JP2010209783A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特に、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)及び尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムの少なくとも一方を有する排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device, and more particularly to an exhaust gas purification device having at least one of a diesel particulate filter (DPF) and a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system.
尿素SCRシステムにおいて、窒素酸化物(NOx)中の一酸化窒素(NO)及び二酸化窒素(NO2)の割合が1:1のときに、SCR触媒によるNOxの浄化効率が最大となることが知られている。一般に、排気ガスには、NO2よりもNOの方が多く含まれている。そこで、特許文献1に記載の排気ガス浄化装置では、尿素SCRシステムの前に、白金を含む酸化触媒が配置されており、排気ガス中のNOの一部をNO2に酸化してNO2の割合を増加することによって、排気ガスに含まれるNOx中のNO及びNO2の割合を1:1に近くなるように調整している。これにより、SCR触媒によるNOxの浄化効率が向上する。
In the urea SCR system, it is known that the NOx purification efficiency by the SCR catalyst is maximized when the ratio of nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) in the nitrogen oxide (NOx) is 1: 1. It has been. In general, exhaust gas contains more NO than NO 2 . Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus described in
また、NOに比べてNO2は酸化力が大きいため、DPFを有する排気ガス浄化装置では、DPFの再生において、排気ガス中に含まれるNOx中のNO2の割合が大きくなるほど、DPFに捕捉されたパティキュレートマター(PM)が燃焼しやすくなるので、DPFの再生効率が向上する。そのため、従来の排気ガス浄化装置では、DPFの前に白金を含む酸化触媒を配置することが公知である。 In addition, since NO 2 has a higher oxidizing power than NO, in an exhaust gas purification apparatus having a DPF, as the proportion of NO 2 in NOx contained in the exhaust gas increases in the regeneration of the DPF, it is captured by the DPF. Since the particulate matter (PM) is easily combusted, the regeneration efficiency of the DPF is improved. For this reason, it is known in the conventional exhaust gas purifying apparatus to arrange an oxidation catalyst containing platinum before the DPF.
しかしながら、白金を含む酸化触媒は、その温度によって挙動が異なる。すなわち、酸化触媒の温度が200℃未満の場合には、NOをNO2に酸化する作用よりもNO2をNOに還元する作用の方が優勢になるので、酸化触媒を通過した排気ガスは、NOの割合が大きくなる。すると、特許文献1に記載の排気ガス浄化装置では、酸化触媒の温度が200℃未満の場合には、NOの割合が大きくなった排気ガスがSCR触媒によって浄化されることになるため、SCR触媒におけるNOxの浄化効率が低下してしまうといった問題点があった。また、DPFを有する従来の排気ガス浄化装置でも、白金を含む酸化触媒の温度が200℃未満の場合には、NOの割合が大きくなった排気ガスがDPFに流入するため、DPFの再生効率は低下するといった問題点があった。
However, the oxidation catalyst containing platinum behaves differently depending on its temperature. That is, when the temperature of the oxidation catalyst is less than 200 ° C., the action of reducing NO 2 to NO is more dominant than the action of oxidizing NO to NO 2 . The proportion of NO increases. Then, in the exhaust gas purification apparatus described in
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、白金を含む酸化触媒の温度にかかわらず、SCR触媒によるNOxの浄化効率及びDPFの再生効率を向上できる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides an exhaust gas purification device capable of improving the NOx purification efficiency and the DPF regeneration efficiency by the SCR catalyst regardless of the temperature of the oxidation catalyst containing platinum. The purpose is to do.
