JP2022077332A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】NO2の生成量を抑制する。【解決手段】排気浄化装置1は、酸化触媒を含む第1の触媒装置31と、第1の触媒装置の下流側において排気通路25に配設され、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ装置32と、フィルタ装置の下流側において排気通路に配設され、NOxを選択的に還元する選択還元触媒を含む第2の触媒装置33と、第2の触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、第1の触媒装置の上流側で排出ガスに燃料を添加する燃料添加装置20と、燃料添加装置の動作を制御する制御装置40と、を備える。制御装置は、フィルタ装置に流入する排出ガスのNO2濃度である生成NO2濃度を取得し、フィルタ装置に捕集された粒子状物質の酸化処理に必要となるNO2濃度である必要NO2濃度を取得し、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときに、燃料添加装置を制御して排出ガスに燃料を添加する。【選択図】図1
Description
本開示は、排気浄化装置に関する。
エンジンからの排出ガスに含まれる粒子状物質(PM)を捕集するフィルタ装置が利用されている。例えば、特許文献1には、排出ガスに含まれるPMを捕集する共に、捕集されたPMを排出ガス中のNO2(二酸化窒素)によって酸化することで除去する連続再生式のDPF(Diesel particulate filter)を備える排気浄化装置が記載されている。
また、特許文献2には、排出ガス中のNO(一酸化窒素)をNO2に酸化させるDOCと、連続再生式のDPFと、排出ガス中に尿素水を添加する尿素水噴射装置と、尿素水由来のアンモニアを還元剤として用いて排出ガス中のNOx(窒素酸化物)を還元するSCRとを備え、エンジンから排出されるNOxの量と、DOCで生成されるNO2の量と、DPFにおけるNO2の消費量とに基づいて、SCRに流入する排出ガス中のNOとNO2との比(NO/NO2比)が1:1になるようにエンジンの燃焼状態を制御する排気浄化装置が記載されている。
引用文献2に記載の装置では、還元剤としてアンモニアを用いて排出ガスに含まれるNOxを浄化しているが、SCR上でアンモニアとNO2とが反応するときにN2O(亜酸化窒素)が生成されることがある。N2Oは、CO2(二酸化炭素)の300倍程度の地球温暖化係数を有する強力な温室効果ガスであり、地域によっては大気中への排出が厳しく規制される。
そこで本開示は、N2Oの生成量を抑制することを目的とする。
一態様の排気浄化装置は、排出ガスの流れる排気通路に配設され、酸化触媒を含む第1の触媒装置と、第1の触媒装置の下流側において排気通路に配設され、排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、フィルタ装置の下流側において排気通路に配設され、NOxを選択的に還元する選択還元触媒を含む第2の触媒装置と、第2の触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、第1の触媒装置の上流側で排出ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、燃料添加装置の動作を制御する制御装置と、を備える。この制御装置は、フィルタ装置に流入する排出ガスのNO2濃度である生成NO2濃度を取得し、フィルタ装置に捕集された粒子状物質の酸化処理に必要となるNO2濃度である必要NO2濃度を取得し、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときに、燃料添加装置を制御して排出ガスに燃料を添加する。
上記態様の排気浄化装置では、フィルタ装置に流入する排出ガスに含まれるNO2濃度が粒子状物質の酸化処理に必要となるNO2濃度よりも高いときに、排出ガスに燃料が添加される。排出ガスに添加された燃料によって、排出ガス中のNO2の一部はNOに戻されるので、フィルタ装置に流入する排出ガスのNO2濃度が低下する。これにより、排出ガス中のNO2の大部分が粒子状物質の酸化で消費されることとなり、第2の触媒装置に流入する排出ガスのNO2濃度が低下する。その結果、第2の触媒装置によってNOxが還元される際にN2Oが生成されることを抑制することができる。
一実施形態では、第2の触媒装置は、選択還元触媒としてバナジウム系触媒を含んでいてもよい。バナジウム系触媒は、NOxに占めるNO2の割合が低い場合であってもNOxを高い効率で還元することが可能である。したがって、選択還元触媒としてバナジウム系触媒を含むことによって、第2の触媒装置に流入する排出ガスのNO2濃度が低下した場合であっても、NOxを効果的に浄化することができる。
