(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＯｘ触媒を再生するのに十分なＣＯ濃度を確保して、ＮＯｘ触媒の再生が効率よく行えるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】本発明の排気ガス浄化装置は、ＮＯｘ触媒１５の再生処理時、主噴射とは別なポスト噴射を用いて、をＮＯｘ放出に最適なＣＯ濃度を有するＣＯ濃度／Ｏ２濃度比の排気ガスを得る構成にして、再生処理時、ＮＯｘ触媒１５の再生に十分なＣＯ濃度がＮＯｘ触媒１５へ供給されるようにして、常に十分なＣＯ濃度のもとでＮＯｘ触媒１５の再生が行われるようにした。【選択図】　　図１
2004132262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵又は吸着するＮＯｘ触媒と、
ＮＯｘ触媒の再生処理時、ディーゼルエンジンから未燃ガスを発生させ前記ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出をうながす未燃ガス発生手段と、
ＮＯｘ触媒の再生処理時、ＣＯ濃度とＯ２濃度との比がＮＯｘ放出用の所定濃度比の排気ガスとなるように前記未燃ガス発生手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記未燃ガス発生手段は、前記ディーゼルエンジンの膨張行程時に主噴射とは別に燃料を噴射させるポスト噴射で構成され、
前記制御手段は、前記ポスト噴射の燃料噴射量と噴射時期とを制御することによって前記所定濃度比となるように構成してある
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記所定濃度比は、ＣＯ濃度がＯ２濃度より１〜５倍となる比であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスをＮＯｘ触媒とパティキュレートフィルタとを用いて浄化するディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやバスなどに多く搭載されているディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、カーボン粒子を主な成分とするパティキュレート（排気微粒子：パティキュレート）が含まれている。またディーゼルエンジンは、空気量が多い状況下で燃焼が行われるため、ガソリンエンジンのリーンバーン燃焼と同様、酸素過剰を要因としてＮＯｘが発生しやすい。
【０００３】
そのため、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化には、パティキュレートの除去およびＮＯｘの双方の浄化が求められる。
【０００４】
そこで、ディーゼルエンジンでは、排気通路に、ＮＯｘを吸蔵は又は吸着するＮＯｘ触媒、パティキュレートフィルタを設けて、排気ガス中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで取り除き、排気ガス中に含まれるＮＯｘを、酸素が過剰な雰囲気を利用したＮＯｘ触媒の吸蔵機能や吸着機能により取り除くことが行われている。
【０００５】
ところで、ＮＯｘ触媒、パティキュレートフィルタは、ＮＯｘの吸蔵量（あるいは吸着量）やパティキュレートの堆積量が所定量までに達したら、機能回復のために再生処理を行う必要がある。
【０００６】
そのため、ディーゼルエンジンでは、再生処理の時期が到達すると、主噴射とは別に膨張行程へ燃料（軽油）を噴射する、いわゆるポスト噴射（未燃ガス発生手段に相当）を行い、吸蔵（吸着）されたＮＯｘと堆積されたパティキュレートを浄化することが行われている。この浄化は、ポスト噴射によりディーゼルエンジンから未燃物を多く含む排気ガス（未燃ガス）を発生させて、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスを還元雰囲気にし、この還元雰囲気でＮＯｘ触媒に吸蔵又は吸着されているＮＯｘを放出させ、この放出したＮＯｘを還元雰囲気中のＨＣやＣＯなどと反応（還元）させて浄化させる。と共にＮＯｘ触媒の再生の際に発生するＮＯ２や熱を用いて、パティキュレートフィルタに堆積されているパティキュレートを酸化（燃焼）させるというメカニズムで行われる。
【０００７】
通常、こうした再生に用いられるポスト噴射には、予め設定されたリッチ側のＡ／Ｆ比（空燃比）にしたがってポスト噴射を制御（噴射量の制御）して、還元雰囲気の排気ガスをＮＯｘ触媒に供給することが行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ触媒はＣＯと反応しやすい特性がある。このため、ＣＯを用いて、吸蔵又は吸着したＮＯｘを放出させると、効率的に浄化が進む。
