JP3815236B2

JP3815236B2 - Exhaust gas purification system and exhaust gas purification method

Info

Publication number: JP3815236B2
Application number: JP2001064295A
Authority: JP
Inventors: 正志我部
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP2002266687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化力の強いＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）を備えた排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関や一部のガソリン機関等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中から窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去するためのＮＯｘ浄化触媒について種々の研究や提案がなされている。
【０００３】
これらの触媒には、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵物質に吸蔵してＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒や尿素を加水分解してアンモニアを発生させて、そのアンモニアを還元剤としてＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒（選択的接触還元触媒）や排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）を還元剤として利用するパッシブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）や、その還元剤を積極的に，シリンダ内又は触媒上流側の排気管内に添加するアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）等がある。
【０００４】
このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒ほど複雑なエンジン制御を必要とせず、また、ＳＣＲ触媒のようにアンモニアのような危険なガスの発生がなく、更に、パッシブ型のＮＯｘ浄化触媒よりも、ＮＯｘ浄化能力が高いのでディーゼルエンジン用のＮＯｘ対策用の触媒の主流になりつつある。
【０００５】
このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、パッシブ型のＮＯｘ浄化触媒と同様な機構（メカニズム）でＮＯｘを還元するが、その機構に関しては、次の３つの反応機構が提唱されている。
【０００６】
１）未燃炭化水素（ＨＣ）を酸化触媒によって部分酸化し、ラジカルな中間ＨＣの生成物を作り、そのラジカルＨＣとＮＯｘを触媒上で反応させて、ラジカルＨＣでＮＯｘを還元し、ＮＯｘを窒素（Ｎ₂）に分解する。
【０００７】
２）ＮＯｘ中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化触媒により二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化され、この不安定なＮＯ₂が触媒上でＨＣにより還元され、ＮＯ₂はＮ₂に分解する。従って、ＮＯｘはＮ₂に分解することになる。
【０００８】
３）ＨＣによって、触媒表面を覆うの酸素（Ｏ₂）を消費し、このＯ₂が消費されたきれいな触媒表面上にＮＯｘを吸着し、Ｎ₂とＯ₂に直接分解する。
【０００９】
これらのいずれの反応機構においても、触媒表面上におけるＨＣの酸化反応が重要な役目を果たしていることが分かる。
【００１０】
そして、このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒の酸化力を高めると、約２００℃程度以下の低温域から上記の反応機構の酸化反応が活性化し、この低温域におけるＮＯｘ浄化率が向上するので、このアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒の中で、特に低温活性を向上させるために、酸化力を高めた触媒を用いて、排気ガス浄化システムを構成することが考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の酸化活性が高くなる２００℃〜３００℃程度の中温域以上では、ＮＯｘの還元剤であるＨＣが排気ガス中に残存するＯ₂によって完全に酸化されＣＯ₂，Ｈ₂Ｏになってしまうという上記の反応機構とは異なる反応が進んでしまうために、ＮＯｘの還元にＨＣが有効に使用されなくなり、ＮＯｘ浄化性能の向上が望めなくなるという問題がある。
【００１２】
その上、酸化力が強いと、３００℃程度以上の高温域では、排気ガス中のＮ₂を触媒が直接酸化し、ＮＯｘを生成してしまうので、浄化とは逆にＮＯｘが増加してしまうという問題がある。
【００１３】
この様子を図９に示す。図９は、エンジンの排気ガスを模擬したガス（ＮＯｘ濃度に対する比でＣＯ濃度が約２．７倍、ＨＣ濃度が約１倍）を各組成ガスのボンベから導入するガスより合成し、この模擬ガスを触媒に供給して各成分を浄化させ、触媒の性能を確認したものである。
【００１４】
この図９では、触媒に、低温域のＮＯｘ浄化率を向上させるため、触媒の低温活性の向上を狙って酸化力の強い触媒を用いているため、１５０℃付近の低温からＮＯｘの浄化曲線が立ち上がってＮＯｘを浄化している。しかし、３００℃以上の高温域になると、ＮＯｘの浄化曲線は低下し、マイナス側に転じており、排気ガス中のＮ₂が酸化されてＮＯｘが生成されていることが分かる。
【００１５】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低温域から高温域までの幅広い温度範囲で、排気ガス中の窒素酸化物を低減することができて、全体として排気ガス中のＮＯｘに対する浄化性能を著しく向上させることができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、次のように構成される。
【００１７】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、エンジンの燃料噴射システムの噴射制御装置に、前記触媒温度センサで検出された触媒温度によってエンジンの燃料噴射の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段を設けると共に、該噴射パターン選択制御手段が、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化システムにおいて、
前記噴射パターン選択制御手段が、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御するように構成される。
【００２１】
また、排気ガス浄化方法は、次のような特徴を有して構成される。
【００２２】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を備えた触媒装置を排気管内に設けると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を検出する触媒温度センサを設け、前記触媒温度に基づいて、該触媒温度における前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が良いガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択する排気ガス浄化方法において、
