JP3758389B2 - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に用いて好適の、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、その排気通路を介して大気に放出される排気ガス中の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）やＮＯ_X （窒素酸化物）を低減する技術が種々開発されている。
例えば、特開平１−３１８７１５号公報には、図３に示すように、排気管１内に、再生用酸化触媒（以降、単に酸化触媒という）３Ａと、その排気ガス流れ下流側にＰＭ捕集用のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Parｔiculate Filter）４とを配設して、ＰＭ及びＮＯ_X の低減を同時に行ないうる技術が開示されている（以降、このシステムをＤＰＦシステムということもある）。
【０００３】
なお、ＰＭの主成分は、煤つまりＣ（炭素）及びＨＣ（炭化水素）であるが、エンジンの負荷が高くなるにつれ、高温の排気ガスに晒されてＨＣは気化し、したがって、ＣがＰＭの成分の殆どを占めるようになる。このため、以降、ＰＭといった場合は、Ｃ（炭素）を示す。
さて、図３に示すような構造により、酸化触媒３Ａでは、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ₂ （二酸化窒素）が生成され（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）、一方、下流側のＤＰＦ４では、排気ガス中のＰＭが捕集される。
【０００４】
そして、ＤＰＦ４内では、酸化触媒３Ａにより生成されたＮＯ₂ とＤＰＦ４で捕集されたＰＭとが反応を起こし、ＮＯ₂ はＮ₂ に分解され、ＰＭは酸化されてＣＯ₂ となって（２ＮＯ₂ ＋２Ｃ→Ｎ₂ ＋２ＣＯ₂ ）、ＰＭ及びＮＯ_X の低減（無害化）が同時に行なわれる。
ここで、ＮＯ₂ は、ＮＯに比べ酸化剤としての機能が高く、低い活性化エネルギーでＰＭを酸化させる（つまり比較的に低い温度でＰＭを燃焼させる）ことができる。このため、ＤＰＦ４の排気ガス流れに対して上流側に酸化触媒３Ａを設置して、この酸化触媒３ＡによりＮＯ₂ を生成しているのである。これにより、排気ガス自体の温度を利用して、ＮＯ₂ とＰＭとを反応させて、ＰＭ及びＮＯ_X の低減を図っている。
【０００５】
また、上記公報のＤＰＦシステムの他にも、図４に示すように、排気管１内に、ＤＥ−ＮＯ_X 触媒（以降、単にＮＯ_X 触媒という）２と、その排気ガス流れ下流側に酸化触媒３Ｂとを介設し、さらにＮＯ_X 触媒２の排気ガス流れ上流側に軽油添加装置５を排気管１に付設して、排気ガス中のＮＯ_X を低減させる技術が提案されている（以降、このシステムをＮＯ_X 触媒システムということもある）。
【０００６】
このＮＯ_X 触媒２は、排気ガス中のＮＯとＨＣとの反応を促進させて、ＮＯをＮ₂ に分解させるものである（ＮＯ＋ＨＣ→Ｎ₂ ＋ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ）。しかし、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの大部分（例えば、８０〜９０％）をＮＯが占めるのに対して、排気ガスに含まれるＨＣは微量である。このため、単にＮＯ_X 触媒２を排気管１内に設置しただけでは、ＨＣの不足によりＮＯの低減を十分に成しえない。そこで、ＮＯ_X 触媒２の排気ガス流れ上流側に軽油添加装置５を設置し、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０によりこの軽油添加装置５を制御して、ＨＣを主成分とする軽油を所定量（例えば、主燃料の２〜５％程度）排気ガス中に噴射するように構成しているのである。これにより、排気ガス中のＨＣの不足を補ってＮＯ_X 触媒２でＮＯの低減を行なえるようにしているのである。
