特許 5698446 ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5698446

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20150319BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20150319BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 BZAB

   B01D53/36 101A

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2009-188477(P2009-188477)

(22)【出願日】2009年8月17日

(65)【公開番号】特開2011-38486(P2011-38486A)

(43)【公開日】2011年2月24日

【審査請求日】2012年6月21日

【審判番号】不服2014-6488(P2014-6488/J1)

【審判請求日】2014年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085372

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 正義

(72)【発明者】

【氏名】平林 浩

【合議体】

【審判長】 林 茂樹

【審判官】 加藤 友也

【審判官】 藤原 直欣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１９５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１１９４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４１０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２０５３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１８５３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−３１０７４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F01N3/00-3/24

B01D53/94

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ過給機(17)付ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられたパティキュレートフィルタ(23)と、前記フィルタ(23)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられた第１酸化触媒(31)と、前記第１酸化触媒(31)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられた第１選択還元型触媒(41)と、前記第１選択還元型触媒(41)より排ガス上流側の排気管(16)に挿入された噴射ノズル(26a)を有しこの噴射ノズル(26a)から前記第１選択還元型触媒(41)に向って炭化水素系液体(26d)を噴射する炭化水素系液体添加手段(26)と、前記エンジン(11)の運転状況を検出する運転状況検出手段(28)と、前記運転状況検出手段(28)の検出出力に基づいて前記炭化水素系液体添加手段(26)を制御するコントローラ(29)とを備えたディーゼル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(23)より排ガス下流側の排気管(16)に第２選択還元型触媒(42)が設けられ、
前記噴射ノズル(26a)より排ガス上流側の排気管(16)に第２酸化触媒(62)が設けられ、
前記運転状況検出手段(28)が、前記エンジン(11)の回転速度を検出する回転センサ(28a)と、前記エンジン(11)の負荷を検出する負荷センサ(28b)と、前記第１選択還元型触媒(41)の入口に設けられ排気管(16)内の排ガス温度を検出する温度センサ(27)とを有し、
前記排気管(14)と吸気管(13)とがＥＧＲパイプ(19)により前記エンジン(11)をバイパスして連通接続され、
前記ＥＧＲパイプ(19)にこのＥＧＲパイプ(19)から前記吸気管(13)に還流される排ガスの流量を調整するＥＧＲ弁(21)が設けられ、
前記エンジン(11)の負荷が急激に増大して前記排ガスの圧力が急激に増大し、前記噴射ノズル(26a)から噴射された前記炭化水素系液体(26d)が炭化水素の微粒子となって、前記第１選択還元型触媒(41)、前記第１酸化触媒(31)及び前記フィルタ(23)を通過したときに、前記炭化水素の微粒子が前記第２選択還元型触媒(42)で捕捉されるように構成され、
排ガス温度が１５０〜３００℃と低温領域から中高温領域になって、前記第１選択還元型触媒(41)の入口側の排ガス温度が前記第１選択還元型触媒(41)が高活性を示す温度まで上昇していないけれども前記第２選択還元型触媒(42)が高活性を示す温度まで上昇したときに、前記コントローラ(29)は、前記温度センサ(27)、前記回転センサ(28a)及び前記負荷センサ(28b)の各検出出力に基づいて、前記ＥＧＲ弁(21)を制御して前記ＥＧＲパイプ(19)を開くとともに、前記炭化水素系液体添加手段(26)を制御して前記噴射ノズル(26a)から前記炭化水素系液体(26d)を噴射するように構成され、
排ガス温度が２５０〜４００℃と中高温領域から高温領域になって、前記第１選択還元型触媒(41)の入口側の排ガス温度が前記第１選択還元型触媒(41)が高活性を示す温度まで上昇したときに、前記コントローラ(29)は、前記温度センサ(27)、前記回転センサ(28a)及び前記負荷センサ(28b)の各検出出力に基づいて、前記ＥＧＲ弁(21)を制御して前記ＥＧＲパイプ(19)を開いたまま、前記炭化水素系液体添加手段(26)を制御して前記噴射ノズル(26a)からの前記炭化水素系液体(26d)の噴射量を増やすように構成された
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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）を低減して排ガスを浄化する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の排ガス浄化装置として、エンジンの排気管にＮＯｘ触媒が設けられ、このＮＯｘ触媒の入口に設けられた第１噴射ノズルがＮＯｘ触媒に向けて炭化水素系液体を噴射し、この第１噴射ノズルに第１調整弁を介して炭化水素系液体供給手段が上記液体を供給するように構成されたエンジンの排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この排ガス浄化装置では、ＮＯｘ触媒より排ガス下流側の排気管に酸化触媒が設けられ、酸化触媒の入口に設けられた第２噴射ノズルが酸化触媒に向けて炭化水素系液体を噴射し、この第２噴射ノズルに第２調整弁を介して上記炭化水素系液体供給手段が液体を供給するように構成される。また酸化触媒より排ガス下流側の排気管にパティキュレート捕集器が設けられ、この捕集器の内部にパティキュレートフィルタが収容される。更にエンジンの回転速度を検出する回転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサと、ＮＯｘ触媒の入口の排気管内の排ガス温度を検出する温度センサと、パティキュレート捕集器の入口の排気管内の圧力を検出する圧力センサの各検出出力に基づいて、コントローラが第１及び第２調整弁を開閉し液体の第１及び第２噴射ノズルへの供給量を調整するように構成される。

