JP2006312921A

JP2006312921A - ディーゼルエンジンの排気浄化システム及び方法（ｓｙｓｔｅｍａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｐｕｒｉｆｙｉｎｇｅｘｈａｕｓｔｇａｓｏｆｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ）

Info

Publication number: JP2006312921A
Application number: JP2005149558A
Authority: JP
Inventors: Geon-Seog Son; ゲンソーソン
Original assignee: Neophotech Inc
Current assignee: Neophotech Inc
Priority date: 2005-05-07
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-11-16
Also published as: KR20060115939A; EP1719883A1

Abstract

【課題】燃焼特性上稀薄燃焼領域で主に運転され、周期的な高負荷条件が発生しないディーゼル乗用車エンジンに特に適合し、NOxの還元雰囲気形成のために、別途の燃料をもっと噴射した従来技術の問題点を解決することで、燃料消費の増加を防止するディーゼルエンジンの排気浄化システムを提供することにある。
【解決手段】排気ガス中のHCまたは粒子状物質を、少なくとも部分的に酸化させる第1反応器と、上記の第1反応器を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集し、その捕集した粒子状物質を部分酸化して煤煙濾過フィルターを再生させる第2反応器と、光源及びこれに反応する光触媒、そして、吸着剤を具備するとともに、上記の吸着剤で上記の第2反応器を経た排気ガス中のNOxを吸い込み、第2反応器に捕集した粒子状物質の部分酸化によって発生した還元剤を利用した還元反応を通じて上記のNOxを取り除く第3反応器と、排気ガスの濃度に応じて上記の光源の光の強弱を調節する制御機を含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化システム及びその排気浄化方法に関するものである。

ディーゼルエンジンから出る排気ガスは、一酸化炭素（CO）、未燃炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）、そして、SOF（Soluble Organic Fractions）を含む粒子状物質などからなる大気汚染物質の混合物になっている。ディーゼルエンジンの排気ガス排出許容量は通常法律で強制規定されており、その排出許容量は普通エンジンの管理、エンジンの設計、そして、排気ガスの後処理によって決まる。

通常のディーゼルエンジンにおいて、HCとCOは、白金（Pt）をベースにするディーゼル酸化触媒（DOC）によって一定範囲内で浄化され、NOxの排出は、ディーゼルエンジンの排気再循環（EGR）システムによって制御され、粒子状物質（PM）は煤煙濾過フィルター（DPF：Diesel Particulate Matter Filter）に捕集され、その排出量が一定範囲内に制御される。しかし、このような技術は煤煙濾過フィルターに捕集された粒子状物質を、ヒーターまたはバーナーなどのような付加装置を設け、その中で高温で燃やすか、又は触媒を煤煙濾過フィルター内部にコーティングして粒子状物質を酸化させ、煤煙濾過フィルターを再生する方式などで成されているので、その実用性が大幅に落ちる。

上記以外の先行技術として、ジョンソン-メッシュ（Johnson Matthey）社は、煤煙濾過フィルターの前の部分で排気ガスの中のNOを、酸化反応性のよいNO₂に酸化させ、その酸化されたNO₂を酸化剤として利用して煤煙濾過フィルター（DPF）に捕集された粒子状物質を酸化させることによって煤煙濾過フィルターを再生させる技術を提案していた。このような技術はEP-A-0341832及びUS4902487号に掲示されており、CRTTMというブランドで広く知られている。

しかし、上記のような技術は、ディーゼル排気中に多量に存在する硫黄による被毒性の高い白金（Pt）を、NOをNO₂に酸化させる酸化触媒として利用するので、超低硫黄（ULSD）燃料を使うしかない限界を持っており、さらに排気ガスの中で、おおよそ3〜8%位のNOxのみを低減するだけなので、窒素酸化物を低減する追加的な技術の必要性がずっと存在していた。

これに比べて、ジョンソン-メッシュ（Johnson Matthey）社は、煤煙濾過フィルターにSCR（Selective Catalytic Reduction）触媒を適用した4元後処理システムとしてSCRTTMシステムを開発した。このシステムは、HC及びCOを取り除くと同時に、粒子性物質と窒素酸化物をおおよそ75〜90%低減できることが知られている。しかし、このシステムは、排気ガスの後処理の体積がエンジン体積の13.6倍以上を必要としており、現在大型ディーゼルエンジンに実験的に適用しているだけで、その実用性は大幅に落ちることが知られており、硫黄による被毒性問題は相変らず残っている。

