JP2007278162A - Exhaust emission control device for diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減する排ガス浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that reduces nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas of a diesel engine.
従来、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＮＯｘを低減するため、そのディーゼルエンジンの排気管にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設けることが行われる。このように排気管にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設けたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒により吸蔵させて排ガスを浄化させることができるとしている。一方、排気管に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘの吸蔵量が増大すると、それ以上のＮＯｘの吸蔵が困難になることから、還元剤をそのＮＯｘ吸蔵還元触媒に導入して触媒に吸蔵されたＮＯｘをその還元剤と反応させてその触媒から放出させ、これによりその触媒を再生させることが行われる。 Conventionally, in order to reduce NOx contained in exhaust gas of a diesel engine, a NOx storage reduction catalyst is provided in the exhaust pipe of the diesel engine. As described above, in an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine provided with a NOx occlusion reduction catalyst in an exhaust pipe, NOx in the exhaust gas can be occluded by the NOx occlusion reduction catalyst to purify the exhaust gas. On the other hand, if the NOx occlusion amount in the NOx occlusion reduction catalyst provided in the exhaust pipe increases, it becomes difficult to occlude more NOx. Therefore, a reducing agent is introduced into the NOx occlusion reduction catalyst and occluded in the catalyst. The NOx is reacted with the reducing agent and released from the catalyst, whereby the catalyst is regenerated.
従来、この還元剤として水素を用いることが行われ、ＮＯx吸蔵還元触媒より上流側の排気管にバイパス管を併設し、バイパス管に還元剤としての水素を生成する改質器を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この改質器には軽油を供給可能に構成された軽油供給手段が接続され、バイパス管に流入した排ガスを加熱するためのヒータが設けられる。そして、軽油供給手段から供給された軽油を排ガスと共にこの改質器において６００度以上に加熱することによりその軽油を反応させて還元剤である水素を生成するようにしている。
しかし、軽油が反応して還元剤である水素が発生するまでを示すと、その軽油は当初排ガス中の酸素と反応して水と二酸化炭素に変化し、これとともに発熱し、その後酸素が無い雰囲気中であってかつその温度が６００度以上である場合にその軽油は水と反応して水素と一酸化炭素に変化するようになっている。従って、還元剤である水素を発生させるには、ヒータ等を用いてその反応雰囲気を６００度以上に加熱するだけでは足りず、その排ガス中の酸素の有無が重要な要素となる。この点に関して、上記特許文献１における装置では、還元剤である水素を発生させる際に、エンジンの空燃比を理論空燃比に保持するようにしているけれども、その制御をさせるための構造が複雑になるとともに、エンジンの空燃比が理論空燃比に保持不能な場合には還元剤である水素の発生量が低下して触媒を再生できない不具合があった。
本発明の目的は、比較的単純な構造で還元剤である水素を確実に生じさせてフィルタを再生させることができるエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
However, when the gas oil reacts until hydrogen, which is a reducing agent, is generated, the gas oil initially reacts with oxygen in the exhaust gas to change into water and carbon dioxide, which generates heat, and then has no oxygen atmosphere. When inside and at a temperature of 600 ° C. or higher, the diesel oil reacts with water and changes into hydrogen and carbon monoxide. Therefore, in order to generate hydrogen as a reducing agent, it is not sufficient to heat the reaction atmosphere to 600 ° C. or more using a heater or the like, and the presence or absence of oxygen in the exhaust gas is an important factor. With respect to this point, the apparatus in Patent Document 1 described above maintains the engine air-fuel ratio at the stoichiometric air-fuel ratio when generating hydrogen as a reducing agent, but the structure for controlling it is complicated. In addition, when the air-fuel ratio of the engine cannot be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio, there is a problem that the amount of hydrogen that is a reducing agent is reduced and the catalyst cannot be regenerated.
An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an engine that can regenerate a filter by reliably generating hydrogen as a reducing agent with a relatively simple structure.
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が設けられ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１より上流側の排気管１６にバイパス管２３が併設され、バイパス管２３に流入した排ガスと軽油供給手段３０から供給された軽油３２とから水素を生成する改質器２６がバイパス管２３に設けられたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の改良である。
その特徴ある構成は、改質器２６はバイパス管２３の断面積より大きな断面積を有する筒状のコンバータ２７とコンバータ２７に収容された改質触媒２８とを有し、軽油供給手段３０から供給された軽油３２を改質触媒２８に向けて噴射させる噴射ノズル２９が改質触媒２８より上流側のコンバータ２７又はバイパス管２３に設けられたところにある。
In the invention according to claim 1, as shown in FIG. 1, a NOx occlusion reduction catalyst 21 is provided in the exhaust pipe 16 of the diesel engine 11, and a bypass pipe 23 is additionally provided in the exhaust pipe 16 upstream of the NOx occlusion reduction catalyst 21. The reformer 26 for generating hydrogen from the exhaust gas flowing into the bypass pipe 23 and the light oil 32 supplied from the light oil supply means 30 is an improvement of the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine in which the bypass pipe 23 is provided.
The characteristic configuration is that the reformer 26 has a cylindrical converter 27 having a cross-sectional area larger than that of the bypass pipe 23 and a reforming catalyst 28 accommodated in the converter 27, and is supplied from the light oil supply means 30. An injection nozzle 29 for injecting the light oil 32 directed toward the reforming catalyst 28 is provided in the converter 27 or the bypass pipe 23 upstream of the reforming catalyst 28.
