WO2011135845A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

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龍起 五十嵐
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device.
  • a diesel engine is equipped with a selective reduction catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows, and the selective reduction catalyst A required amount of a reducing agent is added to the upstream side of the catalyst so that the reducing agent undergoes a reduction reaction with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective catalytic reduction catalyst, thereby reducing the NOx emission concentration.
  • NOx nitrogen oxide
  • a flow-through type oxidation catalyst is attached to the front stage of the particulate filter, and when the amount of particulate accumulation increases, fuel is added to the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst to force the particulate filter. It is considered to play.
  • the added fuel undergoes an oxidation reaction while passing through the preceding oxidation catalyst.
  • the oxidation catalyst in the previous stage exhibits sufficient catalytic activity. It is difficult to raise the temperature to the obtained catalyst bed temperature, and the oxidation reaction of the added fuel in the oxidation catalyst does not become active, so that there is a problem that the particulate filter cannot be efficiently regenerated within a short time.
  • a burner 2 is provided on the entrance side of the particulate filter 1 installed in the middle of the exhaust pipe 10, and the collected particulates are incinerated by combustion of the burner 2 regardless of the operating state of the vehicle.
  • it has been studied to efficiently regenerate the particulate filter 1 in a short time.
  • the burner 2 injects an appropriate amount of fuel from a fuel tank (not shown), and an ignition plug 4 for igniting the fuel injected from the injection port.
  • the combustion air supply pipe 5 branched from the downstream of the turbocharger compressor (not shown) is connected to the burner 2 so that a part of the intake air is guided as combustion air. ing.
  • downstream of the particulate filter 1 is equipped with a selective catalytic reduction catalyst 6 having the property of selectively reacting NOx with ammonia even in the presence of oxygen, and the inlet side of the selective catalytic reduction catalyst 6 is provided.
  • a selective catalytic reduction catalyst 6 having the property of selectively reacting NOx with ammonia even in the presence of oxygen
  • an oxidation catalyst that promotes an oxidation reaction of NO in the exhaust gas 7 to NO 2 between the urea water addition position by the urea water injection device 8 and the particulate filter 1. 11 is also provided immediately after the selective catalytic reduction catalyst 6 and an oxidation catalyst 12 for oxidizing excess ammonia.
  • the burner 2 may be used not only for forced regeneration of the particulate filter 1 but also for raising the temperature of the selective catalytic reduction catalyst 6 to the active temperature range at the time of cold start or the like.
  • the particulate filter 1 having a large heat capacity is interposed between the burner 2 and the selective catalytic reduction catalyst 6, so that the idling state is particularly important.
  • the temperature of the selective catalytic reduction catalyst 6 cannot be increased until the particulate filter 1 is sufficiently warmed, and the temperature of the selective catalytic reduction catalyst 6 is increased early. There was a problem that it could not be raised to the active temperature range.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device that can perform not only forced regeneration of the particulate filter but also temperature rise of the exhaust purification catalyst satisfactorily.
  • the present invention relates to an exhaust purification device equipped with one of a particulate filter and an exhaust purification catalyst arranged upstream and the other downstream in the middle of an exhaust pipe, and a burner that generates high-temperature exhaust gas by combustion,
  • An exhaust distribution pipe capable of guiding the exhaust gas of the burner to the respective inlet side of the particulate filter and the exhaust purification catalyst; and the exhaust gas of the burner provided in the exhaust distribution pipe for the particulate filter and the exhaust purification catalyst
  • Flow path switching means for selectively distributing to either one of the respective entry sides is provided.
  • the burner when forced regeneration of the particulate filter is desired, the burner is ignited to generate hot exhaust gas, and the hot exhaust gas is switched by the flow path switching means to switch the flow path of the exhaust distribution pipe.
  • the particulate filter By directing to the entrance side of the curate filter, the particulate filter is efficiently regenerated in a short time.
