(57)【要約】【課題】  この排気ガス浄化システムは，フイルタ触媒が排気ガス中の粒子状物質で詰まることなく粒子状物質を酸化反応させて排気ガスを浄化する。【解決手段】フイルタ触媒４５は，ケース１内にフイルタ構造体２１を配置して形成した通路のうち２つを排気ガス出入兼用通路３４に，他を排気ガス出口通路３５に構成する。まず，フイルタ構造体２１に排気ガスを順流で送り込み，時間経過後に切換バルブ３６を作動して排気ガスを逆流させ，フイルタ触媒４５への粒子状物質の詰まりを防止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排気通路を通じて排出される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して前記排気ガスを浄化する少なくともフイルタ触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて，
前記フイルタ触媒は，前記排気通路を形成する筒形のケース内に，互いに仕切られた少なくとも３つ以上の通路を周囲に形成するように配置された長手方向両端が密封板で封鎖されたフイルタ構造体から成り，前記通路のうち２つの通路が排気ガス出入兼用通路に構成され，残りの前記通路が前記排気ガス出入兼用通路からの浄化された前記排気ガスを排気する排気ガス出口通路に構成され，前記フイルタ構造体の上流側の前記排気通路にはいずれか一方の前記排気ガス出入兼用通路に前記排気ガスを送り込むため切り換えられる切換バルブが設けられていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記ケースは略円筒形状に形成されており，前記フイルタ構造体は断面矩形状に形成され，前記ケース内に前記フイルタ構造体を配置した状態で４つの前記通路が形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記フイルタ構造体は，互いに隔置して多段に配設された前記排気ガスを通さない矩形状仕切板と，前記矩形状仕切板間に斜めに配置されて前記矩形状仕切板に両端が接続されて延びる前記排気ガスを通して前記有害物質を反応除去する矩形状フイルタとから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記切換バルブの切り換えで一方の前記排気ガス出入兼用通路に導入された前記排気ガスは，前記排気ガス出入兼用通路から前記フイルタ構造体に送り込まれ，前記フイルタ構造体で浄化されて他方の前記排気ガス出入兼用通路に排気され，次いで，前記フイルタ構造体の前記密封板と前記切換バルブとにガイドされて前記排気ガス出口通路を通って前記フイルタ触媒から排気されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記排気通路における上流側に配置されて排気ガス中のＮＯX を還元反応させるＮＯX 還元触媒，前記ＮＯX 還元触媒の下流側に配置されて排気ガス中の少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させる酸化触媒，前記酸化触媒の下流側に配置された少なくともスート等の粒子状物質を酸化反応させる前記フイルタ触媒，前記排気通路における前記ＮＯX 還元触媒の上流に配置されてＮＯX と反応させる炭化水素系燃料を前記排気通路に噴射する噴射弁，並びに排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して前記噴射弁の噴射量を制御するコントローラを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記排気通路における上流側に配置されて排気ガス中の少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させる第１酸化触媒，前記第１酸化触媒の下流側に配置されて少なくともスート等の粒子状物質を酸化反応させる前記フイルタ触媒，前記フイルタ触媒の下流側に配置されて前記排気ガス中のＮＯX を還元反応させるＮＯX 還元触媒，前記フイルタ触媒と前記ＮＯX 還元触媒との間の前記排気通路に配置されて前記ＮＯX と反応させる炭化水素系燃料を前記排気通路に噴射する噴射弁，前記ＮＯX 還元触媒の下流側の前記排気通路に配置されて前記排気ガス中の少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させる第２酸化触媒，並びに排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して前記噴射弁の噴射量を制御するコントローラを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項７】
前記ＮＯX 還元触媒は，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体，或いはセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体で構成され，前記ＮＯX 還元触媒には前記炭化水素系燃料によるＮＯX 選択還元を行うため少なくとも２種類の触媒が担持されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項８】
前記ＮＯX 還元触媒には，銀及び／又はコバルトの触媒が担持されているか，或いはＺｎ−Ｇａ−Ａｌ−Ｏのスピネル構造を有する触媒が担持されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項９】
前記２種類の酸化触媒は，少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させるセラミックス製又は金属製ハニカム構造体と，少なくともスート等の粒子状物質を捕集して酸化反応させるセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体或いはセラミックス製ハニカムのウォールフロー構造体とから構成されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１０】
前記ハニカム構造体には白金，パラジウム，マンガン，銅及びニッケルの少なくとも１種が担持され，また，前記フイルタ構造体にはカリウム，リチウム，ナトリウム等のアルカリ金属類及びその化合物の少なくとも１種が担持されていることを特徴とする請求項９に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１１】
前記コントローラは，前記ＮＯX 濃度の情報を前記排気通路に配置されたＮＯX 濃度センサにより検出されたＮＯX 濃度，又はエンジン回転速度と負荷とを基にして予め予測されたＮＯX 排出量によるＮＯX 濃度で決定し，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１２】
前記コントローラは，前記ＮＯX 還元触媒の上流と下流にそれぞれ配置されたＮＯX 濃度センサによるＮＯX 濃度によって得られたＮＯX 低減量に応答して前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１３】
前記コントローラは，前記ＮＯX 還元触媒の上流と下流の前記排気通路にそれぞれ配置されたＮＯX 濃度センサによるＮＯX 濃度によって得られたＮＯX 低減量に応答して前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御することを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１４】