前記触媒温度が２００℃未満の場合に、主噴射の前にパイロット噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が２００℃以上で３００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、更に、主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が３００℃以上で５００℃未満の範囲内の場合には、主噴射の前にパイロット噴射を行い、この主噴射後のクランクアングルで７°以内の短い噴射間隔で近接後噴射を行い、更に、この近接後噴射の後の４０°ＡＴＤＣ以降に後噴射を行う噴射パターンを選択し、
前記触媒温度が５００℃以上の場合には、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御するように構成される。
【００２６】
この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒とは、未燃炭化水素（ＨＣ）等の還元剤を積極的に，シリンダ内又は触媒上流側の排気管中に添加するアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）の内、比較Ｐｔ等の貴金属を高分散で極微粒化して担持した、高酸化活性の触媒のことを言う。
【００２７】
そして、この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、例えばＰｔ等の貴金属をγアルミナ、ゼオライトに高担持して形成することができる。
【００２８】
また、これらの、パイロット噴射、主噴射、近接後噴射、後噴射のいずれの噴射に関しても、一回のみの噴射の場合も、また、複数回の噴射の場合も含むものである。即ち、主噴射等を複数回に分けて行ってもよい。
【００２９】
これらの構成の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を使用して、エンジンの燃料噴射の噴射パターンを触媒温度により変更しているので、排気ガス中のトータル炭化水素（ＴＨＣ）濃度や一酸化炭素（ＣＯ）濃度がその温度によるＮＯｘ浄化の触媒作用による化学反応を促進させるのに適した濃度になる。そのため、ＮＯｘ浄化率が向上し、低温域から高温域の幅広い温度域に渡って、高いＮＯｘ浄化率が実現される。
【００３０】
また、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ触媒を用いているので、トータル炭化水素（ＴＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）、更には、微粒子（ＰＭ）も酸化され、排気ガスの浄化が効率よくまた幅広く行われる。
【００３１】
その上、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による硫黄被毒にも強い触媒が多いので、燃料中の硫黄濃度に触媒性能が影響されることが少なくなる。
【００３２】
そして、ＮＯｘ浄化性能が高いので、エンジン本体の燃費、出力が最大限向上される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
〔排気ガス浄化システム〕
図１に示すように、この酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）４は触媒装置５に組み込まれ、エンジン１０の排気通路３に配設される。このエンジン１０は、電子制御付噴射システム（燃料噴射システム）１１とこの電子制御付噴射システム１１を制御する噴射制御用電子制御コントローラ（噴射制御装置）１２を有して構成される。
【００３５】
このＮＯｘ浄化触媒４は、通常の触媒構造体と同じようにモノリス触媒として構成され、担持体上にアルミナ等の多孔質コート材で形成した触媒担体の担持層に、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４を担持して形成される。
【００３６】
この酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４は例えばＰｔ等の貴金属をγアルミナ、ゼオライトに高担持して形成される。
【００３７】
そして、このアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４を備えた触媒装置５は、排気管２に設置され、下流側には消音器６が設けられる。
【００３８】
この電子制御付噴射システム１１は、自由度の高いコモンレール電子制御燃料噴射装置で形成され、噴射制御用電子制御コントローラ１２との組み合わせにより、燃料噴射時期や１サイクル中の燃料噴射回数を変化することができる。
【００３９】
そして、燃料タンク１３からの燃料を制御しながら、シリンダの燃焼室内に燃料を噴射している。燃焼室から排出された排気ガスは、この電子制御された燃料噴射システムによって排気ガスのガス組成を制御されて、触媒装置５に入り、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒４でＮＯｘが浄化され、超低公害の排気ガスにされた後に、消音器６を経由して大気中に放出される。
【００４０】
また、噴射制御用電子制御コントローラ１２は、図２に示すようにエンジンコントロールユニット（ＥＵＣ）と呼ばれる電子制御の制御装置に組入れられて構成され、エンジン１０に取り付けてある各センサ（エンジンの情報センサ）とＮＯｘ浄化触媒４の温度Ｔｃを計測する触媒温度センサ４ｓからの出力信号を得て、予め運転条件等によって記憶した制御内容や制御方法によって、噴射圧、噴射量、噴射時期、噴射回数、噴射間隔等を制御している。
【００４１】
本発明においては、この噴射制御用電子制御コントローラ１２に、触媒温度Ｔｃによって，エンジン１０の燃料の噴射パターンを選択する噴射パターン選択制御手段１２ａを設ける。
【００４２】
この噴射パターン選択制御手段１２ａは、入力した触媒温度Ｔｃに基づいて、この触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化触媒４のＮＯｘ浄化率が良いガス組成を持つ排気ガスを発生する燃料の噴射パターンを選択するように構成される。
【００４３】
〔噴射パターン〕
図３に、この噴射パターン選択制御手段１２ａで選択及び噴射制御する噴射パターンを示す。
【００４４】
第１の噴射パターンＡは、主噴射Ｆｍの前にパイロット噴射Ｆｐを行う噴射パターンであり、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が非常に低く、炭化水素（ＨＣ）濃度が窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度に対して１から１０倍程度の濃度となる排気ガスを排出する。
【００４５】
第２の噴射パターンＢは、主噴射Ｆｍの前にパイロット噴射Ｆｐを行い、更に、極近い噴射間隔で、即ち、クランクアングル（ＣＡ）で７°以内の短い噴射間隔δで、主噴射Ｆｍの後に近接後噴射Ｆａ１を行う。
【００４６】
この第２噴射パターンＢでは、主噴射Ｆｍによる主燃焼が活発な時期に、追加燃料を燃焼火炎中に噴射するので、比較的低酸素濃度における燃焼状態になり、高濃度のＣＯを排気ガス中に発生することができる。しかし、主燃焼が活発なため、燃焼温度は比較的高く、また、近接後噴射Ｆａ１により乱流乱れが発生するので、スモークの発生は抑制できる。そのため、排気ガスは、ＮＯｘ濃度に対して高濃度のＣＯが存在するようになる。
【００４７】
第３の噴射パターンＣは、第２の噴射パターンＢの近接後噴射Ｆａ１の後に、更に、ＡＴＤＣ４０°以後から排気弁が閉じるまでの間に後噴射Ｆａ２を行う噴射パターンであり、排気ガス中に未燃焼のトータル炭化水素（ＴＨＣ）が急増し、ＮＯｘ濃度に対して高濃度のＣＯ，ＨＣが存在するようになる。
【００４８】
