JP2005273546A - Exhaust emission control system - Google Patents

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Nobuhiro Kondo
暢宏 近藤
Yasuhiro Tsutsui
泰弘 筒井
嘉則 ▲高▼橋
Yoshinori Takahashi
Minehiro Murata
峰啓 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system by which NOx in exhaust gas can be promptly subjected to a reduction decomposition treatment without greatly reducing fuel economy in rich-mixture operation at the time of restart of start-up or restart of driving. <P>SOLUTION: In the exhaust emission control system 10, a NO<SB>x</SB>-storage reduction catalyst 12, in which an activator is carried on a honeycomb-type carrier made of cordierite, is provided upstream of the exhaust gas-flow in the casing 11, and a slip purifying catalyst 13, in which an activator is carried on a honeycomb-type carrier made of cordierite, is provided down stream of the exhaust-gas flow. A PM-removing filter 14, in which materials (SiC, Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>, etc.) having higher heat capacity per unit volume than that of the carrier materials of the catalysts 12, 13 is provided between the catalysts 12, 13. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、排ガス中の有害物質を除去する排ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that removes harmful substances in exhaust gas.

例えば、ディーゼルエンジン車両の排ガス中の窒素酸化物(NOx)や粒状物質(PM)を除去する従来の排ガス浄化装置の一例を図2に示す。   For example, FIG. 2 shows an example of a conventional exhaust gas purification device that removes nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) in exhaust gas of a diesel engine vehicle.

図2に示すように、ディーゼルエンジンの排気マニホールドに連結する排気管106の途中には、排ガス浄化装置110が設けられている。排ガス浄化装置110のケーシング111の内部の排ガス流通方向上流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させたフロースルータイプの窒素酸化物吸蔵型還元触媒112が配設されている。上記ケーシング111の内部の排ガス流通方向下流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させた三元触媒等のようなフロースルータイプのスリップ浄化触媒113が配設されている。上記ケーシング111の内部の上記触媒112,113の間には、コージェライト製のPM除去フィルタ(DPF)114が配設されている。   As shown in FIG. 2, an exhaust gas purification device 110 is provided in the middle of the exhaust pipe 106 connected to the exhaust manifold of the diesel engine. On the upstream side in the exhaust gas flow direction inside the casing 111 of the exhaust gas purification apparatus 110, a flow-through type nitrogen oxide storage reduction catalyst 112 in which an active material is supported on a honeycomb type carrier made of cordierite is disposed. Yes. A flow-through type slip purification catalyst 113 such as a three-way catalyst in which an active substance is supported on a honeycomb type carrier made of cordierite is disposed on the downstream side in the exhaust gas flow direction inside the casing 111. . A PM removal filter (DPF) 114 made of cordierite is disposed between the catalysts 112 and 113 inside the casing 111.

このような排ガス浄化装置110においては、ディーゼルエンジンが理論空燃比よりも大きい空燃比で運転(リーン運転)されている、すなわち、排ガス中の酸素量が多い場合には、排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸蔵型還元触媒112が吸蔵した後、排ガス中のPMをDPF114が捕集し、排ガス中の一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)等のスリップをスリップ浄化触媒113が分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去し、ディーゼルエンジンが理論空燃比以下の空燃比で運転(リッチ運転)されている、すなわち、排ガス中の酸素量が少ない場合には、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒112に吸蔵されている窒素酸化物及び排ガス中の窒素酸化物を当該触媒112が還元分解処理した後、排ガス中のPMをDPF114が捕集し、排ガス中のCOやHC等のスリップをスリップ浄化触媒113が分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去するようになっている。   In such an exhaust gas purifying apparatus 110, when the diesel engine is operated (lean operation) at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the amount of oxygen in the exhaust gas is large, nitrogen oxides in the exhaust gas After the NOx storage reduction catalyst 112 stores, the DPF 114 collects PM in the exhaust gas, and the slip purification catalyst 113 decomposes slips such as carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) in the exhaust gas. By removing the harmful substances in the exhaust gas, the diesel engine is operated at an air-fuel ratio below the stoichiometric air-fuel ratio (rich operation), that is, when the amount of oxygen in the exhaust gas is small, the nitrogen oxidation After the catalyst 112 reduces and decomposes the nitrogen oxides stored in the object storage type reduction catalyst 112 and the nitrogen oxides in the exhaust gas, the PM in the exhaust gas is converted into DPF. 14 collected by the slip purification catalyst 113 slip such as CO and HC in the exhaust gas is decomposed, so as to remove harmful substances in exhaust gas.

