JP2010101216A - ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化触媒への貴金属担持量を低減し、排気系全体の低温時に速やかに暖機し、フィルタの再生時にフィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１１の排気通路１３にパティキュレートフィルタ１７を設け、このフィルタより排ガス上流側の排気通路にメイン酸化触媒１８を設ける。メイン酸化触媒より排ガス上流側の排気通路にこの排気通路を迂回するバイパス通路２１の両端を接続し、バイパス通路にサブ酸化触媒２２を設ける。燃料ミスト添加手段が排気通路内の排ガスに燃料ミストを添加してメイン酸化触媒及びサブ酸化触媒に供給する。サブ酸化触媒より排ガス上流側のバイパス管に設けられたバーナ２３がサブ酸化触媒に向けて燃料を噴射するとともにこの燃料を燃焼させる。コントローラ５３が温度センサ４８及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいてバーナ及び燃料ミスト添加手段を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＨＣ等の未燃燃料を酸化触媒で酸化し、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、更にこの捕集したパティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタを再生する装置に関するものである。

従来、この種の排ガス浄化装置として、排ガス中のパティキュレートを捕集するとともに排気通路の上流部分に酸化触媒を有するパティキュレートフィルタが内燃機関の排気通路に介装され、強制再生手段がフィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に燃焼除去してフィルタの再生を行うように構成された内燃機関の排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排気浄化装置では、強制再生手段が、フィルタの上流に設けられたバーナを含む。このバーナは、燃料噴霧を着火により燃焼させて排気通路内の排気を昇温させる燃焼モードと、着火せずに燃料噴霧のみを排気通路に供給する燃料供給モードとに切換えて作動可能になっており、バーナを燃焼モードで作動させた後、燃料供給モードに切換えて作動させるように構成される。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの強制再生時に、先ずバーナを燃焼モードで作動させることにより、排気通路内の排ガスを昇温させ、その後バーナを燃料供給モードに切換えて着火なく作動させることにより、燃料噴霧のみを排気通路に供給する。即ち、昇温した排ガスによって酸化触媒が活性状態とされた後に、この活性化した酸化触媒に向けてバーナから燃料噴霧だけが供給される。このとき燃料噴霧はバーナの余熱によって十分に気化が促進されているので、燃料噴霧が酸化触媒において速やかに酸化反応を起こして発熱し、この酸化反応熱によってフィルタに捕集されたパティキュレートが良好に燃焼除去されるようになっている。
特開２００４−３２４５８７号公報（請求項１、段落［００１１］、図１）

しかし、上記従来の特許文献１に示された内燃機関の排気浄化装置では、比較的大型のバーナを用いなければ、排気通路内を通る排ガスを酸化触媒が活性状態になる温度まで昇温できず、大型のバーナを用いると、バーナの失火時に排気管内に比較的多くの燃料が溜まる場合があった。この状態でバーナを着火すると、排気管内に溜まった燃料に引火して火炎が必要以上に大きくなり、酸化触媒等を損傷するおそれがあった。
また、上記従来の特許文献１に示された内燃機関の排気浄化装置では、フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼除去すべく、酸化触媒における酸化反応熱によってフィルタを高温にする必要があるため、比較的大型の酸化触媒を用いなければならない。このため酸化触媒に担持される白金等の貴金属が比較的多く用いられ、酸化触媒の製造コストが未だ高いという問題点があった。

