(57)【要約】【課題】排ガスの温度が比較的低温時においても排ガス中のＮＯｘを有効に排除する。【解決手段】排ガス浄化装置は、排気管１６に設けられた選択還元型触媒２１と、その上流側に設けられた液体噴射ノズル２３と、液体噴射ノズルを介して尿素系液体３２を噴射可能な液体噴射手段３０と、それを制御するコントローラ４４と、液体を排ガスに混合するミキサ２６とを備える。選択還元型触媒より排ガス下流側に設けられたアンモニア浄化触媒５４と、液体噴射ノズルより上流側に設けられたパティキュレートフィルタ５１と、それより上流側に設けられた酸化触媒５３と、選択還元型触媒の温度を検出する温度センサ４３とを備える。燃料噴射装置はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射可能に構成され、選択還元型触媒が所定の温度以下であることを温度センサが検出したときコントローラはピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するようにを制御する。【選択図】  図１
2008075543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射装置により噴射される燃料をシリンダの内部で燃焼させることにより駆動するディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられた選択還元型触媒(21)と、前記選択還元型触媒(21)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられた液体噴射ノズル(23)と、前記液体噴射ノズル(23)を介して前記選択還元型触媒(21)に向けて尿素系液体(32)を噴射可能な液体噴射手段(30)と、前記液体噴射手段(30)を制御するコントローラ(44)と、前記液体噴射ノズル(23)と前記選択還元型触媒(21)の間の前記排気管(16)に設けられ前記液体噴射ノズル(23)から噴射された前記液体(32)を排ガスに混合可能に構成されたミキサ(26)とを備えた排ガス浄化装置において、
前記選択還元型触媒(21)より排ガス下流側の排気管(16)に設けられたアンモニア浄化触媒(54)と、
前記液体噴射ノズル(23)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ(51)と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられた酸化触媒(53)と、
前記選択還元型触媒(21)の温度を検出して検出された温度を前記コントローラ(44)に出力する温度センサ(43)と
を備えたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
燃料噴射装置はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射可能に構成され、温度センサ(43)が選択還元型触媒(21)の入口に設けられて前記選択還元型触媒(21)に流入する排ガス温度を測定可能に構成され、前記温度センサ(43)が所定の温度以下であることを検出したとき前記コントローラ(44)はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するように前記燃料噴射装置を制御する請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項３】
エンジン(11)にターボ過給機(17)が設けられ、酸化触媒(53)は前記ターボ過給機(17)直後の排気管(16)に設けられた第１酸化触媒(53a)とディーゼルパティキュレートフィルタ(51)直前の排気管(16)に設けられた第２酸化触媒(53b)からなる請求項２記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項４】
燃料噴射装置はピストンの上死点の後のクランクアングルが３０〜５０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するアフタ噴射とピストンの上死点の後のクランクアングルが９０〜１３０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するポスト噴射の双方が可能に構成され、