一方、日本のトヨタ自動車会社は、一般煤煙濾過フィルター（DPF）にNOx吸着触媒をコーティングし、その煤煙濾過フィルター上に白金酸化触媒を位置させることによって粒子状物質と窒素酸化物を同時に低減するDPNR（Diesel Particulate NOx Reduction）システムを開発した。このような従来のDPNRシステムは日本国特開平6-159037号などに開示されている。

図1を参照し従来のDPNR技術を説明すれば、ディーゼルエンジンの希薄燃焼条件（a）においては、酸化触媒のPt付近で、O₂とNOが反応して活性酸素のO*とNO₂が生成され、NO₂は吸着触媒内で塩の形態で存在するようになる。また、この時発生するO*と排気ガス中のO₂によってPM（粒子状物質）が酸化し、この酸化したPMは再び排気ガス中のO₂と反応してCO₂に酸化される。また、ディーゼルエンジンの濃厚燃焼条件（b）では高温の排気と瞬間的な濃厚排気条件により、吸着触媒に塩の形態で吸着されていたNOxがNOとO*に変化し放出され、このNOとO*はPtの酸化触媒作用を通じてHC及びCOと反応し、CO₂、H₂O、N₂に変化される。また、PMは酸素が少ない濃厚燃焼条件でも吸着触媒から出たO*と反応し、CO₂に酸化することができる。

連続再生方法を取り入れたトヨタ自動車社のDPNR方式は、未だに次のような技術的限界を持っている。まず、酸化触媒として白金を使うので、ディーゼル排気内に多量に存在する硫黄の被毒によって発生する性能低下を防ぐことができない。また、周期的に濃厚燃焼条件を提供しなければ、吸着された窒素酸化物を浄化することができないので、ディーゼルエンジンの最大の長所である高燃費を阻害する。また、周期的な濃厚燃焼条件を提供するためにDPNRシステム前端に追加的な燃料噴射装置を装着しなければならないので、費用の上昇と、エンジンの燃焼噴射装置からの後噴射（post injection）がなければならないので安定的な運転を害するという問題点がある。

また、ディーゼルエンジンの稀薄（lean）燃焼条件下での吸着触媒のNOx吸着量には限界があるので、周期的に酸素の少ない理論空燃費または濃厚（rich）燃焼の下でディーゼルエンジンが運転されなければならず、これは、上記の従来の技術が燃焼特性上、稀薄燃焼領域で主に運転され、周期的な高負荷条件が発生しないディーゼル乗用車エンジンには適合しないことを意味する。

また、従来の技術は、酸化触媒を構成するPtが酸化力を有するために高温の活性化温度及び大きなエネルギーが要求され、活性化温度に到逹する前までは排気ガスに対し何ら浄化機能も持たないという問題点がある。

また、従来の技術は、NOx吸着触媒の再生が行われる濃厚燃焼条件の下で、HCとCOが高温活性化したPt酸化触媒によって迅速に酸化されるので、NOxの還元が邪魔になることもある。これを防ぐために従来の技術は濃厚燃焼条件の下で、HCとCOの量を考慮し、よりたくさんの燃料を噴射させる後噴射方式を取っているものの、これはディーゼル燃料の無駄使いをもたらした。

したがって、本発明の目的は、燃焼特性上稀薄燃焼領域で主に運転され、周期的な高負荷条件が発生しないディーゼル乗用車エンジンに特に適合した構造の、ディーゼルエンジンの排気浄化システム及び方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、NOxの還元雰囲気形成のために、別途の燃料をもっと噴射した従来技術の問題点を解決し、燃料消費量を低減することができるディーゼルエンジンの排気浄化システム及び方法を提供することにある。

また、本発明の更に別の目的は、高い排気温度の下で活性化される触媒を利用する従来技術の問題点を解決し、相対的に低い温度でHC、CO、PM、NOxなどの有害物質を浄化することができるだけではなく、触媒の活性化に必要な時間が実質的に要求されなくなり、排気ガスの浄化効率がより上昇されたディーゼルエンジンの排気浄化システム及び方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、段階別酸化または還元に利用される酸化剤または還元剤として排気ガス中のHC、CO、CまたはNO₂などの成分を利用するが、その成分の制御を通じて排気ガスの浄化効率を上昇させ、排気ガス浄化に必要なエネルギーの消耗を減らすことができるディーゼルエンジンの排気浄化システム及び方法を提供することにある。

