JP2007120346A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。 Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine is mainly composed of soot made of carbonaceous matter and SOF content (Soluble Organic Fraction) made of high-boiling hydrocarbon components. The composition contains a small amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component). As a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter is installed in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust gas flows. It has been done conventionally.
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されて、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようにしてある。 This type of particulate filter has a porous honeycomb structure made of a ceramic such as cordierite, and the inlets of the flow paths partitioned in a lattice pattern are alternately sealed, and the inlets are not sealed. The outlet of the flow channel is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall that defines each flow channel is discharged downstream, and the particulates in the exhaust gas are porous. It is intended to be collected on the inner surface of the thin wall.
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、PtやPd等を活性種とする酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの実用化が進められている。 Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operating conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough for particulates to self-combust, so an oxidation catalyst that uses Pt, Pd, etc. as an active species is integrated. The catalyst regeneration type particulate filter supported on the surface is being put to practical use.
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。 That is, if such a catalyst regeneration type particulate filter is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted to lower the ignition temperature, and the particulates can be burned and removed even at an exhaust temperature lower than the conventional one. It becomes possible.
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。 However, even when such a catalyst regeneration type particulate filter is used, the trapped amount exceeds the particulate processing amount in the operation region where the exhaust temperature is low, so such a low exhaust gas. If the operation state at the temperature continues, there is a possibility that the particulate filter will fall into an over trapped state without the regeneration of the particulate filter proceeding well.
そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を別途装備し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。 Therefore, a flow-through type oxidation catalyst is separately installed in the previous stage of the particulate filter, and when the accumulated amount of particulates has increased, fuel is added to the exhaust gas by fuel injection control on the diesel engine side. It is considered to perform forced regeneration of the filter.
つまり、この燃料添加で生じたHCガスが前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。 That is, the HC gas generated by this fuel addition undergoes an oxidation reaction while passing through the preceding oxidation catalyst, and the catalyst bed temperature of the particulate filter immediately after is raised by the inflow of the exhaust gas heated by the reaction heat, and the particulates. The curate is burned out and the particulate filter is regenerated.
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良い。 As a specific means for performing this type of fuel addition, exhaust gas is obtained by performing post injection at a timing of non-ignition later than compression top dead center following main injection of fuel performed near compression top dead center. The fuel is generally added to the inside, but the fuel may be added to the exhaust gas by delaying the timing of the main injection into the cylinder.
尚、斯かるパティキュレートフィルタの強制再生に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献1等がある。
しかしながら、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別途装備することは、配置スペースの拡大やコストの高騰を招いてしまうことになるため、本発明者らは、前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタを採用することを創案するに到り、その実用化に向けた研究開発の中で以下に詳述する目詰まりの問題が実用化を阻む一要因を成していることを見いだした。 However, separately installing an oxidation catalyst in the front stage of the particulate filter leads to an increase in arrangement space and a cost increase. The idea of using plug-type particulate filters has been invented, and the clogging problem described in detail below is one of the factors that hinders practical application in research and development for its practical application. I found.
即ち、このような奥栓式のパティキュレートフィルタでは、各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に、HCガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒を担持させ、前段に個別に離間配置されるべき酸化触媒をパティキュレートフィルタと一体構成したものとなるが、このようにした場合、本来のフィルタとして機能する後方部分(入口側の栓体より後方の部分)と同じ母材に酸化触媒が担持されることになるため、HCガスを良好に酸化反応させる機能があるだけで良い前方部分でもパティキュレートが積極的に捕集されてしまうことになる。 That is, in such a back plug type particulate filter, the plug body sealing the inlet side of each flow path is arranged at a position where it enters the flow path back side by a required length from the input side end face. The front part from the position of the plug on the inlet side to the end face on the inlet side carries an oxidation catalyst with an enhanced function to assist the oxidation reaction of HC gas, and the oxidation catalyst that should be separately arranged in the previous stage is particulate. In this case, the oxidation catalyst is supported on the same base material as the rear part (the part behind the plug on the inlet side) that functions as the original filter. In addition, the particulates are positively collected even in the front portion which only has a function of oxidizing the HC gas satisfactorily.
