WO2010010738A1 - 排気ガス浄化システム - Google Patents

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WO2010010738A1
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catalyst
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fuel
exhaust
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長岡　大治
正志 我部
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system including an aftertreatment device that is disposed in an exhaust passage of an engine and has a catalyst that is activated by HC in exhaust gas.
  • a system called a DPF (diesel particulate filter) system has been developed for PM, and a NOx occlusion reduction type catalyst (LNT catalyst) has been developed for NOx (see Patent Document 1, etc.).
  • DPF diesel particulate filter
  • LNT catalyst NOx occlusion reduction type catalyst
  • the DPF system is a system that accumulates PM in a filter and burns the PM accumulated in the filter by combustion control.
  • This DPF system usually has a DPF (filter) and a DOC (oxidation catalyst) disposed in front of the DPF, and the temperature of the DOC is increased by post injection or addition of fuel into the exhaust passage of the engine.
  • PM accumulated in the DPF is burned by the exhaust gas whose temperature has been raised.
  • the NOx storage reduction catalyst stores NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio, and releases NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a rich air-fuel ratio.
  • the catalyst system reduces NOx with CO, HC, H 2 (hydrogen), etc. in the exhaust gas.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • post injection or addition of fuel into the exhaust passage of the engine is used to make the exhaust gas air-fuel ratio rich. .
  • post-injection As a means for raising the temperature of the catalyst and a means for reducing NOx, post-injection is generally used.
  • post-injection has a problem that smoke is deteriorated when used in combination with oil dilution or EGR.
  • the addition of fuel into the exhaust passage of the engine does not affect the combustion of the engine, and is therefore an effective means that can avoid the problems such as oil dilution and deterioration of smoke.
  • the temperature of the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is low, the temperature of the exhaust gas is raised by multistage injection (pilot injection + main injection) or the like, and post injection is performed when the temperature of the exhaust gas reaches the light-off temperature .
  • the fuel when fuel addition into the exhaust passage of the engine is used as a means for raising the temperature of the catalyst or a means for reducing NOx, the fuel (light oil) contains various HC species, and high boiling point HC at low temperatures. Since it is difficult to utilize for catalytic activity, there is a problem that the usable temperature becomes higher than post injection.
  • an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system that can appropriately perform catalytic activity and NOx reduction at low temperatures.
  • the present invention provides an aftertreatment device that is disposed in an exhaust passage of an engine and has a catalyst activated by HC in the exhaust gas, and a temperature of the exhaust gas supplied to the aftertreatment device.
  • a fuel supply means for supplying fuel containing high-boiling HC and low-boiling HC to the exhaust passage upstream of the post-treatment device, and between the post-treatment device and the fuel supply means
  • an HC trap catalyst for adsorbing high-boiling HC and passing low-boiling HC out of HC contained in the fuel supplied from the fuel supply means into the exhaust passage.
  • the fuel supply means includes a high boiling point HC that is disposed upstream of the HC trap catalyst in the exhaust passage and is adsorbed by the HC trap catalyst, and a low boiling point HC that passes the HC trap catalyst.
  • An exhaust fuel injection valve for injecting fuel may be provided.
  • a temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust gas supplied to the HC trap catalyst, and a control means for controlling the exhaust fuel injection valve includes an exhaust gas detected by the temperature detection means.
  • the control means includes an exhaust gas detected by the temperature detection means.
  • the HC trap catalyst may be a zeolite catalyst.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of an exhaust gas purification system according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a processing flow by the controller.
  • Exhaust gas purification system 11
  • Engine (diesel engine) 12
  • Post-processing device 14
  • Oxidation catalyst (catalyst) 15 NOx storage reduction catalyst (catalyst)
  • Catalyzed soot filter (catalyst) 17
  • HC trap catalyst 23
  • Exhaust fuel injection valve (fuel supply means) 25
  • Fuel injection valve (fuel supply means) 25
  • FIG. 1 is a schematic view of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas purification system 10 is applied to, for example, a diesel engine mounted on a vehicle such as a truck.
  • an exhaust gas purification system 10 includes an aftertreatment device 13 disposed in an exhaust passage (exhaust pipe) 12 of a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 11.
  • the post-processing device 13 includes, in order from the upstream side, an oxidation catalyst (diesel oxidation catalyst; DOC) 14, a NOx occlusion reduction catalyst (LNT catalyst) 15, and a catalyzed soot filter (hereinafter referred to as CSF). 16).