上述の目的を果たすために、本発明によるディーゼルエンジンの排気システムは、排気ガス中のHCまたは粒子状物質を少なくとも部分的に酸化させる第1反応器と、上記第1反応器を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集し、捕集された粒子状物質を酸化して煤煙濾過フィルターを再生させる第2反応器と、光源及びこれに反応する光触媒、さらに吸着剤を具備して上記吸着剤で上記第2反応器を経た排気ガス中のNOxを吸着し、第2反応器に捕集された粒子状物質の酸化で発生したガス状の還元剤を利用した還元反応を通じて上記NOxを取り除く第3反応器と、排気ガスの濃度によって上記光源の光の強弱を調節する制御機を含む。従って、本発明は酸素の多い薄燃焼条件の下でも、第3反応器内の光源及び第2反応器に捕集された粒子状物質の中で、少なくとも一部をガス状に酸化させ、第3反応器が還元雰囲気になるように制御することで、NOxの除去効率を高めることができる。また、燃料の追加的な供給なしにNOxの十分な除去が可能なので、燃料の消費を大きく減らすことができる。本明細書で、排気ガスの濃度というのは、排気ガスの酸素濃度は勿論のこと、排気ガス内の各成分の濃度も含む意味で使われている。なお、本発明で光源の調節というのはプラズマユニットに供給する電力を制御し、光の強弱を調節することを意味する。

そこで、上記第1反応器は、上記制御機によってその強弱が調節される光源及びその光源に反応する光触媒を具備し、光触媒酸化反応を通じて上記HCまたは粒子状物質を少なくとも部分的に酸化させることが望ましい。

また、上記第2反応器は、上記制御機によってその強弱が調節される光源及びその光源によって反応する光触媒を具備し、光触媒酸化反応を通じて煤煙濾過フィルターに捕集された粒子状物質を酸化し、煤煙濾過フィルターを再生することが望ましい。なお、上記第2反応器のフィルターは多数の単位セルで構成されており、上記単位セルの入口側及び出口側は導電性金属で交互にプラギングされることにより粒子状物質を捕集することが望ましい。

また、上記第1反応器には、HC、COまたは粒子状物質の一部がCO₂に酸化され、NOがNO₂に酸化され、上記第2反応器は、上記第1反応器を経た排気ガス中のNO₂を粒子状物質の酸化のための酸化剤で利用し、上記第3反応器は上記第2反応器に少なくとも部分的に酸化されたガス上のHC、CO及び固相のCの中で、少なくとも一つをNOxの除去のための還元剤として利用することが望ましい。

また、上記第1、第2、第3反応器は、排気ガスの入口及び出口を有する一つのケーシング内に連続に設置されることが望ましく、上記光源は、光触媒に低温プラズマを照射する低温プラズマユニットであることが望ましい。上記低温プラズマユニットにおいてより望ましいのは、棒型の接地電極と、反応器それぞれの排気ガス通路を覆うメッシュ型の放電電極と、上記放電電極を反応器それぞれの内部に維持させるセラミックスアイソレーターを含む。また、上記第2反応器の場合は、上記プラギングした導電性金属が電極になることが望ましい。上記導電性金属は、互いに連結されて上記プラズマを発生する電極として機能する。さらに、上記導電性金属は、フィルターの両端部に金属層をコーティングすることにより、互いに連結されることが望ましい。一方、上記光触媒はTiO₂であることが望ましい。

また、本発明によるディーゼルエンジンの排気浄化方法は、排気ガス中のHC、CO、NO、粒子状物質を少なくとも部分的に酸化させる第1段階と、上記第1段階を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集した後、上記NOの酸化で得られたNO₂を還元剤として利用して煤煙濾過フィルターに捕集された粒子状物質を酸化させ、煤煙濾過フィルターを再生する第2段階と、上記第2段階を経った排気ガス中のNOxを吸着剤で吸着し、上記第2段階の酸化反応で得られたHC、CO、Cの中で、少なくとも一つを上記NOxの還元反応に利用し、上記NOxの還元を通じて上記吸着剤を再生する第3段階を含むことを特徴とする。

