JP2006242011A - Exhaust emission control device and exhaust gas purifying method - Google Patents

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Kenichi Tanioka
謙一 谷岡
Fumihiro Kuroki
史宏 黒木
Takeshi Miyamoto
武司 宮本
Yuji Furuya
雄二 古谷
Yohei Sumiya
洋平 角谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device and an exhaust gas purifying method for efficiently purifying exhaust gas exhausted from an internal combustion engine such as a diesel engine. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and provided with an exhaust purifying member including a catalyst means, is provided with a λ control gas supply means for controlling the air-fuel ratio of at least exhaust gas flowing into the exhaust purifying member, and a passage for supplying λ control gas injected from an injection port of the exhaust purifying member in the exhaust passage, from a supply port disposed upstream of the exhaust purifying member in the exhaust passage. Further, a distance between the injection port and the supply port is adjustable. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関における排気浄化装置及び排気ガスの浄化方法に関する。特に、排気浄化部材に流入する排気ガス中に所定量の一酸化炭素を含ませて、排気ガスを効率的に浄化することができる排気浄化装置及び排気ガスの浄化方法に関する。   The present invention relates to an exhaust purification device and an exhaust gas purification method in an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method capable of efficiently purifying exhaust gas by containing a predetermined amount of carbon monoxide in exhaust gas flowing into an exhaust purification member.

従来のディーゼルエンジン等の内燃機関には、その排気ガス中における粒子状物質(PM)やNOX等の化学物質を除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)やNOX吸蔵触媒(LNT)に代表される排気浄化部材が備えられている。かかる排気浄化部材においては、排気ガス中のPMやNOX等を捕集するとともに、堆積したPMを燃焼させたり、NOX等を酸化還元反応させたりして、排気ガスの浄化を行っている。
かかる排気浄化部材を備えた排気浄化装置において、排気浄化部材の上流側に、酸化触媒(DOC)やNOX還元触媒(NSC)等の触媒手段を配置して、排気浄化部材に捕集されたPM等を効率的に燃焼させたり還元させたりして、排気ガスの浄化効率を向上させることが行われている。すなわち、DOCやNSCを備えることにより、下流側に配置された排気浄化部材に流入する排気ガスの温度を昇温させて、当該排気浄化部材に捕集されたPM等を効率的に燃焼させたり、NOX等の還元反応を促進させたりすることができる。
しかしながら、かかるDOCやNSCを備えた場合であっても、排気ガスの温度がDOCやNSCの活性温度以下である場合には、排気ガス中からPMやNOX等を効率的に除去することができないという問題があった。
In conventional internal combustion engines such as diesel engines, diesel particulate filters (DPF) and NO x storage catalysts (LNT) are used to remove chemical substances such as particulate matter (PM) and NO x in the exhaust gas. Exhaust gas purification members represented by In such an exhaust purifying device, thereby capturing PM and NO X, etc. in the exhaust gas, or by burning the deposited PM, and or by oxidation-reduction reaction of NO X, etc., are performed to purify the exhaust gas .
In the exhaust purification apparatus provided with such an exhaust purifying member, the upstream side of the exhaust purifying member, by placing the catalyst means such as oxidation catalyst (DOC) and NO X reduction catalyst (NSC), collected in the exhaust gas purifying device The exhaust gas purification efficiency is improved by efficiently burning or reducing PM or the like. That is, by providing the DOC and NSC, the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification member disposed on the downstream side is raised, and the PM or the like collected by the exhaust purification member is efficiently burned. , NO x and other reduction reactions can be promoted.
However, even when having such a DOC or NSC, when the temperature of the exhaust gas is less than DOC and NSC activity temperature is to efficiently remove PM and NO X, etc. from the exhaust gas There was a problem that I could not.

そこで、低温始動時等において、触媒手段に流入する排気ガス温度を強制的に昇温させて、触媒手段を迅速に活性化させることにより、DPFの再生効率を向上させた排気ガスの浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
より詳細には、図7に示すように、内燃機関が運転を開始すると、コントローラの燃料供給指示部は電磁ポンプ351による燃料の供給を開始させるとともに、コントローラの燃焼指示部はエアーサプライ部及び燃焼部に燃焼を指示し、これによって、バーナ装置305は燃焼を開始し燃焼ガスを熱交換器304に供給する。そして、排気ガス入口311から流入される排気ガスは、熱交換器304により酸化触媒303の活性化温度以上に加熱されて酸化触媒303に至り、DPF302が再生される排気ガスの浄化装置である。
Therefore, an exhaust gas purifying device that improves the regeneration efficiency of the DPF by forcibly raising the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst means and activating the catalyst means quickly at low temperature start etc. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
More specifically, as shown in FIG. 7, when the internal combustion engine starts operation, the fuel supply instructing unit of the controller starts supplying fuel by the electromagnetic pump 351, and the combustion instructing unit of the controller includes the air supply unit and the combustion The burner device 305 starts combustion and supplies combustion gas to the heat exchanger 304. The exhaust gas flowing in from the exhaust gas inlet 311 is heated to a temperature higher than the activation temperature of the oxidation catalyst 303 by the heat exchanger 304, reaches the oxidation catalyst 303, and is an exhaust gas purification device in which the DPF 302 is regenerated.

また、別の排気浄化装置として、排気ガスを触媒手段に二回通過させることにより、排気ガスの温度を迅速に昇温させて、DPFの再生効率を向上させた黒煙(PM)除去装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
より詳細には、図8に示すように、DPF406の上流側に触媒燃焼器417を備えた黒煙(PM)除去装置400において、触媒燃焼器417の酸化触媒の低温始動を迅速化し、かつ、耐久性を向上させた排気ガス黒煙除去装置400である。かかる黒煙除去装置400によれば、機関から排出される排気ガスを、触媒燃焼器417を通過させた後にさらにDPF406を通過させることにより、排気ガスに含まれる黒煙をDPF406に堆積させる。一方、触媒燃焼器417の酸化触媒の作用により、DPF406に捕集された黒煙を燃焼除去する排気ガス黒煙除去装置400において、触媒燃焼器417は、排ガスが異なる方向に流れる二つ以上の区域417a、417bに区分されるとともにこれらの区域間には熱交換可能な隔壁が介装されている。
特開2003−328728号公報 (特許請求の範囲 図1) 特開平9−125932号公報 (特許請求の範囲 図1)
In addition, as another exhaust purification device, there is a black smoke (PM) removal device that rapidly raises the temperature of the exhaust gas by passing the exhaust gas twice through the catalyst means and improves the regeneration efficiency of the DPF. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
More specifically, as shown in FIG. 8, in the black smoke (PM) removal device 400 provided with the catalytic combustor 417 on the upstream side of the DPF 406, the low-temperature start of the oxidation catalyst of the catalytic combustor 417 is accelerated, and This is an exhaust gas black smoke removal device 400 with improved durability. According to the black smoke removing device 400, exhaust gas discharged from the engine passes through the catalytic combustor 417, and further passes through the DPF 406, thereby depositing black smoke contained in the exhaust gas on the DPF 406. On the other hand, in the exhaust gas black smoke removal device 400 that burns and removes the black smoke collected by the DPF 406 by the action of the oxidation catalyst of the catalyst combustor 417, the catalyst combustor 417 includes two or more exhaust gases flowing in different directions. Partitioned into sections 417a and 417b, and a heat-exchangeable partition wall is interposed between these sections.
JP 2003-328728 A (Claims Fig. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 9-125932 (Claims Fig. 1)

