JP3620291B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を除去する排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、煤やＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）等の粒子状物質（以下、ＰＭと略す）やＮＯｘが含まれており、大気に排気するにはこれらを除去する必要がある。
【０００３】
特開平７−３１０５３５号公報には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤、即ちカーボンを還元剤として、ＮＯｘをＮＯｘ触媒上で還元するようにした排気浄化装置が開示されており、この排気浄化装置によれば、ＮＯｘの還元浄化と煤の除去が同時に行われるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス中、煤と反応し易いＮＯ２の濃度は、排気ガス中の煤の全てを酸化するのに十分な濃度とは言えない。そのため、ＮＯｘ触媒上で煤を十分に反応させることができず、多くの煤が除去されないまま大気に放出されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＰＭ捕集手段にＮＯ２を供給することによって、ＰＭ捕集手段に捕集されたＰＭを酸化し、排気ガスの浄化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明は、内燃機関から排出される酸素を過剰に含む排気ガスが流れる排気通路に、粒子状物質を捕集するＰＭ捕集手段と、前記ＰＭ捕集手段にＮＯ 2 を供給するＮＯ 2 供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯ 2 供給手段は尿素を供給する尿素供給手段と、前記尿素供給手段から供給された尿素を反応させる酸化能を有する触媒と、から構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００７】
本発明においては、前記ＮＯ 2 供給手段を、尿素を供給する尿素供給手段と、前記尿素供給手段から供給された尿素を反応させる酸化能を有する触媒と、から構成する。尿素を加熱すると加水分解してアンモニアが生じ、アンモニアは触媒上で酸化してＮＯ 2 に変化する。排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）はＰＭ捕集手段に捕集されるので、排気ガス中からＰＭが除去される。捕集されたＰＭを構成する炭素（Ｃ）はＮＯ2供給手段から供給されたＮＯ2と化学反応をしてＣＯ2とＮＯになり、ＰＭ捕集手段からＰＭが除去される。
【０００８】
本発明における内燃機関としては、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンを例示することができる。本発明におけるＰＭ捕集手段としては、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）と称されるフィルタを例示することができ、フィルタの構造例としては、ウォールフロータイプやフォームタイプを例示することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記ＰＭ捕集手段の下流にＮＯｘ触媒を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。ＮＯｘ触媒は、排気ガス中のＮＯｘ、ＮＯ２供給手段から供給されたＮＯ２とＰＭの反応によって生成されたＮＯ、及び、ＮＯ２供給手段から供給されたがＰＭと反応しなかった未反応のＮＯ２を浄化する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図５の図面に基いて説明する。尚、以下の各実施の形態は、内燃機関としての車両用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００１２】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。車両用ディーゼルエンジン（内燃機関）１の燃焼室（図示せず）で燃料の軽油が燃焼して生じた排気ガスは、排気管２、ＰＭ捕集手段としてのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）３、排気管４を通って大気中に排気される。ＤＰＦ３には、酸化能の高い触媒、例えば白金（Ｐｔ）系の触媒が坦持されている。
【００１３】
排気管２には、尿素（（ＮＨ２）２・ＣＯ）の水溶液（以下、尿素水という）を排気ガス中に噴射する噴射ノズル５が設けられている。噴射ノズル５は供給管６を介してポンプ等からなる尿素水供給装置７に接続されており、これらは尿素供給手段を構成する。尿素水供給装置７はエンジンコントロール用電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）８によって運転制御される。尿素水供給装置７の運転制御については後で詳述する。
【００１４】
ＤＰＦ３の上流の排気管２には、ＤＰＦ３の直前の排気ガス圧力、即ち背圧を検出する背圧センサ９が設けられており、背圧センサ９は検出した背圧に比例した出力信号をＥＣＵ８に出力する。
【００１５】
ＤＰＦ３の下流の排気管４には、ＤＰＦ３を通った排気ガスの温度を検出する排気温センサ１０が設けられており、排気温センサ１０は検出した排気ガス温度に比例した出力信号をＥＣＵ８に出力する。
【００１６】
ＥＣＵ８はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジンの燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、ＤＰＦ３の再生制御を行っている。
【００１７】