ところで、前記排ガス浄化装置110は、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒112がリッチ運転時において少なくとも200℃以上に加熱されていないと、窒素酸化物還元分解処理の効率が大きく低下して、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒112が吸着保持している窒素酸化物を放出するだけになってしまい、排ガス中の有害物質の除去効率が大幅に低下してしまう。   By the way, if the nitrogen oxide storage reduction catalyst 112 is not heated to at least 200 ° C. or higher during the rich operation, the efficiency of the nitrogen oxide reductive decomposition treatment is greatly reduced. Only the nitrogen oxide adsorbed and held by the oxide storage reduction catalyst 112 is released, and the removal efficiency of harmful substances in the exhaust gas is greatly reduced.

このため、前記排ガス浄化装置110を搭載したディーゼルエンジン車両においては、例えば、走行運転後の停止状態又はアイドリング状態が所定時間以上継続すると、走行運転中の排ガスの熱エネルギにより200℃以上に保持されていた前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒112が次第に放熱して200℃以下になってしまい、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を還元分解処理することができなくなってしまうことから、例えば、燃料を過剰に使用してディーゼルエンジンからの排ガス温度を通常よりも高くすることにより前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒112を200℃以上に即時に加熱する排ガス昇温手段を備えるようにしている。   For this reason, in a diesel engine vehicle equipped with the exhaust gas purifying device 110, for example, if the stop state or idling state after traveling operation continues for a predetermined time or more, it is maintained at 200 ° C. or higher by the thermal energy of exhaust gas during traveling operation. The nitrogen oxide occlusion-type reduction catalyst 112 that has been released gradually dissipates heat to 200 ° C. or less, and it becomes impossible to perform reductive decomposition treatment of nitrogen oxides in the exhaust gas at the time of restart operation or rich operation at the time of resumption of travel. Therefore, for example, the exhaust gas temperature raising means for instantly heating the nitrogen oxide storage reduction catalyst 112 to 200 ° C. or higher by using excessive fuel to raise the exhaust gas temperature from the diesel engine higher than usual. Is prepared.

特開平11−223123号公報JP-A-11-223123 特開2002−295243号公報JP 2002-295243 A 庄司 章、他4名,「NOx,PMの同時浄化システムの商用車用ディーゼルエンジンへの適用」,学術講演会前刷集,社団法人自動車技術会,2003年9月17日,No.88-03,p.23-28(No.20035567)Shoji Shoji and four others, “Application of Simultaneous NOx and PM Purification System to Diesel Engines for Commercial Vehicles”, Academic Lecture Preprints, Automobile Engineering Association of Japan, September 17, 2003, No.88- 03, p.23-28 (No.20035567)

しかしながら、前述したような排ガス昇温手段により前記排ガス浄化装置110の前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒112の加熱を頻繁に行うと、ディーゼルエンジン車両の燃費が大きく低下してしまうという問題があった。   However, if the nitrogen oxide storage reduction catalyst 112 of the exhaust gas purification device 110 is frequently heated by the exhaust gas temperature raising means as described above, there is a problem that the fuel consumption of the diesel engine vehicle is greatly reduced. .

このようなことから、本発明は、燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an exhaust gas purifying apparatus capable of immediately reducing and decomposing nitrogen oxides in exhaust gas at the time of resuming start-up or at the time of rich operation at the time of resuming running without significantly reducing fuel consumption. The purpose is to provide.

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る排ガス浄化装置は、排気管に設けられたケーシングと、前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の窒素酸化物を処理する窒素酸化物吸蔵型還元触媒と、前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の粒状物質を捕集する粒状物質除去フィルタとを備えると共に、前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことを特徴とする。   An exhaust gas purifying apparatus according to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem includes a casing provided in an exhaust pipe, and nitrogen oxidation that is disposed inside the casing and processes nitrogen oxides in the exhaust gas. And a particulate matter removal filter that is disposed inside the casing and collects particulate matter in the exhaust gas, and the heat capacity per unit volume of the particulate matter removal filter is the nitrogen oxidation It is characterized by being larger than the heat capacity per unit volume of the material storage type reduction catalyst.

第二番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第一番目の発明において、前記粒状物質除去フィルタが、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり1.5倍以上の熱容量を有する材料からなることを特徴とする。   An exhaust gas purifying apparatus according to a second aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to the first aspect, wherein the particulate matter removal filter is 1.5 times or more per unit volume than a heat capacity of the support material of the nitrogen oxide storage reduction catalyst. It is made of a material having a heat capacity.

