JP3627372B2 - Diesel engine exhaust purification system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼル機関において、排気ガス中の二酸化窒素(NO2)の生成を抑制するディーゼル機関の排気浄化装置に関するものである。より詳しくは複数種類の酸化触媒を使用せず、かつ酸化触媒の触媒活性度を抑制することなくディーゼル機関の排気ガス中のNO2の割合を減じるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来からディーゼル機関の排気系には酸化触媒が装着されている。酸化触媒は排気ガス中の主として炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、パティキュレート(すす、サルフェート、可溶性有機物(SOF)等からなる未燃焼成分)を酸化して排気ガスの浄化を図るものである。特にディーゼル機関用の酸化触媒として低温活性がよくSOFに対する耐久性のよい白金(Pt)系触媒が多用されている。
【0003】
ところで、Pt系酸化触媒では高負荷状態で長時間走行した後で、例えばアイドリングのような低負荷状態に移行すると高温化した触媒の活性力により不具合が生ずる。すなわち、Pt系酸化触媒によってHCやCO等が酸化されるのみならず、窒素酸化物(NOx)における一酸化窒素(NO)が二酸化窒素(NO2)に酸化される現象が生じてしまう。このNO2は更に酸化されて硝酸(HNO3)となり酸臭の原因となる物質である。そのため、例えば特開平6−22936号公報にはPt系酸化触媒の下流に、パラジウム(Pd)系酸化触媒を配置し、このPd系酸化触媒によってNO2を分解或いは還元して排気ガス中のNO2
の割合を減じる技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Pt系に加えPd系の酸化触媒を直列に装着することは排気圧損が大きくなり燃費悪化につながる。また、Pd系酸化触媒は高価な部材であるため、これを装着することは完成車両自体の高コスト化に反映されてしまう。ここで、Pd系酸化触媒を使用せずに排気ガス中のNO2の割合を減じる手段として、Pt系酸化触媒の触媒活性度を抑制することも考えられる。ところが、活性度を抑制した場合には却って、Pt系酸化触媒の本来の目的であるHC、CO及びパティキュレート等を酸化する能力が低下してしまうおそれがある。
【0005】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は運転状態に応じて酸化触媒の上流から還元剤を供給して排気ガス中のNO2の割合を減じるようにするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、図1に示すように、前記ディーゼル機関に取り込まれた外気の空気流量又は空気流量相当値を検出するための空気流量等検出手段M1と、前記酸化触媒M2又は排気ガスの温度又は温度相当値を検出するための温度等検出手段M3と、前記空気流量等検出手段M1により検出された空気流量又は空気流量相当値が所定値以下であり、なおかつ前記温度検出手段M3により検出された温度又は温度相当値が、前記酸化触媒によりNOが酸化されてNO2が生成される所定温度以上であることを判定する判定手段M4と、同判定手段M4の判定結果が前記空気流量又は空気流量相当値が前記所定値以下であり、なおかつ前記温度又は温度相当値が前記所定温度以上であると判定された場合には、還元剤を酸化触媒上流より供給する還元剤供給手段M5とを有するような構成とした。
【0007】
このように構成した請求項1の発明では、空気流量等検出手段M1により空気流量或いは空気流量に相当する相当値を検出する。一方、温度等検出手段M3は酸化触媒M2又は排気ガスの温度或いはこれらの温度に相当する相当値を検出する。判定手段M4は検出された空気流量或いはその相当値から所定の空気流量、すなわちどのような運転状態にあるか判定し、また検出された温度或いはその相当値から酸化触媒M2内の温度状態を判定する。そして、判定の結果浄化処理が必要な状態であれば、還元剤供給手段M5は判定手段M4の要求に応じて還元剤を酸化触媒上流より供給する。
【0008】
また、請求項2の発明においても図1に示すような構成となり、請求項1の発明における判定手段M4を前記空気流量等検出手段M1により検出された空気流量が所定値以下であり、なおかつ前記温度等検出手段M3により検出された温度が、前記酸化触媒によりNOが酸化されてNO2が生成される所定温度範囲である場合に浄化処理を要求するような構成とした。すなわち、請求項2の発明では請求項1の発明とは異なり判定手段M4が、酸化触媒によりNOがNO2に酸化生成される所定温度範囲にあるかどうかを判定する。すなわち、検出された温度から酸化触媒M2内が浄化処理を必要とする程度の高温かどうかを判定するとともに、還元剤を供給するまでもないくらいの非常な高温かどうかを判定する。そして、判定の結果浄化処理が必要な状態であれば、還元剤供給手段M5は判定手段M4の要求に応じて還元剤を酸化触媒上流より供給する。
【0009】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、この発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
図2に示すように、ディーゼルエンジン(以下単にエンジンと表す)1は燃焼室2を含む気筒を複数有する。エンジン1の吸入過程において、各気筒毎に設けられた吸気ポート3が吸気バルブ4により開かれることにより、エアクリーナを通じて吸気通路6に吸入される外気が各燃焼室2に流れ込む。各気筒毎に設けられた第一の燃料噴射ノズル7は、第一の燃料噴射ポンプ8より燃料ライン7aを通じて圧送される燃料を各燃焼室2へ噴射する。エンジン1の圧縮工程において、各燃焼室2に導入された燃料及び外気がピストン9の上動により加圧されて爆発・燃焼することにより、ピストン9の下動してクランクシャフト10が回転し、エンジン1に駆動力が得られる。エンジン1の排気工程において、各気筒毎に設けられた排気ポート11が排気バルブ12により開かれることにより、各燃焼室2において生じた排気ガスが排気通路13へ導入され、更に外部に排出される。
【0011】
排気通路13にはPt系酸化触媒14が装着されている。酸化触媒14は例えばコーディエライトのモノリス基材にアルミナ(Al2O3)をコートし、モノ
