JP2007120319A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
共通の排気通路から分岐された第1の排気通路と第2の排気通路を具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているNOxを放出するNOx吸収剤を第1の排気通路内および第2の排気通路内に夫々配置し、NOx吸収剤上流の第1の排気通路内および第2の排気通路内に夫々燃料添加弁を配置し、NOx吸収剤下流の第1の排気通路内および第2の排気通路内に夫々排気制御弁を配置した内燃機関が公知である(例えば特許文献1を参照)。 Comprising a first exhaust passage and a second exhaust passage branched from a common exhaust passage, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean occludes NO x in the exhaust gas, sky of the exhaust gas flowing When the fuel ratio becomes rich, a NO x absorbent that releases stored NO x is disposed in the first exhaust passage and the second exhaust passage, respectively, and in the first exhaust passage upstream of the NO x absorbent and There is known an internal combustion engine in which a fuel addition valve is disposed in each of the second exhaust passages, and an exhaust control valve is disposed in each of the first exhaust passage and the second exhaust passage downstream of the NO x absorbent (for example, (See Patent Document 1).
この内燃機関では第1の排気通路内に配置されたNOx吸収剤から吸蔵したNOxを放出させるときには第1の排気通路内に配置された排気制御弁を閉弁して第1の排気通路内に排気ガスを滞留させた状態で第1の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料を添加することにより第1の排気通路内における排気ガスの空燃比をリッチに保持し、第2の排気通路内に配置されたNOx吸収剤から吸蔵したNOxを放出させるときには第2の排気通路内に配置された排気制御弁を閉弁して第2の排気通路内に排気ガスを滞留させた状態で第2の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料を添加することにより第2の排気通路内における排気ガスの空燃比をリッチに保持するようにしている。
しかしながらこの内燃機関では各NOx吸収剤からNOxを放出させるために2つの燃料添加弁が必要であるという問題がある。更に大きな問題は、これら燃料添加弁はエンジンからかなり離れたところに配置されており、従ってエンジンからかなり離れたところまで燃料供給管を配管しなければならないということにある。 However, this internal combustion engine has a problem that two fuel addition valves are required to release NO x from each NO x absorbent. A further major problem is that these fuel addition valves are located far away from the engine, so that the fuel supply pipe must be routed far away from the engine.
上記問題点を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に配置された後処理装置が排気ガス流入口と、この排気ガス流入口と整列配置されかつ排気ガス流入口よりも大きな排気ガス流通断面積を有する拡大室と、この拡大室の下流端を画定する触媒とを具備し、触媒上流の拡大室内では一つである排気通路が触媒の上流側端面を境として上流側端面から下流側では第1の排気通路と第2の排気通路に分岐され、燃料添加弁から添加されて排気ガス流入口から拡大室内に流入する燃料を第1の排気通路内に流入させるときには第2の排気通路を閉鎖し、この燃料を第2の排気通路内に流入させるときには第1の排気通路を閉鎖するようにしている。 In order to solve the above problems, according to the present invention, the aftertreatment device disposed in the engine exhaust passage is disposed in an exhaust gas inlet, aligned with the exhaust gas inlet, and larger than the exhaust gas inlet. An expansion chamber having a gas flow cross-sectional area, and a catalyst that defines a downstream end of the expansion chamber, and an exhaust passage that is one in the expansion chamber upstream of the catalyst from the upstream end surface with the upstream end surface of the catalyst as a boundary On the downstream side, when the fuel that is branched into the first exhaust passage and the second exhaust passage and is added from the fuel addition valve and flows into the expansion chamber from the exhaust gas inlet, the second exhaust passage is introduced. The exhaust passage is closed, and the first exhaust passage is closed when the fuel flows into the second exhaust passage.
良好な燃費を確保しつつ燃料添加弁の数を低減できると共に燃料添加弁の取付け位置をエンジン本体に近づけることができる。 The number of fuel addition valves can be reduced while ensuring good fuel efficiency, and the attachment position of the fuel addition valves can be brought closer to the engine body.
