JP5878336B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
Exhaust gas purification device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5878336B2 JP5878336B2 JP2011241807A JP2011241807A JP5878336B2 JP 5878336 B2 JP5878336 B2 JP 5878336B2 JP 2011241807 A JP2011241807 A JP 2011241807A JP 2011241807 A JP2011241807 A JP 2011241807A JP 5878336 B2 JP5878336 B2 JP 5878336B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- exhaust gas
- catalyst
- exhaust
- nox
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物(以下、NOxという)を低減して排ガスを浄化する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for purifying exhaust gas by reducing nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas of an engine such as a diesel engine.
従来、排気マニホルド内に燃料を噴射する燃料添加弁が設けられ、燃料添加弁より噴射された燃料が過給機の下流側の排気管に設けられたNOx吸蔵型のNOx触媒の還元剤となり、過給機の上流側に燃料添加弁によって噴射された燃料を改質させる燃料改質触媒が設けられた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、燃料改質触媒が排気マニホルドの集合部から過給機までの排気通路内に配置され、その中心軸が排ガスの流れの方向と略平行になるように配置される。また燃料改質触媒は、コア部材が中心となるようにコア部材に基材を巻付けて形成された触媒担体と、触媒担体を収容する外筒とを有する。基材は2枚の金属製板材で金属製波板を挟んだ状態で接合することにより形成され、基材には例えば白金などが担持される。またコア部材は、その先端に、衝突した燃料を周囲に拡散させる衝突部を有する。この衝突部には、その断面がコア部材の長手方向に沿って拡大するようにテーパ面が形成され、このテーパ面は触媒担体から露出するように構成される。また触媒担体の端面は衝突部の近傍を突出させた円錐状の面に形成される。更に燃料改質触媒は噴射された燃料を酸化させる機能を有し、改質された燃料はNOx触媒の還元剤となる。 Conventionally, a fuel addition valve for injecting fuel into the exhaust manifold is provided, and the fuel injected from the fuel addition valve serves as a reducing agent for the NOx storage-type NOx catalyst provided in the exhaust pipe on the downstream side of the supercharger, There has been disclosed an exhaust emission control device provided with a fuel reforming catalyst for reforming fuel injected by a fuel addition valve upstream of a supercharger (see, for example, Patent Document 1). In this exhaust purification device, the fuel reforming catalyst is disposed in the exhaust passage from the collecting portion of the exhaust manifold to the supercharger, and the central axis thereof is disposed substantially parallel to the direction of the exhaust gas flow. The fuel reforming catalyst has a catalyst carrier formed by winding a base material around the core member so that the core member is at the center, and an outer cylinder that houses the catalyst carrier. The base material is formed by joining the metal corrugated plates between two metal plate materials, and platinum or the like is supported on the base material. In addition, the core member has a collision portion at its tip that diffuses the collided fuel around. The collision portion is formed with a tapered surface so that its cross section expands along the longitudinal direction of the core member, and this tapered surface is configured to be exposed from the catalyst carrier. Further, the end face of the catalyst carrier is formed in a conical surface projecting in the vicinity of the collision portion. Further, the fuel reforming catalyst has a function of oxidizing the injected fuel, and the reformed fuel becomes a reducing agent for the NOx catalyst.
このように構成された排気浄化装置では、燃料改質触媒の衝突部に燃料が吹付けられると、触媒担体の全体が使われるように燃料が霧化し拡散する。また触媒担体の端面が、衝突部の近傍を突出させた円錐状の面に形成されているので、噴射燃料が良好に触媒担体の全体に行き渡る。この結果、燃料改質触媒は、噴射された燃料を霧化する能力に優れ、燃料改質の効率がよい。この改質された燃料はNOx触媒に供給され、NOx触媒の還元剤として機能する。即ち、NOx触媒は、排ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し、排ガスの酸素濃度が低下したときに上記吸収したNOxを放出し、改質された燃料を還元剤としてN2に還元するようになっている。 In the exhaust purification apparatus configured as described above, when fuel is sprayed on the collision portion of the fuel reforming catalyst, the fuel atomizes and diffuses so that the entire catalyst carrier is used. Further, since the end face of the catalyst carrier is formed in a conical surface projecting in the vicinity of the collision portion, the injected fuel spreads well over the entire catalyst carrier. As a result, the fuel reforming catalyst is excellent in the ability to atomize the injected fuel, and the fuel reforming efficiency is good. The reformed fuel is supplied to the NOx catalyst and functions as a reducing agent for the NOx catalyst. That is, the NOx catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the exhaust gas decreases, and reduces it to N 2 using the reformed fuel as a reducing agent. It is supposed to be.
しかし、上記従来の特許文献1に示された排気浄化装置では、燃料添加弁より噴射された燃料が燃料改質触媒の衝突部に吹付けられて霧化し拡散した後に、燃料改質触媒は上記噴射された燃料を改質するけれども、このとき熱を発生して燃焼改質触媒とともに排ガスの温度が上昇し、この排ガス温度が上がり過ぎると、この排ガスが過給機のタービンハウジングに流入して、タービン回転翼が高速で回転したときに、タービン回転翼が上記熱と高速で回転することにより損傷するおそれがあった。 However, in the above-described conventional exhaust purification device disclosed in Patent Document 1, after the fuel injected from the fuel addition valve is sprayed on the collision portion of the fuel reforming catalyst and atomized and diffused, the fuel reforming catalyst is Although the injected fuel is reformed, heat is generated at this time, and the temperature of the exhaust gas rises together with the combustion reforming catalyst. If this exhaust gas temperature rises too much, this exhaust gas flows into the turbine housing of the turbocharger. When the turbine rotor blades rotate at a high speed, the turbine rotor blades may be damaged by rotating at the high speed with the heat.