リス担体をPtの硝酸アンモニウム溶液に浸漬し焼結して得られる。排気ポート11と酸化触媒14の間には還元剤供給手段としての第二の燃料噴射ノズル15が設けられている。第二の燃料噴射ノズル15は還元剤供給手段としての第二の燃料噴射ポンプ16より燃料ライン15aを通じて圧送される燃料を排気通路13内に噴射する。
【0012】
吸気通路6に設けられたスロットルバルブ17はアクセルペダル18の操作に連動して作動し、吸気通路6を選択的に開閉する。このスロットルバルブ17の開度に応じ、吸気通路6に吸入される外気の量、すなわち、吸気流量Qcが調整される。第一の燃料噴射ポンプ8はドライブシャフト8aを有し、そのドライブシャフト8aはクランクシャフト10に連結される。従って、ドライブシャフト8aはクランクシャフト10の回転に同期して回転され、第一の燃料噴射ポンプ8はエンジン1の回転に連動して駆動される。
【0013】
エアクリーナ5に隣接して設けられた吸気流量検出手段としてのエアフロメータ61は吸気通路6に吸入される吸気流量Qcを実測し、その量に応じた信号を出力する。エアフロメータ61に隣接して設けられた吸気温センサ62は吸気通路6に吸入される外気温度(吸気温度)THAを検出し、その検出温度に応じた信号を出力する。スロットルバルブ17の近傍に設けられたアクセル開度検出手段としてのスロットルセンサ63は、同バルブ17の開度(スロットル開度)TAを検出し、その検出値に応じた信号を出力する。吸気通路6に設けられた吸気圧センサ64は、吸気通路6における吸気圧力PMを検出し、その圧力に応じた検出信号出力をする。第一の燃料噴射ポンプ8に設けられた回転速度センサ65は、クランクシャフト10の回転速度すなわちエンジン1の回転速度NEをドライブシャフト8aの回転に基づいて間接的に検出し、その速度に応じた一連のパルス信号を出力する。酸化触媒14に設けられた温度検出手段としての触媒温センサ66は、酸化触媒14の温度(触媒温度)Tcを検出し、その検出温度に応じた信号を出力する。
【0014】
ここで、ECU(電子制御装置)71は前述した各種センサ等61〜66から出力される信号を入力する。ECU71はそれらの入力信号の内、エアフロメータ61及び触媒温センサ66からの吸気流量Qc及び触媒温度Tcに基づき第二の燃料噴射ポンプ16を制御する。ここに、第二の燃料噴射ポンプ16の制御とは酸化触媒14が所定温度範囲内でかつエンジン1の負荷が所定値より低い場合に第二の燃料噴射ポンプ16を駆動させて第二の燃料噴射バルブ15から軽油を吸気通路6内に噴射させる制御をいう。
【0015】
ECU71は中央処理装置(CPU)72、読み出し専用メモリ(ROM)73及びランダムアクセスメモリ(RAM)74、バックアップRAM75等を備える。ECU71はこれら各部72〜75と、A/D変換器を含む外部入力回路76等、外部出力回路77等とをバス78により接続してなる論理演算回路を構成する。判定手段としてのCPU71は演算制御に機能と、カウンタの機能を兼ね備え、ROM72に記憶された制御プログラムを実行する。ROM72は所定の制御プログラムや関数データ等を予め記憶する。RAM73はCPU72の演算結果等を一時記憶する。前述した各センサ等61〜66は外部入力回路77に接続される。前述した第二の燃料噴射ポンプ16は外部出力回路76に接続される。バックアップRAM74はECU71への電力供給が停止されてもデータが消去されないようRAM73内の各種データを保存する。CPU72は外部入力回路76を介して入力される各センサ等61〜66の信号を入力値として読み込む。そして、それら値に基づいて第二の燃料噴射ポンプ16の制御を実行する。
【0016】
次に、CPU72によって実行される各種処理のうち、第二の燃料噴射ノズル15からの軽油の噴射制御、すなわち第二の燃料噴射ポンプ16を制御するための「噴射制御ルーチン」について図3及び図4に基づいて説明する。CPU72はこのルーチンを所定の時間間隔をもって周期的に実行する。
【0017】
まず、CPU72はステップ100において触媒温センサ66及びエアフロメータ61からの検出信号に基づき、触媒温度Tc及び吸気流量Qcをそれぞれ読み込む。そして、CPU72はステップ110で触媒温度Tcが所定の設定値T1及び設定値T2の範囲内にあるかどうかの判定をする。ここに、触媒温度Tcの設定値T1及び設定値T2は空気流量が少ない状態で酸化触媒14によってNOが酸化されてNO2が生成される温度帯を画する値である。本実施の形態1では空気流量が少ない状態としてアイドル状態にある場合の設定値T1及び設定値T2を図4に示す。
【0018】
図4のグラフはアイドル状態(空気流量小)における触媒温度TcとNOxに占めるNO2の発生量との関係を示している。このグラフによると、NOx全体の発生量は触媒温度Tcの変化にもかかわらず、大きな変動はない。しかし、極めて高温の状態から徐々に触媒温度Tcが降下してくると、設定値T2を境にNOxにおけるNO2の割合が増す傾向にある。すなわち、酸化触媒14によってNOが酸化されてNO2が生成するからである。このNO2はさらに酸化が進むとHNO3に変わり異臭の原因となる。一方、触媒温度Tcが更に降下すると設定値T1を境に再びNO2の割合が減りNO主体のNOxとなる傾向にある。
【0019】
CPU72はステップ110で触媒温度TcがこのNO2が発生する温度帯として設定された設定値T1及び設定値T2間にあると判定すると、ステップ120で吸気量Qcが所定の設定値Q1よりも小さいかどうかの判定をする。ここに、ステップ110で吸気量Qcの判定を行うのはエンジン1がアイドル状態(空気流量小)にあるかどうかを検出するものである。本実施の形態1においてステップ110及びステップ120の処理を実行するCPU72は判定手段に相当する。
【0020】
次いで、CPU72はステップ130において、現在エンジン1が駆動中であるかどうかを第一の燃料噴射ポンプ8の燃料噴射状態から判断する。そして、CPU72はステップ130において燃料噴射中、すなわち現在エンジン1が駆動中であると判断すると、ステップ140において、第二の燃料噴射ポンプ16を駆動制御して第二の燃料噴射バルブ15からアイドル時における所定量の軽油を吸気通路6内に噴射させる。噴射された軽油の主成分はHCであり、酸化触媒14内において還元剤として働く。すなわち、生成されたNO2は軽油に酸素を奪われNOに還元される。一方、軽油は更に酸化触媒14に酸化されてH2、CO2等に分解される。このように、軽油の供給により触媒温度Tcが設定値T1より大きく設定値T2より小さい場合にNO2が還元され、その発生が最も抑制され、引いてはHNO3が生成されずアイドル状態における異臭が防止される。また、酸化触媒14中の酸素はNOよりも軽油と反応し易いため、NOがNO2に酸化され難くなる。本実施の形態1においてステップ140の処理を実行するCPU72は還元剤噴射制御手段に相当する。
