JP2002332825A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- JP2002332825A JP2002332825A JP2001138392A JP2001138392A JP2002332825A JP 2002332825 A JP2002332825 A JP 2002332825A JP 2001138392 A JP2001138392 A JP 2001138392A JP 2001138392 A JP2001138392 A JP 2001138392A JP 2002332825 A JP2002332825 A JP 2002332825A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化効率を向上さ
せる。 【解決手段】排気中のＮＯｘを還元反応により無害物質
に転化させるＮＯｘ還元触媒の上流側の排気通路１２
に、ＨＣを含んだ還元剤と空気とが所定比率で混合した
混合気を、軸方向に延びつつ略同心に配設された電気ヒ
ータ等の発熱体１８Ａ，１８Ｂにより加熱昇温させた
後、噴射添加する還元剤噴射弁１８を介装させる。この
ようにすれば、ＮＯｘ還元触媒の上流側には、加熱昇温
された還元剤と空気との混合気が添加されるため、混合
気と排気とが混合しても、排気温度の低下が抑制され
る。また、混合気が加熱されることで、還元剤の気化が
促進されるので、ＮＯｘ還元触媒に対する還元剤の供給
分布が均一化され、拡散性が向上される。そして、排気
温度の低下抑制と還元剤の拡散性向上との相乗作用によ
り、ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化効率を向上させる
ことができる。
せる。 【解決手段】排気中のＮＯｘを還元反応により無害物質
に転化させるＮＯｘ還元触媒の上流側の排気通路１２
に、ＨＣを含んだ還元剤と空気とが所定比率で混合した
混合気を、軸方向に延びつつ略同心に配設された電気ヒ
ータ等の発熱体１８Ａ，１８Ｂにより加熱昇温させた
後、噴射添加する還元剤噴射弁１８を介装させる。この
ようにすれば、ＮＯｘ還元触媒の上流側には、加熱昇温
された還元剤と空気との混合気が添加されるため、混合
気と排気とが混合しても、排気温度の低下が抑制され
る。また、混合気が加熱されることで、還元剤の気化が
促進されるので、ＮＯｘ還元触媒に対する還元剤の供給
分布が均一化され、拡散性が向上される。そして、排気
温度の低下抑制と還元剤の拡散性向上との相乗作用によ
り、ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化効率を向上させる
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置において、特に、窒素酸化物の浄化効率を向上さ
せる技術に関する。
化装置において、特に、窒素酸化物の浄化効率を向上さ
せる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関から排出される排気中には、無
害な二酸化炭素（ＣＯ2），水（Ｈ2Ｏ），窒素（Ｎ2）
の他に、有害な一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（Ｈ
Ｃ），窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれていることは知ら
れている。このため、有害物質であるＮＯｘを浄化する
ことを目的として、例えば、特開平６−１３７１３６号
公報に開示されるような排気浄化装置が提案されてい
る。かかる排気浄化装置は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを
無害なＮ2、酸素（Ｏ2）等に転化すべく、内燃機関の排
気通路にＮＯｘ還元触媒が介装されている。また、ＮＯ
ｘ還元触媒におけるＮＯｘ浄化効率を高めるべく、その
上流側の排気通路に、還元剤としてのＨＣを含む軽油等
の燃料を添加する構成が採用されている。
害な二酸化炭素（ＣＯ2），水（Ｈ2Ｏ），窒素（Ｎ2）
の他に、有害な一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（Ｈ
Ｃ），窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれていることは知ら
れている。このため、有害物質であるＮＯｘを浄化する
ことを目的として、例えば、特開平６−１３７１３６号
公報に開示されるような排気浄化装置が提案されてい
る。かかる排気浄化装置は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを
無害なＮ2、酸素（Ｏ2）等に転化すべく、内燃機関の排
気通路にＮＯｘ還元触媒が介装されている。また、ＮＯ
ｘ還元触媒におけるＮＯｘ浄化効率を高めるべく、その
上流側の排気通路に、還元剤としてのＨＣを含む軽油等
の燃料を添加する構成が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、排気と
比べて温度が低い還元剤をそのまま排気通路に添加する
と、排気温度が低下してしまい、ＮＯｘ還元触媒による
ＮＯｘ浄化効率が低下してしまうおそれがあった。ま
た、還元剤として軽油等の液体燃料を使用した場合に
は、排気通路に液滴状態の還元剤が添加されるため、還
元剤の拡散が不十分となり、ＮＯｘ還元触媒に対する還
元剤の供給にむらが生じ易いという問題もあった。さら
に、液体燃料は、ＮＯｘ還元活性の低い高分子のＨＣか
ら構成されるため、ＮＯｘ浄化効率の向上が困難である
という問題もあった。
比べて温度が低い還元剤をそのまま排気通路に添加する
と、排気温度が低下してしまい、ＮＯｘ還元触媒による
ＮＯｘ浄化効率が低下してしまうおそれがあった。ま