  • the oxidation catalyst 14 oxidizes and removes CO (carbon monoxide) and HC (hydrocarbon) in the exhaust gas.
  • the oxidation catalyst 14 is formed of a monolith catalyst having a large number of polygonal cells formed of a cordierite, SiC, or stainless steel structural material.
  • a catalyst coat layer is provided on the inner wall of the cell, and a catalyst metal such as platinum or vanadium is supported on the surface of the catalyst coat layer to exert a catalytic function.
  • CO and HC in the exhaust gas can be oxidized and removed by an oxidation reaction.
  • the CSF 16 adds an oxidation catalyst component to a so-called diesel particulate filter (DPF) and has both a filter function and an oxidation function.
  • DPF diesel particulate filter
  • the CSF 16 is formed of a monolith honeycomb type wall flow type filter in which inlets and outlets of a porous ceramic honeycomb are alternately plugged, or a felt-like filter in which inorganic fibers such as alumina are randomly stacked.
  • PM partate matter
  • the PM collected by the CSF 16 is burned and removed by NO 2 having a high oxidizing power by the oxidation catalyst component added to the upstream oxidation catalyst 14 or the CSF 16 itself.
  • the NOx occlusion reduction type catalyst 15 reduces NOx in the exhaust gas using CO, HC, H 2 (hydrogen) in the exhaust gas as a reducing agent.
  • the NOx occlusion reduction type catalyst 15 is formed of a monolithic catalyst similarly to the oxidation catalyst, and a catalyst coat layer is provided on a carrier such as aluminum oxide or titanium oxide. It is configured to support a NOx storage material (NOx storage material) such as barium.
  • the NOx storage reduction catalyst 15 stores NOx in the exhaust gas by storing NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio (when the oxygen concentration of the exhaust gas is high). Purifies and releases the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a rich air-fuel ratio (when the oxygen concentration of the exhaust gas is low), and releases the released NOx into the CO, HC, H 2 in the exhaust gas. Is reduced to N 2 (nitrogen) using a reducing agent.
  • An HC trap catalyst 17 that adsorbs high-boiling HC (high carbon HC) and allows low-boiling HC (low carbon HC) to pass therethrough is disposed.
  • a catalyst carrier honeycomb is coated with a catalyst coat layer surrounding a cell which is an exhaust gas passage.
  • a zeolite catalyst is used as the HC trap catalyst 17, and the catalyst coat layer includes an HC adsorbent layer coated with an HC adsorbent such as zeolite.
  • HC is adsorbed in the microporous structure of zeolite, due to the molecular size, high boiling HC (high carbon HC) is easily adsorbed on zeolite, and low boiling HC such as methane (low carbon HC) is adsorbed on zeolite. hard.
  • the temperature at which HC (high boiling point HC) can be adsorbed by the HC trap catalyst 17 (zeolite) is generally 200 ° C. or lower.
  • a first temperature sensor (temperature detection means) 18 for detecting the temperature of the exhaust gas supplied to the HC trap catalyst 17 is disposed upstream of the HC trap catalyst 17 in the exhaust passage 12.
  • a second temperature sensor 19 that detects the temperature of the exhaust gas supplied to the CSF 16 is disposed upstream of the CSF 16 (between the NOx storage reduction catalyst 15 and the CSF 16 in this embodiment).
  • a NOx concentration sensor 20 is disposed downstream of the CSF 16 in the exhaust passage 12. Further, in order to estimate the amount of accumulated PM in the CSF 16, a conducting pipe that communicates the upstream and downstream of the HC trap catalyst 17 and the aftertreatment device 13 (oxidation catalyst 14, NOx storage reduction catalyst 15, CSF16) with the exhaust passage 12. 21, and a differential pressure sensor 22 that detects a differential pressure between exhaust gas upstream and downstream of the HC trap catalyst 17 and the aftertreatment device 13 (the oxidation catalyst 14, the NOx storage reduction catalyst 15, and the CSF 16). Is disposed.
  • the exhaust passage 12 contains high-boiling HC and low-boiling HC upstream of the HC trap catalyst 17 and the aftertreatment device 13 (the oxidation catalyst 14, the NOx storage reduction catalyst 15, CSF 16) in the exhaust passage 13.
  • An exhaust fuel injection valve (ex-cylinder fuel injection valve) 23 (fuel supply means) for injecting fuel is provided.
