JP3628277B2 - エンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents
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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の排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減し、かつ排ガスに含まれるパティキュレートを捕集する排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に、排ガス上流側から順に酸化触媒、パティキュレートフィルタ及びＮＯｘ触媒が設けられ、パティキュレートフィルタとＮＯｘ触媒との間に、排ガス中のＮＯｘを還元するための軽油を噴射する燃料添加ノズルが設けられたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が開示されている（特開２０００−１９９４２３号）。
このように構成されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯを酸化触媒により酸化してＮＯ２とし、この酸化機能の高いＮＯ２とパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートとを反応させることにより、フィルタに堆積したパティキュレートを低減できる。またパティキュレートフィルタでパティキュレートと反応せずにこのフィルタを通過したＮＯ２は、フィルタより排ガス下流側のＮＯｘ触媒で、燃料添加ノズルから噴射された軽油によりＮ２又はＮＯに還元される。この結果、パティキュレートフィルタを連続的に再生できるとともに、ＮＯ２（ＮＯｘ）の排出量を低減できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特開２０００−１９９４２３号公報に示されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、燃料添加ノズルから軽油を噴射するため、ＮＯｘ触媒で還元反応に用いられなかった軽油（炭化水素）が気化した状態で大気中に排出されるおそれがあった。
本発明の目的は、排ガスに含まれるＮＯｘ及びパティキュレートの排出量を高効率で低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された炭化水素系液体が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、エンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９と、液体噴射ノズル２９に液体調整弁３４を介して液体を供給する炭化水素系液体供給手段３６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス下流側の排気管１６に設けられ酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタ２６と、一端がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に接続され他端がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６に接続されＮＯｘ吸蔵還元触媒２４をバイパスするバイパス管３８と、エンジン１１から排出された排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びバイパス管３８にそれぞれ流す流量を調整する排ガス調整弁４１，４２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３と、温度センサ４３の検出出力に基づいて液体調整弁３４及び排ガス調整弁４１，４２をそれぞれ制御するコントローラ４４とを備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出したときに、コントローラ４４が排ガス調整弁４１，４２を調整して大部分の排ガスをバイパス管３８に流しかつ一部の排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流すと同時に、液体調整弁３４を所定時間だけオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射するように構成されたことを特徴とする。
【０００５】
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、温度センサ４３が所定値未満の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、液体調整弁３４をオフし、排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流しかつ排ガスをバイパス管３８に流さないように排ガス調整弁４１，４２を調整する。これにより排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒２４に吸蔵され、排ガス中のＨＣは触媒２４に担持された貴金属の酸化作用により酸化される。
温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、大部分の排ガスをバイパス管３８に流しかつ一部の排ガスを触媒２４に流すように排ガス調整弁４１，４２を調整すると同時に、液体調整弁３４を所定時間だけオンし、液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射する。これにより触媒２４入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒２４入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏとなって触媒２４から放出される。
上記液体３２の噴射により生成された軽油又はＨＣの一部は触媒２４を通過してフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された軽油又はＨＣは、液体調整弁３４がオンしているときに、大部分の排ガスがバイパス管３８を流れて、空気過剰率の高い排ガスがフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。
【０００６】
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に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ４５、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラ４４が温度センサ４３と、ラムダセンサ４５又はＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁３４及び排ガス調整弁４１，４２をそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項２に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ＮＯｘセンサ４６が所定値以上のＮＯｘ濃度を検出すると、コントローラ４４はこのＮＯｘセンサ４６の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射し、ラムダセンサ４５が所定値以下の空気過剰率を検出したときにコントローラ４４はこのラムダセンサ４５の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオフする。また液体調整弁３４をオンしているときに排ガスがバイパス管３８を流れるように排ガス調整弁４１，４２を調整する。このようにＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２４によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサ４５の検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６及びラムダセンサ４５の各検出出力により排ガス調整弁４１，４２の切換時期及び切換時間が決定される。
【０００７】
なお、パティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ、又はパティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラが温度センサと、ラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御するように構成してもよい。
【０００８】
請求項４に係る発明は、図４に示すように、エンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９と、液体噴射ノズル２９に液体調整弁３４を介して液体３２を供給する炭化水素系液体供給手段３６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス下流側の排気管１６に設けられ酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタ２６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６に設けられパティキュレートフィルタ２６に向けて空気を噴射可能な空気噴射ノズル７１と、空気噴射ノズル７１に空気調整弁７４を介して空気を供給する空気供給手段７３と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３と、温度センサ４３の検出出力に基づいて液体調整弁３４及び空気調整弁７４をそれぞれ制御するコントローラ４４とを備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出したときに、コントローラ４４が液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射するとともに、液体調整弁３４がオンしている間だけ空気調整弁７４をオンして空気噴射ノズル７１から空気を噴射するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項４に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、温度センサ４３が所定値未満の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、液体調整弁３４をオフした状態を保つ。これにより排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒２４に吸蔵され、排ガス中のＨＣは触媒２４のに担持された貴金属の酸化作用により酸化される。
温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、液体調整弁３４を所定時間だけオンし、液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射する。これにより触媒２４入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒２４入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏとなって触媒２４から放出される。
