JP2009013863A - Exhaust emission control system of 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を浄化する排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust purification system that purifies exhaust discharged from an internal combustion engine.
内燃機関から排出される排気に含まれるNOx、微粒子物質(PM:Particulate Matter)等を除去し、排気を浄化する目的で、内燃機関の排気通路に排気浄化装置が設けられる。この排気浄化装置として、排気中のNOxを還元雰囲気において選択的に還元することで排気を浄化する選択還元型NOx触媒や、排気中のNOxを吸蔵、還元することで排気を浄化する吸蔵還元型NOx触媒等が挙げられる。上記NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給制御が行われることによりNOx触媒においてNOxが還元される(以下、「NOx還元処理」という。)。 An exhaust purification device is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for the purpose of removing NOx, particulate matter (PM), etc. contained in the exhaust discharged from the internal combustion engine and purifying the exhaust. As this exhaust purification device, a selective reduction type NOx catalyst that purifies exhaust by selectively reducing NOx in exhaust in a reducing atmosphere, or a storage reduction type that purifies exhaust by storing and reducing NOx in exhaust. NOx catalyst etc. are mentioned. By performing reducing agent supply control for supplying a reducing agent to the NOx catalyst, NOx is reduced in the NOx catalyst (hereinafter referred to as “NOx reduction treatment”).
更に、上記排気浄化装置として、排気中の微粒子物質を捕集して大気への微粒子物質の放出を抑制するパティキュレートフィルタ(以下、単に「フィルタ」ともいう。)が例示できる。係るフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている(以下、「PM再生処理」という。)。このPM再生処理においては、フィルタが酸化触媒を担持している場合や、フィルタよりも上流側に酸化触媒が設けられる場合等に、酸化触媒に還元剤を供給し、該還元剤が酸化する時の反応熱によってフィルタを昇温させる場合がある。 Further, as the exhaust purification device, a particulate filter (hereinafter also simply referred to as “filter”) that collects particulate matter in the exhaust and suppresses the release of the particulate matter to the atmosphere can be exemplified. In such a filter, when the amount of collected particulate matter increases, the engine performance deteriorates due to clogging of the filter. Therefore, the collected particulate matter is oxidized and removed by raising the temperature of the filter. (Hereinafter referred to as “PM regeneration process”). In this PM regeneration process, when the filter carries an oxidation catalyst, or when an oxidation catalyst is provided upstream from the filter, the reducing agent is supplied to the oxidation catalyst and the reducing agent is oxidized. The temperature of the filter may be raised by the reaction heat.
上記のように排気浄化装置に対して還元剤を供給する制御に関連して、特許文献1には、内燃機関の排気通路にNOx触媒とフィルタを直列に配置し、NOx触媒の直上流に設けられる還元剤添加弁から排気に還元剤(液体燃料)を添加する技術が開示されている。
しかしながら、上記従来技術においては、NOx触媒の直上流に配置された還元剤添加弁から添加された還元剤が排気中で充分に分散する前に排気浄化装置としてのNOx触媒に流入する場合がある。その結果、還元剤がNOx触媒全体に満遍なく供給されず、NOx触媒の全体においてNOxを浄化することが困難となる場合があった。 However, in the above prior art, the reducing agent added from the reducing agent addition valve disposed immediately upstream of the NOx catalyst may flow into the NOx catalyst as the exhaust purification device before being sufficiently dispersed in the exhaust gas. . As a result, the reducing agent is not uniformly supplied to the entire NOx catalyst, and it may be difficult to purify NOx in the entire NOx catalyst.
また、還元剤の消費量を低減させる観点によれば、少ない還元剤でより多くのNOxを還元することが望まれる。その為には、排気浄化装置に対して効率よく還元剤を供給する必要がある。 Further, from the viewpoint of reducing the consumption of the reducing agent, it is desired to reduce more NOx with a small reducing agent. For this purpose, it is necessary to efficiently supply the reducing agent to the exhaust purification device.
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気通路に排気浄化装置を直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して還元剤をより効率よく供給できる技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object of the present invention is to provide each exhaust purification device in an exhaust purification system of an internal combustion engine provided with an exhaust purification device in series in an exhaust passage of the internal combustion engine. It is to provide a technique capable of supplying a reducing agent more efficiently.
上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。
すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられる第1排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置よりも下流側に設けられる第2排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置の上流側の第1分岐部から分岐して、該第1分岐部よりも下流側であって該第1排気浄化装置よりも上流側の第1合流部において前記排気通路に合流する第1分岐通路と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置の上流側の第2分岐部から分岐して、前記排気通路における前記第1排気浄化装置よりも下流側であって前記第2排気浄化装置よりも上流側の第2合流部において前記排気通路に合流する第2分岐通路と、
前記排気通路における前記第1分岐部よりも下流側であって前記第1合流部よりも上流側の部分または前記第1分岐通路に設けられ、前記第1合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第1還元剤添加手段と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置よりも下流側であって前記第2合流部よりも上流側の部分または前記第2分岐通路に設けられ、前記第2合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第2還元剤添加手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means.
That is,
A first exhaust purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A second exhaust purification device provided downstream of the first exhaust purification device in the exhaust passage;
A first merging portion that branches from the first branching portion on the upstream side of the first exhaust purification device in the exhaust passage and that is downstream of the first branching portion and upstream of the first exhaust purification device. A first branch passage that merges with the exhaust passage;
Branching from the second branch portion upstream of the first exhaust purification device in the exhaust passage, downstream of the first exhaust purification device and upstream of the second exhaust purification device of the exhaust passage. A second branch passage that joins the exhaust passage at the second joining portion of
The exhaust passage is provided downstream of the first branch portion and upstream of the first junction portion or in the first branch passage, and is reduced to the exhaust gas before flowing into the first junction portion. First reducing agent addition means for adding an agent;
The exhaust passage is provided on the downstream side of the first exhaust purification device and upstream of the second merging portion or in the second branch passage, and the exhaust before flowing into the second merging portion. A second reducing agent adding means for adding a reducing agent;
It is characterized by providing.
