JP3633396B2

JP3633396B2 - Diesel engine exhaust purification system

Info

Publication number: JP3633396B2
Application number: JP26137599A
Authority: JP
Inventors: 元啓新沢; 靖久北原; 弘赤間; 元久上條
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: JP2001082133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の排気浄化装置、特に排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）と煤に代表されるパティキュレート（粒子状物質；以下「ＰＭ」という）との両方を除去できるようにした排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用ガソリン機関のように酸化成分と還元成分がほぼ等しく含まれている排気を浄化するためには、触媒として、三元触媒が広く用いられている。これは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属成分およびセリア（Ｃｅ）成分をはじめとする各種成分を担持した活性アルミナを主成分とする触媒であり、排気中の有害成分であるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）を高い効率で浄化できる。
【０００３】
一方、近年、燃費の向上、ＣＯ_２（二酸化炭素）の排出量の削減といった観点から、理論空燃比より高い空燃比でも運転するいわゆるリーンバーンエンジンが注目されている。この種のエンジンの希薄燃焼時の排気は、理論空燃比近傍で運転される従来のエンジンの排気に比較して、酸素含有率が高く、上記の三元触媒では、ＮＯｘの浄化が不十分となる。そこで、リーンバーンエンジンにおける希薄燃焼時の排気中のＮＯｘを高効率で除去できる新たな触媒が望まれていた。
【０００４】
その一つとして、特許第２６００４９２号公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を使った装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この装置では、ある一定以上の高酸素濃度範囲においては、空燃比のリーン度合を下げることにより酸素濃度を低下させてＮＯｘを放出させる制御を行っても、ＮＯｘの放出量が極端に減少してしまい、ＮＯｘ吸収−放出浄化サイクルが得られなくなるという問題があった。
【０００６】
このため、実際の内燃機関の排気ガスで使用する場合には、有効なＮＯｘの吸収−放出浄化サイクルを得ようとすると、酸素濃度が０％に近い理論空燃比もしくはリッチな空燃比で内燃機関を運転したり、ＨＣや燃料を排気通路内に二次的に供給したりすることが必要となり、そのため内燃機関の燃費が犠牲になってしまう。
【０００７】
さらに、圧縮着火を行うディーゼル機関においては、常に空気過剰な条件の下で燃焼が行われ、理論空燃比もしくはリッチ状態での運転が通常は不可能であるが、ＮＯｘ吸収触媒上で該ＮＯｘ吸収触媒から放出されたＮＯｘを還元浄化するためにも、ＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出すべきときには、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比もしくはリッチ状態でなければならず、例えば、排気通路内へ気体状の還元剤を供給し、この還元剤によって触媒に蓄積されたＮＯｘを還元する、といった複雑な装置が必要となり、ディーゼル機関へ適用する場合には燃費の大きな犠牲を伴う。
【０００８】
そこで、酸素濃度４．５％以上の酸素過剰雰囲気下で、流入する排気中の還元成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元するＮＯｘ浄化触媒を、特願平１０−３１９６８９号にて、先に提案し、ディーゼル機関への適用を容易にした。この先願の触媒を以下、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒という。
【０００９】
この還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、以下に示す方法で作成できたが、基本的には、貴金属とＮＯｘ吸収材をハニカム担体に担持することで、ＮＯｘ吸収放出還元反応を有する触媒を得ることができる。
【００１０】
１％硝酸水溶液９００ｇにべーマイトアルミナ１０ｇを混合撹拌して得られたアルミナゾルと、活作γアルミナ粉末を磁性ボールミルに投入し、粉砕してアルミナスラリーを得た。このスラリー液をコーディエライト質モノリス担体（１Ｌ、４００セル）に付着させ、４００℃で１時間焼成してコート層重量１００ｇ／Ｌの担体を得た。得られた担体材料に、酢酸バリウム水溶液を含浸し、乾燥した後、空気中で４００℃、１時間の焼成を行った。当該材料中のバリウム含有量は、１５．０ｇ／Ｌであった。得られた担体材料に、ジニトロジアミン白金の混合水溶液を含浸し、乾燥した後、空気中で４００℃、１時間の焼成を行い、ＮＯｘ浄化触媒を得た。この触媒中の白金の含有量は、１．１８ｇ／Ｌであった。
【００１１】
また、酢酸バリウム水溶液の代わりに、次のような化合物を用いても還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒を作成できる。
バリウムＢａ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２・Ｈ_２Ｏ
カリウムＫＣＨ_３ＣＯＯ・２Ｈ_２Ｏ
ナトリウムＮａＮＯ_３
リチウムＬｉＮＯ_３
セシウムＣｓ（ＣＨ_３ＣＯＯ）
マグネシウムＭｇ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ
カルシウムＣａ（ＮＯ_３）_３
ストロンチウムＳｒ（ＣＨ_３ＣＯＯ）
ランタンＬａ（ＮＯ_３）_３
セリウムＣｅ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_３
イットリウムＹ（ＮＯ_３）_３・６Ｈ_２Ｏ
プラセオジウムＰｒ（ＮＯ_３）_３
ネオジウムＮｄ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_３
サマリウムＳｍ（ＮＯ_３）_３・６Ｈ_２Ｏ
ジルコニウムＺｒＯ（ＮＯ_３）_２・２Ｈ_２Ｏ
マンガンＭｎ（ＮＯ_３）_２
鉄Ｆｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ
ニッケルＮｉ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ
コバルトＣｏ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ
タングステン（ＮＨ_４）_１０［Ｗ_１２Ｏ_４２Ｈ_２］１０Ｈ_２Ｏ
モリブデン（ＮＨ_４）_６［Ｍｏ_７Ｏ_２４］４Ｈ_２Ｏ
またさらに、ジニトロジアミン白金水溶液の代わりに、硝酸ロジウム、硝酸パラジウム、硝酸イリジウムを用いても同様に作成できる。
【００１２】
白金（Ｐｔ）およびバリウム（Ｂａ）をアルミナに担持した後、ハニカム担体にコーティングしたＰｔ−Ｂａ吸収触媒に対し、ＮＯの酸化剤である貴金属と吸収材を、種々変更した各触媒は、Ｐｔ−Ｂａ触媒と同様、高いＮＯｘ放出率と吸収ＮＯｘの還元性能を有している。
【００１３】
また、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、タングステンと、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００１４】
この触媒では、ＮＯｘ低減率がさらに向上する。その理由は、定かではないが、ＨＣの濃度を低濃度から高濃度へ制御したとき、副反応であるＨＣと酸素の反応が遅延化され、相対的にＨＣとＮＯｘの反応が推進されたためと考えられる。また、ＨＣと酸素の反応が遅延化される理由としては、ＨＣの濃度を低濃度から高濃度へ制御したとき、ＨＣと酸素が反応するときに発生する反応熱が触媒に吸収され、その結果、触媒は加熱されることになる。該触媒中のタングステンは酸化物と考えられるが、その原子量が大きく、熱容量が大きいため、触媒への熱の吸収が大きく、触媒の加熱は遅延化されるため、ＨＣと酸素の反応が遅延化されたと推定される。
【００１５】
さらに、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、タングステンとジルコニアが複合化してなる酸化物と、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００１６】
このように、タングステンをジルコニアと複合化させることで、ＮＯｘ低減率がさらに向上する。これは、タングステンをジルコニアと複合化させることでタングステンの分散性が向上し、該触媒中の貴金属との接触性が向上した結果、触媒への熱の吸収効率が改善され、さらにＨＣと酸素の反応が遅延化したためと考えられる。
【００１７】
一方、触媒ではＮＯｘは除去できても、ＰＭ（特に煤、すなわちカーボンが主成分のドライスート）は除去できないので、排気中のＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）を設け、さらにこのＤＰＦの上流に酸化触媒を配置し、この酸化触媒で排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ_２（二酸化窒素）を生成させ（図３参照）、ＤＰＦに捕集されているＰＭをこの生成させた高酸化力のあるＮＯ_２によって燃焼させて除去することにより、ＤＰＦを再生するようにしたものがある（特開平１−３１８７１５号公報参照）。このＰＭ除去装置を以下、ＣＲＴ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＲｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇＴｒａｐ）という。
【００１８】
ところで、従来のＣＲＴのＰＭ除去の反応原理は、「ＮＯ_２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ_２、および、２ＮＯ_２＋２Ｃ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２」であり、エンジンからのＰＭ発生量に見合ったＮＯ_２量が存在すれば、酸化触媒が比較的低温度であってもＤＰＦに捕集されたＰＭが連続的に除去され、ＤＰＦにＰＭが堆積しないため、ＤＰＦを再生させるための特別な加熱装置等を設ける必要がない。この点は、本出願人の研究において確認している。
【００１９】
しかしながら、酸化触媒によるＮＯからＮＯ_２への転換は触媒温度に依存しており、ＮＯからＮＯ_２への転換は触媒入口の排気温度で約１５０℃当たりから始まる。また、上記の「ＮＯ_２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ_２、および、２ＮＯ_２＋２Ｃ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２」の反応もやはり温度に依存しているため、実用上はディーゼル機関の排気温度は比較的低い温度であることが多いので、上記２ＮＯ_２＋２Ｃ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２の反応はほとんど発生せず、大部分の反応はＮＯ_２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２＋Ｃ→２ＮＯ十ＣＯ_２である。このため、従来のＣＲＴではＤＰＦ上の煤を処理するとＮＯが排気と共に大気中に放出してしまうという問題がある。
【００２０】
このため、特開平９−５３４４２号公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを放出する従来のＮＯｘ吸収材（特許第２６００４９２号公報と同様）をＣＲＴの下流に配置した装置が提案されている。
【００２１】
この装置では、従来のＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ吸収能力を回復させる（ＮＯｘ吸収材の再生操作と呼ぶ）ため、排気空燃比を短時間理論空燃比よりリッチ側にする。この従来のＮＯｘ吸収材の再生操作はディーゼル機関の通常の燃料噴射に加えて、定期的に排気行程に燃料噴射を行い、燃料の未燃成分を排気通路に排出することで実現している。つまり排気通路に排出された燃料の未燃成分は酸化触媒で酸化され、排気中の酸素がほとんど消費されてディーゼル機関を理論混合比で運転した場合と同程度まで酸素濃度が減少する。また、排気空燃比がリッチであるため、多くの未燃成分、すなわちＨＣ、ＣＯが酸化されないで従来のＮＯｘ吸収材に流入するようにしている。そして従来のＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、還元成分であるＨＣ、ＣＯによってＮＯｘが還元浄化される。
【００２２】
しかしながら、この装置であっても、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出して還元浄化すべきときには、流入排気の空燃比がリッチ状態でなければ上述した反応が起こらないため、ディーゼル機関へ適用する場合には燃費の大きな犠牲を伴うという本質的な問題が解消できない。
【００２３】
本発明は、上記の問題点を解決し、ＣＲＴ機能（ＰＭを高酸化力のあるＮＯ_２によって燃焼させて除去する機能）によってＤＰＦに捕集されたＰＭを処理すると共に、常に酸素過剰な状態においてもＮＯｘを効率よく吸収−放出・還元浄化させることができ、燃費の大きな犠牲を伴わないでディーゼル機関へ適用することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１、２に係る発明では、ディーゼル機関の排気通路に配置される排気浄化装置であって、機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを酸化してＮＯ₂を生成する酸化触媒と、触媒もしくは排気の温度変化により排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還元成分吸着触媒と、排気中のＰＭ（パティキュレート）を捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ₂と反応させるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）と、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備えていることを共通の特徴とする。
【００２５】
そして特に請求項１に係る発明では、前記酸化触媒および前記還元成分吸着触媒は、排気通路に並列に配置され、これらの下流側に、前記ＤＰＦおよび前記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒が直列に配置されることを特徴とする。
【００２６】
そして特に請求項２に係る発明では、前記酸化触媒に対し、排気を酸化させずに通過させるバイパス通路が並設され、これらの下流側に、前記還元成分吸着触媒が配置され、更に前記ＤＰＦおよび前記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒が直列に配置されることを特徴とする。尚、このバイパス通路は、前記酸化触媒の内部に設けてもよいし、外部に設けてもよい。
【００２７】
請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記バイパス通路に、定められた温度条件でのみ、開弁するバイパス弁を介装したことを特徴とする。
請求項４に係る発明では、請求項２又は請求項３に係る発明において、前記ＤＰＦに還元成分吸着触媒を担持させて、前記還元成分吸着触媒と前記ＤＰＦとを一体化したことを特徴とする。すなわち、還元成分吸着触媒付きＤＰＦを用いることを特徴とする。
【００２８】
請求項５に係る発明では、前記酸化触媒の担体に、還元成分吸着触媒を担持させたことを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着触媒は、他の還元成分吸着触媒（単体で設けた還元成分吸着触媒又はＤＰＦに担持させた還元成分吸着触媒）よりも低い温度で還元成分を脱離するものとしたことを特徴とする。
【００２９】