この請求項１に記載されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、噴射ノズル２９から軽油３２を噴射すると、噴射された軽油３２は改質触媒２８に達し、その触媒２８において排ガス中の酸素と反応して水と二酸化炭素に変化し、これとともに発熱してその改質触媒２８の温度を上昇させる。ここで、この改質触媒２８は、バイパス管２３の断面積より大きな断面積を有する筒状のコンバータ２７に収容されているため、その改質触媒２８を通過する排ガスの速度は著しく低下し、改質触媒２８を通過する時間を長くして十分な反応時間を確保することができる。このため、噴射された軽油３２は改質触媒２８の前半において排ガス中の酸素と反応して水と二酸化炭素に変化し、このとき発生する熱によりその改質触媒２８の温度を上昇させる。その後、酸素が消費されて酸素が無くなった排ガスは温度が上昇した改質触媒２８の後半を通過し、残存する軽油は改質触媒２８の前半で生じた水と反応して水素と一酸化炭素に変化する。このようにして生じた水素と一酸化炭素は排ガスとともに改質触媒２８から下流側に排出され、排気管１６に還流してＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を再生させる還元剤となる。
なお、還元剤としての水素と一酸化炭素を生じさせる改質触媒２８は、排気管１６に併設されたバイパス管２３に設けて排ガスの一部を減速させるため、排ガスの全部を減速させる場合に比較して小型化することができる。
In the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to claim 1, when light oil 32 is injected from the injection nozzle 29, the injected light oil 32 reaches the reforming catalyst 28, and reacts with oxygen in the exhaust gas in the catalyst 28. The water is changed to water and carbon dioxide, and heat is generated together with this to raise the temperature of the reforming catalyst 28. Here, since the reforming catalyst 28 is accommodated in a cylindrical converter 27 having a cross-sectional area larger than that of the bypass pipe 23, the speed of the exhaust gas passing through the reforming catalyst 28 is significantly reduced. A sufficient reaction time can be ensured by lengthening the time of passing through the reforming catalyst 28. For this reason, the injected light oil 32 reacts with oxygen in the exhaust gas in the first half of the reforming catalyst 28 to change into water and carbon dioxide, and the temperature of the reforming catalyst 28 is raised by the heat generated at this time. Thereafter, the exhaust gas from which oxygen has been consumed and oxygen has disappeared passes through the second half of the reforming catalyst 28 whose temperature has risen, and the remaining light oil reacts with the water produced in the first half of the reforming catalyst 28 to react with hydrogen and carbon monoxide. To change. The hydrogen and carbon monoxide generated in this manner are discharged together with the exhaust gas from the reforming catalyst 28 to the downstream side, and become a reducing agent that recirculates to the exhaust pipe 16 and regenerates the NOx storage reduction catalyst 21.
Note that the reforming catalyst 28 that generates hydrogen and carbon monoxide as a reducing agent is provided in the bypass pipe 23 provided in the exhaust pipe 16 to decelerate a part of the exhaust gas. The size can be reduced in comparison.
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、排ガスを排気管１６からバイパス管２３へ流入させる流量調整弁４１がバイパス管２３の入口に設けられたことを特徴とする。
バイパス管２３に改質触媒２８を設けるとバイパス管２３を通過する排ガスの抵抗が増加するため、このバイパス管２３を排気管１６に併設するとバイパス管２３に排ガスが流入しない場合も生じうるけれども、この請求項２に記載されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスを排気管１６からバイパス管２３へ流入させる流量調整弁４１を設けたので、バイパス管２３に排ガスを確実に流入させて、改質触媒２８において還元剤としての水素と一酸化炭素を確実に生じさせることができ、その還元剤としての水素と一酸化炭素を排気管１６に確実に還流させることができる。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, characterized in that a flow rate adjusting valve 41 for allowing exhaust gas to flow into the bypass pipe 23 from the exhaust pipe 16 is provided at the inlet of the bypass pipe 23.
When the reforming catalyst 28 is provided in the bypass pipe 23, the resistance of the exhaust gas passing through the bypass pipe 23 increases. Therefore, if this bypass pipe 23 is provided along with the exhaust pipe 16, exhaust gas may not flow into the bypass pipe 23. In the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine described in claim 2, since the flow rate adjusting valve 41 for flowing the exhaust gas from the exhaust pipe 16 to the bypass pipe 23 is provided, the exhaust gas is surely flowed into the bypass pipe 23 to improve the exhaust gas purification device. It is possible to reliably generate hydrogen and carbon monoxide as the reducing agent in the catalyst 28 and to reliably reflux the hydrogen and carbon monoxide as the reducing agent to the exhaust pipe 16.
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、更に図２に示すように、バイパス管２３の断面積Ａ１とコンバータ２７の断面積Ａ２の比（Ａ１／Ａ２）が０．１２５以上１．０未満であることを特徴とする。
この請求項３に記載されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、改質触媒２８を通過する排ガスの速度を確実に低下させて、その改質触媒２８において軽油３２を確実に反応させて水素と一酸化炭素を生成させることができる。ここで、バイパス管２３の断面積Ａ１とコンバータ２７の断面積Ａ２の（Ａ１／Ａ２）で表される比が１．０以上であると排ガスの速度を十分に減速できないおそれがあり、その比が０．１２５未満であるとコンバータ２７が拡大してそのコンバータ２７を設置する設計の自由度が狭められるおそれがある。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the ratio (A1 / A2) of the sectional area A1 of the bypass pipe 23 and the sectional area A2 of the converter 27 is as shown in FIG. It is 0.125 or more and less than 1.0.