本発明においては、第1排気浄化装置に対して還元剤を供給する場合に第1還元剤添加手段から還元剤が排気中に添加される。ここで、第1還元剤添加手段は、排気通路の第1分岐部よりも下流側であって第1合流部よりも上流側の部分(以下、この部分を「第1分流区間」ともいう。)、または第1分岐通路に設けられる。本発明では、第1還元剤添加手段によって排気に還元剤が添加された後の排気を第1排気浄化装置に流入させる前に、還元剤を含まない排気と第1合流部において合流させることとした。 In the present invention, when the reducing agent is supplied to the first exhaust gas purification device, the reducing agent is added into the exhaust gas from the first reducing agent addition means. Here, the first reducing agent addition means is a portion downstream of the first branching portion of the exhaust passage and upstream of the first merging portion (hereinafter, this portion is also referred to as “first branching section”). ) Or the first branch passage. In the present invention, before the exhaust gas after the reducing agent is added to the exhaust gas by the first reducing agent addition means is allowed to flow into the first exhaust gas purification device, the exhaust gas that does not contain the reducing agent is joined at the first junction. did.
すなわち、第1還元剤添加手段が第1分岐通路に設けられる場合には、還元剤が添加された後の排気が第1分岐通路から第1合流部に流入すると共に、還元剤を含まない排気が排気通路における第1分流区間から第1合流部に流入する。逆に、第1還元剤添加手段が排気通路の第1分流区間に設けられる場合には、還元剤が添加された後の排気が排気通路の第1分流区間から第1合流部に流入すると共に、還元剤を含まない排気が第1分岐通路から第1合流部に流入する。 That is, when the first reducing agent addition means is provided in the first branch passage, the exhaust gas after the addition of the reducing agent flows into the first junction from the first branch passage and does not contain the reducing agent. Flows into the first junction from the first branch section in the exhaust passage. Conversely, when the first reducing agent addition means is provided in the first branching section of the exhaust passage, the exhaust gas after the reducing agent is added flows from the first branching section of the exhaust passage into the first junction. The exhaust gas not containing the reducing agent flows into the first junction from the first branch passage.
上記の何れにおいても、還元剤を含む排気と含まない排気とが第1合流部において合流する際にぶつかり合うことで、排気の乱れが大きくなる。その結果、第1合流部において第1還元剤添加手段により添加された還元剤が排気中で撹拌されることによって、還元剤をより分散させることができる。更に、還元剤が添加された後の排気の流量は第1合流部において増大することになる。これにより、排気中における還元剤の分布領域(以下、「還元剤分布領域」という。)を第1還元剤添加手段が還元剤を添加した直後に比べて拡大することができる。 In any of the above cases, the exhaust gas turbulence increases when the exhaust gas containing the reducing agent and the exhaust gas not containing it collide at the first junction. As a result, the reducing agent added by the first reducing agent adding means in the first junction is stirred in the exhaust gas, so that the reducing agent can be further dispersed. Furthermore, the flow rate of the exhaust gas after the reducing agent is added increases at the first junction. Thereby, the distribution area of the reducing agent in the exhaust (hereinafter referred to as “reducing agent distribution area”) can be expanded as compared with immediately after the first reducing agent addition means adds the reducing agent.
より詳しくは、還元剤分布領域を排気の流れ方向にも、排気通路の径方向にも拡大することができる。これによれば、第1排気浄化触媒に還元剤を供給することのできる期間(以下、この期間を「還元剤供給期間」という。)を長くすることができるので、還元剤の添加量(つまり、還元剤の添加期間)を増加することなく第1排気浄化装置における還元剤の反応期間をより長く延長できる。また、排気中の還元剤が排気通路の径方向へ充分に分散するため、還元剤を第1排気浄化装置全体に満遍なく供給できる。 More specifically, the reducing agent distribution region can be expanded both in the exhaust flow direction and in the exhaust passage radial direction. According to this, the period during which the reducing agent can be supplied to the first exhaust purification catalyst (hereinafter, this period is referred to as “reducing agent supply period”) can be lengthened. The reaction period of the reducing agent in the first exhaust purification device can be extended longer without increasing the reducing agent addition period). Further, since the reducing agent in the exhaust gas is sufficiently dispersed in the radial direction of the exhaust passage, the reducing agent can be uniformly supplied to the entire first exhaust purification device.
一方、第2排気浄化装置に対して還元剤を供給する場合には、第2還元剤添加手段から還元剤が排気中に添加される。第2還元剤添加手段は、排気通路における第1排気浄化装置と第2合流部との間の部分(以下、この部分を「第2分流区間」ともいう。)、または第2分岐通路に設けられるため、第2還元剤添加手段により添加された還元剤を含んだ排
気と還元剤を含まない排気とが第2合流部において合流する。
On the other hand, when the reducing agent is supplied to the second exhaust purification device, the reducing agent is added into the exhaust from the second reducing agent addition means. The second reducing agent addition means is provided in a portion of the exhaust passage between the first exhaust purification device and the second merging portion (hereinafter, this portion is also referred to as “second branching section”) or in the second branch passage. Therefore, the exhaust gas containing the reducing agent added by the second reducing agent addition means and the exhaust gas not containing the reducing agent merge at the second junction.
