(57)【要約】【課題】排気圧損の上昇を抑制するとともにNOx 浄化性能の低下を抑制し、さらに燃費の悪化を抑制する。【解決手段】第１触媒の下流側にNOx 吸蔵還元型の第２触媒を配置し、少なくとも第２触媒の上流側及び下流側の排ガス圧力を検出して差圧を演算し、差圧が所定値を超えた場合に第１触媒を加熱する制御を行う。  第１触媒では、排ガス中のNOがNO2 に酸化される反応が促進され、NO2 を含む酸化活性の高い反応ガスが第２触媒に流入することで堆積していたPMが酸化される。【選択図】  図１
2005188396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
PMを排出する内燃機関の排気系に配置された排ガス浄化用の第１触媒と、
該第１触媒より排ガス下流側に配置されたNOx 吸蔵還元型の第２触媒と、
該第１触媒を加熱する加熱手段と、
該第１触媒の排ガス上流側に配置され排ガス中に液体還元剤を供給するインジェクタと、
少なくとも該第２触媒への入りガスと該第２触媒からの出ガスとの差圧を検出する差圧検出手段と、
該差圧検出手段の検出信号に応じて該加熱手段を制御し該差圧が所定値を超えた場合に該加熱手段を駆動する制御装置と、を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記第２触媒は、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、該流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、該流入側セルと該流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、をもつウォールフロー構造のハニカム構造体と、該セル隔壁の表面及び該細孔内表面に形成され酸化物担体に貴金属及びNOx 吸蔵材を担持した触媒層と、からなるフィルタ触媒である請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記差圧検出手段は、前記第１触媒への入りガスと前記第１触媒からの出ガスとの差圧も検出する請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置を用い、前記第２触媒への入りガスと前記第２触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に前記加熱手段を駆動することを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項５】
請求項３に記載の排ガス浄化装置を用い、前記第１触媒への入りガスと前記第１触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に前記加熱手段を駆動することを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項６】
請求項２に記載の排ガス浄化装置を用い、前記第２触媒への入りガスと前記第２触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に前記インジェクタ及び前記加熱手段を駆動して、前記第２触媒に堆積したPMを酸化除去するとともに前記第２触媒のNOx 吸蔵能を回復する強制再生処理を行うことを特徴とする排ガス浄化方法。
【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などPMを排出する内燃機関に用いられる排ガス浄化装置と、その排ガス浄化装置を用いた排ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少されてきている。しかし、ディーゼルエンジンについては、有害成分がパティキュレート（粒子状物質：炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子等、以下PMという）として排出されるという特異な事情から、規制も技術の進歩もガソリンエンジンに比べて遅れている。
【０００３】
現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置（ウォールフロー）と、オープン型の排ガス浄化装置（ストレートフロー）とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体（ディーゼルPMフィルタ（以下 DPFという））が知られている。この DPF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よりなり、セル隔壁の細孔で排ガスを濾過してPMを捕集することで排出を抑制するものである。
