JP2007154717A - Exhaust emission control device and exhaust emission control method for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの排気浄化装置及び排気浄化方法に関し、特に、排気ガス中のNOXを効率的に還元することができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device and an exhaust gas purification method for exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine that can efficiently reduce NO x in the exhaust gas. .
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、黒煙微粒子(以下、PMと称する)や窒素酸化物(以下、NOXと称する)等が含まれている。そのために、排気ガスの後処理装置として、パティキュレートフィルタ(以下、PMフィルタ又は単にフィルタと称する場合がある)やNOX触媒等を設けて、排気ガスを浄化する対策がとられている。
例えば、後処理装置としてPMフィルタを備えた場合には、PMフィルタにおいて排気ガス中のPMを捕集するとともに、定期的に、バーナで燃焼させたり、酸化触媒を通過させた高温の排気ガスによって燃焼(酸化)させたりすることにより、PMを除去している。また、後処理装置としてNOX触媒を備えた場合には、排気ガス中のNOやNO2をNOX触媒によって吸収するとともに、尿素や生ガス(HC)等の還元剤を供給して還元反応させ、分解して排出している。
Conventionally, in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine black smoke particles (hereinafter, referred to as PM) and nitrogen oxides (hereinafter, referred to as NO X), etc. are included. For this reason, a countermeasure is taken to purify the exhaust gas by providing a particulate filter (hereinafter sometimes referred to as PM filter or simply a filter), an NO x catalyst, or the like as an exhaust gas aftertreatment device.
For example, when a PM filter is provided as a post-processing device, PM in exhaust gas is collected by the PM filter, and periodically burned by a burner or by high-temperature exhaust gas that has passed an oxidation catalyst. PM is removed by burning (oxidizing) or the like. Further, when the NO x catalyst is provided as the aftertreatment device, NO and NO 2 in the exhaust gas are absorbed by the NO x catalyst, and a reducing agent such as urea and raw gas (HC) is supplied to reduce the reaction. Disassembled and discharged.
また、PMやNOXをともに除去するために、これらのPMフィルタとNOX触媒とを両方備えた排気浄化装置が開示されている。より具体的には、図8に示すように、ディーゼルエンジン401からの排気ガス408が流通する排気管409途中に、酸化触媒が一体的に担持されたパティキュレートフィルタ412を設け、該パティキュレートフィルタ412より下流側の排気管409途中に、NOX吸蔵還元触媒411を設け、パティキュレートフィルタ412とNOX吸蔵還元触媒411との間の排気管409途中からバイパスライン417を分岐させてNOX吸蔵還元触媒411より下流側の排気管409途中に接続するとともに、該バイパスライン417の分岐部に、排気ガス408をNOX吸蔵還元触媒411側あるいはバイパスライン417側のいずれかに導くよう切換可能な切換弁418を設けた排気浄化装置である(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に開示された排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの再生時には、排気ガスを、NOX吸蔵還元触媒をバイパスさせて放出する構成であり、その間、排気ガス中のNOXを除去することができないものであった。
一方、パティキュレートフィルタの再生時に、高温の排気ガスをそのままNOX触媒中を通過させると、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を生じるという問題が残る。
However, the exhaust gas purification device disclosed in Patent Document 1 is configured to discharge the exhaust gas by bypassing the NO X storage reduction catalyst during regeneration of the particulate filter, and during that time, NO X in the exhaust gas is removed. It was something that could not be done.
On the other hand, when the regeneration of the particulate filter, when passing directly NO X catalyst in high-temperature exhaust gas, the problem remains that generates heat deterioration and thermal damage of the NO X catalyst.
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、上流のPMフィルタ及び下流のNOX触媒を備えた排気浄化装置において、PMフィルタの再生時には、PMフィルタを通過した排気ガスの温度を熱交換器によって低下させた上で、NOX触媒を通過させることにより、このような問題を解決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、PMフィルタの再生時においても、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止しつつ、排気ガス中のNOXを浄化させることができる排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することである。
Accordingly, the inventors of the present invention have made diligent efforts, and in the exhaust gas purification apparatus provided with the upstream PM filter and the downstream NO x catalyst, when regenerating the PM filter, the temperature of the exhaust gas that has passed through the PM filter is converted into a heat exchanger. The present invention has been completed by finding that such a problem can be solved by passing the NO x catalyst through the NOx catalyst.
That is, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device and an exhaust purification method capable of purifying NO x in exhaust gas while preventing thermal deterioration and thermal damage of the NO x catalyst even during regeneration of the PM filter. Is to provide.
本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置された上流側のパティキュレートフィルタ及び下流側のNOX触媒を含み、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタとNOX触媒との間に、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を低下させるための熱交換器を備えた内燃機関の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 for purifying exhaust gas exhausted from an internal combustion engine, including an upstream particulate filter and a downstream NO x catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine. Te, between the particulate filter and the NO X catalyst, exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a heat exchanger for reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst is provided, solving the problems described above can do.
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、熱交換器を排気通路中に備えることが好ましい。 In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to provide a heat exchanger in the exhaust passage.
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、パティキュレートフィルタとNOX触媒との間に、排気通路から分岐して、再び排気通路に合流するバイパス部を備えるとともに、バイパス部と排気通路とに流入する排気ガスの量を制御するための流路制御手段を備え、熱交換器を、当該バイパス部に配置することが好ましい。 Further, in configuring the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention, between the particulate filter and the NO X catalyst, branches from the exhaust passage provided with a bypass section that joins again the exhaust passage, and the bypass portion It is preferable to provide flow path control means for controlling the amount of exhaust gas flowing into the exhaust passage, and to arrange the heat exchanger in the bypass section.
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、NOX触媒の入口近傍に温度センサを備えることが好ましい。 In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to provide a temperature sensor in the vicinity of the inlet of the NO x catalyst.
また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路中に配置された上流側のパティキュレートフィルタ及び下流側のNOX触媒を用いて、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化方法であって、パティキュレートフィルタを再生する際に、当該パティキュレートフィルタを通過した排気ガスを、熱交換器を用いて熱交換させることにより温度を低下させて、NOX触媒を通過させる内燃機関の排気浄化方法である。 Another aspect of the present invention is to purify exhaust gas exhausted from an internal combustion engine using an upstream particulate filter and a downstream NO x catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine. In this exhaust purification method, when the particulate filter is regenerated, the exhaust gas that has passed through the particulate filter is subjected to heat exchange using a heat exchanger to lower the temperature and pass through the NO x catalyst. An exhaust purification method for an internal combustion engine.