その結果、第2還元剤添加手段により還元剤が添加された後の排気が第2合流部に流入する際に、排気中の還元剤を撹拌して分散させることができる。これにより、還元剤分布領域を拡大することができる。従って、第2排気浄化装置に対しても効率的に還元剤を供給することができる。 As a result, when the exhaust gas after the reducing agent is added by the second reducing agent addition means flows into the second junction, the reducing agent in the exhaust gas can be stirred and dispersed. Thereby, a reducing agent distribution area can be expanded. Therefore, the reducing agent can be efficiently supplied also to the second exhaust purification device.
以上のように、本発明によれば、第1排気浄化装置と第2排気浄化装置とを直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して還元剤を効率よく供給することができる。その結果、各排気浄化装置に還元剤を供給する際の還元剤の消費量を低減することもできる。 As described above, according to the present invention, in the exhaust gas purification system for an internal combustion engine provided with the first exhaust gas purification device and the second exhaust gas purification device in series, the reducing agent is efficiently supplied to each exhaust gas purification device. can do. As a result, it is possible to reduce the consumption of the reducing agent when supplying the reducing agent to each exhaust purification device.
ここで、第1分岐通路を通過する排気と第2分岐通路を通過する排気とを比較すると、前者は第1排気浄化装置を迂回せずに第1排気浄化装置に流入し、後者は第1排気浄化装置を迂回して第2排気浄化装置に流入する点で相違する。つまり、第1排気浄化装置と第2排気浄化装置とに流入する排気の流量は異なっており、第2排気浄化装置には内燃機関から排出される全ての排気が流入するのに対し、第1排気浄化装置に流入する排気の流量は第2分岐通路を通過する分だけ少ない。 Here, comparing the exhaust gas passing through the first branch passage with the exhaust gas passing through the second branch passage, the former flows into the first exhaust gas purification device without bypassing the first exhaust gas purification device, and the latter is the first one. The difference is that the exhaust gas detours and flows into the second exhaust gas purification device. That is, the flow rate of the exhaust gas flowing into the first exhaust gas purification device and the second exhaust gas purification device is different, and all the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the second exhaust gas purification device, whereas the first exhaust gas purification device is different from the first exhaust gas purification device. The flow rate of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification device is small by the amount passing through the second branch passage.
本発明における第1排気浄化装置は、排気中のNOxを浄化するNOx触媒を含んで構成されても良い。すなわち、第1還元剤添加手段から排気中に還元剤が添加され、NOx触媒がリッチ雰囲気になることによってNOxが還元される。本発明では、上述のように第1排気浄化装置に対する還元剤供給期間が延長されることによって、NOx触媒をより長期に亘りリッチ雰囲気に維持できるので、NOxの浄化率を向上することができる。 The first exhaust purification device in the present invention may include a NOx catalyst that purifies NOx in the exhaust. That is, the reducing agent is added to the exhaust gas from the first reducing agent adding means, and the NOx catalyst is brought into a rich atmosphere, so that NOx is reduced. In the present invention, as described above, the NOx catalyst can be maintained in a rich atmosphere for a longer period by extending the reducing agent supply period to the first exhaust purification device, so that the NOx purification rate can be improved.
更に、本発明に係る排気浄化システムによれば、内燃機関から排出された排気の一部は第2分岐通路を通過してNOx触媒を迂回するため、NOx触媒を通過する排気の空間速度が低減されると共に、該NOx触媒を通過する酸素量を低減することができる。 Furthermore, according to the exhaust purification system of the present invention, a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine passes through the second branch passage and bypasses the NOx catalyst, so that the space velocity of the exhaust passing through the NOx catalyst is reduced. In addition, the amount of oxygen passing through the NOx catalyst can be reduced.
つまり、排気の空間速度を低減して還元剤をより長くNOx触媒内に滞留させることによって、NOxと還元剤との還元反応を促進することができる。また、NOx触媒を通過する酸素量を低減することにより、NOx触媒内の雰囲気をより少ない還元剤で容易にリッチ雰囲気にすることができる。これにより、NOx還元処理におけるNOxの還元効率をより一層向上させることができる。本発明におけるNOx触媒には、吸蔵還元型NOx触媒、選択還元型NOx触媒、三元触媒等が例示できる。 That is, the reduction reaction between NOx and the reducing agent can be promoted by reducing the space velocity of the exhaust gas and retaining the reducing agent in the NOx catalyst longer. In addition, by reducing the amount of oxygen passing through the NOx catalyst, the atmosphere in the NOx catalyst can be easily made rich with less reducing agent. Thereby, the NOx reduction efficiency in the NOx reduction process can be further improved. Examples of the NOx catalyst in the present invention include an occlusion reduction type NOx catalyst, a selective reduction type NOx catalyst, and a three-way catalyst.
また、本発明における第2排気浄化装置は、酸化触媒を担持したフィルタまたは、酸化触媒と該酸化触媒よりも下流側に設けられるフィルタとを含んで構成されても良い。すなわち、第2還元剤添加手段から還元剤を添加して、還元剤をフィルタに供給することによってフィルタを昇温し、フィルタに捕集された微粒子物質(PM)を酸化除去するPM再生処理が実施される。より詳しくは、フィルタに供給された還元剤が酸化される際の反応熱によって、フィルタの温度を微粒子物質が酸化される温度まで上昇させることによって微粒子物質の酸化除去が行われる。 Further, the second exhaust gas purification apparatus according to the present invention may include a filter carrying an oxidation catalyst, or an oxidation catalyst and a filter provided on the downstream side of the oxidation catalyst. That is, there is a PM regeneration process in which a reducing agent is added from the second reducing agent addition means, the temperature of the filter is raised by supplying the reducing agent to the filter, and particulate matter (PM) collected by the filter is oxidized and removed. To be implemented. More specifically, the particulate matter is oxidized and removed by raising the temperature of the filter to a temperature at which the particulate matter is oxidized by the reaction heat generated when the reducing agent supplied to the filter is oxidized.