【０００９】
ところが、上記したＡ／Ｆにしたがい制御されるポスト噴射でリッチにする手法は、空気量を制限した還元雰囲気の排気ガスを用いて、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるメカニズムであるために、ＣＯの濃度をコントロールするのが難しく、所望のＣＯ濃度をＮＯｘ吸蔵触媒へ供給するような制御はできない。特にＮＯｘを速やかに放出させるためには、ＮＯｘ触媒と反応しやすいＣＯ濃度を確保することが求められるが、Ａ／Ｆ制御ではＮＯｘの放出に必要なＣＯ濃度が不足しやすく、ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタの再生が効率よく行えない。
【００１０】
そこで、本発明は、ＮＯｘ触媒を再生するのに十分なＣＯ濃度を確保して、ＮＯｘ触媒の再生が効率よく行えるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ＮＯｘ触媒の再生処理時、未燃ガス発生手段を、ＮＯｘ触媒へ流入する排気ガス中のＣＯ濃度とＯ２濃度との比がＮＯｘ放出用の所定濃度比になるよう制御手段で制御する構成とした。
【００１２】
同構成により、ＮＯｘ触媒の再生処理時は、ディーゼルエンジンから、ＮＯｘの放出に好適なＣＯ濃度の排気ガス（還元雰囲気）が排出される。このＮＯｘと反応しやすいＣＯ濃度の排気ガスがＮＯｘ触媒に供給されるから、十分なＣＯ濃度のもとでＮＯｘ触媒の再生が行われる。
【００１３】
それ故、ＮＯｘ触媒に吸蔵又は吸着されていたＮＯｘが効率よく浄化される。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、さらに上記目的に加え、簡単な制御で上記ＣＯ濃度比の還元雰囲気が生成されるよう、未燃ガス発生手段は、ディーゼルエンジンの膨張行程時、燃料を噴射させるポスト噴射で構成し、制御手段で、その噴射時期と燃料噴射量とを制御して所定濃度比となるようにしたことにある。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、さらに上記目的に加え、総合的な浄化性能の向上が図れるよう、所定濃度比はＣＯ濃度がＯ２濃度より１〜５倍となる比に定めたことにある（ＣＯ濃度／Ｏ２濃度比：１〜５）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００１７】
図１中１は、例えばトラックやバスなどの車両に搭載されるディーゼルエンジン、例えばコモンレール式のディーゼルエンジンのエンジン本体を示している。エンジン本体１は、例えば直列に並んだ４つの気筒２ａ〜２ｄを備えている。各気筒２ａ〜２ｄには、ピストン（図示しない）が往復動可能に収めてある。また各気筒２ａ〜２ｄの頭部にあるシリンダヘッド（図示しない）には、気筒毎にインジェクタ３ａ〜３ｄ、吸気ポート４ａ〜４ｄ、排気ポート５ａ〜５ｄ、吸・排気弁（図示しない）が設けてある。各インジェクタ３ａ〜３ｄは燃料供給装置（図示しない）が接続されている。
【００１８】
またシリンダヘッドには、各吸気ポート４ａ〜４ｄと連通する吸気マニホールド６が接続、各排気ポート５ａ〜５ｄと連通する排気マニホールド７が接続されている。これにより、各気筒２ａ〜２ｄの吸・排気弁が所定のタイミングで開閉、燃料供給装置から供給される燃料が各インジェクタ３ａ〜３ｄから所定のタイミングで所定量の燃料が各気筒２ａ〜２ｄへ主噴射されると、各気筒２ａ〜２ｄにおいて、吸気を気筒へ吸入する吸気行程、吸入空気を圧縮する圧縮行程、燃料の燃焼によりピストンを下死点へ向かわせる膨張行程、燃焼を終えた排気ガスを排出する排気行程が繰り返される。なお、８は、吸気マニホールド６と排気マニホールド７との間をバイパスするように設けたＥＧＲ装置を示す。
【００１９】
