JP2016008518A - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】排気ガスの温度が低い低速低負荷運転状態での定常走行から車両が加速され、一時的にＮＯｘ発生量が増加するときに、内燃機関から排出されるＮＯｘを低減することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１５に、上流側から順に、炭化水素供給手段３２と、酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒等の上流側触媒ユニット３１ａと、炭化水素吸着機能を持つ触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂとを備え、エンジン１０を搭載した車両が排気ガスＧの温度Ｔｇ１が予め設定された設定排気ガス温度Ｔ０以下で走行を予め設定された設定時間ｔａの間継続した後に加速する場合に、排気ガス温度Ｔｇが予め設定された第１設定温度Ｔ１以上になったときに、排気ガスＧ中への炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関から排出されるＮＯｘを、触媒付き微粒子捕集フィルタの炭化水素吸着機能を利用して低減する内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。
ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジン等の内燃機関においては、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒や選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）等のＮＯｘ低減触媒を備えると共に、排気ガス中のＰＭ（微粒子状物質）を捕集するための微粒子捕集フィルタを備えた排気ガス浄化装置を排気通路に設けて排気ガスを浄化している。
このＮＯｘの浄化に関しては、低速低負荷状態からの加速で一時的にＮＯｘ量が増加するという問題がある。つまり、内燃機関を搭載した車両が、内燃機関が低速低負荷の運転状態で継続走行して、排気ガス浄化システムのＮＯｘ低減触媒が活性化温度以下になっている状態から、車両が加速されると、この加速により、燃料噴射量が多くなりシリンダ内の燃焼温度が上昇するので、シリンダからのＮＯｘ放出量が加速に伴って一時的に増加する。しかしながら、これらのＮＯｘ低減触媒は活性化していないため、発生したＮＯｘの多くが浄化されないままＮＯｘ低減触媒を通過してしまう。
この問題の解決は市街地を走行するトラック等ではアイドル等の排気ガスの温度が低く、ＮＯｘ低減触媒が活性化し難い低速低負荷運転が継続される場合が多いので特に重要な課題となっている。
しかしながら、この後処理システムとも呼ばれる排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ低減触媒側の構成の工夫や触媒性能の向上により、ＮＯｘの浄化率を向上させようとすると、ＮＯｘを還元するための還元剤噴射装置や、触媒構成の複雑化という問題が生じ、更に、ＮＯｘを還元する触媒には高価な貴金属が使用されているため、ＮＯｘ浄化率を貴金属の使用量の増加により向上させようとすると、コストが上昇してしまうという問題がある。
一方、内燃機関の排気ガスの浄化処理においては、ゼオライト系吸着触媒で、低温時には排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を物理的に吸着し、高温時には吸着されている炭化水素を放出する炭化水素吸着触媒が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２００９−２１７９号公報 特開２００１−２４１３２１号公報
本発明者は、内燃機関を搭載した車両で、排気ガスの温度が低い低速低負荷運転状態での定常走行から車両が加速されて一時的にＮＯｘ生成量が増加するときの対策において、従来技術の排気ガス浄化システムでも、設計や制御を工夫することで、微粒子捕集フィルタにＨＣ吸着機能を強化した触媒組成（例えば、セリア、ゼオライト等ＨＣ吸着機能を持った吸着材を多く使用する）の触媒を担持させて、これを利用することで、微粒子捕集フィルタで排気ガス浄化システムの後方に放出されるＮＯｘの量を２０％程度低減することが可能であるとの知見を得ると共に、実験を行い、触媒付き微粒子捕集フィルタの前後の排気ガスの成分の測定結果からこの知見が正しいとの確証を得た。
また、同時に、このときの制御における炭化水素の添加による燃費悪化も、この制御における炭化水素の添加が車両の加速時のみに限られるので、燃費の悪化も僅かで抑えられるとの知見も得た。
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関を搭載した車両において、排気ガスの温度が低い低速低負荷運転状態での定常走行から車両が加速され、一時的にＮＯｘ発生量が増加するときに、内燃機関から排出されるＮＯｘを低減することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で構成される上流側触媒ユニットと、該上流側触媒ユニットの下流の触媒付き微粒子捕集フィルタとを備えると共に、前記上流側触媒ユニットに流入する排気ガスに炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、該炭化水素供給手段を制御する制御装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒付き微粒子捕集フィルタに、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度未満では炭化水素を吸着し、炭化水素放出温度以上では吸着した炭化水素を放出する炭化水素吸着機能を持たせると共に、前記制御装置が、当該内燃機関を搭載した車両が排気ガスの温度が予め設定された設定排気ガス温度以下で走行を予め設定された設定時間の間継続した後に車両を加速する場合に、排気ガスの温度が予め設定された第１設定温度以上になったときに、排気ガス中への炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了するように前記炭化水素供給手段を制御するように構成される。