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、NOX触媒の入口近傍に配置された温度センサによって測定される排気ガスの温度に対応させて、少なくとも一部の排気ガスを熱交換させることが好ましい。 In carrying out the exhaust gas purification method for an internal combustion engine of the present invention, at least a part of the exhaust gas is subjected to heat exchange in accordance with the temperature of the exhaust gas measured by a temperature sensor arranged near the inlet of the NO x catalyst. It is preferable to make it.
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、熱交換器が、排気通路中に備えられた熱交換器であって、当該熱交換器のスイッチのオンオフ又は熱交換度合いを制御することにより、少なくとも一部の排気ガスを熱交換させることが好ましい。 In carrying out the exhaust gas purification method for an internal combustion engine of the present invention, the heat exchanger is a heat exchanger provided in the exhaust passage, and controls the on / off of the heat exchanger or the degree of heat exchange. Thus, it is preferable to exchange heat at least part of the exhaust gas.
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法を実施するにあたり、熱交換器が、パティキュレートフィルタとNOX触媒との間において、排気通路から分岐して、再び排気通路に合流するバイパス部に配置されており、排気通路とバイパス部とに流入する排気ガスの流量を制御するための流路制御手段を制御することにより、少なくとも一部の排気ガスを熱交換させることが好ましい。 In carrying out the exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention, the heat exchanger is arranged in a bypass portion that branches from the exhaust passage between the particulate filter and the NO x catalyst and joins the exhaust passage again. It is preferable that at least a part of the exhaust gas is heat-exchanged by controlling a flow path control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing into the exhaust passage and the bypass portion.
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側のPMフィルタと下流側のNOX触媒との間に、所定の熱交換器を備えることにより、PMフィルタの再生時等に、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を制御することができるために、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。
また、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を制御できることにより、PMフィルタの再生時においても、排気ガスを、NOX触媒中を通過させることができるため、NOXが大気中に放出されることを防止することができる。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention, between the upstream side of the PM filter and a downstream side of the NO X catalyst, by providing a predetermined heat exchanger, the reproduction or the like of the PM filter, NO X Since the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst can be controlled, thermal deterioration and thermal damage of the NO x catalyst can be prevented.
Further, since the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst can be controlled, the exhaust gas can pass through the NO x catalyst even during regeneration of the PM filter, so that NO x is released into the atmosphere. This can be prevented.
また、本発明の内燃機関の排気浄化方法によれば、PMフィルタの再生時等、PMフィルタを通過した排気ガスの温度が高温になる場合であっても、上流側のPMフィルタと下流側のNOX触媒との間に設けた所定の熱交換器によって、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を制御することにより、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。
また、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を制御することにより、PMフィルタの再生時においても、排気ガスを、NOX触媒中を通過させることができるため、NOXが大気中に放出されることを防止することができる
Further, according to the exhaust gas purification method for an internal combustion engine of the present invention, even when the temperature of the exhaust gas that has passed through the PM filter becomes high, such as during regeneration of the PM filter, the upstream PM filter and the downstream PM filter the predetermined heat exchanger provided between the NO X catalyst, by controlling the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst, it is possible to prevent thermal deterioration and thermal damage of the NO X catalyst.
Also, by controlling the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst, the exhaust gas can be passed through the NO x catalyst even during regeneration of the PM filter, so that NO x is released into the atmosphere. Can be prevented
以下、適宜図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気浄化方法に関する実施形態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。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments relating to an internal combustion engine exhaust purification apparatus and an internal combustion engine exhaust purification method according to the present invention will be specifically described below 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.
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態は、内燃機関の排気通路中に配置された上流側のパティキュレートフィルタ及び下流側のNOX触媒を含み、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置及び排気浄化方法において、パティキュレートフィルタとNOX触媒との間における排気通路中に、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を低下させるための熱交換器を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置及びそのような排気浄化装置を用いた排気浄化方法である。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention forms contain NO X catalyst of the particulate filter and the downstream side of the upstream side disposed in the exhaust passage of an internal combustion engine, for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine In the exhaust purification apparatus and the exhaust purification method, a heat exchanger is provided in the exhaust passage between the particulate filter and the NO x catalyst for reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst. An exhaust purification device for an internal combustion engine and an exhaust purification method using such an exhaust purification device.
1.排気浄化装置
(1)基本的構成
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置10は、図1に示すように、内燃機関5の排気通路11中に配置された、上流側のPMフィルタ13と、下流側のNOX触媒15と、を含むとともに、PMフィルタとNOX触媒との間に、所定の熱交換器20を備えている。
かかる内燃機関の排気浄化装置10は、内燃機関5から排出される排気ガス中のPMをPMフィルタによって捕集するとともに、同じく排気ガス中のNOX(NOやNO2)をNOX触媒によって還元することができる。したがって、排気ガス中から汚染物質を除去した上で、放出させることができる。
以下、それぞれの部位に分けて、詳細に説明する。
1. Exhaust Purification Device (1) Basic Configuration An
The exhaust
Hereinafter, it divides into each site | part and demonstrates in detail.
(2)内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関5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。特に、排気浄化装置の取り付けが必須とされる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、内燃機関の運転状態検出手段17は、内燃機関5の回転数や、燃料噴射量、燃料噴射タイミング等を検出する手段であって、当該検出結果をも考慮して、PMフィルタの再生のタイミングを制御できるように構成してあることが好ましい。
(2) Internal combustion engine As the
Further, the operating state detection means 17 of the internal combustion engine shown in FIG. 1 is a means for detecting the rotational speed, the fuel injection amount, the fuel injection timing, etc. of the
(3)排気通路
また、排気通路11は、内燃機関の排気口に接続されており、その途中に、PMフィルタ13やNOX触媒15等が配置される。かかる排気通路11の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱等、特にその形態は特に制限されるものではない。
(3) an exhaust passage The
(4)PMフィルタ
また、PMフィルタ13は、公知のものを適宜使用することができ、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とすることができる。
このPMフィルタは、排気ガス中のPMその他の微粒子を補集して排気ガスを浄化するものである。ただし、PM等の捕集を続けるにしたがって捕集量が増え、内燃機関の排気圧力が上昇してエンジン性能に悪影響を及ぼすために、定期的に、捕集されたPMを強制的に燃焼させて、再生させる必要がある。
(4) PM filter Moreover, the
This PM filter purifies exhaust gas by collecting PM and other fine particles in the exhaust gas. However, the collected amount of PM increases as the collection of PM, etc. continues, and the exhaust pressure of the internal combustion engine rises, adversely affecting the engine performance. Need to be regenerated.
