JP5517781B2

JP5517781B2 - 排ガス浄化装置

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Publication number: JP5517781B2
Application number: JP2010147412A
Authority: JP
Inventors: 圭一林崎; 満細谷; 浩平林
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP2012012944A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を浄化して、そのＮＯｘの排出を低減する装置に関するものである。

従来、この種の排ガス浄化装置として、エンジンからの排ガスが流通する排気管の途中にＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられ、このＮＯｘ吸蔵還元触媒より排ガス上流側の排気管に酸化触媒が設けられ、排ガス中に燃料を添加する燃料添加手段が酸化触媒より排ガス上流側の排気管に挿入され、更に酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒との間の排ガス中に還元剤添加手段が還元剤を添加するように構成された排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

このように構成された排気浄化装置では、例えば、車両が渋滞路を走行して排ガス温度が２００℃を下回るようなＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が低い状態で、燃料添加手段により燃料を添加した際に、酸化触媒で燃料が燃焼して排ガスが昇温し、同時に還元剤添加手段により還元剤をＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側に添加し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対する還元用の燃料及び還元剤の流入量を最適量にする。この結果、燃料添加手段により添加した燃料が酸化触媒により燃焼し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対する燃料の流入量が低下しても、還元剤添加手段により還元剤を直接ＮＯｘ吸蔵還元触媒に添加するので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生効率を向上させるとともに、燃料添加手段からの過剰な燃料の添加を抑制し、燃費の悪化を防止できる。なお、燃料添加手段による燃料添加量は、排ガスの温度、ディーゼルエンジンの負荷や回転数に応じて制御装置により所定の関数処理やマップ処理で算出される。また還元剤添加手段による還元剤の添加量は、上記燃料の添加量、排ガスの温度、ディーゼルエンジンの負荷や回転数に応じて制御装置により所定の関数処理やマップ処理で算出される。

特開２００８−２５４３８号公報（請求項１、段落［００３３］〜［００３５］）

しかし、上記従来の特許文献１に示された排気浄化装置では、排ガス流量を検出していないため、燃料添加手段及び還元剤添加手段による燃料及び還元剤の添加タイミング及び添加量を最適に制御することが難しい。このため、排気管内が不完全な還元雰囲気となって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸蔵していたＮＯｘが放出されてしまい、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能が低下するおそれがあった。また、上記従来の特許文献１に示された排気浄化装置では、排ガス流量の多いエンジンの高回転かつ高負荷運転時に、燃料添加手段及び還元剤添加手段により燃料及び還元剤が添加されないため、排ガス中の酸素が多くなって空燃比がリーンとなる排ガス雰囲気となる。即ち、排ガス中の燃料が十分に多くならず、空燃比が十分にリッチとなる排ガス雰囲気が得られないため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能が低下してしまう問題点もあった。なお、排気管内が不完全な還元雰囲気になると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸蔵していたＮＯｘが放出されるのは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入した燃料や還元剤が、この触媒に捕集されていたＮＯｘのＮ₂，ＣＯ₂等への反応を起こさずにＮＯｘをそのまま触媒から引き剥がしてしまうためである。

本発明の目的は、精度良く検出された排ガス流量に基づいて第１及び第２液体噴射ノズルからの炭化水素系液体の噴射タイミング及び噴射流量を最適に制御することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を向上できる、排ガス浄化装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、排ガス流量の多いエンジンの高回転かつ高負荷運転時に、排ガス中の炭化水素系液体（燃料）を十分に多くして、空燃比が十分にリッチとなる排ガス雰囲気を得ることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を向上できる、排ガス浄化装置を提供することにある。

本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気管１６に設けられＮＯｘ吸収剤及び活性金属が担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられた酸化触媒２３と、酸化触媒２３より排ガス上流側の排気管１６に挿入され酸化触媒２３に向けて炭化水素系液体２８を噴射可能な第１液体噴射ノズル２１と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と酸化触媒２３との間の排気管１６に挿入されＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に向けて炭化水素系液体２８を噴射可能な第２液体噴射ノズル２２と、第１液体噴射ノズル２１に第１液体調整弁３１を介して液体２８を供給しかつ第２液体噴射ノズル２２に第２液体調整弁３２を介して液体２８を供給する炭化水素系液体供給手段３０と、排気管１６を流れる排ガス温度を検出する温度センサ６１，６２と、温度センサ６１，６２の検出出力に基づいて第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御するコントローラ３８とを備えた排ガス浄化装置において、排ガス中の排ガス流量を検出する排ガス流量検出手段４４を更に備え、コントローラ３８が温度センサ６１，６２及び排ガス流量検出手段４４の各検出出力に基づいて第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御するように構成され、温度センサ６１，６２の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段４４の検出する排ガス流量が第１所定流量より少ないときに、コントローラ３８が第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御して、第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２の双方から液体２８を噴射し、ＮＯｘの放出を抑制する制御を行い、温度センサ６１，６２の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段４４の検出する排ガス流量が第１所定流量より多く第２所定流量以下であるときに、コントローラ３８が第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御して、第１液体噴射ノズル２１のみから液体２８を噴射し第２液体噴射ノズル２２から液体２８を噴射せずに、ＮＯｘの還元を優先する制御を行い、温度センサ６１，６２の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段４４の検出する排ガス流量が第２所定流量より多いときに、コントローラ３８が第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御して、第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２の双方から液体２８を噴射し、ＮＯｘの還元を優先する制御を行うように構成されたことを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気量が４〜５リットルであるとき、所定温度が１８０℃であり、第１所定流量が３０ｇ／秒であり、第２所定流量が８０ｇ／秒であることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、排ガス流量検出手段４４が、エンジン１１の吸気管１３に流入する空気流量を検出する空気流量センサ３７を有し、コントローラ３８が空気流量センサ３７の検出出力に基づいて排ガス流量を算出するように構成されたことを特徴とする。

本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、コントローラが温度センサ及び排ガス流量検出手段の各検出出力に基づいて第１及び第２液体調整弁を制御するので、排ガス流量検出手段により精度良く検出された排ガス流量に基づいて第１及び第２液体噴射ノズルから最適なタイミングで最適な流量の炭化水素系液体が噴射される。この結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を向上できる。

また温度センサの検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段の検出する排ガス流量が第１所定流量より少ないときに、第１及び第２液体噴射ノズルの双方から液体を噴射して、ＮＯｘの放出を抑制する制御を行うので、排ガス流量が少ない低回転かつ低負荷運転時であっても、第２液体噴射ノズルから噴射した炭化水素系液体が、第１液体噴射ノズルから噴射した炭化水素系液体を補うことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する直前の排ガス中に炭化水素系液体が均一に分散する。この結果、炭化水素系液体のＮＯｘ吸蔵還元触媒上での分布が均一になるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を向上できる。

また温度センサの検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段の検出する排ガス流量が第１所定流量より多く第２所定流量以下であるときに、第１液体噴射ノズルのみから液体を噴射し第２液体噴射ノズルから液体を噴射せずに、ＮＯｘの還元を優先する制御を行うので、排ガス流量が適量である中回転かつ中負荷運転時に、第１液体噴射ノズルから噴射した炭化水素系液体の一部が酸化触媒で燃焼しても、酸化触媒から排出された残りの炭化水素系液体の量が比較的多く、しかもこの炭化水素系液体がＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する直前の排ガス中に均一に分散する。この結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する炭化水素系液体が過多とならずにＮＯｘ吸蔵還元触媒上で均一に分布するので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を向上できる。

更に温度センサの検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段の検出する排ガス流量が第２所定流量より多いときに、第１及び第２液体噴射ノズルの双方から液体を噴射し、ＮＯｘの還元を優先する制御を行うので、排ガス流量の多いエンジンの高回転かつ高負荷運転時であっても、第２液体噴射ノズルから噴射した炭化水素系液体が、第１液体噴射ノズルから噴射した炭化水素系液体を補うことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する直前の排ガス中の炭化水素系液体を十分に多くして、空燃比が十分にリッチとなる排ガス雰囲気を得ることができる。この結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を向上できる。

