JP2018031301A - Exhaust emission control device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気を浄化するためのNOx吸蔵触媒及びパティキュレートフィルタを備えるエンジンの排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust gas purification apparatus including a NOx storage catalyst and a particulate filter for purifying exhaust gas.
自動車等に搭載されるエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)や、微粒子状物質(PM:Particulate Matter)等の排気ガス成分が含まれている。このため、エンジンの排気通路には、上記物質を分解(還元等)するための三元触媒と、PMを捕捉するためのパティキュレートフィルタとが設けられている。 The exhaust gas emitted from engines mounted on automobiles, etc. includes exhausts such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and particulate matter (PM). Contains gas components. For this reason, a three-way catalyst for decomposing (reducing or the like) the substance and a particulate filter for capturing PM are provided in the exhaust passage of the engine.
また、例えば、ディーゼルエンジン等のように、空燃比を理論空燃比(ストイキ)よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行なうエンジンの場合、三元触媒では排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を充分に浄化できない。このため、この種のエンジンの排気通路には、NOx吸蔵触媒が設けられているものがある。NOx吸蔵触媒は、排気の空燃比がリーンであると排気中のNOxを吸蔵し、排気の空燃比がリッチであると吸蔵されているNOxを放出還元する。 For example, in the case of an engine that burns in an oxidizing atmosphere by controlling the air / fuel ratio from the stoichiometric air / fuel ratio (stoichiometric) to a lean air / fuel ratio, such as a diesel engine, a three-way catalyst uses nitrogen oxides in the exhaust gas. (NOx) cannot be sufficiently purified. For this reason, some exhaust passages of this type of engine are provided with a NOx storage catalyst. The NOx storage catalyst stores NOx in the exhaust if the air-fuel ratio of the exhaust is lean, and releases and reduces the stored NOx if the air-fuel ratio of the exhaust is rich.
ディーゼルエンジン等においては、通常、排気の空燃比がリーンであるため、窒素酸化物はNOx吸蔵触媒に吸蔵される。このため、所定のタイミングで排気の空燃比をリッチ化させてNOx吸蔵触媒に吸蔵されたNOxを分解(還元)する再生処理(NOxパージ)を行う必要がある。 In a diesel engine or the like, normally, since the air-fuel ratio of exhaust gas is lean, nitrogen oxides are stored in the NOx storage catalyst. For this reason, it is necessary to perform a regeneration process (NOx purge) for decomposing (reducing) NOx stored in the NOx storage catalyst by enriching the air-fuel ratio of the exhaust at a predetermined timing.
また燃料中には硫黄成分が有害成分として含まれているため、硫黄成分は酸素と反応して硫黄酸化物(SOx)となってNOxの代わりにNOx吸蔵触媒に吸蔵される(S被毒)。このため、所定のタイミングで、硫黄酸化物(SOx)を除去する再生処理(サルファパージ:Sパージ)を行う必要がある。この再生処理(Sパージ)を行うには、空燃比をリッチ化させると共に、NOx吸蔵触媒を所定温度以上の高温にする必要がある。 Further, since the sulfur component is contained as a harmful component in the fuel, the sulfur component reacts with oxygen to become sulfur oxide (SOx) and is stored in the NOx storage catalyst instead of NOx (S poisoning). . For this reason, it is necessary to perform a regeneration process (sulfur purge: S purge) for removing sulfur oxide (SOx) at a predetermined timing. In order to perform this regeneration process (S purge), it is necessary to enrich the air-fuel ratio and raise the NOx storage catalyst to a high temperature equal to or higher than a predetermined temperature.
またパティキュレートフィルタは、使用に伴って内部にPMが堆積して通過抵抗が増大する。このため、パティキュレートフィルタについても、所定のタイミングで再生処理を行う必要がある。すなわちパティキュレートフィルタを昇温させて、内部に堆積したPMを燃焼除去する必要がある。 In addition, particulate filters accumulate in the interior with use and increase the passage resistance. For this reason, it is necessary to perform the regeneration process for the particulate filter at a predetermined timing. That is, it is necessary to raise the temperature of the particulate filter and burn and remove the PM accumulated inside.
ここで、NOx吸蔵触媒の再生処理(NOxパージ及びSパージ)は、触媒内部を酸素欠乏状態とする必要がある。一方で、パティキュレートフィルタの再生処理は、フィルタ内部を酸素が充分に供給されている状態とする必要がある。このため、現在のエンジンでは、NOx吸蔵触媒の再生処理と、パティキュレートフィルタの再生処理とは、一般的に、別々に行われており、各再生処理において多くの燃料が消費されてしまっている。 Here, the regeneration process of the NOx storage catalyst (NOx purge and S purge) requires that the inside of the catalyst be in an oxygen-deficient state. On the other hand, the regeneration process of the particulate filter requires that the inside of the filter is sufficiently supplied with oxygen. For this reason, in the present engine, the regeneration process of the NOx storage catalyst and the regeneration process of the particulate filter are generally performed separately, and a large amount of fuel is consumed in each regeneration process. .
