JP2003035126A - Exhaust emission control device for diesel engine - Google Patents
Exhaust emission control device for diesel engineInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンから排出される排気ガス中の微粒子を除去するディー
ゼルエンジンの排気浄化装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust emission control device for a diesel engine, which removes fine particles in exhaust gas discharged from the diesel engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料をシリンダ内へ直接噴射する方式の
内燃機関として、ディーゼルエンジンが広く知られてい
る。このディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンのよ
うに火花着火させずに、高圧縮によって高温となった空
気に直接燃料を噴射して自然着火させるものである。と
ころが、このディーゼルエンジンにあっては、特に、高
負荷時にエンジン出力を上昇させるために燃焼室に大量
の燃料を噴射し、燃焼室が酸欠状態となって黒煙などの
有害物質が排気ガス中に含まれてしまう。2. Description of the Related Art A diesel engine is widely known as an internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder. Unlike the gasoline engine, this diesel engine does not ignite sparks, but directly injects fuel into the air that has become hot due to high compression to ignite spontaneously. However, especially in this diesel engine, a large amount of fuel is injected into the combustion chamber in order to increase the engine output when the load is high, and the combustion chamber becomes oxygen deficient, and harmful substances such as black smoke are emitted into the exhaust gas. It will be included in.
【０００３】そのため、ディーゼルエンジンの排気通路
には触媒付きトラップが設けられており、この触媒付き
トラップは、セラミックス等の多孔質部材をハニカム形
状にして多数の排気流路を形成し、この排気流路を入口
と出口を交互に目封じすると共に、触媒がコーティング
されて構成されている。従って、ディーゼルエンジンか
ら排出される排気ガス中の黒煙が触媒付きトラップによ
り捕集され、車両の加速時や高速走行時に触媒作用によ
り高温となった排気ガスにより再燃焼され、触媒付きト
ラップが再生される。For this reason, a catalyst-equipped trap is provided in the exhaust passage of a diesel engine. This catalyst-equipped trap has a porous member made of ceramics or the like formed in a honeycomb shape to form a large number of exhaust passages. The passages are alternately plugged at the inlets and outlets and are coated with a catalyst. Therefore, the black smoke in the exhaust gas discharged from the diesel engine is captured by the catalyst-equipped trap and re-combusted by the exhaust gas that has become hot due to the catalytic action during vehicle acceleration or high-speed traveling, and the catalyst-equipped trap is regenerated. To be done.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
触媒付きトラップでは、排気ガスの温度が触媒の活性化
温度以上にならないと捕集した黒煙を燃焼することがで
きない。そのため、車両の低速走行が長時間継続する
と、トラップが目詰まりして排気圧力が上昇し、出力や
燃費の悪化を招くと共に、その後に車両が加速時等を移
行すると、多量の黒煙が燃焼して高温となり、触媒付き
トラップが劣化あるいは破損してしまうおそれがある。However, in such a trap with a catalyst, the trapped black smoke cannot be burned unless the temperature of the exhaust gas exceeds the activation temperature of the catalyst. Therefore, if the vehicle continues to run at low speed for a long time, the trap will be clogged and the exhaust pressure will rise, which will lead to deterioration of output and fuel efficiency, and when the vehicle subsequently shifts during acceleration, a large amount of black smoke will burn. Then, the temperature rises to high temperature, and the trap with catalyst may deteriorate or be damaged.
【０００５】なお、このような問題を解決するものとし
て、例えば、特開平３−１５６１５号公報や特開昭６０
−３４２０号公報に開示された技術がある。この特開平
３−１５６１５号公報に開示された「内燃機関の排気微
粒子処理装置」は、排気通路を分岐し、一方に目封じさ
れた触媒付きトラップを設け、他方に連通流路が形成さ
れた触媒装置を設け、運転状態に応じて切り換えること
で、目詰まりを防止したものである。しかし、この技術
では、排気通路を分岐して触媒付きトラップと触媒装置
を並列に配設し、しかも、２つの開閉弁を装着しなけれ
ばならず、構造が複雑になるばかりでなく、製造コスト
も増加してしまうという問題がある。Incidentally, as means for solving such a problem, for example, JP-A-3-15615 and JP-A-60 are available.
There is a technique disclosed in Japanese Patent Publication No.-3420. The "exhaust particulate treatment device for an internal combustion engine" disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-15615 has a branch of an exhaust passage, one side of which is provided with a sealed trap with a catalyst, and the other side of which is provided with a communication passage. By providing a catalyst device and switching it according to the operating state, clogging is prevented. However, in this technique, the exhaust passage must be branched to dispose the catalyst-equipped trap and the catalyst device in parallel, and two opening / closing valves must be mounted, which not only complicates the structure but also increases the manufacturing cost. There is also a problem that it will increase.