  • the outputs of the sensors perform general control of the engine 11, as well as regeneration control of the CSF 16 and NOx occlusion reduction type.
  • a controller (control means) 24 that also performs NOx reduction control of the catalyst 15 is input, and by this controller 24, a fuel injection valve (in-cylinder fuel injection valve) 25 for the engine 11, an exhaust fuel injection valve 23, an intake throttle.
  • a valve (intake throttle valve) 26, an EGR valve (EGR valve) 27, and the like are appropriately controlled.
  • the intake air passes through an air cleaner 29 provided in the intake passage 28, a mass air flow (MAF) sensor 30, a compressor 32 of the turbocharger 31, and an intercooler 33, and is taken in.
  • the amount is adjusted by the throttle valve 26 and introduced into the cylinder (combustion chamber) of the engine 11 from the intake manifold 34.
  • the exhaust gas generated in the cylinder drives the turbine 36 of the turbocharger 31 provided in the exhaust passage 12 from the exhaust manifold 35, passes through the aftertreatment device 13, is purified, and passes through a silencer (not shown). Discharged into the atmosphere. Further, a part of the exhaust gas passes through an EGR cooler 38 provided in an EGR passage (EGR pipe) 37 as EGR gas, and its amount is adjusted by the EGR valve 27 and is recirculated to the intake manifold 34.
  • EGR cooler 38 provided in an EGR passage (EGR pipe) 37 as EGR gas
  • the controller 24 determines that the temperature of the exhaust gas supplied to the HC trap catalyst 17 is a predetermined temperature (the HC adsorption upper limit temperature of the HC trap catalyst 17; in this embodiment, 200 ° C. ),
  • the injection amount of fuel containing high boiling point HC that can be adsorbed by the HC trap catalyst 17 is obtained (step S1), and the temperature T1 of the exhaust gas detected by the first temperature sensor 18 is It is determined whether or not the exhaust gas temperature is lower than a predetermined temperature (the upper limit temperature at which the HC trap catalyst 17 can absorb HC) (exhaust gas temperature T1 ⁇ 200 ° C.) (step S2).
  • the controller 24 stores a fuel injection amount corresponding to the temperature of the exhaust gas as a table value.
  • the table value fuel injection amount
  • the table value is set to increase as the temperature of the exhaust gas decreases, and is created based on a test value obtained by an actual machine test or the like.
  • the controller 24 injects the fuel of the injection amount obtained in step S1 into the exhaust passage 12 by the exhaust fuel injection valve 23. (Step S3) and after the fuel injection by the exhaust fuel injection valve 23 is completed, the time during which the exhaust gas temperature T1 detected by the first temperature sensor 18 is equal to or higher than the predetermined temperature (exhaust gas temperature T1 ⁇ 200 ° C.). It is determined whether or not a predetermined time has elapsed (step S4).
  • the controller 24 returns to step S1 when the time for which the temperature T1 of the exhaust gas detected by the first temperature sensor 18 is equal to or higher than the predetermined temperature has passed for a predetermined time.
  • HC trap catalyst 17 when the temperature of the exhaust gas supplied to the HC trap catalyst 17 is in a low temperature range, an appropriate amount of fuel (adsorbed by the HC trap catalyst 17 at an exhaust gas temperature T1 ⁇ 200 ° C. in advance).
  • An injection amount of fuel containing a possible amount of high-boiling HC) is injected into the exhaust passage 12 by the exhaust fuel injection valve 23, and HC (high-boiling HC) is adsorbed to the HC trap catalyst 17 so as to have a low boiling point.
  • HC passes through the HC trap catalyst 17.
  • the high boiling point HC having low low temperature activity and disadvantageous for the catalytic reaction among the HC contained in the fuel is supplied to the HC trap catalyst 17.
  • the low boiling point HC that is adsorbed and has high low temperature activity and is advantageous for the catalytic reaction is allowed to pass through the HC trap catalyst 17, and only the low boiling point HC is passed through the aftertreatment device 13 (oxidation catalyst 14, NOx storage reduction catalyst 15, CSF 16).
  • the regeneration of the CSF 16 and the NOx reduction of the NOx occlusion reduction catalyst 15 can be appropriately performed at a low temperature.