このような問題を解消するために、排気通路に設けられたNOxトラップ触媒(NOx吸蔵触媒)と、NOxトラップ触媒の下流側に設けられたPMトラップ(パティキュレートフィルタ)と、PMトラップの上流側排気通路に空気を供給可能な空気供給装置と、を備え、NOxトラップ触媒を通過する経路とは別の経路からPMフィルタに対して空気を導入することで、NOxトラップ触媒の再生(触媒再生)と、PMフィルタの再生(フィルタ再生)とを同時に行う技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such problems, a NOx trap catalyst (NOx storage catalyst) provided in the exhaust passage, a PM trap (particulate filter) provided downstream of the NOx trap catalyst, and an upstream side of the PM trap An air supply device capable of supplying air to the exhaust passage, and regenerating the NOx trap catalyst (catalyst regeneration) by introducing air to the PM filter from a path different from the path passing through the NOx trap catalyst In addition, a technique for simultaneously performing PM filter regeneration (filter regeneration) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1には、具体的には、空気供給装置として、過給機のコンプレッサ下流の吸気通路とPMトラップの上流側排気通路とを接続する空気導入路を有し、この空気導入路を介してPMフィルタに空気を導入する構成が開示されている。 Specifically, this Patent Document 1 has, as an air supply device, an air introduction path that connects an intake passage downstream of a compressor of a supercharger and an upstream exhaust passage of a PM trap. The structure which introduce | transduces air into PM filter via is disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、安定してパティキュレートフィルタ(PMフィルタ)に空気を供給することができない虞がある。 However, with the configuration described in Patent Document 1, there is a possibility that air cannot be stably supplied to the particulate filter (PM filter).
例えば、排気通路を流れる排気の圧力は、通常、大気圧より高いため、排気通路に空気を導入するには、空気を昇圧する必要がある。特許文献1に記載の構成は、空気導入路の一端側が、エンジンの運転状態によっては負圧になり得るコンプレッサ下流の吸気通路に接続されている。このため、エンジンの運転状態によっては、空気導入路内の空気が負圧となり、上流側排気通路から空気導入路を介して吸気通路に向かって空気が逆流してしまう虞がある。 For example, since the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage is usually higher than the atmospheric pressure, it is necessary to increase the pressure in order to introduce air into the exhaust passage. In the configuration described in Patent Document 1, one end side of the air introduction path is connected to an intake passage downstream of the compressor that can be a negative pressure depending on the operating state of the engine. For this reason, depending on the operating state of the engine, the air in the air introduction path may have a negative pressure, and the air may flow backward from the upstream exhaust passage to the intake passage through the air introduction path.
また、パティキュレートフィルタにPM(すす)が多く堆積している場合、パティキュレートフィルタに空気を供給した際、パティキュレートフィルタの温度が過度に上昇し、パティキュレートフィルタの劣化や損傷を招く虞がある。このため、パティキュレートフィルタに供給する空気(酸素)の量を適宜調整できるようにすることが望ましい。 In addition, when a large amount of PM (soot) is accumulated on the particulate filter, when air is supplied to the particulate filter, the temperature of the particulate filter may rise excessively, leading to deterioration or damage of the particulate filter. is there. For this reason, it is desirable that the amount of air (oxygen) supplied to the particulate filter can be adjusted as appropriate.
本発明は、このような事情に鑑みてなされてなされたものであり、パティキュレートフィルタの上流側の排気通路に空気を安定して供給し、NOx吸蔵触媒の再生処理とパティキュレートフィルタの再生処理とを同時に適切に実施することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and stably supplies air to the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter to regenerate the NOx storage catalyst and regenerate the particulate filter. It is an object of the present invention to provide an engine exhaust gas purification device capable of appropriately performing the above and the like simultaneously.
さらに本発明は、パティキュレートフィルタの再生処理中に、パティキュレートフィルタに供給する空気の量を適切に調整することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide an engine exhaust purification device that can appropriately adjust the amount of air supplied to the particulate filter during the regeneration process of the particulate filter.
上記課題を解決する本発明の態様は、エンジンの排気通路に設けられるNOx吸蔵触媒と、排気通路のNOx吸蔵触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタと、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、一端側が排気通路のNOx吸蔵触媒よりも下流側で且つパティキュレートフィルタよりも上流側の接続部に接続されると共に他端側が外気に開放されて外気が導入される導入通路と、排気通路のパティキュレートフィルタよりも下流側と導入通路とを接続する排気循環通路と、導入通路に設けられる供給ポンプと、排気循環通路に設けられ排気循環通路を開閉する第1の開閉弁と、を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。 An aspect of the present invention that solves the above problem is an engine exhaust purification device that includes a NOx storage catalyst provided in an exhaust passage of an engine and a particulate filter provided downstream of the NOx storage catalyst in the exhaust passage. And an exhaust passage in which one end side is connected to a connection portion downstream of the NOx storage catalyst in the exhaust passage and upstream of the particulate filter, and the other end side is opened to the outside air and the outside air is introduced. An exhaust circulation passage connecting the downstream side of the particulate filter and the introduction passage, a supply pump provided in the introduction passage, and a first on-off valve provided in the exhaust circulation passage for opening and closing the exhaust circulation passage. The engine exhaust gas purification apparatus is characterized by the above.