【０００４】
しかし DPFでは、PMの堆積によって圧損が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、圧損が上昇した場合にバーナあるいは電気ヒータ等で堆積したPMを燃焼させることで DPFを再生することが行われている。しかしながらこの場合には、PMの堆積量が多いほど燃焼時の温度が上昇し、それによる熱応力で DPFが破損する場合もある。
【０００５】
そこで近年では、 DPFのセル隔壁の表面にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金（Pt）などの触媒金属を担持した連続再生式 DPF（フィルタ触媒）が開発されている。この連続再生式 DPFによれば、捕集されたPMが触媒金属の触媒反応によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続してPMを燃焼させることで DPFを再生することができる。そして触媒反応は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちにPMを燃焼できることから、 DPFに作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。
【０００６】
このようなフィルタ触媒として、例えば特開平09−173866号公報には、セル隔壁の表面にはセル隔壁の平均細孔径より大きな粒径の活性アルミナよりなる多孔質コート層を形成し、細孔内部にはセル隔壁の平均細孔径より小さな粒径の活性アルミナをコーティングし、さらに触媒金属を担持したものが開示されている。このフィルタ触媒によれば、コート層の比表面積を増加させながら圧損を低くすることができる。
【０００７】
また特開平06−159037号公報には、上記コート層にさらにNOx 吸蔵材を担持したフィルタ触媒が記載されている。このようにすればNOx 吸蔵材にNOx を吸蔵することができ、軽油などの還元剤を排ガス中に添加することで吸蔵されたNOx を還元して浄化することが可能となる。
【０００８】
ところが触媒金属とNOx 吸蔵材とを担持したコート層をもつフィルタ触媒では、圧損との兼ね合いからコート層の形成量には限界がある。そのため触媒金属を高分散で担持して高温時の粒成長を抑制するためには、触媒金属の担持量を少なくせざるを得ず、PM及びNOx の浄化性能が不足するという問題があった。また低温域の排ガスの流入が連続した場合などには、PM酸化活性が低いためにPMの堆積量が多く目詰まりによって圧損が上昇するという問題がある。
【０００９】
そこで特開2001−212506号公報、特開平09−053442号公報、特開平11−005285号公報などには、ストレートフロー構造の酸化触媒又はNOx 吸蔵還元型触媒と、フィルタ触媒と、を直列に並べた排ガス浄化装置が提案されている。このようにストレートフロー構造の触媒を併用することで、圧損の増大なく浄化性能を向上させることができる。またフィルタ触媒の排ガス上流側にこのような触媒を配置すれば、その前段触媒による浄化反応によって排ガス温度が昇温されるため、フィルタ触媒におけるPM酸化性能が向上し、目詰まりによる圧損の上昇を防止することができる。
【００１０】
ところで、還元剤として軽油などの液体還元剤を排ガス中に間欠的に供給することで、NOx の還元活性を向上させるシステムが提案され、実用化されつつある。また還元剤の酸化による反応熱が加わるため、堆積したPMをさらに効率よく酸化除去することができる。したがってある程度PMが堆積した時に還元剤の添加を行い、フィルタ触媒に堆積したPMを燃焼除去して強制再生することも行われている。
【００１１】
また特開平06−173659号公報などに開示されているように、ヒータ付NOx 吸収剤を配置することも行われている。排ガスの酸素濃度が低いときにヒータ加熱を行うことで、NOx 吸収剤からSOx 及びNOx を放出させることができ、NOx 吸収剤のNOx 吸収能を回復させることができる。
【００１２】
