JP2010127151A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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伸治 鴨下
Tomihisa Oda
富久 小田
Nobumoto Ohashi
伸基 大橋
Bungo Kawaguchi
文悟 川口
Satoshi Kobayakawa
智志 小早川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine, achieving early activation of a catalyst while suppressing fuel consumption. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device for the internal combustion engine includes: an oxidation catalyst 25 arranged in an exhaust passage of the internal combustion engine 10; a heat storage material 50 temporarily storing heat and releasing stored heat for activating the oxidation catalyst 25; and a burner 60 supplying combustion gas with fuel burnt for activating the oxidation catalyst 25 to the exhaust passage 15. The exhaust passage 15 is formed with first and second branch passages 15A, 15B provided upstream of the oxidation catalyst 25, branched into two and rejoined. A selector valve selectively changing over an exhaust gas flow to one of the first and second branch passages is provided in a branch portion for the first and second branch passages 15A, 15B. The heat storage material 50 is provided in the first branch passage 15A, and the burner 60 is provided in the second branch passage 15B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

例えば、特許文献1は、内燃機関の排気通路に設けられた排気ガスを浄化するための触媒を早期に活性化するために、主通路からバイパスするバイパス通路に蓄熱材を配置し、冷間始動時等において比較的低温の排気ガスに蓄熱材に蓄えられた熱を与える技術を開示している。   For example, Patent Document 1 discloses a cold start by disposing a heat storage material in a bypass passage bypassing from a main passage in order to quickly activate a catalyst for purifying exhaust gas provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. A technique for giving heat stored in a heat storage material to a relatively low temperature exhaust gas at times is disclosed.

また、排気通路に設けられた触媒を早期に活性化するための他の方法として、排気通路の途中にバーナーを設け、このバーナーの排気通路に連通する燃焼室で燃料を燃焼させて排気ガスの温度を高め、触媒の温度を早期に上昇させる技術も知られている。   Further, as another method for activating the catalyst provided in the exhaust passage at an early stage, a burner is provided in the middle of the exhaust passage, and the fuel is burned in the combustion chamber communicating with the exhaust passage of the burner so that the exhaust gas is discharged. A technique for increasing the temperature and increasing the temperature of the catalyst at an early stage is also known.

特開平06−207281号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-207281

ところで、触媒の早期活性化と燃費の向上を図るために、蓄熱材とバーナーとを併用し、蓄熱材に熱が蓄えられていないときには、バーナーを使用して排気ガスの温度を高め、蓄熱材に既に熱が蓄えられている状態では、バーナーを使用せずに蓄熱材を利用して排気ガスの温度を高めることが考えられる。   By the way, in order to promote early activation of the catalyst and improve fuel efficiency, a heat storage material and a burner are used in combination, and when heat is not stored in the heat storage material, the temperature of the exhaust gas is increased by using the burner, and the heat storage material In the state where heat has already been stored, it is conceivable to increase the temperature of the exhaust gas by using a heat storage material without using a burner.

しかしながら、蓄熱材とバーナーとを併用した場合に、蓄熱材とバーナーとを排気通路に直列に配置すると、バーナーから放出された熱が蓄熱材に吸収され、あるいは、蓄熱材からの放出された熱がバーナーを通じて外部に放出される可能性があり、エネルギー(燃料)の消費量が増加する原因となりうる。   However, when the heat storage material and the burner are used in combination, if the heat storage material and the burner are arranged in series in the exhaust passage, the heat released from the burner is absorbed by the heat storage material or the heat released from the heat storage material. May be released to the outside through the burner, which may cause an increase in energy (fuel) consumption.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料消費を抑制しつつ、触媒の早期活性化が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine capable of early activation of a catalyst while suppressing fuel consumption.

