JP2009030533A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分岐部11で分岐し該分岐部11よりも下流の合流部12で合流する排気通路2と、分岐部11と合流部12の間に夫々設けられる排気浄化触媒31,32と、合流部12よりも下流に設けられるフィルタ8と、分岐部11よりも下流で且つ排気浄化触媒31,32よりも上流から夫々の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給手段51,52と、排気浄化触媒31,32を通過する排気の量を調節する調節手段41,42と、を備え、フィルタ8の再生を行なうときに、一の還元剤供給手段51から還元剤を供給し、且つ、該還元剤が供給される排気通路21に設けられている排気浄化触媒31を通過する排気の量を減少させる。
【選択図】図1
Description
ュレートフィルタ(以下、フィルタという。)を備え、該フィルタの再生を行うときに一方の吸蔵還元型NOx触媒にリッチ空燃比の排気を通過させ、他方の吸蔵還元型NOx触媒にリーン空燃比の排気を通過させることでフィルタの温度を上昇させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。つまり、フィルタには、一方の吸蔵還元型NOx触媒
で発生した熱と、該一方の吸蔵還元型NOx触媒で反応しなかったHCと、他方の吸蔵還
元型NOx触媒を通過する酸素と、が流入する。そのため、HCと酸素とがフィルタに備
わる触媒で反応して該フィルタの温度が上昇するため、該フィルタの再生を行なうことが可能となる。
分岐部で複数に分岐し該分岐部よりも下流の合流部で合流する排気通路と、
前記分岐部と合流部の間の排気通路に夫々設けられる排気浄化触媒と、
前記合流部よりも下流の排気通路に設けられ酸化能力を有する触媒を担持するかまたは酸化能力を有する触媒を上流に備えるパティキュレートフィルタと、
前記分岐部よりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流から夫々の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気の量を調節する調節手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタの再生を行なうときに、一の還元剤供給手段から還元剤を供給し、且つ、該還元剤が供給される排気通路に設けられている排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化触媒を通過する排気の量よりも減少させることを特徴とする。
のような状態では、一の排気浄化触媒において還元剤が過剰に多い状態となるため酸素が不足する。そのため、一の排気浄化触媒に供給された還元剤の一部は、該一の排気浄化触媒にて反応することなく下流へ流出する。このようにして、一の排気浄化触媒では、酸素の流入量を制限することにより、還元剤の反応による発熱を抑えることができるため、該一の排気浄化触媒の過熱を抑制できる。
パティキュレートフィルタの再生は、前記一の排気浄化触媒に吸蔵されているNOxを還
元するときに合わせて行なうことができる。
還元する機能を有する。つまり、一の吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給することによ
り、該一の吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元させることができる。そして、一の吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵量が十分に多くなってからパティキュレートフィルタの再生を行うことにより、NOxの還元とフィルタの再生とを同時に行うことがで
きるため、還元剤の消費量を低減することができる。
とすることができる。
ュレートフィルタに到達する還元剤量が少なくなるため、該パティキュレートフィルタの再生に要する時間が長くなる。
前記排気浄化触媒よりも下流で且つ合流部よりも上流の排気通路を流通する排気の温度を検出する温度センサと、
前記空燃比センサまたは温度センサの何れか一方により検出される値が、所定の範囲外の場合に、何れかの部材に異常が生じていると判定する異常判定手段と、
を備えることができる。
下、第2NOx触媒32という。)が設けられている。第1NOx触媒31及び第2NOx
触媒32は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排