第三番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第二番目の発明において、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体がコージェライトからなり、前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus according to the second aspect, wherein the support of the nitrogen oxide storage reduction catalyst is made of cordierite, and the particulate matter removing filter is made of silicon carbide or silicon nitride. Features.

第四番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の未浄化成分を分解処理するスリップ浄化触媒を備えると共に、前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記スリップ浄化触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことを特徴とする。   An exhaust gas purification apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes the slip purification catalyst according to any one of the first to third aspects of the invention, which is disposed inside the casing and decomposes unpurified components in the exhaust gas. In addition, the heat capacity per unit volume of the particulate matter removal filter is larger than the heat capacity per unit volume of the slip purification catalyst.

第五番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第四番目の発明において、前記粒状物質除去フィルタが、前記スリップ浄化触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり1.5倍以上の熱容量を有する材料からなることを特徴とする。   The exhaust gas purifying apparatus according to a fifth invention is the exhaust gas purifying apparatus according to the fourth invention, wherein the particulate matter removal filter has a heat capacity of 1.5 times or more per unit volume than the heat capacity of the carrier material of the slip purification catalyst. It is characterized by comprising.

第六番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第五番目の発明において、前記スリップ浄化触媒の担体がコージェライトからなり、前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the carrier for the slip purification catalyst is made of cordierite, and the particulate matter removing filter is made of silicon carbide or silicon nitride.

第七番目の発明に係る排ガス浄化装置は、第四番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向上流側に配設され、前記スリップ浄化触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向下流側に配設され、前記粒状物質除去フィルタが、前記ケーシング内の前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒と前記スリップ浄化触媒との間に配設されていることを特徴とする。   The exhaust gas purifying apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the exhaust gas purifying apparatus according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the nitrogen oxide storage reduction catalyst is disposed upstream of the exhaust gas flow direction in the casing, The slip purification catalyst is disposed on the downstream side in the exhaust gas flow direction in the casing, and the particulate matter removal filter is disposed between the nitrogen oxide storage reduction catalyst and the slip purification catalyst in the casing. It is characterized by being.

第一番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、窒素酸化物吸蔵型還元触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことから、窒素酸化物吸蔵型還元触媒よりも多くの熱エネルギを粒状物質除去フィルタが蓄積することができるので、排ガスによる加熱量が著しく小さくなっても、粒状物質除去フィルタが蓄積していた熱エネルギを放出して、窒素酸化物吸蔵型還元触媒を機能発現最低温度以上に従来よりも長期にわたって保持することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus according to the first aspect of the present invention, the heat capacity per unit volume of the particulate matter removal filter is larger than the heat capacity per unit volume of the nitrogen oxide storage type reduction catalyst. Since the particulate matter removal filter can accumulate more heat energy than the reduction catalyst, even if the amount of heating by the exhaust gas is significantly reduced, the particulate matter removal filter releases the accumulated heat energy and nitrogen oxidation. The object storage-type reduction catalyst can be maintained at a temperature higher than the minimum function expression temperature for a longer period than before.

このため、本排ガス浄化装置を搭載した車両においては、リッチ運転時の排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理可能な、車両の停止状態又はアイドリング状態から始動再開時又は走行再開時までの時間を、従来よりも大幅に延長することができるので、例えば、燃料を過剰に使用して排ガス温度を通常よりも高くして即時に還元分解処理できるようにする排ガス昇温手段の使用頻度を大幅に削減することができる。よって、燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理することができる。   For this reason, in a vehicle equipped with this exhaust gas purifying device, nitrogen oxides in exhaust gas during rich operation can be immediately reduced and decomposed, from the stop state or idling state of the vehicle to when restarting or when restarting traveling. Since the time can be extended significantly compared to the conventional case, for example, the frequency of use of the exhaust gas temperature raising means that makes it possible to immediately perform reductive decomposition treatment by using excessive fuel to raise the exhaust gas temperature higher than usual. It can be greatly reduced. Therefore, the nitrogen oxides in the exhaust gas can be immediately reduced and decomposed at the time of resuming start-up or at the time of rich operation at the time of resuming running without significantly reducing fuel consumption.

第二番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタが、窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり1.5倍以上の熱容量を有する材料からなるので、第一番目の発明による効果を著しく発現することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus of the second invention, the particulate matter removal filter is made of a material having a heat capacity of 1.5 times or more per unit volume than the heat capacity of the support material of the nitrogen oxide storage reduction catalyst. The effect of the first invention can be remarkably exhibited.