【０００６】また、特開昭６０−３４２０号公報に開示
された「内燃機関のパティキュレートトラップ」は、通
気性を有した多孔質部材により多数のセルをハニカム形
状にして排気入口と排気出口とを一方ずつ交互に目封じ
すると共に、中心から外周壁までの距離６０％以上の範
囲の外側セルのみに１〜１５％目封じを除去すること
で、目詰まりによる排気圧の上昇やトラップの劣化を防
止したものである。しかし、この技術では、外側セルの
目封じを除去して貫通孔を形成し、トラップの温度上昇
を防止しているものの、中心部では多量に捕集した黒煙
を燃焼することとなり、トラップの温度上昇による劣化
を確実に防止することはできない。The "particulate trap of an internal combustion engine" disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-3420 has a large number of cells formed into a honeycomb shape by a porous member having air permeability, and has an exhaust inlet and an exhaust outlet. Alternately plugging one by one, and removing 1 to 15% plugging only in the outer cells in the range of the distance from the center to the outer peripheral wall of 60% or more, increase in exhaust pressure due to clogging and deterioration of trap. Is to prevent. However, with this technology, although the plugging of the outer cell is removed to form a through hole to prevent the temperature of the trap from rising, a large amount of black smoke collected in the center is burned, and the trap Deterioration due to temperature rise cannot be reliably prevented.
【０００７】本発明は、このような問題を解決するもの
であって、排気ガス中の微粒子を十分に捕集して排気ガ
スを適正に浄化すると共に、排気圧力の上昇による出力
や燃費の悪化並びに高温化による装置の破損を防止した
ディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目
的とする。The present invention solves such a problem by adequately collecting fine particles in exhaust gas to properly purify exhaust gas, and deteriorating output and fuel consumption due to increase in exhaust pressure. Another object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for a diesel engine, which prevents damage to the device due to high temperature.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のディーゼルエンジンの排気浄化装
置では、ディーゼルエンジンの排気通路に少なくとも酸
化機能を有する触媒を設けると共に、この触媒の下流側
に多孔質壁により多数の排気流路が形成されてこの多孔
質壁にて排気中の微粒子を捕集するフィルタを設け、こ
のフィルタが、微粒子堆積量の増加に伴って微粒子捕集
率が低下する特性を有するようにしている。In order to achieve the above object, in the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to the invention of claim 1, a catalyst having at least an oxidizing function is provided in the exhaust passage of the diesel engine, and A large number of exhaust passages are formed by the porous wall on the downstream side, and a filter for collecting the particles in the exhaust is provided by this porous wall, and this filter collects the particles with the increase in the amount of accumulated particles. Has a characteristic of decreasing.
【０００９】一般に、エンジンの高負荷運転時には排気
ガスが高温となり、この排気ガスに含まれる微粒子中の
黒煙の割合が極めて高くなる一方、エンジンの低負荷運
転時には排気ガスが低温となり、排気ガスに含まれる微
粒子中の可溶性有機成分の割合が極めて高くなる。従っ
て、エンジンが比較的高負荷で連続的に運転される場合
は、フィルタ温度が高いためにフィルタは良好に再生さ
れており、微粒子堆積が少なく、微粒子捕集率が高い。
そこで、このような条件下では、微粒子中に多く含まれ
る黒煙をフィルタで有効的に捕集できる。一方、エンジ
ンの低負荷運転が連続して行われる場合は、フィルタの
再生能力は減少するため、微粒子堆積量が増加し、微粒
子捕集率は低い。但し、微粒子中に多く含まれる可溶性
有機成分はフィルタ上流に設けられた酸化触媒により有
効的に低減できる。その結果、排気ガスに含まれる黒煙
や可溶性有機成分などからなる微粒子を十分に低減して
排気ガスを適正に浄化することができる。Generally, when the engine is under high load operation, the temperature of the exhaust gas becomes high, and the proportion of black smoke in the fine particles contained in this exhaust gas becomes extremely high. The proportion of the soluble organic component in the fine particles contained in is extremely high. Therefore, when the engine is continuously operated under a relatively high load, the filter is well regenerated due to the high filter temperature, the particulate accumulation is small, and the particulate collection rate is high.
Therefore, under such conditions, the black smoke contained in the fine particles can be effectively collected by the filter. On the other hand, when the engine is continuously operated at a low load, the regeneration capacity of the filter decreases, so that the amount of accumulated fine particles increases and the collection rate of fine particles is low. However, a large amount of soluble organic components contained in the fine particles can be effectively reduced by the oxidation catalyst provided upstream of the filter. As a result, it is possible to adequately reduce the fine particles of black smoke and soluble organic components contained in the exhaust gas, and appropriately purify the exhaust gas.
【００１０】また、請求項２の発明のディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置では、ディーゼルエンジンの排気通路
に少なくとも酸化機能を有する触媒を設けると共に、こ
の触媒の下流側に多孔質壁により多数の排気流路が形成
されてこの多孔質壁にて排気中の微粒子を捕集するフィ
ルタを設け、このフィルタにおける多数の排気流路の一
部を均一に目封じしている。Further, in the exhaust emission control system for a diesel engine according to a second aspect of the present invention, a catalyst having at least an oxidizing function is provided in the exhaust passage of the diesel engine, and a large number of exhaust passages are provided downstream of the catalyst by the porous wall. Is formed, and a filter for collecting fine particles in exhaust gas is provided on the porous wall, and a part of a large number of exhaust gas channels in this filter is uniformly plugged.