  • the high boiling point HC adsorbed on the HC trap catalyst 17 is gradually decomposed into a low boiling point HC even at 200 ° C. or less by contacting with the exhaust gas for a long time, and becomes a low boiling point HC downstream of the HC trap catalyst 17. It is supplied to the processing device 13 (the oxidation catalyst 14, the NOx occlusion reduction catalyst 15, and the CSF 16). Thereby, all the HC supplied to the HC trap catalyst 17 can be utilized as low boiling point HC having high catalytic activity and advantageous for catalytic reaction.
  • the controller 24 takes the intake throttle valve 26 in a state where the high-boiling HC that has been decomposed as described above is adsorbed by the HC trap catalyst 17. Is executed to increase the temperature of the exhaust gas supplied to the HC trap catalyst 17 and thus increase the temperature of the exhaust gas supplied to the NOx storage reduction catalyst 15. It is like that. Then, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a rich air-fuel ratio, the NOx occlusion reduction type downstream of the HC trap catalyst 17 contains rich gas containing a large amount of high-boiling HC (high-boiling HC reduced to low-boiling HC) that has been decomposed. The low-temperature catalytic activity of the NOx occlusion reduction type catalyst 15 can be improved.
  • the controller 24 When the CSF 16 is regenerated, the controller 24 performs multi-stage injection into the cylinder of the engine 11 by the fuel injection valve 25 in a state where the high-boiling HC that has been decomposed as described above is adsorbed by the HC trap catalyst 17. (Pilot injection + main injection) or the like is executed to increase the temperature of the exhaust gas supplied to the HC trap catalyst 17 and thus increase the temperature of the exhaust gas supplied to the oxidation catalyst 14. Then, the high-boiling HC that has been decomposed (the high-boiling HC that has been converted to low-boiling HC) is released from the HC trap catalyst 17 and supplied to the oxidation catalyst 14 downstream of the HC trap catalyst 17.
  • the CSF 16 can be regenerated (PM combustion) from a low temperature only by using multistage injection (pilot injection + main injection) or the like and adding fuel into the exhaust passage 12 without using post-injection that has an effect.
  • the exhaust gas purification system 10 having the HC reforming function can be obtained at a low cost.
  • the post-treatment device 13 when used as a DPF system, it is not necessary to provide the NOx occlusion reduction type catalyst 15 in the exhaust passage 12 as shown in FIG.