In the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the third aspect, the speed of the exhaust gas passing through the reforming catalyst 28 is surely reduced, and the light oil 32 is surely reacted in the reforming catalyst 28 so as to be consistent with hydrogen. Carbon oxide can be produced. Here, if the ratio represented by (A1 / A2) of the cross-sectional area A1 of the bypass pipe 23 and the cross-sectional area A2 of the converter 27 is 1.0 or more, the speed of the exhaust gas may not be sufficiently reduced. If it is less than 0.125, the converter 27 may be enlarged, and the degree of freedom in designing the converter 27 may be reduced.
本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置では、ディーゼルエンジンのＮＯｘ吸蔵還元触媒より上流側の排気管にバイパス管を併設し、そのバイパス管の断面積より大きな断面積を有する筒状のコンバータをそのバイパス管に設け、そのコンバータに改質触媒を収容したので、その改質触媒を通過する排ガスの速度は著しく低下し、改質触媒を通過する時間を長くして十分な反応時間を確保することができる。このため、この改質触媒に向けて噴射された軽油は改質触媒の前半において排ガス中の酸素と反応して水と二酸化炭素に変化し、このとき発生する熱によりその改質触媒の温度を上昇させることができる。その後、酸素が消費されて酸素が無くなった排ガスは温度が上昇した改質触媒の後半を通過し、残存する軽油は改質触媒の前半で生じた水と反応して水素と一酸化炭素に変化し、排気管に還流してＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生させる還元剤とすることできる。 In the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to the present invention, a bypass converter is provided in the exhaust pipe upstream of the NOx storage reduction catalyst of the diesel engine, and a cylindrical converter having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the bypass pipe is bypassed. Since the reforming catalyst is housed in the tube and the reforming catalyst is accommodated, the speed of the exhaust gas passing through the reforming catalyst is remarkably reduced, and the time for passing the reforming catalyst can be lengthened to ensure a sufficient reaction time. it can. For this reason, the light oil injected toward the reforming catalyst reacts with oxygen in the exhaust gas in the first half of the reforming catalyst to change to water and carbon dioxide, and the temperature of the reforming catalyst is changed by the heat generated at this time. Can be raised. After that, exhaust gas exhausted by oxygen consumption and oxygen passes through the second half of the reformed catalyst where the temperature has risen, and the remaining diesel oil reacts with the water produced in the first half of the reforming catalyst to change into hydrogen and carbon monoxide. Thus, a reducing agent that recirculates to the exhaust pipe and regenerates the NOx storage reduction catalyst can be obtained.
ここで、バイパス管に改質触媒を設けるとバイパス管を通過する排ガスの抵抗が増加するけれども、排ガスを排気管からバイパス管へ流入させる流量調整弁を設けることによりバイパス管に排ガスを確実に流入させることができ、改質触媒において生じた還元剤としての水素と一酸化炭素を排気管に確実に還流させることができる。そして、バイパス管の断面積とコンバータの断面積の比を０．１２５以上１．０未満とすることにより、改質触媒を通過する排ガスの速度を確実に低下させて、その改質触媒において軽油を確実に反応させて還元剤としての水素と一酸化炭素を効果的に生成させることができる。 Here, if a reforming catalyst is provided in the bypass pipe, the resistance of the exhaust gas passing through the bypass pipe increases, but by providing a flow control valve that allows the exhaust gas to flow from the exhaust pipe to the bypass pipe, the exhaust gas surely flows into the bypass pipe. Thus, hydrogen and carbon monoxide as a reducing agent generated in the reforming catalyst can be reliably refluxed to the exhaust pipe. The ratio of the cross-sectional area of the bypass pipe and the cross-sectional area of the converter is set to 0.125 or more and less than 1.0, so that the speed of the exhaust gas passing through the reforming catalyst is reliably reduced, and the light oil in the reforming catalyst is reduced. Can be reliably reacted to effectively produce hydrogen and carbon monoxide as a reducing agent.
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。吸気管１３には、ターボ過給機１７のコンプレッサ１７ａと、ターボ過給機１７により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１８とがそれぞれ設けられ、排気管１６にはターボ過給機１７のタービン１７ｂが設けられる。コンプレッサ１７ａの図示しない回転翼とタービン１７ｂの図示しない回転翼とはシャフト１７ｃにより連結される。そして、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン１７ｂにおける回転翼が回転し、この回転力がシャフト１７ｃを介してコンプレッサ１７ａにおける回転翼に伝達されて回転し、このコンプレッサ１７ａにおける回転翼の回転により吸気管１３内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, an intake pipe 13 is connected to an intake port of a diesel engine 11 via an intake manifold 12, and an exhaust pipe 16 is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 14. The intake pipe 13 is provided with a compressor 17a of the turbocharger 17 and an intercooler 18 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 17, and the exhaust pipe 16 is provided with a turbine 17b of the turbocharger 17. Is provided. A rotor blade (not shown) of the compressor 17a and a rotor blade (not shown) of the turbine 17b are connected by a shaft 17c. The rotating blades in the turbine 17b rotate due to the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11, and this rotational force is transmitted to the rotating blades in the compressor 17a via the shaft 17c and rotates, and the rotating blades in the compressor 17a rotate. Thus, the intake air in the intake pipe 13 is compressed.