本発明実施形態の排ガス浄化装置を示す構成図である。その排ガス浄化装置を用いて第１及び第２液体噴射ノズルを制御することによりＮＯｘの放出抑制やＮＯｘの還元優先を行うフローチャートである。実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を用いて所定のモードで排ガスを浄化したときのＮＯｘ低減率を示す図である。比較例１の排ガス浄化装置を用いて第１液体噴射ノズルを制御することによりＮＯｘ還元を行うフローチャートである。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサホイール（図示せず）を回転可能に収容するコンプレッサハウジング１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービンホイール（図示せず）を回転可能に収容するタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサホイールとタービンホイールとはシャフト（図示せず）により連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービンホイール及びシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、このコンプレッサホイールの回転により吸気管１３内の吸入空気（吸気）が圧縮されるように構成される。図１中の符号１９は吸気管１３の吸気上流端に取付けられたエアクリーナである。

一方、排気管１６の途中には、エンジン側（排ガス上流側）から酸化触媒２３及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４がこの順に設けられる。酸化触媒２３は排気管１６の直径を拡大した筒状の上流側コンバータ２６に収容され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は排気管１６の直径を拡大した筒状の下流側コンバータ２７に収容される。酸化触媒２３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に白金−アルミナ、白金−パラジウム−アルミナ、白金−ゼオライト、白金−パラジウム−ゼオライト、白金−ゼオライト−アルミナ等がコーティングされたものである。白金−ゼオライトは、水素イオン交換ゼオライト粉末を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させて構成される。白金−ゼオライト−アルミナは、上記水素イオン交換ゼオライト粉末及びγ−アルミナ粉末を含むスラリーをコーティングした後、Ｐｔを担持させて構成される。上記酸化触媒２３は、後述する第１液体噴射ノズル２１から噴射された炭化水素系液体２８を燃焼して排ガス温度を上昇させる機能を有する。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中の炭化水素（ＨＣ）濃度が増加したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される白金−バリウム−アルミナ触媒である。このＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は、図示しないが、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属（活性金属）及びＮＯｘ吸収剤が担持されたコート層とを有する。貴金属は白金（Ｐｔ）であり、ＮＯｘ吸収剤はバリウム（Ｂａ）である。上記ＮＯｘ吸収剤はＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の総重量に対して２〜５０重量％、好ましくは５〜２０重量％担持される。またコート層はアルミナである。

一方、酸化触媒２３より排ガス上流側であってターボ過給機１７のタービンハウジング１７ａより排ガス下流側の排気管１６には、炭化水素系液体２８を噴射可能な第１液体噴射ノズル２１が酸化触媒２３に向けて挿入される。またＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と酸化触媒２３との間の排気管１６には、炭化水素系液体２８を噴射可能な第２液体噴射ノズル２２がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に向けて挿入される。第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２は炭化水素系液体供給手段３０に接続される。炭化水素系液体供給手段３０は、炭化水素系液体２８を貯留する液体タンク３３と、液体タンク３３内の液体２８を第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２に供給するポンプ３４と、第１液体噴射ノズル２１に供給される液体２８の流量を調整する第１液体調整弁３１と、第２液体噴射ノズル２２に供給される液体２８の流量を調整する第２液体調整弁３２とを有する。第１液体噴射ノズル２１には第１分岐管４１の一端が接続され、第２液体噴射ノズル２２には第２分岐管４２の一端が接続される。第１及び第２分岐管４１，４２の他端は供給管３６の一端に接続され、供給管３６の他端は上記液体タンク３３に接続される。

上記ポンプ３４は供給管３６に設けられ、第１流量調整弁３１は第１分岐管４１に設けられ、第２流量調整弁３２は第２分岐管４２に設けられる。第１液体調整弁３１は第１〜第３ポート３１ａ〜３１ｃを有する３方２位置切換えの電磁弁であり、第１ポート３１ａは第１分岐管４１を通ってポンプ３４の吐出口に連通接続され、第２ポート３１ｂは第１分岐管４１を通って第１液体噴射ノズル２１に連通接続され、更に第３ポート３１ｃは第１戻り管５１を通って液体タンク３３に連通接続される。また第２液体調整弁３２は第１〜第３ポート３２ａ〜３２ｃを有する３方２位置切換えの電磁弁であり、第１ポート３２ａは第２分岐管４２を通ってポンプ３４の吐出口に連通接続され、第２ポート３２ｂは第２分岐管４２を通って第２液体噴射ノズル２２に連通接続され、更に第３ポート３２ｃは第２戻り管５２を通って液体タンク３３に連通接続される。

