JP4737463B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device that purifies exhaust gas discharged from an engine.
自動車等に搭載されるエンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等や、微粒子状物質(PM:Particulate Matter)等が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、例えば、上記汚染物質を分解(還元等)するための三元触媒や、PMを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等を設け、排気ガスが浄化された状態で大気中に放出されるようにしている。 In exhaust gas emitted from engines mounted on automobiles, particularly diesel engines, carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), etc., particulate matter (PM: Particulate) Matter) etc. are included. For this reason, in general, for example, a three-way catalyst for decomposing (reducing, etc.) the pollutants and a particulate filter for capturing PM in an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine passes. Etc., so that the exhaust gas is purified and released into the atmosphere.
このようなパティキュレートフィルタは、使用に伴ってフィルタ内にPMが堆積して通過抵抗が増大するため、必要に応じて再生処理を行う必要がある。このような再生処理としては、パティキュレートフィルタに加熱装置を配設し、加熱によりPMを燃焼さて除去することが行われていたが、パティキュレートフィルタの上流に設けられた酸化触媒に燃料(軽油)などの炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、この熱によりパティキュレートフィルタの再生処理を行う方法も提案されている。 In such a particulate filter, since PM accumulates in the filter and the passage resistance increases with use, it is necessary to perform a regeneration process as necessary. As such regeneration processing, a heating device is provided in the particulate filter, and PM is burned and removed by heating. However, fuel (light oil) is added to the oxidation catalyst provided upstream of the particulate filter. A method is also proposed in which a hydrocarbon-based liquid such as) is introduced to cause an exothermic reaction and the particulate filter is regenerated by this heat.
また、ディーゼルエンジンにおいては、窒素酸化物(NOx)が特に多く発生し易い。このため、ディーゼルエンジンには、排気ガス中のNOxを効率的に分解するために、例えば、NOxの吸着と還元とを繰り返し行ってNOxを分解(還元)する、いわゆるNOxトラップ触媒が多く採用されている。 In diesel engines, nitrogen oxides (NOx) are particularly likely to be generated. For this reason, in order to efficiently decompose NOx in exhaust gas, many so-called NOx trap catalysts that decompose and reduce NOx by repeatedly adsorbing and reducing NOx, for example, are often used in diesel engines. ing.
このようなNOxトラップ触媒は、吸着したNOxを分解(還元)するため、NOxトラップ触媒に外部から還元剤(添加剤)を適宜供給する必要がある。このため、一般的には、燃料(軽油)等を還元剤として排気通路内に噴射することでNOxトラップ触媒に供給するようにしている。例えば、排気管に設けられたインジェクタによって燃料を排気通路内に噴射し、燃料が混合された排気ガスをNOxトラップ触媒に供給するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。 Since such NOx trap catalyst decomposes (reduces) adsorbed NOx, it is necessary to appropriately supply a reducing agent (additive) from the outside to the NOx trap catalyst. For this reason, in general, fuel (light oil) or the like is supplied as a reducing agent into the exhaust passage so as to be supplied to the NOx trap catalyst. For example, there is one in which fuel is injected into an exhaust passage by an injector provided in an exhaust pipe, and exhaust gas mixed with the fuel is supplied to a NOx trap catalyst (see, for example, Patent Document 1).
またNOxトラップ触媒にはNOxと共に硫黄酸化物(SOx)も吸着されるため、NOxトラップ触媒に燃料(還元剤)を供給してNOxトラップ触媒を高温にすることで、SOxを分解(還元)することも行われている。
このようなインジェクタの先端面及びその周囲には、いわゆるデポジットが徐々に堆積してしまい、インジェクタから排気通路に還元剤を良好に供給できないという問題が生じる虞がある。具体的には、排気通路内に燃料等の還元剤を噴射するインジェクタのノズルが開口する先端面は、排気通路内に露出されており高温の排気ガスに晒されるため、この先端面の温度は比較的高温になる。このため、インジェクタから噴射した還元剤(例えば、燃料)がインジェクタの先端面に付着すると、付着した還元剤の揮発成分が蒸発して残った成分が変質してデポジットとして徐々に堆積してしまう。また付着した還元剤がバインダとなって排ガス中の煤が付着してデポジットとして徐々に堆積してしまう。このようにインジェクションの先端面及びその周囲にデポジットが堆積すると、インジェクタのノズルの目詰まりが生じて排気通路に還元剤を良好に供給できなくなる虞がある。 A so-called deposit is gradually accumulated on the front end surface of the injector and the periphery thereof, which may cause a problem that the reducing agent cannot be satisfactorily supplied from the injector to the exhaust passage. Specifically, the tip surface of the injector nozzle that injects a reducing agent such as fuel into the exhaust passage is exposed in the exhaust passage and exposed to high-temperature exhaust gas. It becomes relatively hot. For this reason, when the reducing agent (for example, fuel) injected from the injector adheres to the tip end surface of the injector, the volatile component of the attached reducing agent evaporates and the remaining component is denatured and gradually accumulates as deposit. Further, the adhering reducing agent becomes a binder, soot in the exhaust gas adheres and gradually accumulates as a deposit. If deposits accumulate on the tip surface of the injection and the periphery thereof, the nozzles of the injector may be clogged, and the reducing agent may not be satisfactorily supplied to the exhaust passage.