しかしながら、特許文献1に記載された排気浄化装置や、特許文献2に記載された黒煙除去装置は、排気ガスを昇温させつつ、その熱量を利用して、触媒手段を昇温、活性化させる構成であり、特に、始動時等の低温状況下においては、活性化温度に到達するまでに未だ時間がかかるという問題が見られた。
そのために、触媒手段に対して、特定構造のバーナ等を用いて不完全燃焼ガスを噴射するとともに、当該不完全燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)や生ガス(HC)を、発熱剤や還元剤として直接的に供給することによって、触媒手段を効率的に昇温、活性化させるという方法がある。
しかしながら、バーナから噴射される不完全燃焼ガスの温度が、COの自発火温度以上の状態で内燃機関の排気ガスと衝突、混合されると、排気ガス中の酸素(O2)とCOとが反応して二酸化炭素(CO2)が生成されてしまう場合があった。したがって、DOCやNSC等の触媒手段に対して、COを充分に供給することができなくなり、排気ガスの浄化効率が低下するという問題が見られた。
However, the exhaust gas purification device described in Patent Literature 1 and the black smoke removal device described in Patent Literature 2 raise the temperature of the exhaust gas and use the amount of heat to activate and activate the catalyst means. In particular, there has been a problem that it still takes time to reach the activation temperature under low temperature conditions such as at the time of starting.
For this purpose, incomplete combustion gas is injected into the catalyst means using a burner having a specific structure, and carbon monoxide (CO) and raw gas (HC) contained in the incomplete combustion gas are exothermed. There is a method in which the catalyst means is efficiently heated and activated by directly supplying it as an agent or a reducing agent.
However, if the temperature of the incomplete combustion gas injected from the burner collides with and mixes with the exhaust gas of the internal combustion engine in a state where the temperature is higher than the self-ignition temperature of CO, oxygen (O 2 ) and CO in the exhaust gas are mixed. In some cases, carbon dioxide (CO 2 ) was generated by the reaction. Therefore, there is a problem that CO cannot be sufficiently supplied to the catalyst means such as DOC and NSC, and the exhaust gas purification efficiency is lowered.

そこで、本発明の発明者らは以上の問題を鋭意検討した結果、所定のλ制御用ガス供給手段を備えるとともに、当該λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路におけるλ制御用ガスの供給口との間の距離を可変とすることにより、排気ガスの温度とは独立的に、λ制御用ガスの温度を容易に制御できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、DOCやNSC等の触媒手段に対して、COを所定量以上含ませた排気ガスを供給して、排気ガスの浄化を効率的に行なうことができる排気浄化装置及び排気ガスの浄化方法を提供することである。
Accordingly, the inventors of the present invention have intensively studied the above problems, and as a result, provided with the predetermined λ control gas supply means, and the injection port of the λ control gas supply means and the λ control gas in the exhaust passage. The present inventors have found that the temperature of the λ control gas can be easily controlled independently of the exhaust gas temperature by making the distance between the supply port variable and the present invention has been completed.
That is, an object of the present invention is to supply an exhaust gas containing a predetermined amount or more of CO to catalyst means such as DOC and NSC, and to perform exhaust gas purification efficiently and It is to provide a method for purifying exhaust gas.

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置され、触媒手段を含む排気浄化部材を備えた排気浄化装置であって、少なくとも前記排気浄化部材に流入する排気ガスの空燃比を制御するためのλ制御用ガス供給手段と、λ制御用ガス供給手段の噴射口から噴射されるλ制御用ガスを、排気通路における排気浄化部材の上流側に配置された供給口から供給するための流路と、を備えるとともに、噴射口と、供給口と、の間の距離を可変とすることを特徴とする排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。   According to the present invention, there is provided an exhaust purification device that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and includes an exhaust purification member that includes catalyst means for controlling at least an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust purification member. Λ control gas supply means, and a flow path for supplying the λ control gas injected from the injection port of the λ control gas supply means from the supply port disposed upstream of the exhaust purification member in the exhaust passage And an exhaust purification device characterized in that the distance between the injection port and the supply port is variable, and the above-described problems can be solved.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、流路がテレスコピックパイプからなることが好ましい。   Further, in configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable that the flow path is made of a telescopic pipe.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、λ制御用ガス供給手段を、流路中において、供給口に対して進退移動可能とすることにより、噴射口と、供給口と、の間の距離を可変とすることが好ましい。   Further, in configuring the exhaust purification apparatus of the present invention, the λ control gas supply means can be moved forward and backward with respect to the supply port in the flow path, so that it is between the injection port and the supply port. It is preferable to make the distance variable.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、λ制御用ガス供給手段は、燃料を供給するためのインジェクタと、燃料に空気を混合するための第1の空気導入管と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第2の空気導入管と、噴射された燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、を含むことが好ましい。   Further, in configuring the exhaust emission control device of the present invention, the λ control gas supply means includes an injector for supplying fuel, a first air introduction pipe for mixing air with the fuel, and the supplied fuel A fuel evaporation device for heating and evaporating the fuel, an orifice for diffusing and injecting the vaporized fuel, a second air introduction pipe for taking in air for assisting fuel combustion, and igniting the injected fuel And a fuel ignition device for producing a combustion gas.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、λ制御用ガスの供給口と、排気浄化部材と、の間に、排気ガスの空燃比を測定するためのラムダセンサを備えることが好ましい。   In configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable that a lambda sensor for measuring the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided between the λ control gas supply port and the exhaust emission purification member.

また、本発明の別の態様は、内燃機関から排出される排気ガスを、触媒手段を含む排気浄化部材を用いて浄化する排気ガスの再生方法であって、λ制御用ガス供給手段により、λ制御用ガスを発生させるとともに、λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路における排気浄化部材の上流側に配置された供給口と、の間の距離を変えることにより、λ制御用ガスの温度を調整した後、排気ガス中に混合させて、排気浄化部材に流入させることを特徴とする排気ガスの浄化方法である。   Another aspect of the present invention is an exhaust gas regeneration method for purifying exhaust gas exhausted from an internal combustion engine using an exhaust purification member including catalyst means, wherein the λ control gas supply means By generating the control gas, and changing the distance between the injection port of the λ control gas supply means and the supply port arranged on the upstream side of the exhaust purification member in the exhaust passage, The exhaust gas purifying method is characterized in that after adjusting the temperature, the exhaust gas is mixed into the exhaust gas and allowed to flow into the exhaust purification member.

本発明の排気浄化装置によれば、λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路における供給口との間の距離を可変とすることにより、排気ガスの温度とは独立的に、λ制御用ガスの温度を、COが自発火する温度以下まで容易に冷却させることができる。したがって、酸化触媒(DOC)やNOX還元触媒(NSC)等の触媒手段に流入する排気ガスに、一酸化炭素(CO)を所定量以上含ませることが容易になる。
よって、DOCやNSCを効率的に昇温、活性化させて、DPF等の排気浄化部材に捕集されたPM等を燃焼させることができ、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
According to the exhaust emission control device of the present invention, by changing the distance between the injection port of the λ control gas supply means and the supply port in the exhaust passage, the λ control can be performed independently of the exhaust gas temperature. The temperature of the working gas can be easily cooled to below the temperature at which CO is self-ignited. Therefore, the exhaust gas flowing into the catalyst unit such as an oxidation catalyst (DOC) and NO X reduction catalyst (NSC), comprising carbon monoxide (CO) is easy to be included more than a predetermined amount.
Therefore, DOC and NSC can be efficiently heated and activated, PM and the like collected by the exhaust purification member such as DPF can be combusted, and exhaust gas purification efficiency can be improved.

また、本発明の排気浄化装置において、流路を所定構造とすることにより、比較的簡易な構成で、流路を所望の長さに、確実且つ容易に設定できるため、λ制御用ガスの噴射口と、排気通路における供給口との間の距離を精度良く変えることができる。したがって、排気ガスの温度とは独立的に、λ制御用ガスの温度を精度良く制御することができる。   Further, in the exhaust gas purification apparatus of the present invention, since the flow path has a predetermined structure, the flow path can be reliably and easily set to a desired length with a relatively simple configuration. The distance between the port and the supply port in the exhaust passage can be accurately changed. Therefore, the temperature of the λ control gas can be accurately controlled independently of the temperature of the exhaust gas.

