(57)【要約】【課題】オゾンのリーク量を低下した排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気管２には、ＮＯｘ吸蔵触媒３とＤＰＦ４とが設けられ、ＮＯｘ吸蔵触媒３よりも上流側にＮＯｘセンサ５が設けられ、ＤＰＦ４よりも下流側にオゾンセンサ９が設けられている。ＮＯｘセンサ５とＮＯｘ吸蔵触媒３との間において、排気管２には、オゾン供給管６を介してオゾン供給装置７が連通されている。ＥＣＵ８は、ＮＯｘセンサ５の検出値及びディーゼルエンジン１の稼働状態から、ディーゼルエンジン１から排出されるＮＯの排出量を算出し、オゾン供給装置７から供給されるオゾンの量を、算出されたＮＯのモル数の少なくとも等量以上になるように調整し、オゾンセンサ９の検出値によって、ＤＰＦ４からオゾンがリークしていることを検知したら、オゾン供給装置７のオゾン供給量を徐々に低下する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排ガスが流通する排気管に設けられたＮＯｘ浄化手段と、
該ＮＯｘ浄化手段よりも下流側で前記排気管に設けられたＤＰＦと、
前記ＮＯｘ浄化手段にオゾンを供給するオゾン供給手段と、
前記内燃機関から排出されるＮＯｘの排出量を検出するＮＯｘ排出量検出手段と
を備え、
該ＮＯｘ排出量検出手段の検出値に基づいて、前記オゾン供給手段は、排出されるＮＯのモル数と少なくとも等量以上となるようにオゾン供給量を調整する排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記ＤＰＦからのオゾンのリークを検出するオゾンリーク検出手段を備え、
該オゾンリーク検出手段が前記ＤＰＦからのオゾンのリークを検出した場合には、前記オゾン供給手段からのオゾンの供給量を低下する、請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ＤＰＦよりも下流側で前記排気管に設けられたオゾントラップ部材を備える、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記オゾン供給手段は、前記ＮＯｘ浄化手段と前記ＤＰＦの両方にオゾンを供給する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化剤としてオゾンを使用してＮＯをＮＯ２等の高次のＮＯｘに酸化し、これをＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸着させて還元・分解することにより、排ガスからＮＯｘを除去する排ガス浄化装置が、例えば特許文献１〜３に開示されている。特に特許文献１に記載の排ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵反応を促進するために、ＮＯに対するオゾンのモル比が１よりも大きくなるように、オゾンの供給量を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６３８８７号公報
【特許文献２】特開２００９−２８１２９０号公報
【特許文献３】特開２００７−７７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＮＯに対するオゾンのモル比が１よりも大きくなるようにオゾンを供給すると、ＮＯの酸化に使用されなかったオゾンが大気中へ排出されるといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、オゾンのリーク量を低下した排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる排ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスが流通する排気管に設けられたＮＯｘ浄化手段と、ＮＯｘ浄化手段よりも下流側で排気管に設けられたＤＰＦと、ＮＯｘ浄化手段にオゾンを供給するオゾン供給手段と、内燃機関から排出されるＮＯｘの排出量を検出するＮＯｘ排出量検出手段とを備え、ＮＯｘ排出量検出手段の検出値に基づいて、オゾン供給手段は、排出されるＮＯのモル数と少なくとも等量以上となるようにオゾン供給量を調整する。ＮＯの酸化に使用されなかったオゾンは、ＤＰＦに捕捉されたパティキュレートマター（ＰＭ)を酸化することにより消費される。
