專利名稱：內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，更具體地說，涉及通過捕集、氧 化由柴油機(jī)排出的排氣氣體中的顆粒物質(zhì)來凈化排氣的排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
已知柴油機(jī)的排氣氣體中一般含有以碳為主要成分的顆粒物質(zhì)[以
下稱為PM (Particulate Matter)],它會(huì)成為造成大氣污染的原因。因 此，人們提出了各種從排氣氣體中捕捉和除去這些顆粒物質(zhì)的裝置或方 法的技術(shù)方案。
例如，提出了通過強(qiáng)制噴射供給燃料使柴油微粒過濾器(DPF)溫 度上升、使捕集的PM氧化燃燒的方案，由排氣氣體中的NO生成N02， 通過N02使PM氧化的方案(例如，特表2002 - 531762號(hào)公報(bào))，或者， 用催化劑化的DPF使PM氧化的方案(例如，特開平6 - 272541號(hào)公 報(bào)、特開平9- 125931號(hào)公報(bào))等。但是，強(qiáng)制噴射供給燃料存在著會(huì) 導(dǎo)致燃料消耗率增加且PM急劇燃燒的結(jié)果導(dǎo)致溫度上升并由此引起 DPF損壞的問題；特表2002 - 531762號(hào)公報(bào)記載的方案存在著由于N02 氧化PM的速度不充分，使得從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的PM很難被完全氧化除去 的問題；特開平6 - 272541號(hào)公報(bào)、特開平9- 125931號(hào)公報(bào)記載的使 用催化劑化的DPF的方案則存在著由于催化劑和PM均為固體，使得 兩者不能充分接觸、PM的氧化反應(yīng)不充分的問題等。
因此，最近公開了使用比N02氧化能力強(qiáng)的臭氧03氧化PM進(jìn)行 處理的寺支術(shù)(例如，特開2005 - 502823號(hào)乂iS報(bào))。該特開2005 - 502823 號(hào)公報(bào)記載的后處理柴油機(jī)排出氣體的方法和裝置中，在微粒過濾器上 游設(shè)置了通過等離子體從排出氣體中生成作為氧化劑的臭氧03或二氧 化氮N02的裝置，根據(jù)排出氣體的溫度，通過選擇性地在低溫時(shí)使用臭 氧和二氧化氮、高溫時(shí)使用二氧化氮，氧化除去微粒過濾器捕集的灰塵。
特開2005-502823號(hào)公報(bào)記載的后處理柴油機(jī)排出氣體的方法和裝
置中，通過使用比N02氧化能力強(qiáng)的臭氧03來提高氧化除去PM的能力， 這是值得肯定的。但是，在特開2005 - 502823號(hào)公報(bào)記載的發(fā)明中，是由 作為排出氣體成分的氧氣通過等離子體生成臭氧、再將該生成的臭氧與含 有NOx等的排氣氣體一同導(dǎo)入微粒過濾器，因此，m^說臭氧的生成量是 充分的，另外，還存在氧化能力強(qiáng)的臭氧在l微粒過濾器前可能與排氣 氣體中的NOx等反應(yīng)而被消耗，可以用于氧化除去PM的臭氧量減少， 無法得到充分的凈化效率，PM氧化速度可能下降等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供在用臭氧氧化除去PM時(shí)，可以有效地使 用臭氧的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的特征在于，具有 捕集排氣通道內(nèi)排氣氣體中的顆粒物質(zhì)的顆粒物質(zhì)捕集裝置，能夠從該 顆粒物質(zhì)捕集裝置的上游側(cè)向該顆粒物質(zhì)捕集裝置供給臭氧的臭氧供 給機(jī)構(gòu)以及配置在該臭氧供給機(jī)構(gòu)的上游側(cè)、凈化排氣氣體中NOx的 NOx催化劑。
在該內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置中，由于在臭氧供給機(jī)構(gòu)的上游側(cè)配置 有NOx催化劑，因此，可以在臭氧供給機(jī)構(gòu)上游側(cè)預(yù)先通過NOx催化 劑除去排氣氣體中的NOx。由此，在臭氧供給位置，排氣氣體中實(shí)質(zhì)上 已不含有NOx,從而可以防止由排氣氣體中的NOx引起的臭氧消耗，使 得更多量的臭氧可以用于在顆粒物質(zhì)捕集裝置中的PM的氧化除去。由 此，可以有效地使用臭氧，提高用臭氧凈化PM的效率。
這里，優(yōu)選進(jìn)一步具有可以從上述NOx催化劑的上游側(cè)向上述NOx 催化劑供給臭氧的其它臭氧供給機(jī)構(gòu)。
NOx催化劑在排氣溫度或催化劑床溫低時(shí)不能有效發(fā)揮功能。因此， 在這種情況下，用NOx催化劑不能使NOx完全凈化，NOx被排出至NOx 催化劑的下游側(cè)，該排出的NOx與臭氧供給機(jī)構(gòu)供給的臭氧反應(yīng)，使臭 氧被消耗。在本優(yōu)選方式中，通過從其它臭氧供給機(jī)構(gòu)向NOx催化劑供 給臭氧，可以促進(jìn)NOx催化劑對(duì)NOx的凈化。由此，即使在NOx催化 劑不能有效發(fā)揮功能的低溫時(shí)，也可以防止NOx從NOx催化劑中排出，
防止所供給的用于除去PM的臭氧被無謂消耗，使其可以有效用于除去 PM。
此外，優(yōu)選進(jìn)一步具有檢測(cè)流入上述NOx催化劑的排氣氣體溫度 或上述NOx催化劑床溫的機(jī)構(gòu)以及該檢測(cè)出的排氣氣體溫度或NOx催 化劑床溫低于規(guī)定溫度時(shí)使上述其它臭氧供給機(jī)構(gòu)供給臭氧的機(jī)構(gòu)。
由此，可以僅在NOx催化劑不能有效發(fā)揮作用的低溫時(shí)，對(duì)NOx 催化劑實(shí)行臭氧供給，從而可以有效地利用臭氧。
或者，優(yōu)選進(jìn)一步具有配置在上述NOx催化劑的上游側(cè)、或上述 NOx催化劑和上述臭氧供給機(jī)構(gòu)之間，檢測(cè)排氣氣體中NOx濃度的NOx 濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及根據(jù)該檢測(cè)出的NOx濃度控制上述其它臭氧供給機(jī) 構(gòu)的臭氧供給量的機(jī)構(gòu)。
由此，可以基于檢測(cè)出的NOx濃度，判斷NOx催化劑中NOx是否 凈化及程度，另外，根據(jù)檢測(cè)出的NOx濃度控制臭氧供給量，可以有效 地使用臭氧。
優(yōu)選進(jìn)一步具有配置在上述NOx催化劑和上述臭氧供給機(jī)構(gòu)之 間，氧化排氣氣體中未燃成分的氧化催化劑。
當(dāng)未燃成分(HC， CO等)從NOx催化劑排出時(shí)，此未燃成分會(huì)與 臭氧供給機(jī)構(gòu)供給的臭氧反應(yīng)，使臭氧無謂地被消耗。按照本優(yōu)選方式， 可以用氧化催化劑氧化由NOx催化劑排出的未燃成分，達(dá)到凈化。由此， 可以防止臭氧因與未燃成分反應(yīng)而被消耗，從而可以有效地使用臭氧。
或者，優(yōu)選進(jìn)一步具有配置在上述NOx催化劑的上游側(cè)，氧化排氣 氣體中未燃成分的氧化催化劑。由此，也可在臭氧供給機(jī)構(gòu)上游側(cè)將未 燃成分凈化，防止臭氧因與該未燃成分的反應(yīng)而被消耗。
優(yōu)選上述NOx催化劑為吸留還原型或選擇還原型。
另外，優(yōu)選進(jìn)一步具有從上述排氣通道外的氣體生成臭氧的臭氧發(fā) 生機(jī)構(gòu)，上述臭氧供給機(jī)構(gòu)將上述臭氧發(fā)生機(jī)構(gòu)生成的臭氧供給至上述 排氣通道內(nèi)。
例如，作為臭氧發(fā)生機(jī)構(gòu)，采用使用高電壓的等離子體方式時(shí)，使 用低溫的原料氣體比使用高溫的原料氣體的臭氧生成效率高。在本優(yōu)選
方式中，由于使用排氣通道外的氣體生成臭氧，與特開2005- 502823 號(hào)公報(bào)等記載的由高溫的排氣氣體生成臭氧的情況相比，可以提高臭氧 生成效率。
通過本發(fā)明，在用臭氧氧化除去PM時(shí)，能夠有效使用臭氧，具有 優(yōu)異效果。


圖l是簡(jiǎn)略示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的系統(tǒng)圖。