図1に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアフローメータ8を介してエアクリーナ9に連結される。吸気ダクト6内には電子制御式スロットル弁10が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口は排気後処理装置20に連結される。
FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路12を介して互いに連結され、EGR通路12内には電子制御式EGR制御弁13が配置される。また、EGR通路12周りにはEGR通路12内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置14が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置14内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管15を介してコモンレール16に連結される。このコモンレール16内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ17から燃料が供給され、コモンレール16内に供給された燃料は各燃料供給管15を介して燃料噴射弁3に供給される。
The
排気後処理装置20は排気タービン7bの出口に連通する排気ガス流入口21と、この排気ガス流入口21と整列配置されかつ排気ガス流入口21よりも大きな排気ガス流通断面積を有する拡大室22と、拡大室22の下流端に連結された一対の排気分岐管23a,23bとを具備しており、これらの各排気管23a,23b内に夫々第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bが形成される。
The
第1の排気通路24a内には上流側から順に第1のNOx吸蔵還元触媒25a、第1のパティキュレートフィルタ26a、第1の酸化触媒27a、およびアクチュエータにより駆動される第1の排気制御弁28aが配置され、第2の排気通路24b内には上流側から順に第2のNOx吸蔵還元触媒25b、第2のパティキュレートフィルタ26b、第2の酸化触媒27b、およびアクチュエータにより駆動される第2の排気制御弁28bが配置される。これら第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bは第1の排気制御弁28aおよび第2の排気制御弁28bの下流において共通の排気管29に合流せしめられる。
In the
また、第1の排気通路24aには第1のNOx吸蔵還元触媒25aの温度を検出するための温度センサ30aと、第1のパティキュレートフィルタ26aの前後差圧を検出するための第1の差圧センサ31aと、第1の酸化触媒27aから排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ32aが配置され、第2の排気通路24bには第2のNOx吸蔵還元触媒25bの温度を検出するための温度センサ30bと、第2のパティキュレートフィルタ26bの前後差圧を検出するための第2の差圧センサ31bと、第2の酸化触媒27bから排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ32bが配置される。
The
図2(A)に後処理装置20の斜視図を示し、図20(B)に図1のII−II線に沿ってみた後処理装置20の断面図を示す。図1および図2に示されるように拡大室22は排気ガス流入口21の中心軸線に沿って延びており、この拡大室22は排気ガス流入口21から両NOx吸蔵還元触媒25a,25bの上流側端面に向けて徐々に拡開している。この徐々に拡開している拡大室22の下流端は同一平面内を延びる両NOx吸蔵還元触媒25a,25bの上流側端面により画定されており、従って拡大室22内では一つである排気通路が両NOx吸蔵還元触媒25a,25bの上流側端面を境としてこれら上流側端面から下流側では第1の排気通路24aと第2の排気通路24bに分岐されることになる。
FIG. 2A shows a perspective view of the
また、図1および図2に示されるように一対の排気分岐管23a,23bは排気ガス流入口21の中心軸線を含む平面に対して対称的に配置されており、従って第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bは排気ガス流入口21の中心軸線を含む平面に対して対称的に配置されることになる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the pair of
一方、図1に示されるように排気マニホルド5内には燃料添加弁33が配置され、この燃料添加弁32から排気マニホルド5内に燃料が添加される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備する。エアフローメータ8、各温度センサ30a,30b,32a,32b、および各差圧センサ31a,31bの出力信号は夫々対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、アクセルペダル49にはアクセルペダル49の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ50が接続され、負荷センサ50の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ51が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁3、スロットル弁10駆動装置、EGR制御弁13、燃料ポンプ17および燃料添加弁33に接続される。
The
