JP5025615B2 - Diesel engine exhaust gas purification system - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるＨＣ等の未燃燃料を酸化触媒で酸化し、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、更にこの捕集したパティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタを再生する装置に関するものである。 The present invention oxidizes unburned fuel such as HC contained in the exhaust gas of a diesel engine with an oxidation catalyst, collects particulates contained in the exhaust gas of the diesel engine with a particulate filter, and further collects the collected particulates. The present invention relates to an apparatus for regenerating a particulate filter by removing it by combustion.
従来、この種の排ガス浄化装置として、排ガス中のパティキュレートを捕集するとともに排気通路の上流部分に酸化触媒を有するパティキュレートフィルタが内燃機関の排気通路に介装され、強制再生手段がフィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に燃焼除去してフィルタの再生を行うように構成された内燃機関の排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この排気浄化装置では、強制再生手段が、フィルタの上流に設けられたバーナを含む。このバーナは、燃料噴霧を着火により燃焼させて排気通路内の排気を昇温させる燃焼モードと、着火せずに燃料噴霧のみを排気通路に供給する燃料供給モードとに切換えて作動可能になっており、バーナを燃焼モードで作動させた後、燃料供給モードに切換えて作動させるように構成される。 Conventionally, as this type of exhaust gas purification device, a particulate filter that collects particulates in the exhaust gas and has an oxidation catalyst in the upstream portion of the exhaust passage is interposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the forced regeneration means serves as a filter. An exhaust purification device for an internal combustion engine configured to forcibly burn and remove the collected particulates to regenerate the filter is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this exhaust purification device, the forced regeneration means includes a burner provided upstream of the filter. This burner can be operated by switching between a combustion mode in which the fuel spray is combusted by ignition to raise the temperature of the exhaust in the exhaust passage and a fuel supply mode in which only the fuel spray is supplied to the exhaust passage without ignition. The burner is operated in the combustion mode and then switched to the fuel supply mode.
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの強制再生時に、先ずバーナを燃焼モードで作動させることにより、排気通路内の排ガスを昇温させ、その後バーナを燃料供給モードに切換えて着火なく作動させることにより、燃料噴霧のみを排気通路に供給する。即ち、昇温した排ガスによって酸化触媒が活性状態とされた後に、この活性化した酸化触媒に向けてバーナから燃料噴霧だけが供給される。このとき燃料噴霧はバーナの余熱によって十分に気化が促進されているので、燃料噴霧が酸化触媒において速やかに酸化反応を起こして発熱し、この酸化反応熱によってフィルタに捕集されたパティキュレートが良好に燃焼除去されるようになっている。
しかし、上記従来の特許文献１に示された内燃機関の排気浄化装置では、比較的大型のバーナを用いなければ、排気通路内を通る排ガスを酸化触媒が活性状態になる温度まで昇温できず、大型のバーナを用いると、バーナの失火時に排気管内に比較的多くの燃料が溜まる場合があった。この状態でバーナを着火すると、排気管内に溜まった燃料に引火して火炎が必要以上に大きくなり、酸化触媒等を損傷するおそれがあった。
また、上記従来の特許文献１に示された内燃機関の排気浄化装置では、フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼除去すべく、酸化触媒における酸化反応熱によってフィルタを高温にする必要があるため、比較的大型の酸化触媒を用いなければならない。このため酸化触媒に担持される白金等の貴金属が比較的多く用いられ、酸化触媒の製造コストが未だ高いという問題点があった。
However, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 1 above, the exhaust gas passing through the exhaust passage cannot be raised to a temperature at which the oxidation catalyst becomes active unless a relatively large burner is used. When a large burner is used, a relatively large amount of fuel may accumulate in the exhaust pipe when the burner misfires. When the burner is ignited in this state, the fuel accumulated in the exhaust pipe is ignited and the flame becomes larger than necessary, which may damage the oxidation catalyst and the like.
Moreover, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine shown in the above-mentioned conventional patent document 1, it is necessary to heat the filter by the oxidation reaction heat in the oxidation catalyst in order to burn and remove the particulates collected by the filter. A relatively large oxidation catalyst must be used. Therefore, a relatively large amount of noble metal such as platinum supported on the oxidation catalyst is used, and the production cost of the oxidation catalyst is still high.
本発明の目的は、バーナの失火時にバイパス管内に溜まる燃料が比較的少量であるため、バーナの着火時に上記溜まった燃料に引火してもバイパス管内に殆ど悪影響を与えることなく、排気系全体の低温時に速やかに暖機することができるとともに、フィルタの再生時にフィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱できる、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、メイン酸化触媒及びサブ酸化触媒の総体積を従来の酸化触媒の総体積より小さくしても、フィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱でき、これによりメイン酸化触媒及びサブ酸化触媒への貴金属の総担持量を低減できる、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
The object of the present invention is that a relatively small amount of fuel is accumulated in the bypass pipe when the burner is misfired. Therefore, even if the accumulated fuel is ignited when the burner is ignited, the entire exhaust system is not adversely affected. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine that can quickly warm up at a low temperature and can quickly heat the filter to a particulate combustible temperature when the filter is regenerated.
Another object of the present invention is to enable the filter to be rapidly heated to the particulate combustion temperature even if the total volume of the main oxidation catalyst and the sub-oxidation catalyst is smaller than the total volume of the conventional oxidation catalyst. And it is providing the exhaust gas purification apparatus of a diesel engine which can reduce the total load of the noble metal to a sub-oxidation catalyst.
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気通路１３に設けられたパティキュレートフィルタ１７と、このフィルタ１７より排ガス上流側の排気通路１３に設けられたメイン酸化触媒１８と、メイン酸化触媒１８より排ガス上流側の排気通路１３に両端が接続されこの排気通路１３を迂回するバイパス通路２１と、バイパス通路２１に設けられたサブ酸化触媒２２と、排気通路１３内の排ガスに燃料ミストを添加してこの燃料ミストをメイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２に供給する燃料ミスト添加手段と、サブ酸化触媒２２より排ガス上流側のバイパス管２１に設けられサブ酸化触媒２２に向けて燃料２７を噴射するとともにこの燃料２７を燃焼させるバーナ２３と、メイン酸化触媒１８の入口温度を検出する温度センサ４８と、フィルタ１７に堆積したパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段と、温度センサ４８及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいてバーナ２３及び燃料ミスト添加手段を制御するコントローラ５３とを備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置である。 The invention according to claim 1 includes a particulate filter 17 provided in the exhaust passage 13 of the diesel engine 11 and a main oxidation catalyst provided in the exhaust passage 13 upstream of the filter 17 as shown in FIG. 18, a bypass passage 21 having both ends connected to the exhaust passage 13 upstream of the main oxidation catalyst 18 and bypassing the exhaust passage 13, a sub-oxidation catalyst 22 provided in the bypass passage 21, Fuel mist addition means for adding fuel mist to the exhaust gas and supplying the fuel mist to the main oxidation catalyst 18 and the sub-oxidation catalyst 22, and a bypass pipe 21 provided on the exhaust gas upstream side of the sub-oxidation catalyst 22 to the sub-oxidation catalyst 22 The fuel 27 is injected and the burner 23 that burns the fuel 27 and the inlet temperature of the main oxidation catalyst 18 are detected. The burner 23 and the fuel mist adding means are controlled based on the detection outputs of the temperature sensor 48, the accumulation amount detection means for detecting the accumulation amount of particulates accumulated on the filter 17, and the temperature sensor 48 and the accumulation amount detection means. 1 is an exhaust gas purification apparatus for a diesel engine including a controller 53.