【0021】
一方、ステップ110において触媒温度Tcが設定値T1及び設定値T2間にない場合には一旦処理は終了する。すなわち、触媒温度Tcが設定値T1よりも小さい場合には、軽油を噴射させるまでもなく酸化触媒14の温度が低いためNOが酸化されてNO2が生成されてしまうことがないからである。更に、軽油の噴射は燃費の悪化にもつながる。また、逆に触媒温度Tcが設定値T2よりも大きい場合には軽油を噴射しなくともNO2の生成が減少する。すなわち、NOとNO2との酸化反応系は
2NO+O2⇔2NO2
で示される一種の化学平衡の状態にあり、特に高温下においては酸化触媒14の酸化力にもかかわらず反応は左の方向に移動するようになるからである。むしろ、高温下での軽油の添加はサルフェートの発生を助長し、燃費の悪化にもつながる。
【0022】
また、ステップ120において吸気量Qcが所定の設定値Q1以上の場合も一旦処理は終了する。この場合、例えば走行時のような高負荷状態では十分吸気量があり吸気量Qcは所定の設定値Q1以上である。従って、排気ガス量も多いため生成されたHNO3は排気ガス中で希釈されることとなる。従って、NOx全体としての基準排出量をクリアさえしていれば、NO2が発生しても問題とはならない。更に、ステップ130において燃料噴射中ではない、すなわち現在エンジン1がストップしている場合も処理は終了する。
【0023】
以上説明したように、本実施の形態1のディーゼル機関の排気浄化装置によれば、次のような効果が奏される。
(1)アイドル状態のような吸排気量が少ない低負荷状態において、酸化触媒14の温度が上昇すると、この触媒14によってNOが酸化されてNO2が生成される。しかし、上記の実施の形態では触媒温度Tcが高い場合には第二の燃料噴射ポンプ16を制御して第二の燃料噴射バルブ15から所定量の軽油を吸気通路6内に噴射させるようにした。このため、NOが酸化されてNO2が生成されることがなくなり、また生成されたNO2はNOに還元される。従って、NO2由来の硝酸が生成されず異臭がすることはない。更に、従来のようにPd系の酸化触媒を併設する必要がなくなり、またNO2の発生を抑制するために酸化触媒14の酸化力も低下させる必要もない。
【0024】
(2)触媒温度Tcが設定値T1より大きく設定値T2より小さい場合にのみ軽油を噴射させるようにした。すなわち、NO2をNOに還元する場合、或いはNOのNO2への酸化を防止する場合に効果がある場合にのみ軽油噴射をさせるようにしたため、燃費の低下を極力防止することができる。
【0025】
(3)触媒温度Tcを酸化触媒14に設けられた触媒温センサ66にて直接検出するようにしたため、触媒温度Tcの温度誤差が少なく、より微妙な第二の燃料噴射バルブ15の制御が可能となる。
【0026】
(実施の形態2)
次に、この発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置の実施の形態2を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施の形態2において、上記実施の形態1と同一に部材については同一の符号を付して説明を省略する。この実施の形態2では特に実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
【0027】
実施の形態2では図5から分かるように、実施の形態1において設けられていた触媒温センサ65がない。本実施の形態2においては触媒温度Tcは燃料噴射量なまし値FMC及びアイドル状態の継続時間に基づいて推定的に算出する。また、空気流量はアイドル状態にあることをもって推定的に算出する。図6は空気流量相当値と温度相当値を検出する「NO2発生検出ルーチン」を示すフローチャートである。CPU72はこのルーチンを所定の時間間隔をもって周期的に実行する。
【0028】
ステップ200において、CPU72は以下の式に従って燃料噴射量なまし値FMCを算出する。
FMC=(n−1/n)*FMC0+(1/n)*Fi
すなわち、CPU72は(n−1/n)の重み付けをした前回までの積算した燃料噴射量なまし値FMC0に、(1/n)の重み付けをした今回の燃料噴射量Fiを加え、今回の燃料噴射量なまし値FMCを算出する。一般に、出力と供給燃料の関係では、例えば低出力状態から高出力状態に移行した場合において、燃料噴射量を出力変化に即応させず目標噴射量に徐々に達するようにする必要がある。すなわち、急激な運転条件の変化により生ずる急加速や急減速時のショックを軽減するためである。燃料噴射量なまし値FMCはその目的のために採用されるパラメータであり、常に前回までの積算燃料噴射量FMC0と今回の燃料噴射量Fiに対して重み付けを行い、現在までの積算燃料噴射量を算出する。すなわち、過去の運転履歴が如実に反映されるため、燃料噴射量なまし値FMCが大きいほど高負荷状態で走行したこととなる。本実施の形態2では重みnに64の係数を与えるものとする。
【0029】
次いでCPU72はステップ210において、スロットルセンサ63によって検出されたスロットル開度TAからエンジン1がアイドル状態かどうかを判断する。CPU72はステップ210でエンジン1がアイドル状態であると判断すると、ステップ220において、今回の燃料噴射量なまし値FMCが設定値FMC1より大きいかどうかを判断する。そして、設定値FMC1より大きいと判断するとステップ230に移行する。すなわち、燃料噴射量なまし値FMCが大きいということは、高負荷運転が続いてきたということであり酸化触媒14も高熱になっていると推定できる。従って、CPU72はステップ230で酸化触媒14が高温状態にあると判定し、高温状態判定フラグFGを設定する。そして、CPU72はステップ240で所定時間を反映した温度相当値たるカウンタ値CFCを「1」だけインクリメントさせ一旦処理を終了する。本実施の形態2においてステップ210はアクセル開度検出手段に相当する。
【0030】