図５〜図７に、この第１〜第３の各噴射パターンＡ〜Ｃで発生する排気ガスに相当する模擬ガスを、酸化力の強いアクティブ型ＮＯｘ浄化触媒に供給し、触媒の性能を確認した結果を示す。この模擬ガスは、その成分ガスを各成分ガスのボンベより発生させて、模擬対象の排気ガスのガス組成の割合で混合することにより得ている。
【００４９】
図５に，第１の噴射パターンＡの排気ガスに相当する場合を示す。この場合は、ガス組成中にＣＯが無いか、極微量の場合であるので、ＣＯによる触媒酸化活性の低下がないので、ＮＯｘ浄化が始まる温度は約１００℃となり、１５０℃程度の低温域におけるＮＯｘ浄化率が向上していることが分かる。
【００５０】
つまり、ガス組成のＣＯ濃度がＮＯｘ濃度の１から２倍となっている、通常のディーゼルエンジンの排ガスに関する図９のＮＯｘ浄化曲線と比較して、この場合は、約５０℃低温側からＮＯｘ浄化が始まっている。
【００５１】
この低温からＮＯｘ浄化が始まる理由は、ＣＯがあるとこのＣＯが触媒被毒となって触媒表面を覆って低温活性を下げていたのを、回避できるからである。
【００５２】
図６に、第２の噴射パターンＢの排気ガスに相当する場合、即ち、排気ガス中にＣＯがＮＯｘ濃度に対して１０倍程度存在する模擬ガスの場合において、触媒の性能を確認した結果を示す。この場合には、排気ガス中のＣＯがＨＣの部分酸化を促進し、ラジカルな中間ＨＣを増加するので、触媒温度が１５０℃から３００℃の範囲におけるＮＯｘ浄化率が飛躍的に向上する。
【００５３】
図７に、第３の噴射パターンＣの排気ガスに相当する場合、即ち、排気ガス中にＣＯ、ＨＣが共に、ＮＯｘ濃度に対して１０倍程度存在する模擬ガスの場合において、触媒の性能を確認した結果を示す。この場合には触媒温度が３００℃以上でＮＯｘ浄化率が飛躍的に向上している。
【００５４】
この３００℃でＮＯｘ浄化率が高い理由は、ＨＣが直接触媒によって酸化されることを、ＣＯの被毒作用を利用して妨害することにより、ＨＣとＮＯｘとの還元反応を促進してＮＯｘをＨＣにより還元できるからである。
【００５５】
つまり、通常のディーゼルエンジンの排ガスのガス組成の場合の図９では、この３００℃以上で排気ガス中の窒素が酸化されてしまい、ＮＯｘを生成してしまうのに対して、この第３の噴射パターンＣの排気ガスではＮ₂の代わりにＣＯ、ＨＣが酸化されるので、ＮＯｘを生成が抑制される。
【００５６】
そして、噴射パターン選択制御手段１２ａを、入力した触媒温度Ｔｃに基づいて、この触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化触媒４のＮＯｘ浄化率が良い排気ガス組成の排気ガスを発生する燃料の噴射パターンＡ〜Ｃを選択するように構成する。
【００５７】
この構成により、上記の３つの噴射パターンＡ〜Ｃを触媒温度Ｔｃに対応させて選択して、このエンジン１０の噴射制御により、触媒温度Ｔｃに対して排気ガス中のＣＯ，ＴＨＣ濃度を制御して、ＮＯｘ浄化触媒４の最大浄化性能を引き出す。
【００５８】
〔噴射パターン選択フロー〕
次に、この噴射パターン選択制御手段１２ａで行う制御について、図４の噴射パターン選択フローを参照しながら説明する。
【００５９】
この噴射パターン選択フローは、エンジンのキーがＯＮの状態、即ち、エンジンが運転されている状態の時に、所定の間隔で繰り返し呼び出され、噴射パターンを選定してリターンするものであり、エンジンのキーがＯＦＦされた場合には、このフローの呼び出しも行われ無くなる。
【００６０】
この噴射パターン選択フローが呼び出されてスタートすると、ステップＳ１１のデータ入力で、エンジンの運転条件を示す各センサからの検出値（エンジン回転数（Ｎｅ），アクセル開度（Ａｃ），冷却水温（Ｔｗ），排気温度（Ｔｇ）等）と触媒温度（Ｔｃ）を入力する。
【００６１】
次に、ステップＳ１２で、エンジン回転数Ｎｅ，冷却水温Ｔｗ，アクセル開度Ａｃ，排気温度Ｔｇ等が噴射パターンを変更できる状態にあるか否かを判定し、可能で無ければ、ステップＳ１９に行き、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１２で、噴射パターンの変更が可能であれば、ステップＳ１３に行き、触媒温度Ｔｃをチェックする。
【００６２】
ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃが２００℃より低い場合は、ステップＳ１６で、低温でのＮＯｘ浄化率を向上させるために、第１の噴射パターンＡを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１３で、触媒温度Ｔｃが２００℃以上の場合は、ステップＳ１４に行く。
【００６３】
ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが３００℃より低い場合は、ステップＳ１７で、この２００℃〜３００℃の温度域における触媒４のＮＯｘ浄化率を向上させるため、第２の噴射パターンＢを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１４で、触媒温度Ｔｃが３００℃以上の場合はステップＳ１５に行く。
【００６４】
ステップＳ１５で、触媒温度Ｔｃが５００℃より低い場合は、ステップＳ１８で、この３００℃〜５００℃の温度域における触媒４のＮＯｘ浄化率を向上させるため、第３の噴射パターンＣを選択して燃料噴射制御した後リターンする。また、ステップＳ１５で、触媒温度Ｔｃが５００℃以上の場合は、ステップＳ１９に行き、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御した後リターンする。
【００６５】
なお、これらの通常又は各噴射パターンＡ〜Ｃの燃焼燃料噴射制御では、それぞれに対応した電子制御用の各マップデータを参照して、噴射パターン制御、噴射時期制御、ＥＧＲ制御、ＶＴＮターボ制御等を行う。
【００６６】
以上の図４に示すような噴射パターン選択フローに従う制御により、排気ガス浄化用の燃料噴射制御を行ってよいエンジンの運転状態であるか否かを判断し、よい場合には、触媒温度Ｔｃが２００℃より低い場合には、第１の噴射パターンＡを、触媒温度Ｔｃが２００℃以上で、３００℃より低い場合には、第２の噴射パターンＢを、触媒温度Ｔｃが３００℃以上で、５００℃より低い場合には、第３の噴射パターンＣを、それぞれ選択して燃料噴射制御することができる。
【００６７】
また、その他の場合、即ち、噴射パターンを変更できないエンジンの運転状態であると判断した場合と、触媒温度Ｔｃが５００℃以上の場合は、噴射パターンの変更は行わず、通常の噴射パターンを選択して燃料噴射制御することができる。
【００６８】
従って、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒４に対して、燃料の噴射パターンを変更しながら、それぞれの触媒温度ＴｃにおけるＮＯｘ浄化に最適なＣＯ濃度，ＨＣ濃度の排気ガスをこの触媒４に供給できるので、触媒及び排気ガスの低温域から高温域までの広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化性能を得ることができる。
【００６９】
〔効果〕
以上の構成の排気ガス浄化装置及び浄化方法によれば、次のような効果を得ることができる。
【００７０】
酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ触媒４を使用した場合においても、排気ガス温度に関して低温から高温までの広い温度範囲で高いＮＯｘ浄化率を得られる。
【００７１】
また、酸化力の強い触媒４を使用しているので、ＴＨＣ，ＣＯ更にＰＭ（微粒子状物質：パティキュレート）も酸化でき、高い浄化性能で排気ガスの浄化が行える。
【００７２】
その上、酸化力の強い触媒４は、硫黄酸化物（ＳＯ２）による被毒にも強い触媒が多いので、燃料中の硫黄濃度によって触媒性能が影響されない。又、ＮＯｘ浄化性能が高いのでエンジン本体の燃費、出力を最大限向上できる。
【００７３】