さらに特開2002−168117号公報には、NOx 吸着還元触媒を上流側と下流側にそれぞれ配置し、上流側のNOx 吸着還元触媒をヒータで加熱できるようにした排ガス浄化システムが記載されている。このシステムによれば、上流側のNOx 吸着還元触媒に流入する排ガスの温度が所定値より低い場合、あるいはその排ガスの流量が所定値以下の場合にヒータを駆動して上流側のNOx 吸着還元触媒の温度を上昇させる。これにより上流側のNOx 吸着還元触媒での反応によって、下流側のNOx 吸着触媒に流入する排ガスのH2／CO濃度比を高めることができ、NOx 浄化効率が向上する。またヒータに代えて還元剤を供給し、その酸化による発熱を利用して上流側のNOx 吸着還元触媒を加熱することも記載されている。
【００１３】
しかし還元剤は、高温域ではNOx の浄化にきわめて有用であるが、低温域では最上流にある触媒に液体還元剤が直接流入することとなるために、触媒の上流側端面に液体還元剤が付着し、それにPMが付着してセル通路が目詰まりして排気圧損が上昇するという問題がある。また強制再生時には比較的多量の還元剤を添加する必要があり、それによって燃費が悪化するという不具合もある。
【特許文献１】特開2001−212506号
【特許文献２】特開2002−168117号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、排気圧損の上昇を抑制するとともにNOx 浄化性能の低下を抑制し、さらに燃費の悪化を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化装置の特徴は、PMを排出する内燃機関の排気系に配置された排ガス浄化用の第１触媒と、第１触媒より排ガス下流側に配置されたNOx 吸蔵還元型の第２触媒と、第１触媒を加熱する加熱手段と、第１触媒の排ガス上流側に配置され排ガス中に液体還元剤を供給するインジェクタと、少なくとも第２触媒への入りガスと第２触媒からの出ガスとの差圧を検出する差圧検出手段と、差圧検出手段の検出信号に応じて加熱手段を制御し該差圧が所定値を超えた場合に加熱手段を駆動する制御装置と、を備えたことにある。
【００１６】
第２触媒は、排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し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、をもつウォールフロー構造のハニカム構造体と、セル隔壁の表面及び細孔内表面に形成され酸化物担体に貴金属及びNOx 吸蔵材を担持した触媒層と、からなるフィルタ触媒であることが好ましい。
【００１７】
差圧検出手段は、第１触媒への入りガスと第１触媒からの出ガスとの差圧も検出することが好ましい。
【００１８】
また本発明の排ガス浄化方法の一つの特徴は、請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置を用い、第２触媒への入りガスと第２触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に加熱手段を駆動することにある。
【００１９】
本発明の排ガス浄化方法の二つ目の特徴は、請求項３に記載の排ガス浄化装置を用い、第１触媒への入りガスと第１触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に加熱手段を駆動することにある。
【００２０】
さらに本発明の排ガス浄化方法の三つ目の特徴は、請求項２に記載の排ガス浄化装置を用い、第２触媒への入りガスと第２触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合にインジェクタ及び加熱手段を駆動して、第２触媒に堆積したPMを酸化除去するとともに第２触媒のNOx 吸蔵能を回復する強制再生処理を行うことにある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法によれば、第２触媒の入りガスと出ガスに差圧が生じ、PMによる目詰まりが生じたことが検出された場合に、加熱手段が駆動され第１触媒が加熱される。すると第１触媒では、排ガス中のNOがNO2 に酸化される反応が促進され、NO2 を含む酸化活性の高い反応ガスが第２触媒に流入することで堆積していたPMが酸化される。これによりNOx の浄化性能が向上するとともに、排気圧損の上昇を抑制することができる。したがって強制再生処理までの期間を延長することができ、燃費が向上する。
【００２２】