一方、前方部分の酸化触媒におけるHCガスの酸化反応は、下流側へ向かうにつれて触媒表面との接触頻度が増すことにより活発化してくるので、酸化触媒が担持された前方部分における温度分布は、排気温度と略等しい入側端面の温度から下流側へ向かうにつれて反応熱により徐々に上昇するものとなり、酸化触媒が担持された前方部分の入側端面は常に触媒活性が低い状態となってしまう。 On the other hand, the oxidation reaction of HC gas in the oxidation catalyst in the front part is activated by increasing the contact frequency with the catalyst surface toward the downstream side, so the temperature distribution in the front part where the oxidation catalyst is supported is The temperature gradually increases due to reaction heat from the temperature of the inlet side end surface substantially equal to the temperature toward the downstream side, and the inlet side end surface of the front portion on which the oxidation catalyst is supported always has a low catalytic activity.
このため、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、いくらディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を実施しても、パティキュレートフィルタの入側端面を中心としてパティキュレートの燃え残りが生じ易くなり、このパティキュレートの燃え残りが流路を塞ぐようなブリッジに成長して目詰まりを起こす虞れがあった。 For this reason, in the case of a vehicle with an operation mode in which the operation state with a low exhaust temperature continues for a long time, such as an urban route bus that travels only on a congested road, the amount of fuel injected into the exhaust gas by the fuel injection control on the diesel engine side. Even if the particulate filter is forcibly regenerated with the addition of, it is easy for particulates to remain unburned around the inlet end surface of the particulate filter, and this particulate burning residue blocks the flow path. There was a risk of clogging.
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタの強制再生を目詰まりの心配なく実施し得るようにすることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to enable forced regeneration of a back plug type particulate filter in which an oxidation catalyst is integrally formed in a front portion without worrying about clogging. It is said.
本発明は、各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し且つその入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒を担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタを排気管の途中に介装し、エンジンの各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料が前記酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、排気マニホールドの出口に近い排気管の最上流部にプレ酸化触媒を配設したことを特徴とするものである。 According to the present invention, the plug body sealing the inlet side of each flow path is arranged at a position where it enters the flow path back side by a required length from the inlet side end face, and is inserted from the arrangement position of the plug body on the inlet side. A plug-type particulate filter with an oxidation catalyst supported on the front part up to the side end face is inserted in the middle of the exhaust pipe, and fuel injection into each cylinder of the engine is controlled to leave a large amount of unburned fuel. In the exhaust emission control device, the fuel is added to the exhaust gas and the particulate filter is combusted by the reaction heat when the added fuel undergoes an oxidation reaction with the oxidation catalyst to forcibly regenerate the particulate filter. A pre-oxidation catalyst is disposed at the most upstream portion of the exhaust pipe close to the outlet of the exhaust manifold.
而して、このようにすれば、エンジンから排出されて間もない高温の排気ガスがプレ酸化触媒に導入されることにより、排気温度の低い運転状態でも比較的容易にプレ酸化触媒の触媒床温度が上昇して活性が高まるので、斯かる状態でエンジンの各気筒への燃料噴射を制御して燃料添加を実行した際に、この燃料添加で生じたHCガスの一部がプレ酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱により排気ガスの昇温化が図られることになる。 In this way, since the high-temperature exhaust gas that has just been exhausted from the engine is introduced into the pre-oxidation catalyst, the catalyst bed of the pre-oxidation catalyst can be relatively easily obtained even when the exhaust temperature is low. Since the temperature rises and the activity increases, when fuel addition is performed by controlling the fuel injection to each cylinder of the engine in this state, a part of the HC gas generated by this fuel addition acts as a pre-oxidation catalyst. An oxidation reaction takes place during the passage, and the temperature of the exhaust gas is raised by the reaction heat.