請求項７に係る発明では、前記還元成分吸着触媒（単体で設けた還元成分吸着触媒又はＤＰＦに担持させた還元成分吸着触媒）の担体に、金属（銅又はパラジウム等）をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を担持させたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２に係る発明によれば、機関排気の一部に対して作用し、ＮＯを酸化してＮＯ₂を生成する酸化触媒と、排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還元成分吸着触媒と、排気中のＰＭを捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ₂と反応させるＤＰＦと、排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備えることで、酸化触媒によるＮＯからＮＯ₂への酸化と、還元成分吸着触媒による還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を発現させ、ＮＯ₂によるＤＰＦの再生を可能にすると共に、排気空燃比をリッチにすることなく、還元成分（ＨＣ）の濃度変動でＮＯｘ浄化触媒によりＮＯｘの浄化を可能にすることができる。従って、排気空燃比をリッチにする必要がないため、燃費の大きな犠牲を伴わないで、ディーゼル機関へ適用することができる。
【００３１】
そして特に請求項１に係る発明によれば、酸化触媒および還元成分吸着触媒は、排気通路に並列に配置されるので、酸化触媒によるＮＯからＮＯ₂への酸化と、還元成分吸着触媒による還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を確実に発現させることができる。
【００３２】
そして特に請求項２に係る発明によれば、酸化触媒に対し、排気を酸化させずに通過させるバイパス通路が並設されるので、酸化触媒によるＮＯからＮＯ₂への酸化と、還元成分吸着触媒による還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を確実に発現させることができる。
【００３３】
請求項３に係る発明によれば、前記バイパス通路に、定められた温度条件でのみ開弁するバイパス弁を介装し、所定温度（ＨＣ脱離温度）以下で排気をバイパスすることで、還元成分（ＨＣ）の濃度変動を強化できる。
【００３４】
請求項４に係る発明によれば、還元成分吸着触媒付きＤＰＦを用いることで、特別に還元成分吸着触媒を配置する必要がなくなり、排気浄化装置全体の搭載スペースが減少して搭載性が向上すると共に、簡素化によるコスト低減を図ることができる。
【００３５】
請求項５に係る発明によれば、酸化触媒の担体にも還元成分吸着触媒を担持させることで、還元成分（ＨＣ）の吸着力を強化できる。
請求項６に係る発明によれば、酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着触媒を、他の還元成分吸着触媒よりも低い温度で還元成分を脱離するものとすることで、還元成分（ＨＣ）の濃度変動を強化できる。
【００３６】
請求項７に係る発明によれば、還元成分吸着触媒の担体に、Ｃｕ又はＰｄ等の金属をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を担持させることで、高温時のＮＯｘ還元浄化性能が向上する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第１の実施形態について図１により説明する。
【００３８】
図１において、１はディーゼル機関（エンジン）の本体、２は排気通路である。
排気通路２に配置されるケーシング２ａ内には、酸化触媒４と、還元成分吸着触媒５とが、１つのケーシング２ａ内で排気流れ方向に平行に分割されて並列配置されている。
【００３９】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、上流側より、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）６と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【００４０】
ここで、酸化触媒４は、機関排気を酸化し、ＮＯを酸化してＮＯ_２を生成するものである。具体的には、例えばコージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属成分を担持させた活性アルミナをコーティングさせたものであり、排気中の未燃成分であるＨＣ、ＣＯを高い効率で酸化して浄化できると共に、ＮＯ成分を酸化してＮＯ_２成分を生成する。
【００４１】
還元成分吸着触媒５は、触媒もしくは排気の温度変化により排気中の還元成分（ＨＣ）を吸着および脱離する作用を有するものである。具体的には、例えばコージェライト製のモノリス担体に、ゼオライト成分を担持したものであり、ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましい。
【００４２】
ＤＰＦ６は、排気中のＰＭ（パティキュレート；特に煤）を捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ_２と反応させるＰＭの捕集・処理用のフィルタである。具体的には、筒の部分に多数の孔を設けた有底円筒状の芯部材６ａにセラミックファイバー６ｂを幾層にも巻き回したもので、底のある方を下流側にして取り付けている。このとき、排気は図示の矢印のように流れ、排気中のＰＭがセラミックファイバー６ｂに捕集される。ＤＰＦはこのタイプのものに限らず、従来より公知のウォールフローハニカムタイプのものであってもよい。
【００４３】
還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７は、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元するものである。具体的には、酸素濃度４．５％以上の酸素過剰雰囲気下で、流入する排気中の還元成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元する先願（特願平１０−３１９６８９号）の触媒で、基本的には、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ等の貴金属とバリウム、カリウム、ナトリウム等のＮＯｘ吸収材をハニカム担体に担持することで、ＮＯｘの吸収放出還元反応を有する触媒を得ることができる。
【００４４】
さて、ＤＰＦ６の上流側に酸化触媒４を設け、この酸化触媒４で排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成させ（ＮＯｘ中のＮＯ_２の比率が増加）、ＤＰＦ６に捕集されているＰＭをこの生成させた高酸化力のあるＮＯ_２によって燃焼させて除去することにより、ＤＰＦ６を再生するが、ＰＭ除去の反応原理は、「ＮＯ_２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２＋Ｃ→２ＮＯ十ＣＯ_２、および、２ＮＯ_２＋２Ｃ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２」であり、エンジンからのＰＭ発生量に見合ったＮＯ_２量が存在すれば、比較的低温度であってもＤＰＦ６に捕集されたＰＭが連続的に除去され、ＤＰＦ６にＰＭが堆積しないため、ＤＰＦ６を再生させるための特別な加熱装置等を設ける必要がない。
【００４５】
しかしながら、酸化触媒４によるＮＯからＮＯ_２への転換は、図３に示すように、触媒に流入する排気温度、もしくは触媒の温度に依存している。ＮＯからＮＯ_２への転換は酸化触媒４の入口排気温度で約１５０℃当たりから始まる。また、上記の「ＮＯ_２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２＋Ｃ→２ＮＯ十ＣＯ_２、および、２ＮＯ_２＋２Ｃ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２」の反応もやはり酸化触媒４の温度に依存しているため、実用上は約２５０〜３００℃以上の温度でないと、ＤＰＦ６に捕集されたＰＭが連続的に除去される状況にはならないことが、本出願人の研究において判明した。
【００４６】
従って、アイドリング運転の比率が高くなる渋滞運転時などの排気低温時には徐々にＤＰＦ６にＰＭが堆積していくため、渋滞運転が継続されたのでは、背圧上昇によってエンジンの動力性能が悪くなる。また、ＰＭの燃焼条件に合致したときに、ＰＭの堆積量が多いと、ＰＭ燃焼による発熱が過大となってＤＰＦ６が焼損する可能性があるため、定期的に約２５０〜３００℃以上の排気温度になる頻度を高める必要がある。
【００４７】
さて、一般的にディーゼルエンジンはＮＯｘの排出量に対してＨＣの排出量が比較的少ない。コモンレール式の燃料噴射装置等の高圧燃料噴射装置を用いているディーゼルエンジンでは、特にこの傾向が顕著であり、エンジンの暖機が完了した状態でのＨＣ排出量は、無負荷条件で約２００ｐｐｍ〜最大負荷条件で約１００ｐｐｍ程度しかない。
【００４８】
上述したように、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７のＮＯｘの浄化効率を高めるためには、還元剤としてのＨＣの濃度変動を必要とする。
つまり、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７は、流入する排気中の還元成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元する。
【００４９】
このため、例えばコモンレール式の燃料噴射装置を用いるディーゼルエンジンにあっては、エンジンから排出されるＨＣ濃度を、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入する時点で約半減することができれば、ＮＯｘ吸収性能を発現することができる。
【００５０】
しかし、逆に、吸収したＮＯｘの放出還元性能を発現させるためには、エンジンから排出されるＨＣ濃度に対して、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入する時点で最大１００ｐｐｍ以上の濃度増加が発生できるようにすることが必要である。
【００５１】
ここで、図４は、コージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔを担持させた活性アルミナをコーティングさせた酸化触媒、およびコージェライト製のモノリス担体に、βゼオライトを担持した還元成分吸着触媒（ＨＣ吸着触媒）について、２０℃／ｓｅｃの排気温度変化で、無負荷状態から最大負荷まで連続昇温し、最大負荷に達した時点で、逆に無負荷まで連続降温したときの、流入排気のＨＣ濃度に対する夫々の触媒出口でのＨＣ低減率を示している。
【００５２】
これについて説明する。
先ず、Ｐｔ系の酸化触媒は、約２００℃以上にならないと酸化活性が発現しない。また、ＨＣ中の重質成分（以下ＳＯＦと呼ぶ）は約２００℃以上にならないと完全に気化しない。このため１００℃では触媒の酸化活性が発現しないのでＳＯＦが吸着し４０％程度ＨＣ濃度が減少する。この状態から昇温していくとＳＯＦは温度が上昇するのに伴って気化し、吸着率が低下すると共に吸着していたＳＯＦが脱離するため、ＨＣ低減率が低下する。
【００５３】
そして約２５０℃でＨＣの脱離ピークとなり、入口ＨＣよりも１００％程度出口濃度が高くなる。さらに昇温していくと、酸化されて減少するＨＣの量がＨＣの脱離量を上回るため、ＨＣ低減率が増加していく。そして約４００℃以上では脱離するＨＣが無くなるため、酸化触媒本来の酸化活性によって非常に高いＨＣ低減率が得られる。
【００５４】
最大負荷に達した時点で降温していくと、酸化触媒にはＳＯＦが吸着していないので、触媒の高い酸化活性により約３００℃までは高いＨＣ低減率が得られ、さらに降温すると酸化活性が弱くなって徐々にＨＣ低減率が低下し、約２００℃で再びＳＯＦが吸着しはじめるため、昇温時の性能と同程度になる。
【００５５】
次に、βゼオライトを担持した還元成分吸着触媒（ＨＣ吸着触媒）は、ほとんど酸化活性がない。また、ガス状の軽質ＨＣがゼオライトの細孔に捕捉されるため、ＨＣの吸着率が非常に高いという特性を持っている。このため１００℃程度の低温度ではＳＯＦの吸着と軽質ＨＣの捕捉により８０％程度の高いＨＣ低減率が得られる。この状態から昇温していくと、約２００℃以上でＳＯＦが気化し、２５０℃以上ではＨＣの気化率が高くなるため、吸着していたＳＯＦと軽質ＨＣが脱離しはじめ、ＨＣ低減率が低下する。
【００５６】
そして約４００℃でＨＣの脱離ピークとなり、入口ＨＣよりも５００％程度出口濃度が高くなる。さらに昇温していくと約５００℃以上では脱離するＨＣが少なくなるため出口濃度の増加は減少する。
【００５７】
最大負荷に達した時点では脱離するＨＣがなくなるため、入口ＨＣに対して出口ＨＣが若干低減する。これは、重質のＨＣの吸着、あるいは軽質ＨＣの酸化と思われる。
【００５８】
さらに降温していくと、還元成分吸着触媒はＨＣを吸着していないので、約４００℃までは低いＨＣ低減率の状態で移行し、さらに降温するとＨＣの気化率が低下するのに伴って、約３５０℃で再びＨＣがゼオライトの細孔に捕捉されてＨＣ低減率が増加しはじめる。そして約２５０℃で昇温時の性能と同程度になる。
【００５９】
本発明の第１の実施形態では、酸化触媒４と還元成分吸着触媒５とを１つのケーシング２ａ内で排気流れ方向に平行に分割して並列配置している。例えば、図５は酸化触媒４と還元成分吸着触媒５に等量の排気が流入するように構成し、上述したのと同様に、２０℃／ｓｅｃの排気温度変化で、無負荷状態から最大負荷まで連続昇温し、最大負荷に達した時点で、逆に無負荷まで連続降温したときの、エンジン１出口のＨＣ濃度に対するＤＰＦ６入口でのＨＣの低減率を示している。
【００６０】
ここで、酸化触媒４はコージェライト製のモノリス担体にＰｔを担持させた活性アルミナをコーティングさせている。また、還元成分吸着触媒５はコージェライト製のモノリス担体に、βゼオライトを担持させている。
【００６１】
図５に示すように、本発明の第１の実施形態では、酸化触媒４と還元成分吸着触媒５の特性が複合された特性を示す。
すなわち、１００℃程度の低排気温度ではエンジン１の出口ＨＣよりも６０％程度ＨＣが減少し、この状態から昇温していくと、約４００℃でＨＣの脱離ピークとなり、エンジン１の出口ＨＣよりも２００％程度ＤＰＦ６の入口ＨＣが高くなる。最大負荷に達した時点では還元成分吸着触媒５から脱離するＨＣもなく、酸化触媒４の酸化性能の影響で、エンジン１の出口ＨＣに対してＤＰＦ６の入口ＨＣが約６０％程度減少する。
【００６２】
また、同時に酸化触媒４によってＮＯ_２が生成される（同時にＨＣの吸着脱離、および酸化も発生する）。
さて、実用運転では無負荷から高負荷までの加減速が頻繁に行われるため、排気温度の昇温と降温も頻繁に発生し、酸化触媒４によって生成されたＮＯ_２によってＤＰＦ６に捕集されたＰＭも除去できるし、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣに濃度変動が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【００６３】
一方、低排気温度、あるいは高排気温度で連続して長時間運転されるような状態、例えば、低排気温度で連続して運転される場合には、還元成分吸着触媒５からＨＣを脱離させるための温度上昇が必要である。
【００６４】
逆に高排気温度で連続して運転される場合には、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７において、吸収したＮＯｘを放出還元浄化させるために、還元剤であるＨＣを強制的に増加させる必要が生じてくる。
【００６５】
これには、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、各気筒の膨張行程もしくは排気行程で少量の燃料を後噴射し、エンジン出口における未燃ＨＣの増加と温度上昇を発生させることが有効である。
【００６６】
ここで、後噴射するタイミングは圧縮上死点からのクランク角度間隔が大きいほど主噴射された燃料の燃焼の影響を受けにくく、したがって後噴射された燃料が未燃ＨＣとなって排出される割合が多くなる。この逆に、後噴射するタイミングが圧縮上死点からのクランク角度間隔が小さくなるほど主噴射された燃料の燃焼の影響を受けやすく、したがって後噴射された燃料のうち燃焼する割合が多くなるため、排気温度は上昇するが、未燃ＨＣとなって排出される割合が少なくなる。
【００６７】