また第１触媒への入りガスと出ガスの差圧を検出することで、第１触媒の端部の目詰まり状態を推定することができ、その場合に加熱手段を駆動することで第１触媒の上流側端面に付着した液体還元剤及びPMを燃焼除去することができる。
【００２３】
さらに、強制再生処理時にインジェクタ及び加熱手段を駆動することで、第２触媒への入りガス温度を上昇させることができ、PMの酸化が促進されるためPM捕集能が再生される。また第１触媒によって添加される液体還元剤が部分酸化されて改質され、活性の高いHCとなって第２触媒に流入するため、硫黄被毒したNOx 吸蔵材の還元が促進されNOx 吸蔵能が再生される。したがって第２触媒の強制再生が促進され、PMが限界まで堆積するのに要する期間が延長されるため還元剤の添加量を少なくすることができ燃費が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の排ガス浄化装置は、PMを排出する内燃機関の排気系に用いられる。このような内燃機関としては、ディーゼルエンジンが代表的であるが、リーンバーンエンジンでもPMを排出する場合があるので、この場合にも用いることができる。
【００２５】
第１触媒は一般にストレートフロー構造の触媒が用いられ、酸化触媒、三元触媒、NOx 吸蔵還元触媒など、酸化活性を有する触媒を用いることができる。NOx 吸蔵還元触媒であることが特に好ましい。この第１触媒によって少なくとも排ガス中のHC、COを酸化することができ、三元触媒、NOx 吸蔵還元触媒などを用いることでNOx の還元も可能となる。また排ガス中のNOが酸化されてNO2 などのNOx となるが、このNOx を含む反応ガスはきわめて酸化活性が高い。したがってこの酸化活性が高い反応ガスが下流側の第２触媒に流入することで、第２触媒におけるPMの酸化活性が大きく向上する。
【００２６】
第１触媒には、第１触媒を加熱する加熱手段が設けられる。この加熱手段は、制御装置によって駆動の制御が可能なものであり、電気ヒータを用いることが好ましい。例えば第１触媒にヒータを埋設してもよいし、第１触媒を収納するケースにヒータを配設することもできる。また第１触媒への入りガスを加熱することで、第１触媒を間接的に加熱してもよい。この場合は、第１触媒のさらに排ガス上流側にヒータあるいは酸化触媒を配置することができる。
【００２７】
第２触媒はNOx 吸蔵還元触媒であり、ストレートフロー構造のものでもよいが、排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し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、をもつウォールフロー構造をなし、セル隔壁の表面及び細孔内表面に形成され酸化物担体に貴金属及びNOx 吸蔵材を担持した触媒層をもつフィルタ触媒であることが好ましい。
【００２８】
第１触媒の排ガス上流側に配置されるインジェクタは、排ガス中に液体還元剤を供給するものであり、従来用いられているものを用いることができる。
【００２９】
差圧検出手段は、少なくとも第２触媒への入りガスと第２触媒からの出ガスとの差圧を検出するものであり、圧力センサが用いられる。第１触媒への入りガスと第１触媒からの出ガスとの差圧も検出することが望ましい。なお第１触媒からの出ガスの圧力は第２触媒への入りガスの圧力と等しいので、圧力センサは第１触媒の上流側、第１触媒と第２触媒の間、及び第２触媒の下流側の３個で足りる。
【００３０】
制御装置は、差圧検出手段の検出信号に応じて加熱手段を制御し差圧が所定値を超えた場合に加熱手段を駆動するものであり、ＥＣＵを利用したもの、あるいはコンピュータなどのデジタル回路から別に形成されたもの、などとすることができる。この制御装置は、差圧検出手段の検出信号に応じて加熱手段を制御するだけでも足りるが、インジェクタの駆動を制御してもよい。
【００３１】
本発明の一つの排ガス浄化方法では、第２触媒への入りガスと第２触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に加熱手段を駆動する。これにより第１触媒が加熱され、第２触媒への入りガスの温度が上昇するとともに、第１触媒ではNOが酸化されてNO2 などのNOx が生成する。このNOx を含む反応ガスはきわめて酸化活性が高いので、第２触媒に堆積したPMを酸化除去することができ、第２触媒がある程度再生される。したがって、PMが限界まで堆積するのに要する期間が延長され強制再生処理までの期間を延長することができ、強制再生処理に用いられる軽油の添加量を低減できるため燃費が向上する。
