(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えたＮＯｘ浄化システムで、ＮＯｘ浄化効率が良い排気ガスの温度範囲を低温側にまで拡大することができるＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムを提供する。【解決手段】排気ガスの温度Ｔｇ１が所定の第１温度域Ｆ１にある時は、酸化触媒４の上流側の第１炭化水素供給装置７から炭化水素を供給し、酸化触媒４による排気ガスの昇温と酸化触媒４に吸着したＮＯｘの浄化を行い、排気ガスの温度Ｔｇ１が第１温度域Ｆ１よりも温度が高い所定の第２温度域Ｆ２にある時は、尿素水供給装置５から尿素水を供給し、尿素型選択還元触媒５によるＮＯｘの浄化を行う。【選択図】図３
2009041454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えると共に、前記酸化触媒の上流側に第１炭化水素供給装置を、前記尿素型選択還元触媒の上流側に尿素水供給装置を配置したＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ浄化方法において、
排気ガスの温度が所定の第１温度域にある時は、前記第１炭化水素供給装置から炭化水素を供給し、排気ガスの温度が前記第１温度域よりも温度が高い所定の第２温度域にある時は、前記尿素水供給装置から尿素水を供給することを特徴とするＮＯｘ浄化方法。
【請求項２】
前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置し、排気ガスの温度が前記第２温度域の低温側に隣接又は近接する所定の第３温度域に低温側から入った時には、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化方法。
【請求項３】
前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置し、前記尿素水供給装置から尿素水を供給開始する直前において、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化方法。
【請求項４】
前記第１温度域を１３０℃〜２００℃の範囲内の温度域とし、前記第２温度域を前記第１温度域とは重複しない２００℃〜２３０℃の範囲内の所定の温度以上の温度域とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載のＮＯｘ浄化方法。
【請求項５】
前記第３温度域を前記第２温度域とは重複しない１７５℃〜２３０℃の範囲内の温度域とすることを特徴とする請求項２又は４記載のＮＯｘ浄化方法。
【請求項６】
内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えると共に、前記酸化触媒の上流側に第１炭化水素供給装置を、前記尿素型選択還元触媒の上流側に尿素水供給装置を配置し、前記第１炭化水素供給装置と前記尿素水供給装置を制御する制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、
前記制御装置が、排気ガスの温度が第１温度域にある時は、前記第１炭化水素供給装置から炭化水素を供給し、排気ガスの温度が前記第１温度域よりも温度が高い第２温度域にある時は、前記尿素水供給装置から尿素水を供給する制御をすることを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
【請求項７】
前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置すると共に、前記制御装置が、排気ガスの温度が前記第２温度域の低温側に隣接又は近接する所定の第３温度域に低温側から入った時には、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給する制御を行うことを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項８】
前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置し、前記制御装置が、前記尿素水供給装置から尿素水を供給開始する直前において、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給する制御を行うことを特徴とする請求項６記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記第１温度域を１３０℃〜２００℃の範囲内の温度域とし、前記第２温度域を前記第１温度域とは重複しない２００℃〜２３０℃の範囲内の所定の温度以上の温度域とする制御を行うことを特徴とする請求項６、７又は８記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１０】
前記制御装置が、前記第３温度域を前記第２温度域とは重複しない１７５℃〜２３０℃の範囲内の温度域とする制御を行うことを特徴とする請求項７又は９記載のＮＯｘ浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の排気ガスを浄化するために使用されるＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関等の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされている。その中に、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）や、ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を配置した排気ガス浄化装置が使用されている。このＮＯｘ浄化触媒としては、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、尿素水添加の尿素型選択還元触媒（尿素−ＳＣＲ触媒）、炭化水素添加の炭化水素型選択還元触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）などが使用されている。
【０００３】
このような選択還元触媒ではアンモニア（ＮＨ3 ）や炭化水素（ＨＣ）等の還元剤が選択還元触媒に吸着して、この吸着した還元剤をＮＯｘと反応させてＮＯｘを還元している。このアンモニアを発生する尿素（ＣＯ（ＮＨ2 ）2 ）水を添加する尿素型選択還元触媒を、ディーゼルエンジンの排気管内に設けて、排気通路中に尿素水を噴射し、尿素水の加水分解や熱分解を経て得られたアンモニアを還元剤として使用する尿素型選択還元触媒の車両搭載システムが実用化され、ディーゼルエンジン車の排気ガス中のＮＯｘ浄化が行われている。