  • the burner when it is desired to raise the temperature of the exhaust purification catalyst to the activation temperature range at the time of cold start or the like, the burner is ignited to generate hot exhaust gas, and the hot exhaust gas is exhausted by the flow path switching means. If the flow path of the piping is switched and led directly to the inlet side of the exhaust purification catalyst, the high temperature exhaust gas is introduced into the exhaust purification catalyst without passing through the particulate filter having a large heat capacity, and in a short time. The temperature is increased to the active temperature range efficiently.
  • an exhaust purification catalyst may be disposed upstream of the exhaust pipe, and a particulate filter may be disposed downstream of the exhaust purification catalyst, or a particulate filter may be disposed upstream of the exhaust pipe.
  • an exhaust purification catalyst may be disposed on the downstream side of the particulate filter.
  • the exhaust purification catalyst When the exhaust purification catalyst is arranged upstream of the exhaust pipe, the exhaust purification catalyst is arranged on the upstream side having a high exhaust temperature, so that the catalytic activity is easily maintained and the exhaust purification reaction on the catalyst is promoted. Therefore, when the particulate filter is arranged upstream of the exhaust pipe, natural regeneration of the collected particulates is promoted by arranging the particulate filter upstream of the exhaust gas having a high temperature. Will be.
  • the collected particulates in the particulate filter are surely incinerated with the high-temperature exhaust gas generated by the burner combustion regardless of the operation state of the vehicle.
  • the exhaust purification catalyst can also be used to directly introduce the high-temperature exhaust gas from the burner to the inlet side of the exhaust purification catalyst without passing through the particulate filter.
  • the temperature can be raised satisfactorily, and the temperature of the exhaust purification catalyst can be raised to the activation temperature range at an early stage, and the excellent effect of reliably exhibiting the exhaust purification performance can be achieved.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention.
  • NOx is selectively applied in the middle of an exhaust pipe 10 through which exhaust gas 7 from a diesel engine circulates even in the presence of oxygen.
  • a selective reduction catalyst 6 having the property of reacting with ammonia and a particulate filter 1 for collecting particulates in the exhaust gas 7 on the downstream side of the selective reduction catalyst 6 are arranged in parallel to perform selective reduction.
  • the outlet end of the catalyst 6 and the inlet end of the particulate filter 1 are connected by an S-shaped exhaust pipe 10, and the exhaust discharged from the outlet end of the selective catalytic reduction catalyst 6.
  • the gas 7 is folded in the opposite direction and introduced into the entrance end of the adjacent particulate filter 1.
  • a urea water injection device 8 is provided on the inlet side of the selective reduction catalyst 6 in the exhaust pipe 10 so that urea water guided from a urea water tank (not shown) can be added into the exhaust gas 7.
  • a gas mixer 9 is provided between the addition position of the urea water by the injection device 8 and the selective reduction catalyst 6 so as to facilitate mixing of the urea water and the exhaust gas 7, and further, the urea water injection is performed.
  • An oxidation catalyst 11 that promotes an oxidation reaction of NO in the exhaust gas 7 to NO 2 is provided upstream of the device 8.
  • a burner 2 capable of generating high-temperature exhaust gas 13 by combustion is provided in the vicinity of the particulate filter 1 and the selective catalytic reduction catalyst 6 independently of the exhaust pipe 10, and the high temperature generated by the combustion of the burner 2.
  • the exhaust gas 13 is guided to the respective inlet sides of the oxidation catalyst 11 and the particulate filter 1 through the exhaust distribution pipe 14.
  • the burner 2 ignites the fuel injection nozzle 3 for injecting an appropriate amount of fuel from a fuel tank (not shown) and the fuel injected from the injection port, as in the case of the example of FIG. 1 described above.
  • a combustion air supply pipe 5 branched from the downstream of a compressor of a turbocharger (not shown) is connected to the burner 2 so that a part of the intake air is led as combustion air. It has come to be.
  • the combustion air supply pipe 5 can be guided by providing a dedicated blower.