図3に後処理装置20の別の実施例を示す。図4(A)は図3に示す後処理装置20の斜視図を示しており、図4(B)は図3のIV−IV線に沿ってみた後処理装置20の断面図を示している。この実施例では拡大室22が円錐状をなしており、NOx吸蔵還元触媒25が後処理装置20の内部空間の横断面全体を延びる一つのストレートフロー型のモノリス触媒からなる。
FIG. 3 shows another embodiment of the
また、後処理装置20の内部空間はNOx吸蔵還元触媒25の下流側端面から下流に向けて延びる隔壁34によって2つの小空間に分離されており、各小空間が夫々第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bを形成している。後処理装置20は全体的に円筒状をなしており、従って第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bの断面は半円形状をなす。この実施例では第1の排気通路24a内に第1のパティキュレートフィルタ26a、第1の酸化触媒27aおよび第1の排気制御弁28aが配置され、第2の排気通路24b内に第2のパティキュレートフィルタ26b、第2の酸化触媒27bおよび第2の排気制御弁28bが配置される。
The internal space of the
図5は図1に示されるNOx吸蔵還元触媒25a,25bおよび図3に示されるNOx吸蔵還元触媒25の構造を示している。図1および図3に示される実施例ではNOx吸蔵還元触媒25a,25b,25はストレートフロー型、即ち直進流型のハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁60により互いに分離された真すぐに延びる複数個の排気ガス流通路61を具備する。各隔壁60の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図6(A)および(B)はこの触媒担体65の表面部分の断面を図解的に示している。図6(A)および(B)に示されるように触媒担体65の表面上には貴金属触媒66が分散して担持されており、更に触媒担体65の表面上にはNOx吸収剤67の層が形成されている。
FIG. 5 shows the structure of the NO x
本発明による実施例では貴金属触媒66として白金Ptが用いられており、NOx吸収剤67を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室2およびNOx吸蔵還元触媒25a,25b,25上流の排気通路内に供給された空気および燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤67は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
In the embodiment according to the present invention, platinum Pt is used as the
When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the
即ち、NOx吸収剤67を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図6(A)に示されるように白金Pt66上において酸化されてNO2となり、次いでNOx吸収剤67内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら硝酸イオンNO3 -の形でNOx吸収剤67内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤67内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt66の表面でNO2が生成され、NOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和しない限りNO2がNOx吸収剤67内に吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。
That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NO x absorbent 67 will be described as an example. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, it is contained in the exhaust gas. As shown in FIG. 6 (A), NO is oxidized on
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、斯くして図6(B)に示されるようにNOx吸収剤67内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOx吸収剤67から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる未燃HC,COによって還元される。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich or stoichiometric, the oxidation concentration in the exhaust gas decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 − → NO 2 ). (B) nitrate in the NO x absorbent 67, as shown in the ion NO 3 - is released from the NO x absorbent 67 in the form of NO 2. Next, the released NO x is reduced by unburned HC and CO contained in the exhaust gas.