例えば、フィルタ13の上流側に火炎を放射する燃焼バーナを配置して、放射される火炎によって、あるいは、強制的に加熱した排気ガスによって、フィルタに捕集されたPMを燃焼(酸化)させることができる。
また、フィルタの上流側に酸化触媒を配置するとともに、当該酸化触媒のさらに上流側に、COを多く含む不完全燃焼ガスを放射可能なバーナや、燃料ガス(HC)を噴射可能な噴射装置を備えることにより、COやHCが酸化触媒で酸化される際の酸化熱を利用して排気ガスを昇温させ、当該高温の排気ガスによって、フィルタに捕集されたPMを燃焼(酸化)させることができる。また、PMフィルタの上流側に酸化触媒を配置する場合には、フィルタの再生時に、内燃機関でポスト噴射することにより、COやHCを酸化触媒で酸化させ、その酸化熱によって昇温された排気ガスによって、フィルタに捕集されたPMを燃焼させることもできる。この酸化触媒は特に制限されるものではなく、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに、所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。
For example, a combustion burner that emits a flame is disposed upstream of the
In addition, an oxidation catalyst is disposed upstream of the filter, and a burner capable of emitting incomplete combustion gas containing a large amount of CO and an injection device capable of injecting fuel gas (HC) are disposed further upstream of the oxidation catalyst. By providing, the exhaust gas is heated using the oxidation heat when CO or HC is oxidized by the oxidation catalyst, and the PM collected by the filter is burned (oxidized) by the high-temperature exhaust gas. Can do. In addition, when an oxidation catalyst is arranged upstream of the PM filter, the exhaust gas is heated by the oxidation heat by oxidizing CO and HC with the oxidation catalyst by post-injection with the internal combustion engine when the filter is regenerated. The PM collected by the filter can be burned by the gas. The oxidation catalyst is not particularly limited, and a known catalyst such as a catalyst in which platinum is supported on alumina and a rare earth element such as cerium added to the catalyst can be used.
また、PMフィルタの再生時期については、例えば、PMフィルタの上流側及び下流側に圧力センサを配置するとともに、それらによって測定される圧力差を検証することにより、フィルタの詰まり具合を推定して、タイミングを計ることができる。
なお、フィルタに捕集されたPMを、高温の排気ガスで燃焼させるためには、排気ガスを高温状態、例えば、約600℃以上にする必要がある。
In addition, regarding the regeneration time of the PM filter, for example, the pressure sensors are arranged on the upstream side and the downstream side of the PM filter, and by checking the pressure difference measured by them, the degree of clogging of the filter is estimated, Timing can be measured.
In order to burn the PM collected by the filter with the high temperature exhaust gas, the exhaust gas needs to be in a high temperature state, for example, about 600 ° C. or more.
(5)NOX触媒
また、NOX触媒15についても、公知のものを適宜使用することができ、例えば、アルミナ繊維等の表面や内部に、白金(Pt)、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、セシウム(Cs)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ランタン(La)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rb)等の少なくとも一種の元素化合物を担持させることにより構成することができる。
このNOX触媒は、排気ガス中のNOXを還元して排気ガスを浄化するものである。例えば、排気ガスがリーン状態においてNOXを吸蔵するとともに排気ガスをリッチ状態にしてNOXを還元し放出するものや、還元剤として尿素を使用してNOXを選択的に還元し浄化するものがある。
(5) NO X catalyst As for the NO X
This NO x catalyst purifies exhaust gas by reducing NO x in the exhaust gas. For example, together with the exhaust gas is occluded NO X in the lean state and which in the exhaust gas to a rich state by reducing the NO X emission, which selectively reduced to purify the NO X using urea as a reducing agent There is.
また、HCや尿素等の還元剤の供給時期については、例えば、NOX触媒の上流側及び下流側にラムダセンサを配置するとともに、それらによって測定される空燃比の差を検証することにより、NOXの吸収量を推定したり、内燃機関の運転状態等に基づき、予め作成したマップを用いたりして、タイミングを計ることができる。 As for the supply timing of the reducing agent such as HC and urea, for example, by arranging lambda sensors upstream and downstream of the NO x catalyst, and verifying the difference in air-fuel ratio measured by them, NO The timing can be measured by estimating the amount of X absorbed or using a map created in advance based on the operating state of the internal combustion engine.
また、このNOX触媒は、一般的に、200〜500℃の範囲内において活性化し、NOXの還元反応が効率化する一方で、過度に高温状態(例えば、約700℃を超える値)になると熱によって劣化したり損傷したりしやすくなるという特性を持っている。 In addition, this NO x catalyst is generally activated in the range of 200 to 500 ° C., and the reduction reaction of NO x becomes efficient, while being excessively hot (for example, a value exceeding about 700 ° C.). If it becomes, it has the characteristic of becoming easy to deteriorate or damage by heat.
また、NOX触媒の下流側に酸化触媒を配置することが好ましい。これによって、NOXの還元反応に必要な量以上の還元剤が供給された場合に、HCや尿素を酸化還元して放出することができるために、大気の汚染を防ぐことができる。すなわち、HCやアンモニアとして放出されることを防止すべく、二酸化炭素や窒素酸化物、水等に分解して放出させることができる。 Moreover, it is preferable to arrange an oxidation catalyst downstream of the NO x catalyst. As a result, when a reducing agent more than the amount necessary for the NO x reduction reaction is supplied, HC and urea can be oxidized and released, thereby preventing air pollution. That is, in order to prevent being released as HC or ammonia, it can be decomposed and released into carbon dioxide, nitrogen oxides, water and the like.
さらに、還元剤として尿素を用いる場合には、NOX触媒の上流側における、尿素の添加部の上流側に酸化触媒を配置することが好ましい。これによって、排気ガス中に比較的多く含まれるNOを酸化させてNO2として、尿素を用いた還元反応速度を最も効率化させるべく、NOとNO2の比率を1:1に近づけることができる。この酸化触媒についても、上述した酸化触媒同様、公知のものを適宜使用することができる。 Further, when urea is used as the reducing agent, it is preferable to dispose an oxidation catalyst upstream of the urea addition section on the upstream side of the NO x catalyst. As a result, the NO / NO 2 ratio can be made close to 1: 1 in order to oxidize NO contained in the exhaust gas to NO 2 to make the reduction reaction rate using urea most efficient. . Also for this oxidation catalyst, a known one can be used as appropriate as in the above-described oxidation catalyst.