【０００７】
また、軽油添加装置５により排気ガス中に噴射された軽油（ＨＣ）のうち、ＮＯ_X 触媒２でＮＯと反応しないで余剰となったＨＣについては、酸化触媒３Ｂにより酸化されてＨ₂ ＯやＣＯ₂ として排出される（無害化して排出される）ようになっている（ＨＣ＋Ｏ₂ →Ｈ₂ Ｏ＋ＣＯ₂ ）。
なお、ＮＯ_X 触媒システムの説明で用いた反応式では、便宜的に、軽油の主成分であるＣ₁₆Ｈ₃₄やＣ₁₆Ｈ₃₅等を、一括してＨＣ〔不特定数のＨ（水素）及びＣ（炭素）からなる炭化水素の総称〕で表している。したがって、これらの反応式は、単に、反応を起こす物質及び反応によって生じる物質が何であるかを示すものであり、これらの反応式では、左辺と右辺とで各元素の数は一致しない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、以下のような課題がある。
まず、図３に示すＤＰＦシステムでは、ＤＰＦ４内に堆積するＰＭと排気ガス中のＮＯ₂ とを反応させることにより、これらのＰＭとＮＯ₂ とを低減させているが、排気ガス中に含まれるＰＭの量はエンジンの燃焼状態によって変化する。このため、エンジンの燃焼状態によっては、ＤＰＦ４へ流入するＰＭの量が少なくなり、これにともなってＰＭと反応してＮ₂ に還元されるＮＯ₂ も微量となる。したがって、こうしたエンジンの燃焼状態によっては、排気ガス中のＮＯ_X （ＮＯ₂ ）の低減効果が低下してしまう虞がある。
【０００９】
一方、上述のＮＯ_X 触媒システムについても、排気ガス中のＮＯ_X を低減させるためには、軽油を排気ガス中に添加する必要があるので、この添加分の軽油により燃費が悪化してしまうという問題がある。
また、このＮＯ_X 触媒システムでは、排気ガス中のＰＭを除去できないという問題もある。
【００１０】
さらに、排気ガス中に噴射された軽油（ＨＣ）のうち、ＮＯ_X 触媒２でＮＯと反応しないものを酸化してＨ₂ ＯやＣＯ₂ にするための酸化触媒３Ｂが必要となるため、設備が大きくなってしまうという問題もある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＰＭ及びＮＯ_X の排出を大幅に抑制することができるようにした、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、排気通路内に、ＮＯ_X 触媒，酸化触媒及び排気ガス中の微粒子（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタが、排気ガスの流れに対し上流側からこの順に直列に設けて構成される。
【００１２】
これにより、パティキュレートフィルタで排気ガス中のＰＭが捕集されると、酸化触媒で酸化されたＮＯ_X （例えばＮＯ₂ ）と上記ＰＭとが反応して、ＮＯ₂ はＮ₂ に分解され、ＰＭの主成分であるＣ（炭素）はＣＯ₂ に酸化され、したがって、ＮＯ_X 及びＰＭの排出が抑制される。また、パティキュレートフィルタで捕集されたＰＭが少ない場合、すなわち、ＮＯ₂ に対して十分なＰＭがパティキュレートフィルタ内に存在しない場合には、ＮＯ_X 触媒で、ＨＣ（炭化水素）とＮＯ_X とが反応して、ＮＯ_X がＮ₂ に分解される。また、上記ＮＯ_X 触媒で余剰となったＨＣは、ＮＯ_X 触媒の下流側に設けられた酸化触媒で酸化されてＨ₂ ＯやＣＯ₂ となって排出される。したがって、常にＰＭやＮＯ_X の排出が抑制されるのである。
【００１３】
なお、従来のＤＰＦシステム（パティキュレートフィルタおよび酸化触媒を直列に並べたシステム）と、従来のＮＯ_X 触媒システム（ＮＯ_X 触媒および酸化触媒を直列に並べたシステム）とを単に直列に並べた場合には、各システムに酸化触媒が必要となって合計２つの酸化触媒が必要であったのに対し、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、効率的にシステムが構築されており、１つの酸化触媒をそなえるだけで、このような従来のＤＰＦシステム及びＮＯ_X 触媒システムの機能を併せ持つことができる。