この発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管と、該排気管に設けられた、白金を含む酸化触媒と、該酸化触媒よりも下流において前記排気管に設けられた、SCR触媒及びDPFの少なくとも一方と、前記酸化触媒をバイパスするバイパス管と、前記排気ガスを前記バイパス管及び前記酸化触媒のうちの一方に流通させるように切り替える切替手段とを備え、前記酸化触媒の温度が200℃よりも高い場合には、前記切替手段は、前記排気ガスを前記酸化触媒に流通させ、前記酸化触媒の温度が200℃以下の場合には、前記切替手段は、前記排気ガスを前記バイパス管に流通させる。酸化触媒の温度が200℃より高いとき、すなわち酸化触媒がNOをNO2に酸化する作用を発揮するときにのみ、排気ガスが酸化触媒を流通するので、排気ガス中のNOの割合を増加することなく、あるいは、排気ガス中のNO2の割合を増加させて、排気ガスがDPF及びSCR触媒に流入する。
前記排気管には、前記酸化触媒よりも下流においてSCR触媒が設けられ、該SCR触媒の温度が450℃以上の場合には、前記切替手段は、前記排気ガスを前記バイパス管に流通させてもよい。
前記排気管には、前記SCR触媒の上流に、排気ガスの温度を測定する第1の温度センサが設けられ、前記SCR触媒の温度は、前記第1の温度センサによって測定された温度であってもよい。
前記排気管には、前記切替手段の上流に、排気ガスの温度を測定する第2の温度センサが設けられ、前記酸化触媒の温度は、前記第2の温度センサによって測定された温度であってもよい。
前記内燃機関の運転条件と前記排気ガスの温度との関係を表すマップを備え、前記排気ガスの温度は、前記マップに基づいて前記運転条件から推定され、前記酸化触媒の温度及び前記SCR触媒の温度はそれぞれ、前記運転条件から推定された排気ガスの温度からさらに推定してもよい。
An exhaust gas purification apparatus according to the present invention includes an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from an internal combustion engine flows, an oxidation catalyst containing platinum provided in the exhaust pipe, and the exhaust pipe downstream of the oxidation catalyst. At least one of the SCR catalyst and the DPF, a bypass pipe for bypassing the oxidation catalyst, and a switching means for switching the exhaust gas to flow to one of the bypass pipe and the oxidation catalyst. When the temperature of the oxidation catalyst is higher than 200 ° C., the switching means causes the exhaust gas to flow through the oxidation catalyst, and when the temperature of the oxidation catalyst is 200 ° C. or less, the switching means The exhaust gas is circulated through the bypass pipe. Since the exhaust gas flows through the oxidation catalyst only when the temperature of the oxidation catalyst is higher than 200 ° C., that is, when the oxidation catalyst exhibits the action of oxidizing NO to NO 2 , the proportion of NO in the exhaust gas is increased. Without increasing the ratio of NO 2 in the exhaust gas, the exhaust gas flows into the DPF and SCR catalyst.
The exhaust pipe is provided with an SCR catalyst downstream from the oxidation catalyst, and when the temperature of the SCR catalyst is 450 ° C. or higher, the switching means may cause the exhaust gas to flow through the bypass pipe. Good.
The exhaust pipe is provided with a first temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas upstream of the SCR catalyst, and the temperature of the SCR catalyst is a temperature measured by the first temperature sensor. Also good.
The exhaust pipe is provided with a second temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas upstream of the switching means, and the temperature of the oxidation catalyst is a temperature measured by the second temperature sensor. Also good.
A map representing the relationship between the operating condition of the internal combustion engine and the temperature of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas being estimated from the operating condition based on the map, the temperature of the oxidation catalyst and the temperature of the SCR catalyst Each temperature may be further estimated from the temperature of the exhaust gas estimated from the operating conditions.