図８に本発明に係る燃料噴射制御を行った場合における、実機エンジンの排気ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す。この図８で分かるように、低温域から高温域まで広い温度域で高いＮＯｘ浄化性能が得られている。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明したように、排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、次のような効果を奏することができる。
【００７５】
酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）を使用して、エンジンの燃料噴射の噴射パターンを触媒温度により変更することにより、排気ガス中のトータル炭化水素（ＴＨＣ）濃度や一酸化炭素（ＣＯ）濃度をその温度によるＮＯｘ浄化の触媒作用による化学反応を促進させる濃度にすることができる。
【００７６】
そのため、各温度域におけるＮＯｘ浄化率を向上することができ、低温域から高温域までの幅広い温度域で、高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
【００７７】
また、酸化力の強いアクティブ型のＮＯｘ浄化触媒を用いることにより、トータル炭化水素（ＴＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）、更には、微粒子状物質（ＰＭ）も酸化することができるので、排気ガスの浄化を効率よくまた幅広く行うことができる。
【００７８】
その上、酸化力の強いアクティブ型の触媒は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による硫黄被毒にも強い触媒が多いので、触媒性能への燃料中の硫黄濃度の影響を少なくすることができる。
【００７９】
更に、ＮＯｘ浄化性能を高くすることができるので、エンジン本体の燃費、出力を最大限向上することができる。
【００８０】
従って、このＮＯｘ低減触媒のＮＯｘ浄化性能を幅広い温度域で向上させることができるので、エンジンの全運転状態において、効率よくＮＯｘを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置のレイアウトを示す図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射制御システムの構成を示す図である。
【図３】本発明に係る噴射パターンを模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射制御のフローを示す図である。
【図５】ＣＯ濃度が極微量のガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図６】ＣＯ濃度が高いガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図７】ＣＯ濃度とＨＣ濃度が高いガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図８】本発明に係る燃料噴射制御を行った場合における、実機エンジンの排気ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【図９】通常のディーゼルエンジンのガス組成の模擬ガスに対するＮＯｘ浄化性能を示す図である。
【符号の説明】
１排気ガス浄化システム
２排気管
４ＮＯｘ浄化触媒（Ｄｅ−ＮＯｘ触媒）
４ｓ触媒温度センサ
５触媒装置
１０エンジン
１１燃料噴射システム（電子制御付噴射システム）
１２噴射制御装置（噴射制御用電子制御コントローラ）
１２ａ噴射パターン選択制御手段
Ａ第１の噴射パターン
Ｂ第２の噴射パターン
Ｃ第３の噴射パターン
Ｆｍ主噴射
Ｆｐパイロット噴射
Ｆａ１近接後噴射
Ｆａ２後噴射
Ｔｃ触媒温度
δ 噴射間隔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method provided with a highly oxidizing NOx purification catalyst (De-NOx catalyst).
[0002]
[Prior art]
Various studies and proposals have been made on NOx purification catalysts for reducing and removing nitrogen oxides (NOx) from exhaust gases of internal combustion engines such as diesel engines and some gasoline engines and various combustion devices.
[0003]
These catalysts include NOx storage reduction catalyst that purifies NOx by storing NOx in exhaust gas into NOx storage substances, and generates ammonia by hydrolyzing urea and purifies NOx using the ammonia as a reducing agent. Active SCR catalyst (selective catalytic reduction catalyst), passive NOx purification catalyst (De-NOx catalyst) using unburned hydrocarbon (HC) in exhaust gas as a reducing agent, and its reducing agent, There is an active type NOx purification catalyst (De-NOx catalyst) to be added to the cylinder or the exhaust pipe upstream of the catalyst.
[0004]
This active NOx purification catalyst does not require as complicated engine control as the NOx occlusion reduction type catalyst, does not generate dangerous gas such as ammonia like the SCR catalyst, and further, is a passive type NOx purification catalyst. Since the NOx purification capacity is higher than that of the catalyst, it is becoming the mainstream of NOx countermeasure catalysts for diesel engines.
[0005]
This active NOx purification catalyst reduces NOx by the same mechanism (mechanism) as the passive NOx purification catalyst, and the following three reaction mechanisms have been proposed.
[0006]
1) The unburned hydrocarbon (HC) is partially oxidized by an oxidation catalyst to produce a radical intermediate HC product. The radical HC and NOx are reacted on the catalyst to reduce NOx by the radical HC. Decomposes into nitrogen (N ₂ ).
