JP2016020636A - 排気浄化システム - Google Patents

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朗義 工藤
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英二 矢幡
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幸広 池本
久仁男 野田
Kunio Noda
久仁男 野田
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Nobutaka Ishii
信貴 石井
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真治 原
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尊史 長谷山
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哲也 村田
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

【課題】装置の大型化やコスト上昇を効果的に抑止しつつ、排気エミッション性能の向上を図る。【解決手段】内燃機関１０の排気系１６に設けられてＮＯからＮＯ２を生成可能な第１酸化触媒３１と、第１酸化触媒３１よりも下流側の排気系１６に設けられてＳＯＦを酸化可能な第２酸化触媒３２と、第２酸化触媒３２よりも下流側の排気系１６に設けられて尿素水から生成されるＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒４１とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化システムに関する。
エンジンの排気浄化システムとして、例えば、特許文献１には、排気上流側から順に前段酸化触媒、ディーゼルパティキュレイトフィルタ（以下、ＤＰＦ）、中段酸化触媒、選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）、後段酸化触媒を配置した構成が開示されている。
特許文献１記載の技術では、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ）及び窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を同時に浄化しつつ、排気高温時はバイパス通路に高温排気を導入して中段酸化触媒に吸熱させることで、ＳＣＲ触媒の熱劣化防止を図っている。
特開２０１３−２２８３号公報
ところで、特許文献１記載の技術では、前段酸化触媒と中段酸化触媒との間にＤＰＦを配置し、さらに中段酸化触媒をバイパス通路に配置しているため、構造全体が複雑となり、装置の大型化やコスト上昇等を招く課題がある。
また、前段酸化触媒にサルフェート等の堆積が進むと、ＤＰＦ強制再生時のポスト噴射によって供給された未燃炭化水素（ＨＣ）が前段酸化触媒からスリップして中段酸化触媒で反応し、排気温度を過度に上昇させることで、直下流に配置されたＳＣＲ触媒の熱劣化を防止できない可能性もある。
本発明の目的は、ＤＰＦを省略して構造全体を簡素化することで、装置の大型化やコスト上昇を効果的に抑止することにある。
上述の目的を達成するため、本発明の排気浄化システムは、内燃機関の排気系に設けられて一酸化窒素（ＮＯ）から二酸化窒素（ＮＯ２）を生成可能な第１酸化触媒と、前記第１酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて可溶性有機成分（ＳＯＦ）を酸化可能な第２酸化触媒と、前記第２酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する選択的還元触媒とを備える。
また、前記内燃機関の燃料噴射を多段噴射で制御して前記内燃機関から排出される排気中のスート成分を低減させる燃焼制御手段をさらに備えてもよい。
また、前記選択的還元触媒よりも下流側の排気系に設けられて前記選択的還元触媒から脱離したアンモニア（ＮＨ３）を酸化可能な第３酸化触媒をさらに備えてもよい。
本発明の排気浄化システムによれば、ＤＰＦを省略して構造全体を簡素化することで、装置の大型化やコスト上昇を効果的に抑止することができる。
本実施形態の排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。 本実施形態の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を示す機能ブロック図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の各気筒には、コモンレール（不図示）に畜圧した高圧燃料を各気筒内に直接噴射するインジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）６０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには、新気を導入する吸気通路１２が接続されている。排気マニホールド１０Ｂには、排気を導出する排気通路１６が接続されている。排気通路１６には、排気上流側から順に前段後処理装置３０、後段後処理装置４０等が設けられている。
前段後処理装置３０は、ケース３０Ａ内に上流側から順に第１酸化触媒３１、第２酸化触媒３２を配置して構成されている。第１酸化触媒３１よりも上流側のケース３０Ａには、第１酸化触媒３１の入口排気温度を検出する第１排気温度センサ５０が設けられている。また、第１酸化触媒３１と第２酸化触媒３２との間のケース３０Ａには、第２酸化触媒の入口排気温度を検出する第２排気温度センサ５１が設けられている。これらセンサ５０，５１のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ６０に送信される。