本発明の目的は、バーナの失火時にバイパス管内に溜まる燃料が比較的少量であるため、バーナの着火時に上記溜まった燃料に引火してもバイパス管内に殆ど悪影響を与えることなく、排気系全体の低温時に速やかに暖機することができるとともに、フィルタの再生時にフィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱できる、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、メイン酸化触媒及びサブ酸化触媒の総体積を従来の酸化触媒の総体積より小さくしても、フィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱でき、これによりメイン酸化触媒及びサブ酸化触媒への貴金属の総担持量を低減できる、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気通路１３に設けられたパティキュレートフィルタ１７と、このフィルタ１７より排ガス上流側の排気通路１３に設けられたメイン酸化触媒１８と、メイン酸化触媒１８より排ガス上流側の排気通路１３に両端が接続されこの排気通路１３を迂回するバイパス通路２１と、バイパス通路２１に設けられたサブ酸化触媒２２と、排気通路１３内の排ガスに燃料ミストを添加してこの燃料ミストをメイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２に供給する燃料ミスト添加手段と、サブ酸化触媒２２より排ガス上流側のバイパス管２１に設けられサブ酸化触媒２２に向けて燃料２７を噴射するとともにこの燃料２７を燃焼させるバーナ２３と、メイン酸化触媒１８の入口温度を検出する温度センサ４８と、フィルタ１７に堆積したパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段と、温度センサ４８及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいてバーナ２３及び燃料ミスト添加手段を制御するコントローラ５３とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、バーナ２３が、燃料２７と空気の混合ガス３０を噴射する混合ガス噴射ノズル２４と、この混合ガス３０を燃焼させる着火手段２６とを有することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、燃料ミスト添加手段が、ディーゼルエンジン１１への燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気通路１３内の排ガスに添加するように構成されるか、或いはバイパス通路より排ガス上流側の排気通路に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように構成されたことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、メイン酸化触媒１８の体積を１００％とするとき、サブ酸化触媒２２の体積が３〜３０％であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、暖機運転時又はフィルタ再生時に、コントローラが温度センサ及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいて、燃料ミスト添加手段を制御して排気通路内の排ガスに燃料ミストを添加するとともに、バーナからサブ酸化触媒に向けて燃料を噴射しこの燃料を燃焼させる。この燃焼ガスによりサブ酸化触媒の温度が上昇し、この暖まったサブ酸化触媒に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがサブ酸化触媒で酸化されて、サブ酸化触媒の出口温度が更に上昇して高温になる。この高温の排ガスがバイパス管及び排気管を通ってメイン酸化触媒に流入すると、この触媒の入口温度が上昇し、この暖まったメイン酸化触媒に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがメイン酸化触媒で酸化されてメイン酸化触媒の出口温度が更に上昇する。この結果、排気系の暖機を短時間で行うことができ、またメイン酸化触媒から排出された排ガスの熱によりフィルタに堆積したパティキュレートが燃焼焼却されてフィルタを速やかに再生することができる。またメイン酸化触媒及びサブ酸化触媒の総体積を従来の酸化触媒の総体積より小さくしても、フィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱できる。この結果、メイン酸化触媒及びサブ酸化触媒への貴金属の総担持量を低減できる。

請求項２に係る発明では、暖機運転時又はフィルタ再生時に、コントローラが温度センサ及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいて、燃料ミスト添加手段を制御して排気通路内の排ガスに燃料ミストを添加するとともに、バーナの混合ガス噴射ノズルから噴射された燃料及び空気の混合ガスがバーナの着火手段で燃焼される。このようにバーナが混合ガス噴射ノズルと着火手段とを有するので、バーナで生成された燃焼ガスによりサブ酸化触媒の温度を速やかに上昇させることができる。
請求項３に係る発明では、エンジンへの燃料のポスト噴射により燃料ミストを排気通路内の排ガスに添加するように燃料ミスト添加手段を構成すれば、新たに部品の追加せずに排気通路内の排ガスに燃料ミスト添加できる。またバイパス通路より排ガス上流側の排気通路に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように燃料ミスト添加手段を構成すれば、部品点数は増大するけれども、排気通路内の排ガスに最適な時期にかつ最適な量の燃料ミストを添加することができる。
請求項４に係る発明では、サブ酸化触媒の体積がメイン酸化触媒の体積の３〜３０％と小さいため、バーナからの混合ガスの噴射量は比較的少なくて済み、バーナの失火時に混合ガス中の燃料が短管内やバイパス管内に溜まっても、その量は僅かである。この結果、バーナの着火時に上記溜まった燃料に引火しても短管内やバイパス管内に殆ど悪影響を与えない。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。吸気管１２ｂには、ターボ過給機１４のコンプレッサケース１４ａと、ターボ過給機１４により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１６とがそれぞれ設けられ、排気マニホルド１３ａに近い排気管１３ｂにはターボ過給機１４のタービンケース１４ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサケース１４ａ内にはコンプレッサホイールが回転可能に設けられ、タービンケース１４ｂにはタービンホイールが回転可能に設けられ、これらのホイールはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービンホイール及びシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、このコンプレッサホイールの回転により吸気管１２ｂ内の吸入空気が圧縮されるように構成される。上記吸気マニホルド１２ａと吸気管１２ｂとにより吸気通路１２が構成され、上記排気マニホルド１３ａと排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。なお、この実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンであってもよい。

