JP3815236B2 - 排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化力の強いＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）を備えた排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や一部のガソリン機関等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中から窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去するためのＮＯｘ浄化触媒について種々の研究や提案がなされている。
【０００３】
これらの触媒には、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵物質に吸蔵してＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒や尿素を加水分解してアンモニアを発生させて、そのアンモニアを還元剤としてＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒（選択的接触還元触媒）や排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）を還元剤として利用するパッシブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）や、その還元剤を積極的に，シリンダ内又は触媒上流側の排気管内に添加するアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）等がある。
【０００４】
このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒ほど複雑なエンジン制御を必要とせず、また、ＳＣＲ触媒のようにアンモニアのような危険なガスの発生がなく、更に、パッシブ型のＮＯｘ浄化触媒よりも、ＮＯｘ浄化能力が高いのでディーゼルエンジン用のＮＯｘ対策用の触媒の主流になりつつある。
【０００５】
このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、パッシブ型のＮＯｘ浄化触媒と同様な機構（メカニズム）でＮＯｘを還元するが、その機構に関しては、次の３つの反応機構が提唱されている。
【０００６】
１）未燃炭化水素（ＨＣ）を酸化触媒によって部分酸化し、ラジカルな中間ＨＣの生成物を作り、そのラジカルＨＣとＮＯｘを触媒上で反応させて、ラジカルＨＣでＮＯｘを還元し、ＮＯｘを窒素（Ｎ2 ）に分解する。
【０００７】
２）ＮＯｘ中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化触媒により二酸化窒素（ＮＯ2 ）に酸化され、この不安定なＮＯ2 が触媒上でＨＣにより還元され、ＮＯ2 はＮ2 に分解する。従って、ＮＯｘはＮ2 に分解することになる。
【０００８】
３）ＨＣによって、触媒表面を覆うの酸素（Ｏ2 ）を消費し、このＯ2 が消費されたきれいな触媒表面上にＮＯｘを吸着し、Ｎ2 とＯ2 に直接分解する。
【０００９】
これらのいずれの反応機構においても、触媒表面上におけるＨＣの酸化反応が重要な役目を果たしていることが分かる。
【００１０】
そして、このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒の酸化力を高めると、約２００℃程度以下の低温域から上記の反応機構の酸化反応が活性化し、この低温域におけるＮＯｘ浄化率が向上するので、このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒の中で、特に低温活性を向上させるために、酸化力を高めた触媒を用いて、排気ガス浄化システムを構成することが考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の酸化活性が高くなる２００℃〜３００℃程度の中温域以上では、ＮＯｘの還元剤であるＨＣが排気ガス中に残存するＯ2 によって完全に酸化されＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏになってしまうという上記の反応機構とは異なる反応が進んでしまうために、ＮＯｘの還元にＨＣが有効に使用されなくなり、ＮＯｘ浄化性能の向上が望めなくなるという問題がある。
【００１２】
その上、酸化力が強いと、３００℃程度以上の高温域では、排気ガス中のＮ2 を触媒が直接酸化し、ＮＯｘを生成してしまうので、浄化とは逆にＮＯｘが増加してしまうという問題がある。
【００１３】
この様子を図９に示す。図９は、エンジンの排気ガスを模擬したガス（ＮＯｘ濃度に対する比でＣＯ濃度が約２．７倍、ＨＣ濃度が約１倍）を各組成ガスのボンベから導入するガスより合成し、この模擬ガスを触媒に供給して各成分を浄化させ、触媒の性能を確認したものである。
【００１４】
この図９では、触媒に、低温域のＮＯｘ浄化率を向上させるため、触媒の低温活性の向上を狙って酸化力の強い触媒を用いているため、１５０℃付近の低温からＮＯｘの浄化曲線が立ち上がってＮＯｘを浄化している。しかし、３００℃以上の高温域になると、ＮＯｘの浄化曲線は低下し、マイナス側に転じており、排気ガス中のＮ2 が酸化されてＮＯｘが生成されていることが分かる。
【００１５】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低温域から高温域までの幅広い温度範囲で、排気ガス中の窒素酸化物を低減することができて、全体として排気ガス中のＮＯｘに対する浄化性能を著しく向上させ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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、次のように構成される。
【００１７】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、エンジンの燃料噴射システムの噴射制御装置に、前記触媒温度センサで検出された触媒温度によってエンジンの燃料噴射の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段を設けると共に、該噴射パターン選択制御手段が、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化システムにおいて、
前記噴射パターン選択制御手段が、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御するように構成される。
【００２１】
また、排気ガス浄化方法は、次のような特徴を有して構成される。