【００１１】フィルタへの微粒子堆積量の増加に伴って
目封じのない排気流路を通過する排気が増加し、フィル
タ壁を通過する排気流量が減少するめ、捕集率が低下す
る。従って、エンジンが比較的高負荷で連続的に運転さ
れる場合は、フィルタ温度が高いためにフィルタは良好
に再生されており、微粒子堆積が少なく、微粒子捕集率
が高い。そこで、このような条件下では、微粒子中に多
く含まれる黒煙をフィルタで有効的に捕集できる。一
方、エンジンの低負荷運転が連続して行われる場合は、
フィルタの再生能力は減少するため、微粒子堆積量が増
加し、微粒子捕集率は低い。但し、微粒子中に多く含ま
れる可溶性有機成分はフィルタ上流に設けられた酸化触
媒により有効的に低減できる。その結果、排気ガスに含
まれる黒煙や可溶性有機成分などからなる微粒子を十分
に低減して排気ガスを適正に浄化することができる。As the amount of fine particles deposited on the filter increases, the amount of exhaust gas that passes through the exhaust passage that is not clogged increases, and the flow rate of exhaust gas that passes through the filter wall decreases, which reduces the collection rate. Therefore, when the engine is continuously operated under a relatively high load, the filter is well regenerated due to the high filter temperature, the particulate accumulation is small, and the particulate collection rate is high. Therefore, under such conditions, the black smoke contained in the fine particles can be effectively collected by the filter. On the other hand, when low-load operation of the engine is continuously performed,
The regeneration capacity of the filter is reduced, so the amount of particulates deposited increases and the particulate collection rate is low. However, a large amount of soluble organic components contained in the fine particles can be effectively reduced by the oxidation catalyst provided upstream of the filter. As a result, it is possible to adequately reduce the fine particles of black smoke and soluble organic components contained in the exhaust gas, and appropriately purify the exhaust gas.
【００１２】また、請求項３の発明のディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置では、フィルタにおける隣接する排気
流路の上流端部を交互に目封じする一方、排気流路の下
流端部を全て開放している。従って、排気ガスに含まれ
るアッシュがフィルタに堆積して目詰まりすることはな
く、排気圧力の過上昇並びに排出ガスの浄化効率の低下
を防止することができると共に、メンテナンスを不要と
することができる。Further, in the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to a third aspect of the present invention, the upstream end portions of the adjacent exhaust passages in the filter are alternately plugged, while the downstream end portions of the exhaust passages are all opened. There is. Therefore, the ash contained in the exhaust gas does not accumulate on the filter and becomes clogged, and it is possible to prevent an excessive increase in the exhaust pressure and a decrease in the exhaust gas purification efficiency, and it is possible to eliminate the need for maintenance. .
【００１３】また、請求項４の発明のディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置では、フィルタに酸化機能を有する触
媒を担持している。従って、低負荷運転時に派出される
微粒子中の可溶性有機成分を上流に設けられた酸化触媒
とこのフィルタ上の触媒により更に低減することができ
る。Further, in the exhaust emission control system of the diesel engine of the fourth aspect of the invention, the filter carries a catalyst having an oxidizing function. Therefore, the soluble organic component in the fine particles discharged during low load operation can be further reduced by the oxidation catalyst provided upstream and the catalyst on this filter.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１５】図１に本発明の一実施形態に係るディーゼ
ルエンジンの排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形
態のフィルタの特性を表すグラフ、図３に本実施形態の
フィルタの概略、図４に本実施形態のフィルタの概念的
な特性を表すグラフ、図５に本実施形態のディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置における排気ガス浄化処理の概念
を表す概略、図６に高排気温時における排気ガスの浄化
割合を表すグラフ、図７に低排気温時における排気ガス
の浄化割合を表すグラフを示す。FIG. 1 is a schematic configuration of an exhaust emission control system for a diesel engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing characteristics of the filter of the present embodiment, and FIG. 3 is a schematic view of the filter of the present embodiment. 4 is a graph showing the conceptual characteristics of the filter of the present embodiment, FIG. 5 is a schematic showing the concept of the exhaust gas purification processing in the exhaust purification device of the diesel engine of the present embodiment, and FIG. 6 is an exhaust gas at a high exhaust temperature. 7 is a graph showing the purification rate, and FIG. 7 is a graph showing the purification rate of exhaust gas at low exhaust temperature.
【００１６】本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄
化装置において、図１に示すように、シリンダヘッド１
１には吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成され、
各ポート１２，１３には吸気弁１４及び排気弁１５が移
動自在に支持され、この吸気弁１４及び排気弁１５の開
閉動作により吸気ポート１２及び排気ポート１３と燃焼
室１６とが開閉可能となっている。また、シリンダヘッ
ド１１には燃焼室１６に高圧燃料噴射可能な燃料噴射弁
１７が装着されている。一方、シリンダブロック１８に
はシリンダ１９が形成され、このシリンダ１９内にはピ
ストン２０が移動自在に支持されている。In the exhaust emission control system for a diesel engine of this embodiment, as shown in FIG.
1, an intake port 12 and an exhaust port 13 are formed,
An intake valve 14 and an exhaust valve 15 are movably supported by the ports 12 and 13, and the intake port 12 and the exhaust port 13 and the combustion chamber 16 can be opened and closed by opening and closing the intake valve 14 and the exhaust valve 15. ing. Further, the cylinder head 11 is equipped with a fuel injection valve 17 capable of injecting high pressure fuel into the combustion chamber 16. On the other hand, a cylinder 19 is formed in the cylinder block 18, and a piston 20 is movably supported in the cylinder 19.