[0007]
2) Nitric oxide (NO) in NOx is oxidized to nitrogen dioxide (NO ₂ ) by the oxidation catalyst, this unstable NO ₂ is reduced by HC on the catalyst, and NO ₂ is decomposed into N ₂ . Therefore, NOx will be decomposed into N _2.
[0008]
3) Oxygen (O ₂ ) covering the catalyst surface is consumed by HC, NOx is adsorbed on the clean catalyst surface where O ₂ is consumed, and is directly decomposed into N ₂ and O ₂ .
[0009]
It can be seen that the oxidation reaction of HC on the catalyst surface plays an important role in any of these reaction mechanisms.
[0010]
When the oxidizing power of this active type NOx purification catalyst is increased, the oxidation reaction of the reaction mechanism is activated from a low temperature range of about 200 ° C. or less, and the NOx purification rate in this low temperature range is improved. In order to improve the low-temperature activity, among other types of NOx purification catalysts, it is conceivable to configure an exhaust gas purification system using a catalyst with enhanced oxidizing power.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, above the intermediate temperature range of about 200 ° C. to 300 ° C. where the oxidation activity of the catalyst is high, HC, which is a reducing agent for NOx, is completely oxidized by O ₂ remaining in the exhaust gas to become CO ₂ and H ₂ O. Therefore, there is a problem that HC is not effectively used for the reduction of NOx and improvement in NOx purification performance cannot be expected.
[0012]
In addition, if the oxidizing power is strong, the catalyst directly oxidizes N ₂ in the exhaust gas and generates NOx in a high temperature range of about 300 ° C. or higher, so that NOx increases contrary to purification. There is a problem.
[0013]
This is shown in FIG. Fig. 9 shows the simulation of the engine exhaust gas (CO concentration is about 2.7 times and HC concentration is about 1 time in comparison with the NOx concentration) from the gas introduced from each composition gas cylinder. Gas was supplied to the catalyst to purify each component, and the performance of the catalyst was confirmed.
[0014]
In FIG. 9, since the catalyst has a strong oxidizing power with the aim of improving the low-temperature activity of the catalyst in order to improve the NOx purification rate in the low temperature region, the NOx purification curve from a low temperature around 150 ° C. Stand up and purify NOx. However, at a high temperature range of 300 ° C. or higher, the NOx purification curve decreases and turns to the negative side, indicating that N ₂ in the exhaust gas is oxidized and NOx is generated.
[0015]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to reduce nitrogen oxides in exhaust gas in a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range, An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method capable of remarkably improving the purification performance for NOx in exhaust gas.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust gas purification system for achieving the above object is configured as follows.
[0017]
Reduces and purifies NOx in the exhaust gas of the engine, a catalytic converter having a strong active type NOx purifying catalyst oxidizing ability is provided on the exhaust pipe is provided with a catalyst temperature sensor for detecting the temperature of said NOx purifying catalyst, the engine The fuel injection system includes an injection pattern selection control means for selecting an injection pattern of fuel injection of the engine based on the catalyst temperature detected by the catalyst temperature sensor, and the injection pattern selection control means includes the catalyst In an exhaust gas purification system that selects an injection pattern of fuel that generates exhaust gas having a gas composition with a good NOx purification rate of the NOx purification catalyst at the catalyst temperature based on temperature ,
The injection pattern selection control means is
When the catalyst temperature is less than 200 ° C., select an injection pattern for performing pilot injection before main injection,
When the catalyst temperature is in the range of 200 ° C. or more and less than 300 ° C., pilot injection is performed before main injection, and further, post-proximity injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at a crank angle after main injection. Select the spray pattern to perform,
When the catalyst temperature is in the range of 300 ° C. or more and less than 500 ° C., pilot injection is performed before main injection, and close post-injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at the crank angle after the main injection. Furthermore, an injection pattern for performing post-injection after 40 ° ATDC after this close post-injection is selected,
When the catalyst temperature is 500 ° C. or higher, the injection pattern is not changed, and the fuel injection control is performed by selecting the normal injection pattern .
[0021]
Further, the exhaust gas purification method is configured with the following features.
[0022]
A catalyst device including an active NOx purification catalyst having a strong oxidizing power for reducing and purifying NOx in engine exhaust gas is provided in the exhaust pipe, and a catalyst temperature sensor for detecting the temperature of the NOx purification catalyst is provided, In the exhaust gas purification method of selecting an injection pattern of fuel that generates exhaust gas having a gas composition with a good NOx purification rate of the NOx purification catalyst at the catalyst temperature based on the catalyst temperature ,
When the catalyst temperature is less than 200 ° C., select an injection pattern for performing pilot injection before main injection,
When the catalyst temperature is in the range of 200 ° C. or more and less than 300 ° C., pilot injection is performed before main injection, and further, post-proximity injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at a crank angle after main injection. Select the spray pattern to perform,
When the catalyst temperature is in the range of 300 ° C. or more and less than 500 ° C., pilot injection is performed before main injection, and close post-injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at the crank angle after the main injection. Furthermore, an injection pattern for performing post-injection after 40 ° ATDC after this close post-injection is selected,
When the catalyst temperature is 500 ° C. or higher, the injection pattern is not changed, and the fuel injection control is performed by selecting the normal injection pattern .
[0026]
This active NOx purification catalyst with strong oxidizing power is an active NOx purification catalyst that actively adds a reducing agent such as unburned hydrocarbon (HC) into the exhaust pipe on the upstream side of the cylinder or the catalyst. De-NOx catalyst) refers to a catalyst having high oxidation activity in which a precious metal such as comparative Pt is supported by being highly dispersed and extremely finely divided.
[0027]
The active type NOx purification catalyst having a strong oxidizing power can be formed by, for example, highly supporting a noble metal such as Pt on γ-alumina or zeolite.
[0028]
Further, any of these pilot injection, main injection, proximity post-injection, and post-injection includes both a single injection and a plurality of injections. That is, the main injection or the like may be performed in a plurality of times.