これら制御のために、ＥＣＵ８の入力ポートには、アクセル開度センサ１１からの入力信号と、クランク角センサ１２からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ１１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ８に出力し、ＥＣＵ８はアクセル開度センサ１１の出力信号に基づいて機関負荷を演算する。クランク角センサ１２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ８に出力し、ＥＣＵ８はこの出力パルスに基づいて機関回転速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によってエンジン運転状態が判別される。
【００１８】
この排気浄化装置では、ディーゼルエンジン１の排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）がＤＰＦ３に捕集される。ＤＰＦ３はＰＭの捕集によって目詰まりを起こしガスが流れにくくなるので、適宜にフィルタに捕集されたＰＭを除去してフィルタを再生する必要がある。そこで、この排気浄化装置では、ＤＰＦ３に規定量のＰＭが捕集された時に、排気ガス中に尿素水を添加し、尿素水から生成したＮＯ２をＤＰＦ３に供給し、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭをＮＯ２と反応させて燃焼することにより、ＤＰＦ３の再生を行うようにしている。
【００１９】
ＤＰＦ３の再生処理制御について、図２に従って説明する。図２の制御ルーチンは、ＥＣＵ８のＲＯＭに格納されＣＰＵに呼び出されて演算が実行され、一定時間毎に割り込まれる。
【００２０】
まず、ＥＣＵ８は、ステップ１００において、ＤＰＦ３が再生時期か否かを判定する。ステップ１００で再生時期であると判定されたときにはステップ１０１に進んで排気ガス温が再生可能温度か否かを判定し、ステップ１００で再生時期ではないと判定されたときには本制御ルーチンを終了する。ステップ１０１で再生可能温度であると判定されたときにはステップ１０２に進んで尿素添加処理を実行し、ステップ１０１で再生可能温度でないと判定されたときにはステップ１０３に進んで排気ガス温を上昇させるべく昇温処理を実行する。以下、各ステップ毎に詳述する。
【００２１】
ステップ１００におけるＤＰＦ３の再生時期か否かの判定については、ＤＰＦ３に流れる排気ガス流量と、背圧センサ９で検出される背圧に基づいて行う。ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの捕集量と、背圧センサ９により検出される背圧と、排気ガス流量との間には相関関係がある。つまり、排気ガス流量を一定とした場合には、ＰＭ捕集量が増大するにしたがって背圧は増大し、ＰＭ捕集量を一定とした場合には、排気ガス流量が増大すると背圧は増大する。そこで、ＤＰＦ３を再生すべきとするＰＭ捕集量（以下、これを再生捕集量と称す）を予め設定しておき、再生捕集量となったときの背圧と排気ガス流量との対応関係を予め実験により求め、これをマップ化してＥＣＵ８のＲＯＭに記憶しておく。ＥＣＵ８は、クランク角センサ１２の出力信号から機関回転速度を求め、さらに機関回転速度から排気ガス流量を演算し、この排気ガス流量と背圧センサ９で検出された背圧に基づいて、前記マップを参照して再生時期か否かを判定する。
【００２２】
ステップ１０１における再生可能温度か否かの判定は、排気温センサ１０で検出される排気ガス温度に基づいて行う。ＰＭを構成する炭素（Ｃ）とＮＯ２を反応させるためにはＤＰＦ３のフィルタ床温度として約３００゜Ｃ以上の温度が必要であり、この温度以上でなければＤＰＦ３を再生することはできない。そこで、フィルタ床温度として排気ガス温度を代用し、排気ガス温度が再生可能温度以上であればステップ１０２に進んで尿素添加を実行してＤＰＦ３の再生を実行し、再生可能温度に満たない場合はステップ１０３に進んで昇温処理を実行し、ＤＰＦ３のフィルタ床温度を上昇させる。
【００２３】
ステップ１０３における昇温処理は、例えば、ＤＰＦ３の周囲にヒータを設置したり、あるいはＤＰＦ３よりも上流に位置する排気管２にヒータを設置し、これらヒータを稼働することにより行うことができる。
【００２４】
ステップ１０２における尿素添加は、尿素水供給装置７を運転し噴射ノズル５から所定量の尿素水を排気管２内に噴射することにより実行される。ここで、尿素水は予め所定の濃度に調整されたものが使用され、尿素水の噴射量は、前記再生捕集量のＰＭをほぼ完全に燃焼させるのに必要な尿素水量とする。
【００２５】
排気管２内に噴射された尿素水（（ＮＨ２）２・ＣＯ）は、排気ガスによって加熱されて加水分解しアンモニアを生じる。
（ＮＨ２）２・ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ２ＮＨ３
このアンモニアがＤＰＦ３に流入すると、ＤＰＦ３に坦持されている触媒の酸化作用により、次のように化学反応を起こし、ＮＯ２を生成する。
４ＮＨ３ ＋ ５Ｏ２ → ４ＮＯ ＋ ６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ ＋ Ｏ２ → ２ＮＯ２
このＮＯ２はＰＭを構成する炭素と反応して二酸化炭素と一酸化窒素を生成する。
２ＮＯ２ ＋ Ｃ → ＣＯ２ ＋ ２ＮＯ
このようにして、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭはＮＯ２によって燃焼され、ＤＰＦ３から離脱することになる。
【００２６】
尚、ＤＰＦ３の再生処理中もディーゼルエンジン１から排出される排気ガスがＤＰＦ３に流入する。この排気ガス中にはＮＯｘが含まれており、排気ガス中のＮＯｘもＤＰＦ３に坦持された触媒によって酸化されＮＯ２を生成し、このＮＯ２もＰＭの燃焼に利用されることになる。そこで、ＤＰＦ３の再生中に流入する排気ガス中のＮＯｘから生成されるＮＯ２量を機関運転状態から推定して、このＮＯ２量に相当する分、噴射ノズル５から噴射すべき尿素水の量を低減させるようにするのが、より好ましい。