ここで、PM再生処理においては、フィルタに流入する酸素量が過度に少なくなると、微粒子物質の酸化反応が抑制されてしまう虞がある。これに対し、本発明においては、内燃機関から排出された全ての排気がフィルタに流入するので、微粒子物質の効率的な酸化除去のために充分な酸素をフィルタに流入させることができる。 Here, in the PM regeneration process, if the amount of oxygen flowing into the filter is excessively reduced, the oxidation reaction of the particulate matter may be suppressed. On the other hand, in the present invention, all the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the filter, so that sufficient oxygen can be flowed into the filter for efficient oxidation removal of the particulate matter.
そして、本発明においては、第2合流部において第2分岐通路からの排気と排気通路に
おける第2分流区間からの排気とを合流させる際に、還元剤と酸素とを排気中で充分に混ぜ合わせることができる。これにより、フィルタがより昇温し易くなるため、微粒子物質の酸化反応を促進することができる。
In the present invention, when the exhaust from the second branch passage and the exhaust from the second branch section in the exhaust passage are merged at the second junction, the reducing agent and oxygen are sufficiently mixed in the exhaust. be able to. As a result, the temperature of the filter can be increased more easily, and the oxidation reaction of the particulate matter can be promoted.
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、第2分岐通路を通過する排気の流量を制御する流量制御手段を、更に備え、流量制御手段は、第1還元剤添加手段が還元剤を排気に添加するときに、第1還元剤添加手段が還元剤を添加しないときと比べて第2分岐通路を通過する排気の流量を増量しても良い。これによれば、第1排気浄化装置(例えば、NOx触媒)に対して還元剤を供給する際に、第1排気浄化装置を通過する排気の空間速度、および該第1排気浄化装置を通過する酸素量をより効果的に低減できる。 The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention further includes a flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas passing through the second branch passage, and the flow rate control means includes the first reducing agent adding means as the reducing agent. When adding to the exhaust gas, the flow rate of the exhaust gas passing through the second branch passage may be increased compared to when the first reducing agent adding means does not add the reducing agent. According to this, when supplying the reducing agent to the first exhaust purification device (for example, the NOx catalyst), the space velocity of the exhaust gas passing through the first exhaust purification device and the first exhaust purification device are passed. The amount of oxygen can be reduced more effectively.
また、本発明においては、第2分岐部は排気通路における第1分岐部よりも上流側の部分であっても良い。すなわち、第2分岐通路は、排気通路における第1分岐部よりも上流側から分岐していても良い。これによれば、内燃機関からの全ての排気が一旦第2分岐部に流入するため、第2分岐通路に流入する排気の流量を可及的に多くすることができる。つまり、第1排気浄化装置を迂回する排気の流量を多くすることができる。従って、第1排気浄化装置(例えば、NOx触媒)に対して還元剤を供給する際には、第1排気浄化装置を通過する排気の空間速度と該第1排気浄化装置を通過する酸素量とをより一層低減できる。 In the present invention, the second branch portion may be a portion upstream of the first branch portion in the exhaust passage. That is, the second branch passage may be branched from the upstream side of the first branch portion in the exhaust passage. According to this, since all the exhaust gas from the internal combustion engine once flows into the second branch portion, the flow rate of the exhaust gas flowing into the second branch passage can be increased as much as possible. That is, the flow rate of the exhaust gas that bypasses the first exhaust gas purification device can be increased. Therefore, when supplying the reducing agent to the first exhaust purification device (for example, the NOx catalyst), the space velocity of the exhaust gas passing through the first exhaust purification device and the amount of oxygen passing through the first exhaust purification device Can be further reduced.
また、本発明においては、排気通路における第1分岐部よりも下流側であって第1合流部よりも上流側(第1分流区間)の部分と第1分岐通路とは排気の流路面積が異なっており、第1還元剤添加手段は流路面積が小さい方の何れかに設けられても良い。この場合には、第1合流部に流入する排気のうち、還元剤を含まない排気に対して還元剤を含む排気の流量を相対的に少なくすることができる。これによれば、還元剤を含む排気が第1合流部を通過し難くなるため、還元剤分布領域を排気流れ方向により効果的に拡張できる。従って、第1排気浄化装置に対する還元剤供給期間をより長期に亘り確保することができる。 Further, in the present invention, the portion of the exhaust passage downstream of the first branch portion and upstream of the first junction portion (first branching section) and the first branch passage have an exhaust passage area. In other words, the first reducing agent adding means may be provided in one of the smaller flow path areas. In this case, the flow rate of the exhaust gas containing the reducing agent can be relatively reduced with respect to the exhaust gas that does not contain the reducing agent among the exhaust gas flowing into the first junction. According to this, since the exhaust gas containing the reducing agent does not easily pass through the first joining portion, the reducing agent distribution region can be effectively expanded in the exhaust flow direction. Therefore, the reducing agent supply period for the first exhaust gas purification device can be secured for a longer period.
また、本発明においては、排気通路における第1排気浄化装置よりも下流側であって第2合流部よりも上流側の部分(第2分流区間)と第2分岐通路とは排気の流路面積が異なっており、第2還元剤添加手段は流路面積が小さい方の何れかに設けられても良い。その場合には、第2合流部に流入する排気のうち、還元剤を含まない排気に対して還元剤を含む排気の流量を相対的に少なくすることができる。これにより、還元剤を含む排気が第2合流部を通過し難くなるため、還元剤分布領域を排気流れ方向により効果的に拡張できる。従って、第2排気浄化装置に対する還元剤供給期間をより長期に亘り確保することができる。 In the present invention, the portion of the exhaust passage that is downstream of the first exhaust purification device and upstream of the second merging portion (second shunt section) and the second branch passage are the exhaust passage area. And the second reducing agent addition means may be provided in any one of the smaller flow path areas. In that case, the flow rate of the exhaust gas containing the reducing agent can be relatively reduced with respect to the exhaust gas that does not contain the reducing agent among the exhaust gas flowing into the second junction. Thereby, since it becomes difficult for the exhaust gas containing the reducing agent to pass through the second merging portion, the reducing agent distribution region can be effectively expanded in the exhaust flow direction. Therefore, the reducing agent supply period for the second exhaust gas purification device can be secured for a longer period.
