JP2007023872A - 排気浄化装置 - Google Patents

排気浄化装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2007023872A
JP2007023872A JP2005206319A JP2005206319A JP2007023872A JP 2007023872 A JP2007023872 A JP 2007023872A JP 2005206319 A JP2005206319 A JP 2005206319A JP 2005206319 A JP2005206319 A JP 2005206319A JP 2007023872 A JP2007023872 A JP 2007023872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
flow rate
catalyst
exhaust gas
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005206319A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4698314B2 (ja
Inventor
Hiroki Ueno
弘樹 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UD Trucks Corp filed Critical UD Trucks Corp
Priority to JP2005206319A priority Critical patent/JP4698314B2/ja
Priority to PCT/JP2006/309600 priority patent/WO2007010664A1/ja
Publication of JP2007023872A publication Critical patent/JP2007023872A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4698314B2 publication Critical patent/JP4698314B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9495—Controlling the catalytic process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0093—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are of the same type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/011—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2053—By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/07—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas flow rate or velocity meter or sensor, intake flow meters only when exclusively used to determine exhaust gas parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】 ＮＯｘ浄化率を向上させる。
【解決手段】 エンジン１０の排気管１２に、還元剤を用いてＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒１６を配設すると共に、その排気上流に位置する排気管１２を２つに分岐した分岐管１２Ａ及び１２Ｂに、排気通路面積を多段階に制御可能な流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂ、ＮＯをＮＯ2へと酸化させる酸化能力が相互に異なる酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂを夫々配設する。そして、コントロールユニット２８において、エアフローセンサ２６により検出された吸気質量流量Ｆi及びエンジンコントロールユニット３０から読み込まれた燃料消費率Ｃに基づいて排気体積流量Ｆeを演算し、ＮＯｘ還元触媒１６に導入される排気中のＮＯとＮＯ2との割合が所定割合に近づくように、排気体積流量Ｆe及び排気温度センサ２４により間接的に検出された触媒温度Ｔに応じて流量制御弁２０Ａ及び２０Ａを適宜制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置において、特に、ＮＯｘ浄化率を向上させる技術に関する。
エンジン排気中のＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。
かかる排気浄化装置は、エンジン排気管に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
特開２０００−２７６２７号公報
ところで、アンモニアを還元剤として用いる排気浄化装置では、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2）との割合がある所定割合のときに、還元触媒によるＮＯｘ浄化率が最良となることが知られている。このため、還元触媒の排気上流に配設した酸化触媒により排気中のＮＯを酸化し、還元触媒に導入される排気中のＮＯとＮＯ2との割合を改善する技術が開発された。
しかしながら、排気中のＮＯとＮＯ2との割合はエンジン運転状態に応じて大きく変化する一方、酸化触媒によるＮＯをＮＯ2へと酸化させる酸化能力は大きく変化しないため、広範な運転領域でＮＯとＮＯ2との割合を所定割合に近づけることは困難であった。そして、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が所定割合となっていない運転領域では、還元触媒によるＮＯｘ浄化率が低下し、浄化が不十分な排気が大気中に排出されてしまうおそれがあった。また、燃料である軽油，ガソリン，アルコール類などを還元剤として用いる排気浄化装置もあるが、広範な運転領域でＮＯとＮＯ2との割合を還元反応に適合した所定割合に近づけることが困難であり、同様な問題が発生するおそれがあった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、酸化触媒を通過させる排気流量を適宜制御することで、還元触媒に導入される排気中のＮＯとＮＯ2との割合を所定割合に近づけ、広範な運転領域でＮＯｘ浄化率を向上させた排気浄化装置を提供することを目的とする。
