(57)【要約】【課題】本発明は、排気ガス浄化ユニットの適正配置により、ＮＨ3の生成率を向上させてＮＯｘ浄化率を向上することができると共に、ＤＰＦ装置の温度を高温に保って連続再生の時間や頻度を増加して、ＤＰＦ装置の強制再生及び強制再生時に発生するＣＯ2排出量を低減でき、しかも、ＳＯｘによるターボチャージャのタービンの腐食を抑制することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気ガスＧ中の粒子状物質、窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化システム１，１Ａを、内燃機関１０の排気系に、排気ポート側から順に、前段酸化触媒装置２１、アンモニア系溶液供給装置２４、ＤＰＦ装置２２、ターボ式過給器のタービン１４、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ装置）２３を配置して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス中の粒子状物質、窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化システムにおいて、前記内燃機関の排気系に、排気ポート側から順に、前段酸化触媒装置、アンモニア系溶液供給装置、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、ターボ式過給器のタービン、選択還元型ＮＯｘ触媒装置を配置したことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の前後差圧が連続再生判定用差圧以上で自動強制再生判定用差圧以下の場合で、かつ、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の入口排気ガス温度が連続再生制御開始温度以下の場合に、筒内噴射のポスト噴射又は排気管内燃料噴射により、前記前段酸化触媒装置の上流側の排気ガス中に炭化水素を供給する制御を行う炭化水素供給制御手段を備えた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】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を、選択還元型ＮＯｘ触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置で形成した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】
前記内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を還元できる量を化学反応式の当量比から求め、この還元できる量よりも多い第１アンモニア系溶液量を算出する共に、前記内燃機関のＮＯｘ目標排出量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置の下流側で計測されたＮＯｘ量との差から第２アンモニア系溶液量を算出し、前記第１アンモニア系溶液量と前記第２アンモニア系溶液量の和を基に前記排気系に供給するアンモニア系溶液の供給量を設定して、前記アンモニア系溶液供給装置からアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給制御手段を備えた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】
内燃機関の排気系に、排気ポート側から順に、前段酸化触媒装置、アンモニア系溶液供給装置、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、ターボ式過給器のタービン、選択還元型ＮＯｘ触媒装置を配置した排気ガス浄化システムで前記内燃機関の排気ガス中の粒子状物質、窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化方法において、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の前後差圧が連続再生判定用差圧以上で自動強制再生判定用差圧以下の場合で、かつ、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の入口排気ガス温度が連続再生制御開始温度以下の場合に、筒内噴射のポスト噴射又は排気管内燃料噴射により、前記前段酸化触媒装置の上流側の排気ガス中に炭化水素を供給することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項６】
前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を、選択還元型ＮＯｘ触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置で形成すると共に、
前記内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を還元できる量を化学反応式の当量比から求め、この還元できる量よりも多い第１アンモニア系溶液量を算出し、
前記内燃機関のＮＯｘ目標排出量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置の下流側で計測されたＮＯｘ量との差から第２アンモニア系溶液量を算出し、
前記第１アンモニア系溶液量と前記第２アンモニア系溶液量の和を基に前記排気系に供給するアンモニア系溶液の供給量を設定して、
前記アンモニア系溶液供給装置からアンモニア系溶液を供給することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル車等の内燃機関の排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境の保全の観点から、自動車の排気ガス規制が一段と進んでいる。特に、車両搭載のディーゼルエンジンでは粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減が求められており、ＰＭの低減には、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）が用いられ、窒素酸化物の低減には、尿素選択還元型触媒装置（尿素ＳＣＲ装置）や炭化水素選択還元型触媒装置（ＨＣ−ＳＣＲ装置）、リーンＮＯｘ低減触媒装置（ＬＮＴ装置）等が用いられ、これらの複数の排気ガス浄化装置の搭載による有害物質の除去が進んでいる。
【０００３】