一実施形態では、第2の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、バナジウム系触媒が銅系触媒よりも排出ガスの流れ方向の上流側に配置されていてもよい。銅系触媒は、高い効率でNOxを還元することが可能な選択還元触媒であるが、NO2の還元時にN2Oを生成しやすい性質を有する。この実施形態では、上流側に配置されたバナジウム系触媒によってNO2が還元され、NO2の割合が低いNOxを含む排出ガスが銅系触媒によって浄化されるので、N2Oの生成量を抑制しつつ、NOxを効果的に浄化することができる。
一実施形態では、第2の触媒装置は、選択還元触媒として鉄系触媒を含んでいてもよい。鉄系触媒は、NOxに占めるNO2の割合が低い場合であってもNOxを浄化することが可能である。したがって、選択還元触媒として鉄系触媒を含むことによって、第2の触媒装置に流入する排出ガスのNO2濃度が低下した場合であっても、NOxを効果的に浄化することができる。
一実施形態では、第2の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、鉄系触媒が銅系触媒よりも排出ガスの流れ方向の上流側に配置されていてもよい。この実施形態では、上流側に配置された鉄系触媒によってNO2が還元され、NO2の割合が低いNOxを含む排出ガスが銅系触媒によって浄化されるので、N2Oの生成量を抑制しつつ、NOxを効果的に浄化することができる。
一実施形態では、生成NO2濃度と必要NO2濃度との差が大きいほど、燃料添加装置によって排出ガスに添加される燃料の量を増加させてもよい。排出ガスに添加される燃料の量を増加させることで、フィルタ装置に流入する排出ガスのNO2濃度をより低くすることができる。これにより、第2の触媒装置に流入する排出ガスのNO2濃度を低くすることができるので、N2Oの生成量を抑制することができる。
本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、N2Oの生成量を抑制することができる。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。なお以下の説明において、「上流」及び「下流」の用語は、排出ガスG1の流れ方向を基準として使用される。また、本明細書では、一酸化窒素(NO)及び二酸化窒素(NO2)等をまとめて窒素酸化物(NOx)と称する。
図1は、一実施形態に係る排気浄化装置1を概略的に示す図である。排気浄化装置1は、トラック等の車両に搭載され、エンジン10からの排出ガスG1に含まれる有害物質を浄化する。
エンジン10は、例えばディーゼルエンジンであり、複数のシリンダ10aを備えている。複数のシリンダ10aに近接した位置には、複数のインジェクタ10bが設置されている。複数のインジェクタ10bは、後述する燃料添加装置20から供給された燃料を複数のシリンダ10a内にそれぞれ噴射する。複数のシリンダ10aには、複数のシリンダ10a内に空気を供給する吸気マニホールド11、及び、複数のシリンダ10aから排出ガスG1を排出する排気マニホールド12が接続されている。
吸気マニホールド11には、吸気管13が接続されている。吸気管13には、吸気の上流側からエアクリーナ14,コンプレッサ15及びインタークーラー16が順に設けられている。
排気マニホールド12には、タービン17を介して排気管18が接続されている。排気管18は、エンジン10からの排出ガスG1が流れる排気通路25の一部を提供する。タービン17は、連結軸を介してコンプレッサ15に連結されている。タービン17は、エンジン10の排気マニホールド12から排出された排出ガスG1の流れによって回転する。コンプレッサ15は、タービン17の回転に伴って回転し、吸気管13から空気(吸気)を取り込み、圧縮された空気を吸気マニホールド11へ送り出す。すなわち、コンプレッサ15及びタービン17は、ターボチャージャーを構成する。吸気マニホールド11内に導入された空気は、複数のシリンダ10aへ導入される。複数のシリンダ10a内に導入された空気は各シリンダ10a内で圧縮される。
図1に示すように、排気浄化装置1は、燃料添加装置20、EGRユニット24、後処理装置30及び制御装置40を備えている。燃料添加装置20は、燃料タンク21、ポンプ22及び燃料添加弁23を含み、例えば燃料タンク21に貯えられた軽油等の燃料を燃料供給路10cを介して複数のインジェクタ10bに圧送する。複数のインジェクタ10bは、燃料添加装置20から供給された燃料を複数のシリンダ10a内にそれぞれ噴射する。