【００３２】
例えばリーン雰囲気において第１触媒が加熱されると、次式のように排ガス中のNOがNO2 に酸化される。また第１触媒がNOx 吸蔵還元触媒であれば、加熱によってNOx 吸蔵材に吸蔵されていたNOx が放出される。
【００３３】
NO＋O2  →NO2 ＋O*
このNO2 及び放出されたNOx は、第２触媒のNOx 吸蔵材に例えば次式のように吸蔵される。
【００３４】
2NO2＋O2＋BaO →Ba(NO3)2＋O*
上二式で生成したO*原子（活性酸素）は反応性が高く、低温でもPMを酸化することができるので、第２触媒に堆積したPMを低温域でも酸化浄化することができる。
【００３５】
一方、軽油などの還元剤が添加されたリッチ雰囲気では、少なくとも第２触媒で次式の反応が生じ、第１触媒がNOx 吸蔵還元触媒であれば第１触媒でも次式の反応が生じる。
【００３６】
Ba(NO3)2  →  2NO2 ＋BaO ＋ O*  →  N2＋2O2 ＋BaO ＋O*
これらの反応で生じたO*も同様に反応性が高く、低温のリッチ雰囲気でもPMを酸化浄化することができる。
【００３７】
上記制御を行う場合、第２触媒を流れる排ガス温度が 250〜 700℃となるように加熱手段を駆動することが望ましい。第２触媒を流れる排ガス温度が 250℃より低いと上記作用が奏されにくくなり、 700℃より高くしても効果が飽和してエネルギーの損失となる。
【００３８】
また本発明の排ガス浄化方法では、上記制御に加えて、第１触媒への入りガスと第１触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合に加熱手段を駆動することが好ましい。この場合には、第１触媒の上流側端面に液体還元剤が付着し、それにさらにPMが付着していたとしても、加熱によって液体還元剤を気化することができ、第１触媒の端面閉塞を解消することができる。
【００３９】
この場合には、第１触媒を流れる排ガス温度が 250〜 350℃となるように加熱手段を駆動することが望ましい。第１触媒を流れる排ガス温度が 250℃より低いと上記作用が奏されにくくなり、 350℃より高くしても効果が飽和してエネルギーの損失となる。
【００４０】
さらに本発明の排ガス浄化方法では、上記制御に加えて、第２触媒への入りガスと第２触媒からの出ガスとの差圧が所定値より大きくなった場合にインジェクタ及び加熱手段を駆動することが好ましい。これにより第２触媒に堆積したPMの酸化除去が促進されるため、第２触媒のPM捕集能が再生される。また、第１触媒中で還元剤が部分酸化されて改質された活性の高いHCが第２触媒に流入する。したがって第２触媒のNOx 吸蔵材が硫黄被毒していたとしても、還元反応によりSO2 として放出でき、NOx 吸蔵材のNOx 吸蔵能が再生される。
【００４１】
この場合には、第２触媒を流れる排ガス温度が 600〜 700℃となるように加熱手段を駆動することが望ましい。第２触媒を流れる排ガス温度が 600℃より低いとPMが残留しやすく、 700℃より高くしても効果が飽和してエネルギーの損失となるとともにヒートショックによって第２触媒が損傷する場合がある。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【００４３】
（実施例１）
図１に本実施例の排ガス浄化装置を示す。直噴型ディーゼルエンジン１の排気系は排気マニホールド10から二つに分岐し、ターボチャージャ２及び EGRクーラー３がそれぞれの流路に配置されている。ターボチャージャ２を出た排ガスは、触媒コンバータを通過して外部へ排出される。一方、 EGRクーラー３を通過した排ガスは、 EGRバルブ30によって流量を制御されて吸気マニホールド11に戻される。ターボチャージャ２の排ガス上流側にはインジェクタ12が取り付けられ、排ガス中に軽油を添加できるようになっている。ターボチャージャ２の下流には、ストレートフロー構造のNOx 吸蔵還元触媒４が配置され、NOx 吸蔵還元触媒４の下流側にはウォールフロー構造のフィルタ型のNOx 吸蔵還元触媒５が搭載されている。NOx 吸蔵還元触媒４には電気ヒータ40が配設されている。
【００４４】
NOx 吸蔵還元触媒４の上流側には、NOx 吸蔵還元触媒４への入りガスの圧力を検出する温度センサ41が配置され、NOx 吸蔵還元触媒５の上流側及び下流側にはNOx 吸蔵還元触媒５への入りガス及びNOx 吸蔵還元触媒５からの出ガスの圧力を検出する圧力センサ50、51がそれぞれ配置されている。圧力センサ41、50、51の検出信号は制御装置６に入力され、制御装置６は圧力センサ41、50、51の検出信号に応じて電気ヒータ40を制御する。また制御装置６は、インジェクタ12の駆動も制御している。