【００１４】
また、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの除去（パティキュレートフィルタの再生処理）は、このＰＭと、酸化触媒により酸化されて酸化機能の向上したＮＯ_xとの酸化反応により行なわれるため、比較的に低い温度で微粒子を燃焼させることができる。
また、ＮＯ_X触媒の排気ガスの流れに対し上流側に、排気ガス中のＮＯ_Xを還元する添加剤を排気通路内に噴射しうる添加装置を設けるとともに、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの量を検出する堆積量検出装置を設け、この堆積量検出装置からの検出情報に基づいて、ＰＭの堆積量が所定量以下の場合には、添加装置から添加剤を噴射し、ＰＭの堆積量が所定量よりも多い場合には、添加装置から添加剤を噴射しないようにしている。
【００１５】
これにより、パティキュレートフィルタ内のＰＭの堆積量に応じて、添加装置から添加剤が噴射され、効率的にＮＯ_X を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態としてのディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置について図１及び図２を参照しながら説明する。
本実施形態におけるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、図１に示すように、排気管（排気通路）１内に介設されて、排気管１内を流れる排気ガス中の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）やＮＯ_X を低減するものである。
【００１７】
そして、本排気ガス浄化装置は、ＮＯ_X 触媒２と、酸化触媒３と、ＰＭ捕集用のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Pariculate Filter）４とを、排気ガスの流れに対し上流側から、この順に直列に設けて構成されている。また、ＮＯ_X 触媒２の上流側には、軽油添加装置（添加装置）５が、酸化触媒３とＤＰＦ４との間には、ＰＭ堆積量検出装置（堆積量検出装置）６が、それぞれ付設されている。
【００１８】
そして、本実施形態のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、ＤＰＦ４内に十分な量のＰＭが存在するときには、酸化触媒３で排気ガス中のＮＯをＮＯ₂ に酸化させ、ＤＰＦ４内でこのＮＯ₂ とＰＭ（Ｃ：炭素）とを反応させて、ＮＯ₂ をＮ₂ に分解し、ＰＭをＣＯ₂ に酸化するようになっている。つまり、このようにＤＰＦ４内に十分な量のＰＭが存在する場合には、主に酸化触媒３とＤＰＦ４とで排気ガスが浄化されるようになっている。
【００１９】
一方、ＰＭ堆積量検出装置６からの検出情報に基づいて、ＤＰＦ４内に存在するＰＭの量が所定量（所定値）以下に減少したと判定されると、ＥＣＵ１０により軽油添加装置５を作動させて排気ガス中に軽油（ＨＣ）を供給するようになっている。これにより、ＮＯ_X 触媒２で排気ガス中のＮＯとＨＣとが反応して、ＮＯがＮ₂ に分解され、また、このとき余剰となったＨＣは、酸化触媒３で酸化されＨ₂ ＯやＣＯ₂ となって排出されるようになっている。つまり、この場合には、ＮＯ_X 触媒２と酸化触媒３とで排気ガスが浄化されるようになっているのである。
【００２０】
そして、この間に、再びＤＰＦ４内に所定量よりも多くのＰＭが堆積したことが検出されると、ＥＣＵ１０により軽油添加装置５による軽油（ＨＣ）の供給が停止されて、再度、酸化触媒３とＤＰＦ４とで排気ガスの浄化が行なわれるのである。
ここで、酸化触媒３は、触媒担持層としてアルミナＡｌ₂ Ｏ₃ をハニカム状の基材にコーティングし、この触媒担持層に白金Ｐｔ又はパラジウムＰｄ等を担持させたものであり、アルミナＡｌ₂ Ｏ₃ のコーティングは、排気ガスとの接触面積が多くなるように表面を粗くするためのものである。