一方、タービンケース１４ｂより排ガス下流側の排気管１３ｂにはパティキュレートフィルタ１７が設けられ、このフィルタ１７より排ガス上流側の排気管１３ｂにはメイン酸化触媒１８が設けられる。パティキュレートフィルタ１７及びメイン酸化触媒１８は排気管１３ｂの直径より大径の筒状のコンバータ１９に収容される。上記フィルタ１７は、コージェライトなどのセラミック製のハニカムフィルタであり、多孔質の隔壁により多数の互いに平行な貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止することにより構成される。また酸化触媒１８は、図示しないがコージェライト製のハニカム担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングしたり、或いはステンレス鋼製のメタル担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングすることにより形成される。

メイン酸化触媒１８より排ガス上流側の排気管１３ｂには、この排気管１３ｂを迂回するバイパス管２１の両端が排気管１３ｂの長手方向に所定の間隔をあけてそれぞれ接続され、バイパス管２１にはサブ酸化触媒２２が設けられる。サブ酸化触媒２２はメイン酸化触媒１８と同様に構成されるけれども、サブ酸化触媒２２の体積は、メイン酸化触媒１８の体積を１００％とするとき、３〜３０％、好ましくは８〜２０％に設定される。ここで、サブ酸化触媒２２の体積を３〜３０％の範囲内に設定したのは、３％未満では燃料ミストを酸化できる温度までメイン酸化触媒１８を昇温できず、３０％を越えるとサブ酸化触媒２２が大きくなって製造コストを低減するというメリットがなくなるからである。なお、バイパス管２１の内径は排気管１３ｂの内径を１００％とするとき３〜３０％の範囲内に設定されることが好ましい。また排気管１３ｂ内の排ガスに燃料ミストを添加しこの燃料ミストをメイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２に供給する燃料ミスト添加手段が設けられる。燃料ミスト添加手段は、この実施の形態では、ディーゼルエンジン１１への燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気管１３ｂ内の排ガスに添加するように構成される。具体的には、図示しないが、エンジン１１の各シリンダに燃料を噴射する蓄圧型燃料噴射装置が、エンジン１１の各シリンダに設けられた電子制御のインジェクタと、これらのインジェクタに接続されたコモンレールとを有する。上記インジェクタは、シリンダに臨む燃料噴射ノズルと、燃料噴射ノズルの噴孔を開閉可能なニードル弁と、このニードル弁を駆動するインジェクタ用電磁弁とからなる。このインジェクタ用電磁弁がオフの状態で燃料噴射ノズルの噴孔が閉止され、オンすると噴孔が開いて燃料がシリンダに噴射されるように構成される。

サブ酸化触媒２２より排ガス上流側のバイパス管２１には、サブ酸化触媒２２に向けて燃料２７を噴射するとともにこの燃料２７を燃焼させるバーナ２３が設けられる（図１及び図２）。バーナ２３は、燃料２７と空気の混合ガス３０（図２）を噴射する混合ガス噴射ノズル２４と、混合ガス３０を燃焼させる着火手段２６とを有する。混合ガス噴射ノズル２４の先端は短管２５を通してバイパス管２１に接続される。また混合ガス噴射ノズル２４には、空気通路２４ａと燃料通路２４ｂとが形成される（図２）。空気通路２４ａは混合ガス噴射ノズル２４の基端から先端まで一直線状に延びて形成され、燃料通路２４ｂは混合ガス噴射ノズル２４の基端からノズルの軸線に対して斜めに延び先端が空気通路２４ａの長手方向中央に連通する。空気通路２４ａの基端は圧縮空気が貯留されたエアタンク２８に空気供給管２９を通して接続され、空気供給管２９の途中には混合ガス噴射ノズル２４の空気通路２４ａに供給する空気量を調整する空気流量調整弁３１が設けられる（図１）。燃料通路２４ｂの基端は燃料２７（軽油、ガソリン、灯油等）を貯留する燃料タンク３２に燃料供給管３３を通して接続され、燃料供給管３３の途中には燃料タンク３２側から順に燃料ポンプ３４と燃料流量調整弁３６が設けられる。着火手段２６は、短管２５の外周面から短管２５内に臨んで設けられ、所定の大きな電圧を印加することにより放電火花２６ｂを発する一対の放電端子２６ａ，２６ａを有する（図２）。また上記混合ガス噴射ノズル２４、着火手段２６、サブ酸化触媒２２及びメイン酸化触媒１８は、この順に上方から下方に鉛直方向に並ぶように配設される。更に燃料流量調整弁３６はデューティ比を変えて流量を調整するパルス弁であり、着火手段２６はこの燃料流量調整弁３６と同期して一対の放電端子２６ａ，２６ａ間で放電火花２６ｂを発するように構成される。