【0003】

このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置では、エンジンが中高負荷で、中高速域の運転状態にあって、排気マニホルドから排出される排ガス温度が２５０〜５００℃の温度範囲で、しかも捕集器の入口圧力のみが所定の圧力より高いときには、コントローラは第１調整弁を開き、第２調整弁は閉じたままにする。これにより第１噴射ノズルから所定量だけ液体がＮＯｘ触媒に噴射され、このＮＯｘ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。温度センサが２５０〜３００℃の温度を検出するときには、排ガスに含まれる未燃の炭化水素とパティキュレートがパティキュレート捕集器のフィルタに捕集される。温度センサが３００〜５００℃の温度を検出すると、ＮＯｘ触媒及び酸化触媒を通過した排ガスはＮＯｘ触媒での還元反応により４００〜６００℃の温度に上昇する。この高温の排ガスがフィルタに流入すると、フィルタに堆積していたパティキュレートが燃焼し、燃焼ガスとなってフィルタを通過する。パティキュレートフィルタに触媒が担持されることにより、低温でパティキュレートの燃焼が進むようになる。また５００℃を越えると特にパティキュレート中の煤が燃焼を開始する。 圧力センサが所定の高い圧力を検出すると、コントローラは第１調整弁を開いた状態で、第２調整弁を５〜１０分間だけ開く。この開放時間は圧力センサの圧力が高いほど長く決められる。第２噴射ノズルから所定量の液体が酸化触媒に噴射される。この噴射量は第１噴射ノズルの噴射量と比べて微量である。第２噴射ノズルからの液体が噴射されると、酸化触媒においてＨＣ濃度が高まり、このＨＣをはじめとして排ガスに含まれるＣＯの酸化作用が促進され、Ｈ₂ＯやＣＯ₂に転化される。同時にこの酸化触媒の反応熱により酸化触媒を通過した排ガスの温度が更に高まり、これによりフィルタに残存していたパティキュレートは完全に燃焼し除去されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−１１９４４４号公報（請求項５、段落［００１９］〜［００２１］）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記従来の特許文献１に示されたエンジンの排ガス浄化装置では、エンジンの過渡運転時であってエンジン負荷が急激に増大したときに、排ガス圧力の急激な増大により第１噴射ノズルから噴射された炭化水素の流速が一気に上昇して、炭化水素がＮＯｘ触媒を通過してしまうおそれがあった。