第三番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体がコージェライトからなり、前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなるので、上述した効果に加えて、十分な強度を発現することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus of the third aspect of the invention, since the support of the nitrogen oxide storage reduction catalyst is made of cordierite, and the particulate matter removal filter is made of silicon carbide or silicon nitride, in addition to the effects described above Sufficient strength can be expressed.

第四番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、スリップ浄化触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きいことから、スリップ浄化触媒よりも多くの熱エネルギを粒状物質除去フィルタが蓄積することができるので、排ガスによる加熱量が著しく小さくなっても、粒状物質除去フィルタが蓄積していた熱エネルギを放出して、スリップ浄化触媒を機能発現最低温度以上に従来よりも長期にわたって保持することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus of the fourth invention, since the heat capacity per unit volume of the particulate matter removal filter is larger than the heat capacity per unit volume of the slip purification catalyst, more heat energy than the slip purification catalyst. The particulate matter removal filter can accumulate, so even if the amount of heating by the exhaust gas is significantly reduced, the thermal energy accumulated by the particulate matter removal filter is released, and the slip purification catalyst is raised above the minimum function expression temperature. It can be held for a longer period than before.

第五番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、粒状物質除去フィルタが、前記スリップ浄化触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり1.5倍以上の熱容量を有する材料からなるので、第四番目の発明による効果を著しく発現することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus of the fifth invention, the particulate matter removal filter is made of a material having a heat capacity of 1.5 times or more per unit volume than the heat capacity of the carrier material of the slip purification catalyst. The effect of the second invention can be remarkably exhibited.

第六番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、スリップ浄化触媒の担体がコージェライトからなり、粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなるので、上述した効果に加えて、十分な強度を発現することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus of the sixth aspect of the invention, since the carrier of the slip purification catalyst is made of cordierite and the particulate matter removal filter is made of silicon carbide or silicon nitride, in addition to the effects described above, sufficient strength is achieved. Can be expressed.

第七番目の発明に係る排ガス浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵型還元触媒が、ケーシング内の排ガス流通方向上流側に配設され、スリップ浄化触媒が、ケーシング内の排ガス流通方向下流側に配設され、粒状物質除去フィルタが、ケーシング内の窒素酸化物吸蔵型還元触媒とスリップ浄化触媒との間に配設されているので、粒状物質除去フィルタの放熱による上記両触媒の加熱を効率よく行いながら排ガス中の有害物質を確実に除去することができる。   According to the exhaust gas purification apparatus pertaining to the seventh aspect of the invention, the nitrogen oxide storage reduction catalyst is disposed upstream of the exhaust gas flow direction in the casing, and the slip purification catalyst is disposed downstream of the exhaust gas flow direction in the casing. Since the particulate matter removing filter is disposed between the nitrogen oxide storage reduction catalyst and the slip purification catalyst in the casing, the heating of both the catalysts by the heat radiation of the particulate matter removing filter is efficiently performed. While performing, it is possible to reliably remove harmful substances in the exhaust gas.

本発明に係る排ガス浄化装置の実施形態を図1に基づいて説明する。図1は、排ガス浄化装置の概略構成図である。   An embodiment of an exhaust gas purification apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus.

図1に示すように、ディーゼルエンジン100の吸気ポートに設けられた吸気マニホールド101には、吸気管102の基端が連結されている。吸気管102の基端側には、スロットルバルブ103が設けられている。吸気管102の先端側には、エアクリーナ104が設けられている。   As shown in FIG. 1, a proximal end of an intake pipe 102 is connected to an intake manifold 101 provided at an intake port of the diesel engine 100. A throttle valve 103 is provided on the proximal end side of the intake pipe 102. An air cleaner 104 is provided on the distal end side of the intake pipe 102.

ディーゼルエンジン100の排気ポートに設けられた排気マニホールド105には、排気管106の基端及び排気還流管107の基端がそれぞれ連結されている。排気還流管107の先端は、前記吸気管102の、前記スロットルバルブ103よりも基端側に連結されている。排気還流管107の途中には、流量制御弁108が設けられている。   The exhaust manifold 105 provided at the exhaust port of the diesel engine 100 is connected to the proximal end of the exhaust pipe 106 and the proximal end of the exhaust recirculation pipe 107. The distal end of the exhaust gas recirculation pipe 107 is connected to the proximal end side of the intake pipe 102 with respect to the throttle valve 103. A flow control valve 108 is provided in the middle of the exhaust gas recirculation pipe 107.