【００２２】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化方法において、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御するように構成される。
【００２６】
この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒とは、未燃炭化水素（ＨＣ）等の還元剤を積極的に，シリンダ内又は触媒上流側の排気管中に添加するアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）の内、比較Ｐｔ等の貴金属を高分散で極微粒化して担持した、高酸化活性の触媒のことを言う。
【００２７】
そして、この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、例えばＰｔ等の貴金属をγアルミナ、ゼオライトに高担持して形成することができる。
【００２８】
また、これらの、パイロット噴射、主噴射、近接後噴射、後噴射のいずれの噴射に関しても、一回のみの噴射の場合も、また、複数回の噴射の場合も含むものである。即ち、主噴射等を複数回に分けて行ってもよい。
【００２９】
これらの構成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、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を使用して、エンジンの燃料噴射の噴射パターンを触媒温度により変更しているので、排気ガス中のトータル炭化水素（ＴＨＣ）濃度や一酸化炭素（ＣＯ）濃度がその温度によるＮＯｘ浄化の触媒作用による化学反応を促進させるのに適した濃度になる。そのため、ＮＯｘ浄化率が向上し、低温域から高温域の幅広い温度域に渡って、高いＮＯｘ浄化率が実現される。
【００３０】
また、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ触媒を用いているので、トータル炭化水素（ＴＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）、更には、微粒子（ＰＭ）も酸化され、排気ガスの浄化が効率よくまた幅広く行われる。
【００３１】
その上、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による硫黄被毒にも強い触媒が多いので、燃料中の硫黄濃度に触媒性能が影響されることが少なくなる。
【００３２】
そして、ＮＯｘ浄化性能が高いので、エンジン本体の燃費、出力が最大限向上される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガス浄化装置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。
【００３４】
〔排気ガス浄化システム〕
図１に示すように、この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）４は触媒装置５に組み込まれ、エンジン１０の排気通路３に配設される。このエンジン１０は、電子制御付噴射システム（燃料噴射システム）１１とこの電子制御付噴射システム１１を制御する噴射制御用電子制御コントローラ（噴射制御装置）１２を有して構成される。
【００３５】
このＮＯｘ浄化触媒４は、通常の触媒構造体と同じようにモノリス触媒として構成され、担持体上にアルミナ等の多孔質コート材で形成した触媒担体の担持層に、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４を担持して形成される。
【００３６】
この酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４は例えばＰｔ等の貴金属をγアルミナ、ゼオライトに高担持して形成される。
【００３７】
そして、このアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４を備えた触媒装置５は、排気管２に設置され、下流側には消音器６が設けられる。
【００３８】
この電子制御付噴射システム１１は、自由度の高いコモンレール電子制御燃料噴射装置で形成され、噴射制御用電子制御コントローラ１２との組み合わせにより、燃料噴射時期や１サイクル中の燃料噴射回数を変化することができる。
【００３９】
そして、燃料タンク１３からの燃料を制御しながら、シリンダの燃焼室内に燃料を噴射している。燃焼室から排出された排気ガスは、この電子制御された燃料噴射システムによって排気ガスのガス組成を制御されて、触媒装置５に入り、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４でＮＯｘが浄化され、超低公害の排気ガスにされた後に、消音器６を経由して大気中に放出される。
【００４０】
また、噴射制御用電子制御コントローラ１２は、図２に示すようにエンジンコントロールユニット（ＥＵＣ）と呼ばれる電子制御の制御装置に組入れられて構成され、エンジン１０に取り付けてある各センサ（エンジンの情報センサ）とＮＯｘ浄化触媒４の温度Ｔｃを計測する触媒温度センサ４ｓからの出力信号を得て、予め運転条件等によって記憶した制御内容や制御方法によって、噴射圧、噴射量、噴射時期、噴射回数、噴射間隔等を制御している。
【００４１】
本発明においては、この噴射制御用電子制御コントローラ１２に、触媒温度Ｔｃによって，エンジン１０の燃料の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段１２ａを設ける。
【００４２】
この噴射パターン選択制御手段１２ａは、入力した触媒温度Ｔｃに基づいて、この触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化触媒４のＮＯｘ浄化率が良いガス組成を持つ排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択するように構成される。
【００４３】
〔噴射パターン〕
図３に、この噴射パターン選択制御手段１２ａで選択及び噴射制御する噴射パターンを示す。
【００４４】
第１の噴射パターンＡは、主噴射Ｆｍの前にパイロット噴射Ｆｐを行う噴射パターンであり、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が非常に低く、炭化水素（ＨＣ）濃度が窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度に対して１から１０倍程度の濃度となる排気ガスを排出する。
【００４５】
第２の噴射パターンＢは、主噴射Ｆｍの前にパイロット噴射Ｆｐを行い、更に、極近い噴射間隔で、即ち、クランクアングル（ＣＡ）で７°以内の短い噴射間隔δで、主噴射Ｆｍの後に近接後噴射Ｆａ１を行う。
【００４６】
