JP2004204699A

JP2004204699A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2004204699A
Application number: JP2002371532A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hosoya; 満細谷
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】エンジンの低負荷運転時でもＮＯx吸蔵還元触媒を良好に再生する。
【解決手段】排気管９途中のＮＯx吸蔵還元触媒１０と、これより上流側の排気管９内に燃料を添加する燃料添加手段（添加燃料ポンプ１４、電磁弁１５、噴射ノズル１６）と、各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒１８と、運転状態が低負荷運転領域にあることを判定する低負荷判定手段（アクセルセンサ２１、回転センサ２２）と、各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置２４と、低負荷運転領域の判定時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を燃料噴射装置２４に出力する制御装置２３とにより排気浄化装置を構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われている。この種の排気浄化用触媒としては、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、排気ガス中の酸素濃度が低下した時に未燃の炭化水素や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吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
このＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃の炭化水素やＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができる。
【０００４】
ただし、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用する場合には、機関をリッチ空燃比で運転することが困難であるため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加することにより、その添加した燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ炭化水素等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促す必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２８３３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気ガス中に燃料を添加してＮＯx吸蔵還元触媒を再生するにあたっては、その還元反応時における十分な触媒活性を得るのに約２００℃以上の排気温度が必要となるので、排気温度が低い運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生機会がなかなか得られないという問題があり、例えば都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、ＮＯx吸蔵還元触媒を効率良く再生することができない虞れがあった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジンの低負荷運転時でもＮＯx吸蔵還元触媒を良好に再生し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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備されたＮＯx吸蔵還元触媒と、該ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管内に燃料を還元剤として直噴する燃料添加手段と、エンジンの各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒と、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にあることを判定する低負荷判定手段と、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を前記燃料噴射装置に出力する制御装置とにより構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、本発明においては、前記ポート酸化触媒に換えて、排気マニホールドの出口部に装備されたマニホールド酸化触媒を採用しても良く、或いは、ポート酸化触媒とマニホールド酸化触媒の両方を採用しても良い。
【００１０】
而して、低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時に、制御装置からの燃料噴射指令によりエンジン側で燃料のパイロット噴射が行われ且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射が行われると、このメイン噴射による燃料が若干遅いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の上昇が図られることになる。
【００１１】
ここで、メイン噴射のタイミングを若干遅らせるにあたり、このメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行うようにしているので、このパイロット噴射による燃料の予混合化が促進されてメイン噴射の着火性が向上され、失火の虞れが未然に回避されることになる。
【００１２】
そして、ポート酸化触媒が採用されている場合においては、エンジンの各気筒から排出された直後に排気ガスが排気ポートでポート酸化触媒を通過することになり、該ポート酸化触媒がエンジンの低負荷運転時にも十分に触媒床温度を高められて活性化し、排気ガス中に含まれる未燃の炭化水素が各ポート酸化触媒にて良好に酸化処理され、この酸化処理の際における反応熱で排気温度が更に上昇されることになる。
【００１３】