ここでエンジンの排気浄化装置は、NOx吸蔵触媒の再生処理を実行する触媒再生処理部と、触媒再生処理部によりNOx吸蔵触媒の再生処理が実行されているタイミングで、パティキュレートフィルタの再生処理を実行するフィルタ再生処理部と、を備え、フィルタ再生処理部は、NOx吸蔵触媒の温度が第1の温度以上まで上昇しているタイミングで供給ポンプを作動させ、外気を含むガスを導入通路を介して排気通路の接続部に供給することが好ましい。 Here, the engine exhaust purification device performs the regeneration process of the particulate filter at the timing when the regeneration process of the NOx storage catalyst is performed by the catalyst regeneration process unit that performs the regeneration process of the NOx storage catalyst and the regeneration process of the NOx storage catalyst. A filter regeneration processing unit that performs the operation of the supply pump at a timing when the temperature of the NOx storage catalyst rises to the first temperature or higher, and passes the gas including the outside air through the introduction passage. It is preferable to supply to the connection part of the exhaust passage.
またフィルタ再生処理部は、パティキュレートフィルタの温度が第1の温度よりも高い第2の温度以上になると前記第1の開閉弁を開弁させ、外気と共に排気循環通路から供給される排気を含むガスを導入通路を介して排気通路の接続部に供給することが好ましい。 The filter regeneration processing unit opens the first on-off valve when the temperature of the particulate filter becomes equal to or higher than a second temperature higher than the first temperature, and includes exhaust gas supplied from the exhaust circulation passage together with outside air. It is preferable to supply gas to the connection part of the exhaust passage through the introduction passage.
さらにエンジンの排気浄化装置は、導入通路に設けられて導入通路を開閉する第2の開閉弁をさらに備え、フィルタ再生処理部は、パティキュレートフィルタの温度が第2の温度よりも高い第3の温度以上になると第2の開閉弁を閉弁させ、排気循環通路から供給される排気からなるガスを導入通路を介して排気通路の接続部に供給することが好ましい。 The engine exhaust purification device further includes a second on-off valve provided in the introduction passage to open and close the introduction passage, and the filter regeneration processing unit includes a third temperature at which the temperature of the particulate filter is higher than the second temperature. When the temperature is higher than the temperature, it is preferable to close the second on-off valve and supply the gas composed of the exhaust gas supplied from the exhaust circulation passage to the connection portion of the exhaust passage through the introduction passage.
またフィルタ再生処理部は、パティキュレートフィルタの温度が第1の温度よりも高く且つ第2の温度以下の温度である第4の温度よりも低くなると、第1の開閉弁を閉弁させることが好ましく、その際、第1の開閉弁を徐々に閉弁させることが望ましい。 The filter regeneration processing unit may close the first on-off valve when the temperature of the particulate filter is higher than the first temperature and lower than a fourth temperature that is lower than or equal to the second temperature. In this case, it is preferable to gradually close the first on-off valve.
かかる本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの上流側の排気通路に空気を含むガスを安定して供給できる。このため、NOx吸蔵触媒の再生処理(Sパージ)が実施されている間に、パティキュレートフィルタの再生処理を適切に実施することができる。 According to such an exhaust emission control device for an engine of the present invention, gas containing air can be stably supplied to the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter. For this reason, the regeneration process of the particulate filter can be appropriately performed while the regeneration process (S purge) of the NOx storage catalyst is being performed.