この第２噴射パターンＢでは、主噴射Ｆｍによる主燃焼が活発な時期に、追加燃料を燃焼火炎中に噴射するので、比較的低酸素濃度における燃焼状態になり、高濃度のＣＯを排気ガス中に発生することができる。しかし、主燃焼が活発なため、燃焼温度は比較的高く、また、近接後噴射Ｆａ１により乱流乱れが発生するので、スモークの発生は抑制できる。そのため、排気ガスは、ＮＯｘ濃度に対して高濃度のＣＯが存在するようになる。
【００４７】
第３の噴射パターンＣは、第２の噴射パターンＢの近接後噴射Ｆａ１の後に、更に、ＡＴＤＣ４０°以後から排気弁が閉じるまでの間に後噴射Ｆａ２を行う噴射パターンであり、排気ガス中に未燃焼のトータル炭化水素（ＴＨＣ）が急増し、ＮＯｘ濃度に対して高濃度のＣＯ，ＨＣが存在するようになる。
【００４８】
図５〜図７に、この第１〜第３の各噴射パターンＡ〜Ｃで発生する排気ガスに相当する模擬ガスを、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒に供給し、触媒の性能を確認した結果を示す。この模擬ガスは、その成分ガスを各成分ガスのボンベより発生させて、模擬対象の排気ガスのガス組成の割合で混合することにより得ている。
【００４９】
図５に，第１の噴射パターンＡの排気ガスに相当する場合を示す。この場合は、ガス組成中にＣＯが無いか、極微量の場合であるので、ＣＯによる触媒酸化活性の低下がないので、ＮＯｘ浄化が始まる温度は約１００℃となり、１５０℃程度の低温域におけるＮＯｘ浄化率が向上していることが分かる。
【００５０】
つまり、ガス組成のＣＯ濃度がＮＯｘ濃度の１から２倍となっている、通常のディーゼルエンジンの排ガスに関する図９のＮＯｘ浄化曲線と比較して、この場合は、約５０℃低温側からＮＯｘ浄化が始まっている。
【００５１】
この低温からＮＯｘ浄化が始まる理由は、ＣＯがあるとこのＣＯが触媒被毒となって触媒表面を覆って低温活性を下げていたのを、回避できるからである。
【００５２】
図６に、第２の噴射パターンＢの排気ガスに相当する場合、即ち、排気ガス中にＣＯがＮＯｘ濃度に対して１０倍程度存在する模擬ガスの場合において、触媒の性能を確認した結果を示す。この場合には、排気ガス中のＣＯがＨＣの部分酸化を促進し、ラジカルな中間ＨＣを増加するので、触媒温度が１５０℃から３００℃の範囲におけるＮＯｘ浄化率が飛躍的に向上する。
【００５３】
図７に、第３の噴射パターンＣの排気ガスに相当する場合、即ち、排気ガス中にＣＯ、ＨＣが共に、ＮＯｘ濃度に対して１０倍程度存在する模擬ガスの場合において、触媒の性能を確認した結果を示す。この場合には触媒温度が３００℃以上でＮＯｘ浄化率が飛躍的に向上している。
【００５４】
この３００℃でＮＯｘ浄化率が高い理由は、ＨＣが直接触媒によって酸化されることを、ＣＯの被毒作用を利用して妨害することにより、ＨＣとＮＯｘとの還元反応を促進してＮＯｘをＨＣにより還元できるからである。
【００５５】
つまり、通常のディーゼルエンジンの排ガスのガス組成の場合の図９では、この３００℃以上で排気ガス中の窒素が酸化されてしまい、ＮＯｘを生成してしまうのに対して、この第３の噴射パターンＣの排気ガスではＮ2 の代わりにＣＯ、ＨＣが酸化されるので、ＮＯｘを生成が抑制される。
【００５６】
そして、噴射パターン選択制御手段１２ａを、入力した触媒温度Ｔｃに基づいて、この触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化触媒４のＮＯｘ浄化率が良い排気ガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンＡ〜Ｃを選択するように構成する。
【００５７】
この構成により、上記の３つの噴射パターンＡ〜Ｃを触媒温度Ｔｃに対応させて選択して、このエンジン１０の噴射制御により、触媒温度Ｔｃに対して排気ガス中のＣＯ，ＴＨＣ濃度を制御して、ＮＯｘ浄化触媒４の最大浄化性能を引き出す。
【００５８】
〔噴射パターン選択フロー〕
次に、この噴射パターン選択制御手段１２ａで行う制御について、図４の噴射パターン選択フローを参照しながら説明する。
【００５９】
この噴射パターン選択フローは、エンジンのキーがＯＮの状態、即ち、エンジンが運転されている状態の時に、所定の間隔で繰り返し呼び出され、噴射パターンを選定してリターンするものであり、エンジンのキーがＯＦＦされた場合には、このフローの呼び出しも行われ無くなる。
【００６０】
この噴射パターン選択フローが呼び出されてスタートすると、ステップＳ１１のデータ入力で、エンジンの運転条件を示す各センサからの検出値（エンジン回転数（Ｎｅ），アクセル開度（Ａｃ），冷却水温（Ｔｗ），排気温度（Ｔｇ）等）と触媒温度（Ｔｃ）を入力する。
【００６１】
次に、ステップＳ１２で、エンジン回転数Ｎｅ，冷却水温Ｔｗ，アクセル開度Ａｃ，排気温度Ｔｇ等が噴射パターンを変更できる状態にあるか否かを判定し、可能で無ければ、ステップＳ１９に行き、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１２で、噴射パターンの変更が可能であれば、ステップＳ１３に行き、触媒温度Ｔｃをチェックする。
【００６２】
ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃが２００℃より低い場合は、ステップＳ１６で、低温でのＮＯｘ浄化率を向上させるために、第１の噴射パターンＡを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃが２００℃以上の場合は、ステップＳ１４に行く。
【００６３】
ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが３００℃より低い場合は、ステップＳ１７で、この２００℃〜３００℃の温度域における触媒４のＮＯｘ浄化率を向上させるため、第２の噴射パターンＢを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが３００℃以上の場合はステップＳ１５に行く。
【００６４】
ステップＳ１５で、触媒温度Ｔｃが５００℃より低い場合は、ステップＳ１８で、この３００℃〜５００℃の温度域における触媒４のＮＯｘ浄化率を向上させるため、第３の噴射パターンＣを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１５で、触媒温度Ｔｃが５００℃以上の場合は、ステップＳ１９に行き、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御した後リターンする。
【００６５】
なお、これらの通常又は各噴射パターンＡ〜Ｃの燃焼燃料噴射制御では、それぞれに対応した電子制御用の各マップデータを参照して、噴射パターン制御、噴射時期制御、ＥＧＲ制御、ＶＴＮターボ制御等を行う。
【００６６】