【００２７】
〔第２の実施の形態〕
前述第１の実施の形態では、ＤＰＦ３の再生を達成することはできるものの、ＮＯ２とＰＭの反応によりＮＯが生成されること、及び、ＰＭと反応しなかったＮＯ２が排気管４に流出することにより、排気ガス中のＮＯｘ濃度が増大してしまう。そこで、この第２の実施の形態では、ＤＰＦ３の下流にＮＯｘ触媒を配置して排気ガス中のＮＯｘも浄化しようするものである。
【００２８】
図３は、第２の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。第１の実施の形態と同一態様部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施の形態との相違点についてだけ説明する。
【００２９】
排気管４の下流には、選択還元型ＮＯｘ触媒１３と排気管１４が設置されている。選択還元型ＮＯｘ触媒１３をＤＰＦ３の直ぐ近くに配置する場合には、ＤＰＦ３の再生時には比較的高温の排気ガスが選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入することとなるので、選択還元型ＮＯｘ触媒１３には、比較的高温時（３００゜Ｃ以上）にＮＯｘを選択的に還元するものを採用し、例えば、銅（Ｃｕ）系あるいはコバルト（Ｃｏ）系のように酸化能の低い触媒を用いる。選択還元型ＮＯｘ触媒をＤＰＦ３から離れた位置に配置する場合には、選択還元型ＮＯｘ触媒１３に至るまでに排気ガス温が低下するので、選択還元型ＮＯｘ触媒１３には比較的低温時（例えば２００〜３００゜Ｃ）にＮＯｘを選択的に還元するもの（例えば白金（Ｐｔ）系の触媒）を採用する。
【００３０】
排気管４には、尿素水を排気ガス中に噴射する噴射ノズル１５が設けられている。噴射ノズル１５は供給管１６を介してポンプ等からなる尿素水供給装置１７に接続されており、尿素水供給装置１７はＥＣＵ８によって運転制御される。
【００３１】
尿素水は予め所定の濃度に調整されたものが使用され、ＤＰＦ３の再生中において噴射ノズル１５から噴射される尿素水の噴射量は、噴射ノズル５から噴射された尿素水から生成されるＮＯ、及び未反応のＮＯ２を還元させるのに必要な尿素水量とする。
【００３２】
排気管４内に噴射された尿素水は、排気ガスによって加熱されて加水分解しアンモニアを生じる。
（ＮＨ２）２・ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ２ＮＨ３
このアンモニアが選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入すると、次のような化学反応によりＮＯ、ＮＯ２は還元される。
６ＮＯ ＋ ４ＮＨ３ → ５Ｎ２ ＋ ６Ｈ２Ｏ
６ＮＯ２ ＋ ８ＮＨ３ → ７Ｎ２ ＋ １２Ｈ２Ｏ
尚、第１の実施の形態において説明したように、ＤＰＦ３の再生処理中もディーゼルエンジン１から排出される排気ガスがＤＰＦ３に流入し、この排気ガス中のＮＯｘから生成されたＮＯ２もＰＭの燃焼に利用されてＮＯを生成する。そして、排気ガス中のＮＯｘから生成されたＮＯも選択還元型ＮＯｘ触媒１３に流入するので、ＤＰＦ３の再生中に流入する排気ガス中のＮＯｘから生成されるＮＯ量を機関運転状態から推定して、このＮＯ量に相当する分、噴射ノズル１５から噴射すべき尿素水の量を増大させるようにするのが、より好ましい。
【００３３】
また、この尿素水供給装置１７は、ＤＰＦ３を再生処理をしていない時にも運転され、所定量の尿素水が噴射ノズル１５から排気管４内に噴射される。これは、ＤＰＦ３の非再生時に排気ガス中のＮＯｘを選択還元型ＮＯｘ触媒１３によって浄化するのに還元剤（尿素）が必要だからであり、ディーゼルエンジン１の運転状態から排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘを浄化するのに必要な尿素水量を噴射ノズル１５から噴射する。
【００３４】
〔その他の実施の形態〕
前述した第１及び第２の実施の形態では、尿素水供給装置７と噴射ノズル５とＤＰＦ３に坦持された触媒によって、ＮＯ２供給手段を構成したが、ＮＯ２供給手段は図４あるいは図５に示すように構成することも可能である。尚、図中、第１の実施の形態と同一態様部分には同一符号を付している。
【００３５】
図４に示す例は、ＤＰＦ３には触媒を坦持せず、ＤＰＦ３の上流の排気管２の途中に酸化触媒１８を設置し、この酸化触媒１８の上流に尿素水を噴射する噴射ノズル５を設置したものである。尿素水供給装置７から供給管６を通って噴射ノズル５から噴射された尿素水は加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアが酸化触媒１８を通過する際に酸化されてＮＯ２が生成され、このＮＯ２がＤＰＦ３のＰＭの燃焼に供される。この場合には、ＮＯ２供給手段は、尿素水供給装置７と噴射ノズル５と酸化触媒１８によって構成されることとなる。
【００３６】
図５に示す例は、ＤＰＦ３には触媒を坦持せず、排気管２にＮＯ２供給管１９を接続し、ＮＯ２供給管１９の途中に酸化触媒１８を設置し、酸化触媒１８の上流に尿素水を噴射する噴射ノズル５を設置したものである。尿素水供給装置７から供給管６を通って噴射ノズル５から噴射された尿素水は加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアが酸化触媒１８を通過する際に酸化されてＮＯ２が生成され、このＮＯ２がＮＯ２供給管１９を介して排気管２内に供給され、ＤＰＦ３のＰＭの燃焼に供される。この場合も、ＮＯ２供給手段は、尿素水供給装置７と噴射ノズル５と酸化触媒１８によって構成されることとなる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気通路にＰＭ捕集手段と、前記ＰＭ捕集手段にＮＯ 2 を供給するＮＯ 2 供給手段と、を設け、前記ＮＯ 2 供給手段は尿素を供給する尿素供給手段と、前記尿素供給手段から供給された尿素を反応させる酸化能を有する触媒と、から構成されていることにより、ＰＭ捕集手段に捕集された粒子状物質をＮＯ2によって確実に燃焼させることができ、ＰＭ捕集手段の再生を確実に行うことができる。