一方、CPU72はステップ210でエンジン1がアイドル状態ではないと判定すると、ステップ250でカウンタ値CFCを「0」にリセットした上で処理を一旦終了する。また、CPU72はステップ220で今回の燃料噴射量なまし値FMCが設定値より大きくないと判定すると処理をステップ240に移行させる。本実施の形態2においてステップ200〜250は空気流量相当値及び温度相当値検出手段に相当する。
【0031】
次いで、図7のフローチャートに基づいて第二の燃料噴射ポンプ16を制御するための「噴射制御ルーチン」を説明する。CPU72はこのルーチンを所定の時間間隔をもって周期的に実行する。
【0032】
CPU72はステップ300において、上記「NO2発生検出ルーチン」で得られたカウンタ値CFCが設定値CFC1及び設定値CFC2の範囲内にあるかどうかを判定する。すなわち、カウンタ値CFCが設定値CFC2以上と判定すればアイドル状態(空気流量小)が長く続いたとして、酸化触媒14の温度は既に下がっているわけであり軽油を噴射させる必要はない。また、カウンタ値CFCが設定値CFC1以下と判定すればアイドル状態が短いか、或いはアイドル状態ではないと判断できる。CPU72はカウンタ値CFCが設定値CFC1及び設定値CFC2の範囲内にないと判定するとステップ310においてフラグをリセットし、処理を一旦終了する。
【0033】
一方、CPU72はステップ300でカウンタ値CFCが設定値CFC1及び設定値CFC2の範囲内にあると判定すると、ステップ320において上記「NO2発生検出ルーチン」の高温状態判定フラグFGが設定されているかどうかを判定する。ここに、フラグFGが設定されていないということは、今回の燃料噴射量なまし値FMCが設定値FMC1より大きくない、つまり酸化触媒14がNO2を生成する程には高温化していないということであり、一旦処理を終了する。しかし、このフラグFGが設定されていると判定した場合には酸化触媒14がNO2を生成する所定の温度範囲にあるわけであり、ステップ330に移行して第二の燃料噴射ポンプ16を駆動制御して第二の燃料噴射バルブ15から所定量の軽油を吸気通路6内に噴射させ、処理を一旦終了する。本実施の形態2においてステップ300及び320は判定手段に相当する。また、ステップ330の処理を実行するCPU72は還元剤噴射制御手段に相当する。
【0034】
以上説明したように、本実施の形態2のディーゼル機関の排気浄化装置によれば、実施の形態1の(1)、(2)の効果に加え次のような効果が奏される。
(1)触媒温度Tcの温度相当値として燃料噴射量なまし値FMCとアイドル継続時間とにより検出するようにしたため、触媒温センサ66を設ける必要がなく、同センサ66にかかるコストの削減となる。
【0035】
(2)前記空気流量等検出手段としてスロットルセンサ63を用い、空気流量相当値としてのスロットル開度TAを得るようにしたため、空気流量値を直接検出しなくともよく、必ずしもエアフロメータ61を設ける必要がない。
【0036】
(3)燃料噴射量なまし値FMCを利用する他にはスロットルセンサ63の検出値を用いるだけで温度相当値と空気流量相当値を検出することができ、複数のセンサを必要としない。
【0037】
尚、この発明は次のような別の実施形態に具体化することもできる。以下の別の実施形態でも、前記実施形態と同等の作用及び効果を得ることができる。
(1)上記実施形態1及び2では、アイドル時において還元剤たる軽油を噴射するようにしていた。しかし、アイドル時以外でも空気流量が少ない状態であれば軽油を噴射するようにしてもよい。その場合、CPU72はスロットルセンサ63の検出値に応じて軽油噴射量を変更する。
【0038】
(2)上記実施形態1及び2では、温度又は温度相当値が所定範囲内であった。実施の形態1では噴射制御ルーチンのステップ110では触媒温度Tcは設定値T1及び設定値T2間にあるかどうかを判定していた。また、実施の形態2では温度相当値たるカウンタ値CFCが設定値CFC1及び設定値CFC2の範囲内にあるかどうかを判定していた。しかし、温度又は温度相当値は所定値以上であれば必ずしも上限を設定しなくともよい。
【0039】
(3)上記実施形態1では空気流量としてエアフロメータ61によって吸気容量を検出するようにしていた。しかしこれを、エンジン1の下流側に排気ガス流量センサを設け、直接排気ガスとしての空気流量を検出するようにしてもよい。
【0040】
(4)上記実施形態2では空気流量相当値としてスロットルセンサ63を用い、空気流量相当値としてのスロットル開度TAを得るようにしたが、実施の形態1と同様にエアフロメータ61によって吸気容量を検出するようにしてもよい。また、排気ガス流量センサを設けてもよい。
【0041】
(5)上記実施形態2では温度相当値として燃料噴射量なまし値FMCとアイドル継続時間とにより検出された検出値を用いたが、これを触媒温センサ66使用するようにしてもよい。
【0042】
(6)上記実施形態1及び2では、還元剤として軽油を使用したが、軽油以外の炭化水素HC(プロパンガス等)、水素、尿素、アンモニア等でもよい。
(7)上記実施形態1及び2では、還元剤供給手段としての第二の燃料噴射ノズル15は排気ポート11と酸化触媒14の間に設けられていた。しかし、排気ガス中の軽油割合を増加させればよいため、位置はこの間に限定されない。例えば、それが燃焼室2であってもよい。この場合、第二の燃料噴射ノズル15の代わりに還元剤供給手段として第一の燃料噴射ノズル7を使用することが可能である。すなわち、第一の燃料噴射ノズル7を制御してエンジン1の通常の圧縮工程で燃料を噴射するだけでなく、膨張或いは排気工程にある場合に軽油を噴射させるようにしてもよい。
【0043】
(8)第二の燃料噴射ポンプ16の代わりに第一の燃料噴射ポンプ8を共用してもよい。
(9)酸化触媒として上記実施の形態1,2のPt系酸化触媒以外の酸化触媒であってもよい。
【0044】
更に、以上の実施例によって把握されるその他の技術的思想について、その効果とともに以下に記載する。
(a)前記空気流量等検出手段は吸気流量を検出する吸気流量検出手段である請求項1又は2に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。このように構成すると、請求項1又は2の作用・効果に加えわざわざ排気流量検出手段を設けなくとも空気流量を検出することができる。
【0045】