た、還元剤として軽油等の液体燃料を使用した場合に
は、排気通路に液滴状態の還元剤が添加されるため、還
元剤の拡散が不十分となり、ＮＯｘ還元触媒に対する還
元剤の供給にむらが生じ易いという問題もあった。さら
に、液体燃料は、ＮＯｘ還元活性の低い高分子のＨＣか
ら構成されるため、ＮＯｘ浄化効率の向上が困難である
という問題もあった。
【０００４】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、還元剤添加による排気温度の低下を抑制する
と共に、還元剤の拡散性及び活性を高めることで、ＮＯ
ｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化効率を向上させた内燃機関
の排気浄化装置を提供することを目的とする。
点に鑑み、還元剤添加による排気温度の低下を抑制する
と共に、還元剤の拡散性及び活性を高めることで、ＮＯ
ｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化効率を向上させた内燃機関
の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明では、内燃機関の排気通路に介装され、排気中の
窒素酸化物を還元反応により無害物質に転化させる窒素
酸化物還元触媒と、炭化水素を含んだ還元剤と空気とを
所定比率で混合した混合気を生成する混合気生成手段
と、該混合気生成手段により生成された混合気を加熱し
つつ、前記窒素酸化物還元触媒の上流側に添加する混合
気加熱添加手段と、を含んで内燃機関の排気浄化装置が
構成されたことを特徴とする。
の発明では、内燃機関の排気通路に介装され、排気中の
窒素酸化物を還元反応により無害物質に転化させる窒素
酸化物還元触媒と、炭化水素を含んだ還元剤と空気とを
所定比率で混合した混合気を生成する混合気生成手段
と、該混合気生成手段により生成された混合気を加熱し
つつ、前記窒素酸化物還元触媒の上流側に添加する混合
気加熱添加手段と、を含んで内燃機関の排気浄化装置が
構成されたことを特徴とする。
【０００６】かかる構成によれば、窒素酸化物還元触媒
の上流側には、還元剤と空気とが所定比率で混合した混
合気が加熱されてから添加されるため、混合気と排気と
が混合しても、排気温度の低下が抑制される。また、混
合気が加熱されることで、還元剤の気化が促進されるの
で、窒素酸化物還元触媒に対する還元剤の供給分布が均
一化され、拡散性が向上される。
の上流側には、還元剤と空気とが所定比率で混合した混
合気が加熱されてから添加されるため、混合気と排気と
が混合しても、排気温度の低下が抑制される。また、混
合気が加熱されることで、還元剤の気化が促進されるの
で、窒素酸化物還元触媒に対する還元剤の供給分布が均
一化され、拡散性が向上される。
【０００７】請求項２記載の発明では、前記混合気加熱
添加手段の混合気流路内壁面には、前記還元剤を部分酸
化させて改質する改質触媒が塗布されたことを特徴とす
る。かかる構成によれば、還元剤と空気との混合気が混
合気流路を通るときに、還元剤の主成分である炭化水素
がより低分子の炭化水素，アルデヒド，一酸化炭素，水
素等に改質される。このため、還元剤による窒素酸化物
還元活性が高められ、窒素酸化物の浄化効率が一層向上
される。
添加手段の混合気流路内壁面には、前記還元剤を部分酸
化させて改質する改質触媒が塗布されたことを特徴とす
る。かかる構成によれば、還元剤と空気との混合気が混
合気流路を通るときに、還元剤の主成分である炭化水素
がより低分子の炭化水素，アルデヒド，一酸化炭素，水
素等に改質される。このため、還元剤による窒素酸化物
還元活性が高められ、窒素酸化物の浄化効率が一層向上
される。
【０００８】請求項３記載の発明では、前記改質触媒
は、貴金属からなることを特徴とする。かかる構成によ
れば、改質触媒として貴金属が用いられることで、還元
剤が効果的に改質される。請求項４記載の発明では、前
記混合気加熱添加手段は、前記混合気流路が軸方向に延
び、かつ、その横断面において混合気導入口が軸中心に
対してオフセットした位置に開口していることを特徴と
する。
は、貴金属からなることを特徴とする。かかる構成によ
れば、改質触媒として貴金属が用いられることで、還元
剤が効果的に改質される。請求項４記載の発明では、前
記混合気加熱添加手段は、前記混合気流路が軸方向に延
び、かつ、その横断面において混合気導入口が軸中心に
対してオフセットした位置に開口していることを特徴と
する。
【０００９】かかる構成によれば、混合気加熱添加手段
は、混合気流路が軸方向に延び、かつ、その横断面にお
いて混合気導入口が軸中心に対してオフセットした位置
に開口しているため、混合気流路内に旋回流が生じる。
このため、混合気の加熱が効果的に行なわれるようにな
る。また、混合気流路内壁面に改質触媒が塗布されてい
る場合には、旋回流により還元剤の改質が効果的に行な
われるようになる。
は、混合気流路が軸方向に延び、かつ、その横断面にお
いて混合気導入口が軸中心に対してオフセットした位置
に開口しているため、混合気流路内に旋回流が生じる。
このため、混合気の加熱が効果的に行なわれるようにな
る。また、混合気流路内壁面に改質触媒が塗布されてい
る場合には、旋回流により還元剤の改質が効果的に行な
われるようになる。
【００１０】請求項５記載の発明では、機関運転状態を
検出する運転状態検出手段と、前記還元剤の温度を検出
する還元剤温度検出手段と、前記運転状態検出手段及び
還元剤温度検出手段により夫々検出された機関運転状態
及び還元剤温度に基づいて、前記混合気加熱添加手段に
よる混合気の加熱量を制御する加熱量制御手段と、を含
んだ構成であることを特徴とする。
検出する運転状態検出手段と、前記還元剤の温度を検出
する還元剤温度検出手段と、前記運転状態検出手段及び
還元剤温度検出手段により夫々検出された機関運転状態
及び還元剤温度に基づいて、前記混合気加熱添加手段に