このため、図６および図７に示すように、低排気温度の条件では後噴射によって主に温度上昇を発生させ、高排気温度の条件では主にＨＣの増加を生じさせるように、エンジンの負荷、回転数が増大するほど、主噴射からの遅角間隔を増大するように設定しており、できれば膨張行程で後噴射を実施するのが望ましい。さらに、あまりにも低排気温度で後噴射を実行しても、還元成分吸着触媒５からＨＣが脱離しにくいため、後噴射を実施する排気温度は例えば２００℃以上が望ましい。
【００６８】
また、排気温度はエンジンの状態（負荷、回転数）から定まるので、エンジントルクと回転数をパラメータとして設定し、エンジンの暖機後の定常条件でマッチングしておけばよいわけである。
【００６９】
そこで、触媒の温度を検出するセンサを設けておき、エンジンの負荷と回転数だけでなく、触媒温度に基づいても判定を行う。
次に、後噴射に用いるコモンレール式の燃料噴射装置を図２により概説する（詳細は特開昭９−１１２２５１号公報参照）。
【００７０】
この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介してコモンレール１６に一旦蓄えられた後、コモンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に分配される。
【００７１】
燃料噴射弁１７は、針弁１８、ノズル室１９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２への燃料供給通路２４、この燃料供給通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などからなる。
【００７２】
ここで、バルブボディ内の通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズル室１９に共に高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断する時）には、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にある。
【００７３】
これに対し、三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通する状態）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇して燃料噴射弁１７先端の噴孔より燃料が噴射される。
【００７４】
三方弁２５を再びＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２２にコモンレール（蓄圧室）１６の高圧燃料が導かれて、燃料噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、コモンレール１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００７５】
この燃料噴射装置１０にはさらに、コモンレール圧力を制御するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻すことができる戻し通路１３に圧力制御弁３１を備える。
【００７６】
この圧力制御弁３１は電子制御ユニット４１からのデューティ信号に応じて戻し通路１３の流路面積を変えるためのもので、コモンレール１６への燃料吐出量を調整することによりコモンレール圧力を側御する。コモンレール１６の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同じであれば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００７７】
電子制御ユニット４１には、コモンレール圧力ＰＣＲ１を検出するセンサ３２、酸化触媒４および還元成分吸着触媒５の入口側の排気温度Ｔ１を検出するセンサ３７からの信号が、アクセル開度センサ３３（アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クランク角センサ３４（エンジン回転数Ｎｅとクランク角度を検出）、気筒判別センサ３５（気筒判別信号Ｃｙｌを発生）、水温センサ３６からの信号と共に、入力されている。
【００７８】
電子制御ユニット４１では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（アクセル開度）Ｌに応じて主噴射の目標燃料噴射量とコモンレール１６の目標圧力を演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致するように、圧力制御弁３１を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、主噴射とは別に各気筒の膨張行程で前述した後噴射を行って、温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させる。
【００７９】
電子制御ユニット４１で行われるこの制御を図９〜図１２のフローチャートに基づいて説明する。図９は燃料噴射制御のメインルーチン、図１０、図１１、図１２はメインルーチンの一部の詳細を示すサブルーチンである。
【００８０】
図９のメインルーチンにおいて、ステップ１００では、コモンレール圧力ＰＣＲ１、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、エンジン負荷Ｌ、および排気温度Ｔ１を読み込み、ステップ２００、３００、４００では、コモンレール圧力制御、エンジンの出力制御のための主噴射制御、温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を夫々実行する。
【００８１】
図１０のサブルーチンはコモンレール圧力制御を行うためのものである。
ステップ２０１、２０２では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、コモンレール１６の目標基準圧力ＰＣＲ０と、この目標基準圧力ＰＣＲ０を得るための圧力制御弁３１の基準デューティ比（基準制御信号）Ｄｕｔｙ０とを求める。これらのマップはエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌをパラメータとして電子制御ユニット４１のＲＯＭに予め記憶しているものである。
【００８２】
ステップ２０３では、目標基準圧力ＰＣＲ０と実際のコモンレール圧力ＰＣＲ１との差の絶対値｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜を求め、これを目標基準圧力ＰＣＲ０に対して予め設定された許容圧力差ΔＰＣＲ０と比較する。
【００８３】
｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜が許容範囲内であれば、ステップ２０６に進んで、基準デューティ比Ｄｕｔｙ０を開弁デューティ比Ｄｕｔｙとすることによって同じデューティ比を維持し、ステップ２０７において、このデューティ比Ｄｕｔｙからデューティ信号を作って、圧力制御弁３１を駆動する。
【００８４】
一方、｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜が許容範囲内にない場合は、ステップ２０３よりステップ２０４に進んで、ＰＣＲ０−ＰＣＲ１（＝ΔＰ）に対応して予め設定されているＲＯＭのテーブルを検索してデューティ比補正係数ＫＤｕｔｙを求める。例えばΔＰがマイナス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲ１が大きい）の場合は、ＫＤｕｔｙが１よりも小さい値に、この逆にΔＰがプラス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲ１が小さい）の場合は、ＫＤｕｔｙが１よりも大きい値になる。具体的には圧力制御弁３１の特性に合わせてデューティ比補正係数ＫＤｕｔｙのテーブルデータを設定する。
【００８５】
そして、ステップ２０５では、基準デューティ比Ｄｕｔｙ０をこの補正係数ＫＤｕｔｙにより補正した値（Ｄｕｔｙ０×ＫＤｕｔｙ）を開弁デューティ比Ｄｕｔｙとした後、ステップ２０７の操作を実行する。
【００８６】
図１１のサブルーチンは主噴射制御を行うためのものである。
ステップ３０１では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、主噴射量Ｑｍａｉｎを求める。
【００８７】
ステップ３０２では、この主噴射量Ｑｍａｉｎとコモンレール圧力ＰＣＲ１から所定のマップを検索して、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄを求める。
ここで、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄはｍｓｅｃで設定され、図８に示したように主噴射量Ｑｍａｉｎが同じならばコモンレール圧力ＰＣＲ１が高いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが短くなり、コモンレール圧力ＰＣＲ１が同じならば主噴射量Ｑｍａｉｎが多いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが長くなる。
【００８８】
ステップ３０３では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔを求める。
ステップ３０４では、主噴射量Ｑｍａｉｎが供給されるように主噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１７を、クランク角センサ３４および気筒判別センサ３５の信号に基づいて、開弁駆動する。
【００８９】
図１２のサブルーチンは本実施形態における温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を行うためのものである。
先ずステップ４０１では、酸化触媒４および還元成分吸着触媒５の入口側の排気温度Ｔ１が、後噴射を行って、還元成分吸着触媒５からＨＣを脱離させるのに適した温度、あるいは還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７にＨＣを増加供給するのに適した温度（所定温度ａ）以上、例えば２００℃以上であるか否かを判定する。
【００９０】
２００℃未満であれば、後噴射に適していないため、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
２００℃以上であれば、後噴射の効果が期待できるため、ステップ４０２に進み、２００℃以上での継続運転時間ΔＴｉｍｅを計算する（計算途中で２００℃未満になれば時間は０リセットされる）。そして、ステップ４０３で、２００℃以上での継続運転時間ΔＴｉｍｅが、後噴射を実行すべき時間に到達したか、例えば１０ｓｅｃ経過したか否かを判定する。
【００９１】
後噴射を実行すべき時間に到達していない場合は、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
後噴射を実行すべき時間に到達した場合は、主噴射制御の場合と同様に、ステップ４０４で、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌに対応して、予めＲＯＭに記憶されているマップから、後噴射条件、すなわち、後噴射量Ｑａｆｔおよびコモンレール圧力ＰＣＲ１に対応する後噴射期間Ａｐｅｒｉｏｄ（図８参照）と、後噴射開始時期Ａｓｔａｒｔとを求め、ステップ４０５で、後噴射を実行する。
【００９２】
そして、ステップ４０６で、所定時間、後噴射が実行されたか否かを判定し、所定時間、後噴射が実行されなければ、ステップ４０４に戻り、所定時間、後噴射が実行された場合は、ステップ４０７で、後噴射を停止する。
【００９３】
ここで、膨張行程での後噴射は燃焼室気筒壁に到達してオイル膜を希釈し長時間の走行では潤滑性を損ねてエンジン摩耗に至る恐れがある。
このため、１回に噴射する後噴射燃料量は、主噴射燃料量に対して最大でも約１０％程度が望ましく、平均的には最大でも燃費換算で２％を上限に噴射回数を設定するのことが望ましい（例えば、最大でも、１回当たり主噴射燃料の１０％を後噴射する場合、１０ｓｅｃ毎に２ｓｅｃ、後噴射を実行する）。
【００９４】
図１３には第２の実施形態を示す。尚、第１の実施形態と同一の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ケーシング２ａ内には、酸化触媒４Ａのみが配置されている。この酸化触媒４Ａには内部バイパス通路４５が設けられており、排気の一部（例えば約半分）を酸化触媒４Ａに流通させることなく（処理しないで）、後方に通過させる。
【００９５】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、上流側より、還元成分吸着触媒５Ａと、ＤＰＦ６と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【００９６】
還元成分吸着触媒５Ａは、第１の実施形態と同様に、コージェライト製のモノリス担体に、ゼオライト成分を担持したものであり、ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましい。第２の実施形態では例えばβゼオライトが担持されている。
【００９７】
このように内部バイパス通路４５が設けられた酸化触媒４Ａと、還元成分吸着触媒５Ａをタンデム構成とすると、排気温度約２５０℃以下で、酸化触媒４ＡのＨＣ吸着性能に還元成分吸着触媒５ＡのＨＣ吸着性能が積算されることになるため、図５に示すように低排気温度でのＨＣ低減率が向上して、昇温時のＨＣ脱離量が増加する。
【００９８】
このため、無負荷から高負荷までの加減速が頻繁に行われる実用運転では、酸化触媒４Ａによって生成されたＮＯ_２によってＤＰＦ６に捕集されたＰＭも除去できるし、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣの濃度変動がさらに増幅され、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【００９９】
図１４には第３の実施形態を示す。尚、第１、第２の実施形態と同一の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ケーシング２ａ内には、第２の実施形態と同様に、内部バイパス通路４５が設けられた酸化触媒４Ａが配置されている。
【０１００】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、上流側より、還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【０１０１】
ＤＰＦ８は還元成分吸着触媒付きであり、筒の部分に多数の孔を設けた有底円筒状の芯部材８ａに、セラミックファイバー８ｂが幾層にも巻き回されており、このセラミックファイバー８ｂに還元成分吸着触媒としてゼオライト成分（例えばβゼオライト）が担持されている。ＤＰＦはこのタイプのものに限らず、従来より公知のウォールフローハニカムタイプのものにゼオライト成分を担持させてもよい。
【０１０２】
このような構成にすることで、ＤＰＦ８には還元成分の吸着性能が付加されるため、第１および第２の実施形態のように特別に還元成分吸着触媒を配置する必要がない。従って、排気浄化装置全体の搭載スペースが減少して搭載性が向上すると共に、簡素化によるコスト削減が行える。
【０１０３】
図１５には第４の実施形態を示す。尚、第１、第２、第３の実施形態と同一の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ケーシング２ａ内には、酸化触媒４Ｂのみが配置されている。そして、このケーシング２ａ（酸化触媒４Ｂ）をバイパスするバイパス通路２ｃが設けられ、このバイパス通路２ｃには、電子制御ユニット４１により図示しないアクチュエータを介して開閉制御されるバイパス弁９が介装されている。
【０１０４】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、第３の実施形態と同様に、上流側より、還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【０１０５】
本実施形態において、電子制御ユニット４１で行われる排気後処理制御を図１６のフローチャートに基づいて説明する。基本的には図１２のフローチャートに対して、ステップ５０１、５０２、５０３で示すバイパス弁９の開閉制御を追加している。
【０１０６】
先ずステップ４０１では、酸化触媒４Ｂの入口側の排気温度Ｔ１が、後噴射を行ってＤＰＦ８の還元成分吸着触媒からＨＣを脱離させるのに適した温度、あるいは還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７にＨＣを増加供給するのに適した温度（所定温度ａ）以上、例えば２００℃以上であるか否かを判定する。