この時、上記第3段階では光触媒反応を起こす光の強弱を調節して上記NOxの還元反応を調節することが望ましく、上記第1段階では光触媒反応を起こす光の強弱を調節して上記第2段階で酸化剤として利用されるNO₂の量を調節することが望ましく、上記第2段階では光触媒反応を起こす光の強弱を調節して上記第3段階で還元剤として利用されるHC、CO、Cの量を調節することが望ましい。

また、上記光触媒反応を起こす光源としては低温プラズマを光触媒に照射する低温プラズマユニットが利用されることが望ましい。

また、本発明の排気浄化方法は、光源による光触媒酸化反応によって排気ガス中のHC、CO、NOまたは粒子状物質を少なくとも部分的に酸化する第1段階と；上記第1段階を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集した後、捕集された粒子状物質を光源による光触媒酸化反応に酸化させて煤煙濾過フィルターを再生する第2段階と；上記第2段階を経た排気ガス中のNOxを吸着剤を用いて着し、光源による光触媒還元反応を通じて上記NOxを取り除く第3段階とを含み、第2段階で酸化剤として利用されるNO₂の発生量及び第3段階に還元剤として利用されるHC及びCOの発生量、及び第3段階でのNOxの還元量は上記光源の制御により調節することによって具現される。

したがって、本発明によれば、触媒反応を適切に制御してディーゼルエンジンの多様な燃焼条件下で、燃料または還元剤の追加的な供給がなくても、NOxを吸着剤に容易に吸着させ、その吸着されたNOxを容易に還元して取り除くことができ、NOxの還元除去のための周期的な高負荷条件の必要性が低いので、ディーゼル乗用車エンジンに非常に適切に利用できる効果を有する。

また、本発明は、NOxの還元雰囲気形成のために、別途の燃料をもっと噴射した従来技術の問題点を解決し、燃料消費を大きく減らせる効果を有する。

また、本発明は、触媒が高い排気温度下でも活性化され、排気ガスの浄化に利用された従来技術の問題点を解決し、相対的に低い温度でもHC、CO、PM、NOxなどの有害物質を浄化することができ、また、触媒の活性化に必要な時間が実質的に要らなくなり、排気ガスの浄化効率が非常に高い効果を有する。

また、本発明は、段階別酸化または還元に利用される酸化剤、または還元剤として排気ガス中のHC、CO、C、またはNO₂などの成分を利用するが、その成分の制御を通じ、排気ガスの浄化効率を上昇させることで、排気ガス浄化に必要なエネルギー消耗を減らせる効果を有する。

さらに、本発明は、硫黄成分に対する耐被毒性が高いTiO₂を光触媒で利用するので、硫黄成分によるシステムの耐久性低下を防ぐことができ、既存に比べて硫黄成分が多量に含まれたディーゼル燃料の使用が可能になる、という点において、その効果が大きい。

以下添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明することにする。

図2に図示されたように、本実施の形態による排気浄化システム（1）は、ディーゼルエンジンの排気管路（2）上に連続設置され、排気ガス中の汚染物質を連続的に浄化する第1、第2、第3反応器（120、140、160）を含み、この反応器（120、140、160）は、下記の説明のように排気ガス中のHC、CO、PM、NOxなどを連続的に浄化する一つの浄化装置（100）を構成する。

反応器（120、140、160）それぞれは、所定の光源から出た光、より具体的には低温プラズマユニット（122、142、162）から出た低温プラズマと反応し、光触媒作用を起こすTiO₂光触媒をそれぞれ含む。この時、上記光触媒作用は光源の光の強弱、特に、低温プラズマの強度によって可変し、上記低温プラズマユニットは排気ガス中の酸素濃度（または、稀薄濃度）などに応じる制御機（200）によって制御される。

このために、浄化装置（100）の上流側には排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサー（210）が用意され、制御機（200）は、例えば、酸素センサー（210）によって測定された酸素濃度の値によってディーゼルエンジンが稀薄燃焼条件であるか、濃厚燃焼条件であるかどうかを判断し、その判断によって低温プラズマユニット（122、142、162）の電力供給源（240）を制御し、反応器（120、140、160）それぞれの光触媒作用を全体的または個別的に調節する。また、差圧センサー（220）が浄化装置の上、下流の差圧を測定するように用意される。また制御機（200）は差圧センサー（220）で測定された排気ガスの差圧を考慮し、前述の低温プラズマユニット（122、142、162）に対する電力供給も調節することができる。