第１酸化触媒３１は、例えば多孔質セラミック担体にＮＯ２生成触媒等を担持して形成されており、排気中に含まれるＮＯからＮＯ２を生成する機能や、ポスト噴射によって供給される未燃炭化水素（ＨＣ）を酸化する機能を有している。
第２酸化触媒３２は、例えば多孔質セラミック担体にＳＯＦ酸化触媒を担持して形成されており、排気に含まれるＰＭ中の主にＳＯＦ成分を酸化浄化する機能を有している。
後段後処理装置４０は、ケース４０Ａ内に上流側から順にＳＣＲ触媒４１、第３酸化触媒４２を配置して構成されている。ＳＣＲ触媒４１よりも上流側の排気通路１６には、尿素水噴射装置４３の尿素添加弁４４及び、ＳＣＲ触媒４１に流入する排気中のＮＯｘ値を検出するＮＯｘセンサ５２が設けられている。さらに、ＳＣＲ触媒４１よりも上流側の排気通路１６には、ＳＣＲ触媒４１の入口排気温度を検出する第３排気温度センサ５３が設けられている。これらセンサ５２，５３のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ６０に送信される。
尿素水噴射装置４３は、ＥＣＵ６０から入力される指示信号に応じて尿素添加弁４４を開閉動作させることで、ＳＣＲ触媒４１よりも上流側の排気通路１６内に、尿素水タンク４５内から尿素水ポンプ４６によって圧送される尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてＮＨ３に生成され、下流側のＳＣＲ触媒４１に還元剤として供給される。
ＳＣＲ触媒４１は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒４１は、尿素水噴射装置４３から還元剤として供給されるＮＨ３を吸着すると共に、吸着したＮＨ３で通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
第３酸化触媒４２は、例えば多孔質セラミック担体に酸化触媒を担持して形成されており、ＳＣＲ触媒４１から下流側にスリップしたＮＨ３を酸化する機能を有している。
ＥＣＵ６０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ６０は、図２に示すように、ＰＭ低減燃焼制御部６１を一部の機能要素として有する。
ＰＭ低減燃焼制御部６１は、各インジェクタ１１の燃料噴射をマルチ噴射で制御することで、排気に含まれるＰＭ中の主にスート成分を低減させるＰＭ低減噴射制御を実行する。このように、本実施形態では、ＰＭ中のスート成分をエンジン１０の燃焼制御によって低減し、ＰＭ中のＳＯＦ成分を第２酸化触媒３２で酸化浄化することにより、ＤＰＦを省略してもＰＭの大気への放出を効果的に抑制できるように構成されている。なお、このＰＭ低減噴射制御と併せて、何れも図示しない可変容量型過給機やＥＧＲ装置の開度を調整して過給圧を上昇させる制御を実行してもよい。
次に、本実施形態に係る排気浄化システムの作用効果を説明する。
本実施形態の排気浄化システムは、排気上流側から順にＮＯ２を生成する第１酸化触媒３１、未燃燃料や潤滑油等を主成分とするＰＭ中のＳＯＦ成分を酸化浄化する第２酸化触媒３２、ＮＯｘを還元浄化するＳＣＲ触媒４１、ＮＨ３スリップを防止する第３酸化触媒４２を配置して構成されている。さらに、エンジン１０の燃料噴射は、マルチ噴射によりＰＭ中の主にスート成分を低減させるＰＭ低減噴射によって制御されるようになっている。すなわち、ＰＭ中のスート成分等をエンジン１０の燃焼制御によって低減し、ＳＯＦ成分を第２酸化触媒３２で浄化することで、ＤＰＦを用いることなく排気エミッション性能を効果的に維持できるように構成されている。したがって、ＤＰＦを省略することが可能となり、装置の大型化やコスト上昇を効果的に抑制することができる。
また、ＤＰＦを省略したことで、ポスト噴射や排気管内噴射によるフィルタ強制再生を行う必要が無くなり、燃費性能を効果的に向上することができる。また、ＤＰＦの省略によって、アッシュを除去するＤＰＦの定期的な掃除等が不要になり、メンテナンス性も効果的に向上することができる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
１０ エンジン
１１ インジェクタ
１６ 排気通路
３０ 前段後処理装置
３１ 第１酸化触媒
３２ 第２酸化触媒
４０ 後段後処理装置
４１ ＳＣＲ触媒
４２ 第３酸化触媒
５０ 第１排気温度センサ
５１ 第２排気温度センサ
５３ 第３排気温度センサ
６０ ＥＣＵ
６１ ＰＭ低減燃焼制御部

Claims (3)

  1. 内燃機関の排気系に設けられて一酸化窒素（ＮＯ）から二酸化窒素（ＮＯ２）を生成可能な第１酸化触媒と、
    前記第１酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて可溶性有機成分（ＳＯＦ）を酸化可能な第２酸化触媒と、
    前記第２酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられて尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する選択的還元触媒と、を備える
    排気浄化システム。
  2. 前記内燃機関の燃料噴射を多段噴射で制御して前記内燃機関から排出される排気中のスート成分を低減させる燃焼制御手段をさらに備える
    請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 前記選択的還元触媒よりも下流側の排気系に設けられて前記選択的還元触媒から脱離したアンモニア（ＮＨ３）を酸化可能な第３酸化触媒をさらに備える
    請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
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