【００２１】
そして、この酸化触媒３へ、ＮＯを主成分とした排気ガスがＮＯ_X 触媒２を介して流れ込むと、酸化触媒３では、以下の反応式（１）のような反応が主に促進されるようになっている。
２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ・・・（１）
つまり、ＮＯ₂ はＮＯに比べて酸化剤としての機能が高く、低い活性化エネルギーでＰＭを酸化させることができる。このため、酸化触媒３により排気ガス中のＮＯをＮＯ₂ へと酸化させ、このＮＯ₂ により、酸化触媒３の下流側のＤＰＦ４に捕集されたＰＭを酸化（燃焼）させるようになっているのである。
【００２２】
また、ＤＰＦ４は、セラミック製ハニカム型フィルタであり、ＤＰＦ４内では、上流側端部が閉塞された排気ガス通路と下流側端部が閉塞された排気ガス通路とが交互に配列されている。このため、ＤＰＦ４に流れ込む排気ガスは、まず、上流側端部が開放された排気ガス通路に流入し、隣接する排気ガス通路との間に設けられた多孔質の壁面から下流側端部が開放された排気ガス通路に流入して下流側に流出し、この過程において、排気ガス中のＰＭは、壁面に衝突したり吸着されたりして捕集されるようになっている。
【００２３】
ここで、比較的多くのＰＭがＤＰＦ４上に堆積している場合には、軽油添加装置５により軽油が噴射されないようになっているので、ＮＯ_X 触媒２で排ガス中のＮＯはＮ₂ に分解されない（ＮＯ_X 触媒２の作用については後述する）。したがって、酸化触媒３では上述の反応式（１）の反応が促進されて、ＮＯ₂ を比較的多く含んだ排気ガスがＤＰＦ４に流れ込む。これにより、ＤＰＦ４では以下の反応式（２）のような酸化反応が促進されるようになっている。
【００２４】
２ＮＯ₂ ＋２Ｃ→Ｎ₂ ＋２ＣＯ₂ ・・・（２）
つまり、ＤＰＦ４に堆積したＰＭをＮＯ₂ により酸化（燃焼）させることにより、ＰＭをＣＯ₂ にしてＤＰＦ４から除去するとともに排気ガス中のＮＯ_X （ＮＯ₂ ）をＮ₂ に分解して、排気ガスの浄化（ＰＭ及びＮＯ_X の排出量の低減）が行なえるようになっているのである。
【００２５】
なお、このようなＤＰＦ４に堆積したＰＭの除去は、過剰にＰＭがＤＰＦ４に堆積してＰＭの捕集を行なえなくなることを防いで、ＤＰＦ４の性能を維持するというＤＰＦ４の再生処理機能をも担っている。このため、ＰＭの除去（ＤＰＦ４の再生処理）に必要なＮＯ₂ を生成する酸化触媒３を再生用酸化触媒ともいう。
【００２６】
ところで、このような反応式（２）に示す反応によるＮＯ_X の低減効果は、ＤＰＦ４に堆積したＰＭの量に応じて変動するものであり、ＤＰＦ４にある程度のＰＭが堆積していなければ、この反応によるＮＯ_X の低減効果も殆ど得られない。
そこで、本実施形態の排気ガス浄化装置では、酸化触媒３とＤＰＦ４との間にＰＭ堆積量検出装置６を設け、このＰＭ堆積量検出装置６からの検出情報に基づき、ＤＰＦ４に堆積しているＰＭの量が所定量以下であると判断された場合には、ＥＣＵ１０の制御指令により、軽油添加装置５から排気ガス中に軽油を噴射するようになっている。
【００２７】
これにより、ＤＰＦ４に所定量以下のＰＭしか堆積していない場合には、ＤＰＦ４でＮＯ_X の低減効果が減少するぶんだけ、ＮＯ_X 触媒２によりＮＯ_X の低減効果を補うようになっているのである。
ここで、ＮＯ_X 触媒２は、従来技術で説明したものと同一のものである。つまり、排気ガス中のＮＯとＨＣとの反応を促進して、ＮＯをＮ₂ に分解させるものである。しかし、上述したように、ディーゼルエンジンでは、排ガスの大部分をＮＯが占めるのに対して、排気ガス中に含まれるＨＣは微量である。このため、ＮＯの分解に必要な量のＨＣが排気ガス中に含まれるように、軽油添加装置５により、Ｃ₁₆Ｈ₃₄又はＣ₁₆Ｈ₃₅等のＨＣを主成分とする軽油（添加剤）をＮＯ_X 触媒２の排気ガス流れ上流側で排気ガス中に噴射するようになっている。
【００２８】
このとき、ＮＯ_X 触媒２で生じる反応は、例えば、以下の反応式（３），（４）のようになる。