[0029]
According to the exhaust gas purification system and the exhaust gas purification method of these configurations, the active NOx purification catalyst having a strong oxidizing power is used, and the injection pattern of the fuel injection of the engine is changed depending on the catalyst temperature. The total hydrocarbon (THC) concentration and carbon monoxide (CO) concentration in the gas are suitable for promoting the chemical reaction by the catalytic action of NOx purification depending on the temperature. Therefore, the NOx purification rate is improved, and a high NOx purification rate is realized over a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range.
[0030]
In addition, since an active NOx catalyst with strong oxidizing power is used, total hydrocarbons (THC), carbon monoxide (CO), and particulates (PM) are also oxidized, and exhaust gas purification can be performed efficiently. Widely done.
[0031]
In addition, since active NOx purification catalysts with strong oxidizing power are often highly resistant to sulfur poisoning by sulfur oxides (SOx), the catalyst performance is less affected by the sulfur concentration in the fuel.
[0032]
And since NOx purification performance is high, the fuel consumption and output of an engine main part are improved to the maximum.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
[Exhaust gas purification system]
As shown in FIG. 1, this active NOx purification catalyst (De-NOx catalyst) 4 having a strong oxidizing power is incorporated in a catalyst device 5 and disposed in the exhaust passage 3 of the engine 10. The engine 10 includes an electronic control injection system (fuel injection system) 11 and an injection control electronic control controller (injection control device) 12 that controls the electronic control injection system 11.
[0035]
This NOx purification catalyst 4 is configured as a monolith catalyst in the same way as a normal catalyst structure, and active NOx having a strong oxidizing power is formed on a support layer of a catalyst carrier formed of a porous coating material such as alumina on the support. It is formed by carrying the purification catalyst 4.
[0036]
The active NOx purification catalyst 4 having a strong oxidizing power is formed by, for example, highly supporting a noble metal such as Pt on γ-alumina or zeolite.
[0037]
The catalyst device 5 including the active NOx purification catalyst 4 is installed in the exhaust pipe 2, and a silencer 6 is provided on the downstream side.
[0038]
This injection system 11 with electronic control is formed by a common rail electronically controlled fuel injection device having a high degree of freedom, and changes the fuel injection timing and the number of fuel injections in one cycle in combination with the electronic control controller 12 for injection control. Can do.
[0039]
The fuel is injected into the combustion chamber of the cylinder while controlling the fuel from the fuel tank 13. The exhaust gas discharged from the combustion chamber is controlled in the gas composition of the exhaust gas by this electronically controlled fuel injection system, enters the catalyst device 5, and NOx is purified by the active NOx purification catalyst 4 having strong oxidizing power. After being made into ultra-low pollution exhaust gas, it is discharged into the atmosphere via the silencer 6.
[0040]
Further, as shown in FIG. 2, the electronic controller 12 for injection control is incorporated in an electronic control device called an engine control unit (EUC), and each sensor (engine information sensor of the engine) attached to the engine 10 is configured. ) And an output signal from the catalyst temperature sensor 4s for measuring the temperature Tc of the NOx purification catalyst 4, and the injection pressure, the injection amount, the injection timing, the number of injections, The injection interval is controlled.
[0041]
In the present invention, the injection control electronic control controller 12 is provided with injection pattern selection control means 12a for selecting the fuel injection pattern of the engine 10 according to the catalyst temperature Tc.
[0042]
The injection pattern selection control means 12a selects, based on the inputted catalyst temperature Tc, an injection pattern of fuel that generates exhaust gas having a gas composition with a good NOx purification rate of the NOx purification catalyst 4 at the catalyst temperature Tc. Configured.
[0043]
[Injection pattern]
FIG. 3 shows an injection pattern that is selected and controlled by the injection pattern selection control means 12a.
[0044]
The first injection pattern A is an injection pattern in which the pilot injection Fp is performed before the main injection Fm. The carbon monoxide (CO) concentration is very low, and the hydrocarbon (HC) concentration is nitrogen oxide (NOx) concentration. Exhaust gas having a concentration about 1 to 10 times that of the exhaust gas is discharged.
[0045]
In the second injection pattern B, the pilot injection Fp is performed before the main injection Fm, and the main injection Fm is injected at an extremely close injection interval, that is, at a short injection interval δ within 7 ° at the crank angle (CA). Later, post-proximity injection Fa1 is performed.
[0046]
In the second injection pattern B, since the additional fuel is injected into the combustion flame when the main combustion by the main injection Fm is active, the combustion state is set at a relatively low oxygen concentration, and high concentration CO is discharged into the exhaust gas. Can occur. However, since the main combustion is active, the combustion temperature is relatively high, and turbulent turbulence is generated by the post-proximity injection Fa1, so that the occurrence of smoke can be suppressed. Therefore, the exhaust gas has a high concentration of CO with respect to the NOx concentration.
[0047]
The third injection pattern C is an injection pattern in which the post-injection Fa2 is performed after the proximity post-injection Fa1 of the second injection pattern B and further after ATDC 40 ° until the exhaust valve is closed. Unburned total hydrocarbons (THC) increase rapidly, and high concentrations of CO and HC exist with respect to the NOx concentration.
[0048]
5 to 7, simulated gas corresponding to the exhaust gas generated in each of the first to third injection patterns A to C is supplied to an active NOx purification catalyst having strong oxidizing power, and the performance of the catalyst is confirmed. The results are shown. This simulated gas is obtained by generating the component gas from a cylinder of each component gas and mixing it at a ratio of the gas composition of the exhaust gas to be simulated.
[0049]
FIG. 5 shows a case corresponding to the exhaust gas of the first injection pattern A. In this case, since there is no CO in the gas composition or the amount is very small, there is no decrease in catalytic oxidation activity due to CO, so the temperature at which NOx purification begins is about 100 ° C., and in a low temperature range of about 150 ° C. It can be seen that the NOx purification rate is improved.