【０００４】
このシステムでは、図１１に示すように、エンジン２の排気通路３内に、排気ポート側から順に、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）の浄化と一酸化窒素（ＮＯ）の酸化用の前段の上流側酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）４、尿素噴射ノズル８、尿素−選択的還元触媒（ＳＣＲ）５、アンモニアの分解用の後段の下流側酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ）６が配置されている。
【０００５】
このシステムでは、排気通路３内における尿素からアンモニアへの転化の効率の向上や、排気通路３の閉塞や腐食につながる中間生成物（シアヌル酸、ビューレット等）の生成防止のために、尿素水噴射を噴射位置における排気ガスの温度が約１８０℃未満の時は停止している。そのため、約１８０℃以下ではＮＯｘ浄化率が著しく低下する。
【０００６】
この問題を解決するための一つとして、第１のＮＯｘ触媒と第２のＮＯｘ触媒を備え、低温側（２００℃〜３５０℃）では、酸化能が高い第１のＮＯｘ触媒にＨＣを供給し、ＮＯｘとＨＣを反応させて浄化し、高温側（３００℃〜５５０℃）では、酸化能が低い第２のＮＯｘ触媒に尿素を供給して、ＮＯｘと尿素を反応させて浄化する排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、エンジンの排気通路に、上流側から順に、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒を設けた排気ガス浄化装置で、ＨＣを供給して酸化触媒で排気ガス温度を上げて、パティキュレートフィルタの強制再生を行う際に、高温となった排気ガスがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されて、アンモニアがＮＯｘに転化することを回避するために、ＨＣ供給手段からＨＣを供給しているときには、アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒が活性化しているときには、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒で浄化できないＮＯｘをＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒で浄化するために、ＨＣの供給量をパティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
これらの排気浄化装置では、酸化活性が強く低温ウィンドウを持ち、炭化水素でＮＯｘを還元する第１のＮＯｘ触媒（炭化水素型選択還元触媒）と、高温ウィンドウを持ち、尿素でＮＯｘを還元する第２のＮＯｘ触媒（尿素型選択還元触媒）との両方を設ける必要がある。この炭化水素型選択還元触媒と尿素型選択還元触媒とでは、触媒の種類が異なり、また同じゼオライトで形成された場合でもその構造が異なる。そのため、組成の異なった触媒を２組備える必要がある。
【特許文献１】特開平１１−３４３８３４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えたＮＯｘ浄化システムで、ＮＯｘ浄化効率が良い排気ガスの温度範囲を低温側にまで拡大することができるＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ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】
【００１０】
上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化方法は、内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えると共に、前記酸化触媒の上流側に第１炭化水素供給装置を、前記尿素型選択還元触媒の上流側に尿素水供給装置を配置したＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ浄化方法において、排気ガスの温度が所定の第１温度域にある時は、前記第１炭化水素供給装置から炭化水素を供給し、排気ガスの温度が前記第１温度域よりも温度が高い所定の第２温度域にある時は、前記尿素水供給装置から尿素水を供給することを特徴とする方法である。
【００１１】
このＮＯｘ浄化方法によれば、ＮＨ3 （アンモニア）を吸着してＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する尿素型選択還元触媒（尿素−ＳＣＲ触媒）を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、低温域である第１温度域では、ＨＣ（炭化水素）を供給し、このＨＣを酸化触媒で酸化することにより、排気ガスの昇温と酸化触媒に吸着したＮＯｘの浄化とを行うと共に、尿素型選択還元触媒の触媒表面にＮＯｘを吸着させることにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化する。また、高温域である第２温度域では、尿素水を供給して加水分解又は熱分解によりＮＨ3 を発生させて、このＮＨ3 を尿素型選択還元触媒の触媒表面に吸着させて、選択的還元によりＮＯｘを還元して、尿素型選択還元触媒によるＮＯｘの浄化を行う。
【００１２】
言い換えれば、排気ガスの温度が所定の第１温度域にある時は、第１炭化水素供給装置から炭化水素を供給し、酸化触媒による排気ガスの昇温と酸化触媒に吸着したＮＯｘの浄化を行い、排気ガスの温度が第１温度域よりも温度が高い所定の第２温度域にある時は、尿素水供給装置から尿素水を供給し、尿素型選択還元触媒によるＮＯｘの浄化を行う。つまり、低温域ではＨＣを噴射して、酸化触媒でＮＯｘを吸着するとともに、ＨＣやＣＯ（一酸化炭素）によるＮＯｘ還元を行い、尿素型選択還元触媒においてＮＯｘを吸着するので、尿素水を噴射できない低温域におけるＮＯｘ浄化率を向上させる。これにより、排気ガスの低温域から高温域までＮＯｘを効率よく浄化することができるようにする。
【００１３】
このＮＯｘ浄化方法では、ＨＣを吸着してＮＯｘを還元するＨＣ型選択還元触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）と尿素型選択還元触媒（尿素−ＳＣＲ触媒）を組み合わせることなく、ＨＣと尿素水の供給を排気ガスの温度域で使い分けることにより、尿素型選択還元触媒だけで、効率よくＮＯｘを浄化することができる。