前記コントローラは，前記排気ガス流量を前記排気通路に設けられた絞り又はノズルの部位で得られた圧力差と前記排気ガス温度とから求め，前記排気ガス流量に前記ＮＯX 濃度を乗じてＮＯX 排出質量を求め，前記ＮＯX 排出質量に対応した予め決められた所定の流量の前記炭化水素系燃料を前記噴射弁から噴射する制御をすることを特徴とする請求項５〜１３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１５】
前記コントローラは，温度センサで測定された前記排気ガス温度が予め決められた所定の排気ガス温度以上である状態が予め決められた所定の時間以上経過したことに応答して前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を噴射し，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射は前記所定の排気ガス温度以下に低下して前記所定の時間経過後に停止させる制御をすることを特徴とする請求項５〜１４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１６】
前記コントローラは，前記エンジンが自然吸気タイプである場合に，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をすることを特徴とする請求項５〜１５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１７】
前記コントローラは，前記エンジンが自然吸気タイプである場合に，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をすることを特徴とする請求項５〜１６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１８】
前記コントローラは，前記エンジンが過給機付きタイプである場合に，回転速度及び前記過給機の下流の吸気温度及び／又は排気ガス圧と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をすることを特徴とする請求項５〜１６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１９】
前記コントローラは，前記排気ガス温度に応答して前記ＮＯX 排出質量に対する前記噴射弁から噴射される前記炭化水素系燃料の質量の比率を制御することを特徴とする請求項５〜１８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２０】
前記コントローラは，最上流又は少なくとも前記フイルタ触媒の上流に設けた圧力センサによる排気ガス圧，圧力差及び前記排気ガス温度から算出された前記排気ガス流量から詰まり状態を判定し，予め決められた温度域で前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を噴射し，触媒領域の温度又は排気ガス温度を上昇させる制御をすることを特徴とする請求項５〜１９のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項２１】
前記コントローラは，前記触媒の上下流で設けられた温度センサによる温度差と前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量とから燃焼状態を確認し，燃焼状態でないことを確認すると，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射を停止する制御をすることを特徴とする請求項５〜２０のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，エンジン，特に，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を酸化反応させると共に窒素酸化物（ＮＯX ）を還元反応させて排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン，特に，ディーゼルエンジンは，軽油，天然ガス，重油等を燃料としてディーゼル燃焼させるものであるが，シリンダ内に導入した空気をピストンで圧縮し，高温高圧の空気に燃料を噴射して燃焼させるものである。従って，ディーゼルエンジンは，極めて短い時間に燃料と空気とを混合させなければならず，燃料と空気との均一な混合が難しく，燃料が過濃となった部分を中心に粒子状物質（ＰＭ）が多く発生する。ディーゼルエンジンは，空気と燃料との混合が悪いため，理論空燃比で燃焼させることが難しく，空気過剰率になって排気ガス中には燃焼に寄与しなかった多くの酸素が存在している。従って，ディーゼルエンジンは，排気ガス中に多くの酸素が存在しているため，ガソリンエンジンに用いられるＮＯX を低減する三元触媒方式による排気ガス浄化装置を用いることができない。そこで，ディーゼルエンジンでは，上記の有害物質を含む排気ガスを浄化するため，燃料噴射圧力を高圧化し，短時間に均一な混合気を生成させる試みが行われているが，ガソリンエンジンに比較すると，排気ガスには有害物質が多く含まれている。
【０００３】
一方，排気ガスを浄化するため，ＮＯX に関してアンモニアを用いる脱硝システムが知られている。該脱硝システムは，車両では安全な尿素水を用いて，後処理装置によって尿素からアンモニアを生成し，そのアンモニアによりＮＯX の酸素を還元する選択還元システムが有効である。しかしながら，該ＮＯX 浄化システムは，燃料以外の物質を定期的に補給する必要があり，エンジンを搭載した車両では，燃料以外の物質を補給するためのシステム，即ちインフラが必要であって実用化が困難であり，しかも装置そのものも高価なものになるという問題がある。また，車両用の排気ガス浄化装置として，アンモニアの代わりに軽油を還元剤として用いるＮＯX 低減装置の開発が行われているが，装置そのものが複雑になるわりにはＮＯX 低減率が低く，実用化されていないのが現状である。
【０００４】
また，排気ガス浄化装置では，排気ガス中のＮＯX を低減すると共に，粒子状物質（ＰＭ）を低減することが重要である。排気ガス中のＰＭを低減する排気ガス浄化装置は，各種のものが実用化されており，代表的なものとしてコージライト製ハニカムを互い違いに目封した構造に形成し，ハニカム構造体の壁面でＰＭを捕集し，壁面に担持している触媒によって燃焼させるものが知られている。しかしながら，ディーゼルエンジンでは，ガソリンエンジンに比較して排気ガス温度が低温であるため，排気ガス温度が触媒活性温度域に上がる頻度が少なく，触媒によりＰＭを浄化することが不十分であり，ハニカム構造体の詰まり現象が発生するトラブルがある。一般に，ディーゼルエンジンでは，触媒を用いて連続してＰＭを燃焼させて排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置は，排気ガスが高温である高速走行では良好であるが，排気ガスが低温になる市街地走行ではハニカム構造体の詰まりによるトラブルが発生するのが現状である。
【０００５】
また，排気ガス浄化装置として，セラミックスフイルタでＰＭを捕集し，捕集したＰＭを定期的に電気エネルギを用いて強制的に燃焼させるシステムが実用化されているが，装置そのものが複雑で高価なため，多くの車両に安価に搭載することが難しいのが現状である。また，ディーゼルエンジンでは，後処理装置に要求される特性は，ＮＯX とＰＭとの両方とも低減できる装置であり，一方のみが低減されても実用上は好ましくなく，排気ガス浄化装置として採用することは好ましくない。排気ガス浄化装置では，ＮＯX とＰＭとを同時に低減する装置としては，触媒を担持させたコージライト製ハニカム構造体の表面にＰＭとＮＯX を吸着させ，瞬間的に燃料を過濃にしてＮＯX を還元し，同時にＰＭも燃焼させるシステムが開発されているが，エンジンの制御が複雑になり，多種多様の使用状態では，ＰＭによる詰まり現象が発生し，試験的に販売されているに留まっているのが現状である。