コントローラ(44)は温度センサ(43)が所定の温度以下であることを検出したときに前記アフタ噴射と前記ポスト噴射の双方を行うように前記燃料噴射装置を制御する請求項２又は３記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去して排ガスを浄化するエンジンの排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減する排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に選択還元型触媒を設け、その選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、その選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設けたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が知られている。このディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから噴射された尿素系液体が排ガスの熱により加熱されて加水分解し、アンモニアが生じる。そしてこのアンモニアは排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減できるようになっている。そして、選択還元型触媒に到達する尿素系液体を均一にしてＮＯｘ排出量を低減するために、液体噴射ノズルから噴射された液体を排ガスに混合可能に構成されたミキサを液体噴射ノズルと選択還元型触媒の間の排気管に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３２２１８号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、尿素系液体が加水分解して生じたアンモニアが還元剤として機能するのは、排ガスの温度が比較的高温時に制限され、排ガスの温度が比較的低温である場合にはアンモニアは還元剤として機能しない。このことから排気管に選択還元型触媒を用いた排ガス浄化装置にあっては、排ガスの温度が比較的低温時において排ガス中のＮＯｘを有効に排除できない未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、排ガスの温度が比較的低温時においても排ガス中のＮＯｘを有効に排除し得るエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、燃料噴射装置により噴射される燃料をシリンダの内部で燃焼させることにより駆動するディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられた選択還元型触媒２１と、選択還元型触媒２１より排ガス上流側の排気管１６に設けられた液体噴射ノズル２３と、液体噴射ノズル２３を介して選択還元型触媒２１に向けて尿素系液体３２を噴射可能な液体噴射手段３０と、液体噴射手段３０を制御するコントローラ４４と、液体噴射ノズル２３と選択還元型触媒２１の間の排気管１６に設けられ液体噴射ノズル２３から噴射された液体３２を排ガスに混合可能に構成されたミキサ２６とを備えた排ガス浄化装置の改良である。
【０００５】
その特徴ある構成は、選択還元型触媒２１より排ガス下流側の排気管１６に設けられたアンモニア浄化触媒５４と、液体噴射ノズル２３より排ガス上流側の排気管１６に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ５１より排ガス上流側の排気管１６に設けられた酸化触媒５３と、選択還元型触媒２１の温度を検出して検出された温度をコントローラ４４に出力する温度センサ４３とを備え、燃料噴射装置はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射可能に構成され、選択還元型触媒２１が１７０℃以下であることを温度センサ４３が検出したときコントローラ４４はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するように燃料噴射装置を制御するところにある。
【０００６】
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズル２３から尿素系液体３２が噴射されると、ミキサ２６に流入して排ガスに十分に混合されて選択還元型触媒２１に均一に到達する。選択還元型触媒２１において尿素系液体３２は、排気ガスによって加熱されて加水分解し、それにより生じたアンモニアがＮＯ及びＮＯ2を還元してＮＯｘの排出量を低減する。アンモニア浄化触媒５４は、還元剤として使用されること無く選択還元型触媒２１を通過したアンモニアを酸化して無害なＮ2とＨ2Ｏに転換し、アンモニアが大気中に排出されるのを有効に防止する。また、パティキュレートフィルタ５１は、ディーゼルエンジン１１の排ガス中におけるパティキュレートを捕集して、そのパティキュレートが外部に排出されることを有効に防止することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、燃料噴射装置はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射可能に構成され、温度センサ４３が選択還元型触媒２１の入口に設けられてその選択還元型触媒２１に流入する排ガス温度を測定可能に構成され、その温度センサ４３が所定の温度以下であることを検出したときコントローラ４４はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するように燃料噴射装置を制御することを特徴とする。
【０００８】
