JP2005002925A

JP2005002925A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2005002925A
Application number: JP2003168219A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hosoya; 満細谷; Hiroshi Hirabayashi; 浩平林; Shinya Sato; 信也佐藤
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4233393B2

Abstract

【課題】排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯｘ低減効果を得られるようにする。
【解決手段】排気管９途中に装備されて排気ガス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酸素濃度の低下時に還元剤の介在によりＮＯｘを分解放出するＮＯｘ吸蔵材１０と、これより上流側に装備された酸化触媒１３と、これより上流側で排気ガス８中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段（燃料噴射装置１７、制御装置１６）と、ＮＯｘ吸蔵材１０の直後に装備されて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選択還元型触媒１２と、その入側で排気ガス８中に還元剤として尿素水２２を添加する尿素水添加手段（尿素水タンク１９、尿素水供給管２０、供給ポンプ２１、噴射ノズル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、ディーゼルエンジンなどのエンジンに適用される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、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（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。
【０００３】
例えば、この種の選択還元型触媒としては、白金，パラジウムなどの貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物などの卑金属触媒が前述した如き性質を有するものとして既に知られているが、これらの選択還元型触媒の活性温度域（温度ウィンドウ）は一般的に狭く、ディーゼルエンジンの排気温度範囲の一部でしかＮＯｘを浄化できていないのが現状であり、選択還元型触媒の活性温度域の拡大、特に低温活性の向上が今後の大きな課題となっている。
【０００４】
そこで、本発明者らは、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置して該酸化触媒により排気ガス中のＮＯを酸化して酸化力の強いＮＯ_２を生成し、このような酸化力の強いＮＯ_２を選択還元型触媒に導くことにより該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応を促進し、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようにすることを創案するに到った（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６１７３２号公報
【０００６】
尚、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（ＮＨ_３）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、アンモニアのような有毒な物質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、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように選択還元型触媒の前段に酸化触媒を装備したとしても、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℃以上の排気温度は必要となるので、排気温度が２００℃を下まわるような低い運転状態（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低減率がなかなか高まら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低減率が低いまま推移してしまって良好なＮＯｘ低減効果を得ることができなかった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯｘ低減効果を得られるようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの排気管途中に装備されて排気ガス中の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酸素濃度の低下時に還元剤の介在によりＮＯｘを分解放出するＮＯｘ吸蔵材と、該ＮＯｘ吸蔵材より上流側に装備された酸化触媒と、該酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段と、前記ＮＯｘ吸蔵材の直後に装備されて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選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、酸化触媒を通過することにより排気ガス中のＮＯｘの大半を占めるＮＯが反応性の高いＮＯ_２となり、このＮＯ_２がＮＯｘ吸蔵材上で効率良く硝酸塩の状態で吸蔵されることになるので、ＮＯｘ吸蔵材におけるＮＯｘの吸蔵反応が著しく促進されて従来より低い排気温度から高いＮＯｘ低減率が得られ、その直後の選択還元型触媒が活性温度域にない状態でもＮＯｘの低減化を図ることが可能となる。