[0050]
That is, compared with the NOx purification curve of FIG. 9 relating to the exhaust gas of a normal diesel engine in which the CO concentration of the gas composition is 1 to 2 times the NOx concentration, in this case, the NOx purification is performed from the low temperature side of about 50 ° C. Has begun.
[0051]
The reason why NOx purification starts from this low temperature is that if CO is present, it can be avoided that this CO is poisoned by the catalyst to cover the catalyst surface and lower the low-temperature activity.
[0052]
FIG. 6 shows the result of confirming the performance of the catalyst when it corresponds to the exhaust gas of the second injection pattern B, that is, when the exhaust gas is a simulated gas in which CO is present about 10 times the NOx concentration. Show. In this case, CO in the exhaust gas promotes partial oxidation of HC and increases radical intermediate HC, so that the NOx purification rate in the catalyst temperature range of 150 ° C. to 300 ° C. is dramatically improved.
[0053]
FIG. 7 shows the performance of the catalyst in the case of the exhaust gas of the third injection pattern C, that is, in the case of the simulated gas in which both CO and HC exist in the exhaust gas about 10 times the NOx concentration. The confirmed result is shown. In this case, the NOx purification rate is dramatically improved when the catalyst temperature is 300 ° C. or higher.
[0054]
The reason why the NOx purification rate is high at 300 ° C. is to prevent the oxidation of HC directly by the catalyst by using the poisoning action of CO, thereby promoting the reduction reaction between HC and NOx to reduce NOx. This is because it can be reduced by HC.
[0055]
That is, in FIG. 9 in the case of the gas composition of the exhaust gas of a normal diesel engine, the nitrogen in the exhaust gas is oxidized at 300 ° C. or higher, and NOx is generated. In the exhaust gas of pattern C, CO and HC are oxidized instead of N ₂ , so that generation of NOx is suppressed.
[0056]
Then, the injection pattern selection control means 12a, based on the inputted catalyst temperature Tc, the fuel injection patterns A to C for generating exhaust gas having an exhaust gas composition with a good NOx purification rate of the NOx purification catalyst 4 at this catalyst temperature Tc. Configure to select.
[0057]
With this configuration, the above three injection patterns A to C are selected in correspondence with the catalyst temperature Tc, and the CO and THC concentrations in the exhaust gas are controlled with respect to the catalyst temperature Tc by the injection control of the engine 10. Thus, the maximum purification performance of the NOx purification catalyst 4 is extracted.
[0058]
[Injection pattern selection flow]
Next, the control performed by the injection pattern selection control means 12a will be described with reference to the injection pattern selection flow of FIG.
[0059]
This injection pattern selection flow is called repeatedly at predetermined intervals when the engine key is in an ON state, that is, when the engine is in operation, and returns after selecting an injection pattern. When is turned OFF, this flow is not called.
[0060]
When this injection pattern selection flow is called and started, the detected values (engine speed (Ne), accelerator opening (Ac), cooling water temperature (Tw) from the sensors indicating the engine operating conditions are input by data input in step S11. ), Exhaust temperature (Tg), etc.) and catalyst temperature (Tc).
[0061]
Next, in step S12, it is determined whether or not the engine speed Ne, the cooling water temperature Tw, the accelerator opening degree Ac, the exhaust gas temperature Tg and the like are in a state where the injection pattern can be changed. If not, the process goes to step S19. After the normal injection pattern is selected and fuel injection control is performed, the process returns. If the injection pattern can be changed in step S12, the process goes to step S13 to check the catalyst temperature Tc.
[0062]
If the catalyst temperature Tc is lower than 200 ° C. in step S13, in step S16, in order to improve the NOx purification rate at low temperature, the first injection pattern A is selected and fuel injection control is performed, and then the process returns. In step S13, if the catalyst temperature Tc is 200 ° C. or higher, the process goes to step S14.
[0063]
If the catalyst temperature Tc is lower than 300 ° C. in step S14, the second injection pattern B is selected in step S17 in order to improve the NOx purification rate of the catalyst 4 in the temperature range of 200 ° C. to 300 ° C. Return after fuel injection control. If the catalyst temperature Tc is 300 ° C. or higher in step S14, the process goes to step S15.
[0064]
If the catalyst temperature Tc is lower than 500 ° C. in step S15, the third injection pattern C is selected in step S18 in order to improve the NOx purification rate of the catalyst 4 in the temperature range of 300 ° C. to 500 ° C. Return after fuel injection control. If the catalyst temperature Tc is 500 ° C. or higher in step S15, the process goes to step S19 to select a normal injection pattern and perform fuel injection control, and then return.
[0065]
In addition, in the combustion fuel injection control of these normal or injection patterns A to C, reference is made to each map data for electronic control corresponding to each, injection pattern control, injection timing control, EGR control, VTN turbo control, etc. I do.
[0066]
By the control according to the injection pattern selection flow as shown in FIG. 4 above, it is determined whether or not the engine is in an operating state where fuel injection control for exhaust gas purification can be performed. When the temperature is lower than 200 ° C., the first injection pattern A is obtained. When the catalyst temperature Tc is 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C., the second injection pattern B is changed with the catalyst temperature Tc being 300 ° C. or higher. When the temperature is lower than 500 ° C., the third injection pattern C can be selected and the fuel injection can be controlled.
[0067]
In other cases, that is, when it is determined that the engine is in an operating state where the injection pattern cannot be changed, and when the catalyst temperature Tc is 500 ° C. or higher, the normal injection pattern is selected without changing the injection pattern. Thus, fuel injection can be controlled.
[0068]
Therefore, with respect to the active NOx purification catalyst 4 having a strong oxidizing power, the exhaust gas having the optimum CO concentration and HC concentration for NOx purification at each catalyst temperature Tc is changed to the catalyst 4 while changing the fuel injection pattern. Since it can be supplied, high NOx purification performance can be obtained in a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range of the catalyst and exhaust gas.
