JP2006046288A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンに適用される排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust purification device applied to an engine such as a diesel engine.
内燃機関としてのディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(硫酸塩成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。 Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine as an internal combustion engine is mainly composed of carbonaceous soot and SOF (Soluble Organic Fraction) composed of high-boiling hydrocarbon components. As a component, it is composed of a small amount of sulfate (sulfate component), but as a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter is installed in the middle of the exhaust pipe through which exhaust gas flows. It has been done conventionally.
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。 This type of particulate filter has a porous honeycomb structure made of a ceramic such as cordierite, and the inlets of the flow paths partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the inlets are not sealed. About the flow path, the exit is sealed, and only the exhaust gas which permeate | transmitted the porous thin wall which divides each flow path is discharged | emitted downstream.
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。 Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operating conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough for the particulates to self-combust. For example, an appropriate amount for platinum-supported alumina A catalyst regeneration type particulate filter in which an oxidation catalyst formed by adding a rare earth element such as cerium is integrally supported is being put to practical use.
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。 That is, if such a catalyst regeneration type particulate filter is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted to lower the ignition temperature, and the particulates can be burned and removed even at an exhaust temperature lower than the conventional one. It becomes possible.
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがあり、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。 However, even when such a catalyst regeneration type particulate filter is used, the trapped amount exceeds the particulate processing amount in the operation region where the exhaust temperature is low, so such a low exhaust gas. If the operation state at the temperature continues, the particulate filter may not be regenerated well, and the particulate filter may fall into an excessive collection state, and the particulate filter is in a stage where the amount of accumulated particulates has increased. It has been considered to forcibly regenerate the particulate filter by adding fuel to the exhaust gas on the more upstream side.
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で燃料を添加すれば、その添加された燃料がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。 In other words, if fuel is added upstream from the particulate filter, the added fuel undergoes an oxidation reaction on the oxidation catalyst of the particulate filter, and the heat of the reaction raises the catalyst bed temperature to burn out the particulate. Thus, regeneration of the particulate filter is achieved.
尚、この種のパティキュレートフィルタの積極的な再生を図る方法に関しては、エンジンの燃料噴射装置に対し圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで燃料添加を実行するものがある(例えば、特許文献1参照)。 As for the method of actively regenerating this type of particulate filter, the non-ignition which is later than the compression top dead center is followed by the main injection of fuel performed near the compression top dead center for the fuel injection device of the engine. Some perform fuel addition by performing post-injection at a timing (see, for example, Patent Document 1).
又、排気温度の極めて低い運転状態であっても、排気絞り弁を絞り込むことにより上流側の排気ガスを昇圧して排気温度を上昇させ、最終的にパティキュレートを燃焼除去するものもある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、このようにパティキュレートフィルタを再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、エンジンの各気筒に噴射する燃料の添加が停止になると共に、エンジンに新気を導入する吸気管の吸気絞り弁が全開になるため、新気が燃焼することなく、そのままパティキュレートフィルタ等の後処理手段へ流下して後処理手段の温度低下を招き、排気ガスの浄化能力を好適に保つことができないという問題があった。 However, while the particulate filter is being regenerated in this way, when the driver decelerates while driving with the accelerator turned off, the addition of fuel injected into each cylinder of the engine is stopped and the engine is stopped. Since the intake throttle valve of the intake pipe that introduces fresh air into the exhaust pipe is fully opened, the fresh air does not burn and flows down directly to the post-processing means such as a particulate filter, causing the temperature of the post-processing means to drop, and the exhaust gas There was a problem that the purification ability of the water could not be suitably maintained.
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、後処理手段の温度低下を防止する排気浄化装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device that prevents a temperature drop of the post-processing means.
本発明は、エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に装備された後処理手段と、該後処理手段に対し排気ガスを迂回させて下流へ流すバイパス流路と、該バイパス流路の排気管に対する分岐箇所に設けられた流路切換手段と、走行中の減速を検出する減速検出手段と、該減速検出手段で減速を検出した際に流路切換手段により後処理手段側の排気管からバイパス流路へ切換える制御装置とを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。 The present invention provides post-processing means installed in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas from an engine flows, a bypass flow path for bypassing exhaust gas to the post-processing means and flowing downstream, A flow path switching means provided at a branch point with respect to the exhaust pipe, a deceleration detection means for detecting deceleration during traveling, and an exhaust pipe on the post-processing means side by the flow path switching means when the deceleration detection means detects deceleration. The present invention relates to an exhaust emission control device comprising a control device for switching to a bypass flow path.
