浄化システムを採用したりして、内燃機関から排出される排気ガスを浄化している。

また、ＤＰＦを有しない内燃機関のＮＯｘ浄化システムではあるが、前段酸化触媒と尿素ＳＣＲ触媒との間に、熱容量体を備えた排気バイパス通路を設けて、排気ガスを排熱容量体を通過させたり、または、排気ガスを排熱容量体を迂回させたりすることにより、ＳＣＲ触媒に到達する排気ガスの温度を調整して、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化性能を安定化させる内燃機関のＮＯｘ浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１６−７９８６１号公報

ところで、燃料やエンジンオイルなどに含まれている硫黄成分により硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の被毒物質が発生し、これらの被毒物質が、酸化触媒装置や微粒子捕集装置の触媒に堆積してしまうことがある。これらの被毒物質は、排気ガスの温度を上昇させて微粒子捕集装置に堆積したＰＭを燃焼除去する強制再生のときに、高温化された酸化触媒装置や微粒子捕集装置から離脱して、下流側（後段）に配置されている選択還元型触媒装置とアンモニアスリップ触媒装置に付着するので、この被毒物質の付着により、これらの装置のＮＯｘ浄化性能が低下する。

また、さらに、酸化触媒装置や微粒子捕集装置の触媒の活性種である貴金属（ＰＧＭ）が高温になると、蒸気となって下流側の選択還元型触媒装置とアンモニアスリップ触媒装置に付着してしまい、これらの装置におけるアンモニア酸化性能の選択性が向上して、ＮＯｘの還元剤であるアンモニアが先に酸化されてしまい、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまう。

本発明の目的は、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、選択還元型触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、硫黄酸化物や貴金属等のような被毒物質が下流側の尿素選択還元型触媒装置に付着することを防止でき、これにより、排気ガス浄化性能を高いまま維持することができる排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、選択還元型触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記微粒子捕集装置と前記選択還元型触媒装置との間の前記排気通路を、排気主通路と、この排気主通路に並行し、かつ、被毒物質吸着装置を備えた排気バイパス通路とで構成すると共に、排気ガスの流路を前記排気主通路と前記排気バイパス通路に切り替える排気切替機構と、この排気切替機構を制御する制御装置を備えて構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムの被毒抑制方法は、内燃機関の排気ガスを、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、選択還元型触媒装置により浄化する排気ガス浄化システムの被毒抑制方法において、前記微粒子捕集装置と前記選択還元型触媒装置との間の前記排気通路を、排気主通路と、この排気主通路に並行し、かつ、被毒物質吸着装置を備えた排気バイパス通路とで構成すると共に、前記微粒子捕集装置の強制再生のときに、若しくは前記微粒子捕集装置に流入する排気ガスの温度が予め設定された設定温度以上のときに、前記排気バイパス通路に排気ガスを流して、前記排気バイパス通路に設けている被毒物質吸着装置により、前記微粒子捕集装置から流出してくる排気ガス中の被毒物質を吸着することを特徴とする方法である。

本発明の排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法によれば、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、選択還元型触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、硫黄酸化物や貴金属等のような被毒物質が下流側の選択還元型触媒装置とアンモニアスリップ触媒装置に付着することを防止でき、これにより、排気ガス浄化性能を高いまま維持することができる。

本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図で、通常の状態の排気ガスの流れを示す図である。 図１の排気ガス浄化システムにおける微粒子捕集装置の強制再生のときの排気ガスの流れを示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図で、通常の状態の排気ガスの流れを示す図である。 図３の排気ガス浄化システムにおける微粒子捕集装置の強制再生直前の準備段階のときの排気ガスの流れと水蒸気の流れを示す図である。 図３の排気ガス浄化システムにおける微粒子捕集装置の強制再生のときの排気ガスの流れを示す図である。 図３の被毒物質吸着装置と蓄熱装置のＸ−Ｘ断面を模式的に示す図である。 比較例の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図で、通常の状態の排気ガスの流れを示す図である。 図７の比較例の排気ガス浄化システムにおける微粒子捕集装置の強制再生のときの排気ガスの流れを示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム、及び排気ガス浄化システムのリン被毒抑制方法について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関：Ｅ）１０から排出される排気ガスＧが通過する排気通路１１に、上流側から順に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１２、微粒子捕集装置（Ｆ）１３、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）１４、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）１５を備えて構成される。