なおこのようにインジェクタ等にデポジットが堆積してしまった場合には、インジェクタを取り外して堆積したデポジットを除去するメンテナンス作業を行う必要がある。インジェクタを取り外すには、インジェクタが取り付けられている装着部材や、インジェクタに取り付けられている還元剤(燃料)の配管や、その周囲に配されている冷却水の配管等を取り外す必要があり、メンテナンス作業にはかなりの労力を必要とする。 When deposits are deposited on the injector or the like in this way, it is necessary to perform maintenance work for removing the deposited deposits by removing the injectors. To remove the injector, it is necessary to remove the mounting member to which the injector is attached, the reducing agent (fuel) pipe attached to the injector, the cooling water pipe around it, etc. Work requires considerable effort.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、インジェクタの先端面に堆積するデポジットによる排気通路内への添加剤の供給不良を防止した排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device that prevents poor supply of additives into the exhaust passage due to deposits deposited on the tip surface of an injector.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、エンジンの排気通路に介装される排気浄化用触媒と、該排気浄化用触媒よりも上流側に配されて前記排気通路に添加剤を噴射するインジェクタと、を具備すると共に、前記インジェクタから前記排気通路に添加剤が噴射される際に、前記エンジンの運転状態を、空燃比がスモーク量のピークよりもリーン側である通常燃焼から該通常燃焼よりもPMの排出を抑制した低PM排出燃焼に切り替えることで空燃比をさらにリーン側へと変更する切替手段を具備することを特徴とする排気浄化装置にある。 A first aspect of the present invention that solves the above-described problems includes an exhaust purification catalyst interposed in an exhaust passage of an engine, and an additive that is disposed upstream of the exhaust purification catalyst and injects the additive into the exhaust passage. And when the additive is injected from the injector into the exhaust passage, the operating state of the engine is changed from normal combustion in which the air-fuel ratio is leaner than the smoke amount peak. in the exhaust purification apparatus characterized by comprising a switching means for changing the air-fuel ratio to further lean side by switching Rukoto a low PM emissions combustion with reduced emissions of PM than combustion.
かかる第1の態様では、エンジンの運転状態が低PM排出燃焼であるときには、排気ガスに含まれる煤の量が通常燃焼時よりも大幅に減少する。これにより、排気ガス中の煤がインジェクタの先端面等にデポジットとして堆積するのを抑制することができる。したがって、デポジットが堆積することによる排気通路への添加剤の供給不良を防止することができる。また空燃比を変更(リーン化)することで、比較的容易に低PM排出燃焼を実施することができる。 In the first aspect, when the engine operating state is low PM exhaust combustion, the amount of soot contained in the exhaust gas is significantly reduced as compared with normal combustion. Thereby, it is possible to suppress soot in the exhaust gas from depositing as a deposit on the tip surface of the injector. Therefore, supply failure of the additive to the exhaust passage due to deposits can be prevented. Further, by changing the air-fuel ratio (leaning), low PM exhaust combustion can be performed relatively easily.
本発明の第2の態様は、前記エンジンが排気通路と吸気通路とを接続されて排気ガスの一部を循環させるEGR通路を具備するものであり、前記切替手段は、各運転状態に応じて前記EGR通路を介して循環させる排気ガスの量を変更することを特徴とする第1の態様の排気浄化装置にある。 According to a second aspect of the present invention, the engine includes an EGR passage in which an exhaust passage and an intake passage are connected to circulate a part of the exhaust gas, and the switching means corresponds to each operating state. In the exhaust emission control device according to the first aspect, the amount of exhaust gas circulated through the EGR passage is changed.