【００４５】
NOx 吸蔵還元触媒４は、コーディエライト製のストレートフロー構造のハニカム基材（１Ｌ、 600セル／in2 ）と、ハニカム基材のセル通路表面に形成された Al2O3コート層と、 Al2O3コート層に担持されたPt、Rh、Ba、Ｋ、Liとから構成されている。 Al2O3コート層はハニカム基材１Ｌあたり 250ｇ形成され、ハニカム基材１Ｌあたりの担持量は、Ptが５ｇ、Rhが 0.5ｇ、Baが 0.1モル、Ｋが 0.1モル、Liが 0.2モルである。
【００４６】
またNOx 吸蔵還元触媒５は、排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し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、をもつコーディエライト製のウォールフロー構造のハニカム基材（２Ｌ、平均細孔径20μｍ）と、ハニカム基材のセル隔壁表面及びセル隔壁の細孔表面に形成された Al2O3コート層と、 Al2O3コート層に担持されたPt、Rh、Ba、Ｋ、Liとから構成されている。 Al2O3コート層はハニカム基材１Ｌあたり 150ｇ形成され、ハニカム基材１Ｌあたりの担持量は、Ptが５ｇ、Rhが 0.5ｇ、Baが 0.1モル、Ｋが 0.1モル、Liが 0.2モルである。
【００４７】
この排ガス浄化装置を２Ｌ直噴ディーゼルエンジンを搭載したエンジンベンチに取付け、11 Lapを模擬したパターンにて50時間（約2000km走行相当）運転した。通常は A/F＝ 18〜30のリーン雰囲気で運転し、８秒間のリーン運転と、インジェクタ12から 0.1cc／秒で軽油が排ガス中に２秒間添加されるリッチスパイクとが交互に繰り返し行われるシステムで運転した。この試験中の平均燃費と、試験後のPM堆積量を測定し、結果を表１に示す。
【００４８】
ここで上記試験中における制御装置６の制御内容を図２及び図３のフローチャートに従って以下に説明する。この制御は、上記したリーン・リッチ制御と並行して行われる。
【００４９】
先ずステップ 100において圧力センサ41、50からの検出信号が制御装置６に入力され、NOx 吸蔵還元触媒４への入りガスの圧力（P0）とNOx 吸蔵還元触媒４からの出ガスの圧力（P1）が求められる。ステップ 101で制御装置６は現在のディーゼルエンジンの運転状況を把握し、ステップ 102で予め記憶されているマップに基づいて目的とする差圧Pxを算出する。
【００５０】
ステップ 103では現実の差圧（P0−P1）とPxとが比較され、P0−P1≦Pxの場合にはステップ 105で電気ヒータ40の通電が遮断されていることを確認し、その後処理はステップ 100に戻る。一方、P0−P1＞Pxである場合には、電気ヒータ40が通電されNOx 吸蔵還元触媒４が 250℃に加熱される。これによりNOx 吸蔵還元触媒４の上流側端面に付着した軽油が気化するとともに、付着していたPMの酸化が促進される。そして処理はステップ 100に戻り、ステップ 103でP0−P1≦Pxとなるまで電気ヒータ40による加熱が継続される。
【００５１】
一方、上記処理と並行して行われる図３に示す処理では、先ずステップ 200において圧力センサ50、51からの検出信号が制御装置６に入力され、NOx 吸蔵還元触媒５への入りガスの圧力（P1）とNOx 吸蔵還元触媒５からの出ガスの圧力（P2）が求められる。ステップ 201で制御装置６は現在のディーゼルエンジンの運転状況を把握し、ステップ 202で予め記憶されているマップに基づいて目的とする第１差圧（Py）と第２差圧（Pz）を算出する。ここでPzは強制再生処理を行うべき差圧であり、Py＜Pzである。
【００５２】
ステップ 203では運転状況から算出された第２差圧（Pz）と現実の差圧（P1−P2）とが比較され、P1−P2＞Pzの場合にはNOx 吸蔵還元触媒５に目詰まりが生じていると判断され、ステップ 204からの強制再生処理が行われる。
【００５３】