排気管１６の途中にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が設けられる。この実施の形態では、排気管１６の途中にその排気管１６の直径より大径の単一のケーシング２２が形成され、そのケーシング２２にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が収容される。このＮＯｘ吸蔵還元触媒２１は、排気管１６に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中の還元剤であるＣＯ又はＨ2が増加したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される触媒である。この触媒２１は図示しないが排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属及びＮＯｘ吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としてはＰｔが挙げられ、ＮＯｘ吸蔵剤としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属や、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ（Ｙ以外はランタノイド系金属）等の希土類金属が挙げられる。上記ＮＯｘ吸蔵剤は触媒２１の総重量に対して２〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％担持される。またコート層としてはアルミナが挙げられる。 A NOx occlusion reduction catalyst 21 is provided in the middle of the exhaust pipe 16. In this embodiment, a single casing 22 having a diameter larger than the diameter of the exhaust pipe 16 is formed in the middle of the exhaust pipe 16, and the NOx storage reduction catalyst 21 is accommodated in the casing 22. The NOx occlusion reduction catalyst 21 occludes NOx in the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 16, and releases the occluded NOx when the reducing agent CO or H 2 in the exhaust gas increases and is regenerated. Catalyst. Although not shown, the catalyst 21 has a monolithic carrier (material: cordierite) in which grid-like (honeycomb-like) passages are formed in the flow direction of exhaust gas, and is formed on the monolithic carrier and carries a noble metal and a NOx storage agent. And a coat layer. Examples of the noble metal include Pt, and examples of the NOx storage agent include alkali metals such as Li, Na, K, and Cs, alkaline earth metals such as Mg, Ca, and Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, and Eu. , Gd, Dy (other than Y, lanthanoid metal) and the like. The NOx storage agent is supported by 2 to 20% by weight, preferably 5 to 10% by weight, based on the total weight of the catalyst 21. An example of the coat layer is alumina.
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１とディーゼルエンジン１１との間の排気管１６にはバイパス管２３が併設される。排気管１６にはバイパス管２３の上流端が接続される分岐部２４とバイパス管２３の排ガス下流端が接続される合流部２５が形成され、バイパス管２３はこの分岐部２４と合流部２５との間に併設される。そして、このバイパス管２３は、分岐部２４から排ガスが流入し、バイパス管２３へ流入した排ガスは合流部２５から排気管１６に還流するように構成される。バイパス管２３には、このバイパス管２３に流入した排ガスと後述する軽油供給手段３０から供給された軽油とから水素を生成する改質器２６が設けられる。図２に示すように、この改質器２６は、バイパス管２３の中間に設けられバイパス管２３の断面積より大きな断面積を有する筒状のコンバータ２７と、そのコンバータ２７に収容された改質触媒２８とを有する。ここで、バイパス管２３の断面積をＡ１とし、コンバータ２７の断面積をＡ２とすると、（Ａ１／Ａ２）で表されるそのＡ１とＡ２の比は０．１２５以上１．０未満であることが好ましい。そして、この実施の形態では、改質触媒２８として酸化触媒が用いられる例を示し、その改質触媒２８は筒状のコンバータ２７を塞ぐように収容される。 A bypass pipe 23 is provided in the exhaust pipe 16 between the NOx storage reduction catalyst 21 and the diesel engine 11. The exhaust pipe 16 is formed with a branch part 24 to which the upstream end of the bypass pipe 23 is connected and a junction part 25 to which the exhaust gas downstream end of the bypass pipe 23 is connected. The bypass pipe 23 is connected to the branch part 24 and the junction part 25. It is attached between. The bypass pipe 23 is configured such that exhaust gas flows from the branch portion 24, and the exhaust gas that flows into the bypass pipe 23 returns to the exhaust pipe 16 from the junction portion 25. The bypass pipe 23 is provided with a reformer 26 that generates hydrogen from the exhaust gas flowing into the bypass pipe 23 and light oil supplied from a light oil supply means 30 described later. As shown in FIG. 2, the reformer 26 includes a cylindrical converter 27 provided in the middle of the bypass pipe 23 and having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the bypass pipe 23, and the reformer accommodated in the converter 27. Catalyst 28. Here, when the sectional area of the bypass pipe 23 is A1, and the sectional area of the converter 27 is A2, the ratio of A1 and A2 represented by (A1 / A2) is 0.125 or more and less than 1.0. Is preferred. In this embodiment, an example in which an oxidation catalyst is used as the reforming catalyst 28 is shown, and the reforming catalyst 28 is accommodated so as to block the cylindrical converter 27.
この改質触媒２８である酸化触媒は、排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成された図示しないモノリス担体（材質：コージェライト）を有し、このモノリス担体上に白金−アルミナ触媒又は白金−セリア−アルミナ触媒がコーティングされたものが用いられる。白金−アルミナ触媒はモノリス担体にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粉末を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させて構成される。また白金−セリア−アルミナ触媒は、モノリス担体にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の粉末及びセリア（ＣｅＯ2）の粉末を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させて構成される。このようなコーティングにより、改質触媒２８にＣＯや炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。ここで、貴金属としてパラジウムを使用しても良い。 The oxidation catalyst, which is the reforming catalyst 28, has a monolith support (material: cordierite) (not shown) in which grid-like (honeycomb-like) passages are formed in the flow direction of the exhaust gas, and platinum-alumina on the monolith support. A catalyst or a catalyst coated with a platinum-ceria-alumina catalyst is used. The platinum-alumina catalyst is formed by coating a monolith support with a slurry containing alumina (Al 2 O 3 ) powder and then supporting platinum (active metal). The platinum-ceria-alumina catalyst is formed by coating a monolith support with a slurry containing alumina (Al 2 O 3 ) powder and ceria (CeO 2 ) powder, and then supporting platinum (active metal). By such coating, the reforming catalyst 28 is imparted with oxidizing power of CO and hydrocarbons (HC, etc.). Here, palladium may be used as the noble metal.