本発明にあっては、内燃機関の排気通路に排気浄化装置を直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して効率よく還元剤を供給することができる。 In the present invention, in the exhaust gas purification system for an internal combustion engine in which an exhaust gas purification device is provided in series in the exhaust passage of the internal combustion engine, the reducing agent can be efficiently supplied to each exhaust gas purification device.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are intended to limit the technical scope of the invention only to those unless otherwise specified. is not.
図1は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、ディーゼル機関である。図1においては、内燃機関1の内部及びその吸気系は省略されている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment and its exhaust system and control system. An
内燃機関1には、内燃機関1から排出される排気が流通する排気管5が接続され、この排気管5は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管5の途中には、排気中のNOxを浄化する吸蔵還元型NOx触媒(以下、「NSR」という。)10が配置されている。そして、排気管5におけるNSR10の下流側には、酸化触媒が担持されたフィルタ(以下、「DPR」という。)11が配置されている。このDPR11は、排気中の微粒子物質(PM)を捕集する。本実施例においては排気管5が本発明における排気通路に相当する。また、NSR10が本発明における第1排気浄化装置に相当し、DPR11が本発明における第2排気浄化装置に相当する。
An
また、NSR10よりも上流側の第1分岐部5aにおいて、排気管5から第1分岐管6が分岐しており、該第1分岐管6は該第1分岐部5aよりも下流側であってNSR10よりも上流側の第1合流部5bにおいて排気管5に合流している。
Further, in the
また、第1分岐部5aよりも更に上流側の第2分岐部5cにおいて、排気管5から第2分岐管7が分岐しており、NSR10とDPR11との間の部分において排気管5に合流している。ここで、第1分岐管6および第2分岐管7は、排気管5よりも径が小さく構成されている。本実施例においては、第1分岐管6と第2分岐管7とが、それぞれ本発明における第1分岐通路、第2分岐通路に相当する。
The
第1分岐管6には、NSR10に対するNOx還元処理を行う際に、還元剤としての燃料を添加する第1燃料添加弁12が設けられている。また、第2分岐管7には、DPR11に対するPM再生処理を行う際に、還元剤としての燃料を添加する第2燃料添加弁13が設けられている。本実施例においては第1燃料添加弁12と第2燃料添加弁13とが、それぞれ本発明における第1還元剤添加手段、第2還元剤添加手段に相当する。
The
以上述べたように構成された内燃機関1及びその排気系には、該内燃機関1及び排気系を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)15が併設さ
れている。このECU15は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態等を制御する他、内燃機関1のNSR10、DPR11を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。
The
ECU15には、内燃機関1の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、これらの出力信号がECU15に入力される。また、第1燃料添加弁12、第2燃料添加弁13などが電気配線を介して接続され、ECU15によって制御される。また、ECU15には、CPU、ROM、RAM等が備えられており、ROMには、内燃機関1の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述する本実施例におけるNOx還元制御ルーチンも、ECU15内のROMに記憶されたプログラムの一つである。
Sensors related to control of the operating state of the
次に、本実施例におけるNSR10や、DPR11に対して還元剤としての燃料を供給する燃料供給制御について説明する。例えば、NSR10に吸蔵されたNOxの量が増加するとNOxの浄化能力が低下するため、第1燃料添加弁12からの燃料供給制御によりNSR10に燃料を供給し、同触媒に吸蔵されたNOxを還元するNOx還元処理が実行される。すなわち、NSR10に流入する排気の空燃比(以下、「流入排気空燃比」という。)をリッチ空燃比まで低下させ、NSR10に吸蔵されたNOxが還元される。
Next, fuel supply control for supplying fuel as a reducing agent to the
また、DPR11に捕集されたPMの堆積量が増加するとDPR11の目詰まりによって背圧が上昇し機関性能が低下するので、第2燃料添加弁13からの燃料供給制御によってDPR11の温度を上昇させ、PMを酸化除去するPM再生処理が実行される。すなわち、DPR11に担持された酸化触媒において添加燃料が酸化されるときの発熱によりPMの酸化除去が行われる。
Further, if the amount of accumulated PM collected in the
ところで、燃料供給制御に係る燃費向上の観点からは、より少ない燃料添加量によってより多くのNOxを還元し、あるいはより多くのPMを酸化除去することが望まれる。その為には、NSR10やDPR11の有する触媒能力を最大限に利用すべく、NSR10やDPR11に添加燃料を効率よく供給することが必要となる。そこで、本実施例における排気浄化システムでは、燃料供給制御を実行する際に、触媒(つまり、NSR10やDPR11)内における添加燃料の反応時間をより長く、且つ添加燃料の反応性をより高めることができるシステム構成を採用することとした。
By the way, from the viewpoint of improving fuel efficiency related to fuel supply control, it is desired to reduce more NOx or oxidize and remove more PM with a smaller amount of fuel added. For this purpose, it is necessary to efficiently supply the added fuel to the
図1に示すように、第1燃料添加弁12から添加燃料が添加された場合、添加燃料を含んだ排気は第1合流部5bにおいて、排気管5側から第1合流部5bに流入してくる排気と合流する。一方、第2燃料添加弁13から添加燃料が添加された場合、添加燃料を含んだ排気は第2合流部5dにおいて、排気管5側から第2合流部5dに流入してくる排気と合流する。このように、本実施例においては、第1合流部5bや第2合流部5dにおいて、添加燃料を排気中で撹拌させることとした。これにより、NSR10やDPR11に流入する前に、排気中の添加燃料が充分に分散される。
As shown in FIG. 1, when the added fuel is added from the first
