(57)【要約】【課題】  NOx除去性能に優れ、かつ燃費を悪化させない内燃機関の後処理装置及び排気ガス浄化装置及びそれを用いた排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】  内燃機関１の排気管２に設けられたNOx吸蔵還元触媒11aと、NOx吸蔵還元触媒11aの上流側に設けられ、ハニカム構造を有する燃料混合管6aと、燃料混合管6aの上流側の排気管２に設けられた燃料噴射用のインジェクタ20とを有する後処理装置。【選択図】  図２
2010138783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に設けられたNOx吸蔵還元触媒と、前記NOx吸蔵還元触媒の上流側に設けられ、ハニカム構造を有する燃料混合管と、前記燃料混合管の上流側の前記排気管に設けられた燃料を噴射するインジェクタとを有することを特徴とする後処理装置。
【請求項２】
内燃機関の排気管に設けられたNOx吸蔵還元触媒と、前記NOx吸蔵還元触媒の上流側に設けられた燃料噴入部とを有し、前記燃料噴入部は、前記排気管よりも内径の大きい燃料混合管と、前記燃料混合管と前記排気管との間に設けられ、内面が下流方向にテーパ状に広がっている燃料噴入管と、前記燃料噴入管に燃料を噴射するインジェクタとを有し、前記燃料混合管がハニカム構造を有することを特徴とする後処理装置。
【請求項３】
請求項1又は２に記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタの傾きが前記排気管における排気ガスの流れ方向に対して15〜45°であることを特徴とする後処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタがホールノズル型であることを特徴とする後処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタから噴射される燃料の噴射角が40〜90°であることを特徴とする後処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタが複数設けられていることを特徴とする後処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタが円周方向に均等に設けられていることを特徴とする後処理装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタにおける燃料の噴射圧力が10〜250 MPaであることを特徴とする後処理装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタにおける燃料の１回の噴射時間が1〜20ミリ秒であることを特徴とする後処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタにおける燃料の噴射間隔は１〜60秒であることを特徴とする後処理装置。
【請求項１１】
請求項１〜10のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記NOx吸蔵還元触媒の下流にディーゼルパティキュレートフィルタが設けられていることを特徴とする後処理装置。
【請求項１２】
請求項１〜11のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記NOx吸蔵還元触媒の導入部又は導出部に酸化触媒が設けられていることを特徴とする後処理装置。
【請求項１３】
請求項１〜12のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置と、可変容量式ターボチャージャと、前記ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧EGR通路と、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気マニホールドに再循環する高圧EGR通路とを有することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項13に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記排気管に排圧調節弁が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１５】