[0069]
〔effect〕
According to the exhaust gas purification device and the purification method having the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0070]
Even when the active NOx catalyst 4 having a strong oxidizing power is used, a high NOx purification rate can be obtained in a wide temperature range from a low temperature to a high temperature with respect to the exhaust gas temperature.
[0071]
Further, since the catalyst 4 having a strong oxidizing power is used, THC, CO and PM (particulate matter: particulates) can be oxidized, and exhaust gas can be purified with high purification performance.
[0072]
In addition, since the catalyst 4 having a strong oxidizing power has many catalysts resistant to poisoning by sulfur oxide (SO2), the catalyst performance is not affected by the sulfur concentration in the fuel. Moreover, since the NOx purification performance is high, the fuel consumption and output of the engine body can be improved to the maximum.
[0073]
FIG. 8 shows the NOx purification performance for the exhaust gas of the actual engine when the fuel injection control according to the present invention is performed. As can be seen in FIG. 8, high NOx purification performance is obtained in a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas purification system and the exhaust gas purification method, the following effects can be achieved.
[0075]
By using an active NOx purification catalyst (De-NOx catalyst) with strong oxidizing power and changing the fuel injection pattern of the engine according to the catalyst temperature, the total hydrocarbon (THC) concentration in the exhaust gas can be reduced. The carbon oxide (CO) concentration can be set to a concentration that promotes the chemical reaction by the catalytic action of NOx purification depending on the temperature.
[0076]
Therefore, the NOx purification rate in each temperature range can be improved, and a high NOx purification rate can be realized in a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range.
[0077]
Further, by using an active NOx purification catalyst having a strong oxidizing power, total hydrocarbons (THC), carbon monoxide (CO), and particulate matter (PM) can also be oxidized. Can be efficiently and widely performed.
[0078]
In addition, since active type catalysts having strong oxidizing power are often resistant to sulfur poisoning by sulfur oxide (SOx), the influence of the sulfur concentration in the fuel on the catalyst performance can be reduced.
[0079]
Furthermore, since the NOx purification performance can be increased, the fuel consumption and output of the engine body can be improved to the maximum.
[0080]
Therefore, the NOx purification performance of the NOx reduction catalyst can be improved in a wide temperature range, so that NOx can be efficiently purified in all engine operating states.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a layout of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a fuel injection control system according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing an injection pattern according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a flow of fuel injection control according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing NOx purification performance for a simulated gas having a gas composition with an extremely small CO concentration.
FIG. 6 is a diagram showing NOx purification performance for a simulated gas having a gas composition with a high CO concentration.
FIG. 7 is a diagram showing NOx purification performance for a simulated gas having a gas composition with high CO concentration and HC concentration.
FIG. 8 is a diagram showing NOx purification performance with respect to exhaust gas of an actual engine when fuel injection control according to the present invention is performed.
FIG. 9 is a diagram showing NOx purification performance for a simulated gas having a gas composition of a normal diesel engine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas purification system 2 Exhaust pipe 4 NOx purification catalyst (De-NOx catalyst)
4s catalyst temperature sensor 5 catalyst device 10 engine 11 fuel injection system (injection system with electronic control)
12 Injection control device (Electronic controller for injection control)
12a Injection pattern selection control means A 1st injection pattern B 2nd injection pattern C 3rd injection pattern Fm Main injection Fp Pilot injection Fa1 Proximity injection Fa2 Post injection Tc Catalyst temperature δ Injection interval

Claims

A catalyst device equipped with an active NOx purification catalyst with strong oxidizing power for reducing and purifying NOx in engine exhaust gas is provided in the exhaust pipe, and a catalyst temperature sensor for detecting the temperature of the NOx purification catalyst is provided. ,
The injection control device of the engine fuel injection system is provided with injection pattern selection control means for selecting an injection pattern of engine fuel injection according to the catalyst temperature detected by the catalyst temperature sensor, and the injection pattern selection control means includes In an exhaust gas purification system that selects an injection pattern of fuel that generates exhaust gas having a gas composition with a good NOx purification rate of the NOx purification catalyst at the catalyst temperature based on the catalyst temperature ,
The injection pattern selection control means is
When the catalyst temperature is less than 200 ° C., select an injection pattern for performing pilot injection before main injection,
When the catalyst temperature is in the range of 200 ° C. or more and less than 300 ° C., pilot injection is performed before main injection, and further, post-proximity injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at a crank angle after main injection. Select the spray pattern to perform,
When the catalyst temperature is in the range of 300 ° C. or more and less than 500 ° C., pilot injection is performed before main injection, and close post-injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at the crank angle after the main injection. Furthermore, an injection pattern for performing post-injection after 40 ° ATDC after this close post-injection is selected,
When the catalyst temperature is 500 ° C. or higher, the injection pattern is not changed, and the normal injection pattern is selected and the fuel injection control is performed.

A catalyst device including an active NOx purification catalyst having a strong oxidizing power for reducing and purifying NOx in engine exhaust gas is provided in the exhaust pipe, and a catalyst temperature sensor for detecting the temperature of the NOx purification catalyst is provided.
In the exhaust gas purification method of selecting an injection pattern of fuel that generates exhaust gas having a gas composition with a good NOx purification rate of the NOx purification catalyst at the catalyst temperature based on the catalyst temperature,
When the catalyst temperature is less than 200 ° C., select an injection pattern for performing pilot injection before main injection,
When the catalyst temperature is in the range of 200 ° C. or more and less than 300 ° C., pilot injection is performed before main injection, and further, post-proximity injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at a crank angle after main injection. Select the spray pattern to perform,
When the catalyst temperature is in the range of 300 ° C. or more and less than 500 ° C., pilot injection is performed before main injection, and close post-injection is performed at a short injection interval of 7 ° or less at the crank angle after the main injection. Furthermore, an injection pattern for performing post-injection after 40 ° ATDC after this close post-injection is selected,
When the catalyst temperature is 500 ° C. or higher, the injection pattern is not changed, and the normal injection pattern is selected and the fuel injection control is performed.