【００１７】そして、排気ポート１３には排気管（排気
通路）２１が接続されており、この排気管の２１には本
実施形態の排気浄化装置２２が接続されており、この排
気浄化装置２２は、酸化触媒２３とフィルタ２４とから
構成されている。酸化触媒２３は、ＨＣ、ＣＯの他に可
溶性有機成分を酸化してＣＯ2 、Ｈ2Ｏに変換すると共
に、ＮＯｘを酸化してＮＯ2 に変換する機能を有してい
る。なお、酸化触媒２３は三元触媒であってもよい。ま
た、フィルタ２４はセラミックスの多孔質壁をハニカム
形状にして多数の排気流路を形成したものであり、この
多孔質壁に排気ガスが通過することで排気ガス中の微粒
子（ＰＭ：パティキュレート）、特に黒煙を捕集するも
のである。An exhaust pipe (exhaust passage) 21 is connected to the exhaust port 13, and the exhaust purification device 22 of this embodiment is connected to the exhaust pipe 21. , An oxidation catalyst 23 and a filter 24. The oxidation catalyst 23 has a function of oxidizing a soluble organic component in addition to HC and CO to convert it into CO 2 and H 2 O, and oxidizing NOx to convert it to NO 2 . The oxidation catalyst 23 may be a three-way catalyst. Further, the filter 24 is formed by forming a large number of exhaust passages by forming a ceramic porous wall into a honeycomb shape, and the exhaust gas passes through the porous wall to thereby form fine particles (PM: particulates) in the exhaust gas. , Especially for collecting black smoke.
【００１８】一般に、ディーゼルエンジンの高負荷運転
状態では、エンジン出力を上昇させるために大量の燃料
を噴射するので排気ガスが高温となると共に、排気ガス
に含まれる微粒子中の黒煙（SOOT）の割合が極めて高く
なる。一方、エンジンの低負荷運転状態では、噴射する
燃料量が少量であるために排気ガスが低温となり、排気
ガスに含まれる微粒子中の可溶性有機成分（SOF）の割
合が極めて高くなる。本実施形態の排気浄化装置２２
は、ディーゼルエンジンの高負荷運転時（高排気温時）
には、フィルタ２４により黒煙を捕集すると共に捕集し
た黒煙を燃焼して再生する一方、エンジンの低負荷運転
時（低排気温時）には、酸化触媒２３により可溶性有機
成分を浄化するようにしている。そのために、このフィ
ルタ２４は、図２に示すように、ＰＭ堆積量の増加に伴
ってＰＭ捕集率が低下し、所定のＰＭ堆積量でＰＭ捕集
率が０となる特性を有することが望ましい。Generally, in a high load operation state of a diesel engine, a large amount of fuel is injected to increase the engine output, so the exhaust gas temperature becomes high and the black smoke (SOOT) in the fine particles contained in the exhaust gas is generated. The proportion becomes extremely high. On the other hand, in a low load operation state of the engine, the amount of injected fuel is small, so that the exhaust gas has a low temperature, and the proportion of soluble organic components (SOF) in the fine particles contained in the exhaust gas is extremely high. Exhaust gas purification device 22 of the present embodiment
Is for high-load operation of diesel engine (at high exhaust temperature)
The filter 24 collects black smoke and burns the collected black smoke to regenerate it, while the oxidation catalyst 23 purifies soluble organic components during low load operation (low exhaust temperature) of the engine. I am trying to do it. Therefore, as shown in FIG. 2, the filter 24 may have a characteristic that the PM collection rate decreases as the PM deposition amount increases, and the PM collection rate becomes 0 at a predetermined PM deposition amount. desirable.
【００１９】ここで、本実施形態の排気浄化装置２２に
よる排気ガス処理の概念を図５乃至図７に基づいて説明
する。Here, the concept of exhaust gas treatment by the exhaust gas purification device 22 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
【００２０】高排気温時には、図５に示すように、フィ
ルタ２４が黒煙を捕集すると共に、酸化触媒２３が活性
化されているために排気ガス中のＮＯｘを酸化してＮＯ
2 に変換し、このＮＯ2 がフィルタ２４に捕集された黒
煙と反応して燃焼することとなり、連続再生が可能とな
っている。そのため、フィルタ２４へのＰＭ堆積量は少
なく安定した状態となっている。また、このとき、排気
ガスには黒煙（SOOT）が多く含まれており、フィルタ２
４はＰＭ堆積量は少ないために捕集率は高く、この黒煙
を確実に捕集低減し、その結果、排気ガス中の微粒子を
低減することができる。At a high exhaust temperature, as shown in FIG. 5, the filter 24 collects black smoke, and since the oxidation catalyst 23 is activated, NOx in the exhaust gas is oxidized to NO.
The NO 2 is converted into 2 , and the NO 2 reacts with the black smoke captured by the filter 24 and burns, enabling continuous regeneration. Therefore, the amount of PM deposited on the filter 24 is small and in a stable state. At this time, the exhaust gas contains a lot of black smoke (SOOT), and the filter 2
In No. 4, since the amount of accumulated PM is small, the collection rate is high, and this black smoke can be reliably collected and reduced, and as a result, fine particles in the exhaust gas can be reduced.
【００２１】例えば、図６に示すように、高排気温時に
排気ガス中の微粒子は、黒煙が約９０％、可溶性有機成
分が約１０％であり、フィルタ２４は黒煙を５０％捕
集、酸化触媒２３は可溶性有機成分を８０％浄化可能で
あるとすると、排気浄化装置２２を通過した排気ガス
は、黒煙が約４５％、可溶性有機成分が約２％となり、
排気ガス中の微粒子を５３％低減することができる。For example, as shown in FIG. 6, about 90% of black smoke and about 10% of soluble organic components are contained in the exhaust gas at high exhaust temperature, and the filter 24 collects 50% of black smoke. Assuming that the oxidation catalyst 23 is capable of purifying 80% of soluble organic components, the exhaust gas that has passed through the exhaust purification device 22 has approximately 45% black smoke and approximately 2% soluble organic components,
Fine particles in the exhaust gas can be reduced by 53%.