【００１１】
即ち、排気ガス中のＮＯｘの大半を占めるＮＯがそのままＮＯｘ吸蔵材に吸蔵される場合には、該ＮＯｘ吸蔵材の触媒作用によりＮＯが酸素と結びついてＮＯ_２となってからＮＯｘ吸蔵材と反応し、ここで硝酸塩を生成して吸蔵されることになるが、ＮＯｘ中に反応性の高いＮＯ_２が予め増加していれば、このＮＯ_２が一足飛びにＮＯｘ吸蔵材と反応して硝酸塩を生成する反応へと移行して吸蔵反応が効率良く進むことになる。
【００１２】
また、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、吸蔵したＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材から分解放出させる必要があるが、そのような場合には、燃料添加手段により酸化触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加すれば良い。
【００１３】
このようにすれば、ＮＯｘ吸蔵材の上流側にある酸化触媒にて未燃の炭化水素が酸素と反応して熱分解することによりＣＯや水素が生じ、これらＣＯや水素の増加により還元性雰囲気が高められ、しかも、その酸化触媒上での酸化反応により生じた反応熱により酸化触媒を通過する排気ガスが大幅に昇温される結果、ＮＯｘ吸蔵材からのＮＯｘの分解放出反応が著しく促進される。
【００１４】
そして、前述の酸化触媒での酸化反応及びＮＯｘ吸蔵材での分解放出反応を経て昇温した排気ガスが選択還元型触媒に導入されることで該選択還元型触媒の触媒床温度が上昇して活性が高まるので、このＮＯｘ吸蔵材でのＮＯｘ放出時に後段の選択還元型触媒に対し尿素水を添加すれば、該尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されて、活性状態にある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。
【００１５】
即ち、仮にＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘを分解放出させる再生時期が排気温度の低い運転状態にあったとしても、ＮＯｘ吸蔵材を再生させるべく燃料添加手段により燃料添加を行えば、それが同時に排気温度を上昇させる作用となって後段の選択還元型触媒の活性が上がるので、該選択還元型触媒上でのＮＯｘの還元浄化が実現されることになる。
【００１６】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、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、該燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる制御装置とにより燃料添加手段を構成することが可能である。
【００１７】
このようにすれば、燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる制御を行うだけで、新たな付属設備を必要とせずに排気ガス中に未燃の燃料を添加することが可能となる。
【００１８】
更に、このようにポスト噴射を実行するにあたり、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に制御装置を構成しておくと良い。
【００１９】
即ち、このようにすれば、タイミングを遅らせたメイン噴射の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が上昇されることになる。
【００２０】
尚、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。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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を分解放出するＮＯｘ吸蔵材１０がケーシング１１を介し装備されている。
【００２５】
ここで、ＮＯｘ吸蔵材１０には、既にＮＯｘ吸蔵還元触媒として知られた白金・バリウム、アルミナ触媒や、イリジウム・白金・バリウム・アルミナ触媒等と変わらないものを採用して良いが、本形態例においては、ＮＯｘ吸蔵材１０上での放出ＮＯｘの還元浄化を目的としていないので、特にＮＯｘの吸蔵・放出の性質を特化した組成として良い。
【００２６】
また、ケーシング１１内におけるＮＯｘ吸蔵材１０の後段には、選択還元型触媒１２が装備されており、この選択還元型触媒１２は、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、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ような性質を有している。
【００２７】
ここで、前記選択還元型触媒１２には、白金，パラジウムなどの貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物などの卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能であるが、ＳＯ_２をサルフェート（硫酸塩）に酸化し易い貴金属触媒を採用するよりも、比較的酸化力の弱い卑金属触媒を採用する方がより好ましい。
【００２８】
また、排気管９におけるＮＯｘ吸蔵材１０より上流側のタービン２ｂの出口部には、酸化触媒１３が装備されており、この酸化触媒１３は、白金に酸化アルミニウム（アルミナ）を混合してステンレス製のメタル担体等に担持させた構造としてある。
【００２９】
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１４（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１５が装備されており、これらアクセルセンサ１４及び回転センサ１５からの負荷信号１４ａ及び回転数信号１５ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を成す制御装置１６に対し入力されるようになっている。