なお、この炭化水素放出温度は、例えば、２００℃〜３００℃の範囲の温度であり、設定排気ガス温度は、上流側触媒ユニットの触媒が活性化しない状態の温度で、例えば、上流側触媒ユニットの触媒のＨＣライトオフ温度（例えば、２００℃）以下の温度である。また、低温走行を継続している時間の判断用の設定時間は例えば、６００ｓｅｃ（秒）〜１２００ｓｅｃ程度である。また、第１設定温度は、上流側触媒ユニットの触媒がＨＣライトオフ温度となる温度であり、設定排気ガス温度と同じ温度に設定してもよいが、設定排気ガス温度はこの第１設定温度以下の温度に設定される。
この構成によれば、車両の加速により排気ガスの温度が上昇し始めて、排気ガスの温度が第１設定温度以上になった直後は、上流側触媒ユニットの触媒温度がＨＣライトオフ温度以上になりきっておらず、十分に活性化していないので、排気ガス中に供給された炭化水素は、上流側触媒ユニットを通過して、触媒付き微粒子捕集フィルタに流入する。この排気ガスの温度の上昇時では、触媒付き微粒子捕集フィルタの温度は例えば１００℃程度であり、まだＨＣ放出温度まで上昇していないので、流入してくる炭化水素を吸着する。
一方、車両の加速によりシリンダ内燃焼温度が上昇し、排気ガス中のＮＯｘが増加してくるが、それに伴い、触媒付き微粒子捕集フィルタの温度も上昇し、ＮＯｘが最も増加するときには、触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度以上に上昇し、吸着した炭化水素が放出される。この放出された炭化水素を利用して、更に吸入空気量を調整したり追加で炭化水素を供給したりすることにより、触媒付き微粒子捕集フィルタを通過する排気ガスをストイキ状態とすることで還元雰囲気になり、触媒付き微粒子捕集フィルタに担持された酸化触媒の三元触媒機能により、ＮＯｘが窒素と水に還元されるので、この排気ガス浄化システムの下流側のＮＯｘ排出量を低減できる。
つまり、上流側触媒ユニットの前段酸化触媒（前段ＤＯＣ）やＮＯｘ低減触媒（ｄｅＮＯｘ触媒）の温度上昇に遅れて、触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）の温度が遅れて上昇することを利用して、触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度に上昇するまでの間で炭化水素を吸着させ、車両の加速によりＮＯｘが増加する時期に合わせて吸着した炭化水素を放出させて、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化して、ＮＯｘ低減効果を得る。
なお、ＮＯｘ低減触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等のリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）を用いた場合には、この排気ガス中に供給される炭化水素により、リーンＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘが放出されるので、リーンＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御のリッチ還元時に放出されるＮＯｘ量が低減するので、ＮＯｘスリップ量も減少するという効果が得られる。
上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、排気ガス中への炭化水素の供給を複数回のパルス噴射で行うように前記炭化水素供給手段を制御するように構成されると、パルス噴射時には多量の炭化水素を短時間で供給することになるので、上流側触媒ユニットの触媒及び触媒付き微粒子捕集フィルタの触媒の環境をストイキ状態にして、これらの触媒の三元触媒作用によりＮＯｘの還元を促進できる。
なお、このパルス噴射では、内燃機関の種類や排気ガス浄化システムの各要素の配置にもよるが、例えば、０．５ｓｅｃ（秒）〜２．０ｓｅｃの間噴射し、１０ｓｅｃ〜６０ｓｅｃの間は噴射を止める。また、排気ガス中への炭化水素の供給を開始から終了までの時間も、例えば、７０ｓｅｃ〜２００ｓｅｃ程度となる。
上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記終了条件を、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度になったときとするように構成される。この「触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度になったとき」とは、触媒温度を計測している時は、この計測温度が炭化水素放出温度を超えたときとするが、触媒温度の計測が難しい時は、触媒付き微粒子捕集フィルタを通過した後の排気ガス温度から、触媒付き微粒子捕集フィルタが炭化水素放出温度を超えたときを推定して、例えば、触媒付き微粒子捕集フィルタを通過した後の排気ガス温度が炭化水素放出温度を超えたときを「触媒付き微粒子捕集フィルタが炭化水素放出温度を超えたとき」とする。