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路に設けられ、一時的に蓄熱して蓄熱した熱を前記触媒の活性化のために放出可能な蓄熱手段と、前記排気通路に設けられ、前記触媒の活性化のために燃料を燃焼させた燃焼ガスを前記排気通路に供給可能なバーナーと、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気通路は、前記触媒の上流側に、2つに分岐して再び合流する第1及び第2の分岐通路を有し、前記第1及び第2の分岐通路の分岐部には、排気ガスの流れを前記第1及び第2の分岐通路の一方に選択的に切替え可能な切替え弁が設けられ、前記蓄熱手段は、前記第1の分岐通路に設けられ、前記バーナーは、前記切替え弁が前記第2の分岐通路側に切替えられたときに、燃焼ガスを前記蓄熱手段を経ずに直接に前記触媒に供給可能な位置に設けられていることを特徴とする。   An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention releases a catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and heat stored in the exhaust passage for temporarily activating the catalyst. An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: a possible heat storage means; and a burner provided in the exhaust passage and capable of supplying a combustion gas obtained by burning fuel for activating the catalyst to the exhaust passage. The exhaust passage has first and second branch passages that are branched into two and merge again on the upstream side of the catalyst, and an exhaust gas is provided at a branch portion of the first and second branch passages. A switching valve capable of selectively switching the gas flow to one of the first and second branch passages is provided, the heat storage means is provided in the first branch passage, and the burner is provided with the switching valve. Is switched to the second branch passage side, the fuel Characterized in that provided directly that can be supplied to the catalyst positioned gases without passing through the heat storage means.

上記構成において、好適には、前記バーナーは、前記第2の分岐通路に設けられている構成を採用できる。   In the above configuration, preferably, the burner may employ a configuration provided in the second branch passage.

上記構成において、前記バーナーは、前記第1及び第2の分岐通路の分岐部よりも上流側に設けられている構成を採用することも可能である。   The said structure WHEREIN: It is also possible to employ | adopt the structure by which the said burner is provided in the upstream from the branch part of the said 1st and 2nd branch channel.

上記構成において、前記バーナーは、前記排気通路に連通する燃焼室と、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、前記燃焼室に供給された燃料に点火する点火手段とを含む構成を採用できる。   In the above configuration, the burner is supplied to the combustion chamber, the fuel supply unit that supplies fuel to the combustion chamber, the air supply unit that supplies air to the combustion chamber, and the combustion chamber. A configuration including ignition means for igniting the fuel can be employed.

上記構成において、前記触媒は、酸化触媒であり、前記触媒の下流側に、排気ガスに含まれる微粒子を捕集するフィルタをさらに備え、前記酸化触媒は、燃料を酸化して前記フィルタに流入する排気ガスの温度を上昇させるために設けられている、構成を採用できる。   In the above configuration, the catalyst is an oxidation catalyst, and further includes a filter for collecting particulates contained in exhaust gas downstream of the catalyst, and the oxidation catalyst oxidizes fuel and flows into the filter. A configuration provided to raise the temperature of the exhaust gas can be employed.

本発明によれば、燃料消費を抑制しつつ、特に、冷間始動時の触媒の早期活性化が可能な内燃機関の排気浄化装置が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine capable of early activation of a catalyst particularly during cold start while suppressing fuel consumption.

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

図1において、内燃機関10は、例えば、ディーゼルエンジンである。この内燃機関10の排気通路15は、途中で2つに分岐して再び合流する第1の分岐通路15A及び第2の分岐通路15Bを有する。また、排気通路15は、熱エネルギーが外部に放出されるのを極力抑制して後述する各種触媒の活性化を促すために、断熱材で覆われている。   In FIG. 1, the internal combustion engine 10 is, for example, a diesel engine. The exhaust passage 15 of the internal combustion engine 10 has a first branch passage 15A and a second branch passage 15B that branch into two in the middle and merge again. Further, the exhaust passage 15 is covered with a heat insulating material in order to suppress the release of heat energy to the outside as much as possible and promote activation of various catalysts described later.

第1の分岐通路15A及び第2の分岐通路15Bの分岐部には、排気ガスの流れを第1及び第2の分岐通路15A,15Bの一方に選択的に切替え可能な切替え弁20が設けられている。切替え弁20には、例えば、周知の電動式あるいは電磁式の2方向切替えバルブを用いることができ、後述する電子制御装置(ECU)100により制御される。   A switching valve 20 that can selectively switch the flow of exhaust gas to one of the first and second branch passages 15A and 15B is provided at the branch portion of the first branch passage 15A and the second branch passage 15B. ing. For example, a well-known electric or electromagnetic two-way switching valve can be used as the switching valve 20 and is controlled by an electronic control unit (ECU) 100 described later.

