JP2006266192A - Exhaust emission control device for engine - Google Patents

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Mitsuru Hosoya
満 細谷
Masatoshi Shimoda
正敏 下田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a comparatively simple structured exhaust emission control device for an engine, reducing NOx and simultaneously collecting fine particles in exhaust gas. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device is provided with a selective reduction type catalyst 24 arranged in an exhaust pipe 16 and a liquid injection nozzle 29 ejecting urea-based liquid 32 toward the catalyst. A diesel particulate filter 51 is arranged in the exhaust pipe on a farther exhaust gas downstream side of the selective reduction type catalyst, and constituted to increase and reduce hydrocarbon supplied to the exhaust pipe. A first oxidation catalyst 52 is arranged in the exhaust pipe on a farther exhaust gas downstream side of the selective reduction type catalyst and on a farther exhaust gas upstream side of the filter. A second oxidation catalyst 53 is arranged in the exhaust pipe 16 on a farther exhaust gas upstream side of the liquid injection nozzle 29. A single convertor 27 is arranged in the exhaust pipe 16, and the selective reduction type catalyst 24, the first oxidation catalyst 52, and the diesel particulate filter 51 are stored in the convertor 27. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を低減するとともにその排気ガス中の微粒子も同時に捕集し得る排気ガス浄化装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust gas purification device that can reduce nitrogen oxides contained in exhaust gas of a diesel engine and simultaneously collect particulates in the exhaust gas.

従来、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を低減させる排気ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に選択還元型触媒を設け、その選択還元型触媒より排気ガス上流側の排気管に、その選択還元型触媒に向けて尿素系液体を噴射可能な液体噴射ノズルを設けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから噴射された尿素系液体が排気ガスの熱により加熱されて加水分解し、アンモニアが生じる。そしてこのアンモニアは排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減できるようになっている。   Conventionally, as an exhaust gas purification device that reduces nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) contained in exhaust gas of a diesel engine, a selective reduction catalyst is provided in the middle of the exhaust passage of the diesel engine, and the selective reduction thereof is performed. 2. Description of the Related Art A diesel engine exhaust gas purification device is known in which an exhaust pipe upstream of an exhaust gas is provided with a liquid injection nozzle capable of injecting urea-based liquid toward the selective reduction catalyst (for example, Patent Documents) 1). In this diesel engine exhaust gas purification device, urea-based liquid injected from the liquid injection nozzle is heated by the heat of the exhaust gas and hydrolyzed to produce ammonia. The ammonia functions as a reducing agent that purifies NOx in the exhaust gas by a selective reduction catalyst, and can reduce the amount of NOx discharged to the atmosphere.

一方、ディーゼルエンジンの排気ガス中には排気微粒子（以下、「パティキュレート」という。）も比較的多く含まれており、これらの大気放出を防止する必要もある。このパティキュレートの大気放出を防止するためにディーゼルエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを配置して排気ガス中のパティキュレートを捕集することが知られている。従って、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘを低減するとともにその排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するには、ＮＯｘを低減するための上述した選択還元型触媒等とともにパティキュレートフィルタを別に排気通路に設けることが考えられる。
特開２００３−２３２２１８号公報（特許請求の範囲、図１） On the other hand, the exhaust gas of diesel engines contains a relatively large amount of exhaust particulates (hereinafter referred to as “particulates”), and it is necessary to prevent these atmospheric emissions. In order to prevent the release of particulates into the atmosphere, it is known to arrange a particulate filter in the exhaust passage of the diesel engine to collect particulates in the exhaust gas. Therefore, in order to reduce NOx contained in the exhaust gas of a diesel engine and collect particulates contained in the exhaust gas, a particulate filter is used together with the above selective reduction catalyst for reducing NOx. It is conceivable to separately provide the exhaust passage.
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-232218 (Claims, FIG. 1)

しかし、パティキュレートフィルタでは、そこに捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタを通る排気の流路抵抗が増大してエンジンの排気抵抗を上昇させ、エンジン出力の低下や燃費の増大を生じさせる。これを防止するため、従来パティキュレートフィルタを排気通路に設けた場合には、そのパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを定期的に燃焼させてパティキュレートフィルタの再生を行う電気ヒータやバーナ、及びそれらを駆動させるための動力装置等を更に備えることが必要とされ、これらを備える必要から排気ガス浄化装置が大型化してその単価が押し上げられる不具合があった。
本発明の目的は、ＮＯｘを低減するとともにその排気ガス中の微粒子も同時に捕集し得る比較的単純な構成のエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。 However, in the particulate filter, when the amount of the particulate trapped there increases, the exhaust passage resistance through the particulate filter increases, increasing the exhaust resistance of the engine, reducing the engine output and reducing the fuel consumption. Cause an increase. In order to prevent this, when a conventional particulate filter is provided in the exhaust passage, an electric heater or burner that periodically regenerates the particulate filter by burning the particulate matter collected in the particulate filter, Further, it is necessary to further include a power device for driving them, and there is a problem in that the exhaust gas purification device is enlarged and the unit price thereof is pushed up because of the necessity of providing these.
An object of the present invention is to provide an engine exhaust gas purifying apparatus having a relatively simple configuration capable of reducing NOx and collecting particulates in the exhaust gas at the same time.