この酸化触媒装置１２は、コーディエライトなどを原料としたセラミックスで構成された、フロースルー型のハニカム構造の担持体等に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を触媒として、排気ガスＧ中の酸素（Ｏ₂）を使用して排気ガスＧ中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や（一酸化炭素（ＣＯ）を酸化したり、粒子状物質（ＰＭ）に含まれる未燃燃焼物質（ＳＯＦ）を酸化したりして、水（Ｈ₂Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）に変える触媒装置である。

そして、この酸化触媒装置１２は、この微粒子捕集装置１３に捕集されたＰＭを燃焼除去するような強制再生のときには、エンジン１０のシリンダ内燃料噴射のポスト噴射により、若しくは、排気通路１１に設けた燃料噴射ノズル（図示しない）から燃料を排気管内に直接噴射する排気管内直接噴射により、燃料を排気ガスＧ中に供給して、排気ガスＧ中の未燃燃料を増加し、この未燃燃料を酸化触媒装置１２で触媒反応により酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスＧの温度を上昇させる役割や、排気ガスＧ中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化して排気ガスＧ中の「ＮＯ：ＮＯ₂」の割合（モル比での割合）を「１：１」に近い値にして、微粒子捕集装置１３におけるＰＭの燃焼を促進したりする役割を持っている。

また、微粒子捕集装置１３は、排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのもので、例えば、多孔質のセラミックのハニカムのセル（チャンネル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルターで構成される。

この微粒子捕集装置１３では、排気ガスＧは、目封じされていないセルの入口より流入し、隣接する出口を目封じされていないセルとの境界に形成されたＰＭ捕集用のセル壁を通過して隣接する出口を目封じされていないセルの出口より流出する。このＰＭ捕集用の壁でＰＭを捕集するが、捕集できるＰＭの捕集量には限界があるため、ＰＭ捕集量が飽和する前に、微粒子捕集装置１３に高温の排気ガスＧを通過させて、捕集されたＰＭを燃焼除去する強制ＰＭ再生制御を行って、ＰＭ捕集能力を回復している。

そして、選択還元型触媒装置１４は、鉄イオン交換アルミノシリケート等の触媒ゼオライトをセラミックハニカム等の担体に担持させたもので、その上流側の排気通路１１に備えた尿素水供給装置１６により噴射される尿素水Ｕが排気ガスＧの熱により加水分解して生成されたアンモニア（ＮＨ₃）を還元剤として、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ₂）に浄化する装置である。

そして、アンモニアスリップ触媒装置１５は、酸化触媒装置１２とほぼ同じ構成で、コーディエライトなどを原料としたセラミックスで構成された、フロースルー型のハニカム構造の担持体等に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を触媒として構成される。そして、排気ガスＧ中のアンモニア（ＮＨ₃）を酸化して、窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に変えることにより、選択還元型触媒装置１４から流出してくるアンモニアを浄化して、排気ガス浄化システム１からアンモニアが大気中へ流出することを防止する。

さらに、酸化触媒装置１２に流入する排気ガスＧの温度Ｔ１を検出するための第１温度センサ２１、微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２を検出するための第２温度センサ２２、微粒子捕集装置１３の前後差圧を検出するための差圧センサ２３、微粒子捕集装置１３から流出する排気ガスＧの温度Ｔ３を検出するための第３温度センサ２４、選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第１ＮＯｘ濃度センサ２５、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）１５から流出する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第２ＮＯｘ濃度センサ２６などを備えて構成される。

また、これらの各種センサ２１〜２６の検出値とエンジン１０の検出データや制御用のデータを入力して、エンジン１０や排気ガス浄化システム１を制御するための制御データ等を出力する、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置２０が設けられている。

また、排気ガス浄化システム１には、選択還元型触媒装置１４でのＮＯｘ浄化のために、尿素水Ｕを排気ガスＧ中に供給する尿素水供給装置１６を含む尿素水噴射システムや、排気管内直接燃料噴射のための燃料噴射システムなどが配置されるが、ここでは、これらの構成は、本発明に直接関係しないので説明の簡略化のために省略する。