図3は、図2に図示された浄化装置（100）を図示した断面図で、図4は、図3のI-I線による断面図で、図5は、図3のII-II線による断面図で、図6は、図3のIII-III線による断面図である。

図3に図示されたように、本実施例の浄化装置（100）は、第1、第2、第3反応器（120、140、160）が内側に設置されるステインレス鋼材質のケーシング（110）を具備する。上記ケーシング（110）は前端部及び後端部がそれぞれ排気管路（2）に接続され、ディーゼルエンジンから流れた排気ガスを上流側から流入せしめ、第1、第2、第3反応器（120、140、160）を経た浄化された排気ガスを下流側に排気するようになっている。

また、上記反応器（120、140、160）それぞれは、担体（124、144、164）と、その担体（124、144、164）それぞれの前後端にその担体を支持するセラミックス支持体（123、143、163）と、低温プラズマユニット（122、142、162）を具備し、担体（124、144、164）それぞれはセラミックス支持体（123、143、163）によってケーシング（110）内側でそろって支えられる。そして、低温プラズマユニット（122、142、162）は担体（124、144、164）それぞれの前端及び後端の両側に設置され、セラミックス支持体（123、143、163）を貫く棒型の接地電極（122a、142a、162a）と、担体（124、144、164）それぞれの前後端で排気ガスの通路を覆うメッシュ型の放電電極（122b、142b、162b）を含む。この時、前述のセラミックス支持体（123、143、163）は担体（124、144、164）を支える機能以外に接地電極（122a、142a、162a）、放電電極（122b、142b、162b）とケーシング（110）の間のアイソレーターとしての機能を追加的に行う。

図3及び図4を参照すると、第1反応器（120）は、蜂の巣型のセラミックス担体（124）上に光触媒（125）であるTiO₂をコーティングして形成され、上記光触媒（125）は、低温プラズマユニット（122）で発生した低温プラズマに反応して光触媒作用を起こし、この光触媒作用は、下記の説明のように排気ガス中のHC、COなどを、浄化するなどの酸化作用を促進させる。

また、図3及び図5を参照すれば、第2反応器（140）はSiC DPF担体、すなわち、煤煙濾過フィルター（144）上の光触媒（145）であるTiO₂をコーティングして形成される。この時、煤煙濾過フィルター（144）は排気ガス流入穴に接する排気穴が、導電性金属でなるプラギング（plugging：144a）によって塞がっていて、その流入口と排気口の間のフィルター壁（144b）が、PMを濾過する多孔性構造で成されるので、排気ガス中のPMを捕集することができる。

また、上記光触媒（145）は、下記の詳細説明のように、低温プラズマユニット（142）で発生した低温プラズマに反応して煤煙濾過フィルター（144）に捕集された粒子状物質、すなわち、PMを酸化させる作用を促進する。

代案として、前述した煤煙濾過フィルター（144）は、上記の流入口と排気口が導電性金属であるプラギング（plugging：144a）によって交互に塞がれ、そのプラギング表面が導電性金属でコーティングされることが望ましい。これは、排気ガスが多孔性の壁（144b）に沿って流れ、排気ガス中の粒子状物質が多孔性の壁（144b）に捕集された時、高電圧がプラギング（144a）に引加し、これを通じて低温プラズマが発生される場合、捕集された粒子状物質を容易に酸化し、取り除くのに効果的である。即ち、上記第2反応器のフィルター（144）は多数の単位セルで構成されており、上記単位セルの入口側及び出口側は導電性金属で交互にプラギングされることにより粒子状物質を捕集する。前記交互にプラギングされるというのは、一つのセルにおいて入口側が開いているとそのセルの出口側は塞がっており、そのセルに隣接するセルらの入口側らは塞がっており出口側らは開いていることを意味する。また、上記プラギングした導電性金属は、互いに連結されて上記プラズマを発生する電極として機能する。この際、導電性金属は、フィルターの両端部に金属層をコーティングすることにより、互いに連結される。