また第1の開閉弁を適宜制御して排気循環通路を介して導入路に排気を流入させることで、パティキュレートフィルタの再生処理中に、パティキュレートフィルタに導入される空気の量を適切に調整することができる。すなわちパティキュレートフィルタの上流側の排気通路に供給されるガスの酸素濃度を適切に低下させ、パティキュレートフィルタの温度上昇(過昇温)を効果的に抑制することができる。 Also, the amount of air introduced into the particulate filter is appropriately adjusted during the regeneration process of the particulate filter by appropriately controlling the first on-off valve and allowing the exhaust to flow into the introduction passage through the exhaust circulation passage. can do. That is, it is possible to appropriately reduce the oxygen concentration of the gas supplied to the exhaust passage on the upstream side of the particulate filter, and to effectively suppress the temperature rise (overheating) of the particulate filter.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン10は、直列4気筒のディーゼルエンジンであり、4つの気筒が形成されたエンジン本体11を備える。エンジン本体11は、シリンダヘッド12とシリンダブロック13とを有し、シリンダブロック13内には、ピストン14が収容されている。ピストン14は、コンロッド15を介してクランクシャフト16に接続されている。そして、このピストン14とシリンダヘッド12及びシリンダブロック13とで各気筒の燃焼室17が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
シリンダヘッド12には各気筒の燃焼室17に開口する吸気ポート18が形成され、吸気ポート18には吸気マニホールド19を含む吸気管(吸気路)20が接続されている。吸気マニホールド19には、吸気圧を検出する吸気圧センサ(MAPセンサ)21及び吸気の温度を検出する吸気温センサ22が設けられている。各吸気ポート18内には吸気弁23が設けられ、吸気弁23によって各吸気ポート18が開閉されるようになっている。
An
またシリンダヘッド12には各気筒の燃焼室17に開口する排気ポート24が形成され、排気ポート24には、排気マニホールド25を含む排気管(排気通路)26が接続されている。排気ポート24には排気弁27が設けられており、吸気ポート18と同様に、排気ポート24は排気弁27によって開閉されるようになっている。なお吸気弁23及び排気弁27は既存の構成であるため詳細な説明は省略するが、ピストン14の往復運動と連動して回転するカムによって所定のタイミングで開閉する。
The
また各気筒には、燃料を噴射するためのインジェクタ(燃料噴射弁)30が設けられている。図示は省略するが、各インジェクタ30はコモンレールに接続され、コメンレールは、サプライポンプ(高圧ポンプ)を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料がコモンレールに圧送され、コモンレール内の高圧の燃料が各インジェクタ30から噴射されるようになっている。
Each cylinder is provided with an injector (fuel injection valve) 30 for injecting fuel. Although not shown, each
吸気管20及び排気管26の途中には、ターボチャージャ(過給機)32が設けられている。ターボチャージャ32は、タービン32aと、コンプレッサ32bとを有し、これらタービン32aとコンプレッサ32bとはタービン軸32cによって連結されている。ターボチャージャ32内に排気が流れ込むと、排気の流れによってタービン32aが回転し、このタービン32aの回転に伴ってコンプレッサ32bが回転する。コンプレッサ32bの回転によって加圧された空気(吸気)が、吸気管20に送り出されて、各気筒の燃焼室17に供給される。
A turbocharger (supercharger) 32 is provided in the middle of the
ターボチャージャ32のコンプレッサ32bの上流側の吸気管20には、エアクリーナ33が設けられている。またターボチャージャ32のコンプレッサ32bの下流側の吸気管20には、ターボチャージャ32での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ34が配されている。またインタークーラ34の下流側の吸気管20には、スロットルバルブ35と、スロットルポジションセンサ(TPS)36と、が設けられている。
An
一方、ターボチャージャ32のタービン32aの下流側の排気管26には、排気浄化装置を構成する排気浄化触媒及びディーゼルパティキュレートフィルタが設けられている。本実施形態では、上流側に排気浄化触媒であるNOx吸蔵触媒38が設けられ、NOx吸蔵触媒38の下流側にディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPFと称する)39が設けられている。またNOx吸蔵触媒38の出口付近の排気管26には、NOx吸蔵触媒38から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサ(空燃比検出手段)40が設けられている。同様に、DPF39の出口付近の排気管26にも、DPF39から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサ(空燃比検出手段)41が設けられている。なおこれら空燃比センサ40,41は、排気中の酸素濃度を検出するものであってもよい。さらにNOx吸蔵触媒38及びDPF39の出口付近の排気管26には、排気の温度を検出する温度センサ(温度検出手段)42,43が設けられている。
On the other hand, the
なお本実施形態では、排気浄化触媒としてNOx吸蔵触媒のみが設けられているが、排気浄化触媒はNOx吸蔵触媒が含まれていればよく、例えば、NOx吸蔵触媒と共にディーゼル酸化触媒等を含む構成としてもよい。なお、ディーゼル酸化触媒では、排気中の一酸化窒素(NO)が酸化されて二酸化窒素(NO2)が生成される。 In the present embodiment, only the NOx storage catalyst is provided as the exhaust purification catalyst. However, the exhaust purification catalyst only needs to include the NOx storage catalyst. For example, the exhaust purification catalyst includes a diesel oxidation catalyst and the like together with the NOx storage catalyst. Also good. In the diesel oxidation catalyst, nitrogen monoxide (NO) in the exhaust is oxidized to generate nitrogen dioxide (NO 2 ).