本発明の目的は、ターボ過給機のタービン回転翼の損傷を防止できるとともに、燃料添加手段から改質触媒への比較的少ない量の燃料の添加で、改質触媒において燃料の一部を水素に効率良く改質できる、排ガス浄化装置を提供することにある。 The object of the present invention is to prevent damage to the turbine rotor blades of the turbocharger, and to add a relatively small amount of fuel from the fuel addition means to the reforming catalyst. It is another object of the present invention to provide an exhaust gas purification device that can be efficiently modified.
本発明の第1の観点は、図1に示すように、ターボ過給機19付エンジン11の排気ポートに接続された排気マニホルド17の集合管部17bに設けられエンジン11の燃料25を水素に改質する改質触媒22と、排気マニホルド17に燃料25を添加することにより改質触媒22に燃料25を供給する燃料添加手段23と、ターボ過給機19のタービンハウジング19bより排ガス下流側の排気管18に設けられ燃料リッチ状態の排ガスに含まれるNOxと改質触媒22で生成された水素とからアンモニアを生成する白金系触媒36と、白金系触媒36より排ガス下流側の排気管18に設けられアンモニアを還元剤として排ガス中のNOxを還元する選択還元型触媒37と、タービンハウジング19bをバイパスするバイパス管38に設けられバイパス管38の開度を調整してタービンハウジング19bに流す排ガスの流量を調整するウェイストゲートバルブ39と、タービンハウジング19bの入口温度を検出する温度センサ47と、エンジン11の運転条件に基づいて燃料添加手段23を制御するとともに温度センサ47の検出出力に基づいてウェイストゲートバルブ39を制御するコントローラ54とを備えた排ガス浄化装置であって、エンジン11に吸入される空気量を検出するマスフローセンサ48がエンジン11に設けられ、改質触媒22より排ガス上流側の排気マニホルド17に排ガス中の酸素濃度を検出するO 2 センサ49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18又は選択還元型触媒37より排ガス上流側であって白金系触媒36より排ガス下流側の排気管18の排気管18のいずれか一方又は双方の排気管18に排ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサ51が設けられ、排ガス中のNOx濃度が所定値以上になったことをNOxセンサ51が検出したときに、コントローラ54が、NOxセンサ51、マスフローセンサ48及びO 2 センサ49の各検出出力に基づいて燃料添加手段23を制御するように構成されたことを特徴とする。
As shown in FIG. 1, the first aspect of the present invention is that the
本明細書において、排ガス中の酸素と燃料との混合割合を空燃比とし、エンジンにおいて混合気中の酸素と燃料が過不足なく反応するときの酸素と燃料との混合割合を理論空燃比とするとき、空燃比と理論空燃比との比を空気過剰率λといい、上記「燃料リッチ状態の排ガス」は空気過剰率λが1未満の状態の排ガスをいう。 In the present specification, the mixing ratio of oxygen and fuel in the exhaust gas is defined as the air-fuel ratio, and the mixing ratio of oxygen and fuel when the oxygen and fuel in the mixture reacts without excess or deficiency in the engine is defined as the stoichiometric air-fuel ratio. The ratio between the air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio is referred to as an excess air ratio λ, and the “fuel-rich exhaust gas” refers to an exhaust gas in which the excess air ratio λ is less than 1.
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、燃料添加手段23が、改質触媒22より排ガス上流側の集合管部17bに設けられ改質触媒22より排ガス上流側の集合管部17bに燃料25を添加する燃料添加ノズル24と、この燃料添加ノズル24に燃料25を供給する燃料供給手段26とを有することを特徴とする。
The second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, and further, as shown in FIG. 1, the fuel addition means 23 is provided in the
本発明の第3の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に燃料添加手段が、エンジンの各気筒に燃料を噴射する複数の燃料噴射ノズルと、これらの燃料噴射ノズルに燃料を供給する燃料供給手段とを有し、複数の燃料噴射ノズルからエンジンで燃焼される燃料の量を越える量の燃料を噴射するように構成されたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, wherein the fuel addition means further includes a plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel into each cylinder of the engine, and fuel to these fuel injection nozzles. And a fuel supply means for supplying fuel, wherein the fuel is injected from a plurality of fuel injection nozzles in an amount exceeding the amount of fuel combusted by the engine.
