JP4857220B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、このようなタービンの上流側に配置された触媒を迂回するバイパス通路が設けられた排気装置が示されている。この排気装置には、さらに、バイパス通路を開閉することでバイパス通路を流通する排気量を調整するバイパス量制御弁が設けられており、これにより、例えば、タービンより下流の排気の温度を調整することが可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、再生手段により再生処理を実行する間、異常燃焼推定手段によりパティキュレートの異常燃焼の発生が推定された場合には、排気は、触媒バイパス通路及びタービンバイパス通路を流通するか、又は、触媒バイパス通路及びタービンバイパス通路の何れかを流通する。つまり、異常燃焼の発生が推定された場合には、ヒートマスとしてのタービンや第1排気浄化触媒などを迂回させることにより、フィルタの温度上昇を和らげ、異常燃焼の発生を防止することができる。また、これにより、フィルタの破損や溶損を防止できる。
請求項4に記載の発明によれば、再生手段により再生処理を実行する間、第1排気浄化触媒へ排気を流通させつつ、排気の一部を、排気還流通路を介して吸気通路に還流する場合には、第1排気浄化触媒の上流側の排気の一部が、吸気通路に還流される。これにより、排気還流通路に設けられた装置の破損、フィードNOxの増加、及びポスト噴射による燃料の必要以上の消費を防止できる。
また、この酸化触媒にHCの捕捉機能に優れたゼオライトを含めることにより、HCを十分に浄化できない始動直後の低温状態においてHCを捕捉させ、その後、所定の放出温度まで昇温させることにより捕捉したHCを放出させることができる。ここで、HCの放出に伴い、例えば、排気を吸気通路に還流させることにより、HCを再燃焼させることができる。これにより、HCの排出量をさらに低減させることが可能となる。
また、OSC機能を有さないため、リッチスパイク時に酸素が放出されることがない。このため、下流側にNOx浄化装置を設けた場合、このNOx浄化装置に対する還元剤(HCなど)の供給レスポンスの悪化を防止できる。また、この酸化触媒にロジウムを含めることにより、HCの水蒸気改質機能に優れたものにできる。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る排気浄化装置を備える内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、各気筒7内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU40により制御される。
また、排気管4には、上流触媒コンバータ11の上流側と下流側とを接続し、この上流触媒コンバータ11を迂回する触媒バイパス通路18と、上流触媒コンバータ11へ流入する通路と触媒バイパス通路18とを選択的に切り換える触媒通路切換弁としての触媒バイパス弁19とが設けられている。この触媒バイパス弁19は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、ECU40により電磁的に制御される。
本実施形態では、DPF再生処理を実行する間、ECU40によりパティキュレートの異常燃焼の発生が推定された場合には、排気は、触媒バイパス通路18及びタービンバイパス通路16を流通するか、又は、触媒バイパス通路18及びタービンバイパス通路16の何れかを流通する。つまり、異常燃焼の発生が推定された場合には、ヒートマスとしてのタービン10や上流触媒コンバータ11などを迂回させることにより、DPF13の温度上昇を和らげ、異常燃焼の発生を防止することができる。また、これにより、DPF13の破損や溶損を防止できる。
本実施形態では、DPF再生処理を実行する間、上流触媒コンバータ11へ排気を流通させつつ、排気の一部を、排気還流通路6を介して吸気通路に還流する場合には、上流触媒コンバータ11の上流側の排気の一部が、吸気管2に還流される。これにより、排気還流通路6に設けられた装置の破損、フィードNOxの増加、及びポスト噴射による燃料の必要以上の消費を防止できる。
また、この酸化触媒にHCの捕捉機能に優れたゼオライトを含めることにより、HCを十分に浄化できない始動直後の低温状態においてHCを捕捉させ、その後、所定の放出温度まで昇温させることにより捕捉したHCを放出させることができる。ここで、HCの放出に伴い、例えば、排気を吸気管2に還流させることにより、HCを再燃焼させることができる。これにより、HCの排出量をさらに低減させることが可能となる。
また、OSC機能を有さないため、リッチスパイク時に酸素が放出されることがない。このため、下流側にNOx浄化装置を設けた場合、このNOx浄化装置に対する還元剤(HCなど)の供給レスポンスの悪化を防止できる。また、この酸化触媒にロジウムを含めることにより、HCの水蒸気改質機能に優れたものにできる。
本実施形態は、第1の実施形態に係る排気浄化装置の排気管4のうち下流触媒コンバータ12及びDPF13の下流側に、排気中のNOxを浄化するNOx浄化手段としてのNOx浄化装置15を設けたものである。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る排気浄化装置を備える内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
先ず、エンジン1で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、NOx浄化装置15へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化炭素(NO)と酸素(O2)とが触媒の作用で反応し、NO2としてセリアに吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素(CO)も、セリアに吸着される。