また、マニホールド酸化触媒が併用されている場合には、前記各ポート酸化触媒にて反応熱により排気温度が上昇されることで排気マニホールドの出口部のマニホールド酸化触媒も良好に触媒床温度を高められて活性化し、上流の各ポート酸化触媒で処理しきれなかった炭化水素がマニホールド酸化触媒にて良好に酸化処理され、この酸化処理の際における反応熱でも排気温度が上昇されることになる。
【００１４】
尚、一般的にディーゼルエンジン等ではターボチャージャが搭載されるケースが多いが、排気マニホールドの出口部にマニホールド酸化触媒を配置しておけば、タービン仕事をする前の温度の高い排気ガスに対して炭化水素の酸化処理を施すことが可能となる。
【００１５】
そして、このようにエンジンの運転状態が低負荷運転領域にある時に排気温度を上昇させた上で、燃料添加手段によりＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に燃料を還元剤として添加すると、排気ガス中の酸素濃度が低下し且つ排気ガス中の未燃の炭化水素等の還元成分が増加してＮＯx吸蔵還元触媒におけるＮＯxの分解放出が促され、該ＮＯx吸蔵還元触媒が良好に再生されることになる。
【００１６】
他方、制御装置による特殊な燃料噴射制御が実施されない中負荷領域以上の運転状態にあっては、各ポート酸化触媒及びマニホールド酸化触媒の少なくとも何れか一方を排気ガスが通過する際に、該排気ガス中のＮＯが活性の高いＮＯ₂に酸化されてＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵され易くなり、結果的にＮＯxの低減率が向上されることになる。
【００１７】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、低負荷判定手段を、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとにより構成することが可能である。
【００１８】
更に、本発明における制御装置は、低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時にメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くした燃料噴射指令を出力するように構成されていることが好ましく、このようにすれば、メイン噴射によるエネルギー投入量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
【００１９】
また、制御装置は、低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時にメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加した燃料噴射指令を出力するように構成されていても良く、このようにした場合には、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりエンジンの熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
【００２０】
更に、本発明においては、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段が備えられていることが好ましく、このようにすれば、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にある時に、吸気絞り手段により適宜に吸気流量の絞り込みを行うと、エンジンの作動流体量が少なくなることにより熱容量が下がり、その結果、更なる排気温度の上昇が図られることになる。
【００２１】
更に、エンジンに搭載されたターボチャージャのタービン出口部にもタービン酸化触媒を備えるようにすれば、上流の各ポート酸化触媒やマニホールド酸化触媒を経た排気ガス中に残った炭化水素をタービン酸化触媒で確実に酸化処理して更なる昇温を図ることも可能となる。
【００２２】
また、本発明では、ＮＯx吸蔵還元触媒の入側の排気温度を検出する第一の温度センサを備えるようにしても良く、このようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の入側の排気温度が活性温度を超えた所定温度以上となるのを確認した上で燃料添加手段による燃料添加を開始することが可能となる。
【００２３】
更に、酸化触媒を一体的に担持した触媒再生型のパティキュレートフィルタをＮＯx吸蔵還元触媒の後段に備えると良く、このようにすれば、ＮＯxだけでなくパティキュレートの低減化を図ることも可能となり、しかも、前述した如き排気温度の上昇効果に加え、前段のＮＯx吸蔵還元触媒を通過した残余の添加燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応して反応熱を生じることによりパティキュレートが良好に燃焼除去されるので、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にあってもパティキュレートフィルタの再生化を図ることが可能となる。
【００２４】
また、触媒再生型のパティキュレートフィルタをＮＯx吸蔵還元触媒の後段に備えた場合には、ＮＯx吸蔵還元触媒と触媒再生型のパティキュレートフィルタとの間で排気温度を検出する第二の温度センサを備えることが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタに導入される排気温度を監視することで、該パティキュレートフィルタに溶損が生じないよう適切に燃料添加手段による燃料添加量を抑制することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１及び図２中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００２７】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管９を介し車外へ排出するようにしてある。
【００２８】
そして、排気ガス８が流通する排気管９の途中には、排気空燃比がリーンの時に排気ガス８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８中の酸素濃度が低下した時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化するＮＯx吸蔵還元触媒１０が触媒ケース１１を介し装備されており、しかも、特に本形態例においては、触媒ケース１１内におけるＮＯx吸蔵還元触媒１０の後段に、酸化触媒を一体的に担持した触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２が装備されている。
【００２９】
この種のパティキュレートフィルタ１２は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガス８のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００３０】
更に、このパティキュレートフィルタ１２は、多孔質薄壁の内側表面に捕集されたパティキュレートの酸化反応を促進して該パティキュレートの着火温度を低下させるべく、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させることで触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２としてある。
【００３１】
また、排気管９におけるＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側と、図示しない燃料タンクとの間が添加燃料ライン１３により接続されており、該添加燃料ライン１３の途中に装備した添加燃料ポンプ１４の駆動により前記燃料タンクの燃料を電磁弁１５及び噴射ノズル１６を介しＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側に噴射し得るようにしてある。
【００３２】
そして、本形態例においては、ディーゼルエンジン１の各気筒の排気ポート１７（図２参照）にポート酸化触媒１８が装備されていると共に、排気マニホールド７の出口部にマニホールド酸化触媒１９が装備されており、更には、ターボチャージャ２のタービン２ｂの出口部にもタービン酸化触媒２０が装備されている。
【００３３】
ここで、これら各ポート酸化触媒１８、マニホールド酸化触媒１９、タービン酸化触媒２０の夫々は、メタルハニカムに白金とアルミナと希土類元素等を主成分として担持させたフロースルー形式のものとなっており、例えば、各ポート酸化触媒１８の場合には、その入側端部にフランジ状に形成したガスケット部を排気マニホールド７のフランジ部と一緒にディーゼルエンジン１のシリンダヘッドに締結するようにしてあるが、その固定方式はどのような方式であっても良い。
【００３４】
尚、図２中に二点鎖線で示す如く、各ポート酸化触媒１８には、排気ポート１７内だけでなく、排気マニホールド７側へ張り出すようなポート酸化触媒１８’を増設することも可能である。
【００３５】
更に、図示しない運転席のアクセルに、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ２１（負荷センサ）が備えられていると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ２２が装備されており、これらアクセルセンサ２１及び回転センサ２２からのアクセル開度信号２１ａ及び回転数信号２２ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２３に対し入力されるようになっている。
【００３６】
そして、前記制御装置２３では、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置２４に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号２４ａが出力されるようになっている。
【００３７】
ここで、前記燃料噴射装置２４は、各気筒毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号２４ａにより開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００３８】
ただし、本形態例においては、制御装置２３でアクセル開度信号２１ａ及び回転数信号２２ａに基づき通常モードの燃料噴射信号２４ａが決定されるようになっている一方、アクセル開度信号２１ａ及び回転数信号２２ａに基づきディーゼルエンジン１が低負荷運転状態にあると判定された時に通常モードから昇温モードに切り替わり、この昇温モードに切り替わった際には、燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行うような噴射パターンの燃料噴射信号２４ａ（燃料噴射指令）が出力されるようになっている。
【００３９】
また、吸気管５のインタークーラ６より下流側の適宜位置には、吸気管５の流路を適宜な開度に絞り込む開度調整可能な流量調整弁２５（吸気絞り手段）が装備されており、該流量調整弁２５は、制御装置２３からの開度指令信号２５ａにより開度制御されるようになっている。
【００４０】
更に、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気温度を検出する温度センサ２６（第一の温度センサ）が排気管９の適宜位置に装備され、この温度センサ２６からの温度信号２６ａも前記制御装置２３に入力されるようになっており、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気温度が約２００℃以上であることが確認された条件下でのみ添加燃料ポンプ１４への駆動指令信号１４ａと電磁弁１５への開弁指令信号１５ａとが制御装置２３から出力されて燃料添加が開始されるようになっている。
【００４１】
他方、触媒ケース１１には、ＮＯx吸蔵還元触媒１０と触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２との間で排気温度を検出する温度センサ２７（第二の温度センサ）が装備され、この温度センサ２７からの温度信号２７ａも前記制御装置２３に入力されるようになっており、パティキュレートフィルタ１２に導入される排気温度を監視して該パティキュレートフィルタ１２に溶損が生じないよう適切に前記電磁弁１５の開弁時間を調整して過剰な燃料添加が実施されないようにしてある。
【００４２】
而して、制御装置２３でアクセル開度信号２１ａ及び回転数信号２２ａに基づきディーゼルエンジン１が低負荷運転状態にあると判定されると、制御装置２３による燃料噴射制御が通常モードから昇温モードに切り替わり、制御装置２３からの燃料噴射信号２４ａによりディーゼルエンジン１側で燃料のパイロット噴射が行われ且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射が行われることになり、このメイン噴射による燃料が若干遅いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン１の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の上昇が図られることになる。
【００４３】
ここで、メイン噴射のタイミングを若干遅らせるにあたり、このメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行うようにしているので、このパイロット噴射による燃料の予混合化が促進されてメイン噴射の着火性が向上され、失火の虞れが未然に回避されることになる。
【００４４】
尚、制御装置２３で昇温モードに切り替わった際には、必要に応じてメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くした燃料噴射信号２４ａを出力するようにしたり、或いは、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加した燃料噴射信号２４ａを出力するようにしたりしても良く、前者の場合には、メイン噴射によるエネルギー投入量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになり、また、後者の場合には、アフタ噴射による燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン１の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
【００４５】
そして、このように昇温された排気ガス８は、ディーゼルエンジン１の各気筒から排出された直後に排気ポート１７でポート酸化触媒１８を通過することになり、該ポート酸化触媒１８がディーゼルエンジン１の低負荷運転時でも十分に触媒床温度を高められて活性化し、排気ガス８中に含まれる未燃の炭化水素が各ポート酸化触媒１８にて良好に酸化処理され、この酸化処理の際における反応熱で排気温度が更に上昇されることになる。
【００４６】
また、各ポート酸化触媒１８にて反応熱により排気温度が上昇されることで排気マニホールド７の出口部のマニホールド酸化触媒１９も良好に触媒床温度を高められて活性化し、上流の各ポート酸化触媒１８で処理しきれなかった炭化水素がマニホールド酸化触媒１９にて良好に酸化処理され、この酸化処理の際における反応熱でも排気温度が上昇されることになる。
【００４７】
更に、本形態例では、ディーゼルエンジン１に搭載されたターボチャージャ２のタービン２ｂの出口部にもタービン酸化触媒２０を備えているので、上流の各ポート酸化触媒１８やマニホールド酸化触媒１９を経た排気ガス８中に残った炭化水素をタービン酸化触媒２０で確実に酸化処理して更なる昇温を図ることも可能となる。
【００４８】
また、特に本形態例においては、吸気管５に流量調整弁２５が備えられているので、ディーゼルエンジン１が低負荷運転状態にある時に、制御装置２３からの開度指令信号２５ａにより流量調整弁２５で適宜に吸気流量の絞り込みを行うと、ディーゼルエンジン１の作動流体量が少なくなることにより熱容量が下がり、その結果、更なる排気温度の上昇が図られることになる。
【００４９】
そして、このようにディーゼルエンジン１の運転状態が低負荷運転領域にある時に排気温度を上昇させた上で、温度センサ２６によりＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気温度が約２００℃以上となるのを待って制御装置２３から駆動指令信号１４ａ及び開弁指令信号１５ａを出力し、これにより添加燃料ポンプ１４を駆動し且つ電磁弁１５を開弁して燃料添加を開始すると、排気ガス８中の酸素濃度が低下し且つ排気ガス中の未燃の炭化水素等の還元成分が増加してＮＯx吸蔵還元触媒１０におけるＮＯxの分解放出が促され、ＮＯx吸蔵還元触媒１０が良好に再生されることになる。
【００５０】
他方、制御装置２３による特殊な燃料噴射制御が実施されない中負荷領域以上の運転状態にあっては、各ポート酸化触媒１８及びマニホールド酸化触媒１９、タービン酸化触媒２０を排気ガス８が通過する際に、該排気ガス８中のＮＯが活性の高いＮＯ₂に酸化されてＮＯx吸蔵還元触媒１０に吸蔵され易くなる。
【００５１】
しかも、本形態例においては、酸化触媒を一体的に担持した触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２をＮＯx吸蔵還元触媒１０の後段に備えているので、ＮＯxだけでなくパティキュレートの低減化を図ることも可能となり、しかも、前述した如き排気温度の上昇効果に加え、前段のＮＯx吸蔵還元触媒１０を通過した残余の添加燃料がパティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上で酸化反応して反応熱を生じることによりパティキュレートが良好に燃焼除去されるので、ディーゼルエンジン１の運転状態が低負荷運転領域にあってもパティキュレートフィルタ１２の再生化が図られることなる。
【００５２】
従って、上記形態例によれば、ディーゼルエンジン１の低負荷運転時でも排気温度を上昇させて燃料添加によりＮＯx吸蔵還元触媒１０を良好に再生することができるので、低負荷運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の再生機会を適切な頻度で得ることができて該ＮＯx吸蔵還元触媒１０の効率の良い再生を実現することができる。
【００５３】
更に、制御装置２３による特殊な燃料噴射制御を行わない中負荷領域以上の運転状態において、各ポート酸化触媒１８及びマニホールド酸化触媒１９、タービン酸化触媒２０を通過させることにより排気ガス８中のＮＯを活性の高いＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒１０へ吸蔵し易くすることができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒１０を通過させることによるＮＯxの低減率を従来より大幅に向上することができる。
【００５４】
事実、本発明者による検証実験においては、都市内走行を想定した中速運転でのエンジン負荷とＮＯx低減率との関係を図３にグラフで示す如く、各ポート酸化触媒１８及びマニホールド酸化触媒１９、タービン酸化触媒２０を装備した場合（実線Ａ）の方が、装備しない場合（鎖線Ｂ）よりもＮＯx低減率が大幅に改善されることが確認されており、特に５０％以下の比較的低い負荷領域にて顕著な改善が見られた。
【００５５】