【0006】

本発明の目的は、エンジン負荷が急激に増大して排ガス圧力の急激な増大により噴射ノズルから噴射された炭化水素の流速が一気に上昇しても、炭化水素を確実に捕捉して炭化水素の大気中への排出を抑制できる、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。本発明の別の目的は、高温の排ガス中に含まれるＮＯｘを更に効率良く捕捉してＮＯｘの大気中への排出を低減できる、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の観点は、図１に示すように、ターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられたパティキュレートフィルタ２３と、このフィルタ２３より排ガス上流側の排気管１６に設けられた第１酸化触媒３１と、第１酸化触媒３１より排ガス上流側の排気管１６に設けられた第１選択還元型触媒４１と、第１選択還元型触媒４１より排ガス上流側の排気管１６に挿入された噴射ノズル２６ａを有しこの噴射ノズル２６ａから第１選択還元型触媒４１に向って炭化水素系液体２６ｄを噴射する炭化水素系液体添加手段２６と、エンジン１１の運転状況を検出する運転状況検出手段２８と、運転状況検出手段２８の検出出力に基づいて炭化水素系液体添加手段２６を制御するコントローラ２９とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置において、パティキュレートフィルタ２３より排ガス下流側の排気管１６に第２選択還元型触媒４２が設けられ、噴射ノズル２６ａより排ガス上流側の排気管１６に第２酸化触媒６２が設けられ、運転状況検出手段２８が、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ２８ａと、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ２８ｂと、第１選択還元型触媒４１の入口に設けられ排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ２７とを有し、排気管１４と吸気管１３とがＥＧＲパイプ１９によりエンジン１１をバイパスして連通接続され、ＥＧＲパイプ１９にこのＥＧＲパイプ１９から吸気管１３に還流される排ガスの流量を調整するＥＧＲ弁２１が設けられ、エンジン１１の負荷が急激に増大して排ガスの圧力が急激に増大し、噴射ノズル２６ａから噴射された炭化水素系液体２６ｄが炭化水素の微粒子となって、第１選択還元型触媒４１、第１酸化触媒３１及びフィルタ２３を通過したときに、炭化水素の微粒子が第２選択還元型触媒４２で捕捉されるように構成され、排ガス温度が１５０〜３００℃と低温領域から中高温領域になって、第１選択還元型触媒４１の入口側の排ガス温度が第１選択還元型触媒４１が高活性を示す温度まで上昇していないけれども第２選択還元型触媒４２が高活性を示す温度まで上昇したときに、コントローラ２９は、温度センサ２７、回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂの各検出出力に基づいて、ＥＧＲ弁２１を制御してＥＧＲパイプ１９を開くとともに、炭化水素系液体添加手段２６を制御して噴射ノズル２６ａから炭化水素系液体２６ｄを噴射するように構成され、排ガス温度が２５０〜４００℃と中高温領域から高温領域になって、第１選択還元型触媒４１の入口側の排ガス温度が第１選択還元型触媒４１が高活性を示す温度まで上昇したときに、コントローラ２９は、温度センサ２７、回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂの各検出出力に基づいて、ＥＧＲ弁２１を制御してＥＧＲパイプ１９を開いたまま、炭化水素系液体添加手段２６を制御して噴射ノズル２６ａからの炭化水素系液体２６ｄの噴射量を増やすように構成されたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、エンジン負荷が急激に増大して排ガス圧力の急激な増大により噴射ノズルから噴射された炭化水素系液体（微粒子化した炭化水素）の流速が一気に上昇し、この微粒子化した炭化水素が第１選択還元型触媒で還元剤として機能せずに、第１選択還元型触媒、第１酸化触媒及びフィルタを通過してしまっても、この微粒子化した炭化水素が第２選択還元型触媒でＮＯｘの還元剤として機能する。即ち、上記微粒子化した炭化水素は第２選択還元型触媒で確実に捕捉される。この結果、微粒子化した炭化水素の大気中への排出を抑制できる。

【0011】

また、本発明の第１の観点の排ガス浄化装置では、エンジンの高負荷運転時に、エンジンから排出された高温の排ガス中のＮＯが第２酸化触媒で酸化されてＮＯ₂が生成され、第１選択還元型触媒に導入されるので、噴射ノズルから噴射された炭化水素系液体と排ガス中のＮＯ₂とが第１選択還元型触媒で高効率で反応し、高温の排ガス中に含まれるＮＯｘを更に効率良くＮ₂に還元することができる。この結果、排ガス中のＮＯｘの大気中への排出を更に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明第１実施形態の排ガス浄化装置を示す構成図である。