あるいは、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記終了条件を、前記供給量が予め設定された供給量に達したときとするように構成される。この予め設定された供給量は、排気ガスの温度が第１設定温度以上になってから、触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度になるまでに、触媒付き微粒子捕集フィルタに吸着可能な量とするが、この吸着可能な量、即ち、予め設定された供給量は、実験などによって予め求めておくことができる。
上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記上流側触媒ユニットに流入する排気ガスの温度を前記第１設定温度に維持した時に、前記触媒付き微粒子捕集フィルタが炭化水素放出温度を超えるまでの時間が、５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃとなるように、前記上流側触媒ユニットと前記触媒付き微粒子捕集フィルタの間の排気通路の形状と長さと放熱量と、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの材質と形状を調整して構成される。
この時間を５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃ、好ましくは９０ｓｅｃ〜１１０ｓｅｃとすることにより、車両の加速で生じる多量のＮＯｘが触媒付き微粒子捕集フィルタに到達するタイミングを触媒付き微粒子捕集フィルタに吸着したＮＯｘが放出されるタイミングと同じにすることができ、複雑な炭化水素供給操作をすることなく、ＮＯｘ低減効果を大きくすることができる。
そして、上記の目的を達成するための内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に、酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で構成される上流側触媒ユニットと、該上流側触媒ユニットの下流側の触媒付き微粒子捕集フィルタと備えると共に、前記上流側触媒ユニットに流入する排気ガスに炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、該炭化水素供給手段を制御する制御装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記触媒付き微粒子捕集フィルタに、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度未満では炭化水素を吸着し、炭化水素放出温度以上では吸着した炭化水素を放出する炭化水素吸着機能を持たせると共に、当該内燃機関を搭載した車両が排気ガスの温度が予め設定された設定排気ガス温度以下で走行を予め設定された設定時間の間継続した後に車両を加速する場合に、排気ガスの温度が予め設定された第１設定温度以上になったときに、排気ガス中への炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了することを特徴とする方法であり、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の効果を奏することができる。
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、効果的なＮＯｘ後処理装置の追加無しで、微粒子状物質を捕集して再燃焼させる触媒付き微粒子捕集フィルタに炭化水素吸着機能を付与して、前段酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で形成される上流側触媒ユニットの温度上昇タイミングと、触媒付き微粒子捕集フィルタの温度上昇タイミングとのずれを利用して、排気ガス中への炭化水素の供給を適切なタイミングで行うことにより、触媒付き微粒子捕集フィルタに炭化水素を吸着させ、車両の加速によるＮＯｘ増加時に炭化水素を放出させて、この炭化水素によるＮＯｘ低減効果を発揮させることができ、内燃機関から排出されるＮＯｘを低減することができる。
本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。 触媒付き微粒子捕集フィルタにおけるＮＯｘ低減効果を説明するための図である。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム３０は、エンジン本体１１と吸気通路１３と排気通路１５を備えているエンジン（内燃機関）１０に設けられる。
このエンジン本体１１の吸気マニホールド１２に接続する吸気通路１３には、上流側より順に、エアクリーナ１６、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａ、インタークーラ１８が設けられている。また、エンジン本体１１の排気マニホールド１４に接続する排気通路１５には、上流側より順に、ターボチャージャ１７のタービン１７ｂ、炭化水素噴射装置３２、排気ガス浄化装置３１が設けられている。
更に、吸気マニホールド１２と排気マニホールド１４を接続するＥＧＲ通路２１が設けられており、このＥＧＲ通路２１には、上流側より順にＥＧＲクーラ２２とＥＧＲバルブ２３が備えられ、ＥＧＲガスＧｅの冷却と流量調整をしている。