ＤＰＦからのオゾンのリークを検出するオゾンリーク検出手段を備え、オゾンリーク検出手段がＤＰＦからのオゾンのリークを検出した場合には、オゾン供給手段からのオゾンの供給量を低下してもよい。
ＤＰＦよりも下流側で前記排気管に設けられたオゾントラップ部材を備えてもよい。
オゾン供給手段は、ＮＯｘ浄化手段とＤＰＦの両方にオゾンを供給してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ＮＯの酸化に使用されずにＮＯｘ浄化手段からリークしたオゾンは、ＤＰＦに捕捉されたＰＭを酸化することにより消費されるので、オゾンのリーク量を低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【図２】実施の形態２に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【図３】実施の形態３に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【図４】実施の形態４に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る排ガス浄化装置を備えた内燃機関の構成模式図を図１に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１には、排ガスが流通する排気管２が接続されており、排気管２には、ＮＯｘ浄化手段であるＮＯｘ吸蔵触媒３と、ＤＰＦ４とが設けられている。また、排気管２には、ＮＯｘ吸蔵触媒３よりも上流側に、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ５が設けられ、ＤＰＦ４よりも下流側に、排ガス中のオゾン濃度を検出するオゾンセンサ９が設けられている。ここで、ＮＯｘセンサ５は、ディーゼルエンジン１から排出されるＮＯｘの排出量を検出するＮＯｘ排出量検出手段を構成し、オゾンセンサ９は、ＤＰＦ４からのオゾンのリークを検出するオゾンリーク検出手段を構成する。ＮＯｘセンサ５とＮＯｘ吸蔵触媒３との間において、排気管２には、オゾン供給管６の一端が接続され、オゾン供給管６の他端には、ＮＯｘ吸蔵触媒３にオゾンを供給するオゾン供給手段であるオゾン供給装置７が接続されている。ＮＯｘセンサ５と、オゾン供給装置７と、オゾンセンサ９とはそれぞれ、ディーゼルエンジン１の運転を制御するための制御装置であるＥＣＵ８に電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ８には、ディーゼルエンジン１の運転状況、すなわち回転数や燃料噴射量等の情報が電気的に伝達されるようになっている。
【００１０】
次に、この実施の形態１に係る排ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１の起動時は、排気管２を流通する排ガスの温度が低く、ＮＯｘ吸蔵触媒３の触媒活性が低いため、ＥＣＵ８は、ＮＯｘ処理能力を上昇するためにオゾン供給装置７からオゾンを供給させる。ＥＣＵ８は、ＮＯｘセンサ５の検出値及びディーゼルエンジン１の稼働状態から、ディーゼルエンジン１から排出されるＮＯの排出量を算出し、オゾン供給装置７から供給されるオゾンの量を、算出されたＮＯのモル数の少なくとも等量以上になるように、好ましくは、算出されたＮＯに対するモル比が１よりも大きくなるように、さらに好ましくは、算出されたＮＯに対するモル比が２よりも大きくなるように調整する。
【００１１】
ＮＯｘ吸蔵触媒３に排ガス及びオゾンが流入すると、オゾンが酸化剤となって、排ガス中のＮＯをＮＯ２等に酸化し、ＮＯ２等が、ＮＯｘ吸蔵触媒３に吸着されて還元・分解される。オゾン供給量が少なくともＮＯの排出量以上に調整されることにより、ディーゼルエンジン１の運転状況の変動によって、排出されるＮＯｘ量が変動しても、それに追随して、ＮＯの排出量以上のオゾンがＮＯｘ吸蔵触媒３に供給されるようになるので、ＮＯｘ吸蔵反応が促進される。  
【００１２】