【０１０７】
２００℃未満であれば、後噴射に適していないため、ステップ５０２に進んでバイパス弁９を開き、ステップ４０７で後噴射を停止する。
このようにすることで、排気の大部分が酸化触媒４Ｂを通らずに、バイパス通路２ｃを経てＤＰＦ８に流入し、ＰＭが捕集されると共にＨＣが吸着されて低減される。
【０１０８】
２００℃以上であれば、後噴射の効果が期待できるため、ステップ４０２に進み、２００℃以上での継続運転時間ΔＴｉｍｅを計算する。そして、ステップ４０３で、後噴射を実行すべき時間（例えば１０ｓｅｃ）に到達したか否かを判定する。
【０１０９】
後噴射を実行すべき時間に到達していない場合は、ステップ５０３に進んでバイパス介９を閉じ、ステップ４０７で後噴射を停止する。
ここで、２００℃以上でバイパス弁９を閉じると、排気のほぼ全量が酸化触媒４Ｂに流入し、酸化触媒４ＢによってＮＯからＮＯ_２への酸化が促進され、ＤＰＦ８に捕集されたＰＭのＮＯ_２による除去が促進される。
【０１１０】
また、一方で２００℃未満からの加速が行われて温度が上昇するような場合には、ＤＰＦ８に吸着したＨＣの脱離が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣに濃度変動が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【０１１１】
ステップ４０３での判定で、後噴射を実行すべき時間（例えば１０ｓｅｃ）に到達した場合は、ステップ４０４で、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌに対応して、予めＲＯＭに記憶されているマップから、後噴射条件、すなわち、後噴射期間と後噴射開始時期とを求め、ステップ４０５で、後噴射を実行し、ステップ５０１に進んで、バイパス弁９を開く。
【０１１２】
すなわち、後噴射によって排気の温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させた上で、排気の大部分を酸化触媒４Ｂを通さずに、バイパス通路２ｃを経てＤＰＦ８に流入させる。
【０１１３】
このとき、ＰＭはＤＰＦ８に捕集されるが（排気温度が約５００℃以上であれば燃焼する）、未燃ＨＣはＤＰＦ８を通り抜けるため、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣに濃度変動が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【０１１４】
そして、ステップ４０６で、所定時間、後噴射が実行されたか否かを判定し、所定時間、後噴射が実行されなければ、ステップ４０４に戻り、所定時間、後噴射が実行された場合は、ステップ５０３でバイパス弁９を閉じて、ステップ４０７で後噴射を停止する。
【０１１５】
第１の実施形態から第４の実施形態では、還元成分吸着触媒５，５Ａ、又は還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８にＨＣの吸着機能を持たせたが、酸化触媒４，４Ａ，４ＢにもＨＣの吸着性能を持たせてもよい。
【０１１６】
すなわち、酸化触媒は例えばコージェライト製のモノリス担体にＰｔ、Ｐｄ等の貴金属成分を担持させた活性アルミナをコーティングさせたものであるが、還元成分吸着触媒としてのゼオライト成分を混ぜて、あるいは層別にコーティングすることで作成できる。
【０１１７】
これにより、低排温時のＨＣ吸着性能がさらに向上するため、低排気温度でのＨＣの低減率が向上して昇温時のＨＣ脱離量が増加し、無負荷から高負荷までの加減速が城繁に行われる実用運転では、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣの濃度変動がさらに増幅され、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【０１１８】
ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型等の中から、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましいが、還元成分吸着触媒５，５Ａ、又は還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８に用いるゼオライト（例えばβ）に対して、ＨＣの吸着力が弱いゼオライト（脱離温度が比較的低い、例えばＺＳＭ−５）を担持し、酸化触媒の酸化活性が強くなる温度ではＨＣを脱離させるようにして、触媒で酸化燃焼させないようにするのが望ましい（ＨＣ濃度変動が強くならないため）。
【０１１９】
また、第１の実施形態から第４の実施形態では、還元成分吸着触媒５，５Ａ、又は還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８には、ＨＣの吸着性能のみを持たせたが、Ｃｕ又はＰｄ等の金属をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を一緒に担持してもかまわない。これによって高温時のＮＯｘ還元浄化性能が向上する。
【０１２０】
以上説明したように、本発明に係る排気浄化装置によれば、ディーゼル機関のように排気が常に酸素過剰な状態において、ＮＯｘを効率よく吸収−放出・還元浄化させることが可能となる。また、ＣＲＴ機能（ＰＭを高酸化力のあるＮＯ_２によって燃焼させて除去する機能）によってＤＰＦに捕集されたＰＭを処理することを両立できる。従って、例えば、コモンレール等の燃料噴射装置を用いて後噴射する場合でも、排気空燃比をリッチにする必要がないため、燃費の大きな犠牲を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のディーゼル機関および排気浄化装置の構成図
【図２】コモンレール式燃料噴射装置の構成図
【図３】酸化触媒のＮＯ→ＮＯ_２転換の特性図
【図４】ＨＣ吸着・脱離の特性図
【図５】ＨＣ低減率の特性図
【図６】後噴射時期の設定の特性図
【図７】後噴射時期の設定の特性図
【図８】主噴射および後噴射の燃料噴射期間の特性図
【図９】燃料噴射制御のメインルーチンのフローチャート
【図１０】コモンレール圧力制御のサブルーチンのフローチャート
【図１１】主噴射制御のサブルーチンのフローチャート
【図１２】排気後処理制御のサブルーチンのフローチャート
【図１３】第２の実施形態の排気浄化装置の構成図
【図１４】第３の実施形態の排気浄化装置の構成図
【図１５】第４の実施形態の排気浄化装置の構成図
【図１６】第４の実施形態の排気後処理制御のサブルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１ディーゼル機関
２排気通路
２ａケーシング
２ｂケーシング
２ｃバイパス通路
４，４Ａ，４Ｂ酸化触媒
５，５Ａ還元成分吸着触媒
６ＤＰＦ
７還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
８還元成分吸着触媒付きＤＰＦ
９バイパス弁
１０燃料噴射装置
１６コモンレール
１７燃料噴射弁
４１電子制御ユニット
４５内部バイパス通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is capable of removing both NOx (nitrogen oxides) and particulates (particulate matter; hereinafter referred to as “PM”) typified by soot, which are contained in exhaust gas, particularly in exhaust gas from diesel engines. The present invention relates to an exhaust emission control device.
[0002]
[Prior art]
A three-way catalyst is widely used as a catalyst in order to purify exhaust that contains almost the same oxidizing component and reducing component as in conventional automobile gasoline engines. This is a catalyst mainly composed of activated alumina carrying various components including noble metal components such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) and ceria (Ce) components. Harmful components such as HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide) and NOx (nitrogen oxide) can be purified with high efficiency.
[0003]
On the other hand, in recent years, fuel efficiency has improved, CO₂From the viewpoint of reducing (carbon dioxide) emission, a so-called lean burn engine that operates even at an air-fuel ratio higher than the stoichiometric air-fuel ratio has attracted attention. The exhaust during lean combustion of this type of engine has a high oxygen content compared to the exhaust of a conventional engine that operates near the stoichiometric air-fuel ratio, and the above three-way catalyst has insufficient purification of NOx. Become. Therefore, a new catalyst that can efficiently remove NOx in exhaust during lean combustion in a lean burn engine has been desired.
[0004]
For example, in Japanese Patent No. 2600492, a device using a NOx absorbent that absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced. Has been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this apparatus, in a high oxygen concentration range above a certain level, even if control is performed to lower the oxygen concentration and release NOx by lowering the lean degree of the air-fuel ratio, the amount of NOx released is extremely reduced. Therefore, there has been a problem that the NOx absorption-release purification cycle cannot be obtained.
[0006]
For this reason, when the exhaust gas of an actual internal combustion engine is used, an internal combustion engine having an oxygen concentration close to 0% or a rich air / fuel ratio is obtained in order to obtain an effective NOx absorption-release purification cycle. Or the secondary supply of HC or fuel into the exhaust passage is required, and the fuel efficiency of the internal combustion engine is sacrificed.
[0007]
Further, in a diesel engine that performs compression ignition, combustion is always performed under an excessive air condition, and operation in a stoichiometric air-fuel ratio or a rich state is usually impossible, but the NOx absorption is performed on the NOx absorption catalyst. In order to reduce and purify NOx released from the catalyst, when NOx should be released from the NOx absorption catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas must be the stoichiometric air-fuel ratio or a rich state. For example, into the exhaust passage A complicated device for supplying a gaseous reducing agent and reducing NOx accumulated in the catalyst by this reducing agent is required, and when applied to a diesel engine, there is a great sacrifice in fuel consumption.
[0008]
Therefore, in an oxygen-excess atmosphere with an oxygen concentration of 4.5% or more, when the reducing component concentration in the inflowing exhaust gas is lower than 100 ppm, NOx in the exhaust gas is absorbed, and the reducing component concentration in the inflowing exhaust gas is more than 200 ppm. A NOx purification catalyst that releases and reduces NOx when it is high was previously proposed in Japanese Patent Application No. 10-319689 to facilitate its application to a diesel engine. Hereinafter, this prior application catalyst is referred to as a reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst.
[0009]
This reducing component concentration variation type NOx purification catalyst could be prepared by the following method. Basically, a catalyst having NOx absorption / release reduction reaction is obtained by supporting a noble metal and a NOx absorbent on a honeycomb carrier. be able to.
