JP2009019556A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。 Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine is mainly composed of a soot fraction composed of carbon and a SOF fraction (Soluble Organic Fraction) composed of a high-boiling hydrocarbon component. Furthermore, the composition contains a small amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component). As a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter is installed in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust gas flows. Has been performed conventionally.
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。 The particulate filter has a porous honeycomb structure made of a ceramic such as cordierite, and the inlets of the respective channels partitioned in a lattice shape are alternately sealed, and the channels are not sealed. The outlet is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall that defines each flow path is discharged downstream.
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタの採用が検討されている。 Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operation conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough for particulates to self-combust, so a catalyst regeneration type that integrally supports an oxidation catalyst. Adoption of a particulate filter is being studied.
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。 That is, if such a catalyst regeneration type particulate filter is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted to lower the ignition temperature, and the particulates can be burned and removed even at an exhaust temperature lower than the conventional one. It becomes possible.
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。 However, even when such a catalyst regeneration type particulate filter is used, the trapped amount exceeds the particulate processing amount in the operation region where the exhaust temperature is low, so such a low exhaust gas. If the operation state at the temperature continues, there is a possibility that the particulate filter will fall into an over trapped state without the regeneration of the particulate filter proceeding well.
そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。 Therefore, a flow-through type oxidation catalyst is separately arranged in front of the particulate filter, and fuel is added to the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst at the stage where the amount of particulate accumulation has increased. It is considered to perform forced regeneration.
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料(HC)が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。 That is, the fuel (HC) added on the upstream side of the particulate filter undergoes an oxidation reaction while passing through the preceding oxidation catalyst, and the catalyst bed of the particulate filter immediately after the inflow of exhaust gas heated by the reaction heat. The temperature is raised, the particulates are burned out, and the particulate filter is regenerated.
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。 As a specific means for executing this kind of fuel addition, post-injection is added at the timing of non-ignition later than the compression top dead center following the main injection of fuel performed near the compression top dead center. What is necessary is just to add a fuel in gas.
尚、斯かるパティキュレートフィルタの強制再生に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献1等がある。
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、前述のように排気ガス中のパティキュレートを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)についても除去する必要があるので、一般的には、排気系から抜き出した排気ガスの一部を吸気系へ戻し且つその吸気系に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOx(窒素酸化物)の発生を低減するEGR装置(EGR:Exhaust Gas Recirculation)が併用されているが、近年における排ガス規制の強化に伴い、排気温度の低い運転状態でのNOx値を排気ガスの再循環だけで目標値まで低減するのが困難になってきている。 However, when purifying exhaust gas from a diesel engine, it is not sufficient to remove particulates in the exhaust gas as described above, and it is also necessary to remove NOx (nitrogen oxide) contained in the exhaust gas. In general, a part of the exhaust gas extracted from the exhaust system is returned to the intake system, and the exhaust gas returned to the intake system is used to suppress combustion of the fuel in the engine to lower the combustion temperature. An EGR device (EGR: Exhaust Gas Recirculation) that reduces the generation of (nitrogen oxides) is used together. However, in recent years, exhaust gas regulations have been strengthened. It has become difficult to reduce to the target value only by circulation.
このため、本発明者らは、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒の存在に着目し、これらを排気温度の低い運転状態で選択還元型触媒として活用することでNOxの更なる低減化を図ることを創案するに到り、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒を従前通りの白金系の酸化触媒とした際に、排気温度の低い条件下で排気ガス中の添加燃料(HC)を還元剤としてNOxを還元浄化し得る性質が存在することを検証実験により確認した。 For this reason, the present inventors pay attention to the existence of an oxidation catalyst carried on the particulate filter and an oxidation catalyst arranged in the preceding stage, and use these as selective reduction catalysts in an operation state where the exhaust temperature is low. This led to the creation of a further reduction in NOx, and the oxidation catalyst supported by the particulate filter and the oxidation catalyst arranged in the preceding stage were used as conventional platinum-based oxidation catalysts. At that time, it was confirmed by a verification experiment that there is a property capable of reducing and purifying NOx by using the added fuel (HC) in the exhaust gas as a reducing agent under a condition where the exhaust temperature is low.