【００３８】
また、前記ＰＭ捕集手段の下流にＮＯｘ触媒を備えた場合には、ＮＯ２供給手段からのＮＯ２の供給により増大する排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の第１の実施の形態における概略構成を示す図である。
【図２】前記第１の実施の形態におけるＰＭ捕集手段の再生処理制御手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る排気浄化装置の第２の実施の形態における概略構成を示す図である。
【図４】本発明に係る排気浄化装置におけるＮＯ２供給手段の他の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明に係る排気浄化装置におけるＮＯ２供給手段のさらに別の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２，４，１４ 排気管（排気通路）
３ ＤＰＦ（ＰＭ捕集手段）
５ 噴射ノズル（尿素供給手段、ＮＯ２供給手段）
６ 供給管（尿素要求手段、ＮＯ２供給手段）
７ 尿素水供給装置（尿素供給手段、ＮＯ２供給手段）
８ ＥＣＵ
１３ 選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）
１８ 酸化触媒（ＮＯ２供給手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification device that removes particulate matter in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas discharged from diesel engines contains particulate matter (hereinafter abbreviated as PM) such as soot and SOF (Solid Organic Fraction) and NOx, and these must be removed to exhaust to the atmosphere. There is.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-310535 discloses an exhaust gas purification apparatus that reduces NOx on a NOx catalyst using carbon as a reducing agent, that is, soot contained in exhaust gas of a diesel engine. According to the purification device, NOx reduction purification and soot removal are performed simultaneously.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the concentration of NO 2 that easily reacts with soot in the exhaust gas of a diesel engine cannot be said to be a concentration sufficient to oxidize all of the soot in the exhaust gas. For this reason, there is a problem that soot cannot be sufficiently reacted on the NOx catalyst, and a lot of soot is released to the atmosphere without being removed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the problem to be solved by the present invention is to capture the PM collection means by supplying NO 2 to the PM collection means. The purpose is to oxidize the collected PM and purify the exhaust gas.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. The present invention, in an exhaust passage of the exhaust gas flow containing excess oxygen discharged from the internal combustion engine, and PM trapping means for trapping particulate matter, NO 2 supply for supplying NO 2 in the PM collecting means And the NO 2 supply means comprises urea supply means for supplying urea and a catalyst having oxidation ability for reacting urea supplied from the urea supply means. it is an exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine, characterized in being.