よる混合気の加熱量を制御する加熱量制御手段と、を含
んだ構成であることを特徴とする。
【００１１】かかる構成によれば、混合気の加熱量は、
機関運転状態及び還元剤温度に基づいて制御されるた
め、加熱量を必要最小限とすることができ、混合気の加
熱に要する消費電力及び混合気加熱添加手段の熱劣化が
極力抑制される。請求項６記載の発明では、前記混合気
の添加終了後に、前記混合気加熱添加手段に空気のみを
供給する空気供給手段が備えられたことを特徴とする。
機関運転状態及び還元剤温度に基づいて制御されるた
め、加熱量を必要最小限とすることができ、混合気の加
熱に要する消費電力及び混合気加熱添加手段の熱劣化が
極力抑制される。請求項６記載の発明では、前記混合気
の添加終了後に、前記混合気加熱添加手段に空気のみを
供給する空気供給手段が備えられたことを特徴とする。
【００１２】かかる構成によれば、混合気の添加終了後
には、混合気加熱添加手段に空気のみが供給されるの
で、例えば、その噴射孔から空気のみが噴射され、噴射
孔の目詰まりが防止される。
には、混合気加熱添加手段に空気のみが供給されるの
で、例えば、その噴射孔から空気のみが噴射され、噴射
孔の目詰まりが防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図１は、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）を備えたデ
ィーゼル機関の全体構成を示す。ディーゼル機関１０の
排気通路１２には、排気流通方向に沿って、粒子状物質
（ＰＭ）を捕集除去するディーゼルパティキュレートフ
ィルタ（ＤＰＦ）１４と、ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ
還元触媒１６と、が介装される。
本発明を詳述する。図１は、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）を備えたデ
ィーゼル機関の全体構成を示す。ディーゼル機関１０の
排気通路１２には、排気流通方向に沿って、粒子状物質
（ＰＭ）を捕集除去するディーゼルパティキュレートフ
ィルタ（ＤＰＦ）１４と、ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ
還元触媒１６と、が介装される。
【００１４】ＤＰＦ１４は、セラミック等の多孔性部材
からなる隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成さ
れ、各セルの入口と出口とが目封材により互い違いに千
鳥格子状に目封じされた構成をなす。そして、出口が塞
がれたセル内の排気が、隔壁を介して入口が塞がれてい
る隣接するセルに流入するとき、排気中のＰＭが隔壁を
形成する多孔性部材により捕集除去される。
からなる隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成さ
れ、各セルの入口と出口とが目封材により互い違いに千
鳥格子状に目封じされた構成をなす。そして、出口が塞
がれたセル内の排気が、隔壁を介して入口が塞がれてい
る隣接するセルに流入するとき、排気中のＰＭが隔壁を
形成する多孔性部材により捕集除去される。
【００１５】一方、ＮＯｘ還元触媒１６は、セラミック
のコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼からな
るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒
担体に、例えば、ゼオライト系の活性成分が担持された
構成をなす。そして、触媒担体に担持された活性成分
は、添加剤としてのＨＣの供給を受けて活性化し、ＮＯ
ｘを効果的に無害物質に転化させる。
のコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼からな
るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒
担体に、例えば、ゼオライト系の活性成分が担持された
構成をなす。そして、触媒担体に担持された活性成分
は、添加剤としてのＨＣの供給を受けて活性化し、ＮＯ
ｘを効果的に無害物質に転化させる。
【００１６】ＮＯｘ還元触媒１６の上流側の排気通路１
２には、ＨＣを含む軽油等の還元剤と空気とが所定比率
で混合した混合気を噴射添加する還元剤噴射弁１８（混
合気加熱添加手段）が介装される。還元剤噴射弁１８に
は、空気導入路２０を介してエアリザーバ２２が接続さ
れる。空気導入路２０には、定圧圧送ポンプ２４が介装
された還元剤導入路２６を介して、燃料タンク等の還元
剤貯蔵タンク２８が接続される。還元剤導入路２６は、
空気導入路２０を流通する空気流により還元剤が微細化
されるように、例えば、霧吹き作用が奏されるように空
気導入路２０に接続されることが望ましい。また、空気
導入路２０及び還元剤導入路２６には、夫々、空気流量
及び還元剤流量を制御すべく、マイクロコンピュータを
内蔵したコントロールユニット３０によりデューティ制
御される空気流量制御弁３２及び還元剤流量制御弁３４
が介装される。
２には、ＨＣを含む軽油等の還元剤と空気とが所定比率
で混合した混合気を噴射添加する還元剤噴射弁１８（混
合気加熱添加手段）が介装される。還元剤噴射弁１８に
は、空気導入路２０を介してエアリザーバ２２が接続さ
れる。空気導入路２０には、定圧圧送ポンプ２４が介装
された還元剤導入路２６を介して、燃料タンク等の還元
剤貯蔵タンク２８が接続される。還元剤導入路２６は、
空気導入路２０を流通する空気流により還元剤が微細化
されるように、例えば、霧吹き作用が奏されるように空
気導入路２０に接続されることが望ましい。また、空気
導入路２０及び還元剤導入路２６には、夫々、空気流量
及び還元剤流量を制御すべく、マイクロコンピュータを
内蔵したコントロールユニット３０によりデューティ制
御される空気流量制御弁３２及び還元剤流量制御弁３４
が介装される。
【００１７】なお、空気導入路２０，エアリザーバ２
２，定圧圧送ポンプ２４，還元剤導入路２６，還元剤貯
蔵タンク２８，コントロールユニット３０，空気流量制
御弁３２及び還元剤流量制御弁３４により、混合気生成
手段及び空気供給手段が構成される。還元剤噴射弁１８
は、図２に示すように、排気通路１２に添加される還元
剤と空気との混合気の温度を高めるべく、軸方向に延び
つつ略同心に配設された２つの発熱体１８Ａ，１８Ｂの
間に、混合気流路としての還元剤流路１８Ｃが形成され
た構成をなす。ここで、発熱体１８Ａ，１８Ｂは、還元
剤を短時間で加熱可能な低熱容量の電気ヒータで構成さ
れることが望ましい。発熱体１８Ｂの外周には、熱が外
部に放散されることを抑制すべく、遮熱材１８Ｄが配設
される。なお、混合気導入口としての還元剤導入口１８
Ｅは、還元剤流路１８Ｃ内に旋回流が生じるように、還
元剤噴射弁１８の軸中心に対してオフセットした位置に
開口することが望ましい（図２（Ｂ）参照）。また、発
熱体１８Ａ，１８Ｂは、必ずしも、その両方が配設され
る必要はなく、少なくとも一方が配設されるようにして
もよい。
２，定圧圧送ポンプ２４，還元剤導入路２６，還元剤貯
蔵タンク２８，コントロールユニット３０，空気流量制
御弁３２及び還元剤流量制御弁３４により、混合気生成
手段及び空気供給手段が構成される。還元剤噴射弁１８
は、図２に示すように、排気通路１２に添加される還元
剤と空気との混合気の温度を高めるべく、軸方向に延び
つつ略同心に配設された２つの発熱体１８Ａ，１８Ｂの
間に、混合気流路としての還元剤流路１８Ｃが形成され
た構成をなす。ここで、発熱体１８Ａ，１８Ｂは、還元
剤を短時間で加熱可能な低熱容量の電気ヒータで構成さ
れることが望ましい。発熱体１８Ｂの外周には、熱が外
部に放散されることを抑制すべく、遮熱材１８Ｄが配設
される。なお、混合気導入口としての還元剤導入口１８
Ｅは、還元剤流路１８Ｃ内に旋回流が生じるように、還
元剤噴射弁１８の軸中心に対してオフセットした位置に
開口することが望ましい（図２（Ｂ）参照）。また、発
熱体１８Ａ，１８Ｂは、必ずしも、その両方が配設され
る必要はなく、少なくとも一方が配設されるようにして
もよい。
【００１８】還元剤流路１８Ｃの内壁面、即ち、中央に
配設される発熱体１８Ａの外周面及びその周囲に配設さ
れる発熱体１８Ｂの内周面には、還元剤によるＮＯｘ還
元活性を高めるべく、還元剤としてのＨＣをより低分子
のＨＣ，アルデヒド，ＣＯ，水素（Ｈ2）等に改質する
白金（Ｐｔ）等の貴金属からなる改質触媒が塗布される
ことが望ましい。ここで、「アルデヒド」とは、ホルム
アルデヒド（ＨＣＨＯ），アセトアルデヒド（ＣＨ3Ｃ
ＨＯ）のように、カルボニル基に水素原子を少なくとも
１個（即ち、アルデヒド基−ＣＨＯ）有するオキソ化合
物のことをいう。
配設される発熱体１８Ａの外周面及びその周囲に配設さ
れる発熱体１８Ｂの内周面には、還元剤によるＮＯｘ還
元活性を高めるべく、還元剤としてのＨＣをより低分子
のＨＣ，アルデヒド，ＣＯ，水素（Ｈ2）等に改質する
白金（Ｐｔ）等の貴金属からなる改質触媒が塗布される
ことが望ましい。ここで、「アルデヒド」とは、ホルム
アルデヒド（ＨＣＨＯ），アセトアルデヒド（ＣＨ3Ｃ
ＨＯ）のように、カルボニル基に水素原子を少なくとも
１個（即ち、アルデヒド基−ＣＨＯ）有するオキソ化合
物のことをいう。
【００１９】また、排気浄化装置の制御を行なうため
に、機関運転状態，還元剤状態などを検出する種々のセ
ンサが配設される。即ち、ＤＰＦ１４の下流側の排気通
路１２には、排気中のＮＯｘ濃度ＣNOxを検出するＮＯ
ｘセンサ３６、及び、排気温度Ｔeを検出する排気温度
センサ３８が夫々介装される。ディーゼル機関１０に
は、吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ４０、機関回
転速度Ｎを検出する回転速度センサ４２、及び、機関負
荷Ｌを検出する負荷センサ４４が夫々配設される。な
お、ＮＯｘセンサ３６，排気温度センサ３８，吸気流量
センサ４０，回転速度センサ４２及び負荷センサ４４に
より、運転状態検出手段が構成される。定圧圧送ポンプ
２４の下流側の還元剤導入路２６には、還元剤温度Ｔr
を検出する還元剤温度センサ４６（還元剤温度検出手
段）が介装される。
に、機関運転状態，還元剤状態などを検出する種々のセ
ンサが配設される。即ち、ＤＰＦ１４の下流側の排気通
路１２には、排気中のＮＯｘ濃度ＣNOxを検出するＮＯ
ｘセンサ３６、及び、排気温度Ｔeを検出する排気温度
センサ３８が夫々介装される。ディーゼル機関１０に
は、吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ４０、機関回
転速度Ｎを検出する回転速度センサ４２、及び、機関負
荷Ｌを検出する負荷センサ４４が夫々配設される。な
お、ＮＯｘセンサ３６，排気温度センサ３８，吸気流量
センサ４０，回転速度センサ４２及び負荷センサ４４に
より、運転状態検出手段が構成される。定圧圧送ポンプ
２４の下流側の還元剤導入路２６には、還元剤温度Ｔr
を検出する還元剤温度センサ４６（還元剤温度検出手
段）が介装される。
【００２０】そして、コントロールユニット３０では、
図３に示す処理が所定時間毎に繰り返し実行され、還元
剤噴射弁１８の発熱体１８Ａ，１８Ｂ、空気流量制御弁
３２及び還元剤流量制御弁３４が夫々制御される。な
お、発熱体１８Ａ，１８Ｂに対する電力供給制御が、加
熱量制御手段に該当する。ステップ１（図では「Ｓ１」
と略記する。以下同様）では、機関運転状態として、Ｎ
Ｏｘセンサ３６，排気温度センサ３８，吸気流量センサ
４０，回転速度センサ４２及び負荷センサ４４から、夫
々、ＮＯｘ濃度ＣNOx，排気温度Ｔe，吸気流量Ｑ，回転
速度Ｎ及び機関負荷Ｌが検出される。また、還元剤温度
センサ４６から、還元剤温度Ｔrが検出される。
図３に示す処理が所定時間毎に繰り返し実行され、還元
剤噴射弁１８の発熱体１８Ａ，１８Ｂ、空気流量制御弁
３２及び還元剤流量制御弁３４が夫々制御される。な
お、発熱体１８Ａ，１８Ｂに対する電力供給制御が、加
熱量制御手段に該当する。ステップ１（図では「Ｓ１」
と略記する。以下同様）では、機関運転状態として、Ｎ
Ｏｘセンサ３６，排気温度センサ３８，吸気流量センサ
４０，回転速度センサ４２及び負荷センサ４４から、夫
々、ＮＯｘ濃度ＣNOx，排気温度Ｔe，吸気流量Ｑ，回転
速度Ｎ及び機関負荷Ｌが検出される。また、還元剤温度
センサ４６から、還元剤温度Ｔrが検出される。
【００２１】ステップ２では、例えば、還元剤添加量マ
ップ及び還元剤添加流量マップが参照され、機関運転状
態に応じた還元剤添加量及び還元剤添加流量（単位時間
当りの還元剤添加量）が夫々演算される。ステップ３で
は、還元剤と空気との混合比率が略一定になるように、
演算された還元剤添加流量に応じた空気流量が演算され
る。なお、還元剤と空気との混合比率は、機関運転状態
に応じて変化させるようにしてもよい。
ップ及び還元剤添加流量マップが参照され、機関運転状
態に応じた還元剤添加量及び還元剤添加流量（単位時間
当りの還元剤添加量）が夫々演算される。ステップ３で
は、還元剤と空気との混合比率が略一定になるように、
演算された還元剤添加流量に応じた空気流量が演算され
る。なお、還元剤と空気との混合比率は、機関運転状態
に応じて変化させるようにしてもよい。
【００２２】ステップ４では、還元剤添加流量，排気温
度Ｔe及び還元剤温度Ｔrに基づいて、還元剤噴射弁１８
の発熱体１８Ａ，１８Ｂへの供給電力が演算される。即
ち、発熱体１８Ａ，１８Ｂへの供給電力は、図４に示す
ように、還元剤添加流量に比例すると共に、排気温度Ｔ
e及び還元剤温度Ｔrに依存する。このため、例えば、排
気温度Ｔe及び還元剤温度Ｔrに基づいて、マップから図
４に示す直線の傾きを求め、簡単な演算により発熱体１
８Ａ，１８Ｂへの供給電力を求めることができる。
度Ｔe及び還元剤温度Ｔrに基づいて、還元剤噴射弁１８
の発熱体１８Ａ，１８Ｂへの供給電力が演算される。即
ち、発熱体１８Ａ，１８Ｂへの供給電力は、図４に示す
ように、還元剤添加流量に比例すると共に、排気温度Ｔ
e及び還元剤温度Ｔrに依存する。このため、例えば、排
気温度Ｔe及び還元剤温度Ｔrに基づいて、マップから図
４に示す直線の傾きを求め、簡単な演算により発熱体１
８Ａ，１８Ｂへの供給電力を求めることができる。
【００２３】ステップ５では、還元剤の加熱、及び、還
元剤と空気との混合気の噴射が開始される。即ち、演算
された供給電力に基づいて、例えば、発熱体１８Ａ，１
８Ｂに印加する電圧又は／及び電流が制御され、還元剤
噴射弁１８に供給された還元剤と空気との混合気が加熱
される。また、演算された還元剤添加流量及び空気流量
に基づいて、夫々、還元剤流量制御弁３４及び空気流量
制御弁３２の開度がデューティ制御され、還元剤噴射弁
１８から排気通路１２内に、加熱昇温された混合気が噴
射される。
元剤と空気との混合気の噴射が開始される。即ち、演算
された供給電力に基づいて、例えば、発熱体１８Ａ，１
８Ｂに印加する電圧又は／及び電流が制御され、還元剤
噴射弁１８に供給された還元剤と空気との混合気が加熱
される。また、演算された還元剤添加流量及び空気流量
に基づいて、夫々、還元剤流量制御弁３４及び空気流量
制御弁３２の開度がデューティ制御され、還元剤噴射弁
１８から排気通路１２内に、加熱昇温された混合気が噴
射される。
【００２４】ステップ６では、混合気の噴射が終了、即
ち、演算された還元剤添加量が排気通路１２内に噴射さ
れたか否かが判定される。混合気の噴射が終了したか否
かは、例えば、混合気の噴射開始から、還元剤添加量を
還元剤添加流量で除算して求められる噴射時間が経過し
たか否かで判定することができる。そして、混合気の噴
射が終了したならばステップ７へと進み（Ｙｅｓ）、混
合気の噴射が終了していなければステップ６における判
定が繰り返される（Ｎｏ）。
ち、演算された還元剤添加量が排気通路１２内に噴射さ
れたか否かが判定される。混合気の噴射が終了したか否
かは、例えば、混合気の噴射開始から、還元剤添加量を
還元剤添加流量で除算して求められる噴射時間が経過し
たか否かで判定することができる。そして、混合気の噴
射が終了したならばステップ７へと進み（Ｙｅｓ）、混
合気の噴射が終了していなければステップ６における判
定が繰り返される（Ｎｏ）。
【００２５】ステップ７では、混合気の加熱を停止すべ
く、発熱体１８Ａ，１８Ｂへの通電が遮断されると共
に、還元剤の噴射を停止すべく、還元剤流量制御弁３４
が閉弁制御される。ステップ８では、空気噴射が終了、
即ち、還元剤の噴射停止後、所定時間経過したか否かが
判定される。そして、空気噴射が終了したならばステッ
プ９へと進み（Ｙｅｓ）、空気噴射が終了していなけれ
ばステップ８における判定が繰り返される（Ｎｏ）。
く、発熱体１８Ａ，１８Ｂへの通電が遮断されると共
に、還元剤の噴射を停止すべく、還元剤流量制御弁３４
が閉弁制御される。ステップ８では、空気噴射が終了、
即ち、還元剤の噴射停止後、所定時間経過したか否かが
判定される。そして、空気噴射が終了したならばステッ
プ９へと進み（Ｙｅｓ）、空気噴射が終了していなけれ
ばステップ８における判定が繰り返される（Ｎｏ）。
【００２６】ステップ９では、空気噴射を停止すべく、
空気流量制御弁３２が閉弁制御される。かかる構成によ
れば、ＮＯｘ還元触媒１６の上流側には、還元剤と空気
とが所定比率で混合した混合気が加熱されてから添加さ
れるので、混合気が排気と混合しても、排気温度の低下
を抑制することができる。また、混合気が加熱されるこ
とで、還元剤の気化が促進されるので、ＮＯｘ還元触媒
１６に対する還元剤の供給分布が均一化され、拡散性を
向上させることができる。そして、排気温度の低下抑制
と還元剤の拡散性向上との相乗作用により、最小限の還
元剤を用いて、ＮＯｘ還元触媒１６によるＮＯｘ浄化効
率を向上させることができる。
空気流量制御弁３２が閉弁制御される。かかる構成によ
れば、ＮＯｘ還元触媒１６の上流側には、還元剤と空気
とが所定比率で混合した混合気が加熱されてから添加さ
れるので、混合気が排気と混合しても、排気温度の低下
を抑制することができる。また、混合気が加熱されるこ
とで、還元剤の気化が促進されるので、ＮＯｘ還元触媒
１６に対する還元剤の供給分布が均一化され、拡散性を
向上させることができる。そして、排気温度の低下抑制
と還元剤の拡散性向上との相乗作用により、最小限の還
元剤を用いて、ＮＯｘ還元触媒１６によるＮＯｘ浄化効
率を向上させることができる。
【００２７】また、還元剤噴射弁１８の還元剤流路１８
Ｃの内壁面に改質触媒を塗布した場合には、ここで、還
元剤の主成分であるＨＣがより低分子のＨＣ，アルデヒ
ド，ＣＯ，Ｈ2等に改質される。このため、還元剤によ
るＮＯｘ還元活性が高められ、ＮＯｘ浄化効率を一層向
上させることができる。ここで、改質触媒として、白金
等の貴金属を用いているので、還元剤を効果的に改質す
ることができる。
Ｃの内壁面に改質触媒を塗布した場合には、ここで、還
元剤の主成分であるＨＣがより低分子のＨＣ，アルデヒ
ド，ＣＯ，Ｈ2等に改質される。このため、還元剤によ
るＮＯｘ還元活性が高められ、ＮＯｘ浄化効率を一層向
上させることができる。ここで、改質触媒として、白金
等の貴金属を用いているので、還元剤を効果的に改質す
ることができる。
【００２８】さらに、還元剤噴射弁１８は、還元剤流路
１８Ｃが軸方向に延び、かつ、その横断面において還元
剤導入路１８Ｅが軸中心に対してオフセットした位置に
開口しているため、還元剤流路１８Ｃ内に旋回流が発生
する。このため、還元剤の加熱が効果的に行なわれるよ
うになり、ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化効率を一層
向上させることができる。還元剤流路１８Ｃの内壁面に
改質触媒が塗布されている場合には、旋回流により還元
剤の改質を効果的に行なうことができる。
１８Ｃが軸方向に延び、かつ、その横断面において還元
剤導入路１８Ｅが軸中心に対してオフセットした位置に
開口しているため、還元剤流路１８Ｃ内に旋回流が発生
する。このため、還元剤の加熱が効果的に行なわれるよ
うになり、ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化効率を一層
向上させることができる。還元剤流路１８Ｃの内壁面に
改質触媒が塗布されている場合には、旋回流により還元
剤の改質を効果的に行なうことができる。
【００２９】この他、還元剤噴射弁１８における混合気
の加熱量は、還元剤噴射量，排気温度Ｔe及び還元剤温
度Ｔrに基づいて制御されるため、加熱量を必要最小限
とすることができ、加熱に要する消費電力及び発熱体１
８Ａ，１８Ｂの熱劣化を極力抑制することができる。ま
た、混合気の添加終了後には、還元剤噴射弁１８に空気
のみが供給されるので、例えば、その噴射孔から空気の
みが噴射され、噴射孔の目詰まりを防止することができ
る。
の加熱量は、還元剤噴射量，排気温度Ｔe及び還元剤温
度Ｔrに基づいて制御されるため、加熱量を必要最小限
とすることができ、加熱に要する消費電力及び発熱体１
８Ａ，１８Ｂの熱劣化を極力抑制することができる。ま
た、混合気の添加終了後には、還元剤噴射弁１８に空気
のみが供給されるので、例えば、その噴射孔から空気の
みが噴射され、噴射孔の目詰まりを防止することができ
る。
【００３０】なお、還元剤噴射弁１８の発熱体１８Ａ，
１８Ｂは、コントロールユニット３０により制御される
他、自己温度調整型のものを使用してもよい。また、本
発明の排気浄化装置は、ディーゼル機関に限らず、ガソ
リン機関，圧縮天然ガス（ＣＮＧ）機関などの内燃機関
にも適用可能であることは言うまでもない。
１８Ｂは、コントロールユニット３０により制御される
他、自己温度調整型のものを使用してもよい。また、本
発明の排気浄化装置は、ディーゼル機関に限らず、ガソ
リン機関，圧縮天然ガス（ＣＮＧ）機関などの内燃機関
にも適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、排気温度の低下抑制と還元剤の拡散性向上
との相乗作用により、最小限の還元剤を用いて、窒素酸
化物還元触媒による窒素酸化物の浄化効率を向上させる
ことができる。請求項２記載の発明によれば、還元剤に
よる窒素酸化物還元活性が高められ、窒素酸化物の浄化
効率を一層向上することができる。
明によれば、排気温度の低下抑制と還元剤の拡散性向上
との相乗作用により、最小限の還元剤を用いて、窒素酸
化物還元触媒による窒素酸化物の浄化効率を向上させる
ことができる。請求項２記載の発明によれば、還元剤に
よる窒素酸化物還元活性が高められ、窒素酸化物の浄化
効率を一層向上することができる。
【００３２】請求項３記載の発明によれば、改質触媒と
して貴金属が用いられることで、還元剤を効果的に改質
することができる。請求項４記載の発明によれば、混合
気流路内に生じた旋回流により、混合気の加熱を効果的
に行なうことができる。また、混合気流路内壁面に改質
触媒が塗布されている場合には、旋回流により還元剤の
改質を効果的に行なうことができる。
して貴金属が用いられることで、還元剤を効果的に改質
することができる。請求項４記載の発明によれば、混合
気流路内に生じた旋回流により、混合気の加熱を効果的
に行なうことができる。また、混合気流路内壁面に改質
触媒が塗布されている場合には、旋回流により還元剤の
改質を効果的に行なうことができる。
【００３３】請求項５記載の発明によれば、混合気の加
熱量が必要最小限となるので、混合気の加熱に要する消
費電力及び混合気加熱添加手段の熱劣化を極力抑制する
ことができる。請求項６記載の発明によれば、例えば、
混合気加熱添加手段における混合気噴射孔の目詰まりを
防止することができる。
熱量が必要最小限となるので、混合気の加熱に要する消
費電力及び混合気加熱添加手段の熱劣化を極力抑制する
ことができる。請求項６記載の発明によれば、例えば、
混合気加熱添加手段における混合気噴射孔の目詰まりを
防止することができる。
【図１】本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼル
機関の全体構成図
機関の全体構成図
【図２】還元剤噴射弁の詳細を示し、（Ａ）は縦断面
図、（Ｂ）は横断面図
図、（Ｂ）は横断面図
【図３】排気浄化装置の制御内容を示すフローチャート
【図４】発熱体への供給電力を演算する原理の説明図
１０ ディーゼル機関 １２ 排気通路 １６ ＮＯｘ還元触媒 １８ 還元剤噴射弁 １８Ａ 発熱体 １８Ｂ 発熱体 １８Ｃ 還元剤流路 １８Ｅ 還元剤導入口 ２０ 空気導入路 ２２ エアリザーバ ２４ 定圧圧送ポンプ ２６ 還元剤導入路 ２８ 還元剤貯蔵タンク ３０ コントロールユニット ３２ 空気流量制御弁 ３４ 還元剤流量制御弁 ３６ ＮＯｘセンサ ３８ 排気温度センサ ４０ 吸気流量センサ ４２ 回転速度センサ ４４ 負荷センサ ４６ 還元剤温度センサ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA17 AA18 AA19 AB05 AB13 BA04 BA14 CA05 CA16 CA18 DB09 DC01 DC05 EA01 EA03 EA05 EA08 EA15 EA17 EA30 EA33 GB01X GB09W GB17X HA36 4D048 AA06 AB02 AC02 AC06 BA10X BA11X BA39X BB02 CC46 CC52 CC61 CD05 DA01 DA02 DA03 DA06 DA08 DA10 DA13 DA20
Claims (6)
- 【請求項１】内燃機関の排気通路に介装され、排気中の
窒素酸化物を還元反応により無害物質に転化させる窒素
酸化物還元触媒と、 炭化水素を含んだ還元剤と空気とを所定比率で混合した
混合気を生成する混合気生成手段と、 該混合気生成手段により生成された混合気を加熱しつ
つ、前記窒素酸化物還元触媒の上流側に添加する混合気
加熱添加手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気浄
化装置。 - 【請求項２】前記混合気加熱添加手段の混合気流路内壁
面には、前記還元剤を部分酸化させて改質する改質触媒
が塗布されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関
の排気浄化装置。 - 【請求項３】前記改質触媒は、貴金属からなることを特
徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項４】前記混合気加熱添加手段は、前記混合気流
路が軸方向に延び、かつ、その横断面において混合気導
入口が軸中心に対してオフセットした位置に開口してい
ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つ
に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項５】機関運転状態を検出する運転状態検出手段
と、 前記還元剤の温度を検出する還元剤温度検出手段と、 前記運転状態検出手段及び還元剤温度検出手段により夫
々検出された機関運転状態及び還元剤温度に基づいて、
前記混合気加熱添加手段による混合気の加熱量を制御す
る加熱量制御手段と、 を含んだ構成であることを特徴とする請求項１〜請求項
４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項６】前記混合気の添加終了後に、前記混合気加
熱添加手段に空気のみを供給する空気供給手段が備えら
れたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１
つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001138392A JP4131783B2 (ja) | 2001-05-09 | 2001-05-09 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001138392A JP4131783B2 (ja) | 2001-05-09 | 2001-05-09 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002332825A true JP2002332825A (ja) | 2002-11-22 |
| JP4131783B2 JP4131783B2 (ja) | 2008-08-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001138392A Expired - Fee Related JP4131783B2 (ja) | 2001-05-09 | 2001-05-09 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4131783B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005012702A1 (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-10 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | エンジンの排気浄化装置 |
| JP2007146810A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気システム |
