(57)【要約】【課題】燃費の悪化とＮＨ３スリップの発生とを抑制することができる、ＤＯＣ、ＤＰＦ及びＳＣＲを備えた排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】ＤＯＣ２の上流側の管路１に加熱ヒータ８Ａ、８Ｂを有するＮＯｘ吸着体９Ａ、９Ｂがそれぞれ介設された２本のバイパス管６Ａ、６Ｂを並列に取り付けて、ＤＯＣ２の温度が温度α未満である場合には、排気ガスＧをバイパス管の片方６Ａのみに流し、ＤＯＣ２の温度がα以上であって、ＤＰＦ３の温度が適性温度域にある場合には、排気ガスＧを管路１のみに流し、ディーゼルエンジンの回転速度の増加率又は前記車両の加速度が設定値βを超えたときには、排気ガスＧをバイパス管６Ａ、６Ｂのうちのいずれかのみに流すとともに、他のバイパス管６Ａ／６Ｂに酸化性ガスを供給してＮＯ２を生成させ、β未満となったときには、排気ガスＧを管路１及びバイパス管６Ａ／６Ｂに流してＮＯｘ吸着体を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたディーゼルエンジンの排気ガスの管路に、下流側へ向けて直列に接続されたＤＯＣ、ＤＰＦ及びＳＣＲを備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記ＤＯＣの上流側の管路に、加熱手段を有するＮＯｘ吸着体がそれぞれ介設された２本のバイパス管を流路切替手段を介して並列に取り付けるとともに、前記ＮＯｘ吸着体の入口に酸化性ガス供給手段をそれぞれ設け、
前記ＤＯＣの温度が予め設定した温度未満である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記２本のバイパス管のうちのいずれかのみに切り替えて該排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させ、
前記ＤＯＣの温度が前記予め設定した温度以上であって、前記ＤＰＦの温度が該ＤＰＦにおいてＰＭ堆積よりもＮＯ２によるＰＭ燃焼が上回る温度域にある場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路のみに切り替え、
前記ディーゼルエンジンの回転速度の増加率又は前記車両の加速度が予め設定した値を超えたときには、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記バイパス管のうちの一方のみに切り替えて該排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させるとともに、他方のバイパス管の前記酸化性ガス供給手段から酸化性ガスを供給して前記ＮＯｘ吸着体に吸着しているＮＯを酸化してＮＯ２を生成させ、
前記ディーゼルエンジンの回転速度の増加率又は前記車両の加速度が前記予め設定した値未満となったときには、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路及び前記他方のバイパス管に切り替えてから、前記加熱手段により該バイパス管のＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させ、
予め設定した時間の経過後に前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路のみに切り替える、ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路及び前記他方のバイパス管に切り替える際に、該管路の流量が該他方のバイパス管の流量よりも大きくなるようにした請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記ＤＯＣの温度が前記予め設定した温度未満である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記２本のバイパス管のうちのいずれかのみに切り替えて該排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させた後に、該ＮＯｘ吸着体の吸着量が飽和したときには、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路をもう片方のバイパス管のみに切り替えるようにした請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記ＤＯＣに係る前記予め設定した温度が、ＮＯ→ＮＯ２の転換率が５０％を超える温度範囲である請求項１〜３のいずれか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】