【０００６】
従来，ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として，粒子状物質やＮＯX を低減するものが知られている。該排気ガス浄化装置は，ディーゼルエンジンの排気通路の途中に，排気ガスの流れに対し，上流側から酸化触媒，排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフイルタ及びＮＯX 触媒を直列に設けると共に，パティキュレートフイルタとＮＯX 触媒との間に，排気ガス中のＮＯX を還元するための添加剤を噴射する添加装置を設けたものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００７】
また，浄化機能を運転条件によらずに再生させる排気ガス浄化装置が知られている。該排気ガス浄化装置は，基幹通路，該基幹通路に接続された環状通路と，基幹通路と環状通路との接続部分に設けられ且つ排気ガスの経路を変更するための切替弁を含む経路変更部とを備えている。環状通路には，排気ガス中に含まれる含炭素微粒子とＮＯX とを浄化する浄化部が設けられ，下流側の部分基幹通路には，排気ガス中に含まれるＮＯX を浄化する浄化部が設けられている。浄化ユニットは，２つの浄化部の浄化機能を再生させるための還元剤を部分環状通路内に供給する還元剤噴射ノズルを備えている（例えば，特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９９４２３号公報
【特許文献２】特開２００３−４１９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，従来の排気ガス浄化装置は，構造そのもの，制御システム等が複雑であったり，また，複雑な構造であるため製造が容易ではなく，製造コストが高価であり，また，フイルタ触媒によってスート等の粒子状物質を一旦捕集して時間をかけて酸化反応させて排気ガスを浄化しているが，スート等の粒子状物質が酸化反応せずにフイルタ触媒を詰まらせる現象が発生する等の問題を有していた。そこで，フイルタ触媒が，排気ガスに含まれるスート等のＰＭで詰まる現象を防止してフイルタ触媒の耐久性を向上させることが望まれている。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，エンジンからの排気ガスを排出する排気通路に容易に取り付けることができるものであり，一体構造のキットに構成され，新車のエンジン又は既存車のエンジンの排気管にも容易に取り付けることができ，特に，排気ガス中に含まれるスート等の粒子状物質（ＰＭ）を酸化反応させるフイルタ触媒を排気通路に設け，フイルタ触媒のフイルタに流れる排気ガスを切換バルブの切り換えによってフイルタに順流又は逆流に流すように構成し，フイルタにスート等の粒子状物質による詰まり現象を防止し，また，ＮＯX 還元触媒に対して還元剤としての炭化水素系燃料を排気ガス温度，排気ガス流量及び排気ガス中に含まれるＮＯX 濃度に適した流量だけ噴射弁から噴射してＮＯX を還元反応させ，排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，エンジンから排気通路を通じて排出される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して前記排気ガスを浄化する少なくともフイルタ触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて，前記フイルタ触媒は，前記排気通路を形成する筒形のケース内に，互いに仕切られた少なくとも３つ以上の通路を周囲に形成するように配置された長手方向両端が密封板で封鎖されたフイルタ構造体から成り，前記通路のうち２つの通路が排気ガス出入兼用通路に構成され，残りの前記通路が前記排気ガス出入兼用通路からの浄化された前記排気ガスを排気する排気ガス出口通路に構成され，前記フイルタ構造体の上流側の前記排気通路にはいずれか一方の前記排気ガス出入兼用通路に前記排気ガスを送り込むため切り換えられる切換バルブが設けられていることを特徴とする排気ガス浄化システムに関する。
【００１１】
この排気ガス浄化システムでは，前記ケースは略円筒形状に形成されており，前記フイルタ構造体は断面矩形状に形成され，前記ケース内に前記フイルタ構造体を配置した状態で４つの前記通路が形成される。また，前記フイルタ構造体は，互いに隔置して多段に配設された前記排気ガスを通さない矩形状仕切板と，前記矩形状仕切板間に斜めに配置されて前記矩形状仕切板に両端が接続されて延びる前記排気ガスを通して前記有害物質を反応除去する矩形状フイルタとから構成されている。
【００１２】
この排気ガス浄化システムでは，前記切換バルブの切り換えで一方の前記排気ガス出入兼用通路に導入された前記排気ガスは，前記排気ガス出入兼用通路から前記フイルタ構造体に送り込まれ，前記フイルタ構造体で浄化されて他方の前記排気ガス出入兼用通路に排気され，次いで，前記フイルタ構造体の前記密封板と前記切換バルブとにガイドされて前記排気ガス出口通路を通って前記フイルタ触媒から排気される。
【００１３】
また，この排気ガス浄化システムは，前記排気通路における上流側に配置されて排気ガス中のＮＯX を還元反応させるＮＯX 還元触媒，前記ＮＯX 還元触媒の下流側に配置されて排気ガス中の少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させる酸化触媒，前記酸化触媒の下流側に配置された少なくともスート等の粒子状物質を酸化反応させる前記フイルタ触媒，前記排気通路における前記ＮＯX 還元触媒の上流に配置されてＮＯX と反応させる炭化水素系燃料を前記排気通路に噴射する噴射弁，並びに排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して前記噴射弁の噴射量を制御するコントローラを有するものである。
【００１４】
また，この排気ガス浄化システムは，前記排気通路における上流側に配置されて排気ガス中の少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させる第１酸化触媒，前記第１酸化触媒の下流側に配置されて少なくともスート等の粒子状物質を酸化反応させる前記フイルタ触媒，前記フイルタ触媒の下流側に配置されて前記排気ガス中のＮＯX を還元反応させるＮＯX 還元触媒，前記フイルタ触媒と前記ＮＯX 還元触媒との間の前記排気通路に配置されて前記ＮＯX と反応させる炭化水素系燃料を前記排気通路に噴射する噴射弁，前記ＮＯX 還元触媒の下流側の前記排気通路に配置されて前記排気ガス中の少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させる第２酸化触媒，並びに排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して前記噴射弁の噴射量を制御するコントローラを有するものである。
【００１５】
前記ＮＯX 還元触媒は，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体，或いはセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体で構成され，前記ＮＯX 還元触媒には前記炭化水素系燃料によるＮＯX 選択還元を行うため少なくとも２種類の触媒が担持されている。また，前記ＮＯX 還元触媒には，銀及び／又はコバルトの触媒が担持されているか，或いはＺｎ−Ｇａ−Ａｌ−Ｏのスピネル構造を有する触媒が担持されている。
【００１６】
