JP3633396B2 - ディーゼル機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の排気浄化装置、特に排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）と煤に代表されるパティキュレート（粒子状物質；以下「ＰＭ」という）との両方を除去できるようにした排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用ガソリン機関のように酸化成分と還元成分がほぼ等しく含まれている排気を浄化するためには、触媒として、三元触媒が広く用いられている。これは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属成分およびセリア（Ｃｅ）成分をはじめとする各種成分を担持した活性アルミナを主成分とする触媒であり、排気中の有害成分であるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）を高い効率で浄化できる。
【０００３】
一方、近年、燃費の向上、ＣＯ_２ （二酸化炭素）の排出量の削減といった観点から、理論空燃比より高い空燃比でも運転するいわゆるリーンバーンエンジンが注目されている。この種のエンジンの希薄燃焼時の排気は、理論空燃比近傍で運転される従来のエンジンの排気に比較して、酸素含有率が高く、上記の三元触媒では、ＮＯｘの浄化が不十分となる。そこで、リーンバーンエンジンにおける希薄燃焼時の排気中のＮＯｘを高効率で除去できる新たな触媒が望まれていた。
【０００４】
その一つとして、特許第２６００４９２号公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を使った装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この装置では、ある一定以上の高酸素濃度範囲においては、空燃比のリーン度合を下げることにより酸素濃度を低下させてＮＯｘを放出させる制御を行っても、ＮＯｘの放出量が極端に減少してしまい、ＮＯｘ吸収−放出浄化サイクルが得られなくなるという問題があった。
【０００６】
このため、実際の内燃機関の排気ガスで使用する場合には、有効なＮＯｘの吸収−放出浄化サイクルを得ようとすると、酸素濃度が０％に近い理論空燃比もしくはリッチな空燃比で内燃機関を運転したり、ＨＣや燃料を排気通路内に二次的に供給したりすることが必要となり、そのため内燃機関の燃費が犠牲になってしまう。
【０００７】
さらに、圧縮着火を行うディーゼル機関においては、常に空気過剰な条件の下で燃焼が行われ、理論空燃比もしくはリッチ状態での運転が通常は不可能であるが、ＮＯｘ吸収触媒上で該ＮＯｘ吸収触媒から放出されたＮＯｘを還元浄化するためにも、ＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出すべきときには、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比もしくはリッチ状態でなければならず、例えば、排気通路内へ気体状の還元剤を供給し、この還元剤によって触媒に蓄積されたＮＯｘを還元する、といった複雑な装置が必要となり、ディーゼル機関へ適用する場合には燃費の大きな犠牲を伴う。
【０００８】
そこで、酸素濃度４．５％以上の酸素過剰雰囲気下で、流入する排気中の還元成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元するＮＯｘ浄化触媒を、特願平１０−３１９６８９号にて、先に提案し、ディーゼル機関への適用を容易にした。この先願の触媒を以下、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒という。
【０００９】
この還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、以下に示す方法で作成できたが、基本的には、貴金属とＮＯｘ吸収材をハニカム担体に担持することで、ＮＯｘ吸収放出還元反応を有する触媒を得ることができる。
【００１０】
１％硝酸水溶液９００ｇにべーマイトアルミナ１０ｇを混合撹拌して得られたアルミナゾルと、活作γアルミナ粉末を磁性ボールミルに投入し、粉砕してアルミナスラリーを得た。このスラリー液をコーディエライト質モノリス担体（１Ｌ、４００セル）に付着させ、４００℃で１時間焼成してコート層重量１００ｇ／Ｌの担体を得た。得られた担体材料に、酢酸バリウム水溶液を含浸し、乾燥した後、空気中で４００℃、１時間の焼成を行った。当該材料中のバリウム含有量は、１５．０ｇ／Ｌであった。得られた担体材料に、ジニトロジアミン白金の混合水溶液を含浸し、乾燥した後、空気中で４００℃、１時間の焼成を行い、ＮＯｘ浄化触媒を得た。この触媒中の白金の含有量は、１．１８ｇ／Ｌであった。
【００１１】
また、酢酸バリウム水溶液の代わりに、次のような化合物を用いても還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒を作成できる。
バリウム Ｂａ（ＣＨ_３ ＣＯＯ）_２ ・Ｈ_２ Ｏ
カリウム ＫＣＨ_３ ＣＯＯ・２Ｈ_２ Ｏ
ナトリウム ＮａＮＯ_３
リチウム ＬｉＮＯ_３
セシウム Ｃｓ（ＣＨ_３ ＣＯＯ）
マグネシウム Ｍｇ（ＮＯ_３ ）_２ ・６Ｈ_２ Ｏ
カルシウム Ｃａ（ＮＯ_３ ）_３
ストロンチウム Ｓｒ（ＣＨ_３ ＣＯＯ）
ランタン Ｌａ（ＮＯ_３ ）_３
セリウム Ｃｅ（ＣＨ_３ ＣＯＯ）_３
イットリウム Ｙ（ＮＯ_３ ）_３ ・６Ｈ_２ Ｏ
プラセオジウム Ｐｒ（ＮＯ_３ ）_３
ネオジウム Ｎｄ（ＣＨ_３ ＣＯＯ）_３
サマリウム Ｓｍ（ＮＯ_３ ）_３ ・６Ｈ_２ Ｏ
ジルコニウム ＺｒＯ（ＮＯ_３ ）_２ ・２Ｈ_２ Ｏ
マンガン Ｍｎ（ＮＯ_３ ）_２
鉄 Ｆｅ（ＮＯ_３ ）_３ ・９Ｈ_２ Ｏ
ニッケル Ｎｉ（ＮＯ_３ ）_２ ・６Ｈ_２ Ｏ
コバルト Ｃｏ（ＮＯ_３ ）_２ ・６Ｈ_２ Ｏ
タングステン （ＮＨ_４ ）_１０［Ｗ_１２Ｏ_４２Ｈ_２ ］１０Ｈ_２ Ｏ
モリブデン （ＮＨ_４ ）_６ ［Ｍｏ_７ Ｏ_２４］４Ｈ_２ Ｏ
またさらに、ジニトロジアミン白金水溶液の代わりに、硝酸ロジウム、硝酸パラジウム、硝酸イリジウムを用いても同様に作成できる。
【００１２】
白金（Ｐｔ）およびバリウム（Ｂａ）をアルミナに担持した後、ハニカム担体にコーティングしたＰｔ−Ｂａ吸収触媒に対し、ＮＯの酸化剤である貴金属と吸収材を、種々変更した各触媒は、Ｐｔ−Ｂａ触媒と同様、高いＮＯｘ放出率と吸収ＮＯｘの還元性能を有している。
【００１３】
また、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、タングステンと、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００１４】
この触媒では、ＮＯｘ低減率がさらに向上する。その理由は、定かではないが、ＨＣの濃度を低濃度から高濃度へ制御したとき、副反応であるＨＣと酸素の反応が遅延化され、相対的にＨＣとＮＯｘの反応が推進されたためと考えられる。また、ＨＣと酸素の反応が遅延化される理由としては、ＨＣの濃度を低濃度から高濃度へ制御したとき、ＨＣと酸素が反応するときに発生する反応熱が触媒に吸収され、その結果、触媒は加熱されることになる。該触媒中のタングステンは酸化物と考えられるが、その原子量が大きく、熱容量が大きいため、触媒への熱の吸収が大きく、触媒の加熱は遅延化されるため、ＨＣと酸素の反応が遅延化されたと推定される。
