JP4717269B2

JP4717269B2 - ディーゼル排気ガス後処理方法及び装置

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Publication number: JP4717269B2
Application number: JP2001188957A
Authority: JP
Inventors: 弘之笠原; 康雄横田; 雄二古谷; 武司宮本; 洋及川
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003003828A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル排気ガス後処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気中の浮遊粒子状物質問題をはじめとした地球環境問題に対する関心の高まりに伴って、ディーゼルエンジン本体から排出される排気ガス中に含まれるパティキュレートの量を低減する技術の研究開発と共に、排気ガス後処理のためパティキュレート捕集用のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の開発が行われている。また、排気ガス中に含まれる窒素化合物（ＮＯｘ）による大気汚染問題や人体への影響の懸念から、ＮＯｘ還元技術の開発も行われている。
【０００３】
ディーゼル排気ガスを後処理するための従来技術の１つとして、例えば、多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させておき、排出ガス中のパティキュレートが多孔質の壁を通過する際に一時的に多孔質の壁に捕捉され、ＮＯｘ浄化と合わせて連続的に酸化浄化されるようにすることにより、パティキュレートとＮＯｘとの両方を浄化するようにしたディーゼル車用触媒システムが開発されている（ＥＮＧＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．２Ｎｏ．６ｐｐ．４６−４７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したディーゼル排気ガス後処理装置は、コモンレール式電子制御燃料噴射システムを搭載した直噴ディーゼルエンジンと組み合わせることが前提の技術であり、使用できる燃料噴射装置の種類が限定されてしまうため、例えば列型ポンプ、分配型ポンプ、又はユニット型ポンプなどを用いて燃料が供給されているディーゼルエンジンの排気ガス浄化には効果が期待できないと考えられる。
【０００５】
さらに、上記従来装置は、燃料中の硫黄分がエンジン内で燃焼することにより生成する硫黄酸化物（ＳＯｘ）の影響を受けて触媒の性能が低下するので、低硫黄濃度（５０ｐｐｍ以下）軽油の利用が必須であり、この軽油が供給されない状態では効果が期待できない。したがって、特定の性状の軽油が必要であるという問題点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる、パティキュレートとＮＯｘとの両方を浄化することができるディーゼル排気ガス後処理方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを後処理して浄化するため、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタユニットの出口側に、窒素酸化物を吸着させるための吸着ユニットと三元触媒ユニットとをこの順序で設けて成る処理装置を設け、ディーゼル排気ガスをこの処理装置に通すことにより、浄化するようにしたものである。処理装置を２組設け、これら２組の処理装置を交互に切り換えて排気ガスの後処理と再生を行うようにすることもできる。
【０００８】
処理装置では、排気ガスが先ずフィルタユニットに送られ、ここでパティキュレートの捕集が行われ、このようにしてパティキュレートが除去された排気ガスは、次の吸着ユニットを通過する際にその中に含まれている窒素酸化物（ＮＯ_x）が吸着ユニットに吸着される。このようにしてパティキュレートと窒素酸化物とが除去されたディーゼル排気ガスは、最後の三元触媒ユニットにおいて炭化水素（ＨＣ）が触媒と反応して酸化され、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂として無害化されて排出される。
【０００９】