排気マニホールド７の出口には、燃焼ガスを大気に排出させる排気管９（排気通路に相当）が接続してある。この排気管９の後部には、排気浄化装置１０の本体部１０ａが介装してある。同本体部１０ａは、例えば両端部が絞られ、中央が排気管９より大径に形成された筒形のケーシング１２を有する。なお、１２ａはケーシング１２の入口、１２ｂはケーシング１２の出口を示す。このケーシング１２内には、パティキュレートフィルタ１３が収容してある。このパティキュレートフィルタ１３には、例えば排気ガスが通過可能でパティキュレートが通過不能な多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面をもつフィルタ部分１４を有し、このフィルタ部分１４の隔壁で形成された多数の貫通孔の隣接する入口と出口とを交互に栓で封止した構造が用いてある。これにより、排気ガスが隔壁を通過するとき、排気ガス中のパティキュレートが捕集されるようにしている。例えばフィルタ部分１４の壁面上には、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵又は吸着するＮＯｘ触媒、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１５が担持されていて、排気ガス中のＮＯｘが除去される構造にしてある。なお、１６はＮＯｘ吸蔵触媒１５の入口温度を検出する温度センサを示す。
【００２０】
一方、１７は、制御手段としてのＥＣＵ（例えばマイクロコンピュータで構成されるもの）である。ＥＣＵ１７には、車両の通常運転時、車両の運転状態に応じてインジェクタ３ａ〜３ｄから燃料を主噴射させるモードの他に、つぎのようなパティキュレートフィルタ１３を再生するためのポスト噴射を用いた再生処理モードが設定してある。
【００２１】
すなわち、
・再生処理モードへの切換えとして、例えば予め設定された車両の累積走行時間や累積走行距離を切換信号として用いて、ＮＯｘを吸蔵、パティキュレートを捕集している通常モードから、再生処理モードへ切換える機能が設定してある。
【００２２】
・再生処理モードとして、例えば予め設定された運転条件になると、ディーゼルエンジンの排気ガスが、予め設定されていたＮＯｘ放出用に適した所定のＣＯ濃度比の還元雰囲気となるよう、インジェクタ３ａ〜３ｄから主噴射とは別に燃料をポスト噴射する機能が設定してある。具体的には、運転条件としてディーゼルエンジンが、例えば「１３．０」のＡ／Ｆで、例えば「２０００ｒｐｍ」付近のエンジン回転数で運転して、例えばＮＯｘ吸蔵触媒１５の入口平均温度が「３８０℃」となるときが設定してある。そして、この運転条件下のとき、「１〜５（ＣＯ濃度比がＯ２濃度の１〜５倍になる比）」なるＣＯ濃度／Ｏ２濃度比（ＮＯｘ放出用の所定濃度比）の排気ガスが確保されるよう、各気筒２ａ〜２ｄの膨張行程初期時、例えば上死点後（ＡＴＤＣ）５０°なる時期（噴射時期）に、各インジェクタ３ａ〜３ｄから所定の噴射量、例えば全気筒トータルの噴射時間を５ｓｅｃと定めた噴射量で、燃料を気筒２ａ〜２ｄへ噴射する制御が設定してある（オープンループ制御）。噴射時期は、上死点後（ＡＴＤＣ）２０〜６０°が好ましい。
【００２３】
こうした排気浄化装置の作用を説明すると、今、ＥＣＵ１７の制御により、ディーゼルエンジンが、運転状態に応じた要求トルクに基づく主噴射の噴射タイミングおよび噴射量で制御されて、運転されているとする。
【００２４】
このとき、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスは、排気マニホールド７、排気管９を通じて、ＮＯｘ吸蔵触媒１５を担持したパティキュレートフィルタ１３へ導入される。
【００２５】
ここで、ディーゼルエンジンの主燃焼は、常に酸素が過剰な状態で運転されるために、排気ガスはリーンとなっている（酸化雰囲気）。
【００２６】
そのため、排気ガスがケーシング１２の入口１２ａから出口１２ｂへ通過する間に、排気ガス中に含まれるパティキュレートが、フィルタ部分１４の隔壁で捕集（ろ過）される。と共に排気ガス中に含まれるＮＯｘが、フィルタ部分１４にあるＮＯｘ吸蔵触媒１５で吸蔵される。この吸蔵は、ＮＯｘ吸蔵触媒１５の表面に酸素が付着し、この酸素が排気ガス中のＮＯと反応してＮＯ２となり、最終的に硝酸イオンの形でＮＯｘ吸蔵剤に拡散されることで行われる。
【００２７】
排気ガス中のＮＯｘおよびパティキュレートの除去が進み、ＥＣＵ１７は、車両の走行時間や走行距離などから、パティキュレートがある程度の吸蔵量、堆積量に達したと判定すると、適切な条件が成立したときに、再生処理モードを実行する。
【００２８】
すなわち、ディーゼルエンジンが、例えばＡ／Ｆが１３．０で、２０００ｒｐｍ付近で運転して、ＮＯｘ吸蔵触媒１５の入口平均温度が３８０℃になったとする。すると、ＥＣＵ１７は、再生処理に適した運転条件になったと判定して、インジェクタ３ａ〜３ｄから、主噴射とは別に、膨張行程初期である上死点後５０°の時期に、所定のポスト噴射時間である５ｓｅｃの間、燃料を噴射させる（ポスト噴射）。
【００２９】
このポスト噴射により、ＣＯが発生する燃焼が行われ、ディーゼルエンジンから、ＣＯ濃度／Ｏ２濃度比が「１〜５」なる還元雰囲気の排気ガス（未燃ガス）が排出される。この排気ガスが、ＮＯｘ吸蔵触媒１５を担持したパティキュレートフィルタ１３へ導入され、ＮＯｘの放出をうながし、ＮＯｘ吸蔵触媒１５，パティキュレートフィルタ１３を再生する。