又、本発明は、排気管の流路を絞り込む排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段により流路を絞り込んだ際には流路切換手段によりバイパス流路を閉じるよう構成することが好ましい。 Further, the present invention preferably includes an exhaust throttle means for narrowing the flow path of the exhaust pipe, and the bypass flow path is closed by the flow path switching means when the flow path is narrowed by the exhaust throttle means.
更に、本発明は、後処理手段をパティキュレートフィルタにすると共に、該パティキュレートフィルタの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段を備え、前記燃料添加手段により燃料を添加してパティキュレートフィルタを再生する際に制御手段で処理するよう構成することが好ましい。 Furthermore, the present invention includes a post-treatment means as a particulate filter, and a fuel addition means capable of adding fuel from upstream of the particulate filter, and the fuel addition means adds the fuel to regenerate the particulate filter. It is preferable that the processing is performed by the control means.
而して、このようにすれば、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、流路切換手段により後処理手段側の排気管からバイパス流路へ切換えるので、燃料の添加の停止の状態であっても、新気が後処理手段へ流入することを抑制して後処理手段の温度低下を防止することができる。 Thus, in this way, when the driver decelerates with the accelerator turned off while traveling, the flow switching means switches from the exhaust pipe on the post-processing means side to the bypass flow path. Even in the stopped state, it is possible to prevent the fresh air from flowing into the post-processing means and prevent the temperature of the post-processing means from decreasing.
排気管の流路を絞り込む排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段により流路を絞り込んだ際には流路切換手段によりバイパス流路を閉じるよう構成すると、流路切換手段により排気ガスを後処理手段側の排気管へ流すと共に、排気絞り手段により排気ガスを昇圧して排気温度を上昇させるので、後処理手段の温度低下を防止することができる。 An exhaust throttle means for narrowing the flow path of the exhaust pipe is provided, and when the flow path is narrowed by the exhaust throttle means, the bypass flow path is closed by the flow path switching means. Since the exhaust gas is flowed to the exhaust pipe on the means side and the exhaust gas is boosted by the exhaust throttling means to raise the exhaust temperature, the temperature reduction of the post-processing means can be prevented.
後処理手段をパティキュレートフィルタにすると共に、該パティキュレートフィルタの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段を備え、前記燃料添加手段により燃料を添加してパティキュレートフィルタを再生する際に制御手段で処理するよう構成すると、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には流路切換手段によりパティキュレートフィルタ側の排気管からバイパス流路へ切換えるので、パティキュレートフィルタを再生する途中であっても、新気がパティキュレートフィルタへ流入することを抑制し、パティキュレートフィルタの温度低下を防止することができる。 The post-processing means is a particulate filter, and a fuel addition means that can add fuel from the upstream of the particulate filter is provided. When the fuel is added by the fuel addition means to regenerate the particulate filter, the control means If it is configured to process, when the driver turns off the accelerator and decelerates while traveling, the flow path switching means switches from the exhaust pipe on the particulate filter side to the bypass flow path, so during the regeneration of the particulate filter Even if it exists, it can suppress that a fresh air flows in into a particulate filter, and can prevent the temperature fall of a particulate filter.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、燃料の添加の停止の状態であっても、新気が後処理手段へ流入することを抑制して後処理手段の温度低下を防止することができるという優れた効果を奏し得る。 According to the above-described exhaust purification device of the present invention, it is possible to prevent the fresh air from flowing into the post-processing means and prevent the temperature reduction of the post-processing means even when the fuel addition is stopped. An excellent effect can be achieved.
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1、図2は本発明を実施する形態例を示すもので、図1中における符号1はディーゼルエンジンを示しており、ディーゼルエンジン1の各気筒(図示せず)から排出された排気ガス2は、排気マニホールド3から排気管4を介し車外へ排出されるようにしてある。
1 and 2 show an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a diesel engine.