前記２種類の酸化触媒は，少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させるセラミックス製又は金属製ハニカム構造体と，少なくともスート等の粒子状物質を捕集して酸化反応させるセラミックス製繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体或いはセラミックス製ハニカムのウォールフロー構造体とから構成されている。また，前記ハニカム構造体には白金，パラジウム，マンガン，銅及びニッケルの少なくとも１種が担持され，また，前記フイルタ構造体にはカリウム，リチウム，ナトリウム等のアルカリ金属類及びその化合物の少なくとも１種が担持されている。
【００１７】
前記コントローラは，前記ＮＯX 濃度の情報を前記排気通路に配置されたＮＯX 濃度センサにより検出されたＮＯX 濃度，又はエンジン回転速度と負荷とを基にして予め予測されたＮＯX 排出量によるＮＯX 濃度で決定し，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御する。
【００１８】
前記コントローラは，前記ＮＯX 還元触媒の上流と下流にそれぞれ配置されたＮＯX 濃度センサによるＮＯX 濃度によって得られたＮＯX 低減量に応答して前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御する。
【００１９】
前記コントローラは，前記ＮＯX 還元触媒の上流と下流の前記排気通路にそれぞれ配置されたＮＯX 濃度センサによるＮＯX 濃度によって得られたＮＯX 低減量に応答して前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量を制御する。
【００２０】
前記コントローラは，前記排気ガス流量を前記排気通路に設けられた絞り又はノズルの部位で得られた圧力差と前記排気ガス温度とから求め，前記排気ガス流量に前記ＮＯX 濃度を乗じてＮＯX 排出質量を求め，前記ＮＯX 排出質量に対応した予め決められた所定の流量の前記炭化水素系燃料を前記噴射弁から噴射する制御をする。
【００２１】
前記コントローラは，温度センサで測定された前記排気ガス温度が予め決められた所定の排気ガス温度以上である状態が予め決められた所定の時間以上経過したことに応答して前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を噴射し，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射は前記所定の排気ガス温度以下に低下して前記所定の時間経過後に停止させる制御をする。
【００２２】
前記コントローラは，前記エンジンが自然吸気タイプである場合に，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をする。
【００２３】
又は，前記コントローラは，前記エンジンが自然吸気タイプである場合に，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をする。
【００２４】
前記コントローラは，前記エンジンが過給機付きタイプである場合に，回転速度及び前記過給機の下流の吸気温度及び／又は排気ガス圧と排気量とから吸入空気量を算出し，前記吸入空気量に前記ＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を予め決められた所定の割合の噴射量だけ噴射させる制御をするものである。
【００２５】
前記コントローラは，前記排気ガス温度に応答して前記ＮＯX 排出質量に対する前記噴射弁から噴射される前記炭化水素系燃料の質量の比率を制御する。
【００２６】
前記コントローラは，最上流又は少なくとも前記フイルタ触媒の上流に設けた圧力センサによる排気ガス圧，圧力差及び前記排気ガス温度から算出された前記排気ガス流量から詰まり状態を判定し，予め決められた温度域で前記噴射弁から前記炭化水素系燃料を噴射し，触媒領域の温度又は排気ガス温度を上昇させる制御をする。
【００２７】
前記コントローラは，前記触媒の上下流で設けられた温度センサによる温度差と前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射量とから燃焼状態を確認し，燃焼状態でないことを確認すると，前記噴射弁からの前記炭化水素系燃料の噴射を停止する制御をする。
【発明の効果】
【００２８】
この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，構造そのもの及び制御そのものが簡単であって，既存車のエンジンや新車のエンジンの排気通路に対してキットとして容易に組み込むことができ，排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を酸化反応させるフイルタ触媒には時間経過に応じて切換バルブの切り換えによって排気ガスを順流又は逆流に流し，フイルタ触媒を構成するフイルタがスート等の粒子状物質で詰まる現象を防止し，フイルタ触媒を長寿命で耐久性に富んだものに構成し，コントローラが排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して排気ガス中に含まれるＮＯX の還元剤である炭化水素系燃料を燃料タンクから分流させて適正な流量だけ噴射弁より噴射し，ＮＯX を還元して排気ガスを浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化システムについて説明する。この排気ガス浄化システムは，例えば，自動車のエンジン，特にディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して浄化するのに適用される。この排気ガス浄化システムは，エンジンから排気管等の排気通路１８を通じて排出される排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を酸化反応させると共に，ＮＯX （窒素酸化物）を還元反応させて排気ガスを浄化するものであり，排気通路１８の適宜の場所，例えば，マフラの上流側又は下流側の排気通路に，一体構造のキット等として容易に組み込むことができるものである。
【００３０】
図１〜図５を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの第１実施例を説明する。この排気ガス浄化システムは，特に，排気ガスを浄化する少なくともフイルタ触媒４５の構成に特徴を有している。フイルタ触媒４５は，排気通路１８を形成する筒形のケース１内に互いに仕切られた少なくとも３つ，図５では４つの通路３４，３５を周囲に形成するように配置され且つ長手方向両端が密封板４１で封鎖されて外周が開放しているフイルタ構造体２１から構成されている。図５に示すように，例えば，ケース１は，略円形（楕円形を含む）に形成され，フイルタ構造体２１は断面が矩形状に形成されている。勿論，ケース１は，角形であってもよく，ケース１内にフイルタ触媒４５を配置した場合に，フイルタ触媒４５の外周側に少なくとも３つ以上の隔置された通路が形成されればよいことである。ケース１内にフイルタ構造体２１が配置される場合に，フイルタ構造体２１の四隅の角部４６をケース１の内周面に密着した状態に配置すると，フイルタ構造体２１の外周側に４つの通路３４，３５が互いに仕切られて形成されることになる。４つのうち２つの通路３４（図５では上下に位置する通路）は，排気ガスが何れか一方から流入して他方へ流出する排気ガス出入兼用通路３４に構成され，また，残りの他の２つの通路３５（図５では左右に位置する通路）は，排気ガス出入兼用通路３４からのＰＭが反応除去されて浄化された排気ガスを排気する専用の排気ガス出口通路３５に構成されている。
【００３１】