そして、この内燃機関の排気ガス浄化システム３０は、エンジン本体１１での燃焼反応により発生した排気ガスＧ中に含有されている、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（微粒子状物質）等を浄化処理するために、排気通路１５に、上流側触媒ユニット３１ａと、触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）３１ｂを上流から順に配置した排気ガス浄化装置３１を配置して構成される。更に、上流側触媒ユニット３１ａに流入する排気ガスＧに炭化水素（ＨＣ）を供給する炭化水素噴射装置（炭化水素供給手段）３２を上流側触媒ユニット３１ａの上流側の排気通路１５に設けると共に、この炭化水素噴射装置３２を制御する制御装置４１を備えて構成される。
なお、ここでは、燃料などの炭化水素を直接、排気通路１５内の排気ガスＧ中に噴射する排気管内直接噴射システムを例示しているが、シリンダ内燃料噴射制御におけるポスト噴射で燃料を排気通路１５に流出する排気ガスＧ中に供給してもよい。
上流側触媒ユニット３１ａは、前段酸化触媒装置（前段ＤＯＣ）、又は、ＮＯｘ低減触媒で構成される。このＮＯｘ低減触媒装置としては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等のリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ触媒）装置、若しくは、炭化水素―選択還元型触媒（ＨＣ―ＳＣＲ）触媒等がある。
また、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂは、ディーゼルパティキュレートフィルタと呼ばれる微粒子捕集フィルタに酸化触媒及び炭化水素吸着触媒を担持させて構成される。
この微粒子捕集フィルタは、コージェライト材料、若しくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料等で形成され、ハニカムセラミックスのセルの両端を交互に塞ぐことでセラミックスの薄い壁をフィルタとして使用している。この微粒子捕集フィルタは、耐熱性に優れているため、ＰＭ再生時に加熱することで捕集されているＰＭを燃焼して除去することができ、このＰＭ再生処理により、捕集性能を維持できる。なお、酸化触媒を担持させることにより、よりＰＭの燃焼が起こり易くすることができる。
酸化触媒は白金やパラジウムなどの貴金属で炭化水素等を酸化する機能を有する触媒である。また、炭化水素吸着触媒は、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに、低温、即ち、炭化水素放出温度Ｔ２未満では炭化水素を吸着し、炭化水素放出温度Ｔ２以上では吸着した炭化水素を放出する炭化水素吸着機能を持たせるための触媒である。
この炭化水素吸着触媒はゼオライト成分で形成することができ、このゼオライト成分としては、例えばモルデナイト、ＺＳＭ-５、ＵＳＹ，ＭＦＩ型ゼオライト又はβ−ゼオライト等が周知であり、これらを単独又は任意に組み合せたものを用いることができる。これにより、炭化水素を低温時で吸着し、この吸着した炭化水素を炭化水素放出温度（例えば、２００℃〜３００℃の間の温度）以上で放出させることができる。
そして、上流側触媒ユニット３１ａに流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１を測定するための第１排気ガス温度センサ３３が上流側触媒ユニット３１ａの上流側に配置され、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂから流出する排気ガスＧの温度Ｔｇ２を測定するための第２排気ガス温度センサ３４が触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの下流側に配置される。
そして、制御装置４１が次の制御を実施するように構成される。つまり、この制御装置４１は、エンジン１０を搭載した車両が、第１排気ガス温度センサ３３で検出される排気ガスＧの温度Ｔｇ１が予め設定された設定排気ガス温度Ｔ０以下で走行を予め設定された設定時間ｔａの間継続した後に車両が加速されるか否かを判定し、車両が加速される場合に、排気ガス温度Ｔｇ１が予め設定された第１設定温度Ｔ１以上になったときに、排気ガスＧ中に炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了するように炭化水素噴射装置３２を制御する。
この制御装置４１は、通常は、エンジン１０の全般の制御やエンジン１０を搭載した車両の全般の制御を行う全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。
なお、この設定排気ガス温度Ｔ０は、上流側触媒ユニット３１ａの触媒が活性化しない温度であり、例えば、上流側触媒ユニット３１ａの触媒のＨＣライトオフ温度（例えば、２００℃）以下の温度である。また、エンジン１０が低速低負荷運転状態で排気ガスＧの温度Ｔｇ１が低温状態のまま走行を継続している時間の判断用の設定時間ｔａは例えば、６００ｓｅｃ〜１２００ｅｃ程度である。また、第１設定温度Ｔ１は、上流側触媒ユニット３１ａの触媒のＨＣライトオフ温度に相当する温度であり、設定排気ガス温度Ｔ０と同じ温度に設定してもよいが、設定排気ガス温度Ｔ０以上の温度である。
この終了条件としては、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２になったときを採用したり、炭化水素の供給量が予め設定された供給量に達したときを採用したりすることができる。
