JP2501616Y2 - 排気ガス処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この考案はエンジンからの排気ガスをフロースルー式
の触媒コンバータによって浄化する排気ガス処理装置に
関する。

（従来の技術） 一般に、例えばディーゼルエンジンからの排気ガス中
には炭素を主体とする微粒子であるパティキュレート
や、窒素酸化物（NO_x）、一酸化炭素（CO）、炭化水素
（HC）等の成分が含有されている。この場合、ディーゼ
ルエンジンからの排気ガス中には特にNO_xの含有量が多
いので、ディーゼルエンジンの排気ガス通路の中途部に
主にこのNO_x成分をN₂およびO₂に分解させる例えばゼオ
ライト系触媒等の還元触媒を内蔵させたフロースルー式
の触媒コンバータを介設した排気ガス処理装置が従来か
ら開発されている。

（考案が解決しようとする課題） ところで、ディーゼルエンジンの燃料中にはイオウ成
分の含有量が比較的多いことが知られている。そのた
め、ディーゼルエンジンからの排気ガス中には亜硫酸ガ
ス（SO₂）が混入されている。そして、SO₂成分が混入さ
れた排気ガスがゼオライト系触媒等の還元触媒を内蔵さ
せたフロースルー式の触媒コンバータ内に導入された場
合にはゼオライト系触媒にこのSO₂成分が付着し、ゼオ
ライト系触媒が被毒される問題があった。このようにゼ
オライト系触媒がSO₂成分によって被毒された場合には
ゼオライト系触媒本来のNO_x成分の浄化機能が損なわれ
るので、排気ガスの浄化能力が低下する問題があった。

この考案は上記事情に着目してなされたもので、SO₂
成分によって被毒されたNO_x触媒の浄化機能を再生させ
ることができ、NO_x成分の浄化能力の低下を防止するこ
とができる排気ガス処理装置を提供することを目的とす
るものである。

［考案の構成］ （課題を解決するための手段） この考案は排気ガス通路に介設され、窒素酸化物の浄
化用触媒が内蔵された触媒コンバータと、前記排気ガス
通路に前記触媒コンバータと並列に接続されたバイパス
通路と、前記触媒コンバータ内への排気ガスの流入を制
御するガス流入制御手段と、前記排気ガス通路における
前記触媒コンバータの上流側に設けられ、前記触媒を所
定の再生温度以上に加熱して前記触媒を再生する再生用
加熱手段と、前記触媒による窒素酸化物の浄化状態を検
出する浄化状態検出手段と、この浄化状態検出手段から
の検出信号に応じて前記触媒の機能低下状態が検出され
た場合に前記ガス流入制御手段を駆動し、前記触媒コン
バータ内への排気ガスの流入を遮断した状態で前記再生
用加熱手段を駆動する前記触媒の再生処理を行なうコン
トローラとを具備したものである。

（作用） エンジン本体の運転中は浄化状態検出手段によって触
媒コンバータ内の触媒による窒素酸化物の浄化状態が常
に検出される。そして、触媒による窒素酸化物浄化状態
が正常な場合にはバイパス通路を閉塞状態で保持させ、
バイパス通路内への排気ガスの流入を遮断して触媒コン
バータによる通常の排気ガスの浄化作用を得る。また、
触媒による窒素酸化物浄化機能の低下状態が検出された
場合にはコントローラによってガス流入制御手段を駆動
してバイパス通路内に排気ガスを流入させ、触媒コンバ
ータ内への排気ガスの流入を遮断した状態で再生用加熱
手段を駆動して触媒を所定の再生温度以上に加熱し、触
媒を再生する触媒の再生処理を行なうことにより、触媒
コンバータによる浄化機能を回復させるようにしたもの
である。

（実施例） 以下、この考案の一実施例を第１図および第２図を参
照して説明する。

第１図はディーゼルエンジンの排気ガス処理装置の要
部構成を示すものである。

第１図中で、１はディーゼルエンジンの排気ガス通
路、２はこの排気ガス通路１に装着された排気ガス処理
装置である。この排気ガス処理装置２には排気ガス通路
１の中途部に介設されたNO_x浄化用の触媒コンバータ３
が設けられている。

この触媒コンバータ３には例えばステンレス等の金属
製のキャニングケース４が設けられている。このキャニ
ングケース４内にはNO_x浄化用のゼオライト系触媒等の
フロースルー式の還元触媒５が配設されている。この触
媒５の本体5a内には軸方向に沿って排気ガス通路となる
細孔が略平行に多数穿設されている。そして、この触媒
本体5aは略ハニカム状の構造体によって形成されてい
る。