圖2是表示DPF的壁流式蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面圖。
圖3A和圖3B是說明吸留還原型NOx催化劑的NOx吸放機(jī)理的示 意圖。
圖4是示出選擇還原型NOx催化劑的構(gòu)造的示意圖。
圖5是示出選擇還原型NOx催化劑的溫度窗的坐標(biāo)圖。
圖6是示出用于進(jìn)行與第一實(shí)施方式相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置整體的圖。
圖7示出圖6的vn部分的細(xì)部。
圖8是示出使用吸留還原型NOx催化劑時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖9是示出使用選擇還原型NOx催化劑時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖10是簡(jiǎn)略示出本發(fā)明第二實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的系 統(tǒng)圖。
圖11是示出用于進(jìn)行與第二實(shí)施方式相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置整體的圖。
圖12示出圖ii的xn部分的細(xì)部。
圖13是示出使用吸留還原型NOx催化劑時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖14是示出使用選擇還原型NOx催化劑時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的坐標(biāo)圖。
圖15是簡(jiǎn)略示出本發(fā)明第三實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的系 統(tǒng)圖。
圖16示出用于進(jìn)行與第三實(shí)施方式相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置的一部分， 其與圖6的VH部分的細(xì)部相當(dāng)。
圖17示出用于進(jìn)行與第三實(shí)施方式相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置的一部分，
其與圖6的vn部分的細(xì)部相當(dāng)。
圖18是示出使用選擇還原型NOx催化劑時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
第一實(shí)施方式
圖l是簡(jiǎn)略示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的系統(tǒng) 圖。圖中，10是壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)即柴油機(jī)，ll是與吸氣端口連通的 吸氣歧管，12是與排氣端口連通的排氣歧管，13是燃燒室。本實(shí)施方 式中，從未圖示的燃料箱供給至高壓泵17的燃料，通過高壓泵17壓送 至共軌18，以高壓狀態(tài)蓄壓，此共軌18內(nèi)的高壓燃料從燃料噴射閥14 向燃燒室13內(nèi)直接噴射供給。從柴油機(jī)10產(chǎn)生的排氣氣體從排氣歧管 12經(jīng)過渦輪增壓器19后流入其下游的排氣通道15,經(jīng)過后述的凈化處 理后，排入大氣中。應(yīng)予說明的是，作為柴油機(jī)的形態(tài)，并不僅限于這 種具有共軌式燃料噴射裝置的柴油機(jī)。還可任意含有EGR裝置等其它 的排氣凈化設(shè)備。
排氣通道15中，從上游側(cè)開始依次串接配置凈化排氣氣體中NOx 的NOx催化劑20以及作為捕集排氣氣體中顆粒物質(zhì)(PM)的顆粒物質(zhì) 捕集裝置的柴油微粒過濾器(以下，稱為DPF) 30。另外，在NOx催 化劑20和DPF30之間，亦即在NOx催化劑20的下游側(cè)且DPF30的上 游側(cè)，作為可以向DPF30供給臭氧(03)的臭氧供給機(jī)構(gòu)，配置臭氧
供給噴嘴40。臭氧供給噴嘴40上連接作為臭氧發(fā)生機(jī)構(gòu)的臭氧發(fā)生器 41，臭氧發(fā)生器41中生成的臭氧通過臭氧供給通道42供給至臭氧供給 噴嘴40,并從該臭氧供給噴嘴40向著下游側(cè)的DPF30,噴射供給至排 氣通道15內(nèi)。
DPF30在兩端部為錐臺(tái)狀的近圓筒形金屬殼體31內(nèi)經(jīng)由未圖示的 支承部件支承，支承部件具備絕緣性、耐熱性、緩沖性等，例如由氧化 鋁墊構(gòu)成。
如圖2所示，DPF30為具有由多孔陶瓷構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體32的所 謂壁流式，蜂窩結(jié)構(gòu)體32由堇青石、硅石、氧化鋁等陶瓷材料形成。 排氣氣體如箭頭所示，在圖中由左向右流動(dòng)。蜂窩結(jié)構(gòu)體32中，上游 側(cè)裝有栓塞33的第1通道34與下游側(cè)裝有栓塞35的第2通道36交互 形成區(qū)域，形成蜂窩狀。這些通道34、 36也稱作蜂窩小室(cell),均 與排氣氣體的流動(dòng)方向平行。排氣氣體如圖中由左向右流動(dòng)時(shí)，排氣氣 體從第2通道36通過多孔陶資的流路壁面37流入第l通道34，流入下 游側(cè)。此時(shí)，排氣氣體中的PM被多孔陶瓷捕集，從而得以防止PM排 入大氣中。這種在排氣氣體通過流路壁面時(shí)過濾捕集PM的過濾器形式 稱為壁流式。
作為臭氧發(fā)生器41，可以使用邊向可施加高電壓的放電管內(nèi)通入作 為原料的空氣或氧氣邊生成臭氧的形式的臭氧發(fā)生器或其它任意形式 的臭氧發(fā)生器。此處，作為原料的空氣或氧氣，與特開2005 - 502823 號(hào)公報(bào)記載的情況不同，是取自排氣通道15外的氣體，例如，外部氣 體中所包含的氣體，并非像特開2005-502823號(hào)公報(bào)中記載的那樣的 排氣通道15內(nèi)的排氣氣體中所包含的氣體。在臭氧發(fā)生器41中，使用 低溫的原料氣體比使用高溫的原料氣體的臭氧生成效率高。因此，與特 開2005-502823號(hào)7>才艮記載的情況相比，上述那樣的通過4吏用排氣通 道15外的氣體生成臭氧，可以提高臭氧生成效率。
關(guān)于臭氧供給噴嘴40，后面會(huì)作詳細(xì)描述，為不使從臭氧供給噴嘴 40噴射供給的臭氧與排氣氣體中的NOx、未燃成分(CO, HC等)反 應(yīng)而無謂地被消耗，臭氧供給噴嘴40設(shè)置在緊臨DPF30的上游位置， 由該處向DPF30供給臭氧。另外，為了可以向DPF30的整個(gè)上游端面 的各處供給臭氧，在DPF30上游端面的整個(gè)直徑上具有多個(gè)臭氧供給 口 43。臭氧供給噴嘴40沿殼體31的直徑方向排列并固定在殼體31上。 應(yīng)予說明的是，臭氧供給機(jī)構(gòu)的形式也可以是上述臭氧供給噴嘴40以 外的各種形式，例如，只有一個(gè)臭氧供給口時(shí)，臭氧供給口與DPF的 上游端面之間的距離只要是能使臭氧到達(dá)該整個(gè)上游端面各處的距離 即可。
NOx催化劑20和DPF30相同，也在兩端部為錐臺(tái)狀的近圓筒形的 金屬殼體21內(nèi)，經(jīng)由未圖示的支承部件支承，支承部件具備絕緣性、 耐熱性、緩沖性等，例如由氧化鋁墊構(gòu)成。
NOx催化劑20優(yōu)選由吸留還原型NOx催化劑(NSR: NOx Storage Reduction)或選擇還原型NOx催4t劑(SCR: Selective Catalytic Reduction)的任意一個(gè)構(gòu)成。
使用吸留還原型NC^催化劑的情況下，NOx催化劑20通過在由氧
化鋁Al203等氧化物組成的基材表面擔(dān)載作為催化成分的鉑Pt等貴金
屬和NOx吸收成分而構(gòu)成。N(X吸收成分由選自例如鉀K、鈉Na、鋰 Li、銫Cs等堿金屬，鋇Ba、釣Ca等堿土類，鑭La、釔Y等稀土類 中的至少一種構(gòu)成。