この排気ガス浄化システムは，フイルタ構造体２１の上流側の排気通路１８には，排気ガス出入兼用通路３４のいずれか一方に排気ガスを送り込むため切り換えられる板状の切換バルブ３６が配置されている。ケース１には，排気通路１８としての通口４７を持つ支持板３８が取り付けられている。切換バルブ３６は，一方の先端が支持板３８に且つ他方の先端がフイルタ構造体２１の密封板４１にそれぞれ密着当接することによって，ガイド板となって排気ガスをガイドする。切換バルブ３６は，ケース１に揺動可能に支持された切換軸３７に固定されており，コントローラ３０の指示によって駆動する駆動手段によって切換軸３７が揺動することによって排気ガスのフイルタ構造体２１における流れを切り換えることができる。
【００３２】
フイルタ構造体２１は，互いに隔置して多段に配設された排気ガスを通さない矩形状仕切板４０と，矩形状仕切板４０間に斜めに配置されて矩形状仕切板４０に両端が接続されて延びる排気ガスを通して有害物質を反応除去する多段の矩形状フイルタ３９とから構成されている。言い換えれば，フイルタ構造体２１は，互いに隔置して多段に重ねられた外形が四角形状の矩形状フイルタ３９と，隣接する矩形状フイルタ３９を互いに仕切るため矩形状フイルタ３９の両端部４８で接続されて矩形状フイルタ３９間に延びる矩形状仕切板４０とから構成されている。図５に示すように，矩形状フイルタ３９は，幅方向に隔置して多段に重ねられた長手方向に延びており，また，矩形状仕切板４０は，隣接する矩形状フイルタ３９を互いに仕切るため幅方向両端部４８で接続されて矩形状フイルタ３９間に長手方向に延びている。或いは，図示していないが，矩形状フイルタは，長手方向に隔置して多段に重ねられた幅方向に延び，また，矩形状仕切板は，隣接する矩形状フイルタを互いに仕切るため矩形状フイルタの幅方向両端で接続されて矩形状フイルタ間に幅方向に延びている。
【００３３】
この排気ガス浄化システムは，図１及び図２に示すように，切換バルブ１８が位置する場合には，切換バルブ３６のガイドによって排気ガスは下側の排気ガス出入兼用通路３４に導入され，該排気ガスは排気ガス出入兼用通路３４からフイルタ構造体２１に送り込まれ，フイルタ構造体２１で浄化されて上側の排気ガス出入兼用通路３４に排気され，次いで，フイルタ構造体２１の密封板４１と切換バルブ３６とによってガイドされて両側の排気ガス出口通路３５を通ってフイルタ触媒４５から排気される。この時は，排気ガスは，図５で実線で排気ガス流れが示されるように，下側の排気ガス出入兼用通路３４からフイルタ構造体２１の矩形状フイルタ３９を通って粒子状物質が捕集され，該粒子状物質がそこで時間を掛けて酸化反応され，上側の排気ガス出入兼用通路３４に排気される。また，この排気ガス浄化システムは，図４に示すように，コントローラ３０の指令又はタイマによって切換バルブ１８が切り換えられた場合には，排気ガスは，切換バルブ３６のガイドによって上側の排気ガス出入兼用通路３４に導入され，次いで該排気ガスは排気ガス出入兼用通路３４からフイルタ構造体２１に送り込まれ，フイルタ構造体２１で浄化されて下側の排気ガス出入兼用通路３４に排気され，次いで，フイルタ構造体２１の密封板４１と切換バルブ３６とによってガイドされて両側の排気ガス出口通路３５を通ってフイルタ触媒４５から排気される。この時は，排気ガスは，図５で点線で排気ガス流れが示されるように，上側の排気ガス出入兼用通路３４からフイルタ構造体２１の矩形状フイルタ３９を通って粒子状物質が捕集され，該粒子状物質がそこで時間を掛けて酸化反応され，下側の排気ガス出入兼用通路３４に排気される。
【００３４】
この排気ガス浄化システムは，図１に示すように，エンジンから排気通路１８を通じて排出される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して排気ガスを浄化するものであり，排気通路１８における上流側のＮＯX 還元触媒２０，及びＮＯX 還元触媒２０の下流側の酸化触媒１４とフイルタ触媒４５とから成る総計で３種類の触媒を排気通路１８に直列に配置し，還元触媒２０の上流にＮＯX と反応させる還元剤の炭化水素系燃料を噴射する噴射弁２２を配置し，コントローラ３０によって排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して噴射弁２２からの炭化水素系燃料の適正な噴射量を制御し，排気ガス中のＮＯX を還元すると共に，ＰＭを酸化反応させて排気ガスを浄化することを特徴としている。ＮＯX 還元触媒２０は，排気ガス中のＮＯX を還元反応させて排気ガスを浄化する。以下に説明する各実施例では，２種類の酸化触媒１４とは，酸化触媒１４とフイルタ触媒４５とが一体型の構造に構成されてもよく，又は別体型の構造に構成されてもよいことは勿論である。酸化触媒１４は，少なくとも未燃燃料，ＳＯＦ等の粒子状物質を酸化反応させて排気ガスを浄化するものであり，大部分のスート等の粒子状物質を通過させる構造である。また，フイルタ触媒４５は，少なくともスート等の粒子状物質を捕集して時間をかけて酸化反応させて排気ガスを浄化するものである。
【００３５】
図１を参照して，この発明による排気ガス浄化システムの第１実施例を説明する。第１実施例では，この排気ガス浄化システムは，排気通路１８に接続されるキットを構成する金属製ケース１，ケース１内に収容された上流側のＮＯX を還元反応させる機能を持つＮＯX 還元触媒２０，下流側に設けられた未燃燃料，ＳＯＦ（可溶性有機成分）等の粒子状物質を酸化反応させる機能を持つ酸化触媒１４，酸化触媒１４の下流側に設けられたスート等の粒子状物質を一旦捕集して時間をかけて酸化反応させる機能を持つフイルタ触媒４５，ＮＯX 還元触媒２０の上流側の排気通路１８に設けたケース１の入口部４に配置された噴射弁２２，及び噴射弁２２の燃料噴射量を制御するためのコントローラ３０から構成されている。第１実施例では，ケース１の入口部４及び出口部９は，縮径に形成されているが，必ずしも縮径に形成することなく排気通路１８，排気管等ののサイズに適合させた構造に構成することができる。
【００３６】
ＮＯX 還元触媒２０の上流側の排気通路１８の入口部４には，排気ガス中のＮＯX の濃度を測定するＮＯX 濃度センサ２３，排気ガスの温度を測定する温度センサ２４，及び排気ガスの圧力値を測定するための圧力センサ２７が設けられている。また，ＮＯX 還元触媒２０の下流側の排気通路１８の出口部９には，温度センサ１９，ＮＯX 濃度センサ２３及び絞り又はノズル１６の部位に差圧計５が設けられている。また，ＮＯX 濃度センサ２３とＮＯX 濃度センサ４４との差によってＮＯX 低減量が測定できる。また，回転センサ３３はエンジンに対して設けられ，車内モニタ３２は車内に設けられ，噴射弁２２には，燃料噴射量センサ２６を検出できるように構成されている。コントローラ３０には，ＮＯX 濃度センサ２３，温度センサ１９，２４，圧力センサ２７，差圧計５，回転センサ３３，車内モニタ３２及び燃料噴射量センサ２６からの各信号即ち情報が入力されるように構成されている。また，燃料ポンプ２５は，噴射弁２２に供給管３１を通じて送り込むように作動され，炭化水素系燃料は，車両の燃料タンク２８からエンジンへ燃料を供給する燃料配管４２から分岐継ぎ手２９によって分岐された供給管３１を通じて噴射弁２２に供給される。第１実施例では，フイルタ触媒４５としては，セラミックス繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体，場合によっては，セラミックス製ハニカムのウォールフロー構造体で構成されている。ウォールフロー構造体は，ハニカムの薄い壁を排気ガスが通り抜けて排気ガスを濾過するタイプのフイルタ構造体のことである。図１では，噴射弁２２が設けられた排気通路１８の領域が縮径に形成されているが，必ずしも縮径である必要はなく，ケース１，排気管を考慮して適正なサイズに形成されてもよいことは勿論である。
【００３７】
