JP3551779B2 - Internal combustion engine having lean NOx catalyst - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーンNOx触媒を有する内燃機関、詳しくは、内燃機関の排気系に設けられる排気浄化手段である触媒コンバータに三元触媒として使用され、排気系が特に酸素過剰な雰囲気状態、すなわちリーン状態にあるときに排気ガス中の窒素酸化物を還元剤を用いて浄化するリーンNOx触媒を有する内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガソリンリーンバーンエンジンやディーゼルエンジン等排気系における雰囲気が酸素過剰でかつ炭化水素や一酸化炭素が少ない内燃機関において用いられる触媒であって、窒素酸化物を炭化水素や一酸化炭素を還元剤として用いて浄化するいわゆるリーンNOx触媒が、例えば、特開平6−117225号公報で示されている。
【0003】
この公報記載の技術では、還元剤として炭化水素を用いることでリーンNOx触媒が窒素酸化物を浄化する技術を示す。炭化水素は、その一部が部分酸化して活性種を生成し、この活性種が窒素酸化物と反応して窒素酸化物を還元し、人体に無害な窒素,水素,酸素および二酸化炭素を生成する。炭化水素は、内燃機関の燃料となるガソリンや軽油を構成する主成分である。よって、還元剤である炭化水素を供給するということは、ガソリンや軽油その他の内燃機関用燃焼燃料を本来の使途とは別に余分に供給することに他ならない。
【0004】
そして、前記公報記載の技術では、リーンNOx触媒への炭化水素の供給を、内燃機関で通常行われる燃料噴射装置による吸入−圧縮行程時での噴射による供給とは別に、同じ燃料噴射装置による燃料噴射を膨張行程と排気行程とにおいて余分に行うことで為している。そして、これらの噴射のうち、前者の通常行う噴射を主噴射といい、後者の別途余分に行う噴射を副噴射という。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この公報記載の技術では、主噴射と副噴射を行うのに同じ燃料噴射装置を用いるので、燃料噴射装置の噴射回数は主噴射だけの場合と比して多い。このため、燃料噴射装置にかかる負担が増えて、燃料噴射装置の故障原因ともなりかねない。
【0006】
本発明は、上記実情を鑑みて発明したものであって、リーンNOx触媒を有する内燃機関において、副噴射を不用にしてもリーンNOx触媒への炭化水素等の還元剤の供給を行えるようにすることで、前記弊害を解消することを技術的課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のリーンNOx触媒を有する内燃機関は次の手段を採用した。
(1)酸素過剰な排気ガス中の窒素酸化物を還元剤を用いて浄化するリーンNOx触媒を排気系に有する内燃機関において、この内燃機関の吸気系を流通する吸気中における二酸化炭素の濃度を増大する濃度増大手段を備えたことを特徴とする。
【0008】
ここで、「濃度増大手段」とは、二酸化炭素を含む吸気中の成分のうち、二酸化炭素と、それ以外の成分との相対的比較において、二酸化炭素の濃度を増大できる手段であればよい。よって、前記濃度増大手段は、前記吸気系に二酸化炭素を加える手段であっても、吸気ガス中の他の成分を削減することで二酸化炭素の濃度を他の成分との比較で増大できる手段であってもいずれでもよい。
【0009】
但し、濃度増大手段には、内燃機関本体の排気ポートから出た直後のガスである出ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、吸気系の二酸化炭素の濃度を増大する手段、例えば排気再循環装置である、いわゆるEGRは含まない。言い換えれば、濃度増大手段は、EGRによって吸気系に循環される排気に含まれる二酸化炭素の濃度よりも高い濃度の二酸化炭素を吸気系に加え得る手段を対象とするということである。EGRは内燃機関の燃焼ガスを再利用するものであるから、EGRによって吸気系に再循環される排気再循環ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、内燃機関の燃焼状態によって可変である。よって、EGRに代表される、出ガスに含まれる二酸化炭素を利用して、吸気系の二酸化炭素濃度を増大する手段は、二酸化炭素の濃度を制御する難かしさが伴うので排除する。
【0010】
濃度増大手段により吸気系で二酸化炭素の濃度が増大すると、炭化水素から一酸化炭素へ、また一酸化炭素から二酸化炭素への反応がしにくくなる。極論すれば二酸化炭素が飽和状態にあれば、二酸化炭素を生成する炭化水素と一酸化炭素の酸化反応が進行しにくくなるので、炭化水素と一酸化炭素とが遊離状態で内燃機関の排気ガス中に多量に含まれることになる。
【0011】
つまり、本発明のリーンNOx触媒を有する内燃機関では、内燃機関の排気ガス中に炭化水素と一酸化炭素とが単体で存在する割合が多くなる。よって、これら炭化水素と一酸化炭素とが還元剤となって窒素酸化物の浄化をリーンNOx触媒が極めて有効に行うことができる。
【0012】
そして、炭化水素や一酸化炭素は窒素酸化物の還元剤として利用されるので、従来技術のように、炭化水素の供給、すなわち内燃機関の燃焼用燃料の供給を燃料噴射装置による副噴射で行う必要がない。すなわち、本発明では副噴射の技術的概念がない。このため、炭化水素や一酸化炭素の発生量をうまくコントロールできれば、副噴射に起因した弊害、すなわち、燃料噴射装置にかかる負荷を軽減できるので、燃料噴射装置を故障しにくくできる。
(2)前記(1)項において前記濃度増大手段は、前記吸気系に二酸化炭素を加える添加装置であると好適である。
(3)前記(2)項において前記添加装置は、前記内燃機関の本体とは別に設けられる燃焼装置であって、この燃焼装置の出す燃焼ガスを前記内燃機関の吸気系へ導入するようになっているものが望ましい。
【0013】
ここで、「燃焼装置」とは、具体的には、前記内燃機関の燃焼用燃料を燃料として使用する燃焼式ヒータ装置が好適である。この燃焼式ヒータ装置は、燃焼室本体と、この燃焼室本体に燃焼用空気を前記内燃機関の吸気管から供給する空気供給路と、この空気供給路から前記燃焼室本体に供給され、そこで燃焼された燃焼ガスを前記吸気管に排出する燃焼ガス排出路とを備えているものとする。
【0014】
また、燃焼装置が、「内燃機関の本体とは別に設けられる」の意味は、内燃機関本体のシリンダ内での燃焼に何等影響されることなく、前記燃焼装置は独自の燃焼を行って、その排出ガスを前記燃焼ガス排出路を通じて前記吸気管に排出できるように設定されるという意味である。
(4)前記(3)項において前記燃焼装置は、前記内燃機関の気筒内における燃焼時の圧力よりも低圧下で燃焼が行われるものであることが望ましい。
【0015】
ここでいう「低圧」とは、例えば大気圧のことである。内燃機関の高圧なシリンダ内よりも低圧な大気圧下の方が燃料が気化し易く理論空燃比付近で燃焼でき二酸化炭素の排出濃度を多くできるからである。つまり、理論通りにきれいに燃えるので燃焼ガス中の二酸化炭素の割合いが多いのである。
(5)前記(4)項において前記燃焼装置は、前記リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときに作動することを特徴とする。
【0016】
ここで、「リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するとき」とは、窒素酸化物浄化のための特定の条件が揃ったときである。特定の条件とは、例えば触媒が活性したときである。すなわち、連続方式の選択還元によるときはエンジンを始動させても直後では触媒が活性していないので触媒は機能していないが、しばらくすると触媒が活性して機能するようになる。よって、リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときとは、選択還元の場合は、触媒が活性して機能するときである。また、間欠方式の吸蔵還元の場合は、触媒が窒素酸化物を吸込み過ぎて、すなわち窒素酸化物が飽和状態にあるときである。
(6)前記(3)項において前記燃焼装置は、内燃機関が所定の運転状態にある時に作動して、燃料を燃焼し、その燃焼時に出す燃焼ガスの熱で機関関連要素を暖めてもよい。
【0017】
ここで、「内燃機関が所定の運転状態にある時」とは、寒冷時や極寒冷時における内燃機関の運転中または内燃機関を始動させた後、ならびに例えば燃料消費が少ないことに起因して、内燃機関自身の発熱量が少ないときおよびそれにより冷却水の受熱量が少ないときのことである。そして、寒冷時とは、外気温が略−10℃〜略15℃位の時であり、極寒冷時とは、外気温が略−10℃よりも低い時である。
【0018】
「機関関連要素」とは、機関冷却水や、あるいは吸気に燃焼式ヒータの燃焼ガスが導入される内燃機関自体のことである。
(7)前記(1)項において前記リーンNOx触媒が吸蔵還元型NOx触媒であることを特徴としてもよい。
【0019】
ここで、「吸蔵還元型」とは、窒素酸化物を触媒に吸込んでそこに一旦留め、後で炭化水素または/および一酸化炭素を適量に触媒に供給することによって窒素酸化物を一気に浄化する間欠処理方式のことである。
(8)前記(1)項において前記リーンNOx触媒が選択還元式NOx触媒であることを特徴としてもよい。
【0020】
ここで、「選択還元式」とは、窒素酸化物,炭化水素および一酸化炭素を同時にかつ連続的に浄化する連続処理方式のことである。
(9)前記(6)項において前記リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するとき、前記燃焼装置の空燃比をリッチにすると好適である。
【0021】
空燃比がリッチであれば、燃焼装置における混合気において燃料の量が多く、それだけ還元剤としての炭化水素や一酸化炭素の割合いが増えるため、リーンNOx触媒が窒素酸化物を浄化し易くなる。
(10)前記(6)項において前記燃焼装置の作動時で前記リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときは、燃料噴射装置による燃料噴射タイミングを遅角するとよい。燃料噴射タイミングは、元来、燃費が最適になるように設定する。ところがその燃料噴射タイミングを遅角するとなるとそれだけ燃焼が遅くなる。燃焼が遅いと本来燃えるべき燃料が燃え残り、未燃ガスの発生割合いが増えるため、炭化水素や一酸化炭素の割合いが増えてリーンNOx触媒が窒素酸化物を浄化し易くなる。
(11)前記(10)項において前記リーンNOx触媒は吸蔵還元型NOx触媒であることが好ましい。
【0022】
また、本発明のリーンNOx触媒を有する内燃機関によれば、さらに次のような作用効果を奏する。