また、本発明の排気浄化装置において、λ制御用ガス供給手段が、流路中を進退移動可能に構成することにより、流路の外形を変えることなく、λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路に置ける供給口との間の距離を容易に変えることができる。したがって、排気ガスの温度とは独立的に、λ制御用ガスの温度を精度良く制御することができる。   Further, in the exhaust purification apparatus of the present invention, the λ control gas supply means is configured to be capable of moving forward and backward in the flow path, so that the λ control gas supply means can The distance between the supply port in the exhaust passage can be easily changed. Therefore, the temperature of the λ control gas can be accurately controlled independently of the temperature of the exhaust gas.

また、本発明の排気浄化装置において、所定構造のλ制御用ガス供給手段とすることにより、小型かつ簡易な構成で、DOCやNSCに対して、COやHCを効率的に供給することができるために、DOCやNSC等の触媒手段を有効に昇温、活性化させることができる。   Further, in the exhaust purification apparatus of the present invention, by using the λ control gas supply means having a predetermined structure, CO and HC can be efficiently supplied to the DOC and NSC with a small and simple configuration. Therefore, the catalyst means such as DOC and NSC can be effectively heated and activated.

また、本発明の排気浄化装置において、所定位置に、排気浄化部材に流入する排気ガスにおける空燃比を測定するためのラムダセンサ(酸素センサ)を備えることにより、排気ガスのラムダ値が所定範囲となるように、λ制御用ガスにおける設定空燃比を制御することができる。したがって、内燃機関の運転状態や、排気ガスの温度等の条件に応じてラムダ値を制御した、λ制御用ガスを効率的に供給することができる。   In the exhaust purification apparatus of the present invention, a lambda sensor (oxygen sensor) for measuring the air-fuel ratio in the exhaust gas flowing into the exhaust purification member is provided at a predetermined position, so that the lambda value of the exhaust gas is within a predetermined range. Thus, the set air-fuel ratio in the λ control gas can be controlled. Therefore, it is possible to efficiently supply the λ control gas in which the lambda value is controlled in accordance with conditions such as the operating state of the internal combustion engine and the temperature of the exhaust gas.

また、本発明の排気ガスの浄化方法によれば、排気ガスとは独立的に所定温度に制御したλ制御用ガスを、排気ガスと混合させることにより、DOCやNSC等の触媒手段に対して、排気ガス中にCOやHCを所定量含ませた状態で触媒手段に流入させることができる。したがって、触媒手段を効率的に昇温、活性化させて、DPF等の排気浄化部材に捕集されたPM等を燃焼させられるために、排気ガスの浄化を効率的に行うことができる。   In addition, according to the exhaust gas purification method of the present invention, the λ control gas, which is controlled to a predetermined temperature independently of the exhaust gas, is mixed with the exhaust gas, so that the catalyst means such as DOC and NSC can be used. The exhaust gas can flow into the catalyst means with a predetermined amount of CO or HC included. Therefore, the catalyst means can be efficiently heated and activated, and PM or the like collected by the exhaust purification member such as DPF can be burned, so that exhaust gas can be purified efficiently.

本発明の実施形態は、内燃機関の排気通路中に備えられて排気ガスを浄化するための排気浄化部材を備えた排気浄化装置、及びそれを用いた排気ガスの浄化方法である。
以下、適宜図面を参照しつつ、本実施形態による内燃機関における排気浄化装置及び排気ガスの浄化方法について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
Embodiments of the present invention are an exhaust purification device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and includes an exhaust purification member for purifying exhaust gas, and an exhaust gas purification method using the exhaust purification device.
Hereinafter, the exhaust gas purification apparatus and the exhaust gas purification method in the internal combustion engine according to the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings as appropriate. However, this embodiment shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.

1.排気浄化装置
(1)基本的構成
本実施形態の排気浄化装置10は、図1に示すように、内燃機関51の排気通路19中に配置され、触媒手段11を含む排気浄化部材13を備えた排気浄化装置10であって、少なくとも前記排気浄化部材に流入する排気ガスの空燃比を制御するためのλ制御用ガス供給手段と、λ制御用ガス供給手段の噴射口から噴射されるλ制御用ガスを、排気通路における排気浄化部材の上流側に配置された供給口から供給するための流路と、を備え、噴射口及び供給口の間の距離Lを可変とすることを特徴とする排気浄化装置10である。
すなわち、かかる排気浄化装置10によれば、λ制御用ガスを供給するためのλ制御用ガス供給手段17を備えることにより、一酸化炭素(CO)や生ガス(HC)を容易に排気ガス中に含ませることができる。また、λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路における供給口との間の距離Lを可変とすることにより、排気ガスとは独立的に、λ制御用ガスの温度を制御することができるために、COやHCの量を保持しつつ、排気ガスを触媒手段11に流入させることができる。したがって、触媒手段11を効率的に昇温、活性化させつつ、DPF等の排気浄化部材13に捕集されたPMやNOX等を効率的に除去することができる。
1. Exhaust Purification Device (1) Basic Configuration As shown in FIG. 1, the exhaust purification device 10 of this embodiment includes an exhaust purification member 13 that is disposed in the exhaust passage 19 of the internal combustion engine 51 and includes the catalyst means 11. An exhaust purification apparatus 10 for λ control gas supply means for controlling at least an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust purification member, and for λ control injected from an injection port of the λ control gas supply means And a flow path for supplying gas from a supply port disposed upstream of the exhaust purification member in the exhaust passage, wherein the distance L between the injection port and the supply port is variable. This is the purification device 10.
That is, according to the exhaust gas purification apparatus 10, by providing the λ control gas supply means 17 for supplying the λ control gas, carbon monoxide (CO) and raw gas (HC) can be easily contained in the exhaust gas. Can be included. Further, by making the distance L between the injection port of the λ control gas supply means and the supply port in the exhaust passage variable, the temperature of the λ control gas can be controlled independently of the exhaust gas. Therefore, the exhaust gas can be caused to flow into the catalyst means 11 while maintaining the amounts of CO and HC. Therefore, it is possible to efficiently remove PM, NO x and the like collected by the exhaust purification member 13 such as DPF while efficiently raising and activating the catalyst means 11.

より具体的には、触媒手段11を含む排気浄化部材13に流入する排気ガス中にCOやHCを含ませることにより、当該COが触媒手段11の発熱剤又は還元剤として働き、触媒手段11を昇温、活性化させることができるために、排気ガス中のPMやNOX等を効率的に浄化させることができる。このため、λ制御用ガス供給手段17によりCOやHCを多量に含むλ制御用ガスを供給して、触媒手段11に流入するCO及びHCの量を増加させることが有効である。ところが、λ制御用ガスの温度が、COの自発火温度以上である状態で、排気ガスと混合、衝突した場合には、λ制御用ガス中のCOと排気ガス中のO2とが反応して、二酸化炭素(CO2)が生成されてしまい、触媒手段11に流入するCO量が減少してしまう。そのため、λ制御用ガスをCOの自発火温度以下まで冷却させて、排気ガスと混合させることにより、排気浄化部材13に流入する排気ガスに含まれるCO量及び熱量の減少をそれぞれ防止することができる。
なお、本発明の排気浄化装置10による排気ガスの浄化方法については、後で詳しく説明する。
More specifically, by including CO or HC in the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification member 13 including the catalyst means 11, the CO acts as a heat generating agent or a reducing agent for the catalyst means 11, Since the temperature can be raised and activated, PM, NO x and the like in the exhaust gas can be efficiently purified. Therefore, it is effective to increase the amount of CO and HC flowing into the catalyst unit 11 by supplying the λ control gas containing a large amount of CO and HC from the λ control gas supply unit 17. However, when the temperature of the λ control gas is equal to or higher than the self-ignition temperature of CO and mixed with or collides with the exhaust gas, CO in the λ control gas reacts with O 2 in the exhaust gas. Thus, carbon dioxide (CO 2 ) is generated, and the amount of CO flowing into the catalyst means 11 is reduced. Therefore, by reducing the λ control gas to below the self-ignition temperature of CO and mixing it with the exhaust gas, it is possible to prevent a decrease in the amount of CO and the amount of heat contained in the exhaust gas flowing into the exhaust purification member 13 respectively. it can.
The exhaust gas purification method by the exhaust gas purification apparatus 10 of the present invention will be described in detail later.