このため、請求項１記載の発明では、排気浄化装置は、エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管に夫々配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる複数の酸化触媒と、前記各分岐管に分流する排気流量を独立かつ多段階に制御可能な流量制御弁と、排気の体積流量を検出する排気流量検出手段と、前記酸化触媒の触媒温度を検出する温度検出手段と、前記排気流量検出手段により検出された体積流量及び前記温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、排気浄化装置は、エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の排気上流に位置する排気管を２つに分岐した分岐管の一方に配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、前記各分岐管に分流する排気流量を独立かつ多段階に制御可能な流量制御弁と、排気の体積流量を検出する排気流量検出手段と、前記酸化触媒の触媒温度を検出する温度検出手段と、前記排気流量検出手段により検出された体積流量及び前記温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、排気浄化装置は、エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管のうち、少なくとも１つを除いた分岐管に夫々配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる複数の酸化触媒と、前記各分岐管に分流する排気流量を独立かつ多段階に制御可能な流量制御弁と、排気の体積流量を検出する排気流量検出手段と、前記酸化触媒の触媒温度を検出する温度検出手段と、前記排気流量検出手段により検出された体積流量及び前記温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記制御手段は、排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に対応した制御値が設定されたマップを参照して、前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記排気流量検出手段は、吸気の質量流量及びエンジンの燃料消費率から、排気の体積流量を間接的に検出することを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記温度検出手段は、前記酸化触媒の排気上流における排気温度から、該酸化触媒の触媒温度を間接的に検出することを特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記所定割合は、前記還元触媒による窒素酸化物の還元反応に適合した割合であることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管には、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる酸化触媒が夫々配設される。そして、還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように、酸化触媒の酸化能力と密接な関連がある排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に基づいて流量制御弁が制御され、各分岐管に分流される排気流量が独立かつ多段階に制御される。このため、一酸化窒素と二酸化窒素との割合が相互に異なる排気を適宜混合することで、排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づき、広範な運転領域において、窒素酸化物の浄化率を向上させることができる。
請求項２記載の発明によれば、還元触媒の排気上流に位置する排気管を２つに分岐した分岐管の一方には、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒が配設される。そして、還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように、酸化触媒の酸化能力と密接な関連がある排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に基づいて流量制御弁が制御され、各分岐管に分流される排気流量が独立かつ多段階に制御される。このため、一酸化窒素が二酸化窒素へと酸化された排気と一酸化窒素が酸化されていない排気とを適宜混合することで、排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づき、広範な運転領域において、窒素酸化物の浄化率を向上させることができる。
請求項３記載の発明によれば、還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管のうち、少なくとも１つを除いた分岐管には、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる複数の酸化触媒が夫々配設される。そして、還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように、酸化触媒の酸化能力と密接な関連がある排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に基づいて流量制御弁が制御され、各分岐管に分流される排気流量が独立かつ多段階に制御される。このため、一酸化窒素と二酸化窒素との割合が相互に異なる排気と一酸化窒素が酸化されていない排気とを適宜混合することで、排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づき、広範な運転領域において、窒素酸化物の浄化率を向上させることができる。
請求項４記載の発明によれば、流量制御弁は、排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に対応した制御値が設定されたマップを参照して制御されるため、流量制御に係る処理負荷増加を抑制することができる。
請求項５記載の発明によれば、排気の体積流量は、吸気の質量流量及びエンジンの燃料消費率から間接的に検出されるため、例えば、排気により流量センサの検出部が汚れることがなく、長年に亘って排気の体積流量を安定して検出することができる。
請求項６記載の発明によれば、酸化触媒の触媒温度は、その排気上流における排気温度から間接的に検出されるため、酸化触媒に温度センサなどを付設する必要がなく、例えば、酸化触媒が部分的に高温になってもその熱影響を受けることを防止できる。
請求項７記載の発明によれば、還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合は、還元触媒による窒素酸化物の還元反応に適合した所定割合となるので、還元触媒における窒素酸化物の還元反応を効果的に促進することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
本発明の第１実施形態を示す図１において、エンジン１０に接続される排気管１２には、排気流通方向に沿って、還元剤としての尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１４と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒１６と、ＮＯｘ還元触媒１６を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒１８と、が夫々配設される。噴射ノズル１４には、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液が空気と混合した噴霧状態で供給される。また、ＮＯｘ還元触媒１６の排気上流に位置する排気管１２を２つに分岐した各分岐管１２Ａ及び１２Ｂには、排気流通方向に沿って、その排気通路面積（開度）を多段階に制御可能な電磁式の流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂと、排気中のＮＯをＮＯ2へと酸化させる酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂと、が夫々配設される。各分岐管１２Ａ及び１２Ｂに配設された酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂは、相互に異なる酸化能力を有するものであって、例えば、図中上方及び下方に位置する酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂとしては、夫々、触媒温度が所定値未満の低温で良好な酸化能力を発揮する低温酸化触媒、触媒温度が所定値以上の高温で良好な酸化能力を発揮する高温酸化触媒を用いることができる。