以上の図４に示すような噴射パターン選択フローに従う制御により、排気ガス浄化用の燃料噴射制御を行ってよいエンジンの運転状態であるか否かを判断し、よい場合には、触媒温度Ｔｃが２００℃より低い場合には、第１の噴射パターンＡを、触媒温度Ｔｃが２００℃以上で、３００℃より低い場合には、第２の噴射パターンＢを、触媒温度Ｔｃが３００℃以上で、５００℃より低い場合には、第３の噴射パターンＣを、それぞれ選択して燃料噴射制御することができる。
【００６７】
また、その他の場合、即ち、噴射パターンを変更できないエンジンの運転状態であると判断した場合と、触媒温度Ｔｃが５００℃以上の場合は、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御することができる。
【００６８】
従って、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒４に対して、燃料の噴射パターンを変更しながら、それぞれの触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化に最適なＣＯ濃度，ＨＣ濃度の排気ガスをこの触媒４に供給できるので、触媒及び排気ガスの低温域から高温域までの広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。
【００６９】
〔効果〕
以上の構成の排気ガス浄化装置及び浄化方法によれば、次のような効果を得ることができる。
【００７０】
酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ触媒４を使用した場合においても、排気ガス温度に関して低温から高温までの広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化率を得られる。
【００７１】
また、酸化力の強い触媒４を使用しているので、ＴＨＣ，ＣＯ更にＰＭ（微粒子状物質：パティキュレート）も酸化でき、高い浄化性能で排気ガスの浄化が行える。
【００７２】
その上、酸化力の強い触媒４は、硫黄酸化物（ＳＯ２）による被毒にも強い触媒が多いので、燃料中の硫黄濃度によって触媒性能が影響されない。又、ＮＯｘ浄化性能が高いのでエンジン本体の燃費、出力を最大限向上できる。
【００７３】
図８に本発明に係る燃料噴射制御を行った場合における、実機エンジンの排気ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す。この図８で分かるように、低温域から高温域まで広い温度域で高いＮＯｘ浄化性能が得られている。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明したように、排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、次のような効果を奏することができる。
【００７５】
酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）を使用して、エンジンの燃料噴射の噴射パターンを触媒温度により変更することにより、排気ガス中のトータル炭化水素（ＴＨＣ）濃度や一酸化炭素（ＣＯ）濃度をその温度によるＮＯｘ浄化の触媒作用による化学反応を促進させる濃度にすることができる。
【００７６】
そのため、各温度域におけるＮＯｘ浄化率を向上することができ、低温域から高温域までの幅広い温度域で、高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００７７】
また、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を用いることにより、トータル炭化水素（ＴＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）、更には、微粒子状物質（ＰＭ）も酸化することができるので、排気ガスの浄化を効率よくまた幅広く行うことができる。
【００７８】
その上、酸化力の強いアクティブ型の触媒は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による硫黄被毒にも強い触媒が多いので、触媒性能への燃料中の硫黄濃度の影響を少なくすることができる。
【００７９】
更に、ＮＯｘ浄化性能を高くすることができるので、エンジン本体の燃費、出力を最大限向上することができる。
【００８０】
従って、このＮＯｘ低減触媒のＮＯｘ浄化性能を幅広い温度域で向上させることができるので、エンジンの全運転状態において、効率よくＮＯｘを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置のレイアウトを示す図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射制御システムの構成を示す図である。
【図３】本発明に係る噴射パターンを模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射制御のフローを示す図である。
【図５】ＣＯ濃度が極微量のガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図６】ＣＯ濃度が高いガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図７】ＣＯ濃度とＨＣ濃度が高いガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図８】本発明に係る燃料噴射制御を行った場合における、実機エンジンの排気ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図９】通常のディーゼルエンジンのガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気管
４ ＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）
４ｓ 触媒温度センサ
５ 触媒装置
１０ エンジン
１１ 燃料噴射システム（電子制御付噴射システム）
１２ 噴射制御装置（噴射制御用電子制御コントローラ）
１２ａ 噴射パターン選択制御手段
Ａ 第１の噴射パターン
Ｂ 第２の噴射パターン
Ｃ 第３の噴射パターン
Ｆｍ 主噴射
Ｆｐ パイロット噴射
Ｆａ１ 近接後噴射
Ｆａ２ 後噴射
Ｔｃ 触媒温度
δ 噴射間隔
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化力の強いＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）を備えた排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や一部のガソリン機関等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中から窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去するためのＮＯｘ浄化触媒について種々の研究や提案がなされている。