ＮＯの排出量以上のオゾンがＮＯｘ吸蔵触媒３に供給されることにより、ＮＯの酸化反応に使用されなかったオゾンがＮＯｘ吸蔵触媒３からリークする。ＮＯｘ吸蔵触媒３からリークしたオゾンは、ＤＰＦ４に流入するが、ＤＰＦ４には、排ガス中に含まれるＰＭが捕捉されており、オゾンは、ＤＰＦ４において、ＤＰＦ４に捕捉されているＰＭを酸化することにより消費される。これにより、ＤＰＦ４からリークして大気中へ排出されるオゾン量が低減される。また、ＮＯｘ吸蔵触媒３からオゾンがリークする場合には、ＤＰＦ４に捕捉されたＰＭは常に、オゾンによって酸化除去されるので、ＤＰＦ４の再生周期が長くなる。
【００１３】
オゾンの供給量が特に多い場合やＤＰＦ４に捕捉されているＰＭ量が少ない場合には、ＤＰＦ４においてオゾンを消費しきれないので、ＤＰＦ４から流出する排ガス中にさらにオゾンが含まれてしまう。ＤＰＦ４から流出する排ガス中にオゾンが含まれるか否かは、オゾンセンサ９によって検出されたオゾン濃度の値によって判定される。ＥＣＵ８は、オゾンセンサ９の検出値によって、ＤＰＦ４からオゾンがリークしていることを検知したら、オゾン供給装置７のオゾン供給量をＮＯのモル数の少なくとも等量以上の範囲で徐々に低下していき、オゾンセンサ９の検出値がゼロ、あるいは、オゾンセンサ９の検出可能な下限値となるようにする。これにより、大気中へ排出されるオゾン量が極力低減される。
【００１４】
このように、ＮＯの酸化に使用されずにＮＯｘ吸蔵触媒３からリークしたオゾンは、ＤＰＦ４に捕捉されたＰＭを酸化することにより消費されるので、オゾンのリーク量を低下することができる。さらに、オゾンセンサ９の検出値によってＤＰＦ４からのオゾンのリークを検知したら、ＥＣＵ８は、オゾン供給装置７のオゾン供給量を徐々に低下することにより、大気中へ排出されるオゾン量を極力低減することができる。
【００１５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、オゾンリーク検出手段の構成を変更したものである。
図２に示されるように、ＤＰＦ４の差圧を検出するための差圧計１０が設けられ、差圧計１０は、ＥＣＵ８に電気的に接続されている。その他の構成は、オゾンセンサ９がないことを除いて、実施の形態１と同じである。
【００１６】
差圧計１０の検出値により、ＤＰＦ４にＰＭが捕捉されているか否かを検知することができるが、ＤＰＦ４にＰＭが捕捉されていれば、ＮＯｘ吸蔵触媒３からリークするオゾンは、ＤＰＦ４においてＰＭを酸化することにより消費されるので、ＤＰＦ４からオゾンはリークしないと考えることができる。従って、実施の形態２においては、差圧計１０がオゾンリーク検出手段を構成する。そこで、ＥＣＵ８に予め、差圧計１０の基準差圧を設定しておき、差圧計１０の検出値が基準差圧を下回った場合には、ＤＰＦ４にＰＭが捕捉されていない、あるいは捕捉されているＰＭ量が少ないので、ＥＣＵ８は、ＤＰＦ４でオゾンが消費されきれずに、ＤＰＦ４からオゾンがリークしていると判定する。この場合、ＥＣＵ８は、オゾン供給装置７のオゾン供給量をＮＯのモル数の少なくとも等量以上の範囲で徐々に低下していき、差圧計１０の検出値が基準差圧以上となるようにする。
【００１７】
このように、ＤＰＦ４の差圧計１０をオゾンリーク検出手段として使用しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。尚、実施の形態２において、オゾンリーク検出手段は差圧計１０に限定するものではなく、ＤＰＦ４にＰＭが捕捉されているか否かを検知できるものであれば、どのようなものであってもよい。
【００１８】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る排ガス浄化装置について説明する。この発明の実施の形態３に係る排ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、ＤＰＦ４の下流側にオゾンを分解する部材を設けたものである。
【００１９】
図３に示されるように、排気管２には、ＤＰＦ４の下流側に、オゾントラップ部材であるオゾン分解フィルター１５が設けられている。オゾン分解フィルター１５は、網目構造の多孔質セラミックスにニッケル酸化物を担持したものである（例えば、特開２００６−１５０２９０号公報等を参照）。その他の構成は、オゾンセンサ９がないことを除いて、実施の形態１と同じである。
【００２０】