請求項13又は14に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置を用いて排気ガスを浄化する方法であって、前記NOx吸蔵還元触媒の導入部において排気ガス中のNOxが2.0 g/kWh以下であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子状物質（PM）及び窒素酸化物（NOx）を低減する内燃機関の後処理装置及び排気ガス浄化装置及びそれを用いた排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を抑制するために、近年では燃費のよいディーゼルエンジンを搭載した自動車が注目されている。しかしディーゼルエンジンから排出される排気ガス中にはCO2，H2O，N2の他に、有害成分としてその排出量が規制されているPM，NOx等も含まれる。従って、PM，NOx等の有害成分の排出をそれぞれ抑制する必要がある。
【０００３】
排気ガス中のNOxを浄化する手段として、常時は酸素過剰のリーン雰囲気で燃焼させながらNOxを吸蔵し、ストイキ〜リッチ雰囲気で吸蔵されたNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒が提案されている。このNOx吸蔵還元触媒は、アルミナ等の酸化物担体にPt等の貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれるNOx吸蔵材とを担持してなるものである。リーン雰囲気では、排気ガス中のNOが貴金属により酸化されてNO2となり、それがNOx吸蔵材と反応して亜硝酸塩又は硝酸塩となることで吸蔵される。そしてストイキ又はリッチ雰囲気では、亜硝酸塩又は硝酸塩が分解してNOxが放出されることでNOx吸蔵材はNOx吸蔵能を回復し、放出されたNOxは雰囲気中に豊富に存在するHC、CO等の還元成分により還元される。
【０００４】
またPMを浄化する手段として、ディーゼルエンジンの排気管に設けられた目封じタイプのハニカム体からなるディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）により捕集する方法が一般に用いられている。DPFでは、PMの堆積により圧損が上昇するため、DPFの上流側にNOx吸蔵還元触媒を配置し、リーン運転時にNOxを吸蔵させ、逐次リッチ雰囲気とすることで、NOx吸蔵還元触媒から放出されたNO2をDPFに流入させてDPFに捕集されたPMを酸化浄化している。
【０００５】
NOx吸蔵還元触媒をストイキ又はリッチ雰囲気にするために、NOx吸蔵還元触媒の上流側に別途燃料噴射用のインジェクタを設ける方法が従来から用いられている。インジェクタから噴射される燃料の量とタイミングを制御することにより、NOx吸蔵還元触媒内をリーンからリッチ雰囲気まで調節する。
【０００６】
図８に示す従来のインジェクタは、排気管における排気ガスの流れ方向に対して垂直に、排気管の円周方向に４個設けられている。図９に示す従来のインジェクタ200は、排気管６の内壁に対して垂直方向にインジェクタ200の噴射口が設けられており、噴射角が140°と大きいので、インジェクタ200から噴射した燃料が排気管６の内壁に衝突し、排気管６の内壁に付着してしまう。また排気管６内の排気ガス中に燃料が十分均一に分散されないため、NOx吸蔵還元触媒内の一部で十分なストイキ又はリッチ雰囲気にならず、NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能の回復が十分でなかったり、還元されなかったN2O等が排出されてしまったりする。
【０００７】
特開2006-194088号公報（特許文献１）は、還元剤供給手段から還元剤を導入することにより、排気浄化装置に備えられるNOx吸蔵触媒の再生方法であって、NOx吸蔵触媒に流入する排気ガスの流路を制御して、NOx吸蔵触媒の一部を選択的に通過させることにより、排気ガスを通過させる領域において、排気ガス中のNOxを浄化させる一方、排気ガスを通過させない領域において、還元剤を導入して、NOx吸蔵触媒に吸着したNOxを還元反応させて除去するNOx吸蔵触媒の再生方法を開示している。しかしながら、導入された還元剤が排気管の内壁に衝突するという問題を解決するものでなく、かつNOx吸蔵触媒内に均一に燃料を分散させることは難しい。
【０００８】
【特許文献１】特開2006-194088号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明の目的は、NOx除去性能に優れ、かつ燃費を悪化させない内燃機関の後処理装置及び排気ガス浄化装置及びそれを用いた排気ガス浄化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、上流側に複数のインジェクタを有するNOx吸蔵還元触媒を有する後処理装置において、NOx吸蔵還元触媒の上流側にハニカム構造を有する燃料混合管を設けることにより、NOx除去性能に優れ、NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能の回復及び維持に優れ、かつ燃費を悪化させないことを発見し、本発明に想到した。
