JP3905998B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、白金,ロジウム,イリジウム,銀,銅,コバルト,鉄等から選ばれた少なくとも一つをアルミナ等の担体上に担持させて成るNOx還元触媒を装備し、該NOx還元触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤をNOx還元触媒上で排気ガス中のNOx(窒素酸化物)と還元反応させることによりNOxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【0003】
ただし、一般的に、この種のNOx還元触媒においては、比較的高温域で活性を有するようになっているため、低温域では十分なNOx低減効果が得られないという不具合があり、このような不具合を解消する目的で、低温域にて排気ガス中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つNOx還元触媒が活性を有する高温域で硝酸塩を熱分解してNOxを放出する性質を有するNOx吸蔵化合物を併用した排気浄化装置が考えられている。
【0004】
尚、NOx吸蔵化合物としては、例えば白金に対し銀,マグネシウム,バリウム,ジルコニウム,イットリウム,ランタノイド系の硝酸塩・炭酸塩・酸化物のうちの一種類以上を混合してアルミナ等の担体上に担持させたものを採用すれば良い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上に述べた如き排気浄化装置にあっては、NOx吸蔵化合物がNOxを分解放出する温度域とNOx還元触媒の活性温度域とを、双方の組成に基づく化学的な性質だけに依存して正確にマッチングさせることが困難であり、このようなNOx吸蔵化合物をNOx還元触媒に併用した排気浄化装置の開発は未だ実用化に至っていない。
【0006】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、NOx還元触媒の活性温度域に合わせて積極的にNOx吸蔵化合物からNOxを放出させるように制御し、NOx吸蔵化合物をNOx還元触媒に併用して成る排気浄化装置の実用化を図ることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、NOx吸蔵化合物により排気ガス中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、適宜に吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態として排気ガス中にH2,CO,HCのうちの一種類以上を添加することにより前記NOx吸蔵化合物からNOxを分解放出させて該NOx吸蔵化合物の再生を図り、その放出したNOxをNOx還元触媒上で前記H2,CO,HCのうちの一種類以上と反応させて還元浄化するディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態で燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させ、その噴射した燃料を燃焼させずに熱分解させることでH2,CO,HCを生成して排気ガス中に添加すると共に、排気管におけるNOx吸蔵化合物及びNOx還元触媒の夫々に対し必要に応じて還元剤を追加導入し、しかも、排気ガス再循環装置により排気ガスを再循環して吸入空気量を減らすことを特徴とするものである。
【0008】
而して、主としてNOx還元触媒が活性温度域となっていない場合に、NOx吸蔵化合物により排気ガス中のNOxが酸化されて硝酸塩の状態で吸蔵されることになるが、十分な量のNOxを吸蔵してNOx吸蔵化合物の吸蔵能力が低下してきた際には、NOx還元触媒が活性温度域となるのを待って排気ガス再循環装置により排気ガスを再循環し、これにより吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態として酸素濃度の低い還元性雰囲気をつくり、斯かる運転状態を維持して燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させる。
【0009】
このように燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させると、気筒内が酸素濃度の低い還元性雰囲気となっていることにより、噴射された燃料が燃焼せずに熱分解してH2,CO,HCが生成され、これらの還元力の強いH2,CO,HCが、酸素濃度の低い還元性雰囲気下で排気ガス中に添加されることにより、NOx吸蔵化合物からNOxが積極的に分解放出されて該NOx吸蔵化合物が再生され、更には、その放出されたNOxが活性状態のNOx還元触媒上で前記H2,CO,HCと反応して、N2+H2O,N2+CO2+H2O,N2+CO2の何れかの状態に良好に還元浄化されることになる。