その一つに、排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素噴射装置、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、選択還元型ＮＯｘ触媒コンバータ、酸化触媒を配置すると共に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置に酸化機能を有する触媒を担持させずに、尿素分解触媒を担持させた排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、図１５に示すような、内燃機関１０の排気通路１３に設けたターボ式過給器のタービン１４の下流側に、上流側から順に、酸化触媒装置２１、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ）２２、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）２３を配置し、尿素噴射装置２４を、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置２２と選択還元型ＮＯｘ触媒装置２３の間に設けた排気ガス浄化装置２０Ｘを備えた排気ガス浄化システム１Ｘもある。
【０００５】
エンジンの燃焼改良が進み、燃費向上と共に、粒子状物質、窒素酸化物の総排出量も低減してきているが、その一方で、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス温度が低くなってきている。つまり、エンジンの燃焼状態の改良の結果、排気ガス温度が従来に比べて３０℃〜５０℃あるいはそれ以上に低下してきていることと、排気ガス浄化装置が複数化して大型になってきていることから、熱容量が増大して触媒の活性温度を確保することが困難となってきている。
【０００６】
加えて、尿素ＳＣＲシステムにおいては、尿素水を均一に拡散し、また、尿素がアンモニアに分解されるのを促進するために、尿素水噴射ノズル等の尿素供給装置から、尿素選択還元型触媒装置までの距離を短縮することが困難であり、このことも排気浄化装置が大型化する大きな要因となっている。
【０００７】
これらへの対策のひとつとして、本発明者は、排気通路の上流側から順に、前段の酸化触媒（ＤＯＣ）、尿素噴射ノズル、ターボチャージャのタービン（低圧段タービン）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、選択還元型触媒（尿素ＳＣＲ）、後段酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ）を配置する構成により、各後処理ユニットを排気ポートに近づけて、排気ガスの熱を有効に利用して、各後処理ユニットの温度を触媒活性温度に確保し易くしたディーゼルエンジンの排気浄化装置を提案している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
しかしながら、排気ガスを計測するモードが、従来のＪＥ０５走行モード（都市内走行を模擬した日本の走行モード）、ＮＥＤＣ（ヨーロッパドライビングサイクル）走行モード等から世界統一基準のＷＨＤＣ（重量車の排出ガス試験用車両サイクル）走行モード等に切り替わることで、さらにコールドモードや高温高流量における排ガス低減が必要となる状況となってきている。
【０００９】
一方で、尿素ＳＣＲシステムに関しては、低温における窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化率の向上に関しては尿素及びその中間生成物とアンモニア（ＮＨ3）の吸着制御が検討されているが、高温かつ高流量域ではこれらの吸着制御が困難であるという問題がある。また、ＤＰＦシステムに関しては、ＤＰＦ装置を通過する排気ガス温度の低下により、連続再生が可能な範囲が少なくなり、ＤＰＦ装置に捕集された粒子状物質（ＰＭ）を強制に燃焼するために排気昇温制御を行う頻度が増加し、ＤＰＦ装置の強制再生時の二酸化炭素（ＣＯ2）排出量が増加するという問題がある。更には、燃料に含まれる硫黄成分から発生する硫黄酸化物（ＳＯｘ）が排気ガス中含まれていることによる排気管やターボチャージャのタービンのＳＯｘ腐食の問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２４２５１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、アンモニア（ＮＨ3）の生成率を向上させてＮＯｘ浄化率を向上することができると共に、ＤＰＦ装置の温度を高温に保って連続再生の時間と頻度を増加して、ＤＰＦ装置の強制再生及び強制再生時に発生するＣＯ2排出量を低減でき、しかも、硫黄酸化物（ＳＯｘ）によるターボチャージャのタービンの腐食を抑制することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記のような目的を達成するための本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気ガス中の粒子状物質、窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化システムにおいて、前記内燃機関の排気系に、排気ポート側から順に、前段酸化触媒装置、アンモニア系溶液供給装置、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、ターボ式過給器のタービン、選択還元型ＮＯｘ触媒装置を配置するように構成される。
【００１３】
この構成によれば、ＤＰＦ装置の上流側に尿素等のアンモニア系溶液を供給する尿素噴射ノズル等のアンモニア系溶液供給装置が配置されるので、このアンモニア系溶液供給装置の位置を内燃機関に近づけることができ、従来技術の配置より、アンモニア系溶液が供給される排気ガスの温度を１００℃以上高く保つことができる。従って、アンモニア系溶液から生成されるＮＨ3（アンモニア）の生成率を向上させることができる。
【００１４】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）をタービンよりも上流側に配置しているので、ＤＰＦ装置の位置が排気ポートに近くなり、ＤＰＦ装置の入口の排気ガス温度を従来技術の配置よりも１００℃以上高温に保つことができ、ＤＰＦ装置における連続再生の時間と頻度を増やすことができる。その結果、ＤＰＦ装置の小型化が可能となり、再生時の昇温時間を短縮できて、ＤＰＦ装置の再生時のＣＯ2排出量を低減できる。それと共に、レイアウトの自由度を増すことができる。  
【００１５】
更に、アンモニア系溶液供給装置、ＤＰＦ装置、タービンの順に配置しているので、筒内（シリンダ内）燃焼で発生するＳＯｘ（硫黄酸化物）を、尿素噴射ノズル等のアンモニア系溶液供給装置から供給される尿素等のアンモニア系溶液から生成するＮＨ3（アンモニア）と、ＤＰＦ装置でＰＭを燃焼させた後に生じる灰分成分との化学反応で、腐食性の少ないＣａＳＯ4（硫酸カルシウム）にすることにより、高ＥＧＲ燃焼で発生するＳＯｘによるタービンの腐食を抑制することができる。更に、ＤＰＦ装置は、タービンのオイルに由来する灰分の影響を受けない配置となっているために、この灰分によるＤＰＦ装置の目詰まりへの影響を回避できる。
【００１６】