  • the exhaust distribution pipe 14 is bifurcated from the outlet of the burner 2 and is connected to the respective inlet sides of the oxidation catalyst 11 and the particulate filter 1. Is provided with a valve 15 for opening and closing the branch flow path 14a toward the entry side of the oxidation catalyst 11 and a valve 16 for opening and closing the branch flow path 14b toward the entry side of the particulate filter 1 as flow path switching means. .
  • the burner 2 is ignited to generate high-temperature exhaust gas 13, and the high-temperature exhaust gas 13 is closed by opening the valve 15 and opening the valve 16. If the gas is guided directly to the inlet side of the curative filter 1, the high-temperature exhaust gas 13 is introduced into the particulate filter 1 without passing through the oxidation catalyst 11 and the selective catalytic reduction catalyst 6 having a large heat capacity, and the particulate filter The filter 1 is efficiently regenerated in a short time.
  • the burner 2 is ignited to generate a high temperature exhaust gas 13, and the high temperature exhaust gas 13 is supplied to the valve 15. If the valve 16 is closed and led to the inlet side of the oxidation catalyst 11, the high-temperature exhaust gas 13 is introduced into the selective catalytic reduction catalyst 6 without passing through the particulate filter 1 having a large heat capacity. The temperature is efficiently raised to the active temperature range.
  • the reason why the high-temperature exhaust gas 13 is introduced to the entry side of the oxidation catalyst 11 is that the oxidation catalyst 11 is also intended to raise the temperature together to the activation temperature range. If the activity of NO. 11 increases, the oxidation reaction of NO in the exhaust gas 7 to NO 2 is promoted, and the ratio of highly reactive NO 2 increases, so that the reduction reaction with a fast reaction rate in the selective catalytic reduction catalyst 6 is achieved. As a result, NOx is reduced well.
  • the urea water added to the selective catalytic reduction catalyst 6 receives heat in the exhaust gas 7 after the addition, and the following formula [Chemical Formula 1] (NH 2 ) 2 CO + H 2 O ⁇ 2NH 3 + CO 2 Is decomposed into ammonia and carbon dioxide gas, so that NOx is reduced and purified by this ammonia.
  • NO 2 occupies most of NOx in the exhaust gas 7
  • NO 2 is increased by the oxidation catalyst 11.
  • the following formula with the fastest reaction rate [Chemical Formula 2] NO + NO 2 + 2NH 3 ⁇ 2N 2 + 3H 2 O As a result, the reduction reaction due to NO is promoted, and a good reduction of NOx is achieved.
  • the NO / NO 2 ratio in the exhaust gas 7 is close to about 1 to 1.3.
  • the selective reduction catalyst 6 is arranged upstream of the exhaust pipe 10 and the particulate filter 1 is arranged downstream of the selective reduction catalyst 6. Since the selective catalytic reduction catalyst 6 is arranged on the upstream side with a high exhaust temperature, the catalytic activity is easily maintained and the exhaust purification reaction on the catalyst is promoted.
  • the particulates collected in the particulate filter 1 are surely incinerated with the high-temperature exhaust gas 13 generated by the combustion of the burner 2 regardless of the operation state of the vehicle.
  • the filter 1 can be efficiently regenerated in a short time, and the selective reduction type catalyst 6 can also be directly reduced to the hot exhaust gas 13 from the burner 2 without passing through the particulate filter 1. It leads to the inlet side of the catalyst 6 to raise the temperature of the selective catalytic reduction catalyst 6 satisfactorily, raise the temperature of the selective catalytic reduction catalyst 6 to the active temperature range early, and selectively convert NOx and ammonia even in the presence of oxygen.
  • the exhaust gas purification performance for reducing and purifying NOx satisfactorily by reacting can be reliably exhibited.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
  • the exhaust pipe 14 connected to the inlet side of the oxidation catalyst 11 in the first embodiment shown in FIG.
