JP2006214370A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要最小限の燃料の添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒を再生し得るようにする。
【解決手段】排気管９の途中にＮＯx吸蔵還元触媒１０を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒１０の上流側に還元剤として燃料を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置に関し、前記排気管９におけるＮＯx吸蔵還元触媒１０より上流側に排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段としてバタフライ弁１１を備えると共に、該バタフライ弁１１の直後に排気管９内に燃料を添加するインジェクタ１４を燃料添加手段として設け、前記を車両の減速時に絞り込んで前記インジェクタ１４に燃料添加を実行せしめる制御装置１６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のＯ₂濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒が知られている。

この種のＮＯx吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、白金・カリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。

そして、ＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのＯ₂濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。

例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中のＯ₂濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。

このため、エンジン側でも燃料噴射制御による低λ運転（λ：空気過剰率）を極力行いつつＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料（ＨＣ）を添加し、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上でＯ₂と反応させることで排気ガス中のＯ₂濃度を低下させる必要があった（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３５６１２７号公報

しかしながら、このように燃料添加により排気ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図る方式では、エンジン側での低λ運転に加えて燃料添加を実施することにより燃料消費量が多く必要となって大幅な燃費悪化を招くという問題があり、特に排気ガスの流量が多く且つ流速が高い条件下では、ＮＯx吸蔵還元触媒周囲の雰囲気中におけるＯ₂濃度を下げるのに多量の燃料添加が必要となる上、そのような多量の燃料添加を実施してもなお十分なＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図ることが困難となっていた。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、必要最小限の燃料の添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒を再生し得るようにすることを目的としている。

本発明は、排気流路の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤として燃料を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記排気流路におけるＮＯx吸蔵還元触媒より上流側に排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段を備えると共に、該排気絞り手段の直後に排気流路内に燃料を添加する燃料添加手段を設け、前記排気絞り手段を車両の減速時に絞り込んで前記燃料添加手段に燃料添加を実行せしめる制御装置を備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、車両が減速する度に排気絞り手段が絞り込まれてＮＯx吸蔵還元触媒の周囲を流れる排気（気筒から排気通路側へ排出された圧縮空気：減速時はアクセルオフにより燃料噴射なし）の流量が微少となり、この微少な流量の排気に対し従来より少ない燃料添加を行うだけでＮＯx吸蔵還元触媒周囲の雰囲気中におけるＯ₂濃度が効果的に低下し、しかも、ＮＯx吸蔵還元触媒周囲の排気の流速も極度に遅くなって十分な反応時間が確保されるので、必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図ることが可能となる。

また、本発明においては、排気絞り手段をバタフライ弁により構成し、該バタフライ弁の閉時に確保される最小開度の隙間の直後に燃料添加手段の添加口を配置すると良く、このようにすれば、バタフライ弁により流れを堰き止められて昇圧した排気と略同じ高温高圧の排気が前記隙間から流出することになる。

そして、この隙間の直後に添加される燃料は、高温による霧化の促進作用と、高流速の流れ及びその周りからの渦の取り込みによる霧化の促進作用とを相乗的に受け、添加燃料から成るＨＣミストの軽量小粒化が促進され、ＮＯx吸蔵還元触媒に達して直ぐにガス化して酸化反応を起こし易い状態となる。

尚、本発明における排気絞り手段は、例えば、排気ブレーキを兼用したものであっても良く、このようにすれば、既存の排気ブレーキを有効に活用することで新たな排気絞り手段を別途設けなくて済む。

また、本発明においては、吸気流路に吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段を備え、該吸気絞り手段を車両の減速時に排気絞り手段と一緒に絞り込むように構成することも可能である。

このようにした場合には、減速時に吸気絞り手段により吸気流量が同時に絞り込まれるので、排気絞り手段で排気の流れが堰き止められることによる排気抵抗の増加作用（排気ブレーキの作用）が得られなくなり、エンジン側でのポンピングロスが喪失して単なるフリクションのみの惰性運転となる結果、車両の減速時に運転者が意図しない制動力がかかることがなくなる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、従来より少ない燃料添加を行うだけでＮＯx吸蔵還元触媒周囲の雰囲気中におけるＯ₂濃度を効果的に低下し且つ十分な反応時間を確保することができるので、必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒を再生することができ、ＮＯx吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置における燃費の悪化を従来より大幅に軽減することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、添加燃料から成るＨＣミストの軽量小粒化を促進し、該ＨＣミストがＮＯx吸蔵還元触媒で直ぐにガス化して酸化反応を起こし易くなるようにすることができるので、添加燃料のＮＯx吸蔵還元触媒上での反応性を更に向上することができて、より一層効率の良いＮＯx吸蔵還元触媒の再生を実現することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、排気ブレーキを要する車両である場合に、既存の排気ブレーキを有効に活用することで新たな排気絞り手段を別途設けなくて済むので、車両の減速時に排気流量を絞り込んでＮＯx吸蔵還元触媒への燃料添加を行う排気浄化装置の実施コストを著しく削減することができる。