【００１５】
さらに、上記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒は、タングステンとジルコニアが複合化してなる酸化物と、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００１６】
このように、タングステンをジルコニアと複合化させることで、ＮＯｘ低減率がさらに向上する。これは、タングステンをジルコニアと複合化させることでタングステンの分散性が向上し、該触媒中の貴金属との接触性が向上した結果、触媒への熱の吸収効率が改善され、さらにＨＣと酸素の反応が遅延化したためと考えられる。
【００１７】
一方、触媒ではＮＯｘは除去できても、ＰＭ（特に煤、すなわちカーボンが主成分のドライスート）は除去できないので、排気中のＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）を設け、さらにこのＤＰＦの上流に酸化触媒を配置し、この酸化触媒で排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ_２ （二酸化窒素）を生成させ（図３参照）、ＤＰＦに捕集されているＰＭをこの生成させた高酸化力のあるＮＯ_２ によって燃焼させて除去することにより、ＤＰＦを再生するようにしたものがある（特開平１−３１８７１５号公報参照）。このＰＭ除去装置を以下、ＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｒａｐ）という。
【００１８】
ところで、従来のＣＲＴのＰＭ除去の反応原理は、「ＮＯ_２ ＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２ ＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ_２ 、および、２ＮＯ_２ ＋２Ｃ→Ｎ_２ ＋２ＣＯ_２ 」であり、エンジンからのＰＭ発生量に見合ったＮＯ_２ 量が存在すれば、酸化触媒が比較的低温度であってもＤＰＦに捕集されたＰＭが連続的に除去され、ＤＰＦにＰＭが堆積しないため、ＤＰＦを再生させるための特別な加熱装置等を設ける必要がない。この点は、本出願人の研究において確認している。
【００１９】
しかしながら、酸化触媒によるＮＯからＮＯ_２ への転換は触媒温度に依存しており、ＮＯからＮＯ_２ への転換は触媒入口の排気温度で約１５０℃当たりから始まる。また、上記の「ＮＯ_２ ＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２ ＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ_２ 、および、２ＮＯ_２ ＋２Ｃ→Ｎ_２ ＋２ＣＯ_２ 」の反応もやはり温度に依存しているため、実用上はディーゼル機関の排気温度は比較的低い温度であることが多いので、上記２ＮＯ_２ ＋２Ｃ→Ｎ_２ ＋２ＣＯ_２ の反応はほとんど発生せず、大部分の反応はＮＯ_２ ＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２ ＋Ｃ→２ＮＯ十ＣＯ_２ である。このため、従来のＣＲＴではＤＰＦ上の煤を処理するとＮＯが排気と共に大気中に放出してしまうという問題がある。
【００２０】
このため、特開平９−５３４４２号公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを放出する従来のＮＯｘ吸収材（特許第２６００４９２号公報と同様）をＣＲＴの下流に配置した装置が提案されている。
【００２１】
この装置では、従来のＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ吸収能力を回復させる（ＮＯｘ吸収材の再生操作と呼ぶ）ため、排気空燃比を短時間理論空燃比よりリッチ側にする。この従来のＮＯｘ吸収材の再生操作はディーゼル機関の通常の燃料噴射に加えて、定期的に排気行程に燃料噴射を行い、燃料の未燃成分を排気通路に排出することで実現している。つまり排気通路に排出された燃料の未燃成分は酸化触媒で酸化され、排気中の酸素がほとんど消費されてディーゼル機関を理論混合比で運転した場合と同程度まで酸素濃度が減少する。また、排気空燃比がリッチであるため、多くの未燃成分、すなわちＨＣ、ＣＯが酸化されないで従来のＮＯｘ吸収材に流入するようにしている。そして従来のＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、還元成分であるＨＣ、ＣＯによってＮＯｘが還元浄化される。
【００２２】
しかしながら、この装置であっても、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出して還元浄化すべきときには、流入排気の空燃比がリッチ状態でなければ上述した反応が起こらないため、ディーゼル機関へ適用する場合には燃費の大きな犠牲を伴うという本質的な問題が解消できない。
【００２３】
本発明は、上記の問題点を解決し、ＣＲＴ機能（ＰＭを高酸化力のあるＮＯ_２ によって燃焼させて除去する機能）によってＤＰＦに捕集されたＰＭを処理すると共に、常に酸素過剰な状態においてもＮＯｘを効率よく吸収−放出・還元浄化させることができ、燃費の大きな犠牲を伴わないでディーゼル機関へ適用することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１、２に係る発明では、ディーゼル機関の排気通路に配置される排気浄化装置であって、機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを酸化してＮＯ₂ を生成する酸化触媒と、触媒もしくは排気の温度変化により排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還元成分吸着触媒と、排気中のＰＭ（パティキュレート）を捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ₂ と反応させるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）と、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備えていることを共通の特徴とする。
【００２５】
そして特に請求項１に係る発明では、前記酸化触媒および前記還元成分吸着触媒は、排気通路に並列に配置され、これらの下流側に、前記ＤＰＦおよび前記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒が直列に配置されることを特徴とする。
【００２６】
そして特に請求項２に係る発明では、前記酸化触媒に対し、排気を酸化させずに通過させるバイパス通路が並設され、これらの下流側に、前記還元成分吸着触媒が配置され、更に前記ＤＰＦおよび前記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒が直列に配置されることを特徴とする。尚、このバイパス通路は、前記酸化触媒の内部に設けてもよいし、外部に設けてもよい。
【００２７】
請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記バイパス通路に、定められた温度条件でのみ、開弁するバイパス弁を介装したことを特徴とする。