[0010]
An alumina sol obtained by mixing and stirring 10 g of boehmite alumina with 900 g of 1% nitric acid aqueous solution and activated γ-alumina powder were put into a magnetic ball mill and pulverized to obtain an alumina slurry. This slurry solution was attached to a cordierite monolith support (1 L, 400 cells) and baked at 400 ° C. for 1 hour to obtain a support having a coat layer weight of 100 g / L. The obtained carrier material was impregnated with an aqueous barium acetate solution, dried, and then fired in air at 400 ° C. for 1 hour. The barium content in the material was 15.0 g / L. The obtained carrier material was impregnated with a mixed aqueous solution of dinitrodiamine platinum, dried, and then calcined in air at 400 ° C. for 1 hour to obtain a NOx purification catalyst. The platinum content in the catalyst was 1.18 g / L.
[0011]
Further, a reducing component concentration variation type NOx purification catalyst can be prepared by using the following compound instead of the barium acetate aqueous solution.
Barium Ba (CH₃COO)₂・ H₂O
Potassium KCH₃COO ・ 2H₂O
Sodium NaNO₃
Lithium LiNO₃
Cesium Cs (CH₃COO)
Magnesium Mg (NO₃)₂・ 6H₂O
Calcium Ca (NO₃)₃
Strontium Sr (CH₃COO)
Lantern La (NO₃)₃
Cerium Ce (CH₃COO)₃
Yttrium Y (NO₃)₃・ 6H₂O
Praseodymium Pr (NO₃)₃
Neodymium Nd (CH₃COO)₃
Samarium Sm (NO₃)₃・ 6H₂O
Zirconium ZrO (NO₃)₂・ 2H₂O
Manganese Mn (NO₃)₂
Iron Fe (NO₃)₃・ 9H₂O
Nickel Ni (NO₃)₂・ 6H₂O
Cobalt Co (NO₃)₂・ 6H₂O
Tungsten (NH₄)₁₀[W₁₂O₄₂H₂] 10H₂O
Molybdenum (NH₄)₆[Mo₇O₂₄] 4H₂O
Furthermore, it can be similarly prepared by using rhodium nitrate, palladium nitrate or iridium nitrate instead of the dinitrodiamine platinum aqueous solution.
[0012]
Each catalyst in which platinum (Pt) and barium (Ba) are supported on alumina and then a precious metal that is an oxidizing agent for NO and an absorbent are variously changed with respect to the Pt-Ba absorption catalyst coated on the honeycomb carrier is Pt- Similar to the Ba catalyst, it has a high NOx release rate and absorption NOx reduction performance.
[0013]
The reducing component concentration variation type NOx purification catalyst includes at least one selected from the group consisting of tungsten and platinum, palladium, rhodium, and iridium.
[0014]
With this catalyst, the NOx reduction rate is further improved. The reason is not clear, but when the HC concentration was controlled from a low concentration to a high concentration, the reaction between HC and oxygen, which is a side reaction, was delayed, and the reaction between HC and NOx was relatively promoted. Conceivable. The reason for the delay of the reaction between HC and oxygen is that when the concentration of HC is controlled from a low concentration to a high concentration, the reaction heat generated when HC and oxygen react is absorbed by the catalyst. The catalyst will be heated. Tungsten in the catalyst is considered to be an oxide, but its atomic weight is large and its heat capacity is large, so the absorption of heat into the catalyst is large and the heating of the catalyst is delayed, so the reaction between HC and oxygen is delayed. It is estimated that
[0015]
Furthermore, the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst includes an oxide formed by combining tungsten and zirconia, and at least one selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and iridium.
[0016]
Thus, by combining tungsten with zirconia, the NOx reduction rate is further improved. This is because, by combining tungsten with zirconia, the dispersibility of tungsten is improved, and the contact property with the noble metal in the catalyst is improved. As a result, the efficiency of heat absorption into the catalyst is improved, and further, HC and oxygen This is probably because the reaction was delayed.
[0017]
On the other hand, even though NOx can be removed with a catalyst, PM (particularly soot, that is, dry soot mainly composed of carbon) cannot be removed. Therefore, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) that collects PM in exhaust gas is used. In addition, an oxidation catalyst is disposed upstream of the DPF, and NO (nitrogen monoxide) in the exhaust is oxidized by the oxidation catalyst to form NO.₂(Nitrogen dioxide) is generated (see FIG. 3), and the PM trapped in the DPF is generated with this highly oxidizing NO.₂There is one in which the DPF is regenerated by burning and removing it (see JP-A-1-318715). This PM removal apparatus is hereinafter referred to as CRT (Continuously Regenerating Trap).
[0018]
By the way, the reaction principle of conventional CRT PM removal is “NO”.₂+ C → NO + CO, 2NO₂+ C → 2NO + CO₂And 2NO₂+ 2C → N₂+ 2CO₂”And NO corresponding to the amount of PM generated from the engine₂If the amount is present, the PM collected in the DPF is continuously removed even if the oxidation catalyst is at a relatively low temperature, and no PM accumulates on the DPF, so a special heating device for regenerating the DPF, etc. There is no need to provide. This point has been confirmed in the applicant's research.
[0019]
However, NO to NO by oxidation catalyst₂Conversion to NO is dependent on the catalyst temperature, NO to NO₂Conversion to begins at around 150 ° C. at the catalyst inlet exhaust temperature. The above “NO”₂+ C → NO + CO, 2NO₂+ C → 2NO + CO₂And 2NO₂+ 2C → N₂+ 2CO₂The reaction of "2" also depends on temperature, so in practice, the exhaust temperature of a diesel engine is often a relatively low temperature.₂+ 2C → N₂+ 2CO₂Most of the reactions are NO₂+ C → NO + CO, 2NO₂+ C → 2NO + CO₂It is. For this reason, the conventional CRT has a problem that when soot on the DPF is processed, NO is released into the atmosphere together with the exhaust gas.
[0020]
For this reason, Japanese Patent Laid-Open No. 9-53442 discloses a conventional NOx absorbent that absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced (patent) (Similar to Japanese Patent No. 2600492) has been proposed.
[0021]
In this device, the NOx absorbed by the conventional NOx absorbent is released and the NOx absorption capacity is recovered (referred to as a regeneration operation of the NOx absorbent), so that the exhaust air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio for a short time. . The conventional regeneration operation of the NOx absorbent is realized by periodically injecting fuel during the exhaust stroke in addition to normal fuel injection of the diesel engine, and discharging unburned components of the fuel into the exhaust passage. That is, the unburned components of the fuel discharged into the exhaust passage are oxidized by the oxidation catalyst, and oxygen in the exhaust gas is almost consumed, so that the oxygen concentration is reduced to the same level as when the diesel engine is operated at the theoretical mixing ratio. Further, since the exhaust air-fuel ratio is rich, many unburned components, that is, HC and CO are not oxidized and flow into the conventional NOx absorbent. Then, NOx is released from the conventional NOx absorbent, and NOx is reduced and purified by reducing components HC and CO.
[0022]
However, even with this device, when NOx is released from the NOx absorbent to be reduced and purified, the above reaction does not occur unless the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is in a rich state. Cannot solve the essential problem of high fuel cost.
[0023]
The present invention solves the above-mentioned problems, and CRT function (PM is highly oxidizing NO.₂The PM trapped in the DPF by the function of burning and removing the NOx can be efficiently processed, and NOx can be efficiently absorbed, released and reduced even in an excessively oxygen-rich state, without a great sacrifice in fuel consumption. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can be applied to a diesel engine.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
For this reason,Claims 1, 2The present invention relates to an exhaust emission control device disposed in an exhaust passage of a diesel engine, which acts on a part of engine exhaust and oxidizes at least NO to NO.₂An oxidation catalyst that produces NO, a reducing component adsorption catalyst that has the effect of adsorbing and desorbing reducing components in the exhaust gas due to changes in the temperature of the catalyst or exhaust, and PM (particulates) in the exhaust gas were collected and collected. NO in exhausting PM₂Absorbs NOx in the exhaust when the concentration of the reducing component in the inflowing exhaust gas is low, and releases and reduces NOx when the concentration of the reducing component in the inflowing exhaust gas is high A reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst,CommonFeatures.
[0025]
And in particular, claim 1In the invention according to the above, the oxidation catalyst and the reducing component adsorption catalyst are arranged in parallel in the exhaust passage, and the DPF and the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst are arranged in series on the downstream side thereof. Features.
[0026]
And in particular claim 2In the invention according to the present invention, a bypass passage through which exhaust gas passes without being oxidized is provided in parallel with the oxidation catalyst, and the reducing component adsorption catalyst is disposed downstream of these bypass passagesIs further arrangedThe DPF and the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst are arranged in series. This bypass passage may be provided inside the oxidation catalyst or outside.
[0027]
Claim 3In the invention according toIn the invention according to claim 2,The bypass passage is provided with a bypass valve that opens only under a predetermined temperature condition.
Claim 4In the invention according toClaim 2 or claim 3In the invention according to the invention, the reducing component adsorption catalyst is supported on the DPF, and the reducing component adsorption catalyst and the DPF are integrated. That is, a DPF with a reducing component adsorption catalyst is used.
[0028]
Claim 5The invention according to the present invention is characterized in that a reducing component adsorption catalyst is supported on the support of the oxidation catalyst.
Claim 6In this invention, the reducing component adsorption catalyst supported on the oxidation catalyst carrier is at a lower temperature than other reducing component adsorption catalysts (reducing component adsorption catalyst provided alone or a reducing component adsorption catalyst supported on DPF). It is characterized in that the reducing component is eliminated.
[0029]
Claim 7In the invention according to the present invention, selective reduction of a zeolite system in which a metal (copper, palladium, or the like) is ion-exchanged on a carrier of the reducing component adsorption catalyst (reducing component adsorption catalyst provided alone or a reducing component adsorption catalyst supported on a DPF). The catalyst is supported.
[0030]
【The invention's effect】
Claims 1, 2According to the invention according to the present invention, it acts on part of the engine exhaust, oxidizes NO and₂An oxidation catalyst that generates NO, a reducing component adsorption catalyst that acts to adsorb and desorb reducing components in the exhaust, PM in the exhaust are collected, and the collected PM is NO in the exhaust.₂A DPF that reacts with NOx, a NOx purification catalyst that absorbs NOx in the exhaust when the concentration of the reducing component in the exhaust gas is low, and releases and reduces NOx when the concentration of the reducing component in the exhaust gas is high. By preparing, from NO to NO by oxidation catalyst₂It expresses both the oxidation to NO and the adsorption / desorption of the reducing component (HC) by the reducing component adsorption catalyst.₂This makes it possible to regenerate the DPF and to make it possible to purify NOx by the NOx purifying catalyst by changing the concentration of the reducing component (HC) without making the exhaust air-fuel ratio rich. Therefore, since it is not necessary to make the exhaust air-fuel ratio rich, it can be applied to a diesel engine without a large sacrifice in fuel consumption.
[0031]
And in particular, claim 1According to the invention according to the present invention, the oxidation catalyst and the reducing component adsorption catalyst are arranged in parallel in the exhaust passage.₂It is possible to reliably develop both the oxidation to HC and the adsorption / desorption of the reducing component (HC) by the reducing component adsorption catalyst.
[0032]
And in particular claim 2According to the invention according to the present invention, the bypass passage through which the exhaust gas passes without being oxidized is provided in parallel with the oxidation catalyst.₂It is possible to reliably develop both the oxidation to HC and the adsorption / desorption of the reducing component (HC) by the reducing component adsorption catalyst.
[0033]
Claim 3According to the invention, a bypass valve that opens only at a predetermined temperature condition is interposed in the bypass passage, and exhaust gas is bypassed at a predetermined temperature (HC desorption temperature) or less, thereby reducing a reducing component (HC ) Concentration fluctuation can be strengthened.
[0034]
Claim 4According to the invention according to the present invention, by using the DPF with the reducing component adsorption catalyst, it is not necessary to specially arrange the reducing component adsorption catalyst, the mounting space of the entire exhaust gas purification device is reduced, the mounting property is improved, and the simpleness is achieved. The cost can be reduced by the conversion.