【０００３】
これらの触媒には、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵物質に吸蔵してＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒や尿素を加水分解してアンモニアを発生させて、そのアンモニアを還元剤としてＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒（選択的接触還元触媒）や排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）を還元剤として利用するパッシブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）や、その還元剤を積極的に，シリンダ内又は触媒上流側の排気管内に添加するアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）等がある。
【０００４】
このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒ほど複雑なエンジン制御を必要とせず、また、ＳＣＲ触媒のようにアンモニアのような危険なガスの発生がなく、更に、パッシブ型のＮＯｘ浄化触媒よりも、ＮＯｘ浄化能力が高いのでディーゼルエンジン用のＮＯｘ対策用の触媒の主流になりつつある。
【０００５】
このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、パッシブ型のＮＯｘ浄化触媒と同様な機構（メカニズム）でＮＯｘを還元するが、その機構に関しては、次の３つの反応機構が提唱されている。
【０００６】
１）未燃炭化水素（ＨＣ）を酸化触媒によって部分酸化し、ラジカルな中間ＨＣの生成物を作り、そのラジカルＨＣとＮＯｘを触媒上で反応させて、ラジカルＨＣでＮＯｘを還元し、ＮＯｘを窒素（Ｎ2 ）に分解する。
【０００７】
２）ＮＯｘ中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化触媒により二酸化窒素（ＮＯ2 ）に酸化され、この不安定なＮＯ2 が触媒上でＨＣにより還元され、ＮＯ2 はＮ2 に分解する。従って、ＮＯｘはＮ2 に分解することになる。
【０００８】
３）ＨＣによって、触媒表面を覆うの酸素（Ｏ2 ）を消費し、このＯ2 が消費されたきれいな触媒表面上にＮＯｘを吸着し、Ｎ2 とＯ2 に直接分解する。
【０００９】
これらのいずれの反応機構においても、触媒表面上におけるＨＣの酸化反応が重要な役目を果たしていることが分かる。
【００１０】
そして、このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒の酸化力を高めると、約２００℃程度以下の低温域から上記の反応機構の酸化反応が活性化し、この低温域におけるＮＯｘ浄化率が向上するので、このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒の中で、特に低温活性を向上させるために、酸化力を高めた触媒を用いて、排気ガス浄化システムを構成することが考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の酸化活性が高くなる２００℃〜３００℃程度の中温域以上では、ＮＯｘの還元剤であるＨＣが排気ガス中に残存するＯ2 によって完全に酸化されＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏになってしまうという上記の反応機構とは異なる反応が進んでしまうために、ＮＯｘの還元にＨＣが有効に使用されなくなり、ＮＯｘ浄化性能の向上が望めなくなるという問題がある。
【００１２】
その上、酸化力が強いと、３００℃程度以上の高温域では、排気ガス中のＮ2 を触媒が直接酸化し、ＮＯｘを生成してしまうので、浄化とは逆にＮＯｘが増加してしまうという問題がある。
【００１３】
この様子を図９に示す。図９は、エンジンの排気ガスを模擬したガス（ＮＯｘ濃度に対する比でＣＯ濃度が約２．７倍、ＨＣ濃度が約１倍）を各組成ガスのボンベから導入するガスより合成し、この模擬ガスを触媒に供給して各成分を浄化させ、触媒の性能を確認したものである。
【００１４】
この図９では、触媒に、低温域のＮＯｘ浄化率を向上させるため、触媒の低温活性の向上を狙って酸化力の強い触媒を用いているため、１５０℃付近の低温からＮＯｘの浄化曲線が立ち上がってＮＯｘを浄化している。しかし、３００℃以上の高温域になると、ＮＯｘの浄化曲線は低下し、マイナス側に転じており、排気ガス中のＮ2 が酸化されてＮＯｘが生成されていることが分かる。
【００１５】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低温域から高温域までの幅広い温度範囲で、排気ガス中の窒素酸化物を低減することができて、全体として排気ガス中のＮＯｘに対する浄化性能を著しく向上させ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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、次のように構成される。
【００１７】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、エンジンの燃料噴射システムの噴射制御装置に、前記触媒温度センサで検出された触媒温度によってエンジンの燃料噴射の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段を設けると共に、該噴射パターン選択制御手段が、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化システムにおいて、
前記噴射パターン選択制御手段が、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御するように構成される。
【００２１】
また、排気ガス浄化方法は、次のような特徴を有して構成される。
【００２２】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化方法において、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御するように構成される。
【００２６】
この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒とは、未燃炭化水素（ＨＣ）等の還元剤を積極的に，シリンダ内又は触媒上流側の排気管中に添加するアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）の内、比較Ｐｔ等の貴金属を高分散で極微粒化して担持した、高酸化活性の触媒のことを言う。
【００２７】