その上、タービンの上流側で酸化触媒装置の直後又はＤＰＦ装置直後にＥＧＲ通路を設けてＥＧＲガスを取り出すことができるようになるので、ＥＧＲ経路の短縮が可能となり、さらに、ＥＧＲガスがＨＣ，ＰＭが除去された後の排気ガスとなるため、ＥＧＲ経路における防汚対策としても有効となる。
【００１７】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の前後差圧が連続再生判定用差圧以上で自動強制再生判定用差圧以下の場合で、かつ、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の入口排気ガス温度が連続再生制御開始温度以下の場合に、筒内噴射のポスト噴射又は排気管内燃料噴射により、前記前段酸化触媒装置の上流側の排気ガス中に炭化水素を供給する制御を行う炭化水素供給制御手段を備えて構成すると、ＤＰＦ装置の上流側の酸化触媒装置における酸化触媒のＨＣ吸着及び酸化の効果により、ＤＰＦ装置の連続再生が必要とされている時に、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス温度（入口排気ガス温度）を連続再生が可能な温度に上昇できるので、ＤＰＦ装置における自動強制再生制御の間隔を延ばすことができ、ＤＰＦ装置の再生時のＣＯ2排出量を更に低減できる。
【００１８】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を、選択還元型ＮＯｘ触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置で形成すると、このＤＰＦと下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒装置とで、二段構えでＮＯｘを浄化できるので、ＮＯｘ浄化率を向上できる。特に、ＤＰＦに高温用選択還元型ＮＯｘ触媒を担持させ、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に低温用の選択還元型ＮＯｘ触媒を担持させると、低温〜高温までと高流量の広範囲においてＮＯｘ浄化率を向上できるようになる。
【００１９】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を還元できる量を化学反応式の当量比から求め、この還元できる量よりも多い第１アンモニア系溶液量を算出する共に、前記内燃機関のＮＯｘ目標排出量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置の下流側で計測されたＮＯｘ量との差から第２アンモニア系溶液量を算出し、前記第１アンモニア系溶液量と前記第２アンモニア系溶液量の和を基に前記排気系に供給するアンモニア系溶液の供給量を設定して、前記アンモニア系溶液供給装置からアンモニア系溶液を供給するアンモニア系溶液供給制御手段を備えて構成すると、より適切なアンモニア系溶液の供給量となり、ＮＯｘを効率良く浄化できる。
【００２０】
つまり、従来技術の配置では、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ装置）の上流で尿素を噴射して選択還元型ＮＯｘ触媒の触媒表面に尿素、尿素中間生成物、ＮＨ3等（尿素由来物質）と、ＮＯｘを吸着させる。この尿素の噴射量はエンジンアウトのＮＯｘ量に合わせて（ＮＨ3/ＮＯ当量比１以上）制御されている。これらの制御は選択還元型ＮＯｘ触媒装置の入口温度が低温（３００℃以下）では有効に働くが。高温（３００℃超）になると尿素由来物質とＮＯｘは吸着後直ちに脱離するので、これらの低温と同様の吸着制御ではＮＯｘの高浄化率は得られないという問題があった。
【００２１】
これに対して、本発明では、タービンの上流側に配置したＤＰＦ装置の選択還元型ＮＯｘ触媒で、高温側のＮＯｘ浄化を図り、また、タービンの下流側に配置した選択還元型ＮＯｘ触媒で低温側のＮＯｘ浄化を図っている。これら二段構えの選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化のために、上流側のＤＰＦ装置の選択還元型ＮＯｘ触媒に対してはエンジンアウトのＮＯｘ量に対して尿素をＮＨ3／ＮＯの当量比が１以上１．３以下の第１アンモニア系溶液量とし、下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒装置の選択還元型ＮＯｘ触媒に対しては、選択還元型ＮＯｘ触媒装置の下流側のＮＯｘ排出量から不足の第２アンモニア系溶液量を算出して、これを第１アンモニア系溶液量に加えた量でアンモニア系溶液を供給する。
【００２２】
そして、上記のような目的を達成するための本発明の排気浄化方法は、内燃機関の排気系に、排気ポート側から順に、前段酸化触媒装置、アンモニア系溶液供給装置、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、ターボ式過給器のタービン、選択還元型ＮＯｘ触媒装置を配置した排気ガス浄化システムで前記内燃機関の排気ガス中の粒子状物質、窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化方法において、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の前後差圧が連続再生判定用差圧以上で自動強制再生判定用差圧以下の場合で、かつ、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の入口排気ガス温度が連続再生制御開始温度以下の場合に、筒内噴射のポスト噴射又は排気管内燃料噴射により、前記前段酸化触媒装置の上流側の排気ガス中に炭化水素を供給することを特徴とする方法である。
【００２３】
この方法によれば、ＤＰＦ装置の上流側の酸化触媒装置における酸化触媒のＨＣ吸着及び酸化の効果により、ＤＰＦ装置の連続再生が必要とされている時に、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス温度（入口排気ガス温度）を連続再生が可能な温度に上昇できるので、ＤＰＦ装置における自動強制再生制御の間隔を延ばすことができ、ＤＰＦ装置の再生時のＣＯ2排出量を更に低減できる。
【００２４】