(2)内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関51としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、排気浄化部材の取り付けが必須であるばかりか、その再生が必須のディーゼルエンジンを対象とすることが適している。
また、図1中に示される運転状態検出手段53は、内燃機関51の運転状態、すなわち、内燃機関51の回転数や、排気温度等を検出する手段であって、当該検出結果に基づいて、後述するλ制御用ガス供給手段17から噴射されるλ制御用ガスにおける空燃比が制御されるように構成してあることが好ましい。
(2) Internal combustion engine As the internal combustion engine 51 that exhausts exhaust gas, a diesel engine or a gasoline engine is typical, but not only the exhaust purification member is essential but also the regeneration of the diesel engine is the target. It is suitable to do.
1 is a means for detecting the operating state of the internal combustion engine 51, that is, the rotational speed of the internal combustion engine 51, the exhaust gas temperature, and the like, and based on the detection result, It is preferable that the air-fuel ratio in the λ control gas injected from the λ control gas supply means 17 described later is controlled.

(3)排気通路
また、排気通路19は、内燃機関の排気口に接続されており、当該排気通路19の途中に、触媒手段11や排気浄化部材13が備えられている。かかる排気通路19の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路19であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、内燃機関とは独立的に、所定のλ制御用ガス供給手段17を取り付けやすくするために、図1に例示するように、排気通路19の途中に屈曲部28を設けることが好ましい。そして、その屈曲部28に供給口29を介して、λ制御用ガス供給手段17を接続できるように構成してあることが好ましい。
(3) Exhaust passage The exhaust passage 19 is connected to the exhaust port of the internal combustion engine, and the catalyst means 11 and the exhaust purification member 13 are provided in the middle of the exhaust passage 19. The cross-sectional shape of the exhaust passage 19 is not particularly limited as long as it is a circular, elliptical, or prismatic exhaust passage 19.
However, in order to make it easy to attach the predetermined λ control gas supply means 17 independently of the internal combustion engine, it is preferable to provide a bent portion 28 in the middle of the exhaust passage 19 as illustrated in FIG. Further, it is preferable that the λ control gas supply means 17 can be connected to the bent portion 28 via the supply port 29.

(4)排気浄化部材及び触媒手段
また、触媒手段を含む排気浄化部材13としては、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が典型的である。かかるDPFは公知材料から構成することができるが、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のPMその他の微粒子を補集してこれを浄化するものである。また、かかるDPFはフィルタ単体であっても構わないが、例えば、触媒やNOX吸着剤がコーティングされたものとすることもできる。
ただし、本発明の排気浄化装置は、DPF13の上流側に、酸化触媒(DOC)やNOX還元触媒(NSC)等の触媒手段11を含んでいる。したがって、当該触媒手段11に流入する排気ガス中に含まれるCO等が発熱剤や還元剤となって、触媒手段11が昇温、活性化されるために、NOXを効率的に還元除去したり、下流側のDPF等に流入する排気ガスの温度を昇温して、捕集されたPM等を効率的に燃焼させたりすることができる。
(4) Exhaust purification member and catalyst means As the exhaust purification member 13 including the catalyst means, a diesel particulate filter (DPF) is typical. Such a DPF can be made of a known material. For example, the DPF is a filter having a honeycomb structure made of a ceramic material, which collects and purifies PM and other fine particles in the exhaust gas. Further, according DPF is may be a filter alone, for example, it can also be assumed that the catalyst and NO X adsorbent is coated.
However, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the upstream side of the DPF 13, includes catalyst means 11 such as an oxidation catalyst (DOC) and NO X reduction catalyst (NSC). Therefore, CO or the like contained in the exhaust gas flowing into the catalyst means 11 becomes a heat generating agent or a reducing agent, and the catalyst means 11 is heated and activated, so that NO x is efficiently reduced and removed. In addition, the temperature of the exhaust gas flowing into the downstream DPF or the like can be raised to efficiently burn the collected PM or the like.

例えば、DOCを備える場合には、昇温用バーナからの燃焼ガスによる熱により、DOCの温度が活性化温度以上に昇温させられる。また、後述のλ制御用ガス供給手段から排出されたCOとHCとが、活性化温度以上になったDOCで排気ガス中のO2と酸化反応し、その酸化熱でDOCの温度をさらに上昇させて、昇温した排気ガスをDPFに流入させることができる。
一方、NSCを備える場合には、昇温用バーナからの燃焼ガスの熱により、NSCの温度が昇温させられる。また、活性化温度以上になったNSCで、後述のλ制御用ガス供給手段から排出されたCOやHCは、NSCに捕集されたNOX等の還元剤として働き、NOXは窒素に還元され、COやHCは酸化する。そのときの反応熱によってNSCの温度をさらに上昇させて、昇温した排気ガスをDPFに流入させることができる。
よって、DPFの上流側にDOCやNSC等の触媒手段を備えることにより、昇温用バーナからの燃焼ガスの熱により昇温させられた排気ガスは、λ制御用ガス供給手段から排出されたCOやHCによる効率的な触媒燃焼で、さらに排気ガスを昇温させ、DPFに捕集されたPM等を燃焼させて排気ガスを浄化させることができる。
For example, when the DOC is provided, the temperature of the DOC is raised to the activation temperature or higher by heat from the combustion gas from the temperature raising burner. In addition, CO and HC discharged from the λ control gas supply means described later undergo an oxidation reaction with O 2 in the exhaust gas at the DOC that is higher than the activation temperature, and the oxidation heat further increases the temperature of the DOC. Thus, the exhaust gas whose temperature has been raised can be caused to flow into the DPF.
On the other hand, when the NSC is provided, the temperature of the NSC is raised by the heat of the combustion gas from the temperature raising burner. Further, in NSC became more activation temperature, CO and HC discharged from the λ control gas supply means will be described later, acts as a reducing agent of the NO X or the like which is collected in the NSC, NO X is reduced to nitrogen CO and HC are oxidized. The temperature of the NSC can be further increased by the reaction heat at that time, and the exhaust gas whose temperature has been increased can flow into the DPF.
Therefore, by providing catalyst means such as DOC or NSC upstream of the DPF, the exhaust gas whose temperature has been raised by the heat of the combustion gas from the temperature raising burner is the CO gas discharged from the λ control gas supply means. By efficient catalytic combustion with HC and HC, the exhaust gas can be further heated to purify the exhaust gas by burning PM or the like collected in the DPF.

(5)λ制御用ガス供給手段、及び流路
また、λ制御用ガス供給手段17は、COやHCを多量に含むλ制御用ガスを発生させるとともに、排気通路19中を通過する排気ガス中に供給させるための手段である。かかるλ制御用ガス供給手段17から噴射されるλ制御用ガスは、排気浄化部材13の上流側で排気通路19に接続された供給口29を介して、排気通路19中に供給される。したがって、排気浄化部材における触媒手段11に所定量以上のCOやHCを流入させることができるために、触媒手段11を昇温、活性化させて、排気ガスを効率よく浄化させることができる。
(5) λ control gas supply means and flow path Further, the λ control gas supply means 17 generates λ control gas containing a large amount of CO and HC, and in the exhaust gas passing through the exhaust passage 19. It is a means for making it supply. The λ control gas injected from the λ control gas supply means 17 is supplied into the exhaust passage 19 through a supply port 29 connected to the exhaust passage 19 on the upstream side of the exhaust purification member 13. Therefore, since a predetermined amount or more of CO or HC can be allowed to flow into the catalyst means 11 in the exhaust purification member, the catalyst means 11 can be heated and activated to efficiently purify the exhaust gas.