  • the fuel injection valve 25 may supply a fuel containing high-boiling HC and low-boiling HC to the exhaust passage 12 upstream from the aftertreatment device 13.

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Abstract

　低温時に触媒活性やＮＯｘ還元を適切に行う。 　エンジン１１の排気通路１２に配設され、排気ガス中のＨＣにより活性化する触媒１４、１５、１６を有する後処理装置１３と、後処理装置１３に供給される排気ガスの温度が所定温度より低いときに、高沸点ＨＣ及び低沸点ＨＣを含む燃料を後処理装置１３より上流側の排気通路１２に供給する燃料供給手段２３と、後処理装置１３と燃料供給手段２３との間の排気通路１２に配設され、燃料供給手段２３から排気通路１２内に供給された燃料に含まれるＨＣの内、高沸点ＨＣを吸着し低沸点ＨＣを通過させるＨＣトラップ触媒１７とを備える。

Description

排気ガス浄化システム
　本発明は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中のＨＣにより活性化する触媒を有する後処理装置を備えた排気ガス浄化システムに関するものである。
　ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物質）及びＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量は、ＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）等と共に年々規制が強化されてきており、規制の強化に伴いエンジンの改良のみでは規制値に対応できなくなっており、エンジンから排出されるこれらの物質を排気ガス浄化システムで低減する技術が採用されてきている。
　ＰＭに対してはＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）システムと呼ばれるシステムが開発され、ＮＯｘに対してはＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）が開発されている（特許文献１等参照）。
　ＤＰＦシステムは、フィルタにＰＭを溜めて、燃焼制御によりフィルタに溜めたＰＭを燃やすシステムである。このＤＰＦシステムは、通常、ＤＰＦ（フィルタ）と、このＤＰＦの前段に配置されるＤＯＣ（酸化触媒）とを有しており、ポスト噴射やエンジンの排気通路内への燃料添加によりＤＯＣを昇温させて、昇温させた排気ガスによってＤＰＦに溜めたＰＭを燃焼させるものである。
　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）は、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときにＮＯｘを放出し、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ2（水素）等でＮＯｘを還元する触媒システムである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒をディーゼルエンジンに使用する場合、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にするために、ＥＧＲ（排気ガス再循環）、ポスト噴射やエンジンの排気通路内への燃料添加が用いられる。
　触媒を昇温する手段やＮＯｘを還元する手段としては、ポスト噴射が一般的に用いられるが、ポスト噴射は、オイル希釈や、ＥＧＲとの併用でスモークが悪化する問題がある。他方、エンジンの排気通路内への燃料添加は、エンジンの燃焼に影響しないので、上記のオイル希釈やスモーク悪化等の問題を回避できる有効な手段である。
特開２００５－７６４９５号公報
　上述のＤＰＦシステム及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）は共に触媒を使用するため、使用可能下限温度は触媒活性（ライトオフ性能）に左右される。
　ＤＰＦシステムの場合、排気ガスの温度が低い場合は多段噴射（パイロット噴射＋メイン噴射）等で排気ガスの温度を上昇させ、排気ガスの温度がライトオフ温度に到達した時点でポスト噴射等を行う。
　ＤＰＦシステムにおいて、エンジンの排気通路内への燃料添加を触媒を昇温する手段やＮＯｘを還元する手段として用いる場合、燃料（軽油）には様々なＨＣ種が含まれ、低温時は高沸点ＨＣは触媒活性には利用され難いので、ポスト噴射よりも使用可能温度が高くなる問題がある。
　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）において、エンジンの排気通路内への燃料添加によるＮＯｘ還元を行う場合も、ＤＰＦと同様の問題がある。
　そこで、本発明の目的は、低温時に触媒活性やＮＯｘ還元を適切に行うことができる排気ガス浄化システムを提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中のＨＣにより活性化する触媒を有する後処理装置と、該後処理装置に供給される排気ガスの温度が所定温度より低いときに、高沸点ＨＣ及び低沸点ＨＣを含む燃料を上記後処理装置より上流側の上記排気通路に供給する燃料供給手段と、上記後処理装置と上記燃料供給手段との間の上記排気通路に配設され、上記燃料供給手段から上記排気通路内に供給された燃料に含まれるＨＣの内、高沸点ＨＣを吸着し低沸点ＨＣを通過させるＨＣトラップ触媒とを備えるものである。