▲1▼内燃機関が所定の運転状態にある時に作動する燃焼装置から出る燃焼ガスを内燃機関の吸気管に混入することで、吸気管にそれまで流れていた新気は、燃焼ガスの燃焼熱を含んだ燃焼ガス混入吸気となる。よって、燃焼装置の燃焼熱の利用によって暖機促進や車室用ヒータの性能向上を図れる。燃焼装置として燃焼式ヒータを用いれば、これは内燃機関に通常備えられる暖機促進用の装置であるから、燃焼式ヒータを二酸化炭素の濃度増大手段として併用できる。
【0023】
▲2▼そして、燃焼式ヒータは、本来スモークのほとんどない、換言すればカーボンを含まない二酸化炭素濃度の濃い燃焼ガスを出す。よって、そのような燃焼式ヒータの出す燃焼ガスを内燃機関に吸入するようにすれば、従来知られているEGR装置に比して内燃機関の摩耗と腐食発生の心配がなく、また耐久性向上も期待でき、さらには低水温からの窒素酸化物の低減が可能となる。
【0024】
▲3▼加えて、二酸化炭素は、それ自体にもスモーク抑制効果がある。これは、次の理由による。すなわち、二酸化炭素の熱解離(すなわち、雰囲気温度が1400℃において、CO→2CO+O)により生成された酸素がすすを再燃焼し、かつ二酸化炭素が生成された炭素を酸化する(すなわち、CO+C→2CO)ので、内燃機関が高負荷のときでもスモークの抑制効果を期待できる。
【0025】
▲4▼そして、ディーゼルエンジンやガソリンリーンバーンエンジン等の低燃費エンジンは、燃焼燃料が少ないので、冷却水への熱損失が元来少ない。よって、常温時でも内燃機関の暖機性が悪化傾向にあるが、燃焼式ヒータを必要時作動させることで暖機性を大幅に向上できる。この結果、暖機時のエミッションを大幅に改善できる。しかも、燃焼式ヒータは、その燃焼ガスが燃焼ガス排出路を経由して吸気系に導入され、やがて内燃機関の気筒内に至るので、燃焼ガス熱は内燃機関で回収されて内燃機関側冷却水受熱量を増やす。よって、ヒータ性能が向上する。
【0026】
▲5▼また、燃焼式ヒータの始動時等における燃焼ガス中の未燃成分は、内燃機関で再度燃焼し、そしてこれが内燃機関の排気系に至ると、この排気系に設けられるリーンNOx触媒によって浄化できる。
【0027】
▲6▼さらに、燃焼式ヒータが備える空気供給路および燃焼ガス排出路は大気に直接開口していないので、騒音の低減効果も期待できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
〈装置の全体説明〉
内燃機関としてのエンジン1は水冷式であって、冷却水が循環する図示しないウォータジャケットを備えたエンジン本体3と、エンジン本体3の図示しない複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置5と、混合気が前記気筒内で燃焼した後の排気ガスを大気中に放出する排気装置7と、エンジン1が搭載される車輌の室内を暖める車室用ヒータ9とを有する。エンジン1には、ディーゼルエンジンまたは直噴ガソリンリーンバーンエンジンが適用される。
【0029】
吸気装置5は、気筒内に新鮮な空気を取り入れるエアクリーナ13を吸気装置5の始端とする。そして、このエアクリーナ13から吸気装置5の終端であるエンジン本体3の図示しない吸気ポートまでの間に、吸気系構造物であるターボチャージャ15のコンプレッサ15a,エンジン本体3の図示しない気筒内における燃焼時の圧力よりも低圧である大気圧下で燃焼する燃焼式ヒータ17,インタークーラ19およびインテークマニホールド21を備えている。
【0030】
これらの吸気系構造物は、複数の連結管を備える吸気管23に属する。
吸気管23は、コンプレッサ15aを境に、吸気装置5に入って来る外気がコンプレッサ15aによって強制的に押し込まれて加圧状態となる下流側連結管27と、そうでない上流側連結管25とに大別できる。
【0031】
図1において、上流側連結管25は、エアクリーナ13からコンプレッサ15aに向けてまっすぐ延びる棒状の本流管29と、本流管29に対してバイパス状に接続される支流管としてのヒータ用枝管31とからなる。
【0032】
本流管29のうちエアクリーナ13の下流側近傍箇所には外気温センサ32が取付けられている。エアクリーナ13から本流管29に入って来る外気Aは、エンジン1および燃焼式ヒータ17に対する新気であって、その温度が外気温センサ32によって検出される。
【0033】
ヒータ用枝管31は、その途中に燃焼式ヒータ17を含み、また燃焼式ヒータ17の空気の流れ方向における上流側部位と本流管29とを結ぶとともに本流管29から燃焼式ヒータ17に新気すなわち空気を供給する空気供給路33と、燃焼式ヒータ17の空気の流れ方向における下流側部位と本流管29とを結びかつ燃焼式ヒータ17から出る燃焼(排気)ガスを本流管29に出す燃焼ガス排出路35とを有する。なお、ヒータ用枝管31に係る空気とは、新気a1のことだけを意味するのではなく、燃焼式ヒータ17から出る燃焼ガスa2も意味する。燃焼式ヒータ17の燃焼ガスは、スモークのほとんどない、換言すればカーボンを含まないガスである。よって、内燃機関の吸気として使用するに支障ない。
【0034】
燃焼ガス排出路35のうち燃焼式ヒータ17寄り箇所には、燃焼ガス温度センサ36および燃焼ガスに含まれる二酸化炭素の濃度を検出するCOセンサ37が取付けられている。燃焼ガス温度センサ36によって燃焼式ヒータ17から本流管29に入る前の燃焼式ヒータ17の燃焼ガスの温度が、また、COセンサ37によって燃焼ガス中の二酸化炭素の濃度が検出される。
【0035】
また、空気供給路33および燃焼ガス排出路35の本流管29とのそれぞれの接続箇所C1およびC2のうち、続箇所C1は接続箇所C2よりも本流管29の上流側に位置する。よって、エアクリーナ13からの外気Aは、まず接続箇所C1でヒータ用枝管31に分岐する空気a1と、分岐せずに本流管29を接続箇所C2に向かう空気a1’とに分かれ、接続箇所C2では、接続箇所C1で分岐して燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気a2とC1で分岐しなかった新気a1’とが合流し、燃焼ガス混入空気a3となる。
【0036】
接続箇所C1で分岐した空気a1は、空気供給路33−燃焼式ヒータ17−燃焼ガス排出路35を経由して接続箇所C2から本流管29に空気a2となって戻る。この本流管29に戻る空気a2は、大気圧下で燃焼する燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて熱を持った燃焼ガスであるから、二酸化炭素を多量に含む。このガスが本流管29に戻されて前記分岐しなかった空気a1’と接続箇所C2で合流して燃焼ガス混入空気a3となると、その結果、この燃焼ガス混入空気a3が二酸化炭素を多量に含んでエンジン本体3に入る吸気となる。なお、燃焼式ヒータ17の燃焼状態が制御され、この制御の仕方によって二酸化炭素の濃度を自在に調整できる。
【0037】
また、図1において、下流側連結管27は、コンプレッサ15aとインテークマニホールド21とを結ぶ管であり、図1で示されるものはL字形をしている。また、インテークマニホールド21寄りの箇所にはインタークーラ19が配置されている。
【0038】
一方、排気装置7は、エンジン本体3の図示しない排気ポートを排気装置7の始端とし、そこから排気装置7の終端のマフラ41までの間に、エキゾーストマニホールド38,ターボチャージャ15のタービン15bおよび触媒コンバータ39を排気管42上に備えている。排気装置7を流れる空気はエンジン1の排気ガスとして符号a4で示す。
【0039】
触媒コンバータ39は、その内部にリーンNOx触媒を三元触媒として使用しており、排気系が特に酸素過剰な雰囲気状態、すなわちリーン状態にあるときに排気ガス中の窒素酸化物を還元剤を用いて浄化する。リーンNOx触媒は選択還元式と吸蔵還元型があるが、どちらを用いてもよい。
【0040】
次に燃焼式ヒータ17の構造を図2に概略示す。
燃焼式ヒータ17は、エンジン本体3の前記ウォータジャケットとつながっており、燃焼式ヒータ17は、その内部にウォータジャケットからの冷却水を通す冷却水通路17aを有する。この冷却水通路17aを流れる冷却水(図2に破線矢印で示す。)は、燃焼式ヒータ17の内部に形成された燃焼部である燃焼室17dの周りを巡るようにして通過し、その間に燃焼室17dからの熱を受けて暖まる。これについては、順次詳しく述べる。
【0041】
燃焼室17dは、火炎を出す燃焼筒17bと、燃焼筒17bを覆うことで火炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁17cとからなる。燃焼筒17bを隔壁17cで覆うことで、燃焼室17dが隔壁17c内に画成される。そして、この隔壁17cも燃焼式ヒータ17の外壁43aによって覆われており、両者間には間隔があけられてある。この間隔をおくことによって、外壁43aの内面と隔壁17cの外面との間に前記冷却水通路17aが形成される。
【0042】
また、燃焼室17dは、前記空気供給路33および燃焼ガス排出路35とそれぞれ直接つながる空気供給口17d1および排気排出口17d2を有している。空気供給路33から送られて来た空気a1は、空気供給口17d1から燃焼室17dに入るとその中を伝って排気排出口17d2に至り、その後、燃焼ガス排出路35を経由して、既述のように本流管29に空気a2として流れ入る。よって、燃焼室17dは、燃焼式ヒータ17内において空気a2に燃焼によって変化する空気a1を通す空気通路の形態になっている。
【0043】
そして、燃焼式ヒータ17が燃焼した後、燃焼ガス排出路35を経由して本流管29に戻される空気a2は、いわば燃焼式ヒータ17から排出される排気ガスのことであるから熱を持つ。そして、この熱を持った空気a2が燃焼式ヒータ17から排出されるまでの間において、この空気a2の持つ熱が、隔壁17cを通して前記冷却水通路17aを流れる冷却水に伝わり、既述のように冷却水を暖める。よって、燃焼室17dは熱交換通路でもある。
【0044】
なお、燃焼筒17bは、図示しない燃料ポンプとつながっている燃料供給管17eを備え、そこから前記燃料ポンプのポンプ圧を受けて燃焼用燃料を燃焼筒17bに供給する。この供給された燃焼用燃料は、燃焼式ヒータ17内で気化して気化燃料になり、この気化燃料は、図示しない着火源によって着火される。
【0045】
なお、空気供給路33と燃焼ガス排出路35とは、燃焼式ヒータ17のみに用いられるものであるから、これらは燃焼式ヒータ17に属する部材といえる。
次に、冷却水通路17aに対する冷却水の循環について説明する。
【0046】
冷却水通路17aは、エンジン本体3の前記ウォータジャケットとつながっている冷却水導入口17a1と、車室用ヒータ9とつながっている冷却水排出口17a2とを有している。
【0047】
冷却水導入口17a1とエンジン本体3との間には水管路W1が介在され、冷却水排出口17a2と車室用ヒータ9との間には水管路W2が連結されている。これらの水管路W1および水管路W2を介して、燃焼式ヒータ17はエンジン本体3の前記ウォータジャケットおよび車室用ヒータ9とつながっている。また、車室用ヒータ9とエンジン本体3も水管路W3を介してつながっている。