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のNOxがNOx吸収剤67内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にNOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOx吸収剤67によりNOxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではNOx吸収剤67の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁33から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってNOx吸収剤67からNOxを放出させるようにしている。
Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when combustion is performed under the lean air-fuel ratio, NO x in the exhaust gas is absorbed into the NO x absorbent 67. However becomes saturated the absorption of NO x capacity of the NO x absorbent 67 during the combustion of the fuel under a lean air-fuel ratio is continued, no longer able to absorb NO x by the NO x absorbent 67 and thus End up. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily made rich by adding fuel from the
一方、図7(A)および(B)は図1に示されるパティキュレートフィルタ26a,26bの構造を示している。なお、図7(A)はパティキュレートフィルタ26a,26bの正面図を示しており、図7(B)はパティキュレートフィルタ26a,26bの側面断面図を示している。図7(A)および(B)に示されるようにパティキュレートフィルタ26a,26bはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路70,71を具備する。これら排気流通路は下流端が栓72により閉塞された排気ガス流入通路70と、上流端が栓73により閉塞された排気ガス流出通路71とにより構成される。なお、図7(A)においてハッチングを付した部分は栓73を示している。従って排気ガス流入通路70および排気ガス流出通路71は薄肉の隔壁74を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路70および排気ガス流出通路71は各排気ガス流入通路70が4つの排気ガス流出通路71によって包囲され、各排気ガス流出通路71が4つの排気ガス流入通路70によって包囲されるように配置される。
7A and 7B show the structures of the
パティキュレートフィルタ26a,26bは例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路70内に流入した排気ガスは図7(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス流出通路71内に流出する。なお、図3に示されるパティキュレートフィルタ26a,26bの構造は輪郭形状が半円形であるということを除いて基本的には図7(A),(B)に示される構造と同じである。
The
図1および図3に示される実施例では各排気ガス流入通路70および各排気ガス流出通路71の周壁面、即ち各隔壁74の両側表面上および隔壁74内の細孔内壁面上にも例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、この触媒担体65の表面上には図6(A)および(B)に示されるように白金Ptからなる貴金属触媒66が分散して担持されており、NOx吸収剤67の層が形成されている。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 3, for example, alumina is also provided on the peripheral wall surfaces of each exhaust
従ってリーン空燃比のもとで燃料が行われているときには排気ガス中のNOxがパティキュレートフィルタ26a,26b上のNOx吸収剤67内にも吸収される。このNOx吸収剤67に吸収されたNOxも燃料添加弁33から燃料を添加することによって放出される。
Therefore, when fuel is being performed under a lean air-fuel ratio, NO x in the exhaust gas is also absorbed in the NO x absorbent 67 on the
一方、排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタ26a,26b上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ26a,26b上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ26a,26bの温度を600℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。
On the other hand, the particulate matter contained in the exhaust gas is collected on the
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ26a,26b上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたとき、即ち差圧センサ31a,31bにより検出されたパティキュレートフィルタ26a,26bの前後差圧ΔPが許容値を越えたときにはパティキュレートフィルタ26a,26bに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料添加弁33から燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ26a,26bの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the amount of the particulate matter deposited on the
なお、図1および図3においてNOx吸蔵還元触媒25a,25bに代え、酸化触媒或いは三元触媒を用いることができる。この場合、図3に示す実施例ではこれら酸化触媒或いは三元触媒はストレートフロー型のモノリス触媒から形成される。また、図1および図3においてパティキュレートフィルタ26a,26bとして、NOx吸収剤67を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできる。
In FIGS. 1 and 3, an oxidation catalyst or a three-way catalyst can be used in place of the NO x
次に図8を参照しつつNOx吸蔵還元触媒25a,25b,25上のNOx吸収剤67、およびパティキュレートフィルタ26a,26b上のNOx吸収剤67からのNOxの放出制御について説明する。
Then the NO x
機関から単位時間当りに排出されるNOx量は機関の運転状態に応じて変化し、従って単位時間当りにNOx吸収剤67に吸収されるNOx量も機関の運転状態に応じて変化する。本発明による実施例ではNOx吸収剤67に単位時間当り吸収されるNOx量NOXAが要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図9に示すマップの形で予めROM42内に記憶されており、このNOx量NOXAを積算することによって図8に示されるNOx吸収剤67に吸収されたNOx量ΣNOXが算出される。 Amount of NO x discharged from the engine per unit time changes in accordance with the engine operating state, therefore changes according to the operating state of the NO x amount engine is absorbed in the NO x absorbent 67 per unit time . Is stored in advance in ROM42 in the form of a map shown in FIG. 9 as a function of the NO x amount NOXA is required torque TQ and engine speed N which is absorbed per unit time in the NO x absorbent 67 in this embodiment of the present invention The NO x amount ΣNOX absorbed in the NO x absorbent 67 shown in FIG. 8 is calculated by integrating the NO x amount NOXA.
本発明による実施例では第1の排気通路24a内のNOx吸収剤67からと、第2の排気通路24b内のNOx吸収剤67からとから交互にNOxの放出作用が行われ、NOx吸収剤67に吸収されたNOx量ΣNOXが図8に示される許容値MAXに達するといずれか一方の排気通路24a,24b内のNOx吸収剤67のNOx吸収量が許容値に達していることになる。従ってこのとき許容値に達している方のNOx吸収剤67からNOxを放出すべきであると判断される。このとき他のNOx吸収剤67に吸収されているNOx量は許容値の半分である。なお、図8においてX1は第1の排気通路24a内のNOx吸収剤67のNOx吸収量が許容値に達したときを示しており、X2は第2の排気通路24b内のNOx吸収剤67のNOx吸収量が許容値に達したときを示している。
In the embodiment according to the present invention, the NO x releasing action is alternately performed from the NO x absorbent 67 in the
一方、図8においてIは第1の排気通路24aを示しており、IIは第2の排気通路24bを示している。図8からわかるように通常は、即ちNOx量ΣNOXが許容値MAXよりも低いときには第1の排気制御弁28aおよび第2の排気制御弁28bのいずれも開弁せしめられており、第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24b内のいずれもリーン空燃比の排気ガスが流通している。従ってこのときにはいずれの排気通路24a,24b内のNOx吸収剤67においても排気ガス中のNOxの吸収作用が行われている。
On the other hand, in FIG. 8, I indicates the
さて、図8においてX1で示されるように第1の排気通路24a内に配置されたNOx吸収剤67からNOxを放出すべきときにはまず初めに第2の排気制御弁28bが閉弁せしめられ、それによって第2の排気通路24bが閉鎖される。その結果、排気ガス流入口21から拡大室22内に流入した排気ガスは第1の排気通路24a内へのみ流入することになる。次いで第2の排気通路24bが閉鎖された後、予め定められた第1の時間Δt1を経過したときに燃料添加弁32からミスト状、即ち微粒子状の燃料が添加され、この添加燃料は微粒子状をなして拡大室22内に流入する。
Now, first, the second
添加燃料の微粒子が拡大室22内に流入するとこれら微粒子は減速され、燃料微粒子の慣性力が弱められる。このとき上述したように排気ガスは第1の排気通路24a内にのみ流入しており、一方このとき上述したように燃料微粒子の慣性力が弱められているので燃料微粒子は排気ガスに載って第1の排気通路24a内に向かう。従って添加されたほとんど全ての燃料が拡大室22の内壁面や第2のNOx吸蔵還元触媒25bの上流側端面上に付着することなく、第1の排気通路24a内に送り込まれる。なお、第1の時間は第2の排気通路24b内への排気ガスの流入が停止するまでの待ち時間に相当する。
When the fine particles of the added fuel flow into the
一方、燃料が添加されてから予め定められた第2の時間Δt2を経過すると第2の排気制御弁28bが開弁して第2の排気通路24bが開通せしめられると共に第1の排気制御弁28aが閉弁せしめられて第1の排気通路24aが閉鎖される。即ち、燃料添加弁33から燃料が添加されるとこの燃料は排気ガス流に乗って即座に第1の排気通路24a内を突き抜けるのではなくて、排気ガス流に対し遅れて第1の排気通路24a内を前進する。次いでこの燃料は第1の排気通路24a内のNOx吸蔵還元触媒25aや、パティキュレートフィルタ26aや、酸化触媒27aに一旦付着し、その後蒸発する。
On the other hand, when a predetermined second time Δt2 elapses after the fuel is added, the second
即ち、燃料添加弁33からの燃料添加後、第1の排気制御弁28aを早く閉弁しすぎると添加燃料が第1の排気通路24a内の先の方まで進まないためにNOx吸蔵還元触媒25aやパティキュレートフィルタ26aの表面を十分に利用して添加燃料を保持しえず、これに対し燃料添加後、第1の排気制御弁28aを遅く閉弁しすぎると蒸発した燃料が外部に排出されてしまう。即ち、第2の時間Δt2は燃料添加弁33から添加された燃料を第1の排気通路24a内に保持するために必要な時間である。