又、排気管4の途中には、所定の活性温度域(温度ウィンドウ)で排気ガス2の浄化する後処理手段5が備えられている。ここで、後処理手段5の一つには、パティキュレートを捕集して燃焼させるパティキュレートフィルタ5aを備えるものがあり、他の一つには、DPNR(Diesel Particulate and NOx Reduction)として所定の触媒にNOxをいったん吸着させておき、その際に生じる反応性の高い活性酸素等でパティキュレートを燃焼させるNOx還元触媒を備えるものがあり、別の一つには、アンモニア等の還元剤を吹き込むことによりSCR(Selective Catalytic Reduction)としてNOxをアンモニア等の還元剤と触媒上で反応させて処理する選択還元触媒を備えるものがある。ここで、後処理手段5は上記の例に限定されるものではなく、所定の活性温度域(温度ウィンドウ)で排気ガス2を浄化するものならば特に限定されるものではない。又、パティキュレートフィルタ5aは、図2に示す如く、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっている。
In the middle of the exhaust pipe 4, post-processing means 5 for purifying the
更に、排気管4には、後処理手段5に対し排気ガス2を迂回させて下流へ流すようバイパス流路6を備えており、バイパス流路6の排気管4に対する分岐箇所4aには、排気ガス2の流れを適宜にバイパス流路6側に切り換え得るよう切換バルブ等の流路切換手段7が設けられている。ここで、流路切換手段7は、切換バルブに限定されるものではなく、流路を切換えるものならばどのようなものでもよい。
Further, the exhaust pipe 4 is provided with a bypass flow path 6 so that the
又、ディーゼルエンジン1には、その機関回転数を検出する回転センサ8(減速検出手段)が装備されており、回転センサ8からの回転数信号8aと、アクセル開度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセルセンサ9(減速検出手段)からのアクセル開度信号9aとが、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置10に入力されるようになっている。
Further, the diesel engine 1 is equipped with a rotation sensor 8 (deceleration detection means) for detecting the engine rotation speed, and the
そして、この制御装置10は、アクセル開度信号9aと回転数信号8aとに基づき、ディーゼルエンジン1の各気筒に燃料を噴射する燃料添加手段の燃料噴射装置11に向け燃料噴射信号11aが出力されるようになっている。ここで、燃料噴射装置11は、各気筒毎に装備される複数のインジェクタ(図示せず)により構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が燃料噴射信号11aにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング(開弁時期)及び噴射量(開弁時間)が適切に制御されるようになっている。
The
又、制御装置10では、排気管4で流路切換手段7の上流側に設けられた排気絞り手段の排気ブレーキ12に対し、排気ブレーキレバー13からの指令信号13aにより排気絞り開度指令信号12aが出力されるようになっている。
Further, in the
更に、制御装置10においては、切換バルブ等の流路切換手段7に対し、アクセルセンサ9からのアクセル開度信号9aと、回転センサ8からの回転数信号8aと、排気ブレーキレバー13からの指令信号13aとに基づき、流路切換手段7の切換信号7aが出力されるようになっている。
Further, in the
更に又、制御装置10では、アクセル開度信号9a及び回転数信号8aに基づき通常モードの燃料噴射信号11aが決定されるようになっており、後処理手段5の一例によっては、パティキュレートフィルタ5aの強制再生を行う必要が生じた際に、通常モードから強制再生モードに切り替わり、圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号11aが決定されている。
Further, in the
以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。 The operation of the embodiment of the present invention will be described below.