【００１１】
すなわち、本発明は具体的に以下の手段により達成することができる。
(1)  内燃機関の排気管に設けられたNOx吸蔵還元触媒と、前記NOx吸蔵還元触媒の上流側に設けられ、ハニカム構造を有する燃料混合管と、前記燃料混合管の上流側の前記排気管に設けられた燃料を噴射するインジェクタとを有することを特徴とする後処理装置。
(2)  内燃機関の排気管に設けられたNOx吸蔵還元触媒と、前記NOx吸蔵還元触媒の上流側に設けられた燃料噴入部とを有し、前記燃料噴入部は、前記排気管よりも内径の大きい燃料混合管と、前記燃料混合管と前記排気管との間に設けられ、内面が下流方向にテーパ状に広がっている燃料噴入管と、前記燃料噴入管に燃料を噴射するインジェクタとを有し、前記燃料混合管がハニカム構造を有することを特徴とする後処理装置。
(3)  上記(1) 又は(2) に記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタの傾きが前記排気管における排気ガスの流れ方向に対して15〜45°であることを特徴とする後処理装置。
(4)  上記(1)〜(3) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタがホールノズル型であることを特徴とする後処理装置。
(5)  上記(1)〜(4) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタから噴射される燃料の噴射角が40〜90°であることを特徴とする後処理装置。
(6)  上記(1)〜(5) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタが複数設けられていることを特徴とする後処理装置。
(7)  上記(1)〜(6) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタが円周方向に均等に設けられていることを特徴とする後処理装置。
(8)  上記(1)〜(7) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタにおける燃料の噴射圧力が10〜250 MPaであることを特徴とする後処理装置。
(9)  上記(1)〜(8) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタにおける燃料の１回の噴射時間が1〜20ミリ秒であることを特徴とする後処理装置。
(10)  上記(1)〜(9) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記インジェクタにおける燃料の噴射間隔は１〜60秒であることを特徴とする後処理装置。
(11)  上記(1)〜(10) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記NOx吸蔵還元触媒の下流にディーゼルパティキュレートフィルタが設けられていることを特徴とする後処理装置。
(12)  上記(1)〜(11) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置において、前記NOx吸蔵還元触媒の導入部又は導出部に酸化触媒が設けられていることを特徴とする後処理装置。
(13)  上記(1)〜(12) のいずれかに記載の内燃機関の後処理装置と、可変容量式ターボチャージャと、前記ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧EGR通路と、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気マニホールドに再循環する高圧EGR通路とを有することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
(14)  上記(13) に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記排気管に排圧調節弁が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