本発明の第4の観点は、第1又は第2の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、改質触媒22が、ロジウム、パラジウム及び白金からなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属を添加したゼオライト又はアルミナをハニカム担体にコーティングして構成されたことを特徴とする。
A fourth aspect of the present invention is an invention based on the first or second aspect, and as shown in FIG. 1, the reforming
本発明の第1の観点の排ガス浄化装置では、燃料添加手段から排気マニホルドに燃料を添加し、この燃料の一部が改質触媒を昇温させ、昇温した改質触媒で燃料の別の一部が水素に改質される。このとき排ガスがエンジンから排出された直後であり、比較的高温であるため、比較的少ない量の燃料で改質触媒を改質可能な温度に昇温させることができる。この結果、燃料添加手段から改質触媒への比較的少ない量の燃料の添加で、改質触媒において燃料の一部を水素に効率良く改質できる。また改質触媒で水素に改質されずに改質触媒をそのまま通過した燃料の残部と、改質触媒で改質された水素とが、白金系触媒に流入すると、即ち燃料リッチ状態で水素が白金系触媒に流入すると、白金系触媒で排ガスに含まれるNOxと改質触媒で生成された水素とからアンモニアが生成される。このアンモニアを含む排ガスが選択還元型触媒に流入すると、この選択還元型触媒上でアンモニアとNOxが反応して、NOxの還元反応とアンモニアの酸化反応とが促進されるので、排ガス中のNOxが低減される。この結果、アンモニアの大気への放出を防止できるとともに、排ガス中のNOxを効率良く低減できる。更に排ガス温度が所定値以上になったことを温度センサが検出すると、コントローラはウェイストゲートバルブを開いて、排ガスの一部をバイパス管に流す。これにより、ターボ過給機のタービンハウジングに流入する排ガスの流量が少なくなって、タービン回転翼を駆動するためのエネルギが減少し、タービン回転翼の回転速度が過度に上昇することを抑制できるので、上記タービン回転翼の高速回転によるタービン回転翼の損傷を防止できる。 In the exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect of the present invention, fuel is added to the exhaust manifold from the fuel adding means, and a part of the fuel raises the temperature of the reforming catalyst, and the temperature of the reforming catalyst raises another fuel. Some are reformed to hydrogen. At this time, the exhaust gas is immediately after being discharged from the engine and is at a relatively high temperature. Therefore, the reforming catalyst can be heated to a temperature at which the reforming catalyst can be reformed with a relatively small amount of fuel. As a result, by adding a relatively small amount of fuel from the fuel addition means to the reforming catalyst, a part of the fuel can be efficiently reformed to hydrogen in the reforming catalyst. In addition, when the remaining portion of the fuel that has passed through the reforming catalyst without being reformed into hydrogen by the reforming catalyst and the hydrogen reformed by the reforming catalyst flow into the platinum-based catalyst, that is, in a fuel-rich state, the hydrogen is When flowing into the platinum-based catalyst, ammonia is generated from the NOx contained in the exhaust gas by the platinum-based catalyst and the hydrogen generated by the reforming catalyst. When the exhaust gas containing ammonia flows into the selective catalytic reduction catalyst, ammonia and NOx react on the selective catalytic reduction catalyst, and the NOx reduction reaction and the ammonia oxidation reaction are promoted. Reduced. As a result, it is possible to prevent ammonia from being released into the atmosphere and to efficiently reduce NOx in the exhaust gas. Further, when the temperature sensor detects that the exhaust gas temperature has become equal to or higher than a predetermined value, the controller opens the waste gate valve and allows a part of the exhaust gas to flow through the bypass pipe. As a result, the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbine housing of the turbocharger is reduced, energy for driving the turbine rotor blades is reduced, and it is possible to suppress an excessive increase in the rotational speed of the turbine rotor blades. The turbine rotor blades can be prevented from being damaged by the high speed rotation of the turbine rotor blades.
本発明の第2の観点の排ガス浄化装置では、燃料添加ノズルから排気マニホルドに燃料を添加するので、燃料添加ノズルを新たに追加する必要があり、部品点数が増大するけれども、エンジンにおける燃料の燃焼に影響を与えずに、排気マニホルドに燃料を添加できる。 In the exhaust gas purifying apparatus according to the second aspect of the present invention, fuel is added from the fuel addition nozzle to the exhaust manifold, so that it is necessary to newly add a fuel addition nozzle, and the number of parts increases, but the combustion of fuel in the engine Fuel can be added to the exhaust manifold without affecting the engine.
本発明の第3の観点の排ガス浄化装置では、エンジンの各気筒に燃料噴射する複数の燃料噴射ノズルからエンジンで燃焼される燃料の量を越える量の燃料を噴射するので、エンジンにおける燃料の燃焼に幾分影響を与えるけれども、燃料添加ノズルを新たに追加する必要がなく、部品点数の増大を回避できる。 In the exhaust gas purifying apparatus according to the third aspect of the present invention, fuel exceeding the amount of fuel combusted in the engine is injected from a plurality of fuel injection nozzles that inject fuel into each cylinder of the engine. However, it is not necessary to newly add a fuel addition nozzle, and an increase in the number of parts can be avoided.