ここで、選択還元型触媒とは、酸素共存下でも選択的にNOxを還元剤と反応させる性質を備えた触媒のことを指し、より具体的には、一般的にディーゼル排ガスには多量の酸素が残存しているため、そのような酸化雰囲気中で還元剤の添加燃料(HC)と酸素との反応を抑制して選択的に添加燃料(HC)とNOxとの還元反応を促進する性質を備えた触媒のことを指しているが、そもそも、このような性質を持つ触媒として知られている白金,パラジウム等の貴金属触媒は、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒と成分的に近似するものである。 Here, the selective reduction catalyst refers to a catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen, and more specifically, diesel exhaust gas generally contains a large amount of oxygen. Therefore, in such an oxidizing atmosphere, the reaction between the reducing agent added fuel (HC) and oxygen is suppressed to selectively promote the reduction reaction between the added fuel (HC) and NOx. In the first place, noble metal catalysts such as platinum and palladium, which are known as catalysts having such properties, are placed on the oxidation catalyst supported by the particulate filter or in the preceding stage. It is similar in composition to the oxidation catalyst that is produced.
ただし、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合と同じように、エンジン側でポスト噴射を追加することで燃料を還元剤として添加しようとすると、排気ガス中に添加された燃料がEGR装置により再循環された際に、その添加燃料がEGRクーラで急冷されて結露し易くなるため、該EGRクーラの熱交換部にウェットな粘着面が形成されて排気ガス中の煤が付着し、ここに付着堆積した煤と添加燃料との混合物が不完全燃焼の末にコーキングを起こしてこびり付き、EGRクーラの熱交換部における排気ガスと冷却水との熱交換効率が低下してEGRクーラの冷却性能の低下を招く虞れがあった。尚、パティキュレートフィルタの強制再生時には、EGRバルブが閉じて排気ガスの再循環が中断されるような制御ロジックが組まれているのが通常である。 However, as in the case of forced regeneration of the particulate filter, if fuel is added as a reducing agent by adding post injection on the engine side, the fuel added to the exhaust gas is recirculated by the EGR device. When this is done, the added fuel is rapidly cooled by the EGR cooler and is likely to condense. Therefore, a wet adhesive surface is formed on the heat exchange part of the EGR cooler, soot in the exhaust gas adheres, and deposits accumulate here. The mixture of the soot and added fuel causes coking after incomplete combustion and sticks, reducing the heat exchange efficiency between the exhaust gas and the cooling water in the heat exchange section of the EGR cooler, and reducing the cooling performance of the EGR cooler. There was a fear of inviting. Incidentally, at the time of forced regeneration of the particulate filter, it is usual that a control logic is built so that the EGR valve is closed and the exhaust gas recirculation is interrupted.
また、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒を、排気温度の低い運転状態で選択還元型触媒として活用できる可能性が見いだせたものの、その上流側に単純に燃料を添加してNOxの還元浄化を図るだけでは、現在要求されているような厳しい目標値までNOx値を下げることが難しいことも判った。 In addition, although it was found that the oxidation catalyst supported by the particulate filter and the oxidation catalyst arranged in the preceding stage can be used as a selective reduction catalyst in an operation state with a low exhaust temperature, it is simple on the upstream side. It has also been found that it is difficult to reduce the NOx value to the strict target value that is currently required by simply adding fuel to the catalyst to reduce and purify NOx.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒を活用し、排気温度の低い運転状態でNOxを効果的に低減し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and effectively utilizes NOx in an operation state where the exhaust temperature is low by utilizing an oxidation catalyst carried on a particulate filter or an oxidation catalyst arranged in the preceding stage. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can be reduced.