【００３０】
そして、この制御装置１６においては、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１７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１７ａが出力されるようになっている。
【００３１】
ここで、前記燃料噴射装置１７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１７ａ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。
【００３２】
ただし、本形態例においては、制御装置１６で負荷信号１４ａ及び回転数信号１５ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１７ａが決定されるようになっている一方、ＮＯｘ吸蔵材１０の吸蔵量が飽和量に達していて再生が必要と判定された時に通常モードから再生モードに切り替わり、この再生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い、しかも、そのメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめるような噴射パターンの燃料噴射信号１７ａ（燃料噴射指令）が出力されるようになっている。
【００３３】
更に、ＮＯｘ吸蔵材１０の入側の排気管９には、排気温度を検出する温度センサ１８が装備されており、この温度センサ１８からの温度信号１８ａも前記制御装置１６に入力されるようになっており、ＮＯｘ吸蔵材１０の入側の排気温度が約２３０℃以上であることが確認された条件下でのみ制御装置１６における通常モードが再生モードに切り替わるようになっている。
【００３４】
また、排気管９における選択還元型触媒１２の入口付近と、所要場所に設けた尿素水タンク１９との間が尿素水供給管２０により接続され、該尿素水供給管２０の途中に装備した供給ポンプ２１の駆動により尿素水タンク１９内の尿素水２２（還元剤）を噴射ノズル２３を介し選択還元型触媒１２の入口付近に添加し得るようにしてあり、この尿素水２２を噴射させる供給ポンプ２１の駆動は、制御装置１６からの駆動指令信号２１ａにより行われるようになっている。
【００３５】
図２は前記制御装置１６における具体的な制御手順を示すもので、ステップＳ１にて回転センサ１５からの回転数信号１５ａに基づいて現在のディーゼルエンジン１の回転数が読み出される一方、ステップＳ２にてアクセルセンサ１４からの負荷信号１４ａに基づいて現在の燃料噴射量が換算され、これら現在のディーゼルエンジン１の回転数及び燃料噴射量を基にステップＳ３にてマップから現在の運転状態におけるＮＯｘの推定発生量が読み出され、これが全てＮＯｘ吸蔵材１０に吸蔵されたと仮定して次のステップＳ４にて時々刻々積算されることでＮＯｘの推定吸蔵量が算出され、その算出されたＮＯｘの推定吸蔵量がＮＯｘ吸蔵材１０の飽和量Ｌを超えたか否かが次のステップＳ５にて判定されるようになっている。尚、前記飽和量Ｌについては、ＮＯｘ吸蔵材１０の単位容積当たりの吸蔵量が判っているので、該ＮＯｘ吸蔵材１０の全体容積から算出することが可能である。
【００３６】
そして、先のステップＳ５にてＮＯｘの推定吸蔵量がＮＯｘ吸蔵材１０の飽和量Ｌを超えていると判定された場合には、次のステップＳ６へと進んで再生制御のフラグが立ち、ＮＯｘ吸蔵材１０からＮＯｘを分解放出させるための再生制御が開始されることになるが、ＮＯｘの推定吸蔵量がＮＯｘ吸蔵材１０の飽和量Ｌ以下であると判定された場合には、先のステップＳ１まで戻って同様の制御手順が繰り返されることになる。
【００３７】
そして、ステップＳ６以降のＮＯｘ吸蔵材１０の再生制御にあっては、ステップＳ７にて再生モードにおけるパイロット噴射、メイン噴射（遅延噴射）、ポスト噴射に関する現在の運転状態（ステップＳ１、ステップＳ２で現在のディーゼルエンジン１の回転数及び燃料噴射量が既に判明している）に対応した噴射タイミング及び噴射量が読み出され、次のステップＳ８及びステップＳ９の夫々にて噴射タイミングと噴射量とが燃料噴射信号１７ａとして出力されるようになっている。
【００３８】
次いで、ステップＳ１０においては、温度センサ１８からの温度信号１８ａに基づき現在の排気温度が読み出され、該温度センサ１８の検出値が所定の閾値（約２３０℃程度）以上となっている条件下でのみステップＳ１１へと進み、この閾値を下まわっている場合は先のステップＳ７まで戻って同様の制御手順が繰り返されるようにしてある。
【００３９】
つまり、現在の排気温度が２３０℃以上になっていない場合には、ＮＯｘ吸蔵材１０におけるＮＯｘの分解放出反応が良好に進んでいないものと考えられ、しかも、後述の尿素水２２の添加を実行しても選択還元型触媒１２上での還元反応が期待できないものと考えられるので、現在の排気温度が２３０℃以上になっている条件下でのみステップＳ１１へと進んで尿素水噴射制御のフラグを立てるようにしてある。
【００４０】
そして、ステップＳ１１にて尿素水噴射制御のフラグが立つと、次のステップＳ１２にて尿素水２２の噴射に関する現在の運転状態（ステップＳ１、ステップＳ２で現在のディーゼルエンジン１の回転数及び燃料噴射量が既に判明している）に対応した尿素水２２の噴射量（現在の運転状態におけるＮＯｘ推定発生量とＮＯｘ吸蔵材１０からの放出量との合算分を還元浄化するのに必要な噴射量）が読み出され、これが次のステップＳ１３にて供給ポンプ２１に向け駆動指令信号２１ａとして出力され、この供給ポンプ２１の適切な時間分の駆動により尿素水２２の添加量が調整されるようになっている。
【００４１】
斯かるステップＳ７〜ステップＳ１３までの尿素水噴射制御は、ステップＳ１４にてＮＯｘ吸蔵材１０のＮＯｘが全て分解放出されたものと看做し得る所定時間Ｔ（約１０分程度）が経過するまで繰り返された後に、次のステップＳ１５に進んで終了するようになっている。
【００４２】