【００１４】
上記のＮＯｘ浄化方法において、前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置し、排気ガスの温度が前記第２温度域の低温側に隣接又は近接する所定の第３温度域に低温側から入った時には、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給すると、尿素型選択還元触媒にＮＨ3 を吸着させて、このＮＨ3 でＮＯｘを還元する前に、尿素型選択還元触媒が吸着したＮＯｘを浄化するのに見合った所定量のＨＣにより、尿素型選択還元触媒に吸着していたＮＯｘを還元して浄化し、尿素型選択還元触媒の触媒表面をＮＨ3 が吸着され易い状態にすることができる。そのため、尿素水によるＮＯｘ浄化が効率よく行われるようになる。
【００１５】
この場合、排気通路へのＨＣの供給のために、上流側酸化触媒の上流側の第１炭化水素供給装置と、下流側の第２炭化水素供給装置の２個を設置する。この第２炭化水素供給装置からのＨＣ供給で、尿素型選択還元触媒におけるＨＣとＣＯによるＮＯｘ還元の反応制御を行うことで、供給するＨＣの量を最小限にすると共に、尿素水の供給開始温度を、従来技術よりも、２０℃〜５０℃程度高くでき、燃費を減少できる。
【００１６】
あるいは、上記のＮＯｘ浄化方法において、前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置し、前記尿素水供給装置から尿素水を供給開始する直前において、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給すると、第３温度域を考慮せずに尿素型選択還元触媒にＮＨ3 を吸着させて、このＮＨ3 でＮＯｘを還元する前に、尿素型選択還元触媒が吸着したＮＯｘを浄化するのに見合った所定量のＨＣにより、尿素型選択還元触媒が吸着したＮＯｘを浄化することができる。これにより、尿素型選択還元触媒の触媒表面をＮＨ3 が吸着され易い状態にでき、尿素水によるＮＯｘ浄化を効率よく行うようにすることができる。
【００１７】
上記のＮＯｘ浄化方法において、前記第１温度域を１３０℃〜２００℃の範囲内の温度域とし、前記第２温度域を前記第１温度域とは重複しない２００℃〜２３０℃の範囲内の所定の温度以上、好ましくは２３０℃以上の温度域とすると、効率よくＮＯｘを浄化することができ、また、更に、前記第３温度域を前記第２温度域とは重複しない１７５℃〜２３０℃の範囲内の温度域とすると、より効率よくＮＯｘを浄化することができる。
【００１８】
上記のＮＯｘ浄化方法において、前記第１炭化水素供給装置で炭化水素を供給する代わりに、内燃機関のシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射で排気ガス中に炭化水素を供給すると、第１炭化水素供給装置が不要となる。
【００１９】
また、上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムは、内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えると共に、前記酸化触媒の上流側に第１炭化水素供給装置を、前記尿素型選択還元触媒の上流側に尿素水供給装置を配置し、前記第１炭化水素供給装置と前記尿素水供給装置を制御する制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、前記制御装置が、排気ガスの温度が第１温度域にある時は、前記第１炭化水素供給装置から炭化水素を供給し、排気ガスの温度が前記第１温度域よりも温度が高い第２温度域にある時は、前記尿素水供給装置から尿素水を供給する制御をするように構成される。
【００２０】
また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置すると共に、前記制御装置が、排気ガスの温度が前記第２温度域の低温側に隣接又は近接する所定の第３温度域に低温側から入った時には、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給する制御を行うように構成される。
【００２１】
あるいは、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記酸化触媒と前記尿素型選択還元触媒との間に第２炭化水素供給装置を配置し、前記制御装置が、前記尿素水供給装置から尿素水を供給開始する直前において、前記第２炭化水素供給装置から、所定量の炭化水素を供給する制御を行うように構成される。
【００２２】
また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記第１温度域を１３０℃〜２００℃の範囲内の温度域とし、前記第２温度域を前記第１温度域とは重複しない２００℃〜２３０℃の範囲内の所定の温度以上の温度域とする制御を行うように構成され、更に、前記制御装置が、前記第３温度域を前記第２温度域とは重複しない１７５℃〜２３０℃の範囲内の温度域とする制御を行うように構成される。また、前記第１炭化水素供給装置で炭化水素を供給する代わりに、内燃機関のシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射で排気ガス中に炭化水素を供給するように構成することもできる。
【００２３】
上記のＮＯｘ浄化システムによれば、上記のＮＯｘ浄化方法と同様な作用効果を奏することができる。
【００２４】
更に、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記尿素型選択還元触媒の下流側に、酸化触媒を設けると、尿素型選択還元触媒から炭化水素やアンモニアが流出してきた場合でも、この酸化触媒で酸化して、これらの炭化水素やアンモニアが排気ガス浄化システムの下流側に流出するのを防止できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムによれば内燃機関の排気通路の上流側から順に、酸化触媒、尿素型選択還元触媒を備えたＮＯｘ浄化システムで、低温側の第１温度域では炭化水素を供給し、高温側の第２温度域では尿素水を供給することで、ＮＯｘ浄化効率が良い排気ガスの温度範囲を低温側にまで拡大することができる。
【００２６】