本発明は排気ガス浄化システムに関し、更に詳しくは、直列に接続されたＤＯＣ、ＤＰＦ及びＳＣＲを備えた排気ガス浄化システムにおいて、燃費の悪化とＮＨ３スリップの発生とを抑制することができる排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なディーゼルエンジンの排気ガス浄化システムの例として、図６に示すように、排気ガスＧの流路に直列に接続された、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）２、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３及び選択触媒還元方式（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）４から構成されたものが挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。この排気ガス浄化システムにおいて、ディーゼルエンジンの排気ガスＧは、ＤＯＣ２において炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分解除去されてから、ＤＰＦ３において粒子状物質（ＰＭ）を捕集除去された後に、ＳＣＲ４において尿素噴射ノズル５から供給された尿素水から生成されるアンモニア（ＮＨ３）を用いて窒化酸化物（ＮＯｘ）が浄化される。また、ＤＯＣ２は、排気ガスＧ中に含まれるＮＯｘの大半を占める一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能も有している。この機能を利用することで、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの燃焼（ＰＭ再生）を促進することや、ＳＣＲ４のＮＯｘ浄化効率を向上することが可能になる。
【０００３】
しかしながら、上記の排気ガス浄化システムにおいては、コールドスタート時などでＤＯＣ２の温度が約１５０℃以下の低温になると、ＤＯＣ２の活性を十分に得ることができなくなって、ＮＯ→ＮＯ２の生成反応が進行しにくくなることがある。また、ＤＯＣ２の温度が約４００℃以上の高温になると、ＮＯ２→ＮＯの分解反応の方が生成反応よりも優勢となる。そのため、ＤＯＣ２の温度が低温又は高温となる条件下では、後段のＤＰＦ３へ充分な濃度のＮＯ２を供給することが困難となり、ＤＰＦ３においてＮＯ２の酸化力を利用してＰＭ再生を行うＣＲＴ効果（Continuously Regenerating Trap）を実施することができなくなるおそれがある。そのような状態では、ＤＰＦ３に堆積するＰＭを再生するために、燃料をポスト噴射してＰＭを燃焼除去する強制再生を行う必要がある。しかし、強制再生を行うと、ディーゼルエンジンの駆動力に寄与しない燃料を大量に消費することになるため、燃費を悪化させることになってしまう。
【０００４】
なお、上記のように後段のＤＰＦ３へ充分な濃度のＮＯ２を供給することが困難となるケースは、排気ガスＧの一部を吸気に還流させることで、燃焼温度を低く抑えてＮＯｘの生成を抑制する排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムを装着することで促進される。
【０００５】
一方で、車両がＪＥ０５モードのような加速と減速とを繰り返す走行を行うと、急加速時に高濃度のＮＯｘが瞬間的に排出されるために、ＳＣＲ４でのＮＯｘ浄化効率が低下してしまう。このＮＯｘ浄化効率の低下を防ぐためには、尿素水を過剰に噴霧する必要があるが、ＮＯｘと反応しなかったＮＨ３が大気に放出されるＮＨ３スリップが発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９０７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、直列に接続されたＤＯＣ、ＤＰＦ及びＳＣＲを備えた排気ガス浄化システムにおいて、燃費の悪化とＮＨ３スリップの発生とを抑制することができる排気ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムは、車両に搭載されたディーゼルエンジンの排気ガスの管路に、下流側へ向けて直列に接続されたＤＯＣ、ＤＰＦ及びＳＣＲを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＤＯＣの上流側の管路に、加熱手段を有するＮＯｘ吸着体がそれぞれ介設された２本のバイパス管を流路切替手段を介して並列に取り付けるとともに、前記ＮＯｘ吸着体の入口に酸化性ガス供給手段をそれぞれ設け、前記ＤＯＣの温度が予め設定した温度未満である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記２本のバイパス管のうちのいずれかのみに切り替えて該排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させ、前記ＤＯＣの温度が前記予め設定した温度以上であって、前記ＤＰＦの温度が該ＤＰＦにおいてＰＭ堆積よりもＮＯ２によるＰＭ燃焼が上回る温度域にある場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路のみに切り替え、前記ディーゼルエンジンの回転速度の増加率又は前記車両の加速度が予め設定した値を超えたときには、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記バイパス管のうちの一方のみに切り替えて該排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させるとともに、他方のバイパス管の前記酸化性ガス供給手段から酸化性ガスを供給して前記ＮＯｘ吸着体に吸着しているＮＯを酸化してＮＯ２を生成させ、前記ディーゼルエンジンの回転速度の増加率又は前記車両の加速度が前記予め設定した値未満となったときには、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路及び前記他方のバイパス管に切り替えてから、前記加熱手段により該バイパス管のＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させ、予め設定した時間の経過後に前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路のみに切り替えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の排気ガス浄化システムによれば、ＤＯＣの温度が低温である場合でも、ＤＰＦに二酸化窒素を供給してＣＲＴ効果によるＰＭ再生を行うようにしたので、燃料噴射による強制再生の頻度が低下するため、燃費の悪化を抑制することができる。また、車両の急加速時において、ＳＣＲに流入する排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度が急峻に増加しないようにしたので、過剰な尿素水を供給する必要がなくなるため、ＮＨ３スリップの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態からなる排気ガス浄化システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態からなる排気ガス浄化システムにおいてＤＯＣ温度が予め設定した温度未満である場合のＥＣＵの機能を説明するフロー図である。
【図３】本発明の実施形態からなる排気ガス浄化システムにおいてＤＯＣ温度が予め設定した温度以上である場合のＥＣＵの機能を説明するフロー図である。
【図４】ＤＰＦにおけるＣＲＴ効果の特性を示すグラフである。
【図５】実施例における走行モードを表すグラフである。
【図６】従来の排気ガス浄化システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態からなる排気ガス浄化システムを示す。
【００１３】
この排気ガス浄化システムは、ディーゼルエンジンの排気ガスＧが流れる管路１に、上流側から直列に順に配置されたＤＯＣ２、ＤＰＦ３及びＳＣＲ４を備えている。
【００１４】
ＤＯＣ２は、排気ガスＧの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。ＤＰＦ３は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフローフィルタから形成される。
【００１５】
また、ＳＣＲ４は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニア−バナジア、β型ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成され、入口に設けられた尿素噴射ノズル５から供給された尿素水が加水分解されて生成したＮＨ３を用いて排気ガスＧ中のＮＯｘを還元浄化する。