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、バーナ２３が、燃料２７と空気の混合ガス３０を噴射する混合ガス噴射ノズル２４と、この混合ガス３０を燃焼させる着火手段２６とを有することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１及び図２に示すように、燃料ミスト添加手段が、ディーゼルエンジン１１への燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気通路１３内の排ガスに添加するように構成されるか、或いはバイパス通路より排ガス上流側の排気通路に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように構成されたことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、メイン酸化触媒１８の体積を１００％とするとき、サブ酸化触媒２２の体積が３〜３０％であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, and further, as shown in FIGS. 1 and 2, the burner 23 includes a mixed gas injection nozzle 24 for injecting a mixed gas 30 of fuel 27 and air, and And an ignition means 26 for combusting the mixed gas 30.
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, and further, as shown in FIGS. 1 and 2, the fuel mist adding means is an exhaust passage as fuel mist by post-injection of fuel to the diesel engine 11. The fuel in the fuel tank is injected from the fuel addition nozzle inserted into the exhaust passage upstream of the bypass passage so as to add the fuel mist to the exhaust gas. It is structured.
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1, and further, as shown in FIG. 1, when the volume of the main oxidation catalyst 18 is 100%, the volume of the sub-oxidation catalyst 22 is 3 to 30%. It is characterized by being.
請求項１に係る発明では、暖機運転時又はフィルタ再生時に、コントローラが温度センサ及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいて、燃料ミスト添加手段を制御して排気通路内の排ガスに燃料ミストを添加するとともに、バーナからサブ酸化触媒に向けて燃料を噴射しこの燃料を燃焼させる。この燃焼ガスによりサブ酸化触媒の温度が上昇し、この暖まったサブ酸化触媒に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがサブ酸化触媒で酸化されて、サブ酸化触媒の出口温度が更に上昇して高温になる。この高温の排ガスがバイパス管及び排気管を通ってメイン酸化触媒に流入すると、この触媒の入口温度が上昇し、この暖まったメイン酸化触媒に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがメイン酸化触媒で酸化されてメイン酸化触媒の出口温度が更に上昇する。この結果、排気系の暖機を短時間で行うことができ、またメイン酸化触媒から排出された排ガスの熱によりフィルタに堆積したパティキュレートが燃焼焼却されてフィルタを速やかに再生することができる。またメイン酸化触媒及びサブ酸化触媒の総体積を従来の酸化触媒の総体積より小さくしても、フィルタをパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱できる。この結果、メイン酸化触媒及びサブ酸化触媒への貴金属の総担持量を低減できる。 In the invention according to claim 1, during the warm-up operation or filter regeneration, the controller controls the fuel mist addition means based on the detection outputs of the temperature sensor and the accumulation amount detection means to add the fuel mist to the exhaust gas in the exhaust passage. Is added, and fuel is injected from the burner toward the sub-oxidation catalyst to burn the fuel. The combustion gas raises the temperature of the sub-oxidation catalyst. When the fuel mist is supplied to the warmed sub-oxidation catalyst, the fuel mist is oxidized by the sub-oxidation catalyst, and the outlet temperature of the sub-oxidation catalyst further increases. And become hot. When the hot exhaust gas flows into the main oxidation catalyst through the bypass pipe and the exhaust pipe, the inlet temperature of the catalyst rises. When the fuel mist is supplied to the warmed main oxidation catalyst, the fuel mist is Oxidized by the oxidation catalyst, the outlet temperature of the main oxidation catalyst further increases. As a result, the exhaust system can be warmed up in a short time, and the particulates accumulated on the filter are burned and incinerated by the heat of the exhaust gas discharged from the main oxidation catalyst, so that the filter can be quickly regenerated. Moreover, even if the total volume of the main oxidation catalyst and the sub-oxidation catalyst is smaller than the total volume of the conventional oxidation catalyst, the filter can be quickly heated to the particulate combustible temperature. As a result, the total amount of noble metal supported on the main oxidation catalyst and the sub oxidation catalyst can be reduced.
請求項２に係る発明では、暖機運転時又はフィルタ再生時に、コントローラが温度センサ及び堆積量検出手段の各検出出力に基づいて、燃料ミスト添加手段を制御して排気通路内の排ガスに燃料ミストを添加するとともに、バーナの混合ガス噴射ノズルから噴射された燃料及び空気の混合ガスがバーナの着火手段で燃焼される。このようにバーナが混合ガス噴射ノズルと着火手段とを有するので、バーナで生成された燃焼ガスによりサブ酸化触媒の温度を速やかに上昇させることができる。
請求項３に係る発明では、エンジンへの燃料のポスト噴射により燃料ミストを排気通路内の排ガスに添加するように燃料ミスト添加手段を構成すれば、新たに部品の追加せずに排気通路内の排ガスに燃料ミスト添加できる。またバイパス通路より排ガス上流側の排気通路に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように燃料ミスト添加手段を構成すれば、部品点数は増大するけれども、排気通路内の排ガスに最適な時期にかつ最適な量の燃料ミストを添加することができる。
請求項４に係る発明では、サブ酸化触媒の体積がメイン酸化触媒の体積の３〜３０％と小さいため、バーナからの混合ガスの噴射量は比較的少なくて済み、バーナの失火時に混合ガス中の燃料が短管内やバイパス管内に溜まっても、その量は僅かである。この結果、バーナの着火時に上記溜まった燃料に引火しても短管内やバイパス管内に殆ど悪影響を与えない。
In the invention according to claim 2, at the time of warm-up operation or filter regeneration, the controller controls the fuel mist addition means on the basis of the detection outputs of the temperature sensor and the accumulation amount detection means so that the fuel mist is added to the exhaust gas in the exhaust passage. In addition, the mixed gas of fuel and air injected from the mixed gas injection nozzle of the burner is burned by the ignition means of the burner. Thus, since the burner has the mixed gas injection nozzle and the ignition means, the temperature of the sub-oxidation catalyst can be quickly raised by the combustion gas generated by the burner.
In the invention according to claim 3, if the fuel mist adding means is configured to add the fuel mist to the exhaust gas in the exhaust passage by the post injection of the fuel to the engine, it is possible to add the components in the exhaust passage without newly adding parts. Fuel mist can be added to the exhaust gas. Further, if the fuel mist adding means is configured to inject the fuel in the fuel tank from the fuel addition nozzle inserted in the exhaust passage upstream of the exhaust passage and add the fuel mist to the exhaust gas, the number of parts increases. However, an optimal amount of fuel mist can be added to the exhaust gas in the exhaust passage at an optimal time.
In the invention according to claim 4, since the volume of the sub-oxidation catalyst is as small as 3 to 30% of the volume of the main oxidation catalyst, the injection amount of the mixed gas from the burner can be relatively small, and in the mixed gas when the burner is misfired Even if this fuel accumulates in the short pipe or the bypass pipe, the amount is small. As a result, even if the accumulated fuel is ignited when the burner is ignited, the short pipe and the bypass pipe are hardly adversely affected.