(6)熱交換器
また、本実施形態の排気浄化装置は、PMフィルタ13とNOX触媒15との間に、PMフィルタ13を通過し、NOX触媒15に流入する排気ガスの温度を制御するための熱交換器20を備えることを特徴とする。かかる熱交換器20によって、PMフィルタ13の再生時等、PMフィルタ13を通過した排気ガスの温度が著しく高くなっている場合であっても、NOX触媒15に流入する排気ガスの温度を効率的に低下させて、NOX触媒15の熱劣化や熱損傷を防止することができる。
(6) heat exchanger The exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, between the
この熱交換器の態様としては、図2(a)に示すように、冷却水Wを排気通路11の周囲に循環させることにより、排気ガスを冷却させる熱交換器20Aや、図2(b)に示すように、排気通路11に対してファン14を用いて冷却エアAを送風することにより排気ガスを冷却させる熱交換器20Bなど、種々の構成が考えられる。
このような冷却水Wや冷却エアAを用いた構成とすることにより、冷却手段の作動状況を制御することにより、排気ガスの冷却度合いを制御することができる。したがって、PMフィルタの再生時期以外に排気ガスが冷却されて、NOX触媒の温度が低下させられ、浄化効率が低下することを防止することができる。また、PMフィルタの再生時等においても、NOX触媒に流入する排気ガスの温度に対応させて、排気ガスの冷却度合いをきめ細かく制御することにより、NOX触媒での浄化効率を好適な状態に保つことができる。
中でも、図2(a)に示す冷却水を用いた熱交換器20Aとすることにより、冷却効率を著しく向上させることができる。
As an aspect of this heat exchanger, as shown in FIG. 2A, a
By adopting a configuration using such cooling water W or cooling air A, the degree of cooling of the exhaust gas can be controlled by controlling the operating state of the cooling means. Therefore, it is possible to prevent the exhaust gas from being cooled at a time other than the regeneration timing of the PM filter, the temperature of the NO x catalyst being lowered, and the purification efficiency from being lowered. Also in the reproduction or the like of the PM filter, corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst, by controlling precisely the degree of cooling of the exhaust gas, the purification efficiency in the NO X catalyst in a suitable state Can keep.
Among them, the cooling efficiency can be remarkably improved by using the
また、図2(c)に示すように、図2(a)や図2(b)の熱交換器と併せて、排気通路11に複数のフィン部材12を設けて、排気ガスの熱量を放熱しやすく構成した熱交換器20Cとすることもできる。このようなフィン部材12を設けた構成であれば、排気ガスの温度を低下させたい場合には、排気通路の断面積が増加しているために効率的に熱交換させることができる一方、排気ガスの温度が比較的低い状態にあり、これ以上温度を低下させたくない場合には、冷却水や冷却エアの供給を中止して、断熱作用をもたせることができる。
Further, as shown in FIG. 2 (c), in combination with the heat exchanger of FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), a plurality of
(7)温度センサ
また、冷却水や冷却エア等を用いて、作動状態を切り替え可能な熱交換器20を備えている場合には、図3に示すように、排気通路11におけるNOX触媒15の上流側に、排気ガスの温度を測定するための温度センサ21を備えることが好ましい。この温度センサ21によって測定される排気ガスの温度をもとに、冷却水や冷却エアを用いた熱交換器20の作動状態を制御することにより、NOX触媒15に流入する排気ガスの温度を制御して、NOXの浄化効率を好適な状態に保つことができる。
かかる温度センサ21の配置位置は、熱交換器20とNOX触媒15との間であれば特に制限されるものではないが、より正確にNOX触媒15に流入する排気ガスの温度を測定できることから、NOX触媒15の入口近傍に配置することが好ましい。
(7) Temperature sensor When the
Location of such a
(8)制御手段
また、冷却水や冷却エア等を用いて、作動状態を切り替え可能な熱交換器20を備えている場合には、図3に示すように、上述の温度センサ21によって測定された温度等をもとに、熱交換器20の作動状態を制御するための制御手段22を備えることができる。すなわち、NOX触媒15を活性化温度に維持し、NOXの浄化効率を好適な状態に保つために、冷却水や冷却エア等の導入量を制御するための制御手段22である。
例えば、PMフィルタの再生時に、フィルタを通過し昇温された排気ガスを熱交換器によって冷却したものの、排気ガスの温度が活性化温度以下まで低下した場合等には、熱交換器のスイッチをオフにしたり、作動状態を弱くしたりして、排気ガスの温度を若干昇温させる。このように、熱交換器の作動状態を切り替えて、NOX触媒に流入する排気ガスの温度が所定範囲内となるように制御することにより、NOX触媒におけるNOXの浄化効率を好適な状態に保つことができる。
(8) Control means In the case where the
For example, when the exhaust gas that has passed through the filter and has been heated is cooled by a heat exchanger during regeneration of the PM filter, but the temperature of the exhaust gas has dropped below the activation temperature, the heat exchanger switch is The exhaust gas temperature is slightly increased by turning it off or weakening the operating state. In this way, by switching the operating state of the heat exchanger and controlling the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst to be within a predetermined range, the NO X purification efficiency in the NO X catalyst is in a suitable state. Can be kept in.
また、制御手段は、内燃機関の回転数、燃料噴射量、噴射タイミング等の運転状態や、PMフィルタにおけるPMの堆積量、PMフィルタの上流側の空燃比等のデータに基づいて、あらかじめ排気ガス温度を予測した上で、熱交換器に対して信号を送るように構成することもできる。 Further, the control means preliminarily determines the exhaust gas based on the operating state such as the rotational speed of the internal combustion engine, the fuel injection amount, the injection timing, the PM accumulation amount in the PM filter, the air-fuel ratio upstream of the PM filter, and the like. It can also be configured to send a signal to the heat exchanger after predicting the temperature.
2.排気浄化方法
次に、上述した本実施形態の排気浄化装置10を用いて、排気ガス中のPM及びNOXを浄化する排気浄化方法について詳細に説明する。
かかる内燃機関の排気浄化方法は、PMフィルタを再生する際に、当該PMフィルタを通過した排気ガスを、熱交換器を用いて熱交換させることにより温度を低下させて、NOX触媒を通過させることを特徴とする。
なお、以下の説明においては、熱交換器として、冷却水を用いて排気ガスの温度を低下させる構成の熱交換器を用いた例について説明する。
2. Exhaust gas purifying method Next, using the exhaust
In such an exhaust gas purification method for an internal combustion engine, when the PM filter is regenerated, the exhaust gas that has passed through the PM filter is subjected to heat exchange using a heat exchanger to lower the temperature and pass through the NO x catalyst. It is characterized by that.