９８ＮＯ＋２Ｃ₁₆Ｈ₃₄→４９Ｎ₂ ＋３２ＣＯ₂ ＋３４Ｈ₂ Ｏ ・・・（３）
１９８ＮＯ＋４Ｃ₁₆Ｈ₃₅→９９Ｎ₂ ＋６４ＣＯ₂ ＋７０Ｈ₂ Ｏ ・・（４）
これにより、ＤＰＦ４に十分なＰＭが堆積していない場合であっても、ＮＯ_X 触媒２の作用によりＮＯが、Ｎ₂ ，ＣＯ₂ 及びＨ₂ Ｏの無害な物質に変換され、ＮＯ_X の低減を図ることができるのである。
【００２９】
また、軽油添加装置５により排気ガス中に噴射された軽油（ＨＣ）のうち、ＮＯ_X 触媒２でＮＯと反応しないで余剰となったＨＣについては、ＮＯ_X 触媒２の排気ガス流れ下流側に設置される酸化触媒３により酸化されて無害化されるようになっている。
すなわち、この場合〔軽油添加装置５により排気ガス中に軽油（Ｃ₁₆Ｈ₃₄，Ｃ₁₆Ｈ₃₅）が噴射された場合〕には、酸化触媒３では、噴射された軽油のうちＮＯ_X 触媒２でＮＯと反応しないものは、例えば、以下の反応式（５），（６）のような酸化反応が促進されるようになっているのである。
【００３０】
２Ｃ₁₆Ｈ₃₄＋４９Ｏ₂ →３２ＣＯ₂ ＋３４Ｈ₂ Ｏ ・・・（５）
４Ｃ₁₆Ｈ₃₅＋９９Ｏ₂ →６４ＣＯ₂ ＋７０Ｈ₂ Ｏ ・・・（６）
なお、ＮＯ_X 触媒２で、ＮＯが分解されて生成したＮ₂ が、酸化触媒３により酸化されてＮＯやＮＯ₂ 等のＮＯ_X になってしまうようなことはない。これは、Ｎ₂ がＯ（酸素）と反応してＮＯ_X になるためには、大きな活性化エネルギを必要とするからであり、ディーゼルエンジンの排気ガス温度（例えば、平均２５０℃程度で、最高でも６００℃程度）では、酸化触媒３の作用によってＮ₂ がＮＯ_X に変化することはない。さらに、Ｎ₂ がＮＯ_X へと変化する反応の速度（化学反応速度）は遅いため、排気ガスが酸化触媒３内を流れる短い時間内では、このような反応は殆ど起こらないのである。
【００３１】
そして、このように軽油添加装置５から軽油（ＨＣ）を噴射して、ＮＯ_X を低減している間に、ＤＰＦ４に所定量のＰＭが再び堆積したことがＰＭ堆積量検出装置６により検出されると、軽油添加装置５からの軽油の供給を停止して、再び、酸化触媒３とＤＰＦ４との作用により、ＮＯ_X とＰＭとを反応させて、これらの有害物質を分解するようになっているのである。
【００３２】
ここで、軽油添加装置５はＥＣＵ（制御手段）１０により開閉制御されるインジェクタであり、軽油添加装置５の軽油の噴射量は、エンジン回転数Ｎｅ及び有効圧力Ｐｅに基づいてＥＣＵ１０により決定されるようになっている。なお、有効圧力Ｐｅはエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度θ_A の各情報から算出される。ここで、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度θ_A は、図示しないクランク角センサ及びアクセルポジションセンサから、それぞれＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００３３】
また、ＰＭ堆積量検出装置６は、いずれも図示しない排気ガス温度センサ及び排気ガス圧力センサから構成されており、排気ガス温度Ｔ_G 及び排気ガス圧力Ｐ_G を検出してＥＣＵ１０に出力するようになっている。つまり、ＤＰＦ４にＰＭが堆積していくにつれＤＰＦ４の排気抵抗は増加し、これに応じて、排気管１内のＤＰＦ４上流側、つまりＰＭ堆積量検出装置６付近の排気ガス圧力Ｐ_G も高くなる。このため、排気ガス圧力Ｐ_G が所定圧力（しきい値）Ｐ₀ よりも高いか否かにより、ＤＰＦ４に堆積したＰＭの量が、ＤＰＦ４がＮＯ_X を低減しうる所定量よりも多いか否かをＥＣＵ１０で判定することができるのである。
【００３４】