[0007]
In the present invention, the NO 2 supply means comprises a urea supply means for supplying urea and a catalyst having an oxidizing ability for reacting urea supplied from the urea supply means. When urea is heated, it is hydrolyzed to produce ammonia, which is oxidized on the catalyst and converted to NO 2 . Since the particulate matter (PM) in the exhaust gas is collected by the PM collecting means, PM is removed from the exhaust gas. Carbon constituting the collected PM (C) becomes CO 2 and NO to the NO 2 and chemistry supplied from NO 2 supply means, PM is removed from the PM trapping means.
[0008]
Examples of the internal combustion engine in the present invention include a diesel engine and a lean burn gasoline engine. Examples of the PM collecting means in the present invention include a filter called DPF (Diesel Particulate Filter), and examples of the filter structure include a wall flow type and a foam type.
[0010]
The present invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized in that a NOx catalyst is provided downstream of the PM trapping means. NOx catalyst in the exhaust gas NOx, NO produced by the reaction of NO 2 NO 2 and PM supplied from the supply means, and were supplied by NO 2 supply means while unreacted that did not react with PM to purify the NO 2.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. In addition, each following embodiment is an aspect applied to the diesel engine for vehicles as an internal combustion engine.
[0012]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment. An exhaust gas produced by burning light oil of fuel in a combustion chamber (not shown) of a vehicular diesel engine (internal combustion engine) 1 includes an exhaust pipe 2, a DPF (Diesel Particulate Filter) 3 as PM collection means, an exhaust gas It is exhausted through the tube 4 into the atmosphere. The DPF 3 carries a catalyst having a high oxidizing ability, for example, a platinum (Pt) -based catalyst.
[0013]
The exhaust pipe 2 is provided with an injection nozzle 5 that injects an aqueous solution of urea ((NH 2 ) 2 .CO) (hereinafter referred to as urea water) into the exhaust gas. The injection nozzle 5 is connected to a urea water supply device 7 comprising a pump or the like via a supply pipe 6, and these constitute urea supply means. The urea water supply device 7 is operation-controlled by an engine control electronic control unit (hereinafter abbreviated as ECU) 8. The operation control of the urea water supply device 7 will be described in detail later.
[0014]
The exhaust pipe 2 upstream of the DPF 3 is provided with a back pressure sensor 9 for detecting an exhaust gas pressure immediately before the DPF 3, that is, a back pressure. The back pressure sensor 9 outputs an output signal proportional to the detected back pressure to the ECU 8. Output to.
[0015]
The exhaust pipe 4 downstream of the DPF 3 is provided with an exhaust temperature sensor 10 that detects the temperature of the exhaust gas that has passed through the DPF 3. The exhaust temperature sensor 10 outputs an output signal proportional to the detected exhaust gas temperature to the ECU 8. To do.
[0016]
The ECU 8 is composed of a digital computer, and includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a CPU (Central Processor Unit), an input port, and an output port that are connected to each other by a bidirectional bus, and fuel injection of the engine In addition to performing basic control such as quantity control, in this embodiment, regeneration control of the DPF 3 is performed.
[0017]
For these controls, an input signal from the accelerator opening sensor 11 and an input signal from the crank angle sensor 12 are input to the input port of the ECU 8. The accelerator opening sensor 11 outputs an output voltage proportional to the accelerator opening to the ECU 8, and the ECU 8 calculates the engine load based on the output signal of the accelerator opening sensor 11. The crank angle sensor 12 outputs an output pulse to the ECU 8 every time the crankshaft rotates by a certain angle, and the ECU 8 calculates the engine speed based on the output pulse. The engine operating state is determined based on the engine load and the engine speed.
[0018]
In this exhaust purification device, particulate matter (PM) contained in the exhaust gas of the diesel engine 1 is collected in the DPF 3. Since the DPF 3 is clogged by the collection of PM and gas hardly flows, it is necessary to appropriately remove the PM collected by the filter and regenerate the filter. Therefore, in this exhaust purification device, when a specified amount of PM is collected in the DPF 3, urea water is added to the exhaust gas, NO 2 generated from the urea water is supplied to the DPF 3, and is collected in the DPF 3. by burning the PM is reacted with NO 2, and to perform the regeneration of DPF 3.
[0019]
The regeneration process control of the DPF 3 will be described with reference to FIG. The control routine of FIG. 2 is stored in the ROM of the ECU 8 and is called by the CPU to perform calculations, and interrupted at regular intervals.