気の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを還元する機能を有
する。なお、本実施例においては第1NOx触媒31及び第2NOx触媒32が、本発明における排気浄化触媒に相当する。
該第1排気通路21を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する第1燃料添加弁51が取り付けられている。また、分岐部11よりも下流で且つ第2NOx触媒32よ
りも上流の第2排気通路22には、該第2排気通路22を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する第2燃料添加弁52が取り付けられている。なお、本実施例においては第1燃料添加弁51及び第2燃料添加弁52が、本発明における還元剤供給手段に相当する。
該第1排気通路21の通路断面積を調節する第1調節弁41が設けられている。また、第2NOx触媒32よりも下流で且つ合流部12よりも上流の第2排気通路22には、該第
2排気通路22の通路断面積を調節する第2調節弁42が設けられている。なお、本実施例においては第1調節弁41及び第2調節弁42が、本発明における調節手段に相当する。
は、該第1排気通路21を流通する排気の空燃比を検出する第1空燃比センサ61と、排気の温度を検出する第1温度センサ71が取り付けられている。また、第2NOx触媒3
2よりも下流で且つ第2調節弁42よりも上流の第2排気通路22には、該第2排気通路22を流通する排気の空燃比を検出する第2空燃比センサ62と、排気の温度を検出する第2温度センサ72が取り付けられている。なお、本実施例においては第1空燃比センサ61及び第2空燃比センサ62が、本発明における空燃比センサに相当する。また、本実施例においては第1温度センサ71及び第2温度センサ72が、本発明における温度センサに相当する。
できる。
ほうの排気通路において調節弁が閉じ側に動かされる。以下、第1燃料添加弁51から燃料を噴射させる場合について説明する。
排気中の酸素により酸化される。しかし、排気の流量が少ないことにより該第1NOx触
媒31内に供給される酸素量が少なくなるため、燃料の一部は該第1NOx触媒31で完
全に酸化されないまま該第1NOx触媒31から流出する。
、フィルタ8へ燃料を供給することができる。そして、このときには第2調節弁42が全開とされる。これにより、第2排気通路22にはリーン空燃比の排気が多く流通する。そして、このリーン空燃比の排気は第2排気通路22を通過して下流のフィルタ8へ流入する。
と、第2NOx触媒32を通過する酸素と、が反応するため、このときの反応熱でフィル
タ8の温度が上昇する。これにより、フィルタ8の再生を行なうことができる。
の空燃比がリッチとなるように調節する。このときに、第1空燃比センサ61により検出される空燃比が所定のリッチ空燃比となるようにフィードバック制御してもよい。また、フィルタ8の温度が該フィルタ8の再生に必要となる温度となるように第1燃料添加弁51から添加する燃料量を調節してもよい。このときに、第3温度センサ9により検出される温度が所定の温度となるようにフィードバック制御してもよい。
は硫黄被毒回復時以外には、第1調節弁41及び第2調節弁42は全開とされる。
(1)ECU10が第1調節弁41を全閉とするための信号を出す。
(2)ECU10が第1燃料添加弁51から燃料を噴射させるための信号を出す。
(3)第1燃料添加弁51からの燃料の噴射を停止させると共に、第1調節弁41を全閉のまま所定時間維持する。
(4)第1調節弁41を全開とする。
付着する。そして、第1NOx触媒31に燃料が多く付着している状態のときに、第1調
節弁41を全開とすると、該第1NOx触媒31に付着している燃料と酸素とが反応して
、該第1NOx触媒31が過熱する虞がある。これに対し、前記(3)では、燃料添加の
停止後に第1調節弁41をすぐには開かずに、所定時間の経過後に開いている。つまり、第1NOx触媒31に付着している燃料を低SV下にて酸化させた後に、第1調節弁41
を開いている。
を推定し、この燃料量が第1NOx触媒31の過熱を発生させない量(閾値)以下に減少
するまでの時間とすることができる。
素とを供給することができる。そして、次回には第2調節弁42を全閉としつつ第2燃料添加弁52から燃料を添加する。
ために第1燃料添加弁51から燃料を添加すると、第1NOx触媒31に流入する排気が
リッチ空燃比となるため、該第1NOx触媒31に吸蔵されているNOxが還元される。これにより、NOxの還元とフィルタ8の再生とを同時に行なうことができるため、燃費の
悪化を抑制できる。