つまり、低温側の第１温度域において、排気通路内に炭化水素を供給して、前段の上流側酸化触媒で、ＮＯｘを吸着するとともに、炭化水素と一酸化炭素によるＮＯｘの還元を行い、尿素型選択還元触媒においてＮＯｘを吸着するので尿素水を噴射できない温度域におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００２７】
更に、排気ガスの温度が高温域の低温側に隣接又は近接する第３温度域に低温側から入った時に、所定量の炭化水素を供給し、その後、高温域で尿素水を供給することで、尿素型選択還元触媒にＮＨ3 を吸着させてこのＮＨ3 でＮＯｘを還元する前に、この所定量の炭化水素により、尿素型選択還元触媒に吸着していたＮＯｘを還元して触媒表面を浄化することができる。これにより、尿素型選択還元触媒の触媒表面をＮＨ3 が吸着され易い状態にすることができ、尿素水によるＮＯｘ浄化を効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態のＮＯ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
最初に、ＮＯｘ浄化システムの構成について説明する。図１及び図２に示すように、本発明の第１及び第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１、１Ａは、ディーゼルエンジン（Ｅ）２の排気通路３に、上流側から順に、上流側酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）４、尿素型選択還元触媒（ＳＣＲ）5 、下流側酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ）６を備えて構成される。
【００３０】
この上流側酸化触媒４と下流側酸化触媒６は、コージェライトハニカムなどの多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、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。この酸化触媒４、６は、排気ガス中にＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）があると、これを酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスを昇温する。また、排気ガス中のＨＣ、ＣＯによりＮＯｘを還元する。下流側酸化触媒６は、尿素型選択還元触媒５から流出してくるＨＣやＮＨ3 （アンモニア）を酸化して、これらのＨＣやＮＨ3 が排気ガス浄化システム１、１Ａの下流側に流出するのを防止する役割を担う。
【００３１】
この尿素型選択還元触媒５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−バナジウム、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る。この構成により、ＮＨ3 を吸着し、このＮＨ3 でＮＯｘを還元浄化する。
【００３２】
また、上流側酸化触媒４の上流側に、第１炭化水素供給装置である第１ＨＣ噴射ノズル７を配置し、更に、尿素型選択還元触媒５の上流側に、尿素水供給装置である尿素水噴射ノズル８を配置する。
【００３３】
更に、図２に示す第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１Ａでは、第２炭化水素供給装置である第２ＨＣ噴射ノズル９を、上流側酸化触媒４と尿素型選択還元触媒５との間に配置する。この第２ＨＣ噴射ノズル９は、図１に示す第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１では、不要である。なお、図２では、第２ＨＣ噴射ノズル９が尿素水噴射ノズル８の上流側に配置されているが、尿素水噴射ノズル８が第２ＨＣ噴射ノズル９の上流側に配置されてもよい。
【００３４】
これらの第１ＨＣ噴射ノズル７と第２ＨＣ噴射ノズル９は、配管によりＨＣ貯蔵タンク（図示しない）又は燃料タンク（図示しない）に連結され、これらからＨＣを排気通路３内に供給する。この供給及び供給量は制御装置１０により制御される。また、尿素水噴射ノズル８は、配管により尿素水貯蔵タンク（図示しない）に連結され、ここから尿素水を排気通路３内に供給する。この供給及び供給量は制御装置１０により制御される。なお、第１ＨＣ噴射ノズル７で排気ガス中にＨＣを供給する代わりに、内燃機関のシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射で排気ガス中に炭化水素を供給するように構成することもできる。
【００３５】
また、第１排気ガス温度センサ１１が上流側酸化触媒４の上流側に、第２排気ガス温度センサ１２が上流側酸化触媒４と尿素型選択還元触媒５の間に配置される。また、第１ＮＯｘ濃度センサ１３が上流側酸化触媒４と尿素型選択還元触媒５の間に、第２ＮＯｘ濃度センサ１４が尿素型選択還元触媒５の下流側に配置される。また、ＮＯｘスリップやアンモニアスリップを検出する場合には、ＮＯｘ浄化システム１の下流側、言い換えれば、下流側酸化触媒６の下流側に、ＮＯｘ濃度センサ、アンモニアセンサを付ける。これらの温度センサ１１、１２やＮＯｘ濃度センサ１３、１４等の出力は制御装置１０に入力される。
【００３６】
なお、上流側酸化触媒４の上流側や尿素型選択還元触媒５の上流側のＮＯｘ濃度は、エンジン２から排出されるＮＯｘ量と、上流側酸化触媒４におけるＨＣの浄化性能のマップ（若しくはモデルベース）等を使って算出でき、ＮＯｘセンサを設けなくてもＮＯｘ吸着量の推定は可能である。そのため、第１ＮＯｘ濃度センサ１３は配置しなくてもよい。しかし、第２ＮＯｘ濃度センサ１４は、尿素型選択還元触媒５におけるＮＯｘ浄化性能を把握するために必要となる。
【００３７】
次に、この第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１におけるＮＯｘ浄化方法について説明する。この第１の実施の形態におけるＮＯｘ浄化では、第１ＨＣ噴射ノズル７は、図３に示すように、第１排気ガス温度センサ１１で検出された排気ガスの温度Ｔｇ１が低温域である第１温度域（Ｔｃ１〜Ｔｃ２）Ｆ１にある時は、第１ＨＣ噴射ノズル７からＨＣを噴射して、排気通路３内にＨＣを供給し、上流側酸化触媒４による排気ガスの昇温と上流側酸化触媒４に吸着したＮＯｘの浄化を行う。なお、排気ガスの温度Ｔｇ１が第１温度域（Ｔｃ１〜Ｔｃ２）Ｆ１にない時は、第１ＨＣ噴射ノズル７は全閉される。
【００３８】