この請求項２に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、燃料噴射装置によりピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射すると、その燃料は排気管１６の中で燃焼するか、或いはパティキュレートフィルタ５１の上流側に設けられた酸化触媒５３において酸化反応して排ガスの温度を著しく上昇させ、その下流側における選択還元型触媒２１の温度を速やかに上昇させる。このため、尿素系液体が加水分解せずしかも選択還元型触媒２１における活性が低下する所定の温度以下であることを温度センサ４３が検出したときに、ピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するようにコントローラ４４が燃料噴射装置を制御すると、選択還元型触媒２１の温度は速やかに上昇して、排ガス中のＮＯｘを有効に排除することができる。
【０００９】
また、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通過する排ガスの抵抗が増大する。この場合には、燃料噴射装置によりピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射し、その燃料をパティキュレートフィルタ５１においてパティキュレートとともに燃焼させることによりパティキュレートフィルタ５１を再生させることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、図２に示すように、請求項２に係る発明であって、エンジン１１にターボ過給機１７が設けられ、酸化触媒５３はターボ過給機１７直後の排気管１６に設けられた第１酸化触媒５３ａとディーゼルパティキュレートフィルタ５１直前の排気管１６に設けられた第２酸化触媒５３ｂからなることを特徴とする。
この請求項３に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、ターボ過給機１７を通過した直後の排ガスの温度は上昇するので、ターボ過給機１７直後の排気管１６に設けられた第１酸化触媒５３ａにおいてピストンの上死点の後に噴射された燃料の一部を確実に燃焼させて排ガスの温度を上昇させることができ、残余の燃料を第２酸化触媒５３ｂにおいて燃焼させることにより排ガスの温度を段階的に上昇させて、選択還元型触媒２１の温度を速やかに上昇させることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明であって、燃料噴射装置はピストンの上死点の後のクランクアングルが３０〜５０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するアフタ噴射とピストンの上死点の後のクランクアングルが９０〜１３０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するポスト噴射の双方が可能に構成され、コントローラ４４は温度センサ４３が所定の温度以下であることを検出したときにアフタ噴射とポスト噴射の双方を行うように燃料噴射装置を制御することを特徴とする。
この請求項４に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、アフタ噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてその炭化水素を燃焼させ、エンジン１１から排気管１６に流出される排ガスの温度を上昇させることができる。また、このポスト噴射により、排ガス中に増加した炭化水素はパティキュレートフィルタ５１の上流側に設けられた酸化触媒５３において酸化反応して排ガスの温度を更に上昇させて、選択還元型触媒２１の温度を速やかに上昇させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンの排ガス浄化装置では、液体噴射ノズルとミキサと選択還元型触媒を備えるので、その噴射ノズルから尿素系液体が噴射されると、ミキサに流入して排ガスと混合されて選択還元型触媒に到達する。その選択還元型触媒において尿素系液体は加水分解し、それにより生じたアンモニアがＮＯ及びＮＯ2を還元してＮＯｘの排出量を低減する。ここで、選択還元型触媒より排ガス下流側の排気管に設けられたアンモニア浄化触媒は、還元剤として使用されること無く選択還元型触媒を通過したアンモニアを酸化して無害なＮ2 とＨ2Ｏに転換し、アンモニアが大気中に排出されるのを有効に防止する。
【００１３】
一方、燃料噴射装置によりピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射すると、その燃料は排気管の中で燃焼するか、或いはパティキュレートフィルタの上流側に設けられた酸化触媒において酸化反応して排ガスの温度を著しく上昇させ、その下流側における選択還元型触媒の温度を速やかに上昇させる。このため、選択還元型触媒尿素系液体が加水分解しない温度であることを温度センサが検出したとき、ピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するようにコントローラが燃料噴射装置を制御することにより、選択還元型触媒の温度を速やかに上昇させて、排ガス中のＮＯｘを有効に排除することができる。