(b)前記空気流量等検出手段は空気流量相当値としてアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段である請求項1又は2に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。このように構成すると、請求項1又は2の作用・効果に加え空気流量を直接検出する手段を設けずとも空気流量に相当する空気流量相当値として検出することができる。
【0046】
(c)前記温度等検出手段の温度相当値は、燃料噴射量演算手段により演算される燃料噴射量の積算値とアクセル開度継続時間演算手段により演算される低出力状態の継続時間である請求項1、請求項2、付記(a)又は付記(b)のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。このように構成すると、請求項1、請求項2、付記(a)又は付記(b)のいずれかの作用・効果に加え触媒温度を直接検出する手段を設けずとも触媒温度に相当する温度相当値として検出することができる。
【0047】
(d)付記(c)の燃料噴射量演算手段は燃料噴射量なまし値を演算するものであるディーゼル機関の排気浄化装置。
(e)還元剤供給手段はエンジンと酸化触媒の間に設けられている請求項1、請求項2又は付記(a)〜(d)のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
【0048】
(f)還元剤供給手段は燃料噴射ノズルであって、同燃料噴射ノズルにはエンジンに燃料を供給するための燃料噴射ポンプとは別体の燃料噴射ポンプから空気流量又は空気流量相当値に応じた所定の燃料を圧送する請求項1又は2若しくは付記(a)〜(e)に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。従って、ディーゼル機関におけるエンジン用の燃料噴射ポンプに負荷をかけることなく触媒に燃料を供給することができる。
【0049】
(g)還元剤供給手段は軽油を噴射する燃料噴射ノズルである請求項1、請求項2又は付記(a)〜(f)のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。このようにすれば、ディーゼル機関においてもっとも一般的な燃料の軽油を使用して触媒に燃料を供給することができる。
【0050】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、アイドル状態のような空気流量が少ない状態において、酸化触媒の温度が上昇したとしても還元剤供給手段によって還元剤を噴射させるため、NO2の生成が抑えられる。
【0051】
請求項2に記載の発明によれば、アイドル状態のような空気流量が少ない状態において、酸化触媒の温度が上昇した場合にNO2が最も生成され易い温度帯において還元剤供給手段によって還元剤を噴射させるため、NO2の生成が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す概念構成図。
【図2】本発明の実施の形態1におけるエンジンシステムの概略構成図。
【図3】実施の形態1の「噴射制御ルーチン」を示すフローチャート。
【図4】アイドル時における触媒温度とNOxに占めるNO2の発生量との関係を示すグラフ。
【図5】本発明の実施の形態2におけるエンジンシステムの概略構成図。
【図6】実施の形態2の「NO2発生検出ルーチン」を示すフローチャート。
【図7】実施の形態2の「噴射制御ルーチン」を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…ディーゼル機関としてのエンジン、14…酸化触媒、15…還元剤供給手段たる第二の燃料噴射バルブ、16…還元剤供給手段たる第二の燃料噴射ポンプ、63…空気流量等検出手段、吸気流量検出手段、アクセル開度検出手段たるスロットルセンサ、66…温度等検出手段たる触媒温センサ、72…温度等検出手段、判定手段、還元剤噴射制御手段たるCPU。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a diesel engine in which nitrogen dioxide (NO) in exhaust gas is used.2The present invention relates to an exhaust emission control device for a diesel engine that suppresses the generation of). More specifically, NO in the exhaust gas of a diesel engine without using multiple types of oxidation catalysts and without suppressing the catalytic activity of the oxidation catalyst.2The ratio is reduced.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an oxidation catalyst is attached to the exhaust system of a diesel engine. The oxidation catalyst purifies exhaust gas by oxidizing mainly hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and particulates (unburned components including soot, sulfate, soluble organic matter (SOF), etc.) in the exhaust gas. Is. In particular, platinum (Pt) -based catalysts having good low-temperature activity and high durability against SOF are frequently used as oxidation catalysts for diesel engines.
[0003]