　ここで、上記燃料供給手段は、上記排気通路の上記ＨＣトラップ触媒よりも上流側に配設され、上記ＨＣトラップ触媒に吸着される高沸点ＨＣ及び上記ＨＣトラップ触媒を通過させる低沸点ＨＣを含む燃料を噴射する排気燃料噴射弁を有しても良い。
　また、上記ＨＣトラップ触媒に供給される排気ガスの温度を検出する温度検出手段と、上記排気燃料噴射弁を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された排気ガスの温度が上記所定温度よりも低いときに、上記ＨＣトラップ触媒で吸着可能な高沸点ＨＣが含まれる燃料の噴射量を求め、求めた噴射量の燃料を上記排気燃料噴射弁により上記排気通路内に噴射するものであっても良い。
　また、上記ＨＣトラップ触媒は、ゼオライト触媒であっても良い。
　本発明によれば、低温時に触媒活性やＮＯｘ還元を適切に行うことができるという優れた効果を発揮するものである。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化システムの概略図である。 図２は、別の実施形態に係る排気ガス浄化システムの概略図である。 図３は、コントローラによる処理フローの一例を示す図である。
符号の説明
　１０　排気ガス浄化システム
　１１　エンジン（ディーゼルエンジン）
　１２　排気通路
　１３　後処理装置
　１４　酸化触媒（触媒）
　１５　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（触媒）
　１６　キャタライズド・スート・フィルタ（触媒）
　１７　ＨＣトラップ触媒
　２３　排気燃料噴射弁（燃料供給手段）
　２５　燃料噴射弁（燃料供給手段）
　以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化システムの概略図である。
　本実施形態に係る排気ガス浄化システム１０は、例えば、トラック等の車両に搭載されるディーゼルエンジンに適用されるものである。
　図１に示すように、本実施形態に係る排気ガス浄化システム１０は、ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１１の排気通路（排気管）１２に配設される後処理装置１３を備えている。本実施形態では、後処理装置１３は、上流側から順に、酸化触媒（ディーゼル酸化触媒；ＤＯＣ）１４と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）１５と、キャタライズド・スート・フィルタ（以下、ＣＳＦという）１６とを備えて構成される。
　酸化触媒１４は、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）を酸化除去するものである。例えば、酸化触媒１４は、コージェライト、ＳｉＣ、又はステンレスの構造材で形成された、多数の多角形セルを有するモノリス触媒で形成される。このセルの内壁には触媒コート層が設けられており、その触媒コート層の表面に、白金やバナジウム等の触媒金属を担持して触媒機能を発揮させている。これにより、排気ガス中のＣＯ、ＨＣを酸化反応により酸化除去することができる。
　また、ＣＳＦ１６は、所謂ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）に酸化触媒成分を付加し、フィルタ機能及び酸化機能の両方を具備するものである。例えば、ＣＳＦ１６は、多孔質のセラミックのハニカムの入口と出口とを交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、アルミナ等の無機繊維をランダムに積層したフェルト状のフィルタ等で形成することができ、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する。ＣＳＦ１６で捕集したＰＭは、上流側の酸化触媒１４或いはＣＳＦ１６自体に付加した酸化触媒成分により、酸化力の高いＮＯ2によって燃焼除去される。
　そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ2（水素）を還元剤として排気ガス中のＮＯｘを還元するものである。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５は、酸化触媒と同様にモノリス触媒で形成され、酸化アルミニウム、酸化チタン等の担持体に触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金等の貴金属酸化触媒とバリウム等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。
　このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５は、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるとき（排気ガスの酸素濃度が高いとき）に、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるとき（排気ガスの酸素濃度が低いとき）に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、放出したＮＯｘを、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ2を還元剤として、Ｎ2（窒素）に還元するものである。
　本実施形態では、排気通路１２の後処理装置１３（酸化触媒１４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５、ＣＳＦ１６）の上流側に、供給される排気ガスの温度が低温域にあるときに、排気ガス中のＨＣの内、高沸点ＨＣ（高炭素ＨＣ）を吸着し低沸点ＨＣ（低炭素ＨＣ）を通過させるＨＣトラップ触媒１７が配設されている。