【００１４】
また、液体噴射ノズルより排ガス上流側の排気管にディーゼルパティキュレートフィルタを設けたので、そのパティキュレートフィルタは、ディーゼルエンジンの排ガス中におけるパティキュレートを捕集して、そのパティキュレートが外部に排出されることを有効に防止する。捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタを通過する排ガスの抵抗が増大するけれども、燃料噴射装置によりピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射し、その燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタを再生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
【００１６】
排気管１６の途中には選択還元型触媒２１が設けられる。触媒２１は排気管１６の直径を拡大した筒状の第１コンバータ２２に収容される。この実施の形態における触媒２１は、排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを比較的低温の２００〜３００℃で還元する銅ゼオライト系の触媒が用いられる場合を示すが、酸化チタン又は酸化バナジウム又は酸化タングステン等から成る触媒であっても良い。そして、触媒２１の排ガス上流側の排気管１６、即ち触媒２１の入口には尿素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２３が触媒２１に向けて設けられ、液体噴射ノズル２３と選択還元型触媒２１の間の排気管１６には、液体噴射ノズル２３から噴射された尿素系液体３２を排ガスに混合可能に構成されたミキサ２６が設けられる。
【００１７】
この実施の形態におけるミキサ２６は、軸線方向に排ガスを通過可能な筒部２７ａを有するミキサ本体２７と、このミキサ本体２７に設けられた複数枚の仕切板２８とを備える。ミキサ本体２７は、ステンレス鋼板を円筒状にすることにより形成された筒部２７ａの両端に、ステンレス鋼板を漏斗状にすることにより形成された蓋体２７ｂ，２７ｃを溶接することにより作られる。即ち、蓋体２７ｂ，２７ｃの筒部２７ａに臨む一端部はその筒部２７ａの外径に等しく形成されて溶接される。一方、蓋体２７ｂ，２７ｃの他端部は排気管１６の直径に相応して形成され、その他端部における外周囲には排気管１６に接続するための環状のフランジ部材２７ｄ，２７ｅがそれぞれ溶接される。このフランジ部材２７ｄ，２７ｅには複数の取付孔がそれぞれ形成され、その取付孔を介して排気管１６の端縁に設けられた被取付部材１６ａ，１６ｂにねじ止め可能に構成される。
【００１８】
一方、複数枚の仕切板２８は、筒部２７ａの内部の排ガスの通過を遮るように所定の間隔をあけてミキサ本体２７に設けられる。この実施の形態では３枚の仕切板２８が設けられる場合を示し、３枚の仕切板２８には複数のガス孔２８ａがそれぞれ形成され、この３枚の仕切板２８は所定の間隔をあけてミキサ本体２７にそれぞれ設けられる。ここで、それぞれの仕切板２８における複数のガス孔２８ａは、隣接する仕切板２８に形成された複数のガス孔２８ａと筒部２７ａの軸線方向に重ならないように調整される。このミキサ２６は、分断された排気管１６の中間に設けられる。即ち、排気管１６は選択還元型触媒２１の上流側近傍において分断され、その分断された部分における排気管１６のそれぞれの端縁に被取付部材１６ａ，１６ｂがそれぞれ設けられる。そして、分断された部分にミキサ２６を挿入して、ミキサ２６の両端に設けられたそれぞれのフランジ部材２７ｄ，２７ｅを被取付部材１６ａ，１６ｂにそれぞれねじ止めすることによりミキサ２６は液体噴射ノズル２３と選択還元型触媒２１の間の排気管１６に設けられる。
【００１９】
液体噴射ノズル２３には、この噴射ノズル２３を介して排気管１６内部の排ガス中に尿素系液体３２を噴射可能な尿素系液体噴射手段３０が接続される。この実施の形態における尿素系液体噴射手段３０は液体噴射ノズル２３に一端が接続された液体供給管３１を有し、この液体供給管３１の他端は尿素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２３への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２３に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は第１〜第３ポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２３に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。そして、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通し、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通するように構成される。