2 吸気管(吸気通路)
3 吸気マニホールド(吸気通路)
4 排気管(排気通路)
5 排気マニホールド(排気通路)
6 排気還流通路
8 過給機
9 コンプレッサ
10 タービン
11 上流触媒コンバータ(第1排気浄化触媒)
12 下流触媒コンバータ(第2排気浄化触媒)
13 DPF(パティキュレートフィルタ)
15 NOx浄化装置(NOx浄化手段)
16 タービンバイパス通路(タービンバイパス通路)
17 ウェストゲートバルブ(タービン通路切換弁)
18 触媒バイパス通路(触媒バイパス通路)
19 触媒バイパス弁(触媒通路切換弁)
20 EGR弁(排気還流制御弁)
24 分岐通路
25 EGR通路切換弁(還流通路切換弁)
40 電子制御ユニット(再生手段、排気通路制御手段、還流通路制御手段、判断手段、異常燃焼推定手段)
Claims (7)
- 内燃機関の排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを前記機関の排気通路に備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記機関の排気通路のうち前記パティキュレートフィルタの上流側に設けられたタービンの回転によりコンプレッサを作動し、前記機関の吸気を加圧する過給機と、
前記排気通路のうち前記タービンよりも上流側に設けられた第1排気浄化触媒と、
前記排気通路のうち前記第1排気浄化触媒の上流側と下流側とを接続し、当該第1排気浄化触媒を迂回する触媒バイパス通路と、
前記第1排気浄化触媒へ流入する通路と前記触媒バイパス通路とを切り換える触媒通路切換弁と、
前記排気通路のうち前記タービンよりも下流側かつ前記パティキュレートフィルタよりも上流側に設けられた第2排気浄化触媒と、
前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを、燃料のポスト噴射を行うことで燃焼させる再生処理を実行する再生手段と、
前記再生処理を実行する間、前記第2排気浄化触媒の温度が活性化温度よりも低い場合には前記触媒通路切換弁を駆動し前記第1排気浄化触媒へ排気を流通させ、前記第2排気浄化触媒の温度が活性化温度以上である場合には前記触媒通路切換弁を駆動し前記触媒バイパス通路へ排気を流通させる排気通路制御手段と、
前記排気通路のうち前記タービンの上流側と下流側とを接続し、当該タービンを迂回するタービンバイパス通路と、
前記タービンへ流入する通路と前記タービンバイパス通路とを切り換えるタービン通路切換弁と、
前記再生処理を実行する間、前記第1排気浄化触媒へ排気を流通させる場合には、前記機関の回転数及び負荷に基づいて、前記タービンへ排気を流通させるか、又は、前記タービンバイパス通路へ排気を流通させるかを判断する判断手段と、を備え、
前記排気通路制御手段は、前記判断手段による判断に基づいて前記タービン通路切換弁を駆動することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートの異常燃焼の発生を推定する異常燃焼推定手段をさらに備え、
前記排気通路制御手段は、前記異常燃焼推定手段によりパティキュレートの異常燃焼が発生すると推定された場合には、前記触媒通路切換弁及び前記タービン通路切換弁を駆動し、前記触媒バイパス通路及び/又は前記タービンバイパス通路へ排気を流通させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気通路のうち前記第1排気浄化触媒の下流側と前記機関の吸気通路とを接続し、前記第1排気浄化触媒の下流側の排気の一部を前記吸気通路に還流する排気還流通路と、
当該排気還流通路に設けられ、排気還流量を制御する排気還流制御弁と、
前記排気通路のうち前記第1排気浄化触媒の上流側と前記排気還流通路のうち前記排気還流制御弁の上流側とを接続し、前記第1排気浄化触媒の上流側の排気の一部を前記吸気通路に還流する分岐通路と、
前記排気還流通路に設けられ、前記第1排気浄化触媒の下流側の排気を還流する通路と前記分岐通路とを切り換える還流通路切換弁と、
前記再生処理を実行する間、前記第1排気浄化触媒へ排気を流通させつつ前記排気還流通路を介して排気を還流させる場合には、前記還流通路切換弁を駆動し前記第1排気浄化触媒の上流側の排気の一部を前記吸気通路に還流する還流通路制御手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第1排気浄化触媒は、ゼオライト及び/又はロジウムを含む酸化触媒であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第2排気浄化触媒は、セリアを含む三元触媒であることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気通路のうち前記パティキュレートフィルタ及び前記第2排気浄化触媒の下流側に設けられ、排気の空燃比がリーンであるときに排気中のNOxを捕捉し、排気の空燃比がリッチであるときに前記捕捉したNOxを還元するNOx浄化手段をさらに備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記NOx浄化手段は、排気の空燃比がリッチであるときにアンモニアを生成するとともに当該生成されたアンモニアを保持し、排気の空燃比がリーンであるときに前記保持したアンモニアによりNOxを還元する触媒であることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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