更に、本形態例では、吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段として吸気管５に流量調整弁２５を備えているので、この流量調整弁２５で適宜に吸気流量の絞り込みを行うことにより、ディーゼルエンジン１の作動流体量を減らして熱容量を下げ、排気ガス８を温度上昇させるのに必要な熱量を低減させることで更なる排気温度の上昇を図ることもできる。
【００５６】
また、ターボチャージャ２のタービン２ｂの出口部にもタービン酸化触媒２０を備えているので、上流の各ポート酸化触媒１８やマニホールド酸化触媒１９を経た排気ガス８中に残った炭化水素をタービン酸化触媒２０により確実に酸化処理して更なる昇温を図ることもできる。
【００５７】
更に、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気温度を検出する温度センサ２６を備えているので、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気温度が活性温度を超えた所定温度以上となるのを確認した上で燃料添加を開始することがことができ、還元反応時における十分な触媒活性が得られていない状態での燃料添加を回避することができる。
【００５８】
また、酸化触媒を一体的に担持した触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２をＮＯx吸蔵還元触媒１０の後段に備えているので、ＮＯxだけでなくパティキュレートの低減化を図ることもでき、しかも、前述した如き排気温度の上昇効果に加え、前段のＮＯx吸蔵還元触媒１０を通過した残余の添加燃料がパティキュレートフィルタ１２の酸化触媒上で酸化反応して反応熱を生じることによりパティキュレートが良好に燃焼除去されるので、ディーゼルエンジン１の運転状態が低負荷運転領域にあってもパティキュレートフィルタ１２の良好な再生化を図ることができる。
【００５９】
更に、ＮＯx吸蔵還元触媒１０と触媒再生型のパティキュレートフィルタ１２との間で排気温度を検出する温度センサ２７を備えているので、パティキュレートフィルタ１２に導入される排気温度を監視して適切に燃料添加量を抑制することができるので、該パティキュレートフィルタ１２が異常高温により溶損してしまうといった最悪の事態を未然に回避することができる。
【００６０】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示する例においては、ポート酸化触媒とマニホールド酸化触媒の両方を採用した場合を示しているが、これらのうちの少なくとも何れか一方だけを採用するようにしても良いこと、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。
【００６１】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００６２】
（Ｉ）本発明の請求項１、２、３、４に記載の発明によれば、エンジンの低負荷運転時でも排気温度を上昇させて燃料添加によりＮＯx吸蔵還元触媒を良好に再生することができるので、低負荷運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生機会を適切な頻度で得ることができて該ＮＯx吸蔵還元触媒の効率の良い再生を実現することができ、しかも、制御装置による特殊な燃料噴射制御を行わない中負荷領域以上の運転状態において、各ポート酸化触媒及びマニホールド酸化触媒の少なくとも何れか一方を通過させることにより排気ガス中のＮＯを活性の高いＮＯ₂に酸化してＮＯx吸蔵還元触媒へ吸蔵し易くすることができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒を通過させることによるＮＯxの低減率を従来より大幅に向上することができる。
【００６３】
（ＩＩ）本発明の請求項５に記載の発明によれば、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にある時にメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くすることができるので、メイン噴射によるエネルギー投入量を増やして排気温度の更なる上昇を図ることができる。
【００６４】
（ＩＩＩ）本発明の請求項６に記載の発明によれば、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にある時に、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加することができるので、アフタ噴射による燃料を出力に転換され難いタイミングで燃焼させることによりエンジンの熱効率を下げ、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量を増やして排気温度の更なる上昇を図ることができる。
【００６５】
（ＩＶ）本発明の請求項７に記載の発明によれば、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にある時に、吸気絞り手段により適宜に吸気流量の絞り込みを行うことでエンジンの作動流体量を減らして熱容量を下げることができるので、排気ガスを温度上昇させるのに必要な熱量が少なくて済むことにより更なる排気温度の上昇を図ることができる。
【００６６】
（Ｖ）本発明の請求項８に記載の発明によれば、ターボチャージャのタービン出口部にもタービン酸化触媒を備えたことにより、上流の各ポート酸化触媒やマニホールド酸化触媒を経た排気ガス中に残った炭化水素をタービン酸化触媒により確実に酸化処理して更なる昇温を図ることもできる。
【００６７】
（ＶＩ）本発明の請求項９に記載の発明によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の入側の排気温度が活性温度を超えた所定温度以上となるのを第一の温度センサにより確認した上で燃料添加手段による燃料添加を開始することがことができ、還元反応時における十分な触媒活性が得られていない状態での燃料添加を回避することができる。
【００６８】
（ＶＩＩ）本発明の請求項１０に記載の発明によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の後段に備えた触媒再生型のパティキュレートフィルタによりパティキュレートの低減化を図ることができ、しかも、前段のＮＯx吸蔵還元触媒を通過した残余の添加燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応して反応熱を生じることによりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあっても捕集済みパティキュレートを良好に燃焼除去し得てパティキュレートフィルタの良好な再生化を図ることができる。