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。吸気管１２ｂには、ターボ過給機１４のコンプレッサケース１４ａと、ターボ過給機１４により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ１６とがそれぞれ設けられ、排気マニホルド１３ａに近い排気管１３ｂにはターボ過給機１４のタービンケース１４ｂが設けられる。図示しないがコンプレッサケース１４ａ内にはコンプレッサホイールが回転可能に設けられ、タービンケース１４ｂにはタービンホイールが回転可能に設けられ、これらのホイールはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービンホイール及びシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、このコンプレッサホイールの回転により吸気管１２ｂ内の吸入空気が圧縮されるように構成される。上記吸気マニホルド１２ａと吸気管１２ｂとにより吸気通路１２が構成され、上記排気マニホルド１３ａと排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。なお、この実施の形態では、エンジンとしてターボ過給機付ディーゼルエンジンを挙げたが、自然吸気型ディーゼルエンジンであってもよい。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, an intake pipe 12b is connected to an intake port of a diesel engine 11 via an intake manifold 12a, and an exhaust pipe 13b is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 13a. The intake pipe 12b is provided with a compressor case 14a of the turbocharger 14 and an intercooler 16 for cooling the intake air compressed by the turbocharger 14, and the exhaust pipe 13b near the exhaust manifold 13a is provided with a turbocharger. A turbine case 14b of the feeder 14 is provided. Although not shown, a compressor wheel is rotatably provided in the compressor case 14a, and a turbine wheel is rotatably provided in the turbine case 14b. These wheels are connected by a shaft. The compressor wheel is rotated through the turbine wheel and the shaft by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11, and the intake air in the intake pipe 12b is compressed by the rotation of the compressor wheel. The intake manifold 12a and the intake pipe 12b constitute an intake passage 12, and the exhaust manifold 13a and the exhaust pipe 13b constitute an exhaust passage 13. In this embodiment, a turbocharged diesel engine is used as the engine, but a naturally aspirated diesel engine may be used.
一方、タービンケース１４ｂより排ガス下流側の排気管１３ｂにはパティキュレートフィルタ１７が設けられ、このフィルタ１７より排ガス上流側の排気管１３ｂにはメイン酸化触媒１８が設けられる。パティキュレートフィルタ１７及びメイン酸化触媒１８は排気管１３ｂの直径より大径の筒状のコンバータ１９に収容される。上記フィルタ１７は、コージェライトなどのセラミック製のハニカムフィルタであり、多孔質の隔壁により多数の互いに平行な貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止することにより構成される。また酸化触媒１８は、図示しないがコージェライト製のハニカム担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングしたり、或いはステンレス鋼製のメタル担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングすることにより形成される。 On the other hand, the particulate filter 17 is provided in the exhaust pipe 13b downstream of the exhaust gas from the turbine case 14b, and the main oxidation catalyst 18 is provided in the exhaust pipe 13b upstream of the filter 17 from the exhaust gas. The particulate filter 17 and the main oxidation catalyst 18 are accommodated in a cylindrical converter 19 having a diameter larger than that of the exhaust pipe 13b. The filter 17 is a ceramic honeycomb filter such as cordierite, and is configured by substantially sealing adjacent inlet portions and outlet portions of a large number of mutually parallel through holes with porous partition walls. Is done. Although not shown, the oxidation catalyst 18 is formed by coating a cordierite honeycomb carrier with an active substance such as platinum or palladium, or coating a stainless steel metal carrier with an active substance such as platinum or palladium. The
メイン酸化触媒１８より排ガス上流側の排気管１３ｂには、この排気管１３ｂを迂回するバイパス管２１の両端が排気管１３ｂの長手方向に所定の間隔をあけてそれぞれ接続され、バイパス管２１にはサブ酸化触媒２２が設けられる。サブ酸化触媒２２はメイン酸化触媒１８と同様に構成されるけれども、サブ酸化触媒２２の体積は、メイン酸化触媒１８の体積を１００％とするとき、３〜３０％、好ましくは８〜２０％に設定される。ここで、サブ酸化触媒２２の体積を３〜３０％の範囲内に設定したのは、３％未満では燃料ミストを酸化できる温度までメイン酸化触媒１８を昇温できず、３０％を越えるとサブ酸化触媒２２が大きくなって製造コストを低減するというメリットがなくなるからである。なお、バイパス管２１の内径は排気管１３ｂの内径を１００％とするとき３〜３０％の範囲内に設定されることが好ましい。また排気管１３ｂ内の排ガスに燃料ミストを添加しこの燃料ミストをメイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２に供給する燃料ミスト添加手段が設けられる。燃料ミスト添加手段は、この実施の形態では、ディーゼルエンジン１１への燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気管１３ｂ内の排ガスに添加するように構成される。具体的には、図示しないが、エンジン１１の各シリンダに燃料を噴射する蓄圧型燃料噴射装置が、エンジン１１の各シリンダに設けられた電子制御のインジェクタと、これらのインジェクタに接続されたコモンレールとを有する。上記インジェクタは、シリンダに臨む燃料噴射ノズルと、燃料噴射ノズルの噴孔を開閉可能なニードル弁と、このニードル弁を駆動するインジェクタ用電磁弁とからなる。このインジェクタ用電磁弁がオフの状態で燃料噴射ノズルの噴孔が閉止され、オンすると噴孔が開いて燃料がシリンダに噴射されるように構成される。 Both ends of a bypass pipe 21 that bypasses the exhaust pipe 13b are connected to the exhaust pipe 13b upstream of the main oxidation catalyst 18 at a predetermined interval in the longitudinal direction of the exhaust pipe 13b. A sub-oxidation catalyst 22 is provided. Although the sub oxidation catalyst 22 is configured in the same manner as the main oxidation catalyst 18, the volume of the sub oxidation catalyst 22 is 3 to 30%, preferably 8 to 20%, when the volume of the main oxidation catalyst 18 is 100%. Is set. Here, the volume of the sub-oxidation catalyst 22 is set in the range of 3 to 30% because the main oxidation catalyst 18 cannot be heated to a temperature at which the fuel mist can be oxidized if it is less than 3%. This is because there is no merit that the oxidation catalyst 22 becomes large and the manufacturing cost is reduced. The inner diameter of the bypass pipe 21 is preferably set within a range of 3 to 30% when the inner diameter of the exhaust pipe 13b is 100%. Further, a fuel mist adding means for adding fuel mist to the exhaust gas in the exhaust pipe 13b and supplying the fuel mist to the main oxidation catalyst 18 and the sub oxidation catalyst 22 is provided. In this embodiment, the fuel mist adding means is configured to add fuel mist to the exhaust gas in the exhaust pipe 13b by post-injection of fuel to the diesel engine 11. Specifically, although not shown, an accumulator fuel injection device that injects fuel into each cylinder of the engine 11 includes an electronically controlled injector provided in each cylinder of the engine 11, and a common rail connected to these injectors. Have The injector includes a fuel injection nozzle that faces the cylinder, a needle valve that can open and close the injection hole of the fuel injection nozzle, and an injector electromagnetic valve that drives the needle valve. The injection hole of the fuel injection nozzle is closed when the injector solenoid valve is off, and when it is turned on, the injection hole is opened and fuel is injected into the cylinder.