ここで、NOx吸蔵触媒38は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム(Ba)等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そしてNOx吸蔵触媒38は、酸化雰囲気において排気成分である窒素酸化物(NOx)を一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を含む還元雰囲気中において、NOxを放出して窒素(N2)等に還元する。本実施形態に係るエンジン10は、ディーゼルエンジンであるため、通常は、NOx吸蔵触媒38ではNOxが吸蔵されるのみで吸蔵されたNOxが分解(還元)されることはない。
Here, the
このため所定のタイミング、例えば、エンジン10を所定期間運転させる毎に、吸蔵されたNOxを除去するための再生処理(NOxパージ)が実行される。この再生処理(NOxパージ)では、所定のタイミングでNOx吸蔵触媒に還元剤としての燃料が供給される。これによりNOx吸蔵触媒38内が還元雰囲気となり、吸蔵されたNOxが分解(還元)されてNOx吸蔵触媒38から除去される。
For this reason, every time the
またNOx吸蔵触媒38は、窒素酸化物(NOx)と同様、排気成分である硫黄酸化物(SOx)を吸蔵する。このため、所定のタイミングでSOxを除去するための再生処理(Sパージ)も実施される。この再生処理(Sパージ)では、排気に還元剤としての燃料を適宜供給して排気空燃比をリッチ化すると共に、NOx吸蔵触媒38を所定温度(例えば、700℃程度)以上に昇温させる。これにより、吸蔵された硫黄酸化物(SOx)が分解(還元)されてNOx吸蔵触媒38から除去される。
Further, the
DPF39は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタである。DPF39に捕捉されたPMは、排気ガス中のNO2によって酸化(燃焼)されてCO2として排出され、DPF39内に残存するNO2はN2に分解されて排出される。このDPF39も、内部に堆積したPMを除去するために、所定のタイミングで再生処理(DPF再生)が実行される。このDPF再生では、NOx吸蔵触媒38のSパージと同様に、DPF39を所定の第1の温度(例えば、600℃)以上に昇温させることで、DPF39に堆積しているPMを燃焼させる。
For example, the
ところで、DPF39の再生処理は、上記のようにNOx吸蔵触媒38のSパージと同様にDPF39を第1の温度以上に昇温させる必要がある一方、Sパージとは異なりDPF39の排気空燃比をリーン化する必要がある。このため、NOx吸蔵触媒38のSパージとDPF39の再生処理とは別々に実施する必要があった。
By the way, in the regeneration process of the
しかしながら、本実施形態に係るエンジン10は、以下に詳述する導入管(導入通路)45を排気浄化装置の一部として備えているため、この導入管45を介してNOx吸蔵触媒38の下流側の排気管26に空気(酸素)を供給できる。つまり導入管45を介してDPF39に空気(酸素)を導入することができる。このため、NOx吸蔵触媒38の排気空燃比がリッチ化された状態でも、DPF39における排気空燃比をリーン化することができる。したがって、NOx吸蔵触媒38のSパージを実施中に、DPF39の再生処理を同時に実施することができる。
However, the
導入管45は、一端側が排気管のNOx吸蔵触媒よりも下流側で且つDPF39よりも上流側の接続部26aに接続されると共に他端側が外気に開放されている(図1参照)。この導入管45には、電動ポンプ等で構成される供給ポンプ46が設けられており、供給ポンプ46を作動することで外気が導入管45内に流入する。そして、流入した外気を含むガス(以下、導入ガスという)が導入管を介して排気管26の接続部26aに供給されるようになっている。
One end of the
さらに、この導入管45は、排気循環配管(排気循環通路)47を介して排気管26に接続されている。排気循環配管47は、導入管45の供給ポンプ46よりも下流側(開放側)と排気管26のDPF39よりも下流側とを接続する。そして、この排気循環配管47を介して、DPF39から流出した排気が導入管45に供給されるようになっている。
Further, the
また排気循環配管47には、排気循環配管47に流入する排気の量を調整するための第1の開閉弁48が設けられている。この第1の開閉弁48の配置は特に限定されないが、本実施形態では、第1の開閉弁48は排気循環配管47の排気管26との連結部付近に設けられている。また導入管45には、導入管45に流入する外気の量を調整する第2の開閉弁49が設けられている。この第2の開閉弁49の配置は、導入管45の排気循環配管47との連結部分よりも下流側(開口側)であればよいが、本実施形態では、導入管45の排気循環配管47との連結部分に設けられている。なお、これら第1の開閉弁48及び第2の開閉弁49の構造は特に限定されないが、本実施形態では、開度によりこれら第1の開閉弁48及び第2の開閉弁49を通過するガスの流量を調整できる構成となっている。
The
以上のように本実施形態に係るエンジン10は、NOx吸蔵触媒38及びDPF39を備えると共に、DPF39に外気(酸素)を含む導入ガスを導入するための導入管45及び供給ポンプ46と、導入管45を介して排気を循環させるための排気循環配管47と、排気循環配管47を開閉する第1の開閉弁48及び導入管45を開閉する第2の開閉弁49と、を排気浄化装置100として備えている。
As described above, the
