(57)【要約】【課題】燃費の悪化を抑制できるとともに、ＮＯｘの浄化性能を向上できる、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８を有するＮＯｘ吸着体９が介設されたバイパス管６を流路切替手段７を介して取り付けて、ＤＯＣ２の温度が第１の温度域の下限値α以下である場合には、排気ガスＧをバイパス管６に流してＮＯｘ吸着体９にＮＯｘを吸着させ、ＤＰＦ３の差圧が圧力Ｐ以上になった場合であって、ＤＯＣ２の温度が第１の温度域の下限未満であるときには、加熱ヒータ８によりＮＯｘ吸着体９を加熱してＮＯｘを放出し、ＤＯＣ２の温度が第１の温度域内にあるときには、排気ガスＧの熱のみによりＮＯｘ吸着体９を加熱してＮＯｘを放出し、ＤＯＣ２の温度が第１の温度域の上限超である場合には、排気ガスＧを管路１に流してからＤＯＣ２に燃料を供給して強制再生を行う。【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吸着体が介設されたバイパス管を流路切替手段を介して取り付けて、
前記ＤＯＣの温度が予め設定した第１の温度域の下限以下である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記バイパス管に切り替えて、前記排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させ、
前記ＤＰＦの差圧が予め設定した圧力以上になった場合に、
前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域の下限未満であるときには、前記ＮＯｘ吸着体の吸着量が飽和した後に、前記加熱手段により前記ＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて放出し、
前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域内にあるときには、前記排気ガスの熱のみにより前記ＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて放出し、
前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域の上限超である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路に切り替えた後に前記ＤＯＣに燃料を供給する、ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域内にあるときであって、かつ前記ＤＰＦの温度が予め設定した第２の温度域にあるときに、前記排気ガスの熱のみにより前記ＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて放出する請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記第１の温度域が、ＮＯ→ＮＯ2の生成反応が進行する活性温度である請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記第２の温度域が、下限未満ではＮＯ→ＮＯ2の生成反応が進行せず、かつ上限超ではＮＯ2→ＮＯの分解反応が前記ＮＯ→ＮＯ2の生成反応よりも優勢となる温度域である請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記ＮＯｘ吸着体の加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて放出した後に、前記ＤＰＦの差圧が前記予め設定した圧力以下となった場合には、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に切り替える一方で、
前記ＤＰＦの差圧が前記予め設定した圧力超となった場合には、前記ＤＯＣの入口における該排気ガスの第１のＮＯｘ濃度と、前記ディーゼルエンジンの排気出口における前記排気ガスの第２のＮＯｘ濃度とを比較して、
前記第２のＮＯｘ濃度の方が大きいときには、再び前記ＤＰＦの差圧を前記予め設定した圧力と比較し、前記第２のＮＯｘ濃度が前記第１のＮＯｘ濃度以下であるときには、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に切り替えた後に前記ＤＯＣに燃料を供給する請求項１〜４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、燃費の悪化を抑制できるとともに、ＮＯｘの浄化性能を向上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やＳＣＲ４へ充分な濃度のＮＯ2を供給することが困難となってしまう。
【０００４】
なお、上記のように後段のＤＰＦ３やＳＣＲ４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】