この触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２になったときの判断は、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの触媒温度を計測している時は、この温度が炭化水素放出温度を超えたときとすることができる。しかし、通常は、触媒温度の計測は難しいので、このときは、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂを通過した後の排気ガス温度Ｔｇ２が炭化水素放出温度Ｔ２を超えたときを触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂが炭化水素放出温度Ｔ２を超えたときとして制御を進める。
また、この予め設定された供給量は、排気ガスＧの温度Ｔｇ１が第１設定温度Ｔ１以上になってから、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２になるまでに、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに吸着可能な量とするが、この吸着可能な量、即ち、予め設定された供給量は、実験などによって予め求めておくことができる。
そして、排気ガスＧ中への炭化水素の供給は複数回のパルス噴射で行うことが好ましい。このパルス噴射とすることで、噴射時には多量の炭化水素を短時間で供給することになるので、上流側触媒ユニット３１ａの触媒及び触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの触媒の環境をストイキ状態にして、これらの触媒の三元触媒作用によりＮＯｘの還元を著しく促進できる。
なお、エンジン１０の種類や上流側触媒ユニット３１ａと触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂ等の配置にもよるが、このパルス噴射は、例えば、０．５ｓｅｃ（秒）〜２．０ｓｅｃの間噴射し、１０ｓｅｃ〜６０ｓｅｃの間は噴射を止めることで行われる。また、排気ガスＧ中への炭化水素の供給を開始から終了までの時間は、例えば、７０ｓｅｃ〜２００ｓｅｃ程度とする。
更に、好ましくは、上流側触媒ユニット３１ａに流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１を第１設定温度Ｔ１に維持した時に、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂが炭化水素放出温度Ｔ２を超えるまでの時間が、５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃとなるように、上流側触媒ユニット３１ａと触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの間の排気ガスの通路３１ｃの形状と長さと放熱量と、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの材質と形状を調整して構成される。
この時間を５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃ、好ましくは９０ｓｅｃ〜１１０ｓｅｃとすることにより、車両の加速で生じる多量のＮＯｘが触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに到達するタイミングを、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに吸着したＮＯｘが放出されるタイミングと同じにすることができ、複雑な炭化水素供給操作をすることなく、ＮＯｘ低減効果を大きくすることができる。
一般的に、コージェライト製の微粒子捕集フィルタは炭化ケイ素製に比べて比重が軽く、熱容量が小さく昇温性に優れて、連続再生に適しているが、ここでは、熱容量が大きく昇温性に劣る炭化ケイ素製の微粒子捕集フィルタを使用することが好ましく、この微粒子捕集フィルタに酸化触媒と共に炭化水素吸着触媒を担持させて触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂを形成した場合に、炭化水素吸着の期間を長くして、より多くの炭化水素を吸着できるようになるので、つまり、上流側触媒ユニット３１ａの温度上昇に対して触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂへの炭化水素が吸着される時間が十分取れるようになるので、より好ましい。
そして、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法は、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１５に、酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で構成される上流側触媒ユニット３１ａと、この上流側触媒ユニット３１ａの下流側の触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂ備え、それと共に、上流側触媒ユニット３１ａに流入する排気ガスＧに炭化水素を供給する炭化水素噴射装置（炭化水素供給手段）３２と、この炭化水素供給手段３２を制御する制御装置４１を備えた内燃機関における排気ガス浄化方法であり、次のような方法である。
触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２未満では炭化水素を吸着し、炭化水素放出温度Ｔ２以上では吸着した炭化水素を放出する炭化水素吸着機能を持たせる。