(15)  上記(13) 又は(14) に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置を用いて排気ガスを浄化する方法であって、前記NOx吸蔵還元触媒の導入部において排気ガス中のNOxが2.0 g/kWh以下であることを特徴とする方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の後処理装置は、NOx吸蔵還元触媒の上流側に形成されたハニカム構造の燃料噴入部にインジェクタにより燃料を噴入しているので、低燃費でNOx除去性能に優れ、NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能の回復及び維持に優れている。かかる後処理装置と低圧EGR通路及び高圧EGR通路とを組み合わせた排気ガス浄化装置によれば、PM及びNOxの両方を低減することができ、低燃費で安定した排気ガス浄化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例による後処理装置を備えた内燃機関の一例を示す。図１に示す内燃機関１は、６気筒エンジンであり、吸気側に吸気管２及び吸気マニホールド４を有し、排気側に排気マニホールド５及び排気管６を有し、吸気側の新気を過給するための可変容量式ターボチャージャ10が設けられている。内燃機関１はさらに、ターボチャージャ10のタービン10bより下流の排気管６から排気ガスの一部を抜き出してターボチャージャ10のコンプレッサ10aより上流の吸気管へ再循環する低圧EGR通路７と、排気マニホールド５から排気ガスの一部を抜き出して吸気マニホールド４に再循環する高圧EGR通路８，９と、排気管６に設けらた後処理装置11とを有する。低圧EGR通路７には、低圧EGRクーラ7a及び低圧EGRバルブ7bが備えられており、高圧EGR通路８，９には、高圧EGRクーラ8a，9a及び高圧EGRバルブ8b，9bがそれぞれ備えられている。内燃機関１としては、圧縮比が13以上のディーゼルエンジンを好適に用いることができる。
【００１４】
低圧EGR通路７の内径は20〜70 mmであるのが好ましく、35〜60 mmであるのがより好ましい。低圧EGR通路７の内径が20 mm以上であると、低圧低温で高EGR率（EGRガス量／吸気の総量）を実現することができる。低圧EGR通路７の内径が70 mmを超えるとEGR率の調整が困難になる。高圧EGR通路８，９の内径は20〜80 mmであるのが好ましく、25〜60 mmであるのがより好ましい。
【００１５】
吸気管２のターボチャージャ10のコンプレッサ10aより下流側にはインタクーラ３が設けられており、流量調整弁12を介して、吸気分岐管2a及び2bの二股に分かれている。吸気分岐管2aは吸気マニホールド４の第１の吸気マニホールド4aに接続し、吸気分岐管2bは吸気マニホールド４の第２の吸気マニホールド4bに接続している。EGR通路８は第２の吸気マニホールド4bに接続しており、EGR通路９は第１の吸気マニホールド4aに接続している。
【００１６】
ターボチャージャ10の圧力比は2.0以上であるのが好ましく、2.5以上であるのがより好ましく、3.0以上であるのが特に好ましい。ターボチャージャ10の圧力比を3.0以上にすることにより、高EGR率でありながらもPMの排出量を抑えることができる。ターボチャージャ10のコンプレッサ10aはチタン合金からなるのが好ましく、タービン10bは耐熱合金、チタンアルミ合金等の軽量かつ高強度材からなるのが好ましい。コンプレッサハウジングは高強度の鋳鉄材からなるのが好ましい。それによりターボチャージャ10の圧力比3.0以上という高圧力比を実現することができる。
【００１７】
後処理装置11は、図２に示すように、排気管６の上流から、２段のNOx吸蔵還元触媒11a，酸化触媒11b及びディーゼルパティキュレートフィルタ11cを有する。図２に示すように、後処理装置11の上流側には排気管６よりも大きい内径を有し、内部がハニカム構造である燃料混合管6aが設けられており、燃料混合管6aと燃料混合管6aの上流側の排気管６との間に内径が下流方向にテーパ状に広がっている燃料噴入管6bとが設けられており、燃料噴入管6bのテーパ面に燃料を噴射するコモンレール型のインジェクタ20が円周方向に均等に８個設けられている。
【００１８】
インジェクタ20が燃料噴入管6bに取り付けられている様子を図４に示す。インジェクタ20から燃料を噴射することにより、NOx吸蔵還元触媒11a内の雰囲気をリーン雰囲気からリッチ雰囲気に調節することができる。燃料混合管6a内をハニカム構造にすることにより、インジェクタ20から噴射した燃料が燃料混合管6aの内壁に衝突する量を低減させ、燃料混合管6aの内壁に燃料が付着するのを防ぐことができ、燃費の悪化を防止できる。また燃料が燃料混合管6a内に均一に分散するので、NOx吸蔵還元触媒内を均一にストイキ又はリッチ雰囲気にすることができ、優れたNOx吸蔵還元触媒の吸蔵回復能が得られる。