複数のインジェクタ10bによって噴射された燃料は、各シリンダ10a内で燃焼され、各シリンダ10a内に配置されたピストンをシリンダ10a内で往復移動させる。ピストンが往復運動することにより、エンジン10に連結されたクランクシャフトが回転し、クラッチを介して車両のプロペラシャフトが回転する。燃料の燃焼によって排気マニホールド12から排出された排出ガスG1は、排気管18に排出される。
燃料添加弁23は、後処理装置30の上流側において排気管18に設けられ、燃料タンク21に貯えられた燃料を排気通路25内に噴射する。排気通路25内に噴射された燃料は排出ガスG1に添加され、後処理装置30に供給される。燃料添加弁23から排出ガスG1に添加される燃料の量は、制御装置40によって制御される。
EGRユニット24は、排出ガスG1の一部をエンジン10の吸気系に還流させる装置である。EGRユニット24は、EGR配管26、EGRクーラ27及びEGRバルブ28を備えている。EGR配管26は、エンジン10の吸気マニホールド11と排気マニホールド12とを接続しており、排出ガスG1の一部をEGRガスG2としてエンジン10の吸気系に還流させる。例えば、EGR配管26内を還流したEGRガスG2は、吸気管13を流れる吸気と共にエンジン10のシリンダ10a内に供給される。
EGRクーラ27は、EGR配管26に設置され、EGR配管26を流れるEGRガスG2を冷却する。EGRバルブ28は、EGRガスG2の流れ方向においてEGRクーラ27の下流側に配設されている。EGRバルブ28は、開度を調整可能な弁体を含み、EGR配管26を流れるEGRガスG2の流量を調整する。EGRバルブ28の開度は、制御装置40によって制御される。
後処理装置30は、排気管18に接続されている。図1に示すように、後処理装置30は、第1の触媒装置31、フィルタ装置32、第2の触媒装置33及びアンモニア低減触媒34を含んでいる。第1の触媒装置31、フィルタ装置32、第2の触媒装置33及びアンモニア低減触媒34は、排気管18と共に排気通路25を構成するケース内に収容され、排ガスの流れ方向の上流側からこの順に配置されている。
第1の触媒装置31は、排気通路25の上流部に設けられている。第1の触媒装置31は、酸化触媒を含む。この酸化触媒は、例えばセラミック製の担体に担持されている。第1の触媒装置31に含まれる酸化触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属触媒が挙げられる。第1の触媒装置31は、エンジン10から排出された排出ガスG1を受け、酸化触媒によって排出ガスG1に含まれるNOの一部をNO2に酸化する。また、第1の触媒装置31の酸化触媒は、排出ガスG1中のHC(炭化水素)及びCO(一酸化炭素)等を酸化することで浄化する。
フィルタ装置32は、第1の触媒装置31の下流側において排気通路25に配設されている。フィルタ装置32は、いわゆるDPF(Diesel Particulate Filter)であり、排出ガスG1に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集する。また、フィルタ装置32は、第1の触媒装置31によって生成されたNO2を含む排出ガスG1を受けて、NO2によってフィルタ装置32に捕集されたPMを酸化させてPMを除去する。このように、排気ガス中のNO2によってPMを除去する処理は連続再生処理と呼ばれ、例えば排出ガスG1の温度が250℃~400℃であるときに連続的に実行される。
フィルタ装置32は、排出ガスG1に含まれる有害成分を酸化する酸化触媒を含有してもよい。フィルタ装置32に含まれる酸化触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属触媒が挙げられる。これらの酸化触媒は、例えばフィルタ装置32のフィルタ部材上にコーティングされる。なお、フィルタ装置32には、第1の触媒装置31に含まれる酸化触媒の量よりも多くの酸化触媒が含まれていてもよい。第1の触媒装置31で生成されたNO2は、フィルタ装置32に到達する前に排出ガスに含まれるHCと反応してNOに戻されることがある。このように、排出ガスG1中のNO2の一部がNOに戻されると連続再生で利用されるNO2が不足することがある。これに対し、フィルタ装置32に第1の触媒装置31に含まれる酸化触媒の量よりも多くの酸化触媒が含まれる場合には、PMの近傍でより多くのNO2を生成されるのでPMの燃焼を促進することができる。その結果、排出ガスG1の温度が比較的低い場合であっても、フィルタ装置32において効果的に連続再生処理が行うことが可能となる。