請求項４に係る発明では、請求項２又は請求項３に係る発明において、前記ＤＰＦに還元成分吸着触媒を担持させて、前記還元成分吸着触媒と前記ＤＰＦとを一体化したことを特徴とする。すなわち、還元成分吸着触媒付きＤＰＦを用いることを特徴とする。
【００２８】
請求項５に係る発明では、前記酸化触媒の担体に、還元成分吸着触媒を担持させたことを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着触媒は、他の還元成分吸着触媒（単体で設けた還元成分吸着触媒又はＤＰＦに担持させた還元成分吸着触媒）よりも低い温度で還元成分を脱離するものとしたことを特徴とする。
【００２９】
請求項７に係る発明では、前記還元成分吸着触媒（単体で設けた還元成分吸着触媒又はＤＰＦに担持させた還元成分吸着触媒）の担体に、金属（銅又はパラジウム等）をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を担持させたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２に係る発明によれば、機関排気の一部に対して作用し、ＮＯを酸化してＮＯ₂ を生成する酸化触媒と、排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還元成分吸着触媒と、排気中のＰＭを捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ₂ と反応させるＤＰＦと、排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備えることで、酸化触媒によるＮＯからＮＯ₂ への酸化と、還元成分吸着触媒による還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を発現させ、ＮＯ₂ によるＤＰＦの再生を可能にすると共に、排気空燃比をリッチにすることなく、還元成分（ＨＣ）の濃度変動でＮＯｘ浄化触媒によりＮＯｘの浄化を可能にすることができる。従って、排気空燃比をリッチにする必要がないため、燃費の大きな犠牲を伴わないで、ディーゼル機関へ適用することができる。
【００３１】
そして特に請求項１に係る発明によれば、酸化触媒および還元成分吸着触媒は、排気通路に並列に配置されるので、酸化触媒によるＮＯからＮＯ₂ への酸化と、還元成分吸着触媒による還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を確実に発現させることができる。
【００３２】
そして特に請求項２に係る発明によれば、酸化触媒に対し、排気を酸化させずに通過させるバイパス通路が並設されるので、酸化触媒によるＮＯからＮＯ₂ への酸化と、還元成分吸着触媒による還元成分（ＨＣ）の吸着・脱離との両方を確実に発現させることができる。
【００３３】
請求項３に係る発明によれば、前記バイパス通路に、定められた温度条件でのみ開弁するバイパス弁を介装し、所定温度（ＨＣ脱離温度）以下で排気をバイパスすることで、還元成分（ＨＣ）の濃度変動を強化できる。
【００３４】
請求項４に係る発明によれば、還元成分吸着触媒付きＤＰＦを用いることで、特別に還元成分吸着触媒を配置する必要がなくなり、排気浄化装置全体の搭載スペースが減少して搭載性が向上すると共に、簡素化によるコスト低減を図ることができる。
【００３５】
請求項５に係る発明によれば、酸化触媒の担体にも還元成分吸着触媒を担持させることで、還元成分（ＨＣ）の吸着力を強化できる。
請求項６に係る発明によれば、酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着触媒を、他の還元成分吸着触媒よりも低い温度で還元成分を脱離するものとすることで、還元成分（ＨＣ）の濃度変動を強化できる。
【００３６】
請求項７に係る発明によれば、還元成分吸着触媒の担体に、Ｃｕ又はＰｄ等の金属をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を担持させることで、高温時のＮＯｘ還元浄化性能が向上する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第１の実施形態について図１により説明する。
【００３８】
図１において、１はディーゼル機関（エンジン）の本体、２は排気通路である。
排気通路２に配置されるケーシング２ａ内には、酸化触媒４と、還元成分吸着触媒５とが、１つのケーシング２ａ内で排気流れ方向に平行に分割されて並列配置されている。
【００３９】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、上流側より、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）６と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【００４０】
ここで、酸化触媒４は、機関排気を酸化し、ＮＯを酸化してＮＯ_２ を生成するものである。具体的には、例えばコージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属成分を担持させた活性アルミナをコーティングさせたものであり、排気中の未燃成分であるＨＣ、ＣＯを高い効率で酸化して浄化できると共に、ＮＯ成分を酸化してＮＯ_２ 成分を生成する。
【００４１】
還元成分吸着触媒５は、触媒もしくは排気の温度変化により排気中の還元成分（ＨＣ）を吸着および脱離する作用を有するものである。具体的には、例えばコージェライト製のモノリス担体に、ゼオライト成分を担持したものであり、ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましい。
【００４２】
ＤＰＦ６は、排気中のＰＭ（パティキュレート；特に煤）を捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ_２ と反応させるＰＭの捕集・処理用のフィルタである。具体的には、筒の部分に多数の孔を設けた有底円筒状の芯部材６ａにセラミックファイバー６ｂを幾層にも巻き回したもので、底のある方を下流側にして取り付けている。このとき、排気は図示の矢印のように流れ、排気中のＰＭがセラミックファイバー６ｂに捕集される。ＤＰＦはこのタイプのものに限らず、従来より公知のウォールフローハニカムタイプのものであってもよい。
【００４３】
還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７は、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元するものである。具体的には、酸素濃度４．５％以上の酸素過剰雰囲気下で、流入する排気中の還元成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元する先願（特願平１０−３１９６８９号）の触媒で、基本的には、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ等の貴金属とバリウム、カリウム、ナトリウム等のＮＯｘ吸収材をハニカム担体に担持することで、ＮＯｘの吸収放出還元反応を有する触媒を得ることができる。
【００４４】