また、この排気ガス処理装置２には排気ガス通路１に
触媒コンバータ３と並列に接続されたバイパス通路６が
設けられている。

さらに、このバイパス通路６の入口と触媒コンバータ
３の入口との連結部分にはエンジン本体側から送られる
排気ガスを触媒コンバータ３側に流入させる状態とバイ
パス通路６側に流入させる状態とに切換える電磁切換え
弁（ガス流入制御手段）Ｖが装着されている。

また、排気ガス通路１における触媒コンバータ３と切
換え弁Ｖとの間には触媒本体5a再生用の高温ガス供給管
７の先端が連結されている。この高温ガス供給管７の基
端部はバーナ（再生用加熱手段）８に連結されている。
さらに、このバーナ８には図示しない燃料供給管路およ
び燃焼用空気の供給管路が連結されているとともに、図
示しない点火装置が装着されている。そして、このバー
ナ８の燃料供給管路を開閉操作する開閉弁、燃焼用空気
の供給管路を開閉操作する開閉弁、点火装置のスイッチ
等は例えばマイクロコンピュータおよびその周辺回路に
よって形成されたコントローラ９に接続されており、こ
のコントローラ９によってバーナ８の動作が制御されて
いる。

また、このコントローラ９には切換え弁Ｖが接続され
ているとともに、触媒コンバータ３内の触媒本体5aの上
流側のNO_x濃度N_iを検出する第１のNO_xセンサ10、触媒本
体5aの下流側のNO_x濃度N_oを検出する第２のNO_xセンサ11
および触媒本体5aの温度を検出する温度センサ12がそれ
ぞれ接続されている。この場合、第１のNO_xセンサ10お
よび第２のNO_xセンサ11によって触媒５によるNO_xの浄化
状態を検出する浄化状態検出手段が形成されている。さ
らに、コントローラ９にはエンジンの運転状態（負荷状
態等）に応じて変化する触媒コンバータ３内の触媒本体
5aの上流側のNO_x濃度の初期値N_i0、触媒本体5aの下流側
のNO_x濃度の初期値N_o0のデータ、および触媒本体5aの加
熱上限温度を設定する上限温度設定値T₀の情報が予め記
憶されている。そして、ディーゼルエンジンの動作時に
は第１のNO_xセンサ10によって検出されるNO_x濃度N_i、第
２のNO_xセンサ11によって検出されるNO_x濃度N_o、および
温度センサ12によって検出される加熱温度Ｔの各データ
にもとづいてコントローラ９によって切換え弁Ｖの切換
え動作およびバーナ８の動作がそれぞれ制御されるよう
になっており、触媒本体5aによるNO_x浄化機能の低下状
態が検出された場合にはコントローラ９によって切換え
弁Ｖを切換え操作してバイパス通路６内に排気ガスを流
入させ、触媒コンバータ３内への排気ガスの流入を遮断
した状態でバーナ８を駆動して触媒本体5aを所定の再生
温度以上に加熱し、触媒本体5aを再生する触媒の再生処
理を行なうことにより、触媒コンバータ３による浄化機
能を回復させる制御が行なわれるようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。

まず、ディーゼルエンジンの通常運転時には切換え弁
Ｖがエンジン本体側から送られる排気ガスを触媒コンバ
ータ３側に流入させる切換え状態で保持される。そのた
め、この状態ではバイパス通路６は閉塞状態で保持され
るので、エンジン本体から排出される排気ガスが排気ガ
ス通路１内を通して触媒コンバータ３内に流入され、こ
の触媒コンバータ３内の触媒５によってNO_x成分がN₂お
よびO₂に分解されてNO_x成分が浄化される。そして、NO_x
成分が浄化された排気ガスはさらに図示しないマフラを
通して外部側に排出される。

また、ディーゼルエンジンの排気ガス中にはSO₂成分
が混入されているので、SO₂成分が混入された排気ガス
が触媒コンバータ３内の触媒５を通過する際に触媒５に
このSO₂成分が付着する。そのため、触媒５はこのSO₂成
分によって徐々に被毒され、時間の経過にともないこの
触媒５によるNO_x成分の浄化能力が徐々に低下する。

そこで、この実施例ではディーゼルエンジンの運転
中、第１のNO_xセンサ10および第２のNO_xセンサ11からの
検出信号にもとづいてコントローラ９によって触媒５に
よるNO_xの浄化状態が検出され、触媒本体5aによるNO_x浄
化機能の低下状態が検出された場合には触媒５の再生処
理が行なわれる。