That is, after the fuel is added from the
この場合、排気ガスの流速が早いほど、即ち吸入空気量が多いほど添加燃料は先に進むので吸入空気量が多いほど第1の排気制御弁28aは早く閉弁する必要がある。従って図10(A)に示されるように吸入空気量Gaが増大するほど第2の時間Δt2は短くされる。一方、NOx吸蔵還元触媒25aやパティキュレートフィルタ26aの温度Tc、即ちNOx吸収剤67の温度Tcが高くなるほど付着した燃料は蒸発しやすくなるので図10(B)に示されるように温度Tcが高くなるほど第2の時間Δt2は短くされる。この第2の時間Δt2は吸入空気量Gaおよび温度Tcの関数として図10(C)に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。
In this case, the faster the exhaust gas flow rate, that is, the larger the intake air amount, the more the added fuel advances. Therefore, the larger the intake air amount, the faster the first
一方、第1の排気制御弁28aが閉弁せしめられ、第1の排気通路24aが閉鎖されてから予め定められた第3の時間Δt3が経過すると第1の排気制御弁28aが開弁せしめられ、第1の排気通路24aが開通せしめられる。第1の排気制御弁28aが閉弁している間にNOx吸蔵還元触媒25aやパティキュレートフィルタ26aに付着した燃料が蒸発して第1の排気通路24a内に滞留している排気ガスの空燃比はリッチとなり、それによってNOx吸収剤67に吸収されていたNOxが放出され、還元される。従って第3の時間Δt3は第1の排気通路24a内における排気ガスの空燃比をリッチに保持することのできる時間である。
On the other hand, the first
なお、NOx吸収剤67の温度Tcが高いほどNOxの放出還元作用が進むので図11(A)に示されるように温度Tcが高くなるほど第3の時間Δt3は短くなる。また、排気制御弁28a,28bは全閉していても若干の漏れがあり、このような漏れがあるとリーン空燃比の排気ガスが第1の排気通路24a内に流入してくるので第1の排気通路24a内の排気ガスの空燃比がリッチからリーンに早期に切換わることになる。この場合、排気ガス量が多いほど、即ち吸入空気量Gaが多いほどリッチからリーンに早期に切換わるので図11(B)に示されるように吸入空気量Gaが増大するほど第3の時間Δt3は短くされる。この第3の時間Δt3は吸入空気量Gaおよび温度Tcの関数として図11(C)に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。
As the temperature Tc of the NO x absorbent 67 increases, the NO x release and reduction action progresses. Therefore, as shown in FIG. 11A, the third time Δt3 becomes shorter as the temperature Tc increases. Further, even if the
図8においてX2で示されるように第2の排気通路24b内に配置されたNOx吸収剤67からNOxを放出すべきときも同様である。即ち、第2の排気通路24b内に配置されたNOx吸収剤67からNOxを放出すべきときには第1の排気通路24aを閉鎖した後、予め定められた第1の時間Δt1を経過したときに燃料添加弁33から燃料が添加され、燃料が添加されてから予め定められた第2の時間Δt2を経過したときに第1の排気通路24aが開通せしめられると共に第2の排気通路24bが閉鎖され、次いで予め定められた第3の時間Δt3が経過したときに第2の排気通路24bが開通せしめられる。
The same applies when the