かかる第2の態様では、EGR通路を介して循環させる排気ガス(EGRガス)の量を変更することで、空燃比を容易に変更することができる。例えば、EGRガスの量を減少させることで、空燃比はリーン化される。 In the second aspect, the air-fuel ratio can be easily changed by changing the amount of exhaust gas (EGR gas) circulated through the EGR passage. For example, the air-fuel ratio is made lean by reducing the amount of EGR gas.
本発明の第3の態様は、前記エンジンが排気通路に配設されたタービンを排気により回転させることで吸気通路に配設されたコンプレッサを回転させて吸気の過給を行うターボチャージャを具備するものであり、前記切替手段は、各運転状態に応じて前記ターボチャージャによる過給圧を変更することを特徴とする第1又は2の態様の排気浄化装置にある。 According to a third aspect of the present invention, the engine includes a turbocharger that performs supercharging of the intake air by rotating a compressor disposed in the intake passage by rotating a turbine disposed in the exhaust passage by exhaust. In the exhaust emission control device according to the first or second aspect, the switching means changes the supercharging pressure by the turbocharger according to each operation state.
かかる第3の態様では、過給圧を変更することで、空燃比を容易に変更することができる。例えば、過給圧を増大させることで、空燃比はリーン化される。 In the third aspect, the air-fuel ratio can be easily changed by changing the supercharging pressure. For example, the air-fuel ratio is made lean by increasing the supercharging pressure.
本発明の第4の態様は、前記切替手段は、各運転状態に応じて前記エンジンの燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧を変更することを特徴する第1〜3の何れか一つの態様の排気浄化装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the switching means changes an injection pressure of fuel injected from a fuel injection valve of the engine according to each operation state. In the exhaust emission control device of the aspect.
かかる第4の態様では、燃料の噴射圧を変更することで、通常燃焼と低PM排出運転との切替を行うことができる。すなわち、燃料の噴射圧を増大させるとPMの排出量が減少する傾向にあるため、この傾向に併せて燃料の噴射圧を変更することで、通常燃焼と低PM排出運転との切替を容易に行うことができる。 In the fourth aspect, it is possible to switch between normal combustion and low PM discharge operation by changing the fuel injection pressure. That is, when the fuel injection pressure is increased, the PM emission amount tends to decrease. Therefore, by changing the fuel injection pressure in accordance with this tendency, switching between the normal combustion and the low PM emission operation is facilitated. It can be carried out.
かかる本発明では、インジェクタから排気通路に添加剤を噴射しても、インジェクタの先端面等に、この添加剤をバインダ(接着剤)として排気ガス中の煤がデポジットとして堆積するのを抑制することができる。したがって、排気浄化用触媒の還元処理や、DPFの再生処理を長期に亘って良好に実施することができる。 In the present invention, even when an additive is injected from the injector into the exhaust passage, the additive is used as a binder (adhesive) as a binder (adhesive) to prevent soot in the exhaust gas from depositing as deposits. Can do. Therefore, the reduction process of the exhaust purification catalyst and the regeneration process of the DPF can be carried out satisfactorily over a long period of time.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は、一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、排気浄化装置10は、複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとを有し、これら複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとは、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)11の排気管(排気通路)12に介装されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust emission control apparatus according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