強制再生処理時には、ステップ 204でインジェクタ12から 0.1cc／秒の添加量で軽油が排ガス中に添加される。それとほぼ同時にステップ 205で電気ヒータ40が通電されNOx 吸蔵還元触媒４が 250℃に加熱される。これによりNOx 吸蔵還元触媒５に流入する排ガス温度が上昇するとともに、NOx 吸蔵還元触媒４において軽油の改質反応が進行し、軽油がガス化するとともに改質された活性なHCがNOx 吸蔵還元触媒５に流入する。したがってNOx 吸蔵還元触媒５では、捕集されたPMが効率よく酸化除去される。そしてステップ 206ではP1及びP2が再び入力され、ステップ 203においてPz＜P1−P2となるまでステップ 204からステップ 206の処理が繰り返される。
【００５４】
ステップ 203で現実の差圧（P1−P2）が第２差圧Pzより小さい場合には、ステップ 207でインジェクタ12による軽油の添加が中止され、ステップ 208では現実の差圧（P1−P2）と第１差圧（Py）とが比較される。ステップ 208でP1−P2＞Pyの場合には、ステップ 210で電気ヒータ40の通電が遮断され、その後処理はステップ 200に戻る。
【００５５】
一方、P1−P2＞Pyである場合には、ステップ 209で電気ヒータ40が通電されNOx 吸蔵還元触媒４が 350℃に加熱される。これによりNOx 吸蔵還元触媒４においてNOの酸化活性が高まるとともに、NOx 吸蔵還元触媒４に吸蔵されていたNOx が放出される。したがってNOx を含む活性の高いガスがNOx 吸蔵還元触媒５に流入するため、NOx 吸蔵還元触媒５に捕集されたPMが酸化される。そして処理はステップ 200に戻り、ステップ 208でP1−P2≦Pyとなるまで電気ヒータによる加熱が継続される。
【００５６】
（比較例１）
本比較例では、圧力センサ40を設けなかったこと、NOx 吸蔵還元触媒４に電気ヒータ40を配設しなかったこと以外は実施例１と同様の排ガス浄化装置を用いている。
【００５７】
この排ガス浄化装置を２Ｌ直噴ディーゼルエンジンを搭載したエンジンベンチに取付け、11 Lapを模擬したパターンにて50時間（約2000km走行相当）運転した。通常は A/F＝18〜30のリーン雰囲気で運転し、８秒間のリーン運転と、インジェクタ12から 0.1cc／秒で軽油が排ガス中に２秒間添加されるリッチスパイクとが交互に繰り返し行われるシステムで運転した。この試験中の平均燃費と、試験後のPM堆積量を測定し、結果を表１に示す。
【００５８】
この比較例１における制御装置６の制御内容を、図４のフローチャートに従って以下に説明する。
【００５９】
先ずステップ 300では圧力センサ50、51からの検出信号が制御装置６に入力され、NOx 吸蔵還元触媒５への入りガスの圧力（P1）とNOx 吸蔵還元触媒５からの出ガスの圧力（P2）が求められる。ステップ 301で制御装置６は現在のディーゼルエンジンの運転状況を把握し、ステップ 302で予め記憶されているマップに基づいて目的とする差圧（Pz）を算出する。ステップ 303では目的とする差圧（Pz）と現実の差圧（P1−P2）とが比較される。
【００６０】
P1−P2＞Pzの場合には、NOx 吸蔵還元触媒５に目詰まりが生じていると判断され、ステップ 304でエンジン回転数が2400 rpmとされ、NOx 吸蔵還元触媒５への入りガス温度は約 350℃とされる。同時にステップ 305でインジェクタ12から 0.1cc／秒の添加量で軽油が排ガス中に添加される。そしてステップ 306でP1及びP2が再度入力され、処理はステップ 303へ戻ってP1−P2≦Pzとなるまで軽油の添加と回転数が維持される。
【００６１】
一方、ステップ 303でP1−P2≦Pzの場合には、ステップ 307インジェクタ12が駆動されていないこと、及び回転数が通常の運転状態であることが確認され、処理はステップ 300へ戻る。
【００６２】
（比較例２）
本比較例では、制御装置６による制御を行わなかったこと以外は実施例１と同様である。この排ガス浄化装置を２Ｌ直噴ディーゼルエンジンを搭載したエンジンベンチに取付け、11 Lapを模擬したパターンにて50時間（約2000km走行相当）運転した。通常は A/F＝18〜30のリーン雰囲気で運転し、８秒間のリーン運転と、インジェクタ12から 0.1cc／秒で軽油が排ガス中に２秒間添加されるリッチスパイクとが交互に繰り返し行われるシステムで運転した。この試験中の平均燃費と、試験後のPM堆積量を測定し、結果を表１に示す。
【００６３】
＜評価＞
実施例１及び比較例１における制御時の、時間と現実の差圧ΔＰ（P1−P2）との関係を図５に示す。実施例１では電気ヒータ40への通電制御が頻繁に行われるため、現実の差圧（P1−P2）が所定値Pzまで上昇するまでの時間が比較例１に比べて約２倍程度に延長されている。
【００６４】