それと共に、このエンジン１０を搭載した車両が排気ガスＧの温度Ｔｇ１が予め設定された設定排気ガス温度Ｔ０以下で走行を予め設定された設定時間ｔａの間継続した後に車両が加速される場合に、排気ガスの温度Ｔｇ１が予め設定された第１設定温度Ｔ１以上になったときに、排気ガスＧ中への炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了する方法である。
この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム３０及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、車両の加速により排気ガスＧの温度Ｔｇ１が上昇し始めて、排気ガスＧの温度Ｔｇ１が第１設定温度Ｔ１以上になった直後は、上流側触媒ユニット３１ａの触媒温度ＴｂがＨＣライトオフ温度以上になりきっておらず、十分に活性化していないので、排気ガスＧ中に供給された炭化水素は、上流側触媒ユニット３１ａを通過して、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに流入する。この排気ガスＧの温度Ｔｇ１の上昇時では、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂは１００℃程度であり、まだＨＣ放出温度Ｔ２まで上昇していないので、流入してくる炭化水素を吸着する。
一方、車両の加速によりシリンダ内燃焼温度が上昇し、排気ガスＧ中のＮＯｘが増加してくるが、それに伴い、触媒付き微粒子捕集フィルタ２１ｂの温度Ｔｂも上昇し、ＮＯｘが最も増加するときには、触媒付き微粒子捕集フィルタ２１ｂの温度ＴｂがＨＣ放出温度Ｔ２以上に上昇し、吸着した炭化水素が放出される。この放出された炭化水素により、触媒付き微粒子捕集フィルタ２１ｂを通過する排気ガスＧが還元雰囲気になり、触媒付き微粒子捕集フィルタ２１ｂに担持された酸化触媒の三元触媒としての機能により、ＮＯｘが窒素と水に還元されるので、この排気ガス浄化システム３０の下流側のＮＯｘ排出量を低減できる。このＮＯｘが浄化処理された排気ガスＧｃは、マフラー（図示しない）等を経由して大気中に放出される。
つまり、上流側触媒ユニット３１ａの前段酸化触媒（前段ＤＯＣ）やＮＯｘ低減触媒（ｄｅＮＯｘ触媒）の温度上昇に遅れて、触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）３１ｂの温度Ｔｂが遅れて上昇することを利用して、触媒付き微粒子捕集フィルタ２１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２まで上昇するまでに炭化水素を吸着し、車両の加速によりＮＯｘが増加する時期に合わせて、触媒付き微粒子捕集フィルタ２１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２まで上昇させて、吸着した炭化水素を放出させて、排気ガスＧ中のＮＯｘを還元浄化して、ＮＯｘ低減効果を得ることができる。
従って、上記の構成の内燃機関の排気ガス浄化システム３０及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、効果的なＮＯｘ後処理装置の追加無しで、ＰＭ（微粒子状物質）を捕集して再燃焼させる触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）３１ｂに炭化水素の吸着機能を付与して、前段酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で形成される上流側触媒ユニット３１ａの温度上昇タイミングと、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度上昇タイミングとのずれを利用して、排気ガスＧ中への炭化水素の供給を適切なタイミングで行うことにより、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに炭化水素を吸着させ、車両の加速によるＮＯｘ増加時に炭化水素を放出させて、この炭化水素によるＮＯｘ低減効果を発揮させることができ、エンジン１０から排出されるＮＯｘを低減することができる。
このＮＯｘ低減効果を図２で見てみると、排気ガスＧの温度Ｔｇ１が低い温度での定常走行が続いたのちに車両が加速され（時点ｔ１）、排気ガスＧの温度Ｔｇ１が上昇し、それにつれて上流側触媒ユニット３１ａを構成するリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）の温度Ｔｎが徐々に昇温する。一方、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂはそれよりも遅れて徐々に昇温する。
この排気ガスＧの温度Ｔｇ１が第１設定温度Ｔ１以上に上昇してから（時点ｔ２）、触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂの温度Ｔｂが炭化水素放出温度Ｔ２を超えるまで（時点ｔ４）の間、炭化水素（ＨＣ）を複数回のパルス噴射をする。この噴射によって供給された炭化水素は触媒付き微粒子捕集フィルタ３１ｂに吸着されるが、その一部は排気ガス中のＮＯｘを還元する。
この制御を行った状態における触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）３１ｂの上流側のＮＯｘ量の累積値がＡであり、下流側のＮＯｘ量の累積値がＢである。この上流側のＮＯｘ量の累積値Ａと下流側のＮＯｘ量の累積値Ｂの差をみると、時点ｔ３付近からその差ΔＷが大きくなっていることが分かり、触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）３１ｂにおけるＮＯｘ低減効果が生じていることが分かる。なお、時点ｔ０〜時点ｔ３までの差ΔＷ１は、Ａ、Ｂが累積値であるので、図示する前の制御によって既に生じている差を示す。