【００２０】
一方、排気管１６にはその排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ４３が設けられる。この温度センサ４３は、選択還元型触媒２１の入口に設けられ、その選択還元型触媒２１に流入する排ガスの温度を選択還元型触媒２１の温度として検出するように構成される。そしてこの温度センサ４３の検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ４４の制御入力に接続される。
【００２１】
また、コントローラ４４の制御入力には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ４６と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ４７などの各検出出力が接続される。上記負荷センサ４７はこの実施の形態では燃料噴射装置（図示せず）のロードレバーの変位量を検出する。コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４及びポンプ３６にそれぞれ接続される。コントローラ４４はメモリ４４ａを備える。メモリ４４ａには、選択還元型触媒２１の入口の排ガス温度、エンジン回転、エンジン負荷等に応じた液体調整弁３４のオン又はオフ並びにオン時における開度、更にポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。そして、コントローラ４４は温度センサ４３、回転センサ４６及び負荷センサ４７の検出出力に基づいてエンジン１１の運転状況を把握し、その運転状況からメモリ４４ａに記憶された条件に従って液体調整弁３４及びポンプ３６を制御し、その運転状況に応じた最適な量の尿素系液体３２を噴射ノズル２３から噴射するように構成される。
【００２２】
噴射ノズル２３より上流側の排気管１６にはパティキュレートフィルタ５１が設けられる。パティキュレートフィルタ５１は排気管１６の直径を拡大した筒状の第２コンバータ５２に収容される。このパティキュレートフィルタ５１は、担体に触媒作用を有する活性成分を担持することにより作られ、担体は例えばコージェライト、炭化ケイ素のようなセラミックからなる多孔質体からなり、多孔質の隔壁で仕切られた複数の通孔が互いに平行に形成される。複数の通孔は出口側が封止され入口側が開放された流入側通孔５１ａと、入口側が封止され出口側が開放された流出側通孔５１ｂを有し、流入側通孔５１ａと流出側通孔５１ｂは隔壁で仕切られた状態で交互に形成される。また、多孔質体の隔壁には活性成分がコーティングされて担持される。活性成分は酸化作用を有するものであって、貴金属系ゼオライト、貴金属系アルミナ等のようなものが用いられ、隔壁は活性成分が担持された状態で通気性を有するように構成される。そして、このパティキュレートフィルタ５１では、入口側が開放された流入側通孔５１ａに流入した排ガスは、その隔壁を通過する際に排ガス中のパティキュレートを捕集するように構成される。そして、隔壁を通過することによりパティキュレートが除去された排ガスは入口側が封止された流出側通孔５１ｂに流入し、その流出側通孔５１ｂの開放された出口側からフィルタ５１の外部に排出されるように構成される。
【００２３】
また、パティキュレートフィルタ５１より排ガス上流側の排気管１６には、酸化触媒５３が設けられる。この酸化触媒５３は、噴射ノズル２３より上流側の排気管１６の直径を拡大した筒状の第２コンバータ５２にパティキュレートフィルタ５１と並べられて収容される。図示しないが、酸化触媒５３は、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成された図示しないモノリス担体（材質：コージェライト）を有し、このモノリス担体上に白金−ゼオライト触媒又は白金−アルミナ触媒がコーティングされる。このコーティングにより、酸化触媒５３に煤や炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。
【００２４】
更に、選択還元型触媒２１より排ガス下流側の排気管１６には、アンモニア浄化触媒５４が設けられる。このアンモニア浄化触媒５４は、選択還元型触媒２１が収容された第１コンバータ２２にその選択還元型触媒２１と並べられて収容される。このアンモニア浄化触媒５４は、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成された図示しないモノリス担体（材質：コージェライト）を有し、このモノリス担体上に白金−ゼオライト触媒又は白金−アルミナ触媒がコーティングされる。このコーティングにより、アンモニア浄化触媒５４にアンモニアの酸化力が付与される。
【００２５】