【００１９】
インジェクタ20の噴射口の向きの排気管６における排気ガスの流れ方向に対する傾きθは15〜45°であるのが好ましく、20〜40°であるのがより好ましい。またインジェクタ20から噴射される燃料の噴射角は40〜90°であるのが好ましく、45〜75°であるのがより好ましい。このように、燃料噴射方向を排気ガスの流れ方向に対して傾いたインジェクタ20を円周方向に均等に複数設け、かつ狭い噴射角で燃料を噴射することにより、インジェクタ20から噴射した燃料の燃料混合管6aの内壁への衝突量を低減させ、かつ燃料を均一に分散させることができる。
【００２０】
燃料噴入管6bのテーパ面は排気ガスをスムーズに流すことができるように30°程度に傾斜しているのが好ましい。燃料噴入管6bのテーパ面にインジェクタ20を設けて、燃料を噴射させることにより、インジェクタ20から噴射される燃料を燃料混合管6a内に均一に分散させることができる。さらに排気管６の内壁に衝突する燃料の量を低減できる。
【００２１】
インジェクタ20における燃料の噴射圧力は10〜250 MPaであるのが好ましく、30〜180 MPaであるのがより好ましい。インジェクタ20における燃料の噴射圧力が10 MPa未満であると、燃料の蒸発が促進されないのでNOx吸蔵還元触媒11aの再生が十分でなく、インジェクタ20における燃料の噴射圧力が250 MPa超であると、燃料ポンプの駆動力が過大となり燃費が悪化する。インジェクタ20は噴射圧力が高い燃料噴射に好適なホールノズル型であるのが好ましい。
【００２２】
燃料混合管6aの内径は100〜500 mmであるのが好ましく、150〜400 mmであるのがより好ましい。燃料混合管6aの内径が100 mm未満であると、インジェクタ20から噴射した燃料の排気管６の内壁への衝突量が多く、燃料の拡散も不十分である。また燃料混合管6aの内径が500 mm超であると、噴射された燃料が希釈化されるので好ましくない。
【００２３】
図３にインジェクタ20及びそのコモンレールシステムの制御ユニットを示す。コモンレールシステムを用いることにより、コモンレールから所定の噴射圧力及び噴射量の燃料を効果的にあらゆる時点で取り出すことができる。燃料添加装置コントローラがエンジンECU制御盤に接続されており、エンジンECU制御盤から内燃機関１の機関速度、アクセル開度、負荷、吸入空気量等の情報を燃料添加装置コントローラに送り、排気管の排出口付近に設けられたセンサからNOx濃度、排気ガス温度等の情報を燃料添加装置コントローラに送ることにより、それらの情報をもとに、燃料ポンプのモータに信号を送り、コモンレールの燃料噴射量、燃料噴射圧力等を制御する。それと同時に、燃料添加装置コントローラはドライバを介してインジェクタ20の電子弁を制御している。
【００２４】
NOx吸蔵還元触媒11aは、アルミナ等の酸化物担体にPt等の貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれるNOx吸蔵材とを担持してなる。酸化触媒11bとしては、Pt等を酸化物担体に担持してなる触媒を用いることができる。
【００２５】
ディーゼルパティキュレートフィルタ11cは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排気ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排気ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁とにより構成される。
【００２６】
後処理装置11の下流側には排圧調節弁30が設けられている。排圧調節弁30の開度を調節することにより、低圧EGR通路７によるEGR率を調節するとともに、排出されるNOx，PM等を削減できる。
【００２７】
本発明のインジェクタの本数は特に限定されず、１個でも良い。また本発明の排気ガス浄化装置における後処理装置の構成はこれに限らず、本発明の思想の範囲内であれば適宜設定可能である。例えば、NOx吸蔵還元触媒11aは１段でも良いし、NOx吸蔵還元触媒11aの前段に酸化触媒11bを設けても良い。
【００２８】
低圧EGR通路７においても、排気管６に設けられている後処理装置11と同様の後処理装置を設けても良い。それにより、EGR通路にも後処理装置を設けることにより、排出されるNOx，PM等をさらに削減することができる。
【００２９】