エンジン11は、シリンダヘッド13とシリンダブロック14とを有し、シリンダブロック14の各シリンダボア15内には、ピストン16が往復移動自在に収容されている。そして、このピストン16とシリンダボア15とシリンダヘッド13とで燃焼室17が形成されている。なお、ピストン16は、コンロッド18を介してクランクシャフト19に接続されており、ピストン16の往復運動によってクランクシャフト19が回転するようになっている。
The
またシリンダヘッド13には吸気ポート20が形成され、この吸気ポート20には吸気マニホールド21を含む吸気管(吸気通路)22が接続されている。また、吸気ポート20には、吸気弁23が設けられておりこの吸気弁23によって吸気ポート20が開閉されるようになっている。
An
また、シリンダヘッド13には、排気ポート24が形成され、この排気ポート24には、排気マニホールド25を含む排気管(排気通路)12が接続されている。なお、排気ポート24には排気弁26が設けられており、吸気ポート20と同様に、排気ポート24はこの排気弁26によって開閉されるようになっている。
An
これら吸気管22及び排気管12の途中には、ターボチャージャ27が設けられている。ターボチャージャ27は、図示しないタービンと、このタービンに連結されたコンプレッサとを有し、エンジン11からターボチャージャ27内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管22からターボチャージャ27内に空気を吸い込んで加圧するようになっている。またターボチャージャ27の下流側の吸気管22には、インタークーラ28が配されている。そして、ターボチャージャ27で加圧された空気は、インタークーラ28によって冷却されてエンジン11の各吸気ポート20に供給される。
A
インタークーラ28の下流側の吸気管22には、電動アクチュエータの駆動により吸気管(吸気通路)を開閉するスロットルバルブ29が設けられている。さらに、スロットルバルブ29の下流側の排気管12には、ターボチャージャ27の上流側の排気管12に連通するEGR管(EGR通路)30が接続されている。またこのEGR管30にはEGRクーラ31が設けられ、EGR管30の吸気管22との接続部分にはEGR弁32が設けられている。そしてこのEGR弁32が開弁することで、排気管12を流れる排気ガスの一部がEGRクーラ31によって冷却された後、吸気管22に供給されるようになっている。
The
なおシリンダヘッド13には、各気筒の燃焼室17内に燃料を直噴射する電子制御式の燃料噴射弁33が設けられている。燃料噴射弁33にはコモンレール34から燃料が供給される。コモンレール34にはサプライポンプ35により燃料タンク(図示なし)の燃料が供給され、エンジン11の回転速度に応じてサプライポンプ35から所定圧で燃料がコモンレール34に供給される。コモンレール34では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール34から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁33に供給される。
The
ターボチャージャ27の下流側の排気管12には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒(以下、単に酸化触媒と称する)36及びNOxトラップ触媒37と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter:以下、DPFと称する)38とが上流側から順に配されている。
The
またターボチャージャ27と酸化触媒36との間の排気管12には、還元剤(添加剤)である燃料(軽油)を排気管(排気通路)12内に噴射するインジェクタ50が設けられている。
The
酸化触媒36は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属が担持されてなる。酸化触媒36では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素(NO)が酸化されて二酸化窒素(NO2)が生成される。また、酸化触媒36における酸化反応が起こるには、酸化触媒36が所定温度以上に加熱されている必要があるため、酸化触媒36は可及的にエンジン11に近い位置に配されていることが好ましい。酸化触媒36がエンジン11の熱によって加熱され、エンジン始動時等であっても、比較的短時間で酸化触媒36を所定温度以上に加熱することができるからである。
The
NOxトラップ触媒37は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム(Ba)等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そして、NOxトラップ触媒37では、酸化雰囲気においてNOx、すなわち、酸化触媒36で生成されたNO2、また酸化触媒36で酸化されずに排気ガス中に残存するNOを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を含む還元雰囲気中において、NOxを放出して窒素(N2)等に還元する。
The
また酸化触媒36で生成されたNO2の多くはNOxトラップ触媒37によって吸着・分解(還元)され、吸着・分解されなかった残りのNO2はDPF38での反応により浄化されるようになっている。
Further, most of the NO 2 produced by the
通常、エンジン11から排出される排気ガスは酸化雰囲気であるため、NOxトラップ触媒37内が酸化雰囲気となり、NOxトラップ触媒37ではNOxが吸着されるのみで吸着されたNOxが分解(還元)されることはない。このため、NOxトラップ触媒37に所定量のNOxが吸着されると、ターボチャージャ27と酸化触媒36との間の排気管12に固定されたインジェクタ50から添加剤である燃料(軽油)が噴射されるようになっている。これにより、燃料が混合された排気ガスが酸化触媒36を通過してNOxトラップ触媒37に供給され、NOxトラップ触媒37内が還元雰囲気となり、吸蔵されたNOxが分解(還元)される(NOxパージ)。