請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６に設けられた選択還元型触媒２４と、選択還元型触媒２４より排気ガス上流側の排気管１６に設けられ選択還元型触媒２４に向けて尿素系液体３２を噴射可能な液体噴射ノズル２９とを備えたエンジンの排気ガス浄化装置の改良である。
その特徴ある構成は、選択還元型触媒２４より排気ガス下流側の排気管１６にディーゼルパティキュレートフィルタ５１が設けられ、ディーゼルエンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増減可能に構成されたところにある。 As shown in FIG. 1, the invention according to claim 1 is provided in a selective reduction catalyst 24 provided in an exhaust pipe 16 of a diesel engine 11, and in an exhaust pipe 16 on the exhaust gas upstream side of the selective reduction catalyst 24. This is an improvement of an exhaust gas purifying apparatus for an engine provided with a liquid injection nozzle 29 capable of injecting a urea-based liquid 32 toward the selective reduction catalyst 24.
The characteristic configuration is such that a diesel particulate filter 51 is provided in the exhaust pipe 16 on the exhaust gas downstream side of the selective catalytic reduction catalyst 24 so that the hydrocarbons supplied from the diesel engine 11 to the exhaust pipe 16 can be increased or decreased. By the way.

この請求項1に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置では、液体噴射ノズルから尿素系液体を噴射すると、その尿素系液体は加水分解してアンモニアが生じ、そのアンモニアは排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒によって浄化する還元剤として機能し、大気に排出されるＮＯｘの量を低減する。一方、排気ガス中のパティキュレートは選択還元型触媒２４を通過してディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集され、パティキュレートが外部に排出されることを有効に防止する。
一方、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートの量が増大すると、ディーゼルエンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増加させる。この炭化水素は選択還元型触媒２４で酸化され、排気ガスの温度を著しく上昇させる。この排気ガスの温度がパティキュレートの燃焼温度を超えるとパティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートはその排気ガスの熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ５１は再生される。よって、従来パティキュレートフィルタを再生させるために必要とされた電気ヒータやバーナ、及びそれらを駆動させるための動力装置等が不要となり、その構造を比較的単純にすることができる。 In the exhaust gas purifying device for an engine according to claim 1, when the urea-based liquid is injected from the liquid injection nozzle, the urea-based liquid is hydrolyzed to produce ammonia, and the ammonia selects NOx in the exhaust gas. It functions as a reducing agent that is purified by a reducing catalyst, and reduces the amount of NOx discharged to the atmosphere. On the other hand, the particulates in the exhaust gas pass through the selective catalytic reduction catalyst 24 and are collected by the diesel particulate filter 51, thereby effectively preventing the particulates from being discharged to the outside.
On the other hand, when the amount of the particulates collected by the particulate filter 51 increases, the hydrocarbons supplied from the diesel engine 11 to the exhaust pipe 16 are increased. This hydrocarbon is oxidized by the selective reduction catalyst 24, and the temperature of the exhaust gas is remarkably increased. When the temperature of the exhaust gas exceeds the combustion temperature of the particulates, the particulates collected by the particulate filter 51 are combusted by the heat of the exhaust gas, and thereby the particulate filter 51 is regenerated. Therefore, the electric heater and burner conventionally required for regenerating the particulate filter and the power unit for driving them are not required, and the structure can be made relatively simple.

請求項２に係る発明は、請求項1に係る発明であって、図２に示すように、選択還元型触媒２４より排気ガス下流側であってディーゼルパティキュレートフィルタ５１より排気ガス上流側の排気管１６に第１酸化触媒５２が設けられたことを特徴とする。
この請求項２に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置では、排気管１６に供給された炭化水素であって選択還元型触媒２４を通過したものを第１酸化触媒５２において酸化させることができる。このため、排気ガスの温度を第１酸化触媒５２において更に上昇させることができ、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートを効果的に燃焼させてパティキュレートフィルタ５１を有効に再生させることができる。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, and as shown in FIG. 2, the exhaust gas downstream from the selective catalytic reduction catalyst 24 and upstream from the diesel particulate filter 51. The pipe 16 is provided with a first oxidation catalyst 52.
In the engine exhaust gas purification device according to the second aspect, the first oxidation catalyst 52 can oxidize the hydrocarbons supplied to the exhaust pipe 16 and passed through the selective reduction catalyst 24. For this reason, the temperature of the exhaust gas can be further increased in the first oxidation catalyst 52, and the particulate filter 51 can be effectively burned to effectively regenerate the particulate filter 51. it can.