[0020]
First, in step 100, the ECU 8 determines whether or not the DPF 3 is in the regeneration time. When it is determined at step 100 that it is the regeneration time, the routine proceeds to step 101, where it is determined whether or not the exhaust gas temperature is a reproducible temperature, and when it is determined at step 100 that it is not the regeneration time, this control routine is ended. When it is determined at step 101 that the temperature is reproducible, the routine proceeds to step 102 where urea addition processing is executed. When it is determined at step 101 that the temperature is not reproducible, the routine proceeds to step 103 where the exhaust gas temperature is increased to increase. Perform temperature treatment. Hereinafter, each step will be described in detail.
[0021]
The determination of whether or not it is time to regenerate the DPF 3 in Step 100 is performed based on the exhaust gas flow rate flowing through the DPF 3 and the back pressure detected by the back pressure sensor 9. There is a correlation between the amount of PM trapped in the DPF 3, the back pressure detected by the back pressure sensor 9, and the exhaust gas flow rate. That is, when the exhaust gas flow rate is constant, the back pressure increases as the PM trapping amount increases. When the PM trapping amount is constant, the back pressure increases as the exhaust gas flow rate increases. To do. Therefore, a PM collection amount (hereinafter referred to as a regeneration collection amount) that the DPF 3 is to be regenerated is set in advance, and the correspondence between the back pressure and the exhaust gas flow rate when the regeneration collection amount is reached. The relationship is obtained in advance by experiment, and this is mapped and stored in the ROM of the ECU 8. The ECU 8 obtains the engine rotational speed from the output signal of the crank angle sensor 12, calculates the exhaust gas flow rate from the engine rotational speed, and based on the exhaust gas flow rate and the back pressure detected by the back pressure sensor 9, the map To determine whether or not it is the reproduction time.
[0022]
The determination of whether or not the temperature is the reproducible temperature in step 101 is made based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust temperature sensor 10. In order to react carbon (C) constituting the PM with NO 2 , the filter bed temperature of the DPF 3 needs to be about 300 ° C. or higher, and the DPF 3 cannot be regenerated unless the temperature is higher than this temperature. Therefore, if the exhaust gas temperature is substituted as the filter bed temperature and the exhaust gas temperature is equal to or higher than the regeneratable temperature, the process proceeds to step 102 and urea addition is performed to regenerate DPF3. It progresses to step 103 and a temperature rising process is performed and the filter bed temperature of DPF3 is raised.
[0023]
The temperature raising process in step 103 can be performed, for example, by installing a heater around the DPF 3 or installing a heater in the exhaust pipe 2 positioned upstream of the DPF 3 and operating these heaters.
[0024]
The urea addition in step 102 is performed by operating the urea water supply device 7 and injecting a predetermined amount of urea water from the injection nozzle 5 into the exhaust pipe 2. Here, the urea water that has been adjusted to a predetermined concentration in advance is used, and the injection amount of the urea water is the amount of urea water necessary for almost completely burning the regenerated and collected amount of PM.
[0025]
The urea water ((NH 2 ) 2 · CO) injected into the exhaust pipe 2 is heated by the exhaust gas and hydrolyzed to produce ammonia.
(NH 2 ) 2 · CO + H 2 O → CO 2 + 2NH 3
When this ammonia flows into the DPF 3, the oxidation action of the catalyst that is carrying the DPF 3, as follows: chemically react to produce a NO 2.
4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O
2NO + O 2 → 2NO 2
This NO 2 reacts with the carbon constituting PM to produce carbon dioxide and nitric oxide.
2NO 2 + C → CO 2 + 2NO
In this way, the PM collected in the DPF 3 is burned by the NO 2 and separated from the DPF 3.
[0026]
Note that exhaust gas discharged from the diesel engine 1 flows into the DPF 3 even during the regeneration process of the DPF 3. The exhaust gas contains NOx, and the NOx in the exhaust gas is oxidized by the catalyst supported on the DPF 3 to generate NO 2 , and this NO 2 is also used for the combustion of PM. Thus, the amount of NO 2 generated from NOx in the exhaust gas flowing in during regeneration of the DPF 3 is estimated from the engine operating state, and the amount of urea water to be injected from the injection nozzle 5 by an amount corresponding to this NO 2 amount It is more preferable to reduce the value.
[0027]
[Second Embodiment]
In the first embodiment, although regeneration of DPF 3 can be achieved, NO is generated by the reaction of NO 2 and PM, and NO 2 that has not reacted with PM flows into the exhaust pipe 4. As a result, the NOx concentration in the exhaust gas increases. Therefore, in the second embodiment, a NOx catalyst is disposed downstream of the DPF 3 to purify NOx in the exhaust gas.