Normally, since the exhaust gas discharged from the
なおNOxトラップ触媒37は、窒素酸化物(NOx)と同様に硫黄酸化物(SOx)を吸蔵する。このため、NOxパージと同様に、所定のタイミングでインジェクタ50から添加剤である燃料(軽油)が噴射されて、吸蔵されたSOxが分解(還元)される(Sパージ)。例えば、NOxパージは、20(sec)に一回程実施されるのに対し、Sパージは、走行距離が1000kmを超える毎に実施される。勿論、Sパージを行うタイミングは、特に限定されず、例えば、走行距離が500kmを超える毎に実施されてもよい。
The
DPF38は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタであり、DPF38内には、例えば、上流側端部が開放され下流側端部が閉塞された排気ガス通路38aと下流側端部が開放され上流側端部が閉塞された排気ガス通路38bとが交互に配列されている。そして、排気ガスは、まず上流側端部が開放された排気ガス通路38aに流入し、隣接する排気ガス通路38bとの間に設けられた多孔質の壁面から下流側端部が開放された排気ガス通路38bに流入して下流側に流出し、この過程において排気ガス中の微粒子状物質(PM)が、壁面に衝突したり吸着されたりして捕捉される。
The
捕捉されたPMは、排気ガス中のNO2によって酸化(燃焼)されCO2として排出され、またDPF38内に残存するNO2はN2に分解されて排出されるようになっている。すなわち、DPF38では、排気ガスを浄化して、PM及びNOxの排出量を大幅に低減できるようになっている。また、PMが燃焼されることで、DPF38の性能がある程度再生される。
The trapped PM is oxidized (combusted) by NO 2 in the exhaust gas and discharged as CO 2 , and NO 2 remaining in the
ここで、通常は、上述したようにNOxはNOxトラップ触媒37で吸蔵されるため、DPF38に供給される排気ガス中のNO2の量は少なく、DPF38にはPMが徐々に堆積されていく。そして、DPF38に所定量のPMが堆積すると、燃料噴射弁33あるいは排気管12に固定されているインジェクタ50から所定量の燃料が噴射されるようになっている。上述したように排気ガスに燃料が混合されると、NOxトラップ触媒37では吸蔵されたNOxが還元されるため、排気ガスに含まれているNOx(NO2)はNOxトラップ触媒37で吸蔵されずにDPF38に供給される。これにより、DPF38におけるPMの燃焼が促進されるようになっている。例えば、本実施形態では、走行距離500kmを超える毎に、このようなDPF38の再生処理と、上述したSパージとを同時に実施している。
Here, normally, as described above, since NOx is occluded by the
なおこれら酸化触媒36、NOxトラップ触媒37及びDPF38の上流側近傍及びDPF38の下流側近傍には、それぞれ排気温センサ39が設けられており、これら複数の排気温センサ39によって、酸化触媒36、NOxトラップ触媒37及びDPF38に流入する排気ガスの温度と、酸化触媒36、NOxトラップ触媒37及びDPF38から排出される排気ガスの温度を検出している。また酸化触媒36及びDPF38の上流側近傍には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ40が設けられている。
An
また車両には、図示しない電子制御ユニット(ECU)が設けられており、このECUには、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このECUが、上述した各種センサ類からの情報に基づいて、排気浄化装置10が搭載されたエンジン11の総合的な制御を行っている。
The vehicle is also provided with an electronic control unit (ECU) (not shown). This ECU includes an input / output device, a storage device for storing a control program and a control map, a central processing unit, timers and counters. Is provided. The ECU performs comprehensive control of the
そして本発明では、このような排気浄化装置10のインジェクタ50から添加剤としての燃料が噴射される際(NOxパージ、Sパージ等の処理が実施される際)、エンジン11の運転状態を、「通常燃焼」から「低PM排出燃焼」に切り替えることで、インジェクタ50の先端面へのデポジットの堆積を抑制するようにした。例えば、本実施形態では、エンジン11の運転状態を、「通常燃焼」から「低PM排出燃焼」に切り替えることで、空燃比が変更されるようにしている。
In the present invention, when fuel as an additive is injected from the
以下、排気浄化装置10の制御方法について説明する。図2は、一実施形態に係る排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。
Hereinafter, a control method of the exhaust
図2に示すように、まずステップS11でインジェクタ50から燃料を噴射する条件(排気燃料添加条件)が成立したか否かを判定する。例えば、NOxパージ、Sパージ、DPF再生等を実施するための条件が成立したか否かを判定する。またステップS11の判定が実施される際、エンジン11の運転状態は、「通常燃焼」となっている。なおエンジン11の運転状態が、「通常燃焼」である場合、所定のマップ(ベースマップ)に基づいて空燃比が設定される。