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、液体噴射ノズル２９より排気ガス上流側の排気管１６に第２酸化触媒５３が更に設けられたことを特徴とする。
この請求項３に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置では、第２酸化触媒５３において排気ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯを反応性の高いＮＯ2とするとともに、その排気ガスの温度を高めることができる。これにより、その下流側に存在する選択還元型触媒２４におけるアンモニアとの反応性を高めることができる。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, characterized in that a second oxidation catalyst 53 is further provided in the exhaust pipe 16 upstream of the liquid injection nozzle 29 from the exhaust gas.
In the engine exhaust gas purification apparatus according to the third aspect, NO occupying most of NOx in the exhaust gas in the second oxidation catalyst 53 is made highly reactive NO 2 and the temperature of the exhaust gas is increased. be able to. Thereby, the reactivity with ammonia in the selective catalytic reduction catalyst 24 existing on the downstream side can be enhanced.

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明であって、排気管１６に単一のコンバータ２７が設けられ、コンバータ２７に選択還元型触媒２４と第１酸化触媒５２とディーゼルパティキュレートフィルタ５１が収容されたことを特徴とする。
この請求項４に記載されたエンジンの排気ガス浄化装置では、単一のコンバータ２７に選択還元型触媒２４と第１酸化触媒５２とディーゼルパティキュレートフィルタ５１を収容することにより、更にその構造を単純化させることができる。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 2 or 3, wherein the exhaust pipe 16 is provided with a single converter 27, and the converter 27 includes a selective reduction catalyst 24, a first oxidation catalyst 52, and a diesel part. The curate filter 51 is accommodated.
In the engine exhaust gas purifying apparatus according to the fourth aspect, the selective reduction catalyst 24, the first oxidation catalyst 52, and the diesel particulate filter 51 are accommodated in a single converter 27, thereby further simplifying the structure. It can be made.

本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、選択還元型触媒より排気ガス下流側の排気管にディーゼルパティキュレートフィルタを設けたので、排気ガス中のパティキュレートをそのディーゼルパティキュレートフィルタにより捕集することができる。一方、ディーゼルエンジンから排気管に供給される炭化水素を増減可能に構成したので、炭化水素を増加させて選択還元型触媒で酸化させることにより、その排気ガスの温度を著しく上昇させることができる。この排気ガスの温度がパティキュレートの燃焼温度を超えるとパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートはその排気ガスの熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタを再生させることができる。よって、パティキュレートを燃焼させるために従来必要とされた電気ヒータやバーナ、及びそれらを駆動させるための動力装置等が不要となり、その構造を比較的単純にすることができる。   In the engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, since the diesel particulate filter is provided in the exhaust pipe downstream of the selective reduction catalyst, the particulates in the exhaust gas are collected by the diesel particulate filter. Can do. On the other hand, since the hydrocarbon supplied from the diesel engine to the exhaust pipe can be increased or decreased, the temperature of the exhaust gas can be significantly increased by increasing the hydrocarbon and oxidizing it with the selective catalytic reduction catalyst. When the temperature of the exhaust gas exceeds the combustion temperature of the particulates, the particulates collected by the particulate filter are combusted by the heat of the exhaust gas, whereby the particulate filter can be regenerated. Therefore, the electric heater and burner conventionally required for burning the particulates and the power unit for driving them are unnecessary, and the structure can be made relatively simple.

この場合、選択還元型触媒より排気ガス下流側であってディーゼルパティキュレートフィルタより排気ガス上流側の排気管に第１酸化触媒を設ければ、排気管に供給された炭化水素であって選択還元型触媒を通過したものをこの第１酸化触媒において酸化させることができ、排気ガスの温度を更に上昇させることができる。また、液体噴射ノズルより排気ガス上流側の排気管に第２酸化触媒を更に設ければ、第２酸化触媒において排気ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯを反応性の高いＮＯ2とすることができ、その下流側に存在する選択還元型触媒におけるアンモニアとの反応性を高めるとともに、その排気ガスの温度を更に高めることができる。更に、排気管に設けられれた単一のコンバータに選択還元型触媒と第１酸化触媒とディーゼルパティキュレートフィルタを収容すれば、更にその構造を単純化させることができる。 In this case, if the first oxidation catalyst is provided in the exhaust pipe downstream of the selective reduction catalyst and upstream of the diesel particulate filter, the hydrocarbons supplied to the exhaust pipe are selectively reduced. What passed through the mold catalyst can be oxidized in the first oxidation catalyst, and the temperature of the exhaust gas can be further increased. Further, if a second oxidation catalyst is further provided in the exhaust pipe upstream of the liquid injection nozzle, NO occupying most of the NOx in the exhaust gas in the second oxidation catalyst may be made highly reactive NO 2. It is possible to increase the reactivity with ammonia in the selective catalytic reduction catalyst existing on the downstream side and further increase the temperature of the exhaust gas. Furthermore, if the selective reduction catalyst, the first oxidation catalyst, and the diesel particulate filter are accommodated in a single converter provided in the exhaust pipe, the structure can be further simplified.