そして、この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、例えばＰｔ等の貴金属をγアルミナ、ゼオライトに高担持して形成することができる。
【００２８】
また、これらの、パイロット噴射、主噴射、近接後噴射、後噴射のいずれの噴射に関しても、一回のみの噴射の場合も、また、複数回の噴射の場合も含むものである。即ち、主噴射等を複数回に分けて行ってもよい。
【００２９】
これらの構成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、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を使用して、エンジンの燃料噴射の噴射パターンを触媒温度により変更しているので、排気ガス中のトータル炭化水素（ＴＨＣ）濃度や一酸化炭素（ＣＯ）濃度がその温度によるＮＯｘ浄化の触媒作用による化学反応を促進させるのに適した濃度になる。そのため、ＮＯｘ浄化率が向上し、低温域から高温域の幅広い温度域に渡って、高いＮＯｘ浄化率が実現される。
【００３０】
また、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ触媒を用いているので、トータル炭化水素（ＴＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）、更には、微粒子（ＰＭ）も酸化され、排気ガスの浄化が効率よくまた幅広く行われる。
【００３１】
その上、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による硫黄被毒にも強い触媒が多いので、燃料中の硫黄濃度に触媒性能が影響されることが少なくなる。
【００３２】
そして、ＮＯｘ浄化性能が高いので、エンジン本体の燃費、出力が最大限向上される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガス浄化装置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。
【００３４】
〔排気ガス浄化システム〕
図１に示すように、この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）４は触媒装置５に組み込まれ、エンジン１０の排気通路３に配設される。このエンジン１０は、電子制御付噴射システム（燃料噴射システム）１１とこの電子制御付噴射システム１１を制御する噴射制御用電子制御コントローラ（噴射制御装置）１２を有して構成される。
【００３５】
このＮＯｘ浄化触媒４は、通常の触媒構造体と同じようにモノリス触媒として構成され、担持体上にアルミナ等の多孔質コート材で形成した触媒担体の担持層に、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４を担持して形成される。
【００３６】
この酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４は例えばＰｔ等の貴金属をγアルミナ、ゼオライトに高担持して形成される。
【００３７】
そして、このアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４を備えた触媒装置５は、排気管２に設置され、下流側には消音器６が設けられる。
【００３８】
この電子制御付噴射システム１１は、自由度の高いコモンレール電子制御燃料噴射装置で形成され、噴射制御用電子制御コントローラ１２との組み合わせにより、燃料噴射時期や１サイクル中の燃料噴射回数を変化することができる。
【００３９】
そして、燃料タンク１３からの燃料を制御しながら、シリンダの燃焼室内に燃料を噴射している。燃焼室から排出された排気ガスは、この電子制御された燃料噴射システムによって排気ガスのガス組成を制御されて、触媒装置５に入り、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４でＮＯｘが浄化され、超低公害の排気ガスにされた後に、消音器６を経由して大気中に放出される。
【００４０】
また、噴射制御用電子制御コントローラ１２は、図２に示すようにエンジンコントロールユニット（ＥＵＣ）と呼ばれる電子制御の制御装置に組入れられて構成され、エンジン１０に取り付けてある各センサ（エンジンの情報センサ）とＮＯｘ浄化触媒４の温度Ｔｃを計測する触媒温度センサ４ｓからの出力信号を得て、予め運転条件等によって記憶した制御内容や制御方法によって、噴射圧、噴射量、噴射時期、噴射回数、噴射間隔等を制御している。
【００４１】
本発明においては、この噴射制御用電子制御コントローラ１２に、触媒温度Ｔｃによって，エンジン１０の燃料の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段１２ａを設ける。
【００４２】
この噴射パターン選択制御手段１２ａは、入力した触媒温度Ｔｃに基づいて、この触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化触媒４のＮＯｘ浄化率が良いガス組成を持つ排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択するように構成される。
【００４３】
〔噴射パターン〕
図３に、この噴射パターン選択制御手段１２ａで選択及び噴射制御する噴射パターンを示す。
【００４４】
第１の噴射パターンＡは、主噴射Ｆｍの前にパイロット噴射Ｆｐを行う噴射パターンであり、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が非常に低く、炭化水素（ＨＣ）濃度が窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度に対して１から１０倍程度の濃度となる排気ガスを排出する。
【００４５】
第２の噴射パターンＢは、主噴射Ｆｍの前にパイロット噴射Ｆｐを行い、更に、極近い噴射間隔で、即ち、クランクアングル（ＣＡ）で７°以内の短い噴射間隔δで、主噴射Ｆｍの後に近接後噴射Ｆａ１を行う。
【００４６】
この第２噴射パターンＢでは、主噴射Ｆｍによる主燃焼が活発な時期に、追加燃料を燃焼火炎中に噴射するので、比較的低酸素濃度における燃焼状態になり、高濃度のＣＯを排気ガス中に発生することができる。しかし、主燃焼が活発なため、燃焼温度は比較的高く、また、近接後噴射Ｆａ１により乱流乱れが発生するので、スモークの発生は抑制できる。そのため、排気ガスは、ＮＯｘ濃度に対して高濃度のＣＯが存在するようになる。
【００４７】
第３の噴射パターンＣは、第２の噴射パターンＢの近接後噴射Ｆａ１の後に、更に、ＡＴＤＣ４０°以後から排気弁が閉じるまでの間に後噴射Ｆａ２を行う噴射パターンであり、排気ガス中に未燃焼のトータル炭化水素（ＴＨＣ）が急増し、ＮＯｘ濃度に対して高濃度のＣＯ，ＨＣが存在するようになる。
【００４８】