この排気ガス浄化システムでは，上流側の酸化触媒１４は，例えば，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体であり，図では上流側の酸化触媒１４の金属製ハニカム２からなり，Ｐｔ（白金），Ｐｄ（パラジウム），Ｍｎ（マンガン），Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル）の少なくとも１つの触媒が担持されている。また，下流側のフイルタ触媒４５（図１）には，酸化触媒として，Ｋ（カリウム），Ｌｉ（リチウム），Ｎａ（ナトリウム）等のアルカリ金属類，その化合物の少なくとも１つが担持されている。また，この排気ガス浄化システムでは，ＮＯX 還元触媒２０は，例えば，セラミックス製又は金属製ハニカム構造体，或いはセラミックス繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体である。フイルタ触媒４５は，例えば，セラミックス繊維又は金属製ワイヤをランダムに重ねたり編んだりしたフイルタ構造体，或いはウォールフロー構造体である。フイルタ構造体は，表面積をアップさせ，厚みを低減したものがコンパクト化に好ましいので，例えば，円形多段構造，蛇腹状構造，金網をドーナツ状に巻き上げた構造，金網と波板とを複合させた構造，円盤型に巻き上げた構造等に構成することができる。また，ＮＯX 還元触媒２０，酸化触媒１４，及びフイルタ触媒４５を構成する材料は，鉄，クロム，アルミニウム，銅，亜鉛，錫，それらの合金等が使用され，排気ガスに対する腐食等を避けるためには，アルミナ等で被覆することが好ましく，或いはセラミックスを使用することができる。
【００３８】
また，酸化触媒１４は，例えば，図７〜図９に示す構造のものを使用できる。酸化触媒１４は，図７に示すように，金属製ハニカム２によって作製されている。金属製ハニカム２は，図８及び図９に示すように，平らな薄い金属平板１０と，金属平板１０に重ねられた凹凸の波状に折り曲げられた薄い金属波板１１とを螺旋状に巻き上げて形成された構造を有している。酸化触媒１４は，金属平板１０と金属波板１１との表面にそれぞれ担持されている。金属平板１０と金属波板１１とは，具体的には，図９に示すように，主成分をＦｅ（鉄）としてＡｌ（アルミニウム）やＣｒ（クロム）を含有する合金からなる金属芯板１２，金属芯板１２の両面にコーティングされたＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）等から成る被覆層１３，及び被覆層１３に多数担持された酸化触媒１４から構成されている。金属芯板１２の両面には，アルミナ等の被覆層１３が被覆されているので，排気ガスによる腐食が防止され，金属芯板１２が，例えば，Ａｌを含有していると，アルミナとの結合が良好になる。また，酸化触媒１４は，金属芯板１２に直接ではなく，アルミナ等の被覆層１３に担持し易いものである。
【００３９】
この排気ガス浄化システムは，金属製ハニカム２に担持された酸化触媒１４が粒子状物質（ＰＭ）の酸化作用を効率的に達成し，しかも酸化触媒１４そのものを安価にして低コストに作製するため，酸化触媒１４のうちＰｔの含有量が適正値に設定されている。酸化触媒１４は，金属製ハニカム２の占める１リットルの体積に対する分散されたＰｔの重量ｇ（グラム）で表すとすると，特に，金属製ハニカム２に担持されている酸化触媒１４のうちＰｔの含有量（ｇ／リットル）は，０．７０ｇ／リットル〜１．５０ｇ／リットルの範囲であり，酸化反応の機能上では，０．７５ｇ／リットル以上の範囲に調整されていることが好ましい。図１０には，酸化触媒１４としてのＰｔの含有量に対する排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率に及ぼす影響が示されている。図１０に示すように，酸化触媒１４としてのＰｔの含有量が０．６ｇ／リットル程度では，排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率が２０％以下であるので，Ｐｔの含有量が０．７０ｇ／リットル程度は含有されていることが必要である。また，酸化触媒１４のうちでＰｔの含有量が多い方が，排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応を低温領域でも確実に促進できるが，ある範囲以上になると，粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応の低減率がほぼ横ばいになるので，Ｐｔが無駄になることになる。従って，Ｐｔの含有量は，多くても１．５０ｇ／リットルであれば，所定の粒子状物質（ＰＭ）の低減率を確保できることになる。従って，この排気ガス浄化装置では，金属製ハニカム２に担持された酸化触媒１４のうちＰｔの含有量は，０．７５ｇ／リットル〜１．４５ｇ／リットルの範囲に調整することが好ましい。
【００４０】
この排気ガス浄化装置は，上記構成において，金属製ハニカム２を構成する金属平板１０と金属波板１１とは，板厚が０．０２５ｍｍ〜０．０３５ｍｍの範囲，好ましくは，０．０２６ｍｍ〜０．０３４ｍｍの範囲に設定されている。金属製ハニカム２の金属平板１０と金属波板１１の板厚を上記のように設定することにより，金属製ハニカム２中で粒子状物質（ＰＭ）が酸化反応する場合に，熱伝導が良好になり，熱容量を大幅に小さく構成でき，金属製ハニカム２の全体にわたって粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応に最適の温度範囲が確保されると共に均一な温度分布が確保され，即ち，排気ガス温度は酸化反応温度に対する応答性を高くでき，粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応を良好に行うことができる。また，金属製ハニカム２の芯板１２を上記のように薄肉に形成することにより，酸化触媒１４の表面積を大きく形成することができ，粒子状物質（ＰＭ）の酸化反応を促進できる。更に，金属製ハニカム２は，コージライト製ハニカムに比較して，板厚を薄く形成することができるので，排気ガス流れの圧力損失を小さくできる。金属製ハニカム２について，排気ガスが金属平板１０と金属波板１１とで形成される開口１７を通過することになるが，金属平板１０と金属波板１１の板厚が薄く形成されているので，排気ガスが通過する開口率，即ち，単位面積あたりの開口１７の数即ちセル数（開口数／ｃｍ2 ）を大きく形成することができ，従って，排気ガスが触れる表面積が大きく形成できる。
【００４１】
図１０には，金属製ハニカム２のセル数が排気ガスの粒子状物質（ＰＭ）の低減率に及ぼす影響が示されている。この排気ガス浄化装置は，図１１に示すように，金属製ハニカム２のセル数は，４００セル〜６００セル，好ましくは，４５０セル〜５５０セルに形成することが好ましい。金属製ハニカム２のセル数を３００セル以下に設定すると，排気ガスが接する表面積が小さくなって排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率が下がり，また，金属製ハニカム２のセル数を６００セル以上に設定すると，排気ガスが接する表面積が大きくなって排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の低減率は上がるが，その反面，排気ガス中のすすによる金属製ハニカム２の詰まり現象が発生し，好ましくない状態になる。従って，この排気ガス浄化装置は，金属製ハニカム２のセル数（開口数／ｃｍ2 ）が４５０セル〜５５０セルに設定されている。
【００４２】
この排気ガス浄化システムは，上記のように構成されており，次のようにして排気ガスが浄化される。この排気ガス浄化システムでは，エンジンから排出されたＮＯX とＰＭを含んでいる排気ガスは，ＮＯX 還元触媒２０でＮＯX が還元剤の炭化水素系燃料（ＨＣ）で還元されて，Ｎ2 ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏに分解される。次いで，ＮＯX が分解除去された排気ガスは，酸化触媒１４に送り込まれる。酸化触媒１４に送り込まれた排気ガスは，排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）である未燃燃料やＳＯＦが酸化反応され，ＣＯ2 やＨ2 Ｏに分解される。更に，未燃燃料やＳＯＦが酸化除去された排気ガスは，フイルタ触媒４５に送り込まれる。フイルタ触媒４５に送り込まれた排気ガスは，フイルタ触媒４５によって排気ガス中に含まれるスート等のＰＭが一旦捕集され，そのＰＭはフイルタ触媒４５において時間をかけて酸化反応してＣＯ2 やＨ2 Ｏに分解され，排気ガスが浄化される。