前記排気管106の途中には、本実施形態に係る排ガス浄化装置10が設けられている。排ガス浄化装置10のケーシング11の内部の排ガス流通方向上流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させたフロースルータイプの窒素酸化物吸蔵型還元触媒12が配設されている。ケーシング11の内部の排ガス流通方向下流側には、コージェライト製のハニカム型の担体に活性体を担持させた三元触媒等のようなフロースルータイプのスリップ浄化触媒13が配設されている。ケーシング11の内部の上記触媒12,13の間には、当該触媒12,13の担体材料(コージェライト)よりも単位体積当たりの熱容量の大きい(好ましくは1.5倍以上)材料(例えば、炭化ケイ素(SiC)や窒化ケイ素(Si34)等)を用いたPM除去フィルタ(DPF)14が配設されている。 In the middle of the exhaust pipe 106, the exhaust gas purification apparatus 10 according to the present embodiment is provided. On the upstream side in the exhaust gas flow direction inside the casing 11 of the exhaust gas purification apparatus 10, a flow-through type nitrogen oxide storage reduction catalyst 12 in which an active material is supported on a honeycomb type carrier made of cordierite is disposed. Yes. A flow-through type slip purification catalyst 13 such as a three-way catalyst in which an active substance is supported on a honeycomb type carrier made of cordierite is disposed on the downstream side in the exhaust gas flow direction inside the casing 11. Between the catalysts 12 and 13 inside the casing 11, a material (for example, carbonized) having a larger heat capacity (preferably 1.5 times or more) per unit volume than the support material (cordierite) of the catalysts 12 and 13. A PM removal filter (DPF) 14 using silicon (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or the like is provided.

このような本実施形態においては、ディーゼルエンジン100が始動し、吸気管102からエアクリーナ104及びスロットルバルブ103を介して吸気マニホールド101に空気が供給されると、当該空気がディーゼルエンジン100の吸気ポートから各シリンダ内に供給され、燃料と共に燃焼して排気ポートから排気マニホールド105に排出される。   In this embodiment, when the diesel engine 100 is started and air is supplied from the intake pipe 102 to the intake manifold 101 via the air cleaner 104 and the throttle valve 103, the air is supplied from the intake port of the diesel engine 100. The gas is supplied into each cylinder, burned together with the fuel, and discharged from the exhaust port to the exhaust manifold 105.

ディーゼルエンジン100から排気マニホールド105に排出された排ガスは、その一部が排気還流管107及び流量制御弁108を介して吸気マニホールド101に還流され、新たに取り込まれてきた空気と共にディーゼルエンジン100の吸気ポートから各シリンダ内に供給されて再び燃焼される。   A part of the exhaust gas discharged from the diesel engine 100 to the exhaust manifold 105 is recirculated to the intake manifold 101 via the exhaust recirculation pipe 107 and the flow rate control valve 108, and the intake air of the diesel engine 100 is taken together with newly taken air. It is supplied from the port into each cylinder and burned again.

他方、還流しなかった残りの排ガスは、排気管106から前記排ガス浄化装置10のケーシング11内に流入し、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒12、DPF14、スリップ浄化触媒13を流通することにより浄化処理され、外部へ排出される。   On the other hand, the remaining exhaust gas that has not recirculated flows into the casing 11 of the exhaust gas purification device 10 from the exhaust pipe 106 and is purified by flowing through the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12, the DPF 14, and the slip purification catalyst 13. Processed and discharged to the outside.