本発明の別の実施例による後処理装置を図５に示す。図２の後処理装置と共通する部分には同じ符号を付している。この後処理装置では、燃料混合管6aとNOx吸蔵還元触媒11aとの間に排気管拡経部6cが設けられている。排気管拡経部6cの流入側の開口経は燃料混合管6aの排出側の開口経と一致しており、排気管拡経部6cの排出側の開口経は燃料混合管6aの流入側の開口経と一致している。これにより、燃料混合管6aにより均一に分散された燃料は、均一を維持しつつ排気管壁への衝突を抑え、NOx吸蔵還元触媒11aに導入される。
【００３０】
吸気管２に導入された吸気はターボチャージャ10のコンプレッサ10aにより加圧され、インタクーラ３により冷却された後、流量調整弁12を介して吸気分岐管2a及び2bに送られる。吸気分岐管2a及び2bから吸気マニホールド4a及び4bを介して６気筒の内燃機関１の３気筒ずつにそれぞれ送られ、各気筒を通って排気マニホールド５に送られる。吸気マニホールド4aを接続する気筒から排出された排気ガスの一部は、高圧EGR通路８を通って吸気分岐管2bに送られ、吸気マニホールド4bを接続する気筒から排出された排気ガスの一部は、高圧EGR通路９を通って吸気分岐管2aに送られる。
【００３１】
高圧EGR通路８及び９に送られたもの以外の残りの排気ガスはターボチャージャ10のタービン10bを駆動させながら排気管６に送られる。排気管６に送られた排気ガスの一部は低圧EGR通路７を通ってコンプレッサ10aの上流側の吸気管２に送られる。残りの排気ガスは後処理装置11と排圧調節弁30とを介して車外へ排出される。ターボチャージャの上流に排気ガスを送る低圧EGRとターボチャージャの下流に排気ガスを送る高圧EGRとを組み合わせているので、広範囲でのEGRが可能であり、EGR率と過給圧とをそれぞれ目標値に設定でき、NOx，PM等を削減するとともに燃費も向上することができる。
【００３２】
高圧EGR通路８及び９により、排気マニホールド５から排出された高圧の排気ガスを高圧EGRクーラ8a及び9aにより冷却してから吸気分岐管2a及び2bに送ることにより、吸気マニホールド4a及び4bに送られる吸気が冷却される。高圧EGR率が上昇すると、排気ガスにおけるNOxの含有量が削減されるが、PMの含有量が上昇する。また低圧EGR通路７により、排気管６の排気ガスの一部を吸気管２に送ることにより、車外へ排出されるNOx，PM等を削減できる。低圧EGR通路７により排気ガスの一部をコンプレッサ10aの上流側の吸気管２に送るので、低圧EGR率を上昇させてもPMの含有量の上昇は抑えられる。従って、高圧EGR通路８及び９と低圧EGR通路７とを組み合わせて用いることにより、排気ガスに含まれるNOx及びPMの両方を低減させることができる。
【００３３】
低圧EGR率と高圧EGR率との比率は、正味平均有効圧（BMEP）等の運転条件に合わせて適宜設定可能であるが、高圧EGR率／（高圧EGR率＋低圧EGR率）＝0.2〜0.7であるのが好ましい。高圧EGR率が高すぎればNOxを低減できるが、PM量が多くなりすぎ、低圧EGR率が高すぎると空気過剰率が上昇し、スモークの排出量が増加する。高圧EGR通路８及び９に送られる排気ガスの割合である高圧EGR率は、高圧EGRバルブ8a及び8bにより適宜調節され、低圧EGR通路７に送られる排気ガスの割合である低圧EGR率は、低圧EGRバルブ8cと排圧調節弁30とにより適宜調節することができる。排圧調節弁30により、車外に排出される排気ガス量及び低圧EGR通路７に送られる排気ガス量を調節することができる。
【００３４】
後処理装置11に送られる排気ガスに含まれるNOxの量は2.0 g/kWh未満であるのが好ましく、1.5 g/kWh以下であるのがより好ましく、1.0 g/kWh以下であるのが特に好ましい。後処理装置11の導入部におけるNOxの量が2.0 g/kWh以上であると、NOx吸蔵還元触媒11aの処理能力の限界を超えてしまうため、還元剤の燃料を多く噴射し、燃費が悪化する。低圧EGR通路７の内径を広く設定することにより、低圧EGR率の設定幅が広くすることができる。それにより、低圧EGR率及び高圧EGR率の比率を幅広い範囲で調整をすることができる。
【００３５】
後処理装置11に送られる排気ガスに含まれるPMの量は0.15 g/kWh未満であるのが好ましく、0.10 g/kWh以下であるのがより好ましい。PMの量が0.15 g/kWh以上であると、ディーゼルパティキュレートフィルタ11cにPMが大量にたまり、インジェクタ20から燃料噴射の回数を多くする必要がある。またインジェクタ20から燃料噴射をしたときの後処理装置11の温度が高くなりすぎる。
【００３６】