本発明の特徴とするところは、排気タービン7bの出口、或いはこの出口に通ずる共通の排気通路からただちに第1の排気通路24aと第2の排気通路24bとを分岐させるのではなくて、排気タービン7bの出口、或いはこの出口に通ずる共通の排気通路を拡大室22を介して第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bに連結するようにしたことにある。このように第1の排気通路24aおよび第2の排気通路24bの直前に拡大室22を形成することによって燃費を向上することができる。
A feature of the present invention is that the
即ち、このような拡大室22を設けることなく排気タービン7bの出口、或いはこの出口に通ずる共通の排気通路からただちに第1の排気通路24aと第2の排気通路24bとを分岐させた場合において、例えば添加された燃料を第1の排気通路24a内にのみ送り込むために第1の排気制御弁28aを全開し、第2の排気制御弁28bを閉弁した状態で燃料添加弁33から燃料を添加し、添加された燃料が第1の排気通路24aに送り込まれたときに第1の排気制御弁28aを閉弁し、第2の排気制御弁28bを開弁したとする。この場合、一見したところ全ての添加燃料が第1の排気通路24a内に送り込まれ、その後第1の排気制御弁28aが閉弁せしめられることによって第1の排気通路24a内における排気ガスの空燃比がリッチに保持されるように見える。
That is, in the case where the
しかしながら実際には添加された燃料を第1の排気通路24a内にのみ送り込むために第1の排気制御弁28aを全開し、第2の排気制御弁28bを閉弁した状態で燃料添加弁33から燃料を添加しても添加された燃料は微粒子状をなしているために添加された燃料の一部が慣性により第2の排気通路24b内に流入し、第2の排気通路24bの内壁面上等に付着する。次いで第2の排気制御弁28bが全開せしめられるとこの付着燃料は第2の排気通路24b内を流通せしめられる。
However, actually, in order to send the added fuel only into the
ところでこの場合、この付着燃料によっては第2の排気通路24b内の排気ガスの空燃比はリッチにはならず、従って第2の排気通路24b内のNOx吸収剤67からのNOx放出作用は行われない。即ち、この場合、この付着燃料は無駄に消費されることになる。これに対し、本発明におけるように拡大室22を設けると前述したように燃料微粒子は拡大室22内で減速するために慣性力が弱められる。その結果、ほとんど全ての燃料が排気ガス流に載って流入すべき排気通路24a,24b内に流入するので燃費を向上できることになる。
Incidentally in this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas in this adhering fuel
なお、図3に示される実施例では触媒25の直径に沿って延びる隔壁60が隔壁34と整列するように配置されており、触媒25内においては触媒25の直径に沿って延びる隔壁60によって第1の排気通路24aと第2の排気通路24bが分離されている。即ち、図3に示される実施例では触媒25の直径に沿って延びる隔壁60と隔壁34とによって第1の排気通路24aと第2の排気通路24bとが分離されている。
In the embodiment shown in FIG. 3, the
図12は排気浄化処理ルーチンを示している。
図12を参照するとまず初めにステップ100において図9に示すマップから単位時間当り吸収されるNOx量NOXAが算出される。次いでステップ101ではこのNOXAがNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOXに加算される。次いでステップ102では吸収NOx量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別され、ΣNOX>MAXとなったときにはステップ103に進んで第1の排気通路24a内のNOx吸収剤67からNOxを放出すべきであることを示すフラグIがセットされているか否かが判別される。
FIG. 12 shows an exhaust purification processing routine.