[0035]
Claim 5According to the invention, the reducing component (HC) adsorption force can be enhanced by supporting the reducing component adsorption catalyst on the oxidation catalyst carrier.
Claim 6According to the invention, the reducing component adsorption catalyst supported on the oxidation catalyst carrier is desorbed at a lower temperature than other reducing component adsorption catalysts, thereby reducing the reducing component (HC). Concentration fluctuation can be strengthened.
[0036]
Claim 7According to the invention, the NOx reduction purification performance at high temperature is improved by supporting the zeolite-based selective reduction catalyst obtained by ion-exchange of a metal such as Cu or Pd on the support of the reducing component adsorption catalyst.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0038]
In FIG. 1, 1 is a main body of a diesel engine (engine), and 2 is an exhaust passage.
In the casing 2a disposed in the exhaust passage 2, the oxidation catalyst 4 and the reducing component adsorption catalyst 5 are divided and arranged in parallel in one casing 2a in parallel to the exhaust flow direction.
[0039]
In the casing 2b disposed downstream of the casing 2a, a DPF (diesel particulate filter) 6 and a reducing component concentration variation NOx purification catalyst 7 are disposed in series from the upstream side.
[0040]
Here, the oxidation catalyst 4 oxidizes engine exhaust, oxidizes NO, and NO.₂Is generated. Specifically, for example, a cordierite monolith carrier is coated with activated alumina carrying a noble metal component such as Pt, Pd, etc., and HC and CO, which are unburned components in exhaust gas, are highly efficient. It can be oxidized and purified, and the NO component is oxidized to NO₂Generate ingredients.
[0041]
The reducing component adsorption catalyst 5 has an action of adsorbing and desorbing the reducing component (HC) in the exhaust gas due to a temperature change of the catalyst or the exhaust gas. Specifically, for example, a zeolite component is supported on a monolith carrier made of cordierite, and ZSM-5, β, USY, and mordenite types are known as zeolites, and these are used alone or in combination. It is desirable to use.
[0042]
The DPF 6 collects PM (particulates; in particular, soot) in the exhaust, and the collected PM is NO in the exhaust.₂It is a filter for collection and processing of PM to be reacted. More specifically, a ceramic fiber 6b is wound in several layers around a bottomed cylindrical core member 6a provided with a large number of holes in a cylindrical portion, and the bottomed side is attached downstream. . At this time, the exhaust gas flows as shown by the arrow in the figure, and PM in the exhaust gas is collected by the ceramic fiber 6b. The DPF is not limited to this type, and may be a conventionally known wall flow honeycomb type.
[0043]
The reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst 7 absorbs NOx in the exhaust when the concentration of the reducing component in the inflowing exhaust gas is low, and releases and reduces NOx when the concentration of the reducing component in the inflowing exhaust gas is high. It is. Specifically, under an oxygen-excess atmosphere with an oxygen concentration of 4.5% or more, when the reducing component concentration in the inflowing exhaust gas is lower than 100 ppm, the NOx in the exhaust gas is absorbed and the reducing component concentration in the inflowing exhaust gas Is a catalyst of a prior application (Japanese Patent Application No. 10-319689) that releases and reduces NOx when the content is higher than 200 ppm. Basically, noble metals such as Pt, Rh, Pd, and Ir and NOx such as barium, potassium, and sodium are used. By supporting the absorbent on the honeycomb carrier, it is possible to obtain a catalyst having an NOx absorption / release reduction reaction.
[0044]
Now, an oxidation catalyst 4 is provided on the upstream side of the DPF 6, and the oxidation catalyst 4 oxidizes NO in the exhaust to produce NO.₂(NOx in NOx₂), And the highly trapped NO that produced the PM collected in DPF6.₂The DPF6 is regenerated by burning and removing it with the NO.₂+ C → NO + CO, 2NO₂+ C → 2NO + CO₂And 2NO₂+ 2C → N₂+ 2CO₂”And NO corresponding to the amount of PM generated from the engine₂If the amount is present, PM collected in the DPF 6 is continuously removed even at a relatively low temperature, and no PM accumulates on the DPF 6, so it is necessary to provide a special heating device or the like for regenerating the DPF 6. There is no.
[0045]
However, NO to NO by the oxidation catalyst 4₂As shown in FIG. 3, the conversion to is dependent on the exhaust temperature flowing into the catalyst or the temperature of the catalyst. NO to NO₂The conversion to is started at about 150 ° C. at the inlet exhaust temperature of the oxidation catalyst 4. The above “NO”₂+ C → NO + CO, 2NO₂+ C → 2NO + CO₂And 2NO₂+ 2C → N₂+ 2CO₂The reaction of “is also dependent on the temperature of the oxidation catalyst 4, so in practice, unless the temperature is about 250 to 300 ° C. or higher, the PM collected in the DPF 6 cannot be removed continuously. Has been found in the applicant's research.
[0046]
Therefore, PM gradually accumulates in the DPF 6 at low exhaust temperatures such as during traffic jams where the ratio of idling is high. If the traffic jams continue, the engine power performance deteriorates due to increased back pressure. In addition, when the PM combustion conditions are met, if the amount of accumulated PM is large, the heat generated by PM combustion may be excessive and the DPF 6 may be burned. It is necessary to increase the frequency of temperature.
[0047]
In general, diesel engines have a relatively small amount of HC emission relative to NOx emission. This tendency is particularly remarkable in a diesel engine using a high-pressure fuel injection device such as a common rail fuel injection device, and the HC emission amount in a state where the engine has been warmed up is about 200 ppm or less under no-load condition. There is only about 100 ppm at the maximum load condition.
[0048]
As described above, in order to increase the NOx purification efficiency of the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7, the concentration variation of HC as a reducing agent is required.
That is, the reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst 7 absorbs NOx in the exhaust when the reducing component concentration in the inflowing exhaust gas is lower than 100 ppm, and when the reducing component concentration in the inflowing exhaust gas is higher than 200 ppm. NOx is released and reduced.
[0049]
For this reason, for example, in a diesel engine using a common rail type fuel injection device, if the HC concentration discharged from the engine can be reduced by about half when it flows into the reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst 7, NOx Absorption performance can be expressed.
[0050]
However, on the contrary, in order to express the released NOx reduction performance of the absorbed NOx, the concentration of HC exhausted from the engine increases by a maximum of 100 ppm or more at the time when it flows into the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7. It is necessary to be able to generate.
[0051]
Here, FIG. 4 shows an oxidation catalyst obtained by coating a cordierite monolith support with activated alumina supporting Pt, and a reducing component adsorption catalyst (HC adsorption) supporting β zeolite on a cordierite monolith support. HC concentration of the inflowing exhaust when the temperature is continuously increased from the no-load condition to the maximum load and the maximum load is reached and the temperature is continuously decreased to the no-load. The HC reduction rate at each catalyst outlet is shown.
[0052]
This will be described.
First, the oxidation activity of a Pt-based oxidation catalyst does not appear unless the temperature is about 200 ° C. or higher. Further, the heavy component (hereinafter referred to as SOF) in HC is not completely vaporized unless it is about 200 ° C. or higher. For this reason, the oxidation activity of the catalyst does not appear at 100 ° C., so SOF is adsorbed and the HC concentration is reduced by about 40%. As the temperature rises from this state, the SOF vaporizes as the temperature rises, the adsorption rate decreases, and the adsorbed SOF desorbs, so the HC reduction rate decreases.
[0053]
The HC desorption peak occurs at about 250 ° C., and the outlet concentration is about 100% higher than the inlet HC. As the temperature is further increased, the amount of HC that is reduced by oxidation exceeds the amount of desorption of HC, so the HC reduction rate increases. Since HC desorbed at about 400 ° C. or higher disappears, a very high HC reduction rate can be obtained by the original oxidation activity of the oxidation catalyst.
[0054]
When the temperature is lowered when the maximum load is reached, SOF is not adsorbed on the oxidation catalyst, so a high HC reduction rate can be obtained up to about 300 ° C. due to the high oxidation activity of the catalyst. It becomes weaker and the HC reduction rate gradually decreases, and SOF begins to be adsorbed again at about 200 ° C., so that the performance at the time of increasing the temperature is comparable.
[0055]
Next, the reducing component adsorption catalyst (HC adsorption catalyst) carrying β zeolite has almost no oxidation activity. Moreover, since gaseous light HC is trapped in the pores of the zeolite, it has a characteristic that the adsorption rate of HC is very high. Therefore, at a low temperature of about 100 ° C., a high HC reduction rate of about 80% can be obtained by adsorption of SOF and capture of light HC. When the temperature is raised from this state, SOF vaporizes at about 200 ° C. or higher, and the HC vaporization rate increases at 250 ° C. or higher. Therefore, the adsorbed SOF and light HC begin to desorb, and the HC reduction rate increases. descend.
[0056]
The HC desorption peak occurs at about 400 ° C., and the outlet concentration is about 500% higher than the inlet HC. As the temperature is further increased, the HC desorbed decreases at about 500 ° C. or higher, and the increase in outlet concentration decreases.
[0057]
When the maximum load is reached, no desorbed HC is present, so the outlet HC is slightly reduced with respect to the inlet HC. This seems to be heavy HC adsorption or light HC oxidation.
[0058]
When the temperature is further lowered, the reducing component adsorption catalyst does not adsorb HC, so the state shifts to a low HC reduction rate up to about 400 ° C., and when the temperature is further lowered, the HC vaporization rate decreases. At about 350 ° C., HC is again trapped in the zeolite pores, and the HC reduction rate begins to increase. And it becomes comparable with the performance at the time of temperature rising at about 250 degreeC.
[0059]
In the first embodiment of the present invention, the oxidation catalyst 4 and the reducing component adsorption catalyst 5 are divided and arranged in parallel in one casing 2a in parallel to the exhaust flow direction. For example, FIG. 5 is configured so that an equal amount of exhaust gas flows into the oxidation catalyst 4 and the reducing component adsorption catalyst 5, and in the same manner as described above, when the exhaust gas temperature changes by 20 ° C./sec, The rate of reduction of HC at the DPF 6 inlet with respect to the HC concentration at the outlet of the engine 1 when the temperature is continuously raised to the maximum load and the temperature is continuously lowered to no load is shown.
[0060]
Here, the oxidation catalyst 4 is coated with activated alumina having Pt supported on a cordierite monolith support. Further, the reducing component adsorption catalyst 5 has β zeolite supported on a cordierite monolith support.
[0061]
As shown in FIG. 5, in the first embodiment of the present invention, the characteristics of the oxidation catalyst 4 and the reducing component adsorption catalyst 5 are combined.
That is, at a low exhaust temperature of about 100 ° C., HC decreases by about 60% from the outlet HC of the engine 1, and when the temperature is raised from this state, an HC desorption peak occurs at about 400 ° C., and the outlet of the engine 1 The inlet HC of the DPF 6 is about 200% higher than HC. When the maximum load is reached, there is no HC desorbed from the reducing component adsorption catalyst 5, and the inlet HC of the DPF 6 is reduced by about 60% with respect to the outlet HC of the engine 1 due to the oxidation performance of the oxidation catalyst 4.
[0062]
At the same time, the oxidation catalyst 4₂(HC is also generated by adsorption and desorption of HC and oxidation).
Now, in practical operation, acceleration / deceleration from no load to high load is frequently performed. Therefore, exhaust gas temperature is frequently raised and lowered, and NO generated by the oxidation catalyst 4 is generated.₂The PM trapped in the DPF 6 can also be removed, the concentration fluctuations occur in the HC flowing into the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7, and the NOx absorption and release reduction in the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7 are reduced. It is done efficiently.
[0063]
On the other hand, when the engine is continuously operated at a low exhaust temperature or a high exhaust temperature for a long time, for example, continuously operated at a low exhaust temperature, HC is desorbed from the reducing component adsorption catalyst 5. Temperature increase is necessary.
[0064]
Conversely, when continuously operating at a high exhaust temperature, the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7 needs to forcibly increase the reducing agent HC in order to release and purify the absorbed NOx. Will arise.
[0065]
For this purpose, it is effective to post-inject a small amount of fuel in the expansion stroke or exhaust stroke of each cylinder by using a common rail type fuel injection device, thereby generating an increase in unburned HC and an increase in temperature at the engine outlet. .