次に本発明を実施するための最良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１７ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサ１７ａの回転翼とタービン１７ｂの回転翼とはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排気ガスのエネルギによりタービン１７ｂ及びシャフトを介してコンプレッサ１７ａが回転し、このコンプレッサ１７ａ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。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, an intake pipe 13 is connected to an intake port of a diesel engine 11 via an intake manifold 12, and an exhaust pipe 16 is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 14. The intake pipe 13 is provided with a compressor 17a of the turbocharger 17 and an intercooler 18 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 17, and the exhaust pipe 16 is provided with a turbine 17b of the turbocharger 17. Is provided. Although not shown, the rotor blades of the compressor 17a and the rotor blades of the turbine 17b are connected by a shaft. The compressor 17a rotates through the turbine 17b and the shaft by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11, and the intake air in the intake pipe 13 is compressed by the rotation of the compressor 17a.

図示しないが、エンジン１１には燃料噴射装置が設けられる。この実施の形態における燃料噴射装置は先端部がシリンダに臨みシリンダに燃料である軽油を噴射可能な筒内インジェクタと、内部に軽油を蓄圧し上記インジェクタに軽油を圧送するコモンレールと、このコモンレールに軽油を供給するフィードポンプとを有する。筒内インジェクタはこのインジェクタに内蔵された電磁弁により軽油の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。この燃料噴射装置は、ピストンの上死点の後に燃料である軽油をシリンダに噴射するポスト噴射が可能に構成され、このポスト噴射の有無により、エンジン１１から排気管１６に供給される炭化水素を増減可能に構成される。   Although not shown, the engine 11 is provided with a fuel injection device. The fuel injection device according to this embodiment includes a cylinder injector capable of injecting light oil as fuel into the cylinder with the tip portion facing the cylinder, a common rail for accumulating light oil inside and pumping light oil to the injector, and light oil to the common rail. A feed pump. The in-cylinder injector is configured such that the injection amount and the injection timing of the light oil can be adjusted by a solenoid valve built in the injector. This fuel injection device is configured to be capable of post injection in which light oil as fuel is injected into the cylinder after the top dead center of the piston, and hydrocarbons supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 depending on the presence or absence of this post injection. Can be increased or decreased.

排気管１６の途中には選択還元型触媒２４が設けられる。選択還元型触媒２４は排気管１６の直径を拡大した筒状のコンバータ２７に収容される。この実施の形態における選択還元型触媒２４は、排気管１６に流入する排気ガス中のＮＯｘを比較的低温で、例えば２００〜３００℃で還元するゼオライト系の触媒が用いられる。この選択還元型触媒２４の排気ガス上流側の排気管１６、即ち選択還元型触媒２４の入口には、液体噴射ノズル２９が選択還元型触媒２４に向けて設けられる。この液体噴射ノズル２９には液体供給管３１の一端が接続され、この液体供給管３１の他端は尿素系液体３２が貯留された液体タンク３３に接続される。また液体供給管３１には液体噴射ノズル２９への液体３２の供給量を調整する液体調整弁３４が設けられ、液体調整弁３４と液体タンク３３との間の液体供給管３１には液体タンク３３内の液体３２を液体噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４の第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは液体噴射ノズル２９に接続される。そして、液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが所定の開度で連通し、オフすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂの連通が遮断されるように構成される。   A selective catalytic reduction catalyst 24 is provided in the middle of the exhaust pipe 16. The selective catalytic reduction catalyst 24 is accommodated in a cylindrical converter 27 in which the diameter of the exhaust pipe 16 is enlarged. As the selective catalytic reduction catalyst 24 in this embodiment, a zeolite-based catalyst that reduces NOx in the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 16 at a relatively low temperature, for example, 200 to 300 ° C. is used. A liquid injection nozzle 29 is provided toward the selective reduction catalyst 24 at the exhaust pipe 16 on the exhaust gas upstream side of the selective reduction catalyst 24, that is, at the inlet of the selective reduction catalyst 24. One end of a liquid supply pipe 31 is connected to the liquid ejection nozzle 29, and the other end of the liquid supply pipe 31 is connected to a liquid tank 33 in which a urea-based liquid 32 is stored. The liquid supply pipe 31 is provided with a liquid adjustment valve 34 that adjusts the supply amount of the liquid 32 to the liquid ejection nozzle 29. The liquid supply pipe 31 between the liquid adjustment valve 34 and the liquid tank 33 is provided with the liquid tank 33. A pump 36 capable of supplying the liquid 32 in the liquid jet nozzle 29 is provided. The first port 34 a of the liquid regulating valve 34 is connected to the discharge port of the pump 36, and the second port 34 b is connected to the liquid jet nozzle 29. When the liquid regulating valve 34 is turned on, the first and second ports 34a and 34b communicate with each other at a predetermined opening degree. When the liquid regulating valve 34 is turned off, the communication between the first and second ports 34a and 34b is blocked.