一方、ディーゼルエンジン１１は、図示しない燃料噴射装置により噴射される燃料をシリンダの内部で燃焼させることにより駆動するものである。この実施の形態における図示しない燃料噴射装置は、先端部がシリンダに臨みシリンダに燃料である軽油を噴射可能な筒内インジェクタと、内部に軽油を蓄圧し上記インジェクタに軽油を圧送するコモンレールと、このコモンレールに軽油を供給するフィードポンプとを有する。筒内インジェクタはこのインジェクタに内蔵された電磁弁により軽油の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。この燃料噴射装置は、ピストンの上死点の後に燃料である軽油をシリンダに噴射可能に構成され、この上死点の後の噴射の有無により、エンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増減可能に構成される。その燃料噴射装置の具体的な構成は、ピストンの上死点の後のクランクアングルが３０〜５０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するアフタ噴射と、ピストンの上死点の後のクランクアングルが９０〜１３０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するポスト噴射の双方が可能に構成される。この燃料噴射装置には、コントローラ４４の制御出力が接続され、コントローラ４４は選択還元型触媒２１が所定の温度以下であることを温度センサ４３が検出したときにそのアフタ噴射とポスト噴射の双方を行うようにその燃料噴射装置を制御するように構成される。具体的に、この所定の温度とは尿素系液体が加水分解せずしかも選択還元型触媒２１における活性が低下する上限の温度であり、１００℃から２００℃の範囲で任意に設定可能に構成される。そしてこの所定の温度は、１７０℃に設定されることが一般的であるけれども、この温度はそれを越える１７５℃に設定しても、１８０℃に設定しても、１８５℃に設定しても、１９０℃に設定しても、１９５℃に設定しても、２００℃に設定しても良い。また、この所定の温度は１７０℃未満である１６６℃に設定しても、１６０℃に設定しても、１５５℃に設定しても、１５０℃に設定しても、１４５℃に設定しても、１４０℃に設定しても良い。そして、コントローラ４４は、この所定の温度、例えば１７０℃以下であることを温度センサ４３が検出したときにそのアフタ噴射とポスト噴射の双方を行うようにその燃料噴射装置を制御するように構成される。
【００２６】
このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介して酸化触媒５３を通過しパティキュレートフィルタ５１に至る。そして、ディーゼルエンジン１１の排ガス中におけるパティキュレートはこのディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集される。そして、パティキュレートが捕集されてそれが除去された排ガスはそのパティキュレートフィルタ５１を通過し、液体噴射ノズル２３及びミキサ２６を通過した後選択還元型触媒２１に至る。
【００２７】
尿素が加水分解する温度であること、具体的にこの実施の形態では温度センサ４３が尿素が加水分解する温度である所定の温度、例えば１７０℃を越える排ガス温度を検出した状態で、コントローラ４４は液体噴射手段３０におけるポンプ３６を駆動する。これとともにコントローラ４４は、液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２３から尿素系液体３２を噴射する。これは、排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２１によって浄化するのに還元剤が必要だからであり、尿素系液体３２は予め所定の濃度に調整されたものが液体タンク３３に貯留される。そしてコントローラ４４は回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤としての尿素量を求めて液体噴射ノズル２３から必要な量の尿素系液体３２を噴射する。
【００２８】
液体噴射ノズル２３から噴射された尿素系液体３２は、選択還元型触媒２１に向かって排ガスの流れに沿って流れ、液体噴射ノズル２３と選択還元型触媒２１の間に設けられたミキサ２６に流入する。ミキサ２６に流入した排ガスは３枚の仕切板２８にそれぞれ形成された複数のガス孔２８ａを通過するが、この複数のガス孔２８ａは隣接する仕切板２８に形成された複数のガス孔２８ａと軸線方向に重ならないようにそれぞれ形成されているため蛇行して通過する。排ガスが蛇行して進むことにより、その排ガス中に噴射された尿素系液体３２はその排ガスに混合され、ミキサ２６を通過した段階で排ガスに十分に混合された尿素系液体３２は選択還元型触媒２１に均一に到達する。
【００２９】
選択還元型触媒２１に均一に到達した尿素系液体３２は、排気ガスによって加熱されて次のような化学反応により加水分解しアンモニアを生じる。
（ＮＨ2）２・ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2 ＋ ２ＮＨ3