第2の分岐通路15Bには、バーナー60が設けられている。バーナー60には、内燃機関10側から、空気が供給される空気供給経路61及び燃料が供給される燃料供給経路62が接続されている。バーナー60は、燃料供給経路62から供給される燃料を燃焼させ、燃焼ガスを第2の分岐通路15Bに供給する。   A burner 60 is provided in the second branch passage 15B. An air supply path 61 for supplying air and a fuel supply path 62 for supplying fuel are connected to the burner 60 from the internal combustion engine 10 side. The burner 60 combusts the fuel supplied from the fuel supply path 62 and supplies the combustion gas to the second branch passage 15B.

具体的には、バーナー60は、たとえば、図2に示すように、分岐通路15Bに連通するように接続された燃焼室63、点火プラグ64、燃料供給部65及び空気供給部66を有する。   Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the burner 60 includes a combustion chamber 63, a spark plug 64, a fuel supply unit 65, and an air supply unit 66 connected to communicate with the branch passage 15 </ b> B.

空気供給部66は、空気供給経路61に連通し、空気供給経路61から供給される空気Aを燃焼室63に導く。   The air supply unit 66 communicates with the air supply path 61 and guides the air A supplied from the air supply path 61 to the combustion chamber 63.

燃料供給部65は、燃料供給経路63に連通し、燃料供給経路63から供給される燃料FLを燃焼室63に供給する。   The fuel supply unit 65 communicates with the fuel supply path 63 and supplies the fuel FL supplied from the fuel supply path 63 to the combustion chamber 63.

点火プラグ64は、ECU100により制御され、燃焼室63に供給された燃料に点火する。   The spark plug 64 is controlled by the ECU 100 and ignites the fuel supplied to the combustion chamber 63.

バーナー60の燃焼室63に供給された燃料FLは空気Aと混合され、電極間64の放電により着火されるものや、グロープラグにより燃料を気化し燃焼させるものを用いることができる。その燃焼ガスは第2の分岐通路15B、すなわち、排気通路15に排出される。これにより、排気通路15を流通する排気ガスEGの温度が上昇する。なお、バーナー60から排出される燃焼ガスは、完全燃焼した状態で排気通路15に排出されてもよいし、あるいは、未燃燃料を含む状態で排気通路15に排出されてもよい。バーナー60から排出される燃焼ガスに未燃燃料を含ませることにより、下流の酸化触媒25に未燃燃料を供給することができる。   The fuel FL supplied to the combustion chamber 63 of the burner 60 can be mixed with the air A and ignited by the discharge between the electrodes 64, or the fuel vaporized and burned by the glow plug. The combustion gas is discharged to the second branch passage 15B, that is, the exhaust passage 15. As a result, the temperature of the exhaust gas EG flowing through the exhaust passage 15 increases. Note that the combustion gas discharged from the burner 60 may be discharged to the exhaust passage 15 in a completely burned state, or may be discharged to the exhaust passage 15 in a state containing unburned fuel. By including unburned fuel in the combustion gas discharged from the burner 60, the unburned fuel can be supplied to the downstream oxidation catalyst 25.

蓄熱材50は、潜熱蓄熱材であり、液体・固体間の相変化に伴い熱エネルギーを吸収あるいは放出するものである。この蓄熱材は、例えば、図3に示すように、周囲の温度、すなわち、排気ガスの温度が溶融潜熱温度T0よりも高いと、排気ガスの熱エネルギーを吸収して蓄熱するように作用する。排気ガスの温度が溶融潜熱温度T0よりも低いと、蓄熱したエネルギーを放出して排気ガスの温度を上昇させるように作用する。蓄熱材50の素材は、必要とされる溶融潜熱温度に応じて選択されるが、たとえば、溶融潜熱が90℃程度であれば、パラフィン系の素材、260℃程度であれば、塩化リチウムなどを素材が挙げられる。   The heat storage material 50 is a latent heat storage material, and absorbs or releases thermal energy with a phase change between a liquid and a solid. For example, as shown in FIG. 3, this heat storage material acts to absorb heat energy of the exhaust gas and store heat when the ambient temperature, that is, the temperature of the exhaust gas is higher than the melting latent heat temperature T 0. When the temperature of the exhaust gas is lower than the melting latent heat temperature T0, the stored energy is released and the temperature of the exhaust gas is raised. The material of the heat storage material 50 is selected according to the required melting latent heat temperature. For example, if the melting latent heat is about 90 ° C., a paraffin-based material, and if about 260 ° C., lithium chloride or the like is used. Materials.