一方、排気浄化装置の制御系として、排気温度から酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂの触媒温度Ｔを間接的に検出する温度検出手段としての排気温度センサ２４と、吸気の質量流量Ｆiを検出するエアフローセンサ２６と、が夫々設けられる。そして、排気温度センサ２４及びエアフローセンサ２６からの各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット２８に入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、ＮＯｘ還元触媒１６に導入される排気中のＮＯとＮＯ2との割合が所定割合に近づくように、流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂが夫々制御される。また、コントロールユニット２８は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジン１０の燃料噴射制御などを行なうエンジンコントロールユニット３０と相互通信可能に接続され、燃料消費率Ｃを適宜読み込み可能に構成されている。なお、制御プログラムを実行するコントロールユニット２８により制御手段が具現化されると共に、エアフローセンサ２６，コントロールユニット２８及びエンジンコントロールユニット３０の協働により排気流量検出手段が構成される。
図２は、コントロールユニット２８において、所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、排気温度センサ２４から触媒温度Ｔを読み込む。ここで、触媒温度Ｔは、その排気上流における排気温度から間接的に検出されるため、酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂに温度センサなどを付設する必要がなく、例えば、酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂが部分的に高温となってもその熱影響を受けることを防止できる。
ステップ２では、エアフローセンサ２６から吸気の質量流量Ｆiを読み込む。
ステップ３では、エンジンコントロールユニット３０から燃料消費率Ｃを読み込む。
ステップ４では、吸気の質量流量Ｆi及び燃料消費率Ｃに基づいて、所定演算式から排気の体積流量Ｆeを演算する。ここで、排気の体積流量Ｆeは、吸気の質量流量Ｆi及び燃料消費率Ｃから間接的に検出されるため、例えば、排気により流量センサの検出部が汚れることがなく、長年に亘って排気の体積流量Ｆeを安定して検出することができる。
ステップ５では、排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に対応した制御値が設定されたマップを参照し、触媒温度Ｔ及び体積流量Ｆeに応じた制御値を演算する。ここで、制御値としては、流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂの開度θ1及びθ2とすることができる。なお、流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂの制御値は、マップを参照して演算されるため、流量制御に係る処理負荷増加を抑制することができる。
ステップ６では、制御値に応じて流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂを夫々制御する。
かかる構成によれば、吸気の質量流量Ｆi及び燃料消費率Ｃから排気の体積流量Ｆeが演算された後、排気の体積流量Ｆe並びに酸化触媒２２Ａ及び２２Ｂの触媒温度Ｔをキーとしてマップを参照し、体積流量Ｆe及び触媒温度Ｔに対応した制御値（開度）が演算される。そして、制御値に基づいて流量制御弁２０Ａ及び２０Ｂが夫々制御され、各分岐管１２Ａ及び１２Ｂに分流される排気流量が独立かつ多段階に制御される。このため、実験などを通してマップに適切な制御値を設定しておけば、ＮＯとＮＯ2との割合が相互に異なる排気を適宜混合することで、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が所定割合に近づき、広範な運転領域において、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
また、ＮＯｘ還元触媒１６の排気上流に空気と共に噴霧状態で噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニア（ＮＨ3）となり、ＮＯｘ還元触媒１６へと供給される。そして、ＮＯｘ還元触媒１６において、排気中のＮＯｘがアンモニアと還元反応して無害な水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）となって大気中に排出される。このとき、ＮＯｘ還元触媒１６を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒１８により酸化されるので、異臭を放つ排気が排出されることがない。
次に、本発明に係る排気浄化装置の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、重複説明を排除する目的から、第１実施形態とは異なる構成についてのみ説明し、共通構成には同一符号を付してその説明を省略又は簡単とする。
本発明の第２実施形態の構成を示す図３において、図中上方に位置する分岐管１２Ａには、排気中のＮＯをＮＯ2へと酸化させる酸化触媒３２が配設される一方、図中下方に位置する分岐管１２Ｂには、その排気通路面積（開度）を多段階に制御可能な電磁式の流量制御弁３４が配設される。ここで、酸化触媒３２としては、例えば、多用されるエンジン運転状態で良好な酸化能力を発揮するものを用いることができる。また、流量制御弁３４を制御する制御プログラムとしては、第１実施形態におけるマップを多少変更するだけで、図２に示すものをそのまま利用することができる。
かかる構成によれば、酸化触媒３２を通過してＮＯがＮＯ2へと酸化された排気とＮＯが酸化されていない排気とを適宜混合することで、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が所定割合に近づき、広範な運転領域において、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
なお、以上説明した実施形態は、２つの分岐管により排気管が２つに分岐される構成であるが、３つ以上の分岐管により排気管を複数に分岐する構成であっても、本発明は適用可能である。このようにすれば、エンジン運転状態にかかわらず、ＮＯｘ還元触媒へと導入される排気中のＮＯとＮＯ2との割合を細かく変化させることが可能となり、ＮＯｘ浄化率を一層向上させることができる。また、各分岐管に分流する排気流量は、排気管の分岐部に配設された１つの流量制御弁で制御するようにしてもよい。
さらに、還元剤としては、ＮＯｘ還元触媒における還元反応に応じて、炭化水素を主成分とする軽油，ガソリン，アルコール類などの各種燃料を用いるようにしてもよい。この場合、流量制御弁の制御としては、ＮＯｘ還元触媒に導入される排気中のＮＯとＮＯ2との割合が、ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘの還元反応に適合した所定割合に近づくようにすればよい。
本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態を示す構成図 排気浄化装置の制御内容を示すフローチャート 本発明に係る排気浄化装置の第２実施形態を示す構成図
符号の説明
１０ エンジン
１２ 排気管
１２Ａ 分岐管
１２Ｂ 分岐管
１６ ＮＯｘ還元触媒
２０Ａ 流量制御弁
２０Ｂ 流量制御弁
２２Ａ 酸化触媒
２２Ｂ 酸化触媒
２４ 排気温度センサ
２６ エアフローセンサ
２８ コントロールユニット
３０ エンジンコントロールユニット
３２ 酸化触媒
３４ 流量制御弁