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。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13を介して吸気管14が接続され、排気ポートには排気マニホルド17を介して排気管18が接続される。吸気マニホルド13と吸気管14により吸気通路12が構成され、排気マニホルド17と排気管18により排気通路16が構成される。また吸気通路12には、ターボ過給機19のコンプレッサハウジング19aと、ターボ過給機19により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ21とがそれぞれ設けられ、排気通路16にはターボ過給機19のタービンハウジング19bが設けられる。具体的には、コンプレッサハウジング19aは吸気管14の途中に設けられ、インタクーラ21はコンプレッサハウジング19aより吸気下流側の吸気管14の途中に設けられる。タービンハウジング19bは排気マニホルド17と排気管18との間に介装される。またコンプレッサハウジング19aにはコンプレッサ回転翼(図示せず)が回転可能に収容され、タービンハウジング19bにはタービン回転翼(図示せず)が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト(図示せず)により連結され、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回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管14内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, an intake pipe 14 is connected to an intake port of a
一方、排気マニホルド17は、一端が複数の排気ポートにそれぞれ接続された複数の枝管部17aと、これらの枝管部17aの他端が集合して形成された単一の集合管部17bとを有する。この集合管部17bの途中には、エンジン11の燃料(軽油)25を水素に改質する改質触媒22が設けられる。この改質触媒22は、ロジウム、パラジウム及び白金からなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属を添加したゼオライト又はアルミナをハニカム担体にコーティングして構成される。具体的には、ロジウム等の金属を添加したゼオライトからなる改質触媒22は、ロジウム等の金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。またロジウム等の金属を添加したアルミナからなる改質触媒22は、ロジウム等の金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
On the other hand, the
一方、排気マニホルド17には燃料添加手段23が設けられる。この燃料添加手段23は、改質触媒22より排ガス上流側の集合管部17bに設けられた燃料添加ノズル24と、この燃料添加ノズル24に燃料25を供給する燃料供給手段26とを有する。燃料添加ノズル24は、改質触媒22より排ガス上流側の集合管部17bに燃料25を添加することにより改質触媒22に燃料25を供給するように構成される。また燃料供給手段26は、燃料添加ノズル24に先端が接続された燃料供給管27と、この燃料供給管27の基端に接続され燃料25が貯留された燃料タンク28と、この燃料タンク28内の燃料25を燃料添加ノズル24に圧送する燃料ポンプ29と、燃料添加ノズル24から噴射される燃料25の供給量(噴射量)を調整する燃料供給量調整弁31とを有する。上記燃料タンク28はエンジン11の燃料タンクと兼用できる。また上記燃料ポンプ29は燃料添加ノズル24と燃料タンク28との間の燃料供給管27に設けられ、燃料供給量調整弁31は燃料添加ノズル24と燃料ポンプ29との間の燃料供給管27に設けられる。更に燃料供給量調整弁31は、燃料供給管27に設けられ燃料添加ノズル24への燃料25の供給圧力を調整する燃料圧力調整弁32と、燃料添加ノズル24の基端に設けられ燃料添加ノズル24の基端を開閉する燃料用開閉弁33とからなる。
On the other hand, the
燃料圧力調整弁32は第1〜第3ポート32a〜32cを有する三方弁であり、第1ポート32aは燃料ポンプ29の吐出口に接続され、第2ポート32bは燃料用開閉弁33に接続され、第3ポート32cは戻り管34を介して燃料タンク28に接続される。燃料圧力調整弁32を駆動すると、燃料ポンプ29により圧送された燃料25が第1ポート32aから燃料圧力調整弁32に流入し、この燃料圧力調整弁32で所定の圧力に調整された後、第2ポート32bから燃料用開閉弁33に圧送される。また燃料圧力調整弁32の駆動を停止すると、燃料ポンプ29により圧送された燃料25が第1ポート32aから燃料圧力調整弁32に流入した後、第3ポート32cから戻り管34を通って燃料タンク29に戻される。
The fuel
排気管18の途中、即ちターボ過給機19のタービンハウジング19bより排ガス下流側の排気管18には、白金系触媒36が設けられる。この白金系触媒36は、排気管18より大径の第1ケース41に収容される。白金系触媒36はモノリス触媒であって、白金のみを添加するか、或いは白金と、パラジウム又はロジウムのいずれか一方又は双方からなる金属とを添加したゼオライト又はアルミナを、コージェライト製のハニカム担体又はメタル製のハニカム担体にコーティングして構成される。具体的には、白金等の金属を添加したゼオライトからなる白金系触媒36は、白金等の金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金等の金属を添加したアルミナからなる白金系触媒36は、白金等の金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。上記白金系触媒36は、燃料リッチ状態の排ガスに含まれるNOxと改質触媒22で生成された水素とからアンモニアを生成するように構成される。
A platinum-based
白金系触媒36より排ガス下流側の排気管18には選択還元型触媒37が設けられる。選択還元型触媒37は排気管18より大径の第2ケース42に収容される。選択還元型触媒37はモノリス触媒であって、鉄、バナジウム及び銅からなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属を添加したゼオライト又はアルミナを、コージェライト製のハニカム担体にコーティングして構成される。具体的には、鉄等の金属を添加したゼオライトからなる選択還元型触媒37は、鉄等の金属をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また鉄等の金属を添加したアルミナからなる選択還元型触媒37は、鉄等の金属を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。上記選択還元型触媒37はアンモニアを還元剤として排ガス中のNOxを還元するように構成される。
A