而して、このようにすれば、酸化触媒１３を通過することにより排気ガス８中のＮＯｘの大半を占めるＮＯが反応性の高いＮＯ_２となり、このＮＯ_２がＮＯｘ吸蔵材１０上で効率良く硝酸塩の状態で吸蔵されることになるので、ＮＯｘ吸蔵材１０におけるＮＯｘの吸蔵反応が著しく促進されて従来より低い排気温度から高いＮＯｘ低減率が得られ、その直後の選択還元型触媒１２が活性温度域にない状態でもＮＯｘの低減化を図ることが可能となる。
【００４３】
即ち、排気ガス８中のＮＯｘの大半を占めるＮＯがそのままＮＯｘ吸蔵材１０に吸蔵される場合には、該ＮＯｘ吸蔵材１０の触媒作用によりＮＯが酸素と結びついてＮＯ_２となってからＮＯｘ吸蔵材１０と反応し、ここで硝酸塩を生成して吸蔵されることになるが、ＮＯｘ中に反応性の高いＮＯ_２が予め増加していれば、このＮＯ_２が一足飛びにＮＯｘ吸蔵材１０と反応して硝酸塩を生成する反応へと移行して吸蔵反応が効率良く進むことになる。
【００４４】
また、ＮＯｘの吸蔵量が増大して飽和量Ｌ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、吸蔵したＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材１０から分解放出させる必要があるが、制御装置１６において、ＮＯｘ吸蔵材１０におけるＮＯｘの推定吸蔵量が飽和量Ｌを超えているか否かが監視されており、ＮＯｘ吸蔵材１０の吸蔵量が飽和量に達していて再生が必要と判定された時には、制御装置１６の燃料噴射制御が通常モードから再生モードに切り替わり、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い、しかも、そのメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめるような噴射パターンで燃料噴射が実行される。
【００４５】
そして、ポスト噴射による燃料添加で生じた未燃の炭化水素が酸化触媒１３にて酸素と反応して熱分解することによりＣＯや水素が生じ、これらＣＯや水素の増加により還元性雰囲気が高められ、しかも、その酸化触媒１３上での酸化反応により生じた反応熱により酸化触媒１３を通過する排気ガス８が大幅に昇温される結果、ＮＯｘ吸蔵材１０からのＮＯｘの分解放出反応が著しく促進される。
【００４６】
そして、前述の酸化触媒１３での酸化反応及びＮＯｘ吸蔵材１０での分解放出反応を経て昇温した排気ガス８が選択還元型触媒１２に導入されることで該選択還元型触媒１２の触媒床温度が上昇して活性が高まるので、このＮＯｘ吸蔵材１０でのＮＯｘ放出時に後段の選択還元型触媒１２に対し尿素水２２を添加すれば、該尿素水２２が、約１８０℃以上の温度条件下で、次式
【化１】
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２
によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解されて、活性状態にある選択還元型触媒１２上で排気ガス８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。
【００４７】
即ち、仮にＮＯｘ吸蔵材１０からＮＯｘを分解放出させる再生時期が排気温度の低い運転状態にあったとしても、ＮＯｘ吸蔵材１０を再生させるべくポスト噴射により燃料添加を行えば、それが同時に排気温度を上昇させる作用となって後段の選択還元型触媒１２の活性が上がるので、該選択還元型触媒１２上でのＮＯｘの還元浄化が実現されることになる。
【００４８】
尚、前段のＮＯｘ吸蔵材１０から分解放出されるＮＯｘはＮＯであるので、基本的に次式
【化２】
６ＮＯ＋４ＮＨ_３→５Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
或いは、次式
【化３】
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
により還元浄化されることになるが、上流側で生成されて流れ着いたＮＯ_２の比率によっては、最も反応速度の早い次式
【化４】
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
によっても還元浄化が行われることになる。
【００４９】
また、特に本形態例においては、タイミングを遅らせたメイン噴射の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が上昇されることになる。
【００５０】
この際、メイン噴射のタイミングを若干遅らせるにあたって、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。
【００５１】
従って、上記形態例によれば、排気温度が低くて選択還元型触媒１２が活性温度域にない運転状態であっても、酸化触媒１３を通過させることで排気ガス８中に反応性の高いＮＯ_２を生成してＮＯｘ吸蔵材１０に効率良く吸蔵させることができ、しかも、ＮＯｘ吸蔵材１０からＮＯｘを分解放出させる再生時期が排気温度の低い運転状態にあったとしても、ポスト噴射により燃料添加を行えば、それが同時に排気温度を上昇させる作用となって後段の選択還元型触媒１２の活性を上げることができ、この活性の上がった選択還元型触媒１２に対し尿素水２２の添加を行えば、前段のＮＯｘ吸蔵材１０から放出されたＮＯｘをアンモニアにより良好に還元浄化することができるので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯｘ低減効果が得られるようにすることができる。
【００５２】
事実、本形態例によれば、図３にグラフで示す如く、曲線Ｂで示す従来のＮＯｘ低減率の推移と比較して、曲線Ａで示す通り、排気温度の低い低負荷運転領域から高いＮＯｘ低減率が得られることが確認された。
【００５３】
また、本形態例においては、燃料噴射装置１７に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる制御を行うだけで、新たな付属設備を必要とせずに排気ガス８中に未燃の燃料を添加することができるので、排気ガス８中に燃料を還元剤として添加するための燃料添加手段にかかるコストの高騰を抑制することができる。