図3及び図6を参照すれば、第3反応器（160）は、蜂の巣型のセラミックス担体（164）上にカリウム（K）及び/またはバリウム（Ba）などでできた吸着剤（Ads：adsorber）とTiO₂光触媒（165）がコーティングされて形成される。この時、吸着剤（Ads）はNOx、すなわち、窒素酸化物を一定期間吸着し、光触媒（165）は低温プラズマユニット（162）で発生した低温プラズマに反応し、NOxの還元及びこれによる吸着剤の再生の時に、還元力を調節する役目を果たす。この時、上記セラミックス担体（164）には、前述の光触媒（165）とともに光触媒（165）の還元力を強化させるためにロジウム（Rh）、銀（Ag）及び/またはニッケル（Ni）を含む助触媒が用意される。

図7は本実施例の排気浄化システムが反応器（120、140、160）それぞれにおいて、排気ガス中の汚染物質を段階的に処理する過程を説明するための図面である。図2ないし図7を参照してディーゼルエンジンの排気ガス浄化作用を説明すると、下記の通りである。

図2ないし図7に図示されるように、第1反応器（120）では低温プラズマユニット（122）が光触媒（125）上に低温プラズマを照射して多量の活性酸素及びフリーラジカルを生成させ、この活性酸素は排気ガス中のHC、CO、NO、そして、PM中のSOF一部を酸化させる。HC及びCOは酸化されてCO₂及び水に浄化され、酸化されたSOFも水とCO₂に浄化される。そして、NOxの90%以上を占めるNOは、NO₂に変化され、下記の説明のように、第2反応器にPMの酸化及びこれによる煤煙濾過フィルターの再生のための酸化剤として利用される。

この時、制御機（200）は排気ガス中に酸素量の多い稀薄燃焼条件で、低温プラズマユニット（122）に印加される電力を下げることで、光触媒（125）による酸化作用を減らし、酸素量が少ない濃厚燃焼条件では、低温プラズマユニット（122）に印加される電力を上げることで、光触媒（125）による酸化作用を増やすことが望ましい。また、上記制御機（200）は排気ガスの濃度によって第2反応器（140）に酸化剤として利用されるNO₂の量を適切に制御する。

第2反応器（140）には、第1反応器（120）に除去されないPMが煤煙濾過フィルター（144）上に捕集され、煤煙濾過フィルター（144）に捕集されたPMは、第1反応器（120）に発生した排気ガス中のNO₂と、第2反応器（140）にコーティングされた光触媒（145）上で発生するフリーラジカルと活性酸素によって酸化され、CO、HC、H₂、水、NOなどに変化される。このような酸化反応を通じて第2反応器（140）の煤煙濾過フィルター（144）は連続的に再生できる。一方、煤煙濾過フィルター（144）の再生のための触媒としては低温プラズマによって活性化されるTiO₂光触媒（145）が利用されるので、低い排気温度下でも連続的な煤煙濾過フィルター（144）の再生が可能であり、TiO₂光触媒（145）の活性化が低温プラズマの照射によって迅速に行われるので、煤煙濾過フィルター（144）の再生に必要な時間を大幅に縮めることができる。

この時、制御機（200）は排気ガスの有害物質（HC、CO、PMなど）濃度によって低温プラズマユニット（142）に対する電力供給量を調節する。特に、PM中のSOFを二酸化炭素と水に完全酸化させることよりは、一酸化炭素（CO）及び炭素（C）の数が少ない炭化水素（HC）に部分酸化させることが望ましく、このような一酸化炭素及び炭化水素は、下記の説明のように第3反応器（160）にNOxの還元剤として利用できる。

第3反応器（160）には、第1及び第2反応器（120、140）を経た排気ガス中のNOxが吸着剤（Ads）に吸着され、第3反応器（160）の蜂の巣型担体（164）に維持されて排気ガス中のHC、COまたはCを還元剤とする光触媒還元反応を通じて、吸着剤（Ads）に吸着されたNOxは還元され、このような還元反応を通じて再び吸着剤（Ads）の再生が行われるようになる。

この時、制御機（200）は低温プラズマユニット（162）に対する電力供給を制御し、NOxに対する還元力を調節することができ、これは酸素が豊かな稀薄燃焼下でもNOxの還元反応が酸素から大きな影響を受けず行われるようにし、NOxの還元のための別途の還元剤供給を要らなくする。さらに、上記制御機（200）は、低温プラズマユニット（162）を適切に制御することで、排気ガス中の窒素が酸化されることによって窒素酸化物の追加的な生成を防ぐことができる。