このアンモニアは、次のような化学反応によりＮＯ及びＮＯ2を還元してＮＯｘの排出量を低減するとともに、尿素系液体３２が均一に選択還元型触媒２１に到達することによりアンモニアの大部分が還元剤として機能する。
４ＮＯ ＋ ４ＮＨ3 ＋ Ｏ2 → ４Ｎ2 ＋ ６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ2 ＋ ８ＮＨ3   → ７Ｎ2 ＋ １２Ｈ2Ｏ
一方、選択還元型触媒２１より排ガス下流側の排気管１６には、アンモニア浄化触媒５４を設けているので、還元剤として使用されること無く選択還元型触媒２１を通過したアンモニアはこのアンモニア浄化触媒５４で酸化され、そのアンモニアは無害なＮ2 とＨ2Ｏに転換され、アンモニアが大気中に排出されるのを有効に防止する。
【００３０】
一方、尿素系液体が加水分解せずしかも選択還元型触媒２１における活性が低下する所定の温度、例えば１７０℃以下であることを温度センサ４３が検出したとき、コントローラ４４はピストンの上死点の後に燃料をシリンダに噴射するように燃料噴射装置を制御する。所定の温度が１７０℃である場合を具体的に説明すると、コントローラ４４は選択還元型触媒２１が１７０℃以下であることを温度センサ４３が検出したときにアフタ噴射とポスト噴射の双方を行うように燃料噴射装置を制御する。アフタ噴射は、ピストンの上死点の後のクランクアングルが３０〜５０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するものであり、このアフタ噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてその炭化水素を燃焼させ、エンジン１１から排気管１６に流出される排ガスの温度を上昇させる。一方、ポスト噴射はピストンの上死点の後のクランクアングルが９０〜１３０度の範囲内にあるときに燃料を噴射するものであり、このポスト噴射により、炭化水素を排ガス中に増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。すると、排ガス中に炭化水素が増加し、その増加した炭化水素はパティキュレートフィルタ５１の上流側に設けられた酸化触媒５３において酸化反応して排ガスの温度を更に上昇させる。なお、排ガスの温度が上昇すると、パティキュレートフィルタ５１の温度も上昇してそこに堆積したパティキュレートが燃焼する。このため、パティキュレートフィルタ５１を再生する際にもこのポスト噴射が行われる。
【００３１】
酸化触媒５３において酸化反応してそのパティキュレートフィルタ５１の温度を上昇させると、そのフィルタ５１を通過する排ガスの温度は更に上昇し、その下流側における選択還元型触媒２１の温度を速やかに上昇させ、尿素系液体を加水分解させる温度に上昇させてアンモニアがＮＯｘに対する還元剤として機能させる。よって、本発明の排ガス浄化装置では、排ガスの温度が比較的低温時においても排ガス中のＮＯｘを有効に排除することが可能になる。
【００３２】
なお、上述した実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンに本発明の排ガスを浄化する装置を用いてもよい。
また、上述した実施の形態では、単一の酸化触媒５３をディーゼルパティキュレートフィルタ５１より上流側の排気管１６に設けられる場合を説明したが、図２に示すように、エンジン１１にターボ過給機１７が設けられている場合には、その酸化触媒５３を分割して、ターボ過給機１７直後の排気管１６に第１酸化触媒５３ａを設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ５１直前の排気管１６に第２酸化触媒５３ｂを更に設けるようにすることもできる。このような第１及び第２酸化触媒５３ａ、５３ｂを設けたエンジンの排ガス浄化装置では、ターボ過給機１７を通過した直後の排ガスの温度は上昇するので、ターボ過給機１７直後の排気管１６に設けられた第１酸化触媒５３ａにおいてピストンの上死点の後に噴射された燃料の一部を確実に燃焼させて排ガスの温度を上昇させることができる。そして、残余の燃料を第２酸化触媒５３ｂにおいて燃焼させることにより排ガスの温度を段階的に上昇させて、選択還元型触媒２１の温度を速やかに上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の排ガス浄化装置の構成を示す構成図である。
【図２】第１及び第２酸化触媒を備える図１に対応する排ガス浄化装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  ディーゼルエンジン
１６  排気管
１７  ターボ過給機
２１  選択還元型触媒
２３  液体噴射ノズル
２６  ミキサ
３０  液体噴射手段
３２  尿素系液体
４３  温度センサ
４４  コントローラ
５１  ディーゼルパティキュレートフィルタ
５３  酸化触媒
５３ａ  第１酸化触媒
５３ｂ  第２酸化触媒
５４  アンモニア浄化触媒
【図１】
2008075543.tif 000003
【図２】
2008075543.tif 000004