サブ酸化触媒２２より排ガス上流側のバイパス管２１には、サブ酸化触媒２２に向けて燃料２７を噴射するとともにこの燃料２７を燃焼させるバーナ２３が設けられる（図１及び図２）。バーナ２３は、燃料２７と空気の混合ガス３０（図２）を噴射する混合ガス噴射ノズル２４と、混合ガス３０を燃焼させる着火手段２６とを有する。混合ガス噴射ノズル２４の先端は短管２５を通してバイパス管２１に接続される。また混合ガス噴射ノズル２４には、空気通路２４ａと燃料通路２４ｂとが形成される（図２）。空気通路２４ａは混合ガス噴射ノズル２４の基端から先端まで一直線状に延びて形成され、燃料通路２４ｂは混合ガス噴射ノズル２４の基端からノズルの軸線に対して斜めに延び先端が空気通路２４ａの長手方向中央に連通する。空気通路２４ａの基端は圧縮空気が貯留されたエアタンク２８に空気供給管２９を通して接続され、空気供給管２９の途中には混合ガス噴射ノズル２４の空気通路２４ａに供給する空気量を調整する空気流量調整弁３１が設けられる（図１）。燃料通路２４ｂの基端は燃料２７（軽油、ガソリン、灯油等）を貯留する燃料タンク３２に燃料供給管３３を通して接続され、燃料供給管３３の途中には燃料タンク３２側から順に燃料ポンプ３４と燃料流量調整弁３６が設けられる。着火手段２６は、短管２５の外周面から短管２５内に臨んで設けられ、所定の大きな電圧を印加することにより放電火花２６ｂを発する一対の放電端子２６ａ，２６ａを有する（図２）。また上記混合ガス噴射ノズル２４、着火手段２６、サブ酸化触媒２２及びメイン酸化触媒１８は、この順に上方から下方に鉛直方向に並ぶように配設される。更に燃料流量調整弁３６はデューティ比を変えて流量を調整するパルス弁であり、着火手段２６はこの燃料流量調整弁３６と同期して一対の放電端子２６ａ，２６ａ間で放電火花２６ｂを発するように構成される。 The bypass pipe 21 on the exhaust gas upstream side of the sub-oxidation catalyst 22 is provided with a burner 23 that injects fuel 27 toward the sub-oxidation catalyst 22 and burns the fuel 27 (FIGS. 1 and 2). The burner 23 includes a mixed gas injection nozzle 24 that injects a mixed gas 30 (FIG. 2) of fuel 27 and air, and ignition means 26 that burns the mixed gas 30. The tip of the mixed gas injection nozzle 24 is connected to the bypass pipe 21 through the short pipe 25. Further, an air passage 24a and a fuel passage 24b are formed in the mixed gas injection nozzle 24 (FIG. 2). The air passage 24a is formed to extend straight from the base end to the front end of the mixed gas injection nozzle 24, and the fuel passage 24b extends obliquely from the base end of the mixed gas injection nozzle 24 with respect to the axis of the nozzle. It communicates with the center in the longitudinal direction. The base end of the air passage 24a is connected to an air tank 28 in which compressed air is stored through an air supply pipe 29. In the middle of the air supply pipe 29, air for adjusting the amount of air supplied to the air passage 24a of the mixed gas injection nozzle 24 is provided. A flow rate adjustment valve 31 is provided (FIG. 1). The base end of the fuel passage 24b is connected through a fuel supply pipe 33 to a fuel tank 32 for storing fuel 27 (light oil, gasoline, kerosene, etc.). A fuel flow adjustment valve 36 is provided. The ignition means 26 has a pair of discharge terminals 26a and 26a that are provided facing the inside of the short tube 25 from the outer peripheral surface of the short tube 25 and emit a discharge spark 26b by applying a predetermined large voltage (FIG. 2). The mixed gas injection nozzle 24, the ignition means 26, the sub-oxidation catalyst 22 and the main oxidation catalyst 18 are arranged in this order in the vertical direction from the top to the bottom. Further, the fuel flow rate adjustment valve 36 is a pulse valve that adjusts the flow rate by changing the duty ratio, and the ignition means 26 emits a discharge spark 26b between the pair of discharge terminals 26a, 26a in synchronization with the fuel flow rate adjustment valve 36. Configured.
一方、パティキュレートフィルタ１７より排ガス下流側の排気管１３ｂには選択還元型触媒３７が設けられ、選択還元型触媒３７より排ガス下流側の排気管１３ｂにはアンモニアスリップ防止触媒３８が設けられる。選択還元型触媒３７及びアンモニアスリップ防止触媒３８は排気管１３ｂの直径より大径の筒状のコンバータ３９に収容される。選択還元型触媒３７は、例えば銅−ゼオライト系のモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に銅イオン交換ゼオライト（Ｃｕ−ＺＳＭ−５）がコーティングされたものである。この銅イオン交換ゼオライト触媒はＮａ型のＺＳＭ−５ゼオライトのＮａイオンをＣｕイオンとイオン交換した物質である。なお、銅イオン交換ゼオライトを用いた触媒ではなく、ゼオライト、酸化チタン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等を用いた触媒であってもよい。またアンモニアスリップ防止触媒３８は、図示しないがコージェライト製のハニカム担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングしたり、或いはステンレス鋼製のメタル担体に白金やパラジウム等の活性物質をコーティングすることにより形成される。 On the other hand, a selective reduction catalyst 37 is provided in the exhaust pipe 13b downstream of the particulate filter 17 and an ammonia slip prevention catalyst 38 is provided in the exhaust pipe 13b downstream of the selective reduction catalyst 37. The selective reduction catalyst 37 and the ammonia slip prevention catalyst 38 are accommodated in a cylindrical converter 39 having a diameter larger than that of the exhaust pipe 13b. The selective reduction catalyst 37 is, for example, a copper-zeolite-based monolith catalyst in which a honeycomb carrier made of cordierite is coated with copper ion exchanged zeolite (Cu-ZSM-5). This copper ion exchange zeolite catalyst is a substance obtained by ion exchange of Na ions of Na type ZSM-5 zeolite with Cu ions. Note that a catalyst using zeolite, titanium oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, or the like may be used instead of the catalyst using copper ion-exchanged zeolite. Although not shown, the ammonia slip prevention catalyst 38 is coated by coating an active substance such as platinum or palladium on a cordierite honeycomb carrier or by coating an active substance such as platinum or palladium on a stainless steel metal carrier. It is formed.
選択還元型触媒３７より排ガス上流側であってパティキュレートフィルタ１７より排ガス下流側の排気管１３ｂには、尿素系液体供給手段４１の尿素系液体噴射ノズル４２が挿入される。尿素系液体供給手段４１は、選択還元型触媒３７に向って尿素系液体４５を噴射する上記尿素系液体噴射ノズル４２と、尿素系液体４５を貯留する尿素系液体タンク４３と、尿素系液体タンク４３及び尿素系液体噴射ノズル４２を連通接続する尿素系液体供給管４４と、この尿素系液体供給管４４に設けられ尿素系液体噴射ノズル４２への尿素系液体４５の流量を調整する尿素系液体調整弁４６と、尿素系液体調整弁４６及び尿素系液体タンク４３間の尿素系液体供給管４４に設けられ尿素系液体タンク４３内の尿素系液体４５を尿素系液体噴射ノズル４２に圧送する尿素系液体ポンプ４７とを有する。上記尿素系液体４５としては、尿素水溶液が用いられる。また尿素系液体調整弁４６は尿素系液体供給管４４の開度を変更することにより、尿素系液体噴射ノズル４２への尿素系液体４５の流量を調整可能に構成される。なお、尿素系液体として、アンモニア水やアンモニア誘導物質等を用いてもよい。 The urea-based liquid injection nozzle 42 of the urea-based liquid supply means 41 is inserted into the exhaust pipe 13b upstream of the selective reduction catalyst 37 and upstream of the particulate filter 17 and downstream of the exhaust gas. The urea liquid supply means 41 includes the urea liquid injection nozzle 42 that injects the urea liquid 45 toward the selective reduction catalyst 37, a urea liquid tank 43 that stores the urea liquid 45, and a urea liquid tank. 43 and a urea-based liquid supply pipe 44 that communicates with the urea-based liquid injection nozzle 42, and a urea-based liquid that is provided in the urea-based liquid supply pipe 44 and adjusts the flow rate of the urea-based liquid 45 to the urea-based liquid injection nozzle 42. Urea that is provided in the urea-based liquid supply pipe 44 between the adjusting valve 46 and the urea-based liquid adjusting valve 46 and the urea-based liquid tank 43 and that pressure-feeds the urea-based liquid 45 in the urea-based liquid tank 43 to the urea-based liquid injection nozzle 42. System liquid pump 47. As the urea-based liquid 45, a urea aqueous solution is used. The urea-based liquid adjustment valve 46 is configured to adjust the flow rate of the urea-based liquid 45 to the urea-based liquid injection nozzle 42 by changing the opening degree of the urea-based liquid supply pipe 44. Note that ammonia water, an ammonia inducer, or the like may be used as the urea-based liquid.