排気通路15には、第1の分岐通路15A及び第2の分岐通路15Bの下流側に、酸化触媒コンバータ25、DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)30、選択還元触媒コンバータ35及び酸化触媒コンバータ40が順に設けられている。また、排気通路15のDPF30と選択還元触媒コンバータ35との間には、尿素水添加弁70が設けられている。   The exhaust passage 15 includes an oxidation catalytic converter 25, a DPF (diesel particulate filter) 30, a selective catalytic reduction converter 35, and an oxidation catalytic converter 40 on the downstream side of the first branch passage 15A and the second branch passage 15B. Are provided in order. A urea water addition valve 70 is provided between the DPF 30 in the exhaust passage 15 and the selective catalytic reduction converter 35.

また、排気通路15において、DPF30の前後には排気ガスEGの温度を検出する排気温度センサ90A、90Bが設けられ、酸化触媒40の下流には、窒素酸化物の濃度を検出するNOxセンサ95が設けられ、これらセンサの検出信号は、ECU100へ入力される。   In the exhaust passage 15, exhaust temperature sensors 90 A and 90 B for detecting the temperature of the exhaust gas EG are provided before and after the DPF 30, and a NOx sensor 95 for detecting the concentration of nitrogen oxides is provided downstream of the oxidation catalyst 40. The detection signals of these sensors are input to the ECU 100.

さらに、排気通路15において、DPF30と選択還元触媒コンバータ40との間には、排気通路15に尿素水溶液を添加するための尿素水添加弁70と、この尿素水添加弁70の下流に設けられて排気ガスEGと尿素水溶液を混合させるための添加弁下流ミキサ80とが設けられている。   Further, in the exhaust passage 15, a urea water addition valve 70 for adding a urea aqueous solution to the exhaust passage 15 and a downstream of the urea water addition valve 70 are provided between the DPF 30 and the selective reduction catalytic converter 40. An addition valve downstream mixer 80 for mixing the exhaust gas EG and the urea aqueous solution is provided.

酸化触媒コンバータ25は、後段のDPF30等に供給される排気ガスEGの温度を昇温させるために排気ガスEG中の未燃燃料等を酸化する酸化触媒を担持している。具体的には、たとえば、200℃程度以上に温度上昇すると活性化してその酸化機能が働く。すなわち、酸化触媒コンバータ25は、排気ガスEG中の未燃燃料等を酸化することにより、排気ガスEGの温度を上昇させて後段のDPF30に供給する。   The oxidation catalyst converter 25 carries an oxidation catalyst that oxidizes unburned fuel and the like in the exhaust gas EG in order to raise the temperature of the exhaust gas EG supplied to the DPF 30 and the like at the subsequent stage. Specifically, for example, when the temperature rises to about 200 ° C. or higher, it is activated and its oxidation function works. That is, the oxidation catalytic converter 25 oxidizes unburned fuel or the like in the exhaust gas EG to increase the temperature of the exhaust gas EG and supply it to the DPF 30 at the subsequent stage.

また、酸化触媒コンバータ25は、窒素酸化物(NOx)を一時的に吸着保持できるNOx吸着機能を併せ持つ。酸化触媒コンバータ25は、酸化機能が活性化していない比較的低温度の状態では、NOxを一時的に吸着保持するが、ある程度以上温度上昇すると、吸着していたNOxが脱離する。この酸化触媒コンバータ25としては、例えば、ゼオライトなどの材料で構成される吸着材料を、周知の酸化触媒の構造に担持させた構成とすることができる。酸化触媒コンバータ25からNOxを脱離するには、バーナー60を起動して、酸化触媒コンバータ25を昇温させる。   The oxidation catalytic converter 25 also has a NOx adsorption function capable of temporarily adsorbing and holding nitrogen oxides (NOx). The oxidation catalyst converter 25 temporarily adsorbs and holds NOx in a relatively low temperature state where the oxidation function is not activated. However, if the temperature rises to some extent, the adsorbed NOx is desorbed. As the oxidation catalyst converter 25, for example, an adsorbing material made of a material such as zeolite can be supported on a known oxidation catalyst structure. In order to desorb NOx from the oxidation catalyst converter 25, the burner 60 is activated to raise the temperature of the oxidation catalyst converter 25.