上記の排気浄化方法において、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を、選択還元型ＮＯｘ触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置で形成すると共に、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量を還元できる量を化学反応式の当量比から求め、この還元できる量よりも多い第１アンモニア系溶液量を算出し、前記内燃機関のＮＯｘ目標排出量と前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置の下流側で計測されたＮＯｘ量との差から第２アンモニア系溶液量を算出し、前記第１アンモニア系溶液量と前記第２アンモニア系溶液量の和を基に前記排気系に供給するアンモニア系溶液の供給量を設定して、前記アンモニア系溶液供給装置からアンモニア系溶液を供給すると、このＤＰＦと下流側の選択還元型ＮＯｘ触媒装置とで、二段構えでＮＯｘを浄化できるので、ＮＯｘ浄化率を向上できる。特に、ＤＰＦに高温用選択還元型ＮＯｘ触媒を担持させ、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に低温用の選択還元型ＮＯｘ触媒を担持させると、低温〜高温までと高流量の広範囲においてＮＯｘ浄化率を向上できるようになる。その結果、より適切なアンモニア系溶液の供給量となり、ＮＯｘを効率良く浄化できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、ＤＰＦ装置の上流側にアンモニア系溶液供給装置が配置されるので、このアンモニア系溶液供給装置の位置を内燃機関に近づけることができ、アンモニア系溶液が供給される排気ガスの温度を高く保つことができ、アンモニア系溶液から生成するアンモニア（ＮＨ3）の生成率を向上させることができる。
【００２６】
更に、ＤＰＦ装置をタービンよりも上流側に配置しているので、ＤＰＦ装置の位置が排気ポートに近くなり、ＤＰＦ装置の温度を高温に保てるため、連続再生の時間と頻度を増やすことができ、小型化が可能となる。このＤＰＦの小型化により、再生時の昇温時間を短縮できて、ＤＰＦ装置の再生時のＣＯ2排出量を低減できると共に、レイアウトの自由度を増やすことができる。
【００２７】
その上、アンモニア系溶液供給装置、ＤＰＦ装置、タービンの順に配置しているので、筒内燃焼で発生する硫黄酸化物（ＳＯｘ）を、ＤＰＦ装置に捕集された粒子状物質（ＰＭ）の燃焼で発生する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）との反応で腐食性の少ない硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）に変化させることができるので、ＤＰＦ装置の下流側に配置されたターボチャージャのタービンの硫黄成分による腐食を抑制することができる。
【００２８】
更に、ＤＰＦ装置はタービンの上流側に配置されて、タービンのオイルに由来する灰分の影響を受けないので、この灰分によるＤＰＦ装置の目詰まりへの影響を回避できる。
【００２９】
さらに、炭化水素供給制御により、ＤＰＦ装置の連続再生が必要とされている時に、炭化水素供給を行うことにより、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス温度を連続再生が可能な温度に上昇できるので、ＤＰＦ装置における連続再生の時間や頻度を多くして、自動強制再生制御の間隔を延ばすことができ、ＤＰＦ装置の強制再生時のＣＯ2排出量を更に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムで前段酸化触媒装置を単段構成とした場合の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムで前段酸化触媒装置を二段構成とした場合の構成を示す図である。
【図３】本発明の炭化水素供給制御の制御フローの一例を示す図である。
【図４】本発明の尿素供給制御の制御フローの一例を示す図である。
【図５】実施例と従来例におけるＤＰＦ装置の直径の減少率とＤＰＦ圧力損失の関係を示す図である。
【図６】実施例と従来例におけるＤＰＦ装置の直径の減少率と排気マニホールド圧力の関係を示す図である。
【図７】実施例と従来例におけるＤＰＦ装置の直径の減少率とエンジントルクの関係を示す図である。
【図８】実施例と従来例におけるＤＰＦ装置の昇温時間を示す図である。
【図９】実施例と従来例におけるＪＥ０５モードにおけるＤＰＦ入口温度を示す図である。
【図１０】実施例と従来例におけるＳＣＲ装置入口温度と尿素からのＮＨ３生成率の関係を示す図である。
【図１１】実施例と従来例におけるタービン出口温度とＮＯｘ浄化率の関係を示す図である。
【図１２】実施例と従来例におけるＤＰＦの平均再生間隔を示す図である。
【図１３】実施例と従来例におけるＣＯ2排出量比を示す図である。
【図１４】実施例と従来例における平均ＮＯｘ浄化率を示す図である。
【図１５】従来技術の排気ガス浄化システムの一例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、選択還元型ＮＯｘ触媒を尿素選択還元型ＮＯｘ触媒とし、アンモニア系溶液を尿素とする例で示すが、これに限定されず、ＨＣ−選択還元型触媒等であってもよい。
【００３２】
図１に示すように、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）１０の排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する排気ガス浄化システムであり、エンジン１０の排気系に、エンジン本体１１に接続されている排気ポート側から順に、前段酸化触媒装置（ＤＯＣ）２１、アンモニア系溶液供給装置である尿素噴射ノズル２４、尿素選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置という）２２、ターボ式過給器のタービン１４、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（以下、ＳＣＲ装置という）２３を配置して構成される。
【００３３】
この前段酸化触媒装置２１は、可能な限り高温の排気ガスＧに接して、担持した酸化触媒の活性化温度以上の時間が長くなるように、図１に示すように、排気マニホールド１２内で各排気ポートに対応させて配置される。また、必要に応じて、ＳＣＲ装置２３から流出してくるＮＨ3（アンモニア）を分解するためのＮＨ3スリップ用に、後段の酸化触媒装置（Ｒ−ＤＯＣ：図示しない）をＳＣＲ装置２３の下流側に配置する。
【００３４】
前段酸化触媒装置２１は、ＣＯ（一酸化炭素）の浄化に優れる金属触媒と、酸素吸蔵能（ＯＳＣ：Oxygen Storage capacity）を有する酸化物と酸化物半導体が混在した触媒を含む触媒層を配置して形成される。この酸素吸蔵能を有する酸化物としてはＣｅ（セリウム）を含む酸化物があり、この酸化物半導体としてはＴｉＯ2（二酸化チタン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｙ2Ｏ3（酸化イットリウム）等がある。また、この酸素吸蔵能を有する酸化物に貴金属を担持させる。
【００３５】
また、この前段酸化触媒装置２１は、排気温度およびＨＣ（炭化水素）濃度とＣＯ濃度により、図１に示すような排気ガス浄化システム１の単段のみの構成も可能であるが、排気ガス中のＨＣ濃度やＣＯ濃度が高い場合は、低温活性に優れる触媒構成が得られるように、この前段酸化触媒装置２１は、第１酸化触媒装置（ＤＯＣ−１）２１ａと第２酸化触媒装置（ＤＯＣ−２）２１ｂに分けて配置することが好ましい。この場合は、図２に示す排気ガス浄化システム１Ａのように、排気マニホールド１２内で排気ポートに対応させて気筒毎に第１酸化触媒装置２１ａを配置し、排気マニホールド１２の出口の下流に第２酸化触媒装置２１ｂを配置する。