By the way, in a Pt-based oxidation catalyst, after traveling for a long time in a high load state, if a shift is made to a low load state such as idling, a problem occurs due to the active power of the catalyst having a high temperature. That is, not only HC and CO are oxidized by the Pt-based oxidation catalyst, but also nitrogen monoxide (NO) in nitrogen oxide (NOx) is converted to nitrogen dioxide (NO2) Will be oxidized. This NO2Is further oxidized to nitric acid (HNO3) And causes acid odor. Therefore, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-22936, a palladium (Pd) -based oxidation catalyst is disposed downstream of a Pt-based oxidation catalyst, and NO is produced by this Pd-based oxidation catalyst.2NOx in exhaust gas by decomposing or reducing2
A technique for reducing the ratio of the above is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, mounting a Pd-based oxidation catalyst in addition to the Pt-based in series increases exhaust pressure loss and leads to deterioration of fuel consumption. In addition, since the Pd-based oxidation catalyst is an expensive member, mounting it will be reflected in the cost increase of the completed vehicle itself. Here, NO in exhaust gas without using Pd-based oxidation catalyst2As a means for reducing the ratio, it is conceivable to suppress the catalytic activity of the Pt-based oxidation catalyst. However, when the activity is suppressed, there is a possibility that the ability of the Pt-based oxidation catalyst to oxidize HC, CO, particulates and the like, which are the original purposes, may be reduced.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to supply a reducing agent from the upstream side of the oxidation catalyst in accordance with the operating state, thereby reducing NO in the exhaust gas.2To reduce the percentage of
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, an air flow rate detection means M1 for detecting the air flow rate of the outside air taken into the diesel engine or an air flow rate equivalent value, and The temperature detection means M3 for detecting the temperature of the oxidation catalyst M2 or the exhaust gas or a temperature equivalent value, and the air flow rate or the air flow equivalent value detected by the air flow rate detection means M1 are not more than a predetermined value. In addition, the temperature or temperature equivalent value detected by the temperature detecting means M3 isNO is oxidized by the oxidation catalyst to generate NO2.PredeterminedtemperatureJudgment means M4 for judging the above and the judgment result of the judgment means M4Is determined that the air flow rate or the air flow equivalent value is not more than the predetermined value, and that the temperature or temperature equivalent value is not less than the predetermined temperature,Reducing agent supply means M5 for supplying the reducing agent from the upstream side of the oxidation catalyst is used.