DPF30は、排気ガスEGに含まれる粒子状物質(PM)を捕集するフィルタである。DPF30の構造は、周知のように、例えば、金属やセラミクス製のハニカム体で構成されている。DPF30は、PMが所定量堆積すると再生処理が必要である。具体的には、たとえば、酸化触媒コンバータ25を昇温により活性化させ、酸化触媒コンバータ35の酸化作用により昇温された排気ガスEGをDPF30に供給する。これにより、捕集したPMが燃焼処理され、フィルタ機能が再生される。この再生処理におけるDPF30の温度は、例えば、600〜700℃程度となる。なお、DPF30に所定量のPMが堆積したかの判断は、周知技術であるので、説明を省略する。また、DPF30は、貴金属からなる酸化触媒を担持する構成としてもよい。   The DPF 30 is a filter that collects particulate matter (PM) contained in the exhaust gas EG. As is well known, the structure of the DPF 30 is composed of, for example, a honeycomb body made of metal or ceramics. The DPF 30 needs to be regenerated when a predetermined amount of PM is deposited. Specifically, for example, the oxidation catalyst converter 25 is activated by raising the temperature, and the exhaust gas EG heated by the oxidation action of the oxidation catalyst converter 35 is supplied to the DPF 30. As a result, the collected PM is burned and the filter function is regenerated. The temperature of the DPF 30 in this regeneration process is, for example, about 600 to 700 ° C. Note that the determination of whether a predetermined amount of PM has accumulated on the DPF 30 is a well-known technique, and a description thereof will be omitted. Further, the DPF 30 may be configured to carry an oxidation catalyst made of a noble metal.

尿素水添加弁70は、尿素水溶液を収容するタンク75から尿素水が供給され、ECU100からの制御信号に応じた量の尿素水を排気通路15に添加する。   The urea water addition valve 70 is supplied with urea water from a tank 75 that stores a urea aqueous solution, and adds an amount of urea water according to a control signal from the ECU 100 to the exhaust passage 15.

選択還元触媒コンバータ35は、尿素添加弁70から添加される尿素水溶液を還元剤として用いて、排気ガスEGに含まれるNOxを選択的に還元して窒素ガスと水にする。具体的には、排気ガスEG中に添加された尿素水溶液は、排気ガスEGの熱により加水分解されてアンモニアに変化し、このアンモニアが触媒コンバータ35においてNOxと反応し、水と無害な窒素に還元される。この選択還元触媒コンバータ35は、周知の構造であり、例えば、Si、O、Alを主成分とすると共にFeイオンを含むゼオライトから構成されたものや、例えば、酸化アルミニウムアルミナからなる基材の表面にバナジウム触媒(V25)を担持させたものなどを用いることができ、特に、これらに限定されるわけではない。選択還元触媒コンバータ35は、触媒として機能する活性化温度が、例えば200℃程度以上である。 The selective reduction catalytic converter 35 selectively reduces NOx contained in the exhaust gas EG into nitrogen gas and water using the urea aqueous solution added from the urea addition valve 70 as a reducing agent. Specifically, the urea aqueous solution added to the exhaust gas EG is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas EG to change to ammonia, and this ammonia reacts with NOx in the catalytic converter 35 to form water and harmless nitrogen. Reduced. This selective reduction catalytic converter 35 has a well-known structure, for example, a material composed of zeolite containing Si, O, Al as main components and containing Fe ions, or a surface of a base material made of, for example, aluminum oxide alumina. And the like, on which a vanadium catalyst (V 2 O 5 ) is supported, can be used, and the present invention is not particularly limited thereto. The selective reduction catalytic converter 35 has an activation temperature that functions as a catalyst, for example, about 200 ° C. or higher.