そして、本発明の第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化システムおける被毒抑制方法においては、微粒子捕集装置１３と尿素水噴射弁１６との間の排気通路１１を、排気主通路１１ａと、この排気主通路１１ａに並行し、かつ、被毒物質吸着装置１７を備えた排気バイパス通路１１ｂとで構成する。それと共に、排気ガスＧの流路を排気主通路１１ａと排気バイパス通路１１ｂに切り替える排気切替機構１８ａ、１８ｂと、この排気切替機構１８ａ、１８ｂを制御する制御装置２０を備えて構成されている。

この被毒物質吸着装置１７は、硫黄酸化物吸着剤を保持した硫黄酸化物吸着区画１７ａと貴金属吸着剤を保持した貴金属吸着区画１７ｂとを有している。この硫黄酸化物吸着剤は、基材がフロースルータイプのコージェライト製ハニカムに炭酸カルシウムを塗布したものであり、化学反応により硫黄酸化物を吸着する。一方、貴金属吸着剤は、同じく、基材がフロースルータイプのコージェライト製ハニカムにゼオライトを塗布したものであるが、物理的な吸着により貴金属を吸着する。

また、排気切替機構１８ａ、１８ｂを２つの三方弁で構成する場合には、排気切替機構１８ａ、１８ｂは、排気バイパス通路１１ｂが排気主通路１１ａから分岐する部分に設けた第１の三方弁１８ａと、排気バイパス通路１１ｂが排気主通路１１ａに合流する部分に設けた第２の三方弁１８ｂとで構成し、第１の三方弁１８ａと第２の三方弁１８ｂの両方の流路を排気主通路１１ａ側の流路とすると、排気ガスＧは排気主通路１１ａを通過し、また、反対に、第１の三方弁１８ａと第２の三方弁１８ｂの両方の流路を排気バイパス通路１１ｂ側の流路とすると、排気ガスＧは排気バイパス通路１１ｂを通過することになる。

また、排気切替機構１８ａ、１８ｂを２つの開閉弁で構成する場合には、例えば、排気バイパス通路１１ｂが排気主通路１１ａから分岐する部分より下流側の排気主通路１１ａに設けた第１の開閉弁（図示しない）と、排気バイパス通路１１ｂが排気主通路１１ａに合流する部分より上流側に設けた第２の開閉弁（図示しない）とで構成し、第１の開閉弁と第２の開閉弁の両方を開弁すると、排気ガスＧは排気主通路１１ａを通過し、また、反対に、第１の開閉弁と第２の開閉弁の両方若しくはどちらか一方を閉弁とすると、排気ガスＧは排気バイパス通路１１ｂを通過することになる。

なお、この排気切換機構１８ａ、１８ｂとしては、上記以外の構成でも良く、完全に排気ガスＧの流路を切り替える構成であっても、排気主通路１１ａを通過する流量と排気バイパス通路１１ｂを通過する流量を調整できる流量調整機能を有していても良い。

この構成により、制御装置２０が、微粒子捕集装置１３の強制再生の時に、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された設定温度Ｔｃ以上のときに、排気切替機構１８ａ、１８ｂを制御して、排気ガスＧの流路を排気バイパス通路１１ｂに切り替える被毒物質吸着制御を行うと、微粒子捕集装置１３の強制再生になったときにおいては、排気ガスＧの温度Ｔ２が高くなっているか、強制再生になるまでに高くなるかするので、温度の高い排気ガスＧが、排気バイパス通路１１ｂに流入して、被毒物質吸着装置１７を通過することになる。

この温度の高い排気ガスＧが被毒物質吸着装置１７を通過する際に、排気ガスＧ中の硫黄酸化物を硫黄酸化物吸着区画１７ａで吸着し、排気ガスＧ中の貴金属を貴金属吸着区画１７ｂで吸着する。これにより、高温の排気ガスＧに晒された酸化触媒装置１２と微粒子捕集装置１３から流出してくる、硫黄酸化物と貴金属などの被毒物質が、下流側の選択還元型触媒装置１４とアンモニアスリップ触媒装置１５に流入するのを防止できるので、これらの装置１４、１５における被毒物質による浄化性能の低下を抑制することができる。