【0010】
また、燃料の熱分解によるH2,CO,HCの添加が不十分であったような場合に、排気管におけるNOx吸蔵化合物及びNOx還元触媒の夫々に対し必要に応じて還元剤が追加導入され、NOx吸蔵化合物におけるNOxの分解放出やNOx還元触媒におけるNOxの還元浄化が促進されることになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0012】
図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン1からの排気ガス2が流通する排気管3の途中に、NOx吸蔵化合物4とNOx還元触媒5とが排気ガス2の流れ方向に順次直列に配置されており、NOx還元触媒5の上流に配置されているNOx吸蔵化合物4は、主にNOx還元触媒5の活性温度域から外れた温度域で排気ガス2中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵するようになっている。
【0013】
これらNOx吸蔵化合物4とNOx還元触媒5は、例えばフロースルー方式のハニカム構造などとして形成されるが、その製作にあたっては、押し出し成形によりハニカム型に成形したり、ハニカム担体にコーティングしたりして製作することが可能であり、更には、図示の如き別体のNOx吸蔵化合物4とNOx還元触媒5とを直列に配置することに換えて、ハニカム担体にNOx還元触媒をコーティングし且つその上層にNOx吸蔵化合物を更にコーティングした一体型の多層触媒とすることも可能である。
【0014】
また、ここに図示しているディーゼルエンジン1では、排気ガス再循環装置を成すEGRパイプ6により排気管3と吸気管7との間が接続されており、このEGRパイプ6の途中に備えた常時閉のEGRバルブ8を吸気行程中に開け、前記EGRパイプ6を通して排気ガス2の一部を吸入空気9と一緒に再循環して気筒内に送り込み、該気筒内での燃焼温度を下げてNOxの低減化を図るようにしてある。尚、図中10はディーゼルエンジン1の各気筒に対し図示しない燃料タンクからの燃料(軽油)を噴射する燃料ポンプを示す。
【0015】
更に、NOx吸蔵化合物4の上流側の排気管3と還元剤タンク11との間が還元剤供給管12により接続され、該還元剤供給管12の途中に設けた還元剤供給ポンプ13の駆動により還元剤タンク11内の還元剤14(軽油など)がノズル15を介しNOx吸蔵化合物4の上流側に添加されるようになっている。
【0016】
しかも、特に本形態例においては、還元剤供給管12を途中で分岐した枝管12’がNOx還元触媒5の直前に接続されており、枝管12’の途中に備えた開閉バルブ16を介しNOx還元触媒5の直前に還元剤14がノズル17から追加導入されるようにもなっている。
【0017】
而して、主としてNOx還元触媒5が活性温度域となっていない場合に、NOx吸蔵化合物4により排気ガス2中のNOxが酸化されて硝酸塩の状態で吸蔵されることになるが、十分な量のNOxを吸蔵してNOx吸蔵化合物4の吸蔵能力が低下してきた際には、NOx還元触媒5が活性温度域となるのを待ってEGRバルブ8を開け、これにより排気ガス2を再循環して吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態として酸素濃度の低い還元性雰囲気をつくり、斯かる運転状態を維持して燃料ポンプ10により燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させる。
【0018】
このように燃料ポンプ10を制御して燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させると、気筒内が酸素濃度の低い還元性雰囲気となっていることにより、噴射された燃料が燃焼せずに熱分解してH2,CO,HCが生成され、これらの還元力の強いH2,CO,HCが、酸素濃度の低い還元性雰囲気下で排気ガス2中に添加されることにより、NOx吸蔵化合物4からNOxが積極的に分解放出されて該NOx吸蔵化合物4が再生され、更には、その放出されたNOxが活性状態のNOx還元触媒5上で前記H2,CO,HCと反応して、N2+H2O,N2+CO2+H2O,N2+CO2の何れかの状態に良好に還元浄化されることになる。
【0019】
また、燃料の熱分解によるH2,CO,HCの添加が不十分であったような場合に、排気管3におけるNOx吸蔵化合物4及びNOx還元触媒5の夫々に対し必要に応じて還元剤14が追加導入され、NOx吸蔵化合物4におけるNOxの分解放出やNOx還元触媒5におけるNOxの還元浄化が促進されることになる。
【0020】
従って、上記形態例によれば、NOx還元触媒5の活性温度域に合わせて積極的にNOx吸蔵化合物4からNOxを放出させるように制御することができるので、NOx吸蔵化合物4をNOx還元触媒5に併用して成る排気浄化装置の実用化を図ることができる。