本発明は、前段に酸化触媒を装備した触媒再生型のパティキュレートフィルタを排気管途中に介装し、エンジンの各気筒への燃料噴射時にポスト噴射を追加して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、前段の酸化触媒より上流側の排気管に排気ガス中のNOのNO2への酸化反応を促進するNO2生成触媒を設けると共に、該NO2生成触媒と前段の酸化触媒との間で排気ガス中に燃料を直噴する燃料添加手段を設け、該燃料添加手段より上流側で排気系から排気ガスの一部を抜き出して吸気系へ再循環し得るように構成したことを特徴とするものである。 In the present invention, a catalyst regeneration type particulate filter equipped with an oxidation catalyst in the preceding stage is interposed in the middle of the exhaust pipe, and post-injection is added when fuel is injected into each cylinder of the engine to leave a large amount of unburned fuel. In this case, fuel is added to the exhaust gas, and the particulate filter is burned by the heat of reaction when the added fuel undergoes an oxidation reaction on the preceding oxidation catalyst, forcing the particulate filter. in the exhaust purification apparatus to reproduce, provided with a NO 2 synthesizing catalyst to promote the oxidation of NO to NO 2 in the exhaust gas in the exhaust pipe upstream of the oxidation catalyst of the preceding stage, and the NO 2 synthesizing catalyst A fuel addition means for directly injecting fuel into the exhaust gas is provided between the upstream oxidation catalyst and a part of the exhaust gas is extracted from the exhaust system upstream from the fuel addition means, and then returned to the intake system. It is characterized in that it has configured to be able to ring.
このようにすれば、エンジンから排出されて間もない高温の排気ガスがNO2生成触媒に導入されることにより、排気温度の低い運転状態でも比較的容易にNO2生成触媒が活性化し、排気ガス中のNOxの大半を占めるNOの酸化反応が促進される結果、反応性の高いNO2が効率良く生成されて前段の酸化触媒及びパティキュレートフィルタへと導かれる。 In this way, the high-temperature exhaust gas that has just been exhausted from the engine is introduced into the NO 2 production catalyst, so that the NO 2 production catalyst can be activated relatively easily even in an operation state at a low exhaust temperature, and the exhaust gas As a result of promoting the oxidation reaction of NO occupying most of the NOx in the gas, highly reactive NO 2 is efficiently generated and led to the preceding oxidation catalyst and particulate filter.
そして、NO2が多く存在する雰囲気下で燃料添加手段により燃料が排気ガス中に添加されると、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒により、選択的に添加燃料(HC)とNO2との還元反応が促進されて効果的にNOxが還元浄化される。 When the fuel is added to the exhaust gas by the fuel addition means in an atmosphere in which a large amount of NO 2 exists, the oxidation catalyst carried on the particulate filter or the oxidation catalyst disposed in the preceding stage selectively. In addition, the reduction reaction between the added fuel (HC) and NO 2 is promoted to effectively reduce and purify NOx.
この際、排気系から排気ガスの一部を抜き出して吸気系へ戻す排気ガスの再循環を併用しても、吸気系へ再循環される排気ガスは、燃料添加手段より上流側の排気系から抜き出されるようになっているので、燃料添加手段で燃料を添加しても、その添加燃料がEGRクーラの熱交換部に導かれることがなく、ここにウェットな粘着面が形成されて煤と未燃燃料分との混合物がコーキングを起こす虞れが未然に回避され、EGRクーラの冷却性能の低下が確実に防止される。 At this time, even if exhaust gas recirculation that extracts a part of the exhaust gas from the exhaust system and returns it to the intake system is used together, the exhaust gas that is recirculated to the intake system is not removed from the exhaust system upstream of the fuel addition means. Since the fuel is added by the fuel addition means, the added fuel is not led to the heat exchange part of the EGR cooler, and a wet adhesive surface is formed on the surface. The possibility that the mixture with the unburned fuel will cause coking is avoided, and the cooling performance of the EGR cooler is reliably prevented from being lowered.