また、この硫黄酸化物吸着剤と貴金属吸着剤はある程度の量の硫黄酸化物と貴金属を吸着してしまうと飽和してそれ以上吸着しなくなるので、制御装置２０を、被毒物質吸着装置１７に吸着される被毒物質の累積量を算出して、この累積量が予め設定されている警報量以上になったと判定したときに、警報を出力するように構成する。この警報の出力により、被毒物質吸着装置１７の硫黄酸化物吸着剤と貴金属吸着剤の交換を促して、これらの吸着剤の飽和を未然に防止する。

より具体的には、硫黄酸化物に関しては、硫黄成分は、燃料やエンジンオイルに由来するので、エンジン１０の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、負荷Ｑ若しくは燃料噴射量ｑ）から、燃料やエンジンオイルの消費される量をそれぞれ算出して、これらに含まれる硫黄成分の量から排気ガスＧ中に流出する硫黄酸化物の生成量、及び、硫黄酸化物吸着剤に吸着される吸着量を推定して、この硫黄酸化物の吸着量の積算値が、予め設定された硫黄酸化物の限界吸着量を超えたときに、警報を出力する。この警報としては、警報ランプの点灯や点滅等の視覚的な警報と、ブザーやベルや音声メッセージなどの聴覚的な警報があり、適宜選択してその警報を発生する。

また、貴金属に関しては、酸化触媒装置１２と微粒子捕集装置１３に担持された触媒に由来するので、予め実験などにより、どの程度のエンジン運転、特に強制再生や高温の排気ガスＧの通過などの経過状態で、どの程度の貴金属が離脱し、また、被毒物質吸着装置１７に吸着されるかを把握して、データベースを作成しておき、このデータベースに基づいて累積計算して、制御の際の被毒物質吸着装置１７に吸着されている貴金属量を推定する。この推定量が、予め設定された貴金属の限界吸着量を超えたときに、硫黄酸化物の場合と同様に、警報を出力する。

そして、第１の実施の形態の排気ガス浄化システムの被毒抑制方法は、内燃機関１０の排気ガスＧを、酸化触媒装置１２、微粒子捕集装置１３、尿素選択還元型触媒装置１４により浄化する排気ガス浄化システム１の被毒抑制方法である。この方法において、微粒子捕集装置１３と選択還元型触媒装置１４との間の排気通路１１を、排気主通路１１ａと、この排気主通路１１ａに並行し、かつ、被毒物質吸着装置１７を備えた排気バイパス通路１１ｂとで構成する。それと共に、微粒子捕集装置１３の強制再生のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された設定温度Ｔｃ以上のときに、排気バイパス通路１１ｂに排気ガスＧを流して、排気バイパス通路１１ｂに設けている被毒物質吸着装置１７により、微粒子捕集装置１３から流出してくる排気ガスＧ中の被毒物質（ＳＯｘ、ＰＧＭ）を吸着する方法である。

上記の排気ガス浄化システム１と排気ガス浄化システムの被毒抑制方法によれば、エンジン１０の排気通路１１に、上流側から順に、酸化触媒装置１２、微粒子捕集装置１３、選択還元型触媒装置１４を備えた排気ガス浄化システム１において、硫黄酸化物や貴金属等のような被毒物質が後段の選択還元型触媒装置１４に付着することを防止でき、これにより、選択還元型触媒装置１４の排気ガス浄化性能を高いまま維持することができる。また、選択還元型触媒装置１４の下流側にアンモニアスリップ触媒装置１５を設けている場合は、このアンモニアスリップ触媒装置１５が被毒されることも抑制でき、アンモニアスリップ触媒装置１５の排気ガス浄化性能も高いまま維持することができる。

更に、被毒物質吸着装置１７における被毒物質の吸着量をエンジン運転状態を示すエンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｑなどから算出して、この被毒物質の吸着量が限界吸着量を超えたときに、吸着剤の交換を促す警報や警告を発生するので、吸着剤の飽和を未然に防ぐことができる。