上記液体３２の噴射により生成された軽油又はＨＣの一部は触媒２４を通過してフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された軽油又はＨＣは、液体調整弁３４がオンしているときに空気調整弁７４をオンして空気噴射ノズル７１から空気を噴射することにより、酸素濃度を高くした排ガスがフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、更に図４に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ４５、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラ４４が温度センサ４３と、ラムダセンサ４５又はＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁３４及び空気調整弁７４をそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項５に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ＮＯｘセンサ４６が所定値以上のＮＯｘ濃度を検出すると、コントローラ４４はこのＮＯｘセンサ４６の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射し、ラムダセンサ４５が所定値以上の空気過剰率を検出したときにコントローラ４４はこのラムダセンサ４５の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオフする。また液体調整弁３４をオンしているときに空気調整弁７４をオンして空気噴射ノズル７１から空気を噴射する。このようにＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２４によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサ４５の検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６及びラムダセンサ４５の各検出出力により空気調整弁７４のオンする時期及びオンしている時間が決定される。
【００１１】
またパティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ、又はパティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラが温度センサと、ラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁及び空気調整弁をそれぞれ制御するように構成してもよい。
また温度センサの検出出力に基づいて液体調整弁を開く条件が満たされているときに、コントローラが液体調整弁を０．１〜６００秒間毎に０．０１〜３０秒間だけ開くように構成されることが好ましい。
また温度センサと、ラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁を開く条件が満たされているときに、コントローラが液体調整弁を０．１〜６００秒間毎に０．０１〜３０秒間だけ開くように構成されることが好ましい。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項１又は４に係る発明であって、更に図１に示すように、エンジン１１がターボ過給機付エンジンであり、ターボ過給機１７が、吸気管１３に設けられ空気をエンジン１１に圧縮して供給可能なコンプレッサ１７ａと、排気管１６に設けられコンプレッサ１７ａとシャフトを介して連結されかつ排気管１６を流れる排ガスのエネルギにより回転可能なタービン１７ｂとを有することを特徴とする。
この請求項９に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ターボ過給機１７にて吸気を過給することにより、排ガス中の酸素濃度を高くしたり、煤の排出量を減らすことが可能となるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の反応速度を高めたり、パティキュレートフィルタ２６での煤の燃焼処理の負荷を低減でき、炭化水素の除去を促進できるという利点がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼と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１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００１４】
また排気マニホルド１４と吸気管１３とはＥＧＲ通路１９によりエンジン１１をバイパスして連通接続される。即ち、このＥＧＲ通路１９は排気マニホルド１４から分岐し、インタクーラ１８より吸気下流側の吸気管１３に合流する。このＥＧＲ通路１９にはこのＥＧＲ通路１９から吸気管１３に還流される排ガス（ＥＧＲガス）の流量を調整可能なＥＧＲバルブ２１が設けられる。なお、図１の符号２２はＥＧＲ通路１９を通る排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。また、コンプレッサ１７ａより吸気上流側の吸気管１３には吸入空気の流量を調整可能な吸気絞り弁２３が設けられる。更に排気管１６の途中にはエンジン側（排ガス上流側）から順に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４とパティキュレートフィルタ２６とが設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２７に収容され、パティキュレートフィルタ２６は排気管１６の直径を拡大した筒状の捕集器２８に収容される。
【００１５】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が増加して酸素が減少したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される触媒である。この触媒２４は図示しないが排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属及びＮＯｘ吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としてはＰｔが挙げられ、ＮＯｘ吸蔵剤としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属や、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ（Ｙ以外はランタノイド系金属）等の希土類金属が挙げられる。上記ＮＯｘ吸蔵剤は触媒２４の総重量に対して２〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％担持される。またコート層としてはアルミナが挙げられる。
【００１６】
パティキュレートフィルタ２６は酸化触媒としての機能を有する触媒付きハニカムフィルタであって、図２に示すように、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁２６ａで仕切られた多角形断面を有する。このフィルタ２６はこれらの隔壁２６ａにより多数の互いに平行に形成された貫通孔２６ｂの相隣接する入口部２６ｃと出口部２６ｄを交互に実質的に封止することにより構成される。また隔壁２６ａには、白金−ゼオライト触媒又は白金−セリア−ゼオライト触媒がコーティングされる。白金−ゼオライト触媒はコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させて構成される。また白金−セリア−ゼオライト触媒はコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）及びセリア粉末（ＣｅＯ２）を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させて構成される。これによりフィルタ２６に煤や炭化水素（ＨＣ）の酸化力が付与される。このフィルタ２６では、図２の実線矢印で示すように、フィルタ２６の入口側から導入されたエンジン１１の排ガスが多孔質の隔壁２６ａを通過する際に、この排ガスに含まれる微粒子がろ過されて、出口側から排出されるようになっている。
【００１７】
一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排ガス上流側の排気管１６、即ち触媒２４の入口には、液体噴射ノズル２９が触媒２４に向けて設けられる。この液体噴射ノズル２９には液体供給管３１の一端が接続され、この液体供給管３１の他端は炭化水素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は第１〜第３ポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。上記炭化水素系液体３２は軽油である。なお、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。
【００１８】
また排気管１６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４をバイパスするバイパス管３８が接続される。このバイパス管３８の一端は触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に接続され、他端は触媒２４及びフィルタ２６間の排気管１６に接続される。バイパス管３８の一端近傍のバイパス管３８及び排気管１６には、エンジン１１から排出された排ガスを触媒２４又はバイパス管３８のいずれか一方に流すように切換える第１及び第２排ガス調整弁４１，４２が設けられる。第１排ガス調整弁４１はバイパス管３８の一端近傍に設けられこのバイパス管３８の開度を調整し、第２排ガス調整弁４２はバイパス管３８の一端と触媒２４との間の排気管１６に設けられこの排気管１６の開度を調整するように構成される。なお、バイパス管の一端の排気管への接続部に単一の排ガス調整弁を設けても、この排ガス調整弁により排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒及びバイパス管に流す流量を調整できる。
【００１９】
液体噴射ノズル２９及び触媒２４間の排気管１６、即ち触媒２４の入口には排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３が設けられる。またエンジン１１のクランク軸近傍にはこのクランク軸の回転速度を検出する回転センサ５１が設けられ、アクセルペダル近傍又は燃料噴射ポンプのコントロールレバー近傍にはエンジンの負荷を検出する負荷センサ５２が設けられる。上記温度センサ４３、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４４の制御入力に接続される。その他コントローラ４４の制御入力には、触媒２４及びフィルタ２６間の排気管１６、即ちバイパス管３８の排気管１６への集合部より排ガス上流側の触媒２４出口における排ガスの空気過剰率（実際の排ガス中の空気量／理論的な燃焼時の排ガス中の空気量）を検出するラムダセンサ４５と、上記触媒２４出口の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６の各検出出力が接続される。コントローラ４４の制御出力は吸気絞り弁２３、液体調整弁３４、ポンプ３６、第１及び第２排ガス調整弁４１，４２にそれぞれ接続される。
【００２０】
コントローラ４４はメモリ４７を備える。メモリ４７には、触媒２４入口の排ガス温度、エンジン１１の回転速度及び負荷、触媒２４出口の空気過剰率及び触媒２４出口のＮＯｘ濃度に応じた吸気絞り弁２３の開度や、液体調整弁３４のオン時間及びその間隔や、第１及び第２排ガス調整弁４１，４２の開度や、ポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。具体的には、ＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２４によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサ４５、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６、ラムダセンサ４５回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により排ガス調整弁４１，４２の切換時期及び切換時間が決定される。特に上記回転センサ５１により検出されるエンジン回転速度が高いほど、また上記負荷センサ５２により検出されるエンジン負荷が大きいほど、液体調整弁３４をオンする時間は短く設定され、回転センサ５１により検出されるエンジン回転速度が低いほど、また上記負荷センサ５２により検出されるエンジン負荷が小さいほど、液体調整弁３４をオンする時間は長く設定されることが好ましい。これは、第１排ガス調整弁４１を全開にし、かつ第２排ガス調整弁４２を僅かに開く（開度：１〜１０％）と、一部の排ガスが触媒２４側に流れ、その流速が回転センサにより検出されるエンジン回転速度が高いほど、また上記負荷センサにより検出されるエンジン負荷が大きいほど速くなって、燃料噴射ノズル２９から噴射された炭化水素が触媒２４に速く到達するためである。
【００２１】