そのような事態になると、ＤＰＦ３においては、ＮＯ2の酸化力を利用してＰＭ再生を行うことができなくなるので、燃料噴射によりＰＭを燃焼除去する強制再生を行うこととなり、燃費を悪化させることになってしまう。更に、ＳＣＲ４においては、ＮＨ3によるＮＯｘの還元反応が低下して、ＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。
【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、燃費の悪化を抑制できるとともに、ＮＯｘの浄化性能を向上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吸着体が介設されたバイパス管を流路切替手段を介して取り付けて、前記ＤＯＣの温度が予め設定した第１の温度域の下限以下である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記バイパス管に切り替えて、前記排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ吸着体に吸着させ、前記ＤＰＦの差圧が予め設定した圧力以上になった場合に、前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域の下限未満であるときには、前記ＮＯｘ吸着体の吸着量が飽和した後に、前記加熱手段により前記ＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて放出し、前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域内にあるときには、前記排気ガスの熱のみにより前記ＮＯｘ吸着体を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて放出し、前記ＤＯＣの温度が前記第１の温度域の上限超である場合には、前記流路切替手段により前記排気ガスの流路を前記管路に切り替えた後に前記ＤＯＣに燃料を供給す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、後段のＤＰＦ及びＳＣＲに二酸化窒素を含むＮＯｘを供給するようにしたので、ＤＰＦにおいて二酸化窒素の酸化力によるＰＭ燃焼が促進されて、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、排気ガス中のＮＯｘを吸着処理するとともに、供給されたＮＯｘに含まれる二酸化窒素によりＳＣＲにおいてＮＯｘの還元反応が促進されるので、ＮＯｘの浄化性能を向上することができる。
【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けるＤＰＦがＰＭ再生時である場合のＥＣＵの機能を説明するフロー図である。
【図４】ＤＯＣにおけるＮＯ→ＮＯ2生成反応の温度依存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、バイパス管６が流路切替手段７を介して並列に取り付けられている。このバイパス管６には、加熱ヒータ８により加熱されるＮＯｘ吸着体９が介設されている。ＮＯｘ吸着体９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。
【００１７】
流路切替手段７は、管路１とバイパス管６の分岐部と合流部とにそれぞれ設置された２台の切替弁７ａ、７ｂから構成されている。これら２台の切替弁７ａ、７ｂ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。
【００１８】
ＤＯＣ２及びＤＰＦ３の入口には、排気ガスＧの温度を測定する第１温度センサ１０及び第２温度センサ１１がそれぞれ設置されている。これらの温度センサ１０、１１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の入口及び管路１とバイパスの分岐部の上流側の管路１には、排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度を測定する第１ＮＯｘセンサ１２及び第２ＮＯｘセンサ１３がそれぞれ設置されている。更に、ＤＰＦ３の入口及び出口には、一対の圧力センサ１４ａ、１４ｂが配置されており、両者の測定値からＤＰＦ３の差圧が求められるようになっている。
【００１９】
上述した流路切替手段７、加熱ヒータ８、２台の温度センサ１０、１１、２台のＮＯｘセンサ１２、１３及び一対の圧力センサ１４ａ、１４ｂは、それぞれＥＣＵ１５に信号線（一点鎖線で示す）を通じて接続している。
【００２０】
このような排気ガス浄化システムにおけるＥＣＵ１５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の流路の切り替えは、流路切替手段７を操作することにより行う。
【００２１】