さて、ＤＰＦ６の上流側に酸化触媒４を設け、この酸化触媒４で排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２ を生成させ（ＮＯｘ中のＮＯ_２ の比率が増加）、ＤＰＦ６に捕集されているＰＭをこの生成させた高酸化力のあるＮＯ_２ によって燃焼させて除去することにより、ＤＰＦ６を再生するが、ＰＭ除去の反応原理は、「ＮＯ_２ ＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２ ＋Ｃ→２ＮＯ十ＣＯ_２ 、および、２ＮＯ_２ ＋２Ｃ→Ｎ_２ ＋２ＣＯ_２ 」であり、エンジンからのＰＭ発生量に見合ったＮＯ_２ 量が存在すれば、比較的低温度であってもＤＰＦ６に捕集されたＰＭが連続的に除去され、ＤＰＦ６にＰＭが堆積しないため、ＤＰＦ６を再生させるための特別な加熱装置等を設ける必要がない。
【００４５】
しかしながら、酸化触媒４によるＮＯからＮＯ_２ への転換は、図３に示すように、触媒に流入する排気温度、もしくは触媒の温度に依存している。ＮＯからＮＯ_２ への転換は酸化触媒４の入口排気温度で約１５０℃当たりから始まる。また、上記の「ＮＯ_２ ＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ、２ＮＯ_２ ＋Ｃ→２ＮＯ十ＣＯ_２ 、および、２ＮＯ_２ ＋２Ｃ→Ｎ_２ ＋２ＣＯ_２ 」の反応もやはり酸化触媒４の温度に依存しているため、実用上は約２５０〜３００℃以上の温度でないと、ＤＰＦ６に捕集されたＰＭが連続的に除去される状況にはならないことが、本出願人の研究において判明した。
【００４６】
従って、アイドリング運転の比率が高くなる渋滞運転時などの排気低温時には徐々にＤＰＦ６にＰＭが堆積していくため、渋滞運転が継続されたのでは、背圧上昇によってエンジンの動力性能が悪くなる。また、ＰＭの燃焼条件に合致したときに、ＰＭの堆積量が多いと、ＰＭ燃焼による発熱が過大となってＤＰＦ６が焼損する可能性があるため、定期的に約２５０〜３００℃以上の排気温度になる頻度を高める必要がある。
【００４７】
さて、一般的にディーゼルエンジンはＮＯｘの排出量に対してＨＣの排出量が比較的少ない。コモンレール式の燃料噴射装置等の高圧燃料噴射装置を用いているディーゼルエンジンでは、特にこの傾向が顕著であり、エンジンの暖機が完了した状態でのＨＣ排出量は、無負荷条件で約２００ｐｐｍ〜最大負荷条件で約１００ｐｐｍ程度しかない。
【００４８】
上述したように、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７のＮＯｘの浄化効率を高めるためには、還元剤としてのＨＣの濃度変動を必要とする。
つまり、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７は、流入する排気中の還元成分濃度が１００ｐｐｍより低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が２００ｐｐｍより高いときにＮＯｘを放出還元する。
【００４９】
このため、例えばコモンレール式の燃料噴射装置を用いるディーゼルエンジンにあっては、エンジンから排出されるＨＣ濃度を、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入する時点で約半減することができれば、ＮＯｘ吸収性能を発現することができる。
【００５０】
しかし、逆に、吸収したＮＯｘの放出還元性能を発現させるためには、エンジンから排出されるＨＣ濃度に対して、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入する時点で最大１００ｐｐｍ以上の濃度増加が発生できるようにすることが必要である。
【００５１】
ここで、図４は、コージェライト製のモノリス担体に、Ｐｔを担持させた活性アルミナをコーティングさせた酸化触媒、およびコージェライト製のモノリス担体に、βゼオライトを担持した還元成分吸着触媒（ＨＣ吸着触媒）について、２０℃／ｓｅｃの排気温度変化で、無負荷状態から最大負荷まで連続昇温し、最大負荷に達した時点で、逆に無負荷まで連続降温したときの、流入排気のＨＣ濃度に対する夫々の触媒出口でのＨＣ低減率を示している。
【００５２】
これについて説明する。
先ず、Ｐｔ系の酸化触媒は、約２００℃以上にならないと酸化活性が発現しない。また、ＨＣ中の重質成分（以下ＳＯＦと呼ぶ）は約２００℃以上にならないと完全に気化しない。このため１００℃では触媒の酸化活性が発現しないのでＳＯＦが吸着し４０％程度ＨＣ濃度が減少する。この状態から昇温していくとＳＯＦは温度が上昇するのに伴って気化し、吸着率が低下すると共に吸着していたＳＯＦが脱離するため、ＨＣ低減率が低下する。
【００５３】
そして約２５０℃でＨＣの脱離ピークとなり、入口ＨＣよりも１００％程度出口濃度が高くなる。さらに昇温していくと、酸化されて減少するＨＣの量がＨＣの脱離量を上回るため、ＨＣ低減率が増加していく。そして約４００℃以上では脱離するＨＣが無くなるため、酸化触媒本来の酸化活性によって非常に高いＨＣ低減率が得られる。
【００５４】
最大負荷に達した時点で降温していくと、酸化触媒にはＳＯＦが吸着していないので、触媒の高い酸化活性により約３００℃までは高いＨＣ低減率が得られ、さらに降温すると酸化活性が弱くなって徐々にＨＣ低減率が低下し、約２００℃で再びＳＯＦが吸着しはじめるため、昇温時の性能と同程度になる。
【００５５】
次に、βゼオライトを担持した還元成分吸着触媒（ＨＣ吸着触媒）は、ほとんど酸化活性がない。また、ガス状の軽質ＨＣがゼオライトの細孔に捕捉されるため、ＨＣの吸着率が非常に高いという特性を持っている。このため１００℃程度の低温度ではＳＯＦの吸着と軽質ＨＣの捕捉により８０％程度の高いＨＣ低減率が得られる。この状態から昇温していくと、約２００℃以上でＳＯＦが気化し、２５０℃以上ではＨＣの気化率が高くなるため、吸着していたＳＯＦと軽質ＨＣが脱離しはじめ、ＨＣ低減率が低下する。
【００５６】
そして約４００℃でＨＣの脱離ピークとなり、入口ＨＣよりも５００％程度出口濃度が高くなる。さらに昇温していくと約５００℃以上では脱離するＨＣが少なくなるため出口濃度の増加は減少する。
【００５７】
最大負荷に達した時点では脱離するＨＣがなくなるため、入口ＨＣに対して出口ＨＣが若干低減する。これは、重質のＨＣの吸着、あるいは軽質ＨＣの酸化と思われる。
【００５８】
さらに降温していくと、還元成分吸着触媒はＨＣを吸着していないので、約４００℃までは低いＨＣ低減率の状態で移行し、さらに降温するとＨＣの気化率が低下するのに伴って、約３５０℃で再びＨＣがゼオライトの細孔に捕捉されてＨＣ低減率が増加しはじめる。そして約２５０℃で昇温時の性能と同程度になる。
【００５９】
本発明の第１の実施形態では、酸化触媒４と還元成分吸着触媒５とを１つのケーシング２ａ内で排気流れ方向に平行に分割して並列配置している。例えば、図５は酸化触媒４と還元成分吸着触媒５に等量の排気が流入するように構成し、上述したのと同様に、２０℃／ｓｅｃの排気温度変化で、無負荷状態から最大負荷まで連続昇温し、最大負荷に達した時点で、逆に無負荷まで連続降温したときの、エンジン１出口のＨＣ濃度に対するＤＰＦ６入口でのＨＣの低減率を示している。
【００６０】
ここで、酸化触媒４はコージェライト製のモノリス担体にＰｔを担持させた活性アルミナをコーティングさせている。また、還元成分吸着触媒５はコージェライト製のモノリス担体に、βゼオライトを担持させている。
【００６１】
図５に示すように、本発明の第１の実施形態では、酸化触媒４と還元成分吸着触媒５の特性が複合された特性を示す。
すなわち、１００℃程度の低排気温度ではエンジン１の出口ＨＣよりも６０％程度ＨＣが減少し、この状態から昇温していくと、約４００℃でＨＣの脱離ピークとなり、エンジン１の出口ＨＣよりも２００％程度ＤＰＦ６の入口ＨＣが高くなる。最大負荷に達した時点では還元成分吸着触媒５から脱離するＨＣもなく、酸化触媒４の酸化性能の影響で、エンジン１の出口ＨＣに対してＤＰＦ６の入口ＨＣが約６０％程度減少する。