次に、図３〜図６に示す第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａと排気ガス浄化システムの被毒抑制方法について説明する。この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａでは、第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成に、さらに、次に構成を設けて構成される。

つまり、排気バイパス通路１１ｂを通過する排気ガスＧの熱の一部を化学的反応により蓄熱する蓄熱装置３１を設けて構成される。この蓄熱装置３１は、反応区画３１ａと水分区画３１ｂの２つの区画とこれらの両方の区画３１ａ、３１ｂを連通する連通路３１ｃとを有して構成される。

また、蓄熱装置３１の水分区画３１ｂを排気ガスＧで加熱する加熱用通路３１ｅと、この加熱用通路３１ｅに排気ガスＧを導入するための三方弁（第１弁機構）３１ｄと、反応区画３１ａからの水蒸気で酸化触媒装置１２若しくは微粒子捕集装置１３の少なくとも一方を加熱する放熱用通路３１ｇと、この放熱用通路に水蒸気を導入するための開閉弁（第２弁機構）３１ｆを設けている。

この構成により、蓄熱装置３１が加熱されて熱を蓄熱する場合には、反応区画３１ａにおける吸熱反応「Ｃａ（ＯＨ）₂＋１０９ｋＪ／ｍｏｌ→ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ」により、熱を吸収して蓄熱することができる。この吸熱反応は、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水分（Ｈ₂Ｏ）とが化学反応して生成した水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）₂）が再度分解する際に生じる反応である。この水分は、連通路３１ｃにより、反応区画３１ａから水分区画３１ｂに移動して溜る。一方、蓄熱装置３１から熱を取り出す場合には、水分区画３１ｂの水分を反応区画３１ａに供給すると、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水分（Ｈ₂Ｏ）とが化学反応して水酸化カルシウムを生成する際の発熱反応「ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂＋１０９ｋＪ／ｍｏｌ」により、熱を発生して放熱するので、反応区画３１ａに化学的に蓄熱された熱を取り出すことができる。

そして、制御装置２０は、微粒子捕集装置１３の強制再生前の準備段階のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された準備温度Ｔａ以上のときに、三方弁（第１弁機構）３１ｄを制御して、排気主通路１１ａからの排気ガスＧを加熱用通路３１ｅに導入する第１予備加熱制御を行う。なお、この準備温度Ｔａは第１予備加熱制御若しくは第２予備加熱制御を十分に行えるだけの時間を得られるように、予め実験などによって、設定温度よりも僅かに低い温度に設定しておく。

あるいは、制御装置２０は、微粒子捕集装置１３の強制再生前の準備段階のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された準備温度Ｔａ以上のときに、三方弁（第１弁機構）３１ｄを制御して、排気主通路１１ａからの排気ガスＧを加熱用通路３１ｅに導入すると共に、開閉弁（第２弁機構）３１ｆを制御して、反応区画３１ａからの水蒸気Ｈを放熱用通路３１ｇに導入する第２予備加熱制御を行う。

これらの制御により、微粒子捕集装置１３の強制再生の直前に、三方弁（第１弁機構）３１ｄを制御して、排気ガスＧの一部または全部を加熱用通路３１ｅに導入して化学的な蓄熱装置３１の周囲に流して、排気ガスＧの熱で、水分区画３１ｂの水分を温めて水蒸気にすることができる。つまり、排気ガスＧの熱を利用して蓄熱装置３１の発熱反応を開始させて、反応区画３１ａの発熱反応により発生する熱を被毒物質吸着装置１７の昇温及び活性化に使用することができる。さらに、開閉弁（第２弁機構）３１ｆを開弁することで、発熱反応で得られた熱を水蒸気Ｈで酸化触媒承知１２と微粒子捕集装置１３の少なくとも一方または両方に送り込むことができる。例えば、酸化触媒装置１２と微粒子捕集装置１３を入れたキャニング内に水蒸気Ｈを送り込む。これにより、発熱反応で得られた熱で微粒子捕集装置１３の温度を上げることで強制再生のときに噴射する燃料噴射量を減らすことができ、燃費の向上と共に、余剰の炭化水素噴射（ＨＣ噴射）を抑制することで触媒のＨＣ被毒も防ぐことができるようになる。また、この蓄熱装置３１に使用する酸化カルシウム（ＣａＯ）は、定期検査や車検などのときに交換するようにする。