第2の触媒装置33は、フィルタ装置32の下流側において排気通路25に配設されている。第2の触媒装置33は、フィルタ装置32を通過した排出ガスG1を受け、当該排出ガスG1に含まれるNOxを還元して浄化する。第2の触媒装置33は、選択還元触媒を含む。選択還元触媒は、例えばセラミック製の担体上に担持される。選択還元触媒は、還元剤を用いて排出ガスG1に含まれるNOxを選択的に還元する触媒であり、選択還元触媒としては例えばバナジウム系触媒又は鉄系触媒が利用される。バナジウム系触媒はバナジウム(V)含む化合物を主成分とする触媒であり、鉄系触媒は鉄(Fe)含む化合物を主成分とする触媒である。バナジウム系触媒及び鉄系触媒は、NOxに占めるNO2の割合が低い場合であってもNOxを浄化することが可能である。特に、バナジウム系触媒は、NOxに占めるNO2の割合が低い場合に高い還元効率でNOxを還元可能である。
なお、第2の触媒装置33は、複数種類の選択還元触媒を含有していてもよい。例えば、図2(a)に示すように、第2の触媒装置33の担体には、選択還元触媒としてバナジウム系触媒51及び銅系触媒52が担持され、バナジウム系触媒51が銅系触媒52よりも上流側に配置されていてもよい。銅系触媒52は、高い効率でNOxを還元することが可能な選択還元触媒であるが、NO2の還元時にN2Oを生成しやすい性質を有する。図2(a)に示す第2の触媒装置33では、上流側に配置されたバナジウム系触媒51によってNO2が還元されるので、銅系触媒52に導入される排出ガスG1のNO2濃度を低くすることができる。したがって、このような第2の触媒装置33を用いることによって、N2Oの生成量を抑制しつつ、NOxを効果的に浄化することができる。
また、図2(b)に示すように、第2の触媒装置33の担体には、選択還元触媒として鉄系触媒53及び銅系触媒52が担持され、鉄系触媒53が銅系触媒52よりも上流側に配置されていてもよい。図2(b)に示す第2の触媒装置33では、上流側に配置された鉄系触媒53によってNO2が還元されるので、銅系触媒52に導入される排出ガスG1のNO2濃度を低くすることができる。したがって、このような第2の触媒装置33を用いることによって、N2Oの生成量を抑制しつつ、NOxを効果的に浄化することができる。
図1を再び参照する。アンモニア低減触媒34は、第2の触媒装置33の下流側において排気通路25に配設されている。アンモニア低減触媒34は、第2の触媒装置33を通過した排出ガスG1を受け、例えば排出ガスG1に含まれる過剰なアンモニアを酸化して浄化する。
フィルタ装置32の下流側で且つ第2の触媒装置33の上流側には、還元剤供給装置35が設けられている。還元剤供給装置35は、第2の触媒装置33に還元剤を供給する。例えば、還元剤供給装置35は、第2の触媒装置33の上流側において排気通路25内に尿素水を噴射する。
排気浄化装置1は、温度センサ36,37,38及びNOxセンサ39を更に備えている。温度センサ36は、第1の触媒装置31に取り付けられ、第1の触媒装置31の温度を計測する。温度センサ37は、フィルタ装置32に取り付けられ、フィルタ装置32の温度を計測する。温度センサ38は、第2の触媒装置33に取り付けられ、第2の触媒装置33の温度を計測する。なお、温度センサ36,37,38は、排気通路25内の排出ガスG1の温度を計測し、当該排出ガスG1の温度から第1の触媒装置31、フィルタ装置32及び第2の触媒装置33の温度を間接的に取得してもよい。温度センサ36,37,38は、取得した第1の触媒装置31、フィルタ装置32及び第2の触媒装置33の温度を示す情報を制御装置40に出力する。
NOxセンサ39は、第1の触媒装置31の上流側に設けられ、排気通路25内を流れる排出ガスG1のNOx濃度を計測する。NOxセンサ39は、排出ガスG1のNOx濃度を示す情報を制御装置40に出力する。
制御装置40は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]、CAN[Controller Area Network]通信回路等を有する電子制御ユニットであり、排気浄化装置1全体の動作を制御する。制御装置40は、例えば、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムをCPUで実行することにより後述する各種機能を実現する。
制御装置40は、燃料添加装置20、EGRバルブ28、還元剤供給装置35、温度センサ36,37,38及びNOxセンサ39と通信可能に接続されている。制御装置40は、温度センサ36,37,38及びNOxセンサ39によって計測されたデータに基づいて、燃料添加装置20及び還元剤供給装置35の動作を制御する。
以下、制御装置40の詳細について説明する。図1に示すように、制御装置40は、機能的構成要素として、還元剤添加部41、生成NO2濃度取得部42、必要NO2濃度取得部43及び燃料添加部44を含んでいる。