【0021】
特に本形態例においては、吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態で燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させ、その噴射した燃料を燃焼させずに熱分解させることでH2,CO,HCを生成して排気ガス2中に添加するようにしているので、運転状態を適切に制御するだけで燃料を熱分解させてH2,CO,HCの全てを生成することができ、特にNOxをNOx吸蔵化合物4から脱離させる効果の高いH2を添加できてNOx吸蔵化合物4からのNOxの分解放出をより確実に行わせることができる。
【0022】
また、燃料の熱分解によるH2,CO,HCの添加が不十分であったような場合に、排気管3におけるNOx吸蔵化合物4及びNOx還元触媒5の夫々に対し必要に応じて還元剤14を追加導入するようにしているので、NOx吸蔵化合物4におけるNOxの分解放出やNOx還元触媒5におけるNOxの還元浄化を促進することができる。
【0023】
尚、本発明のディーゼルエンジンの排気浄化方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態とする具体的な手法としては、図示の如き従来周知のEGRパイプから成る排気ガス再循環装置を利用するだけでなく、バルブタイミングの可変手段により吸気行程で排気弁を開けて排気ガスを気筒内に呼び戻すようにした排気ガス再循環装置を用いたり、吸入空気量を直接制限するような手段を講じたりしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0024】
【発明の効果】
上記した本発明のディーゼルエンジンの排気浄化方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0025】
(I)NOx還元触媒の活性温度域に合わせて積極的にNOx吸蔵化合物からNOxを放出させるように制御することができるので、NOx吸蔵化合物をNOx還元触媒に併用して成る排気浄化装置の実用化を図ることができる。
【0026】
(II)吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態で燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させ、その噴射した燃料を燃焼させずに熱分解させることでH2,CO,HCを生成して排気ガス中に添加するようにしているので、運転状態を適切に制御するだけで燃料を熱分解させてH2,CO,HCの全てを生成することができ、特にNOxをNOx吸蔵化合物から脱離させる効果の高いH2を添加できてNOx吸蔵化合物からのNOxの分解放出をより確実に行わせることができる。
【0027】
(III)燃料の熱分解によるH2,CO,HCの添加が不十分であったような場合に、排気管におけるNOx吸蔵化合物及びNOx還元触媒の夫々に対し必要に応じて還元剤を追加導入するようにしているので、NOx吸蔵化合物におけるNOxの分解放出やNOx還元触媒におけるNOxの還元浄化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン
2 排気ガス
3 排気管
4 NOx吸蔵化合物
5 NOx還元触媒
6 EGRパイプ(排気ガス再循環装置)
9 吸入空気
14 還元剤
Claims (1)
- NOx吸蔵化合物により排気ガス中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、適宜に吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態として排気ガス中にH2,CO,HCのうちの一種類以上を添加することにより前記NOx吸蔵化合物からNOxを分解放出させて該NOx吸蔵化合物の再生を図り、その放出したNOxをNOx還元触媒上で前記H2,CO,HCのうちの一種類以上と反応させて還元浄化するディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、吸入空気量を理論空燃比より減らした運転状態で燃料を主噴射以外のタイミングで噴射させ、その噴射した燃料を燃焼させずに熱分解させることでH2,CO,HCを生成して排気ガス中に添加すると共に、排気管におけるNOx吸蔵化合物及びNOx還元触媒の夫々に対し必要に応じて還元剤を追加導入し、しかも、排気ガス再循環装置により排気ガスを再循環して吸入空気量を減らすことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化方法。
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