とする。つまり、第1NOx触媒31が過熱するか否かは、該第1NOx触媒31に残存する酸素の量で決まるため、該NOx触媒31が過熱しない範囲となるように、前記隙間を
決定する。なお、フィルタ8の再生を行なう運転領域で排気の量が最も多きときに対して、1から3%の量の排気が第1NOx触媒31に流れるように前記隙間を決定してもよい
。この隙間に代えて、第1調節弁41を全閉にしたときの該第1調節弁41を通過する排気の量としてもよい。また、第1調節弁41を最も閉じ側としたときの開度としてもよい。
ら噴射された燃料が第1NOx触媒31に流入し、その後、ある程度の時間が経過した後
に第1調節弁41を全閉とすると、該第1NOx触媒31にて燃料が急激に反応するため
、該第1NOx触媒31が過熱する虞がある。一方、第1燃料添加弁51から燃料が噴射
される前に第1調節弁41が全閉とされると、該第1燃料添加弁51から噴射された燃料が第1NOx触媒31に到達するまでに時間がかかってしまい、迅速なフィルタ8の再生
が困難となる。つまり、第1燃料添加弁51から噴射された燃料が第1NOx触媒31に
ちょうど到達したときに第1調節弁41を全閉とすることにより、第1NOx触媒31の
過熱を抑制しつつ迅速なフィルタ8の再生が可能となる。
NOx触媒31を通過するようになるため、フィルタ8により多くの燃料を供給すること
ができる。また、第1NOx触媒31に付着する燃料量がより少なくなるため、その後に
第1調節弁41が開かれたときに該第1NOx触媒31の温度が上昇することを抑制でき
る。すなわち、第1燃料添加弁51から噴射された燃料が第1NOx触媒31で可及的に
反応しないようにして、フィルタ8へ燃料を送り込む。
タ8の再生が可能となったときに、全閉とされているほうの調節弁よりも上流の燃料添加
弁から燃料を添加させる。
気に持ち去られて該NOx触媒の温度が低下してしまう。そして、再度温度を上昇させる
ために、多くの燃料を要するため、燃費が悪化してしまう。これに対し、フィルタ8の再生中に排気の温度が低くなった場合において、調節弁を全閉のまま維持すれば、NOx触
媒の温度を高いまま維持することができる。これにより、その後に排気の温度が高くなったときに速やかにフィルタ8の再生を再開することができる。また、第1NOx触媒31
及び第2NOx触媒32の熱劣化の進行を抑制できる。
り、フィルタ8の再生により多くの燃料が必要となるため、燃費が悪化する。これに対し燃料添加弁から分岐部11までの距離が十分長ければ、逆流した燃料が他方の排気通路に流入することを抑制できる。
となり、より効率の良いNOxの還元が可能となる。また、フィルタ8をNOx触媒に近い床下に配置することにより、第1調節弁41及び第2調節弁42の設置が容易となるとともに、フィルタ8の容量を大きくすることができる。
せるために、例えば燃料の噴霧領域に分散板を設けてもよい。図3は、分散板を供えるときの第1燃料添加弁51及び第2燃料添加弁52付近の拡大図である。第1燃料添加弁51から噴射された燃料の噴霧領域に第1分散板131が備えられ、第2燃料添加弁52から噴射された燃料の噴霧領域に第2分散板132が備えられている。この第1分散板131および第2分散板132の材料を金属とすることにより、該第1分散板131および第2分散板132分散板に燃料が多量に付着することを抑制できる。そして、排気の熱により第1分散板131および第2分散板132の温度が高くなるため、該第1分散板131および第2分散板132に燃料が付着すると燃料の気化が促進される。
、第2燃料添加弁52と第2NOx触媒32との間に第2電気ヒータ141を備えていて
も良い。第1電気ヒータ141および第2電気ヒータ142は、他の加熱装置であってもよい。つまり、排気中に添加された燃料を電気ヒータ等により加熱することで燃料の気化を促進することができる。なお、本実施例においては第1分散板131および第2分散板132が、本発明における「還元剤が衝突する部材」に相当する。
と酸素とが流入することにより、該第1NOx触媒31が過熱する虞がある。このような
場合には、第1空燃比センサ61により得られる空燃比が、想定される値よりも高くなる(つまりリーンとなる。)。また、第1温度センサ71により得られる温度が、想定される値よりも高くなる。つまり、排気の空燃比と温度とが想定範囲内であれば、システムは正常であると判定することができる。また、第1調節弁41及び第2調節弁42の開度を検出するためのセンサを取り付けて、該第1調節弁41及び第2調節弁42の開度を直接検出することにより異常を判定してもよい。なお、本実施例においてはこのように異常を判定するECU10が、本発明における異常判定手段に相当する。
2 排気通路
8 パティキュレートフィルタ
9 第3温度センサ