図１に戻って、改質触媒２８より上流側のコンバータ２７又はバイパス管２３には、軽油３２を改質触媒２８に向けて噴射させる噴射ノズル２９が設けられる。この実施の形態では、改質触媒２８より上流側のバイパス管２３に設けられる場合を例示し、この噴射ノズル２９には駆動することによりこの噴射ノズル２９に軽油３２を供給する軽油供給手段３０が接続される。軽油供給手段３０は液体供給管３１を含み、液体供給管３１の一端が噴射ノズル２９に接続され、液体供給管３１の他端は軽油３２が貯留された液体タンク３３に接続される。なお、図示しないが、液体供給管３１の他端はエンジン１１の燃料噴射ポンプへ燃料を供給するフィードポンプに接続しても良い。液体供給管３１には、噴射ノズル２９への軽油３２の供給量を調整する液体調整弁３４と、液体タンク３３内の軽油３２を噴射ノズル２９に供給可能なポンプ３６が設けられる。液体調整弁３４は、３つのポート３４ａ〜３４ｃを有する三方弁であり、第１ポート３４ａはポンプ３６の吐出口に接続され、第２ポート３４ｂは噴射ノズル２９に接続され、更に第３ポート３４ｃは戻り管３７を介して液体タンク３３に接続される。そして、ポンプ３６を駆動した状態で液体調整弁３４がオンすると第１及び第２ポート３４ａ，３４ｂが連通して液体タンク３３内の軽油３２が噴射ノズル２９に供給され、オフすると第１及び第３ポート３４ａ，３４ｃが連通して軽油３２の噴射ノズル２９への供給が停止されるように構成される。 Returning to FIG. 1, an injection nozzle 29 that injects light oil 32 toward the reforming catalyst 28 is provided in the converter 27 or the bypass pipe 23 upstream of the reforming catalyst 28. In this embodiment, the case where it is provided in the bypass pipe 23 on the upstream side of the reforming catalyst 28 is illustrated, and light oil supply means 30 for supplying the light oil 32 to the injection nozzle 29 by being driven by the injection nozzle 29 is provided. Connected. The light oil supply means 30 includes a liquid supply pipe 31, one end of the liquid supply pipe 31 is connected to the injection nozzle 29, and the other end of the liquid supply pipe 31 is connected to a liquid tank 33 in which the light oil 32 is stored. Although not shown, the other end of the liquid supply pipe 31 may be connected to a feed pump that supplies fuel to the fuel injection pump of the engine 11. The liquid supply pipe 31 is provided with a liquid adjustment valve 34 that adjusts the supply amount of the light oil 32 to the injection nozzle 29 and a pump 36 that can supply the light oil 32 in the liquid tank 33 to the injection nozzle 29. The liquid regulating valve 34 is a three-way valve having three ports 34a to 34c. The first port 34a is connected to the discharge port of the pump 36, the second port 34b is connected to the injection nozzle 29, and the third port 34c. Is connected to the liquid tank 33 via a return pipe 37. When the liquid regulating valve 34 is turned on while the pump 36 is driven, the first and second ports 34a and 34b communicate with each other, so that the light oil 32 in the liquid tank 33 is supplied to the injection nozzle 29. The three ports 34a and 34c are communicated with each other so that the supply of the light oil 32 to the injection nozzle 29 is stopped.
排気管１６の分岐部２４には排ガスを排気管１６からバイパス管２３へ流入させる流量調整弁４１が設けられる。この実施の形態における流量調整弁４１はいわゆるバタフライ弁であって、図２に示すように、排気管１６と平行な一点鎖線で示す位置でその排気管１６を２分する仕切板４１ａと、その仕切板４１ａを回転駆動させる駆動手段４１ｂとを備える。そして、駆動手段４１ｂにより仕切板４１ａが回転させられて実線で示す位置に回転移動すると、その仕切板４１ａは排気管１６の断面積を減少させてその排気管１６を通過する排ガスの抵抗を上昇させて分岐部２４からバイパス管２３に流入する排ガスの量を増加させるように構成される。 A branching portion 24 of the exhaust pipe 16 is provided with a flow rate adjustment valve 41 that allows exhaust gas to flow from the exhaust pipe 16 to the bypass pipe 23. The flow rate adjustment valve 41 in this embodiment is a so-called butterfly valve, and as shown in FIG. 2, a partition plate 41a that bisects the exhaust pipe 16 at a position indicated by a one-dot chain line parallel to the exhaust pipe 16, and Drive means 41b for rotating and driving the partition plate 41a. When the partition plate 41a is rotated by the driving means 41b and moved to the position indicated by the solid line, the partition plate 41a decreases the cross-sectional area of the exhaust pipe 16 and increases the resistance of the exhaust gas passing through the exhaust pipe 16. Thus, the amount of exhaust gas flowing into the bypass pipe 23 from the branch portion 24 is increased.
一方、エンジン１１のクランク軸近傍にはこのクランク軸の回転速度を検出する回転センサ５１が設けられ、アクセルペダル近傍又は燃料噴射ポンプのコントロールレバー近傍にはエンジンの負荷を検出する負荷センサ５２が設けられる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１より排ガス下流側の排気管１６にはそのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を通過した排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６が設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１より排ガス上流側のコンバータ２２には、そのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を通過する排ガスの温度を検出する温度センサ４２と、そのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を通過する排ガスの温空燃比を検出する空燃比センサ４３が設けられる。上記回転センサ５１、負荷センサ５２、ＮＯｘセンサ４６、温度センサ４２及び空燃比センサ４３の各検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ４４の制御入力に接続され、コントローラ４４の制御出力は液体調整弁３４、ポンプ３６及び排ガス調整弁４１にそれぞれ接続される。 On the other hand, a rotation sensor 51 for detecting the rotation speed of the crankshaft is provided in the vicinity of the crankshaft of the engine 11, and a load sensor 52 for detecting the engine load is provided in the vicinity of the accelerator pedal or the control lever of the fuel injection pump. It is done. Further, a NOx sensor 46 that detects the NOx concentration of the exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst 21 is provided in the exhaust pipe 16 on the exhaust gas downstream side of the NOx storage reduction catalyst 21. The converter 22 on the upstream side of the exhaust gas from the NOx storage reduction catalyst 21 has a temperature sensor 42 that detects the temperature of the exhaust gas that passes through the NOx storage reduction catalyst 21, and the hot air-fuel ratio of the exhaust gas that passes through the NOx storage reduction catalyst 21. An air-fuel ratio sensor 43 for detection is provided. The detection outputs of the rotation sensor 51, load sensor 52, NOx sensor 46, temperature sensor 42, and air-fuel ratio sensor 43 are connected to the control input of a controller 44 comprising a microcomputer, and the control output of the controller 44 is the liquid regulating valve 34, The pump 36 and the exhaust gas adjustment valve 41 are connected to each other.