なお、ＥＣＵ１０では、所定圧力Ｐ₀ を、ＰＭ堆積量検出装置６から入力される排気ガス温度Ｔ_G と、図示しないフローメータから入力される吸入空気流とに基づいて補正するようになっている。これは、排気ガス圧力Ｐ_G が、ＤＰＦ４に堆積したＰＭの量の他、排気ガス量や排気ガス温度に応じても変化するため、所定圧力Ｐ₀ についても排気ガス量と排気ガス温度とにより補正するようにしているのである。これにより、所定圧力Ｐ₀ と排気ガス圧力Ｐ_G との比較において、ＰＭ堆積量の他の要因による影響が相殺されて、ＤＰＦ４に堆積したＰＭの量が所定量以上か否かを、正確に判定することができるようになっているのである。
【００３５】
また、本排気ガス浄化装置では、排気ガス量で所定圧力Ｐ₀ を補正する代わりに、従来より一般的に設置されているフローメータから入力される吸入空気量による補正で近似している。
なお、所定圧力Ｐ₀ を補正する代わりに、排気ガス圧力Ｐ_G を排気ガス温度Ｔ_G と吸入空気流とで補正するようにしてもよい。
【００３６】
本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、例えば図２に示すようなフローチャートにしたがって、作動態様が切り換えられる。
まず、ステップＳ１０により、ＰＭ堆積量検出装置６で検出された排気ガス温度Ｔ_G 及び図示しないフローメータから入力される吸入空気量に応じて、排気ガスの所定圧力（しきい値）Ｐ₀ の補正が行なわれ、ステップＳ２０へと進む。
【００３７】
そして、ステップＳ２０では、ＤＰＦ４のＰＭ堆積量が、ＤＰＦ４がＮＯ_x 低減機能を発揮しうる所定量を越えているか否かが、排気ガス圧力Ｐ_G により判定される。つまり、排気ガス圧力Ｐ_G が所定圧力Ｐ₀ 以下であれば、ＤＰＦ４のＰＭ堆積量は所定量以下であるためＤＰＦ４はＮＯ_x 低減機能を発揮しえないと判定され、ステップＳ３０に進む。そして、ステップＳ３０では、軽油添加装置５により軽油添加が行なわれる。この場合、ＮＯ_X 触媒２でＮＯと軽油（ＨＣ）とが反応してＮＯ_x の低減が促進される。
【００３８】
一方、排気ガス圧力Ｐ_G が所定圧力Ｐ₀ よりも高ければ、ＤＰＦ４のＰＭ堆積量は所定量を越えているのでＤＰＦ４はＮＯ_x 低減機能を発揮しうると判定され、軽油添加装置５により軽油添加が行なわれていれば、ステップＳ４０で軽油添加が停止される。この場合には、ＤＰＦ４でＮＯ₂ とＰＭとが反応して、これらの物質が分解及び酸化され、排気ガスが浄化される。
【００３９】
このような動作により、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置によれば、以下の利点がある。
つまり、ＤＰＦ４に所定量よりも多くのＰＭが堆積していれば、ＤＰＦ４によりＮＯ_x の低減が行なわれる。また、ＤＰＦ４に所定量以下のＰＭしか堆積していないためにＤＰＦ４がＮＯ_x 低減機能を発揮しえない場合に限っては、軽油添加装置５により軽油を排気ガス中に添加してＮＯ_X 触媒２によりＮＯ_x の低減が行なわれる。一方、ＰＭについては常にＤＰＦ４により捕集される。
【００４０】
したがって、軽油を排気ガス中に添加することによる燃費の悪化を極力回避しながら、常にＰＭ及びＮＯ_X の排出を抑制することができるという利点がある。そして、これにより、ＮＯ_X 及びＰＭの各排出総量を大幅に低減することができるという利点がある。
また、酸化触媒３は、排気ガス中にもともと含まれるＨＣやＣＯを酸化するとともに、軽油添加装置５により排気ガス中に噴射されたＨＣ（軽油）のうちＮＯ_X 触媒２でＮＯと反応しなかったＨＣを酸化する。このため、ＨＣやＣＯの排出も抑制することができるという利点がある。
【００４１】
また、ＤＰＦの再生処理を行なうには、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼させる必要があるが、ＰＭを燃焼させるには、かなりの高温（例えば、６００℃程度）が必要とされ、通常の排気ガスの温度（ディーゼルエンジンでは、例えば、２５０℃程度）では、ＰＭを燃焼させることができない。このため、一般的に、加熱装置としてヒータやバーナ等が必要となる。これに対して、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中のＮＯを酸化触媒３により酸化してＮＯ₂ を生成し、この酸化機能の高いＮＯ₂ と、ＤＰＦ４上のＰＭとを反応させることにより、排気ガス自体の温度でＰＭを燃焼することが可能となる。