【００３６】
この第１酸化触媒装置２１ａには、ＣＯ浄化に優れる金属触媒と、セリウム（Ｃｅ）を含む酸化物等のＯＳＣを有する酸化物と、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3等の酸化物半導体が混在した触媒を含む触媒層を配置する。また、ＯＳＣを有する酸化物に貴金属が担持される。一方、第２酸化触媒装置２１ｂには、ＨＣ浄化に優れている白金（Ｐｔ)等の貴金属触媒若しくはＨＣ吸着材と貴金属触媒が混在した触媒を含む触媒層を配置する。これらにより低温活性に優れた触媒構成を得ることができる。
【００３７】
ＤＰＦ装置２２は、ＰＭを捕集して除去する連続再生タイプのＤＰＦであり、このＤＰＦ装置２２には、高温におけるＮＯｘ浄化性能が高い触媒、例えば、希土類複合酸化物（Ｃｅ−Ｚｒ−Ｏ系複合酸化物等）を含む触媒で構成したＳＣＲ触媒のコート層を設けて形成することが好ましい。また、このＤＰＦ装置２２においてはＳＣＲ触媒のコート後の圧力損失が増加しにくい仕様が必要となるため、気孔率や気孔径、壁厚を適正化して、浄化特性は同等でかつ圧力損失の少ない構造とする。
【００３８】
ＳＣＲ装置２３は、タービン１４の上流に配置されるＤＰＦ装置２２に担持されたＳＣＲ触媒に対して、タービン１４の下流に配置されているため、例えば、図９に示すように、１００℃程度の温度低下が見込まれるため、低温で尿素由来物質やＮＯｘを吸着する機能を有するゼオライト触媒を担持させて構成することが好ましい。更には、特性触媒担体（モノリス触媒）などを用いて、比体積当たりの触媒量を増加させて従来比で５０％以上低減した小型ＳＣＲ装置を使用することが好ましい。
【００３９】
尿素噴射ノズル２４は前段酸化触媒装置２１より下流側でＤＰＦ装置２２より上流側に設置すると、ＤＰＦ装置２２がタービン１４よりも上流側にあるため、尿素Ｌがタービン１４より上流側に噴射されることになり、排気ガスＧ中に噴射された尿素Ｌが、タービン１４内で攪拌されて拡散するために尿素Ｌの加水分解や熱分解が促進される。さらには、タービン１４を通過した後の排気通路１３中での噴霧拡散が均一化する。このため、尿素噴射ノズル２４からＳＣＲ装置２３までの距離を短くすることができ、配置を近接化できる。
【００４０】
また、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲを行うＨＰ−ＥＧＲ通路１５とＬＰ−ＥＧＲ通路１６を設ける。このＨＰ−ＥＧＲ通路１５は、ＨＰ（高圧）−ＥＧＲに還流するＥＧＲガスＧｅを前段酸化触媒装置２１（又は、図２の第１酸化触媒装置２１ａ）通過後で、かつ、尿素噴射ノズル２４の位置より前方の排気通路１３から分岐する。これにより、ＨＰ−ＥＧＲ通路１５に前段酸化触媒装置２１通過後のＥＧＲガスＧｅを還流することで、ＨＰ−ＥＧＲ通路１５におけるＥＧＲガス中のＳＯＦ（有機性可溶成分）を低減できるため、ＨＰ−ＥＧＲ通路１５のＥＧＲクーラ（図示しない）やＥＧＲバルブ（図示しない）の詰まり等のＳＯＦによる影響を抑制できる。
【００４１】
さらに、ＬＰ（低圧）−ＥＧＲに還流するＥＧＲガスＧｅはＳＣＲ触媒２３の下流側から分岐する。これにより、ＬＰ−ＥＧＲ通路１６に前段酸化触媒装置２１（又は、図２の第１酸化触媒装置２１ａと第２酸化触媒装置２１ｂ）、ＤＰＦ装置２２、ＳＣＲ装置２３を通過した後のＥＧＲガスＧｅを還流することで、ＬＰ−ＥＧＲ通路１６におけるＥＧＲガスＧｅ中のＳＯＦ、ＰＭ、ＮＨ3を低減できるため、ＬＰ−ＥＧＲ通路１６のＥＧＲクーラ（図示しない）やＥＧＲバルブ（図示しない）の詰まり、腐食などを抑制できる。
【００４２】
更に、この排気ガス浄化システム１、１Ａには、ＤＰＦ装置２２の入口の排気ガス温度であるＤＰＦ入口温度Ｔを測定する温度センサ３１と、ＤＰＦ装置２２の前後差圧ΔＰを測定する差圧センサ３２と、ＳＣＲ装置２３の下流側のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度センサ３３を備える。更に、この温度センサ３１と差圧センサ３２の測定値を入力して、筒内（シリンダ内）のポスト噴射で前段酸化触媒装置２１に燃料であるＨＣ（炭化水素）を供給するＨＣ供給制御手段と、尿素噴射ノズル２４からＤＰＦ装置２２とＳＣＲ装置２３でＮＯｘを還元するためのＮＨ3を生成する尿素Ｌを排気ガスＧ中に供給する尿素供給制御手段（アンモニア系溶液供給制御手段）とを有する制御装置（図示しない）が備えられる。この制御装置は通常、エンジン１０の運転全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置（図示しない）で兼用される。即ち、ＨＣ供給制御手段と尿素供給制御手段が制御装置（ＥＣＵ）に組み込まれる。
【００４３】
図５〜図７にタービン１４の上流側にＤＰＦ装置２２を配置した実施例Ａとタービンの下流側にＤＰＦ装置２２を配置した従来例Ｂを示す。実施例Ａは、従来例Ｂに比べて、ＤＰＦ圧力損失が低下し、排気マニホールド（エキゾーストマニホールド）１２内の圧力が低下し、トルクが増加する。つまり、タービン膨張比の影響が無い分、実施例Ａは従来例Ｂと比較して、ＤＰＦ圧力損失の増加が排気マニホールド内圧及びトルクに及ぼす影響は相対的に小さくなる。
【００４４】
この図５〜図７から分かるように、トルク、排気マニホールド内圧等のエンジン性能に及ぼす影響を略同一にした場合に、実施例Ａでは、従来例Ｂに比べて、ＤＰＦ装置２２の長さを同一とした場合にＤＰＦ装置２２の直径を４０％ほど小さくできる。その結果、図８に示すように、実施例Ａは、従来例Ｂに比べて、短時間でＤＰＦ装置２２を昇温できるようになり、所定温度までの昇温時間を短縮できる。
【００４５】
そして、本発明ではＤＰＦ装置２２をタービン１４の上流に設置することで、従来技術よりも、ＤＰＦ装置２２をエンジン本体１１により近接して配置できる。その結果、図９に示すように、ＤＰＦ入口温度Ｔを１００℃以上高く保つことができるようになる。
【００４６】
さらに、従来技術の場合に比べて、尿素噴射ノズル２４もエンジン本体１１により近接して配置できるので、図９に示すＤＰＦ入口温度Ｔと同様に、尿素噴射位置の温度も従来例Ｂよりも１００℃以上高く保つことができるようになる。その結果、図１０に示すように、実施例Ａでは、従来例Ｂに比べて、ＳＣＲ装置２３の入口温度に対する尿素からＮＨ3への生成率が著しく向上し、図１１に示すようにタービン出口温度に対するＮＯｘ浄化率も向上する。特に尿素噴射ノズル２４に対して近距離に配置されるＳＣＲ触媒を担持したＤＰＦ装置２２では、このＤＰＦ装置２２に流入する排気ガス温度を高くすることで、できるだけ、ＮＨ3生成率を高めて、ＤＰＦ装置２２のＳＣＲ触媒表面でＮＯｘとＮＨ3がその場で反応する効果を大きくすることができ、浄化率を向上できる。