【００１６】
そして、ＤＯＣ２の上流側の管路１には、第１バイパス管６Ａ及び第２バイパス管６Ｂが、流路切替手段７を介して並列に取り付けられている。
【００１７】
第１及び第２バイパス管６Ａ、６Ｂには、加熱ヒータ８Ａ、８Ｂにより加熱されるＮＯｘ吸着体９Ａ、９Ｂがそれぞれ介設されている。ＮＯｘ吸着体９Ａ、９Ｂとしては、金属担持ゼオライト系、金属酸化物又はアルカリ土類金属化合物を含有する材料などが好ましく例示される。それらのＮＯｘ吸着体９Ａ、９Ｂの入口には、オゾンやＯＨラジカルなどを供給する酸化性ガス供給手段１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ設けられている。この酸化性ガス供給手段１０Ａ、１０Ｂとしては、オゾン発生用ランプや無声放電の他に、オゾン発生装置に接続するガス噴射ノズルなどが例示される。
【００１８】
流路切替手段７は、管路１並びに第１及び第２バイパス管６Ａ、６Ｂの入口にそれぞれ介設された３台の可変流量弁７ａ〜７ｃと、それら３本の配管１、６Ａ、６Ｂの合流部に設置された１台の可変流量弁７ｄとから構成されている。これら４台の可変流量弁７ａ〜７ｄの開度をそれぞれ適切に遠隔操作することで、排気ガスＧの流路及び流量を任意に設定することができる。なお、流路切替手段７は、排気ガスＧの流路及び流量を任意に設定できるものであれば、この構成に限定されるものではない。
【００１９】
ＤＯＣ２及びＤＰＦ３の入口には、排気ガスＧの温度を測定する第１及び第２温度センサ１１、１２がそれぞれ設置されている。これらの温度センサ１１、１２の測定値は、一般的に直接測定が困難であるＤＯＣ２及びＤＰＦ３の温度を推定するために用いられる。また、ＤＯＣ２の出口には、排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ１３が設置されている。
【００２０】
上述した流路切替手段７、加熱ヒータ８Ａ、８Ｂ、酸化性ガス供給手段１０Ａ、１０Ｂ、２台の温度センサ１１、１２及びＮＯｘセンサ１３は、それぞれＥＣＵ１４に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続している。更に、ＥＣＵ１４には、エンジンの回転速度を検知する回転センサ１５、及び／又はアクセル開度を検知するアクセル開度センサ１６が信号線で接続している。
【００２１】
このような排気ガス浄化システムにおけるＥＣＵ１４の機能を図２、３に基づいて以下に説明する。なお、排気ガスＧの流路の切り替え及び流量の調節は、流路切替手段７を操作することにより行う。
【００２２】
図２に示すように、ＥＣＵ１４は第１温度センサ１１の測定値から推定したＤＯＣ２の温度を予め設定した温度αと比較して（Ｓ１０）、温度α未満であると判断した場合には、排気ガスＧが第１バイパス管６Ａのみに流れるように流路を切り替えて、排気ガスＧ中のＮＯｘを第１ＮＯｘ吸着体９Ａに吸着させる（Ｓ１２）。このＤＯＣ２の温度αとしては、ＮＯ→ＮＯ２の転換率が５０％を超える約２５０〜３８０℃の温度範囲の下限値である約２５０℃が例示される。
【００２３】
次に、ＮＯｘセンサ１３の測定値から第１ＮＯｘ吸着体９Ａの吸着量が飽和したかを判定し（Ｓ１４）、飽和したと判断したときには、排気ガスＧが第２バイパス管６Ｂのみを流れるように流路を切り替えて、排気ガスＧ中のＮＯｘを第２ＮＯｘ吸着体９Ｂに吸着させる（Ｓ１６）。そして、第２ＮＯｘ吸着体９Ｂの吸着量が飽和したかを判定し（Ｓ１８）、飽和したと判断したときには、排気ガスＧが管路１のみに流れるように流路を切り替える（Ｓ２２）。
【００２４】
一方で、図３に示すように、ＥＣＵ１４は第２温度センサ１２の測定値から推定したＤＰＦ３の温度が、予め設定した温度域Ｔに達しているかを判定し（Ｓ２０）、その温度域Ｔに達していると判断した場合には、排気ガスＧが管路１のみを流れるように流路を切り替える（図３のＳ２２）。これにより、ＤＰＦ３においてはＣＲＴ効果によりＰＭ再生が行われる。なお、予め設定した温度域Ｔとは、図４の点線部に示すように、ＤＰＦ３においてＰＭ堆積よりもＮＯ２によるＰＭ燃焼が上回る適性温度域のことであり、具体的には約２５０〜３８０℃の温度範囲が例示される。
【００２５】