一方、パティキュレートフィルタ１７より排ガス下流側の排気管１３ｂには選択還元型触媒３７が設けられ、選択還元型触媒３７より排ガス下流側の排気管１３ｂにはアンモニアスリップ防止触媒３８が設けられる。選択還元型触媒３７及びアンモニアスリップ防止触媒３８は排気管１３ｂの直径より大径の筒状のコンバータ３９に収容される。選択還元型触媒３７は、例えば銅−ゼオライト系のモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に銅イオン交換ゼオライト（Ｃｕ−ＺＳＭ−５）がコーティングされたものである。この銅イオン交換ゼオライト触媒はＮａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｕイオンとイオン交換した物質である。なお、銅イオン交換ゼオライトを用いた触媒ではなく、ゼオライト、酸化チタン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等を用いた触媒であってもよい。またアンモニアスリップ防止触媒３８は、図示しないがコージェライト製のハニカム担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングしたり、或いはステンレス鋼製のメタル担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングすることにより形成される。

選択還元型触媒３７より排ガス上流側であってパティキュレートフィルタ１７より排ガス下流側の排気管１３ｂには、尿素系液体供給手段４１の尿素系液体噴射ノズル４２が挿入される。尿素系液体供給手段４１は、選択還元型触媒３７に向って尿素系液体４５を噴射する上記尿素系液体噴射ノズル４２と、尿素系液体４５を貯留する尿素系液体タンク４３と、尿素系液体タンク４３及び尿素系液体噴射ノズル４２を連通接続する尿素系液体供給管４４と、この尿素系液体供給管４４に設けられ尿素系液体噴射ノズル４２への尿素系液体４５の流量を調整する尿素系液体調整弁４６と、尿素系液体調整弁４６及び尿素系液体タンク４３間の尿素系液体供給管４４に設けられ尿素系液体タンク４３内の尿素系液体４５を尿素系液体噴射ノズル４２に圧送する尿素系液体ポンプ４７とを有する。上記尿素系液体４５としては、尿素水溶液が用いられる。また尿素系液体調整弁４６は尿素系液体供給管４４の開度を変更することにより、尿素系液体噴射ノズル４２への尿素系液体４５の流量を調整可能に構成される。なお、尿素系液体として、アンモニア水やアンモニア誘導物質等を用いてもよい。

一方、コンバータ１９内には、メイン酸化触媒１８より排ガス上流側に、メイン酸化触媒１８の入口温度を検出する温度センサ４８が挿入される。またディーゼルエンジン１１のクランク軸にはこの軸の回転速度を検出する回転センサ５１が設けられ、燃料噴射ポンプのロードレバー（図示せず）にはこのレバーの変位量を検出することによりディーゼルエンジン１１の負荷を検出する負荷センサ５２が設けられる。更にフィルタ１７に堆積したパティキュレートの堆積量は堆積量検出手段（図示せず）が計算にてフィルタ１７へのパティキュレートの堆積量を算出することにより検出される。具体的には、堆積量検出手段は、回転センサ５１及び負荷センサ５２の検出するエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づきコントローラ５３がフィルタ１７に堆積するパティキュレートの量を積算してパティキュレートの堆積量を検出するように構成される。上記温度センサ４８、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ５３の制御入力に接続され、コントローラ５３の制御出力はインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁３６及び尿素系液体ポンプ４７にそれぞれ接続される。