フィルタユニットが捕集限界に達するか、又は吸着ユニットが吸着限界に達したとしても、処理装置の再生を行うことにより再び上述した排気ガスの後処理を行わせることができる。処理装置を再生するには、フィルタユニットの入口側に燃料と空気とを送り込んで着火させる等の手段により生じた高温ガスをフィルタユニットに送り込めば、そこに捕集されているパティキュレートを燃焼させて除去すると共に、吸着ユニットに吸着されていたＮＯ_xを脱離させることができる。また、適宜の手段でＨＣを三元触媒ユニットに供給することにより、脱離したＮＯｘを三元触媒ユニットで良好に処理することができる。
【００１０】
すなわち、フィルタユニットにおけるパティキュレートの燃焼により生じたＣＯ、ＣＯ₂及び吸着ユニットから脱離したＮＯ_xは、ＨＣと共に三元触媒ユニットに送られ、ここで化学反応によりＨ₂Ｏ、ＣＯ₂及びＮ₂の無害なガスに浄化され、これらの無害なガスは処理装置から排出される。
【００１１】
請求項１の発明によれば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを後処理して浄化するための方法であって、前記排気ガスを先ずフィルタにかけてパティキュレートを捕集した後、窒素酸化物吸着ユニットに通して窒素酸化物を吸着させて除去し、次いで窒素酸化物吸着ユニットからの排気ガス中の炭化水素を三元触媒ユニットを通して酸化処理するようにし、前記フィルタ又は前記窒素酸化物吸着ユニットの再生時には、前記フィルタの入り口側に排気通路とは異なる供給路から燃料と空気を送り込んで着火させることにより生じた高温ガスを前記フィルタに送り込むことにより、前記フィルタに堆積した前記パティキュレートを燃焼除去するとともに、前記窒素酸化物吸着ユニットから前記窒素酸化物を脱離させ、該窒素酸化物を前記炭化水素とともに前記三元触媒ユニットで浄化するようにしたことを特徴とするディーゼル排気ガス後処理方法が提案される。
【００１２】
請求項３の発明によれば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを後処理して浄化するためのディーゼル排気ガス後処理装置において、前記排気ガスを通過させることにより前記排気ガスの浄化を行うための処理装置を備え、該処理装置は、前記排気ガスの流れ方向に沿ってパティキュレートを捕集するためのフィルタユニット、窒素酸化物を吸着させるための吸着ユニット、炭化水素を化学的に処理するための三元触媒ユニットが直列に配設されており、前記フィルタユニット又は前記吸着ユニットの再生時には、前記フィルタユニットの入り口側に排気通路とは異なる供給路から燃料と空気を送り込んで着火させることにより生じた高温ガスを前記フィルタユニットに送り込むことにより、前記フィルタユニットに堆積した前記パティキュレートを燃焼除去するとともに、前記吸着ユニットから前記窒素酸化物を脱離させ、該窒素酸化物を前記炭化水素とともに前記三元触媒ユニットで浄化することを特徴とするディーゼル排気ガス後処理装置が提案される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明による排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す構成図、図２は図１に示した処理装置本体の詳細構成図である。排気ガス後処理装置１は、例えばディーゼルエンジンの排気マニホールドの出口端と排気マフラーとの間に設けられ、ディーゼルエンジンの排気ガスを後処理して浄化するための装置であり、処理装置本体２と制御ユニット３とを備えている。処理装置本体２は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートと、窒素酸化物（ＮＯ_x）と、炭化水素（ＨＣ）とを浄化処理するためのものである。制御ユニット３はマイクロコンピュータ３１を用いて構成されており、排気ガス処理装置１の作動が制御ユニット３によって電子的に制御される構成となっている。
【００１５】
処理装置本体２は、排気ガスを通過させるための通路装置２１を有しており、通路装置２１は排気ガスを受け入れる入口部２２と排気ガスを排出する出口部２３とを備え、入口部２２と出口部２３との間に第１通路２４及び第２通路２５が独立して並設されて成っている。第１通路２４及び第２通路２５の各一端は入口部２２と相互に連通するように連結されて入口側分岐部２２Ａが構成されている。また、第１通路２４及び第２通路２５の各他端は出口部２３と相互に連通するように連結されて出口側分岐部２３Ａが構成されている。
【００１６】