かかるλ制御用ガス供給手段17としては、例えば、図2に示すように、高圧燃料を供給するためのインジェクタ61と、高圧燃料に空気を混合するための第1の空気導入管63と、供給された燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置65と、蒸発して気化した燃料を拡散噴射させるためのオリフィス67と、燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第2の空気導入管69と、燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置71と、酸化触媒73と、を含むバーナ60とすることが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、例えば、予混合タイプの構成のバーナと比較して、バーナの小型化を図ることができるとともに、噴射する燃焼ガスに含まれるCO量を容易に制御することができるためである。より詳細には、拡散タイプのオリフィス67によって噴射された燃料は、第1の空気導入管63及び第2の空気導入管69から取り入れる空気量の調節により、容易に不完全燃焼させることができる。そして、生ガス(HC)を含む不完全燃焼ガスが、さらに、酸化触媒73を通過することによって、当該HCを効率的に不完全燃焼させて、より多くのCOを生成することができる。
また、かかるバーナ60であれば、例えば後述するラムダセンサ23によって測定された排気ガスの空燃比に基づいて、内燃機関51とは独立的にλ制御用ガス供給手段17での設定空燃比の調整が可能であって、高温状態の排気通路19の途中から、所定量のCOや所定熱量を排気浄化部材における触媒手段11に供給することができる。したがって、内燃機関51の運転状態に関わらず、排気ガスを効率的に浄化することができる。
As the λ control gas supply means 17, for example, as shown in FIG. 2, an injector 61 for supplying high-pressure fuel, a first air introduction pipe 63 for mixing air with the high-pressure fuel, and a supply A fuel evaporation device 65 for heating and evaporating the generated fuel, an orifice 67 for diffusing and evaporating the evaporated and vaporized fuel, and a second air introduction pipe for taking in air for assisting combustion of the fuel 69, a burner 60 including a fuel ignition device 71 for igniting the fuel to form combustion gas, and an oxidation catalyst 73 is preferable.
The reason for this is that, with this configuration, for example, the burner can be downsized and the amount of CO contained in the injected combustion gas can be easily controlled as compared with a premixed type burner. This is because it can be done. More specifically, the fuel injected by the diffusion type orifice 67 can be easily incompletely burned by adjusting the amount of air taken in from the first air introduction pipe 63 and the second air introduction pipe 69. The incomplete combustion gas containing the raw gas (HC) further passes through the oxidation catalyst 73, whereby the HC can be efficiently incompletely burned to generate more CO.
Further, in the case of such a burner 60, for example, based on the air-fuel ratio of exhaust gas measured by a lambda sensor 23 described later, the set air-fuel ratio is adjusted by the λ control gas supply means 17 independently of the internal combustion engine 51. A predetermined amount of CO and a predetermined amount of heat can be supplied to the catalyst means 11 in the exhaust purification member from the middle of the exhaust passage 19 in a high temperature state. Therefore, the exhaust gas can be efficiently purified regardless of the operating state of the internal combustion engine 51.

また、本発明の排気浄化装置10は、上述のλ制御用ガス供給手段17から噴射されるλ制御用ガスを、排気通路19における排気浄化部材13の上流側に配置された供給口29から供給するための流路27を備えている。そして、かかる流路27において、λ制御用ガス供給手段17の噴射口17aと、排気通路19における供給口29との間の距離Lを可変とすることを特徴とする。
すなわち、かかる距離Lを可変とすることにより、上述のλ制御用ガス供給手段17から噴射された、比較的高温のλ制御用ガスが、流路中を通過する際に放出される熱量を異ならせることができる。したがって、λ制御用ガスが排気ガスと混合される時点でのλ制御用ガスの温度を、排気ガスの温度や内燃機関51の運転状態とは別個独立に、一酸化炭素(CO)の酸化が促進される温度以下となるように容易に制御することができる。また、必要以上に温度を低下させることを防止することもできるために、触媒手段11に流入する排気ガス中に、所定量以上のCOと熱量とを確保することができる。
The exhaust purification apparatus 10 of the present invention supplies the λ control gas injected from the λ control gas supply means 17 from the supply port 29 disposed on the upstream side of the exhaust purification member 13 in the exhaust passage 19. A flow path 27 is provided. In the flow path 27, the distance L between the injection port 17a of the λ control gas supply means 17 and the supply port 29 in the exhaust passage 19 is variable.
That is, by making the distance L variable, the amount of heat released when the relatively high temperature λ control gas injected from the λ control gas supply means 17 passes through the flow path is different. Can be made. Therefore, the temperature of the λ control gas at the time when the λ control gas is mixed with the exhaust gas is determined so that the oxidation of carbon monoxide (CO) is independent of the temperature of the exhaust gas and the operating state of the internal combustion engine 51. It can be easily controlled to be below the promoted temperature. In addition, since it is possible to prevent the temperature from being lowered more than necessary, it is possible to secure a predetermined amount or more of CO and heat in the exhaust gas flowing into the catalyst means 11.

より具体的には、排気通路19におけるλ制御用ガスの供給口29におけるλ制御用ガスの温度が、COの酸化が促進される温度を超える状態にある場合には、当該供給口29と、λ制御用ガス供給手段17の噴射口17aとの間の距離Lを長くすることによって、排気ガスと混合される時点でのλ制御用ガスの温度を低下させることができる。一方、排気通路19におけるλ制御用ガスの供給口29におけるλ制御用ガスの温度が著しく低い場合には、当該供給口29と、λ制御用ガス供給手段17の噴射口17aとの間の距離Lを短くすることによって、排気ガスと混合される時点でのλ制御用ガスの温度を所定温度以上に保つことができる。   More specifically, when the temperature of the λ control gas in the λ control gas supply port 29 in the exhaust passage 19 exceeds the temperature at which CO oxidation is promoted, the supply port 29, By increasing the distance L between the λ control gas supply means 17 and the injection port 17a, the temperature of the λ control gas at the time of mixing with the exhaust gas can be lowered. On the other hand, when the temperature of the λ control gas at the λ control gas supply port 29 in the exhaust passage 19 is extremely low, the distance between the supply port 29 and the injection port 17 a of the λ control gas supply means 17. By shortening L, the temperature of the λ control gas at the time of mixing with the exhaust gas can be maintained at a predetermined temperature or higher.

かかる噴射口と供給口との間の距離Lを可変とする手段としては、例えば、図3(a)に示すように、λ制御用ガスの流路27の一部をテレスコピックパイプ26から構成することができる。このように構成した場合には、比較的簡易な構成で、流路を所望の長さに、確実且つ容易に設定できるため、λ制御用ガス供給手段17の噴射口17aと、排気通路19における供給口29との間の距離Lを精度良く変えることができる。
また、かかる噴射口と供給口との間の距離Lを可変とする手段の別の例としては、図3(b)に示すように、λ制御用ガス供給手段17が、流路27中において、供給口29に対して進退移動可能に構成することができる。このように構成した場合には、流路27の外形を変えることなく、λ制御用ガス供給手段17の噴射口17aと、排気通路19における供給口29との間の距離Lを容易に変えることができる。
As a means for making the distance L between the injection port and the supply port variable, for example, as shown in FIG. 3A, a part of the flow path 27 of the λ control gas is constituted by a telescopic pipe 26. be able to. In such a configuration, the flow path can be reliably and easily set to a desired length with a relatively simple configuration. Therefore, in the injection port 17 a of the λ control gas supply means 17 and the exhaust passage 19. The distance L between the supply port 29 can be accurately changed.
Further, as another example of means for making the distance L between the injection port and the supply port variable, as shown in FIG. The feed port 29 can be configured to move forward and backward. In such a configuration, the distance L between the injection port 17a of the λ control gas supply means 17 and the supply port 29 in the exhaust passage 19 can be easily changed without changing the outer shape of the flow path 27. Can do.

また、かかるλ制御用ガス供給手段17の噴射口17aと、排気通路19における供給口29との間の距離Lを、排気通路19におけるλ制御用ガスの供給口29で測定されるλ制御用ガスの温度をもとに制御可能に構成することが好ましい。
この理由は、様々な環境条件によって、λ制御用ガスの温度が変化した場合であっても、当該温度に対応させて、逐次、排気通路における供給口での温度を精度良く制御することができるためである。
Further, the distance L between the injection port 17a of the λ control gas supply means 17 and the supply port 29 in the exhaust passage 19 is measured at the λ control gas supply port 29 in the exhaust passage 19. It is preferable to be able to control based on the gas temperature.
The reason for this is that even when the temperature of the λ control gas changes due to various environmental conditions, the temperature at the supply port in the exhaust passage can be successively controlled with high accuracy in accordance with the temperature. Because.