[0066]
Here, the timing at which the post-injection is performed is less affected by the combustion of the main injected fuel as the crank angle interval from the compression top dead center is larger. Therefore, the ratio at which the post-injected fuel is discharged as unburned HC Will increase. On the contrary, the timing of post-injection is more susceptible to the combustion of the main injected fuel as the crank angle interval from the compression top dead center becomes smaller, and therefore the proportion of the post-injected fuel that burns increases. Although the exhaust temperature rises, the ratio of exhausted unburned HC decreases.
[0067]
For this reason, as shown in FIGS. 6 and 7, the engine load is such that the temperature increase is mainly caused by the post-injection under the condition of the low exhaust temperature and the increase of HC is mainly caused under the condition of the high exhaust temperature. The delay interval from the main injection is set to increase as the rotational speed increases, and it is desirable to perform post-injection in the expansion stroke if possible. Furthermore, even if the post-injection is performed at an excessively low exhaust temperature, HC is not easily desorbed from the reducing component adsorption catalyst 5, and therefore the exhaust temperature at which the post-injection is performed is preferably 200 ° C. or more, for example.
[0068]
Further, since the exhaust gas temperature is determined from the state of the engine (load, rotation speed), the engine torque and the rotation speed are set as parameters, and matching should be performed under steady conditions after the engine is warmed up.
[0069]
Therefore, a sensor for detecting the temperature of the catalyst is provided, and the determination is performed not only based on the engine load and the rotational speed but also based on the catalyst temperature.
Next, a common rail type fuel injection device used for post-injection will be outlined with reference to FIG. 2 (for details, see Japanese Patent Laid-Open No. 9-112251).
[0070]
The fuel injection device 10 mainly includes a fuel tank 11, a fuel supply passage 12, a supply pump 14, a common rail (accumulation chamber) 16, and a fuel injection valve 17 provided for each cylinder, and fuel pressurized by the supply pump 14. Is temporarily stored in the common rail 16 via the fuel supply passage 15, and then the high-pressure fuel in the common rail 16 is distributed to the fuel injection valves 17 corresponding to the number of cylinders.
[0071]
The fuel injection valve 17 includes a needle valve 18, a nozzle chamber 19, a fuel supply passage 20 to the nozzle chamber 19, a retainer 21, a hydraulic piston 22, and a return spring 23 that urges the needle valve 18 in the valve closing direction (downward in the drawing). , A fuel supply passage 24 to the hydraulic piston 22, a three-way valve (electromagnetic valve) 25 interposed in the fuel supply passage 24, and the like.
[0072]
Here, when the three-way valve 25 in which the passages 20 and 24 in the valve body communicate with each other and the high pressure fuel is guided to the upper part of the hydraulic piston 22 and the nozzle chamber 19 is OFF (ports A and B communicate, ports B and C shut off). The pressure receiving area of the hydraulic piston 22 is larger than the pressure receiving area of the needle valve 18, the needle valve 18 is in the seated state.
[0073]
In contrast, when the three-way valve 25 is in an ON state (ports A and B are shut off and ports B and C are in communication), the fuel in the upper portion of the hydraulic piston 22 is returned to the fuel tank 11 via the return passage 28, The fuel pressure acting on the hydraulic piston 22 decreases. As a result, the needle valve 18 rises and fuel is injected from the nozzle hole at the tip of the fuel injection valve 17.
[0074]
If the three-way valve 25 is returned to the OFF state again, the high pressure fuel in the common rail (accumulation chamber) 16 is guided to the hydraulic piston 22 and fuel injection is completed. That is, if the fuel injection amount is adjusted by the ON time of the three-way valve 25 and the pressure of the common rail 16 is the same, the fuel injection amount increases as the ON time increases. 26 is a check valve and 27 is an orifice.
[0075]
The fuel injection device 10 further includes a pressure control valve 31 in the return passage 13 that can return the fuel discharged from the supply pump 14 in order to control the common rail pressure.
[0076]
This pressure control valve 31 is for changing the flow passage area of the return passage 13 in accordance with the duty signal from the electronic control unit 41, and controls the common rail pressure by adjusting the fuel discharge amount to the common rail 16. The fuel injection amount also varies depending on the fuel pressure of the common rail 16. If the ON time of the three-way valve 25 is the same, the fuel injection amount increases as the fuel pressure of the common rail 16 increases.
[0077]
The electronic control unit 41 receives signals from the sensor 32 for detecting the common rail pressure PCR1, the sensor 37 for detecting the exhaust temperature T1 on the inlet side of the oxidation catalyst 4 and the reducing component adsorption catalyst 5, and the accelerator opening sensor 33 (accelerator pedal). Are generated together with signals from the crank angle sensor 34 (detects the engine speed Ne and crank angle), the cylinder discrimination sensor 35 (generates the cylinder discrimination signal Cyl), and the water temperature sensor 36. Has been.
[0078]
The electronic control unit 41 calculates the target fuel injection amount of the main injection and the target pressure of the common rail 16 according to the engine speed Ne and the engine load (accelerator opening) L, and the common rail pressure detected by the pressure sensor 32 The fuel pressure of the common rail 16 is feedback controlled via the pressure control valve 31 so as to coincide with the target pressure. In addition to controlling the ON time of the three-way valve 25 corresponding to the calculated target fuel injection amount of the main injection, the post-injection described above is performed in the expansion stroke of each cylinder separately from the main injection, and the temperature rise and unburned Generates an increase in HC.
[0079]
This control performed by the electronic control unit 41 will be described based on the flowcharts of FIGS. FIG. 9 is a main routine of fuel injection control, and FIGS. 10, 11 and 12 are subroutines showing details of a part of the main routine.
[0080]
In the main routine of FIG. 9, in step 100, the common rail pressure PCR1, the engine speed Ne, the cylinder discrimination signal Cyl, the engine load L, and the exhaust temperature T1 are read. In steps 200, 300, and 400, the common rail pressure control, the engine Main injection control for output control and exhaust aftertreatment control (post injection control) for generating a temperature rise and an increase in unburned HC are performed.
[0081]
The subroutine of FIG. 10 is for performing common rail pressure control.
In steps 201 and 202, a predetermined map is retrieved from the engine speed Ne and the engine load L, and the target reference pressure PCR0 of the common rail 16 and the reference duty ratio of the pressure control valve 31 for obtaining the target reference pressure PCR0 ( Reference control signal) Duty0 is obtained. These maps are stored in advance in the ROM of the electronic control unit 41 with the engine speed Ne and the engine load L as parameters.
[0082]
In step 203, an absolute value | PCR0−PCR1 | of the difference between the target reference pressure PCR0 and the actual common rail pressure PCR1 is obtained and compared with an allowable pressure difference ΔPCR0 set in advance with respect to the target reference pressure PCR0.
[0083]
If | PCR0−PCR1 | is within the allowable range, the routine proceeds to step 206, where the same duty ratio is maintained by setting the reference duty ratio Duty0 as the valve opening duty ratio Duty. A signal is generated to drive the pressure control valve 31.
[0084]
On the other hand, if | PCR0-PCR1 | is not within the allowable range, the process proceeds from step 203 to step 204 to search a ROM table set in advance corresponding to PCR0-PCR1 (= ΔP) to obtain a duty ratio. A correction coefficient KDuty is obtained. For example, when ΔP is negative (PCR1 is larger than PCR0), KDuty is a value smaller than 1, and conversely, when ΔP is positive (PCR1 is smaller than PCR0), KDuty is larger than 1. become. Specifically, the table data of the duty ratio correction coefficient KDuty is set according to the characteristics of the pressure control valve 31.
[0085]
In step 205, a value obtained by correcting the reference duty ratio Duty0 with the correction coefficient KDuty (Duty0 × KDuty) is set as the valve opening duty ratio Duty, and then the operation in step 207 is executed.
[0086]
The subroutine of FIG. 11 is for performing main injection control.
In step 301, a predetermined map is searched from the engine speed Ne and the engine load L to obtain the main injection amount Qmain.
[0087]
In step 302, a predetermined map is searched from the main injection amount Qmain and the common rail pressure PCR1, and the main injection period Mperiod is obtained.
Here, the main injection period Mperiod is set in msec. As shown in FIG. 8, if the main injection amount Qmain is the same, the higher the common rail pressure PCR1, the shorter the main injection period Mperiod, and the same if the common rail pressure PCR1 is the same. The main injection period Mperiod becomes longer as the injection amount Qmain increases.
[0088]
In step 303, a predetermined map is searched from the engine speed Ne and the engine load L to obtain the main injection start timing Mstart.
In step 304, the fuel injection valve 17 of the cylinder to be main-injected is determined based on the signals of the crank angle sensor 34 and the cylinder discrimination sensor 35 during the period of Mperiod from the main injection start timing Mstart so that the main injection amount Qmain is supplied. The valve is opened.
[0089]
The subroutine in FIG. 12 is for performing exhaust aftertreatment control (post injection control) for generating a temperature rise and an increase in unburned HC in the present embodiment.
First, in step 401, the exhaust temperature T1 on the inlet side of the oxidation catalyst 4 and the reducing component adsorption catalyst 5 is the temperature suitable for desorbing HC from the reducing component adsorption catalyst 5 or the reducing component concentration. It is determined whether or not the temperature is higher than a temperature (predetermined temperature a) suitable for increasing supply of HC to the variable NOx purification catalyst 7, for example, 200 ° C. or higher.
[0090]
If it is less than 200 ° C., it is not suitable for the post-injection, so the process proceeds to step 407 and the post-injection is stopped.
If it is 200 ° C. or higher, the effect of post-injection can be expected. Therefore, the process proceeds to step 402, and the continuous operation time ΔTime at 200 ° C. or higher is calculated (the time is reset to 0 if it becomes less than 200 ° C. during the calculation). . Then, in step 403, it is determined whether or not the continuous operation time ΔTime at 200 ° C. or higher has reached the time at which post injection should be performed, for example, 10 seconds have elapsed.
[0091]
When the time for executing the post injection has not been reached, the process proceeds to step 407 and the post injection is stopped.
When it is time to execute post-injection, in the same manner as in the case of main injection control, in step 404, a map stored in advance in the ROM corresponding to the engine speed Ne and engine load L is used. The post injection period Aperiod (see FIG. 8) corresponding to the post injection quantity Qaft and the common rail pressure PCR1 and the post injection start timing Astart are obtained, and the post injection is executed in step 405.
[0092]
In step 406, it is determined whether or not post-injection has been executed for a predetermined time. If post-injection has not been executed for a predetermined time, the process returns to step 404, and if post-injection has been executed for a predetermined time, step At 407, post-injection is stopped.
[0093]
Here, the post-injection in the expansion stroke reaches the combustion chamber cylinder wall, dilutes the oil film, and there is a risk that the lubricity will be lost and engine wear will occur during long running.
For this reason, the amount of post-injection fuel injected at one time is desirably about 10% at the maximum with respect to the main injection fuel amount. On the average, the maximum number of injections is set to 2% in terms of fuel consumption. It is desirable (for example, when 10% of the main injection fuel is post-injected at one time, the post-injection is executed every 10 sec for 2 sec).
[0094]
FIG. 13 shows a second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
Only the oxidation catalyst 4A is disposed in the casing 2a. The oxidation catalyst 4A is provided with an internal bypass passage 45, and a part (for example, about half) of the exhaust gas is passed through the oxidation catalyst 4A without passing through (not treating).
[0095]
In the casing 2b arranged downstream of the casing 2a, the reducing component adsorption catalyst 5A, the DPF 6, and the reducing component concentration variation NOx purification catalyst 7 are arranged in series from the upstream side.
[0096]
As in the first embodiment, the reducing component adsorption catalyst 5A is a cordierite monolith carrier on which a zeolite component is supported. ZSM-5, β, USY, and mordenite types are known as zeolites. These are preferably used alone or in combination. In the second embodiment, for example, β zeolite is supported.
[0097]
When the oxidation catalyst 4A provided with the internal bypass passage 45 and the reducing component adsorption catalyst 5A have a tandem configuration, the HC adsorption performance of the oxidation catalyst 4A is reduced to the HC adsorption performance of the oxidation catalyst 4A at an exhaust temperature of about 250 ° C. or less. Since the adsorption performance is integrated, as shown in FIG. 5, the HC reduction rate at the low exhaust temperature is improved, and the amount of HC desorption at the time of temperature increase is increased.