　このＨＣトラップ触媒１７は、触媒担体ハニカムに、排気ガスの通路であるセルを囲む触媒コート層がコーティングされている。本実施形態では、ＨＣトラップ触媒１７としてゼオライト触媒を使用しており、上記の触媒コート層は、ゼオライト等のＨＣ吸着剤がコーティングされているＨＣ吸着剤層を含んでいる。ゼオライトの微孔構造にＨＣが吸着されるところ、分子サイズの関係で、高沸点ＨＣ（高炭素ＨＣ）はゼオライトに吸着され易く、メタン等の低沸点ＨＣ（低炭素ＨＣ）はゼオライトに吸着され難い。ＨＣトラップ触媒１７（ゼオライト）によりＨＣ（高沸点ＨＣ）を吸着可能な温度は、一般的に２００℃以下である。
　また、排気通路１２のＨＣトラップ触媒１７よりも上流側に、ＨＣトラップ触媒１７に供給される排気ガスの温度を検出する第一温度センサ（温度検出手段）１８が配設され、排気通路１２のＣＳＦ１６よりも上流側（本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５とＣＳＦ１６との間）に、ＣＳＦ１６に供給される排気ガスの温度を検出する第二温度センサ１９が配設される。排気通路１２のＣＳＦ１６よりも下流側には、ＮＯｘ濃度センサ２０が配設される。さらに、ＣＳＦ１６におけるＰＭの堆積量を推定するために、排気通路１２に、ＨＣトラップ触媒１７及び後処理装置１３（酸化触媒１４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５、ＣＳＦ１６）の上下流を連通する導通管２１が設けられ、この導通管２１に、ＨＣトラップ触媒１７及び後処理装置１３（酸化触媒１４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５、ＣＳＦ１６）の上下流の排気ガスの差圧を検出する差圧センサ２２が配設される。
　また、排気通路１３のＨＣトラップ触媒１７及び後処理装置１３（酸化触媒１４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５、ＣＳＦ１６）よりも上流側には、排気通路１２内に高沸点ＨＣ及び低沸点ＨＣを含む燃料を噴射する排気燃料噴射弁（筒外燃料噴射弁）２３（燃料供給手段）が設けられる。
　上記のセンサ（第一温度センサ１８、第二温度センサ１９、ＮＯｘ濃度センサ２０、差圧センサ２２）の出力は、エンジン１１の全般的な制御を行うと共に、ＣＳＦ１６の再生制御やＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５のＮＯｘ還元制御も行うコントローラ（制御手段）２４に入力され、このコントローラ２４によって、エンジン１１の燃料噴射用の燃料噴射弁（筒内燃料噴射弁）２５、排気燃料噴射弁２３、インテークスロットルバルブ（吸気絞り弁）２６やＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）２７等が適宜制御される。
　本実施形態に係る排気ガス浄化システム１０においては、吸気は、吸気通路２８に設けられたエアクリーナ２９、マスエアフロー（ＭＡＦ）センサ３０、ターボチャージャ３１のコンプレッサ３２、インタークーラ３３を通過して、インテークスロットルバルブ２６でその量が調整されて吸気マニホールド３４よりエンジン１１のシリンダ（燃焼室）内に導入される。
　一方、シリンダ内で発生した排気ガスは、排気マニホールド３５から排気通路１２に設けられたターボチャージャ３１のタービン３６を駆動し、後処理装置１３を通過して浄化されて、図示しない消音器を通って大気中に排出される。また、排気ガスの一部はＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路（ＥＧＲ管）３７に設けられたＥＧＲクーラ３８を通過して、ＥＧＲバルブ２７でその量が調整されて吸気マニホールド３４に再循環される。
　次に、本実施形態の作用を図３を用いて説明する。
　本実施形態では、図３に示すように、コントローラ２４は、ＨＣトラップ触媒１７に供給される排気ガスの温度が所定温度（ＨＣトラップ触媒１７のＨＣ吸着可能上限温度；本実施形態では、２００℃）よりも低いときにＨＣトラップ触媒１７で吸着可能な量の高沸点ＨＣが含まれる燃料の噴射量を求める（ステップＳ１）と共に、第一温度センサ１８で検出された排気ガスの温度Ｔ１が上記所定温度（ＨＣトラップ触媒１７のＨＣ吸着可能上限温度）より低いか否か（排気ガス温度Ｔ１＜２００℃？）を判定する（ステップＳ２）。
　本実施形態では、コントローラ２４には、排気ガスの温度に応じた燃料の噴射量がテーブル値としてメモリされている。例えば、上記テーブル値（燃料の噴射量）は、排気ガスの温度が低くなるに従い大きくなるように設定されており、実機試験等により求められる試験値に基づいて作成される。
　コントローラ２４は、第一温度センサ１８で検出された排気ガスの温度Ｔ１が上記所定温度よりも低いときには、ステップＳ１で求めた噴射量の燃料を排気燃料噴射弁２３により排気通路１２内に噴射する（ステップＳ３）と共に、排気燃料噴射弁２３による燃料の噴射終了後に、第一温度センサ１８で検出された排気ガスの温度Ｔ１が上記所定温度以上（排気ガス温度Ｔ１≧２００℃）となる時間が所定時間以上経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。
　そして、コントローラ２４は、第一温度センサ１８で検出された排気ガスの温度Ｔ１が上記所定温度以上となる時間が所定時間以上経過したときには、ステップＳ１に戻るようになっている。
　即ち、本実施形態では、ＨＣトラップ触媒１７に供給される排気ガスの温度が低温域にあるときに、予め適当な量の燃料（排気ガス温度Ｔ１＜２００℃での、ＨＣトラップ触媒１７で吸着可能な量の高沸点ＨＣが含まれる噴射量の燃料）を、排気燃料噴射弁２３により排気通路１２内に噴射し、ＨＣトラップ触媒１７にＨＣ（高沸点ＨＣ）を吸着させておき、低沸点ＨＣはＨＣトラップ触媒１７を通過させる。