【００６２】
また、同時に酸化触媒４によってＮＯ_２ が生成される（同時にＨＣの吸着脱離、および酸化も発生する）。
さて、実用運転では無負荷から高負荷までの加減速が頻繁に行われるため、排気温度の昇温と降温も頻繁に発生し、酸化触媒４によって生成されたＮＯ_２ によってＤＰＦ６に捕集されたＰＭも除去できるし、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣに濃度変動が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【００６３】
一方、低排気温度、あるいは高排気温度で連続して長時間運転されるような状態、例えば、低排気温度で連続して運転される場合には、還元成分吸着触媒５からＨＣを脱離させるための温度上昇が必要である。
【００６４】
逆に高排気温度で連続して運転される場合には、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７において、吸収したＮＯｘを放出還元浄化させるために、還元剤であるＨＣを強制的に増加させる必要が生じてくる。
【００６５】
これには、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、各気筒の膨張行程もしくは排気行程で少量の燃料を後噴射し、エンジン出口における未燃ＨＣの増加と温度上昇を発生させることが有効である。
【００６６】
ここで、後噴射するタイミングは圧縮上死点からのクランク角度間隔が大きいほど主噴射された燃料の燃焼の影響を受けにくく、したがって後噴射された燃料が未燃ＨＣとなって排出される割合が多くなる。この逆に、後噴射するタイミングが圧縮上死点からのクランク角度間隔が小さくなるほど主噴射された燃料の燃焼の影響を受けやすく、したがって後噴射された燃料のうち燃焼する割合が多くなるため、排気温度は上昇するが、未燃ＨＣとなって排出される割合が少なくなる。
【００６７】
このため、図６および図７に示すように、低排気温度の条件では後噴射によって主に温度上昇を発生させ、高排気温度の条件では主にＨＣの増加を生じさせるように、エンジンの負荷、回転数が増大するほど、主噴射からの遅角間隔を増大するように設定しており、できれば膨張行程で後噴射を実施するのが望ましい。さらに、あまりにも低排気温度で後噴射を実行しても、還元成分吸着触媒５からＨＣが脱離しにくいため、後噴射を実施する排気温度は例えば２００℃以上が望ましい。
【００６８】
また、排気温度はエンジンの状態（負荷、回転数）から定まるので、エンジントルクと回転数をパラメータとして設定し、エンジンの暖機後の定常条件でマッチングしておけばよいわけである。
【００６９】
そこで、触媒の温度を検出するセンサを設けておき、エンジンの負荷と回転数だけでなく、触媒温度に基づいても判定を行う。
次に、後噴射に用いるコモンレール式の燃料噴射装置を図２により概説する（詳細は特開昭９−１１２２５１号公報参照）。
【００７０】
この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介してコモンレール１６に一旦蓄えられた後、コモンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に分配される。
【００７１】
燃料噴射弁１７は、針弁１８、ノズル室１９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２への燃料供給通路２４、この燃料供給通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などからなる。
【００７２】
ここで、バルブボディ内の通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズル室１９に共に高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断する時）には、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にある。
【００７３】
これに対し、三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通する状態）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇して燃料噴射弁１７先端の噴孔より燃料が噴射される。
【００７４】
三方弁２５を再びＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２２にコモンレール（蓄圧室）１６の高圧燃料が導かれて、燃料噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、コモンレール１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００７５】
この燃料噴射装置１０にはさらに、コモンレール圧力を制御するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻すことができる戻し通路１３に圧力制御弁３１を備える。
【００７６】
この圧力制御弁３１は電子制御ユニット４１からのデューティ信号に応じて戻し通路１３の流路面積を変えるためのもので、コモンレール１６への燃料吐出量を調整することによりコモンレール圧力を側御する。コモンレール１６の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同じであれば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００７７】
電子制御ユニット４１には、コモンレール圧力ＰＣＲ１を検出するセンサ３２、酸化触媒４および還元成分吸着触媒５の入口側の排気温度Ｔ１を検出するセンサ３７からの信号が、アクセル開度センサ３３（アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クランク角センサ３４（エンジン回転数Ｎｅとクランク角度を検出）、気筒判別センサ３５（気筒判別信号Ｃｙｌを発生）、水温センサ３６からの信号と共に、入力されている。
【００７８】
電子制御ユニット４１では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（アクセル開度）Ｌに応じて主噴射の目標燃料噴射量とコモンレール１６の目標圧力を演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致するように、圧力制御弁３１を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、主噴射とは別に各気筒の膨張行程で前述した後噴射を行って、温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させる。
【００７９】
電子制御ユニット４１で行われるこの制御を図９〜図１２のフローチャートに基づいて説明する。図９は燃料噴射制御のメインルーチン、図１０、図１１、図１２はメインルーチンの一部の詳細を示すサブルーチンである。
【００８０】