[0098]
For this reason, in practical operation where acceleration / deceleration from no load to high load is frequently performed, the NO generated by the oxidation catalyst 4A₂The PM trapped in the DPF 6 can also be removed, and the concentration fluctuation of HC flowing into the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7 is further amplified, so that the NOx absorption and release reduction in the reduction component concentration variation type NOx purification catalyst 7 are performed. Is done efficiently.
[0099]
FIG. 14 shows a third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st, 2nd embodiment, and description is abbreviate | omitted.
In the casing 2a, as in the second embodiment, an oxidation catalyst 4A provided with an internal bypass passage 45 is disposed.
[0100]
In the casing 2b disposed downstream of the casing 2a, the DPF 8 with a reducing component adsorption catalyst and the reducing component concentration variation NOx purification catalyst 7 are disposed in series from the upstream side.
[0101]
The DPF 8 is equipped with a reducing component adsorption catalyst, and a ceramic fiber 8b is wound in layers on a cylindrical member 8a having a bottom with a plurality of holes in a cylindrical portion. A zeolite component (for example, β zeolite) is supported as a component adsorption catalyst. The DPF is not limited to this type, and a zeolite component may be supported on a conventionally known wall flow honeycomb type.
[0102]
By adopting such a configuration, the reducing component adsorption performance is added to the DPF 8, so that it is not necessary to arrange a reducing component adsorption catalyst specially as in the first and second embodiments. Therefore, the mounting space of the entire exhaust gas purification device is reduced, the mounting property is improved, and the cost can be reduced by simplification.
[0103]
FIG. 15 shows a fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st, 2nd, 3rd embodiment, and description is abbreviate | omitted.
Only the oxidation catalyst 4B is disposed in the casing 2a. A bypass passage 2c that bypasses the casing 2a (oxidation catalyst 4B) is provided, and a bypass valve 9 that is controlled to open and close by an electronic control unit 41 via an actuator (not shown) is interposed in the bypass passage 2c. Yes.
[0104]
In the casing 2b arranged downstream of the casing 2a, the DPF 8 with the reducing component adsorption catalyst and the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7 are arranged in series from the upstream side as in the third embodiment. ing.
[0105]
In the present embodiment, the exhaust aftertreatment control performed by the electronic control unit 41 will be described based on the flowchart of FIG. Basically, the opening / closing control of the bypass valve 9 shown in steps 501, 502, and 503 is added to the flowchart of FIG. 12.
[0106]
First, at step 401, the exhaust temperature T1 on the inlet side of the oxidation catalyst 4B is a temperature suitable for performing post-injection to desorb HC from the reducing component adsorption catalyst of the DPF 8, or the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7. It is determined whether or not the temperature is higher than the temperature (predetermined temperature a) suitable for increasing supply of HC, for example, 200 ° C. or higher.
[0107]
If it is less than 200 ° C., it is not suitable for post-injection, so the routine proceeds to step 502, the bypass valve 9 is opened, and post-injection is stopped at step 407.
By doing so, most of the exhaust gas does not pass through the oxidation catalyst 4B but flows into the DPF 8 via the bypass passage 2c, and PM is collected and HC is adsorbed and reduced.
[0108]
If it is 200 ° C. or higher, the effect of post-injection can be expected. Therefore, the process proceeds to step 402, and the continuous operation time ΔTime at 200 ° C. or higher is calculated. In step 403, it is determined whether or not a time (for example, 10 sec) at which post injection should be executed has been reached.
[0109]
If the time for executing the post injection has not been reached, the process proceeds to step 503 to close the bypass 9 and stop the post injection in step 407.
Here, when the bypass valve 9 is closed at 200 ° C. or higher, almost the entire amount of exhaust gas flows into the oxidation catalyst 4B, and the oxidation catalyst 4B converts NO to NO.₂NO of PM collected in DPF8 is promoted₂Removal by is promoted.
[0110]
On the other hand, when the temperature rises due to acceleration from less than 200 ° C., desorption of HC adsorbed on the DPF 8 occurs, and the HC flowing into the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7 flows. Concentration fluctuations occur, and NOx absorption and release reduction in the reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst 7 are efficiently performed.
[0111]
If it is determined in step 403 that the time (for example, 10 sec) at which post-injection should be executed has been reached, in step 404, the map is stored in advance in the ROM corresponding to the engine speed Ne and the engine load L. Then, the post-injection conditions, that is, the post-injection period and the post-injection start timing are obtained. In step 405, the post-injection is executed, and the flow proceeds to step 501 to open the bypass valve 9.
[0112]
That is, after the temperature increase of the exhaust gas and the increase of unburned HC are generated by the post injection, most of the exhaust gas flows into the DPF 8 via the bypass passage 2c without passing through the oxidation catalyst 4B.
[0113]
At this time, PM is collected in the DPF 8 (combusts if the exhaust temperature is about 500 ° C. or higher), but unburned HC passes through the DPF 8 and therefore flows into the HC flowing into the reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst 7 Concentration fluctuations occur, and NOx absorption and release reduction in the reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst 7 are efficiently performed.
[0114]
In step 406, it is determined whether or not post-injection has been executed for a predetermined time. If post-injection has not been executed for a predetermined time, the process returns to step 404, and if post-injection has been executed for a predetermined time, step The bypass valve 9 is closed at 503 and the post-injection is stopped at step 407.
[0115]
In the first to fourth embodiments, the reducing component adsorption catalyst 5, 5A or the DPF 8 with the reducing component adsorption catalyst has an HC adsorption function. However, the oxidation catalyst 4, 4A, 4B also has HC. You may give adsorption performance.
[0116]
That is, the oxidation catalyst is, for example, a cordierite monolith carrier coated with activated alumina carrying a noble metal component such as Pt, Pd, etc., but the zeolite component as a reducing component adsorption catalyst is mixed or layered. Can be created by coating.
[0117]
As a result, the HC adsorption performance at low exhaust temperature is further improved, so the reduction rate of HC at low exhaust temperature is improved, the amount of HC desorption at elevated temperature is increased, and the load from no load to high load is increased. In practical operation in which deceleration is frequently performed, the concentration variation of HC flowing into the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst 7 is further amplified, and the NOx absorption and release reduction in the reduction component concentration variation type NOx purification catalyst 7 is efficient. Well done.
[0118]
Zeolite is preferably used alone or in combination among ZSM-5, β, USY, mordenite type, etc., but used for reducing component adsorption catalyst 5, 5A or DPF 8 with reducing component adsorption catalyst. Zeolite (for example, β) is weakly adsorbed with HC (desorption temperature is relatively low, for example, ZSM-5), and HC is desorbed at a temperature at which the oxidation activity of the oxidation catalyst is strong. Therefore, it is desirable not to oxidize and burn with a catalyst (because the fluctuation of HC concentration does not become strong).
[0119]
In the first to fourth embodiments, the reducing component adsorption catalyst 5, 5A or the DPF 8 with the reducing component adsorption catalyst has only HC adsorption performance. However, a metal such as Cu or Pd is used. Alternatively, a zeolite-based selective reduction catalyst obtained by ion exchange may be supported together. This improves the NOx reduction purification performance at high temperatures.
[0120]
As described above, according to the exhaust emission control apparatus of the present invention, NOx can be efficiently absorbed, released, and reduced in a state where exhaust is always in excess of oxygen as in a diesel engine. Also, CRT function (PM is highly oxidizing NO.₂The PM collected by the DPF can be treated by the function of burning and removing by the above. Therefore, for example, even when post-injection is performed using a fuel injection device such as a common rail, it is not necessary to make the exhaust air-fuel ratio rich, so that it is possible to avoid a large sacrifice in fuel consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a diesel engine and an exhaust purification device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of a common rail fuel injection device.
[FIG. 3] NO → NO of oxidation catalyst₂Conversion characteristics diagram
Fig. 4 HC adsorption / desorption characteristics
Fig. 5 HC reduction rate characteristics
FIG. 6 is a characteristic diagram for setting the post-injection timing.
FIG. 7 is a characteristic diagram for setting the post injection timing.
FIG. 8 is a characteristic diagram of fuel injection periods of main injection and post-injection.
FIG. 9 is a flowchart of a main routine for fuel injection control.
FIG. 10 is a flowchart of a common rail pressure control subroutine.
FIG. 11 is a flowchart of a main injection control subroutine;
FIG. 12 is a flowchart of a subroutine for exhaust aftertreatment control.
FIG. 13 is a configuration diagram of an exhaust emission control device according to a second embodiment.
FIG. 14 is a configuration diagram of an exhaust emission control device according to a third embodiment.
FIG. 15 is a configuration diagram of an exhaust emission control device according to a fourth embodiment.
FIG. 16 is a flowchart of a subroutine for exhaust aftertreatment control according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine
2 Exhaust passage
2a casing
2b casing
2c Bypass passage
4,4A, 4B Oxidation catalyst
5,5A Reduction component adsorption catalyst
6 DPF
7 Reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst
8 DPF with reducing component adsorption catalyst
9 Bypass valve
10 Fuel injector
16 Common rail
17 Fuel injection valve
41 Electronic control unit
45 Internal bypass passage

Claims

An exhaust purification device disposed in an exhaust passage of a diesel engine,
An oxidation catalyst that acts on part of the engine exhaust and oxidizes at least NO to generate NO ₂ ;
A reducing component adsorption catalyst having an action of adsorbing and desorbing a reducing component in the exhaust gas due to a change in temperature of the catalyst or the exhaust gas, and
A diesel particulate filter that collects particulates in the exhaust and reacts the collected particulates with NO ₂ in the exhaust;
A reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst that absorbs NOx in exhaust when the concentration of reducing component in the inflowing exhaust gas is low, and releases and reduces NOx when the concentration of reducing component in the inflowing exhaust gas is high. ,
The oxidation catalyst and the reducing component adsorption catalyst are arranged in parallel in an exhaust passage, and the diesel particulate filter and the reducing component concentration variation type NOx purification catalyst are arranged in series on the downstream side thereof. Exhaust gas purification device for diesel engine.

An exhaust purification device disposed in an exhaust passage of a diesel engine,
An oxidation catalyst that acts on part of the engine exhaust and oxidizes at least NO to generate NO ₂ ;
A reducing component adsorption catalyst having an action of adsorbing and desorbing a reducing component in the exhaust gas due to a change in temperature of the catalyst or the exhaust gas, and
A diesel particulate filter that collects particulates in the exhaust and reacts the collected particulates with NO ₂ in the exhaust;
A reducing component concentration fluctuation type NOx purification catalyst that absorbs NOx in exhaust when the concentration of reducing component in the inflowing exhaust gas is low, and releases and reduces NOx when the concentration of reducing component in the inflowing exhaust gas is high. ,
A bypass passage that allows exhaust gas to pass through without being oxidized is provided in parallel with the oxidation catalyst, and the reducing component adsorption catalyst is disposed on the downstream side thereof, and further, the diesel particulate filter and the reducing component concentration variation type NOx. An exhaust emission control device for a diesel engine, characterized in that a purification catalyst is arranged in series .

The exhaust purification device for a diesel engine according to claim 2 , wherein a bypass valve that opens only under a predetermined temperature condition is interposed in the bypass passage.

The exhaust purification of a diesel engine according to claim 2 or 3 , wherein a reducing component adsorption catalyst is supported on the diesel particulate filter, and the reducing component adsorption catalyst and the diesel particulate filter are integrated. apparatus.

The exhaust emission control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 4 , wherein a reducing component adsorption catalyst is supported on the oxidation catalyst carrier.

6. The exhaust gas purification of a diesel engine according to claim 5, wherein the reducing component adsorption catalyst supported on the oxidation catalyst carrier desorbs the reducing component at a temperature lower than that of the other reducing component adsorption catalyst. apparatus.

The exhaust purification device of a diesel engine according to any one of claims 1 to 6, wherein a zeolite-based selective reduction catalyst obtained by ion-exchange of metal is supported on the carrier of the reducing component adsorption catalyst. .