[0028]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
[0029]
A selective reduction type NOx catalyst 13 and an exhaust pipe 14 are installed downstream of the exhaust pipe 4. When the selective reduction type NOx catalyst 13 is arranged in the immediate vicinity of the DPF 3, a relatively high temperature exhaust gas flows into the selective reduction type NOx catalyst 13 during regeneration of the DPF 3. Employs a catalyst that selectively reduces NOx at a relatively high temperature (300 ° C. or higher), and uses a catalyst having a low oxidizing ability such as a copper (Cu) -based or cobalt (Co) -based one. When the selective reduction type NOx catalyst is arranged at a position away from the DPF 3, the exhaust gas temperature decreases until the selective reduction type NOx catalyst 13 is reached, so that the selective reduction type NOx catalyst 13 has a relatively low temperature (for example, One that selectively reduces NOx to 200 to 300 ° C. (for example, a platinum (Pt) -based catalyst) is employed.
[0030]
The exhaust pipe 4 is provided with an injection nozzle 15 for injecting urea water into the exhaust gas. The injection nozzle 15 is connected to a urea water supply device 17 including a pump or the like via a supply pipe 16, and the urea water supply device 17 is operation-controlled by the ECU 8.
[0031]
Urea water that has been adjusted to a predetermined concentration in advance is used, and the amount of urea water injected from the injection nozzle 15 during regeneration of the DPF 3 is NO generated from the urea water injected from the injection nozzle 5, And the amount of urea water necessary for reducing unreacted NO 2 .
[0032]
The urea water injected into the exhaust pipe 4 is heated by the exhaust gas and hydrolyzed to produce ammonia.
(NH 2 ) 2 · CO + H 2 O → CO 2 + 2NH 3
When this ammonia flows into the selective reduction type NOx catalyst 13, NO and NO 2 are reduced by the following chemical reaction.
6NO + 4NH 3 → 5N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O
As described in the first embodiment, the exhaust gas discharged from the diesel engine 1 flows into the DPF 3 even during the regeneration process of the DPF 3, and the NO 2 generated from the NOx in the exhaust gas is also PM. Used for combustion to produce NO. Since NO generated from NOx in the exhaust gas also flows into the selective reduction type NOx catalyst 13, the amount of NO generated from NOx in the exhaust gas flowing during regeneration of the DPF 3 is estimated from the engine operating state. It is more preferable to increase the amount of urea water to be injected from the injection nozzle 15 by an amount corresponding to this NO amount.
[0033]
The urea water supply device 17 is also operated when the DPF 3 is not regenerated, and a predetermined amount of urea water is injected into the exhaust pipe 4 from the injection nozzle 15. This is because a reducing agent (urea) is required to purify NOx in the exhaust gas by the selective reduction type NOx catalyst 13 when the DPF 3 is not regenerated, and the NOx concentration in the exhaust gas is determined from the operating state of the diesel engine 1. The amount of urea water required to purify and purify this NOx is injected from the injection nozzle 15.
[0034]
[Other Embodiments]
In the first and second embodiments described above, the NO 2 supply means is constituted by the urea water supply device 7, the injection nozzle 5 and the catalyst carried by the DPF 3, but the NO 2 supply means is shown in FIG. It is also possible to configure as shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same aspect part as 1st Embodiment in the figure.
[0035]
In the example shown in FIG. 4, the DPF 3 does not carry a catalyst, an oxidation catalyst 18 is installed in the middle of the exhaust pipe 2 upstream of the DPF 3, and an injection nozzle 5 that injects urea water upstream of the oxidation catalyst 18 is provided. It is installed. Urea water supply device 7 urea water injected from the injection nozzle 5 through the supply pipe 6 is hydrolyzed to produce ammonia, it is oxidized NO 2 when the ammonia passes through the oxidation catalyst 18 is generated This NO 2 is used for burning PM of DPF 3. In this case, the NO 2 supply means is constituted by the urea water supply device 7, the injection nozzle 5, and the oxidation catalyst 18.
[0036]
In the example shown in FIG. 5, the DPF 3 does not carry a catalyst, the NO 2 supply pipe 19 is connected to the exhaust pipe 2, an oxidation catalyst 18 is installed in the middle of the NO 2 supply pipe 19, and the upstream of the oxidation catalyst 18. An injection nozzle 5 for injecting urea water is installed. Urea water supply device 7 urea water injected from the injection nozzle 5 through the supply pipe 6 is hydrolyzed to produce ammonia, it is oxidized NO 2 when the ammonia passes through the oxidation catalyst 18 is generated The NO 2 is supplied into the exhaust pipe 2 through the NO 2 supply pipe 19 and is used for burning PM of the DPF 3. Also in this case, the NO 2 supply means is configured by the urea water supply device 7, the injection nozzle 5, and the oxidation catalyst 18.