【0048】
したがって、エンジン本体3のウォータジャケットの冷却水は、その流れの順序として、(1)水管路W1を介して冷却水導入口17a1から燃焼式ヒータ17に至り、そこで暖められる。(2)この暖められた冷却水は、燃焼式ヒータ17の冷却水排出口17a2から水管路W2を介して車室用ヒータ9に至る。(3)そして、冷却水は、車室用ヒータ9で熱交換されて温度が下がった後、水管路W3を介してウォータジャケットに戻る。
【0049】
このように、冷却水は、水管路W1と、水管路W2と、水管路W3を介して、エンジン本体3と、燃焼式ヒータ17と、車室用ヒータ9との間を循環する。
また、燃焼室本体43の内部には、この他に送風ファン45やエンジン電子制御装置(ECU)46とは分離された燃焼式ヒータ17の制御用の中央処理制御装置(CPU)47が備えられている。
【0050】
ECU46は、外気温センサ32,燃焼ガス温度センサ36、COセンサ37および回転数センサ59とならびに送風ファン45および燃料ポンプと電気的につながっている。そして、各センサ32,36,37および59等の各パラメータに応じてCPU47が、リーンNOx触媒39による窒素酸化物の浄化を要すると判断すると、燃焼式ヒータ17の燃焼状態を適宜制御して、燃焼式ヒータ17の火炎の勢いや大きさ,温度等を最適状態に維持する。CPU47による燃焼式ヒータ17の燃焼状態の制御によって、燃焼式ヒータ17の排気(燃焼ガス)の温度や燃焼ガスに含まれる二酸化炭素の量が調えられる。
【0051】
なお、本流管29のうち、空気供給路33および燃焼ガス排出路35の本流管29とのそれぞれの接続箇所C1およびC2の間に、換言すれば本流管29のうち、燃焼ガス排出路35と本流管29との接続箇所C2よりも上流箇所には、エアフロメータ70を設けてある。この実施の形態で用いるエアフロメータ70は、その入口側と出口側とで圧力差の少ない、例えばホットワイヤ式またはフィルム式のエアフロメータである。
【0052】
以上述べたものが、本発明の実施形態に係るリーンNOx触媒を有する内燃機関Iである。
〈実施形態の作用効果〉
次にこのような構成のリーンNOx触媒を有する内燃機関Iの作用効果について説明する。
【0053】
リーンNOx触媒39を有する内燃機関Iによれば、燃焼式ヒータ17の燃焼ガスa2が燃焼ガス排出路35を通じて吸気管23に至ることにより、吸気系での二酸化炭素の濃度が増大する。すると、エンジン本体3の気筒内の燃焼では、炭化水素から一酸化炭素へ、また一酸化炭素から二酸化炭素への反応がしにくくなる。
【0054】
すなわち、極論すれば気筒内で二酸化炭素が飽和状態にあると考えれば、二酸化炭素を構成する炭化水素と一酸化炭素の化学反応が進行しにくいので、NOx還元剤としての炭化水素と一酸化炭素とが遊離状態でかつ適量にあることになる。よって、窒素酸化物の浄化が極めて有効になし得る。
【0055】
図3,図4および図5は、リーンNOx触媒を有する内燃機関Iと、これまでの技術との違いを、窒素酸化物,炭化水素および一酸化炭素の発生量の差で比較したものである。
【0056】
図3,図4および図5は、それぞれ窒素酸化物,炭化水素および一酸化炭素の出ガスに占める割合を示している。各図における実線は従来技術によるものであり、破線がリーンNOx触媒を有する内燃機関Iによるものである。また、各図の縦軸は、各有害物質の発生量を示しており、横軸は燃料の噴射タイミングの時期をクランク角で示している。横軸上に示される数値がクランク角であり、数値0が上死点を意味する。よって、0よりも図面に向かって右側に進む程、いわゆる進角であり、同じく左側に進む程、いわゆる遅角である。
【0057】
これらの図3から、窒素酸化物の浄化が極めて有効になされていることが、グラフの傾き角が極めて小さいことからわかる。また、図4および図5から、それぞれ炭化水素および一酸化炭素が、どのクランク角であってもこれまでよりも多量に発生していることがわかる。
【0058】
また、リーンNOx触媒を有する内燃機関Iによれば、炭化水素と一酸化炭素とが単体で存在する割合が多くなる。そして、炭化水素や一酸化炭素は還元剤として利用されるので、従来技術のように、炭化水素の供給を副噴射で行う必要がない。
【0059】
このため、炭化水素や一酸化炭素の発生量をうまくコントロールできれば、副噴射に起因した弊害、すなわち、燃料噴射装置にかかる負荷を軽減できるので、燃料噴射装置が故障しにくい。また、窒素酸化物の浄化を好適に制御できる。
【0060】
炭化水素や一酸化炭素の発生量のコントロールの仕方については、後述する応用例の項で説明する。
また、リーンNOx触媒を有する内燃機関Iでは、燃焼式ヒータ17から出る燃焼ガスを吸気管23に混入することで、吸気系にそれまで流れていた新気は、燃焼ガスの燃焼熱を含んだ燃焼ガス混入吸気a3となる。よって、燃焼式ヒータ17の燃焼熱の利用によって暖機促進や車室用ヒータの性能向上を図ることができる。燃焼式ヒータは、内燃機関に通常備えられるものであるから、燃焼式ヒータ17を二酸化炭素の濃度増大手段として併用できる。
【0061】
さらに、燃焼式ヒータ17は、本来スモークのほとんどない、換言すれば、カーボンを含まない、また、二酸化炭素の濃度の濃い燃焼ガスを出すので、それをエンジン1の気筒に吸入させれば、従来より知られているNOx低減装置といえるEGR装置に比して、内燃機関の摩耗と腐食発生の心配がなく耐久性向上も期待でき、低水温からの窒素酸化物の低減が可能となる。
【0062】
加えて、二酸化炭素の熱解離(すなわち、雰囲気温度が1400℃において、CO→2CO+O)により生成された酸素がすすを再燃焼し、かつ二酸化炭素が生成された炭素を酸化する(すなわち、CO+C→2CO)ので、二酸化炭素自体にもスモーク抑制効果があるため、内燃機関が高負荷のときでもスモークの抑制効果を期待できる。
【0063】
そして、ディーゼルエンジンやガソリンリーンバーンエンジン等の低燃費エンジンは、燃焼燃料が少ないので冷却水への熱損失が元来少ないものである。よって、これらのエンジンでは、常温時でも暖機性が悪化傾向にあるが、燃焼式ヒータ17を必要時作動させることで暖機性を大幅に向上できる。この結果、暖機時のエミッションを大幅に改善できる。しかも、燃焼式ヒータ17の排気熱は、エンジン本体3で回収するので、内燃機関側冷却水受熱量Qwが増えるので、ヒータ性能が向上する。
【0064】
また、燃焼式ヒータ17の燃焼ガス排出路35は吸気管23に通じているので、燃焼式ヒータ17の始動時等の燃焼ガス中の未燃成分は、エンジン本体3の気筒内で再度燃焼し、そしてこれが内燃機関の排気系に至ると、この排気系に設けられているリーンNOx触媒39によって浄化できる。
【0065】
さらに、燃焼式ヒータ17の空気供給路33および燃焼ガス排出路35は大気に直接開口していないので、騒音の低減効果も期待できる。
〈応用例〉
炭化水素や一酸化炭素の発生量をコントロールして、窒素酸化物の浄化を好適に制御する方法として次の(1)および(2)で述べる。
(1)燃焼式ヒータ17の空燃比調整によって窒素酸化物の浄化を行う場合
リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するとき、燃焼式ヒータ17の空燃比をリッチにする。
【0066】
空燃比がリッチであれば、燃焼式ヒータ17の混合気において燃料の量が多く、それだけ還元剤としての炭化水素や一酸化炭素の割合いが増えるため、リーンNOx触媒39が窒素酸化物を浄化し易くなる。よって副噴射を不用にできる。
(2)燃料噴射タイミングの変更によって窒素酸化物の浄化を行う場合
燃焼式ヒータ17の作動時でリーンNOx触媒39による窒素酸化物の浄化を要するときは、燃料噴射装置による燃料噴射タイミングを還元処理が未だ実施されていない時(還元処理未実施時)よりも遅角するとよい。これは燃料噴射タイミングは、通常、燃費が最適になるように設定されている。ところがその燃料噴射タイミングを遅角するとそれだけ燃焼が遅くなる。燃焼が遅いと本来燃えるべき燃料が燃え残り、未燃ガスの割合いが増えるため、炭化水素や一酸化炭素の割合いが増えてリーンNOx触媒が窒素酸化物を浄化し易くなる。よって副噴射を不用にできる。
【0067】
また、燃焼式ヒータ17の作動時でリーンNOx触媒39による窒素酸化物の浄化を要しないときは、燃料噴射装置による燃料噴射タイミングを還元処理を実施している時(還元処理実施時)よりも進角する。燃料噴射タイミングを進角するとそれだけ燃焼ガスが燃焼室から排出されるに要する時間が長くなるため、アフターバーンの発生を期待でき、アフターバーンの発生によって排気系の温度が上昇する。よって、リーンNOx触媒39の活性化が進むため、窒素酸化物の触媒39への吸蔵が促進される。そして、リーンNOx触媒39による窒素酸化物の吸込みが過度になりリーンNOx触媒39が窒素酸化物で飽和状態になると、前記のように燃料噴射タイミングを遅角して窒素酸化物をリーンNOx触媒39から浄化する。
【0068】
このように噴射タイミングを変更することによって窒素酸化物の浄化を行う場合の燃焼式ヒータ17の作動制御ルーチンを図6のフローチャートに基づいて説明する。なお、この場合、リーンNOx触媒17は吸蔵還元型とする。
【0069】
このルーチンは、エンジン1を駆動する図示しない通常のフローチャートの一部であり、以下に述べるステップ101〜ステップ106からなる。また、以下の手順における動作はすべてECU46のCPUによるものである。そして、ステップを意味する記号として符号Sを用い、例えばステップ101であればS101と省略して示す。
【0070】
エンジン1のスタート後、処理がこのルーチンに移行すると、S101では燃焼式ヒータ17が作動しているかどうか、換言すれば燃焼式ヒータ作動実行中かどうかを判定する。S101で肯定判定すればS102に進み、否定判定すればS104に進む。
【0071】
S102では吸蔵還元型NOx触媒の還元処理に必要な条件が成立しているかどうか、すなわち吸蔵還元型NOx触媒が窒素酸化物を吸込みが過度になり窒素酸化物が飽和状態にあるかどうかを判定する。
【0072】
S102で肯定判定すればS103に進み、否定判定すればS106に進む。S103では、還元処理未実施時に比べて遅らす、すなわち燃料噴射タイミングを遅角し、その後このルーチンを終了する。
【0073】
話をS101に戻す。
S101で否定判定してS104に進むと、S104では燃焼式ヒータ17が作動していない状態で吸蔵還元型NOx触媒の還元処理に必要な条件が成立しているかどうか、すなわちS102と同じに吸蔵還元型NOx触媒が窒素酸化物を吸い過ぎて飽和状態にあるかどうかを判定する。S104で肯定判定すればS105に進み、否定判定すればこのルーチンを終了する。
【0074】
S105では燃焼式ヒータ17を作動させる。
話をS102に戻す。
