(57)【要約】【課題】種々の運転状態においても排気ガス７の流量を制御してＮＯxを好適に低減すると共にＮＯx吸蔵還元触媒を適切に再生制御する排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気流路１１，１３の途中にＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を装備し且つＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２の上流側に還元剤として燃料を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２より上流側の排気流路１１，１３に設置されて燃料を噴射する燃料添加手段１５，１９と、燃料添加手段１５，１９より上流側の排気流路１１，１３に設置されて排気流路１１，１３の開度を調整する流路調整弁１６，２０と、排気ガス７の流量を検出して流路調整弁１６，２０に制御信号を送る流量センサ１７，２１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流路の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤として燃料を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気流路に設置されて燃料を噴射する燃料添加手段と、該燃料添加手段より上流側の排気流路に設置されて排気流路の開度を調整する流路調整弁と、排気ガスの流量を検出して流路調整弁に制御信号を送る流量センサとを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
流路調整弁は、エンジン回転数の制御マップにより設定された目標排気ガス流量に、排気流路の排気ガスの流量を合わせるよう、排気流路の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
ＮＯx吸蔵還元触媒を装備した排気流路を並列に複数備え、流路調整弁により排気流路を切り換えるよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気流路に設置されて排気ガスの空気過剰率を検出するλセンサを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気流路に設置されて排気ガス中のＯ2濃度を検出するＯ2センサを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒がある。
【０００３】
この種のＮＯx吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、白金・カリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
【０００４】
そして、ＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのＯ2濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。
【０００５】
例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中のＯ2濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。
【０００６】
このため、ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管に燃料添加手段を設置し、該燃料添加手段により排気ガス中に燃料（ＨＣ）を噴射して添加することにより、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上でＯ2と反応させることで排気ガス中のＯ2濃度を低下させるようにしている。又、同時に、燃料添加手段より上流側の排気管に流路調整弁を設置し、該流路調整弁により所定の時間で排ガス流路を開き、排気ガスの流量を制御するようにしている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４７４１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１６２６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、エンジンの運転状態が変化する過渡時には、ＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのガス流量が変化するため、従来例の如く流路調整弁により時間で排気ガスの流量を制御する構成では、ＮＯxを好適に低減することができないと共に、ＮＯx吸蔵還元触媒を適切に再生制御することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、種々の運転状態においても排気ガスの流量を制御してＮＯxを好適に低減すると共にＮＯx吸蔵還元触媒を適切に再生制御する排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、排気流路の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤として燃料を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気流路に設置されて燃料を噴射する燃料添加手段と、該燃料添加手段より上流側の排気流路に設置されて排気流路の開度を調整する流路調整弁と、排気ガスの流量を検出して流路調整弁に制御信号を送る流量センサとを備えたことを特徴とする排気浄化装置、にかかるものである。
【００１０】
本発明において、流路調整弁は、エンジン回転数の制御マップにより設定された目標排気ガス流量に、排気流路の排気ガスの流量を合わせるよう、排気流路の開度を調整することが好ましい。
【００１１】
本発明は、ＮＯx吸蔵還元触媒を装備した排気流路を並列に複数備え、流路調整弁により排気流路を切り換えるよう構成することが好ましい。
【００１２】
本発明は、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気流路に設置されて排気ガスの空気過剰率を検出するλセンサを備えることが好ましい。
【００１３】
本発明は、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気流路に設置されて排気ガス中のＯ2濃度を検出するＯ2センサを備えることが好ましい。
【００１４】
而して、本願発明によれば、排気流路の開度を調整する流路調整弁と、排気ガスの流量を検出して流路調整弁に制御信号を送る流量センサとを備えるので、エンジンの運転状態により排気ガスの流量が変化する場合においても、流量センサ及び流路調整弁により排気ガスの流量を制御し、ＮＯxを好適に低減することができると共にＮＯx吸蔵還元触媒を適切に再生制御することができる。
【００１５】
流路調整弁は、エンジン回転数の制御マップにより設定された目標排気ガス流量に、排気流路の排気ガスの流量を合わせるよう、排気流路の開度を調整すると、エンジンの運転状態に応じて目標排気ガス流量を変更し得るので、エンジンの運転状態により排気ガスの流量が変化する場合においても、流量センサ及び流路調整弁を用いて排気ガスの流量を適切な状態に制御し、ＮＯxを好適に低減することができると共にＮＯx吸蔵還元触媒を好適に再生制御することができる。
【００１６】
ＮＯx吸蔵還元触媒を装備した排気流路を並列に複数備え、流路調整弁により排気流路を切り換えるよう構成すると、流路調整弁により、一方の排気流路を開いてＮＯx吸蔵還元触媒を使用すると共に、他方の排気流路を閉じて他のＮＯx吸蔵還元触媒を再生するので、複数のＮＯx吸蔵還元触媒を交互に再生制御し、ＮＯxを好適に低減することができると共にＮＯx吸蔵還元触媒を適切に再生制御することができる。
【００１７】
ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気流路に設置されて排気ガスの空気過剰率を検出するλセンサを備えると、λセンサにより排気ガス中の空気過剰率を検出してフィードバック制御をかけるので、燃料添加手段又は／及び流路調整弁を適切な条件で作動させ、ＮＯx吸蔵還元触媒を好適に再生制御することができる。
【００１８】
ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気流路に設置されて排気ガス中のＯ2濃度を検出するＯ2センサを備えると、Ｏ2センサにより排気ガス中のＯ2濃度を検出してフィードバック制御をかけるので、燃料添加手段又は／及び流路調整弁を適切な条件で作動させ、ＮＯx吸蔵還元触媒を好適に再生制御することができる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、種々の運転状態においても排気ガスの流量を制御してＮＯxを好適に低減すると共にＮＯx吸蔵還元触媒を適切に再生制御するという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１はディーゼルエンジンを示し、ここに図示しているディーゼルエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタクーラ６へと送られて冷却され、インタクーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００２２】
また、このディーゼルエンジン１の各シリンダには、図示しない燃料タンクからの液体燃料（軽油）がディーゼルエンジン１の各シリンダ内に噴射されて燃焼されるようにしてあり、ディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し下流へ排出されるようにしてある。
【００２３】
排気管９の下流には、分岐により２本の流路を並列に配置するよう、一つのＮＯx吸蔵還元触媒１０を装備する第一の排気流路１１と、他のＮＯx吸蔵還元触媒１２を装備した第二の排気流路１３とを備えており、第一の排気流路１１と第二の排気流路１３の下流には、合流して一本になる下流側の排気流路１４を備えている。
【００２４】
第一の排気流路１１には、ＮＯx吸蔵還元触媒１０より上流側に設置されて還元剤の燃料を噴射する第一の燃料添加手段の燃料添加ノズル１５と、燃料添加ノズル１５より上流側で分岐箇所の近傍に設置されて第一の排気流路１１の開度を調整する第一の流路調整弁１６と、第一の燃料添加手段の燃料添加ノズル１５とＮＯx吸蔵還元触媒１０との間に設置されて排気ガス７の流量を検出する第一の流量センサ１７と、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の下流側に設置されて排気ガス７の空気過剰率を検出する第一のλセンサ１８と、第一の流量センサ１７の下流でＮＯx吸蔵還元触媒の前方に配置される入口温度センサ（図示せず）と、第一のλセンサ１８の上流でＮＯx吸蔵還元触媒の後方に配置される出口温度センサ（図示せず）とを備えている。
【００２５】
第二の排気流路１３には、ＮＯx吸蔵還元触媒１２より上流側に設置されて還元剤の燃料を噴射する第二の燃料添加手段の燃料添加ノズル１９と、燃料添加ノズル１９より上流側で分岐箇所の近傍に設置されて第二の排気流路１３の開度を調整する第二の流路調整弁２０と、第二の燃料添加手段の燃料添加ノズル１９とＮＯx吸蔵還元触媒１２との間に設置されて排気ガス７の流量を検出する第二の流量センサ２１と、ＮＯx吸蔵還元触媒１２の下流側に設置されて排気ガス７の空気過剰率を検出する第二のλセンサ２２と、第二の流量センサ２１の下流でＮＯx吸蔵還元触媒の前方に配置される入口温度センサ（図示せず）と、第二のλセンサ２２の上流でＮＯx吸蔵還元触媒の後方に配置される出口温度センサ（図示せず）とを備えている。
【００２６】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２は、特に限定されるものではないが、Ｐｔの貴金属、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｋ，Ｃａ，Ｃｓ，Ｂａ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ等のほかランタノイド系金属のＮＯx吸蔵剤、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の担持体の構成例がある。又、第一の燃料添加手段の燃料添加ノズル１５と第二の燃料添加手段の燃料添加ノズル１９には、加圧ポンプ２３により燃料タンク２４から供給配管２５を介して軽油等の還元剤の燃料が供給されるようになっている。更に、第一の排気流路１１及び第二の排気流路１３は、第一のλセンサ１８、第二のλセンサ２２の代わりに、Ｏ2濃度を検出するＯ2センサを備えても良い。
【００２７】
下流側の排気流路１４には、触媒化のパティキュレートフィルタ２６と、パティキュレートフィルタ２６の前方に配置される入口温度センサ（図示せず）と、パティキュレートフィルタ２６の後方に配置される出口温度センサ（図示せず）とを備えている。
【００２８】
ここで、パティキュレートフィルタ２６は、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体を主構成とし、このフィルタ本体における格子状に区画された各流路の入口が栓体により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が栓体により目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を通過した排出ガスのみが下流側へ排出されて、多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしてある。
【００２９】
一方、第一の燃料添加手段の燃料添加ノズル１５、第二の燃料添加手段の燃料添加ノズル１９、第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を兼ねた制御装置（制御手段）２７に接続されて制御信号により制御されており、制御装置２７には、第一の流量センサ１７、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入口温度センサ及び出口温度センサ、第一のλセンサ１８又はＯ2センサ、第二の流量センサ２１、ＮＯx吸蔵還元触媒１２の入口温度センサ及び出口温度センサ、第二のλセンサ２２又はＯ2センサ、パティキュレートフィルタ２６の入口温度センサ及び出口温度センサからデータが入力されるようになっており、更に、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ（図示せず）から回転数信号（エンジン回転数）が入力されると共に、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み角度を検出するアクセルセンサ（図示せず）から負荷信号が入力されるようになっている。
【００３０】
又、制御装置２７においては、回転センサからの回転数信号（エンジン回転数）と、第一の燃料添加手段、第二の燃料添加手段による燃料噴射量とに基づいて、制御マップから、第一の排気流路１１及び第二の排気流路１３の目標排気ガス流量が読み出されて決定されると共に、第一のλセンサ１８、第二のλセンサ２２からの排気ガス７の空気過剰率のデータ、又はＯ2センサからのＯ2濃度のデータがフィードバックされるようになっている。ここで、制御装置２７の制御マップは、回転数信号（エンジン回転数）と燃料噴射量とに基づくものに限られず、回転センサからの回転数信号（エンジン回転数）と、入口温度センサ及び出口温度センサからのＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２の温度とに基づくものでも良く、特に限定されるものではない。
【００３１】
以下、本発明を実施する形態例の作用を説明する。
【００３２】
ディーゼルエンジン１から排気ガス７が排出された際には、第一の流路調整弁１６及び第二の流路調整弁２０の開閉により、第一の排気流路１１又は第二の排気流路１３のいずれか一方のＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２で排気ガス７を浄化し、他方でＮＯx吸蔵還元触媒１２，１０を再生する。下記の例では、第一の流路調整弁１６を開放して第一の排気流路１１のＮＯx吸蔵還元触媒１０で排気ガス７を浄化し、同時に第二の流路調整弁２０を閉止して第二の排気流路１３のＮＯx吸蔵還元触媒１２を再生する場合を示す。
【００３３】
第一の排気流路１１では、排気ガス７がＮＯx吸蔵還元触媒１０上を流れ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０上では、排気ガス７中のＮＯxとＯ2が反応し、ＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵して排気ガス７を浄化する。
【００３４】
第二の排気流路１３では、第二の燃料添加手段の燃料添加ノズル１５より還元剤の燃料を添加し、燃料の添加量に対する相対的な空気過剰率を低下させて還元剤とＮＯxの反応選択性を向上させ、これによりＮＯx吸蔵還元触媒１２からＮＯxを積極的に分解放出してＮＯx吸蔵還元触媒１２の再生を図り、同時に放出したＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒１２上で燃料と反応させて還元浄化する。
【００３５】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒１２を再生する際には、第二の流量センサ２１により排気ガス７の流量を測定してデータを制御装置２７に送り、制御装置２７では、回転数信号（エンジン回転数）と燃料噴射量とに基づく制御マップにより設定された目標排気ガス流量に、第二の排気流路１３の排気ガス７の流量を合わせるよう、第二の流路調整弁２０を制御しており、排気ガス７の流量が目標排気ガス流量より多い場合には第二の流路調整弁２０の開度を絞り、排気ガス７の流量が目標排気ガス流量より少ない場合には第二の流路調整弁２０の開度を開いている。
【００３６】
又、ディーゼルエンジン１の運転状態（回転数、トルク）が変化して排気ガス７の流量が変化する過渡運転状態では、第二の流量センサ２１で随時検出することにより、第二の流路調整弁２０を微細に制御して第二の排気流路１３の開度を最適な状態に変更し、排気ガス７の流量の変化に対応している。
【００３７】
同時に、第二の排気流路１３の第二のλセンサ２２は、排気ガス７中の空気過剰率を検出して制御装置２７に送り、第二の燃料添加手段による燃料の添加量を最適にするようにフィードバック制御している。又、第二のλセンサ２２の代わりにＯ2センサを用いた場合には、排気ガス７中のＯ2濃度を検出して制御装置２７に送り、同様に第二の燃料添加手段の燃料の添加量を最適にするようにフィードバック制御している。
【００３８】
更に、第一の排気流路１１及び第二の排気流路１３の下流のパティキュレートフィルタ２６では、排気ガス７中の煤を補足し、燃焼させている。