一方、液体噴射ノズル２９及び選択還元型触媒２４間の排気管１６、即ち選択還元型触媒２４の入口には排気管１６内の排気ガス温度を検出する温度センサ４３が設けられる。この温度センサ４３の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４４の制御入力に接続される。その他コントローラ４４の制御入力には、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ４６と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ４７の各検出出力が接続される。上記負荷センサ４７はこの実施の形態では燃料噴射ポンプ（図示せず）のロードレバーの変位量を検出する。コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４及びポンプ３６にそれぞれ接続される。コントローラ４４はメモリ４４ａを備える。メモリ４４ａには、選択還元型触媒２４の入口の排気ガス温度、エンジン回転、エンジン負荷等に応じた液体調整弁３４のオン又はオフ並びにオン時における開度、更にポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。   On the other hand, a temperature sensor 43 that detects the exhaust gas temperature in the exhaust pipe 16 is provided at the exhaust pipe 16 between the liquid injection nozzle 29 and the selective reduction catalyst 24, that is, at the inlet of the selective reduction catalyst 24. The detection output of the temperature sensor 43 is connected to a control input of a controller 44 composed of a microcomputer. Other control outputs of the controller 44 are connected to detection outputs of a rotation sensor 46 that detects the rotation speed of the engine 11 and a load sensor 47 that detects a load of the engine 11. In this embodiment, the load sensor 47 detects a displacement amount of a load lever of a fuel injection pump (not shown). The control output of the controller 44 is connected to the liquid regulating valve 34 and the pump 36, respectively. The controller 44 includes a memory 44a. In the memory 44 a, the exhaust gas temperature at the inlet of the selective catalytic reduction catalyst 24, the on / off state of the liquid adjustment valve 34 according to the engine rotation, the engine load, etc. Remembered.

また、選択還元型触媒２４より排気ガス下流側の排気管１６には多孔質セラミックから成るディーゼルパティキュレートフィルタ５１が設けられる。図示しないが、このパティキュレートフィルタ５１内には、上流側に栓が施された第１通路と下流側に栓が施された第２通路とが交互に配置されたハニカム状をなし、排気ガスは第２通路から多孔質セラミックの流路壁面を通過して第１通路に流入して下流側に流れるように構成される。そして、排気ガス中のパティキュレートは多孔質セラミックによって捕集され、パティキュレートの大気への放出を防止するように構成される。このディーゼルパティキュレートフィルタ５１は選択還元型触媒２４に隣接した状態で選択還元型触媒２４とともに前述した単一のコンバータ２７に収容される。   Further, a diesel particulate filter 51 made of porous ceramic is provided in the exhaust pipe 16 on the downstream side of the exhaust gas from the selective reduction catalyst 24. Although not shown, the particulate filter 51 has a honeycomb shape in which a first passage having a plug on the upstream side and a second passage having a plug on the downstream side are alternately arranged, and exhaust gas. Is configured to pass from the second passage through the flow path wall surface of the porous ceramic, flow into the first passage, and flow downstream. The particulates in the exhaust gas are collected by the porous ceramic, and the particulates are prevented from being released into the atmosphere. The diesel particulate filter 51 is accommodated in the single converter 27 described above together with the selective catalytic reduction catalyst 24 in a state adjacent to the selective catalytic reduction catalyst 24.