この発明によれば、白金を含む酸化触媒がNOをNO2に酸化する作用を発揮するときにのみ、排気ガスが酸化触媒を流通し、排気ガス中のNOの割合を増加することなく、あるいは、排気ガス中のNO2の割合を増加させて、DPF及びSCR触媒に流入するので、酸化触媒の温度にかかわらず、SCR触媒によるNOxの浄化効率及びDPFの再生効率を向上させることができる。 According to the present invention, the exhaust gas flows through the oxidation catalyst only when the oxidation catalyst containing platinum exhibits the action of oxidizing NO to NO 2 , without increasing the proportion of NO in the exhaust gas, or Since the ratio of NO 2 in the exhaust gas is increased and flows into the DPF and the SCR catalyst, the NOx purification efficiency and the DPF regeneration efficiency by the SCR catalyst can be improved regardless of the temperature of the oxidation catalyst.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成を図1に示す。内燃機関であるディーゼルエンジン1は、ディーゼルエンジン1から排出された排気ガスが流通する排気管2を有している。排気管2には、白金を含む酸化触媒3と、DPF5と、SCR触媒6と、酸化触媒7とが、この順序で設けられている。DPF5とSCR触媒6との間には、尿素水を噴射する噴射ノズル8が設けられている。また、排気管2には、酸化触媒3をバイパスするように、バイパス管20が設けられている。バイパス管20の上流端部と排気管2との接続部分には、切替手段である三方弁21が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of the exhaust gas purifying apparatus according to this embodiment. A
SCR触媒6及び三方弁21のそれぞれの上流には、排気管2を流通する排気ガスの温度を測定するための第1の温度センサ9及び第2の温度センサ10が設けられている。第1の温度センサ9及び第2の温度センサ10はそれぞれ、SCR触媒6及び酸化触媒3に流入する排気ガスの温度を測定するためのものであり、これらの測定値は、この実施の形態において、SCR触媒6及び酸化触媒3の温度と見なされる。従って、第1の温度センサ9は、SCR触媒6の直前に設けることが好ましく、第2の温度センサ10と、三方弁21と、酸化触媒3とは、できる限り近接して設けることが好ましい。三方弁21と、第1の温度センサ9と、第2の温度センサ10とはそれぞれ、制御装置であるECU11に電気的に接続されている。
A
次に、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン1の始動後、排出された排気ガスは、排気管2を流通する。第2の温度センサ10の測定値が200℃以下の場合には、ECU11は、三方弁21を作動させて、排気ガスがバイパス管20を流通するようにする。酸化触媒3の温度が200℃以下の場合に排気ガスを酸化触媒3に流通させると、排気ガス中のNOxは、酸化触媒3の還元作用によってNO2の一部がNOに還元され、排ガスに含まれるNOx中のNOの割合が増加し、NO及びNO2の割合が1:1から離れるように変化してしまう。しかしながら、この実施の形態では、このような条件の場合に、排気ガスがバイパス管20を流通して酸化触媒3をバイパスするので、NOx中のNOの割合が増加してしまうのを防止できる。
Next, the operation of the exhaust gas purification apparatus according to this embodiment will be described.
After the
ディーゼルエンジン1が始動してからある程度経過すると、排気ガスの温度が上昇し、やがて、第2の温度センサ10の測定値が200℃を超える温度になる。すると、ECU11は、三方弁21を作動させて、排気ガスが酸化触媒3を流通するようにする。酸化触媒3の温度が200℃よりも高い場合に排気ガスを酸化触媒3に流通させると、排気ガス中のNOxは、酸化触媒3の酸化作用によってNOの一部がNO2に酸化される。ディーゼルエンジン1から排出された排気ガス中に含まれるNOxの大部分がNOであるため、酸化触媒3の酸化作用により、NOx中のNO2の割合が上昇し、NO及びNO2の割合が1:1に近づくように変化する。
When a certain amount of time has passed since the
バイパス管20を流通した排気ガス、あるいは、酸化触媒3を流通した排気ガスは、DPF5に流入し、排気ガス中のPMがDPF5に捕捉される。続いて、排気ガスはSCR触媒6に流入するが、適当なタイミングで噴射ノズル8から供給された尿素水がSCR触媒6において加水分解されてアンモニアと二酸化炭素となり、生成したアンモニアと排ガス中のNOxとが反応して、窒素及び水となる。SCR触媒6において消費されずに残ったアンモニアは、酸化触媒7において酸化され、NOxが浄化された排気ガスが大気中へ排出される。
The exhaust gas flowing through the
第2の温度センサ10の測定値が200℃以下の場合には、排気ガスに含まれるNOx中のNOの割合が上昇しないようにして、すなわち、NO及びNO2の割合が1:1から離れないようにして、SCR触媒6によって排気ガス中のNOxが浄化されるので、SCR触媒6によるNOxの浄化効率の低下を防止できる。一方、第2の温度センサ10の測定値が200℃より高い場合には、NOx中のNO2の割合を上昇させてNO及びNO2の割合が1:1に近づくように調整してから、SCR触媒6によって排気ガス中のNOxが浄化されるので、SCR触媒6によるNOxの浄化効率を向上させることができる。