【００２２】一方、低排気温時には、図５に示すよう
に、フィルタ２４が黒煙を捕集するが、酸化触媒２３が
活性化されていないためにフィルタ２４に捕集された黒
煙を燃焼することができず、連続再生が不能となってい
る。そのため、フィルタ２４へのＰＭ堆積量は多くて捕
集率は低く安定した状態となっている。また、このと
き、排気ガスには可溶性有機成分（SOF）が多く含まれ
ており、酸化触媒２３はこの可溶性有機成分を効率よく
浄化し、その結果、排気ガス中の微粒子を低減すること
ができる。On the other hand, when the exhaust temperature is low, as shown in FIG. 5, the filter 24 collects the black smoke, but since the oxidation catalyst 23 is not activated, the black smoke collected by the filter 24 is burned. Cannot be played, and continuous playback is disabled. Therefore, the amount of PM deposited on the filter 24 is large and the collection rate is low, and the state is stable. Further, at this time, the exhaust gas contains a large amount of soluble organic components (SOF), and the oxidation catalyst 23 efficiently purifies the soluble organic components, and as a result, it is possible to reduce fine particles in the exhaust gas. .
【００２３】例えば、図７に示すように、高排気温時に
排気ガス中の微粒子は、黒煙が約２５％、可溶性有機成
分が約７５％であり、酸化触媒２３は可溶性有機成分を
８０％浄化可能であるとすると、排気浄化装置２２を通
過した排気ガスは、黒煙が約２５％、可溶性有機成分が
約１５％となり、排気ガス中の微粒子を６０％低減する
ことができる。For example, as shown in FIG. 7, the fine particles in the exhaust gas at high exhaust temperature are about 25% black smoke and about 75% soluble organic components, and the oxidation catalyst 23 contains 80% soluble organic components. If it can be purified, the exhaust gas that has passed through the exhaust purification device 22 has about 25% black smoke and about 15% soluble organic components, and the particulates in the exhaust gas can be reduced by 60%.
【００２４】このような特性を有するフィルタ２４は、
図３に示すように、セラミックス製の多数の多孔質壁３
１をハニカム形状にすることで、多数の排気流路３２
ａ，３２ｂを形成し、隣接する一方の排気流路３２ａの
上流端部を目封じ３３する一方、他方の排気流路３２ｂ
の下流端部を全て開放している。The filter 24 having such characteristics is
As shown in FIG. 3, many porous walls 3 made of ceramics are used.
By making 1 a honeycomb shape, a large number of exhaust passages 32
a and 32b are formed, and the upstream end of one adjacent exhaust passage 32a is plugged 33, while the other exhaust passage 32b is formed.
All the downstream ends of are open.
【００２５】この場合、フィルタ２４に導入される排気
ガスは排気流路３２ｂに入り、その流路抵抗により多孔
質壁３１を通過して排気流路３２ａに流れ、ここで黒煙
が捕集されるものであり、フィルタ２４における排気流
路３２ｂの流路抵抗と多孔質壁３１の通過抵抗がバラン
スすることにより要ＰＭ捕集率が決まる。即ち、フィル
タ２４に導入される排気ガスの流量をＱとすると、排気
流路３２ｂの流路抵抗による圧力損失ΔＰｃによりこの
排気流路３２ｂの流量はＱｃとなり、一方、多孔質壁３
１の通過抵抗による圧力損失ΔＰｗ及び排気流路３２ａ
の流路抵抗によるΔＰｃ′によりこの排気流路３２ａの
流量はＱｗとなる。つまり、圧力損失ΔＰｃと圧力損失
ΔＰｗ＋ΔＰｃ′がバランスする流量比におけるＱｗ／
（Ｑｃ＋Ｑｗ）によってＰＭ捕集率が決定される。In this case, the exhaust gas introduced into the filter 24 enters the exhaust passage 32b, passes through the porous wall 31 due to the passage resistance, and flows into the exhaust passage 32a, where black smoke is collected. The required PM collection rate is determined by balancing the flow passage resistance of the exhaust passage 32b and the passage resistance of the porous wall 31 in the filter 24. That is, when the flow rate of the exhaust gas introduced into the filter 24 is Q, the flow rate of the exhaust flow path 32b becomes Qc due to the pressure loss ΔPc due to the flow path resistance of the exhaust flow path 32b, while the porous wall 3
Pressure loss ΔPw due to passage resistance of No. 1 and exhaust passage 32a
The flow rate of the exhaust flow path 32a becomes Qw due to ΔPc 'due to the flow path resistance of. That is, Qw / at the flow rate ratio where the pressure loss ΔPc and the pressure loss ΔPw + ΔPc ′ are balanced.
The PM collection rate is determined by (Qc + Qw).