(6)ラムダセンサ
また、λ制御用ガス供給手段17の供給口29と、触媒手段11と、の間に、触媒手段11に流入する排気ガスの空燃比を測定するためのラムダセンサ23を備えることが好ましい。
この理由は、かかるラムダセンサ23を備えることにより、λ制御用ガスが混合された排気ガスにおける空燃比に基づいて、λ制御用ガス供給手段17での設定空燃比を調整することができるためである。したがって、内燃機関の運転状態や排気ガス温度に応じて、触媒手段11を含む排気浄化部材13に流入する排気ガスの空燃比を、触媒手段11が最も活性化する状態に制御することができる。すなわち、内燃機関からの排気ガスの温度が比較的高い場合や低い場合、あるいはかかる排気ガスに含まれるCOやHCの含有量が多い場合には、それらを考慮して、上述した所定のバーナ等により、COやHCの量及び熱量を調整した上で、λ制御用ガスが混合された排気ガスを触媒手段11に供給することができる。よって、触媒手段11を効率的に昇温、活性化させて、排気ガスの浄化効率をさらに向上させることができる。
(6) Lambda sensor A lambda sensor 23 for measuring the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst means 11 is provided between the supply port 29 of the λ control gas supply means 17 and the catalyst means 11. It is preferable.
This is because by providing the lambda sensor 23, the set air-fuel ratio in the λ-control gas supply means 17 can be adjusted based on the air-fuel ratio in the exhaust gas mixed with the λ-control gas. is there. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification member 13 including the catalyst means 11 can be controlled to the state where the catalyst means 11 is most activated in accordance with the operating state of the internal combustion engine and the exhaust gas temperature. That is, when the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine is relatively high or low, or when the content of CO or HC contained in the exhaust gas is large, the predetermined burner described above is taken into consideration Thus, the exhaust gas mixed with the λ control gas can be supplied to the catalyst means 11 after adjusting the amount of CO and HC and the amount of heat. Therefore, the catalyst means 11 can be efficiently heated and activated to further improve the exhaust gas purification efficiency.

(7)その他
また、本発明の排気浄化装置は、図4(a)〜(b)に示すように、排気ガスと、λ制御用ガスと、を熱交換させるための熱交換手段15を備えることが好ましい。
この理由は、λ制御用ガスの温度を、COの自発火温度以下まで冷却させる際に放出させる熱量を利用して、排気ガスの温度を昇温させることができるためである。したがって、排気ガスとλ制御用ガスとが衝突、混合する際に、λ制御用ガス中のCOと排気ガス中のO2が反応して二酸化炭素(CO2)が生成されることを防止しつつ、触媒手段を含む排気浄化部材に供給される熱量を維持することができ、触媒手段11の昇温、活性化を有効に行うことができる。
かかる熱交換手段としては特に制限されるものではなく、排気ガスとλ制御用ガスとを熱交換させることができる構造であれば、好適に使用することができる。例えば、図4(a)及び図5(a)に示すような、λ制御用ガス供給手段17の供給口29に配置され、表面に複数の凹凸(フィン部)16を有する管状部材15aを使用することができる。かかる管状部材15aであれば、比較的簡易な構成で、効率的に排気ガスとλ制御用ガスとの熱交換を行うことができるためである。また、図4(b)及び図5(b)に示すような、排気通路19と、当該排気通路19と直交する方向に配置されたλ制御用ガスの流路27とを互いに接するように配置した熱交換部15bを備えることもできる。かかる熱交換部15bであれば、それぞれの流路19、27の配置設計を変えることによって、効率的に熱交換させることができ、上述の管状部材15aを利用する場合と比較して、λ制御用ガスの供給口29の配置設計の自由度を高めることができる
(7) Others Further, as shown in FIGS. 4A to 4B, the exhaust emission control device of the present invention includes heat exchange means 15 for exchanging heat between the exhaust gas and the λ control gas. It is preferable.
The reason for this is that the temperature of the exhaust gas can be raised by utilizing the amount of heat released when the temperature of the λ control gas is cooled to below the self-ignition temperature of CO. Therefore, when the exhaust gas and the λ control gas collide and mix, it prevents the CO in the λ control gas and the O 2 in the exhaust gas from reacting to generate carbon dioxide (CO 2 ). However, the amount of heat supplied to the exhaust purification member including the catalyst means can be maintained, and the temperature rise and activation of the catalyst means 11 can be effectively performed.
Such heat exchanging means is not particularly limited, and any heat exchanging means that can exchange heat between the exhaust gas and the λ control gas can be preferably used. For example, as shown in FIGS. 4 (a) and 5 (a), a tubular member 15a is used which is disposed at the supply port 29 of the λ control gas supply means 17 and has a plurality of irregularities (fin portions) 16 on the surface. can do. This is because the tubular member 15a can efficiently exchange heat between the exhaust gas and the λ control gas with a relatively simple configuration. Further, as shown in FIGS. 4B and 5B, the exhaust passage 19 and the λ control gas flow passage 27 arranged in a direction orthogonal to the exhaust passage 19 are arranged so as to contact each other. It is also possible to provide the heat exchange unit 15b. With such a heat exchanging portion 15b, it is possible to efficiently exchange heat by changing the arrangement design of the respective flow passages 19 and 27, and compared with the case where the tubular member 15a is used, λ control is achieved. The degree of freedom in the layout design of the gas supply port 29 can be increased.

また、本発明の排気浄化装置10は、図6に示すように、排気浄化部材13の上流側に接続された供給口30を介して、排気通路19と接続され、燃料を燃焼させた火炎等によって、排気通路19中を流れてくる排気ガスの温度を昇温させるための昇温用バーナ18を備えることが好ましい。
この理由は、排気ガスとλ制御用ガスが混合される前に、排気ガスの温度を十分に昇温させて、排気ガス中に多量の熱量を含ませることができるためである。また、ポストインジェクション等により排気ガスの温度を上昇させる場合と比較して、加熱効率を著しく高めることができるためである。
かかる昇温用バーナは特に制限されるものではなく、一般に用いられる燃焼用バーナ等を好適に使用することができる。ただし、燃料の使用効率や、燃料タンクの配置等を考慮して、エンジン燃料をそのまま使用して、燃焼させるような構成としてあることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 6, the exhaust purification device 10 of the present invention is connected to the exhaust passage 19 via a supply port 30 connected to the upstream side of the exhaust purification member 13, and the like is a flame that burns fuel. Therefore, it is preferable to provide a temperature raising burner 18 for raising the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 19.
This is because the temperature of the exhaust gas can be sufficiently raised before the exhaust gas and the λ control gas are mixed, and a large amount of heat can be contained in the exhaust gas. Moreover, it is because heating efficiency can be remarkably improved compared with the case where the temperature of exhaust gas is raised by post injection or the like.
Such a temperature raising burner is not particularly limited, and a commonly used combustion burner or the like can be suitably used. However, it is preferable that the engine fuel is used as it is and combusted in consideration of the fuel use efficiency and the arrangement of the fuel tank.