前述のディーゼルエンジンの排気浄化システム（1）を、ディーゼルエンジンの排気浄化に利用する場合、第1反応器（120）は、低負荷の低い排気温度で発生する未燃炭化水素及び一酸化炭素を、排気温度とは関係なく浄化することができる。そして、第2反応器（140）は、ディーゼルエンジンの加速区間で主に発生するPMを煤煙濾過フィルター（144）上に適切に捕集する一方で、低温プラズマユニット（142）に対する高電圧印加、そして、光触媒反応の促進を通じて捕集されたPMを連続的に酸化し、これによって煤煙濾過フィルター（144）を連続的に再生することができる。

また、第3反応器（160）はディーゼルエンジンの加速区間初期に高濃度で発生するNOxを吸着剤（Ads）を利用して吸着した後、第2反応器（140）に部分酸化され、排気ガスの中で周期的に発生するHC、C、COを還元剤にし、吸着剤（Ads）に吸着されたNOxを効果的に取り除くことができる。そして、本発明は、前述の第1及び第2反応器（120、140）に対する電力制御を通じてHC、C及びCOの発生を容易に制御することができ、これは、NOxの除去効率及びエネルギー効率の向上に繋がる。

これに加えて、各反応器（120、140、160）に光触媒（125、145、165）として使われるTiO₂は、燃料の中にある硫黄成分が50PPM以上の場合でも、本来の光触媒性能を維持するほど、硫黄成分に対する耐被毒性が高く、ディーゼル燃料の中の硫黄成分によるシステム性能の低下を防止してくれる。

前述の実施例の説明で、すべての反応器（120、140、160）に光触媒が適用されることを、本発明における望ましい実施例として説明したが、反応器の中に少なくとも一つ、もっと望ましくは、NOxの吸着及び還元が成り立つ第3反応器を含む反応器の中で、少なくとも一つに光触媒を適用することもできる。

一方、図面に図示されなかったが、本発明の排気浄化システムは各反応器に加えられる電力または電流に異常がある場合、警告音または警告燈の出力手段を通じてシステム異常を警告することができる。

以上、本発明の特定の実施例を中心に説明したが、本発明の趣旨及び添付された特許請求の範囲内において、多様な変形、変更または修正が当該の技術分野にあり得る。したがって、上述の説明及び図面は本発明の技術思想を限定するものではなく、本発明を例示するものとして解釈されなければならない。

従来技術を説明するための原理図。本発明の実施例によるディーゼルエンジンの排気浄化システムを概略的に図示した構成図。図2に図示された排気浄化システムの主要部を成す浄化装置を図示した断面図。図3のI-I線による断面図で、排気浄化システムの第1反応器を説明するための図面。図3のII-II線による断面図で、排気浄化システムの第2反応器を説明するための図面。図3のIII-III線による断面図で、排気浄化システムの第3反応器を説明するための図面。図2ないし図6に図示された排気浄化システムの中で、各反応器が排気ガス中の汚染物質を段階的に取り除く過程を概略的に図示した構成図。

符号の説明

100 浄化装置 120 第1反応器
140 第2反応器 160 第3反応器
122、142、162 低温プラズマユニット 200 制御機
210 酸素センサー 220：差圧センサー