酸化触媒コンバータ40は、選択還元触媒コンバータ30をすり抜ける未燃燃料やアンモニウムを酸化する役割を果たす。この酸化触媒コンバータ40には、周知の構造のものが用いられる。   The oxidation catalytic converter 40 serves to oxidize unburned fuel and ammonium that pass through the selective catalytic reduction converter 30. The oxidation catalytic converter 40 has a known structure.

ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)等のバックアップ用メモリ、A/D変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含むハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。ECU100は、各排気温度センサ90A,90B、NOxセンサ95などからの信号に基いて、切替え弁20、バーナー60、尿素水添加弁70等を制御する。   The ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a backup memory such as an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), an A / D converter, a buffer, and the like. It comprises hardware including an output interface circuit including an input interface circuit, a drive circuit, etc., and necessary software. The ECU 100 controls the switching valve 20, the burner 60, the urea water addition valve 70, and the like based on signals from the exhaust temperature sensors 90A and 90B, the NOx sensor 95, and the like.

上記構成に排気浄化装置において、蓄熱材50に既に蓄熱されている状態では、蓄熱材50の熱を利用するために、切替え弁20は、第1の分岐通路15A側に切替えられる。内燃機関10から排出された排気ガスEGは、第1の分岐通路15Aの蓄熱材23を通過することにより昇温され、これが酸化触媒コンバータ30に供給される。これにより、酸化触媒コンバータ25の触媒を活性化させることができる。なお、蓄熱材50が蓄熱されているかどうかの判断は、例えば、蓄熱材50に温度センサを設けて温度を検出することにより可能である。また、内燃機関10の運転状況等から現在までに蓄積されている熱量を推定して判断することも可能である。   In the exhaust purification device having the above configuration, in the state where heat is already stored in the heat storage material 50, the switching valve 20 is switched to the first branch passage 15A side in order to use the heat of the heat storage material 50. The exhaust gas EG discharged from the internal combustion engine 10 is heated by passing through the heat storage material 23 of the first branch passage 15A, and is supplied to the oxidation catalytic converter 30. Thereby, the catalyst of the oxidation catalytic converter 25 can be activated. It is possible to determine whether or not the heat storage material 50 is stored by, for example, providing a temperature sensor in the heat storage material 50 and detecting the temperature. It is also possible to estimate and determine the amount of heat accumulated so far from the operating status of the internal combustion engine 10 or the like.

蓄熱材50に既に蓄熱されている状態では、内燃機関10から排出された排気ガスEGが第1の分岐通路15Aのみを通過し、第2の分岐通路15Bを通過しない。第2の分岐通路15Bに設けられたバーナー60は、その構造上、熱エネルギーが外部に放出されやすい構造となっているが、排気ガスEGは第2の分岐通路15Bを通過しないので蓄熱材50を用いて排気ガスEGを昇温している際に、バーナー60を通じて熱エネルギーが外部に放出されることがない。   In a state where heat is already stored in the heat storage material 50, the exhaust gas EG discharged from the internal combustion engine 10 passes only through the first branch passage 15A and does not pass through the second branch passage 15B. The burner 60 provided in the second branch passage 15B has a structure in which heat energy is easily released to the outside due to its structure, but the exhaust gas EG does not pass through the second branch passage 15B, so the heat storage material 50 When the temperature of the exhaust gas EG is raised using the heat, no thermal energy is released to the outside through the burner 60.

冷間始動時など、蓄熱材50に蓄熱されていない、あるいは、蓄熱量が十分でない場合には、図4に示すように、切替え弁20は、第2の分岐通路15B側に切替えられる。加えて、バーナー60が起動され、燃焼ガスが第2の分岐通路15Bに供給され、排気ガスEGが加熱されて酸化触媒コンバータ25に直接供給される。このとき、排気ガスEGは、蓄熱材50を通過しないので、バーナー60から供給される熱エネルギーは蓄熱材50に奪われることなく、酸化触媒コンバータ50の昇温に効果的に使用される。   If the heat storage material 50 is not storing heat or the amount of stored heat is not sufficient, such as during cold start, the switching valve 20 is switched to the second branch passage 15B side as shown in FIG. In addition, the burner 60 is activated, the combustion gas is supplied to the second branch passage 15B, and the exhaust gas EG is heated and supplied directly to the oxidation catalytic converter 25. At this time, since the exhaust gas EG does not pass through the heat storage material 50, the thermal energy supplied from the burner 60 is effectively used to raise the temperature of the oxidation catalytic converter 50 without being taken away by the heat storage material 50.