次に、この触媒５の再生処理動作を第２図のフローチ
ャートを参照して説明する。

まず、ディーゼルエンジンの運転時にはそのときの負
荷状態に応じた触媒コンバータ３内の触媒本体5aの上流
側のNO_x濃度の初期値N_i0、触媒本体5aの下流側のNO_x濃
度の初期値N_o0のデータがコントローラ９に読み込ま
れ、これらの値N_i0，N_o0にもとづいて触媒本体5aの初期
NO_x浄化効率Q₀が Q₀＝１−N_o0／N_i0 として設定される（ステップS1）。

さらに、ディーゼルエンジンの運転中は第１のNO_xセ
ンサ10によって触媒本体5aの上流側のNO_x濃度N_iが検出
されるとともに、第２のNO_xセンサ11によって触媒本体5
aの下流側のNO_x濃度N_oが検出される（ステップS2）。こ
れらの第１のNO_xセンサ10および第２のNO_xセンサ11から
の検出信号はコントローラ９に入力される。そして、コ
ントローラ９ではこれらの第１のNO_xセンサ10および第
２のNO_xセンサ11からの検出信号にもとづいて触媒本体5
aの実際のNO_x浄化効率Ｑが Ｑ＝１−N_o／N_i として算出される（ステップS3）。

続いて、触媒本体5aの実際のNO_x浄化効率Ｑが初期NO_x
浄化効率Q₀の1/2の値以下か否かが判断され、このＱの
値に応じて触媒本体5aによるNO_x浄化機能が正常状態か
否かが判断される（ステップS4）。

ここで、 Ｑ＞Q₀/2 となり、触媒本体5aによるNO_x浄化機能の低下が検出さ
れない状態と判断された場合には切換え弁Ｖがエンジン
本体側から送られる排気ガスを触媒コンバータ３側に流
入させる切換え状態で保持される通常運転が継続され
る。

また、このときに Ｑ≦Q₀/2 となり、触媒本体5aによるNO_x浄化機能の低下状態と判
断された場合には触媒本体5aの再生処理が行なわれる
（ステップS5）。

この触媒本体5aの再生処理時には切換え弁Ｖが切換え
操作される。そして、エンジン本体側から送られる排気
ガスをバイパス通路６内に流入させ、触媒コンバータ３
内への排気ガスの流入を遮断した状態で、バーナ８が駆
動される。このバーナ８の駆動によって生成された例え
ば700℃程度の高温状態の燃焼ガスは高温ガス供給管７
を経て触媒コンバータ３内に導入される。そのため、触
媒本体5aはこの高温の燃焼ガスによって再生温度以上に
加熱される。このように触媒本体5aが再生温度以上に加
熱された場合にはその熱によって触媒本体5aに付着され
ているSO₂成分が除去され、触媒５によるNO_x成分の浄化
能力が元の状態に回復する。

さらに、触媒本体5aの再生処理が開始された後、一定
時間を経て再生処理が終了される（ステップS6）。この
再生処理の終了時にはバーナ８の駆動が停止されるとと
もに、切換え弁Ｖが切換え操作される。この切換え弁Ｖ
が切換え操作にともないバイパス通路６が閉塞され、エ
ンジン本体側から送られる排気ガスを触媒コンバータ３
側に流入させる通常運転が再開される。

なお、触媒本体5aの再生処理中に温度センサ12からの
検出信号に基づいて触媒本体5aが上限温度設定値T₀まで
上昇した状態が検出された場合にはコントローラ９によ
ってバーナ８の動作が停止される。そのため、触媒本体
5aが上限温度設定値T₀以上に過熱されることを防止する
ことができるので、触媒本体5aの耐久性の向上を図るこ
とができる。

そこで、上記構成のものにあっては第１のNO_xセンサ1
0および第２のNO_xセンサ11からの出力信号にもとづいて
NO_x浄化用の触媒コンバータ３の触媒５によるNO_xの浄化
機能の低下状態が検出された場合にはコントローラ９に
よって切換え弁Ｖの切換え操作してバイパス通路６内に
排気ガスを流入させ、触媒コンバータ３内への排気ガス
の流入を遮断した状態でバーナ８を駆動して触媒５を所
定の再生温度以上に加熱するようにしたので、バーナ８
の高温状態の燃焼ガスによって触媒本体5aに付着されて
いるSO₂成分を除去し、触媒５によるNO_x成分の浄化能力
を元の状態に回復させることができる。そのため、従来
のように触媒コンバータ３の触媒５がSO₂成分によって
被毒され、触媒５本来のNO_x成分の浄化機能が損なわれ
て排気ガスの浄化能力が低下することを防止することが
できる。