【００２６】従って、本実施形態のフィルタ２４では、
多孔質壁３１に黒煙が捕集されて堆積するほど、多孔質
壁３１の圧力損失ΔＰｗが増加するため、排気流路３２
ａの流量Ｑｗが相対的に減少し、Ｑｗ／（Ｑｃ＋Ｑ
ｗ）、つまり、ＰＭ捕集率が低下する。即ち、従来は、
ＰＭ堆積量の増加に伴ってＰＭ捕集率が変化するもので
はなく、エンジンの低負荷運転が長時間継続すると、多
量の黒煙がフィルタに捕集されて一度に多量の黒煙が燃
焼して高温となり、フィルタが破損してしまうおそれが
ある。一方、本実施形態のフィルタ２４は、図４に示す
捕集特性を得ることができるものであり、当初のＰＭ捕
集率は約５０％で、ＰＭ堆積量の増加に伴ってＰＭ捕集
率が低下するものとなっているため、エンジンの低負荷
運転が長時間継続しても、多量の黒煙がフィルタ２４に
捕集されることはなく、多量の黒煙の燃焼によるフィル
タの破損を防止することができる。Therefore, in the filter 24 of this embodiment,
As the black smoke is collected and deposited on the porous wall 31, the pressure loss ΔPw of the porous wall 31 increases, so that the exhaust passage 32
The flow rate Qw of a decreases relatively, and Qw / (Qc + Q
w), that is, the PM collection rate decreases. That is, conventionally,
The PM collection rate does not change with an increase in the amount of accumulated PM. When the engine is operated at low load for a long time, a large amount of black smoke is captured by the filter and a large amount of black smoke is burned at once. May become hot and damage the filter. On the other hand, the filter 24 of the present embodiment can obtain the trapping characteristics shown in FIG. 4, and the initial PM trapping rate is about 50%, and the PM trapping rate increases as the PM deposition amount increases. Since a large amount of black smoke is not collected by the filter 24 even if the engine is operated at a low load for a long time, the filter is damaged due to the combustion of a large amount of black smoke. Can be prevented.
【００２７】また、本実施形態のフィルタ２４では、排
気流路３２ｂのフィルタ壁面上に捕集されたアッシュが
黒煙燃焼時に排気ガスにより排気流路３２ｂの下流へ吹
き流されるため、フィルタ２４上に堆積することはな
い。従って、アッシュの過堆積による排圧の異常上昇を
防止できる。Further, in the filter 24 of the present embodiment, the ash collected on the filter wall surface of the exhaust passage 32b is blown to the downstream of the exhaust passage 32b by the exhaust gas during the black smoke combustion, so that the ash on the filter 24 is removed. Will not be deposited on. Therefore, it is possible to prevent an abnormal increase in exhaust pressure due to excessive accumulation of ash.
【００２８】なお、当初のＰＭ捕集率は約５０％は、圧
力損失ΔＰｃ及び圧力損失ΔＰｗににより設定するもの
ができるものであり、ディーゼルエンジンの排気ガス特
性（微粒子の含有量）に応じて適宜設定すればよい。The PM collection rate of about 50% at the beginning can be set by the pressure loss ΔPc and the pressure loss ΔPw, and it depends on the exhaust gas characteristics (fine particle content) of the diesel engine. It may be set appropriately.
【００２９】上述した実施形態において、フィルタ２４
の隣接する一方の排気流路３２ａの上流端部を目封じ３
３して他方の排気流路３２ｂの下流端部を全て開放して
構成したが、上流端部を目封じ３３は、排気流路３２
ａ，３２ｂの一部が均一に目封じされていればよいもの
であり、交互、つまり、５０％目封しなくてもよく、そ
れ以下であってもよい。また、フィルタ２４における一
方の排気流路３２ａの下流端部を目封じして他方の排気
流路３２ｂの上流端部を全て開放してもよい。In the embodiment described above, the filter 24
The upstream end of one of the adjacent exhaust flow paths 32a is plugged 3
Although the downstream end of the other exhaust passage 32b is opened, the upstream end is sealed with the exhaust passage 32b.
It suffices that a part of a and 32b be evenly plugged, and it is not necessary that they are alternately plugged, that is, 50% plugged or less. Further, the downstream end of the one exhaust flow path 32a in the filter 24 may be plugged and the upstream end of the other exhaust flow path 32b may be entirely opened.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のディーゼルエンジンの排気浄化
装置によれば、ディーゼルエンジンの排気通路に少なく
とも酸化機能を有する触媒を設けると共に、この触媒の
下流側に多孔質壁により多数の排気流路が形成されてこ
の多孔質壁にて排気中の微粒子を捕集するフィルタを設
け、このフィルタが、微粒子堆積量の増加に伴って微粒
子捕集率が低下する特性を有するようにしたので、エン
ジンの高負荷運転時には排気ガスが高温となり、この排
気ガスに含まれる微粒子中の黒煙の割合が極めて高くな
る一方、エンジンの低負荷運転時には排気ガスが低温と
なり、排気ガスに含まれる微粒子中の可溶性有機成分の
割合が極めて高くなり、エンジンが比較的高負荷で連続
的に運転される場合は、フィルタ温度が高いためにフィ
ルタは良好に再生されており、微粒子堆積が少なく、微
粒子捕集率が高く、このような条件下では、微粒子中に
多く含まれる黒煙をフィルタで有効的に捕集することが
できる一方、エンジンの低負荷運転が連続して行われる
場合は、フィルタの再生能力は減少するため、微粒子堆
積量が増加し、微粒子捕集率は低い。但し、微粒子中に
多く含まれる可溶性有機成分はフィルタ上流に設けられ
た酸化触媒により有効的に低減できる。その結果、排気
ガスに含まれる黒煙や可溶性有機成分などからなる微粒
子を十分に低減して排気ガスを適正に浄化することがで
きる。As described above in detail in the embodiments, according to the exhaust emission control system for a diesel engine of the first aspect of the present invention, a catalyst having at least an oxidizing function is provided in the exhaust passage of the diesel engine, and the catalyst is also provided. A large number of exhaust passages are formed by a porous wall on the downstream side of the filter, and a filter for collecting the particles in the exhaust is provided by the porous wall. The filter collects the particles as the amount of accumulated particles increases. Since the exhaust gas has a high temperature during high load operation of the engine and the proportion of black smoke in the particulates contained in this exhaust gas becomes extremely high, the exhaust gas becomes low during low load operation of the engine. When the temperature of the gas becomes low and the proportion of soluble organic components in the particulates contained in the exhaust gas becomes extremely high, the engine is operated continuously under relatively high load. Since the filter temperature is high, the filter is well regenerated, the particle accumulation is small, the particle collection rate is high, and under such conditions, the black smoke contained in the particles effectively On the other hand, when the engine is continuously operated at a low load, the regeneration capacity of the filter is reduced, so that the amount of accumulated particulates increases and the particulate collection rate is low. However, a large amount of soluble organic components contained in the fine particles can be effectively reduced by the oxidation catalyst provided upstream of the filter. As a result, it is possible to adequately reduce the fine particles of black smoke and soluble organic components contained in the exhaust gas, and appropriately purify the exhaust gas.