第１及び第２通路２４、２５には、入口部２２から送られてくるディーゼル排気ガスを浄化するための第１処理装置２６及び第２処理装置２７がそれぞれ設けられている。第１処理装置２６は、ディーゼル排気ガスの流れ方向に沿って、ディーゼル排気ガス中のパティキュレートの捕集を行うためのフィルタユニット２６Ａ、ＮＯ_xを吸収するための吸着ユニット２６Ｂ、ＨＣを化学反応により浄化することができる三元触媒ユニット２６Ｃをこの順序で直列に設けた一体化ユニットとして成っている。
【００１７】
フィルタユニット２６Ａは、この種の目的で使用される公知の構成のものであり、第１通路２４を通って第１処理装置２６に送られた排気ガスはフィルタユニット２６Ａを通過して吸着ユニット２６Ｂに送られ、このときフィルタユニット２６Ａによって排気ガス中に含まれるパティキュレートを効果的に捕集することができる構成となっている。
【００１８】
吸着ユニット２６ＢはＮＯ_xを吸収することができるＮＯ_x吸収材を備えたものであり、フィルタユニット２６Ａから送られてきた排気ガスは、吸着ユニット２６Ｂを通過して三元触媒ユニット２６Ｃに送られ、このとき吸着ユニット２６Ｂによって排気ガス中に含まれるＮＯ_xを効果的に吸収材（図示せず）に吸収させることができる構成となっている。ここで、吸着ユニット２６Ｂの吸収材へのＮＯｘの吸収は、排気ガス温度が低くても良好に行われるので、渋滞走行の場合の如く排気温度が低温であっても、ＮＯｘの排出を効果的に抑えることができる。
【００１９】
三元触媒ユニット２６Ｃは、主として炭化水素（ＨＣ）を酸化して無害化すると共に、ＮＯｘの無害化処理のために設けられたものである。三元触媒ユニット２６Ｃは、ガソリン乗用車等で技術が確立されている公知の構成のものであり、吸着ユニット２６Ｂから送られてきた排気ガスは、三元触媒ユニット２６Ｃを通過して排気マフラー側に送られ、このとき三元触媒ユニット２６Ｃによって排気ガス中に含まれるＨＣを化学反応によって水（Ｈ₂Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）とに分解することにより無害化処理が行われる。
【００２０】
フィルタユニット２６Ａによって捕集されたパティキュレートは、所定量にまで堆積されたときに、フィルタユニット２６Ａにおいて後述のようにして燃焼処理して除去され、このとき発生したＨＣ、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）は吸着ユニット２６Ｂを通過して三元触媒ユニット２６Ｃに送られる。ＨＣ、ＣＯ、ＣＯ₂が吸着ユニット２６Ｂを通過する際、上述の燃焼処理による高温ガスが吸着ユニット２６Ｂに送り込まれていることにより吸着ユニット２６ＢではＮＯ_xの脱離が行われ、この結果吸着ユニット２６ＢにおけるＮＯ_xの吸収量を減少させて吸着ユニット２６Ｂを再生することができる。
【００２１】
ここで、ＮＯｘ吸収材には、ＮＯｘの他、燃料中の硫黄分がディーゼルエンジン内で燃焼することにより生成された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が付着することが考えられるが、ＳＯｘは４００℃程度でＮＯｘ吸収材から脱離するので、ＮＯｘ吸収材のＳＯｘの影響による劣化は殆どない。したがって、特に燃料を低硫黄成分のものとする必要がない。また、フィルタユニット２６Ａの再生時に発生した燃焼ガスの高い温度によってＮＯｘ吸収材のＳＯｘ被毒を解消することができる。
【００２２】
吸着ユニット２６Ｂを通過して送られてきたＮＯ_x、ＨＣ、ＣＯ、ＣＯ₂は、三元触媒ユニット２６Ｃを通過して出口部２３に送られる。このとき上述の燃焼処理による高温ガスが三元触媒ユニット２６Ｃに送り込まれているため三元触媒ユニット２６Ｃでは所要の化学反応が促進され、ＮＯ_x、ＨＣ、ＣＯ、ＣＯ₂は無害なＨ₂Ｏ、ＣＯ₂、Ｎ₂となり、このようにして浄化された排気ガスが出口部２３から排出されるようになっている。このように、フィルタユニット２６Ａの再生時に余剰のＨＣ、ＣＯが生成されても、三元触媒ユニット２６Ｃは酸化触媒として作用するので、ＨＣ、ＣＯを無害なガスに変化させて排出することができる。
【００２３】
以上、第１処理装置２６について説明したが、第２処理装置２７もまた、フィルタユニット２７Ａ、吸着ユニット２７Ｂ及び三元触媒ユニット２７Ｃを含んで同様に構成され、同様の動作原理で排気ガスの浄化及び再生を行うことができるので、第２処理装置２７についての詳しい説明は省略する。
【００２４】
処理装置本体２に供給される排気ガスを第１処理装置２６または第２処理装置２７のいずれか一方にのみ送ることができるよう通路装置２１における排気ガスの通過路を切り換えることができるようにするため、入口側分岐部２２Ａには切換弁装置Ｖが設けられている。