図２に示すように、ＥＣＵ１５は第１温度センサ１０の測定値から推定したＤＯＣ２の温度を予め設定した第１の温度域の下限値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がバイパス管６に流れるように流路を切り替えて、排気ガスＧ中のＮＯｘをＮＯｘ吸着体９に吸着させる（Ｓ１２）。この第１の温度域は、ＮＯ→ＮＯ2の生成反応（転換反応）が進行する活性温度Ｋの温度範囲である。下限値αとしては、例えば図４に示すように、ＮＯ2の存在比率が５０％以上の条件下では、約２５０℃の値が例示される。また、上限値βとしては、約４２０℃の値が例示される。
【００２２】
なお、ＤＯＣ２の温度が温度α以上であると判断した場合には、排気ガスＧが管路１を流れるように流路を維持して又は切り替えて、従来と同様の排気ガスＧの浄化処理を行う（Ｓ２０）。
【００２３】
次に、第１ＮＯｘセンサ１２の測定値からＮＯｘ吸着体９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が管路１を流れるように流路を切り替える（Ｓ１６）。
【００２４】
そして、図３に示すように、ＥＣＵ１５は一対の圧力センサ１４ａ、１４ｂの測定値から求めたＤＰＦ３の差圧をＰＭ再生が必要となる予め設定した圧力Ｐと比較して（Ｓ３０）、圧力Ｐ以上であると判断した場合には、更にＤＯＣ２及びＤＰＦ３の温度が適性温度範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ３２）。ＤＯＣ２の適性温度範囲とは、上述の活性温度Ｋを意味する。また、ＤＰＦ３の適性温度範囲とは、ＰＭ堆積よりもＮＯ2によるＰＭ燃焼が上回る温度域（第２の温度域）を意味し、具体的には約２５０〜３８０℃の温度範囲が例示される。
【００２５】
ＤＯＣ２及びＤＰＦ３の温度が適性温度範囲にあるときには、排気ガスＧがバイパス管６を流れるように流路を切り替えて（Ｓ４２）、排気ガスＧが有する熱のみによりＮＯｘ吸着体９を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させて、後段のＤＰＦ３及びＳＣＲ４に供給する。
【００２６】
一方、ＤＯＣ２及びＤＰＦ３の温度が適性温度範囲にないときには、ＤＯＣ２の温度を比較して（Ｓ３４、Ｓ３８）、ＤＯＣ２の温度が上限値β超であるときには、燃料噴射によりＰＭを燃焼除去する強制再生を行う（Ｓ３６）。また、ＤＯＣ２の温度が下限値α未満であるときには、加熱ヒータ８によりＮＯｘ吸着体９を加熱して吸着しているＮＯｘを脱離させてから（Ｓ４０）、排気ガスＧがバイパス管６を流れるように流路を切り替えて後段のＤＰＦ３及びＳＣＲ４にＮＯｘを供給する（Ｓ４２）。
【００２７】
そして、ＥＣＵ１５は、再び一対の圧力センサの測定値から求めたＤＰＦ３の差圧をＰＭ再生が必要となる圧力Ｐと比較して（Ｓ４４）、圧力Ｐ以下であると判断した場合には、排気ガスＧが管路１を流れるように流路を切り替えて（Ｓ４６）、ＰＭ再生を終了する。一方、ＤＰＦ３の差圧が圧力Ｐ超である判断した場合には、第１ＮＯｘセンサ１２の測定値（第１のＮＯｘ濃度）と第２ＮＯｘセンサ１３の測定値（第２のＮＯｘ濃度）とを比較して（Ｓ４８）、第２のＮＯｘ濃度の方が大きい場合には、ディーゼルエンジンからのＮＯｘ排出が継続しているものとして、ＤＰＦ３の差圧を圧力Ｐと比較するステップ（Ｓ４４）に戻る。また、第２のＮＯｘ濃度が第１のＮＯｘ濃度以下である場合には、排気ガスＧが管路１を流れるように流路を切り替えた後に（Ｓ５０）、燃料噴射によりＰＭを燃焼除去する強制再生を行う（Ｓ５２）。
【００２８】
このように、ＤＯＣ２の温度がＮＯ→ＮＯ2の生成反応が進行しにくい低温である場合でも、バイパス管６から後段のＤＰＦ３及びＳＣＲ４にＮＯ2を含有するＮＯｘを供給するようにしたので、ＤＰＦ３においてＮＯ2の酸化力によるＰＭ燃焼が促進されて、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、排気ガス中のＮＯｘをバイパス管６のＮＯｘ吸着体９に吸着させるとともに、ＮＯｘ中に含有されるＮＯ2をＳＣＲ４に供給するので、ＳＣＲ４においてアンモニアによるＮＯｘの還元反応が促進されるため、ＮＯｘの浄化性能を向上することができる。
【実施例】
【００２９】
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１０回走行させたときのＤＰＦ３におけるＰＭ残存量と燃料消費量とを比較した実験結果を、表１に記載した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
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、燃費の悪化が抑制されていることが分かる。
【符号の説明】
【００３２】
１  管路
２  ＤＯＣ
３  ＤＰＦ
４  ＳＣＲ
５  尿素噴射ノズル
６  バイパス管
７  流路切替手段
８  加熱ヒータ
９  ＮＯｘ吸着体
１０  第１温度センサ
１１  第２温度センサ
１２  第１ＮＯｘセンサ
１３  第２ＮＯｘセンサ
１４ａ、１４ｂ  一対の圧力センサ
１５  ＥＣＵ
【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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