この結果、エンジンからパティキュレートフィルタまで排気ガスを導く間に排気温度が低下してしまってパティキュレートを前方部分の酸化触媒で良好に燃焼除去することができなかった運転領域にあっても、エンジンから排出されて間もない高温の排気ガスを対象としたプレ酸化触媒によりHCガスを酸化反応させて排気ガスの昇温化を図り、パティキュレートフィルタの前方部分における酸化触媒の活性を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し、パティキュレートフィルタの前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することが可能となる。 As a result, even if the exhaust temperature is lowered while the exhaust gas is led from the engine to the particulate filter, the particulate matter cannot be burned and removed satisfactorily by the oxidation catalyst in the front portion. The HC gas is oxidized by a pre-oxidation catalyst targeting high-temperature exhaust gas that has just been exhausted to raise the temperature of the exhaust gas, and the activity of the oxidation catalyst in the front part of the particulate filter is increased and captured. It is possible to promote combustion removal of the collected particulates, and to significantly reduce the unburned particulates in the front part of the particulate filter.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタを用いて強制再生を実施するに際し、排気温度の低い運転領域においても、パティキュレートフィルタの前方部分における酸化触媒の活性を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し、パティキュレートフィルタの前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することができるので、パティキュレートフィルタの前方部分に目詰まりが発生する虞れを未然に回避することができる。 (I) When forced regeneration is performed using a back-plug type particulate filter in which an oxidation catalyst is integrally formed in the front portion, the activity of the oxidation catalyst in the front portion of the particulate filter is increased even in an operation region where the exhaust temperature is low. It is possible to promote the burning and removal of collected particulates and greatly reduce the remaining unburned particulates in the front part of the particulate filter, which may cause clogging in the front part of the particulate filter. Can be avoided in advance.
(II)前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタの強制再生を目詰まりの心配なく実施できることにより、従来のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を個別に離間配置していた場合と比較して、配置スペースを排気管の長手方向に縮小して車輌への搭載性を大幅に向上することができ、触媒設置に関連する部品点数を減らしてコストの大幅な削減を図ることができ、更には、パティキュレートフィルタの前方部分で生じた反応熱を後方部分に直接的に伝えることができて再生時間の大幅な短縮を図ることができる。 (II) Since the forcible regeneration of the back-plug type particulate filter in which the oxidation catalyst is integrally formed in the front portion can be performed without worrying about clogging, the oxidation catalyst is separately arranged in front of the conventional particulate filter. Compared to the case, the installation space can be reduced in the longitudinal direction of the exhaust pipe to greatly improve the mountability to the vehicle, and the number of parts related to the catalyst installation can be reduced to greatly reduce the cost. Furthermore, the reaction heat generated in the front part of the particulate filter can be directly transmitted to the rear part, and the regeneration time can be greatly shortened.
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における1はターボチャージャ2を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ3から導いた空気4が吸気管5を介し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された空気4が更にインタクーラ6へと送られて冷却され、該インタクーラ6から図示しないインテークマニホールドへと空気4が導かれてディーゼルエンジン1の各シリンダに導入されるようにしてある。
1 to 4 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a diesel engine equipped with a
また、このディーゼルエンジン1の各シリンダから排出された排気ガス7が排気マニホールド8を介し前記ターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス7が排気管9を介し車外へ排出されるようにしてある。
The
そして、この排気ガス7が流通する排気管9の途中に介装されたフィルタケース10内には、前方部分に酸化触媒11aを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ11が収容されており、その構造を模式的に示した図2により詳述すると、このパティキュレートフィルタ11は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路12の入口が栓体13により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路12については、その出口が栓体14により目封じされるようになっており、各流路12を区画する多孔質薄壁15を透過してパティキュレートを捕集された排気ガス7のみが下流側へ排出されるようにしてあるが、入口側の栓体13が入側端面から所要長さだけ流路12奥側へ入り込んだ位置に配置され、その入口側の栓体13の配置位置から入側端面までの前方部分に、HCガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒11a(図3参照)が担持されており、入口側の栓体13の配置位置から出側端面までの後方部分には、捕集済みパティキュレートの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒11b(図3参照)が担持されている。