コントローラ４４はメモリ４７を備える。メモリ４７には、エンジン１１の回転速度及び負荷、触媒２１出口のＮＯｘ濃度、触媒２１を通過する排ガスの温度及び空燃比に応じた液体調整弁３４のオン時間及びその間隔や、排ガス調整弁４１の開度や、ポンプ３６の作動の有無が予め記憶される。具体的には、ＮＯｘセンサ４６、温度センサ４２及び空燃比センサ４３の検出出力により液体調整弁３４をオンする間隔（触媒２１によるＮＯｘ吸蔵時間）が決定され、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力により液体調整弁３４をオンしている時間が決定され、更にＮＯｘセンサ４６、回転センサ５１、負荷センサ５２、温度センサ４２及び空燃比センサ４３の各検出出力により排ガス調整弁４１の切換時期及び切換時間が決定される。 The controller 44 includes a memory 47. The memory 47 stores the rotational speed and load of the engine 11, the NOx concentration at the outlet of the catalyst 21, the temperature and the air-fuel ratio of the exhaust gas passing through the catalyst 21, the on time and interval thereof, and the exhaust gas adjustment valve 41. And the presence or absence of operation of the pump 36 are stored in advance. Specifically, an interval (NOx occlusion time by the catalyst 21) for turning on the liquid regulating valve 34 is determined by detection outputs of the NOx sensor 46, the temperature sensor 42, and the air-fuel ratio sensor 43, and each of the rotation sensor 51 and the load sensor 52 is determined. The time during which the liquid adjustment valve 34 is turned on is determined based on the detection output, and the switching timing of the exhaust gas adjustment valve 41 is determined based on the detection outputs of the NOx sensor 46, the rotation sensor 51, the load sensor 52, the temperature sensor 42, and the air-fuel ratio sensor 43. And the switching time is determined.
このように構成されたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
ディーゼルエンジン１１を始動すると、エンジン１１から排出された排ガスは排気管１６を通ってＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を通過する。排気管１６を通過する排ガスの一部は、排気管１６の分岐部２４からバイパス管２３へ流入するけれども、バイパス管２３へ流入した排ガスは下流側に流れて合流部２５から排気管１６に還流し、その後ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１を通過する。そして排ガスに含まれるＮＯｘはこのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１により排ガスから除去される。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１のコート層に例えばＢａを担持していれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘはこのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１において排ガス中のＯ2と反応し、更に触媒２１中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒２１に吸蔵され、大気に排出される排ガス中から除去される。なお、このような状態において、コントローラ４４は排ガス調整弁４１における仕切板４１ａを排気管１６と平行な位置に維持させる。
The operation of the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine configured as described above will be described.
When the diesel engine 11 is started, the exhaust gas discharged from the engine 11 passes through the NOx storage reduction catalyst 21 through the exhaust pipe 16. A part of the exhaust gas that passes through the exhaust pipe 16 flows into the bypass pipe 23 from the branch part 24 of the exhaust pipe 16, but the exhaust gas that has flowed into the bypass pipe 23 flows downstream and returns to the exhaust pipe 16 from the junction 25. Then, it passes through the NOx storage reduction catalyst 21. The NOx contained in the exhaust gas is removed from the exhaust gas by the NOx storage reduction catalyst 21. For example, if, for example, Ba is supported on the coating layer of the NOx occlusion reduction catalyst 21, NOx discharged from the engine 11 reacts with O 2 in the exhaust gas in the NOx occlusion reduction catalyst 21, and further BaO in the catalyst 21. , BaCO 3 reacts to produce [Ba (NO 3 ) 2 ], which is stored in the catalyst 21 and removed from the exhaust gas discharged to the atmosphere. In such a state, the controller 44 maintains the partition plate 41 a in the exhaust gas adjustment valve 41 at a position parallel to the exhaust pipe 16.