そして、第２の実施の形態の排気ガス浄化システムの被毒抑制方法は、第１の実施の形態の排気ガス浄化システムの被毒抑制方法に加えて、以下の第１予備加熱制御あるいは第２予備加熱制御のどちらか一方を行う方法である。

第１予備加熱制御では、制御装置２０により、微粒子捕集装置１３の強制再生前の準備段階のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された準備温度Ｔａ以上のときに、三方弁（第１弁機構）３１ｄを制御して、排気主通路１１ａからの排気ガスＧを加熱用通路３１ｅに導入する。

第２予備加熱制御では、制御装置２０により、微粒子捕集装置１３の強制再生前の準備段階のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された準備温度Ｔａ以上のときに、三方弁（第１弁機構）３１ｄを制御して、排気主通路１１ａからの排気ガスＧを加熱用通路３１ｅに導入すると共に、開閉弁（第２弁機構）３１ｆを制御して、反応区画３１ａからの水蒸気Ｈを放熱用通路３１ｇに導入する。

この微粒子捕集装置１３の強制再生前の準備段階の検出は、例えば、強制再生が行われるＰＭ堆積量の判定値よりも僅かに小さい準判定値を設けて、ＰＭ堆積量が準判定値になったときに、準備段階になったとして、上記の第１予備加熱制御または第２予備加熱制御を実施し、ＰＭ堆積量が判定値になったときに、強制再生になったとして、強制再生を実施する。

この強制再生が実施されるときには、第１予備加熱制御や第２予備加熱制御の実施を完了し、三方弁（第１弁機構）３１ｄを制御して閉弁して加熱用通路３１ｅを閉じ、また、開閉弁（第２弁機構）３１ｆを制御して閉弁して放熱用通路３１ｇを閉じる。なお、ＰＭ堆積量は例えば、差圧センサ２３で計測する差圧で代用することもできる。この場合は、計測された差圧が、準判定差圧になったときを準備段階になったとして、第１予備加熱制御または第２予備加熱制御を実施し、計測された差圧が判定差圧になったときに強制再生を開始する。

なお、準備段階に入って第１予備加熱制御または第２予備加熱制御を予め設定された時間の間実施した後、強制再生の判定をせずに、そのまま、強制再生に入るように構成しても良い。あるいは、強制再生の判定した後、強制再生の前に準備段階を設けて第１予備加熱制御または第２予備加熱制御を予め設定された時間の間実施した後に、強制再生に入るように構成しても良い。

これにより、第１予備加熱制御または第２予備加熱制御の実施により、排気ガスＧの熱と蓄熱装置３１で蓄熱した熱で被毒物質吸着装置１７を加熱して昇温し、活性化する。また、第２予備加熱制御の実施により、蓄熱装置３１で蓄熱した熱で、酸化触媒装置１２若しくは微粒子捕集装置１３を加熱して昇温する。これにより、酸化触媒装置１２若しくは微粒子捕集装置１３を昇温するための燃料を節約することができる。

そして、この準備段階の後に強制再生が実施されるので、活性化した被毒物質吸着装置１７で被毒物質を効率よく吸着でき、また、予備段階で既に加熱されている酸化触媒装置１２若しくは微粒子捕集装置１３を昇温するので、酸化触媒装置１２を昇温する構成の場合には、酸化触媒装置１２の触媒の活性化により排気ガスＧ中の炭化水素や一酸化窒素を効率良く酸化でき、また、微粒子捕集装置１３を昇温する構成の場合には、微粒子捕集装置１３の昇温に要する熱量を減少できるので、より少ない燃料で強制再生できるようになる。

従って、上記の第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ｓと排気ガス浄化システムの被毒抑制方法によれば、上記の第１予備加熱制御若しくは第２予備加熱制御により、次のような効果を得ることができる。