更に、この状態でエンジン回転速度の増加率又は車両の加速度が予め設定した値βを超えているかを判定し（Ｓ２４）、超えていると判断した時には、排気ガスＧが第１バイパス管６Ａのみを流れるように流路を切り替えて、排気ガスＧ中のＮＯｘを第１ＮＯｘ吸着体９Ａに吸着させるとともに（Ｓ３０）、第２酸化性ガス供給手段１０Ｂから酸化性ガスを供給して第２ＮＯｘ吸着体９Ｂに吸着しているＮＯを酸化してＮＯ２を生成させる（Ｓ３２）。その後、第１ＮＯｘ吸着体９Ａの吸着量が飽和したかを判定し（Ｓ３４）、飽和したと判断したときには、排気ガスＧが第２バイパス管６Ｂのみを流れるように流路を切り替えて、排気ガスＧ中のＮＯｘを第２ＮＯｘ吸着体９Ｂに吸着させる（Ｓ３６）。このようにＮＯｘ吸着体９Ａ、９ＢにＮＯｘを吸着させることにより、急加速時における排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度の急峻な増加を防ぐことができる。なお、エンジン回転速度の増加率及び車両の加速度は、それぞれ回転センサ１５及びアクセル開度センサ１６の測定値からそれぞれ算出する。
【００２６】
そして、エンジン回転速度の増加率又は車両の加速度が設定値β未満であると判断した時には、排気ガスＧが管路１及びＮＯｘ吸着体９Ａ／９Ｂが飽和している方のバイパス管６Ａ／６Ｂのみを流れるように流路を切り替えるとともに、そのバイパス管６Ａ／６Ｂの加熱ヒータ８Ａ／８ＢによりＮＯｘ吸着体６Ａ／６Ｂを加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて、一定時間δを経過させる（Ｓ５０〜Ｓ６４）。これにより、ＤＰＦ３にはＮＯ２が一定時間δに供給されることになるとともに、ＮＯｘ吸着体６Ａ／６Ｂの吸着性能が回復する。
【００２７】
このように、車両のコールドスタート時や低負荷走行時などでＤＯＣ２の温度が低温である場合でも、バイパス管６Ａ、６Ｂから後段のＤＰＦ３にＮＯ２を供給してＣＲＴ効果によるＰＭ再生を行うようにしたので、燃料噴射による強制再生の頻度が低下するため、燃費の悪化を抑制することができる。また、車両の急加速時において、排気ガスＧ中のＮＯｘをバイパス管６Ａ、６ＢのＮＯｘ吸着体９Ａ、９Ｂに吸着させて、ＳＣＲ４へ流入する排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度が急峻に増加しないようにしたので、過剰な尿素水を供給する必要がなくなるため、ＮＨ３スリップの発生を抑制することができる。
【００２８】
排気ガスＧが管路１及びバイパス管６Ａ／６Ｂのみを流れるように流路を切り替える際（Ｓ５２、Ｓ６０）には、管路１の流量をバイパス管６Ａ／６Ｂの流量よりも大きくすることが望ましい。そのようにすることで、バイパス管６Ａ／６Ｂの圧損を低減でき、車両の走行状態に与える影響を少なくすることができる。また、それらバイパス管６Ａ／６ＢからのＮＯ２を後段のＤＰＦ３に供給するときのＮＯ２濃度のムラを抑えることができる。このときの管路１とバイパス管６Ａ／６Ｂの流量比としては、８０％：２０％とすることが実用面から好ましい。
【００２９】
また、図１に示す構成においては、ＤＯＣ２及びＤＰＦ３を二重管構造にすることで、温度低下を抑制して、ＣＲＴ効果を更に向上することができる。
【実施例】
【００３０】
本発明の排気ガス浄化システム（実施例）と、図６に示す従来の排気ガス浄化システム（比較例）とをそれぞれ装着した同一仕様の車両を、図５に示す低負荷走行モードで走行させたときの強制再生の頻度及びＮＯｘ排出量を比較した実験結果を表１に記載した。表１において、実験値は比較例を１．０とする指数で示している。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示す実験結果から、本発明の排気ガス浄化システムは従来の排気ガス浄化システムに比べて強制再生の頻度が減少し、かつＮＯｘ排出量が低下することが分かる。
【符号の説明】
【００３３】
１  管路
２  ＤＯＣ
３  ＤＰＦ
４  ＳＣＲ
５  尿素噴射ノズル
６Ａ、６Ｂ  第１、第２バイパス管
７  流路切替手段
８Ａ、８Ｂ  第１、第２加熱ヒータ
９Ａ、９Ｂ  第１、第２ＮＯｘ吸着体
１０Ａ、１０Ｂ  第１、第２酸化性ガス供給手段
１１  第１温度センサ
１２  第２温度センサ
１３  ＮＯｘセンサ
１４  ＥＣＵ
１５  回転センサ
１６  アクセル開度センサ
【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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