And, in the
尚、一般的には、前方部分の酸化触媒11aの方が後方部分の酸化触媒11bよりもPtやPd等の活性種の量を多くしたものとなるのが通常であるが、パティキュレートフィルタ11全体に一様の酸化触媒を担持させるようにしても良く、また、後方部分の酸化触媒11bをNOx吸蔵還元触媒に置き換えることも可能である。
In general, the
また、ターボチャージャ2のタービン2b直後の排気管9(排気マニホールド8の出口に近い排気管9の最上流部)には、PtやPd等を活性種とする触媒原料をステンレス製のメタル担体に担持させて成るプレ酸化触媒16が、前記パティキュレートフィルタ11に対し所要間隔を隔てて離間配置されている。
Further, in the
このプレ酸化触媒16は、図4に拡大して示す如く、ステンレス製の平板材16aと波板材16bとを螺旋状に巻いた円柱状のメタル担体に触媒原料を担持させたものとなっており、排気管9の管径と略同等の径を有する比較的小容量のフロースルー型の酸化触媒として形成されているが、図5に示す如く、セラミックから成るハニカム構造の担体に触媒原料を担持させたものとしても良い。
As shown in an enlarged view in FIG. 4, the
また、本形態例においては、パティキュレートフィルタ11の強制再生を行う必要が生じた際に、ディーゼルエンジン1の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置17(図1参照)の燃料噴射制御が通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミング(開始時期がクランク角90゜〜120゜の範囲)でポスト噴射が実行されるようになっている。
Further, in this embodiment, the fuel injection control of the fuel injection device 17 (see FIG. 1) for injecting fuel into each cylinder of the diesel engine 1 is usually performed when the forced regeneration of the
つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス7中に未燃の燃料(主としてHC:炭化水素)が添加されることになり、この未燃の燃料により生じたHCガスが排気ガス7がディーゼルエンジン1から排出されることになる。
That is, when post-injection is performed at a non-ignition timing later than the compression top dead center following main injection, unburned fuel (mainly HC: hydrocarbon) is added to the
而して、このようにすれば、ディーゼルエンジン1から排出されて間もない高温の排気ガス7がプレ酸化触媒16に導入されることにより、排気温度の低い運転状態でも比較的容易にプレ酸化触媒16の触媒床温度が上昇して活性が高まるので、斯かる状態で燃料噴射装置17の燃料噴射制御を通常モードから再生モードに切り替えて、メイン噴射に続き圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を実行した際に、該ポスト噴射により排気ガス7中に未燃のまま添加された燃料が高濃度のHCガスとなって、該HCガスの一部がプレ酸化触媒16を通過する間に酸化反応し、その反応熱により排気ガス7の昇温化が図られることになる。
Thus, the high-
この結果、ディーゼルエンジン1からパティキュレートフィルタ11まで排気ガス7を導く間に排気温度が低下してしまってパティキュレートを前方部分の酸化触媒11aで良好に燃焼除去することができなかった運転領域にあっても、ディーゼルエンジン1から排出されて間もない高温の排気ガス7を対象としたプレ酸化触媒16によりHCガスを酸化反応させて排気ガス7の昇温化を図り、パティキュレートフィルタ11の前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することが可能となる。
As a result, the exhaust gas temperature is lowered while the
従って、上記形態例によれば、前方部分に酸化触媒11aを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ11を用いて強制再生を実施するに際し、排気温度の低い運転領域においても、パティキュレートフィルタ11の前方部分における酸化触媒11aの活性を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し、パティキュレートフィルタ11の前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することができるので、パティキュレートフィルタ11の前方部分に目詰まりが発生する虞れを未然に回避することができる。
Therefore, according to the above embodiment, when the forced regeneration is performed using the back plug
また、前方部分に酸化触媒11aを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ11の強制再生を目詰まりの心配なく実施できることにより、従来のパティキュレートフィルタ11の前段に酸化触媒11aを個別に離間配置していた場合と比較して、配置スペースを排気管9の長手方向に縮小して車輌への搭載性を大幅に向上することができ、触媒設置に関連する部品点数を減らしてコストの大幅な削減を図ることができ、更には、パティキュレートフィルタ11の前方部分で生じた反応熱を後方部分に直接的に伝えることができて再生時間の大幅な短縮を図ることができる。
Further, the forced regeneration of the back-plug
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、先の形態例においては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するようにしているが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment. In the previous embodiment, the main injection of fuel performed near the compression top dead center is followed by the compression top dead center. Fuel is added to the exhaust gas by performing post-injection at a slow non-ignition timing, but fuel is added to the exhaust gas by delaying the timing of main injection into the cylinder later than usual. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
7 排気ガス
8 排気マニホールド
9 排気管
11 パティキュレートフィルタ
11a 酸化触媒
12 流路
13 栓体
16 プレ酸化触媒
1 Diesel engine (engine)
7 exhaust gas 8
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JP2005311044A JP2007120346A (en) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | Exhaust emission control device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013169501A (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust emission control device |
JP2015137605A (en) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | マツダ株式会社 | Exhaust emission control catalyst device |
-
2005
- 2005-10-26 JP JP2005311044A patent/JP2007120346A/en active Pending
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