排気浄化装置
【課題】パティキュレートフィルタを備えた状態でＮＯとＮＯ2の比を制御してＮＯxの低減化を行う排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気管１１途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒１６と、選択還元型触媒１６の入側で排気ガス９中に還元剤として尿素水２１を添加する尿素水添加手段２２と、尿素水添加手段２２の添加より上流に装備されて排気ガス９中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタ２８と、パティキュレートフィルタ２８より上流で排気ガス９中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置２５と、排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比を調整するようプラズマ発生装置２５を温度領域ごとに制御して尿素水添加手段２２に尿素水の添加を行しめる共にパティキュレートフィルタ２８中の煤を酸化し得る制御装置３２とを備える。
【解決手段】エンジン１の排気管１１途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒１６と、選択還元型触媒１６の入側で排気ガス９中に還元剤として尿素水２１を添加する尿素水添加手段２２と、尿素水添加手段２２の添加より上流に装備されて排気ガス９中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタ２８と、パティキュレートフィルタ２８より上流で排気ガス９中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置２５と、排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比を調整するようプラズマ発生装置２５を温度領域ごとに制御して尿素水添加手段２２に尿素水の添加を行しめる共にパティキュレートフィルタ２８中の煤を酸化し得る制御装置３２とを備える。
【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等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えば白金等の貴金属系の酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
又、排気ガス中におけるＮＯx低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００７】
例えば、この種の選択還元型触媒としては、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒が前述した如き性質を有するものとして既に知られているが、これらの選択還元型触媒の活性温度域は一般的に狭く、ディーゼルエンジンの排気温度範囲の一部でしかＮＯxを浄化できていないのが現状であり、選択還元型触媒の活性温度域の拡大、特に低温活性の向上が今後の大きな課題となっている。
【０００８】
そこで、本発明者らは、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置して該酸化触媒により排気ガス中のＮＯを酸化して酸化力の強いＮＯ2を生成し、このような酸化力の強いＮＯ2を選択還元型触媒に導くことにより該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応を促進し、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようにすることを創案するに到った（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【０００９】
尚、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアのような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する還元反応には、
［化１］
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
［化２］
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化３］
２ＮＯ2＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化４］
８ＮＨ3＋６ＮＯ2→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ
があり、上から下へ順に反応速度が遅くなるため、最も反応速度が早い［化１］の還元反応で処理し得るよう、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１に近くに制御して低温でも良好なＮＯxの低減化を図ることが求められる。
【００１１】
一方、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１に近くに制御しても、パティキュレートフィルタを備えて排気ガスを処理する際には、パティキュレートフィルタに溜ったパティキュレートの煤とＮＯ2とが反応してＮＯとＮＯ2の比のバランスが崩れ、ＮＯxの低減を適切に行うことができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタを備えた状態でＮＯとＮＯ2の比を制御してＮＯxの低減化を行う排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段の添加より上流に装備されて排気ガス中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流で排気ガス中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置と、前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整するよう前記プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御して前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行しめる共にパティキュレートフィルタ中の煤を酸化し得る制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１４】
又、本発明において、プラズマ発生装置の制御は、パティキュレートフィルタ中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されることが好ましい。
【００１５】
更に、本発明において、エンジンの回転数を検出する回転センサと、排気温度を検出する温度センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び温度センサ並びにＮＯｘセンサからの検出値に基づきプラズマ発生装置を制御するように構成することが好ましい。
【００１６】
更に又、本発明において、プラズマ発生装置の上流に酸化触媒を装備することが好ましい。
【００１７】
而して、このようにすれば、プラズマ発生装置により排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加手段により尿素水を添加する場合であってもＮＯxの低減化を行うことができる。又、同時にパティキュレートフィルタを備えた状態であっても、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整してＮＯ2によりパティキュレートフィルタの煤を酸化させるので、パティキュレートフィルタの煤の影響を抑制し、ＮＯxの低減化を行うことができる。更に、プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御するので、それぞれの温度領域における温度の影響を考慮してＮＯxの低減化や煤の酸化の処理を行うことができる。
【００１８】
又、プラズマ発生装置の制御は、パティキュレートフィルタ中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されると、パティキュレートフィルタの煤の影響を一層抑制し、ＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００１９】
更に、エンジンの回転数を検出する回転センサと、排気温度を検出する温度センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び温度センサ並びにＮＯｘセンサからの検出値に基づきプラズマ発生装置を制御するように構成すると、ＮＯとＮＯ2の比や温度の影響を考慮して適切に処理し得るので、プラズマ発生装置及び／又は尿素水添加手段を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００２０】
更に又、プラズマ発生装置の上流に酸化触媒を装備すると、酸化触媒でＮＯ2を生成して選択還元型触媒へ流下させるので、ＮＯとＮＯ2の比を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、プラズマ発生装置によりＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加手段により尿素水の添加を行ってもＮＯxの低減化を行うことができる。又、同時にＮＯ2によりパティキュレートフィルタの煤を酸化させるので、パティキュレートフィルタの煤の影響を抑制することができる。更に、プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御するので、それぞれの温度領域における温度の影響を考慮してＮＯxの低減化や煤の酸化の処理を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるディーゼルエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた吸気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００２４】
更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２５】
又、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間をＥＧＲパイプ１２で接続し、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を水冷式のＥＧＲクーラ１３及びＥＧＲバルブ１４を介して吸気管５に再循環するようになっており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。
【００２６】
更に、排気管１１の途中には、ケーシング１５により抱持された選択還元型触媒１６が装備されており、この選択還元型触媒１６は、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。ここで、前記選択還元型触媒１６には、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能であるが、ＳＯ2をサルフェート（硫酸塩）に酸化し易い貴金属触媒を採用するよりも、比較的酸化力の弱い卑金属触媒を採用する方がより好ましい。
【００２７】
又、ケーシング１５より上流側の排気管１１には噴射ノズル１７が設置され、噴射ノズル１７と所要場所に設けた尿素水タンク１８との間が尿素水供給ライン１９により接続されており、該尿素水供給ライン１９の途中に装備した供給ポンプ２０の駆動により尿素水タンク１８内の尿素水２１（還元剤）を噴射ノズル１７を介し選択還元型触媒１６の上流側に添加し得るようになっていて、これら噴射ノズル１７と尿素水タンク１８と尿素水供給ライン１９と供給ポンプ２０とにより尿素水添加装置２２が構成されている。
【００２８】
そして、この尿素水添加装置２２による尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）とケーシング１５との間には、尿素水２１の噴霧を均等に拡散するミキサ２３が設けられており、又、前記ケーシング１５内における選択還元型触媒１６の直後には、リークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒２４が装備されている。
【００２９】
一方、尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）より上流側の排気管１１には、排気ガス９中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置２５が配設されており、プラズマ発生装置２５は、電源２６に接続された複数の電極（図示せず）を対向配置して相互間に放電を行い得る構造を備え、プラズマを発生させることによってＮＯをＮＯ2に酸化するようにしている。ここで、ＮＯ2生成量は、図２に示す如く、プラズマを発生させる電力量の調整により制御可能になっている。
【００３０】
又、プラズマ発生装置２５は、プラズマ発生の電源制御を容易にするために電気的もしくはメカニカルな接点をもつＯＮ−ＯＦＦスイッチで、パルスのような切り替えを行っても良く、この場合には印可電圧を一定にし、スイッチング間隔を制御することにより電気量を調整し、プラズマを発生させることになる。電源２６は、直流電源、高周波電源、パルス電源も適用可能である。更に、ＮＯ2の生成率を上げるために、電極に酸化触媒を付け、電極間に酸化触媒を塗った誘電体（図示せず）を挟むことが好ましい。更に又、プラズマ発生装置２５の電源２６には、指示された電力を供給し得るように内部にコンピュータを内蔵することが好ましい。又、プラズマ発生装置２５の電極は相互間距離がほぼ一様に設定できるものであれば、板型、ロッド型、円筒型等の様々な形状でも良い。
【００３１】
更に、プラズマ発生装置２５と尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）との間の排気管１１には、ケーシング２７に抱持されたパティキュレートフィルタ２８が装備されており、このパティキュレートフィルタ２８は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００３２】
更に又、プラズマ発生装置２５とターボチャージャ２のタービン２ｂとの間の排気管１１には、プラズマ発生装置２５の上流に装備されて選択還元型触媒１６の低温活性を向上させるよう、ケーシング２９により抱持された酸化触媒３０が装備されており、この酸化触媒３０は、白金に酸化アルミニウム（アルミナ）を混合してステンレス製のメタル担体等に担持させた構造となっている。ここで、酸化触媒３０とプラズマ発生装置２５は、図１の如く別々に備えられても良いが、酸化触媒をプラズマ発生装置２５に付設してまとめ、酸化触媒付きプラズマ発生装置にしても良いし、更にパティキュレートフィルタ２８も付設してまとめ、酸化触媒及びパティキュレートフィルタ付きプラズマ発生装置（酸化触媒付きプラズマＤＰＦ）にしても良い。
【００３３】
ここで、前記プラズマ発生装置２５の作動、前記尿素水添加装置２２の作動、排気ガス９を再循環させるＥＧＲバルブ１４の作動、各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置３１の作動は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置３２からの指令信号２６ａ，２２ａ，１４ａ，３１ａを受けて実行されるようになっている。
【００３４】
他方、この制御装置３２においては、前記エンジン１での回転センサ３３からの回転数信号３３ａと、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ３４（負荷センサ）からの負荷信号３４ａと、ケーシング２７と尿素水２１の添加位置の間、及びケーシング１５より下流側の適宜位置で排気ガス９中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ３５，３６からの検出信号３５ａ，３６ａと、ケーシング１５の入側及び出側で排気温度を検出する温度センサ３７，３８からの検出信号３７ａ，３８ａと、吸気マニホールド７の入側で吸気温度を検出する温度センサ３９からの検出信号３９ａと、吸気マニホールド７の入側で過給圧を検出する過給圧センサ４０からの検出信号４０ａと、エアクリーナ３とコンプレッサ２ａとの間で吸入空気量を計測するエアフローメータ４１からの検出信号４１ａとが入力されるようになっている。ここで、制御装置３２においては、更に外部に配置した外気温センサ（図示せず）からの検出信号が入力されるようにしてもよい。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。
【００３６】
排気ガス９中のＮＯxを浄化する際には、初めに、回転センサ３３からの回転数信号３３ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出されると共に、ＮＯxセンサ３５，３６からの検出信号３５ａ，３６ａに基づいてＮＯx濃度が読み出され、更に、温度センサ３７，３８からの検出信号３７ａ，３８ａに基づいて排気ガスの温度が読み出され、図３に示す如きエンジン回転数、ＮＯx濃度、排気温度からなる３Ｄマップ（３次元マップ）により、プラズマ発生装置２５でプラズマを発生させるプラズマ電力が決定される。
【００３７】
ここで、決定されるプラズマ電力は温度領域によって制御装置の制御方法が異なっており、具体的な温度領域における制御方法の一例を示すと、温度領域は、下限温度から１３０℃までの温度領域（図４ではＩの温度領域）、１３０℃から１８０℃までの温度領域（図４ではＩＩの温度領域）、１８０℃から２７０℃までの温度領域（図４ではＩＩＩの温度領域）、２７０℃から４５０℃までの温度領域（図４ではＩＶの温度領域）、４５０℃から６００℃までの温度領域（図４ではＶの温度領域）、６００℃から上限温度までの温度領域（図４ではＶＩの温度領域）に分かれている。
【００３８】
下限温度から１３０℃までの温度領域（図４ではＩの温度領域）は、プラズマ発生装置２５によりプラズマを発生させてもＮＯxの低減に関与しない領域であり、電力を供給しないようにしている。又、１３０℃から１８０℃までの温度領域（図４ではＩＩの温度領域）は、先の温度領域と同様にプラズマ発生装置２５によりプラズマを発生させてもＮＯxの低減に関与しない領域であるが、プラズマの発生の熱で選択還元型触媒１６を活性温度領域にするよう排気ガスの温度を所定温度に維持する電力を供給している。更に、１８０℃から２７０℃までの温度領域（図４ではＩＩＩの温度領域）は、煤を酸化させる必要はないが、尿素水添加装置２２により尿素水２１を添加し、ＮＯxの低減を向上させる必要がある領域であり、ＮＯxの低減のためにプラズマ発生装置２５によりＮＯ2を生成する電力を供給している。更に又、２７０℃から４５０℃までの温度領域（図４ではＩＶの温度領域）は、選択還元型触媒１６の活性が高く、選択還元型触媒１６に対して、ＮＯ2の生成は少くても良いが、煤を酸化させる必要がある領域であり、ＮＯ2により煤を酸化させるためにプラズマ発生装置２５によりＮＯ2を生成する電力を供給している。なお、２７０℃から４５０℃までの温度領域は図４に示すく１８０℃から２７０℃までの温度領域より少ない電力で良い。又、４５０℃から６００℃までの温度領域（図ではＶの温度領域）は、選択還元型触媒１６の活性が更に高く、選択還元型触媒１６に対してＮＯ2の生成は不要であるが、煤を確実に酸化させる必要がある領域であり、ＮＯ2により煤の酸化を促進するためにプラズマ発生装置２５によりＮＯ2を生成する電力を供給している。更に、６００℃から上限温度までの温度領域（図ではＶＩの温度領域）は、煤が自然に酸化する領域であり、ＮＯ2は不要であるため電力を供給しないようにしている。
【００３９】
これらの温度領域において、プラズマ発生装置２５によりＮＯ2が適宜生成されており、具体例を、１８０℃から２７０℃までの温度領域（図ではＩＩＩの温度領域）の場合で説明すると、プラズマ発生装置２５でＮＯ2を生成する際には、回転センサ３３からの回転数信号３３ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出されると共に、アクセルセンサ３４からの負荷信号３４ａに基づいて現在の燃料噴射量が換算され、ＮＯxセンサ３５，３６からの検出信号３５ａ，３６ａ、温度センサ３７，３８からの検出信号３７ａ，３８ａに基づいて、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等を推定する。ここで、回転センサ３３、アクセルセンサ３４、ＮＯxセンサ３５，３６、温度センサ３７，３８等は、随時、データを更新検出することにより、エンジン１の運転状態の変化に伴って温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等に変化があっても対応し得るようになっている。又、ＥＧＲバルブ１４で排気ガス９を再循環させた際には、エンジン１出口でＮＯ2の量も変化するが、同様に、データを更新検出して対応し得るようになっている。
【００４０】
温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等を推定した後には、制御装置３２により、ＮＯxセンサ３５，３６の検出信号（検出値）３５ａ，３６ａを介して、又はエンジン１の回転数とアクセル開度（燃料噴射量）とを入力したマップを介して、どの程度ＮＯ2を生成すれば排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比が約１：１になるのか判断し、プラズマ発生装置２５の電力を調整してプラズマを発生させ、所定量のＮＯをＮＯ2に酸化する。
【００４１】
ここで、プラズマ発生装置２５によるＮＯ2の生成は、
［数１］
ＮＯ2の生成＝ｆ（プラズマのエネルギー、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度）
の関数で処理されており、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度はエンジン１の運転状態により変化するため、プラズマのエネルギーを適宜調整している。
又、プラズマのエネルギーは、
［数２］
プラズマのエネルギー＝ｆ（電力、極板間距離、誘電率（体））
の関数で求まり、極板間距離と誘電率（体）は装置の設定により不可変の数になっている。
更に、電力は、
［数３］
電力＝ｆ（印可電圧、周波数（電流量））
である。つまり、プラズマのエネルギーは、電圧と周波数を変えることによって制御可能である。ここで、電源は、高周波、パルスを用いても良い。
【００４２】
このため、ＮＯ2の生成量は、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度に合わせて、電力、つまり電圧と周波数（電流量）を調整することによって求まる。
【００４３】
プラズマ発生装置２５によりＮＯをＮＯ2に酸化して排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１にした後には、ＮＯxセンサ３５，３６等からの検出信号３５ａ，３６ａに基づいて尿素水２１の添加量を算出すると共に、温度センサ３７，３８等からの検出信号３７ａ，３８ａにより排気温度が選択還元型触媒１６の活性温度領域であることを確認し、制御装置３２からの指令信号２２ａにより尿素水添加装置２２の噴射ノズル１７から尿素水２１を噴射し、ＮＯxを低減する。
【００４４】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、プラズマ発生装置２５により排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加装置２２により尿素水を添加する場合であってもＮＯxの低減化を行うことができる。又、同時にパティキュレートフィルタ２８を備えた状態であっても、温度領域の区分けにより排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整してＮＯ2によりパティキュレートフィルタ２８の煤を酸化させるので、パティキュレートフィルタ２８の煤の影響を抑制し、ＮＯxの低減化を行うことができる。更に、プラズマ発生装置２５を温度領域ごとに制御するので、それぞれの温度領域における温度の影響を考慮してＮＯxの低減化や煤の酸化の処理を行うと共に消費電力を低減することができる。
【００４５】
又、プラズマ発生装置２５の制御は、パティキュレートフィルタ２８中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されると、パティキュレートフィルタ２８の煤の影響を一層抑制し、ＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００４６】
更に、エンジン１の回転数を検出する回転センサ３３と、排気ガスの温度を検出する温度センサ３７，３８と、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３５，３６とを備え、これら回転センサ３３及び温度センサ３７，３８並びにＮＯｘセンサ３５，３６からの検出値に基づきプラズマ発生装置２５を制御するように構成すると、ＮＯとＮＯ2の比や温度の影響を考慮して適切に処理し得るので、プラズマ発生装置２５及び／又は尿素水添加装置２２を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００４７】
更に又、プラズマ発生装置２５の上流に装備される酸化触媒３０を備えると、酸化触媒３０でＮＯ2を生成して選択還元型触媒１６へ流下させるので、ＮＯとＮＯ2の比を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００４８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、プラズマにより煤を酸化させると共にＮＯとＮＯ2の比を制御するならば、制御方法、プラズマの発生方法及びＮＯxの処理手順は特に限定されるものではないこと、プラズマ発生装置及び尿素水添加装置の制御は他のセンサからの指令信号によって制御しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を実施する形態例を示す概略図である。
【図２】電力とＮＯ2生成量の関係を示すグラフである。
【図３】プラズマ電力を求める３Ｄマップを示す概念図である。
【図４】温度領域による制御方法の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１ ディーゼルエンジン（エンジン）
９ 排気ガス
１１ 排気管
１６ 選択還元型触媒
２１ 尿素水（還元剤）
２２ 尿素水添加装置（尿素水添加手段）
２５ プラズマ発生装置
２８ パティキュレートフィルタ
３０ 酸化触媒
３２ 制御装置
３３ 回転センサ
３３ａ 回転数信号（検出値）
３４ アクセルセンサ（負荷センサ）
３４ａ 負荷信号（検出値）
３５ ＮＯxセンサ
３５ａ 検出信号（検出値）
３６ ＮＯxセンサ
３６ａ 検出信号（検出値）
３７ 温度センサ
３７ａ 検出信号（検出値）
３８ 温度センサ
３８ａ 検出信号（検出値）
３９ 温度センサ
３９ａ 検出信号（検出値）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えば白金等の貴金属系の酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
又、排気ガス中におけるＮＯx低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００７】
例えば、この種の選択還元型触媒としては、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒が前述した如き性質を有するものとして既に知られているが、これらの選択還元型触媒の活性温度域は一般的に狭く、ディーゼルエンジンの排気温度範囲の一部でしかＮＯxを浄化できていないのが現状であり、選択還元型触媒の活性温度域の拡大、特に低温活性の向上が今後の大きな課題となっている。
【０００８】
そこで、本発明者らは、選択還元型触媒の前段に酸化触媒を配置して該酸化触媒により排気ガス中のＮＯを酸化して酸化力の強いＮＯ2を生成し、このような酸化力の強いＮＯ2を選択還元型触媒に導くことにより該選択還元型触媒上での還元剤による還元反応を促進し、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようにすることを創案するに到った（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【０００９】
尚、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアのような有毒な物質を搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する還元反応には、
［化１］
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
［化２］
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化３］
２ＮＯ2＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
［化４］
８ＮＨ3＋６ＮＯ2→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ
があり、上から下へ順に反応速度が遅くなるため、最も反応速度が早い［化１］の還元反応で処理し得るよう、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１に近くに制御して低温でも良好なＮＯxの低減化を図ることが求められる。
【００１１】
一方、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１に近くに制御しても、パティキュレートフィルタを備えて排気ガスを処理する際には、パティキュレートフィルタに溜ったパティキュレートの煤とＮＯ2とが反応してＮＯとＮＯ2の比のバランスが崩れ、ＮＯxの低減を適切に行うことができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタを備えた状態でＮＯとＮＯ2の比を制御してＮＯxの低減化を行う排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段の添加より上流に装備されて排気ガス中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流で排気ガス中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置と、前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整するよう前記プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御して前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行しめる共にパティキュレートフィルタ中の煤を酸化し得る制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１４】
又、本発明において、プラズマ発生装置の制御は、パティキュレートフィルタ中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されることが好ましい。
【００１５】
更に、本発明において、エンジンの回転数を検出する回転センサと、排気温度を検出する温度センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び温度センサ並びにＮＯｘセンサからの検出値に基づきプラズマ発生装置を制御するように構成することが好ましい。
【００１６】
更に又、本発明において、プラズマ発生装置の上流に酸化触媒を装備することが好ましい。
【００１７】
而して、このようにすれば、プラズマ発生装置により排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加手段により尿素水を添加する場合であってもＮＯxの低減化を行うことができる。又、同時にパティキュレートフィルタを備えた状態であっても、排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整してＮＯ2によりパティキュレートフィルタの煤を酸化させるので、パティキュレートフィルタの煤の影響を抑制し、ＮＯxの低減化を行うことができる。更に、プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御するので、それぞれの温度領域における温度の影響を考慮してＮＯxの低減化や煤の酸化の処理を行うことができる。
【００１８】
又、プラズマ発生装置の制御は、パティキュレートフィルタ中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されると、パティキュレートフィルタの煤の影響を一層抑制し、ＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００１９】
更に、エンジンの回転数を検出する回転センサと、排気温度を検出する温度センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び温度センサ並びにＮＯｘセンサからの検出値に基づきプラズマ発生装置を制御するように構成すると、ＮＯとＮＯ2の比や温度の影響を考慮して適切に処理し得るので、プラズマ発生装置及び／又は尿素水添加手段を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００２０】
更に又、プラズマ発生装置の上流に酸化触媒を装備すると、酸化触媒でＮＯ2を生成して選択還元型触媒へ流下させるので、ＮＯとＮＯ2の比を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、プラズマ発生装置によりＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加手段により尿素水の添加を行ってもＮＯxの低減化を行うことができる。又、同時にＮＯ2によりパティキュレートフィルタの煤を酸化させるので、パティキュレートフィルタの煤の影響を抑制することができる。更に、プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御するので、それぞれの温度領域における温度の影響を考慮してＮＯxの低減化や煤の酸化の処理を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるディーゼルエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた吸気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００２４】
更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２５】
又、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間をＥＧＲパイプ１２で接続し、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を水冷式のＥＧＲクーラ１３及びＥＧＲバルブ１４を介して吸気管５に再循環するようになっており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。
【００２６】
更に、排気管１１の途中には、ケーシング１５により抱持された選択還元型触媒１６が装備されており、この選択還元型触媒１６は、フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。ここで、前記選択還元型触媒１６には、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒といった従来周知の触媒を採用することが可能であるが、ＳＯ2をサルフェート（硫酸塩）に酸化し易い貴金属触媒を採用するよりも、比較的酸化力の弱い卑金属触媒を採用する方がより好ましい。
【００２７】
又、ケーシング１５より上流側の排気管１１には噴射ノズル１７が設置され、噴射ノズル１７と所要場所に設けた尿素水タンク１８との間が尿素水供給ライン１９により接続されており、該尿素水供給ライン１９の途中に装備した供給ポンプ２０の駆動により尿素水タンク１８内の尿素水２１（還元剤）を噴射ノズル１７を介し選択還元型触媒１６の上流側に添加し得るようになっていて、これら噴射ノズル１７と尿素水タンク１８と尿素水供給ライン１９と供給ポンプ２０とにより尿素水添加装置２２が構成されている。
【００２８】
そして、この尿素水添加装置２２による尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）とケーシング１５との間には、尿素水２１の噴霧を均等に拡散するミキサ２３が設けられており、又、前記ケーシング１５内における選択還元型触媒１６の直後には、リークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒２４が装備されている。
【００２９】
一方、尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）より上流側の排気管１１には、排気ガス９中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置２５が配設されており、プラズマ発生装置２５は、電源２６に接続された複数の電極（図示せず）を対向配置して相互間に放電を行い得る構造を備え、プラズマを発生させることによってＮＯをＮＯ2に酸化するようにしている。ここで、ＮＯ2生成量は、図２に示す如く、プラズマを発生させる電力量の調整により制御可能になっている。
【００３０】
又、プラズマ発生装置２５は、プラズマ発生の電源制御を容易にするために電気的もしくはメカニカルな接点をもつＯＮ−ＯＦＦスイッチで、パルスのような切り替えを行っても良く、この場合には印可電圧を一定にし、スイッチング間隔を制御することにより電気量を調整し、プラズマを発生させることになる。電源２６は、直流電源、高周波電源、パルス電源も適用可能である。更に、ＮＯ2の生成率を上げるために、電極に酸化触媒を付け、電極間に酸化触媒を塗った誘電体（図示せず）を挟むことが好ましい。更に又、プラズマ発生装置２５の電源２６には、指示された電力を供給し得るように内部にコンピュータを内蔵することが好ましい。又、プラズマ発生装置２５の電極は相互間距離がほぼ一様に設定できるものであれば、板型、ロッド型、円筒型等の様々な形状でも良い。
【００３１】
更に、プラズマ発生装置２５と尿素水２１の添加位置（噴射ノズル１７の開口位置）との間の排気管１１には、ケーシング２７に抱持されたパティキュレートフィルタ２８が装備されており、このパティキュレートフィルタ２８は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００３２】
更に又、プラズマ発生装置２５とターボチャージャ２のタービン２ｂとの間の排気管１１には、プラズマ発生装置２５の上流に装備されて選択還元型触媒１６の低温活性を向上させるよう、ケーシング２９により抱持された酸化触媒３０が装備されており、この酸化触媒３０は、白金に酸化アルミニウム（アルミナ）を混合してステンレス製のメタル担体等に担持させた構造となっている。ここで、酸化触媒３０とプラズマ発生装置２５は、図１の如く別々に備えられても良いが、酸化触媒をプラズマ発生装置２５に付設してまとめ、酸化触媒付きプラズマ発生装置にしても良いし、更にパティキュレートフィルタ２８も付設してまとめ、酸化触媒及びパティキュレートフィルタ付きプラズマ発生装置（酸化触媒付きプラズマＤＰＦ）にしても良い。
【００３３】
ここで、前記プラズマ発生装置２５の作動、前記尿素水添加装置２２の作動、排気ガス９を再循環させるＥＧＲバルブ１４の作動、各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置３１の作動は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置３２からの指令信号２６ａ，２２ａ，１４ａ，３１ａを受けて実行されるようになっている。
【００３４】
他方、この制御装置３２においては、前記エンジン１での回転センサ３３からの回転数信号３３ａと、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ３４（負荷センサ）からの負荷信号３４ａと、ケーシング２７と尿素水２１の添加位置の間、及びケーシング１５より下流側の適宜位置で排気ガス９中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ３５，３６からの検出信号３５ａ，３６ａと、ケーシング１５の入側及び出側で排気温度を検出する温度センサ３７，３８からの検出信号３７ａ，３８ａと、吸気マニホールド７の入側で吸気温度を検出する温度センサ３９からの検出信号３９ａと、吸気マニホールド７の入側で過給圧を検出する過給圧センサ４０からの検出信号４０ａと、エアクリーナ３とコンプレッサ２ａとの間で吸入空気量を計測するエアフローメータ４１からの検出信号４１ａとが入力されるようになっている。ここで、制御装置３２においては、更に外部に配置した外気温センサ（図示せず）からの検出信号が入力されるようにしてもよい。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。
【００３６】
排気ガス９中のＮＯxを浄化する際には、初めに、回転センサ３３からの回転数信号３３ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出されると共に、ＮＯxセンサ３５，３６からの検出信号３５ａ，３６ａに基づいてＮＯx濃度が読み出され、更に、温度センサ３７，３８からの検出信号３７ａ，３８ａに基づいて排気ガスの温度が読み出され、図３に示す如きエンジン回転数、ＮＯx濃度、排気温度からなる３Ｄマップ（３次元マップ）により、プラズマ発生装置２５でプラズマを発生させるプラズマ電力が決定される。
【００３７】
ここで、決定されるプラズマ電力は温度領域によって制御装置の制御方法が異なっており、具体的な温度領域における制御方法の一例を示すと、温度領域は、下限温度から１３０℃までの温度領域（図４ではＩの温度領域）、１３０℃から１８０℃までの温度領域（図４ではＩＩの温度領域）、１８０℃から２７０℃までの温度領域（図４ではＩＩＩの温度領域）、２７０℃から４５０℃までの温度領域（図４ではＩＶの温度領域）、４５０℃から６００℃までの温度領域（図４ではＶの温度領域）、６００℃から上限温度までの温度領域（図４ではＶＩの温度領域）に分かれている。
【００３８】
下限温度から１３０℃までの温度領域（図４ではＩの温度領域）は、プラズマ発生装置２５によりプラズマを発生させてもＮＯxの低減に関与しない領域であり、電力を供給しないようにしている。又、１３０℃から１８０℃までの温度領域（図４ではＩＩの温度領域）は、先の温度領域と同様にプラズマ発生装置２５によりプラズマを発生させてもＮＯxの低減に関与しない領域であるが、プラズマの発生の熱で選択還元型触媒１６を活性温度領域にするよう排気ガスの温度を所定温度に維持する電力を供給している。更に、１８０℃から２７０℃までの温度領域（図４ではＩＩＩの温度領域）は、煤を酸化させる必要はないが、尿素水添加装置２２により尿素水２１を添加し、ＮＯxの低減を向上させる必要がある領域であり、ＮＯxの低減のためにプラズマ発生装置２５によりＮＯ2を生成する電力を供給している。更に又、２７０℃から４５０℃までの温度領域（図４ではＩＶの温度領域）は、選択還元型触媒１６の活性が高く、選択還元型触媒１６に対して、ＮＯ2の生成は少くても良いが、煤を酸化させる必要がある領域であり、ＮＯ2により煤を酸化させるためにプラズマ発生装置２５によりＮＯ2を生成する電力を供給している。なお、２７０℃から４５０℃までの温度領域は図４に示すく１８０℃から２７０℃までの温度領域より少ない電力で良い。又、４５０℃から６００℃までの温度領域（図ではＶの温度領域）は、選択還元型触媒１６の活性が更に高く、選択還元型触媒１６に対してＮＯ2の生成は不要であるが、煤を確実に酸化させる必要がある領域であり、ＮＯ2により煤の酸化を促進するためにプラズマ発生装置２５によりＮＯ2を生成する電力を供給している。更に、６００℃から上限温度までの温度領域（図ではＶＩの温度領域）は、煤が自然に酸化する領域であり、ＮＯ2は不要であるため電力を供給しないようにしている。
【００３９】
これらの温度領域において、プラズマ発生装置２５によりＮＯ2が適宜生成されており、具体例を、１８０℃から２７０℃までの温度領域（図ではＩＩＩの温度領域）の場合で説明すると、プラズマ発生装置２５でＮＯ2を生成する際には、回転センサ３３からの回転数信号３３ａに基づいて現在のエンジン１の回転数が読み出されると共に、アクセルセンサ３４からの負荷信号３４ａに基づいて現在の燃料噴射量が換算され、ＮＯxセンサ３５，３６からの検出信号３５ａ，３６ａ、温度センサ３７，３８からの検出信号３７ａ，３８ａに基づいて、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等を推定する。ここで、回転センサ３３、アクセルセンサ３４、ＮＯxセンサ３５，３６、温度センサ３７，３８等は、随時、データを更新検出することにより、エンジン１の運転状態の変化に伴って温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等に変化があっても対応し得るようになっている。又、ＥＧＲバルブ１４で排気ガス９を再循環させた際には、エンジン１出口でＮＯ2の量も変化するが、同様に、データを更新検出して対応し得るようになっている。
【００４０】
温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度等を推定した後には、制御装置３２により、ＮＯxセンサ３５，３６の検出信号（検出値）３５ａ，３６ａを介して、又はエンジン１の回転数とアクセル開度（燃料噴射量）とを入力したマップを介して、どの程度ＮＯ2を生成すれば排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比が約１：１になるのか判断し、プラズマ発生装置２５の電力を調整してプラズマを発生させ、所定量のＮＯをＮＯ2に酸化する。
【００４１】
ここで、プラズマ発生装置２５によるＮＯ2の生成は、
［数１］
ＮＯ2の生成＝ｆ（プラズマのエネルギー、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度）
の関数で処理されており、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度はエンジン１の運転状態により変化するため、プラズマのエネルギーを適宜調整している。
又、プラズマのエネルギーは、
［数２］
プラズマのエネルギー＝ｆ（電力、極板間距離、誘電率（体））
の関数で求まり、極板間距離と誘電率（体）は装置の設定により不可変の数になっている。
更に、電力は、
［数３］
電力＝ｆ（印可電圧、周波数（電流量））
である。つまり、プラズマのエネルギーは、電圧と周波数を変えることによって制御可能である。ここで、電源は、高周波、パルスを用いても良い。
【００４２】
このため、ＮＯ2の生成量は、温度、流速、ＮＯ濃度、Ｎ2濃度、Ｏ2濃度に合わせて、電力、つまり電圧と周波数（電流量）を調整することによって求まる。
【００４３】
プラズマ発生装置２５によりＮＯをＮＯ2に酸化して排気ガス９中のＮＯとＮＯ2の比を約１：１にした後には、ＮＯxセンサ３５，３６等からの検出信号３５ａ，３６ａに基づいて尿素水２１の添加量を算出すると共に、温度センサ３７，３８等からの検出信号３７ａ，３８ａにより排気温度が選択還元型触媒１６の活性温度領域であることを確認し、制御装置３２からの指令信号２２ａにより尿素水添加装置２２の噴射ノズル１７から尿素水２１を噴射し、ＮＯxを低減する。
【００４４】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、プラズマ発生装置２５により排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化してＮＯとＮＯ2の比を制御するので、尿素水添加装置２２により尿素水を添加する場合であってもＮＯxの低減化を行うことができる。又、同時にパティキュレートフィルタ２８を備えた状態であっても、温度領域の区分けにより排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整してＮＯ2によりパティキュレートフィルタ２８の煤を酸化させるので、パティキュレートフィルタ２８の煤の影響を抑制し、ＮＯxの低減化を行うことができる。更に、プラズマ発生装置２５を温度領域ごとに制御するので、それぞれの温度領域における温度の影響を考慮してＮＯxの低減化や煤の酸化の処理を行うと共に消費電力を低減することができる。
【００４５】
又、プラズマ発生装置２５の制御は、パティキュレートフィルタ２８中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されると、パティキュレートフィルタ２８の煤の影響を一層抑制し、ＮＯxの低減化を好適に行うことができる。
【００４６】
更に、エンジン１の回転数を検出する回転センサ３３と、排気ガスの温度を検出する温度センサ３７，３８と、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３５，３６とを備え、これら回転センサ３３及び温度センサ３７，３８並びにＮＯｘセンサ３５，３６からの検出値に基づきプラズマ発生装置２５を制御するように構成すると、ＮＯとＮＯ2の比や温度の影響を考慮して適切に処理し得るので、プラズマ発生装置２５及び／又は尿素水添加装置２２を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００４７】
更に又、プラズマ発生装置２５の上流に装備される酸化触媒３０を備えると、酸化触媒３０でＮＯ2を生成して選択還元型触媒１６へ流下させるので、ＮＯとＮＯ2の比を容易に制御し、ＮＯxの低減化を一層好適に行うことができる。
【００４８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、プラズマにより煤を酸化させると共にＮＯとＮＯ2の比を制御するならば、制御方法、プラズマの発生方法及びＮＯxの処理手順は特に限定されるものではないこと、プラズマ発生装置及び尿素水添加装置の制御は他のセンサからの指令信号によって制御しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を実施する形態例を示す概略図である。
【図２】電力とＮＯ2生成量の関係を示すグラフである。
【図３】プラズマ電力を求める３Ｄマップを示す概念図である。
【図４】温度領域による制御方法の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１ ディーゼルエンジン（エンジン）
９ 排気ガス
１１ 排気管
１６ 選択還元型触媒
２１ 尿素水（還元剤）
２２ 尿素水添加装置（尿素水添加手段）
２５ プラズマ発生装置
２８ パティキュレートフィルタ
３０ 酸化触媒
３２ 制御装置
３３ 回転センサ
３３ａ 回転数信号（検出値）
３４ アクセルセンサ（負荷センサ）
３４ａ 負荷信号（検出値）
３５ ＮＯxセンサ
３５ａ 検出信号（検出値）
３６ ＮＯxセンサ
３６ａ 検出信号（検出値）
３７ 温度センサ
３７ａ 検出信号（検出値）
３８ 温度センサ
３８ａ 検出信号（検出値）
３９ 温度センサ
３９ａ 検出信号（検出値）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段の添加より上流に装備されて排気ガス中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流で排気ガス中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置と、前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整するよう前記プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御して前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行しめる共にパティキュレートフィルタ中の煤を酸化し得る制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
プラズマ発生装置の制御は、パティキュレートフィルタ中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
エンジンの回転数を検出する回転センサと、排気温度を検出する温度センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び温度センサ並びにＮＯｘセンサからの検出値に基づきプラズマ発生装置を制御するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
プラズマ発生装置の上流に酸化触媒を装備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１】
エンジンの排気管途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の入側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段の添加より上流に装備されて排気ガス中の煤を捕捉するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流で排気ガス中に放電してＮＯ2を発生させるプラズマ発生装置と、前記排気ガス中のＮＯとＮＯ2の比を調整するよう前記プラズマ発生装置を温度領域ごとに制御して前記尿素水添加手段に尿素水の添加を行しめる共にパティキュレートフィルタ中の煤を酸化し得る制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
プラズマ発生装置の制御は、パティキュレートフィルタ中の煤を酸化させると共に、ＮＯとＮＯ2の比のバランスを維持するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
エンジンの回転数を検出する回転センサと、排気温度を検出する温度センサと、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサとを備え、これら回転センサ及び温度センサ並びにＮＯｘセンサからの検出値に基づきプラズマ発生装置を制御するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
プラズマ発生装置の上流に酸化触媒を装備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−７０７７１（Ｐ２００６−７０７７１Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５３９０７（Ｐ２００４−２５３９０７）
【出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
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