このように構成されたエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、温度センサ４３が２５０℃未満の排ガス温度を検出するので、コントローラ４４は温度センサ４３、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、吸気絞り弁２３を１００％の開度で開き、液体調整弁３４をオフし、ＥＧＲバルブ２１及び第１排ガス調整弁４１を閉じ、更に第２排ガス調整弁４２を１００％の開度で開く。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１６を通ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を通過する。このとき排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒２４に吸蔵される。触媒２４のコート層に担持されるＮＯｘ吸蔵剤として例えばＢａを用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは上記触媒２４において排ガス中のＯ２と反応し、更に触媒２４中のＢａＯ，ＢａＣＯ３と反応して［Ｂａ（ＮＯ３）２］が生成され、この状態で触媒２４に吸蔵される。また排ガスに含まれるＨＣは触媒２４のコート層に担持された貴金属（Ｐｔ）の酸化作用により酸化される。
【００２２】
温度センサ４３が２５０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、ＮＯｘセンサ４６が５０ｐｐｍ以上のＮＯｘ濃度を検出する、即ち触媒２４によるＮＯｘの吸蔵量が飽和状態に近付くと、コントローラ４４は温度センサ４３、回転センサ５１、負荷センサ５２及びＮＯｘセンサ４６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲバルブ２１を５０％の開度で開き、吸気絞り弁２３を５０％の開度で開く。同時に第１排ガス調整弁４１を１００％の開度で開き、第２排ガス調整弁４２を１〜１０％の開度に絞り、大部分の排ガスをバイパス管３８に流し、一部の排ガスを触媒２４に流すとともに、液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射する。そしてラムダセンサ４５、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により決定された液体調整弁３４のオン時間の経過後か、或いはラムダセンサ４５が１．０以下の空気過剰率を検出したときのいずれか早い時期に、液体調整弁３４をオフする。
【００２３】
なお、上記液体調整弁３４をオンする間隔は０．１〜６００秒間毎、好ましくは１０〜３０秒間毎であり、オンする時間は０．０１〜３０秒間、好ましくは０．１〜１０秒間である。即ち、軽油３２は図３（ａ）に示すように、液体噴射ノズル２９から噴射される。液体調整弁３４をオンする間隔を上記のように０．１〜６００秒に限定したのは、０．１秒未満ではＮＯｘを吸蔵する時間が短過ぎてＮＯｘを十分に吸蔵できず、６００秒を越えると触媒２４がＮＯｘを吸蔵しきれずにＮＯｘが大気に排出されるおそれがあるからである。また液体調整弁３４をオンしている時間を上記のように０．０１〜３０秒に限定したのは、０．０１秒未満では触媒２４表面の雰囲気の空気過剰率が１．０以下（いわゆる、リッチ雰囲気）に達せず、３０秒を越えると比較的多くの未燃ＨＣが大気に排出されてしまうからである。
【００２４】
液体噴射ノズル２９から軽油３２が噴射されることにより、触媒２４入口の排ガス中の酸素濃度が低下する、即ち図３（ｂ）に示すように触媒２４入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが触媒２４から次のように放出される。先ず上記触媒２４に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ３）２］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮＯ２或いはＮ２まで還元され、次に触媒２４が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ２が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏが生成されて大気に排出される。この結果、触媒２４が再生されるので、触媒２４により排ガス中のＮＯｘが吸蔵されて触媒２４出口の排ガス中のＮＯｘは図３（ｃ）に示すように減少する。
【００２５】
上記軽油３２の噴射により生成されたＨＣは上述のように触媒２４で還元剤として機能するけれども、全てのＨＣが還元剤として機能せず、一部のＨＣは触媒２４を通過してしまう。このため、図３（ｄ）の一点鎖線で示すように、触媒２４出口のＨＣ濃度は増大するけれども、この未燃のＨＣはフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された未燃のＨＣは、液体調整弁３４をオンしているときに、空気過剰率の高い、即ちリーン状態の排ガスがバイパス管３８を通ってフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタ２６出口のＨＣ濃度は、図３（ｄ）の実線で示すように低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００２６】
図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図４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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６、即ちフィルタ２６入口に空気噴射ノズル７１が設けられ、この空気噴射ノズル７１がフィルタ２６に向けて空気を噴射可能に構成される。また空気噴射ノズル７１には空気供給管７２の一端が接続され、この空気供給管７２の他端は圧縮空気が貯留された空気タンク７３に接続される。また空気供給管７２には空気噴射ノズル７１への圧縮空気の供給量を調整する空気調整弁７４が設けられる。この空気調整弁７４がオンすると空気タンク７３の圧縮空気が空気噴射ノズル７１に供給され、オフすると空気噴射ノズル７１への圧縮空気の供給が停止されるように構成される。なお、この実施の形態では、第１の実施の形態のバイパス管は設けられない。またコントローラ４４の制御出力は吸気絞り弁２３、液体調整弁３４、ポンプ３６、空気調整弁７４にそれぞれ接続される。コントローラ４４のメモリ４７には、触媒２４入口の排ガス温度、触媒２４出口の空気過剰率及び触媒２４出口のＮＯｘ濃度に応じた吸気絞り弁２３の開度や、液体調整弁３４及び空気調整弁７４のオン時間及びその間隔や、ポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２７】
このように構成されたエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、温度センサ４３が２５０℃未満の排ガス温度を検出するので、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、吸気絞り弁２３を１００％の開度で開き、液体調整弁３４及び空気調整弁７４をオフし、更にＥＧＲバルブ２１を閉じる。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１６を通ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を通過する。このとき第１の実施の形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒２４に吸蔵され、排ガスに含まれるＨＣは触媒２４のコート層に担持された貴金属（Ｐｔ）の酸化作用により酸化される。
【００２８】
温度センサ４３が２５０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、ＮＯｘセンサ４６が５０ｐｐｍ以上のＮＯｘ濃度を検出する、即ち触媒２４によるＮＯｘの吸蔵量が飽和状態に近付くと、コントローラ４４は温度センサ４３及びＮＯｘセンサ４６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲバルブ２１を５０％の開度で開き、吸気絞り弁２３を５０％の開度で開く。同時に液体調整弁３４をオンする。そしてラムダセンサ４５、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により決定された液体調整弁３４のオン時間の経過後か、或いはラムダセンサ４５が１．０以下の空気過剰率を検出したときのいずれか早い時期に、液体調整弁３４をオフする。これにより触媒２４入口の排ガス中の酸素濃度が低下する、即ち触媒２４入口の排ガスのＨＣ濃度が増加するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、第１の実施の形態と同様に、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが触媒から放出されると同時に還元される。
【００２９】
上記軽油３２の噴射により生成されたＨＣは上述のように触媒２４で還元剤として機能するけれども、全てのＨＣが還元剤として機能せず、一部のＨＣは触媒２４を通過してしまう。このため、触媒２４出口のＨＣ濃度は増大するけれども、この未燃のＨＣはフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された未燃のＨＣは、液体調整弁３４をオンしている間だけ空気調整弁７４をオンすることにより空気過剰率の高い、即ちリーン状態の排ガスがフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタ２６出口のＨＣ濃度は、低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、８０００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１６に、排ガス上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、パティキュレートフィルタ２６とを設けた。また触媒２４の排ガス上流側の排気管１６に軽油３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９を設け、排気管１６に触媒２４をバイパスするバイパス管３８を設け、更に排気管１６及びバイパス管３８に第１及び第２排ガス調整弁４１，４２をそれぞれ設けた。なお、上記触媒２４は、コート層がアルミナであり、貴金属が白金であり、更にＮＯｘ吸蔵剤がＢａである。またフィルタ２６には白金−ゼオライト触媒がコーティングされる、即ちフィルタはコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）及びアルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３）を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させることにより構成される。
【００３１】
＜実施例２＞
図４に示すように、実施例１のバイパス管に替えて、パティキュレートフィルタ２６の入口に、空気をフィルタ２６に向けて噴射可能な空気噴射ノズル７１を設けた。上記以外は実施例１と同一に構成した。
＜比較例１＞
図示しないが８０００ｃｃの自然吸気型ディーゼルエンジンの排気管に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と、白金を担持したパティキュレートフィルタとを設けた。また排ガス上流側の排気管には軽油を噴射可能な液体噴射ノズルを設けた。
【００３２】
＜比較試験１及び評価＞
実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ、パティキュレート及びＨＣの排出量をそれぞれ測定した。その結果を図５〜図７に示す。
図５から明らかなように、比較例１ではＮＯｘを規制値より５０％しか低減できなかったのに対し、実施例１及び２では規制値より６０％低減できた。
図６から明らかなように、比較例１ではパティキュレートが規制値の３．５倍に増大したのに対し、実施例１及び２では規制値より８０％及び７０％それぞれ低減できた。