そして排気浄化装置100は、NOx吸蔵触媒38の再生処理(Sパージ)が実施されている際、所定のタイミングで供給ポンプ46の作動状態を制御すると共に、第1の開閉弁48及び第2の開閉弁49の開閉状態を制御する。具体的には、第1の開閉弁48は閉弁状態のまま第2の開閉弁49を開弁させると共に、供給ポンプ46を作動させる。すなわち排気循環配管47を遮断した状態で導入管45を大気開放すると共に、供給ポンプ46を作動させる。これにより、導入ガスとしての外気が導入管45を介して排気管26の接続部26aに供給される。
The
このとき、排気管26の接続部26aを流れる排気の圧力は大気圧よりも高いが、導入管45を流れる導入ガスは供給ポンプ46によって圧送されて昇圧されるため、排気管26の接続部26aに良好に供給される。そして、排気管26の接続部26aに供給された導入ガス(酸素を含むガス)は、NOx吸蔵触媒38から流出する排気と共にDPF39に導入される。これにより、NOx吸蔵触媒38の排気空燃比がリッチ化されている状態(触媒再生中)でも、DPF39の排気空燃比がリーン化される。またエンジン10の運転状態に拘わらず、DPF39の排気空燃比をリーン化させることができる。
At this time, although the pressure of the exhaust gas flowing through the
したがって、NOx吸蔵触媒38のSパージ中に、NOx吸蔵触媒38のSパージのために昇温された排気を利用してDPF39の再生処理を同時に実施することができる。その結果、DPF再生のために燃料を噴射して排気の温度を上昇させる必要がなくなるため、燃料の消費量を抑制することができる。
Accordingly, during the S purge of the
ここで、エンジン10は、電子制御ユニット(ECU)50を備えており、ECU50には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このECU50が、上述した吸気圧センサ(MAPセンサ)21、吸気温センサ22、スロットルポジションセンサ(TPS)36、空燃比センサ40,41、温度センサ42,43等を含む各種センサ類からの情報に基づいて、エンジン10の総合的な制御を行っており、供給ポンプ46、第1の開閉弁48及び第2の開閉弁49の動作も適宜制御する。すなわちECU50は、エンジン10が備える排気浄化装置100の一部としても機能する。
The
以下、本実施形態に係るエンジン10が備える排気浄化装置100の動作の一例、特に、DPF39の再生処理時の動作について説明する。
Hereinafter, an example of the operation of the exhaust
ECU50は、触媒再生処理部51とフィルタ再生処理部52とを含む排気浄化部53を備える(図1参照)。触媒再生処理部51は、NOx吸蔵触媒38の再生処理(NOxパージ及びSパージ)を所定のタイミングで実行する。なお触媒再生処理部51によるNOx吸蔵触媒38の再生処理(NOxパージ及びSパージ)の方法は、既存の技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
The
フィルタ再生処理部52は、触媒再生処理部51によってNOx吸蔵触媒38の再生処理(Sパージ)が実行されているタイミングで、DPF39の再生処理(DPF再生)を実行する。具体的には、フィルタ再生処理部52は、NOx吸蔵触媒38のSパージの実施中に、例えば、NOx吸蔵触媒38の出口付近に設けられている温度センサ42、或いはDPF39の出口付近に設けられている温度センサ43の検出結果に基づいてNOx吸蔵触媒38が所定の第1の温度(例えば、600℃)以上まで上昇しているか否かを判断する。
The filter
そして、NOx吸蔵触媒38が第1の温度以上まで上昇しているタイミングで、つまり排気の温度がDPF39の再生処理を実施可能な程度に上昇しているタイミングで、第1の開閉弁48及び第2の開閉弁49の開閉状態並びに供給ポンプ46の作動状態を適宜制御する。具体的には、第1の開閉弁48を閉弁状態、第2の開閉弁49を開弁状態とすると共に、供給ポンプ46を作動させる。本実施形態では、DPF39の再生処理が実施されていない通常時、第1の開閉弁48及び第2の開閉弁49は何れも閉弁されている。このため、フィルタ再生処理部52は、第1の開閉弁48の閉弁状態を維持しつつ第2の開閉弁49を所定開度で開弁させると共に、供給ポンプ46を作動させることで、DPF再生を開始する。
Then, at the timing when the
これにより、図2(a)に示すように、第2の開閉弁49を通過して外気が導入管45内に流入する。なお第1の開閉弁48は閉弁されているため、排気管26の排ガスが排気循環配管47を介して導入管45に流入することはない。そして、流入した外気である導入ガスが、導入管45を介して排気管26の接続部26aに供給され、その導入ガスがNOx吸蔵触媒38から流出する排気と共にDPF39に導入される。このようなDPF39への導入ガスの導入に伴い、DPF39内の排気空燃比がリーン化される。その結果、DPF39の内部に堆積しているPMが燃焼されてDPF39が再生される。
As a result, as shown in FIG. 2A, the outside air passes through the second on-off
なおフィルタ再生処理部52は、DPF39の再生処理中は、例えば、空燃比センサ41の検出結果に基づいてDPF39の排気空燃比がリーンである状態に維持されるように、導入管45を介して排気管26の接続部26aに供給される導入ガス量(空気量)を適宜調整する。さらにフィルタ再生処理部52は、例えば、温度センサ43の検出結果に基づいてDPF39の温度が過度に上昇しないように排気管26の接続部26aに供給される導入ガス量(空気量)を適宜制御する。具体的には、DPF39に導入されるガス(導入ガスと排気とが混合されたもの)の酸素濃度が約5%程度となるように導入ガス量を適宜調整することが好ましい。これにより、DPF39内のPMを安定して燃焼させることができる。なお導入ガス量(空気量)の調整方法は、特に限定されず、例えば、供給ポンプ46の出力を変化させてもよいし、或いは第2の開閉弁49の開度を変化させるようにしてもよい。