図５〜図７に、この第１〜第３の各噴射パターンＡ〜Ｃで発生する排気ガスに相当する模擬ガスを、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒に供給し、触媒の性能を確認した結果を示す。この模擬ガスは、その成分ガスを各成分ガスのボンベより発生させて、模擬対象の排気ガスのガス組成の割合で混合することにより得ている。
【００４９】
図５に，第１の噴射パターンＡの排気ガスに相当する場合を示す。この場合は、ガス組成中にＣＯが無いか、極微量の場合であるので、ＣＯによる触媒酸化活性の低下がないので、ＮＯｘ浄化が始まる温度は約１００℃となり、１５０℃程度の低温域におけるＮＯｘ浄化率が向上していることが分かる。
【００５０】
つまり、ガス組成のＣＯ濃度がＮＯｘ濃度の１から２倍となっている、通常のディーゼルエンジンの排ガスに関する図９のＮＯｘ浄化曲線と比較して、この場合は、約５０℃低温側からＮＯｘ浄化が始まっている。
【００５１】
この低温からＮＯｘ浄化が始まる理由は、ＣＯがあるとこのＣＯが触媒被毒となって触媒表面を覆って低温活性を下げていたのを、回避できるからである。
【００５２】
図６に、第２の噴射パターンＢの排気ガスに相当する場合、即ち、排気ガス中にＣＯがＮＯｘ濃度に対して１０倍程度存在する模擬ガスの場合において、触媒の性能を確認した結果を示す。この場合には、排気ガス中のＣＯがＨＣの部分酸化を促進し、ラジカルな中間ＨＣを増加するので、触媒温度が１５０℃から３００℃の範囲におけるＮＯｘ浄化率が飛躍的に向上する。
【００５３】
図７に、第３の噴射パターンＣの排気ガスに相当する場合、即ち、排気ガス中にＣＯ、ＨＣが共に、ＮＯｘ濃度に対して１０倍程度存在する模擬ガスの場合において、触媒の性能を確認した結果を示す。この場合には触媒温度が３００℃以上でＮＯｘ浄化率が飛躍的に向上している。
【００５４】
この３００℃でＮＯｘ浄化率が高い理由は、ＨＣが直接触媒によって酸化されることを、ＣＯの被毒作用を利用して妨害することにより、ＨＣとＮＯｘとの還元反応を促進してＮＯｘをＨＣにより還元できるからである。
【００５５】
つまり、通常のディーゼルエンジンの排ガスのガス組成の場合の図９では、この３００℃以上で排気ガス中の窒素が酸化されてしまい、ＮＯｘを生成してしまうのに対して、この第３の噴射パターンＣの排気ガスではＮ2 の代わりにＣＯ、ＨＣが酸化されるので、ＮＯｘを生成が抑制される。
【００５６】
そして、噴射パターン選択制御手段１２ａを、入力した触媒温度Ｔｃに基づいて、この触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化触媒４のＮＯｘ浄化率が良い排気ガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンＡ〜Ｃを選択するように構成する。
【００５７】
この構成により、上記の３つの噴射パターンＡ〜Ｃを触媒温度Ｔｃに対応させて選択して、このエンジン１０の噴射制御により、触媒温度Ｔｃに対して排気ガス中のＣＯ，ＴＨＣ濃度を制御して、ＮＯｘ浄化触媒４の最大浄化性能を引き出す。
【００５８】
〔噴射パターン選択フロー〕
次に、この噴射パターン選択制御手段１２ａで行う制御について、図４の噴射パターン選択フローを参照しながら説明する。
【００５９】
この噴射パターン選択フローは、エンジンのキーがＯＮの状態、即ち、エンジンが運転されている状態の時に、所定の間隔で繰り返し呼び出され、噴射パターンを選定してリターンするものであり、エンジンのキーがＯＦＦされた場合には、このフローの呼び出しも行われ無くなる。
【００６０】
この噴射パターン選択フローが呼び出されてスタートすると、ステップＳ１１のデータ入力で、エンジンの運転条件を示す各センサからの検出値（エンジン回転数（Ｎｅ），アクセル開度（Ａｃ），冷却水温（Ｔｗ），排気温度（Ｔｇ）等）と触媒温度（Ｔｃ）を入力する。
【００６１】
次に、ステップＳ１２で、エンジン回転数Ｎｅ，冷却水温Ｔｗ，アクセル開度Ａｃ，排気温度Ｔｇ等が噴射パターンを変更できる状態にあるか否かを判定し、可能で無ければ、ステップＳ１９に行き、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１２で、噴射パターンの変更が可能であれば、ステップＳ１３に行き、触媒温度Ｔｃをチェックする。
【００６２】
ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃが２００℃より低い場合は、ステップＳ１６で、低温でのＮＯｘ浄化率を向上させるために、第１の噴射パターンＡを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃが２００℃以上の場合は、ステップＳ１４に行く。
【００６３】
ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが３００℃より低い場合は、ステップＳ１７で、この２００℃〜３００℃の温度域における触媒４のＮＯｘ浄化率を向上させるため、第２の噴射パターンＢを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが３００℃以上の場合はステップＳ１５に行く。
【００６４】
ステップＳ１５で、触媒温度Ｔｃが５００℃より低い場合は、ステップＳ１８で、この３００℃〜５００℃の温度域における触媒４のＮＯｘ浄化率を向上させるため、第３の噴射パターンＣを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１５で、触媒温度Ｔｃが５００℃以上の場合は、ステップＳ１９に行き、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御した後リターンする。
【００６５】
なお、これらの通常又は各噴射パターンＡ〜Ｃの燃焼燃料噴射制御では、それぞれに対応した電子制御用の各マップデータを参照して、噴射パターン制御、噴射時期制御、ＥＧＲ制御、ＶＴＮターボ制御等を行う。
【００６６】
以上の図４に示すような噴射パターン選択フローに従う制御により、排気ガス浄化用の燃料噴射制御を行ってよいエンジンの運転状態であるか否かを判断し、よい場合には、触媒温度Ｔｃが２００℃より低い場合には、第１の噴射パターンＡを、触媒温度Ｔｃが２００℃以上で、３００℃より低い場合には、第２の噴射パターンＢを、触媒温度Ｔｃが３００℃以上で、５００℃より低い場合には、第３の噴射パターンＣを、それぞれ選択して燃料噴射制御することができる。
【００６７】
また、その他の場合、即ち、噴射パターンを変更できないエンジンの運転状態であると判断した場合と、触媒温度Ｔｃが５００℃以上の場合は、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御することができる。
【００６８】