【図2】その装置のパティキュレートフィルタの拡大断面構成図である。

【図3】本発明第２実施形態の排ガス浄化装置を示す構成図である。

【図4】実施例１、実施例２及び比較例１の排ガス浄化装置の第１選択還元型触媒の入口温度に対するＮＯｘ低減率の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。（なお、以下の記載の「第１の実施の形態」は「参考の形態」である。）
＜第１の実施の形態＞
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のタービンハウジング１７ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１７ａにはコンプレッサ回転翼１７ｃが回転可能に収容され、タービンハウジング１７ｂにはタービン回転翼１７ｄが回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼１７ｃとタービン回転翼１７ｄとはシャフト１７ｅにより連結され、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回転翼１７ｄ及びシャフト１７ｅを介してコンプレッサ回転翼１７ｃが回転し、このコンプレッサ回転翼１７ｃの回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。また排気マニホルド１４と吸気管１３とはＥＧＲパイプ１９によりエンジン１１をバイパスして連通接続される。即ち、このＥＧＲパイプ１９は排気マニホルド１４から分岐し、インタクーラ１８より吸気下流側の吸気管１３に合流する。またＥＧＲパイプ１９にはこのＥＧＲパイプ１９から吸気管１３に還流される排ガス（ＥＧＲガス）の流量を調整するＥＧＲ弁２１が設けられる。なお、図１の符号２２はＥＧＲパイプ１９を通る排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。

【0014】

排気管１６の途中にはパティキュレートフィルタ２３が設けられ、このフィルタ２３より排ガス上流側の排気管１６には第１酸化触媒３１が設けられる。また第１酸化触媒３１より排ガス上流側の排気管１６には第１選択還元型触媒４１が設けられ、フィルタ２３より排ガス下流側の排気管１６には第２選択還元型触媒４２が設けられる。即ち上記排気管１６の途中にはエンジン側（排ガス上流側）から順に、第１選択還元型触媒４１と、第１酸化触媒３１と、パティキュレートフィルタ２３と、第２選択還元型触媒４２とが設けられる。これらの触媒４１，３１，４２及びフィルタ２３は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２４に収容される。第１選択還元型触媒４１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銅系ゼオライト、コバルト系ゼオライト、銀−アルミナ、イリジウム触媒等がコーティングされたものである。銅系ゼオライトの具体例としては、Ｎａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｕイオンとイオン交換した物質である銅イオン交換ゼオライト（Ｃｕ−ＺＳＭ−５）が挙げられる。コバルト系ゼオライトの具体例としては、Ｎａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｏイオンとイオン交換した物質であるコバルトイオン交換ゼオライト（Ｃｏ−ＺＳＭ−５）が挙げられる。上記第１選択還元型触媒４１は排ガス温度が３００℃以上の高温域で排ガス中のＮＯｘを還元する触媒活性が高くなる特性を有する。

【0015】

また第１酸化触媒３１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、Ｎａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＨイオンとイオン交換した物質である水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）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（Ｈ−ＺＳＭ−５）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。上記第１酸化触媒３１は、排ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化する機能と、噴射ノズル２６ａから噴射された炭化水素を酸化して排ガスの温度を上げることによりフィルタ２３に堆積したパティキュレートを燃焼させる機能とを有する。

【0016】

パティキュレートフィルタ２３は酸化触媒としての機能を有する触媒付ハニカムフィルタであって、図２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２３ａで仕切られた多角形断面を有する。このフィルタ２３はこれらの隔壁２３ａにより多数の互いに平行に形成された貫通孔２３ｂの相隣接する入口部２３ｃと出口部２３ｄを封止部材２３ｅにより交互に封止することにより構成される。また隔壁２３ａには、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属が直接担持されるか、或いはγ−アルミナ粉末を含むスラリーを隔壁２３ａにコーティングした後、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属が担持される。これによりフィルタ２３に煤の酸化力が付与される。このフィルタ２３では、図２の破線矢印で示すように、フィルタ２３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２３ａを通過する際に、この排ガスに含まれる微粒子がろ過されて、出口側から排出されるようになっている。また第２選択還元型触媒４２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Ｐｔ系又はＰｔ−Ｐｄ系の選択還元型触媒がコーティングされたものである。Ｐｔ系の選択還元型触媒の具体例としては、白金−アルミナ、白金−ゼオライト、白金−シリカ−アルミナ等が挙げられ、Ｐｔ−Ｐｄ系の選択還元型触媒の具体例としては、白金−パラジウム−アルミナ、白金−パラジウム−ゼオライト、白金−パラジウム−シリカ−アルミナ等が挙げられる。上記第２選択還元型触媒４２は排ガス温度が１５０〜２５０℃の中高温域で排ガス中のＮＯｘを還元する触媒活性が高くなる特性を有する。