また、第２排気ガス温度センサ１２で検出された排気ガスの温度Ｔｇ２が第１温度域Ｆ１よりも温度が高い所定の第２温度域（Ｔｃ３〜）Ｆ２にある時は、尿素水噴射ノズル８から尿素水を噴射して、排気通路３内に尿素水を供給し、この尿素水が加水分解または熱分解して生じるＮＨ3 により尿素型選択還元触媒によるＮＯｘの浄化を行う。なお、排気ガスの温度Ｔｇ２が第２温度域（Ｔｃ３〜）Ｆ２にない時は、尿素水噴射ノズル８は全閉される。
【００３９】
この第１温度域Ｆ１は１３０℃〜２００℃の範囲内の温度域（Ｔｃ１〜Ｔｃ２）であり、第２温度域Ｆ２は第１温度域Ｆ１とは重複しない２００℃〜２３０℃の範囲内の所定の温度Ｔｃ３以上の温度域（Ｔｃ３〜）である。このＴｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３の温度は、例えば、それぞれ、１３０℃、１９５℃、２００℃である。Ｔｃ３は、Ｔｃ２と略同じであってもよいが、Ｔｃ３＞Ｔｃ２の関係とする。つまり、ＨＣ噴射と尿素水噴射は同時には行われない。
【００４０】
この第１の実施の形態におけるＮＯｘ浄化方法を、第１ＨＣ噴射ノズル７と尿素水噴射ノズル８の制御の面から説明する。第１ＨＣ噴射ノズル７の制御に関して、エンジン２の運転が開始され、図５の第１ＨＣ噴射ノズルの制御フローが上級の制御フローから繰り返し呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、第１排気ガス温度センサ１１で検出された排気ガスの温度Ｔｇ１を入力する。この排気ガスの温度Ｔｇ１は、上流側酸化触媒４の上流側の排気ガスの温度である。
【００４１】
次のステップＳ１２で、所定の第１温度判定値Ｔｃ１と第２温度判定値Ｔｃ２を入力する。この第１温度判定値Ｔｃ１は第１温度域Ｆ１の下限を示す温度である。また、第２温度判定値Ｔｃ２は第１温度域Ｆ１の上限を示す温度である。
【００４２】
ステップＳ１３とステップＳ１４とで、排気ガスの温度Ｔｇ１が第１温度域Ｆ１に有る（Ｔｃ２≧Ｔｇ１≧Ｔｃ１）か否かを判定し、無い時は（ＮＯ）、ステップＳ１５で第１ＨＣ噴射ノズル７を全閉し、有る時は（ＹＥＳ）、ステップＳ１６で目標噴射量を算出し、ステップＳ１７で、この目標噴射量になるように、第１ＨＣ噴射ノズル７からＨＣを噴射して、排気通路３内にＨＣを供給する。その後上級の制御フローにリターンする。この図５の制御フローは、再度、上級の制御フローに呼ばれてスタートし、エンジン２の運転が終了するまで繰り返される。
【００４３】
このステップＳ１６のＨＣの目標噴射量は、エンジン２から排出されるＮＯｘと供給されるＨＣとの当量比（ＮＯｘ／ＨＣ）が１〜１．１になるように算出される。なお、計算簡略化のために、昇温のためのＨＣ量は別計算としている。このエンジン２から排出されるＮＯｘの量はＮＯｘ濃度センサと排気流量から算出しても良いが、エンジン２の運転状態から、予め設定された排出量マップを参照して算出してもよい。
【００４４】
また、尿素水噴射ノズル８は、図６に示すように、第２排気ガス温度センサ１２で検出された排気ガスの温度Ｔｇ２が第２温度域Ｆ２にある時（Ｔｇ２＞Ｔｃ３）は、尿素水噴射ノズル８から尿素水を噴射して、排気通路３内に尿素水を供給する。
【００４５】
尿素水噴射ノズル８の制御に関して、エンジン２の運転が開始され、図６の尿素水噴射ノズルの制御フローが上級の制御フローから繰り返し呼ばれてスタートすると、ステップＳ２１で、第２排気ガス温度センサ１２で検出された排気ガスの温度Ｔｇ２を入力する。この排気ガスの温度Ｔｇ２は、尿素型選択還元触媒５の上流側の排気ガスの温度である。
【００４６】
次のステップＳ２２で、所定の第３温度判定値Ｔｃ３を入力する。この第３温度判定値Ｔｃ３は第２温度域Ｆ２の下限を示す温度である。
【００４７】
ステップＳ２３で、排気ガスの温度Ｔｇ２が第２温度域Ｆ２に有る（Ｔｇ２＞Ｔｃ３）か否かを判定し、無い時は（ＮＯ）、ステップＳ２４で尿素水噴射ノズル８を全閉し、ある時は（ＹＥＳ）、ステップＳ２５で目標噴射量を算出し、ステップＳ２６で、この目標噴射量になるように、尿素水噴射ノズル８から尿素水を噴射して、排気通路３内に尿素水を供給する。
【００４８】
このステップＳ２５の尿素水の目標噴射量は、通常の尿素型選択還元触媒における尿素水の供給における目標噴射量と同じであり、周知の技術を利用できる。一例を上げれば、第２ＮＯｘ濃度センサ１４で検出されるＮＯｘ濃度が所定の値以下になるように、尿素水の目標噴射量がフィードバックで決められる。特に、尿素型選択還元触媒５の下流側の第２ＮＯｘ濃度センサ１４により、尿素型選択還元触媒５の下流側のＮＯｘ濃度を監視し、尿素型選択還元触媒５の触媒表面に吸着するＮＨ3 の量を最小限にするように制御することが好ましい。この制御を行うことで、尿素水噴射からＨＣ噴射に切り替えた後のＮＯｘ吸着によるＮＯｘ浄化作用を効率よく行うことができ、ＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００４９】
また、エンジン２から排出され、尿素型選択還元触媒５に流入するＮＯｘと供給する尿素水の当量比（吸着ＮＯｘ／ＣＯ（ＮＨ2 ）2 ）が、予め実験などによって設定された所定の値になるように算出される。この尿素型選択還元触媒５に流入するＮＯｘの量は、尿素型選択還元触媒５の上流にＮＯｘ濃度センサを設けて、尿素型選択還元触媒５の上流側のＮＯｘ濃度と下流側のＮＯｘ濃度との差と排気流量から算出しても良い。
【００５０】
この制御は、より具体的には、次のよう行われる。第１ＮＯｘ濃度センサ１３と第２ＮＯｘ濃度センサ１４で各々のＮＯｘ量を測定する。尿素水の供給量は第２排気ガス温度センサ１２で測定した排気ガスの温度Ｔｇ２と、尿素のＮＨ3 生成率と温度のマップからＮＨ3 生成率を求め、ＮＨ3 生成量を算出する。この算出したＮＨ3 生成量と第１ＮＯｘ濃度センサ１３で測定したＮＯｘ量が当量となるように制御する。更に、第１ＮＯｘ濃度センサ１３と第２ＮＯｘ濃度センサ１４でそれぞれ測定したＮＯｘ量から経時的なＮＯｘ浄化率を算出する。なお、第２排気ガス温度センサ１２で測定した排気ガスの温度Ｔｇ２が所定時間（例えば１０ｓｅｃ）以上低下する場合は、それ以後のＮＯｘ浄化率が５％以上変化しない範囲で尿素水供給量を当量×所定比率（例えば０．９）に低減させる。
【００５１】
次に、この第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１ＡにおけるＮＯｘ浄化方法について説明する。この第２の実施の形態におけるＮＯｘ浄化では、図４に示すように、第１ＨＣ噴射ノズル７と尿素水噴射ノズル８の制御は、第１の実施の形態におけるＮＯｘ浄化と同様に、図５及び図６の制御フロー等に基づいて行われる。
【００５２】