まず、第１予備加熱制御により、微粒子捕集装置１３の強制再生のときなどの排気ガスＧの温度が高いときには、排気ガスＧの流路が排気バイパス通路１１ｂに切り換えられるので、高温の排気ガスＧが被毒物質吸着装置１７を通過する際に、排気ガスＧの熱の一部を吸熱反応により蓄熱装置３１に蓄熱しておくことができる。

また、微粒子捕集装置１３の強制再生前の準備段階のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された準備温度Ｔａ以上のときに、排気主通路１１ａからの排気ガスＧを加熱用通路３１ｅに導入することにより、蓄熱装置３１の水分区画３１ｂを外側から排気ガスＧで加熱して、水分区画３１ｂの水分を蒸発させて、反応区画３１ａに供給することができる。これにより、反応区画３１ａで発熱反応を行わせて、発生した熱を蓄熱装置３１の内側に配置されている被毒物質吸着装置１７の被毒物質吸着剤を加熱して活性化させるために使用することができる。その結果、微粒子捕集装置１３の強制再生のときに、若しくは微粒子捕集装置１３に流入する排気ガスＧの温度Ｔ２が予め設定された設定温度Ｔｃ以上のときに、被毒物質吸着装置１７で、硫黄酸化物と貴金属をより効率よく吸着できるようになる。

次に、第２予備加熱制御により、第１予備加熱制御の効果に加えて、開閉弁（第２弁機構）３１ｆを制御して、反応区画３１ａからの水蒸気Ｈを放熱用通路３１ｇに導入することができるので、この水蒸気Ｈで酸化触媒装置１２若しくは微粒子捕集装置１３の少なくとも一方を加熱することができ、これらの酸化触媒装置１２若しくは微粒子捕集装置１３を昇温するために必要な燃料を節約することができるようになる。

そして、図７及び図８に示すような、比較例としての排気ガス浄化システム１Ｘでは、エンジン（内燃機関：Ｅ）１０から排出される排気ガスＧが通過する排気通路１１に、上流側から順に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１２、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するための微粒子捕集装置（Ｆ）１３、排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）１４、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）１５を備えて構成される。

この比較例のような場合には、燃料やエンジンオイルなどに含まれている硫黄分により硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生した場合に、これらの被毒物質が、酸化触媒装置１２や微粒子捕集装置１３の触媒に堆積して、微粒子捕集装置１３に堆積したＰＭを燃焼除去する強制再生のときに、図８に示すように、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や貴金属（ＰＧＭ）が高温化された酸化触媒装置１２や微粒子捕集装置１３から離脱して、下流側に配置されている選択還元型触媒装置１４とアンモニアスリップ触媒装置１５に付着する場合があり、これらの装置のＮＯｘ浄化性能が低下するという硫黄酸化物による被毒問題がある。

また、酸化触媒装置や微粒子捕集装置の触媒の活性種である貴金属（ＰＧＭ）が、触媒が高温になると、蒸気となって下流側の選択還元型触媒装置１４とアンモニアスリップ触媒装置１５に付着してしまい、これらの装置１４、１５のアンモニア酸化性能の選択性が向上して、ＮＯｘの還元剤であるアンモニアが先に酸化されてしまい、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまうという貴金属による被毒問題もある。

この比較例に対して、本発明に係る第１及び第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１、１Ａ及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法では、硫黄酸化物による被毒も貴金属による被毒も抑制することができ、更に、第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａ、及び排気ガス浄化システムの被毒抑制方法では、化学的に蓄熱を行う蓄熱装置３１により、排気ガスＧの熱を有効利用して、燃費向上に貢献できる。

１、１Ａ、１Ｘ 排気ガス浄化システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ 排気通路
１１ａ 排気主通路
１１ｂ 排気バイパス通路
１２ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
１３ 微粒子捕集装置（Ｆ）
１４ 選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
１５ アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）
１６ 尿素水噴射弁
１７ 被毒物質吸着装置
１７ａ 硫黄酸化物吸着区画
１７ｂ 貴金属吸着区画
１８ａ 第１の三方弁（排気切替機構）
１８ｂ 第２の三方弁（排気切替機構）
２０ 制御装置
２１ 第１温度センサ
２２ 第２温度センサ
２４ 第３温度センサ
２３ 差圧センサ
２５ 第１ＮＯｘ濃度センサ
２６ 第２ＮＯｘ濃度センサ
３１ 蓄熱装置
３１ａ 反応区画
３１ｂ 水分区画
３１ｃ 連通路
３１ｄ 三方弁（第１弁機構）
３１ｅ 加熱用通路
３１ｆ 開閉弁（第２弁機構）
３１ｇ 放熱用通路
Ｇ 排気ガス
Ｈ 水蒸気
Ｔ１ 酸化触媒装置に流入する排気ガスの温度
Ｔ２ 微粒子捕集装置に流入する排気ガスの温度
Ｔ３ 微粒子捕集装置から流出する排気ガスの温度
Ｔａ 準備温度
Ｔｃ 設定温度