【００３９】
第二の排気流路１３のＮＯx吸蔵還元触媒の再生が終了した後には、第一の流路調整弁１６を閉止すると共に第二の流路調整弁２０を開放し、同様に、第一の排気流路１１のＮＯx吸蔵還元触媒１０を再生すると共に、第二の排気流路１３のＮＯx吸蔵還元触媒１２により排気ガス７を浄化する。
【００４０】
このように、実施の形態例によれば、第一の排気流路１１及び第二の排気流路１３の開度を調整する第一の流路調整弁１６及び第二の流路調整弁２０と、排気ガス７の流量を検出して第一の流路調整弁１６及び第二の流路調整弁２０に制御信号を送る第一の流量センサ１７及び第二の流量センサ２１とを備えるので、エンジンの運転状態の過渡時により排気ガス７の流量が変化する場合においても、第一の流量センサ１７、第二の流量センサ２１、第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０により排気ガス７の流量を制御し、ＮＯxを好適に低減することができると共にＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を適切に再生制御することができる。
【００４１】
事実、本発明者等が行った実験結果によれば、ディーゼルエンジン１の過渡時状態において、図２のグラフで示す通り、実施の形態例で燃料添加をした場合の実施例では、約４２％もの高いＮＯx低減率が得られるのに対し、従来の如き、流量センサのない形態で燃料添加を行っていた場合の比較例では、約３３％のＮＯx低減率しか得られないという結果になり、実施の形態例ではＮＯxを好適に低減することが明らかである。
【００４２】
実施の形態例において、第一の流路調整弁１６及び第二の流路調整弁２０は、エンジン回転数の制御マップにより設定された目標排気ガス流量に、排気流路の排気ガス７の流量を合わせるよう、第一の排気流路１１又は第二の排気流路１３の開度を調整すると、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じて目標排気ガス流量を変更し得るので、ディーゼルエンジン１の運転状態の過渡時により排気ガス７の流量が変化する場合においても、第一の流量センサ１７、第二の流量センサ２１、第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０を用いて排気ガス７の流量を適切な状態に制御し、ＮＯxを好適に低減すると共にＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を好適に再生制御することができる。
【００４３】
実施の形態例は、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を装備した第一の排気流路１１、第二の排気流路１３を並列に複数備え、第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０により第一の排気流路１１、第二の排気流路１３を切り換えるよう構成すると、第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０により、一方の排気流路１１，１３を開いてＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を使用すると共に、他方の排気流路１３，１１を閉じて他のＮＯx吸蔵還元触媒１２，１０を再生するので、複数のＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を交互に再生制御し、排気ガス７中のＮＯxを好適に低減することができると共にＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を適切に再生制御することができる。
【００４４】
実施の形態例は、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２より下流側の排気流路１１，１３に設置されて排気ガス７の空気過剰率を検出する第一のλセンサ１８、第二のλセンサ２２を備えると、第一のλセンサ１８、第二のλセンサ２２により排気ガス７中の空気過剰率を検出してフィードバック制御をかけるので、第一の燃料添加手段、第二の燃料添加手段又は／及び第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０を適切な条件で作動させ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を好適に再生制御することができる。
【００４５】
実施の形態例は、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２より下流側の排気流路１１，１３に設置されて排気ガス７中のＯ2濃度を検出するＯ2センサを備えると、Ｏ2センサにより排気ガス７中のＯ2濃度を検出してフィードバック制御をかけるので、第一の燃料添加手段、第二の燃料添加手段又は／及び第一の流路調整弁１６、第二の流路調整弁２０を適切な条件で作動させ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０，１２を好適に再生制御することができる。
【００４６】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、第二の排気流路を備えることなく、第一の排気流路の構成のみで、排気ガスの浄化及びＮＯx吸蔵還元触媒を再生するようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】ＮＯx低減率について比較例と比較したグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
７    排気ガス
１０    ＮＯx吸蔵還元触媒
１１    第一の排気流路
１２    ＮＯx吸蔵還元触媒
１３    第二の排気流路
１５    燃料添加ノズル（第一の燃料添加手段）
１６    第一の流路調整弁
１７    第一の流量センサ
１８    第一のλセンサ
１９    燃料添加ノズル（第二の燃料添加手段）
２０    第二の流路調整弁
２１    第二の流量センサ
２２    第二のλセンサ
【図１】
2007127020.tif 000003
【図２】
2007127020.tif 000004