As shown in FIG. 2, first, in step S11, it is determined whether or not a condition for injecting fuel from the injector 50 (exhaust fuel addition condition) is satisfied. For example, it is determined whether a condition for performing NOx purge, S purge, DPF regeneration, or the like is satisfied. When the determination in step S11 is performed, the operating state of the
ここで排気燃料添加条件が成立していなければ(ステップS11:No)、排気燃料添加(インジェクタ50による排気管12への燃料噴射)は実施されず、そのまま当該処理を終了する。一方、排気燃料添加条件が成立している場合には(ステップS11:Yes)、ステップS12で排気燃料添加が実施されると共に、ステップS13でエンジン11の運転状態が、「通常燃焼」よりもPMの排出を抑制した「低PM排出燃焼」に切り替えられる(切替手段)。このようにエンジン11の運転状態が「通常燃焼」から「低PM排出燃焼」に切り替えられることで、具体的には、空燃比が変更される。
Here, if the exhaust fuel addition condition is not satisfied (step S11: No), the exhaust fuel addition (fuel injection to the
図3は、空燃比とスモーク量(PM量)との関係を示すグラフである。図3に示すように、空燃比が小さい状態(リッチ化された状態)から増加する(リーン化される)に連れて、一旦スモーク量は上昇した後、徐々に減少するという傾向を示す。このため、エンジン11の運転状態が、通常燃焼から低PM排出燃焼に切り替えられた場合には、現在の空燃比を基準として、スモーク量のピークから離れる方向に空燃比が変更される。例えば、現在の空燃比が、図3中のスモーク量のピークよりもリッチ側(図中左側)であれば、エンジン11の運転状態が通常燃焼から低PM排出燃焼に切り替えられることで空燃比はさらにリッチ側に変更される。一方、現在の空燃比が、図3中のスモーク量のピークよりもリーン側(図中右側)であれば、空燃比はさらにリーン側に変更されることになる。なおエンジン11の空燃比は、通常は、図3中のスモーク量のピークよりもリーン側であるため、エンジン11の運転状態が、「通常燃焼」から「低PM排出燃焼」に切り替えられることで、空燃比はリーン側に変更されることになる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio and the smoke amount (PM amount). As shown in FIG. 3, as the air-fuel ratio increases (lean) from a small state (riched state), the smoke amount once increases and then gradually decreases. For this reason, when the operating state of the
なお、エンジン11の運転状態が「通常燃焼」である場合、上述のように空燃比はベースマップを参照して適宜設定されるが、エンジン11の運転状態が「通常燃焼」から「低PM排出燃焼」に切り替えられた場合には、例えば、ベースマップとは異なる低PM排出燃焼用マップを参照して空燃比が適宜設定される。勿論、空燃比の設定方法は、特に限定されず、例えば、運転状態が「低PM排出燃焼」に切り替えられた場合に、ベースマップに基づいて設定された空燃比を適宜補正するようにしてもよい。
When the operating state of the
空燃比の変更方法は、例えば、本実施形態のようにエンジン11がEGR通路を有するものである場合には、EGR通路から吸気管に循環される排気ガス(EGRガス)の量(EGR量)の変更することが挙げられる。EGR量を増加すると空燃比はリッチ化される傾向にあり、EGR量を減少すると空燃比はリーン化される傾向にある。このため、EGR量を変更することによって空燃比を変更することができる。
For example, when the
勿論、空燃比の変更方法は、EGR量の変更だけに限られず、例えば、燃料噴射弁33から噴射される燃料噴射量を変更であってもよい。燃料噴射弁33による燃料噴射量は、上述した各種センサ類からの検出情報からECUで演算された演算結果に基づいて設定される。詳しくは、ECUが各種センサ類からの検出情報に基づいて適正な目標空燃比を設定し、この目標空燃比に応じた適正な量の燃料が燃料噴射弁33から噴射されるようになっている。つまり、エンジン11の運転状態が切り替えられると、実際には目標空燃比が変更され、変更された目標空燃比に応じた適正な量の燃料が燃料噴射弁33から噴射される。この場合、トルク変動が発生する恐れがあるが、噴射タイミングの変更や多段噴射を行うことでトルク変動を抑えるようにしてもよい。
Of course, the method for changing the air-fuel ratio is not limited to changing the EGR amount, and for example, the fuel injection amount injected from the
また、別の空燃比の変更方法として、例えば、本実施形態のようにエンジン11がターボチャージャ27を備えている場合には、吸気管22から燃焼室17に供給される新規空気量を変更するが挙げられる。過給圧を上げると空燃比はリーン化される傾向にあり、過給圧を下げるとリッチ化される傾向にある。このため、過給圧を変更するよって空燃比を変更することができる。
As another air-fuel ratio changing method, for example, when the
また、エンジン11の運転状態が「通常燃焼」から「低PM排出運転」に切り替えられた場合に、必ずしも空燃比が変更される必要はない。例えば、コモンレール34の燃料圧力を変更して、燃料噴射弁33の噴射圧を変更するようにしてもよい。
Further, when the operation state of the