【表１】
2005188396.tif 000003
【００６５】
表１より、実施例１の排ガス浄化装置によれば、各比較例に比べてPM堆積量が少なく、燃費も向上していることが明らかである。すなわち圧力センサの検出信号に応じて電気ヒータ40を適切に制御することにより、図５に示すように強制再生処理までの時間が延長され、軽油の添加量が少なくなるため燃費が向上する。また堆積したPMが効率よく酸化浄化されていることも明らかである。
【００６６】
＜試験例１＞
実施例１及び比較例２の排ガス浄化装置について、上記と同様のエンジンベンチにて1600 rpm×30Nm、NOx 吸蔵還元触媒４への入りガス温度 200℃、インジェクタ12から軽油を添加しながら２時間運転した。実施例１では、上記と同様の制御を行った。その後ケース40を取り外し、NOx 吸蔵還元触媒４の上流側端面を観察して、端面閉塞率を画像解析により算出した。結果を図６に示す。
【００６７】
図６から、実施例１の排ガス浄化装置ではNOx 吸蔵還元触媒４の端面閉塞が大きく抑制されていることがわかる。すなわち圧力センサP0、P1の検出信号に応じて電気ヒータ40を適切に制御することにより、NOx 吸蔵還元触媒４の上流側端面に軽油及びPMが付着堆積するのを抑制することができることが明らかである。
【００６８】
＜試験例２＞
実施例１及び比較例２の排ガス浄化装置について、上記と同様のエンジンベンチにて2900 rpm×80Nm、NOx 吸蔵還元触媒５への入りガス温度 350℃、インジェクタ12から軽油を添加しながら２時間運転した。実施例１では、上記と同様の制御を行った。運転中のNOx 吸蔵還元触媒５への入りガスを分析し、その温度変化を図７に、そのHC組成を図８に示す。
【００６９】
図７より、実施例１の排ガス浄化装置ではNOx 吸蔵還元触媒５への入りガス温度が比較例２より高いことがわかる。すなわち実施例１では、電気ヒータ40が駆動されるために、NOx 吸蔵還元触媒５への入りガス温度が上昇していることが明らかである。そして図８より、NOx 吸蔵還元触媒５への入りガス中のHCは、比較例に比べて実施例１の方が低分子量であり、これは軽油が部分酸化されて改質されていることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施例の排ガス浄化装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施例の排ガス浄化装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施例の排ガス浄化装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】比較例の排ガス浄化装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】実施例１と比較例２の排ガス浄化装置における下流側のNOx 吸蔵還元触媒５（第２触媒）の、上流側と下流側の差圧と時間との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１と比較例２の排ガス浄化装置における上流側のNOx 吸蔵還元触媒４（第１触媒）の端面閉塞率を示すグラフである。
【図７】実施例１と比較例２の排ガス浄化装置における下流側のNOx 吸蔵還元触媒５（第２触媒）の入りガス温度の変化を示すグラフである。
【図８】実施例１と比較例２の排ガス浄化装置における下流側のNOx 吸蔵還元触媒５（第２触媒）への入りガス中のHCの炭素数分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１：ディーゼルエンジン                ４：NOx 吸蔵還元触媒（第１触媒）
５：NOx 吸蔵還元触媒（第２触媒）      ６：制御装置
12：インジェクタ                      40：電気ヒータ（加熱手段）
41，50，51：圧力センサ（差圧検出手段）
【図１】
2005188396.tif 000004
【図２】
2005188396.tif 000005
【図３】
2005188396.tif 000006
【図４】
2005188396.tif 000007
【図５】
2005188396.tif 000008
【図６】
2005188396.tif 000009
【図７】
2005188396.tif 000010
【図８】
2005188396.tif 000011