一方、排気マニホルド17と排気管18とはバイパス管38によりターボ過給機19のタービンハウジング19bをバイパスして連通接続される。即ち、バイパス管38の一端は改質触媒22より排ガス下流側の排気マニホルド17の集合管部17bに接続され、バイパス管38の他端はタービンハウジング19bより排ガス下流側であって白金系触媒36より排ガス上流側の排気管18に接続される。このバイパス管38にはウェイストゲートバルブ39が設けられる。このバルブ39は、バイパス管38の開度を調整することにより、タービンハウジング19bに流す排ガスの流量を調整するように構成される。また排気マニホルド17と吸気管14とはEGR管43によりエンジン11をバイパスして連通接続される。即ち、このEGR管43は排気マニホルド17の枝管部17aから分岐し、インタクーラ21より吸気下流側の吸気管14に合流する。上記EGR管43にはこのEGR管43から吸気管14に還流される排ガス(EGRガス)の流量を調整するEGRバルブ44が設けられる。なお、図1の符号46はEGR管43を通る排ガス(EGRガス)を冷却するEGRクーラである。
On the other hand, the
一方、改質触媒22より排ガス下流側であってタービンハウジング19bより排ガス上流側の排気マニホルド17の集合管部17bには、タービンハウジング19bの入口温度を検出する温度センサ47が設けられる。またエンジン11にはこのエンジン11に吸入される空気量を検出するマスフローセンサ48が設けられ、改質触媒22より排ガス上流側の排気マニホルド17には排ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ49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18には排ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサ51が設けられる。更にエンジン11の回転速度は回転センサ52により検出され、エンジン11の負荷は負荷センサ53により検出される。温度センサ47、マスフローセンサ48、O2センサ49、NOxセンサ51、回転センサ52及び負荷センサ53の各検出出力はコントローラ54の制御入力に接続され、コントローラ54の制御出力は、燃料ポンプ29、燃料圧力調整弁32、燃料用開閉弁33、ウェイストゲートバルブ39及びEGRバルブ44に接続される。またエンジン11にはメモリ56が接続される。このメモリ56には、タービンハウジング19bの入口温度や排ガス流量に応じたウェイストゲートバルブ39の開度が予め記憶される。またメモリ56には、吸入空気量、排ガス中の酸素濃度及びNOx濃度に応じた、燃料ポンプ29のオンオフ、燃料圧力調整弁32の開度及び燃料用開閉弁33の開閉間隔が予め記憶される。更にメモリ56には、エンジン回転速度及びエンジン負荷に応じたEGR弁44の開度が予め記憶される。
On the other hand, a temperature sensor 47 for detecting the inlet temperature of the
このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。エンジン11の運転中に、排ガス中のNOx濃度が所定値以上になったことをNOxセンサ51等の検出出力に基づいてコントローラ54が判断する。具体的には、コントローラ54は、NOxセンサ51等の検出出力に基づいて燃料ポンプ29をオンし、マスフローセンサ48及びO2センサ49の各検出出力に基づいて燃料圧力調整弁32を所定の開度で開くとともに、燃料用開閉弁33の開閉間隔を所定の間隔に調整し、所定時間が経過した後に燃料圧力調整弁32を閉じ、燃料用開閉弁33の開閉を停止し、燃料ポンプ29をオフにする。これにより必要量の燃料25が燃料添加ノズル24から排気マニホルド17に添加される。この燃料添加ノズル24から添加された燃料25の一部が改質触媒22を昇温させ、所定温度(例えば、添加金属としてロジウム及びパラジウムを添加した改質触媒22の場合、600℃)に昇温した改質触媒22で燃料25の別の一部が水素に改質される。このとき排ガスがエンジン11から排出された直後であり、比較的高温であるため、比較的少ない量の燃料25で改質触媒22を改質可能な温度に昇温させることができる。この結果、燃料添加ノズル24から改質触媒22への比較的少ない量の燃料25の添加で、改質触媒22において燃料25の一部を水素に効率良く改質できる。
The operation of the exhaust gas purification apparatus configured as described above will be described. During the operation of the
改質触媒22で水素に改質されずに改質触媒22をそのまま通過した燃料25の残部と、改質触媒22で改質された水素とが、白金系触媒36に流入すると、即ち排ガスが燃料リッチ状態(排ガスの空気過剰率λが1未満の状態)で水素が白金系触媒36に流入すると、白金系触媒36において所定温度以上(例えば、300℃以上)で排ガスに含まれるNOxと改質触媒22で生成された水素とからアンモニアが生成される。そして、白金系触媒36で生成されたアンモニアを含む排ガスが選択還元型触媒37に流入すると、アンモニアが選択還元型触媒37に吸着される。この選択還元型触媒37に吸着されたアンモニアとNOxは所定温度以上(例えば、180℃以上)で反応して、NOxの還元反応とアンモニアの酸化反応とが促進されるので、排ガス中のNOxが低減される。この結果、アンモニアの大気への放出を防止できるとともに、排ガス中のNOxを効率良く低減できる。なお、選択還元型触媒37に吸着されたアンモニアがNOxの還元に全て消費されて無くなると、排ガス中のNOxが選択還元型触媒37を通過してしまう。このときNOxセンサ51がNOx濃度が所定値以上になったことを検出するので、コントローラ54は上記の動作と同様の動作を繰り返す。
When the remaining portion of the
一方、排ガス温度が所定値以上になったことを温度センサ47が検出すると、コントローラ54は温度センサ47の検出出力に基づいてウェイストゲートバルブ39を開き、排ガスの一部をバイパス管38に流す。これにより、ターボ過給機19のタービンハウジング19bに流入する排ガスの流量が少なくなって、タービン回転翼を駆動するためのエネルギが減少し、タービン回転翼の回転速度が過度に上昇することを抑制できるので、上記タービン回転翼の高速回転によるタービン回転翼の損傷を防止できる。
On the other hand, when the temperature sensor 47 detects that the exhaust gas temperature has become equal to or higher than a predetermined value, the