図4は、噴射圧を変化させたときのEGR率とPM量との関係を示すグラフである。なお噴射圧は、D1>D2>D3の関係にある。この図4の結果から分かるように、EGR率に拘わらず、PM量は噴射圧が高いほど減少する傾向にある。また空燃比の変化は、EGR率の変化にほぼ一致する。つまりこの結果から、空燃比の変化に拘わらず、PM量は噴射圧が高いほど減少する傾向にあることが分かる。したがって、噴射圧を変更することによっても、エンジン11の運転状態を、PM量を低下させた「低PM排出燃焼」とすることができる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the EGR rate and the PM amount when the injection pressure is changed. The injection pressure has a relationship of D1> D2> D3. As can be seen from the results in FIG. 4, the PM amount tends to decrease as the injection pressure increases regardless of the EGR rate. The change in the air-fuel ratio substantially coincides with the change in the EGR rate. That is, it can be seen from this result that the PM amount tends to decrease as the injection pressure increases regardless of the change in the air-fuel ratio. Therefore, the operating state of the
そして、このように排気燃料添加を実施する際にエンジン11の運転状態を「通常燃焼」から「低PM排出燃焼」に切り替えるようにすることで、インジェクタ50の先端面等へのデポジットの堆積を抑制することができる。すなわち、燃料添加中に排気ガス中の煤が減少するため、インジェクタ50の先端面等にデポジットとして堆積するのを抑えることができる。したがって、インジェクタ50から排気通路12に燃料(添加剤)を常に良好に供給することができる。
When the exhaust fuel is added in this way, the operating state of the
なおステップS13で、エンジン11の運転状態を「低PM排出燃焼」に変更した後は、次にステップS14で排気燃料添加終了条件が成立しているか否かを判定する。ここで排気燃料添加終了条件が成立していなければ(ステップS14:No)、排気燃料添加を継続すると共に(ステップS12)、エンジン11の運転状態を「低PM排出燃焼」のまま維持する(ステップS13)。
After the operation state of the
一方、排気燃料添加終了条件が成立している場合には(ステップS14:Yes)、排気燃料添加を終了するが、エンジン11の運転状態は「低PM排出燃焼」のまま維持する(ステップS15)。そして、ステップS16で排気燃料添加終了から所定時間経過したか否か判定し、所定時間が経過した時点で(ステップS16:Yes)、ステップS17でエンジン11の運転状態を「通常燃焼」に戻して、一連の処理が終了する。
On the other hand, when the exhaust fuel addition termination condition is satisfied (step S14: Yes), the exhaust fuel addition is terminated, but the operation state of the
このように本実施形態では、排気燃料添加が終了した後も一定期間、エンジン11の運転状態を「低PM排出燃焼」のまま維持するようにした。すなわち排気燃料添加の終了とエンジン11の運転状態を「低PM排出燃焼」から「通常燃焼」に切り替えるタイミングとの間にタイムラグを生じさせるようした。これにより、デポジットの堆積をさらに抑制することができる。インジェクタ50近傍には、排気燃料添加を終了した後もしばらくの間、バインダとなる燃料が滞留している場合がある。上記タイムラグを生じさせておくことで、インジェクタ50近傍の燃料は排気ガスと共に確実に排出されるため、デポジットの堆積がさらに抑制される。
As described above, in this embodiment, the operation state of the
勿論、このようなタイムラグは必ずしも必要ではない。基本的には排気燃料添加が実施されている間だけ、すなわちインジェクタ50から燃料が噴射されている間だけ、エンジン11の運転状態が「低PM排出燃焼」に切り替えられていれば、デポジットの堆積を十分に抑制することができる。
Of course, such a time lag is not always necessary. Fundamentally, if the operating state of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、NOxやSを分解する排気浄化用触媒として、燃料(軽油)を還元剤としてNOxを分解(還元)するNOxトラップ触媒を例示したが、これに限定されず、例えば、排気ガス中のNOxを選択的に触媒に吸着させ、還元剤としてアンモニアあるいは尿素をインジェクタから噴射してNOxを分解(還元)する、いわゆるSCR(Selective Catalytic Reduction)等を具備する装置にも本発明を適用することができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above-described embodiment, the NOx trap catalyst that decomposes (reduces) NOx using fuel (light oil) as a reducing agent is illustrated as an exhaust purification catalyst that decomposes NOx and S, but is not limited thereto. This is also applied to an apparatus equipped with a so-called SCR (Selective Catalytic Reduction), which selectively adsorbs NOx in exhaust gas to a catalyst and injects ammonia or urea as a reducing agent from an injector to decompose (reduce) NOx. The invention can be applied.