【００４３】
図６を参照して，この排気ガス浄化システムの第２実施例を説明する。第２実施例は，上記の第１実施例と比較して，酸化触媒１４，フイルタ触媒４５，ＮＯX 還元触媒２０及び噴射弁２２の配置状態が相違するものである。第２実施例では，ケース１とケース３とが接続管８で接続されている。図６では，接続管８はケース１，３より縮径に形成されているが，縮径に限らず，例えば，同径に形成されてもよいものである。この排気ガス浄化システムは，ケース３内で形成される排気通路１８における上流側に配置されて排気ガス中の少なくとも未燃燃料とＳＯＦの粒子状物質を酸化反応させる第１酸化触媒である酸化触媒１４，ケース３内の酸化触媒１４の下流側の排気通路１８に配置されて少なくともスートの粒子状物質を酸化反応させるフイルタ触媒４５，フイルタ触媒４５の下流側のケース１内の排気通路１８に配置されて排気ガス中のＮＯX を還元反応させるＮＯX 還元触媒２０，フイルタ触媒４５とＮＯX 還元触媒２０との間の接続管８における排気通路１８に配置されてＮＯX と反応させる炭化水素系燃料を排気通路１８に噴射する噴射弁２２，ＮＯX 還元触媒２０の下流側の排気通路１８に配置されて排気ガス中の少なくとも未燃燃料とＳＯＦの粒子状物質を酸化反応させる第２酸化触媒である酸化触媒１４，並びに排気ガス温度，排気ガス流量及びＮＯX 濃度の情報に応答して噴射弁２２の噴射量を制御するコントローラ３０を有するものである。この排気ガス浄化システムは，特に，排気通路１８の上流側に２種類の酸化触媒１４とフイルタ触媒４５とを配置してＰＭを酸化反応させて除去し，ＰＭが除去された排気ガスをＮＯX 還元触媒２０に送り込むように構成されているので，ＮＯX 還元触媒２０に送り込まれる排気ガスは，ＰＭが除去されているので，ＮＯX 還元触媒２０にスート等のＰＭが詰まることがなく，還元触媒の機能が有効に作用し，ＮＯX の還元を促進することができる。また，ＮＯX 還元触媒２０の下流に酸化触媒１４が配置されているので，ＮＯX を還元させるのに供給した炭化水素系燃料で未燃燃料，ＳＯＦ等のＰＭが発生しても，そのＰＭを酸化除去することができる。
【００４４】
この排気ガス浄化システムについて，ケース１の後流には，排気通路１８に絞りやノズル１６を設け，上流側の排気通路１８にパイプ６を接続してパイプ６に排気ガス圧を測定する上流側圧力センサを設け，下流側のノズル１６の部位にパイプ７を接続してパイプ７に排気ガス圧を測定する下流側圧力センサを設け，上流側圧力センサと下流側圧力センサの検出された圧力の差圧を検出する差圧計５が設けられている。また，フイルタ触媒４５の下流の出口部９の排気通路１８には，温度センサ１９，ＮＯX 濃度センサ４４及び差圧計５が設けられている。
【００４５】
この排気ガス浄化システムは，特に，コントローラ３０によって次のようにして制御され，排気ガス中に含まれるＮＯX が還元除去され，ＰＭが酸化除去され，排気ガスが浄化される。この排気ガス浄化システムは，図１に示すように，排気通路１８における上流側に配置されたＮＯX 還元触媒２０とＮＯX 還元触媒２０の下流側に配置された２種類の酸化触媒１４及びフイルタ触媒４５から成るケース１内に直列に配置された３種類の触媒，或いは，図６に示すように，ケース３内に配置された酸化触媒１４とフイルタ触媒４５及びケース１内に配置されたＮＯX 還元触媒２０と酸化触媒１４の４種類の触媒から構成され，特に，コントローラ３０は，排気通路１８における触媒の上流に配置されたＮＯX と反応させる炭化水素系燃料（ＨＣ）を噴射する噴射弁２２及び排気ガス温度とＮＯX 濃度との情報に応答して噴射弁２２の噴射量を制御することを特徴としている。ＮＯX 濃度の情報は，ＮＯX 還元触媒２０の上下流に配置されたＮＯX 濃度センサ２３，４４により検出されたＮＯX 濃度，又はエンジン回転速度と負荷とを基にして予め予測されたＮＯX 排出量によるＮＯX 濃度で決められる。これらの情報は，コントローラ３０に送り込まれ，噴射弁２２から排気通路１８に噴射されるＨＣの流量が決定される。
【００４６】
コントローラ３０は，排気ガス流量を触媒の上流又は下流の排気通路１８に設けられた絞り又はノズル１６が出口部９の部位に形成されており，ノズル１６で得られた圧力差と排気ガス温度とから排気ガス流量を決定し，該排気ガス流量にＮＯX 濃度を乗じてＮＯX 排出質量を求め，ＮＯX 排出質量に対応した予め決められた所定の流量の炭化水素系燃料（ＨＣ）を噴射弁２２から噴射する制御をするように構成されている。また，コントローラ３０は，排気ガスの温度センサ２４で測定された排気ガス温度が予め決められた所定の排気ガス温度以上である状態が予め決められた所定の期間以上であることに応答して噴射弁２２から燃料を噴射し，また，噴射弁２２からの燃料噴射は所定の排気ガス温度以下に低下して所定の時間経過後に停止させる制御をするように構成されている。
【００４７】
この排気ガス浄化システムは，エンジンが自然吸気タイプに構成されている場合に，コントローラ３０は，回転速度と排気量とから吸入空気量を算出し，吸入空気量にＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，噴射弁２２から予め決められた所定の割合の噴射量を噴射させる制御をするように構成されている。また，エンジンが過給機付きタイプに構成されている場合に，コントローラ３０は，回転速度及び過給機の下流の吸気温度及び／又は排気ガス圧と排気量とから吸入空気量を算出し，吸入空気量にＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，噴射弁２２から予め決められた所定の割合の噴射量を噴射させる制御をするように構成されている。
【００４８】
コントローラ３０は，触媒の上流又は下流の排気通路１８に上記のような入口部４による絞りを設け，絞りで得られた圧力差と排気ガス温度センサ２４による排気ガス温度から排気ガス流量を算出し，排気ガス流量にＮＯX 濃度を乗じて算出されたＮＯX 排出質量に対して，噴射弁２２から予め決められた所定の割合の噴射量を噴射させる制御をするように構成されている。また，コントローラ３０は，排気ガス温度に応答してＮＯX 排出質量に対する噴射弁２２から噴射される燃料質量の比率を制御するように構成されている。
【００４９】
この排気ガス浄化システムは，ＮＯX 還元触媒２０の上流と下流の排気通路１８にＮＯX 濃度センサ２３，４４がそれぞれ配置され，それらからの情報を受けてコントローラ３０は，ＮＯX 濃度センサ２３，４４によるＮＯX 濃度の差から得られたＮＯX 低減量に応答して噴射弁２２からのＨＣの噴射量を制御することができる。また，ＮＯX 還元触媒２０には，炭化水素によるＮＯX 選択還元を行うため少なくとも２種類の触媒が担持されている。
【００５０】
コントローラ３０は，排気通路１８の最上流又は少なくともフイルタ触媒２１，３４又は３５の上流に設けた圧力センサ２７による排気ガス圧，差圧計５による圧力差及び温度センサ１９，２４による排気ガス温度から算出された排気ガス流量から詰まり状態を判定し，予め決められた温度域で噴射弁２２から炭化水素系燃料を噴射し，触媒領域の温度又は排気ガス温度を上昇させる制御をするように構成されている。また，コントローラ３０は，触媒１４，２０，２１，３４又は３５の上下流で設けられた温度センサ１９，２４による温度差と噴射弁２２からの噴射量とから炭化水素系燃料の燃焼状態を確認し，燃焼状態が確認できない時には，噴射弁２２からの炭化水素系燃料の噴射を停止する制御をするように構成されている。