　このように、ＨＣトラップ触媒１７に供給される排気ガスの温度が低温域にあるときに、燃料に含まれるＨＣの内、低温活性が低く触媒反応に不利な高沸点ＨＣをＨＣトラップ触媒１７に吸着させて、低温活性が高く触媒反応に有利な低沸点ＨＣはＨＣトラップ触媒１７を通過させて、低沸点ＨＣのみを後処理装置１３（酸化触媒１４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５、ＣＳＦ１６）に供給することにより、低温時にＣＳＦ１６の再生やＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５のＮＯｘ還元を適切に行うことができる。
　また、ＨＣトラップ触媒１７に吸着された高沸点ＨＣは、排気ガスと長時間接触することで２００℃以下でも徐々に分解されて低沸点ＨＣとなり、低沸点ＨＣとしてＨＣトラップ触媒１７の下流の後処理装置１３（酸化触媒１４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５、ＣＳＦ１６）に供給される。これにより、ＨＣトラップ触媒１７に供給したＨＣ全てを、触媒活性が高く触媒反応に有利な低沸点ＨＣとして利用することができる。
　具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５のＮＯｘ還元を行う場合、コントローラ２４は、上記のように分解の進んだ高沸点ＨＣがＨＣトラップ触媒１７に吸着されている状態で、インテークスロットルバルブ２６による吸気絞り及び燃料噴射弁２５によるタイミングリタードを実行して、ＨＣトラップ触媒１７に供給される排気ガスの温度を上昇させ、ひいてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５に供給される排気ガスの温度を上昇させるようになっている。すると、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに、分解が進んだ高沸点ＨＣ（低沸点ＨＣ化した高沸点ＨＣ）が多く含まれるリッチガスをＨＣトラップ触媒１７の下流のＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５に供給することができ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５の低温触媒活性が向上する。
　また、ＣＳＦ１６を再生する場合、コントローラ２４は、上記のように分解の進んだ高沸点ＨＣがＨＣトラップ触媒１７に吸着されている状態で、燃料噴射弁２５によるエンジン１１のシリンダ内への多段噴射（パイロット噴射＋メイン噴射）等を実行して、ＨＣトラップ触媒１７に供給される排気ガスの温度を上昇させ、ひいては酸化触媒１４に供給される排気ガスの温度を上昇させるようになっている。すると、分解が進んだ高沸点ＨＣ（低沸点ＨＣ化した高沸点ＨＣ）がＨＣトラップ触媒１７から放出されて、ＨＣトラップ触媒１７の下流の酸化触媒１４に供給されるので、エンジン１１の燃焼に影響を与えるポスト噴射を用いずに、多段噴射（パイロット噴射＋メイン噴射）等と排気通路１２内への燃料添加のみで低温からＣＳＦ１６の再生（ＰＭの燃焼）が可能となる。
　また、ＨＣトラップ触媒１７はＨＣ吸着剤として単価の安いゼオライトを使用するので、低コストでＨＣ改質機能を有する排気ガス浄化システム１０を得ることができる。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
　例えば、上記後処理装置１３をＤＰＦシステムとして使用する場合には、図２に示すように、排気通路１２にＮＯｘ吸蔵還元型触媒１５を設ける必要はない。
　また、上記燃料噴射弁２５によって、高沸点ＨＣ及び低沸点ＨＣを含む燃料を後処理装置１３より上流側の排気通路１２に供給するようにしても良い。

Claims (4)

  1. 　エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中のＨＣにより活性化する触媒を有する後処理装置と、該後処理装置に供給される排気ガスの温度が所定温度より低いときに、高沸点ＨＣ及び低沸点ＨＣを含む燃料を上記後処理装置より上流側の上記排気通路に供給する燃料供給手段と、上記後処理装置と上記燃料供給手段との間の上記排気通路に配設され、上記燃料供給手段から上記排気通路内に供給された燃料に含まれるＨＣの内、高沸点ＨＣを吸着し低沸点ＨＣを通過させるＨＣトラップ触媒とを備えることを特徴とする排気ガス浄化システム。
  2. 　上記燃料供給手段は、上記排気通路の上記ＨＣトラップ触媒よりも上流側に配設され、上記ＨＣトラップ触媒に吸着される高沸点ＨＣ及び上記ＨＣトラップ触媒を通過させる低沸点ＨＣを含む燃料を噴射する排気燃料噴射弁を有する請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  3. 　上記ＨＣトラップ触媒に供給される排気ガスの温度を検出する温度検出手段と、上記排気燃料噴射弁を制御する制御手段とを備え、
    　上記制御手段は、上記温度検出手段で検出された排気ガスの温度が上記所定温度よりも低いときに、上記ＨＣトラップ触媒で吸着可能な高沸点ＨＣが含まれる燃料の噴射量を求め、求めた噴射量の燃料を上記排気燃料噴射弁により上記排気通路内に噴射する請求項２に記載の排気ガス浄化システム。
  4. 　上記ＨＣトラップ触媒は、ゼオライト触媒である請求項１から３のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
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