図９のメインルーチンにおいて、ステップ１００では、コモンレール圧力ＰＣＲ１、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、エンジン負荷Ｌ、および排気温度Ｔ１を読み込み、ステップ２００、３００、４００では、コモンレール圧力制御、エンジンの出力制御のための主噴射制御、温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を夫々実行する。
【００８１】
図１０のサブルーチンはコモンレール圧力制御を行うためのものである。
ステップ２０１、２０２では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、コモンレール１６の目標基準圧力ＰＣＲ０と、この目標基準圧力ＰＣＲ０を得るための圧力制御弁３１の基準デューティ比（基準制御信号）Ｄｕｔｙ０とを求める。これらのマップはエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌをパラメータとして電子制御ユニット４１のＲＯＭに予め記憶しているものである。
【００８２】
ステップ２０３では、目標基準圧力ＰＣＲ０と実際のコモンレール圧力ＰＣＲ１との差の絶対値｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜を求め、これを目標基準圧力ＰＣＲ０に対して予め設定された許容圧力差ΔＰＣＲ０と比較する。
【００８３】
｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜が許容範囲内であれば、ステップ２０６に進んで、基準デューティ比Ｄｕｔｙ０を開弁デューティ比Ｄｕｔｙとすることによって同じデューティ比を維持し、ステップ２０７において、このデューティ比Ｄｕｔｙからデューティ信号を作って、圧力制御弁３１を駆動する。
【００８４】
一方、｜ＰＣＲ０−ＰＣＲ１｜が許容範囲内にない場合は、ステップ２０３よりステップ２０４に進んで、ＰＣＲ０−ＰＣＲ１（＝ΔＰ）に対応して予め設定されているＲＯＭのテーブルを検索してデューティ比補正係数ＫＤｕｔｙを求める。例えばΔＰがマイナス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲ１が大きい）の場合は、ＫＤｕｔｙが１よりも小さい値に、この逆にΔＰがプラス（ＰＣＲ０よりもＰＣＲ１が小さい）の場合は、ＫＤｕｔｙが１よりも大きい値になる。具体的には圧力制御弁３１の特性に合わせてデューティ比補正係数ＫＤｕｔｙのテーブルデータを設定する。
【００８５】
そして、ステップ２０５では、基準デューティ比Ｄｕｔｙ０をこの補正係数ＫＤｕｔｙにより補正した値（Ｄｕｔｙ０×ＫＤｕｔｙ）を開弁デューティ比Ｄｕｔｙとした後、ステップ２０７の操作を実行する。
【００８６】
図１１のサブルーチンは主噴射制御を行うためのものである。
ステップ３０１では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、主噴射量Ｑｍａｉｎを求める。
【００８７】
ステップ３０２では、この主噴射量Ｑｍａｉｎとコモンレール圧力ＰＣＲ１から所定のマップを検索して、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄを求める。
ここで、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄはｍｓｅｃで設定され、図８に示したように主噴射量Ｑｍａｉｎが同じならばコモンレール圧力ＰＣＲ１が高いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが短くなり、コモンレール圧力ＰＣＲ１が同じならば主噴射量Ｑｍａｉｎが多いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが長くなる。
【００８８】
ステップ３０３では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌから所定のマップを検索して、主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔを求める。
ステップ３０４では、主噴射量Ｑｍａｉｎが供給されるように主噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１７を、クランク角センサ３４および気筒判別センサ３５の信号に基づいて、開弁駆動する。
【００８９】
図１２のサブルーチンは本実施形態における温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させるための排気後処理制御（後噴射制御）を行うためのものである。
先ずステップ４０１では、酸化触媒４および還元成分吸着触媒５の入口側の排気温度Ｔ１が、後噴射を行って、還元成分吸着触媒５からＨＣを脱離させるのに適した温度、あるいは還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７にＨＣを増加供給するのに適した温度（所定温度ａ）以上、例えば２００℃以上であるか否かを判定する。
【００９０】
２００℃未満であれば、後噴射に適していないため、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
２００℃以上であれば、後噴射の効果が期待できるため、ステップ４０２に進み、２００℃以上での継続運転時間ΔＴｉｍｅを計算する（計算途中で２００℃未満になれば時間は０リセットされる）。そして、ステップ４０３で、２００℃以上での継続運転時間ΔＴｉｍｅが、後噴射を実行すべき時間に到達したか、例えば１０ｓｅｃ経過したか否かを判定する。
【００９１】
後噴射を実行すべき時間に到達していない場合は、ステップ４０７に進み、後噴射を停止する。
後噴射を実行すべき時間に到達した場合は、主噴射制御の場合と同様に、ステップ４０４で、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌに対応して、予めＲＯＭに記憶されているマップから、後噴射条件、すなわち、後噴射量Ｑａｆｔおよびコモンレール圧力ＰＣＲ１に対応する後噴射期間Ａｐｅｒｉｏｄ（図８参照）と、後噴射開始時期Ａｓｔａｒｔとを求め、ステップ４０５で、後噴射を実行する。
【００９２】
そして、ステップ４０６で、所定時間、後噴射が実行されたか否かを判定し、所定時間、後噴射が実行されなければ、ステップ４０４に戻り、所定時間、後噴射が実行された場合は、ステップ４０７で、後噴射を停止する。
【００９３】
ここで、膨張行程での後噴射は燃焼室気筒壁に到達してオイル膜を希釈し長時間の走行では潤滑性を損ねてエンジン摩耗に至る恐れがある。
このため、１回に噴射する後噴射燃料量は、主噴射燃料量に対して最大でも約１０％程度が望ましく、平均的には最大でも燃費換算で２％を上限に噴射回数を設定するのことが望ましい（例えば、最大でも、１回当たり主噴射燃料の１０％を後噴射する場合、１０ｓｅｃ毎に２ｓｅｃ、後噴射を実行する）。
【００９４】
図１３には第２の実施形態を示す。尚、第１の実施形態と同一の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ケーシング２ａ内には、酸化触媒４Ａのみが配置されている。この酸化触媒４Ａには内部バイパス通路４５が設けられており、排気の一部（例えば約半分）を酸化触媒４Ａに流通させることなく（処理しないで）、後方に通過させる。
【００９５】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、上流側より、還元成分吸着触媒５Ａと、ＤＰＦ６と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【００９６】