図７から明らかなように、比較例１ではＨＣが規制値の９倍に増大したのに対し、実施例１及び２では規制値より８０％及び７０％それぞれ低減できた。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エンジンの排気管に排ガス上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸化触媒付パティキュレートフィルタとを設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の入口に炭化水素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設け、この液体噴射ノズルに炭化水素系液体供給手段が液体調整弁を介して液体を供給し、排ガス調整弁が排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒及びバイパス管に流す流量を調整し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒入口の排ガス温度を検出する温度センサの検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御するので、温度センサが所定値未満の排ガス温度を検出するときには、排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒に吸蔵され、排ガス中のＨＣは酸化される。また温度センサが所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラは排ガス調整弁を調整して大部分の排ガスをバイパス管に流しかつ一部の排ガスを触媒に流すと同時に、液体調整弁を所定時間だけオンして液体噴射ノズルから液体を噴射する。これにより触媒入口の排ガス中の酸素濃度が低下し、ＨＣ等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２等となって触媒から放出される。更に上記液体の噴射により生成されたＨＣの一部は触媒を通過してフィルタにより捕集されるけれども、液体調整弁をオンしているときに空気過剰率の高い排ガスがバイパス管を通ってフィルタに流入するので、上記捕集されたＨＣはフィルタに担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタより排ガス下流側の排気管内のＨＣ濃度は低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００３４】
またパティキュレートフィルタ入口の排ガスの空気過剰率又はＮＯｘ濃度を検出するラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方と、温度センサとの各検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御すれば、ＮＯｘセンサの検出出力により液体調整弁をオンする間隔（触媒によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサの検出出力により液体調整弁をオンしている時間が決定され、ＮＯｘセンサ及びラムダセンサの各検出出力により排ガスがバイパス管を通過するように排ガス調整弁を調整する時期及び時間が決定される。この結果、液体が最適な時期に最適な量だけ噴射され、かつ空気過剰率の高い排ガスが最適な時期に最適な量だけフィルタに供給されるので、排ガスに含まれるＮＯｘ及びパティキュレートの排出量を高効率で低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された液体が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる。
【００３５】
またエンジンの排気管に排ガス上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸化触媒付パティキュレートフィルタとを設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の入口に炭化水素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設け、この液体噴射ノズルに炭化水素系液体供給手段が液体調整弁を介して液体を供給し、パティキュレートフィルタの入口に空気を噴射可能な空気噴射ノズルを設け、この空気噴射ノズルに空気供給手段が空気調整弁を介して空気を供給し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒入口の排ガス温度を検出する温度センサの検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁及び空気調整弁をそれぞれ制御すれば、温度センサが所定値未満の排ガス温度を検出するときには、排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒に吸蔵され、排ガス中のＨＣは酸化される。また温度センサが所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラは液体調整弁を所定時間だけオンし、液体噴射ノズルから液体を噴射する。これにより触媒入口の排ガス中の酸素濃度が低下し、ＨＣ等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２等となって触媒から放出される。更に上記液体の噴射により生成されたＨＣの一部は触媒を通過してフィルタにより捕集されるけれども、液体調整弁をオンしてるときに空気調整弁をオンして空気噴射ノズルから空気を噴射して、空気過剰率の高い排ガスをフィルタに流入させるので、上記捕集されたＨＣはフィルタに担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタより排ガス下流側の排気管内のＨＣ濃度は低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００３６】
またパティキュレートフィルタ入口の排ガスの空気過剰率又はＮＯｘ濃度を検出するラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方と、温度センサとの各検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁を制御すれば、ＮＯｘセンサの検出出力により液体調整弁をオンする間隔が決定され、ラムダセンサの検出出力により液体調整弁をオンしている時間が決定され、ＮＯｘセンサ及びラムダセンサの各検出出力により空気調整弁をオンして空気噴射ノズルから空気を噴射する時期及び時間が決定される。この結果、液体が最適な時期に最適な量だけ噴射され、かつ空気過剰率の高い排ガスが最適な時期に最適な量だけフィルタに供給されるので、排ガスに含まれるＮＯｘ及びパティキュレートの排出量を高効率で低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された液体が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる。
更にエンジンがターボ過給機付エンジンであれば、ターボ過給機にて吸気を過給することにより、排ガス中の酸素濃度を高くしたり、煤の排出量を減らすことが可能となるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒及びパティキュレートフィルタによるＮＯｘ及びパティキュレートの低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンの排ガス浄化装置を示す構成図。
【図２】その装置のパティキュレートフィルタの拡大断面図。
【図３】軽油を噴射したときの排ガス中の空気過剰率、ＮＯｘ濃度及びＨＣ濃度の変化を示す図。
【図４】本発明第２実施形態のエンジンの排ガス浄化装置を示す構成図。
【図５】実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ排出量をそれぞれ示す図。
【図６】実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるパティキュレート排出量をそれぞれ示す図。
【図７】実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＨＣ排出量をそれぞれ示す図。
【符号の説明】
１１ ディーゼルエンジン
１３ 吸気管
１６ 排気管
１７ ターボ過給機
１７ａ コンプレッサ
１７ｂ タービン
２４ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２６ パティキュレートフィルタ
２９ 液体噴射ノズル
３２ 軽油（炭化水素系液体）
３４ 液体調整弁
３６ ポンプ（炭化水素系液体供給手段）
３８ バイパス管
４１，４２ 排ガス調整弁
４３ 温度センサ
４４ コントローラ
４５ ラムダセンサ
４６ ＮＯｘセンサ
７１ 空気噴射ノズル
７３ 空気タンク（空気供給手段）
７４ 空気調整弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減し、かつ排ガスに含まれるパティキュレートを捕集する排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に、排ガス上流側から順に酸化触媒、パティキュレートフィルタ及びＮＯｘ触媒が設けられ、パティキュレートフィルタとＮＯｘ触媒との間に、排ガス中のＮＯｘを還元するための軽油を噴射する燃料添加ノズルが設けられたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が開示されている（特開２０００−１９９４２３号）。
このように構成されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯを酸化触媒により酸化してＮＯ２とし、この酸化機能の高いＮＯ２とパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートとを反応させることにより、フィルタに堆積したパティキュレートを低減できる。またパティキュレートフィルタでパティキュレートと反応せずにこのフィルタを通過したＮＯ２は、フィルタより排ガス下流側のＮＯｘ触媒で、燃料添加ノズルから噴射された軽油によりＮ２又はＮＯに還元される。この結果、パティキュレートフィルタを連続的に再生できるとともに、ＮＯ２（ＮＯｘ）の排出量を低減できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特開２０００−１９９４２３号公報に示されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、燃料添加ノズルから軽油を噴射するため、ＮＯｘ触媒で還元反応に用いられなかった軽油（炭化水素）が気化した状態で大気中に排出されるおそれがあった。
本発明の目的は、排ガスに含まれるＮＯｘ及びパティキュレートの排出量を高効率で低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された炭化水素系液体が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、エンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９と、液体噴射ノズル２９に液体調整弁３４を介して液体を供給する炭化水素系液体供給手段３６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス下流側の排気管１６に設けられ酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタ２６と、一端がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に接続され他端がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６に接続されＮＯｘ吸蔵還元触媒２４をバイパスするバイパス管３８と、エンジン１１から排出された排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びバイパス管３８にそれぞれ流す流量を調整する排ガス調整弁４１，４２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３と、温度センサ４３の検出出力に基づいて液体調整弁３４及び排ガス調整弁４１，４２をそれぞれ制御するコントローラ４４とを備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出したときに、コントローラ４４が排ガス調整弁４１，４２を調整して大部分の排ガスをバイパス管３８に流しかつ一部の排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流すと同時に、液体調整弁３４を所定時間だけオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射するように構成されたことを特徴とする。
【０００５】