ここで、図2は、排気中における添加燃料の分布領域(以下、「添加燃料分布領域」という。)AHCの推移を説明するための説明図である。ここでは、第1燃料添加弁12から添加燃料を添加する場合を例に説明する。図2(a)は、第1燃料添加弁12からの燃料添加が終了した直後における添加燃料分布領域AHCを示した図である。図2(b)は、添加燃料が添加された後の排気が第1合流部5bに流入した後における添加燃料分布領域AHCを示した図である。また、図中には添加燃料分布領域AHCをハッチングにて図示する。また、図中の矢印は排気の流れを表す。
Here, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the transition of the added fuel distribution region (hereinafter referred to as “added fuel distribution region”) AHC in the exhaust gas. Here, a case where added fuel is added from the first
図2(a)に示すように、燃料添加弁12による燃料添加が終了した直後における添加燃料分布領域AHCの範囲は、第1燃料添加弁12から燃料が添加されている期間と第1分岐管6を通過する排気の流速に依存している。そして、この添加燃料分布領域AHCは排気の流れと共に第1合流部5bの方向に移動してゆき、添加燃料を含んだ排気が第1合流部5bまで到達すると、排気管5を通過してくる添加燃料を含まない排気と合流することになる。
As shown in FIG. 2 (a), the range of the added fuel distribution region AHC immediately after the fuel addition by the
ここで、図中に渦巻きで示すように、第1分岐管6からの排気と排気管5を通過してくる排気とが合流することによって排気には乱れが大きくなっている。その結果、添加燃料を含む排気と含まない排気とが合流する際に排気中の添加燃料が撹拌され、添加燃料が排気中で分散することになる。また、添加燃料が添加された排気の流量は、第1合流部を通過する際に増大するため、図2(b)に示すように、添加燃料分布領域AHCが拡大することになる。
Here, as shown by a spiral in the drawing, the exhaust from the
これにより、NSR10に添加燃料を供給することのできる期間(以下、この期間を「添加燃料供給期間」という。)をより長くすることができる。また、第1合流部5bにおいて排気通路5の径方向へも添加燃料は充分に分散するため、NSR10における排気流れ方向との直行方向全体に満遍なく添加燃料を供給できる。ここでは、第1燃料添加弁12による燃料添加が行われる場合を例に説明したが、第2燃料添加弁13による燃料添加
が行われる場合も同様である。つまり、添加燃料を含む排気が第2合流部5dを通過する際に添加燃料が排気中で撹拌・分散する。従って、DPR11に対する添加燃料供給期間が延長され、かつDPR11における排気流れ方向との直交方向全体に満遍なく添加燃料が供給される。
Thereby, the period during which the added fuel can be supplied to the NSR 10 (hereinafter, this period is referred to as “added fuel supply period”) can be further extended. Further, since the added fuel is sufficiently dispersed also in the radial direction of the
以上により、NSR10とDPR11との何れに対して添加燃料を供給する場合においても、触媒内における添加燃料の反応時間を長くすることができるとともに、触媒全体における添加燃料の反応性を高めることができる。すなわち、NSR10に対するNOx還元処理においては、NSR10全体をリッチ雰囲気に長期に亘り維持することによってNOxの浄化率を向上できる。また、DPR11に対するPM再生処理においては、DPR11全体を効率よく昇温させることによって、堆積しているPMを満遍なく酸化除去することができる。
As described above, in the case where the added fuel is supplied to either the
また、第1分岐管6は排気管5に比べて管径が小さいため、添加燃料が添加された第1分岐管6側から第1合流部5bに流入する排気の流量を、排気管5側を通過してくる排気の流量に比べて相対的に少なくすることができる。これにより、第1分岐管6からの添加燃料を含む排気が第1合流部5bに流入し難くなるため、添加燃料分布領域AHCを排気流れ方向に効果的に拡張することができる。同様に、第2分岐管7は排気管5に比べて管径が小さいため、添加燃料が添加された第2分岐管7側から第2合流部5dに流入する排気の流量を、排気管5側を通過してくる排気の流量に比べて相対的に少なくすることができる。これらによれば、NSR10及びDPR11に対する添加燃料供給期間をより長く延長することができる。
Since the
ところで、本実施例における第2分岐管7は、排気管5におけるNSR10の上流側と下流側とを接続しているため、第2分岐管7を通過する排気はNSR10を迂回してDPR11に流入する。従って、DPR11には内燃機関1から排出される全ての排気が流入するのに対し、NSR10に流入する排気の流量は、第2分岐管7を通過する分だけDPR11に流入する流量よりも少なくなる。以下、上記相違点を中心にNSR10及びDPR11に対するそれぞれの燃料供給制御について、詳しく説明する。
By the way, since the
まず、NSR10に対するNOx還元処理を行う際における、第1燃料添加弁12からの燃料添加について説明する。本実施例では、第2分岐管7を通過する排気にNSR10を迂回させることによって、NSR10を通過する酸素量を低減することができる。従って、より少ない添加燃料によって容易に流入排気空燃比を低下させることができる。
First, fuel addition from the first
また、排気がNSR10を通過する際の空間速度が低減するので、添加燃料をより長期に亘りNSR10内に滞留させることができる。これらにより、NOxの還元性を向上させ、且つ還元反応を長期に亘り促進させることができるので、NOxの浄化を更に効率良く行うことができる。
In addition, since the space velocity when the exhaust gas passes through the
次に、DPR11に対するPM再生処理を行う際の、第2燃料添加弁13からの燃料添加について説明する。PM再生処理においては、DPR11に流入する酸素量が過度に少なくなり過ぎると、PMの酸化反応が抑制されてしまう虞がある。これに対し、本実施例においては、内燃機関1から排出される全ての排気がDPR11に流入するため、DPR11に流入する酸素量が過度に不足することを抑制できる。また、第2合流部5dにおいて添加燃料を排気中において撹拌する際に、添加燃料と排気中の酸素とを効率よく混ぜ合わせることができる。これにより、DPR11がより昇温し易くなるのでPMの酸化除去を効率的に行うことができる。
Next, fuel addition from the second
以上のように、本実施例における排気浄化システムによれば、NSR10およびDPR
11に対して効率よく添加燃料を供給することができるので、NOxおよびPMの浄化率を向上させることができる。また、より少ない添加燃料によってより多くのNOxやPMを浄化できるので、還元剤として用いられる添加燃料の消費量を低減することができる。
As described above, according to the exhaust purification system of the present embodiment, the
Since the added fuel can be efficiently supplied to 11, the purification rate of NOx and PM can be improved. In addition, since more NOx and PM can be purified with less additive fuel, consumption of the additive fuel used as the reducing agent can be reduced.
なお、本実施例においては、第1分岐管6における第1燃料添加弁12よりも下流側の部分、第2分岐管7における第2燃料添加弁13よりも下流側の部分に添加燃料の気化・霧化を促進させるための熱容量の小さな酸化触媒を更に備えるようにしても良い。これによれば、添加燃料が軽質化されるのでNSR10、DPR11における添加燃料の反応性を好適に向上することができる。
In this embodiment, the added fuel is vaporized in a portion of the
また、本実施例では、第1分岐管6、第2分岐管7を通過する排気の流量を調節するバルブを特段設けていない。この場合、第1分岐管6を通過する排気の流量は、内燃機関1から排出される排気の流量、第1分岐部5aにおける第1分岐管6と排気管5との排気の分流比である第1分流比、第2分岐部5cにおける第2分岐管7と排気管5との排気の分流比である第2分流比、に応じて決定される。一方、第2分岐管7を通過する排気の流量は、内燃機関1から排出される排気の流量と第2分流比に応じて決定される。そして、第1分流比は排気管5及び第1分岐管6の管径、第2分流比は排気管5及び第2分岐管7の管径に応じて決定される。
In this embodiment, no special valve is provided for adjusting the flow rate of the exhaust gas passing through the
本実施例においては、NSR10、DPR11に対して添加燃料を供給する際に内燃機関1からの排気の流量、第1分流比、第2分流比に基づいて第1分岐管6、第2分岐管7を通過する流量を推定し、それぞれの流量に応じて燃料添加量を決定しても良い。これにより、第1分岐管6と第2分岐管7との何れに酸化触媒を設ける場合においても、第1分岐管6及び第2分岐管7のそれぞれを通過する排気の流量に対して適切な量の添加燃料を添加することができる。これにより、例えば、酸化触媒が過度に昇温してしまい、劣化してしまうことを確実に抑制できる。
In the present embodiment, when the added fuel is supplied to the
次に、本発明に係る第2の実施例について説明する。図3は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。ここで、実施例1の排気浄化システムと同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment and its exhaust system and control system. Here, the same or equivalent components as those in the exhaust purification system of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施例における排気浄化システムにおいては、第2分岐管が、第1分岐部5aと第1合流部5bとの間の部分から分岐している。また、第2分岐管7における第2燃料添加弁13よりも上流側には、該第2分岐管7を通過する排気の流量を調節する流量調節弁8が設けられている。本実施例においては流量調節弁8が本発明における流量制御手段に相当する。流量調節弁8はECU15に電気配線を介して接続され、ECU15によって制御される。
In the exhaust purification system of the present embodiment, the second branch pipe branches off from a portion between the
本実施例においては、NSR10に対するNOx還元処理において、第1燃料添加弁12から添加燃料を添加するときには、添加しないときに比べて流量調節弁8が開弁方向に制御される。これによれば、第2分岐管7を通過することによってNSR10を迂回する排気の流量が増大する。つまり、NSR10に対するNOx還元処理が行われる際、NSR10を通過する排気の空間速度および、該NSR10を通過する酸素量をより少なくすることができる。
In the present embodiment, in the NOx reduction process for the
以下、ECU15により行われるNOx還元処理に係る燃料供給制御について、図4のフローチャートを参照して説明する。図4は本実施例におけるNOx還元制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはECU15内のROMに記憶されたプログラムであり、内燃機関1の稼働中は所定時間毎に実行される。
Hereinafter, fuel supply control related to the NOx reduction process performed by the
本ルーチンが実行されるとまず、ステップS101において、NSR10に対してNOxの還元要求が出されているか否か判定される。NOxの還元要求は、例えば前回のNOx還元処理が終了してからの吸入空気量の積算値に基づいて出されても良い。また、排気管5に設けられる図示しないNOxセンサの出力値に基づいて還元要求が出されるようにしても良い。本ステップにおいて肯定判定された場合にはステップS102に進み、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。
When this routine is executed, first, in step S101, it is determined whether a NOx reduction request has been issued to the
ステップS102では、流量調節弁8が開弁方向に制御される。ここで、流量調節弁8の開度を全開に変更されても良い。続くステップS103では、第1燃料添加弁12に指令が出され、添加燃料が排気中に添加されることにより、NSR10に吸蔵されているNOxが還元される。本ステップの処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。
In step S102, the flow
本実施例によれば、第1分岐管6を通過する排気と第1分岐管6および第2分岐管7に流入せずに排気管5を流下してきた排気とが第1合流部5bにおいて合流する際に添加燃料が排気中で撹拌されるので、添加燃料分布領域AHCを燃料添加直後よりも拡大することができる。これにより、添加燃料供給期間が延長されるので、NOxの浄化率を向上できる。
According to the present embodiment, the exhaust gas that passes through the
以上のように、本実施1及び実施例2において本発明の実施形態を例示的に説明したが、これらに限定されるものではない。例えば、第1燃料添加弁12を第1分岐管6に配置する代わりに、排気管5における第1分岐部5aと第1合流部5bとの間に配置しても良い。この場合においても、添加燃料が添加された排気が第1合流部5bにおいて第1分岐通路からの排気と合流することにより、添加燃料を排気中で撹拌することができる。また、同様に、第2燃料添加弁13を第2分岐管7に配置する代わりに、排気管5におけるNSR10と第2合流部5dとの間の部分に配置しても良い。また、第1分岐管6及び第2分岐管7の管径が排気管5と同等、若しくは排気管5よりも大きく構成された排気浄化システムに本発明を適用してもよいのは勿論である。
As described above, the embodiments of the present invention have been exemplarily described in the first embodiment and the second embodiment, but the present invention is not limited thereto. For example, instead of arranging the first
また、本発明の第1排気装置としてのNSR10の代わりに、選択還元型NOx触媒や三元触媒を採用しても良い。また、第2排気浄化装置としてのDPR11の代わりにNOx触媒を担持したフィルタを採用しても良いし、酸化触媒やNOx触媒の下流側にフィルタを直列に配置した構成としても良い。
Further, instead of the