【００４７】
次に、上記の排気ガス浄化システム１、１ＡにおけるＨＣ（炭化水素）供給制御について説明する。本発明では、上記の構成による優位性を踏まえて、前段酸化触媒装置２１に対するＨＣ供給制御を行い、この前段酸化触媒装置２１におけるＨＣの吸着及び酸化により、ＤＰＦ装置２２に流入する排気ガスＧの温度を上昇して、ＤＰＦ装置２２の入口の排気ガス温度であるＤＰＦ入口温度Ｔを連続再生が可能な温度（２５０℃〜５００℃）にして、連続再生ができる頻度及び期間を増加させる。
【００４８】
このＨＣ供給制御は、図３に例示するような制御フローで行うことができる。この図３の制御フローは、エンジン１０の運転開始と共に、起動する上位の制御フローから繰り返し呼ばれて実行され、エンジン１０の運転停止と共に、制御フローを中断して上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの停止と共に停止する制御フローとして示してある。
【００４９】
この図３の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、ＤＰＦ入口温度Ｔを温度センサ３１から入力し、また、ＤＰＦ装置２２の前後差圧であるＤＰＦ前後差圧ΔＰを差圧センサ３２から入力する。次のステップＳ１２で、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが連続再生判定用差圧ΔＰＬ以上で有るか否かを判定し、以上で有る場合（ＹＥＳ）は、次のステップＳ１３で、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが自動強制再生判定用差圧ΔＰＨ以下であるか否かを判定し、以下である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１４に行く。
【００５０】
なお、ステップＳ１２の判定で、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが連続再生判定用差圧ΔＰＬ未満である場合（ＮＯ）は、ステップＳ１１に戻る。また、ステップＳ１３の判定で、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが自動強制再生判定用差圧ΔＰＨより大きい場合（ＮＯ）は、ステップＳ２０に行き、自動強制再生制御を行ってＤＰＦ装置２２を強制再生した後、上位の制御フローにリターンし、この上位の制御フローから再度呼ばれて図３の制御フローが繰り返される。
【００５１】
ステップＳ１４では、ＤＰＦ入口温度Ｔが、連続再生制御開始温度ＴＬ以下であるか否かを判定し、以下の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１５で、ＨＣ供給を行い、ポスト噴射でＨＣを前段酸化触媒装置２１に、所定の時間Δｔ１（ＤＰＦ前後差圧ΔＰの判定とＤＰＦ入口温度Ｔの判定のインターバルに関係して予め設定される時間）の間供給する。この後、ステップＳ１４に戻る。また、ステップＳ１４で、ＤＰＦ入口温度Ｔが、連続再生制御開始温度ＴＬより高い場合（ＮＯ）は、ステップＳ１６に行く。
【００５２】
ステップＳ１６では、ＤＰＦ入口温度Ｔが連続再生制御開始温度ＴＬよりも大きいので、所定の時間Δｔ２の経過待ちを行い、この時間待ちの間にＤＰＦ装置２２の連続再生を行う。その後、ステップＳ１７に行き、ＨＣ供給を行っていれば、そのＨＣ供給を停止し、ＨＣ供給を行っていなければ、ＨＣ供給を停止したまま、ステップＳ１８に行く。
【００５３】
ステップＳ１８では、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが連続再生判定用差圧ΔＰＬ以下であるか否かを判定し、以下でない場合（ＮＯ）は、連続再生を継続するために、ステップ１４に戻る。また、以下である場合（ＹＥＳ）は、連続再生が完了して不要になったとして、リターンし、上位の制御フローに戻り、再度この上位の制御フローから図３の制御フローが呼ばれて、再度スタートし、繰り返す。
【００５４】
このステップＳ１１からステップＳ１３で連続再生のための排気ガス昇温用のＨＣ供給を行うか否かを判定し、ステップＳ１４からステップＳ１５の繰り返しにより、ＤＰＦ入口温度Ｔを連続再生制御開始温度ＴＬを超えるまで昇温する。そして、ステップＳ１６で連続再生し、ステップＳ１７でＨＣ供給を停止してＨＣの無駄な消費を防止し、ステップＳ１８で連続再生の終了か否かを判定する。
【００５５】
この図３の制御フローの実施により、ＤＰＦ装置２２の前後差圧ΔＰが連続再生判定用差圧ΔＰＬ以上で自動強制再生判定用差圧ΔＰＨ以下の場合で、かつ、ＤＰＦ装置２２の入口排気ガス温度Ｔが連続再生制御開始温度ＴＬ以下の場合に、筒内噴射のポスト噴射により、前段酸化触媒装置２１の上流側の排気ガスＧ中にＨＣを供給する制御を行うことができる。なお、ポスト噴射の代わりに前段酸化触媒装置２１の上流側の排気管内に直接燃料噴射を行う排気管内燃料噴射を採用してもよい。
【００５６】
このＨＣ供給制御により、図１２に示すように、本発明の実施例Ａは、ＤＰＦ装置２２の自動強制再生の間隔を、従来技術の従来例Ｂに比べて大幅に延ばすことができ、更には、図１３に示すように、実施例Ａは従来例Ｂよりも著しくＤＰＦ再生時のＣＯ2排出量を低減できる。なお、前段酸化触媒装置２１の酸化触媒にＣｅＯ2（酸化セリウム）、ＺｒＯ2（二酸化ジルコニウム）等のＣＯを多く吸着できる材料を使用することで、さらに前段酸化触媒装置２１の発熱量を増やすことが可能である。
【００５７】
このＨＣ供給制御により、ＤＰＦ装置２２の上流側の前段酸化触媒装置２１における酸化触媒のＨＣ吸着及び酸化の効果をより効果的に発揮でき、ＤＰＦ装置２２の連続再生が必要とされている時に、ＤＰＦ装置２２に流入する排気ガス温度（入口排気ガス温度）Ｔを連続再生が可能な温度ＴＬよりも高くなるように上昇させることができるので、ＤＰＦ装置２２における自動強制再生制御の間隔を延ばすことができ、ＤＰＦ装置２２の再生時のＣＯ2排出量を更に低減できる。
【００５８】
次に、上記の排気ガス浄化システム１、１Ａにおける尿素供給制御について説明する。本発明では、上記の構成による優位性を踏まえて、尿素噴射ノズル２４から、ＳＣＲ触媒を担持したＤＰＦ装置２２とＳＣＲ装置２３に対する尿素供給制御を行い、尿素Ｌから発生するＮＨ3により、このＳＣＲ触媒を担持したＤＰＦ装置２２とＳＣＲ装置２３で排気ガス中のＮＯｘを還元する。
【００５９】
この尿素供給制御は、図４に例示するような制御フローで行うことができる。この図４の制御フローは、エンジン１０の運転開始と共に起動する上位の制御フローから呼ばれて実行され、エンジン１０の運転停止と共に、ステップＳ４０の割り込みにより制御フローを中断して上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの停止と共に停止する制御フローとして示してある。
【００６０】