When the measured value of the
さらに、ディーゼルエンジン1の稼働中、第1の温度センサ9の測定値が450℃以上になった場合には、たとえ第2の温度センサ10の測定値が200℃よりも高い温度であったとしても、ECU11は、三方弁21を作動させて、排気ガスがバイパス管20を流通するようにする。すると、排気ガスは酸化触媒3を流通しないので、排気ガス中のNO2の割合が上昇されずに、SCR触媒6に排気ガスが流入する。SCR触媒6の温度が450℃以上であれば、NO及びNO2の割合にかかわらずに、SCR触媒6によるNOxの浄化効率は温度のみに依存するので、SCR触媒6によってNOxを浄化する前に、あえて排気ガスを酸化触媒3で処理させる必要はない。これにより、酸化触媒3の作用機会が低減されるので、酸化触媒3の寿命を長くすることができる。
Furthermore, when the measured value of the
また、NOx中のNO及びNO2の割合は、SCR触媒6によるNOxの浄化効率だけではなく、DPF5の再生効率にも影響を与える。DPF5にPMが補足されていくと、DPF5の前後の差圧が上昇する。この差圧を、図示しない差圧計等で検知し、DPF5に捕捉されたPMを燃焼させることにより、DPF5の再生を行う。再生の際、DPF5に対して、公知の手段により加熱を行うが、排気ガスに含まれる酸化力の強いNO2を酸化剤として利用すると、燃焼に必用な温度を低下させることができ、その結果、DPF5の再生効率が向上される。この実施の形態では、第2の温度センサ10の測定値が200℃より高い場合、すなわち、酸化触媒3がNOをNO2に酸化する作用を発揮可能なときにのみ、排気ガスは酸化触媒3を流通してDPF5に流入する。これにより、排気ガス中のNO2の割合が低下せずに、あるいは、酸化触媒3によって排気ガス中のNO2の割合が増加されて、排気ガスがDPF5に流入し、DPF5の再生時に必要な温度を抑えることができるので、DPF5の再生効率を向上させることができる。
Further, the ratio of NO and NO 2 in NOx affects not only the NOx purification efficiency by the SCR catalyst 6 but also the regeneration efficiency of the DPF 5. When PM is supplemented to the DPF 5, the differential pressure before and after the DPF 5 increases. This differential pressure is detected by a differential pressure gauge or the like (not shown), and PM captured by the DPF 5 is burned to regenerate the DPF 5. At the time of regeneration, the DPF 5 is heated by a known means, but if NO 2 having a strong oxidizing power contained in the exhaust gas is used as an oxidizing agent, the temperature necessary for combustion can be lowered, and as a result The regeneration efficiency of DPF5 is improved. In this embodiment, when the measured value of the
このように、白金を含む酸化触媒3がNOをNO2に酸化する作用を発揮するときにのみ、排気ガスが酸化触媒3を流通し、排気ガス中のNOの割合を増加することなく、あるいは、排気ガス中のNO2の割合を増加させて、DPF5及びSCR触媒6に流入するので、酸化触媒3の温度にかかわらず、SCR触媒6によるNOxの浄化効率及びDPF5の再生効率を向上させることができる。
Thus, only when the
この実施の形態では、SCR触媒6及び酸化触媒3の上流に第1の温度センサ9及び第2の温度センサ10をそれぞれ配置し、SCR触媒6及び酸化触媒3に流入する直前の排気ガスの温度を検知して、それらの測定値を酸化触媒3及びSCR触媒6の温度と見なしていたが、この形態に限定するものではない。酸化触媒3及びSCR触媒6に温度センサを直接配置して、酸化触媒3及びSCR触媒6の温度を直接測定するようにしてもよい。また、温度センサを用いる形態に限定するものでもなく、ECU11に、ディーゼルエンジン1の運転条件(回転数や燃料噴射量等)と排気ガス温度とのマップを組み込んでおき、このマップに基づいてディーゼルエンジン1の運転条件から排気ガスの温度を推定し、推定された排気ガスの温度からさらに、ディーゼルエンジン1から酸化触媒3及びSCR触媒6までの長さ等を考慮して、酸化触媒3及びSCR触媒6の温度を推定するようにしてもよい。
In this embodiment, a
この実施の形態では、DPF5及びSCR触媒6が両方とも設けられているが、この構成に限定するものではない。DPF5のみが設けられている構成でもよく、SCR触媒6のみが設けられている構成でもよい。すなわち、少なくともDPF5及びSCR触媒6の一方が設けられていればよい。 In this embodiment, both the DPF 5 and the SCR catalyst 6 are provided, but the present invention is not limited to this configuration. Only the DPF 5 may be provided, or only the SCR catalyst 6 may be provided. That is, it is sufficient that at least one of the DPF 5 and the SCR catalyst 6 is provided.