還元剤添加部41は、還元剤供給装置35を制御して第2の触媒装置33に供給される還元剤の量を制御する。例えば、還元剤添加部41は、第2の触媒装置33の温度情報を温度センサ38から取得し、第2の触媒装置33の温度が活性化温度(例えば、180℃)以上であるときに、還元剤供給装置35を制御して排気通路25内に尿素水を噴射する。排気通路25内に噴射された尿素水は、排出ガスG1の熱で分解されアンモニア(NH3)が生成される。生成されたアンモニアは、排出ガスG1と共に第2の触媒装置33に供給され、第2の触媒装置33の選択還元触媒上で排出ガスG1に含まれるNOxを還元する。
生成NO2濃度取得部42は、フィルタ装置32に流入する排出ガスG1のNO2濃度を示す生成NO2濃度を取得する。すなわち、生成NO2濃度は、第1の触媒装置31によって生成されたNO2の濃度である。生成NO2濃度は、例えば第1の触媒装置31に流入する排出ガスG1中のNOx濃度、第1の触媒装置31の温度、第1の触媒装置31の酸化触媒の担持量、排出ガスG1の流量に基づいて算出される。なお、第1の触媒装置31に流入する排出ガスG1中のNOx濃度は、NOxセンサ39によって計測されてもよいし、エンジン10の負荷及び回転数に基づいて算出されてもよい。排出ガスG1の流量は、排気通路25内に設置された流量センサによって計測されてもよいし、エンジン10の吸気流量及び回転数等に基づいて算出されてもよい。
なお、生成NO2濃度取得部42は、排出ガスG1のNOx濃度と、第1の触媒装置31の温度と、酸化触媒の担持量と、排出ガスG1の流量と、生成NO2濃度との関係を示すマップを参照して、生成NO2濃度を取得してもよい。また、フィルタ装置32が酸化触媒を含む場合には、フィルタ装置32の酸化触媒によって生成されるNO2量を含めて生成NO2濃度を算出してもよい。この場合には、生成NO2濃度は、第1の触媒装置31及びフィルタ装置32によって生成されたNO2の濃度であるといえる。
必要NO2濃度取得部43は、フィルタ装置32に捕集されたPMの酸化処理に最低限必要となる必要NO2濃度を取得する。すなわち、必要NO2濃度は、フィルタ装置32に捕集されたPMの酸化処理によって消費されるNO2濃度であるともいえる。必要NO2濃度は、フィルタ装置32の温度及びフィルタ装置32のPM堆積量に基づいて取得される。例えば、制御装置40の記憶部には、フィルタ装置32の温度とPM堆積量と必要NO2濃度との関係を示すマップが格納され、必要NO2濃度取得部43は、当該マップを参照することで必要NO2濃度を取得する。なお、フィルタ装置32のPM堆積量は、フィルタ装置32の上流側と下流側との差圧に基づいて計測されてもよいし、エンジン10から排出されたPM量と連続再生によって除去されたPM量との差を累積することで算出されてもよい。
燃料添加部44は、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときに、燃料添加弁23を制御して排出ガスG1に燃料を添加する。生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高い場合には、フィルタ装置32に流入したNO2が連続再生処理で全て消費されずに、NO2の一部がフィルタ装置32の下流に配置された第2の触媒装置33に流入する。第2の触媒装置33に流入されたNO2を含むNOxは、第2の触媒装置33によって還元されることとなるが、NO2の還元時にN2Oが生成されることとなる。
これに対し、排出ガスG1に燃料添加弁23から燃料が添加された場合には、燃料に含まれる炭化水素と排出ガスG1に含まれるNO2との間に下式(1)又は式(2)に示す反応が生じ、NO2の一部がNOに戻される。
NO2+HC→NO+CO …(1)
NO2+HC→NO+CO2 …(2)
NO2+HC→NO+CO2 …(2)
排出ガスG1中のNO2の一部がNOに戻されることにより、フィルタ装置32に流入する排出ガスG1のNO2濃度が低下する。その結果、フィルタ装置32に流入する排出ガスG1中のNO2の大部分がPMの燃焼に消費され、第2の触媒装置33に流入する排出ガスG1のNO2濃度が低下する。したがって、第2の触媒装置33によるNOxの還元時に生成されるN2Oの量を抑制することが可能となる。
一実施形態では、燃料添加部44は、生成NO2濃度と必要NO2濃度との差が大きいほど燃料添加弁23から排出ガスG1に添加される燃料の量を増加させてもよい。例えば、必要NO2濃度に対して生成NO2濃度が大きい場合には、フィルタ装置32に流入する排出ガスG1のNO2濃度が過剰であるといえる。このとき、排出ガスG1に添加される燃料を増加させることで、生成NO2濃度と必要NO2濃度との差を小さくし、フィルタ装置32にNO2が過剰に流入することを抑制することができる。その結果、NO2濃度の低い排出ガスG1が第2の触媒装置33に流入することとなり、N2Oの生成量を抑制することが可能となる。