Referring to FIG. 12, first, at
ステップ103においてフラグIがセットされていると判断されたとき、即ち第1の排気通路24a内のNOx吸収剤67からNOxを放出すべきときにはステップ104に進んでフラグIがリセットされる。次いでステップ105では第1の時間Δt1が算出される。次いでステップ106では温度センサ30aおよび温度センサ32aにより検出された温度の一方又は双方から推定されるNOx吸蔵還元触媒25aおよびパティキュレートフィルタ26aの代表温度Tcとエアフローメータ8により検出された吸入空気量Gaとに基づいて図10(C)に示すマップから第2の時間Δt2が算出される。次いでステップ107では温度センサ30aおよび温度センサ32aにより検出された温度の一方又は双方から推定されるNOx吸蔵還元触媒25aおよびパティキュレートフィルタ26aの代表温度Tcとエアフローメータ8により検出された吸入空気量Gaとに基づいて図11(C)に示すマップから第3の時間Δt3が算出される。次いでステップ108に進む。
When it is determined in
ステップ108では図8に示されるようにまず初めに第2の排気制御弁28bが閉弁され、次いでステップ105において算出された第1の時間Δt1が経過したときに燃料添加弁33から燃料、即ち軽油が添加されると共にNOx量ΣNOXが零とされる。次いでステップ106において算出された第2の時間Δt2が経過したときに第1の排気制御弁28aが閉弁され、第2の排気制御弁28bが開弁される。次いでステップ107において算出された第3の時間Δt3が経過したときに第1の排気制御弁28aが開弁される。
In
一方、ステップ103においてフラグIがセットされていないと判断されたとき、即ち第2の排気通路24b内のNOx吸収剤67からNOxを放出すべきときにはステップ109に進んでフラグIがセットされる。次いでステップ110では第1の時間Δt1が算出される。次いでステップ111では温度センサ30bおよび温度センサ32bにより検出された温度の一方又は双方から推定されるNOx吸蔵還元触媒25bおよびパティキュレートフィルタ26bの代表温度Tcとエアフローメータ8により検出された吸入空気量Gaとに基づいて図10(C)に示すマップから第2の時間Δt2が算出される。次いでステップ112では温度センサ30bおよび温度センサ32bにより検出された温度の一方又は双方から推定されるNOx吸蔵還元触媒25bおよびパティキュレートフィルタ26bの代表温度Tcとエアフローメータ8により検出された吸入空気量Gaとに基づいて図11(C)に示すマップから第3の時間Δt3が算出される。次いでステップ108に進む。
On the other hand, when it is determined in
ステップ108では図8に示されるようにまず初めに第1の排気制御弁28aが閉弁され、次いでステップ110において算出された第1の時間Δt1が経過したときに燃料添加弁33から燃料、即ち軽油が添加されると共にNOx量ΣNOXが零とされる。次いでステップ111において算出された第2の時間Δt2が経過したときに第2の排気制御弁28bが閉弁され、第1の排気制御弁28aが開弁される。次いでステップ112において算出された第3の時間Δt3が経過したときに第2の排気制御弁28bが開弁される。
In
ところで燃料添加弁33に燃料を添加するための燃料供給管を長い距離に亘って車両の床下に配管するのは抵抗感がある。しかしながら本発明では図1および図3に示されるように燃料添加弁33をエンジン本体近くに配置できるので燃料供給管を短かくすることができる。
By the way, piping a fuel supply pipe for adding fuel to the
図13に変形例を示す。この変形例では第1の排気通路24aの下流端と第2の排気通路24bの下流端の排気通路29への合流部に一個の排気制御弁28が配置され、この一個の排気制御弁28によって実線で示されるように第1の排気通路24aと第2の排気通路24bが共に開通している状態と、破線aで示されるように第1の排気通路24aのみが閉鎖されている状態と、破線bで示されるように第2の排気通路24bのみが閉鎖されている状態との3つの状態に切換えられる。
FIG. 13 shows a modification. In this modified example, one
5 排気マニホルド
20 排気後処理装置
24a 第1の排気通路
24b 第2の排気通路
25a 第1のNOx吸蔵還元触媒
25b 第2のNOx吸蔵還元触媒
26a 第1のパティキュレートフィルタ
26b 第2のパティキュレートフィルタ
27a 第1の酸化触媒
27b 第2の酸化触媒
28a 第1の排気制御弁
28b 第2の排気制御弁
33 燃料添加弁
5
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JP2010538200A (en) * | 2007-08-30 | 2010-12-09 | エネルギー コンヴァージョン テクノロジー アクティーゼルスカブ | Exhaust gas device and method for regenerating NOx trap and particle filter |
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