このように構成されたエンジンの排気ガスを浄化する装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排気ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介して選択還元型触媒２４に至る。排気ガスの温度が上昇して尿素が加水分解する温度であることを温度センサ４３の検出出力から判断したコントローラ４４は液体調整弁３４をオンして液体調整弁３４における第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂを連通させ、液体噴射ノズル２９から尿素系液体３２を噴射する。これは、排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒２４によって浄化するのに還元剤が必要だからであり、尿素系液体３２は予め所定の濃度に調整されたものが液体タンク３３に貯留される。コントローラ４４は回転センサ４６及び負荷センサ４７の各検出出力に基づいて求められるディーゼルエンジン１１の運転状態から排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤としての尿素量を求める。そして、コントローラ４４は、求められた還元剤として必要な尿素量から具体的な尿素系液体３２の噴射量を決定し、液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から最適な量の尿素系液体３２を噴射する。 An operation of the apparatus for purifying exhaust gas of the engine configured as described above will be described.
When the engine 11 is started, the exhaust gas reaches the exhaust pipe 16 from the exhaust manifold 14 and reaches the selective reduction catalyst 24 via the exhaust pipe 16. The controller 44 that has judged from the detection output of the temperature sensor 43 that the temperature of the exhaust gas rises and urea is hydrolyzed turns on the liquid regulating valve 34 and the first and second ports 34a in the liquid regulating valve 34. , 34 b are communicated, and the urea-based liquid 32 is ejected from the liquid ejection nozzle 29. This is because a reducing agent is required to purify NOx in the exhaust gas by the selective reduction catalyst 24, and the urea-based liquid 32 that has been previously adjusted to a predetermined concentration is stored in the liquid tank 33. The controller 44 estimates the NOx concentration in the exhaust gas from the operating state of the diesel engine 11 obtained based on the detection outputs of the rotation sensor 46 and the load sensor 47, and urea as a reducing agent necessary for purifying this NOx. Find the amount. Then, the controller 44 determines a specific injection amount of the urea-based liquid 32 from the obtained urea amount necessary as the reducing agent, turns on the liquid adjustment valve 34, and optimizes the urea-based liquid from the injection nozzle 29. 32 is injected.

噴射された尿素系液体は、排気ガスによって加熱されて次のような化学反応により加水分解しアンモニアを生じる。
（ＮＨ2）２・ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2 ＋ ２ＮＨ3
このアンモニアが選択還元型選択還元型触媒２４に流入すると、次のような化学反応によりＮＯ、ＮＯ2は還元されてＮＯｘの排出量を低減する。
６ＮＯ ＋ ４ＮＨ3 → ５Ｎ2 ＋ ６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ2 ＋ ８ＮＨ3 → ７Ｎ2 ＋ １２Ｈ2Ｏ
一方、ディーゼルエンジンの排気ガス中にはパティキュレートも比較的多く含まれており、このパティキュレートは選択還元型触媒２４を通過し、選択還元型触媒２４の下流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１に達し、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集される。このパティキュレートフィルタ５１では、そこに捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大するため、コントローラ４４は捕集されたパティキュレートを定期的に燃焼させてパティキュレートフィルタ５１を再生させる。 The injected urea-based liquid is heated by the exhaust gas and hydrolyzed by the following chemical reaction to generate ammonia.
(NH 2 ) 2 · CO + H 2 O → CO 2 + 2NH 3
When this ammonia flows into the selective reduction type selective reduction type catalyst 24, NO and NO 2 are reduced by the following chemical reaction to reduce the NOx emission amount.
6NO + 4NH 3 → 5N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O
On the other hand, the exhaust gas of the diesel engine contains a relatively large amount of particulates, and the particulates pass through the selective catalytic reduction catalyst 24 and are provided on the downstream side of the selective catalytic reduction catalyst 24. 51 and is collected by the diesel particulate filter 51. In this particulate filter 51, when the amount of the particulates collected therein increases, the flow passage resistance of the exhaust gas passing through the particulate filter 51 increases. Therefore, the controller 44 periodically collects the collected particulates. The particulate filter 51 is regenerated by burning.

このパティキュレートフィルタ５１の再生は、図示しない燃料噴射装置により燃料のポスト噴射を行わせる。このポスト噴射により排ガス温度が上昇するとともに、炭化水素を増加させてエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排気ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素はパティキュレートフィルタ５１より上流側の選択還元型触媒２４上で酸化反応し、その反応熱により排気ガスの温度を著しく上昇させる。この排気ガスの温度が上昇してパティキュレートが燃焼可能な温度、例えば６００℃を越えると、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートはその排気ガスの熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ５１は再生する。このため、従来パティキュレートフィルタ５１を再生させるために必要とされた電気ヒータやバーナ、及びそれらを駆動させるための動力装置等が不要となり、その構造は従来よりも単純する。また、還元剤として使用されない過剰のアンモニアはパティキュレートフィルタ５１により酸化し、大気中に排出されるのを有効に防止することができる。   The regeneration of the particulate filter 51 causes the fuel to be post-injected by a fuel injection device (not shown). The exhaust gas temperature is increased by the post injection, and hydrocarbons are increased and supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 together with the exhaust gas. When hydrocarbons increase in the exhaust gas, the increased hydrocarbons undergo an oxidation reaction on the selective catalytic reduction catalyst 24 upstream of the particulate filter 51, and the temperature of the exhaust gas is remarkably increased by the reaction heat. When the temperature of the exhaust gas rises and exceeds a temperature at which the particulates can be combusted, for example, 600 ° C., the particulates collected by the particulate filter 51 are combusted by the heat of the exhaust gas, and thereby the particulate filter 51 reproduces. This eliminates the need for the electric heater and burner required to regenerate the particulate filter 51 and the power unit for driving them, and makes the structure simpler than before. Further, excess ammonia that is not used as a reducing agent can be effectively prevented from being oxidized by the particulate filter 51 and discharged into the atmosphere.