In the following description, an example will be described in which a heat exchanger having a configuration in which the temperature of exhaust gas is lowered using cooling water is used as the heat exchanger.
まず、内燃機関の運転中に、排出された排気ガスを、PMフィルタを通過させた後、NOX触媒を通過させることにより、PMの捕集あるいはNOXの還元を行う。
このとき、例えば、フィルタの上流側及び下流側の圧力損失を測定し、所定値を超えた場合には、フィルタにおけるPMの捕集量が所定量を超えたと判定し、フィルタに捕集されたPMを強制的に燃焼(酸化)させることによりフィルタの再生を行う。また、NOX触媒においては、所定の時期に、COやHCや尿素等の還元剤を供給することによりNOXを還元反応させ、窒素等に変換して放出する。
First, during the operation of the internal combustion engine, the exhaust gas discharged, after passing through the PM filter, by passing the NO X catalyst, perform the reduction of the collecting or NO X in PM.
At this time, for example, when the pressure loss on the upstream side and downstream side of the filter is measured and exceeds a predetermined value, it is determined that the amount of PM collected in the filter exceeds the predetermined amount, and is collected by the filter. The filter is regenerated by forcibly burning (oxidizing) PM. In the NO X catalyst, at a predetermined time, the NO X is reduction by supplying a reducing agent such as CO or HC and urea release is converted into nitrogen, and the like.
このとき、PMフィルタの再生時には、PMを燃焼(酸化)させるために用いられ、フィルタを通過した排気ガスの温度が、高温状態になっているために(約600〜800℃)、そのまま下流側のNOX触媒に流入させると、NOX触媒を熱劣化あるいは熱損傷させるおそれがある。
そこで、本実施形態の排気浄化方法においては、PMフィルタとNOX触媒との間に所定の熱交換器を備えた排気浄化装置を用いており、PMフィルタの再生時には、フィルタを通過した排気ガスを、熱交換器を用いて熱交換させることにより温度を低下させて、NOX触媒を通過させることにより、このような熱損傷等を防止している。
At this time, at the time of regeneration of the PM filter, it is used for burning (oxidizing) PM, and the temperature of the exhaust gas that has passed through the filter is in a high temperature state (about 600 to 800 ° C.). If the NO x catalyst is allowed to flow, the NO x catalyst may be thermally deteriorated or thermally damaged.
Therefore, in the exhaust gas purification method of the present embodiment, an exhaust gas purification device having a predetermined heat exchanger is used between the PM filter and the NO x catalyst, and the exhaust gas that has passed through the filter is regenerated when the PM filter is regenerated. The heat is exchanged using a heat exchanger to lower the temperature and pass through the NO x catalyst to prevent such thermal damage.
例えば、PMフィルタを再生しない運転状態においては、図4(a)に示すように、冷却水を用いた熱交換器20のスイッチをオフにして作動させないようにしておく。この状態においては、排気ガス中のPMはフィルタ13によって捕集される。また、排気ガス中のNOXは、下流側のNOX触媒15で還元され放出される。そして、このような通常運転状態では、排気ガスの温度は、一般的に100〜400℃の範囲内にあり、NOX触媒が熱劣化あるいは熱破損することがない。
For example, in an operation state in which the PM filter is not regenerated, as shown in FIG. 4A, the switch of the
次いで、PMフィルタの再生時には、燃焼バーナ等を用いて、フィルタに捕集されたPMを強制的に燃焼させる。このとき、フィルタを通過し、NOX触媒に流入する排気ガスは、かなりの高温状態となる。例えば、NOX触媒の入口付近での温度が、600℃以上になる場合がある。そこで、図4(b)に示すように、冷却水を用いた熱交換器20のスイッチをオンにし、排気通路11の周囲に対して冷却水Wを供給する。これによって、捕集されたPMを燃焼させ、フィルタ13を通過した排気ガスの温度を低下させてNOX触媒15に流入させることができる。したがって、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。また、このように制御した場合であっても、排気ガスはPMフィルタ及びNOX触媒の両方を通過するために、そのまま大気中に放出されることがない。
なお、NOX触媒の入口近傍に配置された温度センサによって排気ガスの温度を測定することにより、熱交換器のスイッチをオンにするタイミングを正確に判断することができる。
Next, at the time of regeneration of the PM filter, the PM collected by the filter is forcibly burned using a combustion burner or the like. At this time, the exhaust gas that passes through the filter and flows into the NO x catalyst is in a considerably high temperature state. For example, the temperature near the inlet of the NO x catalyst may be 600 ° C. or higher. Therefore, as shown in FIG. 4B, the switch of the
Note that by measuring the temperature of the exhaust gas with a temperature sensor arranged in the vicinity of the inlet of the NO x catalyst, it is possible to accurately determine the timing for turning on the switch of the heat exchanger.
また、PMフィルタの再生時において、熱交換器を作動させている状態で、引き続き、NOX触媒の入口近傍に配置した温度センサによって、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を測定する。そして、NOX触媒に流入する排気ガスの温度が低下しすぎたような場合には、図4(c)に示すように、再び、熱交換器20のスイッチをオフにするか、あるいは、冷却水Wの流量や温度を変えたりすることにより、NOX触媒15に流入する排気ガスの温度を上昇させるように制御する。これによって、NOXの熱損傷等を防止すべく排気ガスの温度を低下させる一方、NOXの浄化効率までも低下させることがないように維持することができる。
このスイッチのオンオフの動作や、冷却水の流量及び温度の制御は、NOX触媒に流入する排気ガスの温度に対応させて、繰返し行うこともできる。
Also, during reproduction of the PM filter, in a state in which to operate the heat exchanger, subsequently, the temperature sensor disposed near the entrance of the NO X catalyst, for measuring the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst. If the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst is too low, the
The on / off operation of the switch and the control of the flow rate and temperature of the cooling water can be repeatedly performed in accordance with the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst.
次いで、PMフィルタの再生が終了した場合には、フィルタを通過した排気ガスの温度も100〜400℃程度に戻るために、熱交換器を用いて温度を低下させる必要がないために、熱交換器のスイッチをオフにし、図4(a)の状態にする。 Next, when the regeneration of the PM filter is completed, the temperature of the exhaust gas that has passed through the filter also returns to about 100 to 400 ° C., so there is no need to lower the temperature using a heat exchanger, so heat exchange The device is turned off to the state shown in FIG.