触媒２１におけるＮＯｘの吸蔵状態はＮＯｘセンサ４６により検出され、このＮＯｘセンサ４６が例えば５０ｐｐｍ以上のＮＯｘ濃度を検出すると、即ちＮＯｘ吸蔵還元触媒２１においてＮＯｘの吸蔵量が飽和状態に近付くと、コントローラ４４は触媒２１を再生させるべく回転センサ５１、負荷センサ５２、温度センサ４２、空燃比センサ４３及びＮＯｘセンサ４６の各検出出力に基づいて、ポンプ３６を駆動するとともに液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から軽油３２をバイパス管２３の内部における排ガス中に噴射する。噴射された軽油は酸化触媒からなる改質触媒２８に達し、その触媒２８において排ガス中の酸素と反応して水と二酸化炭素に変化し、これとともに発熱してその改質触媒２８の温度を上昇させる。 The NOx occlusion state in the catalyst 21 is detected by the NOx sensor 46. When the NOx sensor 46 detects a NOx concentration of, for example, 50 ppm or more, that is, when the NOx occlusion amount in the NOx occlusion reduction catalyst 21 approaches the saturated state, the controller 44. In order to regenerate the catalyst 21, the pump 36 is driven and the liquid regulating valve 34 is turned on based on the detection outputs of the rotation sensor 51, load sensor 52, temperature sensor 42, air-fuel ratio sensor 43 and NOx sensor 46. Light oil 32 is injected from the nozzle 29 into the exhaust gas inside the bypass pipe 23. The injected light oil reaches the reforming catalyst 28 made of an oxidation catalyst, reacts with oxygen in the exhaust gas in the catalyst 28 to change into water and carbon dioxide, and generates heat together with this to raise the temperature of the reforming catalyst 28. Let
ここで、この改質触媒２８は、バイパス管２３の断面積Ａ１より大きな断面積Ａ２を有する筒状のコンバータ２７に収容されているため、その改質触媒２８を通過する排ガスの速度は著しく低下する。即ち、改質触媒２８を通過する排ガスの速度はそのコンバータ２７の内部を通過する排ガスの速度と一致する。コンバータ２７の内部を通過する排ガスの速度とバイパス管２３の内部を通過する排ガスの速度の比は、そのコンバータ２７の断面積Ａ２とバイパス管２３の断面積Ａ１の比に比例する。従って、バイパス管２３の断面積Ａ１より大きな断面積Ａ２を有するコンバータ２７に達した排ガスは、その断面積の比に従って減速され、減速された状態で改質触媒２８を通過することになる。 Here, since the reforming catalyst 28 is accommodated in the cylindrical converter 27 having a cross-sectional area A2 larger than the cross-sectional area A1 of the bypass pipe 23, the speed of the exhaust gas passing through the reforming catalyst 28 is remarkably reduced. To do. That is, the speed of the exhaust gas passing through the reforming catalyst 28 matches the speed of the exhaust gas passing through the converter 27. The ratio of the speed of the exhaust gas passing through the inside of the converter 27 and the speed of the exhaust gas passing through the inside of the bypass pipe 23 is proportional to the ratio of the cross-sectional area A2 of the converter 27 and the cross-sectional area A1 of the bypass pipe 23. Therefore, the exhaust gas that has reached the converter 27 having a cross-sectional area A2 larger than the cross-sectional area A1 of the bypass pipe 23 is decelerated according to the ratio of the cross-sectional areas, and passes through the reforming catalyst 28 in a decelerated state.
このように排ガスは減速された状態で改質触媒２８を通過するので、噴射ノズル２９から噴射された軽油３２は改質触媒２８の前半において排ガス中の酸素と反応して水と二酸化炭素に変化し、これとともにその改質触媒２８の温度を上昇させる。その後、酸素が消費されて酸素が無くなった排ガスは改質触媒２８の後半を通過するため、その改質触媒２８の後半は酸素が無い雰囲気中であってかつその温度が６００度以上となる。このため、噴射ノズル２９から噴射されて改質触媒２８の後半を通過する軽油３２は、改質触媒２８の前半で生じた水と反応して水素と一酸化炭素に変化し、この水素と一酸化炭素が排ガスとともに改質触媒２８から下流側に排出される。その後その排ガスはそのバイパス管２３を下流に流れ、合流部２５から排気管１６に還流する。特にこの実施の形態では、バイパス管２３の断面積Ａ１とコンバータ２７の断面積Ａ２の（Ａ１／Ａ２）で表される比を０．１２５以上１．０未満としたので、改質触媒２８を通過する排ガスの速度を確実に低下させて、その改質触媒２８において軽油３２を確実に反応させて水素と一酸化炭素を生成させることができる。 Since the exhaust gas thus passes through the reforming catalyst 28 in a decelerated state, the light oil 32 injected from the injection nozzle 29 reacts with oxygen in the exhaust gas in the first half of the reforming catalyst 28 and changes to water and carbon dioxide. At the same time, the temperature of the reforming catalyst 28 is increased. Thereafter, the exhaust gas from which oxygen has been consumed and the oxygen has disappeared passes through the latter half of the reforming catalyst 28, so that the latter half of the reforming catalyst 28 is in an oxygen-free atmosphere and its temperature becomes 600 ° C. or higher. Therefore, the light oil 32 that is injected from the injection nozzle 29 and passes through the second half of the reforming catalyst 28 reacts with water generated in the first half of the reforming catalyst 28 to change into hydrogen and carbon monoxide. Carbon oxide is discharged from the reforming catalyst 28 to the downstream side together with the exhaust gas. Thereafter, the exhaust gas flows downstream through the bypass pipe 23 and returns to the exhaust pipe 16 from the junction 25. Particularly in this embodiment, the ratio represented by (A1 / A2) of the cross-sectional area A1 of the bypass pipe 23 and the cross-sectional area A2 of the converter 27 is set to 0.125 or more and less than 1.0. Hydrogen gas and carbon monoxide can be generated by reliably reducing the speed of the exhaust gas passing therethrough and allowing the light oil 32 to react reliably in the reforming catalyst 28.