【００２５】
切換弁装置Ｖは、第２通路２５の一端を塞いで排気ガスを入口部２２から第１通路２４に流すための実線で示した切換位置（第１位置）、第１通路２４の一端を塞いで排気ガスを入口部２２から第２通路２５に流すための点線で示した切換位置（第２位置）のいずれかの切換位置を択一的に選択できるようになっており、切換弁装置Ｖは制御ユニット３からの第１制御信号Ｃ１により第１もしくは第２位置のいずれかに切換制御される構成となっている。
【００２６】
排気ガス後処理装置１には空気供給装置４が設けられている。空気供給装置４は、圧縮空気を内部に蓄積している空気タンク４１を備え、空気タンク４１からの圧縮空気を第１処理装置２６の入口側又は第２処理装置２７の入口側に選択的に供給できるよう、空気タンク４１と第１通路２４との間には第１空気供給路４２が配設され、空気タンク４１と第２通路２５との間には第２空気供給路４３が配設されている。第１空気供給路４２の途中には第１空気量調整弁装置４４が設けられており、第２空気供給路４３の途中には第２空気量調整弁装置４５が設けられている。第１及び第２空気量調整弁装置４４、４５のそれぞれの動作は制御ユニット３から送られる第２及び第３制御信号Ｃ２、Ｃ３により制御され、これにより、圧縮空気の流量調整を行うと共に、圧縮空気を第１処理装置２６の入口側、第２処理装置２７の入口側のいずれかに供給することができるようになっている。
【００２７】
フィルタユニット２６Ａ又はフィルタユニット２７Ａに堆積したパティキュレートを加熱燃焼して除去し、フィルタユニット２６Ａ及びフィルタユニット２７Ａの再生を行うことができるようにするため、排気ガス後処理装置１には、さらに、燃焼用装置５が設けられている。
【００２８】
燃焼用装置５は、第１通路２４内のフィルタユニット２６Ａの入口付近に配設された第１バーナノズル５１と第２通路２５内のフィルタユニット２７Ａの入口付近に配設された第２バーナノズル５２とを有しており、第１バーナノズル５１には燃料タンク５３内に収容されている気体状の燃料が供給油路５４を介して供給され、第２バーナノズル５２には燃料タンク５３内の燃料が供給油路５５を介して供給されるようになっている。第１バーナノズル５１への燃料の供給量は供給油路５４の途中に設けられた第１油量調整弁５６により調整することができ、第２バーナノズル５２への燃料の供給量は供給油路５５の途中に設けられた第２油量調整弁５７により調整することができるようになっている。第１及び第２油量調整弁５６、５７の油量調整動作は制御ユニット３から送られる第４及び第５制御信号Ｃ４、Ｃ５によりそれぞれ制御される構成となっている。本実施の形態では、第１バーナノズル５１は第１空気供給路４２の第１処理装置２６に対応する先端部４２Ａ内に配設されており、第２バーナノズル５２は第２空気供給路４３の第２処理装置２７に対応する先端部４３Ａ内に配設されている。
【００２９】
第１及び第２バーナノズル５１、５２のそれぞれのノズル口５１Ａ、５２Ａは、フィルタユニット２６Ａ及びフィルタユニット２７Ａのそれぞれの入口付近に燃料を供給するように配設されており、ノズル口５１Ａから供給される燃料に着火を行うための第１バーナ５８がノズル５１Ａの近くに配設されており、ノズル口５２Ａから供給される燃料に着火を行うための第２バーナ５９がノズル口５２Ａの近くに配設されている。
【００３０】
第１及び第２バーナ５８、５９は、制御ユニット３からの第６制御信号Ｃ６によって制御される点火器６０からの信号によって点火動作を行う構成となっている。
【００３１】
したがって、第１空気量調整弁装置４４と第１油量調整弁５６とを制御して圧縮空気と燃料とをそれぞれ先端部４２Ａとノズル口５１Ａとから第１処理装置２６の入口側に供給し、この供給された混合体に第１バーナ５８によって点火すると、ノズル口５１Ａから供給されている燃料が着火し、これにより生じた火炎により第１処理装置２６の入口側を高温状態とし、フィルタユニット２６Ａ内に堆積しているパティキュレートを加熱燃焼させ、フィルタユニット２６Ａの再生を行うことができる。この加熱燃焼処理それ自体は公知の処理方法によるものである。また、第１処理装置２６の入口側を高温とすることにより、吸着ユニット２６Ｂに吸収されているＮＯ_xを脱離させ、吸着ユニット２６Ｂを再生させることができる。
【００３２】
フィルタユニット２６Ａの入口付近及び出口付近には温度センサ６、７がそれぞれ設けられており、温度センサ６からフィルタユニット２６Ａの入口側の空気温度を示す温度信号ＴＳ１が制御ユニット３に送られ、温度センサ７からフィルタユニット２６Ａの出口側の空気温度を示す温度信号ＴＳ２が制御ユニット３に送られる構成となっている。フィルタユニット２７Ａの入口付近及び出口付近にも同様に温度センサ８、９が設けられており、温度センサ８、９からそれぞれ温度信号ＴＳ３、ＴＳ４が制御ユニット３に送られる。