During the regeneration process of the
また、フィルタ再生処理部52は、このように導入管45を介して排気管26の接続部26aに供給される導入ガス量を適宜調整しているが、その場合でも、DPF39の温度が過度に上昇してしまう虞がある。このため、フィルタ再生処理部52は、DPF39の温度が第1の温度よりも高い第2の温度(例えば、700℃程度)以上となると、図2(b)に示すように、第1の開閉弁48を所定開度で開弁させ、排気循環配管47を介して導入管45に排気を流入させる。すなわち外気と共に排気を含む導入ガスを排気管26の接続部26aに供給する。これにより、排気管26の接続部26aに供給される導入ガスの酸素濃度が大きく低下する。結果として、DPF39に導入されるガス(導入ガスと排気とが混合されたもの)の酸素濃度が大きく低下する。したがって、DPF39におけるPMの燃焼が抑制されてDPF39の温度上昇(過昇温)を抑制することができる。
Further, the filter
さらに、第1の開閉弁48を開弁させただけではDPF39の温度上昇(過昇温)を十分に抑制できない場合には、フィルタ再生処理部52は、導入管45への外気の流入を遮断する。すなわち、フィルタ再生処理部52は、DPF39の温度が第2の温度よりも高い第3の温度(例えば、750℃程度)以上になると、図3(a)に示すように、第2の開閉弁49を閉弁させて、外気が導入管45へ流入しないようにする。これにより、排気循環配管47から導入管45に流入する排気が導入ガスとして排気管26の接続部26aに供給される。その結果、DPF39に導入されるガス(導入ガスと排気とが混合されたもの)の酸素濃度がさらに大きく低下する。したがって、DPF39におけるPMの燃焼が抑制されてDPF39の温度上昇(過昇温)をより確実に抑制することができる。
Furthermore, if the temperature rise (overtemperature rise) of the
また、フィルタ再生処理部52は、上述のようにDPF39の温度に応じて導入ガスの酸素濃度の調整を行うが、それと共に、NOx吸蔵触媒38から排気管26の接続部26aに流出する排気の酸素濃度を調整するようにしてもよい。例えば、導入ガスの酸素濃度の調整だけではDPF39の温度上昇を十分に抑制できない場合には、例えば、燃料噴射量を増加させたり、或いは吸気量を減少させることにより、NOx吸蔵触媒38から流出する排気(DPF39に流入する排気)の酸素濃度をさらにリッチ化させるようにしてもよい。これにより、DPF39の温度上昇(過昇温)をより確実に抑制することができる。
In addition, the filter
なお、その後は、DPF39の温度が第1の温度よりも高く且つ第2の温度以下の温度である第4の温度(例えば、650℃程度)よりも低くなると、図3(b)に示すように、第1の開閉弁48を閉弁させて、排気循環配管47から導入管45への排気の流入を終了させる。つまりDPF39の温度が、フィルタ再生を行うことができる第1の温度よりも低くならない程度に十分に低下した段階で、導入管45への排気の流入を終了させる。そして必要に応じて第2の開閉弁49を開弁させる(図2(a)参照)。これにより、DPF39の再生処理を早期に再開することができる。またその際、第1の開閉弁48は、段階的に徐々に閉弁させることが好ましい。これにより、導入ガスの急減な温度低下、ひいてはDPF39の急激な温度低下を抑制でき、DPF39を適切な温度に調整することができる。
After that, when the temperature of the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、NOx吸蔵触媒とDPFとが、それぞれ別の筐体に収容された構成を例示したが、これらNOx吸蔵触媒とDPFとは、一つの筐体内に収容されていてもよい。
また例えば、上述の実施形態では、ディーゼルエンジンに搭載される排気浄化装置を一例として本願発明を説明したが、本発明は、勿論、ガソリンエンジンに搭載される排気浄化装置にも適用できる。
As mentioned above, although one embodiment of the present invention was described, of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, in the above-described embodiment, a configuration in which the NOx storage catalyst and the DPF are housed in separate housings is illustrated, but the NOx storage catalyst and the DPF may be housed in one housing. Good.
For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking the exhaust purification device mounted on the diesel engine as an example. However, the present invention can of course be applied to the exhaust purification device mounted on the gasoline engine.