具体的には、上記排ガス浄化装置10は、ディーゼルエンジン100が理論空燃比よりも大きい空燃比で運転(リーン運転)されている、すなわち、排ガス中の酸素量が多い場合には、排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物吸蔵型還元触媒12が吸蔵した後、排ガス中のPMをDPF14が捕集し、排ガス中のCOやHC等の未浄化成分であるスリップをスリップ浄化触媒13が酸化分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去し、ディーゼルエンジン100が理論空燃比以下の空燃比で運転(リッチ運転)されている、すなわち、低速走行時や加速走行時等のような排ガス中の酸素量が少ない場合には、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒12に吸蔵されている窒素酸化物及び排ガス中の窒素酸化物を当該触媒12が還元分解処理した後、排ガス中のPMをDPF14が捕集し、排ガス中のCOやHC等の未浄化成分であるスリップをスリップ浄化触媒13が酸化分解処理することにより、排ガス中の有害物質を除去するのである。   Specifically, the exhaust gas purification apparatus 10 is operated (lean operation) with the diesel engine 100 at an air / fuel ratio larger than the stoichiometric air / fuel ratio, that is, when the amount of oxygen in the exhaust gas is large, After the nitrogen oxide storage type reduction catalyst 12 stores the nitrogen oxide, the DPF 14 collects PM in the exhaust gas, and the slip purification catalyst 13 oxidizes and decomposes slips that are unpurified components such as CO and HC in the exhaust gas. By processing, harmful substances in the exhaust gas are removed, and the diesel engine 100 is operated (rich operation) at an air-fuel ratio equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, in exhaust gas such as during low-speed driving or acceleration driving. When the amount of oxygen is small, after the catalyst 12 has reduced and decomposed the nitrogen oxides stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12 and the nitrogen oxides in the exhaust gas. The PM in the exhaust gas collected is DPF 14, by slipping purification catalyst 13 slip is unpurified components of CO and HC and the like in the exhaust gas is oxidative decomposition treatment is to remove harmful substances in exhaust gas.

このようにして上記排ガス浄化装置10がディーゼルエンジン100からの排ガスを浄化するにあたって、ディーゼルエンジン100からの排ガスの熱エネルギにより、当該排ガス浄化装置10のケーシング11の内部が当該排ガス中の有害物質を分解処理できる温度(200℃以上)に保持されている。   Thus, when the exhaust gas purification device 10 purifies the exhaust gas from the diesel engine 100, the inside of the casing 11 of the exhaust gas purification device 10 removes harmful substances in the exhaust gas by the thermal energy of the exhaust gas from the diesel engine 100. It is kept at a temperature (200 ° C. or higher) that can be decomposed.

このとき、前記DPF14は、前記触媒12,13の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量が大きい材料からなるため(1.5倍以上)、当該触媒12,13よりも多くの熱エネルギを蓄積するようになる。   At this time, since the DPF 14 is made of a material having a larger heat capacity per unit volume than the support material of the catalysts 12 and 13 (1.5 times or more), it accumulates more heat energy than the catalysts 12 and 13. It becomes like this.

このため、上記排ガス浄化装置10を搭載したディーゼルエンジン車両において、例えば、走行運転後に停止状態又はアイドリング状態となり、ディーゼルエンジン100からの排ガスによる当該排ガス浄化装置10の内部の加熱量が著しく小さくなっても、DPF14が蓄積していた熱エネルギを放出するので、前記触媒12,13は、従来よりも長期にわたって機能発現最低温度(例えば200℃)以上に保持されるようになる。   For this reason, in a diesel engine vehicle equipped with the exhaust gas purification device 10, for example, the vehicle enters a stopped state or an idling state after traveling operation, and the amount of heating inside the exhaust gas purification device 10 due to the exhaust gas from the diesel engine 100 becomes extremely small. However, since the heat energy accumulated in the DPF 14 is released, the catalysts 12 and 13 are held at a function-expressing minimum temperature (for example, 200 ° C.) or higher for a longer period than before.

これにより、排ガス浄化装置10は、リッチ運転時の排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理可能な、ディーゼルエンジン車両の停止状態又はアイドリング状態から始動再開時又は走行再開時までの時間を、従来よりも大幅に延長することができるので、例えば、燃料を過剰に使用してディーゼルエンジン10からの排ガス温度を通常よりも高くして即時に還元分解処理できるようにする排ガス昇温手段の使用頻度を大幅に削減することができる。   Thereby, the exhaust gas purifying device 10 can immediately reduce and decompose nitrogen oxides in the exhaust gas at the time of rich operation, and the time from the stop state or idling state of the diesel engine vehicle to the start restart or the travel restart time, For example, use of an exhaust gas temperature raising means that makes it possible to immediately reduce and decompose the exhaust gas from the diesel engine 10 by using excessive fuel so that the exhaust gas temperature from the diesel engine 10 becomes higher than usual. The frequency can be greatly reduced.

したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置10によれば、燃費を大幅に低下させることなく、始動再開時又は走行再開時のリッチ運転時に排ガス中の窒素酸化物を即時に還元分解処理することができる。   Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus 10 according to the present embodiment, the nitrogen oxides in the exhaust gas can be immediately subjected to reductive decomposition treatment at the time of start-up restart or rich operation at the time of restart of travel without significantly reducing the fuel consumption. it can.