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、温度センサ４３が所定値未満の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、液体調整弁３４をオフし、排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流しかつ排ガスをバイパス管３８に流さないように排ガス調整弁４１，４２を調整する。これにより排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒２４に吸蔵され、排ガス中のＨＣは触媒２４に担持された貴金属の酸化作用により酸化される。
温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、大部分の排ガスをバイパス管３８に流しかつ一部の排ガスを触媒２４に流すように排ガス調整弁４１，４２を調整すると同時に、液体調整弁３４を所定時間だけオンし、液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射する。これにより触媒２４入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒２４入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏとなって触媒２４から放出される。
上記液体３２の噴射により生成された軽油又はＨＣの一部は触媒２４を通過してフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された軽油又はＨＣは、液体調整弁３４がオンしているときに、大部分の排ガスがバイパス管３８を流れて、空気過剰率の高い排ガスがフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。
【０００６】
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に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ４５、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラ４４が温度センサ４３と、ラムダセンサ４５又はＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁３４及び排ガス調整弁４１，４２をそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項２に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ＮＯｘセンサ４６が所定値以上のＮＯｘ濃度を検出すると、コントローラ４４はこのＮＯｘセンサ４６の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射し、ラムダセンサ４５が所定値以下の空気過剰率を検出したときにコントローラ４４はこのラムダセンサ４５の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオフする。また液体調整弁３４をオンしているときに排ガスがバイパス管３８を流れるように排ガス調整弁４１，４２を調整する。このようにＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２４によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサ４５の検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６及びラムダセンサ４５の各検出出力により排ガス調整弁４１，４２の切換時期及び切換時間が決定される。
【０００７】
なお、パティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ、又はパティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラが温度センサと、ラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御するように構成してもよい。
【０００８】
請求項４に係る発明は、図４に示すように、エンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に向けて炭化水素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９と、液体噴射ノズル２９に液体調整弁３４を介して液体３２を供給する炭化水素系液体供給手段３６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス下流側の排気管１６に設けられ酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタ２６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６に設けられパティキュレートフィルタ２６に向けて空気を噴射可能な空気噴射ノズル７１と、空気噴射ノズル７１に空気調整弁７４を介して空気を供給する空気供給手段７３と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３と、温度センサ４３の検出出力に基づいて液体調整弁３４及び空気調整弁７４をそれぞれ制御するコントローラ４４とを備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出したときに、コントローラ４４が液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射するとともに、液体調整弁３４がオンしている間だけ空気調整弁７４をオンして空気噴射ノズル７１から空気を噴射するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項４に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、温度センサ４３が所定値未満の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、液体調整弁３４をオフした状態を保つ。これにより排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒２４に吸蔵され、排ガス中のＨＣは触媒２４のに担持された貴金属の酸化作用により酸化される。
温度センサ４３が所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、液体調整弁３４を所定時間だけオンし、液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射する。これにより触媒２４入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒２４入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏとなって触媒２４から放出される。
上記液体３２の噴射により生成された軽油又はＨＣの一部は触媒２４を通過してフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された軽油又はＨＣは、液体調整弁３４がオンしているときに空気調整弁７４をオンして空気噴射ノズル７１から空気を噴射することにより、酸素濃度を高くした排ガスがフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、更に図４に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ４５、又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラ４４が温度センサ４３と、ラムダセンサ４５又はＮＯｘセンサ４６のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁３４及び空気調整弁７４をそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項５に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ＮＯｘセンサ４６が所定値以上のＮＯｘ濃度を検出すると、コントローラ４４はこのＮＯｘセンサ４６の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射し、ラムダセンサ４５が所定値以上の空気過剰率を検出したときにコントローラ４４はこのラムダセンサ４５の検出出力に基づいて液体調整弁３４をオフする。また液体調整弁３４をオンしているときに空気調整弁７４をオンして空気噴射ノズル７１から空気を噴射する。このようにＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２４によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサ４５の検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６及びラムダセンサ４５の各検出出力により空気調整弁７４のオンする時期及びオンしている時間が決定される。
【００１１】
またパティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ、又はパティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラが温度センサと、ラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁及び空気調整弁をそれぞれ制御するように構成してもよい。
また温度センサの検出出力に基づいて液体調整弁を開く条件が満たされているときに、コントローラが液体調整弁を０．１〜６００秒間毎に０．０１〜３０秒間だけ開くように構成されることが好ましい。
また温度センサと、ラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁を開く条件が満たされているときに、コントローラが液体調整弁を０．１〜６００秒間毎に０．０１〜３０秒間だけ開くように構成されることが好ましい。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項１又は４に係る発明であって、更に図１に示すように、エンジン１１がターボ過給機付エンジンであり、ターボ過給機１７が、吸気管１３に設けられ空気をエンジン１１に圧縮して供給可能なコンプレッサ１７ａと、排気管１６に設けられコンプレッサ１７ａとシャフトを介して連結されかつ排気管１６を流れる排ガスのエネルギにより回転可能なタービン１７ｂとを有することを特徴とする。
この請求項９に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ターボ過給機１７にて吸気を過給することにより、排ガス中の酸素濃度を高くしたり、煤の排出量を減らすことが可能となるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の反応速度を高めたり、パティキュレートフィルタ２６での煤の燃焼処理の負荷を低減でき、炭化水素の除去を促進できるという利点がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼と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１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００１４】
また排気マニホルド１４と吸気管１３とはＥＧＲ通路１９によりエンジン１１をバイパスして連通接続される。即ち、このＥＧＲ通路１９は排気マニホルド１４から分岐し、インタクーラ１８より吸気下流側の吸気管１３に合流する。このＥＧＲ通路１９にはこのＥＧＲ通路１９から吸気管１３に還流される排ガス（ＥＧＲガス）の流量を調整可能なＥＧＲバルブ２１が設けられる。なお、図１の符号２２はＥＧＲ通路１９を通る排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。また、コンプレッサ１７ａより吸気上流側の吸気管１３には吸入空気の流量を調整可能な吸気絞り弁２３が設けられる。更に排気管１６の途中にはエンジン側（排ガス上流側）から順に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４とパティキュレートフィルタ２６とが設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２７に収容され、パティキュレートフィルタ２６は排気管１６の直径を拡大した筒状の捕集器２８に収容される。