[0007]
In the first aspect of the invention thus configured, the air flow rate or the like or the equivalent value corresponding to the air flow rate is detected by the air flow rate detection means M1. On the other hand, the temperature detection means M3 detects the temperature of the oxidation catalyst M2 or the exhaust gas or an equivalent value corresponding to these temperatures. The determination means M4 determines a predetermined air flow rate, that is, what kind of operating state it is from the detected air flow rate or its equivalent value, and determines the temperature state in the oxidation catalyst M2 from the detected temperature or its equivalent value. To do. If the result of determination is that purification is required, the reducing agent supply means M5 supplies the reducing agent from the upstream side of the oxidation catalyst in response to a request from the determination means M4.
[0008]
Further, in the invention of claim 2, the configuration as shown in FIG. 1 is adopted, and the air flow rate detected by the air flow rate detection means M1 in the determination means M4 in the invention of
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Embodiments of an exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0010]
As shown in FIG. 2, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 has a plurality of cylinders including a combustion chamber 2. In the intake process of the
[0011]
A Pt-based
It is obtained by immersing and sintering a squirrel carrier in an ammonium nitrate solution of Pt. A second
[0012]
A
[0013]
An
[0014]
Here, the ECU (electronic control unit) 71 inputs signals output from the
[0015]
The
[0016]
Next, among various processes executed by the
[0017]
First, in step 100, the
[0018]
The graph of FIG. 4 shows NO in the catalyst temperature Tc and NOx in the idle state (small air flow rate).2It shows the relationship with the generation amount. According to this graph, the total amount of NOx generated does not vary greatly despite the change in the catalyst temperature Tc. However, when the catalyst temperature Tc gradually decreases from an extremely high temperature state, the NOx in NOx becomes a boundary at the set value T2.2Tend to increase. That is, NO is oxidized by the
[0019]
In
[0020]
Next, in
[0021]
On the other hand, if the catalyst temperature Tc is not between the set value T1 and the set value T2 in
2NO + O2NO2NO2
This is because the reaction moves in the left direction in spite of the oxidizing power of the
[0022]
Further, when the intake air amount Qc is greater than or equal to the predetermined set value Q1 in
[0023]
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine of the first embodiment, the following effects are exhibited.
(1) When the temperature of the
[0024]
(2) Light oil is injected only when the catalyst temperature Tc is larger than the set value T1 and smaller than the set value T2. That is, NO2NO to NO, or NO NO2Since the light oil injection is performed only when there is an effect in preventing the oxidation of the fuel, reduction in fuel consumption can be prevented as much as possible.
[0025]
(3) Since the catalyst temperature Tc is directly detected by the
[0026]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the second embodiment, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.
[0027]
In the second embodiment, as can be seen from FIG. 5, there is no
[0028]
In
FMC = (n−1 / n) * FMC0 + (1 / n) * Fi
That is, the
[0029]
Next, in
[0030]
On the other hand, if the
[0031]
Next, an “injection control routine” for controlling the second
[0032]
In
[0033]
On the other hand, when the
[0034]
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for a diesel engine of the second embodiment, the following effects are exhibited in addition to the effects (1) and (2) of the first embodiment.
(1) Since the fuel injection amount smoothing value FMC and the idle duration time are detected as the temperature equivalent value of the catalyst temperature Tc, it is not necessary to provide the
[0035]
(2) Since the
[0036]
(3) Besides using the fuel injection amount smoothing value FMC, the temperature equivalent value and the air flow rate equivalent value can be detected only by using the detection value of the
[0037]
The present invention can be embodied in another embodiment as follows. Also in the following other embodiments, the same operations and effects as the above-described embodiments can be obtained.
(1) In
[0038]
(2) In the first and second embodiments, the temperature or the temperature equivalent value is within the predetermined range. In the first embodiment, in
[0039]
(3) In the first embodiment, the air intake volume is detected by the
[0040]
(4) In the second embodiment, the
[0041]
(5) Although the detected value detected by the fuel injection amount smoothing value FMC and the idle duration time is used as the temperature equivalent value in the second embodiment, the
[0042]
(6) In
(7) In the first and second embodiments, the second
[0043]
(8) The first
(9) The oxidation catalyst may be an oxidation catalyst other than the Pt-based oxidation catalyst of the first and second embodiments.
[0044]
Further, other technical ideas grasped by the above embodiments are described below together with the effects thereof.