10 エンジン
11 エンジン本体
12 シリンダヘッド
13 シリンダブロック
14 ピストン
15 コンロッド
16 クランクシャフト
17 燃焼室
18 吸気ポート
19 吸気マニホールド
20 吸気管
21 吸気圧センサ(MAPセンサ)
22 吸気温センサ
23 吸気弁
24 排気ポート
25 排気マニホールド
26 排気管
26a 接続部
27 排気弁
30 インジェクタ
32 ターボチャージャ
32a タービン
32b コンプレッサ
32c タービン軸
33 エアクリーナ
34 インタークーラ
35 スロットルバルブ
36 スロットルポジションセンサ(TPS)
38 NOx吸蔵触媒
39 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
40,41 空燃比センサ
42,43 温度センサ
45 導入管(導入通路)
46 供給ポンプ
47 排気循環配管(排気循環通路)
48 第1の開閉弁
49 第2の開閉弁
50 ECU
51 触媒再生処理部
52 フィルタ再生処理部
53 排気浄化部
100 排気浄化装置
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
38
40, 41 Air-
46
48 1st on-off
51 catalyst
Claims (6)
前記排気通路の前記NOx吸蔵触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタと、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、
一端側が前記排気通路の前記NOx吸蔵触媒よりも下流側で且つ前記パティキュレートフィルタよりも上流側の接続部に接続されると共に他端側が外気に開放されて外気が導入される導入通路と、
前記排気通路の前記パティキュレートフィルタよりも下流側と前記導入通路とを接続する排気循環通路と、
前記導入通路に設けられる供給ポンプと、
前記排気循環通路に設けられ当該排気循環通路を開閉する第1の開閉弁と、
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 A NOx storage catalyst provided in the exhaust passage of the engine;
An exhaust purification device for an engine comprising: a particulate filter provided downstream of the NOx storage catalyst in the exhaust passage;
An introduction passage in which one end side is connected to a connection portion downstream of the NOx storage catalyst in the exhaust passage and upstream from the particulate filter, and the other end side is opened to the outside air and the outside air is introduced;
An exhaust circulation passage connecting the introduction passage and the downstream side of the exhaust passage with respect to the particulate filter;
A supply pump provided in the introduction passage;
A first on-off valve provided in the exhaust circulation passage for opening and closing the exhaust circulation passage;
An exhaust emission control device for an engine comprising:
前記NOx吸蔵触媒の再生処理を実行する触媒再生処理部と、
前記触媒再生処理部により前記NOx吸蔵触媒の再生処理が実行されているタイミングで、前記パティキュレートフィルタの再生処理を実行するフィルタ再生処理部と、を備え、
前記フィルタ再生処理部は、
前記NOx吸蔵触媒の温度が第1の温度以上まで上昇しているタイミングで前記供給ポンプを作動させ、外気を含むガスを前記導入通路を介して前記排気通路の前記接続部に供給する
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an engine according to claim 1,
A catalyst regeneration processing unit for performing regeneration processing of the NOx storage catalyst;
A filter regeneration processing unit that performs regeneration processing of the particulate filter at a timing when regeneration regeneration of the NOx storage catalyst is being performed by the catalyst regeneration processing unit,
The filter regeneration processing unit
The supply pump is operated at a timing when the temperature of the NOx storage catalyst rises to a first temperature or higher, and gas containing outside air is supplied to the connection portion of the exhaust passage through the introduction passage. Exhaust gas purification device for the engine.
前記フィルタ再生処理部は、
前記パティキュレートフィルタの温度が前記第1の温度よりも高い第2の温度以上になると前記第1の開閉弁を開弁させ、外気と共に前記排気循環通路から供給される排気を含むガスを前記導入通路を介して前記排気通路の前記接続部に供給する
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an engine according to claim 2,
The filter regeneration processing unit
When the temperature of the particulate filter becomes equal to or higher than a second temperature higher than the first temperature, the first on-off valve is opened, and the gas including the exhaust gas supplied from the exhaust circulation passage together with the outside air is introduced. An exhaust emission control device for an engine, characterized in that the exhaust gas is supplied to the connection portion of the exhaust passage through a passage.
前記導入通路に設けられて当該導入通路を開閉する第2の開閉弁をさらに備え、
前記フィルタ再生処理部は、
前記パティキュレートフィルタの温度が前記第2の温度よりも高い第3の温度以上になると前記第2の開閉弁を閉弁させ、前記排気循環通路から供給される排気からなるガスを前記導入通路を介して前記排気通路の前記接続部に供給する
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 3,
A second on-off valve provided in the introduction passage to open and close the introduction passage;
The filter regeneration processing unit
When the temperature of the particulate filter becomes equal to or higher than a third temperature higher than the second temperature, the second on-off valve is closed, and a gas composed of exhaust gas supplied from the exhaust circulation passage is passed through the introduction passage. An exhaust purification device for an engine, characterized in that the exhaust gas is supplied to the connection portion of the exhaust passage.
前記フィルタ再生処理部は、
前記パティキュレートフィルタの温度が前記第1の温度よりも高く且つ前記第2の温度以下の温度である第4の温度よりも低くなると、前記第1の開閉弁を閉弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 3 or 4,
The filter regeneration processing unit
When the temperature of the particulate filter is higher than the first temperature and lower than a fourth temperature that is lower than the second temperature, the first on-off valve is closed. Engine exhaust purification system.
前記フィルタ再生処理部は、前記第1の開閉弁を徐々に閉弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 5,
The exhaust gas purification apparatus for an engine, wherein the filter regeneration processing unit gradually closes the first on-off valve.
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