【００３１】請求項２の発明のディーゼルエンジンの排
気浄化装置によれば、ディーゼルエンジンの排気通路に
少なくとも酸化機能を有する触媒を設けると共に、この
触媒の下流側に多孔質壁により多数の排気流路が形成さ
れてこの多孔質壁にて排気中の微粒子を捕集するフィル
タを設け、このフィルタにおける多数の排気流路の一部
を均一に目封じしたので、フィルタは排気ガス中に含ま
れる黒煙を常時捕集し、その堆積量の増加に伴って捕集
率が低下するものの、エンジンの高負荷運転時には、排
気温度が上昇して触媒が活性化することで、フィルタへ
の微粒子堆積量の増加に伴って目封じのない排気流路を
通過する排気が増加し、フィルタ壁を通過する排気流量
が減少するめ、捕集率が低下することとなり、エンジン
が比較的高負荷で連続的に運転される場合は、フィルタ
温度が高いためにフィルタは良好に再生されており、微
粒子堆積が少なく、微粒子捕集率が高く、このような条
件下では、微粒子中に多く含まれる黒煙をフィルタで有
効的に捕集することができる一方、エンジンの低負荷運
転が連続して行われる場合は、フィルタの再生能力は減
少するため、微粒子堆積量が増加し、微粒子捕集率は低
いが、微粒子中に多く含まれる可溶性有機成分はフィル
タ上流に設けられた酸化触媒により有効的に低減でき
る。その結果、排気ガスに含まれる黒煙や可溶性有機成
分などからなる微粒子を十分に低減して排気ガスを適正
に浄化することができる。According to the exhaust purification device for a diesel engine of the second aspect of the invention, a catalyst having at least an oxidizing function is provided in the exhaust passage of the diesel engine, and a large number of exhaust passages are provided downstream of the catalyst by the porous wall. Since a filter was formed to collect particulates in the exhaust gas with this porous wall, and a part of many exhaust flow paths in this filter were uniformly plugged, the filter is a black particle contained in the exhaust gas. Smoke is always collected, and the collection rate decreases as the amount of deposition increases, but during high engine load operation, the exhaust temperature rises and the catalyst is activated, so the amount of particulate deposition on the filter increases. As the amount of exhaust increases, the amount of exhaust gas that passes through the unblocked exhaust flow path increases, and the flow rate of exhaust gas that passes through the filter wall decreases. When operated continuously, the filter is well regenerated due to the high filter temperature, there is little particulate accumulation, and the particulate collection rate is high. While smoke can be effectively collected by the filter, when the engine is continuously operated at low load, the regeneration capacity of the filter decreases, so the amount of particulate accumulation increases and the particulate collection rate increases. Although it is low, the soluble organic component contained in a large amount in the fine particles can be effectively reduced by the oxidation catalyst provided upstream of the filter. As a result, it is possible to adequately reduce the fine particles of black smoke and soluble organic components contained in the exhaust gas, and appropriately purify the exhaust gas.
【００３２】請求項３の発明のディーゼルエンジンの排
気浄化装置によれば、フィルタにおける隣接する排気流
路の上流端部を交互に目封じする一方、排気流路の下流
端部を全て開放したので、排気ガスに含まれるアッシュ
がフィルタに堆積して目詰まりすることはなく、排気ガ
スの浄化効率の低下を防止することができると共に、メ
ンテナンスを不要とすることができる。According to the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine of the third aspect of the present invention, the upstream ends of the adjacent exhaust passages in the filter are alternately plugged, while all the downstream ends of the exhaust passages are opened. Ashes contained in the exhaust gas do not accumulate on the filter and become clogged, and it is possible to prevent deterioration of the exhaust gas purification efficiency and to eliminate the need for maintenance.
【００３３】請求項４の発明のディーゼルエンジンの排
気浄化装置によれば、フィルタに酸化機能を有する触媒
を担持したので、低負荷運転時に派出される微粒子中の
可溶性有機成分を上流に設けられた酸化触媒とこのフィ
ルタ上の触媒により更に低減することができる。According to the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine of the fourth aspect of the present invention, since the filter carries the catalyst having the oxidizing function, the soluble organic component in the fine particles discharged during the low load operation is provided upstream. It can be further reduced by the oxidation catalyst and the catalyst on this filter.