またコントローラ５３にはメモリ５４が設けられ、このメモリ５４には、排ガス温度、エンジン回転及びエンジン負荷に応じたインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料流量調整弁３６、着火手段２６及び尿素系液体調整弁４６の開度や、燃料ポンプ３４及び尿素系液体ポンプ４７の作動又は不作動が予めマップとして記憶される。そして、コントローラ５３は温度センサ４８、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力に基づいてディーゼルエンジン１１の運転状況を把握し、その運転状況からメモリ５４に記憶された条件に従ってインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁４６及び尿素系液体ポンプ４７を制御し、その運転状況に応じて、エンジン１１へのポスト噴射により所定の時期に最適な量の燃料ミストを排ガスに添加したり、所定の時期に最適な量の混合ガス３０を混合ガス噴射ノズル２４から噴射して着火手段２６により燃焼させたり、或いは尿素水溶液４５を尿素系液体噴射ノズル４２から噴射するように構成される。

このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。寒冷地のように極低温の雰囲気中でエンジン１１を始動すると、温度センサ４８がメイン酸化触媒１８の入口温度が２００℃以下であることを検出し、堆積量検出手段が計算によるフィルタ１７へのパティキュレートの堆積量を算出してフィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積していないことを検出する。コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。これにより排気管１３ｂ内の排ガスに未燃の燃料ミストが添加される。同時にコントローラ５３は、空気流量調整弁３１を開き、エアタンク２８内の圧縮空気を空気供給管２９を通して混合ガス噴射ノズル２４の空気通路２４ａに供給するとともに、燃料ポンプ３４を作動させかつ燃料流量調整弁３６を開き、燃料タンク３２内の燃料２７を燃料供給管３３を通して混合ガス噴射ノズル２４の燃料通路２４ｂに供給する。この燃料２７は混合ガス噴射ノズル２４内で空気と混合されて混合ガス３０となった後にノズル２４の先端から噴射される。噴射された混合ガス３０は着火手段２６の一対の放電端子２６ａ，２６ａ間で発せられた放電火花２６ｂにより炎５６（図２）をあげて燃焼し、この燃焼ガスはサブ酸化触媒２２に流入してこの触媒２２の温度が上昇する。この暖まったサブ酸化触媒２２に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがサブ酸化触媒２２で酸化されて、サブ酸化触媒２２の出口温度が更に上昇して６００〜７００℃程度の高温になる。この高温の排ガスがバイパス管２１及び排気管１３ｂを通ってメイン酸化触媒１８に流入すると、この触媒１８の温度が上昇する。この暖まったメイン酸化触媒１８に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがメイン酸化触媒１８で酸化されてメイン酸化触媒１８の出口温度が更に上昇する。この結果、メイン酸化触媒１８の温度が２５０℃以上に上昇するので、温度センサ４８が３００℃以上の温度を検出すると、コントローラ５３はインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１及び燃料流量調整弁３６を閉じ、燃料ポンプ３４及び着火手段２６を停止させる。このように短時間で排気系全体の暖機が完了する。

エンジン１１が中負荷運転又は高負荷運転に移行すると、選択還元型触媒３７の入口側の排ガス温度が高くなり選択還元型触媒３７にてＮＯｘを還元可能になるので、コントローラ５３は温度センサ４８、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力に基づいて、尿素系液体ポンプ４７を作動させるとともに尿素系液体調整弁４６を開く。エンジン１１の排ガスに含まれるＮＯｘの大部分はＮＯであり、このＮＯの一部はメイン酸化触媒１８にてＮＯ₂に酸化され、このＮＯ₂は選択還元型触媒３７に吸着される。一方、尿素系液体噴射ノズル４２から噴射された尿素水溶液４５は加水分解してアンモニアが生成される。この生成されたアンモニアは排ガスとともに選択還元型触媒３７に導入され、選択還元型触媒３７にて上記アンモニアと上記排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ₂）とが反応し、ＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ₂）がＮ₂に還元される。また選択還元型触媒３７を通過した余剰のアンモニアはアンモニアスリップ防止触媒３８にて酸化され、Ｎ₂及び水が生成される。但し、この場合、排気管１３ｂへの燃料ミストの添加量を多少減らす。これにより排気系が過熱するのを回避できる。