S102で否定判定してS106に進むと、S106では、燃料噴射タイミングを還元処理実施時に比べて進め、その後このルーチンを終了する。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、酸素過剰な排気ガス中の窒素酸化物を還元剤を用いて浄化するリーンNOx触媒を排気系に有する内燃機関において、この内燃機関の吸気系を流通する吸気中の二酸化炭素の濃度を増大する濃度増大手段を備えたことを特徴とするので、吸気系で二酸化炭素の濃度が増大すると、炭化水素から一酸化炭素へ、また一酸化炭素から二酸化炭素への反応がしにくくなる。極論すれば二酸化炭素が飽和状態にあれば、二酸化炭素を構成する炭化水素と一酸化炭素の化学反応が進行しないので、炭化水素と一酸化炭素とが遊離状態に多量にあることになる。よって、本発明のリーンNOx触媒を有する内燃機関では、炭化水素と一酸化炭素とが単体で存在する割合が多くなる。このため、窒素酸化物の浄化を極めて有効に行える。そして、炭化水素や一酸化炭素は還元剤として利用されるので、炭化水素の供給をこれまでの技術で用いていた副噴射による積極的な燃料の供給によって行う必要がない。よって、炭化水素や一酸化炭素の発生量をうまくコントロールし、例えば、リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときに燃焼式ヒータの空燃比をリッチにしたり、燃焼式ヒータの作動時でリーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときに燃料噴射装置による燃料噴射タイミングを遅角したりすることで、これまで副噴射に起因して生じた弊害、すなわち、燃料噴射装置にかかる負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリーンNOx触媒を有する内燃機関の実施の形態の概略構成図
【図2】燃焼式ヒータの概略断面図
【図3】窒素酸化物の発生量をこれまでの技術と比較して示す図
【図4】炭化水素の発生量をこれまでの技術と比較して示す図
【図5】一酸化炭素の発生量をこれまでの技術と比較して示す図
【図6】噴射タイミングを遅角することで窒素酸化物の浄化を行う場合の燃焼式ヒータの作動制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
1…エンジン(内燃機関)
3…エンジン本体(内燃機関の本体)
5…吸気装置
7…排気装置
9…車室用ヒータ
13…エアクリーナ
15…ターボチャージャ
15a…コンプレッサ
15b…ターボチャージャのタービン
17…燃焼式ヒータ(濃度増大手段,添加装置,燃焼装置)
17a…燃焼式ヒータの冷却水通路
17a1…冷却水導入口
17a2…冷却水排出口
17b…燃焼筒
17c…円筒状隔壁
17d…燃焼室
17d1…空気供給口
17d2…排気排出口
17e…燃料供給管
19…インタークーラ
21…インテークマニホールド
23…吸気管
25…上流側連結管
27…下流側連結管
29…本流管
31…ヒータ用枝管
32…外気温センサ
33…空気供給路
35…燃焼ガス排出路
36…燃焼ガス温度センサ
37…COセンサ
38…エキゾーストマニホールド
39…リーンNOx触媒
41…マフラ
42…排気管
43…外壁
45…送風ファン
46…ECU
47…CPU
49…バイパス通路
55…外気温センサ
59…回転数センサ
60…混入吸気温検出センサ
70…エアフロメータ
80…吸気圧センサ
I…実施の形態に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関
C1…空気供給路33と本流管29との接続箇所
C2…燃焼ガス排出路35と本流管29との接続箇所
C3…バイパス通路49と燃焼ガス排出路35との接続部
W1…水管路
W2…水管路
W3…水管路
A…エアクリーナ13から本流管29に入って来る外気
a1…接続箇所C1で外気Aから分岐して空気供給路33を流れる空気
a1’…本流管29を接続箇所C2に向かう空気
a2…燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気
a3…燃焼ガス混入空気
a4…排気装置7を流れる空気
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is used as a three-way catalyst in an internal combustion engine having a lean NOx catalyst, more specifically, a catalytic converter which is an exhaust gas purifying means provided in an exhaust system of the internal combustion engine. The present invention relates to an internal combustion engine having a lean NOx catalyst that purifies nitrogen oxides in exhaust gas using a reducing agent when in a state.
[0002]
[Prior art]
A catalyst used in internal combustion engines where the atmosphere in the exhaust system such as gasoline lean burn engines and diesel engines is excessive in oxygen and low in hydrocarbons and carbon monoxide, and uses nitrogen oxides as hydrocarbons and carbon monoxide as reducing agents. A so-called lean NOx catalyst for purifying the catalyst is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 6-117225.
[0003]
This publication describes a technique in which a lean NOx catalyst purifies nitrogen oxides by using a hydrocarbon as a reducing agent. Hydrocarbons partially oxidize to form active species, which react with nitrogen oxides to reduce nitrogen oxides and produce nitrogen, hydrogen, oxygen, and carbon dioxide that are harmless to the human body I do. Hydrocarbons are the main components of gasoline and light oil that serve as fuel for internal combustion engines. Therefore, supplying the hydrocarbon as the reducing agent is nothing but extra supply of gasoline, light oil and other combustion fuel for internal combustion engines separately from the intended use.
[0004]
According to the technology described in the above publication, the supply of hydrocarbons to the lean NOx catalyst is performed separately from the supply by injection during a suction-compression stroke by a fuel injection device usually performed in an internal combustion engine. This is achieved by performing extra injection during the expansion stroke and the exhaust stroke. Of these injections, the former normal injection is called main injection, and the latter extra injection is called sub injection.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique described in this publication, the same fuel injection device is used for performing the main injection and the sub-injection, so the number of injections of the fuel injection device is larger than that in the case of only the main injection. For this reason, the burden on the fuel injection device increases, which may cause a failure of the fuel injection device.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and enables an internal combustion engine having a lean NOx catalyst to supply a reducing agent such as hydrocarbons to the lean NOx catalyst without using a sub-injection. Thus, it is a technical problem to solve the above-mentioned adverse effects.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the internal combustion engine having the lean NOx catalyst of the present invention employs the following means.