【0017】

一方、第１選択還元型触媒４１の排ガス上流側の排気管１６には、炭化水素系液体添加手段２６の噴射ノズル２６ａが第１選択還元型触媒４１に向けて設けられる。炭化水素系液体添加手段２６は、上記噴射ノズル２６ａと、この噴射ノズル２６ａに一端が接続された液体供給管２６ｂと、この液体供給管２６ｂの他端に接続され炭化水素系液体２６ｄが貯留されたタンク２６ｃとを有する。また液体供給管２６ｂには噴射ノズル２６ａへの炭化水素系液体２６ｄの供給量を調整する流量調整弁２６ｅが設けられ、流量調整弁２６ｅとタンク２６ｃとの間の液体供給管２６ｂにはタンク２６ｃ内の炭化水素系液体２６ｄを噴射ノズル２６ａに供給可能なポンプ２６ｆが設けられる。流量調整弁２６ｅは第１〜第３ポート２６ｇ，２６ｈ，２６ｉを有する三方弁であり、第１ポート２６ｇはポンプ２６ｆの吐出口に接続され、第２ポート２６ｈは噴射ノズル２６ａに接続され、更に第３ポート２６ｉは戻り管２６ｊを介してタンク２６ｃに接続される。また炭化水素系液体２６ｄは軽油である。なお、流量調整弁２６ｅがオンすると第１ポート２６ｇと第２ポート２６ｈが連通し、オフすると第１ポート２６ｇと第３ポート２６ｉが連通するように構成される。

【0018】

噴射ノズル２６ａと第１選択還元型触媒４１との間の排気管１６、即ち第１選択還元型触媒４１の入口には排気管１６内の排ガス温度を検出する温度センサ２７が設けられる。またエンジン１１の回転速度は回転センサ２８ａにより検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ２８ｂにより検出される。回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂにより運転状況検出手段２８が構成される。温度センサ２７、回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂの各検出出力はコントローラ２９の制御入力に接続され、コントローラ２９の制御出力はＥＧＲ弁２１、流量調整弁２６ｅ及びポンプ２６ｆにそれぞれ接続される。コントローラ２９にはメモリ２９ａが設けられる。このメモリ２９ａには、エンジン回転速度、エンジン負荷、第１選択還元型触媒４１入口の排ガス温度等に応じたＥＧＲ弁２１の開度及び流量調整弁２６ｅの開度や、ポンプ２６ｆの作動の有無が予め記憶される。

【0019】

このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の始動直後のように、エンジン１１の低負荷運転時（排ガス温度が１５０℃未満と極めて低い場合）には、第１選択還元型触媒４１の入口側の排ガス温度が低過ぎて第１選択還元型触媒４１によりＮＯｘを殆ど還元できないので、コントローラ２９は、温度センサ２７、回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂの各検出出力に基づいて、ＥＧＲ弁２１を制御しＥＧＲパイプ１９を所定の開度で開き、排ガスを吸気に対して１０〜３０％となるように還流する。これによりエンジン１１の排ガスの一部であるＥＧＲガスがＥＧＲパイプ１９、ＥＧＲクーラ２２、吸気管１３及び吸気マニホルド１２を通ってエンジン１１に還流されるので、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。また排ガス温度が低いため、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２２を通過しても、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２２を流通するエンジン冷却水を殆ど昇温させない。なお、炭化水素系液体添加手段２６のポンプ２６ｆは不作動のままにし、かつ流量調整弁２６ｅにより液体供給管２６ｂを閉じて、噴射ノズル２６ａから炭化水素系液体２６ｄを噴射しない状態に保つ。