他方、酸化触媒の直後のパティキュレートフィルタにおいては、排気温度条件と無関係にパティキュレートが捕集されていくため、パティキュレートとNOxの同時低減化が図られることになり、しかも、このパティキュレートフィルタの強制再生を行うに際しては、従前通り排気ガスの再循環を中断してエンジン側でポスト噴射を追加すれば良く、このようにすれば、ポスト噴射で添加された燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により後段のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートが燃やし尽くされることになる。 On the other hand, in the particulate filter immediately after the oxidation catalyst, particulates are collected regardless of the exhaust temperature condition, so that the particulates and NOx can be simultaneously reduced, and this particulate filter When performing forced regeneration, it is sufficient to interrupt the exhaust gas recirculation and add post-injection on the engine side as before, and in this way, the fuel added by post-injection will remain on the oxidation catalyst in the previous stage. Oxidation reaction is performed, and the collected particulate matter in the downstream particulate filter is burned out by the reaction heat.
尚、パティキュレートフィルタの強制再生時には、エンジン側でのポスト噴射により添加された燃料の一部がNO2生成触媒上でも酸化処理されることになるため、その反応熱により排気ガスが昇温されてパティキュレートフィルタの強制再生が助勢されることになる。 During forced regeneration of the particulate filter, part of the fuel added by post-injection on the engine side is also oxidized on the NO 2 generation catalyst, so that the exhaust gas is heated by the reaction heat. Thus, forced regeneration of the particulate filter is encouraged.
また、本発明においては、酸素共存下でも選択的にNOxを炭化水素と反応させ得る選択還元型触媒をパティキュレートフィルタの後段に追加装備したり、燃料添加手段と前段の酸化触媒との間に追加装備したりすることが可能であり、このようにすれば、選択還元型触媒でも排気ガス中のNOxが還元浄化され、排気温度の低い運転状態でNOxを還元浄化する機能が更に増強されることになる。 In the present invention, a selective reduction catalyst capable of selectively reacting NOx with hydrocarbons even in the presence of oxygen is additionally provided in the subsequent stage of the particulate filter, or between the fuel addition means and the preceding oxidation catalyst. In this way, even with the selective reduction catalyst, NOx in the exhaust gas is reduced and purified, and the function of reducing and purifying NOx in an operating state with a low exhaust temperature is further enhanced. It will be.
尚、この選択還元型触媒は、NOxの還元浄化を支援するべく補助的に追加装備されているにすぎないため、特に容積の大きなものを用いる必要はなく、選択還元型触媒の追加装備にあたり、その配置スペースを比較的コンパクトに抑えることが可能である。 In addition, since this selective reduction type catalyst is only supplementarily added to support the reduction and purification of NOx, it is not necessary to use a particularly large volume, and in addition to the selective reduction type catalyst, It is possible to keep the arrangement space relatively compact.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、排気管の上流側にあるNO2生成触媒で反応性の高いNO2を効率良く生成し、このNO2が多く存在する雰囲気下で燃料添加手段により燃料添加を行うことによって、パティキュレートフィルタに担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒を活用して効果的にNOxを還元浄化することができ、しかも、その燃料添加をポスト噴射を利用せずに燃料添加手段により実施してEGRクーラの熱交換部に添加燃料が導かれないようにすることができ、これによりEGRクーラの冷却性能の低下を確実に防止しながら排気ガスの再循環を併用することができるので、排気温度の低い運転状態であっても、従来より低い目標値までNOx値を低減することができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項2、3に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの後段や、燃料添加手段と前段の酸化触媒との間に追加装備した選択還元型触媒によって、選択還元型触媒でも排気ガス中のNOxを還元浄化することができるので、排気温度の低い運転状態でNOxを還元浄化する機能を増強することができる。 (II) According to the second and third aspects of the present invention, the selective reduction type catalyst is further provided by the selective reduction type catalyst additionally provided after the particulate filter or between the fuel addition means and the preceding oxidation catalyst. Since the catalyst can also reduce and purify NOx in the exhaust gas, it is possible to enhance the function of reducing and purifying NOx in an operating state with a low exhaust temperature.