【００４２】
したがって、加熱装置としてのヒータやバーナ等が不要となるとともに、再生処理による熱的負荷が小さくなって、ＤＰＦ４の寿命が延長されるという利点もある。
さらに、従来技術のＤＰＦシステム（図３参照）とＮＯ_X 触媒システム（図４参照）とを単に直列に並べると、各システムに１つの酸化触媒が必要となって、合計２つの酸化触媒が必要になる。これに対し、本排気ガス浄化装置では、効率的にシステムが構築されており、１つの酸化触媒３をそなえるだけで、このような従来のＤＰＦシステム及びＮＯ_X 触媒システムの機能を併せ持つことができる。したがって、排気ガス浄化装置を設置するための空間を小さくして、省スペース化を図ることができるという利点もある。
【００４３】
なお、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、ＰＭ堆積量検出装置６により排気ガス圧力を基準として、ＤＰＦ４に堆積するＰＭの量が所定量以上か否かを判定しているが、、ＰＭ堆積量検出装置６をＮＯ_X センサにより構成してもよい。この場合、ＮＯ_X センサを排気管１のＤＰＦ４下流側に設け、このＮＯ_X センサからのＮＯ_X 検出値と、所定値Ｃ₁ との比較に基づき軽油添加装置５の作動が制御される。
【００４４】
つまり、ＮＯ_X 検出値が所定値Ｃ₁ よりも高いときには、十分な量のＰＭがＤＰＦ４に堆積していないためにＤＰＦ４はＮＯ_X 低減機能を発揮していないと判定され、軽油添加装置５により軽油噴射が行なわれてＮＯ_X 触媒２によりＮＯ_X の低減が行なわれる。また、ＮＯ_X 検出値が所定値Ｃ₁ 以下のときには、所定量よりも多くのＰＭがＤＰＦ４に堆積しているのでＤＰＦ４は十分なＮＯ_X 低減効果を発揮していると判定され、軽油添加装置５による軽油の噴射を停止するのである。
【００４５】
なお、所定値Ｃ₁ は、基準値Ｃ₀ から補正値αを差し引いて補正されるようになっている（所定値Ｃ₁ ＝基準値Ｃ₀ −補正値α）。ここで、基準値Ｃ₀ は定数であり、補正値αは軽油噴射によるＮＯ_X の低減分である。また、補正値αは、例えば、軽油噴射量等によりＥＣＵ１０により決定されるようになっている。
つまり、ＮＯ_X 検出値は、ＤＰＦ４に堆積するＰＭ量の他、軽油添加装置５により軽油の噴射が行なわれている（ＮＯ_X 触媒２によりＮＯ_X の低減が行なわれている）か否かに大きく影響を受ける。このため、軽油の噴射によるＮＯ_X の低減分（補正値α）を基準値Ｃ₀ から差し引いて補正することにより、軽油の噴射の影響を排除し、これにより、ＮＯ_X 検出値に基づいて、ＤＰＦ４に堆積するＰＭ量が所定量よりも多いか否かを正確に判定しうるようにしているのである。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置によれば、パティキュレートフィルタと酸化触媒との作用により、ＮＯ_X と微粒子（ＰＭ）とを反応させ、これらの有害な物質の排出を抑制することができ、また、パティキュレートフィルタと酸化触媒とで十分にＮＯ_X の低減効果が得られない場合には、酸化触媒とＮＯ_X 触媒とでＮＯ_X を分解してＮＯ_X 排出量を低減することができる。
【００４７】
したがって、従来のＤＰＦシステム（パティキュレートフィルタおよび酸化触媒を直列に並べたシステム）と従来のＮＯ_X 触媒システム（ＮＯ_X 触媒および酸化触媒を直列に並べたシステム）とのそれぞれの短所を互いに補完しあうことができ、常時、ＰＭやＮＯ_X の排出量を低減することができるという利点がある。そして、これにより、ＮＯ_X 及びＰＭの各排出総量を低減することができるという利点もある。
【００４８】
また、従来のＤＰＦシステムと、従来のＮＯ_X 触媒システムとを単に直列に並べると、各システムに１つの酸化触媒が必要となって、合計２つの酸化触媒が必要になる。これに対し、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、効率的にシステムが構築されており、１つの酸化触媒をそなえるだけで、このような従来のＤＰＦシステム及びＮＯ_X 触媒システムの機能を併せ持つことができる。したがって、この酸化触媒の設置スペース分、排気ガス浄化装置を設置するための空間が小さくなって、省スペース化を図ることができるという利点もある。
【００４９】
また、パティキュレートフィルタに所定量よりも多くのＰＭが堆積している場合には、排ガス中のＮＯ_Xを酸化触媒により酸化して酸化機能を向上させた後、このＮＯ_Xとパティキュレートフィルタに堆積したＰＭとを反応させてＮＯ_Xを低減させることができる。また、パティキュレートフィルタに所定量以下のＰＭしか堆積していない場合には、添加装置から添加剤を噴射して、この添加剤と排気ガス中のＮＯ_Xとの反応を、ＮＯ_X触媒により促進して、ＮＯ_Xを効率的に低減することができる。一方、ＰＭについては常にパティキュレートフィルタにより低減が行なわれる。
【００５０】
したがって、常にＰＭ及びＮＯ_X の排出を効率的に抑制することができるという利点がある。そして、これにより、ＮＯ_X 及びＰＭの各排出総量を大幅に低減することができるという利点がある。
また、例えば、添加剤としてディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用するような場合には、排気ガス中への軽油の噴射は、パティキュレートフィルタに所定量以下のＰＭしか堆積していないときに限って行なわれるので、軽油の噴射による燃費の悪化を極力回避しながら、ＰＭ及びＮＯ_X の排出を抑制することができるという利点がある。
【００５１】
また、酸化触媒は、排気ガス中にもともと含まれるＨＣやＣＯを酸化するとともに、添加装置により排気ガス中に噴射された添加剤のうちＮＯ_X 触媒で反応しないものを酸化して無害化する。このため、ＨＣやＣＯや添加剤の外部への排出を抑制することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態としてのディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置における作動態様の切替制御を示すフローチャートである。
【図３】従来のＤＰＦシステムの構成を示す模式図である。
【図４】従来のＮＯ_X 触媒システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 排気管（排気通路）
２ ＤＥ−ＮＯ_X 触媒（ＮＯ_X 触媒）
３ 再生用酸化触媒（酸化触媒）
４ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
５ 軽油添加装置（添加装置）
６ ＰＭ堆積量検出装置（堆積量検出装置）
１０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. ディーゼルエンジンの排気通路の途中に、
   排気ガスの流れに対し上流側から、ＮＯ_X触媒，酸化触媒及び排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタが上記の順序で直列に設けられるとともに、
   該ＮＯ _X 触媒の上流側に配設され該排気ガス中のＮＯ _X を還元する添加剤を噴射しうる添加装置と、
   該パティキュレートフィルタに堆積した該微粒子の量を検出する堆積量検出装置とが設けられ、
   該堆積量検出装置からの検出情報に基づいて、該微粒子の堆積量が所定量以下の場合には該添加装置から該添加剤を噴射し、該微粒子の堆積量が所定量よりも多い場合には該添加装置から該添加剤を噴射しないように構成されている
   ことを特徴とする、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。

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