従って、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒４に対して、燃料の噴射パターンを変更しながら、それぞれの触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化に最適なＣＯ濃度，ＨＣ濃度の排気ガスをこの触媒４に供給できるので、触媒及び排気ガスの低温域から高温域までの広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。
【００６９】
〔効果〕
以上の構成の排気ガス浄化装置及び浄化方法によれば、次のような効果を得ることができる。
【００７０】
酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ触媒４を使用した場合においても、排気ガス温度に関して低温から高温までの広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化率を得られる。
【００７１】
また、酸化力の強い触媒４を使用しているので、ＴＨＣ，ＣＯ更にＰＭ（微粒子状物質：パティキュレート）も酸化でき、高い浄化性能で排気ガスの浄化が行える。
【００７２】
その上、酸化力の強い触媒４は、硫黄酸化物（ＳＯ２）による被毒にも強い触媒が多いので、燃料中の硫黄濃度によって触媒性能が影響されない。又、ＮＯｘ浄化性能が高いのでエンジン本体の燃費、出力を最大限向上できる。
【００７３】
図８に本発明に係る燃料噴射制御を行った場合における、実機エンジンの排気ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す。この図８で分かるように、低温域から高温域まで広い温度域で高いＮＯｘ浄化性能が得られている。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明したように、排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、次のような効果を奏することができる。
【００７５】
酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）を使用して、エンジンの燃料噴射の噴射パターンを触媒温度により変更することにより、排気ガス中のトータル炭化水素（ＴＨＣ）濃度や一酸化炭素（ＣＯ）濃度をその温度によるＮＯｘ浄化の触媒作用による化学反応を促進させる濃度にすることができる。
【００７６】
そのため、各温度域におけるＮＯｘ浄化率を向上することができ、低温域から高温域までの幅広い温度域で、高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００７７】
また、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を用いることにより、トータル炭化水素（ＴＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）、更には、微粒子状物質（ＰＭ）も酸化することができるので、排気ガスの浄化を効率よくまた幅広く行うことができる。
【００７８】
その上、酸化力の強いアクティブ型の触媒は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による硫黄被毒にも強い触媒が多いので、触媒性能への燃料中の硫黄濃度の影響を少なくすることができる。
【００７９】
更に、ＮＯｘ浄化性能を高くすることができるので、エンジン本体の燃費、出力を最大限向上することができる。
【００８０】
従って、このＮＯｘ低減触媒のＮＯｘ浄化性能を幅広い温度域で向上させることができるので、エンジンの全運転状態において、効率よくＮＯｘを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置のレイアウトを示す図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射制御システムの構成を示す図である。
【図３】本発明に係る噴射パターンを模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射制御のフローを示す図である。
【図５】ＣＯ濃度が極微量のガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図６】ＣＯ濃度が高いガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図７】ＣＯ濃度とＨＣ濃度が高いガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図８】本発明に係る燃料噴射制御を行った場合における、実機エンジンの排気ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図９】通常のディーゼルエンジンのガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【符号の説明】
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気管
４ ＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）
４ｓ 触媒温度センサ
５ 触媒装置
１０ エンジン
１１ 燃料噴射システム（電子制御付噴射システム）
１２ 噴射制御装置（噴射制御用電子制御コントローラ）
１２ａ 噴射パターン選択制御手段
Ａ 第１の噴射パターン
Ｂ 第２の噴射パターン
Ｃ 第３の噴射パターン
Ｆｍ 主噴射
Ｆｐ パイロット噴射
Ｆａ１ 近接後噴射
Ｆａ２ 後噴射
Ｔｃ 触媒温度
δ 噴射間隔
Claims (2)
- エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクテ ィブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、
エンジンの燃料噴射システムの噴射制御装置に、前記触媒温度センサで検出された触媒温度によってエンジンの燃料噴射の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段を設けると共に、該噴射パターン選択制御手段が、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化システムにおいて、
前記噴射パターン選択制御手段が、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、
前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化方法において、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御することを特徴とする排気ガス浄化方法。
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