従って、この図２に示す制御における触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）３１ｂでのＮＯｘ低減量はΔＷ２−ΔＷ１となり、本発明の効果が実験的に得られていることが分かる。
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
３０ 内燃機関の排気ガス浄化システム
３１ 排気ガス浄化装置
３２ 炭化水素噴射装置
３０ 内燃機関の排気ガス浄化システム
３１ 排気ガス浄化装置
３１ａ 上流側触媒ユニット
３１ｂ 触媒付き微粒子捕集フィルタ（ＣＳＦ）
３１ｃ 排気ガスの通路
３２ 炭化水素噴射装置（炭化水素供給手段）
３３ 第１排気ガス温度センサ
３４ 第２排気ガス温度センサ
４０ 全体システム制御装置
４１ 制御装置
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ ＮＯｘが浄化処理された排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｔｎ リーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）の温度

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気通路に、酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で構成される上流側触媒ユニットと、該上流側触媒ユニットの下流の触媒付き微粒子捕集フィルタとを備えると共に、前記上流側触媒ユニットに流入する排気ガスに炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、該炭化水素供給手段を制御する制御装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
    前記触媒付き微粒子捕集フィルタに、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度未満では炭化水素を吸着し、炭化水素放出温度以上では吸着した炭化水素を放出する炭化水素吸着機能を持たせると共に、
    前記制御装置が、当該内燃機関を搭載した車両が排気ガス温度が予め設定された設定排気ガス温度以下で走行を予め設定された設定時間の間継続した後に加速する場合に、排気ガス温度が予め設定された第１設定温度以上になったときに、排気ガス中への炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了するように前記炭化水素供給手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
  2. 前記制御装置が、排気ガス中への炭化水素の供給を複数回のパルス噴射で行うように前記炭化水素供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  3. 前記制御装置が、前記終了条件を、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度になったときとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  4. 前記制御装置が、前記終了条件を、前記供給量が予め設定された供給量に達したときとすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  5. 前記上流側触媒ユニットに流入する排気ガスの温度を前記第１設定温度に維持した時に、前記触媒付き微粒子捕集フィルタが炭化水素放出温度を超えるまでの時間が、５０ｓｅｃ〜１５０ｓｅｃとなるように、前記上流側触媒ユニットと前記触媒付き微粒子捕集フィルタの間の排気ガスの通路の形状と長さと放熱量と、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの材質と形状を調整して構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  6. 内燃機関の排気通路に、酸化触媒又はＮＯｘ低減触媒で構成される上流側触媒ユニットと、該上流側触媒ユニットの下流側の触媒付き微粒子捕集フィルタと備えると共に、前記上流側触媒ユニットに流入する排気ガスに炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、該炭化水素供給手段を制御する制御装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、
    前記触媒付き微粒子捕集フィルタに、前記触媒付き微粒子捕集フィルタの温度が炭化水素放出温度未満では炭化水素を吸着し、炭化水素放出温度以上では吸着した炭化水素を放出する炭化水素吸着機能を持たせると共に、
    当該内燃機関を搭載した車両が排気ガス温度が予め設定された設定排気ガス温度以下で走行を予め設定された設定時間の間継続した後に加速する場合に、排気ガス温度が予め設定された第１設定温度以上になったときに、排気ガス中への炭化水素の供給を開始し、予め設定された終了条件になったときに炭化水素の供給を終了することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
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