しかし、この第２の実施の形態におけるＮＯｘ浄化では、図４に示すように、第２ＨＣ噴射ノズル９によるＨＣ噴射が追加される。この第２ＨＣ噴射ノズル９によるＨＣ噴射は、排気ガスの温度Ｔｇ２が第２温度域（Ｔｃ３〜）Ｆ２の低温側に隣接又は近接する所定の第３温度域（Ｔｃ４〜Ｔｃ５）Ｆ３に低温側から入った時には、第２ＨＣ噴射ノズル９から尿素型選択還元触媒５が吸着したＮＯｘを浄化するのに見合った所定量のＨＣを噴射して、排気通路３内にＨＣを供給する。なお、排気ガスの温度Ｔｇ２が第３温度域（Ｔｃ４〜Ｔｃ５）Ｆ３にない時は、第２ＨＣ噴射ノズル９は全閉される。
【００５３】
この第３温度域Ｆ３における所定量のＨＣにより、尿素型選択還元触媒５の触媒表面をＮＨ3 が吸着され易い状態にする。つまり、排気ガスの温度Ｔｇ２が第２温度域（Ｔｃ３〜）Ｆ２に入って尿素型選択還元触媒５にＮＨ3 を吸着させて、このＮＨ3 でＮＯｘを還元する前に、尿素型選択還元触媒に吸着していたＮＯｘを還元して浄化する。そのため、排気ガスの温度Ｔｇ２が第２温度域（Ｔｃ３〜）Ｆ２に入っている状態における尿素水によるＮＯｘ浄化が効率よく行われるようになる。
【００５４】
第１の実施の形態と同様に、この第１温度域Ｆ１は１３０℃〜２００℃の範囲内の温度域（Ｔｃ２≧Ｔｇ１≧Ｔｃ１）であり、第２温度域Ｆ２は第１温度域Ｆ１とは重複しない２００℃〜２３０℃の範囲内の所定の温度Ｔｃ３以上の温度域であるが、第１温度域Ｆ１と第２温度域Ｆ２を第１の実施の形態における場合よりも低温側に移動させることが好ましい。この第２の実施の形態では、Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３の温度は、例えば、それぞれ、１３０℃、１９５℃、１９７℃である。Ｔｃ３は、Ｔｃ２と略同じであってもよいが、Ｔｃ３＞Ｔｃ２の関係とする。つまり、ＨＣ噴射と尿素水噴射は同時には行われない。また、Ｔｃ４、Ｔｃ５の温度は、例えば、それぞれ、１７５℃、１９７℃である。あるいは、例えば、Ｔｃ１＝１３０℃、Ｔｃ４＝１７５℃、Ｔｃ３≒Ｔｃ２＝Ｔｃ５＝２００℃等としてもよい。
【００５５】
この第２の実施の形態におけるＮＯｘ浄化方法における第１ＨＣ噴射ノズル７と尿素水噴射ノズル８の制御は、第１温度域Ｆ１と第２温度域Ｆ２とが低温側に移動するが、第１の実施の形態と略同じで図５及び図６の制御フロー等に基づいて行われ、第２ＨＣ噴射ノズル９の制御は、図７の第２ＨＣ噴射ノズルの制御フロー等に基づいて行われる。
【００５６】
第２ＨＣ噴射ノズル９の制御に関して、エンジン２の運転が開始され、上級の制御フローから、排気ガス温度Ｔｇ２が上昇している時に、図７の第２ＨＣ噴射ノズルの制御フローが呼ばれてスタートすると、ステップＳ３１で、第２排気ガス温度センサ１２で検出された排気ガスの温度Ｔｇ２を入力する。この排気ガスの温度Ｔｇ２は、上流側酸化触媒４の下流側でかつ尿素型選択還元触媒５の上流側の排気ガスの温度である。
【００５７】
次のステップＳ３２で、所定の第４温度判定値Ｔｃ４と第５温度判定値Ｔｃ５を入力する。この第４温度判定値Ｔｃ４は第３温度域Ｆ３の下限を示す温度であり、第５温度判定値Ｔｃ５は第３温度域Ｆ３の上限を示す温度である。
【００５８】
ステップＳ３３とステップＳ３４とで、排気ガスの温度Ｔｇ２が第３温度域Ｆ３に有る（Ｔｃ５≧Ｔｇ２≧Ｔｃ４）か否かを判定し、無い時は（ＮＯ）、ステップＳ３５で第２ＨＣ噴射ノズル９を全閉し、ある時は（ＹＥＳ）、ステップＳ３６で目標噴射量を算出し、ステップＳ３７で、この目標噴射量になるように、第２ＨＣ噴射ノズル９からＨＣを噴射して、排気通路３内にＨＣを供給する。
【００５９】
このステップＳ３６のＨＣの目標噴射量は、排気ガスの温度Ｔｇ１が第１温度域Ｆ１にある間に尿素型選択還元触媒５に吸着されたＮＯｘ量を基に算出される。まず、この排気ガスの温度Ｔｇ１が第１温度域Ｆ１にある間において、エンジン２から排出されるＮＯｘ量と上流側酸化触媒４におけるＮＯｘ浄化量とから、尿素型選択還元触媒５に流入するＮＯｘ量を算出し、その一方で、尿素型選択還元触媒５から流出するＮＯｘ量を、排気流量と第２ＮＯｘ濃度センサ１４で検出されるＮＯｘ濃度とから算出する。この流入ＮＯｘ量と流出ＮＯｘ量との差の累積計算から、排気ガスの温度Ｔｇ１が第１温度域Ｆ１にある間に尿素型選択還元触媒５に吸着されたＮＯｘを算出する。
【００６０】
この算出された尿素型選択還元触媒５に吸着されたＮＯｘと供給するＨＣとの当量比（吸着ＮＯｘ／ＨＣ）が１〜１．１になるように算出される。この尿素型選択還元触媒５に吸着されるＮＯｘの量は、尿素型選択還元触媒５の上流側に第１ＮＯｘ濃度センサ１３を設けて、尿素型選択還元触媒５の上流側のＮＯｘ濃度と下流側のＮＯｘ濃度との差と排気流量から算出しても良い。
【００６１】
この第２の実施の形態では、ＨＣ噴射ノズル７、９を２個設けているが、第２ＨＣ噴射ノズル９は、尿素型選択還元触媒５の触媒表面のＮＯｘ浄化が主な目的であるので、この第２ＨＣ噴射ノズル９からのＨＣ供給量は極少量となる。また、ステップＳ３７では、このＨＣの噴射と共に、ステップＳ３６でＨＣの目標噴射量の算出に使用される吸着されたＮＯｘ量がゼロになるようにして、即ち、ＮＯｘの累積計算値をゼロにリセットして、図７の制御フローの繰り返しによる所定量以上のＨＣ噴射を回避する。
【００６２】
この図７のステップＳ３７又はステップＳ３５が所定の時間で終了するとリターンし、上級の制御フローに戻る。そして、再び、この上級の制御フローから呼ばれて、図７の制御フローが繰り返され、エンジン２の運転停止と共に、図７の制御フローも停止する。なお、この図７の制御フローは排気ガスの温度Ｔｇ２の昇温時のみ上級の制御フローから呼ばれるが、排気ガスの温度Ｔｇ２の降温時には呼ばれない。
【００６３】
次に、各温度域におけるＮＯｘ浄化について説明する。排気ガスの温度Ｔｇ１が低温域の第１温度域Ｆ１よりも低い温度域Ｆ０にある状態では、ＨＣも尿素水も供給していないが、上流側酸化触媒４と尿素型選択還元触媒５とでＮＯｘが吸着され、排気ガスが浄化される。上流側酸化触媒４で吸着されたＮＯ2 は、排気ガス中のＨＣやＣＯで上流側酸化触媒４の白金等の貴金属触媒によって還元浄化される。
【００６４】
また、排気ガスの温度Ｔｇ１が低温域の第１温度域Ｆ１にあって、第１ＨＣ噴射ノズル７からＨＣを供給している状態では、上流側酸化触媒４では二酸化窒素（ＮＯ2 ）が多く吸着され、また、上流側酸化触媒４の酸化作用により三酸化窒素（ＮＯ3 ）となるので、上流側酸化触媒４を通過した排気ガス中のＮＯｘでは、その分だけＮＯ2 が減少し、ＮＯ3 が増加する。そのため、尿素型選択還元触媒５では、ＮＯ3 が吸着されるＮＯｘの主成分となる。
【００６５】