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジン
の排気浄化装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施形態のフィルタの概念的な特性を表すグ
ラフである。FIG. 2 is a graph showing conceptual characteristics of the filter according to the present embodiment.
【図３】本実施形態のフィルタの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a filter of the present embodiment.
【図４】本実施形態のフィルタの特性を表すグラフであ
る。FIG. 4 is a graph showing the characteristics of the filter of this embodiment.
【図５】本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装
置における排気ガス浄化処理の概念を表す概略図であ
る。FIG. 5 is a schematic diagram showing the concept of an exhaust gas purification process in the exhaust purification system for a diesel engine of the present embodiment.
【図６】高排気温時における排気ガスの浄化割合を表す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing a purification rate of exhaust gas at a high exhaust temperature.
【図７】低排気温時における排気ガスの浄化割合を表す
グラフである。FIG. 7 is a graph showing a purification rate of exhaust gas at a low exhaust temperature.
２１ 排気管（排気通路） ２２ 排気浄化装置 ２３ 酸化触媒 ２４ フィルタ ３１ 多孔質壁 ３２ａ，３２ｂ 排気流路 ３３ 目封じ 21 Exhaust pipe (exhaust passage) 22 Exhaust gas purification device 23 Oxidation catalyst 24 filters 31 porous wall 32a, 32b exhaust passage 33 plugging
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 3/28 ３０１ 53/36 １０３Ｃ // Ｂ０１Ｄ 46/42 ＺＡＢ １０３Ｂ (72)発明者 平沼 智 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 橋詰 剛 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 百目木 礼子 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA02 EA02 3G091 AA02 AA18 AB02 AB13 BA01 FC04 GA06 HA15 4D048 AA06 AA14 AA18 AB01 BB02 BB14 CC32 CC41 CC44 CD05 CD08 4D058 JA32 JB06 MA44 MA51 NA04 SA08 4G069 AA02 AA08 DA06 EA19 EA27Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F01N 3/24 B01D 46/42 B 3/28 301 53/36 103C // B01D 46/42 ZAB 103B (72) Inventor Satoshi Hiranuma 5-3-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo (72) Inventor Takeshi Hashizume 5-33-8-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo (72) Inventor Reiko Momomeki F-term (5-3 33-5 Shiba, Minato-ku, Tokyo) Mitsubishi Motors Corporation F-term (reference) 3G090 AA02 EA02 3G091 AA02 AA18 AB02 AB13 BA01 FC04 GA06 HA15 4D048 AA06 AA14 AA18 AB01 BB02 BB14 CC32 CC41 CC44 CD05 CD08 4D044 JA32 JB06 MA MA51 NA04 SA08 4G069 AA02 AA08 DA06 EA19 EA27
Claims (4)
れて少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒の下流
側に設けられて多孔質壁により多数の排気流路が形成さ
れて該多孔質壁にて排気中の微粒子を捕集するフィルタ
とを具えたディーゼルエンジンの排気浄化装置におい
て、前記フィルタは、微粒子堆積量の増加に伴って微粒
子捕集率が低下する特性を有することを特徴とするディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置。1. A catalyst provided in an exhaust passage of a diesel engine and having at least an oxidizing function, and a plurality of exhaust passages formed by a porous wall provided on the downstream side of the catalyst to form a large number of exhaust passages by the porous wall. An exhaust emission control device for a diesel engine, comprising: a filter for collecting particulates in exhaust gas, wherein the filter has a characteristic that the particulate collection rate decreases as the amount of particulates deposited increases. Exhaust purification device.
れて少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒の下流
側に設けられて多孔質壁により多数の排気流路が形成さ
れて該多孔質壁にて排気中の微粒子を捕集するフィルタ
とを具えたディーゼルエンジンの排気浄化装置におい
て、前記フィルタは、前記多数の排気流路の一部が均一
に目封じされていることを特徴とするディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置。2. A catalyst having at least an oxidizing function, which is provided in an exhaust passage of a diesel engine, and a large number of exhaust passages are formed by a porous wall, which is provided on the downstream side of the catalyst, to form a large number of exhaust passages. In an exhaust emission control device for a diesel engine, which comprises a filter for collecting particulates in exhaust gas, the filter is a diesel engine characterized in that a part of the plurality of exhaust passages is uniformly plugged. Exhaust purification device.
気浄化装置において、前記フィルタは、隣接する前記排
気流路の上流端部が交互に目封じされる一方、前記排気
流路の下流端部が全て開放されていることを特徴とする
ディーゼルエンジンの排気浄化装置。3. The exhaust emission control device for a diesel engine according to claim 2, wherein the filter has an upstream end portion of the adjacent exhaust passage alternately plugged and a downstream end portion of the exhaust passage. Exhaust gas purification device for diesel engines, which is characterized by being open to all.
ジンの排気浄化装置において、前記フィルタに酸化機能
を有する触媒を担持したことを特徴とするディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置。4. The exhaust emission control device for a diesel engine according to claim 1, wherein the filter carries a catalyst having an oxidizing function.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001222527A JP2003035126A (en) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Exhaust emission control device for diesel engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|
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- 2001-07-24 JP JP2001222527A patent/JP2003035126A/en not_active Withdrawn
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