酸化触媒コンバータ50が必要な温度まで加熱されて酸化機能が発揮された後は、バーナー50を停止するとともに、切替え弁20を第1の分岐通路15A側に切替える。これにより、蓄熱材50への蓄熱が行われる。   After the oxidation catalytic converter 50 is heated to a necessary temperature and the oxidation function is exhibited, the burner 50 is stopped and the switching valve 20 is switched to the first branch passage 15A side. Thereby, the heat storage to the heat storage material 50 is performed.

図5は、本発明の他の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。図5において、図1の排気浄化装置と同一構成部分には同一の符号を使用している。   FIG. 5 is a block diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals are used for the same components as those in the exhaust gas purification apparatus of FIG.

図5に示す排気浄化装置は、バーナー60が切替え弁20の上流側の排気通路15に設けられている点で図1の排気浄化装置と異なり、他の構成は同一である。   The exhaust purification device shown in FIG. 5 is different from the exhaust purification device of FIG. 1 in that the burner 60 is provided in the exhaust passage 15 upstream of the switching valve 20, and the other configuration is the same.

本実施形態に係る排気浄化装置では、蓄熱材50に既に蓄熱されている状態では、上記実施形態と同様に、蓄熱材50の熱を利用するために、切替え弁20は、第1の分岐通路15A側に切替えられる。   In the exhaust emission control device according to the present embodiment, in the state where heat is already stored in the heat storage material 50, the switching valve 20 is used as the first branch passage in order to use the heat of the heat storage material 50 as in the above embodiment. It is switched to the 15A side.

冷間始動時など、蓄熱材50に蓄熱されていない、あるいは、蓄熱量が十分でない場合には、図6に示すように、切替え弁20は、第2の分岐通路15B側に切替えられる。加えて、バーナー60が起動され、燃焼ガスが第2の分岐通路15Bに供給され、排気ガスEGが加熱されて酸化触媒コンバータ25に直接供給される。このとき、排気ガスEGは、蓄熱材50を通過しないので、バーナー60から供給される熱エネルギーは蓄熱材50に奪われることなく、酸化触媒コンバータ50の昇温に効果的に使用される。   When the heat storage material 50 is not storing heat or the amount of stored heat is not sufficient, such as during cold start, the switching valve 20 is switched to the second branch passage 15B side as shown in FIG. In addition, the burner 60 is activated, the combustion gas is supplied to the second branch passage 15B, and the exhaust gas EG is heated and supplied directly to the oxidation catalytic converter 25. At this time, since the exhaust gas EG does not pass through the heat storage material 50, the thermal energy supplied from the burner 60 is effectively used to raise the temperature of the oxidation catalytic converter 50 without being taken away by the heat storage material 50.

図7は、バーナーの他の配置例を示す図であって、バーナー60を第1及び第2の分岐通路15A,15Bの下流に設けた構成を示している。図7において、図1の排気浄化装置と同一構成部分には同一の符号を使用している。   FIG. 7 is a view showing another arrangement example of the burner, and shows a configuration in which the burner 60 is provided downstream of the first and second branch passages 15A and 15B. In FIG. 7, the same reference numerals are used for the same components as those in the exhaust gas purification apparatus of FIG.

この構成では、バーナー60が酸化触媒25の直近に配置されているので、酸化触媒25を加熱する点では有利である。   In this configuration, since the burner 60 is disposed in the immediate vicinity of the oxidation catalyst 25, it is advantageous in that the oxidation catalyst 25 is heated.

しかしながら、蓄熱材50に蓄えられた熱エネルギーを利用して排気ガスEGを昇温する際に、蓄熱材50で加熱された排気ガスEGは必ずバーナー60を通過する。このため、蓄熱材50を使用して酸化触媒25を昇温させる際には、熱エネルギーの損失が比較的大きくなる。   However, when the temperature of the exhaust gas EG is raised using the thermal energy stored in the heat storage material 50, the exhaust gas EG heated by the heat storage material 50 always passes through the burner 60. For this reason, when raising the temperature of the oxidation catalyst 25 using the heat storage material 50, the loss of thermal energy becomes relatively large.