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に、上流側から順に、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、選択還元型触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
   前記微粒子捕集装置と前記選択還元型触媒装置との間の前記排気通路を排気主通路と、この排気主通路に並行し、かつ、被毒物質吸着装置を備えた排気バイパス通路とで構成すると共に、排気ガスの流路を前記排気主通路と前記排気バイパス通路に切り替える排気切替機構と、この排気切替機構を制御する制御装置を備えていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. 前記被毒物質吸着装置が硫黄酸化物吸着剤と貴金属吸着剤とを有していることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
3. 前記制御装置が、前記微粒子捕集装置の強制再生のときに、若しくは、前記微粒子捕集装置に流入する排気ガスの温度が予め設定された設定温度以上のときに、前記排気切替機構を制御して、排気ガスの流路を前記バイパス通路に切り替える被毒物質吸着制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化システム。
4. 前記制御装置が、前記被毒物質吸着装置に吸着される被毒物質の累積量を算出して、この累積量が予め設定されている警報量以上になったと判定したときに、警報を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
5. 前記排気バイパス通路を通過する排気ガスの熱の一部を化学的反応により蓄熱する蓄熱装置を設けていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
6. 前記蓄熱装置が反応区画と水分区画の２つの区画とこれらの両方の区画を連通する連通路とを有することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化システム。
7. 前記蓄熱装置の水分区画を排気ガスで加熱する加熱用通路と、該加熱用通路に排気ガスを導入するための第１弁機構と、前記反応区画から発生する水蒸気で前記酸化触媒装置若しくは前記微粒子捕集装置の少なくとも一方を加熱する放熱用通路と、該放熱用通路へ水蒸気を導入するための第２弁機構を設けていることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化システム。
8. 前記制御装置が、前記微粒子捕集装置の強制再生前の準備段階のときに、若しくは前記微粒子捕集装置に流入する排気ガスの温度が予め設定された準備温度以上のときに、前記加熱用通路を前記排気主通路から分岐させた分岐部に設けた前記第１弁機構を制御して、前記排気主通路からの排気ガスを前記加熱用通路に導入する第１予備加熱制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄化システム。
9. 前記制御装置が、前記微粒子捕集装置の強制再生前の準備段階若しくは前記微粒子捕集装置に流入する排気ガスの温度が予め設定された準備温度以上のときに、前記加熱用通路を前記排気主通路から分岐させた分岐部に設けた前記第１弁機構を制御して、前記排気主通路からの排気ガスを前記加熱用通路に導入すると共に、前記第２弁機構を制御して、前記反応区画から発生する水蒸気を前記放熱用通路に導入する第２予備加熱制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄化システム。
10. 内燃機関の排気ガスを、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、選択還元型触媒装置により浄化する排気ガス浄化システムの被毒抑制方法において、
    前記微粒子捕集装置と前記選択還元型触媒装置との間の前記排気通路を、排気主通路と、この排気主通路に並行し、かつ、被毒物質吸着装置を備えた排気バイパス通路とで構成すると共に、
    前記微粒子捕集装置の強制再生のときに、若しくは前記微粒子捕集装置に流入する排気ガスの温度が予め設定された設定温度以上のときに、前記排気バイパス通路に排気ガスを流して、前記排気バイパス通路に設けている被毒物質吸着装置により、前記微粒子捕集装置から流出してくる排気ガス中の被毒物質を吸着することを特徴とする排気ガス浄化システムの被毒抑制方法。

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