以下、図3を参照して、制御装置40によって実行される処理について説明する。図3は、制御装置40によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
図3に示すように、制御装置40は、まず排気浄化装置1の各種パラメータを取得する(ステップST1)。具体的には、制御装置40は、第1の触媒装置31の温度、フィルタ装置32の温度、第2の触媒装置33の温度、排出ガスG1中のNO2濃度及びフィルタ装置32のPM堆積量を取得する。
次に、生成NO2濃度取得部42は、フィルタ装置32のPMに対して供給される排出ガスG1のNO2濃度である生成NO2濃度を取得する(ステップST2)。例えば、生成NO2濃度取得部42は、第1の触媒装置31に流入する排出ガスG1のNOx濃度、第1の触媒装置31の温度、排出ガスG1の流量、及び、第1の触媒装置31に含まれる酸化触媒の量に基づいて、生成NO2濃度を算出する。
次に、制御装置40の必要NO2濃度取得部43は、フィルタ装置32に捕集されたPMの酸化処理に必要となる必要NO2濃度を取得する(ステップST3)。必要NO2濃度取得部43は、例えばフィルタ装置32の温度とフィルタ装置32のPM堆積量と必要NO2濃度との関係を示すマップを参照することによって必要NO2濃度を取得する。
次に、燃料添加部44は、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いか否かを判定する(ステップST4)。生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高い場合には、フィルタ装置32に流入する排出ガスG1中のNO2がPMの連続再生処理で十分に消費されずに、NO2の一部が第2の触媒装置33に導入されることになる。そこで、燃料添加部44は、燃料添加装置20を制御して、燃料添加弁23から排出ガスG1に燃料を添加する(ステップST5)。排出ガスG1に燃料が添加されることにより、排出ガスG1中のNO2の一部がNOに戻されるのでフィルタ装置32に流入する排出ガスG1のNO2濃度が低下する。その結果、排出ガスG1中のNO2の大部分がPMの酸化処理に消費され、NO2濃度の低い排出ガスG1が第2の触媒装置33に導入される。したがって、第2の触媒装置33によってNO2が還元される際にN2Oが生成されることを抑制することができる。なお、ステップST5では、生成NO2濃度と必要NO2濃度との差が大きいほど燃料添加弁23から排出ガスG1に添加される燃料の量が増加されてもよい。
一方、生成NO2濃度が必要NO2濃度以下である場合には、燃料が添加されずにステップST1の処理が再び行われる。生成NO2濃度が必要NO2濃度以下である場合には、燃料が添加されなくても排出ガスG1中のNO2の大部分がPMの酸化処理で消費されることになるので、第2の触媒装置33でのN2O生成量は抑制される。
以上説明したように、排気浄化装置1では、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときに、排出ガスG1に燃料が添加することによってフィルタ装置32に流入する排出ガスG1のNO2濃度が低下される。これにより、排出ガスG1中のNO2の大部分がPMの酸化処理に消費されることとなり、第2の触媒装置33に流入する排出ガスG1のNO2濃度が低下する。その結果、第2の触媒装置33によるNO2の還元時にN2Oが生成されることを抑制することができる。
なお、選択還元触媒の種類によってはNOとNO2との比(NO/NO2比)を1:1に近づけることで還元効率が高くなることが知られている。上述の排気浄化装置1では、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高い場合に排出ガスG1に燃料を添加することで、第2の触媒装置33にはNO2濃度の低い排出ガスG1が流入することとなる。特に、一実施形態の排気浄化装置1では、NOxに占めるNO2の割合がゼロに近づけられる。しかしながら、第2の触媒装置33は、例えば銅系触媒と比較してNO/NO2比の影響を受けづらいバナジウム系触媒を選択還元触媒として含むことでNOxの還元効率の低下を抑制することが可能である。なお、第2の触媒装置33が選択還元触媒として鉄系触媒を含む場合であってもNOxを還元することが可能である。
以下、実験例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