(1) In an internal combustion engine having, in an exhaust system, a lean NOx catalyst for purifying nitrogen oxides in an oxygen-excess exhaust gas using a reducing agent, the concentration of carbon dioxide in intake air flowing through an intake system of the internal combustion engine is determined. It is characterized by comprising a concentration increasing means for increasing.
[0008]
Here, the “concentration increasing means” may be any means that can increase the concentration of carbon dioxide in the relative comparison between carbon dioxide and the other components among the components in the intake air containing carbon dioxide. Therefore, even if the concentration increasing means is means for adding carbon dioxide to the intake system, it is a means capable of increasing the concentration of carbon dioxide in comparison with other components by reducing other components in the intake gas. Or any.
[0009]
However, as the concentration increasing means, means for increasing the concentration of carbon dioxide in the intake system by using carbon dioxide contained in the outgas which is a gas immediately after exiting from the exhaust port of the internal combustion engine body, for example, exhaust gas recirculation It does not include so-called EGR, which is a device. In other words, the concentration increasing means is intended for a means capable of adding carbon dioxide having a concentration higher than the concentration of carbon dioxide contained in exhaust gas circulated to the intake system by the EGR to the intake system. Since the EGR reuses the combustion gas of the internal combustion engine, the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas recirculated gas recirculated to the intake system by the EGR is variable depending on the combustion state of the internal combustion engine. Therefore, means for increasing the concentration of carbon dioxide in the intake system by using carbon dioxide contained in the outgas, such as EGR, is excluded because it is difficult to control the concentration of carbon dioxide.
[0010]
When the concentration of carbon dioxide increases in the intake system by the concentration increasing means, the reaction from hydrocarbons to carbon monoxide and from carbon monoxide to carbon dioxide becomes difficult. In extreme terms, if carbon dioxide is in a saturated state, the oxidation reaction between hydrocarbons that produce carbon dioxide and carbon monoxide will not proceed easily, so that hydrocarbons and carbon monoxide will be free in the exhaust gas of the internal combustion engine. In large amounts.
[0011]
That is, in the internal combustion engine having the lean NOx catalyst of the present invention, the proportion of the hydrocarbon and carbon monoxide alone in the exhaust gas of the internal combustion engine increases. Therefore, the lean NOx catalyst can very effectively purify nitrogen oxides by using these hydrocarbons and carbon monoxide as reducing agents.
[0012]
Since hydrocarbons and carbon monoxide are used as a reducing agent for nitrogen oxides, the supply of hydrocarbons, that is, the supply of fuel for combustion of the internal combustion engine is performed by sub-injection by a fuel injection device as in the related art. No need. That is, in the present invention, there is no technical concept of auxiliary injection. For this reason, if the amount of generation of hydrocarbons and carbon monoxide can be controlled well, the harm caused by the sub-injection, that is, the load on the fuel injection device can be reduced, and the fuel injection device can be hardly broken down.
(2) In the above item (1), the concentration increasing means is preferably an addition device for adding carbon dioxide to the intake system.
(3) In the above item (2), the addition device is a combustion device provided separately from the main body of the internal combustion engine, and the combustion gas emitted from the combustion device is introduced into an intake system of the internal combustion engine. Is desirable.
[0013]
Here, as the "combustion device", specifically, a combustion-type heater device using fuel for combustion of the internal combustion engine as a fuel is preferable. The combustion type heater device includes a combustion chamber main body, an air supply path for supplying combustion air to the combustion chamber main body from an intake pipe of the internal combustion engine, and a combustion chamber main body supplied from the air supply path to the combustion chamber main body. And a combustion gas discharge passage for discharging the burned combustion gas to the intake pipe.
[0014]
Further, the meaning of the "combustion device is provided separately from the main body of the internal combustion engine" means that the combustion device performs its own combustion without being affected by combustion in the cylinder of the internal combustion engine main body at all. This means that exhaust gas is set to be discharged to the intake pipe through the combustion gas discharge path.
(4) In the above item (3), it is preferable that the combustion device performs combustion at a pressure lower than a pressure at the time of combustion in a cylinder of the internal combustion engine.
[0015]
The “low pressure” here is, for example, the atmospheric pressure. This is because fuel is more likely to vaporize at lower atmospheric pressure than in a high-pressure cylinder of an internal combustion engine, and can be burned near the stoichiometric air-fuel ratio to increase the carbon dioxide emission concentration. In other words, it burns cleanly according to the theory, so the proportion of carbon dioxide in the combustion gas is high.
(5) In the above item (4), the combustion device operates when it is necessary to purify nitrogen oxides by the lean NOx catalyst.
[0016]
Here, "when it is necessary to purify nitrogen oxides by the lean NOx catalyst" means when specific conditions for purifying nitrogen oxides are met. The specific condition is, for example, when the catalyst is activated. That is, in the continuous selective reduction, the catalyst is not activated immediately after the engine is started because the catalyst is not activated immediately after the engine is started, but after a while, the catalyst is activated and functions. Therefore, when the purification of nitrogen oxides by the lean NOx catalyst is required, in the case of selective reduction, it is when the catalyst is activated and functions. In the case of intermittent storage reduction, the catalyst absorbs too much nitrogen oxide, that is, when the nitrogen oxide is in a saturated state.
(6) In the above item (3), the combustion device may be operated when the internal combustion engine is in a predetermined operation state, burn fuel, and warm engine-related elements with heat of combustion gas generated at the time of the combustion. .
[0017]
Here, "when the internal combustion engine is in a predetermined operating state" means that the internal combustion engine is operating during cold or extreme cold or after the internal combustion engine is started, and, for example, due to low fuel consumption. That is, when the amount of heat generated by the internal combustion engine itself is small and when the amount of heat received by the cooling water is small. The term “cold” refers to a time when the outside air temperature is approximately −10 ° C. to about 15 ° C., and the term “extremely cold” refers to a time when the outside air temperature is lower than approximately −10 ° C.
[0018]
The “engine-related element” refers to the engine cooling water or the internal combustion engine itself into which the combustion gas of the combustion type heater is introduced into the intake air.
(7) In the above item (1), the lean NOx catalyst may be a storage reduction type NOx catalyst.
[0019]
Here, the “storage reduction type” means that nitrogen oxides are sucked into a catalyst and temporarily held there, and then the hydrocarbons and / or carbon monoxide are supplied to the catalyst in an appropriate amount to purify the nitrogen oxides at once. This is an intermittent processing method.
(8) In the above item (1), the lean NOx catalyst may be a selective reduction type NOx catalyst.
[0020]
Here, the “selective reduction method” refers to a continuous treatment method for simultaneously and continuously purifying nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide.
(9) When purifying nitrogen oxides with the lean NOx catalyst in the above item (6), it is preferable to make the air-fuel ratio of the combustion device rich.
[0021]
If the air-fuel ratio is rich, the amount of fuel in the air-fuel mixture in the combustion device is large, and the proportion of hydrocarbons and carbon monoxide as reducing agents increases accordingly, so that the lean NOx catalyst can easily purify nitrogen oxides. .
(10) In the above item (6), when it is necessary to purify the nitrogen oxides by the lean NOx catalyst during the operation of the combustion device, the fuel injection timing by the fuel injection device may be retarded. The fuel injection timing is originally set so that the fuel efficiency is optimized. However, if the fuel injection timing is retarded, the combustion is delayed accordingly. If the combustion is slow, the fuel that should be burned remains unburned, and the rate of generation of unburned gas increases. Therefore, the rate of hydrocarbons and carbon monoxide increases, and the lean NOx catalyst easily purifies nitrogen oxides.
(11) In the above item (10) It is preferable that the lean NOx catalyst is a storage reduction type NOx catalyst.
[0022]
Further, according to the internal combustion engine having the lean NOx catalyst of the present invention, the following operation and effect can be further obtained.
(1) By mixing the combustion gas emitted from the combustion device that operates when the internal combustion engine is in a predetermined operation state into the intake pipe of the internal combustion engine, fresh air flowing up to that point in the intake pipe becomes the combustion heat of the combustion gas. And the combustion gas is mixed with the intake air. Therefore, the warm-up can be promoted and the performance of the vehicle interior heater can be improved by utilizing the combustion heat of the combustion device. If a combustion heater is used as the combustion device, this is a warming-up promoting device usually provided in an internal combustion engine, and therefore, the combustion heater can be used in combination as a means for increasing the concentration of carbon dioxide.
[0023]
{Circle around (2)} Then, the combustion type heater emits a combustion gas having substantially no smoke, that is, a carbon dioxide-rich combustion gas containing no carbon. Therefore, if the combustion gas emitted from such a combustion type heater is sucked into the internal combustion engine, there is no concern about the wear and corrosion of the internal combustion engine as compared with the conventionally known EGR device, and the durability is improved. And it is possible to reduce nitrogen oxides from a low water temperature.
[0024]
(3) In addition, carbon dioxide itself has an effect of suppressing smoke. This is for the following reason. That is, thermal dissociation of carbon dioxide (that is, at ambient temperature of 1400 ° C., CO 2 2 → 2CO + O 2 ) Re-burns soot and carbon dioxide oxidizes the produced carbon (ie, CO 2 2 + C → 2CO), the effect of suppressing smoke can be expected even when the internal combustion engine is under a high load.