【００５４】
更に、メイン噴射の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、ディーゼルエンジン１の熱効率を下げて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、これにより酸化触媒１３に到る排気ガス８の温度を確実に上昇させることができるので、添加燃料が酸化触媒１３上で酸化反応することができないほど排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われていても、排気温度を積極的に上げて添加燃料の酸化触媒１３上での酸化反応を可能ならしめることができ、しかも、パイロット噴射により燃料の予混合化を促進してメイン噴射の着火性を向上することで失火の虞れを未然に回避することもできる。
【００５５】
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、燃料添加手段には、排気管の適宜位置（排気マニホールドでも可）にインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加するようにしたものを採用しても良いこと、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。
【００５６】
【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。
【００５７】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気温度が低くて選択還元型触媒が活性温度域にない運転状態であっても、酸化触媒を通過させることで排気ガス中に反応性の高いＮＯ_２を生成してＮＯｘ吸蔵材に効率良く吸蔵させることができ、しかも、ＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘを分解放出させる再生時期が排気温度の低い運転状態にあったとしても、ＮＯｘ吸蔵材を再生させるべく燃料添加手段により燃料添加を行えば、それが同時に排気温度を上昇させる作用となって後段の選択還元型触媒の活性を上げることができ、この活性の上がった選択還元型触媒に対し尿素水の添加を行えば、前段のＮＯｘ吸蔵材から放出されたＮＯｘをアンモニアにより良好に還元浄化することができるので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵材と選択還元型触媒とを効果的に運用することによって、従来より低い排気温度から良好なＮＯｘ低減効果が得られるようにすることができる。
【００５８】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる制御を行うだけで、新たな付属設備を必要とせずに排気ガス中に未燃の燃料を添加することができ、燃料添加手段にかかるコストの高騰を抑制することができる。
【００５９】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、メイン噴射の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て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、これにより酸化触媒に到る排気ガスの温度を確実に上昇させることができるので、添加燃料が酸化触媒上で酸化反応することができないほど排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われていても、排気温度を積極的に上げて添加燃料の酸化触媒上での酸化反応を可能ならしめることができ、しかも、パイロット噴射により燃料の予混合化を促進してメイン噴射の着火性を向上することで失火の虞れを未然に回避することもできる。
【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の制御装置による具体的な制御手順を示すフローチャートである。
【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）
８排気ガス
９排気管
１０ＮＯｘ吸蔵材
１２選択還元型触媒
１３酸化触媒
１６制御装置（燃料添加手段）
１７燃料噴射装置（燃料添加手段）
１９尿素水タンク（尿素水添加手段）
２０尿素水供給管（尿素水添加手段）
２１供給ポンプ（尿素水添加手段）
２２尿素水
２３噴射ノズル（尿素水添加手段）

Claims

エンジンの排気管途中に装備されて排気ガス中の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酸素濃度の低下時に還元剤の介在によりＮＯｘを分解放出するＮＯｘ吸蔵材と、該ＮＯｘ吸蔵材より上流側に装備された酸化触媒と、該酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を還元剤として添加する燃料添加手段と、前記ＮＯｘ吸蔵材の直後に装備されて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選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
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、該燃料噴射装置に対しメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行わしめる制御装置とにより燃料添加手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
ポスト噴射の実行時に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に制御装置を構成したことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。