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における1はターボチャージャ2を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に吸気マニホールド7へと吸気4が導かれてディーゼルエンジン1の各気筒8(図1では直列6気筒の場合を例示している)に分配されるようになっている。
FIG. 1 shows an example of an embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 1,
更に、このディーゼルエンジン1の各気筒8から排出された排気ガス9は、排気マニホールド10を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス9が排気管11を介し車外へ排出されるようにしてある。
Further, the
そして、この排気管11の途中には、フィルタケース12が介装されており、該フィルタケース12内には、酸化触媒を一体的に担持した触媒再生型のパティキュレートフィルタ13が収容されており、該パティキュレートフィルタ13の前段には、フロースルー型の酸化触媒14が収容されている。
A
また、排気マニホールド10における各気筒8の並び方向の一端部と、吸気マニホールド7に接続されている吸気管5の一端部との間がEGRライン15により接続されており、排気マニホールド10から抜き出した排気ガス9の一部が水冷式のEGRクーラ16及びEGRバルブ17を介して吸気管5に再循環されるようになっており、排気系から吸気系へ再循環された排気ガス9で各気筒8内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減し得るようにしてある。
In addition, an
他方、図示しない運転席のアクセルには、アクセル開度をディーゼルエンジン1の負荷として検出するアクセルセンサ18が備えられていると共に、ディーゼルエンジン1の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ19が装備されており、これらアクセルセンサ18及び回転センサ19からのアクセル開度信号18a及び回転数信号19aは、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置20に対し入力されるようになっている。
On the other hand, the accelerator of the driver's seat (not shown) is provided with an
そして、この制御装置20においては、ディーゼルエンジン1の各気筒8に燃料を噴射する燃料噴射装置21に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号21aが出力されるようになっている。
In the
ここで、前記燃料噴射装置21は、各気筒8毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号21aにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量(開弁時間)が適切に制御されるようになっている。
Here, the
そして、前記制御装置20では、アクセル開度信号18a及び回転数信号19aに基づき通常モードの燃料噴射信号21aが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ13の強制再生を行う必要が生じた際に通常モードから強制再生モードに切り替わり、圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うような燃料噴射信号21aが決定されるようになっている。
In the
即ち、メイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス9中に未燃の燃料が添加されることになり、この未燃の燃料が熱分解により高濃度のHCガスとなって前段の酸化触媒14で酸化反応し、その反応熱により前段の酸化触媒14を通過する排気ガス9の温度が大幅に昇温され、この大幅に昇温された排気ガス9がパティキュレートフィルタ13に導入されて該パティキュレートフィルタ13の触媒床温度が上げられることにより捕集済みパティキュレートが燃やし尽くされるようにしてある。
That is, when post-injection is performed at a non-ignition timing that is later than the compression top dead center following main injection, unburned fuel is added to the