【0020】

エンジン１１が低負荷運転から中負荷運転に移行すると、即ち排ガス温度が１５０〜３００℃と低温領域から中高温領域になると、第１選択還元型触媒４１の入口側の排ガス温度が比較的高くなり、第１選択還元型触媒４１でのＮＯｘの還元活性は未だ十分に高くないけれども、第２選択還元型触媒４２でのＮＯｘの還元活性は十分に高くなる。このため、コントローラ２９は、温度センサ２７、回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂの各検出出力に基づいて、ＥＧＲ弁２１を制御してＥＧＲパイプ１９を所定の開度で開き、排ガスを吸気に対して１０〜３０％となるように還流する。同時に炭化水素系液体添加手段２６のポンプ２６ｆを作動させるとともに流量調整弁２６ｅを制御して液体供給管２６ｂを所定の開度で開く。噴射ノズル２６ａから噴射された炭化水素系液体２６ｄは炭化水素の微粒子（以下、ＨＣ微粒子という）となり、排ガスとともに第１選択還元型触媒４１に導入される。このとき排ガス温度は第１選択還元型触媒４１が高活性を示す温度まで上昇していないけれども、第１選択還元型触媒４１にて上記ＨＣ微粒子と排ガス中のＮＯｘとが反応し、ある程度の量のＮＯｘがＮ₂に還元される。第１選択還元型触媒４１を通過した排ガスが第１酸化触媒３１に導入されると、排ガス中のＮＯが第１酸化触媒３１にてＮＯ₂に酸化され、フィルタ２３を通って第２選択還元型触媒４２に導入される。このとき排ガス温度は第２選択還元型触媒４２が高活性を示す温度まで上昇しているため、第２選択還元型触媒４２にて上記ＨＣ微粒子と排ガス中のＮＯ₂とが反応し、大部分のＮＯ₂がＮ₂に還元される。

【0021】

エンジン１１が中負荷運転から高負荷運転に移行すると、即ち排ガス温度が２５０〜４００℃と中高温領域から高温領域になると、第１選択還元型触媒４１の入口側の排ガス温度が更に高くなるので、コントローラ２９は、温度センサ２７、回転センサ２８ａ及び負荷センサ２８ｂの各検出出力に基づいて、ＥＧＲ弁２１を制御してＥＧＲパイプ１９を所定の開度で開き、排ガスを吸気に対して１０〜３０％となるように還流する。同時に炭化水素系液体添加手段２６のポンプ２６ｆを作動させるとともに流量調整弁２６ｅを制御して液体供給管２６ｂを所定の開度で開いてその流量を増やす。噴射ノズル２６ａから噴射された炭化水素系液体２６ｄはＨＣ微粒子となり、排ガスとともに第１選択還元型触媒４１に導入される。このとき排ガス温度は第１選択還元型触媒４１が高活性を示す温度まで上昇しているので、第１選択還元型触媒４１にて上記ＨＣ微粒子と排ガス中のＮＯｘとが反応し、大部分のＮＯｘがＮ₂に還元される。第１選択還元型触媒４１を通過した排ガスが第１酸化触媒３１に導入されると、排ガス中に僅かに残留するＮＯｘのうちＮＯが第１酸化触媒３１にてＮＯ₂に酸化され、フィルタ２３を通って第２選択還元型触媒４２に導入される。このとき排ガス温度は第２選択還元型触媒４２が高活性を示す温度を越えて上昇しておりＮＯｘの還元活性は低いけれども、第２選択還元型触媒４２にて上記ＨＣ微粒子と排ガス中のある程度のＮＯ₂とが反応し、Ｎ₂に還元される。この結果、エンジン１１の中負荷運転域から高負荷運転域にかけて排ガス中のＮＯｘを効率良く低減できる。

【0022】

一方、エンジン１１の負荷が急激に増大して排ガスの圧力が急激に増大すると、排ガスの流速が急激に上昇するため、炭化水素系液体添加手段２６の噴射ノズル２６ａから噴射されたＨＣ微粒子の流速も一気に上昇し、ＨＣ微粒子が第１選択還元型触媒４１で還元剤として機能せずに、第１選択還元型触媒４１、第１酸化触媒３１及びフィルタ２３を通過してしまう場合がある。しかし、第１選択還元型触媒４１、第１酸化触媒３１及びフィルタ２３を通過したＨＣ微粒子は、第２選択還元型触媒４２でＮＯｘの還元剤として機能する。即ち、ＨＣ微粒子は第２選択還元型触媒４２で確実に捕捉されるので、ＨＣ微粒子の大気中への排出を抑制できる。