吸留還原型NOx催化劑20在流入的排氣氣體的空燃比比規(guī)定值(典 型的是理論空燃比)稀(lean)時(shí)會(huì)吸收NO,,而當(dāng)流入的排氣氣體中 的氧氣濃度降低時(shí)則會(huì)釋放所吸收的NOx，發(fā)揮吸放NO,的作用。本實(shí) 施方式中，由于使用柴油機(jī)，通常時(shí)候的排氣空燃比是稀的，NOx催化 劑20吸收排氣中的NOx。另外，NOx催化劑20上游側(cè)供給有還原劑， 當(dāng)流入的排氣氣體的空燃比變濃(rich)時(shí)，NOx催化劑20則釋放所吸 收的NOx。隨后這些釋放出的NOx與還原劑反應(yīng)而被還原凈化。
這種NOx的吸放和還原凈化被認(rèn)為基于如圖3A和圖3B所示的下 述機(jī)理進(jìn)行。關(guān)于此機(jī)理，以氧化鋁A1203構(gòu)成的基材表面擔(dān)載鉑Pt 和鉀K的吸留還原型NOx催化劑為例進(jìn)行說明。使用其它貴金屬，堿 金屬，堿土類，稀土類時(shí)，其機(jī)理相同。
首先如圖3A所示，當(dāng)流入的排氣氣體稀薄時(shí)流入的排氣氣體中的 氧氣濃度及NOx濃度增大，這些氧氣02以02 —或02_的形式附著在鉑
Pt的表面。另一方面，流入的排氣氣體中的NO在鉑Pt表面上與02一 和02 —反應(yīng)，以轉(zhuǎn)化成跳(2NO + 02 —2N02)。接著，生成的N02被 吸收成分鉀K吸收，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽即硝酸鉀KN03的形式被鉀吸收。只 要流入的排氣氣體中的氧氣濃度高，鉑Pt的表面就會(huì)有N02生成，而 只要K的NOx吸收能力未飽和，N02就會(huì)不斷被K吸收。與此相反， 當(dāng)流入的排氣氣體中的氧氣濃度降低、N02的生成量下降時(shí)，反應(yīng)會(huì)向 相反方向(N03 —NO;j)進(jìn)行，這樣，K內(nèi)的硝酸鉀KN03以N02的形 式從吸收劑釋放。即，流入的排氣氣體中的氧氣濃度降低，則NOx從K 釋放。若流入的排氣氣體的稀薄程度降低，則排氣氣體中的氧氣濃度就 會(huì)下降，因此，降低流入的排氣氣體稀薄程度，能使NOx從K釋放。
另一方面，此時(shí)增濃流入的排氣氣體的空燃比，能使流入的排氣氣 體中的HC、 CO與粕Pt上的氧02 —或02 —反應(yīng)而氧化。另外，由于增 濃流入的排氣氣體的空燃比時(shí)流入的排氣氣體中的氧氣濃度會(huì)極度下 降，這樣，N02會(huì)從K釋放出來，該NO;j如圖3B所示，以鉑Pt作為 反應(yīng)窗口，與未燃燒的HC、 CO反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為N2、 02,由此被還原凈 化。這樣，當(dāng)鉑Pt表面上不再存在N02時(shí)，N02會(huì)不斷從鉀放出。因 此，增濃流入的排氣氣體的空燃比，可在短時(shí)間內(nèi)使NOx從K釋放而 被還原凈化。
作為此處使用的還原劑，只要是能在排氣中產(chǎn)生烴HC、 一氧化碳 CO等還原成分的即可，可以使用氫氣、 一氧化碳等氣體，丙烷、丙烯、 丁烷等液體或氣體烴類，汽油、輕油、煤油等液體燃料等。本實(shí)施方式 中，為避免儲(chǔ)藏、補(bǔ)給等時(shí)候的煩瑣，使用作為柴油機(jī)燃料的輕油作為 還原劑。將該作為還原劑的輕油向NOx催化劑20供給的方法例如可以 是所謂的后噴射方法。即，從另行設(shè)置在NOx催化劑20上游側(cè)的排氣 通道15中的還原劑噴射閥噴射輕油，或從燃料噴射閥14向著燃燒室13, 在膨脹行程后期或排氣行程中噴射輕油。這樣的以釋放還原NOx催化劑 20中的NOx為目的的還原劑供給稱為燃料過量供給(rich spike )。
在使用選擇還原型NOx催化劑的情況下，NOx催化劑20例如可以 是如圖4所示的在沸石或氧化鋁等基材表面擔(dān)載Pt等貴金屬的催化劑， 或者是在該基材表面上與Cu等過渡金屬進(jìn)行離子交換、將其擔(dān)載的催 化劑，也可以是該基材表面上擔(dān)載二氧化鈦/釩催化劑(V205/W03/Ti02)
的催化劑等。在這種選擇還原型NOx催化劑中，在流入的排氣氣體的空 燃比稀的條件下，排氣氣體中的HC、 NO穩(wěn)定地并且同時(shí)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化 為N2、 02、 H20，由此被凈化。但是，NOx的凈化必須有HC存在。即 使空燃比稀，由于排氣氣體中必定含有未燃燒的HC，因此，可利用其 還原凈化NOx。另外，也可以如上述吸留還原型NOx催化劑那樣，進(jìn)行 燃料過量供給，供給還原劑。這時(shí)，作為還原劑，除上述示例外，也可 使用氨、尿素。
該選擇還原型NOx催化劑的缺點(diǎn)例如有催化劑呈活性的溫度窗較 窄。即，圖5示出流入NOx催化劑的排氣氣體溫度或催化劑床溫與NOx 凈化率的關(guān)系，如圖所示，選擇還原型NOx催化劑的缺點(diǎn)是只有在A T這一較窄的溫度范圍內(nèi)才可以得到高的NOx凈化率，在這一溫度范圍 外，NOx凈化率極度下降。而吸留還原型NOx催化劑比選擇還原型NOx 催化劑的溫度窗寬，比選擇還原型NOx催化劑有利。
回到圖1,在本實(shí)施方式中，設(shè)有檢測(cè)DPF30的PM捕集量或堵塞 狀態(tài)的機(jī)構(gòu)。即，在DPF30的上游側(cè)及下游側(cè)的排氣通道15上分別i殳 有檢測(cè)排氣壓力的排氣壓傳感器51、 52。這些排氣壓傳感器51、 52與 作為控制機(jī)構(gòu)的ECU100相連。ECU100根據(jù)上游側(cè)排氣壓傳感器51 檢測(cè)出的上游側(cè)排氣壓與下游側(cè)排氣壓傳感器52檢測(cè)出的下游側(cè)排氣 壓之間的偏差，判斷DPF30中PM的捕集量或堵塞情況。
上游側(cè)排氣壓傳感器51在本實(shí)施方式中配置在NOx催化劑20的下 游側(cè)且臭氧供給噴嘴40的上游側(cè)，但也可以配置在臭氧供給噴嘴40的 下游側(cè)。另外，在本實(shí)施方式中，根據(jù)DPF30的上下游側(cè)壓力差檢測(cè) PM的捕集量或堵塞情況，但也可以根據(jù)僅在DPF30的上游側(cè)配置的一 個(gè)排氣壓傳感器檢測(cè)PM的捕集量或堵塞情況。進(jìn)一步，可以通過計(jì)算 DPF上游側(cè)配置的灰塵傳感器的灰塵信號(hào)的時(shí)間積分來檢測(cè)堵塞情況。 同樣地，也可評(píng)價(jià)與灰塵生成相關(guān)的、保存在ECU內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)特性圖 數(shù)據(jù)(map data )，進(jìn)行時(shí)間積分。
另夕卜，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，設(shè)有檢測(cè)流入DPF30的排氣氣體溫 度或DPF30床溫的機(jī)構(gòu)。即，在緊臨DPF30的上游位置設(shè)有溫度傳感 器53，根據(jù)此溫度傳感器53的檢測(cè)信號(hào)，ECU100會(huì)計(jì)算出位于緊臨 DPF30上游位置的排氣溫度。此溫度傳感器53檢測(cè)臭氧供給噴嘴40
和DPF30之間的位置的排氣溫度。溫度傳感器53的溫度檢測(cè)部位(當(dāng) 該溫度傳感器53為熱電偶時(shí)，所述溫度檢測(cè)部位是指其尖端)優(yōu)選位 于DPF30的上游端面的中心附近。為檢測(cè)DPF30內(nèi)部的床溫，溫度傳 感器53的溫度檢測(cè)部位可以埋入DPF30內(nèi)部。
另夕卜，在本實(shí)施方式中，設(shè)有檢測(cè)流入DPF30的排氣氣體的空燃比 的機(jī)構(gòu)。即，在NOx催化劑20的下游側(cè)且DPF30的上游側(cè)設(shè)有空燃比 傳感器54,根據(jù)此空燃比傳感器54的檢測(cè)信號(hào)，ECU100會(huì)計(jì)算出排 氣空燃比。本實(shí)施方式中，空燃比傳感器54檢測(cè)臭氧供給噴嘴40上游 側(cè)的排氣空燃比。這些傳感器51、 52、 53、 54全部安裝在殼體31上。
在本實(shí)施方式的排氣凈化裝置中，由于在排氣通道15上，從上游 側(cè)開始依次安裝了 NOx催化劑20，臭氧供給噴嘴40以及DPF30，因此 可以發(fā)揮如下所述的作用效果。即，由于在臭氧供給噴嘴40的上游側(cè) 配置有NOx催化劑20，因此可以在臭氧供給噴嘴40的上游側(cè)預(yù)先通過 NOx催化劑20除去排氣氣體中的NOx。由此，可以防止供給的臭氧與 排氣氣體中的NOx反應(yīng)而被消耗，從而可以使更多量的臭氧用于氧化除 去堆積在DPF30中的PM。由此，可以提高通過臭氧凈化PM的效率。 氧化除去DPF30中捕集、堆積的PM的過程稱為再生，該DPF30通過 再生，可以再次發(fā)揮DPF30本來的性能。
在此，更詳細(xì)地說明NOx與臭氧的反應(yīng)消耗。假設(shè)臭氧03與排氣 氣體中的NOx,特別是NO反應(yīng)，其反應(yīng)式用下式表示。
N0 + 03 —N02+02 (1)
由此反應(yīng)生成的N02如下式所示進(jìn)一步與臭氧03反應(yīng)
N02 + 03 —N03+02 (2)
隨后由此反應(yīng)生成的N03如下式所示被分解。
2N03 —2N02+02 (3)
在此，觀察(1)式，NO的氧化會(huì)消耗臭氧03，再觀察(2)式， N02的氧化會(huì)消耗臭氧03。再觀察(3)式，其右邊的]\02成為(2) 式左邊的N02，因此，為了氧化該(2)式左邊的N02,要消耗臭氧03。
NOx與臭氧如上面所述的那樣反復(fù)進(jìn)行連鎖反應(yīng)，因此，即使在緊 臨DPF30的前方供給臭氧，若在該位置的排氣氣體中含有NOx，則NOx 的氧化、分解會(huì)消耗很多臭氧，可以供給至DPF30的臭氧量會(huì)顯著減 少。由于在臭氧發(fā)生器41中生成臭氧需要電力，因此這樣的臭氧無謂 消耗會(huì)導(dǎo)致電力無謂消耗，進(jìn)而導(dǎo)致燃料消耗率增加。
針對(duì)這種情況，在本實(shí)施方式中，由于在臭氧供給噴嘴40且DPF30 的上游側(cè)配置NOx催化劑20，從而可以向通過NOx催化劑20除去NOx 后的排氣氣體供給臭氧，因此，可以防止供給的臭氧因與NOx反應(yīng)而被 消耗，使其可以有效用于DPF30的PM的氧化除去。
下面作更詳細(xì)說明。例如，當(dāng)所述NOx催化劑20為吸留還原型時(shí)， (l)式左邊的NO,如前面結(jié)合圖3A和圖3B已說明的那樣，會(huì)在反 應(yīng)成分貴金屬(在附圖的示例中為Pt)的作用下轉(zhuǎn)化為N02，被吸收成 分K等吸收。由此，NO、 N02不會(huì)從NOx催化劑20排出，防止了它 們與臭氧的反應(yīng)。另外，例如，當(dāng)NOx催化劑20為選擇還原型時(shí)，如 前面結(jié)合圖4已說明的那樣，可以抑制NO、 N02從NOx催化劑20排 出。由此防止了它們與臭氧的反應(yīng)。
在此，作為臭氧供給的時(shí)機(jī)，第一，優(yōu)選在DPF30的PM捕集量(堆 積量)達(dá)到規(guī)定值以上之時(shí)。因此，當(dāng)上游側(cè)排氣壓傳感器51檢測(cè)出 的上游側(cè)排氣壓Pu與下游側(cè)排氣壓傳感器52檢測(cè)出的下游側(cè)排氣壓 Pl之間的偏差(Pu-Pl)達(dá)到規(guī)定值以上時(shí)，ECU100會(huì)開啟臭氧發(fā)生 器41,供給臭氧。另一方面，該偏差值(Pu-Pl)小于規(guī)定值時(shí)，ECU 會(huì)關(guān)閉臭氧發(fā)生器41,停止臭氧供給。
第二，優(yōu)選流入DPF30的排氣氣體溫度或DPF30的床溫在合適的 溫度范圍亦即可以有效利用臭氧的溫度范圍內(nèi)之時(shí)。此溫度范圍在使用 柴油機(jī)時(shí)例如為150-250"C。因此，ECU100在溫度傳感器53檢測(cè)出 的溫度在該溫度范圍內(nèi)時(shí)會(huì)開啟臭氧發(fā)生器41，供給臭氧。另一方面， 當(dāng)檢測(cè)溫度在該溫度范圍之外時(shí)，ECU100會(huì)關(guān)閉臭氧發(fā)生器41,停止 臭氧供給。
第三，優(yōu)選流入DPF30的排氣氣體中不含會(huì)與臭氧發(fā)生反應(yīng)的不要 成分之時(shí)。此不要成分為例如上述NOx,另外，后面會(huì)作詳細(xì)說明的，
未燃燒的HC也會(huì)與臭氧反應(yīng)，使臭氧無謂消耗。是否含有這些不要成 分，可以根據(jù)空燃比傳感器54檢測(cè)出的排氣空燃比來推斷。因此，當(dāng) ECU100根據(jù)檢測(cè)出的排氣空燃比，判斷含有不要成分時(shí)，會(huì)關(guān)閉臭氧 發(fā)生器41 ，停止臭氧供給。另 一方面，當(dāng)判斷不含有不要成分時(shí)，ECU100 則會(huì)開啟臭氧發(fā)生器41，供給臭氧。
這些第一至第三的條件可以任意組合并根據(jù)AND/OR條件適當(dāng)結(jié) 合使用。本實(shí)施方式中，供給臭氧時(shí)，開啟臭氧發(fā)生器41并立即供給 生成的臭氧。但也可以預(yù)先生成臭氧并貯藏，通過閥門切換供給臭氧。 另外，也可以用泵、壓縮機(jī)等將臭氧加壓供給。
下面示出按照該第一實(shí)施方式、用模擬氣體(模型氣體)進(jìn)行的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果。
(I ) NOx催化劑為吸留還原型催化劑的情況 (1)實(shí)驗(yàn)裝置
圖6示出整個(gè)試驗(yàn)裝置，圖7示出圖6的VH部分細(xì)部。61為多個(gè)儲(chǔ) 氣瓶，各儲(chǔ)氣瓶中分別充填有為制備模擬柴油機(jī)的排氣氣體組成的模擬 氣體而使用的原料氣體。這里所述的原料氣體為N2、 02、 CO等氣體。 62為模擬氣體發(fā)生器，具備質(zhì)量流量控制器，會(huì)將各原料氣體按規(guī)定量 混合，生成模擬氣體MG。如圖7詳細(xì)所示，模擬氣體MG通過配置在 上游側(cè)石英管63內(nèi)的NOx催化劑64后，通過配置在下游側(cè)石英管65 內(nèi)的DPF66，從未圖示的排氣通道排出至外部。
如圖6所示，由氧氣儲(chǔ)氣瓶67供給的氣體氧02分為兩股， 一股通 過流量控制單元68進(jìn)行流量調(diào)節(jié)后供給至臭氧發(fā)生器69。在臭氧發(fā)生 器69中，氧被選擇性地且部分地轉(zhuǎn)化為臭氧03，這些氧和臭氧(或只 是氧)到達(dá)臭氧分析計(jì)70。另一股氣體氧通過其它流量控制單元71進(jìn) 行流量調(diào)節(jié)后，與臭氧發(fā)生器69供給的氣體混合，到達(dá)臭氧分析計(jì)70。 在臭氧分析計(jì)70中，測(cè)量流入此處的氣體，即要供給DPF66的供給氣 體的臭氧濃度，隨后，供給氣體通過流量控制單元71進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。 剩余的供給氣體從未圖示的排氣通道排至外部，流量經(jīng)過調(diào)節(jié)的供給氣 體則如附圖7所示，在配置在上游側(cè)石英管63和下游側(cè)石英管65之間
的三通管72中與模擬氣體MG混合，隨后與模擬氣體MG —起供給至 DPF66。
上游側(cè)石英管63和下游側(cè)石英管65的外周部分各自設(shè)有電加熱器 73和74，可以使NOx催化劑64和DPF66的溫度得到控制。另外，還 設(shè)有分別用于測(cè)量緊臨NOx催化劑64和DPF66的上游位置的溫度的溫 度傳感器75和76。
在DPF66的下游側(cè)，從上游側(cè)開始分別串接配置用于測(cè)量HC、 CO、 NOx濃度的排氣分析器77，用于測(cè)量C02濃度的排氣分析器78， 用于測(cè)量臭氧濃度的臭氧分析計(jì)79。
(2 )實(shí)驗(yàn)條件
控制電加熱器73、 74，使溫度傳感器75、 76檢測(cè)出的溫度達(dá)到250 "C。模擬氣體組成為，各自以體積濃度計(jì)，NO為210ppm、 02為5%、 H20為3% ,其余為N2。模擬氣體的流量為9.5L (升)/min，模擬氣體 的壓力為0.4MPa。供給氣體的組成為，臭氧03為20000ppm，其余為 02。但是，這是臭氧發(fā)生器69開啟，實(shí)行臭氧供給時(shí)的組成。臭氧發(fā) 生器69關(guān)閉，不實(shí)行臭氧供給時(shí)，供給氣體僅為02。供給氣體流量為 0.5L (升)/min。
(3) 實(shí)驗(yàn)方法
通入作為模擬氣體的N2，直到溫度傳感器75、 76檢測(cè)出的溫度達(dá) 到恒定(250"C),該溫度恒定后，向模擬氣體中添加NO和02，與此 同時(shí)向臭氧發(fā)生器69中導(dǎo)入氧氣。生成臭氧時(shí)，在導(dǎo)入氧氣的同時(shí)開 啟臭氧發(fā)生器69。 DPF66中PM的氧化量(氧化速度)由排氣分析器 77、 78檢測(cè)出的CO和C02濃度計(jì)算得出。即，將模擬氣體流量、檢 出的體積濃度和測(cè)量時(shí)間之積除以lmol份的體積(例如22.4L)，得到 該測(cè)量時(shí)間中的mol數(shù)，根據(jù)此mol數(shù)，可以計(jì)算出PM的氧化量(氧 化速度)。
(4) 實(shí)施例及比較例 實(shí)施例1
分別配置以下所示構(gòu)造的NOx催化劑64和DPF66,在臭氧發(fā)生器 69開啟的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。
NOx催化劑(吸留還原型)
使用在直徑30mm、長(zhǎng)25mm、蜂窩小室(cell)壁厚4mil(亳英寸)、 蜂窩小室數(shù)400個(gè)/平方英寸(cpsi)的堇青石制蜂窩結(jié)構(gòu)體上涂敷Y -A1203而成的催化劑。涂敷量為120g/L[分母的L (升)意為每1L催化 劑。在該催化劑上吸水擔(dān)載醋酸鋇，500C煅燒2小時(shí)。醋酸鋇的擔(dān)載 量為0.2mol/L。將此催化劑在含有碳酸氫銨的溶液中浸漬處理，250"C 下干燥。隨后用含有二亞硝基二氨鉑的水溶液擔(dān)載Pt，干燥后，450X: 煅燒1小時(shí)。Pt的擔(dān)載量為2g/L。
DPF
使用在直徑30mm、長(zhǎng)50mm、蜂窩小室壁厚12mil、蜂窩小室數(shù) 300個(gè)/平方英寸(cpsi)的堇青石制DPF (未涂敷催化劑)上堆積有PM 的DPF。為〗吏PM堆積，在2L柴油機(jī)的排氣管中配置可以并列i殳置12 個(gè)直徑30mm、長(zhǎng)50mm的堇青石制蜂窩結(jié)構(gòu)體的容器，向其通入 2000rpm、 30Nm的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的排氣氣體，持續(xù)1小時(shí)，捕集PM。 將此堆積PM的蜂窩結(jié)構(gòu)體配置在石英管內(nèi)，使PM堆積的面朝向上游 側(cè)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
比較例1
僅配置與實(shí)施例1的DPF同才羊構(gòu)造的DPF，此DPF的上游側(cè)不配 置NOx催化劑，在臭氧發(fā)生器69開啟的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。
比較例2
配置與實(shí)施例1的NOx催化劑和DPF同樣構(gòu)造的NOx催化劑和 DPF,在臭氧發(fā)生器69關(guān)閉的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。
比較例3
僅配置與實(shí)施例1的DPF同樣構(gòu)造的DPF，此DPF的上游側(cè)不配 置NOx催化劑，在臭氧發(fā)生器69關(guān)閉的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
模擬氣體組成從N2切換之后(向臭氧發(fā)生器中導(dǎo)入02之后)5分 鐘內(nèi)的PM氧化速度的比較如圖8所示。圖中，縱軸的PM氧化速度的 單位g/hL表示DPF每升每小時(shí)氧化的PM的克數(shù)。如圖所見，比較例 2和3中PM的氧化無法確T^人。通過實(shí)施例1與比較例1的比較可以知 道，NO,吸留還原型催化劑將NOx吸留，從而抑制了在此催化劑下游 03與NOx的反應(yīng)。通過實(shí)施例1與比較例2和3的比較，可以知道臭 氧添加的效果。即，不添加臭氧就無法氧化PM。
(n ) NOx催化劑為選擇還原型催化劑的情況
(1) 實(shí)驗(yàn)裝置
與(I )的情況相同。
(2) 實(shí)驗(yàn)條件
除模擬氣體組成各自的體積濃度為NO為210ppm、 C3H6為500 ppm、 02為5%、 1120為3%，其余為]\2之外，與(I )的情況相同。 此處添加丙烯<:3116是因?yàn)槭褂眠x擇還原型NOx催化劑時(shí)，NOx的凈化 以HC為必需。內(nèi)燃機(jī)排出的HC可達(dá)幾十種，但濃度最大的為丙烯 C3H6，因此，作為HC的代表，使用了丙烯C3H6。
(3) 實(shí)驗(yàn)方法
通入作為模擬氣體的N2，直到溫度傳感器75、 76檢測(cè)出的溫度達(dá) 到恒定(250r)，該溫度恒定后，向模擬氣體中添加NO、 <:3116和02, 與此同時(shí)在向臭氧發(fā)生器69中導(dǎo)入氧氣。生成臭氧時(shí)，在導(dǎo)入氧氣的 同時(shí)開啟臭氧發(fā)生器69。 DPF66中PM的氧化量(氧化速度)由排氣 分析器77、 78檢測(cè)出的CO和C02濃度計(jì)算得出。此時(shí)，還需考慮由 導(dǎo)入模擬氣體中的<:3116生成的CO和C02濃度，計(jì)算碳平衡。
(4) 實(shí)施例及比較例 實(shí)施例2
分別配置具有下面所示構(gòu)造的NOx催化劑64和DPF66,在臭氧發(fā)生器69開啟的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。 NOx催化劑(選擇還原型)
使用在直徑30mm、長(zhǎng)25mm、蜂窩小室壁厚4mil、蜂窩小室數(shù)400 個(gè)/平方英寸(cpsi)的堇青石制蜂窩結(jié)構(gòu)體上涂敷ZSM-5型沸石而成 的催化劑。涂敷量為120g/L。在該催化劑上用含有二亞硝基二氨鉑的水 溶液擔(dān)載Pt,干燥后，450"C煅燒1小時(shí)。Pt的擔(dān)載量為2g/L。
DPF
與(I )的情況相同。 比較例4
僅配置與實(shí)施例2的DPF同樣構(gòu)造的DPF,此DPF的上游側(cè)不 配置NOx催化劑，在臭氧發(fā)生器69開啟的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速 度。
比較例5
配置與實(shí)施例2的NOx催化劑和DPF同樣構(gòu)造的NOx催化劑和 DPF，在臭氧發(fā)生器69關(guān)閉的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。
比較例6
僅配置與實(shí)施例2的DPF同樣構(gòu)造的DPF,此DPF的上游側(cè)不 配置NOx催化劑，在臭氧發(fā)生器69關(guān)閉的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速 度。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
模擬氣體組成從N2切換之后(向臭氧發(fā)生器中導(dǎo)入02之后)5 分鐘內(nèi)的PM氧化速度的比較如圖9所示。如圖所見，比較例5和6中 PM的氧化無法確認(rèn)。通過實(shí)施例2與比較例4的比較可以知道，選擇 還原型NOx催化劑將NOx還原，從而抑制了在此催化劑下游03與NO 的反應(yīng)。但還可知道，使用該選擇還原型NOx催化劑時(shí)，過量存在的 <:3116未能徹底凈化，通過NOx催化劑后的(:3116在緊臨DPF的前方與
臭氧反應(yīng)，導(dǎo)致臭氧被消耗，不能充分用于PM的氧化。通過實(shí)施例2 與比較例5和6的比較，可以知道臭氧添加的效果。即，不添加臭氧就 無法氧4tPM。
由以上說明可以知道，本發(fā)明適用于排氣溫度較高、易于得到NOx 催化劑效果的系統(tǒng)，即通過NOx催化劑的作用可以充分凈化NOx的系 統(tǒng)。例如，車輛用柴油機(jī)。另外，關(guān)于NOx催化劑，可以這樣區(qū)別使用 當(dāng)排氣氣體中的還原劑(HC)的濃度高時(shí)，即排氣氣體中含有充足的 還原劑量時(shí)使用選擇還原型NOx催化劑，若非此情況，則使用吸留還原 型NOx催化劑。
第二實(shí)施方式
以下參照

本發(fā)明的第二實(shí)施方式。應(yīng)予說明的是，對(duì)于 與上述第一實(shí)施方式相同的構(gòu)造，圖中使用同一符號(hào)，省略詳細(xì)說明。
圖10是簡(jiǎn)略示出本發(fā)明第二實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的 系統(tǒng)圖。如圖所示，在該第二實(shí)施方式中，在NOx催化劑20的上游側(cè) 的排氣通道15中配置有第2臭氧供給噴嘴90，作為可供給臭氧(03) 的其它臭氧供給機(jī)構(gòu)。第2臭氧供給噴嘴卯與在DPF30的上游側(cè)配置 的臭氧供給噴嘴40的構(gòu)造相同。該第2臭氧供給噴嘴90和臭氧供給噴 嘴40與流量控制單元91相連，流量控制單元91與臭氧發(fā)生器41相連。 流量控制單元91將由臭氧發(fā)生器41送來的臭氧按規(guī)定配比分別分配供 給臭氧供給噴嘴40和第2臭氧供給噴嘴卯。此處包括只分配給任一方 的情況。流量控制單元91與ECU100相連，由ECU100控制。
為確定從第2臭氧供給噴嘴90供給的臭氧的量，設(shè)置NOx傳感 器92，作為與NOx催化劑20關(guān)連的NOx濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)。NOx傳感器 92檢測(cè)排氣通道15中排氣氣體的NOx濃度。在本實(shí)施方式中，NOx傳 感器92配置在NOx傳感器92的下游側(cè)且臭氧供給噴嘴40的上游側(cè)。 但是，NOx傳感器92也可配置在第2臭氧供給噴嘴90的上游側(cè)。NOx 傳感器92與ECUlOO相連，ECU100根據(jù)NOx傳感器92的輸出，計(jì)算 NOx濃度。NOx傳感器92和第2臭氧供給噴嘴90都安裝在殼體21上。
上述第一實(shí)施方式存在如下問題排氣溫度或NOx催化劑床溫低時(shí)，催化劑不能有效發(fā)揮功能，因此NOx催化劑20不能完全凈化NOx， NOx被排出至NOx催化劑20的下游側(cè)，此排出的NOx與臭氧供給噴嘴 40供給的臭氧如上所述進(jìn)行反應(yīng)，臭氧被消耗。
對(duì)此，在本第二實(shí)施方式中，排氣溫度或NOx催化劑床溫低時(shí)， 可從第2臭氧供給噴嘴90向排氣氣體中添加臭氧，用NOx催化劑20 凈化NOx。由此，即使在NOx催化劑20不能有效發(fā)揮功能的低溫時(shí)， 也可防止NOx被排出至NOx催化劑20的下游側(cè)，防止所供給的用于除 去PM的臭氧被無謂消耗，使其可以有效用于除去PM。
在此說明NOx催化劑20中NOx的凈化機(jī)理。首先，NOx催化劑 20為吸留還原型時(shí)，NOx中的NO如下式所示與臭氧反應(yīng)。
NO + 03 —N02+02 (1)
接著由此生成的N02被K等NOx吸收成分吸收或捕獲。上述(2) 式和(3)式的反應(yīng)中生成的N02也同樣被NOx吸收成分吸收。由此可 以防止NOx從NOx催化劑20排出。此處，低溫時(shí)不起作用的只是Pt 等催化劑成分，即使是低溫時(shí)，NOx吸收成分并不喪失功能。因此即使 在低溫時(shí)，上述N02吸收也是可以進(jìn)行的。
NOx催化劑20為選擇還原型時(shí)，因臭氧作用而改性的烴HC會(huì)與 上述(l) ~ (3)式的反應(yīng)中生成的N02反應(yīng)，使NOx還原凈化。
在氧化除去DPF30中的PM時(shí)，ECU100根據(jù)NOx傳感器92的 輸出判斷排氣氣體中的NOx濃度在規(guī)定值(幾乎接近0的值)以上時(shí)， 會(huì)控制流量控制單元91，從第2臭氧供給噴嘴卯實(shí)施臭氧供給，同時(shí) 控制該臭氧流量，使其達(dá)到與NOx濃度相應(yīng)的規(guī)定流量。即，當(dāng)排氣氣 體中的NOx濃度在規(guī)定值以上時(shí)，意味著排氣氣體溫度或催化劑床溫 低、用NOx催化劑20無法凈化NOx,對(duì)應(yīng)于此，向NOx催化劑20上 游供給臭氧，促進(jìn)NOx催化劑20凈化NOx。此時(shí)，為使檢測(cè)出的NOx 濃度接近規(guī)定值，也可控制流量控制單元91，即反饋控制從第2臭氧供 給噴嘴90供給的臭氧量。另外，在NOx催化劑20上游側(cè)"^L置NOx傳 感器92時(shí)，由NOx傳感器92測(cè)出的NOx濃度在可通過NOx催化劑20 加以除去的預(yù)設(shè)濃度以上時(shí)，從第2臭氧供給噴嘴卯供給臭氧。當(dāng)然，
也可以設(shè)置檢測(cè)流入NOx催化劑20的排氣氣體溫度或催化劑床溫的機(jī) 構(gòu)，根據(jù)該排氣氣體溫度或催化劑床溫控制第2臭氧供給噴嘴卯，確定 是否供給臭氧及臭氧供給量。這種情況下，在排氣氣體溫度或催化劑床 溫在規(guī)定值以下時(shí)，優(yōu)選從第2臭氧供給噴嘴90供給臭氧。
關(guān)于該第二實(shí)施方式，也用模擬氣體(模型氣體)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)， 其結(jié)果如下所示。
(I ) NOx催化劑為吸留還原型催化劑的情況
(1)實(shí)驗(yàn)裝置
圖11示出整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，圖12示出附圖11的xn部分的細(xì)部。除 以下幾點(diǎn)外，實(shí)驗(yàn)裝置與圖6和圖7所示的第一實(shí)施方式的裝置相同。 在本第二實(shí)施方式的實(shí)驗(yàn)裝置中，從流量控制單元71，向設(shè)置于NOx 催化劑64和DPF66之間位置的三通管72以及設(shè)置在NOx催化劑64上 游側(cè)的三通管102，按規(guī)定配比，分別供給由臭氧和氧氣、或只有氧氣 組成的供給氣體，與模擬氣體MG混合。
(2 )實(shí)驗(yàn)條件
除以下幾點(diǎn)外，實(shí)驗(yàn)條件與第一實(shí)施方式(I ) (2)中所述的條 件相同。在本第二實(shí)施方式中，對(duì)電加熱器73、 74進(jìn)行控制，使溫度 傳感器75、 76檢測(cè)出的溫度達(dá)到100t:。這樣，目標(biāo)溫度低于第一實(shí)施 方式的目標(biāo)溫度250"C，這是為了研究在NOx催化劑64不能充分發(fā)揮 功能的低溫時(shí)，向NOx催化劑64供給臭氧的效果。供給氣體的流量對(duì) 于NOx催化劑64的上游側(cè)為125cc/min,對(duì)于NOx催化劑64和DPF66 之間的位置為375cc/min。但是，下述比較例10中，不向NOx催化劑 64的上游側(cè)供給供給氣體，向NOx催化劑64和DPF66之間的位置以 500cc/min供給供給氣體。
(3) 實(shí)驗(yàn)方法
與第一實(shí)施方式(I ) (3)中所述的實(shí)驗(yàn)方法相同。
(4) 實(shí)施例和比較例
實(shí)施例3
與第一實(shí)施方式(I ) (4)中所述的實(shí)施例l相同。 比較例7
與第一實(shí)施方式(I ) (4)中所述的比較例l相同。 比較例8
與第一實(shí)施方式(I ) (4)中所述的比較例2相同。 比較例9
與第一實(shí)施方式(I ) (4)中所述的比較例3相同。 比較例10
配置與實(shí)施例3的NOx催化劑和DPF相同構(gòu)造的NOx催化劑和 DPF,在臭氧發(fā)生器69開啟的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。但此時(shí) 如上所述，不向NOx催化劑64的上游側(cè)供給供給氣體，向NOx催化劑 64和DPF66之間的位置以500cc/min供給供給氣體。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
模擬氣體組成從N2切換之后(向臭氧發(fā)生器中導(dǎo)入02之后)5 分鐘內(nèi)的PM氧化速度的比較如圖13所示。如圖所見，比較例8和9 中PM的氧化無法確認(rèn)。通過實(shí)施例3與比較例7的比較可以知道，NOx 吸留還原型催化劑將NOx吸留，從而抑制了在此催化劑下游03與NO 的反應(yīng)。通過實(shí)施例3與比較例8和9的比較，可以知道臭氧添加的效 果。即，不添加臭氧就無法氧化PM。通過實(shí)施例3與比較例10的比較 可以知道在NOx催化劑上游側(cè)添加臭氧的效果。在此應(yīng)特別指出的是， 盡管在實(shí)施例3和比較例10中供給氣體的總流量均為500cc/min，但在 NOx催化劑上游側(cè)添加臭氧比不添加時(shí)的PM氧化速度高。即，可以得 出以下結(jié)論即使由于凈化NOx而消耗了一部分臭氧，其效果也優(yōu)于不 凈化NOx、而將臭氧的未消耗的相應(yīng)部分更多地供給DPF的情況。
(II ) NOx催化劑為選擇還原型催化劑的情況
(1 )實(shí)驗(yàn)裝置 與(I )的情況相同。
(2) 實(shí)驗(yàn)條件
除以下幾點(diǎn)外，實(shí)驗(yàn)條件與第一實(shí)施方式(n ) (2)中所述的條
件相同。即，與吸留還原型催化劑的情況相同，對(duì)電加熱器73、 74進(jìn) 行控制，使溫度傳感器75、 76檢測(cè)出的溫度達(dá)到1001C。供給氣體的流 量對(duì)于NOx催化劑64的上游側(cè)為125cc/min，對(duì)于NOx催化劑64和 DPF66之間的位置為375cc/min。但是，下述比較例14中，不向NOx 催化劑64的上游側(cè)供給供給氣體，向NOx催化劑64和DPF66之間的 位置以500cc/min供給供給氣體。
(3) 實(shí)驗(yàn)方法
與第一實(shí)施方式(n ) (3)中所述的實(shí)驗(yàn)方法相同。
(4) 實(shí)施例和比較例 實(shí)施例4
與第一實(shí)施方式(n ) (4)中所述的實(shí)施例2相同。 比較例11
與第一實(shí)施方式(n ) (4)中所述的比較例4相同。 比較例12
與第一實(shí)施方式(n)u)中所述的比較例5相同。
比較例13
與第一實(shí)施方式(n ) (4)中所述的比較例6相同。
比較例14
配置與實(shí)施例4的NOx催化劑和DPF相同構(gòu)造的NOx催化劑和 DPF，在臭氧發(fā)生器69開啟的狀態(tài)下，測(cè)定PM的氧化速度。但此時(shí)
如上所述，不向NOx催化劑64的上游側(cè)供給供給氣體，向NOx催化劑 64和DPF66之間的位置以500cc/min供給供給氣體。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
模擬氣體組成從N2切換之后(向臭氧發(fā)生器中導(dǎo)入02之后)5 分鐘內(nèi)的PM氧化速度的比較如圖14所示。如圖所見，比較例12和13 中PM的氧化無法確認(rèn)。通過實(shí)施例4與比較例11的比較可以知道， 選擇還原型NOx催化劑將NOx還原，從而抑制了在此催化劑下游03與 NO的反應(yīng)。但也可以知道，使用這種選擇還原型NOx催化劑時(shí)，過量 存在的<:3116未能徹底凈化，通過NO,催化劑的<:3116在緊臨DPF的前 方與臭氧反應(yīng)，臭氧被消耗，不能充分用于PM的氧化。通過實(shí)施例4 與比較例12和13的比較，可以知道臭氧添加的效果。即，不添加臭氧 就無法氧化PM。通過實(shí)施例4與比較例14的比較，可以知道在NOx 催化劑上游側(cè)添加臭氧的效果。特別是，可以得出以下結(jié)論即使由于 凈化NOx而消耗了一部分臭氧，其效果也優(yōu)于不凈化NOx、而將臭氧的 未消耗的相應(yīng)部分更多地供給DPF的情況。
第三實(shí)施方式
以下參照

本發(fā)明的第三實(shí)施方式。應(yīng)予說明的是，與上 述第一實(shí)施方式相同的構(gòu)造，圖中使用同一符號(hào)，省略詳細(xì)說明。
圖15是簡(jiǎn)略示出本發(fā)明第三實(shí)施方式的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置的 系統(tǒng)圖。如圖所示，在第三實(shí)施方式中，在NOx催化劑20的下游側(cè)且 臭氧供給噴嘴40的上游側(cè)的排氣通道15中配置氧化催化劑110。本實(shí) 施方式中，氧化催化劑110配置在與NOx催化劑20共通的殼體21內(nèi)。
在上述第一實(shí)施方式中，如上所述，NOx催化劑20為吸留還原型 時(shí)，為了使被NOx催化劑20吸留的NOx釋放、還原凈化，進(jìn)行燃料過 量供給(輕油另行噴射、后(post)噴射等)。不進(jìn)行這樣的燃料過量 供給時(shí)，排氣氣體中的HC會(huì)基本上未受影響地通過NOx催化劑20。 另一方面，NOx催化劑20為選擇還原型時(shí)情況也相同，NOx催化劑20 不在活性溫度范圍時(shí)，排氣氣體中的HC基本上未受影響地通過NOx 催化劑20,即使NOx催化劑20在活性溫度范圍內(nèi)，為了還原凈化NOx
而向排氣氣體中添加還原劑(輕油等)時(shí)，未被NOx催化劑20完全凈 化的HC會(huì)從NOx催化劑20排出。 一旦HC從NOx催化劑20排出， 這些HC就與從臭氧供給噴嘴40供給的臭氧反應(yīng)，產(chǎn)生臭氧被無謂消 耗的問題。即，臭氧會(huì)部分氧化HC，發(fā)生生成CO、 C02、 H20等HC 氧化物的反應(yīng)。這樣一來，該被消耗部分的臭氧無法供給至DPF， PM 氧化效率降低。
對(duì)此，在本第三實(shí)施方式中，由于在NOx催化劑20的下游側(cè)且 臭氧供給噴嘴40的上游側(cè)配置有氧化催化劑110，因此，可以將從NOx 催化劑20排出的HC用氧化催化劑110氧化、凈化。由此可以抑制從 氧化催化劑110排出HC,防止臭氧被該排出的HC消耗，提高PM氧 化效率。
此處，氧化催化劑IIO是使HC、 CO等未燃成分與氧氣反應(yīng)、生 成CO、 C02、 H20等的催化劑，作為催化物質(zhì)，可以4吏用例如Pt/Ce02、 Mn/Ce02、 Fe/Ce02、 Ni/Ce02、 Cu/Ce02等。
在本第三實(shí)施方式中，還可以將上述第二實(shí)施方式的構(gòu)成進(jìn)行組 合。即，上述第二實(shí)施方式的第2臭氧供給噴嘴90、流量控制單元91 和NOx傳感器92也可設(shè)置在本第三實(shí)施方式中。
關(guān)于第三實(shí)施方式，也通過模擬氣體(模型氣體)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)， 其結(jié)果如下所示。
(1)實(shí)驗(yàn)裝置
整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置與圖6所示的第一實(shí)施方式的裝置相同。但是，至 于圖6的VH部分的細(xì)部，才艮據(jù)下述實(shí)施例和比較例而不同。在下述實(shí)施 例5中，如圖16所示，在上游側(cè)的石英管63內(nèi)，從上游側(cè)開始按順序 配置NOx催化劑64和氧化催化劑120。與此相應(yīng)地，上游側(cè)的石英管 63采用比第一實(shí)施方式中的石英管更長(zhǎng)的。在下述比較例15中，如圖 17所示，在上游側(cè)的石英管63內(nèi)只配置NOx催化劑64。此處，NOx 催化劑64只使用選擇還原型的，沒有進(jìn)行關(guān)于吸留還原型的實(shí)驗(yàn)。
(2 )實(shí)驗(yàn)條件
與第一實(shí)施方式(n ) (2)中所述的實(shí)驗(yàn)條件相同。
(3) 實(shí)驗(yàn)方法
與第一實(shí)施方式(n ) (3)中所述的實(shí)驗(yàn)方法相同。
(4) 實(shí)施例和比較例 實(shí)施例5
關(guān)于NOx催化劑64和DPF66，與第一實(shí)施方式(n ) (4)中所 述的實(shí)施例2相同。關(guān)于氧化催化劑120, 4吏用在直徑30mm、長(zhǎng)25mm、 蜂窩小室壁厚4mil、蜂窩小室數(shù)400個(gè)/平方英寸(cpsi)的堇青石制蜂 窩結(jié)構(gòu)體上涂敷Ce-Zr復(fù)合氧化物而成的催化劑。涂敷量為120g/L。 用含有二亞硝基二氨鉑的水溶液在其上擔(dān)載Pt，干燥后，450匸煅燒1 小時(shí)。Pt的擔(dān)載量為2g/L。
比較例15
與第一實(shí)施方式(n ) (4)中所述的實(shí)施例2相同。
(5) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
模擬氣體組成從N2切換之后(向臭氧發(fā)生器中導(dǎo)入02之后)5 分鐘內(nèi)的PM氧化速度的比較如圖18所示。根據(jù)此結(jié)果可以知道，通 過在NOx催化劑和臭氧供給噴嘴之間配置氧化催化劑，可以提高PM的 氧化速度。
但如圖15所示，此處，雖然在NOx催化劑20的下游側(cè)配置了氧 化催化劑110,但也可與之相反，在NOx催化劑20的上游側(cè)配置氧化 催化劑110。這樣，可以在比NOx催化劑20前面的部位通過氧化催化 劑IIO部分氧化排氣氣體中的HC、 CO, NOx催化劑20就有可能易于 發(fā)揮作用。特別是，還存在以下情況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)至熱機(jī)終止時(shí)這段 時(shí)間會(huì)有較多的HC排出，為了更積極地凈化該HC，盡量在上游側(cè)、 接近發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)的位置配置氧化催化劑，促進(jìn)氧化催化劑的早期活性 化。這樣，即使在NOx催化劑20的上游側(cè)配置了氧化催化劑110的情 況下也可達(dá)到在臭氧供給之前用氧化催化劑100預(yù)先除去HC的目的， 因此，可以充分設(shè)想到與之相反的配置亦可的情形。
以上說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明也可以采用其它的實(shí)施方
式。例如，上述實(shí)施方式中作為PM捕集裝置采用了壁流式DPF，但也 可以釆用其它各種的過濾器構(gòu)造，例如靜電捕集式的直流式過濾器，這 是一種對(duì)存在于排氣氣體中的一對(duì)電極間施加直流電壓、產(chǎn)生放電，使 PM例如帶負(fù)電，利用靜電力使之吸附于正側(cè)或接地側(cè)電極上的過濾器。 因此，PM捕集裝置能夠以正側(cè)或接地側(cè)電極的形式形成?；牡男螤?或構(gòu)造除上述的蜂窩狀外，還可以為板狀、筒狀、顆粒狀、網(wǎng)眼狀等。
本發(fā)明除了可適用于壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的柴油機(jī)外，還適用于可 能產(chǎn)生PM的所有內(nèi)燃機(jī)。例如，直噴火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，更具體而言， 直噴稀燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。此發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料直接噴射到桶內(nèi)燃燒室中，但在 燃料噴射量高的高負(fù)荷區(qū)域，燃料不能充分燃燒，可能產(chǎn)生PM。本發(fā) 明也適用于這種發(fā)動(dòng)機(jī)，并可以充分期待與上述相同的效果。
本發(fā)明的實(shí)施方式并不僅限于上述實(shí)施方式，還包括由發(fā)明保護(hù) 范圍所規(guī)定的本發(fā)明思想所包含的所有變形例、應(yīng)用例、等同物。因此 本發(fā)明不應(yīng)作限定性解釋，也可適用于屬于本發(fā)明思想范圍內(nèi)的其它任 意技術(shù)。
產(chǎn)業(yè)適用性
本發(fā)明可以適用于可能產(chǎn)生顆粒物質(zhì)的所有內(nèi)燃機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，具有捕集排氣通道內(nèi)排氣氣體中的顆粒物質(zhì)的顆粒物質(zhì)捕集裝置；能夠從該顆粒物質(zhì)捕集裝置的上游側(cè)向該顆粒物質(zhì)捕集裝置供給臭氧的臭氧供給機(jī)構(gòu)；以及配置在該臭氧供給機(jī)構(gòu)的上游側(cè)、凈化排氣氣體中NOx的NOx催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有能夠從所述NOx催化劑的上游側(cè)向所述NOx催化劑供給臭氧的其 它臭氧供給機(jī)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有檢測(cè)流入所述NOx催化劑的排氣氣體溫度或所述NOx催化劑床溫 的機(jī)構(gòu)、以及在該檢測(cè)出的排氣氣體溫度或NOx催化劑床溫在規(guī)定溫度 以下時(shí)使由所述其它臭氧供給機(jī)構(gòu)實(shí)施臭氧供給的機(jī)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有配置在所述NOx催化劑的上游側(cè)或所述NOx催化劑和所述臭氧供 給機(jī)構(gòu)之間的、檢測(cè)排氣氣體中NOx濃度的NOx濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，以及 根據(jù)該檢測(cè)出的NOx濃度而控制來自所述其它臭氧供給機(jī)構(gòu)的臭氧供 給量的機(jī)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有配置在所述NOx催化劑和所述臭氧供給機(jī)構(gòu)之間并氧化排氣氣體 中未燃成分的氧化催化劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有配置在所述NOx催化劑的上游側(cè)并氧化排氣氣體中未燃成分的氧 化催化劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，所 述NOx催化劑為吸留還原型或選擇還原型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有使由所述排氣通道外的氣體生成臭氧的臭氧發(fā)生機(jī)構(gòu)，所述臭氧供 給機(jī)構(gòu)將所述臭氧發(fā)生機(jī)構(gòu)生成的臭氧供給于所述排氣通道內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，還 具有使由所述排氣通道外的氣體生成臭氧的臭氧發(fā)生機(jī)構(gòu)、以及將由該 述其它臭氧供給機(jī)構(gòu)分配供給的流量控制單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)為壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)或直噴火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)排氣凈化裝置具有捕集排氣通道(15)內(nèi)排氣氣體中的顆粒物質(zhì)的顆粒物質(zhì)捕集裝置(30)；可以從該顆粒物質(zhì)捕集裝置(30)的上游側(cè)向顆粒物質(zhì)捕集裝置(30)供給臭氧的臭氧供給機(jī)構(gòu)(40)；配置在該臭氧供給機(jī)構(gòu)(40)上游側(cè)、凈化排氣氣體中的NO_x的NO_x催化劑(20)。由于在臭氧供給機(jī)構(gòu)(40)上游側(cè)預(yù)先通過NO_x催化劑(20)除去NO_x，因此可以防止與NO_x反應(yīng)引起的臭氧消耗，使臭氧可以有效用于氧化除去顆粒物質(zhì)捕集裝置(30)中的PM。
文檔編號(hào)F01N3/02GK101171407SQ200680015570
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者井部將也, 伊藤由彥, 垣花大, 平田裕人, 榊原雄二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社