また、上述した実施形態では、添加剤として還元剤を添加した例を説明したが、添加剤は還元作用を目的としたものに限らず、排気系に添加するものであれば、例えば、燃焼による昇温を目的とした燃料等であってもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the reducing agent is added as the additive has been described. However, the additive is not limited to the purpose of the reducing action, and if it is added to the exhaust system, for example, by combustion It may be a fuel for the purpose of raising the temperature.
さらに、上述した実施形態ではターボチャージャ、EGR装置を備えている吸排気系の構成の一例を示しているが、特にこれに限定されず、これらターボチャージャやEGR装置は、必ずしも設けられている必要はない。 Further, in the above-described embodiment, an example of the configuration of the intake / exhaust system including the turbocharger and the EGR device is shown, but the present invention is not particularly limited to this, and the turbocharger and the EGR device are necessarily provided. There is no.
10 排気浄化装置
11 エンジン
12 排気管(排気通路)
13 シリンダヘッド
14 シリンダブロック
15 シリンダボア
16 ピストン
17 燃焼室
18 コンロッド
19 クランクシャフト
20 吸気ポート
21 吸気マニホールド
22 吸気管(吸気通路)
23 吸気弁
24 排気ポート
25 排気マニホールド
26 排気弁
27 ターボチャージャ
28 インタークーラ
29 スロットルバルブ
30 EGR管(EGR通路)
31 EGRクーラ
32 EGR弁
33 燃料噴射弁
34 コモンレール
35 サプライポンプ
36 酸化触媒
37 NOxトラップ触媒
38 DPF
39 排気温センサ
40 酸素濃度センサ
50 インジェクタ
10
13
23
31 EGR cooler 32
39
Claims (4)
前記インジェクタから前記排気通路に添加剤が噴射される際に、前記エンジンの運転状態を、空燃比がスモーク量のピークよりもリーン側である通常燃焼から該通常燃焼よりもPMの排出を抑制した低PM排出燃焼に切り替えることで空燃比をさらにリーン側へと変更する切替手段を具備することを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust purification catalyst interposed in the exhaust passage of the engine, and an injector that is arranged upstream of the exhaust purification catalyst and injects an additive into the exhaust passage,
When the additive is injected from the injector into the exhaust passage, the engine operating state is suppressed from the normal combustion in which the air-fuel ratio is leaner than the smoke amount peak, and the emission of PM is suppressed more than the normal combustion. exhaust gas purification apparatus characterized by comprising a switching means for changing to a further lean-side air-fuel ratio by switching Rukoto a low PM emission combustion.
前記切替手段は、各運転状態に応じて前記EGR通路を介して循環させる排気ガスの量を変更することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The engine includes an EGR passage that connects an exhaust passage and an intake passage to circulate a part of the exhaust gas,
The exhaust emission control device according to claim 1 , wherein the switching means changes an amount of exhaust gas circulated through the EGR passage according to each operation state.
前記切替手段は、各運転状態に応じて前記ターボチャージャによる過給圧を変更することを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 The engine includes a turbocharger that rotates a compressor disposed in an intake passage by rotating a turbine disposed in an exhaust passage by exhaust to supercharge intake air,
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2 , wherein the switching unit changes a supercharging pressure by the turbocharger according to each operation state.
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