  • the branch flow path 14a is connected to the outlet side of the oxidation catalyst 11 and is different from the first embodiment in that it is introduced into the selective reduction catalyst 6 without passing through the oxidation catalyst 11. .
  • Such a form is suitable for at least a part of a diesel engine equipped with an EGR device in recent years (a diesel engine provided with a mechanism for recirculating a part of the exhaust gas 7 from the exhaust side to the intake side). That is, in some diesel engines equipped with this type of EGR device, the exhaust gas 7 is recirculated in a light load operation state where the exhaust gas temperature is low and the selective catalytic reduction catalyst 6 must be heated. If, include the engine characteristics the ratio of nO 2 comes more, for those of such engine characteristics, there is no need to increase the proportion of nO 2 in particular increasing the activity of the oxidation catalyst 11, selective reduction It is reasonable to give top priority to the temperature increase of the catalyst 6.
  • the NO 2 ratio is not particularly increased depending on the recirculation of the exhaust gas 7 in the operation state other than the light load, so it goes without saying that the action of increasing the NO 2 ratio by the oxidation catalyst 11 is effective. .
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
  • the arrangement of the selective catalytic reduction catalyst 6 and the particulate filter 1 in the first and second embodiments is shown.
  • the particulate filter 1 is arranged on the upstream side of the exhaust pipe 10 and the selective reduction catalyst 6 is arranged on the downstream side of the particulate filter 1.
  • urea water introduced from a urea water tank (not shown).
  • a urea water injection device 8 is provided so that can be added to the exhaust gas 7.
  • an oxidation catalyst 11 that promotes an oxidation reaction of NO in the exhaust gas 7 to NO 2 is provided near the inlet of the particulate filter 1.
  • the branch flow path 14a of the exhaust distribution pipe 14 is connected to the side.
  • Such a form is suitable when priority is given to natural regeneration of the particulate filter 1 to reduce the frequency of forced regeneration. That is, if the particulate filter 1 is arranged on the upstream side where the exhaust gas temperature is high, the collected particulate matter is likely to burn and natural regeneration is promoted, and in the example shown in FIG. Since highly reactive NO 2 is generated by the oxidation catalyst 11 in the vicinity of the inlet of the particulate filter 1, the NO 2 enhances the oxidizing atmosphere in the particulate filter 1 and further natural regeneration. Promotion will be planned.
  • the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the selective reduction type catalyst and the particulate filter are used.
  • an oxidation catalyst that promotes an oxidation reaction of NO in exhaust gas to NO 2 is arranged on the upstream side, this type of oxidation catalyst may be omitted, and the exhaust purification catalyst
  • NOx in the exhaust gas is oxidized and temporarily stored in the form of nitrate, and unburned HC when the O 2 concentration in the exhaust gas decreases.
  • it may be a NOx occlusion reduction catalyst or the like having the property of decomposing and releasing NOx through the intervention of CO and CO, and various other modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there.