[0037]
【The invention's effect】
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to the present invention, a PM trapping means in the exhaust passage is provided with, and NO 2 supply means for supplying NO 2 in the PM collecting means, the NO 2 supply means urea The particulate matter collected by the PM collecting means is converted to NO 2 by the urea supply means for supplying the catalyst and the catalyst having the oxidizing ability for reacting the urea supplied from the urea supply means. Therefore, the PM trapping means can be reliably regenerated.
[0038]
Further, if provided with a NOx catalyst downstream of the PM trapping means can purify NOx in the exhaust gas increased by the supply of NO 2 from NO 2 supply means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration in a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a regeneration processing control procedure of the PM collecting means in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration in a second embodiment of an exhaust gas purification apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the NO 2 supply means in the exhaust gas purification apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing still another embodiment of the NO 2 supply means in the exhaust gas purification apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine (internal combustion engine)
2, 4, 14 Exhaust pipe (exhaust passage)
3 DPF (PM collection means)
5 Injection nozzle (urea supply means, NO 2 supply means)
6 Supply pipe (urea request means, NO 2 supply means)
7 Urea water supply device (urea supply means, NO 2 supply means)
8 ECU
13 Selective reduction type NOx catalyst (NOx catalyst)
18 Oxidation catalyst (NO 2 supply means)

Claims (2)

内燃機関から排出される酸素を過剰に含む排気ガスが流れる排気通路に、粒子状物質を捕集するＰＭ捕集手段と、前記ＰＭ捕集手段にＮＯ 2 を供給するＮＯ 2 供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯ 2 供給手段は尿素を供給する尿素供給手段と、前記尿素供給手段から供給された尿素を反応させる酸化能を有する触媒と、から構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An exhaust passage through which exhaust gas flows containing excess oxygen discharged from the internal combustion engine, and PM trapping means for trapping particulate matter, and NO 2 supply means for supplying NO 2 in the PM collecting means, the In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided, the NO 2 supply means is composed of a urea supply means for supplying urea and a catalyst having an oxidizing ability for reacting urea supplied from the urea supply means. An exhaust emission control device for an internal combustion engine characterized by the above. 前記ＰＭ捕集手段の下流にＮＯx触媒を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a NOx catalyst downstream of the PM collecting means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10020170C1 (en) * 2000-04-25 2001-09-06 Emitec Emissionstechnologie Process for removing soot particles from the exhaust gas of internal combustion engine comprises feeding gas through collecting element, and holding and/or fluidizing until there is sufficient reaction with nitrogen dioxide in exhaust gas
US7829033B2 (en) 2003-07-03 2010-11-09 Fuel Tech, Inc. Selective catalytic reduction of NOx enabled by sidestream urea decomposition
KR20030047201A (en) * 2001-12-08 2003-06-18 현대자동차주식회사 Regeneration system for diesel particulate filter
DE10308288B4 (en) * 2003-02-26 2006-09-28 Umicore Ag & Co. Kg Process for the removal of nitrogen oxides from the exhaust gas of a lean-burned internal combustion engine and exhaust gas purification system for this purpose
DE10308287B4 (en) * 2003-02-26 2006-11-30 Umicore Ag & Co. Kg Process for exhaust gas purification
JP4671834B2 (en) * 2005-10-18 2011-04-20 日野自動車株式会社 Engine exhaust gas purification device
US8109077B2 (en) * 2006-10-11 2012-02-07 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Dual injector system for diesel emissions control
JP5066435B2 (en) * 2007-12-14 2012-11-07 東京濾器株式会社 Exhaust gas purification equipment for diesel engines
JP5316266B2 (en) * 2009-07-03 2013-10-16 いすゞ自動車株式会社 Reducing agent supply device for urea SCR catalyst
KR101317411B1 (en) * 2011-10-13 2013-10-18 기아자동차주식회사 System of regenerating gasoline particulate filter and method thereof
JP6680624B2 (en) 2016-06-07 2020-04-15 日野自動車株式会社 Exhaust gas purification device
JP2018087497A (en) * 2016-11-28 2018-06-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Exhaust gas purifying apparatus
KR102335497B1 (en) * 2020-09-22 2021-12-08 한국전력공사 Exhaust gas purification device for diesel engine and passive regeneration method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3358392B2 (en) * 1995-06-15 2002-12-16 トヨタ自動車株式会社 Diesel engine exhaust purification system
JP3201237B2 (en) * 1995-11-15 2001-08-20 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JPH10121939A (en) * 1996-10-16 1998-05-12 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device for diesel engine

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