排気管１６に還流して還元剤としてのＣＯ及びＨ2を含む排ガスはその後ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に達し、排ガス中に含まれる還元剤としてのＣＯ及びＨ2はＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に吸蔵されたＮＯｘがそのＮＯｘ吸蔵還元触媒２１から次のように放出させる。即ち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ3）2］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮＯ2或いはＮ2まで還元され、次にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ2が排ガス中のＣＯ及びＨ2と反応して無害なＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏが生成されて大気に排出される。このようにしてＮＯｘ吸蔵還元触媒２１が再生される。 The exhaust gas that recirculates to the exhaust pipe 16 and contains CO and H 2 as the reducing agent then reaches the NOx storage reduction catalyst 21, and CO and H 2 as the reducing agent contained in the exhaust gas are stored in the NOx storage reduction catalyst 21. NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst 21 as follows. That is, [Ba (NO 3 ) 2 ] stored in the NOx storage reduction catalyst 21 reacts with the reducing agent in the exhaust gas and is reduced to NO 2 or N 2 , and then the NOx storage reduction catalyst 21 is selective. It functions as a good reduction catalyst, and the NO 2 reacts with CO and H 2 in the exhaust gas to produce harmless N 2 , CO 2 , and H 2 O, which are discharged to the atmosphere. In this way, the NOx storage reduction catalyst 21 is regenerated.
また、コントローラ４４は、還元剤供給手段３０の駆動時に、即ち、ポンプ３６を駆動するとともに液体調整弁３４をオンして噴射ノズル２９から還元剤３２である軽油を噴射する際に流量調整弁４１を操作し、排ガスを排気管１６からバイパス管２３へ流入させる。即ち、コントローラ４４は排ガス調整弁４１における仕切板４１ａを必要に応じて図２の一点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで回転させ、排ガスが通過する排気管１６における断面積を縮小してバイパス管２３に流れ込む排ガスの量を増加させる。即ち、バイパス管２３に改質触媒２８を設けるとバイパス管２３を通過する排ガスの抵抗が増加するため、このバイパス管２３を排気管１６に併設するとバイパス管２３に排ガスが流入しない場合も生じ得る。そこで、流量調整弁４１を操作して排気管１６からバイパス管２３に排ガスを確実に流入させて、改質触媒２８において還元剤としての水素と一酸化炭素を確実に生じさせ、その還元剤としての水素と一酸化炭素を排気管１６に確実に還流させる。
なお、上述した実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンに本発明の排ガスを浄化する装置を用いてもよい。
Further, the controller 44 controls the flow rate adjustment valve 41 when the reducing agent supply means 30 is driven, that is, when the pump 36 is driven and the liquid adjustment valve 34 is turned on to inject the light oil as the reducing agent 32 from the injection nozzle 29. The exhaust gas is caused to flow from the exhaust pipe 16 to the bypass pipe 23. That is, the controller 44 rotates the partition plate 41a in the exhaust gas adjustment valve 41 from the position indicated by the one-dot chain line in FIG. 2 to the position indicated by the solid line as necessary to reduce the cross-sectional area in the exhaust pipe 16 through which the exhaust gas passes. The amount of exhaust gas flowing into the pipe 23 is increased. That is, when the reforming catalyst 28 is provided in the bypass pipe 23, the resistance of the exhaust gas passing through the bypass pipe 23 increases. Therefore, if the bypass pipe 23 is provided along with the exhaust pipe 16, exhaust gas may not flow into the bypass pipe 23. . Therefore, by operating the flow rate adjustment valve 41, the exhaust gas is surely flowed into the bypass pipe 23 from the exhaust pipe 16 to reliably generate hydrogen and carbon monoxide as the reducing agent in the reforming catalyst 28, and as the reducing agent. The hydrogen and carbon monoxide are reliably refluxed to the exhaust pipe 16.
In the embodiment described above, the turbocharged diesel engine is used as the engine. However, the apparatus for purifying exhaust gas of the present invention may be used for a naturally aspirated diesel engine.
１１ ディーゼルエンジン
１６ 排気管
２１ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３ バイパス管
２６ 改質器
２７ コンバータ
２８ 改質触媒
２９ 噴射ノズル
３０ 軽油供給手段
３２ 軽油
４１ 流量調整弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Diesel engine 16 Exhaust pipe 21 NOx storage reduction catalyst 23 Bypass pipe 26 Reformer 27 Converter 28 Reforming catalyst 29 Injection nozzle 30 Light oil supply means 32 Light oil 41 Flow control valve
Claims (3)
前記改質器(26)は前記バイパス管(23)の断面積より大きな断面積を有する筒状のコンバータ(27)と前記コンバータ(27)に収容された改質触媒(28)とを有し、
前記軽油供給手段(30)から供給された前記軽油(32)を前記改質触媒(28)に向けて噴射させる噴射ノズル(29)が前記改質触媒(28)より上流側の前記コンバータ(27)又は前記バイパス管(23)に設けられた
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。 A NOx storage reduction catalyst (21) is provided in the exhaust pipe (16) of the diesel engine (11), and a bypass pipe (23) is additionally provided in the exhaust pipe (16) upstream of the NOx storage reduction catalyst (21). Diesel provided with a reformer (26) in the bypass pipe (23) for generating hydrogen from the exhaust gas flowing into the bypass pipe (23) and the light oil (32) supplied from the light oil supply means (30) In engine exhaust gas purification equipment,
The reformer (26) includes a cylindrical converter (27) having a cross-sectional area larger than that of the bypass pipe (23) and a reforming catalyst (28) accommodated in the converter (27). ,
An injection nozzle (29) for injecting the light oil (32) supplied from the light oil supply means (30) toward the reforming catalyst (28) has the converter (27 ) Or the exhaust gas purifying device for a diesel engine, which is provided in the bypass pipe (23).
The diesel engine according to claim 1 or 2, wherein a ratio (A1 / A2) of a cross-sectional area (A1) of the bypass pipe (23) and a cross-sectional area (A2) of the converter (27) is 0.125 or more and less than 1.0. Exhaust gas purification device.
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