一方、コンバータ１９内には、メイン酸化触媒１８より排ガス上流側に、メイン酸化触媒１８の入口温度を検出する温度センサ４８が挿入される。またディーゼルエンジン１１のクランク軸にはこの軸の回転速度を検出する回転センサ５１が設けられ、燃料噴射ポンプのロードレバー（図示せず）にはこのレバーの変位量を検出することによりディーゼルエンジン１１の負荷を検出する負荷センサ５２が設けられる。更にフィルタ１７に堆積したパティキュレートの堆積量は堆積量検出手段（図示せず）が計算にてフィルタ１７へのパティキュレートの堆積量を算出することにより検出される。具体的には、堆積量検出手段は、回転センサ５１及び負荷センサ５２の検出するエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づきコントローラ５３がフィルタ１７に堆積するパティキュレートの量を積算してパティキュレートの堆積量を検出するように構成される。上記温度センサ４８、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ５３の制御入力に接続され、コントローラ５３の制御出力はインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁３６及び尿素系液体ポンプ４７にそれぞれ接続される。 On the other hand, a temperature sensor 48 for detecting the inlet temperature of the main oxidation catalyst 18 is inserted into the converter 19 on the exhaust gas upstream side of the main oxidation catalyst 18. A rotation sensor 51 for detecting the rotation speed of the shaft is provided on the crankshaft of the diesel engine 11, and a load lever (not shown) of the fuel injection pump detects a displacement amount of the lever, thereby detecting the diesel engine 11. A load sensor 52 for detecting the load is provided. Further, the accumulation amount of the particulates accumulated on the filter 17 is detected by calculating the accumulation amount of the particulates on the filter 17 by the accumulation amount detection means (not shown). Specifically, the accumulation amount detection means integrates the amount of particulates that the controller 53 accumulates on the filter 17 based on the engine rotation speed and the engine load detected by the rotation sensor 51 and the load sensor 52, and accumulates the particulates. Configured to detect. The detection outputs of the temperature sensor 48, the rotation sensor 51, and the load sensor 52 are connected to the control input of a controller 53 comprising a microcomputer, and the control output of the controller 53 is an injector solenoid valve, an air flow rate adjustment valve 31, and a fuel pump 34. The fuel flow rate adjusting valve 36, the ignition means 26, the urea-based liquid adjusting valve 36, and the urea-based liquid pump 47 are respectively connected.
またコントローラ５３にはメモリ５４が設けられ、このメモリ５４には、排ガス温度、エンジン回転及びエンジン負荷に応じたインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料流量調整弁３６、着火手段２６及び尿素系液体調整弁４６の開度や、燃料ポンプ３４及び尿素系液体ポンプ４７の作動又は不作動が予めマップとして記憶される。そして、コントローラ５３は温度センサ４８、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力に基づいてディーゼルエンジン１１の運転状況を把握し、その運転状況からメモリ５４に記憶された条件に従ってインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁４６及び尿素系液体ポンプ４７を制御し、その運転状況に応じて、エンジン１１へのポスト噴射により所定の時期に最適な量の燃料ミストを排ガスに添加したり、所定の時期に最適な量の混合ガス３０を混合ガス噴射ノズル２４から噴射して着火手段２６により燃焼させたり、或いは尿素水溶液４５を尿素系液体噴射ノズル４２から噴射するように構成される。 The controller 53 is also provided with a memory 54. The memory 54 includes an injector solenoid valve, an air flow rate adjustment valve 31, a fuel flow rate adjustment valve 36, an ignition means 26, and urea according to the exhaust gas temperature, engine rotation and engine load. The opening degree of the system liquid regulating valve 46 and the operation or non-operation of the fuel pump 34 and the urea system liquid pump 47 are stored in advance as a map. And the controller 53 grasps | ascertains the driving | running state of the diesel engine 11 based on each detection output of the temperature sensor 48, the rotation sensor 51, and the load sensor 52, According to the conditions memorize | stored in the memory 54 from the driving | running state, The air flow rate adjustment valve 31, the fuel pump 34, the fuel flow rate adjustment valve 36, the ignition means 26, the urea system liquid adjustment valve 46, and the urea system liquid pump 47 are controlled, and post-injection to the engine 11 is performed according to the operation status. An optimal amount of fuel mist is added to the exhaust gas at a predetermined time, an optimal amount of mixed gas 30 is injected from the mixed gas injection nozzle 24 at a predetermined time and burned by the ignition means 26, or an aqueous urea solution 45 Is ejected from the urea-based liquid ejection nozzle 42.
このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。寒冷地のように極低温の雰囲気中でエンジン１１を始動すると、温度センサ４８がメイン酸化触媒１８の入口温度が２００℃以下であることを検出し、堆積量検出手段が計算によるフィルタ１７へのパティキュレートの堆積量を算出してフィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積していないことを検出する。コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。これにより排気管１３ｂ内の排ガスに未燃の燃料ミストが添加される。同時にコントローラ５３は、空気流量調整弁３１を開き、エアタンク２８内の圧縮空気を空気供給管２９を通して混合ガス噴射ノズル２４の空気通路２４ａに供給するとともに、燃料ポンプ３４を作動させかつ燃料流量調整弁３６を開き、燃料タンク３２内の燃料２７を燃料供給管３３を通して混合ガス噴射ノズル２４の燃料通路２４ｂに供給する。この燃料２７は混合ガス噴射ノズル２４内で空気と混合されて混合ガス３０となった後にノズル２４の先端から噴射される。噴射された混合ガス３０は着火手段２６の一対の放電端子２６ａ，２６ａ間で発せられた放電火花２６ｂにより炎５６（図２）をあげて燃焼し、この燃焼ガスはサブ酸化触媒２２に流入してこの触媒２２の温度が上昇する。この暖まったサブ酸化触媒２２に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがサブ酸化触媒２２で酸化されて、サブ酸化触媒２２の出口温度が更に上昇して６００〜７００℃程度の高温になる。この高温の排ガスがバイパス管２１及び排気管１３ｂを通ってメイン酸化触媒１８に流入すると、この触媒１８の温度が上昇する。この暖まったメイン酸化触媒１８に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがメイン酸化触媒１８で酸化されてメイン酸化触媒１８の出口温度が更に上昇する。この結果、メイン酸化触媒１８の温度が２５０℃以上に上昇するので、温度センサ４８が３００℃以上の温度を検出すると、コントローラ５３はインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１及び燃料流量調整弁３６を閉じ、燃料ポンプ３４及び着火手段２６を停止させる。このように短時間で排気系全体の暖機が完了する。 Operation | movement of the exhaust gas purification apparatus of the diesel engine 11 comprised in this way is demonstrated. When the engine 11 is started in an extremely low temperature atmosphere such as a cold region, the temperature sensor 48 detects that the inlet temperature of the main oxidation catalyst 18 is 200 ° C. or less, and the accumulation amount detection means applies the calculation to the filter 17. The amount of accumulated particulates is calculated to detect that a predetermined amount or more of particulates has not accumulated on the filter 17. Based on these detection outputs, the controller 53 controls the injector solenoid valve of the pressure accumulation type fuel injection device, and performs post-injection of fuel from the injector to each cylinder of the engine 11. Thereby, unburned fuel mist is added to the exhaust gas in the exhaust pipe 13b. At the same time, the controller 53 opens the air flow rate adjustment valve 31 to supply the compressed air in the air tank 28 to the air passage 24a of the mixed gas injection nozzle 24 through the air supply pipe 29, and operates the fuel pump 34 and the fuel flow rate adjustment valve. 36 is opened, and the fuel 27 in the fuel tank 32 is supplied to the fuel passage 24 b of the mixed gas injection nozzle 24 through the fuel supply pipe 33. The fuel 27 is mixed with air in the mixed gas injection nozzle 24 to become a mixed gas 30 and then injected from the tip of the nozzle 24. The injected mixed gas 30 is burned by raising a flame 56 (FIG. 2) by a discharge spark 26b emitted between a pair of discharge terminals 26a, 26a of the ignition means 26, and this combustion gas flows into the sub-oxidation catalyst 22. The temperature of the lever 22 rises. When the fuel mist is supplied to the warmed sub-oxidation catalyst 22, the fuel mist is oxidized by the sub-oxidation catalyst 22, and the outlet temperature of the sub-oxidation catalyst 22 is further increased to a high temperature of about 600 to 700 ° C. Become. When this high-temperature exhaust gas flows into the main oxidation catalyst 18 through the bypass pipe 21 and the exhaust pipe 13b, the temperature of the catalyst 18 rises. When the fuel mist is supplied to the warmed main oxidation catalyst 18, the fuel mist is oxidized by the main oxidation catalyst 18, and the outlet temperature of the main oxidation catalyst 18 further increases. As a result, the temperature of the main oxidation catalyst 18 rises to 250 ° C. or higher. Therefore, when the temperature sensor 48 detects a temperature of 300 ° C. or higher, the controller 53 detects the injector solenoid valve, the air flow rate adjustment valve 31 and the fuel flow rate adjustment valve 36. Is closed, and the fuel pump 34 and the ignition means 26 are stopped. In this way, warming up of the entire exhaust system is completed in a short time.
エンジン１１が中負荷運転又は高負荷運転に移行すると、選択還元型触媒３７の入口側の排ガス温度が高くなり選択還元型触媒３７にてＮＯｘを還元可能になるので、コントローラ５３は温度センサ４８、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力に基づいて、尿素系液体ポンプ４７を作動させるとともに尿素系液体調整弁４６を開く。エンジン１１の排ガスに含まれるＮＯｘの大部分はＮＯであり、このＮＯの一部はメイン酸化触媒１８にてＮＯ2に酸化され、このＮＯ2は選択還元型触媒３７に吸着される。一方、尿素系液体噴射ノズル４２から噴射された尿素水溶液４５は加水分解してアンモニアが生成される。この生成されたアンモニアは排ガスとともに選択還元型触媒３７に導入され、選択還元型触媒３７にて上記アンモニアと上記排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ2）とが反応し、ＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ2）がＮ2に還元される。また選択還元型触媒３７を通過した余剰のアンモニアはアンモニアスリップ防止触媒３８にて酸化され、Ｎ2及び水が生成される。但し、この場合、排気管１３ｂへの燃料ミストの添加量を多少減らす。これにより排気系が過熱するのを回避できる。 When the engine 11 shifts to a medium load operation or a high load operation, the exhaust gas temperature on the inlet side of the selective catalytic reduction catalyst 37 becomes high and NOx can be reduced by the selective catalytic reduction catalyst 37. Based on each detection output of the rotation sensor 51 and the load sensor 52, the urea liquid pump 47 is operated and the urea liquid adjustment valve 46 is opened. Most of the NOx contained in the exhaust gas of the engine 11 is NO. A part of this NO is oxidized into NO 2 by the main oxidation catalyst 18, and this NO 2 is adsorbed by the selective reduction catalyst 37. On the other hand, the urea aqueous solution 45 injected from the urea-based liquid injection nozzle 42 is hydrolyzed to generate ammonia. The generated ammonia is introduced into the selective reduction catalyst 37 together with the exhaust gas, and the ammonia and NOx (NO and NO 2 ) in the exhaust gas react with each other in the selective reduction catalyst 37, and NOx (NO and NO 2 ). Is reduced to N 2 . Further, surplus ammonia that has passed through the selective reduction catalyst 37 is oxidized by the ammonia slip prevention catalyst 38 to generate N 2 and water. However, in this case, the amount of fuel mist added to the exhaust pipe 13b is somewhat reduced. This can avoid overheating of the exhaust system.
一方、サブ酸化触媒２２の体積がメイン酸化触媒１８の体積の３〜３０％と小さいため、バーナ２３からの混合ガス３０の噴射量は比較的少なくて済み、バーナ２３の失火時に混合ガス３０中の燃料が短管２５内やバイパス管２１内に溜まっても、その量は僅かである。このため、バーナ２３の着火時に上記溜まった燃料に引火しても短管２５内やバイパス管２１内に殆ど悪影響を与えない。また混合ガス噴射ノズル２４、着火手段２６、サブ酸化触媒２２及びメイン酸化触媒１８を、この順に上方から下方に鉛直方向に並ぶように配設しているため、バーナ２３の失火時に混合ガス３０中の燃料が短管２５内やバイパス管２１内に溜まっても、この燃料は短管２５内及びバイパス管２１内を流下して未だ高温のサブ酸化触媒２２で酸化されてしまい、またサブ酸化触媒２２を通過した燃料はバイパス管２１内及び排気管１３ｂ内を流下して未だ高温のメイン酸化触媒１８で酸化されてしまうため、バーナ２３の着火時に短管２５内やバイパス管２１内に燃料が溜まった状態になることは殆どない。 On the other hand, since the volume of the sub-oxidation catalyst 22 is as small as 3 to 30% of the volume of the main oxidation catalyst 18, the injection amount of the mixed gas 30 from the burner 23 is relatively small. Even if this fuel is accumulated in the short pipe 25 or the bypass pipe 21, the amount thereof is small. For this reason, even if the accumulated fuel is ignited when the burner 23 is ignited, the short pipe 25 and the bypass pipe 21 are hardly adversely affected. Further, since the mixed gas injection nozzle 24, the ignition means 26, the sub-oxidation catalyst 22 and the main oxidation catalyst 18 are arranged in this order from the top to the bottom in the vertical direction, Even if this fuel is accumulated in the short pipe 25 or the bypass pipe 21, the fuel flows down in the short pipe 25 and the bypass pipe 21 and is still oxidized by the high temperature sub-oxidation catalyst 22. Since the fuel that has passed through 22 flows down in the bypass pipe 21 and the exhaust pipe 13b and is still oxidized by the high-temperature main oxidation catalyst 18, the fuel enters the short pipe 25 and the bypass pipe 21 when the burner 23 is ignited. There is almost no accumulation.
一方、堆積量検出手段が計算によるフィルタ１７へのパティキュレートの堆積量を算出してフィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積したことを検出し、温度センサ４８が２５０℃以下のメイン酸化触媒１８の入口温度を検出すると、コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。これにより排気管１３ｂ内の排ガスに未燃の燃料ミストが添加される。同時にコントローラ５３は、空気流量調整弁３１を開き、エアタンク２８内の圧縮空気を空気供給管２９を通して混合ガス噴射ノズル２４の空気通路２４ａに供給するとともに、燃料ポンプ３４を作動させかつ燃料流量調整弁３６を開き、燃料タンク３２内の燃料２７を燃料供給管３３を通して混合ガス噴射ノズル２４の燃料通路２４ｂに供給する。この燃料２７は混合ガス噴射ノズル２４内で空気と混合されて混合ガス３０となった後にノズル２４の先端から噴射される。噴射された混合ガス３０は着火手段２６の一対の放電端子２６ａ，２６ａ間で発せられた放電火花２６ｂにより炎５６（図２）をあげて燃焼し、この燃焼ガスはサブ酸化触媒２２に流入してこの触媒２２の温度が上昇する。この暖まったサブ酸化触媒２２に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがサブ酸化触媒２２で酸化されてサブ酸化触媒２２の温度が更に上昇して６００〜７００℃程度の高温になる。この高温の排ガスがバイパス管２１及び排気管１３ｂを通ってメイン酸化触媒１８に流入すると、この触媒１８の温度が上昇する。この暖まったメイン酸化触媒１８に上記燃料ミストが供給されると、この燃料ミストがメイン酸化触媒１８で酸化されてメイン酸化触媒１８の温度が更に上昇して６００〜７００℃程度の高温になる。この結果、メイン酸化触媒１８から排出された高温の排ガスにより、フィルタ１７に堆積したパティキュレートを燃焼除去できるので、フィルタ１７を速やかに再生できる。上述のことから、メイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２の総体積を従来の酸化触媒の総体積より小さくしても、フィルタ１７をパティキュレート燃焼可能温度まで速やかに加熱でき、これによりメイン酸化触媒１８及びサブ酸化触媒２２への貴金属の総担持量を低減できる。 On the other hand, the accumulated amount detection means calculates the accumulated amount of particulates on the filter 17 by calculation, detects that a predetermined amount or more of particulates has accumulated on the filter 17, and the temperature sensor 48 detects the main oxidation catalyst at 250 ° C. or lower. When the 18 inlet temperature is detected, the controller 53 controls the injector solenoid valve of the accumulator fuel injection device based on these detected outputs, and performs post-injection of fuel from the injector to each cylinder of the engine 11. Thereby, unburned fuel mist is added to the exhaust gas in the exhaust pipe 13b. At the same time, the controller 53 opens the air flow rate adjustment valve 31 to supply the compressed air in the air tank 28 to the air passage 24a of the mixed gas injection nozzle 24 through the air supply pipe 29, and operates the fuel pump 34 and the fuel flow rate adjustment valve. 36 is opened, and the fuel 27 in the fuel tank 32 is supplied to the fuel passage 24 b of the mixed gas injection nozzle 24 through the fuel supply pipe 33. The fuel 27 is mixed with air in the mixed gas injection nozzle 24 to become a mixed gas 30 and then injected from the tip of the nozzle 24. The injected mixed gas 30 is burned by raising a flame 56 (FIG. 2) by a discharge spark 26b emitted between a pair of discharge terminals 26a, 26a of the ignition means 26, and this combustion gas flows into the sub-oxidation catalyst 22. The temperature of the lever 22 rises. When the fuel mist is supplied to the warmed sub-oxidation catalyst 22, the fuel mist is oxidized by the sub-oxidation catalyst 22, and the temperature of the sub-oxidation catalyst 22 further rises to a high temperature of about 600 to 700 ° C. When this high-temperature exhaust gas flows into the main oxidation catalyst 18 through the bypass pipe 21 and the exhaust pipe 13b, the temperature of the catalyst 18 rises. When the fuel mist is supplied to the warmed main oxidation catalyst 18, the fuel mist is oxidized by the main oxidation catalyst 18, and the temperature of the main oxidation catalyst 18 is further increased to a high temperature of about 600 to 700 ° C. As a result, the particulates accumulated on the filter 17 can be burned and removed by the high-temperature exhaust gas discharged from the main oxidation catalyst 18, so that the filter 17 can be quickly regenerated. From the above, even if the total volume of the main oxidation catalyst 18 and the sub-oxidation catalyst 22 is smaller than the total volume of the conventional oxidation catalyst, the filter 17 can be quickly heated to the particulate combustion possible temperature. 18 and the sub-oxidation catalyst 22 can reduce the total amount of noble metal supported.
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、堆積量検出手段として、一対の圧力センサ７１，７１のフィルタ１７の前後の排ガス圧力差からパティキュレートフィルタ１７に堆積したパティキュレートの量を検出する手段が用いられる。上記一対の圧力センサ７１，７１はフィルタ１７の前後に位置するようにコンバータ１９にそれぞれ挿入される。温度センサ４８、一対の圧力センサ７１，７１、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力はマイクロコンピュータからなるコントローラ５３の制御入力に接続され、コントローラ５３の制御出力はインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁３６及び尿素系液体ポンプ４７にそれぞれ接続される。
<Second Embodiment>
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In this embodiment, a means for detecting the amount of particulate deposited on the particulate filter 17 from the difference in exhaust gas pressure before and after the filter 17 of the pair of pressure sensors 71 and 71 is used as the amount of accumulation detecting means. The pair of pressure sensors 71, 71 are inserted into the converter 19 so as to be positioned before and after the filter 17. The detection outputs of the temperature sensor 48, the pair of pressure sensors 71, 71, the rotation sensor 51, and the load sensor 52 are connected to the control input of the controller 53 comprising a microcomputer. The control output of the controller 53 is an injector solenoid valve, air flow rate. The regulator valve 31, the fuel pump 34, the fuel flow rate regulating valve 36, the ignition means 26, the urea-based liquid regulating valve 36, and the urea-based liquid pump 47 are connected to each other.
またコントローラ５３にはメモリ５４が設けられ、このメモリ５４には、排ガス温度、一対の圧力センサ７１，７１の圧力差、エンジン回転及びエンジン負荷に応じたインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料流量調整弁３６、着火手段２６及び尿素系液体調整弁４６の開度や、燃料ポンプ３４及び尿素系液体ポンプ４７の作動又は不作動が予めマップとして記憶される。そして、コントローラ５３は温度センサ４８、一対の圧力センサ７１，７１、回転センサ５１及び負荷センサ５２の各検出出力に基づいてディーゼルエンジン１１の運転状況を把握し、その運転状況からメモリ５４に記憶された条件に従ってインジェクタ用電磁弁、空気流量調整弁３１、燃料ポンプ３４、燃料流量調整弁３６、着火手段２６、尿素系液体調整弁４６及び尿素系液体ポンプ４７を制御し、その運転状況に応じて、エンジン１１へのポスト噴射により所定の時期に最適な量の燃料ミストを排ガスに添加したり、所定の時期に最適な量の混合ガス３０を混合ガス噴射ノズル２４から噴射して着火手段２６により燃焼させたり、或いは尿素水溶液４５を尿素系液体噴射ノズル４２から噴射するように構成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。 The controller 53 is also provided with a memory 54. The memory 54 includes an injector solenoid valve, an air flow rate adjusting valve 31, and a pressure difference between the pair of pressure sensors 71 and 71, engine rotation and engine load. The degree of opening of the fuel flow rate adjustment valve 36, the ignition means 26, and the urea system liquid adjustment valve 46, and the operation or non-operation of the fuel pump 34 and the urea system liquid pump 47 are stored in advance as a map. The controller 53 grasps the operating condition of the diesel engine 11 based on the detection outputs of the temperature sensor 48, the pair of pressure sensors 71 and 71, the rotation sensor 51, and the load sensor 52, and is stored in the memory 54 from the operating condition. The injector solenoid valve, the air flow rate adjustment valve 31, the fuel pump 34, the fuel flow rate adjustment valve 36, the ignition means 26, the urea system liquid adjustment valve 46, and the urea system liquid pump 47 are controlled according to the operating conditions. An optimal amount of fuel mist is added to the exhaust gas at a predetermined time by post-injection to the engine 11, or an optimal amount of mixed gas 30 is injected from the mixed gas injection nozzle 24 at a predetermined time by the ignition means 26. It is configured to combust or to inject the urea aqueous solution 45 from the urea-based liquid injection nozzle 42. The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment.