[0025]
{Circle around (4)} Low-fuel-consumption engines such as diesel engines and gasoline-lean-burn engines use less combustion fuel, so that heat loss to cooling water is originally small. Therefore, the warm-up property of the internal combustion engine tends to be deteriorated even at room temperature, but the warm-up property can be greatly improved by operating the combustion type heater when necessary. As a result, emission during warm-up can be significantly improved. Moreover, in the combustion type heater, the combustion gas is introduced into the intake system via the combustion gas discharge path, and eventually reaches the cylinder of the internal combustion engine. Increase the amount of heat received. Therefore, the heater performance is improved.
[0026]
{Circle over (5)} Unburned components in the combustion gas at the time of starting the combustion type heater, etc., are burned again in the internal combustion engine, and when the unburned components reach the exhaust system of the internal combustion engine, the lean NOx catalyst provided in the exhaust system causes Can be purified.
[0027]
{Circle around (6)} Further, since the air supply passage and the combustion gas discharge passage of the combustion type heater are not directly open to the atmosphere, a noise reduction effect can be expected.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<Overall description of device>
The engine 1 as an internal combustion engine is a water-cooled type, and has an engine body 3 having a water jacket (not shown) through which cooling water circulates, and an intake device for feeding air necessary for combustion into a plurality of cylinders (not shown) of the engine body 3. 5, an exhaust device 7 for discharging exhaust gas after the air-fuel mixture has burned in the cylinder to the atmosphere, and a vehicle interior heater 9 for warming the interior of the vehicle in which the engine 1 is mounted. As the engine 1, a diesel engine or a direct injection gasoline lean burn engine is applied.
[0029]
The intake device 5 has an air cleaner 13 that takes in fresh air into a cylinder as a start end of the intake device 5. Then, between the air cleaner 13 and an intake port (not shown) of the engine body 3 at the end of the intake device 5, the compressor 15a of the turbocharger 15, which is an intake system structure, and the combustion of the engine body 3 in a cylinder (not shown). The combustion type heater 17, the intercooler 19, and the intake manifold 21 which burn under the atmospheric pressure which is lower than the pressure.
[0030]
These intake system structures belong to an intake pipe 23 having a plurality of connecting pipes.
The intake pipe 23 is divided into a downstream connection pipe 27 in which the outside air entering the intake device 5 is forcibly pushed by the compressor 15a to be in a pressurized state, and an upstream connection pipe 25 in which the outside air does not enter. Can be roughly classified.
[0031]
In FIG. 1, an upstream connecting pipe 25 includes a main pipe 29 having a rod shape extending straight from the air cleaner 13 toward the compressor 15 a, and a branch pipe 31 for a heater as a branch pipe connected to the main pipe 29 in a bypass shape. Consists of
[0032]
An outside air temperature sensor 32 is attached to a location near the downstream side of the air cleaner 13 in the main pipe 29. The outside air A entering the main flow pipe 29 from the air cleaner 13 is fresh air for the engine 1 and the combustion heater 17, and the temperature thereof is detected by the outside air temperature sensor 32.
[0033]
The heater branch pipe 31 includes the combustion type heater 17 in the middle thereof, connects the upstream portion of the combustion type heater 17 in the air flow direction with the main flow pipe 29, and supplies fresh air from the main flow pipe 29 to the combustion type heater 17. That is, a combustion (exhaust) gas which connects the air supply passage 33 for supplying air, a downstream portion of the combustion type heater 17 in the air flow direction with the main flow pipe 29, and outputs combustion (exhaust) gas from the combustion type heater 17 to the main flow pipe 29. And a gas discharge path 35. The air relating to the heater branch pipe 31 means not only the fresh air a1 but also the combustion gas a2 emitted from the combustion type heater 17. The combustion gas of the combustion type heater 17 is a gas which has almost no smoke, in other words, does not contain carbon. Therefore, it does not hinder use as intake air of the internal combustion engine.
[0034]
A combustion gas temperature sensor 36 and a CO 2 for detecting the concentration of carbon dioxide contained in the combustion gas are provided in a portion of the combustion gas discharge passage 35 near the combustion heater 17. 2 A sensor 37 is mounted. The temperature of the combustion gas of the combustion type heater 17 before entering the main pipe 29 from the combustion type heater 17 by the combustion gas temperature sensor 36, 2 The sensor 37 detects the concentration of carbon dioxide in the combustion gas.
[0035]
Further, of the connection points C1 and C2 of the air supply path 33 and the combustion gas discharge path 35 with the main pipe 29, the connection point C1 is located on the upstream side of the main pipe 29 from the connection point C2. Therefore, the outside air A from the air cleaner 13 is first divided into air a1 that branches off to the branch pipe 31 for the heater at the connection point C1 and air a1 ′ that branches the main flow pipe 29 to the connection point C2 without branching. In this case, the air a2 branched off at the connection point C1 and subjected to combustion by the combustion type heater 17 to become the combustion gas and the fresh air a1 ′ not branched off at the C1 merge into the combustion gas mixed air a3.
[0036]
The air a1 branched at the connection point C1 returns to the main pipe 29 as air a2 from the connection point C2 via the air supply path 33, the combustion heater 17 and the combustion gas discharge path 35. The air a2 returning to the main flow pipe 29 is a combustion gas having heat by being burned by the combustion type heater 17 burning under atmospheric pressure, and thus contains a large amount of carbon dioxide. When this gas is returned to the main pipe 29 and merges with the unbranched air a1 'at the connection point C2 to become the combustion gas mixed air a3, the combustion gas mixed air a3 contains a large amount of carbon dioxide. With this, intake air enters the engine body 3. The state of combustion of the combustion heater 17 is controlled, and the concentration of carbon dioxide can be freely adjusted by this control method.
[0037]
In FIG. 1, the downstream connecting pipe 27 is a pipe connecting the compressor 15a and the intake manifold 21, and the one shown in FIG. 1 has an L shape. Further, an intercooler 19 is arranged at a position near the intake manifold 21.
[0038]
On the other hand, the exhaust device 7 has an exhaust port (not shown) of the engine body 3 as a start end of the exhaust device 7 and an exhaust manifold 38, a turbine 15b of the turbocharger 15 and a catalyst between the exhaust port 7 and a muffler 41 at the end of the exhaust device 7. The converter 39 is provided on the exhaust pipe 42. The air flowing through the exhaust device 7 is indicated by reference numeral a4 as the exhaust gas of the engine 1.
[0039]
The catalytic converter 39 uses a lean NOx catalyst as a three-way catalyst in the inside thereof, and uses a reducing agent to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas when the exhaust system is particularly in an oxygen-excess atmosphere state, that is, in a lean state. To purify. As the lean NOx catalyst, there are a selective reduction type and an occlusion reduction type, and either type may be used.
[0040]
Next, the structure of the combustion heater 17 is schematically shown in FIG.
The combustion heater 17 is connected to the water jacket of the engine body 3, and the combustion heater 17 has a cooling water passage 17a through which cooling water flows from the water jacket. The cooling water flowing in the cooling water passage 17a (indicated by a broken line arrow in FIG. 2) passes around a combustion chamber 17d which is a combustion part formed inside the combustion type heater 17, and passes therethrough. It is warmed by receiving heat from the combustion chamber 17d. This will be described in detail sequentially.
[0041]
The combustion chamber 17d includes a combustion tube 17b that emits a flame, and a cylindrical partition 17c that covers the combustion tube 17b to prevent the flame from leaking to the outside. The combustion chamber 17d is defined in the partition 17c by covering the combustion cylinder 17b with the partition 17c. The partition wall 17c is also covered by an outer wall 43a of the combustion heater 17, and a space is provided between the two. By providing this space, the cooling water passage 17a is formed between the inner surface of the outer wall 43a and the outer surface of the partition wall 17c.
[0042]
The combustion chamber 17d has an air supply port 17d1 and an exhaust discharge port 17d2 that are directly connected to the air supply path 33 and the combustion gas discharge path 35, respectively. The air a1 sent from the air supply path 33 enters the combustion chamber 17d from the air supply port 17d1 and travels therethrough to reach the exhaust discharge port 17d2. As described above, the air flows into the main pipe 29 as air a2. Therefore, the combustion chamber 17d is in the form of an air passage through which the air a1 changed by combustion passes through the air a2 in the combustion type heater 17.
[0043]
Then, after the combustion type heater 17 is burned, the air a2 returned to the main pipe 29 via the combustion gas discharge path 35 has heat because it is so-called exhaust gas discharged from the combustion type heater 17. Until the heated air a2 is discharged from the combustion heater 17, the heat of the air a2 is transmitted to the cooling water flowing through the cooling water passage 17a through the partition wall 17c, as described above. Warm the cooling water. Therefore, the combustion chamber 17d is also a heat exchange passage.
[0044]
The combustion cylinder 17b includes a fuel supply pipe 17e connected to a fuel pump (not shown), and receives the pump pressure of the fuel pump therefrom to supply combustion fuel to the combustion cylinder 17b. The supplied combustion fuel is vaporized in the combustion heater 17 to become vaporized fuel, and the vaporized fuel is ignited by an ignition source (not shown).
[0045]
Since the air supply passage 33 and the combustion gas discharge passage 35 are used only for the combustion type heater 17, they can be said to be members belonging to the combustion type heater 17.
Next, circulation of cooling water to the cooling water passage 17a will be described.
[0046]
The cooling water passage 17a has a cooling water inlet 17a1 connected to the water jacket of the engine body 3, and a cooling water outlet 17a2 connected to the vehicle interior heater 9.
