(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン(10)の排気管(12)に設けられたＮＯ酸化触媒(13)と、前記ＮＯ酸化触媒(13)より排ガス下流側の排気管(12)に設けられたパティキュレートフィルタ(14)と、前記ＮＯ酸化触媒(13)の入口に設けられ前記ＮＯ酸化触媒(13)に向けて還元剤(20)を噴射可能な噴射ノズル(16)と、前記噴射ノズル(16)に調整弁(18)を介して前記還元剤(20)を供給する還元剤供給手段(19)と、前記ＮＯ酸化触媒(13)の入口の排気管内の排ガスの温度を検出する温度センサ(24)と、前記温度センサ(24)が所定範囲の排ガスの温度を検出した時前記調整弁(18)を開放して前記還元剤(20)を噴射ノズル(16)に供給するコントローラ(30)とを備えたエンジンの排ガス浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタ(14)の入口の排気管内の圧力を検出する圧力センサ(25)が設けられ、
前記温度センサ(24)が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ前記圧力センサ(25)が所定の圧力以下の圧力を検出した時に前記コントローラ(30)は前記調整弁(18)を開放して前記還元剤(20)を前記噴射ノズル(16)に供給する
ことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
ＮＯ酸化触媒(13)の入口の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ(26)が設けられ、
温度センサ(24)が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ圧力センサ(25)が所定の圧力以下の圧力を検出し更に前記ＮＯｘセンサ(26)が所定の濃度以上のＮＯｘ濃度を検出した時にコントローラ(30)は調整弁(18)を開放して還元剤(20)を噴射ノズル(16)に供給する請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項３】
ＮＯ酸化触媒(13)がＰｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ又はこれらの酸化物を少なくとも一種類以上含む請求項１又は２記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項４】
ＮＯ酸化触媒(13)がＰｔ又はこの酸化物を含み、所定範囲の排ガスの温度が１５０℃以上２５０℃未満である請求項１又は２記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＮＯ及びＮＯ2からなる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減し、かつ排ガスに含まれるパティキュレートを捕集する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排ガス浄化装置として、排気管の途中にＮＯ酸化触媒を設け、その排ガス下流側の排気管にパティキュレート捕集器を設けたものが知られている（特開平１−３１８７１５）。この装置では、排ガス中のＮＯを排ガス上流側に設けたＮＯ酸化触媒でＮＯ2に酸化する一方で、排ガス下流側に設けたパティキュレートフィルタで排ガスに含まれるパティキュレートを捕集している。このため、パティキュレートフィルタには一般的にパティキュレートが堆積するが、このパティキュレートは上流側のＮＯ酸化触媒で生成されたＮＯ2により酸化され、パティキュレートは燃焼ガス（ＣＯ2とＨ2Ｏ）としてそのフィルタを通過してフィルタが再生するとともに、パティキュレートを酸化させたＮＯ2はＮＯに転換して外部に排出するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の上記浄化装置では、ＮＯ酸化触媒入口での排ガス温度が約２５０℃以上でないと、ＮＯ酸化触媒で排ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化できない不具合があり、２５０℃未満の領域ではＮＯを有効活用できなかった。一方上記装置はパティキュレートを捕集、浄化することは可能であるが、ＮＯｘの浄化にはほとんど効果がなく、ＮＯ或いはＮＯ2としてそのまま大気中に排出していた。
本発明の目的は、上記装置に改良を加え、パティキュレートだけでなくＮＯｘをも低減し得るエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１０の排気管１２に設けられたＮＯ酸化触媒１３と、ＮＯ酸化触媒１３より排ガス下流側の排気管１２に設けられたパティキュレートフィルタ１４と、ＮＯ酸化触媒１３の入口に設けられＮＯ酸化触媒１３に向けて還元剤２０を噴射可能な噴射ノズル１６と、噴射ノズル１６に調整弁１８を介して還元剤２０を供給する還元剤供給手段１９と、ＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管内の排ガスの温度を検出する温度センサ２４と、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出した時調整弁２８を開放して還元剤２０を噴射ノズル１６に供給するコントローラ３０とを備えたエンジンの排ガス浄化装置の改良である。
その特徴ある構成は、パティキュレートフィルタ１４の入口の排気管内の圧力を検出する圧力センサ２５が設けられ、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ圧力センサ２５が所定の圧力以下の圧力を検出した時にコントローラ３０は調整弁１８を開放して還元剤２０を噴射ノズル１６に供給するところにある。
【０００５】
この請求項１に係る発明では、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出した時調整弁１８を開くと、これにより噴射ノズル１６から所定量だけ還元剤２０がＮＯ酸化触媒１３に噴射される。ＮＯ酸化触媒１３は還元剤共存下においてＮＯ及びＮＯ2を無害なＮ2に還元することが可能であり、このＮＯ酸化触媒１３を通過した排ガスに含まれるＮＯは高い効率でＮ2に還元される。これにより排ガスが比較的低温な領域においてＮＯを低減することができる。
なお、ＮＯ酸化触媒１３を通過した還元剤はパティキュレートとともにパティキュレートフィルタ１４ａに捕集され、大気中に放散しない。ここで、パティキュレートは不完全燃焼の炭化水素、ＳＯＦ(soluble organic fraction)、煤等で構成される。
【０００６】
そして、圧力センサ２５が所定の圧力以下の圧力を検出した時調整弁１８を開き、逆に圧力センサ２５が所定の圧力より高い圧力を検出した時調整弁１８を閉じて還元剤２０の噴射を停止することにより、比較的多くのパティキュレートがパティキュレートフィルタ１４に捕集されている場合に、還元剤がそれ以上パティキュレートフィルタ１４ａに捕集されることを防止する。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２６が設けられ、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ圧力センサ２５が所定の圧力以下の圧力を検出し更にＮＯｘセンサ２６が所定の濃度以上のＮＯｘ濃度を検出した時にコントローラ３０は調整弁１８を開放して還元剤２０を噴射ノズル１６に供給するエンジンの排ガス浄化装置である。
この請求項２に係る発明では、更にＮＯｘセンサ２６が所定の濃度以上のＮＯｘ濃度を検出した時調整弁１８を開くことにより、排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度が比較的低い時の還元剤の噴射を禁止して、必要以上の還元剤の消費を防止する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、ＮＯ酸化触媒１３がＰｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ又はこれらの酸化物を少なくとも一種類以上含むエンジンの排ガス浄化装置である。
この請求項３に係る発明では、これらのＮＯ酸化触媒１３を通過する排ガスに含まれるＮＯｘを還元剤共存下において効率的にＮ2に還元する。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、ＮＯ酸化触媒１３がＰｔ又はこの酸化物を含み、所定範囲の排ガスの温度が１５０℃以上２５０℃未満であるエンジンの排ガス浄化装置である。
Ｐｔ又はこの酸化物を含む触媒１３は１５０℃以上２５０℃未満で高いＮＯｘ浄化作用を有する。このため、この請求項４に係る発明では、１５０℃以上２５０℃未満の温度におけるＮＯ酸化触媒１３を通過する排ガスに含まれるＮＯｘを効率的にＮ2に還元する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１０の排気マニホルド１１には排気管１２が接続される。この排気管１２の途中にはエンジン側からＮＯ酸化触媒１３及びパティキュレート捕集器１４が設けられる。この例ではＮＯ酸化触媒１３はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体１３ａにＰｔ又はこの酸化物を担持するして構成される。ただし、触媒としての貴金属はこのＰｔの他に、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ又はこれらの酸化物を少なくとも一種類以上含むものであればよい。これらによりコージェライト製のハニカム担体１３ａにＮＯの酸化力が付与されてＮＯ酸化触媒１３が構成される。
【００１０】
またパティキュレート捕集器１４にはパティキュレートフィルタ１４ａが内蔵される。この例ではフィルタ１４ａはハニカムフィルタであって、図３に示すようにコージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁１４ｂで仕切られた多角形断面を有する。フィルタ１４ａはこれらの隔壁１４ｂにより多数の互いに平行に形成された貫通孔１４ｃの相隣接する入口部１４ｄと出口部１４ｅが交互に実質的に封止される。このフィルタ１４ａでは、図の矢印に示すようにフィルタ１４ａの入口側から導入されたエンジンの排ガスが多孔質の隔壁１４ｂを通過する際に含有する微粒子（パティキュレート）がろ過されて、出口側から排出されるようになっている。
【００１１】
図１に戻って、ＮＯ酸化触媒１３の排ガス上流側であってＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管１２にはそのＮＯ酸化触媒１３に向けて後述する還元剤２０を噴射可能な噴射ノズル１６がそのＮＯ酸化触媒１３に向けて設けられる。噴射ノズル１６には供給管１７が接続され、この供給管１７は調整弁１８及び還元剤供給手段であるポンプ１９を介して還元剤２０が入ったタンク２１に配管される。この例では調整弁１８は噴射ノズル１６への還元剤２０の供給量を調整する三方弁であり、還元剤２０は軽油である。調整弁１８にはタンク２１に配管された戻り管１７ａが接続される。調整弁１８が閉じているときにはポンプ１９から吐出された還元剤２０は戻り管１７ａを通ってタンク２１に戻され、開いたときには噴射ノズル１６に吐出した還元剤２０を供給するように構成される。
【００１２】
噴射ノズル１６の近傍の排気管１２には、ＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管内の排ガス温度を検出する温度センサ２４が設けられる。このセンサ２４の検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ３０の制御入力に接続される。その他コントローラ３０にはエンジン１０の回転速度を検出する回転センサ２２と、エンジン１０の負荷を検出する負荷センサ２３と、パティキュレート捕集器１４の入口の排気管内の圧力を検出する圧力センサ２５と、ＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２６の各検出出力が接続される。この負荷センサ２３はこの例では燃料噴射ポンプ（図示せず）のロードレバーの変位量を検出する。コントローラ３０の制御出力は調整弁１８及びポンプ１９に接続される。コントローラ３０はメモリ３１を備える。メモリ３１にはエンジン回転、エンジン負荷、捕集器入口の圧力、ＮＯ酸化触媒入口の排ガス温度並びその排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた調整弁１８の開閉及びポンプ１９の作動の有無が予め記憶される。
【００１３】
このような構成の排ガス浄化装置は、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ圧力センサ２５が所定の圧力以下の圧力を検出し更にＮＯｘセンサ２６が所定の濃度以上のＮＯｘ濃度を検出した時にコントローラ３０は目盛り３１の記憶に基づいて調整弁１８を開放して還元剤２０を噴射ノズル１６に供給する。例えば、エンジン１０が軽負荷で、低速域の運転状態にあって、図２に示すように、排気マニホルド１１から排出される排ガス温度Ｔが１５０〜２５０℃の範囲であり、パティキュレートフィルタ１４ａの入口の排気管内の圧力Ｐが所定の値以下であり、かつＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度Ｃが５０ｐｐｍ以上であるときには、コントローラ３０はポンプ１９を作動させて、調整弁１８を開く。これにより噴射ノズル１６から所定量だけ還元剤２０がＮＯ酸化触媒１３に噴射され、このＮＯ酸化触媒１３を通過する排ガスに含まれるＮＯｘは高い効率でＮ2に還元される。これにより比較的低温な排ガスに含まれるＮＯｘを低減することができる。
【００１４】
一方、エンジン１０が始動直後で排気マニホルド１１から排出される排ガス温度Ｔが１５０未満の場合、又はエンジン１０が中高負荷で、中高速域の運転状態にあって、排気マニホルド１１から排出される排ガス温度Ｔが２５０を越えている時には、コントローラ３０はメモリ３１の記憶内容に基づいてポンプ１９を不作動にして、調整弁１８を閉じる。また、コントローラ３０は排ガス温度Ｔが１５０〜２５０℃の範囲内であることを検出しても、パティキュレートフィルタ１４ａの入口の排気管内の圧力Ｐが所定の値を越えている場合、又はＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度Ｃが５０ｐｐｍ未満であることを検出した場合には、同様にポンプ１９を不作動にして、調整弁１８を閉じる。このため噴射ノズル１６からは還元剤２０は噴射されない。従って、排ガス中のＮＯはＮＯ酸化触媒でＮＯ2に酸化され、パティキュレートフィルタ１４ａでは排ガスに含まれるパティキュレートが捕集される。パティキュレートフィルタ１４ａに堆積したパティキュレートはＮＯ酸化触媒で生成されたＮＯ2によりその後酸化され、燃焼ガス（ＣＯ2，Ｈ2Ｏ）としてそのパティキュレートフィルタ１４ａを通過し、パティキュレートはフィルタ１４ａから除去されてフィルタ１４ａは再生される。一方、パティキュレートを酸化させたＮＯ2は元のＮＯに転換して外部に排出される。
【００１５】
なお、上記例では、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ圧力センサ２５が所定の圧力以下の圧力を検出し更にＮＯｘセンサ２６が所定の濃度以上のＮＯｘ濃度を検出した時に還元剤２０を噴射ノズル１６に供給するようにコントローラ３０を構成したが、温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出しかつ圧力センサ２５が所定の圧力以下の圧力を検出した時、又は温度センサ２４が所定範囲の排ガスの温度を検出した時に、還元剤２０を噴射ノズル１６に供給するようにコントローラ３０を構成してもよい。いずれの場合であっても比較的低温な排ガスに含まれるＮＯｘを低減することができる。
また、上記例では還元剤として軽油を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、他の還元剤を用いてもよい。
更に、上記例では、ＮＯ酸化触媒１３の入口の排気管１２に供給管１７が接続された噴射ノズル１６を設け、この供給管１７に調整弁１８及び還元剤供給手段であるポンプ１９を設けたが、還元剤供給手段は噴射ノズルとしてディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを使用する、いわゆるエンジンの後噴射を用いた還元剤供給システムを用いても良い。この場合、噴射ノズル等を独立して設ける必要がなくなる利点がある。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、排ガス下流側にパティキュレートフィルタが設けられたＮＯ酸化触媒の入口に還元剤を噴射可能な噴射ノズルを設け、噴射ノズルに調整弁を介して還元剤を供給する還元剤供給手段と、ＮＯ酸化触媒の入口の排気管内の排ガスの温度を検出する温度センサと、温度センサが所定範囲の排ガスの温度を検出した時調整弁を開放して還元剤を噴射ノズルに供給するコントローラとを備えたので、温度センサが比較的低温の排ガスの温度を検出した時噴射ノズルから所定量だけ還元剤がＮＯ酸化触媒に噴射され、このＮＯ酸化触媒を通過した排ガスに含まれるＮＯｘは高い効率でＮ2に還元される。これにより比較的低温な領域においてＮＯｘを低減することができる。
【００１７】
また、パティキュレートフィルタの入口の排気管内の圧力を検出する圧力センサを設け、圧力センサが所定の圧力以下の圧力を検出した時にコントローラが調整弁を開放するようにすれば、比較的多くのパティキュレートがパティキュレートフィルタに捕集されている場合に、還元剤の噴射を停止して還元剤がそれ以上パティキュレートフィルタに捕集されることを防止することができ、ＮＯ酸化触媒の入口の排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、更にＮＯｘセンサが所定の濃度以上のＮＯｘ濃度を検出した時にコントローラが調整弁を開放するようにすれば、排気管内の排ガスのＮＯｘ濃度が比較的低い時の還元剤の噴射を禁止して、必要以上の還元剤の消費を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の排ガス浄化装置の構成図。
【図２】その制御のフローチャートを示す図。
【図３】そのパティキュレートフィルタの拡大断面図。
【符号の説明】
１０  ディーゼルエンジン
１２  排気管
１３  ＮＯ酸化触媒
１４  パティキュレートフィルタ
１６  噴射ノズル
１８  調整弁
１９  ポンプ（還元剤供給手段）
２０  還元剤
２４  温度センサ
２５  圧力センサ
２６  ＮＯｘセンサ
３０  コントローラ
【図１】
0003905264.tif 000002
【図２】
0003905264.tif 000003
【図３】
0003905264.tif 000004