【００５１】
この排気ガス浄化システムは，エンジンが作動し，排気ガス温度が既定値以上になると，噴射弁２２から燃料がケース１内に噴射される。噴射弁２２から噴射される炭化水素系燃料の噴射量は，噴射量を最も有効に活用できるようにコントローラ３０によって制御される。従って，コントローラ３０は，エンジンから排出される排気ガスに含まれるＮＯX の排出量に対して決められた割合の炭化水素系燃料をＮＯX 還元触媒２０の上流の排気通路１８に噴射するように制御する。そのために，この排気ガス浄化システムでは，リアルタイムでＮＯX の排出量がコントローラ３０によって演算される。この排気ガス浄化システムでは，コントローラ３０は，ＮＯX 濃度センサ２３を用いてＮＯX 濃度を計測し，エンジンの回転速度と排気量によって吸気空気量を計算し，その値にＮＯX 濃度を乗じてＮＯX の排出量を算出するように構成されている。
【００５２】
また，この排気ガス浄化システムでは，噴射弁２２からの噴射燃料の最適化は，ＮＯX 還元触媒２０が使用されている触媒によって最もＮＯX 低減効果の高い領域が存在するので，排気ガス温度をパラメータとして設定するのが好ましい。即ち，コントローラ３０は，エンジンに設けた燃料タンク２８から供給される噴射弁２２で噴射される炭化水素系燃料を，熱交換器等によって排気ガス温度に対応する適正な温度で分留して排気ガス温度に最適の炭化水素系燃料に改質する制御を行うことが好ましい。また，噴射弁２２から噴射した燃料は，排気ガスと混合して気化し，ＮＯX 還元触媒２０に流入する。ＮＯX 還元触媒２０内では，ＮＯX の還元反応は複雑であるが，排気ガス中のＮＯX は，主としてＮＯである。また，炭化水素系燃料は，多数の種類の炭化水素，例えば，メタン列，エチレン列，アセチレン列の鎖式炭化水素，及び芳香族，脂環式の環式炭化水素からなっているので，ここでは説明を簡単化するため，これらをＨＣで示すものとする。排気ガス中のＮＯX は，ＨＣによって酸素が奪われてＮとなり，Ｎは２個集まりＮ2 になって安定し，ＮＯは還元される。この時，Ｏは，Ｈと反応してＨ2 Ｏになり，また，Ｃは，酸化されてＣＯ2 又はＣＯになる。また，排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）は，主成分が炭素Ｃであり，排気ガスが酸化触媒１４，及びフイルタ触媒４５を通過することによって，Ｃは酸化されてＣＯ2 又はＣＯになる。
【００５３】
また，噴射弁２２から噴射された燃料は，全部がＮＯX の還元剤として消費されるわけではなく，一部の燃料は排気ガスに含まれる酸素によって酸化されるが，残りの燃料はそのまま下流の酸化触媒１４に流入することになる。ＮＯX 還元触媒２０の下流の酸化触媒１４は，エンジンから排出された排気ガス中のＳＯＦと称される未燃燃料（ＰＭの中で有機溶剤に溶けた成分である未燃燃料）と，ＮＯX 還元触媒２０で消費されずに残った燃料とを酸化させる機能を有している。酸化触媒１４では，ＰＭの主成分であるすす（スート）は酸化反応されずに，下流に設置されたフイルタ触媒４５で時間をかけて燃焼させて排気ガスを浄化する。エンジンから排出されるＰＭは，エンジンによってその成分が異なるが，一般的には，すすが６０％前後，ＳＯＦが３０％前後，その他は燃料中の硫黄が酸化されたＳＯ2 等である。一般に，ＳＯＦは，すすの外側に吸着されていると言われており，未燃燃料やオイル分でなり，比較的に粘性物である。すすの酸化速度は，ＳＯＦの酸化速度より比較的に遅いため，すすを有効に酸化させるためには，フイルタ触媒４５で捕集して酸化させることが有効である。すすをフイルタ触媒４５で捕集する場合には，すすのＰＭにＳＯＦ分が多く含まれていると，べたつき易く，フイルタ触媒４５を詰まらせる原因になる。
【００５４】
この排気ガス浄化システムでは，フイルタ触媒４５の上流側に，金属ワイヤ，金属板等のメッシュの粗いフイルタやハニカム構造体で構成した酸化触媒１４を設置してＳＯＦ分を酸化反応させ，次いでＳＯＦ分等の粒子状物質が分解されたすす（スート等の粒子状物質をフイルタ触媒４５に送り込むように構成されている。また，ＳＯＦの酸化反応に有効な触媒と，すすの酸化反応に有効な触媒とは異なっているため，それぞれの酸化触媒１４とフイルタ触媒に使用する触媒として最適な触媒を選定し，それぞれの触媒を有効に作用させるため，所定以上の温度が必要であるが，その温度は排気ガスの温度のみで判断されるべきでなく，各触媒は排気ガスによって加熱され，冷却されるので，排気ガス温度のみが触媒活性温度に達しても，触媒表面が所定の温度に達していなければ触媒は有効に作用しない。そこで，この排気ガス浄化システムでは，排気ガス温度を温度センサ２４で常に監視し，低温から上昇していく場合の燃料噴射開始温度は，触媒活性温度がある期間保持された後に，噴射弁２２から燃料の噴射を開始し，燃料噴射を停止する場合は，ある温度以下になった期間が経過した後とし，噴射燃料の無駄を最小限にすると共に，触媒の活性期間を有効に活用するように構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明による排気ガス浄化システムは，新車又は既存車の自動車用エンジン，特に，ディーゼルエンジンからの排気ガスが排出される排気通路に組み込んで使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明による排気ガス浄化システムの第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１の排気ガス浄化システムにおけるフイルタ触媒に対する切換バルブの第１切換位置での排気ガスの流れを説明する断面図である。
【図３】図２に示す切換バルブの第１切換位置での排気ガスの流れを説明する図２の上方から見た断面図である。
【図４】図１の排気ガス浄化システムにおけるフイルタ触媒に対する切換バルブの第２切換位置での排気ガスの流れを説明する断面図である。
【図５】図１のフイルタ触媒のフイルタ構造体を示す横断面図である。
【図６】この発明による排気ガス浄化システムの第２実施例を示す断面図である。
【図７】この排気ガス浄化システムに組み込まれた酸化触媒の１例を示す横断面図である。
【図８】図７の酸化触媒の作製工程を説明するための部分を示す断面図である。
【図９】図７の酸化触媒の線材の詳細を示す断面図である。
【図１０】酸化触媒におけるＰｔの含有量に対する粒子状物質の酸化反応の関係を示すグラフである。
【図１１】金属製ハニカムのセル数が排気ガスの粒子状物質の低減率に及ぼす影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１，３    ケース
２    金属製ハニカム
４    入口部
５    差圧計
８    接続管
９    出口部
１４  酸化触媒
１６  ノズル
１８  排気通路
１９，２４  温度センサ
２０  ＮＯX 還元触媒
２１  フイルタ構造体
２２  噴射弁
２３，４４  ＮＯX 濃度センサ
２５  燃料ポンプ
２６  燃料噴射量センサ
２７  圧力センサ
２８  燃料タンク
３０  コントローラ
３３  回転センサ
３４  排気ガス出入兼用通路
３５  排気ガス出口通路
３６  切換バルブ
３７  切換軸
３８  支持板
３９  矩形状フイルタ
４０  矩形状仕切板
４１  密封板
４５  フイルタ触媒
４６  角部（フイルタ構造体）
４８  端部
【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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【図１０】
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【図１１】
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