【００１５】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が増加して酸素が減少したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される触媒である。この触媒２４は図示しないが排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属及びＮＯｘ吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としてはＰｔが挙げられ、ＮＯｘ吸蔵剤としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属や、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ（Ｙ以外はランタノイド系金属）等の希土類金属が挙げられる。上記ＮＯｘ吸蔵剤は触媒２４の総重量に対して２〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％担持される。またコート層としてはアルミナが挙げられる。
【００１６】
パティキュレートフィルタ２６は酸化触媒としての機能を有する触媒付きハニカムフィルタであって、図２に示すように、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁２６ａで仕切られた多角形断面を有する。このフィルタ２６はこれらの隔壁２６ａにより多数の互いに平行に形成された貫通孔２６ｂの相隣接する入口部２６ｃと出口部２６ｄを交互に実質的に封止することにより構成される。また隔壁２６ａには、白金−ゼオライト触媒又は白金−セリア−ゼオライト触媒がコーティングされる。白金−ゼオライト触媒はコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させて構成される。また白金−セリア−ゼオライト触媒はコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）及びセリア粉末（ＣｅＯ２）を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させて構成される。これによりフィルタ２６に煤や炭化水素（ＨＣ）の酸化力が付与される。このフィルタ２６では、図２の実線矢印で示すように、フィルタ２６の入口側から導入されたエンジン１１の排ガスが多孔質の隔壁２６ａを通過する際に、この排ガスに含まれる微粒子がろ過されて、出口側から排出されるようになっている。
【００１７】
一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の排ガス上流側の排気管１６、即ち触媒２４の入口には、液体噴射ノズル２９が触媒２４に向けて設けられる。この液体噴射ノズル２９には液体供給管３１の一端が接続され、この液体供給管３１の他端は炭化水素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は第１〜第３ポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。上記炭化水素系液体３２は軽油である。なお、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。
【００１８】
また排気管１６にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２４をバイパスするバイパス管３８が接続される。このバイパス管３８の一端は触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に接続され、他端は触媒２４及びフィルタ２６間の排気管１６に接続される。バイパス管３８の一端近傍のバイパス管３８及び排気管１６には、エンジン１１から排出された排ガスを触媒２４又はバイパス管３８のいずれか一方に流すように切換える第１及び第２排ガス調整弁４１，４２が設けられる。第１排ガス調整弁４１はバイパス管３８の一端近傍に設けられこのバイパス管３８の開度を調整し、第２排ガス調整弁４２はバイパス管３８の一端と触媒２４との間の排気管１６に設けられこの排気管１６の開度を調整するように構成される。なお、バイパス管の一端の排気管への接続部に単一の排ガス調整弁を設けても、この排ガス調整弁により排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒及びバイパス管に流す流量を調整できる。
【００１９】
液体噴射ノズル２９及び触媒２４間の排気管１６、即ち触媒２４の入口には排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３が設けられる。またエンジン１１のクランク軸近傍にはこのクランク軸の回転速度を検出する回転センサ５１が設けられ、アクセルペダル近傍又は燃料噴射ポンプのコントロールレバー近傍にはエンジンの負荷を検出する負荷センサ５２が設けられる。上記温度センサ４３、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４４の制御入力に接続される。その他コントローラ４４の制御入力には、触媒２４及びフィルタ２６間の排気管１６、即ちバイパス管３８の排気管１６への集合部より排ガス上流側の触媒２４出口における排ガスの空気過剰率（実際の排ガス中の空気量／理論的な燃焼時の排ガス中の空気量）を検出するラムダセンサ４５と、上記触媒２４出口の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６の各検出出力が接続される。コントローラ４４の制御出力は吸気絞り弁２３、液体調整弁３４、ポンプ３６、第１及び第２排ガス調整弁４１，４２にそれぞれ接続される。
【００２０】
コントローラ４４はメモリ４７を備える。メモリ４７には、触媒２４入口の排ガス温度、エンジン１１の回転速度及び負荷、触媒２４出口の空気過剰率及び触媒２４出口のＮＯｘ濃度に応じた吸気絞り弁２３の開度や、液体調整弁３４のオン時間及びその間隔や、第１及び第２排ガス調整弁４１，４２の開度や、ポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。具体的には、ＮＯｘセンサ４６の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２４によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサ４５、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６、ラムダセンサ４５回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により排ガス調整弁４１，４２の切換時期及び切換時間が決定される。特に上記回転センサ５１により検出されるエンジン回転速度が高いほど、また上記負荷センサ５２により検出されるエンジン負荷が大きいほど、液体調整弁３４をオンする時間は短く設定され、回転センサ５１により検出されるエンジン回転速度が低いほど、また上記負荷センサ５２により検出されるエンジン負荷が小さいほど、液体調整弁３４をオンする時間は長く設定されることが好ましい。これは、第１排ガス調整弁４１を全開にし、かつ第２排ガス調整弁４２を僅かに開く（開度：１〜１０％）と、一部の排ガスが触媒２４側に流れ、その流速が回転センサにより検出されるエンジン回転速度が高いほど、また上記負荷センサにより検出されるエンジン負荷が大きいほど速くなって、燃料噴射ノズル２９から噴射された炭化水素が触媒２４に速く到達するためである。
【００２１】
このように構成されたエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、温度センサ４３が２５０℃未満の排ガス温度を検出するので、コントローラ４４は温度センサ４３、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、吸気絞り弁２３を１００％の開度で開き、液体調整弁３４をオフし、ＥＧＲバルブ２１及び第１排ガス調整弁４１を閉じ、更に第２排ガス調整弁４２を１００％の開度で開く。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１６を通ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を通過する。このとき排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒２４に吸蔵される。触媒２４のコート層に担持されるＮＯｘ吸蔵剤として例えばＢａを用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは上記触媒２４において排ガス中のＯ２と反応し、更に触媒２４中のＢａＯ，ＢａＣＯ３と反応して［Ｂａ（ＮＯ３）２］が生成され、この状態で触媒２４に吸蔵される。また排ガスに含まれるＨＣは触媒２４のコート層に担持された貴金属（Ｐｔ）の酸化作用により酸化される。
【００２２】
温度センサ４３が２５０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、ＮＯｘセンサ４６が５０ｐｐｍ以上のＮＯｘ濃度を検出する、即ち触媒２４によるＮＯｘの吸蔵量が飽和状態に近付くと、コントローラ４４は温度センサ４３、回転センサ５１、負荷センサ５２及びＮＯｘセンサ４６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲバルブ２１を５０％の開度で開き、吸気絞り弁２３を５０％の開度で開く。同時に第１排ガス調整弁４１を１００％の開度で開き、第２排ガス調整弁４２を１〜１０％の開度に絞り、大部分の排ガスをバイパス管３８に流し、一部の排ガスを触媒２４に流すとともに、液体調整弁３４をオンして液体噴射ノズル２９から液体３２を噴射する。そしてラムダセンサ４５、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により決定された液体調整弁３４のオン時間の経過後か、或いはラムダセンサ４５が１．０以下の空気過剰率を検出したときのいずれか早い時期に、液体調整弁３４をオフする。
【００２３】
なお、上記液体調整弁３４をオンする間隔は０．１〜６００秒間毎、好ましくは１０〜３０秒間毎であり、オンする時間は０．０１〜３０秒間、好ましくは０．１〜１０秒間である。即ち、軽油３２は図３（ａ）に示すように、液体噴射ノズル２９から噴射される。液体調整弁３４をオンする間隔を上記のように０．１〜６００秒に限定したのは、０．１秒未満ではＮＯｘを吸蔵する時間が短過ぎてＮＯｘを十分に吸蔵できず、６００秒を越えると触媒２４がＮＯｘを吸蔵しきれずにＮＯｘが大気に排出されるおそれがあるからである。また液体調整弁３４をオンしている時間を上記のように０．０１〜３０秒に限定したのは、０．０１秒未満では触媒２４表面の雰囲気の空気過剰率が１．０以下（いわゆる、リッチ雰囲気）に達せず、３０秒を越えると比較的多くの未燃ＨＣが大気に排出されてしまうからである。
【００２４】
液体噴射ノズル２９から軽油３２が噴射されることにより、触媒２４入口の排ガス中の酸素濃度が低下する、即ち図３（ｂ）に示すように触媒２４入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが触媒２４から次のように放出される。先ず上記触媒２４に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ３）２］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮＯ２或いはＮ２まで還元され、次に触媒２４が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ２が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ２，ＣＯ２，Ｈ２Ｏが生成されて大気に排出される。この結果、触媒２４が再生されるので、触媒２４により排ガス中のＮＯｘが吸蔵されて触媒２４出口の排ガス中のＮＯｘは図３（ｃ）に示すように減少する。
【００２５】
上記軽油３２の噴射により生成されたＨＣは上述のように触媒２４で還元剤として機能するけれども、全てのＨＣが還元剤として機能せず、一部のＨＣは触媒２４を通過してしまう。このため、図３（ｄ）の一点鎖線で示すように、触媒２４出口のＨＣ濃度は増大するけれども、この未燃のＨＣはフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された未燃のＨＣは、液体調整弁３４をオンしているときに、空気過剰率の高い、即ちリーン状態の排ガスがバイパス管３８を通ってフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタ２６出口のＨＣ濃度は、図３（ｄ）の実線で示すように低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００２６】