【００６９】
（ＶＩＩＩ）本発明の請求項１１に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタに導入される排気温度を監視して適切に燃料添加量を抑制することができるので、該パティキュレートフィルタが異常高温により溶損してしまうといった最悪の事態を未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の要部に関する平面断面図である。
【図３】エンジン負荷とＮＯx低減率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン（エンジン）
２ターボチャージャ
２ａタービン
４吸気
７排気マニホールド
８排気ガス
９排気管
１０ＮＯx吸蔵還元触媒
１２パティキュレートフィルタ
１４添加燃料ポンプ（燃料添加手段）
１５電磁弁（燃料添加手段）
１６噴射ノズル（燃料添加手段）
１７排気ポート
１８ポート酸化触媒
１８’ ポート酸化触媒
１９マニホールド酸化触媒
２０タービン酸化触媒
２１アクセルセンサ（負荷センサ：低負荷判定手段）
２２回転センサ（低負荷判定手段）
２３制御装置
２４燃料噴射装置
２５流量調整弁（吸気絞り手段）
２６温度センサ（第一の温度センサ）
２７温度センサ（第二の温度センサ）

Claims

エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備されたＮＯx吸蔵還元触媒と、該ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管内に燃料を還元剤として直噴する燃料添加手段と、エンジンの各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒と、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にあることを判定する低負荷判定手段と、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を前記燃料噴射装置に出力する制御装置とにより構成したことを特徴とする排気浄化装置。
エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備されたＮＯx吸蔵還元触媒と、該ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管内に燃料を還元剤として直噴する燃料添加手段と、排気マニホールドの出口部に装備されたマニホールド酸化触媒と、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にあることを判定する低負荷判定手段と、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を前記燃料噴射装置に出力する制御装置とにより構成したことを特徴とする排気浄化装置。
エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備されたＮＯx吸蔵還元触媒と、該ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管内に燃料を還元剤として直噴する燃料添加手段と、エンジンの各気筒の排気ポートに装備されたポート酸化触媒と、排気マニホールドの出口部に装備されたマニホールド酸化触媒と、エンジンの運転状態が低負荷運転領域にあることを判定する低負荷判定手段と、エンジンの各気筒に対し燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時に燃料のメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行い且つ通常の噴射時期より若干遅いタイミングでメイン噴射を行う燃料噴射指令を前記燃料噴射装置に出力する制御装置とにより構成したことを特徴とする排気浄化装置。
低負荷判定手段が、エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサとにより構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
制御装置が、低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時にメイン噴射の一回当たりの噴射量を通常より多くした燃料噴射指令を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１、２、３又４に記載の排気浄化装置。
制御装置が、低負荷判定手段によりエンジンの運転状態が低負荷運転領域にあると判定された時にメイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加した燃料噴射指令を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の排気浄化装置。
吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段が備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の排気浄化装置。
エンジンに搭載されたターボチャージャのタービン出口部にタービン酸化触媒が備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の排気浄化装置。
ＮＯx吸蔵還元触媒の入側の排気温度を検出する第一の温度センサが備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載の排気浄化装置。
酸化触媒を一体的に担持した触媒再生型のパティキュレートフィルタがＮＯx吸蔵還元触媒の後段に備えられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載の排気浄化装置。
ＮＯx吸蔵還元触媒と触媒再生型のパティキュレートフィルタとの間で排気温度を検出する第二の温度センサが備えられていることを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化装置。