後処理手段5を再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、制御装置10からの燃料噴射信号11a及び切換信号7aに基づき、燃料添加手段の燃料噴射装置11により燃料の添加を停止すると共に流路切換手段7により流路を後処理手段5側の排気管4からバイパス流路6へ切換え、ディーゼルエンジン1からの新気をバイパス流路6へ流すことにより、後処理手段5への新気の流入を防止して後処理手段5を高温を維持する。ここで、後処理手段5がパティキュレートフィルタ5aであり、パティキュレートフィルタ5aを再生している途中で減速した際には、バイパス流路6への切換によりパティキュレートフィルタ5aを高温を維持している。なお、パティキュレートフィルタ5aを再生している途中でなく、通常の場合には、パティキュレートフィルタ5aにより排気ガス2中のパティキュレートを適宜捕集している。
When the driver decelerates while turning off the accelerator while the post-processing means 5 is being regenerated, the fuel of the fuel addition means is based on the fuel injection signal 11a and the
又、後処理手段5を再生している途中で、走行中に排気ブレーキレバー13をオンにした際には、制御装置10からの開度指令信号12aに基づき、流路切換手段7によりバイパス流路6を閉じるよう流路を後処理手段5側の排気管4へ切換えると共に、排気絞り手段の排気ブレーキ12により流路を絞り込み、排気ガス2を昇圧して排気温度を上昇させ、後処理手段5を高温を維持する。
Further, when the
一方、後処理手段5を再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフからオンにして加速した際には、制御装置10から燃料噴射信号11a及び切換信号7aに基づき、燃料添加手段の燃料噴射装置11により燃料の添加を開始すると共に、流路切換手段7により流路をバイパス流路6から後処理手段5側の排気管4へ切換え、ディーゼルエンジン1からの高温の排気ガス2を後処理手段5へ流すことにより、後処理手段5を高温を維持する。ここで、後処理手段5がパティキュレートフィルタ5aであり、アクセルをオンにして減速から加速へ転じる際には、パティキュレートフィルタ5aへの高温の排気ガス2の流入によってパティキュレートフィルタ5aの再生を再開している。
On the other hand, when the driver accelerates by turning on the accelerator from off to on the way while the post-processing means 5 is being regenerated, the fuel addition is performed based on the fuel injection signal 11a and the
而して、このようにすれば、後処理手段5を再生している途中で、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、流路切換手段7により後処理手段5側の排気管4からバイパス流路6へ切換えるので、燃料の添加の停止の状態であっても、新気が後処理手段5へ流入することを抑制して後処理手段5の温度低下を防止し、結果的に、排気ガス2の浄化能力を好適に保つことができる。
Thus, in this way, when the driver decelerates while turning off the accelerator during traveling while the post-processing means 5 is being regenerated, the flow path switching means 7 causes the post-processing means 5 side. Since the exhaust pipe 4 is switched to the bypass flow path 6, fresh air is prevented from flowing into the post-processing means 5 even when the fuel addition is stopped, thereby preventing the temperature of the post-processing means 5 from decreasing. As a result, the purification ability of the
排気管4の流路を絞り込む排気絞り手段の排気ブレーキ12を備え、排気絞り手段の排気ブレーキ12により流路を絞り込んだ際には流路切換手段7によりバイパス流路6を閉じるよう構成すると、流路切換手段7により排気ガス2を後処理手段5側の排気管4へ流すと共に、排気絞り手段の排気ブレーキ12により排気ガス2を昇圧して排気温度を上昇させるので、後処理手段5の温度低下を防止することができる。
When the
後処理手段5をパティキュレートフィルタ5aにすると共に、パティキュレートフィルタ5aの上流から燃料を添加し得る燃料添加手段の燃料噴射装置11を備え、燃料添加手段の燃料噴射装置11により燃料を添加してパティキュレートフィルタ5aを再生する際に制御手段で処理するよう構成すると、走行中に運転者がアクセルをオフにして減速した際には、流路切換手段7によりパティキュレートフィルタ5a側の排気管4からバイパス流路6へ切換えるので、パティキュレートフィルタ5aを再生する途中であっても、新気がパティキュレートフィルタ5aへ流入することを抑制し、パティキュレートフィルタ5aの温度低下を防止し、結果的に、パティキュレートフィルタ5aの再生を速やかに再開することができる。
The post-processing means 5 is a
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
2 排気ガス
4 排気管
4a 分岐箇所
5 後処理手段
5a パティキュレートフィルタ
6 バイパス流路
7 流路切換手段
8 回転センサ(減速検出手段)
9 アクセルセンサ(減速検出手段)
10 制御装置
11 燃料噴射装置(燃料添加手段)
12 排気ブレーキ(排気絞り手段)
1 Diesel engine (engine)
2 Exhaust gas 4 Exhaust pipe
9 Accelerator sensor (deceleration detection means)
DESCRIPTION OF
12 Exhaust brake (exhaust throttle means)
Claims (3)
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