【００３３】
フィルタユニット２６Ａの目詰まり状態を入出力差圧に基づいて検出できるようにするため、第１通路２４内の入口側には圧力センサ１０が設けられ、第１通路２４内の出口側には圧力センサ１１が設けられている。また、フィルタユニット２７Ａの目詰まり状態を同じく入出力差圧に基づいて検出できるようにするため、第２通路２５内の入口側には圧力センサ１２が設けられ、第２通路２５内の出口側には圧力センサ１３が設けられている。圧力センサ１０によって検出された第１通路２４内の入口側の排気ガスの圧力を示す圧力信号ＰＳ１、圧力センサ１１によって検出された第１通路２４内の出口側の排気ガスの圧力を示す圧力信号ＰＳ２、圧力センサ１２によって検出された第２通路２５内の入口側の排気ガスの圧力を示す圧力信号ＰＳ３、圧力センサ１３によって検出された第２通路２５内の出口側の排気ガスの圧力を示す圧力信号ＰＳ４は、いずれも制御ユニット３に入力されている。
【００３４】
フィルタユニット２６Ａから吸着ユニット２６Ｂに流入する排気ガス中の酸素濃度を検出するため、フィルタユニット２６Ａと吸着ユニット２６Ｂとの間には酸素濃度測定器１４が設けられている。フィルタユニット２７Ａと吸着ユニット２７Ｂとの間にも同様に酸素濃度測定器１５が設けられている。酸素濃度測定器１４によって検出された吸着ユニット２６Ｂの入口側の酸素濃度を示す酸素濃度信号ＣＳ１と、酸素濃度測定器１５によって検出された吸着ユニット２７Ｂの入口側の酸素濃度を示す酸素濃度信号ＣＳ２とは、いずれも制御ユニット３に入力されている。
【００３５】
図３〜図５は、制御ユニット３において実行される制御プログラムを示すフローチャートであり、次に、排気ガス後処理装置１の動作について図３〜図５を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図３は制御のメインフローチャートを示し、ステップＳ１では、第１処理装置２６が排気ガス浄化中である場合において第１処理装置２６の再生が必要であるか否かを判別し、必要であると判別された場合に第１処理装置２６を再生するための第１制御処理が実行される。
【００３７】
図４にはステップＳ１において実行される第１制御処理の詳細フローが示されている。ステップＳ１の実行が開始されるとステップＳ１１に入り、ここでは、第１処理装置２６に排気ガスが流され第１処理装置２６が排気ガスを浄化中であるか否かが切換弁装置Ｖが第１位置に切り換えられているかどうかにより判別される。第１処理装置２６が排気ガスの浄化中である場合には、ステップＳ１１の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１２に入り、ここで第１処理装置２６の前後における排気ガスの差圧の計測が行われ、ステップＳ１３に入る。ステップＳ１３では、ステップＳ１２において計測された第１処理装置２６の前後における排気ガスの差圧の値が、フィルタユニット２６Ａの燃焼による再生を開始すべき所定値より大きいか否かが判別される。
【００３８】
ステップＳ１３は、第１処理装置２６の前後の差圧の値が所定値より大きいか否かに基づいてフィルタユニット２６Ａが目詰まりしている状態であるか否かを判別するステップである。すなわち、フィルタユニット２６Ａにおけるパティキュレートの捕集量が多く、フィルタユニット２６Ａが目詰まりしている状態であると、第１処理装置２６の前後の排気ガスの差圧の値が所定値より大きくなり、ステップＳ１３の判別結果はＹＥＳとなってステップＳ１４に入る。一方、フィルタユニット２６Ａにおけるパティキュレートの捕集量が少なくフィルタユニット２６Ａが目詰まりしていない状態であると、第１処理装置２６の前後の差圧の値が所定値より小さくなり、ステップＳ１３の判別結果はＮＯとなって、ステップＳ１５に入る。
【００３９】
ステップＳ１５では、エンジンの運転状態に基づき吸着ユニット２６Ｂに吸収されていると推定されるＮＯｘ吸収推定量が所定値より大きいか否かに基づいて吸着ユニット２６Ｂが飽和している状態であるか否かが判別される。吸着ユニット２６ＢにおけるＮＯｘの吸収量が少なく、吸着ユニット２６Ｂが飽和していない状態であると、ＮＯｘ吸収推定量が所定値より小さくなり、ステップＳ１５の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１に戻る。一方、吸着ユニット２６ＢにおけるＮＯｘの吸収量が多く吸着ユニット２６Ｂが飽和している状態であると、ＮＯｘ吸収推定値が所定値より大きくなり、ステップＳ１５の判別結果はＹＥＳとなってステップＳ１４に入る。