2.排気ガスの浄化方法
次に、上述した本発明の排気浄化装置10を用いて実施する、排気ガスの浄化方法について詳細に説明する。
かかる排気ガスの浄化方法は、ディーゼルエンジン等の内燃機関51から排出される排気ガスを、触媒手段11を含む排気浄化部材13を用いて浄化する排気ガスの浄化方法であって、λ制御用ガス供給手段により、λ制御用ガスを発生させるとともに、λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路における排気浄化部材の上流側に配置された供給口と、の間の距離Lを変えることにより、λ制御用ガスの温度を調整した後、排気ガス中に混合させて、前記排気浄化部材に流入させることを特徴とする。
2. Exhaust Gas Purification Method Next, an exhaust gas purification method implemented using the above-described exhaust purification device 10 of the present invention will be described in detail.
Such an exhaust gas purification method is an exhaust gas purification method for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine 51 such as a diesel engine using an exhaust purification member 13 including a catalyst means 11, which is a λ control gas. By generating the λ control gas by the supply means and changing the distance L between the injection port of the λ control gas supply means and the supply port arranged on the upstream side of the exhaust purification member in the exhaust passage. After adjusting the temperature of the λ control gas, it is mixed in the exhaust gas and flows into the exhaust purification member.

まず、λ制御用ガス供給手段17により、λ制御用ガスを発生させる。
上述した排気浄化装置においては、図2に示すような所定のバーナ60を用いて、λ制御用ガスとしての、COを多量に含む不完全燃焼ガスを発生させる。かかるバーナ60であれば、上述したとおり、燃料を効率的に不完全燃焼させることができるために、不完全燃焼ガス中に多量のCOを効率的に含ませることができる。このとき、バーナ60から噴射される不完全燃焼ガス(λ制御用ガス)の温度は比較的高温状態であって、COの酸化が促進される温度(約600℃)以上になっている。
First, the λ control gas is generated by the λ control gas supply means 17.
In the exhaust purification apparatus described above, an incomplete combustion gas containing a large amount of CO as a λ control gas is generated using a predetermined burner 60 as shown in FIG. With such a burner 60, as described above, the fuel can be efficiently incompletely combusted, so that a large amount of CO can be efficiently contained in the incomplete combustion gas. At this time, the temperature of the incomplete combustion gas (λ control gas) injected from the burner 60 is in a relatively high temperature state and is equal to or higher than the temperature (about 600 ° C.) at which CO oxidation is promoted.

次いで、発生させたλ制御用ガスを、流路27を介して、排気通路19における供給口から供給させる。このとき、λ制御用ガスと排気ガスとが混合される際に、λ制御用ガス中に含まれるCOの量が酸化されてCO2が生成され、排気ガス中のCO量が減少することを防止すべく、排気通路19の供給口29におけるλ制御用ガスの温度を測定するとともに、λ制御用ガス供給手段17の噴射口17aと、供給口29との間の距離Lを制御する。すなわち、既に詳細に説明したとおり、供給口29における測定温度が、COの酸化が促進される温度より高い場合には、噴射口17aと供給口29との距離Lが大きくなるように変えて、λ制御用ガスの温度を低下させる。一方、供給口29における測定温度が著しく低い場合には、噴射口17aと供給口29との間の距離Lが小さくなるように変えて、λ制御用ガスの温度を上昇させる。このように制御することにより、λ制御用ガスの温度を過度に低下させることなく、λ制御用ガス中に含まれるCO量を所定量以上に確保することができる。 Next, the generated λ control gas is supplied from the supply port in the exhaust passage 19 via the flow path 27. At this time, when the λ control gas and the exhaust gas are mixed, the amount of CO contained in the λ control gas is oxidized to generate CO 2 , and the amount of CO in the exhaust gas decreases. In order to prevent this, the temperature of the λ control gas at the supply port 29 of the exhaust passage 19 is measured, and the distance L between the injection port 17 a of the λ control gas supply means 17 and the supply port 29 is controlled. That is, as already described in detail, when the measured temperature at the supply port 29 is higher than the temperature at which the oxidation of CO is promoted, the distance L between the injection port 17a and the supply port 29 is changed to be large, Reduce the temperature of the λ control gas. On the other hand, when the measured temperature at the supply port 29 is extremely low, the distance L between the injection port 17a and the supply port 29 is changed so as to decrease the temperature of the λ control gas. By controlling in this way, the amount of CO contained in the λ control gas can be secured to a predetermined amount or more without excessively reducing the temperature of the λ control gas.

このとき、排気浄化装置に、図4(a)〜(b)に示す熱交換手段15を備える場合には、λ制御用ガスと排気ガスとを衝突、混合させる前に、あらかじめ、排気ガス及びλ制御用ガスを熱交換させる。すなわち、λ制御用ガスの温度を低下させる際に放出される熱量を利用して、排気ガスの温度を上昇させる。
このようにすることにより、排気ガス及びλ制御用ガス全体としてのエンタルピーをできる限り減少させないで、排気ガス中に所定量の熱量を含めることができるためである。
At this time, in the case where the exhaust purification device is provided with the heat exchange means 15 shown in FIGS. 4A to 4B, before the λ control gas and the exhaust gas collide and mix, λ control gas is subjected to heat exchange. That is, the temperature of the exhaust gas is raised using the amount of heat released when the temperature of the λ control gas is lowered.
This is because a predetermined amount of heat can be included in the exhaust gas without reducing the enthalpy of the exhaust gas and the overall λ control gas as much as possible.

また、排気浄化装置に、図6に示す昇温用バーナ18を備える場合には、内燃機関51から排出され、排気通路19中を流れてくる排気ガスを、昇温用バーナ18を用いて昇温する。例えば、エンジンが通常運転状態にある場合、排気ガスの温度は約150〜300℃であるが、昇温用バーナ18により、排気ガスを約300〜400℃まで昇温させる。これにより、ポストインジェクションを行う場合と比較して、燃費の悪化を抑止しつつ、効率的に排気ガスの温度を昇温させることができる。
このとき、排気ガス中に含まれるO2を利用して燃料を燃焼させることができるだけの燃料を燃焼させることが好ましい。この理由は、還元剤等としてのHCは、λ制御用ガス供給手段17から供給することができるために、昇温用バーナ18における燃料消費量を最小限に抑えることができるためである。
Further, when the exhaust gas purification apparatus includes the temperature raising burner 18 shown in FIG. 6, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 51 and flowing through the exhaust passage 19 is raised using the temperature raising burner 18. Warm up. For example, when the engine is in a normal operation state, the temperature of the exhaust gas is about 150 to 300 ° C., but the temperature of the exhaust gas is raised to about 300 to 400 ° C. by the temperature raising burner 18. Thereby, compared with the case where post injection is performed, the temperature of exhaust gas can be efficiently raised while suppressing deterioration of fuel consumption.
At this time, it is preferable to burn enough fuel to burn the fuel using O 2 contained in the exhaust gas. This is because HC as a reducing agent or the like can be supplied from the λ control gas supply means 17, so that the fuel consumption in the temperature raising burner 18 can be minimized.

次いで、排気ガスに対して、λ制御用ガスを混合させて、触媒手段11を含む排気浄化部材13に流入させる。
このとき、上述したとおり、λ制御用ガス中に含まれるCO量を減少させないで、排気ガスと混合させることができるために、触媒手段11に対して、COを所定量含ませた状態で流入させることができる。また、λ制御用ガスの供給口29と触媒手段11との間にラムダセンサ23を備えた場合には、当該ラムダセンサ23によって測定される排気ガスのラムダ値(空燃比)を考慮して、λ制御用ガスの空燃比を制御することにより、内燃機関の運転状態や、排気ガスの温度も考慮しつつ、触媒手段11が効率的に昇温、活性化するように、排気ガスの空燃比を制御することができる。
Next, the λ control gas is mixed with the exhaust gas and flows into the exhaust purification member 13 including the catalyst means 11.
At this time, as described above, since it can be mixed with the exhaust gas without reducing the amount of CO contained in the λ control gas, it flows into the catalyst means 11 while containing a predetermined amount of CO. Can be made. Further, when the lambda sensor 23 is provided between the λ control gas supply port 29 and the catalyst means 11, the lambda value (air-fuel ratio) of the exhaust gas measured by the lambda sensor 23 is taken into consideration. By controlling the air-fuel ratio of the λ control gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas is efficiently increased and activated so that the catalyst means 11 can be efficiently heated and activated while taking into consideration the operating state of the internal combustion engine and the temperature of the exhaust gas. Can be controlled.