（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、排気絞り手段で排気の流れが堰き止められることによる排気抵抗の増加作用（排気ブレーキの作用）をなくし、エンジン側でのポンピングロスを零として単なるフリクションのみの惰性運転とすることができるので、車両の減速時に運転者の意図しない制動力がかかることを回避してドライバビリティを良好に維持することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。

そして、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８をＮＯx吸蔵還元触媒１０を通してＮＯxを低減した上で車外へ排出するようにしてある。

更に、前記ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気管９に、排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段としてバタフライ弁１１から成る排気ブレーキ１２を備え、該排気ブレーキ１２におけるバタフライ弁１１の直後には、排気管９内に燃料を噴射する燃料添加手段としてインジェクタ１４を設け、このインジェクタ１４の添加口１５が、前記バタフライ弁１１の閉時に確保される最小開度の隙間１３（図２参照）の直後に配置されるようにしてある。

そして、これらバタフライ弁１１及びインジェクタ１４の作動は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１６からの開度信号１１ａ及び噴射指令信号１４ａにより制御されるようになっており、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ１７からの回転数信号１７ａと、アクセルセンサ１８（アクセルペダルの踏み込み角度を検出するセンサ）からの負荷信号１８ａとから判断される現在の運転状態に基づいて、所定の回転数以上（車両が走行状態にある）でアクセルオフが確認された車両の減速時に、前記排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１を閉じて前記インジェクタ１４に燃料添加を実行せしめるようになっている。

ただし、ここで説明している車両の減速時における燃料添加は、ＮＯx吸蔵還元触媒１０の入側の排気温度を温度センサ１９で検出し、該温度センサ１９からの検出信号１９ａに基づいて、ＮＯx吸蔵還元触媒１０へ流入する排気の温度が所定の反応可能温度に達していることを確認した上で実行するようにしておく。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、車両が減速する度に排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１が絞り込まれてＮＯx吸蔵還元触媒１０の周囲を流れる排気（気筒から排気管９側へ排出された圧縮空気：減速時はアクセルオフにより燃料噴射なし）の流量が微少となり、この微少な流量の排気に対し従来より少ない燃料添加を行うだけでＮＯx吸蔵還元触媒１０周囲の雰囲気中におけるＯ₂濃度が効果的に低下し、しかも、ＮＯx吸蔵還元触媒１０周囲の排気の流速も極度に遅くなって十分な反応時間が確保されるので、必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒１０の再生が図られることになる。

この際、特に本形態例においては、バタフライ弁１１の閉時に確保される最小開度の隙間１３の直後にインジェクタ１４の添加口１５を配置しているので、バタフライ弁１１により流れを堰き止められて昇圧した排気と略同じ高温高圧の排気が前記隙間１３から流出することになり、この隙間１３の直後に添加される燃料が、高温による霧化の促進作用と、高流速の流れ及びその周りからの渦の取り込みによる霧化の促進作用とを相乗的に受けるので、添加燃料から成るＨＣミストの軽量小粒化が促進されることになり、該ＨＣミストがＮＯx吸蔵還元触媒１０に達して直ぐにガス化して酸化反応を起こし易い状態となる。

従って、上記形態例によれば、従来より少ない燃料添加を行うだけでＮＯx吸蔵還元触媒１０周囲の雰囲気中におけるＯ₂濃度を効果的に低下し且つ十分な反応時間を確保することができるので、必要最小限の燃料添加により効率良くＮＯx吸蔵還元触媒１０を再生することができ、ＮＯx吸蔵還元触媒１０を用いた排気浄化装置における燃費の悪化を従来より大幅に軽減することができる。