図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図４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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４及びパティキュレートフィルタ２６間の排気管１６、即ちフィルタ２６入口に空気噴射ノズル７１が設けられ、この空気噴射ノズル７１がフィルタ２６に向けて空気を噴射可能に構成される。また空気噴射ノズル７１には空気供給管７２の一端が接続され、この空気供給管７２の他端は圧縮空気が貯留された空気タンク７３に接続される。また空気供給管７２には空気噴射ノズル７１への圧縮空気の供給量を調整する空気調整弁７４が設けられる。この空気調整弁７４がオンすると空気タンク７３の圧縮空気が空気噴射ノズル７１に供給され、オフすると空気噴射ノズル７１への圧縮空気の供給が停止されるように構成される。なお、この実施の形態では、第１の実施の形態のバイパス管は設けられない。またコントローラ４４の制御出力は吸気絞り弁２３、液体調整弁３４、ポンプ３６、空気調整弁７４にそれぞれ接続される。コントローラ４４のメモリ４７には、触媒２４入口の排ガス温度、触媒２４出口の空気過剰率及び触媒２４出口のＮＯｘ濃度に応じた吸気絞り弁２３の開度や、液体調整弁３４及び空気調整弁７４のオン時間及びその間隔や、ポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２７】
このように構成されたエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、温度センサ４３が２５０℃未満の排ガス温度を検出するので、コントローラ４４はこの温度センサ４３の検出出力に基づいて、吸気絞り弁２３を１００％の開度で開き、液体調整弁３４及び空気調整弁７４をオフし、更にＥＧＲバルブ２１を閉じる。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１６を通ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２４を通過する。このとき第１の実施の形態と同様に、排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒２４に吸蔵され、排ガスに含まれるＨＣは触媒２４のコート層に担持された貴金属（Ｐｔ）の酸化作用により酸化される。
【００２８】
温度センサ４３が２５０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、ＮＯｘセンサ４６が５０ｐｐｍ以上のＮＯｘ濃度を検出する、即ち触媒２４によるＮＯｘの吸蔵量が飽和状態に近付くと、コントローラ４４は温度センサ４３及びＮＯｘセンサ４６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲバルブ２１を５０％の開度で開き、吸気絞り弁２３を５０％の開度で開く。同時に液体調整弁３４をオンする。そしてラムダセンサ４５、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により決定された液体調整弁３４のオン時間の経過後か、或いはラムダセンサ４５が１．０以下の空気過剰率を検出したときのいずれか早い時期に、液体調整弁３４をオフする。これにより触媒２４入口の排ガス中の酸素濃度が低下する、即ち触媒２４入口の排ガスのＨＣ濃度が増加するとともに、ＨＣ，ＣＯ，ＣＯ２又はＨ２が還元剤として増加するので、第１の実施の形態と同様に、触媒２４に吸蔵されたＮＯｘが触媒から放出されると同時に還元される。
【００２９】
上記軽油３２の噴射により生成されたＨＣは上述のように触媒２４で還元剤として機能するけれども、全てのＨＣが還元剤として機能せず、一部のＨＣは触媒２４を通過してしまう。このため、触媒２４出口のＨＣ濃度は増大するけれども、この未燃のＨＣはフィルタ２６により捕集される。このフィルタ２６に捕集された未燃のＨＣは、液体調整弁３４をオンしている間だけ空気調整弁７４をオンすることにより空気過剰率の高い、即ちリーン状態の排ガスがフィルタ２６に流入するので、フィルタ２６に担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタ２６出口のＨＣ濃度は、低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、８０００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１６に、排ガス上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、パティキュレートフィルタ２６とを設けた。また触媒２４の排ガス上流側の排気管１６に軽油３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９を設け、排気管１６に触媒２４をバイパスするバイパス管３８を設け、更に排気管１６及びバイパス管３８に第１及び第２排ガス調整弁４１，４２をそれぞれ設けた。なお、上記触媒２４は、コート層がアルミナであり、貴金属が白金であり、更にＮＯｘ吸蔵剤がＢａである。またフィルタ２６には白金−ゼオライト触媒がコーティングされる、即ちフィルタはコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）及びアルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３）を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させることにより構成される。
【００３１】
＜実施例２＞
図４に示すように、実施例１のバイパス管に替えて、パティキュレートフィルタ２６の入口に、空気をフィルタ２６に向けて噴射可能な空気噴射ノズル７１を設けた。上記以外は実施例１と同一に構成した。
＜比較例１＞
図示しないが８０００ｃｃの自然吸気型ディーゼルエンジンの排気管に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒と、白金を担持したパティキュレートフィルタとを設けた。また排ガス上流側の排気管には軽油を噴射可能な液体噴射ノズルを設けた。
【００３２】
＜比較試験１及び評価＞
実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ、パティキュレート及びＨＣの排出量をそれぞれ測定した。その結果を図５〜図７に示す。
図５から明らかなように、比較例１ではＮＯｘを規制値より５０％しか低減できなかったのに対し、実施例１及び２では規制値より６０％低減できた。
図６から明らかなように、比較例１ではパティキュレートが規制値の３．５倍に増大したのに対し、実施例１及び２では規制値より８０％及び７０％それぞれ低減できた。
図７から明らかなように、比較例１ではＨＣが規制値の９倍に増大したのに対し、実施例１及び２では規制値より８０％及び７０％それぞれ低減できた。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エンジンの排気管に排ガス上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸化触媒付パティキュレートフィルタとを設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の入口に炭化水素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設け、この液体噴射ノズルに炭化水素系液体供給手段が液体調整弁を介して液体を供給し、排ガス調整弁が排ガスをＮＯｘ吸蔵還元触媒及びバイパス管に流す流量を調整し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒入口の排ガス温度を検出する温度センサの検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御するので、温度センサが所定値未満の排ガス温度を検出するときには、排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒に吸蔵され、排ガス中のＨＣは酸化される。また温度センサが所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラは排ガス調整弁を調整して大部分の排ガスをバイパス管に流しかつ一部の排ガスを触媒に流すと同時に、液体調整弁を所定時間だけオンして液体噴射ノズルから液体を噴射する。これにより触媒入口の排ガス中の酸素濃度が低下し、ＨＣ等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２等となって触媒から放出される。更に上記液体の噴射により生成されたＨＣの一部は触媒を通過してフィルタにより捕集されるけれども、液体調整弁をオンしているときに空気過剰率の高い排ガスがバイパス管を通ってフィルタに流入するので、上記捕集されたＨＣはフィルタに担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタより排ガス下流側の排気管内のＨＣ濃度は低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００３４】
またパティキュレートフィルタ入口の排ガスの空気過剰率又はＮＯｘ濃度を検出するラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方と、温度センサとの各検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御すれば、ＮＯｘセンサの検出出力により液体調整弁をオンする間隔（触媒によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、ラムダセンサの検出出力により液体調整弁をオンしている時間が決定され、ＮＯｘセンサ及びラムダセンサの各検出出力により排ガスがバイパス管を通過するように排ガス調整弁を調整する時期及び時間が決定される。この結果、液体が最適な時期に最適な量だけ噴射され、かつ空気過剰率の高い排ガスが最適な時期に最適な量だけフィルタに供給されるので、排ガスに含まれるＮＯｘ及びパティキュレートの排出量を高効率で低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された液体が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる。
【００３５】
またエンジンの排気管に排ガス上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元触媒と酸化触媒付パティキュレートフィルタとを設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の入口に炭化水素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設け、この液体噴射ノズルに炭化水素系液体供給手段が液体調整弁を介して液体を供給し、パティキュレートフィルタの入口に空気を噴射可能な空気噴射ノズルを設け、この空気噴射ノズルに空気供給手段が空気調整弁を介して空気を供給し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒入口の排ガス温度を検出する温度センサの検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁及び空気調整弁をそれぞれ制御すれば、温度センサが所定値未満の排ガス温度を検出するときには、排ガス中のＮＯｘは硝酸塩として触媒に吸蔵され、排ガス中のＨＣは酸化される。また温度センサが所定値以上の排ガス温度を検出すると、コントローラは液体調整弁を所定時間だけオンし、液体噴射ノズルから液体を噴射する。これにより触媒入口の排ガス中の酸素濃度が低下し、ＨＣ等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ２等となって触媒から放出される。更に上記液体の噴射により生成されたＨＣの一部は触媒を通過してフィルタにより捕集されるけれども、液体調整弁をオンしてるときに空気調整弁をオンして空気噴射ノズルから空気を噴射して、空気過剰率の高い排ガスをフィルタに流入させるので、上記捕集されたＨＣはフィルタに担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。この結果、フィルタより排ガス下流側の排気管内のＨＣ濃度は低く抑えられるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【００３６】