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Abstract

　排気管１０の途中に選択還元型触媒６（排気浄化触媒）を上流側にパティキュレートフィルタ１を下流側に配置して装備した排気浄化装置に関し、燃焼により高温の排気ガス１３を生成するバーナ２と、該バーナ２の排気ガス１３を前記パティキュレートフィルタ１及び選択還元型触媒６の夫々の入側に導き得る排気分配管１４と、該排気分配管１４に装備されて前記バーナ２の排気ガス１３をパティキュレートフィルタ１及び選択還元型触媒６の夫々の入側の何れか一方に選択的に振り分ける流路切替手段としてバルブ１５，１６とを備える。

Description

排気浄化装置
　本発明は、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。
　また、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、アンモニアそのもの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、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが実用化されている。即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
　他方、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、排気ガス中のＮＯxを除去するだけでは不十分であり、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）についてもパティキュレートフィルタを通して捕集する必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させるようにしている。即ち、このような酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。
　ただし、斯かるパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
　そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
　つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生が図られることになる。
　ただし、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い軽負荷の運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、前段の酸化触媒が十分な触媒活性を発揮し得る触媒床温度まで昇温し難く、該酸化触媒における添加燃料の酸化反応が活発化してこないため、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生することができないという問題があった。
　このため、図１に示す如く、排気管１０の途中に装備したパティキュレートフィルタ１の入側にバーナ２を設け、車輌の運転状態に拘わらず前記バーナ２の燃焼により捕集済みパティキュレートを焼却し、パティキュレートフィルタ１を短時間のうちに効率良く再生させることが検討されている。
　ここで、図１に示している例では、バーナ２が、図示しない燃料タンクからの適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズル３と、その噴射口から噴射された燃料に点火するための点火プラグ４とを備えて構成されており、また、図示しないターボチャージャのコンプレッサの下流から分岐した燃焼用空気供給管５が前記バーナ２に接続されて吸気の一部が燃焼用空気として導かれるようになっている。
　更に、前記パティキュレートフィルタ１より下流には、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性質を備えた選択還元型触媒６が装備されており、この選択還元型触媒６の入側には、図示しない尿素水タンクから導いた尿素水を排気ガス７中に添加し得るよう尿素水噴射装置８が設けられ、該尿素水噴射装置８による尿素水の添加位置と前記選択還元型触媒６との間には、尿素水と排気ガス７との混合促進を図り得るようガスミキサ９が設けられている。
　また、ここに図示している例では、前記尿素水噴射装置８による尿素水の添加位置とパティキュレートフィルタ１との間に、排気ガス７中のＮＯのＮＯ2への酸化反応を促す酸化触媒１１が装備されており、また、選択還元型触媒６の直後には、余剰のアンモニアを酸化処理する酸化触媒１２が装備されている。
　尚、この種の排気浄化触媒や排気ガスをバーナを用いて加熱する技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１や特許文献２がある。
特開２００９－６８４２４号公報 特開２００９－９１９０９号公報