一方、サブ酸化触媒２２の体積がメイン酸化触媒１８の体積の３〜３０％と小さいため、バーナ２３からの混合ガス３０の噴射量は比較的少なくて済み、バーナ２３の失火時に混合ガス３０中の燃料が短管２５内やバイパス管２１内に溜まっても、その量は僅かである。このため、バーナ２３の着火時に上記溜まった燃料に引火しても短管２５内やバイパス管２１内に殆ど悪影響を与えない。また混合ガス噴射ノズル２４、着火手段２６、サブ酸化触媒２２及びメイン酸化触媒１８を、この順に上方から下方に鉛直方向に並ぶように配設しているため、バーナ２３の失火時に混合ガス３０中の燃料が短管２５内やバイパス管２１内に溜まっても、この燃料は短管２５内及びバイパス管２１内を流下して未だ高温のサブ酸化触媒２２で酸化されてしまい、またサブ酸化触媒２２を通過した燃料はバイパス管２１内及び排気管１３ｂ内を流下して未だ高温のメイン酸化触媒１８で酸化されてしまうため、バーナ２３の着火時に短管２５内やバイパス管２１内に燃料が溜まった状態になることは殆どない。

一方、堆積量検出手段が計算によるフィルタ１７へのパティキュレートの堆積量を算出してフィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積したことを検出し、温度センサ４８が２５０℃以下のメイン酸化触媒１８の入口温度を検出すると、コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。これにより排気管１３ｂ内の排ガスに未燃の燃料ミストが添加される。同時にコントローラ５３は、空気流量調整弁３１を開き、エアタンク２８内の圧縮空気を空気供給管２９を通して混合ガス噴射ノズル２４の空気通路２４ａに供給するとともに、燃料ポンプ３４を作動させかつ燃料流量調整弁３６を開き、燃料タンク３２内の燃料２７を燃料供給管３３を通して混合ガス噴射ノズル２４の燃料通路２４ｂに供給する。この燃料２７は混合ガス噴射ノズル２４内で空気と混合されて混合ガス３０となった後にノズル２４の先端から噴射される。噴射された混合ガス３０は着火手段２６の一対の放電端子２６ａ，２６ａ間で発せられた放電火花２６ｂにより炎５６（図２）をあげて燃焼し、この燃焼ガスはサブ酸化触媒２２に流入してこの触媒２２の温度が上昇する。この暖まったサブ酸化触媒２２に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがサブ酸化触媒２２で酸化されてサブ酸化触媒２２の温度が更に上昇して６００〜７００℃程度の高温になる。この高温の排ガスがバイパス管２１及び排気管１３ｂを通ってメイン酸化触媒１８に流入すると、この触媒１８の温度が上昇する。この暖まったメイン酸化触媒１８に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがメイン酸化触媒１８で酸化されてメイン酸化触媒１８の温度が更に上昇して６００〜７００℃程度の高温になる。この結果、メイン酸化触媒１８から排出された高温の排ガスにより、フィルタ１７に堆積したパティキュレートを燃焼除去できるので、フィルタ１７を速やかに再生できる。上述のことから、メイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２の総体積を従来の酸化触媒の総体積より小さくしても、フィルタ１７をパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱でき、これによりメイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２への貴金属の総担持量を低減できる。

＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、堆積量検出手段として、一対の圧力センサ７１，７１のフィルタ１７の前後の排ガス圧力差からパティキュレートフィルタ１７に堆積したパティキュレートの量を検出する手段が用いられる。上記一対の圧力センサ７１，７１はフィルタ１７の前後に位置するようにコンバータ１９にそれぞれ挿入される。温度センサ４８、一対の圧力センサ７１，７１、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ５３の制御入力に接続され、コントローラ５３の制御出力はインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁３６及び尿素系液体ポンプ４７にそれぞれ接続される。

またコントローラ５３にはメモリ５４が設けられ、このメモリ５４には、排ガス温度、一対の圧力センサ７１，７１の圧力差、エンジン回転及びエンジン負荷に応じたインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料流量調整弁３６、着火手段２６及び尿素系液体調整弁４６の開度や、燃料ポンプ３４及び尿素系液体ポンプ４７の作動又は不作動が予めマップとして記憶される。そして、コントローラ５３は温度センサ４８、一対の圧力センサ７１，７１、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力に基づいてディーゼルエンジン１１の運転状況を把握し、その運転状況からメモリ５４に記憶された条件に従ってインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁４６及び尿素系液体ポンプ４７を制御し、その運転状況に応じて、エンジン１１へのポスト噴射により所定の時期に最適な量の燃料ミストを排ガスに添加したり、所定の時期に最適な量の混合ガス３０を混合ガス噴射ノズル２４から噴射して着火手段２６により燃焼させたり、或いは尿素水溶液４５を尿素系液体噴射ノズル４２から噴射するように構成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。寒冷地のように極低温の雰囲気中でエンジン１１を始動すると、温度センサ４８がメイン酸化触媒１８の入口温度が２００℃以下であることを検出し、一対の圧力センサ７１，７１がフィルタ１７前後の排ガス圧力差が所定値以上に達していないこと（フィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積していないこと）を検出する。コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。上記以外の動作は第１の実施の形態と同様であるので、繰返しの説明を省略する。