Claims (7)

  1. エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
    該還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管に夫々配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる複数の酸化触媒と、
    前記各分岐管に分流する排気流量を独立かつ多段階に制御可能な流量制御弁と、
    排気の体積流量を検出する排気流量検出手段と、
    前記酸化触媒の触媒温度を検出する温度検出手段と、
    前記排気流量検出手段により検出された体積流量及び前記温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、
    を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
  2. エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
    該還元触媒の排気上流に位置する排気管を２つに分岐した分岐管の一方に配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、
    前記各分岐管に分流する排気流量を独立かつ多段階に制御可能な流量制御弁と、
    排気の体積流量を検出する排気流量検出手段と、
    前記酸化触媒の触媒温度を検出する温度検出手段と、
    前記排気流量検出手段により検出された体積流量及び前記温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、
    を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
  3. エンジン排気管に配設され、窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
    該還元触媒の排気上流に位置する排気管を複数に分岐した各分岐管のうち、少なくとも１つを除いた分岐管に夫々配設され、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化能力が相互に異なる複数の酸化触媒と、
    前記各分岐管に分流する排気流量を独立かつ多段階に制御可能な流量制御弁と、
    排気の体積流量を検出する排気流量検出手段と、
    前記酸化触媒の触媒温度を検出する温度検出手段と、
    前記排気流量検出手段により検出された体積流量及び前記温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて、前記還元触媒に導入される排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との割合が所定割合に近づくように流量制御弁を制御する制御手段と、
    を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
  4. 前記制御手段は、排気の体積流量及び酸化触媒の触媒温度に対応した制御値が設定されたマップを参照して、前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
  5. 前記排気流量検出手段は、吸気の質量流量及びエンジンの燃料消費率から、排気の体積流量を間接的に検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
  6. 前記温度検出手段は、前記酸化触媒の排気上流における排気温度から、該酸化触媒の触媒温度を間接的に検出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
  7. 前記所定割合は、前記還元触媒による窒素酸化物の還元反応に適合した割合であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
JP2005206319A 2005-07-15 2005-07-15 排気浄化装置 Expired - Fee Related JP4698314B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005206319A JP4698314B2 (ja) 2005-07-15 2005-07-15 排気浄化装置
PCT/JP2006/309600 WO2007010664A1 (ja) 2005-07-15 2006-05-12 排気浄化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005206319A JP4698314B2 (ja) 2005-07-15 2005-07-15 排気浄化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007023872A true JP2007023872A (ja) 2007-02-01
JP4698314B2 JP4698314B2 (ja) 2011-06-08