Claims

排気ガス中のHC、CO、NOまたは粒子状物質を酸化する第1反応器と；
上記第1反応器を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集して、捕集された粒子状物質を酸化して煤煙濾過フィルターを再生する第2反応器と；
光源及びこれに反応する光触媒、また、吸着剤を具備して、上記吸着剤で上記第2反応器を経た排気ガス中のNOxを吸着し、還元反応を通じて上記NOxを取り除く第3反応器と；
排気ガスの濃度に応じて上記光源の光の強弱を調節する制御機と
を含むことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第1反応器は、上記制御機によって光の強弱が調節される光源及びその光源に反応する光触媒を具備し、光触媒酸化反応を通じて、上記HC、CO、NOまたは粒子状物質を少なくとも部分的に酸化させることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第2反応器は、上記制御機によって光の強弱が調節される光源及びその光源によって反応する光触媒を具備し、光触媒酸化反応を通じて、煤煙濾過フィルターに捕集された粒子状物質を酸化することで、煤煙濾過フィルターを再生することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第1反応器では、HC、COまたは粒子状物質一部がCO₂に酸化され、NOがNO₂に酸化されることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第2反応器は、上記第1反応器を経た排気ガス中のNO₂を、粒子状物質の酸化のための酸化剤として利用することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第1、第2、第3反応器は、排気ガスの入口及び出口を有する一つのケーシング内に連続に設置されることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記光源は、上記光触媒に低温プラズマを照射する低温プラズマユニットであることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記低温プラズマユニットは、棒型の接地電極と、反応器の排気ガス通路を覆うメッシュ型の放電電極と、上記放電電極を上記反応器の内部に維持させるセラミックスアイソレーターを含むことを特徴とする請求項7に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第2反応器のフィルターは、多数の単位セルで構成されており、上記単位セルの入口側及び出口側は導電性金属で交互にプラギングされており、上記導電性金属は、互いに連結されて上記プラズマを発生する電極として機能することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記光触媒は、TiO₂であることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
上記第3反応器は、上記第2反応器を経た排気ガス中のHC、CO及びCの中で少なくとも一つをNOxの除去のための還元剤として利用することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
排気ガス中のHC、CO、NOまたは粒子状物質を少なくとも部分的に酸化する第１段階と；
上記第1段階を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集した後、捕集された粒子状物質を酸化させて煤煙濾過フィルターを再生する第2段階と；
上記第2段階を経た排気ガス中のNOxを吸着剤で吸着し、光源による光触媒還元反応を通じて上記NOxを取り除く段階とを含み、
上記第2段階では上記光源を制御して上記NOxの還元量を調節することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化方法。
上記第1段階では、光源による光触媒酸化反応が起きるものの、光源の調節によってHC、CO、NOまたは粒子状物質の酸化量が調節されることを特徴とする請求項12に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
上記第2段階では、光源による光触媒酸化反応によって煤煙濾過フィルターに捕集された粒子状物質の酸化が成り立つものの、光源の調節を通じて第3反段階に還元剤として利用されるHCまたはCOの発生量が調節されることを特徴とする請求項12に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
光源による光触媒酸化反応によって排気ガス中のHC、CO、NOまたは粒子状物質を少なくとも部分的に酸化する第1段階と；
上記第1段階を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集した後、捕集された粒子状物質を光源による光触媒酸化反応によって酸化させて煤煙濾過フィルターを再生する第2段階と；
上記第2段階を経た排気ガス中のNOxを吸着剤で吸着し、光源による光触媒還元反応を通じて上記NOxを取り除く第3段階とを含み、
第2段階で酸化剤として利用されるNO₂及び第3段階で還元剤として利用されるHC及びCOの発生量、及び第3段階でのNOxの還元量は上記光源の制御により調節されることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化方法。
各段階の光源は、低温プラズマユニットであり、上記低温プラズマユニットに対する供給電力を制御し、光触媒反応を調節することを特徴とする請求項12ないし請求項15のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
排気ガス中のHC、CO、NO、粒子状物質を少なくとも部分的に酸化する第1段階と；
上記第1段階を経た排気ガス中の粒子状物質を煤煙濾過フィルターに捕集した後、煤煙濾過フィルターに捕集された粒子状物質を部分酸化し、HC、CO、Cの中で少なくとも一つを得ると同時に上記煤煙濾過フィルターを再生する第2段階と；
上記第2段階を経った排気ガス中のNOxを吸着剤で吸着し、上記第2段階で得られたHC、CO、Cの中で少なくとも一つを、上記NOxの還元反応に利用し、上記NOxの還元を通じて上記吸着剤を再生する第3段階とを
含むことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化方法。
上記第3段階では、光触媒反応を起こす光の強弱を調節して上記NOxの還元反応を調節することを特徴とする請求項17に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
上記第2段階では、上記第1段階で得られたNO₂を上記濾過フィルターに捕集された粒子状物質の酸化に利用するものの、上記NO₂は、上記第1段階で光触媒反応を起こす光の強弱を調節してその量が調節されることを特徴とする請求項17に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
上記第2段階では、光触媒反応を起こす光の強弱を調節して上記第3段階で還元剤として利用されるHC、CO、Cの量を調節することを特徴とする請求項17に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
上記光触媒反応を起こす光源では、光触媒に低温プラズマを照射する低温プラズマ発生ユニットが利用されることを特徴とする請求項17ないし請求項20のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。