以上のように、本実施形態の排気浄化方法によれば、PMフィルタの再生時等、NOX触媒に流入する排気ガスの温度が所定温度を超える場合に、PMフィルタを通過した排気ガスを、熱交換器を用いて温度を低下させてNOX触媒に流入させることにより、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。
また、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を測定し、当該温度に対応させて、熱交換器のスイッチのオンオフや、冷却水又は冷却エア等の流量を制御することにより、NOX触媒の浄化率の低下を抑制することができる。
As described above, according to the exhaust gas purifying method of the present embodiment, the reproduction or the like of the PM filter, when the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst exceeds a predetermined temperature, the exhaust gas passing through the PM filter, by flowing the NO X catalyst by lowering the temperature by using a heat exchanger, it is possible to prevent thermal deterioration and thermal damage of the NO X catalyst.
Further, to measure the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst, corresponding to the temperature, on-off and the switch of the heat exchanger, by controlling the flow rate such as cooling water or cooling air, of the NO X catalyst A reduction in the purification rate can be suppressed.
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態は、内燃機関の排気通路中に配置された上流側のパティキュレートフィルタ及び下流側のNOX触媒を含み、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置及び排気浄化方法において、パティキュレートフィルタとNOX触媒との間に、排気通路から分岐して、再び排気通路に合流するバイパス部を備えるとともに、バイパス部と排気通路とに流入する排気ガスの量を制御するための流路制御手段を備え、熱交換器を、当該バイパス部に配置することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置及びそのような排気浄化装置を用いた排気浄化方法である。
以下、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法について、第1の実施の形態と共通する点については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention forms contain NO X catalyst of the particulate filter and the downstream side of the upstream side disposed in the exhaust passage of an internal combustion engine, for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine in the exhaust purification apparatus and an exhaust purifying method, between the particulate filter and the NO X catalyst, branches from the exhaust passage, flows again provided with a bypass section that joins the exhaust passage, the bypass portion and the exhaust passage exhaust An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by comprising a flow path control means for controlling the amount of gas, and a heat exchanger disposed in the bypass section, and an exhaust gas purification method using such an exhaust gas purification apparatus It is.
Hereinafter, the exhaust gas purification apparatus and the exhaust gas purification method of the internal combustion engine of the present embodiment will not be described with respect to the points common to the first embodiment, and will be described focusing on the different points.
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における内燃機関の排気浄化装置110は、図5に示すように、内燃機関105の排気通路111中に配置された、上流側のPMフィルタ113と、下流側のNOX触媒115と、を含むとともに、PMフィルタ113とNOX触媒115との間に、所定のバイパス部123を備えるとともに、バイパス部123と排気通路111とに流入する排気ガスの量を制御するための流量割合制御手段119を備え、熱交換器120が、当該バイパス部123に配置されている。
かかる内燃機関の排気浄化装置110は、第1の実施の形態の排気浄化装置と同様、排気ガス中からPMやNOX等の汚染物質を除去した上で、放出させることができる。
本実施形態の排気浄化装置における、内燃機関105や、排気通路111、PMフィルタ113、NOX触媒115、熱交換器120の種類、温度センサ121については、第1の実施の形態の排気浄化装置に備えられたものと同様の構成とすることができるために、ここでの説明を省略する。
1. Exhaust Purification Device (1) Basic Configuration An exhaust purification device 110 for an internal combustion engine in the exhaust purification device of the present embodiment is an upstream PM disposed in an
Exhaust gas purifying apparatus 110 of such internal combustion engine, similarly to the exhaust gas purifying apparatus of the first embodiment, after removing the contaminants such as PM and NO X from the exhaust gas can be released.
In the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, and the
(2)バイパス部
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置110における排気通路111には、PMフィルタ113とNOX触媒115との間に、排気通路111から分岐して、再び排気通路111に合流するバイパス部123を備えている。また、かかる排気浄化装置110は、排気通路111及びバイパス部123のそれぞれを通過する排気ガスの流量割合を制御するための流量割合制御手段119を備えている。かかるバイパス部123を備えることにより、内燃機関105から排出され、排気通路111中を通過してくる排気ガスの一部又は全部を、熱交換器120へ流入させることが可能となる。また、流量割合制御手段119を備えていることにより、排気ガスを、排気通路111とバイパス部123とにそれぞれ割合を制御して流入させることができる。したがって、熱交換器120を用いて熱交換させる排気ガスの量を制御して、NOX触媒115に流入する排気ガスの温度をきめ細かく制御することができる。
(2) Bypass portion The
例えば、フィルタを通過した排気ガスの温度がかなりの高温状態になっており、排気ガスの温度を相当程度低下させたい場合には、フィルタを通過した排気ガスを、すべてバイパス部側を通過させることにより、排気ガスの温度を効率的に低下させることができる。
逆に、フィルタを通過した排気ガスの温度が通常運転状態時の排気ガス温度以下であれば、排気ガスの温度を低下させる必要がないばかりか、低下させることにより、NOXの浄化効率の低下を招く必要もあることから、フィルタを通過した排気ガスを、すべて排気通路側を通過させる。すなわち、排気ガスを熱交換させる必要がない。
一方、フィルタを通過した排気ガスの温度が、NOX触媒の耐熱温度近辺を推移するような場合には、流量割合制御手段によって、排気通路側及びバイパス部側を適当な割合で通過させることにより、それぞれの側を通過した排気ガスが合流した状態での排気ガスの温度を、NOX触媒におけるNOXの浄化効率を好適な状態で維持できるように制御する。
For example, if the temperature of the exhaust gas that has passed through the filter is in a considerably high temperature state and you want to reduce the temperature of the exhaust gas to a considerable extent, all the exhaust gas that has passed through the filter must pass through the bypass side. Thus, the temperature of the exhaust gas can be efficiently reduced.
Conversely, if the temperature of the exhaust gas passing through the filter exhaust gas temperature is below the normal operating conditions, not only it is not necessary to lower the temperature of the exhaust gas, by reducing a decrease in the purification efficiency of the NO X Therefore, all the exhaust gas that has passed through the filter is allowed to pass through the exhaust passage side. That is, there is no need to exchange heat between the exhaust gases.
On the other hand, when the temperature of the exhaust gas that has passed through the filter changes in the vicinity of the heat resistance temperature of the NO x catalyst, the exhaust gas passage side and the bypass part side are passed at an appropriate ratio by the flow rate control means. The temperature of the exhaust gas in a state where the exhaust gases that have passed through the respective sides merge is controlled so that the NO x purification efficiency in the NO x catalyst can be maintained in a suitable state.