また、ケーシング11内の窒素酸化物吸蔵型還元触媒12とスリップ浄化触媒13との間に上記DPF14を配設するようにしたので、当該DPF14の蓄熱エネルギを窒素酸化物吸蔵型還元触媒12とスリップ浄化触媒13との両方に効率よく与えることができ、窒素酸化物吸蔵型還元触媒12による窒素酸化物の即時還元分解処理を可能とするだけでなく、スリップ浄化触媒13によるCO及びHC等の未浄化成分であるスリップの即時酸化分解処理も同時に可能とすることができる。   Further, since the DPF 14 is disposed between the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12 and the slip purification catalyst 13 in the casing 11, the heat storage energy of the DPF 14 is transferred to the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12 and the slip catalyst. It can be efficiently applied to both of the purification catalyst 13 and not only enables the immediate reduction and decomposition treatment of nitrogen oxides by the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12, but also allows the slip purification catalyst 13 to remove CO and HC, etc. Immediate oxidative decomposition treatment of slip, which is a purification component, can also be made possible.

なお、本実施形態では、SiCやSi34からなるDPF14を適用したが、本発明はこれに限らず、窒素酸化物吸蔵型還元触媒やスリップ浄化触媒の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量が大きい材料からなるDPFであれば、本実施形態の場合と同様な効果を得ることができ、特に、窒素酸化物吸蔵型還元触媒やスリップ浄化触媒の担体材料よりも単位体積当たりの熱容量が1.5倍以上の材料からなるDPFであると、その効果が著しく大きくなるので好ましく、さらに、本実施形態のSiCやSi34等のように窒素酸化物吸蔵型還元触媒12やスリップ浄化触媒13の担体材料(コージェライト)よりも単位体積当たりの熱容量が1.5倍以上の熱容量(約1.66倍)を有する焼結セラミックス材料からなるDPF14であると、強度的にも好ましい結果を得ることができるので、非常に好適である。 In this embodiment, the DPF 14 made of SiC or Si 3 N 4 is applied. However, the present invention is not limited to this, and the heat capacity per unit volume is higher than the support material of the nitrogen oxide storage reduction catalyst or the slip purification catalyst. If the DPF is made of a large material, the same effect as in the case of the present embodiment can be obtained, and in particular, the heat capacity per unit volume is 1 than the support material of the nitrogen oxide storage reduction catalyst or the slip purification catalyst. It is preferable that the DPF is made of more than 5 times the material because the effect is remarkably increased. Further, the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12 and the slip purification catalyst such as SiC and Si 3 N 4 of the present embodiment are preferable. It is a DPF 14 made of a sintered ceramic material having a heat capacity per unit volume of 1.5 times or more (about 1.66 times) than 13 carrier materials (cordierite). When, it is possible to obtain a favorable result in strength, it is very suitable.

また、本実施形態では、ケーシング11に窒素酸化物吸蔵型還元触媒12、スリップ浄化触媒13、DPF14を内装した排ガス浄化装置10の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スリップ浄化触媒を省略して、ケーシングに窒素酸化物吸蔵型還元触媒及びDPFのみを内装した排ガス浄化装置の場合であっても、本実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。なお、このときには、ケーシングの内部の排ガス流通方向上流側にDPFを配設し、排ガス流通方向下流側に窒素酸化物吸蔵型還元触媒を配設することも可能である。   Further, in the present embodiment, the case of the exhaust gas purification device 10 in which the casing 11 includes the nitrogen oxide storage reduction catalyst 12, the slip purification catalyst 13, and the DPF 14 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the slip purification catalyst. Even in the case of an exhaust gas purification apparatus in which only the nitrogen oxide storage reduction catalyst and the DPF are housed in the casing, the same effect as in the case of the present embodiment can be obtained. At this time, it is also possible to arrange the DPF inside the casing on the upstream side in the exhaust gas circulation direction and arrange the nitrogen oxide storage reduction catalyst on the downstream side in the exhaust gas circulation direction.

本発明に係る排ガス浄化装置は、例えば、ディーゼルエンジン車両に搭載すると、燃費の大幅な低下を抑制しながら排ガス中の有害物質を除去することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。   For example, when the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is mounted on a diesel engine vehicle, it can remove harmful substances in the exhaust gas while suppressing a significant decrease in fuel consumption. it can.