【００４０】
ステップＳ１４では、切換弁装置Ｖが第２位置に切り換えられ、これにより第１処理装置２６への排気ガスの流入が停止され、排気ガスは第２処理装置２７に流入し、第２処理装置２７によって後処理される状態とされる。次にステップＳ１６に入り、ここでは第１処理装置２６の再生処理が行われる。
【００４１】
図５には、ステップＳ１６での再生処理の詳細フローチャートが示されている。図５を参照すると、ステップＳ１６の実行が開始された場合、ステップＳ３１に入り、ここでは第１処理装置２６に対し燃料及び空気の供給が開始される。ステップＳ３２では、第１バーナ５８が点火され、これにより燃料と空気との混合体が燃焼を開始する。ステップＳ３３では、フィルタユニット２６Ａを再生するためフィルタユニット２６Ａに堆積しているパティキュレートを燃焼することができるよう、第１処理装置２６の入口側への燃料及び空気の供給量が調整される。
【００４２】
ステップＳ３３において燃料及び空気の供給量が調整されてフィルタユニット２６Ａの再生処理が開始された後、ステップＳ３４では、フィルタユニット２６Ａの再生処理が一定時間Ｔ１を経過したか否かが判別される。一定時間Ｔ１が経過していない場合には、フィルタユニット２６Ａの再生処理が終了していないと判断され、ステップＳ３４の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ３５に入り、ここではエンジンが停止状態となっているか否かが判別される。エンジンが停止状態となっておらず稼動中である場合には、ステップＳ３５の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ３３に戻るように構成されており、フィルタユニット２６Ａの再生処理が終了したと判断される一定時間Ｔ１が経過するまでステップＳ３４での判別処理が繰り返される。
【００４３】
一定時間Ｔ１が経過したと判別された場合、フィルタユニット２６Ａに十分な熱量が供給されたと判断され、ステップＳ３４の判別結果はＹＥＳとなりステップＳ３６に入る。ステップＳ３６では、吸着ユニット２６Ｂの再生と、三元触媒ユニット２６ＣでのＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ₂及びＨＣの浄化とを行うため、第１処理装置２６の入口側で適宜の燃焼を行うことができるよう、第１処理装置２６の入口側への燃料及び酸素濃度測定器１４、１５からの酸素濃度信号ＣＳ１、ＣＳ２に基づいて空気の供給量が調整され、所定の空燃比に調整される。
【００４４】
ステップＳ３６において燃料及び空気の供給量が調整されたことにより、吸着ユニット２６Ｂの再生と、三元触媒ユニット２６ＣでのＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ₂及びＨＣの浄化とを行う処理が開始された後、ステップＳ３７では、これらの処理が一定時間Ｔ２を経過したか否かが判別される。一定時間Ｔ２が経過していない場合には、吸着ユニット２６Ｂの再生と三元触媒ユニット２６ＣでのＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ₂及びＨＣの浄化とを行う処理が終了していないと判断され、ステップＳ３７の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ３８に入る。ステップＳ３８では、エンジンが停止状態となっているか否かが判別される。エンジンが停止状態となっておらず稼動中である場合には、ステップＳ３８の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ３６に戻るように構成されており、吸着ユニット２６Ｂの再生と三元触媒ユニット２６ＣでのＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ₂及びＨＣの浄化とが終了したと判断される一定時間Ｔ２が経過するまでステップＳ３７での判別処理が繰り返される。
【００４５】
一定時間Ｔ２が経過したと判別された場合、吸着ユニット２６Ｂの再生と三元触媒ユニット２６ＣでのＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ₂及びＨＣの浄化とを行う処理が終了したと判断され、ステップＳ３７の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３９に入り、ここでは第１バーナ５８が消火され、ステップＳ１６に戻る。