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)、2 排気管、3 酸化触媒、5 DPF、6 SCR触媒、9 第1の温度センサ、10 第2の温度センサ、20 バイパス管、21 三方弁(切替手段)。 1 diesel engine (internal combustion engine), 2 exhaust pipe, 3 oxidation catalyst, 5 DPF, 6 SCR catalyst, 9 first temperature sensor, 10 second temperature sensor, 20 bypass pipe, 21 three-way valve (switching means).
Claims (5)
該排気管に設けられた、白金を含む酸化触媒と、
該酸化触媒よりも下流において前記排気管に設けられた、SCR触媒及びDPFの少なくとも一方と、
前記酸化触媒をバイパスするバイパス管と、
前記排気ガスを前記バイパス管及び前記酸化触媒のうちの一方に流通させるように切り替える切替手段と
を備え、
前記酸化触媒の温度が200℃より高い場合には、前記切替手段は、前記排気ガスを前記酸化触媒に流通させ、前記酸化触媒の温度が200℃以下の場合には、前記切替手段は、前記排気ガスを前記バイパス管に流通させる排気ガス浄化装置。 An exhaust pipe through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows;
An oxidation catalyst containing platinum provided in the exhaust pipe;
At least one of an SCR catalyst and a DPF provided in the exhaust pipe downstream of the oxidation catalyst;
A bypass pipe for bypassing the oxidation catalyst;
Switching means for switching the exhaust gas to flow to one of the bypass pipe and the oxidation catalyst,
When the temperature of the oxidation catalyst is higher than 200 ° C., the switching means causes the exhaust gas to flow through the oxidation catalyst, and when the temperature of the oxidation catalyst is 200 ° C. or less, the switching means An exhaust gas purifier for circulating exhaust gas through the bypass pipe.
該SCR触媒の温度が450℃以上の場合には、前記切替手段は、前記排気ガスを前記バイパス管に流通させる、請求項1に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust pipe is provided with the SCR catalyst downstream of the oxidation catalyst,
2. The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein when the temperature of the SCR catalyst is 450 ° C. or higher, the switching unit causes the exhaust gas to flow through the bypass pipe.
前記SCR触媒の温度は、前記第1の温度センサによって測定された温度である、請求項2に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust pipe is provided with a first temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas upstream of the SCR catalyst,
The exhaust gas purification device according to claim 2, wherein the temperature of the SCR catalyst is a temperature measured by the first temperature sensor.
前記酸化触媒の温度は、前記第2の温度センサによって測定された温度である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust pipe is provided with a second temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas upstream of the switching means,
The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the oxidation catalyst is a temperature measured by the second temperature sensor.
前記排気ガスの温度は、前記マップに基づいて前記運転条件から推定され、
前記酸化触媒の温度及び前記SCR触媒の温度はそれぞれ、前記運転条件から推定された排気ガスの温度からさらに推定される、請求項1または2に記載の排気ガス浄化装置。 Comprising a map representing the relationship between the operating conditions of the internal combustion engine and the temperature of the exhaust gas;
The temperature of the exhaust gas is estimated from the operating conditions based on the map,
The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the oxidation catalyst and the temperature of the SCR catalyst are each further estimated from the temperature of the exhaust gas estimated from the operating conditions.
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