上記炭化水素系液体２８は軽油等の燃料である。なお、ポンプ３４が作動している状態で、第１液体調整弁３１がオンすると、第１ポート３１ａと第２ポート３１ｂとが連通接続して、液体２８が第１液体噴射ノズル２１に供給され、第１液体調整弁３１がオフすると、第１ポート３１ａと第３ポート３１ｃとが連通接続して、液体２８が第１戻り管５１を通って液体タンク３３に戻るように構成される。またポンプ３４が作動している状態で、第２液体調整弁３２がオンすると、第１ポート３２ａと第２ポート３２ｂとが連通接続して、液体２８が第２液体噴射ノズル２２に供給され、第２液体調整弁３２がオフすると、第１ポート３２ａと第３ポート３２ｃとが連通接続して、液体２８が第２戻り管５２を通って液体タンク３３に戻るように構成される。

第１液体噴射ノズル２１と酸化触媒２３との間の排気管１６には、酸化触媒２３の入口近傍の排ガス温度を検出する第１温度センサ６１が設けられる。また第２液体噴射ノズル２２とＮＯｘ吸蔵還元触媒２４との間の排気管１６には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の入口近傍の排ガス温度を検出する第２温度センサ６２が設けられる。またエアクリーナ１９とターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａとの間の吸気管１３には空気流量センサ３７が設けられる。この空気流量センサ３７は熱式流量計であり、この熱式流量計に電圧が印加されて所定の温度まで加熱され、吸気管１３内を流通する吸気で熱式流量計の検出素子が冷却されることにより吸気流量に応じた電圧信号を出力するように構成される。更にＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の前後の排気管１６には排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する一対のＮＯｘセンサ（図示せず）が挿入される。第１温度センサ６１、第２温度センサ６２、空気流量センサ３７及び一対のＮＯｘセンサの各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３８の制御入力にそれぞれ接続され、コントローラ３８の制御出力にはポンプ３４、第１液体調整弁３１及び第２液体調整弁３２がそれぞれ接続される。

コントローラ３８にはメモリ４３が設けられる。このメモリ４３には、空気流量センサ３７の検出した電圧信号を空気流量に換算する式と、この空気流量を排ガス流量に換算する式とが記憶される。そしてコントローラ３８が上記電圧信号をこれらの式に代入して演算することにより排ガス流量が算出される。即ち、空気流量センサ３７、コントローラ３８及びメモリ４３により排ガス流量検出手段４４が構成される。またメモリ４３には、排ガス流量、酸化触媒２３入口の排ガス温度、及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２４入口の温度に応じた第１及び第２液体調整弁３１，３２のオン時間及びその時間の間隔や、ポンプ３４の作動時期等がマップとして記憶される。

具体的には、コントローラ３８は、次の３つの制御パターンで第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御するように構成される。第１制御パターンは、温度センサ６１，６２の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段４４の検出する排ガス流量が第１所定流量より少ないときに、第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２の双方から液体２８を噴射して、ＮＯｘの放出を抑制する制御パターンである。第２制御パターンは、温度センサ６１，６２の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段４４の検出する排ガス流量が第１所定流量より多く第２所定流量以下であるときに、第１液体噴射ノズル２１のみから液体２８を噴射し第２液体噴射ノズル２２から液体２８を噴射せずに、ＮＯｘの還元を優先する制御パターンである。第３制御パターンは、温度センサ６１，６２の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、排ガス流量検出手段４４の検出する排ガス流量が第２所定流量より多いときに、第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２の双方から液体２８を噴射し、ＮＯｘの還元を優先する制御パターンである。但し、各制御パターンにおいて、排ガス流量に応じた各噴射ノズル２１，２２からの液体２８の噴射流量がマップとして記憶される。また第３の制御パターンにおける液体２８の総噴射量は第１の制御パターンの液体２８の総噴射量より多く設定される。なお、エンジン１１の排気量が４〜５リットルである場合、メモリ４３には、所定温度として１８０℃が記憶され、第１所定流量として３０ｇ／秒が記憶され、第２所定流量として８０ｇ／秒が記憶されることが好ましい。

このように構成された排ガス浄化装置の動作を図１及び図２に基づいて説明する。エンジン１１の低回転かつ低負荷運転時に、一対のＮＯｘセンサがＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に所定量以上のＮＯｘが吸蔵されたことを検出し、温度センサ６１，６２が１８０℃（所定温度）より高い排ガス温度を検出すると、コントローラ３８は空気流量センサ３７が検出した電圧信号を取込み、メモリ４３に記憶された空気流量への換算式に上記電気信号を代入して空気流量を算出した後、メモリ４３に記憶された空気流量の排ガス流量への換算式に上記空気量を代入して排ガス流量を算出する。そしてこの排ガス流量が３０ｇ／秒（第１所定流量）より少ない流量であると、コントローラ３８は第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御して、第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２の双方から炭化水素系液体２８を噴射し、ＮＯｘの放出を抑制する制御を行う。このときエンジン１１は排ガス流量が少ない低回転かつ低負荷運転を行っているため、第１液体噴射ノズル２１から噴射された炭化水素系液体２８の大部分が酸化触媒２３で燃焼されてしまい、酸化触媒２３から排出された炭化水素系液体２８の量が少なくなるけれども、第２液体噴射ノズル２２から噴射した炭化水素系液体２８が、第１液体噴射ノズル２１から噴射した炭化水素系液体２８を補うので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する直前の排ガス中に炭化水素系液体２８が均一に分散する。この結果、炭化水素系液体２８のＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上での分布が均一になり、しかも炭化水素系液体２８の分散流量も十分であるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に捕集されていたＮＯｘのＮ₂，ＣＯ₂等への反応が速やかに起こって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４から引き剥がされる。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４のＮＯｘ還元性能を向上できる。

またエンジン１１の中回転かつ中負荷運転時に、一対のＮＯｘセンサがＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に所定量以上のＮＯｘが吸蔵されたことを検出し、温度センサ６１，６２が１８０℃（所定温度）より高い排ガス温度を検出すると、コントローラ３８は空気流量センサ３７が検出した電圧信号を取込み、メモリ４３に記憶された空気流量への換算式に上記電気信号を代入して空気流量を算出した後、メモリ４３に記憶された空気流量の排ガス流量への換算式に上記空気量を代入して排ガス流量を算出する。そしてこの排ガス流量が３０ｇ／秒（第１所定流量）より多い流量であって、しかも８０ｇ／秒（第２所定流量）以下の流量であると、コントローラ３８は第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御して、第１液体噴射ノズル２１のみから炭化水素系液体２８を噴射し、第２液体噴射ノズル２２から炭化水素系液体２８を噴射せずに、ＮＯｘの還元を優先する制御を行う。このときエンジン１１は排ガス流量が適量である中回転かつ中負荷運転を行っているため、第１液体噴射ノズル２１から噴射した炭化水素系液体２８の一部が酸化触媒２３で燃焼しても、酸化触媒２３から排出された残りの炭化水素系液体２８の量が比較的多く、しかもこの炭化水素系液体２８がＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する直前の排ガス中に均一に分散する。この結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する炭化水素系液体２８が過多とならずに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４上で均一に分布するので、上記と同様に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４のＮＯｘ還元性能を向上できる。

更にエンジン１１の高回転かつ高負荷運転時に、一対のＮＯｘセンサがＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に所定量以上のＮＯｘが吸蔵されたことを検出し、温度センサ６１，６２が１８０℃（所定温度）より高い排ガス温度を検出すると、コントローラ３８は空気流量センサ３７が検出した電圧信号を取込み、メモリ４３に記憶された空気流量への換算式に上記電気信号を代入して空気流量を算出した後、メモリ４３に記憶された空気流量の排ガス流量への換算式に上記空気量を代入して排ガス流量を算出する。そしてこの排ガス流量が８０ｇ／秒（第２所定流量）より多い流量であると、コントローラ３８は第１及び第２液体調整弁３１，３２を制御して、第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２の双方から炭化水素系液体２８を噴射し、ＮＯｘの還元を優先する制御を行う。このときエンジン１１は排ガス流量が多い高回転かつ高負荷運転を行っているため、第１液体噴射ノズル２１から噴射された炭化水素系液体２８の大部分が酸化触媒２３で燃焼されてしまい、酸化触媒２３から排出された炭化水素系液体２８の量が少なくなるけれども、第２液体噴射ノズル２２から噴射した炭化水素系液体２８が、第１液体噴射ノズル２１から噴射した炭化水素系液体２８を補うので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に流入する直前の排ガス中の炭化水素系液体２８が十分に多くなり、空燃比が十分にリッチとなる排ガス雰囲気となる。この結果、上記と同様に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に吸蔵されていたＮＯｘの放出を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４のＮＯｘ還元性能を向上できる。