またパティキュレートフィルタ入口の排ガスの空気過剰率又はＮＯｘ濃度を検出するラムダセンサ又はＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方と、温度センサとの各検出出力に基づいてコントローラが液体調整弁を制御すれば、ＮＯｘセンサの検出出力により液体調整弁をオンする間隔が決定され、ラムダセンサの検出出力により液体調整弁をオンしている時間が決定され、ＮＯｘセンサ及びラムダセンサの各検出出力により空気調整弁をオンして空気噴射ノズルから空気を噴射する時期及び時間が決定される。この結果、液体が最適な時期に最適な量だけ噴射され、かつ空気過剰率の高い排ガスが最適な時期に最適な量だけフィルタに供給されるので、排ガスに含まれるＮＯｘ及びパティキュレートの排出量を高効率で低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された液体が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる。
更にエンジンがターボ過給機付エンジンであれば、ターボ過給機にて吸気を過給することにより、排ガス中の酸素濃度を高くしたり、煤の排出量を減らすことが可能となるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒及びパティキュレートフィルタによるＮＯｘ及びパティキュレートの低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンの排ガス浄化装置を示す構成図。
【図２】その装置のパティキュレートフィルタの拡大断面図。
【図３】軽油を噴射したときの排ガス中の空気過剰率、ＮＯｘ濃度及びＨＣ濃度の変化を示す図。
【図４】本発明第２実施形態のエンジンの排ガス浄化装置を示す構成図。
【図５】実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ排出量をそれぞれ示す図。
【図６】実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるパティキュレート排出量をそれぞれ示す図。
【図７】実施例１、２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＨＣ排出量をそれぞれ示す図。
【符号の説明】
１１ ディーゼルエンジン
１３ 吸気管
１６ 排気管
１７ ターボ過給機
１７ａ コンプレッサ
１７ｂ タービン
２４ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２６ パティキュレートフィルタ
２９ 液体噴射ノズル
３２ 軽油（炭化水素系液体）
３４ 液体調整弁
３６ ポンプ（炭化水素系液体供給手段）
３８ バイパス管
４１，４２ 排ガス調整弁
４３ 温度センサ
４４ コントローラ
４５ ラムダセンサ
４６ ＮＯｘセンサ
７１ 空気噴射ノズル
７３ 空気タンク（空気供給手段）
７４ 空気調整弁
Claims (9)
- エンジン(11)の排気管(16)に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な液体噴射ノズル(29)と、
前記液体噴射ノズル(29)に液体調整弁(34)を介して前記液体(32)を供給する炭化水素系液体供給手段(36)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス下流側の排気管(16)に設けられ酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタ(26)と、
一端が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス上流側の排気管(16)に接続され他端が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及び前記パティキュレートフィルタ(26)間の排気管(16)に接続され前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)をバイパスするバイパス管(38)と、
前記エンジン(11)から排出された排ガスを前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及び前記バイパス管(38)にそれぞれ流す流量を調整する排ガス調整弁(41,42)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス上流側の排気管(16)内の排ガス温度を検出する温度センサ(43)と、
前記温度センサ(43)の検出出力に基づいて前記液体調整弁(34)及び前記排ガス調整弁(41,42)をそれぞれ制御するコントローラ(44)と
を備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、
前記温度センサ (43) が所定値以上の排ガス温度を検出したときに、前記コントローラ (44) が前記排ガス調整弁 (41,42) を調整して大部分の排ガスを前記バイパス管 (38) に流しかつ一部の排ガスを前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒 (24) に流すと同時に、前記液体調整弁 (34) を所定時間だけオンして前記液体噴射ノズル (29) から前記液体 (32) を噴射するように構成されたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。 - ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及びパティキュレートフィルタ(26)間の排気管(16)内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ(45)、又は前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及び前記パティキュレートフィルタ(26)間の排気管(16)内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ(46)のいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラ(44)が温度センサ(43)と、前記ラムダセンサ(45)又は前記ＮＯｘセンサ(46)のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁(34)及び排ガス調整弁(41,42)をそれぞれ制御するように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- パティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ、又は前記パティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラが温度センサと、前記ラムダセンサ又は前記ＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁及び排ガス調整弁をそれぞれ制御するように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- エンジン(11)の排気管に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な液体噴射ノズル(29)と、
前記液体噴射ノズル(29)に液体調整弁(34)を介して前記液体(32)を供給する炭化水素系液体供給手段(36)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス下流側の排気管(16)に設けられ酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタ(26)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及び前記パティキュレートフィルタ(26)間の排気管(16)に設けられ前記パティキュレートフィルタ(26)に向けて空気を噴射可能な空気噴射ノズル(71)と、
前記空気噴射ノズル(71)に空気調整弁(74)を介して前記空気を供給する空気供給手段(73)と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス上流側の排気管(16)内の排ガス温度を検出する温度センサ(43)と、
前記温度センサ(43)の検出出力に基づいて前記液体調整弁(34)及び前記空気調整弁(74)をそれぞれ制御するコントローラ(44)と
を備えたエンジンの排ガス浄化装置であって、
前記温度センサ (43) が所定値以上の排ガス温度を検出したときに、前記コントローラ (44) が前記液体調整弁 (34) をオンして前記液体噴射ノズル (29) から前記液体 (32) を噴射するとともに、前記液体調整弁 (34) がオンしている間だけ前記空気調整弁 (74) をオンして前記空気噴射ノズル (71) から前記空気を噴射するように構成されたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。 - ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及びパティキュレートフィルタ(26)間の排気管(16)内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ(45)、又は前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)及び前記パティキュレートフィルタ(26)間の排気管(16)内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ(46)のいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラ(44)が温度センサ(43)と、前記ラムダセンサ(45)又は前記ＮＯｘセンサ(46)のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁(34)及び空気調整弁(74)をそれぞれ制御するように構成された請求項４記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- パティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスの空気過剰率を検出するラムダセンサ、又は前記パティキュレートフィルタより排ガス下流側の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方を更に備え、コントローラが温度センサと、前記ラムダセンサ又は前記ＮＯｘセンサのいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁及び空気調整弁をそれぞれ制御するように構成された請求項４記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- 温度センサ(43)の検出出力に基づいて液体調整弁(34)を開く条件が満たされているときに、コントローラ(44)が前記液体調整弁(34)を０．１〜６００秒間毎に０．０１〜３０秒間だけ開くように構成された請求項１又は４記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- 温度センサ(43)と、ラムダセンサ(45)又はＮＯｘセンサ(46)のいずれか一方又は双方との各検出出力に基づいて液体調整弁(34)を開く条件が満たされているときに、コントローラ(44)が前記液体調整弁(34)を０．１〜６００秒間毎に０．０１〜３０秒間だけ開くように構成された請求項２、３、５又は６記載のエンジンの排ガス浄化装置。
- エンジン(11)がターボ過給機付エンジンであり、
前記ターボ過給機(17)が、吸気管(13)に設けられ空気を前記エンジン(11)に圧縮して供給可能なコンプレッサ(17a)と、排気管(16)に設けられ前記コンプレッサ(17a)とシャフトを介して連結されかつ前記排気管(16)を流れる排ガスのエネルギにより回転可能なタービン(17b)とを有する請求項１又は４記載のエンジンの排ガス浄化装置。
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