　しかしながら、前記バーナ２は、パティキュレートフィルタ１の強制再生に使用するだけでなく、選択還元型触媒６を冷間始動時等に活性温度域まで昇温させるために使用したい場合があるが、図１に示す如く、パティキュレートフィルタ１の強制再生を優先したレイアウトでは、バーナ２と選択還元型触媒６との間に熱容量の大きなパティキュレートフィルタ１が介在してしまうことになるため、特にアイドリング状態のように排気ガスの流量が少ない運転状態にあっては、パティキュレートフィルタ１が十分に暖まるまで選択還元型触媒６を昇温することができず、該選択還元型触媒６の温度を早期に活性温度域まで上げることができないという問題があった。
　本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタの強制再生だけでなく排気浄化触媒の昇温も良好に行い得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
　本発明は、排気管の途中にパティキュレートフィルタ及び排気浄化触媒の一方を上流側に他方を下流側に配置して装備した排気浄化装置であって、燃焼により高温の排気ガスを生成するバーナと、該バーナの排気ガスを前記パティキュレートフィルタ及び排気浄化触媒の夫々の入側に導き得る排気分配管と、該排気分配管に装備されて前記バーナの排気ガスをパティキュレートフィルタ及び排気浄化触媒の夫々の入側の何れか一方に選択的に振り分ける流路切替手段とを備えたことを特徴とするものである。
　而して、パティキュレートフィルタの強制再生を行いたい場合に、バーナを着火して高温の排気ガスを生成し、その高温の排気ガスを流路切替手段により排気分配管の流路を切り替えてパティキュレートフィルタの入側に直接的に導くようにすれば、該パティキュレートフィルタが短時間のうちに効率良く再生されることになる。
　また、排気浄化触媒を冷間始動時等に活性温度域まで昇温させたい場合には、バーナを着火して高温の排気ガスを生成し、その高温の排気ガスを流路切替手段により排気分配管の流路を切り替えて排気浄化触媒の入側に直接的に導くようにすれば、高温の排気ガスが熱容量の大きなパティキュレートフィルタを経由せずに排気浄化触媒に導入されて短時間のうちに効率良く活性温度域まで昇温されることになる。
　更に、本発明においては、排気管の上流側に排気浄化触媒を配置し且つ該排気浄化触媒の下流側にパティキュレートフィルタを配置しても良いし、排気管の上流側にパティキュレートフィルタを配置し且つ該パティキュレートフィルタの下流側に排気浄化触媒を配置しても良い。
　排気管の上流側に排気浄化触媒を配置した場合には、該排気浄化触媒が排気温度の高い上流側に配置されることで触媒活性が保たれ易くなって触媒上での排気浄化反応が促進されることになり、排気管の上流側にパティキュレートフィルタを配置した場合には、該パティキュレートフィルタが排気温度の高い上流側に配置されることで捕集済みパティキュレートの自然再生が促進されることになる。
　上記した本発明の排気浄化装置によれば、車輌の運転状態に拘わらずバーナ燃焼による高温の排気ガスでパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを確実に焼却し、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生させることができると共に、排気浄化触媒に関しても、バーナからの高温の排気ガスをパティキュレートフィルタを経由させずに直接的に排気浄化触媒の入側に導いて該排気浄化触媒の昇温を良好に行い、該排気浄化触媒の温度を早期に活性温度域まで上げて排気浄化性能を確実に発揮させることができるという優れた効果を奏し得る。
従来例を示す概略図である。 本発明の第一実施例を示す概略図である。 本発明の第二実施例を示す概略図である。 本発明の第三実施例を示す概略図である。
　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２は本発明の第一実施例を示すもので、ここに図示してある例では、ディーゼルエンジンからの排気ガス７が流通する排気管１０の途中に、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性質を備えた選択還元型触媒６と、該選択還元型触媒６の下流側で排気ガス７中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１とが並列に配置され、選択還元型触媒６の出側端部とパティキュレートフィルタ１の入側端部との間がＳ字状の排気管１０により接続されており、選択還元型触媒６の出側端部から排出された排気ガス７が逆向きに折り返されて隣のパティキュレートフィルタ１の入側端部に導入されるようにしてある。
　また、前記排気管１０における選択還元型触媒６の入側には、図示しない尿素水タンクから導いた尿素水を排気ガス７中に添加し得るよう尿素水噴射装置８が設けられ、該尿素水噴射装置８による尿素水の添加位置と前記選択還元型触媒６との間には、尿素水と排気ガス７との混合促進を図り得るようガスミキサ９が設けられており、更に、前記尿素水噴射装置８の上流側には、排気ガス７中のＮＯのＮＯ2への酸化反応を促す酸化触媒１１が装備されている。