【００４６】
また、ステップＳ３５においてエンジンが停止状態になっている場合には、ステップＳ３９に入り、これによりフィルタユニット２６Ａに対する再生処理が中断される。同様に、ステップＳ３８においてエンジンが停止状態になっている場合もステップＳ３９に入り、フィルタユニット２６Ａの再生処理が中断される。
【００４７】
図４に戻ると、ステップＳ１６において第１処理装置２６の再生処理が上述の如くして終了した後、ステップＳ１７に入り、ここでは第１処理装置２６が捕集待機状態とされ、ステップＳ１に戻る。
【００４８】
ステップＳ１１において、第１処理装置２６に排気ガスが流されておらず第１処理装置２６が排気ガスを浄化中でない場合には、ステップＳ１１の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１８に入る。ステップＳ１８では、前回エンジンを停止した時に第１処理装置２６が再生処理の途中であったか否かが判別され、前回エンジンを停止した時に第１処理装置２６が再生処理の途中でなかった、すなわち第１処理装置２６の再生処理を中断しなかった場合には、判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１に戻る。前回エンジンを停止した時に第１処理装置２６が再生処理の途中であった、すなわち第１処理装置２６の再生処理を中断した場合には、ステップＳ１８の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１６に入り、第１処理装置２６の再生処理が開始されるように構成されている。
【００４９】
図３に戻ると、以上の動作によりステップＳ１において第１処理装置２６の再生処理が終了した後、ステップＳ２に入る。ステップＳ２では、第２処理装置２７が排気ガス浄化中である場合において第２処理装置２７の再生が必要であるか否かを判別し、必要であると判別された場合に第２処理装置２７を再生するための第２制御処理が実行される。ここで実行される第２処理装置２７の再生処理は、ステップＳ１で説明した第１処理装置２６の再生処理と同様に行われるので、ステップＳ２で行われる第２処理装置２７の再生処理についての詳しい説明は省略する。
【００５０】
このように、排気ガス後処理装置１においては、第１及び第２処理装置２６、２７の再生処理は、それぞれの処理装置の入口側で燃料を燃焼させて発生した高温ガスをそれぞれの処理装置に流入するだけで行うことができるので、ポスト噴射などエンジン側の制御を必要としないため、構成を複雑とさせることがないという利点を有している。
【００５１】
ステップＳ２において、第１処理装置２６の再生処理と同様にして第２処理装置２７の再生処理が終了した後、ステップＳ３に入り、ここではエンジンが停止状態であるか否かの判別が行われる。エンジンが停止状態となっておらず稼動中である場合には、ステップＳ３の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１に戻り、再び処理装置本体２の再生処理が行われる。ステップＳ３においてエンジンが停止状態となっている場合には、判別結果はＹＥＳとなり、制御ユニット３による処理装置本体２の再生処理を行うための制御プログラムが終了する。
【００５２】
排気ガス後処理装置１は、以上のように制御ユニット３により制御され、第１又は第２処理装置２６、２７のいずれかにおいて排気ガスの浄化処理を行っている間に、もう一方の第１又は第２処理装置２６、２７の再生処理を行うことができる切り換え式としたので、第１及び第２処理装置２６、２７の各再生処理は排気ガスのその時々の流量、温度及び性状等の影響を受けることなく、一定の条件下で行うことができる。したがって、安定且つ短時間で第１及び第２処理装置２６、２７の各再生を行うことができる。また、切り換え式としたので、再生処理時のエネルギー消費量を少なくすることができ、燃費の向上を期待することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明による効果は以下の通りである。
（１）三元触媒を利用してディーゼル排気ガスを後処理する構成を採用したので、ポスト噴射などのエンジン側の制御を必要とせず、ディーゼル排気ガス後処理装置の構成を複雑とさせることがない。