例えば、触媒手段としてDOCを備える場合には、所定量のCOや熱量を含む排気ガスがDOCを通過することにより、COがDOCの発熱剤として働き、当該DOCを効率的に昇温、活性化させるとともに、排気ガスの温度をさらに昇温させることができる。そのため、DOCの下流側に配置されたDPFに捕集されたPMを燃焼させることができるために、排気ガスの浄化を効率的に行うことができるようになる。
一方、触媒手段としてNSCを備える場合には、所定量のCOや熱量を含む排気ガスがNSCを通過することにより、COが還元剤となって、NSCに吸着されたNOXは窒素に還元され、COは酸化する。そして、そのときの反応熱によって、当該NSCを効率的に昇温、活性化させる。したがって、通過する排気ガスの温度をさらに昇温させることができるため、NSCの下流側に配置されたDPFに捕集されたPMを効率的に燃焼させて、排気ガスの浄化を効率的に行うことができる。
For example, when a DOC is provided as a catalyst means, when the exhaust gas containing a predetermined amount of CO or heat passes through the DOC, the CO acts as a heat generating agent for the DOC, and the DOC is efficiently heated and activated. And the temperature of the exhaust gas can be further raised. Therefore, since PM collected by the DPF disposed on the downstream side of the DOC can be burned, the exhaust gas can be purified efficiently.
On the other hand, when armed with the NSC as a catalyst unit, by exhaust gas containing a predetermined amount of CO and heat passes through the NSC, CO is a reducing agent, NO X adsorbed in the NSC is reduced to nitrogen CO is oxidized. Then, the NSC is efficiently heated and activated by the reaction heat at that time. Therefore, since the temperature of the exhaust gas passing therethrough can be further raised, the PM trapped in the DPF disposed downstream of the NSC is efficiently burned to efficiently purify the exhaust gas. be able to.

以上のように、本発明の排気ガスの浄化方法によれば、内燃機関があらゆる運転状態にある場合であっても、λ制御用ガスの温度を独立的に制御して、排気浄化部材における触媒手段に流入させる排気ガス中に所定量のCOを含ませることができる。したがって、排気浄化部材における触媒手段を効率的に昇温、活性化させて、排気ガスを効率的に浄化することができるようになる。   As described above, according to the exhaust gas purification method of the present invention, the catalyst in the exhaust purification member can be controlled by independently controlling the temperature of the λ control gas even when the internal combustion engine is in any operating state. A predetermined amount of CO can be included in the exhaust gas flowing into the means. Therefore, the exhaust gas can be efficiently purified by efficiently raising the temperature and activating the catalyst means in the exhaust purification member.

本発明の排気浄化装置を示す図である。It is a figure which shows the exhaust gas purification apparatus of this invention. λ制御用ガス供給手段としてのバーナを示す図である。It is a figure which shows the burner as (lambda) control gas supply means. (a)〜(b)は、それぞれλ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路における供給口との距離を可変とする手段について説明するために供する図である。(A)-(b) is a figure provided in order to demonstrate the means which makes variable the distance of the injection port of (lambda) control gas supply means, and the supply port in an exhaust passage, respectively. (a)〜(b)は、それぞれ熱交換手段を備えた排気浄化装置を示す図である。(A)-(b) is a figure which shows the exhaust gas purification apparatus provided with the heat exchange means, respectively. (a)は、熱交換手段としての管状部材を示す図であり、(b)は、熱交換手段としての熱交換部を示す図である。(A) is a figure which shows the tubular member as a heat exchange means, (b) is a figure which shows the heat exchange part as a heat exchange means. 昇温用バーナを備えた排気浄化装置を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the exhaust gas purification apparatus provided with the burner for temperature rising. 従来の排気ガスの浄化装置を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the conventional purification apparatus of exhaust gas. 従来の黒煙除去装置を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the conventional black smoke removal apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10:排気浄化装置
11:触媒手段
13:排気浄化部材(DPF)
15:熱交換手段(熱交換部)
17:λ制御用ガス供給手段
17a:噴射口
18:昇温用バーナ
19:排気通路
23:ラムダセンサ
26:流路長可変手段(テレスコピックパイプ)
27:λ制御用ガスの流路
28:屈曲部
29:供給口
51:内燃機関
60:バーナ(λ制御用ガス供給手段)
10: Exhaust purification device 11: Catalyst means 13: Exhaust purification member (DPF)
15: Heat exchange means (heat exchange part)
17: λ control gas supply means 17a: injection port 18: temperature rising burner 19: exhaust passage 23: lambda sensor 26: flow path length variable means (telescopic pipe)
27: λ control gas flow path 28: bent portion 29: supply port 51: internal combustion engine 60: burner (λ control gas supply means)

Claims (6)

内燃機関の排気通路中に配置され、触媒手段を含む排気浄化部材を備えた排気浄化装置であって、
少なくとも前記排気浄化部材に流入する排気ガスの空燃比を制御するためのλ制御用ガス供給手段と、
前記λ制御用ガス供給手段の噴射口から噴射されるλ制御用ガスを、前記排気通路における前記排気浄化部材の上流側に配置された供給口から供給するための流路と、を備えるとともに、
前記噴射口と、前記供給口と、の間の距離を可変とすることを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust purification device that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and includes an exhaust purification member including catalyst means,
Λ control gas supply means for controlling at least the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification member;
A flow path for supplying the λ control gas injected from the injection port of the λ control gas supply means from a supply port arranged on the upstream side of the exhaust purification member in the exhaust passage,
An exhaust emission control device characterized in that a distance between the injection port and the supply port is variable.
前記流路がテレスコピックパイプからなることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust purification device according to claim 1, wherein the flow path is formed of a telescopic pipe. 前記λ制御用ガス供給手段を、前記流路中において、前記供給口に対して進退移動可能とすることにより、前記噴射口と、前記供給口と、の間の距離を可変とすることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。   The distance between the injection port and the supply port is variable by enabling the λ control gas supply means to move forward and backward with respect to the supply port in the flow path. The exhaust emission control device according to claim 1. 前記λ制御用ガス供給手段は、燃料を供給するためのインジェクタと、前記燃料に空気を混合するための第1の空気導入管と、供給された前記燃料を加熱して蒸発させるための燃料蒸発装置と、気化した前記燃料を拡散噴射させるためのオリフィスと、前記燃料の燃焼を補助するための空気を取り入れる第2の空気導入管と、噴射された前記燃料に着火して燃焼ガスとするための燃料点火装置と、を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置。   The λ control gas supply means includes an injector for supplying fuel, a first air introduction pipe for mixing air with the fuel, and fuel evaporation for heating and evaporating the supplied fuel. A device, an orifice for diffusing and injecting the vaporized fuel, a second air introduction pipe for taking in air for assisting combustion of the fuel, and for igniting the injected fuel into combustion gas The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: 前記λ制御用ガスの供給口と、前記排気浄化部材と、の間に、前記排気ガスの空燃比を測定するためのラムダセンサを備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The lambda sensor for measuring the air fuel ratio of the said exhaust gas is provided between the supply port of the said (lambda) control gas, and the said exhaust purification member, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1. 内燃機関から排出される排気ガスを、触媒手段を含む排気浄化部材を用いて浄化する排気ガスの再生方法であって、
λ制御用ガス供給手段により、λ制御用ガスを発生させるとともに、
前記λ制御用ガス供給手段の噴射口と、排気通路における前記排気浄化部材の上流側に配置された供給口と、の間の距離を変えることにより、前記λ制御用ガスの温度を調整した後、前記排気ガス中に混合させて、前記排気浄化部材に流入させることを特徴とする排気ガスの浄化方法。
An exhaust gas regeneration method for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine using an exhaust purification member including catalyst means,
The λ control gas supply means generates λ control gas,
After adjusting the temperature of the λ control gas by changing the distance between the injection port of the λ control gas supply means and the supply port arranged upstream of the exhaust purification member in the exhaust passage A method for purifying exhaust gas, wherein the exhaust gas is mixed in the exhaust gas and allowed to flow into the exhaust purification member.
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