[0047]
A water pipe W1 is interposed between the cooling water inlet 17a1 and the engine body 3, and a water pipe W2 is connected between the cooling water outlet 17a2 and the vehicle interior heater 9. The combustion heater 17 is connected to the water jacket of the engine body 3 and the vehicle heater 9 via the water pipes W1 and W2. Further, the vehicle interior heater 9 and the engine body 3 are also connected via a water pipe W3.
[0048]
Therefore, the cooling water in the water jacket of the engine body 3 flows in the following order: (1) from the cooling water inlet 17a1 to the combustion heater 17 via the water pipe W1, where it is heated. (2) This warmed cooling water reaches the vehicle interior heater 9 from the cooling water discharge port 17a2 of the combustion type heater 17 via the water pipe W2. (3) Then, the cooling water is subjected to heat exchange by the vehicle interior heater 9 to lower the temperature, and then returns to the water jacket via the water pipe W3.
[0049]
In this manner, the cooling water circulates between the engine body 3, the combustion type heater 17, and the vehicle interior heater 9 via the water pipe W1, the water pipe W2, and the water pipe W3.
In addition, a central processing controller (CPU) 47 for controlling the combustion heater 17 which is separate from the blower fan 45 and the engine electronic control unit (ECU) 46 is provided inside the combustion chamber main body 43. ing.
[0050]
The ECU 46 includes an outside air temperature sensor 32, a combustion gas temperature sensor 36, 2 The sensor 37 and the rotation speed sensor 59 are electrically connected to the blower fan 45 and the fuel pump. When the CPU 47 determines that it is necessary to purify the nitrogen oxides by the lean NOx catalyst 39 in accordance with the parameters of the sensors 32, 36, 37, and 59, the combustion state of the combustion heater 17 is appropriately controlled, The momentum, size, temperature and the like of the flame of the combustion type heater 17 are maintained in an optimum state. By controlling the combustion state of the combustion heater 17 by the CPU 47, the temperature of the exhaust gas (combustion gas) of the combustion heater 17 and the amount of carbon dioxide contained in the combustion gas are adjusted.
[0051]
In the main pipe 29, between the connection points C1 and C2 of the air supply path 33 and the combustion gas discharge path 35 with the main pipe 29, in other words, in the main pipe 29, the combustion gas discharge path 35 An air flow meter 70 is provided upstream of the connection point C2 with the main flow pipe 29. The air flow meter 70 used in this embodiment is a hot wire type or film type air flow meter having a small pressure difference between the inlet side and the outlet side.
[0052]
What has been described above is the internal combustion engine I having the lean NOx catalyst according to the embodiment of the present invention.
<Effects of Embodiment>
Next, the operation and effect of the internal combustion engine I having such a lean NOx catalyst will be described.
[0053]
According to the internal combustion engine I having the lean NOx catalyst 39, the concentration of carbon dioxide in the intake system increases because the combustion gas a2 of the combustion heater 17 reaches the intake pipe 23 through the combustion gas discharge passage 35. Then, in the combustion in the cylinder of the engine body 3, the reaction from hydrocarbon to carbon monoxide and from carbon monoxide to carbon dioxide hardly occur.
[0054]
In other words, if it is considered in extreme terms that carbon dioxide is saturated in the cylinder, the chemical reaction between the hydrocarbon constituting carbon dioxide and carbon monoxide does not easily proceed, so that the hydrocarbon as the NOx reducing agent and the carbon monoxide Are in a free state and in an appropriate amount. Therefore, purification of nitrogen oxides can be made extremely effective.
[0055]
FIGS. 3, 4 and 5 compare the difference between the internal combustion engine I having the lean NOx catalyst and the conventional technology by the difference in the amount of generated nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide. .
[0056]
FIGS. 3, 4 and 5 show the proportions of nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide in the outgassing, respectively. The solid line in each figure is from the prior art, and the dashed line is from the internal combustion engine I having a lean NOx catalyst. The vertical axis of each figure indicates the amount of each harmful substance generated, and the horizontal axis indicates the timing of fuel injection timing by crank angle. The numerical value shown on the horizontal axis is the crank angle, and the numerical value 0 means the top dead center. Therefore, the more the vehicle moves to the right side of the drawing from 0, the so-called advance angle, and the further to the left side, the so-called retard angle.
[0057]
From these FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the purification of nitrogen oxides is extremely effective because the inclination angle of the graph is extremely small. 4 and 5 that hydrocarbons and carbon monoxide are generated in larger amounts at all crank angles than before.
[0058]
Further, according to the internal combustion engine I having the lean NOx catalyst, the ratio of the presence of hydrocarbon and carbon monoxide alone increases. Since hydrocarbons and carbon monoxide are used as reducing agents, there is no need to supply hydrocarbons by sub-injection as in the prior art.
[0059]
For this reason, if the amount of generation of hydrocarbons and carbon monoxide can be controlled well, the harm caused by the sub-injection, that is, the load on the fuel injection device can be reduced, and the fuel injection device is less likely to fail. Further, purification of nitrogen oxides can be suitably controlled.
[0060]
How to control the amount of generation of hydrocarbons and carbon monoxide will be described later in the application section.
Further, in the internal combustion engine I having a lean NOx catalyst, by mixing the combustion gas coming out of the combustion type heater 17 into the intake pipe 23, the fresh air flowing up to that point in the intake system contains the combustion heat of the combustion gas. The combustion gas-mixed intake air a3 is obtained. Therefore, by using the combustion heat of the combustion type heater 17, it is possible to promote warm-up and improve the performance of the vehicle interior heater. Since the combustion type heater is usually provided in an internal combustion engine, the combustion type heater 17 can be used in combination as a means for increasing the concentration of carbon dioxide.
[0061]
Further, the combustion type heater 17 emits combustion gas which is essentially free of smoke, in other words, does not contain carbon and has a high concentration of carbon dioxide. Compared with the EGR device which can be said to be a known NOx reduction device, there is no need to worry about the wear and corrosion of the internal combustion engine, and the durability can be improved, and the reduction of nitrogen oxides from a low water temperature becomes possible.
[0062]
In addition, thermal dissociation of carbon dioxide (ie, at ambient temperatures of 1400 ° C., CO 2 2 → 2CO + O 2 ) Re-burns soot and carbon dioxide oxidizes the produced carbon (ie, CO 2 2 (+ C → 2CO), the carbon dioxide itself also has a smoke suppression effect, so that even when the internal combustion engine is under a high load, the smoke suppression effect can be expected.
[0063]
In addition, low fuel consumption engines such as diesel engines and gasoline lean-burn engines have a small amount of combustion fuel, and therefore have low heat loss to the cooling water. Therefore, in these engines, the warm-up property tends to be deteriorated even at room temperature, but the warm-up property can be greatly improved by operating the combustion type heater 17 when necessary. As a result, emission during warm-up can be significantly improved. In addition, since the exhaust heat of the combustion heater 17 is recovered by the engine main body 3, the amount of heat received by the internal combustion engine-side cooling water Qw increases, so that the heater performance is improved.
[0064]
Since the combustion gas discharge passage 35 of the combustion heater 17 communicates with the intake pipe 23, unburned components in the combustion gas at the time of starting the combustion heater 17 burn again in the cylinder of the engine body 3. When this reaches the exhaust system of the internal combustion engine, it can be purified by a lean NOx catalyst 39 provided in the exhaust system.
[0065]
Further, since the air supply passage 33 and the combustion gas discharge passage 35 of the combustion heater 17 are not directly open to the atmosphere, a noise reduction effect can be expected.
<Application>
The following (1) and (2) will be described as methods for suitably controlling the purification of nitrogen oxides by controlling the amount of generation of hydrocarbons and carbon monoxide.
(1) When purifying nitrogen oxides by adjusting the air-fuel ratio of the combustion heater 17
When it is necessary to purify nitrogen oxides with the lean NOx catalyst, the air-fuel ratio of the combustion heater 17 is made rich.
[0066]
If the air-fuel ratio is rich, the amount of fuel in the air-fuel mixture of the combustion type heater 17 is large, and the proportion of hydrocarbons and carbon monoxide as reducing agents increases accordingly, so that the lean NOx catalyst 39 purifies nitrogen oxides. Easier to do. Therefore, the auxiliary injection can be made unnecessary.
(2) When purifying nitrogen oxides by changing the fuel injection timing
When it is necessary to purify the nitrogen oxides by the lean NOx catalyst 39 when the combustion heater 17 is operating, the fuel injection timing of the fuel injection device is later than when the reduction process has not been performed yet (when the reduction process has not been performed). Good corner. The fuel injection timing is usually set so that fuel efficiency is optimized. However, if the fuel injection timing is retarded, the combustion is delayed accordingly. If the combustion is slow, the fuel that should be burned remains unburned, and the proportion of unburned gas increases, so that the proportion of hydrocarbons and carbon monoxide increases, and the lean NOx catalyst easily purifies nitrogen oxides. Therefore, the auxiliary injection can be made unnecessary.
[0067]
Also, when the combustion of the heater 17 does not require the purification of the nitrogen oxides by the lean NOx catalyst 39, the fuel injection timing of the fuel injection device is set to be shorter than when the reduction processing is being performed (when the reduction processing is being performed). Advance. If the fuel injection timing is advanced, the time required for the combustion gas to be discharged from the combustion chamber becomes longer, so that the occurrence of afterburn can be expected, and the temperature of the exhaust system rises due to the occurrence of afterburn. Therefore, the activation of the lean NOx catalyst 39 proceeds, and the storage of nitrogen oxides in the catalyst 39 is promoted. When the intake of nitrogen oxides by the lean NOx catalyst 39 becomes excessive and the lean NOx catalyst 39 becomes saturated with nitrogen oxides, the fuel injection timing is delayed as described above to remove the nitrogen oxides from the lean NOx catalyst 39. Purify from.