なお、この実施の形態では、排気管にパティキュレートフィルタを設けていないが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒より排ガス下流側の排気管にパティキュレートフィルタを設けてもよい。これにより排ガスに含まれるパティキュレートを低減できる。また、この実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の前後の排気管に一対のＮＯｘセンサを設けたが、酸化触媒の前後やＮＯｘ吸蔵還元触媒の前後に、空気濃度センサを設けてもよい。これにより排ガス中の空気濃度を精度良く検出できるので、第１及び第２液体噴射ノズルからの炭化水素系液体の噴射タイミング及び噴射流量を更に最適に制御することができる。この結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘの放出を更に抑制でき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元性能を更に向上できる。更に、この実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンに本発明の排ガス浄化装置を適用してもよい。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、排気量５１２０ｃｃのターボ過給機１７付ディーゼルエンジン１１に排ガス浄化装置を取付けた。この排ガス浄化装置は、エンジン１１の排気管１６に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４より排ガス上流側の排気管１６に設けられた酸化触媒２３と、酸化触媒２３より排ガス上流側の排気管１６に挿入された第１液体噴射ノズル２１と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４と酸化触媒２３との間の排気管１６に挿入された第２液体噴射ノズル２２と、第１液体噴射ノズル２１に第１液体調整弁３１を介して炭化水素系液体２８を供給しかつ第２液体噴射ノズル２２に第２液体調整弁３２を介して炭化水素系液体２８を供給する炭化水素系液体供給手段３０とを備えた。また酸化触媒２３の入口近傍の排気管１６に第１温度センサ６１を挿入し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の入口近傍の排気管１６に第２温度センサ６２を挿入し、ターボ過給機１７のコンプレッサハウジング１７ａより吸気上流側の吸気管１３に空気流量センサ３７を挿入した。更に炭化水素系液体供給手段３０は、炭化水素系液体２８を貯留する液体タンク３３と、液体タンク３３内の液体２８を第１及び第２液体噴射ノズル２１，２２に供給するポンプ３４と、第１液体噴射ノズル２１に供給される液体２８の流量を調整する第１液体調整弁３１と、第２液体噴射ノズル２２に供給される液体２８の流量を調整する第２液体調整弁３２とを有した。上記第１温度センサ６１、第２温度センサ６２及び空気流量センサ３７の各検出出力をコントローラ３８の制御入力にそれぞれ接続し、コントローラ３８の制御出力にポンプ３４、第１液体調整弁３１及び第２液体調整弁３２をそれぞれ接続した。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４は、コート層がアルミナであり、貴金属（活性金属）が白金（Ｐｔ）であり、更にＮＯｘ吸収剤がバリウム（Ｂａ）であった。また、酸化触媒２３はハニカム担体に白金−パラジウム−アルミナをコーティングしたものであった。上記エンジン１１の運転中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４に所定量以上のＮＯｘが吸蔵されたことを一対のＮＯｘセンサが検出したとき、コントローラ３８が図２のフローチャートに示す手順で上記排ガス浄化装置を制御した。

＜比較例１＞
第２液体噴射ノズル、第２液体調整弁、第１温度センサ及び空気流量センサを設けなかったこと以外は、実施例１の排ガス浄化装置と同一に構成した。そして、エンジンの運転中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に所定量以上のＮＯｘが吸蔵されたことを一対のＮＯｘセンサが検出したとき、コントローラが図４のフローチャートに示す手順で上記排ガス浄化装置を制御した。具体的には、温度センサが１８０℃を越える排ガス温度を検出したとき、コントローラが第１液体噴射ノズルを作動させてＮＯｘ還元を行った。

＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を取付けたエンジンをＪＥ０５モード（日本国内排ガス規制モード：最近の都市内走行を平均的走行パターンをもとに、アイドリングや細かな加減速走行を組合せたモード）でそれぞれ運転した。このときのＮＯｘ排出量をそれぞれ測定した後に、ＮＯｘの低減率をそれぞれ算出した。その結果を図３に示す。なお、図３のＮＯｘ低減率（％）は次のように求めた。排ガス浄化装置を取付けていない上記ディーゼルエンジンからのＮＯｘの排出量をＸ（ｇ）とし、実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置を取付けた上記ディーゼルエンジンからのＮＯｘの排出量をＹ（ｇ）とし、ＮＯｘ低減率をＺ（％）とするとき、Ｚ＝［（Ｘ−Ｙ）／Ｘ］×１００という式から求めた。図３から明らかなように、比較例１の排ガス浄化装置を取付けたエンジンでは、ＮＯｘ低減率が４９％と低かったのに対し、実施例１の排ガス浄化装置を取付けたエンジンでは、ＮＯｘ低減率が７０％と高くなった。

１１ディーゼルエンジン
１３吸気管
１６排気管
２１第１液体噴射ノズル
２２第２液体噴射ノズル
２３酸化触媒
２４ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２８炭化水素系液体
３０炭化水素系液体供給手段
３１第１液体調整弁
３２第２液体調整弁
３７空気流量センサ
３８コントローラ
４４排ガス流量検出手段
６１第１温度センサ
６２第２温度センサ

Claims

エンジン(11)の排気管(16)に設けられＮＯｘ吸収剤及び活性金属が担持されたＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられた酸化触媒(23)と、前記酸化触媒(23)より排ガス上流側の排気管(16)に挿入され前記酸化触媒(23)に向けて炭化水素系液体(28)を噴射可能な第１液体噴射ノズル(21)と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)と前記酸化触媒(23)との間の排気管(16)に挿入され前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒(24)に向けて前記炭化水素系液体(28)を噴射可能な第２液体噴射ノズル(22)と、前記第１液体噴射ノズル(21)に第１液体調整弁(31)を介して前記液体(28)を供給しかつ前記第２液体噴射ノズル(22)に第２液体調整弁(32)を介して前記液体(28)を供給する炭化水素系液体供給手段(30)と、前記排気管(16)を流れる排ガス温度を検出する温度センサ(61,62)と、前記温度センサ(61,62)の検出出力に基づいて前記第１及び第２液体調整弁(31,32)を制御するコントローラ(38)とを備えた排ガス浄化装置において、
前記排ガス中の排ガス流量を検出する排ガス流量検出手段(44)を更に備え、
前記コントローラ(38)が前記温度センサ(61,62)及び前記排ガス流量検出手段(44)の各検出出力に基づいて前記第１及び第２液体調整弁(31,32)を制御するように構成され、
前記温度センサ(61,62)の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、前記排ガス流量検出手段(44)の検出する排ガス流量が第１所定流量より少ないときに、前記コントローラ(38)が前記第１及び第２液体調整弁(31,32)を制御して、前記第１及び第２液体噴射ノズル(21,22)の双方から前記液体(28)を噴射し、ＮＯｘの放出を抑制する制御を行い、
前記温度センサ(61,62)の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、前記排ガス流量検出手段(44)の検出する排ガス流量が前記第１所定流量より多く第２所定流量以下であるときに、前記コントローラ(38)が前記第１及び第２液体調整弁(31,32)を制御して、前記第１液体噴射ノズル(21)のみから前記液体(28)を噴射し前記第２液体噴射ノズル(22)から前記液体(28)を噴射せずに、ＮＯｘの還元を優先する制御を行い、
前記温度センサ(61,62)の検出する排ガス温度が所定温度より高い温度であり、前記排ガス流量検出手段(44)の検出する排ガス流量が前記第２所定流量より多いときに、前記コントローラ(38)が前記第１及び第２液体調整弁(31,32)を制御して、前記第１及び第２液体噴射ノズル(21,22)の双方から前記液体(28)を噴射し、ＮＯｘの還元を優先する制御を行うように構成された
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
前記エンジン(11)の排気量が４〜５リットルであるとき、前記所定温度が１８０℃であり、前記第１所定流量が３０ｇ／秒であり、前記第２所定流量が８０ｇ／秒である請求項１記載の排ガス浄化装置。
前記排ガス流量検出手段(44)が、エンジン(11)の吸気管(13)に流入する空気流量を検出する空気流量センサ(37)を有し、前記コントローラ(38)が前記空気流量センサ(37)の検出出力に基づいて前記排ガス流量を算出するように構成された請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。