この図４の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ３１で、第１ＮＯｘ排出量Ｗｉｎを測定又は計算する。この第１ＮＯｘ排出量Ｗｉｎは、エンジン本体１１から排出されるＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2）をＮＯに換算したＮＯｘ排出量（エンジンアウトのＮＯｘ排出量）であり、排気ガスＧ中の測定されたＮＯｘ濃度と算出された排気ガス量から求めたり、エンジン１０の運転状態から予め設定されたマップデータを参照しての計算等により算出したりする。
【００６１】
ステップＳ３１では、更に、この第１ＮＯｘ排出量Ｗｉｎに対する第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌを算出する。この第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌは、第１ＮＯｘ排出量Ｗｉｎに対して、ＮＯに対するＮＨ3の当量比を１以上１．３以下の値（実験等で求められ、予め設定された値）でＮＯを還元するのに必要なＮＨ3量を算出し、このＮＨ3量のＮＨ3を発生する尿素量を第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌとする。そして、尿素供給経過時間ｔのカウントを開始する。また、後で使用する第２尿素供給量Ｗｕｐｌａｓをゼロに設定する。
【００６２】
次にステップ３２でカウントしている尿素供給経過時間ｔが予め設定した判定用時間ｔ１を経過したか否かを判定する。この判定用時間ｔ１は、尿素噴射ノズル２４からＤＰＦ装置２２の上流側の排気ガスＧ中に供給した尿素Ｌを含む排気ガスＧがＳＣＲ装置２３の下流側のＮＯｘ濃度センサ３３に十分に到達できる時間に設定される。この時間は、実験値や排気ガス流量などからの計算値を基に設定することができる。
【００６３】
このステップＳ３２で、尿素供給経過時間ｔが判定用時間ｔ１を経過している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ３３に行く。また、尿素供給経過時間ｔが判定用時間ｔ１を経過していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ３４に行き、第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌの尿素Ｌを、尿素噴射ノズル２４からＤＰＦ装置２２の上流側の排気ガスＧ中に、予め設定された時間（ステップＳ３２の判定のインターバルの時間に関係する時間）Δｔ１の間供給する。その後、ステップＳ３１に戻る。
【００６４】
ステップＳ３３では、ＳＣＲ装置２３の下流側のＮＯｘ濃度センサ３３の計測値を入力し、この入力したＮＯｘ濃度と排気ガス量から測定排出量Ｗｏｕｔを算出する。なお、排気ガス量は、エンジン１０の運転状態や吸気量センサ（ＭＡＦセンサ：図示しない）で計測した吸気量と燃料噴射量から算出することができる。
【００６５】
この測定排出量ＷｏｕｔとＮＯｘ排出を低減する目標値である目標排出量ＷＴとを比較し、測定排出量Ｗｏｕｔが目標排出量ＷＴ以下の場合（ＹＥＳ）は、尿素量が第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌで十分と判定して、ステップＳ３４に行き、第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌの量で尿素Ｌを予め設定した時間Δｔ１の間供給し、その後、ステップＳ３１に戻る。
【００６６】
一方、このステップＳ３３の判定で測定排出量Ｗｏｕｔが目標排出量ＷＴより大きい場合（ＮＯ）は、尿素量が第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌでは不十分であると判定して、ステップＳ３５に行く。
【００６７】
ステップＳ３５では、新たに測定排出量Ｗｏｕｔを算出して、目標排出量ＷＴと測定排出量Ｗｏｕｔの差である排出量差Ｗｄｅｆを算出する（Ｗｄｅｆ＝ＷＴ−Ｗｏｕｔ）。また、この排出量差Ｗｄｅｆに対して、この排出量差ＷｄｅｆのＮＯｘ量を還元するのに必要なＮＨ3量を算出し、このＮＨ3量のＮＨ3を発生する尿素量Ｗｕｄを用いて第２尿素供給量Ｗｕｐｌａｓを算出する。つまり、Ｗｕｐｌａｓ＝Ｗｕｐｌａｓ＋Ｗｕｄとする。これにより、排出量差Ｗｄｅｆを考慮した第２尿素供給量Ｗｕｐｌａｓを算出することができる。そして、更に、第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌと第２尿素供給量Ｗｕｐｌａｓとの和である総尿素供給量Ｗｕｔを算出する（Ｗｕｔ＝Ｗｕｍｏｌ＋Ｗｕｐｌａｓ）。
【００６８】
次のステップＳ３６では、この総尿素供給量Ｗｕｔ量で尿素Ｌを予め設定された時間（ステップＳ３５のＮＯｘ濃度の測定値の更新のインターバルの時間に関係する時間）Δｔ２の間供給し、その後、ステップＳ３５に戻る。このステップＳ３５〜Ｓ３６を繰り返し行い、ＤＰＦ装置２２の上流側の排気ガスＧ中に総尿素供給量Ｗｕｔで尿素Ｌを供給する。エンジン１０の停止により、ステップＳ４０の割り込みが発生すると、リターンに行き、上位の制御フローに戻り、この上位の制御フローと共に図４の制御フローを終了する。
【００６９】
上記の制御により、尿素供給経過時間ｔが所定の判定用時間ｔ１を経過する前（ＮＯ）、又は、測定排出量Ｗｏｕｔが目標排出量ＷＴ以下の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ３１〜Ｓ３４により、第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌで、尿素Ｌを供給し、尿素供給経過時間ｔが所定の判定用時間ｔ１を経過した後（ＹＥＳ）で、かつ、測定排出量Ｗｏｕｔが目標排出量ＷＴより大きい場合（ＮＯ）は、このステップＳ３５〜Ｓ３６により、第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌと第２尿素供給量Ｗｕｐｌａｓの和の総尿素供給量Ｗｕｔで、尿素Ｌを供給することができる。
【００７０】
つまり、尿素供給量をタービン１４の上流側のＳＣＲ触媒コートのＤＰＦ装置２２で消費されるであろう尿素量を、エンジンアウトのＮＯｘ量に対して尿素をアンモニア（ＮＨ3）当量比で１以上の第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌと考え、更に、ＳＣＲ装置２３の下流のＮＯｘの測定排出量Ｗｏｕｔを測定ＮＯｘ濃度から推定して、ＮＯｘの目標排出量ＷＴにするために不足していると推定される排出量差Ｗｄｅｆを算出して、タービン１４の下流側のＳＣＲ装置２３で消費される第２尿素供給量Ｗｕｐｌａｓを算出し、この第２尿素量Ｗｕｐｌａｓを第１尿素供給量Ｗｕｍｏｌに加えた総尿素供給量Ｗｕｔで尿素Ｌを供給する尿素噴射制御とすることができる。
【００７１】