[0068]
The operation control routine of the combustion type heater 17 in the case of purifying nitrogen oxides by changing the injection timing in this manner will be described with reference to the flowchart of FIG. In this case, the lean NOx catalyst 17 is of the storage reduction type.
[0069]
This routine is a part of a normal flowchart (not shown) for driving the engine 1 and includes steps 101 to 106 described below. The operations in the following procedure are all performed by the CPU of the ECU 46. The symbol S is used as a symbol indicating a step. For example, in the case of step 101, it is abbreviated as S101.
[0070]
When the process proceeds to this routine after the start of the engine 1, in S101, it is determined whether the combustion type heater 17 is operating, in other words, whether the combustion type heater operation is being performed. If an affirmative determination is made in S101, the process proceeds to S102, and if a negative determination is made, the process proceeds to S104.
[0071]
In S102, it is determined whether or not the conditions necessary for the reduction treatment of the NOx storage reduction catalyst are satisfied, that is, whether the NOx storage reduction catalyst is excessively absorbing nitrogen oxides and the nitrogen oxides are saturated. .
[0072]
If an affirmative determination is made in S102, the process proceeds to S103, and if a negative determination is made, the process proceeds to S106. In S103, the fuel injection timing is delayed, that is, the fuel injection timing is delayed, compared to when the reduction processing is not performed, and then this routine is ended.
[0073]
Return to S101.
If a negative determination is made in S101 and the process proceeds to S104, it is determined in S104 whether or not the conditions necessary for the reduction process of the NOx storage reduction catalyst are satisfied with the combustion type heater 17 not operating, that is, the storage reduction is performed in the same manner as in S102. It is determined whether the type NOx catalyst is excessively absorbing nitrogen oxides and is in a saturated state. If a positive determination is made in S104, the process proceeds to S105, and if a negative determination is made, this routine ends.
[0074]
In S105, the combustion type heater 17 is operated.
The story returns to S102.
If a negative determination is made in S102 and the process proceeds to S106, the fuel injection timing is advanced in S106 as compared with the time when the reduction process is performed, and then this routine ends.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an internal combustion engine having a lean NOx catalyst in an exhaust system for purifying nitrogen oxides in an oxygen-excess exhaust gas using a reducing agent flows through the intake system of the internal combustion engine. It is equipped with a concentration increasing means for increasing the concentration of carbon dioxide in the intake air, so when the concentration of carbon dioxide increases in the intake system, hydrocarbons to carbon monoxide and from carbon monoxide to carbon dioxide Reaction becomes difficult. In extreme terms, if carbon dioxide is in a saturated state, the chemical reaction between hydrocarbons constituting carbon dioxide and carbon monoxide does not proceed, so that a large amount of hydrocarbons and carbon monoxide are in a free state. Therefore, in the internal combustion engine having the lean NOx catalyst of the present invention, the ratio of the presence of hydrocarbon and carbon monoxide alone increases. Therefore, purification of nitrogen oxides can be performed very effectively. Since hydrocarbons and carbon monoxide are used as reducing agents, there is no need to supply hydrocarbons by aggressive fuel supply by sub-injection used in the conventional technology. Therefore, the amount of generation of hydrocarbons and carbon monoxide can be controlled well, for example, by enriching the air-fuel ratio of a combustion heater when it is necessary to purify nitrogen oxides with a lean NOx catalyst, or by leaning the combustion heater. By delaying the fuel injection timing by the fuel injection device when it is necessary to purify nitrogen oxides by the NOx catalyst, the adverse effects caused by the sub-injection, that is, the load on the fuel injection device is reduced. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an internal combustion engine having a lean NOx catalyst according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a combustion type heater.
FIG. 3 is a diagram showing the amount of generated nitrogen oxides in comparison with a conventional technique;
FIG. 4 is a diagram showing the amount of generated hydrocarbons in comparison with the conventional technology.
FIG. 5 is a diagram showing the amount of generated carbon monoxide in comparison with a conventional technique;
FIG. 6 is a flowchart showing an operation control routine of a combustion type heater when purifying nitrogen oxides by retarding the injection timing.
[Explanation of symbols]
1. Engine (internal combustion engine)
3. Engine body (body of internal combustion engine)
5. Intake device
7 Exhaust device
9 ... Heater for vehicle compartment
13 ... Air cleaner
15 ... Turbocharger
15a ... Compressor
15b: Turbocharger turbine
17. Combustion heater (concentration increasing means, addition device, combustion device)
17a: Cooling water passage of combustion type heater
17a1 Cooling water inlet
17a2 ... Cooling water outlet
17b ... combustion cylinder
17c ... cylindrical partition
17d ... combustion chamber
17d1… Air supply port
17d2 ... Exhaust exhaust port
17e ... fuel supply pipe
19. Intercooler
21 ... intake manifold
23 ... intake pipe
25 ... upstream connecting pipe
27… Downstream connecting pipe
29… Main tube
31 ... Branch for heater
32 ... Outside air temperature sensor
33 ... Air supply path
35 ... Combustion gas discharge path
36 ... Combustion gas temperature sensor
37 ... CO 2 Sensor
38… Exhaust manifold
39: lean NOx catalyst
41 ... Muffler
42 ... exhaust pipe
43 ... Outer wall
45… Blower fan
46 ... ECU
47 ... CPU
49 ... Bypass passage
55… Outside air temperature sensor
59 ... rotation speed sensor
60: Mixed intake air temperature detection sensor
70 ... Air flow meter
80 ... intake pressure sensor
I: Internal combustion engine having a combustion type heater according to the embodiment
C1: Connection point between the air supply passage 33 and the main pipe 29
C2: connection point between the combustion gas discharge passage 35 and the main pipe 29
C3: connection portion between the bypass passage 49 and the combustion gas discharge passage 35
W1 ... Water pipeline
W2: Water pipeline
W3: Water pipeline
A: Outside air entering the main pipe 29 from the air cleaner 13
a1 ... Air branched from outside air A at connection point C1 and flowing through air supply path 33
a1 '... Air flowing through main flow pipe 29 to connection point C2
a2: Air that has been used as combustion gas by combustion of the combustion type heater 17
a3 ... Air mixed with combustion gas
a4 ... air flowing through the exhaust device 7

Claims (9)

酸素過剰な排気ガス中の窒素酸化物を還元剤を用いて浄化するリーンNOx触媒を排気系に有する内燃機関において、
前記内燃機関の本体とは別に設けられる燃焼装置であって、該燃焼装置の出す燃焼ガスを該内燃機関の吸気系へ導入することで該吸気系に二酸化炭素を加えて該吸気系を流通する吸気中における二酸化炭素の濃度を増大する燃焼式ヒータを備えたことを特徴とするリーンNOx触媒を有する内燃機関。
In an internal combustion engine having an exhaust system having a lean NOx catalyst for purifying nitrogen oxides in an oxygen-excess exhaust gas using a reducing agent,
Wherein a separately provided is a combustion device and the main body of the internal combustion engine, the combustion gas emitted from the combustion device by adding carbon dioxide to the intake system by introducing into the intake system of the internal combustion engine flowing through the intake system An internal combustion engine having a lean NOx catalyst, comprising a combustion type heater for increasing the concentration of carbon dioxide in intake air.
前記燃焼式ヒータは、前記内燃機関の気筒内における燃焼時の圧力よりも低圧下で燃焼が行われることを特徴とする請求項1に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。The internal combustion engine having a lean NOx catalyst according to claim 1, wherein the combustion type heater performs combustion at a pressure lower than a pressure at the time of combustion in a cylinder of the internal combustion engine. 前記燃焼式ヒータは、前記リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときに作動することを特徴とする請求項2に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。The internal combustion engine having a lean NOx catalyst according to claim 2, wherein the combustion type heater operates when purification of nitrogen oxides by the lean NOx catalyst is required. 前記燃焼式ヒータは、内燃機関が所定の運転状態にある時に作動して、燃料を燃焼し、その燃焼時に出す燃焼ガスの熱で機関関連要素を暖めることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。The combustion heater operates when the internal combustion engine is in a predetermined operating state, burns fuel, and heats engine-related elements with heat of combustion gas generated during the combustion. 3. An internal combustion engine having the lean NOx catalyst according to any one of 3. 前記リーンNOx触媒が吸蔵還元型NOx触媒であることを特徴とする請求項1に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。The internal combustion engine having a lean NOx catalyst according to claim 1, wherein the lean NOx catalyst is a storage reduction type NOx catalyst. 前記リーンNOx触媒が選択還元式NOx触媒であることを特徴とする請求項1に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1, wherein the lean NOx catalyst is a selective reduction type NOx catalyst. 前記リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するとき、前記燃焼式ヒータの空燃比をリッチにすることを特徴とする請求項4に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。The internal combustion engine having a lean NOx catalyst according to claim 4, wherein when the lean NOx catalyst needs to purify nitrogen oxides, the air-fuel ratio of the combustion heater is made rich. 前記燃焼式ヒータの作動時で前記リーンNOx触媒による窒素酸化物の浄化を要するときは、燃料噴射装置による燃料噴射タイミングを遅角することを特徴とする請求項4に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。5. The lean NOx catalyst according to claim 4, wherein when the combustion type heater needs to be operated to purify nitrogen oxides with the lean NOx catalyst, the fuel injection timing of the fuel injection device is retarded. Internal combustion engine. 前記リーンNOx触媒は吸蔵還元型NOx触媒であることを特徴とする請求項8に記載のリーンNOx触媒を有する内燃機関。9. The internal combustion engine having a lean NOx catalyst according to claim 8, wherein the lean NOx catalyst is a storage reduction type NOx catalyst.
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