図２は、本発明の別に実施の形態を示す。この図２において図１と同一の符号は同一の部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
この別の実施の形態の特徴ある構成は、図２に詳しく示すように、第１及び第２酸化触媒５２，５３が設けられたところにある。第１酸化触媒５２は、選択還元型触媒２４より排気ガス下流側であってそのディーゼルパティキュレートフィルタ５１より排気ガス上流側の排気管１６に設けられる。この第１酸化触媒５２は、この実施の形態ではモノリス触媒であり、アルミナ製のハニカム担体にＰｔを担持して構成される。これらの選択還元型触媒２４と第１酸化触媒５２とディーゼルパティキュレートフィルタ５１は隣接した状態で前述した単一のコンバータ２７に収容される。
一方、第２酸化触媒５３は、液体噴射ノズル２９より排気ガス上流側の排気管１６に設けられる。この第２酸化触媒５３は第１酸化触媒５２と同一のものが用いられ、液体噴射ノズル２９より排気ガス上流側の排気管１６の直径を拡大した筒部５４に収容される。 FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and repeated description is omitted.
The characteristic configuration of this other embodiment is that the first and second oxidation catalysts 52 and 53 are provided as shown in detail in FIG. The first oxidation catalyst 52 is provided in the exhaust pipe 16 on the exhaust gas downstream side of the selective catalytic reduction catalyst 24 and on the exhaust gas upstream side of the diesel particulate filter 51. The first oxidation catalyst 52 is a monolith catalyst in this embodiment, and is configured by supporting Pt on an alumina honeycomb carrier. The selective reduction catalyst 24, the first oxidation catalyst 52, and the diesel particulate filter 51 are accommodated in the single converter 27 described above in an adjacent state.
On the other hand, the second oxidation catalyst 53 is provided in the exhaust pipe 16 on the upstream side of the exhaust gas from the liquid injection nozzle 29. This second oxidation catalyst 53 is the same as the first oxidation catalyst 52 and is accommodated in a cylindrical portion 54 in which the diameter of the exhaust pipe 16 upstream of the liquid injection nozzle 29 is increased.

このように構成されたエンジンの排気ガスを浄化する装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動すると、その排気ガスは排気マニホルド１４から排気管１６に至り、その排気管１６を介して第２酸化触媒５３に至る。この第２酸化触媒５３において排気ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯが反応性の高いＮＯ2となり、その下流側に存在する選択還元型触媒２４におけるアンモニアとの反応性を高めるととも、その排気ガスの温度を上昇させる。
一方、ディーゼルエンジンの排気ガス中にはパティキュレートも比較的多く含まれており、このパティキュレートは第２酸化触媒５３、選択還元型触媒２４及び第１酸化触媒５２をそれぞれ通過し、第１酸化触媒５２の下流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ５１に達し、このディーゼルパティキュレートフィルタ５１により捕集される。このパティキュレートフィルタ５１では、そこに捕集されたパティキュレートの量が増大すると、パティキュレートフィルタ５１を通る排気の流路抵抗が増大するため、コントローラ４４は捕集されたパティキュレートを定期的に燃焼させてパティキュレートフィルタ５１を再生させる。 An operation of the apparatus for purifying exhaust gas of the engine configured as described above will be described.
When the engine 11 is started, the exhaust gas reaches the exhaust pipe 16 from the exhaust manifold 14 and reaches the second oxidation catalyst 53 through the exhaust pipe 16. In this second oxidation catalyst 53, NO that occupies most of the NOx in the exhaust gas becomes highly reactive NO 2 , which increases the reactivity with ammonia in the selective catalytic reduction catalyst 24 existing on the downstream side of the NOx, and the exhaust thereof. Increase gas temperature.
On the other hand, the exhaust gas of the diesel engine contains a relatively large amount of particulates, and the particulates pass through the second oxidation catalyst 53, the selective reduction catalyst 24, and the first oxidation catalyst 52, respectively, and the first oxidation. It reaches a diesel particulate filter 51 provided on the downstream side of the catalyst 52 and is collected by the diesel particulate filter 51. In this particulate filter 51, when the amount of the particulates collected therein increases, the flow passage resistance of the exhaust gas passing through the particulate filter 51 increases. Therefore, the controller 44 periodically collects the collected particulates. The particulate filter 51 is regenerated by burning.

このパティキュレートフィルタ５１の再生は、図示しない燃料噴射装置によりエンジン筒内に燃料のポスト噴射を行わせる。このポスト噴射により排ガス温度が上昇するとともに、炭化水素をエンジン１１から排ガスとともに排気管１６に供給させる。排気ガス中に炭化水素が増加すると、その増加した炭化水素はパティキュレートフィルタ５１より上流側の選択還元型触媒２４において及びその選択還元型触媒２４を通過したものは第１酸化触媒５２において酸化反応し、その反応熱により排気ガスの温度を著しく上昇させる。この排気ガスの温度が上昇してパティキュレートが燃焼可能な温度、例えば６００℃を越えると、パティキュレートフィルタ５１に捕集されたパティキュレートはその排気ガスの熱により燃焼し、これによりパティキュレートフィルタ５１は再生する。
なお、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気ガスを浄化する装置を用いてもよい。 In the regeneration of the particulate filter 51, fuel is injected into the engine cylinder by a fuel injection device (not shown). The exhaust gas temperature is raised by the post injection, and hydrocarbons are supplied from the engine 11 to the exhaust pipe 16 together with the exhaust gas. When hydrocarbons increase in the exhaust gas, the increased hydrocarbons are oxidized in the selective reduction catalyst 24 on the upstream side of the particulate filter 51, and those passing through the selective reduction catalyst 24 are oxidized in the first oxidation catalyst 52. However, the temperature of the exhaust gas is remarkably raised by the reaction heat. When the temperature of the exhaust gas rises and exceeds a temperature at which the particulates can be combusted, for example, 600 ° C., the particulates collected by the particulate filter 51 are combusted by the heat of the exhaust gas, and thereby the particulate filter 51 reproduces.
In this embodiment, a turbocharged diesel engine is used as the engine. However, the device for purifying exhaust gas of the present invention may be used for a naturally aspirated diesel engine.

本発明の実施形態の排気ガス浄化装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the exhaust-gas purification apparatus of embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態の排気ガス浄化装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the exhaust-gas purification apparatus of another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
２４ 選択還元型触媒
２７ コンバータ
２９ 液体噴射ノズル
３２ 尿素系液体
５１ ディーゼルパティキュレートフィルタ
５２ 第１酸化触媒
５３ 第２酸化触媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Diesel engine 16 Exhaust pipe 24 Selective reduction type catalyst 27 Converter 29 Liquid injection nozzle 32 Urea system liquid 51 Diesel particulate filter 52 1st oxidation catalyst 53 2nd oxidation catalyst

Claims (4)

ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)に設けられた選択還元型触媒(24)と、前記選択還元型触媒(24)より排気ガス上流側の前記排気管(16)に設けられ前記選択還元型触媒(24)に向けて尿素系液体(32)を噴射可能な液体噴射ノズル(29)とを備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、
前記選択還元型触媒(24)より排気ガス下流側の前記排気管(16)にディーゼルパティキュレートフィルタ(51)が設けられ、
前記ディーゼルエンジン(11)から前記排気管(16)に供給される炭化水素を増減可能に構成された
ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。 The selective reduction catalyst (24) provided in the exhaust pipe (16) of the diesel engine (11) and the selective reduction catalyst provided in the exhaust pipe (16) upstream of the selective reduction catalyst (24) from the exhaust gas. In an exhaust gas purifying apparatus for an engine comprising a liquid injection nozzle (29) capable of injecting a urea-based liquid (32) toward a type catalyst (24),
A diesel particulate filter (51) is provided in the exhaust pipe (16) on the exhaust gas downstream side of the selective reduction catalyst (24),
An exhaust gas purification apparatus for an engine, characterized in that hydrocarbons supplied from the diesel engine (11) to the exhaust pipe (16) can be increased or decreased. 前記選択還元型触媒(24)より排気ガス下流側であって前記ディーゼルパティキュレートフィルタ(51)より排気ガス上流側の前記排気管(16)に第１酸化触媒(52)が設けられた請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置。   The first oxidation catalyst (52) is provided in the exhaust pipe (16) on the exhaust gas downstream side of the selective reduction catalyst (24) and on the exhaust gas upstream side of the diesel particulate filter (51). The exhaust gas purification device for an engine according to claim 1. 液体噴射ノズル(29)より排気ガス上流側の排気管(16)に第２酸化触媒(53)が更に設けられた請求項２記載のエンジンの排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification device for an engine according to claim 2, wherein a second oxidation catalyst (53) is further provided in the exhaust pipe (16) upstream of the exhaust gas from the liquid injection nozzle (29). 排気管(16)に単一のコンバータ(27)が設けられ、前記コンバータ(27)に選択還元型触媒(24)と第１酸化触媒(52)とディーゼルパティキュレートフィルタ(51)が収容された請求項２又は３記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
A single converter (27) is provided in the exhaust pipe (16), and the selective reduction catalyst (24), the first oxidation catalyst (52), and the diesel particulate filter (51) are accommodated in the converter (27). The exhaust gas purification device for an engine according to claim 2 or 3.
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