本発明に係る排ガス浄化装置の実施形態の概略構成図である。It is a schematic block diagram of embodiment of the exhaust gas purification apparatus which concerns on this invention. 従来の排ガス浄化装置の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the conventional exhaust gas purification apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 排ガス浄化装置
11 ケーシング
12 窒素酸化物吸蔵型還元触媒
13 スリップ浄化触媒
14 PM除去フィルタ(DPF)
100 ディーゼルエンジン
101 吸気マニホールド
102 吸気管
103 スロットルバルブ
104 エアクリーナ
105 排気マニホールド
106 排気管
107 排気還流管
108 流量制御弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Exhaust gas purification device 11 Casing 12 Nitrogen oxide occlusion type reduction catalyst 13 Slip purification catalyst 14 PM removal filter (DPF)
100 Diesel Engine 101 Intake Manifold 102 Intake Pipe 103 Throttle Valve 104 Air Cleaner 105 Exhaust Manifold 106 Exhaust Pipe 107 Exhaust Recirculation Pipe 108 Flow Control Valve

Claims (7)

排気管に設けられたケーシングと、
前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の窒素酸化物を処理する窒素酸化物吸蔵型還元触媒と、
前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の粒状物質を捕集する粒状物質除去フィルタと
を備えると共に、
前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きい
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
A casing provided in the exhaust pipe;
A nitrogen oxide storage reduction catalyst disposed inside the casing for treating nitrogen oxides in exhaust gas;
A particulate matter removal filter that is disposed inside the casing and collects particulate matter in the exhaust gas, and
The exhaust gas purification apparatus, wherein a heat capacity per unit volume of the particulate matter removal filter is larger than a heat capacity per unit volume of the nitrogen oxide storage reduction catalyst.
請求項1において、
前記粒状物質除去フィルタが、前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり1.5倍以上の熱容量を有する材料からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
In claim 1,
The exhaust gas purification apparatus, wherein the particulate matter removal filter is made of a material having a heat capacity of 1.5 times or more per unit volume than a heat capacity of a support material of the nitrogen oxide storage reduction catalyst.
請求項2において、
前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒の担体がコージェライトからなり、
前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
In claim 2,
The support for the nitrogen oxide storage reduction catalyst is made of cordierite,
The exhaust gas purification apparatus, wherein the particulate matter removal filter is made of silicon carbide or silicon nitride.
請求項1から請求項3のいずれかにおいて、
前記ケーシングの内部に配設されて排ガス中の未浄化成分を分解処理するスリップ浄化触媒を備えると共に、
前記粒状物質除去フィルタの単位体積当たりの熱容量が、前記スリップ浄化触媒の単位体積当たりの熱容量よりも大きい
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
In any one of Claims 1-3,
With a slip purification catalyst that is disposed inside the casing and decomposes unpurified components in the exhaust gas,
The exhaust gas purification apparatus, wherein a heat capacity per unit volume of the particulate matter removal filter is larger than a heat capacity per unit volume of the slip purification catalyst.
請求項4において、
前記粒状物質除去フィルタが、前記スリップ浄化触媒の担体材料の熱容量よりも単位体積当たり1.5倍以上の熱容量を有する材料からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
In claim 4,
The exhaust gas purifying apparatus, wherein the particulate matter removal filter is made of a material having a heat capacity of 1.5 times or more per unit volume than a heat capacity of a carrier material of the slip purification catalyst.
請求項5において、
前記スリップ浄化触媒の担体がコージェライトからなり、
前記粒状物質除去フィルタが炭化ケイ素又は窒化ケイ素からなる
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
In claim 5,
The carrier of the slip purification catalyst is made of cordierite,
The exhaust gas purification apparatus, wherein the particulate matter removal filter is made of silicon carbide or silicon nitride.
請求項4から請求項6のいずれかにおいて、
前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向上流側に配設され、
前記スリップ浄化触媒が、前記ケーシング内の排ガス流通方向下流側に配設され、
前記粒状物質除去フィルタが、前記ケーシング内の前記窒素酸化物吸蔵型還元触媒と前記スリップ浄化触媒との間に配設されている
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
In any one of Claims 4-6,
The nitrogen oxide storage reduction catalyst is disposed upstream of the exhaust gas flow direction in the casing,
The slip purification catalyst is disposed on the downstream side in the exhaust gas flow direction in the casing;
The exhaust gas purification apparatus, wherein the particulate matter removal filter is disposed between the nitrogen oxide storage reduction catalyst and the slip purification catalyst in the casing.
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