なお、かかるバイパスの径や長さ、形状等については特に制限されるものではない。また、バイパス部の途中に配置された熱交換器は、冷却水や冷却エアを用いた構成とすることもできるため、第1の実施の形態で説明したとおり、流量割合制御手段の制御と併せて、冷却水や冷却エアの流量を制御することにより、さらにきめ細かく排気ガスの温度を制御することができる。 The diameter, length, shape, etc. of the bypass are not particularly limited. Further, since the heat exchanger arranged in the middle of the bypass section can be configured to use cooling water or cooling air, as described in the first embodiment, it is combined with the control of the flow rate ratio control means. Thus, the temperature of the exhaust gas can be controlled more finely by controlling the flow rates of the cooling water and the cooling air.
(3)流量割合制御手段
また、本実施形態の排気浄化装置10において、NOX触媒115の入口近傍に配置された温度センサ121によって測定された温度等をもとに、排気通路111側及びバイパス部123側を流れる排気ガスの流量割合を設定するための流量割合制御手段119が備えられている。この流量割合制御手段119は、例えば、図5に示すように、排気通路111及びバイパス部123の双方あるいはいずれか一方に設けた弁部128と、NOX触媒115に流入する排気ガスの温度に対応させて、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を生じさせない程度の温度に維持すべく、それぞれの弁部128の開度を制御するための制御手段129とから構成することができる。
(3) Flow rate ratio control means Further, in the
図5に示す流量割合制御手段の例における弁部128としては、図6(a)又は(b)に示すような回転可能な弁体128A、128Bや、図6(c)に示すようなシャッタ部材128C等を用いて構成することができる。
また、かかる弁部の開度を調整するための制御手段は、図5に示すように、NOX触媒15の入口近傍に配置された温度センサ121によって排気ガスの温度を直接的に測定し反映させて、弁部128に対して信号を送るように構成することができる。あるいは、内燃機関の回転数、燃料噴射量、噴射タイミング等の運転状態や、PMフィルタにおけるPMの堆積量、PMフィルタの上流側の空燃比等のデータに基づいて、あらかじめ排気ガス温度を予測した上で、弁部に対して信号を送るように構成することもできる。
As the
Further, as shown in FIG. 5, the control means for adjusting the opening degree of the valve unit directly measures and reflects the temperature of the exhaust gas by the
2.排気浄化方法
次に、上述した本実施形態の排気浄化装置110を用いて、排気ガス中のPM及びNOXを浄化する排気浄化方法について詳細に説明する。
本実施形態の内燃機関の排気浄化方法は、第1の実施の形態の排気浄化方法と異なり、PMフィルタを再生する際に、当該PMフィルタを通過した排気ガスの一部又は全部を、バイパス部側を通過させることにより、バイパス部の途中に配置された熱交換器を用いて熱交換させることにより温度を低下させて、NOX触媒を通過させることを特徴とする。
2. Exhaust gas purifying method Next, using the exhaust gas purifying device 110 of the present embodiment described above will be described in detail exhaust gas purifying method for purifying PM and NO X in the exhaust gas.
The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present embodiment differs from the exhaust gas purification method according to the first embodiment in that a part or all of the exhaust gas that has passed through the PM filter is bypassed when the PM filter is regenerated. By passing through the side, the temperature is lowered by heat exchange using a heat exchanger arranged in the middle of the bypass section, and the NO x catalyst is passed through.
まず、内燃機関の運転中に、排出された排気ガスを、PMフィルタを通過させた後、NOX触媒を通過させることにより、PMの捕集あるいはNOXの還元を行う。
このとき、例えば、フィルタの上流側及び下流側の圧力損失を測定し、所定値を超えた場合には、フィルタにおけるPMの捕集量が所定量を超えたと判定し、フィルタに捕集されたPMを強制的に燃焼(酸化)させることによりフィルタの再生を行う。また、NOX触媒においては、所定の時的に、COやHCや尿素等の還元剤を供給することによりNOXを還元反応させ、窒素等に変換して放出する。
First, during the operation of the internal combustion engine, the exhaust gas discharged, after passing through the PM filter, by passing the NO X catalyst, perform the reduction of the collecting or NO X in PM.
At this time, for example, when the pressure loss on the upstream side and downstream side of the filter is measured and exceeds a predetermined value, it is determined that the amount of PM collected in the filter exceeds the predetermined amount, and is collected by the filter. The filter is regenerated by forcibly burning (oxidizing) PM. In the NO X catalyst, the predetermined time, the the NO X by reduction by supplying a reducing agent such as CO or HC and urea release is converted into nitrogen, and the like.
このとき、PMフィルタの再生時には、PMを燃焼(酸化)させるために用いられ、フィルタを通過した排気ガスの温度が、高温状態になっているために(約600〜800℃)、そのまま下流側のNOX触媒に流入させると、NOX触媒を熱劣化あるいは熱損傷させるおそれがある。
そこで、本実施形態の排気浄化方法においては、PMフィルタを通過した排気ガスの一部又は全部を、バイパス部を通過させ、当該バイパス部の途中に配置された熱交換器を用いて熱交換させることにより排気ガスの温度を低下させて、NOX触媒を通過させることにより、このような熱損傷等を防止している。
At this time, at the time of regeneration of the PM filter, it is used for burning (oxidizing) PM, and the temperature of the exhaust gas that has passed through the filter is in a high temperature state (about 600 to 800 ° C.). If the NO x catalyst is allowed to flow, the NO x catalyst may be thermally deteriorated or thermally damaged.
Therefore, in the exhaust purification method of the present embodiment, part or all of the exhaust gas that has passed through the PM filter is allowed to pass through the bypass portion and heat exchange is performed using a heat exchanger disposed in the middle of the bypass portion. As a result, the temperature of the exhaust gas is lowered and the NO x catalyst is allowed to pass through, thereby preventing such thermal damage.