　そして、燃焼により高温の排気ガス１３を生成し得るバーナ２が排気管１０から独立してパティキュレートフィルタ１及び選択還元型触媒６の近傍に設けられており、前記バーナ２の燃焼により生じた高温の排気ガス１３が排気分配管１４を介し酸化触媒１１及びパティキュレートフィルタ１の夫々の入側に導かれるようになっている。
　ここで、前記バーナ２は、前述した図１の例の場合と同様に、図示しない燃料タンクからの適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズル３と、その噴射口から噴射された燃料に点火するための点火プラグ４とを備えて構成されており、また、図示しないターボチャージャのコンプレッサの下流から分岐した燃焼用空気供給管５が前記バーナ２に接続されて吸気の一部が燃焼用空気として導かれるようになっている。ただし、燃焼用空気供給管５は専用のブロワを設けて導くようにすることも可能である。
　また、前記排気分配管１４は、前記バーナ２の出口部から二股状に分岐して酸化触媒１１及びパティキュレートフィルタ１の夫々の入側に接続されるようになっているが、その分岐箇所には、酸化触媒１１の入側に向かう分岐流路１４ａを開閉するバルブ１５と、パティキュレートフィルタ１の入側に向かう分岐流路１４ｂを開閉するバルブ１６とが流路切替手段として設けられている。
　而して、パティキュレートフィルタ１の強制再生を行いたい場合に、バーナ２を着火して高温の排気ガス１３を生成し、その高温の排気ガス１３をバルブ１５を閉じ且つバルブ１６を開けてパティキュレートフィルタ１の入側に直接的に導くようにすれば、高温の排気ガス１３が熱容量の大きな酸化触媒１１と選択還元型触媒６を経由せずにパティキュレートフィルタ１に導入され、該パティキュレートフィルタ１が短時間のうちに効率良く再生されることになる。
　また、選択還元型触媒６を冷間始動時等に活性温度域まで昇温させたい場合には、バーナ２を着火して高温の排気ガス１３を生成し、その高温の排気ガス１３をバルブ１５を明け且つバルブ１６を閉じて酸化触媒１１の入側に導くようにすれば、高温の排気ガス１３が熱容量の大きなパティキュレートフィルタ１を経由せずに選択還元型触媒６に導入されて短時間のうちに効率良く活性温度域まで昇温されることになる。
　ここで、酸化触媒１１の入側に高温の排気ガス１３を導いているのは、この酸化触媒１１も一緒に昇温して活性温度域に上げることを目的としているからであり、該酸化触媒１１の活性が高まれば、排気ガス７中のＮＯのＮＯ2への酸化反応が促され、反応性の高いＮＯ2の比率が増えることにより、選択還元型触媒６での反応速度の速い還元反応が促進されて良好なＮＯxの低減化が図られることになる。
　即ち、選択還元型触媒６に添加された尿素水は、その添加後に排気ガス７中で熱を受けて次式
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
によりアンモニアと炭酸ガスに分解されるので、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７中のＮＯxの大半を占めるＮＯに対し酸化触媒１１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。
　尚、この還元反応を促すにあたっては、排気ガス７中のＮＯ／ＮＯ2比が約１～１．３に近いことが重要となる。
　また、ここで付言しておくと、仮に酸化触媒１１によるＮＯからＮＯ2への酸化反応を促す作用がなかったならば、排気ガス７中のＮＯxの大半がＮＯで占められることになるため、次式
［化３］
６ＮＯ＋４ＮＨ3→５Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
或いは、次式
［化４］
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
により排気ガス７中のＮＯxが還元浄化されることになるが、排気ガス７中のＮＯ／ＮＯ2比が約１～１．３である場合と比較して、その反応速度が遅くなることは言うまでもない。
　尚、この図２に示している第一実施例では、排気管１０の上流側に選択還元型触媒６を配置し且つ該選択還元型触媒６の下流側にパティキュレートフィルタ１を配置した構成が採用されているので、選択還元型触媒６が排気温度の高い上流側に配置されることで触媒活性が保たれ易くなって触媒上での排気浄化反応が促進されるという作用も得られる。
　以上に述べた通り、上記実施例によれば、車輌の運転状態に拘わらずバーナ２の燃焼による高温の排気ガス１３でパティキュレートフィルタ１内の捕集済みパティキュレートを確実に焼却し、パティキュレートフィルタ１を短時間のうちに効率良く再生させることができると共に、選択還元型触媒６に関しても、バーナ２からの高温の排気ガス１３をパティキュレートフィルタ１を経由させずに直接的に選択還元型触媒６の入側に導いて該選択還元型触媒６の昇温を良好に行い、該選択還元型触媒６の温度を早期に活性温度域まで上げ、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させて良好にＮＯxを還元浄化する排気浄化性能を確実に発揮させることができる。
　図３は本発明の第二実施例を示すもので、ここに図示している例では、先の図２における第一実施例で酸化触媒１１の入側に接続していた排気分配管１４の分岐流路１４ａを前記酸化触媒１１の出側に接続するようにしており、該酸化触媒１１を経由させずに選択還元型触媒６に導入するようにした点で第一実施例と異なっている。
　このような形態は、近年におけるＥＧＲ装置を搭載したディーゼルエンジン（排気ガス７の一部を排気側から吸気側に再循環する機構を備えたディーゼルエンジン）の少なくとも一部に対して好適である。即ち、この種のＥＧＲ装置を搭載したディーゼルエンジンの一部では、選択還元型触媒６を昇温しなければならないような排気温度の低い軽負荷の運転状態で排気ガス７の再循環を実施した場合に、ＮＯ2の比率が増えてくるエンジン特性のものがあり、斯かるエンジン特性のものについては、特に酸化触媒１１の活性を上げてＮＯ2の比率を増やす必要がないため、選択還元型触媒６の昇温を最優先するのが合理的である。
　尚、軽負荷以外の運転状態における排気ガス７の再循環によっては、特にＮＯ2の比率が高くなるわけではないので、酸化触媒１１によりＮＯ2比率を増やす作用が効果的であることは言うまでもない。
　図４は本発明の第三実施例を示すもので、ここに図示している例では、先の第一実施例や第二実施例における選択還元型触媒６とパティキュレートフィルタ１との配置を逆にしたものとなっており、排気管１０の上流側にパティキュレートフィルタ１が配置され且つ該パティキュレートフィルタ１の下流側に選択還元型触媒６が配置されている。
　これらパティキュレートフィルタ１の出側端部と選択還元型触媒６の入側端部との間を繋いでいるＳ字状の排気管１０の途中には、図示しない尿素水タンクから導いた尿素水を排気ガス７中に添加し得るよう尿素水噴射装置８が設けられている。
　また、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ１の入口付近に、排気ガス７中のＮＯのＮＯ2への酸化反応を促す酸化触媒１１が装備されており、該酸化触媒１１の入側に排気分配管１４の分岐流路１４ａが接続されるようになっている。
　このような形態は、パティキュレートフィルタ１の自然再生を優先して強制再生の頻度を減らしたい場合に好適である。即ち、パティキュレートフィルタ１が排気温度の高い上流側に配置されていれば、捕集済みパティキュレートが燃え易くなって自然再生が促進されることになり、しかも、図４に示している例では、パティキュレートフィルタ１の入口付近で酸化触媒１１により反応性の高いＮＯ2が生成されるようになっているので、このＮＯ2によりパティキュレートフィルタ１における酸化雰囲気が高められて更なる自然再生の促進が図られることになる。
　尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、図２～図４に示す第一実施例～第三実施例では、選択還元型触媒やパティキュレートフィルタの上流側に排気ガス中のＮＯのＮＯ2への酸化反応を促す酸化触媒を配置した例を示しているが、この種の酸化触媒を省略した構成であっても良いこと、また、排気浄化触媒は選択還元型触媒とする以外に、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒等としても良いこと、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。
　　１  パティキュレートフィルタ
　　２  バーナ
　　６  選択還元型触媒（排気浄化触媒）
　１０  排気管
　１３  排気ガス
　１４  排気分配管
　１５  バルブ（流路切替手段）
　１６  バルブ（流路切替手段）

Claims (3)

  1. 　排気管の途中にパティキュレートフィルタ及び排気浄化触媒の一方を上流側に他方を下流側に配置して装備した排気浄化装置であって、燃焼により高温の排気ガスを生成するバーナと、該バーナの排気ガスを前記パティキュレートフィルタ及び排気浄化触媒の夫々の入側に導き得る排気分配管と、該排気分配管に装備されて前記バーナの排気ガスをパティキュレートフィルタ及び排気浄化触媒の夫々の入側の何れか一方に選択的に振り分ける流路切替手段とを備えた排気浄化装置。
  2. 　排気管の上流側に排気浄化触媒を配置し且つ該排気浄化触媒の下流側にパティキュレートフィルタを配置した請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 　排気管の上流側にパティキュレートフィルタを配置し且つ該パティキュレートフィルタの下流側に排気浄化触媒を配置した請求項１に記載の排気浄化装置。
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