その結果、図１０、図１１、及び、図１４に示すように従来技術の従来例Ｂに対して、本願発明の実施例Ａは低温〜高温までの広い範囲で高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。特に、ＪＥ０５モード平均でＮＯｘ浄化率が３０％以上改善される。
【００７２】
次に、ＤＰＦ装置２２の上流側に尿素噴射ノズル２４を配置することによるＳＯｘ（硫黄酸化物）による腐食に関してのメリットについて説明する。尿素噴射ノズル２４から排気ガスＧ中に噴霧された尿素Ｌは、主に尿素の熱分解反応「（ＮＨ2）2ＣＯ→ＮＨ3＋ＨＮＣＯ」と熱分解で生成したイソシアン酸の加水分解反応「ＨＮＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ3+ＣＯ2」を経てＮＨ3（アンモニア）を発生する。この尿素から生成したＮＨ3が排気ガス中のＳＯｘと「２ＮＨ3＋ＳＯ4→（ＮＨ4）2ＳＯ4」の反応で（ＮＨ4）2ＳＯ4（硫酸アンモニウム）を生じる。
【００７３】
さらに、この（ＮＨ4）2ＳＯ4が、下流側（後段）のＤＰＦ装置２２でＰＭが燃焼した後で生じる灰分成分であるＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）と「（ＮＨ4）2ＳＯ4＋ＣａＣＯ3→（ＮＨ4）2ＣＯ3＋ＣａＳＯ4」の反応を生じる。この生成した（ＮＨ4）2ＣＯ3（炭酸アンモニウム）は５８℃以上では、熱分解反応「（ＮＨ4）2ＣＯ3→２ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2」で分解し、この反応で生じたＮＨ3がＤＰＦ装置２２の下流側のＳＣＲ装置２３で捕捉されて、ＮＯｘ浄化反応に使用される。
【００７４】
ＮＨ3とＳＯ4等が反応して生成した（ＮＨ4）2ＳＯ4は中和物であり、腐食性が無いので、ＤＰＦ装置２２より下流側のタービン１４や排気通路１３ではＳＯｘによる腐食の問題が解決される。また、ＮＨ3とＳＯ4等が反応した後の排気ガスをＥＧＲガスＧｅとして利用するＬＰ（低圧）−ＥＧＲでは、ＥＧＲ通路１６やＥＧＲ弁（図示しない）やＥＧＲクーラー（図示しない）の腐食の問題も解決される。
【００７５】
従って、上記の構成の排気ガス浄化システム１、１Ａ及び排気ガス浄化方法によれば、ＤＰＦ装置２２の上流側に尿素噴射ノズル２４が配置されるので、この尿素噴射ノズル２４の位置をエンジン本体１１に近づけることができ、尿素Ｌが供給される排気ガスＧの温度を高く保つことができ、尿素Ｌから生成するＮＨ3（アンモニア）の生成率を向上させることができる。
【００７６】
更に、ＤＰＦ装置２２をタービン１４よりも上流側に配置しているので、ＤＰＦ装置２２の位置が排気ポートに近くなり、ＤＰＦ装置２２の温度を高温に保てるため、連続再生の頻度を増やすことができ、小型化が可能となる。このＤＰＦ装置２２の小型化により、再生時の昇温時間を短縮できて、ＤＰＦ装置２２の再生時のＣＯ2排出量を低減できると共に、レイアウトの自由度を増やすことができる。
【００７７】
その上、上流側から、尿素噴射ノズル２４、ＤＰＦ装置２２、タービン１４の順に配置しているので、筒内燃焼で発生するＳＯｘを、腐食性の少ないＣａＳＯ4にして、ＳＯｘによるタービンの腐食を抑制することができる。更に、ＤＰＦ装置２２は、タービン１４のオイルに由来する灰分の影響を受けない配置となっているために、この灰分によるＤＰＦ装置２２の目詰まりへの影響を回避できる。
【００７８】
さらに、炭化水素供給制御を行うと、ＤＰＦ装置２２の連続再生が必要とされている時に、ＤＰＦ装置２２に流入する排気ガス温度を連続再生が可能な温度に上昇できるので、ＤＰＦ装置２２における自動強制再生制御の間隔を延ばすことができ、ＤＰＦ装置２２の再生時のＣＯ2排出量を更に低減できる。
【００７９】
更に、尿素供給制御により、より適切なアンモニア系溶液の供給量で尿素ＬをＤＰＦ装置２２とＳＣＲ装置２３に供給することができるので、低温から高温、かつ、高流量までの広い範囲で、ＮＯｘを効率良く浄化できるようになる。
【００８０】
従って、本発明の各排気ガス浄化ユニットの順列と炭化水素供給制御とアンモニア系溶液供給制御を合わせて、低温・低流量から高温・高流量の広い範囲でＮＯｘ浄化率を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、アンモニア系水溶液供給装置の位置をエンジン本体の排気ポートに近づけて配置して、尿素が供給される排気ガスの温度を高く保つことにより、アンモニア（ＮＨ3）の生成率を向上させてＮＯｘ浄化率を向上することができ、それと共に、ＤＰＦ装置もエンジン本体の排気ポートに近づけて配置して、ＤＰＦ装置の温度を高温に保つことにより、ＤＰＦ装置の連続再生の時間や頻度を増加して、ＤＰＦ装置の強制再生及び強制再生時に発生するＣＯ2排出量を低減でき、しかも、アンモニア系水溶液供給装置、ＤＰＦ、タービンの順列で配置して、排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）をＤＦＰの灰分と反応させて、腐食性の少ない硫酸カルシウムに変化させてからタービンに流入させることにより、硫黄酸化物によるターボチャージャのタービンの腐食を抑制することができるので、自動車等に搭載した内燃機関等の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法として利用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１、１Ａ  排気ガス浄化システム
１０  内燃機関（エンジン）
１１  エンジン本体
１２  排気マニホールド
１３  排気通路
１４  ターボ式過給器のタービン
１５  ＨＰ−ＥＧＲ通路
１６  ＬＰ−ＥＧＲ通路
２１  前段酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２１ａ  第１酸化触媒装置（ＤＯＣ−１）
２１ｂ  第２酸化触媒装置（ＤＯＣ−２）
２２  ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）
２３  選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ装置）
２４  尿素噴射ノズル（アンモニア系溶液供給装置）
３１  温度センサ
３２  差圧センサ
３３  ＮＯｘ濃度センサ
Ｇ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｌ  尿素
Ｔ  ＤＰＦ入口温度
ΔＰ  ＤＰＦ装置の前後差圧
【図１】
2013234639.tif 000003
【図２】
2013234639.tif 000004
【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】
2013234639.tif 000013
【図１２】
2013234639.tif 000014
【図１３】
2013234639.tif 000015
【図１４】
2013234639.tif 000016
【図１５】
2013234639.tif 000017