実施の形態１と同様に、ＤＰＦ４においてオゾンを消費しきれないためにＤＰＦ４からオゾンがリークしたとしても、ＤＰＦ４からリークするオゾンはオゾン分解フィルター１５によって分解され、オゾン濃度を極力低減した排ガスが大気中へ排出される。このように、ＤＰＦ４の下流側に、オゾンを分解するオゾン分解フィルター１５を設けることによっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態３では、オゾン分解フィルター１５として、網目構造の多孔質セラミックスにニッケル酸化物を担持したものを使用したが、これに限定するものではない。オゾンを分解可能なあらゆる公知の構成を使用してもよい。また、オゾントラップ部材として、オゾンを分解可能なものを使用したが、これに限定するものではない。オゾンを分解しなくても、オゾンを吸着等によりトラップして、排ガスからオゾンを除去する部材であってもよい。
【００２２】
実施の形態３において、オゾン分解フィルター１５の下流側に、実施の形態１と同じオゾンセンサ９を設け、オゾン分解フィルター１５から流出する排ガス中にさらにオゾンが含まれていることを検知した場合には、実施の形態１と同様の動作によって、オゾン供給装置７のオゾン供給量を低下するようにしてもよい。
【００２３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る排ガス浄化装置について説明する。この発明の実施の形態４に係る排ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、ＤＰＦ４にもオゾンを供給可能となるように変更したものである。
図４に示されるように、オゾン供給バイパス管２１の一端がオゾン供給管６に接続され、オゾン供給バイパス管２１の他端が、ＮＯｘ吸蔵触媒３とＤＰＦ４との間において排気管２に接続されている。オゾン供給バイパス管２１には流量調整弁２２が設けられ、流量調整弁２２は、ＥＣＵ８に電気的に接続されている。また、実施の形態２と同様に、ＤＰＦ４の差圧を検出するための差圧計１０が設けられている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２４】
実施の形態１と同様の動作によって、オゾンセンサ９の検出値に基づいてオゾン供給装置７のオゾン供給量を低下していったとき、差圧計１０の検出値が、ＥＣＵ８に予め設定された基準差圧を下回る場合には、ＥＣＵ８は、流量調整弁２２を閉じて、オゾン供給管６のみを介してオゾンを供給する。これに対して、差圧計１０の検出値が基準差圧以上となった場合には、ＥＣＵ８は、オゾン供給管６を介して供給されるオゾンの供給量はそのまま維持しながら、流量調整弁２２の開度を徐々に大きくしていき、差圧計１０の検出値が基準差圧を下回るようにする。
【００２５】
このように、オゾン供給装置７からＮＯｘ吸蔵触媒３及びＤＰＦ４の両方にオゾンを供給するようにすることにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができると共に、ＤＰＦ４に捕捉されたＰＭを確実に酸化除去することもできる。
【００２６】
実施の形態１〜４では、ＮＯｘ排出量検出手段としてＮＯｘセンサ５を使用しているが、これに限定するものではない。ＥＣＵ８において予め、ディーゼルエンジン１の回転数や燃料噴射量、トルク等の運転状態とＮＯの排出量との関係を表すマップを組み込んでおき、このマップに基づいてＮＯの排出量を推定するようにしてもよい。この場合、このマップがＮＯｘ排出量検出手段を構成する。
【００２７】
実施の形態１〜４では、ＮＯｘ浄化手段としてＮＯｘ吸蔵触媒３を例にして説明したが、これに限定するものではない。尿素ＳＣＲシステムのＳＣＲ触媒であってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、３  ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＯｘ浄化手段）、４  ＤＰＦ、５  ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ排出量検出手段）、７  オゾン供給装置（オゾン供給手段）、９  オゾンセンサ（オゾンリーク検出手段）、１０  差圧計（オゾンリーク検出手段）、１５  オゾン分解フィルター（オゾントラップ部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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