(A) The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to
[0045]
(B) The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to
[0046]
(C) The temperature equivalent value of the temperature detection means is the integrated value of the fuel injection amount calculated by the fuel injection amount calculation means and the duration of the low output state calculated by the accelerator opening duration calculation means.
[0047]
(D) An exhaust emission control device for a diesel engine, wherein the fuel injection amount calculation means in (c) calculates a fuel injection amount smoothing value.
(E) The exhaust gas purification device for a diesel engine according to
[0048]
(F) The reducing agent supply means is a fuel injection nozzle, and the fuel injection nozzle responds to an air flow rate or an air flow rate equivalent value from a fuel injection pump separate from the fuel injection pump for supplying fuel to the engine. The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to
[0049]
(G) The reducing agent supply means is a fuel injection nozzle that injects light oil. An exhaust emission control device for a diesel engine according to any one of
[0050]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in a state where the air flow rate is small, such as an idle state, the reducing agent is injected by the reducing agent supply means even if the temperature of the oxidation catalyst rises.2Generation is suppressed.
[0051]
According to the second aspect of the present invention, when the temperature of the oxidation catalyst rises in a state where the air flow rate is low, such as in an idle state, NO is detected.2NO in order to inject the reducing agent by the reducing agent supply means in the temperature range where it is most likely to be generated.2Generation is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram showing the configuration of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an engine system according to
FIG. 3 is a flowchart showing an “injection control routine” according to the first embodiment;
FIG. 4 shows the catalyst temperature at the time of idling and NO in the NOx.2The graph which shows the relationship with the amount of generation.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an engine system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows “NO” in the second embodiment.28 is a flowchart showing an “occurrence detection routine”.
FIG. 7 is a flowchart showing an “injection control routine” according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ディーゼル機関に取り込まれた外気の空気流量又は空気流量相当値を検出するための空気流量等検出手段と、
前記酸化触媒又は排気ガスの温度又は温度相当値を検出するための温度等検出手段と、
前記空気流量等検出手段により検出された空気流量又は空気流量相当値が所定値以下であり、なおかつ前記温度検出手段により検出された温度又は温度相当値が、前記酸化触媒によりNOが酸化されてNO2が生成される所定温度以上であることを判定する判定手段と、
同判定手段の判定結果が前記空気流量又は空気流量相当値が前記所定値以下であり、なおかつ前記温度又は温度相当値が前記所定温度以上であると判定された場合には、還元剤を酸化触媒上流より供給する還元剤供給手段とを有することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。In the exhaust purification device of a diesel engine provided with an oxidation catalyst in the exhaust passage,
Detecting means such as an air flow rate for detecting an air flow rate of the outside air taken into the diesel engine or an air flow rate equivalent value;
A temperature detection means for detecting the temperature of the oxidation catalyst or exhaust gas or a temperature equivalent value; and
The air flow rate or the air flow equivalent value detected by the air flow rate detection means is equal to or less than a predetermined value, and the temperature or temperature equivalent value detected by the temperature detection means is NO2 oxidized by the oxidation catalyst, so that NO2 Determining means for determining that the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature to be generated ;
If the determination result of the determining means is that the air flow rate or the air flow equivalent value is less than or equal to the predetermined value and the temperature or temperature equivalent value is greater than or equal to the predetermined temperature, the reducing agent is added to the oxidation catalyst. An exhaust emission control device for a diesel engine, comprising reducing agent supply means for supplying from an upstream side.
前記ディーゼル機関に取り込まれた外気の空気流量又は空気流量相当値を検出するための空気流量等検出手段と、
前記酸化触媒又は排気ガスの温度又は温度相当値を検出するための温度等検出手段と、
前記空気流量等検出手段により検出された空気流量又は空気流量相当値が所定値以下であり、なおかつ前記温度検出手段により検出された温度又は温度相当値が、前記酸化触媒によりNOが酸化されてNO2が生成される所定温度範囲内であることを判定する判定手段と、
同判定手段の判定結果が前記空気流量又は空気流量相当値が前記所定値以下であり、なおかつ前記温度又は温度相当値が前記所定温度範囲内であると判定された場合には、還元剤を酸化触媒上流より供給する還元剤供給手段とを有することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。In the exhaust purification device of a diesel engine provided with an oxidation catalyst in the exhaust passage,
Detecting means such as an air flow rate for detecting an air flow rate of the outside air taken into the diesel engine or an air flow rate equivalent value;
A temperature detection means for detecting the temperature of the oxidation catalyst or exhaust gas or a temperature equivalent value; and
The air flow rate or the air flow equivalent value detected by the air flow rate detection means is equal to or less than a predetermined value, and the temperature or temperature equivalent value detected by the temperature detection means is NO2 oxidized by the oxidation catalyst, so that NO2 Determining means for determining that is within a predetermined temperature range in which
If the determination result of the determination means is that the air flow rate or the air flow equivalent value is less than or equal to the predetermined value and the temperature or temperature equivalent value is within the predetermined temperature range, the reducing agent is oxidized. An exhaust emission control device for a diesel engine, comprising reducing agent supply means for supplying the catalyst from upstream of the catalyst.
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