例えば、PMフィルタを再生しない運転状態においては、図7(a)に示すように、熱交換器120が配置されたバイパス部123に排気ガスを流入させないように、流量割合制御手段119を制御する。この状態においては、排気ガス中のPMはフィルタによって捕集される。また、排気ガス中のNOXは、下流側のNOX触媒によって還元され放出される。そして、このような通常運転状態では、排気ガスの温度は、一般的に100〜400℃の範囲内にあり、NOX触媒が熱劣化あるいは熱破損することがない。
For example, in the operation state where the PM filter is not regenerated, as shown in FIG. 7A, the flow rate ratio control means 119 is controlled so that the exhaust gas does not flow into the
次いで、PMフィルタの再生時には、燃焼バーナ等を用いて、フィルタに捕集されたPMを強制的に燃焼させる。このとき、フィルタを通過し、NOX触媒に流入する排気ガスは、かなりの高温状態となる。例えば、NOX触媒の入口付近での温度が、600℃以上になる場合がある。そこで、図7(b)に示すように、流量割合制御手段119により、すべての排気ガスをバイパス123側を通過させて、熱交換器120によって温度を低下させた上で、NOX触媒115に流入させる。これによって、捕集されたPMを燃焼させ、フィルタを通過した排気ガスの温度を低下させてNOX触媒に流入させることができる。したがって、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。また、このように制御した場合であっても、排気ガスはPMフィルタ及びNOX触媒の両方を通過するために、そのまま大気中に放出されることがない。
なお、NOX触媒の入口近傍に配置された温度センサによって排気ガスの温度を測定することにより、排気ガスをバイパス側に流すタイミングを正確に判断することができる。
Next, at the time of regeneration of the PM filter, the PM collected by the filter is forcibly burned using a combustion burner or the like. At this time, the exhaust gas that passes through the filter and flows into the NO x catalyst is in a considerably high temperature state. For example, the temperature near the inlet of the NO x catalyst may be 600 ° C. or higher. Therefore, as shown in FIG. 7 (b), the flow rate control means 119, all of the exhaust gas is passed through the
In addition, by measuring the temperature of the exhaust gas with a temperature sensor disposed in the vicinity of the inlet of the NO x catalyst, it is possible to accurately determine the timing of flowing the exhaust gas to the bypass side.
また、PMフィルタの再生時において、排気ガスをバイパス部側を通過させている状態で、引き続き、NOX触媒の入口近傍に配置した温度センサによって、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を測定する。そして、NOX触媒に流入する排気ガスの温度が低下しすぎたような場合には、図7(c)に示すように、再び、一部の排気ガスが、排気通路111側を通過するように流量割合制御手段119を制御する。これによって、NOX触媒115の熱損傷等を防止すべく排気ガスの温度を低下させる一方、NOXの浄化効率までも低下させることがないように維持することができる。
この流量割合制御手段による、排気通路側とバイパス部側との流量割合の調整は、NOX触媒の入口近傍で測定される排気ガスの温度等に対応させて、繰返し行うこともできる。
Also, during reproduction of the PM filter, in a state in which the exhaust gas is passed through the bypass portion, subsequently, the temperature sensor disposed near the entrance of the NO X catalyst, measuring the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst To do. Then, when the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst is too low, as shown in FIG. 7C, a part of the exhaust gas again passes through the
The adjustment of the flow rate ratio between the exhaust passage side and the bypass portion by the flow rate control means can be repeatedly performed in accordance with the temperature of the exhaust gas measured in the vicinity of the inlet of the NO x catalyst.
次いで、PMフィルタの再生が終了した場合には、フィルタを通過した排気ガスの温度も100〜400℃程度に戻るため、熱交換器を用いて温度を低下させる必要がなく、すべての排気ガスが排気通路側を通過するように、流量割合制御手段を制御する。 Next, when regeneration of the PM filter is completed, the temperature of the exhaust gas that has passed through the filter also returns to about 100 to 400 ° C. Therefore, it is not necessary to lower the temperature using a heat exchanger, and all the exhaust gas The flow rate ratio control means is controlled so as to pass through the exhaust passage side.
以上のように、本実施形態の排気浄化方法によれば、PMフィルタの再生時等、NOX触媒に流入する排気ガスの温度が所定温度を超える場合に、PMフィルタを通過した排気ガスの一部又は全部を、バイパス部側を通過させ、熱交換器を用いて冷却させた上でNOX触媒に流入させることにより、NOX触媒の熱劣化や熱損傷を防止することができる。
また、NOX触媒に流入する排気ガスの温度を測定し、当該温度に対応させて、排気通路側とバイパス部側とを通過する排気ガスの流量割合を制御することにより、NOX触媒の浄化効率が低下してしまうこともなくすことができる。
As described above, according to the exhaust purification method of the present embodiment, when the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst exceeds a predetermined temperature, such as during regeneration of the PM filter, one of the exhaust gases that have passed through the PM filter. the part or the whole, is passed through the bypass portion, by flowing into the NO X catalyst after having allowed to cool with a heat exchanger, it is possible to prevent thermal deterioration and thermal damage of the NO X catalyst.
Further, the temperature of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst is measured, and the flow rate ratio of the exhaust gas passing through the exhaust passage side and the bypass portion side is controlled in accordance with the temperature, thereby purifying the NO x catalyst. The efficiency can be prevented from decreasing.
5:内燃機関、10:排気浄化装置、11:排気通路、13:PMフィルタ、15:NOX触媒、17:運転状態検知手段、19:制御手段、20:熱交換器、21:温度センサ、105:内燃機関、110:排気浄化装置、111:排気通路、113:PMフィルタ、115:NOX触媒、117:運転状態検知手段、119:流量割合制御手段、120:熱交換器、121:温度センサ、123:バイパス部、:128:弁部、129:制御手段
5: engine, 10: exhaust gas purification device, 11: exhaust passage, 13: PM filter, 15: NO X catalyst 17: operating condition detecting means, 19: control means, 20: heat exchanger, 21: temperature sensor, 105: engine, 110: exhaust gas purification device, 111: exhaust passage, 113: PM filter, 115: NO X catalyst, 117: operating condition detecting means, 119: flow rate control means, 120: heat exchanger, 121: temperature Sensor: 123: Bypass part: 128: Valve part, 129: Control means
Claims (8)
前記パティキュレートフィルタとNOX触媒との間に、前記NOX触媒に流入する排気ガスの温度を低下させるための熱交換器を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 In an exhaust emission control device for purifying exhaust gas exhausted from the internal combustion engine, comprising an upstream particulate filter and a downstream NO x catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine,
Wherein between the particulate filter and the NO X catalyst, an exhaust purification system of an internal combustion engine, characterized in that it comprises a heat exchanger for reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst.
前記パティキュレートフィルタを再生する際に、当該パティキュレートフィルタを通過した排気ガスを、熱交換器を用いて熱交換させることにより温度を低下させて、前記NOX触媒を通過させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。 With NO X catalyst upstream particulate filter and the downstream side of which is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, in the exhaust purification method for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine,
When regenerating the particulate filter, the exhaust gas that has passed through the particulate filter is subjected to heat exchange using a heat exchanger to lower the temperature and pass through the NO x catalyst. An exhaust purification method for an internal combustion engine.
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