この場合に、ＮＯ3 の還元は、ＮＯ2 の還元に比べて反応が進み易い。例えば、ＨＣをプロピレン（Ｃ3 Ｈ6 ）で代表した場合のＮＯｘ還元反応式は、ＮＯ2 の場合は、「ＮＯ2 ＋２／９Ｃ3 Ｈ6 ＝１／２Ｎ2 ＋１／３ＣＯ2 ＋２／３Ｈ2 Ｏ」となり、ＮＯ3 の場合は、「ＮＯ3 ＋１／３Ｃ3 Ｈ6 ＝１／２Ｎ2 ＋ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ」となる。図８に示すように、このＮＯ3 の還元は、ＮＯ2 の還元に比べて、ギブスの自由エネルギーΔＧが小さくなるので、反応が進み易い。なお、ＮＯの還元の場合では、ΔＧはゼロ（０）よりも高くなっている。
【００６６】
上流側酸化触媒４に吸着されたＮＯ2 は、第１ＨＣ噴射ノズル７から供給されるＨＣにより上流側酸化触媒４に担持された白金等の貴金属触媒の作用でＮ2 （窒素）に還元される。また、上流側酸化触媒４を通過したＮＯ3 が主となるＮＯｘは、尿素型選択還元触媒５で吸着されて、この吸着により排気ガス中から除去される。
【００６７】
また、排気ガスの温度Ｔｇ２が高温域の第２温度域Ｆ２にあり、尿素水噴射ノズル８から尿素水を供給している状態では、第２ＮＯｘセンサ１４等で尿素型選択還元触媒５の下流側のＮＯｘ量を監視して尿素型選択還元触媒５の触媒表面に、吸着したままとなるＮＨ3 吸着量が最小限になるように尿素水の供給量を制御する。この制御を行うことで、尿素水の供給量をＮＯｘ還元に必要な最小限の量にすることができると共に、排気ガスの温度Ｔｇ１の低下に従って、尿素水の供給からＨＣの供給に切り替えた後の、尿素型選択還元触媒５の触媒表面におけるＮＯｘ吸着／還元反応を効率よく行うことができるようになる。この尿素水噴射の状態では、上流側酸化触媒４では、ＮＯｘを吸着し、この吸着されたＮＯｘは、排気ガス中のＨＣ、ＣＯにより還元浄化されると共に、尿素型選択還元触媒５では、尿素水が加水分解または熱分解して発生したＮＨ3 を、吸着してＮＯｘを還元する。
【００６８】
また、第１の実施の形態には無く、第２の実施の形態のみにおける浄化作用であるが、排気ガスの温度Ｔｇ２が第３温度域Ｆ３にあって、第２ＨＣ噴射ノズル９からＨＣを供給している状態では、第１温度域Ｆ１の間で、尿素型選択還元触媒５で吸着されたＮＯｘ量に見合うＨＣを供給するので、尿素型選択還元触媒５で吸着されたＮＯｘは、このＨＣにより還元されて浄化される。これにより、尿素型選択還元触媒５の触媒表面からＮＯｘが除去された状態となる。このＮＯｘが除去された状態となることにより、ＮＨ3 が尿素型選択還元触媒５に吸着され易くなるため、次の第２温度域Ｆ２におけるＮＨ3 による尿素型選択還元触媒５でのＮＯｘ還元が効率よく行われるようになる。
【００６９】
つまり、尿素型選択還元触媒５はＮＨ3 が吸着し易い触媒に設計されているが、尿素型選択還元触媒５にＮＨ3 でなくて、ＮＯｘが吸着していると尿素水を噴射してもＮＯｘ浄化率が悪いので、吸着しているＮＯｘ量に応じた量のＨＣを一瞬、尿素噴射直前に噴射して吸着ＮＯｘを掃除して、尿素型選択還元触媒５の触媒表面をきれいにして、ＮＨ3 の吸着がし易いようにする。この尿素型選択還元触媒５におけるＮＯｘの吸着はＮＯ3 が主として吸着されているため、また、尿素水噴射直前の温度であるため、ＮＯｘ吸着量と当量比が同じ程度の極少量のＨＣ量の噴射で十分にこの吸着ＮＯｘの還元反応が進むことになる。
【００７０】
あるいは、排気ガスの温度Ｔｇ２が第３温度域Ｆ３にあるか否かをチェックすることなく、尿素水噴射ノズル８から尿素水を供給開始する直前において、第２ＨＣ噴射ノズル９から、尿素型選択還元触媒５が吸着したＮＯｘを浄化するのに見合った所定量のＨＣを供給する。これによると、第３温度域Ｆ３を考慮せずに、尿素水を供給してＮＨ3 でＮＯｘを還元する前に、尿素型選択還元触媒５が吸着したＮＯｘを浄化することができる。
【００７１】
上記の第１及び第２の実施の形態のＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システム１、１Ａによれば、エンジン２の排気通路３の上流側から順に、上流側酸化触媒４、尿素型選択還元触媒５を備えたＮＯｘ浄化システム１、１Ａで、低温側の第１温度域Ｆ１ではＨＣを供給し、高温側の第２温度域Ｆ２では尿素水を供給して、低温域におけるＮＯｘ浄化率の高いＨＣとＣＯによる選択還元と、高温域におけるＮＯｘ浄化率の高い尿素による選択還元を組み合わせることで、ＮＯｘ浄化効率が良い排気ガスの温度範囲を低温側にまで拡大することができる。
【００７２】
また、従来のＨＣ還元あるいはＣＯ還元（ＨＣ／ＣＯ−）ＳＣＲでは全域にわたって還元剤（軽油等）を供給していたため、ＮＯｘ浄化率に対して効率は低かったが、それに対して、上流側酸化触媒４でのＨＣ／ＣＯ−ＳＣＲ領域を特定の範囲にするため、また、尿素型選択還元触媒５へのＨＣ供給も非常に少量であるため、噴射するＨＣを最小限にできる。
【００７３】
更に、第２の実施の形態のＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システム１Ａによれば、排気ガスの温度Ｔｇ２が高温域の低温側に隣接又は近接する第３温度域Ｆ３に入った時に、所定量のＨＣを供給し、その後、高温域で尿素水を供給することで、尿素型選択還元触媒５の触媒表面をＮＨ3 が吸着され易い状態にすることができ、尿素水によるＮＯｘ浄化を効率よく行うことができる。なお、この第３温度域Ｆ３における、ＨＣ噴射はＮＯｘ浄化が主な目的であるので少量で済む。
【００７４】
排気ガス温度が低い場合には尿素型選択還元触媒５でＮＯｘを吸収するため、排気ガス温度向上のためにＨＣを噴射する必要が無くなるので、尿素水噴射開始温度を従来技術よりも高い２００℃〜２３０℃に設定でき、従来技術に比べて燃費を２％〜５％以上向上できる。従って、低燃費でかつＮＯｘを高効率で浄化できる。
【実施例】
【００７５】
次に、本発明の効果を見るために行った実施例１、２と従来例について説明する。
【００７６】
実施例１として、図２に示すような第２ＨＣ噴射ノズル９を設けない図１のＮＯｘ浄化システム１において、第１ＨＣ噴射ノズル７によりＨＣ噴射を行い、尿素水噴射は行わなかった場合のＮＯｘ浄化率を、図９に点線Ａ１で示す。この場合においては、ＨＣは排気ガスの温度が１３０℃〜１８０℃の領域で噴射している。
【００７７】
また、排気ガスの温度が１８０℃以下では第１ＨＣ噴射ノズル７によりＨＣ噴射を行い、排気ガスが１８０℃以上では、尿素水のみ噴射している場合のＮＯｘ浄化率を、図１０に点線Ａ２で示す。この実施例１のＴｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３の温度は、それぞれ、１３０℃、１８０℃、１８０℃である。
【００７８】