なお、この考案は上記実施例に限定されるものではな
い。

例えば、上記実施例ではバイパス通路６の入口と触媒
コンバータ３の入口との連結部分に配設した１個の電磁
切換え弁Ｖによって触媒コンバータ３の入口を開閉操作
することにより、排気ガスの流入方向を触媒コンバータ
３側とバイパス通路６側とに切換える構成のガス流入制
御手段を設けたものを示したが、バイパス通路６の入口
に第１の開閉弁v1、触媒コンバータ３の入口に第２の開
閉弁v2をそれぞれ装着し、これらの第1,第２の開閉弁v
1,v2によって触媒コンバータ３内への排気ガスの流入を
制御する構成にしても良い。

また、上記実施例では触媒コンバータ３内の触媒本体
5aの上流側のNO_x濃度N_iを検出する第１のNO_xセンサ10、
触媒本体5aの下流側のNO_x濃度N_oを検出する第２のNO_xセ
ンサ11をそれぞれ設け、これらの第１のNO_xセンサ10お
よび第２のNO_xセンサ11からの検出信号にもとづいてコ
ントローラ９によって触媒本体5aの実際のNO_x浄化効率
Ｑを算出する構成のものを示したが、触媒本体5aの下流
側のNO_x濃度N_oを検出するNO_xセンサ11のみを設け、触媒
本体5aの下流側の排気ガス中のNO_x濃度N_oにもとづいて
触媒本体5aによるNO_x浄化機能が正常状態か否かを判断
させる構成にしても良い。この場合にはエンジンの運転
状態毎に適正な排気ガス中のNO_x濃度N_oの値が設定され
たNO_x濃度N_oの制御マップが予めコントローラ９内に記
憶されており、NO_xセンサ11からの出力信号によって検
出されるデータを上記NO_x濃度N_oの制御マップの設定値
と比較させることにより、触媒本体5aによるNO_x浄化機
能が正常状態か否かを判断させるマップ制御が行なわれ
るようになっている。

さらに、その他この考案の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施できることは勿論である。

［考案の効果］ この考案によれば触媒による窒素酸化物浄化機能の低
下状態が検出された場合にはコントローラによってガス
流入制御手段を駆動してバイパス通路内に排気ガスを流
入させ、触媒コンバータ内への排気ガスの流入を遮断し
た状態で再生用加熱手段を駆動して触媒を所定の再生温
度以上に加熱し、触媒を再生する触媒の再生処理を行な
うようにしたので、SO₂成分によって被毒されたNO_x触媒
の浄化機能を再生させることができ、NO_x成分の浄化能
力の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの考案の一実施例を示すもので、第１図はディ
ーゼルエンジンの排気ガス処理装置の要部構成を示す概
略構成図、第２図はコントローラの動作を説明するため
のフローチャートである。 １……排気ガス通路、３……触媒コンバータ、５……触
媒、６……バイパス通路、Ｖ……電磁切換え弁（ガス流
入制御手段）、８……バーナ（再生用加熱手段）、９…
…コントローラ、10……第１のNO_xセンサ（浄化状態検
出手段）、11……第２のNO_xセンサ（浄化状態検出手
段）。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガス通路に介設され、窒素酸化物の浄
   化用触媒が内蔵された触媒コンバータと、 前記排気ガス通路に前記触媒コンバータと並列に接続さ
   れたバイパス通路と、 前記触媒コンバータ内への排気ガスの流入を制御するガ
   ス流入制御手段と、 前記排気ガス通路における前記触媒コンバータの上流側
   に設けられ、前記触媒を所定の再生温度以上に加熱して
   前記触媒を再生する再生用加熱手段と、 前記触媒による窒素酸化物の浄化状態を検出する浄化状
   態検出手段と、 この浄化状態検出手段からの検出信号に応じて前記触媒
   の機能低下状態が検出された場合に前記ガス流入制御手
   段を駆動し、前記触媒コンバータ内への排気ガスの流入
   を遮断した状態で前記再生用加熱手段を駆動する前記触
   媒の再生処理を行なうコントローラと を具備したことを特徴とする排気ガス処理装置。