尚、前述した制御装置20においては、ディーゼルエンジン1の回転数と燃料噴射信号21aの出力値から判る燃料の噴射量とを抽出し、これら回転数と噴射量とによるパティキュレートの発生量マップからディーゼルエンジン1の現在の運転状態に基づくパティキュレートの基本的な発生量を推定し、この基本的な発生量に対しパティキュレートの発生にかかわる各種の条件を考慮した補正係数を掛け且つ現在の運転状態におけるパティキュレートの処理量を減算して最終的な発生量を求め、この最終的な発生量を時々刻々積算してパティキュレートの堆積量を推定し、その堆積量が所定の目標値に達したものと推定された際に、パティキュレートフィルタ13の強制再生を行う必要が生じたものと判定されるようになっている。
In the
ただし、このようなパティキュレートの堆積量を推定する方法には各種の考え方があり、ここに例示した推定方法以外の手法を用いてパティキュレートの堆積量を推定することも勿論可能であり、パティキュレートフィルタ13の前後の差圧に基づいてパティキュレートの堆積量を推定したり、運転時間や走行距離を目安としてパティキュレートの堆積量を推定したりすることも可能である。
However, there are various ways of estimating the amount of particulate deposition, and it is of course possible to estimate the amount of particulate deposition using a method other than the estimation method exemplified here. It is also possible to estimate the accumulated amount of particulates based on the differential pressure before and after the
また、前述したEGRバルブ17に対しては、前記制御装置20から制御信号17aが出力されるようになっており、現在の運転状態に応じて前記EGRバルブ17が必要なEGR率を実現し得るよう適切な開度に制御されるようにしてあるが、パティキュレートフィルタ13の強制再生時には、前記EGRバルブ17を閉じて排気ガス9の再循環を中断し得るようにしてある。
Further, a
そして、このように構成された排気浄化装置に関し、本形態例においては、前段の酸化触媒14より上流側の排気管11(タービン2bの出口付近)に、排気ガス9中のNOのNO2への酸化反応を促進するフロースルー型のNO2生成触媒22が設けられている。
With regard to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, in this embodiment, the exhaust pipe 11 (near the outlet of the
また、このNO2生成触媒22と前段の酸化触媒14との間(フィルタケース12の入口付近)には、排気ガス9中に燃料を直噴する燃料添加装置23(燃料添加手段)が設けられ、該燃料添加装置23のノズル部24の先端から下流側に向けて燃料が噴射されるようにしてあり、この燃料添加装置23は、制御装置20からの燃料添加信号23aにより排気温度の低い運転状態で燃料添加が実行されるようになっている。
A fuel addition device 23 (fuel addition means) that directly injects fuel into the
尚、ここに図示している例においては、フィルタケース12内におけるパティキュレートフィルタ13の後段に、酸素共存下でも選択的にNOxを炭化水素と反応させ得る選択還元型触媒25が、NOxの還元浄化を支援するべく補助的に追加装備されている。
In the example shown here, a
而して、このようにすれば、ディーゼルエンジン1から排出されて間もない高温の排気ガス9がNO2生成触媒22に導入されることにより、排気温度の低い運転状態でも比較的容易にNO2生成触媒22が活性化し、排気ガス9中のNOxの大半を占めるNOの酸化反応が促進される結果、反応性の高いNO2が効率良く生成されて前段の酸化触媒14及びパティキュレートフィルタ13へと導かれる。
Thus, in this way, the high-
そして、NO2が多く存在する雰囲気下で制御装置20からの燃料添加信号23aを受けた燃料添加装置23により燃料が排気ガス9中に添加されると、パティキュレートフィルタ13に担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒14により、選択的に添加燃料(HC)とNO2との還元反応が促進されて効果的にNOxが還元浄化されることになる。
When fuel is added into the
この際、制御装置20からの制御信号17aによりEGRバルブ17を適切な開度で開けることにより、排気マニホールド10から排気ガス9の一部を抜き出して水冷式のEGRクーラ16及びEGRバルブ17を介し吸気管5に戻す排気ガス9の再循環を併用しても、吸気管5へ再循環される排気ガス9は、燃料添加装置23より上流側にある排気マニホールド10から抜き出されるようになっているので、燃料添加装置23で燃料を添加しても、その添加燃料がEGRクーラ16の熱交換部に導かれることがなく、ここにウェットな粘着面が形成されて煤と未燃燃料分との混合物がコーキングを起こす虞れが未然に回避され、EGRクーラ16の冷却性能の低下が確実に防止される。