なお、上記実施の形態では、本発明の排ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、本発明の排ガス浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。また、上記実施の形態では、燃料添加手段が、改質触媒より排ガス上流側の集合管部に設けられ改質触媒より排ガス上流側の集合管部に燃料を添加する燃料添加ノズルと、この燃料添加ノズルに燃料を供給する燃料供給手段とを有するように構成したが、燃料添加手段が、エンジンの各気筒に燃料を噴射する複数の燃料噴射ノズルと、これらの燃料噴射ノズルに燃料を供給する燃料供給手段とを有し、複数の燃料噴射ノズルからエンジンで燃焼される燃料の量を越える量の燃料を噴射するように構成してもよい。この場合、複数の燃料噴射ノズルからエンジンで燃焼される燃料の量を越える量の燃料を噴射するので、エンジンにおける燃料の燃焼に幾分影響を与えるけれども、燃料添加ノズルを新たに追加する必要がなく、部品点数の増大を回避できる。 In the above embodiment, the exhaust gas purification apparatus of the present invention is applied to a diesel engine. However, the exhaust gas purification apparatus of the present invention may be applied to a gasoline engine. Further, in the above embodiment, the fuel addition means is provided in the collecting pipe part upstream of the reforming catalyst and adds fuel to the collecting pipe part upstream of the reforming catalyst, and the fuel The fuel supply means supplies fuel to the addition nozzle. The fuel addition means supplies a plurality of fuel injection nozzles that inject fuel to each cylinder of the engine, and supplies fuel to these fuel injection nozzles. The fuel supply means may be provided, and a plurality of fuel injection nozzles may be configured to inject an amount of fuel that exceeds the amount of fuel combusted by the engine. In this case, since the amount of fuel exceeding the amount of fuel combusted in the engine is injected from a plurality of fuel injection nozzles, although there is some influence on the fuel combustion in the engine, it is necessary to newly add a fuel addition nozzle. And an increase in the number of parts can be avoided.
また、上記実施の形態では、NOxセンサ51を選択還元型触媒37より排ガス下流側の排気管18に設けたが、選択還元型触媒37より排ガス下流側の排気管18に設けられたNOxセンサ51に替えて或いはこのNOxセンサ51とともに、選択還元型触媒37より排ガス上流側であって白金系触媒36より排ガス下流側の排気管18に別のNOxセンサを設けてもよい。この場合、コントローラは、上記別のNOxセンサの検出出力に基づいて、燃料ポンプ29、燃料圧力調整弁32、燃料用開閉弁33、ウェイストゲートバルブ39及びEGRバルブ44を制御することにより、改質触媒22で生成された水素と排ガスに含まれるNOxとから白金系触媒36でアンモニアを生成し、白金系触媒36でアンモニアに改質されずに白金系触媒36をそのまま通過したNOxの残部を選択還元型触媒37で還元できる。換言すれば、上記別のNOxセンサで排ガス中のNOx濃度を検出することにより、白金系触媒36でアンモニアに改質されずに白金系触媒36をそのまま通過したNOxの濃度を選択還元型触媒37で還元可能な濃度に制限できる。この結果、NOxの大気中への排出を抑制できる。更に、白金系触媒36より排ガス上流側であってバイパス管38の他端の排気管18への接続部より排ガス下流側の排気管18に更に別のNOxセンサを設けてもよい。この場合、コントローラは、上記更に別のNOxセンサの検出出力に基づいて、燃料ポンプ29、燃料圧力調整弁32、燃料用開閉弁33、ウェイストゲートバルブ39及びEGRバルブ44を制御することにより、改質触媒22で生成された水素と排ガスに含まれるNOxとから白金系触媒36でアンモニアを生成し、白金系触媒36でアンモニアに改質されずに白金系触媒36をそのまま通過するNOxを無くすことができる。
In the above embodiment, the NOx sensor 51 is provided in the
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<実施例1>
図1に示すように、排気量が8000ccである直列6気筒のターボ過給機付ディーゼルエンジン11の排気マニホルド17の集合管部17bに改質触媒22を設けた。また改質触媒22より排ガス上流側の集合管部17bに、燃料(軽油)25を供給する燃料添加ノズル24を設け、この燃料添加ノズル24に燃料供給手段26が燃料25を供給するように構成した。ここで、改質触媒22は、ロジウムをイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。一方、ターボ過給機19のコンプレッサハウジング19aを吸気管14の途中に設け、インタクーラ21をコンプレッサハウジング19aより吸気下流側の吸気管14の途中に設けた。またタービンハウジング19bを排気マニホルド17と排気管18との間に介装した。更に排気管18に排ガス上流側から順に白金系触媒36及び選択還元型触媒37を設けた。ここで、白金系触媒36は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であり、選択還元型触媒37は、鉄をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。この排ガス浄化装置を実施例1とした。
<Example 1>
As shown in FIG. 1, the reforming
<比較例1>
改質触媒を、ターボ過給機のタービンハウジングより排ガス下流側であって白金系触媒より排ガス上流側の排気管に設け、燃料添加ノズルを、ターボ過給機のタービンハウジングより排ガス下流側であって改質触媒より排ガス上流側の排気管に設けたこと以外は、実施例1と同一に構成した。この排ガス浄化装置を比較例1とした。
<Comparative Example 1>
The reforming catalyst is provided in the exhaust pipe downstream of the turbocharger turbine housing and upstream of the platinum-based catalyst, and the fuel addition nozzle is provided downstream of the turbocharger turbine housing. The configuration was the same as that of Example 1 except that it was provided in the exhaust pipe upstream of the reforming catalyst. This exhaust gas purification apparatus was designated as Comparative Example 1.