この実施例１では、供給されたＨＣは上流側酸化触媒４で酸化されて、排気ガスが昇温されると共に、ＨＣとＣＯによるＮＯｘの直接還元が行われる。１８０℃以上で供給される尿素水は加水分解または熱分解してＮＨ3 となり、尿素選択還元触媒５で吸着されＮＯｘを還元する。この場合には、上流側酸化触媒４の下流側から供給されるＨＣによる尿素選択還元触媒５の触媒表面の浄化は行われない。
【００７９】
実施例２として、図９に、第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１Ａにおいて、第１ＨＣ噴射ノズル７、第２ＨＣ噴射ノズル９を制御し、尿素水噴射は行わなかった場合のＮＯｘ浄化率を実線Ｂ１で示す。この場合においては、ＨＣは２００℃以下のみで噴射している。また、図１０に、第１ＨＣ噴射ノズル７、第２ＨＣ噴射ノズル９、尿素水噴射ノズル８を制御した場合のＮＯｘ浄化率を実線Ｂ２で示す。この時のＴｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、Ｔｃ４、Ｔｃ５の温度判定値は、それぞれ、１３０℃、１９５℃、２００℃、１７５℃、１９７℃である。
【００８０】
この実施例２では、１９５℃以下では、上流側酸化触媒４の上流側からのＨＣ噴射が主で、上流側酸化触媒４の下流側からのＨＣ噴射は、尿素水を噴射する温度（２００℃）の近くの温度（１７５℃〜１９７℃の間）でのみ噴射している。上流側から供給されたＨＣは上流側酸化触媒４で酸化され、排気ガスの昇温とＨＣとＣＯによるＮＯｘの直接還元が行われている。また、下流側から供給されたＨＣは、尿素選択還元触媒５に吸着されているＮＯｘを直接還元して、この触媒表面を浄化し、ＮＨ3 が吸着し易いようにする。また、２００℃以上で供給される尿素水は加水分解または熱分解してＮＨ3 となり、尿素選択還元触媒５で吸着されＮＯｘを還元する。
【００８１】
また、従来例として、図２に示すような第１ＨＣ噴射ノズル７、第２ＨＣ噴射ノズル９を設けない、図８の尿素水噴射ノズル８のみのＮＯｘ浄化システム１Ｘにおいて、ＨＣ噴射は無しで、排気ガスの温度が１８０℃から尿素水噴射を行った場合を図９と図１０に、点線Ｃで示す。この場合は、尿素噴射をしていない場合には、排気ガス中の残留ＨＣ、ＣＯによってＮＯｘ浄化が行われている。１８０℃以上で供給される尿素水は加水分解または熱分解してＮＨ3 となり、尿素選択還元触媒５で吸着されＮＯｘを還元する。
【００８２】
図９によれば、実施例１と実施例２ではＨＣ噴射のみで、従来例では尿素水噴射のみである場合が、それぞれＡ１、Ｂ１、Ｃで示されているが、特に、１４０℃〜２２０℃の低温では、ＨＣ噴射を行う実施例１と実施例２が従来例よりもＮＯｘ浄化率が優れていることが分かる。また、実施例１と実施例２の比較により、上流側酸化触媒４の下流側からのＨＣ噴射を行った実施例２の方がＮＯｘ浄化率がよく、下流側ＨＣによるＮＯｘ浄化の効果が良く分かる。
【００８３】
図１０によれば、尿素水噴射にＨＣ噴射を加えた実施例１（Ａ２）と実施例２（Ｂ２）が、尿素水噴射のみの従来例（Ｃ）よりも、特に、１４０℃〜２２０℃の低温でＮＯｘ浄化率が優れていることが分かる。また、実施例２がＨＣ／ＣＯによるＮＯｘ還元から尿素水によるＮＯｘ還元に切り替える際に、この切換え直前に第２ＨＣ噴射ノズル９から尿素選択還元触媒５の触媒表面に僅かに付着しているＮＯｘを除去するために還元剤であるＨＣを噴射しており、その効果により、実施例２では実施例１よりも更にＮＯｘ浄化率が向上していることが分かる。
【００８４】
これらの実施例１、実施例２、従来例の比較により、実施例２、実施例１、従来例の順でＮＯｘ浄化性能の向上が見られ、特に１４０℃〜２２０℃の低温域での実施例１、実施例２の性能向上が大きいことが分かった。更に、実施例２では、ＨＣとＣＯによる尿素選択還元触媒５でのＮＯｘ還元が大きいので、尿素水の噴射開始温度を、従来例よりも＋２０℃〜＋５０℃の２００℃〜２３０℃に設定できることが分かった。
【００８５】
なお、実施例１では、上流側酸化触媒４でのＨＣとＣＯによるＮＯｘ還元効果のみが付与されるが、実施例２に比較して、尿素選択還元触媒５の触媒表面のＮＨ3 やＮＯｘの吸着制御が不十分であったため、ＮＯｘ浄化率が実施例２よりも実施例１が低い。実施例２では、上流側酸化触媒４と尿素選択還元触媒５の間に第２ＨＣ噴射ノズル９を設置して、ＮＯｘの吸着制御を可能とした。この第２ＨＣ噴射ノズル９からのＨＣ噴射は、排気ガス温度が２００℃以上なので、微小なＨＣ量を噴射するだけで、尿素選択還元触媒５のＮＯｘは除去可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における排気ガスの入口温度とＨＣ噴射、尿素水噴射とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図４】第２の実施の形態における排気ガスの入口温度とＨＣ噴射、尿素水噴射とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図５】第１ＨＣ噴射ノズルの制御フローの一例を示す図である。
【図６】尿素水噴射ノズルの制御フローの一例を示す図である。
【図７】第２ＨＣ噴射ノズルの制御フローの一例を示す図である。
【図８】ＮＯ2 の還元とＮＯ3 の還元の反応の難易を示す図である。
【図９】ＨＣ噴射のみの実施例１と実施例２と、尿素水噴射のみの従来例のＮＯｘ浄化率を示す図である。
【図１０】ＨＣ噴射と尿素噴射の実施例１と実施例２と、尿素水噴射のみの従来例のＮＯｘ浄化率を示す図である。
【図１１】従来技術のＮＯｘ浄化システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１、１Ａ、１Ｘ  ＮＯｘ浄化システム
２  ディーゼルエンジン（Ｅ）
３  排気通路
４  上流側酸化触媒（Ｆ−ＤＯＣ）
５  尿素型選択還元触媒（ＳＣＲ）
６  下流側酸化触媒（Ｒ−ＤＯＣ）
７  第１ＨＣ噴射ノズル（第１炭化水素供給装置）
８  尿素水噴射ノズル（尿素水供給装置）
９  第２ＨＣ噴射ノズル（第２炭化水素供給装置）
１０  制御装置
１１  第１排気ガス温度センサ
１２  第２排気ガス温度センサ
１３  第１ＮＯｘ濃度センサ
１４  第２ＮＯｘ濃度センサ
【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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【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】
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