還元成分吸着触媒５Ａは、第１の実施形態と同様に、コージェライト製のモノリス担体に、ゼオライト成分を担持したものであり、ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましい。第２の実施形態では例えばβゼオライトが担持されている。
【００９７】
このように内部バイパス通路４５が設けられた酸化触媒４Ａと、還元成分吸着触媒５Ａをタンデム構成とすると、排気温度約２５０℃以下で、酸化触媒４ＡのＨＣ吸着性能に還元成分吸着触媒５ＡのＨＣ吸着性能が積算されることになるため、図５に示すように低排気温度でのＨＣ低減率が向上して、昇温時のＨＣ脱離量が増加する。
【００９８】
このため、無負荷から高負荷までの加減速が頻繁に行われる実用運転では、酸化触媒４Ａによって生成されたＮＯ_２ によってＤＰＦ６に捕集されたＰＭも除去できるし、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣの濃度変動がさらに増幅され、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【００９９】
図１４には第３の実施形態を示す。尚、第１、第２の実施形態と同一の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ケーシング２ａ内には、第２の実施形態と同様に、内部バイパス通路４５が設けられた酸化触媒４Ａが配置されている。
【０１００】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、上流側より、還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【０１０１】
ＤＰＦ８は還元成分吸着触媒付きであり、筒の部分に多数の孔を設けた有底円筒状の芯部材８ａに、セラミックファイバー８ｂが幾層にも巻き回されており、このセラミックファイバー８ｂに還元成分吸着触媒としてゼオライト成分（例えばβゼオライト）が担持されている。ＤＰＦはこのタイプのものに限らず、従来より公知のウォールフローハニカムタイプのものにゼオライト成分を担持させてもよい。
【０１０２】
このような構成にすることで、ＤＰＦ８には還元成分の吸着性能が付加されるため、第１および第２の実施形態のように特別に還元成分吸着触媒を配置する必要がない。従って、排気浄化装置全体の搭載スペースが減少して搭載性が向上すると共に、簡素化によるコスト削減が行える。
【０１０３】
図１５には第４の実施形態を示す。尚、第１、第２、第３の実施形態と同一の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ケーシング２ａ内には、酸化触媒４Ｂのみが配置されている。そして、このケーシング２ａ（酸化触媒４Ｂ）をバイパスするバイパス通路２ｃが設けられ、このバイパス通路２ｃには、電子制御ユニット４１により図示しないアクチュエータを介して開閉制御されるバイパス弁９が介装されている。
【０１０４】
ケーシング２ａの下流に配置されるケーシング２ｂ内には、第３の実施形態と同様に、上流側より、還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８と、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７とが、直列配置されている。
【０１０５】
本実施形態において、電子制御ユニット４１で行われる排気後処理制御を図１６のフローチャートに基づいて説明する。基本的には図１２のフローチャートに対して、ステップ５０１、５０２、５０３で示すバイパス弁９の開閉制御を追加している。
【０１０６】
先ずステップ４０１では、酸化触媒４Ｂの入口側の排気温度Ｔ１が、後噴射を行ってＤＰＦ８の還元成分吸着触媒からＨＣを脱離させるのに適した温度、あるいは還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７にＨＣを増加供給するのに適した温度（所定温度ａ）以上、例えば２００℃以上であるか否かを判定する。
【０１０７】
２００℃未満であれば、後噴射に適していないため、ステップ５０２に進んでバイパス弁９を開き、ステップ４０７で後噴射を停止する。
このようにすることで、排気の大部分が酸化触媒４Ｂを通らずに、バイパス通路２ｃを経てＤＰＦ８に流入し、ＰＭが捕集されると共にＨＣが吸着されて低減される。
【０１０８】
２００℃以上であれば、後噴射の効果が期待できるため、ステップ４０２に進み、２００℃以上での継続運転時間ΔＴｉｍｅを計算する。そして、ステップ４０３で、後噴射を実行すべき時間（例えば１０ｓｅｃ）に到達したか否かを判定する。
【０１０９】
後噴射を実行すべき時間に到達していない場合は、ステップ５０３に進んでバイパス介９を閉じ、ステップ４０７で後噴射を停止する。
ここで、２００℃以上でバイパス弁９を閉じると、排気のほぼ全量が酸化触媒４Ｂに流入し、酸化触媒４ＢによってＮＯからＮＯ_２ への酸化が促進され、ＤＰＦ８に捕集されたＰＭのＮＯ_２ による除去が促進される。
【０１１０】
また、一方で２００℃未満からの加速が行われて温度が上昇するような場合には、ＤＰＦ８に吸着したＨＣの脱離が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣに濃度変動が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【０１１１】
ステップ４０３での判定で、後噴射を実行すべき時間（例えば１０ｓｅｃ）に到達した場合は、ステップ４０４で、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌに対応して、予めＲＯＭに記憶されているマップから、後噴射条件、すなわち、後噴射期間と後噴射開始時期とを求め、ステップ４０５で、後噴射を実行し、ステップ５０１に進んで、バイパス弁９を開く。
【０１１２】
すなわち、後噴射によって排気の温度上昇と未燃ＨＣの増加を発生させた上で、排気の大部分を酸化触媒４Ｂを通さずに、バイパス通路２ｃを経てＤＰＦ８に流入させる。
【０１１３】
このとき、ＰＭはＤＰＦ８に捕集されるが（排気温度が約５００℃以上であれば燃焼する）、未燃ＨＣはＤＰＦ８を通り抜けるため、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣに濃度変動が発生し、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【０１１４】
そして、ステップ４０６で、所定時間、後噴射が実行されたか否かを判定し、所定時間、後噴射が実行されなければ、ステップ４０４に戻り、所定時間、後噴射が実行された場合は、ステップ５０３でバイパス弁９を閉じて、ステップ４０７で後噴射を停止する。
【０１１５】
第１の実施形態から第４の実施形態では、還元成分吸着触媒５，５Ａ、又は還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８にＨＣの吸着機能を持たせたが、酸化触媒４，４Ａ，４ＢにもＨＣの吸着性能を持たせてもよい。
【０１１６】
すなわち、酸化触媒は例えばコージェライト製のモノリス担体にＰｔ、Ｐｄ等の貴金属成分を担持させた活性アルミナをコーティングさせたものであるが、還元成分吸着触媒としてのゼオライト成分を混ぜて、あるいは層別にコーティングすることで作成できる。
【０１１７】
これにより、低排温時のＨＣ吸着性能がさらに向上するため、低排気温度でのＨＣの低減率が向上して昇温時のＨＣ脱離量が増加し、無負荷から高負荷までの加減速が城繁に行われる実用運転では、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７に流入するＨＣの濃度変動がさらに増幅され、還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒７におけるＮＯｘの吸収と放出還元が効率良く行われる。
【０１１８】
ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型等の中から、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましいが、還元成分吸着触媒５，５Ａ、又は還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８に用いるゼオライト（例えばβ）に対して、ＨＣの吸着力が弱いゼオライト（脱離温度が比較的低い、例えばＺＳＭ−５）を担持し、酸化触媒の酸化活性が強くなる温度ではＨＣを脱離させるようにして、触媒で酸化燃焼させないようにするのが望ましい（ＨＣ濃度変動が強くならないため）。
【０１１９】
また、第１の実施形態から第４の実施形態では、還元成分吸着触媒５，５Ａ、又は還元成分吸着触媒付きＤＰＦ８には、ＨＣの吸着性能のみを持たせたが、Ｃｕ又はＰｄ等の金属をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を一緒に担持してもかまわない。これによって高温時のＮＯｘ還元浄化性能が向上する。
【０１２０】
以上説明したように、本発明に係る排気浄化装置によれば、ディーゼル機関のように排気が常に酸素過剰な状態において、ＮＯｘを効率よく吸収−放出・還元浄化させることが可能となる。また、ＣＲＴ機能（ＰＭを高酸化力のあるＮＯ_２ によって燃焼させて除去する機能）によってＤＰＦに捕集されたＰＭを処理することを両立できる。従って、例えば、コモンレール等の燃料噴射装置を用いて後噴射する場合でも、排気空燃比をリッチにする必要がないため、燃費の大きな犠牲を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のディーゼル機関および排気浄化装置の構成図
【図２】コモンレール式燃料噴射装置の構成図
【図３】酸化触媒のＮＯ→ＮＯ_２ 転換の特性図
【図４】ＨＣ吸着・脱離の特性図
【図５】ＨＣ低減率の特性図
【図６】後噴射時期の設定の特性図
【図７】後噴射時期の設定の特性図
【図８】主噴射および後噴射の燃料噴射期間の特性図
【図９】燃料噴射制御のメインルーチンのフローチャート
【図１０】コモンレール圧力制御のサブルーチンのフローチャート
【図１１】主噴射制御のサブルーチンのフローチャート
【図１２】排気後処理制御のサブルーチンのフローチャート
【図１３】第２の実施形態の排気浄化装置の構成図
【図１４】第３の実施形態の排気浄化装置の構成図
【図１５】第４の実施形態の排気浄化装置の構成図
【図１６】第４の実施形態の排気後処理制御のサブルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
２ 排気通路
２ａ ケーシング
２ｂ ケーシング
２ｃ バイパス通路
４，４Ａ，４Ｂ 酸化触媒
５，５Ａ 還元成分吸着触媒
６ ＤＰＦ
７ 還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒
８ 還元成分吸着触媒付きＤＰＦ
９ バイパス弁
１０ 燃料噴射装置
１６ コモンレール
１７ 燃料噴射弁
４１ 電子制御ユニット
４５ 内部バイパス通路

Claims (7)

1. ディーゼル機関の排気通路に配置される排気浄化装置であって、
   機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを酸化してＮＯ₂ を生成する酸化触媒と、
   触媒もしくは排気の温度変化により排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還元成分吸着触媒と、
   排気中のパティキュレートを捕集し、捕集したパティキュレートを排気中のＮＯ₂ と反応させるディーゼルパティキュレートフィルタと、
   流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備え、
   前記酸化触媒および前記還元成分吸着触媒は、排気通路に並列に配置され、これらの下流側に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタおよび前記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒が直列に配置されることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
2. ディーゼル機関の排気通路に配置される排気浄化装置であって、
   機関排気の一部に対して作用し、少なくともＮＯを酸化してＮＯ₂ を生成する酸化触媒と、
   触媒もしくは排気の温度変化により排気中の還元成分を吸着および脱離する作用を有する還元成分吸着触媒と、
   排気中のパティキュレートを捕集し、捕集したパティキュレートを排気中のＮＯ₂ と反応させるディーゼルパティキュレートフィルタと、
   流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯｘを吸収し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯｘを放出還元する還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒と、を備え、
   前記酸化触媒に対し、排気を酸化させずに通過させるバイパス通路が並設され、これらの下流側に、前記還元成分吸着触媒が配置され、更に前記ディーゼルパティキュレートフィルタおよび前記還元成分濃度変動型ＮＯｘ浄化触媒が直列に配置されることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
3. 前記バイパス通路に、定められた温度条件でのみ、開弁するバイパス弁を介装したことを特徴とする請求項２記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
4. 前記ディーゼルパティキュレートフィルタに還元成分吸着触媒を担持させて、前記還元成分吸着触媒と前記ディーゼルパティキュレートフィルタとを一体化したことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
5. 前記酸化触媒の担体に、還元成分吸着触媒を担持させたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
6. 前記酸化触媒の担体に担持された還元成分吸着触媒は、他の還元成分吸着触媒よりも低い温度で還元成分を脱離するものとしたことを特徴とする請求項５記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
7. 前記還元成分吸着触媒の担体に、金属をイオン交換したゼオライト系の選択還元触媒を担持させたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。

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