このように構成されたディーゼルエンジン１１の排ガス浄化装置の動作を説明する。寒冷地のように極低温の雰囲気中でエンジン１１を始動すると、温度センサ４８がメイン酸化触媒１８の入口温度が２００℃以下であることを検出し、一対の圧力センサ７１，７１がフィルタ１７前後の排ガス圧力差が所定値以上に達していないこと（フィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積していないこと）を検出する。コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。上記以外の動作は第１の実施の形態と同様であるので、繰返しの説明を省略する。 Operation | movement of the exhaust gas purification apparatus of the diesel engine 11 comprised in this way is demonstrated. When the engine 11 is started in a very low temperature atmosphere such as in a cold region, the temperature sensor 48 detects that the inlet temperature of the main oxidation catalyst 18 is 200 ° C. or less, and the pair of pressure sensors 71 and 71 are arranged before and after the filter 17. It is detected that the exhaust gas pressure difference does not reach a predetermined value or more (that a predetermined amount or more of particulates is not deposited on the filter 17). Based on these detection outputs, the controller 53 controls the injector solenoid valve of the pressure accumulation type fuel injection device, and performs post-injection of fuel from the injector to each cylinder of the engine 11. Since operations other than those described above are the same as those in the first embodiment, repeated description will be omitted.
一方、一対の圧力センサ７１，７１がフィルタ１７前後の排ガス圧力差が所定値以上に達したこと（フィルタ１７に所定量以上のパティキュレートが堆積したこと）を検出し、温度センサ４８が２５０℃以下のメイン酸化触媒１８の入口温度を検出すると、コントローラ５３はこれらの検出出力に基づいて、蓄圧型燃料噴射装置のインジェクタ用電磁弁を制御して、インジェクタからエンジン１１の各シリンダに燃料のポスト噴射を行う。上記以外の動作は第１の実施の形態と同様であるので、繰返しの説明を省略する。 On the other hand, the pair of pressure sensors 71 and 71 detects that the exhaust gas pressure difference between the front and rear of the filter 17 has reached a predetermined value or more (that a predetermined amount or more of particulate has accumulated on the filter 17), and the temperature sensor 48 has 250 ° C. When the following inlet temperature of the main oxidation catalyst 18 is detected, the controller 53 controls the injector solenoid valve of the pressure accumulating fuel injection device based on these detection outputs, and fuel is fed from the injector to each cylinder of the engine 11. Perform the injection. Since operations other than those described above are the same as those in the first embodiment, repeated description will be omitted.
なお、上記第１及び第２の実施の形態では、燃料ミスト添加手段を、ディーゼルエンジンへの燃料のポスト噴射により燃料ミストとして排気通路内の排ガスに添加するように構成したが、バイパス通路より排ガス上流側の排気通路に挿入された燃料添加ノズルから燃料タンク内の燃料を噴射して排ガスに燃料ミストを添加するように構成してもよい。この場合、上記第１及び第２の実施の形態より部品点数は増大するけれども、排気通路内の排ガスに最適な時期にかつ最適な量の燃料ミストを添加することができる。また、第１の実施の形態では、堆積量検出手段として、計算によりフィルタに堆積したパティキュレートの量を積算して検出する手段を挙げ、第２の実施の形態では、堆積量検出手段として、一対の圧力センサのフィルタ前後の排ガス圧力差からパティキュレートの堆積量を検出するを手段を挙げたが、計算によりフィルタに堆積したパティキュレートの量を積算して検出する堆積量検出手段と、一対の圧力センサのフィルタ前後の排ガス圧力差からパティキュレートの堆積量を検出する手段との両方を用いてもよい。この場合、フィルタに堆積したパティキュレートの量をより正確に検出することができ、パティキュレートの堆積量の検出精度を向上できる。 In the first and second embodiments, the fuel mist adding means is configured to add the fuel mist to the exhaust gas in the exhaust passage as a fuel mist by post-injection of fuel to the diesel engine. You may comprise so that the fuel in a fuel tank may be injected from the fuel addition nozzle inserted in the upstream exhaust passage, and fuel mist may be added to waste gas. In this case, although the number of parts is increased as compared with the first and second embodiments, an optimal amount of fuel mist can be added to the exhaust gas in the exhaust passage at an optimal time. Further, in the first embodiment, as the accumulation amount detection means, a means for integrating and detecting the amount of particulates accumulated on the filter by calculation is cited, and in the second embodiment, as the accumulation amount detection means, The means for detecting the accumulated amount of particulates from the difference in exhaust gas pressure before and after the filter of the pair of pressure sensors has been described, but the accumulated amount detecting means for integrating and detecting the amount of particulates accumulated on the filter by calculation, Both means for detecting the accumulated amount of particulates from the difference in exhaust gas pressure before and after the filter of the pressure sensor may be used. In this case, the amount of particulates accumulated on the filter can be detected more accurately, and the detection accuracy of the amount of particulates accumulated can be improved.
１１ ディーゼルエンジン
１３ 排気通路
１７ パティキュレートフィルタ
１８ メイン酸化触媒
２１ バイパス管（バイパス通路）
２２ サブ酸化触媒
２３ バーナ
２４ 混合ガス噴射ノズル
２６ 着火手段
２７ 燃料
３０ 混合ガス
３２ 燃料タンク
４８ 温度センサ
５３ コントローラ
７１ 圧力センサ（堆積量検出手段）
11 Diesel engine 13 Exhaust passage 17 Particulate filter 18 Main oxidation catalyst 21 Bypass pipe (bypass passage)
22 Sub-oxidation catalyst 23 Burner 24 Mixed gas injection nozzle 26 Ignition means 27 Fuel 30 Mixed gas 32 Fuel tank 48 Temperature sensor 53 Controller 71 Pressure sensor (deposition amount detection means)
Claims (4)
前記フィルタ(17)より排ガス上流側の前記排気通路(13)に設けられたメイン酸化触媒(18)と、
前記メイン酸化触媒(18)より排ガス上流側の前記排気通路(13)に両端が接続されこの排気通路(13)を迂回するバイパス通路(21)と、
前記バイパス通路(21)に設けられたサブ酸化触媒(22)と、
前記排気通路(13)内の排ガスに燃料ミストを添加してこの燃料ミストを前記メイン酸化触媒(18)及び前記サブ酸化触媒(22)に供給する燃料ミスト添加手段と、
前記サブ酸化触媒(22)より排ガス上流側の前記バイパス管(21)に設けられ前記サブ酸化触媒(22)に向けて燃料(27)を噴射するとともにこの燃料(27)を燃焼させるバーナ(23,73)と、
前記メイン酸化触媒(18)の入口温度を検出する温度センサ(48)と、
前記フィルタ(17)に堆積したパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段(71)と、
前記温度センサ(48)及び前記堆積量検出手段(71)の各検出出力に基づいて前記バーナ(23)及び燃料ミスト添加手段を制御するコントローラ(53)と
を備えたディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。 A particulate filter (17) provided in the exhaust passage (13) of the diesel engine (11);
A main oxidation catalyst (18) provided in the exhaust passage (13) upstream of the exhaust gas from the filter (17);
A bypass passage (21) having both ends connected to the exhaust passage (13) upstream of the exhaust gas from the main oxidation catalyst (18) and bypassing the exhaust passage (13),
A sub-oxidation catalyst (22) provided in the bypass passage (21);
Fuel mist addition means for adding fuel mist to the exhaust gas in the exhaust passage (13) and supplying the fuel mist to the main oxidation catalyst (18) and the sub-oxidation catalyst (22);
A burner (23) that is provided in the bypass pipe (21) on the exhaust gas upstream side of the sub-oxidation catalyst (22) and injects fuel (27) toward the sub-oxidation catalyst (22) and burns the fuel (27). , 73) and
A temperature sensor (48) for detecting the inlet temperature of the main oxidation catalyst (18);
Deposition amount detection means (71) for detecting the accumulation amount of particulates deposited on the filter (17),
An exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine, comprising: a controller (53) for controlling the burner (23) and the fuel mist adding means based on detection outputs of the temperature sensor (48) and the accumulation amount detecting means (71).
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