【００３０】
この排気ガスは、酸素濃度が低下しているうえ、ＮＯｘに反応しやすいＣＯ濃度となっているから、速やかにＮＯｘ吸蔵触媒１５からＮＯ２（ＮＯｘ）が放出されて、排気ガス中のＣＯと反応する。そして、Ｎ２とＣＯ２に還元され、排気ガス中のＮＯｘを浄化する。このときの反応熱によりフィルタ部分１４は予熱される。またＮＯｘ吸蔵触媒１５から放出されたＮＯ２は、カーボンを主な成分とするパティキュレートと酸化反応して、フィルタ部分１４で捕集されたパティキュレートを着火温度まで上昇させ、該パティキュレートを燃焼（酸化反応）させる。
【００３１】
したがって、再生処理は、常にＮＯｘと反応しやすいＣＯ濃度を十分に確保した状態で行うことができ、ＮＯｘの浄化率、パティキュレートの浄化率の向上が図れ、パティキュレートフィルタ１３、ＮＯｘ吸蔵触媒１５を効率よく再生できる。しかも、ＮＯｘと反応しやすいＣＯ濃度を直接的に制御する技術を用いたので、再生処理に費やされる燃料を最小限に抑えることができる。
【００３２】
そのうえ、所定のＣＯ濃度／Ｏ２濃度比は、ポスト噴射の噴射時期と噴射量制御するという、簡単な制御で、ＮＯｘ放出の最適なＣＯ濃度／Ｏ２濃度比の還元雰囲気を得ることができる。
【００３３】
特に所定のＣＯ濃度／Ｏ２濃度比（所定濃度比）を「１〜５」の範囲に設定すると、図２の排ガス浄化性能の線図に示されるようにＮＯｘの浄化率が向上するだけでなく、ＣＯやＨＣの浄化率が向上できることが確認され、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣといった総合的な浄化性能の向上が図れるものであった。
【００３４】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば一実施形態では、オープンループ制御を採用したが、これに限らず、ＣＯ濃度の設定の精度を高めるために、フィードバック制御、例えば図１中の二点鎖線で示されるように例えばケーシング１２の入口１２ａ付近に、排気ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ１９、同じくＯ２濃度１８を検出するＯ２センサ２０を設けて、これらセンサ１９，２０で検知された濃度をフィードバックして、所定のＣＯ濃度／Ｏ２濃度の比の排気ガスを得るようにしてもよい。また一実施形態では、ＮＯｘ触媒として、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵触媒を用いた例を挙げたが、これに限らず、排気ガスのＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着触媒を用いた排気ガス浄化装置でもよい。また一実施形態では、排気ガス中のＮＯｘを除去するＮＯｘ吸蔵触媒を担持する担体として、パティキュレートフィルタを用いた例を挙げたが、これに限らず、他の単体、例えばオープンフローの担体（ハニカムなど）を用いる構造を用いてもよく、パティキュレートフィルタに限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、再生処理時には、常にＮＯｘ触媒を再生するのに十分なＣＯ濃度を確保して、ＮＯｘ触媒の再生処理を行うことができる。
【００３６】
その結果、ＮＯｘの浄化率の向上を図ることができ、ＮＯｘ触媒を効率よく再生できる。しかも、再生処理に費やされる燃料を最小限に抑えることができる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、上記効果に加え、簡単な制御で、所定のＣＯ濃度／Ｏ２濃度比の還元雰囲気を生成することができるといった効果を奏する。
【００３８】
請求項３の発明によれば、上記効果に加え、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣのいずれの浄化率も図ることができ、総合的な浄化性能の向上が図れるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置示す構成図。
【図２】同排気浄化装置の排ガス浄化性能を示す線図。
【符号の説明】
１…エンジン本体（ディーゼルエンジン）
９…排気管（排気通路）
１３…パティキュレートフィルタ
１５…ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＯｘ触媒）
２７…ＥＣＵ（制御手段）。
【図１】
2004132262.tif 000003
【図２】
2004132262.tif 000004