本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンにも適用可能である。また、活性化すべき触媒についても、酸化触媒に限らず、他の触媒にも適用可能である。   The present invention can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine. Further, the catalyst to be activated is not limited to the oxidation catalyst but can be applied to other catalysts.

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. バーナーの構造の一例を示す側面図及び断面図である。It is the side view and sectional drawing which show an example of the structure of a burner. 蓄熱材の熱特性を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the thermal characteristic of a thermal storage material. バーナーを使用して酸化触媒を昇温させる際の切替え弁の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the switching valve at the time of heating up an oxidation catalyst using a burner. 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. バーナーを使用して酸化触媒を昇温させる際の切替え弁の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the switching valve at the time of heating up an oxidation catalyst using a burner. バーナーの他の配置例を示す図である。It is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of a burner.

符号の説明Explanation of symbols

10…内燃機関
15…排気通路
15A…第1の分岐通路
15B…第2の分岐通路
20…切替え弁
25…酸化触媒コンバータ
30…DPF
35…選択還元触媒コンバータ
40…酸化触媒
60…バーナー
70…尿素水添加弁
100…ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine 15 ... Exhaust passage 15A ... First branch passage 15B ... Second branch passage 20 ... Switching valve 25 ... Oxidation catalytic converter 30 ... DPF
35 ... selective reduction catalytic converter 40 ... oxidation catalyst 60 ... burner 70 ... urea water addition valve 100 ... ECU

Claims (5)

内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路に設けられ、一時的に蓄熱して蓄熱した熱を前記触媒の活性化のために放出可能な蓄熱手段と、前記排気通路に設けられ、前記触媒の活性化のために燃料を燃焼させた燃焼ガスを前記排気通路に供給可能なバーナーと、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路は、前記触媒の上流側に、2つに分岐して再び合流する第1及び第2の分岐通路を有し、
前記第1及び第2の分岐通路の分岐部には、排気ガスの流れを前記第1及び第2の分岐通路の一方に選択的に切替え可能な切替え弁が設けられ、
前記蓄熱手段は、前記第1の分岐通路に設けられ、
前記バーナーは、前記切替え弁が前記第2の分岐通路側に切替えられたときに、燃焼ガスを前記蓄熱手段を経ずに直接に前記触媒に供給可能な位置に設けられている
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine; heat storage means provided in the exhaust passage, which is capable of temporarily storing heat and storing the heat for activation of the catalyst; and provided in the exhaust passage. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a burner capable of supplying a combustion gas obtained by burning fuel to activate the catalyst to the exhaust passage,
The exhaust passage has first and second branch passages branched into two and joined again on the upstream side of the catalyst,
A switching valve capable of selectively switching the flow of exhaust gas to one of the first and second branch passages is provided at a branch portion of the first and second branch passages,
The heat storage means is provided in the first branch passage,
The burner is provided at a position where combustion gas can be directly supplied to the catalyst without passing through the heat storage means when the switching valve is switched to the second branch passage side. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記バーナーは、前記第2の分岐通路に設けられてい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。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the burner is provided in the second branch passage. 前記バーナーは、前記第1及び第2の分岐通路の分岐部よりも上流側に設けられてい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。   2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the burner is provided on an upstream side of a branch portion of the first and second branch passages. 前記バーナーは、前記排気通路に連通する燃焼室と、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼室に空気を供給する空気供給部と、前記燃焼室に供給された燃料に点火する点火手段とを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The burner ignites the combustion chamber communicating with the exhaust passage, a fuel supply section for supplying fuel to the combustion chamber, an air supply section for supplying air to the combustion chamber, and fuel supplied to the combustion chamber An exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising ignition means for performing the operation. 前記触媒は、酸化触媒であり、
前記触媒の下流側に、排気ガスに含まれる微粒子を捕集するフィルタをさらに備え、
前記酸化触媒は、燃料を酸化して前記フィルタに流入する排気ガスの温度を上昇させるために設けられている
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
The catalyst is an oxidation catalyst;
Further comprising a filter on the downstream side of the catalyst for collecting particulates contained in the exhaust gas;
The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxidation catalyst is provided to oxidize fuel and raise a temperature of exhaust gas flowing into the filter. .
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