10 ECU
11 分岐部
12 合流部
21 第1排気通路
22 第2排気通路
31 第1NOx触媒
32 第2NOx触媒
41 第1調節弁
42 第2調節弁
51 第1燃料添加弁
52 第2燃料添加弁
61 第1空燃比センサ
62 第2空燃比センサ
71 第1温度センサ
72 第2温度センサ
131 第1分散板
132 第2分散板
141 第1電気ヒータ
142 第2電気ヒータ
Claims (10)
- 分岐部で複数に分岐し該分岐部よりも下流の合流部で合流する排気通路と、
前記分岐部と合流部の間の排気通路に夫々設けられる排気浄化触媒と、
前記合流部よりも下流の排気通路に設けられ酸化能力を有する触媒を担持するかまたは酸化能力を有する触媒を上流に備えるパティキュレートフィルタと、
前記分岐部よりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流から夫々の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒を通過する排気の量を調節する調節手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタの再生を行なうときに、一の還元剤供給手段から還元剤を供給し、且つ、該還元剤が供給される排気通路に設けられている排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化触媒を通過する排気の量よりも減少させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記一の排気浄化触媒に付着している還元剤の量が閾値以下となるまでの間、該一の排気浄化触媒を通過する排気の量を減少させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化触媒は吸蔵還元型NOx触媒を含んで構成され、前記パティキュレートフ
ィルタの再生は、前記一の排気浄化触媒に吸蔵されているNOxを還元するときに合わせ
て行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記一の排気浄化触媒における雰囲気中の酸素量が所定値以下となるように該一の排気浄化触媒を通過する排気の量を減少させることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記調節手段は、前記分岐部と前記合流部との間の排気通路に夫々備わり該排気通路の流路断面積を調節する調節弁を含んで構成され、前記排気浄化触媒を通過する排気の量の減少は前記調節弁を閉じ側にすることにより行なわれ、該調節弁が閉じ始めてから全閉となるまでの間に前記一の還元剤供給手段による還元剤の供給を開始することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤供給手段からの還元剤の供給を複数回に分割しつつ等間隔で行い、分割した夫々の還元剤の供給量を所定量以下とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤供給手段から還元剤を供給し、且つ、該還元剤を供給された排気浄化触媒を通過する排気の量を他の排気浄化触媒を通過する排気の量よりも減少させることを、複数の排気通路において順に行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記一の還元剤供給手段は、還元剤を供給したときに該還元剤が気化することにより排気通路を逆流したとしても他の排気浄化触媒が設けられている排気通路へ到達しない個所に還元剤を供給することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記還元剤供給手段により排気通路内に供給された還元剤が衝突する部材を各排気通路内に備えて構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化触媒よりも下流で且つ合流部よりも上流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記排気浄化触媒よりも下流で且つ合流部よりも上流の排気通路を流通する排気の温度を検出する温度センサと、
前記空燃比センサまたは温度センサの何れか一方により検出される値が、所定の範囲外の場合に、何れかの部材に異常が生じていると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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