Family

ID=37668551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005206319A Expired - Fee Related JP4698314B2 (ja) 2005-07-15 2005-07-15 排気浄化装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4698314B2 (ja)
WO (1) WO2007010664A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008135805A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-13 Perkins Engines Company Limited Exhaust treatment system implementing selective doc bypass
WO2009113211A1 (ja) * 2008-03-11 2009-09-17 いすゞ自動車株式会社 ＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システム
JP2010519458A (ja) * 2007-02-21 2010-06-03 ボルボ ラストバグナー アーベー 排気後処理システムを制御するための制御方法と排気後処理システム
JP2014214651A (ja) * 2013-04-24 2014-11-17 株式会社 Ａｃｒ Ｎｏｘ還元触媒手段を備えた排気ガス浄化装置
EP2083157B1 (en) 2008-01-25 2017-02-22 Caterpillar, Inc. Exhaust reduction system having oxygen and temperature control

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0909987D0 (en) * 2009-06-11 2009-07-22 Agco Sa Catalytic converter module
GB201519926D0 (en) 2015-11-11 2015-12-23 Horiba Mira Ltd Emmissions testing system
EP3569834A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-20 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Internal combustion engine and method for reducing nitrogen oxide emissions
US11927124B2 (en) 2021-11-30 2024-03-12 Cummins Power Generation Inc. Aftertreatment system, dual fuel system, and methods therefor
US11519315B1 (en) 2021-11-30 2022-12-06 Cummins Power Generation Inc. Aftertreatment system, dual fuel system, and dual fuel apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002089327A (ja) * 2000-09-14 2002-03-27 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の排気浄化装置
JP2005002968A (ja) * 2003-06-16 2005-01-06 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2005023921A (ja) * 2003-06-12 2005-01-27 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2005048738A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置および微粒子捕集フィルタの微粒子堆積状態判定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002089327A (ja) * 2000-09-14 2002-03-27 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の排気浄化装置
JP2005023921A (ja) * 2003-06-12 2005-01-27 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2005002968A (ja) * 2003-06-16 2005-01-06 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2005048738A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Nissan Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置および微粒子捕集フィルタの微粒子堆積状態判定方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010519458A (ja) * 2007-02-21 2010-06-03 ボルボ ラストバグナー アーベー 排気後処理システムを制御するための制御方法と排気後処理システム
WO2008135805A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-13 Perkins Engines Company Limited Exhaust treatment system implementing selective doc bypass
EP2083157B1 (en) 2008-01-25 2017-02-22 Caterpillar, Inc. Exhaust reduction system having oxygen and temperature control
WO2009113211A1 (ja) * 2008-03-11 2009-09-17 いすゞ自動車株式会社 ＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システム
US8464517B2 (en) 2008-03-11 2013-06-18 Isuzu Motors Limited Method of controlling NOx purification system, and NOx purification system
JP2014214651A (ja) * 2013-04-24 2014-11-17 株式会社 Ａｃｒ Ｎｏｘ還元触媒手段を備えた排気ガス浄化装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4698314B2 (ja) 2011-06-08
WO2007010664A1 (ja) 2007-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4698314B2 (ja) 排気浄化装置
JP6508229B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置の異常診断装置
US8938945B2 (en) Exhaust system
US7673446B2 (en) Dual path exhaust emission control system
KR20100124211A (ko) 배기가스 정화 시스템
JP2006029233A (ja) エンジンの排気浄化装置
JP2009144614A (ja) ディーゼルエンジン用の排ガス浄化装置
JPH03124909A (ja) リーンバーンエンジンの排気ガス浄化装置
JP2005127256A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
EP2500536A1 (en) Exhaust cleaning system of internal combustion engine
JP4983536B2 (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JPH11343834A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
WO2005078250A1 (ja) エンジンの排気浄化装置
JP5761255B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5672328B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JPH10121948A (ja) 内燃機関の排気ガス浄化装置
JP2008223670A (ja) エンジンの排気浄化装置
US20170107880A1 (en) Ruthenium Based Catalysts for NOx Reduction
JP2017180157A (ja) 脱硝システム
US20100037591A1 (en) Method and Device for Purifying an Exhaust Gas Flow of a Lean-Burning Internal Combustion Engine
JP2007315242A (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP2019190425A (ja) 排気浄化装置および車両
JP2001140630A (ja) 内燃機関の排ガス浄化装置
JP3815236B2 (ja) 排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法
JP2008215119A (ja) 内燃機関の排気浄化システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110210

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110301

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110301

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees