(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンに装着されている排気管の前段に酸化触媒を担持させたディーゼルパーティキュレートフィルタを配設し、後段にＮＯｘ触媒を配設したディーゼルエンジン用排ガス浄化装置において、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタの出口温度に基づいてＮＯ／ＮＯ2 の割合を算出し、その値に基づいて前記ＮＯｘ触媒に供給する尿素の量を制御することを特徴とするディーゼルエンジン用排ガス浄化装置。
【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から排出される排ガス中の粒子状物質や窒素酸化物を除去するディーゼルエンジン用排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排ガスには、煤やＳＯＦ（Ｓoluble Organic Fraction ）などの粒子状物質（以下、ＰＭと称する）やＮＯｘが含まれており、大気中に排出するには、これらを除去する必要がある。
【０００３】
従って、排ガス中のＰＭを低減するために、従来、ＣＲＴやＣＳＦ、あるいは酸化触媒が使用されている。また、排ガス中のＮＯｘ低減のために、尿素を用いたＮＯｘ触媒が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気管の前段にＣＲＴ（Continuously Regenerating Ttap) 、ＣＳＦ (Catalytic Soot Filter ) 、酸化触媒を用いたＰＭ低減装置を配置し、後段に尿素を使ったＮＯｘ触媒を配した排ガス浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒へ供給する尿素の量は、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘの量により決定される。
【０００５】
しかしながら、ＮＯｘの種類、すなわち、ＮＯｘが全てＮＯの場合と、ＮＯｘが全てＮＯ2 の場合とでは、排ガス中に供給する尿素の量が異なってくる。
【０００６】
ＮＯおよびＮＯ2 の還元作用を化学式で示すと、次のようになる。
【０００７】
すなわち、ディーゼルエンジンの排気管内に噴射された尿素の水溶液は、排ガスによって加熱されて加水分解してアンモニア（ＮＨ3 ）を生ずる。
【０００８】
すなわち、
（ＮＨ2 ）2 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ  →  ２ＮＨ3 ＋ＣＯ2   ・・・・  （１）
となる。
【０００９】
このアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒に流入すると、次のような化学反応によってＮＯおよびＮＯ2 が還元される。
【００１０】
すなわち、
４ＮＯ  ＋４ＮＨ3 ＋Ｏ2   →  ４Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ  ・・・・  （２）
２ＮＯ2 ＋４ＮＨ3 ＋Ｏ2   →  ３Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ  ・・・・  （３）
となる。
【００１１】
従って、尿素を使ったＮＯｘ触媒を通過するＮＯｘが全てＮＯと仮定すると、ＮＯ2 が多い場合には、必要なアンモニアが供給されず、ＮＯｘの浄化率が低くなる。
【００１２】
一方、尿素を使ったＮＯｘ触媒を通過するＮＯｘが全てＮＯ2 と仮定すると、ＮＯが多い場合には、必要以上に尿素を供給することになり、テールパイプでは、アンモニアのスリップが起こる。この場合は、尿素を必要以上に投入したことになり、不経済となる。また、尿素が過剰に供給されることにより、望ましくない中間生成物や分解生成物が生ずる。
【００１３】
この排ガス中のＮＯとＮＯ2 とは、ディーゼルエンジンの運転状況により異なってくるが、上記のＰＭ低減装置を装着した場合、
２ＮＯ＋Ｏ2   →  ２ＮＯ2   ・・・・  （４）
となり、ディーゼルエンジンから排出された直後よりもＮＯｘ触媒前でＮＯ2 の割合が多くなる。
【００１４】
本発明は、係る従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＮＯｘ浄化率の向上を計る一方、テールパイプからのアンモニアのスリップなどを防止し得るディーゼルエンジン用排ガス浄化装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のディーゼルエンジン用排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンに装着されている排気管の前段に酸化触媒を担持させたディーゼルパーティキュレートフィルタを配設し、後段にＮＯｘ触媒を配設したディーゼルエンジン用排ガス浄化装置において、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタの出口温度に基づいてＮＯ／ＮＯ2 の割合を算出し、その値に基づいて前記ＮＯｘ触媒に供給する尿素の量を制御することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係るディーゼルエンジン用排ガス浄化装置の構成を示す図であり、ディーゼルエンジン１に装着されている排気管２の途中に紡錘形、あるいは円筒形のケーシング３が装着されている。そして、このケーシング３の前段に粒子状物質（ＰＭ）を補集するＰＭ補集手段としてのＤＰＦ（Diesel Particulate filter ) ４を設置し、その後段に尿素を使用するＮＯｘ触媒５を設置している。
【００１８】
上記ＤＰＦ４は、ＰＭの補集によって目詰まりを起こし、ガスが流れ難くなるので、適宜、フィルタを再生する必要がある。そこで、ＤＰＦ４に補集されたＰＭを燃焼させることによってＤＰＦ４の再生を行なう。ＤＰＦ４の再生は、例えば、ＤＰＦ４の周囲にヒーターを設置したり、あるいはＤＰＦ４の上流に位置する排気管２ａにヒーターを設置し、これらのヒーターを稼働することにより行なうことができる。ＤＰＦ４には、酸化能の高い触媒、例えば白金（Ｐｔ）系の触媒が担持されている。
【００１９】
上記ＮＯｘ触媒５は、排ガス温度が比較的高温（３００℃以上）の場合、例えば、五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）系やゼオライト系のようなアンモニア選択還元型の触媒を用い、排ガス温度が比較的低温（２００〜３００℃）の場合には、白金（Ｐｔ）系の触媒を使用する。
【００２０】
前記ＤＰＦ４と前記ＮＯｘ触媒５との間、すなわち、ＮＯｘ触媒５の入口側に尿素（（ＮＨ2 ）2 ・ＣＯ）の水溶液ａを排ガス中に噴射する噴射ノズル６が設けられている。この噴射ノズル６は、ポンプなどの尿素供給手段７を備えている。尿素供給手段７は、エンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）８によって運転制御されるようになっている。尿素の水溶液ａは、図示しないタンクから配管９を通って尿素供給手段７に供給される。この尿素供給手段７の運転制御については後で説明する。
【００２１】
上記ＤＰＦ４の上流の排気管２ａには、ＤＰＦ４に入る排ガスの温度を検出する第１の温度センサー１０が設けられており、第１温度センサー１０は、検出した排ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ８に出力する。
【００２２】
また、ＮＯｘ触媒５の下流の排気管２ｂには、ＮＯｘ触媒５を通った排ガスの温度を検出する第２の温度センサー１１が設けられており、第２温度センサー１１は、検出した排ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ８に出力する。
【００２３】
更に、ＤＰＦ４とＮＯｘ触媒５の間にＤＰＦ４の出口温度を検出する第３の温度センサー１５が設けられており、この第３温度センサー１５は、検出した排ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ８に出力する。
【００２４】
上記ＥＣＵ８は、デジタルコンピュータからなり、双方向パスによって相互に接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵに入力ポート、出力ポートを具備し、エンジンの燃料噴射量制御などの基本制御を行なうほか、この実施の形態では、尿素供給手段７の制御を行なっている。
【００２５】
これらの制御のために、ＥＣＵ８の入力ポートには、アクセル開度センサー１２からの入力信号と、クランクアングルセンサー１３からの入力信号と、エンジン回転数センサー１４からの入力信号が入力される。
【００２６】
アクセル開度センサー１２は、アクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ８に出力し、ＥＣＵ８は、アクセル開度センサー１２の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クランクアングルセンサー１３は、クランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ８に出力し、ＥＣＵ８は、この出力パルスに基づいてエンジン回転速度を演算する。これらのエンジン負荷とエンジン回転速度とによりエンジン運転状態（運転条件）が判別される。
【００２７】
更に、ＥＣＵ８には、ディーゼルエンジン１の水冷ジャケット（図示せず）に設置した温度センサー（図示せず）から出力されたエンジン冷却水温Ａ、およびディーゼルエンジン１に導入される吸入空気量Ｂが入力される。
【００２８】
尿素供給手段の運転制御は、次のように行なわれる。
【００２９】
図２は、ＮＯｘ排出量（ｇ／ｈｒ）を等高線で示したＮＯｘの排出量マップであり、横軸にエンジン回転数（１／min ）を採り、縦軸にトルク（Ｎｍ）を採っている。
【００３０】
一方、図３（ａ）及び（ｂ）は、ＮＯ／ＮＯ2 比のマップであり、横軸に温度（℃）を採り、縦軸にＮＯ2 （％）を採っている。
【００３１】
但し、図３（ａ）の縦軸のＮＯ2 （％）は、２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 反応の平衡時のものである。尚、ＮＯの初期濃度は１０００ｐｐｍ、Ｏ2 の残存率は１０％である。また、図３（ｂ）の縦軸のＮＯ2 （％）も図３（ａ）と同様に、２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 反応の平衡時のものである。但し、ＮＯの初期濃度は１０００ｐｐｍ、Ｏ2 の残存率は２％である。
【００３２】
上記ＥＣＵ８のＲＯＭには、ＮＯｘ排出量（ｇ／ｈｒ）と、エンジン回転数（１／min ）と、トルク（Ｎｍ）との対応関係を、予め、実験により求め、これをマップ化して記憶させておく。
【００３３】
また、２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 反応平衡時のＮＯ2 （％）と温度（℃）との対応関係を、予め、実験により求め、これをマップ化して上記ＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておく。
【００３４】
しかして、エンジン回転数センサー１４からＥＣＵ８に入力されるエンジン回転数（１／min ）と、ＥＣＵ８に入力されるトルク（Ｎｍ）とに基づいてＥＣＵ８にてＮＯｘ排出量（ｇ／ｈｒ）を得る。
【００３５】
一方、第３の温度センサー１５からＥＣＵ８に入力されるＤＰＦ４の出口温度に基づいてＥＣＵ８にてＮＯ／ＮＯ2 比を算出し、その値を上記ＮＯｘ排出量に照らし合わせてＮＯおよびＮＯ2 の量をそれぞれ求める。そして、ＥＣＵ８にてＮＯおよびＮＯ2 の量をそれぞれ算出し、その値に基づいて噴射ノズル６から噴射する尿素の噴射量を増減（制御）させる。
【００３６】
従って、噴射ノズル６からＮＯｘ触媒５に適量の尿素が供給され、従来の如く、ＮＯｘの浄化率が低くなることもない。また、テールパイプからアンモニアがスリップする事態も発生しなくなる。
【００３７】
因みに、噴射ノズルから噴射する尿素の噴射量を制御しない場合には、ＮＯｘ浄化率が６５％であったが、本発明の場合には、ＮＯｘ浄化率が７０％に向上した。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、ディーゼルエンジンに装着されている排気管の前段に粒子状物質低減装置を配設し、後段にＮＯｘ触媒を配設したディーゼルエンジン用排ガス浄化装置において、前記粒子状物質低減装置の出口温度に基づいてＮＯ／ＮＯ2 の割合を算出し、その値に基づいて前記ＮＯｘ触媒に供給する尿素の量を制御するため、ＮＯｘの浄化率が向上する一方、テールパイプからのアンモニアのスリップなどを防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジン用排ガス浄化装置の概略を示す図である。
【図２】ＮＯｘ排出量マップである。
【図３】（ａ）及び（ｂ）ＮＯ／ＮＯ2 マップである。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  排気管
４  粒子状物質低減装置
５  ＮＯｘ触媒
【図１】
0004186422.tif 000002
【図２】
0004186422.tif 000003
【図３】
0004186422.tif 000004