【0023】

＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態を示す。図２において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、噴射ノズル２６ａより排ガス上流側の排気管１６に第２酸化触媒６２が設けられる。この第２酸化触媒６２は排気管１６より大径のコンバータ６３に収容される。また第２酸化触媒６２は第１酸化触媒３１と同一に構成される。即ち、第２酸化触媒６２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−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。上記第２酸化触媒６２は、排ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化する機能を有する。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

【0024】

このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン１１の高負荷運転時に、エンジン１１から排出された高温の排ガス中のＮＯが第２酸化触媒６２で酸化されてＮＯ₂が生成され、第１選択還元型触媒４１に導入される。これにより噴射ノズル２６ａから噴射された炭化水素系液体２６ｄと排ガス中のＮＯ₂とが第１選択還元型触媒４１で高効率で反応するので、高温の排ガス中に含まれるＮＯｘを更に効率良くＮ₂に還元することができる。この結果、排ガス中のＮＯｘの大気中への排出を更に低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

【実施例】

【0025】

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。（なお、以下の記載の「実施例１」は「参考例」である。）
＜実施例１＞
図１に示すように、７６００ｃｃのターボ過給機付ディーゼルエンジン１１の排気マニホルド１２から吸気管１２にＥＧＲガスを還流するＥＧＲパイプ１９を設け、このＥＧＲパイプ１９にＥＧＲ弁２１を設けた。また排気管１６には、排ガス上流側から順に第１選択還元型触媒４１、第１酸化触媒３１、パティキュレートフィルタ２３及び第２選択還元型触媒４２を設けた。更に第１選択還元型触媒４１より排ガス上流側の排気管１６には炭化水素系液体２６ｄを噴射する噴射ノズル２６ａを設けた。なお、第１選択還元型触媒４１はハニカム担体に銅イオン交換ゼオライトをコーティングしたものであり、第１酸化触媒３１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り、第２選択還元型触媒４２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る。この排ガス浄化装置を実施例１とした。

【0026】

＜実施例２＞
噴射ノズルより排ガス上流側の排気管に第２酸化触媒を設けたこと以外は、実施例１と同一に構成した。この排ガス浄化装置を実施例２とした。なお、第２酸化触媒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る。

【0027】

＜比較例１＞
第２選択還元型触媒を排気管に設けなかったこと以外は、実施例１と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例１とした。

【0028】

＜比較試験１及び評価＞
実施例１、実施例２及び比較例１の排ガス浄化装置によるＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。具体的には、排ガス温度が１５０〜４００℃と中高温領域から高温領域の範囲となるように、エンジンの負荷を周期的に変化させてＮＯｘ低減率をそれぞれ測定した。その結果を図４に示す。

【0029】

図４から明らかなように、１５０〜３００℃の中高温域では、実施例１、実施例２及び比較例１の装置によりＮＯｘ低減率が略同一であったが、３００〜４００℃の高音域では、比較例１の装置ではＮＯｘ低減率が低かったのに対し、実施例１の装置ではＮＯｘ低減率が比較例１より僅かに上昇し、実施例２の装置ではＮＯｘ低減率が大幅に向上した。

【0030】

＜比較試験２及び評価＞
実施例１及び比較例１の排ガス浄化装置において、エンジンの負荷を負荷率１０％から１００％に急激に増大させると同時に、炭化水素系液体添加手段の噴射ノズルから０．７８ｃｃ／秒の炭化水素系液体を噴射させた。このときに大気中に放出されるＨＣの量を測定した。具体的なＨＣの検出方法はＦＩＤ法（水素炎イオン化検出法）を用いた。その結果、比較例１の装置では、３００ｐｐｍと比較的多くのＨＣが検出されたのに対し、実施例１の装置では、ＨＣの検出量は１００ｐｐｍと少なくなった。

【符号の説明】

【0031】

１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
１７ ターボ過給機
２３ パティキュレートフィルタ
２６ 炭化水素系液体添加手段
２６ａ 噴射ノズル
２６ｄ 炭化水素系液体
２８ 運転状況検出手段
２８ａ 回転センサ
２８ｂ 負荷センサ
２９ コントローラ
３１ 第１酸化触媒
４１ 第１選択還元型触媒
４２ 第２選択還元型触媒
６２ 第２酸化触媒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】