At this time, a part of the
また、特に本形態例においては、選択還元型触媒25をパティキュレートフィルタ13の後段に追加装備しているので、この選択還元型触媒25でも排気ガス9中のNOxが還元浄化され、排気温度の低い運転状態でNOxを還元浄化する機能が更に増強されることになる。
In particular, in the present embodiment, the
尚、この選択還元型触媒25は、NOxの還元浄化を支援するべく補助的に追加装備されているにすぎないため、特に容積の大きなものを用いる必要はなく、選択還元型触媒25の追加装備にあたり、その配置スペースを比較的コンパクトに抑えることが可能である。
The
他方、酸化触媒14の直後のパティキュレートフィルタ13においては、排気温度条件と無関係にパティキュレートが捕集されていくため、パティキュレートとNOxの同時低減化が図られることになり、しかも、このパティキュレートフィルタ13の強制再生を行うに際しては、従前通り排気ガス9の再循環を中断してディーゼルエンジン1側でポスト噴射を追加すれば良く、このようにすれば、ポスト噴射で添加された燃料が前段の酸化触媒14上で酸化反応し、その反応熱により後段のパティキュレートフィルタ13内の捕集済みパティキュレートが燃やし尽くされることになる。
On the other hand, in the
尚、パティキュレートフィルタ13の強制再生時には、ディーゼルエンジン1側でのポスト噴射により添加された燃料の一部がNO2生成触媒22上でも酸化処理されることになるため、その反応熱により排気ガス9が昇温されてパティキュレートフィルタ13の強制再生が助勢されることになる。
During forced regeneration of the
従って、上記形態例によれば、排気管11の上流側にあるNO2生成触媒22で反応性の高いNO2を効率良く生成し、このNO2が多く存在する雰囲気下で燃料添加装置23により燃料添加を行うことによって、パティキュレートフィルタ13に担持されている酸化触媒や、その前段に配置される酸化触媒14を活用して効果的にNOxを還元浄化することができ、しかも、その燃料添加をポスト噴射を利用せずに燃料添加装置23により実施してEGRクーラ16の熱交換部に添加燃料が導かれないようにすることができ、これによりEGRクーラ16の冷却性能の低下を確実に防止しながら排気ガス9の再循環を併用することができるので、排気温度の低い運転状態であっても、従来より低い目標値までNOx値を低減することができる。
Therefore, according to the above embodiment, the highly reactive NO 2 is efficiently generated by the NO 2 generating catalyst 22 on the upstream side of the
また、本形態例においては、選択還元型触媒25をパティキュレートフィルタ13の後段に追加装備しているので、この選択還元型触媒25でも排気ガス9中のNOxを還元浄化することができ、排気温度の低い運転状態でNOxを還元浄化する機能を更に増強することができる。
Further, in the present embodiment, the
図2は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例においては、選択還元型触媒25を燃料添加装置23と前段の酸化触媒14との間に追加装備するようにしており、このようにすれば、選択還元型触媒25が前段の酸化触媒14及びパティキュレートフィルタ13より上流側に配置されることによって、選択還元型触媒25の触媒床温度が上がり易くなり、排気温度の低い運転状態でNOxを還元浄化する機能の更なる増強が期待できる。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the
ただし、酸化触媒14の前に選択還元型触媒25が配置されることでパティキュレートフィルタ13の強制再生の効率が下がる懸念があり、パティキュレートフィルタ13の再生効率を重視するならば、先の図1の形態例の如きパティキュレートフィルタ13の後段に選択還元型触媒25を配置した方が好ましいと言える。
However, there is a concern that the efficiency of forced regeneration of the
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
4 吸気
5 吸気管
8 気筒
9 排気ガス
10 排気マニホールド
11 排気管
13 パティキュレートフィルタ
14 酸化触媒
15 EGRライン
20 制御装置
21 燃料噴射装置
22 NO2生成触媒
23 燃料添加装置(燃料添加手段)
25 選択還元型触媒
1 Diesel engine (engine)
4
25 selective reduction catalyst
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