図4を参照して、排気浄化装置1の効果について説明する。実験例1では、上述した排気浄化装置1を用いて排出ガスG1に含まれるNOxを浄化した。より詳細には、実験例1では、第2の触媒装置33に含まれる選択還元触媒としてバナジウム系触媒を使用し、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときに燃料添加装置20を制御して排出ガスG1に燃料を添加した。これに対し、比較実験例1では、選択還元触媒として銅系触媒を使用し、且つ、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときにも燃料の添加を行わないこと以外は、実験例1と同じ条件で排出ガスG1に含まれるNOxを浄化した。そして、実験例1及び比較実験例1によるN2Oの生成量を測定した。
図4は、実験例1及び比較実験例1で測定されたN2Oの生成量を示す図である。に示すように、比較実験例1におけるN2Oの生成量を1とした場合には、実験例1におけるN2Oの生成量は0.3以下であった。この結果から、排気浄化装置1を用いてNOxを還元することにより、NOx還元時のN2Oの生成量を大幅に低減できることが確認された。
以上、種々の実施形態に係る排気浄化装置について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。
例えば、図1に示す排気浄化装置1では、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高いときに、排気管18に取り付けられた燃料添加弁23から排出ガスG1に燃料を添加しているが、燃料添加弁23から排出ガスG1に燃料を添加する代わりにエンジン10に追加の燃料を添加してもよい。例えば、生成NO2濃度が必要NO2濃度よりも高い場合に、燃料添加部44は、エンジン出力を得るためにシリンダ10a内に燃料を噴射するメイン噴射と、メイン噴射の後に追加的に燃料を噴射するポスト噴射とが行われるように燃料添加装置20を制御してもよい。ポスト噴射によってシリンダ10a内に供給された未燃の燃料は、排気通路25を流れる排出ガスG1に添加される。排出ガスG1に燃料を添加することによって、フィルタ装置32に流入する排出ガスG1のNO2濃度が低下し、NO2濃度の低い排出ガスG1を第2の触媒装置33に導入することが可能となる。よって、第2の触媒装置33によるNO2の還元時のN2O生成量を抑制することができる。
1…排気浄化装置、20…燃料添加装置、25…排気通路、31…第1の触媒装置、32…フィルタ装置、33…第2の触媒装置、40…制御装置、51…バナジウム系触媒、52…銅系触媒、53…鉄系触媒、G1…排出ガス。
Claims (6)
- 排出ガスの流れる排気通路に配設され、酸化触媒を含む第1の触媒装置と、
前記第1の触媒装置の下流側において前記排気通路に配設され、前記排出ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
フィルタ装置の下流側において前記排気通路に配設され、NOxを選択的に還元する選択還元触媒を含む第2の触媒装置と、
前記第2の触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
前記第1の触媒装置の上流側で前記排出ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、
前記燃料添加装置の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記フィルタ装置に流入する前記排出ガスのNO2濃度である生成NO2濃度を取得し、
前記フィルタ装置に捕集された前記粒子状物質の酸化処理に必要となるNO2濃度である必要NO2濃度を取得し、
前記生成NO2濃度が前記必要NO2濃度よりも高いときに、前記燃料添加装置を制御して前記排出ガスに燃料を添加する、排気浄化装置。 - 前記第2の触媒装置は、前記選択還元触媒としてバナジウム系触媒を含む、請求項1に記載の排気浄化装置。
- 前記第2の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、前記バナジウム系触媒が前記銅系触媒よりも前記排出ガスの流れ方向の上流側に配置されている、請求項2に記載の排気浄化装置。
- 前記第2の触媒装置は、前記選択還元触媒として鉄系触媒を含む、請求項1に記載の排気浄化装置。
- 前記第2の触媒装置は、銅系触媒を更に含み、前記鉄系触媒が前記銅系触媒よりも前記排出ガスの流れ方向の上流側に配置されている、請求項4に記載の排気浄化装置。
- 前記生成NO2濃度と前記必要NO2濃度との差が大きいほど、前記燃料添加装置によって前記排出ガスに添加される燃料の量を増加させる、請求項1~5の何れか一項に記載の排気浄化装置。
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