また、バタフライ弁１１の閉時に確保される最小開度の隙間１３の直後にインジェクタ１４の添加口１５を配置したことによって、添加燃料から成るＨＣミストの軽量小粒化を促進し、該ＨＣミストがＮＯx吸蔵還元触媒１０で直ぐにガス化して酸化反応を起こし易くなるようにすることができるので、添加燃料のＮＯx吸蔵還元触媒１０上での反応性を更に向上することができて、より一層効率の良いＮＯx吸蔵還元触媒１０の再生を実現することができる。

更に、本形態例では排気ブレーキ１２を要する車両を想定し、既存の排気ブレーキ１２を有効に活用して排気絞り手段として流用した例となっているので、新たな排気絞り手段を別途設ける必要がなく、以上に述べた如き車両の減速時に排気流量を絞り込んでＮＯx吸蔵還元触媒１０への燃料添加を行う排気浄化装置の実施コストを著しく削減することができる。

図３は本発明の別の形態例を示すもので、ディーゼルエンジン１におけるインタークーラ６の出側の吸気管５に配置されているインテークシャッタ２０を、車両の減速時に排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１と一緒に絞り込む吸気絞り手段として活用し、制御装置１６により開度信号２０ａを介して制御するようにしてある。

即ち、インテークシャッタ２０の本来の機能は、ディーゼルエンジン１を停止させる目的で使用されるものであるが、ここでは車両の減速時に排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１と一緒に絞り込むようにしている。

而して、このようにすれば、減速時にインテークシャッタ２０により吸気流量が同時に絞り込まれるので、排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１で排気の流れが堰き止められることによる排気抵抗の増加作用（排気ブレーキの作用）が得られなくなり、ディーゼルエンジン１側でのポンピングロスが喪失して単なるフリクションのみの惰性運転となる結果、車両の減速時に運転者が意図しない制動力がかかることがなくなる。

要するに、先に図１及び図２で説明した形態例においては、減速の度に排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１のみが閉じていたので、排気の流れが堰き止められることによる排気抵抗の増加作用により制動力がかかってしまうが、これは運転者の意図しないものであるので、アクセルオフ時に単なるフリクションのみの惰性運転となると予想している運転者にとっては、ドラバビリティーに違和感を生じることも考えられる。

そこで、減速時に排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１と共にインテークシャッタ２０を閉じるようにすれば、排気ブレーキ１２が効かなくなって、車両の減速時に運転者の意図しない制動力がかかることを回避することができ、ドライバビリティを良好に維持することができる。

ただし、運転者が意図的に排気ブレーキ１２を効かせたい場合には、図示しない運転席にある排気ブレーキスイッチのオン信号等を受けた制御装置１６によって、減速時に排気ブレーキ１２のバタフライ弁１１だけを閉じ且つインテークシャッタ２０を開状態に維持するような制御モードに切り替えるようにすれば良い。

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、車両の減速に関する判定には先の形態例で説明した手法以外にも各種の手法を用い得ること、また、排気絞り手段には必ずしも排気ブレーキを用いなくても良く、吸気絞り手段にもインテークシャッタ以外の手段を採用し得ること、その他、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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の排気ブレーキの詳細を示す拡大図である。 本発明の別の形態例を示す概略図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
４ 吸気
５ 吸気管（吸気流路）
８ 排気ガス
９ 排気管（排気流路）
１０ ＮＯx吸蔵還元触媒
１１ バタフライ弁（排気絞り手段）
１２ 排気ブレーキ
１３ 隙間
１４ インジェクタ（燃料添加手段）
１５ 添加口
１６ 制御装置
２０ インテークシャッタ（吸気絞り手段）

Claims (4)

1. 排気流路の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を装備し且つ該ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤として燃料を添加してＮＯxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記排気流路におけるＮＯx吸蔵還元触媒より上流側に排気流量を適宜に絞り込む排気絞り手段を備えると共に、該排気絞り手段の直後に排気流路内に燃料を添加する燃料添加手段を設け、前記排気絞り手段を車両の減速時に絞り込んで前記燃料添加手段に燃料添加を実行せしめる制御装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 排気絞り手段をバタフライ弁により構成し、該バタフライ弁の閉時に確保される最小開度の隙間の直後に燃料添加手段の添加口を配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 排気絞り手段を排気ブレーキに兼用させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 吸気流路に吸気流量を適宜に絞り込む吸気絞り手段を備え、該吸気絞り手段を車両の減速時に排気絞り手段と一緒に絞り込むように構成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。

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