<比較試験1及び評価>
実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置の燃料添加ノズルから燃料を添加して改質触媒に燃料を供給した。そして改質触媒で燃料が水素に改質された。このとき改質された水素が所定量になるように燃料添加ノズルからの燃料の添加量を制御した。具体的には、図2(a)及び(b)に示すように、改質触媒を昇温するための燃料の流量及び供給時間をそれぞれQ1及びT1とし、改質触媒で水素を生成(改質)するための燃料の流量及び供給時間をそれぞれQ2及びT2とした。そして、実施例1及び比較例1において、Q1、Q2及びT2をそれぞれ同一に保った状態で、T1を変えて、改質触媒で改質された水素が所定量になるように燃料添加ノズルからの燃料の添加量を制御した。その結果、排気マニホルドの集合管部における排ガス温度が500℃であり、白金系触媒より排ガス上流側の排ガス温度が300℃であったとき、比較例1の改質触媒を昇温するための燃料の供給時間T1を100%とすると、実施例1の改質触媒を昇温するための燃料の供給時間T1は35%と短くなった。この結果、比較例1の排ガス浄化装置より実施例1の排ガス浄化装置の方が、少ない燃料の添加で改質触媒において水素に改質できることが分かった。
<Comparative test 1 and evaluation>
Fuel was added from the fuel addition nozzles of the exhaust gas purifying apparatuses of Example 1 and Comparative Example 1, and the fuel was supplied to the reforming catalyst. The fuel was reformed to hydrogen by the reforming catalyst. At this time, the amount of fuel added from the fuel addition nozzle was controlled so that the reformed hydrogen became a predetermined amount. Specifically, as shown in FIGS. 2A and 2B, the flow rate and supply time of the fuel for raising the temperature of the reforming catalyst are Q 1 and T 1 , respectively, and hydrogen is generated by the reforming catalyst. The fuel flow rate and the supply time for (reforming) were Q 2 and T 2 , respectively. In Example 1 and Comparative Example 1, while keeping Q 1 , Q 2 and T 2 the same, T 1 is changed so that the hydrogen reformed by the reforming catalyst becomes a predetermined amount. The amount of fuel added from the fuel addition nozzle was controlled. As a result, when the exhaust gas temperature in the collecting pipe portion of the exhaust manifold is 500 ° C. and the exhaust gas temperature upstream of the platinum-based catalyst is 300 ° C., the fuel for raising the temperature of the reforming catalyst of Comparative Example 1 Assuming that the supply time T 1 is 100%, the fuel supply time T 1 for raising the temperature of the reforming catalyst of Example 1 is as short as 35%. As a result, it was found that the exhaust gas purification apparatus of Example 1 can be reformed to hydrogen in the reforming catalyst with less fuel addition than the exhaust gas purification apparatus of Comparative Example 1.
11 ディーゼルエンジン(エンジン)
17 排気マニホルド
17b 集合管部
18 排気管
19 ターボ過給機
19b タービンハウジング
22 改質触媒
23 燃料添加手段
24 燃料添加ノズル
25 燃料
26 燃料供給手段
36 白金系触媒
37 選択還元型触媒
38 バイパス管
39 ウェイストゲートバルブ
47 温度センサ
54 コントローラ
11 Diesel engine (engine)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記排気マニホルド(17)に前記燃料(25)を添加することにより前記改質触媒(22)に前記燃料(25)を供給する燃料添加手段(23)と、
前記ターボ過給機(19)のタービンハウジング(19b)より排ガス下流側の排気管(18)に設けられ燃料リッチ状態の排ガスに含まれるNOxと前記改質触媒(22)で生成された水素とからアンモニアを生成する白金系触媒(36)と、
前記白金系触媒(36)より排ガス下流側の排気管(18)に設けられ前記アンモニアを還元剤として排ガス中のNOxを還元する選択還元型触媒(37)と、
前記タービンハウジング(19b)をバイパスするバイパス管(38)に設けられ前記バイパス管(38)の開度を調整して前記タービンハウジング(19b)に流す排ガスの流量を調整するウェイストゲートバルブ(39)と、
前記タービンハウジング(19b)の入口温度を検出する温度センサ(47)と、
前記エンジン(11)の運転条件に基づいて前記燃料添加手段(23)を制御するとともに前記温度センサ(47)の検出出力に基づいて前記ウェイストゲートバルブ(39)を制御するコントローラ(54)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記エンジン(11)に吸入される空気量を検出するマスフローセンサ(48)が前記エンジン(11)に設けられ、
前記改質触媒(22)より排ガス上流側の排気マニホルド(17)に排ガス中の酸素濃度を検出するO 2 センサ(49)が設けられ、
前記選択還元型触媒(37)より排ガス下流側の排気管(18)又は前記選択還元型触媒(37)より排ガス上流側であって前記白金系触媒(36)より排ガス下流側の排気管(18)の排気管(18)のいずれか一方又は双方の排気管(18)に排ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサ(51)が設けられ、
排ガス中のNOx濃度が所定値以上になったことを前記NOxセンサ(51)が検出したときに、前記コントローラ(54)が、前記NOxセンサ(51)、前記マスフローセンサ(48)及び前記O 2 センサ(49)の各検出出力に基づいて前記燃料添加手段(23)を制御するように構成されたことを特徴とする排ガス浄化装置。 The fuel (25) of the engine (11) is reformed to hydrogen provided in the collecting pipe (17b) of the exhaust manifold (17) connected to the exhaust port of the engine (11) with the turbocharger (19). A reforming catalyst (22);
Fuel addition means (23) for supplying the fuel (25) to the reforming catalyst (22) by adding the fuel (25) to the exhaust manifold (17);
NOx contained in the exhaust pipe (18) downstream of the exhaust gas from the turbine housing (19b) of the turbocharger (19) and contained in the exhaust gas in a fuel-rich state and hydrogen generated by the reforming catalyst (22) A platinum-based catalyst (36) for producing ammonia from
A selective reduction catalyst (37) provided in an exhaust pipe (18) downstream of the platinum-based catalyst (36) for reducing NOx in the exhaust gas using the ammonia as a reducing agent;
A waste gate valve (39) that is provided in a bypass pipe (38) that bypasses the turbine housing (19b) and adjusts an opening degree of the bypass pipe (38) to adjust a flow rate of exhaust gas flowing to the turbine housing (19b). When,
A temperature sensor (47) for detecting the inlet temperature of the turbine housing (19b);
A controller (54) for controlling the fuel addition means (23) based on an operating condition of the engine (11) and for controlling the waste gate valve (39) based on a detection output of the temperature sensor (47). An exhaust gas purification device provided ,
A mass flow sensor (48) for detecting the amount of air sucked into the engine (11) is provided in the engine (11),