| JP2008261262A (ja) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| US7500356B2 (en) | 2004-02-02 | 2009-03-10 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for engine |
| US7614213B2 (en) | 2003-09-19 | 2009-11-10 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Engine exhaust emission purification apparatus |
| US7849674B2 (en) | 2003-09-19 | 2010-12-14 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for engine |
| US8011176B2 (en) | 2004-02-02 | 2011-09-06 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for internal combustion engine |
| JP2015001193A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置、および、排気浄化システム |
| JP2017214843A (ja) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | 株式会社デンソー | 浄化制御装置 |
-
2001
- 2001-05-09 JP JP2001138392A patent/JP4131783B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100432385C (zh) * | 2003-07-30 | 2008-11-12 | 日产柴油机车工业株式会社 | 发动机的排气净化装置 |
| WO2005012702A1 (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-10 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | エンジンの排気浄化装置 |
| US7571599B2 (en) * | 2003-07-30 | 2009-08-11 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust gas purification apparatus of engine |
| US7614213B2 (en) | 2003-09-19 | 2009-11-10 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Engine exhaust emission purification apparatus |
| US7849674B2 (en) | 2003-09-19 | 2010-12-14 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for engine |
| US8209958B2 (en) | 2003-09-19 | 2012-07-03 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Engine exhaust emission purification apparatus |
| US7500356B2 (en) | 2004-02-02 | 2009-03-10 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for engine |
| US8011176B2 (en) | 2004-02-02 | 2011-09-06 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for internal combustion engine |
| US8578703B2 (en) | 2004-02-02 | 2013-11-12 | Nissan Diesel Motor Co., Ltd. | Exhaust emission purifying apparatus for internal combustion engine |
| JP2007146810A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気システム |
| JP4650241B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-03-16 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気システム |
| JP2008261262A (ja) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP4645617B2 (ja) * | 2007-04-11 | 2011-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2015001193A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置、および、排気浄化システム |
| JP2017214843A (ja) * | 2016-05-30 | 2017-12-07 | 株式会社デンソー | 浄化制御装置 |
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