また、第2分岐管7については、該第2分岐管7を通過する排気がNSR10を迂回できれば良く、例えば第1合流部5bとNSR10との間の部分において排気管5から分岐していても良い。その場合には、第2分岐部5cが第1合流部5bよりも下流側に位置することになる。その際には、第1燃料添加弁12から添加された後の排気が第2分岐部5cを通過するまでは流量調節弁8の開度を略全閉に制御すると共に、上記排気が第2分岐部5cを通過した後に流量調節弁8の開弁制御を行うようにしても良い。これにより、第1燃料添加弁12から添加された添加燃料が排気と共に第2分岐管7に流入することを精度良く抑制することができる。
For the
1・・・内燃機関
5・・・排気管
5a・・第1分岐部
5b・・第1合流部
5c・・第2分岐部
5d・・第2合流部
6・・・第1分岐管
7・・・第2分岐管
8・・・流量調節弁
10・・NSR
11・・DPR
12・・第1燃料添加弁
13・・第2燃料添加弁
15・・ECU
DESCRIPTION OF
11. DPR
12.-first fuel addition valve 13.-second fuel addition valve 15.-ECU
Claims (6)
前記排気通路における前記第1排気浄化装置よりも下流側に設けられる第2排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置の上流側の第1分岐部から分岐して、該第1分岐部よりも下流側であって該第1排気浄化装置よりも上流側の第1合流部において前記排気通路に合流する第1分岐通路と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置の上流側の第2分岐部から分岐して、前記排気通路における前記第1排気浄化装置よりも下流側であって前記第2排気浄化装置よりも上流側の第2合流部において前記排気通路に合流する第2分岐通路と、
前記排気通路における前記第1分岐部よりも下流側であって前記第1合流部よりも上流側の部分または前記第1分岐通路に設けられ、前記第1合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第1還元剤添加手段と、
前記排気通路における前記第1排気浄化装置よりも下流側であって前記第2合流部よりも上流側の部分または前記第2分岐通路に設けられ、前記第2合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第2還元剤添加手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 A first exhaust purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A second exhaust purification device provided downstream of the first exhaust purification device in the exhaust passage;
A first merging portion that branches from the first branching portion on the upstream side of the first exhaust purification device in the exhaust passage and that is downstream of the first branching portion and upstream of the first exhaust purification device. A first branch passage that merges with the exhaust passage;
Branching from the second branch portion upstream of the first exhaust purification device in the exhaust passage, downstream of the first exhaust purification device and upstream of the second exhaust purification device of the exhaust passage. A second branch passage that joins the exhaust passage at the second joining portion of
The exhaust passage is provided downstream of the first branch portion and upstream of the first junction portion or in the first branch passage, and is reduced to the exhaust gas before flowing into the first junction portion. First reducing agent addition means for adding an agent;
The exhaust passage is provided on the downstream side of the first exhaust purification device and upstream of the second merging portion or in the second branch passage, and the exhaust before flowing into the second merging portion. A second reducing agent adding means for adding a reducing agent;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising:
前記流量制御手段は、前記第1還元剤添加手段が還元剤を排気に添加するときに、前記第1還元剤添加手段が還元剤を添加しないときと比べて前記第2分岐通路を通過する排気の流量を増量することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 A flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas passing through the second branch passage;
The flow rate control means is configured such that when the first reducing agent addition means adds the reducing agent to the exhaust gas, the exhaust gas that passes through the second branch passage compared to when the first reducing agent addition means does not add the reducing agent. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the flow rate of the engine is increased.
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JP2007175941A JP2009013863A (en) | 2007-07-04 | 2007-07-04 | Exhaust emission control system of internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101387560B1 (en) * | 2010-11-26 | 2014-04-23 | 대우조선해양 주식회사 | Internal combustion system for ship and exhaust gas purification system suitable for the same |
-
2007
- 2007-07-04 JP JP2007175941A patent/JP2009013863A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101387560B1 (en) * | 2010-11-26 | 2014-04-23 | 대우조선해양 주식회사 | Internal combustion system for ship and exhaust gas purification system suitable for the same |
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