（２）フィルタユニットに堆積しているパティキュレートを燃焼してフィルタユニットを再生させる際に炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が生じるが、三元触媒ユニットが酸化触媒として作用するため、ＨＣ、ＣＯを無害なガスに変化させて排出することができる。
（３）窒素酸化物吸着ユニットには、ＮＯｘの他、燃料中の硫黄分がディーゼルエンジン内で燃焼することにより生成されたＳＯｘが付着することが考えられるが、ＳＯｘは４００℃程度で吸着ユニットから脱離するので、吸着ユニットにおいてはＳＯｘの影響による劣化は殆どない。したがって、特に燃料を低硫黄成分のものとする必要がない。また、フィルタユニットの再生時に発生した燃焼ガスの高い温度によって吸着ユニットのＳＯｘ被毒を解消することができる。
（４）吸着ユニットへのＮＯｘの吸収は排気ガス温度が低くても良好に行われるので、渋滞走行の場合の如く排気温度が低温であってもＮＯｘの排出を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す構成図。
【図２】図１に示した処理装置本体の詳細構成図。
【図３】図１に示した制御ユニットにおいて実行される制御プログラムを示すフローチャート。
【図４】図３の第１制御処理ステップの詳細フローチャート。
【図５】図４の再生処理ステップの詳細フローチャート。
【符号の説明】
１排気ガス後処理装置
２処理装置本体
３制御ユニット
４空気供給装置
５燃焼用装置
６、７、８、９温度センサ
１０、１１、１２、１３圧力センサ
１４、１５酸素濃度測定器
２１通路装置
２４第１通路
２５第２通路
２６第１処理装置
２６Ａ、２７Ａフィルタユニット
２６Ｂ、２７Ｂ吸着ユニット
２６Ｃ、２７Ｃ三元触媒ユニット
２７第２処理装置
３１マイクロコンピュータ
４１空気タンク
５３燃料タンク
Ｃ１第１制御信号
Ｃ２第２制御信号
Ｃ３第３制御信号
ＣＳ１、ＣＳ２酸素濃度信号
ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、ＰＳ４圧力信号
ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４温度信号
Ｖ切換弁装置

Claims

ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを後処理して浄化するための方法であって、前記排気ガスを先ずフィルタにかけてパティキュレートを捕集した後、窒素酸化物吸着ユニットに通して窒素酸化物を吸着させて除去し、次いで窒素酸化物吸着ユニットからの排気ガス中の炭化水素を三元触媒ユニットを通して酸化処理するようにし、前記フィルタ又は前記窒素酸化物吸着ユニットの再生時には、前記フィルタの入り口側に排気通路とは異なる供給路から燃料と空気を送り込んで着火させることにより生じた高温ガスを前記フィルタに送り込むことにより、前記フィルタに堆積した前記パティキュレートを燃焼除去するとともに、前記窒素酸化物吸着ユニットから前記窒素酸化物を脱離させ、該窒素酸化物を前記炭化水素とともに前記三元触媒ユニットで浄化するようにしたことを特徴とするディーゼル排気ガス後処理方法。
前記フィルタ、前記窒素酸化物吸着ユニット、前記三元触媒ユニットからなる処理装置を２組設け、これら２組の処理装置を交互に切り換えて排気ガスの後処理と再生を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のディーゼル排気ガス後処理方法。
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを後処理して浄化するためのディーゼル排気ガス後処理装置において、前記排気ガスを通過させることにより前記排気ガスの浄化を行うための処理装置を備え、該処理装置は、前記排気ガスの流れ方向に沿ってパティキュレートを捕集するためのフィルタユニット、窒素酸化物を吸着させるための吸着ユニット、炭化水素を化学的に処理するための三元触媒ユニットが直列に配設されており、前記フィルタユニット又は前記吸着ユニットの再生時には、前記フィルタユニットの入り口側に排気通路とは異なる供給路から燃料と空気を送り込んで着火させることにより生じた高温ガスを前記フィルタユニットに送り込むことにより、前記フィルタユニットに堆積した前記パティキュレートを燃焼除去するとともに、前記吸着ユニットから前記窒素酸化物を脱離させ、該窒素酸化物を前記炭化水素とともに前記三元触媒ユニットで浄化することを特徴とするディーゼル排気ガス後処理装置。
前記処理装置を２組設け、これら２組の処理装置を交互に切り換えて排気ガスの後処理と再生を行うようにしたことを特徴とする請求項３記載のディーゼル排気ガス後処理装置。