一方、一対の圧力センサ７１，７１がフィルタ１７前後の排ガス圧力差が所定値以上に達したこと（フィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積したこと）を検出し、温度センサ４８が２５０℃以下のメイン酸化触媒１８の入口温度を検出すると、コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。上記以外の動作は第１の実施の形態と同様であるので、繰返しの説明を省略する。

なお、上記第１及び第２の実施の形態では、燃料ミスト添加手段を、ディーゼルエンジンへの燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気通路内の排ガスに添加するように構成したが、バイパス通路より排ガス上流側の排気通路に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように構成してもよい。この場合、上記第１及び第２の実施の形態より部品点数は増大するけれども、排気通路内の排ガスに最適な時期にかつ最適な量の燃料ミストを添加することができる。また、第１の実施の形態では、堆積量検出手段として、計算によりフィルタに堆積したパティキュレートの量を積算して検出する手段を挙げ、第２の実施の形態では、堆積量検出手段として、一対の圧力センサのフィルタ前後の排ガス圧力差からパティキュレートの堆積量を検出するを手段を挙げたが、計算によりフィルタに堆積したパティキュレートの量を積算して検出する堆積量検出手段と、一対の圧力センサのフィルタ前後の排ガス圧力差からパティキュレートの堆積量を検出する手段との両方を用いてもよい。この場合、フィルタに堆積したパティキュレートの量をより正確に検出することができ、パティキュレートの堆積量の検出精度を向上できる。

本発明第１実施形態のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の構成図である。 図１のＡ部拡大断面図である。 本発明第２実施形態のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の構成図である。

符号の説明

１１ ディーゼルエンジン
１３ 排気通路
１７ パティキュレートフィルタ
１８ メイン酸化触媒
２１ バイパス管（バイパス通路）
２２ サブ酸化触媒
２３ バーナ
２４ 混合ガス噴射ノズル
２６ 着火手段
２７ 燃料
３０ 混合ガス
３２ 燃料タンク
４８ 温度センサ
５３ コントローラ
７１ 圧力センサ（堆積量検出手段）

Claims (4)

1. ディーゼルエンジン(11)の排気通路(13)に設けられたパティキュレートフィルタ(17)と、
   前記フィルタ(17)より排ガス上流側の前記排気通路(13)に設けられたメイン酸化触媒(18)と、
   前記メイン酸化触媒(18)より排ガス上流側の前記排気通路(13)に両端が接続されこの排気通路(13)を迂回するバイパス通路(21)と、
   前記バイパス通路(21)に設けられたサブ酸化触媒(22)と、
   前記排気通路(13)内の排ガスに燃料ミストを添加してこの燃料ミストを前記メイン酸化触媒(18)及び前記サブ酸化触媒(22)に供給する燃料ミスト添加手段と、
   前記サブ酸化触媒(22)より排ガス上流側の前記バイパス管(21)に設けられ前記サブ酸化触媒(22)に向けて燃料(27)を噴射するとともにこの燃料(27)を燃焼させるバーナ(23,73)と、
   前記メイン酸化触媒(18)の入口温度を検出する温度センサ(48)と、
   前記フィルタ(17)に堆積したパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段(71)と、
   前記温度センサ(48)及び前記堆積量検出手段(71)の各検出出力に基づいて前記バーナ(23)及び燃料ミスト添加手段を制御するコントローラ(53)と
   を備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
2. バーナ(23)が、燃料(27)と空気の混合ガス(30)を噴射する混合ガス噴射ノズル(24)と、前記混合ガス(30)を燃焼させる着火手段(26)とを有する請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
3. 燃料ミスト添加手段が、ディーゼルエンジン(11)への燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気通路(13)内の排ガスに添加するように構成されるか、或いはバイパス通路(21)より排ガス上流側の排気通路(13)に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように構成された請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
4. メイン酸化触媒(18)の体積を１００％とするとき、サブ酸化触媒(22)の体積が３〜３０％である請求項１記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。