後処理装置11に送られた排気ガスは、まずNOx吸蔵還元触媒11aに流入する。インジェクタ20を燃料噴射しない状態ではNOx吸蔵還元触媒11a内はリーン雰囲気になり、NOx吸蔵還元触媒11aにNOxが吸蔵される。NOx吸蔵還元触媒11aに吸蔵されるNOx量は後処理装置11の両側に設けられたNOxセンサ40により検出する。図６に示すように、NOx吸蔵量が一定の量（図中の点線）に達したときに、インジェクタ20から燃料を噴射することにより、NOx吸蔵還元触媒11a内をストイキ〜リッチ雰囲気にし、NOxを放出させる。放出されたNOxはストイキ〜リッチ雰囲気中に豊富に存在するHC，CO等の還元成分によりN2に還元される。予め算出されたNOx吸蔵量から噴射回数を決定し、所定の噴射回数に到達したときに燃料の噴射を中止する。
【００３７】
燃料噴射開始時のNOx吸蔵量はNOx吸蔵還元触媒11aの全容量の１／４〜１／３程度であるのが好ましい。燃料噴射開始時の後処理装置11の入口温度は200℃程度であるのが好ましく、燃料噴射開始時の後処理装置11の出口温度は180℃程度であるのが好ましく、インジェクタ20から燃料噴射をしたときの後処理装置11内のピーク温度が400℃以下であるのが好ましい。後処理装置11内の温度が高すぎると、後処理装置11から排出される排気ガス中のNOx量が増加する。
【００３８】
インジェクタ20からの燃料噴射は図７に示すように断続的に行われるが、１回の噴射時間は1〜20ミリ秒であるのが好ましく、その噴射間隔は1〜60秒であるのが好ましく、3〜30秒であるのがより好ましい。噴射間隔が1秒／回未満であると、リッチスパイクの形成が困難であり、噴射間隔が60秒超であれば、NOx吸蔵量の増加および触媒温度の低下が起こり、燃料噴射の効果が薄い。インジェクタ20の燃料噴射量及び噴射間隔は上述したコモンレールシステムにより制御する。
【００３９】
NOx吸蔵還元触媒11aの導出部に設けられた酸化触媒11bにより、NOx吸蔵還元触媒11aから排出されたN2や、NOx吸蔵還元触媒11aにより還元しきれなかったN2O等の一部をNO2に酸化させる。
【００４０】
酸化触媒11bの下流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ11cによりPMを捕集する。ディーゼルパティキュレートフィルタ11cの上流側に配置された酸化触媒11bから放出されたNO2をディーゼルパティキュレートフィルタ11cに流入させて捕集されたPMを酸化浄化する。これによりPMの堆積による圧損の上昇を防ぐことができる。
【００４１】
以上、図１〜図７を参照して内燃機関に用いる本発明の後処理装置及び排気ガス浄化装置、及びそれを用いた排気ガス浄化方法を説明してきたが、本発明の後処理装置及び排気ガス浄化装置、及びそれを用いた排気ガス浄化方法はこれらのものに限定されず、本発明の趣旨を満たす範囲内であれば、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の後処理装置を備えた内燃機関の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の後処理装置を示す概略図である。
【図３】本発明の後処理装置のコモンレールシステムを示す概略図である。
【図４】本発明の後処理装置のインジェクタを示す断面図である。
【図５】本発明の別の後処理装置を示す正面図である。
【図６】燃料の添加とNOxの吸蔵量との関係を示すグラフである。
【図７】燃料の添加とNOxの吸蔵量との関係を示すグラフである。
【図８】従来の後処理装置のインジェクタを示す断面図である。
【図９】従来の後処理装置のインジェクタを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・内燃機関
２・・・吸気管
2a，2b・・・吸気分岐管
３・・・インタクーラ
４・・・吸気マニホールド
4a・・・第１の吸気マニホールド
4b・・・第２の吸気マニホールド
５・・・排気マニホールド
６・・・排気管
6a・・・燃料混合管
6b・・・燃料噴入管
７・・・低圧EGR通路
7a・・・低圧EGRクーラ
7b・・・低圧EGRバルブ
８，９・・・高圧EGR通路
8a，9a・・・高圧EGRクーラ
8b，9b・・・高圧EGRバルブ
10・・・ターボチャージャ
10a・・・コンプレッサ
10b・・・タービン
11・・・後処理装置
11a・・・NOx吸蔵還元触媒
11b・・・酸化触媒
11c・・・ディーゼルパティキュレートフィルタ
12・・・流量調整弁
20・・・コモンレール型のインジェクタ
30・・・排圧調節弁
40・・・NOxセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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