The exhaust manifold (17) upstream of the reforming catalyst (22 ) is provided with an O 2 sensor (49) for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas ,
An exhaust pipe (18) on the exhaust gas downstream side of the selective reduction catalyst (37) or an exhaust pipe (18) on the exhaust gas upstream side of the selective reduction catalyst (37) and on the exhaust gas downstream side of the platinum-based catalyst (36) NOx sensor (51) for detecting the concentration of NOx in the exhaust gas is provided in either or both of the exhaust pipe (18) of
When the NOx sensor (51) detects that the NOx concentration in the exhaust gas has reached a predetermined value or more, the controller (54) detects the NOx sensor (51), the mass flow sensor (48), and the O 2 An exhaust gas purification apparatus configured to control the fuel addition means (23) based on each detection output of the sensor (49) .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011241807A JP5878336B2 (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Exhaust gas purification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011241807A JP5878336B2 (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Exhaust gas purification device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013096346A JP2013096346A (en) | 2013-05-20 |
JP5878336B2 true JP5878336B2 (en) | 2016-03-08 |
Family
ID=48618557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011241807A Expired - Fee Related JP5878336B2 (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Exhaust gas purification device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5878336B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6213523B2 (en) * | 2015-06-09 | 2017-10-18 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
JP7418143B2 (en) * | 2020-04-24 | 2024-01-19 | 株式会社Soken | Hydrogen fuel engine exhaust purification system |
JP7353010B2 (en) * | 2020-06-15 | 2023-09-29 | 株式会社Soken | Hydrogen fuel engine exhaust purification system |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10315593B4 (en) * | 2003-04-05 | 2005-12-22 | Daimlerchrysler Ag | Exhaust gas aftertreatment device and method |
JP2005233065A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Hino Motors Ltd | Exhaust emission control device |
JP4857220B2 (en) * | 2007-08-23 | 2012-01-18 | 本田技研工業株式会社 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
JP5553582B2 (en) * | 2009-11-25 | 2014-07-16 | 日野自動車株式会社 | Engine exhaust gas purification device |
-
2011
- 2011-11-04 JP JP2011241807A patent/JP5878336B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013096346A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9057302B2 (en) | Internal combustion engine with exhaust-gas aftertreatment arrangement and intake air arrangement and method for operating an internal combustion engine of said type | |
EP2342433B1 (en) | Method and apparatus for cold starting an internal combustion engine | |
US9157356B2 (en) | Method for operating a motor vehicle diesel engine | |
US8833059B2 (en) | Motor-vehicle internal combustion engine with exhaust-gas recirculation | |
US8151558B2 (en) | Exhaust system implementing SCR and EGR | |
US7162861B2 (en) | Method of improving performance of emission control devices by controlling exhaust oxygen content | |
US7591131B2 (en) | Low pressure EGR system having full range capability | |
US20110225969A1 (en) | Compressor bypass to exhaust for particulate trap regeneration | |
JP2012193620A (en) | Exhaust gas purification device | |
US10690029B2 (en) | System and method for exhaust gas aftertreatment with lean NOx trap and exhaust gas recirculation | |
JP2004270565A (en) | Exhaust emission control system for diesel engine | |
US20120090295A1 (en) | Exhaust system for an internal combustion engine | |
JP5878336B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
JP2006266192A (en) | Exhaust emission control device for engine | |
US8745974B2 (en) | Exhaust system | |
EP3406870B1 (en) | After treatment system (ats) for an internal combustion engine | |
US10508578B2 (en) | Engine system | |
JP2013174203A (en) | Exhaust emission control device | |
CN106257005A (en) | For the method running gas engine | |
JP5878337B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
CN107100702B (en) | Method and apparatus for engine exhaust gas reprocessing | |
US20140086803A1 (en) | Nox reduction | |
JP2007278162A (en) | Exhaust emission control device for diesel engine | |
KR102429015B1 (en) | Fuel reforming system and control method of exhaust gas supply | |
KR102335332B1 (en) | Fuel reforming system using a supercharger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150630 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150630 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150729 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160126 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160128 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5878336 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |